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報 告

ASME Boiler & Pressure Vessel Code

Sec. Ⅲ NB/NC及 び

同Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2の 比 較 検 討

Comparison of ASME Code Sec. Ⅲ NB/NC and Sec. Ⅷ

Div. 1/Div. 2

(社)日本高圧力技術協会 ETD委 員会基準化分科会

(SC on Standardization, Committee on Elevated Temperature

Design, High Pressure Institute of Japan (HPI)

SC on Standardization, which is organized under the Committee on Elevated

Temperature Design in High Pressure Institute of Japan, has been conducting the

study to introduce design by analysis into elevated temperature structural design code

in Japan.

In order to identify the differences in code provisions of design by analysis and

design by formula, SC on Standardization has been conducting the comparison of

ASME Boiler & Pressure Vessel Code Sec. Ⅲ NB/NC and Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2.

It has shown from the comparison that design by analysis requires strict strength

evaluation including secondary stress ahd peak stress, which may cause fatigue failure

and thermal ratchetting. In case of design by analysis, larger allowable stresses for

primary membrane stress and wider options in configuration are permitted based on

detailed stress analysis, accompanied by extensive examinations, than in case of design

by formula.

1. は じめ に

1992年度に(社)日本高圧力技術協会の中に高温設

計委員会(略 称:ETD委 員会)が 朝田東大教授を

委員長として設置された。ETD委 員会は,高 圧設

備事業者,石 油精製事業者,電 力事業者,機 器

メーカ,材 料メーカ,エ ンジニアリング会社,学

識経験者,中 立的な研究機関等からのメンバーで

構成されてお り,そ の活動 目的は次の2点 に集約

される。

1) 非原子力プラントの高温構造設計へのDesign

by Analysisの 導 入

2) 米 国PVRCの 高 温 設 計 委 員 会 との 情 報 交 換

上 記 目的 を 達 成 す るた め に,ETD委 員 会 の下 に

基 準 化,材 料 強 度 基 準,解 析 手法 の3つ の分 科 会

が 設 け られ,検 討 作 業 を 行 って い る。

基 準 化 分 科 会 で は,Design by Analysisを 導 入

す る 場 合 の規 定 の あ り方 を 検 討 す る た め に,

ASME Boller & Presure Vessel CodeがDesign

by AnalysisとDesign by Formulaで 規 定 に どの よ

うな 差 異 を 設 け て い るか を調 査 した。 そ の結 果 を

以 下 に 報 告 す る。

JHPI Vol. 33 No. 2 1995 47

96 ASME Boiler & Pressure Vessel Code Sec. Ⅲ NB/NC及 び 同Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2の 比 較 検 討

2. 調 査 の 方 法

ASMEコ ー ドの うち 原 子 力 機 器 用 のSec. Ⅲ で

は,Subsection NBがDesign by Analysisを 原 則

と し て い る の に 対 し,Subsection Sec. Ⅲ NCは

Design by AnalysisとDesign by Formulaの 両 方

を 想 定 した 規 定 と な っ て い る 。Sec. Ⅲ NB/NCの

条 文 構 成 はTable 1に 示 す よ うに 概 ね 対 応 し て い

る 。 一 方,非 原 子 力 機 器 用 のSec. Ⅷ で は,Div. 1

がDesign by Formulaを 基 本 と し,Sec. Ⅷ Div. 2

はDesihn by Analysisの 考 え方 を取 入 れ て い る。

そ れ らの 条 文 構 成 はTable 1に 示 す よ うにSec. Ⅲ

の 構 成 とか な り異 な って い る。

今 回 の 調 査 で は,Sec. Ⅲに沿 って,材 料,設 計,

製 作 ・据 付,検 査,試 験,過 圧 防 止 の6つ に 大 項

目分 類 し,大 分 類 ご とに そ れ ぞ れ の コ ー ドの 対 応

す る条 文 の 番 号 と 内容 骨 子 をTable 2に 示 す 形 式

に 整 理 して 比 較 した 。詳 細 項 目の配 列 はSec. Ⅲに

Table 1 Content of ASME Boiler & Pressure vessel Code

48 圧力技術 第33巻 第2号

圧 力 技 術 97

JHPI Vol. 33 No. 2 1995 49

98 ASME Boiler & Pressure Vessel Code Sec. Ⅲ NB/NC及 び 同Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2の 比 較 検 討

50 圧力技術 第33巻 第2号

圧 力 技 術 99

沿 って い る。

3. 比 較 検 討 結 果

(1) 一般

適 用範 囲 に つ い て,Sec. ⅢはSubsection NCA

中 で機 器 区 分 に係 る規 定 を記 し,Subsection NB/

NCで は 簡 単 な 記 述 に 止 め て い る。Sec. Ⅷ はDiv. 1

中 で適 用 対 象 を詳 細 に記 述 し,Div. 2は そ れ を 参

照 して い る。Sec. Ⅲは 配 管,ポ ン プ,弁,支 持 構

造 物,炉 心 支 持 構 造 物 を も 適 用 対 象 と して い る

が,Sec. Ⅷ は 圧 力 容 器 の み を 対 象 とす る。 ま た,

Sec. Ⅲは機 器 と取 付 物 の 境 界 に つ い て 詳 細 な 規 定

を設 け て い る。Sec. Ⅷ は 致 死 性 物 質 を 内包 す る容

器 につ い て特 例 を 記 して い る。Sec. Ⅲ, Sec. Ⅷ と

も,腐 食 等 は適 用 対 象 外 と して い る。

(2) 材 料

① 定 義

耐 圧 部 の 定 義 は4者(Sec. Ⅲ NB/NC, Sec. Ⅷ

Div. 1/Div. 2)で ほ ぼ 共 通 で あ る。 材 料 の 厚 さに

つ い て,Sec. Ⅲ NB/NC及 びSec. Ⅷ Div. 2は 製 品 形

態 に応 じた 定 義 を 示 して い る が,Sec. Ⅷ Div. 1に

は該 当規 定 が な く,条 文 中 で 「公 称 厚 さ」 との 用

語 を使 用 して い る。

② 使 用 で き る材 料

各 コ ー ドに 対 して 使 用 で き る材 料 の 表 が 示 され

て い る。Sec. Ⅷ Div. 2は,AG-100(e)に 使 用 材

料 の選 択 幅 をDiv. 1よ り狭 め た 旨の 規 定 が あ る。

Sec. Ⅲ NB/NCで は 一 般 材 料 仕 様 と コ ー ドの 規

定 が 矛 盾 す る場 合 は後 者 が 優 先 す る との 規 定 が あ

るが,Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2で は そ れ に対 応 す る規

定 が 見 当 た らな い 。

支 持 荷 重経 路 中 の 非 耐圧 部材 の材 料 に つ い て,

Sec. Ⅲ NB/NCは コン ポ ーネ ン ト支 持 部 材 の 材 料

に 関 す る規 定(NF-2000)に 従 うこ とを 要 求 して

い るが,Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2で は そ れ に対 応 す る

規 定 が 見 当 た らな い。

③ 材 料 の 品質 確 認 試 験(Qualification test)

試 験 片 の熱 処 理 や 採 取 位 置 は4者 で ほ ぼ共 通 で

あ るが,衝 撃 試 験 免 除 条 件 に若 干 違 い が あ る。

Sec. Ⅲ NBで は,オ ー ス テ ナ イ トス テ ン レス 鋼

と非鉄材料の場合及び材料の場合及び材料を問わ

ず厚さや径がある値以下の場合に衝撃試験が免除

される。Sec. Ⅲ NCで は,そ れらに加えて最低使用

温度が非延性遷移温度(TNDT)あ るいは66℃ を十

分上回る場合も衝撃試験が免除される旨,規 定 さ

れている。

一方 ,Sec. Ⅷは,低 温容器も適用対象 としてい

ることから,オ ーステナイ トステンレス鋼を含む

高合金鋼に対しても使用温度,鋼 種,溶 接後熱処

理の有無等に応 じた試験要求を規定し,炭 素鋼 と

低合金鋼に対しては厚さと温度に依存する衝撃試

験免除曲線を与えている。Div. 1とDiv. 2を 比較

すると,前 者は衝撃免除曲線を適用す る鋼種 と厚

さ範囲が広 くなっている。

④ 要求する衝撃試験の種類

Sec. Ⅲ NBは 荷重試験及びシャル ピ試験,Sec.

Ⅲ NCは 荷重試験 またはシャル ピ試験,Sec. Ⅷ

Div. 1/Div. 2は シャルピ試験のみを要求 している。

⑤ 衝撃試験合格基準

Sec. Ⅲ NBで は,容 器耐圧部材か ら採取 した3

本の試験片すべて炉横膨出量≧35mils及 び吸収エ

ネルギ≧50ft-1bと なる温度 より60F低 い温度 と

上記③のTNDTの 高い方をRNDTと 定義する。容器

材料については,RNDTを 用いた破壊力学評価を行

い,最 低使用温度 との関連で材料の受納の可否を

評価す る。容器管台及び取付物の材料について

は,容 器の最低使用温度 と上記RNDT+60Fの 低い

方の温度で,3本 の試験片すべてが横膨出量≧35

mils及び吸収エネルギ≧50ft-1bで あることを要

求している。

Sec. Ⅲ NCで は,ボ ル ト以外の耐圧部材に対 し

て,最 低使用温度以下で実施す るシャル ピ試験

(落重試験)で 求まる横膨出量(吸 収エネルギ)

の3本 平均値及び最小値 の要求下限値を厚 さを

(吸収エネルギは最小降伏強さも)パ ラメータと

して規定 している。合格基準は,厚 さが2.5イ ン

チを超える場合を除いてNBよ り緩い。

Sec. Ⅷ Div. 1は,最 小引張強さが95ksi未 満の場

合,吸 収エネルギの3本 平均値(最 小値はその2/

3)の 要求下限値を厚さと最小降伏強 さをパ ラ

JHPI Vol. 33 No. 2 1995 51

100 ASME Boiler & Pressure Vessel Code Sec. Ⅲ NB/NC及 び 同Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2の 比 較 検 討

メ ー タ と して 規 定 し,95ksi以 上 の 場 合 は 厚 さ等

に よらず 横 膨 出 量 ≧15milsを 合 格 基 準 と して い

る。 これ らはSec. Ⅲ NB/NCの そ れ に 比 較 して か

な り緩 い。

Sec. Ⅷ Div. 2は,最 小 引 張 強 さが95ksi未 満 か 以

上 か で吸 収 エ ネル ギ あ る い は横 膨 出量 を基 準 とす

る点 はSec. Ⅷ Div. 1と 同 様 で あ るが,吸 収 エ ネ ル

ギ の制 限 はDiv. 1よ りさ らに緩 くな って い る。

⑥ 衝 撃 試 験 の再 試 験

試 験 結 果 が合 格 基 準 を満 足 しな か った場 合 に再

試 験 を認 め る条 件 は,Sec. Ⅲ NB/NC, Sec. Ⅷ Div.

1/Div. 2の い ず れ も,3本 平 均 値 が 最 小 値 要 求

下 限 以 上 で あ る こ と と要 求下 限 を下 回 る試 験 片 が

1本 以 内 で あ る こ と と して い る。 下 限 を下 回 る程

度 に つ い て,Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2は 特 に 規 定 が な

い が,Sec. Ⅲ NBは10ft-1b or 5mils以 内,Sec. Ⅲ

NCは5ft-1b or 5mils以 内 を 付 帯 条 件 と し て い

る。

再 試験 の 合 格 基 準 は,Sec. Ⅲで は2本 の 再 試 験:

結 果 が い ず れ も合 格 基 準 を 満 足 す る こ と,Sec. Ⅷ

で は3本 の 試験 の 平 均 値 が 合 格 基 準 を 満 足 す る こ

と と して い る。

⑦ 素 材 の非 破 壊 試 験

板 材 に つ い て 比 較 す る と,Sec. Ⅲ NBは,容 器 材

料 及 び 厚 さ2イ ンチ 以 上 の 管,ポ ン プ,弁 に 対 し

て垂 直 超 音 波 検 査,厚 さ2イ ン チ未 満 の管,ポ ン

プ,弁 に 対 して 斜 角 超 音 波 検 査 を 要 求 して い る。

Sec. Ⅲ NCは,材 料 仕 様 に従 っ て 検 査 す る こ と を

規 定 して い る。Sec. Ⅷ Div. 2は,公 称 厚 さ4イ ン

チ 以上 の板 材 に対 してSA-435の 規 定 に 準 じた 超

音 波 検 査 を要 求 して い る。Sec. Ⅷ Div. 1に は 素 材

の非 破 壊 検 査 に関 す る規 定 が見 当た らな い。

⑧ ま とめ

材 料 に関 す る規 定 は,全 体 的 にSec. Ⅲ NBが 最

も厳 し く,つ い でSec. Ⅲ NC, Sec. Ⅷ Div. 2,

Sec. Ⅷ Div. 1の 順 とな っ て い る。 溶 接 材 料 関 係 の

規 定 の詳 細 比 較 は行 っ て い な い が,各 規 定 の差 は

原 子 力用,非 原 子 力用 とい った適 用 対 象 機 器 の違

い に よ る も の が 主 で,設 計 手 法(Design by

AnalysisかDesign by Formulaか)に 起 因す る と

思 わ れ る有 意 な規 定 の差 異 は な い よ うで あ る。

(3) 設 計

① 適 用 範 囲

圧 力 につ い て,Sec. Ⅲ NB/NCとSec. Ⅷ Div. 2は

上 限 の規 定 が な い が,Sec. Ⅷ Div. 1は3000psiを 上

限 と して い る。

温 度 に つ い て,Sec. Ⅲ NB/NCは 軽 水 炉 を 対 象

と して お り基 本 的 に450℃ 程 度 ま で を想 定 して い

る。 た だ し,Code Caseに よ りク リープ 域 ま で適

用 が 可能 で あ る。Sec. Ⅷ Div. 2は ク リー プ を 考 慮

しな い 温 度 域 で 適 用 され る。 現 在,ク リー プ温 度

域 に 適 用 で き る 基 準 を 圧 力 容 器 研 究 委 員 会(P-

VRC)で 検 討 中 で あ る。Sec. Ⅷ Div. 1は 許 容 応 力

表 に 示 され る ク リー プ温 度 域 まで 適 用 で き る。

想 定 破 損 モ ー ドに つ い て,Sec. Ⅲ NBとSec. Ⅲ

NCのDesign by Analysisで は,延 性 破 損,座 屈,

塑 性 破 壊,疲 労,脆 性 破 壊,及 び熱 応 力 ラチ ェ ッ

トに 対 す る定 量 的 防 止 規 定 を与 え,さ ら に応 力 腐

食 割 れ,遅 れ 割 れ,腐 食,磨 耗 へ の設 計 上 の考 慮

を 要 求 して い る。Design by Alnalysisの 考 え方 を

取 入 れ たSec. Ⅷ Div. 2は,延 性 破 損,座 屈,塑 性

崩 壊,疲 労,及 び熱 応 力 ラ チ ェ ッ トに対 す る定 量

的 防 止 規 定 を与 え,さ らに脆 性 破 壊 防 止 の た め の

材 料 試 験,並 び に腐 食 と磨 耗 に対 す る設 計 上 の考

慮 を 要 求 し て い る 。Sec. Ⅲ NCのDesign by

Formula及 びSec. Ⅷ Div. 1は,延 性 破 損 と座 屈 に

対 す る定 量 的 防 止 規 定 を与 え,さ らに脆 性 破 壊 防

止 の た め の材 料 試 験,並 び に腐 食 と磨 耗 に対 す る

設 計 上 の考 慮 を要 求 して い る。

延 性 破 損 に 関す る応 力 限 界 評価 理論 に つ い て,

Design by Formulaは 最 大 主 応 力 説,Design by

Analysisは 最 大 せ ん 断応 力 説 を採 用 して い る。

② 許 容 応 力値 等

a. ボ ル ト材 以外 の許 容 応 力

Design by Analysisの 場 合 はSmが,Design by

Formulaの 場 合 はSが 使用 され る。 算 出式 は,

Sm=Min{1/3σBR, 1/3σBTS, 2/3σyR, 2/3σyTS}

S=Min{1/4σBR, 1/4σBTS, 2/3σyR, 2/3σyTS}

で あ る。 こ こで,σBRは 室 温 で の 引張 強 さ規 格 値,

σBTSは 設 計 温 度 で の 引張 強 さ,σyRは 室 温 で の 降

52 圧 力技術 第33巻 第2号

圧 力 技 術 101

伏 点規 格 値,σyTSは 設 計 温 度 で の 降 伏 点 で あ る。

な お,オ ー ス テ ナ イ トス テ ン レス鋼 で は,上 式 の

2/3σyTSの 代 わ りに0.9σyTSを 用 い る。上 式 よ り,

許 容 応 力 が材 料 の引 張 強 さ で決 ま る場 合,Design

by Analysisの 許 容 応 力 はDesign by Formulaの そ

れ よ り33%大 き くな る。

b. ボル ト材 の許 容 応 力

Sec. Ⅲ NB及 びSec. Ⅲ NCのDesign by Analysi-

sの 場 合 は,

Sm=Min{1/3σyR, 1/3σyTS}

で あ る。Sec. Ⅲ NCでDesign by Formulaの 場 合

とSec. Ⅷ Div. 1/2で は,熱 処 理 あ るい は 加 工 硬 化

を しな い もの は,

S=Min{1/4σBR, 1/4σBTs, 2/3σyR, 2/3σyTs}

熱 処 理 あ るい は 加 工 硬 化 を 施 す も のは,

S=Min{1/5σBR, 1/4σBTS, 1/4σyR, 2/3σyTS}

に よ り許 容 応 力 を 算 出す る。

Sec. Ⅷ Div. 1は ク リー プ域 で の 許 容 応 力 も与 え

て い る。

c. Sec. Ⅲ NCで の各 運 転 状 態 の 応 力 制 限

Sec. Ⅲは,原 子 力 機 器 の構 造 健 全 性 を 合 理 的 か

つ 確 実 に 確 保 す るた め に,荷 重 の 発 生 頻 度 及 び 負

荷 後 の機 器 の 健 全 性 の あ り方 に 応 じて 運 転 状 態 を

レベ ルA～D(注)に 区 分 し,そ れ ぞれ に異 な る応 力

制 限 を 設 け て い る。 また,レ ベ ル に 応 じて 想 定 さ

れ る地 震 荷 重 に 差 を 設 け て い る。Sec. Ⅲ NCの 各

運 転 状 態 で の 応 力 制 限 は下 表 の 通 りで あ る。

[1次 一 般膜 応 力制 限]

(注) レベルAは 通常運転状態。 レベルBは 起

動,停 止,手 動 トリップ等通常の運転モー ドで

起きる変動状態。 レベルCは システム内の異常

な過渡変化を伴 う状態で,寿 命中に少数回起 き

ると想定 して設計 されている。 レベルDは 事故

状態で,プ ラントに大 きな損傷を生じることな

く事故が終息するように設計 されている。

Level Cを 除 い て,SmとSの 差 がそ の ま ま許 容 応

力 に反 映 して い る。Level Cに つ い て もSmとSの

差 を考 慮 す る と実 質 的 に はDesign by Analysisの

方 が 許 容 応 力 は 高 くな る場 合 が 多 い と思 わ れ る。

[1次 膜+曲 げ 応 力 制 限]

SmとSの 差 が そ の ま ま 許 容 応 力 に 反 映 して い

る。 さ らに,Level Dで は係 数 の違 い か らDesign

by Analysisの 許 容 応 力 はDesign by Formulaの そ

れ の最 大67%増 しに な る。

d. Sec. Ⅷ で の 各 運 転 状態 の応 力制 限

Sec. Ⅷ で は,1次 応 力制 限 の評 価 は設 計 荷 重 に

よ り,2次 応 力 を 含 む応 力 に対 す る健 全 性 評 価 は

運 転 荷 重(≦ 設 計 荷 重)に よ り行 う。

Div. 1は,地 震 を含 む短 期 荷 重+長 期 荷 重 に 対

す る許 容 応 力 を 長期 荷 重 の み に対 す る許 容 応 力 の

1.2倍 と して い る。Div. 2は,設 計圧 力,死 荷 重,

機 械 荷 重,付 属物 か らの荷 重 等 長 期 荷 重 と地 震 荷

重 の 和 に 対 す る許 容応 力 を長 期 荷 重 の み に対 す る

許 容 応 力 の1.2倍 と して い る。こ こで はSmとSの

差 が そ の ま ま許 容応 力 に反 映す る。Div. 2の1次

膜+曲 げ応 力 の制 限値 は,Sec. Ⅲ NCのDesign by

Analysisの 場 合 と同 じ く1次 膜 応 力 の それ の1.5

倍 で あ る。

③ 板 厚 算定 式 等

Sec. Ⅲ NBは,最 大 主 応 力 差 ≦Smに よ り内圧 に

対 す る板 厚 を設 定 す る。Sec. Ⅲ NCとSec. Ⅷ は,1

次一 般 膜 応 力 ≦Sと な る よ うに 板 厚 を 設 定 す る

が,最 大 せ ん 断応 力 説 を採 るDesign by Analysis

の場 合 と最 大 主 応 力 説 を採 るDesign by Formula

の場 合 で板 厚 算 定 式 が違 っ て い る。 円筒 殻 を 例 に

とる と次 の通 りで あ る。

Design by Analysis t=PR/(S-0.5P)

Design by Formula t=PR/(SE-0.6P)

上 式 で,Design by Analysisの 場 合 は 溶接 部 の 強

度 を詳 細 応 力 解 析 と継 手 部 の検 査 を 前 提 に 母 材 と

JHPI Vol. 33 No. 2 1995 53

102 ASME Boiler & Pressure Vessel Code Sec. Ⅲ NB/NC及 び 同Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2の 比 較 検 討

同等 と して い る が,Design by Formulaで は 継 手

タイ プ ご とに継 手 効 率(E)を 規 定 し,応 力Sに

乗 じて い る。

外 圧 座 屈 限界 はSec. Ⅲ NB/NC, Sec. Ⅷ Div. 1/

Div. 2で 同 じで あ る。 軸 圧 縮 座 屈 限 界 は,Sec. Ⅲ

NBが 応 力解 析 で 求 め た圧 縮 応 力 を許 容 値 以 下 に

制 限 して い る の に対 し,そ の他 は式 に よ り許 容 荷

重 を 与 え て い る。

④ 解 析 方 法

Design by Formulaで あ るSec. Ⅷ Div. 1は,1次

膜 応 力 ≦Sが 設 計 の前 提 で あ る。

Design by Analysisの 場 合 は,

1次(膜+曲 げ)応 力 強 さ≦1.5Sm

(1次+2次)応 力 強 さ範 囲 ≦3Sm

が 成 立 す る範 囲 で 弾 性 解 析 に よ る評価 が 適 用 で き

るが,こ れ を 満 足 しな い 場 合 も極 限 解 析,塑 性 解

析,塑 性 ひ ず み の 蓄 積 を 考 慮 した 簡 易 弾 塑 性 解析

を 用 い た 疲 労 解 析 等 の 救 済 規 定 が あ る。 疲 労 解析

に 適 用 す る応 力 範 囲 算 出 法,設 計 疲 労 曲 線,安 全

率,切 欠 き に対 す る疲 労 強 度 減 少 係 数 等 はSec. Ⅲ

NB/NC, Sec. Ⅷ Div. 2で 共 通 で あ る。

⑤ 補 強

補 強 の 必 要 な 最 小 穴 径 は,Design by Formula

の場 合 は シ ェル の 径 と板 厚 に 依 存 す るの に 対 し,

Design by Analysisの 場 合 は取 付 け る配 管 のサ イ

ズ で 定 ま る。 補 強 面 積 と補 強 の 有 効 範 囲 に つ い て

は,Design by FormulaとDesign by Analysisで

目立 った 違 い は な い が,後 者 で は 面 積 補 償 法 とは

別 に応 力 解 析 に よ る規 定 が 加 味 され て い る。

⑥ 板 厚 の 異 な る突 き合 わ せ 溶 接

Design by Analysisで あ るSec. Ⅲ NBは,継 手 部

の応 力 制 限 を 満 足 す る条 件 で 連 続 的 に 変 化 す る任

意 の テ ーパ を 認 め る。Sec. Ⅲ NCとSec. Ⅷ はDes

ign by Anhalysis, Design by Formulaを 問 わず,

テ ーパ は オ フ セ ッ トの 距 離 の3倍 以 上 等 の 具 体 的

な制 限 が 加 え られ て い る。

⑦ ま とめ

設 計 に関 す る規 定 は,原 子 力 機 器 ・非 原 子 力 機

器 とい う適 用 対 象 の違 いだ け で な く,設 計 手 法 に

よる差 もあ る。す な わ ち,Design by Analysisの 場

合,1次 一 般 膜 応 力 に 対 す る許 容 応 力 をDesign

by Formulaの 場 合 よ り大 き く設 定 す る と と もに,

1次 曲 げ応 力,1次 局 部 膜 応 力,2次 応 力 の 検

討,ピ ー ク応 力 に対 す る疲 労 強 度 の規 定 を加 え,

ま た極 限設 計,塑 性 設 計 等 設 計 の 自由度 を広 げ て

い る。 な お,Sec. Ⅲ NB, Sec. Ⅲ NCのDesign by

Analysisに よ って設 計 した場 合,及 びSec. Ⅷ Div.

2に お い て は,設 計 計 算 書 に 米 国 も し くは カ ナ ダ

のRegistered Professional Engineerに よる承 認 を

要 求 して い る。

(4) 製 造

① 一 般

ASMEコ ー ドは,品 質 保 証 の観 点 か ら,材 料 の

保 証,確 認,検 査 等 の 実 施,記 録 等 を要 求 して い

る。そ の 厳 密 さは,Sec. Ⅲ NB, Sec. Ⅲ NC, Sec. Ⅷ

Div. 2, Sec. Ⅷ Div. 1の 順 で あ る。

Sec. Ⅷ Div. 1/2は,一 般 的要 求 と材 料 や 製 造 法

に 固 有 の 要 求 か らな り,後 者 が か な りの 分量 に の

ぼ る。Sec. Ⅲ NB/NCは,品 質 保 証 等 一 般 的 要 求 が

充 実 し,材 料 や 製 造 法 に 固 有 の 規 定 は 少 な い 。

② 成 形 加 工

成 形 加 工 に つ い て,Sec. Ⅲ NB/NCは 成 形 手 順

の 適 切 性 の 確 認(Qualification)と 受 入 れ 基 準 を

細 か く規 定 して い るの に 対 し,Sec. Ⅷ Div. 1/2は

材 料 や 製 造 法 に 固 有 の 規 定 が 多 い 。

容 器,ス カ ー ト,鏡 の 径 の 公 差 はSec. Ⅲ NB/

NCの 方 がSec. Ⅷ Div. 1/2よ り厳 しい 。

位 置 決 め 方 法 は4者 ほ ぼ 共 通 で あ る。 溶 接 継 手

の ミス マ ッチ 制 限 は,3:1以 上 の テ ーパ に な ら

す 点 は4者 共 通 で あ る が,Sec. Ⅲ NB/NCで は さ

らに 内面 に ア ク セ ス で きな い 溶 接 継 手 の ミスマ ッ

チ 制 限 を 規 定 して い る。

③ 溶 接 継 手 に 対 す る要 求

Sec. Ⅲは カテ ゴ リー ご とに 適 用 す る継 手 タイ プ

を 指 定 して お り,Sec. Ⅲ NBとSec. Ⅲ NCの 各 カテ

ゴ リー の継 手 に 対 す る要 求 は ほ ぼ 同 じで あ る。 な

お,Sec. Ⅲ NCの 継 手 要 求 規 定 はDesign by

AnalysisとDesign by Formulaで 別建 て に な って

い る 。 カ テ ゴ リ ーA継 手 の 場 合,Design by

Analysisで は 完 全 溶 け 込 み 両 面 溶 接(と 同等 の 品

54 圧力技術 第33巻 第2号

圧 力 技 術 103

質 とな る)突 合 せ 継 手 で放 射 線 検 査 等 の結 果 を解

釈 で きる程 度 の溶 接 面 仕 上 が りを要 求 して い る の

に対 し,Design by Formulaで は表 裏 の溶 接 面 が

放 射 線 検 査 等 の結 果 を解 釈 で き る程 度 に仕 上 った

突 合 せ 溶 接 継 手 を 要 求 し て お り,Consumable

inserts, Gas back-up,溶 接 後 に除 去 す る裏 当て 金

の使 用 を許 容 して い る 。 カ テ ゴ リーB継 手 の 場

合,Design by Analysisで は完 全 溶 け込 み 両面 溶

接 突 合 せ 継 手 あ る い は裏 当 て金 を 用 い 溶 接 後 もそ

の ま ま残 す 完 全 溶 け 込 み 片 面 溶 接 突 合 せ 継 手 では

放 射 線 検 査 等 の結 果 を解 釈 で き る程 度 の溶 接面 仕

上 が りを要 求 して い る。 一 方,Design by formu-

laで は完 全 溶 け 込 み 突 合 せ 継 手 で 裏 当 て 金 の使 用

す る場 合 は断 面 内で 連 続 で あ る こ とを 要 求 し,条

件 付 き で裏 当て 金 を 溶 接 後 も残 して 良 い と して い

る。Design by Analysisの 方 が継 手 要 求 がや や 厳

しい よ うで あ る。 な お,放 射 線 検 査 等 の 結 果 の 解

釈 が で き る程 度 の 溶 接 面 仕 上 り と い う要 求 は,

Sec. Ⅷ の規 定 に は 見 当 た らな い 。

個 別 の継 手 に 対 す る要 求 に つ い て も,4者 の 間

に大 き な差 異 は な い よ うに 思 わ れ る。

許 容 で き な い溶 接 欠 陥 が 見 つ か った 場 合,Sec.

Ⅲ NBは,欠 陥 を 除 去 し,必 要 な場 合 はQualifyさ

れ た 溶 接 プ ロセ スで 補 修 して 検 査 す る こ とを 要 求

して い る。Sec. Ⅲ NCは,欠 陥 指 示 が 許 容 レベ ル 以

下 に なれ ば よい と して い る。

④ 溶 接 手 順 の適 切 性 確 認(Qualification)

溶 接 プ ロセ スに つ い て,Sec. Ⅲ は 規 定 に 従 って

Qualifyさ れ た プ ロセ ス を許 容 す る。Sec. Ⅷ は 許 容

す る プ ロセ スを 列 記 して い る。

Sec. ⅢはCertifyさ れ た者 がQualificationを 実 施

す る と し,Sec. Ⅷ で は 製 造 者 が 実 施 す る 。

衝 撃 試 験 要 求 に つ い て は,材 料 の 項 で述 べ た よ

うな 差 が4者 の 間 に あ る。

⑤ 溶 接 後 熱 処 理(PWHT)

PWHTの 時 間,温 度,加 熱 冷 却 速 度,構 造 物 の

加 熱 方 法 等 に つ い て,4者 の 間 に基 本 的 な違 い は

な い 。な お,Sec. Ⅲに は 中間PWHTと 成 形 加工 後

の熱 処 理 に 関 す る規 定 が あ る。

⑥ ま とめ

Sec. Ⅲ NB/NCとSec. Ⅷ Div. 1/2の 規 定 の 差 は,

主 と して 原 子 力 か 非 原 子 力 か とい う用 途 の違 い に

よる も ので あ る。Design by Analysisの 場 合,構 造

物 が 解 析 で 規 定 した 品 質 を 有 す る必要 が あ る こ と

か ら,Design by Formulaの 場 合 よ りや や 要 求 が

厳 しい 傾 向が あ る。

(5) 検 査

① 一 般

Sec. Ⅲは 検 査 の 手 順,時 期,検 査 範 囲等 に つ い

て 規 定 して い るが,Sec. Ⅷ は検 査 につ い て規 定 し

て い る条 項 を示 す に止 め て い る。

② 検 査 要 求

容 器 の 溶 接 部 に溶 接 され る検 査 をTable 3に 示

す 。Sec. ⅢNBとSec. Ⅲ NCのDesign by Analysi-

sの 場 合 の 検 査 要 求 の 違 い は対 象機 器 の 品 質 保 証

要 求 レベ ル の差 に よ る と 思 わ れ る。Sec. Ⅲ NCの

Design by AnalysisとDesign by Formulaの 場 合

の 検 査 要 求 の違 い は,後 者 が薄 肉構 造 に対 して放

射 線 検査 の代 わ りに液 体 浸 透 検 査 あ る い は磁 粉 探

傷 検査 の 適用 を認 め て い る こ とで あ る。Sec. Ⅷ で

も カテ ゴ リーA, B相 当 の継 手 につ い て放 射 線 検

査 が 要 求 され,Sec. Ⅲ NCの 検 査 要 求 と ほ ぼ 同 等

で あ る。

③ 許 容基 準

Sec. Ⅲは放 射 線 検 査 だ け で な く,超 音 波 検 査,

磁 粉 探 傷 検 査,液 体 浸 透 検 査 につ いて も許 容 基 準

を規 定 して い るの に対 し,Sec. Ⅷ は 放 射 線 検 査 に

対 して の み許 容 基 準 を規 定 し,そ の他 の 検 査 に つ

い て は検 査 全 般 の コー ドにゆ だ ね て い る。

4者 と も,ク ラ ッ ク,溶 け 込 み 不 足,限 界 を 超

え る細 長 い指 示 が検 知 され た 場 合 は 補 修 及 び 再 検

査 を要 求 して い る。 放 射 線 検 査 に よ る指 示 の 許 容

レベ ル は4者 共 通 で あ る。

(6) 試 験

① 一 般

試 験範 囲,立 会 い,実 施 時 期 等 は4者 共 通 で あ

る。Sec. Ⅲの方 がSec. Ⅷ よ り規 定 が 細 か い 。

② 水 圧 試 験 と漏 洩 検 査

a. 最 小 試 験 圧 力

Sec. Ⅲ NBは,「 系 統 は 構 成 機 器 の 最 小 設 計圧 力

JHPI Vol. 33 No. 2 1995 55

104 ASME Boiler & Pressure Vessel Code Sec. Ⅲ NB/NC及 び 同Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2の 比 較 検 討

Table 3 Inspection Required for Weld Joints of a Vessel

の1.25倍,機 器 は そ の 設 計 圧 力 の1.25倍 」

Sec. Ⅲ NCは,「 容 器 は 設計 圧 力 の1.25倍,配 管

以 外 の 機 器 は 設 計 圧 力 の1.5倍 」

Sec. Ⅷ Div. 2は,「 設 計 圧 力 に 設 計 温 度 と試験 温

度 で のSm値 の 差 を 補 正 した 圧 力 の1.25倍 」

Sec. Ⅷ Div. 1は,「 最 高 許 容 圧 力 に 設 計 温 度 と試

験 温 度 で のS値 を 補 正 した 圧 力 の1.50倍 」

で あ る 。 温 度 補 正 の 有 無 を 考 慮 す る と,Sec. Ⅲ

NBの 試 験 圧 力 が 最 も低 い と思 わ れ る。

b. 水 圧 試験 後 の 漏 洩 検査 負 荷圧 力

Sec. Ⅲ NB/NCは,「 ポ ン プ と弁 は試 験 圧 力,そ

の 他 は 設 計 圧 力 と3/4*水 圧 試 験 圧 力 の大 きい 方 」

Sec. Ⅷ Div. 2は,「 設 計 圧 力 と3/4*水 圧 試 験 圧

力 の 大 きい 方」

Sec. Ⅷ Div. 1は,「2/3*水 圧 試 験 圧 力」

で あ る。 上 記 の 水圧 試 験 圧 力 を考 慮 す る と,漏 洩

56 圧 力技術 第33巻 第2号

圧 力 技 術 105

検 査 負 荷 圧 力は いず れ も設 計 圧 力 とほ ぼ 同 レベ ル

に な る。

③ 気 圧 試 験 と漏 洩 検 査

a. 最 小 試 験 圧 力

Sec. Ⅲ NBは,「 系統 は構 成 機 器 の最 小 設 計 圧 力

の1.20倍,機 器 はそ の設 計 圧 力 の1.20倍 」

Sec. Ⅲ NCは,「 系 統 は 構 成 機 器 の 最 小 設 計圧 力

の1.25倍,機 器 はそ の設 計 圧 力 の1.25倍 」

Sec. Ⅷ Div. 2は,「 設 計 圧 力 に 設 計 温 度 と試 験 温

度 で のSm値 の差 を 補 正 した圧 力 の1.15倍 」

Sec. Ⅷ Div. 1は,「 最 高 許 容圧 力 に設 計 温度 と試

験 温 度 で のS値 の 差 を 補 正 した圧 力 の1.25倍 」 で

あ る。 温 度 補 正 の 有 無 を 考 慮 す る と,Sec. Ⅲ NB

とSec. Ⅷ Div. 2の 試 験 圧 力 が ほ ぼ 同 等 に な る と思

わ れ る。

b. 気 圧 試 験 後 に 実 施 す る漏 洩 検査 の 負荷 圧 力

Sec. Ⅲ NB/NCは,「 設 計圧 力 と3/4*気 圧 試 験

圧 力 の大 きい 方 」

Sec. Ⅷ Div. 2は,「 設 計 圧 力 と3/4*気 圧 試 験 圧

力 の大 きい 方」

Sec. Ⅷ Div. 1は,「4/5*気 圧 試 験 圧 力」

で あ る。 漏 洩 検査 圧 力 はSec. Ⅷ Div. 1が 最 も高 い

と思 わ れ る。

④ 圧 力 ゲ ー ジ

形式,設 置位 置,表 示 範 囲,較 正方 法 は4者 共

通 で あ る。 デ ィ ジ タル式 ゲ ー ジ の誤 差 につ い て,

Sec. Ⅲ NB/NCは 試 験 圧 力 の1%以 下,Sec .Ⅷ

Div. 1/Div. 2は ア ナ ログ式 と同等 以上 の読 み 取 り

精 度 を要 求 して い る。 ゲ ー ジ較 正 の実 施 時 期 に つ

い て,Sec. Ⅲ NB/NCは 一 連 の試 験 の直 前,Sec. Ⅷ

Div. 1/Div. 2は 誤 差 が生 じた 時 と して い る。

(7) 過 圧 防 止

① 使 用 可 能 な逃 が し装 置

Sec. Ⅲ NBは,使 用 可 能 な 安 全弁,安 全 逃 し弁 の

タ イ プ と適 用 流 体 環 境 を 規 定 して い る。 再 閉 鎖 し

な い装 置 と して ラ プ チ ャデ ィス クの 使 用 を 条 件 付

き で認 め て い る。

Sec. Ⅲ NCはSec. Ⅲ NBと ほ ぼ 同 じで あ るが,主

蒸 気 系 で安 全 逃 し弁 と ラ プチ ャデ ィス クの 適 用 を

不 可 と して い る。

Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2は,バ ネ式 等 の圧 力逃 し弁

と再 閉 鎖 しな い圧 力逃 し(開 放)装 置 を使 用 可 能

と して い る。

② 逃 が し容 量 と設 定 圧 力

圧 力逃 が し装 置 作 動 時 の放 出容 量 や 圧 力 上 昇 限

界 に つ い て,Sec. Ⅲは運 転 状 態 ご とに 規 定 し て い

るが,Sec. Ⅷ は運 転 状 態 の区 別 を して い な い 。 作

動 時 の圧 力上 昇 限 界 や 設 定 圧 力 の 精 度 に 環 境 す る

要 求 はSec. Ⅲの方 が厳 しい。

③ ラプ チ ャデ ィス ク

Sec. Ⅲで は ラ プ チ ャデ ィ ス クを 単 独 で 用 い て は

な らな い が,Sec. Ⅷ で は単 独 で用 いて 良 い 。ま た,

Sec. Ⅲ NBは 破 壊圧 が40psiを 超 え る ラ プチ ャデ ィ

ス クの使 用 を認 め て いな い。

破 壊 圧 の 許 容 誤 差 に つ い て,Sec. Ⅲ は圧 力 値

で,Sec. Ⅷ は%で 規 定 して い る。

④ 圧 力 逃 し弁 の容 量 証 明

試 験 圧 力,試 験 の評 価 方 法 は,Sec. Ⅲ とSec. Ⅷ

で ほぼ 共 通 で あ る。

5. お わ り に

ASME Boiler & Pressure Vessel Code Sec. Ⅲ

NB/NC及 びSec. Ⅷ Div. 1/Div. 2の 規 定 の比 較 検

討 を 行 った 。 そ の 結 果,設 計 に つ い て は,設 計 手

法(Design by Formula/Design by Analysis)に よ

り強 度 評 価 理 論(最 大 主応 力説/最 大 せ ん 断 応 力

説),許 容 応 力限 界(Sm/S),設 計 の 自由度 に差

を 設 け,Design by Analysisの メ リ ッ トが 出 る よ

うに な って い る こ とが 分 か っ た。 ただ し,Design

by Analysisの 場 合,継 手要 求 等 が若 干 厳 し くな る

傾 向が あ る。 これ に対 し,材 料,製 造,検 査,過

圧 防 止 に つ い て は,設 計 手法 よ りも適 用 対 象(原

子 力機 器/非 原 子 力 機 器)が 規 定 の 違 い の 主 た る

要 因 で あ った。 ま た,試 験 につ い て,コ ー ドご と

に 異 な る試 験 圧 力 が要 求 され て お り,そ の根 拠 を

分析 す る必 要 が あ る。

今後,欧 州 規 格 も含 め た各 コー ドの 規 定 の 差 異

の 背 景 分析 を行 う と と もに,現 在 米 国 で 議 論 され

て い るASME Sec. Ⅷ Div. 2の 高 温 版 に つ い て 設

計 適用 性 等 の検 討 を行 い,非 原 子 力 プ ラ ン ト機 器

JHPI Vol. 33 No. 2 1995 57

106 ASME Boiler & Pressure Vessel Code Sec. Ⅲ NB/NC及 び 同Sec. Ⅷ Div. 1/Div. 2の 比 較 検 討

の高温設計にDesign by Analysisを 導入するメ

リットのあるわが国の高温規格のあり方を明確に

して行きたいと考えている。

なお,本 分科会で作成 したASMEコ ー ド比較表

は(社)日本高圧力技術協会の事務局に保管されてい

る。

基準化分科会メンバー (五十音順)

青 木 満 (東京電力(株))

(主査)植 田 正 弘 (日本原子力発電(株))

鵜戸 口 英 善 (高圧ガス保安協会)

大 岡 裕 二 (川崎重工業(株))

小野澤 努 (高圧ガス保安協会)

小 俣 一 平 (石川島播磨重工業(株))

木 村 一 弘 (金属材料技術研究所)

佐 藤 拓 哉 (日揮(株))

渋 沢 満 (千代田化工建設(株))

末 園 暢 一 ((株)東芝)

田 原 隆 康 ((株)日本製鋼所)

寺 田 進 ((株)神戸製鋼所)

中 村 俊 哉 (東京大学)

永 田 三 郎 (住友金属工業(株))

(ETD委員会副委員長) 永 田 敬

(動力炉 ・核燃料開発事業団)

福 田 嘉 男 ((株)日立製作所)

峯 昌 紀 (日石エンジニアリング)

(主査)和 田 宏 (三菱重工業(株))

比較検討担当者

一 般:永 田 敬

材 料:永 田 敬

設 計:末 園暢一,渋 沢 満

製 造:植 田 正 弘

検 査:和 田 宏

試 験:大 岡 裕 二

過圧防止:小 俣 一 平

58 圧力技術 第33巻 第2号