オリフィス流量計算ツール

プラント・プロセス設計向けエンジニアリング計算ツール · 最終更新: 2026年3月

ISO 5167に準拠したオリフィス板の流量計算を行います。差圧、流量係数Cd、流体密度、オリフィス径から体積流量・質量流量を算出します。差圧式流量計の設計・校正に活用できます。

オリフィス流量計算とは

オリフィス流量計は、配管内にオリフィス板（孔あき板）を設置し、上流・下流の差圧から流量を算出する代表的な差圧式流量計です。構造が単純で信頼性が高く、石油・化学・ガスプラントで広く使用されています。

主な用途

  • プロセス配管における蒸気・ガス・液体の流量計量
  • 差圧発信器（DPトランスミッタ）と組み合わせた流量制御ループの構成
  • 既設オリフィス板のβ比見直しによるレンジ変更の検討
  • カストディトランスファー（取引計量）前の概略サイジング

計算式と方法論

体積流量 Q は ISO 5167 に基づき次式で求めます。

Q = Cd × (π/4) × d² × √(2ΔP/ρ)

ここで Cd は流量係数（通常0.6〜0.65）、d はオリフィス径［m］、ΔP は上流・下流の差圧［Pa］、ρ は流体密度［kg/m³］です。圧縮性流体では膨張補正係数 ε を、高β比では接近速度係数を併せて考慮します。

前提条件と制限事項

  • 十分に発達した単相・定常流れであること
  • オリフィス上流に必要な直管長が確保されていること
  • 流量係数 Cd はβ比（d/D）とレイノルズ数に依存する
  • キャビテーションや二相流条件では適用できない

設計上の注意点

実機では Cd を一律0.61とせず、運転レイノルズ数域での校正値を用いることが望まれます。差圧は流量の2乗に比例するため、計測レンジを広げると低流量側の精度が著しく低下します。差圧の一部は回復しない永久圧力損失となるため、配管水理設計に織り込んでください。

計算例

条件:

  • 配管内径 D = 100 mm、オリフィス孔径 d = 50 mm（β = 0.5）
  • 差圧 ΔP = 20 kPa、水 ρ = 998 kg/m³
  • 流量係数 Cd = 0.62

方法: Q = Cd·A₀·√(2ΔP/ρ)/√(1−β⁴)、A₀ = πd²/4 = 1.963×10⁻³ m²。√(2·20000/998) = 6.33 m/s、√(1−0.5⁴) = 0.968。

結果: Q ≈ 7.96×10⁻³ m³/s ≈ 28.7 m³/h。

解釈: Cd ≈ 0.62は縮流を反映し液体でのみ有効です。気体では膨張係数Yを加えないと流量を過大評価します。βは0.2〜0.6、配管ReはCdが一定に保たれる程度に高く保ちます。その範囲外では係数が変動し測定精度が低下します。

よくある誤用・注意点

  • 気体に液体用のCdを使い、膨張係数Yを省くこと — Yは板前後の密度変化を補正し、高ΔP/Pでは1を大きく下回ります。
  • ISO 5167のCd相関が有効なβ比（通常0.2〜0.75）や管レイノルズ数の範囲を外れて使うこと。
  • 使用するCdとタップ配置（コーナー・D-D/2・フランジ）を不一致にすること — タップ位置ごとに係数が異なります。
  • ある流量の差圧で線形を仮定すること — オリフィス流量は√ΔPに従い、レンジ全域で非線形です。

よくある質問

流量係数Cdとは？

Cdは縮流効果を考慮します。実際の流れ断面はオリフィス孔径より小さくなります。シャープエッジオリフィス板の一般的なCd値は0.60〜0.65です。β比とレイノルズ数に依存します。

ガス流量測定にも正確ですか？

気体流量には膨張係数Yの適用が必要です。この計算機は液体流量計算を提供します。気体にはISO 5167 Part 2の膨張係数補正を使用してください。

関連計算ツール

利用上の注意
  • 更新: 2026年3月
  • 用途: 予備エンジニアリング検討支援

本ツールは教育および概算検討を目的としています。計算結果は、前提条件、入力値、流体・材料物性、使用式の適用範囲によって大きく変わる場合があります。設計、調達、製作、運転、安全上の判断に使用する前に、重要な計算は必ず独立して検証し、適用規格・仕様書および正式な設計レビュー手順に従ってください。