工業工学ガイド
圧力配管に適したパイプ肉厚の選び方とは？
精密な肉厚選択
適切なパイプ肉厚を選択することは、圧力配管の設計と調達において重要な要素です。肉厚は、設計条件に耐えられる十分な厚さであると同時に、適用される配管規格、材料要件、製造公差、および使用条件を満たす必要があります。
パイプが薄すぎると、必要な圧力や機械的性能が得られない可能性があります。一方、不必要に肉厚を増やすと、材料消費量、重量、製造要件、コストが増加する可能性があります。そのため、パイプの肉厚は、パイプ径や圧力のみに基づいて選択すべきではありません。適切な選択を行うには、設計基準全体と適用される工学規格を考慮する必要があります。
パイプの肉厚とは何か？そしてなぜそれが重要なのか？
配管形状の寸法に関する用語と力学的意味を理解することは、安全なシステム設計にとって不可欠です。
パイプの肉厚とは、パイプの内面と外面の間の材料の厚さのことです。パイプを選定する際、エンジニアや購買担当者は、外径（OD）、内径（ID）、公称パイプサイズ（NPS）、公称肉厚、パイプスケジュールなど、関連する複数の寸法や記号を一般的に使用します。
次元バランス
外径（OD）、内径（ID）、および肉厚の関係は非常に重要です。肉厚を増やすと、一定の外径（OD）に対して内径（ID）が直接的に減少し、流量と流速に影響を与えます。
圧力封じ込め
壁厚は、内部周方向応力に対する主要な障壁となる。高圧下で壁厚が不十分だと、壊滅的な破壊や塑性変形を引き起こす。
法令遵守
ASME B31.3などの規格は、プロセス配管の安全性を確保するための最低基準を定めています。これらの基準は、化学薬品、石油製品、ガス、蒸気、空気、水、および極低温流体を対象としています。
重要な技術上の注意事項： 用途に応じて、配管設計では、内部圧力、設計温度、配管径、材料特性、腐食代、製造公差、および機械的／設置時の応力条件のバランスを取る必要がある。
パイプ壁厚を決定する主な要因
あらゆる用途に適した単一の壁厚は存在しない。設計には、相互に作用する複数のパラメータを分析する必要がある。
1. 内部圧力
通常の運転圧力ではなく、設計圧力を設定してください。設計圧力が高くなると、配管のサイズと材質の仕様に応じて、必要な肉厚が増加します。
2. パイプ径
一定の条件下では、配管径を変更すると、圧力設計要件が変わります。同じ内圧に耐えるためには、配管径が大きいほど壁厚を厚くする必要があります。
3. パイプの材質
炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼はそれぞれ異なる機械的特性を持つ。材料の選択によって、板厚計算式で使用される許容設計応力（S）が決まる。
4. 動作温度
温度は材料特性に影響を与え、許容応力を低下させる。したがって、圧力計算にはシステムの設計温度範囲を考慮に入れる必要がある。
5. 腐食代
設計寿命期間中に予想される材料損失を考慮に入れる。これを計算された圧力設計厚さに加算することで、必要な最小肉厚の合計値が得られる。
6. 製造公差
製造規格では寸法誤差が許容されています（通常、シームレスパイプの場合は-12.5%）。公称肉厚はこの許容範囲を考慮する必要があります。
圧力配管の肉厚はどのように計算されるのですか？
エンジニアリングプロセスを制御する数式とコードで定義されたパラメータについて見ていきましょう。
配管肉厚の計算は、ASME B31.3などの設計基準に準拠する必要があります。一般的な設計フローは、以下のように要約できます。
設計条件 → 材料選定 → 適用設計基準 → 圧力設計 → 追加許容値 → 最終配管仕様
ASME B31.3 直管用計算式
設計圧力が t t 以下の式を用いて計算されます。
どこ：
- t_m: 機械的、腐食、浸食による許容値を含む、必要な最小壁厚（c）。
- P: 内部設計ゲージ圧力。
- D: パイプの外径。
- S: 設計温度における材料の許容応力値。
- そして： 品質係数（縦溶接継手係数または鋳造品質係数）。
- で： 溶接継手強度低減係数（高温用）
- そして： 材料の種類と設計温度に基づいた係数値。
単純な公式だけに頼ってはいけない理由： 薄肉配管の計算式は基準値を示すものですが、設計式、材料特性、係数、および制限事項は適用される規格によって決定されます。最終的な配管仕様は、一般的なオンライン計算結果から選択するのではなく、設計規格およびプロジェクト仕様書に基づいて検証する必要があります。
規格：スケジュール厚さと実寸厚さの比較
名目上の識別子（スケジュール）と実際の寸法との違いを理解する。
パイプ購入者は、次のような用語によく遭遇します。 スケジュール10、スケジュール40、スケジュール80、およびスケジュール160パイプスケジュールとは、パイプの寸法と肉厚に関連付けられた標準化された表記法です。ただし、スケジュール番号は、パイプのサイズや適用される規格に関係なく、普遍的な肉厚値として解釈されるべきではありません。
鋼管の場合、 ASME B36.10M 高温または低温・高圧用途向けの溶接鋼管および継目なし鍛造鋼管の寸法を標準化する。つまり、規格を選択する際には、管のサイズと適用される寸法規格の両方を考慮する必要がある。
ステンレス鋼管の場合、 ASME B36.19M スケジュール指定には以下が含まれます 「S」接尾辞例えば、10S、40S、80Sなどです。ASMEは、特定のパイプサイズとスケジュールにおいて、B36.19Mの肉厚がB36.10Mの肉厚と異なる場合があることを指摘しています。したがって、購入者はスケジュール番号だけに頼るのではなく、常に適用される規格を指定する必要があります。
| NPS（インチ） | 外径（mm） | SCH 40 / 40S 壁厚（mm） | SCH 80 / 80S 壁厚（mm） | SCH 160 壁厚（mm） |
|---|---|---|---|---|
| 1/2インチ | 21.34 | 2.77 | 3.73 | 4.78 |
| 1インチ | 33.40 | 3.38 | 4.55 | 6.35 |
| 2インチ | 60.33 | 3.91 | 5.54 | 8.74 |
| 4インチ | 114.30 | 6.02 | 8.56 | 13.49 |
| 8インチ | 219.08 | 8.18 | 12.70 | 22.23 |
用途に応じた壁厚の選択
異なる産業システムは、それぞれ独自のストレスプロファイル、媒体特性、および規制環境を示す。
石油・ガス配管
高圧および動的負荷に対する計算が必要です。液体システムについては、ASME B31.4が設計、材料、構造、組立、検査、および試験を規定しています。
蒸気配管
高温はクリープ現象を引き起こし、材料強度を低下させる可能性があります。配管は、設計基準、温度条件、および熱膨張力に基づいて評価する必要があります。
化学処理
化学プラントは腐食性環境や材料適合性の課題を抱えています。ASME B31.3は、これらの施設における材料の選定と試験を規定しています。
パイプは太い方が常に良いのか？
エンジニアリングの効率性を高めるには、単に最も厚いものを選ぶのではなく、最適な厚さを見つける必要がある。
仕様が不十分な場合のリスク（仕様が薄すぎる場合）
壁厚が不十分な場合、重大な設計上および運用上の問題が発生する可能性があります。考えられる問題点は以下のとおりです。
- 設計上の耐圧性能が不十分なため、破裂の危険性がある。
- 腐食や摩耗によって残存壁厚が減少し、システムの寿命が短くなる。
- 外部からの機械的損傷、振動、曲げ応力に対する感度が高い。
- 設計基準への不遵守は、規制違反および安全違反につながる。
過剰な仕様設定（厚すぎる仕様設定）の欠点
壁厚を増やすことが必ずしも最善の解決策とは限りません。不必要に厚いパイプは、次のような結果を招く可能性があります。
- 原材料消費量と調達コストの増加。
- 構造物の重量が増加するため、より堅牢な支持システムが必要となる。
- 輸送、取り扱い、設置における課題が増加する。
- 外径が同じでも内径が小さくなるため、流量が制限される。
段階的な選定と調達ガイド
圧力配管の仕様を決定、検証、発注するための体系的なアプローチ。
ステップ1～3：動作パラメータ
1. 設計圧力を決定する。
2. 設計温度範囲を設定する。
3. 公称パイプサイズと寸法要件を確認する。
ステップ4～6：材料と基準
4. 腐食性および化学的適合性に基づいて適切な材料を選択する。
5. 設計基準（例：ASME B31.3）を特定する。
6. 必要な壁厚を計算する。
ステップ7～10：検証と見積依頼
7. 腐食および浸食による損失分を加算する。
8．製造公差を考慮する。
9. 標準スケジュールを選択してください。
10．最終仕様をサプライヤーと確認する。
お見積もりをご希望ですか？
EZ Steel Industrial Co., Ltd.は、合金鋼、炭素鋼、ステンレス鋼、銅ニッケル合金など、高性能な工業用金属配管を提供しています。認定配管ソリューションについては、ぜひ当社チームまでお問い合わせください。
EZ Steelの公式サイトをご覧くださいよくある質問
圧力配管の計算と規格に関するよくある質問への簡単な回答。