(57)【要約】【課題】簡易な構成で、ガス中の異物を効率良く捕集することができるガス配管中の異物の除去装置を提供する。【解決手段】天然ガス等のガスを送る輸送配管１１には、その鉛直部１３から水平部１４へ流路方向を９０度変更するエルボ部１５が設けられ、ガスが鉛直部１３を下降してエルボ部１５から水平部１４へ流れるように構成されている。エルボ部１５の上流側で該エルボ部１５に近接する鉛直部１３には配管の内径を絞った絞り部１６が形成されている。この絞り部１６は、下流側ほど縮径する縮径テーパ部１７と下流側ほど拡径する拡径テーパ部１８とが連なるようにして形成されている。前記エルボ部１５の下流側で鉛直部１３の延長方向にはガス中の異物を捕集する異物捕集部１９が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが流通する配管には鉛直部から水平部へ流路方向を変更するエルボ部を設け、ガスが鉛直部を下降してエルボ部から水平部へ流れるように構成し、前記エルボ部の上流側でエルボ部に近接する鉛直部には配管の内径を絞った絞り部を形成するとともに、前記エルボ部の下流側で鉛直部の延長方向にはガス中の異物を捕集する異物捕集部を設けたことを特徴とするガス配管中の異物の除去装置。
【請求項２】
前記配管は円筒状に形成され、絞り部は下流側ほど縮径する縮径テーパ部と下流側ほど拡径する拡径テーパ部とが連なるようにして形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス配管中の異物の除去装置。
【請求項３】
前記絞り部の内径は、鉛直部の内径の１／３〜２／３であることを特徴とする請求項２に記載のガス配管中の異物の除去装置。
【請求項４】
前記ガスは燃料ガスであり、異物は酸化鉄を含有するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス配管中の異物の除去装置。
【請求項５】
前記異物の平均粒子径は１０〜４００μｍであることを特徴とする請求項４に記載のガス配管中の異物の除去装置。
【請求項６】
前記燃料ガスの流速は、１０〜４０ｍ／ｓであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のガス配管中の異物の除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス等のガス中に含まれる酸化鉄等の異物を分離、除去するためのガス配管中の異物の除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、天然ガス等の燃料ガスは鋼管製の燃料ガス配管により輸送され、その燃料ガス配管にはストレーナが接続されている。そして、燃料ガス中に酸化鉄等の異物が含まれていると、その異物がストレーナで捕集され、ストレーナの出入口における差圧が上昇する。この差圧がさらに上昇すると、燃料ガスを使用するユニットを停止しなければならない。そのような事態を回避するため、ストレーナを二重にすることも可能であるが、既設の燃料ガス配管に新たにストレーナを設置するスペースが必要になり、コストも嵩むという問題がある。
【０００３】
この種のガス中に含まれる異物の除去装置が特許文献１に開示されている。すなわち、この除去装置では、配管の途中にオリフィスを設け、そのオリフィス出口側の配管の下方にドレン管を取付け、このドレン管からオリフィスの入り口側へ向かって細孔が穿設されている。この除去装置によれば、オリフィスの出口側において乱流が発生するとともに、細孔内をドレン管側からオリフィス入り口側へ流体が流れるため乱流はさらに助長され、乱流中の異物は粒子沈降現象によりドレン管内に沈降する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２９２９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した特許文献１に記載されている従来構成の除去装置においては、配管にオリフィスを設け、その出口側にドレン管を取付けるとともに、オリフィス部分には細孔を斜めに貫通形成しなければならない。このため、除去装置の構成が複雑になるとともに、その製作が面倒になる。さらには、オリフィスの出口側における乱流を助長するために、前記細孔の位置、大きさ、角度等の設定が難しく、乱流を助長することは容易ではない。加えて、特許文献１の除去装置では、流体が具体的には水等の液体であることから、流体がガスである場合にそのまま適用することはできないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的とするところは、簡易な構成で、ガス中の異物を効率良く捕集することができるガス配管中の異物の除去装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明のガス配管中の異物の除去装置は、ガスが流通する配管には鉛直部から水平部へ流路方向を変更するエルボ部を設け、ガスが鉛直部を下降してエルボ部から水平部へ流れるように構成し、前記エルボ部の上流側でエルボ部に近接する鉛直部には配管の内径を絞った絞り部を形成するとともに、前記エルボ部の下流側で鉛直部の延長方向にはガス中の異物を捕集する異物捕集部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明のガス配管中の異物の除去装置は、請求項１に係る発明において、前記配管は円筒状に形成され、絞り部は下流側ほど縮径する縮径テーパ部と下流側ほど拡径する拡径テーパ部とが連なるようにして形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明のガス配管中の異物の除去装置は、請求項２に係る発明において、前記絞り部の内径は、鉛直部の内径の１／３〜２／３であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明のガス配管中の異物の除去装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明において、前記ガスは燃料ガスであり、異物は酸化鉄を含有するものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明のガス配管中の異物の除去装置は、請求項４に係る発明において、前記異物の平均粒子径は１０〜４００μｍであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明のガス配管中の異物の除去装置は、請求項４又は請求項５に係る発明において、前記燃料ガスの流速は、１０〜４０ｍ／ｓであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明のガス配管中の異物の除去装置では、ガスが流通する配管には鉛直部から水平部へ流路方向を変更するエルボ部が設けられ、ガスが鉛直部を下降してエルボ部から水平部へ流れるように構成されている。そして、エルボ部の上流側でエルボ部に近接する鉛直部には絞り部が設けられ、エルボ部の下流側で鉛直部の延長方向には異物捕集部が設けられている。
【００１２】
このため、配管の鉛直部に絞り部を設けるとともに、鉛直部の延長方向に異物捕集部を設けるという簡単な構造で異物の捕集を行うことができる。この場合、鉛直部内の異物は全体に分散された状態にあるが、絞り部に到ると絞りの中心部に集められるとともに、ガスの流速は速められ、異物は中心部に集められた状態で慣性力によりそのままの状態で真っ直ぐに流れて異物捕集部に捕集される。従って、異物の捕集率を高めることができる。
【００１３】
よって、本発明のガス配管中の異物の除去装置によれば、簡易な構成で、ガス中の異物を効率良く捕集することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本発明を具体化した第１実施形態のガス配管中の異物の除去装置を示す縦断面図、（ｂ）はその除去装置を示す横断面図。
【図２】第１実施形態の異物の除去装置について作用を示す要部拡大縦断面図。
【図３】（ａ）は第２実施形態のガス配管中の異物の除去装置を示す縦断面図、（ｂ）はその除去装置を示す横断面図。
【図４】（ａ）は異物の平均粒子径と捕集率との関係を示すグラフ、（ｂ）は異物の除去装置を示す横断面図。
【図５】本発明の別例を示す図であって、（ａ）は絞り部を断面円弧状に形成した異物の除去装置の縦断面図、（ｂ）は絞り部に直管部を設けた異物の除去装置を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態に関し、図１及び図２に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、燃料ガスとしての天然ガスは、図示しない貯留タンクから輸送配管１１で送られ、ストレーナ１２を介してガスタービン等の使用設備へ供給されるようになっている。輸送配管１１を流れるガスとしては、天然ガスのほか、水素（Ｈ２）、メタン（ＣＨ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）等が用いられる。円筒状をなす輸送配管１１には鉛直部１３から水平部１４へ流路方向を９０度変更するエルボ部１５が設けられ、天然ガスが鉛直部１３を下降してエルボ部１５から水平部１４へ流れるように構成されている。なお、エルボ部１５は、ガスの流れとしてはエルボ、配管構造としてはチーズ（Ｔ字）である。前記エルボ部１５の上流側位置でエルボ部１５に近接する鉛直部１３には、輸送配管１１の内径を絞った絞り部１６が形成されている。
【００１７】
この絞り部１６は、下流側ほど縮径する縮径テーパ部１７と下流側ほど拡径する拡径テーパ部１８とが連なるようにして形成されている。絞り部１６の内径は、好ましくは鉛直部１３の内径の１／３〜２／３に設定される。絞り部１６の内径が鉛直部１３の内径の１／３より小さい場合には、ガスの流れが急激に規制され、圧損が大きくなるとともに、所要のガス流量が得られ難くなって好ましくない。その一方、絞り部１６の内径が鉛直部１３の内径の２／３より大きい場合には、絞り部１６によってガス中に含まれる異物を絞りの中心部へ十分に集めることが難しくなり、異物の捕集率が低下して好ましくない。
【００１８】
前記鉛直部１３及び水平部１４の内径は例えば１９１ｍｍ、絞り部１６の内径は例えば１４３ｍｍに設定される。この場合、絞り部１６の内径は鉛直部１３の内径の約２／３である。また、縮径テーパ部１７及び拡径テーパ部１８の長さは、例えば１５０ｍｍに設定される。さらに、水平部１４の中心から絞り部１６までの長さは、例えば２２８ｍｍに設定される。
【００１９】
そして、天然ガスの流量は、例えば３０〜５０Ｔ／ｈに設定される。流量が３０Ｔ／ｈのときには、絞り部１６の上流側での流速が１２ｍ／ｓであるのに対し、絞り部１６の下流側での流速が２２ｍ／ｓとなって２倍近くに達する。流量が５０Ｔ／ｈのときには、絞り部１６の上流側での流速が２１ｍ／ｓであるのに対し、絞り部１６の下流側での流速が３７ｍ／ｓとなって２倍近くまで達する。従って、天然ガスの流速は、１０〜４０ｍ／ｓであることが好ましい。
【００２０】
前記エルボ部１５の下流側で鉛直部１３の延長方向には、ガス中の異物を捕集する異物捕集部１９が設けられている。この異物捕集部１９の入口側には開閉バルブ２０が取付けられ、異物捕集部１９の入口を開閉できるようになっている。なお、異物捕集部１９には図示しない排出口が設けられ、異物捕集部１９内に溜まった異物を外部へ排出できるようになっている。
【００２１】
前記水平部１４の下流側には、図１の二点鎖線に示すストレーナ１２が接続されている。このストレーナ１２には図示しないフィルタが内蔵され、水平部１４を流れるガス中から異物を濾過、分離するようになっている。
【００２２】
前記異物としては、輸送配管１１内面の酸化によって形成される酸化鉄のほか、砂、塵、埃等の固形物が挙げられる。この異物の平均粒子径は１０〜４００μｍ程度であり、通常１００〜４００μｍである。異物の平均粒子径が１０μｍより小さい場合には、異物が極微小で飛散しやすいため、異物を捕集することが難しくなる。一方、異物の平均粒子径が４００μｍより大きい場合には、エルボ部１５の下流側に位置するストレーナ１２等の負荷が大きくなるため好ましくない。
【００２３】
この第１実施形態における輸送配管１１中の異物の除去装置は、鉛直部１３の縮径テーパ部１７、絞り部１６、拡径テーパ部１８、異物捕集部１９等により構成されている。
次に、前記のように構成された輸送配管１１中の異物の除去装置について作用を説明する。
【００２４】
図２の矢印に示すように、異物Ｓを含む天然ガスは輸送配管１１中を流れ、鉛直部１３を下降してエルボ部１５で９０度方向を転換して水平部１４へと流れる。このとき、天然ガス中に分散されている異物Ｓは、鉛直部１３に設けられた絞り部１６において、その縮径テーパ部１７で配管の中心部へ集められる。同時に、鉛直部１３を流れるガスは、絞り部１６で絞られてその流速が前述のように２倍近くに達する。そして、縮径テーパ部１７で絞られたガスの流れは拡径テーパ部１８で徐々に拡径されることから、乱流の発生が抑えられた状態で流れる。
【００２５】
従って、配管の中心位置の絞り部１６へ集められた異物Ｓは、拡散することなく、慣性力によりそのまま真っ直ぐに下降する。そして、その異物Ｓは水平部１４へ流れることなく、異物捕集部１９へ流れ込んで捕集されるとともに、天然ガスはエルボ部１５から水平部１４へ流れる。その後、異物捕集部１９に異物Ｓが一定量溜まると、排出口から外部へ取り出される。
【００２６】
ここで、非圧縮性流体の乱流モデルの一般的な計算法により、この第１実施形態の除去装置の効果を確認した。すなわち、非圧縮性流体の流量が５０ｔ／ｈと３０ｔ／ｈの場合について計算を行った。その結果、非圧縮性流体の流量が５０ｔ／ｈの場合には、第１実施形態の絞り部１６（絞り部＋エルボ）を設けたときには、平均粒子径１００〜４００μｍの異物Ｓの捕集率は８８．０％で十分に高く、圧損は１０．５ｋＰａで良好であった。これに対し、絞り部１６を設けないとき（エルボのみ）には、捕集率は６３．７％で不十分であり、圧損は８．６ｋＰａであった。さらに、絞り部１６の縮径テーパ部１７を設け、拡径テーパ部１８を設けることなく、縮径テーパ部１７の最小径の直管を接続したとき（レジューサ＋エルボ）には、捕集率は６５．９％で不十分であり、圧損は３０．２ｋＰａで急に上昇した。これらの結果を表１にまとめた。
【００２７】
【表１】
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また、非圧縮性流体の流量が３０ｔ／ｈの場合には、第１実施形態の絞り部１６を設けたとき（絞り部＋エルボ）には、平均粒子径１００〜４００μｍの異物Ｓの捕集率は８７．３％で十分に高く、圧損は３．９ｋＰａで良好であった。これに対し、エルボのみのときには、捕集率は６３．４％で不十分であり、圧損は３．２ｋＰａであった。さらに、レジューサ＋エルボのときには、捕集率は６６．３％で不十分であり、圧損は１１．０ｋＰａで急に上昇した。これらの結果を表２にまとめた。
【００２８】
【表２】
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以上の第１実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
（１）第１実施形態の除去装置では、エルボ部１５の上流側でエルボ部１５に近接する鉛直部１３には絞り部１６が設けられ、エルボ部１５の下流側で鉛直部１３の延長方向には異物捕集部１９が設けられている。このため、配管の鉛直部１３に絞り部１６を設けるとともに、鉛直部１３の延長方向に異物捕集部１９を設けるという簡単な構造で異物Ｓの捕集を行うことができる。この場合、鉛直部１３内の異物Ｓは全体に分散された状態にあるが、絞り部１６に到ると絞りの中心部に収束され、その状態で慣性力により真っ直ぐに流れて異物捕集部１９に捕集される。従って、異物Ｓの捕集率を５０％以上、好ましくは７５％以上に高めることができる。
【００２９】
よって、第１実施形態の異物Ｓの除去装置によれば、簡易な構成で、ガス中の異物Ｓを効率良く捕集し、分離、除去することができるという効果を奏する。
（２）前記輸送配管１１は円筒状に形成され、絞り部１６は下流側ほど縮径する縮径テーパ部１７と下流側ほど拡径する拡径テーパ部１８とが連なるようにして形成されている。このため、ガス中に含まれる異物Ｓを縮径テーパ部１７のテーパにより絞り部１６へ収束させることができ、ガスの乱流を抑制し、その状態で異物Ｓを異物捕集部１９へ効率的に導くことができる。
（３）前記絞り部１６の内径は、鉛直部１３の内径の１／３〜２／３に設定される。従って、ガス中の異物Ｓを配管中心部の絞り部１６へ導いて、捕集効率を高めることができる。
（４）前記ガスは燃料ガスであり、異物Ｓは酸化鉄を含有するものである。そのため、配管内面の酸化により生成した酸化鉄を含む異物Ｓを捕集し、燃料ガスを円滑に輸送することができる。
（５）前記異物Ｓの平均粒子径は１０〜４００μｍである。このため、ガス中の異物Ｓを鉛直部１３の絞り部１６により、配管中心部への収束を進めて捕集することができる。
（６）前記燃料ガスの流速は、１０〜４０ｍ／ｓである。従って、燃料ガス中の異物Ｓを前述のように捕集することにより、異物Ｓの堆積によるストレーナの急激な差圧上昇が発生することなく、大量の燃料ガスを円滑に輸送することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図３及び図４に基づいて説明する。なお、この第２実施形態では、主に前記第１実施形態と相違する部分について説明し、重複する部分について説明を省略する。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、絞り部１６の各部位における異物Ｓの平均粒子径（μｍ）と捕集率（％）との関係を、一般的な乱流モデルの計算により求めた。すなわち、図４（ｂ）に示すように、前記第１実施形態の除去装置において、絞り部１６を６区画に区分し、各区画に位置する異物Ｓの捕集率を測定した。乱流モデルの計算では、非圧縮性流体で、ガスの流量を５０ｔ／ｈとしてＲＳＭモデルにて計算した。
【００３１】
その結果、水平部１４から離れた区画〔図４（ａ）の△印、◇印及び□印〕の方が水平部１４に近い区画〔図４（ａ）の×印、＊印及び○印〕よりも異物Ｓの捕集率が高くなった。また、絞り部１６の中心側〔図４（ａ）の△印又は×印〕の方が外周側〔図４（ａ）の◇印又は○印〕より異物Ｓの捕集率が高くなる結果が得られた。
【００３２】
そこで、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、絞り部１６を偏心構造とした。すなわち、絞り部１６の中心を鉛直部１３の中心から、水平部１４とは反対方向に離れる位置に設け、縮径テーパ部１７及び拡径テーパ部１８の傾斜角度を水平部１４側で小さく、その反対側で大きくなるように設定した。さらに、縮径テーパ部１７と拡径テーパ部１８との間の絞り部１６に一定長さの直管部２１を接続した。
【００３３】
さて、異物Ｓを含む天然ガスを輸送配管１１中に流すと、そのガスは鉛直部１３を下降してエルボ部１５から水平部１４へと流れる。このとき、天然ガス中の異物Ｓは、絞り部１６において、その縮径テーパ部１７で水平部１４から離れた絞り部１６へ集められる。同時に、鉛直部１３を流れるガスは、絞り部１６で絞られてその流速が速められる。
【００３４】
このため、偏心位置の絞り部１６へ集められた異物Ｓは、慣性力によりそのまま直管部２１を通って真っ直ぐに下降する。そして、異物Ｓは水平部１４へ流れることなく、異物捕集部１９へ流れ込んで捕集される。
【００３５】
従って、この第２実施形態によれば、絞り部１６の中心が鉛直部１３の中心より、水平部１４とは反対側に位置するように偏心されていることから、前記第１実施形態に比べて異物Ｓの捕集率を向上させることができる。
【００３６】
なお、前記各実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・  図５（ａ）に示すように、前記第１実施形態の絞り部１６において、縮径テーパ部１７と拡径テーパ部１８との接続部分を断面円弧部２２としてもよい。この場合には、絞り部１６を流れるガスの流れを円滑にして、ガスの輸送を安定した状態で行うことができる。
【００３７】
・  図５（ｂ）に示すように、前記第１実施形態の絞り部１６において、縮径テーパ部１７と拡径テーパ部１８との間に直管部２１を設けてもよい。この場合、縮径テーパ部１７で収束された異物Ｓが絞られた径で直管部２１を下降し、その慣性力で異物捕集部１９へ到る。従って、絞り部１６に収束された異物Ｓの流れを安定化させることができる。
【００３８】
・  前記第１実施形態の絞り部１６において、縮径テーパ部１７の傾斜角度と拡径テーパ部１８の傾斜角度を異なるように構成したり、絞り部１６を水平部１４にさらに近づけて構成したりしてもよい。
【００３９】
・  前記縮径テーパ部１７の入口部分又は拡径テーパ部１８の出口部分を断面円弧状に形成してもよい。
・  前記縮径テーパ部１７又は拡径テーパ部１８を断面円弧状、すなわち外側へ膨らむ断面円弧状又は内側へ膨らむ断面円弧状に形成してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１１…輸送配管、１３…鉛直部、１４…水平部、１５…エルボ部、１６…絞り部、１７…縮径テーパ部、１８…拡径テーパ部、１９…異物捕集部、Ｓ…異物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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