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脱気装置とは、液体から酸素などの溶存ガスを除去するために使用される装置である。
熱式脱気器は、蒸気発生ボイラーの給水中の溶存ガスを除去するためによく使用されます。脱気器は給水加熱システムの一部です。[ 1 ] [ 2 ]給水中の溶存酸素は、金属配管やその他の機器の壁に付着して酸化物（錆など）を形成することにより、ボイラーに深刻な腐食損傷を引き起こします。溶存二酸化炭素は水と結合して炭酸を形成し、さらなる腐食を引き起こす可能性があります。ほとんどの脱気器は、酸素を重量比で7ppb以下まで除去し、二酸化炭素もほぼ完全に除去するように設計されています。 [ 3 ] [ 4 ]
真空脱気装置は、食品、パーソナルケア製品、化粧品、化学薬品、医薬品などの製品から溶解ガスを除去し、充填工程での投与精度を高め、製品の保存安定性を向上させ、酸化作用（変色、臭いや味の変化、酸敗など）を防ぎ、pHを調整し、包装容積を削減するために使用されます。[ 5 ]
脱気装置の製造は1800年代に始まり、現在まで続いている。
脱気装置の製造は1800年代に始まりました。製氷工程で使用される水の浄化に使用されました。[ 6 ]給水加熱器は船舶用途に使用されました。[ 7 ] 1899年、ジョージ・M・クルーカーは水の脱気方法の改良に関する特許を取得しました。[ 8 ]
姉妹船であるオリンピック号とタイタニック号（1912年）には接触式給水ヒーターが搭載されていた。[ 9 ] 1934年、アメリカ海軍は噴霧式脱気装置を購入した。[ 10 ]
1920年代には給水加熱器と脱気器の設計が改良された。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
1921年から1933年の間に、コクレインのジョージ・ギブソン、パーシー・ライオン、ビクター・ローリンは、液体に蒸気を吹き込む脱気装置/脱ガス装置の特許を取得した。[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
1926年、ブラウン・スタンレーは酸素と窒素ガスの低減（脱気）に関する特許を取得した。[ 17 ]
1937年、パーミュティットのサミュエル・B・アップルバウムは、水脱気器および浄水器の特許を取得した。[ 18 ] [ 19 ]
脱気装置は、今日でも多くの用途で使用され続けている。
酸素と窒素は、脱気によって除去される2つの非凝縮性ガスです。ヘンリーの法則は、溶解ガスと分圧の関係を説明しています。熱脱気は、水の温度が上昇して沸点に近づくにつれて、水中のガスの溶解度が低下するという原理に基づいています。脱気器では、最小限の圧力損失と最小限のベントで、水が沸点近くまで加熱されます。脱気は、給水をチャンバーに噴霧して表面積を増やすことによって行われ、複数のトレイ層を流れる場合もあります。このスクラビング（またはストリッピング）蒸気は、脱気器の脱気セクションの下部に供給されます。蒸気が給水に接触すると、給水は沸点まで加熱され、溶解ガスが給水から放出され、ベントを通して脱気器から排出されます。処理された水は、脱気器の下にある貯蔵タンクに落ちます。[ 20 ] [ 3 ]
脱気器で除去されなかった酸素の痕跡を消すために、脱気されたボイラー給水に酸素除去剤が添加されることが非常に多い。添加される化学物質の種類は、その場所で揮発性水処理プログラムを使用しているか、非揮発性水処理プログラムを使用しているかによって異なる。ほとんどの低圧システム（ 650 psi（4,500 kPa）未満）では、非揮発性処理プログラムが使用されている。低圧システムで最も一般的に使用される酸素除去剤は亜硫酸ナトリウム（Na 2 SO 3）である。これは非常に効果的で、微量の酸素と迅速に反応してスケールを形成しない硫酸ナトリウム（Na 2 SO 4 ）を生成する。ほとんどの高圧システム（ 650 psi（4,500 kPa）以上）および特定の高合金材料が存在するすべてのシステムでは、リン酸塩ベースの処理プログラムの多くが段階的に廃止されているため、現在では揮発性プログラムが使用されている。揮発性プログラムは、流動促進腐食の発生を減らすために環境が酸化環境を必要とするか還元環境を必要とするかに応じて、酸化プログラムまたは還元プログラム[(AVT(O)またはAVT(R)]にさらに細分化されます。流動促進腐食に関連する故障は、財産と人命の重大な損失が発生した多数の事故を引き起こしています。ヒドラジン(N 2 H 4 )は、揮発性処理プログラムで一般的に使用される酸素スカベンジャーです。他のスカベンジャーには、カルボヒドラジド、ジエチルヒドロキシルアミン、ニトリロ三酢酸、エチレンジアミン四酢酸、およびヒドロキノンがあります。
熱式脱気器は、蒸気発生ボイラーの給水中の溶存ガスを除去するためによく使用されます。給水中の溶存酸素は、金属配管やその他の機器の壁に付着して酸化物（錆など）を形成することにより、ボイラーに深刻な腐食損傷を引き起こします。溶存二酸化炭素は水と結合して炭酸を形成し、さらなる腐食を引き起こす可能性があります。ほとんどの脱気器は、二酸化炭素を実質的に除去するのと同様に、酸素を重量比で7ppb以下まで除去するように設計されています。[ 3 ] [ 4 ]ほとんどの火力発電所の蒸気発生システムの脱気器は、蒸気タービンシステムの抽出点から得られる低圧蒸気を使用します。ただし、石油精製所などの多くの大規模な産業施設の蒸気発生器は、利用可能な低圧蒸気を使用する場合があります。
トレイ型脱気器は、水平ボイラー給水貯蔵容器の上に垂直ドーム型脱気部が設置されています。ボイラー給水は、穴あきトレイの上にあるスプレーバルブから垂直脱気部に入り、穴を通って下方に流れます。低圧脱気蒸気は、穴あきトレイの下から入り、穴を通って上方に流れます。スプレーバルブとトレイの組み合わせにより、蒸気と水の接触時間が長くなるため、非常に高い性能が保証されます。[ 21 ]一部の設計では、蒸気とボイラー給水との良好な接触と混合を実現するために、穴あきトレイの代わりにさまざまなタイプの充填層を使用しています。
蒸気はボイラー給水から溶存ガスを除去し、ドーム部上部のベントバルブから排出されます。このベントバルブが十分に開いていないと、脱気器が正常に機能せず、酸素含有量の高い給水がボイラーに送られます。ボイラーに酸素濃度計がない場合、ボイラー内の塩化物濃度が高い場合は、ベントバルブが十分に開いていないことを示している可能性があります。設計によっては、排出ガスに混入した水分を捕捉して回収するためのベントコンデンサーが含まれている場合があります。ベントラインには通常バルブがあり、排出ガスとともに少量の蒸気が排出され、目に見える小さな蒸気の柱が発生します。
脱気された水は水平貯蔵容器に流れ込み、そこから蒸気発生ボイラーシステムにポンプで送られます。容器底部のスパージパイプを通って水平容器に入る低圧加熱蒸気は、貯蔵されたボイラー給水を温かく保つために供給されます。スパージパイプにはステンレス鋼が推奨されます。 [ 22 ]容器の外部断熱は通常、熱損失を最小限に抑えるために設けられています。
一般的なスプレー式脱気器は、予熱部と脱気部を備えた水平容器です。この2つの部はバッフルで隔てられています。低圧蒸気は容器底部のスパージャーから容器内に入ります。ボイラー給水は、スパージャーから上昇する蒸気によって予熱される部分に噴霧されます。給水噴霧ノズルと予熱部の目的は、ボイラー給水を飽和温度まで加熱し、次の脱気部で溶存ガスを効率的に除去できるようにすることです。予熱された給水は脱気部（F）に流れ込み、スパージャーシステムから上昇する蒸気によって脱気されます。水から分離されたガスは、容器上部のベントから排出されます。なお、ベントから排出されるガスに混入した水分を捕捉・回収するためのベントコンデンサーを備えた設計もあります。また、ベントラインには通常バルブが設けられており、排気ガスとともに少量の蒸気が放出され、目に見える小さな蒸気の柱が発生します。脱気されたボイラー給水は、容器底部から蒸気発生ボイラーシステムにポンプで送られます。脱気装置業界では、排気時の騒音レベルを低減するために消音器（オプション）が使用されています。
脱気装置は、食品、パーソナルケア製品、化粧品、化学薬品、医薬品などの製品から溶存ガスを除去するためにも使用され、充填工程での投与精度の向上、製品の保存安定性の向上、酸化作用（変色、臭いや味の変化、酸敗など）の防止、pHの調整、包装容積の削減などに利用されます。真空脱気装置は石油化学分野でも使用されています。[ 5 ]
1921年にピッツバーグでガスを除去するための真空ポンプ付きタンクが使用された。[ 23 ] 1934年と1940年にはインディアナでガスを除去するための真空ポンプ付きタンクが使用された。[ 24 ] [ 25 ]
真空脱気器は、鋼製のヘッドとシェルを腐食から保護するために、内側にゴムライニングを施すことができる。[ 26 ]
一般的な設計では、製品は特殊な供給システムによって高速回転するディスク上に薄い層として供給されます。遠心力によって製品は穴あきスクリーンを通過し、真空状態の容器の内壁に吹き付けられます。この過程で気泡が放出され、真空によって除去されます。排出ポンプによって脱気された製品は生産ラインの次の工程へと送られます。高粘度製品の場合は、回転ディスクの代わりに静止ディスクが使用されます。
鋼製圧力容器の製造工程における溶接では、溶接後熱処理、X線検査、浸透探傷検査、超音波探傷検査、その他の非破壊検査が必要となる場合がある。ASMEボイラーおよび圧力容器規格、NACE International、HEI（熱交換協会）は、必要な検査の種類について推奨事項を提示している。[ 29 ]古い製造技術では、シェルとヘッドに鋳鉄も使用されていた。 [ 30 ]
断熱は、製造後またはプロジェクト現場での設置後に必要となる場合がある。断熱は熱損失を減らすために使用される。[ 31 ]
NACE International (現在は Association for Materials Protection and Performance (AMPP) として知られています) と CIBO (Council of Industrial Boiler Owners) は、脱気器ユニットの寿命を延ばすためのいくつかの推奨事項を提示しています。まず、圧力容器の溶接部の亀裂を定期的に検査 (およびテスト) し、溶接部の欠陥があれば修理すること。次に、脱気器の劣化を減らすために適切な水質を維持すること。3番目に、温度と圧力の変動を最小限に抑えること。4番目に、内部部品と付属品が適切に動作しているかどうかを検査すること。[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] NACE は 1984 年に腐食タスクグループを設立し、腐食の原因を調査して推奨事項を提供しました。[ 35 ] NACE は現在も機器の動作を改善するための推奨事項を提供しています。
ストーク（現ビルフィンガー）は1839年に脱気器の製造を開始し、独自の効率的な噴霧器を備えた噴霧式脱気器を現在も製造している。スティックル、コクレイン、パーミュティットは、米国で最も古い脱気器メーカーの3社である。[ 36 ] [ 37 ] 1929年、エリオット社（現在は廃業）とHSBWコクレイン社の間の裁判により、両社とも脱気器の製造を継続することが認められた。[ 38 ]
1909年、Weirはヨーロッパで接触式給水加熱器（脱気用）を製造していた。[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]
1937年までにパーミュティットは脱気装置を製造していた。[ 42 ] [ 19 ]
1939年、コクレイン、ダービー、エリオット、グローシェル、スターンズ・ロジャース、ワーシントンなどが互いにビジネスを競い合っていた。[ 43 ] 1949年にシカゴ・ヒーターが設立され、主要な脱気器メーカーとなった。[ 44 ] 1954年には、アリス・チャルマーズ、シカゴ・ヒーター、コクレイン、エリオット、グレーバー、スワートアウト、ワーシントンなどが事業を行っていた。[ 45 ]
脱気装置は、コージェネレーションプラント、病院、大規模な洗濯施設、油田、石油精製所、海上プラットフォーム、製紙工場、発電所、刑務所、製鉄所など、多くの産業で使用されています。