化学プラント大全 
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流動・伝熱・材料力学まで手を広げるべきか判断できない。
教材には載っているが、本当に出るのか分からない。
そんな悩みを解決します。
学識では5年間・60大問で出題ゼロだった（集計結果）
捨てる型ではない ── 保安管理技術の問6〜問8で毎年出る
学識で出るとしたら基礎式レベル。深追いは不要
薄肉円筒の 周方向応力は軸方向の2倍（縦割れの理由）
この記事の結論は「学識対策としては最後でいい。ただし保安管理技術の知識としては必須」です。
まず、集計結果をそのまま出します。
令和2〜6年度・国家試験5回＋技術検定5回＝60大問
型10（流動・伝熱・材料力学）が主として出た回：0
従として出た回：0
5年間、学識の大問には1度も出ていません。
市販の教材には「頻度は落ちるがコスパは悪くない」と書かれていることがあります。しかし令和2〜6年度に限れば、学識では出ていないというのが集計の結果です。
だから学識の対策としては、優先度は最下位です。 型9 → 型6 → 型7 → 型3 → 型4 → 型1 → 型2 → 型8 → 型5 → 型10 の順で構いません。
型別の全体像は計算10の型、優先順位は学識の出題マップを参照してください。
では、この分野はどこで出るのか
保安管理技術です。
| 科目 | 問 | 内容 |
|---|---|---|
| 保安管理技術（国試） | 問6 | 圧縮機・ポンプ |
| 問7 | 流動・伝熱・分離 | |
| 問8 | 漏えい防止（シール・ガスケット） | |
| 保安管理技術（検定） | 問3〜問5 | 高圧装置・材料 |
択一形式で毎年出ています。 計算ではなく、定性的な知識として問われます。
だから対策の形が変わります。
学識：計算できること（→ 5年間出ていないので優先度最下位）
保安管理技術：関係の方向が言えること（→ 毎年出るので必須）
例：「レイノルズ数が大きいと乱流」「対数平均温度差を使う」「周方向応力のほうが大きい」── この程度が言えれば保安管理技術では取れます。
保安管理技術の全体像は保安管理技術の攻略を参照してください。
流動 ── これだけ
Re ＝ Duρ/μ
D：管内径、u：平均流速、ρ：密度、μ：粘度
Re ＜ 約2,100 で層流／Re ＞ 約4,000 で乱流
「流れの状態を判別せよ」が定番の問われ方です。
Re は無次元数です。単位が揃っていれば必ず無次元になる ── 検算に使えます。
p/(ρg) ＋ u²/(2g) ＋ z ＝ 一定
各項の単位はすべて長さ（m）（ヘッド表示）
Δp ＝ λ × (L/D) × (ρu²/2)
λ：管摩擦係数（層流なら λ ＝ 64/Re）
P ＝ ρgQH（Q：流量 m³/s、H：全揚程 m）
軸動力は効率ηで割る：P_shaft ＝ ρgQH/η
保安管理技術で問われる方向
| 問われ方 | 答え |
|---|---|
| 流速を2倍にすると圧力損失は | 約4倍（u²に比例） |
| 管径を半分にすると圧力損失は | 約32倍（Δp ∝ 1/D⁵、流量一定のとき） |
| 粘度が上がると Re は | 下がる（層流側へ） |
| キャビテーションが起きる条件 | 吸込側の圧力が飽和蒸気圧を下回る |
「何に比例するか」だけ押さえてください。 数値計算は保安管理技術では出ません。
詳しくは配管の圧力損失、管摩擦係数、NPSHとキャビテーション、ポンプの選定を参照してください。
伝熱 ── これだけ
Q ＝ λAΔT/L
多層壁は熱抵抗（L/λ）の直列和
Q ＝ KAΔT
1/K ＝ 1/h₁ ＋ L/λ ＋ 1/h₂ ＋ 汚れ係数
Q ＝ UAΔT_lm
ΔT_lm ＝ (ΔT₁ − ΔT₂) / ln(ΔT₁/ΔT₂)（対数平均温度差）
対数平均温度差のミニ例題
向流熱交換器で高温側 90→50℃、低温側 20→40℃。ΔT_lm は？
〔解答〕
ΔT₁ ＝ 90 − 40 ＝ 50 K（高温側入口 vs 低温側出口）
ΔT₂ ＝ 50 − 20 ＝ 30 K（高温側出口 vs 低温側入口）
ΔT_lm ＝ (50 − 30) / ln(50/30) ＝ 20 / 0.511 ＝ 39.1 K
向流と並流で ΔT₁・ΔT₂ の取り方が違います。 向流は「入口 vs 出口」の組み合わせ。
ln(50/30) の計算も対数表です。log(5/3) ＝ 0.699 − 0.477 ＝ 0.222 → ×2.303 ＝ 0.511。
保安管理技術で問われる方向
| 問われ方 | 答え |
|---|---|
| 向流と並流、伝熱面積が小さくて済むのは | 向流（ΔT_lm が大きい） |
| 並流で到達できない条件 | 低温側出口 ＞ 高温側出口にはできない |
| 汚れが付くと総括伝熱係数 U は | 下がる（熱抵抗が増える） |
| 熱伝達を支配するのは | 最も熱抵抗が大きい側（境膜） |
詳しくは伝熱の3形態、総括伝熱係数、伝熱面積の計算、熱交換器の完全ガイドへ。
材料力学 ── 薄肉円筒だけは押さえる
応力 σ ＝ 荷重/断面積
ひずみ ε ＝ 伸び/元の長さ
フックの法則 σ ＝ Eε
周方向応力（フープ応力）σ_θ ＝ pD/(2t)
軸方向応力 σ_z ＝ pD/(4t)
→ 周方向が軸方向の2倍
だから圧力容器の破裂は「縦割れ」になります。 最も大きい応力に直交する向きに裂けるからです。
なぜ2倍なのか
力の釣り合いを取る断面積が違うからです。
| 向き | 内圧が押す面積 | 受け持つ断面積 |
|---|---|---|
| 周方向 | D × L（縦に切った投影） | 2 × t × L（2箇所の板厚） |
| 軸方向 | πD²/4（鏡板） | πD × t（円周の板厚） |
p × D × L ＝ σ_θ × 2tL
→ σ_θ ＝ pD/(2t)
p × πD²/4 ＝ σ_z × πDt
→ σ_z ＝ pD/(4t)
この導出は覚えなくて構いません。 「周方向が2倍、だから縦割れ」だけで十分です。
ミニ例題
内径1.0 m、板厚10 mm の薄肉円筒に内圧2.0 MPa。周方向応力は？
〔解答〕
σ_θ ＝ pD/(2t) ＝ (2.0 × 1.0) / (2 × 0.010) ＝ 100 MPa
単位を m で揃えるのがポイントです。板厚を mm のまま入れると1000倍ずれます。
熱応力
σ ＝ EαΔT
E：ヤング率、α：線膨張係数
配管が拘束されたまま温度が変わると、大きな応力が出ます。 これが伸縮継手やループ配管が必要な理由です。
炭素鋼（E ＝ 200 GPa、α ＝ 12×10⁻⁶ /K）が100 K 昇温して完全拘束されたら？
〔解答〕
σ ＝ 200×10⁹ × 12×10⁻⁶ × 100 ＝ 240 MPa
→ 炭素鋼の降伏点（約240 MPa）に達する
100℃の温度変化だけで降伏します。 熱膨張を逃がす設計が必須である理由がこれです。
材料の基礎は材料の劣化、耐食材料の選定、設備の健全性は設備健全性管理へ。
結局、この型にどれだけ時間を使うか
学識対策としては、この記事を1回読むだけでよい
5年間出ていないので、演習は不要
ただし保安管理技術の対策として、方向だけは押さえる
押さえる優先順位
- 薄肉円筒：周方向が2倍、だから縦割れ（保安管理技術で頻出）
- 向流のほうが伝熱面積が小さくて済む
- Re ＜ 2,100 で層流
- キャビテーション ＝ 飽和蒸気圧を下回る
- 熱応力 σ ＝ EαΔT（拘束は危険）
この5つだけで、保安管理技術の該当箇所はかなり拾えます。
もし学識に出たら
基礎式レベルしか出ません。 甲種化学は化学系の資格であって、機械工学の資格ではないからです。
機械の深い内容は甲種機械の範囲です。化学を受けるなら、そこに時間を使う必要はありません。
その時間を型9（燃焼・爆発）に回すほうが、期待値ははるかに高い。
暗記カードにするならこれだけ
Re ＝ Duρ/μ 層流 ＜2,100 ／ 乱流 ＞4,000
Δp ＝ λ(L/D)(ρu²/2) 流速2倍で圧損4倍
P ＝ ρgQH（軸動力は ÷η）
キャビテーション＝吸込圧 ＜ 飽和蒸気圧
Q ＝ UAΔT_lm
ΔT_lm ＝ (ΔT₁−ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂)
向流のほうが ΔT_lm が大きい＝伝熱面積が小さくて済む
1/K ＝ 境膜＋壁＋境膜＋汚れ（直列和）
σ_θ ＝ pD/(2t)（周方向）
σ_z ＝ pD/(4t)（軸方向）
周方向が2倍 → 破裂は縦割れ
熱応力 σ ＝ EαΔT（炭素鋼100Kで約240 MPa＝降伏点）
まとめ
- 型10は学識の60大問で出題ゼロ（令和2〜6年度）
- 学識対策としては最後でよい。演習は不要
- ただし保安管理技術の問6〜問8で毎年出るので捨てない
- 保安管理技術では「何に比例するか」の方向が言えれば取れる
- 薄肉円筒の周方向応力は軸方向の2倍。だから破裂は縦割れ
- 向流のほうが伝熱面積が小さくて済む
- 熱応力は σ ＝ EαΔT。炭素鋼なら100 Kで降伏点に達する
- 浮いた時間は型9に回すほうが期待値が高い
次は学識の記述問題（問6）です。国試と検定で形式がまったく違います。→ 学識 問6の記述問題
型の全体像は計算10の型、学識全体の攻略は学識の出題マップへ。
出典：高圧ガス保安協会『甲種化学・機械 試験問題集 令和7年度版』甲種化学編。集計は令和2〜6年度の国家試験5回・技術検定5回、計60大問を筆者が型に仕分けして独自に行ったものです。設問の要約と解法の解説にとどめ、問題文そのものの転載は行っていません。
