水圧試験

水圧試験は、パイプライン、配管、ガスボンベ、ボイラー、燃料タンクなどの圧力容器の強度と漏れを試験する方法です。試験では、容器またはパイプ システムに液体 (通常は水) を充填し (目視による漏れ検出を容易にするために着色する場合もあります)、容器を指定された試験圧力まで加圧します。圧力密閉性は、供給バルブを遮断し、圧力損失があるかどうかを観察することで試験できます。水に着色剤が含まれていると、漏れの位置を視覚的に簡単に特定できます。強度は通常、容器の永久変形を測定することで試験されます。

水圧試験は、パイプや圧力容器の試験に最も一般的に用いられる方法です。この試験を行うことで、容器の安全基準と耐久性を長期にわたって維持することができます。新しく製造された部品は、まず水圧試験で適格と判断されます。その後、関連する規格に従って定期的に再検証されます。水圧試験が実行できない場合は、空気圧試験が代替として受け入れられる場合があります。^[1]

ガスの輸送および貯蔵用の圧力容器のテストは非常に重要です。なぜなら、そのような容器は圧力下で破損すると爆発する可能性があるからです。

水圧試験は、業界または顧客の仕様の制約下で実施されますが、法律で義務付けられている場合もあります。容器は、圧縮不可能に近い液体（通常は水または油）で満たされ、試験圧力まで加圧され、漏れや形状の恒久的な変化がないか検査されます。漏れを目立たせるために、赤色または蛍光 染料が水に加えられることもあります。試験圧力は、安全率を確保するために常に動作圧力よりもかなり高くなっています。この安全率は、適用される規制に応じて、通常、設計動作圧力の 166.66%、143%、または 150% です。たとえば、シリンダーの定格が DOT-2015 PSI（約 139 bar）の場合、約 3360 PSI（約 232 bar）で試験されます。

水は安価で入手しやすく、テスト対象のシステムに対して通常は無害であるため、一般的に使用されています。水による汚染が問題を引き起こす可能性がある場合は、油圧流体やオイルが指定されることがあります。これらの流体はほぼ非圧縮性であるため、高圧を発生させるのに比較的少ない作業しか必要とせず、したがって、故障の場合でも少量のエネルギーしか放出できません。つまり、容器が故障した場合、高圧下では少量しか逃げません。高圧 ガスを使用した場合、ガスは圧縮された体積で V=(nRT)/p まで膨張し、爆発を引き起こし、損傷や負傷のリスクが伴います。

小型圧力容器は通常、ウォータージャケット試験を使用して試験されます。容器は目視で欠陥がないか検査され、その後、水で満たされた容器に入れられ、通常は校正されたチューブ内の水位を監視することで容器の容積の変化を測定できます。次に、容器は指定された時間、通常は 30 秒以上加圧され、指定された場合は、加圧容器の容積増加によって測定チューブに押し込まれた液体の量を読み取ることで膨張が測定されます。次に、容器の圧力を下げ、圧力下での塑性変形による永久容積増加 (永久ひずみは、測定チューブ内の最終容積と加圧前の容積を比較することによって測定されます。

漏れは永久ひずみと同様の結果をもたらしますが、漏れがある場合、この期間中に圧力が着実に低下するため、減圧する前に一定期間入口バルブを閉じて加圧容器内の容積を維持することで検出できます。ほとんどの場合、指定された最大値を超える永久ひずみは故障を示します。漏れも故障基準となる場合がありますが、漏れはテスト機器の密閉不良が原因である可能性があります。容器が故障した場合、通常はシリンダーを安全でないとマークする廃棄プロセスが実行されます。^{[引用が必要]}

試験の指定に必要な情報はシリンダーに刻印されています。これには設計基準、シリアル番号、製造元、製造日が含まれます。試験後、容器またはその銘板には通常、試験合格の日付と試験施設の識別マークが刻印されます。^[要出典]

より簡単なテストは、水圧テストとも呼ばれますが、庭のホースを持っている人なら誰でも実行できます。それは、容器に水を入れて圧力をかけ、外側に漏れがないか物理的に調べるというものです。このタイプのテストは、圧力容器ではないものの、内容物の静水圧下で動作する必要があるボートの燃料タンクなどの容器に適しています。静水圧テストヘッドは通常、タンク上部からの高さとして指定されます。必要に応じて、一時的なスタンドパイプから指定された高さまで水を入れてタンクに圧力をかけます。テスト中は、通気口やその他の出口を密閉する必要がある場合があります。^{[引用が必要]}

携帯用消火器は、ほとんどの公共施設で必要とされる安全ツールです。また、家庭でも消火器の使用が推奨されています。時間の経過とともに、消火器の保管状態や取り扱い方法によって消火器の構造的完全性は影響を受けます。構造的に弱くなった消火器は、最も必要なときに故障したり、破裂したりすることがあります。この製品の品質と安全性を維持するために、水圧テストが行​​われます。消火器の重要なコンポーネントはすべてテストして、適切に機能することを確認する必要があります。

パイプ、パイプライン、容器の水圧試験は、これまで検出されなかった欠陥材料を明らかにし、残っている欠陥が設計圧力で動作できるほど重要でないことを確認し、漏れの可能性を明らかにし、構築されたシステムの完全性の最終的な検証として機能するために行われます。ASME B31.3 では、気密性と強度を確認するためにこの試験が義務付けられています。

埋設された高圧石油・ガスパイプラインは、長さのどの地点でも最大許容作動圧力(MAWP) の少なくとも 125% まで加圧して強度をテストします。多くの長距離送電パイプラインは、最大許容作動圧力MAOPで指定最小降伏強度(SMYS) の 80% の鋼鉄フープ応力を持つように設計されているため、これはテスト中に鋼鉄が SMYS 以上に応力を受けることを意味し、過度の塑性変形が発生しないようにテストセクションを選択する必要があります。^{[引用が必要]}

ASME B31.3 に従って構築された配管の場合、設計温度がテスト温度よりも高い場合は、設計温度での関連する許容応力に合わせてテスト圧力を調整する必要があります。これは、ASME B31.3 セクション 345.4.2 方程式 24 に従って、テスト温度での許容応力と設計温度での許容応力の比に 1.5 MAWP を掛けて行います。テスト圧力は、テスト温度で降伏応力よりも高い応力を生じる値を超える必要はありません。ASME B31.3 セクション 345.4.2 (c)

他の規格では、より面倒なアプローチが求められます。BS PD 8010-2 では、設計圧力の 150% までのテストが求められています。これは、MAOP プラスサージおよび通常動作中に発生するその他の偶発的な影響よりも低くてはなりません。^{[引用が必要]}

リークテストは、テストセクションの測定された圧力の変化と、テストセクションの測定された温度の変化から計算された理論的な圧力変化とのバランスをとることによって実行されます。

オーストラリア規格 AS2885.5「パイプライン - ガスおよび液体石油: パート 5: 現場圧力テスト」では、関連する要因について優れた説明が提供されています。^{[説明が必要]}

航空宇宙業界では、航空会社、企業、顧客に応じて、特定の規則に従う必要があります。たとえば、ベル ヘリコプターには、ヘリコプターで使用するすべての部品について従わなければならない特定の仕様があります。^{[引用が必要]}

ほとんどの国では、例えば高圧ガスボンベの場合は2年ごと（目視検査は毎年）、消火器などに使用される低圧のボンベの場合は5年または10年ごとなど、定期的に容器を検査することを義務付ける法律や圧力容器コードがあります。^{[2] [説明が必要]}不合格になったガスボンベは通常、その後の使用に伴う危険を回避するために、試験プロトコルの一環として破壊されます。^[3]

これらの一般的な米国標準ガスシリンダーには以下の要件があります。^[4]

• DOT-3AL ガスシリンダーは 5 年ごとにテストする必要があり、寿命は無制限です。
• DOT-3HT ガスシリンダーは 3 年ごとにテストする必要があり、寿命は 24 年です。
• DOT-3AA ガス シリンダーは 5 年ごとにテストする必要があり、寿命は無制限です。(星印 (*) が付いている場合は、シリンダーが特定の仕様を満たし、10 年間の水圧テスト寿命を持つことができます)。

通常、DOT PHMSA、ISO、ASTM、ASMEなどの組織が、さまざまな種類の圧力容器に関するガイドラインを指定します。

油圧テストは危険なプロセスであり、有能な担当者が慎重に実行する必要があります。特定のアプリケーションと管轄区域に適した関連技術基準で定義された規定の手順に従うことで、通常、これらのリスクは許容レベルまで軽減されます。

• 高圧液体の漏れは、皮膚を切ったり貫通したりして、体組織に注入される可能性があります。これにより、オペレーターが直接深刻な傷害を受ける可能性があり、液体が有毒または汚染されている場合は、さらなる悪影響が生じます。
• しっかりと取り付けられていない、または圧力に耐えられない加圧ホースは、水や油を吹き飛ばしながら激しく揺れ、人に当たって怪我をさせる可能性があります。むち打ち防止装置を使用すると、このようなホースを拘束できます。
• 試験対象のコンポーネントを囲むこと、危険標識を設置すること、適切な個人用保護具を使用すること、および必須でない人員のアクセスを遮断することが一般的な予防策です。

装置：

• 圧力計
• 給水
• 水充填用のポンプとホース
• 加圧用の高圧ポンプとホース
• 該当する場合、体積膨張を測定する手段

• 「OSHA」 。 2006年10月5日閲覧。