JP2007160330A - 配管の閉止装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性物質等で汚染された配管の閉止及び撤去に関わる作業を、汚染されている配管内面を外気に触れさせることなく実施することができる配管の閉止装置及びその方法を提供するを提供する。
【解決手段】本発明によれば、配管の閉止装置を構成する配管押潰装置１０によって、配管１２の閉止箇所１３を第１の押し金型１８、２０及び第２の押し金型２６、２８によって押し潰して塑性変形させ、この後、押し潰された閉止箇所１３の内面が密着するように、閉止装置を構成する溶接装置５０によって密着接合する。これにより、配管１２の内面を外気に接触させることなく、この後に切断手段によって行われる配管１２の撤去作業を実施することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体や粉体の流路として用いられる配管の局所を閉止して遮断する配管の閉止装置及びその方法に関し、特に開口された際に配管内面を外気に触れさせたくない配管、配管内部に残存している流体等の物質を配管内部から除去することが困難な配管、及び弁等の遮断手段を設けていない配管を緊急的に閉止したい際に、配管内部の物質を極力漏洩させることなく配管を閉止することが可能な配管の閉止装置及びその方法に関する。

原子力関連設備の放射性物質の移送手段として用いられた配管の撤去、更新等の工事に際しては、その配管内部に残存する放射性物質を極力抜き取った後で作業を行うことが望まれている。

しかしながら、その配管には金属内部まで浸透した放射線が存在するため、配管撤去の作業領域は外部から隔離する必要がある。このため、配管を覆うように密閉室が仮設され、この密閉室に十分な換気を行う換気設備が設けられるとともに、この換気設備の末端に、放射性物質を大気開放基準以下まで取り除くフィルタ装置が設けられている。また、密閉室に出入りする作業員は、十分な防護服の着用が義務づけられるとともに、放射線被曝量が管理されるため、一定時間毎に交代しながら作業を行う。このため、多くの人手が必要であった。

一方、配管の撤去作業に際しては、前述の密閉室内で、鋸刃切断等の機械的手段により配管を切断し、配管の切断部位に十分な隙間ができるように配管を移動させ、この後、配管の断面形状に合わせたキャップを切断した開口部に被せ、溶接や接着等の接合手段により開口部を閉止する。

このように末端開口部が閉止された配管は、外部に放射線漏洩がないことが確認されると、除染を行う場所に移送されたり、保管設備に移送されたりする。

この作業では、配管の切断からキャップを溶接接合するまでの間、配管内部が長い期間、外気に露呈されることから、換気設備の容量は多大なものとなっていた。また、撤去前の配管は、放射性物質を取り除いた後、養生用として窒素ガス等の養生ガスを封入して管理しているが、配管切断後、露呈時間が長いため養生ガスが抜ける場合があり、この場合には、キャップ閉止後に養生ガスを再度封入し直す必要があった。

一般的に、原子力関連設備の熱交換器に使用される直径数十ｍｍ以下程度の銅パイプ又はアルミニウム配管では、外力により配管の閉止箇所を押し潰し、この押し潰された閉止箇所をカッタによって切断する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−１０９０９５号公報

しかしながら、特許文献１の配管の閉止方法では、比較的小口径の塑性変形し易いアルミニウム製配管に対しては有効であるが、例えばステンレス製の外径５０ｍｍ前後の配管に対して金型の荷重を開放すると、弾性力（スプリングバック現象）によって形状が若干復元するために、完全な閉止は困難であり管内面に大きめの隙間が残るという問題があった。

管内面に大きめの隙間が残った場合には、切断後の閉止箇所をキャップによって閉止することも考えられるが、配管内部が外気に触れた場合には、充填した養生ガスが逃げるため好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、放射性物質等で汚染された配管の閉止及び撤去に関わる作業を、汚染されている配管内面を外気に触れさせることなく実施することができる配管の閉止装置及びその方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の装置発明は、前記目的を達成するために、配管の閉止する閉止箇所を、少なくとも一対の金型によって押し潰す押潰手段と、押潰手段によって押し潰された前記閉止箇所の内面が密着するように接合する接合手段とを備え、前記押潰手段は、前記閉止箇所を押し潰す第１の金型と、前記第１の金型によって押し潰された前記閉止箇所を逆方向に押し潰して変形させることにより塑性変形させる第２の金型とから構成され、前記第１の金型は、円弧状の凸状面が形成された雄金型と円弧状の凹状面が形成された雌金型とからなり、前記第２の金型は、平坦面が形成された金型と前記閉止箇所を略線状に支持する金型とからなることを特徴とする。

請求項４に記載の方法発明は、前記目的を達成するために、配管の閉止する閉止箇所を、少なくとも一対の金型によって押し潰す押潰工程と、押潰工程によって押し潰された前記閉止箇所の内面が密着するように接合する接合工程とを備え、前記押潰工程は、前記閉止箇所を、第１の金型によって押し潰す第１の押潰工程と、前記第１の金型によって押し潰された前記閉止箇所を、第２の金型によって逆方向に押し潰して変形させることにより塑性変形させる第２の押潰工程とから構成され、前記第１の押潰工程は、円弧状の凸状面が形成された雄金型と円弧状の凹状面が形成された雌金型とからなる前記第１の金型によって、前記閉止箇所を断面略くの字状に押し潰し、前記第２の押潰工程は、平坦面が形成された金型と前記閉止箇所を略線状に支持する金型とからなる前記第２の金型によって、前記閉止箇所を前記第１の押潰工程とは逆方向に押し潰して塑性変形させることを特徴とする。

請求項１、４に記載の発明によれば、配管の閉止箇所を少なくとも一対の金型によって押し潰して塑性変形させ、この後、押し潰された閉止箇所の内面が密着するように接合手段によって接合する。これにより、配管内面を外気に接触させることなく、この後に行われる配管の撤去作業を実施することができる。

ところで、特許文献１の閉止方法に類似した方法で配管の閉止箇所を押し潰した場合、どの程度まで配管内面の隙間を減少させることができるか、幅１５ｍｍ平面を持つ押し金型を用い、ステンレス管の加圧圧着を実験にて試みた。その結果、約１９６ｋＮ程度で配管内面は密着するが荷重を開放すると、０．３ｍｍ程度の隙間が配管内面に生じることが確認された。更に、約６８６ｋＮ程度まで加圧荷重を増加させても、荷重開放後の隙間は０．２５ｍｍ程度であり、大した変化はないという結果であった。

このように変形した閉止箇所において、本発明の接合手段による溶接を試みると、隙間０．２５ｍｍの状態で配管閉止箇所外表面から溶接した場合、入熱側の配管母材は孔が開くほど溶融するが、大きな内部隙間に起因して対向側の母材に熱が伝わらず、溶着しないという問題が発生した。よって、溶接により閉止箇所を密着させる場合には、内部隙間を無くす又は溶着可能な隙間まで閉止箇所を塑性変形させることが重要となる。

そこで、請求項１、４に記載の発明によれば、まず、第１の金型によって閉止箇所を押し潰す。この場合、金型の荷重を開放すると、閉止箇所の配管内面の隙間が、スプリングバック現象によって溶接不可能な隙間に広がる。次に、第１の金型によって押し潰された閉止箇所を、第２の金型によって逆方向に押し潰して変形させる。これにより、閉止箇所が第２の金型によって繰り返し荷重を受けるため閉止箇所が疲労変形し塑性変形する。よって、ステンレス製の外径５０ｍｍ前後の配管に対しても、閉止箇所の配管内面の隙間を溶着可能な隙間にすることができる。

また、請求項１、４に記載の発明によれば、円弧状の凸状面が形成された雄金型と円弧状の凹状面が形成された雌金型とからなる第１の金型を使用することにより、第１の押潰工程において閉止箇所を円滑に押し潰すことができる。また、平坦面が形成された金型と閉止箇所を略線状に支持する金型とからなる第２の金型を使用することにより、第２の押潰工程において押し潰された閉止箇所を円滑に塑性変形させることができる。また、第１の金型及び第２の金型の組み合わせによって、閉止箇所の配管内面の隙間を略ゼロに近づくまで減少させることができる。

請求項２に記載の装置発明は、請求項１において、前記接合手段は、前記閉止箇所に沿って溶接トーチを移動させながら閉止箇所を溶接する溶接手段であることを特徴とする。

請求項５に記載の方法発明は、請求項４において、前記接合工程は、前記閉止箇所に沿って溶接トーチを移動させながら溶接することを特徴とする。

請求項２、５に記載の発明によれば、溶接トーチによって閉止箇所を完全に閉止することができるので、開口された際にその配管内面を外気に触れさせたくない配管、内部に残存している流体等の物質を配管内部から除去することが困難な配管、及び弁等の遮断手段を設けていない配管を緊急的に閉止したい際に好適である。

請求項３に記載の装置発明は、請求項２において、前記閉止箇所を挟んで対向設置された前記溶接トーチは、互いに溶接線を一定の間隔でずらして形成できるように移動されることを特徴とする。

請求項７に記載の方法発明は、請求項５において、前記閉止箇所を挟んで対向設置された前記溶接トーチを、互いに溶接線を一定の間隔でずらして形成できるように移動させることを特徴とする。

請求項３、７に記載の発明によれば、閉止箇所の両面から同時に幅を広く溶着代を形成させることが可能となる。

請求項６に記載の方法発明は、請求項４又は５において、前記接合工程によって内面が密着された配管の前記閉止箇所を切断する切断工程を備えたことを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、完全に閉止された閉止箇所を切断することにより、配管を設備から撤去することができる。

本発明に係る配管の閉止装置及びその方法によれば、配管の閉止箇所を少なくとも一対の金型によって押し潰して塑性変形させ、この後、押し潰された閉止箇所の内面が密着するように接合手段によって接合するので、配管の内面を外気に接触させることなく、この後に行われる配管の撤去作業を実施することができる。

以下添付図面に従って、本発明に係る配管の閉止装置及びその方法の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、実施の形態の閉止装置を構成する配管押潰装置１０の構造を示した全体斜視図である。この配管押潰装置１０は、図２に示すように既設の撤去対象の配管１２に着脱自在に取り付けられ、配管１２の撤去作業時に、フレーム状に構成された装置本体１４のレバー１６を、図２の如く開放することにより装置本体１４の側口１５が開放され、この側口１５を介して装置本体１４が配管１２に配置される。なお、レバー１６は、配管１２が装置本体１４に配置された後、逆方向に回動されて図１の如く装置本体１４に閉じられる。

装置本体１４には、配管１２の外周を左右から挟む一対の押し金型（金型）１８、２０が着脱自在に装着される。押し金型１８、２０は、各々その上部に把手１９、２１が取り付けられており、この把手１９、２１を利用した手作業にて押し金型１８、２０が装置本体１４に着脱される。

押し金型１８、２０のうち、一方の押し金型（雄金型）１８は、配管１２を挟んで装置本体１４の図１上で右側方に装着され、他方の押し金型（雌金型）２０は、配管１２を挟んで装置本体１４の左側方に装着される。また、押し金型１８の平坦な背面１８Ｂは、圧着力を発揮する油圧シリンダ２２のピストン２４（図３（Ａ）参照）に当接され、ピストン２４の伸縮動作により押し金型２０に向けて進退移動される。したがって、実施の形態の配管押潰装置１０は、不図示の油圧ポンプから油圧シリンダ２２に油圧による押圧力が付与されると、一対の押し金型１８、２０によって配管１２の閉止箇所１３を図３（Ａ）の如く挟み込んで押し潰すことができる。

一対の押し金型１８、２０は、装置本体１４に対して着脱可能な構成であるため、予め用意された異なる形状の複数の押し金型と差し替えることができる。実施の形態では、図３（Ｂ）、（Ｃ）の如く配管外面方向に円弧状の凸状面１８Ａ及び円弧状の凹状面２０Ａが形成され、一対でそれぞれ凹凸形状とした第１の押し金型１８、２０と、図４（Ａ）、（Ｂ）の如く平坦面２６Ａ及び凸状部２８Ａが形成され、平坦面２６Ａと凸状部２８Ａとによって閉止箇所１３を幅狭に線状に挟圧押潰する第２の押し金型２６、２８との組み合わせのものが用意されている。なお、押し金型２６の断面は台形形状、押し金型２８の断面は三角形形状である。

配管押潰装置１０を使用した配管１２の閉止箇所１３の圧着閉止作業は、まず、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示した一対の押し金型１８、２０によって図３（Ａ）の如く加圧圧着した後、押し金型１８を図４（Ａ）の押し金型２６に差し替え、押し金型２０を図４（Ｂ）の押し金型２８に差し替え、図４（Ｃ）の如く再度加圧圧着する。これにより、例えばＳＵＳ３０４、４０Ａ、ｓｃｈ２０の配管１２は、内面隙間がほとんど目視では確認できない大きさ（０．０３ｍｍ）まで圧着される。これは、図３（Ｂ）、（Ｃ）の一対の押し金型１８、２０によって、配管１２の閉止箇所１３が外力を受けて断面が略くの字状に略押し潰され、この後、図４（Ａ）、（Ｂ）の一対の押し金型２６、２８によって逆方向に押し潰されることにより、繰り返し変形により疲労変形されるからである。すなわち、弾性力のスプリングバック現象が大幅に低減されるからである。逆方向に押し潰さなければ、閉止箇所１３を隙間なく押し潰すことはできない。

図５は、配管押潰装置１０によって押潰された配管１２の斜視図であり、閉止箇所１３が押潰されている状態が示されている。これにより、後に行う閉止箇所１３の溶接の接合性が良好となる。

一例であるが、最大荷重Ｗ＝２９４ｋＮの油圧シリンダ２２を使用し、幅１５ｍｍ、長さ７２ｍｍの閉止箇所１３を図３（Ｂ）、（Ｃ）の一対の押し金型１８、２０によって押し潰す場合、その押潰面積Ａ＝１．０８×１０^-3ｍ² （０．０７２ｍ×０．０１５ｍ）であるので、閉止圧力Ｐ（最終）＝Ｗ／Ａの式から、Ｐ＝２７２．２ＭＰａとなる。

この後、図４（Ａ）、（Ｂ）の一対の押し金型２６、２８によって逆方向に押し潰す場合、閉止箇所１３の中央部の幅５ｍｍ程度に集中荷重がかかるので、閉止圧力Ｐ（最終）≒８１６．６ＭＰａとなる。

また、この状態で気体や低粘度の液体の閉止は困難なものの、油等の高粘度の液体においては十分に閉止可能である。このように内面隙間（０．０３ｍｍ）まで圧着された配管１２の閉止箇所１３は、閉止装置を構成する図６の溶接装置５０によって隙間無く密着接合される。

溶接装置５０の本体５２は門形形状の外形を呈しており、配管１２を跨ぐようにして配管１２に装着される。

配管１２の本体５２への固定は、図７に示すように本体５２に取り付けられる一対のクランプ金具５４、５４によって行われる。一対のクランプ金具５４、５４は、本体５２にねじ５６、５６によって固定される支持板５８に取り付けられ、また、ねじ５８は、本体５２から水平方向に突設されたプレート６０の長孔６２を介して支持板５８に螺着されるため、長孔６２に対するねじ５８の位置を調整することにより、本体５２に対するクランプ金具５４、５４の水平方向位置が調節される。更に、クランプ金具５４、５４は、ねじ６４、６４を介して支持板５８に取り付けられており、ねじ６４、６４を締結する方向に回すことにより、配管１２がクランプ金具５４、５４によって挟持される。これにより、配管１２がクランプ金具５４、５４を介して溶接装置５０の本体５２に固定される。また、双方のねじ６４、６４の締め込み量を変えることにより、本体５２に対する配管１２の水平方向位置の微調整が可能となる。

また、本体５２には、傘形形状の押さえ板６６がねじ６８を介して設けられている。この押さえ板６６は、ねじ６８によって上下位置が調整されるとともに、クランプ金具５４、５４によって挟持された配管１２の閉止箇所１３の近傍の上面に当接される。また、押さえ板６６は、ねじ６８の先端に揺動自在に設けられ、図１の後述する溶接トーチ７０、７０に対する配管１２の位置微調整時に配管１２とともに移動（揺動）される。

また、溶接装置５０は、配管１２の閉止箇所１３を挟むように対向して設置された一対の溶接トーチ７０、７０を把持し、その溶接トーチ７０、７０を長孔７１、７１に沿って、すなわち閉止箇所１３に沿って上下移動させる移動装置と、開始点、停止点、及び溶接条件変更点を検出する位置センサ（フォトセンサ）７２、７２が、長孔７３の昇降範囲で配置自在に設定できるようになっている。

対向設置された溶接トーチ７０、７０は、互いに溶接線を一定の間隔でずらして形成できるようにトーチ位置の調整部７４、７４を介してトーチシャフト７６、７６に連結されている。これにより、両面から同時に幅を広く溶着代を形成させることが可能となる。

実施の形態の溶接装置５０で溶融閉止された配管１２は幅７〜１０ｍｍの溶着閉止代を有しており、その後、不図示のバンドソー等による切断手段の機械的切断代（０．８〜１．５ｍｍ）を除いても、切断後の配管１２の閉止箇所１３を図８の如く密封し、半永久保持することができる。

溶接トーチ７０、７０を上下させる移動装置は、１台のモータ７８、一対の送りねじ機構８０、８０、モータ７８の動力を一対の送りねじ機構８０、８０に伝達する動力伝達機構８２から構成される。

送りねじ機構８０、８０は、上下に配設されたねじ棒８４と直動ガイド８６とから構成され、トーチシャフト７６、７６が取り付けられたブロック体８８、８８が、ねじ棒８４に螺合されるとともに直動ガイド８６に上下移動自在にガイドされている。

動力伝達機構８２は、ベルト駆動式の機構であり、モータ７８によって回転されるプーリ９０にベルト９２が巻き掛けられ、このベルト９２は、一方の送りねじ機構８０のねじ棒８４に固定されたプーリ９４に巻き掛けられている。また、プーリ９４と同軸で同サイズのプーリ９６にはベルト９８が巻き掛けられ、このベルト９８は、他方の送りねじ機構８０のねじ棒８４に固定されたプーリ１００に巻き掛けられている。したがって、モータ７８が駆動されると、その動力がベルト９２を介して一方の送りねじ機構８０のねじ棒８４に伝達されるため、また、ベルト９８を介して他方の送りねじ機構８０のねじ棒８４に伝達されるため、トーチシャフト７６、７６が上下方向に連動して移動する。これにより、閉止箇所１３が溶着される。なお、図６の符号１０２はＴＩＧ溶接電源であり、符号１０４はＡｒボンベであり、符号１０６は、モータ７８の回転速度等を制御するコントローラである。

また、実施の形態では、放射性物質の移送に使用された配管１２を対象としたが、これに限定されるものではなく、配管の内面に放射性物質の付着は無く、特に六フッ化ウラン等の加熱すると有毒ガスを発生する付着物は取り除かれ、金属内部に残留放射線がある配管の閉止、撤去も対象としてよい。

以上のような配管押潰装置１０及び溶接装置５０によって配管１２の閉止作業を行えば、換気を必要とする密閉室の構築は必要最小限で済む。

実施の形態に係る配管押潰装置の全体構成を示した斜視図 図１の配管押潰装置を配管に装着する状態を示した説明図 図３（Ａ）は、第１の押し金型によって配管の閉止箇所を押潰している状態を示した説明図、図３（Ｂ）は、第１の押し金型を構成する雄金型の斜視図、図３（Ｃ）は、第１の押し金型を構成する雌金型の斜視図 図４（Ａ）は、第２の押し金型を構成する一方の金型の斜視図、図４（Ｂ）は、第２の押し金型を構成する他方の金型の斜視図、図４（Ｃ）は、第２の押し金型によって配管の閉止箇所を押潰している状態を示した説明図 配管押潰装置によって閉止箇所が押潰された配管の斜視図 溶接装置の構造を示した全体斜視図 図６の溶接装置の内部機構を示した説明図 切断手段によって切断された閉止箇所の断面図

符号の説明

１０…配管押潰装置、１２…配管、１３…閉止箇所、１４…装置本体、１８、２０…第１の押し金型、２２…油圧シリンダ、２４…ピストン、２６、２８…第２の押し金型、５０…溶接装置、５２…本体、５４…クランプ金具、６６…押さえ板、７０…溶接トーチ、７２…位置センサ、７８…モータ、８０…送りねじ機構

Claims (7)

1. 配管の閉止する閉止箇所を、少なくとも一対の金型によって押し潰す押潰手段と、
   押潰手段によって押し潰された前記閉止箇所の内面が密着するように接合する接合手段とを備え、
   前記押潰手段は、
   前記閉止箇所を押し潰す第１の金型と、
   前記第１の金型によって押し潰された前記閉止箇所を逆方向に押し潰して変形させることにより塑性変形させる第２の金型とから構成され、
   前記第１の金型は、円弧状の凸状面が形成された雄金型と円弧状の凹状面が形成された雌金型とからなり、
   前記第２の金型は、平坦面が形成された金型と前記閉止箇所を略線状に支持する金型とからなることを特徴とする配管の閉止装置。
2. 前記接合手段は、前記閉止箇所に沿って溶接トーチを移動させながら閉止箇所を溶接する溶接手段であることを特徴とする請求項１に記載の配管の閉止装置。
3. 前記閉止箇所を挟んで対向設置された前記溶接トーチは、互いに溶接線を一定の間隔でずらして形成できるように移動されることを特徴とする請求項２に記載の配管の閉止装置。
4. 配管の閉止する閉止箇所を、少なくとも一対の金型によって押し潰す押潰工程と、
   押潰工程によって押し潰された前記閉止箇所の内面が密着するように接合する接合工程とを備え、
   前記押潰工程は、
   前記閉止箇所を、第１の金型によって押し潰す第１の押潰工程と、
   前記第１の金型によって押し潰された前記閉止箇所を、第２の金型によって逆方向に押し潰して変形させることにより塑性変形させる第２の押潰工程とから構成され、
   前記第１の押潰工程は、円弧状の凸状面が形成された雄金型と円弧状の凹状面が形成された雌金型とからなる前記第１の金型によって、前記閉止箇所を断面略くの字状に押し潰し、
   前記第２の押潰工程は、平坦面が形成された金型と前記閉止箇所を略線状に支持する金型とからなる前記第２の金型によって、前記閉止箇所を前記第１の押潰工程とは逆方向に押し潰して塑性変形させることを特徴とする配管の閉止方法。
5. 前記接合工程は、前記閉止箇所に沿って溶接トーチを移動させながら溶接することを特徴とする請求項４に記載の配管の閉止方法。
6. 前記接合工程によって内面が密着された配管の前記閉止箇所を切断する切断工程を備えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の配管の閉止方法。
7. 前記閉止箇所を挟んで対向設置された前記溶接トーチを、互いに溶接線を一定の間隔でずらして形成できるように移動させることを特徴とする請求項５に記載の配管の閉止方法。

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