CN102102783A - 法兰连结部、法兰连结部的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明的技术课题是在火力发电所等希望高温化时不能够使用膨胀石墨作为内置于法兰连结部的垫片的填充件。本发明提供一种法兰连结部，具备：垫片(2)，能够收纳在连接多个配管的法兰的槽内，该垫片含有膨胀石墨；以及至少1个O形环(1)，配置在垫片(2)的外周，O形环(1)具有，能够在内部流动工作流体的空洞；用于工作流体流入的入口配管(3)；以及用于工作流体流出的出口配管(4)。

Description

法兰连结部、法兰连结部的冷却系统

技术领域

本发明涉及在化学工厂(plant)、电力工厂等、特别是火力发电所中使用的配管连接用的法兰连结(フランジ締結)部、法兰连结部的冷却系统及冷却方法。

背景技术

在化学工厂、核发电所、火力发电所、燃气轮机(gas turbine)等中，为了连接2根配管而设有法兰连结部。并且，为了防止从法兰连结部泄漏流体而提高密封性，沿着法兰内部的圆周状的槽而收纳有螺旋垫片(sprialgasket)。

参照附图说明在以往的燃气轮机中存在的问题。

图12(a)所示的蒸气温度达到600℃级为止的火力发电所的主蒸气系统以及再加热蒸气系统中的连接蒸气配管113的法兰连结部112上，多数情况下如图12(b)所示地在法兰槽120内收纳有螺旋垫片102。在箭头118所示的方向上传递来自蒸气流体的热。

螺旋垫片102具有卷入(巻き込む)了填充(filler)件和环箍(hoop)件的结构，作为填充件的材料通常采用膨胀石墨(graphite)，作为环箍件的材料通常采用非铁金属的超合金材料。

除螺旋垫片102以外，在燃气轮机等中如图12(c)所示地使用金属合金(金属メタル)的O形环101或C形环等。在这种情况下，依然在箭头118所示的方向上传递来自蒸气流体的热。

这里，螺旋垫片102的密封性主要由在填充件中使用的膨胀石墨来承担，该材料以外难以保持密封性。

但是，为了防止近来的地球温室效应，正在世界性地提倡减少对温室效应影响较大的二氧化碳(CO2)的排放量的尝试。火力发电工厂等也为了减少二氧化碳的排放量而正在推进蒸气轮机系统的高温化并推进蒸气温度达到750℃级的高温化的研究。

然而，在填充件中使用的膨胀石墨在650℃附近以上开始发生水蒸气氧化，所以在750℃级存在烧掉的问题，从而在以往不能被使用。

此外，在这种高温带域下能够使用的螺旋垫片102的环箍件或O形环的材质，存在强度方面被限定在非常狭小的范围内的问题。并且，即使假定能够使用这些材质，利用这样的材质也很难对螺旋垫片102的环箍件、O形环进行切削加工。进而，还存在高温带域下的金属材料的使用引起蠕变变形等塑性变形，密封面压力缓慢降低的问题。

公开了现有的法兰连结部的相关技术的文献名记载如下。

专利文献1：日本特开2007-127178号公报

如上所述，在以往，在化学工厂及火力、核发电所等中存在这样的问题：在实现高温化时，作为内置于法兰连结部的垫圈的填充件无法使用膨胀石墨，而且在环箍件、O形环的材质被限定了的情况下发生塑性变形，从而导致密封面压力的降低。

发明内容

本发明目的在于，提供一种能够解决这样的问题的法兰连结部、法兰连结部的冷却系统及冷却方法。

本发明一实施方式的法兰连结部的特征在于，具有：垫片，能够收纳在连接多个配管的法兰的槽内，含有膨胀石墨；以及至少1个O形环，配置在上述垫片的外周，上述O形环具有：能够在内部流动工作流体的空洞；上述工作流体流入的入口配管；以及上述工作流体流出的出口配管。

这里，O形环可以配置在垫片的内周、或内周及外周。此外，O形环和垫片可以配置为接合状态，或以不接合而相邻的方式配置。

本发明一实施方式的法兰连结部的冷却系统的特征在于，具有：上述法兰连结部；第1配管，与上述入口配管连接，用于将上述工作流体供给到上述O形环；以及第2配管，与上述出口配管连接，用于排出从上述O形环流出的上述工作流体，上述第1配管比上述第2配管更高压，上述工作流体是比流过上述配管的流体温度低的水。

发明效果

根据本发明的法兰连结部、法兰连结部的冷却系统及冷却方法，通过冷却曝露在极严酷的温度条件下的垫圈、O形环而降低其温度，从而能够在垫圈、O形环中使用现有材料，能够实现高温化。

附图说明

图1是表示本发明第1实施方式的法兰连结部的结构的俯视图以及纵剖视图。

图2是表示在同一法兰连结部中O形环、螺旋垫片被收纳于法兰的状态的俯视图。

图3是表示本发明第2实施方式的法兰连结部的结构的俯视图以及纵剖视图。

图4是表示本发明第3实施方式的法兰连结部的结构的俯视图以及纵剖视图。

图5是表示本发明第4实施方式的法兰连结部的结构的俯视图以及纵剖视图。

图6是表示本发明第5实施方式的法兰连结部的结构的俯视图以及纵剖视图。

图7是表示本发明第1、2、3实施方式的法兰连结部的作用、效果的说明图。

图8是表示本发明第4实施方式的法兰连结部的作用、效果的说明图。

图9是表示本发明第5实施方式的法兰连结部的作用、效果的说明图。

图10是表示本发明第6实施方式的法兰连结部的冷却系统、冷却方法的结构的说明图。

图11是表示本发明第7实施方式的法兰连结部的冷却系统、冷却方法的结构的说明图。

图12是表示以往的法兰连结部的结构的说明图。

符号说明

1    O形环

2    螺旋垫片

3    工作流体入口配管

4    工作流体出口配管

5    接合部

6    开口部

7    工作流体的流动方向

8    冷却方向

10   高压供水系统配管

11   低压供水系统配管

12   法兰连结部

13   蒸气配管

14   入口调整阀

15   出口调整阀

16   高压涡轮(高压タ一ビン)

18   主蒸气管

19   再加热蒸气管

20   法兰槽

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

(第1实施方式的结构)

参照图1说明本发明第1实施方式的法兰连结部的结构。

如图1(a)所示，在螺旋垫片2的外侧接合O形环1或相邻地设置O形环1。O形环1具有工作流体能够流动的空洞，并连接1根或多根工作流体入口配管3和1根或多根工作流体出口配管4。这里，在图1(a)中，示出了1个O形环1连接1根工作流体入口配管3和1根工作流体出口配管4的结构。

图1(b)放大地表示图1(a)中的○形所包围的部分A1的垂直于纸面的纵剖面。

另外，图1(b)示出了O形环1与螺旋垫片2通过基于焊接等的连接部5而接合的结构。但并不限于此，也可以是O形环1与螺旋垫片2不接合而相互独立地相邻配置的结构。

图2示出这样的法兰连结部中的O形环1、螺旋垫片2收纳于法兰内的状态。在连接2根蒸气配管的法兰21的外周部分上配置螺栓连结用的孔20，与蒸气配管相连的配管内部21位于中央部分。

在该法兰19的外周部分与配管内部21之间存在环状的槽，并收纳有上述O形环1、螺旋垫片2。

温度比在蒸气配管中流动的流体低的工作流体从工作流体入口配管3流入O形环1，并从工作流体出口配管4流出，由此冷却螺旋垫片2、O形环1。

此外，在图1、图2所示的结构中，O形环1在螺旋垫片2的外侧设有1个。但不限于此，也可以在螺旋垫片2的外侧配置多个O形环1。

(第2实施方式的结构)

利用图3说明本发明第2实施方式的法兰连结部的结构。

如图3(a)所示，在螺旋垫片2的内侧接合O形环1或相邻地配置O形环1。O形环1具有工作流体能够流动的空洞，并连接1根或多根工作流体入口配管3和1根或多根工作流体出口配管4。

在图3(a)中示出了1个O形环1连接1根工作流体入口配管3和1根工作流体出口配管4的结构。

图3(b)放大地表示图3(a)中的○形所包围的部分A2的纵剖面。在图3(b)中，示出了O形环1与螺旋垫片2通过焊接等而由连接部5接合的例子。但并不限于此，也可以是O形环1与螺旋垫片2不接合而分别以单体来相邻配置的结构。

工作流体从工作流体入口配管3流入O形环1，并从工作流体出口配管4流出，由此冷却螺旋垫片2、O形环1。

在图3所示的结构中，O形环1在螺旋垫片2的内侧设有1个。但不限于此，也可以在螺旋垫片2的内侧配置多个O形环1。

(第3实施方式的结构)

参照图4说明本发明第3实施方式的法兰连结部的结构。

如图4(a)所示，在螺旋垫片2的内侧、外侧分别接合O形环1或相邻地配置O形环1。

O形环1具有工作流体能够流动的空洞，并连接1根或多根工作流体入口配管3和1根或多根工作流体出口配管4。

在图4(a)中，示出了O形环1在内侧、外侧各设有1个且各连接1根工作流体入口配管3和1根工作流体出口配管4的结构。

图4(b)放大地表示图4(a)中的○形所包围的部分A3的纵剖面。在图4(b)中，示出了O形环1与螺旋垫片2通过焊接等而由连接部5接合的例子。但并不限于此，也可以是O形环1与螺旋垫片2不接合而分别以单体来相邻配置的结构。

工作流体从工作流体入口配管3流入O形环1，并从工作流体出口配管4流出，由此，螺旋垫片2通过配置在内侧与外侧的O形环1而被更高效地冷却。

另外，在图4所示的结构中，O形环1在螺旋垫片2的内侧、外侧分别设有1个。但不限于此，也可以在螺旋垫片2的内侧配置多个O形环1，并在螺旋垫片2的外侧配置多个O形环1。

(第4实施方式的结构)

参照图5说明本发明第4实施方式的法兰连结部的结构。

如图5(a)所示，1个及多个的O形环1连接1根或多根工作流体入口配管3和1根或多根工作流体出口配管4。O形环1具有工作流体能够流动的空洞。在图5(a)中示出了2个O形环1连接1根工作流体入口配管3、1根工作流体出口配管4的结构。

图5(b)放大地表示图5(a)中的O形环所围部分A4的纵剖面。工作流体从工作流体入口配管3流入O形环1，从工作流体出口配管4流出，由此来冷却O形环1。

在图5(a)、图5(b)中示出了2个O形环1通过焊接等而由工作流体配管3连结的例子。但并不限于此，也可以由1个O形环1单体而构成。或者，也可以是多个O形环1不相互接合而分别以单体来相邻配置的结构。

(第5实施方式的结构)

参照图6说明本发明第5实施方式的法兰连结部的结构。

如图6(a)所示，在螺旋垫片2的内侧接合O形环1或相邻地配置O形环1。

O形环1具有工作流体能够流动的空洞，并连接1根或多根工作流体入口配管3和1根或多根工作流体出口配管4。

图6(b)放大地表示图6(a)中的○形所包围的部分A5的纵剖面。在O形环1的表面，多个开口部6以散布(点在)的方式形成。该开口部6优选为，如图6(b)所示地在O形环1的纵剖面中形成在接近螺旋垫片2的一侧。更具体地讲，如参照图9(b)而后述的那样，优选为，开口部6形成在面临由片材部与螺旋垫片2所围的空间的区域，所述片材部是法兰槽和O形环1相接的片材部。

工作流体从工作流体入口配管3流入O形环1、从工作流体出口配管4流出时，工作流体从设在接近螺旋垫片2的一侧的开口部6泄漏，由此，更高效且直接地冷却螺旋垫片2。

在图6(a)、图6(b)中，示出了O形环1与螺旋垫片2不接合而相互独立地以单体来相邻配置的结构。但是，也可以是O形环1与螺旋垫片2通过焊接等而在连接部接合的结构。

此外，也可以在螺旋垫片2的内侧或外侧配置多个O形环1。在这种情况下，在多个O形环1中的、配置在最接近螺旋垫片2的位置的至少1个O形环1中，在接近螺旋垫片2的一侧形成开口部6即可。

又或者，如上述第3实施方式那样在螺旋垫片2的内侧配置1个或多个O形环1、并且在螺旋垫片2的外侧配置1个或多个O形环1的情况下，也能够形成开口部6。在这种情况下，在分别配置在螺旋垫片2的内侧和外侧的1个O形环1、或多个O形环1中的分别配置在最接近位置的O形环1中的至少1个O形环1上，在接近螺旋垫片2的一侧形成开口部6即可。

(第6实施方式的结构)

利用图10说明本发明第6实施方式的法兰连结部的冷却系统、冷却方法的结构。在该第6实施方式的冷却系统、冷却方法中，采用上述第1～第4实施方式中的任一个的法兰连结部。

图10表示第6实施方式的法兰连结部的冷却系统的结构，并说明本实施方式的冷却系统、冷却方法。

这里，采用水作为工作流体。工作流体入口配管3从与高压加热器HP-htr连接的高压供水系统配管10分支。分支后的工作流体入口配管3通过入口调整阀14并经由工作流体入口配管3到达法兰连结部12。法兰连结部12是2根蒸气配管13的连接部，此处流过蒸气配管13的工作流体、即蒸气对法兰连结部12进行加热。

被导入法兰连结部12内部的水，利用设在上述第1～第4实施方式中的任一个的法兰连结部的上述结构，对O形环1与螺旋垫片2、或O形环1进行冷却。进行了一定的热交换的水从法兰连结部12流出，穿过工作流体出口管4并通过出口调整阀15，到达比上游压力低的低压供水系统配管11。该低压供水系统配管11与低压供水加热器LP-htr连接。

此外，此处作为工作流体不使用蒸气而使用水的理由在于，水的热交换率高以及易于使用这两点。

(第7实施方式的结构)

利用图11说明本发明第7实施方式的法兰连结部的冷却系统、冷却方法。第6实施方式是对上述第1～第5实施方式中的任一个的法兰连结部进行冷却的系统、方法，使用蒸气作为工作流体。

这里，作为法兰连结部12的一例，以在高温再加热管的CRV(组合再加热阀)的近前所设的再加热蒸气导管法兰连结部为例进行说明。

工作流体入口配管3从与高压涡轮16连接的主蒸气管18(第1配管)分支。另外，此处使用蒸气作为工作流体。

分支后的工作流体入口配管3通过入口调整阀14并经由工作流体入口配管3到达法兰连结部12。法兰连结部12相当于再加热蒸气配管19的连接部，流过再加热蒸气配管19的蒸气对法兰连结部12进行加热。

被导入到法兰连结部12内部的、比蒸气配管13的工作流体温度低的蒸气，利用上述第1～第5实施方式中的任一个的法兰连结部的上述结构，对O形环1与螺旋垫片2进行冷却。进行了一定的热交换的蒸气从法兰连结部12放出，穿过工作流体出口管4并通过出口调整阀15及低压供水系统配管11，流出到比上游压力低的未图示的冷凝器。

(第1实施方式的作用、效果)

利用图7详细说明由第1实施方式的法兰连结部而得到的作用、效果。

图7(a)表示第1实施方式的法兰连结部的内部工作流体正在流动的状态。图7(b)是图7(a)中的○形所包围的部分A6的纵剖面的放大图，示出了由于工作流体的热交换作用而使O形环1、螺旋垫片2冷却的情况。

从图7(a)中右手侧起，从法兰连结部的外部送来的、比由法兰连结部所连结的工作流体温度低的工作流体从工作流体入口配管3流入O形环1内部。在O形环1内向图中上下方向分开地流动的工作流体再次汇合，并从工作流体出口配管4向法兰连结部的外部流出。

在图7(b)中，示出了从工作流体入口配管3进入O形环1内部的工作流体根据阿基米德定理而对O形环1的管面垂直地作用压力的状态。在法兰槽20和O形环1相接的片材部中，法兰槽20被冷却，螺旋垫片2向箭头8所示的方向地被冷却。

通过工作流体从法兰连结部的外部流入流出，在法兰连结部中与O形环1接触的法兰槽20作为一种热交换器而起作用，使装填在法兰槽20中的螺旋垫片2冷却。由此，能够将构成螺旋垫片2的环箍件即膨胀石墨冷却至会发生水蒸气氧化的650℃以下，因此能够保持膨胀石墨本来的稳定的密封性能。

(第2、3实施方式的作用、效果)

本发明第2实施方式的作用、效果以及第3实施方式的作用、效果的说明，与利用图7所说明的第1实施方式的作用、效果是相同的。

沿用图7(a)进行说明，但根据第2实施方式的法兰连结部，通过将O形环1设置在螺旋垫片2的内侧，在法兰连结部内部冷却效果从内侧的O形环1向外侧的螺旋垫片2传递。

并且，在第3实施方式的法兰连结部中，通过将O形环1设置在螺旋垫片2的内侧和外侧，冷却效果从法兰内侧的O形环1向其外侧的螺旋垫片2、以及从外侧的O形环1向内侧的螺旋垫片2双重地传递。由此，能够进一步提高螺旋垫片2的冷却效果。

(第4实施方式的作用、效果)

参照图8说明本发明第4实施方式的作用、效果。

图8(a)表示第4实施方式的法兰连结部中流动有工作流体的状态。图8(b)是图8(a)中的○形所包围的部分A7的纵剖面的放大图，示出了由于工作流体的热交换作用而传递冷却效果的情况。

在图8(a)中，从法兰连结部的图中右手侧送来的、作为比由法兰连结部所连结的蒸气配管的工作流体温度低的制冷剂而发挥作用的工作流体从工作流体入口配管3流入O形环1内。在O形环1与工作流体入口配管3相连接的十字路口，向图中上下方向分开地的工作流体围着O形环1流动，再次在O形环1与工作流体出口配管4相连接的十字路口汇合后，从工作流体出口配管4向法兰连结部的外部流出。

在图8(b)中，从工作流体入口配管3进入O形环1内部的工作流体根据阿基米德定理而对O形环1的管面垂直地作用压力。在O形环1的片材部，相接的法兰槽20和O形环1本身向箭头8所示的方向地被冷却。

工作流体从法兰连结部外部流入并向外部流出，所以法兰槽20作为一种热交换器而起作用，法兰槽20和装填在该法兰槽20中的O形环1本身持续地被冷却。由此，在O形环1中不产生由高温引起的塑性变形而能够保持本来的稳定的密封性能，能够扩大O形环1主体的材质的选择范围。

(第5实施方式的作用、效果)

参照图9说明本发明第5实施方式的作用、效果。

图9(a)表示第5实施方式的法兰连结部内部由于工作流体的热交换作用而螺旋垫片2、O形环1向箭头8所示的方向被冷却的情况。这里，图9(b)放大地表示O形环1与法兰槽20相接触的片材部。

如图9(b)所示，如箭头7所示那样，从工作流体入口配管3向O形环1内部流入的工作流体，根据阿基米德定理而对O形环1的管面垂直地作用压力，冷却与O形环1的片材部相接的法兰槽20，进而冷却螺旋垫片2。

如图9(a)所示，在O形环1表面形成有多个开口部6。在O形环1中，优选形成在，面向由与法兰槽20接触的片材部和螺旋垫片2所围空间的区域。

在O形环1的开口部6中产生蒸气泄漏。在此情况下，在O形环1中流动与流过由法兰连结部所连结的蒸气配管的内部的蒸气相比压力高且温度低的工作流体成为前提条件。

由法兰槽20和O形环1相接触的O形环1的片材部与螺旋垫片2所包围形成的空间X中的压力、温度和O形环1内的压力、温度，由于从开口部6泄漏蒸气而成为大致同样的停滞(淀む)状态。

考虑法兰槽20与O形环1相接触的O形环1的片材部由于某种原因而溃决的情况。由法兰连结部所连结的蒸气配管的压力比上述空间X的压力低。在图9(b)中，如工作流体的流动方向7所示，图中从右向左地产生内部泄漏。由此，螺旋垫片2与流过图中左侧的蒸气配管内的高温的工作流体不存在接触，所以能够避免螺旋垫片2曝露于高温中。

(第6实施方式的作用、效果)

利用图10说明本发明第6实施方式的法兰连结部的冷却系统、冷却方法的作用、效果。在本实施方式中，如上所述地采用上述第1～第4实施方式中的某一个的法兰连结部。

工作流体入口配管3从与高压加热器HP-htr连接的高压供水系统配管10(第1配管)开始分支，通过入口调整阀14并经由工作流体入口配管3到达法兰连结部12。经由该路径，作为工作流体的水被导入到法兰连结部12的内部，冷却O形环1和螺旋垫片2。进行了热交换之后，作为工作流体的水从法兰连结部12经由工作流体出口管4、出口调整阀15，向与低压加热器LP-htr连接的低压供水系统配管11(第2配管)流出。

由此，能够将构成螺旋垫片2的环箍件即膨胀石墨冷却到会发生水蒸气氧化的650℃以下，能够保持膨胀石墨具有的稳定的密封性能。

(第7实施方式的作用、效果)

参照图11说明本发明第7实施方式的法兰连结部的冷却系统、冷却方法的作用、效果。在本实施方式中，如上所述地采用上述第1～第5实施方式中的某一个的法兰连结部。

工作流体入口配管3从与高压涡轮16连接的主蒸气管18(第1配管)开始分支，通过入口调整阀14并经由工作流体入口配管3到达法兰连结部12。经由该路径，作为工作流体的蒸气被导入到法兰连结部12的内部，冷却O形环1和螺旋垫片2。进行了热交换之后，作为工作流体的蒸气从法兰连结部12经由工作流体出口管4并通过出口调整阀15，向低压供水系统配管11(第2配管)流出。

特别地，在采用上述实施方式5的法兰连结部的情况下，虽然如图9(b)所示地在O形环1设有开口部6，但由于采用蒸气作为工作流体，因此，如上所述，当从开口部6流出的工作流体产生内部泄漏时不会引起水蒸气爆炸这一情况。

这样，能够将构成螺旋垫片2的环箍件即膨胀石墨冷却在发生水蒸气氧化的650℃以下，因此能够保持膨胀石墨具有的稳定的密封性能。

上述实施方式中的任一个都只是一个例子，不对本发明进行限定，在本发明的技术范围内可以进行各种变形。

Claims (6)

1.一种法兰连结部，其特征在于，

具有：

含有膨胀石墨的垫片，能够收纳在连接多个配管的法兰的槽内；以及

至少1个O形环，配置在上述垫片的外周，

上述O形环具有：

能够在内部流动工作流体的空洞；

用于上述工作流体流入的入口配管；以及

用于上述工作流体流出的出口配管。

2.一种法兰连结部，其特征在于，

具有：

含有膨胀石墨的垫片，能够收纳在连接多个配管的法兰的槽内；以及

至少1个O形环，配置在上述垫片的内周，

上述O形环具有：

能够在内部流动工作流体的空洞；

用于上述工作流体流入的入口配管；以及

用于上述工作流体流出的出口配管。

3.一种法兰连结部，其特征在于，

具有：

含有膨胀石墨的垫片，能够收纳在连接多个配管的法兰的槽内；以及

至少2个O形环，分别在上述垫片的外周及内周各配置至少一个，

上述O形环分别具有：

能够在内部流动工作流体的空洞；

用于上述工作流体流入的入口配管；以及

用于上述工作流体流出的出口配管。

4.如权利要求1～3中任一项记载的法兰连结部，其特征在于，

上述O形环与上述垫片配置为接合状态，或以不接合而相邻的方式配置。

5.一种法兰连结部的冷却系统，其特征在于，

具有：

权利要求1～4中任一项记载的法兰连结部；

第1配管，与上述入口配管连接，用于将上述工作流体供给到上述O形环；以及

第2配管，与上述出口配管连接，用于排出从上述O形环流出的上述工作流体，

上述第1配管比上述第2配管更高压，

上述工作流体是比流过上述配管的流体温度低的水。

6.如权利要求5记载的法兰连结部的冷却系统，其特征在于，

上述第1配管与高压加热器或高压涡轮连接，

上述第2配管与低压加热器连接。

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