JP4143455B2

JP4143455B2 - 埋設配管の液抜き構造

Info

Publication number: JP4143455B2
Application number: JP2003090483A
Authority: JP
Inventors: 康弘上野; 直也森本; 節二岸本; 聡堀野; 正純鷹尾; 祐功佐藤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: JP2004293756A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温流体を輸送するため地中に埋設された配管に用いられる液抜き構造に関し、さらに詳しくは、輸送配管と液抜き配管が一体で埋設され、液種を変更するときや内部を保守・点検するときに、輸送配管内の液体を完全に抜き出すことができる埋設配管の液抜き構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と略称する）などの低温流体を輸送する配管は、通常、ＳＵＳ３０４のようなオーステナイト系のステンレス鋼で作製されている。この材料は、線膨張率が大きいので、配管の温度変化に起因する膨張・収縮量が大きい。このため、輸送配管の所々にはこの膨張・収縮を吸収するためのループ構造を設ける必要がある。
【０００３】
さらに、ＬＮＧなどの低温流体を輸送する配管は、ＬＮＧ基地の設置環境に応じて、海、河川、道路または山等の下部を横断して敷設させることが必要になる。このように、低温流体を輸送する配管を地中に埋設する場合には、周囲地盤の凍結といった流体温度の影響を考慮する必要があり、直接、輸送配管を埋設することは困難である。このため、地中にシールドを設置して、この内部に輸送配管を通すことになる。
【０００４】
また、ＬＮＧなどを輸送する配管を地中に埋設する場合には、液種を変更するときや内部を保守・点検するとき、一旦液体を全部抜き出すために、輸送配管内のＬＮＧなどの輸送液体を抜き取る手段を設けることが必要になる。このため、埋設配管には、ＬＮＧなどの輸送配管とは別個に、液抜き配管を設ける構造が採用される。
【０００５】
図５は、低温流体の輸送用としてループ構造を設けた埋設配管をシールド内に敷設した状態を示す図である。図５に示すように、シールド１２内には輸送配管１と別個に設けた液抜き配管４が敷設されている。輸送配管１がＳＵＳ３０４のステンレス鋼で作製され、その内部をＬＮＧのような−１６０℃程度の極低温の液体を流通させると、著しい熱応力が発生する。このため、発生する熱応力を吸収するために、多くのループ構造を設ける必要がある。また、輸送配管１と別個に設けた液抜き配管４にも、同様のループ構造を設けることになる。
【０００６】
ところが、多くのループ構造を設けることによって、輸送配管１の配管経路が長くなり、配管の溶接箇所が増加し、輸送配管１および液抜き配管４の材料費および工事費が増大する。さらに、ループ構造を設けるためのスペースが必要になるとともに、ループ構造部の配管内を流通するＬＮＧの圧力損失が大きくなる。
【０００７】
しかも、このように多くのループ構造を設けた輸送配管１および液抜き配管４をシールド１２内に敷設する場合には、地中にシールド１２を設けるための掘削トンネルの外径が大きくなり、トンネル掘削費用が高騰することになる。
【０００８】
このため、特許文献１に示すように、最近では、ＬＮＧなどの低温流体用の輸送配管に、インバー合金と呼ばれるＦｅ−Ｎｉ系合金（Ｎｉ：約３０〜４５重量％）のような線膨張率の低い材料を採用することが検討されている。インバー製の輸送配管では、線膨張率が１．７×１０^-6／℃と、ステンレス鋼に比べ約１／１０の大きさであるのため、ＬＮＧなどの低温流体を輸送しても過大な熱応力が発生しない。
【０００９】
したがって、上記図５に示すようなループ構造を設ける必要がなくなり、輸送配管を地下に埋設することが可能になるが、通常、輸送配管は断熱材で覆われているため、地中の断熱材を土圧や水から保護する必要がある。このため、特許文献１で提案された低温配管の支持構造をそのまま採用することはできない。
【００１０】
また、特許文献２には、地中に埋設され、地盤との温度差が大きいＬＮＧを輸送するため、流体輸送用で、インバー合金製の配管と、その配管周りを覆う断熱材と、断熱材に覆われる配管を、隙間をあけて収納するさや管と、さや管と断熱材との隙間部で温度差を緩和する温度差緩和手段を設ける埋設配管装置が提案されている。
【００１１】
上記の埋設配管装置では、配管の途中にループ構造を設けなくても熱応力の発生を小さくすることができるので、地中に埋設するためのさや管の径を小さくし、設置に要するコストを低減することができる。しかしながら、提案の埋設配管装置では、輸送配管の埋設にともない、液種を変更するときや内部を保守・点検するとき、一旦液体を全部抜き出すために、輸送配管内の液体を抜き取る手段について何らの考慮がなされていない。
【特許文献１】
特開平１１−１０８２４９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８１２３５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、輸送配管にインバー合金のような線膨張率の低い材料を採用するとともに、その輸送配管周りを覆う断熱材を埋設による土圧や水から保護できれば、低温流体を輸送する配管であってもシールド内に敷設することなく、直接、地中に埋設することが可能になる。
【００１３】
さらに、低温流体を輸送する埋設配管には、液種を変更するときや内部を保守・点検するとき、一旦液体を全部抜き出すために、輸送配管内の液体を抜き取る手段が必要になる。その一般的な手段として、配管系の一端から輸送配管の内部に不活性ガスを圧入することにより、加圧された液体を他端に圧送して、地上部に設けているドレン装置を通して液体を抜く方法が採用できる。
【００１４】
ところが、道路や河川などの地下地盤を横断して勾配を伴う埋設配管の場合には、上述した一般的な手段では、最深部の近傍において不活性ガスと液体との比重差による液溜まりが生じ、完全に輸送配管中の液体を抜き取ることができない。このことから、輸送配管とは別個に、比較的小径の液抜き配管が設けられる。しかしながら、輸送配管とは別個に液抜き配管を設ける場合には、地中に埋設する配管が輸送配管本体と液抜き配管の２ラインの配管系が必要となり、埋設配管の敷設費用が増大する。
【００１５】
さらに、液抜き配管は輸送配管に比べて配管サイズ（外径×肉厚）が小さくなるため、地震発生にともない、輸送配管と液抜き配管の分岐部に応力が集中して、分岐部から配管破損を発生し易くなる。
【００１６】
ＬＮＧなどの低温流体の液抜きが完全でない場合には、液体の自然蒸発にともなって輸送配管での内部圧力の上昇が生じる。このとき、残留する液体量によっては、輸送配管の内部圧力が許容圧力を超えることもあり、重大な事態が発生するおそれがある。
【００１７】
本発明は、従来の低温流体を輸送するため地中に埋設された配管の液抜きでの問題点に鑑みてなされたものであり、輸送配管と液抜き配管とを一体で埋設する構造を採用して、地中への埋設にともなう敷設コストの低減を図るとともに、地震等の発生による配管破損の危険性をなくし、しかも、埋設配管が勾配を伴うか否かに拘わらず、液種を変更するときや内部を保守・点検するために、完全に輸送配管内の液体を抜き出すことができる埋設配管の液抜き構造を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を達成するために、種々の埋設配管の敷設構造について検討した結果、埋設される輸送配管の外面下部に液抜き用の分岐部を付設し、また、埋設配管が勾配を伴う場合には、輸送配管の最深部近傍の外面下部に液抜き用の分岐部を付設して、輸送配管と液抜き配管とを一体に埋設するのが有効であることに着目した。このような着目に基づいて完成された発明は、次の特徴を具備している。
【００１９】
本発明の埋設配管の液抜き構造は、地中に埋設され、低温流体を輸送する輸送配管に用いられる液抜き構造であって、前記輸送配管の外面下部に分岐部が付設され、この分岐部と連結する液抜き配管が設けられており、前記輸送配管と液抜き配管を覆う断熱材と、その断熱材を収容する外管とを備えたことを特徴としている。
【００２０】
この埋設配管の液抜き構造によれば、液抜き配管を輸送配管と一体として、地中に埋設することができるので、言うなれば、輸送配管の埋設コストだけで液抜き配管を含めた２ライン分の敷設が可能になる。それと同時に、地震等の発生時に危惧される輸送配管に付設された分岐部に生じる応力集中を緩和することができる。さらに、液抜き性能に関しては、輸送配管本体と液抜き配管の２ラインの配管系を設けた場合に発揮する性能と同様であり、輸送配管内部に液溜まりを残すことなく、完全に液抜きを行うことが可能になる。
【００２１】
本発明の埋設配管の液抜き構造では、断熱材に覆われた液抜き配管にループ構造を設けるのが望ましい。さらに、上記断熱材を輸送配管を覆う第１層とその外側の第２層とから構成して、第１層と第２層との間に液抜き配管を配設する構成にすることができる。
【００２２】
上記の液抜き構造では、液抜き配管の断熱材を輸送配管の断熱材と共用することも特徴となる。したがって、輸送配管を覆う断熱材を多層とし、液抜き配管を輸送配管周りを覆う断熱材の層間に配設することによって、配管系全体の断熱材を厚くすることなく施工できるので、埋設コストの上昇を招くことはない。
【００２３】
同様に、液抜き配管の熱応力を緩和するために設けるループ構造を、輸送配管を覆う断熱材の層間に設けることも特徴となる。これにより、液抜き配管の熱応力緩和を確実に行うとともに、配管系全体の断熱材を厚くすることなく施工できる。さらに、外管は、輸送配管、液抜き配管および断熱材を収容して、埋設配管の全体を保護する部材であるが、この管寸法を過大にすることがない。
【００２４】
本発明の埋設配管の液抜き構造では、輸送配管および液抜き配管がインバー合金製とするのが望ましい。輸送配管および液抜き配管ともに、熱応力を緩和するために設けるループ構造を設ける必要がなくなり、断熱材の加工・施工を含めた埋設配管全体の製造コストの低減が図れる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を用いて、本発明の埋設配管の液抜き構造を、ＬＮＧなどの低温流体を輸送するため埋設された配管に適用した事例を説明する。
【００２６】
図１は、本発明の埋設配管の液抜き構造の断面構成を説明する図であり、同図（ａ）は管長手方向部分断面図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ視野による管軸直角方向断面図である。図１に示す輸送配管１は、ＬＮＧなどの低温流体を輸送するためにインバー合金製の配管を用いているので、配管の熱応力を緩和するためのループ構造は形成されていない。
【００２７】
この輸送配管１の外面下部には分岐部５が付設されており、この分岐部５と連結して液抜き配管４が設けられる。そして、輸送配管１の周りは外部からの入熱でＬＮＧが沸騰しないように断熱材２によって覆われるが、本発明の液抜き構造では、多層からなる断熱材２ａ、２ｂによって輸送配管１と液抜き配管４が覆われる。さらに断熱材２の外側は外管３で保護される構造となっている。
【００２８】
本発明の液抜き構造では、輸送配管１の内径が３００ｍｍである場合には、液抜き配管４の内径は２０ｍｍであり、これらを覆う断熱材２はウレタン製であって、例えば、断熱材の第１層２ａおよび第２層２ｂのそれぞれの厚さが７５ｍｍであり、断熱材２全体厚さを１５０ｍｍにすることができる。
【００２９】
図１（ｂ）に示す断面図では、断熱材２の外径が外管３の内径に比べ、小さく構成されており、両者の間にスペースが確保されている。しかし、本発明の液抜き構造では、このスペースの有無を規定するものでなく、スペースの有無に拘わらず対象となる。図１（ｂ）に示すように、スペースを確保する場合には、断熱材２の外周にウレタン製突起を設けて周方向に均一に確保するのが望ましい。
【００３０】
図２は、上記図１のＡ部であって、液抜き用の分岐部の詳細な構成を説明する図である。輸送配管１内の液体を完全に抜き取るため、輸送配管１の外面下部に貫通孔１ａが設けられ、これに当接するようにエルボ管形状の分岐部５が付設される。通常、分岐部５の付設は溶接によって行われる。この分岐部５に連結して液抜き配管４が設けられ、輸送配管１の外面に沿って配置される。
【００３１】
埋設配管が後述する図４に示すように、道路や河川などの地下地盤を横断するように勾配を有する場合には、液抜き用の分岐部５は、輸送配管１の最深部近傍に設けられる。ここで、「輸送配管の最深部」とは、埋設配管系内で地表面から最も深い部位を意味しており、輸送配管１内の液体を抜き取る際に、液体が最後まで残留する箇所が該当する。
【００３２】
輸送配管１の下部で分岐部５に連結された液抜き配管４は、直ちに立ち上げられて、輸送配管１の外面上部に沿って配置される。輸送配管１の外面上部に液抜き配管が配置されるのは、液抜き配管４を断熱材２の層間に配設する際に、施工が簡便になるためである。図１、図２に示される断熱層２は２層で構成されているので、液抜き配管４を断熱層２の第１層と第２層との間に配設されるように、分岐部５の長さを断熱材の第１層２ａの厚みに応じて調整すればよい。
【００３３】
液抜き配管４の配設にあたっては、断熱材の第２層２ｂを適宜くり抜く等の加工を行って、配設ルートを確保する。これにより、液抜き配管４を確実に断熱材２の層間に配設できるとともに、液抜き配管４を断熱する作用を確保することができる。
【００３４】
また、液抜き配管４は輸送配管１に比べて小径であるため、液抜き以外の時には、不活性ガスで内部を加圧して、低温流体が侵入しないようにする。このため、断熱材２の断熱効果は損なわれることなく、断熱材の厚さには殆ど影響を生じない。
【００３５】
輸送配管１の周りを覆う断熱材２は、継目部分を二重に覆う構造にするのが望ましい。断熱材２は、前述のように、例えば７５ｍｍ程度の厚みを有する。このような厚みの断熱材２は、通常、例えば、半円筒状の断熱材を組み合わせて輸送配管１の周囲を覆って形成される。このとき、断熱材２の端部の継目部分には、隙間が生じるおそれがあるため、継目部分の上には別の断熱材２の層を設けるようにする。
【００３６】
図３は、本発明の埋設配管の液抜き構造で液抜き配管に形成されるループ構造を例示する図であり、同図（ａ）は管長手方向部分断面図であり、（ｂ）はＹ−Ｙ視野による管軸直角方向断面図である。液抜きの際には低温流体が流れ込むため、液抜き配管４にステンレスのような材料を使用している場合には、熱応力を緩和するためのループ構造を設ける必要がある。
【００３７】
このとき、液抜き配管４は小径であるため、図３に示すように、ループ構造を輸送配管１の外面形状に沿って円筒形に加工することにより、輸送配管１の周りを覆う断熱材２の層間に配設することができる。
【００３８】
さらに、液抜き配管４をインバー合金製にすることによって、液抜き構造の施工は容易となり、前述したループ構造の形成が不要となるため、断熱材の加工が容易となる。
【００３９】
図４は、本発明の液抜き構造を河川、道路の下方の地盤に埋設した場合の断面構成を示す図である。輸送配管１の最深部近傍の外面下部で分岐部に連結された液抜き配管４は、直ちに立ち上がって、輸送配管１の外面上部に沿って、埋設された配管系の片端地上部まで配設される。地上部に出たところで液抜き弁１６を介して液抜きが行われる。
【００４０】
輸送配管１内の液抜きに際しては、輸送配管１の地上部両端を閉塞弁１３で閉塞し、閉塞された輸送配管１の片端に設けられたドレン弁１４を介して、窒素等の不活性ガスを不活性ガス供給装置１５より圧入する。圧入された不活性ガスによって、輸送配管１内の液体は分岐部を介して、液抜き配管４に送り込まれる。液抜き配管４に送り込まれた液体は、さらに不活性ガスによって圧送され、地上部まで到達した後、地上部に設置される液抜き弁１６を介して抜き取られる。
【００４１】
本発明の液抜き構造の施工に際し、輸送配管、液抜き配管、断熱材および外管の施工までを地上で行い、地中への埋設は地上から開削して埋め込むか、推進工法で押し込むかの工法が採用される。
【００４２】
いずれの工法を採用する場合であっても、本発明の液抜き構造であれば、埋設される輸送配管系の寸法は、液抜き配管の配設によっても殆ど影響を受けることがないので、埋設コストの上昇を招くことはない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の埋設配管の液抜き構造によれば、液抜き配管を輸送配管と一体として、地中に埋設することができるので、敷設コストの低減を図ることができるとともに、地震等の発生時に危惧される輸送配管に付設された分岐部に生じる応力集中を緩和することができ、さらに、液種を変更するときや内部を保守・点検するために、輸送配管内部に液溜まりを発生させることなく、完全に液抜きを行うことが可能になる。これにより、残留液の蒸発による配管内圧力上昇のおそれもなくなる。
【００４４】
本発明の液抜き構造によれば、液抜き配管を輸送配管周りを覆う断熱材の層間に配設することによって、埋設配管全体の断熱材を厚くすることなく施工できるので、埋設コストの上昇を招くことはない。
【００４５】
また、本発明の液抜き構造によれば、液抜き配管の熱応力を緩和するために設けるループ構造を、輸送配管を覆う断熱材の層間に設けることができるので、輸送配管を保護する外管の径寸法を大きくする必要がなく、同じ埋設コストで輸送配管および液抜き配管の２ラインを設けることが可能になる。
【００４６】
さらに、本発明の液抜き構造によれば、輸送配管および液抜き配管をインバー合金製にすることにより、熱応力緩和のために設けるループ構造が不要となり、埋設配管全体の敷設コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の埋設配管の液抜き構造の断面構成を説明する図であり、同図（ａ）は管長手方向部分断面図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ視野による管軸直角方向断面図である。
【図２】液抜き用の分岐部の詳細な構成を説明する図である。
【図３】本発明の埋設配管の液抜き構造で液抜き配管に形成されるループ構造を例示する図であり、同図（ａ）は管長手方向部分断面図であり、（ｂ）はＹ−Ｙ視野による管軸直角方向断面図である。
【図４】本発明の液抜き構造を河川、道路の下方の地盤に埋設した場合の断面構成を示す図である。
【図５】低温流体の輸送用としてループ構造を設けた埋設配管をシールド内に敷設した構成を説明する図である。
【符号の説明】
１：輸送配管、２、２ａ、２ｂ：断熱材
３：外管、４：液抜き配管
５：分岐部、１２：シールド
１３：閉塞弁、１４：ドレン弁
１５：不活性ガス供給装置、１６：液抜き弁

Claims

地中に埋設され、低温流体を輸送する輸送配管に用いられる液抜き構造であって、前記輸送配管の外面下部に分岐部が付設され、この分岐部と連結する液抜き配管が設けられており、前記輸送配管と液抜き配管を覆う断熱材と、その断熱材を収容する外管とを備えたことを特徴とする埋設配管の液抜き構造。
断熱材に覆われた上記液抜き配管にループ構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の埋設配管の液抜き構造。
上記断熱材は輸送配管を覆う第１層とその外側の第２層とからなり、第１層と第２層との間に液抜き配管を配設することを特徴とする請求項１または２に記載の埋設配管の液抜き構造。
上記輸送配管および液抜き配管がインバー合金製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の埋設配管の液抜き構造。