JPWO2017013753A1

JPWO2017013753A1 - 配管の補強装置、配管の補強方法

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Publication number: JPWO2017013753A1
Application number: JP2016540056A
Authority: JP
Inventors: 西田　秀高; 秀高西田; 栄郎松村; 啓司森下; 荒川　大輔; 大輔荒川
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2035-07-22
Also published as: CA2993291A1; EP3327348A4; JP6026711B1; US20180209577A1; WO2017013753A1; EP3327348A1

Abstract

【解決手段】ボイラの燃焼熱を用いて水を加熱することによって得られる蒸気が通過する円筒型の配管のクリープ疲労寿命を延伸させる配管の補強装置であって、前記配管における一方の半周分の外周面に対して面接触する形状を呈し、前記配管の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて肉厚が薄くなる第１補強部材と、前記配管における他方の半周分の外周面に対して面接触する形状を呈し、前記配管の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて肉厚が薄くなる第２補強部材と、前記配管を挟んで前記第１補強部材及び前記第２補強部材を結合する結合部材と、を備える。

Description

本発明は、配管の補強装置、配管の補強方法に関する。

例えば、火力発電所においてタービンを回転させるために設けられる発電用ボイラは、ボイラ給水を予熱する節炭器、ボイラのハウジングを形成しボイラ給水を飽和蒸気にする水冷壁、飽和蒸気を更に加熱して過熱蒸気にする過熱器、タービンからの蒸気を再加熱してタービンに再度供給する再熱器等を含んで構成されている。また、上記の過熱器や再熱器は、耐熱鋼（例えば低合金鋼）を材料とするボイラ管で構成されている。発電用ボイラの起動時、ボイラ管には高温高圧の蒸気が流れ、発電用ボイラの停止時、ボイラ管を流れる高温高圧の蒸気の流れが停止する。つまり、発電用ボイラの起動及び停止に伴って、ボイラ管には熱応力が発生する。発電用ボイラが長期間に亘って使用され続けると、ボイラ管には熱応力に従ってクリープ疲労損傷が発生し、ボイラ管の外周面が膨出するか或いはボイラ管の肉厚が減肉する等の変形を生じる虞がある。そこで、ボイラ管の劣化に起因する事故を未然に防止するために、ボイラ管の劣化状態を定期的に点検し、上記の膨出や減肉等の傾向管理を行っている（例えば特許文献１）。

特開２０１３−１２２４１１号公報

ボイラ管の劣化状態を点検した結果、ボイラ管のクリープ疲労損傷が進行し、ボイラ管の余寿命が予め定められた一定時間よりも短いと診断された場合、ボイラ管の該当部分を新品のボイラ管に交換する必要がある。しかし、ボイラ管を交換する場合、ボイラ管の切断作業や溶接作業が必要になることから、発電用ボイラの運休時間が長引いてしまう虞がある。

そこで、本発明は、クリープ疲労損傷に伴う配管の寿命を延伸させることが可能な配管の補強装置及び配管の補強方法を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本発明は、ボイラの燃焼熱を用いて水を加熱することによって得られる蒸気が通過する円筒型の配管のクリープ疲労寿命を延伸させる配管の補強装置であって、前記配管における一方の半周分の外周面に対して面接触する形状を呈し、前記配管の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて肉厚が薄くなる第１補強部材と、前記配管における他方の半周分の外周面に対して面接触する形状を呈し、前記配管の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて肉厚が薄くなる第２補強部材と、前記配管を挟んで前記第１補強部材及び前記第２補強部材を結合する結合部材と、を備える。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、クリープ疲労損傷に伴う配管の寿命を延ばすことができるため、ボイラの運休を先延ばしすることが可能になる。

本実施形態に係る配管の補強装置が用いられる火力発電所の全体構成を示す図である。第１実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管の直管部に装着される前の状態を示す分解斜視図である。第１実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管の直管部に装着された後の状態を示す斜視図である。第１実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管の直管部に装着される前の状態を示す平面図である。第１実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管の直管部に装着された後の状態を示す平面図である。第１実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管の直管部に装着された後の状態を示す別の平面図である。第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着される前の状態を示す分解斜視図である。第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着された後の状態を示す斜視図である。第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着される前の状態を示す平面図である。第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着された後の状態を示す平面図である。第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着された後の状態を示す別の平面図である。第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着された後の状態を示す更に別の平面図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
＝＝＝火力発電所の全体構成＝＝＝
図１は、本実施形態に係る配管の補強装置が用いられる火力発電所の全体構成を示す図である。尚、図１に示す火力発電所の全体構成は、本実施形態に係る配管の補強装置の説明を容易に理解するための一例である。本実施形態に係る配管の補強装置を用いて、図１の火力発電所とは異なる構成の火力発電所内のボイラ管を補強することも可能である。但し、本実施形態に係る配管の補強装置は、各火力発電所内に設置されるボイラ管の外径に応じて予め設計されている必要がある。

火力発電所１は、ボイラ２、蒸気発生器３、水冷壁４、蒸気弁５、高圧タービン６、中圧タービン７、低圧タービン８、再熱器９、復水器１０、給水ポンプ１１、発電機１２を含んで構成されている。

ボイラ２は、外部から供給される燃料（例えば微粉炭の状態の石炭）と空気を混合して燃焼ガスを生成し、燃焼ガスの熱（燃焼熱）を用いて水を水蒸気に換える熱交換装置である。ボイラ２には、蒸気発生器３、水冷壁４、再熱器９が収容されている。蒸気発生器３は、復水器１０から供給される水を予熱する節炭器（不図示）と、水冷壁４から供給される飽和蒸気を更に加熱して過熱蒸気にする過熱器（不図示）と、を含んで構成されている。水冷壁４は、ボイラ２のハウジングを形成し、余熱された水を飽和蒸気にして過熱器に供給する。蒸気弁５は、蒸気発生器４で生成される過熱蒸気の流量を制御する調整弁である。

高圧タービン６、中圧タービン７、低圧タービン８の回転軸１３は同一であって、発電機１２の回転軸１４と結合されている。高圧タービン６には、蒸気発生器３で生成される過熱蒸気（第１蒸気）が蒸気弁５を介して供給される。高圧タービン６は、第１蒸気を膨張させ、膨張後の蒸気（第２蒸気）をボイラ２内の再熱器９に供給する。再熱器９は、第２蒸気を再熱し、再熱蒸気（第３蒸気）として中圧タービン７に供給する。中圧タービン７は、第３蒸気を膨張させ、膨張後の蒸気（第４蒸気）を低圧タービン８に供給する。低圧タービン８は、第４蒸気を膨張させる。

復水器１０は、低圧タービン８が第４蒸気を膨張させた後の排気を凝縮して復水に換える。給水ポンプ１１は、復水器１０で生成される復水を昇圧して給水としてボイラ２内の蒸気発生器３に戻している。

そして、発電機１２は、電力が発電されるように、第４蒸気が膨張した際に発生する動力で駆動される。

上記の蒸気発生器３や再熱器９は蒸気を循環させるボイラ管（配管）を含んで構成されている。本実施形態に係る配管の補強装置は、上記のようなボイラ管に対して装着されることとする。その詳細については後述する。
＝＝＝直管部用の補強装置＝＝＝
図２は、第１実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管の直管部に装着される前の状態を示す分解斜視図である。図３は、第１実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管の直管部に装着された後の状態を示す斜視図である。図４は、第１実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管の直管部に装着される前の状態を示す平面図である。図５は、第１実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管の直管部に装着された後の状態を示す平面図である。図６は、第１実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管の直管部に装着された後の状態を示す別の平面図である。尚、Ｘ軸はボイラ管の長手方向に沿う軸であり、Ｙ軸及びＺ軸で形成されるＹＺ平面はボイラ管の断面と並行な面である。

以下、図１〜図６を参照しつつ第１実施形態に係る補強装置について説明する。

第１実施形態に係る補強装置１００は、図１に示す蒸気発生器３や再熱器９に含まれるボイラ管の直管部１０１を補強する装置である。尚、ボイラ管は、耐熱鋼（例えば低合金綱、高合金綱、炭素鋼、ステンレス鋼）を材料として形成され、直管部１０１は、例えば円筒形状を呈していることとする。又、補強装置１００が装着されるボイラ管の部位として、直管部１０１と、隣接するボイラ管の断面開口同士を溶接加工した結果生じる溶接部１０２と、が含まれていることとする。そして、補強装置１００は、直管部１０１の外周面１０３に対して密着するように装着される第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂを含んで構成されている。

第１補強部材１００Ａは、耐熱鋼（例えばステンレス鋼ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４）を材料として形成されている。又、第１補強部材１００Ａは、Ｘ軸及びＹ軸で形成されるＸＹ平面が直管部１０１の中心軸を通るように直管部１０１が切断された場合の、直管部１０１の上側（＋Ｚ側）の半周分の外周面１０３に対して面接触するように、半円筒形状を呈している。又、第１補強部材１００ＡのＸ軸に沿う方向の長さは、直管部１０１が熱応力に応じたクリープ疲労損傷や応力腐食割れＳＣＣ（Stress Corrosion Cracking）を発生し難くなるように、例えば直管部１０１の直径の３倍以上の長さに設定されている。又、第１補強部材１００Ａの肉厚は、Ｘ軸に沿う方向の両端に熱応力が集中しないように、Ｘ軸に沿う方向において第１補強部材１００Ａの中央から両端に向かうにつれて薄くなっている。特に、第１補強部材１００Ａの肉厚は、Ｘ軸に沿う方向において、第１補強部材１００Ａの中央付近では一定であるが、第１補強部材１００Ａの中央から遠ざかった位置から両端に向かうにつれて、円錐の外周面のように一定割合で徐々に薄くなっている。尚、一定割合は、Ｘ軸に沿う方向の長さ１００ｍｍに対して肉厚が５ｍｍ薄くなる程度の割合に設定されていることとする。又、第１補強部材１００Ａの両端の肉厚は、５ｍｍ程度に設定されることとする。

第１補強部材１００ＡのＹ軸に沿う方向の両側（±Ｙ側）には、第１フランジ１０４がＸ軸に沿う方向に設けられている。又、第１フランジ１０４は、耐熱鋼（例えばステンレス鋼ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４）を材料として形成され、例えば長尺の平板形状を呈している。又、第１フランジ１０４には、Ｘ軸に沿う方向に複数の第１孔１０５が実質的に等間隔で穿設されている。又、第１フランジ１０４は、第１補強部材１００Ａに対して、溶接加工によって一体的に設けられている。

同様に、第２補強部材１００Ｂは、耐熱鋼（例えばステンレス鋼ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４）を材料として形成されている。又、第２補強部材１００Ｂは、Ｘ軸及びＹ軸で形成されるＸＹ平面が直管部１０１の中心軸を通るように直管部１０１が切断された場合の、直管部１０１の下側（−Ｚ側）の半周分の外周面１０３に対して面接触するように、半円筒形状を呈している。又、第２補強部材１００ＢのＸ軸に沿う方向の長さは、直管部１０１が熱応力に応じたクリープ疲労損傷や応力腐食割れを発生し難くなるように、例えば直管部１０１の直径の３倍以上の長さに設定されている。又、第２補強部材１００Ｂの肉厚は、Ｘ軸に沿う方向の両端に熱応力が集中しないように、第２補強部材１００ＢのＸ軸に沿う方向の中央から両端に向かうにつれて薄くなっている。特に、第２補強部材１００Ｂの肉厚は、Ｘ軸に沿う方向において、第２補強部材１００Ｂ中央付近では一定であるが、第２補強部材１００Ｂの中央から遠ざかった位置から両端に向かうにつれて、円錐の外周面のように一定割合で徐々に薄くなっている。尚、一定割合は、Ｘ軸に沿う方向の長さ１００ｍｍに対して肉厚が５ｍｍ薄くなる程度の割合に設定されていることとする。又、第２補強部材１００Ｂの両端の肉厚は、５ｍｍ程度に設定されることとする。

第２補強部材１００ＢのＹ軸に沿う方向の両側（±Ｙ側）には、第２フランジ１０６がＸ軸に沿う方向に設けられている。又、第２フランジ１０６は、耐熱鋼（例えばステンレス鋼ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４）を材料として形成され、長尺の平板形状を呈している。又、第２フランジ１０６には、Ｘ軸に沿う方向に複数の第２孔１０７が実質的に等間隔で穿設されている。又、第２フランジ１０６は、第２補強部材１００Ｂに対して、溶接加工によって一体的に設けられている。

上記の説明から明らかなように、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂは、両部材１００Ａ，１００Ｂの間に直管部１０１を挟むように配置したときに対称な形状を呈することとなる。よって、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂが直管部１０１を境に対称となるように配置された状態において、第１フランジ１０４及び第２フランジ１０６を重ね合わせると、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂの内周面（窪んでいる側の面）が直管部１０１の外周面１０３に対して面接触し、複数の第１孔１０５及び複数の第２孔１０７同士がずれることなく重なり合った状態になる。そして、複数の第１孔１０５及び複数の第２孔１０７に複数のボルト１０８を挿入した後、複数のボルト１０８に複数のナット１０９を螺合させて締め付けると、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂは直管部１０１の外周面１０３に対して密着して装着された状態になる。尚、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂが重なり合うことによって形成される補強装置１００の内径は、一定のままである。

ボイラ２の起動時、直管部１０１には高温高圧の蒸気が流れ、ボイラ２の停止時、直管部１０１を流れる高温高圧の蒸気の流れは停止する。ボイラ２の起動及び停止が行われると、直管部１０１には熱応力が発生し、更に、ボイラ２の起動及び停止が継続して長期間行われると、直管部１０１には熱応力に応じてクリープ疲労損傷が発生したり溶接部１０２付近に応力腐食割れが発生したりする虞がある。しかし、第１実施形態に係る補強装置１００を採用することによって、直管部１０１に対するクリープ疲労損傷や応力腐食割れの発生を抑制できるため、ボイラ管の余寿命を延伸させることが可能になる。又、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂはボルト１０８及びナット１０９を用いて直管部１０１に装着されるため、補強装置１００を直管部１０１に容易に装着することが可能になる。又、ボイラ管の種類（材料）や使用環境に応じて、ボルト１０８及びナット１０９の締め付け強度を調整することによって、直管部１０１に対するクリープ疲労損傷や応力腐食割れの発生を適切に抑制できるため、ボイラ管の余寿命を確実に延伸させることが可能になる。

尚、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂを直管部１０１に装着させる手段として、第１フランジ１０４、第２フランジ１０６、ボルト１０８、ナット１０９を設けたが、これに限定されるものではない。例えば、第１フランジ１０４、第２フランジ１０６、ボルト１０８、ナット１０９に代わる手段として銅製の帯棒（不図示）を用意し、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂの周囲全体に亘って帯棒を巻回することによって、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂを直管部１０１に装着させることも可能である。
＝＝＝エルボー部用の補強装置＝＝＝
図７は、第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着される前の状態を示す分解斜視図である。図８は、第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着された後の状態を示す斜視図である。図９は、第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着される前の状態を示す平面図である。図１０は、第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着された後の状態を示す平面図である。図１１は、第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着された後の状態を示す別の平面図である。図１２は、第２実施形態に係る補強装置であって、ボイラ管のエルボー部に装着された後の状態を示す更に別の平面図である。尚、Ｘ軸は溶接加工でエルボー部に結合される一方の直管部の長手方向に沿う軸であり、Ｚ軸は溶接加工でエルボー部に結合される他方の直管部の長手方向に沿う軸であり、Ｙ軸はＸ軸及びＺ軸で形成されるＸＺ平面に直交する軸である。

以下、図１、図７〜図１２を参照しつつ、第２実施形態に係る補強装置について説明する。

第２実施形態に係る補強装置２００は、図１に示す蒸気発生器３や再熱器９に含まれるボイラ管のエルボー部２０１を主として補強する装置である。尚、ボイラ管は、耐熱鋼（例えば低合金綱、高合金綱、炭素鋼、ステンレス鋼）を材料として形成され、エルボー部２０１は、例えば円筒がＬ字型に屈曲した形状を呈していることとする。又、補強装置２００が装着されるボイラ管の部位として、エルボー部２０１と、エルボー部２０１に近い側の直管部２０２の一部と、エルボー部２０１に近い側の直管部２０３の一部と、Ｘ軸及びＺ軸で形成されるＸＺ平面がエルボー部２０１の中心軸を通るようにエルボー部２０１が切断された場合の、一方の半片（−Ｙ側）及び他方の半片（＋Ｙ側）を溶接加工した結果生じる溶接部２０４，２０５と、エルボー部２０１及び直管部２０２の断面開口同士を溶接加工した生じる溶接部２０６と、エルボー部２０１及び直管部２０３の断面開口同士を溶接加工した生じる溶接部２０７と、が含まれていることとする。そして、補強装置２００は、エルボー管２０１及び直管部２０２，２０３の外周面２０８に対して密着するように装着される第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂを含んで構成されている。

第１補強部材２００Ａは、耐熱鋼（例えばステンレス鋼ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４）を材料として形成されている。又、第１補強部材２００Ａは、エルボー部２０１及び直管部２０２，２０３の一方（＋Ｘ側〜＋Ｚ側）の半周分の外周面２０８に対して面接触するように、半円筒がＬ字型に屈曲した形状を呈している。又、直管部２０２と面接触している第１補強部材２００ＡのＸ軸に沿う方向の長さＬ１は、エルボー部２０１に連続する直管部２０２が曲げ応力や熱応力に応じたクリープ疲労損傷や応力腐食割れを発生し難くなるように、例えば直管部２０２の直径の２倍以上の長さに設定されている。同様に、直管部２０３と面接触している第１補強部材２００ＡのＺ軸に沿う方向の長さＬ２は、エルボー部２０１に連続する直管部２０３が曲げ応力や熱応力に応じたクリープ疲労損傷や応力腐食割れを発生し難くなるように、例えば直管部２０３の直径の２倍以上の長さに設定されている。又、直管部２０２と面接触している第１補強部材２００Ａの肉厚は、Ｘ軸に沿う方向の端（−Ｘ側）に熱応力が集中しないように、エルボー部２０１から遠ざかるにつれて薄くなっている。特に、直管部２０２と面接触する第１補強部材２００Ａの肉厚は、Ｘ軸に沿う方向において、エルボー部２０１から遠ざかるにつれて円錐の外周面のように一定割合で徐々に薄くなっている。尚、一定割合は、Ｘ軸に沿う方向の長さ１００ｍｍに対して肉厚が５ｍｍ薄くなる程度の割合に設定されていることとする。同様に、直管部２０３と面接触している第１補強部材２００Ａの肉厚は、Ｚ軸に沿う方向の端（−Ｚ側）に熱応力が集中しないように、エルボー部２０１から遠ざかるにつれて薄くなっている。特に、直管部２０３と面接触している第１補強部材２００Ａの肉厚は、Ｚ軸に沿う方向において、エルボー部２０１から遠ざかるにつれて円錐の外周面のように一定割合で徐々に薄くなっている。尚、一定割合は、Ｚ軸に沿う方向の長さ１００ｍｍに対して肉厚が５ｍｍ薄くなる程度の割合に設定されていることとする。又、第１補強部材２００Ａの両端の肉厚は、５ｍｍ程度に設定されることとする。

第１補強部材２００ＡのＹ軸に沿う方向の両側（±Ｙ側）には、第１フランジ２０９が第１補強部材２００Ａの屈曲形状に沿うように設けられている。又、第１フランジ２０９は、耐熱鋼（例えばステンレス鋼ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４）を材料として形成され、例えば第１補強部材２００Ａの屈曲形状に沿うように長尺の平板がＬ字型に屈曲した形状を呈している。又、第１フランジ２０９には、長手方向に沿って複数の第１孔２１０が実質的に等間隔で穿設されている。又、第１フランジ２０９は、第１補強部材２００Ａに対して、溶接加工によって一体的に設けられている。

同様に、第２補強部材２００Ｂは、耐熱鋼（例えばステンレス鋼ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４）を材料として形成されている。又、第２補強部材２００Ｂは、エルボー部２０１及び直管部２０２，２０３の他方（−Ｘ側〜−Ｚ側）の半周分の外周面２０８に対して面接触するように、半円筒がＬ字型に屈曲した形状を呈している。又、直管部２０２と面接触している第２補強部材２００ＢのＸ軸に沿う方向の長さＬ１’は、エルボー部２０１に連続する直管部２０２が曲げ応力や熱応力に応じたクリープ疲労損傷や応力腐食割れを発生し難くなるように、例えば直管部２０２の直径の２倍以上の長さ（Ｌ１＝Ｌ１’）に設定されている。同様に、直管部２０３と面接触している第２補強部材２００ＢのＺ軸に沿う方向の長さＬ２’は、エルボー部２０１に連続する直管部２０３が曲げ応力や熱応力に応じたクリープ疲労損傷や応力腐食割れを発生し難くなるように、例えば直管部２０３の直径の２倍以上の長さ（Ｌ２＝Ｌ２’）に設定されている。又、直管部２０２と面接触している第２補強部材２００Ｂの肉厚は、Ｘ軸に沿う方向の端（−Ｘ側）に熱応力が集中しないように、エルボー部２０１から遠ざかるにつれて薄くなっている。特に、直管部２０２と面接触する第２補強部材２００Ｂの肉厚は、Ｘ軸に沿う方向において、エルボー部２０１から遠ざかるにつれて円錐の外周面のように一定割合で徐々に薄くなっている。尚、一定割合は、Ｘ軸に沿う方向の長さ１００ｍｍに対して肉厚が５ｍｍ薄くなる程度の割合に設定されていることとする。同様に、直管部２０３と面接触している第２補強部材２００Ｂの肉厚は、Ｚ軸に沿う方向の端（−Ｚ側）に熱応力が集中しないように、エルボー部２０１から遠ざかるにつれて薄くなっている。特に、直管部２０３と面接触している第２補強部材２００Ｂの肉厚は、Ｚ軸に沿う方向において、エルボー部２０１から遠ざかるにつれて円錐の外周面のように一定割合で徐々に薄くなっている。尚、一定割合は、Ｚ軸に沿う方向の長さ１００ｍｍに対して肉厚が５ｍｍ薄くなる程度の割合に設定されていることとする。又、第２補強部材２００Ｂの両端の肉厚は、５ｍｍ程度に設定されることとする。

第２補強部材２００ＢのＹ軸に沿う方向の両側（±Ｙ側）には、第２フランジ２１１が第２補強部材２００Ｂの屈曲形状に沿うように設けられている。又、第２フランジ２１１は、耐熱鋼（例えばステンレス鋼ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４）を材料として形成され、例えば第２補強部材２００Ｂの屈曲形状に沿うように長尺の平板がＬ字型に屈曲した形状を呈している。又、第２フランジ２１１には、長手方向に沿って複数の第２孔２１２が実質的に等間隔で穿設されている。又、第２フランジ２１１は、第２補強部材２００Ｂに対して、溶接加工によって一体的に設けられている。

上記の説明から明らかなように、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂは、エルボー部２０１を介して第１フランジ２０９及び第２フランジ２１１が重なり合うと、エルボー部２０１の外周面２０８に対して密着して装着される形状を呈することとなる。つまり、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂがエルボー部２０１を挟むように配置された状態において、第１フランジ２０９及び第２フランジ２１１を重ね合わせると、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂの内周面（窪んでいる側の面）がエルボー部２０１の外周面２０８に対して面接触し、複数の第１孔２１０及び複数の第２孔２１２同士がずれることなく重なり合った状態になる。そして、複数の第１孔２１０及び複数の第２孔２１２に複数のボルト２１３を挿入した後、複数のボルト２１３に複数のナット２１４を螺合させて締め付けると、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂはエルボー部２０１の外周面２０８に対して密着して装着された状態になる。尚、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂが重なり合うことによって形成される補強装置２００の内径は、一定のままである。

第２実施形態に係る補強装置２００を採用することによって、エルボー部２０１と当該エルボー部２０１に連続する直管部２０２，２０３とに対するクリープ疲労損傷や応力腐食割れの発生を抑制できるため、ボイラ管の余寿命を延伸させることが可能になる。特に、エルボー部２０１にはクリープ疲労損傷や応力腐食割れが発生し易いとされる溶接部が４箇所（溶接部２０４〜２０７）も形成されているため、補強装置２００を採用する効果は大である。又、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂはボルト２１３及びナット２１４を用いてエルボー部２０１に装着されるため、補強装置２００をエルボー部２０１に容易に装着することが可能になる。又、ボイラ管の種類（材料）や使用環境に応じて、ボルト２１３及びナット２１４の締め付け強度を調整することによって、エルボー部２０１に対するクリープ疲労損傷や応力腐食割れの発生を適切に抑制できるため、ボイラ管の余寿命を確実に延伸させることが可能になる。

第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂをエルボー部２０１に装着させる手段として、第１フランジ２０９、第２フランジ２１１、ボルト２１３、ナット２１４を設けたが、これに限定されるものではない。例えば、第１フランジ２０９、第２フランジ２１１、ボルト２１３、ナット２１４に代わる手段として銅製の帯棒（不図示）を用意し、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂの周囲全体に亘って帯棒を巻回することによって、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂを主としてエルボー部２０１に装着させることも可能である。

以上説明したように、本実施形態に係る補強装置（１００，２００）は、ボイラ２の燃焼熱を用いて水を加熱することによって得られる蒸気が通過する円筒型の配管（ボイラ管における直管部１０１、エルボー部２０１）のクリープ疲労寿命を延伸させる装置であって、配管（１０１，２０１）における一方の半周分の外周面に対して面接触する形状を呈し、配管（１０１，２０１）の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて肉厚が薄くなる第１補強部材（１００Ａ，２００Ａ）と、配管（１０１，２０１）における他方の半周分の外周面に対して面接触する形状を呈し、配管（１０１，２０１）の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて肉厚が薄くなる第２補強部材（１００Ｂ，２００Ｂ）と、配管（１０１，２０１）を挟んで第１補強部材（１００Ａ，２００Ａ）及び第２補強部材（１００Ｂ，２００Ｂ）を結合する結合部材（第１フランジ１０４，２０９、第２フランジ１０６，２１１、ボルト１０８，２１３、ナット１０９，２１４）と、を備えている。

又、本実施形態に係る補強装置（１００，２００）において、第１補強部材（１００Ａ，２００Ａ）及び第２補強部材（１００Ｂ，２００Ｂ）の夫々の肉厚は、配管（１０１，２０１）の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて一定割合で薄くなる。

又、本実施形態に係る補強装置１００において、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂで直管部１０１を補強する場合、第１補強部材１００Ａ及び第２補強部材１００Ｂにおける直管部１０１の長手方向に沿う方向の夫々の長さは、直管部１０１の直径の３倍以上の長さに設定される。

又、本実施形態に係る補強装置１００において、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂでエルボー部２０１を補強する場合、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂにおけるエルボー部２０１の長手方向に沿う方向の夫々の長さは、エルボー部２０１の長さよりも長く設定される。

又、本実施形態に係る補強装置２００において、エルボー部２０１の両端は、直管部２０２，２０３と結合され、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂにおける配管の長手方向に沿う方向の長さのうち、直管部２０２，２０３と接触する夫々の長さは、直管部２０２，２０３の直径の２倍以上の長さに設定される。

又、本実施形態に係る補強装置２００において、第１補強部材２００Ａ及び第２補強部材２００Ｂの夫々の肉厚は、エルボー部２０１から遠ざかるにつれて薄くなる。

又、本実施形態に係る補強装置（１００，２００）において、結合部材は、第１補強部材（１００Ａ，２００Ａ）における配管（１０１，２０１）の長手方向に沿う方向の両側に設けられ、複数の第１孔（１０５，２１０）を有する第１フランジ（１０４，２０９）と、第２補強部材（１００Ｂ，２００Ｂ）における配管（１０１，２０１）の長手方向に沿う方向の両側に設けられ、複数の第２孔（１０７，２１２）を有する第２フランジ（１０６，２１１）と、第１フランジ（１０４，２０９）及び第２フランジ（１０６，２１１）が重なり合った状態で複数の第１孔（１０５，２１０）及び複数の第２孔（１０７，２１２）に挿入される複数のボルト（１０８，２１３）と、複数のボルト（１０８，２１３）に螺合される複数のナット（１０９，２１４）と、を含む。

又、本実施形態に係る補強装置（１００，２００）において、結合部材は、上記の結合部材に代わる手段として、第１補強部材（１００Ａ，２００Ａ）及び第２補強部材（１００Ｂ，２００Ｂ）の周囲に巻回される帯棒（不図示）であることとしてもよい。

又、本実施形態に係る補強装置（１００，２００）において、第１補強部材（１００Ａ，２００Ａ）及び第２補強部材（１００Ｂ，２００Ｂ）は、ＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で形成される。

本実施形態に係る補強装置（１００，２００）を採用することによって、配管（１０１，２０１）に対して熱応力が集中しなくなるため、クリープ疲労損傷に伴う配管（１０１，２０１）の寿命を延ばすことが可能になる。

尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

例えば、本実施形態に係る補強装置を火力発電所内のボイラ管に採用した場合について説明したが、原子力発電所や化学プラントに設置されているボイラ管に採用しても本実施形態と同等の効果を得ることが可能である。

１火力発電所
２ボイラ
３蒸気発生器
９再熱器
１００，２００補強装置
１００Ａ，２００Ａ第１補強部材
１００Ｂ，２００Ｂ第２補強部材
１０１，２０２，２０３直管部
１０２，２０４〜２０７溶接部
１０３，２０８外周面
１０４，２０９第１フランジ
１０５，２１０第１孔
１０６，２１１第２フランジ
１０７，２１２第２孔
１０８，２１３ボルト
１０９，２１４ナット
２０１エルボー部

Claims

ボイラの燃焼熱を用いて水を加熱することによって得られる蒸気が通過する円筒型の配管のクリープ疲労寿命を延伸させる配管の補強装置であって、
前記配管における一方の半周分の外周面に対して面接触する形状を呈し、前記配管の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて肉厚が薄くなる第１補強部材と、
前記配管における他方の半周分の外周面に対して面接触する形状を呈し、前記配管の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて肉厚が薄くなる第２補強部材と、
前記配管を挟んで前記第１補強部材及び前記第２補強部材を結合する結合部材と、
を備えたことを特徴とする配管の補強装置。
前記第１補強部材及び前記第２補強部材の夫々の肉厚は、前記配管の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて一定割合で薄くなる
ことを特徴とする請求項１に記載の配管の補強装置。
前記第１補強部材及び前記第２補強部材で前記配管の直管部を補強する場合、前記第１補強部材及び前記第２補強部材における前記配管の長手方向に沿う方向の夫々の長さは、前記配管の直径の３倍以上の長さに設定される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配管の補強装置。
前記第１補強部材及び前記第２補強部材で前記配管のエルボー部を補強する場合、前記第１補強部材及び前記第２補強部材における前記配管の長手方向に沿う方向の夫々の長さは、前記エルボー部の長さよりも長く設定される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配管の補強装置。
前記エルボー部の両端は、前記配管の直管部と結合され、
前記第１補強部材及び前記第２補強部材における前記配管の長手方向に沿う方向の長さのうち、前記直管部と接触する夫々の長さは、前記配管の直径の３倍以上の長さに設定される
ことを特徴とする請求項４に記載の配管の補強装置。
前記第１補強部材及び前記第２補強部材の夫々の肉厚は、前記エルボー部から遠ざかるにつれて薄くなる
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の配管の補強装置。
前記結合部材は、
前記第１補強部材における前記配管の長手方向に沿う方向の両側に設けられ、複数の第１孔を有する第１フランジと、
前記第２補強部材における前記配管の長手方向に沿う方向の両側に設けられ、複数の第２孔を有する第２フランジと、
前記第１フランジ及び前記第２フランジが重なり合った状態で前記複数の第１孔及び前記複数の第２孔に挿入される複数のボルトと、
前記複数のボルトに螺合される複数のナットと、
を含む
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の配管の補強装置。
前記結合部材は、
前記第１補強部材及び前記第２補強部材の周囲に巻回される帯棒を含む
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の配管の補強装置。
前記第１補強部材及び前記第２補強部材は、ステンレス鋼で形成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の配管の補強装置。
ボイラの燃焼熱を用いて水を加熱することによって得られる蒸気が通過する円筒型の配管のクリープ疲労寿命を延伸させる配管の補強方法であって、
前記配管における一方の半周分の外周面に対して面接触する形状を呈し、前記配管の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて肉厚が薄くなる第１補強部材と、前記配管における他方の半周分の外周面に対して面接触する形状を呈し、前記配管の長手方向に沿う方向の両端に向かうにつれて肉厚が薄くなる第２補強部材と、を結合部材で結合する
ことを特徴とする配管の補強方法。