JPWO2016056481A1 - ドレン回収装置 - Google Patents

Abstract

ドレン回収系統（１０）（ドレン回収装置）は、ガスが供給されて凝縮する熱交換器（３）（ガス使用機器）に接続される回収管（１５）と、熱交換器（３）よりも低い位置に設けられると共に回収管（１５）に接続され、熱交換器（３）でガスの凝縮によって発生したドレンが回収管（１５）を通じて流入する密閉状のヘッダータンク（１１）と、ヘッダータンク（１１）に接続され、ヘッダータンク（１１）のドレンをその利用側へ供給する供給系統（２０）と、入口端（４１ａ）がヘッダータンク（１１）内の上部に開口する一方、出口端（４１ｂ）が大気に開放されるオーバーフロー管（４１）を備えている。

Description

ここに開示された技術は、ガス使用機器でガスが凝縮して発生したドレンを一時的にヘッダータンクに溜めて回収するドレン回収装置に関する。

ガス使用機器（熱交換器）においてガスが凝縮して発生したドレン（凝縮水）を一時的にヘッダータンクに溜めて回収するドレン回収装置が、例えば特許文献１に開示されている。このドレン回収装置は、ヘッダータンクと、該ヘッダータンクのドレンを利用側へ供給する供給系統とを備えている。供給系統は、液体圧送装置（ドレン圧送ポンプ）を備えている。液体圧送装置は、流入側が配管を介してヘッダータンクに接続され、圧送側（流出側）には利用側へ向かう配管が接続されている。ガス使用機器では、ガス（蒸気）が供給され、そのガスが対象物（水）に放熱して凝縮し、対象物（水）が加熱される。そして、ドレン回収装置では、ガス使用機器で発生したドレンがヘッダータンクに流入して貯留されると共に、ヘッダータンクのドレンが液体圧送装置に流入して利用側へ圧送される。

特開２００９−３０００１６号公報

ところで、上述した特許文献１のドレン回収装置では、液体圧送装置の故障や配管の詰まり等により供給系統の機能が停止してしまうと、いずれヘッダータンクが満杯となり、ガス使用機器（熱交換器）からヘッダータンクにドレンが流入しなくなる。そうすると、ガス使用機器では、ドレンの量が増加していき、これに伴いガスの供給量が減少する。その結果、ガス使用機器の能力（加熱能力）が著しく低下してしまう。そして、例えば火力発電所においてガスタービンに供給される燃料ガスを加熱するためのガス使用機器の場合、上述した能力（加熱能力）の低下は、すぐさま発電量の低下に繋がり、社会に多大な影響を及ぼしてしまう。

ここに開示された技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヘッダータンクのドレンを利用側へ供給する供給系統の機能が万一停止しても、ガス使用機器からヘッダータンクへのドレンの流入動作（ガス使用機器からのドレンの排出動作）を継続して行うことが可能なドレン回収装置を提供することにある。

ここに開示されたドレン回収装置は、回収管と、ヘッダータンクと、供給系統と、ドレン排出管とを備えている。上記回収管は、ガスが供給されて凝縮するガス使用機器に接続される。上記ヘッダータンクは、上記ガス使用機器よりも低い位置に設けられると共に上記回収管に接続され、上記ガス使用機器で上記ガスの凝縮によって発生したドレンが上記回収管を通じて流入する密閉状のものである。上記供給系統は、上記ヘッダータンクに接続され、該ヘッダータンクのドレンをその利用側へ供給するものである。上記ドレン排出管は、入口端が上記ヘッダータンク内の上部に開口する一方、出口端が大気に開放されているものである。

ここに開示されたドレン回収装置によれば、ヘッダータンクの上部にドレン排出管を設けるようにした。そのため、何らかの要因で供給系統の機能（供給機能）が停止することによりヘッダータンクのドレンが増大して満杯になっても、そのドレンをドレン排出管を通じて自動的に排出することができる。これにより、ヘッダータンクが満杯の状態になっても、ヘッダータンクのドレンがドレン排出管から排出されると共に、その排出された量のドレンをガス使用機器からヘッダータンクに流入させることができる。言い換えれば、ガス使用機器からヘッダータンクに流入する量のドレンをドレン排出管から排出させることができる。したがって、ガス使用機器からヘッダータンクへのドレンの流入動作（ガス使用機器からのドレンの排出動作）を継続して行うことができる。その結果、ガス使用機器においてドレンの量が増加することによって生ずる能力低下（加熱能力の低下）を防止することができる。

図１は、実施形態に係る蒸気システムの概略構成を示す配管系統図である。 図２は、実施形態に係るドレン回収系統の概略構成を示す斜視図である。 図３は、液体圧送装置の概略構成を示す断面図である。 図４は、実施形態に係る蒸気システムの概略構成を示す配管系統図である。

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態の蒸気システム１は、火力発電所に設けられ、ガスタービンに供給される燃料ガス（ＬＰＧ：液化石油ガス）を蒸気で加熱するためのものである。火力発電所では、ガスタービンが燃料ガスによって駆動され、これにより発電が行われる。図１および図２に示すように、蒸気システム１は、蒸気使用系統２とドレン回収系統１０を備えている。ドレン回収系統１０は、ドレン回収装置を構成している。

蒸気使用系統２は、ガス使用機器（蒸気使用機器）である熱交換器３を備えている。熱交換器３は、ガスである蒸気が対象物（本実施形態では、ＬＰＧ）に放熱して凝縮し、対象物が加熱されるものである。具体的に、熱交換器３は、いわゆるシェル型の熱交換器であり、内部空間に内部流路３ａが形成されている。熱交換器３には、蒸気の供給菅４と、ＬＰＧの流入管６および流出管７が接続されている。供給菅４は、内部流路３ａの一端（入口端）に接続されており、例えばボイラー（図示省略）で生成された蒸気が内部流路３ａに供給される。供給菅４には、蒸気の流量を調整する供給弁５が設けられている。流入管６および流出管７は、それぞれ熱交換器３の内部空間に連通している。

熱交換器３では、内部流路３ａの蒸気が、流入管６から流入した液状のＬＰＧに放熱することにより、液状のＬＰＧが加熱されて気化する（ガス状のＬＰＧになる）。蒸気は、ＬＰＧに放熱することで凝縮し、ドレン（凝縮水）になる。つまり、熱交換器３では蒸気の凝縮潜熱によってＬＰＧが加熱（潜熱加熱）される。熱交換器３で加熱されたＬＰＧは、流出管７からガスタービンへ供給される。

ドレン回収系統１０は、ヘッダータンク１１と、回収管１５と、供給系統２０と、非常時排出系統４０とを備え、熱交換器３で蒸気の凝縮によって発生したドレン（凝縮水）を一時的にヘッダータンク１１に貯留させて回収するものである。

回収管１５は、熱交換器３の内部流路３ａとヘッダータンク１１とに接続され、熱交換器３で発生したドレンをヘッダータンク１１へ流下させるものである。具体的に、回収管１５は、一端（流入端）が熱交換器３の内部流路３ａの他端（流出端）に接続され、他端（流出端）がヘッダータンク１１の頂部１２に接続されている。ヘッダータンク１１は、密閉容器であり、回収管１５からドレンが流入して貯留される。また、ヘッダータンク１１は、熱交換器３よりも低い位置に設けられている。

供給系統２０は、ヘッダータンク１１に接続されており、該ヘッダータンク１１に貯留されているドレンをその利用側（例えば、ボイラーの給水タンク）へ供給するものである。供給系統２０は、液体圧送装置２１と、流入管２２と、圧送管２３と、給気管２４と、排気管２５とを備えている。

流入管２２は、一端（流入端）がヘッダータンク１１の底部１３に接続され、他端（流出端）が液体圧送装置２１に接続されている。流入管２２には、ヘッダータンク１１側から順に、開閉弁３１および逆止弁３２が設けられている。逆止弁３２は、ヘッダータンク１１から液体圧送装置２１へ向かうドレンの流れのみを許容する。圧送管２３は、一端（流入端）が液体圧送装置２１に接続され、他端（流出端）が利用側に接続されている。圧送管２３には、液体圧送装置２１側から順に、逆止弁３３および開閉弁３４が設けられている。逆止弁３３は、液体圧送装置２１から給水タンクへ向かうドレンの流れのみを許容する。

給気管２４は、一端（流入端）が供給菅４における供給弁５の上流側に接続され、他端（流出端）が液体圧送装置２１に接続されている。排気管２５は、一端（流入端）が液体圧送装置２１に接続され、他端（流出端）が後述するオーバーフロー管４１の途中に接続されてヘッダータンク１１内の上部に連通している。給気管２４および排気管２５には、それぞれ開閉弁３６，３７が設けられている。

液体圧送装置２１は、ヘッダータンク１１のドレンが流入管２２を通じて流入し、その流入したドレンを圧送管２３を通じて利用側へ圧送するものである。また、液体圧送装置２１は、供給菅４の蒸気が給気管２４を通じて流入する一方、蒸気が排気管２５を通じてヘッダータンク１１に排出される。

液体圧送装置２１の概略構成について図３を参照しながら説明する。液体圧送装置２１は、密閉状のケーシング５１を備えると共に、該ケーシング５１内に設けられるフロート５２、フロート弁５３、スナップ機構５４、排気弁体６６および給気弁体６９を備えている。ケーシング５１には、上述した流入管２２、圧送管２３、給気管２４および排気管２５が接続される流入口５５、圧送口５６、給気口５７および排気口５８が形成されている。フロート５２は、浮き沈みに伴い支点５９を中心として揺動することにより、フロート弁５３を上下動させて圧送口５６を開閉するように構成されている。

スナップ機構５４では、第１レバー６１がフロート５２の揺動動作に伴い支点６２を中心として上下に変位する。また、スナップ機構５４では、第２レバー６３が支点６２を中心として回転自在に設けられ、第２レバー６３の端部と第１レバー６１の端部との間にコイルバネ６４が取り付けられている。第２レバー６３の上部には排気用の昇降棒６５が連結されており、該昇降棒６５の先端に排気弁体６６が設けられている。昇降棒６５の途中には連設板６７が取り付けられており、該連設板６７の上方に給気用の昇降棒６８が設けられている。この昇降棒６８の先端には、給気弁体６９が設けられている。

液体圧送装置２１は、ケーシング５１内のドレンの液位が低くフロート５２が底部１３に位置する場合、圧送口５６がフロート弁５３によって閉じられる一方、給気口５７が給気弁体６９によって閉じられると共に排気口５８が開く。つまり、２つの昇降棒６５，６８が下降した状態になっている。この状態の液体圧送装置２１では、ヘッダータンク１１のドレンが流入口５５から流入すると共に、蒸気が排気口５８から排出される。そして、ケーシング５１内の液位の上昇に伴いフロート５２が浮上すると、フロート弁５３が圧送口５６を開く。そして、フロート５２が所定位置まで浮上すると、２つの昇降棒６８がスナップ機構５４によって上昇し、排気口５８が排気弁体６６によって閉じられると共に給気口５７が開く。そうすると、供給菅４の蒸気が給気口５７から流入し、その流入した蒸気によってドレンが圧送口５６から圧送される。そして、このドレンの圧送に伴い液位が低下してフロート５２が所定位置まで下降すると、再び、圧送口５６が閉じられる一方、排気口５８が開くと共に給気口５７が閉じられる。上述した動作が繰り返されることで、ヘッダータンク１１のドレンが利用側へ供給される。

なお、本実施形態の供給系統２０では、圧送口５６を開閉するフロート弁５３が内蔵された液体圧送装置２１を用いているが、フロート弁が内蔵されず圧送口が常に開いている液体圧送装置を用いる場合、圧送管２３にスチームトラップが設けられる。

非常時排出系統４０は、供給系統２０の機能（供給機能）が万一停止することによりヘッダータンク１１のドレンが満杯になった場合（非常時）、ヘッダータンク１１からドレンを自動的に排出するものである。供給系統２０の機能が停止する要因としては、例えば、液体圧送装置２１や逆止弁３２，３３の故障等が挙げられる。

非常時排出系統４０は、オーバーフロー管４１と、スチームトラップ４３と、逆止弁４４とを備えている。オーバーフロー管４１は、ドレン排出管を構成している。具体的に、オーバーフロー管４１は、一端である入口端４１ａがヘッダータンク１１の頂部１２に接続され、他端である出口端４１ｂが大気に開放している。つまり、オーバーフロー管４１の入口端４１ａはヘッダータンク１１内の上部に開口している。また、オーバーフロー管４１の出口端４１ｂは、ヘッダータンク１１よりも低い位置に配置されている。つまり、オーバーフロー管４１は出口端４１ｂが入口端４１ａよりも低い位置にある。オーバーフロー管４１は、ヘッダータンク１１のドレンが満杯になると、ヘッダータンク１１の頂部１２からドレンを自動的に排出するものである。

スチームトラップ４３は、オーバーフロー管４１における入口端４１ａの位置よりも低い部分に設けられている。スチームトラップ４３は、上下流の圧力差によってドレンを下流側（即ち、出口端４１ｂ側）へ排出するものであり、ドレントラップを構成している。逆止弁４４は、オーバーフロー管４１における入口端４１ａの位置よりも低い部分に設けられている。逆止弁４４は、スチームトラップ４３の下流側に設けられている。逆止弁４４は、オーバーフロー管４１において入口端４１ａから出口端４１ｂへ向かうドレンの流れのみを許容する。また、オーバーフロー管４１には、スチームトラップ４３の上流側に開閉弁４２が設けられている。

なお、本実施形態のオーバーフロー管４１には、開閉弁３８を有する空気排出管２６が接続されている。空気排出管２６は、入口端がオーバーフロー管４１における排気管２５と開閉弁４２との間に接続され、出口端が大気に開放されている。空気排出管２６は、熱交換器３内やヘッダータンク１１内に存在する初期の空気を運転開始時に排出するためのものである。

〈ドレン回収系統の動作〉
先ず、通常時の動作について説明する。図１に示すように、熱交換器３で蒸気の凝縮によって発生したドレンは、回収管１５を流下してヘッダータンク１１に流入して貯留される。ヘッダータンク１１のドレンは、供給系統２０の液体圧送装置２１によって利用側へ圧送（供給）される。つまり、ヘッダータンク１１では、熱交換器３からドレンが流入すると共に、供給系統２０によってドレンが排出される。こうして、通常時のヘッダータンク１１ではドレンの液位が概ね一定に維持される。

次に、供給系統２０の機能（供給機能）が停止する非常時の動作について説明する。供給系統２０の機能が停止すると、ヘッダータンク１１では、熱交換器３からドレンが流入する一方、供給系統２０によってドレンが排出されない状態になる。そのため、ヘッダータンク１１では、ドレンの液位が上昇して最終的に満杯になる。このままの状態では、熱交換器３からヘッダータンク１１にドレンが流入しなくなり、熱交換器３においてドレンが増大してしまう。本実施形態では、ヘッダータンク１１が満杯になると、ヘッダータンク１１のドレンが回収管１５の水頭圧によってオーバーフロー管４１に流出し外部へ排出される。そして、オーバーフロー管４１から排出された量のドレンが熱交換器３から回収管１５を通じてヘッダータンク１１に流入する。したがって、ヘッダータンク１１が満杯になっても、熱交換器３からヘッダータンク１１へドレンを継続して流入させることができる。

以上のように、上記実施形態のドレン回収系統１０によれば、入口端４１ａがヘッダータンク１１の頂部１２に接続され、出口端４１ｂが大気に開放されるオーバーフロー管４１を設けるようにした。そのため、供給系統２０の機能（供給機能）が停止することによりヘッダータンク１１のドレンが満杯になっても、ヘッダータンク１１のドレンをオーバーフロー管４１から自動的に排出することができる。これにより、オーバーフロー管４１から排出された量のドレンを熱交換器３からヘッダータンク１１に流入させることができる。言い換えれば、熱交換器３からヘッダータンク１１に流入する量のドレンをオーバーフロー管４１から自動的に排出することができる。したがって、熱交換器３からヘッダータンク１１へのドレンの流入動作（熱交換器３からのドレンの排出動作）を継続して行うことができる。その結果、熱交換器３においてドレンの量が増加することによって生ずる能力低下（加熱能力の低下）を防止することができる。これによって、ガスタービンへの燃料ガスの必要供給量を確保することができ、これによって火力発電所の必要発電量を確保することができる。

また、ここに開示された技術は、上記実施形態のように液体圧送装置２１や逆止弁３２，３３といった故障を完全には回避できない機器を有する供給系統２０ではその機能が停止する虞が高くなるので、そのような供給系統２０を有するドレン回収系統１０に対して特に有効である。

また、オーバーフロー管４１の出口端４１ｂを大気に開放しているため、オーバーフロー管４１において圧力勾配（入口端４１ａ側が高く、出口端４１ｂ側が低い）を確実に形成することができる。これにより、容易にヘッダータンク１１のドレンをオーバーフロー管４１から排出することができる。

また、ヘッダータンク１１を熱交換器３よりも低い位置に設けているため、その高低差による水頭圧によってヘッダータンク１１のドレンをオーバーフロー管４１から容易に排出することができる。

さらに、上記実施形態によれば、オーバーフロー管４１にスチームトラップ４３を設けているため、ヘッダータンク１１からオーバーフロー管４１を通じて蒸気が洩れるのを確実に防止することができる。また、スチームトラップ４３はオーバーフロー管４１における入口端４１ａよりも低い部分に設けられているので、スチームトラップ４３の上流側に水頭圧を作用させることができる。これにより、スチームトラップ４３の上下流に圧力差が形成されるので、確実にスチームトラップ４３を動作させることができる。つまり、スチームトラップ４３において確実にドレンのみを下流側へ排出させることができる。

さらに、上記実施形態によれば、オーバーフロー管４１に逆止弁４４を設けているため、外部からオーバーフロー管４１を通じてヘッダータンク１１に空気が流入するのを確実に防止することができる。これにより、空気がヘッダータンク１１から回収管１５を通じて熱交換器３に流入するのを防止することができるので、熱交換器３の能力低下（加熱能力の低下）を防止することができる。また、スチームトラップ４３と同様、逆止弁４４はオーバーフロー管４１における入口端４１ａよりも低い部分に設けられているので、逆止弁４４の上流側に水頭圧を作用させることができる。これにより、逆止弁４４の上下流に圧力差が形成されるので、確実に逆止弁４４を開くことができ、ドレンを外部へ排出することができる。

なお、上記実施形態のオーバーフロー管４１は、入口端４１ａがヘッダータンク１１における側面の上部に接続されるものであってもよい。

また、上記実施形態の非常時排出系統４０は、スチームトラップ４３や逆止弁４４を省略するようにしてもよい。

また、上記実施形態の熱交換器３は、蒸気以外のガス（気体）が凝縮するものであってもよいし、加熱の対象物がＰＬＧ（燃料ガス）以外のものであってもよい。

ここに開示された技術は、ガス使用機器で発生したドレンを一時的にヘッダータンクに溜めて回収するドレン回収装置について有用である。

１ 蒸気システム
３ 熱交換器（ガス使用機器）
１０ ドレン回収系統（ドレン回収装置）
１１ ヘッダータンク
１５ 回収管
２０ 供給系統
２１ 液体圧送装置
２２ 流入管
４１ オーバーフロー管（ドレン排出管）
４１ａ 入口端
４１ｂ 出口端
４３ スチームトラップ（ドレントラップ）
４４ 逆止弁

Claims (4)

1. ガスが供給されて凝縮するガス使用機器に接続される回収管と、
   上記ガス使用機器よりも低い位置に設けられると共に上記回収管に接続され、上記ガス使用機器で上記ガスの凝縮によって発生したドレンが上記回収管を通じて流入する密閉状のヘッダータンクと、
   上記ヘッダータンクに接続され、該ヘッダータンクのドレンをその利用側へ供給する供給系統と、
   入口端が上記ヘッダータンク内の上部に開口する一方、出口端が大気に開放されるドレン排出管とを備えている
   ことを特徴とするドレン回収装置。
2. 請求項１に記載のドレン回収装置において、
   上記ドレン排出管は、上記出口端が上記入口端よりも低い位置に配置される一方、
   上記ドレン排出管における上記入口端の位置よりも低い部分に設けられ、上下流の圧力差によってドレンを下流側へ排出するドレントラップを備えている
   ことを特徴とするドレン回収装置。
3. 請求項１に記載のドレン回収装置において、
   上記ドレン排出管は、上記出口端が上記入口端よりも低い位置に配置される一方、
   上記ドレン排出管における上記入口端の位置よりも低い部分に設けられ、上記入口端から上記出口端へ向かうドレンの流れのみを許容する逆止弁を備えている
   ことを特徴とするドレン回収装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のドレン回収装置において、
   上記供給系統は、上記ヘッダータンクに流入管を介して接続され、該流入管を通じて上記ヘッダータンクのドレンが流入し、その流入したドレンを上記利用側へ圧送する液体圧送装置を備えている
   ことを特徴とするドレン回収装置。

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