デザインコード

この技術対策文書は、プラントの設計コードをカバーしています。 関連する実施規定および基準が参照されます。

関連するレベル 2 基準は次のとおりです。

この技術的対策文書には次のセクションが含まれています。

該当する場合は、関連する実践規範および基準が参照されます。

関連する技術的対策文書には、腐食/材料の選択、設計コード - 配管、爆発緩和、救済システム/ベント システム、トレーニング、プラントの改造/変更手順、反応/製品テストが含まれます。

プロセス プラントの設計は、通常、かなりの期間にわたって多くの異なる分野が関与する複雑な作業です。 設計は、元の研究開発段階から概念設計、詳細なプロセス設計を経て、詳細な工学設計と機器の選択に至るまで、多くの段階を経る場合もあります。 設計が最終決定される前に、安全、健康、環境、経済的、技術的問題を含む多くの多様で複雑な要素を考慮する必要がある場合があります - 技術的対策文書 - トレーニングを参照してください。

設計プロセスのすべての側面が適切に対処されていることを確認するために、各段階で関係者が技術的能力と経験を適切に組み合わせていることが重要です。 設計に関連する複雑な問題が考慮され、厳格なアプローチが採用されていることを示すために、設計活動に関与する人々の資格、経験、訓練の証拠を安全性報告書に提示する必要があります。

プロセス設計は多くの場合、プロセスを選択する前にさまざまなオプションを調査およびテストする反復プロセスになります。 多くの場合、多数の異なるオプションが利用可能であり、最終的な選択はさまざまな要因に依存する可能性があります。

プロセス設計では、発生する可能性のあるさまざまな操作上の逸脱と、存在する可能性のある不純物を特定する必要があります。 機械設計では、選択される構成材料は、標準動作条件およびエクスカーション条件下でプロセス材料と適合する必要があります。 構造材料は、腐食特性の点で相互に適合する必要もあります。 詳細な機械設計で十分な強度が確保され、製造に適した構造材料が選択されるように、腐食を引き起こす可能性のある不純物や浸食の可能性も考慮する必要があります。技術対策文書の「腐食/材料の選択」を参照してください。

機器の詳細な機械設計、構造設計、土木設計、および電気設計は、使用するプロセスの最初の選択からプロセス フロー シートの発行までのステップを含む初期プロセス設計の後に行われます。 このようなフローシートには、機器の選択、仕様、化学工学設計が含まれます。 これらは、さらに詳細な設計の基礎として使用されます。

この技術的対策文書は、主に詳細設計プロセスの後期段階を考慮し、詳細設計の問題、コード、および機器の機械設計に適用される規格を特定します。

設計要素は、設計に安全マージンを与えるために不可欠な要素です。 設計要素は、機械工学設計またはプロセス設計のいずれかで適切である可能性があり、プロセス操作にある程度の柔軟性を持たせるために要素が追加されることがよくあります。 機械的および構造的な設計では、材料特性、設計方法、製造および動作荷重における不確実性を考慮した設計要素を考慮する必要があります。

プラントの設計では、関連する規格と規格を考慮する必要があります。 可能な限り標準設計を使用すれば、プロジェクト間の適合性を達成できます。

最新のエンジニアリング規定と標準は、次のような幅広い分野をカバーしています。

多くの企業には、主に BS5500 などの公開コードに基づいた独自の社内標準があり、技術的または契約上の事項をカバーする追加の標準が含まれています。 安全性報告書では、評価者がその妥当性を判断できるように、社内規定の基本文書を明確に記載し、安全関連の重要な逸脱または強化を実証する必要があります。

安全性報告書は、立法者、規制当局、専門機関、業界団体によって策定された適切な基準と実施規範が考慮されていることを証明する必要があります。 また、設置されているあらゆる機器について、実施されている操作手順、試験体制、保守戦略が安全性能の観点からこれらの要件を満たしているか、それを上回っていることを実証する必要があります。

本質的に安全な設計の原則は、重大な危険を伴うプラントにとって特に重要であり、設計段階で考慮する必要があります。 安全性報告書は、コンセプトが考慮されていることを適切に実証する必要があります。 一部の企業は現在、設計のレビューを必要とする設計手順を設けており、本質的により安全なコンセプトが確実に対処されていることを確認しようとしています。

プラントの潜在的な危険性を軽減するために、設計段階で本質的に安全な設計を考慮する必要があります。 事故を制御し、その結果から人々を保護するために標準機器に取り付けられる保護装置は、多くの場合複雑で高価であり、定期的なテストとメンテナンスが必要です。 まず最初に、より単純で安全なプロセスを設計することによって、そのような保護装置の要件を減らす試みを行う必要があります。 多くのアプローチが考えられますが、基本的に本質的により安全なプラントは、保管中および製造中の危険物質の在庫を最小限に抑えることで実現でき、したがって重大な事故のリスクを大幅に軽減できます。

考えられるテクニックとしては次のようなものがあります。

本質的により安全な設計に関するさらなるガイダンスは、「Cheaper, Safer Plants」 - Kletz, TA、1984、IChemE、ISBN 0 8529 5167 1 に記載されています。

設計は、開発全体を通じて多数の詳細な評価を受ける必要があります。 何らかの評価システムが実施されたという証拠は、安全性報告書に提供されるべきです。 さまざまな機能を調べて評価できます。 以下に例を示します。

これらの評価はすべて特定の個別の焦点を当てていますが、COMAH の文脈では、実施された評価の結果として重大な事故の危険がもたらされないことを証明する必要があります。 例えば、バリューエンジニアリング評価の結果として予備機器が設置されない、またはより低い仕様の機器が選択されるという決定を下した場合、そのような決定がもたらす重大な事故の危険性の影響も考慮されていることを実証する必要があります。

多くの企業が、これらの評価の多くを正式な構造に組み込んだ設計検討のための詳細な手順を開発しました。

危険の特定および/またはHAZOP研究が実施されたという証拠は、プラントに設置される前に設計が評価され、慎重に検討されたという証拠として提供されるべきです。 技術的対策文書 - プラントの改造/変更手順を参照してください。

多くのタイプの機器の詳細な機械設計に共通する一般的なトピックがいくつかあり、これらについては以下で詳しく説明します。

これらが適切に考慮されていない場合、多くの潜在的な危険が引き起こされる可能性があります。 漏れ、機器の故障、火災、爆発などにより封じ込めが失われ、重大な事故につながる可能性があります。

温度と圧力は 2 つの基本的な設計パラメータです。 設置される機器は、プラントの全寿命にわたって予測可能な温度と圧力に耐えられるように設計する必要があります。 温度と圧力の組み合わせは、設置されている機器の機械的完全性に影響を与えるため、考慮する必要があります。

設計温度を決定する際には、次のような多くの要素を考慮する必要があります。

取り扱う流体の温度と、温度制御システムの故障の結果として発生する可能性のある温度の変動を考慮する必要があります。 システムへの熱入力を増加または減少させる可能性がある、発生する可能性のある予測可能な反応を考慮する必要があります。

建物の外に設置されているプラ​​ントでは、極端な周囲温度を考慮する必要があります。 大型貯蔵タンクの露出表面積への日射により、貯蔵容器の表面温度が大幅に上昇し、容器内容物の大幅な熱膨張につながる可能性があります。 同様に、雪、氷、風の条件下で到達する可能性のある低温も考慮する必要があり、容器やパイプライン内の内容物の凝固を引き起こす可能性があります。 外部施設は、極端な気象条件間の温度サイクルに対応できるように設計する必要があります。

二次加熱および冷却システムを使用する場合、これらの二次システムに関連する制御システムの故障を想定して、これらの二次システムによって達成できる最高温度と最低温度を評価する必要があります。 加熱油システムによって達成できる最高温度、または極低温冷却システムによって達成できる最低温度が、機器の設計に影響を与えないように注意する必要があります。 機械的強度、ひいては完全性に悪影響を及ぼしたり、過熱、分解、または暴走反応の結果としてプロセスにさらなる危険をもたらしたりしてはなりません。

材料の強度は温度の上昇とともに低下するため、最高設計温度は製造に使用される材料の強度を考慮する必要があります。

安全報告書には、装置が使用されるプロセス条件と環境が評価され、適切な設計温度が選択されていることを示す証拠が提供される必要があります。

容器は、運転中に受ける可能性のある最大圧力に耐えるように設計する必要があります。

内圧がかかっている容器の場合、設計圧力は通常、リリーフバルブが設定されている圧力となります。 これは通常、プロセスの軽微なトラブル時の不注意な操作を避けるために、通常の使用圧力より 5 ～ 10% 高くなります。 外部圧力を受ける容器は、発生する可能性のある最大差圧に耐えるように設計する必要があります。 真空にさらされる可能性のある容器は、効果的で信頼性の高い真空遮断装置が取り付けられていない限り、1 bar の完全な負圧に耐えられるように設計する必要があります。

また、システムへの入熱やガスの発生が増加し、その結果、温度や圧力が上昇または下降する可能性がある、発生する可能性のある予測可能な反応も考慮する必要があります。 強い発熱反応または暴走反応が発生する可能性がある場合、予測される最大温度と圧力に耐えるように機器を適切に設計することができない場合があります。 このような状況では、機器を保護し、機器の致命的な故障の発生を防ぐために、何らかの形式の圧力解放システムが適切な場合があります。 技術的対策文書 - 反応/製品テストを参照してください。

圧力容器には、制御された方法で過剰圧力を逃がすために、機器の設計圧力に設定された何らかの形式の圧力逃がし装置を取り付ける必要があります。技術的対策文書 - 逃がしシステム / ベント システム、および爆発逃がしを参照してください。 リリーフバルブの設定圧力は、圧力上昇により容器の完全性が脅かされるときにバルブが開くが、通常のわずかな動作圧力の偏差が発生したときにはバルブが開くような圧力でなければなりません。 圧力上昇の潜在的な原因が暴走反応である場合、リリーフ圧力を通常の作動圧力よりも高いレベルに設定すると、反応がより高いレベルに達する可能性があるため、リリーフバルブの設定圧力を選択する際には、多くの要素のバランスを取る必要があります。温度を下げ、通気を開始する前にさらに迅速に作業を進めます。

リリーフバルブの動作中、リリーフバルブの入口の圧力（過剰圧力 - これは通常、設計目的で 10% を超えないとみなされます）は、リリーフデバイスの設定値を超えて増加することが予想されます。 容器内の蓄積とは、緊急の過圧状況において設計圧力を超えるシステム圧力の許容増加です。 最大許容蓄積圧力 (MAAP) はさまざまなコード内で指定されており、リリーフ バルブの設定値を選択するときにこれを考慮する必要があります。 通常、リリーフバルブの設定値は最大設計圧力以下または最大設計圧力に設定され、リリーフイベント中の過圧を考慮して全体の圧力が MAPP を下回るようにします。 圧力解放保護装置の推奨事項に関する具体的なガイダンスは、BS 5500 : 1997 の付録 J に記載されています。他の規定では、特定の状況においてより高い MAAP が許可されています。

緊急事態下での救援システムからの危険物質の放出は、人員や設備に対する更なる危険や事故の拡大の可能性を回避するために、二次格納容器または安全な場所に経路指定される必要があります。 このようなシステムを使用する場合は、これを機器の機械設計の一部として考慮する必要があります。

安全報告書には、装置が使用されるプロセス条件と環境が評価され、適切な設計圧力が選択されていることを示す証拠が提供される必要があります。

安全報告書には、安全システムが適切に設計され、排出場所が考慮されていることを示す証拠が提供されるべきです。 二次封じ込め施設は、救援流の放出に適している可能性があります。 救援活動に関する文書は検査のために入手可能であるべきである。

機器内の圧力サイクルとその後の金属疲労による機器の故障の可能性を考慮する必要があります。

機械設計におけるもう 1 つの重要な考慮事項は、構造材料の選択です。

場合によっては、利用可能な構成材料によって、達成可能な設計温度と圧力が制限され、機器の設計が制限される場合があります。

構造材料を選択する際に考慮すべき最も重要な特性を以下にまとめます。

適切な構造材料の選択は、多くの場合、プロセス エンジニアなどの専門分野によって行われます。 難しい用途が特定された場合には、専門の材料エンジニアのアドバイスを求める必要があります。

安全性レポートには、選択された構造材料が、扱われるプロセス流体および選択された設計条件と適合するという証拠が含まれている必要があります。

プロセスで使用される材料が腐食性である場合は、プラントの設計とレイアウトでこれを考慮する必要があります。 構造材料は慎重に選択し、可能な限り保護し、腐食性物質または腐食性環境の存在が予想される場合には定期的に検査する必要があります。

腐食性材料用のプラントと装置のレイアウトについては、英国化学製造業者協会の「安全性と管理 - 化学産業のためのガイド」(1964 年) で説明されています。W.Heffer & Sons によって印刷されています。

このトピックは、技術的対策文書 - 腐食/材料の選択で詳しく説明されています。 プラント故障の​​原因も参照してください。

圧力容器の腐食許容値に関する一般的なガイダンスは BS 5500 に記載されています。この規格では、化学的攻撃、錆び、浸食、高温酸化などの考えられるあらゆる形態の腐食を検討し、不純物や流体速度に特に注意を払うことを推奨しています。そして、疑わしい場合には腐食試験を実施する必要がある。

設計の詳細を適切に考慮することで、腐食環境にさらされる機器の寿命を延ばすことができます。 機器は自由かつ完全に排水できるようにする必要があり、内部表面は滑らかで、腐食生成物が蓄積する可能性のある場所がないようにする必要があります。 流体の速度は、堆積を防止するのに十分な速度である必要がありますが、浸食を引き起こすほど高速であってはなりません。

腐食許容値は、腐食、浸食、またはスケールによる材料の損失を考慮して追加される金属の追加の厚さです。 深刻な腐食が予想されない炭素鋼および低合金鋼の場合は、最小許容値 2mm がよく使用され、より深刻な腐食が予想される場合は、許容値 4mm がよく使用されます。 ほとんどの設計コードと規格では、最小許容値を 1mm と指定しています。

プロセスプラントや容器の故障の大部分は腐食が原因です。 これは劣化の主な原因となることが多く、血管のどの部分にも発生する可能性があります。 劣化の程度は、流体中の腐食剤の濃度、温度、性質、および建築材料の耐食性に強く影響されます。 腐食は、かなり均一な劣化を伴う一般的な性質のものである場合もあれば、局所的に激しい攻撃が行われる非常に局所的なものである場合もあります。 浸食は、特に高速または衝撃の領域で局所的に発生することがよくあります。場合によっては、腐食と浸食が組み合わさって劣化速度が増加することがあります。

浸食は、配管、ダクト、乾燥機で固体を取り扱う場合に特に問題となります。 これは主に、バルブ、エルボ、ティー、バッフルなど、流れの制限や方向の変更がある場所で発生します。 浸食は、固体粒子の存在、蒸気中の滴、液体中の気泡、または二相流によって促進されます。 深刻な浸食を引き起こす可能性のある条件には、空気輸送、湿った蒸気の流れ、フラッシングの流れ、ポンプのキャビテーションなどがあります。 浸食が発生する可能性がある場合は、より耐性のある材料を指定するか、材料の表面を何らかの方法で保護する必要があります。 たとえば、プラスチックインサートを使用して、熱交換器チューブの入口でのエロージョンコロージョンを保護できます。

BS 5493: 1977 - 鉄鋼構造物の腐食に対する保護コーティングに関する実施基準も参照してください。

いくつかの一般的なカテゴリの機器に適用される設計上の問題、規定、規格が特定されており、以下でさらに詳しく説明します。

圧力容器の設計の詳細については多数の文献が入手可能ですが、圧力容器の設計の基本は、設計強度の適切な値と組み合わせて容器の寸法に適切な公式を使用することです。

圧力容器は、「単純な容器」と、より複雑な機能を備えた容器に分類できます。 関連する規格と規格は、船舶の設計と製造に関する包括的な情報を提供しており、船舶の設計と製造は規格と規格で十分にカバーされている領域です。 一般的に言えば、適切に設計、構築、運転、保守された圧力容器が完全に故障することはまれです。

設計と製造は通常、国内および国際規格の要件を満たすように行われます。最も初期のものの 1 つは、AOTC 1939/48/58「金属アーク溶接鋼ボイラーおよびその他の圧力容器の構造、試験および寸法に関する規則」です。 英国の他の主要な規格は BS 1500 と BS 1515 でしたが、現在はどちらも廃止され、BS 5500 に取って代わられています。もう 1 つ最も一般的に使用されている設計コードは ASME VIII です。 しかし、知られていないわけではありませんが、企業や事業者が独自の設計コードを採用することは珍しいことです。

一般に、圧力容器の設計コードは、反応器、蒸留塔、貯蔵ドラム、ヒーター、リボイラー、気化器、凝縮器、熱交換器、ブレット、球体などの機器を対象としています。基本的に、ある程度の内圧を受ける可能性のある「シェル」を備えた機器はすべて対象となります。 このセクションでは、配管システム (設計基準配管に関する別の技術的措置文書を参照)、大気貯蔵タンク、および回転機械については説明しません。 これらについては、後でさらに詳しく検討します。

シンプルな圧力容器には複雑なサポートやセクションはなく、端は皿状になっています。 単純な容器の主なコードは BS EN 286-1:1991 です。 「空気または窒素を入れるように設計された単純な未焼成の圧力容器」。 容器の設計と製造のすべての側面がこのコードでカバーされています。

伝統的に、英国内の圧力容器の設計と製造には、BS 5500 と ASME VIII という 2 つの主要なコードと規格が採用されています。 重要なのは、これらの両方とも、独立した検査機関の設計および製造プロセスにおける満足度の遵守を要求することです。 この当局は、設計段階と建設段階の両方で規格または規定を遵守する責任を負います。

圧力容器の設計プロセスで考慮すべき要素は次のとおりです。

圧力容器は、応力を引き起こすさまざまな荷重やその他の条件にさらされ、故障につながる可能性があります。圧力容器には、慎重に検討する必要がある設計上の特徴が多数あります。

直接圧力エンベロープ内ではなく、容器の完全性にとって重要な容器の他の部分、つまり容器スカートや支持脚などの圧力境界の突破につながる可能性のある故障についても考慮する必要があります。 慎重な考慮が必要なその他の要因には次のものがあります。 運行中の定期検査手段、すなわち、アクセス開口部を設けることによって船舶の内部状態を判定する手段。 容器の水を抜き、通気する手段。 容器を安全に充填および排出できる手段。

圧力容器は、応力を引き起こすさまざまな荷重やその他の条件にさらされ、場合によっては重大な故障を引き起こす可能性があります。 どのような設計でも、最も可能性の高い故障モードと劣化の原因を考慮する必要があります。 あらゆる範囲の有機または無機化合物、汚染物質、淡水、蒸気、または大気と接触すると、すべての容器表面が劣化する可能性があります。 劣化の形態は、電気化学的、化学的、機械的、またはそれらすべての組み合わせである可能性があります。

詳細については、技術的対策文書 - 腐食/材料の選択を参照してください。

圧力容器の設計と製造には、米国の ASME VIII システムと英国の BS 5500 という 2 つの主要な規格と規格が採用されています。 重要なのは、これらの両方とも、独立した検査機関の設計および製造プロセスにおける満足度の遵守を要求することです。 この当局は、設計段階と建設段階の両方で標準規格に従って遵守する責任を負います。 この規定と規格は、設計、構造材料、製造（製造および仕上がり）、検査および試験を対象としており、製造業者と顧客および指定された独立検査機関との間の合意の基礎を形成します。 これらのコードは、炭素鋼、合金鋼、およびアルミニウムで製造された容器に関連しています。

BS 5500 および ASME VIII コードに準拠した船舶の設計を支援するコンピューター プログラムが市販されています。

圧力容器の大部分は金属化合物で作られていますが、圧力容器はガラス強化プラスチック (GRP) や繊維強化プラスチック (FRP) などの材料で作られることもあります。 主な関連規格は BS 4994:1987 - 強化プラスチック製の容器およびタンクの設計および建設に関する仕様です。

使用される容器の中には圧力容器として指定されていないものもあります。 大気圧貯蔵という説明は、大気開放または密閉された限られた大気圧範囲内で使用されるように設計されたタンクに適用されます。

平らな底部と円錐形の屋根を備えた垂直型貯蔵タンクは、大気圧での液体の貯蔵によく使用されますが、サイズは大幅に異なる場合があります。 このようなタンクの設計で考慮すべき主な負荷は、タンク内に含まれる液体の静水圧です。 ただし、他のパラメータも考慮する必要があり、風荷重や可能性のある雪荷重も考慮する必要があります。

一般的な大気貯蔵タンクの設計は、API Std 620 の大型溶接低圧貯蔵タンクの設計と建設、および石油貯蔵用の API Std 650 溶接鋼タンクに準拠しています。

タンクは、その運用任務と、タンクの内容物、地盤の沈下、霜、風雪による荷重、地震など、合理的に予想されるあらゆる力に適切である必要があります。 特定の任務に使用されるタンクの種類の選択は、安全性、技術的適合性、経済性の考慮に影響されます。 安全性に関する考慮事項は、通常、火災の危険性に関連しており、火災の危険性は、引火点、蒸気圧、導電率など、保管されている物質の物理的特性に依存します。

API スタンダード 2000 は、温度変化や液体の出入りの結果として発生する圧力変化を防ぐための通気口の設計に関するガイダンスを提供します。 通気システムからの蒸気の過度の損失は、呼気によって生じる可能性があり、危険を引き起こす可能性があります。

多くの場合、反応器はほとんどのプロセスの中心であり、プラントの安全上の危険を考慮する場合、その設計は最も重要です。 原子炉は圧力容器としてみなされることが多く、機械設計は前述の規定と規格に準拠する必要があります。

原子炉の設計では、危険な状況が発生する可能性を最小限に抑え、危険な状況が発生した場合に対処する手段を提供する必要があります。 設計では、通気、圧力解放、ブローダウンの配置に適切に対処する必要があります。 救援システムについては、原子炉内容物の放出の影響を考慮する必要があり、救援システムの放出の結果として危険な状況が生じるのを防ぐために格納および制御システムが必要になる場合があります。

反応器の設計は、反応プロセスの効率、ひいては副生成物や不純物の生成に影響を与える可能性があります。 多くの場合、反応ステップの有効性によって、下流の分離プロセスの要件と複雑さが決まります。 さらに、転化率が低いと、大規模なリサイクルが必要になる場合があります。

多くの異なるタイプの反応器システムが利用可能であり、考慮すべき重要な基準のいくつかを以下に示します。

反応物の追加 - 反応物の追加の順序と速度は、反応速度と副生成物の生成に影響を与える可能性があります。 不安定な副生成物や過剰な反応速度の生成により、危険な状況が発生する可能性が高まる可能性があります。 反応物の添加位置も重要である可能性がある。反応器内の表面下および直接混合ゾーンに添加すると、反応副生成物の生成が最小限に抑えられる可能性がある。

安全報告書には、安全設計の原則を念頭に置いて原子炉システムがどのように設計されているか、また、重大な事故の可能性を最小限に抑えるために、混合、化学物質添加システム、および救済システムの選択がどのように選択されているかを説明する必要があります。

2 つのプロセス ストリーム間の熱の伝達は、化学プラントにおける一般的なアクティビティおよび要件です。 多くの直接的または間接的な技術を使用できます。 熱を伝達するために使用される機器の最も一般的な形式は、ある流れと別の流れの間で必要な熱伝達を実現するために必要なさまざまな形状、サイズ、構成で設計できる熱交換器です。 多くの異なる熱伝達操作が可能であり、その中には 1 つ以上のコンポーネントの相変化を伴うものもあります。 加熱、冷却、蒸発、または凝縮をすべて考慮し、さまざまな要件を考慮して機器を設計する必要がある場合があります。

基本設計は、関係する物質の熱伝達特性と予想される構造材料に関する仮定に基づいて、ユニットのおおよそのサイズを決めることから始まります。 元の設計を確認して改良し、最適なレイアウトを特定するには、より詳細な計算が必要になります。 プロセス設計が完了すると、ユニットの機械設計を実行できます。

熱交換器の設計は多くの書籍で取り上げられています。 ただし、設計エンジニアにとって一般的な参考資料は、「Process Heat Transfer - DQKern、International Student Edition、McGraw Hill、ISBN 0070341907」です。

シェルアンドチューブ熱交換器の機械設計の特徴、製造、構造材料およびテストは、「BS 3274: 1960- 汎用管状熱交換器」でカバーされています。

米国管状熱交換器製造者協会の規格 (TEMA 規格) も広く使用されています。 多くの企業は、これらのさまざまな要件を補う独自の基準も設けています。

TEMA 規格では、シェルとチューブの推奨寸法、設計および製造の公差、腐食許容値、および構造材料の推奨設計応力が規定されています。

熱交換器の設計温度と圧力は通常、通常予想される条件を超えて安全マージンを持って指定されます。 通常、設計圧力は動作中またはポンプ停止時に予想される最大値より 170 kPa 高く、温度は一般に予想される最大使用温度より 14°C 高くなります。

安全性に影響を及ぼす可能性のある熱交換器の設計に関連する主な問題には、汚れ、重合、凝固、過熱、漏れ、チューブの振動、チューブの破断などがあります。 熱交換器のシェルは通常、圧力容器であり、関連する圧力容器設計コードである BS 5500 または ASME VIII (圧力容器の構造に関する規則、ディビジョン 1) に従って設計する必要があります。 より具体的なガイダンスは API RP 520:1990 に記載されています。

特に、発熱分解を受ける可能性のある材料などの敏感な材料が含まれる場合、熱交換器装置内の過熱を防ぐために特別な考慮を払う必要があります。

安全性報告書は、熱交換装置が関連する規格や規格に従って設計および保守されていること、および発生する可能性のあるさまざまな故障モードとそのような事象の影響が考慮されていることを実証する必要があります。 構造材料、製造方法、計装および制御などの適切な選択により、そのような事象の影響を防止、制御、または軽減するために可能な限りの措置が講じられていることを実証する必要があります。

炉とボイラーは、プロセスプラントの一部としてよく見られる機器であり、廃熱回収、蒸気発生、オフガスの破壊などのさまざまな目的に使用されます。

設計には、水/蒸気循環システム、燃料特性 (液体、気体、または固体燃料)、点火制御システム、入熱および熱伝達システムなど、さまざまな変数の相互作用が含まれる場合があります。

炉またはボイラーの筐体の設計は、システムに関連する熱条件に耐えることができる必要があり、多くの場合、専門家の設計が必要となります。 ボイラーの設計には多くの規定や規格が存在します。

バーナー設計における危険の排除は、基本的な設計要件です。 点火設計が慎重に考慮されていない場合、始動中に爆発が発生する可能性があります。 燃料が漏れると、点火しようとしたときに爆発性雰囲気が発生する可能性があります。 これらの理由から、爆発性雰囲気が存在しないことを保証するために点火シーケンスの前に不活性/換気システムを考慮する必要があります。

隔離システムは、燃料の漏れが起こらないように適切に設計する必要があります。 燃料ラインの二重ブロックとブリードバルブを検討できます。 分離のために単一のバルブに依存してはなりません。 火炎が消えた後、またはバルブが閉じられた後のシステムへの燃料の流入を確実に最小限に抑えるために、配管の構成を慎重に検討する必要もあります。

パージ設備は、始動点火前に燃焼空間から可燃性雰囲気を確実に排除するために不可欠です。

安全報告書は、炉/ボイラーシステムが関連する規格や基準に従って設計および維持されていること、および火災や火災などの観点から、機器の起動、停止、および操作に関連する主要な危険性が考慮されていることを実証する必要があります。このようなシステムの爆発の可能性。 バーナー制御管理システムの設計と燃料供給システムのレイアウトと設計によって、爆発が発生するリスクが最小限に抑えられていることを実証する必要があります。

プロセス機械は、プロセス流体 (液体、固体、気体) をある動作領域から別の動作領域に移送するために必要な原動力を提供する必要があるため、プロセス プラントおよび圧力システムに関連した特に重要な機器です。 機械システムとは、プロセス プラント内で特性の変化を伝達または生成するために使用される往復または回転装置です。 例としては、ポンプ、ファン、コンプレッサー、タービン、遠心分離機、撹拌機などが挙げられます。

このタイプの機器は、封じ込め損失の潜在的な原因となります。 さらに、このような機器の回転/振動の性質により、圧力や流量の変動が発生する可能性があり、これらが他のシステムの動作に影響を与える可能性があります。

ポンプ、ファン、コンプレッサーの用途を定義する基本要件は、通常、吸入圧力と吐出圧力、必要な流量、トランスミッションの圧力損失です。 特定の産業部門に対する特別な要件により、使用する構造材料や検討可能な装置の種類に制限が課される場合もあります。 多くの設計が経験に基づいて標準化され、多数の標準 (API 標準、ASME 標準、ANSI 標準) が利用可能になりました。 これらの規格では、材料の選択、工場での検査とテスト、図面、認可、建設手順などの設計、建設、テストの詳細が指定されることがよくあります。

構造材料の選択は、腐食、侵食、作業員の安全、封じ込めと汚染を考慮して決定されます。

多くのポンプは遠心タイプですが、容積式タイプ (往復動タイプやスクリュータイプなど) も使用されます。 ポンプは幅広いサイズと容量で入手可能であり、さまざまな金属やプラスチックなどの幅広い材料でも入手できます。 ポンプの密閉は非常に重要な考慮事項であり、後で説明します。 遠心ポンプの主な利点はそのシンプルさです。 ポンプは、誤動作や不適切な設置方法に対して特に脆弱です。 安全な操作には、適切な設置と高品質のメンテナンスが不可欠です。

遠心ポンプに関連する問題には、ベアリングやシールの故障が含まれる場合があります。 キャビテーション (振動、騒音、浸食を引き起こす、流動する液体内での蒸気泡の崩壊) やデッドヘッド動作 (たとえば、閉じたバルブに対して流体の出口を持たずにポンプを作動させようとする試み) も、損傷を引き起こす可能性があります。ポンプ装置。 ポンプとモーター間の位置ずれも、致命的な故障の一般的な原因です。

シールレスまたは「缶入りポンプ」は、漏れが許容できないと考えられる場合によく使用されます。 キャンドポンプでは、ポンプのインペラとモーターのローターが一体のシャフトに取り付けられており、プロセス流体が通常モーターのエアギャップである空間内を循環できるようにケースに入れられています。

ポンプを選択するための重要なパラメータは、取り扱う液体、総動的揚程、吸込および吐出ヘッド、温度、粘度、蒸気圧、比重、液体の腐食特性、浸食を引き起こす可能性のある固体の存在などです。

容積式コンプレッサーと遠心式コンプレッサーの両方がプロセス産業で使用されます。 これらは複雑なマシンであり、その信頼性が非常に重要です。 高い運用基準を維持することが非常に重要です。 遠心コンプレッサーが最も一般的ですが、圧縮率は一般にレシプロ機械によるものよりも低くなります。 これらはプロセスガスと冷凍の両方の用途で使用されます。 遠心圧縮機の主な故障には、ローターまたはシャフトの故障、ベアリングの故障、振動、サージなどがあります。 往復コンプレッサーは、より高い圧縮要件に使用されます。 それらは単一ステージのユニットでも多段ユニットでも構いません。 乾燥空気用のエアコンプレッサーには特別な考慮が必要であり、特定の規格と規格が存在します。

ファンの主な用途は、乾燥用の空気の供給、ガス流に浮遊する材料の搬送、ヒュームの除去、または凝縮塔での空気の供給など、高流量、低圧の用途です。 これらのユニットは、遠心式または軸流式のいずれかです。 シンプルな機械ですが、高い信頼性と安全な操作を確保するには、適切な設置とメンテナンスが必要です。

回転機器の故障の主な原因の 1 つは振動です。 これは多くの場合、シールの損傷や疲労破壊、その後の漏れを引き起こし、重大な事故につながる可能性があります。 キャビテーション、インペラの不均衡、ベアリングの緩み、パイプ内の脈動など、さまざまな要因によって振動が発生する可能性があります。 ASME 規格では、ポンプを定期的に監視して、通常はメーカーが決定する所定の制限内に収まるはずの振動を検出することを推奨しています。 これは、インストール時に最初に確認し、その後定期的に確認する必要があります。 測定されたレベルが規定の値を超えている場合は、予防保守が必要であり、実行する必要があります。 回転機器の振動シグネチャを収集および分析することにより、システムのどのコンポーネントが振動信号の特定の周波数の原因となっているかを特定することができます。 これにより、劣化しており、発生している振動の原因となっているコンポーネントを特定することができます。

シールは非常に重要であり、大型回転機械や、熱交換器や配管システムなどのフランジ/ジョイントのあるシステムでは非常に重要なコンポーネントです。 密閉構造が失敗すると、封じ込めが失われ、重大な事故が発生する可能性があります。 回転機器には、さまざまなタイプのシール構造が多数存在します。 特定の用途向けのシールの選択には、取り扱う製品、シールが設置される環境、シールの配置、シールが設置される機器、二次パッキンの要件、シールなど、多くの要因が影響します。面の組み合わせ、シールグランドプレートの配置、メインシール本体など。シールに使用される材料は、常に取り扱うプロセス流体と適合性がある必要があります。

回転シャフトがポンプ、コンプレッサー、圧力容器、または類似の機器に入る箇所をシールするには、主に 3 つの方法があります。

パッキンを詰めたボックスやグランドが一般的に使用されます。 パッキン材の潤滑と冷却の両方で、製品の一部の漏れは正常です。 このタイプのシール構成の主な利点は、調整や交換が簡単で簡単であることです。 欠点は、頻繁に注意を払う必要があることと、このようなシステムには本質的に完全性が欠けていることです。

メカニカル シールは、次に最も一般的に使用される構成です。 これらは、ほぼすべての流体の漏れ防止シールが必要な用途に使用されます。 メカニカルシールは、流体をかなりの圧力下で封じ込める必要がある場合に最適な用途です。 それらは、最も単純なシングルシール配置から、隙間を監視する複雑で洗練されたダブルシールまで多岐にわたります。 一部のメカニカル シールは非常に複雑なアセンブリであり、非常に高い公差で製造されたコンポーネントで構成されています。 多くの場合、完全なカートリッジ タイプのユニットとして取り付けられます。 一部のシーリング構成では、多くの場合プロセス流体自体からの一定の潤滑が必要ですが、他のシーリング構成では外部潤滑構成が必要です。

プラント機器は、試運転中およびその運用期間中ずっと監視できます。 この監視は、パフォーマンスまたは状態、またはその両方に基づいて実行できます。 パフォーマンスの監視については、この技術的対策文書では詳しく説明しません。 ただし、使用される主な技術とパラメータは、流量、圧力、温度、電力などです。パフォーマンス監視の代替手段は状態監視であり、これには多くの技術があります。 このような技術の目的は、劣化を特定し、差し迫った故障を事前に回避して、特に生産および安全性が重要な項目において、信頼性の高い、可用性の高いプラントを確保することです。 これらのテクニックのいくつかを以下に示します。

すべての機械システムは、機械または関連する保護システムが故障した場合に生じる危険に応じて評価する必要があります。

機械または保護システムが故障した場合に許容できない結果をもたらすと評価された機械システムは、「重要な機械システム」として分類され、追加のメンテナンスや監視など、運用中に特別な注意が与えられる場合があります。

評価は以下に基づいて行う必要があります。

構造物はプラントをサポートする必要があり、プラントの耐用年数を通じて、すべての予測可能な荷重と極端な運転に耐えることができなければなりません。 構造コンポーネントのいずれかが破損すると、重大な事故が発生する可能性があります。 建築物/構造物の設計基準に関する完全なガイダンスについては、関連する技術的対策文書を参照してください。 構造設計では、風荷重、積雪荷重、地震活動などの自然現象のほか、工場の変動も考慮する必要があります。

英国内の場所での構造物の設計に使用される風速を示す地図は、英国規格実務規範 BS CP 3: 1972: Basic Data for the Design of Buildings、Chapter V Loading: Part 2 Wind Loads に記載されています。 一般的な値は約 50 m/s (時速 112 マイル) です。 実施基準には、さまざまな形状の建物や構造物に対する動的風圧を推定する方法も記載されています。

雷は、特に貯蔵タンクに関係する火災の潜在的な着火源であるため、建物の外にあるプロセスプラントへの落雷に対する保護が必要です。 雷に対する保護を提供する必要があり、ガイダンスは BS 6651 : 1992 の雷に対する構造物の保護に関する実践規範で入手できます。

技術的対策文書 - 接地も参照してください。

以下の物質については、保管および取り扱いに関する完全な設計の詳細を記載した一般的に公開されたコードが存在します。

塩素は毒性が高く、濡れていると非常に腐食性が高いため、塩素用のシステムの設計には特別な考慮が必要です。

塩素は通常、大気圧で加圧下で保管されますが、大気圧で完全に冷蔵 (-34°C) して保管することもできます。

塩素の取り扱いについては数多くの出版物が出版されており、具体的なガイダンスは次のとおりです。

以下も参照してください。

Euro Chlor 組織は欧州化学工業評議会 (CEFIC) の関連団体であり、19 か国の 85 の工場で欧州の塩素製造業者を代表しています。 Euro Chlor は数多くの出版物を出版しています。 詳細については、Web サイト http://www.eurochrom.org から入手できます。

沸点-33℃の無水アンモニアは、通常、冷蔵施設で加圧下または大気圧下で液体として保管されます。

アンモニアの取り扱いについては数多くの出版物が出版されており、具体的なガイダンスは次のとおりです。

HS(G)30 英国における加圧下での無水アンモニアの貯蔵: 球形および円筒形の容器、HSE、1986 (現在の HSE リストには含まれていません)。

アンモニア貯蔵容器の適切な構造材料に関するアドバイスを提供します。

CIA 冷蔵アンモニア保管法

英国における無水アンモニアの加圧貯蔵に関する CIA の実施基準: 球形および円筒形の容器。 (CIA はこの文書を撤回しました)。

英国における完全冷蔵無水アンモニアの大規模貯蔵に関する CIA のガイダンス。

英国における無水アンモニアの安全な取り扱いのための移送接続に関する CIA ガイダンス。

プロパンとブタンは、BS 4250: 商用ブタンとプロパンの仕様に従って液化石油ガス (LPG) と呼ばれます。 大気圧および対象物質の沸点で完全に冷蔵保管する必要があります。 LPG は、水平の円筒形または球形の圧力容器に圧力をかけて保管することもできます。

HS(G)34 固定設備での LPG の保管、HSE、1987 年。

HS(G)15 工場における液化石油ガスの貯蔵、HSE。

CS5 固定設備での LPG の保管、HSE。

LPGA COP 1 固定設備でのバルク LPG 貯蔵。 パート 1 : 地上に設置された船舶の設計、設置、運用、2000 年。

LPGA COP 1 固定設備でのバルク LPG 貯蔵。 パート 2: 家庭用および同様の目的のための小規模バルクプロパン設備、2000 年。

LPGA COP 1 固定設備でのバルク LPG 貯蔵。 パート 3 : 定期検査と試験、2000 年。

LPGA COP 1 固定設備でのバルク LPG 貯蔵。 パート 4 : 埋設/埋設 LPG 貯蔵容器、2000 年。

LPGA COP 15 LPG サービス用のバルブと継手、パート 1 安全バルブ、2000。

LPGA COP 17、LPG 容器およびシステムのパージ、2000 年。

EEMUA 147. 冷凍液化ガス貯蔵タンクの設計と建設に関する推奨事項。

液化石油ガス。 安全な実践の IP モデル コード: パート 9。

石油製品および可燃性液体の保管に関しては、一般に多数の規格および規定が存在します。 液体および液化ガス用のさまざまな主なタイプの貯蔵タンクおよび容器が考えられます。

関連する規格とコードは次のとおりです。

プラントの詳細設計に従って、建設段階が当初の仕様に従って実行され、建設段階中にプラントに追加の危険が持ち込まれないことが非常に重要です。 施工が不十分だとシステム全体の完全性が損なわれ、重大な事故のリスクが高まる可能性があります。

建築と建設は、次のような一連のさまざまな建築規制の対象となります。

建設（一般規定）規則、1961 年。

建設（吊り上げ作業）規則、1961 年。

建設（健康福祉）規則、1966 年。

建設（作業場）規則、1966 年。

さらに、建設（設計および管理）規則（CDM）は、建設プロジェクトにおけるさまざまな関係者の責任を明確にしています。 また、CDM Regs の承認済み実施基準「健康と安全のための建設の管理」も入手できます。 建設 (設計および管理) 規則 1994、ref L54、HSE Books 1995、ISBN 0 7176 0792 5.

建設上の欠陥や欠陥がプラントに導入されないように、正しい建設材料が使用され、適切な建設技術が採用されていることを実証することが重要です。 プロジェクトの建設段階が適切に監督されていることを証明するには、建設段階でチェックが実施されたことを示す文書の形での証拠が重要です。

文書には、供給および設置された機器が正しい材質で構成されており (また、必要に応じて適切な熱処理が施されている)、正しい品目/部品/ユニット番号であり、設計スケジュールに指定されている通りであることを示す必要があります。

文書には、仕上がりが指定された品質であること、および契約に基づいて要求されたとおりに検査および受け入れテストが実行されたことも示す必要があります。

機器の試運転を実施し、試運転の記録を保管する必要があります。

以下の証拠が入手可能である必要があります。

次のドキュメントが入手可能である必要があります。

試運転および検証段階の管理は、安全管理システムに基づいて特定される必要があります。 システムは、設計意図が満たされていること、および逸脱が適切に評価および制御されていることを確認することに重点を置く必要があります。 設置された機器と設計意図との間の矛盾の特定に対して修正措置を確実に講じ、通常の動作からの逸脱を制御するシステムを導入する必要があります。

設置された機器がテストされ、動作に適しており、設計意図を満たしていることを検証するには、多数の試運転前および試運転チェックの証拠を提示する必要があります。 これらには次のものが含まれる場合があります。

以下の実施規定は、評価者がプラントおよび装置のプロセス設計を検討する際に読むと役立つ可能性があります。 (前のセクションで説明した) 機器の特定の項目の設計に関連するコードとガイダンスを以下に示します。 以下に示すすべてのコードやガイダンス文書が現在利用できるわけではなく、多くは置き換えられています。 ただし、これらの元の規格に合わせて設計された機器はまだ稼働している可能性があります。

圧力容器の設計に関するその他の規格および実施基準

英国では、圧力システムは 2000 年圧力システム安全規則 (PSSR regs) の対象となっています。

その他の役立つドキュメントには次のようなものがあります。

ACOP: 圧力システムの安全性。 2000 年圧力システム安全規則。参照 L122。 ISBN 0 7176 1767 X。HSE Books 2000 より出版。

HS(G)93 低温で動作する圧力容器の評価、HSE、1993 年。

BS 1500: 1958 - 汎用溶接圧力容器。 BS 5500 は、1976 年に英国でこの従来のコードを置き換えました。

BS 1515: 1965 - 化学、石油および関連産業で使用するための溶融溶接圧力容器。 BS 5500 は 1976 年にこの高度なコードを置き換えました。

BS EN 286-1:1991。 空気または窒素を入れるように設計された単純な未焼成の圧力容器。

API 510 圧力容器検査コード：保守検査、評価、修理、改造

API RP 572 圧力容器の検査

API 規格 653 タンクの検査、修理、改造、再構築。

API RP 520 製油所における圧力解放装置のサイジング、選択、および設置

ASME B16.9 工場製鍛鋼突合せ溶接継手 : 1978

ASME B16.11 ソケット溶接およびねじ山付き鍛造鋼継手 : 1980

BS 1501: 1970 - 圧力用鋼: パート 1 (1990) - 炭素鋼および炭素マンガン鋼の仕様 パート 2 (1988) - 合金鋼の仕様 パート 3 (1990) - 耐食鋼および耐熱鋼の仕様

BS 1502: 1990 - 焼成済みおよび未焼成の圧力容器用鋼の規格: 形材および棒材

BS 1503: 1989 - 圧力目的の鍛造鋼の仕様

BS 1504: 1984 - 圧力目的の鋼鋳物の仕様

BS 1506: 1990 - 圧力保持用途に使用されるボルト締め材料用のカーボン、低合金、ステンレスの棒およびビレットの仕様。

BS 2594: 1975 - 炭素鋼溶接水平円筒形貯蔵タンクの仕様。

BS 2654: 1989 - 石油産業向けの突合せ溶接シェルを備えた垂直鋼溶接非冷凍貯蔵タンクの仕様

BS 2790: 1992 - 溶接構造のシェルボイラーの設計および製造に関する仕様

BS 5276: 1977 - 圧力容器の詳細 (寸法)

BS 5387: 1976 - 低温サービス用の垂直円筒溶接スチール貯蔵タンクの仕様: -196°C までの温度用の二重壁タンク。

ISO R831: 圧力容器に適用される定置式ボイラーに関する推奨事項。

圧力容器 : 非金属構造材料

BS 4994: 1987 - 強化プラスチック製の容器およびタンクの設計および製造に関する仕様。

BS 6374: 1984 - プロセス産業向けのポリマー材料を使用した装置のライニング。

ASME ボイラーおよび圧力規定パート X、グラスファイバー強化プラスチック圧力容器 (1992)。

ASTM D 4021-86 接触成形ガラス繊維強化熱硬化性樹脂地下石油貯蔵タンクの標準仕様。

ASTM D 4097-88 接触成形ガラス繊維強化熱硬化性樹脂耐薬品性タンクの標準仕様。

圧力容器システムの検査。 安全実践の IP モデル コード: パート 13

その他の船舶（貯蔵タンクを含む）

API Std 620 大型溶接低圧貯蔵タンクの設計と建設、アメリカ石油協会、1990 年。

API Std 650 石油貯蔵用の溶接鋼タンク、アメリカ石油協会、1988 年。

API Std 653 タンクの検査、修理、改造、および再構築、アメリカ石油協会、1991 年。

API 12B - ボルトで固定された生産タンク。

API 12D - 大型の溶接生産タンク。

API 12F - 小型の溶接生産タンク。

API Std 2000 通気式大気および低圧貯蔵タンク: 非冷蔵および冷蔵、アメリカ石油協会、1998 年。

熱交換器

BS 3274: 1960- 汎用の管状熱交換器。

米国管状熱交換器製造者協会 (TEMA 規格)。

TEMA 規格は、次の 3 つのクラスの熱交換器をカバーしています。

API 標準 660: 1987 - 「一般製油所サービス用のシェルおよびチューブ熱交換器」は、TEMA 規格と ASME コードの両方を補足します。

API 規格 661: 1992 - 一般製油所サービス用の空冷熱交換器。

BS 1113: 1992 - 水管蒸気発生プラント (過熱器、再熱器、鋼管エコノマイザーを含む) の設計および製造に関する仕様。

BS: 799: 1981 - 石油燃焼装置

BS 5410: 1976 - 石油焚きの実施基準

大型ガスおよび二元燃料バーナーに関する英国ガス実施規則 (BG バーナー規則)

API 規格 560 - 一般的な製油所サービス用の加熱ヒーター、1986 年。

BS 7322: プロセス産業向けの往復式コンプレッサーの設計および製造に関する 1990 年の仕様

API 規格 610: 一般製油所サービス用の 1989 遠心ポンプ。

API 標準 611: 1988 製油所サービス用汎用蒸気タービン。

API 標準 612: 1987 製油所サービス用の特殊目的蒸気タービン。

API 標準 613: 1988 製油所サービス用の特殊用途のギア ユニット。

API 規格 614: 1992 特殊用途向けの潤滑、シャフト シール、および制御オイル システム。

API 標準 616: 1992 製油所サービス用ガスタービン。

API 標準 617: 一般製油所サービス用の 1988 遠心コンプレッサー。

API 標準 618: 1986 一般製油所サービス用レシプロ コンプレッサー。

API 規格 619: 1985 一般製油所サービス用のロータリー型容積式コンプレッサー。

API 規格 674: 1987 容積式ポンプ - 往復式。

API 規格 676: 1987 容積式ポンプ - ロータリー。

ASME 19.1 - 1990 エアコンプレッサー システム。

ASME 19.3 - 1991 プロセス産業用コンプレッサーの安全規格。

ASME B73.1M - 化学産業用の横型エンドサクション遠心ポンプの 1991 仕様。

ASME B73.2M - 化学産業用の垂直インライン遠心ポンプの 1991 仕様。

BS 767: 1987 - 工業用および商業用途で使用するバスケットおよびボウルタイプの遠心分離機の仕様。

BS 4082: 1969 - 垂直インライン遠心ポンプの外形寸法の仕様。

BS 5257: 1975 - 水平端吸引遠心ポンプ (16 bar) の仕様。

BS 7322: 1990 - プロセス産業用の往復式コンプレッサーの設計および製造に関する仕様。

BS 4675: 1976 - 回転機械の機械振動

Lees、FP、「プロセス産業における損失防止: 危険性の特定、評価、および制御」、第 1 ～ 3 巻、第 2 版、1996 年。バターワース ハイネマン。 ISBN 0750615478。

JC メクレンバーグ、「プロセス プラント レイアウト」、ジョージ ゴドウィン/IChemE、ロンドン、1985 年。ISBN 0711457549。

ペリー、ロバート H.、グリーン ドン W.、「ペリーの化学技術者のハンドブック」、第 7 版、1997 年、マグロウヒル。 ISBN 0070498415。

Kern、DQ、「Process Heat Transfer」、留学生版、McGraw Hill、ISBN 0070341907。

Coulson JM および Richardson JF、「Chemical Engineering Volumes 1-6」。 第 3 版、ペルガモン出版。

その他のリソース