スチームトラップの 特性と保守管理 スチームトラップの必要性 なぜ、ｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟは必要なのか？ ﾎﾞｲﾗｰで蒸気を生成した後、装置・ﾀﾝｸ・配管 等の蒸気使用装置へと運ばれる移送配管に は十分な保温を施していても、蒸気の熱は配 管表面から大気へ放出されてしまう。 この放熱により蒸気の一部分は自身の熱ｴﾈ ﾙｷﾞｰを失い、凝縮しﾄﾞﾚﾝ（復水）となる スチームトラップの必要性 この凝縮したﾄﾞﾚﾝが配管内に滞留していくと、 蒸気の通路がふさがれたりして様々な問題 が発生する。代表的なものではｳｫｰﾀｰﾊﾝﾏｰ による蒸気配管の破損などが上げられる。 蒸気が移送された設備では、被加熱物に熱 が伝えられると、蒸気の熱ｴﾈﾙｷﾞｰは放出さ れ、凝縮するにつれてﾄﾞﾚﾝが発生し滞留てく る。このﾄﾞﾚﾝが排出されなければ加熱に時間 が掛かるばかりか、ﾄﾞﾚﾝが滞留しすぎると加 熱ができなくなる。 スチームトラップの必要性 また、蒸気配管の通気を開始する時、管内を 満たしていた空気や不凝縮ｶﾞｽが末端まで押 し込まれる。この空気が被加熱物の蒸気ｽ ﾍﾟｰｽに流入すると、蒸気の熱伝導率は著しく 低下し熱効率の低下が伴われる。 スチームトラップの必要性 スチームトラップの必要性を纏めると以下の ３点が上げられる １.ドレンを排出すること ２.蒸気を漏らさないこと ３.初期における空気や不凝縮ガスを排出でき ること スチームトラップの分類 スチームトラップは、使用用途によって数種 類の製品を使用する。そのｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟの作 動原理から、３種類に大別されることが分か る。 １.ﾒｶﾆｶﾙｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟ （フリーフロート式） ２.ｻｰﾓｽﾀﾃｨｯｸｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟ （温調式･･･ﾊﾞｲﾒﾀﾙ式） ３.ｻｰﾓﾀﾞｲﾅﾐｯｸｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟ （ディスク式） メカニカルスチームトラップ （フリーフロート式） メカニカルスチームトラップは蒸気とドレンの 比重差で作動する。つまり、ﾄﾞﾚﾝがｽﾁｰﾑﾄﾗｯ ﾌﾟ内に流入し溜まってくると、ﾌﾛｰﾄが上昇して 弁が開きﾄﾞﾚﾝを排出する。ﾄﾞﾚﾝが無くなるとﾌ ﾛｰﾄが沈降して、蒸気が漏れる前に弁を閉じ る。 メカニカルスチームトラップ （フリーフロート式）の作動原理-1 本体内部にﾄﾞﾚﾝ水が 流入すると、ﾌﾛｰﾄは 徐々に回転しながら 弁座から浮き上がる。 ﾌﾛｰﾄが回りながら 上がっていく 蒸気部 ﾌﾛｰﾄ 蒸気圧力 弁閉止力（蒸気圧力Ｐ ×排出口面積Ａ）＜浮 力 ならばﾌﾛｰﾄは浮き上 がる。 ﾄﾞﾚﾝ水部 P A ｵﾘﾌｨｽ弁座 ﾄﾞﾚﾝ排出口 メカニカルスチームトラップ （フリーフロート式）の作動原理-2 ﾄﾞﾚﾝが排出量が 減少してくると、浮 力も減少してくる ので排出口は閉 止方向になる。ﾄﾞﾚ ﾝ排出口も水でｼｰ ﾙされているので 蒸気を漏らすこと は無い。 ﾌﾛｰﾄが回りながら 閉止していく ﾌﾛｰﾄ 蒸気圧力 P A 弁閉止 ﾄﾞﾚﾝ排出口 サーモスタティックチームトラップ （ﾊﾞｲﾒﾀﾙ式） ｻｰﾓｽﾀﾃｨｯｸｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟは蒸気とﾄﾞﾚﾝの温度 差を利用して作動する。この温度差を検出す る感温体（ｴﾚﾒﾝﾄ）により、蒸気式とﾊﾞｲﾒﾀﾙ式 に大別できる。 所内におけるｻｰﾓｽﾀﾃｨｯｸｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟの大半 がﾊﾞｲﾒﾀﾙ式のｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟである為、次項で はﾊﾞｲﾒﾀﾙ式のｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟについて説明を行 う。 サーモスタティックチームトラップ （ﾊﾞｲﾒﾀﾙ式）の作動原理-１ ﾊﾞｲﾒﾀﾙの作動原理 ﾊﾞｲﾒﾀﾙ板は右図に示す通り 膨張係数の異なる2つの金 属を張り合わせて作られて いる。ﾊﾞｲﾒﾀﾙ板は熱せられ ると熱膨張係数が高い金属 が低い金属より大きく膨張す る性質を利用し、熱せられる 時に生じる力を利用して弁の 開閉動作に用いている。 低膨張側 熱を加えると 高膨張側 高膨張側が 大きく湾曲する サーモスタティックチームトラップ （ﾊﾞｲﾒﾀﾙ式）の作動原理-２ ﾊﾞｲﾒﾀﾙ 当所内でもっとも多く使用されているｽ ﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟは左図のﾊﾞｲﾒﾀﾙ式温調ｽ ﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟです。 通気開始時の管内は温度の低い空気 等がﾄﾗｯﾌﾟ内にあり、ﾊﾞｲﾒﾀﾙは湾曲せ ず弁体は弁座から離れているので、空 気は弁口を通じて排出される。続いて、 低温ﾄﾞﾚﾝも同じように排出されるがﾄﾞﾚ ﾝ水温が上昇（ﾄﾞﾚﾝ量の減少による温 度上昇）してくると、ﾊﾞｲﾒﾀﾙは加熱され 次第に湾曲してくるので、弁体は弁座 方向に押されやがて閉止する サーモダイナミックチームトラップ （ﾃﾞｨｽｸ式） ﾃﾞｽｸﾄﾗｯﾌﾟ上部 の内部構造 弁座 ﾃﾞｽｸ弁 （ｽﾃﾝﾚｽ鋼） （外輪・内輪の二 重構造） ﾃﾞｽｸ式ｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟの代表的 な構造を左図に示す。 本体・弁座・ﾃﾞｨｽｸ弁から構 成され弁座は外輪と内輪の同 芯状の形状となっている。 サーモダイナミックチームトラップ （ﾃﾞｨｽｸ式）の作動原理-１ 蒸気が対象装置に送気され ると、低温ﾄﾞﾚﾝや空気がｽ ﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟへ低速で押し出さ れる。これらがｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟ に流入して、ﾃﾞｨｽｸ弁を弁座 から離れるように押し上げ 出口から排出される。 ﾃﾞｨｽｸ弁が上がる 空 気 排出口 サーモダイナミックチームトラップ （ﾃﾞｨｽｸ式）の作動原理-２ ﾄﾞﾚﾝの排出が終わり蒸 気がｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟに流入 してくると、この蒸気が 高速でﾃﾞｨｽｸ下方の放 射状に流れ始めと同時 にﾃﾞｨｽｸ弁が弁座の方 に向かって降り始める。 ﾃﾞｨｽｸが下がっていく 蒸 気 排出口 サーモダイナミックチームトラップ （ﾃﾞｨｽｸ式）の作動原理-４ なぜ、ﾃﾞｨｽｸ弁は下がるのか ﾄﾞﾚﾝの排出が終わり蒸気に代わるとﾃﾞｨｽｸ弁 の下側を流れる蒸気の速度はﾄﾞﾚﾝよりも速く なるので、低速域ができ、ﾃﾞｨｽｸ弁は弁座へ 引き寄せられる。更に、蒸気はﾃﾞｨｽｸ弁の縁 を通り変圧室へと回り込む。 変圧室に蒸気 が回り込むと変圧室内の圧力が上昇し、ﾃﾞｨｽ ｸ弁は閉弁する。 サーモダイナミックチームトラップ （ﾃﾞｨｽｸ式）の作動原理-５ なぜ、ﾃﾞｨｽｸ弁は下がるのか 右図に示すように幅の狭い 紙の一辺を持ち唇を近づけ てその紙の表面を吹くと、 垂れ下がっている紙が起き 上がり、ほとんど真っすぐな 水平状態になる。空気を吹 き付ける前は大気圧が紙 の表・裏両面に均一に作用 し、この紙は自身の重さで 下に垂れ下がっている。 空気を吹き込むと・・・ サーモダイナミックチームトラップ （ﾃﾞｨｽｸ式）の作動原理-6 空気を吹き付けると、 その空気は高速で紙 の表面を通過し、そこ に低圧域が発生する。 この時、紙の裏面に は大気圧が作用した ままなので、裏面は表 面よりも高圧となり紙 は上へ押し上げられ 水平になる。 垂れ下がっていた紙が 上へ持ち上がる 蒸気使用設備における問題点 ➀ ウォーターハンマー 蒸気主管内にﾄﾞﾚﾝが滞留する場所があったり、 滞留する構造であったりすると、急な蒸気の使用量 の増減を行うと、ﾄﾞﾚﾝの塊として一気に押され流れ 始める。 このﾄﾞﾚﾝの流れは、配管内の障害物（ﾊﾞﾙﾌﾞ・ｽﾄ ﾚｰﾅｰ等など流れの障害になるもの）に衝突する危 険がある。 このような現象をｳｫｰﾀｰﾊﾝﾏｰと呼ばれ、強固な 配管やﾊﾞﾙﾌﾞにさえも相当な衝撃を与え、破損を伴う 場合もあるので、急激な蒸気の増減を行わないとと もに、ﾄﾞﾚﾝの滞留する可能性のある場所に連続排 出型のｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟを選定する。 蒸気使用設備における問題点-２ ➁ エアビンディング（空気障害）と空気の排除 蒸気の使用設備が停止すると、蒸気使用設備及び 蒸気移送配管内を占めていた蒸気が凝縮し、その 圧力は大気よりも低い負圧にまで下がる。 これにより、蒸気に代わり空気がﾌﾗﾝｼﾞｶﾞｽｹｯﾄ、緩 んだﾊﾞﾙﾌﾞﾊﾟｯｷﾝ、ﾕﾆｵﾝなどから吸い込まれ、蒸気 使用設備及び蒸気移送配管内を満たす。 当該設備が再通気した時に、この空気が滞留し続 けると、必要温度まで上昇しない問題が生じる。 スチームトラップの保守管理 スチームトラップの故障診断 目視による診断方法 ｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟからの出口配管を大気に開放して、ﾄﾞﾚﾝ 排出状態を監視することで、その作動状態をある程 度判定する事ができる。 特に間欠作動のｽﾁｰﾑﾄ ﾗｯﾌﾟではこの方法がかなり有効になる。 ﾃﾞｨｽｸ式ｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟでは開閉がはっきりしている ので分かり易いが、ﾌﾘｰﾌﾛｰﾄやﾊﾞｲﾒﾀﾙ式などの 連続排出型では診断し難い。 各種ｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟの特性 種 類 利 点 フリーフロート式 磨耗や引っ掛かり の原因となるリング スチームトラップ 機構がなく、故障し 難い。 ﾄﾞﾚﾝ量や圧力の変 化に関わらず、ﾄﾞﾚﾝ を滞留することなく 排出する ３点支持機構により、 過熱蒸気主管にも 使用可能 欠 点 用 途 非常に激しいｳｫｰﾀｰ 蒸気主管用 ﾊﾝﾏｰによって、ﾌﾘｰﾌ ﾛｰﾄが損傷を受ける 最大効率を必要 可能性がある とする熱交換器 や蒸気使用ライ 凍結により損傷を受 ン ける恐れがある 極少ﾄﾞﾚﾝ用 各種ｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟの特性 種 類 利 点 小型である。 バイメタル式 スチームトラップ 空気を効率的に排 除する。 ｳｫｰﾀｰﾊﾝﾏｰに強い 欠 点 調節が必要。 用 途 低温トレース用 ﾄﾞﾚﾝは蒸気温度以下 計装トレース用 のかなり低い温度に 冷却されるまで滞留 エアベント用 する ﾄﾞﾚﾝ量の変化に対す る反応が鈍い。 背圧の影響を受ける 各種ｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟの特性 種 類 利 点 ｺﾝﾊﾟｸﾄで頑丈な構 ディスク式 造で、ｳｫｰﾀｰﾊﾝﾏｰ スチームトラップ 欠 点 用 途 入口圧が非常に低い 蒸気主管用（特 時には使用出来ない。 に、高圧や過熱 や凍結に強い。 蒸気） 背圧が入口圧の ｽﾁｰﾑﾄﾗｯﾌﾟの大きさ 50%以上の時には 蒸気トレース用 に比べて、高い排出 正常に作動しない。 能力を持つ。 雨や雪などで冷却さ 幅広い圧力で作動 れ易い使用条件では、 する。 作動ｻｲｸﾙが短くなり 蒸気の漏洩量が増 加する。 目視による作動状況確認 （正常作動） 目視による作動状況確認 （漏洩） 目視による作動状況確認 （容量不足） 排水溝（ﾋﾟｯﾄ）へのドレン排出例
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