(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の管を軸方向に連設し、前記管と前記管との連結部に隙間を有する内管と、前記内管のほぼ同心円状に外設する外管と、前記内管と前記外管との間に設ける断熱材とを有するガス配管において、
前記内管の外周に、その内周端を固定する外側に広がった扇状の第一の支持手段と、
前記外管の内周に、その外周端を固定する内側に狭った扇状の第二の支持手段と、
前記第一の支持手段の外周側と前記第二の支持手段の内周側とを半径方向に摺接する摺接手段と、
周方向に隣り合う２つの前記第一の支持手段の間を冠着する第一の冠着手段と、
周方向に隣り合う２つの前記第二の支持手段の間を冠着する第二の冠着手段とを有することを特徴とするガス配管。
【請求項２】
請求項１に記載のガス配管において、
前記第一の支持手段と前記第二の支持手段との接触部に設け、その接触面よりも小さい面積の金属製のスペーサを有することを特徴とするガス配管。
【請求項３】
請求項１に記載のガス配管において、
前記摺接手段は、ボルトと２個のナットとを有することを特徴とするガス配管。
【請求項４】
請求項３に記載のガス配管において、
前記第一の支持手段は、その外周側に半径方向に長いボルト穴を有することを特徴とするガス配管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスを移送するガス配管に係り、特に、加圧流動床複合（ＰＦＢＣ）発電プラントの圧力容器とガスタービンとの間に設け、ＰＦＢＣボイラで生成した高温・高圧の石炭燃焼ガスを移送するのに好適なガス配管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガス配管として、実開昭６０−１６０９３  号公報には、圧力管と前記圧力管の内部に形成されたライナと前記圧力管と前記ライナとの間に設けられた断熱材とを有し、前記ライナは、一方の端部の外周上に複数のブラケットが設けられ他方の端部が若干細いライナユニットが、前記ライナユニットの細端部の外周に設けられるセラミックスを介して軸方向に連結されるものであり、前記圧力管の内周には、前記ブラケットに相当する位置に支持脚が設けられ、前記支持脚が、前記ブラケットと若干の遊びをもってピン枢着する内部断熱配管が開示されている。
また、実開昭６１−１２３２９６号公報には、多数のスリープがその端部をオーバーラップさせた状態で軸方向に相対移動可能に連結されてなる流体輸送用内管と、該内管を覆う外管と、前記内管と前記外管との間に設けられた断熱材と、前記スリープと前記外管との間に設けられ、これらをその半径方向および軸方向に相対移動可能に連結する支持金物と、前記断熱材を横断して内外管の間を液密に遮断する弾性変形可能なリング状のシールプレートとから成る液体輸送用配管が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記実開昭６０−１６０９３  号公報に記載された内部断熱配管は、ライナの熱膨張の際の半径方向の編心及び軸方向の移動による断熱効果の低下を防止し、ライナの支持強度を高めたものであり、ライナの連結部のガスの漏洩については、配慮されていない。また、内管からブラケット，支持脚を通じて、外管に熱が伝導し、外管の支持脚の形成部に局所的な高温部が生じることについても、配慮されていない。
【０００４】
また、上記実開昭６１−１２３２９６号公報に記載された液体輸送用配管は、内管の半径方向及び軸方向の熱膨張を吸収するだけでなく、各スリープのオーバーラップ部分から出入りするバイパス流を抑止したものであるが、その効果を得るシールプレートの熱応力による疲労破壊については、配慮されていない。また、前記同様に、外管に局所的な高温部が生じることについても、配慮されていない。
【０００５】
本発明の目的は、高温・高圧のガスを移送するもので、より信頼性を向上したガス配管を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のガス配管は、複数個の管を軸方向に連設し、前記管と前記管との連結部に隙間を有する内管と、前記内管のほぼ同心円状に外設する外管と、前記内管と前記外管との間に設ける断熱材と、前記内管の外周に、その内周端を固定する外側に広がった扇状の第一の支持手段と、前記外管の内周に、その外周端を固定する内側に狭った扇状の第二の支持手段と、前記第一の支持手段の外周側と前記第二の支持手段の内周側とを半径方向に摺接する摺接手段と、周方向に隣り合う２つの前記第一の支持手段の間を冠着する第一の冠着手段と、周方向に隣り合う２つの前記第二の支持手段の間を冠着する第二の冠着手段とを有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１〜図３に、本発明のガス配管の第一の実施例を示す。図１は、ガス配管の側断面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ方向の断面図である。図３は、図１におけるＢ部の拡大図であり、ライナの支持構造の詳細を示す。図中、１は加圧流動床複合（ＰＦＢＣ）発電プラントのＰＦＢＣボイラで生成した石炭燃焼ガス（圧力：約０．８８ＭＰａ  ，温度：約８７０℃，流量：約９５０ｔ／ｈ）、２は内圧を保持する外管（材質：ＳＣＭＶ３，外径：φ２４５０ｍｍ，板厚：２５ｍｍ）、３は外管２を保温する保温材（材質：ロックウール）、４は外管２への熱の伝導を抑制するセラミック・ファイバー状又はコンクリート状の断熱材、５は断熱材４の飛散を防止するライナ（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ  ，外径：φ１９００ｍｍ，板厚：６ｍｍ，長さ：１５００ｍｍ）、６は円筒状のギャップリング（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ  ，内径：φ１９００ｍｍ，板厚：６ｍｍ，長さ：６０ｍｍ）、７はライナ５の半径方向のズレを抑制する円筒状のライナサポートリング（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ  ，内径：φ１９１２ｍｍ，板厚：１６ｍｍ，長さ：２４５ｍｍ）、８はライナ５側に設ける円環状の固定リブ（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ，内径：φ１９４４ｍｍ，外径：φ２１６０ｍｍ，板厚：１６ｍｍ）、９は外管２側に設ける円環状の固定リブ（材質：ＳＣＭＶ３，内径：φ２０４０ｍｍ，外径：φ２３６８ｍｍ，板厚：１６ｍｍ）、１０は外管２側に設ける固定リブ取付リング（材質：ＳＣＭＶ３，外径：φ２４００ｍｍ，板厚：１６ｍｍ，長さ：６０ｍｍ）、１１はボルト（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ  ，サイズ：Ｍ１６×１６）、１２，１３はナット（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ  ，サイズ：Ｍ１６）、１４はワッシャ（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ  ，内径：φ２０ｍｍ，外径：φ５０ｍｍ，厚さ：４ｍｍ）、１５はφ２０ｍｍの穴を２０ｍｍスライドさせた長穴を示す。
【０００９】
内管は、ライナ５が軸方向に、複数個連設されて成るものであり、ガス配管の製造時に、軸方向に隣り合う２つのライナ５の間に３５ｍｍ程度の隙間を設ける。ライナ５の一端部の外周に、ギャップリング６を溶接し、さらにその外周に、ライナサポートリング７の一端部を溶接する。この時、ライナサポートリング７の他端部は、ライナ５の間の隙間をオーバーラップするものとする。さらに、ライナサポートリング７の外周に、固定リブ８の内周端を溶接する。一方、外管２の内周に、固定リブ取付リング１０を溶接し、さらにその内周に、固定リブ９の外周端を溶接する。この時、溶接時に線膨張率の相違から生じる最大応力を軽減するために、固定リブ８及び固定リブ９は、それぞれ、溶接する部材、即ち、ライナサポートリング７及び固定リブ取付リング１０と同一材質のものが好ましい。また、異材質であっても、線膨張率が同程度の材質のものが好ましい。例えば、固定リブ取付リング１０の材質を低合金鋼ＳＣＭＶ３（線膨張率：１４．４１×１０￣６／℃，常温），固定リブ９の材質をステンレス鋼ＳＵＳ３１０Ｓ線（膨張率：１６．６８×１０￣６／℃，常温）とすると、溶接時に５０ｋｇ／ｍｍ２  以上の応力が発生する。かかる溶接部は、９００℃近い高温雰囲気中で使用し続けると、２０００回程度の繰返し負荷により熱疲労が生じる。よって、ライナ５の材質がＳＵＳ３１０Ｓ  ならば、ギャップリング６，ライナサポートリング７，固定リブ８の材質もＳＵＳ３１０Ｓ  であるのが好ましい。また、外管２の材質がＳＣＭＶ３ならば、固定リブ９，固定リブ取付リング１０の材質もＳＣＭＶ３であるのが好ましい。
【００１０】
固定リブ９の内周端から半径方向に３０ｍｍの位置に、周方向に９０度間隔でボルト１１を通すためのφ２０ｍｍのボルト穴を予め設けておく。そのボルト穴に、ボルト１１を通し、固定リブ９に溶接する。一方、固定リブ８の外周端から半径方向に３０ｍｍの位置に、周方向に９０度間隔で、ボルト１１を通すためのφ２０ｍｍのボルト穴を、外周端から半径方向に３０ｍｍの位置から、内周方向に２０ｍｍスライドさせて成る長穴１５を予め設けておく。そして、ボルト１１のネジ部側に、ワッシャ１４を通し、固定リブ８の長穴１５を通して、ナット１２及びナット１３を締める。この時、図３に示すように、固定リブ８側に位置するナット１２を緩方向（反時計回り）に、他方のナット１３を締方向（時計回り）に回し、ナット１２とナット１３とを噛み合わす。これにより、固定リブ８と固定リブ９とを互いに固定する。
【００１１】
上記第一の実施例によれば、内管を構成するライナ５の連結部に隙間を有するため、石炭燃焼ガス１の熱による内管の軸方向の熱膨張を許容することができる。ライナ５の連結部にライナサポートリング７を有するため、断熱材４中へ石炭燃焼ガス１が流入するのを防止することができる。ライナ５とライナサポートリング７との間にギャップリング６を有するため、製造過程で生じるライナ５の公差及びライナ５の半径方向の熱膨張に関わらず、ライナ５が軸方向にスムースに伸縮することができる。固定リブ８と固定リブ９との間にワッシャ１４を有することにより、固定リブ８と固定リブ９との接触面積が小さくなり、石炭燃焼ガス１の熱が固定リブ８，固定リブ９等を通じて外管２へ伝導するのを抑制することができる。これにより、外管２の固定リブ取付リング１０の形成部にヒートスポット（局所的な高温部）が生じるのを防止することができる。固定リブ８と固定リブ９とを、半径方向に長い長穴１５に、ボルト１１とナット１２，１３で固定するため、ライナ５の半径方向の熱膨張を許容し、ライナサポートリング７と固定リブ８との溶接部、或いは固定リブ９と固定リブ取付リング１０との溶接部に、過剰な応力が発生するのを抑制することができる。ライナ５を支持する支持板が円環状であり、前記支持板が外管２とライナ５との間をライナ５の長さで軸方向に区切るため、ライナ５の連結部の隙間から断熱材４中へ流入した石炭燃焼ガス１が自由対流するのを防止することができる。これにより、流入した石炭燃焼ガス１の自由対流により断熱材４の偏在を防止することができ、外管２の温度が上昇するのを抑制することができる。図４に、本実施例の各位置の温度分布解析結果を示す。以上のように、外管２にライナ５を支持する支持構造が、外管２とライナ５との間のガスバイパスを防止するガスバイパス防止構造の役割を兼ねるため、別途、弾性変形が可能なシールプレート等を設ける必要がなくなる。これにより、製造過程時の断熱材４の施工性を向上すると共に、熱応力によるシールプレートの疲労破壊を防止することができる。
【００１２】
図５，図６に、本発明のガス配管の第二の実施例を示す。図５は、前記第一の実施例の図２に相当するものの１／４断面図である。図６は、前記第一の実施例の図３に相当するものであり、ライナの支持構造の詳細を示す。図中、１６はライナ５側に設ける扇状の固定リブ（固定リブ８をほぼ１８分割したもの）、１７は外管２側に設ける扇状の固定リブ（固定リブ９をほぼ１８分割したもの）、
１８は布状の断熱材、１９はその長手方向に長穴１５を有する直方体の熱伸び吸収プレート（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ  ，縦：７０ｍｍ，横：５０ｍｍ，板厚：１６ｍｍ）、２０は断熱材４中の石炭燃焼ガス１の自由対流を防止するガスバイパス防止板（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ  ，板厚：６ｍｍ）、２１は断熱材４中の石炭燃焼ガス１の自由対流を防止するガスバイパス防止板（材質：ＳＣＭＶ３，板厚：６ｍｍ）を示す。
【００１３】
上記第一の実施例と同様に、ライナサポートリング７の外周に、周方向に２２．５度間隔で、固定リブ１６の内周端を溶接する。また、固定リブ取付リング１０の内周に、周方向に２２．５  度間隔で、固定リブ１７の外周端を溶接する。固定リブ１７の内周端から半径方向に３０ｍｍの位置に、ボルト１１を通すためのφ２０ｍｍのボルト穴を予め設けておく。そのボルト穴に、ボルト１１を通し、固定リブ１７に溶接する。一方、固定リブ１６の外周端から半径方向に４０ｍｍの位置に、φ４０ｍｍのボルト穴を予め設けておく。そして、ボルト１１のネジ部側に、ワッシャ１４を通し、固定リブ１６のボルト穴を通し、さらに、熱伸び吸収プレート１９の長穴１５を通し、熱伸び吸収プレート１９を固定リブ１６に溶接する。そして、上記第一の実施例と同様に、ナット１２及びナット１３を締める。この時、周方向に隣り合う２つの固定リブ１６の間と、周方向に隣り合う２つの固定リブ１７の間との各々に６０ｍｍ程度の隙間を設ける。そして、固定リブ１６，１７の各々の間の隙間を覆うように、固定リブ１６，１７の各々に、ガスバイパス防止板２０，２１を溶接する。ガスバイパス防止板２０，２１の溶接の際、周方向に隣り合う２つの固定リブのうち、一方の固定リブとの接触面のみを溶接する。また、固定リブ１６と固定リブ１７との軸方向の間に、断熱材１８を設ける。
【００１４】
上記第二の実施例によれば、第一の実施例により得られる効果に加えて、以下のような効果を得る。即ち、固定リブ１６，１７のそれぞれが、扇状で、各々の固定リブの間に隙間を有するため、ライナ５等の周方向の熱伸びを許容することができる。固定リブの間の周方向の隙間を覆うように、ガスバイパス防止板２０，２１を溶接するため、断熱材４中に流入した石炭燃焼ガス１が自由対流するのを防止することができる。固定リブ１６と固定リブ１７との軸方向の間に設ける断熱材１８が布状であるため、固定リブ１６と固定リブ１７との間に設けられた断熱材の飛散を防止することができる。固定リブ１６のボルト穴がφ４０ｍｍと、ボルト１１のネジ部の径に対して大きいため、製造過程で生じる固定リブ１６のボルト穴と固定リブ１７のボルト穴との公差にかかわらず、固定リブ１７に溶接されたボルト１１に、固定リブ１６を容易に通すことができる。そして、ボルト１１に固定リブ１６を通した後、固定リブ１６に熱伸び吸収プレート１９を溶接するため、固定リブ１６と固定リブ１７との周方向のズレを抑制することができる。
【００１５】
図７，図８に、本発明のガス配管の第三の実施例を示す。図７は、前記第一の実施例の図２に相当するものの１／４断面図である。図８は、前記第一の実施例の図３に相当するものであり、ライナの支持構造の詳細を示す。図中、２２は扇状の固定リブ（内径がφ１９９０ｍｍで外径がφ２３１０ｍｍで板厚が１６ｍｍの円環状の板を３２分割したもの）、２３はボルト（材質：ＳＣＭＶ３，サイズ：Ｍ１６×１６）、２４はナット（材質：ＳＣＭＶ３，サイズ：Ｍ１６）、２５はワッシャ（材質：ＳＣＭＶ３，内径：φ２０ｍｍ，外径：φ５０ｍｍ，厚さ：４ｍｍ）、２６は断熱材４中の石炭燃焼ガス１の自由対流を防止する扇状のガスバイパス防止板（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ  ，内径がφ１９９０ｍｍで外径がφ２３１０ｍｍで板厚が６ｍｍの円環状の板を２４分割したもの）、２７はライナ５側に設ける円環状の固定リブ
（材質：ＳＵＳ３１０Ｓ  ，内径：φ１９３２ｍｍ，外径：φ２１５０ｍｍ，板厚：１６ｍｍ）、２８は外管２側に設ける円環状の固定リブ（材質：ＳＣＭＶ３，内径：φ２１９０ｍｍ，外径：φ２３６８ｍｍ，板厚：１６ｍｍ）を示す。
【００１６】
上記第一の実施例と同様に、ライナサポートリング７の外周に、固定リブ２７の内周端を溶接する。また、固定リブ取付リング１０の内周に、固定リブ２８の外周端を溶接する。固定リブ２７の外周端から半径方向に３０ｍｍの位置に、周方向に２２．５  度の間隔で、ボルト１１を通すためのφ２０ｍｍのボルト穴を予め設けておく。そのボルト穴に、ボルト１１を通し、固定リブ２７に溶接する。一方、固定リブ２８の内周端から半径方向に３０ｍｍの位置に、周方向に２２．５  度の間隔で、ボルト２３を通すためのφ２０ｍｍのボルト穴を予め設けておく。そして、そのボルト穴に、ボルト２３を通し、固定リブ２８に溶接する。一方、固定リブ２２の外周端から半径方向に３０ｍｍの位置に、ボルト２３を通すためのφ２０ｍｍのボルト穴を予め設けておく。また、固定リブ２２の内周端から半径方向に
５０ｍｍの位置に、ボルト１１を通すためのφ２０ｍｍの穴を、内周端から半径方向に５０ｍｍの位置から、外周方向に２０ｍｍスライドさせて成る長穴１５を予め設けておく。そして、ボルト１１のネジ部側に、ワッシャ１４を通し、固定リブ２２の長穴１５を通して、上記第一の実施例と同様に、ナット１２及びナット１３を締める。一方、ボルト２３のネジ部側に、ワッシャ２５を通し、固定リブ２２のボルト穴を通して、ナット２４を締める。そして、周方向に隣り合う２つの固定リブ２２の間の隙間を覆うように、ガスバイパス防止板２６を溶接する。このガスバイパス防止板２６の溶接の際、上記第二の実施例と同様に、周方向に隣り合う２つの固定リブ２２のうち、一方の固定リブ２２との接触面のみを溶接する。上記第三の実施例によれば、前記第一の実施例，前記第二の実施例により得られる効果に加えて、以下のような効果を得る。即ち、固定リブ２２と固定リブ２７との間にワッシャ１４を有することにより、固定リブ２２と固定リブ２７との接触面積が小さくなり、固定リブ２７の熱が固定リブ２２に伝導するのを抑制し、固定リブ２２と固定リブ２８との間にワッシャ２５を有することにより、固定リブ２２と固定リブ２８との接触面積が小さくなり、固定リブ２２の熱が固定リブ２８に伝導するのを抑制する。これにより、石炭燃焼ガス１の熱が、外管２に伝導するのを、さらに軽減することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のガス配管によれば、内管が、複数個の管を軸方向に連設されて成り、各管の連結部に隙間を有するため、内管の軸方向の熱膨張を許容することができる。また、内管を外管に支持する支持手段が、扇状の第一の支持手段と、扇状の第二の支持手段とから成るため、支持手段の周方向の熱膨張を許容することができる。また、第一の支持手段と第二の支持手段とが、互いに半径方向に摺接されるため、内管の半径方向の熱膨張を許容することができる。これにより、内管が周方向に熱膨張する場合に、内管と第一の支持手段との固定部、或いは外管と第二の支持手段との固定部に、局所的な応力が発生するのを抑制することができる。
【００１８】
第一の冠着手段が、周方向に隣り合う２つの第一の支持手段の間を冠着し、第二の冠着手段が、周方向に隣り合う２つの第二の支持手段の間を冠着して、内管と外管との間を軸方向に区切るため、内管の連結部から漏洩する内管内部のガスが、内管と外管との間で自由対流するのを防止することができる。
【００１９】
以上により、本発明のガス配管は、熱応力による疲労損傷、及び熱によるクリープ損傷の発生を低減でき、より信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス配管の第一の実施例の側断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ方向の断面図（支持構造の詳細図）。
【図３】図１のＢ部の拡大図。
【図４】本発明のガス配管の第一の実施例の各部の温度分布解析結果。
【図５】本発明のガス配管の第二の実施例の１／４断面図。
【図６】本発明のガス配管の第二の実施例の支持構造の詳細図。
【図７】本発明のガス配管の第三の実施例の１／４断面図。
【図８】本発明のガス配管の第三の実施例の支持構造の詳細図。
【符号の説明】
１…石炭燃焼ガス、２…外管、３…保温材、４…断熱材、５…ライナ、６…ギャップリング、７…ライナサポートリング、８，９，１６，１７，２２…固定リブ、１０…固定リブ取付リング、１１，２３…ボルト、１２，１３，２４…ナット、１４，２５…ワッシャ、１５…長穴、１８…断熱材、１９…熱伸び吸収プレート、２０，２１，２６…ガスバイパス防止板。
【図１】
0003550463.tif 000002
【図２】
0003550463.tif 000003
【図３】
0003550463.tif 000004
【図４】
0003550463.tif 000005
【図５】
0003550463.tif 000006
【図６】
0003550463.tif 000007
【図７】
0003550463.tif 000008
【図８】
0003550463.tif 000009