JP5448743B2 - 防熱配管 - Google Patents

Description

本発明は、低温の流体、特に液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と表記する。）の輸送に用いて好適な防熱配管に関する。

従来、ＬＮＧを取り扱う設備では、地上の設備およびＬＮＧ船に設けられた設備を問わず、ＬＮＧの気化を防止する目的で、保冷用の防熱部材で覆われた配管がＬＮＧの輸送に用いられている。

一般的に、防熱部材であるポリウレタンは、配管の管本体を構成する材料（例えば、ステンレス鋼）と対比して、線膨張係数が大きい。そのため、配管の内部をＬＮＧが流れ、配管本体が低温になると、管本体に対してポリウレタンが縮み、ポリウレタンの内部に応力が発生する。

そのため従来では、この応力を緩和することを目的として、ポリウレタンからなる防熱材を、内径側と外径側とに分割した構造とし、内側の防熱材と、外側の防熱材との間を非接着として、両者の相対移動を許容する構造が採用されている。
このような構成とすることで、配管本体とポリウレタンとの伸縮差を吸収させることができる。

その一方で、防熱材の断熱性能等が向上したことと、防熱材が内径側と外径側とに分割された構造の場合よりも施工性を向上させるために、内径側および外径側で分割することなく、１層の防熱部材で覆われた配管が新たに提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

１層の防熱部材で覆われた配管の場合、配管の全てを１つの防熱部材で覆うことが困難である。つまり、上述のように、配管の内部をＬＮＧが流れ、配管本体が低温になると、管本体に対してポリウレタンが縮み、ポリウレタンの内部に応力が発生するため、配管の全てを１つの防熱部材で覆うことが困難になる。

この応力を緩和するために、防熱部材を所定の間隔で切断して、配管の長手方向に複数個の防熱部材を並べるとともに、隣り合う防熱部材の間の隙間には、接続部が設けられている。

接続部としては、硬質発泡ウレタンのリング状スペーサの外周に硬質ウレタンフォームを発泡固化させた断熱材層から構成されたものや、グラスウールを配置したもの等を挙げることができる。

実開平７−４２８９８号公報

しかしながら、上述のように防熱部材を内径側および外径側に２層化する構造は、当該構造を有する配管を設置する工期や工費が大きくなるという問題があった。
特に、ＬＮＧ船に用いられるＬＮＧ設備の場合、今後増加する老齢船における配管を新たな配管に取り替えるときに、施工が難しいという問題があった。

その一方で、特許文献１に記載された配管の場合、１層の防熱部材で管本体を覆うため、２層の防熱部材を用いる方法と比較して、施工性が悪いという問題点は解消されている。

しかしながら、隣り合う防熱部材を、硬質ウレタンフォームを発泡固化させた断熱材層で接着しているため、隣り合う防熱部材の隙間の伸縮が不十分となることから、ポリウレタンの内部に発生する応力の緩和が不十分になるという問題があった。

さらに、隣り合う防熱部材の間の隙間は、管本体の表面から防熱部材の外部まで径方向外側に向かって延びており、ここにグラスウールを詰めた場合であっても、グラスウールはポリウレタンと比較して保冷性が低く、コールドスポットが発生するという問題があった。
ここで、コールドスポットとは、保冷性が不足することにより、その表面に氷が付着する現象が発生する場所のことである。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、保冷性悪化や、コールドスポット発生の防止を図るとともに、施工性悪化の防止を図ることができる防熱配管を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の防熱配管は、筒状に形成され、内部に低温流体が流れる管本体と、該管本体を周方向に一つの層状に覆うとともに、長手方向に並んで前記管本体に対して相対移動可能に配置される複数の防熱部と、繊維系防熱材からなる内側接続部と、ゴム系防熱材からなる外側接続部とを備え、前記内側接続部は、隣接する前記防熱部の間における径方向内側に、隣接する前記防熱部に接して配置されるとともに、前記管本体に対して長手方向に相対移動可能に配置され、前記外側接続部は、隣接する前記防熱部の間における径方向外側に、隣接する前記防熱部に接して配置されるとともに、前記長手方向に圧縮された状態で、隣接する前記防熱部の間に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、隣接する防熱部の間に、径方向内側から外側に向かって順に、繊維系防熱材からなる内側接続部、および、ゴム系防熱材からなる外側接続部が配置されているため、繊維系防熱材のみを配置する場合と比較して、当該部分における保冷性の向上を図ることができる。

その一方で、管本体と防熱部との間で線膨張係数の違いがある場合に、管本体の内部に低温流体が流れると、管本体の熱変形量と防熱部の熱変形量との間に差が生じることがある。
このとき、隣接する防熱部の間の隙間が、上述の熱変形量の差により広がったり、狭くなったりする。内側接続部は変形が容易な繊維系防熱材であるため、外側接続部は弾性を有するゴム系防熱材であるため、内側接続部および外側接続部が配置される隙間の拡大や、縮小に合わせて容易に変形することができる。
そのため、防熱部における熱変形が許容されることから、上述の熱変形量の差により防熱部に働く応力が緩和され、防熱部の破損が予防される。

さらに、管本体を、径方向について一つの防熱部のみで覆うため、２層の防熱部で覆う場合と比較して、管本体へ防熱部を容易に取り付けることができる。

上記発明においては、前記外側接続部は、前記長手方向に圧縮された状態で、隣接する前記防熱部の間に配置されていることが望ましい。

本発明によれば、隣接する防熱部の間の隙間が拡大する場合であっても、圧縮して配置された外側接続部が膨張するため、上述の拡大した隙間は外側接続部により埋められる。
前記外側接続部は、ニトリルラバーフォームまたはクロロプレンゴムのいずれかにより形成されていることが望ましい。

本発明の防熱配管によれば、隣接する防熱部の間に、径方向内側から外側に向かって順に、繊維系防熱材からなる内側接続部、および、ゴム系防熱材からなる外側接続部が配置されているため、保冷性悪化や、コールドスポット発生の防止を図ることができるという効果を奏する。
さらに、管本体を一つの層の防熱部で覆うことにより、施工性悪化の防止を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る防熱配管の構成を説明する模式図である。 図１の防熱部の構成を説明する部分拡大断面視図である。 図２の接続部の構成を説明する模式図である。 図２の接合部の構成を説明する模式図である。

この発明の一実施形態に係る防熱配管について、図１から図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る防熱配管の構成を説明する模式図である。図２は、図１の防熱部の構成を説明する部分拡大断面視図である。
本実施形態では、本発明をＬＮＧ設備においてＬＮＧの輸送に用いる防熱配管１に適用して説明する。ここで、ＬＮＧは、天然ガスを液化した流体であり、温度が約−１６２℃の低温液体である。

なお、防熱配管１の内部を流れる流体は、上述のＬＮＧであってもよいし、低温状態を保ったまま輸送する必要があるその他の低温流体、例えば、外部からの侵入熱によって気化する割合を低減させ、十分な量を液体として維持する必要がある流体であってもよく、特に限定するものではない。

防熱配管１には、図１および図２に示すように、管本体２と、防熱部３と、接続部４と、接合部５と、が設けられている。

管本体２は、図１および図２に示すように、内部にＬＮＧが流れる流路を有する円筒状の部材であって、例えば、ステンレス鋼などの金属材料から形成されたものである。
管本体２の両端には、隣接する管本体２との接続に用いられるフランジ２１が設けられている。

防熱部３は、管本体２の周囲を筒状に覆うものであって、外部から管本体２の内部を流れるＬＮＧへの入熱を抑制するものである。
防熱部３には、ウレタン樹脂の発泡体であるポリウレタンフォーム３１と、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成された外殻３２と、が設けられている。

ポリウレタンフォーム３１は、外部から管本体２の内部を流れるＬＮＧへの入熱を抑制する断熱材であり、管本体２の外表面を筒状に覆うものである。
ポリウレタンフォーム３１は、管本体２を周方向に覆うように配置され、管本体２に対して長手方向（図１および図２の左右方向）に相対移動可能に配置されている。言い換えると、ポリウレタンフォーム３１と管本体２との間は接着剤などにより固定されていない。

ここで、ポリウレタンフォーム３１としては、密度が約４０ｋｇ／ｍ^３程度のものを用いることが好ましい。
その一方で、ポリウレタンフォーム３１を構成する材料としては、ポリスチレンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォームの公知の材料を用いることができ、特に限定するものではない。

外殻３２は、ポリウレタンフォーム３１の外周面を覆う円筒状の部材であるとともに、ポリウレタンフォーム３１を保護するものである。
外殻３２における末端部、言い換えると、フランジ２１の近傍部は、図１に示すように、管本体２の外周面に近づく傾斜面が形成され、フランジ２１側の端部は、管本体２の外周面に固定されている。

図３は、図２の接続部の構成を説明する模式図である。
接続部４は、管本体２の長手方向に並んで配置された防熱部３の間を、保温性を保ち、かつ、隣接する防熱部３の相対移動を許容しながら接続するものである。
接続部４には、図３に示すように、内側接続部４１と、外側接続部４２と、内側ラバー膜４３と、外側ラバー膜４４と、金属帯４５と、保護カバー４６と、が設けられている。

内側接続部４１は、図３に示すように、円環状に形成された部材であって、繊維系防熱材、例えばグラスウールや、ロックウール等からなるものである。内側接続部４１は、隣接する防熱部３の間であって、管本体２の外周面から外側接続部４２の内周面の間に配置されるものである。
内側接続部４１は、管本体２に対して、長手方向（図３の左右方向）に相対移動可能に配置されている。言い換えると、内側接続部４１は、管本体２の外周面に対して、接着剤などにより固定されていない。

外側接続部４２は、図３に示すように、円環状に形成された部材であって、ゴム系防熱材、例えばニトリルラバーの発泡体であるニトリルラバーフォームや、クロロプレンゴム等からなるものである。外側接続部４２は、隣接する防熱部３の間であって、内側接続部４１の外周面から外殻３２までの間に、隣接する防熱部３と接触して配置されるものである。

外側接続部４２は、長手方向に圧縮された状態で、隣り合う防熱部３の間に配置されている。具体的には、外側接続部４２における長手方向の寸法は、隣り合う防熱部３の隙間よりも十分に長くされている。このようにすることで、ポリウレタンフォーム３１と、外側接続部４２との間に隙間が形成されることを防止できる。ここで、外側接続部４２は、スポンジ状に形成されたニトリルラバーの発泡体から形成されているため、隣り合う防熱部３の隙間に、手で押し込んで圧縮して取り付けることができる。

内側ラバー膜４３および外側ラバー膜４４は、図３に示すように、円筒状に形成されたラバー膜であって、例えば、エチレンプロピレン共重合体に第３成分として非共役ジエン類を含む三元重合体（以下、「ＥＰＴ」と表記する。）ラバー等からなるものである。

内側ラバー膜４３および外側ラバー膜４４は、外側接続部４２の外周面を覆うように配置され、内側ラバー膜４３および外側ラバー膜４４の両端が、隣り合う防熱部３の外殻３２に接着剤などを用いて固定されている。

内側ラバー膜４３は、図３に示すように、外側ラバー膜４４に対して径方向内側（図３の下側）に配置され、長手方向（図３の左右方向）の長さが短く形成されている。
外側ラバー膜４４は、内側ラバー膜４３に対して径方向外側（図３の上側）に配置され、長手方向の長さが長く形成されている。

金属帯４５は、図３に示すように、円筒状に形成されるとともに、外側ラバー膜４４の外周側に配置され、外側ラバー膜４４および内側ラバー膜４３の端部を防熱部３の外殻３２に固定するものである。金属帯４５は、例えばステンレス鋼のように耐錆性や、耐食性を有する金属から形成されていることが望ましい。
金属帯４５は、外側ラバー膜４４における長手方向の両端部、および、内側ラバー膜４３における長手方向の両端部に対応する位置にそれぞれ配置されている。

保護カバー４６は、図３に示すように、内側接続部４１、外側接続部４２、内側ラバー膜４３、外側ラバー膜４４、および、金属帯４５を内部に収納する空間を形成するものである。
保護カバー４６は、ＦＲＰなどの樹脂材料を略円筒状に形成したものであって、長手方向の両端部は、径方向に延びて形成されるつば部が設けられている。このようにすることで、保護カバー４６を配置した際に、上述の空間を形成することができる。

保護カバー４６における一方の端部には、保護カバー４６を防熱部３に固定する樹脂帯４７が配置されている。樹脂帯４７は、ＦＲＰなどの樹脂材料を円筒状に形成したものであり、保護カバー４６における一方の端部を、径方向外側から覆うことで、防熱部３の外殻３２に固定するものである。

図４は、図２の接合部の構成を説明する模式図である。
接合部５は、図４に示すように、管本体２と、防熱部３との間における長手方向（図４の左右方向）への相対移動を許容すると同時に、隣接する防熱部３同士を固定して繋げる部分である。接続部４とは、隣接する防熱部３の間で相対移動を許容するか否かが異なっている。

接合部５には、樹脂帯５１と、ポリエチレンテープ５２と、が設けられている。
樹脂帯５１は、図４に示すように、隣接する防熱部３の接着面を覆う、樹脂、例えばＦＲＰから形成された円筒状の部材であって、防熱部３を外周側（図４の上側）から覆うものである。
ポリエチレンテープ５２は、隣接する防熱部３の接着面を覆う、ポリエチレンから形成されたテープであって、防熱部３を内周側（図４の下側）から覆うものである。

次に、上記の構成からなる防熱配管１における作用について説明する。
防熱配管１の管本体２にＬＮＧが流れると、図１および図２に示すように、ＬＮＧにより管本体２が冷却されるとともに防熱部３も冷却される。すると、管本体２および防熱部３は、冷却されることにより縮む。

このとき、管本体２および防熱部３を構成する材料にける線膨張係数の違いにより、管本体２の縮み量と、防熱部３の縮み量との間に差が生じる。本実施形態の場合には、管本体２における長手方向の縮み量よりも防熱部３における縮み量が大きくなる。

管本体２と防熱部３とは、長手方向に相対移動可能に配置されているため、接続部４における隣接する防熱部３の間の隙間が長手方向に広がる。
すると、図３に示すように、隣接する防熱部３の外殻３２に接着された内側ラバー膜４３および外側ラバー膜４４が、長手方向に引っ張られ延びる。それと同時に、当該隙間に圧縮して配置された外側接続部４２が、隙間の広がりに合わせて膨張する。

その一方で、防熱配管１の管本体２へのＬＮＧの供給を停止すると、図１および図２に示すように、ＬＮＧにより冷却されていた管本体２および防熱部３の温度が上昇する。すると、管本体２および防熱部３は、温度上昇にともない膨張する。

このとき、冷却された場合とは逆に、管本体２における長手方向の伸び量よりも防熱部３における伸び量が小さくなる。

管本体２と防熱部３とは、長手方向に相対移動可能に配置されているため、接続部４における隣接する防熱部３の間の隙間が長手方向に縮まる。
すると、図３に示すように、当該隙間で膨張していた外側接続部４２が、隙間の縮まりに合わせて圧縮される。

上記の構成によれば、隣接する防熱部３の間に、径方向内側から外側に向かって順に、繊維系防熱材からなる内側接続部４１、および、ゴム系防熱材からなる外側接続部４２が配置されているため、繊維系防熱材のみを配置する場合と比較して、当該部分における保冷性の向上を図ることができる。さらに、ゴム系防熱材は低温になると硬くもろくなる性質があり、温度による物性変化が小さい繊維系断熱材と比較して、伸縮性を確保することが難しい。そのため、ゴム系防熱材のみを配置する場合と比較して、隣接する防熱部３の間に隙間が形成されることを防止できる。
これにより、隣接する防熱部３の間でのコールドスポットの発生を防止することができる。

その一方で、管本体２と防熱部３との間で線膨張係数の違いがある場合に、管本体２の内部に低温流体が流れると、管本体２の熱変形量と防熱部３の熱変形量との間に差が生じることがある。
このとき、隣接する防熱部３の間の隙間が、上述の熱変形量の差により広がったり、狭くなったりする。内側接続部４１は変形が容易な繊維系防熱材であるため、外側接続部４２は弾性を有するゴム系防熱材であるため、内側接続部４１および外側接続部４２が配置される隙間の拡大や、縮小に合わせて容易に変形することができる。
そのため、防熱部３における熱変形が許容されることから、上述の熱変形量の差により防熱部に働く応力が緩和され、防熱部３の破損が予防される。これにより、防熱部３における保冷性の悪化を防止することができる。

さらに、管本体２を一つの層の防熱部３で覆うため、２層の防熱部で覆う場合と比較して、管本体２へ防熱部３を容易に取り付けることができる。そのため、施工性悪化の防止を図ることができる。

隣接する防熱部３の間の隙間が拡大する場合であっても、圧縮して配置された外側接続部４２が膨張するため、上述の拡大した隙間は外側接続部４２により埋めることができる。

１ 防熱配管
２ 管本体
３ 防熱部
４１ 内側接続部
４２ 外側接続部

Claims (2)

1. 筒状に形成され、内部に低温流体が流れる管本体と、
   該管本体を周方向に一つの層状に覆うとともに、長手方向に並んで前記管本体に対して相対移動可能に配置される複数の防熱部と、
   繊維系防熱材からなる内側接続部と、
   ゴム系防熱材からなる外側接続部と、
   を備え、
   前記内側接続部は、隣接する前記防熱部の間における径方向内側に、隣接する前記防熱部に接して配置されるとともに、前記管本体に対して長手方向に相対移動可能に配置され、
   前記外側接続部は、隣接する前記防熱部の間における径方向外側に、隣接する前記防熱部に接して配置されるとともに、前記長手方向に圧縮された状態で、隣接する前記防熱部の間に配置されている防熱配管。
2. 前記外側接続部は、ニトリルラバーフォームまたはクロロプレンゴムのいずれかにより形成されている請求項１記載の防熱配管。

Images