(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部における溶接後の熱処理が不要な母材厚の上限値が法規により規定され、複数の板材の突合せ溶接により外殻が形成された圧力容器において、
前記複数の板材は、第１板材、第２板材、及び第３板材を備え、
前記第１板材は、ノズルが一体的に設けられたノズル取付板材を有し、
前記第２板材及び前記第３板材は前記第１板材より引張強さが大きく、
前記第１板材の板厚は前記上限値より大きく、
前記第３板材の板厚は前記上限値以下であり、
前記第１板材は、前記第２板材を介して、前記第３板材に取り付けられていることを特徴とする圧力容器。
【請求項２】
前記第２板材のうち、前記第１板材と対向する第１端面における板厚は、前記第１板材の板厚と同等とされており、
前記第２板材のうち、前記第３板材と対向する第２端面における板厚は、前記第３板材の板厚と同等とされており、
前記第２板材は、前記第２端面に向けて板厚が漸減する周縁部を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
【請求項３】
前記第１板材は、板厚が５０ｍｍの６１０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼から形成され、
前記第２板材は、前記第１板材と対向する第１端面における板厚が５０ｍｍであり、前記第３板材と対向する第２端面における板厚が３８ｍｍである７８０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼から形成され、
前記第３板材は、板厚が３８ｍｍの７８０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼から形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスが貯蔵される圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガス保安法及びガス事業法では、法規で定められた母材厚を超える板材を用いてガスホルダー（ガスタンク）等の圧力容器を製造する場合、溶接部に発生する内部応力を除去するため、適切な方法により、溶接後の熱処理を行わなければならないと定めている。建設現場で板材の組立が行われる大型の圧力容器では、建設現場で圧力容器全体を焼鈍炉に入れることができない。したがって、各法規に従い、建設現場で圧力容器の全体焼鈍を行う必要がある。しかしながら、建設現場での圧力容器の全体焼鈍は、加熱による圧力容器の変形や温度の均一化、加熱・冷却速度の制御など留意しなければならない点が多く、また、施工費用も増大する。このため、通常は、溶接部の焼鈍が不要な板厚（法規で定められた母材厚以下の板厚）を有する板材を用いて圧力容器が製造される。
【０００３】
全体焼鈍が不要な圧力容器として、特許文献１に記載される圧力容器が提案されている。この圧力容器の外殻は、ノズルが一体的に設けられたノズル取付板材と、開口部を有さない板材とを溶接することにより形成される。開口部を有さない板材の板厚は、法規で定められた母材厚の上限値以下とされている。また、ノズル取付板材の周縁部をテーパ状として、ノズル取付板材の端面の板厚もまた上記上限値以下とする。これにより、ノズル取付板材と開口部を有さない板材との溶接部の焼鈍処理を不要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７１９７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
建設現場における全体焼鈍が不要な圧力容器の他の形態が模索されている。
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、建設現場における全体焼鈍が不要な圧力容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る圧力容器は、溶接部における溶接後の熱処理が不要な母材厚の上限値が法規により規定され、複数の板材の突合せ溶接により外殻が形成された圧力容器において、前記複数の板材は、第１板材、第２板材、及び第３板材を備え、前記第１板材は、ノズルが一体的に設けられたノズル取付板材を有し、前記第２板材及び前記第３板材は前記第１板材より引張強さが大きく、前記第１板材の板厚は前記上限値より大きく、前記第３板材の板厚は前記上限値以下であり、前記第１板材は、前記第２板材を介して、前記第３板材に取り付けられていることを特徴とする。
【０００８】
法規により溶接後の熱処理が必要とされる部分については焼鈍炉を用いて溶接後の熱処理を行う一方で、溶接後の熱処理が不要である板材同士の溶接は建設現場にて行うことにより、建設現場における圧力容器の全体焼鈍を行うことなく、圧力容器を製造することができる。また、第３板材として、第１板材より高強度であり、法定上限値以下の板厚を有する板材を使用することにより、圧力容器の貯槽容量を大きくすることができる。
また、ノズルが設けられるノズル取付板材として、法定上限値より大きい板厚を有する第１板材を使用することにより、ノズルの強度を確保することができる。
さらに、第１板材として、第２板材及び第３板材よりも引張強さが小さい板材を使用することにより、第１板材を安価に製造することができる。
【０００９】
また、本発明に係る圧力容器において、前記第２板材のうち、前記第１板材と対向する第１端面における板厚は、前記第１板材の板厚と同等とされており、前記第２板材のうち、前記第３板材と対向する第２端面における板厚は、前記第３板材の板厚と同等とされており、前記第２板材は、前記第２端面に向けて板厚が漸減する周縁部を有していてもよい。
【００１０】
また、本発明に係る圧力容器において、前記第１板材は、板厚が５０ｍｍの６１０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼から形成され、前記第２板材は、前記第１板材と対向する第１端面における板厚が５０ｍｍであり、前記第３板材と対向する第２端面における板厚が３８ｍｍである７８０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼から形成され、前記第３板材は、板厚が３８ｍｍの７８０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼から形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、建設現場における全体焼鈍が不要な圧力容器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスホルダーの正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスホルダーの底面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガスホルダーの底部側の縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るガスホルダーの頂面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るガスホルダーの第２板材と第３板材との溶接部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係るガスホルダー（圧力容器）１を説明する。
【００１４】
図１に示されるように、ガスホルダー１の外周部には、複数の支柱３１がガスホルダー１を取り囲むように配置される。ガスホルダー１は、複数の支柱３１を介してグランド３３上に固定されている。各支柱３１間には、タイロッドブレース３２がＸ状に取り付けられている。ガスホルダー１の自重は支柱３１で支持され、ガスホルダー１に作用する地震時の水平力にはタイロッドブレース３２で抵抗する。
【００１５】
ガスホルダー１は直径１４ｍ程度の球殻である。ガスホルダー１の貯槽容量は約１５００ｍ３である。ガスホルダー１の外殻は、湾曲した（一定の曲率を有する）複数の板材の端面同士を突合せ溶接することにより形成されている。本実施形態において、複数の板材は、第１板材１１と、第２板材１２と、第３板材１３とを備える。
【００１６】
第１板材１１は、引張強さが６１０Ｎ／ｍｍ２以上である６１０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼から形成されている。第１板材１１は、平面視において略矩形状とされる。第１板材１１の板厚は、５０ｍｍ、すなわち後述する法定上限値を超える板厚とされている。
【００１７】
第２板材１２は、引張強さが７８０Ｎ／ｍｍ２以上である７８０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼から形成されている。すなわち、第２板材１２の引張強さは、第１板材１１の引張強さよりも大きい。第２板材１２は、平面視において、第１板材１１と対向する第１端面の長さが第３板材１３と対向する第２端面１２ｂの長さよりも短い略台形状とされる。第２板材１２の板厚は、後述する周縁部１２ａを除き、５０ｍｍ、すなわち後述する法定上限値を超える板厚とされている。
【００１８】
第３板材１３は、引張強さが７８０Ｎ／ｍｍ２以上である７８０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼から形成されている。すなわち、第３板材１３の引張強さは、第１板材１１の引張強さよりも大きい。第３板材１３は、平面視において略矩形状とされる。第３板材１３の板厚は、３８ｍｍ、すなわち後述する法定上限値以下の板厚とされている。
【００１９】
図１に示されるように、第１板材１１は、ガスホルダー１の底部１０Ａ及び頂部１０Ｂを形成する。第３板材１３は、ガスホルダー１の鉛直方向における中央部に配置される側部１０Ｃを形成する。第２板材１２は、第１板材１１（底部１０Ａ及び頂部１０Ｂ）と第３板材１３（側部１０Ｃ）との間に配置される。すなわち、第１板材１１（底部１０Ａ及び頂部１０Ｂ）は、第２板材１２を介して、第３板材１３（側部１０Ｃ）に取り付けられている。
【００２０】
図２に示されるように、底部１０Ａは、３つの第１板材１１により構成される。底部１０Ａにおいて、３つの第１板材１１は、その長辺同士が隣り合うように配置される。底部１０Ａは、平面視において略正方形状とされている。第１板材１１の長手方向の端面同士が接合（突合せ溶接）される。底部１０Ａの第１板材１１のうち、中央に配置される第１板材１１は、ノズル２０，２１が設けられる第１ノズル取付板材１５Ａとなる。
【００２１】
ノズル２０は、第１ノズル取付板材１５Ａの中央部に設けられる。ノズル２０は、作業員が出入りするためのマンホールである。一対のノズル２１は、第１ノズル取付板材１５Ａに、ノズル２０を挟んで設けられる。ノズル２１は、高圧ガスの給排出を行うための給排出ノズルである。
【００２２】
ノズル２０，２１は、引張強さが６１０Ｎ／ｍｍ２以上である６１０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼を鍛造して形成される。すなわち、ノズル２０，２１の引張強さは、第１板材１１の引張強さと同等である。
【００２３】
図３に示されるように、ノズル２０，２１は、第１ノズル取付板材１５Ａの外面から外側へ突出した状態で第１ノズル取付板材１５Ａに接合される。ノズル２０，２１と第１ノズル取付板材１５Ａとは、工場において溶接接合されて一体化される。
【００２４】
第２板材１２は、底部１０Ａを囲むように配置される。図２に示されるように、本実施形態においては、４つの第２板材１２が、平面視において略正方形状の底部１０Ａの各辺とそれぞれ隣接するように配置される。４つの第２板材１２の下側端面（第１板材１１と対向する第１端面）は、底部１０Ａを形成する第１板材１１の外側端面とそれぞれ接合（突合せ溶接）される。また、第２板材１２の、ガスホルダー１の周方向に隣り合う端面同士もそれぞれ接合（突合せ溶接）される。
【００２５】
３つの第１板材１１と４つの第２板材１２とを上記のように接合することにより、第１焼鈍部１７Ａが形成される。第１焼鈍部１７Ａは、焼鈍炉に入れられて熱処理（焼鈍処理）される。これにより、第１焼鈍部１７Ａに構成された全溶接部の応力が除去される。
【００２６】
図４に示されるように、頂部１０Ｂもまた、３つの第１板材１１により構成される。頂部１０Ｂにおいて、３つの第１板材１１は、その長辺同士が隣り合うように配置される。頂部１０Ｂは、平面視において略正方形状とされている。第１板材１１の長手方向の端面同士が接合（突合せ溶接）される。頂部１０Ｂの第１板材１１のうち、中央に配置される第１板材１１は、ノズル２０，２２が設けられる第２ノズル取付板材１５Ｂとなる。
【００２７】
ノズル２０は、第２ノズル取付板材１５Ｂの中央部に設けられる。複数のノズル２２は、第２ノズル取付板材１５Ｂに、ノズル２０を囲むように設けられる。ノズル２２は、安全弁ノズルである。
【００２８】
ノズル２０，２２は、引張強さが６１０Ｎ／ｍｍ２以上である６１０Ｎ／ｍｍ２級高張力鋼を鍛造して形成される。すなわち、ノズル２０，２２の引張強さは、第１板材１１の引張強さと同等である。
【００２９】
ノズル２０，２２は、第２ノズル取付板材１５Ｂの外面から外側へ突出した状態で第２ノズル取付板材１５Ｂに接合される。ノズル２０，２２と第２ノズル取付板材１５Ｂとは、工場において溶接接合されて一体化される。
【００３０】
頂部１０Ｂにおいても、第２板材１２が、頂部１０Ｂを囲むように配置される。本実施形態においては、４つの第２板材１２が、平面視において略正方形状の頂部１０Ｂの各辺とそれぞれ隣接するように配置される。４つの第２板材１２の上側端面（第１板材１１と対向する第１端面）は、頂部１０Ｂを形成する第１板材１１の外側端面とそれぞれ接合（突合せ溶接）される。また、第２板材１２の、ガスホルダー１の周方向に隣り合う端面同士もそれぞれ接合（突合せ溶接）される。
【００３１】
３つの第１板材１１と４つの第２板材１２とを上述のように接合することにより、第２焼鈍部１７Ｂが形成される。第２焼鈍部１７Ｂは、焼鈍炉に入れられて熱処理（焼鈍処理）される。これにより、第２焼鈍部１７Ｂに構成された全溶接部の応力が除去される。
【００３２】
図１に示されるように、側部１０Ｃは、複数の第３板材１３により構成される。本実施形態においては、１６つの第３板材１３が、ガスホルダー１の周方向に隣り合うように配置される。
【００３３】
第３板材１３の、ガスホルダー１の周方向に隣り合う端面同士はそれぞれ接合（突合せ溶接）される。また、第３板材１３の下側端面は、第１焼鈍部１７Ａを形成する第２板材１２の上側端面（第３板材１３と対向する第２端面１２ｂ）に接合（突合せ溶接）される。第３板材１３の上側端面は、第２焼鈍部１７Ｂを形成する第２板材１２の下側端面（第３板材１３と対向する第２端面１２ｂ）に接合（突合せ溶接）される。第２板材と第３板材１３との溶接、及び第３板材同士の溶接は、建設現場において行われる。
【００３４】
第２板材１２と第３板材１３との突合せ溶接を行うために、第２板材１２の第２端面１２ｂにおける板厚は、３８ｍｍ（すなわち、第３板材１３の板厚と同等）とされる。より詳細には、図３及び図５に示されるように、第２板材１２は、端面１２ｂに向けて板厚が漸減するテーパ状の周縁部１２ａを有する。周縁部１２ａの外面（大気に接する面）が、端面１２ｂに向かうに従い、ガスホルダー１の径方向内側に向かうよう傾斜している。
【００３５】
図５に示されるように、第２板材１２及び第３板材１３の端部の両面には、開先が形成されている。第２板材１２と第３板材１３の端面同士、及び第３板材１３の端面同士を建設現場にて突合せ溶接する際は、第２板材１２及び第３板材１３の端部をガスバーナ等で１５０℃以上に予熱した後、被覆アーク溶接等により両面多層溶接を行って溶接部１６を形成する。
【００３６】
ここで、溶接後の熱処理の要否と、ガスホルダー１を構成する板材の板厚との関係について説明する。高圧ガス保安法に基づき規定された特定設備検査規則の第２９条には、「特定設備の溶接部は、応力除去のため、適切な方法により溶接後の熱処理を行うようにしなければならない。ただし、応力除去を行う必要がないと認められるときは、この限りではない。」と規定されている。「球形ガスホルダー指針  ＪＧＡ指―１０４−１３；一般社団法人  日本ガス協会」においては、溶接後の熱処理の要否について、以下のように規定されている。
【００３７】
母材種類の区分がＰ番号１グループ番号１、２又は３の材料（炭素鋼で引張強さが４９０Ｎ／ｍｍ２級のもの、炭素鋼で引張強さが５９０Ｎ／ｍｍ２級のもの）においては表１の規定に従い溶接後熱処理の要否が規定される。
【００３８】
【表１】
0006688947.tif 000002
【００３９】
母材種類の区分がＰ番号１１Ａ−２又は１１Ｂの材料（規定最小引張強さが６２０Ｎ／ｍｍ２を超え７２０Ｎ／ｍｍ２以下の高張力鋼、規定最小引張強さが７２０Ｎ／ｍｍ２を超え７９０Ｎ／ｍｍ２以下の高張力鋼）においては表２の規定に従い溶接後熱処理の要否が規定される。
【００４０】
【表２】
0006688947.tif 000003
【００４１】
すなわち、板材の板厚が３２ｍｍ以下である場合、あるいは、板材の板厚が３２ｍｍを超え３８ｍｍ以下であって所定の温度にて予熱が行われている場合には、溶接後の熱処理を行う必要がない。但し、板厚や予熱条件を満たしている場合であっても、ノズル等が取り付けられる板状部材については、溶接後の熱処理を行う必要がある。
【００４２】
以上より、溶接後の熱処理が不要な板厚（母材厚）の法定上限値（以下、単に「法定上限値」とも称する）は、所定温度で予熱を行うことを条件として、３８ｍｍであることが分かる。言い換えると、溶接部における板厚が３８ｍｍ以下である板材の溶接によりガスホルダー１の組み立てを行う場合には、建設現場における溶接後の熱処理（ガスホルダー１の全体焼鈍）が不要となる。
【００４３】
本実施形態において、第１板材１１のうち、ノズル２０，２１が取り付けられる第１ノズル取付板材１５Ａ、及びノズル２０，２２が取り付けられる第２ノズル取付板材１５Ｂについては、板厚に関わらず溶接後の熱処理を行う必要がある。また、第１板材１１同士の溶接部、第１板材１１と第２板材１２との溶接部、及び第２板材１２同士の溶接部については、溶接部における第１板材１１及び／又は第２板材１２の板厚が法定上限値を超えるため、溶接後の熱処理を行う必要がある。したがって、本実施形態においては、第１ノズル取付板材１５Ａ、第２ノズル取付板材１５Ｂ、及び上述の溶接部を含む第１焼鈍部１７Ａ及び第２焼鈍部１７Ｂについては、工場にて、焼鈍炉を用いた溶接後の熱処理（焼鈍処理）を行っている。
【００４４】
一方、第２板材１２と第３板材１３との溶接部、及び第３板材１３同士の溶接については、溶接部における第２板材１２及び／又は第３板材１３の板厚が法定上限値以下となっているため、溶接後の熱処理は不要である。したがって、建設現場において、第１焼鈍部１７Ａ及び第２焼鈍部１７Ｂの第２板材１２と、第３板材１３との突き合わせ溶接、及び、及び第３板材１３同士の突き合わせ溶接が行われる。
【００４５】
本実施形態に係るガスホルダー１は、複数の板材の突合せ溶接により外殻が形成されている。複数の板材は、第１板材１１、第２板材１２、及び第３板材１３を備える。第１板材１１は、ノズル２０，２１，２２が一体的に設けられたノズル取付板材１５Ａ，１５Ｂを有する。第２板材１２及び第３板材１３は第１板材１１より引張強さが大きい。第１板材１１の板厚は法定上限値より大きく、第３板材１３の板厚は法定上限値以下である。第１板材１１は、第２板材１２を介して、第３板材１３に取り付けられている。
【００４６】
法規により溶接後の熱処理が必要とされる部分（すなわち、第１焼鈍部１７Ａ、及び第２焼鈍部１７Ｂに構成された全溶接部）については焼鈍炉を用いて溶接後の熱処理を行う一方で、溶接後の熱処理が不要である板材同士の溶接（すなわち、第２板材１２と第３板材１３との溶接、及び第３板材１３同士の溶接）は建設現場にて行う。この結果、建設現場におけるガスホルダー１の全体焼鈍を行うことなく、ガスホルダー１を製造することができる。また、第３板材１３として、第１板材１１より高強度であり、法定上限値以下の板厚を有する板材を使用することにより、ガスホルダー１の貯槽容量を大きくすることができる。
また、ノズル２０，２１，２２が設けられるノズル取付板材１５Ａ，１５Ｂとして、法定上限値より大きい板厚を有する第１板材１１を使用することにより、ノズル２０，２１，２２の強度を確保することができる。
さらに、第１板材１１として、第２板材１２及び第３板材１３よりも引張強さが小さい板材を使用することにより、第１板材１１を安価に製造することができる。
【００４７】
第２板材１２のうち、第１板材１１と対向する第１端面における板厚は、第１板材１１の板厚と同等とされており、第２板材１２のうち、第３板材１３と対向する第２端面１２ｂにおける板厚は、第３板材１３の板厚と同等とされている。第２板材１２は、端面１２ｂに向けて板厚が漸減する周縁部１２ａを有する。
これにより、第２板材を、板厚の異なる第１板材及び第３板材のそれぞれに溶接することができる。
【００４８】
なお、本発明は、図面を参照して説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
【００４９】
例えば、上記実施形態においては、複数の板材は、第１板材１１、第２板材１２、及び第３板材１３を備える。しかしながら、本発明はこれに限られず、第２板材１２と第３板材１３との間に、他の板材と引張強さや板厚が異なる第４板材が設けられていてもよい。
【００５０】
また、第１板材１１、第２板材１２、及び第３板材１３の板厚や引張強さは例示に過ぎず、ガスホルダー１の設計によって適宜変更されてもよい。ガスホルダー１は球殻であるとしたが、ガスホルダー１は円筒等の他の形状であってもよい。また、第１板材１１、第２板材１２、及び第３板材１３の形状は矩形又は台形状に限定されず、例えば、円形であってもよい。
【００５１】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…ガスホルダー（圧力容器）    １０Ａ…底部    １０Ｂ…頂部    １０Ｃ…側部    １１…第１板材    １２…第２板材    １２ａ…周縁部    １２ｂ…端面（第２端面）    １３…第３板材    １５Ａ，１５Ｂ…ノズル取付板材    １６…溶接部    １７Ａ…第１焼鈍部    １７Ｂ…第２焼鈍部    ２０，２１，２２…ノズル
【要約】
【課題】建設現場における全体焼鈍が不要な圧力容器を提供すること。
【解決手段】溶接部における溶接後の熱処理が不要な母材厚の上限値が法規により規定され、複数の板材の突合せ溶接により外殻が形成された圧力容器において、複数の板材は、第１板材１１、第２板材１２、及び第３板材１３を備え、第１板材１１は、ノズル２０，２１が一体的に設けられたノズル取付板材１５Ａを有し、第２板材１２及び第３板材１３は第１板材１１より引張強さが大きく、第１板材１１の板厚は上記上限値より大きく、第３板材１３の板厚は上記上限値以下であり、第１板材１１は、第２板材１２を介して、第３板材１３に取り付けられていることを特徴とする。
【選択図】図３【図１】
0006688947.tif 000004
【図２】
0006688947.tif 000005
【図３】
0006688947.tif 000006
【図４】
0006688947.tif 000007
【図５】
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