JPS6128559Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、断熱材の劣化が発生しても耐圧外管
の管壁温度を許容温度よりもはるかに低温に維持
でき、クリープ破損のおそれのない高温ガス用の
断熱耐圧配管に関する。

例えば原子力平和利用の一環として、高温ガス
冷却炉の核熱エネルギを原子力製鉄、水素製造、
石炭ガス化等の熱源に利用する試みが進行中であ
るが、この方法によると、高温ガス炉で媒体
（He，CO₂等）を750〜1000℃に加熱したのち、
得られた高温媒体を所定の熱利用系に輸送するこ
とが必要である。

この様な高温媒体は、高温ガス冷却炉内での熱
伝達を良くするため、通常10〜50Kg／cm²ｇの高圧
に維持される。

そのため輸送管としては内面を断熱材で保護し
た構造が採用される。さもないと、つまり管内壁
に直接高温高圧ガスが接触すると、いかに耐熱性
にすぐれた材料でも、輸送管は数年足らずでクリ
ープ破壊してしまう。

このような輸送管において、従来採用されてい
る構造は、概略次のようなものである。

すなわち、耐圧管である外管の中にほぼ同軸状
に筒状のカバープレートが位置されると共に外管
とカバープレートとの間に断熱材を充填するもの
である。更にカバープレートは、必要に応じスタ
ツドにより外管に固定されたりするが、カバープ
レートの内外圧力差をなくすため、適所に圧力平
衡孔がカバープレートに穿設されている。高温ガ
スの熱を直接受けるカバープレートの温度と、断
熱材によつて遮断される耐圧外管の温度とは異な
るから、カバープレートは長手方向に分割され、
又必要に応じ円周方向にも分割され、かつその端
部は、摺動自在にオーバーラツプされて、熱膨脹
差を吸収することとしている。

しかるに、前述した従来構造のものを有するプ
ラントを長期間運転し、起動停止及び負荷の変動
を繰返すと、断熱材に繰返し応力が加わり疲労が
生じる。

又断熱材が長期間高温に曝された後の復元性の
低下が著しいため、断熱材の中及び周囲に空〓が
生ずる。

前記のような空〓が生ずると、カバープレート
のオーバーラツプした端部又は圧力平衡孔を通つ
て、高温ガスが空〓内に流入しかつ貫流し、高温
ガスに直接触れた耐圧外管の温度を過度に上昇さ
せ、クリープ破断を招来する欠点がある。

他方、断熱材の充填は管端より断熱材を耐圧管
とカバープレートの間に押し込む方式が従来採用
されているが、断熱材を管およびカバープレート
の壁面に密着させながら押し込む（断熱性能を良
くするためには密着度が高い方が良い）が、密着
によつて断熱材と該壁面の間の摩擦力が大きくな
り、管全長にわたつて一方から断熱材を均等な密
度で押し込むことは不可能である。つまり、従来
構造においては断熱材の充填が均等に行われない
という欠点（断熱性能にムラが出来る）がある。

本考案は上記欠点に鑑みてなされたもので、長
期運転後の断熱材の劣化による高温、高圧配管内
面の断熱構造内のバイパス流れを防止して断熱材
の熱伝達を最小限にとどめ、かつ、内部断熱部材
の断熱性能の劣化を防止すると共に、建設の容易
さおよび運転中の構造の健全性を改良するもので
ある。

次に本考案の好適な実施例について添付図面を
参照して詳細に説明する。

第１図、第２図および第３図において、１は円
形断面の耐圧外管、２は耐圧外管１と分割内管３
の間の区画８に挿入せられた断熱部材で、分割内
管３とほぼ同じ長さである。

３は耐圧外管１の内部にほぼ同軸状に設置さ
れ、かつ、長手方向に複数個に分割せられた分割
内管、３ｂは内管の分割部（分割内管の軸方向端
部）で、摺動可能にオーバーラツプしている。

オーバーラツプした摺動面の〓間が、区画８と
高温ガスの主流部９とを連通する圧力平衡孔の役
割をするので特別に圧力平衡孔は設置する迄もな
い。４は断熱部材２の１端が固着された仕切保持
板で、当該断熱部材２の位置する区画８内の分割
部３ｂより若干引込んだ所で、その外周縁が外管
１の内面にシール溶接され、内周縁が分割内管３
の外面にシール溶接されている。

この溶接を容易にするため、仕切保持板４の外
縁の径は断熱部材２の外径より若干大きく、他方
仕切保持板４の内縁の径は断熱部材２の内径より
若干小さい方が好ましい。

５は断熱部材２の他端面で隣接の仕切保持板４
に断熱材１４を介して接する。それ故形状は類似
のものが望ましい。６は断熱部材２の外側面で、
外管１の内面に断熱材１４を介して接する。７は
断熱部材２の内側面で、分割内管３の外面に断熱
材１４を介して接する。８は外管１と各分割内管
３の間に形成される複数個の区画、９は内管３に
囲まれた高温ガスの主流部である。

１０，１１，１２は断熱部材２の内部を半径方
向、円周方向および長手方向に仕切る仕切板で、
断熱部材２の内部を複数個の小区画に分割する。
１３は断熱部材２の内部に充填された断熱材であ
る。

特に、第３図を参照して説明するに、耐圧外管
１は、断熱部材２とほぼ同長の複数の耐圧短管１
ａ，１ｂ，……の端面を突合溶接１７により順次
継合して構成されている。突合溶接１７は、仕切
保持板４より左方（図において）に形成されてお
り、溶接後の放射線検査を容易ならしめている。

耐圧短管１ａ，１ｂ，……は、夫々１個の遮蔽
内管３，１個の断熱部材２、１個の仕切保持板４
を取り囲み、換言すれば耐圧短管１ａ，１ｂ，…
…の夫々は、それによつて囲まれる１個の断熱部
材２，内管３及び１個の仕切保持板４と共に１個
の単位配管を構成する。

次に本考案断熱配管の作用について説明する。

第１図，第２図および第３図に示される本考案
の高温高圧配管に高温高圧ガスを図中の矢印方向
に流すと、高温高圧ガスは内管３の内面に接触す
る。高温ガスの熱は断熱部材２および断熱材１４
を経て外管１に伝わるが、断熱部材２および断熱
材１４の熱伝導率は小さいため、外管１の温度は
内管３に比べ著しく低くなる。その結果外管１に
比べ内管３は熱膨脹量が大きい。両者の熱膨脹差
は、分割部３ｂにて吸収せられる。各内管３毎に
外管１と各内管３の間の各区画８は仕切保持板４
によつて仕切られ、かつ仕切保持板４の内外周縁
は内管３の外面および外管１の内面に完全にシー
ル溶接されているため、区画８内のガス流動は仕
切保持板４に依り阻止される。そのため端部３ｂ
の摺動部、あるいは圧力平衡孔という連通路が区
画８と主流部９の間に存在しても、それらは各内
管３において長手方向に一横断面にしか存在しな
いので、運転時、主流部９を流れる高温ガスの一
部が上記連通路を経て区画８内流動することはな
い（各内管３の上記連通路が存在する長手方向の
一横断面と同一面内の主流部９のガス圧は一定で
あるのでこの横断面内の任意の連通路からガスが
区画１８にはいり、区画８内を流動した後、同じ
横断面の他の連通路から主流部９に還ることは不
可能である。） その結果、全運転寿命にわたつて断熱部材２と
外管１の内面の間を高温ガスが流通することはな
いので、外管１の温度は以下に述べる断熱部材２
および間〓充填断熱材１４の効果と相まつて外管
１の温度を常に許容温度以下に保つことが可能で
ある。

断熱部材２は、仕切板１０，１１，１２により
その内部を半径方向、円周方向および長手方向に
分割され、断熱材１３を充填せられた複数個の小
区画で構成されるため、長期連続運転の結果、断
熱材の複元力が劣化して断熱材２の内部の断熱材
に空隙が発生する状況になつても小区画内の断熱
材の空〓は小さく、空〓内での自然対流の発生は
阻止される。

また、断熱材１４により、各構造体間の空〓は
充填せられ、金属面同志の直接接触は阻止され
る。その結果、断熱性能の維持と、高温ヘリウム
の雰囲気中での金属面同志の融着が防止される。

本実施例につき従来のものと対比して更に具体
的に述べれば、主流部９を流れるヘリウムガスの
温度が1000℃、圧力が40Kg／cm²であり、外管１，
内管３，断熱材１３，１４の使用材料を同一にし
て従来のものと対比した所、本実施例においては
断熱材１４に４mmの空〓が発生したが、外管１の
表面温度は320℃となり、許容温度550℃に比し、
十分低く抑制することができた。

これに対し、従来のものにおいては、ヘリウム
ガスの温度及び圧力が同じであるにもかかわら
ず、外管の表面温度は約940℃にも達し、クリー
プ破断の原因となる。

以上の結果から、逆に類すいすると、本実施例
において断熱材１４に生じた空〓は、ヘリウムガ
スの停滞断熱層となり、その熱伝導率は、
0.230Kcal／mH℃で十分低い。

以上の如く、本考案を適用することにより、長
期運転後、断熱材の劣化が発生しても外管の管壁
温度を許容温度よりはるかに低値に維持出来るの
でクリープ破損のおそれは全く無く極めて安全と
いえる。

さらに、本考案においては断熱部材２は複数個
の仕切板１０，１１，１２で半径方向、円周方向
および長手方向に仕切られ、小区画を形成し、そ
の中に断熱材１３を充填しているため、長期連続
運転によつて断熱材の複元力が劣化しても、断熱
材に発生する空〓は細分化せられ、空〓内の自然
対流は無視出来る程小さい。また、内側の高温部
から外側の低温部への放射伝熱も仕切板１０によ
つて遮蔽せられるので、本考案の断熱構造では長
期連続後においても初期の断熱性能を維持でき
る。また、複数個の断熱部材２は仕切保持板４と
共に工場で製作せられ、すでに上記した如く現地
で容易に組立建設できる。また、上記に続いて記
載した如く、構造体間の熱膨脹差、製作精度及び
組立時の容易さのために設けられた構造体間の空
編はすべて断熱材１４で充填せられ、断熱性能は
維持され、かつ高温ヘリウム雰囲気中での金属面
同志の融着が防止される。すなわち、本考案装置
は従来の断熱構造体に比し技術的にも経済的にも
より優れた内部断熱構造を提供し得るものであ
る。

第３図及び製作プロセスの途中の構造を示す第
４図に示す如く耐圧短管１ａ内に断熱部材２及び
内管３を挿入・セツトしたのち仕切保持板４の外
周面と短管１ａの内面の接合部を全周溶接する。
しかる後仕切保持板４の内周縁と内管３の外面の
接合部Ｃを溶接したあと、短管１ｂの端面を短管
１ａの端面に近接し、全周にわたつて突合溶接１
７を形成する。その後突合溶接１７を放射線検査
装置２１，２２，２３で検査したのちに、仕切保
持板４と隣接する端面５の中間に断熱材１４を充
填しながら断熱部材２，内管３を短管１ｂの内部
に挿入し、セツトしたあと、仕切保持板４の外周
縁及び内周縁を短管１ｂの内面及び内管３の外面
に溶接する等、短管１ａの場合と同じように連続
して行うことにより信頼性の高い所期の長さの断
熱配管を得ることが出来る。

前述のように短管１ａ，１ｂの間の突合せ溶接
１７を仕切保持板４の左方に形成するので、そこ
の放射線検査は容易にでき、かつ外管１の全長に
対応して個数を選定された短管１ａ，１ｂを順次
溶接して継合していけばよいので、断熱耐圧配管
の信頼性を著しく向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の実施例を示す縦断面図、第
２図は、第１図の−線に沿つた横断面図、第
３図は、第１図のａ部を拡大して示す詳細断面
図、第４図は、前記実施例の製作プロセスの途中
における断面図である。 １……外管、２……断熱部材、３……内管、３
ｂ……内管分割部、４……仕切保持板、５……断
熱部材２の他端面、６……断熱部材２の外側面、
７……断熱部材２の内側面、８……区画、９……
主流部、１０，１１，１２……仕切板、１３，１
４……断熱材。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 順次継合して耐圧外管を形成する耐圧短管、同
   耐圧短管の中にほぼ同軸状に設けられた遮蔽内
   管、同遮蔽内管の一方の端部外面に内周縁が封着
   されると共に前記耐圧短管の一端近傍の内面に外
   周縁が封着された環状区画部材、同環状区画部材
   の内面に一端が固着され前記遮蔽内管を取り囲ん
   で延びると共に内部に断熱材が充填された筒状断
   熱部材及び前記耐圧短管と前記遮蔽内管と前記筒
   状断熱部材の間に充填された断熱材を有してなる
   単位配管を、前記耐圧短管の端面を突合溶接によ
   り順次継合すると共に前記遮蔽内管の隣接した端
   部を摺動可能にオーバーラツプさせて構成し、前
   記遮蔽内管に圧力平衡孔を穿設してなることを特
   徴とする断熱耐圧配管。