詳細知識---圧力測定器

化学品生産プロセスにおいて、圧力は生産プロセスのバランス関係や反応速度に影響を与えるだけでなく、システムの物質収支の重要なパラメータにも影響を与えます。工業生産プロセスでは、高圧ポリエチレンのように大気圧よりはるかに高い高圧を必要とするものもあります。重合は150MPAの高圧で行われ、大気圧よりはるかに低い負圧で行う必要があるものもあります。例えば、石油精製所の真空蒸留などです。PTA化学プラントの高圧蒸気圧力は8.0MPA、酸素供給圧力は約9.0MPAGです。圧力測定は非常に広範囲にわたるため、オペレーターは各種圧力測定機器の使用規則を厳守し、日常のメンテナンスを強化し、不注意や不注意があれば、大きな損害と損失を被り、高品質、高収率、低消費、安全生産の目標を達成できない可能性があります。

第1章 圧力測定の基本概念

• ストレスの定義

工業生産において、一般的に圧力と呼ばれるものは、単位面積に対して均一かつ垂直に作用する力を指し、その大きさは、力を受ける面積と垂直方向の力の大きさによって決まります。数学的には次のように表されます。
P=F/S ここでPは圧力、Fは垂直方向の力、Sは力の面積である。

• 圧力の単位

我が国の工学技術では、国際単位系（SI）を採用しています。圧力の計算単位はPa（パスカル）です。1Paは、1平方メートル（M²）の面積に1ニュートン（N）の力が垂直かつ均一に作用したときに発生する圧力で、N/m²（ニュートン/平方メートル）で表されます。圧力の単位はPaのほかに、キロパスカルやメガパスカルも使用できます。これらの換算関係は、1MPA=103KPA=106PAです。
長年の慣習により、工学分野では工学大気圧が依然として使用されています。使用上の相互変換を容易にするため、一般的に使用されるいくつかの圧力測定単位間の変換関係を2-1に示します。

• ストレスを表現する方法

圧力を表現する方法には、絶対圧、ゲージ圧、負圧、真空の 3 つがあります。
絶対真空下の圧力を絶対零度圧力と呼び、絶対零度圧力を基準にして表される圧力を絶対圧力と呼ぶ。
ゲージ圧は大気圧を基準にして表される圧力なので、絶対圧からちょうど 1 気圧 (0.01Mp) 離れています。
つまり、Pテーブル = P絶対-Pビッグ（2-2）
負圧はしばしば真空と呼ばれます。
式（2-2）から、絶対圧が大気圧より低いときの負圧はゲージ圧であることが分かる。
絶対圧、ゲージ圧、負圧、または真空の関係を下図に示します。

産業界で使用される圧力表示値のほとんどはゲージ圧です。つまり、圧力計の表示値は絶対圧力と大気圧の差であるため、絶対圧力はゲージ圧力と大気圧の合計です。

第2節 圧力測定器の分類
化学製品製造において測定対象となる圧力範囲は非常に広く、プロセス条件によってそれぞれに特有の特性があります。そのため、様々な生産要件を満たすには、異なる構造と動作原理を持つ圧力測定機器を使用する必要があります。
圧力測定機器は、変換原理の違いにより、液柱圧力計、弾性圧力計、電気圧力計、ピストン圧力計の 4 つのカテゴリに大別されます。

• 液柱圧力計

液柱圧力計の動作原理は、流体静力学の原理に基づいています。この原理に基づいて作られた圧力測定器は、構造が簡単で使いやすく、測定精度が比較的高く、安価で、小さな圧力を測定できるため、生産現場で広く使用されています。
液柱圧力計は、その構造の違いにより、U 字管圧力計、単管圧力計、傾斜管圧力計に分けられます。

• 弾性圧力計

弾性圧力計は、構造がシンプルで堅牢かつ信頼性が高く、測定範囲が広く、使いやすく、読み取りやすく、価格が安く、十分な精度を備え、送信や遠隔指示、自動記録などが容易であるなどの利点があるため、化学製造分野で広く使用されています。
弾性圧力計は、測定対象の圧力下で弾性変形を生じさせるために、形状の異なる様々な弾性要素を用いて製造される。弾性限界内では、弾性要素の出力変位は測定対象の圧力と直線関係にある。そのため、そのスケールは均一で、弾性部品が異なり、圧力測定範囲も異なる。例えば、波形ダイヤフラムやベローズ部品などである。一般に、低圧・低圧測定の場面で用いられる単コイルスプリングチューブ（スプリングチューブと略す）と、複数のコイルスプリングチューブは、高圧、中圧、または真空測定に用いられる。その中でも、単コイルスプリングチューブは圧力測定範囲が比較的広いため、化学製品製造において最も広く用いられている。

• 圧力トランスミッタ

現在、電気式および空気式圧力トランスミッターは化学プラントで広く使用されています。これらは、測定圧力を連続的に測定し、標準信号（空気圧および電流）に変換する機器です。長距離伝送が可能で、中央制御室で圧力の表示、記録、調整が可能です。測定範囲の違いにより、低圧、中圧、高圧、絶対圧に分類されます。

第3章 化学プラントにおける圧力計器の概要
化学プラントでは、圧力計としてブルドン管式圧力計が一般的に使用されています。ただし、作業要件や材質要件に応じて、ダイヤフラム式、コルゲートダイヤフラム式、スパイラル式圧力計も使用されます。
現場圧力計の呼び径は100mm、材質はステンレス鋼で、全天候型です。1/2HNPTポジティブコーンジョイント、安全ガラス、ベントメンブレンを備え、現場指示と制御は空気圧式です。精度はフルスケールの±0.5%です。
電気式圧力トランスミッタは、遠隔信号伝送に使用されます。高精度、優れた性能、高い信頼性を特徴としており、その精度はフルスケールの±0.25%です。
警報システムまたはインターロックシステムでは圧力スイッチが使用されます。

第4節 圧力計の設置、使用および保守
圧力測定の精度は、圧力計自体の精度だけでなく、適切に設置されているかどうか、正しいかどうか、また、どのように使用され、メンテナンスされているかによっても左右されます。

• 圧力計の設置

圧力計を設置する際には、選択した圧力方法と位置が適切であるかどうかに注意する必要があります。これは、圧力計の耐用年数、測定精度、制御品質に直接影響します。
圧力測定点に関する要件は、生産設備上の特定の圧力測定位置を正しく選択することに加え、設置時に生産設備に挿入される圧力管の内端面が生産設備の接続点の内壁と面一に保たれていることです。静圧が正確に得られるように、突起やバリがあってはなりません。
設置場所は観察しやすい場所にし、振動や高温の影響を避けるように努めてください。
蒸気圧力を測定する際には、高温蒸気と機器との直接接触を防ぐため、凝縮管を設置するとともに、配管を断熱する必要があります。腐食性媒体の場合は、中性媒体を充填した隔離タンクを設置する必要があります。つまり、測定対象媒体の異なる特性（高温、低温、腐食、汚れ、結晶化、沈殿、粘性など）に応じて、適切な防食、防凍、防錆対策を講じる必要があります。また、圧力受口と圧力計の間に遮断弁を設置する必要があります。圧力計のオーバーホール時には、遮断弁を圧力受口の近くに設置する必要があります。
現場での検証やインパルスチューブの頻繁なフラッシングを行う場合は、遮断弁を 3 方向スイッチにすることができます。
圧力誘導カテーテルは、圧力表示の遅延を減らすために長すぎないようにする必要があります。

• 圧力計の使用とメンテナンス

化学生産において、圧力計は測定媒体の腐食、凝固、結晶化、粘度、粉塵、高圧、高温、急激な変動などの影響を受けやすく、様々な故障の原因となります。機器の正常な動作を確保し、故障の発生を抑え、寿命を延ばすためには、生産開始前に保守点検と定期メンテナンスをしっかりと実施する必要があります。
1.生産開始前の保守・検査：
生産開始前には、通常、プロセス機器やパイプラインなどの圧力テスト作業が行われます。テスト圧力は通常、運転圧力の約1.5倍です。プロセス圧力テスト中は、機器に接続されたバルブを閉じてください。圧力受圧装置のバルブを開き、接合部や溶接部に漏れがないか確認します。漏れが見つかった場合は、速やかに除去する必要があります。
圧力試験が完了したら、生産開始の準備を始める前に、設置されている圧力計の仕様と型式がプロセスで要求される測定媒体の圧力と一致しているかどうか、校正された圧力計が証明書を保有しているかどうかを確認してください。誤りがある場合は、速やかに修正する必要があります。液体圧力計には作動液を充填し、ゼロ点を修正する必要があります。遮断装置を備えた圧力計には、遮断液を補充する必要があります。
2.運転中の圧力計の保守点検：
生産開始時、脈動媒体の圧力測定では、瞬間的な衝撃や過圧による圧力計の損傷を避けるために、バルブをゆっくり開き、動作条件を観察する必要があります。
蒸気または温水を測定する圧力計の場合、圧力計のバルブを開く前に、凝縮器に冷水を満たしておく必要があります。機器または配管に漏れが見つかった場合は、圧力計のバルブを速やかに遮断し、対処する必要があります。
3. 圧力計の日常メンテナンス：
稼働中の計器は、メーターを清潔に保ち、メーターの完全性を確認するために、毎日定期的に点検する必要があります。問題が見つかった場合は、速やかに対処してください。