【設計圧力】配管で圧力的に弱い部分はフランジ【簡単な検証】

配管配管

NEONEEETです。

灯油とか軽油って燃えるから危ないですよね。

日常的に使う分には問題ないですよ。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象にしています。

この記事を読むと、配管で圧力的に弱い部分はフランジであることを知ることができます。

配管で圧力的に弱い部分はフランジ

今回の記事では、配管で圧力的に弱い部分がフランジであることを解説します。

機械エンジニアにとっては半ば常識的な内容。

とはいえ、歴代の教育では単に「フランジが一番弱い」という良い方で伝わっているのではないでしょうか?

これを少し深堀りします。

フランジの耐圧は1MPa

まずはフランジの耐圧を確認しましょう。

これは計算は不要です。

フランジ規格が耐圧とほぼ直接関連しています。

JIS10kフランジなら1000kPaまで、20kフランジなら2000kPaまで

そのフランジが圧力的に耐えることができるという意味です。

10kや20kの「k」はkgf/mm2のこと。

1kgf/mm2 ≒ 100kPa ≒ 大気圧

という関係があります。

フランジは配管厚みよりはるかに厚いですが、その厚みがないと強度を保てません。

一見、不思議に見えるでしょう。

これは逆に以下のように言い換えることができます。

パイプが内圧に異常に強い

内圧による力はとても強い

配管の耐圧は4MPa

フランジ以外の部品として配管の耐圧を確認しましょう。

STPG Sch40の耐圧を見てみます。

バッチ系化学工場では強度的にはSGPと同じ感覚で使えます。

$$ Sch No = 1000 × \frac{P}{S}$$

であり、Sch N0 =40、S=100MPa程度だとすると

$$P = \frac{100×40}{1000} = 4 MPa$$

フランジがJIS10kで1MPaまで耐えるのに対して、配管は4倍の4MPaまで耐えます。

配管と言ってもパイプ以外にフィッティングも同じ考えで強度を持ちます。

1MPaでも高いと言われるバッチ系化学工場。

4MPaまで持つ配管類は、「何でも耐えることができる」と言えるくらいです。

Sch80なら、Sch40の2倍なので、8MPaですね。

なお、薄肉円筒に掛かる内圧の式

$$σ_Θ=\frac{PD}{2t}$$

を使うと、40A SGPの耐圧は

$$ P=\frac{{σ_Θ}2t}{D} =\frac{100*2*3.5}{48.6}=14.4MPa$$

となります。

配管板厚1mm減ると強度は約半分

バッチ系化学工場の世界では、配管板厚が1mm減ると強度は約半分になります。

これはSTPGのSch40とSch80を比較すると分かります。

40AのSTPGでSch40が3.7mm、Sch80で5.1mmです。

1mm程度変わるだけで強度が倍半分違いますね。

この逆でSch20は2.7mmかそれより少し小さい値と推定できます。

Sch20という良い方はあまりしませんが、1mm肉厚が下がった配管でも2MPaまで耐えるという表現は可能です。

腐れ代として1mmで考える理由の1つですね。

数学的には2mm肉厚が下がっても、1MPaまで耐えると予想されますが、

もともとの肉厚が小さいので、2mm減肉すると強度は相当落ちます。

2mmも肉厚が下がった場合は「いつ穴が開いてもおかしくない」という覚悟をもって運転や保全をすることになりますね。

早く交換したり・設備や運転方法の改善をしましょう。

最後に

配管で圧力的に弱い部分はフランジであることを紹介しました。

フランジはJIS10kで1MPa、

配管類はSGPやSTPG Sch40で4MPa程度。

1mm肉厚が下がると、強度は約半分。2mm肉厚が下がると交換。

この記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

コメント

Translate »
タイトルとURLをコピーしました