蒸気復水配管の選定

概要

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蒸気復水配管のサイズ決定は、液体の復水がプロセス機器からボイラーハウスまたはレシーバーへ安全に戻ることを保証します。過小設計のラインは背圧、ウォーターハンマー、機器の水没を引き起こします。過大設計のラインは不要なコストを追加します。設計は復水流量、フラッシュ蒸気の発生、配管摩擦、熱膨張、および垂直揚程を考慮する必要があります。

主要な公式

復水質量流量

$\dot{m} = \frac{\dot{Q}}{h_{fg}}$

熱負荷を蒸発潜熱で割ると、生成される復水の質量が得られます。

ダルシー・ワイスバッハ圧力低下

$\Delta P = f \frac{L}{D} \frac{\rho v^2}{2}$

直管区間の摩擦による圧力低下。

断面積

$A = \frac{\pi D^2}{4}$

連続の式

$\dot{m} = \rho \, A \, v$

フラッシュ蒸気分率

$x_{flash} = \frac{h_{f,1} - h_{f,2}}{h_{fg,2}}$

ここで $h_{f,1}$ は上流（高）圧力での液エンタルピー、$h_{f,2}$、$h_{fg,2}$ は下流（低）圧力で評価されます。

変数

推奨速度

より高い速度は騒音、侵食、圧力低下を増加させます。より低い速度は蒸気ライン内の復水溜まりとウォーターハンマーのリスクがあります。

復水配管サイズ決定 — 容量

フラッシュ蒸気の発生

高圧の復水が低圧レシーバーに放出されると、一部が蒸気にフラッシュします。フラッシュ蒸気の体積は復水戻りラインで処理する必要があります。

計算機 — 熱量からの復水流量

単位換算器

工学的注意事項

• 重力戻り vs ポンプ戻り。 重力復水ラインは、利用可能な駆動ヘッドが小さい（多くの場合、復水柱の静水高から摩擦損失を差し引いたものだけ）ため、ポンプラインよりも過大設計になります。速度を0.5 m/s未満に保ってください。
• フラッシュ蒸気の体積。 フラッシュ蒸気を運ぶ復水ラインは、複合した二相体積に対してサイズ決定する必要があります。蒸気の比容積は液体より桁違いに大きいため、質量で数パーセントのフラッシュでも必要な配管面積を支配する可能性があります。
• ウォーターハンマー。 復水ラインは、蒸気ポケットが崩壊したり、急激な圧力変化で復水が加速されたりすると、ウォーターハンマーが発生しやすくなります。すべての水平ラインを流れ方向に下り勾配（最小1:100）で配管し、低所にドリップレッグを設けてください。
• 熱膨張。 炭素鋼は、100 °C上昇あたり配管100 mあたり約12 mm膨張します。蒸気復水ラインは高温で動作します—適切な間隔で膨張ループ、オフセット、またはベローズを設けてください。
• 配管材料。 炭素鋼（Schedule 40）が復水ラインの標準です。より小さい径や水質が重要な場合は、銅またはステンレス鋼を使用できます。ガルバニック腐食を防ぐため、絶縁継手なしで異種金属の接合を避けてください。
• スチームトラップ容量の安全率。 起動時のサージと圧力変動を処理するために、計算された復水負荷の2〜3倍の容量のスチームトラップを選択してください。
• 保温。 すべての復水ラインを保温して熱損失を減らし、作業員を火傷から保護してください。保温されていない復水ラインは復水を冷却し、回収されるフラッシュ蒸気の量を減らし、戻りラインで真空による崩壊を引き起こす可能性があります。

参考文献

• 元のソース — Engineering ToolBox