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工場・病院・ビルなどではボイラーへの蒸気需要が時間帯によって変動します。この「負荷変動」に対してボイラーの圧力・水位をいかに安定させるかが運転技術の核心です。二級ボイラー技士試験では負荷変動時の圧力・水位の変動傾向と、適切な対応操作の順序が問われます。
負荷変動とは
負荷変動とは、ボイラーが供給する蒸気量（需要）が時間とともに変化することです。
- 負荷増大（需要増）：工場の生産ラインが増える、病院で暖房を多く使い始めるなど。蒸気の消費量が急に増える
- 負荷軽減（需要減）：生産が終わり蒸気需要が減少する場合。蒸気の消費量が急に減る
負荷増大（需要増）時の圧力・水位の変化
| 変化 | 内容・理由 |
|---|---|
| 蒸気圧力が下がる | 蒸気が多く引き出されるため、蒸気空間の圧力が低下する |
| 缶内の水位が一時的に上昇する（スウェル） | 圧力が下がると缶内の沸点が下がり、缶水中に多数の小さな泡が発生する。この泡の体積分だけ見かけ上の水位が上がって見える。これをスウェル（膨れ）という |
| 実際の水量は不足する | 見た目の水位は上がっても、蒸発量が増えているため実際の缶水量は減少傾向にある |
スウェルは操作を誤ると危険です。「水位が上がっているから給水は不要」と判断すると、実際は水が不足していて低水位焼損を招きます。
負荷軽減（需要減）時の圧力・水位の変化
| 変化 | 内容・理由 |
|---|---|
| 蒸気圧力が上がる | 蒸気が引き出されないため、蒸気空間に蒸気が溜まり圧力が上昇する |
| 缶内の水位が一時的に低下する（シュリンク） | 圧力が上がると沸点が上がり、缶水中の泡が減る。泡の体積が減った分だけ見かけ上の水位が下がって見える。これをシュリンク（収縮）という |
| 実際の水量は変化が少ない | 蒸発量が減っているため水は余剰気味。水位が下がって見えても水不足ではない |
スウェル・シュリンクへの対応の注意
スウェル・シュリンクはどちらも「見かけの水位変化」であり、実際の缶水量と異なる場合があります。
- スウェル時：水位が上がって見えても実際は水不足→給水を継続し、スウェルが落ち着いてから水位を調整する
- シュリンク時：水位が下がって見えても実際は水過多→むやみに給水しない。圧力が安定したら水位が戻ることを確認する
スウェル・シュリンクが大きいのは保有水量が多いボイラー（丸ボイラー・炉筒煙管ボイラー）の特徴です。
負荷変動への対応操作
負荷が増大したとき
- バーナーの燃焼量を増やして熱入力を上げる（または燃焼段数を増やす）
- 圧力の回復を確認する。安全弁吹き出し圧力まで上がっていないか監視する
- スウェルが収まり、実際の水位が安全低水面以上に保たれているか確認する
- 給水を適切に調整する（スウェル収束後に水位を正常範囲に戻す）
負荷が軽減したとき
- バーナーの燃焼量を減らして蒸気の発生量を抑える
- 圧力が上昇しすぎていないか確認する。安全弁が作動する前に燃焼を下げる
- シュリンクが収まり、水位が正常範囲に戻ることを確認する
- 水位が高すぎる場合はブロー（排水）で水位を下げる
蒸気圧力の急上昇が起きたとき（燃焼抑制）
需要の急減や安全弁接近など、圧力が急上昇したときの操作です。
- 燃焼を絞る（バーナーの火力を落とす）のが最初の対処
- 圧力が安全弁吹出し圧力に近づいたら安全弁の手動試験（急開）を行い、圧力を逃がす
- 急激に蒸気弁を開いて蒸気を逃がすことは圧力降下でプライミングを起こすため慎重に行う
自動燃焼制御（バーナーの自動切り替え）
現代のボイラーでは蒸気圧力を測定し、圧力に応じてバーナーの燃焼量を自動制御する「オンオフ制御（起動・停止制御）」または「比例制御（調節弁開度で量を調整）」が採用されています。
| 制御方式 | 内容 | 特徴 |
|---|---|---|
| オン/オフ制御 | 設定圧力の上限でバーナー停止、下限で再起動 | シンプル。圧力変動がやや大きい |
| ハイ/ロー制御（2段燃焼） | 高燃焼と低燃焼を切り替え | 変動が小さい。中小型ボイラーに多い |
| 比例制御（PID制御） | 圧力偏差に応じて連続的に燃焼量を調整 | 最も安定。大型・高精度制御に使用 |
試験で間違えやすいポイント
- 「負荷増大時に水位が上がるのは給水が増えたから」は誤り。スウェル（缶内の泡の増加）による見かけ上の水位上昇
- 「負荷軽減時に水位が下がったらすぐ給水する」は誤り。シュリンクによる見かけ上の水位低下の可能性がある。圧力が安定してから判断する
- 「圧力が上昇したら安全弁を手動で作動させる」は、安全弁吹出し圧力に近づいた場合のみ正しい操作。通常は燃焼を下げて対応する
- 「スウェルとシュリンクは保有水量が少ないボイラーでより顕著に起こる」は誤り。保有水量が多いボイラー（丸ボイラー）でより顕著
この記事のまとめ
- 負荷増大→圧力低下・スウェル（見かけ水位上昇。実際は水不足になりやすい）
- 負荷軽減→圧力上昇・シュリンク（見かけ水位低下。実際は水不足ではない）
- スウェル・シュリンクは見かけの変化。実際の水位・圧力が安定するまで操作を急がない
- 負荷変動への対応は「燃焼量調整 → 圧力確認 → 水位確認 → 給水調整」の順
出典：ボイラー及び圧力容器安全規則（e-Gov法令検索）・ボイラー構造規格（昭和47年労働省告示第33号）・安全衛生技術試験協会 公表試験問題
作成：fufumumu_design｜更新：2026年11月
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