圧力容器　吹出し量

Question

首題についてお伺いします。
圧力容器構造規格第64条-52第64条関係-(1)第1項関係-オ-(ア)において、流入する気体の最大量が、0.0028vρd^2で表されていますが、この式中の気体流速vは式の成り立ちを見ると気体が送入されるノズル内流速が適応されるものだと考えております。一方式記号の宣言の中で気体の流速を制限していますが、例えば一般気体を使用する際、実際の流速は5m/sであっても10m/sとして計算しなくてはならないのでしょうか？
またそもそも流入する気体の量が既知である場合、この式に拠る必要があるのでしょうか？
この10m/sでの算出が必須であった場合、実際に流入する気体量より4倍以上の容量が必要となってしまい判断に迷ったため、質問させて頂いた次第です。

よろしくお願いいたします。

Accepted Answer

他の読者さんのご参考に、お問い合わせの条文の内容を下に貼っておきます。

規定文書の読み方として、
「 G ＝0.0028νρd＾2 」の式は、
「その算定方法として、『例えば』、次の方法があること。」と記載され
ているので、適切な根拠があれば、他の方法で算定することを許容している
ように解釈できます。

「適切な根拠」とは何かと質問されそうですが、この解釈は「行政指導」
の範囲に含まれそうですので、個々のケースで判断が異なる場合もあり
そうに思います。

＞またそもそも流入する気体の量が既知である場合、この式に拠る必要があ
　るのでしょうか？

この条項は、安全弁の処理する流量を算定する方法を定めていますので、
通常動作状態の流量ではなく、システムに異常が生じても、「既知」の値
以上の流量にならないことが適切な根拠をもって説明できるのであれば、
「既知」の値を使うことも許されそうに思います。

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
オ　安全弁の吹出し量は、圧力容器に流入する気体の最大量以上又は圧力容
　　器内において発生する気体の最大量以上とし、また、その算定方法とし
　　て、例えば、次の方法があること。

(ア) 流入する気体の最大量は、次の算式により算定するものとすること。
　　
　　　G ＝0.0028νρd 2
   
 この式において、G 、ν 、ρ 及びd は、それぞれ次の値を表すものとする。 
　　G     気体の送入量(単位　kg/h) 
　　ν 　 気体の流速で、飽和蒸気にあっては20以上、過熱蒸気にあっては
　　　　　30以上、一般気体にあっては10以上とする。(単位　m/s) 
　　ρ 　 気体の密度(単位　kg/m3) 
　　d  　 管の内径(単位　mm) 
  
 　   
 
(イ) 直火式第一種圧力容器における蒸気の最大蒸発量は、次の算式により
　　　算定すること。

W＝　 H Q η／（i 1－i 2） 
   
 この式において、W 、H 、Q 、η 、i 1 及びi 2 は、それぞれ次の値を表
　すものとする。 W     蒸気の最大蒸発量(単位　kg/h)) 
　　H 　 燃料の発熱量(単位　KJ/kg) 
　　Q 　 燃料の使用量(単位　kg/h) 
　　η 　 当該圧力容器の熱効率 
　　i 1 　 発生蒸気のエンタルピ(単位　KJ/kg) 
　　i 2 　 加熱前に内部液体のもっていたエンタルピ(KJ/kg)

通達文書：
　http://www.joshrc.org/~open/files/20030430-004.pdf

通達文書の次のように記述されています。

また、本通達においては、性能規定を具体的に満足する基準を例示している
が、同基準以外で製造を行う場合は、改正後の構造規格に適合していること
を証する資料を提出させる必要があることにも留意されたい。

つまりは、G ＝0.0028νρd＾2 の式に基づかずに設計したい場合は、
貴社が、構造規格に適合していることを証明する資料を準備して下さい。
他の方法も認めますが、設計責任は貴社にありますよ。ということを言って
いるように思います。

Answer

“圧力容器　吹出し量 ”首題についてお伺いしますは、
ベルヌーイの定理の速度水頭＝圧力水頭から移項し、
流速(v)＝圧力水頭/速度水頭の移項項目で、流速を求めます。
そして、流量を　流速(v)×断面積(ノズル径：dなら、π/4×d^2)でも止まります。
トリチェリーの定理では、速度水頭＝位置水頭で求め、液面高さＨから求めます。
水なら、10mで0.1MPａ、ρ換算の比重は1です。比重が2の流体は10mで0.2MPａです。

以上から、流量＝流速(v)×断面積(ノズル径：dなら、π/4×d^2)から、
決まった数値である定数を纏めると、流量＝0.0028vρd^2となっています。

また、
例えば一般気体を使用する際、実際の流速は5m/sであっても10m/sとして計算しなくては
ならないのでしょうか？
流速が速いと、エロージョン・コロージョン作用により、ノズルの磨耗が早くなり、
ノズル本来の目的が果たせないようになるので、流速規制をしています。

流速規制は、流体やノズル材料やノズル形状(流体がツイストするなら、そのツイスト
角だけ流速が速いので、その流速を用いる)で異なります。

圧力容器の吹出し量に関する疑問