JP2012037140A - 復水器並びにその組立方法及び補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水内の異物による冷却管内面の損傷を抑制することができる復水器並びにその組立方法及び補修方法を提供すること。
【解決手段】両端を入口管板５ａ及び出口管板５ｂに支持され、冷却水として海水や河川水等が流通する冷却管４を備え、蒸気タービンからの排気蒸気を凝縮する復水器に対して、入口管板５ａ側における冷却管４の端部において、当該冷却管４の内周面にエキスパンダローラ３０による拡管によりインサートチューブ１０を取り付ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、蒸気タービンからの排気蒸気を凝縮する復水器並びにその組立方法及び補修方法に関する。

復水器は、蒸気タービンで仕事を終えた排気蒸気を、冷却管の内部を通過する冷却水によって凝縮させて復水とし、再びボイラ給水として系統内に戻すものである。復水器は、複数の冷却管を収容する上部胴と、上部胴へタービン排気蒸気を導く連結胴と、下部胴を備えており、火力・原子力発電所等に設置されている。冷却管は、当該冷却管の長手方向に間隔を介して配置された複数の管板に設けた貫通孔に挿入されており、当該複数の管板によって上部胴内に支持されている（特開２００６−１０５４３２号公報等参照）。

特開２００６−１０５４３２号公報

復水器の冷却水としては、海水や河川水等が利用されることがあり、砂等の異物が混入している場合がある。ところで、復水器において、水室から冷却水が供給される冷却管の入口側では、水室から冷却管内に流入する冷却水の流路面積の変化により冷却水の流速が増大する。そのため、冷却水中に多くの砂等の異物が含まれていると、冷却管の内周面が磨耗・侵食され損傷することがある。損傷した冷却管は交換することになるが、交換に要する付帯作業に多くの工数が必要となってしまう。

本発明の目的は、冷却水内の異物による冷却管内面の損傷を抑制することができる復水器並びにその組立方法及び補修方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、両端を管板に支持された冷却管を備える復水器において、前記冷却管の端部において、当該冷却管の内周面に取り付けられたインサートチューブを備えるものとする。

本発明によれば、冷却水内の異物による冷却管内面の損傷を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る復水器の横断面図。 図１中のII-II断面における断面図。 本発明の第１の実施の形態における冷却管４の端部における拡大図。 本発明の第１の実施の形態においてインサートチューブ１０を冷却管４内に挿入する手順の説明図。 本発明の第１の実施の形態においてインサートチューブ１０を冷却管４内に取り付ける手順の説明図。 冷却水に含まれる異物によって冷却管４内が損傷する原因を説明するための冷却管４の断面図。 冷却水に含まれる生物がインサートチューブ１０と冷却管４の隙間に侵入した状態を示す図。 冷却水に含まれる生物がインサートチューブ１０と冷却管４の隙間で成長した状態を示す図。 本発明の第２の実施の形態における冷却管４の端部における拡大図。 本発明の第２の実施の形態においてインサートチューブ１０を冷却管４内に挿入する手順の説明図。 本発明の第２の実施の形態においてインサートチューブ１０を冷却管４内に取り付ける手順の説明図。 本発明の第２の実施の形態においてインサートチューブ１０を冷却管４内に挿入する他の手順の説明図。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る復水器の横断面図であり、図２は図１中のII-II断面における断面図（正面図）である。これらの図において、蒸気により駆動する蒸気タービン１から排出される蒸気（排気蒸気）２は、復水器３の下部胴３ａ内に収納された複数の冷却管４において、当該冷却管４の中を流通する冷却水と熱交換することで冷却され復水する。複数の冷却管４は一群に纏められており、入口管板５ａ及び出口管板５ｂと、入口管板５ａ及び出口管板５ｂの間に適宜設置される支持板（図示せず）により支持されている。入口管板５ａ，出口管板５ｂには冷却管４の取り付け位置に合わせて貫通孔５１が設けられており、入口管板５ａ，出口管板５ｂは貫通孔５１を介して冷却管４の両端部を固定及び支持している。このように冷却細管４を纏めた集合を、一般に「管巣」という。本実施の形態における復水器では、管巣は図２に示すように２個並列に配置されている。

冷却管４には、冷却水入口６ａから入口水室７ａに導かれた冷却水が通水される。冷却水としては、海水、河川水等、異物を含む水が利用されることがある。冷却管４を通過した冷却水は、出口水室７ｂを経由して冷却水出口６ｂから排出される。また、復水は下部胴３ａの底部に貯水される。貯水された復水は、復水出口１０から復水器３外に排出され、ボイラ等の蒸気発生装置等へ供給される。また、入口管板５ａと出口管板５ｂは、蒸気２が凝縮される胴体内と入口水室７ａ及び出口水室７ｂとの間のシーリングを兼ねており、海水が胴体内に流入するのを防止している。

図３は本発明の第１の実施の形態における冷却管４の端部における拡大図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。この図に示すように、冷却管４は、入口管板５ａに設けた貫通孔５１に挿入された後に拡管により貫通孔５１の内周面に密着されている。ここで、拡管とは、拡管装置を利用して対象となる管（冷却管）をその径方向外側に強制的に押し広げて固着させる方法である。具体的な拡管方法としては、エキスパンダローラ３０（後述）を冷却管内に挿入して冷却管４を押し広げて管板に密着させるエキスパンダ加工法や、液圧をかけることで冷却管内面に均一な圧力をかけて管を拡げる液圧拡管法などがある。さらに、冷却管４の入口管板５ａ側の端部には溶接部２０が設けられている。溶接部２０は、拡管後に冷却管４の端部（管端）を入口管板５ａに溶接して形成されたものである。冷却管４の材質としては、例えば、冷却水が海水の場合にはチタンを用いることが好ましく、淡水（河川水等）の場合にはステンレス鋼を用いることが好ましい。

冷却管４の端部における内周面上にはインサートチューブ１０が取り付けられている。インサートチューブ１０は、冷却管４の内径よりも外径が小さい円筒状の短管であり、その冷却水流入側の端部には冷却水流出側に反り返ったつば部１１を有している。また、本実施の形態におけるインサートチューブ１０は、冷却管４と同等の肉厚を有しており、その軸方向長さは入口管板５ａの厚みよりも長くなっている。なお、インサートチューブ１０は冷却管４と同じ材質の金属を用いることが好ましい。これは異なる材質の金属を接触させたときに生じる電位差によって発生する腐食（異種金属接触腐食）を回避するためである。

ここで本実施の形態に係る復水器を組み立てる場合におけるインサートチューブ１０の取り付け手順について説明する。図４はインサートチューブ１０を冷却管４内に挿入する手順の説明図であり、図５はインサートチューブ１０を冷却管４内に取り付ける手順の説明図である。

インサートチューブ１０を取り付けるときには、図４に示すように、まず、冷却管４の内部に当該冷却管４の端部からインサートチューブ１０を挿入する。そして、冷却管４内に挿入したインサートチューブ１０内にエキスパンダローラ３０を挿入する。図５に示したエキスパンダローラ（拡管装置）３０は、先端に向かって細くなるテーパ状に形成されたマンドレル（回転軸）３１と、マンドレル３１の外周に取り付けられたローラ３２を備えている。マンドレル３１を押し回すと、ローラ３２がマンドレル３１の径方向外側に押し出され、ローラ３２の外周側に位置する拡管対象物を変形させることができる。図５に示すように、エキスパンダローラ３０を挿入しマンドレル３１を押し回すと、インサートチューブ１０（冷却管４）の径方向外側にローラ３２が押し出されインサートチューブ１０を変形させながら冷却管４の内周面に向かって押し付ける。このようにインサートチューブ１０を拡管することで、インサートチューブ１０を冷却管４の内周面上に固定することができる。

図６は冷却水に含まれる異物によって冷却管４内が損傷する原因を説明するための冷却管４の断面図である。冷却管４内を冷却水が流入すると、この図に示したように、入口管板５ａ側に位置する冷却管４端部の内部において冷却管４の径方向外側に広がる渦６１が生じる。ここで、砂等の異物を多く含む海水や河川水等を冷却水として利用した場合には、冷却水に含まれる異物６２が渦６１の流れに乗って冷却管４の内周面に高速で衝突し（インレットアタック）、冷却管４の内周面に損傷６３を発生させることがある。

そこで、本実施の形態では、冷却管４の端部において、冷却管４の内周面にインサートチューブ１０を取り付けた。このようにインサートチューブ１０を取り付けると、インサートチューブ１０と冷却管４が二重構造となり、冷却管４の代わりにインサートチューブ１０がインレットアタックを受けることとなるので、冷却管４を保護することができる。すなわち、本実施の形態によれば、冷却水内の異物による冷却管４の内面の損傷を抑制することができる。

なお、インサートチューブ１０の長さは、インレットアタックによる損傷部分を覆うことができる長さであれば良い。すなわち、図４や図６に示すように冷却管４の内周面において入口管板５ａの貫通孔５１の内部に相当する部分に損傷が発生する場合には、本実施の形態のように入口管板５ａの厚みよりインサートチューブ１０を長くすれば良い。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。ここでは、まず、本実施の形態が解決すべき課題について図面を用いて説明する。図７は冷却水に含まれる生物がインサートチューブ１０と冷却管４の隙間に侵入した状態を示す図である。冷却管４内に供給される冷却水には、異物として上記の砂などの他に貝等の水生生物が混入していることがある。そのため、インサートチューブ１０と冷却管４との間に隙間（ギャップ）があると、図７に示すように水生生物８１が当該隙間に侵入することがある。そして、隙間に侵入した水生生物８１が図８に示すように成長して、冷却管４及びインサートチューブ１０が損傷する可能性がある。本実施の形態はこのような事情を鑑みて創作されたものである。

図９は本発明の第２の実施の形態における冷却管４の端部における拡大図である。この図に示すように、インサートチューブ１０の外周面と冷却管４の内周面の間には充填材７０が充填されている。充填材１０としては、（ａ）触媒を加えることで液体から弾性力を有するゴム状の固体に硬化するシリコーンや、（ｂ）インサートチューブ１０と冷却管４の隙間で膨張するその他の弾性体が利用可能である。充填材１０として後者の弾性体を利用する場合には、インサートチューブ１０の外周面又は冷却管４の内周面に巻き付けることができる線状又は板状物体や、インサートチューブ１０の外周面又は冷却管４の内周面に取り付けることができる円筒状物体等であればよく、例えば、水分を含むことでスポンジのように膨張するものが好ましい。

なお、図９の例では、復水器３の組立容易性を優先する観点から、インサートチューブ１０の軸方向の全域にわたって充填材７０を充填したが、インサートチューブ１０と冷却管４の隙間への水生生物の侵入を防止する観点からは、充填材７０は冷却管４内部における隙間の開口部を塞ぐように充填すれば足りる。すなわち、図９の例では、インサートチューブ１０における冷却水出口側の端部に位置する開口部７１が充填材７０で塞がれれば良い。また、図９では、インサートチューブ１０における冷却水入口側の端部（つば部１１の端部）において、入口管板５ａとつば部１１の間に隙間７２が形成されているが、当該隙間７２に水生生物が侵入しても冷却管４が損傷することはない。そのため、冷却管４の損傷防止という観点からは隙間７２を充填材７０で満たす必要性は低い。

次に本実施の形態に係る復水器を組み立てる場合におけるインサートチューブ１０の取り付け手順について説明する。図１０はインサートチューブ１０を冷却管４内に挿入する手順の説明図であり、図１１はインサートチューブ１０を冷却管４内に取り付ける手順の説明図である。

インサートチューブ１０を取り付けるときには、図１０に示すように、まず、冷却管４の端部における内周面において、冷却管４の軸方向の所定の範囲に対して当該冷却管４の周方向全域にわたるように充填材７０を付着させる。冷却管４の軸方向において充填材７０を付着させる位置は、インサートチューブ１０の長さを考慮すれば良く、インサートチューブ１０を取り付けたときに少なくともインサートチューブ１０の冷却水出口側における先端部と冷却管４の間の隙間７１（図９参照）が塞がれるように付着させれば良い。冷却管４の内周面に充填材７０を付着させたら、冷却管４の内部に当該冷却管４の端部からインサートチューブ１０を挿入する。そして、冷却管４内に挿入したインサートチューブ１０内にエキスパンダローラ３０を挿入する。図１１に示すように、エキスパンダローラ３０を挿入しマンドレル３１を押し回すと、インサートチューブ１０（冷却管４）の径方向外側にローラ３２が押し出されインサートチューブ１０を変形させながら冷却管４の内周面に向かって押し付ける。このようにインサートチューブ１０を拡管することで、インサートチューブ１０を冷却管４の内周面上に充填材７０を介して固定することができる。

また、インサートチューブ１０の取り付け手順には上記の他にも次のものがある。図１２はインサートチューブ１０を冷却管４内に挿入する他の手順の説明図である。この取り付け手順では、インサートチューブ１０を冷却管４の内部に挿入するのに先立って、まず、インサートチューブ１０の外周面に対して当該インサートチューブ１０の周方向全域にわたるように充填材７０を付着させる。インサートチューブ１０の軸方向において充填材７０を付着させる位置の目安としては、インサートチューブ１０を冷却管４に取り付けたときに少なくともインサートチューブ１０の冷却水出口側における先端部と冷却管４の間の隙間７１（図９参照）が塞がれるようにインサートチューブ１０の先端部に付着させれば良いが、図１２に示すようにつば部１１を除いた円柱部分に付着させて復水器３の組立容易性の向上を図っても良い。インサートチューブ１０の外周面に充填材を付着させたら、冷却管４の内部に当該冷却管４の端部からインサートチューブ１０を挿入する。そして、図１１の場合と同様に、インサートチューブ１０内にエキスパンダローラ３０を挿入してインサートチューブ１０を拡管すれば、インサートチューブ１０を冷却管４の内周面上に充填材７０を介して固定することができる。

上記のように構成された本実施の形態に係る復水器によれば、インサートチューブ１０の冷却水出口側における先端部と冷却管４の間の隙間７１を充填材７０で埋めることができるので、インサートチューブ１０と冷却管４の隙間に水生生物が侵入することを防止することができる。これにより、冷却水内の異物による冷却管内面の損傷を抑制することができる。

なお、上記の各実施の形態において、冷却管４に取り付けたインサートチューブ１０の損傷が大きくなった場合には、インサートチューブ１０を適宜交換すれば良い。インサートチューブ１０の交換は冷却管４自体の交換よりも容易なので、交換に要する付帯作業の工数を低減することができる。また、本実施の形態に係るインサートチューブ１０は、既存の復水器における冷却管４にインレットアタックによる損傷が発生した場合（図４等参照）に当該冷却管４を補修する目的で追加設置しても良い。この場合には既存の復水器３における冷却管４の交換を回避することができるので、蒸気タービンの停止期間を短縮することができる。

また、上記の説明においては、冷却管４の入口管板５ａ側にインサートチューブ１０を取り付ける場合について説明したが、冷却管４の出口管板５ｂ側にインサートチューブ１０を取り付けても良い。

３ 復水器
４ 冷却管
５ａ 入口管板
５ｂ 出口管板
７ａ 入口水室
７ｂ 出口水室
１０ インサートチューブ
１１ つば部
２０ 溶接部
３０ エキスパンダローラ
７０ 充填材

Claims (8)

1. 両端を管板に支持された冷却管を備える復水器において、
   前記冷却管の端部における内周面上に取り付けられたインサートチューブを備えることを特徴とする復水器。
2. 両端を管板に支持された冷却管を備える復水器において、
   前記冷却管の端部における内周面上に取り付けられたインサートチューブと、
   前記インサートチューブの外周面と前記冷却管の内周面の間に充填された充填材とを備えることを特徴とする復水器。
3. 前記充填材はシリコーンであることを特徴とする請求項２に記載の復水器。
4. 前記充填材は弾性体であることを特徴とする請求項２に記載の復水器。
5. 両端を管板に支持された冷却管を有する復水器の組立方法において、
   前記冷却管の内部にインサートチューブを挿入する手順と、
   前記挿入したインサートチューブを拡管して前記冷却管の内周面上に取り付ける手順とを備えることを特徴とする復水器の組立方法。
6. 両端を管板に支持された冷却管を有する復水器の組立方法において、
   前記冷却管の端部における内周面に充填材を付着させる手順と、
   前記充填材を付着した後に前記冷却管の内部にインサートチューブを挿入する手順と、
   前記挿入したインサートチューブを拡管して前記冷却管の内周面上に前記充填材を介して取り付ける手順とを備えることを特徴とする復水器の組立方法。
7. 両端を管板に支持された冷却管を有する復水器の組立方法において、
   インサートチューブの外周面に充填材を付着させる手順と、
   前記充填材を付着したインサートチューブを前記冷却管の内部に挿入する手順と、
   前記挿入したインサートチューブを拡管して前記冷却管の内周面上に取り付ける手順とを備えることを特徴とする復水器の組立方法。
8. 両端を管板に支持された冷却管を有する復水器の補修方法において、
   前記冷却管の内部にインサートチューブを挿入する手順と、
   前記挿入したインサートチューブを拡管して前記冷却管の内周面上に取り付ける手順とを備えることを特徴とする復水器の補修方法。

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