ガイド
用途に応じた最適な HDPE パイプ SDR / PN の選定方法
HDPE パイプの圧力クラスを規定するためのエンジニア向けガイド ― 常用圧力やサージから安全率、そしてすべてを結びつける SDR–PN 換算までを解説します。
Primepoly Engineering Team
Primepolyエンジニアリングチーム
公開日: 2026年4月8日
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購入担当者が HDPE パイプを規定する際、口径(DN)は通常明確ですが、圧力クラスはそうではありません。PN10 か PN16 か、SDR17 か SDR11 か。判断を誤ると、不要な肉厚に対して過剰な費用を払うか、あるいはサージ圧に対して仕様不足となり 3 年後にラインが破裂する事態を招きます。本ガイドでは、SDR / PN システム、常用圧力の計算式、そして当社のエンジニアリングチームがあらゆる案件で活用している実務的な指針について解説します。
SDR とは
SDR とは Standard Dimension Ratio(標準寸法比)の略です。これは単純にパイプ外径(OD)と肉厚(e)の比を表します。肉厚 18.2 mm の DN200 パイプの場合、SDR = 200 / 18.2 ≒ 11 となります。SDR が小さいほど肉厚が厚く、圧力定格が高くなります。継手規格によって OD が固定される一方で肉厚は調整可能なため、メーカーは SDR を基準に押出成形を行います。
一般的な HDPE の SDR 値は 41、33、26、21、17、13.6、11、9、7.4 であり、数値が小さくなるほど肉厚が厚く PN が高くなります。SDR は無次元量であるため、DN20 の散水ホースから DN1200 の鉱山スラリー本管まで同様に適用できます。この普遍性こそが、ISO 4427、EN 12201、ASTM F714 のいずれもが絶対肉厚ではなく SDR を基準に標準化されている理由です。
PN とは
PN は Nominal Pressure(呼び圧力)を意味し、20 °C・50 年の供用寿命・安全率 1.25 を組み込んだ条件下で、パイプが連続的に耐えられる最大内部水圧を表します。PN は bar で表記されます(1 bar ≒ 14.5 psi ≒ 0.1 MPa)。PN10 は 10 bar の連続使用を意味します。SDR と PN の換算は、基本的なフープ応力式に従います: PN = (2 × MRS × C) / (SDR − 1)。ここで MRS は樹脂の最小要求強度(PE100 で 10 MPa、PE80 で 8 MPa)、C は設計係数(水で 1.25)です。
| SDR | 肉厚比 | PN (PE100) | PN (PE80) |
|---|---|---|---|
| SDR 7.4 | 肉厚 = OD / 7.4 | PN 25 bar | PN 20 bar |
| SDR 9 | 肉厚 = OD / 9 | PN 20 bar | PN 16 bar |
| SDR 11 | 肉厚 = OD / 11 | PN 16 bar | PN 12.5 bar |
| SDR 13.6 | 肉厚 = OD / 13.6 | PN 12.5 bar | PN 10 bar |
| SDR 17 | 肉厚 = OD / 17 | PN 10 bar | PN 8 bar |
| SDR 21 | 肉厚 = OD / 21 | PN 8 bar | PN 6 bar |
| SDR 26 | 肉厚 = OD / 26 | PN 6 bar | PN 5 bar |
| SDR 33 | 肉厚 = OD / 33 | PN 5 bar | PN 4 bar |
| SDR 41 | 肉厚 = OD / 41 | PN 4 bar | PN 3.2 bar |
SDR/PN 選定の 5 ステッププロセス
以下は、当社のアプリケーションエンジニアがあらゆる B2B 案件で用いているワークフローです。いずれかのステップ ― 特にステップ 4 ― を省略することが、パイプの早期故障の最も一般的な原因となります。
- 最大運転圧力(MOP)を決定します。重力式給水本管の場合、MOP は最高位の貯水池から最低位の給水点までの静水頭となります。ポンプ送水システムの場合、MOP はポンプの締切揚程となります。単位は bar で表記します。
- サージ / ウォーターハンマー余裕を加算します。バルブの急閉、ポンプの起動・停止、逆止弁のスラム動作により、圧力は MOP より 2 〜 10 bar 上昇する可能性があります。Joukowsky の式または、システムが大規模な場合は過渡解析を用います。
- 設計係数を適用します。25% の安全余裕を加えます(PN の定義に既に含まれる C=1.25 は樹脂側を扱うものですが、別途の運用余裕により将来のデレーティングに備えます)。
- 1 つ上の PN を選定します。算定需要が 11.8 bar の場合、PN10 を選定してはなりません ― PN12.5 または PN16 に切り上げます。プラスチックパイプは鋼管のように過圧に耐えられません。
- 温度補正を行います。PN 定格は 20 °C の水を基準としています。30 °C で約 10%、40 °C で約 25% デレーティングします。40 °C を超える条件では、HDPE は一般に圧力用途には推奨されません。
簡易判定フローチャート
用途別推奨 SDR / PN
| 用途 | 標準 SDR | 標準 PN | 理由 |
|---|---|---|---|
| 市町村給水本管(市内圧力) | SDR 17 | PN 10 | 標準 10 bar 供用、サージに対する十分な余裕 |
| 高層ビル / ポンプ送水本管 | SDR 11 | PN 16 | ポンプ揚程 + サージで 13 〜 14 bar に達する可能性 |
| 鉱山スラリー / 尾鉱 | SDR 11 または 9 | PN 16 〜 20 | 固形物負荷 + 過渡サイクルにより追加の肉厚が必要 |
| ガス配管 | SDR 11 または 17.6 | PN 10(ガス) | ISO 4437 が高圧ガスに SDR 11 を必須としています |
| 灌漑本管 | SDR 17 または 21 | PN 6 〜 10 | 低揚程、制御弁による開閉、コスト重視 |
| 排水 / 自然流下下水 | SDR 26 〜 41 | PN 4 〜 6 | 内圧なし、SDR は剛性要件に整合 |
| 消火本管(AWWA C906) | SDR 11 | PN 16(DR 11) | 消防規格が圧力クラス余裕を要求 |
誰も語らないサージ問題
定常状態の圧力はモデル化が容易です。一方、過渡圧力 ― 下流バルブが 0.5 秒で閉まる際や、停電によりポンプがトリップする際のスパイク ― は、プラスチックパイプラインの静かなる破壊者です。Joukowsky の式により最大圧力上昇が求まります: ΔP = ρ × a × ΔV。ここで ρ は流体密度、a は圧力波速度(HDPE では鋼管より柔軟性が高いため約 350 m/s)、ΔV は流速変化です。2 m/s の流れが急停止すると約 7 bar のサージが発生し、PN10 パイプを定格外に押し出すのに十分な値となります。
SDR / PN 選定における 5 つのよくある誤り
- 習慣で SDR を指定すること。「いつも SDR17 を使っている」というのはエンジニアリングではありません。各案件は異なる MOP プロファイルを持つため、必ず再計算します。
- 高低差による静水頭を見落とすこと。給水点より 80 m 高い位置にある貯水池は、ポンプ起動前から 8 bar を加算します。このような状況で PN10 は安全ではありません。
- メーカーの試験圧力を PN と同一視すること。工場での水圧試験は通常 PN の 1.5 倍です。常用圧力は試験値ではなく PN です。
- 1 本のラインで SDR クラスを混在させること。PN16 の継手で 2 本の PN10 パイプを接続しても、システム全体の定格は PN16 にはならず、PN10 のままです。最も弱い箇所がラインを規定します。
- 高温気候における温度デレーティングの無視。サウジアラビアの日射下で 80 cm の埋設深さの SDR17 ラインは 40 °C に達する可能性があり、20 °C 定格から 25% のデレーティングとなります。
まとめ
SDR / PN の選定は感覚ではなく計算です。最大運転圧力を正確に算出し、サージ成分を加算し、温度デレーティングを適用し、次の標準 PN に切り上げます。迷った場合は 1 クラス上を選んでください。DN200 PE100 における PN10 と PN16 のコスト差は約 30% ですが、本管破裂時の交換コストはおおむね 100 倍規模となります。当社のエンジニアリングチームはあらゆる案件で計算を代行いたします。ルート測量、ポンプカーブ、バルブスケジュールをお送りいただければ、2 営業日以内にサイジング済み仕様書をご返送いたします。
