安全弁サイジング計算機
API 520規格による安全弁サイジング. 安全弁に必要なオリフィス面積を計算し、標準APIオリフィス文字指定を選択します。API 520/521に従い液体、気体、蒸気サービスに対応します。. 圧力安全弁（PRV）は、容器や配管を過圧から保護する重要な安全装置です。サイジングはAPI…
安全弁に必要なオリフィス面積を計算し、標準APIオリフィス文字指定を選択します。API 520/521に従い液体、気体、蒸気サービスに対応します。
圧力安全弁はどのようにサイジングしますか？
圧力安全弁（PRV）は、容器や配管を過圧から保護する重要な安全装置です。サイジングはAPI 520/521規格に従い、必要な放出能力、設定圧力、背圧、流体特性に基づいて最小必要オリフィス面積を計算します。
必要オリフィス面積は流体タイプによって異なります。気体では、臨界流動方程式が分子量、温度、圧縮係数 (Z)、比熱比 (k) を考慮します。液体では、ベルヌーイベースの方程式が比重を使用し、粘度補正は 1.0 とします (低粘度液体の場合)。蒸気は k = 1.3 と水の分子量 (18.015) で気体の方程式により求め、飽和蒸気では API 520 の蒸気専用 Napier 方程式と約 1% 以内で一致します。過熱補正は適用しないため、過熱蒸気は Napier 方程式と過熱係数で確認してください。
APIは特定の有効面積を持つ標準オリフィス文字指定（D〜T）を定義しています。選定されたオリフィスは計算された必要面積以上の面積を持つ必要があります。超過圧力許容（単一弁では通常10%、複数弁では16%）は設定圧力以上に放出圧力を増加させます。
Formula: 気体: A = W / (C × Kd × P1 × Kb × √(T / (M × Z))) 液体: A = Q / (Kd × √(ΔP / SG)) 吹出し圧力 = 設定圧力 × (1 + 超過圧力%)
計算例
窒素ガス用PRVの選定：必要容量5000 kg/h、設定圧力10 barg、背圧1 barg、温度50°C（323 K）、MW = 28、k = 1.4。C = 0.02703（API 520 SI）、Kd = 0.975、過圧10%：P1 = 1000 × 1.1 + 101.3 = 1201.3 kPa abs。必要面積 = 5000 / (0.02703 × 0.975 × 1201.3) × √(323.15 / 28) ≈ 536 mm²。APIオリフィス「J」（830 mm²）を選定、利用率 = 65%。
この計算機を使用する場面
- プロセス安全設計で圧力リリーフバルブのサイジングを行う場合
- プロセス変更後に既存のリリーフ装置が適切か検証する場合
- APIオリフィス文字指定と本体サイズを選択する場合
- リリーフバルブの利用率を評価する場合
よくある間違い
- 設定圧力の代わりに運転圧力を使用する
- 背圧効果を無視する
- 大きすぎるオリフィスを選択する
- ゲージ圧と絶対圧の変換を忘れる
結果の見方
- 必要面積は放散圧力で指定された安全容量を通過できる最小オリフィスサイズです — この値以上の有効面積を持つAPIオリフィス呼称を必ず選択してください
- 利用率（必要面積 ÷ 選定オリフィス面積 × 100%）は理想的に50〜80%が望ましい：50%未満はチャタリングが起きやすい過大サイズのバルブを示し、90%超は保守的なシナリオ想定の余裕が少なくなります
- 放散圧力（設定圧力 × (1 + 超過圧力%) + 大気圧）はサイジング評価の圧力です — ASME BPVCに従い容器MAWPと許容蓄積圧力を超えないことを確認してください
- 超過圧力を10%から21%（火災ケース）に変更すると必要面積は小さくなりますが、容器が高い蓄積圧力に定格されている必要があります — この入力を変更する前に容器設計データシートで確認してください
関連規格・参考文献
- API 520 Part I — 圧力リリーフ装置のサイジング、選定、設置：気体・蒸気・スチーム・液体サービスのサイジング
- API 520 Part II — 精製・化学プラントサービスの圧力リリーフ装置設置ガイドライン
- API 521 — 圧力リリーフおよび減圧システム：様々な超過圧力シナリオのリリーフ負荷決定のガイダンス
- ASME BPVC Section VIII — リリーフ装置保護を要求し最大許容作業圧力を定義する圧力容器コード
よくある質問
どの超過圧力パーセントを使用すべきですか？
API 520に従い、単一安全装置には10%の超過圧力、補助装置（複数の弁が同じ容器を保護）には16%、火災ケースには21%を使用します。超過圧力は放出イベント中の設定圧力を超える許容圧力上昇です。
設定圧力と放出圧力の違いは？
設定圧力は弁が開き始めるゲージ圧力です。放出圧力は設定圧力に超過圧力許容と大気圧を加えたもの（絶対圧力に変換）です。例：設定圧力10 barg、10%超過圧力：放出圧力 = 10 × 1.10 + 1.013 = 12.01 bara。
必要なリリーフ容量はどのように決定しますか？
必要な容量は信頼できる過圧シナリオに依存します。API 521が各シナリオの方法を提供します。すべてのシナリオの中で最大の必要容量がバルブサイジングを決定します。
必要なリリーフ容量はどのように決定しますか？
必要な容量は信頼できる過圧シナリオに依存します。API 521が各シナリオの方法を提供します。すべてのシナリオの中で最大の必要容量がバルブサイジングを決定します。