JP5260263B2 - フランジ接合構造 - Google Patents

Description

本発明はフランジ接合部のシール構造に関し、配管相互をフランジにより接合する場合、または、タンクのマンホールと蓋とをフランジにより接合する場合、または、配管とこの配管の端部を密閉する蓋とをフランジにより接合する場合に、シール用液体を利用してシール性を向上させるように工夫したものである。
本発明では、特に、液体に対するシール性を向上させるように工夫したものである。

火力発電所や化学プラントや原子力発電所では、多数の配管が引き回して配置されるとともに、多数のタンクが設置される。この場合、配管の取合いの都合により一方の配管と他方の配管とをフランジ接合することがあり、また、タンクのマンホールとこれを塞ぐ蓋とをフランジ接合することがある。

図５は配管に適用する従来のフランジ接合構造を示している。同図に示すように、一方の配管１にはフランジ２が形成されており、他方の配管３にはフランジ４が形成されている。そしてフランジ２のフランジ面とフランジ４のフランジ面との間にガスケットを介在させ、フランジ２，４をボルト（図示省略）により締結することにより、フランジ２のフランジ面とフランジ４のフランジ面同士を接合させている。これにより、配管１と配管４とを連結している。

このようなフランジ接合構造により配管１，３同士を連結しておけば、メンテナンスや、点検や、掃除のために配管１，３を開放する際には、フランジ２，４を締結しているボルトを緩めて取り外すだけで、配管１，３の開放ができる。
また復旧の際には、ボルトによりフランジ２，４を締結するという簡単な作業を行うだけでよい。

図６はタンクに適用する従来のフランジ接続構造を示している。同図に示すように、タンク１０のマンホール１１にはフランジ１２が形成されており、蓋１３にはフランジ１４が形成されている。そしてフランジ１２のフランジ面とフランジ１４のフランジ面との間にガスケットを介在させ、フランジ１２，１４をボルト（図示省略）により締結することにより、フランジ１２のフランジ面とフランジ１４のフランジ面同士を接合させている。これにより、マンホール１１を蓋１３により塞いでいる。

このようなフランジ接合構造によりマンホール１１を蓋１３により塞いでおけば、メンテナンスや、点検や、掃除のためにタンク１０内を開放する際には、フランジ１２，１４を締結しているボルトを緩めて取り外すだけで、タンク１０の開放ができる。
また復旧の際には、ボルトによりフランジ１２，１４を締結するという簡単な作業を行うだけでよい。

特開２００１−２８９３３１号公報

従来では、配管のフランジ接合構造や、タンクのマンホールのフランジ接合構造は、完全なシールができる封止構造であると考えられていた。
しかし、より高い安全性や信頼性が求められる最近のプラント等では、上述したようなフランジ接合構造においても、シール性が必ずしも完全ではないと想定して、何らかの安全策を施すことが要求されるようになってきた。

例えば、図５に示す配管１，３により汚染液体（例えば原子力発電所の一次系統水）を流す場合には、フランジ接合部から汚染液体がリークしないように安全策を施すことが要求されるようになってきた。
仮に、汚染液体がフランジ接合部からリークしてしまうと、重大な事故につながる危険性があるため、液体がリークすることを確実に防止したいとする要求がある。

また、図６に示すタンク１０に汚染液体や危険液体を貯溜する場合にも、フランジ接合部からこのような液体がリークすることを確実に防止したいとする要求がある。

本発明は、上記従来技術に鑑み、液体を流通する配管同士を連結するフランジ接合構造や、液体を貯溜するタンクのマンホールを蓋で塞ぐフランジ接合構造等における、シール性を強化したフランジ接合構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、液体を流通させる一方の配管に形成されたフランジと液体を流通させる他方の配管に形成されたフランジとをボルト締結することにより前記フランジのフランジ面同士を接合して前記配管同士を連結するフランジ接合構造、または、液体を貯溜するタンクのマンホールに形成されたフランジと蓋に形成されたフランジとをボルト締結することにより前記フランジのフランジ面同士を接合して前記マンホールを前記蓋により塞ぐフランジ接合構造、または、配管に形成されたフランジと蓋に形成されたフランジとをボルト締結することにより前記フランジのフランジ面同士を接合して前記配管を前記蓋により塞ぐフランジ接合構造において、
前記フランジのうち一方のフランジのフランジ面に形成された環状のシール溝と、
前記一方のフランジに形成されて、前記シール溝と前記一方のフランジの外表面との間を連通する注入路と、
前記一方のフランジに形成されて、前記シール溝と前記一方のフランジの外表面との間を連通する排出路と、
前記注入路に接続されており前記シール溝にシール用液体を供給するシール用液体供給手段と、
前記排出路に接続されており、この排出路から出てきたシール用液体を前記シール用液体供給手段に戻す戻し手段と、
を有しシール用液体によりシール性を高めたことを特徴とする。

また本発明の構成は、前記戻し手段には、この戻し手段を流れるシール用液体中の汚染物質を検出する汚染物質検出センサが備えられていることを特徴とする。

前記シール用液体供給手段には、前記注入路に供給するシール用液体の圧力を検出する圧力検出手段、または、前記注入路に供給するシール用液体の流量を検出する流量検出手段が備えられており、
前記圧力検出手段により検出した圧力が急増又は急減した場合、または前記流量検出手段により検出した流量が急増した場合には、前記フランジ同士の接合に異常が発生したと判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、フランジのフランジ面に環状のシール溝を形成し、このシール溝にシール用液体を圧入・充填している。このため、シール溝に圧入・充填したシール用液体により液体シール構造が構成され、フランジのシール性を向上することができる。
この結果、フランジ接合構造からのリークの発生頻度を飛躍的に低減することができる。これにより、シール性の高いフランジ接合構造を採用できるため、配管等の設計自由度を向上することができると共に、開放点検・清掃が容易にできる。
更に、シール溝から出てきたシール用液体を戻し手段に流すようにしているため、戻し手段に備えた汚染物質検出センサを用いて、汚染物質の外部流出を検知することができ、安全性を向上することができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係る、配管のフランジ接合構造１００を示し、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視図を示す。

両図に示すように、一方の配管１０１にはフランジ１０２が形成されており、他方の配管１０３にはフランジ１０４が形成されている。そしてフランジ１０２，１０４をボルト（図示省略）により締結することにより、フランジ１０２のフランジ面１０２ａとフランジ１０４のフランジ面１０４ａ同士を接合させている。これにより、配管１０１と配管１０３とを連結している。
本例では、フランジ接続した配管１０１，１０３により、原子力発電所の一次系統水を流通させる場合を想定して説明する。

フランジ１０４のフランジ面１０４ａには、環状のシール溝１０５が形成されている。このシール溝１０５は、フランジ１０４の内周縁よりも外周側で、且つ、フランジ１０４の内周面を囲繞する状態で形成されている。

また、フランジ１０４には、注入路１０６と排出路１０７が形成されている。
周方向に関して言えば、注入路１０６と排出路１０７は、１８０°ずれて形成されており、上下方向に関して言えば、注入路１０６が下側で、排出路１０７が上側に配置されている。

注入路１０６は、その一端１０６ａがフランジ１０４の外表面のうちの周面に開口し、その他端１０６ｂがシール溝１０５に開口して、シール溝１０５とフランジ周面との間を連通している。
この注入路１０６は、一端１０６ａから略垂直方向上方に伸びてから水平方向に折れ曲がって他端１０６ｂに至っている。

排出路１０７は、その一端１０７ａがフランジ１０４の外周面のうちの周面に開口し、その他端１０７ｂがシール溝１０５に開口して、シール溝１０５とフランジ周面との間を連通している。
シール溝１０５の上部に排出路１０７の他端１０７ｂが開口し、フランジ１０４の上面に一端１０７ａが開口し、他端１０７ｂと一端１０７ａとが連通している。

フランジ１０２のフランジ面１０２ａと、フランジ１０４のフランジ面１０４ａとの間には、環状のガスケット１０８，１０９を介在させている。
ガスケット１０８は、シール溝１０５よりも内周側に配置されており、ガスケット１０９は、シール溝１０５よりも外周側に配置されている。ちょうど、環状のガスケット１０８、シール溝１０５，ガスケット１０９が同心状に配置されている。

シール用液体供給部１１０は、シール用液体（例えば水または油）を吐出するポンプ１１１を有している。このポンプ１１１の吐出口１１１ａと、注入路１０６の一端１０６ａは、供給管１１２により接続されている。供給管１１２には、制御弁１１３と、オリフィス１１４と、逆止弁１１５が介装されると共に、圧力計１１６が取り付けられている。
本例では、シール用液体供給部１１０から、供給管１１２及び注入路１０６を介してシール溝１０５に供給するシール用液体の供給圧力は、配管１０１，１０３内を流通する一次系統水の圧力よりも低く設定している。

圧力計１１６は、注入路１０６に供給されるシール用液体の圧力を検出してその検出圧力値を異常判定部１１７に送る。異常判定部１１７は、検出圧力値が急増又は急減した場合には、異常が発生したと判定し、異常判定時に制御弁１１３を閉じるようになっている。

なお図１では、１つのポンプ１１１から、１つのフランジ接合構造１００にシール用液体を供給しているが、配管系統に配置した複数のフランジ接合構造にシール用液体を供給できるように、供給管１１２を配置することもできる。

シール用液体戻し部１２０は戻し管１２１を有している。この戻し管１２１は、その一端が排出路１０７の一端１０７ａに接続されると共に、その他端がポンプ１１１の吸入口１１１ｂに接続されている。したがって、排出路１０７から出てきたシール用液体は、戻し管１２１内を流通して、シール用液体供給部１１０のポンプ１１１に戻される。
戻し管１２１には、放射線物質を検出する放射線検出センサ１２２が備えられている。

上記構成となっているフランジ接合構造１００では、シール用液体が、供給管１１２内，注入路１０６内，シール溝１０５内，排出路１０７内，戻し管１２１内に圧入・充填されている。
この状態で、シール用液体供給部１１０のポンプ１１１が作動してシール用液体を吐出・供給すると、シール用液体が、ポンプ１１１→供給管１１２→注入路１０６→シール溝１０５→排出路１０７→戻し管１２１→ポンプ１１１という経路に沿い、循環移動する。この動作により、シール溝１０５内にシール用液体を圧入・充填することができる。

このようにしてシール用液体供給部１１０から環状のシール溝１０５にシール用液体を圧入・充填させることにより、このシール溝１０５内のシール用液体により、液体シール構造が構成されることになる。
したがって、配管１０１，１０３内を流通する一次系統水は、内周側のガスケット１０８と、シール溝１０５内にシール用液体を充填してなる液体シール構造により、二重にシールされることになる。

このように、フランジ接合構造１００において、ガスケット１０８のみならず、シール溝１０５内にシール用液体を充填してなる液体シール構造によってもシールをしているので、より確実なシールを行うことができる。
このため、一次系統水のリークの発生頻度を飛躍的に低減することができる。

外周側のガスケット１０９は、シール用液体が外部に漏れるのを防ぐ機能を果たしている。
なお、シール用液体の圧力は、配管１０１，１０３内を流通する一次系統水の圧力よりも低くしているため、シール用液体が配管１０１，１０３内に侵入していくことはなく、一次系統水にシール用液体が混入することを防いでいる。
またシール用液体として無害で危険性の少ない液体を採用し、そのシール用液体の圧力を配管１０１，１０３内を流通する一次系統水の圧力より高くして、配管内を流れる一次系統水の漏洩を完全に防止することも考えられる。

通常時であれば前述したように、内周側のガスケット１０８と、シール溝１０５内にシール用液体を充填してなる液体シール構造により、二重にシールをしているので確実なシールができるが、事故など、何らかの原因で内周側のガスケット１０８のシール面に、ズレや隙間ができた場合には、配管１０１，１０３内を流通している一次系統水がシール溝１０５内に漏れ込むことがある。

このようにしてシール溝１０５内に漏れ込んだ一次系統水は、シール用液体と共に、排出路１０７から排出されて戻し管１２１内を流通する。

戻し管１２１に備えた放射線検出センサ１２２は、一次系統水が混入したシール用液体の中から放射性物質を検出することができる。放射線検出センサ１２２により、放射線物質の流通を検知したら、警報を発したり、または、配管１０１，１０３に流す一次系統水の流通を停止したりする等の安全措置をとることができる。

一方、フランジ１０２とフランジ１０４とが大きくズレるなどした場合には、シール溝１０５に供給したシール用液体が大量に流出してしまい、圧力計１１６により検出する検出圧力値が急減する。
このように検出圧力値が急減した場合には、異常判定部１１７は異常が発生したと判定して制御弁１１３を閉じる。これにより、シール用液体の更なる外部流出を防止することができる。

なお、圧力計１１６の代わりに、流量計を設置しておき、この流量計で検出する検出流量値が急増したときに、異常判定部１１７が、異常と判定して制御弁１１３を閉じるようにしてもよい。

なお上記例では、シール溝１０５に供給するシール用液体の供給圧力を、配管１０１，１０３内を流通する一次系統水の圧力よりも低く設定しているが、シール用液体を水とし、このシール用液体の供給圧力を一次系統水の圧力よりも高く設定することもできる。
このようにした場合には、フランジ１０２とフランジ１０４との間に隙間などが発生した場合であっても、シール用液体（水）が配管１０１，１０３内に入るのみで、一次系統水が外部に漏れ出すことを防ぐことができる。

また、シール用液体の供給圧力を一次系統水の圧力よりも高く設定した場合には、シール用液体の供給量を継続監視していれば、フランジ間の隙間の発生を検知することができる。これは、フランジ間に隙間が発生してシール用液体が配管１０１，１０３内に流入していくと、シール用液体の供給量が増加するので、この増加により隙間発生を検知することができるのである。圧力の急減によっても異常を検知できる。

図３は本発明の実施例２に係る、タンクのフランジ接合構造２００を示し、図４は図３のＩＶ−ＩＶ矢視図を示す。なお実施例１と同一機能を果たす部分には、同一符号を付して説明をする。

両図に示すように、タンク（図示省略）に形成したマンホール２０１にはフランジ２０２が形成されており、蓋２０３にはフランジ２０４が形成されている。そしてフランジ２０２，２０４をボルト（図示省略）により締結することにより、フランジ２０２のフランジ面２０２ａとフランジ２０４のフランジ面２０４ａ同士を接合させている。これにより、マンホール２０１を蓋２０３により塞いでいる。
本例では、マンホール２０１を蓋２０３により塞ぐことにより、タンク内に貯溜した、液体（例えば水など）を封止している。
なお、マンホール２０１の代わりに、これ（マンホール２０１）を配管とした場合には、蓋２０３が、この配管の端部を密閉する配管端部密閉蓋となり、配管の端部を密閉する。

フランジ２０４のフランジ面２０４ａには、環状のシール溝２０５が形成されている。
この蓋２０３側のシール溝２０５は、マンホール２０１側のフランジ２０２の内周縁よりも外周側で、且つ、フランジ２０２の内周面を囲繞する状態で形成されている。

また、フランジ２０４には、注入路２０６と排出路２０７が形成されている。
周方向に関して言えば、注入路２０６と排出路２０７は、１８０°ずれて形成されており、上下方向に関して言えば、注入路２０６が下側で、排出路２０７が上側に配置されている。

注入路２０６は、その一端２０６ａがフランジ２０４の外表面のうちの周面に開口し、その他端２０６ｂがシール溝２０５に開口して、シール溝２０５とフランジ周面との間を連通している。
この注入路２０６は、一端２０６ａから略垂直方向上方に伸びてから水平方向に折れ曲がって他端２０６ｂに至っている。

排出路２０７は、その一端２０７ａがフランジ２０４の外周面のうちの周面に開口し、その他端２０７ｂがシール溝２０５に開口して、シール溝２０５とフランジ周面との間を連通している。
この排出路２０７は、一端２０７ａから略垂直方向下方に伸びてから水平方向に折れ曲がって他端２０７ｂに至っている。

フランジ２０２のフランジ面２０２ａと、フランジ２０４のフランジ面２０４ａとの間には、環状のガスケット２０８，２０９を介在させている。
ガスケット２０８は、シール溝２０５よりも内周側に配置されており、ガスケット２０９は、シール溝２０５よりも外周側に配置されている。ちょうど、環状のガスケット２０８、シール溝２０５，ガスケット２０９が同心状に配置されている。

シール用液体供給部１１０は、シール用液体（例えば水または油）を吐出するポンプ１１１を有している。このポンプ１１１の吐出口１１１ａと、注入路２０６の一端２０６ａは、供給管１１２により接続されている。供給管１１２には、制御弁１１３と、オリフィス１１４と、逆止弁１１５が介装されると共に、圧力計１１６が取り付けられている。
本例では、シール用液体供給部１１０から、供給管１１２及び注入路２０６を介してシール溝２０５に供給するシール用液体の供給圧力は、マンホール２０１が形成されたタンク内の水の圧力よりも低く設定している。

圧力計１１６は、注入路２０６に供給されるシール用液体の圧力を検出してその検出圧力値を異常判定部１１７に送る。異常判定部１１７は、検出圧力値が急増又は急減した場合には、異常が発生したと判定し、異常判定時に制御弁１１３を閉じるようになっている。

なお図３では、１つのポンプ１１１から、１つのフランジ接合構造２００にシール用液体を供給しているが、配管系統に配置した複数のフランジ接合構造にシール用液体を供給できるように、供給管１１２を配置することもできる。

シール用液体戻し部１２０は戻し管１２１を有している。この戻し管１２１は、その一端が排出路２０７の一端２０７ａに接続されると共に、その他端がポンプ１１１の吸入口１１１ｂに接続されている。したがって、排出路２０７から出てきたシール用液体は、戻し管１２１内を流通して、シール用液体供給部１１０のポンプ１１１に戻される。
戻し管１２１には、放射線物質を検出する放射線検出センサ１２２が備えられている。

上記構成となっているフランジ接合構造２００では、シール用液体が、供給管１１２内，注入路２０６内，シール溝２０５内，排出路２０７内，戻し管１２１内に圧入・充填されている。
この状態で、シール用液体供給部１１０のポンプ１１１が作動してシール用液体を吐出・供給すると、シール用液体が、ポンプ１１１→供給管１１２→注入路２０６→シール溝２０５→排出路２０７→戻し管１２１→ポンプ１１１という経路に沿い、循環移動する。この動作により、シール溝２０５内にシール用液体を圧入・充填することができる。

このようにしてシール用液体供給部１１０から環状のシール溝２０５にシール用液体を圧入・充填させることにより、このシール溝２０５内のシール用液体により、液体シール構造が構成されることになる。
したがって、タンク内に貯溜された水は、内周側のガスケット２０８と、シール溝２０５内にシール用液体を充填してなる液体シール構造により、二重にシールされることになる。

このように、フランジ接合構造２００において、ガスケット２０８のみならず、シール溝２０５内にシール用液体を充填してなる液体シール構造によってもシールをしているので、より確実なシールを行うことができる。
このため、タンクに貯溜した水がリークする発生頻度を飛躍的に低減することができる。

外周側のガスケット２０９は、シール用液体が外部に漏れるのを防ぐ機能を果たしている。
なお、シール用液体の圧力は、タンク内の水の圧力よりも低くしているため、シール用液体がタンク内に侵入していくことはない。

通常時であれば前述したように、内周側のガスケット２０８と、シール溝２０５内にシール用液体を充填してなる液体シール構造により、二重にシールをしているので確実なシールができるが、事故など、何らかの原因で内周側のガスケット２０８のシール面に、ズレや隙間ができた場合には、タンク内の水がシール溝２０５内に漏れ込むことがある。

このようにしてシール溝２０５内に漏れ込んだ水は、シール用液体と共に、排出路２０７から排出されて戻し管１２１内を流通する。

戻し管１２１に備えた放射線検出センサ１２２は、シール用液体の中から放射性物質を検出することができる。放射線検出センサ１２２により、放射線物質の流通を検知したら、警報を発する等の安全措置をとることができる。
なお、放射線検出センサ１２２の代わりに、各種の汚染物質を検出する汚染物質検出センサを備えて、戻し管１２１内を流通する各種の汚染物質を検出することもできる。

一方、フランジ２０２とフランジ２０４とが大きくズレるなどした場合には、シール溝２０５に供給したシール用液体が大量に流出してしまい、圧力計１１６により検出する検出圧力値が急減する。
このように検出圧力値が急減した場合には、異常判定部１１７は異常が発生したと判定して制御弁１１３を閉じる。これにより、シール用液体の更なる外部流出を防止することができる。

なお、圧力計１１６の代わりに、流量計を設置しておき、この流量計で検出する検出流量値が急増したときに、異常判定部１１７が、異常と判定して制御弁１１３を閉じるようにしてもよい。

なお上記例では、シール溝２０５に供給するシール用液体の供給圧力を、タンク内に貯溜した水の圧力よりも低く設定しているが、シール用液体を水とし、このシール用液体の供給圧力をタンク内の水の圧力よりも高く設定することもできる。
このようにした場合には、フランジ２０２とフランジ２０４との間に隙間などが発生した場合であっても、シール用液体（水）がタンク内に入るのみで、タンク内の水が外部に漏れ出すことを防ぐことができる。

また、シール用液体の供給圧力をタンク内の水の圧力よりも高く設定した場合には、シール用液体の供給量を継続監視していれば、フランジ間の隙間の発生を検知することができる。これは、フランジ間に隙間が発生してシール用液体がタンク内に流入していくと、シール用液体の供給量が増加するので、この増加により隙間発生を検知することができるのである。

図３ではフランジ２０４に供給管１１２、戻し管１２１を接続しているが、これらをフランジ２０２に接続すれば、蓋２０３は特別な構成を有しない単純な板状の蓋とすることができる。

本発明の実施例１に係る配管のフランジ接合構造を示す構成図。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視図。 本発明の実施例２に係るタンク等のフランジ接合構造を示す構成図。 図３のＩＶ−ＩＶ矢視図。 配管に適用する従来のフランジ接合構造を示す構成図。 タンクに適用する従来のフランジ接続構造を示す構成図。

符号の説明

１００， フランジ接合構造
１０１，１０３ 配管
１０２，１０４ フランジ
１０２ａ，１０４ａ フランジ面
１０５ シール溝
１０６ 注入路
１０７ 排出路
１０８，１０９ ガスケット
１１０ シール用液体供給部
１２０ シール用液体戻し部
１２１ 戻し管
１２２ 放射線検出センサ
２００ フランジ接合構造
２０１ マンホール
２０２，２０４ フランジ
２０２ａ，２０４ａ フランジ面
２０３ 蓋
２０５ シール溝
２０６ 注入路
２０７ 排出路
２０８，２０９ ガスケット

Claims (3)

1. 液体を流通させる一方の配管に形成されたフランジと液体を流通させる他方の配管に形成されたフランジとをボルト締結することにより前記フランジのフランジ面同士を接合して前記配管同士を連結するフランジ接合構造、または、液体を貯溜するタンクのマンホールに形成されたフランジと蓋に形成されたフランジとをボルト締結することにより前記フランジのフランジ面同士を接合して前記マンホールを前記蓋により塞ぐフランジ接合構造、または、配管に形成されたフランジと蓋に形成されたフランジとをボルト締結することにより前記フランジのフランジ面同士を接合して前記配管を前記蓋により塞ぐフランジ接合構造において、
   前記フランジのうち一方のフランジのフランジ面に形成された環状のシール溝と、
   前記一方のフランジに形成されて、前記シール溝と前記一方のフランジの外表面との間を連通する注入路と、
   前記一方のフランジに形成されて、前記シール溝と前記一方のフランジの外表面との間を連通する排出路と、
   前記注入路に接続されており前記シール溝にシール用液体を供給するシール用液体供給手段と、
   前記排出路に接続されており、この排出路から出てきたシール用液体を前記シール用液体供給手段に戻す戻し手段と、
   を有しシール用液体によりシール性を高めたことを特徴とするフランジ接合構造。
2. 請求項１において、
   前記戻し手段には、この戻し手段を流れるシール用液体中の汚染物質を検出する汚染物質検出センサが備えられていることを特徴とするフランジ接合構造。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記シール用液体供給手段には、前記注入路に供給するシール用液体の圧力を検出する圧力検出手段、または、前記注入路に供給するシール用液体の流量を検出する流量検出手段が備えられており、
   前記圧力検出手段により検出した圧力が急増又は急減した場合、または前記流量検出手段により検出した流量が急増した場合には、前記フランジ同士の接合に異常が発生したと判定する異常判定手段を備えていることを特徴とするフランジ接合構造。

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