(57)【要約】【課題】ガス化装置やボイラ等の火炉壁に溶接で取り付けられた補修管の残留応力を低減することを目的とする。【解決手段】本発明の少なくとも一実施形態に係る火炉壁の補修方法は、複数の配管によって構成される火炉壁の補修方法であって、前記複数の配管における補修対象箇所を選定するステップと、前記補修対象箇所を含む前記配管の所定区間を切除するステップと、前記所定区間が切除された前記火炉壁に、曲部を有する補修管の両端部を溶接で取り付けるステップと、を備える。【選択図】図２
2019095133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配管によって構成される火炉壁の補修方法であって、
前記複数の配管における補修対象箇所を選定するステップと、
前記補修対象箇所を含む前記配管の所定区間を切除するステップと、
前記所定区間が切除された前記火炉壁に、曲部を有する補修管の両端部を溶接で取り付けるステップと、
を備える火炉壁の補修方法。
【請求項２】
前記所定区間は、前記複数の配管における直管部分である
請求項１に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項３】
前記補修管は、
前記補修管の一端側に形成される一端側曲部、
前記補修管の他端側に形成される他端側曲部、及び
前記一端側曲部と他端側曲部との間に形成される中間部、を有する第１補修管を含み、
前記補修管の両端部を溶接で取り付けるステップでは、前記中間部が炉外側に向かって突出するように前記所定区間が切除された前記火炉壁に前記第１補修管を取り付ける
請求項１又は２に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項４】
前記補修対象箇所を選定するステップでは、前記配管における損耗度合いが規定の損耗度以上の箇所を前記補修対象箇所として選定し、
前記配管の所定区間を切除するステップでは、前記補修対象箇所を含む前記配管が曲管部分を含む配管であれば、該曲管部分の損耗度合いが前記規定の損耗度未満の場合であっても該曲管部分の少なくとも一部を含む区間を前記所定区間として設定し、該所定区間を切除する
請求項１に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項５】
前記補修管を前記所定区間が切除された前記火炉壁に溶接で取り付けた後に前記補修管の両端部における前記溶接後の収縮によって前記補修管に生じる引張応力を低減するために、前記補修管の冷却、及び前記所定区間が切除された前記火炉壁の加熱の少なくとも一方を行う応力緩和策を実施するステップをさらに備える
請求項１乃至４の何れか１項に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項６】
複数の配管によって構成される火炉壁の補修方法であって、
前記複数の配管における補修対象箇所を選定するステップと、
前記補修対象箇所を含む前記配管の所定区間を切除するステップと、
前記所定区間が切除された前記火炉壁に補修管の両端部を溶接で取り付けるステップと、
前記補修管の両端部における前記溶接後の収縮によって前記補修管に生じる引張応力を低減するために、前記補修管の冷却、及び前記所定区間が切除された前記火炉壁の加熱、の少なくとも何れか一方を行う応力緩和策を実施するステップと、
を備える火炉壁の補修方法。
【請求項７】
前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修管を冷却し、
前記補修管の両端部を溶接で取り付けるステップでは、前記応力緩和策を実施するステップで冷却された状態にある前記補修管を溶接で取り付ける
請求項６に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項８】
前記火炉壁は、隣接する配管同士を連結するフィンを含み、
前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修対象箇所を含む前記配管に隣接する隣接配管を含む前記火炉壁の所定範囲を加熱し、
前記補修管の両端部を溶接で取り付けるステップでは、前記応力緩和策を実施するステップで前記火炉壁の所定範囲を加熱した状態において、前記所定区間が切除された前記火炉壁に前記補修管を溶接で取り付ける
請求項６に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項９】
前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修管を前記所定区間が切除された前記火炉壁に溶接で取り付けた後の前記補修管を冷却し、熱応力によって引っ張り力を与えることで前記補修管を降伏させる
請求項６に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項１０】
前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修管を前記所定区間が切除された前記火炉壁に溶接で取り付けた後、前記補修対象箇所を含む前記配管に隣接する隣接配管を含む前記火炉壁の所定範囲を加熱し、前記補修管に引っ張り力を与えることで前記補修管を降伏させる
請求項６に記載の火炉壁の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、火炉壁の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラや石炭等の炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化するガス化装置等では、火炉壁の加熱を抑制するために、火炉壁は、冷却媒体が通過する複数の配管と、各配管の間に設けられる複数のフィンとを有し、配管とフィンとが溶接等によって相互に接合されることで形成されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５４７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
火炉壁を構成する配管は、ガス化装置やボイラ等の運転時間の経過により減肉や亀裂等の損傷が生じることがある。このような場合には、減肉や亀裂等が生じた配管の全体を更新するのではなく、減肉や亀裂等を含む所定区間を切除し、所定区間が切除された火炉壁に補修管を溶接で取り付ける補修が行われることがある。
【０００５】
しかしながら、所定区間が切除された火炉壁に補修管を溶接で取り付けると、補修管の寿命が当初の予測よりも短くなる場合があることに発明者らは気が付いた。
発明者らは、鋭意検討した結果、所定区間が切除された火炉壁に補修管を溶接で取り付けると、溶接後の温度低下により溶接部分が収縮することで補修管に引張応力が生じ、このようにして生じた引張応力が残留応力として残った状態でガス化装置やボイラ等が運転されると、補修管の寿命が短くなるおそれがあることを見出した。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、火炉壁に溶接で取り付けられた補修管の残留応力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る火炉壁の補修方法は、
複数の配管によって構成される火炉壁の補修方法であって、
前記複数の配管における補修対象箇所を選定するステップと、
前記補修対象箇所を含む前記配管の所定区間を切除するステップと、
前記所定区間が切除された前記火炉壁に、曲部を有する補修管の両端部を溶接で取り付けるステップと、
を備える。
【０００８】
上記（１）の方法によれば、所定区間が切除された火炉壁に、曲部を有する補修管の両端部を溶接で取り付ける。そのため、補修管の取り付け後に両端部の溶接部分の温度が低下して溶接部分が収縮すると、曲部が両端から引っ張られる。これにより、曲部の曲がりが伸ばされるように変形する。このように、曲部が伸ばされるように変形することで、補修管に生じる残留応力を低減できる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、前記所定区間は、前記複数の配管における直管部分である。
【００１０】
上記（２）の方法によれば、補修対象箇所を含む配管から所定区間として直管部分が切除される。そして、上記（１）のように、該所定区間が切除された火炉壁に、曲部を有する補修管の両端部が溶接で取り付けられる。そのため、補修管の取り付け後に両端部の溶接部分の温度が低下して溶接部分が収縮しても、曲部の曲がりが伸ばされるように変形することで、補修管に生じる残留応力を低減できる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の方法において、
前記補修管は、
前記補修管の一端側に形成される一端側曲部、
前記補修管の他端側に形成される他端側曲部、及び
前記一端側曲部と他端側曲部との間に形成される中間部、を有する第１補修管を含み、
前記補修管の両端部を溶接で取り付けるステップでは、前記中間部が炉外側に向かって突出するように前記所定区間が切除された前記火炉壁に前記第１補修管を取り付ける。
【００１２】
上記（３）の方法によれば、一端側曲部と他端側曲部とを有する第１補修管を所定区間が切除された火炉壁に取り付けるので、第１補修管の取り付け後に溶接部分の温度が低下して溶接部分が収縮しても、一端側曲部及び他端側曲部の曲がりが伸ばされるように変形することで、第１補修管に生じる残留応力を低減できる。また、上記（３）の方法によれば、中間部が炉外側に向かって突出するように所定区間が切除された火炉壁に第１補修管を取り付けるので、中間部が火炉の温度の影響を受け難くなる。また、上記（３）の方法によれば、中間部が炉外側に向かって突出するように所定区間が切除された火炉壁に第１補修管を取り付けるので、切除された所定区間が直管部分であっても、切除された所定区間に隣接する他の配管と、一端側曲部と他端側曲部とを有する第１補修管とが干渉しない。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記補修対象箇所を選定するステップでは、前記配管における損耗度合いが規定の損耗度以上の箇所を前記補修対象箇所として選定し、
前記配管の所定区間を切除するステップでは、前記補修対象箇所を含む前記配管が曲管部分を含む配管であれば、該曲管部分の損耗度合いが前記規定の損耗度未満の場合であっても該曲管部分の少なくとも一部を含む区間を前記所定区間として設定し、該所定区間を切除する。
【００１４】
上記（４）の方法によれば、切除される所定区間に曲管部分の少なくとも一部を含めることで、上記曲管部分のうち上記所定区間に含まれる部分に相当する曲部を補修管に設けることができる。これにより、補修管の取り付け後に両端部の溶接部分の温度が低下して溶接部分が収縮しても、該曲部の曲がりが伸ばされるように変形することで、補修管に生じる残留応力を低減できる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの方法において、
前記補修管を前記所定区間が切除された前記火炉壁に溶接で取り付けた後に前記補修管の両端部における前記溶接後の収縮によって前記補修管に生じる引張応力を低減するために、前記補修管の冷却、及び前記所定区間が切除された前記火炉壁の加熱の少なくとも一方を行う応力緩和策を実施するステップをさらに備える。
【００１６】
上記（５）の方法によれば、後述する応力緩和策をさらに実施するので、補修管に生じる残留応力をさらに低減できる。
【００１７】
（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る火炉壁の補修方法は、
複数の配管によって構成される火炉壁の補修方法であって、
前記複数の配管における補修対象箇所を選定するステップと、
前記補修対象箇所を含む前記配管の所定区間を切除するステップと、
前記所定区間が切除された前記火炉壁に補修管の両端部を溶接で取り付けるステップと、
前記補修管の両端部における前記溶接後の収縮によって前記補修管に生じる引張応力を低減するために、前記補修管の冷却、及び前記所定区間が切除された前記火炉壁の加熱、の少なくとも何れか一方を行う応力緩和策を実施するステップと、
を備える。
【００１８】
上記（６）の方法によれば、後述する応力緩和策を実施するので、補修管に生じる残留応力を低減できる。
【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、
前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修管を冷却し、
前記補修管の両端部を溶接で取り付けるステップでは、前記応力緩和策を実施するステップで冷却された状態にある前記補修管を溶接で取り付ける。
【００２０】
上記（７）の方法によれば、冷却された状態にある補修管を溶接で取り付けるので、取り付け後に冷却されていた補修管の温度が上昇すると補修管が熱伸びする。これにより、補修管の両端部における溶接後の収縮を減少させることができるので、補修管に生じる残留応力を低減できる。
【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、
前記火炉壁は、隣接する配管同士を連結するフィンを含み、
前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修対象箇所を含む前記配管に隣接する隣接配管を含む前記火炉壁の所定範囲を加熱し、
前記補修管の両端部を溶接で取り付けるステップでは、前記応力緩和策を実施するステップで前記火炉壁の所定範囲を加熱した状態において、前記所定区間が切除された前記火炉壁に前記補修管を溶接で取り付ける。
【００２２】
上記（８）の方法によれば、隣接する配管同士がフィンで連結されているので、補修対象箇所を含む配管に隣接する隣接配管を含む火炉壁の所定範囲を加熱することで隣接配管が熱伸びすると、所定区間が切除された火炉壁に残っている配管の端部間の距離が長くなる。この状態で補修管の両端部を溶接で取り付けた後、加熱していた所定範囲の温度が低下すると、隣接配管が収縮するので、所定区間が切除された火炉壁に残っていた配管の端部間の距離が短くなる。これにより、補修管の両端部における溶接後の収縮を減少させることができるので、補修管に生じる残留応力を低減できる。
【００２３】
（９）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修管を前記所定区間が切除された前記火炉壁に溶接で取り付けた後の前記補修管を冷却し、熱応力によって引っ張り力を与えることで前記補修管を降伏させる。
【００２４】
上記（９）の方法によれば、溶接で取り付けた後の補修管を冷却し、熱応力によって引っ張り力を与えることで補修管を降伏させるので、補修管の温度が常温に戻ると、補修管を降伏させる前と比べて補修管の残留応力が低下する。これにより、補修管に生じる残留応力を低減できる。
【００２５】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修管を前記所定区間が切除された前記火炉壁に溶接で取り付けた後、前記補修対象箇所を含む前記配管に隣接する隣接配管を含む前記火炉壁の所定範囲を加熱し、前記補修管に引っ張り力を与えることで前記補修管を降伏させる。
【００２６】
上記（１０）の方法によれば、補修管を溶接で取り付けた後、補修対象箇所を含む配管に隣接する隣接配管、すなわち補修管に隣接する隣接配管を含む火炉壁の所定範囲を加熱し、該所定範囲の熱伸びによって補修管に引っ張り力を与えることで補修管を降伏させるので、該所定範囲の温度が常温に戻ると、補修管を降伏させる前と比べて補修管の残留応力が低下する。これにより、補修管に生じる残留応力を低減できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、火炉壁に溶接で取り付けられた補修管の残留応力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】幾つかの実施形態に係る火炉壁の補修方法が適用される、石炭ガス化炉等のガス化装置やボイラにおける火炉壁の一部を模式的に示す図であり、（ａ）は火炉壁を炉内側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ１−Ｂ１矢視断面図である。
【図２】幾つかの実施形態に係る火炉壁の補修方法における概略の流れを示すフローチャートである。
【図３】補修対象配管から切除区間を切除した後の火炉壁の一部を模式的に示す図であり、（ａ）は火炉壁を炉内側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ３−Ｂ３矢視断面図である。
【図４】補修管を取り付けた後の火炉壁の一部を模式的に示す図であり、（ａ）は火炉壁を炉内側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ４−Ｂ４矢視断面図である。
【図５】補修管と、補修管の両隣の配管とをシールプレートで連結した後の火炉壁の一部を模式的に示す図であり、（ａ）は火炉壁を炉内側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ５−Ｂ５矢視断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ５−Ｃ５矢視断面図である。
【図６】開口部を有する火炉壁の一部を炉内側から見たときの模式的な図である。
【図７】他の実施形態に係る火炉壁の補修方法における概略の流れを示すフローチャートである。
【図８】補修管の熱収縮について説明するための模式的な図である。
【図９】加熱範囲について説明する図である。
【図１０】補修管を冷却する様子を模式的に示す図である。
【図１１】図１〜図６に示した幾つかの実施形態に係る火炉壁の補修方法に、火炉壁の補修方法の他の実施形態におけるステップＳ２０で実施される応力緩和策を適用した場合の概略の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３０】
図１は、幾つかの実施形態に係る火炉壁の補修方法が適用される、石炭ガス化炉等のガス化装置やボイラにおける火炉壁の一部を模式的に示す図であり、図１（ａ）は、火炉壁を炉内側から見た図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ１−Ｂ１矢視断面図である。
火炉壁１０は、冷却水としての給水や蒸気などの冷媒が流通する複数の配管１１と、隣接する配管１１同士を連結するフィン１２とを有する。
【００３１】
火炉壁１０を構成する配管１１は、ガス化装置やボイラ等の運転時間の経過により減肉や亀裂等の損傷が生じることがある。このような場合には、減肉や亀裂等が生じた配管１１の全体を更新するのではなく、以下で説明するように、減肉や亀裂等を含む所定区間を切除し、所定区間が切除された火炉壁１０に補修管を溶接で取り付ける補修が行われることがある。
【００３２】
図２は、幾つかの実施形態に係る火炉壁の補修方法における概略の流れを示すフローチャートである。幾つかの実施形態に係る火炉壁の補修方法は、複数の配管１１における補修対象箇所を選定するステップＳ１と、補修対象箇所を含む配管１１の所定区間を切除するステップＳ３と、所定区間が切除された火炉壁１０に、曲部を有する補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５とを備える。
すなわち、幾つかの実施形態に係る火炉壁の補修方法によれば、所定区間が切除された火炉壁１０に、曲部を有する補修管の両端部を溶接で取り付ける。そのため、補修管の取り付け後に両端部の溶接部分の温度が低下して溶接部分が収縮すると、曲部が両端から引っ張られる。これにより、曲部の曲がりが伸ばされるように変形する。このように、曲部が伸ばされるように変形することで、補修管に生じる残留応力を低減できる。以下、詳細に説明する。
【００３３】
なお、以下の説明では、複数の配管１１における補修対象箇所を選定するステップＳ１のことを補修対象箇所を選定するステップＳ１とも呼び、補修対象箇所を含む配管１１の所定区間を切除するステップＳ３のことを所定区間を切除するステップＳ３とも呼び、所定区間が切除された火炉壁１０に、曲部を有する補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５のことを補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５とも呼ぶ。
【００３４】
補修対象箇所を選定するステップＳ１では、例えば事前に実施された探傷検査等の検査結果に基づいて、補修対象箇所を選定する。例えば、超音波探傷検査等によって、配管１１における損耗度合いが規定の損耗度以上の箇所、例えば、配管１１に補修が必要と判断される程度の減肉や亀裂等が存在する箇所を、補修対象箇所として選定する。説明の便宜上、以下の説明では、複数の配管１１のうち、補修対象箇所が存在する配管１１を、補修対象配管１３と呼ぶ。
例えば、火炉壁１０の一部を示す図１（ａ）において、並列している５本の配管１１のうち、中央の配管１１に補修対象箇所１４が存在するものとする。すなわち、図１（ａ）において、５本の配管１１のうち、中央の配管１１が補修対象配管１３である。
【００３５】
所定区間を切除するステップＳ３では、まず、補修対象配管１３のうち、補修対象箇所１４を含む所定区間を切除する区間として設定する。補修対象箇所１４を含む所定区間を切除区間１５とも呼ぶ。
例えば図１及び図３に示す実施形態では、補修対象箇所１４を含む所定区間は、配管１１における直管部分である。
【００３６】
そして、所定区間を切除するステップＳ３では、図３に示すように、補修対象配管１３から切除区間１５を切除する。図３は、補修対象配管１３から切除区間１５を切除した後の火炉壁１０の一部を模式的に示す図であり、図３（ａ）は、火炉壁１０を炉内側から見た図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ３−Ｂ３矢視断面図である。
なお、所定区間を切除するステップＳ３では、切除区間１５の周囲のフィン１２も切除する。
【００３７】
両端部を溶接で取り付けるステップＳ５では、図４に示すように、所定区間が切除された火炉壁１０に補修管２０を取り付ける。図４は、補修管２０を取り付けた後の火炉壁１０の一部を模式的に示す図であり、図４（ａ）は、火炉壁１０を炉内側から見た図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ４−Ｂ４矢視断面図である。
【００３８】
補修管２０は、両端部２１の間に複数の曲部２２と直部２３とを備える曲管部分２４を有する。以下の説明では、配管において湾曲している区間を曲部と呼び、配管において直線状に延在する区間を直部と呼ぶ。また、少なくとも１つの曲部を含む区間を曲管部分と呼び、曲管部分には少なくとも１つの直部を含んでいてもよいこととする。例えば、図４（ｂ）に示す補修管２０は、複数の曲部及び複数の直部を含む曲管部分である。すなわち、図４（ｂ）に示す補修管２０には、両端部２１のうち図４（ｂ）における上側の端部２１ａを一端とする第１直部２３ａと、第１直部２３ａの他端に一端が接続されている第１曲部２２ａと、第１曲部２２ａの他端に一端が接続されている第２直部２３ｂと、第２直部２３ｂの他端に一端が接続されている第２曲部２２ｂと、第２曲部２２ｂの他端に一端が接続されている第３直部２３ｃとが含まれる。また、図４（ｂ）に示す補修管２０には、第３直部２３ｃの他端に一端が接続されている第３曲部２２ｃと、第３曲部２２ｃの他端に一端が接続されている第４直部２３ｄと、第４直部２３ｄの他端に一端が接続されている第４曲部２２ｄと、第４曲部２２ｄの他端に一端が接続され、両端部２１のうち図４（ｂ）における下側の端部２１ｂを他端とする第５直部２３ｅとが含まれる。
また、配管における直部からなる区間のことを直管部分と呼ぶ。直管部分には、曲部は含まれない。
以下の説明では、第１曲部２２ａ〜第４曲部２２ｄの何れかを特定しない場合には、符号末尾のアルファベットの記載を省略し、単に曲部２２と呼ぶ。同様に、第１直部２３ａ〜第５直部２３ｅの何れかを特定しない場合には、符号末尾のアルファベットの記載を省略し、単に直部２３と呼ぶ。
【００３９】
したがって、図４に示す実施形態では、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５において、火炉壁１０に残された補修対象配管１３の上側の端部１３ａと補修管２０の上側の端部２１ａとが溶接で接続され、火炉壁１０に残された補修対象配管１３の下側の端部１３ｂと補修管２０の下側の端部２１ｂとが溶接で接続される。
すなわち、図１、図３及び図４に示す実施形態では、補修対象箇所１４を含む補修対象配管１３から所定区間としての切除区間１５として直管部分が切除される。そして、該所定区間が切除された火炉壁１０に、曲部を有する補修管２０の両端部２１が溶接で取り付けられる。そのため、補修管２０の取り付け後に両端部２１の溶接部分、より具体的には、補修対象配管１３の上側の端部１３ａと補修管２０の上側の端部２１ａとの溶接部分５ａ、及び、補修対象配管１３の下側の端部１３ｂと補修管２０の下側の端部２１ｂとの溶接部分５ｂの温度が低下して溶接部分が収縮しても、曲部２２の曲がりが伸ばされるように変形することで、補修管２０に生じる残留応力を低減できる。
【００４０】
なお、図４に示す一実施形態では、補修管２０は、補修管２０の一端側に形成される一端側曲部２５ａ、補修管２０の他端側に形成される他端側曲部２５ｂ、及び、一端側曲部２５ａと他端側曲部２５ｂとの間に形成される中間部２６を有する。図４に示す補修管２０を第１補修管２０Ａとも呼ぶ。第１補修管２０Ａの一端側曲部２５ａは例えば第１曲部２２ａであり、他端側曲部２５ｂは例えば第４曲部２２ｄである。第１補修管２０Ａの中間部２６には、例えば、第２直部２３ｂと、第２曲部２２ｂと、第３直部２３ｃと、第３曲部２２ｃと、第４直部２３ｄとが含まれる。
図４に示す実施形態では、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５では、中間部２６が炉外側に向かって突出するように所定区間が切除された火炉壁１０に第１補修管２０Ａを取り付ける。
【００４１】
このように、一端側曲部２５ａと他端側曲部２５ｂとを有する第１補修管２０Ａを所定区間が切除された火炉壁１０に取り付けるので、第１補修管２０Ａの取り付け後に溶接部分５ａ，５ｂの温度が低下して溶接部分５ａ，５ｂが収縮しても、一端側曲部２５ａ及び他端側曲部２５ｂを含む各曲部２２の曲がりが伸ばされるように変形することで、第１補修管２０Ａに生じる残留応力を低減できる。
また、図４に示す実施形態では、中間部２６が炉外側に向かって突出するように所定区間が切除された火炉壁１０に第１補修管２０Ａを取り付けるので、中間部２６が火炉の温度の影響を受け難くなる。また、図４に示す実施形態では、中間部２６が炉外側に向かって突出するように所定区間が切除された火炉壁１０に第１補修管２０Ａを取り付けるので、切除された所定区間が直管部分であっても、切除された所定区間に隣接する他の配管１１と、一端側曲部２５ａと他端側曲部２５ｂとを有していて中間部２６が突出する第１補修管２０Ａとが干渉しない。
【００４２】
なお、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５では、補修管２０の取り付け後、切除されたフィン１２を修復する。具体的には、例えば図５に示すように、補修管２０と、補修管２０の両隣の配管１１とをシールプレート１６で連結する。これにより、炉内側の気密が保たれる。なお、図５は、補修管２０と、補修管２０の両隣の配管１１とをシールプレート１６で連結した後の火炉壁１０の一部を模式的に示す図であり、図５（ａ）は、火炉壁を炉内側から見た図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ５−Ｂ５矢視断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＣ５−Ｃ５矢視断面図である。
なお、シールプレート１６の炉内側の面、及び、補修管２０の炉内側の外表面を耐火材で覆うようにしてもよい。
【００４３】
また、例えば図６に示すように、火炉壁１０に不図示のバーナ等を配置するための開口部１７を設けるなどの理由により、補修対象配管１３が曲管部分を有する場合、所定区間を切除するステップＳ３では、該曲管部分の損耗度合いが規定の損耗度未満の場合であっても、該曲管部分の少なくとも一部を含む区間を切除区間１５として設定し、該切除区間１５を切除する。
なお、図６は、不図示のバーナ等を配置するための開口部１７を有する火炉壁１０の一部を炉内側から見たときの模式的な図である。
【００４４】
例えば、図６に示すように、曲管部分１１ｃを有する配管１１における直管部分１１ｄに補修対象箇所１４が存在する場合、曲管部分１１ｃの損耗度合いが規定の損耗度未満の場合であっても、曲管部分１１ｃの少なくとも一部を含む区間を切除区間１５として設定する。図６に示す例では、曲管部分１１ｃの図示下方の直管部分１１ｄに補修対象箇所１４が存在している。切除区間１５の図示下方の端部１５ｂは、補修対象箇所１４の下方に設定される。切除区間１５の図示上方の端部１５ａは、補修対象箇所１４の上方であって、曲管部分１１ｃの少なくとも１つの曲部２２を含むように設定される。
このように切除区間１５を設定することで、切除区間１５に曲管部分１１ｃの少なくとも一部を含めることで、曲管部分１１ｃのうち切除区間１５に含まれる曲部２２に相当する曲部を補修管２０に設けることができる。これにより、補修管２０の取り付け後に両端部２１（図５参照）の溶接部分５ａの温度が低下して溶接部分５ａが収縮しても、該曲部の曲がりが伸ばされるように変形することで、補修管２０に生じる残留応力を低減できる。
なお、補修管２０の形状を切除区間１５の形状と同形状とすれば、補修管２０が補修管２０に隣接する配管１１等と干渉することを防止できる。
【００４５】
（火炉壁の補修方法の他の実施形態について）
火炉壁の補修方法の他の実施形態について説明する。
図７は、他の実施形態に係る火炉壁の補修方法における概略の流れを示すフローチャートである。他の実施形態に係る火炉壁の補修方法は、複数の配管１１における補修対象箇所を選定するステップＳ１と、補修対象箇所を含む配管１１の所定区間を切除するステップＳ３と、所定区間が切除された火炉壁１０に補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１と、補修管の両端部における溶接後の収縮によって補修管に生じる引張応力を低減するために、補修管の冷却、及び所定区間が切除された火炉壁１０の加熱、の少なくとも何れか一方を行う応力緩和策を実施するステップＳ２０と、を備える。
火炉壁の補修方法の他の実施形態では、切除区間１５が直管部分であり、補修管２０が曲部２２を有さないものとして説明する。
【００４６】
他の実施形態に係る火炉壁の補修方法において、図７に示した複数の配管１１における補修対象箇所を選定するステップＳ１、及び、補修対象箇所を含む配管１１の所定区間を切除するステップＳ３は、図２に示した複数の配管１１における補修対象箇所を選定するステップＳ１、及び、補修対象箇所を含む配管１１の所定区間を切除するステップＳ３と同じである。
【００４７】
以下の説明では、所定区間が切除された火炉壁１０に補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１のことを補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１とも呼ぶ。また、以下の説明では、補修管の両端部における溶接後の収縮によって補修管に生じる引張応力を低減するために、補修管の冷却、及び所定区間が切除された火炉壁１０の加熱、の少なくとも何れか一方を行う応力緩和策を実施するステップＳ２０のことを応力緩和策を実施するステップＳ２０、又は単にステップＳ２０とも呼ぶ。
なお、図示の便宜上、図７のフローチャートでは、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１の後で応力緩和策を実施するステップＳ２０を実施するかの如く記載されているが、後述するように、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１の前に応力緩和策を実施するステップＳ２０を実施してもよく、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１の実施と並行して応力緩和策を実施するステップＳ２０を実施してもよい。
【００４８】
他の実施形態に係る火炉壁の補修方法では、後述する応力緩和策を実施するので、補修管２０に生じる残留応力を低減できる。
【００４９】
（一実施形態のステップＳ２０で実施される応力緩和策について）
以下、応力緩和策を実施するステップＳ２０で実施される応力緩和策について説明する。
一実施形態のステップＳ２０で実施される応力緩和策は、火炉壁１０への取り付け前の補修管２０を冷却することである。例えば、図８に示すように、火炉壁１０への取り付け前の補修管２０を冷却すると、補修管２０の全長が短くなる。なお、図８は、補修管２０の熱収縮について説明するための模式的な図であり、破線は冷却前の補修管２０の状態を示し、実線は、冷却後の補修管２０の状態を示す。
溶接後の溶接部分５ａ，５ｂの収縮を考慮して、補修管２０の長さを予め所定の長さだけ長くしておく。そして、ステップＳ２０において、この補修管２０を火炉壁１０への取り付け前に冷却することで熱収縮させる。
線膨張係数をαとし、補修管２０の冷却前の長さをＬ１とし、冷却前後の温度差を△Ｔ１とすると、補修管２０の熱収縮量△Ｌ１は、次式（１）で表される。
△Ｌ１＝Ｌ１×α×△Ｔ１          ・・・（１）
例えば、線膨張係数がα＝１．３３×１０−５（１／Ｋ）であり、熱収縮量△Ｌ１を補修管の長さＬ１の０．１％とすると、冷却前後の温度差△Ｔ１は７５（Ｋ）となる。
【００５０】
そして、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１では、応力緩和策を実施するステップＳ２０で冷却された状態にある補修管２０を溶接で取り付ける。
このように、冷却された状態にある補修管２０を溶接で取り付けるので、取り付け後に冷却されていた補修管２０の温度が上昇すると補修管２０が熱伸びする。これにより、補修管２０の両端部２１における溶接後の収縮を減少させることができるので、補修管２０に生じる残留応力を低減できる。
なお、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１では、補修管２０の取り付け後、切除されたフィン１２を修復する。以下で説明する補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１においても同様である。
【００５１】
（他の実施形態のステップＳ２０で実施される応力緩和策について）
また、他の実施形態のステップＳ２０で実施される応力緩和策は、補修対象箇所１４を含む補修対象配管１３に隣接する配管１１である隣接配管１１Ａを含む火炉壁１０の所定範囲を加熱することである。他の実施形態のステップＳ２０では、例えば、図９に示すように、隣接配管１１Ａを含む火炉壁１０の所定範囲を加熱する。該所定範囲を加熱範囲１８とも呼ぶ。なお、図９は、加熱範囲１８について説明する図である。加熱範囲１８については後述する。
【００５２】
上述したように、隣接する配管１１同士がフィン１２で連結されているので、加熱範囲１８を加熱することで加熱範囲１８が熱伸びすると、火炉壁１０に残された補修対象配管１３の上側の端部１３ａと下側の端部１３ｂとの距離が長くなる。
なお、加熱範囲１８の熱伸び量△Ｌ２は、線膨張係数をαとし、配管１１の延在方向に沿った加熱範囲１８の長さをＬ２とし、加熱前後の温度差を△Ｔ２とすると、次式（２）で表される。
△Ｌ２＝Ｌ２×α×△Ｔ２          ・・・（２）
例えば、線膨張係数がα＝１．３３×１０−５（１／Ｋ）であり、熱伸び量△Ｌ２を配管１１の延在方向に沿った加熱範囲１８の長さＬ２の０．１％とすると、加熱前後の温度差△Ｔは７５（Ｋ）となる。
【００５３】
加熱範囲１８における配管１１の延在方向に沿った範囲は、例えば、図９における上下方向の位置で言えば、補修対象配管１３の上側の端部１３ａと同じ位置から、下側の端部１３ｂと同じ位置までの間の範囲とされる。この場合、配管１１の延在方向に沿った加熱範囲１８の長さＬ２は、補修対象配管１３の上側の端部１３ａと下側の端部１３ｂとの距離と等しい。
なお、隣接する配管１１同士は、フィン１２によって連結されているので、加熱範囲１８の一部に熱が加えられると、伝熱によってその周囲も加熱されることとなる。例えば、隣接配管１１Ａを直接加熱しなくても、隣接配管１１Ａの隣の配管１１を加熱することで、フィン１２を介して隣接配管１１Ａにも熱が伝わる。
【００５４】
溶接後の溶接部分５ａ，５ｂの収縮を考慮して、補修管２０の長さを予め所定の長さだけ長くしておく。そして、加熱範囲１８を加熱した状態で、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１を実施して補修管２０の両端部２１を溶接で取り付ける。その後、加熱範囲１８の加熱を止め、加熱範囲１８の温度が低下すると、加熱範囲１８が収縮するので、補修対象配管１３の上側の端部１３ａと下側の端部１３ｂとの距離もが短くなる。これにより、補修管２０の両端部２１における溶接後の収縮を減少させることができるので、補修管２０に生じる残留応力を低減できる。
【００５５】
（さらに他の実施形態のステップＳ２０で実施される応力緩和策について）
また、さらに他の実施形態のステップＳ２０で実施される応力緩和策は、所定区間が切除された火炉壁１０に溶接で取り付けた後の補修管２０を冷却し、熱応力によって引っ張り力を与えることで補修管２０を降伏させることである。
補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ１１を実施して補修管２０の両端部２１を溶接で取り付けた後、例えば、図１０に示すように、補修管２０を冷却する。図１０は、補修管２０を含む冷却領域３１を冷却する様子を模式的に示す図である。冷却領域３１は、例えばドライアイス等の冷媒により冷却される領域である。冷却領域３１は端部１３ａおよび１３ｂを含まない領域とすることも可能である。
【００５６】
このように、補修管２０を冷却すると補修管２０は熱収縮によって収縮しようとするが、補修管２０は、その上下に接続されている配管１１によって両端部２１が拘束されている。そのため、補修管２０には熱応力により補修管２０の延在方向に沿って引っ張り力が与えられる。このようにして補修管２０に作用する引張応力が補修管２０の降伏点を超えると、補修管２０が降伏するので、補修管２０の温度が常温に戻った時の補修管２０の残留応力が補修管２０を降伏させる前と比べて低下する。これにより、補修管２０に生じる残留応力を低減できる。
【００５７】
以上の場合は補修管２０を冷却する場合の例を示したが、これ以外に補修管２０周辺を加熱することによって、補修管２０を降伏させ、補修管２０周辺の温度が常温に戻ったときの補修管２０の残留応力を低減させることができる。
すなわち、応力緩和策として、補修管２０を所定区間が切除された火炉壁１０に溶接で取り付けた後、補修対象箇所１４を含む補修対象配管１３に隣接する隣接配管１１Ａ（図９参照）を含む火炉壁１０の所定範囲を加熱し、補修管２０に引っ張り力を与えることで補修管２０を降伏させてもよい。なお、該所定範囲は、例えば図９で示した加熱範囲１８である。
このように、補修管２０を溶接で取り付けた後、補修管２０に隣接する隣接配管１１Ａを含む火炉壁１０の所定範囲（加熱範囲１８）を加熱することで、加熱範囲１８の熱伸びによって補修管２０に引っ張り力を与えて補修管２０を降伏させることができる。加熱範囲１８の温度が常温に戻ると、補修管２０を降伏させる前と比べて補修管２０の残留応力が低下する。これにより、補修管２０に生じる残留応力を低減できる。
【００５８】
以上、火炉壁の補修方法の他の実施形態について、切除区間１５が直管部分であり、補修管２０が曲部２２を有さないものとして説明した。しかし、切除区間１５に曲部２２が含まれていてもよく、補修管２０が曲部２２を有していてもよい。すなわち、火炉壁の補修方法の他の実施形態におけるステップＳ２０で実施される応力緩和策は、図１〜図６に示した幾つかの実施形態に係る火炉壁の補修方法にも適用できる。図１１は、図１〜図６に示した幾つかの実施形態に係る火炉壁の補修方法に、火炉壁の補修方法の他の実施形態におけるステップＳ２０で実施される応力緩和策を適用した場合の概略の流れを示すフローチャートである。この火炉壁の補修方法は、図２に示した補修対象箇所を選定するステップＳ１、所定区間を切除するステップＳ３、及び補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５に加えて、応力緩和策を実施するステップＳ３０を備える。
【００５９】
応力緩和策を実施するステップＳ３０では、補修管２０を所定区間が切除された火炉壁１０に溶接で取り付けた後に補修管２０の両端部２１における溶接後の収縮によって補修管２０に生じる引張応力を低減するために、補修管２０の冷却、及び所定区間が切除された火炉壁１０の加熱の少なくとも一方を行う応力緩和策を実施する。
【００６０】
なお、図示の便宜上、図１１のフローチャートでは、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５の後で応力緩和策を実施するステップＳ３０を実施するかの如く記載されているが、上述した図７のフローチャートに係る実施形態と同様に、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５の前に応力緩和策を実施するステップＳ３０を実施してもよく、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５の実施と並行して応力緩和策を実施するステップＳ３０を実施してもよい。
【００６１】
すなわち、応力緩和策を実施するステップＳ３０では、上述したように、火炉壁１０への取り付け前の補修管２０を冷却してもよい。そして、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５では、応力緩和策を実施するステップＳ３０で冷却された状態にある補修管２０を溶接で取り付けるようにしてもよい。
また、応力緩和策を実施するステップＳ３０では、上述したように、加熱範囲１８を加熱してもよい。そして、加熱範囲１８を加熱した状態で、補修管の両端部を溶接で取り付けるステップＳ５を実施して補修管２０の両端部２１を溶接で取り付けるようにしてもよい。
また、応力緩和策を実施するステップＳ３０では、上述したように、所定区間が切除された火炉壁１０に溶接で取り付けた後の補修管２０を冷却し、熱応力によって引っ張り力を与えることで補修管２０を降伏させてもよい。
このように、応力緩和策を実施するステップＳ３０を実施することで、補修管２０に生じる残留応力をさらに低減できる。
【００６２】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、図４（ｂ）に示した補修管２０は、第１曲部２２ａ〜第４曲部２２ｄと第１直部２３ａ〜第５直部２３ｅとを有するが、第１直部２３ａ〜第５直部２３ｅの少なくとも何れか一つを有していなくてもよい。
また、例えば、図６において、切除区間１５を曲管部分１１ｃの１つの曲部２２を含むように設定したが、切除区間１５を曲管部分１１ｃの全体を含むように設定してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
５ａ，５ｂ  溶接部分
１０  火炉壁
１１  配管
１２  フィン
１３  補修対象配管
１４  補修対象箇所
１５  切除区間
２０  補修管
２１  両端部
２０Ａ  第１補修管
２５ａ  一端側曲部
２５ｂ  他端側曲部
２６  中間部
【図１】
2019095133.tif 000003
【図２】
2019095133.tif 000004
【図３】
2019095133.tif 000005
【図４】
2019095133.tif 000006
【図５】
2019095133.tif 000007
【図６】
2019095133.tif 000008
【図７】
2019095133.tif 000009
【図８】
2019095133.tif 000010
【図９】
2019095133.tif 000011
【図１０】
2019095133.tif 000012
【図１１】
2019095133.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月4日(2018.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配管によって構成される火炉壁の補修方法であって、
前記複数の配管における補修対象箇所を選定するステップと、
前記補修対象箇所を含む前記配管である補修対象管の所定区間を切除するステップと、
前記所定区間が切除された前記補修対象管に、曲部を有する補修管の両端部を溶接で取り付けるステップと、
を備え、
前記所定区間は、前記補修対象管における直管部分の一部であり、
前記補修管は、
前記補修対象管の上側の端部に取り付けられる端部を一端とする上側直部であって、前記補修対象管における前記直管部分の長手方向に沿って延在する上側直部と、
前記補修対象管の下側の端部に取り付けられる端部を他端とする下側直部であって、前記補修対象管における前記直管部分の長手方向に沿って延在する下側直部と、
前記上側直部の他端と前記下側直部の一端との間に、前記上側直部および前記下側直部と一体的に形成されている複数の曲部と、を含む、
火炉壁の補修方法。
【請求項２】
複数の配管によって構成される火炉壁の補修方法であって、
前記複数の配管における補修対象箇所を選定するステップと、
前記補修対象箇所を含む前記配管の所定区間を切除するステップと、
前記所定区間が切除された前記火炉壁に、曲部を有する補修管の両端部を溶接で取り付けるステップと、
を備え、
前記補修対象箇所を選定するステップでは、前記配管における損耗度合いが規定の損耗度以上の箇所を前記補修対象箇所として選定し、
前記配管の所定区間を切除するステップでは、前記補修対象箇所を含む前記配管が曲管部分を含む配管であれば、該曲管部分の損耗度合いが前記規定の損耗度未満の場合であっても該曲管部分の少なくとも一部を含む区間を前記所定区間として設定し、該所定区間を切除する
火炉壁の補修方法。
【請求項３】
複数の配管によって構成される火炉壁の補修方法であって、
前記複数の配管における補修対象箇所を選定するステップと、
前記補修対象箇所を含む前記配管の所定区間を切除するステップと、
前記所定区間が切除された前記火炉壁に、曲部を有する補修管の両端部を溶接で取り付けるステップと、
を備え、
前記補修管を前記所定区間が切除された前記火炉壁に溶接で取り付けた後に前記補修管の両端部における前記溶接後の収縮によって前記補修管に生じる引張応力を低減するために、前記補修管の冷却、及び前記所定区間が切除された前記火炉壁の加熱の少なくとも一方を行う応力緩和策を実施するステップをさらに備える
火炉壁の補修方法。
【請求項４】
前記所定区間は、前記複数の配管における直管部分である
請求項３に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項５】
前記補修管は、
前記補修管の一端側に形成される一端側曲部、
前記補修管の他端側に形成される他端側曲部、及び
前記一端側曲部と他端側曲部との間に形成される中間部、を有する第１補修管を含み、
前記補修管の両端部を溶接で取り付けるステップでは、前記中間部が炉外側に向かって突出するように前記所定区間が切除された前記火炉壁に前記第１補修管を取り付ける
請求項３又は４に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項６】
複数の配管によって構成される火炉壁の補修方法であって、
前記複数の配管における補修対象箇所を選定するステップと、
前記補修対象箇所を含む前記配管の所定区間を切除するステップと、
前記所定区間が切除された前記火炉壁に補修管の両端部を溶接で取り付けるステップと、
前記補修管の両端部における前記溶接後の収縮によって前記補修管に生じる引張応力を低減するために、前記補修管の冷却、及び前記所定区間が切除された前記火炉壁の加熱、の少なくとも何れか一方を行う応力緩和策を実施するステップと、
を備える火炉壁の補修方法。
【請求項７】
前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修管を冷却し、
前記補修管の両端部を溶接で取り付けるステップでは、前記応力緩和策を実施するステップで冷却された状態にある前記補修管を溶接で取り付ける
請求項６に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項８】
前記火炉壁は、隣接する配管同士を連結するフィンを含み、
前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修対象箇所を含む前記配管に隣接する隣接配管を含む前記火炉壁の所定範囲を加熱し、
前記補修管の両端部を溶接で取り付けるステップでは、前記応力緩和策を実施するステップで前記火炉壁の所定範囲を加熱した状態において、前記所定区間が切除された前記火炉壁に前記補修管を溶接で取り付ける
請求項６に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項９】
前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修管を前記所定区間が切除された前記火炉壁に溶接で取り付けた後の前記補修管を冷却し、熱応力によって引っ張り力を与えることで前記補修管を降伏させる
請求項６に記載の火炉壁の補修方法。
【請求項１０】
前記応力緩和策を実施するステップでは、前記補修管を前記所定区間が切除された前記火炉壁に溶接で取り付けた後、前記補修対象箇所を含む前記配管に隣接する隣接配管を含む前記火炉壁の所定範囲を加熱し、前記補修管に引っ張り力を与えることで前記補修管を降伏させる
請求項６に記載の火炉壁の補修方法。