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フランジの圧力-温度定格は、多くの要因を総合的に考慮した上で決定され、主に関連する規格や基準に基づいており、最終的には材料性能評価、試験検証などを通じて明確化されます。以下にその詳細を示します。
規格と基準に基づく
国や地域によって、フランジに関する独自の規格があります。例えば、アメリカのASME B16.5、ヨーロッパのEN 1092-1、中国のHG/T 20592などです。これらの規格には、フランジに関する明確な規定と分類があります。フランジの圧力と温度レベルは、これらの規格で明確に定義され、分類されています。異なる材料、公称圧力、温度範囲に応じて、対応する圧力-温度定格表が規格で作成されており、フランジの選定と設計の基礎となります。
考慮事項
材料特性: フランジ材料の機械的特性は、圧力-温度定格を決定する上で重要な要素です。異なる材料は、異なる温度で異なる強度、靭性、クリープ特性を持ちます。例えば、炭素鋼は低温で冷間脆性現象が現れる可能性があり、高温では強度が著しく低下します。一方、ステンレス鋼は高温でも良好な強度と耐食性を維持できます。材料の許容応力は温度変化によって変化し、規格は材料の特性に応じて異なる温度での許容応力値を示し、それによって対応する温度でのフランジの耐圧性を決定します。
公称圧力: 公称圧力は、基準温度におけるフランジの最大許容使用圧力です。フランジの構造サイズと耐荷重能力を反映しています。一般的に、公称圧力が高いほど、フランジの耐圧能力も高くなりますが、異なる温度では、材料と温度の変化に応じて実際の耐圧能力が調整されます。例えば、公称圧力PN16のフランジは、室温で1.6MPaの圧力を受けることができますが、高温では許容使用圧力が1.6MPaよりも低くなります。
決定方法
理論計算: 材料の機械的特性データ、フランジの構造寸法、および関連する機械モデルに基づいて、温度と圧力のさまざまな組み合わせの下でのフランジの応力と変形の分布を計算によって評価します。例えば、有限要素解析などの方法を使用することにより、さまざまな動作条件下でのフランジの応力集中領域と変形を正確に計算し、特定の温度での最大許容圧力を決定できます。
試験検証: さまざまな温度と圧力条件下でのフランジの性能を検証するために、一連の試験が実施されます。これには、圧力試験（水圧試験、空気圧試験など）、高温クリープ試験、疲労試験などが含まれます。圧力試験は、指定された圧力下でのフランジのシール性と強度を確認するために使用されます。高温クリープ試験は、長時間の高温と特定の圧力下での材料の変形を調べ、長期的な運転条件下での信頼性を判断するために行われます。疲労試験は、繰り返し負荷下でのフランジの性能を評価し、実際の使用における圧力変動をシミュレートするために使用されます。これらの試験を通じて、異なる温度でのフランジの実際の耐圧性に関するデータが得られ、圧力-温度レベルの決定のための実験的根拠となります。