JP3550463B2 - ガス配管 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスを移送するガス配管に係り、特に、加圧流動床複合(PFBC)発電プラントの圧力容器とガスタービンとの間に設け、PFBCボイラで生成した高温・高圧の石炭燃焼ガスを移送するのに好適なガス配管に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のガス配管として、実開昭60−16093 号公報には、圧力管と前記圧力管の内部に形成されたライナと前記圧力管と前記ライナとの間に設けられた断熱材とを有し、前記ライナは、一方の端部の外周上に複数のブラケットが設けられ他方の端部が若干細いライナユニットが、前記ライナユニットの細端部の外周に設けられるセラミックスを介して軸方向に連結されるものであり、前記圧力管の内周には、前記ブラケットに相当する位置に支持脚が設けられ、前記支持脚が、前記ブラケットと若干の遊びをもってピン枢着する内部断熱配管が開示されている。
また、実開昭61−123296号公報には、多数のスリープがその端部をオーバーラップさせた状態で軸方向に相対移動可能に連結されてなる流体輸送用内管と、該内管を覆う外管と、前記内管と前記外管との間に設けられた断熱材と、前記スリープと前記外管との間に設けられ、これらをその半径方向および軸方向に相対移動可能に連結する支持金物と、前記断熱材を横断して内外管の間を液密に遮断する弾性変形可能なリング状のシールプレートとから成る液体輸送用配管が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記実開昭60−16093 号公報に記載された内部断熱配管は、ライナの熱膨張の際の半径方向の編心及び軸方向の移動による断熱効果の低下を防止し、ライナの支持強度を高めたものであり、ライナの連結部のガスの漏洩については、配慮されていない。また、内管からブラケット,支持脚を通じて、外管に熱が伝導し、外管の支持脚の形成部に局所的な高温部が生じることについても、配慮されていない。
【0004】
また、上記実開昭61−123296号公報に記載された液体輸送用配管は、内管の半径方向及び軸方向の熱膨張を吸収するだけでなく、各スリープのオーバーラップ部分から出入りするバイパス流を抑止したものであるが、その効果を得るシールプレートの熱応力による疲労破壊については、配慮されていない。また、前記同様に、外管に局所的な高温部が生じることについても、配慮されていない。
【0005】
本発明の目的は、高温・高圧のガスを移送するもので、より信頼性を向上したガス配管を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のガス配管は、複数個の管を軸方向に連設し、前記管と前記管との連結部に隙間を有する内管と、前記内管のほぼ同心円状に外設する外管と、前記内管と前記外管との間に設ける断熱材と、前記内管の外周に、その内周端を固定する外側に広がった扇状の第一の支持手段と、前記外管の内周に、その外周端を固定する内側に狭った扇状の第二の支持手段と、前記第一の支持手段の外周側と前記第二の支持手段の内周側とを半径方向に摺接する摺接手段と、周方向に隣り合う2つの前記第一の支持手段の間を冠着する第一の冠着手段と、周方向に隣り合う2つの前記第二の支持手段の間を冠着する第二の冠着手段とを有する。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【0008】
図1〜図3に、本発明のガス配管の第一の実施例を示す。図1は、ガス配管の側断面図である。図2は、図1におけるA−A方向の断面図である。図3は、図1におけるB部の拡大図であり、ライナの支持構造の詳細を示す。図中、1は加圧流動床複合(PFBC)発電プラントのPFBCボイラで生成した石炭燃焼ガス(圧力:約0.88MPa ,温度:約870℃,流量:約950t/h)、2は内圧を保持する外管(材質:SCMV3,外径:φ2450mm,板厚:25mm)、3は外管2を保温する保温材(材質:ロックウール)、4は外管2への熱の伝導を抑制するセラミック・ファイバー状又はコンクリート状の断熱材、5は断熱材4の飛散を防止するライナ(材質:SUS310S ,外径:φ1900mm,板厚:6mm,長さ:1500mm)、6は円筒状のギャップリング(材質:SUS310S ,内径:φ1900mm,板厚:6mm,長さ:60mm)、7はライナ5の半径方向のズレを抑制する円筒状のライナサポートリング(材質:SUS310S ,内径:φ1912mm,板厚:16mm,長さ:245mm)、8はライナ5側に設ける円環状の固定リブ(材質:SUS310S,内径:φ1944mm,外径:φ2160mm,板厚:16mm)、9は外管2側に設ける円環状の固定リブ(材質:SCMV3,内径:φ2040mm,外径:φ2368mm,板厚:16mm)、10は外管2側に設ける固定リブ取付リング(材質:SCMV3,外径:φ2400mm,板厚:16mm,長さ:60mm)、11はボルト(材質:SUS310S ,サイズ:M16×16)、12,13はナット(材質:SUS310S ,サイズ:M16)、14はワッシャ(材質:SUS310S ,内径:φ20mm,外径:φ50mm,厚さ:4mm)、15はφ20mmの穴を20mmスライドさせた長穴を示す。
【0009】
内管は、ライナ5が軸方向に、複数個連設されて成るものであり、ガス配管の製造時に、軸方向に隣り合う2つのライナ5の間に35mm程度の隙間を設ける。ライナ5の一端部の外周に、ギャップリング6を溶接し、さらにその外周に、ライナサポートリング7の一端部を溶接する。この時、ライナサポートリング7の他端部は、ライナ5の間の隙間をオーバーラップするものとする。さらに、ライナサポートリング7の外周に、固定リブ8の内周端を溶接する。一方、外管2の内周に、固定リブ取付リング10を溶接し、さらにその内周に、固定リブ9の外周端を溶接する。この時、溶接時に線膨張率の相違から生じる最大応力を軽減するために、固定リブ8及び固定リブ9は、それぞれ、溶接する部材、即ち、ライナサポートリング7及び固定リブ取付リング10と同一材質のものが好ましい。また、異材質であっても、線膨張率が同程度の材質のものが好ましい。例えば、固定リブ取付リング10の材質を低合金鋼SCMV3(線膨張率:14.41×10 ̄6/℃,常温),固定リブ9の材質をステンレス鋼SUS310S線(膨張率:16.68×10 ̄6/℃,常温)とすると、溶接時に50kg/mm2 以上の応力が発生する。かかる溶接部は、900℃近い高温雰囲気中で使用し続けると、2000回程度の繰返し負荷により熱疲労が生じる。よって、ライナ5の材質がSUS310S ならば、ギャップリング6,ライナサポートリング7,固定リブ8の材質もSUS310S であるのが好ましい。また、外管2の材質がSCMV3ならば、固定リブ9,固定リブ取付リング10の材質もSCMV3であるのが好ましい。
【0010】
固定リブ9の内周端から半径方向に30mmの位置に、周方向に90度間隔でボルト11を通すためのφ20mmのボルト穴を予め設けておく。そのボルト穴に、ボルト11を通し、固定リブ9に溶接する。一方、固定リブ8の外周端から半径方向に30mmの位置に、周方向に90度間隔で、ボルト11を通すためのφ20mmのボルト穴を、外周端から半径方向に30mmの位置から、内周方向に20mmスライドさせて成る長穴15を予め設けておく。そして、ボルト11のネジ部側に、ワッシャ14を通し、固定リブ8の長穴15を通して、ナット12及びナット13を締める。この時、図3に示すように、固定リブ8側に位置するナット12を緩方向(反時計回り)に、他方のナット13を締方向(時計回り)に回し、ナット12とナット13とを噛み合わす。これにより、固定リブ8と固定リブ9とを互いに固定する。
【0011】
上記第一の実施例によれば、内管を構成するライナ5の連結部に隙間を有するため、石炭燃焼ガス1の熱による内管の軸方向の熱膨張を許容することができる。ライナ5の連結部にライナサポートリング7を有するため、断熱材4中へ石炭燃焼ガス1が流入するのを防止することができる。ライナ5とライナサポートリング7との間にギャップリング6を有するため、製造過程で生じるライナ5の公差及びライナ5の半径方向の熱膨張に関わらず、ライナ5が軸方向にスムースに伸縮することができる。固定リブ8と固定リブ9との間にワッシャ14を有することにより、固定リブ8と固定リブ9との接触面積が小さくなり、石炭燃焼ガス1の熱が固定リブ8,固定リブ9等を通じて外管2へ伝導するのを抑制することができる。これにより、外管2の固定リブ取付リング10の形成部にヒートスポット(局所的な高温部)が生じるのを防止することができる。固定リブ8と固定リブ9とを、半径方向に長い長穴15に、ボルト11とナット12,13で固定するため、ライナ5の半径方向の熱膨張を許容し、ライナサポートリング7と固定リブ8との溶接部、或いは固定リブ9と固定リブ取付リング10との溶接部に、過剰な応力が発生するのを抑制することができる。ライナ5を支持する支持板が円環状であり、前記支持板が外管2とライナ5との間をライナ5の長さで軸方向に区切るため、ライナ5の連結部の隙間から断熱材4中へ流入した石炭燃焼ガス1が自由対流するのを防止することができる。これにより、流入した石炭燃焼ガス1の自由対流により断熱材4の偏在を防止することができ、外管2の温度が上昇するのを抑制することができる。図4に、本実施例の各位置の温度分布解析結果を示す。以上のように、外管2にライナ5を支持する支持構造が、外管2とライナ5との間のガスバイパスを防止するガスバイパス防止構造の役割を兼ねるため、別途、弾性変形が可能なシールプレート等を設ける必要がなくなる。これにより、製造過程時の断熱材4の施工性を向上すると共に、熱応力によるシールプレートの疲労破壊を防止することができる。
【0012】
図5,図6に、本発明のガス配管の第二の実施例を示す。図5は、前記第一の実施例の図2に相当するものの1/4断面図である。図6は、前記第一の実施例の図3に相当するものであり、ライナの支持構造の詳細を示す。図中、16はライナ5側に設ける扇状の固定リブ(固定リブ8をほぼ18分割したもの)、17は外管2側に設ける扇状の固定リブ(固定リブ9をほぼ18分割したもの)、
18は布状の断熱材、19はその長手方向に長穴15を有する直方体の熱伸び吸収プレート(材質:SUS310S ,縦:70mm,横:50mm,板厚:16mm)、20は断熱材4中の石炭燃焼ガス1の自由対流を防止するガスバイパス防止板(材質:SUS310S ,板厚:6mm)、21は断熱材4中の石炭燃焼ガス1の自由対流を防止するガスバイパス防止板(材質:SCMV3,板厚:6mm)を示す。
【0013】
上記第一の実施例と同様に、ライナサポートリング7の外周に、周方向に22.5度間隔で、固定リブ16の内周端を溶接する。また、固定リブ取付リング10の内周に、周方向に22.5 度間隔で、固定リブ17の外周端を溶接する。固定リブ17の内周端から半径方向に30mmの位置に、ボルト11を通すためのφ20mmのボルト穴を予め設けておく。そのボルト穴に、ボルト11を通し、固定リブ17に溶接する。一方、固定リブ16の外周端から半径方向に40mmの位置に、φ40mmのボルト穴を予め設けておく。そして、ボルト11のネジ部側に、ワッシャ14を通し、固定リブ16のボルト穴を通し、さらに、熱伸び吸収プレート19の長穴15を通し、熱伸び吸収プレート19を固定リブ16に溶接する。そして、上記第一の実施例と同様に、ナット12及びナット13を締める。この時、周方向に隣り合う2つの固定リブ16の間と、周方向に隣り合う2つの固定リブ17の間との各々に60mm程度の隙間を設ける。そして、固定リブ16,17の各々の間の隙間を覆うように、固定リブ16,17の各々に、ガスバイパス防止板20,21を溶接する。ガスバイパス防止板20,21の溶接の際、周方向に隣り合う2つの固定リブのうち、一方の固定リブとの接触面のみを溶接する。また、固定リブ16と固定リブ17との軸方向の間に、断熱材18を設ける。
【0014】
上記第二の実施例によれば、第一の実施例により得られる効果に加えて、以下のような効果を得る。即ち、固定リブ16,17のそれぞれが、扇状で、各々の固定リブの間に隙間を有するため、ライナ5等の周方向の熱伸びを許容することができる。固定リブの間の周方向の隙間を覆うように、ガスバイパス防止板20,21を溶接するため、断熱材4中に流入した石炭燃焼ガス1が自由対流するのを防止することができる。固定リブ16と固定リブ17との軸方向の間に設ける断熱材18が布状であるため、固定リブ16と固定リブ17との間に設けられた断熱材の飛散を防止することができる。固定リブ16のボルト穴がφ40mmと、ボルト11のネジ部の径に対して大きいため、製造過程で生じる固定リブ16のボルト穴と固定リブ17のボルト穴との公差にかかわらず、固定リブ17に溶接されたボルト11に、固定リブ16を容易に通すことができる。そして、ボルト11に固定リブ16を通した後、固定リブ16に熱伸び吸収プレート19を溶接するため、固定リブ16と固定リブ17との周方向のズレを抑制することができる。
【0015】
図7,図8に、本発明のガス配管の第三の実施例を示す。図7は、前記第一の実施例の図2に相当するものの1/4断面図である。図8は、前記第一の実施例の図3に相当するものであり、ライナの支持構造の詳細を示す。図中、22は扇状の固定リブ(内径がφ1990mmで外径がφ2310mmで板厚が16mmの円環状の板を32分割したもの)、23はボルト(材質:SCMV3,サイズ:M16×16)、24はナット(材質:SCMV3,サイズ:M16)、25はワッシャ(材質:SCMV3,内径:φ20mm,外径:φ50mm,厚さ:4mm)、26は断熱材4中の石炭燃焼ガス1の自由対流を防止する扇状のガスバイパス防止板(材質:SUS310S ,内径がφ1990mmで外径がφ2310mmで板厚が6mmの円環状の板を24分割したもの)、27はライナ5側に設ける円環状の固定リブ
(材質:SUS310S ,内径:φ1932mm,外径:φ2150mm,板厚:16mm)、28は外管2側に設ける円環状の固定リブ(材質:SCMV3,内径:φ2190mm,外径:φ2368mm,板厚:16mm)を示す。
【0016】
上記第一の実施例と同様に、ライナサポートリング7の外周に、固定リブ27の内周端を溶接する。また、固定リブ取付リング10の内周に、固定リブ28の外周端を溶接する。固定リブ27の外周端から半径方向に30mmの位置に、周方向に22.5 度の間隔で、ボルト11を通すためのφ20mmのボルト穴を予め設けておく。そのボルト穴に、ボルト11を通し、固定リブ27に溶接する。一方、固定リブ28の内周端から半径方向に30mmの位置に、周方向に22.5 度の間隔で、ボルト23を通すためのφ20mmのボルト穴を予め設けておく。そして、そのボルト穴に、ボルト23を通し、固定リブ28に溶接する。一方、固定リブ22の外周端から半径方向に30mmの位置に、ボルト23を通すためのφ20mmのボルト穴を予め設けておく。また、固定リブ22の内周端から半径方向に
50mmの位置に、ボルト11を通すためのφ20mmの穴を、内周端から半径方向に50mmの位置から、外周方向に20mmスライドさせて成る長穴15を予め設けておく。そして、ボルト11のネジ部側に、ワッシャ14を通し、固定リブ22の長穴15を通して、上記第一の実施例と同様に、ナット12及びナット13を締める。一方、ボルト23のネジ部側に、ワッシャ25を通し、固定リブ22のボルト穴を通して、ナット24を締める。そして、周方向に隣り合う2つの固定リブ22の間の隙間を覆うように、ガスバイパス防止板26を溶接する。このガスバイパス防止板26の溶接の際、上記第二の実施例と同様に、周方向に隣り合う2つの固定リブ22のうち、一方の固定リブ22との接触面のみを溶接する。上記第三の実施例によれば、前記第一の実施例,前記第二の実施例により得られる効果に加えて、以下のような効果を得る。即ち、固定リブ22と固定リブ27との間にワッシャ14を有することにより、固定リブ22と固定リブ27との接触面積が小さくなり、固定リブ27の熱が固定リブ22に伝導するのを抑制し、固定リブ22と固定リブ28との間にワッシャ25を有することにより、固定リブ22と固定リブ28との接触面積が小さくなり、固定リブ22の熱が固定リブ28に伝導するのを抑制する。これにより、石炭燃焼ガス1の熱が、外管2に伝導するのを、さらに軽減することができる。
【0017】
【発明の効果】
本発明のガス配管によれば、内管が、複数個の管を軸方向に連設されて成り、各管の連結部に隙間を有するため、内管の軸方向の熱膨張を許容することができる。また、内管を外管に支持する支持手段が、扇状の第一の支持手段と、扇状の第二の支持手段とから成るため、支持手段の周方向の熱膨張を許容することができる。また、第一の支持手段と第二の支持手段とが、互いに半径方向に摺接されるため、内管の半径方向の熱膨張を許容することができる。これにより、内管が周方向に熱膨張する場合に、内管と第一の支持手段との固定部、或いは外管と第二の支持手段との固定部に、局所的な応力が発生するのを抑制することができる。
【0018】
第一の冠着手段が、周方向に隣り合う2つの第一の支持手段の間を冠着し、第二の冠着手段が、周方向に隣り合う2つの第二の支持手段の間を冠着して、内管と外管との間を軸方向に区切るため、内管の連結部から漏洩する内管内部のガスが、内管と外管との間で自由対流するのを防止することができる。
【0019】
以上により、本発明のガス配管は、熱応力による疲労損傷、及び熱によるクリープ損傷の発生を低減でき、より信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス配管の第一の実施例の側断面図。
【図2】図1のA−A方向の断面図(支持構造の詳細図)。
【図3】図1のB部の拡大図。
【図4】本発明のガス配管の第一の実施例の各部の温度分布解析結果。
【図5】本発明のガス配管の第二の実施例の1/4断面図。
【図6】本発明のガス配管の第二の実施例の支持構造の詳細図。
【図7】本発明のガス配管の第三の実施例の1/4断面図。
【図8】本発明のガス配管の第三の実施例の支持構造の詳細図。
【符号の説明】
1…石炭燃焼ガス、2…外管、3…保温材、4…断熱材、5…ライナ、6…ギャップリング、7…ライナサポートリング、8,9,16,17,22…固定リブ、10…固定リブ取付リング、11,23…ボルト、12,13,24…ナット、14,25…ワッシャ、15…長穴、18…断熱材、19…熱伸び吸収プレート、20,21,26…ガスバイパス防止板。
Claims (4)
- 複数個の管を軸方向に連設し、前記管と前記管との連結部に隙間を有する内管と、前記内管のほぼ同心円状に外設する外管と、前記内管と前記外管との間に設ける断熱材とを有するガス配管において、
前記内管の外周に、その内周端を固定する外側に広がった扇状の第一の支持手段と、
前記外管の内周に、その外周端を固定する内側に狭った扇状の第二の支持手段と、
前記第一の支持手段の外周側と前記第二の支持手段の内周側とを半径方向に摺接する摺接手段と、
周方向に隣り合う2つの前記第一の支持手段の間を冠着する第一の冠着手段と、
周方向に隣り合う2つの前記第二の支持手段の間を冠着する第二の冠着手段とを有することを特徴とするガス配管。 - 請求項1に記載のガス配管において、
前記第一の支持手段と前記第二の支持手段との接触部に設け、その接触面よりも小さい面積の金属製のスペーサを有することを特徴とするガス配管。 - 請求項1に記載のガス配管において、
前記摺接手段は、ボルトと2個のナットとを有することを特徴とするガス配管。 - 請求項3に記載のガス配管において、
前記第一の支持手段は、その外周側に半径方向に長いボルト穴を有することを特徴とするガス配管。
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