【ざっくり計算】現場で約立つ配管口径と流量の概算

ポンプ配管

NEONEEETです。

10L/minを40Aの配管で流します!

いやいやいや・・・え~~~。

この記事では、現場で約立つ配管口径と流量の概算を解説します。

現場で約立つ配管口径と流量の概算

配管口径と流量の概算計算方法を紹介します。

バッチ系化学工場では超重要な概念で、暗記して使える内容を含みます。

機械設計を10年近く担当していても、この考え方に関連するトラブルに即対応できないエンジニアは存在します。

強調してもし過ぎることはないくらいなので、色々なアプローチで解説したいと思います。

標準流速

バッチ系化学工場では標準流速の考え方がとても大事です。

標準化・モジュール化はこれからのバッチ系化学工場のトレンドとなるでしょう。

  • 複数の生産ラインで同じ設備を使う
  • ここの生産ラインで使用条件(流量・圧力・温度)が違う

個別最適化ができる連続プラントと違って、複数のパターンに適応しないといけないのが、バッチ系化学工場の大事なところ。

ポンプ周りの口径を決めるためには、標準流速の考え方が大活躍します。

これと同じように、ガスラインの口径も標準流速の考え方でほぼ決まります。

標準流速の考え方だけでバッチ系化学工場の8~9割の口径を選定することすら可能です。

口径と流速から流量を計算する

口径と流速から流量を計算する方法を紹介します。

といっても、とても簡単な計算式です。

$$Q=\frac{π}{4}Av^2$$

この式を使うだけです。

パラメータが2つあって、現場で即決するには使いにくいので、流速を固定化します。

これが標準流速の考え方。

液体では1~2m/s程度で考えます。

私の職場では1.5m/sくらいが妥当な範囲。

計算プログラムを載せておきます。

「現場で使える」というのが大事なので、この計算プログラムを現場で使うことは普通はありません。

いくつかの標準的な数値を暗記します。2つで十分です。

  • 40A で110L/min
  • 50Aで170L/min

これだけあれば十分です。

後は少しの暗算で応用可能です。

  • 25Aなら50Aの1/4倍で大体40L/min
  • 80Aなら40Aの4倍で大体440L/min
  • 100Aなら50Aの4倍で大体680L/min

たった2つの数字を現場レベルで使えるようになると応用が広がっていきます。

必要流量とポンプ流量を調べる

バッチ系化学工場の現場で起こる問題の5割以上はポンプです。

「ポンプで液が送れない」という問題は特に試生産で発生します。

ポンプ設計の基本的で簡単な部分を疎かにしているからです。

例えばこんな例が、普通にユーザーの設計現場では起こりえます。

10L/min の流量を100L/minのポンプで40Aの口径で送りたい

ニーズとしては分かります。

でもポンプの知識が少しあれば、「ミニマムフロー」を確保できるか疑問になるはずです。

循環をしながら少しずつ送るから大丈夫

という甘い誘い文句に騙されて何も考えずに進めるケースです。

上のケースでは100L/minのポンプで以下の条件で運転することになります。

  • 循環90/min ??A
  • 送液10L/min 40A

送液の10L/minで40Aというのが注意点。

ここって圧力損失がほとんど発生しません。

ポンプの揚程がちょっと強いだけでも10L/min以上の流量は流れ、

これを現場の手動バルブだけで調整するには限界があります。

かといって、自動調整弁を付けても40Aに対する調整弁であり、CV値が高すぎて圧力損失を確保することができません。

こんな場合は、インペラカットや制限オリフィスに頼ることになります。

バッチ系化学工場では制限オリフィスの発想が乏しいので、いきなりインペラカットに走って、

別の製品では能力が足りなくなる、という落ちまでセットで付いてきます。

単純に1つの製品ラインに適応する設計ができないところが、バッチ系化学工場の難しいところですね^^

最後に

現場で約立つ配管口径と流量の概算を解説しました。

標準流速・口径と流速から流量を計算する・必要流量とポンプ流量を調べる

40Aで110L/min、50Aで170L/minという2つの数字を覚えるだけで応用が広がります。

この記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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