JP4397064B2 - 高温断熱配管およびその製法 - Google Patents
高温断熱配管およびその製法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4397064B2 JP4397064B2 JP06909799A JP6909799A JP4397064B2 JP 4397064 B2 JP4397064 B2 JP 4397064B2 JP 06909799 A JP06909799 A JP 06909799A JP 6909799 A JP6909799 A JP 6909799A JP 4397064 B2 JP4397064 B2 JP 4397064B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liner
- ceramic fiber
- pipe
- outer tube
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は高温断熱配管に係り、特にPFBCプラントのボイラからガスタービンに至る配管のように、高温、高圧流体が流れる配管の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
高温、高圧用ガス配管、例えばPFBC(加圧流動層燃焼ボイラ)用高温ガス配管は、例えば850℃、9atgのような高温高圧のボイラ排ガスをガスタービンに導く配管である。このような高温、高圧に耐えうる配管構造として、高温ガスの温度を断熱材で下げ、その断熱材の外側の外管で圧力を持たせる方式が多用されている。断熱材としては、キャスタブルを用いる場合とセラミックスファイバーを用いる場合の2種類が考えられているが、キャスタブルは熱衝撃等により割れを発生しやすいこと、また、微細な割れでもその破片が後続のガスタービンに至れば急速な摩耗やブレードの破壊を生ぜしめる恐れがあるため、セラミックスファイバーを用いる方がPFBC用としては適している。
【0003】
しかし、セラミックスファイバーを用いる場合には、そのファイバー繊維がガス流によって徐々に壊れ(ほつれ)ないようにするためのライナーを用いる必要があり、結果として、線膨張係数の異なる、ライナー、セラミックスファイバー、外管が半径方向に並んだ構造となっている。すなわち、図6に示すように、セラミックスファイバーのほつれないし飛散を防止するための金属製ライナー1が高温排ガスに接するもっとも内側に、その外側にセラミックスファイバー2、さらに最外部に圧力をもたせるための外管3が位置する。図中、矢印は高温ガスの流れを示す。
【0004】
ここで構造上特徴的なことは、外管3の温度は運転中に高々200℃程度であるのに対し、内側のライナー1は直接、高温排ガスに接するので850℃になり、お互いの熱膨張量に差が発生するため、ライナー部をスリーブ構造にせざるをえない点である。さらにライナー部は耐熱性をもたせるためにオーステナイト系のステンレスを用い、外管部は使用温度に見合った強度および経済性から、フェライト系の炭素鋼または低合金鋼を使用することにより、オーステナイト系材料の方がフェライト系材料より線膨張係数が大きいので、この熱膨張の差の問題をより大きくしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題点について図7を用いて詳しく述べる。プラントの製作当初は図7(a)に示すようにライナー1とセラミックスファイバー2との間には隙間は発生していないが、第1回目の運転に入ると、(b)図のようにライナー1が半径方向に大きく熱膨張するのに対し、外管3は殆ど熱膨張しないので、相対的にライナー1がセラミックスファイバー2を圧縮することになる。事業用の250〜350MW級のPFBCの場合、高温ガス配管の内径が1500mmとなり、その圧縮量(厚さ)δは約13〜15mmと大きくなる。
ところでこのようにセラミックスファイバーが高温下で圧縮された状態で維持されると、一般には殆ど復元しなくなる。これは復元性に乏しいセラミックスファイバーを使用していることによる。
【0006】
従って、(c)図に示す停止時にライナーが元の半径まで縮んだ時には、ライナーとセラミックスファイバーの間にδだけの隙間7が発生することになる。このため、次の(d)図の起動時に高温排ガスがこの隙間部に侵入し、外管3の過熱を誘発する危険性を有するようになる。元々、外管は200℃の許容応力に基づいて肉厚を決定しているので、高温、高圧には耐えきれなくなり、クリープ現象により、膨出、噴破することになる。図7には円周方向の隙間、および侵入ガスの流れは示されていないが、(c)、(d)図に示した隙間7は一般に円周方向にも広がっており、侵入した高温ガスは外周を通って流れ、ガスの本流側(高温排ガスがメインに流れている位置)に戻る通路(いわゆるヒートスポット)が形成されている。このような現象は、直管部よりもベンド部やティーズ部等で生じやすいが、いずれにしても、このようなヒートスポットはプラントの運転にとっては、非常に大きな問題となる。
本発明の課題は、高温ガス配管におけるライナーとセラミックスファイバーの間に隙間が発生することによるヒートスポットを未然に防止するのに好適な配管構造およびその製作方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本願で特許請求される発明は下記のとおりである。
【0008】
(1)外管に挿入される管状ライナーの外側に復元性セラミックスファイバーを施工する工程、前記復元性セラミックスファイバーが施工されたライナーをその外周から締結具で締結して半径方向に圧縮する工程、および前記圧縮された復元性セラミックスファイバーを有するライナーを前記外管内へ挿入する工程を有し、前記配管の高温使用時に、前記締結具が熱分解、溶融または炭化し、前記圧縮された復元性セラミックスが回復して、前記外管とライナーの熱膨張差によって生じる隙間を満たすことを特徴とする高温断熱配管の製法。
【0009】
(2)前記外管内側に予めセラミックスファイバーを施工する工程を有することを特徴とする(1)記載の高温断熱配管の製法。
(3)前記ライナーの外側に復元性セラミックスファイバーを巻き付け、その上から締結具として有機質のバンドで圧縮しながら巻き付けることを特徴とする(1)または(2)に記載の高温断熱配管の製法。
(4)前記有機質のバンドを巻き付けた上に金属箔を巻き付けることを特徴とする(3)記載の高温断熱配管の製法。
【0010】
図1は、本発明の原理をモデル的に説明する図である。本発明においては、例えば元厚h1が250mmのセラミックスファイバーを外管3とライナー2の間の厚さ(h2)の200mmまで圧縮施工する。セラミックスファイバーは、運転時のライナー2の膨張13mmを考慮すると63mmの圧縮を受けることになるが、復元率として30%を有するものであれば、187mmの状態から63×0.3=18.9mm、すなわちh3=205.9mmの位置まで戻りうる。しかし、実際には200mmの位置にライナーがあるのでその位置に留まり、停止時に隙間が発生しないことになる。
【0011】
ここで復元率=(復元時のセラミックスファイバーの厚さ−圧縮時の厚さ)/(元の厚さ−圧縮時の厚さ)。
隙間が発生しない条件を一般化して表すと(1)式のようになる。
復元率>δ/(h1−h2+δ)………(1)
復元性のあるセラミックスファイバーとしては、アルミナ・シリカ系の繊維を950〜1000℃で熱処理を行い、ムライトへの結晶化を行い、高温下での安定性を図ったもの(イソライト工業社製、商品名1260S)が好ましいものとしてあげられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に本発明の高温断熱配管の製法を図2に基づいて説明する。
(a)まずステップ1として、復元性セラミックスファイバー2を外管3の内側にアンカーボルト4で固定する。
(b)次にステップ2として高復元性セラミックスファイバー2をライナー1の回りに巻き付ける。
(c)次にステップ3として締結具として有機質バンド5を高復元性セラミックスファイバーの回りに圧縮しながら巻き付ける。この時セラミックスファイバーを圧縮するのに必要な荷重は、圧縮率20%(250mmのものを200mmまで圧縮する場合の圧縮率は20%)では約0.05kg/cm2 であり、有機質バンドで十分対応できる。
(d)次にステップ4として有機質バンドで圧縮したセラミックスファイバーの上に薄い(例えば0.1から0.3mm)ステンレス箔6を巻き付ける。
(e)最後にステップ5としてライナー側を外管側に挿入して施工は完了することになる。
【0013】
【作用】
本発明による高温断熱配管は第1回目の運転(通常は試運転)に入った時点で、締結具(この場合は有機質バンド)が分解、溶融または炭化して強度を持たなくなり、圧縮荷重がセラミックスファイバー全体に作用することになる。従ってこのような圧縮状態が運転中維持されることになり、図7に示したような停止時および起動時のライナーとセラミックスファイバー間の隙間が発生しなくなる。
【0014】
セラミックスファイバーの締結具(有機質バンド、ボルト等)の材質としては、常温で強度を有し、比較的低温(例えば150〜200℃)で熱分解または炭化して強度を失うものが望ましく、例えばポリエチレンのような熱可塑性樹脂製のものが適している。
また図2のステップ(c)で示したように、セラミックスファイバーの上にステンレス箔を被覆すると、円管の、外管内への挿入を容易にする効果だけでなく、高温排ガスの外管側のバイパス通路を遮断するためにも効果的である。
【0015】
図3は、フランジ方式の直管部の配管に本発明を適用した場合の説明図である。手順としては、以下のように本発明の配管を製作することができる。
(1)ステップ1として外管3側の保温施工を行う。まずライナーの外管への固定用部材としても機能するリング状サポートとしての軸方向隔壁10に有機質ボルト11を固定(例えば軸方向隔壁10に穴を開け、ナットで固定する)し、ボルトに対応する位置に穴を開けた円盤状の高復元性セラミックスファイバー2をこのボルトを用いて固定する。この時、ボルトは所定の長さにしておき、ワッシャーを介してナットで所定の圧縮率の厚さまで締め込む。
次に、外管3の内側に高復元性セラミックスファイバー2を金属製アンカーボルト4を用いて固定する。この時のセラミックスファイバーとしては高復元性のものが望ましいが、ライナー側のセラミックスファイバー2の方に高復元性のものを用いるので、必ずしも高復元性である必要は無い。
【0016】
(2)ステップ2としてライナー1の内側に高復元性セラミックスファイバーを有機質バンド5を用いて所定の圧縮率になるまで圧縮施工する。次に、ステンレス箔6をこの上に巻く。
(3)ステップ3として上記のようにして制作したライナー側円筒を外管側円筒の内側に挿入する。
(4)ステップ4として軸方向隔壁(リング状サポート)10と外管3の溶接を行い、フランジ流れ方向後流側の軸方向隔壁に有機質ボルトを用いて高復元性セラミックスファイバーを固定する。
このようにして、高復元性セラミックスファイバーをフランジ全体に渡って圧縮施工することができる。
【0017】
なお、図3の実施例において、軸方向隔壁10として示されたリング状サポートは2枚構造でボルト15で締結されているが、1枚構造としてもよい。またこのリング状サポート10は、外管3に直接溶接すると、溶接金属13に亀裂を生じる場合があるので、例えば亀裂防止金属片14を介して固着してもよい。なお、このリング状サポートは、高温断熱配管であれば一般にも適用可能である。
【0018】
図4は、ベンド部の配管に対して本発明を適用した実施例を示す説明図である。ベンド管の場合曲率を持っているため、セグメントに分割して(図4では4分割)、施工する必要がある。手段は、ステップ1〜3までは図2の直管の場合と同じであるが、セラミックスファイバーにステンレス箔を被覆する工程がなく、またステップ6〜9に示すように、分割された4個のセグメントを順次、施工する点で異なる。
【0019】
図5は、ティーズ部の配管に対して本発明を適用した実施例を示す説明図である。ステップ1で外管3に対しセラミックスファイバー2の施工をした後、ステップ2で水平内管1へのセラミックスファイバー2の圧縮施工を行い、ステップ3でこれを外管側に挿入し、さらにステップ4で垂直内管1にセラミックスファイバー2の圧縮施工を行ったものを、ステップ5で外管3側に挿入することにより、ティーズ部全体に高復元性セラミックファイバーを圧縮施工することができる。図中、矢印はガス流れ方向を示す。
【0020】
図3〜5に示した、それぞれ直管部、ベンド部およびティーズ部のセラミックスファイバーの施工方法は、予め外管部にアンカーボルトで施工した後、ライナー側にセラミックスファイバーを圧縮施工したものを挿入する方式であるが、外管へのセラミックスファイバーの施工は行わず、ライナーに圧縮施工したものを直接外管に挿入してもよい。
【0021】
セラミックスファイバーの復元性として前述の30%以上が現実的なものかどうかを確認する目的で、室温〜800℃以上の範囲の復元率を測定した結果を図8に示す。繊維の種類としては、化学安定性、耐熱性、経済性等の点から、最も多用されているアルミナシリカ系ものを選んだ。その結果、結晶化熱処理材を用いれば、復元率30%以上が十分実現可能な値であることが分かる。なお、結晶化熱処理を実施しないものは、800℃以上の復元率は殆どゼロであった。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、PFBCプラントのような高温ガス配管の外管とライナー間の熱膨張差による隙間の発生を防止し、ヒートスポット発生の危険性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理を説明する高温断熱配管の部分断面の説明図。
【図2】 本発明の施工手順の説明図。
【図3】 フランジ部を有する高温断熱配管の直管部に本発明を適用する場合の説明図。
【図4】 ベンド部に本発明を適用する場合の説明図。
【図5】 ティーズ部に本発明を適用する場合の説明図。
【図6】 従来技術の高温断熱配管の部分断面図。
【図7】 従来技術の問題点を示す説明図。
【図8】 セラミックスファイバーの圧縮保持温度と復元率との関係(データ)を示す図。
【符号の説明】
1:ライナー、2:セラミックスファイバー、3:外管、4:アンカーボルト、5:有機質バンド、6:ステンレス箔。
Claims (4)
- 外管に挿入される管状ライナーの外側に復元性セラミックスファイバーを施工する工程、前記復元性セラミックスファイバーが施工されたライナーをその外周から締結具で締結して半径方向に圧縮する工程、および前記圧縮された復元性セラミックスファイバーを有するライナーを前記外管内へ挿入する工程を有し、前記配管の高温使用時に、前記締結具が熱分解、溶融または炭化し、前記圧縮された復元性セラミックスが回復して、前記外管とライナーの熱膨張差によって生じる隙間を満たすことを特徴とする高温断熱配管の製法。
- 前記外管内側に予めセラミックスファイバーを施工する工程を有することを特徴とする請求項1記載の高温断熱配管の製法。
- 前記ライナーの外側に復元性セラミックスファイバーを巻き付け、その上から締結具として有機質のバンドで圧縮しながら巻き付けることを特徴とする請求項1または2に記載の高温断熱配管の製法。
- 前記有機質のバンドを巻き付けた上に金属箔を巻き付けることを特徴とする請求項3記載の高温断熱配管の製法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06909799A JP4397064B2 (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 高温断熱配管およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06909799A JP4397064B2 (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 高温断熱配管およびその製法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000266243A JP2000266243A (ja) | 2000-09-26 |
JP4397064B2 true JP4397064B2 (ja) | 2010-01-13 |
Family
ID=13392785
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06909799A Expired - Lifetime JP4397064B2 (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | 高温断熱配管およびその製法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4397064B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018080802A (ja) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 配管部材、ガス化複合発電装置、配管部材の組立方法 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6594802B2 (ja) * | 2016-03-08 | 2019-10-23 | 東芝機械株式会社 | 非鉄金属合金溶湯用の給湯管、給湯管組立体及び非鉄金属鋳造システム |
CN107718605A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-02-23 | 西安方元明科技股份有限公司 | 一种发射箱箱体及其制备方法、发射箱及其制备方法 |
-
1999
- 1999-03-15 JP JP06909799A patent/JP4397064B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018080802A (ja) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 配管部材、ガス化複合発電装置、配管部材の組立方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000266243A (ja) | 2000-09-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2763923A (en) | Method of and transition member for weld uniting dissimilar metals | |
US5230618A (en) | Insulated furnace roller | |
US2308307A (en) | Pipe, pipe lining, and method of making same | |
CA2554137C (en) | Thermally compliant turbine shroud mounting assembly | |
EP1160512A3 (en) | Fracture resistant support structure for a hula seal in a turbine combustor and related method | |
JP2005291204A (ja) | 耐熱性フックを有しかつ粉末冶金法によって得られるタービンケーシング | |
US6896484B2 (en) | Turbine engine sealing device | |
JP2007071360A (ja) | 高温中空部材の補強方法 | |
JP4397064B2 (ja) | 高温断熱配管およびその製法 | |
KR100749981B1 (ko) | 교차점화 튜브 및 연소기와 교차점화 튜브 조립체 | |
US11619387B2 (en) | Liner for a combustor of a gas turbine engine with metallic corrugated member | |
CA1168566A (en) | Precast furnace pipe insulation | |
US7012195B2 (en) | Wire mesh seal element with soft flat and hard round wires | |
US6240727B1 (en) | Manufacture of Nitinol rings for thermally responsive control of casing latch | |
JP3637429B2 (ja) | 高温ガス配管 | |
JPH07247836A (ja) | 排気マニホルド | |
JP2013535647A (ja) | 蒸気ボイラー設備の熱交換管保護方法、成形物、熱交換管及び蒸気ボイラー設備 | |
JP3659714B2 (ja) | 高温ガス管内部ライナ取付装置 | |
JP3924072B2 (ja) | 粉体・ガス吹き込み用ランスパイプ | |
JP3159519B2 (ja) | 燃焼用バーナー構造 | |
US20030140494A1 (en) | Catalytic converter manufacturing method | |
Van Zyl et al. | Numerical Simulation of the Creep Failure of a Steam Reformer Outlet Manifold | |
EP1164267A1 (en) | Method for assembling a catalytic converter | |
JP3550463B2 (ja) | ガス配管 | |
JP2000161604A (ja) | 流動層伝熱管と該伝熱管を有する流動層ボイラ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20060217 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060307 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090424 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090508 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090619 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090810 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090826 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091006 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091020 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121030 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121030 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121030 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121030 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131030 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |