WO2022239682A1

WO2022239682A1 - プラグ、配管構造物及びプラグの設置方法

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Publication number: WO2022239682A1
Application number: PCT/JP2022/019375
Authority: WO
Inventors: 純之下田; 巧時吉; 紘希片渕; 直子藤原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP2022175715A; JP7631091B2

Abstract

プラグ自体でバックシールド用のガスを封止できるプラグ、配管構造物及びプラグの設置方法を提供する。配管（５０）に形成された貫通孔（５１）を配管（５０）の外周面側から閉塞するプラグ（１）であって、軸線（Ｘ）方向に延びた柱状の管台部（２０）と、管台部（２０）に接続され、貫通孔（５１）内において管台部（２０）との間にガスを滞留させる滞留空間（Ｓ）を画定する封止部（３０）と、を備えている。また、封止部（３０）は、貫通孔（５１）の内径よりも小径であり、基端が管台部（２０）に接続された軸部（３１）と、貫通孔（５１）の内形状に対応して、軸部（３１）の先端に接続された円板部（３２）と、を有している。

Description

プラグ、配管構造物及びプラグの設置方法

　本開示は、プラグ、配管構造物及びプラグの設置方法に関する。

　発電プラントなどに用いられる大型のボイラは、中空形状をなして鉛直方向に設置される火炉を有し、この火炉壁に複数の燃焼バーナが火炉の周方向に沿って配設されている。また、ボイラは、火炉の鉛直方向上方に煙道が連結されており、この煙道に蒸気を生成するための熱交換器が配置されている。そして、燃焼バーナが火炉内に燃料と空気（酸化性ガス）との混合気を噴射することで火炎が形成され、燃焼ガスが生成されて煙道に流れる。燃焼ガスが流れる領域に熱交換器が設置され、熱交換器を構成する伝熱管内を流れる水や蒸気を加熱して過熱蒸気が生成される。

　ボイラを有する発電プラントに使用される蒸気系統は、複数の配管同士が溶接で接続されて構成される。この場合、接合部の健全性（欠陥の有無）を確認するために、放射線透過試験を実施することがある。このため、接合部の近傍には、配管の内部に放射線試験機器（放射線源）を挿入するための貫通孔が穿設される。放射線透過試験は溶接後に一度だけ実施されることが通常であり、放射線透過試験終了後には穿設された貫通孔を閉塞する必要がある。

　貫通孔を閉塞する方法として、例えば特許文献１には、閉止プラグが開示されている。特許文献１の閉止プラグは、溶接によって配管に対して固定されている。

特開２０１３－１５８８２３号公報

　プラグを配管に溶接する場合、溶接部の内面の酸化を抑制して溶接の品質を良好なものにするために、バックシールドを行うことがある。ここで、バックシールドを行う方法としては、風船を用いて配管内部にあるバックシールド用のガス（例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガス）の拡散を防止する方法が例示される。しかしながら、この方法では風船の取付けや撤去に手間がかかるので、可能な限り簡易な方法でバックシールド用のガスを封止することが好ましい。

　本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、プラグ自体でバックシールド用のガスを封止できるプラグ、配管構造物及びプラグの設置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に、本開示のプラグ、配管構造物及びプラグの設置方法は以下の手段を採用する。
　すなわち、本開示の一態様に係るプラグは、配管に形成された貫通孔を前記配管の外周面側から閉塞するプラグであって、軸線方向に延びた柱状の管台部と、前記管台部に接続され、前記貫通孔内において前記管台部との間にガスを滞留させる滞留空間を画定する封止部と、を備えている。

　また、本開示の一態様に係る配管構造物は、貫通孔が形成された配管と、蒸気のプラグと、を備え、前記プラグは、前記封止部が前記貫通孔に挿入されている。

　また、本開示の一態様に係るプラグの設置方法は、配管に形成された貫通孔を前記配管の外周面側から閉塞するプラグであって、軸線方向に延びた柱状の管台部と、前記管台部に接続され、前記貫通孔内において前記管台部との間にガスを滞留させる滞留空間を画定する封止部と、を備えているプラグの設置方法であって、溶接時のバックシールドに用いられるガスを前記滞留空間に供給する工程を含む。

　本開示によれば、プラグ自体でバックシールド用のガスを封止できる。

ボイラ発電プラントにおける蒸気、復水、給水系統を表す概略図である。本開示の一実施形態に係るプラグの側面図である。本開示の一実施形態に係るプラグの縦断面図である。本開示の一実施形態に係るプラグの平面図である。本開示の一実施形態に係るプラグの底面図である。本開示の一実施形態に係るプラグが設置された配管の長手方向及び周方向の断面図である。図６に示す切断線ＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。本開示の一実施形態に係るプラグが溶接で固定された配管の長手方向及び周方向の断面図である。応力集中部の概念を表す参考図である。溶接部近傍の部分拡大図である。応力集中部及び溶接止端における損傷度Ｄｃと張り出した溶接脚長Ｌｗとの各関係を示した図である。応力集中部及び溶接止端における損傷度Ｄｃと溶接止端半径Ｒｗとの各関係を示した図である。

［ボイラ発電プラントについて］
　まず、本開示の一実施形態に係るプラグが設置されるボイラ発電プラントについて図１を用いて説明する。

　図１は、ボイラ発電プラントにおける蒸気、復水、給水系統を表す概略図である。
　ボイラ発電プラントは、ボイラの熱交換器１０２，１０３，１０４と、ボイラが生成した蒸気によって回転駆動される蒸気タービン１１０と、蒸気タービン１１０に連結され、蒸気タービン１１０の回転に応じて発電を行う発電機１１５とを備える。

　蒸気タービン１１０は、例えば、高圧タービン１１１と中圧タービン１１２と低圧タービン１１３とから構成され、後述する再熱器１０５，１０６からの蒸気が中圧タービン１１２に流入したのちに低圧タービン１１３に流入する。

　低圧タービン１１３には、復水器１１４が連結されており、低圧タービン１１３を回転駆動した蒸気がこの復水器１１４で冷却水（例えば海水）により冷却されて復水となる。復水器１１４は、給水系統Ｌ１を介して節炭器１０７に連結されている。

　給水系統Ｌ１には、例えば、復水ポンプ（ＣＰ）１２１、低圧給水ヒータ１２２、ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）１２３、高圧給水ヒータ１２４が設けられている。

　低圧給水ヒータ１２２と高圧給水ヒータ１２４には、蒸気タービン１１０を駆動する蒸気の一部が抽気されて、図示しない抽気系統を介して高圧給水ヒータ１２４と低圧給水ヒータ１２２に熱源として供給され、節炭器１０７へ供給される給水が加熱される。

　以下、ボイラが貫流ボイラの場合を例にして説明をする。
　節炭器１０７は、火炉壁１０１の各蒸発管に連結されている。節炭器１０７で加熱された給水は、火炉壁１０１の蒸発管を通過する際に、火炉内の火炎から輻射を受けて加熱され、汽水分離器１２６へと導かれる。汽水分離器１２６にて分離された蒸気は、過熱器１０２，１０３，１０４へと供給され、汽水分離器１２６にて分離されたドレン水は、ドレン水系統Ｌ２を介して復水器１１４へと導かれる。

　燃焼ガスが燃焼ガス通路(煙道)１３を流れるとき、この燃焼ガスは、過熱器１０２，１０３，１０４、再熱器１０５，１０６、節炭器１０７で熱回収される。一方、ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）１２３から供給された給水は、節炭器１０７によって予熱された後、火炉壁１０１の各蒸発管を通過する際に加熱されて蒸気となり、汽水分離器１２６に導かれる。

　汽水分離器１２６で分離された蒸気は、過熱器１０２，１０３，１０４に導入され、燃焼ガスによって過熱される。

　過熱器１０２，１０３，１０４で生成された過熱蒸気は、蒸気系統Ｌ３を介して高圧タービン１１１に供給され、この高圧タービン１１１を回転駆動する。

　高圧タービン１１１から排出された蒸気は、蒸気系統Ｌ４を介して再熱器１０５，１０６に導入されて再度過熱される。再度過熱された蒸気は、蒸気系統Ｌ５を介して中圧タービン１１２を経て低圧タービン１１３に供給され、中圧タービン１１２及び低圧タービン１１３を回転駆動する。

　各蒸気タービン１１１，１１２，１１３の回転軸は、発電機１１５に接続されている。各蒸気タービン１１１，１１２，１１３の回転軸が回転することで、発電機１１５を回転駆動されて発電が行われる。低圧タービン１１３から排出された蒸気は、復水器１１４で冷却されることで復水となり、給水系統Ｌ１を介して再び節炭器１０７に送られる。

　上記のようなボイラ発電プラントの各蒸気系統を構成する配管５０には、放射線源を挿入するために穿設された貫通孔５１を閉塞するプラグ１が複数個所に設置される。例えば、同図において各蒸気系統上の箇所Ｐに設置される。なお、同図の箇所Ｐは例示であり、全ての設置箇所を示したものではない。

［プラグについて］
　次に、本開示の一実施形態に係るプラグ１について図２から図５を用いて説明する。
　図２は、プラグ１の側面図である。図３は、プラグ１の縦断面図である。図４は、プラグ１の平面図である。図５は、プラグ１の底面図である。

　プラグ１は、金属製の部材とされている。
　プラグ１を形成する金属としては、１２Ｃｒ鋼、９Ｃｒ鋼、２Ｃｒ鋼等のクロム含有合金鋼が例示される。
　ここで、溶接の容易性を考慮して、プラグ１を形成する金属の材質は、後述する配管５０を形成する金属の材質と同一又は類似であることが好ましい。

　図２から図５に示すように、プラグ１は、管台部２０、封止部３０及び開先部４０を備えている。

　管台部２０は、軸線Ｘの方向に沿って延びる円柱状の部分である。
　管台部２０は、底面２２を有している。底面２２は、プラグ１を後述する配管５０に設置したときに、配管５０（詳細には貫通孔５１）に臨む面である（図６参照）。この底面２２には、封止部３０及び開先部４０が接続されている。
　管台部２０の直径は、後述する配管５０に形成された貫通孔５１の内径よりも大径とされ（図６参照）、例えばφ１００ｍｍ～φ１３０ｍｍ程度とされる。なお、管台部２０の直径は、プラグ１の最大外径でもある。

　封止部３０は、管台部２０の底面２２から延びるように形成された部分である。
　封止部３０は、プラグ１を後述する配管５０に設置するときに、後述する配管５０に形成された貫通孔５１に挿入される（図６参照）。
　封止部３０は、軸部３１及び円板部３２を有している。

　軸部３１は、軸線Ｘの方向に沿って延びる柱状の部分であり、基端が管台部２０の底面２２と接続され管台部２０と一体化している。なお、製作の容易性を考慮して、軸部３１は円柱状であることが好ましい。
　軸部３１の直径は、後述する配管５０に形成された貫通孔５１の内径よりも小径とされる（図６参照）。例えば、貫通孔５１の内径がφ５０ｍｍ程度であれば、軸部３１の直径はφ２０ｍｍ程度とされる。

　円板部３２は、板状の部分であり、軸部３１の先端と接続され軸部３１と一体化している。
　円板部３２は、封止部３０が貫通孔５１に挿入されたときに、管台部２０との間に空間（滞留空間Ｓ）を画定する（図６参照）。
　円板部３２の形状は、軸線Ｘに対して直交する貫通孔５１の断面形状に対応した形状とされている（図６参照）。なお、対応した形状とは、完全に同一の形状という意味ではなく、円板部３２を貫通孔５１に滑らかに挿入できる程度の隙間が設けられた形状という意味である。例えば、貫通孔５１の内径がφ５０ｍｍ程度であれば、円板部３２の直径はφ４９．８ｍｍ程度とされる。つまり、円板部３２と貫通孔５１との間には、半径方向の両側に０．１ｍｍずつ隙間が設けられることになる。
　なお、この隙間は０．１ｍｍに限定されないが、過度に大きい場合は後述するバックシールド用のガスが漏出しやすくなるとともに、配管５０の内側を流れる蒸気及び蒸気に含まれる異物が浸入しやすくなる。このため、円板部３２の寸法は、隙間が過度に大きくならないように設定する必要がある。具体的には、蒸気及び蒸気に含まれる異物の侵入を抑制するため、半径方向の両側の隙間をそれぞれ０．４ｍｍ以下とすることが好ましく、０．１ｍｍに近い程より好ましい。

　開先部４０は、プラグ１の先端１１側において、管台部２０の底面２２から突出するように形成された部分である。
　開先部４０は、開先面４１及びストレート面４２を有している。

　開先面４１は、プラグ１の基端１２から先端１１に向かう方向で管台部２０の外周面から軸線Ｘに向かって縮径した傾斜面とされている。
　開先面４１は、軸線Ｘを中心とした周方向において円環状に形成されている。

　ストレート面４２は、プラグ１の底面２２付近にて、開先面４１の先端（軸線Ｘに近い端部）に接続された面であり、プラグ１の先端１１から基端１２に向かう方向で軸線Ｘの方向に沿って延びている。
　ストレート面４２は、軸線Ｘに対して平行又は略平行とされている。
　ストレート面４２は、開先面４１と同様、軸線Ｘを中心とした周方向において円環状に形成されている。
　ストレート面４２は、軸線Ｘ方向の長さ寸法が１０ｍｍ以上１４ｍｍ以下とされることが好ましい。長さ寸法が９ｍｍ以下の場合、溶接不良が生じる可能性がある。また、長さ寸法が１５ｍｍ以上の場合、ストレート面４２の加工が困難になる可能性がある。

　先端が開先面４１に接続されているストレート面４２の基端は、四半円弧状のラウンド面４４を介して底面２２に接続されている。
　ラウンド面４４は、例えばプラグ１の外径（すなわち、管台部２０の直径）が１１０ｍｍ、厚さ寸法（ストレート面４２から管台部２０の最外周面までの半径方向における肉厚）が３０ｍｍであれば、半径が４ｍｍ以下とされることが好ましい。なお、４ｍｍという数値は、溶接時の欠陥を無くすためのストレート面４２の長さを確保でき、かつ、寿命（例えば２４万時間）を満足する寸法の範囲の最小値である。ラウンド面４４の半径は、上記寸法の範囲内で、後述する配管５０に形成された貫通孔５１の内径よりもストレート面４２が半径方向の外側に位置するように決定される。

　以上のように形成された開先面４１及びストレート面４２によって、プラグ１の下部には、Ｖ字状に尖るように突出した開先部４０が形成されている。
　開先部４０は、開先面４１やストレート面４２と同様、軸線Ｘを中心とした周方向において円環状に形成されている。
　開先部４０は、プラグ１を後述する配管５０に設置したときに、配管５０側に突出するように形成されている。これによって、配管５０との溶接時における溶金の溶け込みを良好なものにでき、溶接されるべき部分に未溶着部が発生することを抑制できる。
　なお、開先部４０の先端において、開先面４１とストレート面４２との間にルート面４３を形成してもよい。

［配管構造物について］
　次に、プラグ１が設置された配管５０の構造について図６から図９を用いて説明する。
　図６は、プラグ１が設置された配管５０の長手方向（図において軸線Ｘの右部）及び周方向（図において軸線Ｘの左部）の断面図である。図７は、図６に示す切断線ＶＩＩ－ＶＩＩにおける断面図である。図８は、プラグ１が溶接で固定された配管５０の長手方向及び周方向の断面図である。図９は、応力集中部の概念を表す参考図である。
　なお、図６及び図８に示された配管５０は断面図であるが、ハッチングを省略して描画している。

　配管５０は、蒸気系統（図１のＬ３，Ｌ５）を構成する配管であり、内側に高温高圧の蒸気が流通する。
　配管５０の肉厚は、例えば２５ｍｍ～１３０ｍｍ程度とされる。
　配管５０には、放射線透過試験用の放射線源を挿入するための貫通孔５１が形成されている。貫通孔５１は、配管５０の管壁をその厚さ方向に貫通する直管状の孔とされており、配管５０の外側と内側とを連通している。

　放射線透過試験は、配管５０同士の接合部の近傍で実施される。このため、貫通孔５１は、配管５０同士の接合部の近傍に形成されていることが好ましい。
　なお、貫通孔５１に挿入する放射線源によって適切に検査可能であれば、配管５０同士の接合部と間隔を空けて貫通孔５１を形成してもよい。

　図６に示すように、プラグ１は、封止部３０の少なくとも一部が貫通孔５１に挿入されるとともに開先部４０が配管５０の外周面に突き合わされるようにして配管５０に設置される。このとき、プラグ１の軸線Ｘは、貫通孔５１の軸線に略一致している。

　このとき、封止部３０が挿入された貫通孔５１には、管台部２０の底面２２、軸部３１、円板部３２、開先部４０のストレート面４２、ラウンド面４４及び貫通孔５１の内周面によって滞留空間Ｓが画定されている。図７に示すように、滞留空間Ｓは、軸線Ｘ周りに円環状とされている。

　この滞留空間Ｓは、プラグ１を溶接で配管５０に接続するときに、バックシールド用のガスを滞留させるための空間である。
　バックシールドとは、初層溶接時において初層ビート裏面に接する空間内の空気等の酸素含有ガスを不活性ガスと置換することである。これにより、初層ビート裏面の酸化と酸化による気孔や割れなどの欠陥発生を抑制することができる。
　なお、初層ビート裏面に接する空間が開放空間である場合、不活性ガスが空間内に拡散して、酸化抑制効果が失われてしまう。そのため、前述の通り、一般的には風船等の封止部材を用いて不活性ガスを滞留させる空間を画定する必要がある。
　バックシールド用のガスとしては、窒素やアルゴン等の不活性ガスが例示される。

　ここで、貫通孔５１に挿入された円板部３２は、下面３２ａが配管５０の内周面と略面一となるように設定されている。これによって、下面３２ａと配管５０の内周面との間に段差が小さくなり蒸気に含まれる異物が付着しにくくなる。また、円板部３２が配管５０の内側を流れる蒸気の流れを阻害することを回避できる。更に、蒸気の流れを阻害しないことで、円板部３２付近における蒸気流れの乱れが抑制されるため、貫通孔５１と円板部３２との隙間を介して滞留空間Ｓへ侵入する蒸気の量及び蒸気に含まれる異物の量を低減できる。また、円板部３２を配管５０の内周面側に寄せることになるので、滞留空間Ｓの容積を可能な限り大きく確保できる。
　なお、下面３２ａとは、配管５０の内側（蒸気の流路）に臨む円板部３２の面である。

　開先部４０が配管５０の外周面に突き合わされることで、開先部４０と配管５０の外周面との間で溶接のための開先が形成される。ここで、開先部４０と配管５０の外周面との間には、所定の隙間（ルート間隔）が確保されて保持される。ルート間隔は、例えば２ｍｍ～７ｍｍである。

　このとき、軸線Ｘの方向に対して、ストレート面４２が貫通孔５１の内径よりも半径方向外側に位置しているので、開先部４０の先端よりも半径方向内側に配管５０の外周面が存在することになる（図６において点線の四角で囲ったＡ部）。
　開先部４０の先端から貫通孔５１までの配管５０の外周面は、溶接開始時において開先部４０の先端と配管５０の外周面との隙間から流れ出る溶金の受け部分として機能する。また、開先部４０を配管５０の外周面に突き合わさせて溶接することで溶接開始時における溶金の溶け込みを良好なものにできる。これによって、溶接されるべき部分に未溶着部が発生することを抑制して、不連続な溶接溶け込み形状の発生を抑制できる。

　溶接を開始するにあたって、開先部４０と配管５０の外周面との初層溶接領域を覆うように、開先部４０の開先面４１又は管台部２０の外周面と配管５０の外周面との間に耐熱性のシールを貼り、シールの切れ目からバックシールド用のガスを滞留空間Ｓに供給する。滞留空間Ｓに元々存在していた空気は、バックシールド用のガスの供給に伴って、円板部３２と貫通孔５１の内周面との間の隙間から排出されていく。滞留空間Ｓから空気が排出され滞留空間Ｓがバックシールド用のガスで満たされたら溶接を開始する。

　具体的には、まず、シールを剥がしながら開先部４０の全周にわたって初層溶接を行い、その後、図８に示すように、溶接によって開先面４１と配管５０の外周面との間に溶金を盛ることで溶接部６０を形成してプラグ１と配管５０とを接続する。これによって、貫通孔５１をプラグ１で閉塞できる。

　溶接部６０を形成するにあたって、溶接止端６１の位置は、管台部２０の外周面よりも軸線Ｘから離れた位置、すなわち、管台部２０の外周面よりも半径方向の外側に位置させておくことが好ましい。この構成によって、配管５０の内部（管壁の内部）に発生している応力集中部５３から溶接止端６１を遠ざけることができる。
　なお、溶接止端６１とは、溶接部６０の配管５０に接する部分の端部であり、半径方向の外側に位置する端部である。

　以下、応力集中部５３について図９を用いて説明する。
　貫通孔７１が形成され長手方向に延びる平板７０の長辺に、引張応力σｆが負荷されているとする。このとき、既知の通り、平板７０の中心線上に作用する応力σｙは、貫通孔７１の長手方向近傍で最大応力σｍａｘが発生する（いわゆる応力集中）。なお、最大応力σｍａｘは、貫通孔点７２に発生する応力のおよそ３倍とされる。

　配管５０には内側を流通する蒸気の圧力によって貫通孔５１の周方向にフープ応力が作用している。ここで、上述した応力集中の現象を配管５０に適用した場合、図８に示すように、配管５０の軸線方向（長手方向）において、配管５０の内部（管壁の内部）の貫通孔５１の近傍に応力集中部５３が発生することになる。

　本実施形態において、フープ応力により発生している応力集中部５３の応力の一部は管台部２０で担うことができ、溶接止端６１は、配管５０の内部に発生している応力集中部５３よりも軸線Ｘ方向に対して半径方向の外側に位置しているので、フープ応力による応力集中を緩和して、溶接止端６１や配管５０の寿命延長を図ることができる。

［溶接止端の詳細について］
　溶接部６０の溶接止端６１の位置は、詳細には、次のように決定されることが好ましい。

　図１０に示すように、プラグ１の管台部２０の外周面から半径方向に張り出した溶接部６０の溶接脚長をＬｗとする。すなわち、プラグ１の外周面から溶接止端６１までの半径方向（プラグ１の半径方向）に沿った距離をＬｗとする。

　このとき、溶接脚長Ｌｗと応力集中部５３における損傷度Ｄｃとの関係、及び、溶接脚長Ｌｗと溶接止端６１における損傷度Ｄｃとの関係は、図１１に示されたグラフようになる。すなわち、溶接脚長Ｌｗが大きくなるにつれて応力集中部５３における損傷度Ｄｃが低下する。また、溶接脚長Ｌｗが大きくなるにつれて溶接止端６１、特に、配管５０の周方向の溶接止端６１（図８参照）における損傷度Ｄｃが増加する。このため、応力集中部５３及び溶接止端６１の両方の損傷度が、材料性能へ影響する所定の量を超え難いような溶接脚長Ｌｗの範囲を決定することが好ましい。
　ここで、損傷度Ｄｃとは、金属組織への損傷の影響を示すものであり、機械的強度等の材料性能の低下要因への影響度を示すものとなる。

　また、図１０に示すように、溶接止端６１近傍の溶接部６０は、滑らかな湾曲形状となるラウンド状に形成されることが好ましい。これによって、溶接止端６１における応力集中を抑制できる。

　ここで、ラウンド状に形成された溶接止端６１の半径をＲｗとする。このとき、半径Ｒｗと応力集中部５３における損傷度Ｄｃとの関係、及び、半径Ｒｗと溶接止端６１における損傷度Ｄｃとの関係は、図１２に示されたグラフのようになる。すなわち、半径Ｒｗが大きくなるにつれて応力集中部５３における損傷度Ｄｃ及び溶接止端６１における損傷度Ｄｃが低下する。このため、半径Ｒｗは大きく設定することが好ましい。

　しかしながら、貫通孔５１は配管５０同士の接合部近傍に形成されるという性質上、貫通孔５１の位置を固定した場合、半径Ｒｗを大きく設定するほど、溶接止端６１が配管５０同士の接合部に接近することになる。この場合、溶接部６０を形成する際の熱的な影響が、配管５０同士の接合部に及ぶ可能性があり好ましくない。
　一方で、溶接止端６１の位置を固定した場合、半径Ｒｗを大きく設定するほど、貫通孔５１の位置が配管５０同士の溶接接合部から遠ざかることになる。この場合、配管５０同士の溶接接合部から貫通孔５１が離れることになり、放射線透過試験用に放射線源を貫通孔５１から挿入する作業に支障が発生する可能性があり好ましくない。
　以上より、溶接部６０の半径Ｒｗは、配管５０同士の接合部に対して溶接時に熱的な影響を及ぼさない範囲、かつ、放射線透過試験用に放射線源を貫通孔５１から挿入する作業に支障が発生しない範囲で、可能な限り大きく設定することが好ましい。例えば、溶接部６０の半径Ｒｗは、１０ｍｍ～３０ｍｍの範囲で設定することが望ましい。

　本実施形態によれは、以下の効果を奏する。
　軸線Ｘの方向に延びた柱状の管台部２０と、管台部２０に接続され、貫通孔５１内において管台部２０との間にガスを滞留させる滞留空間Ｓを画定する封止部３０と、を備えているので、プラグ１を配管５０に溶接で接続するときに、滞留空間Ｓにバックシールド用のガスを滞留させることができる。これにより、プラグ１を使用するだけの簡易な作業で良好なバックシールド用のガスを封止し、プラグ１と配管５０との溶接に伴う付帯作業を軽減できる。

　また、封止部３０は、基端が管台部２０に接続され貫通孔５１の内径よりも小径である軸部３１と、軸部３１の先端に接続され軸線Ｘに対して直交する貫通孔５１の断面形状に対応した形状の円板部３２と、を有しているので、管台部２０、軸部３１、円板部３２及び貫通孔５１によって滞留空間Ｓを画定するともに、円板部３２によって貫通孔５１への異物の侵入を抑制することができる。
　また、円板部３２が貫通孔５１に対するガイドとして機能するので、封止部３０を貫通孔５１に挿入する際の位置決めが容易にできる。

　また、円板部３２の下面３２ａは、配管５０の内周面と略面一となるように構成されているので、円板部３２の面と配管５０の内周面との間に段差がなくなり異物が付着しにくくなる。また、円板部３２が配管５０の内側を流れる蒸気の流れを阻害することを回避できる。更に、蒸気の流れを阻害しないことで、円板部３２付近における蒸気流れの乱れが抑制されるため、貫通孔５１と円板部３２との隙間を介して滞留空間Ｓ内部へ侵入する蒸気の量及び蒸気に含まれる異物の量を低減できる。
　また、円板部３２を可能な限り配管５０の内周面側に近付けることになるので、十分な量のガスを滞留さられる滞留空間Ｓの体積を確保できる。

　また、管台部２０から突出するように形成され配管５０の外周面に突き合わされる開先部４０を備えているので、開先部４０を用いた溶接によってプラグ１を配管５０に接続できる。

　また、開先部４０は、開先面４１と、ストレート面４２と、を有しているので、形成された開先部４０を配管５０の外周面に突き合わせて溶接することで溶接開始時における溶金の溶け込みを良好なものにすることができる。
　また、開先部４０を配管５０に突き合わせた場合、ストレート面４２及び開先面４１によって形成された開先部４０の先端から貫通孔５１までの距離の分だけ配管５０の外周面が存在することになる。これにより、突出した開先部４０の先端から貫通孔５１までの配管５０の外周面は、溶接開始時において開先部４０の先端と配管５０の外周面との間から流れ出る溶金の受け部分として機能するので、溶金の溶け込みを更に良好なものにして、未溶着部の発生を抑制することができる。このように溶金の溶け込みを良好にすることで、溶接されるべき部分に未溶着部があるような不連続な溶接溶け込み形状の発生を抑制する。これにより、負荷が与えられた場合に、溶接部６０に応力が集中してき裂発生の起因となる可能性を低減できる。

　また、ストレート面４２は、開先部４０が配管５０に突き合わされたとき、半径方向において貫通孔５１よりも外側に位置しているので、ストレート面４２及び開先面４１によって形成された開先部４０の先端から貫通孔５１までの距離の分だけ配管５０の外周面が存在することになる。開先部４０の先端から貫通孔５１までの配管５０の外周面は、溶接開始時において開先部４０の先端と配管５０の外周面との間から流れ出る溶金の受け部分として機能するので、溶金の溶け込みを更に良好なものにすることができて、溶接されるべき部分に未溶着部があるような不連続な溶接溶け込み形状が発生することを抑制できる。

　また、プラグ１は、封止部３０が貫通孔５１に挿入されているので、プラグ１を溶接で配管５０に接続するときに、滞留空間Ｓにバックシールド用のガスを滞留させることができる。これにより、プラグ１を使用するだけの簡易な作業で良好なバックシールド用のガスを封止し、プラグ１と配管５０との溶接に伴う付帯作業の負担を軽減できる。

　また、プラグ１は、開先部４０が配管５０の外周面に突き合わされ、開先部４０の開先面４１と配管５０の外周面との間に溶接部６０が形成されて配管５０に接続されているので、溶接部６０の全てを配管５０の外周面上に形成することができる。これによって、溶接部６０の欠陥の有無を非破壊法で検査することができるので、溶接部６０の検査が容易に実施できるようになる。また、検査対象となる溶接部６０の全てが配管５０の外周面上に形成されるので検査の精度が向上する。

　また、溶接部６０は、溶接止端６１が管台部２０の外周面よりも軸線Ｘから離間しているので、配管５０の管材の内部かつ貫通孔５１の近傍に発生する応力集中部よりも半径方向の外側に溶接止端６１を位置させることができる。これによって、応力集中部に発生している応力の一部を管台部２０で担うことができる。このため、配管５０の耐力を向上させることができる。また、溶接部６０で発生する応力集中を緩和して、溶接部６０の強度確保と寿命延長をすることができる。
　なお、ここで言う「応力集中部」とは、配管５０に作用するフープ応力によって貫通孔５１の近傍に発生する応力のピーク部分及びその付近を意味する。

　また、溶接止端６１の位置は、応力集中部の損傷度と、溶接止端６１の損傷度と、を比較して決定されているので、応力集中部及び溶接止端６１の両者が損傷し難い位置に溶接止端６１を設定できる。

　また、溶接部６０は、配管５０の外周面に対して凹状に湾曲するラウンド状に形成されているので、溶接止端６１に応力が集中することを抑制できる。これによって、配管５０の応力集中部に発生している応力の一部を管台部２０で担ったとしても、その応力によって溶接部６０が損傷することを抑制できる。

　以上の通り説明した各実施形態は、例えば以下のように把握される。
　すなわち、本開示の一態様に係るプラグ（１）は、配管（５０）に形成された貫通孔（５１）を前記配管（５０）の外周面側から閉塞するプラグ（１）であって、軸線（Ｘ）方向に延びた柱状の管台部（２０）と、前記管台部（２０）に接続され、前記貫通孔（５１）内において前記管台部（２０）との間にガスを滞留させる滞留空間（Ｓ）を画定する封止部（３０）と、を備えている。

　本態様に係るプラグ（１）によれば、軸線（Ｘ）方向に延びた柱状の管台部（２０）と、管台部（２０）に接続され、貫通孔（５１）内において管台部（２０）との間にガスを滞留させる滞留空間（Ｓ）を画定する封止部（３０）と、を備えているので、プラグ（１）を溶接で配管（５０）に接続するときに、滞留空間（Ｓ）にバックシールド用のガスを滞留させることができる。これにより、プラグ（１）を使用するだけの簡易な作業で良好なバックシールド用のガスを封止し、プラグ１と配管５０の溶接に伴う付帯作業の負担を軽減できる。

　また、本開示の一態様係るプラグ（１）において、前記封止部（３０）は、前記貫通孔（５１）の内径よりも小径であり、基端が前記管台部（２０）に接続された軸部（３１）と、前記貫通孔（５１）の内形状に対応して、前記軸部（３１）の先端に接続された円板部（３２）と、を有している。

　本態様に係るプラグ（１）によれば、封止部（３０）は、貫通孔（５１）の内径よりも小径であり基端が管台部（２０）に接続された軸部（３１）と、貫通孔（５１）の内形状に対応して軸部（３１）の先端に接続された円板部（３２）と、を有しているので、管台部（２０）、軸部（３１）、円板部（３２）及び貫通孔（５１）によって滞留空間（Ｓ）を画定するともに、円板部（３２）によって貫通孔（５１）への異物の侵入を抑制することができる。
　また、円板部（３２）が貫通孔（５１）に対するガイドとして機能するので、封止部（３０）を貫通孔（５１）に挿入する際の位置決めが容易にできる。

　また、本開示の一態様係るプラグ（１）において、前記配管（５０）の内側に臨む前記円板部（３２）の面（３２ａ）は、前記配管（５０）の内周面と略面一となるように構成されている。

　本態様に係るプラグ（１）によれば、配管（５０）の内側に臨む円板部（３２）の面（３２ａ）は、配管（５０）の内周面と略面一となるように構成されているので、円板部（３２）の面と配管（５０）の内周面との間に段差がなくなり異物が付着しにくくなる。また、円板部（３２）が配管（５０）の内側を流れる蒸気の流れを阻害することを回避できる。更に、蒸気の流れを阻害しないことで、円板部（３２）付近における蒸気流れの乱れが抑制されるため、貫通孔（５１）と円板部（３２）との隙間を介して滞留空間（Ｓ）内部へ侵入する蒸気の量及び蒸気に含まれる異物の量を低減できる。
　また、円板部（３２）を可能な限り配管（５０）の内周面側に近付けることになるので、十分な量のガスを滞留さられる滞留空間（Ｓ）の体積を確保できる。

　また、本開示の一態様係るプラグ（１）は、前記管台部（２０）から突出するように形成され、前記配管（５０）の前記外周面に突き合わされる開先部（４０）を備えている。

　本態様に係るプラグ（１）によれば、管台部（２０）から突出するように形成され配管（５０）の外周面に突き合わされる開先部（４０）を備えているので、開先部（４０）を用いた溶接によってプラグ（１）を配管（５０）に接続できる。

　また、本開示の一態様係るプラグ（１）において、前記開先部（４０）は、基端（１２）から先端（１１）に向かう方向で前記軸線（Ｘ）方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面（４１）と、該開先面（４１）の端部から、前記先端（１１）側から前記基端（１２）側に向かって前記軸線（Ｘ）方向に沿って延びるストレート面（４２）と、を有している。

　本態様に係るプラグ（１）によれば、開先部（４０）は、基端（１２）から先端（１１）に向かう方向で軸線（Ｘ）方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面（４１）と、開先面（４１）の端部から、先端（１１）側から基端（１２）側に向かって軸線（Ｘ）方向に沿って延びるストレート面（４２）と、を有しているので、形成された開先部（４０）を配管（５０）の外周面に突き合わせて溶接することで溶接開始時における溶金の溶け込みを良好なものにすることができる。
　また、開先部（４０）を配管（５０）に突き合わせた場合、ストレート面（４２）及び開先面（４１）によって形成された開先部（４０）のから貫通孔（５１）までの距離の分だけ配管（５０）の外周面が存在することになる。これにより、突出した開先部（４０）の先端から貫通孔（５１）までの配管（５０）の外周面は、溶接開始時において開先部（４０）の先端と配管（５０）の外周面との間から流れ出る溶金の受け部分として機能するので、溶金の溶け込みを更に良好なものにして、未溶着部の発生を抑制することができる。このように溶金の溶け込みを良好にすることで、溶接されるべき部分に未溶着部があるような不連続な溶接溶け込み形状の発生を抑制する。これにより、負荷が与えられた場合に、溶接部（６０）に応力が集中してき裂発生の起因となる可能性を低減できる。

　また、本開示の一態様係るプラグ（１）において、前記ストレート面（４２）は、前記開先部（４０）が前記配管（５０）の前記外周面に突き合わされたとき、前記半径方向において前記貫通孔（５１）よりも外側に位置している。

　本態様に係るプラグ（１）によれば、ストレート面（４２）は、開先部（４０）が配管（５０）に突き合わされたとき、半径方向において貫通孔（５１）よりも外側に位置しているので、ストレート面（４２）及び開先面（４１）によって形成された開先部（４０）の先端から貫通孔（５１）までの距離の分だけ配管（５０）の外周面が存在することになる。開先部（４０）の先端から貫通孔（５１）までの配管（５０）の外周面は、溶接開始時において開先部（４０）の先端と配管（５０）の外周面との間から流れ出る溶金の受け部分として機能するので、溶金の溶け込みを更に良好なものにすることができて、溶接されるべき部分に未溶着部があるような不連続な溶接溶け込み形状が発生することを抑制できる。

　また、本開示の一態様係る配管構造物は、貫通孔（５１）が形成された配管（５０）と、上記のプラグ（１）と、を備え、前記プラグ（１）は、前記封止部（３０）が前記貫通孔（５１）に挿入されている。

　本態様に係る配管構造物によれば、プラグ（１）は、封止部（３０）が貫通孔（５１）に挿入されているので、プラグ（１）を溶接で配管（５０）に接続するときに、滞留空間（Ｓ）にバックシールド用のガスを滞留させることができる。これにより、プラグ（１）を使用するだけの簡易な作業で良好なバックシールド用のガスを封止し、プラグ１と配管５０の溶接に伴う付帯作業の負担を軽減できる。

　また、本開示の一態様係る配管構造物は、貫通孔（５１）が形成された配管（５０）と、上記のプラグ（１）と、を備え、前記プラグ（１）は、前記開先部（４０）が前記配管（５０）の前記外周面に突き合わされ、前記開先部（４０）と前記配管（５０）の前記外周面との間に溶接部（６０）が形成されて前記配管（５０）に接続されている。

　本態様に係る配管構造物によれば、プラグ（１）は、開先部（４０）が配管（５０）の外周面に突き合わされ、開先部（４０）と配管（５０）の外周面との間に溶接部（６０）が形成されて配管（５０）に接続されているので、溶接部（６０）の全てを配管（５０）の外周面上に形成することができる。これによって、溶接部（６０）の欠陥の有無を非破壊法で検査することができるので、溶接部（６０）の検査が容易に実施できるようになる。また、検査対象となる溶接部（６０）の全てが配管（５０）の外周面上に形成されるので検査の精度が向上する。

　また、本開示の一態様係る配管構造物において、前記溶接部（６０）は、前記配管（５０）に接する部分の端部（６１）が前記管台部（２０）の外周面よりも軸線（Ｘ）から離間している。

　本態様に係る配管構造物によれば、溶接部（６０）は、配管（５０）に接する部分の端部（６１）が管台部（２０）の外周面よりも軸線（Ｘ）から離間しているので、配管（５０）の管材の内部かつ貫通孔（５１）の近傍に発生する応力集中部よりも半径方向の外側に溶接部（６０）の端部（６１）を位置させることができる。これによって、応力集中部に発生している応力の一部を管台部（２０）で担うことができる。このため、配管（５０）の耐力を向上させることができる。また、溶接部（６０）で発生する応力集中を緩和して、溶接部（６０）の強度確保と寿命延長をすることができる。
　なお、ここで言う「応力集中部」とは、配管（５０）に作用するフープ応力によって貫通孔（５１）の近傍に発生する応力のピーク部分及びその付近を意味する。

　また、本開示の一態様係る配管構造物において、前記溶接部（６０）の前記端部（６１）の位置は、応力集中部の損傷度と、前記溶接部（６０）の前記端部（６１）の損傷度と、を比較して決定されている。

　本態様に係る配管構造物によれば、溶接部（６０）の端部（６１）の位置は、応力集中部の損傷度と、溶接部（６０）の端部（６１）の損傷度と、を比較して決定されているので、応力集中部及び溶接部（６０）の端部（６１）の両者が損傷し難い位置に溶接部（６０）の端部（６１）を設定できる。

　また、本開示の一態様係る配管構造物において、前記溶接部（６０）は、前記配管（５０）の前記外周面に対して凹状に湾曲したラウンド状に形成されている。

　本態様に係る配管構造物によれば、溶接部（６０）は、配管（５０）の外周面に対して凹状に湾曲するラウンド状に形成されているので、溶接部（６０）の端部（６１）に応力が集中することを抑制できる。これによって、配管（５０）の応力集中部に発生している応力の一部を管台部（２０）で担ったとしても、その応力によって溶接部（６０）が損傷することを抑制できる。

　また、本開示の一態様係るプラグ（１）の設置方法は、配管（５０）に形成された貫通孔（５１）を前記配管（５０）の外周面側から閉塞するプラグ（１）であって、軸線（Ｘ）方向に延びた柱状の管台部（２０）と、前記管台部（２０）に接続され、前記貫通孔（５１）内において前記管台部（２０）との間にガスを滞留させる滞留空間（Ｓ）を画定する封止部（３０）と、を備えているプラグ（１）の設置方法であって、溶接時のバックシールドに用いられるガスを前記滞留空間（Ｓ）に供給する工程を含む。

１　プラグ
１１　先端
１２　基端
２０　管台部
２２　底面
３０　封止部
３１　軸部
３２　円板部
３２ａ　下面
４０　開先部
４１　開先面
４２　ストレート面
４３　ルート面
４４　ラウンド面
５０　配管
５１　貫通孔
５３　応力集中部
６０　溶接部
６１　溶接止端
７０　平板
７１　貫通孔
７２　貫通孔点
１０１　火炉壁（伝熱管）
１０２　第１過熱器（熱交換器）
１０３　第２過熱器（熱交換器）
１０４　第３過熱器（熱交換器）
１０５　第１再熱器（熱交換器）
１０６　第２再熱器（熱交換器）
１０７　節炭器（熱交換器）
１１１　高圧タービン
１１２　中圧タービン
１１３　低圧タービン
１１４　復水器
１２１　復水ポンプ（ＣＰ）
１２２　低圧給水ヒータ
１２３　ボイラ給水ポンプ（ＢＦＰ）
１２４　高圧給水ヒータ
１２６　汽水分離器
Ｌ１　給水系統
Ｌ２　ドレン水系統
Ｌ３～Ｌ５　蒸気系統

Claims

　配管に形成された貫通孔を前記配管の外周面側から閉塞するプラグであって、
　軸線方向に延びた柱状の管台部と、
　前記管台部に接続され、前記貫通孔内において前記管台部との間にガスを滞留させる滞留空間を画定する封止部と、
を備えているプラグ。
　前記封止部は、
　前記貫通孔の内径よりも小径であり、基端が前記管台部に接続された軸部と、
　前記貫通孔の内形状に対応して、前記軸部の先端に接続された円板部と、
を有している請求項１に記載のプラグ。
　前記配管の内側に臨む前記円板部の面は、前記配管の内周面と略面一となるように構成されている請求項２に記載のプラグ。
　前記管台部から突出するように形成され、前記配管の前記外周面に突き合わされる開先部を備えている請求項１から３のいずれかに記載のプラグ。
　前記開先部は、
　基端から先端に向かう方向で前記軸線方向に直交する半径方向の外周側から縮経する開先面と、
　該開先面の端部から、前記先端側から前記基端側に向かって前記軸線方向に沿って延びるストレート面と、
を有している請求項４に記載のプラグ。
　前記ストレート面は、前記開先部が前記配管の前記外周面に突き合わされたとき、前記半径方向において前記貫通孔よりも外側に位置している請求項５に記載のプラグ。
　貫通孔が形成された配管と
　請求項１から６のいずれかに記載のプラグと、
を備え、
　前記プラグは、前記封止部が前記貫通孔に挿入されている配管構造物。
　貫通孔が形成された配管と
　請求項４から６のいずれかに記載のプラグと、
を備え、
　前記プラグは、前記開先部が前記配管の前記外周面に突き合わされ、前記開先部と前記配管の前記外周面との間に溶接部が形成されて前記配管に接続されている配管構造物。
　前記溶接部は、前記配管に接する部分の端部が前記管台部の外周面よりも軸線から離間している請求項８に記載の配管構造物。
　前記溶接部の前記端部の位置は、応力集中部の損傷度と、前記溶接部の前記端部の損傷度と、を比較して決定されている請求項９に記載の配管構造物。
　前記溶接部は、前記配管の前記外周面に対して凹状に湾曲したラウンド状に形成されている請求項９又は１０に記載の配管構造物。
　配管に形成された貫通孔を前記配管の外周面側から閉塞するプラグであって、
　軸線方向に延びた柱状の管台部と、
　前記管台部に接続され、前記貫通孔内において前記管台部との間にガスを滞留させる滞留空間を画定する封止部と、
を備えているプラグの設置方法であって、
　溶接時のバックシールドに用いられるガスを前記滞留空間に供給する工程を含むプラグの設置方法。