配管の伸縮継手はどのように使い分けするのかをまとめてみた！

こんにちは、ハジイチです。

配管応力計算をするにあたって、必ず出てくる配管伸縮継手。

配管の伸縮継手はどのように使い分けするのかをまとめてみました。

参考にして頂けたら幸いです。

配管の伸縮継手をどのように使い分けするのか

配管で伸縮継ぎ手を用いる場合、大きく分けて二つの目的。

• 配管の熱伸縮を吸収させること。
• 地盤沈下などによるノズルとサポート間の相対変異を吸収させること。

配管の熱伸縮を吸収させる目的の場合

主に軸方向伸縮継ぎ手あるいはヒンジタイプの伸縮継ぎ手が用いられる。

軸方向伸縮継ぎ手

軸方向伸縮継ぎ手の基本構造は、ベローと短管の組み合わせ。

ベローの部分が

• ベローのみで構成された単純な形状のもの。
• ベローの周囲にガイドボルトを設置して補強したもの。
• さらに耐圧性を高めるためにベローの周囲をリングで補強したもの。

がある。

耐圧性能は、ベローのみのものが最も低く、ベローの周囲をリングで補強したものが最も高くなり、それぞれ低圧用、中圧用、高圧用となる。

低圧用

0.1 ~ 0.3 MPa

中圧用

1MPaくらいまで

高圧用

10 ~ 20 MPa くらいまで使用可能です。

使用圧力と温度については、メーカーによって相違しますので、詳細はメーカーと協議してください。

いずれの形式の伸縮継ぎ手も、配管の熱膨張時に継ぎ手部での座屈を防止するために、継ぎ手の前後の配管に適切なサポートを配置し、継ぎ手には軸方向の変形だけが加わるようにしなければなりません。

図1にサポートの配置例を示す。

ヒンジタイプの伸縮継ぎ手

ヒンジタイプ継ぎ手は、ベローの両端に取り付けられたヒンジアーム同士をピンで固定し、そのピンを中心に回転して配管系の変位を吸収させるもの。

このヒンジアームは、内圧による推力を拘束する役割も果たしている。

ベローの周囲に取り付けられたガイドボルトは、ピンまわりの回転動作時にベローの過大な変形を防ぐため。

この継ぎ手は、狭いスペースで大きな配管変形を効率よく吸収することができる。

耐圧性能は、20 MPa くらいのかなりの高圧まで、流体温度は、LNG の超低温からスチームのような高温までの広い範囲で使用で
きる。

図2  ヒンジタイプ継手の構造と動作の説明を示す。

図3 に使用例を示す。

いずれも配管の形状とサポート配置の組み合わせが重要で、配管ループにより熱伸縮を吸収させる方法との比較検討が不可欠です。

比較検討の項目はおおよそつぎによる。

(1) 配管ループ設置場所の有無

単に物理的なスペースの有無だけではなく、メンテナンス・運転時の操作性・施工性などの観点からの検討が必要。

通常プロセスプラントのエリア内ではスペースの問題はないが、LNG のような極低温配管の出荷桟橋の場合、配管ループではスペースの制約または施工上の制約がある場合がある。

(2) コスト

単に伸縮継ぎ手の価格と配管材料のコストのみの比較だけではなく、伸縮継ぎ手を使用した場合のアンカーサポートの工事コストも含めて検討しなければならない。

軸方向伸縮継ぎ手の場合、アンカーに大きな反力が作用するので、そのための大きな基礎が必要となり、これを含めた工事コストの検討が必要。

地盤沈下などによるノズルとサポート間の相対変異を吸収させる目的の場合

フレキシブルメタルホースとユニバーサルジョイントが用いれらます。

フレキシブルメタルホース

フレキシブルメタルホースは、ステンレスベローの外側を密に編みこまれた格子状のステンレス製の帯板で被覆補強をしたもので、原油や石油製品タンクのノズルによく用いらる。

耐圧性能は、1MPa程度までの中圧で、タンクノズルと配管サポートとの間の相対変位の吸収に効果的。

図 4にメタルホースの構造説明を示す

図 5 に使用例を示す。

メタルホースは、おおむね 400 A ~500 Aまでの呼び径が製作されている。

ユニバーサルジョイント

ユニバーサルジョイントは、2組のベローと短管の組み合わせで構成される。

フレキシブルメタルホースと同様に、ベローの角度変化によって相対変位を吸収する。

使用方法はフレキシブルメタルホースと同様で、タンクのノズルにも使用される。

タイロッドは、内圧によるベロー推力を拘束する役割を果たしている。

耐圧性能はフレキシブルメタルホースよりも高く、10 MPa程度の高圧域まで使用できる。

図6 にユニバーサルジョイントの構造説明を示す。

図 7　ユニバーサルジョイントの使用例を示す。

フレキシブルメタルホースおよびユニバーサルジョイントともに地震災害防止にも有効なことが新潟地震(1964年6月)で判明しました。

タンクが沈下あるいは不等沈下して配管側とタンクノズルに大きな相対変異が生じたにもかかわらず、伸縮継ぎ手がその相対変位を吸収し、タンクからの漏洩を防止しました。

まとめ

配管応力計算をするにあたって、必ず出てくる配管伸縮継手。

配管の伸縮継手はどのように使い分けするのかをまとめてみました。