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【プラント設計の基礎】プラントでは必須の配管について解説します!

2019年3月13日

役プラントエンジニアが教えるプラント設計の基礎知識。

学校では教えてくれないことを中心に、実務に直結する内容を書いていきます。

今回は「配管の知識」についていろいろ語っていきたいと思います。

 

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プラントに配管は必須!でも学校では教えてくれない!

大学とかではプロセス関係について教えてくれるところは多いんですけど、配管設計について教えてくれるところはないですよね。

配管はどのようなプラントでも必ず使われている、非常に一般的な物です。

しかし、突然配管を扱うことになった場合はその種類の多さなどに戸惑うことも少なくないはずです。

ここでは、プラントで使われる配管について非常に初歩的な知識から解説していきます。

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配管とは?

では一体配管とは何でしょうか?基本的な事項から説明していきましょう。

配管とは言うまでもなく液体や気体などの流体を流すために使用される、機械部品の一つです。

単に配管といっても素材の違いや口径の違い、それによる用途の違いなど多種多様な配管があります。

時には1MPaGを超える高圧から、-197℃などの超低温にまで使われる、まさに産業にはなくてはならない構成部品の一つです。

一般的な鋼管と呼び径

一般的な呼び方JISでも呼び方は複数あるし”分”という呼び方もあるんですよね。

配管には外形が様々な太さがあり、内径も同じ外形でも内部の圧力により厚さを変えて使用します。

そのため、日本ではJIS、アメリカではANSIなどの各種規格が存在し配管の外径や内径および材質などを定めています。

ここでパイプの外径は呼び径で指定されて、JISではAとBの二つの呼び方があります。

Aはmmを基本としBはインチを基本としていますが、呼びと外径が一致することはまずありません。

また、人によってはAが好きな人もいればBが好きな人もいます。個人的には

個人的な配管の呼び方
  • 25A以上はAの呼び径で呼ぶ
  • 3/4B以下はBの呼び径で呼ぶ
  • ただし、ねじ込みの時はB、フランジを使う時はA

と勝手に決めて使い分けています。なぜかはわかりません。おそらくその方が使いやすからだと思います。

なお、Bの呼びは”分”という呼びもあり

”分”での配管の呼び方
  • 1/8B→1分
  • 1/4B→2分
  • 3/8B→3分
  • 1/2B→4分
  • 3/4B→6分

これらはすべて分母を8にした場合の分子の数字に”分”をつけて呼びます。いろいろな呼び方があるのでかなりややこしいです。

さらにサニタリパイプの場合は呼び方が”S"になったりと・・・自分の使用する配管の呼び方などは正確に覚えないと、話が通じなくなる恐れがあります。

配管の作り方

配管の作り方も複数あります。それによって値段も変わります。

配管は基本的に3種類の方法があります。

  • 溶接鋼管
  • シームレス管
  • スパイラル管

溶接鋼管

非常に一般的な作り方です。簡単に言うと平板を丸く折り曲げて溶接してつなげるだけです。

しかし、溶接部の強度が弱点となるので高圧ガスで使用する場合は、シームレス管よりも計算上の強度が低くなります。

また、溶接方法によっては高圧ガスで使用できない場合があります。

一般的な配管であれば問題ないですが、高圧ガスが関係するときは選定や使用は注意が必要です。

シームレス管

その名の通り継ぎ目がない鋼管です。

過熱した丸棒に穿孔機で穴をあけるようにして製造していきます。継ぎ目ができないため高圧ガスや高圧ボイラーの配管などによく使われます。

しかし、価格が高いのと肉厚が一定ではないのが欠点です。

スパイラル接手

これは空調のダクトなどに使用される配管です。

薄い板材をスパイラル上に巻いて作り上げた配管となります。

その構造上、もっぱら使用されるのは空調配管などに限定されています。

配管の継手の種類

配管のつなぎ方も複数あります。全てを溶接でつなぐのは大変ですからね。

配管は必要に応じてつないでいかなければ使用できません。その際に使用するのが配管継手でこれらもいろいろな種類があります。

ねじ式継手

オスねじとメスねじを組み合わせて接合する継手です。基本的に圧力も高くなく、万が一漏洩しても問題のない配管に使用されます。

計装空気や冷却水などの配管には今でも多用されています。

ねじの種類はテーパーネジと並行ねじがあり、これらも使用場所や用途に応じて使い分けます。

しかしながら、分解するときも考慮してユニオンという部品を入れないと、一部を分解したいだけで多量の配管を分解しないといけないときや、まったく分解できない(通称:地獄)に陥る恐れがあるので注意が必要です。

ねじ切盤さえあれば現場でも簡単に施工できます。

フランジ

こちらも一般的な継手です。フランジと呼ばれる部品を配管に溶接し、ガスケットを挟んでボルトナットで絞めこみます。

低圧ラインから高圧ライン、低温から高温まで幅広く使われる継手で、適切に使用すれば漏れも少ない継手となります。

しかし、ボルトナットを絞めこむときに型締めになったりすると簡単にもれます。また、溶接が必要なのでそれなりの技量の持った職人が必要となります。

配管設計の際に事前にフランジを組み込む部分と、サポートの配置を考えておけば、プレハブで配管を組んでサポートに配管を載せるだけで配管施工の大部分が完了するので工期の短縮が可能です。

ヘルール接手

サニタリー配管に使用される継手です。液だまりが少なく分解・組み立ても容易です。

しかし、型締めや芯ずれを起こすと漏れやすいのと、溶接が必要です。

基本的にサニタリー配管でのみ使用される継手です。

溶接

適切に行えば最も漏れが少なく信頼性が高い継手です。

しかし、溶接には技量が必要な点と分解が不可能なのが欠点となります。また、あまりにも長い配管はプレハブでの作成が不可能で、現場政策のみとなります。

サニタリー配管ではCIP(定置洗浄)の技術の発達により、ヘルール接手で分解できるようにするよりも溶接継手で漏れ・液だまりのリスクをなくす配管が多くなっています。

まとめ

まとめ
  • 配管はJIS、ANSIなど日本国内、海外で複数の規格があり、その呼び方もいろいろとある。
  • 配管自体にも作成方法がいろいろとあり、使用する圧力や温度などを注意して選定する必要がある。
  • 配管継手にはねじ込みやフランジ、溶接などもあり。どれも一長一短なのでその用途や使用する流体などで選定する必要がある。

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