JP6455307B2 - 分岐配管の溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、発電所、工場等のプラントで用いられる配管の溶接方法に関する。

火力発電所等のプラントにおいてはボイラを用いて蒸気を発生させ、この蒸気をタービンに供給することで発電機を稼働させている。ボイラからタービンへ蒸気を供給する駆動用蒸気配管には複数の圧力計や温度計が設けられ、配管各所における蒸気圧や蒸気温度を把握することでプラントの正常稼働を確認している。
大型の発電所等においては、ボイラからタービンへの動力用蒸気配管として直径３００ｍｍ程度のフェライト系クロム鋼管などが用いられ、その鋼管に小径、例えば、直径２０ｍｍ程度の圧力検出用配管を取り付け、圧力検出用配管の端部に圧力計が取り付けられている。
このようなプラントにおける蒸気漏れを検出装置としては、特許文献１に記載されたように、噴射蒸気圧力データと噴射蒸気流量データとを用い、圧力データと流量データとの標準偏差を求め圧力データの標準偏差と流量データとの標準偏差との比が正常範囲を複数系継続して外れたときに蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたことを検出している。
これによれば蒸気漏洩の検出は可能であり、圧力検出用配管に設けたバルブと圧力計との間で蒸気漏洩が発生した際にはバルブを閉止したうえで蒸気漏洩が発生している圧力検出用配管を交換することが可能である。しかし、動力用蒸気配管と圧力検出用配管上に設けたバルブとの間で蒸気漏洩が発生すると、プラントを停止したうえで圧力検出用配管の交換修理を行わざるを得ないという問題があった。

また、プラント停止後に圧力検出用配管を母管から切り離し、新たな圧力検出用配管を母管に溶接する場合、溶接個所からわずかに蒸気漏洩が発生していても、溶接部の温度が低くなることで溶接不良が生じることから、母管と圧力検出用配管との接続箇所から全く蒸気が漏洩しない状態までプラントを冷機（冷却）する必要がある。プラントの冷却時間は動力用蒸気配管の長さや容積あるいは蒸気圧力、過熱度など、プラント毎に異なるが、火力発電所等の大型プラントではボイラ停止後１２時間程度必要となり、プラントの稼働効率が低下するという問題があった。

特開２００９−２６４２２０公報

そこで本発明は、プラント停止後に動力用蒸気配管内に蒸気が滞留している状態であっても溶接作業を行うことができ、プラントの稼働効率を低下させることのない配管の溶接方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の配管溶接方法は、蒸気が管内に滞留した蒸気配管から分岐した分岐配管の溶接方法において、前記蒸気配管から前記分岐配管を除去するステップと、前記分岐配管を除去することにより前記蒸気配管に形成された開口部に対して新たな分岐配管の一端開口部を仮止めするステップと、前記新たな分岐配管内を負圧にし、前記蒸気配管内の蒸気を吸引するステップと、前記蒸気配管開口部と前記新たな分岐配管との接合部からの蒸気噴出が停止、又は噴出量が低下した状態で前記接合部を溶接するステップと、を有したことを特徴とする。

この発明によれば、母管である動力用蒸気配管内に圧力を有した蒸気が滞留し、母管或は母管から分岐した分岐配管を取り外した状態で、取り外した個所から母管内の滞留蒸気が漏洩する環境において、母管に溶接接合する新たな分岐配管内を負圧とし（減圧し）、該新たな分岐配管を介して取り外し個所から漏洩する滞留蒸気を吸引することで母管と分岐配管との溶接接合部における蒸気漏洩を抑制することができる。
これにより、溶接接合部における蒸気漏洩がなくなり、溶接環境が整い、高品質の溶接を行うことができる。また、プラントを停止した後、母管内に蒸気が滞留した状況で溶接を行うことができるので、プラントの停止時間を短縮することができる。例えば、火力発電所の発電プラントで本発明に係る配管の溶接方法をそのプラント修理の際に適用した場合、発電プラントの停止時間を短くすることができ、発電効率の低下を極力抑えることが可能となる。

本発明に係る圧力検出用配管溶接方法を適用する動力用蒸気配管、及び圧力検出用配管の概略図を示す図である。 （ａ）は配管３０の作業用開口部３１、及び動力用蒸気配管の外周を被覆している保温材の一部や圧力検出用配管３３の保温材を取り外した状態を示す斜視図、（ｂ）は圧力用検出配管を取り外した状態を示す斜視図である。 （ａ）は中継管３に交換用の新たな圧力検出用配管５を挿入した状態を示す斜視図、（ｂ）は圧力検出用配管５の挿入状態を示す断面図である。 本発明に係る配管の溶接方法を実施した動力用蒸気配管、及び圧力検出用配管の概略図である。 （ａ）は中継管３と圧力検出用配管５との接合部を説明するための斜視図、（ｂ）は真空ポンプ作動時の中継管３と圧力検出用配管５との接合部断面図、（ｃ）は溶接後の中継管３と圧力検出用配管５との接合部断面図である。 真空ポンプ２３の代わりにイジェクターを用いた場合の負圧生成模式図である。

以下、図面に示した実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明に係る圧力検出用配管溶接方法を適用する動力用蒸気配管（蒸気配管＝母管）１、及び圧力検出用配管（分岐配管）５の概略図を示す図であり、溶接等の修理を行う前の配管全体像を示し、３０は蒸気あるいは過熱蒸気等の流体または気体が流通する動力用蒸気配管１の外周にロックウール、ウレタンフォーム、ケイ酸カルシウムなどの保温材を覆い、さらに該保温材の外装面に金属製或は布製の保温ジャケットを被覆した状態の配管であり、３３は動力用蒸気配管１より分岐した分岐配管である圧力検出用配管５に動力用蒸気配管１と同じく、保温材、及び保温ジャケットを被覆した状態の配管である。
圧力検出用配管（分岐配管）５には流量を規制するバルブ３５、サイフォン管３７、圧力計３９が設けられ、圧力計３９を除き、保温材あるいは保温ジャケットにより被覆されている。なお、３１は動力用蒸気配管から分岐した圧力検出用配管５の分岐個所を確認するための作業用開口部であり、ネジやリベット等の固定具３２を取り外すことで作業を行うことができる。

このような動力用蒸気配管１、及び圧力検出用配管５において、例えば、ボイラの安全弁試験など、定格運転時よりも高い圧力を発生させるためにボイラの圧力を上昇させている際、圧力検出用配管のどこからか配管腐食や溶接部のピンホール等で生じた穿孔（穴）から蒸気が漏洩すると、保温材あるいは保温ジャケットから液化した液体が滴下したり、保温材あるいは保温ジャケットを介して蒸気が雰囲気中に漂ったりすることで、蒸気漏洩を把握することができる。
蒸気漏洩個所がバルブ３５と圧力計３９との間で生じたものであれば、バルブ３５を閉止し、バルブ３５より端部側の配管を交換することで修理可能であるが、バルブ３５より動力用蒸気配管である母管側で漏洩が発生すると、プラント全体を停止しなければならないこと前述のとおりである。
圧力検出用配管５のバルブ３５と母管である動力用蒸気配管１との間で蒸気漏洩が発生した場合、通常は圧力検出用配管全体を交換することとなる。

図２（ａ）は配管３０の作業用開口部３１、及び動力用蒸気配管の外周を被覆している保温材の一部や配管３３の保温材を取り外した状態を示す斜視図、（ｂ）は圧力用検出配管を取り外した状態を示す斜視図であり、１は動力用蒸気配管、３は動力用蒸気配管から分岐させるための中継管、５は中継管に溶接で取り付けられた圧力検出用配管、７は動力用蒸気配管１の外周を被覆している保温材である。図３（ａ）は中継管３に交換用の新たな圧力検出用配管５を挿入した状態を示す斜視図、（ｂ）は圧力検出用配管５の挿入状態を示す断面図である。

このような配管構造において、中継管３と圧力検出用配管５との溶接個所９の近傍Ａにおいて腐食等により穿孔が生じると、プラントを停止して蒸気圧を低下させたうえで、圧力検出用配管５を中継管３との接続箇所で切断し、溶接個所９のビートも含め中継管３から取り除き、図２（ｂ）に示すように中継管３のみの状態とする。プラントの停止から１２時間以上冷機すると、母管である動力用蒸気配管１内の蒸気圧はほぼ大気圧と同じ状態となり、中継管３からの蒸気の漏洩は僅かとなる。しかし、プラント停止から数時間後の状態では母管に滞留している蒸気の復水が完了しておらず、蒸気に大気圧以上の圧力があるため、中継管３の開口部３ａから蒸気が噴出し、溶接作業を行うことができないか、あるいは溶接作業を行うことができても、後述する理由により溶接内部に空乏、いわゆる、「ス」が生じ、所望の溶接品質（溶接による強度や靭性など）を得ることができない。

すなわち、圧力検出用配管５の交換にあたっては、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、中継管３の内径とほぼ同じ外径か、僅かに外径が小さい圧力検出用配管５を中継管３の端面に当接するか、中継管３の管内に挿入し、中継管３と圧力検出用配管５との接合部を溶接により接合封止を行うが、冷機が十分でない状態のプラントでは動力用蒸気配管１内に圧力のある蒸気が滞留しているので、溶接前の中継管３と圧力検出用配管５との接合部からは蒸気１１が噴出する。
なお、動力用蒸気配管１の開口部１ａに直接圧力検出配管５の端部開口を接続する場合と、開口部１ａに連通接続された中継管３の開口部３ａと圧力検出配管５の端部開口を接続する場合があるが、動力用蒸気配管の開口部１ａと中継管の開口部３ａを区別する意味がないので、本明細書、特許請求の範囲では動力用蒸気配管の開口部１ａと中継管の開口部３ａを同視する。即ち、動力用蒸気配管の開口部１ａには、中継管の開口部３ａを含むものである。

鋼管を溶接する場合、イナートガスアーク溶接やシールドガスアーク溶接など溶接部の空気を遮断し、高品質の溶接を行う方法があるが、接合部から蒸気が噴出していると、イナートガスやシールドガスによる嫌気の効果が低下し、所望の溶接が行えないという問題がある。また、蒸気が漏洩している場合、溶接部の温度が低くなり、最適な状態で金属が溶け合わず、溶接不良、すなわち、母材である中継管３や圧力検出用配管５と、溶接用ワイヤとが溶け合わず、溶接ワイヤのみが玉状になり、所望の肉盛り（ビート）ができない。さらに、溶接用ワイヤと母材とが最適な状態で溶け合わないことから、内部に空乏等が発生する。

そこで、本発明に係る配管の溶接方法は以下の通り構成した。
本発明の分岐配管の溶接方法は、蒸気が管内に滞留した動力用蒸気配管（蒸気配管）１から分岐した圧力検出用配管（分岐配管）５の溶接方法において、動力用蒸気配管１から穿孔等により交換が必要となった旧圧力検出用配管を除去するステップと、旧圧力検出用配管を除去することにより動力用蒸気配管に形成された開口部１ａ（３ａ）に対して新たな圧力検出用配管５の一端開口部を仮止めするステップと、新たな圧力検出用配管５内を負圧にし、動力用蒸気配管内の蒸気を吸引するステップと、動力用蒸気配管の開口部１ａと新たな圧力検出配管５との接合部４の隙間からの蒸気噴出が停止、又は噴出量が低下した状態で接合部を完全に溶接して隙間を封止するステップと、を有したことを特徴とする。

図４は本発明に係る配管の溶接方法を実施した動力用蒸気配管、及び圧力検出用配管の概略図、図５（ａ）は中継管３と圧力検出用配管５との接合部を説明するための斜視図、（ｂ）は真空ポンプ作動時の中継管３と圧力検出用配管５との接合部断面図、（ｃ）は溶接後の中継管３と圧力検出用配管５との接合部断面図である。

まず、図４に示すように、交換用の新たな圧力検出用配管５、バルブ３５、サイフォン管３７を仮配置した状態で、圧力検出用配管５の先端部を図５に示すように中継管３の端部開口に対して溶接で仮止めする。仮止めの状態では、接合部４に隙間が残っている。この際、中継管３と圧力検出用配管５との接合部４の隙間からは蒸気１１が噴出しているので、溶接による仮止め部１３は最適な溶接状態とはならないが、仮止め機能を果たせば良い。この状態でさらに圧力計の取り付け座である継手に管２１を介して真空ポンプ２３を取り付け、作動させる。

真空ポンプ２３を作動させることで、管２１、サイフォン管３７及び圧力検出用配管５の配管内は負圧となり、中継管３に挿入された圧力検出用配管５の先端部からは動力用蒸気配管１内の蒸気１１が吸引され、真空ポンプ２３の排気口２３ａより排気される。真空ポンプ２３の吸引により、図５（ｂ）に示すように動力用蒸気配管１内の蒸気１１は圧力検出用配管５の管内に引き込まれ、また、圧力検出用配管５の外周と中継管３の管内面との隙間からは空気（外気）が動力用蒸気配管１側（矢印方向）に吸引され、中継管３と圧力検出用配管５との接合部４からは動力用蒸気配管１内の蒸気が噴出されなくなる。
この状態で中継管３と圧力検出用配管５との接合部４を溶接することで、イナートガスアーク溶接やシールドガスアーク溶接など嫌気効果を伴う溶接も効果的に実施でき、かつ、蒸気の漏洩による溶接部の温度低下が生じないため、最適な状態で溶接でき、図５（ｃ）に示すように滑らかなビート６も形成することが可能となる。
なお、真空ポンプ２３に代わり、気体を吸引することが可能な吸引ポンプを用いても良い。

図６は真空ポンプ２３の代わりにイジェクターを用いた場合の負圧生成模式図であり、イジェクター２５の駆動ノズル２５ａから圧縮空気を供給すると共に、イジェクター吸引口２５ｂに圧力検出用配管５の他端から引き回した配管を接続することで、圧力検出用配管５内の気体は圧縮空気と共にディフューザー２５ｃ側に放出される。圧縮空気は工場等のプラントで一般的に利用されているものであり、圧縮空気とイジェクターとを用いて負圧を発生させ、該負圧により圧力検出用配管の端部から空気及び蒸気を吸引するように構成すれば、より簡便に本発明に係る配管の溶接方法を実施することができる。イジェクター２５による負圧生成の場合、真空ポンプや吸引ポンプと比べ、イジェクター２５に可動部がないために蒸気の水分による機器の損傷は発生せず、また吸引された蒸気は圧縮空気と共にイジェクター２５のディフューザー２５ｃ側から吐出されるので、蒸気の温度等も低下し、安全に作業を行うことができる。さらに、ディフューザー２５ｃの吐出口の先にベント管等を設け、圧縮空気及び蒸気からなる混合気体の放出方向を制御することで、より安全に蒸気を吸引、放出することが可能となる。
なお、上記説明において、圧力検出用配管は動力用蒸気配管に設けられた中継管に取り付ける例を挙げて説明したが、中継管を介さず、圧力検出用配管を母管である動力用蒸気配管に直接取り付ける場合にも適用可能である。
また、動力用蒸気配管の直径３００ｍｍ程度に対し、圧力検出用配管は直径２０ｍｍ程度の小径のもので説明したが、これに限定されるものではなく、溶接接合部から漏洩する蒸気を吸引することができるよう負圧のかけ方を制御することで、蒸気配管及び分岐配管の径は自由に選択できるものである。

＜本発明の構成、作用、効果のまとめ＞
第１の本発明に係る分岐配管の溶接方法では、圧力を有する蒸気が管内に滞留した蒸気配管１から分岐した分岐配管５の溶接方法において、蒸気配管から分岐配管を除去するステップと、分岐配管を除去することにより蒸気配管１に形成された開口部１ａに対して分岐配管の一端開口部を仮止めするステップと、分岐配管内を負圧にし、蒸気配管内の蒸気を吸引するステップと、蒸気配管開口部１ａと分岐配管との接合部４からの蒸気噴出が停止、又は噴出量が低下した状態で接合部を溶接するステップと、を有したことを特徴とする。
蒸気配管から分岐配管を除去するステップでは、穿孔等により交換が必要となった分岐配管を蒸気配管から取り外す。
蒸気配管に形成された開口部に対して新たな分岐配管の一端開口部を仮止めする。仮止めでは接合部に隙間が残っており、隙間がある状態では完全な溶接は難しい。

そこで、新たな分岐配管内を負圧にし、蒸気配管内の蒸気を隙間以外の方向へ吸引する。これにより隙間から漏出しようとする蒸気を全て分岐配管側へ吸引して排気する。これにより、蒸気配管内に蒸気が存在する状態においても、仮止めした接合部の隙間からの蒸気の漏洩はなくなる。蒸気漏れがある限り、溶接部の温度が低くなることで溶接不良が生じるからである。
最後に、蒸気配管開口部と新たな分岐配管との接合部からの蒸気噴出が停止、又は噴出量が低下した状態で接合部を溶接する。これにより、蒸気による接合部の温度低下を防止した状態での溶接が可能となる。

上記の実施形態では、動力用蒸気配管の開口部１ａに接合した中継管の開口部３ａに対して分岐配管５を接続した例を示したが、動力用蒸気配管の開口部１ａと中継管の開口部３ａとは同視できるので、動力用蒸気配管の開口部１ａの概念には中継管の開口部３ａを含むものとする。
従って、蒸気配管開口部１ａ（３ａ）と分岐配管開口部とを連通させた状態で分岐配管内を負圧とし、蒸気配管開口部（溶接の接合部の隙間）から漏洩する蒸気を分岐配管経由で吸引し、溶接の接合部から蒸気が漏洩しないようにした環境で溶接作業を実施するので、溶接対象である各配管の母材と溶接ワイヤとが適切に融合し、高品質な溶接を行うことができる。

第２の本発明に係る分岐配管の溶接方法では、新たな分岐配管内を負圧にする際、新たな分岐配管の他端から真空ポンプ、又は吸引ポンプにより新たな分岐配管内の蒸気を吸引することを特徴とする。
蒸気を吸い出す手段はどのようなものであってもよいが、仮止めした接合部の隙間からの蒸気の大半を新たな分岐配管側へ導いて外部に排出できる程度の吸引力が必要である。これにより、接合部の温度が蒸気によって低下することを防止でき、溶接を効率的に実施できるようになる。分岐配管内を負圧にする手段としては、真空ポンプあるいは吸引ポンプを利用することができる。

第３の本発明に係る分岐配管の溶接方法では、新たな分岐配管内を負圧にする際、新たな分岐配管の他端にイジェクター２５を取り付け、圧縮空気を該イジェクターの駆動ノズルに供給することで新たな分岐配管内の蒸気を吸引したことを特徴とする。
圧縮空気を利用するイジェクターを用いて分岐配管内を負圧にすることも可能である。イジェクターを用いて分岐配管内を負圧にする場合、イジェクターには可動部がないので、蒸気を吸引し、その水分により機器を損傷させることがなく、かつ、蒸気を圧縮空気と共に吐出させるので、蒸気温度が低下し、より安全に溶接作業を行うことが可能となる。

１…動力用蒸気配管（母管、蒸気配管）、１ａ…蒸気配管開口部（中継管開口部）、３…中継管、３ａ…開口部、４…接合部、５…圧力検出用配管（分岐配管）、６…ビート（溶接）、７…保温材、９…溶接個所、１１…蒸気、２１…管、２３…真空ポンプ（吸引ポンプ）、２３ａ…排気口、２５…イジェクター、２５ａ…駆動ノズル、２５ｂ…イジェクター吸引口、２５ｃ…ディフューザー、３０、３３…配管、３１…作業用開口部、３５…バルブ、３７…サイフォン管、３９…圧力計、Ａ…蒸気漏洩個所

Claims (3)

1. 蒸気が管内に滞留した蒸気配管から分岐した分岐配管の溶接方法において、
   前記蒸気配管から前記分岐配管を除去するステップと、
   前記分岐配管を除去することにより前記蒸気配管に形成された開口部に対して新たな分岐配管の一端開口部を仮止めするステップと、
   前記新たな分岐配管内を負圧にし、前記蒸気配管内の蒸気を吸引するステップと、
   前記蒸気配管開口部と前記新たな分岐配管との接合部からの蒸気噴出が停止、又は噴出量が低下した状態で前記接合部を溶接するステップと、を有したことを特徴とする分岐配管の溶接方法。
2. 前記新たな分岐配管内を負圧にする際、前記新たな分岐配管の他端から真空ポンプ、又は吸引ポンプにより前記新たな分岐配管内の蒸気を吸引することを特徴とする請求項１に記載の分岐配管の溶接方法。
3. 前記新たな分岐配管内を負圧にする際、前記新たな分岐配管の他端にイジェクターを取り付け、圧縮空気を該イジェクターの駆動ノズルに供給することで前記新たな分岐配管内の蒸気を吸引したことを特徴とする請求項１に記載の分岐配管の溶接方法。

Images