10～15バールの用途におけるフィルターハウジングの安全率

見積書に「10 bar」や「16 bar」と記載されたフィルターハウジングであっても、購入者にとって、その容器が実際にどれほどの余裕を持っているかについてはほとんど手がかりになりません。10～15 barの範囲では、ハウジングのシェルが最も弱い部分ではないことがよくあります。実際の限界を決めるのは、閉鎖部、ガスケット、接続部、圧力計、あるいは予期せぬ圧力サージである場合があります。また、「安全率」という用語も、文書によって意味が異なります。材料の設計余裕、使用圧力と設計圧力の差、あるいは工場での耐圧試験で使用される乗数などを指す場合があります。.

本ガイドでは、これらの意味を区別し、ステンレス製フィルターハウジングにおいてどの部分で余裕が失われるかを解説しています。また、試験圧力の算出方法、圧力機器に関する規制が適用される場合、および見積依頼書（RFQ）に記載すべき事項についても解説しており、調達部門や技術部門が同等の条件でハウジングを比較できるようにしています。.

フィルターハウジングにおける「安全率」とは何を意味するのでしょうか？

フィルターハウジングには、単一の安全係数というものは存在しません。購入者は少なくとも4つの異なる安全余裕を考慮する必要がありますが、そのうちの1つだけを記載したパンフレットでは、他の安全余裕が隠されてしまう可能性があります。.

用語	その内容	誰がそれを決めるのか	サプライヤーに何を尋ねるべきか
作動圧力	配管内の通常使用圧力	プロセスまたはシステムの設計者	ポンプ停止圧力を含む、正常値および最大値
設計圧力（PS または MAWP）	指定された温度における、ハウジングの耐圧性能の計算および認証	住宅メーカー、設計基準に基づき	どの規格、どの温度、どの腐食余裕
リリーフ装置の設定圧力	保護装置が作動する圧力	システム設計者	ハウジングの設計圧力がこの値を上回るかどうか
試験圧力	完成した各ハウジングに圧力を加え、強度と気密性を確認する	設計基準または発注者の仕様書	試験条件、保持時間、試験媒体、報告書様式
破裂圧力	試料が破壊する圧力	型試験（通常は破壊試験）	バーストデータが実際のテストによるものか、それとも推定値によるものか

材料設計余裕度、すなわち、コードで許容される応力が金属の引張強度または降伏強度のどの程度下にあるかを示す値は、設計圧力の次に重要であり、コードによって異なります。ある資料によると、 EPCLandによるASME第VIII部第1編の水圧試験ガイド, 、1999年以降のASME規格に準拠した容器では、引張強度に対する設計余裕度が従来の4.0から3.5に引き下げられています。したがって、データシートに記載されている「4:1の安全率」は、設計規格が異なれば直接比較することはできません。その数値がどの規格に基づくものかを確認してください。.

なぜ、定格圧力が高いからといって、余裕があるとは限らないのか

一般的に、同じ使用条件下では、16 bar仕様のハウジングは10 bar仕様のハウジングよりも自動的に安全であると考えられがちです。しかし、この考えが成り立つのは、両方の設計において定格圧力が同じ構成要素によって決定されており、かつ、最大想定圧力と設計圧力との差が想定通りである場合に限られます。.

実際のプロジェクトではなく、例示用のシステムを考えてみましょう。通常の動作圧力は7 barです。ポンプの遮断圧力は12 barで、リリーフ弁は13 barで開きます。設計圧力が10 barのハウジングは、7 barであれば余裕があるように見えますが、このシステムでは余裕がまったくありません。 15 bar または 16 bar に設計されたハウジングには、十分な余裕があります。決定的な数値は、通常の圧力ではなく、想定される最大圧力です。.

その逆も同様です。重力供給式や低圧の配管に対して16 barを指定すると、プロセスにおいて安全性向上の効果を一切もたらさないまま、シェルの肉厚やフランジの重量、コストが増加してしまいます。設計圧力は、システムが生み出すことのできる最高圧力に合わせて設定し、すべての部品がその圧力に耐えられる定格であることを確認してください。こうした背景を理解せずにフィルターハウジングの耐圧定格だけを見てしまうと、どちらの方向にも誤った購入判断を招く恐れがあります。.

参考までに、Lvyuanがリンクしている商品ページに記載されている耐圧値は、10 bar以下です。その衛生用マルチカートリッジハウジング最大145 psi（10 bar）、150°Cまでの仕様となっており、後述する移動式ろ過カートは6 barまでの仕様となっています。リンク先の製品ページには、15 barの定格が記載されているものはありません。定格を超える使用条件の場合は、標準モデルを無理に拡張できると想定するのではなく、プロジェクト固有の設計確認を依頼してください。.

真の利益がどこにあるのか：部品ごとのチェック

ハウジングは、複数の部品から構成される圧力容器である。その安全使用圧力は、設計温度におけるそれらのうち最も弱い部品の耐圧値によって決定される。.

シェル、ヘッド、溶接部

肉厚、ヘッドの形状、および溶接の品質が、本体の耐圧能力を決定します。研磨または電解研磨された表面は洗浄性を向上させますが、耐圧強度には何の影響も与えません。薄肉で研磨されたサニタリー本体は、衛生的な用途に最適である場合でも、外観からの推測ではなく、耐圧計算を行う必要があります。設計計算書や規格に基づく設計報告書、および溶接検査記録の提出を求めてください。.

閉鎖部：応力集中が生じる箇所

シール荷重は、シール径の二乗に比例して増加します。15 bar（1.5 MPa）の圧力下では、シール径300 mmの場合、約106 kNの分離力が生じます。 10 barでは、直径100 mmのシール部は約7.9 kNの荷重に耐えます。したがって、高圧下での大型ハウジングには、単に肉厚を増やすだけでなく、閉鎖部の設計を慎重に検討する必要があります。.

クロージャーの型によって挙動が異なります：

クランプバンド式留め具 衛生的な設計に適した、例えばステンレス製サニタリーカートリッジフィルターハウジングクランプ接続とクイックオープン式の閉鎖機構を備えています。対象となる圧力および温度に対して、クランプの定格、シール面、およびガスケットの材質が適切であることを確認してください。.
ネジ穴付きクイックリリースクランプ のようなコンパクトな機種ではよく見られるもので、ねじ接続式のシングルカートリッジフィルターハウジング. ステンレス製本体のねじ込みポートについては、定格圧力の確認と、流体に適したシール方法の選定が必要です。.
ボルト止め式フランジカバー 例えば、次のものなどフランジ付き焼結カートリッジフィルターハウジング荷重を複数のボルトに分散させ、ガス、蒸気、液体の各用途に対応できますが、締め付け強度はボルトのトルクとガスケットの選定によって決まります。.
スイング式アイボルトカバー 次のように、高速なアクセスを可能にします。サイドエントリー式ステンレス製バッグフィルターハウジング. ボルトの材質を確認し、カバーの直径と照らし合わせて確認するとともに、繰り返し開閉に耐えられるよう、カバーのシール状態を確認してください。.

接続部およびフランジのクラス

フランジは、しばしば性能を制限する要因となります。によると、フォージポイント・エンジニアリングによるASME B16.5フランジクラスの解説, 、150 といったクラス番号は、単に指定番号であり、耐圧定格を示すものではありません。許容圧力は、材料グループ、温度、および適用される規格によって異なります。低炭素の「L」グレードも、標準的な 304 や 316 よりも耐圧定格が低くなっています。ある Unified Alloys により転載された ASME B16.5 圧力・温度表, 、常温におけるクラス150の設計圧力は、タイプ304および316では275 psi（約19 bar）ですが、304Lおよび316Lでは230 psi（約15.9 bar）です。これは、温度による定格低下の適用前の設計圧力15 barをわずかに上回る程度であり、多くのサニタリー用ハウジングは316Lで製造されています。10～15 barの条件下では、クラス150またはPN16のフランジでは、温度が上昇した際に余裕がほとんど残らない可能性があります。現在の規格に基づいて数値を確認し、設計温度における実際のフランジ材料の耐圧・耐熱定格を照会してください。.

サニタリートライクランプ継手についても、同様に綿密な検討が必要です。定格圧力はフェルールサイズ、クランプの種類、ガスケットによって異なり、一般的に直径が大きくなるにつれて低下します。ハウジング本体のみではなく、継手全体の定格圧力を確認するようにしてください。.

計器、通気口、排水口

これらの小さなポートは、圧力境界の一部です。計器の測定範囲も重要です。によると EN 837-2 ゲージ選定に関するテメソンの概要, 、定常圧力の場合、最大使用圧力はフルスケールの75%を超えてはならず、周期的な圧力の場合は65%を超えてはなりません。10 barのハウジングに0～10 barのゲージを取り付けると、この指針に違反することになります。10 barの使用環境では、0～16 barのゲージを組み合わせる方がより合理的です。.

内部要素

ハウジングの定格は、フィルターエレメントの仕様を示すものではありません。カートリッジ、バッグ、バスケットにはそれぞれ個別の差圧限界値があり、エレメントが詰まると、上流側の圧力が変わらないまま圧力損失が増加します。ハウジングとエレメントの定格は独立しているため、両方を確認してください。.

試験圧力はどのように算出されるのか？

試験圧力は、設計基準によって定められた設計圧力の倍数である。2つの基準値が広く用いられている。.

PED（指令 2014/68/EU）： 附属書Iでは、静水圧試験圧力を、以下の2つの値のうち大きい方の値とすることを規定している。1つ目は、最大許容圧力および温度を考慮した、使用時の最大荷重の1.25倍である。2つ目は、最大許容圧力に1.43を乗じた値であり、これは EUR-Lexに掲載されている圧力機器指令の条文.
ASME 第VIII部第1編： 前述のEPCLandガイドによると、UG-99に基づく標準的な水圧試験は、試験温度と設計温度間の最低応力比を考慮して補正したMAWPの1.3倍以上とする。このガイドは二次資料であるため、現行の規格版と照らし合わせて当該条項を確認すること。.

以下の表は、代表的な設計圧力における算術下限値を示しています。これらは計算による最小値であり、サプライヤーのデータではありません。また、設計温度が高い場合、PEDの値はこれより高くなる可能性があります。.

設計圧力	PEDフロア（1.43 × PS）	ASME下限値（1.3 × MAWP、応力比適用前）
10バー	14.3 bar	13.0 bar
12 bar	17.2 bar	15.6 bar
15 bar	21.5 bar	19.5 bar
16 bar	22.9 bar	20.8 bar

これに伴い、2つの実用上の影響が生じます。第一に、15 barのハウジングの試験圧力は、多くの一般的な配管部品の公称定格を上回っているため、ハウジングは、エレメントを取り外し、開口部を塞いだ状態で、隔離して試験を行う必要があります。第二に、一部のサプライヤーの資料には、これらの規格値と一致しない試験係数が記載されている場合があるため、その係数がどの規格に基づくものかを確認する必要があります。静水圧試験は水を用いて行い、試験後は水を排出し、乾燥させる必要があります。ステンレス鋼の場合、EPCLandガイドでは、試験用水中の塩化物濃度を確認し、容器を速やかに乾燥させることも推奨しています。.

小型の液体用ハウジングには、PED CEマークが必要ですか？

多くの場合そうではありませんが、答えは流体、体積、温度によって異なります。. 指令2014/68/EU第4条閾値が設定されており、その閾値を下回る機器は「適切な技術的慣行」に該当するため、PED CEマークを付けることはできません。.

グループ2に分類される低蒸気圧の液体（大まかに言えば、危険物として分類されない流体）を収容する容器については、PSが10 barを超え、かつPSと容積の積が10,000 bar・Lを超える場合にのみ、PEDの要件が全面的に適用されます。 15 barの水用ハウジングの場合、この閾値に達するには、体積がおよそ667 L以上である必要があります。カートリッジ型やバッグ型のハウジングは、これよりはるかに小型です。.

その他のケースでは、その上限ははるかに低くなっています：

第2グループの気体および蒸気：PS × V が 50 bar・L を超えるもの。15 bar では、これは約 3.3 L となる。.
第1グループ（危険）の液体：PS × V が 200 bar・L を超えるもの。.
最高温度における蒸気圧が大気圧より0.5 barを超える液体は、気体と同様に扱われます。これには、およそ110°C以上の熱水も含まれます。.

したがって、蒸気、圧縮ガス、または高温のプロセス液体を収容するハウジングには完全な適合性評価が必要となる場合がある一方で、同じサイズの冷水用ハウジングには必要ない場合もあります。「適切な技術的慣行」は抜け穴ではありません。これは、そのハウジングにも、文書化された設計根拠、耐圧試験、および使用説明書が必要であることを意味します。小型の液体用ハウジングにCEマークがない場合は通常通り扱い、設計計算書や試験報告書がない場合は問題として扱うべきです。.

サージ、脈動、および温度の影響

定常状態の数値には表れないものの、利益率を蝕む3つの要因がある。.

圧力サージ。. バルブの急閉やポンプのトリップにより、圧力波が発生します。ジュコフスキーの式によれば、サージは「流体の密度 × 波速 × 速度変化」として推定されます。水で満たされた鋼管では、波速は通常1,000 m/s程度であるため、1 m/sの急激な流速変化は、10 bar程度の圧力上昇を意味する可能性があります。これはあくまで一例としての推定値であり、実際のサージは閉弁時間、配管の剛性、および配管長によって異なります。急速閉弁やポンプの起動が行われる場合は、サージの発生量またはサージ抑制対策を明記してください。.

ポンプ駆動式システム。. スキッドおよびカートの設計では、ハウジングにポンプ、バルブ、計器類が組み合わされているため、定格が最も低いコンポーネントがシステムの限界を決定します。この移動式ステンレス製ろ過カート仕様上は最大87 psi（6 bar）、80°Cと定められているため、カート全体の定格は、それに取り付けられた個々のハウジングの定格を下回る場合があります。システム全体の定格を確認してください。.

残骸や付着物。. 上流側のストレーナーは、ハウジング、ポンプ、およびシールを粒子から保護します。A ステンレス製バスケットストレーナー定格150 psi（10 bar）、またはクイックアクセス式カバー付き工業用バスケットストレーナー最大10 barまで対応しており、粗い前ろ過をカバーしますが、設計温度において別途定格が必要な、圧力制限に関する要素がもう一つ追加されます。.

温度とサイクル。. 温度が上昇すると、許容応力およびフランジ定格は低下し、エラストマー製シールは軟化または膨潤します。高温洗浄や滅菌サイクルを行うサニタリー配管では、熱サイクルに加え、脈動による疲労荷重も生じます。見積依頼書（RFQ）には、全温度範囲および想定されるサイクルパターンを明記してください。.

トレードオフ：追加のマージンコストとは

設計圧力を高く設定すると、材料の厚みが増し、フランジが重くなり、閉鎖用金具が大きくなり、試験圧力が高くなり、また規格によっては検査回数も増えるため、コストが上昇します。また、ハウジングやその支持構造物の重量も増えます。一律に圧力クラスを引き上げるのではなく、ポンプの停止、サージ、高温運転時の定格低下といった特定のリスクに対する余裕分としてコストを計上すべきです。.

オプション	メリット	制限	最適なサイズ
設計圧力は、最大想定圧力に所定の余裕を加えた値に合わせている	揃え余白の場合の最低コスト	正確なシステムデータが必要です	過負荷保護機能を備えた、特性が十分に解明されたシステム
次の標準圧力クラス（例：16 bar）	指定が簡単；標準フランジクラス	重量があり、高価である。最も脆弱な部品の問題を解決できない可能性がある。	変動する、あるいは十分に把握されていない圧力分布
標準ラインナップを超えるカスタムデザイン	特殊な任務に適している	リードタイムが長くなる。設計検証とテストが必要である。	標準製品の定格を超える圧力

買い手はどのような書類を請求すべきか？

10～15 bar対応のハウジングをご注文の際は、注文前に以下の項目をご確認ください：

設計基準および設計計算の概要（設計圧力および設計温度を含む）。.
耐圧部品の材料試験証明書および溶接記録。.
試験圧力、保持時間、試験媒体、および校正済み圧力計の詳細が記載された静水圧試験報告書。.
フランジ、クランプ、ポート、およびシールに関する圧力・温度定格。.
シールおよびガスケットの材質、ならびにそれらと使用流体および洗浄薬品との適合性。.
供給業者が破裂耐圧値を主張する場合は、破裂試験または型式試験の証明。.

購入者は見積もりを依頼する前に、どのような点を指定すべきでしょうか？

正確な見積依頼書（RFQ）があれば、サプライヤーは設計規模を見極め、現実的なテスト計画の見積もりを提示することができます。以下の内容を記載してください：

流体とグループ： 名称、濃度、およびそれが有害物質であるか、ガス、蒸気、あるいは沸点付近の液体であるか。.
圧力： 通常運転、最大運転、ポンプ停止、リリーフ設定圧力、および既知のサージ。.
温度： 最小値と最大値、およびCIPまたはSIPサイクル（ある場合）。.
デザインコードと市場： 必要な規格（ASME、PED準拠の設計、その他の国内規格など）および輸出先国。.
テスト要件： 試験項目、保持時間、試験の立会い希望の有無、および報告書の形式。.
関連情報： フランジの規格およびクラス、トライクランプのサイズ、またはねじの種類。.
カートリッジ式またはバッグ式： 要素の種類、長さ、ミクロン単位のろ過精度、および差圧限界値。.
サイクル寿命： ハウジングが開かれる頻度、および圧力が一定か、あるいは脈動しているか。.
ドキュメント： 材料証明書、溶接記録、表面仕上げ報告書。.

見積書に「10 bar」や「16 bar」とだけ記載されている場合は、どの部品が基準となるのか、またその数値がどの温度で適用されるのかを確認してください。.

よくある質問

10～15 barの圧力下で、フィルターハウジングにはどの程度の安全率が必要ですか？

一概に適用できる数値はありません。規格では、材料設計の余裕を盛り込んだ上で、通常、設計圧力の1.3倍から1.43倍の静水圧試験が追加されます。購入者は、ポンプの遮断圧力やリリーフ弁の設定圧力を含め、システムで想定される最大圧力よりも高い値を設計圧力として設定し、規格に基づく試験を要求する必要があります。.

作動圧力が10 barの場合、16 bar対応のハウジングは必要ですか？

必ずしもそうとは限りません。ポンプの停止圧力、リリーフ設定圧力、またはサージ圧が10 barを超える可能性がある場合は、16 bar仕様の設計が妥当です。想定される最大圧力が10 bar以下の場合は、適切な定格を持つ10 bar仕様のハウジングで十分である可能性があります。シェルだけでなく、最も強度が低い部品も確認してください。.

15 barのハウジングには、どの静水圧試験圧力が適用されますか？

PEDでは、試験圧力はPSの1.43倍以上、すなわち15 barの場合には21.5 bar以上と定められています。ASME VIII-1では、標準試験圧力はMAWPの1.3倍以上、すなわち応力比補正前の19.5 bar以上と定められています。必ず適用される規格を確認してください。.

10 barのステンレス製フィルターハウジングには、PED CEマークが必要ですか？

多くの場合、少量の液体用容器には適用されません。これは、グループ2の液体容器がPEDの分類において、10 barおよび10,000 bar・Lを超える場合にのみ該当するためです。ガス、蒸気、危険な流体、および高温の液体については、その閾値がはるかに低くなっています。流体のグループおよび容量については、供給業者に確認してください。.