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基本設計を開始する際の出発点がプロセス設計です。化学工学についてある程度知っており、プロセス設計を学びたい方を対象としています。「プロセス設計の実務」はプロセス設計への実務編としてもご利用下さい。

プロセスエンジニアリングの計算ルール

ガスの圧力損失計算液体の圧力損失計算水スチームのフラッシュ計算縦型円筒容器の容量計算 前のページへ
ガス放出の必要時間液体ドレンの必要時間圧縮機の軸馬力計算ポンプの軸馬力計算 次のページへ

第7章 計装制御

7.2.5 Closed outlet

このclosed outletは出口が閉鎖されるという意味で、連続的に流出する流体が何らかの理由で空間内に閉じ込められ、その空間の圧力が上昇する現象を言う。
例えば風船に息を吹き込んでいくと、次第に風船内部の圧力が上昇して風船は徐々に膨らんでいく。さらに吹き込んでいくと急激に膨らみ、風船が伸びることで膜の厚みが薄くなって最後には破裂する。もし、破裂前に吹き込みを止めて吹き込み口を開放すると、中の空気が抜けていき風船は萎んでいく。しかし、萎んだ後の風船の大きさはもとの大きさには戻らず、膜の厚みも薄くなったままになる。

以後、機器や配管などから構成される限定された空間をバウンダリー(boundary)と呼ぶことにする。このバウンダリーは化学工学の基本である物質熱収支を考える上での限定された範囲を意味する。

例えば下図のバウンダリーには、左側から流量調節弁(FV)を通して常に流体が流入している。このバウンダリーから圧力調節弁(PV)B弁を通して流体が流出するケース①と、手動制御弁(HV)C弁を通して流体が流出するケース②、それと圧縮機Dを介して流体が流出するケース3の3通りを想定する。そうすると、それぞれのclosed outletの原因は、

  1. ケース①:closed outletの直接原因は圧力調節弁B弁の誤動作による閉(close)である。
  2. ケース②:closed outletの直接原因は手動制御弁C弁の誤動作による閉(close)である。
  3. ケース③:closed outletの直接原因は圧縮機Dの停止である。


いずれもバウンダリーの圧力は上昇していく。このようにclosed outletの原因は制御弁や調節弁の閉(close)だけではなく、流体を輸送する圧縮機やポンプなどの流体機械の停止も含まれる。勿論、制御弁や調節弁などの自動弁だけでなく、オペレーターが間違って手動で弁を閉鎖してもclosed outletは起こりえる。

Closed outletでの圧力上昇がバウンダリー出口を起因とすれば、”inadvertment valve opening” ではバウンダリー入口を起因とする圧力上昇となる。

Closed Outletの考え方

Closed outlet、つまり出口が閉じた状態はどのような状況で作られるのでしょうか? この状況を理解することで化学プラントの安全対策に一歩近づくことが出来ます。例えば以下のような現象はclosed outleとして考えるべきでしょうか、それとも考える必要がないと思いますか? ここでは次の状況を想定してみます。(引っかけ問題です)

ある装置出口側に圧縮機が設置されている。その圧縮機が何らかの原因で停止した場合、装置からのガスの行き場がなく圧力が上昇します。そこで、

  • 圧縮機停止を想定して入口側に圧力調節用の放出制御弁が設置されている。そこで圧力が上昇する可能性は低いのでclosed outletには匹敵しない。
  • 圧縮機停止時に放出制御弁が何らかの原因で壊れる可能性があるので、圧力が上昇することもあり得る。そこでやはりclosed outletと考えるべき。
  • 上記のトラブルを想定して安全弁が設置されているので、closd outletにならない。