蒸気流速・配管径比較 計算

蒸気流速と配管内径の計算式

1. 計算の考え方

蒸気の質量流量を、その圧力における密度で割ると体積流量になります。 体積流量を管内の断面積で割って、断面平均流速を求めます。 乾き飽和蒸気では圧力から温度と密度を決められるため、このツールは蒸気圧力・質量流量・内径を入力に使います。 同じ質量流量でも、圧力を下げて密度が小さくなると体積流量と流速が増えます。 呼び径別の一覧では、圧力と流量を固定して配管内径の違いを比較できます。

2. 使用する式

ゲージ圧から絶対圧へ換算

P [MPaA] = P [MPaG] + 0.101325

基準大気圧は 101.325 kPa です。A は絶対圧、G はゲージ圧を表します。

質量流量から体積流量・流速を求める

Q = W / (3600ρ)　　A = πD² / 4　　v = Q / A

W は kg/h、D は m に揃えます。密度 ρ は掲載蒸気表の隣接 2 点を絶対圧で線形補間します。

比較用流速に相当する内径

Dₜ = √(4Q / (πvₜ))

計算上の内径 Dₜ は m、画面では mm または in で表示します。 この式は比較用流速と一致する内径を逆算するもので、配管の耐圧や圧力損失の条件を含みません。

3. 記号と単位

4. 入力値の目安

• 圧力には流速を調べたい位置の運転圧力を使います。圧力計の読みは通常ゲージ圧なので、入力単位の G / A を確認してください。 表の範囲は絶対圧 0.02〜10 MPaA です。
• 質量流量は kg/h・t/h・kg/s から選べます。1 t/h = 1000 kg/h、1 kg/s = 3600 kg/h です。 計算結果の体積流量は運転圧力の値であり、標準状態の体積流量ではありません。
• 比較用流速の初期値 30 m/s は操作確認の例です。 用途、配管長、許容圧力損失、騒音などに応じて、採用する設計条件の値に置き換えてください。
• 呼び径は内径と同じではありません。同じ呼び径でも管種・肉厚で内径が変わります。 実際の内径が分かっている場合は「内径を直接入力」を使えます。

5. 適用範囲と注意点

• 乾き飽和蒸気（乾き度 1）のみが対象です。過熱蒸気・湿り蒸気・気液二相流には適用できません。
• 入力圧力の位置における断面平均流速の概算です。配管に沿った圧力低下、密度変化、凝縮、熱損失は計算しません。 圧力損失や出口圧力を予測するツールではありません。
• 物性は IAPWS-IF97 由来の掲載表を線形補間した概略値です。絶対圧 0.02〜10 MPaA の 範囲外では計算結果を表示しません。物性と補間方法は 飽和蒸気表 を参照してください。
• 比較表の「比較用流速以下」は安全性や適合性の判定ではありません。 管種の一覧は寸法比較用です。採用する管材・肉厚の許容圧力と温度、圧力損失、ドレン排出などは個別に検討してください。
• 内径は掲載外径から肉厚の 2 倍を引いた公称寸法です。製造公差・腐食・付着物は考慮していません。 最終的な寸法は採用する規格・メーカーの仕様書と照合してください。

6. 出典

• IAPWS R7-97(2012), IAPWS-IF97 公式リリース — 掲載する飽和蒸気密度・温度の計算元。
• Spirax Sarco, Pipes and Pipe Sizing — 蒸気の質量流量・比体積・断面積・流速の関係と、流速および圧力損失に基づく配管径検討の解説。
• 配管寸法の適用規格（公式書誌）: JIS G 3452:2026 / JIS G 3454:2026 / JIS G 3459:2021 — 呼び径・外径・肉厚を確認する規格。掲載値は既存の配管寸法表に基づき、確定値は規格本文またはメーカー寸法表で確認してください。