(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力施設用配管の内面にライニング層を形成する管内ライニング方法であって、
常温硬化型のライニング材料とピグを用いて配管の内面にライニング層を形成する塗膜工程と、
配管内に放射線物質を含む流体を流して前記ライニング層を硬化させる硬化工程と、
を備え、
前記ライニング材料の常温硬化後のガラス転移温度が６０℃未満であり、前記硬化工程後のライニング層のガラス転移温度が７５℃以上であり、
前記ライニング材が、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、アミン系硬化剤、カーボンブラック、シリカ、シラン系カップリング剤を含む二液硬化型エポキシ樹脂であり、
前記アミン系硬化剤は芳香族アミン、脂肪族アミン、脂環族アミンのいずれかであることを特徴とする管内ライニング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の管内ライニング方法において、
前記塗膜工程は、
配管の一方の端部からライニング材料を注入し、配管の一方の端部から他方の端部に向けてピグを移動させて配管の内面にライニング材料を塗布する工程と、
配管の他方の端部からライニング材料を注入し、前記配管の他方の端部から一方の端部に向けて前記ピグを移動させて配管の内面に二重にライニング材料を塗布する工程と、を含むことを特徴とする管内ライニング方法。
【請求項３】
請求項１に記載の管内ライニング方法において、
前記塗膜工程と前記硬化工程の間に、前記塗膜工程で塗布されたライニング材を乾燥させる乾燥工程を有することを特徴とする管内ライニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は管内ライニング方法に関し、詳しくは原子力関連施設等において、放射性物質、及び塩分を含む流体の輸送もしくは、高放射線量下での塩分を含む流体の輸送に用いる配管の管内ライニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力関連施設で、放射性物質を含む流体の輸送もしくは高放射線量下での流体の輸送を長期間、安全に実施できる配管が求められている。特に、塩分を含む内部流体を輸送すると、腐食による配管からの漏えい事象等が懸念されることから、腐食を抑制するための対策が求められている。
【０００３】
腐食対策には、鋼管の内部にポリエチレンなどのライニング処理を施工前に施したライニング配管が使用される。しかし、ライニング配管は長尺の配管作製が困難であり、特に埋設配管や既設配管には適用できない。そのため、埋設配管や既設配管、長尺配管でも可能なライニング工法としてピグライニング工法が注目されている。ピグライニングとはピグと呼ばれるボールを空気圧で移動させながら配管内面にライニング材料をコーティングさせる工法である。ピグライニング工法で使用されるライニング材料は作業性を重視して、常温硬化（室温硬化）で、かつ、可使時間（ポットライフ）が長い材料が使用されている。このような要求を満たすライニング材料はガラス転移温度が低く、一般的に常温硬化後のガラス転移温度が６０℃未満である。また、常温硬化のピグライニング材料は、所望の強度を得るために長時間の硬化反応を要する
従来、樹脂塗布層を短い時間にて硬化反応させるライニング方法として、特許文献１には樹脂塗布層を形成した後に、既設配管内に加温流体を流して樹脂塗布層を加温して硬化反応を促進することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2000-061397号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
原子力関連施設における輸送設備では、移送用配管は、数十〜数百本の配管が張り巡らされ、複数の汚染水滞留エリアと接続されている。これらの配管の全長は約１０〜２０ｋｍ程度ある。このような原子力関連施設の移送用配管は多くの場合、放射性物質を含む水や海水を移送する。この水や海水の温度は最高で６６℃程度となる。一方、常温硬化のピグライニング材料は、ガラス転移温度の近傍で線膨張率がプラス（膨張）から一旦マイナス（収縮）になり再びプラス（膨張）になる特性を有している。上述の通り、常温硬化のピグライニング材料の硬化後のガラス転移温度は６０℃以下であり、原子力関連施設の移送用配管ではそれよりも高温の流体が流れることになる。この場合、熱膨張によって配管が膨張するのに対してライニング材が収縮する現象が発生し、配管とライニング材の剥離が発生する。そのため、ガラス転移温度よりも高い環境下では使用できず、原子力関連施設の移送用配管のライニング材として使用するためにはガラス転移温度を高くする必要がある。
【０００６】
また、原子力関連施設の移送用配管の一部は屋外にも設置されている。ピグライニング材料の硬化反応中に、屋外の配管が直射日光によって加熱されることが想定される。配管内に形成されたライニング材が流動性を有する状態であれば加熱されても問題ないが、硬化反応が進行して流動性が無くなった状態で、かつ、硬化反応が不十分な状態で加熱されると、配管の膨張とライニング材の収縮によって配管とライニング材の剥離が生じる。このため、ライニング材料の硬化時間を短縮することも重要となる。
【０００７】
特許文献１のように配管内に加温流体を流して樹脂塗布層を加温することで硬化時間を短縮することが期待できる。しかしながら、原子力関連施設における輸送設備では加温流体を流せない現場も多く、原子力関連施設に適したピグライニング工法が望まれる。
【０００８】
本発明は、常温硬化型のピグライニング材料を用いた原子力施設用配管の管内ライニング方法において、硬化時間を短縮できるとともに硬化後のガラス転移温度が高いライニング層を形成可能な方法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】
【０００９】
本発明の管内ライニング方法は、原子力施設用配管の内面にライニング層を形成する方法であって、常温硬化型のライニング材料とピグを用いて配管の内面にライニング層を形成する塗膜工程と、配管内に放射線物質を含む流体を流して前記ライニング層を硬化させる硬化工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、常温硬化型のピグライニング材料を用いた原子力施設用配管の管内ライニング方法において、硬化時間を短縮できるとともに硬化後のガラス転移温度が高いライニング層を形成可能な方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の管内ライニング方法の実施形態を説明する。本実施形態の管内ライニング方法は、原子力関連施設における輸送設備の移送用配管に適用される。管内に形成するライニング層としては、そのガラス転移温度を移送用配管の使用最高温度である６６℃よりも高くする必要がある。そこで、本実施形態の管内ライニング方法では、常温硬化型のライニング材料と、配管内面のライニング材料を押し延ばして塗装するための摺動部材（ピグ）を用いて配管の内面にライニング層を形成する塗膜工程と、配管内に放射線物質を含む流体を流してライニング層を硬化させる硬化工程と、を実施することによって、ライニング層のガラス転移温度を７５℃以上、望ましくは８０℃以上にすることを特徴とする。ここで、塗膜工程としては管内に常温硬化型のライニング材料を塗布できればよく、公知のピグライニング工法を適用することができる。塗膜工程の後、常温（１５〜２５℃）での硬化反応を進めてもライニング層のガラス転移温度は６０℃未満となり、原子力関連施設の移送用配管には適用できない。そこで、本実施形態では、塗膜工程の後に配管内に放射線物質を含む流体を流してライニング層を硬化させる硬化工程を実施する。一般的に樹脂材料は放射性物質の放射線が照射されると水素ラジカルや炭化水素ラジカルが生成し、ラジカル同士の結合による架橋反応が起こる。また、エポキシ樹脂は一般に放射線照射によって曲げ弾性率が増加することが知られており、照射によって硬度が増す。本実施形態では、原子力関連施設の移送用配管が放射線環境であるという特徴を利用して、配管内に放射線物質を含む流体を流すことでライニング層の硬化反応を促進させることが可能となる。その結果、ライニング層のガラス転移温度を上昇させることが可能となり、ライニング層のガラス転移温度を７５℃以上とすることが可能となる。これにより、原子力関連施設で使用するために必要な高温流体の輸送も可能となる。また、放射線照射によって硬化反応を促進させることで通常の常温硬化よりも硬化時間を短縮することが可能となる。なお、屋外配管においては直射日光による加熱を防ぐために、直射日光を遮断するように屋外配管を養生した状態で硬化工程を実施することが好ましい。また、塗膜工程と硬化工程の間には塗膜を乾燥させる乾燥工程を設けてもよい。
【００１２】
常温硬化型のライニング材料としては、常温で液状であり、常温硬化性を有し、可使時間が数時間以上と長く、ピグライニングが可能な粘度を満たすものであれば適用することができ、公知のライニング材料を適用することができる。特に無溶剤型の二液硬化型エポキシ樹脂を好適に用いることができる。
【００１３】
原子力関連施設の移送用配管のライニング層としては、ガラス転移温度の他に放射線環境下における耐食性も必要である。移送用配管は多くの場合、放射性物質を含む水や海水を移送する。そのため、配管の内部のライニング材料のこうした水の影響も考慮しなければならない。一般に放射線環境下における水分の影響は原子力ケーブルに使用される絶縁体のＬＯＣＡ（Loss of Coolant Accident）の模擬試験でも検討されているように劣化が厳しいことが分かっている。特に、雰囲気中に水分が存在する場合、酸化により生成した過酸化物（ＲＯＯＨ）が水中のプロトンの影響で解離してカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）と水を生成し、分子鎖中の水素を遊離する触媒反応が進行することが知られている。生成したカルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）は分子鎖を切断してラジカルになり易いこと、さらにカルボニル基に隣接する水素が引き抜かれ易いことから、酸化劣化が促進されると考えられている。特にガラス転移温度が５０℃以下のライニング材料の場合、酸化劣化が促進される。
【００１４】
さらに放射線環境下ではオゾンが生成することが知られている。オゾンは分子鎖に二重結合を持つ高密度ポリエチレンに対して強く作用する。例えば、二重結合部にオゾンが攻撃するとオゾナイドが形成され、これが不安定であるため、Ｏ−Ｏ結合が切断されてアルデヒドやケトン、エステル、ラクトン、過酸化物等を形成する。オゾンによる分子構造の分解は、微小のクラック（オゾンクラック）を形成させることが知られている。特に、１ＭＰａの配管圧力がかかる場合、常に伸長された状態となっており、これがオゾンの浸透率を高めるとともに応力集中によってオゾンクラックが成長し、配管腐食につながる懸念がある。特にガラス転移温度が５０℃以下のライニング材料の場合、分解が加速する。
【００１５】
放射線環境下における耐食性を向上させるために常温硬化型のライニング材料として、特に主剤としてビスフェノールA型エポキシ樹脂、硬化剤として芳香族アミン、脂肪族アミン、脂環族アミンなどのアミン系硬化剤を用いた二液硬化型エポキシ樹脂が好ましい。また、二液硬化型エポキシ樹脂にカーボンブラック、シリカ、シラン系カップリング剤を添加することが好ましい。カーボンブラックの添加により、オゾンに対する樹脂の耐性が高まる。また、シリカの添加により、放射性物質の固形物が表面に衝突した際の樹脂の劣化を抑制できる。さらに、シラン系カップリング剤の添加により、鋼管表面との密着性が増し、放射線環境下でも劣化を抑えて密着性能を維持できる。
【００１６】
また、その他の添加剤として、光カチオン重合用触媒、イミダゾール系硬化促進剤、酸化防止剤を添加しても良い。
【００１７】
光カチオン重合用触媒を用いることにより、放射線のエネルギーを受けてライニング材料の硬化反応が促進される。光カチオン重合用触媒としては、オキセタン化合物、ジアゾニウム塩、ジアリ―ルヨウドニウム塩、トリアリ―ルスルホニウム塩、シリルベンジルエーテルを用いることが放射線による硬化促進の面で好ましい。
【００１８】
イミダゾールは放射線環境下で生成するラジカルを捕捉する効果がある。そのため、イミダゾール系硬化促進剤を添加することで耐放射線性が向上する。イミダゾール系硬化促進剤としては、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、1-（2-シアノエチル）-2-エチル-4-メチルイミダゾール、2，4-ジアミノ-6-[2-メチルイミダゾリル]エチルトリアジン、2-フェニルイミダゾリンを用いることが耐放射線性の面で好ましい。
【００１９】
酸化防止剤の添加によって、高温の放射性物質を含む流体が流れても、ライニング材料の劣化を抑えることができる。酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤が耐熱性と耐放射線性を両立できることから好ましい。
【００２０】
本発明者らは種々のピグライニング材料について、高い放射線照射環境下での様々な耐久性試験を実施し、以下の知見を得た。
【００２１】
本実施形態の管内ライニング方法を用いて形成したライニング層を用いることにより、埋設配管や既設配管、長尺配管の腐食を抑制できる。
【００２２】
塗膜工程の後に配管内に放射性物質を含む流体を流すことによってライニング層の硬化を促進することができ、そのガラス転移温度を７５℃以上にすることが可能であった。放射線による硬化工程後のライニング層のガラス転移温度としては、原子力関連施設の移送用配管への適用する際には７５℃以上であればよい。移送用配管の使用温度は最高でも６６℃であり、温度が上昇して配管が伸びてもライニング材料が同様に伸びるため、亀裂やクラックが生じることがなく、健全性が保たれる。なお、放射線による硬化工程を実施した後のライニング層の熱膨張率は、ガラス転移温度が７５℃以上に上昇すると同時に、ガラス転移温度近傍でプラスからマイナスに変化する収縮の挙動を示さないことが分かった。
【００２３】
また、内部流体の放射性物質や設置環境の放射線により硬化させることができるので、従来の常温硬化では長期間放置しないと硬化しないのに対して、温水や高温スチームを使用することなく短時間で硬化させることができる。
【００２４】
原子力関連施設の移送用配管は、高線量の放射性物質を含む水や海水、さらに高温の流体を移送している。このような過酷な条件でもライニング材料の亀裂やピンホールなどの欠陥が発生することがない。また、当該設備を構築する上で、時間的、空間的制約による影響を配管施工に関しては最小限に抑えることができる上、放射性物質を扱う設備として、一定の安全性の担保ができる。
【００２５】
また、原子力関連施設における輸送設備では、移送用配管は、数十〜数百本の配管が張り巡らされ、複数の汚染水滞留エリアと接続されている。これらの配管の全長は約１０〜２０ｋｍ程度ある。このように長い距離を亀裂や微小なクラックが発生していないか点検するのは容易ではなく、膨大な時間を要する。一旦、配管に不具合が認められた場合、配管全体を交換しなければならず、そのために多くの時間と労力を費やさねばならない。しかし、本実施形態の管内ライニング方法によれば、長尺の既設配管へ容易にライニングが可能である。また、配管交換のためにシステムを停止せざるを得なくなり、全体のシステムに多大な支障をきたす。しかし、本実施形態の管内ライニング方法によれば、既設配管を交換することなく短時間でライニングによる修復作業が完了する。また本実施形態の管内ライニング方法によれば、高い放射線環境下においてもライニング材料の劣化を抑えて長寿命の移送配管を得ることが可能であり、原子力関連設備内で信頼性と安全性の高い輸送設備を提供することができ、システム全体の安定性を向上させることができる。
（実施例１）
本実施例は原子力関連施設に用いる移送用配管において、例えば、腐食した部分がある場合にその腐食部を含めて配管内面をライニングして修繕する管内ライニング方法で、その実施に当たっては液状のライニング材料を配管内で前方へ押し込みつつ管内面に塗布するための押し込み具として球状のピグとそのピグに押し込み力を与えるためのエアーコンプレッサーを用いて実施される。
【００２６】
まず、ライニング材料として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を主剤、変性ポリアミンを硬化剤として2：1の割合で混合させる。主剤と硬化剤の割合は可使時間と硬化時間の関係で調整される。本実施例では、１０００ｍ以上の配管長さを塗布でき、硬化反応の時間が短くなるように主剤と硬化剤の割合を調整している。ビスフェノールA型エポキシ樹脂と変性ポリアミンを２：１の割合で混合させたものにカーボンブラック、シリカ、シラン系カップリング剤を添加して混合した液状のライニング材料を準備する。この材料の常温硬化物のガラス転移温度を縦型熱膨張計により求めたところ５０℃であった。また、５０℃を境にそれ以上の温度では線膨張率は低下してマイナスとなり、収縮が起こっていることがわかった。さらに、硬化の度合いを調べるため、バーコル硬度計を用いて常温硬化物の硬度を測定した。表面の硬度は、６１〜６６であった。
【００２７】
次に、配管の一端側から管内に液状のライニング材料とピグを入れてその挿入口にエアーコンプレッサーからの給気ホースを連結する。その後、エアーコンプレッサーによって、加圧空気を供給して挿入口とピグの間の空間を加圧状態にすることでピグ前方のライニング材料を押し退けつつ、配管の内周面にライニング材料の塗布層を形成する。
【００２８】
次に、先程とは逆の側から、管内に液状のライニング材料とピグを入れてその挿入口にエアーコンプレッサーからの給気ホースを連結する。その後、エアーコンプレッサーによって、加圧空気を供給して挿入口とピグの間の空間を加圧状態にすることでピグ前方のライニング材料を押し退けつつ、配管の内周面にライニング材料の塗布層を二層形成する。二層塗布することによって巻き込んだ気泡がつぶれて塗布面が丈夫になり、流体の浸入を防ぐことができる。
【００２９】
この状態で24時間以上、乾燥させる。
【００３０】
上述の手順によってピグが配管の他端側へ抜ければ、全長に亘って、配管内周面にライニング材料による塗布層（ライニング層）が形成される。
【００３１】
次に、放射性物質を含む流体を配管内部に流通させる。この放射線のエネルギーを受けてライニング層の硬化が促進される。放射線による硬化後の硬化物のガラス転移温度を縦型熱膨張計により求めたところ７５℃であった。さらに、硬化の度合いを調べるため、バーコル硬度計を用いて表面の硬度を測定した。表面の硬度は、８０以上と放射線硬化処理の効果が得られていることが分かった。また、ガラス転移温度付近の収縮はほとんど起こっていないことを確認した。
【００３２】
本実施例より、常温硬化型のライニング材料を使用してピグライニング工法によって、ライニング層を形成した後、配管内に放射性物質を含む流体を流すことによってライニング層のＴｇ及び強度を向上できることを確認した。
【００３３】
本発明により、放射性物質を含む流体の輸送もしくは高放射線量下での流体の輸送を長期間、安全に実施することが可能となる。具体的には、放射性物質を輸送することによってもたらされる高い放射線環境や、放射線により発生するオゾン環境、高温の流体を移送することによってもたらされる高温環境、さらに輸送流体中に含まれる塩分環境においても、配管を構成しているライニング材料が劣化し難く、亀裂や微小クラックが入るなどの不具合を生じることがないため、配管が腐食して穴が開くことが無く長期間使用することができる。また、流体中の砂利や石などで傷がつくことが無く配管の健全性が維持される。さらに、既設配管や埋設配管、１０００ｍ以上の長尺配管への適用が可能であり、工数も少なく、短時間で作業者の安全性も確保できる。配管が腐食することがないため、原子力プラントの放射性物質の移送に係るシステム全体の信頼性と安全性の向上に資することができる。また、配管の金属が使用する温度の上昇によって伸びても、ライニング材料が同様に伸びるため、亀裂やクラックが生じることがなく、健全性が保たれる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、原子力関連施設に用いる移送用配管として、鋼管の内部にピグライニング工法を用いて樹脂をライニングした配管からなり、特定のライニング工法並びに材料を使用することにより、高い放射線線量下でも高い耐性を維持することができ、かつ長寿命の配管を提供するものであり、これによって原子力プラントの放射性物質の移送に係るシステム全体の信頼性と安全性の向上に資することができる。