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日別アーカイブ: 2025年4月21日

第１０回プラント工事雑学講座

投稿日 2025年4月21日

皆さんこんにちは！
株式会社巧工業の中西です。

 

 

さて今回は

～設計～

ということで、プラント工事における設計について、以下の5つの観点から深く掘り下げて解説します。

 

安全・効率・将来性を支える「産業の骨格」づくり

プラント建設とは、単なる設備導入や配管敷設の集合体ではなく、プロセス、構造、設備、電気、計装、法規、安全、環境対策までを統合した「産業のインフラ構築」です。

中でも「設計」は、工事全体の方向性・完成度・操業後の生産性を左右する最重要フェーズ。誤った設計は、施工トラブル・運用ミス・事故・法令違反の原因となります。

 1. プラント設計の基本構造：5つの設計領域

プラント設計は大きく分けて以下の5領域に分類され、それぞれが密接に連携します

項目 内容
プロセス設計 化学・食品などの生産フロー（流体・反応・熱処理等）
配管設計（Piping） 流体の経路設計（圧力、口径、材質、勾配）
構造設計（Civil） 建屋・基礎・鉄骨・耐震設計
電気・計装設計（E&I） 電源系統、制御盤、センサー、PLC、DCS等
ユーティリティ設計 水・エア・蒸気・窒素・排気などの補助系統

設計はこれらをシステムとして統合的に構築するものであり、「部分最適」ではなく「全体最適」が求められます。

2. プロセス・配管設計：安全・効率を決める“心臓部”

 プロセスフローの設計（PFD / P&ID）

  • PFD（Process Flow Diagram）：プロセス全体の物質・エネルギーの流れ

  • P&ID（Piping & Instrumentation Diagram）：バルブ、配管、制御装置など詳細情報

要点

  • 圧力・温度・流量の設計条件

  • バッチ or 連続運転の違い

  • 安全弁、ブローオフ、逆止弁などの配置検討

  • 薬品・ガスの性質に応じた配管材質とシール方式の選定

配管レイアウトの設計

  • 動線・作業性・メンテナンス性を考慮した三次元ルート設計

  • 支持金具・伸縮対策（熱膨張）・振動対策の導入

  • ドレンライン、ベントライン、空気抜き・洗浄配管の確保

 大型プラントでは、3D CAD（Plant 3D, PDMSなど）によるモデル化と干渉チェック（クラクラッシュチェック）が必須です。

 3. 土建・構造設計：安全性とメンテナンス性を支える“骨格”

基礎・建屋設計のポイント

  • 地耐力に応じた基礎形式（独立基礎、杭基礎、マット基礎）

  • 機械の動荷重・振動・温度変化に耐える設計

  • 耐震性能（構造計算＋免震・制震装置）

点検通路・作業足場の設計

  • 設備間の人間工学的距離（800mm以上）

  • 高所での点検用ステージ・階段・手すり

  • メンテナンス機器の搬入経路・吊り上げ荷重の想定

 4. 電気・計装設計：制御と見える化の中枢

 電気設計の要点

  • 電源容量（高圧/低圧）、ブレーカ選定、保護協調設計

  • 照明・避雷・非常電源（UPS/発電機）の確保

  • 防爆エリアでは電気機器の規格適合（Exd、Exeなど）

 計装（I&C）設計のポイント

  • センサー（圧力・温度・流量・pH等）の配置と仕様

  • 制御方式（PLC, DCS, SCADA）と通信プロトコルの整合

  • アラーム・インターロックの設計によるフェイルセーフ性

現代のプラントでは、デジタルツインや遠隔監視（IoT）との連携設計も重要です。

5. 法令・環境・安全設計：規制順守と持続可能性

主な関連法令と設計対応

法令 対応内容
建築基準法 構造・用途・建築確認
消防法 危険物・防火区画・避難経路
労働安全衛生法 設備の高さ・作業動線・足場設計
高圧ガス保安法 ガス設備・貯蔵・配管材質
水質汚濁防止法・大気汚染防止法 排水・排ガスの処理系設計

 環境負荷低減と省エネ設計

  • 熱回収（ヒートエクスチェンジャー）

  • 高効率モーター・インバーターの導入

  • 廃液・排気の再利用（ゼロエミッション設計）

プラント設計は「産業のインフラ×安全の設計学」

プラント設計は、単なる図面や構造設計ではなく、
「生産性 × 安全性 × 法令順守 × 維持性 × 環境性」を統合した、システム工学と実務知見の結晶です。

設計段階の精度が、そのまま工事のトラブル率、操業時の稼働率、設備の寿命、そして法的信頼性に直結します。

設計で押さえるべき5つのキーワード

キーワード 内容
全体最適 各設計領域を統合的に最適化する力
メンテナンス性 点検・交換・保守がしやすい設計
安全・法令順守 危険予知とリスク評価に基づく設計
環境配慮 排出・省エネ・再利用への対応
柔軟性 将来の増設・改修への拡張性の確保

 

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