JP4959756B2

JP4959756B2 - 熱交換器の補修方法

Info

Publication number: JP4959756B2
Application number: JP2009171107A
Authority: JP
Inventors: 孝浩中山
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2029-07-22
Also published as: JP2011027289A

Description

本発明は、排熱回収ボイラの節炭器などの複数の配管からなる熱交換器の配管の補修方法に関する。

ガスタービンの排ガスから熱交換によって蒸気を発生させる装置として排熱回収ボイラが設置されている。排熱回収ボイラは、内部を冷媒が流れる複数の配管が上下方向に延びるように接続された複数のパネルからなる節炭器を備え、節炭器の配管の間に排ガスを通過させることで、排ガスと冷媒との間で熱交換を行って蒸気を発生させ、この蒸気により発電を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７―２９８２４５号公報

ここで、このような節炭器では下方から上方に向かって水が流れる配管において、腐食が発生しやすく、上方から下方に向かって水が流れる配管では腐食が発生しにくい。このため、節炭器を構成する配管の余寿命にばらつきが生じてしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、節炭器を構成する配管の余寿命のばらつきを抑えることである。

本発明の熱交換器の補修方法は、内部を冷媒が下方から上方に向かって流れる複数の熱交換用の配管からなる第１の配管群と、内部を冷媒が上方から下方に向かって流れる複数の熱交換用の配管からなる第２の配管群とが左右に配置され、前記第１の配管群の複数の熱交換用の配管の上部と前記第２の配管群の複数の熱交換用の配管の上部との間が上部配管より接続され、前記第１の配管群の複数の熱交換用の配管の下部が第１の下部配管により接続され、前記第２の配管群の複数の熱交換用の配管の下部が第２の下部配管により接続された配管パネルが前後方向に複数枚並設され、前後に配置される２枚の配管パネルの前記第２の下部配管と前記第１の下部配管との間が接続配管により接続される熱交換器の補修方法であって、前記複数の配管パネルのうちの何れかの配管パネルの前記第１の配管群の熱交換用の配管に腐食が生じた場合に、前後に配置される前記２枚の配管パネルの前記第２の下部配管と前記第１の下部配管との間から前記接続配管を取り外し、前後に配置される前記２枚の配管パネルの前記第１の下部配管と前記第２の下部配管との間を接続配管により接続し、前記第１の配管群の熱交換用の配管の内部に前記冷媒を上方から下方に向かって流し、前記第２の配管群の熱交換用の配管の内部に前記冷媒を下方から上方に向かって流すことを特徴とする。

本発明によれば、補修前は下方から上方に向かって冷媒が流れており減肉が進行していた第１の配管群の配管内には、補修後には上方から下方に向かって冷媒が流れ、補修前は上方から下方に向かって冷媒が流れており減肉が進行していない第２の配管群の配管内には、補修後には下方から上方に向かって冷媒が流れることとなる。このため、第１の配管群では減肉の進行が抑えられ、第２の配管群では減肉が進行することとなり、余寿命のばらつきが抑えられる。

排熱回収ボイラの構成を示す図である。低圧側節炭器の詳細な構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。低圧側節炭器の構成を示す構成図である。低圧側節炭器を構成する配管パネル構造の拡大断面図である。配管の切断位置の決定方法を説明するための図である。図５のＡ部の拡大図である。切断した配管を再利用して接続する方法を説明するための図である。補修後の接続配管の配置を示す図である。

以下、本発明の熱交換器の配管の補修方法の一実施形態について、節炭器を補修する場合を例として図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、排熱回収ボイラ１０の構成を示す図である。同図に示すように、排熱回収ボイラ１０は、煙道６０内に設けられた低圧側節炭器２０、低圧側蒸発器２１、高圧側節炭器３０、及び高圧側蒸発器３１と、煙道６０外に設けられた低圧側ドラム２２、高圧側ドラム３２、過熱器４０、低圧側ポンプ５０、及び高圧側ポンプ５１と、を含んで構成される。

排熱回収ボイラ１０は、煙道６０内に燃焼排ガスが供給され、排ガスの流れに沿って過熱器４０、高圧側蒸発器３１、高圧側節炭器３０、低圧側蒸発器２１、低圧側節炭器２０の順序で配置されている。ガスタービンから排出された高温の排ガスの熱は、過熱器４０、高圧側蒸発器３１、高圧側節炭器３０、低圧側蒸発器２１、及び低圧側節炭器２０において内部を流れる水との間で熱交換が行われる。なお、低圧側節炭器２０の詳細な構成は後に詳述する。

低圧側ポンプ５０から圧送された水は、低圧側節炭器２０において排ガスにより加熱されて低圧側蒸発器２１へと送られ、低圧側蒸発器２１において排ガスにより加熱されて水蒸気が発生する。そして、低圧側蒸発器２１において発生した水蒸気は低圧側ドラム２２へと送られ、低圧側ドラム２２において水蒸気が分離され、分離された水蒸気はタービンへと送られる。

また、高圧側ポンプ５１から圧送された水は、高圧側節炭器３０において排ガスにより加熱されて高圧側蒸発器３１へと送られ、高圧側蒸発器３１において排ガスにより加熱されて水蒸気が発生する。そして、高圧側蒸発器３１において発生した水蒸気は高圧側ドラム３２へと送られ、高圧側ドラム３２において水蒸気が分離され、分離された水蒸気は過熱器４０で過熱されてタービンへと送られる。

図２は、低圧側節炭器２０の詳細な構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。図３は、低圧側節炭器２０の構成を示す構成図、図４は、低圧側節炭器２０を構成する配管パネル構造１００Ａの拡大断面図である。なお、図３に示すように、第１〜第４のパネル構造１００Ａ〜１００Ｄは左右に二枚並ぶが、図２（Ｂ）、（Ｃ）では一枚のみを示す。また、高圧側節炭器３０は、低圧側節炭器２０と同様の構成であるため、説明を省略する。

図２及び図３に示すように、低圧側節炭器２０は、第１〜第４のパネル構造１００Ａ〜１００Ｄが、積層されてなる。
第１〜第３のパネル構造１００Ａ〜１００Ｃは、複数の配管１０４、１０５からなる第１及び第２の配管群１１４、１１５と、上部配管１０１と、第１及び第２の下部配管１０２、１０３とにより構成される。図４に示すように、配管群１１４、１１５を構成する配管１０４は奥行き方向に複数列（本実施形態では３列）、横方向に複数列並べられている。第１及び第２の配管群１１４、１１５を構成する複数の配管１０４、１０５は、夫々その上端が上部配管１０１に接続されている。また、一方の配管群１１４を構成する複数の配管１０４の下端は第１の下部配管１０２に接続され、他方の配管群１１５を構成する複数の配管１０５の下端は第２の下部配管１０３に接続されている。かかる構成により、第１の下部配管１０２に供給された水は、第１の配管群１１４の配管１０４を下方から上方に向かって流れ、上部配管１０１を通り、第２の配管群１１５の配管１０５を上方から下方に向かって流れ、第２の下部配管１０３より排出される。

また、第４のパネル構造１００Ｄは、複数の配管１２４からなる配管群１２３と、配管群１２３の配管１２４の上端及び下端が夫々接続された上部配管１２２と、下部配管１２１とにより構成される。かかる構成により下部配管１２１に供給された水は、配管群１２３の配管１２４を下方から上方に向かって上部配管１２２へと流れる。

図２及び図３に示すように、第１のパネル構造１００Ａの第２の下部配管１０３は、第２のパネル構造１００Ｂの第１の下部配管１０２に接続配管１３０を介して接続されている。また、第２のパネル構造１００Ｂの第２の下部配管１０３は、第３のパネル構造１００Ｃの第１の下部配管１０２に接続配管１３０を介して接続されている。また、第３のパネル構造１００Ｃの第２の下部配管１０３は、第４のパネル構造１００Ｄの下部配管１２１に接続配管１３０を介して接続されている。

かかる構成により、第１のパネル構造１００Ａの第１の下部配管１０２へ供給配管１４０を通じて供給された水は、第１〜第３のパネル構造１００Ａ〜１００Ｃの第１の配管群１１４を構成する配管１０４内を下方から上方に向かって流れ、第２の配管群１１５を構成する配管１０５を上方から下方に向かって流れる。そして、第４のパネル構造１００Ｄの配管群１２３を下方から上方に向かって流れ、上部配管１１２から排出される。この際、第１〜第４のパネル構造１００Ａ〜１００Ｄを構成する配管群１１４、１１５，１２３の間を排ガスが流通し、排ガスと配管１０４、１０５、１２４の内部を流通する水との間で熱交換が行われ、水が加熱される。

ここで、第１〜第３のパネル構造１００Ａ〜１００Ｃの第１の下部配管１０２が接続される第１の配管群１１４を構成する配管１０４の下部は、第１の下部配管１０２を流れる水が上方に送られるため、非常に強い圧力がかかるとともに流れが乱れる。このように流れに乱れが生じるような箇所では、例えば、椎原裕美、外４名、“舶用蒸気プラント配管の流れ加速腐食によるエロージョン・コロージョン減肉について”「２．流れ腐食加速のメカニズム」、［online］、日本海事協会、［平成21年3月30日検索］、インターネット〈URL：http://www.classnk.or.jp/hp/ja/activities/rd/H17_05.pdf〉に、記載されているように、流れ腐食加速が発生しやすい。このため、第１の下部配管１０２が接続される第１の配管群１１４を構成する配管１０４の下部には流れ腐食加速が生じやすく、第２の配管群１１５を構成する配管１０５の下部には腐食が生じにくく、配管の減肉の進行にばらつきが生じていた。

そこで、本実施形態の節炭器の補修方法は、以下のように行うこととした。なお、以下の説明では、低圧側節炭器２０の補修を行う場合について説明するが、同様に高圧側節炭器３０の補修を行うこともできる。
まず、各パネル構造１００Ａ〜１００Ｄの配管群１１４、１１５、１２３の配管１０４、１０５、１２４内にファイバスコープを挿入して、配管１０４、１０５、１２４内部の腐食の有無を確認する。そして、配管１０４、１０５、１２４に腐食が確認された場合には、補修作業を行う。なお、以下の説明では、第３のパネル構造１００Ｃの配管群１１４の奥側の配管１０４に腐食が確認された場合について説明する。

補修作業を行うにあたり、まず、腐食の発生が確認された配管１０４及びこの配管１０４の切断作業の障害となる配管１０４、１０５の切断位置を決定する。図５は、配管１０４、１０５の切断位置の決定方法を説明するための図であり、図６は図５のＡ部の拡大図である。図５及び図６に示すように、奥側の配管１０４に腐食が発生した場合には、腐食が発生した配管１０４よりも手前側の配管１０４、１０５も切断の対象とする。そして、同図に破線で示すように、腐食が発生した配管１０４の切断位置は腐食部分の上下に設定し、切断の対称となる各配管１０４、１０５の下方の切断位置は、腐食が生じた配管１０４の切断位置と同じ高さに、また、上方の切断位置は、奥から手前に向かって順次高くなるような位置に設定する。そして、上記決定した位置で各配管１０４、１０５を切断する。この際、各配管１０４、１０５の上方の切断面は階段状になるように水平に切断する。

次に、配管１０４、１０５を切断した部分に健全な配管を接続する。ここで、上記切断した配管のうち、腐食が生じた配管以外の作業スペースを確保するために切断した配管は健全であり、再利用可能であるため、切断した部分に作業スペースを確保するために切断した配管を健全な配管として用いることができる。

図７は切断した配管２００を再利用して接続する方法を説明するための図である。切断した配管２００を再利用する際には、上端部及び下端部に接続可能なように仕上げを施すため、長さが多少短くなる。そこで、図７に示すように、切断した部分に接続する配管２１０として、一列手前側の列の切断した配管２００を用いる。そして、切断した部分に適合する長さに、一列手前側の列の切断した配管２１０を加工し、加工した配管２００を接続する。なお、この際、各配管１０４、１０５の下方の切断位置を一定の高さとし、上方の切断位置を奥から手前に向かって順次高くなるように決定しており、手前側に向かって広がるような作業スペースが確保されるため、接続作業を容易に行うことができる。

また、上記の作業とともに、接続配管の変更作業を行う。なお、これら第１〜４のパネル構造１００Ａ〜１００Ｄの下部には、人が立ち入れる空間が設けられており、接続配管の変更作業はこの空間において行う。

まず、第１〜第４のパネル構造１００Ａ〜１００Ｄを接続する接続配管１３０及び第１のパネル構造１００Ａへ水を供給する供給配管１４０を除去する。
そして、図８に示すように、第１のパネル構造１００Ａへ水を供給する供給配管１４１を第２の下部配管１０３へ接続する。

また、第１のパネル構造１００Ａの第１の下部配管１０２と、第２のパネル構造１００Ｂの第２の下部配管１０３とを接続配管１３１により接続する。
また、第２のパネル構造１００Ｂの第１の下部配管１０２と、第３のパネル構造１００Ｃの第２の下部配管１０３とを接続配管１３１により接続する。
また、第３のパネル構造１００Ｃの第１の下部配管１０２と、第４のパネル構造１００Ｃの下部配管１２１とを接続配管１３１により接続する。

これにより、上記の作業前とは逆に第１〜第３のパネル構造１００Ａ〜１００Ｃの第２の配管群１１５を構成する配管１０５内を水が下方から上方に向かって流れ、第１の配管群１１４を構成する配管１０４を水が上方から下方に向かって流れることとなる。そして、第４のパネル構造１００Ｄの配管群１２３を水が下方から上方に向かって流れ、上部配管１１２から排出されることとなる。

このように、第１〜第３のパネル構造１００Ａ〜１００Ｃにおいて水の流れが逆転することで、第２の配管群１１５を構成する配管１０５の下部では流れ腐食加速が生じやすくなり、減肉が進行し、第１の配管群１１４を構成する配管１０４の下部では、減肉が生じにくくなる。すなわち、補修の都度、このように水の流れを逆転させることで、すべての配管に生じる腐食がほぼ均等となり、節炭器２０における配管の余寿命のばらつきを抑え、余寿命を延ばすことができる。

なお、本実施形態では、腐食が生じた配管の補修作業とともに、接続配管の変更作業を行っているが、これに限らず、接続配管の変更作業のみを腐食の進行に応じた適宜なタイミングで行うこととしてもよい。

１０ボイラ２０（低圧側）節炭器
２１低圧側蒸発器２２低圧側ドラム
３０高圧側節炭器３１高圧側蒸発器
３２高圧側ドラム４０過熱器
５０低圧側ポンプ５１高圧側ポンプ
６０煙道
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄパネル構造
１０１，１１２、１２２上部配管１０２第１の下部配管
１０３第２の下部配管１０４、１０５配管
１１４第１の配管群１１５第２の配管群
１２１下部配管１２３配管群
１３０、１３１接続配管１４０、１４１供給配管

Claims

内部を冷媒が下方から上方に向かって流れる複数の熱交換用の配管からなる第１の配管群と、内部を冷媒が上方から下方に向かって流れる複数の熱交換用の配管からなる第２の配管群とが左右に配置され、前記第１の配管群の複数の熱交換用の配管の上部と前記第２の配管群の複数の熱交換用の配管の上部との間が上部配管より接続され、前記第１の配管群の複数の熱交換用の配管の下部が第１の下部配管により接続され、前記第２の配管群の複数の熱交換用の配管の下部が第２の下部配管により接続された配管パネルが前後方向に複数枚並設され、前後に配置される２枚の配管パネルの前記第２の下部配管と前記第１の下部配管との間が接続配管により接続される熱交換器の補修方法であって、
前記複数の配管パネルのうちの何れかの配管パネルの前記第１の配管群の熱交換用の配管に腐食が生じた場合に、前後に配置される前記２枚の配管パネルの前記第２の下部配管と前記第１の下部配管との間から前記接続配管を取り外し、
前後に配置される前記２枚の配管パネルの前記第１の下部配管と前記第２の下部配管との間を接続配管により接続し、
前記第１の配管群の熱交換用の配管の内部に前記冷媒を上方から下方に向かって流し、前記第２の配管群の熱交換用の配管の内部に前記冷媒を下方から上方に向かって流すことを特徴とする熱交換器の補修方法。