ボイラーマンです。ボイラーを停止して、翌日になると圧力が下がります。翌々日になると、負圧になっています。もし、次の日も、次の日もボイラーを炊かないとボイラー内は、圧力が下がり続けてしまうのでしょうか。(ちなみにブローはせず、密閉したままとする)

また、それはなぜでしょうか。

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  • 登録:2017/10/01 17:04:27
  • 終了:2017/10/08 17:05:06

回答(2件)

id:tea_cup No.1

tea_cup回答回数1042ベストアンサー獲得回数1892017/10/01 17:42:48

ポイント100pt

アモントンの法則
気体の質量と体積が一定の場合、温度が上昇すると圧力も上昇する。

温度が下がることで圧力が減少するので、2日目に温度が室温になると以後圧力は変化しません。

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id:tea_cup

負圧になっても良いです。窯内の気体容積によります。無限に圧力が下がることはないです。

2017/10/02 00:04:01
id:ryouko5252

回答ありがとうございます。

>窯内の気体容積によります。

上記のことを、具体的に説明していただけないでしょうか。

よろしくお願いします。

2017/10/02 19:41:12
id:smithy250 No.2

smithy250回答回数8ベストアンサー獲得回数32017/10/01 23:00:52

ポイント100pt

1molの物質を気化させると22.4Lになります。水ならH2Oで18gが1mol、メタンならCH4で20gです。
運転を停止した直後のボイラーは熱せられた水と水蒸気で満たされています。
水蒸気が凝結し水となったとき、22.4Lの水蒸気が18gの水に戻るわけです。
水の密度は1g/1mLですので、18gの水は18mL。1200分の1に体積が減るわけです。
ボイラー缶の体積は変化しないので、その分、圧力が下がります。
負圧になるかどうかは、停止直後の圧力と、ボイラー内の水と水蒸気の体積比、そして、温度の変化量によって変わります。

こんなややこしく考えなくとも、PV=nRTから、V一定、n一定の条件なわけですから、PはTに比例するということでいいかもしれません。

負圧かどうかは、ボイラー缶の内外の圧力差で決まります。絶対気圧とゲージ圧とをキチンと区別しましょう

id:smithy250

>>窯内の気体容積によります。

>上記のことを、具体的に説明していただけないでしょうか。

これを真面目に説明しようとして、いろいろと式をいじっていたところ

>負圧になるかどうかは、停止直後の圧力と、ボイラー内の水と水蒸気の体積比、そして、温度の変化量によって変わります。

この文章に間違いがあることがわかりました。

まず、前提として、
ボイラー運転停止直後の圧力、水蒸気体積、水蒸気の物質量、温度をP,V,n,T。
運転停止から十分たった時の圧力、水蒸気体積、水蒸気の物質量、温度をP',V',n',T'とします。
ボイル・シャルルよりPV=nRT,P'V'=n'RT'が成立します。
Vが十分に大きければVからV'への変化は無視できます。なぜなら
V-V'=(n-n')*18[mL]だからです。
ここまでが前提です。

さて、V=V'として、P'/P=(n'/n)*(T'/T) → P'=P*(n'/n)*(T'/T)

であるため、
>負圧になるかどうかは、停止直後の圧力と、ボイラー内の水と水蒸気の体積比、そして、温度の変化量によって変わります。
は誤りで、負圧になるかどうかは、
「停止直後の圧力と、前後の物質量、前後の温度によってわかる」ことがわかりました。

停止直後の圧力と、前後の温度は簡単に観測できますが、前後の物質量の算出はかなり手間がかかります。
前後の状態で水蒸気が缶内に飽和していると仮定したとして、e(T)を飽和水蒸気圧として
飽和水蒸気量 a(T)=217*e(t)/(T+273.15)
飽和水蒸気圧 e(T)=6.1078*10^[7.5T/(T+237.3)]
で与えられます。
a(T)の単位は[g/m^3]なので、n=a(T)*Vです。つまり

P'=P*[a(T')/a(T)]*(T'/T)となります。

ここに至っては「停止直後の圧力と、前後の物質量、前後の温度」も必要とせず
「停止直後の圧力と、前後の温度」だけでいいこともわかりました。

私たち回答者は前後の圧力や温度を知りませんが、質問者は具体的な数値を知っているはずです。
具体的な数値があるならば、こんなバカげた式を計算せずとも、飽和水蒸気量の表が簡単に手に入るので、それを参照した方が圧倒的に楽でしょう。

ただし、この結論には
1.Vが十分に大きければVからV'への変化は無視
2.前後の状態で水蒸気が缶内に飽和している
この二つの仮定、そして、缶内温度のムラなどを考慮しないなどの環境的仮定が多分に含まれています。実際に計算してみて、数値が大きく違っていたらあきらめましょう。


さて、質問者から具体的な数値が一つも出ていないので、抽象的な一般論を述べましたが、これを理解できるのでしょうか。

2017/10/04 05:27:23
  • id:miharaseihyou
    圧力は気温が高くなれば上がっていたような記憶がある。
  • id:miharaseihyou
    ついでに思い出したんだが、圧力が下がりすぎて配管の一部が凹んでしまったことがあった。
    銅管だったけど、放りっぱなしは良くない。

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