JP6353394B2 - 水撃防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、水柱分離による水撃を防止する水撃防止装置に関するものである。

流体輸送設備では、トリップや停電などでポンプを駆動する電動機の出力が急に断たれた場合、管路内に負圧が発生し、その負圧が管内の流体の飽和蒸気圧以下になると水柱分離を発生する。そして、水柱分離を起こした箇所よりも先の配管のレベルが高い場合には、管端の静水頭によって水柱分離箇所より先で流体の逆流が生じ、水柱分離箇所付近で再衝突を起こし、管路破損などの不具合が発生することが知られており、その対策が取られている。

例えば、小型のポンプではフライホイールを付加することで、ポンプが急停止した場合においてもフライホイールの慣性でポンプの回転が徐々に低下するようにして管路に発生する負圧が大きくならないようにする方法がある。しかしながら、この方法は、フライホイールの大きさに製作上、運転上及び規模上の制約があるため、ポンプが大型になるとフライホイールが大きくなり、実施が困難である。

また、管路において大気圧以下となる箇所に調圧水槽を設置し、負圧が大きくならないようにする方法がある。しかしながら、この方法は、配管が長く、水柱分離の発生箇所が２箇所以上の場合に発生箇所ごとに調圧水槽を設置しなければならないため、設置場所の用地確保が必要であり、設備も大きく、設備費も高価になる。
また、圧力空気槽をポンプ機場内に設置する方法がある。この方法は、ポンプ機場内に圧力空気槽を設置すれば全送水管路に対して効果があるので、用地確保を確保する必要がない。しかしながら、この方法は、輸送ポンプが船舶やローリー車に付随するなど移動式である場合には圧力空気槽の設置が困難である。

これらの従来の技術では、上記したように、設備上の問題や規模、価格の問題がある。そこで、設備費が安い対策として、水柱分離が発生する箇所に空気弁を設置し、空気を積極的に吸引導入することで、水柱分離を大気圧下で行わせることにより水柱再衝突時の衝撃を緩和しようとする方法が特許文献１に開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示の方法は、管路に負圧が発生すると多量の空気を管内に吸引するため、流体が可燃性である場合、液体流動で生じる静電気によって発火し、火災の原因となる恐れがある。したがって、可燃性流体の場合、空気を使用した水撃対策は望ましくない。

実開平３−６０６９０号公報

本発明の目的は、可燃性液体においても水柱分離による水撃を防止し、かつ逆流による異種流体の接触を防止することが可能な水撃防止装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る水撃防止装置は、ポンプにより可燃性液体が輸送される可燃性液体輸送配管と不活性ガス供給源とを結ぶガス供給経路と、ガス供給経路の途中に設置され、かつ不活性ガス供給源から供給された不活性ガスを封入する圧力タンクと、可燃性液体輸送配管と圧力タンクとの間のガス供給経路に設置され、かつ可燃性液体輸送配管内の圧力が大気圧以下になったときに圧力タンクから可燃性液体輸送配管に不活性ガスを供給する差圧式逆止弁と、不活性ガス供給源と圧力タンクとの間のガス供給経路に着脱可能に設置されるフレキシブルホースとを備えている。
本発明の上記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。

本発明によれば、可燃性液体においても水撃を防止し、かつ逆流による異種流体の接触を防止することが可能な水撃防止装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る水撃防止装置の概略構成を示す配管図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る水撃防止装置について説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る水撃防止装置１は、ポンプ５により可燃性液体が輸送される可燃性液体輸送配管２と不活性ガス供給源３とを結ぶガス供給経路４を備えている。また、一実施形態に係る水撃防止装置１は、ガス供給経路４の途中に設置され、かつ不活性ガス供給源３から供給された不活性ガスを封入して蓄える圧力タンク１１を備えている。また、一実施形態に係る水撃防止装置１は、可燃性液体輸送配管２と圧力タンク１１との間のガス供給経路４に設置され、かつ可燃性液体輸送配管２内の圧力が大気圧以下になったときに弁体が開いて圧力タンク１１から可燃性液体輸送配管２内に不活性ガスを供給する差圧式逆止弁１２を備えている。また、一実施形態に係る水撃防止装置１は、不活性ガス供給源３と圧力タンク１１との間のガス供給経路４に脱着可能に設置されたフレキシブルホース１３とを備えている。また、一実施形態に係る水撃防止装置１は、不活性ガス供給源３とフレキシブルホース１３との間のガス供給経路４に設置された減圧弁１４を備えている。

可燃性液体輸送配管２は、ポンプ５の吐出側（二次側）に連結されている。ポンプ５の吸入側（一次側）には、可燃性液体吸入配管６を介して可燃性液体供給源７が連結されている。ポンプ５は、電動機の駆動力によって可燃性液体供給源７から可燃性液体吸入配管６を通して可燃性液体輸送配管２内に可燃性液体を圧送するようになっている。可燃性液体供給源７は、例えば可燃性液体が充填されたタンクなどで構成されている。可燃性液体としては、例えばガソリン、重油などの液体がある。可燃性液体は、輸送時に加熱、保温して液体状態であれば良い。この一実施形態では可燃性液体として例えばタールを用いている。可燃性液体輸送配管２は、例えば呼び径３００Ａの大きさで構成されている。

不活性ガス供給源３は、不活性ガスがポンプなどの圧送により輸送供給される配管、若しくは不活性ガスを加圧封入した圧力ボンベなどで構成されている。不活性ガスとしては、例えば窒素、アルゴンなどを用いることができる。この一実施形態では例えば窒素（Ｎ_２）ガスを用いている。
図１に示すように、ガス供給経路４には、上述した圧力タンク１１、差圧式逆止弁１２、フレキシブルホース１３及び減圧弁１４の他に、複数の仕切弁２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２が設置されている。仕切弁２２は、不活性ガス供給源３と減圧弁１４との間に配置されている。仕切弁２１ａは、減圧弁１４とフレキシブルホース１３との間に配置されている。仕切弁２１ｂは、フレキシブルホース１３と圧力タンク１１との間に配置されている。仕切弁２０ａは、圧力タンク１１と差圧式逆止弁１２との間に配置されている。仕切弁２０ｂは、差圧式逆止弁１２と可燃性液体輸送配管２との間に配置されている。

減圧弁１４は、不活性ガス供給源３から圧力タンク１１に不活性ガスを減圧して例えば絶対圧０．１７ＭＰａの圧力で供給するようになっている。
圧力タンク１１は、減圧弁１４により減圧された圧力で不活性ガスを封入して蓄えるようになっている。圧力タンク１１は、容量が例えば１．６ｍ^３の大きさで構成されている。

差圧式逆止弁１２は、可燃性液体輸送配管２内の圧力が大気圧以下になったときに自動的に圧力タンク１１から可燃性液体輸送配管２内に不活性ガスを供給するようになっている。差圧式逆止弁１２は、例えば０．０７ＭＰａの差圧で駆動するようになっている。
フレキシブルホース１３は、圧力タンク１１に不活性ガスを封入する時以外ではガス供給経路４から取り外すことにより、不活性ガス供給源３から圧力タンク１１を縁切りするようになっている。フレキシブルホース１３の両端は、ガス供給経路４への脱着を容易にするため、例えば脱着式のフランジ機構になっている。

ガス供給経路４は、主に配管及びフレキシブルホース１３で構成されている。そして、ガス供給経路４のうちフレキシブルホース１３の設置箇所を除いた他の箇所に、圧力タンク１１、差圧式逆止弁１２、減圧弁１４及び仕切弁２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２などが設置されている。ガス供給経路４は、可燃性液体輸送配管２において水柱分離が発生する箇所に連結されている。

次に、本発明の一実施形態に係る水撃防止装置１の効果について説明する。
可燃性液体輸送では、ポンプ５を運転して可燃性液体輸送配管２内の可燃性液体を輸送している時に、トリップや停電などによりポンプ５が急停止することがある。このポンプ５の急停止によりポンプ５の吐出側の直後で可燃性液体輸送配管２内に大気圧以下の負圧（圧力低下）、即ち水柱分離が発生する。このとき、一実施形態に係る水撃防止装置１は、可燃性液体輸送配管２内の圧力が負圧（大気圧以下）になったことにより差圧式逆止弁１２が開き、圧力タンク１１から可燃性液体輸送配管２内に不活性ガスを自動的に供給する。すなわち、不活性ガスは水柱分離を起こした箇所に自動的に供給される。そして、可燃性液体輸送配管２内の水柱分離箇所に供給された不活性ガスは、ポンプ５の急停止による圧力低下により可燃性液体輸送配管２内の水柱分離箇所で分離した可燃性液体が可燃性液体輸送配管２の管端での静水頭（ポンプ５の吐出側の液位（水位））によって逆流して来て圧縮されることで逆流エネルギーを吸収する。そして、可燃性液体輸送配管２内の水柱分離箇所では、逆流のエネルギーに相当する圧力上昇が発生し、水柱同士の衝突による衝撃が緩和される。ここで、一実施形態に係る水撃防止装置１は、可燃性液体輸送配管２の水柱分離発生箇所に不活性ガスを供給するので、静電気による火災の発生を防止しながら水柱同士の衝突による衝撃を緩和することができる。したがって、本発明の一実施形態に係る水撃防止装置１は、衝撃音や振動、更に配管の破損の原因となる水撃を可燃性液体においても防止することができる。

また、本発明の一実施形態に係る水撃防止装置１は、不活性ガス供給源３から圧力タンク１１に不活性ガスを供給するとき以外はフレキシブルホース１３をガス供給経路４から取り外すことにより、不活性ガス供給源３と圧力タンク１１とを縁切りする、換言すれば不活性ガス供給源３と圧力タンク１１との連結を完全に遮断することができる。したがって、本発明の一実施形態に係る水撃防止装置１は、差圧式逆止弁１２に不具合が生じて逆流防止効果が失われても、可燃性液体輸送配管２から不活性ガス供給源３への可燃性液体の逆流を防止することができるので、逆流による異種流体の接触（可燃性液体と不活性ガスとの接触）を防止することができる。可燃性液体輸送配管２から不活性ガス供給源３への可燃性液体の逆流は不活性ガス供給源３の閉塞などのトラブルの原因となるため、不活性ガスを用いて水撃を防止する場合においては不活性ガスの逆流防止は重要である。

また、本発明の一実施形態に係る水撃防止装置１は、可燃性液体輸送配管２内の圧力が負圧（大気圧以下）になったことにより差圧式逆止弁１２が開き、圧力タンク１１から可燃性液体輸送配管２内に不活性ガスを自動的に供給するようになっているので、不活性ガス供給源３から圧力タンク１１に不活性ガスを供給するとき以外にフレキシブルホース１３を取り外していても、可燃性液体輸送配管２内の圧力が大気圧以下になったときに、圧力タンク１１から可燃性液体輸送配管２内に不活性ガスを自動的に供給することができる。

この結果、本発明の一実施形態に係る水撃防止装置１は、可燃性液体においても水撃を防止することができると共に、逆流による異種流体の接触を防止することができる。
なお、本発明の一実施形態に係る水撃防止装置１を用いた場合のポンプ急停止時における圧力変化の結果を表１に示す。

表１から分かるように、一実施形態に係る水撃防止装置１によれば、可燃性液体輸送配管２内の圧力が負圧（大気圧以下）になった時に圧力タンク１１から可燃性液体輸送配管２内に自動的に不活性ガスが供給され、水撃を防止できることが確かめられた。
以上、本発明を上記一実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

１…水撃防止装置
２…可燃性液体輸送配管
３…不活性ガス供給源
４…ガス供給経路
５…ポンプ
６…可燃性液体吸入配管
７…可燃性液体供給源
１１…圧力タンク
１２…差圧式逆止弁
１３…フレキシブルホース
１４…減圧弁
仕切弁…２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２２ｂ，２２

Claims (3)

1. ポンプにより可燃性液体が輸送される可燃性液体輸送配管と不活性ガス供給源とを結ぶガス供給経路と、
   前記ガス供給経路の途中に設置され、かつ前記不活性ガス供給源から供給された不活性ガスを封入する圧力タンクと、
   前記可燃性液体輸送配管と前記圧力タンクとの間の前記ガス供給経路に設置され、かつ前記可燃性液体輸送配管内の圧力が大気圧以下になったときに前記圧力タンクから前記可燃性液体輸送配管に前記不活性ガスを供給する差圧式逆止弁と、
   前記不活性ガス供給源と前記圧力タンクとの間の前記ガス供給経路に着脱可能に設置されるフレキシブルホースと、
   を備えていることを特徴とする水撃防止装置。
2. 前記ガス供給経路は、前記可燃性液体輸送配管において水柱分離が発生する箇所に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の水撃防止装置。
3. 前記不活性ガス供給源と前記フレキシブルホースとの間の前記ガス供給経路に設置された減圧弁を更に備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水撃防止装置。

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