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蒸気のトラブル

発電所の配管トラブル 後編(トラップ一次側)

ドレントラップ一次側の蒸気輸送配管で起こるトラブル

発電所の配管トラブル 前編(トラップ二次側)でのドレントラップ二次側(下流側)の還水配管に続き、トラップ一次側の蒸気輸送配管の減肉・穴開きについて見ていきます。

蒸気輸送配管内で生じる蒸気凝縮ドレンは、ウォータハンマーの原因になったり、ドレン水滴が配管に打ち付けられるドレンアタックによるエロージョンの原因になったりすることがあります。そのため、蒸気輸送配管には蒸気凝縮ドレンを排除する目的で、必ず水抜きの配管が分岐しています。

更に、末端にも水抜き配管があり、その先にはドレントラップ(スチームトラップ)が設置されています。このドレントラップ自体が原因で、蒸気輸送配管内でトラブルが発生する場合があり、注意が必要です。

※スチームトラップはJISでは蒸気トラップ(steam trap)と記載され、一般的にはスチームトラップと呼ばれますが、発電所ではスチームトラップも他の気体用トラップと同様に「ドレントラップ」と呼ぶことが多いため、本稿では以下ドレントラップと記載します。

ドレントラップは蒸気系統の「水抜き」として、蒸気凝縮ドレンを自動的に排出するために設置します。ドレントラップに関連する大きなトラブルには次の2つがあります。

  • ドレンを排出することができない
  • 蒸気を漏らしてしまう

このうち、ドレントラップ一次側配管の安全面や安定運転に大きな影響を及ぼすのは、ドレンを排出できなくなることです。水抜きが必要で設置したドレントラップが機能せずドレンが滞留すると、エロージョンによる配管の穴開きなどに繋がる恐れがあります。

それに比べると、蒸気を漏らしてしまうことは省エネやコストの点からは問題ですが、一次側配管の安全面や安定運転の面では比較的影響が小さいといえます。

トラブルが発生しやすいドレントラップのタイプとは?

ドレントラップの故障が原因でドレンが排出できなくなったり、蒸気が漏れてしまった場合は、故障を復旧する処置をします。ドレントラップが正常であっても、ドレントラップのタイプによってはうまくドレンを排出できない場合があります。ドレントラップのタイプは、ドレン排出形態によって以下の2つに分けることができます。

  • 間欠的に排出するドレントラップ
  • 連続的に排出するドレントラップ
間欠的に排出するドレントラップ

間欠排出するタイプでは、開弁、閉弁が交互に起こり、ドレンを排出する時間帯と、排出せずにドレントラップ一次側にドレンをためる時間帯ができます。開閉サイクルが長い機種の場合、ドレントラップ一次側に滞留したドレンが蒸気輸送配管まで到達してしまう場合があります。こうなると、蒸気輸送配管からドレンを排除するというドレントラップ本来の役割を果たさず、エロージョンなどのトラブルに繋がる可能性があります。

トラブルが発生しやすい間欠的に排出するドレントラップ

連続的に排出するドレントラップ

これに対して、フリーフロートタイプのようにドレンを連続排出するドレントラップでは、流入してきたドレンを連続的に排出するので時間遅れがなく、ドレンを滞留させることがありません。

トラブルが発生しにくい連続的に排出するドレントラップ

ドレントラップ一次側配管のトラブル対策

連続排出のドレントラップを選ぶ

蒸気凝縮ドレン量は、外気温変化やスタートアップの蒸気供給量など様々な要素で変化し、その発生量や滞留量をコントロールすることは不可能です。

そのため、滞留ドレンが原因のトラブルを回避する最も確実な方法は、発生した蒸気凝縮ドレンを時間遅れなく直ちにに排水していくことです。それを実現するためには、連続排出動作を行うドレントラップを選定します。連続排出動作を行うドレントラップについてはメカニカルトラップで説明しています。

水抜き配管の取り出しは「ドレンポット」

ドレントラップの選定と同等以上に重要なポイントが、蒸気輸送配管に水抜き配管を施工する際、どの位置にどのような方法で施工するかということです。ドレントラップは、それ自体がドレンを蒸気から分離したり集めたりする訳ではなく、あくまでドレンを排水しながら蒸気を漏らさないよう自動的に開閉する弁です。

そのため、ドレントラップへ蒸気凝縮ドレンをうまく流れ込ませる工夫が必要です。具体的には、蒸気輸送配管からドレントラップの接続口径と同じサイズの配管をいきなり取り出すのではなく、ある程度の径をもった「ドレン受け」から水抜き配管を取り出す「ドレンポット」が効果的です。「ドレンポット」については配管からのドレン排除 前編(ドレンの取出し方)で説明しています。

ドレンポット

ドレンセパレーターを設置する

より積極的に蒸気凝縮ドレンを排除できる機器が、ドレンセパレーターです。ドレントラップや水抜き配管には不可能な、自らドレンを集めたり、飛んでいる水滴を強制分離するなどの方法でドレンを排除します。

ドレントラップほど高圧高温の条件では使用できませんが、圧力・温度の条件が合えば、設置することでより確実にドレンを排除することができます。ドレンセパレーターは蒸気輸送配管を切り込んでインラインに設置し、全ての蒸気がセパレーターを通過するようにします。セパレーターには様々なタイプがあります。蒸気とドレンの比重差、粘度差や遠心力などを利用して分離を図ります。ドレンセパレーターについてはセパレーターで説明しています。

積極的に蒸気凝縮ドレンを排除できる機器:ドレンセパレーター

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