JP2013158823A - 検査孔閉止構造および検査孔閉止構造の改修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クリープ損傷の発生を抑制できるとともに、閉止プラグの交換が容易な蒸気配管における検査孔閉止構造を提供すること。
【解決手段】検査孔４は、蒸気配管２の内周側に形成された小径部４ｂと、蒸気配管２の外周側に小径部４ｂよりも大径に形成された大径部４ｃとからなり、閉止プラグ１０は、検査孔４の小径部４ｂに嵌挿される胴部１０ｂと、胴部１０ｂよりも大径に形成された検査孔４の大径部４ｃに嵌挿される肩部１０ｃと、肩部１０ｃよりも大径に形成された頭部１０ａとを有し、蒸気配管２の外周側より閉止プラグ１０を検査孔４に嵌挿し、蒸気配管２の外周面２ｓと外周面２ｓから突出する頭部１０ａとを溶接することで、検査孔４が閉止プラグ１０によって閉止されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気配管における検査孔の閉止構造とその改修方法に関する。

火力発電プラント等においては、発生した高温高圧の蒸気を蒸気配管系によってタービン等へ導流する。かかる蒸気配管系は、複数の蒸気配管がプラント現場において溶接されることで構築される。現場で溶接された蒸気配管は、その溶接に欠陥がないかを放射線透過試験によって検査される。このため、蒸気配管系の接合部の近傍には、蒸気配管の内部に放射線透過試験用の検査装置を挿入するための検査孔が穿孔されている。

この放射線透過試験による溶接の検査は、溶接後、１度だけ行われるのが通常であり、それ以降の定期的な検査は、蒸気配管の外部から検査できる例えば超音波探傷試験等によって行われる。よって、上述した検査孔は、放射線透過試験の完了後に閉止プラグによって閉止され、以後、基本的に閉止プラグの交換時期を迎えるまで閉止されたままの状態となる。

図８は、従来の検査孔閉止構造を示した図であり、図８（ａ）は縦断面図、図８（ｂ）は平面図である。図８（ａ）に示したように、従来の検査孔閉止構造１００では、蒸気配管１０２に形成されている検査孔１０４に閉止プラグ１１０が嵌挿され、その頭部１１０ａのテーパ面１１０ａ´と、蒸気配管１０２の外周面１０２ｓとが溶接部１０６によって溶接されることで、検査孔１０４が閉止プラグ１１０によって閉止される。

また例えば、従来の検査孔閉止構造として、特許文献１にかかる閉止構造が本出願人によって開示されている。

特開２００４−２１９１９２号公報

しかしながら、図８に示した従来の検査孔閉止構造１００では、検査孔閉止後の早い段階で、溶接熱影響部１０７にクリープ損傷が発生することがあった。このクリープ損傷は、図８（ｂ）におけるａ部において特に顕著に発生する場合があった。これは、クリープ損傷の発生要因として、蒸気配管の内圧による閉止プラグ押上げ力のほかに、蒸気配管に発生するフープ応力が大きく影響しているためと考えられた。クリープ損傷が発生した溶接熱影響部１０７を放置すると、蒸気の漏出や閉止プラグの損壊に繋がる恐れがある。このため、クリープ損傷が発生した検査孔閉止構造１００については、閉止プラグの耐用年数の前であっても閉止プラグ１１０の再交換等の対策を施す必要があり、コスト増の要因となっていた。

また、閉止プラグ１１０の交換時には、図９に示したように、グラインダー等で閉止プラグ１１０の頭部１１０ａと胴部１１０ｂとを切断し、切断後に検査孔１０４に嵌挿されている胴部１１０ｂを引き上げることで既設の閉止プラグ１１０を撤去するが、この際、胴部１１０ｂが蒸気配管１０２の内部に落下する恐れがあり、作業効率の低下を招いていた。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、クリープ損傷の発生を抑制できるとともに、閉止プラグの交換が容易な蒸気配管における検査孔閉止構造を提供することを目的としている。

また本発明は、既設の検査孔閉止構造を上述した本発明の検査孔閉止構造に改修するための改修方法を提供することを目的としている。

本発明は、上述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、
本発明の検査孔閉止構造は、
蒸気が流れる蒸気配管と、該蒸気配管に形成された検査孔を閉止するための閉止プラグと、からなる検査孔閉止構造において、
前記検査孔は、前記蒸気配管の内周側に形成された小径部と、前記蒸気配管の外周側に前記小径部よりも大径に形成された大径部とからなり、
前記閉止プラグは、前記検査孔の小径部に嵌挿される胴部と、該胴部よりも大径に形成された前記検査孔の大径部に嵌挿される肩部と、該肩部よりも大径に形成された頭部とを有し、
前記蒸気配管の外周側より閉止プラグを検査孔に嵌挿し、前記蒸気配管の外周面と該外周面から突出する前記頭部とを溶接することで、前記検査孔が閉止プラグによって閉止されていることを特徴とする。

このように本発明の検査孔閉止構造は、蒸気配管と、該蒸気配管に形成された検査孔を閉止するための閉止プラグとからなる検査孔閉止構造において、その検査孔が、蒸気配管の内周側に形成された小径部と、蒸気配管の外周側に小径部よりも大径に形成された大径部とから構成されている。また、その閉止プラグが、検査孔の小径部に嵌挿される胴部と、該胴部よりも大径に形成された検査孔の大径部に嵌挿される肩部と、該肩部よりも大径に形成された頭部を有している。

すなわち、本発明の検査孔閉止構造では、肩部が形成されている分だけ従来よりも頭部が大径に形成される。よって、頭部が大径に形成される分だけ蒸気配管の外周面との溶接延長も長くなっており、溶接延長が長くなる分だけ溶接熱影響部に発生する内部応力が小さくなる。これにより、溶接熱影響部におけるクリープ損傷の発生を抑制することができる。

また、閉止プラグの検査孔に嵌挿される部分が、胴部と肩部とからなる２段形状に形成されており、閉止プラグの交換時に既設の閉止プラグが蒸気配管の内部に落下する恐れがないため、閉止プラグの交換を容易に行うことができる。

また、本発明の検査孔閉止構造の改修方法は、
蒸気が流れる蒸気配管と、該蒸気配管に形成された検査孔を閉止するための閉止プラグと、からなる検査孔閉止構造の改修方法において、
前記蒸気配管に形成されている既設検査孔を閉止している既設閉止プラグを撤去する撤去工程と、
前記蒸気配管に形成されている既設検査孔の外周側を拡径し、前記蒸気配管の内周側に形成される小径部と、前記蒸気配管の外周側に前記小径部よりも大径に形成される大径部とからなる検査孔を形成する検査孔形成工程と、
前記検査孔の小径部に嵌挿される胴部と、該胴部よりも大径に形成された前記検査孔の大径部に嵌挿される肩部と、該肩部よりも大径に形成された頭部とを有する閉止プラグを用意する閉止プラグ準備工程と、
前記蒸気配管の外周側より閉止プラグを検査孔に嵌挿し、前記蒸気配管の外周面と、該外周面から突出する前記頭部とを溶接することで、前記検査孔を閉止プラグによって閉止する検査孔閉止工程と、を備えることを特徴とする。

このような本発明の検査孔閉止構造の改修方法によれば、従来形状からなる既設の検査孔閉止構造を上述した本発明の検査孔閉止構造へと容易に改修することができる。

本発明の検査孔閉止構造によれば、クリープ損傷の発生を抑制できるとともに、閉止プラグの交換を容易に行うことができる。
また、本発明の検査孔閉止構造の改修方法によれば、既設の検査孔閉止構造を上述した本発明の検査孔閉止構造へと容易に改修することができる。

火力発電プラント等における蒸気配管系の一例を示した図である。 本発明の検査孔閉止構造を示した図である。 本発明の蒸気配管に形成されている検査孔を示した縦断面図である。 本発明の閉止プラグを示した断面図である。 本発明の閉止プラグを交換する場合について説明するための図である。 本発明の検査孔閉止構造の改修方法について説明するための図である。 解析条件を説明するための図である。 従来の検査孔閉止構造を示した図である。 従来の閉止プラグを交換する場合について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、火力発電プラント等において、高温高圧の蒸気が流れる蒸気配管系の一例を示した図である。図１に示したように、蒸気配管系Ａは複数の蒸気配管２、２、２・・・が現場において溶接されることで構築されており、その溶接部の近傍には、蒸気配管２の内部に放射線透過試験用の検査装置を挿入するための検査孔が形成されている。図１に示したように、１つの蒸気配管系に対して多数の検査孔が形成されており、該検査孔は検査孔閉止構造１、１、１・・・によって閉止されている。

図２は、本発明の検査孔閉止構造を示した図であり、図２（ａ）は縦断面図、図２（ｂ）は平面図である。図２（ａ）に示したように、本発明の検査孔閉止構造１は、蒸気配管２に形成されている検査孔４に閉止プラグ１０が嵌挿され、蒸気配管２と閉止プラグ１０とが溶接部６にて溶接されることで構成されている。なお符号７は、溶接部６を溶接する際の熱影響によって金属の機械的性質が変化した範囲（溶接熱影響範囲）を示している。

検査孔４は、図３に示したように、蒸気配管２の内周側に形成された小径部４ｂと、蒸気配管２の外周側に小径部４ｂよりも大径に形成された大径部４ｃとから構成される。小径部４ｂの大きさは、蒸気配管２の内部に放射線透過試験用の検査装置を挿入するために必要な最少径となっており、基本的に従来の検査孔１０４と同一径に形成される。

閉止プラグ１０は、図４に示したように、上述した検査孔４の小径部４ｂの孔径と略同一径に形成される胴部１０ｂと、上述した検査孔４の大径部４ｃと略同一径に形成される肩部１０ｃと、肩部１０ｃよりも大径に形成される頭部１０ａとから構成されている。また、頭部１０ａの下面にはテーパ面１０ａ´が形成されている。このテーパ面１０ａ´の形状および寸法は、頭部１０ａと蒸気配管２の外表面２ｓとの溶接に必要な開先形状となるように決定され、基本的に従来のテーパ面１１０ａ´と同様の形状および寸法として形成される。したがって、本発明の閉止プラグ１０は、従来の閉止プラグ１１０と比べて、肩部１０ｃが形成されている分だけ従来よりも頭部１０ａが大径に形成されている。なお、符号１１はボルト挿入孔を示している。

そして、蒸気配管２の外周側より、胴部１０ｂを先にして閉止プラグ１０を検査孔４に挿入し、小径部４ｂに胴部１０ｂを嵌挿するとともに、大径部４ｃに肩部１０ｃを嵌挿する。そして、蒸気配管２の外周面２ｓと該外周面２ｓから突出する頭部１０ａとを溶接することで、検査孔４が閉止プラグ１０によって閉止される。

このように構成される本発明の検査孔閉止構造１は、閉止プラグ１０に肩部１０ｃが形成されている分だけ従来よりも頭部１０ａが大径に形成される。よって、頭部１０ａが大径に形成される分だけ蒸気配管２の外周面２ｓとの溶接延長も長くなっており、溶接延長が長くなる分だけ溶接熱影響範囲７に発生する内部応力が小さくなる。これにより、溶接熱影響範囲７におけるクリープ損傷の発生を抑制することができるようになっている。

また、閉止プラグ１０の検査孔４に嵌挿される部分が、胴部１０ｂと肩部１０ｃとからなる２段形状に形成されている。したがって、閉止プラグ１０の交換時において、図５に示したように、グラインダー等で閉止プラグ１０の頭部１０ａと胴部１０ｂとを切断した場合でも、肩部１０ｃが引っ掛かりとなり、閉止プラグ１０が蒸気配管２の内部に落下する恐れがないため、閉止プラグ１０の交換を容易に行うことができる。

上述のように構成される本発明の検査孔閉止構造１は、既設の検査孔閉止構造を以下に示す方法によって改修することで容易に構築することが可能である。

すなわち、蒸気配管２に形成されている既設検査孔１０４を閉止している既設閉止プラグを撤去した後（撤去工程）、図６（ａ）〜（ｂ）に示したように、既設検査孔１０４の外周側部分１０４´を穿孔することで既設検査孔１０４を拡径し、蒸気配管２の内周側に形成される小径部４ｂと、蒸気配管２の外周側に小径部４ｂよりも大径に形成される大径部４ｃとからなる検査孔４を形成する（検査孔形成工程）。

そして、上述した閉止プラグ１０を用意し（閉止プラグ準備工程）、図６（ｂ）〜（ｃ）に示したように、蒸気配管２の外周側より閉止プラグ１０を検査孔４に嵌挿し、蒸気配管２の外周面２ｓと、外周面２ｓから突出する頭部１０ａのテーパ面１０ａ´とを溶接することで、検査孔４を閉止プラグ１０によって閉止する（検査孔閉止工程）ことで、図６（ｃ）に示したように、本発明の検査孔閉止構造１が構築される。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

以下、実施例として、本発明の検査孔閉止構造および従来の検査孔閉止構造において、溶接部に作用する応力をＦＥＭにより解析した結果について説明する。図７は、解析条件を説明するための図であり、図７（ａ）は、本発明の検査孔閉止構造１を示した縦断面図、図７（ｂ）は、従来の検査孔閉止構造１００を示した縦断面図である。

＜解析条件＞
蒸気配管２、１０２は、ともに管径はφ４０６．４ｍｍ、管厚は７２ｍｍ、材質は火ＳＴＰＡ２８である。また、蒸気配管２、１０２の内部圧力は、ともに２４ＭＰａ、温度は５９０℃である。

本発明の閉止プラグ１０と従来の閉止プラグ１１０では、その胴部の径ｄ１、ｄ２はともにφ３５ｍｍで等しくなっている。また、頭部の高さｈ１、ｈ２も、ともに３０ｍｍで等しくなっている。また、両者ともに材質は火ＳＦＶＡＦ２８である。

本発明の閉止プラグ１０では、その肩部１０ｃの径がｄ１よりも２β（１０ｍｍ）だけ拡径されており、その２β分だけ、頭部１０ａの径Ｄ１（７０ｍｍ）も、従来の頭部１１０ａの径Ｄ２（６０ｍｍ）よりも大きくなっている。なお、肩部１０ｃの高さαは１０ｍｍとなっている。

＜解析結果＞
図７のｂ部に生じる応力は、従来の検査孔閉止構造１００では約２４０ＭＰａであったのに対し、本発明の検査孔閉止構造１では約２３０ＭＰａとなった。本解析結果より、本発明の検査孔閉止構造１では、従来と比べて溶接熱影響範囲７に作用する応力が減されることが確認された。

本発明は、火力発電プラントや原子力発電プラント等において用いられている蒸気配管における検査孔の閉止構造とその改修方法として、好適に利用することが可能である。

１ 検査孔閉止構造
２ 蒸気配管
４ 検査孔
４ｂ 小径部
４ｃ 大径部
６ 溶接部
７ 溶接熱影響範囲
１０、１０Ａ 閉止プラグ
１０ａ 頭部
１０ｂ 胴部
１０ｃ 肩部
１１ ボルト挿入孔

Claims (2)

1. 蒸気が流れる蒸気配管と、該蒸気配管に形成された検査孔を閉止するための閉止プラグと、からなる検査孔閉止構造において、
   前記検査孔は、前記蒸気配管の内周側に形成された小径部と、前記蒸気配管の外周側に前記小径部よりも大径に形成された大径部とからなり、
   前記閉止プラグは、前記検査孔の小径部に嵌挿される胴部と、該胴部よりも大径に形成された前記検査孔の大径部に嵌挿される肩部と、該肩部よりも大径に形成された頭部とを有し、
   前記蒸気配管の外周側より閉止プラグを検査孔に嵌挿し、前記蒸気配管の外周面と該外周面から突出する前記頭部とを溶接することで、前記検査孔が閉止プラグによって閉止されていることを特徴とする検査孔閉止構造。
2. 蒸気が流れる蒸気配管と、該蒸気配管に形成された検査孔を閉止するための閉止プラグと、からなる検査孔閉止構造の改修方法において、
   前記蒸気配管に形成されている既設検査孔を閉止している既設閉止プラグを撤去する撤去工程と、
   前記蒸気配管に形成されている既設検査孔の外周側を拡径し、前記蒸気配管の内周側に形成される小径部と、前記蒸気配管の外周側に前記小径部よりも大径に形成される大径部とからなる検査孔を形成する検査孔形成工程と、
   前記検査孔の小径部に嵌挿される胴部と、該胴部よりも大径に形成された前記検査孔の大径部に嵌挿される肩部と、該肩部よりも大径に形成された頭部とを有する閉止プラグを用意する閉止プラグ準備工程と、
   前記蒸気配管の外周側より閉止プラグを検査孔に嵌挿し、前記蒸気配管の外周面と、該外周面から突出する前記頭部とを溶接することで、前記検査孔を閉止プラグによって閉止する検査孔閉止工程と、を備えることを特徴とする検査孔閉止構造の改修方法。

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