ポリエチレンライニング鋼管の特徴と設計・施工・維持管理ガイド

2025年12月24日 最終更新日時 : 2025年12月24日 エバープレイ編集部

概要：ポリエチレンライニング鋼管とは

ポリエチレンライニング鋼管（Polyethylene-lined steel pipe）は、鋼管の内面にポリエチレン（PE）を密着させた複合管です。鋼管の強度と施工性を保持しつつ、内面に高い耐食性・低粗度の樹脂層を持たせることで、腐食防止、流体品質保全、摩擦損失低減といった利点を与えます。上水・原水・下水・化学工場や石油化学プラントの配管、道路横断のケーシングなど用途は多岐に渡ります。

製造方法と種類

主な製造方法は以下のとおりです。

  • 押出しライニング（Extrusion Lining）：鋼管内部に溶融させたPEを押出して内面に被覆する方法。連続生産が可能で均一な厚さが得られます。
  • スリップライニング／インサートライニング：あらかじめ成形したPEライナーを鋼管内に挿入し、熱や接着剤で密着させる方式。小口径や補修で用いられることがあります。
  • シュリンクフィット（熱収縮）方式：PEフィルムやシートを内面に巻き付け、加熱して熱収縮させ密着させる方式。現場補修や継手処理に使われます。

使用されるPEは一般に高密度ポリエチレン（HDPE）や中密度（MDPE）で、ライニング厚は通常0.5mm〜4.0mm程度が多く、用途に応じて選定されます。

材料特性と性能

  • 耐食性：PEは多くの水質や一般的な酸・アルカリに対して化学的に安定であり、鋼の内面腐食を大幅に抑制します。
  • 摩擦特性：PEの内面は非常に滑らかで、粗度係数が小さいため圧力損失が低減します。給水等でのエネルギー節減や流量確保に有利です。
  • 耐摩耗性：流砂や粒子を含む流体では摩耗を受ける場合がありますが、一般的な水道水や廃水では十分な耐久性を示します。
  • 温度耐性：PEは熱に弱く、連続使用温度は概ね60℃前後（材種による）を目安にしてください。高温流体には適しません。
  • 化学的制限：芳香族溶剤や塩素系溶媒など一部の有機溶剤には脆弱なので、取り扱う流体の組成確認が必要です。

設計上の留意点

  • ライニング厚の選定：流体の腐食性・摩耗性、許容圧力、用途（飲料水／工業用）に応じて厚さを決定します。飲料水用途では0.8〜2.0mm程度が一般的ですが、厳しい条件では3mm以上を検討します。
  • 温度と圧力の限界：PEのガラス転移や融点を考慮し、長期耐久性のために温度上限を守ること。圧力は鋼管の設計によりますが、溶接継手などでライナーが損傷しないよう配慮します。
  • 接続・継手設計：溶接やフランジ接続時にライニングが損傷しない処理（端部剥離後の再ライニング、ライナースリーブ、フェイスシール）を設計に組み込みます。
  • 流体特性：砂や固形物を含む流体では摩耗やライニングの局所損傷が考えられるため、保護対策やライニング材の耐摩耗性確認が必要です。

継手・補修方法

鋼管同士の溶接や継手部分では必ずライニングが切れるので、継手処理が重要です。代表的な処理は以下の通りです。

  • 端部剥離＋スリーブ接続：ライニングを管端で一定長さ剥ぎ取り、専用のPEスリーブで被覆・加熱密着して連続性を確保。
  • 現場塗布ライニング：補修用のPE感熱接着材やエポキシ系の補修材を用いることがある（ただし材料系が異なるので注意）。
  • 熱収縮シート：継手部に熱収縮PEシートを用いて局所的にライニングを再構築。

いずれも養生・加熱方法、表面清浄度、接着（溶着）条件が施工品質に直結します。

試験・品質管理

製造時および現場での品質管理は重要です。主な検査項目は以下のとおりです。

  • ライニング厚測定：非破壊測定（超音波、磁気式等）で均一性と最小厚を確認。
  • 付着強度試験：引張・はく離試験で鋼体とPEの付着性を評価。
  • 水圧試験・耐圧検査：鋼管本体の強度と接続部の密閉性を確認。
  • 電気的欠陥検査（ホリデー試験）：ライニングの欠陥を電気的に検出する場合がある（PE単体には導電性がないため表面導電化処理を行うことがある）。
  • 飲料水用では、溶出物試験や有害物質試験（鉛、その他可溶化合物）が要求されることがある。

施工上の注意点

  • 取り扱い：PEライニングは引っかき傷や圧痕に弱いので、施工時に金属製ローラーや角材で直接擦らないよう注意。搬送・据付ではライニング面が損傷しないよう保護材を使用する。
  • 貯蔵：直射日光・高温を避け、ライニングの熱変形や紫外線劣化を防ぐ。
  • 溶接熱による影響：溶接火花や高温がライニング端部まで達しないよう対策。溶接後の継手補修を必ず行う。
  • 地中埋設時の配慮：外面防食（外被、テープ、FBE等）と組み合わせ、外部腐食や機械的損傷を防止する。

維持管理・点検

運用中は定期的な点検と監視が必要です。代表的な手法は次の通りです。

  • CCTVによる内視検査（点検口やマンホールがある場合）でライニングの剥離や裂傷を確認。
  • 水質監視：pHや金属溶出のモニタリングで内面侵されていないかをチェック。
  • 圧力変動の監視：繰り返し応力でライニングや接続部に影響が出ることがあるため、圧力変動を把握する。
  • 緊急修繕：局所損傷は現場補修（熱収縮、スリーブ等）で対応。深刻な損傷や広範囲の剥離は取替えを検討。

利点と課題（メリット・デメリット）

  • メリット：高い耐食性と長寿命化、摩擦損失低減によるエネルギー節減、流体汚染の抑制（飲料水品質保持）、鋼管の機械的強度を利用できる点。
  • デメリット：高温流体や特定有機溶剤には不適、施工時の継手処理が手間、施工や取扱い不良でライニングが損傷すると局所腐食を招くリスクがある点。

適用例・事例

代表的な適用分野は以下です。

  • 給水・送水本管、ミドルサイズ〜大口径の上水道配管。
  • 原水取水管や浄水場の配管（流体品質を保持する必要がある箇所）。
  • 工業プラントにおける非有機溶剤系の薬液配管や冷却水ライン。
  • 道路や河川横断用のケーシング管として、内面ライニングで耐久性向上。

環境・ライフサイクルの視点

PEは熱可塑性でリサイクル性はあるものの、配管として使用された後の回収や分離は容易ではありません。原料は石油由来であるため、ライフサイクルアセスメント（LCA）を行う際は材料製造段階のCO2排出と、運用段階のエネルギー節減（摩擦損失低減によるポンプ省エネ）を比較検討することが重要です。

選定チェックリスト（設計者向け）

  • 扱う流体の組成・温度・圧力を確認し、PEの適合性を評価する。
  • 必要なライニング厚と鋼管板厚を算定する（圧力係数、腐食余裕を含む）。
  • 継手・補修工法を設計段階で明確にし、現場での施工手順と検査項目を定める。
  • 外面防食、埋設条件（被覆、砂戻し、覆土の種類）、支持条件を総合的に計画する。
  • 供給業者の製造・試験実績、適合規格・認証を確認する。

まとめ

ポリエチレンライニング鋼管は、鋼管の強度とPEの耐食性を組み合わせた有効な技術であり、適切な設計・施工・維持管理を行えば長寿命で信頼性の高い配管システムを実現できます。一方で材料の限界（温度・溶剤耐性）や継手処理、現場での取り扱いに伴うリスクを無視してはなりません。設計段階で流体条件、施工条件、検査項目を明確にし、供給者と緊密に連携して品質を確保することが成功の鍵です。

参考文献

カテゴリー
建築・土木
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