(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの配管のそれぞれの端部に取り付けられた二つのフランジ同士を対向させてそれらフランジの間にパッキンを挟んでそれらフランジ同士を締め付けてなる配管フランジ接続の健全性を診断する診断装置において、
前記パッキンは環状のパッキンシール部と前記パッキンシール部の外側と内側に配置された環状のパッキン外輪及びパッキン内輪からなるとともに、前記パッキンシール部の外周であって前記パッキン外輪の内側に劣化要因検出手段を円周状に取り付け、この劣化要因検出手段から出る信号を前記フランジの外側で監視する手段と、を有すること、を特徴とする配管フランジ接続診断装置。
【請求項２】
二つの配管のそれぞれの端部に取り付けられた二つのフランジ同士を対向させてそれらフランジの間にパッキンを挟んでそれらフランジ同士を締め付けてなる配管フランジ接続の健全性を診断する診断装置において、
前記パッキンは環状のパッキンシール部と前記パッキンシール部の外側と内側に配置された環状のパッキン外輪及びパッキン内輪からなるとともに、前記環状のパッキン外輪及び／又はパッキン内輪と前記二つのフランジとの間に複数の劣化要因検出手段を取り付け、この劣化要因検出手段から出る信号を前記フランジの外側で監視する手段と、を有すること、を特徴とする配管フランジ接続診断装置。
【請求項３】
前記劣化要因検出手段はセンサであり、前記パッキンのシール部と前記二つのフランジとの間にかかる圧力、前記パッキンのシール部の水分および前記パッキンのシール部のひずみのうちの少なくとも一つを測定するものであること、を特徴とする請求項１又は２に記載の配管フランジ接続診断装置。
【請求項４】
前記劣化要因検出手段は試験片であり、前記パッキンのシール部と同質材料を有すること、を特徴とする請求項２に記載の配管フランジ接続診断装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の配管フランジ接続診断装置を用いた配管フランジ接続診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力プラント、火力プラント等の発電プラント、または配管を多数使用する工業プラント等の配管の接続の健全性を診断する装置およびその診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、配管の締結部であるフランジは、パッキンやガスケットなどのシール材を介して締結される。締結部の適正さを維持・管理する手法として、フランジ締結ボルトのトルク管理、フランジ締結時のフランジ間隔の管理、使用時または使用時以上の圧力をかけた状態での漏洩検査、定期的な増し締めによる維持などが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プラント設備の信頼性や安全性を維持しつつ、経済性を向上する手段として、機器点検周期の延長、保守の合理化が進められている。機器点検周期の延長においては、従来の信頼性を損なわずに長時間にわたり機器の健全性が保たれること、すなわち運転中の機器診断が求められる。保守の合理化においては、保守・点検の作業を減らし、効率の良い保守・定検を計画できること、すなわち運転中の機器診断による、保守・点検作業の削減が求められる。
【０００４】
また、経済性を向上するためには、プラントの主要機器である配管系の点検合理化と点検周期の延長が必要である。特に、配管のつなぎめであるフランジ廻りの分解点検はプラント維持のために重要な要素でかつ数も多く、取り付けた状態のままフランジ・シール部の劣化状態を検知・診断することは、プラントの経済性向上への効果が大きい。
【０００５】
しかし、従来の技術は、主にフランジ締結作業時からプラント運転前の確認を対象とし、運転状態における劣化の兆候を検知・診断するには至っていない。  そこで、本発明は、配管のフランジ接続部の劣化状態を効率的に検知・診断し、分解点検作業の省力化・経済性向上を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するものであって、請求項１の発明は、二つの配管のそれぞれの端部に取り付けられた二つのフランジ同士を対向させてそれらフランジの間にパッキンを挟んでそれらフランジ同士を締め付けてなる配管フランジ接続の健全性を診断する診断装置において、前記パッキンは環状のパッキンシール部と前記パッキンシール部の外側と内側に配置された環状のパッキン外輪及びパッキン内輪からなるとともに、前記パッキンシール部の外周であって前記パッキン外輪の内側に劣化要因検出手段を円周状に取り付け、この劣化要因検出手段から出る信号を前記フランジの外側で監視する手段と、を有すること、を特徴とする。
請求項１の発明によれば、フランジ部を分解せずに、パッキンのシール部に何らの影響を与えることなしに、パッキンのシール部の劣化検出・診断を行なうことができる。
【０００７】
また請求項２の発明は、二つの配管のそれぞれの端部に取り付けられた二つのフランジ同士を対向させてそれらフランジの間にパッキンを挟んでそれらフランジ同士を締め付けてなる配管フランジ接続の健全性を診断する診断装置において、前記パッキンは環状のパッキンシール部と前記パッキンシール部の外側と内側に配置された環状のパッキン外輪及びパッキン内輪からなるとともに、前記環状のパッキン外輪及び／又はパッキン内輪と前記二つのフランジとの間に複数の劣化要因検出手段を取り付け、この劣化要因検出手段から出る信号を前記フランジの外側で監視する手段と、を有すること、を特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明によれば、フランジ部を分解せずに、パッキンのシール部に何らの影響を与えることなしに、パッキンのシール部の状態観測を行なうことができる。
【０００９】
また請求項３の発明は、請求項１に記載の配管フランジ接続診断装置において、前記劣化要因検出手段はセンサであり、前記パッキンのシール部と前記二つのフランジとの間にかかる圧力、前記パッキンのシール部の水分および前記パッキンのシール部のひずみのうちの少なくとも一つを測定するものであること、を特徴とする。
請求項３の発明によれば、請求項１の作用・効果が得られるほかに、パッキンのシール部の劣化を具体的に把握できる。
【００１０】
また請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の配管フランジ接続診断装置において、前記劣化要因検出手段は試験片であり、前記パッキンのシール部と同質材料を有すること、を特徴とする。
請求項４の発明によれば、パッキンのシール部の劣化検出・診断を、さらに高い信頼性で確実に行なうことができる。
【００１１】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の配管フランジ接続診断装置を用いた配管フランジ接続診断方法である。
【００１２】
請求項５の発明によれば、フランジ部を分解せずに、パッキンのシール部に何らの影響を与えることなしに、パッキンのシール部の劣化検出・診断を行なうことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。ここで、各実施の形態に共通あるいは類似する部分には共通の符号を付すものとし、重複する説明は適宜省略する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１に、本発明に係る配管フランジ接続診断装置の第１の実施の形態を示す。図１で、開口部を対向する二つの配管１０には、それぞれにフランジ１が溶接されている。二つのフランジ１の間に環状のパッキン３０が挟まれ、二つのフランジを互いに複数のボルト等（図示せず）で締め付けることによって二つの配管１０が接続されるようになっている。
【００１８】
パッキンの形状にはいくつかの種類があり、図１に示すパッキン３０は、弾性材料からなる環状のパッキンシール部４と、パッキンシール部４の外側と内側にそれぞれ張り出した環状のパッキン外輪２とパッキン内輪３を有する。パッキン外輪２とパッキン内輪３はパッキンシール部４の締め過ぎを防止するためのもので、パッキンシール部４よりも薄くできている。
【００１９】
なお、パッキン外輪２やパッキン内輪３を持たず、パッキンシール部４だけのパッキンもあるが、この場合、パッキンシール部４をパッキンと呼ぶ。パッキンのことをガスケットと呼ぶこともあるが、ここでは総称してパッキンと呼ぶことにする。
【００２０】
図１の配管フランジ接続診断装置は、パッキンシール部４の内部、好ましくは最外周部にシール内センサ５が取り付けられた構造になっており、センサ５の出力であるセンサ出力信号６と、センサ出力信号６をフランジ１の外側で計測する状態計測装置７により構成される。この図１の例では、シール内センサ５は、シール部４の厚さ全体にわたっていて、両方のフランジ１に接している。
【００２１】
シール内センサ５は、パッキンシール部４の劣化要因を検出するもので、例えば、パッキンシール部４の面圧、側面圧を検出する圧力センサ、応力やひずみを検出するひずみセンサ、パッキンシール部４が劣化するときに発生する水分や有機物や臭いを検出する水分センサ、有機物センサ、臭いセンサ、パッキンシール部４の温度履歴を検出する温度センサなどがありうる。
【００２２】
シール内センサ５で検出した劣化パラメータをセンサ出力信号６として外部に出力し、状態計測装置７で計測する。これらの計測結果によりフランジシール部の劣化状態を診断する。
【００２３】
シール内センサ５を、シールの役割をするパッキンシール部４の最外周に用いることにより、シール部の信頼性・安全性を損なうことなく各種劣化要因の検出が可能になる。また、パッキンシール部４の最外周は、シール部として作用しているパッキンと同じ温度・圧力などの履歴を受けており、パッキンシール部４の状態を観測することになり、パッキンシール部の劣化状態を推定することができる。
【００２４】
これにより、従来は分解しないと診断できないとされていたシール部の劣化診断が可能になり、劣化の予測により定検周期の延長および保守の合理化につながる。
図２は、図１（ａ）の変形例を示すもので、シール内センサ５は、シール部４の厚さ全体にわたらず、フランジ１の対向面に接する薄い部分だけを占めている。
【００２５】
［第２の実施の形態］
図３に、本発明にかかる配管フランジ接続診断装置の第２の実施の形態を示す。図３に示す配管フランジ接続診断装置は、フランジ１の締結時にシール部として作用するパッキンシール部４と、パッキンシール部４の外側に設置された一つまたは複数のシール外側センサ８またはパッキンシール部４の内側に設置された一つまたは複数のシール内側センサ９を有する。各シール外側センサ８は、一方のフランジ１とパッキン外輪２に挟まれており、各シール内側センサ９は、一方のフランジ１とパッキン内輪３に挟まれている。
【００２６】
シール外側センサ８は、パッキンシール部４の劣化要因を検出するもので、例えば、パッキンシール部４が劣化するときに発生する水分や有機物や臭いを検出する水分センサ、有機物センサ、臭いセンサ、パッキンシール部４の温度履歴を検出する温度センサなどである。シール外側センサ８で検出した劣化パラメータをセンサ出力信号６として外部に出力し、状態計測装置７で計測する。これらの計測結果によりフランジシール部の劣化状態を診断する。
【００２７】
シール外側センサ８を、シールの役割をするパッキンシール部４の外側に用いることにより、シール部の信頼性・安全性を全く損なうことなく各種劣化要因の検出が可能になる。また、パッキンシール部４の外側は、シール部として作用しているパッキンと同じ温度・圧力などの履歴を受けており、パッキンシール部４の状態を間接的に観測することになり、パッキンシール部の劣化状態を推定することができる。
【００２８】
フランジ１に超音波送受信器１１を設置する。特に液体を流体として配管１０に流す場合は、シール内側センサ９では超音波の透過度が高くなり、形状変化やセンサとフランジ面との接触状態を観測することができる。
【００２９】
シール内側センサ９を、シールの役割をするパッキンシール部４の内側に用いることにより、シール部の信頼性・安全性を全く損なうことなく取り付け状態の観測が可能になる。また、パッキンシール部４の内側は、シール部として作用しているパッキンと同じ流体・温度・圧力などの履歴を受けており、パッキンシール部４の状態を間接的に観測することになり、パッキンシール部の劣化状態を推定することができる。
【００３０】
また、シール外側センサ８とシール材料とを組み合わせて、第１の実施の形態に加えてさらに、応力、ひずみ、電気抵抗、誘電率などを測定することにより、パッキンシール部４に用いられているシール材料を直接観測することと同様の効果を得ることができる。
【００３１】
図４に、図３（ａ）の変形例を示す。この場合は、シール内側センサ９およびシール外側センサ８が、それぞれ、パッキン内輪３、パッキン外輪２に設けられた貫通孔を貫通して配置され、それぞれが、両方のフランジ１に接している。
【００３２】
［第３の実施の形態］
図５に、本発明に係る配管フランジ接続診断装置の第３の実施の形態を示す。図５に示す配管フランジ接続診断装置は、フランジ１の締結時にシール部として作用するパッキンシール部４と、パッキンシール部４の外側に設置された一つまたは複数のシール外側試験片１２、または、パッキンシール部４の内側に設置された一つまたは複数のシール内側試験片１３を有する。
【００３３】
シール外側試験片１２またはシール内側試験片１３は、パッキンシール部４と同じ材料の試験片であれば、取り出すことにより種々の分析方法を用いて観測することにより、劣化状態を診断することができる。ただし、シール外側試験片１２は、運転中に自由に取り出すことができるが、シール内側試験片１３は、フランジ１の分解点検のときに限られる。
【００３４】
シール外側試験片１２を、シールの役割をするパッキンシール部４の外側に用いることにより、シール部の信頼性・安全性を全く損なうことなく各種劣化要因の検出が可能になる。また、パッキンシール部４の外側は、シール部として作用しているパッキンと同じ温度・圧力などの履歴を受けており、パッキンシール部４の状態を間接的に観測することになり、パッキンシール部の劣化状態を推定することができる。
【００３５】
シール内側試験片１３を、シールの役割をするパッキンシール部４の内側に用いることにより、シール部の信頼性・安全性を全く損なうことなく各種劣化要因履歴を試験片に記録することが可能になる。また、パッキンシール部４の内側は、シール部として作用しているパッキンと同じ流体・温度・圧力などの履歴を受けており、パッキンシール部４の状態を間接的に観測することになり、パッキンシール部の劣化状態を推定することができる。シール内側試験片１３は、運転中に自由に取り出すことはできないが、分解点検間の履歴を蓄積しており、取り出して劣化要因を分析することにより、パッキンの信頼性につなげることができる。また、パッキンシール部４の信頼性を低下させない範囲で、シール内側試験片１３として適当な材質を選択することにより、広範囲の材質劣化パラメータの取得も可能となる。
【００３６】
［第４の実施の形態］
この発明の第４の実施の形態では、図１〜図５に示す、一部またはすべてのシール内センサ５、シール外側センサ８、シール外側試験片１２が、配管１０内を流れる流体の漏洩により、化学反応等により組成が変化し、点検員が認識し得る情報を発生する材料により構成する。
【００３７】
たとえば、配管１０内を流れる水分がパッキンシール部４から微少漏洩した場合、その水分を吸収して煙または臭いまたは音などを発生する材料により構成する。これにより、点検員は微少漏洩を容易に見つけることができる。
【００３８】
従来、配管からの微少漏洩は、漏洩がある程度貯まった部位を観測するため、検出に時間を要し、検出できても漏洩規模および部位を特定するのが困難なため対策が遅れるという問題があった。
【００３９】
本発明により、パッキンシール部４の微少漏洩を早期に検出可能になり、微少漏洩であることや部位によってはプラントの運転継続も可能になり、効率的な保守計画も立案でき、定検周期の延長および保守の合理化につながる。
【００４０】
第４の実施の形態の変形例として、たとえば、配管１０内を流れる水分がパッキンシール部４から微少漏洩した場合、その水分を吸収して変色または亀裂などの表面状態が変化する材料により構成してもよい。これにより、点検員は微少漏洩を容易に見つけることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、シール部の劣化診断が容易になる。したがって、定検周期の延長および保守に合理化につながる。また、本発明では、シール部として作用するパッキンの信頼性・安全性を損なうことなく劣化のセンシングが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配管フランジ接続診断装置の第1の実施の形態を示すもので、（ａ）は配管軸に沿う断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図２】図１（ａ）の変形例を示す断面図。
【図３】本発明に係る配管フランジ接続診断装置の第２の実施の形態を示すもので、（ａ）は配管軸に沿う断面図であって（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図４】図３（ａ）の変形例を示す断面図。
【図５】本発明に係る配管フランジ接続診断装置の第３の実施の形態を示すもので、図３（ｂ）に相当する配管軸方向断面図。
【符号の説明】
１…フランジ、２…パッキン外輪、３…パッキン内輪、４…シール部、５…最外周センサ、６…センサ出力信号、７…状態計測装置、８…シール外側センサ、９…シール内側センサ、１０…配管、１１…超音波送受信器、１２…シール外側試験片、１３…シール内側試験片、３０…パッキン。
【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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