ウォーターハンマー - 熱交換システムの目に見えない爆弾

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ウォーターハンマー - 熱交換システムの目に見えない爆弾 ウォーターハンマーは、蒸気システムでは一般的な現象です。パイプライン、バルブ、設備に損傷を与え、設備の停止を引き起こし、生産に影響を与えるだけでなく、重大な場合には安全上の事故も引き起こします。 最近、フレデリックが検査した化学、製薬、石油化学、電子産業を含むいくつかの企業では、すべて蒸気システムのウォーターハンマー問題が発生しており、最も深刻なウォーターハンマーは熱交換システムで発生しました。今日はフレッドが、熱交換システムにおけるウォーターハンマーの問題について少しお話しします。 熱交換システムにおけるウォーターハンマー現象は3箇所で発生します：システム蒸気入口、熱交換装置、装置出口/凝縮水回収パイプ。 ウォーターハンマーは熱交換システムの蒸気入口で発生します。供給される蒸気（過熱蒸気を除く）には水分が含まれる場合が多く、配管輸送時の放熱や凝縮と相まって、熱交換システムの蒸気供給配管内には通常凝縮水が発生します。ある瞬間の瞬間的な負荷の増加により蒸気の速度が上がると、配管内の凝縮水によって水波が発生します。水の波は、蒸気の急速な推進により、流れの方向に徐々に増加します。水がパイプの上部まで上昇してパイプを詰まらせると、水波の前後に一時的な水封が形成されます。蒸気の通り道が妨げられ、前後の圧力差が大きくなります。より大きな前後の圧力差に押されて、銃身から弾丸が飛び出すかのように高速で前方に加速します。また、高速で突進すると凝縮水の量が増えて速度がどんどん速くなります。最後に、ウォーターハンマーがバルブ、エルボ、または機器の金属壁に当たると発生します。システムを停止した後に再起動すると、配管内の大量の凝縮水と蒸気速度の急激な変化により、ウォーターハンマーがさらに激しくなることがよくあります。 蒸気供給配管内の復水量が多い場合、特に復水水位が配管径の80％近くになる場合（配管径が小さい場合に発生しやすい）、配管にエルボがある場合や調整弁が設置されている場合には、負荷が安定していてもウォーターハンマーが発生します。 熱交換装置におけるウォーターハンマー 熱交換装置内で発生するウォーターハンマーは、熱交換装置内に水が溜まることによって発生することが多いです。 流量の喪失による装置内の水の蓄積の問題。失速とは、トラップ背後の総背圧が熱交換装置内の蒸気空間の圧力以上になり、装置内の凝縮水を除去できなくなり、水が蓄積することを意味します。熱交換器の損失には主に 2 つの可能性があります。：1) 過剰な熱交換面積は流量損失を引き起こします。熱交換装置の熱交換面積が大きすぎると、熱交換容量が増加し、熱交換器に必要な蒸気圧力が低下し、熱交換器内の蒸気圧力が低くなりすぎて流量損失が発生し、凝縮水をドレンバルブから正常に排出できなくなります。；2）二次側流体入口温度上昇・流量低下・出口設定温度低下により流量損失が発生します。これら3つの状況により、熱交換システムの負荷が低下し、調節弁が閉じて蒸気の圧力が低下し、その結果、装置出口の前後トラップ間にわずかな圧力差が生じ、流量損失が発生し、熱交換装置内に水が滞留します。 トラップの選択に問題があると、熱交換装置に水が溜まる原因になります。トラップ形式が小さすぎたり、トラップ温度が低すぎたり（サーモスタット式など）、熱交換器内の凝縮水の排出が間に合わず水が溜まってしまいます。 どのような状況で内部に水が溜まると装置にウォーターハンマーが発生しますか?装置の下端の凝縮水の温度が蒸気の温度と同じであれば、蒸気は凝縮水によって凝縮されず、ウォーターハンマーは発生しないことが実践で証明されています。；凝縮水の温度が蒸気の温度よりはるかに低い場合、蒸気は低温の凝縮水と接触すると瞬時に凝縮し、蒸気泡の発生が少なくウォーターハンマーがほとんど発生しません。；凝縮水と蒸気の温度差が20～30℃の場合、凝縮水による蒸気の凝縮速度が遅くなり、蒸気と凝縮水の接触時間が長くなり、気泡が多く集まります。蒸気が凝縮点に達すると、瞬時に多量の蒸気が凝縮し、多数の気泡が破裂して体積が瞬時に数百倍から数千倍に収縮し、瞬時に真空帯が形成され、この真空空間に凝縮水が高速で吸い込まれウォーターハンマーが発生します。 装置出口/ドレン回収管でのウォーターハンマリングは、装置内の流量の損失により出口ウォーターハンマリングを引き起こします。装置内に流量損失が生じると、凝縮水が除去できなくなり、内部に水が溜まります。二次側温度が低下します。蒸気加減弁の開度が大きくなり、蒸気圧力が瞬間的に上昇し、機器内の凝縮水を押し上げて下流側のバルブや配管に衝撃を与え、ウォーターハンマーが発生します。特に復水配管が直角に接続されている場合、ウォーターハンマーがより深刻になります。 二次蒸気はウォーターハンマーを引き起こします。圧力の低下により、トラップ出口の凝縮水がフラッシュします。このため、凝縮水回収配管内には水と蒸気が共存することが多い。場合によっては、凝縮水面の下に二次蒸気によって発生する気泡が存在することがあります (たとえば、トラップ出口パイプラインが主凝縮水ラインの下端に接続されている場合)。凝縮水回収パイプラインの温度がトラップ出口の二次蒸気の温度より低い場合、回収パイプライン内の凝縮水がこれらの気泡を冷却し、破裂させます。気泡の破裂により凝縮水には瞬時に空洞が形成され、その空洞周囲の凝縮水がそこに押し寄せることでウォーターハンマーが発生します。また、水と蒸気の二相系では、蒸気の速度は水の10倍に達します。蒸気供給パイプラインで起こることと同様に、凝縮水によって形成された水波がパイプの上部まで上昇してパイプラインを閉塞すると、凝縮水波の前後に一時的な水シールが形成され、蒸気の通過が妨げられ、水シールの後ろの圧力が低下します。ウォーターシールの前後の圧力差により、凝縮水シールが高速で前方に押し出され、ウォーターハンマーが発生します。 熱交換システムにおけるウォーターハンマーは、隠された爆弾のようなものです。機器、工場、従業員の安全が危険にさらされます。この爆弾を解除することが急務です! (この記事は最初に「Freide Steam Energy Saving」の WeChat 公開アカウントに公開されました)