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コラム

配管の熱伸縮処理

  • 2016.07.10
  • カテゴリ: 施工|Construction

|材質の膨張・縮小

 

基本的に物質は、温度変化によって膨張・収縮をします。

当然、配管においても温度変化による膨張・収縮があります。

 

温度変化による材質の膨張・収縮は全方位に起こり得るもので、その熱膨張係数には「線膨張率」と「体積膨張率」があります。

配管の場合は、その形状の特性上、特に軸方向(長手方向)の伸縮量が問題となるため「線膨張率」を考慮した設計・施工を行う必要があります。

 

従来、建築設備における配管の材質と言えば、鉄管に代表される通り、炭素鋼鋼管が一般的でしたが、現在では、多様化するニーズに応える形で、様々な材質の配管が用いられております。

結果的に、材質により膨張率に格差があり、配管の伸縮量も異なって来ることを注意する必要があります。

 

 

|配管の熱膨張係数と伸縮量

 

配管として一般的な材質の線膨張係数は、右表の通りとなります。

樹脂系の塩化ビニルが圧倒的に大きいことは容易にイメージできるかと思います。

また、同じ金属でも、ステンレス鋼と銅はほぼ同じ線膨張係数ですが、炭素鋼と比較すると50%ほど伸縮量が大きくなります。

 

以下は、一般配管用ステンレス鋼鋼管(SUパイプ)の温度差による伸縮量となります。

 

これは直線配管10m当たりの温度差から生じる伸縮量を示したものであり、例えば、20mの直線配管で温度差が60℃あると、伸縮量は20.8mmになることを意味します。

 

一般配管用ステンレス鋼鋼管「SUパイプ」製造工程

 

▲BKジョイント 蒸気還管配管

|配管の伸縮対策

 

熱膨張による配管の伸縮は、特に温度変化が大きくなると予想される蒸気配管、給湯配管、冷温水配管、高温水配管の直線距離の長い配管では適切な対策が必要となります。

仮に対策を講じなかった場合、配管の各所に強い力が加わり、配管の座屈、接合部の変形、支持点や接合機器などの破損、最悪、躯体破損の原因となってしまいます。

 

対策として、一般的なのは、ベロース形伸縮継手の設置です。

 

 

▲伸縮継手(単式)

ベローズ(bellows)とは、「蛇腹」と意味し、伸縮を吸収する形状となっており、ベロース形伸縮継手の中には、このベローズ管が内装されております。

様式では、片方向の伸縮のみを吸収する単式と両方向の伸縮を吸収する複式があります。

 

ステンレス配管の直線配管の場合、単式で約20mに1個、複式で約40mに1個の割合での設置となります。

尚、ベロース形伸縮継手の支持の際は躯体にしっかりと固定して、熱伸縮を有効に吸収できるようにしなければなりません。

 

また、60Su以下の配管で伸縮量が然程大きくない場合は、配管の可とう性を利用した工法、例えば、タコベンド的に配管自体を「コの字」型に迂回させることで、伸縮量を吸収する工法も行われています。

ベローズ形伸縮継手を取り付けるか、配管の可とう性を利用した工法で収めるかは、現場の状況に応じて使い分けが必要です。

 

配管支持は、ベロース形伸縮継手とは逆で、熱伸縮による稼働応力を逃がす意味で、ローラー付き支持金物や保温材を利用したスリーブ方式支持とし、配管を直に固定しない様にします。

また、主管から分岐する枝管の場合は、伸縮による稼働応力を逃がす意味で、スイベルジョイント方式で施工するのが一般的です。

近年では流体温度が90℃を超え、常温と差が大きな高温水配管も増えて来ておりますので、熱伸縮対策には、より一層の注意が必要です。

 

その他、ご不明点やご相談がございましたら、お近くの営業関連窓口までいつでもご連絡ください。

 

矢印右 蒸気配管

 

 

 

 

 

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Mitsuaki Motoda


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