(57)【要約】【課題】クリープによる損傷を軽減することのできる配管の補強方法、ボイラ設備、配管部材を提供することを目的とする。【解決手段】ボイラ設備の配管系統を構成するエルボ本体１１において、ボイラで加熱される高温蒸気の温度変化により、他の配管の挙動によって作用する応力や内部の蒸気から受ける圧力によって作用する応力が集中する箇所に、拘束ロッド２０を取り付ける構成とした。拘束ロッド２０に代えて、プレート状の拘束ラグを設けることもできる。またＴピース等にも同様の構成が適用できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラで加熱された蒸気を通す配管の補強方法であって、
前記配管において、ボイラ起動発停時や運転中の配管伸びによって発生する配管応力が集中する箇所に、応力を軽減または分散させる応力分散部材を取り付けることを特徴とする配管の補強方法。
【請求項２】
前記応力分散部材を取り付けるに先立ち、当該応力分散部材を予熱し、取り付け後に当該応力分散部材が引張応力を発揮した状態とすることを特徴とする請求項１に記載の配管の補強方法。
【請求項３】
蒸気を加熱するボイラ設備であって、
前記ボイラ設備にて蒸気を移送する配管の曲折部または分岐部に配置された配管部材に、当該配管部材に接続された他の配管の挙動、または当該配管部材内の蒸気から受ける圧力によって当該配管部材に作用する応力を分散させる応力分散部材が取り付けられていることを特徴とするボイラ設備。
【請求項４】
前記配管部材が前記配管の曲折部に配置されるものであるとき、前記応力分散部材は、前記配管部材の曲折方向内側に取り付けられた棒材または板材であることを特徴とする請求項３に記載のボイラ設備。
【請求項５】
前記配管部材が前記配管の分岐部に配置されるものであるとき、前記応力分散部材は、前記配管部材にて互いに隣接する分岐管の間に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載のボイラ設備。
【請求項６】
高温蒸気用の配管部材であって、
前記高温蒸気の流路を形成する配管部材本体と、
前記配管部材本体の母材強度が不連続になる箇所に、当該配管部材本体を流れる高温蒸気によって当該配管部材本体に作用する応力に抗する補強部材が設けられていることを特徴とする配管部材。
【請求項７】
前記配管部材本体は、前記高温蒸気の流れる方向を所定の曲率半径で変更するエルボであり、前記エルボは一対のエルボ部材を前記高温蒸気の流れる方向に沿った合わせ面にて溶接することで形成され、
前記補強部材は、前記エルボの湾曲方向内側に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の配管部材。
【請求項８】
前記配管部材本体は、直線状に延びるストレート部と当該ストレート部から側方に延出する延出部とを有し、
前記補強部材は、前記ストレート部と前記延出部との間に、当該延出部の母材強度が当該延出部の軸線に沿った方向で不連続となる箇所を跨ぐように取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の配管部材。
【請求項９】
前記補強部材は、両端部を前記配管部材本体に固定され、かつ前記配管部材本体に対して引張方向または圧縮方向の応力を付与する状態とされていることを特徴とする請求項６に記載の配管部材。
【請求項１０】
前記補強部材は、前記配管部材本体とは熱膨張率が異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項６に記載の配管部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温の蒸気が流れる配管の補強方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラント等に備えられるボイラに使用される配管は、高温で長期間使用されるため、疲労やクリープ損傷が生じることが知られている。
例えば、伝熱管は、その外周面に管列の乱れ防止のための金物を備えており、互いに隣接する伝熱管どうしを金物で連結するようになっている。しかし、金物はボイラ内の高温の燃焼ガスにより受熱する一方で、より低温の伝熱管に取り付けられていることで、金物の付け根の部分に熱応力が集中し、クリープによる損傷が生じる。このため、この金物に関し、形状を工夫することで、この問題を軽減する技術等が既に提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３３００３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ボイラで加熱された高温の蒸気が流れる主蒸気管および再熱蒸気管等は、ボイラの起動発停時に配管の温度差が生じ、また、配管の取り回しのために配管熱伸びによって、配管応力と呼ばれる大きな力が発生する。そのため、配管の接続部や曲げ加工部などにおいて、配管応力のために、疲労やクリープ損傷が生じることがある。配管部材として用いられる、例えば図１４に示すような略Ｌ字型のエルボ１等の場合、配管内を流れる高温・高圧の蒸気によって内圧がかかっており、曲折部分１ａ等においては、この内圧によって溶接線（Ｗ１）の垂直方向に応力（フープ応力）が作用するとともに、内圧でエルボ１が伸張しようとするため、溶接方向にも応力が作用する。そのため、直管に作用する応力よりも作用応力が大きく、また、多軸方向へ応力が作用するためクリープ損傷が大きくなる。特に、図１４で示したエルボ１のように、一対のエルボ部材１ｂ、１ｂが溶接部Ｗ１にて溶接されることで形成された、いわゆるモナカ合わせ構造の場合、溶接部Ｗ１に応力が作用し、溶接部Ｗ１のクリープ損傷が生じることがある。
また、配管部材として用いられる、図１５に示すように略Ｔ字型のＴピース２の場合、ボイラの運転中には配管温度が高温になっているため、このＴピース２に接続される配管３、４、５に伸びが生じるが、その伸び量の差から、Ｔピース２の曲折部分２ａの近傍に配管応力が集中して作用する。このＴピース２が、配管を接続する溶接部Ｗ２を有する構造、さらには外径や内径が変化する段差部分を有するような構造では、溶接部Ｗ２、段差部分に応力が局所的に集中し、クリープによる損傷が生じることがある。
【０００５】
このような主蒸気管や再熱蒸気管を構成するエルボ１やＴピース２等にクリープによる損傷が生じた場合、損傷部分を直すために、配管全体を交換しなければならないこともあり、補修に多大なコストと期間が必要となる。このため、クリープによる損傷を防止したり軽減するための技術の開発が強く望まれている。
【０００６】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、クリープによる損傷を軽減することのできる配管の補強方法、ボイラ設備、配管部材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明は、ボイラで加熱された蒸気を通す配管の補強方法であって、ボイラ起動発停時や運転中の配管伸びによって発生する配管応力が集中する箇所に、応力を軽減または分散させる応力分散部材を取り付けることを特徴とする。この応力分散部材としては、応力に対する抵抗力を発揮する、棒材やプレート等があり、これらを配管に溶接等の固定手段によって固定することで、これら応力分散部材を介し、応力を分散させることができる。
このとき、応力分散部材を取り付けるに先立ち、応力分散部材を予熱し、取り付け後に応力分散部材が引張応力を発揮した状態とすることもできる。
【０００８】
本発明は、蒸気を加熱するボイラ設備として捉えることもできる。この場合、ボイラ設備は、蒸気を移送する配管の曲折部または分岐部に配置された配管部材に、この配管部材に作用する応力を分散させる応力分散部材が取り付けられていることを特徴とする。ここで、配管部材に作用する応力とは、配管部材に接続された他の配管の挙動、または配管部材内の蒸気から受ける圧力によって作用するものである。
また、配管部材が配管の曲折部に配置されるものであるとき、応力分散部材を、配管部材の曲折方向内側に取り付けられた棒材または板材とすることができる。
配管部材が配管の分岐部に配置されるものであるときには、応力分散部材は、配管部材にて互いに隣接する分岐管の間に取り付けることができる。
【０００９】
本発明は、高温蒸気用の配管部材であって、高温蒸気の流路を形成する配管部材本体と、配管部材本体の母材強度が不連続になる箇所に、配管部材本体を流れる高温蒸気によって配管部材本体に作用する応力に抗する補強部材が設けられていることを特徴とする配管部材としても捉えられる。
ここで、配管部材本体は、高温蒸気の流れる方向を所定の曲率半径で変更するエルボとすることができ、特に、このエルボが一対のエルボ部材を高温蒸気の流れる方向に沿った合わせ面にて溶接することで形成したものであるときに有効である。このような配管部材本体に対しては、補強部材を、エルボの湾曲方向内側に取り付ける構成とすることができる。
また、配管部材本体を、直線状に延びるストレート部とその側方に延出する延出部とを有するものとし、補強部材を、ストレート部と延出部との間に、延出部の母材強度が延出部の軸線に沿った方向で不連続となる箇所を跨ぐように取り付ける構成とすることもできる。ここで、母材強度が不連続になる箇所には、溶接によって組成が局所的に異なる箇所や、断面寸法が変化する箇所等がある。
さらに、補強部材は、両端部を溶接等によって配管部材本体に固定し、配管部材本体に対して引張方向または圧縮方向の応力を付与する状態とすることができる。配管部材本体に対して引張方向または圧縮方向の応力を付与する状態とするには、補強部材を配管部材本体に取り付けるに先立って予熱しておいたり、あるいはその全長を調整できる機構を備える等すればよい。
この他、補強部材を、配管部材本体とは熱膨張率が異なる材料で形成することもできる。これにより、配管部材内を流れる高温蒸気に温度変化が生じた場合、配管部材本体と補強部材との熱膨張率の違いにより、補強部材から配管部材に対し圧縮または引張応力を作用させることができる。これを利用することで、高温蒸気から受ける圧力が高温蒸気の温度変化によって変動することや、この配管部材本体に接続される他の配管が高温蒸気の温度変化で伸縮すること等によって、配管部材本体に作用する応力を軽減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
以下には、本実施の形態として、発電プラント等で用いられるボイラ設備の配管系統に本発明を適用する場合を例に挙げる。ボイラ設備の図示しないボイラで加熱される蒸気は、主蒸気管、再熱蒸気管等の配管系統（配管）を通して発電用のタービン等に送給される。
本実施の形態では、主蒸気管、再熱蒸気管等の高温（５００〜６００℃）の蒸気を通す配管系統の曲折部や分岐部に用いられるエルボ本体（配管部材本体）１１、ピース本体（配管部材本体）３１、３２、３３に対し、拘束ロッド（応力分散部材、棒材）２０、２１、拘束ラグ（応力分散部材、板材、補強部材）２２、２３、補強リブ（応力分散部材、板材、補強部材）４０を取り付けることで、エルボ（配管部材）１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、Ｔピース（配管部材）３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを構成することによって、クリープに対する耐久性を高める複数の例を示す。
【００１１】
略Ｃ字状のエルボ本体１１は、例えば径が６００〜７００ｍｍといった大口径で、主蒸気管用であれば肉厚が例えば６０〜８０ｍｍと厚肉であるためにシームレス管を用いることができるが、再熱蒸気管用であれば肉厚が例えば２０〜６０ｍｍ程度と薄肉であるため、図１に示したように、板材を断面略Ｃ字状に曲げ加工することで得たエルボ部材１１ａ、１１ａを、その合わせ面どうしを対向させた状態で、合わせ面の継ぎ目を溶接することで形成されている（以下、この継ぎ目の部分を溶接部Ｗ１と称する）。
図１に示すエルボ１０Ａは、このようなエルボ本体１１に、拘束ロッド２０を溶接することで形成されている。
拘束ロッド２０は、略Ｃ字状に曲折したエルボ本体１１の曲折方向の内側（腹側）に、溶接部Ｗ１の両端部を直線状に結ぶ弦方向に延在し、両端部２０ａ、２０ｂがエルボ本体１１に対し溶接されることで一体化されている。
このように、拘束ロッド２０をエルボ本体１１に取り付けることで形成されたエルボ１０Ａは、このエルボ１０Ａを用いた配管系統において、ボイラの作動時に蒸気による内圧によって腹側の溶接部Ｗ１に作用する応力を、拘束ロッド２０によって分散させることで軽減することができる。
【００１２】
図２に示すエルボ１０Ｂは、略Ｃ字状のエルボ本体１１に、拘束ロッド２１を溶接することで形成されている。
拘束ロッド２１は、その全長が調整可能な調整機能を有している。一例を挙げれば、拘束ロッド２１は、外周面に螺条が形成された２本のネジ部材２１ａ、２１ｂと、これらネジ部材２１ａ、２１ｂに噛み合うターンバックル２１ｃとから構成され、ターンバックル２１ｃを一方向に回すと拘束ロッド２１の全長が延び、他方向に回すと拘束ロッド２１の全長が縮むようになっている。このような拘束ロッド２１は、略Ｃ字状に曲折したエルボ本体１１の曲折方向の内側（腹側）に、溶接部Ｗ１の両端部を結ぶ弦方向に延在し、ネジ部材２１ａ、２１ｂの端部がエルボ本体１１に対し溶接されることで一体化されている。
このように、拘束ロッド２１をエルボ本体１１に取り付けることで形成されたエルボ１０Ｂを用いた配管系統においても、ボイラの作動時に蒸気による内圧によってエルボ本体１１の腹側の溶接部Ｗ１に作用する応力を、拘束ロッド２１によって分散させることで軽減することができる。しかも、拘束ロッド２１の全長が調整可能なので、エルボ本体１１の拘束力を適宜調節することができる。
【００１３】
図３に示すエルボ１０Ｃは、略Ｃ字状のエルボ本体１１に、拘束ラグ２２を溶接することで形成されている。
拘束ラグ２２は、略半月形のプレートからなり、その湾曲端部２２ａが、エルボ本体１１の腹側に対応した曲率で形成され、この湾曲端部２２ａをエルボ本体１１の腹側に溶接することで、エルボ本体１１に取り付けられている。なお、この拘束ラグ２２は、所要の強度、拘束性能を有するのであれば、略半月系に限らず、略三日月状とすることも可能である。
このように、拘束ラグ２２をエルボ本体１１に取り付けることで形成されたエルボ１０Ｃを用いた配管系統においても、ボイラの作動時に蒸気による内圧によってエルボ本体１１の腹側の溶接部Ｗ１に作用する応力を、拘束ラグ２２によって分散させることで軽減することができる。
【００１４】
図４に示すエルボ１０Ｄは、略Ｃ字状のエルボ本体１１に、拘束ラグ２３を溶接することで形成されている。
拘束ラグ２３は、略半月形のプレートからなり、その湾曲端部２３ａが、エルボ本体１１の中心線に沿った曲率で形成され、この湾曲端部２３ａをエルボ本体１１の峰部１１ｃに溶接することで、エルボ本体１１に取り付けられている。なお、この拘束ラグ２３も、所要の強度、拘束性能を有するのであれば、略半月系に限らず、略三日月状とすることも可能で、その個数も一つに限定されない。
このように、拘束ラグ２３をエルボ本体１１に取り付けることで形成されたエルボ１０Ｄにおいても、このエルボ１０Ｄを用いた配管系統において、ボイラの作動時に蒸気による内圧によって腹側の溶接部Ｗ１に作用する応力を、拘束ラグ２３によって分散させることで軽減することができる。
【００１５】
ところで、上記したような拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３は、エルボ本体１１に取り付けるに先立ち、例えば高周波コイル等の加熱手段によって、その全体を所定温度（例えば１００〜２００℃）加熱した後、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３の温度が所定以下に下がらないうちに、エルボ本体１１に溶接することもできる。この場合、溶接後に温度が常温に下がった状態で、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３の収縮によって、所定（例えば２ｋｇｆ／ｍｍ２）の引張応力を発揮し、これをエルボ本体１１に作用させるようにする。これによって、上記の効果を一層顕著なものとすることができる。
【００１６】
図５に示すＴピース３０Ａは、略Ｔ字状のピース本体３１に、補強リブ４０を溶接することで形成されている。ピース本体３１は、ストレート部（分岐管）３１ａに対し、直交する方向に延出する延出部（分岐管）３１ｂを有し、この延出部３１ｂには、複数種の寸法のＴピース３０Ａの作製に対応するための延長ピース３１ｃが溶接されている。これにより、ピース本体３１には、延出部３１ｂと延長ピース３１ｃとの継ぎ目に、周方向に連続する溶接部Ｗ２が形成されている。
補強リブ４０は、略三角形状のプレートからなり、その二辺の端面４０ａ、４０ｂが、互いに隣接するストレート部３１ａと延出部３１ｂおよび延長ピース３１ｃの側面に溶接されることでピース本体３１に一体化されている。ここで、補強リブ４０は、端面４０ｂが、溶接部Ｗ２を跨ぐように、延出部３１ｂおよび延長ピース３１ｃの側面に溶接されている。
【００１７】
このように、補強リブ４０をピース本体３１に取り付けることで形成されたＴピース３０Ａを用いた配管系統では、延長ピース３１ｃに接続される配管５０がボイラの起動発停時に生じる配管の伸縮でＴピース３０Ａの曲折部３０ａ、特に溶接部Ｗ２に集中する応力を、補強リブ４０によって分散させて軽減することができる。
図６は、このような補強リブ４０を備えたＴピース３０Ａと、補強リブ４０を備えないピース本体３１において、ピース本体３１に作用する曲げモーメントを比較したものである。ここで、縦軸は、溶接部Ｗ２を基準とする延長ピース３１ｃ側の位置であり、横軸は曲げモーメントである。この図６に示すように、補強リブ４０を備えないピース本体３１だけでは溶接部Ｗ２の位置に曲げモーメントが集中してしまうが、補強リブ４０を備えたＴピース３０Ａでは補強リブ４０によって曲げモーメントの最大値を低く抑えることができる。
【００１８】
なお、図５に示した補強リブ４０は、図７に示すような、ストレート部３２ａに対し、延出部３２ｂおよび延長ピース３２ｃの径が異なる（ストレート部３２ａよりも小径、あるいは大径）ピース本体３２にも同様に適用でき、このＴピース３０Ｂにおいても、上記と同様、Ｔピース３０Ｂの曲折部３０ａ、特に溶接部Ｗ２への応力集中を緩和できる、という効果が得られる。
また、図８に示すように、補強リブ４０は、ストレート部３３ａおよび延出部３３ｂに対し、延長ピース３３ｃの径が異なる（ストレート部３３ａおよび延出部３３ｂよりも小径、あるいは大径）ピース本体３３にも同様に適用できる。なおこの場合、延出部３３ｂと延長ピース３３ｃとの間は、図５や図７と同様に溶接してもよいが、図８に示したように、削り出し加工や鋳造等により、延出部３３ｂと延長ピース３３ｃの間に外径を変化させるテーパ部３３ｄや段部等を形成した一体構造とするようにしてもよい。このＴピース３０Ｃにおいても、上記と同様、Ｔピース３０Ｃの曲折部３０ａ、特にテーパ部３３ｄや段部への応力集中を緩和できる、という効果が得られる。
【００１９】
ところで、上記したような拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０は、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３と同材質であってもよいが、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３とは異なる材質、例えば熱膨張率が異なる材質とするのも有効である。
例えば、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３が２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼（ＪＩＳ・ＳＣＭＶ４材）からなる場合に、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０を、より熱膨張率の低い材料、例えば９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼（火ＳＦＶＡＦ２８の９Ｃｒ−１Ｍｏ−ＶＮｂ鋼等のいわゆる改良９Ｃｒ鍛鋼品）で形成することができる。このような構成とすれば、９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼からなる拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０の方が、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３よりも熱膨張率が小さいため、ボイラ作動にともなう温度上昇時に、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３に対し、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０によって引張力を付与することができ、これによって上記の効果を一層顕著にできる。また、反対方向、つまりエルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３に対し、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０によって圧縮力を付与したい場合には、２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼からなるエルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３に対し、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０を、より熱膨張率の高いオーステナイト系ステンレス鋼等で形成することができる。
【００２０】
また、上記と同様に、補強効果を高めるという観点からすれば、同材料であれば、拘束ロッド２０、２１の径、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０の板厚は、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３の肉厚よりも大きくするのが好ましい。
【００２１】
さて、上記に例示したエルボ１０Ａ、Ｔピース３０Ａにおいて、拘束ロッド２０、補強リブ４０の効果を確認するための実験を行ったので、その結果を以下に示す。
［実施例１］
まず、図９（ａ）に示すように、エルボ本体１１の外径を２００ｍｍ、腹側の曲率半径を４００ｍｍ、肉厚を４０ｍｍとし、その材質を２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼（ＪＩＳ・ＳＣＭＶ４材）とした。このエルボ本体１１を形成するエルボ部材１１ａ、１１ａは、熱間型押しで成形した後、９４０℃で焼きならし、さらに７４０℃で焼戻しを行うことで形成した。そして、このようなエルボ部材１１ａ、１１ａどうしは、図９（ｂ）に示すような寸法で開先加工を施し、腹側、背中側をサブマージドアーク溶接法で溶接し、これによってエルボ本体１１を得た。
また、エルボ本体１１に取り付ける拘束ロッド２０（図１参照）は、エルボ本体１１と同材の２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼で形成し、その径を６０ｍｍとした。
そして、上記のエルボ本体１１に対し、拘束ロッド２０を取り付けないもの、つまりエルボ本体１１単体を供試体Ｎｏ．１とし、拘束ロッド２０を取り付けるもの、つまりエルボ１０Ａ（図１参照）を供試体Ｎｏ．２とした。
【００２２】
これら供試体Ｎｏ．１、Ｎｏ．２に対し、ボイラでの使用環境、すなわち内圧がかかった状態を再現するため、エルボ本体１１の両端に、エルボ本体１１と同材質で板厚６０ｍｍの板材６０を溶接して塞ぎ、一方の板材６０に内圧負荷用のパイプ６１を取り付け、供試体全体に対して７１５℃で４時間の後熱処理を施した。
そして、６５０℃の環境下で、パイプ６１からエルボ本体１１内に、水蒸気で２．４ｋｇｆ／ｍｍ２の内圧を負荷し、負荷開始からクリープボイドが発生するまでの時間、微視亀裂が発生するまでの時間、噴破するまでの時間をそれぞれ計測した。その結果が、図１０に示すものである。
この図１０に示すように、拘束ロッド２０を備えない供試体Ｎｏ．１に対し、拘束ロッド２０を備えた供試体Ｎｏ．２は、負荷開始からクリープボイドが発生するまでの時間、微視亀裂が発生するまでの時間、噴破するまでの時間が、それぞれ約２．１倍となっており、クリープ寿命が向上しているのが明らかである。
【００２３】
［実施例２］
さらに、上記の供試体Ｎｏ．１と同条件の試験を実施し、レプリカ組織観察法により、溶接部Ｗ１（溶接熱影響が及ぶ部分）に長さ０．５ｍｍの微視亀裂が発生した時点（図１０に示した如く、５６３．５ｈ）において、拘束ロッド２０を取り付け、これを供試体Ｎｏ．１’とし、試験をさらに続行した。その結果、この供試体Ｎｏ．１’は、９３２．５ｈ経過時点で噴破した。つまり、微視亀裂が発生（５６３．５ｈ）してから、噴破に至るまでの時間が、拘束ロッド２０を取り付けない供試体Ｎｏ．１（７８６．０−５６３．５＝２２２．５ｈ）に対し、拘束ロッド２０を取り付けた供試体Ｎｏ．１’では、大幅に延長している（９３２．５−５６３．５＝３６９．０ｈ）。これにより、微視亀裂が生じた後でも、拘束ロッド２０を取り付けることで、亀裂の進展を抑制できることがわかる。
【００２４】
［実施例３］
次に、図１１（ａ）に示すように、ピース本体３１のストレート部３１ａ、延出部３１ｂの外径を２００ｍｍ、肉厚を３０ｍｍ、延出部３１ｂのストレート部３１ａからの延出寸法を７５ｍｍ、延出部３１ｂに溶接される延長ピース３１ｃ先端のストレート部３１ａからの寸法を５００ｍｍとし、ストレート部３１ａおよび延出部３１ｂの材質を２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鍛鋼品であるＪＩＳ・ＳＦＶＡＦ２２Ａ材、延長ピース３１ｃの材質を２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼管であるＪＩＳ・ＳＴＰＡ２４材とした。このストレート部３１ａおよび延出部３１ｂは、熱間鍛造によって成形したものとした。
そして、図１１（ｂ）に示すような寸法の開先加工を延出部３１ｂと延長ピース３１ｃに施し、延出部３１ｂと延長ピース３１ｃを、初層をＴＩＧ溶接した後に被覆アーク溶接を行なうことで接合し、ピース本体３１を得た。
また、ピース本体３１に取り付ける補強リブ４０（図５参照）は、２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼で形成し、その板厚を３０ｍｍとした。何れの供試体にも溶接後に供試体全体に対して７１５℃で４時間の後熱処理を施した。
そして、上記のピース本体３１に対し、補強リブ４０を取り付けないもの、つまりピース本体３１単体を供試体Ｎｏ．３とし、補強リブ４０を取り付けたもの、つまりＴピース３０Ａ（図５参照）を供試体Ｎｏ．４とした。
これら供試体Ｎｏ．３、Ｎｏ．４に対し、６５０℃の環境下で、延長ピース３１ｃ先端に対し、油圧サーボにより、図１１（ａ）中、矢印（イ）方向に、図１１（ｃ）に示すような振幅、パターンで負荷を繰り返しかけ、微視亀裂が発生するまでに要した応力負荷回数をそれぞれ計測した。その結果が、図１２に示すものである。
この図１２に示すように、補強リブ４０を備えない供試体Ｎｏ．３に対し、補強リブ４０を備えた供試体Ｎｏ．４は、微視亀裂が発生するまでに要した応力負荷回数が、略５．４倍となっており、高い耐久性を有しているのが明らかである。
【００２５】
［実施例４］
さらに、上記の供試体Ｎｏ．３と同条件の試験を行い、微視亀裂の発生が認められた後、微視亀裂が生じた側に補強リブ４０を取り付けた場合（供試体Ｎｏ．３Ａ）、微視亀裂が生じた側とは反対側に補強リブ４０を取り付けた場合（供試体Ｎｏ．３Ｂ）、微視亀裂が生じた側、反対側の双方に補強リブ４０と取り付けた場合（供試体Ｎｏ．３Ｃ）のそれぞれについて、亀裂が管内面に貫通するまでの応力負荷回数を計測した。その結果が、図１３に示すものである。
この図１３に示すように、補強リブ４０を取り付けた供試体Ｎｏ．３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、いずれも、補強リブ４０を取り付けなかった供試体Ｎｏ．３に比較し、亀裂が管内面に貫通するまでの応力回数が多く、亀裂発生後でも、補強リブ４０を取り付けることで亀裂の進展を抑制することができるのがわかる。
【００２６】
［実施例５］
実施例１の供試体Ｎｏ．２と同様、エルボ本体１１に対し、拘束ロッド２０を取り付けるに際し、拘束ロッド２０を高周波コイルで加熱し、取り付け後に２ｋｇ／ｍｍ２の引張応力をエルボ本体１１に発揮するようにしてエルボ１０Ａを得て、これを供試体Ｎｏ．５とした。
そして、この供試体Ｎｏ．５に対し、６５０℃の環境下で、パイプ６１からエルボ本体１１内に、水蒸気で２．４ｋｇｆ／ｍｍ２の内圧を負荷し、負荷開始からクリープボイドが発生するまでの時間、微視亀裂が発生するまでの時間、噴破するまでの時間をそれぞれ計測した。その結果が、図１０に示したものである。この図１０に示したように、取り付け前の加熱を行わない拘束ロッド２０を取り付けた供試体Ｎｏ．２に比較しても、クリープボイド発生、微視亀裂発生、噴破までの時間が延長しており、クリープに対する耐久性が高まっているのがわかる。
【００２７】
［実施例６］
実施例１の供試体Ｎｏ．２と同様、エルボ本体１１に対し、拘束ロッド２０を取り付けるに際し、拘束ロッド２０を、エルボ本体１１よりも熱膨張率の低い材料である９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼（火ＳＦＶＡＦ２８の９Ｃｒ−１Ｍｏ−ＶＮｂ鋼）で形成し、この拘束ロッド２０をエルボ本体１１に取り付けることでエルボ１０Ａを得て、これを供試体Ｎｏ．６とした。
そして、この供試体Ｎｏ．６に対し、６５０℃の環境下で、パイプ６１からエルボ本体１１内に、水蒸気で２．４ｋｇｆ／ｍｍ２の内圧を負荷し、負荷開始からクリープボイドが発生するまでの時間、微視亀裂が発生するまでの時間、噴破するまでの時間をそれぞれ計測した。その結果が、図１０に示したものである。
この図１０に示したように、エルボ本体１１と同材からなる拘束ロッド２０を取り付けた供試体Ｎｏ．２に比較し、クリープボイド発生、微視亀裂発生、噴破までの時間が延長しており、クリープに対する耐久性が高まっているのがわかる。
【００２８】
上述したように、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３に対し、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０を取り付けることで、応力を分散させて均一化し、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３のクリープ寿命を大幅に向上させることができる。しかも、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０は、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３に亀裂等が生じた後に取り付けても、亀裂の進展を抑制することができる。
その結果、配管系統の寿命を大幅に伸ばすことができ、また、既設の配管系統に対して補修を行うに際しても、従来のように配管系統全体を交換することなく、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０等を取り付けるのみで済み、ボイラ設備の配管系統の補修コストと工期を大幅に削減することができる。
【００２９】
なお、上記実施の形態では、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３に対し、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０を取り付けることで、エルボ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、Ｔピース３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを形成したが、このようなエルボ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、Ｔピース３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを予め製作しておき、ボイラ設備の配管系統を組み上げる際に用いてもよいし、また、既設の配管系統を構成するエルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３に対し、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０を取り付けることで、配管系統の補強を図ることもできる。
このとき、上記実施例でも示したように、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０を取り付けるタイミングは、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３に亀裂が発生した後であってもよく、そのようなケースでもクリープに対する耐久性を高めることができる。
【００３０】
なお、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３、拘束ロッド２０、２１、拘束ラグ２２、２３、補強リブ４０について、材質を例示したが、もちろん例示した以外の材質を用いることも可能である。また、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３については、溶接部Ｗ１、Ｗ２を有さず、鋳造、鍛造、削り出し等によって一体形成されたものであってもよい。
さらに、ボイラの起動発停および負荷変動による温度変化によって繰り返し応力が作用する部材であれば、エルボ本体１１、ピース本体３１、３２、３３以外の、例えばＹ字状の配管部材等、様々な配管部材に対しても、上記と同様の構成を適用することで、クリープに対する耐久性を高めることが可能であるのは言うまでも無い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、配管に補強部材、応力分散部材を取り付けることで、クリープに対する耐久性を高めることができ、その結果、補修までに要する時間を著しく延長できる。また、補修を行うに際しても配管系統全体を交換することなく、補強部材、応力分散部材の取り付けのみで損傷の進展を抑制でき、補修コストと工期を大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における配管部材の例を示す図であって、エルボに拘束ロッドを設けた場合の構成を示す図である。
【図２】同、長さ調整機能を有する拘束ロッドを設けた場合の構成を示す図である。
【図３】同、拘束ラグを設けた場合の構成を示す図である。
【図４】同、拘束ラグを設けた他の例を示す図である。
【図５】同、Ｔピースに補強リブを設けた場合の構成を示す図である。
【図６】補強リブの有無による曲げモーメント発生量の相違を示す図である。
【図７】Ｔピースに補強リブを設けた場合の他の例を示す図である。
【図８】Ｔピースに補強リブを設けた場合のさらに他の例を示す図である。
【図９】実施例１における条件を示す図である。
【図１０】実施例１、５、６の結果を示す図である。
【図１１】実施例３における条件を示す図である。
【図１２】実施例３の結果を示す図である。
【図１３】実施例４の結果を示す図である。
【図１４】従来のエルボを示す図である。
【図１５】従来のＴピースを示す図である。
【符号の説明】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…エルボ（配管部材）、１１…エルボ本体（配管部材本体）、１１ａ…エルボ部材、２０、２１…拘束ロッド（応力分散部材、棒材）、２２、２３…拘束ラグ（応力分散部材、板材、補強部材）、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ…Ｔピース（配管部材）、３１、３２、３３…ピース本体（配管部材本体）、３１ａ、３２ａ、３３ａ…ストレート部、３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ…延出部、３３ｄ…テーパ部、４０…補強リブ（応力分散部材、板材、補強部材）、５０…配管、Ｗ１、Ｗ２…溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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