老Kの毎週のコラム――石油化学プラント設計業界の話 第21回 調節弁の圧力損失とエネルギー消費

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この投稿は、2020年11月7日08:56にhenglinkouによって最終的に編集されました。老Kの毎週の連載「石油化学プラント設計業界のことを語る」第21回目です。調節弁の圧力損失とエネルギー消費について。1. 調節弁が流量を調整する原理調節弁の役割は、開度を調整することによって流量を制御することです。その原理は次の通りです：△P=ρHg+△Pf+△Pt△P——配管システムの始点での圧力差で、特定の配管システムではこの値は一定です（遠心ポンプの出口側の配管システムを除く）。遠心ポンプの出口側の配管システムでは、遠心ポンプの特性上、流量と揚程は反比例の関係にあるため、この値は流量に応じて変動します。流量が多いほど△Pは小さくなり、逆に少ないほど大きくなります）H——配管システムの起点と終点の高さ差で、特定の配管システムではこの値も一定です△Pf——配管システム内の抵抗損失で、調節弁による局部抵抗損失は含まれません。これは流量に比例します△Pt——調節弁による局部抵抗損失ρ——流体の密度g——重力加速度調節弁が閉じているとき、調節弁による局部抵抗が増加し、式の左側の△Pfが減少します。△Pfが減少するのは流量が減少したためです。逆に、調節弁が開いていると流量が増加します。通常の流量時には、調節弁の開度を60％～70％にするのが適切です。2. 正常流量時の調節弁の正常圧降下について、プロセス技術部門が自動制御部門に調節弁の仕様を提出する際には、正常流量時の調節弁の正常圧降下値を明記しなければならない。この圧力降下はどれくらいに設定するのが適切かは、状況によって異なります。（1）特定の配管システムにおいては、始点圧力と終点圧力は一定である。この場合、始点と終点の圧力差から位置差によって生じる圧力を差し引き、さらに配管の抵抗損失を差し引くことで、調節弁の圧力差が求められる。例えば、タワーの頂部から排出される排ガスをトーチシステムに送る際に流量を制御する必要があるのは、このようなケースです。このような場合、時に圧力差が非常に大きくなり、調節弁の侵食や流体の閉塞流を引き起こすことがあるため、調節弁の前に減圧弁または流量制限用のスリット板を設置することを推奨する。（2）まず調節弁の圧力損失を決定し、その後で起点圧力を計算して決定する。例えば遠心ポンプの出口配管システムにおける流量調節はこのケースに該当し、ポンプの揚程を計算する際には調節弁の圧力損失が要素の一つとなる。この種のシステムにおいて、調節弁の正常な圧力損失をどれだけ設定すべきかについては、設計規格やマニュアルに明確な規定はありません。調整弁の正常な圧力降下が小さくなると、調整弁の感度が低下します；大きくするとエネルギーが無駄になり、同時に調節弁の選定サイズも小さくなり、主管よりも2ランク以上小さくなることがあります。経験上、調節弁の感度とエネルギー消費を考慮すると、調節弁の適切な圧力降下はシステム全体の抵抗降下の約0.5倍程度が適しているとされています。3. 調節弁のエネルギー消費量は、例えば通常の流量が100m3/hの水で、調節弁による圧力損失が0.1MPaの場合、エネルギー消費量の計算は次の通りです：N=100*0.1*1000000/3600/1000=2.778（kw）

4. 電動式インバータ技術の成熟と価格の低下に伴い、ポンプの出口配管システムの流量調節においては、可能な限り電動式インバータポンプを用いて流量を調整し、調節弁に代わることを推奨します。排ガスの放出について、流量と圧力差が共に大きい場合は、この排ガスタービンを利用して発電したり、タービンで駆動させたりすることを推奨します。 老Kは毎週、石油化学プラントの設計業界に関する話をしています。過去の投稿は以下のリンクからご覧ください：
第1帖　中国の調査設計業界の発展史
https://bbs.hcbbs.com/thread-3031149-1-1.html
第2帖　調査設計業界の管理について
https://bbs.hcbbs.com/thread-3036417-1-1.html
第3帖　設計院における図面作成技術の発展
https://bbs.hcbbs.com/thread-3039960-1-1.html
第4帖　石油化学プラント設計院における専門分業の変遷
https://bbs.hcbbs.com/thread-3045261-1-1.html
第5帖　石油化学プラント建設会社の組織構造
https://bbs.hcbbs.com/thread-3050591-1-1.html
第6帖　設計管理における契約管理
https://bbs.hcbbs.com/thread-3054762-1-1.html
第7帖　設計管理における設計基礎データの管理
https://bbs.hcbbs.com/thread-3058184-1-1.html
第8帖　設計管理における設計品質管理
https://bbs.hcbbs.com/thread-3061718-1-1.html
第9帖　設計管理における設計進捗管理
https://bbs.hcbbs.com/thread-3062161-1-1.html
第10帖　設計管理における設計文書の管理
https://bbs.hcbbs.com/thread-3069580-1-1.html
第11帖　設計管理における会議管理
https://bbs.hcbbs.com/thread-3073327-1-1.html
第12帖　設計管理におけるボーナス配分の管理
https://bbs.hcbbs.com/thread-3077492-1-1.html
第13帖　石油化学プラント建設の手順
https://bbs.hcbbs.com/thread-3082708-1-1.html
第14帖　プロセス設計の内容と手順について
https://bbs.hcbbs.com/thread-3086849-1-1.html
第15帖　PIDのバージョン説明とPIDの修正管理
https://bbs.hcbbs.com/thread-3091076-1-1.html
第16帖　石油化学業界でよく見られる非省エネ設計
https://bbs.hcbbs.com/thread-3095859-1-1.html
第17帖　プロジェクトの作業分解
https://bbs.hcbbs.com/thread-3100837-1-1.html
第18帖　設計人材の育成について
https://bbs.hcbbs.com/thread-3105529-1-1.html
第19帖　ポンプのキャビテーション余量について簡単に説明
https://bbs.hcbbs.com/thread-3109916-1-1.html
第20帖　過剰な特許出願について
https://bbs.hcbbs.com/thread-3111855-1-1.html