JP2012121037A - 管板に対する管溶接部の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部に欠陥が生じた管を栓で塞ぐことなく、溶接に悪影響を及ぼす熱媒体が管板と管との間に残存していても、不純物の新たな溶接部への混入を阻止し得、溶接品質を低下させずに補修溶接を確実に行い得る管板に対する管溶接部の補修方法を提供する。
【解決手段】管板３に対する管２の欠陥が生じた溶接部を切除し、管２の端部を拡管することにより、貫通孔５に対する管２の隙間をなくし、拡管された管２外周と管板３との接触部に環状溝７を切削し、該環状溝７にリング８を埋め込み、該リング８を含め前記管２の端部を再度拡管し、該管２の端部と共に拡管されたリング８が埋め込まれた環状溝７を埋めるように初層溶接し、該初層溶接部９に重ねて前記切削した溶接部を埋め戻すように残層溶接する。
【選択図】図２

Description

本発明は、管板に対する管溶接部の補修方法に関するものである。

一般に、化学プラント等に用いられるシェル・アンド・チューブ形の多管式熱交換器としてのチューブリアクタは、円筒状のシェル内部に、多数の伝熱用の管を配設し、該管の両端部を管板で支持すると共に、前記シェルの両端に鏡板をフランジ接合し、前記管の内部には触媒を充填してあり、前記チューブリアクタの運転時には、一方の鏡板の内部へ原料ガスが供給されて接触気相酸化反応が行われ、該接触気相酸化反応によって生成された生成物が他方の鏡板の内部を経て送出されると共に、前記管外部における管板で仕切られたシェル内部には、反応熱を吸収するための熱媒体（HTS：Heat transfer salt）が流通されており、該熱媒体により前記接触気相酸化反応で生じた反応熱が除去されるようになっている。

そして、前記管の両端部は、管板に穿設された貫通孔に挿入接続し、該管板の表面（シェル内部に流通する熱媒体と接触しない側の表面）に直接溶接してあるが、該溶接部に傷等が発生し、そこから熱媒体が漏洩した場合には、パッチと称される板状の栓で前記管板に対する管の溶接部全体を覆うようにして、該管を塞ぐことが行われていた。

尚、前述の如きチューブリアクタと関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特開２００７−１８２９２９号公報

しかしながら、前述の如く、溶接部に欠陥が生じた管を栓で塞いでしまうのでは、その分だけ、熱交換率や触媒の反応率に寄与する管の本数が減ってしまい、プラントとしての効率が低下するという欠点を有していた。

そこで、前記管を栓で塞がないで、そのまま管が生かせる補修方法の開発が望まれているが、このように管を生かすためには、欠陥が生じた溶接部を切除して、新しく溶接し直す必要がある。

因みに、前記欠陥が生じた溶接部を切除する際には、前記シェル内部の熱媒体は抜き出されるが、該熱媒体を完全に抜き出すことは困難であり、このため、前記欠陥が生じた溶接部を切除すると、そこから残存した熱媒体が漏れてしまい、不純物が新たな溶接部に混ざり込み、溶接品質が低下するといった問題が生じることから、補修溶接ができなくなる虞があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、溶接部に欠陥が生じた管を栓で塞ぐことなく、溶接に悪影響を及ぼす熱媒体が管板と管との間に残存していても、不純物の新たな溶接部への混入を阻止し得、溶接品質を低下させずに補修溶接を確実に行い得る管板に対する管溶接部の補修方法を提供しようとするものである。

本発明は、管板に穿設された多数の貫通孔に対し管を挿入接続し溶接してなる管板に対する管溶接部の補修方法であって、
前記管板に対する管の欠陥が生じた溶接部を切除する溶接部切除工程と、
該溶接部切削工程で溶接部が切削された管の端部を拡管することにより、前記貫通孔に対する管の隙間をなくす第一拡管工程と、
該第一拡管工程で拡管された管外周と管板との接触部に環状溝を切削する環状溝切削工程と、
該環状溝切削工程で切削された環状溝にリングを埋め込むリング埋込工程と、
該リング埋込工程で環状溝に埋め込まれたリングを含め前記管の端部を再度拡管する第二拡管工程と、
該第二拡管工程で管の端部と共に拡管されたリングが埋め込まれた環状溝を埋めるように初層溶接する初層溶接工程と、
該初層溶接工程で溶接された初層溶接部に重ねて前記切削した溶接部を埋め戻すように残層溶接する残層溶接工程と
を有することを特徴とする管板に対する管溶接部の補修方法にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

前述の如く補修を行えば、従来のように、溶接部に欠陥が生じた管を栓で塞いでしまうのとは異なり、熱交換率や触媒の反応率に寄与する管の本数が減ってしまうことが避けられ、プラントとしての効率が低下する心配が全くなくなる。

又、仮に、前記環状溝を切削せず且つ該環状溝にリングを入れないで単に拡管のみを行った場合、熱媒体の漏れは一時的に防げるが、この状態で溶接をすると、溶接熱によって拡管部に残存した熱媒体が不純物として新たな溶接部に混ざり込んでしまうことは避けられない。しかしながら、本発明では、前記リングが介装される形となるため、残存した熱媒体が不純物として新たな溶接部である初層溶接部に混ざり込んでしまうことが避けられ、溶接品質が低下するといった問題が生じる心配もない。

本発明の管板に対する管溶接部の補修方法によれば、溶接部に欠陥が生じた管を栓で塞ぐことなく、溶接に悪影響を及ぼす熱媒体が管板と管との間に残存していても、不純物の新たな溶接部への混入を阻止し得、溶接品質を低下させずに補修溶接を確実に行い得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の管板に対する管溶接部の補修方法の実施例を示す断面図であって、（ａ）は欠陥が生じた溶接部を示す図、（ｂ）は欠陥が生じた溶接部を切除した状態（溶接部切除工程）を示す図、（ｃ）は溶接部が切削された管の端部を拡管した状態（第一拡管工程）を示す図、（ｄ）は拡管された管外周と管板との接触部に環状溝を切削した状態（環状溝切削工程）を示す図である。 本発明の管板に対する管溶接部の補修方法の実施例を示す断面図であって、（ａ）は切削された環状溝にリングを埋め込んだ状態（リング埋込工程）を示す図、（ｂ）は環状溝に埋め込まれたリングを含め管の端部を再度拡管した状態（第二拡管工程）、（ｃ）は管の端部と共に拡管されたリングが埋め込まれた環状溝を埋めるように初層溶接した状態（初層溶接工程）を示す図、（ｄ）は初層溶接部に重ねて前記切削した溶接部を埋め戻すように残層溶接した状態（残層溶接工程）を示す図である。 本発明の管板に対する管溶接部の補修方法が適用されるチューブリアクタの一例を示す全体概要構成図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１（ａ）〜図１（ｄ）、図２（ａ）〜図２（ｄ）、及び図３は本発明の管板に対する管溶接部の補修方法の実施例であって、該管板に対する管溶接部の補修方法が適用されるチューブリアクタは、一般に図３に示されるような構造を有しており、円筒状のシェル１内部に、多数の伝熱用の管２を配設し、該管２の両端部（図３の例では上下端部）を管板３で支持すると共に、前記シェル１の両端（図３の例では上下端）に鏡板４をフランジ接合し、前記管２の内部には触媒（図示せず）を充填してある。

前記チューブリアクタの運転時には、一方（図３の例では下側）の鏡板４の内部へ原料ガスが供給されて接触気相酸化反応が行われ、該接触気相酸化反応によって生成された生成物が他方（図３の例では上側）の鏡板４の内部を経て送出されると共に、前記管２外部における管板３で仕切られたシェル１内部には、反応熱を吸収するための熱媒体が流通されており、該熱媒体により前記接触気相酸化反応で生じた反応熱が除去されるようになっている。

前記管２の両端部（図３の例では上下端部）は、管板３に穿設された貫通孔５に挿入接続し、該管板３の表面（シェル１内部に流通する熱媒体と接触しない側の表面）に直接溶接してある。

そして、図１（ａ）には、前記管板３の貫通孔５に挿入接続された管２の溶接部６を示し、該溶接部６に欠陥が生じているものとする。尚、パッチと称される板状の栓（図示せず）で前記管板３に対する管２の溶接部６全体を覆うようにして、該管２を塞ぐことが行われている場合には、グラインダー又はホイールカッターにて前記栓を予め取り外しておく。

先ず、図１（ｂ）に示す如く、前記溶接部６のビードを開先加工機にて追い込み、削り取ることにより、前記管板３に対する管２の欠陥が生じた溶接部６を切除する（溶接部切除工程）。

続いて、図１（ｃ）に示す如く、前記溶接部切削工程で溶接部６が切削された管２の端部を拡管することにより、前記貫通孔５に対する管２の隙間をなくす（第一拡管工程）。因みに、前記管２として１インチ配管が用いられ、その外径が約２５［ｍｍ］、肉厚が約１．５［ｍｍ］である場合、前記管２の端部約２０［ｍｍ］の範囲を部分的に、専用の拡管器により拡管率が２〜３［％］程度となるよう拡管を行う。

前記第一拡管工程で管２の端部を拡管したら、図１（ｄ）に示す如く、前記拡管された管２外周と管板３との接触部に環状溝７を切削する（環状溝切削工程）。この場合、開先加工機のバイト形状を溝切り用に変えて、管２外周に深さ約８［ｍｍ］で、半径方向の幅が２〜３［ｍｍ］程度の環状溝７を加工すれば良い。尚、前記環状溝７の半径方向の幅のうち前記管２外周を削り取る量はおよそ０．２〜０．３［ｍｍ］程度とすれば良い。

ここで、前記環状溝７を加工した部分を水洗浄し、残存する熱媒体を溶解させ、その後、アルコール洗浄を行って乾燥させ、更に、バキュームにて前記アルコールに溶解した熱媒体を取り除くようにする。

更に、目視検査（ＶＴ）にて、前記環状溝７内に熱媒体、切子、鉄粉等が残存していないかを確認する。尚、必要に応じてＢＴＢ溶液検査を併用する。

前記環状溝切削工程で切削された環状溝７に異物が残存していないことを確認したら、図２（ａ）に示す如く、前記環状溝７にリング８を埋め込む（リング埋込工程）。該リング８の材質は、管板３と同じ材質、例えば、炭素鋼とし、ハンマー等で軽く叩いて環状溝７に嵌入する。

前記リング埋込工程で環状溝７にリング８を埋め込んだら、図２（ｂ）に示す如く、該リング８を含め管２の端部を再度拡管する（第二拡管工程）。該第二拡管工程では、前記第一拡管工程より広くした前記管２の端部約２５［ｍｍ］の範囲を部分的に、専用の拡管器により拡管率が２〜３［％］程度となるよう拡管を行う。

前記第二拡管工程でリング８を含め管２の端部を再度拡管したら、図２（ｃ）に示す如く、管２の端部と共に拡管されたリング８が埋め込まれた環状溝７を埋めるように初層溶接する（初層溶接工程）。該初層溶接工程においては、前記リング８を完全に溶かさないようにする。溶接方法としては、ガスタングステンアーク溶接（GTAW：Gas-shielded Tungsten Arc Welding）とし、自動、手動のいずれも可能であり、又、溶材としては軟鋼用溶材を選定できる。

前記初層溶接工程で管２の端部と共に拡管されたリング８が埋め込まれた環状溝７を埋めるように初層溶接したら、２４時間後に、初層溶接部９に対し、非破壊評価（NDE：Non-Destructive Evaluation）として浸透探傷（PT）或いは磁粉探傷（MT）を行う。

この後、図２（ｄ）に示す如く、該初層溶接部９に重ねて前記切削した溶接部６（図１（ａ）及び図１（ｂ）参照）を埋め戻すように残層溶接する（残層溶接工程）。該残層溶接工程における溶接方法としては、前記初層溶接工程と同様、ガスタングステンアーク溶接を採用でき、自動、手動のいずれも可能であり、又、溶材としては軟鋼用のものを選定できる。

前記残層溶接工程で初層溶接部９に重ねて前記切削した溶接部６を埋め戻すように残層溶接したら、２４時間後に、残層溶接部１０に対し、前記初層溶接部９と同様、非破壊評価として浸透探傷或いは磁粉探傷を行う。

以上のように補修を行えば、従来のように、溶接部６に欠陥が生じた管２を栓で塞いでしまうのとは異なり、熱交換率や触媒の反応率に寄与する管２の本数が減ってしまうことが避けられ、プラントとしての効率が低下する心配が全くなくなる。

又、仮に、前記環状溝７を切削せず且つ該環状溝７にリング８を入れないで単に拡管のみを行った場合、即ち、図１（ｃ）に示す状態とするだけでも熱媒体の漏れは一時的に防げるが、この状態で溶接をすると、溶接熱によって拡管部に残存した熱媒体が不純物として新たな溶接部に混ざり込んでしまうことは避けられない。しかしながら、本実施例では、前記リング８が介装される形となるため、残存した熱媒体が不純物として新たな溶接部である初層溶接部９に混ざり込んでしまうことが避けられ、溶接品質が低下するといった問題が生じる心配もない。

こうして、溶接部６に欠陥が生じた管２を栓で塞ぐことなく、溶接に悪影響を及ぼす熱媒体が管板３と管２との間に残存していても、不純物の新たな溶接部への混入を阻止し得、溶接品質を低下させずに補修溶接を確実に行い得る。

尚、本発明の管板に対する管溶接部の補修方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、チューブリアクタに限らず、溶接に悪影響を及ぼす熱媒体が管板と管との間に残存する可能性のあるものであれば、どのような機器にも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

２ 管
３ 管板
５ 貫通孔
６ 溶接部
７ 環状溝
８ リング
９ 初層溶接部
１０ 残層溶接部

Claims (1)

1. 管板に穿設された多数の貫通孔に対し管を挿入接続し溶接してなる管板に対する管溶接部の補修方法であって、
   前記管板に対する管の欠陥が生じた溶接部を切除する溶接部切除工程と、
   該溶接部切削工程で溶接部が切削された管の端部を拡管することにより、前記貫通孔に対する管の隙間をなくす第一拡管工程と、
   該第一拡管工程で拡管された管外周と管板との接触部に環状溝を切削する環状溝切削工程と、
   該環状溝切削工程で切削された環状溝にリングを埋め込むリング埋込工程と、
   該リング埋込工程で環状溝に埋め込まれたリングを含め前記管の端部を再度拡管する第二拡管工程と、
   該第二拡管工程で管の端部と共に拡管されたリングが埋め込まれた環状溝を埋めるように初層溶接する初層溶接工程と、
   該初層溶接工程で溶接された初層溶接部に重ねて前記切削した溶接部を埋め戻すように残層溶接する残層溶接工程と
   を有することを特徴とする管板に対する管溶接部の補修方法。

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