ボイラー及び第一種圧力容器に関する知識のポイント

 ボイラー整備士(ボイラーせいびし)とは、労働安全衛生法に定められた国家資格(免許)の一つです。 このページはりすさんが作成した試験問題アプリ、りすさんシリーズの紹介と試験に出題された項目をまとめたページです。

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目次
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関係法令

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ボイラー及び第一種圧力容器に関する知識

炉筒煙管ボイラー

 主として最高使用圧力1MPa程度までの工場用又は暖房用として、広く用いられている。

 すべての組立てを製造工場で行い、完成状態で運搬できるパッケージ形式にしたものが多い。

 加圧燃焼方式を採用し、燃焼室熱負荷を高くして燃焼効率を高めたものがある。

 ボイラー効率が85〜90%に及ぶものがある。

 水管ボイラーに比べ、負荷変動による圧力変動が小さい。

鋳鉄製ボイラー

 燃焼室の底面は、ほとんどがウェットボトム方式の構造となっている。

 重力式蒸気暖房返り管の取付けには、ハートフオード式連結法がよく用いられる。

 側二重柱構造のセクションでは、燃焼室側がボイラー水の上昇管、外側が下降管の役割を果たす。

 蒸気ボイラーの場合、その使用圧力は0.1MPa以下に限られる。

水管ボイラー

 自然循環式水管ボイラーは、加熱によって水管内に発生する蒸気により、密度が減少することを利用して、ボイラー水に自然循環を行わせる。

 水管ボイラーは、高圧になるほどボイラー水の循環力が弱くなるので、ボイラー水の循環系路中に循環ポンプを設けて強制循環式とする。

 水管ボイラーの水冷壁は、燃焼室炉壁に水管を配置したもので、火炎の放射熱を吸収するとともに、炉壁を保護する。

 水管ボイラーは、伝熱面積当たりの保有水量が小さいので、起動から所要蒸気を発生するまでの時間が短い。

 2胴形の自然循環式水管ボイラーは、上部の気水ドラムと下部の水ドラムとの間に水管群が配置され、燃焼室には水冷壁が設けられている。

 強制循環式水管ボイラーは、ボイラー水の循環系路中に設けたポンプによって、強制的にボイラー水の循環を行わせる。

 水管ボイラーは、給水及びボイラー水の処理に注意を要し、特に高圧ボイラーでは厳密な水管理を行う必要がある。

貫流ボイラー

 貫流ボイラーは、管系だけから構成され、蒸気ドラム及び水ドラムを要しないので、高圧ボイラーに適している。

圧力容器のふた締付け装置

 クラッチドア式は、ふた板及び胴の周囲に設けた爪とクラッチリングの爪を、クラッチリングを回転させてかみ合わせ、ふた板を緊密に締め付ける。

 輪付きボルト締め式は、ふた板の周りに切欠き部を設け、胴側プラケットのボルト基部を支点として、ボルトを切欠き部にはめ込んで、締め付ける。

 ガスケットボルト締め式は、ふた板及び胴の周囲に設けたフランジ部のボルト穴にボルトを差し込んで締め付ける。

 放射棒式は、ふた板中央のハンドルを回転し、数本の放射棒を半径方向に伸ばして、その先端を胴側の受け金具に入り込ませ、ふた板を固定する。

 上下スライド式は、胴とふた板のフランジの上半周と下半周のそれぞれに設けた爪と溝を、上下にスライドさせてフランジ全周でかみ合わせ、ふた板を締め付ける。

 ロックリング式は、ふたの外側の周囲に取り付けたロックリングを油圧シリンダで拡張して本体側フランジの溝にはめ込み、リングストッパを差し込んで固定する。

炭素鋼

 炭素鋼は、強度が大きく、じん性に富んでいるが、さびやすい。

 炭素鋼には、鉄や炭素のほかに、脱酸剤としてケイ素やマンガンが、不純物としてリンや硫黄が含まれている。

 炭素鋼は、軟鋼、中鋼及び硬鋼に大別され、ボイラー用材料としては主に軟鋼が使用される。

 炭素鋼は、圧延鋼材や鋼管に加工されるほか、鍛鋼品や鋳鋼品に成形される。

 炭素鋼は、炭素量が多くなると、強度と硬度は増すが、展延性は低下する。

ボイラーの溶接工作

 突合せ両側溶接は、一層目の溶込み不良部分を除去することができるので、良い溶込みを得ることができる。

 自動溶接は、開先精度が低いとビード全体に欠陥を生じるおそれがある。

 溶接後熱処理は、炉内加熱又は局部加熱によって行い、溶接部の残留応力を緩和するとともに、溶接部の性質を向上させる。

 溶接部に生じる欠陥のうち、通常、表面に開口していない融合不良は、非破壊検査によって探知する。

 胴の曲げ加工では、板厚が38mm程度までの鋼板には曲げローラを使用するが、それより厚い鋼板には水圧プレスを使用する。

 水管ボイラーの水管の管曲げ加工は、厚肉の大径管の場合は、管曲げ後も断面が真円となるよう、内部に小石や砂を詰め、加熱して行う。

 波形炉筒は、厚板でない場合は、鋼板を曲げ加工と溶接によって円筒形としたものを特殊ロール機を用いて波形に成形する。

 管ステーは、管板に設けたねじ穴にねじ込むか又は溶接により管板に取り付け、火炎に触れる端部を縁曲げする。

 鏡板は、鋼板を切断後、加熱して成形する

 被覆アーク溶接は、被覆剤を塗った溶接棒と母材との間に発生したアーク熱を利用する溶接方法である。

ボイラーの安全弁、逃がし弁及び逃がし管

 安全弁の吹出し圧力は、調整ボルト(調整ねじ)により、ばねが弁体を弁座に押し付ける力を変えることによって調整する。

 安全弁の弁座流路面積は、弁体が開いたときの弁体と弁座間の面積で、カーテン面積ともいう。

 安全弁の弁体が開いたときの弁体の軸方向の移動量をリフトという。

 全量式安全弁は、のど部面積で吹出し容量が決められる。

 全量式安全弁は、同一呼び径の揚程式安全弁に比べて吹出し容量が大きい。

 安全弁は、蒸気圧力が設定圧力に達すると自動的に弁体が開いて蒸気を吹き出し、蒸気圧力の上昇を防ぐものである。

 逃がし弁の構造は、安全弁とほとんど変わらないが、水の圧力によって弁体を押し上げ水を逃がすものである。

 安全弁と逃がし弁は、その構造が基本的に同じであるが、一般に安全弁の出口側は開放形で、逃がし弁の出口側は密閉形である。

 逃がし管は、温水ボイラーの安全装置で、ボイラー水の膨張による圧力上昇を防ぐために設けられる。

ボイラーの吹出し装置

 吹出し弁には、スラッジなどによる故障を避けるため、仕切弁やY形弁が用いられる。

 小容量の低圧ボイラーには、吹出し弁の代わりに吹出しコックが用いられることが多い。

 連続運転するボイラーでは、ボイラー水の不純物濃度を一定に保つため連続吹出し装置が用いられる。

 連続吹出し装置の吹出し管は、胴や蒸気ドラムの水面近くに取り付ける。

 2個の吹出し弁を直列に設けるときは、ボイラーに近い方に急開形を、遠い方に漸開形を取り付ける。

ボイラーの圧力制御用機器、温度制御用機器及び水位制御用機器

 比例式蒸気圧力調節器は、コントロールモータとの組合せにより、比例動作によって蒸気圧力を調節する。

 比例式蒸気圧力調節器は、調整ねじによって、動作圧力と比例帯を設定する。

 オンオフ式蒸気圧力調節器は、調整ねじによって、動作圧力と動作すき間を設定する。

 オンオフ式蒸気圧力調節器は、蒸気圧力の変化によってべローズとばねが伸縮し、レバーが動いてマイクロスイッチなどを開閉する。

 オンオフ式蒸気圧力調節器は、コントロールモータとの組合せにより、オンオフ動作によって蒸気圧力を調節する。

 揮発性液体などを用いるオンオフ式温度調節器は、通常、調節器本体、感温体及びこれらを連結する導管で構成されるが、導管がないものもある。

 揮発性液体等を用いるオンオフ式温度調節器は、温度の変化によって揮発性液体等が膨張・収縮し、べローズ等が伸縮してマイクロスイッチを開閉する。

 電極式水位検出器は、検出筒内部の水の純度が高くなると水の導電性が低下し、検出器が正常に作動しなくなる。

 電極式水位検出器は、長さの異なった数個の電極を検出筒内に備え、水位の上下により電気回路を開閉する。

ボイラーの休止中の保存法

 休止期間中に凍結のおそれがある場合には、乾燥保存法が採用される。

 3か月を超える長期間休止する場合には、満水保存法が採用される。

 乾燥保存法では、ボイラー内を十分乾燥し、蒸気管などについて外部との連絡を遮断した上で、適量の乾燥剤を入れてから各部の穴を密閉する。

 満水保存法では、ボイラーの内面の腐食を防止するため、保存剤を適量溶け込ませた水でボイラー内部を満たす。

 窒素封入法では、ボイラー内部に窒素ガスを0.05〜0.06MPa程度に加圧封入して空気と置換し、保存中は、適宜期間を定めて封入窒素圧力の低下を調べる。

ボイラーの燃焼装置

 蒸気噴霧式オイルバーナは、比較的高圧の蒸気を霧化媒体として燃料油を微粒化するバーナで、霧化特性がよい。

 蒸気噴霧式オイルバーナは、比較的高圧の蒸気を霧化媒体として燃料油を微粒化するバーナ

ロータリカップ形の回転噴霧式オイルバーナは、回転する霧化筒に流し込んだ燃料油を筒の先端で放射状に飛散させ、筒の外周から噴出する空気流によって微粒化するバーナで、取扱いが簡単である。

 油圧噴霧式(圧力噴霧式)オイルバーナは、比較的高圧の空気を霧化媒体として燃料油を微粒化するパーナで、霧化特性がよい。

 ガンタイプオイルバーナは、圧力(油圧)噴霧式オイルバーナに送風機、油ポンプ、点火装置、安全装置などを組み込んで取扱いを容易にしたバーナで、小容量ボイラーに多く用いられる。

 微粉炭バーナは、微粉炭と一次空気との混合物を噴射するバーナで、噴射された混合物は、燃焼室の高温輻射熱によって着火され、その周囲に供給される二次空気によって燃焼する。

 センタータイプガスバーナは、バーナ管の先端がリング状で複数個のガス噴射口があり、油燃料との混焼用バーナとして用いられる。

 センタファイヤ形ガスバーナは、空気流の中心にあるバーナ管のノズルから放射状に燃料ガスを噴射するバーナで、都市ガスなどの比較的発熱量の高い燃料ガスに多く用いられる。

ボイラーにおけるスケール及びスラッジの害

 熱の伝達を妨げ、ボイラーの効率を低下させる。

 成分の性質によっては、炉筒、水管、煙管などを腐食させる。

 水管の内面に付着すると水の循環を悪くする。

 ボイラーに連結する管、コック、小穴などを詰まらせる。

ボイラーの燃焼安全装置

 起動スイッチを押すと、主安全制御器の出力リレーが作動して、バーナモータ、点火用燃料弁、点火用変圧器などに電気信号が送られバーナを起動する。

 起動スイッチを押して一定時間内に火炎が検出されないときには、主安全制御器の安全スイッチが作動し、出力リレーの作動を解き、燃料の供給をすべて停止させる。

 紫外線光電管を用いた火炎検出器は、バーナの火炎からの光が光電管に照射されると光電子が放出されて電流が流れることを利用して火炎を検出する。

 フレームロッドを用いた火炎検出器は、火炎中に電圧をかけた電極を挿入すると電流が流れることを利用して火炎を検出する。

 主安全制御器は、出力リレー、フレームリレー及び安全スイッチの三つの主要部分から成る。

ボイラーの水処理装置及び清缶剤

 軟化器は、水中の硬度成分をイオン交換樹脂により除去するものである。

 真空脱気器は、内圧を真空に保ち、水中の酸素などの溶存気体の溶解度を下げて脱気するものである。

 清缶剤の機能には、ボイラー本体へのスケールの付着の防止、ボイラー水のpHの調節などがある。

 清缶剤の投入には、ボイラー水を新しく張り込んだときに投入する基礎投入と、ボイラー水の補給水量に応じて投入する補給投入がある。

 軟化器は、残留硬度の許容限度である貫流点に達したら通水をやめ、通常、食塩水で樹脂再生を行う。

 軟化剤は、ボイラー水中の硬度成分を不溶性の化合物(スラッジ)に変えるための清缶剤である。

ボイラー用材料

 炭素鋼には、鉄と炭素の他に、脱酸剤としてのけい素やマンガン、不純物としてのりんや硫黄が含まれている。

 炭素鋼は、軟鋼、中鋼、硬鋼に大別され、ボイラー用材料としては主に軟鋼が使用される。

 鋳鉄は、強度が小さく、もろくて展延性に欠けるが、融点が低く流動性がよいので、鋳造によって複雑な形状の鋳物を製造できる。

 鋼管は、インゴットから高温加工又は常温加工により継ぎ目なく製造したり、帯鋼を巻いて電気抵抗溶接によって製造する。

 鋳鋼品は、通常、電気炉で融解し、脱酸した溶鋼を鋳型に注入して成形した後、焼きなましなどの熱処理を行う。

 鋼管は、ビレットなどから高温加工又は常温加工により継ぎ目なく製造したり、帯鋼を巻いて電気抵抗溶接によって製造する。

不定形耐火物

 不定形耐火物は、任意の形状に施工することができ、また、継目なしの1枚壁をつくることができる。

 キャスタブル耐火物は、適当な粒度としたシヤモット質などの耐火材料の骨材にバインダとしてアルミナセメントを配合した粉状のものである。

 プラスチック耐火物は、ハンマやランマーでたたき込んで壁をつくる。

 プラスチック耐火物は、湿気を与え、乾燥しないようにして保存する。

ボイラーの附属設備

 プレート形の伝導式(熱交換式)空気予熱器は、鋼板を一定間隔に並べて端部を溶接し、1枚おきに空気及び燃焼ガスの通路を形成したものである。

 プレート形の伝導式(熱交換式)空気予熱器は、燃焼ガスの熱が伝熱面を隔てて空気側に移動して燃焼用空気を加熱する。

 再生式空気予熱器は、金属板の伝熱体を円筒内に収めたもので、伝熱体を回転させ燃焼ガスと空気に交互に接触させて伝熱を行う。

 空気予熱器の設置による通風抵抗の増加は、エコノマイザの設置による通風抵抗の増加より大きい。

 硫黄を含む燃料の場合、空気予熱器の燃焼ガス側には、低温腐食が発生しやすい。

 エコノマイザは、排ガスの余熱を回収して給水の予熱に利用する装置である。

 大容量のボイラーには再生式空気予熱器が使用され、中小容量のボイラーには伝導式(熱交換式)空気予熱器が使用される。

ボイラーの指示器具類

 ブルドン管式圧力計は、水を入れたサイホン管などを胴又は蒸気ドラムと圧力計との間に取り付け、ブルドン管に蒸気が直接入らないようにする。

 ブルドン管式圧力計は、断面が扁平なブルドン管に圧力が加わりブルドン管の円弧が広がると、歯付扇形片が動き、小歯車を介して指針が圧力を示す。

 ブルドン管式圧力計のコックは、ハンドルが管軸と同一方向になった場合に開くように取り付ける。

 ガラス水面計は、可視範囲の最下部がボイラーの安全低水面と同じ高さになるように取り付ける。

 ガラス水面計は、ボイラー本体又は蒸気ドラムに直接取り付けるか、又は水柱管を設けこれに取り付ける。

 丸形ガラス水面計は、主として最高使用圧力1MPa以下の丸ボイラーなどに用いられる。

 平形透視式水面計は、裏側から電灯の光を通して水面を見分けるもので、一般に高圧ボイラーに用いられる。

 二色水面計は、水部は緑色に、蒸気部は赤色に見える。

 差圧式流量計は、流体の流れている管の中にべンチュリ管などの絞り機構を挿入したもので、流量がその入口と出口の差圧の平方根に比例することを利用している。

 容積式流量計は、だ円形のケーシングの中にだ円形歯車を2個組み合わせたもので、流量が歯車の回転数に比例することを利用している。

 U字管式通風計は、燃焼室の炉壁などに小さい穴を設け、ここに管を通し、水を入れたU字管につないだもので、U字管の水面の差によって通風力を測定する。

 コックはハンドルを管軸と同じ方向のとき、開くようにしておかなければなりません。

ボイラーの内面腐食(水側の腐食)の原因となる事項

洗浄液の濃度又は温度に著しい差が生じている。

満水保存法で保存剤の濃度が低すぎる。給水中に溶存酸素が含まれている。

溶接加工による残留応力が生じている。

燃料が原因の腐食は外面腐食になります。

乾燥保存法でボイラー内に外気が流入していること。給水中に溶存酸素が含まれていること。

ボイラーの給水装置

 渦流ポンプは、円周流ポンプとも呼ばれているもので、小容量の蒸気ボイラーなどに用いられる。

 給水弁にはアングル弁又は玉形弁が、給水逆止め弁にはスイング式又はリフト式の弁が用いられる。

 給水弁と給水逆止め弁をボイラーに取り付ける場合は、給水弁をボイラーに近い側に、給水逆止め弁を給水ポンプに近い側に取り付ける。

 給水内管は、一般に長い鋼管に多数の穴を設けたもので、胴又は蒸気ドラム内の安全低水面よりやや下方に取り付ける。

 渦巻ポンプは、羽根車の周辺に案内羽根のない遠心ポンプで、円周流ポンプとも呼ばれ、一般に低圧のボイラーに使用される

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