大気圧タンクと圧力タンク：エンジニアのための詳細比較

大気圧タンクと圧力タンクに貯蔵される液体は、運転条件が大きく異なります。産業分野の購買担当者やエンジニアは、プロセス要件と安全基準に基づいてタンクを選定する必要があります。選定を誤ると、ライフサイクルコストとダウンタイムが増加します。本稿では、実用的なエンジニアリング要件に基づいて、これら2種類のタンクを比較します。.

大気圧タンクとは何ですか？

液体は大気圧下で保持され、 大気圧タンク. 通常は1psi以下の大気圧、API 650付録Fに従って設計された場合は最大2.5psiまで、大気圧またはそれに近い圧力で動作します。. 設計者は、過圧や温度変化を避けるために換気システムを採用します。エンジニアは、水、燃料、ガスを貯蔵するために大気圧タンクを使用します。 加圧保管を必要としない化学物質。.

圧力タンクとは何ですか？

液体は、大気圧よりもはるかに高い圧力で加圧タンク内に保持される。. 通常の使用条件下では、以下の圧力で動作します。 15 プサイ. 技術者は、タンク内部で発生する応力を安全に管理するために、強化シェルを備えた圧力タンクを設計します。これらのタンクは、ASME圧力容器規格に準拠して、ガス、蒸気、揮発性液体を取り扱います。.

大気圧タンクと圧力タンクの主な違い

1. 作動圧力

•   大気圧タンク：

大気圧タンクはほぼ周囲圧力で運転され、設計圧力は1psi未満に維持される。. 船体は、静水圧による荷重に耐えられるようにのみ補強されている。. 設計基準では、大気圧タンクに高い持続的な内部圧力をかける必要はない。なぜなら、タンクは低揮発性の液体を貯蔵するように設計されているからである。.

•   圧力タンク：

圧力タンクは、大気圧を超える圧力で運転され、最大許容使用圧力（MAWP）が定められています。周方向応力と縦方向応力は内部圧力によって発生し、シェル厚と接合部の効率に基づいて計算する必要があります。規格では、タンクは通常運転時に維持されるMAWPで設計されることが規定されています。.

2. 設計および建設基準

•   大気圧タンク：

大気圧タンクは、 API 650. このコードは、通常運転時の内部圧力は無視できる程度であると仮定している。. シェル厚の計算は、液体の比重と充填高さに基づいて行われます。屋根構造は、風荷重と熱膨張による揚力のみに対応します。. 風荷重および地震荷重に対する応力計算は必要であるが、内部圧力応力計算式は適用できない。.

•   圧力タンク：

圧力タンクは、ASMEボイラー・圧力容器規格に基づいて製造されます。この規格で考慮される主な設計荷重は内部圧力です。シェル厚の計算には、許容応力値と接合効率係数が使用されます。. 製造には、資格のある溶接手順と必須の水圧試験が必要です。.

3. 換気 vs 密閉

•   大気圧タンク：

大気圧タンクには、内部圧力が設計限界を超えないように、通常用および緊急用の通気口が備えられています。API 2000の規定によれば、緊急時の通気は火災による熱入力とみなされます。通気口が詰まると、低い差圧でも屋根が持ち上がる可能性があります。.

•   圧力タンク：

圧力タンクは密閉システムであり、安全弁は最大許容使用圧力（MAWP）を下回らないように設計されています。安全弁は、設計限界を超える過圧が発生した場合にのみ開きます。ASME規格では、異常事態や火災発生時に圧力上昇を防ぐため、弁のサイズを認証に基づいて決定することが義務付けられています。.

4. 材料および構造に関する要件

•   大気圧タンク：

十分な降伏強度（例えば、250 MPa以上）を有する炭素鋼板が一般的に使用される。. 構造設計は、静水圧による向かい風荷重と地震荷重に耐えられるように設計されています。板厚は、圧力応力計算ではなく、液面の高さを上げることによって増加させています。.

•   圧力タンク：

圧力タンクは、引張強度と衝撃特性が規定された耐圧炭素鋼または合金鋼で作られています。材料の選択は、設計温度によって決定される許容応力レベルに基づいて行われます。. シェル厚は、内圧、許容応力、および接合部の効率によって決定される。静水圧は二次的な考慮事項である。.

5. 安全性およびリスクプロファイル

•   大気圧タンク：

大気中のタンクは、内部圧力の影響を受けにくい一方で、蒸気の放出に対してはより脆弱である。. これらは、屋根の隆起、外殻の座屈、およびリムシール火災である。. 低い作動圧力は、蓄積エネルギーを最小限に抑える設計につながる。.

•   圧力タンク：

高圧下で運転される圧力タンクは、内部に相当量のエネルギーを蓄積します。破損時には、急速な分解、破砕、爆発を引き起こす可能性があります。規格では、破裂事故や疲労によるリスクに対処するため、安全率の確保、圧力解放システムの設置、定期的な点検が義務付けられています。.

6. インストールおよびサポートシステム

•   大気圧タンク：

大気圧タンクは、静水圧荷重に対応するように設計された環状壁またはスラブ基礎の上に設置される。. 基礎設計は、不同沈下限界値を用いて、タンクの大きな直径に基づいて決定される。風荷重桁は、内部圧力が構造的な剛性向上に寄与しないため、横風荷重に対して耐性がある。.

•   圧力タンク：

圧力タンクは、圧力推力荷重と熱荷重を支えるスカート、サドル、またはラグに取り付けられます。支持システムは、地震加速度と軸方向圧力に耐えます。アンカーボルトは、通常運転時および異常運転時における内部圧力による揚力に耐えます。.

7. 形状と構造

•   大気圧タンク：

大気圧タンクは、直径が大きく肉厚の薄い円筒形のシェルに、平らな円錐形またはドーム形の屋根が付いた構造をしている。内部圧力が低いため、高さに制限のある設計が可能となる。シェルの安定性は、圧力による応力分布ではなく、直径と肉厚の比率および静水圧によって決まる。.

•   圧力タンク：

圧力タンクは、内部圧力を効率的に保持するために円筒形または球形の形状を採用しています。球形は応力分布を均一にしますが、円筒形の場合は、端部での応力集中を最小限に抑えるために皿状の鏡板が必要となります。. 皿形鏡板は、シェル接合部における応力集中を解消します。直径と厚さの比率が小さくなるため、高い内圧を安全に保持でき、変形挙動も予測可能です。.

8. 規制および検査要件

•   大気圧タンク：

大気圧タンクはAPI 653規格に従って検査されます。検査項目には、シェル腐食、底板の薄肉化、沈下などがあります。運転圧力が1psi未満で、蓄積エネルギー量も少ないため、内部検査は比較的長期間にわたって実施されます。.

•   圧力タンク：

圧力タンクの検査は に従って ASMEボイラーおよび圧力容器規格 要件および管轄区域の規制。. この検査では、圧力境界の評価と安全弁の試験が行われます。. 運転圧力が高くなると、点検間隔を短縮し、より厳格な健全性評価を行う必要がある。.

9. コストの考慮

•   大気圧タンク：

大気圧タンクは、設計圧力が低く、外板の厚みも薄いため、コストが抑えられます。一般的な外板の厚さは6～25mmです。溶接は全面放射線検査なしで行われます。検査頻度が少ないため、長期的に見てメンテナンス費用と法令遵守費用を最小限に抑えることができます。.

•   圧力タンク：

高圧下では30mmを超える厚い外殻を使用するため、圧力タンクの価格は高くなります。高品質の材料の使用と高い効率性への要求も、製造を複雑にする要因です。放射線検査、水圧試験、および安全弁システムの設置費用は必須であり、初期費用と長期的な検査費用を増加させます。.

10．典型的な用途と応用例

•   大気圧タンク：

大気圧タンクは、化学薬品、原油、水などの低揮発性液体を大量に貯蔵するのに役立ちます。運転圧力は1psi未満です。一定の流量で、圧力を封じ込める必要のない大量貯蔵に適しています。.

•   圧力タンク：

エンジニアは、ガス、蒸気、揮発性液体の圧力貯蔵があり、最大限の制御が必要な領域やプロセスで圧力タンクを見つけます。圧力タンクは、15 psi を超える圧力で頻繁に運転されます。さらに、反応器やサージ容器としても使用できます。, 圧力封じ込めが必要な場合。. 

パラメータ	大気圧タンク	圧力タンク
作動圧力	大気圧に近い（≤1～2.5 psig）	15 psig以上
設計荷重の規定	静水圧液面	内部圧力応力
デザインコード	API 650	ASMEセクションVIII
愚痴をこぼす	開放型／通気システム	安全弁付き密閉システム
シェル厚さ基準	液面高さと比重	最大許容作業圧力（MAWP）および許容応力
構造形態	大径、薄肉	厚肉円筒形／球形
蓄積されたエネルギー	低い	高い
検査基準	API 653	API 510 / NBIC
製造の複雑さ	適度	高（非破壊検査および水圧試験が必要）
標準的なサービス	大量液体貯蔵	ガス／揮発性流体の封じ込め

大気圧タンクと圧力タンク – どちらが最適か？

大気圧タンクは、貯蔵対象が低揮発性液体で、内部圧力が無視できる場合に最適です。これらのタンクは、応力に関連する圧力と破損エネルギーを最小限に抑えるように特別に設計されています。大口径構造を用いた大容量貯蔵は、製造要件が比較的単純です。通気制御、腐食許容値、沈下許容値が性能を左右する要因であり、圧力保持が重要ではない用途で広く使用されています。.

圧力タンクの設計は、計算されたシェル厚と安全弁システムによって、蓄積されたエネルギーの取り扱いを確実にするように設計されています。これにより、小型化と高精度な制御が可能になります。圧力タンクは、耐圧性能、安全性、および規制遵守要件に基づいて選定されます。.

よくある質問

大気圧タンクは圧力容器とみなせるだろうか？

大気圧タンクは、1 psi に制限された圧力で製造されるものとするが、API 650 付録 F に従って製造する場合は、最大 2.5 psi まで高めることができる。.

圧力容器にはどのような形状が一般的ですか？

圧力容器は、一般的に円筒形で、両端が皿形または球形になっています。これらの形状は、内部の圧力応力を均等に分散させるためです。.

大気圧タンクは管理されていますか？

はい。API 650では大気圧タンクは規制対象であり、API 653では検査対象となっています。.

大気圧タンクには特別な許可が必要ですか？

はい。大気圧タンクは、その大きさ、設置場所、貯蔵する液体の種類によって、特別な許可が必要になる場合があります。. 

圧力タンクに圧力逃がし装置が必要なのはなぜですか？

安全弁は、火災発生時に内部圧力が最大許容使用圧力（MAWP）を超えるのを防ぐのに役立ちます。.

温度は貯蔵タンク内の圧力に影響を与えることがありますか？

特に密閉された加圧タンクでは、温度が上昇すると、蒸気圧と内部圧力が上昇する。.

大気圧タンクはどのくらいの頻度で検査されますか？

大気圧タンクは5～10年ごとに点検する必要があります。点検頻度は腐食の進行速度と使用状況によって異なります。.

圧力容器のカテゴリーに含まれないすべてのタンクは、高圧環境で安全に使用できるのでしょうか？

いいえ。 圧力に耐えられず、構造的な支えも欠如しているタンクは、設計上の限界を超える圧力がかかると倒壊する。.

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