圧力配管

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この投稿は、2017年12月15日16時36分にliuquan1100によって最終的に編集されました。主な内容は以下の通りです：
一、パイプラインの概念
二、圧力パイプラインの概念
三、圧力パイプラインの安全監視範囲
四、圧力パイプラインの特徴
五、圧力パイプラインの構造要件
六、圧力パイプラインの分類とグレーディング
七、圧力パイプラインが故障する原因
八、圧力パイプラインの破壊特性
九、圧力パイプライン事故の予防と報告
十、パイプラインシステムの安全規定

一、パイプラインの概念
**「工業用金属パイプラインの設計規格」GB50316-2000**によると、パイプラインとは、パイプラインの構成部品や支持具などで構成され、流体の輸送、分配、混合、分離、排出、計量、または流れの制御を行うためのものです。 **規格「工業用金属配管工事の施工及び検収規範」GB50235-97における定義は、配管部品と配管支持部品から構成され、流体の輸送、分配、混合、分離、排出、計量、制御、および流れの阻止を目的とした、管、管継手、フランジ、ボルト接続、ガスケット、バルブ、その他の部品や圧力を受ける構成要素の組み立て済みアセンブリである。 流体と設計条件によって分類された複数の配管が接続されてできる一連の配管を「配管システム」または「管系」と呼びます。 上記の定義には2つの意味が含まれている：（A）パイプラインの機能：流体の輸送、分配、混合、分離、排出、計量、制御、および流れの停止を行うためのものである。 1）流体：一部の規格では媒体と呼ばれる。流体は状態や性質によって分類することができる。 a）状態別：気体； 液体； 液化ガス：とは、一定の圧力下で液体状態にあるガスのことです； スラリー：可燃性、爆発性、毒性、腐食性を持つスラリー状の媒体を指す。 b）性質別：火災危険性；可燃性媒体が燃焼を引き起こす危険性のことで、可燃性ガス、液化ガス、可燃性液体に分類される。甲、乙、丙の3種類がある。 爆発的；空気と混ざると爆発する可能性のある可燃性媒体、または高温・高圧下で爆発を引き起こす可能性のある非可燃性媒体。 毒性；GB5044により分類する。劇毒（極度の危険性）と有毒（高い危険性、中毒の危険性、軽度の危険性）の2つのカテゴリーに、4つのレベルがある。 腐食性。人体の組織を焼傷させ、配管材料に損傷を与える物質のことです。 2）流体の輸送：外部からの動力（圧縮機やポンプなどの流体輸送機械によって与えられる運動エネルギー）または流体自体の駆動力（媒体自体の圧力など）によって、配管の起点にある流体を終点まで輸送する。 3）流体の分配：配管系統内の分岐管を通じて、設計で定められた複数の指定された装置や利用者に流体を分配する。 4）混合流体：配管系内の異なる支管から来た流体を配管内で混合すること、例えば希釈など。 5）流体の分離：配管内の異なる状態の流体を支管を通じて分離する。例えば、気液分離や油水分離などである。 6）排出流体：配管内の流体を支管を通じて排出すること。例えば過圧放散や、分離された流体の排出など。 7）計量流体：配管システムに設置された計量計器を用いて、送液や分配される流体の流量、圧力、温度、粘度などを計測する。 8）流体制御：配管システムに設置された制御要素を通じて、管内の流体の流れを制御する。例えば、圧力調整、温度低下、流体の分配や遮断など。 （B）配管の構成：配管構成部品、配管支持・吊り金具（配管支承部品）などから構成され、管、管継手、フランジ、ボルト締結、ガスケット、バルブ、その他の構成部品または耐圧部品と支承部品の組み立て総体である。 1）配管部品：配管を接続したり組み立てたりするために使用される部品で、管、管継手、フランジ、ガスケット、締結部品、バルブ、および配管用の特殊部品を含む。いわゆる配管特殊部品とは、一般的な標準構成部品ではないものを指します。これは、工学的設計条件に基づいて特別に製造された配管部品で、膨張継手、特殊なバルブ、破壊板、消火器、フィルター、柔軟接続部、ホースなどが含まれます。 2）配管支持金具：配管を支えたり、その変位を制限したりする各種構造の総称であり、土木構造は含まない。固定支持架、スライド支持架、剛性吊り架、ガイドフレーム、リミットフレーム、ばね式支持吊り架などがある。**標準GB50235-97『工業用金属配管工事の施工及び検収規範』においても配管支持部品と呼ばれ、配管取付部品や付着部品を含む。 a）配管取付部品：管や配管の取付部品から負荷を支持構造や機器へ伝達する部品で、吊り棒、ばね式支持金具、斜めの引き棒、バランスウェイト、調整用ボルト、支持棒、チェーン、ガイドレール、固定具、サドル、パッド、ローラー、支持台、スライド式支持金具などが含まれる。 b）取り付け部品：溶接、ボルト接続、またはクランプによって管に取り付けられる部品で、管吊り、吊り耳、リング、クランプ、吊り金具、締め付け板、スカート型管座などが含まれる。 配管構成部品および支持部品は、我が国の現行の圧力配管規則においても、総称して圧力配管要素と呼ばれている。 二、圧力配管の概念　圧力配管とは、配管の一部である。広義に解釈すると、いわゆる圧力配管とは、その内部の媒体が何であれ、内圧または外圧に耐えるすべての配管を指すべきである。しかし、我が国で「圧力配管の安全管理及び監視規定」が制定されて以来、「圧力配管」という言葉は監視対象となる配管を指す専用語となった。「圧力配管の安全管理及び監督規定」第2条において、圧力配管は「生産や生活の際に使用され、燃焼・爆発や中毒などを引き起こす可能性が高い特殊な設備」と定義されている。また、国務院が2003年6月1日に施行した「特殊設備安全監督条例」では、圧力配管をさらに明確に定義しており、「一定の圧力を用いて気体や液体を輸送するための管状の設備であり、その範囲としては、最高使用圧力が0.1MPa（ゲージ圧）以上の気体、液化ガス、蒸気、または可燃性・爆発性・毒性・腐食性を持つ液体で、かつ公称直径が25mmを超える配管」とされている。つまり、現在言われている「圧力配管」とは、管内または管外に圧力がかかることだけでなく、その内部を流れる媒体が「ガス、液化ガス、蒸気」または「燃焼・爆発、中毒、腐食を引き起こす可能性のある液体」であることも意味する。ここでいう燃爆性、毒性、または腐食性とは、以下のような意味を指す：媒体の燃爆性：つまり、媒体が可燃性および爆発性を有し、一定の条件下で燃焼や爆発を引き起こし、火災や破壊を招くこと。これらの媒体には、可燃性ガス、液化炭化水素、可燃性液体などの火災危険性のある物質のほか、蒸気、標準沸点を超える高温の温水、圧縮空気、その他の圧縮ガスなど、爆発を引き起こしやすい高温高圧の媒体も含まれます。その中で、可燃性媒体の火災危険性は、「石油化学企業の設計における防火規範」GB50160および「建築物の設計における防火規範」GBJ16に基づき、甲、乙、丙の3つのカテゴリーに分類される。 その中で、甲類および乙類の可燃性ガスと空気の混合物の爆発下限値（体積比）はそれぞれ次のように定められている：甲類可燃性ガス：＜10％； 乙種可燃性ガス：≥10%。 甲、乙、丙類の可燃液体の分類は表1を参照。 表1 液化炭化水素、可燃液体の火災危険性分類
分類　分類名　特徴
甲類　A　液化炭化水素　15度時の蒸気圧が0.1MPaを超える炭化水素系液体およびその他の類似液体
甲類　B　可燃液体　甲A以外の可燃液体で、引火点が28度未満のもの
乙類　A　可燃液体　引火点が28度以上から45度以下のもの
乙類　B　可燃液体　引火点が45度以上から60度未満のもの
丙類　A　可燃液体　引火点が60℃以上から120℃以下のもの
丙類　B　可燃液体　引火点が120℃を超えるもの
注：引火点が45℃未満の液体は易燃液体と呼ばれる；引火点が環境温度よりも低い液体を可燃性液体と呼びます。 GBJ16の規定において、甲種火災危険性に該当する可燃性媒体（または製造工程）には、常温で自ら分解したり、空気中で酸化することによって自然発火や爆発を引き起こす物質も含まれる；常温下で水や水蒸気の作用を受けるとガスを発生させ、燃焼や爆発を引き起こす物質；酸、熱、衝撃、摩擦、触媒作用、または有機物や硫黄などの可燃性無機物と接触すると、容易に燃焼または爆発を引き起こす強力な酸化剤；衝撃、摩擦、または酸化剤・有機物との接触により燃焼や爆発を引き起こす物質；および、密閉設備内で物質自体の自然発火点に等しいかそれ以上の温度で操作する生産。乙類の火災危険性を持つ物質とは、主に甲類の火災危険性に該当しない酸化剤や化学的に可燃性のある固体、および助燃ガスを指す。 （B）媒体の毒性：すなわち、媒体が人を中毒にする特性を持つこと。 これらの物質が人間に吸い込まれたり、体に触れたりすると、人体に損傷を与え、場合によっては死に至らしめることもある。「職業性接触毒物の危険度分類」GB5044の規定によると、毒物は急性毒性、急性中毒の発症状況、慢性中毒の罹患状況、慢性中毒の後遺症、発がん性、および最大許容濃度という6つの指標に基づき、極度に危険なもの、高度に危険なもの、中程度に危険なもの、軽度に危険なものの4つのランクに分類される。 極度に有害な媒体は、時として「剧毒媒体」とも呼ばれ、高度・中度・軽度に有害な媒体は総称して「有毒媒体」と呼ばれる。猛毒媒体（流体）について、我が国の基準である『工業用金属配管工事の施工及び検査規範』GB50235-97における解釈は次の通りです：ごく少量であってもこの種の物質が環境中に漏れ出し、人が吸い込んだり人体に接触した場合、たとえ迅速に治療を行ったとしても、人体に重篤で治療困難な損傷を引き起こす物質。現行の**標準「職業性接触毒物危害程度分级」GB5044におけるI級の危害程度（極度の危険）に相当する毒物である。これにより、劇毒媒体は極度に危険な媒体と理解できる。また、基準における有害物質の定義とは、このような物質が環境中に漏れ出し、人がそれを吸い込んだり皮膚に触れたりした場合でも、適切な治療が行われれば回復しづらい害を人体に与えないものである。 ただし、毒性の程度が同じ毒物であっても、具体的な取り扱い方については業界ごとに差があります。ベンゼンは、「職業性接触毒物の危険度分類」GB5044において極度に危険な物質として分類されており、「圧力配管の安全管理及び監視規定」の解説においても極度に危険な物質の例として挙げられている。また、「石油化学工業における有毒・可燃性媒体用配管工事の施工及び検査規格」SH3501-2002における配管の分類では、ベンゼンは高危害性媒体と同様に扱われている。SHB級に分類される。一方、アクリロニトリル、光ガス、二硫化炭素、フッ化水素といった4種類の高危険性物質は、SH3501-2002において極度危険性物質と同様に扱われ、SHA級の配管に分類されている。これは、施工品質基準や既設配管の検査要件に影響を与えるだけでなく、具体的な工事の実施時における許可証のランク分けにも影響を及ぼします。ベンゼンを含む媒体の配管設置作業を行う場合、ベンゼンが極度に危険な媒体と見なされる場合は、施工業者はGC1級の設置許可証を保有しなければならない。一方、高度に危険な媒体と見なされる場合は、許可証の等級は配管の設計圧力および設計温度によって決まる。 この問題の理解は、毒性の危険度分類の原則に基づいて説明することができる。**規格「職業上の毒物曝露による危険度分類」GB5044-85では、具体的な毒物の分類は、特定の産業分野における一般的な56種類の毒物の危険度を列挙することによって示されている。しかし、この基準では同時に次のように指摘されている：同じ毒物に接触する他の業種（この基準の表2に記載されていないもの）における有害性の程度は、作業場内の空気中の毒物濃度、中毒の罹患率、接触時間の長短に基づいてレベルを定めることができる。作業場の空気中の有害物濃度が、TJ36—79「工業企業の設計における衛生基準」で定められている最高許容濃度値に達しているにもかかわらず、その罹患率または症状発生率が本分類基準における対応する値よりも低い場合は、1ランク下げることができる。したがって、各具体的な物質については、**基準と専門的基準で危険度の分類に差異が生じるのは当然のことです。なぜなら、発がん性と空気中の最大許容濃度を除く他の4つの指標は、すべて製造工程や操作の特徴に関連しているからです。石油、化学工業、石油化学工業など、パイプラインで媒体を輸送することを主とする生産プロセスでは、有害物質が連続的かつ密閉された状態で流れており、その危険度は、事故によって有害物質が人体に接触することや、頻繁な漏洩によって引き起こされる職業性の慢性的な害の発生確率によって決まり、通常は開放型の生産プロセスよりも低い。したがって、圧力配管の設計において毒性物質の危険度を具体的に定める際には、主に作業場内の空気中の毒性物質濃度、中毒発症率、接触時間の長さに基づいて判断すべきである。 上で述べた毒性の危険度分類基準において、作業場の空気中に含まれる有毒物質の最大許容濃度は以下の通りです。極めて危険：最大許容濃度は0.1 mg/m3未満； 高リスク：許容濃度の上限は0.1 mg/m3～1.0 mg/m3です。 「工業企業の設計衛生基準」（TJ36—79）の規定によると、ベンゼン、アクリロニトリル、光ガス、二硫化炭素、フッ化水素といった5種類の有毒物質における、作業場の空気中および居住地域の大気中での許容最大濃度は表2の通りである。表2　いくつかの有毒物質の許容最大濃度　有毒物質名　ベンゼン　アクリロニトリル　光ガス　二硫化炭素　フッ化水素　作業場の空気中での許容濃度（mg/m3）　40.0　2.0　0.5　10.0　1.0　居住地域の大気中での許容濃度（1日平均mg/m3）　0.8　0.05　——　0.04（1次）　0.007（1次0.02）表2からわかるように、作業場の空気中におけるベンゼンの許容最大濃度は、極めて危険な物質のそれをはるかに上回っている。同時に、工業生産におけるパイプライン輸送の連続性や密閉性といった特徴、そしてベンゼンが作業員と接する時間の長さや中毒発症率の状況を分析すると、ベンゼンも極度に危険な媒体に分類されるべきではない。したがって、実際の作業において媒体の毒性度を決定する際には、設計書に記載された毒物の特性、または設計書に示された施工検査規格に従うべきである。 また、曝露時間の長さに関しては我が国ではまだ関連する基準が定められていないが、アメリカの**産業衛生専門家会議（ACGIH）が推奨する3つの曝露閾値を参考にすることができる。1）通常の8時間労働日または40時間労働週の時間加重平均値を指標とし、この濃度で繰り返し曝露しても全員に悪影響を及ぼさない； 2）短時間の接触（1回あたり15分を超えず、1日4回を超えず、各回の間隔は1時間以上）における時間加重平均値を指標とし、この濃度下では、人が短時間に連続して接触しても刺激作用や慢性的・不可逆的な組織病理変化を引き起こさず、**偶発的な怪我の増加、自己救助能力の低下、または作業効率の著しい低下などは生じない； 3）上限値とは、一瞬たりとも超えてはならない最高濃度のことです。 （C）媒体の腐食性：とは、人体の組織を焼傷させ、配管材料に損傷を与える物質のことで、酸やアルカリ、また水素や硫化水素など、材料に損傷を引き起こすその他の流体がこれにあたる。 三、圧力配管の安全監視の範囲 『圧力配管の安全管理及び監視規定』によると、安全監視の対象となる圧力配管とは、以下のいずれかの条件を満たす圧力配管およびその付属設備、安全保護装置などである。 1）毒性の程度が極めて危険な媒体で、圧力、温度、状態にかかわらず； 2）火災危険性が甲類、乙類の媒体。圧力、温度、状態を問わない； 3）最高作業圧力が0.1 MPa以上の気体、蒸気、液化ガス媒体で、性質及び温度は規定されていないが、「圧力配管の安全管理及び監視規定」において監視範囲外と規定されているものを除く。 4）最高使用圧力が0.1 MPa以上で、可燃性、爆発性、毒性があり、腐食性を持つ媒体、または最高使用温度が標準沸点以上の液体媒体。 『圧力配管の安全管理及び監督規定』において、以下の4種類の配管は監督範囲に含まれないと規定されている： a）設備本体に付属する配管。 b) **装備、交通手段、および核装置内の配管。** c）無毒で、可燃性がなく、腐食性のないガスを使用する、公称直径が150mm未満かつ最高使用圧力が1.6 MPa未満の配管。 ここで、いわゆる圧力配管に属する設備及び安全保護装置の定義は以下の通りである： a）付属設備とは、主に圧力配管用の配管機器、支持・吊り架、陰極保護装置などを指す。 b）安全保護装置とは、主に過温度・過圧制御装置や警報装置などを指す。 注：最近発行された「圧力配管使用登録管理規則」（試行）において、圧力配管、付属設備、および安全保護装置の定義は、次のように明確にされている：a）圧力配管とは、配管部品、配管支持部品、安全保護装置、および付属設備などで構成されるシステムを指す。気体または液体を輸送するための管状の装置； b）付属施設とは、陰極防食装置、圧縮ステーション、ポンプステーション、バルブステーション、調圧ステーション、監視システムなどを指す； c）安全保護装置とは、圧力配管に取り付けられる安全弁、圧力計、破壊板、緊急遮断弁などを指す。 四、圧力配管の特徴
流体の輸送、分配、混合、分離、排出、計量、または流体の流れを制御する機能を果たすために、配管システムは、対応する動力装置、反応装置、貯蔵装置、分離装置、熱交換装置、制御装置などと接続されて一つのシステムを形成する。これにより、配管内の流体に一定の圧力、温度、流量が生じ、設計で定められた任務が達成される。同時に、異なる種類の圧力配管は、材料や構造、敷設形態が異なるため、その特徴もそれぞれ異なります。（A）工業用配管の特徴 1）数が多く、配管システムが大規模で、工場内の配管配置が入り組んでおり密集している； 2）配管部品および支持部品の材質、種類、規格が複雑で、品質の均一性が低い； 3）運転過程は製造工程の変動の影響を受け、熱膨張や収縮、交番荷重、温度や圧力の変動など、運転条件が多様に変化する； 4）腐食と破壊のメカニズムは複雑で、材料の故障モードも多い。 （B）長距離輸送管線および公共管線の特徴 1）管線の敷設長さが長く、通過地域が多く、地形・地質が複雑； 2）地中敷設が多く、欠陥検出が困難； 3）偶発的な損傷を受けやすい。 五、圧力配管の構造要件　圧力配管は、輸送される流体が毒性・可燃性・腐食性を有し、さらに高温・高圧・低温といった特殊な作業条件があるため、非常に危険性が高い。したがって、圧力配管システムの構造は、以下の条件を備えていなければならない。耐圧強度：管内の流体が配管にかける圧力（内圧または外圧）、温度によって生じる応力、およびクリープや疲労といった長期的かつ反復的な影響に耐えること； 密封性：配管内を流れる流体が、配管外の空間や他の流体へ漏れ出るのを防ぐ； 耐腐食性：管内の流体が配管材料に与える腐食作用に耐える能力。配管材料の耐食性等級は、年間腐食速度で評価し、4段階に分けられます：十分な耐食性＝≤0.05mm； 耐腐食性＞0.05～0.1mm； なお耐腐食性＞0.1～0.5mm； 耐食性なし＞0.5mm； 柔軟性：パイプの柔軟性とは、パイプが変形しやすいかどうかを示す物理的な概念です。配管が設計条件の下で動作する際、熱膨張や収縮、端部での追加的な変位、配管支持の不適切な設置などの理由により、過度な応力や変形、漏れ、破損が生じ、正常な運転が妨げられることがあります。配管の柔軟性とは、配管が自己変形によって温度変化による寸法変化やその他の要因で生じる変位を吸収し、配管上の応力が材料の許容応力範囲内に保たれる性能のことです。 上記の条件を満たすために、配管システムの配管部品は、媒体による腐食に耐え、設計で定められた温度下で媒体の圧力に耐えられる材料を使用し、かつ適切な壁厚とシール構造を備えていなければならない。同時に、配管システム全体に適切な支持が必要である。 いくつかの規格において、「激しい循環条件」という用語が頻繁に登場します。「工業用金属配管設計規範」GB50316-2000の解説によると、激しい循環条件とは、配管の計算上の最大変位応力範囲が許容変位応力範囲の0.8倍を超え、かつ等価循環回数が7000回を超える、または設計により同等の効果をもたらすと判断される条件を指す。いわゆる「変位応力範囲」とは、配管の熱膨張によって生じる変位から算出される応力のことです。計算される最大変位応力範囲とは、最低温度から最高温度までの全補償値に基づいて計算される応力です。過酷な循環条件で使用される配管の設計においては、配管部品の選定、管および継手の最小厚さ、非破壊検査の要件など、特別な規定が設けられている。 六、圧力配管の分類と格付け　配管は用途が広く、種類も多様である。さまざまな分野で使用される配管の分類方法もそれぞれ異なります。一般的には、用途、主要な材料、敷設状態、輸送媒体など、配管の使用特性によって分類することができる。詳細は図1をご覧ください。 一般的な法規や基準、規格では、設計や施工検査、使用管理および検査を容易にするため、媒体の特性や設計パラメータに基づいて総合的な分類・分級の方法が用いられることが多い。また、各業界の設計規格、施工検査規格、保守・検査手順の間では、配管の分級や分類についてまだ差異が存在している。例：**規格『工業用金属配管設計規範』GB50316において、流体は状態、性質、および設計パラメータに基づきA1、A2、B、C、Dの5つのカテゴリーに分類される。**A1クラスは劇毒媒体です；A2クラスは有毒媒体、Bクラスは可燃媒体です；CクラスおよびDクラスは不燃性かつ無毒な媒体であり、そのうち設計圧力が1MPa以下で、設計温度が-29～186℃のものをDクラスとする。化学工業、石油化学工業、電力などの業界における施工および検査規格では、配管の区分または分類が以下のように定められている。化学工業業界の規格「化学工業用金属配管工事の施工及び検査規範」HG20225-95では、流体の特性と設計パラメータに基づき、A、B、C、Dの4つのカテゴリーに分けられている。基本的には**基準と一致していますが、有毒媒体の配管はBクラスの配管として分類されます。 石油化学工業の業界標準である「石油化学工業における有毒・可燃性媒体用パイプライン工事の施工および検収規格」SH3501—2002は、流体の特性や設計パラメータに基づき、SHA、SHB、SHC、SHDの4つの等級に分類されている。表3を参照。 表3 SH3501-2001 管道の分類　管道の等級　適用範囲
SHA
（1）毒性が極めて高い危険物質を扱う管道（ベンゼンの管道を除く）
（2）毒性が高い危険物質であるアクリロニトリル、光ガス、二硫化炭素、フッ化水素を扱う管道
（3）設計圧力が10.0MPa以上の管道

SHB
（1）毒性が極めて高い危険物質であるベンゼンの管道
（2）毒性が高い危険物質を扱う管道（アクリロニトリル、光ガス、二硫化炭素、フッ化水素の管道を除く）
（3）甲種・乙種の可燃性ガス、および甲A種・甲B種・乙A種の可燃性液体を扱う管道

SHC
（1）毒性が中程度または軽度の危険物質を扱う管道
（2）乙B種・丙種の可燃性液体を扱う管道

SHD
設計温度が-29℃未満の低温管道

七、圧力管道の故障原因
圧力管道の「故障」とは、通常、圧力管道が本来持つ機能を果たせなくなる現象を指し、自然故障と異常故障の2種類に分けられる。圧力配管は内部の媒体や周囲の環境の影響を受けて稼働するため、避けられずに温度や圧力の変動、腐食、振動、および材料の金属組織の変化などが生じ、これらが材料の性能や接続部のシール性能に悪影響を及ぼします。したがって、どの配管にも一定の使用寿命があり、自然故障とは圧力配管がその使用寿命に達した時に発生する故障のことです。自然劣化は、定期的な検査や故障解析によって事前に制御することができ、事故の発生を防ぐことができる。しかし、圧力配管は、設計・製造・据付・運用の過程で様々な問題が生じることにより異常な故障を起こし、突発的な破壊事故を引き起こす可能性がある。その主な原因は以下の通りです：（A）作業員の資質が低く、操作手順に違反して運転するため、過圧、過熱、腐食性媒体の基準値超過、圧力・温度の異常な変動など、運転条件が悪化すること； 使用圧力と温度は、圧力配管の設計、材料選定、製造、据付けの根拠となる。操作圧力および温度が規定値を超えると、管壁の応力値が増加したり材料の力学的特性が低下したりする。特に溶接部、フランジ、エルボー、バルブ、異径管、補償器など、幾何学的構造が不連続な箇所における局部応力やピーク応力が大幅に増大し、クリープ破壊の原因となる。操作温度が低すぎると、材料の靭性が低下し、許容される臨界き裂サイズが小さくなるため、ぜい性破壊を引き起こす可能性がある。過熱や過圧は、配管の接続部からの漏れを引き起こすこともあります。 パイプラインでは、以下の理由により交番荷重が生じることが多い：1）媒体の断続的な輸送によりパイプラインに繰り返し加圧・減圧、加熱・冷却が行われること； 2）運転中の圧力変動が大きい； 3）運転中に温度が周期的に変化し、管壁に繰り返し温度応力変化が生じる； 4）他の設備や支持物による交番外力および強制振動。 繰り返し交番荷重の作用により、配管は疲労破壊を起こす。主に金属の低周波疲労で、応力が大きく交流周波数が低いのが特徴です。幾何学的な構造が不連続な場所や溶接部付近には応力集中が生じ、材料の降伏限界に達し、あるいはそれを超える可能性があります。これらの応力が交互に負荷と解放を繰り返すと、最も応力がかかる結晶粒が塑性変形を起こし、徐々に微細なき裂へと発展していく。応力が周期的に変化するにつれて、亀裂も徐々に拡大し、最終的に破壊に至る。 交流荷重は、配管部品や溶接部の既存の欠陥が拡大するだけでなく、配管接続部の漏れを引き起こすこともある。 （B）設計、製造、施工に欠陥があり、例えば配管の柔軟性が要求を満たしていない、材料の選定が不適切または誤っている、溶接や冶金上の基準超過の欠陥がある、溶接や組立が不適切で応力が過大になっている、配管支持システムが不適切であるなど； 配管が使用開始前に存在していた初期欠陥が、材料の低応力脆性破壊を引き起こす。媒体や環境による損傷、不適切な操作、不十分なメンテナンスなどが原因で、材料の性能が悪化したり、材料が損傷したり破壊されたりすることがあります。また、配管の接続部から媒体が漏れ出し、最終的には圧力配管が機能しなくなり、火災や爆発、中毒、窒息といった人身事故が発生することにつながります。 （C）修理ミス、配管の重大な欠陥や損傷が検出されなかったこと、または科学的な評価が欠如していたこと、さらには不適切な修理工程によって新たな欠陥や損傷が生じたことなど； （D）地震、強風、洪水、落雷、その他の機械的損傷や人為的破壊など、外部要因による破壊。 圧力配管の破壊形態は多岐にわたる。破壊時の巨視的変形量によって、延性破壊と脆性破壊の2つの大きなカテゴリーに分けられる。破壊時の材料の微視的な破断メカニズムによって、延性き裂破壊、解理破壊、粒界破壊、疲労破壊などのタイプに分けられる。通常、現場ではマクロ分類と破壊特性を組み合わせた方法で分類が行われ、延性破壊、脆性破壊、腐食破壊、疲労破壊、クリープ破壊などがある。 （E）腐食破壊　圧力配管の腐食とは、内部媒体および外部環境媒体による化学的または電気化学的作用によって生じる破壊である。機械などの要因が共同して作用した結果も含まれる。不合理な操作は媒体の濃度変化を引き起こし、腐食による損傷を悪化させます。 圧力配管の腐食破壊の形態には、全面腐食、局部腐食、応力腐食、腐食疲労、水素損傷などがある。その中で応力腐食は、しばしば前兆なく突然発生するため、その危険性はさらに高い。 1）全面腐食 全面腐食は均一腐食とも呼ばれる。配管の広範囲にわたって、ほぼ同程度に発生する腐食です。パイプの内面は主に腐食性の媒体を輸送することによる腐食を受け、外面は主に大気による錆びを受けます。 配管の全体的な腐食は、使用条件の悪化によって悪化することが多い。腐食媒体の成分、含水率、気相または液相の違い、流速と流動状態、粒子サイズは、配管の腐食による損傷の程度に影響を与えます。腐食性媒体の含有量が基準を超えたり、原材料の品質が悪化したりすると、圧力配管に損害を与える可能性があります。 大気腐食により、配管部品の外部が損傷を受け、その強度や密封性に影響を与えます。適切なメンテナンスを行わないと、事故の原因にもなります。 2）局部腐食 局部腐食とは、配管材料の局部的な場所で発生する腐食現象です。 a）点腐食：金属表面の個々の小さな箇所に集中して起こる、深い腐食で、孔食とも呼ばれる。オーステナイト系ステンレス鋼は、塩化物イオンまたは臭化物イオンを含む媒体に接すると、点腐食が最も起こりやすい。 b）隙間腐食：配管を通る媒体が電解質溶液である場合、配管内面の隙間、例えばフランジガスケット部や片面溶接の未溶着部などで隙間腐食が発生する。隙間腐食は、通常、隙間内とその周囲の溶液間における酸素濃度や金属イオン濃度の差によって引き起こされます。 c）オーステナイト系ステンレス鋼溶接部の腐食：①粒界腐食：粒界腐食とは、腐食が粒界およびその周辺に限定され、結晶粒子自体の腐食は比較的少ない腐食形態である。腐食メカニズムは「クロム欠乏理論」であり、すなわちクロムが欠乏した粒界領域が活性化状態となり、陽極として結晶粒と間で腐食電池を形成する。その結果、結晶粒の剥離や材料の機械的強度の低下を引き起こす。 ②δフェライトの選択的腐食：一部の強腐食性媒体において、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部に存在するδフェライト相が腐食されたりσ相に分解されたりして、海綿状になり、その結果溶接部が損傷を受ける。 ③刃先腐食：NiおよびTiで安定化されたオーステナイト系ステンレス鋼が、酸化性媒体中で生じる刃先状の腐食。 3）応力腐食 金属材料が引張応力と特定の腐食性媒体の共同作用によって生じる腐食を応力腐食と呼ぶ。主に溶接、冷間加工、および取り付け時の残留応力や配管内の腐食性媒体によって引き起こされる。応力腐食によるき裂は枯れ木の枝のような形状を呈し、概ね引張応力に垂直な方向に進展する。き裂の微視的形態には、粒内型、粒間型、およびその両方を持つ混合型がある。高強度鋼管は、H2S含有量が一定値を超え、かつ水分が存在する場合、**管壁の応力腐食割れの可能性が高まる。**溶接部の硬さがHB200を超え、H2S濃度が基準値を超すと、溶接部の応力腐食が非常に起こりやすくなる。 ①アルカリ脆性：金属がアルカリ溶液中で生じる応力腐食です。炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼などはいずれもアルカリ脆性を起こす可能性がある。 ②ステンレス鋼の塩素イオン腐食：塩素イオンがステンレス鋼に引き起こす応力腐食。塩化物イオンによる腐食を引き起こす塩化物イオンの臨界濃度は、温度が上昇するにつれて低下し、高温下では塩化物イオン濃度が10 ppmに達するだけで破壊が生じる。配管フランジ接続部のガスケット、外部の断熱材、支持・吊り金具の緩衝材などの材料中に含まれる塩素イオンの含有量が高すぎると、塩素イオン腐食を引き起こすこともある。 ③ステンレス鋼の過硫酸腐食：石油精製の過程で、鋼材は硫化水素によって腐食されて硫化鉄が生成される。操業停止後、配管内部では空気中の酸素や水分と反応して過硫酸が生成され、ステンレス鋼配管の残留応力が大きい部分で応力腐食が発生する。水素化脱硫装置を典型として、ステンレス鋼の連多硫酸による応力腐食破壊が最近注目されている。 ④硫化物応力腐食：水素硫化物と水が共存する環境下で金属に生じる応力腐食。炭素鋼および低合金鋼は、20～40℃の温度範囲で硫酸に対する感受性が最も高くなる。オーステナイト系ステンレス鋼の硫化物応力腐食は、ほとんどが高温環境で発生する。硫化水素と水を含む媒体において、酢酸や二酸化炭素と塩化ナトリウム、またはリン化水素、あるいはヒ素、セレン、テルルの化合物や塩化物イオンが同時に存在すると、腐食が促進される。 4）腐食疲労 腐食疲労とは、交番応力と化学的媒体が共同して作用することによって生じる腐食き裂である。圧力配管の疲労の原因には、機械的加振、流体サージ、交番熱応力、圧力変動、および風振や地震などがある。腐食疲労き裂は通常複数存在するが分岐しないのが、応力腐食き裂との違いである。腐食疲労き裂は一般的に粒界を伝播する。 5）水素損傷 金属内部に水素が浸透し、金属の性能が低下することを水素損傷と呼ぶ。水素による気泡発生、水素脆化、脱炭、および水素腐食が含まれる。 水素気泡は主に湿った硫化水素を含む媒体中で発生し、水素原子が鋼中に浸透拡散する際、亀裂、層間剥離、空隙、介在物などの欠陥に遭遇すると集まり水素分子を形成し、体積が膨張する。これらの欠陥が鋼材の表面にあると、気泡が発生します。 水素はどのような形で鋼に侵入しても鋼材の水素脆化を引き起こし、鋼材の伸び率や断面縮小率が著しく低下する。高強度鋼はより深刻な状況を示す。 鋼中のセメンタイトは高温下で水素と反応してメタンを生成する。この反応により、鋼材表面層のセメンタイトが減少し、隣接するまだ反応していない金属層から炭素が徐々にこの反応領域へ拡散する。その結果、一定の厚さの金属層では炭素が不足してフェライト化し、脱炭現象が生じる。脱炭の結果、鋼材の表面強度と疲労限界が低下する。 高温高圧の水素が鋼材に作用した結果、その機械的性質が劣化し、強度や靭性が著しく低下する現象を水素腐食と呼ぶ。上記の条件下で、水素分子は鋼の表面に拡散して吸着し、そのうちの一部の吸着した水素分子は水素原子および水素イオンに分離され、化学吸着を経て、非常に小さな水素原子（イオン）が表面層を通過して金属内部に固溶する。溶解した水素原子が格子や粒界を通って鋼中に拡散し、化学反応によってメタンが生成されて粒界に既存する微細な空隙内に蓄積する。この反応過程でその領域の炭素濃度が低下し、他の場所から炭素がそこへ拡散して補充されるため、メタンの量が増加して局所的な圧力が生じ、最終的に亀裂へと発展する。鋼材表面に集まり、ブリスターを形成し、脱炭が生じる。 （F）侵食による損傷　配管内の媒体が長期間にわたって高速で流れると、配管部品の内壁が薄くなったり、シール部品が損傷したりして、耐圧強度やシール性能に影響を与えます。使用時間が長くなるにつれて、内壁の薄化によって引き起こされる耐圧力の低下や、シール部品の損傷による漏れが、事故の原因となる。 八、圧力配管の破壊特性 配管の破壊の原因や形態が異なるため、破壊の特性もそれぞれ異なっている。 （A）靭性破壊とは、材料に明らかな欠陥や脆化が存在しないにもかかわらず、過圧によって引き起こされる破壊である。その特徴は、1）著しい変形が生じ、通常は破片が発生しないことである。破壊時に直径が増大したり局部が膨らんだりし、管壁が薄くなる。 2）実際の爆破解圧は理論値に近い。 3）破面は灰色がかった繊維状で、金属光沢はなく、破面にはせん断唇がある。 4）破断面の繊維領域の外側には放射状または人字状の模様があり、起爆点を指し示す特徴がある。 （B）脆性破壊とは、配管が破損しても顕著な変形が生じず、破壊時の管壁応力も材料の強度限界には遠く及ばず、降伏限界を下回る破壊現象である。通常は、材料の脆性や重大な欠陥によって引き起こされます。例えば、材料の溶接や熱処理工程が不適切であること、溶接部に欠陥があること、または低温による冷間脆性などです。脆性破壊はしばしば瞬時に発生し、極めて速い速度で拡大する。低応力下で破壊が起こるため、低応力破壊とも呼ばれる。脆性破壊の特徴は、1）明らかな塑性変形がないことです。 2）破壊時の応力は低い。 3）材料の脆化によって生じる脆性破壊では、破断面は平滑で、金属光沢のある結晶状態となる。 4）材料の欠陥に起因する脆性的破壊では、破面は結晶状を呈せず、初期欠陥領域、安定して拡大する繊維領域、急速に拡大する放射状模様および人字状模様の領域、そして内外表面の端部にあるせん断リップ領域が現れる。もし初期欠陥が表面のひび割れであれば、暗色の錆状態が現れる。一方、初期欠陥が内部の気孔や介在物、未溶着などである場合も、破面で観察される。 （C）疲労破壊とは、材料が長期にわたり大きさと方向が時間とともに周期的に変化する繰返し荷重を受けることで疲労き裂の核が生じ、それが徐々に拡大して最終的に破断に至る破壊形態である。その特徴は：1）破壊箇所が幾何学的不連続部や亀裂などの初期欠陥を有する溶接部に集中し、全体として塑性変形が見られない。 2）疲労破壊の基本的な形態には、爆発または漏れの二つがある。前者は強度が高くて靭性の低い材料に起こりやすく、後者は強度が低くて靭性の良い材料に起こる。 3）破面には、明確なき裂発生域、進展域、および最終破断域が存在する。拡大部では、マクロ的に明らかな貝殻状の樹脂流れが見られ、破面は滑らかで光沢がある。最終的な破断部には、一般的に放射状の模様や人字型の模様が見られる。 4）電子顕微鏡で疲労破面のき裂進展部を観察すると、特有の疲労ハレーションが見られる。 （D）クリープ破壊とは、高温下で材料の降伏強度未満の状態にある鋼材が、ゆっくりと持続的に伸び、最終的に破壊が生じる現象である。材料がクリープする過程には、減速、定速、加速の3つの段階がある。定速段階は、材料の高温での使用寿命を制御する段階です。クリープ破断は粒界破壊であり、その特徴は以下の通りである： 1）巨視的な破面は粗い粒状で、金属光沢がない。 2）表面が酸化層やその他の腐食物で覆われている。 3）配管は直径方向に大きな変形があり、半径方向に沿った微小なクリープ亀裂が生じ、さらには表面にひび割れが発生したり、管壁を貫通して漏れが起こることもある。 4）破断面は壁面に垂直で、壁厚の減少がなく、縁部にせん断ラップもない。 九、圧力配管の事故防止と報告 圧力配管の破損事故を防ぐまたは軽減するため、使用者は以下を含む必要な措置を講じなければならない：——配管は、資格のある設計会社によって設計され、設計規範の要件を満たさなければならない； ——配管システムは規定に従って安全な圧力解放装置を設置し、その機能が正常に働くように維持しなければならない； ——大気や媒体による配管の腐食を防ぐための有効な措置を講じる； ——配管を使用する前に、使用前検査および受け入れ検査を行う必要があり、配管システムの構造、材料、溶接、熱処理、圧力試験などの重要な工程は、規定要件を満たしていなければならない； ——運転作業では、操作規程を厳格に実行し、工程指標を制御することで、過熱や過圧状態での運転を防止しなければならない； ——点検や配管の部分的な交換を行う際、誤使用や不適切な代替品の使用を避け、配管の限界応力が低下しないようにする； ——配管のメンテナンス点検および定期的な検査を強化する； ——長期間使用されておらず、保守管理が不十分な配管は、広範囲にわたる腐食や厚みの減少、強度の低下が生じているため、再使用する前に規定に従って全面的な検査を行う必要がある。 圧力配管で安全事故が発生した場合、使用者は迅速に対策を講じるだけでなく、事故現場を厳重に保護し、現場で撮影された画像、破損部品の破断面の状態、元の操作記録、事故調査報告書など、関連する情報や資料を適時に収集する必要がある。これらは事故分析のための客観的かつ科学的な根拠となる。 事故の原因を分析する際には、宏観的な変形量を測定する必要がある；材料の化学組成と機械的性質の検査；破面のマクロ分析やミクロ分析といった技術的手法を行う。次に、関連する資料や技術的な検査結果に基づいて――十、配管システムの安全規定　（一）過圧保護　（A）運用中に過圧になる可能性のある配管システムには、安全弁や破壊板などの圧力解放装置を設置しなければならない。 （B）安全弁を使用すべきでない場合は、破壊板を使用できる。破片の設計において、破壊圧力と通常の最大動作圧力との差には、一定の余裕が必要である。 （C）安全弁は、排出される気体または液体に応じて別々に選定し、背圧の影響も考慮しなければならない。安全弁の開放圧力（設定圧力）は、工程上特別な要求がある場合を除き、通常の作動圧力の1.1倍とし、最低でも1.05倍とする。ただし、設計規格や設計書に別の規定がある場合はこの限りではない。 （D）安全弁の入口配管の圧力損失は、開放圧力の3％未満であることが望ましく、出口配管の圧力損失は開放圧力の10％を超えないことが望ましい。 （E）安全弁の最大放出圧力は、配管の設計圧力の1.1倍を超えてはならず、火災時の最大放出圧力は設計圧力の1.21倍を超えてはならない。 （F）安全弁または破片弁の入口配管および出口配管には、遮断弁を設置しないことが望ましい。工程上特別な要件で設置が必須の場合は、バイパスバルブおよび現地圧力計も設置する必要がある。通常の運転時には、安全弁または破壊板の入口または出口にある遮断弁は、開放状態でロックされていなければならない。バイパスバルブは閉じた状態でロックされなければならない。そして、図面に規定の記号を記入する。 （G）二重安全弁の入口・出口に三通式切替弁を設置する場合、2つの切替弁には信頼性の高い連動機構が必要である。安全弁と切替弁の間の配管には、排気措置が必要である。 （H）製造業者は、製品の性能が設計で示された放圧装置の詳細なデータに適合していることを保証しなければならない。 （二）バルブおよびブラインドプレートの設置 （A）逆流を防ぐ必要がある配管には、逆止弁を設置するべきである。 （B）通常の運転時に開閉位置を厳格に制御しなければならないバルブについては、設計上ロックまたはシールの仕様を追加し、規定されたコードを明記するものとする。この種のバルブは、保守作業時においてのみ、厳重な監督下でかつ関係責任者の承認を得た上で使用することが許可される。 （C）装置が停止修理中の際に、装置外部で継続して運転が必要となる配管については、装置の境界部に遮断弁を設置するだけでなく、弁の装置側にもブラインドプレートを設置しなければならない。 （D）運転中に機器の停止点検が必要な場合、機器とバルブの間にブラインドプレートを設置しなければならない。可燃性流体の配管、バルブ、およびブラインドプレートの間に小さな排出弁が取り付けられている場合、その排出弁の後ろの配管は安全な場所に導く必要がある。 （E）圧力試験および気密試験で遮断が必要な位置には、ブラインドプレートを設置する。 （F）液体の温度が-5℃未満の場合や、大気による腐食が激しい環境では、スプリット型ブラインドプレート、すなわちプラグ板とガスケットを使用することが望ましい。「8」字型のブラインドプレートは使用しないこと。プラグおよびガスケットリングには識別マークを設け、そのマーク部分はフランジから突き出ていなければならない。 （三）排出 （A）可燃性流体は閉鎖された集積システムに排出しなければならず、下水道への直接排出は厳禁である。 （B）環境空気より密度が大きい可燃性ガスはトーチシステムに排出し、環境空気より密度が小さい可燃性ガスは、トーチを設置しなくてもよく、かつ衛生基準を満たす場合には大気中に排出できる。 （C）無毒で可燃性がなく、発泡しない流体であり、衛生基準および水道管材の使用温度、腐食の条件を満たしていれば、直接下水道に排出できる。 （D）排出管の管径は、排出量と作業圧力によって決定しなければならない。排出口の流速は、設計規格の定めに適合しなければならない。頻繁に使用されない常圧放空管口には、鳥よけネットを設置すべきである。 （四）その他の要求 （A）寒冷な気候条件下において、屋外の冷却水主管の末端および冷却器の取水・排水配管には、凍結防止用のバイパス管またはその他の凍結防止措置を設けること。ガス配管で凝縮液が発生する場合、または液体配管に死角がある場合、さらに排出管が凍結する可能性がある場合には、ヒーターチューブを設置することが望ましい。 （B）室内に設置される可燃性流体配管の弱部を構成する部品、例えばガラス製液面計、視鏡などには安全防護措置が講じられている必要がある。 （C）配管システムで発生する静電気は、機器や土木構造物のアース網を通じて接地することができる。その他の静電気防止に関する要求事項は、対応する規格の定めに準拠しなければならない。 （D）流体の途絶を許さない重要な設備には、二重管を採用するか、遮断弁を備えた環状配管網などの安全対策を講じることが望ましい。 （E）明火装置に接続される可燃性ガスの減圧後の配管（トーチパイプを含む）および、発火しやすい配管（放散管を含む）とそれらに接続される装置との間を遮断する必要がある場合には、防火設備を設置しなければならない。 （F）酸素配管は、次の規定に適合しなければならない：1）強い酸化性を持つ流体（酸素またはフッ素）の配管は、配管の製造後、設置前に分割して、または単体で脱脂処理を行わなければならない。脱脂後の配管部品は、一律に窒素または空気で吹き清めて封止する。また、残留した脱脂剤が酸素と混ざり合って危険な混合物を形成するのを避けるべきである。 2）酸素管の構成部品の選定は、規格の定めに適合しなければならない。また、シームレス管と管継手を使用することが望ましい。設計圧力が3MPaを超える場合は、オーステナイト系ステンレス鋼管を使用することが望ましい。炭素鋼および低合金鋼の配管に調圧弁を設置する場合、調圧弁の前後1.5mの範囲内ではオーステナイト系ステンレス鋼の配管および継手を使用することが望ましい。バルブには急速開閉型を使用してはならず、バルブ内のガスケットやパッキンには、剥がれやすく破片や繊維を生じる材料、または可燃性の材料を使用してはならない。 3）溶接はアルゴンアーク溶接を用いるべきである。 4）酸素配管の流速制限、静電気接地及び配管配置は、「酸素ステーション設計規範」GB50030および酸素安全技術規程の規定に適合しなければならない。工程プロセスに特別な設計上の要求や信頼性の高い安全対策がある場合を除き、酸素管は可燃性流体の配管と直接接続してはならない。 （G）ジャケット管は、流体の凝固点の高低、その他の物性変化条件及び工程要件に応じて、全ジャケット構造、部分ジャケット構造、または簡易ジャケット構造をそれぞれ選定するものとする。