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炉筒煙管ボイラーは中小規模の工場・病院・ビルに広く使われる丸形ボイラーです。一級ボイラー技士試験では、炉筒・煙管・管板・ステーなど各部品の構造、強度計算の基礎、特有の損傷（膨れ・亀裂）の原因が出題されます。
炉筒煙管ボイラーの基本構造
炉筒煙管ボイラーは、水平に置かれた円筒形の胴の中に炉筒（内部燃焼室）と多数の煙管が設置された構造です。
| 部品名 | 役割 |
|---|---|
| 胴（円筒胴） | 水と蒸気を保持する外側の圧力容器。鋼板を溶接または継ぎ手で製作 |
| 炉筒 | 胴の内部に設置された燃焼室。バーナーから噴出した燃料が燃焼する |
| 煙管 | 炉筒後部（後部煙室）から前部（前部煙室）に向けて配置された多数の細管。高温燃焼ガスが通過して管外の水を加熱する |
| 管板（前板・後板） | 炉筒と煙管の両端を保持する鋼板。高温・高圧に耐える必要がある |
| ステー | 管板や鏡板が内圧で変形・膨らみ（バルジング）しないよう補強する棒または管 |
| 後部煙室（リターンチャンバー） | 炉筒出口の燃焼ガスを煙管入口に転向させる空間 |
波形炉筒の構造と目的
炉筒には波形（コルゲート）炉筒と平形炉筒の2種類があります。一級ボイラーでは波形炉筒が主に使用されます。
波形炉筒の特徴
- 外圧に対する強度向上：波形形状が断面二次モーメントを増加させ、外圧（胴内圧力）による座屈（圧潰）に強くなる
- 熱伸びの吸収：波形が熱伸縮を吸収するばね（スプリング）の役割を果たし、管板への熱応力を軽減する
- 伝熱面積の増加：波形により表面積が増える（ただし主目的は強度・熱変形対策）
平形炉筒との比較
| 項目 | 波形炉筒 | 平形炉筒 |
|---|---|---|
| 外圧強度 | 高い（波形が圧潰を防止） | 低い（ステーで補強が必要） |
| 熱伸縮への対応 | 波形が熱変形を吸収 | 吸収能力が低い |
| 製造コスト | やや高い | 安い |
ステーの種類
ステーは管板や平形鏡板を内圧から守るための引っ張り部材（または圧縮部材）です。
- 棒ステー：鋼棒を管板間に渡して固定する。最も基本的なステー
- 管ステー（煙管兼用）：強度ステーとして機能しながら、内部を燃焼ガスが通過する煙管を兼ねる
- ガセットステー（斜めステー）：前板・後板と胴の接合部を斜めに補強するステー
- タイロッド（長手ステー）：ボイラーの長手方向に設置する棒ステー
炉筒煙管ボイラーの損傷と原因
| 損傷 | 部位 | 原因 |
|---|---|---|
| 膨れ（バルジング） | 炉筒・管板 | スケール付着による局部過熱・低水位運転 |
| 圧潰（座屈） | 炉筒 | 炉筒が規定の最低肉厚を下回った・腐食で薄肉化 |
| 亀裂 | 溶接部・管板 | 熱疲労・溶接欠陥・急激な温度変化（熱衝撃） |
| 煙管の漏れ | 煙管端部（管板接合部） | 腐食・熱疲労による溶接部や転造部の損傷 |
炉筒の最小肉厚（ボイラー構造規格）
ボイラー構造規格では、炉筒の最小肉厚を規定しています。腐食・摩耗で規定肉厚を下回った場合は廃棄・補修が必要です。肉厚の測定は超音波厚さ計で行います。
一級試験での出題傾向
- 波形炉筒の目的（外圧強度向上・熱伸縮吸収）は択一頻出
- ステーの種類と役割の組み合わせ
- 膨れ（バルジング）の原因（スケール付着→局部過熱）
出典：ボイラー及び圧力容器安全規則（昭和47年労働省令第33号）・ボイラー構造規格（昭和47年労働省告示第33号）・安全衛生技術試験協会 公表試験問題
作成：fufumumu_design｜更新：2026年11月
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