理論的圧力計算
貯蔵タンク内に圧縮空気を注入する際に必要な最小圧力を求めるには、タンク内部の既存のガス圧および水柱によって生じる静水圧を克服しなければなりません。
- 水柱静圧：20メートルの水柱が生じる静水圧はおよそ 1.96 bar （計算式：P=ρgh、水の密度は約1000kg/ m³、重力加速度を9とします。 8m /秒²）。
- 貯蔵タンクの現在のゲージ圧：既知の貯蔵タンクの現在のゲージ圧は 1 bar。
したがって、注入点の理論上の最低圧力は、両者の和に相当する。 1.96 bar + 1 bar =2.96 bar。これは、圧縮空気の圧力が……よりも高くなければならないことを意味します 2.96 bar ようやく貯蔵タンクの底部へと進入することができた。
実際の工事における圧力の要求
実際の工業応用においては、理論上の最低圧力を満たすだけでは不十分です。圧縮空気が適切な流速で供給され、システム内の各種抵抗を克服できるようにするためには、一定の圧力余裕を確保しておく必要があります。
- 配管および弁の抵抗：空気がダクト、エルボ、逆止弁および制御弁を流れる際に圧力損失が生じるため、通常は増加が必要である 0.5 bar まで 1 bar の余裕。
- 動的変動：ガス注入中に液面が変動する場合や、使用側のガス消費量が変動する場合があり、ガス供給源の圧力は安定性が求められます。
総合的に検討した結果、圧縮空気の注入圧力を次のように設定することを推奨します。3.5 bar まで 4.0 barの間。
空気圧縮機の選定と安全に関する提案
必要な圧力を決定した後、空気圧縮機の選定およびシステム設計に際しては、以下の重要なポイントにも留意する必要があります。
- 排気圧力：空気圧縮機の公称吐出圧力は、システムの動作圧力より若干高い方が適しています。推奨される公称圧力は 7 bar または 8 bar 通常の産業用空気圧縮機から、減圧弁で目標圧力に調整し、安定した空気供給を確保します。
- トラフィックのマッチング：圧力に加えて、空気圧縮機の吐出量はプロセス上の要求を満たさなければなりません。流量が小さすぎるとガス注入時間が過長となり、期待するプロセス効果が得られません。
- 安全防護：貯蔵タンクには、安全弁および圧力計を設置しなければならない。安全弁の設定圧力は、通常の運転圧力を上回りながらも、タンクの設計圧力を下回るように定め、誤操作や減圧弁の機能不全に起因するタンクの過圧を防止しなければならない。
- 逆流防止設計：圧縮空気配管には必ず逆止弁を設置し、気圧の変動や運転停止時に20メートルの高さにある水が逆流して空気圧縮機システム内に侵入するのを防止しなければなりません。