(57)【要約】【課題】  内面の溶接金属部および溶接熱影響部の残留応力を、圧縮応力化する。【解決手段】  配管系を組立てた後、配管１ａの外周面に、配管の中心軸に沿った長さより、配管の半径方向に沿った長さが短い断面形状の加熱コイルを複数回巻きつける。そして、配管の内部に冷却水循環装置１９を用いて冷却流体を流す。加熱コイル，電源およびトランス１６を有する高周波加熱装置は、配管の内面と配管の外面間に温度差を発生させる。制御装置１８は、熱電対２２が検出した加熱部温度に基づいて、配管の周方向および軸方向の温度分布を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管系の外表面側に配置される高周波誘導加熱用の加熱コイルと、配管系の表面と前記加熱コイル間に所定の隙間を保つスペーサと、前記加熱コイルに電流を供給する手段とを備え、前記加熱コイルにより配管系を加熱する配管系の熱処理装置において、前記加熱コイルが少なくとも２以上の巻数を備え、加熱コイルの断面が、前記配管系の中心軸に沿った長さより、配管系の半径方向に沿った長さが短い形状としたことを特徴とする配管系の熱処理装置。
【請求項２】
請求項１において、前記加熱コイルの断面形状において、長方形の角を丸めたことを特徴とする配管系の熱処理装置。
【請求項３】
請求項１において、前記加熱コイルの断面形状において、加熱コイルの外径面側を円弧形状としたことを特徴とする請求項１に記載の配管系の熱処理装置。
【請求項４】
請求項１において、前記加熱コイルの断面形状において、加熱コイルの外径面側を半楕円形状としたことを特徴とする配管系の熱処理装置。
【請求項５】
請求項１において、前記加熱コイルの断面形状において、前記配管系の中心軸に沿った楕円の軸の長さより、配管系の半径方向に沿った楕円の軸の長さが短い楕円としたことを特徴とする配管系の熱処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５において、前記加熱コイルにおいて、加熱コイルの外部に冷却用の配管を取り付けたことを特徴とする配管系の熱処理装置。
【請求項７】
請求項１〜６において、前記加熱コイルにおいて、加熱コイルの内部に冷却用の配管を取り付けたことを特徴とする配管系の熱処理装置。
【請求項８】
少なくとも２以上の巻数を備え、断面が前記配管系の中心軸に沿った長さより、配管系の半径方向に沿った長さが短い形状の加熱コイルを配管系の外表面側に配置する手順と、
前記加熱コイルに電流を供給し前記配管系を加熱する手順とを有することを特徴とする配管系の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管系の熱処理装置に係り、特に原子力発電プラントに用いられる配管に好適な配管系の熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造材に応力腐食割れが発生するのを抑制するために、腐食環境に曝される領域の引張残留応力を低減する例が、特公昭５３−３８２４６号公報に記載されている。この公報では、既設配管溶接部位の配管内面の引張残留応力を低減するために、プラントの配管系を組立てた後に配管系が有する配管の内部に冷却流体を流すとともに配管の外部を加熱し、配管の内面と配管の外面間に温度差を発生させている。そして、内面を引張降伏させ外面を圧縮降伏させて、応力腐食割れを防止している。
【０００３】
また、特開２００３−２５３３３７号公報には、配管のクリープ劣化した高温耐圧溶接部の膨張をクランプにより拘束した状態で、溶接部を高周波加熱コイルにより加熱して再生熱処理することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特公昭５３−３８２４６号公報
【特許文献２】特開２００３−２５３３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術に記載の特許文献１では、溶接金属部位に応力腐食割れが発生する可能性については、十分には配慮されていない。一般に溶接金属は、配管母材と比較して降伏応力が高く、したがって溶接により発生する引張残留応力も、降伏応力程度になっている可能性が高い。そのため、引張降伏を起こすためには、内面に発生させる引張応力を十分に大きくする必要がある。
【０００６】
また、特許文献２では、溶接部を加熱する高周波コイル１個で配管の局所（溶接部）のみを加熱するものであり、配管の内面と配管の外面間に温度差を十分発生できずに、内面を引張降伏させ外面を圧縮降伏させて、応力腐食割れを防止することができない。
【０００７】
本発明は上記従来の技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、原子力プラント等に用いられる組立てられた配管系の接続部の信頼性を熱処理により向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の特徴は、配管を有する配管系を組立てた後に配管の内部に冷却流体を流し、その後加熱コイルを有する高周波加熱装置を用いて配管を加熱して配管の内面と配管の外面間に温度差を発生させる熱処理方法において、加熱コイルを少なくとも２以上の巻数から構成し、加熱コイルの断面を、配管の中心軸に沿った長さより、配管の半径方向に沿った長さが短い形状として、加熱コイルからの誘導加熱により、効率よく配管の温度差を発生するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プラントの配管系の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明のいくつかの実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明に係る配管系の熱処理装置の一実施例である。図１では、配管の外周部に熱処理装置を取付けた様子を模式的に示している。配管の中心軸が水平になるように設置された直管１ａと直管１ｂを溶接部位２で溶接し、溶接部内面に圧縮残留応力を発生させている。配管外面の溶接金属部位に、溶接部表面の温度を測定するための熱電対２２が取付けられている。熱電対２２はケーブル２３を介して温度計測機２１ａに接続されている。温度計測機２１ａは、熱電対２２による熱起電力による電圧をＡＤコンバーター（図示していない）によりデジタル値に変換し、制御装置１８に送っている。
【００１１】
配管には、スペーサー１２を介して加熱コイル１１が取付けられている。加熱コイル
１１には、加熱コイル端部１０ａと端部１０ｂに高周波電流が高周波発信器１７からトランス１６およびケーブル１４を介して供給される。ケーブル１４の途中には、二次電流検出用の電流検出器２０が取付けられており、二次電流計測機２１ｂとＡＤコンバータ（図示していない）を介して制御装置１８に送る。制御装置１８は、トランスで発生させる高周波電流の実効値と周波数とを制御する機構（図示していない）を有している。さらに、加熱コイル１１およびトランス１６および高周波発信器１７には、冷却水循環機構１９よりホース１５を介して冷却水が供給される構造になっている。
【００１２】
次に熱処理の施工の手順について説明する。図１において、装置を図示される状態に準備した後に、溶接継手２で接合されている配管１ａと配管１ｂの内部を冷却材で満たし、また、冷却水循環機構１９を起動して加熱コイル１１およびトランス１６および高周波発信器１７に冷却水を供給した後に、加熱コイル１１に高周波電流を流す。加熱コイル１１を流れる高周波電流により、配管外表面には誘導電流が誘起され、それにより配管の材質の電気抵抗により発熱が起きる。配管表面の温度は熱電対２２により測定され、制御装置１８により外表面が所定の温度になると加熱コイルに供給する電流が制御される。一方、配管の内面は冷却材と接しているため、外面よりも低い温度となる。そのため、配管の外面と内面で温度差が生じて、配管内面に圧縮残留応力が発生する。
【００１３】
配管外表面の誘導電流は加熱コイルが配管内に作る磁束を妨げる方向に流れ、誘導電流の配管軸方向の位置は加熱コイルの位置とほぼ同じとなる。配管の外面と内面の温度差を十分に確保して配管内面に圧縮残留応力を発生させるには、溶接部位２を中心とした広範囲に誘導電流を発生させることが好ましい。溶接部位２を中心とした広範囲に誘導電流を発生させるには、加熱コイル１１の断面形状を配管１の中心軸に沿った長さを、溶接部位２の軸方向長さの数倍程度まで長くすることが好ましい。特許文献２に記載されている例は、加熱コイル１個で配管の局所（溶接部）のみを加熱するものであり、このような１個の加熱コイルで溶接部位２を中心とした広範囲に誘導電流を発生させるには、加熱コイル断面の中心軸に沿った長さが非常に長い形状となる。加熱コイルには高周波の電流を通電するため、加熱コイル断面の中心軸に沿った長さが非常に長い形状では電磁気的な表皮効果により加熱コイル断面の通電電流に偏りが生じて損失が増大し、誘導加熱の効率が悪くなる。そこで加熱コイルの巻数を２以上として配管の軸方向に沿った長さを分割することで、コイル断面の通電電流の偏りを抑制し、誘導加熱を効率よく行うことができる。さらに、本実施例によれば、加熱コイルの巻数を２以上とすることで、溶接部を中心とした広範囲を加熱することができ、配管系の溶接部の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
また、加熱コイル１１には高周波電流を通電するために、加熱コイル自身にも誘導電流が発生する。加熱コイル自身の誘導電流は損失となり、高周波電流の通電を妨げるように作用する。配管の誘導加熱を効率よく行い、配管の外面と内面の温度差を十分に確保するには、加熱コイルに発生する損失を小さくすることが好ましい。加熱コイル自身の誘導電流による損失は、配管の径方向に沿った長さに依存しており、径方向に沿った長さを短くすることが損失低減に有効となる。
【００１５】
本実施例では図２に示すように、加熱コイル１１の巻数を２以上として、加熱コイル
１１の断面形状を配管１の中心軸に沿った長さ４１ａより、配管１の半径方向に沿った長さ４１ｂを短くするものであり、図２では巻数が２で断面形状を長方形としている。配管１の中心軸に沿った長さ４１ａを長くしたので、配管１の誘導電流も配管１の中心軸に沿って広範囲となる。そして、配管１の半径方向に沿った長さ４２ｂが短くなるので、加熱コイル自身の誘導電流による損失が低減でき、効率よく溶接部位２を中心とした配管１の広範囲に誘導電流を発生させることができる。
【００１６】
本発明に係る熱処理装置の他の実施例を、図３を用いて説明する。図３は巻数が複数あるコイルのうちの１個を示している。本実施例の熱処理装置は、長方形の加熱コイルの断面形状の角５１を丸める。加熱コイルには高周波の電流を通電するために、表皮効果により長方形の加熱コイルの角に電流が集中して損失が発生する。加熱コイルの角５１を丸めることで、電流の集中を緩和して損失低減ができ、効率よく配管に誘導電流を発生することが可能となる。
【００１７】
本発明に係る熱処理装置の他の実施例を、図４を用いて説明する。図４は巻数が複数あるコイルのうちの１個を示している。本実施例の熱処理装置は、長方形の加熱コイル１１の断面形状において、加熱コイルの外径面側３１を円弧形状とした。これにより電流の集中を緩和して損失低減ができ、効率よく配管に誘導電流を発生することが可能となる。また、配管１に面した加熱コイルの内径面側３２を直線としているので配管に広範囲に誘導電流を発生することができる。
【００１８】
本発明に係る熱処理装置の他の実施例を、図５を用いて説明する。図５は巻数が複数あるコイルのうちの１個を示している。本実施例の熱処理装置は、長方形の加熱コイル１１の断面形状において、加熱コイルの外径面側３３を半楕円形状とした。これにより電流の集中を緩和して損失低減ができ、効率よく配管に誘導電流を発生することが可能となる。また、配管１に面した加熱コイルの内径面側３２を直線としているので配管に広範囲に誘導電流を発生することができる。
【００１９】
本発明に係る熱処理装置の他の実施例を、図６を用いて説明する。図６は巻数が複数あるコイルのうちの１個を示している。本実施例の熱処理装置は、加熱コイルの断面形状を配管１の中心軸に沿った楕円の軸の長さ４２ａより、配管１の半径方向に沿った楕円の軸の長さ４２ｂを短くする楕形状円とする。これにより電流の集中を緩和して損失低減ができ、効率よく広範囲の配管外表面に誘導電流を発生することが可能となる。
【００２０】
本発明に係る熱処理装置の他の実施例を、図７を用いて説明する。図７は巻数が複数あるコイルのうちの１個を示している。本実施例の熱処理装置は、加熱コイルの冷却用配管１１ｂを加熱コイルの外径側に設置し、効率よく加熱コイルの冷却を実現するものである。図７では加熱コイルの冷却用配管１１ｂは１個であるが、複数個設けてもよい。
【００２１】
本発明に係る熱処理装置の他の実施例を、図８を用いて説明する。図８は巻数が複数あるコイルのうちの１個を示している。本実施例の熱処理装置は、加熱コイルの内部に冷却用配管１１ｃを設置して、効率よく加熱コイルの冷却を実現するものである。図８では加熱コイルの冷却用配管１１ｃは１個であるが、複数個設けてもよい。
【００２２】
本発明のさらに他の実施例を図９を用いて説明する。本実施例は、沸騰水型原子炉発電プラントの場合である。原子炉圧力容器７００に取付けられた配管７１０と、循環ポンプ７２０と、ライザー管７３０によって、沸騰水型原子炉発電プラントの一つの配管系である再循環系が構成される。多数の曲管および直管等を溶接にて接合することによって、再循環系配管が組立てられる。
【００２３】
原子炉圧力容器７００と再循環系配管の組立てが完了した後に、再循環系配管に水を流しながら配管外面を加熱コイルにより加熱する。直管と直管の溶接部位として図９中に示した溶接継手７４１，ノズル形状の部位として溶接継手７４２，配管の形状が変化する部位として溶接継手７４３などに適用できる。
【００２４】
配管の中心軸が鉛直方向になる直管どうしの継手７４１に対しては、配管内面の残留応力を圧縮応力化できる。また、ノズル形状の部位である溶接継手７４２に対しては、図示した方法により配管内面の残留応力を圧縮にすることができる。溶接継手７４３に対しては、配管表面の形状に沿ったスペーサーおよびスペーサー治具を予め製作しておき、スペーサーに加熱コイルを取付けた加熱コイルユニットを予め製作しておき、それを溶接継手７４３の部位に取付けて配管内に炉水を満たしておいて外面を加熱コイルにより加熱することによって、配管内面に圧縮残留応力を発生させることができる。
【００２５】
沸騰水型原子炉発電プラントの再循環系配管に、本実施例の方法を適用する場合は、配管内に炉水が満たされているため、配管内面に新たに冷却材を準備する必要がない。なお、上記説明では沸騰水型原子炉プラントを例にとっているが、加圧水型原子炉プラントおよび重水炉プラント等の他の原子力発電プラント，火力プラントおよび化学プラント等の配管系に対しても同様に本発明を適用することができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施例によれば、プラントの配管系を組立てた後に、配管系が有する配管内面に圧縮残留応力を発生させることができるので、配管系の応力腐食割れを防止することができる。さらに、熱処理に必要な加熱コイルを容易に設置できる。また、配管内面の溶接金属部位に圧縮残留応力を発生させることができ、配管系の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る熱処理装置の一実施例の模式図である。
【図２】本発明に係る加熱コイルの一実施例の部分斜視図である。
【図３】本発明に係る加熱コイルの一実施例の部分斜視図である。
【図４】本発明に係る加熱コイルの一実施例の部分斜視図である。
【図５】本発明に係る加熱コイルの一実施例の部分斜視図である。
【図６】本発明に係る加熱コイルの一実施例の部分斜視図である。
【図７】本発明に係る加熱コイルの一実施例の部分斜視図である。
【図８】本発明に係る加熱コイルの一実施例の部分斜視図である。
【図９】本発明に係る熱処理装置の適用例の斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１，１ａ，１ｂ…配管、２…溶接部位、１１…加熱コイル、１２…スペーサー、１３…スペーサー周方向取付治具、１４…電流ケーブル、１５…冷却水循環ホース、１６…トランス、１７…高周波発信器、１８…制御装置、１９…冷却水循環機構、２０…電流検出器、２１ａ…温度計測機、２１ｂ…二次電流計測機、２２…熱電対、２３…ケーブル、３１，３３…加熱コイル外径側、３２…加熱コイル内径側、４１…加熱コイル断面長さ、４２…加熱コイル断面の楕円軸長さ、５１…加熱コイルの角部、７００…沸騰水型原子炉圧力容器、７２０…循環ポンプ、７３０…ライザー管。
【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】
2005195522.tif 000009
【図８】
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【図９】
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