JP2011225945A - ステンレス鋼配管の熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気中状態の配管残留応力除去部の内部に、供給開始された直後の冷却水量を予め計測し供給制御するステンレス鋼管の熱処理装置および熱処理方法を提供する。
【解決手段】貯水タンク、給水ポンプ、流量計、配管、流路切替装置により冷却水の循環ループを形成し、循環ループ内の流量計により循環する冷却水量を予め測定し所定流量以上に制御して、流路切替装置を切替えて、内部が気中状態のステンレス鋼配管の残留応力除去部に供給開始された直後の冷却水量を供給制御して、確実な熱処理によりステンレス鋼配管の残留応力を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電プラント等で使用するオーステナイト系ステンレス鋼等を用いたステンレス鋼配管に対する残留応力低減のための熱処理装置および熱処理方法に関する。

配管内面に作用する引張残留応力を低減する残留応力低減装置および残留応力低減方法に関しては、配管を加熱昇温した状態から内面冷却により温度差を与えて残留応力を低減する熱処理によるものが従来知られている。例えば特許文献１は、溶接又は曲げ加工により発生した配管の残留応力を改善する冷却水供給による熱処理方法及びその装置に関し、溶接部を中心とした配管外面に加熱手段を設け、配管を２００℃〜１０００℃の範囲で均一に加熱後、原子炉付属ポンプまたは特別に設備したポンプにより一定流量以上の流水を流して急速冷却することにより、残留応力を低減し、応力腐食割れを防止している。

また、特許文献２には、沸騰水型原子力発電所の制御棒駆動水圧系統において、定期検査中の水圧制御ユニット隔離のため、ポンプを有する冷却水ラインから冷却水戻りラインを分岐してタンクに接続した配管構成が開示されている。

特開２００５−３２０６２６号公報 特開２００３−４３１７８号公報

特許文献１の方法により配管内面に作用する残留応力を低減する場合には、内部に冷却水がない気中状態の配管に、規定流量以上の冷却水を供給して冷却しなければならない。配管内部の流量は超音波流量計等の非接触測定装置を用いるが、これらは流体が一定流量に達した定常流状態で測定可能であり、気中状態の配管内部に冷却水が供給開始された直後の冷却水量を計測できず、従って冷却水量を制御して確実に熱処理制御を行う事が難しいという問題があった。確実な熱処理のためには、加熱された配管の残留応力除去部に対し、冷却開始の段階から適切な冷却水流量の測定と供給制御を行うことが不可欠である。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、配管を加熱昇温した状態から内面水冷により温度差を与えて配管の残留応力を低減する際に、気中状態の配管内部に冷却水が供給開始された直後の冷却水量を計測し供給制御して、確実な熱処理による残留応力の除去低減を行うことができる熱処理装置および熱処理方法を提供することにある。

本発明は、貯水タンクと給水ポンプと流量計を有する冷却水供給装置と、加熱装置により加熱されるステンレス鋼配管の残留応力除去部とを備え、該残留応力除去部に所定流量の冷却水を供給して残留応力を除去するステンレス鋼配管の熱処理装置において、前記残留応力除去部と前記冷却水供給装置の間に流路切替装置を設け、前記冷却水供給装置の貯水タンクと給水ポンプと流量計と前記流路切替装置により冷却水流量を測定制御する循環ループを形成し、前記流路切替装置により貯水タンクの冷却水を前記残留応力部に供給するか、前記循環ループを経由して循環させるかを切替えることを特徴とする。

また、冷却水供給装置に流量調節弁を設けたことを特徴とする。

また、残留応力除去部の冷却水流路下流側に排水タンクを設けたことを特徴とする。

また、残留応力除去部の冷却水流路下流側に、排水側に接続される開閉弁と、前記循環経路に接続される開閉弁を分岐して設けたことを特徴とする。

また、残留応力除去部の冷却水流路下流側に、前記貯水タンクへの冷却水の回収経路を設けたことを特徴とする。

また、ステンレス鋼配管はオーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする。

また、熱処理装置は原子力発電プラント内に設けられたことを特徴とする。

さらに、貯水タンクと給水ポンプと流量計を有する冷却水供給装置と、加熱装置により加熱されるステンレス鋼配管の残留応力除去部とを備え、残留応力除去部に所定流量の冷却水を供給して残留応力を除去するステンレス鋼配管の熱処理方法において、冷却水供給装置の貯水タンクと給水ポンプと流量計とにより冷却水流路の循環ループを形成し、前記循環ループ内の流量計により循環する冷却水量を測定制御し、次に前記残留応力除去部に接続される流路に切替えて、気中状態の残留応力除去部に供給開始された直後の冷却水量を供給制御することを特徴とする。

さらに、循環ループに循環する冷却水量を、前記残留応力除去部の残留応力を除去するために必要な冷却水量以上に制御することを特徴とする。

さらに、残留応力除去部を内部が気中状態で加熱した後、残留応力除去部に冷却水を供給して残留応力を除去することを特徴とする。

さらに、残留応力除去部を加熱する前に、一定温度で予備加熱して乾燥させ、前記残留応力除去部の内部を気中状態にすることを特徴とする。

本発明によれば、貯水タンクと給水ポンプと流量計を有する冷却水供給装置と、加熱装置により加熱されるステンレス鋼配管の残留応力除去部とを備え、残留応力除去部に所定流量の冷却水を供給して残留応力を除去するステンレス鋼配管の熱処理装置において、残留応力除去部と冷却水供給装置の間に流路切替装置を設け、冷却水供給装置の貯水タンクと給水ポンプと流量計と前記流路切替装置により冷却水流量を測定制御する循環ループを形成することにより、配管内部が気中状態から配管内部に供給開始された直後の冷却水量を計測し供給制御して、確実な熱処理による残留応力の除去低減を行うことができる。

また、ステンレス鋼配管の熱処理方法において、残留応力低減処理の施工領域に供給する冷却水流量を予め測定し把握することができるため、配管を加熱昇温した状態から内面冷却により温度差を与えて残留応力を低減する際に要求される規定流量以上の冷却水を供給し、残留応力を確実に低減することが可能となる。

本発明の実施例１の流量計測時における熱処理装置を示す模式図である。 本発明の実施例１の配管冷却時における熱処理装置を示す模式図である。 本発明の実施例１における熱処理方法の手順を示すフロー図である。 本発明の実施例２における熱処理装置を示す模式図である。 本発明の実施例３における熱処理装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

以下に、冷却水のない気中状態の配管内部に冷却水が供給開始された直後の配管内の冷却水量を予め計測する熱処理装置について、本発明の実施例１を図１、図２を用いて説明する。

実施例１は、原子力発電プラントを例にとり、その内部に仮設接続された冷却水供給装置１について説明する。冷却水供給装置１は、貯水タンク２と、配管３と、貯水タンク２の冷却水１０を配管系に給水する図示しない流量制御装置を有する給水ポンプ４と、配管内の冷却水流量を計測する流量計６を有する。冷却水供給装置１の給水ポンプ４と流量計６の間には冷却水流量調整のために、図示しない流量制御装置を有する流量調整弁５が設けられて、流量計６には流路切替装置として三方弁７が設けられている。三方弁７と貯水タンク２の間には循環経路Sが設けられ、貯水タンク２，給水ポンプ４、流量計６，三方弁７を経由して貯水タンク２に戻る冷却水１０の循環ループを形成する。流量計６には超音波流量計を用いることができる。

上記冷却水供給装置１に接続される配管系の冷却水流路下流には、加熱冷却により残留応力を除去する配管部である残留応力除去部８と排水タンク９が設けられている。１１は残留応力除去部９を外部から熱輻射で加熱する加熱装置である。加熱装置１１は図示しない温度センサおよび制御装置を有し、残留応力除去部８を所定温度に加熱することができる。加熱装置１１は、他に高周波加熱装置、巻き付け型伝熱ヒータ等を用いても良い。

次に、本発明の熱処理装置を用いた熱処理方法における冷却水流量の測定について、図３を用いて説明する。まずステップＳ０１で、冷却水供給装置１をプラントにおけるステンレス鋼配管の残留応力除去部８と排水タンク９に接続する。次にＳ０２で、配管内部を気中状態にするため残留応力除去部８内部の水の排水を行い、配管内部が気中状態であることを確認する。好ましくは、事前に加熱装置１１で残留応力除去部８の予備加熱を行い配管内部の残留水を完全に蒸発させておく。

Ｓ０２と並行して、冷却水供給前の状態では、Ｓ０３で三方弁７の残留応力除去部８側を閉鎖し、Ｓ０４で三方弁７の貯水タンク２側を開放しておく。

次にＳ０５で給水ポンプ４を起動して冷却水１０を、図１に示す冷却水供給装置１の循環ループ内で循環させ、Ｓ０６で流量計６で冷却水１０の流量を測定する。冷却水１０の供給流量は、Ｓ０７で循環ループ内に設置した流量調整弁５の開度を調整するか、または給水ポンプ４の吐出量を調整することにより制御する。

次に、Ｓ０８で加熱装置１１で残留応力除去部８を例えば２００℃〜１０００℃の範囲で均一に加熱する。材料が特に、加熱によるσ脆化や４７５℃脆化が起こりやすいステンレス鋼、炭素鋼、低合金鋼の場合は、脆化温度より低い２００℃〜４２５℃、又は２００℃〜３７５℃に加熱する。一般に配管材料としては耐食性および熱処理特性を考慮してオーステナイト系ステンレス鋼が用いられる。

冷却水供給時には、Ｓ０９で三方弁７の残留応力除去部８側を開放し、Ｓ１０で三方弁７の貯水タンク２側を閉鎖することにより、Ｓ１１で流量を測定し、熱処理に必要な所定流量以上に制御した冷却水１０を残留応力除去部８に供給して残留応力除去部８を冷却する。これにより、配管３の残留応力除去部８を加熱昇温した状態から内面冷却により所定の温度差を与えて、確実な熱処理により残留応力を低減する。

残留応力除去部８に供給後の冷却水は、Ｓ１２で排水タンク９に排水する。

図４は、本発明の実施例２を示す模式図である。図４において、実施例１と同一部分は同一番号で示す。図４において、残留応力除去部８の冷却水流路下流側の配管系のうち、貯水タンク２と接続される配管系には開閉弁１２を有する冷却水の回収経路Rが設けられ、排水タンク８と接続される配管系には開閉弁１３が設けられている。

この実施例２では、三方弁７の貯水タンク２に循環接続される側を閉鎖し、開閉弁１２を開放し開閉弁１３を閉鎖することにより、残留応力除去部８に供給後の冷却水を貯水タンク２に戻すことができる。従って、排水タンク９、貯水タンク２の状態に応じて適切に流路を切替えることができる。

図５は、図４に示す実施例２に対し、排水タンク９と開閉弁１２，１３を除いて構成した例を示す。この構成によれば、残留応力除去部８に供給された冷却水１０は、常時回収経路Rを経由して貯水タンク２に回収されるため、管路構成を更に簡潔にすることができる。

本発明は、各種プラントにおいて、配管を加熱昇温した状態から内面冷却により温度差を与えて残留応力を低減する方法により、配管内面に作用する残留応力を低減する際の熱処理装置に利用できる。

１…冷却水供給装置
２…貯水タンク
３…配管
４…給水ポンプ
５…流量調整弁
６…流量計
７…三方弁
８…残留応力除去部
９…排水タンク
１０…冷却水
１１…加熱装置
１２、１３…開閉弁
S：循環経路
R：回収経路

Claims (13)

1. 貯水タンクと給水ポンプと流量計を有する冷却水供給装置と、加熱装置により加熱されるステンレス鋼配管の残留応力除去部とを備え、該残留応力除去部に所定流量の冷却水を供給して残留応力を除去するステンレス鋼配管の熱処理装置において、
   前記残留応力除去部と前記冷却水供給装置の間に流路切替装置を設け、前記冷却水供給装置の貯水タンクと給水ポンプと流量計と前記流路切替装置により冷却水流量を測定制御する循環ループを形成し、前記流路切替装置により貯水タンクの冷却水を前記残留応力部に供給するか、前記循環ループを経由して循環させるかを切替えることを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理装置。
2. 請求項１において、前記冷却水供給装置に流量調節弁を設けたことを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理装置。
3. 請求項１又は２において、前記残留応力除去部の冷却水流路下流側に、排水タンクを設けたことを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理装置。
4. 請求項１又は２において、前記残留応力除去部の冷却水流路下流側に、排水側に接続される開閉弁と、前記循環経路に接続される開閉弁を分岐して設けたことを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理装置。
5. 請求項１又は２において、前記残留応力除去部の冷却水流路下流側に、前記貯水タンクへの冷却水の回収経路を設けたことを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記ステンレス鋼配管は、オーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記熱処理装置は原子力発電プラント内に設けられたことを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理装置。
8. 貯水タンクと給水ポンプと流量計を有する冷却水供給装置と、加熱装置により加熱されるステンレス鋼配管の残留応力除去部とを備え、該残留応力除去部に所定流量の冷却水を供給して残留応力を除去するステンレス鋼配管の熱処理方法において、
   前記冷却水供給装置の貯水タンクと給水ポンプと流量計とにより冷却水流路の循環ループを形成し、前記循環ループ内の流量計により循環する冷却水量を測定制御し、
   次に前記残留応力除去部に接続される流路に切替えて、気中状態の残留応力除去部に供給開始された直後の冷却水量を供給制御する
   ことを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理方法。
9. 請求項８において、前記循環ループに循環する冷却水量を、前記残留応力除去部の残留応力を除去するために必要な冷却水量以上に制御することを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理方法。
10. 請求項８又は９において、前記残留応力除去部を内部が気中状態で加熱した後、残留応力除去部に冷却水を供給して残留応力を除去することを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理方法。
11. 請求項８又は９において、前記残留応力除去部を加熱する前に、一定温度で予備加熱して乾燥させ、前記残留応力除去部の内部を気中状態にすることを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理方法。
12. 請求項８乃至１１のいずれかにおいて、前記ステンレス鋼配管は、オーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理方法。
13. 請求項８乃至１２のいずれかにおいて、前記熱処理装置は原子力発電プラント内に設けられたことを特徴とするステンレス鋼配管の熱処理方法。

Images