スチームトラップ。 定義、種類、選択、特徴、コード＆スタンダード – What Is Piping
スチームトラップは、蒸気をシステム内に保持またはトラップしながら、ドレン、空気、その他の非凝縮性ガス（CO2）を蒸気システムから排出させる自動バルブです。 つまり、スチームトラップは、混合物からドレンを分離するのです。 発電所や処理場の蒸気システムでは、スチーム・トラップは不可欠な部品です。 スチームトラップは、熱の最大利用に役立つプロセス内で蒸気を保持します。
- ドレン。 蒸気が何らかの理由でその熱エネルギーを放出すると、ドレンが発生します
- 空気。 システムが冷えているとき、システムのスタートアップに先立って、すべての蒸気パイプに空気が存在します。 空気はボイラ水のメークアップシステムや真空遮断器を通してシステムに入ります。
従って、スチームトラップの主な機能は、二相流の形成を避けるために混合物から液体のドレンを除去することです。 工業用スチームトラップは、システムの要求に応じて幅広い温度と圧力で動作することができます。
スチームトラップの種類/スチームトラップのタイプ
国際規格ISO6704で分類されているように、スチームトラップには以下の3つの主要なタイプがあります：
- サーモダイナミック・スチームトラップ
- メカニカル・スチームトラップおよび
- サーモスタティック・スチームトラップ
図1はスチームトラップのタイプを明確に説明しています。
熱力学的ディスクスチームトラップ
熱力学的スチームトラップは、入る流体の速度差を感知します。 トラップ本体にドレンが入ると、蒸気に対してゆっくりと移動し、自由に排出されます。 フラッシュスチームやライブスチームがディスクの下面を移動すると、その速度は水よりもはるかに高く、高速であるために圧力損失が生じ、バルブヘッドが閉じられます。 バルブヘッドの上にある制御室の蒸気圧が低下してバルブが開くまで、バルブは閉じたままになります
種類
Thermodynamic Disc（サーモダイナミック・ディスク）とThermodynamic Piston（サーモダイナミック・ピストン）
空気はドレンよりもはるかに速く移動するため、サーモダイナミック・ディスク・トラップは空気があると閉じてしまう傾向があり、一般的に大量の空気を排出するのには適していません
Thermodynamic Disc（サーモダイナミック・ディスク） & サーモスタティック・スチーム・トラップです。 空気を扱うには、サーモダイナミック ディスク トラップとサーモスタティック エアベントを組み合わせて使用することができます。
ディスク トラップの動作
- ディスク トラップは速度の関数として動作します。 通常の動作条件では、凝縮水と空気はトラップに入り、入口オリフィス、制御室、断熱室（環境の影響に対してトラップを隔離するため）を通過します。
- 10～600 psigの動作を保証。
- 小型・軽量なので設置が容易。
- 点検が頻繁に必要で、耐用年数が短いためエネルギー効率が悪い。
- 背圧が高い場合には適していない。
サーモスタット式スチームトラップ
サーモスタット式スチームトラップは、入る流体の温度差を感知します。 液体、典型的には高温の復水が、ある閾値以上の温度を持っているときに閉鎖が起こります。 高温になると、サーモスタットエレメントが動き、バルブを閉じます。
- 空気は蒸気よりもかなり低い温度なので、サーモスタティック・トラップは一般的に大量の空気を排出するのに非常に適しています。
- SS、CS、鋳鉄製のハウジングがあります。
- 汚れやスケールが付着していると効果がありません。 膨張式、均圧式、バイメタル式。
膨張式スチームトラップ。
- 膨張式スチーム・トラップ・エレメントは、内部の充填物が温度変化によって膨張・収縮してバルブを作動させますが、充填物は気化しません。
- ワックス・エレメントは、冷えているときは凝固した状態で、加熱されると膨張します。
- 石油系エレメントは、冷えているときは収縮した液体の状態で、加熱されると膨張します。
バランス・プレッシャー式スチーム・トラップ。
バランス・プレッシャー型スチーム・トラップ・エレメントは、水とミネラル・スピリットの混合物である充填物を持ち、一般的に蒸気に近い温度で気化または凝縮してバルブを作動させます。
バイメタル式スチームトラップのエレメントは、2つの異種金属片を接着して構成されており、温度変化によって一方向またはその反対方向にたわみ、バルブを作動させます。
ベローズ式平衡圧力タイプ（図3）のスチームトラップは高容量に適しており、ウェハー/ダイアフラム式平衡圧力タイプは低容量に適しています。
Fig. 3：ベローズ平衡圧型スチームトラップ 機械式スチームトラップ
機械式スチームトラップは、密度の高い流体に対しては開き、密度の低い流体に対しては閉じるように設計されています。 密度の原理で作動する機械式スチームトラップには、2つの基本的なカテゴリーがあります。
- フロート式
と
- バケット式
この中で密度トラップにはそれぞれ2種類あります。
空気は水よりも密度が低いため、密度の高いスチームトラップは水よりも密度が低くなりがちです。
空気は水よりも密度が低いので、密度の高いスチームトラップは空気があると閉じてしまう傾向があり、一般に大量の空気を排出するのには適していません。
- フロート & サーモスタット、
- バケット & サーモスタット。
フロート式スチームトラップとサーモスタット式スチームトラップ
- フロート & サーモスタット式スチームトラップは、サーモスタットと密度の2つの原理の作用を組み合わせたものです。 各トラップにはそれぞれ吐出オリフィスがあります。 凝縮水がトラップ内の所定のレベルに達すると、ボールフロートアクチュエータを備えたバルブが凝縮水を排出します。
- トラップの上部にはサーモスタットエレメントがあり、トラップ内でわずかな温度低下を起こすとすぐに開き、すべての空気と非凝縮性ガスを排出します。
- 0～250 psigの圧力で動作し、
- 凝縮弁は底部にあり、汚れやスケールがあると詰まることがあります。
- 汚れた粒子がバルブの閉鎖を妨げると、その状態が検出され修正されるまで蒸気エネルギーが無駄になります。
倒立型バケット式スチームトラップ
倒立型バケット式スチームトラップ（図4）は、通常は水に浸かっている倒立したバケットを使用し、蒸気があるときだけ浮きます。 ドレンの量が所定の液面を超えるとバケットが沈みます。
スチームトラップ選択ガイドライン
スチームトラップの選択は以下に従うものとする：
- 低圧スチームドリップサービスにおけるスチームトラップは、倒立バケット型、機械式トラップ、またはバイメタルサーモスタット式トラップとする。
- 中圧スチームドリップサービスのスチームトラップは、好ましくは倒立バケットスタイルのメカニカルトラップとし、代わりにディスクタイプのサーモダイナミックトラップを使用してもよい。
- 高圧蒸気ドリップサービスのスチームトラップは、好ましくは倒立バケット式メカニカルトラップとする。
- 蒸気タービン入口ドリップサービスに提供されるスチームトラップは、熱力学ピストン式トラップとする。
一般的に受け入れられている慣習として、30PSIGまでの低圧蒸気システムにはフロート&サーモスタット（F&T）式スチームトラップを使用し、30PSIG以上の蒸気圧力にはサーモダイナミック式スチームトラップを使用することが挙げられます。
スチームトラップの国際的なコードと規格
スチームトラップの設計を規定する国際的なコードと規格を以下に示します。
- ISO 6552: 1980/ (BS 6023: 1981):
- ISO 6553: 1980/ (BS 6024: 1981に代わる)自動蒸気トラップの技術用語集
- ISO 6553: 1980/ CEN 26553: 1991 (BS 6024: 1981に代わる)自動蒸気トラップのマーキング。
- ISO 6554 1980/CEN 26554: 1991 (Replaces BS 6026: 1981) Flanged 自動スチームトラップの面間寸法
- ISO 6704: 1982/CEN 26704: 1991 (Replaces BS 6022: 1983) 自動スチームトラップの分類
- ISO 6948:1981/ CEN 26948: 1991 (Replaces BS 6025: 1982) 自動スチームトラップの製造及び性能特性試験
- ISO 7841: 1988/ CEN 27841: 1991 (Replaces BS 6027: 1990) Methods for determination of steam loss of automatic steam traps.
- ISO 7842: 1988/cen 27842:
スチームトラップの故障の原因
スチームトラップの故障の一般的な原因は次のとおりです：
- ドレンの状態による腐食。
- ウォーターハンマー：スチームトラップ後のリフトが原因となることが多い。
- 汚れ：水処理剤がボイラーから持ち越されているシステムや、パイプの破片がトラップの動作を妨げている場合に蓄積される。
スチームトラップの故障は、蒸気システムの性能に深刻な影響を与えます。 スチームトラップが開放状態で故障すると、蒸気やドレンが完全に漏れてしまい、蒸気消費量が増加し、ボイラの負荷が増大してしまいます。 しかし、閉じた状態で故障した場合には、蒸気もドレンもトラップを通過しません。
- サージまたはウォーターハンマー
- プロセスのウォーターロギング
- スチームシステム内の水（ドレン）の存在は安全上の問題です
従って、スチームトラップの性能を定期的に監視し、故障したスチームトラップを修理することが不可欠です。
スチーム・トラップの性能評価
スチーム・トラップの性能は、次の3つの方法のいずれかを用いて評価されます：
- 目視法-サイトグラスを用いて目視検査を行います
- 音法-聴覚機器を用いて音の周波数を区別します
- 温度法-温度差の原理を用います。
通常、スチーム・トラップは予防保全を行いますが、そのスケジュールはスチーム・トラップの圧力定格によって異なります。 目安としては、定格圧力が250psig以上の高圧スチーム・トラップは毎日テストする必要があります。 一方、定格圧力が30psig以下の低圧スチーム・トラップは、毎年チェックすることができます。 中間的なものは毎月チェックする必要があります。
スチーム・トラップに要求される機能
理想的なスチーム・トラップは、最高の性能を発揮するために次のような機能を備えていなければなりません：
- スチーム・トラップは、ドレンを通過させ、蒸気をトラップするものでなければなりません。 スチーム・トラップは、スチーム・スペースがきれいな乾燥したスチームで満たされていなければなりません。 スチーム・トラップのタイプはこれに影響します。
- スチーム・トラップは良好な空気排出能力を有していなければなりません。
- スチーム・トラップは良好な空気排出能力を有していなければなりません。空気が蒸気に混じると蒸気の温度を下げることになります。
- スチーム・トラップは蒸気のフラッシングを起こさないことが望ましいです。
- スチーム・トラップは高い信頼性を有していなければなりません。 スチームトラップの使用においては、
- 腐食
- 水撃や
- 汚れやゴミの蓄積など、さまざまな外的要因によって信頼性が低下することがあります。
スチーム・トラップの設置
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