JP2006284169A - 共押出成形の蒸発バンク先細管 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ボイラバンクのドラムに共押出管を圧着する方法を提供する。
【解決手段】まず、高合金の外管を有する炭素鋼の母材管を含む共押出管を提供する。次に、共押出管のドラムに圧着する部分において高合金の外管を機械加工により除去する。それから、多段階スエージング法とアニール処理を用いて共押出管はスエージング加工される。共押出管は要求された直径と肉厚にスエージング加工される。最後に、共押出管はドラムに挿入され、圧着されて、密封される。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般にボイラ構造の分野、特に、腐食または浸食に耐性を示すドラム付近のボイラ管の新規な製造方法に関する。

小型で低圧な産業用ボイラは、一般にボイラバンクまたは水蒸気発生バンクと称される熱交換器管の付加的なバンクを使用する。この付加的なバンクは、火炉内の熱伝達面が所望の特定の最終用途のために必要な飽和水蒸気を充分に生じない場合に必要とされる。このボイラバンクは、一般に、上部の水蒸気ドラム、底部の第２のマッドドラムおよび一連の曲状の連結管からなる。サブクール水は、下部ドラムに向かって管を流れる。そのあと、サブクール水は、他の管に分配されて部分的に水蒸気に変えられ、水蒸気ドラムに戻される。下部ドラムは、ボイラ水中に存在する沈殿物が沈殿してこのドラムに集まりやすいためマッドドラムとよく呼ばれる。ボイラバンクの構造は、「Steam/its generation and use」（第４０版、StultzならびにKitto著、1992年）の第１章、水蒸気の１〜８頁に説明が記載されている。

回収ボイラおよびバイオマス火力発電ボイラでの水蒸気発生バンク管（蒸発管）は、特にドラム付近で腐食／浸食を受けやすく、とりわけ、ボイラの蒸発バンクの下部ドラム付近で管壁の減肉を受けやすい。蒸発バンク管は、水蒸気ドラムおよびマッドドラムに挿入されて圧着（rolling）される。ドラム付近の腐食／浸食は、ドラム表面に隣接する蒸発バンク管上に発生する。腐食／浸食によるドラム付近の損耗により、損耗して減肉した部分の管漏れを防ぐために蒸発バンクの管を定期的に取り替えることが必要となる。

ドラム付近の腐食／浸食による損耗率を減少するために多くの改善方法が試みられている。「Tapered Corrosion Protection of Tubes at Mud Drum Location」と題する米国特許第６，４９５，２６８号および同第６，８００，１４９号は、ある条件下でこの問題を改善している。管末端部の長さに沿って有利に先細になる耐食クラッド層を製造するために、レーザークラッドが使用される。ステンレス鋼粉末の保護層は、レーザー光線を用いて各管の外径の表面に溶着される。この製造方法は、下部の水蒸気ドラムに通す管部分を保護する。

ドラム付近の管のクロム処理も試みられており、ある程度の成果を挙げている。セラミックスリーブ、チューブシールド、損耗を受ける部分への金属スプレーコーティングおよび肉厚管はすべて試みられており、これも同様にある程度の成果を挙げている。

さまざまな他の耐食技術は、米国特許第６，４９５，２６８号および同第６，８００，１４９号の背景技術の欄に記載されており、本願に引用して援用する。

米国特許第４，６５８，７６１号の背景技術の欄に、ボイラ管腐食の費用のかかる解決方法には耐食合金が軟鋼管の上に共押出される技術があることが記載されている。

米国特許第４，４６３，０６１号は、“Material Performance Vol.20 No.5”（1981年5月）において“Co-Extruded Tubes of Improve Resistance to Fuel Ash Corrosion in U.K.Utility Boilers”（T.Flatlyら）と題する従来技術の参考文献に示されるように、改良された高温耐食をもたらす外層表面層中に内層を有する複合ボイラ管が提案されていることが記載されている。しかしながら、参考文献の複合ボイラ管は、ボイラ管の外層温度が約７００度またはそれ以上になる場合における、高温耐食およびクリープ強さの点で未だ不充分である。

現在、ボイラ管に用いるために市販されている２種類の共押出管は、モリブデンと銅を加えたニッケル−鉄−クロム合金（INCONEL 825（商品名））またはステンレス鋼（SA213TP304）のどちらかの共押出外層を持つ、外径２．５００インチ×肉厚０．２５７インチの炭素鋼の母材管が挙げられる。これらはボイラ管の損耗を減少するために高腐食速度の部分において使用される。

マッドドラムおよび水蒸気ドラム付近部における蒸発バンク管の腐食／浸食速度を低下させるためには、さまざまな条件下で作動する、より順応性のある方法がさらに必要とされる。また、蒸発バンク全体の長さ（共押出管で管全体を作製する場合）、または保護され得るドラム付近部だけ（ドラム付近で共押出管の短管を使用する場合）を保護する手段を代替的に提供する方法も必要とされる。
米国特許第６，４９５，２６８号明細書 米国特許第６，８００，１４９号明細書 米国特許第６，４９５，２６８号明細書 米国特許第６，８００，１４９号明細書 米国特許第４，６５８，７６１号明細書 米国特許第４，４６３，０６１号明細書 「Steam/its generation and use」（第４０版、StultzならびにKitto著、1992年）の第１章、水蒸気の１〜８頁 "Material Performance Vol.20 No.5"（1981年5月）"Co-Extruded Tubes of Improve Resistance to Fuel Ash Corrosion in U.K.Utility Boilers"（T.Flatlyら）

本発明の目的は、マッドドラムまたは水蒸気ドラム付近部における水蒸気発生（蒸発）バンク管の腐食／浸食速度を減少する方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、蒸発バンク管全体の長さ（共押出管で管全体を作製する場合）、または保護され得るドラム付近部だけ（ドラム付近で共押出管の短管のみを使用する場合）を保護する方法を提供することである。

したがって、共押出管を腐食および浸食のボイラ環境におけるボイラバンクのドラムに、圧着（rolling）する方法が提供される。この方法は以下の工程からなる。初めに、共押出管を提供する。共押出管は、炭素鋼の母材管、高合金の外管、機械加工によりドラムへ圧着される部分およびボイラ環境に曝される部分を含む。第２段階は、機械加工によりドラムへ圧着される部分において高合金の外管を除去する工程である。第３段階は、要求される直径および肉厚に共押出管をスエージするための多段階スエージング法ならびにアニール処理を用いて、共押出管をスエージング加工する工程である。最後に、共押出管はドラムに挿入され、圧着されて、密閉される。

代替的に、ボイラバンクのドラムに共押出管を圧着することにより、ドラム付近だけを保護する方法が提供される。この方法は、炭素鋼の母材管、高合金の外管および機械加工によりドラムへ圧着される部分を含む共押出管の短管を提供し、機械加工によりドラムへ圧着される部分において高合金の外管を除去し、要求される直径および肉厚に共押出管をスエージするための多段階スエージング法ならびにアニール処理を用いて共押出管の短管をスエージング加工し、スエージング加工された後に切断されて共押出管の短管を受け入れる準備ができている炭素鋼の母材管上に共押出管の短管を溶接し、ドラムに共押出管を挿入し、圧着して、密閉する工程を伴う。

本発明を特徴づける新規性のさまざまな特徴は、添付の特許請求の範囲において詳細に示され、本発明の要素を形成している。本発明とその作用する有益性とその使用により達成される特定の目的とをより理解するために、添付の図面および例示される本発明の好ましい具体例における説明事項を参照されたい。

ボイラバンクのドラムに共押出管を圧着する好ましい方法は、高合金の外管とともに炭素鋼の母材管を含む共押出管を提供し、機械加工によりドラムへ圧着される部分において高合金の外管を除去し、要求される直径および肉厚に共押出管をスエージするための多段階スエージング法ならびにアニール処理を用いて共押出管をスエージング加工し、共押出管をドラムに挿入し、共押出管を圧着して、ドラムに密閉させる工程を含む。

本発明の方法の第１段階は、共押出管上の高合金物質の外層が、ドラムに圧着される部分において適切な密閉を妨げるゆえに必要とされる。密閉の問題を克服するために、ドラムへ圧着される部分の高合金外管は、ドラムに挿入、圧着、密閉されるであろう部分での内芯の炭素鋼管だけを残して機械加工により除去される。この初期段階の、外層を除去した管部分から外層が除去されていない管部分への移行部は、図１に示すように先細に機械加工されて作製される。図２に示すように、その移行部は、外層がボイラの腐食／浸食環境に曝される共押出管１の表面全体１０にわたって存在するように位置し、ドラム表面の下に密閉される密閉部分２０の管部分だけは、図１に示すように高合金の外層を有しない。

機械加工はスエージング加工前に行われ、そして合金層は内側の炭素鋼の母材管表面に向かって先細にスエージされ、スエージング加工後は、露出した母材管部分と高合金の外径（ＯＤ）物質層を有する部分との間にＯＤの移行部は存在しない。スエージング工程は、高合金部分から露出した炭素鋼部分にわたるＯＤの段差を排除し、これにより、先細にされた部分を挿入するドラム開口部に管を密に嵌合させることが可能となり、管が密嵌合部分に圧着された後に良好な密閉を行うこともできる。スエージング後に高合金クラッドを機械加工で除去すると、ドラム開口部に挿入される部分に管のＯＤの段差を生じることになるだろう。これは管の挿入を妨げ、また圧着および密閉工程をも妨げるであろう。

次に、管をドラムに挿入、圧着、密閉するために必要とされる直径および肉厚に管をスエージするための、多段階スエージング工程ならびにアニール処理を用いて、管はスエージング加工される。図２は、スエージング加工された後の共押出管を示す。したがって得られた蒸発バンク管は、腐食／浸食ボイラ環境に曝される表面全体にわたって耐食である。

代替的な具体例として、上記と同様の方法はドラム表面付近のみの保護のために使用され得る。かかる方法は、蒸発バンク全体の腐食または浸食が問題でない場合に使用される。共押出管の短管は、スエージすべき部分に使用できる。上記の蒸発バンク管の長管と同様に、短管を機械加工、スエージング加工およびアニール処理することができる。適当に機械加工、スエージング加工およびアニール処理を行い、適当な長さに切断した後に、この共押出管の短管は、切断されてこのスエージング加工された短管を受け入れる準備ができている炭素鋼の蒸発バンク管上に溶接されることが可能となる。これは、費用のかかる共押出管が蒸発バンク全体の長さ分必要とされないため、蒸発バンクの費用を削減する。共押出管の短管は、腐食／浸食による損耗の問題を有する部分を保護することだけが要求される。

本発明の特定の具体例は、本発明の原理の適用を説明するために示され、詳細に記載されていると同時に、かかる本質から逸脱することなく別の方法で具体化し得ることが理解されよう。

スエージング加工前に高合金の外管が除去されている、本発明の共押出管の図である。 高合金の外管を除去し、スエージング加工した後の、本発明の共押出管の図である。

符号の説明

１ 共押出管
１０ 表面全体
２０ 密嵌合部分

Claims (9)

1. 炭素鋼の母材管、高合金の外管、機械加工によりドラムに圧着する部分およびボイラ環境に曝される部分を有する共押出管を提供し、
   機械加工によりドラムに圧着する部分において高合金の外管を除去し、
   要求される直径および肉厚に共押出管をスエージするための、多段階スエージング法ならびにアニール処理を用いて共押出管をスエージング加工し、
   ドラム内に共押出管を挿入し、
   共押出管を圧着し、および
   共押出管をドラム内に密閉する、
   工程からなる、腐食および浸食ボイラ環境における、ボイラバンクのドラムに共押出管を圧着する方法。
2. 前記高合金管は、モリブデンと銅を加えたニッケル−鉄−クロム合金からなる請求項１の方法。
3. 前記高合金管はステンレス鋼からなる請求項１の方法。
4. 前記高合金の外管は、傾斜のついた機械（バイト）によって除去される請求項１の方法。
5. 前記高合金の外管は、内側の炭素鋼の母材管表面に向かってスエージされる請求項１の方法。
6. 炭素鋼の母材管、高合金の外管、機械加工によりドラムに圧着する部分を有する共押出管の短管を提供し、
   機械加工によりドラムに圧着する部分において高合金の外管を除去し、
   要求される直径および肉厚に共押出管をスエージするための、多段階スエージング法ならびにアニール処理を用いて共押出管の短管をスエージング加工し、
   スエージング加工された後、切断されて前記共押出管の短管を受け入れる準備ができている炭素鋼の蒸発バンク管上に共押出管の短管を溶接し、
   ドラム内に共押出管を挿入し、
   共押出管を圧着し、および
   共押出管をドラム内に密閉する、
   工程からなる、ボイラバンクのドラムに共押出管を圧着する方法。
7. 前記高合金管は、モリブデンと銅を加えたニッケル−鉄−クロム合金からなる請求項６の方法。
8. 前記高合金管はステンレス鋼からなる請求項６の方法。
9. 前記高合金の外管は、内側の炭素鋼の母材管表面に向かってスエージされる請求項６の方法。

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