JP2011007306A - 配管の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体輸送の停止することが難しい流体輸送配管において、流体輸送を停止することなく簡易にかつ強固な補修を可能とする。
【解決手段】 減肉や貫通孔のある修理が必要な配管２０において、補強管４０を設置しその内部に反応硬化型樹脂を充填し硬化させることで修理可能とする配管の補修方法で、金属製の補強管４０を有することで反応硬化型樹脂の厚さを薄くすることができ、狭隘な作業箇所等幅広い作業環境においても補修を可能としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体用配管の腐食その他に起因する貫通孔や、減肉部の補修方法に関するものである。

プラント設備にはガスや水、油などの流体を輸送するための配管が多数敷設されているが、長期間使用していると配管内外部が腐食、磨耗し、その結果減肉などが生じる。減肉が生じると、場合によっては配管に亀裂等が生じて内部流体が漏洩するような不具合が生じる。

配管を取り替えずにこれらを補修する方法としては、特許文献１に開示されるようなものがある。

この補修方法は、配管外周に設置した型枠に液状の反応硬化型樹脂を充填して固化し、その後型枠をはずして樹脂補強層を形成するものであり、さまざまな径の配管の補修が可能であるとしている。

特開平１−２１０６８８号公報

上記の配管補修方法では、補修後の配管強度を反応硬化型樹脂の引っ張り強度によって担保しているが、一般的に樹脂の引っ張り強度は金属のそれの１０分の１程度であるため、流体が高圧で輸送されるような配管の補修の際には、補強樹脂の厚さが大きくなり、補修対象箇所が狭隘部である場合などに、施工できないというようなことが生じる。

また、反応硬化型樹脂の端部近傍に貫通亀裂がある場合には、亀裂から漏れる流体が配管と樹脂補強層の隙間（界面）を伝って外部に漏洩する現象が懸念される。従って特許文献１に開示された技術は、接着界面に沿った漏洩について十分な対策がされているとはいい難い。

発明者は上記課題について鋭意検討を行い、樹脂部の厚さを肥大させず、また樹脂部の接着界面に沿った漏洩を効率的に防止しうる補修方法を発明するに至った。

すなわち、本発明は以下のとおりである。

流体輸送配管の外部に前記流体輸送配管外径よりも大きい内径を有する補強管を設置する工程と、前記補強管の内面と前記流体輸送配管の外面との間の空間に液状の反応硬化型樹脂を充填する工程と、前記充填した樹脂を硬化させる工程を含み、前記流体輸送配管の外周に樹脂部および前記補強管からなる補強部を形成することを特徴とする配管の補修方法である。

前記補強管を設置する工程は、前記補強管を長手方向に沿って複数に分割された、分割管を前記配管へかぶせて前記分割管の合わせ部を接合する手順と、前記分割管のあわせ部を接合した前記補強管を前記配管と略同軸に固定する手順を含んだことを特徴とする配管の補修方法である。

さらに前記補強管を設置する工程は、前記補強管を長手方向に沿って複数に分割された前記分割管を前記配管へかぶせる手順と、前記分割管の合わせ部の一つが前記配管の外面から遠ざかるように、前記分割管を前記配管に対して偏軸させて固定する手順と、前記配管の外面から遠ざけた前記分割管の合わせ部を溶接する手順と、前記固定手順と前記溶接手順を残りの前記分割管の合わせ部をすべて溶接するまで繰り返す手順と、前記分割管のあわせ部を溶接した前記補強管を前記配管と略同軸に固定する手順を含んだことを特徴とする。

前記配管に貫通孔が存在する場合に、前記貫通孔から前記補強管端部への最短距離が以下の式を満たすように前記補強管の位置と長さを設定することを特徴とする。

前記配管に貫通孔が存在する場合に、前記配管の内圧を減じる工程と、前記貫通孔に栓を打ち込む工程を前記補強管を設置する工程の前段に含むとともに、前記樹脂を硬化する工程の後に前記配管の圧力を復帰させる工程を含んだことを特徴とする。

前記配管が上下方向に設置されている場合、前記液状の反応硬化型樹脂を充填する工程において前記補強管の端部に追加型枠を設置する手順を含むとともに、前記樹脂の硬化後には、前記追加型枠を取り除くとともに、前記樹脂部に前記配管から前記補強管へ上から下へ向かって径の大きくなるテーパーを形成させる工程を含むことを特徴とする。

前記配管が横方向に設置されている場合、前記補強管は離間した２以上の穴を有し、一方を充填孔、他方を空気抜き穴とし、前記反応硬化型樹脂を充填する工程は、前記空気抜き穴を上方に配置させた状態で前記樹脂を前記充填孔から充填する手順を含むことを特徴とする。

本発明の配管の補修方法によれば、樹脂部を厚くとることなく、補強部に十分な引っ張り強度をもたせられるとともに樹脂部接着界面に沿った漏洩を効率的に防止し、また、可燃性ガスの配管に貫通孔が生じた場合においても配管内の減圧のみで配管内の空気置換等、時間がかかる工程を経ることなく施工することが可能になった。

補修された配管の断面図 火力発電所における天然ガス配管系統図 配管補修方法フロー図 栓打ち込み処理模式図 接着面積の概念図 分割管 分割管の固定状況図 分割管の偏軸固定状況図 追加型枠設置図 樹脂の充填形態図 横方向配管への樹脂充填形態図

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。

図２は、本実施例の補修対象である、火力発電設備における天然ガス配管の系統図である。本実施例においては、２基のＬＮＧタンク（１１１、１１２）に貯蔵されている液化天然ガスを気化器（１２１、１２２）で気化して２つの発電ユニットへ供給している。天然ガスの流量や圧力は、バルブ１３１〜１３９によって制御される。

図３は本発明にかかる配管補修方法の実施形態を示すフロー図である。

ステップＳ０１では配管の状況を確認し、減肉箇所と貫通孔の有無を判断する。貫通孔がある場合には、配管内圧を減圧（Ｓ０３）した上で貫通孔処理（栓打ち込み等）を行い（Ｓ０４）貫通孔を塞いだ上で、補強管の設置へ進む。

ステップＳ０５では補強管の長さを算定し、配管の補強対象部位に設置（Ｓ０６）する。後述するが補強管は２つ割りになっているため設置にあたってはこれを接合する。なお、補強管は複数分割であればその用が足りるため、２つ割りに限定されるものではない。

ステップＳ０７では、樹脂部に水だまり防止用のテーパーが必要かどうか判断する。必要な場合にはステップＳ０８へ進み追加型枠を設置する。

ステップＳ０９でエポキシ樹脂を充填・硬化する。ステップＳ０７で樹脂部にテーパーが必要であると判断した場合には、エポキシ樹脂硬化後に追加型枠を取り外し（Ｓ１０）、テーパーを成型（Ｓ１１）する。

配管内圧を減圧した場合には、それを復帰させて（Ｓ１４，Ｓ１５）作業を終了する。

以下に、上下方向に敷設された配管の補修方法について、個々の工程の詳細を説明する。

配管の内圧を減じる工程を、ステップＳ０３において以下のように説明する。

図２において、部位Ｘに貫通孔があった場合には、まず、バルブ１３１、１３３、１３５、１３７を閉止してガスの流れを止め、バルブ１３９を開いて流体の圧力を下げ、所定の圧力となったところで、バルブ１３９を閉止する。

ステップＳ０４は貫通孔に栓を打ち込む工程である。図４は配管の貫通孔に栓を打ち込み処理する様子を説明する図である。図４において、２０は補修対象である配管であり、これの溶接部分に貫通孔Ｘがある。この貫通孔Ｘに鉛棒２３をハンマー２４で打ち込み、リークチェックを行う。リークが無いようであれば、速硬化型補修材（金属粉）をＸの付近に埋め込み、下地処理を行う。このように、栓打ち込み工法は流体の内圧が完全に下がらない状態に有っても施工は可能である。
また、図４は隅肉溶接部貫通孔の例であるが、一般的な配管外表面に於ける腐食貫通孔の場合は流体の内圧を完全に下げた後に、速硬化型補修材（金属粉）埋め込みや、ビニールフィルム貼付等により開口部からのエポキシ樹脂漏出を防止する方法もある。

補強管を設置する工程において、ステップＳ０５では配管に設置すべき補強管の長さを算定する。図５は接着面積の概念図である。ａ図において、６１は配管壁、６２が貫通孔であり、配管壁の外側表面に接するようにエポキシ樹脂６３が補修材として接着されている。なお、図示しないがエポキシ樹脂６３の外側には補強管が設置される。

貫通孔６２において、流体からエポキシ樹脂が受ける力がエポキシ樹脂の配管壁６１への接着力を上回ると、エポキシ樹脂が剥離してしまう。この力の関係を示すのが、配管を周方向に展開し外側からみたｂ図である。ここで、貫通孔６２を中心に、貫通孔６２からエポキシ樹脂端部６４の最短距離を半径とする仮想的な円６５を考え、
仮想円の面積×面積あたりエポキシ樹脂接着力＞貫通孔面積×配管内圧
の関係であれば、栓打ち込みに不具合があってもエポキシ樹脂が剥離しないと考えられる。

ここで、エポキシ樹脂全体を展開した長方形ＡＢＣＤでなく、仮想円６５を接着面積としているのは、エポキシ樹脂と配管表面の界面を流体が漏洩しようとする力は全方向に均等にかかることを考慮しているからである。たとえば、長方形ＡＢＣＤが剥離しないために必要とされる接着面積ぎりぎりであった場合に、流体の圧力は全方向に均等にかかるため、流体が漏洩しようとする力に等しい接着面積をもつ仮想円６５の半径に満たない短辺から流体が漏洩し、剥離が始まることが懸念される（ｃ図）。

図１は施工後の補修部断面である。図１からもわかるように、エポキシ樹脂の長さは補強管４０の長さとほぼ等しくなるため、補強管４０の設置位置と長さは式（１）を満たすようにする必要がある。ここで、配管内圧とは該当する配管が耐えなければならない内部流体の最大圧力をさす。

補強管を設置する工程において、ステップＳ０６では補強管を配管の補修対象部位に設置する。図６は設置前の補強管４０を分割した分割管４１である。分割管４１は２つ割りになった金属管（ＳＴＰＧ３７０ Ｓ／４０）であり、これを補修対象部位である配管２０に被せるようにして設置する。分割管４１は溶接にて一体化させるが、配管内流体が不燃物である等、分割管４１溶接時の入熱の影響を考慮しなくても良い場合には分割管４１設置にあたり、分割管４１の固定方法は、配管２０との距離を考慮する必要は無い。もちろん、分割管４１の接合方法は、溶接と同強度を確保できる方法であれば溶接でなくても良い。

図７は分割管４１設置にあたり固定治具４２（スーパーブリッジ）での固定状況を説明する図である。

一方、例えば配管内流体が可燃性ガスの場合、入熱により引火点以上に温度上昇し、万一配管内流体が漏洩した場合、作業環境が危険な状態になる。図８は入熱により配管内流体が影響を受ける場合の分割管４１の偏軸固定状態を説明する図である。長手方向に切った断面図がａ図、半径方向に切った断面図がｂ図である。図８にあるように、分割管４１の中心軸を、敢えて配管２０の中心軸からずらし偏軸させて固定する。その際に、分割管合わせ部４１１を配管２０から遠ざけるようにする。

固定後に、遠ざけた分割管合わせ部４１１を溶接する。分割管合わせ部４１１の溶接が終わったら、分割管合わせ部４１１を配管２０に近づけ、他方の分割管合わせ部４１２を配管２０から遠ざけるように固定しなおして、再度溶接を行う。この時、入熱を極力低減させるためにリボン状の耐熱クロス４４を巻き付ける方法も効果が有る。このような手順を踏むことで、内部流体が可燃性ガスであっても、引火点まで過熱することなく溶接が可能になる。分割管合わせ部４１１および４１２の溶接後分割管４１はひとつの補強管４０となり、配管２０と補強管４０が同軸となるように固定しなおす。

ここで、必要に応じて設置後の補修部のエポキシ樹脂部５０にテーパーを形成させる工程となり、追加型枠４３を設置する（Ｓ０７、Ｓ０８）。このテーパーとは、図１の５１であり、雨水などがエポキシ樹脂部５０にたまることを防いでいる。この部分に水がたまることで、配管２０が腐食したりエポキシ樹脂部５０が劣化しやすくなるためである。

図９は追加型枠４３の設置形態を説明する図である。追加型枠４３が補強管４０上部の外側に、固定治具４２で固定される。本実施例では、補強管４０と共通の固定具４２で追加型枠４３を固定している。追加型枠４３のかわりに樹脂が流れ出ないような強度をもつ接着式フィルムテープ等で代用しても良い。

ステップＳ０９は、反応硬化型樹脂を充填する工程である。本実施例では、エポキシ樹脂にＴｈｒｅｅＢｏｎｄ社のスリーロンジ−Ｊ−１０７を使用した。図１０はエポキシ樹脂の充填形態を説明する図である。充填に当たっては、補強管４０の下部と配管２０の間を養生テープ４５で養生し、エポキシ樹脂が漏れないようにする。充填後はおよそ７日放置しエポキシ樹脂を硬化させる工程となる（Ｓ１０）

エポキシ樹脂が硬化したら、追加型枠４３を取り除き（Ｓ１１）、エポキシ樹脂部５０の露出した部分を削ってテーパー５１を形成する（Ｓ１２）。その後、配管の圧力を復帰させる工程となり、図２のバルブ１３１、１３３、１３５、１３７を開いて配管内の圧力を復旧させる（Ｓ１４，Ｓ１５）

補修された配管の断面図の図１において、配管２０の外側にエポキシ樹脂部５０補強管４０からなる補強部３０が設置され、またエポキシ樹脂部５０の上部はテーパー５１が形成されている。

なお、本発明の配管補修方法は、横向きの配管にも適用可能である。図１１は横方向に敷設された配管へのエポキシ樹脂充填を説明する図である。配管２０に被せられた補強管４０の両側面を養生テープ４５で養生し、あらかじめ補強管４０に設けられた充填孔４６１、４６２のいずれか一方からエポキシ樹脂を充填し硬化させる。もう一方の充填孔は補強管の一番高い位置とすることで空気抜き穴となるので、エポキシ樹脂の充填が容易にでき、空気抜き穴よりエポキシ樹脂が満たされることで、配管２０と補強管４０の間にエポキシ樹脂が充填されたことの確認も容易である。充填孔４６１は上部である必要はなく、下部に設置した場合はエポキシ樹脂を充填後、漏れないように充填孔４６１に栓をすることでより様々な作業環境に対応することができる。また、充填孔４６１、４６２は配管の形状にあわせて自由に設定することができるので、複雑な形状の配管においても対応が可能となる。

１０ 天然ガス配管系統
１１１、１１２ ＬＮＧタンク
１２１、１２２ 気化器
１３１〜１３９ バルブ
２０ 配管
２１ 配管台座
２２ 配管溶接部
２３ 鉛棒
２４ ハンマー
３０ 補強部
４０ 補強管
４１ 分割管
４１１、４１２ 分割管合わせ部
４２ 固定治具
４３ 追加型枠
４４ 耐火クロス
４５ 養生テープ
４６１、４６２ 充填孔
５０ エポキシ樹脂部
５１ テーパー
６1 配管（概念図）
６２ 貫通孔（概念図）
６３ エポキシ樹脂部（概念図）
６４ エポキシ樹脂端部
６５ 仮想円
７０ 配管減肉部

Claims (7)

1. 流体輸送配管の外部に前記流体輸送配管外径よりも大きい内径を有する補強管を設置する工程と、
   前記補強管の内面と前記流体輸送配管の外面との間の空間に液状の反応硬化型樹脂を充填する工程と、
   前記充填した樹脂を硬化させる工程を含み、
   前記流体輸送配管の外周に樹脂部および前記補強管からなる補強部を形成することを特徴とする配管の補修方法。
2. 前記補強管を設置する工程は、
   前記補強管を長手方向に沿って複数に分割された分割管を前記配管へかぶせて前記分割管の合わせ部を接合する手順と、
   前記分割管のあわせ部を接合した前記補強管を前記配管と略同軸に固定する手順を含んだことを特徴とする、
   請求項１に記載する配管の補修方法。
3. 前記補強管を設置する工程は、
   前記補強管を長手方向に沿って複数に分割された前記分割管を前記配管へかぶせる手順と、
   前記分割管の合わせ部の一つが前記配管の外面から遠ざかるように、前記分割管を前記配管に対して偏軸させて固定する手順と、
   前記配管の外面から遠ざけた前記分割管の合わせ部を溶接する手順と、
   前記固定手順と前記溶接手順を残りの前記分割管の合わせ部をすべて溶接するまで繰り返す手順と、
   前記分割管のあわせ部を溶接した前記補強管を前記配管と略同軸に固定する手順を含んだことを特徴とする、
   請求項１に記載する配管の補修方法。
4. 前記補強管を設置する工程においては、
   前記配管に貫通孔が存在する場合に、
   前記貫通孔から前記補強管端部への最短距離が以下の式を満たすように前記補強管の位置と長さを設定することを特徴とする、
   請求項１から３のいずれかに記載の配管の補修方法。
   

   
5. 前記配管に貫通孔が存在する場合に、
   前記配管の内圧を減じる工程と、
   前記貫通孔に栓を打ち込む工程を前記補強管を設置する工程の前段に含むとともに、
   前記樹脂を硬化する工程の後に前記配管の圧力を復帰させる工程を含んだことを特徴とする、
   請求項１から４のいずれかに記載の配管の補修方法。
6. 前記配管が上下方向に設置されている場合、前記液状の反応硬化型樹脂を充填する工程において前記補強管の端部に型枠を設置する手順を含むとともに、
   前記樹脂の硬化後には、
   前記型枠を取り除くとともに、前記樹脂部に前記配管から前記補強管への上から下へ向かって径の大きくなるテーパーを形成させる工程を含むことを特徴とする、
   請求項１から５のいずれかに記載する配管の補修方法。
7. 前記配管が横方向に設置されている場合、前記補強管は離間した２以上の穴を有し、一方を充填孔、他方を空気抜き穴とし、
   前記反応硬化型樹脂を充填する工程は、前記空気抜き穴を上方に配置させた状態で前記樹脂を前記充填孔から充填する手順を含むことを特徴とした、
   請求項１から６のいずれかに記載する配管の補修方法。
   

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