特級ボイラー技⼠試験（平成14年1⽉〜平成14年6⽉実施分）

ボイラーの構造問１ ⼤気圧 101.3 kＰa{ 760 mmＨg}において、温度 20 ℃、絶対湿度 0.01 の湿り空気がある。湿り空気のガス定数はどれだけか。また、湿り空気５ｍ3中に含まれる⽔蒸気の量は何kgか。
この場合、⼀般ガス定数は8.31×103J/(kmol･Ｋ){ 848 kgf･ｍ/(kmol･℃)}、乾き空気の分⼦量は29 、⽔蒸気の分圧は 1.6 kＰa{ 12 mmＨg}とする。
答えは、ガス定数については⼩数点以下２桁⽬を、⽔蒸気の量は⼩数点以下４桁⽬をそれぞれ四捨五⼊せよ。
問２

空気予熱器（エアープレヒータ）の得失を４つあげ、簡単に説明せよ。

問３

次の⽂中の（）内に⼊る適当な語句を答えよ。

（１）⾃然循環式⽔管ボイラーにおいて、循環⼒は（①）と（②）における内部の密度差による圧⼒差であり、循環回路の（③）に等しい。このボイラーにおける⽔の（ ④ ）を確実に⾏わせるには、（⑤）を加熱しないで（⑥）の（⑦）を⼤きく保つことやボイラーの⾼さを⼤きくすることが有効である。⾼圧ボイラーでは蒸気の（⑧）が⼤きく、蒸発管内の平均密度が⼤きいので（⑨）は低下しがちである。
（２）ボイラーの伝熱⾯の配置を蒸発部と過熱部に分けて考えると、⽐較的圧⼒の低いボイラーでは、吸収熱量のうち蒸発部の占める割合が（⑩）。
これに対し⾼温⾼圧ボイラーの吸収熱量の割合は、蒸発部が（⑪）、過熱部が（ ⑫ ）なる。
（３）蒸気を⾼温まで過熱することが多い⾼温ボイラーでは、過熱器の（⑬）
が著しく増⼤するので、⼀次過熱器と⼆次過熱器とに分けて設けられる。
このようなボイラーでは、（⑭）を負荷の広い範囲にわたって⼀定に保つために、⼀次過熱器と⼆次過熱器の間に過熱温度（⑮）を設置するなど、いろいろな過熱温度の制御⽅法がとられる。
問４ 次のＡからＥまでは、ボイラーの種類および構造等に関する記述であるが、正しいものの組合せは(1)〜(5)のうちどれか。
Ａ

⽔管ボイラーの本体の伝熱⾯は、⽐較的圧⼒の低い産業⽤ボイラーでは、⼀般に⽔冷壁管と接触伝熱⾯となる⽔管群とを組み合わせた形式をとるが、事業⽤⽕⼒発電所などで使⽤される⾼温⾼圧ボイラーでは、⽔冷壁管だけからなり、接触伝熱⾯となる⽔管群のない放射ボイラーの形式をとる。

Ｂ

蒸気の熱伝達率は沸騰⽔のそれに⽐べてはるかに⼤きい。そのため、⾼温にさらされ強い加熱を受ける⽔管の内側に発⽣蒸気が停滞すると、管壁温度が⾼くなって⽔管の膨出が起きることがある。
Ｃ

蒸気をプレス機械などに使⽤する場合には、⾼圧でも飽和温度の低い流体を⽤いた熱媒ボイラーが使⽤される。

Ｄ

⽫形鏡板に⽣じる応⼒は、すみの丸みの部分において最も⼤きい。この応⼒は、すみの丸みの半径が⼩さいほど⼤きくなる。

Ｅ

貫流ボイラーは、他の形式のボイラーに⽐べて起動は最も早いが、負荷変動によって⼤きな圧⼒変動を⽣じやすい。

（１）Ａ，Ｂ，Ｃ（４）Ｄ，Ｅ，Ａ（２）Ｂ，Ｄ，Ｅ（５）Ｅ，Ｂ，Ｃ（３）Ｃ，Ａ，Ｄ

問５ 次のＡからＥまでは、ボイラー⽤鉄鋼材料に関する記述であるが、正しいものの組合せは(1)〜(5)のうちどれか。
Ａ

特殊鋼や⾮鉄⾦属の降伏点は明らかでないので、この場合は、通常 0.2 ％の永久ひずみを⽣じる応⼒を降伏応⼒とみなし、これを耐⼒という。

Ｂ

⼀般に⽔溶液（電解質）中に鉄を浸すと電気化学的に腐⾷が進⾏するが、pＨ値を上げ、かつ、溶存酸素を減少させれば陰極反応が遅くなり、これに伴って陽極反応すなわち鉄の腐⾷も減少する。

Ｃ

マルテンサイト組織は、通常、焼戻し温度が⾼いほど硬度、強度は上昇し、伸び、衝撃値は下がる。

Ｄ

炭素鋼の内部応⼒を除去するためには、Ａ１変態温度以上の適当な温度で加熱し、その後徐冷する。これを応⼒除去焼鈍といっている。

Ｅ

鉄鋼材料に繰り返し応⼒が⽣ずる場合は、その引張り強さよりも低い応⼒で材料が破壊することがある。これを材料の疲れ破壊という。

（１）Ａ，Ｃ，Ｅ（４）Ｄ，Ａ，Ｂ（２）Ｂ，Ｃ，Ｄ（５）Ｅ，Ａ，Ｂ（３）Ｃ，Ｄ，Ｅ

問６ 次のＡからＥまでは、ボイラー⾃動制御に関する記述であるが、正しいものの組合せは(1)〜(5)のうちどれか。
Ａ

調節器の微分動作の働く⼤きさ（時間）は微分時間と呼ばれ、操作量変化と制御偏差の変化速度との⽐を⽰す時間によって表される。

Ｂ

空気量の調節には、⼊⼝ベーンによる制御が効率も良く簡単であり、２段変速モータと組み合わせて使⽤する例が多い。

Ｃ

ボイラーの時定数のおよその値は、ボイラーの種類によって、丸ボイラーが⼀番⼤きく、次いで中型⽔管ボイラー、⼤型⽔管ボイラー、貫流ボイラーの順になっている。

Ｄ

⼀定負荷で運転しているボイラーの蒸気流出量を急に増やした場合、蒸気体積率が減少するため、⽔位は急に下降する。

Ｅ

ボイラーを２基以上⾃動制御で並列運転する場合であって、主調節器を設けないで各ボイラーの蒸気圧⼒調節器によって任意の負荷配分をするときは、各ボイラーの圧⼒調節器の動作に積分動作を含めなければならない。
（１）Ａ，Ｂ，Ｃ（２）Ｂ，Ｃ，Ｄ（４）Ｄ，Ｅ，Ａ（５）Ｅ，Ａ，Ｂ（３）Ｃ，Ｄ，Ｅ

ボイラーの取り扱い
問１

原⽔を⽔質分析したところ、カルシウムイオン濃度及びマグネシウムイオン濃度がそれぞれ 20.0mgＣa2＋／リットル、3.6 mgＭg2＋／リットルであった。
次の問いに答えよ。
答えは、（１）、（２）とも計算の過程を⽰し、⼩数点以下第２位を四捨五⼊せよ。
なお、Ｃa，Ｍgの原⼦量はそれぞれ 40 、24 とする。
（１）この原⽔の全硬度はいくらか。
（２）この原⽔をＲ－Ｎa陽イオン交換樹脂 60リットルを充てんした軟化装置に通したとき、１サイクル当たりの処理量（ｍ3）はいくらか。
この場合、Ｒ－Ｎa陽イオン交換樹脂の交換容量は 50 gＣaＣＯ３／リット
ル-樹脂で、通⽔⼯程、再⽣⼯程のイオン交換反応は 100 ％⾏われるものとし、硬度の漏えい及び樹脂の劣化はないものとする。
問２ボイラーの低⽔位事故の防⽌対策を５つ簡潔に述べよ。

問３

次の⽂中（）内に⼊る適当な語句⼜は数値を答えよ。

（１）流動層ボイラーは公害防⽌上、（①） の対策としては（②）の投⼊で、（③）が⾏われ、（④）の対策として、燃焼温度が（⑤）と低く、（⑥）
燃焼が可能である。
（２）ボイラーを保圧状態で休⽌する場合、⼩容量ボイラーや⽔管ボイラーは（⑦）が少ないので、冷えやすく、休⽌中にボイラー内が真空になるおそれがあり、（⑧）を吸い込んで（⑨）が発⽣したり、（⑩）を損傷するおそれがある。
（３）ボイラーの（⑪）や（⑫）に⽕炎が衝突すると、⽔の（⑬）を⽣じ、その結果、⽔管の（⑭）などを起こし、（⑮）災害につながるおそれがある。

問４ボイラーに関する次のＡからＥまでの記述について、正しいものの組合せは(1)〜(5)のうちどれか。
Ａ

ブロー（吹出し）を過度に⾏うと、ガラス⽔⾯計のガラス及び防⾷板に損傷をあたえやすい。

Ｂ

給⽔ポンプの軸のグランドパッキンは、締め付けが緩い場合、空気を吸い込み、また、締め過ぎると軸が焼損することがあるので、⽔が少し滴下するくらいがよい。

Ｃ

油だきボイラーで過剰空気が多すぎるとボイラー効率は低下するが、燃料は完全燃焼するので、過剰空気が硫酸腐⾷の進⾏の原因とはならない。

Ｄ

ボイラーを焚き始める場合には、本体に急激な応⼒が⽣じないように時間をかけてゆっくりと圧⼒上昇が平均するように温度上昇を調整する必要がある。

Ｅ

⾼温⽔を供給する⾼温⽔ボイラーの⽔管理⽬標値としては、ボイラーの構成材料が、鉄系または鉄系－銅系のいずれであっても、補給⽔のpＨは７〜９とすべきである。
（２）Ｂ，Ｃ，Ｄ（４）Ｄ，Ｅ，Ａ（５）Ｅ，Ａ，Ｂ

問５（１）Ａ，Ｂ，Ｃ（３）Ｃ，Ｄ，Ｅ

ボイラーに関する次のＡからＥまでの記述について、正しいものの組合せは(1)〜(5)のうちどれか。
Ａ

未燃物の⼆次燃焼などにより空気予熱器が焼損する場合があるが、未燃物が空気予熱器の伝熱⾯に付着するのは、ボイラーが相当の⾼負荷で使⽤されているときに多い。

Ｂ

通⾵機（ファン）から送られてくる空気量は、媒等の付着によって煙道ガスの通路が狭くなっても⼀般には影響されない。

Ｃ

節炭器（エコノマイザ）の内⾯腐⾷は、給⽔に溶解した酸素によることが最も多く、特に鋼管製の節炭器の給⽔は脱気することが必要である。

Ｄ

過熱器出⼝の蒸気温度は、ドラム⽔位を⾼い状態で運転を継続していると、突然降下する場合がある。
Ｅ ボイラーの起動時、過熱器内にドレンプラグを⽣じると局部的に過熱器温度を過上昇させる原因となる。
（１）Ａ，Ｃ，Ｅ（４）Ｄ，Ａ，Ｂ（２）Ｂ，Ｃ，Ｄ（５）Ｅ，Ａ，Ｂ（３）Ｃ，Ｄ，Ｅ

問６

下記の回路図は、ボイラー⾃動起動停⽌の点⽕シーケンス回路の⼀例である。
今、負荷リレー接点Ｒ１－１が閉じ、点⽕燃焼系に通電したとき、動作の記述で正しいものの組合せは(1)〜(5)のうちどれか。
ただし、回路及び回路中の機器、接点などには異常はないものとする。
なお、接点Ｒ１－１はプレパージ終了と同時に閉じて、点⽕シーケンス回路に通電し点⽕動作を開始させるものであり、接点Ｒ２－１及びＲ２－２は⽕炎検出器がパイロット炎を検出すると、接点Ｒ２－１は開き、Ｒ２－２は閉じるものである。

Ａ
Ｂ

Ｒ１－１が閉となればパイロット弁は、直ちに開かれる。
Ｒ１－１が閉となれば直ちに点⽕トランスはパイロットバーナへの点⽕動作を開始する。

Ｃ

引続きパイロット弁が開になっている間は、点⽕トランスも常にパイロットバーナへの点⽕動作を続ける。

Ｄ

起動が正常の場合、主燃料遮断弁はＲ１－１通電後 10 秒以内に開かれる。

Ｅ

パイロットランプはＲ１－１通電後、６秒を過ぎ、10 秒以内に点灯することもある。
（１）Ａ，Ｂ，Ｄ（２）Ｂ，Ｃ，Ｅ（４）Ｄ，Ｅ，Ｂ（５）Ｅ，Ａ，Ｃ（３）Ｃ，Ｄ，Ａ

燃料及び燃焼問１

質量⽐で炭素70％、⽔素６％、酸素14％、灰分10％を成分とする産業廃棄物を空気⽐1.4で燃焼すると燃料１kg当たりの理論空気量（ｍ3Ｎ）、理論乾き燃焼ガス量（ｍ3Ｎ）、乾き燃焼ガス量（ｍ3Ｎ）及び（ＣＯ２）ｍａｘはいくらか。計算の過程を⽰し答えよ。
ただし、燃焼⽤空気は体積⽐でＯ２が21％、Ｎ２が79％とし、答は⼩数点以下第３位を四捨五⼊せよ。

問２

遠⼼⼒集じん装置、洗浄集じん装置、ろ過集じん装置、電気集じん装置のうち、１つを選び、それぞれの原理、効率等の特徴を５つ簡明に述べよ。
問３

噴霧式油バーナの構成に関する次の⽂中（）内に⼊る適当な語句を答えよ。
（１）エアレジスタは、バーナの中⼼から噴射する燃料油に（①）を供給し、有効に混合して⽕炎を安定させるための（②）を調節する機能をもつ。
（２）アトマイザは燃料油を霧状に（③）して、バーナ中⼼から炉内に向けて（④）状に噴射する装置である。
（３）スタビライザは、燃料噴流と空気の初期混合を早めて（⑤）を確実にし、燃焼の安定を図るもので、主として（⑥）を与えるものをディフューザと⾔い、（⑦）を与えるものをスワラとい う。
（４）バーナタイルは、燃料と空気を炉内に噴射する炉壁に設けた開⼝部を構成する（⑧）であり、これにより⽕炎の（⑨）が保たれ、また、その（⑩）によって着⽕を確実にし、⽕炎の（⑪）が図られる。
（５）点⽕⽤（⑫）を装備した点⽕⽤バーナが（⑬）である。
（６）ウインドボックスは、バーナを取り付ける壁⾯に設けられる密閉した箱であり、ファンから送られた燃焼⽤空気の（⑭）の⼤部分を（⑮）に変え、各バーナに均⼀に空気を供給する。
問４

次のＡからＥまではＮＯx発⽣の抑制策に関する記述であるが、効果のあるものの組合せとして、正しいものは(1)〜(5)のうちどれか。
Ａ

燃焼の第１段は空気過剰とし、第２段は理論空気量以下とする。

Ｂ

燃焼ガスの⼀部を燃焼⽤空気に混合して炉内に送る。

Ｃ

空気予熱器をエコノマイザに切り替え、燃焼⽤空気の温度を下げる。

Ｄ

過剰空気量をできるだけ多くする。

Ｅ

バーナ群の⼀⽅を燃料過剰とし、他⽅を空気過剰として燃焼させる。
（２）Ｂ，Ｄ，Ｅ（４）Ｄ，Ｅ，Ａ（５）Ｅ，Ｂ，Ｃ

問５（１）Ａ，Ｂ，Ｃ（３）Ｃ，Ａ，Ｄ

次のＡからＥまでは気体燃料を固体・液体燃料と⽐べた場合の特徴を記したものであるが、正しいものの組合せは(1)〜(5)のうちどれか。
Ａ

燃料ガスと空気との混合状態及び燃焼状態が⾃由に制御できるため、予混合の⽕炎には適するが、拡散炎の⼤容量バーナには向かない。

Ｂ

気体燃料は、わずかな過剰空気で完全燃焼し、⼀般に腐⾷性がなく廃熱回収が容易であり、きわめて⾼いボイラー効率が達成できる。

Ｃ

燃料中の硫⻩、窒素分、灰分が少なく公害防⽌上有利である。

Ｄ

いったん漏えいすると爆発混合気を作り、ガス爆発を発⽣しやすいので、漏えい防⽌、漏えい検知等に留意する必要がある。

Ｅ

⼀般に気体燃料の特性として、⽕炎は輝炎となり熱放射が⼤きい。
（１）Ａ，Ｂ，Ｃ（４）Ｄ，Ｅ，Ｂ（２）Ｂ、Ｃ、Ｄ（５）Ｅ，Ａ，Ｂ（３）Ｃ，Ｄ，Ｅ

問６ ⾼さ100ｍ、⼤気温度 20 ℃、平均ガス温度 200 ℃の煙突がある。この煙突の理論通⾵⼒[Ｐa]{mmＨ２Ｏ}は、次のうちどれか。
ただし、標準状態における外気及びガスの密度はいずれも 1.293 kg/m3Ｎとする。
（１）400Ｐa{41 mmＨ２Ｏ}（３）450Ｐa{46 mmＨ２Ｏ}（５）500Ｐa{51 mmＨ２Ｏ}

関係法令（２）420Ｐa{43 mmＨ２Ｏ}（４）480Ｐa{49 mmＨ２Ｏ}

問１

内⾯に圧⼒を受ける円筒で、板の厚さが内径の４分の１を超え、かつ、内部の蒸気の温度が使⽤する材料のクリープ領域に達しないものの板の最⼩厚さは、次式により算定される。
ただし、
Ｚ＝（σａ・η＋Ｐ）／（σａ・η－Ｐ）（１）この式において、Ｐ、σａ、η、αはそれぞれ何を表すか。
（２）下図のような管⽳を有する胴で、Ｄi＝120 mm
Ｐ＝20 ＭＰaσａ＝102 Ｎ／mm2であるとき、胴の最⼩厚さを求めよ。
ただし、
η＝（p－d）／p
p︓⽳のピッチ

d︓⽳の直径とする。

問２ ボイラー（移動式ボイラーを除く。）について、設置、使⽤、変更、休⽌、廃⽌に⾄るまでの間、法令上必要とされる検査、届出、報告等について、その種類とそれぞれの⼿続きを⾏う公的機関名を解答⽤紙に記せ。
問３ 次の⽂中の（）内に⼊る適当な⽤語⼜は数値を答えよ。
（１）蒸気ボイラーの安全弁の（①）量は、当該ボイラーの（②）量以上としなければならない。
（２）ボイラーの溶接部は、溶け込みが⼗分で、かつ、割れ⼜は（③）、（④）、（⑤）等で有害なものがあってはならない。
（３）胴の内径が 750 mmを超える蒸気ボイラー（貫流ボイラーを除く。）には、ボイラー本体⼜は⽔柱管に、ガラス⽔⾯計を（⑥）個以上設けなければならない。ガラス⽔⾯計は、そのガラス管の最下部が蒸気ボイラーの使⽤中維持しなければならない最低の（⑦）を指⽰する位置に取り付けなければならない。
（４）ボイラーの胴及びドームに使⽤する板の厚さは、原則として（⑧）mm

以上としなければならな い。
（５）電気ボイラーの伝熱⾯積は、電気設備容量（⑨）kＷを１ｍ2とみなして算定し、貫流ボイラーの伝熱⾯積は燃焼室⼊⼝から過熱器⼊⼝までの⽔管の（⑩）等に触れる⾯積により算定する。
（６）製造許可申請においては、強度計算、製造⼜は検査設備、（⑪）の経歴の概要、（⑫）の資格及び数、溶接によって製造するときは（⑬）試験の結果を添えて申請する。
（７）ボイラー取扱作業主任者の選任にあたって伝熱⾯積を算定する場合は、貫流ボイラーについてはその伝熱⾯積に（⑭）を乗じて得た値とし、廃熱ボイラーについては、その伝熱⾯積に（⑮）を乗じて得た値とする。
問４
Ａ

次の記述のうち、法令上、正しいものの組合せは(1)〜(5)のうちどれか。
労働安全衛⽣法令上、ボイラーは蒸気ボイラーと温⽔ボイラーに区分され、更に伝熱⾯積や最⾼使⽤圧⼒などによってボイラー、⼩型ボイラーなどに区分されている。
Ｂ

第⼆種圧⼒容器は、内部に圧縮液体を保有する容器である。

Ｃ

温⽔ボイラーのうち、伝熱⾯積が８ｍ2以下で0.2ＭＰa以下のものについては⼩型ボイラーに該当する。

Ｄ

ボイラー及び第⼀種圧⼒容器の最⾼使⽤圧⼒とは、その構造上使⽤可能な最⾼のゲージ圧⼒をいう。

Ｅ

容器内における化学反応などにより蒸気が発⽣し、内部の圧⼒が⼤気圧を超える容器は、第⼀種圧⼒容器に該当する。
（１）Ａ，Ｂ，Ｃ（４）Ｄ，Ｅ，Ａ

問５（２）Ｂ，Ａ，Ｄ（５）Ｅ，Ｃ，Ｄ（３）Ｃ，Ｂ，Ｅ

次の記述のうち、法令上、正しいものの組合せは(1)〜(5)のうちどれか。

Ａ

ボイラー構造規格における溶接部の放射線検査において、不合格となった場合、その部分を補修した後の放射線検査の再検査は認められない。

Ｂ

特殊な形状をしているボイラーについては、検定⽔圧試験により最⾼使⽤圧⼒を算定することができる。

Ｃ

ボイラー構造規格における溶接部の機械試験は、引張試験及び曲げ試験によることとされている。

Ｄ

曲げ試験は、試験⽚の溶接部の外側に⻑さ６mmを超える割れ（縁⾓に⽣ずる⼩さな割れを除く。）が⽣じない場合に、これを合格とする。

Ｅ

ボイラー構造規格においては、胴の真円度に関する規定が設けられている。

（２）Ｂ，Ａ，Ｄ（４）Ｄ，Ａ，Ｅ（５）Ｅ，Ｃ，Ｄ

問６（１）Ａ，Ｂ，Ｃ（３）Ｃ，Ｂ，Ｅ

次の記述のうち、法令上、正しいものの組合せは(1)〜(5)のうちどれか。

Ａ

鋼製ボイラーの主要材料は、構造規格に掲げる⽇本⼯業規格に適合したもの、または、これらと同等以上の化学成分及び機械的性質を有するものでなければならない。

Ｂ

ボイラーの材料の使⽤温度は、当該材料の化学成分及び機械的性質に著しい変化が⽣じない温度の範囲内になければならない。

Ｃ

ボイラーの圧⼒を受ける部分で溶接を⾏うものについては、炭素含有率が 0.35 ％を超える材料を使⽤してはならない。

Ｄ

胴、鏡板その他圧⼒を受ける部分の⻑⼿継⼿及び周継⼿は、突合せ両側溶接⼜は重ね溶接によって⾏わなければならない。

Ｅ

ボイラーの材料のうち、使⽤温度が当該材料のクリープ領域にあるもの
は、応⼒の算定する⽅法がないため、この材料を使⽤できない。
（１）Ａ，Ｂ，Ｃ（２）Ｂ，Ｄ，Ｅ（４）Ｄ，Ａ，Ｅ（５）Ｅ，Ｂ，Ｃ（３）Ｃ，Ａ，Ｄ（終わり）

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