JP2014077588A - ボイラチューブ用補強具、その製造方法及びボイラチューブの補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラチューブに発生した膨出部に対する補強手段として、簡易かつ低コストで、次回定期点検まで補強強度を持続可能な応急的補強手段を実現する。
【解決手段】耐熱性を有する金属製ワイヤ１２で施工対象となるボイラチューブｔの外径より小さい内径を有する中空円筒形状の補強具１０を製造する。この補強具１０をボイラチューブｔの膨出部ｅに巻回し、ワイヤ１２の両端に引張力を付与し、膨出部ｅに対して押圧力を付加した絞り込みを行う。この状態で補強具１０の両端部位をスポット溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、火力発電所に設けられたボイラのボイラチューブ等に適用でき、ボイラチューブの膨出部を応急的に補強する補強具、その製造方法及び補強方法に関する。

火力発電所に設けられたボイラに取り付けられ、高温域に配置されるボイラチューブは、炭化した油分等の付着によって局部過熱が起こり、これが原因となって、減肉やクリープ劣化による膨出変形、あるいは圧潰やクラック等が発生する。例えば、ボイラに設けられた過熱器の管寄せに接続されて管台パネルを構成するボイラチューブでは、５８０〜６１０℃で超臨界圧の加熱蒸気が流れるため、クリープ劣化に起因した膨出部が発生しやすい。膨出変形が認められたら、通常、膨出部を切断し、新しい管と取り替えていた。この場合、切断→開先加工→溶接→（材質によって）熱処理からなる作業工程を行う必要があり、時間を要する。

即ち、図８に示すように、ボイラチューブｔに膨出部ｅが発生した場合、膨出部ｅの両側部位に設定した切断線ｃでボイラチューブｔを切断する。切断後、新管ｔｎの両端を切断線ｃに溶接する。時間的余裕があり、新管のストックがある場合、かかる補修を行うのが最善であるが、時間的余裕がない場合や、新管のストックがない場合は対応できない。そのため、次回定期点検までの間、応急的な対策が求められる。

特許文献１には、ボイラ、タービン等で、クリープ損傷により劣化した部位を再生する技術が開示されている。この方法は、クリープ劣化した部位を選択的に補修溶接し、その後、該劣化部位をクランプにより拘束した状態で、高周波加熱コイルを用いて加熱し、再生熱処理するものである。

この補修手段は、従来の取替え作業と比べて、劣化部位を切断する工程を省略でき、作業工程を簡素化できる利点がある。しかし、クランプ装置や高周波加熱コイルを装備した比較的大掛かりな装置を必要とする。そのため、火力発電所に設けられたボイラは、狭い間隔で多数のボイラチューブが並んで配置されており、かかる狭い空間で作業するには不向きである。

そこで、本出願人は、膨出部にワイヤを巻き付け、膨出部を抑える補強方法を提案した。（特許文献２）。この方法は、金属製のワイヤを膨出部の外周面に膨出部を押圧するように周方向へ巻回し、ワイヤの両端部位をボイラチューブの表面に溶接するものである。あるいは、さらに金属製の帯状体をワイヤの外側からワイヤ及びボイラチューブ表面の両方に溶接するようにしたものである。

特開２００３−２５３３３７号公報 特願２０１１−２４２８９８号明細書及び図面（未公開）

狭隘部に狭い間隔で配置されたボイラチューブに施工する場合、特許文献２に記載された補修手段は、かかる狭隘部でワイヤを膨出部に巻き付けることは難しく、巻付け作業に長時間を要すると共に、施工不良が生じるおそれがある。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、狭隘部に狭い間隔で配置されたボイラチューブ群に発生した膨出部に対しても、短時間でかつ低コストな手段で施工でき、次回定期点検まで補強強度を持続可能な応急的補強手段を実現することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明では、まず、ボイラチューブ用補強具として、耐熱性を有しボイラチューブの材質に対して線膨張係数が同等以下の材質からなる連続した１本の金属製線材を、螺旋状にかつ軸線方向に一層に隙間なく曲折し、中空円筒形状に形成してなるボイラチューブ用補強具を提案する。本発明の補強具は、中空円筒形状に形成されているので、狭い間隔で配置されたボイラチューブ群の中に容易に挿入できる。そのため、ボイラチューブ群の中で発生した膨出部に巻き付けるのが容易である。また、ボイラチューブの材質より線膨張係数が同等以下の材質からなるので、高温雰囲気においても、補強具が緩まず、ボイラチューブの表面に強固に固定し続けることができる。

本発明の補強具は、好ましくは、内径が施工されるボイラチューブの外径より小さくなるように形成されているとよい。これによって、ボイラチューブの膨出部に巻き付けたとき、補強具の弾性力でボイラチューブの表面を緊締した状態となる。そのため、補強具をボイラチューブの任意の位置に仮固定できるので、施工時に補強具の取り扱いが容易になる。

本発明に係る前記補強具の製造方法は、ボイラチューブの材質に対して線膨張係数が同等以下の材質からなる連続した１本の金属製線材を、円筒形の外周面を有するダミー材に巻き付ける巻付ステップと、巻付ステップの後で、ダミー材に巻き付けられた金属製線材に引張力を加えながら、金属製線材をダミー材の軸方向へ一層に隙間なく並ぶように緊締する絞込みステップと、絞込みステップの後で、線材を放置したときに金属製線材の弾性力による戻り作用がなくなるまでの時間、例えば１０〜２０秒間、線材を緊締した状態を持続させる形状固定ステップとからなるものである。この製造方法では、形状固定ステップを短時間継続することで、ダミー材の外径に対応した内径を有する中空円筒形状を簡易に形成できる。

該製造方法において、金属製線材は、ダミー材に巻き付けられることで永久歪が残るような線径を有し、形状固定ステップは、金属製線材をダミー材に巻き付けることで金属製線材に永久歪が残るようにするものであるとよい。例えば、ボイラチューブの直径が４５〜６０ｍｍの場合、線径が１．２ｍｍの金属製線材を用い、これをダミー材に巻回することで、線材に永久歪を容易に形成できる。これによって、所望の径を有する中空円筒形状の補強具を容易に製造できる。

該製造方法において、ダミー材をその軸線を固定した状態で回転自在に支持するポジショナを用い、ダミー材をポジショナに支持させた状態で巻付ステップ、絞込みステップ及び形状固定ステップを行うようにするとよい。かかるポジショナを用いることで、本発明の補強具の製造を短時間で容易に行うことができる。

本発明のボイラチューブの補強方法は、本発明のボイラチューブ用補強具を用い、ボイラチューブに発生した膨出部のさらなる膨出を抑えるものであり、膨出部及び膨出部の周辺部位の外側に補強具を配置し、膨出部を該ボイラチューブ用補強具で覆う巻付工程と、補強具を構成する線材の両端に引張力を加え、膨出部を補強具で締め付ける締付工程と、膨出部を補強具で締め付けた状態で補強具の両端部位をボイラチューブの外周面に点溶接する点溶接工程とからなるものである。

本発明の補強方法によれば、前記３工程のみからなる施工を行うだけで、狭隘部であっても短時間及び低コストで膨出部の応急対策が可能となる。また、直管部、ベンド部を問わず、あらゆる部位、形状、管径のボイラチューブに適用可能である。

本発明によれば、容易に製造可能な補強具を用い、ボイラチューブ群間の狭い空間に配置されたボイラチューブに発生した膨出部であっても、１名ないし２名の作業員で、短時間及び低コストで、次期定期点検までの応急対策が可能となる。

本発明の補強方法を施工したボイラチューブを示す正面図である。 本発明の補強具の製造に用いられるポジショナの斜視図である。 前記ポジショナを用いた本発明の補強具の製造工程を示し、（Ａ）は巻付ステップを、（Ｂ）は絞込みステップを、（Ｃ）は形状固定ステップを夫々示す斜視図である。 本発明の補強具の一例を示す正面図である。 本発明の補強方法を施工中のボイラチューブを示す正面図である。 ボイラ管寄せの管台を構成するボイラチューブに本発明の補強方法を施工した状態を示す斜視図である。 本発明の補強方法の試験結果を示す線図である。 ボイラチューブに発生した膨出部を示す正面図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、こ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特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。火力発電所に設けられたボイラの管寄せ等に、狭い間隔で多数のボイラチューブが接続されており、本実施形態は、そのうちのひとつのボイラチューブに発生した膨出部を補強する例である。図１は、ボイラチューブｔに発生した膨出部ｅに補強具１０を用いて補強した後の状態を示す。ボイラチューブｔは、外径４５〜６０ｍｍφの高Ｃｒ鋼製である。このボイラチューブｔの膨出部ｅに、直径１．２ｍｍの１本の連続した金属製ワイヤ１２を中空円筒形状に形成して製造した補強具１０を取り付けている。

補強具１０は図２に示すポジショナ２０を用いて製造する。以下、ポジショナ２０の構成を図２により説明する。ポジショナ２０は、ダミー材ｄを把持するチャック２２及びチャック２２を回転させる駆動モータ２４を有する。チャック２２によって断面が真円の円筒形を有するダミー材ｄを把持し、水平方向へ固定する。駆動モータ２４でダミー材ｄを把持したチャック２２を回転させることで、ダミー材ｄを中心軸線を中心に回転させることができる。チャック２２及び駆動モータ２４は、脚部２６によって床上に支持される。

次に、補強具１０の製造方法を図３（Ａ）〜（Ｃ）により説明する。まず、図３（Ａ）において、ダミー材ｄにワイヤ１２を巻き付ける。ワイヤ１２の始端部を円筒形の固定環２８で押えるようにする。ワイヤ１２をある程度ダミー材ｄに巻き付けたら、図３（Ｂ）に示すように、ワイヤ１２の絞り込みを行う。絞り込みとは、ダミー材ｄに巻き付けたワイヤ１２に引張力を付加しながらワイヤ１２の間隔を密にし、ワイヤ１２をダミー材ｄの軸方向に一層に隙間なく揃えるようにすることである。必要とあれば、このワイヤ巻付ステップと絞込みステップとを複数回繰り返す。これによって、図３（Ｃ）に示すように、ワイヤ１２の全体がダミー材ｄの外周面に一巻き状態で隙間なく整列された状態となる。

絞込みステップの後で、ワイヤ１２の終端部を固定環２８で押え、この状態を１０〜２０秒保持する形状固定ステップを行う。これによって、ワイヤ１２の弾性力による戻り作用をなくすことができ、ダミー材ｄの外径と一致した内径を有する中空円筒形状の補強具１０（図４参照）を製造できる。そのため、補強具１０をダミー材ｄから外した後も、ダミー材ｄに巻き付けられた状態と同じ形状を維持できる。即ち、１．２ｍｍの線径を有する金属製ワイヤ１２をボイラチューブの外径に相当する径のダミー材ｄに所定時間巻き付けることで、ワイヤ１２に容易に永久歪を与えることができる。本発明者等は、補強具１０の製造工程の試行錯誤の中で、この知見を見い出した。

図４は、ダミー材ｄから取り外した後の補強具１０を示す。補強具１０は、ダミー材ｄの外径と一致した内径をもち、一層で隙間のない中空円筒形状の巻き癖が付いている。なお、ダミー材ｄは、補強対象となるボイラチューブの外径より若干小さい外径を有するダミー材が用いられる。そのため、補強具１０の内径は補強対象となるボイラチューブの外径より若干小さくなる。

次に、補強具１０を用いた膨出部ｅの補強方法を説明する。図５に示すように、まず、補強具１０の中央部に位置するワイヤ１２ａをボイラチューブｔに巻き付ける。その後、ワイヤ１２ａより上方部位１０ａをボイラチューブｔの周囲に矢印ａ方向へ旋回させることで、上方部位１０aをボイラチューブｔの周囲に巻き付けることができる。さらに、ワイヤ１２ａより下方部位１０ｂを、同様にボイラチューブｔの周囲に矢印ｂ方向へ旋回させることで、下方部位１０ｂをボイラチューブｔの周囲に巻き付けることができる。

次に、図１に示すように、膨出部ｅが補強具１０の中心に位置するように、補強具１０をボイラチューブｔの軸線方向へ移動させる。補強具１０の内径は、予めボイラチューブｔの外径より小さく形成されているので、補強具１０は摩擦力により位置ずれすることはない。そのため、補強具１０の位置決めは容易である。補強具１０を膨出部eに密着するように絞り込んでいき緊締状態にする。次に、補強具１０による緊締状態を維持しながら、ワイヤ１２の両端で、ワイヤ１２の適宜箇所をボイラチューブｔの表面に固定する。固定方法は、例えば点溶接ｗや摩擦力による固定、又はバンド１４による締付けなどがある。次に、必要に応じて、補強具１０の側面に、上から金属製薄板１６を点溶接ｗして被覆してもよい。

図６は、ボイラに設けられた過熱器の管寄せ３０付近を示す。管寄せ３０に接続されたボイラチューブ群の奥側に位置するボイラチューブｔのベンド部に膨出部が発生し、該膨出部に補強具１０を用いて補強工事を施した状態を示す。図６に示すように、ボイラチューブ群の奥側に位置するボイラチューブの補強も容易に行うことができる。

本実施形態によれば、予め中空円筒形状に成形した補強具１０を用いているので、狭い間隔で配置されたボイラチューブ群の中に発生した膨出部ｅに対する巻付作業が容易であり、短時間で補強作業を完了できる。また、補強具１０を用いるだけであるので低コスト化できる。

また、補強具１０の内径がボイラチューブｔの外径より小さく成形されているので、ボイラチューブ群間の隙間から容易に挿入できる。また、補強具１０の緊締力を利用してボイラチューブｔの任意の位置に固定できるので、取扱いが容易になる。

また、補強具１０の製造工程において、ワイヤ巻付ステップ、絞込みステップ及び形状固定ステップを行うだけで、容易に補強具１０を製造できる。特に、ポジショナ２０を用いることで、これらのステップを容易に実施できると共に、形状固定ステップを行うことで、ワイヤ１２に永久歪を与え、ワイヤ１２の戻り作用を解消できて、所定の内径を有する補強具１０を製造できる。

さらに、膨出部ｅの補強工事においては、補強具１０を膨出部ｅに巻き付ける工程と、ワイヤ１２の両端に引張力を加えて膨出部ｅを締め付ける工程と、ワイヤ１２の両端部位をボイラチューブｔに固定する工程のみを施工するだけであるので、短時間で容易に補強具１０を施工できる。また、直管部、ベンド部を問わず、あらゆる部位、形状、管径のボイラチューブに適用可能である。また、隣り合うワイヤ間を隙間なく膜状に巻回しているので、膨出部ｅに対する押圧力を高めることができる。

さらに、従来の補修方法のように、切断、溶接、熱処理等の作業が発生しないため、短時間で行うことができ、新管のストックが不要であるので、低コストで作業を行うことができる。また、ボイラチューブ表面に柔軟性のあるワイヤ１２を巻回するので、直管部又は曲折部を問わず、あらゆる管径、形状のボイラチューブに適用できる。なお、ワイヤ１２のスポット溶接によるボイラチューブへの熱影響は、無視できるほど少ない。

前記材質及び形状のボイラチューブに対し、前記材質及び形状のワイヤ１２からなる補強具１０を用いて実際に行った補強工事の試験結果を図７に示す。試験条件は、ボイラチューブ周囲の温度を６５０℃とし、ボイラチューブの内圧を２１．３ＭＰａとした。前記材質及び同一形状（膨出部なし）のボイラチューブ２体について、１体は試験時間８００ｈｒ経過時（若干の膨出が発生）にワイヤ巻回を行い、もう一方はワイヤを巻回せずに試験を行った。

その結果、ワイヤ巻回なしの試験体は、８００ｈｒ以降、３４７ｈｒで破壊に至った。一方、ワイヤを巻回した試験体は、８００ｈｒ経過以降、３８６１ｈｒを経過しても破壊に至っていない。従って、補強具１０を施工することで、ボイラチューブが破壊するまでの残寿命を１０倍以上延命できることがわかった。

本発明によれば、ボイラチューブに発生した膨出部を、次回定期点検までの延命措置として、簡易かつ低コストな応急的補強手段を実現でき、特に、火力発電所等に設けられたボイラのように、狭隘部に設けられたボイラチューブに適用されて好適である。

１０ 補強具
１０ａ 上方部位
１０ｂ 下方部位
１２、１２ａ ワイヤ（金属製線材）
１４ 粘着テープ
１６ 金属製薄板
２０ ポジショナ
２２ チャック
２４ 駆動モータ
２６ 脚部
２８ 固定環
３０ 管寄せ
ｃ 切断線
ｄ ダミー材
ｅ 膨出部
ｔ ボイラチューブ
ｔｎ 新管
ｗ 点溶接

Claims (6)

1. ボイラチューブの膨出部に巻回されて該膨出部のさらなる膨出を抑えるボイラチューブ用補強具において、
   耐熱性を有する連続した１本の金属製線材を、螺旋状にかつ軸線方向に一層に隙間なく曲折し、中空円筒形状に形成してなることを特徴とするボイラチューブ用補強具。
2. 内径が前記ボイラチューブの外径より小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のボイラチューブ用補強具。
3. 請求項１又は２に記載のボイラチューブ用補強具の製造方法において、
   耐熱性を有する連続した１本の金属製線材を、円筒形の外周面を有するダミー材に巻き付ける巻付ステップと、
   該巻付ステップの後で、前記ダミー材に巻き付けられた金属製線材に引張力を付与しながら、該ダミー材の軸方向へ一層に隙間なく並ぶように整列させる絞込みステップと、
   前記絞込みステップの後で、前記金属製線材を放置したときに線材の戻り作用がなくなるまでの時間、該金属製線材を緊締した状態を持続させる形状固定ステップとからなることを特徴とするボイラチューブ用補強具の製造方法。
4. 前記金属製線材は、前記ダミー材に巻き付けられることで永久歪が残るような線径を有し、
   前記形状固定ステップは、該金属製線材を前記ダミー材に巻き付けることで該金属製線材に永久歪が残るようにするものであることを特徴とする請求項３に記載のボイラチューブ用補強具の製造方法。
5. 前記ダミー材を軸線を中心に回転自在に支持可能なポジショナを用い、
   ダミー材を該ポジショナに回転自在に支持させた状態で前記巻付ステップ、前記絞込みステップ及び前記形状固定ステップを行うことを特徴とする請求項３又は４に記載のボイラチューブ用補強具の製造方法。
6. 請求項１又は２に記載のボイラチューブ用補強具を用い、ボイラチューブに発生した膨出部のさらなる膨出を抑えるボイラチューブの補強方法において、
   前記膨出部の外側に前記ボイラチューブ用補強具を配置し、該膨出部を該ボイラチューブ用補強具で覆う巻付工程と、
   前記ボイラチューブ用補強具を構成する線材の両端に引張力を加え、前記膨出部を該ボイラチューブ用補強具で締め付ける締付工程と、
   前記締付工程後、前記ボイラチューブ用補強具の両端部位をボイラチューブの外周面に固定する工程とからなることを特徴とするボイラチューブの補強方法。

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