蒸気システムの省エネ改善とは？燃料費を減らす基本ポイント

工場で使用する蒸気は、加熱や乾燥、洗浄などの工程に欠かせない一方、配管からの放熱や蒸気漏れによってエネルギーを失っている場合があります。ボイラーの燃料費が増えているにもかかわらず、原因や改善箇所を特定できていない工場も少なくありません。

そこで、この記事では、蒸気システムでエネルギーロスが発生する原因と、燃料費を減らすための基本的な改善ポイントを解説します。省エネ対策を進める手順や、専門業者に依頼するメリットも紹介するため、蒸気設備の運用を見直す際の参考にしてください。

蒸気システムにおける省エネ改善とは

蒸気システムの省エネ改善とは、ボイラーで発生させた蒸気を使用設備まで効率よく届けるために、配管から発生する放熱や蒸気漏れなどのエネルギーロスを減らす取り組みです。工場では、加熱・乾燥・洗浄・殺菌など、さまざまな工程に蒸気が使われています。しかし、ボイラーで蒸気を効率よく発生させていても、搬送途中の配管で熱や蒸気が失われれば、その分だけ余分な燃料が必要になります。

蒸気システムは工場内の広い範囲に設置されているため、設備の稼働を続けるうちに保温材の劣化や接続部の緩み、不使用配管の放置などが発生しやすくなります。そのため、蒸気システムの省エネ改善では、一度だけ対策を行うのではなく、定期的に点検し、設備の状態を維持することが重要です。

なお、蒸気設備の点検・修理・配管変更は、熱傷、蒸気の噴出、ウォーターハンマーなどの危険を伴います。作業は、設備の停止、系統の隔離、脱圧、冷却、残圧確認など、事業所で定められた安全手順に従って実施してください。専門的な作業は、適切な知識と技能を持つ担当者または専門業者へ依頼する必要があります。

蒸気システムで起こりやすいエネルギーロス

蒸気配管ではどのようなエネルギーロスが生じやすいのでしょうか。ここからは、一般的によく見られるエネルギーロスについて解説します。

配管やバルブからの放熱

高温の蒸気が通る配管やバルブでは、表面から周囲へ熱が逃げていきます。保温材が施工されていない箇所や、経年劣化によって保温材が破損・脱落している箇所では、特に放熱量が大きくなります。

また、配管本体だけでなく、バルブ、フランジ、ストレーナーなどの機器類も見落とされやすい部分です。放熱が増えると、蒸気の一部が凝縮してドレンとなり、蒸気の乾き度や使用設備へ供給できる熱量が低下します。

その結果、必要な加熱量を確保するために、より多くの蒸気を供給しなければならない場合があります。取り外し可能な保温カバーなどを活用して保温することが重要です。

配管や継手からの蒸気漏れ

蒸気システムの継手、フランジ、バルブ、パッキンなどが劣化すると、隙間から蒸気が外部へ漏れることがあります。漏れた蒸気は生産工程に利用されないため、その分を補う目的でボイラーが余分な蒸気を発生させ続けることになります。

小さな漏れでも、設備が24時間稼働している場合は、年間では大きな損失になる可能性があります。また、蒸気漏れは燃料費を増加させるだけでなく、作業者の熱傷や工場内温度の上昇、蒸気漏れに伴う結露や高温多湿化による周辺設備や保温材下の腐食につながる点にも注意が必要です。定期的な巡回点検だけでなく、超音波検知器による漏れ検知などを活用することで、早期発見しやすくなります。

スチームトラップの故障による蒸気損失

スチームトラップは、蒸気システムや使用設備で発生したドレンを自動的に排出しながら、生蒸気の流出を抑える装置です。形式によっては、空気や不凝縮ガスを排出する機能も備えています。

しかし、内部部品の摩耗や異物の詰まりなどによって故障すると、生蒸気が排出側へ流れ続けたり、反対にドレンを排出できなくなったりします。生蒸気が流出する状態では、目に見えにくいまま蒸気の損失が発生し続け、燃料費の増加につながるかもしれません。

一方、ドレンを排出できない場合は、加熱効率の低下やウォーターハンマーの原因となります。外観だけでは正常かどうかを判断しにくいため、トラップの形式や運転条件を確認したうえで、温度、作動音、排出状態、超音波などを組み合わせた定期的な作動確認が必要です。

既存スチームトラップの蒸気ロス、見直せていますか？

スチームトラップの不具合は、目に見えにくい蒸気ロスや燃料費の増加につながる場合があります。既存トラップで蒸気漏れ、ドレン排出不良、点検・清掃・交換のしにくさが気になる場合は、長期耐久型スチームトラップ「スチームセーバー」への置き換えも選択肢の一つです。

蒸気システムにおける燃料費を減らす基本ポイント

蒸気システムの燃料費を減らすには、蒸気をつくるボイラーだけでなく、配管から使用設備までの供給系統全体を見直す必要があります。具体的に、どのように燃料費を軽減できるのか、以下から詳しく解説します。

配管・バルブ・フランジを適切に保温する

蒸気システムの表面温度は高く、保温されていない箇所からは熱が周囲に放出されます。そのため、配管だけでなく、バルブ、フランジ、ストレーナーなども含めて適切に保温することが重要です。

点検や整備のために保温材を外すことが多い機器には、着脱式の保温カバーを使用すると、作業のしやすさを確保しながら放熱を抑えやすいでしょう。既設の保温材についても、破損、脱落、濡れ、変形がないか定期的に確認し、断熱性能が低下している箇所は早めに補修してください。

蒸気漏れを定期的に点検・修理する

配管の継手、フランジ、バルブ、パッキンなどから蒸気が漏れると、生産に利用されない蒸気を補うためにボイラーの燃料消費量が増加します。小さな漏れでも長時間放置していると、年間で見ると大きな損失になるかもしれません。

損失を防ぐためにも、まずは巡回点検として、蒸気の噴出、異常音、周辺温度の上昇、水滴や腐食の有無を確認しましょう。目視で発見しにくい微小な漏れには、超音波検知器などの活用も有効です。発見した箇所は記録に残し、速やかに増し締めや部品交換を行うことが重要です。

スチームトラップを点検・交換する

スチームトラップが故障すると、生蒸気が排出側へ流れ続け、燃料費の増加につながります。また、閉塞によってドレンを排出できない場合は、加熱効率の低下やウォーターハンマーを招くおそれがあります。

外観だけでは正常かどうかを判断しにくいため、入口側と出口側の温度、作動音、排出状態などを定期的に確認しましょう。点検結果はトラップごとに管理し、不具合が見られる場合は早めに清掃（もしくは交換）することを心掛けましょう。

なお、使用圧力や排出するドレン量に合った形式を選定することも、安定した運転や蒸気損失防止のためにも重要です。

蒸気圧力を適正な水準に見直す

蒸気圧力を必要以上に高くすると、蒸気温度が上がり、配管表面からの放熱や漏れ箇所からの蒸気損失が増えやすくなります。ボイラーの負荷も大きくなることから、燃料費を抑えるためにも、各設備に必要な圧力を確認し、適正な水準へ見直すことが重要です。

ただし、圧力を安易に下げると、末端設備の能力不足や加熱時間の増加を招く可能性があります。減圧弁の設定は、末端圧力や設備能力を確認しながら段階的に見直します。圧力損失が大きい場合は、配管口径や配管経路が適切かも検証してください。

使用していない蒸気システムを停止・撤去する

休止中の設備や廃止された生産ラインにつながる配管へ蒸気を供給し続けると、蒸気を使用していなくても配管表面から熱が失われます。そのため、工場内の蒸気系統を整理し、使用状況を確認することが必要です。

一時的に使用しない系統は、系統入口の遮断弁で供給を停止します。作業や撤去を行う場合は、弁の閉止だけに依存せず、設備の手順に従って隔離や脱圧、残圧確認、ドレン排出などを行ってください。

ドレンを回収して再利用する

蒸気が凝縮して発生するドレンには、熱エネルギーが残っています。高温のドレンを排水として捨てず、給水タンクやドレン回収設備へ戻してボイラー給水に再利用すれば、補給水の加熱に必要な燃料を削減することが可能です。また、水の使用量や水処理薬品の使用量を抑えられるといったメリットもあります。

ただし、製品や薬品が混入する可能性がある場合は、水質を確認しなければなりません。回収配管の腐食や漏れ、背圧、ドレンタンクの容量なども確認し、安定して戻せる設備を整えましょう。

蒸気使用量を計測してロスを見える化する

蒸気システムの省エネを継続するには、蒸気使用量を計測し、いつ、どこで、どれだけ使われているかを把握することが重要です。工場全体の使用量だけでなく、主要な生産ラインや設備ごとに流量計を設置すると、異常な増加や不要な蒸気使用を発見しやすくなります。

生産量や稼働時間、燃料消費量とあわせて記録すれば、蒸気原単位や改善前後の削減効果も確認しやすいでしょう。実際、仮に休日や生産していない時間帯に蒸気使用量が下がらない場合は、漏れや不要系統への供給の疑いがあります。計測結果を定期的に分析し、点検や修理の優先順位に反映させましょう。

蒸気システムの省エネ改善では、配管・保温・蒸気漏れ・スチームトラップなど、複数の観点からロスの原因を確認することが重要です。

なかでも、配管等からの蒸気漏れやスチームトラップの不具合は、燃料費の増加につながりやすいため、優先的に点検・改善したいポイントです。

蒸気システムの省エネ改善を進める手順

蒸気システムの省エネ改善を進めるにあたり、「そもそもどのような段取りで行えばいいのか」「作業の順番はどうなるのか」など気になる部分も多いものです。ここからは、省エネ改善を進めるための適切な手順について解説するため、以下を参考にしながら計画を立ててみてください。

蒸気システムの系統と使用状況を把握する

省エネ改善を始める際には、まずはボイラーから各使用設備までの蒸気システム系統を整理します。配管図がある場合は、実際の設備と一致しているかを確認し、分岐先、減圧弁、スチームトラップ、ドレン回収経路などを記録しましょう。

あわせて、各設備の使用圧力、稼働時間、蒸気使用量、運転する曜日や時間帯も確認してください。系統図と使用状況を可視化することで、不要な供給や蒸気ロスが発生しやすい場所を絞り込めます。

漏れ・保温不良・高温箇所を確認する

蒸気システムの現地調査では、継手やフランジ、バルブからの蒸気漏れ、保温材の破損や脱落、異常に高温となっている箇所を確認しましょう。目視だけでなく、蒸気の噴出音、水滴、腐食、周辺温度の上昇なども手がかりになります。

表面温度計やサーモグラフィーを使用すると、保温性能が低下した場所を把握しやすくなるため便利です。また、スチームトラップについては、入口と出口の温度や作動音などが確認ポイントになります。点検結果は設備番号、場所、異常内容、写真とともに記録し、修理漏れや重複調査につながらないようにしましょう。

改善効果と費用から優先順位を決める

調査で複数の問題が見つかった場合は、すべてを一度に改善するのではなく、期待できる削減効果と必要な費用を比較して優先順位を決めましょう。蒸気漏れの修理や脱落した保温材の復旧など、低コストで早く実施できる対策は優先度が高いといえます。

一方、配管の全面更新やドレン回収設備の新設などは、投資額や工事期間を踏まえた検討が必要です。年間の蒸気損失量、燃料費削減額、投資回収期間に加え、安全性や設備停止リスクも評価したうえで実施する順序を決めましょう。

改善後の燃料使用量を確認する

改善工事を行った後は、実際に燃料使用量が減ったかを確認します。改善前後のガス、重油、灯油などの使用量を比較するだけでなく、生産量や稼働時間、外気温などの条件も考慮する必要があります。

生産量が異なる場合は、製品1個当たりや生産重量当たりの燃料使用量を示す原単位で比較すると、効果を判断しやすくなるでしょう。蒸気流量計がある場合は、対象系統の蒸気使用量も確認してください。仮に、想定した効果が得られていないと判断される場合は、別の漏れ箇所や運転条件に問題がないかを再調査することがおすすめです。

定期点検の仕組みをつくる

蒸気漏れや保温材の劣化、スチームトラップの故障は、改善後も設備の使用に伴って再び発生します。そのため、省エネ効果を維持するには、定期点検を日常業務として仕組み化することが重要です。

点検対象や確認項目、実施頻度、担当者、異常発見時の対応方法を明確にし、点検表や設備管理システムで履歴を残します。蒸気漏れは日常的な巡回、保温材やトラップは月次・年次点検など、設備の重要度に応じて頻度を設定しましょう。燃料原単位の変化も確認すると、異常の早期発見につなげやすくなります。

蒸気システムの省エネ改善を業者に依頼するメリット

蒸気システムの省エネ改善は、自社内で確認できることもありますが、高温・高圧の設備を扱うため、必要に応じて専門業者へ相談することも有効です。特にスチームトラップの不具合や蒸気漏れは外観だけでは判断しにくい場合があるため、点検結果をもとに交換・更新の必要性を整理することが重要です。

専門業者に相談することで、以下のようなメリットが期待できます。

• 蒸気漏れや放熱箇所を確認しやすくなる
• 自社では見つけにくいスチームトラップの不具合を把握しやすくなる
• 既存スチームトラップの交換・更新の必要性を判断しやすくなる
• 蒸気ロスやメンテナンス負荷の見直しにつなげやすくなる
• 高温設備まわりの点検・確認を安全に進めやすくなる
• 設備の状態に応じて、省エネ改善の優先順位を整理しやすくなる

点検結果をもとに、改善の優先順位や交換・更新の必要性を検討しやすくなる点も、専門業者に相談するメリットです。

まとめ

蒸気システムの省エネ改善では、配管や保温、蒸気漏れ、ドレン回収など複数の観点からエネルギーロスを確認することが重要です。特に、既存スチームトラップの不具合は、蒸気ロスや燃料費の増加につながりやすいポイントです。

現在使用しているスチームトラップで、蒸気漏れ、ドレン排出不良、点検・清掃・交換のしにくさが気になる場合は、長期耐久型スチームトラップ「スチームセーバー」への置き換えも選択肢の一つです。

既存スチームトラップの交換・更新に　長期耐久型トラップ「スチームセーバー」

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