JP2021122851A - プラグ及び蒸気配管構造物並びにプラグの設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接されるべき部分に未溶着部が発生することを抑制できるプラグ及び蒸気配管構造物並びにプラグの設置方法を提供する。
【解決手段】蒸気配管に形成された貫通孔を蒸気配管の外周面側から閉塞するプラグ１であって、軸線Ｘ１方向に延びる柱状に形成された管台部と、基端１２側から先端１１側に向かう方向で軸線Ｘ１方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面３１と、開先面３１の端部から、先端１１側から基端１２側に向かって軸線Ｘ１方向に沿って延びるストレート面３２と、開先面３１及びストレート面３２によって管台部３０から突出するように形成された開先部３５とを備えている。
【選択図】図３

Description

本開示は、プラグ及び蒸気配管構造物並びにプラグの設置方法に関する。

発電プラントなどに用いられる大型のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数の燃焼バーナが火炉の周方向に沿って配設されている。また、ボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、燃焼バーナが火炉内に燃料と空気（酸化性ガス）との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。

ボイラを有する発電プラントに使用される蒸気ラインは、複数の蒸気配管同士が溶接で接続されて構成される。この場合、接合部の健全性（欠陥の有無）を確保するために、放射線透過試験を実施することがある。このため、接合部の近傍には、蒸気配管の内部に放射線試験機器（放射線源）を挿入するための貫通孔が穿設される。放射線透過試験は溶接後に一度だけ実施されることが通常であり、放射線透過試験終了後には穿設された貫通孔を閉塞する必要がある。

貫通孔を閉塞する方法として、例えば特許文献１には、閉止プラグが開示されている。特許文献１の閉止プラグは、胴部、肩部及び頭部が形成されたプラグとされ、頭部の下面と蒸気配管とが溶接されることで蒸気配管に固定されている。

特開２０１３−１５８８２３号公報

特許文献１に開示されている閉止プラグは、閉止プラグと蒸気配管とが、いわゆるすみ肉溶接の形態で溶接されており、頭部と蒸気配管との境界付近にて溶金が完全に溶け込まない未溶着部が発生しやすくなる可能性がある。また、その未溶着部は切り欠き状であり、応力が集中しやすくなる可能性がある。そのため、内圧によって蒸気配管に作用する応力が切り欠き状の未溶着部に集中すると、未溶着部を起点として、き裂が発生する可能性がある。このように、溶接部一部にき裂が発生した場合には、き裂が伸展することで溶接部付近の外表面に損傷が発生して、その損傷部分から蒸気が漏出する可能性がある。

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、溶接されるべき部分に未溶着部が発生することを抑制できるプラグ及び蒸気配管構造物並びにプラグの設置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、本開示のプラグ及び蒸気配管構造物並びにプラグの設置方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本開示の一態様に係るプラグは、蒸気配管に形成された貫通孔を前記蒸気配管の外周面側から閉塞するプラグであって、軸線方向に延びる柱状に形成された管台部と、基端側から先端側に向かう方向で前記軸線方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面と、該開先面の端部から、前記先端側から前記基端側に向かって前記軸線方向に沿って延びるストレート面と、前記開先面と前記ストレート面によって前記管台部から突出するように形成された開先部と、を備えている。

また、本開示の一態様に係る蒸気配管構造物は、貫通孔が形成された蒸気配管と、上記のプラグとを備え、前記プラグは、前記開先部が前記蒸気配管の外周面に突き合わされ、前記開先部の前記開先面と前記蒸気配管の外周面との間に溶接部が形成されて前記蒸気配管に接続されている。

また、本開示の一態様に係るプラグの設置方法は、蒸気配管に形成された貫通孔を前記蒸気配管の外周面側から閉塞するプラグであって、軸線方向に延びる柱状に形成された管台部と、基端側から先端側に向かう方向で前記軸線方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面と、該開先面の端部から、前記先端側から前記基端側に向かって前記軸線方向に沿って延びるストレート面と、前記開先面と前記ストレート面によって前記管台部から突出するように形成された開先部と、を備えているプラグの設置方法であって、前記蒸気配管に前記開先部を突き合わせる第１工程と、前記開先面と前記蒸気配管の外周面との間を溶接して溶接部を形成する第２工程と、を含む。

本開示によれば、溶接されるべき部分に未溶着部が発生することを抑制できるプラグ及び蒸気配管構造物並びにプラグの設置方法を提供することができる。

ボイラ発電プラントにおける蒸気、復水、給水系統を表す概略図である。 本開示の第１実施形態に係るプラグの側面図である。 本開示の第１実施形態に係るプラグの縦断面図である。 蒸気配管上のプラグを蒸気配管の軸線方向から見た断面図である。 蒸気配管上のプラグを蒸気配管の軸線方向と直交する方向から見た断面図である。 蒸気配管に接続されたプラグを蒸気配管の軸線方向から見た断面図である。 蒸気配管に接続されたプラグを蒸気配管の軸線方向と直交する方向から見た断面図である。 応力集中部の概念を表す参考図である。 図７に示すＡ部の部分拡大図である。 応力集中部及び溶接止端における損傷度Ｄｃと張り出した溶接脚長Ｌｗとの各関係を示した図である。 応力集中部及び溶接止端における損傷度Ｄｃと溶接止端半径Ｒｗとの各関係を示した図である。 本開示の第２実施形態に係るプラグの側面図である。 本開示の第２実施形態に係るプラグの縦断面図である。 第２実施形態に係るプラグが取り付けられて好適な蒸気配管の縦断面図である。 蒸気配管上のプラグを蒸気配管の軸線方向と直交する方向から見た断面図である。 本開示の第３実施形態に係るプラグの縦断面図である。 蒸気配管上のプラグを蒸気配管の軸線方向と直交する方向から見た断面図である。

［ボイラ発電プラントについて］
まず、本開示の一実施形態に係るプラグが設置されるボイラ発電プラントについて図１を用いて説明する。

図１は、ボイラ発電プラントにおける蒸気、復水、給水系統を表す概略図である。
ボイラ発電プラントは、ボイラの熱交換器１０２，１０３，１０４と、ボイラが生成した蒸気によって回転駆動される蒸気タービン１１０と、蒸気タービン１１０に連結され、蒸気タービン１１０の回転に応じて発電を行う発電機１１５とを備える。

蒸気タービン１１０は、例えば、高圧タービン１１１と中圧タービン１１２と低圧タービン１１３とから構成され、後述する再熱器１０５，１０６からの蒸気が中圧タービン１１２に流入したのちに低圧タービン１１３に流入する。

低圧タービン１１３には、復水器１１４が連結されており、低圧タービン１１３を回転駆動した蒸気がこの復水器１１４で冷却水（例えば、海水）により冷却されて復水となる。復水器１１４は、給水ラインＬ１を介して節炭器１０７に連結されている。

給水ラインＬ１には、例えば、復水ポンプ（ＣＰ）１２１、低圧給水ヒータ１２２、ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）１２３、高圧給水ヒータ１２４が設けられている。

低圧給水ヒータ１２２と高圧給水ヒータ１２４には、蒸気タービン１１１，１１２，１１３を駆動する蒸気の一部が抽気されて、図示しない抽気ラインを介して高圧給水ヒータ１２４と低圧給水ヒータ１２２に熱源として供給され、節炭器１０７へ供給される給水が加熱される。

以下、ボイラが貫流ボイラの場合を例にして説明をする。
節炭器１０７は、火炉壁１０１の各蒸発管に連結されている。節炭器１０７で加熱された給水は、火炉壁１０１の蒸発管を通過する際に、火炉内の火炎から輻射を受けて加熱され、汽水分離器１２６へと導かれる。汽水分離器１２６にて分離された蒸気は、過熱器１０２，１０３，１０４へと供給され、汽水分離器１２６にて分離されたドレン水は、ドレン水ラインＬ２を介して復水器１１４へと導かれる。

燃焼ガスが燃焼ガス通路(煙道)１３を流れるとき、この燃焼ガスは、過熱器１０２，１０３，１０４、再熱器１０５，１０６、節炭器１０７で熱回収される。一方、ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）１２３から供給された給水は、節炭器１０７によって予熱された後、火炉壁１０１の各蒸発管を通過する際に加熱されて蒸気となり、汽水分離器１２６に導かれる。

汽水分離器１２６で分離された蒸気は、過熱器１０２，１０３，１０４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。

過熱器１０２，１０３，１０４で生成された過熱蒸気は、蒸気ラインＬ３を介して高圧タービン１１１に供給され、この高圧タービン１１１を回転駆動する。

高圧タービン１１１から排出された蒸気は、蒸気ラインＬ４を介して再熱器１０５，１０６に導入されて再度過熱される。再度過熱された蒸気は、蒸気ラインＬ５を介して中圧タービン１１２を経て低圧タービン１１３に供給され、中圧タービン１１２及び低圧タービン１１３を回転駆動する。

各蒸気タービン１１１，１１２，１１３の回転軸は、発電機１１５を回転駆動して、発電が行われる。低圧タービン１１３から排出された蒸気は、復水器１１４で冷却されることで復水となり、給水ラインＬ１を介して再び節炭器１０７に送られる。

上記のようなボイラ発電プラントの各蒸気ラインを構成する蒸気配管５０には、放射線源を挿入するために穿設された貫通孔５１を閉塞するプラグ１が複数個所に設置される。例えば、同図において各蒸気ライン上の箇所Ｐに設置される。なお、同図の箇所Ｐは例示であり、全ての設置箇所を示したものではない。

［プラグ（第１実施形態）について］
次に、本開示の第１実施形態に係るプラグ１Ａについて図２から図３を用いて説明する。
図２は、プラグ１Ａの側面図である。図３は、プラグ１Ａの縦断面図である。

プラグ１Ａは、材質が金属（例えば、クロム含有合金鋼など）とされている。好ましくは、プラグ１Ａは、後述する蒸気配管５０と同一または類似の材質がよい。

図２及び図３に示すように、プラグ１Ａは、軸線Ｘ１方向に延びた円柱形状の管台部３０と、その下部（後述する蒸気配管５０に臨む部分）において開先面３１及びストレート面３２によって形成された開先部３５とを備えている。

管台部３０の外径はプラグ１Ａの最大外径となり、後述する蒸気配管５０に形成された貫通孔５１の内径よりも大径とされ、例えばΦ５０ｍｍ〜Φ１３０ｍｍ程度とされる。

開先面３１は、プラグ１Ａの基端１２から先端１１に向かう方向で管台部３０の外周面から軸線Ｘ１側（内側）に縮径する傾斜面とされている。開先面３１は、軸線Ｘ１を中心とした周方向において円環状に形成されている。

ストレート面３２は、プラグ１Ａの底面３８付近にて、開先面３１の先端（軸線Ｘ１側の端部）に接続された面であり、プラグ１Ａの先端１１から基端１２に向かう方向で軸線Ｘ１方向に沿って延びている。ストレート面３２は、軸線Ｘ１に対して平行又は略平行とされている。ストレート面３２は、軸線Ｘ１を中心とした周方向において円環状に形成されている。ストレート面３２は、軸線Ｘ１方向の長さ寸法が１ｍｍ以上５ｍｍ以下とされることが好ましい。これは、後述する円環状の開先部３５を形成するために必要な寸法とされている。

先端が開先面３１に接続されているストレート面３２の基端は、四半円弧状のラウンド面３４を介して底面３８に接続されている。

底面３８は、プラグ１Ａの先端１１から基端１２側に窪むように形成された面であり、ラウンド面３４と滑らかに接続されている。底面３８の窪み量は、ストレート面３２の長さ寸法及びラウンド面３４の半径によって一義的に定められる。

ラウンド面３４は、例えばプラグ１Ａの最大外径（すなわち、管台部３０の外径）が１３０ｍｍ、厚さ寸法（ストレート面３２からプラグ１Ａの管台部３０の最外周面への半径方向における肉厚）が例えば３０ｍｍのとき、半径の寸法が３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とされることが好ましい。なお、半径の下限の３ｍｍは製作容易な寸法の範囲の最小値であり、上限の１０ｍｍは寿命（例えば２４万時間）を満足する寸法の範囲の最大値である。ラウンド面３４の半径は、上記寸法の範囲内で、後述する蒸気配管５０に形成された貫通孔５１の内径よりもストレート面３２が半径方向（軸線Ｘ１方向と直交する方向）外側に位置するように決定される。

以上のように形成された開先面３１及びストレート面３２によって、プラグ１Ａの下部には、Ｖ字状に尖るように突出した開先部３５が形成されている。開先部３５は、開先面３１やストレート面３２と同様、軸線Ｘ１を中心とした周方向において円環状に形成されている。開先部３５は、蒸気配管５０への設置時において、蒸気配管５０側に突出するように形成されている。これによって、蒸気配管５０との溶接時における溶金の溶け込みを良好なものにすることができ、溶接されるべき部分に未溶着部の発生を抑制することができる。なお、開先部３５の先端において、開先面３１とストレート面３２との間にルート面３３を形成してもよい。

［蒸気配管構造物について］
次に、プラグ１Ａが設置された蒸気配管５０の構造について図４から図８を用いて説明する。
図４は、蒸気配管５０上のプラグ１Ａを蒸気配管５０の軸線方向から見た断面図である。すなわち、図４は、蒸気配管５０の円周方向が見える断面図である。図５は、蒸気配管５０上のプラグ１Ａを蒸気配管５０の軸線方向と直交する方向から見た断面図である。すなわち、図５は、蒸気配管５０の長手方向（軸線方向）が見える断面図である。図６は、蒸気配管５０に溶接によって接続されたプラグ１Ａを蒸気配管５０の軸線方向から見た断面図である。図７は、蒸気配管５０に溶接によって接続されたプラグ１Ａを蒸気配管５０の軸線方向と直交する方向から見た断面図である。図８は、集中部の概念を表す参考図である。

図４及び図５に示すように、プラグ１Ａは、蒸気ライン（図１のＬ３，Ｌ５）を構成する蒸気配管５０に形成された貫通孔５１上に載置され、円環状の開先部３５が蒸気配管５０の外周面に突き合わされる（第１工程）。これにより、開先部３５と蒸気配管５０の外周面との間で溶接のための開先が形成される。

蒸気配管５０は、内部に高温高圧の蒸気が流通する配管とされている。蒸気配管５０の肉厚は、例えば２５ｍｍ〜１３０ｍｍとされる。蒸気配管５０には、放射線透過試験用の放射線源を挿入するための貫通孔５１が形成されている。

貫通孔５１は、蒸気配管５０の管壁をその厚さ方向に貫通する直管状の孔とされており、蒸気配管５０の外部と内部とを連通している。

放射線透過試験は、蒸気配管５０同士の溶接接合部近傍で実施される。このため、貫通孔５１は、蒸気配管５０同士の溶接接合部近傍に形成されていることが好ましい。
なお、貫通孔５１に挿入する放射線源によって適切に検査可能であれば、蒸気配管５０同士の溶接接合部と間隔を空けて貫通孔５１を形成してもよい。

プラグ１Ａは、突き合わされた開先部３５と蒸気配管５０の外周面との間に所定の隙間（ルート間隔）が確保されて保持される。ルート間隔は、例えば２ｍｍ〜７ｍｍとされている。

このとき、軸線Ｘ１方向に対して、ストレート面３２が貫通孔５１の内径よりも半径方向外側に位置しているので、開先部３５の先端よりも半径方向内側に蒸気配管５０の外周面が存在することになる（図４及び図５において点線の四角で囲ったＢ部）。開先部３５の先端から貫通孔５１までの蒸気配管５０の外周面は、溶接開始時において開先部３５の先端と蒸気配管５０の外周面との隙間から流れ出る溶金の受け部分として機能する。また、開先部３５を蒸気配管５０の外周面に突き合わさせて溶接することで溶接開始時における溶金の溶け込みを良好なものにすることができる。これによって、溶接されるべき部分に未溶着部の発生を抑制して、不連続な溶接溶け込み形状の発生を抑制することができる。

その後、図６及び図７に示すように、溶接によって開先面３１と蒸気配管５０の外周面との間に溶金を盛ることで溶接部６０を形成してプラグ１Ａと蒸気配管５０とを接続する（第２工程）。これによって、貫通孔５１がプラグ１Ａで閉塞される。

溶接部６０を形成するにあたって、溶接止端６１の位置は、管台部３０の外周面の位置よりも軸線Ｘ１方向に対して半径方向外側に位置させておくことが好ましい。溶接止端６１とは、溶接部６０において蒸気配管５０に接する部分の半径方向外側の端部である。この構成によって、図７に示すように、蒸気配管５０の管材の内部に発生している応力集中部５３よりも半径方向外側に距離を置いて溶接止端６１を位置させることができる。

以下、応力集中部５３について図８を用いて説明する。
貫通孔７１が形成され長手方向に延びる仮想した平板７０の長辺には、引張応力σｆが負荷されている。このとき、既知の通り、平板７０の中心線上に作用する応力σｙは、貫通孔７１の長手方向近傍で最大応力σｍａｘが発生する（いわゆる応力集中）。なお、最大応力σｍａｘは、貫通孔点７２に発生する引張応力σｆのおよそ３倍とされる。

蒸気配管５０には内部を流通する蒸気の内圧によって貫通孔５１の周方向にフープ応力が作用しており、図８に示した応力集中の現象を蒸気配管５０に適用した場合、図７に示すように、蒸気配管５０の軸線方向（長手方向）において、蒸気配管５０の管材の内部かつ貫通孔５１の近傍に応力集中部５３が発生することになる。

本実施形態において、溶接止端６１の位置は、蒸気配管５０の管材の内部に発生している応力集中部５３よりも軸線Ｘ１方向に対して半径方向外側なので、応力集中部５３に発生している応力の一部を管台部３０で担うことができる。これにより、開先面３１及びストレート面３２付近の溶接部６０で発生する応力集中を緩和して、溶接部６０の強度確保と寿命延長をすることができる。

［溶接始端の詳細について］
溶接部６０の溶接止端６１の位置は、詳細には、次のように決定されることが好ましい。

図９に示すように、プラグ１Ａの管台部３０の外周面から半径方向に張り出した溶接部６０の溶接脚長をＬｗとする。すなわち、プラグ１Ａの外周面から溶接止端６１までの半径方向（プラグ１Ａの半径方向）に沿った距離をＬｗとする。

このとき、溶接脚長Ｌｗと応力集中部５３における損傷度Ｄｃとの関係、及び、溶接脚長Ｌｗと溶接止端６１における損傷度Ｄｃとの関係は、図１０に示されたグラフようになる。すなわち、溶接脚長Ｌｗが大きくなるにつれて応力集中部５３における損傷度Ｄｃが低下する。また、溶接脚長Ｌｗが大きくなるにつれて溶接止端６１、特に、蒸気配管５０の円周方向の溶接止端６１（図６参照）における損傷度Ｄｃが増加する。このため、２つの損傷度を比較して、応力集中部５３及び溶接止端６１の両方の損傷度が材料性能へ影響する所定の量を超え難いような溶接脚長Ｌｗの範囲を決定することが好ましい。
ここで、損傷度Ｄｃとは、金属組織への損傷の影響を示すものであり、機械的強度などの材料性能の低下要因の影響度を示すものとなる。

また、図９に示すように、溶接止端６１は、滑らかな湾曲形状となるラウンド状に形成されることが好ましい。これによって、溶接止端６１における応力集中を抑制できる。

ここで、ラウンド状に形成された溶接止端６１の半径をＲｗとする。このとき、半径Ｒｗと応力集中部５３における損傷度Ｄｃとの関係、及び、半径Ｒｗと溶接止端６１における損傷度Ｄｃとの関係は、図１１に示されたグラフのようになる。すなわち、半径Ｒｗが大きくなるにつれて応力集中部５３における損傷度Ｄｃ及び溶接止端６１における損傷度Ｄｃが低下する。このため、半径Ｒｗは大きく設定することが好ましい。しかし、貫通孔５１は蒸気配管５０同士の接合部近傍に形成されるという性質上、貫通孔５１の位置を固定した場合、半径Ｒｗを大きく設定するほど、溶接止端６１が蒸気配管５０同士の接合部に接近することになる。この場合、溶接部６０を形成する際の熱的な影響が蒸気配管５０同士の接合部に及ぶ可能性があり好ましくない。
また、溶接止端６１の位置を固定した場合、半径Ｒｗを大きく設定するほど、貫通孔５１の位置が蒸気配管５０同士の溶接接合部から遠ざかることになる。この場合、蒸気配管５０同士の溶接接合部から貫通孔５１が離れることになり、放射線透過試験用に放射線源を貫通孔５１から挿入する作業に支障が発生する可能性があり好ましくない。
以上より、溶接部６０の半径Ｒｗは、蒸気配管５０同士の接合部に対して溶接時に熱的な影響を及ぼさない範囲、かつ、放射線透過試験用に放射線源を貫通孔５１から挿入する作業に支障が発生しない範囲で、可能な限り大きく設定することが好ましい。例えば、溶接部６０の半径Ｒｗは、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で設定することが望ましい。

本実施形態によれは、以下の効果を奏する。
開先面３１とストレート面３２とによって形成された開先部３５を備えている。これにより、開先部３５を蒸気配管５０の外周面に突き合わさせて溶接することで溶接開始時における溶金の溶け込みを良好なものにして、溶接されるべき部分に未溶着部があるような不連続な溶接溶け込み形状の発生を抑制する。これにより、負荷が印可された場合にも、応力が集中してき裂発生の起因となることを抑制することができる。
また、開先部３５が蒸気配管５０に突き合わされたときに、軸線Ｘ１方向に対する半径方向においてストレート面３２が貫通孔５１よりも外側に位置するように設定されているので、プラグ１Ａを蒸気配管５０に突き合わせた場合に、ストレート面３２及び開先面３１によって形成された円環状の開先部３５の先端から貫通孔５１までの距離の分だけ蒸気配管５０の外周面が存在することになる。開先部３５の先端から貫通孔５１までの蒸気配管５０の外周面は、溶接開始時において蒸気配管５０へ突出した円環状の開先部３５の先端と蒸気配管５０の外周面との隙間から流れ出る溶金の受け部分として機能するので、溶金の溶け込みを更に良好なものにすることができるる。
このようにして溶金の溶け込みを良好にすることで、溶接されるべき部分に未溶着部が発生することを抑制でき、ひいては負荷が印可された場合に未溶着部に応力が集中して未溶着部を起点として、き裂が発生・伸展することを抑制できる。

また、ストレート面３２は、基端にラウンド面３４が形成されているので、ストレート面３２と底面３８との接続部分における応力集中を抑制できる。

また、プラグ１Ａは、開先面３１と蒸気配管５０の外周面との間に溶接部６０が形成されて蒸気配管５０に接続されているので、溶接部６０の全てを蒸気配管５０の外周面上に形成することができる。これによって、溶接部６０の欠陥の有無を非破壊法で検査することができるので、溶接部６０の検査が容易に実施できるようになる。また、検査対象となる溶接部６０の全てが蒸気配管５０の外周面上に形成されるので、プラグ１Ａの検査の精度が向上する。

また、溶接部６０は、溶接止端６１がプラグ１Ａの管台部３０の外周面よりも軸線Ｘ１方向に対して半径方向外側に位置しているので、蒸気配管５０の管材の内部かつ貫通孔５１の近傍に発生する応力集中部５３よりも半径方向外側に溶接部６０の溶接止端６１を位置させることができる。これによって、溶接部６０が応力集中部５３を覆うような形態となり、応力集中部５３に発生している応力の一部を管台部３０で担うことができる。これにより、溶接部６０の耐力を向上させることができる。また、開先面３１及びストレート面３２付近の溶接部６０で発生する応力集中を緩和して、溶接部６０の強度確保と寿命延長をすることができる。

［プラグ（第２実施形態）について］
次に、本開示の第２実施形態に係るプラグ１Ｂについて図１２から図１５を用いて説明する。
本実施形態のプラグは、第１実施形態のプラグに対して突出部が設けられている点で相違している。このため、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１２には、プラグ１Ｂの側面図が示されている。図１３には、プラグ１Ｂの縦断面図が示されている。図１２及び図１３に示すように、プラグ１Ｂは、突出部３７を備えている。

突出部３７は、底面３８から軸線Ｘ１方向に沿って延びた筒状の部位とされている。突出部３７の外周面は、ストレート面３２と間隔を空けて対向している。突出部３７の外周面は、蒸気配管５０に形成された貫通孔５１に嵌合するように寸法が設定されている。これによって、貫通孔５１に対してプラグ１Ｂを設置する際に、容易に半径方向に位置決めすることができる。
なお、突出部３７は、必ずしも全周が形成された筒状である必要はなく、筒状の一部分となるものでもよい。

図１４には、プラグ１Ｂが取り付けられ好適な蒸気配管５０の断面図が示されている。図１４に示すように、蒸気配管５０の貫通孔５１には、段部５１ａが形成されている。

段部５１ａは、蒸気配管５０の外周面（同図の上面）側から内周面（同図の下面）側に向かって貫通孔５１が縮径するように設けられている。

図１５に示すように、段部５１ａには、プラグ１Ｂに設けられた突出部３７の突出端３７ａが軸線Ｘ１方向に当接する。これによって、貫通孔５１に対してプラグ１Ｂを設置する際に、貫通孔５１に対してプラグ１Ｂを容易に軸線Ｘ１方向に位置決めすることができる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
突出部３７を備えているので、プラグ１Ｂを設置する際に、貫通孔５１に突出部３７を嵌合することで貫通孔５１に対してプラグ１Ｂを容易に半径方向に位置決めすることができる。

また、貫通孔５１には段部５１ａが形成されているので、突出部３７を貫通孔５１に嵌合させるとき、貫通孔５１に対してプラグ１Ｂを容易に軸線Ｘ１方向に位置決めすることができる。これによって、プラグ１Ｂに形成された開先部３５と蒸気配管５０の外周面との隙間（ルート間隔）を適切に保つことができる。

［プラグ（第３実施形態）について］
次に、本開示の第３実施形態に係るプラグ１Ｃについて図１６及び図１７を用いて説明する。
本実施形態のプラグは、第２実施形態の突出部に対して鍔が形成されている点で相違している。このため、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１６には、プラグ１Ｃの縦断面図が示されている。図１６に示すように、プラグ１Ｃの突出部３７には鍔３７ｂが形成されている。

鍔３７ｂは、突出部３７の外周面から半径方向に張り出した部分とされている。鍔３７ｂは、軸線Ｘ１の全周方向に形成されてもよいし、一部の周方向にのみ形成されてもよい。ただし、鍔３７ｂは、ストレート面３２に到達しないように、かつ、貫通孔５１の内径よりも大径となるように形成されている。

図１７に示すように、プラグ１Ｃの鍔３７ｂは、貫通孔５１の周囲（蒸気配管５０の外周面）に当接する。これによって、プラグ１Ｃを設置する際に、貫通孔５１に対してプラグ１Ｃを容易に軸線Ｘ１方向に位置決めすることができる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
鍔３７ｂを備えているので、プラグ１Ｃを設置する際に、突出部３７を貫通孔５１に嵌合させるとき、第２実施形態のような段部５１ａを蒸気配管５０に設けることなく貫通孔５１に対してプラグ１Ｃを容易に軸線Ｘ１方向に位置決めすることができる。これによって、プラグ１Ｃに形成された開先部３５と蒸気配管５０の外周面との隙間（ルート間隔）を適切に保つことができる。

なお、各実施形態において、図３に示すように、プラグ１に穴部３６を形成してもよい。穴部３６は、基端１２側の面から軸線Ｘ１に沿って底面３８に到達しない深さで穿設された穴である。穴部３６は、プラグ１の剛性を低下させる。これによって、開先部３５の溶接時にプラグ１の先端１１側に発生する引っ張り応力の集中を緩和することができる。このため、プラグ１の先端１１側にき裂が発生することを抑制できる。

以上の通り説明した各実施形態は、例えば以下のように把握される。
すなわち、本開示の一態様に係るプラグ（１）は、蒸気配管（５０）に形成された貫通孔（５１）を前記蒸気配管（５０）の外周面側から閉塞するプラグ（１）であって、軸線（Ｘ１）方向に延びる柱状に形成された管台部（３０）と、基端（１２）側から先端（１１）側に向かう方向で前記軸線（Ｘ１）方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面（３１）と、該開先面（３１）の端部から、前記先端（１１）側から前記基端（１２）側に向かって前記軸線（Ｘ１）方向に沿って延びるストレート面（３２）と、前記開先面（３１）と前記ストレート面（３２）によって前記管台部（３０）から突出するように形成された開先部（３５）と、を備えている。

本態様に係るプラグ（１）によれば、基端（１２）側から先端（１１）側に向かう方向で軸線（Ｘ１）方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面（３１）と、開先面（３１）の端部から、先端（１１）側から基端（１２）側に向かって軸線（Ｘ１）方向に沿って延びるストレート面（３２）によって管台部（３０）から突出した開先部（３５）を形成することができる。これにより、形成された開先部（３５）を蒸気配管（５０）の外周面に突き合わせて溶接することで溶接開始時における溶金の溶け込みを良好なものにすることができる。また、プラグ（１）の管台部（３０）に形成された環状のストレート面（３２）の内径よりも貫通孔（５１）が小径であれば、開先部（３５）を蒸気配管に突き合わせた場合、ストレート面（３２）及び開先面（３１）によって形成された開先部（３５）の先端から貫通孔（５１）までの距離の分だけ蒸気配管（５０）の外周面が存在することになる。これにより、突出した開先部（５０）の先端から貫通孔（５１）までの蒸気配管（５０）の外周面は、溶接開始時において開先部（３５）の先端と蒸気配管（５０）の外周面との間から流れ出る溶金の受け部分として機能するので、溶金の溶け込みを更に良好なものにして、未溶着部の発生を抑制することができる。
このようにして溶金の溶け込みを良好にすることで、溶接されるべき部分に未溶着部があるような不連続な溶接溶け込み形状の発生を抑制する。これにより、負荷が印可された場合にも、応力が集中してき裂発生の起因となることを抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るプラグ（１）において、前記開先部（３５）には、前記蒸気配管（５０）の外周面との間で溶接部（６０）が形成される。

本態様に係るプラグによれば、開先部（３５）には、蒸気配管（５０）の外周面との間で溶接部（６０）が形成されるので、開先部（３５）と蒸気配管（５０）の外周面とを溶接して接続することができる。

また、本開示の一態様に係るプラグ（１）において、前記ストレート面（３２）は、前記開先部（３５）が前記蒸気配管（５０）の外周面に突き合わされたとき前記半径方向において前記貫通孔（５１）よりも外側に位置している。

本態様に係るプラグ（１）によれば、ストレート面（３２）は、開先部（３５）が蒸気配管（５０）に突き合わされたとき半径方向において貫通孔（５１）よりも外側に位置しているので、開先部（３５）を蒸気配管に突き合わせた場合、ストレート面（３２）及び開先面（３１）によって形成された開先部（３５）の先端から貫通孔（５１）までの距離の分だけ蒸気配管（５０）の外周面が存在することになる。開先部（３５）の先端から貫通孔（５１）までの蒸気配管（５０）の外周面は、溶接開始時において開先部（３５）の先端と蒸気配管（５０）の外周面との間から流れ出る溶金の受け部分として機能するので、溶金の溶け込みを更に良好なものにすることができて、溶接されるべき部分に未溶着部があるような不連続な溶接溶け込み形状が発生することを抑制できる。

また、本開示の一態様に係るプラグ（１）は、前記管台部（３０）の前記基端（１２）側の面から軸線（Ｘ１）方向に沿って穿設された穴部（３６）を備えている。

本態様に係るプラグ（１）によれば、柱状の管台部（３０）の基端（１２）側の面から軸線（Ｘ１）方向に沿って穿設された穴部（３６）を備えているので、溶接時にプラグ（１）の先端（１１）側に発生する引っ張り応力の集中を緩和することができる。これによって、プラグ（１）の先端（１１）側にき裂が発生することを抑制できる。

また、本開示の一態様に係るプラグ（１Ｂ，１Ｃ）は、前記ストレート面（３２）との間に隙間を空けて対向するとともに前記軸線（Ｘ１）方向に沿って延びて前記貫通孔（５１）に嵌合可能な外周面が形成された筒状または筒状の一部を形成する突出部（３７）を備えている。

本態様に係るプラグ（１Ｂ，１Ｃ）によれば、ストレート面（３２）との間に隙間を空けて対向するとともに軸線（Ｘ１）方向に沿って延びて貫通孔（５１）に嵌合可能な外周面が形成された筒状または筒状の一部を形成する突出部（３７）を備えているので、プラグ（１Ｂ，１Ｃ）を設置する際に、貫通孔（５１）に突出部（３７）を嵌合することで貫通孔（５１）に対してプラグ（１Ｂ，１Ｃ）を半径方向に位置決めすることができる。

また、本開示の一態様に係るプラグ（１Ｃ）において、前記突出部（３７）には、前記半径方向に張り出した鍔（３７ｂ）が形成され、前記鍔（３７ｂ）は、前記半径方向で前記貫通孔（５１）よりも外側に位置する。

本態様に係るプラグ（１Ｃ）によれば、突出部（３７）には、半径方向に張り出した鍔（３７ｂ）が形成され、前記鍔（３７ｂ）は、前記半径方向で前記貫通孔（５１）よりも外側に位置するので、突出部（３７）を貫通孔（５１）に嵌合させるとき、鍔（３７ｂ）を貫通孔（５１）周囲の蒸気配管に当接させることができる。これによって、プラグ（１Ｃ）を設置する際に、貫通孔（５１）に対してプラグ（１Ｃ）を軸線方向に位置決めすることができ、形成された開先部（３５）と蒸気配管の外周面との隙間（ルート間隔）を適切に保つことができる。

また、本開示の一態様に係るプラグ（１）において、前記ストレート面（３２）は、前記基端（１２）側の端部にラウンド面（３４）が形成されている。

本態様に係るプラグ（１）によれば、ストレート面（３２）は、基端（１２）側の端部にラウンド面（３４）が形成されているので、ストレート面（３２）の基端（１２）側の端部における応力集中を抑制できる。

また、本開示の一態様に係る蒸気配管構造物は、貫通孔（５１）が形成された蒸気配管（５０）と、上記のプラグ（１）とを備え、前記プラグ（１）は、前記開先部（３５）が前記蒸気配管（５０）の外周面に突き合わされ、前記開先部（３５）の前記開先面（３１２）と前記蒸気配管（５０）の外周面との間に溶接部（６０）が形成されて前記蒸気配管（５０）に接続されている。

本態様に係る蒸気配管構造物によれば、プラグ（１）は、開先部（３５）が蒸気配管（５０）の外周面に突き合わされ、開先部（３５）の開先面（３１）と蒸気配管（５０）の外周面との間に溶接部（６０）が形成されて蒸気配管（５０）に接続されているので、溶接部（６０）の全てを蒸気配管（５０）の外周面上に形成することができる。これによって、溶接部（６０）の欠陥の有無を非破壊法で検査することができるので、溶接部（６０）の検査が容易に実施できるようになる。また、検査対象となる溶接部（６０）の全てが蒸気配管（５０）の外周面上に形成されるので検査の精度が向上する。

また、本開示の一態様に係る蒸気配管構造物は、貫通孔（５１）が形成された蒸気配管（５０）と、上記のプラグ（１Ｂ，１Ｃ）とを備え、前記貫通孔（５１）には、前記突出部（３７）の突出端（３７ａ）が前記軸線（Ｘ１）方向に当接する段部（５１ａ）が形成され、前記プラグ（１Ｂ，１Ｃ）は、前記突出部（３７）が前記貫通孔（５１）に挿入され、前記開先部（３５）が前記蒸気配管（５０）に突き合わされ、前記開先部（３５）の前記開先面（３１）と前記蒸気配管（５０）の外周面との間に溶接部（６０）が形成されて前記蒸気配管（５０）に接続されている。

本態様に係る蒸気配管構造物によれば、貫通孔（５１）には、突出部（３７）の突出端（３７ａ）が軸線（Ｘ１）方向に当接する段部（５１ａ）が形成され、プラグ（１Ｂ，１Ｃ）は、突出部（３７）が貫通孔（５１）に挿入され、開先部（３５）が蒸気配管（５０）に突き合わされ、開先部（３５）の開先面（３１）と蒸気配管（５０）の外周面との間に溶接部（６０）が形成されて蒸気配管（６０）に接続されているので、突出部（３７）を貫通孔（５１）に嵌合させるとき、貫通孔（５１）に対してプラグ（１Ｂ，１Ｃ）を軸線（Ｘ１）方向に位置決めすることができる。これによって、プラグ（１Ｂ，１Ｃ）を設置する際に、形成された開先部（３５）と蒸気配管（５０）の外周面との隙間（ルート間隔）を適切に保つことができる。

また、本開示の一態様に係る蒸気配管構造物において、前記溶接部（６０）は、前記蒸気配管（５０）に接する部分の前記半径方向の外側の端部（６１）が前記管台部（３０）の外周面の位置よりも前記半径方向の外側に位置している。

本態様に係る蒸気配管構造物によれば、溶接部（６０）は、蒸気配管（５０）に接する部分の半径方向の外側の端部（６１）が管台部（３０）の外周面の位置よりも半径方向の外側に位置しているので、蒸気配管（５０）の管材の内部かつ貫通孔（５１）の近傍に発生する応力集中部（５３）よりも半径方向の外側に溶接部（６０）の端部（６１）を位置させることができる。これによって、応力集中部（５３）に発生している応力の一部を管台部（３０）で担うことができる。このため、蒸気配管（５０）の耐力を向上させることができる。また、溶接部（６０）で発生する応力集中を緩和して、溶接部（６０）の強度確保と寿命延長をすることができる。なお、ここでいう「応力集中部」とは、蒸気配管（５０）に作用するフープ応力（蒸気配管（５０）の貫通孔（５１）周囲に発生し、蒸気配管（５０）の内部を流通する蒸気の圧力に起因する応力）によって貫通孔（５１）の近傍に発生する応力のピーク部分及びその付近をいう。

また、本開示の一態様に係る蒸気配管構造物において、前記溶接部（６０）の前記端部（６１）の位置は、応力集中部（５３）の損傷度と、前記溶接部（６０）の前記端部（６１）の損傷度と、を比較して決定されている。

本態様に係る蒸気配管構造物によれば、溶接部（６０）の端部（６１）の位置は、応力集中部（５３）の損傷度と、溶接部（６０）の端部（６１）の損傷度と、を比較して決定されているので、応力集中部（５３）及び溶接部（６０）の端部（６１）の両者が損傷し難い位置に溶接部（６０）の端部（６１）を設定できる。

また、本開示の一態様に係る蒸気配管構造物において、前記溶接部（６０）の前記端部（６１）は、前記蒸気配管（５０）の外周面に対して凹状に湾曲したラウンド状に形成されている。

本態様に係る蒸気配管構造物によれば、溶接部（６０）の端部（６１）は、蒸気配管（５０）の外周面に対して凹状に湾曲するラウンド状に形成されているので、溶接部（６０）の端部（６１）に応力が集中することを抑制できる。これによって、蒸気配管（５０）の応力集中部（５３）に発生している応力の一部を管台部（３０）で担ったとしても、その応力によって溶接部（６０）が損傷することを抑制できる。

また、本開示の一態様に係るプラグ（１）の設置方法は、蒸気配管（５０）に形成された貫通孔（５１）を前記蒸気配管（５１）の外周面側から閉塞するプラグ（１）であって、軸線（Ｘ１）方向に延びる柱状に形成された管台部（３０）と、基端（１２）側から先端（１１）側に向かう方向で前記軸線（Ｘ１）方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面（３１）と、該開先面（３１）の端部から、前記先端（１１）側から前記基端（１２）側に向かって前記軸線（Ｘ１）方向に沿って延びるストレート面（３２）と、前記開先面（３１）と前記ストレート面（３２）によって前記管台部（３０）から突出するように形成された開先部（３５）と、を備えているプラグ（１）の設置方法であって、前記蒸気配管（５０）に前記開先部（３５）を突き合わせる第１工程と、前記開先面（３１）と前記蒸気配管（５０）の外周面との間を溶接して溶接部（６０）を形成する第２工程と、を含む。

１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ） プラグ
１１ 先端
１２ 基端
３１ 開先面
３２ ストレート面
３３ ルート面
３４ ラウンド面
３５ 開先部
３６ 穴部
３７ 突出部
３７ａ 突出端
３７ｂ 鍔
３８ 底面
５０ 蒸気配管
５１ 貫通孔
５１ａ 段部
５３ 応力集中部
６０ 溶接部
６１ 溶接止端
７０ 平板
７１ 貫通孔
７２ 貫通孔点
１０１ 火炉壁（伝熱管）
１０２ 第１過熱器（熱交換器）
１０３ 第２過熱器（熱交換器）
１０４ 第３過熱器（熱交換器）
１０５ 第１再熱器（熱交換器）
１０６ 第２再熱器（熱交換器）
１０７ 節炭器（熱交換器）
１１１ 高圧タービン
１１２ 中圧タービン
１１３ 低圧タービン
１１４ 復水器
１２１ 復水ポンプ（ＣＰ）
１２２ 低圧給水ヒータ
１２３ ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）
１２４ 高圧給水ヒータ
１２６ 汽水分離器
Ｌ１ 給水ライン
Ｌ２ ドレン水ライン
Ｌ３〜Ｌ５ 蒸気ライン

上記課題を解決するために、本開示のプラグ及び蒸気配管構造物並びにプラグの設置方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本開示の一態様に係るプラグは、蒸気配管に形成された貫通孔を前記蒸気配管の外周面側から閉塞するプラグであって、軸線方向に延びる柱状に形成された管台部と、基端側から先端側に向かう方向で前記軸線方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面と、該開先面の端部から、前記先端側から前記基端側に向かって前記軸線方向に沿って延びるストレート面と、前記開先面と前記ストレート面によって前記管台部から突出するように形成され、先端が前記蒸気配管に突き合わされる開先部と、を備えている。

また、本開示の一態様に係るプラグの設置方法は、蒸気配管に形成された貫通孔を前記蒸気配管の外周面側から閉塞するプラグであって、軸線方向に延びる柱状に形成された管台部と、基端側から先端側に向かう方向で前記軸線方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面と、該開先面の端部から、前記先端側から前記基端側に向かって前記軸線方向に沿って延びるストレート面と、前記開先面と前記ストレート面によって前記管台部から突出するように形成された開先部と、を備えているプラグの設置方法であって、前記蒸気配管に前記開先部の先端を突き合わせる第１工程と、前記開先面と前記蒸気配管の外周面との間を溶接して溶接部を形成する第２工程と、を含む。

Claims (13)

1. 蒸気配管に形成された貫通孔を前記蒸気配管の外周面側から閉塞するプラグであって、
   軸線方向に延びる柱状に形成された管台部と、
   基端側から先端側に向かう方向で前記軸線方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面と、
   該開先面の端部から、前記先端側から前記基端側に向かって前記軸線方向に沿って延びるストレート面と、
   前記開先面及び前記ストレート面によって前記管台部から突出するように形成された開先部と、
   を備えているプラグ。
2. 前記開先部には、前記蒸気配管の外周面との間で溶接部が形成される請求項１に記載のプラグ。
3. 前記ストレート面は、前記開先部が前記蒸気配管の外周面に突き合わされたとき前記半径方向において前記貫通孔よりも外側に位置している請求項１又は２に記載のプラグ。
4. 前記管台部の前記基端側の面から軸線方向に沿って穿設された穴部を備えている請求項１から３のいずれかに記載のプラグ。
5. 前記ストレート面との間に隙間を空けて対向するとともに前記軸線方向に沿って延びて前記貫通孔に嵌合可能な外周面が形成された筒状または筒状の一部を形成する突出部を備えている請求項１から４のいずれかに記載のプラグ。
6. 前記突出部には、前記半径方向に張り出した鍔が形成され、
   前記鍔は、前記半径方向で前記貫通孔よりも外側に位置する請求項５に記載のプラグ。
7. 前記ストレート面は、前記基端側の端部にラウンド面が形成されている請求項１から６のいずれかに記載のプラグ。
8. 貫通孔が形成された蒸気配管と
   請求項１から７のいずれかに記載のプラグと、
   を備え、
   前記プラグは、前記開先部が前記蒸気配管の外周面に突き合わされ、前記開先部の前記開先面と前記蒸気配管の外周面との間に溶接部が形成されて前記蒸気配管に接続されている蒸気配管構造物。
9. 貫通孔が形成された蒸気配管と
   請求項５又は６に記載のプラグと、
   を備え、
   前記貫通孔の外周面側には、前記突出部の突出端が前記軸線方向に当接する段部が形成され、
   前記プラグは、前記突出部が前記貫通孔に挿入され、前記開先部が前記蒸気配管に突き合わされ、前記開先部の前記開先面と前記蒸気配管の外周面との間に溶接部が形成されて前記蒸気配管に接続されている蒸気配管構造物。
10. 前記溶接部は、前記蒸気配管に接する部分の前記半径方向の外側の端部が前記管台部の外周面の位置よりも前記半径方向の外側に位置している請求項８又は９に記載の蒸気配管構造物。
11. 前記溶接部の前記端部の位置は、応力集中部の損傷度と、前記溶接部の前記端部の損傷度と、を比較して決定されている請求項１０に記載の蒸気配管構造物。
12. 前記溶接部の前記端部は、前記蒸気配管の外周面に対して凹状に湾曲したラウンド状に形成されている請求項１０又は１１に記載の蒸気配管構造物。
13. 蒸気配管に形成された貫通孔を前記蒸気配管の外周面側から閉塞するプラグであって、
    軸線方向に延びる柱状に形成された管台部と、
    基端側から先端側に向かう方向で前記軸線方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面と、
    該開先面の端部から、前記先端側から前記基端側に向かって前記軸線方向に沿って延びるストレート面と、
    前記開先面及び前記ストレート面によって前記管台部から突出するように形成された開先部と、
    を備えているプラグの設置方法であって、
    前記蒸気配管に前記開先部を突き合わせる第１工程と、
    前記開先面と前記蒸気配管の外周面との間を溶接して溶接部を形成する第２工程と、
    を含むプラグの設置方法。

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