フランジ規格 20k の圧力温度基準と材質選定方法

フランジ規格 20k 基礎知識

フランジ規格 20k の圧力温度基準とJIS規格対応

フランジ規格20kは、JIS B2220-2012「鋼製管フランジ」に規定された高圧用フランジです。20kという呼び圧力は、基準温度（20℃）において2.0MPaまでの圧力に耐えられることを示しています。
JISフランジの呼び圧力体系では、5K、10K、16K、20K、30K、40K、63Kまで規定されており、数字が大きくなるほど使用可能圧力が高くなります。20kフランジは10kフランジの2倍の耐圧性能を持ち、強度確保のために板厚を厚くした設計となっています。
温度による最高使用圧力の変化も重要なポイントです。JIS規格では、各温度における最高使用圧力がMPa(G)で規定されており、設計時には必ず温度条件を考慮する必要があります。
現場での簡易計算として「呼び圧力×0.1MPa」という目安もありますが、これはあくまで概算であり、実際の設計では必ずJIS規格表を参照してください。

フランジ規格 20k の材質と製造方法の特徴

20kフランジの材質選定では、使用条件に応じて適切な鋼材を選ぶ必要があります。一般的には炭素鋼（SS400等）が使用されますが、腐食環境ではステンレス鋼（SUS304、SUS316L）が選択されます。
製造方法には以下の種類があります。

• SOP形（さし込み溶接形）: 最も一般的な形状
• SOH形（ハブ付きさし込み溶接形）: 大径管に使用
• BL形（ブラインドフランジ）: 配管の端封じに使用

20kフランジでは、高圧に対応するため板厚が厚く設定されています。呼び径25Aでは厚さ16mm、呼び径300Aでは36mmと、サイズに応じて段階的に厚くなる設計です。
ねずみ鋳鉄と他の材質では厚さ規定が異なる点も注意が必要です。設計時には材質に応じた適切な寸法を選択しましょう。

フランジ規格 20k の寸法規格と接続仕様

20kフランジの基本寸法は、JIS B2239-2013およびJIS B2220-2012で詳細に規定されています。主要寸法には以下があります：
フランジ外径（D）: 呼び径10Aで90mm、300Aで480mm
ボルト穴: 呼び径によって4穴から16穴まで変化
ボルトサイズ: M12からM30×3まで段階的に大径化
ガスケット座の規格も重要な要素です。20kフランジでは、座厚f値と座径g値が圧力に応じて設定されており、適切なガスケット選定の基準となります。
興味深いことに、大径フランジ（650A以上）では特殊な寸法規定があり、通常とは異なる設計思想が採用されています。これは高圧大径配管での安全性確保のための配慮です。
中心円径（C）とボルト穴径（h）の関係も、フランジの強度設計において重要な要素となっています。

フランジ規格 20k の独特な選定判断基準と現場適用

20kフランジの選定において、多くの技術者が見落としがちな独自視点があります。それは「過渡的圧力変動」への対応です。

 

通常のプロセス圧力が1.5MPa程度でも、ポンプ起動時やバルブ急閉時には瞬間的に2.0MPaを超える圧力が発生することがあります。この場合、10kフランジでは安全率が不足し、20kフランジの選定が必要となります。

 

また、配管系の熱応力も考慮すべき要素です。高温配管では熱膨張により予想以上の応力がフランジに作用するため、圧力だけでなく温度履歴も含めた総合判断が重要です。

 

建築業界特有の観点として、耐震設計時の動的荷重も20kフランジ選定の判断材料となります。地震時の配管振動により発生する応力は、静的計算では予測困難な場合があります。

 

現場での実践的な判断基準として、以下のチェックポイントが有効です。

• 周辺配管の圧力等級との整合性
• 将来の圧力上昇可能性
• メンテナンス時の安全性確保
• コスト対効果の総合評価

フランジ規格 20k の実際の配管設計における注意点

20kフランジを使用する配管設計では、周辺機器との圧力等級整合が重要です。特に高圧プロセスラインでは渦巻型ガスケットなど特殊なガスケットを使用するため、事前の詳細検討が必要です。
配管サポート設計においても、20kフランジの重量増加を考慮する必要があります。10kフランジと比較して板厚が厚いため、サポート間隔や荷重計算を見直す必要があります。
溶接作業時の注意点として、厚い板厚による熱影響部の拡大があります。適切な予熱・後熱処理により、溶接品質を確保しましょう。

 

現場での施工性も重要な要素です。20kフランジは重量が大きいため、据付時のクレーン能力や作業スペースを事前に確認する必要があります。

 

品質管理の観点では、以下の項目に特に注意が必要です。

• 寸法検査: JIS規格値との適合確認
• 材質証明: ミルシート等による材質確認
• 表面処理: 防錆処理の適切性確認
• ボルト・ナット: 規定品番との整合確認

また、20kフランジは一般的な10kフランジと比較して調達期間が長くなる傾向があります。工程計画時には余裕を持ったスケジュール設定が重要です。

 

最終的な品質確保のため、圧力試験時には規定圧力の1.5倍での耐圧試験を実施し、漏洩がないことを確認してください。この試験により、実際の使用条件下での安全性が担保されます。
JISフランジの技術資料については、日本工業標準調査会の公式サイトで最新情報を確認することをお勧めします。

 

https://www.jisc.go.jp/