【プラント設計の基礎】圧力容器の安全対策:各安全対策の解説

2020年5月27日

ふと工業地帯を見渡すと、工場、化学工場、石油精製所の複合施設があり、それぞれが巨大なパイプとタンクからなる大きなプラントとなっています。

僕のようなプラントエンジニアはそのような工業地帯の光景が非常に大好きですが、皆さんはどうでしょうか?そしてその中には何台もの圧力容器があることがわかります。

以前、タンクが破裂する程度まで内部の圧力が高まると、危険なミサイルのような状態にあることを説明しました。

化学プラントや石油プラントで使用されている圧力容器が破損した場合には、非常に大きなの爆発、蒸気、および化学物質が周囲に放出されるかを用意に想像できます。

このような圧力容器の安全対策をもう少し詳しく見てみましょう。

安全弁

まず基本的な安全装置は安全弁です。それらは一般的にガスと蒸気の過剰圧力を軽減するために使用されます。基本的には圧力容器の上部に取り付けられています。

安全弁の基本的な構造は、バルブ本体の強力なバネがバルブを押し下げ、容器内に通常の圧力がある場合は閉じたままにするように設計されています。

圧力が安全でないレベルまで上昇し始めると、スプリングがその圧力に負けバルブが開き始めます。バルブが開き、加圧容器の内容物が放出されます。

ラプチャーディスク(破裂版)

もう一つの安全対策はラプチャーディスクと呼ばれる破裂版を使用することです。

これは実際には意図的に弱い部分を作って言うことになります。

圧力容器に組み込まれており、圧力が上昇し始めたときに破損するように設計されています。

実際、このディスクは、容器自体が破損する圧力よりもわずかに低い圧力で破損するように設計されています。

ディスクは通常配管内に配置され、その配管は容器に接続されています。ディスクが過圧状態で破裂した場合、加圧容器の内容物は安全に排気管から放出されます。

ラプチャーディスクを使用する利点は、大量の加圧物質を非常に迅速に安全に放出するように作られていることです。

不利な点は、一回破裂したらもう使えないということです。すなわち、何度もその機能を果たすことができる安全弁とは異なり、破裂板はその仕事をすると捨てるしかありません。

ラプチャーディスクは一般的に非常に大きな規模のプラントで使用されるので、一回破裂したら交換してからプラントを再度立ち上げることになります。

その他の安全対策

さらにもう一つの安全対策として、通常、加圧容器内の温度があるレベルを超えて上昇した場合に溶融する金属でできた、可融栓です。

栓が溶けて、過剰な圧力が開口部を通して放出されます。

これらは機関車ボイラーや圧縮ガスボンベでよく使われます。ラプチャーディスクと同様に、可溶栓は一度しか使えないので、作業が終わったら交換する必要があります。

圧力封じ込めに対するさらに別の選択肢は、圧力トランスミッターなどを使用して内部圧力を監視して制御することです。危険な状況が発生した場合、制御システムが反応して圧力を効果的に下げ、故障を防ぎます。

まとめ

圧力容器の安全対策はいろいろと種類があります。

基本的には安全弁ですがどれも一長一短です。使用する流体の性状や圧力、万が一の際にどの程度危険かを総合的に判断して安全対策を施しましょう。

また、安全対策は1つだけでなく複数設置すると効果的です。

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