安全弁のリークについて

質問

質問させて頂きます

3ヶ月前からプラント関係の仕事を始めました。

設備内に高圧蒸気配管があるのですが、途中に安全弁が設置されています。
どうやら安全弁から若干量ですがリークがあるようです。

なんとかリーク量を計算で知りたいのですが・・・どのように計算すればいいでしょうか
条件としては蒸気量、入側の温度、圧力。出側の温度がわかります。
（おそらくもう少し条件が必要になると思います・・・）

自分で調べた範囲ではエンタルピーなどから求められるそうですが、
当方分野外でなかなか答えに行き着きません。

宜しくお願いします。

回答No.1

joshua01

こんにちは。
なかなか難しい問題ですね。

私も本当の専門ではありませんし、熱力学もちゃんとはわからないのですが、より単純にした、下記の説明は参考になるでしょうか。
ポイントは、「入口と、出口で、それぞれ、温度、圧力、蒸気の体積流量がわかるなら、高校並み・・・一方、これに相当するものがわからないなら、多分、測定項目不足で漏洩量を確定できない・・・」

まず、もし、入り側と出側とで、蒸気の「質量流量」が計れれば、中間の漏れはすぐにわかるでしょう。
入り側で5g/秒で流れ込んでいるのに、出側で4g/秒なら、温度も圧力も関係なく、1g/秒で漏洩している・・・。

しかし、一般的には流量は体積（リットル/秒など）として計測されるので、高校物理で習うｐＶ＝ｎＲＴの原理で計算することになりますね。
・入り側と出側で温度が一定なら、圧力と体積流量のかけ算結果を比較してその減少分だけ漏れている。
・入り側と出側で温度が異なれば、例えば漏れがなくとも温度が低くなった比率（絶対温度での比率）の分だけ体積が減少するので、その分を掛け合わせてから比較する。
ということになるので、温度・圧力・体積流量を入口・出口でそれぞれ計ることさえできれば考え方は比較的単純ですよね。
でも、このことは、実は、これらに相当する・代替できるパラメータをすべて入手しないと、結局算定が出来ないことを示しています。

他の例として、体積流量が一方しか計測できないなら、確かに「熱」の量で換算するという考え方があります。
この場合「エントロピー」まで使うかどうかは別としても、熱の総量として計算をすると一定の目安になるので、いっそ、「漏れている熱量」を計ることにします。でも・・・
入口の熱量；温度・圧力・体積流量で目安がつく。（さらには比熱も必要だが、どうせ相殺されるので省略可能）
出口の熱量；出口で温度・圧力しかわからなければ結局熱量も計算できない。だから差し引きはできない。
漏れる熱量；意表を突いて「漏れる熱量」をはかる。例えば、安全弁を断熱剤で包み、氷を一定量入れて、温度の上がり方や解ける速度を計測して漏れ出た熱量として算出する。もっとも、正確に算出するなら、弁やパイプの材質表面からの放熱を差し引く必要があるが、これら材料の部分ごとの表面温度の測定や材料の種類ごとの熱伝導度を考慮したシミュレーションを考えるとすごく大変・・・・。

なかなか難しいところですが、ご参考になりますでしょうか。
お役に立てば幸です。