WO2024029009A1

WO2024029009A1 - 配管挟持器具及び配管挟持方法

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Publication number: WO2024029009A1
Application number: PCT/JP2022/029850
Authority: WO
Inventors: 琢也石川; 浩二板坂; 俊光泉; 大策西山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2022-08-03
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: US20260043496A1; JPWO2024029009A1

Abstract

配管挟持器具（１０）は、それぞれが地下空間の側壁に固定され、配管を挟持する、対向配置された一対の固定部材（１１）と、一対の固定部材（１１）と配管との間に装着されて、配管の外周を被覆する被覆材（１２）と、を備える。

Description

配管挟持器具及び配管挟持方法

　本開示は、配管挟持器具及び配管挟持方法に関する。

　近年、脱炭素化を目指し、カーボンニュートラルの実現に向けて、水素ガスを活用するために、水素ガスを供給する方法、及び水素ガスの供給における安全性が検討されている（非特許文献１参照）。

　従来、水素ガスを供給するための水素パイプラインは、掘削した地中に直接埋設されていた。このため、水素ガスの圧送時に、土壌の拘束力により、水素パイプ（水素配管）に伸縮が発生することはなかった。

　図８は、複数の地下空間を経由して敷設される水素パイプラインの一例を説明する図である。従来、水素パイプラインは、上述した地中に直接埋設されるものに加え、図８に示すように複数の地下空間を経由して敷設されるものが導入されている。水素パイプは、複数の地下空間を連結する既設管の内部の空き管路に敷設されており、複数の水素パイプが接合された水素パイプラインが構築されている。かかる水素パイプラインにおいて、水素ガスは、供給側の水素タンクから需要側の水素タンクへと輸送・供給される。さらに、既設管の管路の不陸（面が水平でなく、凹凸があることを言う。）、既設管内部あるいは地下空間内における曲線施工等に対応するため、水素パイプには軽量かつ柔軟性に富んだフレキシブル管が採択される。フレキシブル管は、ステンレス鋼の波状形状の原管等で構成されており、軽量かつ柔軟性に富む配管である。地下空間内には、フレキシブルに伸縮するフレキシブル管がたわむのを防ぐため、地下空間内に固定具が設置される。

森田哲司、「都市ガス業界における水素パイプライン供給に関する取組み」、一般社団法人電気設備学会、電気設備学会誌、３６巻４号、Ｐ.２４２－２４５、２０１６年

　しかし、土壌等の拘束力のない地下空間内において、フレキシブル管に水素ガスが圧送されると、水素ガスの圧力によりフレキシブル管が伸びることにより、座屈が発生することがある。フレキシブル管の座屈は、最悪の場合には、配管（パイプ）に穴が開くことに起因する爆発事故につながるおそれがある。図９は、水素ガス圧送後における配管の座屈の発生を示す図である。フレキシブル管の座屈は、水素ガスの圧送時の圧力により、地下空間内のフレキシブル管が伸びてしまうことにより発生する。また、フレキシブル管の座屈は、ダクト部と、固定具が設置された地下空間固定部との間において発生する。座屈とは、構造物に加える荷重を増加させると、ある荷重で急に変形の模様が変化し、大きなたわみが生ずることをいう。このため、土壌等の拘束力のない地下空間内では、フレキシブル管の伸びによる座屈の発生を抑制することが課題となる。

　かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、ガスの圧送時におけるフレキシブル管の地下空間内における座屈を抑制することにある。

　上記課題を解決するため、本実施形態に係る配管挟持器具は、ガスを圧送する配管の地下空間内での座屈を抑制する配管挟持器具であって、それぞれが地下空間の側壁に固定され、前記配管を挟持する、対向配置された一対の固定部材と、前記一対の固定部材と前記配管との間に装着されて、前記配管の外周を被覆する被覆材と、を備える。

　上記課題を解決するため、本実施形態に係る配管挟持方法は、ガスを圧送する配管の地下空間内での座屈を抑制する配管挟持方法であって、前記配管の外周を被覆材により被覆するステップと、被覆された前記配管を一対の固定部材により、両側から挟持するステップと、前記一対の固定部材のそれぞれを地下空間の側壁に固定させるステップと、圧力計により計測された、消費側のタンクにおける前記配管の内部の前記ガスの圧力が閾値以上であるか否かを判定するステップと、前記ガスの圧力が閾値を下回ると、前記配管の座屈が発生したと判断するステップと、を実行する。

　本開示によれば、ガスの圧送後に配管の伸びを抑制することにより、座屈の発生を防止することが可能になる。

本実施形態に係るガス供給パイプラインの一例を説明する図である。本実施形態に係る配管挟持器具の構成例を示す図である。本実施形態に係る配管挟持器具の断面図である。本実施形態に係る固定部材の構成例を示す図である。本実施形態に係る固定部材の正面図、平面図及び側面図である。ガス圧送前及び圧送後における配管の状態を示す図である。本実施形態に係る配管の座屈を抑制する配管挟持方法の一例を示すフローチャートである。複数の地下空間を経由して敷設される水素パイプラインの一例を説明する図である。水素ガス圧送後における配管の座屈を示す図である。

　以下、本発明を実施するための形態が、図面を参照しながら詳細に説明される。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。以下、本実施形態では、圧送するガスとして水素ガスを一例として説明を行うが、圧送するガスは、水素ガスに限定されるものではない。

＜ガス供給パイプライン＞
　図１は、本実施形態に係るガス供給パイプライン１の一例を説明する図である。ガス供給パイプライン１は、供給側のタンク２Ａと、消費側のタンク２Ｂと、圧力計２０と、地下空間３と、配管４と、既設管５と、固定具６と、ダクト部７と、を備える。ガス供給パイプライン１は、地上に設置された供給側のタンク２Ａに貯蔵されたガス（例えば、水素ガス）を、既設管５で連結された複数の地下空間３を経由して敷設された配管４を輸送管路として、地上に設置された消費側のタンク２Ｂに輸送・供給する。

　供給側のタンク２Ａは、水素ガス等のガスを貯蔵するタンクである。消費側のタンク２Ｂは、配管４を輸送管路として、供給側のタンク２Ａから輸送されたガスを貯蔵する、消費地に設置されたタンクである。なお、本実施形態において、供給側のタンク２Ａ及び消費側のタンク２Ｂは、地上に設置されているものとして説明するが、地上設置に限定されるものではない。

　地下空間３は、マンホール、トンネル構造物、ハンドホール等の内部が空洞の空間である。地下空間３の側壁には、配管４を引き込み又は引き出すためのダクト口７（以下、ダクト部７ともいう。）が設けられており、それぞれのダクト部７の近傍の側壁には、配管挟持器具１０が固定される。なお、地下空間３には、地下水等の水が流入しないための対策が講じられている。

　配管４は、水素ガス等のガスを輸送するための管路である。配管４は、供給側のタンク２Ａから消費側のタンク２Ｂまでの間を、既設管５で連結された複数の地下空間３の内部を経由して敷設される。配管４には、ステンレス鋼の波状形状の原管等で構成されており、軽量かつ柔軟性に富む配管であるフレキシブル管等が用いられる。

　既設管５は、２つの地下空間３の間に予め設置されている管路である。既設管５の内部に配管４を収容することにより２重配管構造の管路が構築される。

　固定具６は、地下空間３の内部において、配管４がたわむのを防ぐために、配管４を支持固定するために、地下空間固定部に、設置される。

　ダクト部７は、配管４を引き込み又は引き出すために、地下空間３の壁面を貫通するダクト口である。

　圧力計２０（２０Ａ，２０Ｂ）は、供給側のタンク２Ａ及び消費側のタンク２Ｂにおける配管４の内部のガス圧力を計測する。供給側のタンク２Ａ及び消費側のタンク２Ｂにおける配管４の内部のガス圧力を比較し、消費側のタンク２Ｂにおける配管４の内部のガス圧力が閾値以上であると、ガスを圧送する配管４は正常に構築されていると判定され、消費側のタンク２Ｂにおける配管４の内部のガス圧力が閾値を下回ると、地下空間３の内部における配管４に、後述する座屈が発生したと判断される。配管４に座屈が発生したと判断されると、原因の究明が行われ、不具合が発生した部位の補修が行われる。

＜配管挟持器具＞
　図２は、本実施形態に係る配管挟持器具１０の構成例を示す図である。また、図３は、本実施形態に係る配管挟持器具１０の断面図である。図２及び図３に示すように、配管挟持器具１０は、一対の固定部材１１と、被覆材１２と、１以上のボルト・ナット１３と、１以上のアンカーボルト１４と、を備える。配管挟持器具１０は、ガスを圧送する配管４の地下空間３内での座屈を抑制する。以下、一対の固定部材１１の一方の固定部材は１１Ａと、他方の固定部材は１１Ｂと表記される。なお、固定部材１１Ａ及び固定部材１１Ｂを区別しない場合には、固定部材１１Ａ及び固定部材１１Ｂは、固定部材１１とも表記される。

　一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂは、それぞれが、配管４を挟んで対向配置され、1以上のボルト・ナット１３（ボルト１３Ａ及びナット１３Ｂ）により両側から締め付けられることにより、配管４を挟持する。さらに、配管４を挟持する一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂを、１以上のアンカーボルト１４により、ダクト部７の近傍の地下空間の側壁３Ａに固定することにより、配管４が伸びようとする力を面で受け止めることが可能となり、配管４の地下空間３内での伸びを抑制することが可能となる。

＜固定部材＞
　図４は、本実施形態に係る固定部材１１の構成例を示す図である。また、図５は、本実施形態に係る固定部材の正面図、平面図及び側面図である。図４及び図５に示すように、固定部材１１（１１Ａ，１１Ｂ）は、配管挟持部１１１と、締付部１１２と、固定部１１３と、を備える。

　配管挟持部１１１は、円筒体を半割にした半円筒形状を有し、配管４の外周の半周を挟持する。配管挟持部１１１は、配管４が地下空間３のダクト部７に既設の状態であっても、配管挟持器具１０を設置可能とするため、円筒体を半割にした半円筒形状（半割構造）とした。

　締付部１１２は、配管挟持部１１１との一体成型により、平板形状に成型される。締付部１１２は、配管挟持部１１１の第１の方向（図４においてＸ軸方向と表記。）の両端に形成されており、それぞれが１以上のボルト孔１１２ｈを有する。

　固定部１１３は、平板形状を有し、配管挟持部１１１と締付部１１２の、第１の方向（Ｘ軸方向）と直交する第２の方向（図４においてＹ軸方向と表記。）における、一方の端部に接合されている。また、固定部１１３は、第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方向（図４においてＺ軸方向と表記。）に配置されている。また、固定部１１３は、１以上のアンカーボルト孔１１３ｈを有する。固定部１１３は、配管挟持部１１１及び締付部１１２と溶接により接合されてもよいが、接合方法は溶接に限定されるものではない。固定部１１３は、配管挟持部１１１及び締付部１１２とプレス加工等により一体成型されてもよい。図４及び図５において、固定部１１３は、半円形の平板形状に表現されているが、固定部１１３の形状は、半円形に限定されるものではない。固定部１１３の形状は、長方形等の多角形であってもよい。

　一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂは、配管４の材質と同一の材質で製作されることが望ましい。ガス圧送時の配管４（フレキシブル管４）の伸びを抑制するためには、配管４及び一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂの熱膨張係数を合わせることが有益である。また、一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂと配管４とを同一の材質で製作することは、異種金属による接触腐食の発生を抑制することに有益である。このため、一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂの材質は、フレキシブル管４と同じ材質（ＳＵＳ等）とすることが望ましい。

　被覆材１２は、一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂと配管４との間に装着されて、配管４の外周を被覆する。被覆材１２は、一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂの材料と、配管４の材料との間の異種金属接触腐食による発錆の発生を抑制し、かつ一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂで挟み込む際に配管４に傷が付くことを抑制するため、ゴム等の緩衝材とすることが望ましい。

　ボルト・ナット１３は、一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂのそれぞれの両端に形成された締付部１１２に開孔された1以上のボルト孔１１２ｈに取り付けられ、固定部材１１Ａと固定部材１１Ｂとを締め付ける。それぞれの締付部１１２が１以上のボルト・ナット１３（ボルト１３Ａ及びナット１３Ｂ）で締め付けられることにより、一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂは、被覆材１２で外周を被覆された配管４を挟持する。

　アンカーボルト１４は、一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂのそれぞれの固定部１１３に開孔された１以上のアンカーボルト孔１１３ｈに取り付けられる。配管４を挟持する一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂは、地下空間の側壁３Ａにアンカーボルト１４により固定させる。配管挟持器具１０を１以上のアンカーボルト１４で固定することによって配管４の伸びに抵抗するため、地下空間の側壁３Ａには、予めアンカーボルト１４を取り付ける孔が設置されている。地下空間の側壁３Ａに開孔された孔は、地下空間３の背面（土壌）には達しないため、地下水の流入は発生しない。なお、配管挟持器具１０は、ダクト部７に設置されているダクトスリーブには干渉しないように設置される。ダクトスリーブとは、地下空間３（マンホール等）の入口面を形成する部材である。

　以上の様に、地下空間３内にガスを圧送する配管４を設置する際には、（ｉ）配管挟持器具１０は、一対の固定部材１１Ａ，１１Ｂの半割構造の配管挟持部１１１で配管４の外周を挟持し、(ｉｉ）次に配管挟持器具１０は、平面形状の固定部１１３で地下空間の側壁３Ａに固定される。この様にして、配管挟持器具１０は、突き出し（伸び）防止機能を果たすことが可能となる。図６は、ガス圧送前及び圧送後における配管の状態を示す図である。図６に示すように、ガス圧送後において、配管挟持器具１０をダクト部７の近傍に固定することにより、ダクト部７と、固定具６が設置された地下空間固定部との間の領域ａにおいて、配管４の座屈を抑制することが可能となる。

＜配管挟持方法＞
　図７は、本実施形態に係る配管４の座屈を抑制する配管挟持方法の一例を示すフローチャートである。

　ステップＳ１０１では、作業員が、既設管５の管内に、ガス輸送用の配管４を収容する。

　ステップＳ１０２では、作業員が、配管４同士を接合する。配管４は、規格上長さの限界がある。このため、供給側のタンク２Ａから、複数の地下空間３を経由して、消費側のタンク２Ｂに至る距離を確保するため、必要に応じて複数の配管４が接合される。

　ステップＳ１０３では、作業員が、一対の固定部材１１で挟持される部分の配管４の外周を被覆材１２で被覆する。

　ステップＳ１０４では、作業員が、一対の固定部材１１で配管４を挟持する。

　ステップＳ１０５では、作業員が、配管４を挟持した一対の固定部材を地下空間の側壁３Ａにアンカーボルト１４で固定する。

　ステップＳ１０６では、作業員が、配管４にガスを圧送する。

　ステップＳ１０７では、作業員が、圧力計２０により、供給側のタンク２Ａ及び需要側のタンク２Ｂのガス圧力を計測した計測値を比較し、消費側のタンク２Ｂにおける配管４の内部のガス圧力が閾値以上であるか否かを計測する。消費側のタンク２Ｂにおける配管４の内部のガス圧力が閾値を下回ると、ステップＳ１０８へ進み、閾値以上であると、配管の挟持作業を終了する。

　ステップＳ１０８では、作業員が、消費側のタンク２Ｂにおける配管４の内部のガス圧力が閾値を下回ったことに基づき、配管４に座屈が発生したと判断する。

　ステップＳ１０９では、作業員が、アンカーボルト１４の抜け、配管挟持器具１０の破損等を調査して、座屈の発生原因を究明する。座屈の発生原因が究明されると、ステップＳ１０１へ戻り、配管の挟持作業を再度実行する。

　本開示に係る配管挟持器具１０によれば、ガスの圧送後の配管の伸びを抑制することにより、座屈の発生を防止することが可能になる。また、座屈発生を防止することにより、配管４に穴が開くことを未然に防ぎ、水素ガスなどのガスの漏洩による爆発事故等の発生リスクを低減することが可能となる。また、配管挟持器具１０によれば、補修等の実施の必要回数を低減することが可能となり、経済的効果を高めることも可能となる。

　以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

　（付記項１）
　ガスを圧送する配管の地下空間内での座屈を抑制する配管挟持器具であって、それぞれが地下空間の側壁に固定され、前記配管を挟持する、対向配置された一対の固定部材と、前記一対の固定部材と前記配管との間に装着されて、前記配管の外周を被覆する被覆材と、を備える配管挟持器具。
　（付記項２）
　前記一対の固定部材は、前記配管の外周の半周を挟持する、円筒体を半割にした半円筒形状の配管挟持部と、前記配管挟持部との一体成型により、前記配管挟持部の第１の方向の両端に形成された、それぞれが１以上のボルト孔を有する平板形状の締付部と、前記配管挟持部と前記締付部の、前記第１の方向と直交する第２の方向における、一方の端部に接合された、１以上のボルト孔を有する平板形状の固定部と、をそれぞれ備える、付記項１に記載の配管挟持器具。
　（付記項３）
　前記一対の固定部材は、それぞれの前記締付部を、１以上のボルト・ナットで締付けることにより、前記被覆材で外周を被覆された前記配管を挟持する、付記項１又は２に記載の配管挟持器具。
　（付記項４）
　前記一対の固定部材は、それぞれが前記地下空間の側壁にアンカーボルトにより固定される、付記項１から３のいずれか一項に記載の配管挟持器具。
　（付記項５）
　前記一対の固定部材は、前記配管の材質と同一の材質で製作される、付記項１から４のいずれか一項に記載の配管挟持器具。
　（付記項６）
　前記被覆材の材質は、ゴムである、付記項１から５のいずれか一項に記載の配管挟持器具。
　（付記項７）　
　ガスを圧送する配管の地下空間内での座屈を抑制する配管挟持方法であって、前記配管の外周を被覆材により被覆し、被覆された前記配管を一対の固定部材により、両側から挟持し、前記一対の固定部材のそれぞれを地下空間の側壁に固定させ、圧力計により計測された、消費側のタンクにおける前記配管の内部の前記ガスの圧力が閾値以上であるか否かを判定し、前記ガスの圧力が閾値を下回ると、配管の座屈が発生したと判断する配管挟持方法。

　上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本開示の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形又は変更が可能である。

１                          ガス供給パイプライン
２Ａ                        供給側のタンク
２Ｂ                        消費側のタンク
３                        地下空間
３Ａ                        地下空間の側壁
４                          配管（フレキシブル管）
５                          既設管
６                          固定具
７                          ダクト部（ダクト口）
１０                        配管挟持器具
１１，１１Ａ，１１Ｂ        固定部材
１２                        被覆材
１３                        ボルト・ナット
１３Ａ                      ボルト
１３Ｂ                      ナット
１４                        アンカーボルト
２０，２０Ａ，２０Ｂ        圧力計
１１１                      配管挟持部
１１２                      締付部
１１２ｈ                    ボルト孔
１１３                      固定部
１１３ｈ                    アンカーボルト孔

Claims

　ガスを圧送する配管の地下空間内での座屈を抑制する配管挟持器具であって、
　それぞれが地下空間の側壁に固定され、前記配管を挟持する、対向配置された一対の固定部材と、
　前記一対の固定部材と前記配管との間に装着されて、前記配管の外周を被覆する被覆材と、
を備える配管挟持器具。
　前記一対の固定部材は、
　前記配管の外周の半周を挟持する、円筒体を半割にした半円筒形状の配管挟持部と、
　前記配管挟持部との一体成型により、前記配管挟持部の第１の方向の両端に形成された、それぞれが1以上のボルト孔を有する平板形状の締付部と、
　前記配管挟持部と前記締付部の、前記第１の方向と直交する第２の方向における、一方の端部に接合された、1以上のボルト孔を有する平板形状の固定部と、
をそれぞれ備える、請求項１に記載の配管挟持器具。
　前記一対の固定部材は、それぞれの前記締付部を、1以上のボルト・ナットで締付けることにより、前記被覆材で外周を被覆された前記配管を挟持する、請求項１又は２に記載の配管挟持器具。
　前記一対の固定部材は、それぞれが前記地下空間の側壁にアンカーボルトにより固定される、請求項１又は２に記載の配管挟持器具。
　前記一対の固定部材は、前記配管の材質と同一の材質で製作される、請求項１又は２に記載の配管挟持器具。
　前記被覆材の材質は、ゴムである、請求項１又は２に記載の配管挟持器具。
　ガスを圧送する配管の地下空間内での座屈を抑制する配管挟持方法であって、
　前記配管の外周を被覆材により被覆するステップと、
　被覆された前記配管を一対の固定部材により、両側から挟持するステップと、
　前記一対の固定部材のそれぞれを地下空間の側壁に固定させるステップと、
　圧力計により計測された、消費側のタンクにおける前記配管の内部の前記ガスの圧力が閾値以上であるか否かを判定するステップと、
　前記ガスの圧力が閾値を下回ると、前記配管の座屈が発生したと判断するステップと、
を実行する配管挟持方法。