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スチームトラップの使い方

負圧で使用できるスチームトラップの条件

負圧といえば大気圧よりも圧力が低い真空状態

スチームトラップはその名の通り蒸気系統で使用するバルブの一種ですから、負圧域での使用などあり得るのか?と疑問に思われるかもしれません。

実は蒸気系統では用途や運転条件によって負圧となる箇所が発生します。蒸気系統における代表的な負圧箇所には以下のようなものがあります。

  • ストール状態にある機器の蒸気室部分
  • 復水タービンの排気管など復水器に接続されている配管
  • 蒸気系統を真空ポンプで減圧している場合
    (TLVの「真空蒸気加熱システム」では蒸気系統全体が負圧です)

負圧といえば大気圧よりも圧力が低い真空状態

ドレン排出には圧力差が必要

では、その負圧となった箇所からドレンを排出するためにはどうすればよいのでしょうか?

負圧域であっても正圧域であっても不変の重要な原理があります。流体は圧力の高いところから低いところへ向かってしか流れないということです。したがって、スチームトラップからドレンが排出される条件としては、作動圧力差が「正」でなければなりません。作動圧力差が「正」の状態とは、

(一次側圧力)-(二次側圧力)>0

であるということです。ところが、

(一次側圧力)-(二次側圧力)<0

では、ドレンの排出はできません。ストール状態となります。このような状況では外部からの助けを得てドレン排出をしなればなりません。ストール状態についてはストール現象 前編(発生原因と問題)で、ストールの解消方法についてはストール現象 後編(ストールの解消方法)で説明しています。

差圧以外に注意が必要な点

差圧が「正」で、その差圧における排出能力が十分であれば他に心配はないのでしょうか?

蒸気系統であるが故の注意点として、温度の問題があります。蒸気の圧力が大気圧以下になっていると言うことは、蒸気の温度が100℃以下になっています。そのため、まず、作動原理に温度差を利用するタイプのトラップ(=サーモスタティックタイプ)の大部分は100℃以下の温度では開弁してしまいます。

作動原理に温度差を利用するタイプのトラップ(=サーモスタティックタイプ)の大部分は100℃以下の温度では開弁してしまいます。

次に、浮力を利用するメカニカルタイプのスチームトラップはドレンの有無で作動しますので、蒸気温度が100℃以下であっても影響を受けないのですが、不凝縮ガス排気のための自動ブロー機構を内蔵しているモデルは対策が必要です。温度を検知して作動する自動ブロー機構は上述のサーモスタティックタイプの挙動と全く同じです。したがってこの部分を無効にしなければなりません。

自動ブロー機構

ただし、無効にするだけでは、エアバインディング(空気障害)とスチームロッキングが発生する危険があります。そのため、自動ブロー機構を取り除いたスチームトラップおよび、もともと自動ブロー機構が装備されていないスチームトラップはエアバインディング(空気障害)を防止するため、手動あるいは自動によるバイパスバルブ操作によって不凝縮ガスの排除を行われなければなりません。エアバインディング(空気障害)で用途別(蒸気用/空気・ガス用トラップ)の対策を説明しています。

バイパスバルブ操作によるエアなどの不凝縮ガスの排除

また、これらのスチームトラップはスチームロッキングを防止するため、エアトラップやガストラップのように均圧管を設置する必要があります。スチームロッキング 後編(周辺の配管に原因がある場合)で代表的な発生原因とその対策を説明しています。

均圧管を設置することで配管内の蒸気とドレンが置換出来ます

最後に、0から100kPaまでの幅しかない負圧域では自ずとスチームトラップ前後の圧力差が小さくなりますから、相対的に背圧は高い状態となります。そのため、背圧許容度が低いディスクタイプは適しません。