蒸気に関するWebマガジン　No.76

キャリーオーバーとはボイラで発生した蒸気に、ボイラ内の水が混ざった状態で運ばれてしまう現象のことです。

キャリーオーバーは次の二つの要因によって起こることがあります。
1.　プライミング
2.　フォーミング

キャリーオーバーによって引き起こされる問題

1.蒸気質の低下：乾き度の低下に加えて、蒸気に化学物質等が混入。
2.配管等の浸食：流速の早い蒸気に含まれる水分によって浸食が進行。
3.プラント効率の低下：化学品やその他の物質が伝熱表面に堆積するし熱交換を阻害する。

キャリーオーバーに対する是正措置

ボイラ内のフォーミングを最小限に抑えるため、担当者は次のような対策を取ることをお奨めします。

	運転	円滑なボイラの運転が重要です。ボイラを一定の負荷と設計パラメータの範囲内で運転することにより、蒸気とともに運ばれてくる同伴水分の量を2%未満に抑えることができます。大きな規模で急激に負荷が変動すると、ボイラ内の圧力が大幅に低下し、ボイラの缶水が蒸気に気化するにつれて激しい乱流状態が生じます。さらに悪いことに圧力が低下したことによって蒸気の比体積が増大しこれに比例して気泡が大きくなります。大規模な負荷の変動が日常的に起こりうるような設備条件では、下記装置の検討をお奨めします。 - 現在装備されている水位制御がオン／オフ式の場合、比例式のボイラ水位制御装置。 - ボイラ圧力の低下レベルを制御する一次圧制御。 - 蒸気アキュムレータ。 - 負荷が増加する前にボイラを最大動作圧力まで上昇させる「フィードフォワード式」制御。 - 事前に決められた時間でプラントにゆっくり送気する、自動送気システム。
	化学物質による管理	消泡剤をボイラ水に添加するという方法もあります。これらは気泡を破壊することによって作用します。 ただし、これらの薬剤は懸濁物質によって生じた泡の処理には効果がありません。
	TDSの管理	次に挙げる要素のバランスを考慮する必要があります。 - 高TDSレベルと作業者の作業経済性。 - フォーミングを最小限に抑える低TDSレベル。
	安全性	スケールによる過熱や溶存ガスによる腐食の危険性は明確です。極端なケースでは、フォーミング、あるいはスケールやスラッジの発生によってボイラ水位制御が不適切な水位を検知し、作業人員とプロセスの双方に危険が生じる可能性があります。

スパイラックス・サーコではSteam Boilers - The Inside Storyの実験動画をご用意しております。キャリーオーバーも確認いただけます。竜巻のようにボイラ水が吸い込まれていく現象をぜひビデオでご覧ください。

蒸気に関するWebマガジン No.53

スチームマネジメント

ボイラーから発生した蒸気は、乾き度維持、圧力制御、流量計測、トラップ管理、ドレン管理等、様々なマネージメントが要求されます。
各箇所における、適切な「スチーム・マネージメント」の実施は、お客様のシステムの生産性向上、効率・環境の改善、コストダウンと共に、それらを高い基準で維持する事に繋がります。

これらは『スチーム・マネージメント』の代表例であり、ほかにも多くの項目がありますが、それらすべてをお客様で実践することは大変です！
蒸気のことは、すべてスパイラックス・サーコに任せてください。当社はお客様の持続可能な成長のために、貢献させていただきます。

次回は『温水をつくるー貯湯槽編　第1回』です。

蒸気に関するWebマガジン　No.36

◆蒸気の種類

蒸気を普段つかわれている方は多いと思いますが、ひとくちに"蒸気"といってもいくつか種類があることはご存知ですか？

『製品の品質と蒸気の純度』で蒸気の種類について説明しています。

今回は蒸気の純度で分類した際の"フィルタースチーム"について考えてみたいと思います。

蒸気の純度と改めて言われても、ボイラーから出たら100％水だよね？と思われる方が多いかと思います。　

実際には極微量ではあるものの異物が混じっています。こういった異物は原水や薬品、配管途中の錆が原因として考えられます。

異物が混ざっていると聞くと製品への影響が気になると思います。

安全性や品質について心配であればフィルタースチームにしてはいかがでしょうか？

製品と接触がある蒸気については食品飲料業界では2ミクロン以上の粒子を95%除去したものをするように基準が設けられています。*1 (3A Sanitary Standards :Culinary Steam)

人体に入る可能性のある蒸気はきれいな方が安心ですよね。

◆フィルタースチームの作り方

※クリックでポップアップウィンドウが開きます。

1.ストレーナ

プレフィルターとして一般的には100メッシュのストレーナーを設置します。そこで、大きな異物（サビやスケールなど）を除去します。

2.セパレータ

セパレータを設置することによって、凝縮水・同伴水を分離、除去し、蒸気の質と純度を向上させます。

3.フィルター

通常は5ミクロンのフィルターを設置します。ただ品質向上のために1ミクロン等のより小さな孔径を選定することも可能です。

4.サンプリング

凝縮水の定期的なサンプルテストを行い、水処理プログラムが正しく行われていることを確認します。確認は断続的・連続的なものがありますが、連続的であれば、突変にも対応できます。

スパイラックス・サーコのフィルターの詳細につきましてはこちらからご覧ください。

日々、蒸気に関して疑問や困った事はありませんか？

蒸気の事は、全てスパイラックス・サーコに任せてください。当社はお客様の持続可能な成長のために、貢献させていただきます。

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次回はドレン回収についてです。こちらからご覧ください。

蒸気に関するWebマガジン　No.34

◆蒸気の純度って、考えたことありますか？

蒸気は、汚染されていない無菌のエネルギー源として理想的であると一般的には考えられています。しかし、プロセスに直接接触する他の媒体と同様に、予防処置を実施して、潜在的リスクを最小限にする必要があります。

一般に、食品加工で使用される蒸気には4種のグレードがあり、各グレードによって汚染リスクが異なります。下の表をご覧頂いてもそれぞれの使用に適した蒸気の純度があることがお分かり頂けるはずです。

1.プラントスチーム

最低グレードの蒸気で潜在汚染リスクが最も高い蒸気です。プラントスチームの使用による汚染レベルは、以下の原因によって決まります。

・ボイラに入れる原水の質

・蒸気システムに注入されている薬注のレベルと、水処理管理プログラムの遵守レベル

・ボイラの正しい操作（蒸気負荷、水位の制御、TDS制御、運転圧力、その他）

・プロセスからの二次汚染

2.フィルタースチーム（食品加工用蒸気）

プラントスチームを使用し、蒸気フィルター（5ミクロン）を通過したものです。蒸気フィルターを使用しても、ボイラー・キャリーオーバーおよび二次汚染による潜在的汚染リスクは残ります。

フィルター通過後の汚染量は、問題の深刻度、保守体制および蒸気流速によってきまります。

こちらのページでフィルターと一般材料の表をご確認ください。

フィルターで除去できる物質

フィルタースチームについては、特集でも解説しています。

こちらもご覧ください。

3.クリーンスチーム

食品・飲料用途向けの最高グレードの蒸気です。通常は、専用のクリーン蒸気発生器で精製水からつくります。クリーンスチームは純度が重視されるプロセスでの使用が適しています。

4.ピュアスチーム

製薬産業においてクリーンスチームを発展させたものです。ピュアスチームの質および純度は、今日の食品飲料産業に求められるレベルを超えるものです。

◆法的な責任・そのための基準

食品飲料製造業者は、一般的にはHACCPの手法に従い、潜在的なリスクを特定して、管理することにより、製品の品質を保証する法的な責任があります。しかし、蒸気の質（乾き度）および純度に関する法律的なガイダンスが存在しないため、製造業者は適切な社内標準を確立し、それが遵守されているかどうかを管理しなければなりません。

第一歩として、蒸気を直接噴射して使用している工程（蒸し、ボイル）で、潜在的なリスクと必要とされる蒸気の純度に関して、検討をしてみてはいかがでしょうか？

もしグレードにご心配や不安に感じることがありましたら、こちらよりご連絡ください。

フィルタースチームについてもぜひご覧ください。こちらから。

蒸気に関するWebマガジン　No.13

◆蒸気質の低下原因

蒸気の質（乾き度）を高く維持するための5ポイントを『蒸気の乾き度』の回で解説しました。

その中の『ボイラ圧力を高く維持し、キャリーオーバーを制限する』ことによる蒸気質の低下抑制について詳しく解説していきます。

◆ボイラ圧力を高く維持し、キャリーオーバーを制限する

省エネボイラには「高効率」であることと同時に「高品質」の蒸気を発生させることが要求されます。国内で主流の貫流ボイラのボイラ効率は98% まで高められており、極めて完成された熱交換器であることが判ります。ですが、どのような高効率ボイラでも、急激な負荷増加に伴う圧力低下は避けられず、この圧力低下がキャリーオーバーの要因となります。圧力が低下した時に、ボイラ内部で何が起こっているかを考えてみましょう。

ボイラ内部の圧力低下により、蒸気の基本特性から次の事が起こります。

a) 蒸気の飽和温度が下がり、ボイラ内の缶水の自己蒸発（フラッシュ）により蒸気発生量が増加する。

b) 蒸気の比体積が増加し、缶水内で発生する蒸気泡が大きくなり、水位の上昇を促進する。

c) この水位上昇と比体積増加により、ボイラ出口の蒸気流速が加速され、上昇した水面の水滴を蒸気が運んでいくこととなる。

このボイラ出口から水滴が蒸気とともに運ばれる現象を『キャリーオーバー』といいます。

これらの事は、貫流ボイラよりも保有水量の多い炉筒煙缶ボイラでも、発生することが判っており、ボイラ内部で竜巻のように水面の缶水が蒸気出口に向かって吸い込まれていく様子を紹介しています。

◆では実際にボイラの中では何が起こっているのか見てみましょう

見られない方は、下記リンクよりＹｏｕｔｕｂｅに飛んでください。

https://youtu.be/Eupxbs5ue9U

◆『蒸気質の低下原因#02』では

運転管理側からできるキャリーオーバー防止策について解説します。こちらからご覧ください。

蒸気に関するWebマガジン　No.5

◆飽和蒸気表の蒸気って・・

飽和蒸気表に記されている物性値は、全て乾き度100％の飽和蒸気が保有してる値ってご存知でしたか？

乾き度100％の蒸気は、工場内どこにもありません。飽和蒸気を発生させるボイラ出口の最も高い値でも乾き度99％が上限です。

その後、配管内を流れながら放熱によってさらに乾き度が低下していくので、実際に工場内に存在する蒸気のほとんどが水分を含んでいることになります。

◆蒸気内の水分が曲者！

この水分が蒸気配管のウォーターハンマーや配管、配管部材の浸食を促進する原因となって、メンテナンス費用を増加させます。また、湿り蒸気は単位質量あたりのエンタルピーが飽和蒸気より少ないので、同じ生産を行うためにより多くの蒸気を消費することになります。

◆蒸気の乾き度を高く維持するメリット

蒸気の乾き度を高く維持すると、次のような効果があります。

①ウォーターハンマーの軽減

②配管・配管部材の浸食によるトラブル軽減

③蒸気消費量の削減

◆乾き度を高く維持する方法は？

①ボイラ圧力を高く維持し、キャリーオーバーを制限する。

⇒キャリーオーバーとは、ボイラ内部の圧力低下により、ボイラ内水面から水滴が蒸気主管に運ばれていく現象のことです。詳しくは『蒸気質の低下原因』でも解説しています。

②高圧移送、低圧利用により減圧効果による乾き度の改善を有効利用する。

⇒減圧効果とは、減圧弁で減圧する場合に絞り断熱膨張と呼ばれる、減圧による飽和温度が下がっても、ドレンを再蒸発させて乾き度が向上する効果のことです。

③配管口径を正しく選定し、フランジや機器を含めて保温する。

⇒必要な蒸気を運ぶ、適切な配管を選定し、適切な保温を施すことにより、放熱を減らすことができ乾き度を保ちます。

④適切な箇所にスチームトラップを設置し、配管内のドレンを排出する。

⇒スチームトラップにより配管内から素早くドレンを除去することにより、乾き度を保ちます。

⑤セパレーターの設置により浮遊ドレンを配管内から除去する。

⇒スチームトラップで取りきれない蒸気内の浮遊ドレンをセパレーターのバッフル（板）に当てることによって取り除きます。

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『製品の品質と蒸気の純度』もぜひご覧ください。

次回はスチームトラップについてのお話しです。

スチームトラップとは