液化石油ガス設備士の配管理論、出題される計算と数値の整理。

液化石油ガス設備士の試験では、「学識」と呼ばれる科目の中に配管理論が含まれています。計算問題と記述問題の両方が出題されるため、「なんとなく覚えた」では通用しません。

このページでは、試験で出題される配管理論の計算と数値を整理します。公式の丸暗記ではなく、「なぜその式になるか」を理解することを目的に解説しています。

配管理論は学識科目の柱です

液化石油ガス設備士の試験の筆記科目は、「学識」「保安管理技術」「法令」の3科目で構成されています。このうち配管理論は「学識」科目に含まれます。

学識では、記述問題が複数出題されます。計算の途中経過を書くことが求められるため、「答えだけ知っている」状態では得点できません。単位を正確に書くこと、計算の過程を省略しないことが採点基準になります。

配管理論で問われる主な内容は次のとおりです。

• 配管材料（管の種類・材質）
• 継手の種類と使い分け
• 管径と流量の関係
• 圧力損失の計算
• 最高使用圧力と安全率
• 試験で頻出の数値（フレキシブル管の制限・埋設深さ等）

それぞれを順番に整理していきます。

管の材料、LPGに使える種類と使えない種類の違い

LPG（液化石油ガス）の配管に使われる管の材料には、主に鋼管・銅管・ステンレス管・フレキシブル管があります。それぞれの特性を理解しておく必要があります。

鋼管（炭素鋼鋼管）

最も一般的に使われる配管材料です。JIS G 3452「配管用炭素鋼鋼管」が適用されます。引張強さが高く、大口径・高圧力の配管に適しています。

ただし、錆びやすいという欠点があります。埋設する場合や湿気の多い場所では、防錆処理（塗装・防食テープ・電気防食）が必要です。LPGそのものには腐食性がほとんどありませんが、管の外側の環境条件に注意が必要です。

ねじ接続・溶接接続のどちらも可能で、施工の自由度が高いのが特徴です。

銅管

加工しやすく、曲げやすいという特性があります。柔らかいため現場での取り回しが良く、狭い場所の配管に向いています。JIS H 3300「銅及び銅合金継目無管」が適用されます。

注意点として、アセチレンガスとは反応して爆発性の化合物（乙炔化銅）を生じるため、アセチレンには使用できません。LPGへの使用は問題ありません。

銅管同士の接続は、フレア継手またはろう付け（ロウ付け）によって行います。ねじ加工はできません。

ステンレス管

耐食性が非常に高い材料です。屋外・湿気の多い場所・腐食性雰囲気の場所での使用に適しています。価格は鋼管より高いですが、長期的なメンテナンスコストを考えると選ばれることがあります。

フレキシブルタイプのステンレス管（フレキ管）は、一般家庭のガス接続管として広く使われています。

フレキシブル管（フレキ管）

蛇腹状の構造を持ち、曲げることができる管です。ガス器具との接続に多く使われます。最高使用圧力は低圧（3.0 kPa以下）が多く、高圧配管には使用できません。

液化石油ガス法施行規則で、フレキシブル管の長さには制限があります。1.8 m以下が基本とされており、この数値は試験に出ます（出典：液化石油ガスの保安の確保及び取引の適正化に関する法律施行規則）。

継手の種類と使い分け

配管を接続する部品を継手（つぎて）といいます。試験では継手の種類と、どの材料・どの圧力に使えるかが問われます。

ねじ継手

管にねじを切って接続する方法です。最もよく使われる接続方式です。低圧・中圧の配管に適用されます。

ねじ継手を使う場合、ねじ部分のシール材としてシールテープ（ポリテトラフルオロエチレン製）または液状ガスケットを使用します。シール材の選定を誤るとガス漏れの原因になります。

フランジ継手

管の端にフランジ（鍔状の部品）を取り付け、ボルト・ナットで締結する方法です。定期的な取り外し・点検が必要な箇所に使います。バルブや計器類の前後など、メンテナンスが必要な部位に多く使われます。

ガス漏れを防ぐために、フランジの間にガスケット（シール材）を挟みます。ガスケットの材質はゴム、金属など様々で、使用する圧力・温度に合わせて選定します。

溶接継手

管と管を溶接で接続する方法です。継手部分の強度が最も高く、高圧配管や永続的な配管に使われます。

溶接は技術が必要であり、施工後の非破壊検査（X線検査・超音波検査等）が求められることがあります。ガス事業法や液化石油ガス法では、一定以上の圧力の配管には溶接接続が求められる場合があります。

メカニカル継手

専用の工具で圧縮・かしめる方法で接続する継手です。溶接不要で現場作業性が高いのが特徴です。フレキシブル管の接続やポリエチレン管（PE管）の接続に使われることがあります。

管径と流量の関係、ハーゲン・ポアズイユの法則

試験では、配管の管径と流量の関係を問う問題が出ます。基本になるのはハーゲン・ポアズイユの法則（Hagen-Poiseuille’s law）です。

この法則は、「管の中を流れる流体の流量は、管の半径の4乗に比例し、管の長さと粘度に反比例する」というものです。式で表すと次のようになります。

Q = (π × ΔP × r⁴) / (8 × μ × L)

各変数の意味：

• Q：体積流量（m³/s）
• ΔP：管の両端の圧力差（Pa）
• r：管の半径（m）
• μ：流体の粘度（Pa・s）
• L：管の長さ（m）

この式で最も重要なのは「r（半径）の4乗」という部分です。管の半径が2倍になると、流量は2⁴＝16倍になります。管径の変化が流量に非常に大きく影響することを意味します。

実際の試験では、この式をそのまま解くよりも「管径が変わったら流量はどう変化するか」という比例関係を問う問題が多く出ます。式の全体構造を理解していれば、比例計算で解けます。

圧力損失の計算

ガスが管の中を流れるとき、管との摩擦などによってガスの圧力が下がります。これを圧力損失（あるいは摩擦損失）といいます。配管設計では、末端まで十分な圧力が届くよう、圧力損失を計算する必要があります。

ダルシー・ワイスバッハの式

圧力損失の計算に広く使われる式がダルシー・ワイスバッハの式です。

ΔP = λ × (L/D) × (ρv²/2)

各変数の意味：

• ΔP：圧力損失（Pa）
• λ：管摩擦係数（ラムダ）（無次元）
• L：管の長さ（m）
• D：管の内径（m）
• ρ：流体の密度（kg/m³）
• v：流速（m/s）

管摩擦係数λは、流れの状態（層流・乱流）と管内面の粗さによって決まります。滑らかな管では小さく、粗い管では大きくなります。

圧力損失に影響する要素

圧力損失は次の要素に影響されます。

• 管の長さ：長いほど損失が大きい（比例関係）
• 管の内径：細いほど損失が大きい（反比例に近い関係）
• 流量（流速）：多いほど損失が大きい（流速の2乗に比例）
• 管内面の粗さ：粗いほど損失が大きい
• 曲がり・継手：直管以外の部分にも損失が生じる（局部損失）

記述問題では、「圧力損失を小さくするにはどうすればよいか」という問いが出ることがあります。この場合、「管径を大きくする」「管長を短くする」「流速を下げる」などが正解の方向性になります。

最高使用圧力と安全率

配管には使用できる最高の圧力（最高使用圧力）が定められています。これを超えた圧力で使用すると、管や継手が破損してガス漏れの危険があります。

LPGの配管は、圧力の大きさによって次のように区分されます（出典：液化石油ガスの保安の確保及び取引の適正化に関する法律施行規則）。

• 高圧：1 MPa以上
• 中圧：0.1 MPa以上1 MPa未満
• 低圧：0.1 MPa未満（3.0 kPa以下が一般家庭向け）

安全率とは

安全率（safety factor）は、材料の強度と実際に使う圧力の比です。配管材料の最高許容応力（材料が破断しない上限）に対して、実際の使用圧力を大幅に低く設定します。これが安全率の考え方です。

たとえば、ある鋼管の引張強さが500 MPaで、安全率を4とした場合、最高使用圧力は500÷4＝125 MPaとなります。実際の試験では、安全率の意味と計算方法を記述させる問題が出ることがあります。

試験に出やすい具体的な数値

配管理論では、「この数値は覚えておかないといけない」というものがあります。記述問題でも、計算問題でも出てきます。

フレキシブル管の長さ制限

フレキシブル管（フレキ管）は、ガス器具との接続に使われますが、使用できる長さに上限があります。

1.8 m以下（出典：液化石油ガスの保安の確保及び取引の適正化に関する法律施行規則）

これは安全確保のための制限です。管が長すぎると、器具を動かしたときに引っ張られて継手部分がゆるみ、ガス漏れの原因になることがあります。

埋設配管の深さ

配管を地中に埋設する場合、一定以上の深さが必要です。浅いと地面の動き（凍結・重量車両の通過等）で配管が傷むからです。

一般的な敷地内の埋設深さは0.3 m（30 cm）以上です。ただし、道路の下では0.6 m（60 cm）以上が求められます（出典：液化石油ガスの保安の確保及び取引の適正化に関する法律施行規則）。

この2つの数値（0.3 mと0.6 m）は、記述問題でも問われます。「一般敷地」と「道路下」で数値が違うことに注意してください。

ガス検知器の設置高さ

LPGは空気より重い（比重1.5〜2.0）ため、漏れると床付近に溜まります。ガス検知器（警報器）の設置高さは、床面から0.3 m以下が基準です（出典：KHK規格）。

この高さは都市ガス（メタン）とは逆です。都市ガスは空気より軽いため天井付近に設置しますが、LPGは床付近という点を押さえておいてください。

配管理論の勉強法、公式の意味から理解する

配管理論の勉強で最も失敗しやすいのは、式を丸暗記しようとすることです。式が複雑に見えるため、「とにかく覚えよう」としてしまいます。しかし、試験の記述問題では「式を書け」だけでなく「なぜこの式になるか説明せよ」という設問も出ることがあります。

おすすめの勉強の順番は次のとおりです。

1. まず物理的な意味を理解する

「管が太くなれば流量は増える」「管が長くなれば圧力損失は大きくなる」という当たり前の事実を、まず言葉で確認します。この直感と式が一致していることを確認することで、式の意味が見えてきます。

2. 変数と単位を先に覚える

式そのものより先に、式に出てくる変数の名前と単位を覚えます。「Qは流量でm³/s」「Dは内径でm」というように。単位が分かると、式の構造が見えやすくなります。

3. 比例関係だけを使う問題から解く

実際の試験問題では、「管径を2倍にしたら流量は何倍になるか」のような比例計算が多く出ます。これはハーゲン・ポアズイユの式の「r⁴」の部分を使えば、2⁴＝16という計算だけで解けます。完全に公式を展開する必要はありません。

4. 過去問で出た数値は確実に覚える

フレキシブル管1.8 m、埋設深さ0.3 m・0.6 m、ガス検知器0.3 mなどの数値は、「なぜその数値か」の背景とセットで覚えます。単純暗記より記憶に残ります。

記述問題の答え方

液化石油ガス設備士の学識科目には記述問題があります。記述問題で差がつくポイントをまとめます。

単位を必ず書く

計算問題の答えには必ず単位を書きます。「答えは125」ではなく「125 MPa」のように書かないと減点になります。圧力の単位（Pa・kPa・MPa）、流量の単位（m³/s・m³/h）、長さの単位（m・cm・mm）を正確に書く習慣をつけます。

計算過程を省略しない

途中の計算を全部書きます。最終的な答えが間違っていても、途中の計算過程が正しければ部分点がもらえることがあります。逆に、「答えだけ書いて過程を書かない」と、答えが合っていても満点をもらえない場合があります。

用語を正確に使う

「圧力損失」を「圧力の減少」と書いても意味は伝わりますが、専門用語を正確に使う方が採点者への印象が良くなります。勉強の過程で出てきた用語は、正式名称を覚えておきましょう。

問いに正確に答える

「圧力損失が大きくなる理由を3つ挙げよ」という問いには、3つ答えます。2つしか書かなければ減点です。「〜が大きいほど損失が大きくなる」という形式で簡潔に答えます。

まとめ

液化石油ガス設備士の配管理論は、材料・継手・流量・圧力損失・頻出数値の5つを柱に勉強するのが効率的です。

特に押さえておきたいポイントは次のとおりです。

• 管の材料はLPGへの適性と接続方法で覚える
• ハーゲン・ポアズイユの法則は「r⁴に比例」という関係を理解する
• 圧力損失は管長・管径・流速・粗さに依存する
• フレキシブル管の長さ上限は1.8 m、埋設深さは0.3 m・0.6 m
• 記述問題は単位と計算過程を省略しない

公式を丸暗記するのではなく、式の物理的な意味を理解することが、試験本番でも応用できる力につながります。