【高さ・抵抗】バッチ系化学工場のポンプ圧力損失計算で考える要素

ポンプ化学工学

NEONEEETです。

圧力損失の計算って流体力学を使っていてアカデミックですよね。

少なくともバッチ系化学工場ではそうでもありませんよ。

どういう意味ですか?

もっと雑ということですよ。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象にしています。

この記事を読むと、バッチ系化学工場のポンプ圧力損失計算の実際を知ることができます。

バッチ系化学工場のポンプ圧力損失計算は高さと配管摩擦損失

バッチ系化学工場のポンプ圧力損失計算は、高さと配管摩擦損失を菅賀ればいいです。

モデルとしては以下のとおりです。

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バッチ系化学工場のポンプ圧力損失計算で考える要素

バッチ系化学工場のポンプ圧力損失計算で考える要素を、具体的に見ていきましょう。

配管高さ

配管高さはポンプ揚程に直結します。

どちらかというと、配管摩擦損失の方がマイナーの存在で、

配管高さがメジャーなポンプ揚程の要素です。

下の図を見てください。プラントを横から見たイメージ図です。

送液元のタンクの位置は変わらなくても、送液先のタンクの高さはいくつも候補があります。

2階に送る・3階に送る・4階に送る…。

この送り先タンクの高さに対して、配管高さはほぼ自動的に決まります。

私の働く工場では、1つの階が5mで決めているので、配管高さは以下のとおり簡単に決めることができます。

配管高さ(m)
210
315
420

配管高さは「各階の天井までの高さ」という安全側で見ます。

5m高さの階で2階のタンクに配管を敷設する場合、最大でも7~8mになるでしょう。

配管高さを10mでポンプ揚程計算に適用すると2~3mの余裕が、ポンプ側にできます。

配管抵抗

配管摩擦損失の計算上は、配管抵抗を計算しないといけません。

実際には、これは5~10mの世界です。

標準流速を1~2m/sに制限するからです。

5~10mといいますが、実際には5mか10mかの2択です。

下の図を見てください。プラントを上から見た図です。

プラントは上から見ると普通は長方形の形をしています。

この中でポンプを中心に考えて、送液元と送液先の配管長さを考えてみましょう。

配管長さが短い時と長い時の2択があります。

配管長さ摩擦損失(m)
短い5
長い10

これくらいのざっくりとした考えで十分です。

ΔP = 4f * (1/2 * ρ * v2 ) * (L / D)

という真面目な計算をする必要はありませんよ ^^

配管部品

配管部品は抵抗として真剣に考えないといけません

下手に摩擦損失の数学的な計算をするよりもよっぽど大事です。

ΔP = 4f * (1/2 * ρ * v2 ) * (L / D)

この計算よりもはるかに大事です。

抵抗として考えないといけないものを、下に示します。

3大抵抗と私は勝手に呼んでいます。

これらは配管流れに対して「詰まりやすそうなもの」です。

  1. ストレーナ
  2. 流量計
  3. スプレーノズル

ストレーナや流量計はとりあえず5mと見ることが多いです。

ちょっと真面目に考えるときもありますが、頻度は少ないです。

スプレーノズルはかなり真剣に考えないといけません。

スプレーノズルの仕様をメーカーに確認する必要があります。

ここを適当に5mとして考えてポンプを買い、

いざスプレーノズルの仕様が20mと分かったときは、手遅れ。

通常は

ポンプ設計 → 配管設計(スプレーノズル設計)

としがちですが、これでは失敗します。

スプレーノズル設計 → ポンプ設計

というように優先順位を変えないといけません。

他にも、「詰まりやすいもの」の仕様はポンプ設計より先に決めないといけません。

最後に

バッチ系化学工場のポンプ圧力損失計算で考えるべきことを整理しています。

配管高さ・配管長さ・抵抗物の3つです。

高さと長さはレイアウトが決まると自動的に決まり、自動的に計算できます。

抵抗物はフローに依存しますので、個々に考えないといけません。

この記事が記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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