タンクから発生するガスラインと集気ラインの配管口径設計

配管配管

NEONEEETです。

配管口径の設計は特にバッチ系化学工場では難しいです。

その中でも分かりにくい箇所の1つに集気ラインの問題があります。

ガスラインの口径はどうやって決めましたか?

既設と同じです。

こんな感じのエンジニアがいっぱい生まれます。

ガスラインと集気の関係について、一般的な内容をまとめました。

ガスラインのモデル

ガスラインのモデルをまずは示しましょう。

タンクに液体が入っていて、その液体が大気中に開放されるモデルです。

液体としてでも有機溶媒でも何でも当てはまります。

粉体でも発想は同じです。ガスでも適用できます。

大気に開放されるラインをガスラインと呼ぶこともあります。

ガスラインは一般に大気に開放されます。

これはタンクを大気圧状態で維持するため。

ガスラインの配管が長すぎて圧力損失が付くと、タンクが負圧や加圧状態になってタンクが変形します

大気に開放されたガスは総合除害装置などに集気されて処理します。

どうしても大気に開放したくないガスなら、専用の除害装置を設けて大気開放をせずに独立したガスラインを設置することもあります。

この場合はタンクは負圧や加圧に耐える強度が求められます。

ガス線速

ガスラインの口径設計は、ガスラインに流れる流量から決めるのが基本。

流量として考えるべきことに以下の要素があります。

  • タンクへの液や粉体の受け入れる流量
  • タンクから液や粉体を払い出す流量
  • タンク内での加熱や反応に伴って発生する流量
  • タンク内を真空に引くために必要な流量

タンク内が大気圧状態を維持しながらガスラインを大気に開放するようなケースでは

ガスラインの口径は流速見合いで決定すると良いでしょう。

1.0~2.0m/sで選ぶのが無難です。

これは液体の受入払出に合わせて口径設計をするからです。液体の流速に合わせるという考え方です。

受入する物体が粉体や気体なら流速も変わるので、都度検討する方が良いでしょう。

集気線速

大気開放された部分から、タンク内のガスと空気を集めるためのガスラインが必要です。

これは配管の末端を開放させて他端をブロアーなどで吸引する方式を使います。掃除機も広い意味でこの目的です。

ここで重要な指標は集気流量

流量設計をするためには想定する集気線速が大事。

一般には0.5~1.0m/s程度で考えます。

この状態で、集気配管口径を考えるには以下の考え方を使います。

集気配管の口径dと同じ長さdで、配管の端部から球状の空間部を集めるという考え方です。

配管の断面部分だけ円柱状になってその周囲は球状となる領域です。

混合ガス線速

タンク内のガスと空気の混合ガスをガスラインで吸引する場合の口径設計は、ファンやブロアーの設計と同じ発想です。

ブロアーの能力に依存しますが、10m/s程度で考えればいいでしょう。

圧力損失を抑えるために配管口径を上げすぎる線速が下がってしまって、集めるべきミストや粉体が自由落下してしまいます。

最後に

タンクから発生するガスラインと集気ラインの配管口径設計を紹介しました。

ガスラインなら1~2m/s、空気漏れこみを0.5m/s、集気ラインを10m/s程度で選ぶと上手くいくことが多いです。

社内ルールの設定や圧力損失の計算の実務をするときの参考にしてください。

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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