高圧ガス製造保安責任者 乙種機械 保安管理技術 練習問題 第26問: 高圧ガスの貯槽の形と強さについて、正しいものはどれか。

正しいのは「球形貯槽は、同じ内圧・内径・許容応力なら、円筒形の胴のおよそ半分の板厚で済む」です。内径 D・板厚 t の薄肉の容器に内圧 P がかかると、膜応力 (板の厚さ全体で受け持つ、板を引き伸ばす向きの平均の応力) は、円筒形の胴の周方向で PD/(2t)、軸方向で PD/(4t)、球形ではどの方向も PD/(4t) です。

許される応力が同じなら、球形の板厚は円筒形の胴のおよそ半分で済みます。「内径を 2 倍にした球形貯槽は…膜応力が 4 倍」は誤りで、膜応力は内径に比例するので、内圧と板厚が同じなら 2 倍です。

「半球形の鏡板に生じる膜応力は…周方向の応力と等しい」も誤りで、胴の端をふさぐ鏡板のうち半球形のものは球と同じ PD/(4t) で、胴の周方向の応力の半分です。「液温が同じなら、液の量が多いほど高くなる」も誤りで、液と蒸気が共存する限り内圧はその液温の飽和圧力 (蒸気圧) で決まり、液の量にはよりません。

「軸方向の応力が周方向の応力より大きい」も誤りで、周方向の応力が軸方向の 2 倍なので、周方向の応力を受ける長手方向の溶接継手の方が厳しくなります。球形の膜応力はどの方向も円筒形の胴の周方向の半分なので、同じ条件なら板厚もおよそ半分で済みます。