JPH01122614A - 長尺二重管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は長尺二重管の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 二重管の製造方法には、 （ａ）外管を加熱膨張させ、挿入内管内に拡管作用を付
与した後外管を冷却収縮させることにより、管全長にわ
たって緊着締結された二重管を得る方法（特開昭５５−
１１７５１４号公報）、（ｂ）外管内に内管を挿入し、
ダイスと固定プラグを用いて引き抜く方法（特開昭５８
−５８９４４号公報、特開昭５８−４１６１１号公報）
、（ｃ）外管と内管の相対重合の前後のいずれかにて該
外管を加熱増径し、相対重合後に該外管の外面に液圧を
加え縮管して塑性変形させた後、液圧を開放し外管冷却
縮径過程を経て内管に対し嵌合度を有して密着させる方
法（特開昭５７−１９４８３２号公報）、 等がある。これらの方法によれば、製造される二重管の
長さが短尺であるとともに用途によっては界面接触圧力
が低いという問題がある。

二重管の用途例としては次のようなものがある。■ライ
ンパイプ：炭酸ガス等の腐食性ガスを含むガスラインで
、外管に炭素鋼、内管にステンレス鋼等の高耐食性材料
を用いる。■製紙工程中のソーダ回収ボイラ用鋼管二通
常の炭素鋼では腐食に耐えられない場合、外管にステン
レス鋼等の高耐食性材料を用い内管に炭素鋼を用いる。

■高温高圧ボイラ用過熱器管：外面からのアルカリ硫酸
塩腐食等を防止するため、外管に高クロム鋼等の高耐食
性材料、内管に耐熱ステンレス鋼を用いる。■高速増殖
炉用蒸気発生管：後述の理由により内外管ともに高耐食
耐熱鋼からなる二重管を用いる。

例えば高速増殖炉用蒸気発生管は、高速増殖炉の冷却に
使用した高温の液体金属ナトリウムを利用して蒸気を発
生させるもので、外側に液体金属ナトリウムを通じ、内
側に水が通る構造となっており、次のような条件を満足
する必要がある。

第１は、外管と内管が機械的に接合して、しかもその間
隙が表面粗さ程度になっていることである。高速増殖炉
用蒸気発生管では、管内の水または水蒸気が管外に達し
て液体金属ナトリウムに接触すると爆発的な反応を起こ
すため、高耐食耐熱鋼からなる管を二重にし外管と内管
のいずれかに亀裂が生じても直ちにこれを検出すること
によって、爆発が起こらないようになされている。亀裂
の検出は、第４図に示すように外管１の内面に溝８を形
成し、溝の中及び外向管の間隙にヘリウムガスを充填し
ておき、外管１と内管２のいずれかに亀裂が生じた場合
のヘリウムガスの圧力変動を検出することによって行わ
れる。したがって外管１と内管２間には間隙が必要とな
る。そして、この二重管が熱交換器用の管材であるため
外管と内管の間隙を小さくしなければならない。

第２は、二重管の長さが極めて長い必要があることであ
る。これは二重管の長さが長いほど接合部で発生するト
ラブルが減少でき、さらに接合に要する溶接、検査等の
費用が削減できるためである。

第３は、４５０℃から５５０℃の使用温度域で外管と内
管が強固に密着していなければならない。したがって常
温での界面接触圧力の高いことである。上記のように、
高速増殖炉用蒸気発生管は常に爆発の危険にさらされ、
これに用いる二重管は安全及び熱伝達効率上、外管と内
管が強固に密着している必要がある。

第４は、外管と内管が同種金属なので、熱処理による界
面接触圧力向上策を用いずに第３の条件を満足させなけ
ればならないことである。

外管と内管が異種金属の場合、外管にのみ熱処理を施し
変態により体積を増加させ外管が内管を外側から締め付
けるようにすること等も可能であるが、高速増殖炉用蒸
気発生管は外内管ともに長時間高温強度および耐腐食性
に優れ、かつ同一熱膨張率を有するものであることが要
求される関係上、外管と内管が同種の金属で作られるた
め、熱処理による界面接触圧力の向上は困難である。

第５は、焼き戻し熱処理された素材を用い二重管を形成
する際の加工度が低くなっていることである。これは、
焼き戻し熱処理後、二重管を形成する際の加工度が高く
なると耐力が高くなりすぎて、二重管を管板へ取りつけ
る際のエクスパンション加工ができなくなるという問題
を避けるためである。

このように高速増殖炉用蒸気発生管として用いる二重管
の製造には、多くの厳しい条件が課せられる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は例えば高速増殖炉用蒸気発生管に要求される多
くの厳しい条件すなわち、外管と内管が機械的に接合し
、界面接触圧力が高く、加工度が低く、かつ長尺である
という条件を満足する長尺二重管を製造することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段、作用］本発明の要旨は
、外管内に挿入された内管が室温よりも低温に冷却され
て縮管している相対重合管の、外管の外面の管軸方向の
一部の箇所に、高温液体により半径方向に圧力を加えて
該外管を塑性変形により縮管させた後、前記高温液体を
取り除き、ついで該外管の外面の前記箇所の管軸方向隣
接箇所に、前記高温液体により半径方向に圧力を加えて
該外管を塑性変形により縮管させた後、該外管の外面の
前記高温液体を取り除き、前記相対重合管の所要長さ全
長にわたって順次これを行った後、前記内管を室温に戻
すことを特徴とする長尺二重管の製造方法である。

本発明において、相対重合管の内管は、外管内に挿入さ
れた後に冷却されてもよく、また、あらかじめ冷却され
た後に外管内に挿入されてもよい。高温液体としては、
水、油あるいはその混合液体などを用いる。

以下、本発明を第１図により説明する。

第１図は、横軸に外管の内径及び内管の外径（ε）を、
縦軸に応力（Ｆ）をとったものである。外管の内径の初
期径をり。（点イ）、内管の外径の初期径をＤ２（点ト
）とする。内管は冷水、窒素ガス等を用いて室温より低
温に冷却され外径が点トから点チ　（外径Ｄ３）に縮管
されて外管内に挿入され、相対重合管が形成されている
。

外管の外面の管軸方向の一部の箇所に、事前に加熱し高
温化した合成油等の高温液体により半径方向に圧力ｆ＋
を加えることにより、外管はまず弾性変形して内径が点
イから虎口に至り、ついで塑性変形により加工効果率θ
で縮管され点ハ　（内径Ｄ３）に達し、内管と密着する
。

次に外管外面の高温液体を取り除くと、外管内面の径は
まず弾性回復により点へより点二（内径０＋）に拡管し
、次に室温までの冷却により縮管して内管の表面に達し
、さらに点ホ　（内径Ｄ４）にまで縮管しようとする。

ついで該外管の外面の管軸方向の前記箇所の隣接箇所に
同様にして高温液体により半径方向に圧力を加え、つい
で除去する。外管の所要長さ全長にわたって順次これを
行った後、内管内面の冷水、窒素ガス等を取り除くこと
により内管は室温まで昇温し、外径が点チ　（外径Ｄ３
）により点り　（外径Ｄ２）まで増径しようとする。こ
の結果、最終的にＤ２−Ｄ４−△Ｄに相当する界面接触
圧力を有する二重管が得られる。

このような本発明法と前記特開昭５７−１９４８３２号
で知られている方法とを比較する。第２図はこの公知の
方法における応力関係図である。内管内面に冷水を充填
することにより、内管の外径は点ｆ　（外径Ｄ２）から
点ｇ　（外径Ｄｓ）まで縮管している。外管外面に熱水
を接触させて外管の内径を点ａ　（内径り。）から点ｂ
　（内径０１３）まで加熱拡管させ、次に外管外面に液
圧ｆ２を加えることにより弾性変形して内径が点Ｃ゛に
至り、ついで塑性変形により加工硬化率θ°で点Ｃ（内
径Ｄ３）まで縮管させて内管と密着させる。

次に、内管内面の冷水及び外管外面の熱水を取り除くと
、外管はまず弾性回復により内径が点ｄ　（内径Ｄａ）
に拡管し、次に室温までの冷却過程で、縮管して内管の
表面に達し、さらに点ｅ（内径Ｄ７）まで縮管しようと
する。一方内管は、室温までの昇温過程で外径が点ｇ　
（内径Ｄａ）より点ｈ　（外径Ｄ２）まで拡管しようと
する。そのため、最終的にＤ　２−Ｄ　、−△ＤＤに相
当する界面接触圧力を有する二重管が得られる。

第１図の本発明法と、第２図の公知の方法において、素
管の機械的性質、寸法、加熱・冷却による熱膨張・熱収
縮量は等しいすなわち、距離イー口とｂ−ｃ’、加工硬
化率θとθ゛は等しく、イとａｌ　トとｆの寸法は等し
く、ニーホとｄ−ｅの距離は等しく、かつチートおよび
チーリとｇ−ｆおよびｇ−ｈの距離も等しいものとする
と△Ｄ〉△ＤＤとなる関係からも明らかなように、大き
な界面接触圧力を得ることができる。しかもｆＩ＜ｆ２
となることから、本発明法のほうが低い応力で大きな界
面接触圧力を得ることができる。さらにＤｏ−Ｄｓ　＜
Ｄｓ−Ｄｓとなることから、本発明法のほうが加工度が
小さい。また本発明法は、特開昭５８−４１８１１号公
報で知られている引抜法と比較して素管の寸法、加工度
という製造条件を厳しく管理する必要がなく、内管の冷
却温度及び外管に圧力を加える高温液体の温度、圧力を
管理するのみでよい。

［実　施　例］ 第３図の装置を用いることにより、長尺二重管を製造し
た。第３図は、外管１に対し、内管２を相対重合させ、
内管を冷水等の低温媒体３により熱収縮させておき、次
に外管外面の管軸方向の一部の箇所に圧力ヘッド５から
事前に高温に加熱した合成油等の高温液体６を吐出して
半径方向に圧力を加え塑性変形により縮管させた。その
際圧力を充分作用させるためシール４により高温液体６
の漏洩を防止した。このとき、縮管していない外管の隣
接箇所は、高温液体６からの熱移動による熱膨張を防止
するため高圧空気等の外管用媒体７により高温液体６か
らの熱を抜熱し、室温を維持させた。次に外管外面の高
温液体６を取り除き、外管１の外面の管軸方向の隣接箇
所に圧力ヘッド５を移動させ、同様にして高温液体６を
吐出して半径方向に圧力を加え、塑性変形により縮管さ
せた。外管１の所要長さ全長にわたって順次上記加工を
行った後、内管内面の低温媒体３を取り除いた後、外管
１の室温までの冷却による縮管と内管２の室温までの昇
温による増径により、高い界面接触圧力を得ることがで
きた。

さらに内管２をあらかじめドライアイス等の低温媒体３
で熱収縮させた後に、外管１に相対重合させて上記と同
様の加工を外管１の所要長さ全長にわたって順次行った
後、内管内面の低温媒体３を取り除いても、外管１の室
温までの冷却による縮管と内管２の室温までの昇温によ
る増径により、高い界面接触圧力を得ることができた。

外管１及・び内管２として、八ＳＭＥ　５Ａ２１３　Ｔ
ｅ３管（ＨＣｒ−１！ｋ　Ｍｏ鋼）を用い、７７５℃で
最終焼き戻し熱処理を行った素管な用いた。二重管形成
後の寸法が外管１は外径１５．９＋＋＋ｍ、肉厚１．７
＋ｎｎ＋、内管２は外径１２．５＋＋＋＋ｎ、肉厚１．
３１１１１１１となるようにして、第３図の装置を用い
て二重管を形成したところ、その常温での界面接触圧力
は、　４５０℃から５５０℃の高速増殖炉用蒸気発生管
の使用温度域においても充分な界面接触圧力を示すと推
定される５０ＭＰａ以上を充分得ることができた。

［発明の効果］ この発明によれば、高速増殖炉蒸気発生管として用いら
れる二重管として要求される（ａ）外管と内管が機械的
に結合して、しかもその間隙が表面粗さ程度になってい
る。

（ｂ）二重管の長さが極めて長い。

（Ｃ）外管と内管が４５０℃−５５０℃の温度域で強固
に密着している。

（ｄ）外管と内管が同種の金属で、かつ（ａ）の条件を
満足する。

（ｅ）焼き戻し最終熱処理後二重管を形成する際の加工
度が低い。

等という多くの厳しい条件を全て満足する二重管を製造
することができる優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法における応力関係図、第２図は公知の
方法における応力関係図、第３図は本発明法の実施態様
例を示す図、第４図は高速増殖炉用蒸気発生管に使用さ
れる二重管の部分図である。 １・・・外管　　　　　　２・・・内管３・・・低温媒
体　　　　４・・・シール５・・・圧力ヘッド　　　６
・・・高温液体７・・・外管用媒体　　　８・・・溝部
第１図 乙り 内管 水　　　　　　　°′　・　　　　　　　イ　　　　　
ε■ 庸　　　　　　　　　　外管 ｆ＋　　　−ｔ、 第３図 １：外管 ２：内管 ３：低温媒体 ５：圧力ヘッド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）外管内に挿入された内管が室温よりも低温に冷却
   されて縮管している相対重合管の、外管の外面の管軸方
   向の一部の箇所に、高温液体により半径方向に圧力を加
   えて該外管を塑性変形により縮管させた後、前記高温液
   体を取り除き、ついで該外管の外面の前記箇所の管軸方
   向隣接箇所に、前記高温液体により半径方向に圧力を加
   えて該外管を塑性変形により縮管させた後、該外管の外
   面の前記高温液体を取り除き、前記相対重合管の所要長
   さ全長にわたって順次これを行った後、前記内管を室温
   に戻すことを特徴とする長尺二重管の製造方法。
2. （２）相対重合管の内管が、外管内に挿入された後、低
   温に冷却されて縮管していることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の長尺二重管の製造方法。
3. （３）相対重合管の内管が、低温に冷却されて縮管され
   た後、外管内に挿入されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の長尺二重管の製造方法。