圧力容器 - 設計圧力・許容圧力・最高使用圧力

 設計、許容、最高使用圧力の関係を把握しましょう。

 『上級 冷凍受験テキスト:日本冷凍空調学会』<8次:P166~P169 (12.4 設計圧力、許容圧力)

最高使用圧力は<8次:P172 (12.8 限界圧力)>ですが、注)を読んでね。計算式が結構あるけども、2冷は暗記せずとも良い。ただし、意味を考えるべし。


 注) 8次改訂版(H27/11/20改訂)から、<8次:P172 (12.8 限界圧力)>というように、「最高使用圧力」から「限界圧力」に変わった。

 「最高使用圧力」は他のページにも使われている、今後の改訂や試験問題はどうなるのかよくわからない。 でも、<8次:P172 (12.8 限界圧力)>の中身は変更になっているので意識していきましょう。

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圧力区分など

 テキスト<8次:P166 (12.4.1 圧力の区分)>です。

・圧力容器の強度計算をするときの設計圧力は、一般に冷媒の絶対圧力である。
 H15ga/10 答え

【×】 テキスト<8次:P166左 (12.4.1 圧力の区分)>の冒頭。すべてゲージ圧力すと力強く太字にして宣言している。ちなみに、絶対圧力=ゲージ圧力+0.1

・圧力容器の強度計算に使用する圧力は、設計圧力も許容圧力も、ともに冷媒の絶対圧力である。H17ga/10 答え

【×】 ともにゲージ圧力です。ここら辺は、ボイラー試験でも出てくるよね。

・圧力容器の強度計算に使用する設計圧力および許容圧力は、ともに冷媒の絶対圧力である。 H25ga/10 答え

【×】 ぅむ! H17年度と同様の問題。

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設計圧力(全般)

・設計圧力は、圧力容器などの設計において、その各部について必要厚さの計算または耐圧強度を決定するときに用いる圧力で、許容圧力は、その容器に取り付ける安全装置の作動圧力の基準である。 H25ga/10 答え

【◯】 この問題はココでいいよね。この問題文は、記憶しても損はないと思う。
 設計圧力については、テキスト<8次:P166右上 (12.4.2 設計圧力)>冒頭。
 許容圧力については、テキスト<8次:P169左 (12.4.3 許容圧力)>冒頭。

・設計圧力は、圧力容器などの設計において、その各部について必要厚さの計算または耐圧強度を決定するときに用いる圧力である。一方、許容圧力は、指定された温度において圧力容器などが許容できる最高の圧力のことである。 H29ga/10 答え

【◯】 この問題もココに置く。覚えるしかないですね。
 設計圧力<8次:P166右上 (12.4.2 設計圧力)>冒頭。
 許容圧力<8次:P169左 (12.4.3 許容圧力)>冒頭。

・設計圧力は、圧力容器などの設計において、その各部について必要厚さの計算または耐圧強度を決定するときに用いる圧力で、許容圧力は、その容器に取り付ける安全装置の作動圧力の基準である。 R01ga/10 答え

【◯】 H25年度と同等問題です。 (令和元年の試験はH22~H25に出題されたものと同等問題が多く見受けられる。過去問を多くこなすのがベストなのかな…?)

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設計圧力(高圧部)

 テキスト<8次:P168右 ((a) 高圧部設計圧力)

・設計圧力は、基準凝縮温度によって区分けされている。 H17ga/10 答え

【◯】 はい!
 テキスト<8次:P166右下~、P168 (表12.5 設計圧力)
 表を見ると基準凝縮温度ってのが、43℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃と決まっている。
 1冷学識試験の問題では、この表から設計圧力を導き出す。2冷の場合は「基準凝縮温度で区分けされている」を把握してれば良いと思う。(たぶん)

・一般に、高圧部の設計圧力は、冷媒の種類ごとに基準凝縮温度に対応する飽和圧力によって定められているが、その温度は43℃未満にすることはできない。 H21ga/10 答え

【◯】 ぅむ。
 冷凍保安規則関係例示基準で43℃未満は決められていなようだ。テキスト<8次:P168右 ◯3番と、表12.5>

・冷凍保安規則関係例示基準による高圧部の設計圧力は、基準凝縮温度によって区分されている。これは設計圧力を運転時に予想される最高圧力と考えているからである。 H18ga/10 答え

【◯】 その通り!
 と、叫びたくなるようなサービス問題。テキスト<8次:P168右 ◯1番>

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設計圧力(低圧部)

 テキスト<8次:P168右下~P169左上 ((b) 低圧部設計圧力)>と、<8次:P168左側下半分>です。

・低圧部の設計圧力は、冷凍装置の停止中の周囲温度条件を考慮しており、周囲温度は約38℃として定められている。 H14ga/10 答え

【◯】 と、決まっているみたい。 テキスト<8次:P168左側下半分>にズバリ的。

・低圧部の設計圧力は、冷凍装置の停止中の周囲温度条件を考慮しており、周囲温度は約43℃として定められている。 H19ga/10< 答え

【×】 ぉう、38℃!だね。<8次:P168左側下半分>にズバリ的。(高圧部の基準凝縮温度の43℃と混同しないように。)

・非共沸混合冷媒ガスの低圧部の設計圧力は、周囲温度38℃の気液平衡状態の液圧力である。 H20ga/10 答え

【◯】 テキスト<8次:P168右上>◯3で()でくくられている部分に記されている。凹んでもテキスト読んでおくしかない!

・冷凍装置の運転停止中に予想される低圧部の最高温度が45℃になる場合でも、低圧部圧力容器の設計圧力は、周囲温度38℃の使用冷媒の飽和圧力でよい。 H26ga/10 答え

【×】 停止中に予想される温度が45℃だってー!!(普通かな)
 ぅーん、テキスト<8次:P169左上>◯2から解くんだよね。
 停止中の周囲温度を38℃基準としているが、予想される低圧部の最高温度が45℃ならばそのときの冷媒圧力が設計圧力になる。ってことですね。

 なので、  周囲温度38℃の使用冷媒の飽和圧力でよい。 が間違い。

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許容圧力

 許容圧力と設計圧力の関係を把握しておこう。テキスト<8次:P169左 (12.4.3 許容圧力)

・許容圧力とは使用できる最高圧力のことである。 H13ga/10 答え

【◯】 そのとおり!みたい。テキスト<8次:P169左 (12.4.3 許容圧力)>冒頭部分から読み解くしか。(問題が古いなぁ。)

・圧力容器の許容圧力は、その容器に取り付ける安全装置の作動圧力の基準である。 H17ga/10 答え

【◯】 そういうことなの。 テキスト<8次:P169左 (12.4.3 許容圧力)>の最後2行ですね。

・許容圧力は、圧力容器の各部について、その板厚より腐れしろを除いて算定しなければならない。 H16ga/10 答え

【◯】 その通り。
 テキスト<8次:P169左 (12.4.3 許容圧力)>の(a)を読むべし。

 参考)
 最高使用圧力(許容圧力)Pa=2σa・η(ta-α)/Di+1.2(ta-α) 許容圧力は腐れしろαを除する。
 必要厚さta=(P・Di/2σa・η-1.2P)+α 板の必要厚さは腐れしろを加える。

・許容圧力は、すでにできあがっている圧力容器の耐圧試験圧力、気密試験圧力、安全装置の作動圧力を定めるときおよび既設機器の最高使用圧力を求めるときなどに用いられる。 H27ga/10 答え

【◯】 ぅ~ん。
 テキスト<8次:P169左 (12.4.3 許容圧力)>の冒頭部分と最後2行から読み解くってことかな。

・設計圧力は、圧力容器などの設計において、その各部について必要厚さの計算または耐圧強度を決定するときに用いる圧力で、設計圧力と許容圧力が異なる場合、設計圧力は、その圧力容器に取り付ける安全装置の作動圧力の基準である。 H28ga/10 答え

【×】 この問題はココに置く。正しい文章にしてみましょう。

  設計圧力は、圧力容器などの設計において、その各部について必要厚さの計算または耐圧強度を決定するときに用いる圧力で、設計圧力と許容圧力が異なる場合、許容圧力は、その圧力容器に取り付ける安全装置の作動圧力の基準である。

 前半は、テキスト<8次:P166右 (12.4.2 設計圧力)>の冒頭。
 後半は、テキスト<8次:P169左 (12.4.3 許容圧力)>の(b)と最後の2行。

・設計圧力は、圧力容器などの設計において、その各部について必要厚さの計算または耐圧強度を決定するときに用いる圧力である。許容圧力は、その容器に取り付ける安全装置の作動圧力の基準であり、つねに設計圧力より大きい。 H30ga/10 答え

【×】 この問題はココに置くヨ。  つねに設計圧力より大きい。 が、ま違い。腐食を考慮に入れると、許容圧力は設計圧力より小さくなる。(なぜ小さくなるかは、略。(疲れた)

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最高使用圧力(限界圧力)

8次改訂版から「最高使用圧力」から「限界圧力」に変わったことについて

 注) 8次改訂版(H27/11/20改訂)から、<8次:P172 (12.8 限界圧力)>というように、「最高使用圧力」から「限界圧力」に変わった。

 「最高使用圧力」は他のページにも使われている、今後の改訂や試験問題はどうなるのかよくわからない。 でも、<8次:P172 (12.8 限界圧力)>の中身は変更になっているので意識していきましょう。

・設計圧力を超えて、許容圧力で冷凍装置を運転してはならない。 H15ga/10 答え

【◯】 設計圧力は許容圧力(最高圧力)以下でなければならない。から、設計圧力以下で運転する。 テキスト<8次:P172 (12.8 限界圧力)>の最後の方を読めば良いんでないかな。

・既存の圧力容器の円筒胴板の厚さがわかっているとき、その圧力容器の使用可能な最高圧力を求める式は、最小厚さを求める式に腐れしろを加えた式から導くことができる。 H24ga/10 答え

【◯】 ぅ~ん、難しいかも。
 テキストは<8次:P171 (12.6 例示基準による円筒胴の厚さの計算式)>>を開いてほしい。

 問題文を分解しながら見てみようか。
 「既存の圧力容器の円筒胴板の厚さがわかっているとき、」 ←実際厚さtaを求める式は、<8次:P171(12.5)式>です。

 「その圧力容器の使用可能な最高圧力を求める式は、」 ←実際厚さtaを使い、最高使用圧力Paを求める式は、<8次:P172(12.8)式です。

 「最小厚さを求める式に腐れしろを加えた式から導くことができる。」 ↓(文章に、式と記号を組み込んでみると)
 「最小厚さtを求める<8次:P171(12.4)式に、腐れしろαを加えた実際厚さta<8次:P171(12.5)式から、導くことができる。」 と、いうことで正しい。
  健闘を祈る!

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修正・訂正箇所履歴

【2016/08/04 新設】(← 履歴をここに作った日

  • テキスト8次改訂版へ対応済み。解説見直し。 (2017(H29)/01/07)
  • 「8次改訂版の「最高使用圧力」ついて」を追加。 (2017(H29)/01/07)
  • 「8次改訂版の「最高使用圧力」ついて」の見出し・他いろいろを変更 → 「8次改訂版から「最高使用圧力」から「限界圧力」に変わったことについて」 (2017/03/11)

【参考文献・リンク】

  • SIによる初級受検テキスト:日本冷凍空調学会
  • 上級受検テキスト(SIによる上級受検テキスト):日本冷凍空調学会
  • 冷凍機械責任者(1・2・3冷)試験問題と解答例(13):日本冷凍空調学会
  • 第3種冷凍機械責任者試験模範解答集 :電気書院
  • 第1・2種冷凍機械責任者試験模範解答集 :電気書院

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