【意外】化学工場の柱サイズは配管設計に影響を与える

配管土建設計

NEONEEETです。

柱は□400でいきます。

勝手に決められても、配管設計困るのですが。

空間設計は機械エンジニアは土建エンジニアの協働作業

化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアが最も知恵を絞らないといけないのが、

空間設計

です。

3次元空間に設備や作業性などの要素を最適に設計することができるエンジニアは、意外と少ないです。

機械設備だけ土建設備だけ配管だけ

こんな感じで、自分の殻に閉じこもってしまうエンジニアが急増しています。

その結果、プラント全体としては非常に歪な構造になることも。。。

プラントの運転員が非常に面倒な作業をさせられる結末が見えてきます。

ユーザーの作業を考えないエンジニアは不要ですからね。

一点設計のプラントエンジニアとして、自社のユーザーに対するエンジニアリングを行う立場としては

ユーザーが仕様を提示しないから

という言い訳で、全体最適設計をしないで許されるべきではありません。

この辺が世間一般のエンジニアとは違う心構えでしょう。

化学工場の空間設計において主要な登場人物は、機械エンジニアと土建エンジニアです。

建物という巨大な空間と、設備や配管という巨大な空間。

建物と機械だけで化学工場の空間設計の90%程度を占めるでしょう。

ということは機械エンジニアは土建エンジニアの設計を知っていないといけません。

協働作業が必要です。

化学工場の柱サイズは配管設計に影響を与える

今回は、化学工場の柱サイズが配管設計に影響を及ぼすという点を紹介します。

柱サイズになぜ着目するかというと

  • 機械エンジニアが配管設計を疎かにしがち
  • 柱サイズだけを着目しても全体が見えない

こういう機械エンジニアの思想が背後に隠れています。

かなりマニアックな話ですが、プラント設計上は重要なことです。

化学工場建屋の平面上の構成要素

まずは、化学工場の建屋の基本を見ていきましょう。

平面図上で説明します。

5m四方を1単位

化学工場の建屋は柱と梁を組み合わせた構造です。

縦横5m程度の間隔で柱が経っています。

これは建屋の強度上どうしても必要です。

この5m四方の空間に設備を配置していくのが、基本的な設備配置の考え方です。「

バッチ系化学工場では反応器がメジャーな設備。

5m四方の区画に1基の反応器に割り当てていくイメージです。

5m四方の真ん中部分が反応器を示しています。

この反応器に人がアクセスするための作業面を設定します。

柱は□400

柱のサイズは□300や400が多いと思います。

これはプラントに掛かる荷重である設備の重量で効いてくるだけでなく、

耐震設計の高度化・厳格化の影響もあります。

日本は地震大国。

耐震設計は大きな地震が発生するたびに見直しをしていき、どんどん強化されていきます。

□400とは一辺400mmの四角鋼で建設資材として一般的です。

H形鋼を使う場合もありますが、強度が弱くなるので補強としてブレースを付けたりします。

最近の化学工場ではH形鋼はほとんど使わず、四角鋼が多いです。

柱サイズが配管設計に及ぼす影響

本題の、柱サイズが配管設計に及ぼす影響を見ていきましょう。

□400の柱は5000mm四方の中では誤差範囲

こう思ってしまう機械エンジニアが意外と多いです。

これは造像力がちょっと足りていません。

□400を5000mm四方に設置すると、おおよそ以下のイメージになります。

柱の陰となる赤の部分がデッドスペースとなります。

柱のサイズ400mmに対して800mmのサイズを考えているのは、耐火被覆が必要だから。

柱と同じ程度のサイズが必要になります。

そもそもなぜ赤の部分がデッドスペースになるのでしょうか。解説します。

設備を置きにくい

赤の部分には設備を置きにくいです。

  • 隣り合う5m四方の建屋との通路になる
  • 地中梁が通っていて、大きな設備を置けない
  • ポンプは置けるが作業通路を潰す

通路や土建の構造上の問題でそもそも設備を置く場所として、設置できません。

ポンプは作業面側に置くのが一般的で、スペースが無いからやむをえず置くという場合にしか、赤の部分は使いません。

配管は上部の取り回しが必要

設備が設置できない以上は、配管を設置することになるでしょう。

例えば流量計が一般的。

流量計は直管長が必要です。

その直管長を確保するためのスペースとしては最適。

でも、上部から配管を引き回してくることは考えないといけません。

ルートいかんによっては、将来的に配管を延長させる要素を潰してしまいます。

下の図のようなイメージです。

ジャケット用のヘッダーを作業面と逆方位に設置して、そこまで配管を敷設します。

その敷設ルートと、赤のデッドラインに引き込むための配管スペースが干渉する恐れがあるからです。

通常は高さで回避します。

それでもスペースが圧迫されることは確か。

特に配管ラックの引き込み部では配管が密になります。

これが長期間のプラント運転において配管設計の拡張余地を少なくしていきます。

最後に

化学工場の柱サイズが配管設計に与える影響について見ていきました。

□400だから問題ない、と雑に考えがちですが

実際の配管設計を見ていくとイメージができるのではないでしょうか。

この記事が記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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