JP2016142497A - 蒸気配管接続構造およびこれを備えた蒸気タービンプラントならびに蒸気配管冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フランジ部だけでなくボルトも適正に冷却することができる蒸気配管接続構造を提供する。
【解決手段】蒸気が流れる蒸気配管２４のフランジ部３４ａ同士を複数のボルト４０によって接続する蒸気配管接続構造３０Ｂであって、各フランジ部３４ａを外側から覆うカバー部５０を備え、カバー部５０には、冷却用空気を導入する冷却用空気導入配管５４と、冷却用空気を排出する冷却用空気排出配管６０とが接続されている。また、冷却用空気導入配管５４と冷却用空気排出配管６０とを接続する再循環配管６２と、再循環配管６２を流れる冷却用空気の流量を調整する制御弁６４とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ボイラ等から高温高圧の蒸気を導く蒸気配管の蒸気配管接続構造およびこれを備えた蒸気タービンプラントならびに蒸気配管冷却方法に関するものである。

蒸気タービンプラントには、ボイラと蒸気タービンとの間で温度は３５０℃を越え、圧力は５ＭＰａを越える高温高圧の蒸気を導く蒸気配管が設けられている。このような蒸気配管には、配管同士を接続するためにフランジ部を用いた接続構造が設けられている。図８には、このような蒸気配管接続構造１０１が示されている。同図において、蒸気流れＳの上流側の上流配管１０３と、蒸気流れＳの下流側の下流配管１０４とは、それぞれのフランジ部１０３ａ，１０４ａによって接続されている。なお、同図においてフランジ部１０ａ，１０４ａ同士を接続するボルトについては表示を省略しており、ボルト穴１０５のみが示されている。そして、フランジ部１０３ａ，１０４ａを含めた蒸気配管の全体を覆うように保温材１０６が設けられている。この保温材１０６により、蒸気配管内を流れる蒸気温度の低下を抑制し、また作業者の火傷を防止している。上流配管１０３及び下流配管１０４の配管直径（外径）は、蒸気流量が多いため１ｍ以上となっており、フランジ部１０３ａ，１０４ａの外径は１．３ｍ以上となっている。このように大径の接続構造とされているので、高温蒸気による温度分布に不均一が生じるとフランジ部１０３ａ，１０４ａのサイズが大きいために、熱膨張差によるフランジ部１０３ａ，１０４ａの変形が発生し易く、さらに高圧蒸気によってフランジ部１０３ａ，１０４ａによる接合力が低下して隙間が生じ、蒸気が外部に漏出する場合がある。蒸気が外部に漏出する事象が発生すると、フランジ部１０３ａ，１０４ａ付近の保温材１０６を剥がし、フランジ部１０３ａ，１０４ａを露出させてフランジ部の温度分布の均一化を図るとともに、場合によっては送風機によって空気冷却を行うことによって熱変形を抑え、蒸気の漏出を防ぐ場合もあった。

フランジ部の冷却としては、特許文献１に、フランジ部に冷却パイプを巻き付けて冷却する方法が提案されている。
また、特許文献２には、蒸気タービン車室のフランジ部ではあるが、フランジ部を締結するボルトに形成した中心孔内に冷却空気を流す方法が提案されている。

特開２００８−７５６９８号公報 特開平４−３６００１号公報

しかし、特許文献１に記載の発明は、フランジ部の冷却には寄与するが、大型のフランジでの温度分布を効果的に縮小したり、ボルトまでを冷却することができない。
また、特許文献２に記載の発明は、ボルトを冷却するものであり、フランジ部までを冷却することは考慮されていない。特に、同文献では、フランジ部の突出幅がボルト外径と同程度の寸法となっており、フランジ部の冷却を考慮する必要のない形状となっている。

一方、図８に示したような蒸気配管接続構造は、１ｍを超える配管径のためフランジ部の外径も１．３ｍを超えるほど大きいので、フランジ部の半径方向だけでなく円周方向にも温度分布が生じ易く、フランジのサイズが大きいために温度差による熱膨張差が一層に大きくなるため、局所的に歪みが生じて蒸気が漏出する隙間が形成するおそれがある。また、ボルトの熱伸びがフランジ部に比べて大きくなる場合には、ボルトによる締付力が低下して蒸気漏出の原因となる。したがって、フランジ部だけでなくボルトについても適正な温度で冷却する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、フランジ部だけでなくボルトも適正に冷却することができる蒸気配管接続構造およびこれを備えた蒸気タービンプラントならびに蒸気配管冷却方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の蒸気配管接続構造およびこれを備えた蒸気タービンプラントならびに蒸気配管冷却方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる蒸気配管接続構造は、蒸気が流れる蒸気配管のフランジ部同士を複数のボルトによって接続する蒸気配管接続構造であって、各前記フランジ部の全体を、前記蒸気配管の外側から覆うカバー部を備え、該カバー部には、冷却用流体を導入する冷却用流体導入配管と、冷却用流体を排出する冷却用流体排出配管とが接続されていることを特徴とする。

フランジ部を外側から覆うカバー部内に冷却導入配管から冷却流体が導入されることにより、各フランジ部及び各ボルトが冷却流体によって冷却される。これにより、蒸気によるボルトの熱膨張が抑制されてボルトによる適正な締付力が実現され、またフランジ部の温度分布が均一化されてフランジ部の局所的な変形が抑制されて配管内を流れる蒸気の漏洩が防止される。
各フランジ部及び各ボルトを冷却した後の冷却流体は、冷却流体排出配管からカバー部外へと排出される。これにより、新たな冷却流体を連続的に導入することができ、冷却効果を促進することができる。
冷却流体としては、典型的には、空気が用いられる。
蒸気配管の直径は例えば５０ｃｍ以上、好ましくは１ｍ以上とされ、フランジ部の外径は６５ｃｍ以上、好ましくは１．３ｍ以上とされる。蒸気配管の直径が大きくなるほど熱膨張による変形量が大きくなり、蒸気の漏洩が発生する可能性が高くなる。したがって、５０ｃｍ以上の直径とされた蒸気配管の接続構造に用いることが好ましい。
蒸気配管内を流れる蒸気の温度は、例えば４００℃以上とされ、圧力は例えば５ＭＰａ以上とされる。

さらに、本発明の蒸気配管接続構造では、前記冷却用流体導入配管と前記冷却用流体排出配管とを接続する冷却用流体再循環配管と、該冷却用流体再循環配管を流れる冷却用流体の流量を調整する再循環流量調整手段とを備えていることを特徴とする。

冷却流体再循環配管に冷却媒体を流すことにより、カバー部内で各ボルト及び各フランジ部を冷却することによって加熱された冷却流体を、冷却流体導入配管へと戻すことができる。これにより、冷却流体導入配管からカバー部内へ導かれる冷却流体の温度を上昇させることができる。そして、再循環流量調整手段によって再循環する冷却流体の流量を調整することにより、カバー部内に流れ込む冷却流体の温度を調整することができるので、過剰な冷却を回避することができる。具体的には、ボルトを過剰に冷却することによってボルトの塑性変形を招くおそれを回避することができる。
また、ボルト及び／又はフランジ部の温度、或いは、ボルトとフランジ部との温度差に基づいて、制御部によって再循環流量調整手段を制御することとしてもよい。これにより、適正なフランジ部の温度分布や、ボルトに塑性変形が生じない温度差を実現することができる。

さらに、本発明の蒸気配管接続構造では、前記ボルトには、中心軸線を通って貫通する中心軸貫通孔が形成されていることを特徴とする。

中心軸線を通って貫通する中心軸貫通孔がボルトに形成されているので、中心軸貫通孔を流通する冷却流体によってボルトが内部から冷却されることになる。これにより、ボルト自身を効率的に冷却することができる。

さらに、本発明の蒸気配管接続構造では、前記ボルトには、前記中心軸貫通孔に連通するとともに半径方向に貫通する半径方向貫通孔が少なくとも一か所以上に形成されていることを特徴とする。

中心軸貫通孔に連通するとともに半径方向に貫通する半径方向貫通孔がボルトに形成されているので、中心軸貫通孔を流れる冷却流体が半径方向貫通孔を通りボルトの外周側へと導かれる。ボルトの外周側に導かれた冷却流体は、ボルトが挿入されているボルト孔の内周面とボルト外周面との間を流れる。これにより、ボルトが外周面側からも冷却されることになり、ボルト自身を更に効率的に冷却することができる。

さらに、本発明の蒸気配管接続構造では、前記ボルトの頭部と前記フランジ部との間、及び/又は、前記ボルトに取り付けられるナットと前記フランジ部との間、に設けられた座金を備え、該座金の前記フランジ部側の面には、半径方向に形成された半径方向溝が形成されていることを特徴とする。

半径方向に形成された半径方向溝を座金のフランジ部側の面に形成し、冷却流体を半径方向へと導くようにして、フランジ部へ冷却流体を流すこととした。これにより、フランジ部を均一に冷却することができる。

さらに、本発明の蒸気配管接続構造では、各前記ボルトに向けて前記冷却用流体導入配管から導かれる冷却用流体を吹き付けるノズルを備えていることを特徴とする。

ボルトに向けて冷却流体を吹き付けるノズルを設けることにより、ボルトを重点的に冷却することができる。
また、ノズルは、ボルト方向に加えて、フランジ部方向へ向けて冷却流体を吹き付けるようにしても良い。

さらに、本発明の蒸気配管接続構造では、前記カバー部は、前記冷却用流体を旋回させるように、該カバー部の内面に立設された壁部を有していることを特徴とする。

カバー部内に壁部を設け、冷却流体を旋回させることとした。これにより、カバー部内に導かれた冷却流体が全体的に攪拌され、冷却効率を向上させるとともに、フランジ部及びボルトを均一に冷却することができる。

また、本発明の蒸気タービンプラントでは、蒸気を生成するボイラと、該ボイラによって生成された蒸気を導く蒸気配管と、該蒸気配管に接続された蒸気タービンと、前記蒸気配管の端部同士を接続するための上記のいずれかの蒸気配管接続構造とを備えていることを特徴とする。

上記の蒸気配管接続構造を備えているので、蒸気の漏洩を防ぐことができ、タービン動力の低下を抑制することができる。

また、本発明の蒸気配管冷却方法は、蒸気が流れる蒸気配管のフランジ部同士を複数のボルトによって接続する蒸気配管接続構造を冷却する蒸気配管冷却方法であって、各前記フランジ部の全体を、前記蒸気配管の外側から覆うカバー部内に、冷却用流体を導入するとともに、冷却後の冷却用流体を該カバー部内から排出させて、前記蒸気配管内を流れる蒸気の漏洩を防止することを特徴とする。

さらに、本発明の蒸気配管冷却方法は、前記カバー部内から排出された冷却後の冷却用流体を、該カバー部内へ再び導く冷却用流体再循環工程と、該冷却用流体再循環工程にて流れる冷却用流体の再循環流量を調整する再循環流量調整工程とを備え、前記再循環流量調整工程にて、前記ボルト及び／又は前記フランジ部の温度、或いは、前記ボルトと前記フランジ部との温度差に基づいて、前記再循環流量を調整することを特徴とする。

フランジ部だけでなくボルトも適正に冷却することができる。これにより、蒸気の漏洩を抑えることができる。

本発明の蒸気配管接続構造が適用される蒸気タービンプラントを示した概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る蒸気配管接続構造を示した縦断面図である。 図２の蒸気配管接続構造の横断面図である。 本発明の第２実施形態に係る蒸気配管接続構造を示した縦断面図である。 図４に示された座金を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）フランジ部に当接する面側から視た底面図である。 図４に示されたノズルに冷却空気を分配するマニホールドを示した斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る蒸気配管接続構造を示した縦断面図である。 従来の蒸気配管接続構造を示した斜視図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
図１には、本実施形態の蒸気配管接続構造が適用される蒸気タービンプラント１が示されている。
蒸気タービンプラント１は、ボイラ３と、蒸気タービン５とを備えており、一段再熱サイクルを構成している。

ボイラ３は、図示しないバーナが設けられた火炉７を備えており、この火炉７内にてバーナによって燃焼が行われる。火炉７内の燃焼熱によって、給水ポンプ９から導かれた給水が蒸気となり、第１過熱器１１へと導かれる。第１過熱器１１では、火炉７によって生成された燃焼ガスによって蒸気が過熱蒸気に加熱される。第１過熱器１１の燃焼ガス流れ下流側には、第２過熱器１３が設けられている。第２過熱器１３は、再熱器とされており、高圧タービン１５から排出された蒸気を再加熱する。

蒸気タービン５は、高圧タービン１５と低圧タービン１７とを備えている。高圧タービン１５と低圧タービン１７とは共通のロータ軸１９を介して接続されており、これらタービン１５，１７の回転出力は、発電機２１に設けられた発電機回転軸を介して発電機２１へ伝達される。発電機２１は、回転出力を得て電力を発生するものであり、得られた電力は図示しない電力系統へと供給される。

第１過熱器１１の過熱蒸気下流側と高圧タービン１５の蒸気入口側とは、第１蒸気配管２３によって接続されている。第２過熱器１３の蒸気上流側と高圧タービン１５の蒸気出口側とは、第２蒸気配管２４によって接続されている。第２過熱器１３の再熱蒸気下流側と低圧タービン１７の蒸気入口側とは、第３蒸気配管２５によって接続されている。後述する本実施形態での蒸気配管接続構造は、高温高圧の蒸気が流通し配管径の大きな第２蒸気配管２４に適用されるものである。ただし、後述する蒸気配管接続構造は、第１蒸気配管２３や第３蒸気配管２５等の蒸気漏出のおそれがある蒸気配管にも適用できるものである。

低圧タービン１７の蒸気下流側には、復水器２７が接続されている。この復水器２７にて、低圧タービン１７より排出された蒸気が冷却されて凝縮され、復水を生成する。復水器２７にて生成された復水は、給水ポンプ９によって給水配管２９を通り再びボイラ３へと導かれる。

図２及び図３には、上述した第２蒸気配管２４に設けられた蒸気配管接続構造３０Ａが示されている。
図２に示されているように、第２蒸気配管２４は、蒸気流れＳの上流側の上流配管３２と、蒸気流れＳの下流側の下流配管３４とを備えている。本実施形態においては、各配管３２，３４は、外径が１ｍ以上とされている。また、配管３２，３４内を流れる蒸気は、４００℃以上、５ＭＰａ以上とされている。すなわち、高温高圧で大流量の蒸気がＳ方向へと流通する。
上流配管３２の下流端部には第１フランジ部３２ａが設けられている。下流配管３４の上流端部には第２フランジ部３４ａが設けられている。本実施形態では各フランジ部３２ａ，３４ａの外径は１．３ｍ以上とされている。各フランジ部３２ａ，３４ａの材料は、例えばＳＦ４９０Ａ（炭素鋼鍛鋼品）などが一般的に利用されており、線膨張係数は約１１×１０^−６／℃である。

第１フランジ３２ａと第２フランジ３４ａとの間には、シール部材３６が挟み込まれている。シール部材３６は、リング形状とされており、第１フランジ３２ａの端面と第２フランジ３４ａの端面とによって押し付けられた状態で配置され、配管３２，３４内の気密性を高め、配管３２，３４内を流通する蒸気が配管外へ漏出することを防止するものである。

両フランジ部３２ａ，３４ａは、複数のボルト４０及びナット４２によって固定されている。ボルト４０の材料は、例えばＳＮＢ−７又はＳＮＢ−１６（高温用合金鋼ボルト材）などが一般的に利用されており、線膨張係数は１０×１０^−６／℃以上１１×１０^−６／℃未満程度とされており、フランジ部３２ａ，３４ａよりも若干小さい線膨張係数とされることが好ましい。これにより、高温の蒸気が流通することで、配管３２，３４に直結するフランジ部３２ａ，３４ａの温度がボルト４０よりも上昇するが、仮にフランジ部３２ａ，３４ａ及びボルト４０が同じ温度へと温度上昇した場合でも、フランジ部３２ａ，３４ａの熱伸び量に比べ、ボルトの熱伸び量が小さくなり、ボルト４０がフランジ部３２ａ，３４ａを締め付ける力（締結力）が温度上昇前に比べて増加することで、高温の蒸気が流通している状態においても、シール部材３６の押し付け状態が緩和されることなく、蒸気が配管外へと漏出することを防止するようになっている。
各ボルト４０は、図３に示されているように、等ピッチで円周方向に配置されている。なお、図３に示された実施形態では、８個のボルトが配置されているが、その個数は適宜設定することができる。
図２に示されているように、ボルト頭部４０ａと第１フランジ３２ａとの間には、第１座金４４が配置されている。ナット４２と第２フランジ３４ａとの間には、第２座金４６が配置されている。

フランジ部３２ａ，３４ａを外周側から覆うように、カバー部５０が設けられている。カバー部５０は、図３に示されているように、半円の横断面を有する上半部５０ａと、半円の横断面を有する下半部５０ｂとから構成されており、これら上半部５０ａ及び下半部５０ｂとを組み合わせることにより、円筒形状の密閉空間が形成されるようになっている。
カバー部５０の材質は、一般構造材（ＳＳ４００）に腐食防止用の塗装やメッキ処理したもの、ステンレス材（ＳＵＳ３０４）、や高温耐久エンジニアリングプラスティック材（ポリイミド系）などが利用されるが、コストを考慮するとＳＳ４００が好ましい。
図２に示されているように、カバー部５０の上半部５０ａの一側面（図２において左側面）には、冷却用空気（冷却用流体）を導入するための導入口５２が設けられている。冷却用流体はそのまま排気ができる空気が好ましいが、空気に限定されるものではなく窒素や二酸化炭素などのイナートガスを含んだガスでもよく、温度が低下していれば別目的でシールしたガスを流通させてもよい。導入口５２には、冷却用空気導入配管５４が接続されており、ブロワ５６によって強制的に冷却用空気がカバー部５０内に導入され、フランジ部３２ａ，３４ａ及びボルト４０の冷却に必要な冷却空気流量が導入されるようになっている。
カバー部５０の上半部の他側面（図２において右側面）には、排出口５８が設けられている。排出口５８には、冷却用空気排出配管６０が接続されており、カバー部５０内を流通した冷却用空気がカバー部５０外へと排出されるようになっている。
なお、導入口５２と排出口５８の位置は、図２に示した位置に限定されるものではなく、カバー部５０内の冷却用空気の流動状態がフランジ部３２ａ，３４ａ及びボルト４０の冷却に良好となるように適宜決定することができ、例えばカバー部５０の下半部５０ｂに設けてもよい。なお、冷却用流体には、例えば常温の室内空気などが用いられ、そのまま屋外へと廃棄できるので好ましいが、空気に限定されるものではなく窒素や二酸化炭素などのイナートガスを含んだガスでもよく、温度が低下していれば別目的でシールしたガスを流通させてもよい。なお、蒸気配管表面の腐食を抑制するために、冷却用空気には水分含有量の少ない流体であることが好ましい。

次に、上記構成の蒸気配管接続構造３０Ａの作用効果について説明する。
蒸気タービンプラント１の運転中には、第２蒸気配管２４を構成する上流配管３２及び下流配管３４内には４００℃以上でかつ５ＭＰａ以上とされた高温高圧の蒸気が流通する。高温の蒸気が流通するので、フランジ部３２ａ，３４ａ及びボルト４０も加熱され、温度が上昇する。
そして、本実施形態では、ブロワ５６によって冷却用空気を、冷却用空気導入配管５４を介して導入口５２からカバー部５０内へ導入する。これにより、フランジ部３２ａ，３４ａ及びボルト４０が強制的に冷却される。図２には、冷却用空気によって、フランジ部３２ａ，３４ａと、配管３２，３４について、説明用にフランジ部３２ａ，３４ａに隣接する部分が冷却されて温度分布が低減されるようなる箇所がスマッジング（薄く塗りつぶされた部分）によって示されている。
このように、冷却用空気によってフランジ部３２ａ，３４ａとともに、ボルト４０が冷却されることにより、フランジ部３２ａ，３４ａが過剰に熱膨張して締付力が過大となりボルト４０が塑性変形することが回避され、ボルト４０による適正な締付力を与えることができる。また、フランジ部３２ａ，３４ａが冷却されることにより、フランジ部３２ａ，３４ａの温度分布が周方向および半径方向に均一化されてフランジ部の局所的な変形が抑制され、シール部材３６から配管３２，３４内を流れる蒸気の漏洩が防止される。
フランジ部３２ａ，３４ａ及びボルト４０を冷却した後の冷却用空気は、排出口５８からカバー部５０外へと排出される。これにより、新たな冷却用空気をカバー部５０内に連続的に導入することができ、冷却効果を促進することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図４を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態と同様に図１に示された蒸気タービンプラント１に用いられるものであり、図２に示した第１実施形態の構造と部分的に異なる。そこで、以下の説明では、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。

図４に示されているように、本実施形態に係る蒸気配管接続構造３０Ｂでは、冷却用空気排出配管６０と冷却用空気導入配管５４との間に、再循環配管（冷却用流体再循環配管）６２が接続されている。また、冷却用空気排出配管６０の再循環配管６２との分岐点よりも下流側には、制御弁（再循環流量調整手段）６４が設けられている。制御弁６４の開度は、制御部６６によって決定される。
なお、制御弁６４は、再循環配管６２内を流れる冷却用空気の流量を調整できる位置に配置されていれば良く、再循環配管６２に設けてもよいし、また、冷却用空気排出配管６０と再循環配管６２との分岐点に３方弁を設けても良い。

制御部６６には、ボルト４０の温度を計測する第１温度センサ６８からの出力信号と、第１フランジ３２ａの温度を計測する第２温度センサ６９からの出力信号が入力されるようになっている。第１温度センサ６８は、本実施形態では、ボルト４０の軸端部の温度、即ち冷却用空気流れの下流側の温度を計測する。ただし、ボルト４０の温度を計測できる位置であれば他の位置であっても良い。第２温度センサ６９は、第１フランジ部３２ａの外表面（図４において左側表面）の温度を計測する。ただし、フランジ部３２ａ，３４ａの温度を計測できる位置であれば、第２フランジ部３４ａであっても良い。

制御部６６は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を含み、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
制御部６６では、ボルト４０の温度およびフランジ部３２ａ，３４ａの温度やこれらの温度差を適正範囲内に維持する制御弁６４の開度を演算し、適正な開度指令値を制御弁６４に指令するようになっている。

ボルト４０には、中心軸線を通って貫通する中心軸貫通孔４０ｂが形成されている。また、ボルト４０には、中心軸貫通孔４０ｂに連通するとともに半径方向に貫通する半径方向貫通孔４０ｃが形成されている。半径方向貫通孔４０ｃは、ボルト４０の軸方向における各位置に少なくとも一か所に、更に好ましくは複数個所に設けられている。
また、図５に示されているように、座金４４，４６の一側面には、半径方向に形成された半径方向溝４４ａ，４６ａが設けられている。これら半径方向溝４４ａ，４６ａは、フランジ部３２ａ，３４ａに当接する面に形成されている。

図４に示されているように、ボルト４０に対向する位置にノズル７０が設けられている。ノズル７０は、冷却用空気導入配管５４に接続されており、ノズル７０から噴出する冷却用空気が正面のボルト頭部４０ａに吹き付けるように配置されている。したがって、ノズル７０は、各ボルト４０の位置に応じてそれぞれ設けられている。また、ノズル７０からは、正面のボルト頭部４０ａへと冷却用空気を吹き付けるだけでなく、斜め方向にも噴射して第１フランジ部３２ａへも吹き付けることができるようになっている。
各ノズル７０への冷却用空気の分配は、冷却用空気導入配管５４を分岐して各ノズル７０へ供給しても良いが、図６に示したように、冷却用空気導入配管５４からマニホールド７２へ冷却用空気を導入し、マニホールド７２から分岐流路７４を介して各ノズル７０へ冷却用空気を分配するようにしても良い。

次に、上記構成の蒸気配管接続構造３０Ｂによれば、第１実施形態の作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
制御部６６によって制御弁６４の開度を調整することで、カバー部５０内に投入される冷却用空気の温度を調整する。具体的には、制御弁６４の開度を小さくすると、再循環配管６２を通り冷却用空気導入配管５４へと流れ込む流量が増大する。再循環配管６２を流れる冷却用空気は、カバー部５０内でフランジ部３２ａ，３４ａ及びボルト４０を冷却することによって加熱されているので、冷却用空気導入配管５４に合流させることでブロワ５６に吸い込まれる空気の温度を上昇させて、ノズル７０からカバー部５０内に供給する冷却用空気の温度を上げることができる。これとは逆に、制御弁６４の開度を大きくすると、再循環配管６２を通り冷却用空気導入配管５４へと流れ込む流量が減少するので、ノズル７０からカバー部５０内に供給する冷却用空気の温度を上げる量を少なくすることができる。そして、制御部６６は、第１温度センサ６８で計測したボルト４０の温度と、第２温度センサ６９で計測した第１フランジ部３２ａの温度とに基づいて、ボルト４０及びフランジ部３２ａ，３４ａの温度が適正範囲になるように制御弁６４によって調整することができる。
また、制御部６６は、ボルト４０とフランジ部３２ａ，３４ａの温度差についても管理する。ボルト４０の冷却が進み、ボルト４０とフランジ部３２ａ，３４ａの温度差が大きくなりすぎると、ボルト４０に対するフランジ部３２ａ，３４ａの熱膨張差が大きくなりボルト４０に塑性変形が生じるおそれがあるからである。ボルト４０は頭部４０ａが突出しており、また本実施形態ではノズル７０の正面に位置しているので、ボルト４０が優先的に冷却されるおそれがある。したがって、ボルト４０とフランジ部３２ａ，３４ａの温度差が大きくなった場合には、ボルト４０が過剰に冷却されているおそれがあるので、制御部６６の指令によって制御弁６４の開度を大きくしてカバー部５０内に流入する冷却用空気の温度を上げるように制御することで、ボルト４０の過剰な冷却を抑制できる。
一方、ボルト４０とフランジ部３２ａ，３４ａの温度差が小さい場合には、フランジ部３２ａ，３４ａの熱変形が伴うとボルト４０による締結力が不足するおそれがあるので、制御部６６の指令によって制御弁６４の開度を小さくしてカバー部５０内に流入する冷却用空気の温度を上げる量を少なくするように制御することで、ボルト４０の冷却を促進させてボルト４０の温度を低下させる。

ノズル７０から吹き付けられた冷却空気は、ボルト４０の中心軸貫通孔４０ｂ内に導かれ、ボルト４０を内部から冷却することができる。また、中心軸貫通孔４０ｂに導かれた冷却用空気は、中心軸貫通孔４０ｂを通過するのみでなく、半径方向貫通孔４０ｃを通りボルト５０の外周面側へと導かれる。ボルト５０の外周面側へと導かれた冷却用空気は、フランジ部３２ａ，３４ａに設けられたボルト用貫通孔の内周面とボルト４０の外周面との間を流れ、ボルト４０を外周面側からも冷却する。これにより、ボルト４０を効果的に冷却することができる。
さらに、冷却用空気は、座金４４，４６へと導かれ、座金４４，４６のフランジ部３２ａ，３４ａ側の面に形成された半径方向溝４４ａ，４６ａを流れ、フランジ部３２ａ，３４ａ側へと導かれる。これにより、フランジ部３２ａ，３４ａを均一に冷却することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態と同様に図１に示された蒸気タービンプラント１に用いられるものであり、図２に示した第１実施形態の構造と部分的に異なる。そこで、以下の説明では、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。

図７に示されているように、本実施形態に係る蒸気配管接続構造３０Ｃでは、カバー部５０の内周面にスパイラル状に設けられた内周壁部５０ｃが立設されている。内周壁部５０ｃは、フランジ部３２ａ，３４ａに干渉しない高さとされており、カバー部５０内に導かれた冷却用空気がフランジ部３２ａ，３４ａの周囲を旋回しながら排出口５８方排出するようになっている。これにより、カバー部５０内に導かれた冷却用空気が全体的に攪拌され、冷却効率を向上させるとともに、ボルト４０及びフランジ部３２ａ，３４ａをより均一に冷却するとともにフランジ部３２ａ，３４ａの半径方向・周方向の温度差を低下して熱変形を抑制することができる。

なお、上述した各実施形態は、蒸気タービンプラント１の第２蒸気配管２４に蒸気配管接続構造３０Ａ，Ｂ、Ｃを用いることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１蒸気配管２３や第３蒸気配管２５に用いることもできる。
また、蒸気配管２４の直径が１ｍ以上としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、高温高圧の蒸気が流れる場合に蒸気の漏洩が懸念される５０ｃｍ以上の配管径を有する蒸気配管に適用できるものである。
また、上述した各実施形態は、それぞれ適宜組み合わせることができる。例えば、第２実施形態で示した再循環配管６２、制御弁６４、制御部６６及び温度センサ６８，６９の組合せは、第１実施形態や第３実施形態に用いることができ、第３実施形態の内周壁部５０ｃは、第１実施形態や第２実施形態に用いることができる。
また、カバー部５０内の圧力を検出する圧力センサを設けることとしても良い。圧力センサの検出圧力が所定値以上に上昇した場合には、フランジ部からの蒸気の漏洩が発生していると判断し、ブロワ回転の動力を増加させて冷却空気の導入量を増大させる制御を行う。この場合、蒸気の漏洩は、圧力センサに代えて、図４に示した温度センサ６８，６９の検出温度に応じて判断しても良い。
また、蒸気の漏洩が発生するおそれのある蒸気タービン負荷または許容できない蒸気の漏洩が発生する蒸気タービン負荷を予め決めておき、この蒸気タービン負荷に達した状態で冷却空気の導入を開始することとしても良い。これにより、冷却空気の供給開始時期を適正化することで、ブロワ動力の低減を図ることができる。

１ 蒸気タービンプラント
３ ボイラ
５ 蒸気タービン
７ 火炉
９ 給水ポンプ
１１ 第１過熱器
１３ 第２過熱器（再熱器）
１５ 高圧タービン
１７ 低圧タービン
１９ ロータ軸
２１ 発電機
２３ 第１蒸気配管
２４ 第２蒸気配管
２５ 第３蒸気配管
２７ 復水器
２９ 給水配管
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ 蒸気配管接続構造
３２ 上流配管
３２ａ 第１フランジ部
３４ 下流配管
３４ａ 第２フランジ部
３６ シール部材
４０ ボルト
４０ａ 頭部
４０ｂ 中心軸貫通孔
４０ｃ 半径方向貫通孔
４２ ナット
４４ 第１座金
４４ａ 半径方向溝
４６ 第２座金
４６ａ 半径方向溝
５０ カバー部
５０ａ 上半部
５０ｂ 下半部
５０ｃ 内周壁部（壁部）
５２ 導入口
５４ 冷却用空気導入配管
５６ ブロワ
５８ 排出口
６０ 冷却用空気排出配管
６２ 再循環配管（冷却流体再循環配管）
６４ 制御弁（再循環流量調整手段）
６６ 制御部
６８ 第１温度センサ
６９ 第２温度センサ
７０ ノズル

Claims (10)

1. 蒸気が流れる蒸気配管のフランジ部同士を複数のボルトによって接続する蒸気配管接続構造であって、
   各前記フランジ部の全体を、前記蒸気配管の外側から覆うカバー部を備え、
   該カバー部には、冷却用流体を導入する冷却用流体導入配管と、冷却用流体を排出する冷却用流体排出配管とが接続されていることを特徴とする蒸気配管接続構造。
2. 前記冷却用流体導入配管と前記冷却用流体排出配管とを接続する冷却用流体再循環配管と、
   該冷却用流体再循環配管を流れる冷却用流体の流量を調整する再循環流量調整手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の蒸気配管接続構造。
3. 前記ボルトには、中心軸線を通って貫通する中心軸貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気配管接続構造。
4. 前記ボルトには、前記中心軸貫通孔に連通するとともに半径方向に貫通する半径方向貫通孔が少なくとも一か所以上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の蒸気配管接続構造。
5. 前記ボルトの頭部と前記フランジ部との間、及び／又は、前記ボルトに取り付けられるナットと前記フランジ部との間、に設けられた座金を備え、
   該座金の前記フランジ部側の面には、半径方向に形成された半径方向溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の蒸気配管接続構造。
6. 各前記ボルトに向けて前記冷却用流体導入配管から導かれる冷却用流体を吹き付けるノズルを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の蒸気配管接続構造。
7. 前記カバー部は、前記冷却用流体を旋回させるように、該カバー部の内面に立設された壁部を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の蒸気配管接続構造。
8. 蒸気を生成するボイラと、
   該ボイラによって生成された蒸気を導く蒸気配管と、
   該蒸気配管に接続された蒸気タービンと、
   前記蒸気配管の端部同士を接続するための請求項１から７のいずれかに記載の蒸気配管接続構造と、
   を備えていることを特徴とする蒸気タービンプラント。
9. 蒸気が流れる蒸気配管のフランジ部同士を複数のボルトによって接続する蒸気配管接続構造を冷却する蒸気配管冷却方法であって、
   各前記フランジ部の全体を、前記蒸気配管の外側から覆うカバー部内に、冷却用流体を導入するとともに、冷却後の冷却用流体を該カバー部内から排出させて、前記蒸気配管内を流れる蒸気の漏洩を防止することを特徴とする蒸気配管冷却方法。
10. 前記カバー部内から排出された冷却後の冷却用流体を、該カバー部内へ再び導く冷却用流体再循環工程と、
    該冷却用流体再循環工程にて流れる冷却用流体の再循環流量を調整する再循環流量調整工程と、
    を備え、
    前記再循環流量調整工程にて、前記ボルト及び／又は前記フランジ部の温度、或いは、前記ボルトと前記フランジ部との温度差に基づいて、前記再循環流量を調整することを特徴とする請求項９に記載の蒸気配管冷却方法。
    

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