第１２回機械器具設置工事雑学講座

皆さんこんにちは！

株式会社優縁工業、更新担当の中西です。

 

さて、本日は第１２回機械器具設置工事雑学講座！

さて今回は

～設計～

ということで、火力発電設備の設計における重要な視点を、「基本設計」「詳細設計」「施工性設計」「安全・法規設計」の4カテゴリーに分けて詳しく解説します！

 

火力発電所は、国家の基幹インフラの一つとして、極めて高い信頼性と長期的な安定運用が求められます。その中心にあるのが、発電機器の設置設計です。設計フェーズは単なる配置図面作成ではなく、「安全・経済性・環境性・施工性」の4大要素を高次元で調和させる必要があります。

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1. 🔧 基本設計：システム構成の骨格をつくる

◯ 発電方式の選定

火力発電には以下の方式があります

• 汽力発電（Steam Power）：石炭・LNG等を燃焼 → 蒸気タービン

• ガスタービン発電（Gas Turbine）

• コンバインドサイクル発電（CC）：蒸気+ガスタービンの複合

設計は、この方式に基づいて主要設備の構成（ボイラー、タービン、発電機、補機等）を決定するところから始まります。

◯ 負荷条件・運転モードの設定

• ベースロード運転 or ピーク対応？

• 年間稼働時間、負荷追従性（Load following）

• 起動・停止頻度

これにより、機器の耐久設計・冷却方式・自動化レベルなども大きく変わります。

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2. 📐 詳細設計：配置・構造・配管・電気の具体設計

◯ 機器配置と搬入経路設計

大型機器（例：蒸気タービン、ボイラー、HRSGなど）の重量・寸法・耐震性能を考慮し、適切な基礎設計・搬入動線・保守スペースを確保します。

✅ チェックポイント

• 維持管理空間（クリアランス）

• 将来の増設スペース確保

• 換気・遮音・排熱動線の整備

◯ 配管・ダクト設計

燃料系、蒸気系、冷却水系、排気系など、多種多様な流体ラインを圧力損失・熱膨張・支持構造まで含めて設計します。

✅ 設計要素

• 材質選定（耐熱鋼、耐蝕鋼など）

• 配管勾配とドレイン設計

• フレキシビリティ解析（応力解析）

◯ 電気・計装設計

• 発電機と系統の接続設計（変圧器・遮断器含む）

• 計装制御システム（DCSなど）

• 非常用電源系、避雷・アース設計

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3. 🔨 施工性設計：現場で“実現可能な設計”を行う

◯ モジュール化設計

現代では、工場で事前組立（プレハブ）→現地設置という方式が主流です。これにより品質と工期を両立。

✅ 留意点

• 現地輸送制限（道路幅、重量制限）

• クレーン可動域と干渉確認

• 現場での接続工数の最小化

◯ メンテナンス性の確保

将来の定期点検・部品交換が効率的に行えるかも重要な設計要素です。

例

タービン回転子の抜出空間

• 安全足場の設置想定

• バルブやセンサーの点検アクセス性

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4. ⚠️ 安全・法規設計：人と環境を守るために

◯ 法令遵守設計

設計段階で、以下の法規への適合が求められます。

• 電気事業法

• 労働安全衛生法（クレーンや高所作業）

• 建築基準法（耐震・風荷重等）

• 環境基本法（排出ガス・騒音・排水）

◯ リスクアセスメント

HAZOP（危険予知解析）やFTA（故障木解析）を設計段階で導入し、未然にリスクを把握し、除去・低減設計を行います。

◯ 非常時対策設計

• 停電時の自動停止シーケンス設計

• 火災発生時の遮断・排煙設備

• 高温・高圧破裂に対する逃圧・緊急遮断機構

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✅ まとめ：火力発電の設計は“総合力”が問われる

火力発電機器設置工事の設計には、以下のような多様な要素が必要です

• 技術知識（熱力学・機械・電気・制御）

• 現場経験（施工性・安全性）

• 法的知識（法規・認可）

• 環境配慮（省エネ・排出削減）

設計段階での配慮がそのまま、工期の短縮・事故の予防・運転効率の最大化につながります。設計担当者には、技術者としての視点だけでなく、全体最適を見据えたマネジメント思考も求められます。

 

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