(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配管部材と、前記複数の配管部材を互いに突き合わせて溶接して形成された複数の突合せ溶接部とを備える配管の引張残留応力改善方法であって、
前記配管の内部に水を保有させた状態で、前記配管の両端に位置する前記配管部材の内部に氷栓を形成して、前記配管内部に水密な空間を形成し、
前記水密な空間を形成後に、前記水密な空間に対し不凍液を供給し、前記水密な空間の内圧を上昇させ、各配管部材の前記突合せ溶接部の近傍部を塑性変形させて拡管する配管の残留応力改善方法。
【請求項２】
前記配管の両端に位置する前記配管部材に冷媒容器を設置し、前記冷媒容器の中央付近に位置する前記配管部材の外周に断熱材を装着した状態で、前記冷媒容器内に冷媒を投入し、前記配管部材を冷却して前記氷栓を形成する請求項１に記載の配管の残留応力改善方法。
【請求項３】
各配管部材の前記突合せ溶接部の近傍部に設けられたひずみゲージにより各配管部材外面のひずみ量を計測し、全てのひずみゲージが所定のひずみ量となった後に、前記不凍液の供給を停止する請求項１または請求項２に記載の配管の残留応力改善方法。
【請求項４】
複数の配管部材と、前記複数の配管部材を互いに突き合わせて溶接して形成された複数の突合せ溶接部とを備える配管の内部に水を保有させた状態で、前記配管の両端に位置する前記配管部材の内部に氷栓を形成して、前記配管内部の水密な空間に不凍液を供給する不凍液供給方法であって、
前記不凍液を供給するポンプに接続された供給管を、前記配管の両端に位置する前記配管部材のうちの一方の前記配管部材に対し、前記供給管の先端部が、前記氷栓が形成される位置よりも、他方の前記配管部材側の位置まで挿入し、
前記供給管を挿入後、前記配管の両端に位置する前記配管部材の内部に前記氷栓を形成して、前記配管内部に水密な空間を形成し、
前記ポンプにより前記供給管を通じて、前記不凍液を前記水密な空間に供給する不凍液供給方法。
【請求項５】
複数の配管部材と、前記複数の配管部材を互いに突き合わせて溶接して形成された複数の突合せ溶接部とを備える配管の引張残留応力改善装置であって、
前記配管の両端に位置する前記配管部材の外面に設置され、冷媒を収容して前記配管部材の外面を冷却して内部に氷栓を形成し、前記配管内に水密な空間を形成する一組の冷媒容器と、
不凍液を供給する供給ポンプと、
前記供給ポンプに接続され、前記水密な空間内に前記不凍液を供給する供給管と、を備えた配管の引張残留応力改善装置。
【請求項６】
前記冷媒容器の中央付近に位置する前記配管部材の外周に装着される断熱材を更に備える請求項５に記載の配管の引張残留応力改善装置。
【請求項７】
各配管部材の前記突合せ溶接部の近傍部に設けられ、各配管部材の外面のひずみ量を計測するひずみゲージを更に備える請求項５または請求項６に記載の配管の引張残留応力改善装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管の残留応力改善方法、氷栓間への不凍液供給方法、および配管の残留応力改善装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、配管の突合せ溶接部の内面に働く引張残留応力を緩和する方法が提案されている。例えば、配管の突合せ溶接部の両側に冷媒容器を設置し、配管外面を冷却して氷栓を形成させた後に、氷栓間の配管外面を冷却し、水の凝固に伴う体積膨張を利用して溶接部近傍を拡管させて、引張残留応力を緩和させている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７６０００号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】小口径突合せ溶接配管に対する残留応力改善方法の開発（フリージング工法の適用による残留応力の改善）、青池聡、他３名、 日本機械学会論文集(Ａ編)７７巻 ７７９号 (２０１１−７)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
オーステナイト系ステンレス鋼やニッケル基金合金は、引張応力が負荷された状態で腐食環境中に長時間曝されることにより、応力腐食割れが発生する可能性がある。発電プラントを構成する配管系にはオーステナイト系ステンレス鋼製の高温配管がある。高温水中は腐食環境であることから、溶接部近傍の配管内面に働く引張残留応力を低減ないし圧縮状態にすることが望まれている。特に現在運転中の発電プラントを構成する既設の配管系に対して、簡易に適用可能な施工方法が強く望まれている。
【０００６】
前述した特許文献１および非特許文献１の方法では、水の凝固に伴う体積膨張率が約１．１倍と小さいことから、１度の施工で残留応力を低減できるのは、１つの溶接部または近接する複数の溶接部に限られる。このため、１本の配管の残留応力を低減する場合でも、溶接部の位置が離れている場合には、複数回の施工が必要となり、手間がかかり時間を要していた。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題を鑑みなされたものであり、その目的は、互いに離れて位置する複数の溶接部を有する配管の引張残留応力を簡易かつ短時間で低減させることが可能な技術を提供することである
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、本発明の一態様である配管の残留応力改善方法は、複数の配管部材と、前記複数の配管部材を互いに突き合わせて溶接して形成された複数の突合せ溶接部とを備える配管の引張残留応力改善方法であって、前記配管の内部に水を保有させた状態で、前記配管の両端に位置する前記配管部材の内部に氷栓を形成して、前記配管内部に水密な空間を形成し、前記水密な空間を形成後に、前記水密な空間に対し不凍液を供給し、前記水密な空間の内圧を上昇させ、各配管部材の前記突合せ溶接部の近傍部を塑性変形させて拡管する。
【０００９】
また、本発明の一態様である不凍液供給方法は、複数の配管部材と、前記複数の配管部材を互いに突き合わせて溶接して形成された複数の突合せ溶接部とを備える配管の内部に水を保有させた状態で、前記配管の両端に位置する前記配管部材の内部に氷栓を形成して、前記配管内部の水密な空間に不凍液を供給する不凍液供給方法であって、前記不凍液を供給するポンプに接続された供給管を、前記配管の両端に位置する前記配管部材のうちの一方の前記配管部材に対し、前記供給管の先端部が、前記氷栓が形成される位置よりも、他方の前記配管部材側の位置まで挿入し、前記供給管を挿入後、前記配管の両端に位置する前記配管部材の内部に前記氷栓を形成して、前記配管内部に水密な空間を形成し、前記ポンプにより前記供給管を通じて、前記不凍液を前記水密な空間に供給する。
【００１０】
また、本発明の一態様である配管の引張残留応力改善装置は、複数の配管部材と、前記複数の配管部材を互いに突き合わせて溶接して形成された複数の突合せ溶接部とを備える配管の引張残留応力改善装置であって、前記配管の両端に位置する前記配管部材の外面に設置され、冷媒を収容して前記配管部材の外面を冷却して内部に氷栓を形成し、前記配管内に水密な空間を形成する一組の冷媒容器と、不凍液を供給する供給ポンプと、前記供給ポンプに接続され、前記水密な空間内に前記不凍液を供給する供給管と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、互いに離れて位置する複数の溶接部を有する配管の引張残留応力を簡易かつ短時間で低減させることが可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における配管の残留応力改善方法を実施するための残留応力改善装置の概要図を示す。
【図２】氷栓の間に不凍液を供給する工程を説明するための図を示す。
【図３】変形例における配管の残留応力改善方法を実施するための残留応力改善装置の概要図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係る配管の残留応力改善方法、氷栓間への不凍液供給方法、および配管の残留応力改善装置について、図面を参照して説明する。なお、当該方法および装置は、化学プラント配管、火力ボイラ設備、および熱交換器チューブ等における応力腐食割れの対策に適用される。
【００１４】
図１は、本実施形態における配管の残留応力改善方法を実施するための配管の残留応力改善装置１の概要図を示している。
【００１５】
図１に示すように、配管１０は、複数の配管部材１１と、複数の配管部材１１を互いに突き合わせて溶接して形成された複数の突合せ溶接部１２とを有する。各配管部材１１は、オーステナイト系ステンレス鋼により構成される。また、各配管部材１１の突合せ溶接部１２近傍（各配管部材１１の両端部）には、局部的に管厚の薄い開先加工部が存在する。
【００１６】
配管の残留応力改善装置１は、一組の冷媒容器２Ａ、２Ｂと、一組の断熱材３と、複数のひずみゲージ４と、高圧ポンプ５と、耐圧ホース６と、細管７とを備える。
【００１７】
各冷媒容器２Ａ、２Ｂは、配管１０の両端に位置する配管部材１１Ａ、１１Ｂにそれぞれ設置されている。各断熱材３は、冷媒容器２Ａ、２Ｂ内において、配管部材１１の外周に装着されている（図２（ａ）も参照）。複数のひずみゲージ４は、それぞれ各突合せ溶接部１２の近傍の配管部材１１の表面に設置されている。各ひずみゲージ４には、図示せぬ計測器が接続され、当該計測器により配管部材１１表面のひずみが読み出される。
【００１８】
供給ポンプである高圧ポンプ５は、不凍液を配管１０へ供給するための手動式の高圧ポンプであり、圧力は例えば８０〜１００ＭＰａである。耐圧ホース６は、一端が高圧ポンプ５に接続されている。供給管である細管７は、例えば、サイズが２５Ａ−ｓｃｈ８０、材質がＳＵＳであり、一端が耐圧ホース６の他端に接続され、配管１０の一方の端部に位置する配管部材１１Ａに挿入されている。また、図２に示すように、細管７の先端部には、仮閉止栓７Ａが取り付けられ、閉止されている。
【００１９】
次に、配管の残留応力改善装置１を用いて実行する配管の残留応力改善方法について、図２を参照して説明する。図２は、氷栓２３の間に不凍液２５を供給する工程を説明するための図を示している。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、配管１０の内部に水２０を保有させた状態で、細管７を配管部材１１Ａに対して挿入する。具体的には、細管７の先端部を、氷栓２３が形成される位置よりも配管部材１１Ｂ側（配管１０の中央側）の位置に挿入する。
【００２１】
次に、図２（ｂ）に示すように、冷媒容器２Ａ内に、冷媒、例えば、エタノール２１およびドライアイス２２を投入し、配管部材１１Ａ内の水２０を急速に冷却して凝固させ、配管部材１１Ａ内に氷栓２３を形成する。冷媒容器２Ｂ内にも同様に冷媒を投入し、配管部材１１Ｂ内に氷栓を形成する。これにより、配管１０内に水密な空間２４が形成される。なお、配管部材１１Ａにおいて、断熱材３が装着された箇所の内部の水２０は、氷栓２３の形成過程において最後に凝固する。これにより、氷栓２３において、断熱材３が装着された箇所に対応する部分が局所的に膨張する。よって、配管部材１１Ａの内周面に対する垂直効力が増大し、氷栓２３の耐圧性を向上させることができる。
【００２２】
次に、手動で高圧ポンプ５を作動させて、高圧ホース６を介して細管７に不凍液２５を供給し、図２（ｃ）に示すように、仮閉止栓７Ａが外れて、水密な空間２４に対して不凍液２５が供給される。不凍液２５には、使用する冷媒の温度で凝固しない液体を採用する。本実施の形態では、冷媒に約−８０℃の温度が得られるドライアイス２２を使用しているので、融点が約−１１０℃のエタノールを不凍液として採用している。なお、不凍液としては、アセトン、ジエチルエーテル等であっても良い。
【００２３】
そして、不凍液２５の供給により、水密な空間２４内の内圧（水圧）を上昇させる。内圧の上昇に伴い、各配管部材１１の突合せ溶接部１２の近傍部である開先加工部が、局所的に管厚が薄いため塑性変形して拡管される。これにより、各配管部材１１の開先加工部の内面の引張残留応力が低減され、圧縮残留応力に改善される。
【００２４】
不凍液２５の供給量は、配管部材１１の外面に貼り付けたひずみゲージ４で測定した、配管部材１１の周方向のひずみを指標に調整する。例えば、予め設定した拡管量（例えば周方向ひずみ１％以上など）に、全ての突合せ溶接部１２の近傍が到達するまで、高圧ポンプ５により不凍液２５を配管１０に供給する。すなわち、全てのひずみゲージ４の所定のひずみ量となった後に、不凍液２５の供給を停止する。なお、各配管部材１１の外径や厚さが異なる部位がある場合には、同等の外径および厚さを有する複数の配管部材１１の両端に冷媒容器２Ａ、２Ｂを設置して、氷栓２３を形成するようにする。
【００２５】
以上のように、本実施形態によれば、引張残留応力改善装置１は、冷媒を収容して配管部材１１Ａ、１１Ｂの外面を冷却して内部に氷栓２３を形成し、配管１０内に水密な空間２４を形成するための一組の冷媒容器２Ａ、２Ｂと、水密な空間２４内に不凍液２５を供給する高圧ポンプ５と、配管部材１１Ａに対し、先端部が、氷栓２３が形成される位置よりも、配管部材１１Ｂ側の位置まで挿入される細管７とを備える。
【００２６】
かかる構成において、配管１０の内部に水を保有させた状態で、配管１０の両端に位置する配管部材１１Ａ、１１Ｂの内部に氷栓２３を形成して、配管１０内部に水密な空間２４を形成する。その後、水密な空間２４に対し不凍液２５を供給し、水密な空間２４の内圧を上昇させ、各配管部材１１の突合せ溶接部１２の近傍部を塑性変形させて拡管している。
【００２７】
これにより、配管１０の配管部材１１Ａ、１１Ｂの間に位置する複数の突合せ溶接部１２の近傍を一度に同時に拡管することができる。よって、各配管部材１１の突合せ溶接部１２の近傍部における引張残留応力を、簡易かつ短時間で圧縮化することができる。従って、腐蝕環境中において配管１０を使用したとしても、応力腐食割れの発生を抑制することができる。
【００２８】
また、配管部材１１Ａ、１１Ｂの外周に断熱材３が装着された状態で、氷栓２３が形成される。
【００２９】
これにより、配管部材１１Ａにおいて、断熱材３が装着された箇所の内部の水２０は、氷栓２３の形成過程において最後に凝固する。よって、氷栓２３において、断熱材３が装着された箇所に対応する部分が局所的に膨張する。その結果、配管部材１１Ａの内周面に対する垂直効力が増大し、氷栓２３の耐圧性を向上させることができる。
【００３０】
また、各突合せ溶接部１２の近傍の配管部材１１の表面にひずみゲージ４を設け、全てのひずみゲージ４が所定のひずみ量となった後に、不凍液２５の供給を停止する。
【００３１】
これにより、全ての配管部材１１の突合せ溶接部１２の近傍部の引張残留応力を確実に低減させることができる。
【００３２】
また、細管７の先端部を、配管部材１１Ａの氷栓２３が形成される位置よりも配管部材１１Ｂ側の位置に挿入し、細管７を挿入後、配管部材１１Ａ、配管部材１１Ｂ内に氷栓２３を形成して、配管１０内に水密な空間２４が形成する。次に、高圧ポンプ５により細管７を通じて水密な空間２４に対して不凍液２５を供給している。
【００３３】
これにより、水密な空間２４の内圧を上昇させ、各配管部材１１の突合せ溶接部１２の近傍部を塑性変形させて拡管することができる。
【００３４】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
【００３５】
例えば、上記の実施形態では、高圧ポンプ５は手動式であったが、高圧ポンプ５を自動式にして、図３に示すように、コントローラ８を設け、全てのひずみゲージ４の値に基づきコントローラ８により高圧ポンプ５を制御するようにしても良い。なお、図３では、コントローラ８と一対のひずみゲージ４との接続のみを示している。
【符号の説明】
【００３６】
１：配管の引張残留応力改善装置、２Ａ、２Ｂ：冷媒容器、３：断熱材、４：ひずみゲージ、５：高圧ポンプ、７：細管、１０：配管、１１：配管部材、１２：突合せ溶接部
２３：氷栓、２４：水密な空間、２５：不凍液
【図１】
0006367681.tif 000002
【図２】
0006367681.tif 000003
【図３】
0006367681.tif 000004