JP2021169201A - 配管補修方法及び配管補修材料 - Google Patents

Abstract

【課題】配管補修において、繊維強化高分子材料を用いて配管を補修する方法とその乾燥繊維材料を提供する。【解決手段】配管ラインの欠陥を囲んで樹脂を塗布する際、当該樹脂を保持、補強するために繊維材料を樹脂の内外装に取り付けるにあたり、繊維材料に樹脂を塗布したのちに装着する。また、樹脂の流動を抑制するために樹脂を包み込むよう層状ないしは筒状に繊維材料を構成し、その内側に樹脂を塗布・挿入したのちに配管ラインに装着する。さらには、補修に用いる樹脂を保持、補強しやすくするために、塗布される樹脂の流動を抑制させる機能を具備した繊維材料を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は配管補修に関する、特に繊維強化高分子材料を用いて配管を補修する方法とその材料に関するものである。

配管はどこにでも存在し、住居、商業的、産業的用途に広く見られ、製造プロセス、化学薬品輸送、エネルギー輸送、水道設備、加熱・冷却・下水設備、そして化学薬品廃液・汚水のような使用剤薬品・化合物の回収等に使用されている。それら設置のピークは３０から４０年前であり、多くの配管ラインは未だに使用されている。

配管の欠陥及び損傷トラブルは、機械的損傷、腐蝕、エロージョン、コーティングの損傷、保温の損傷、誤った運転条件、等により発生する。

一般的に補修技術は、補強するために配管の一部周囲に配設する金属スリーブが用いられる。溶接スリーブや非溶接の機械式スリーブが、リークを防止し欠陥を補修するために、パイプの長手方向半径方向を覆うように設置される。スリーブは、潜在欠陥や配管の内部及び外部腐蝕した部分等を補修しうる。配管周囲の所定位置にスリーブを溶接する補強技術や溶接せず機械的に配管に取り付けたスリーブを使用する補強技術は、産業界において広く用いられる慣れた補修方法となっている。スリーブの取り付けを正しく施工するためには、優れた溶接技術者や作業技能者を要し、またその養成には多大なコストがかかる。また、配管ラインの溶接式スリーブ及び非溶接式スリーブを用いた補修は、配管ラインの補修部分を脆化させたり、残留応力を発生させる弱点を有する。

一般に、配管ラインが運転されたままの状態で、プラント停止期間を要せずに配管を補修することは、運転コストの点からは望ましい。また、恒久的な補修にとどまらず、一時的な補修で定められた長期の修繕期間まで延命させるだけでも、突発的な停止を回避でき大幅なコストダウンに貢献する。

非溶接式スリーブは溶接や火気の使用を必要としないため、溶接式に比べれば施工が容易に行えるが、クランプ、ボルト等により位置決めする必要があり、正しく取り付けるためには、機械的な技量を必要とし、溶接方法と比較して複雑なものとなり、その結果、非溶接式スリーブを用いた配管補修は溶接式スリーブを用いた補修と比較してより高価になると言われている。しかしながら、非溶接式スリーブを用いた補修は、配管ライン区域及び化学・石油化学プロセス区域のような補修現場では溶接回避しうる利点があるため、採用されることが多い。

前述のように、溶接式スリーブ及び非溶接の機械式スリーブを用いる確立した方法は、いずれもコストがかかり、高度の技術を要し、配管応力を増加させ、配管ラインの運転停止も必要となる。これらのことから、配管補修にはより改善された方法が要望されてきた。

一方で、樹脂による補修は、簡易に行う場合強化材料を用いないことが多いが、中圧、高圧の配管ラインの補修を行うには、適切な強度を備えない難点を有する。これを補うべく、エポキシ材料及び他の樹脂に複合材料繊維を用いて、損傷配管周囲に一体成形構造体を構成する方法が試みられている。一般には、種々の繊維、ポリマー、樹脂プレポリマー、接着剤及び他の成分が、配管の損傷部分周囲に複合材料構造体を形成するべく利用される。このような複合材料補修には、ガラス繊維を用いることが多い。前記、機械式スリーブや溶接式スリーブを用いる場合に比べ、前記述の種々発生するコストを省くことが可能であり、劣化した配管の補修コストを低減しうる一手段である。

しかしながら、これらの補修複合材料の使用は、これまで用いられてきた方法では、特許第４９５５５６９号が指摘するように、繊維を配管周囲に取り付ける以前に、繊維各層を樹脂に浸漬させ湿潤にすることを要するなど多大な労力がかかる。これらの複雑な事前準備を回避できる方法として特許第４９５５５６９号による方法が提案された。

特許第４９５５５６９号による方法は、欠陥部分を囲んで一旦繊維材料などの補強を取り付けた後に、格納コンポーネントと称する機械的なスリーブ状の容器を外装しその内側に液体樹脂を注入すること等を特徴とする補修方法などを提案するものであるが、実際の施工においては液体樹脂を均一に装入することが極めて難しい。コンポーネントの装着の前にブラシ塗布する方法も提案されているが、そのような補助的な工夫を用いた場合でも、コンポーネントと繊維材料との間隙が制御しにくい。多くの場合、繊維材料に接してコンポーネントを配置することとなるが、液体樹脂が注入される流路が不均一に構成されるために、圧力をかけても均一な注入が実現できない。特に対象となる補修配管は円筒形であるため、水平に配設されている場合は上下に、垂直に配設されている場合はその軸方向に、その中間的な位置に配設される配管やバルブ、エルボ、曲げ配管などにおいても同様に、重力に反し付着させたい部分への均一注入が実現しにくい。

特許第４９５５５６９号は、コンポーネントの内部に液体樹脂を注入するに際し、注ぎ口を設け必要に応じ外圧をかけるなどの方法を提案するが、注入される液体樹脂は継時的に粘度が増加する前に効率的に行われなければならず、また初期段階で粘度の高い液体樹脂は採用することが不可能である。一方で初期粘度の低い材料は硬化するまでに長時間を要する難点を有する。

本発明者は、上記問題点を解決するため、
配管ラインの一部分における欠陥を囲んで樹脂を塗布する際、当該樹脂を保持、補強するために乾燥繊維材料を樹脂の内外装に取り付けるにあたり、乾燥繊維材料の配管ライン側に樹脂を塗布したのちに装着することを特徴とする配管ライン補修方法、
前記樹脂を乾燥繊維材料に塗布する際、樹脂の流動を抑制するために乾燥繊維材料で樹脂を包み込むよう層状ないしは筒状に乾燥繊維材料を構成し、樹脂と乾燥補強材料を配管ラインに装着することを特徴とする配管ライン補強方法、
前記樹脂を塗布する乾燥繊維材料の少なくとも片側表面に、線状ないしは格子状等の凸部分を設け、樹脂の流動を抑制させる機能を具備する乾燥繊維材料を用いる、請求項１及び請求項２に記載の配管ライン補修方法、
補修に用いる樹脂を保持、補強しやすくするために、乾燥繊維材料の少なくとも片側表面に線状ないしは格子状等の凸部分を設け、塗布される樹脂の流動を抑制させる機能を具備した乾燥繊維材料、
補修に用いる樹脂を保持、補強しやすくするために、乾燥繊維材料をチューブ状に構成し、塗布される樹脂をチューブ内面に装填してその流動を抑制しかつ保持する機能を具備した乾燥繊維材料、
を提供することを手段とする。

本発明により、配管の補修に際して、溶接や複雑で精緻な作業を求められる機械的補強を省略、縮小でき、したがって配管ラインやそれを含むプラントの停止を要しない、あるいは停止する場合でも短時間で、必要な配管補強が提供できる。

本発明法によれば、乾燥繊維材料はシート状でもチューブ状でも本法を構成することが可能であり、必要に応じそれらを複層的に構成することが出来る。具体的には、補修作業に必要な樹脂の厚みを、複雑な配管位置や配管類の形状に寄らず、確保することが可能になる。すなわち施工時に、意図しない樹脂の欠落や厚みの減少を防止することが可能であり、補修作業が容易になるばかりでなく、補修作業の品質を高めることが可能になって、補修作業の信頼性が高められる。

シート状の乾燥繊維材料を用いる場合、補強すべき配管の損傷状況に合わせ、様々な寸法のシートを用い、作業がしやすいように順次、より大きなシートを積層させ、さらには貼り付けのみならず配管の周方向に巻き付け、また、らせん状や軸方向に展開することも可能である。片面にのみ樹脂を塗布するにとどまらず、乾燥繊維材料のシートで樹脂をサンドイッチ構造に保持することも施工作業を容易にする。樹脂は様々な粘度のものが採用可能で、作業がしやすい粘度状態まで一時的に保持したのち適度な状況下で施工するとも有効である。粘度の低い樹脂材料を用いる場合には、少なくとも片側表面に、線状ないしは格子状等の凸部分を設けた乾燥繊維材料を用いると樹脂の流動を抑制させることが可能であり、配管の位置や複雑な形状に妨げられることなく、樹脂が重力方向に流動し不均一になることを防止できる。

チューブ状の乾燥繊維材料を用いその内部に樹脂を充てんさせる場合、チューブの太さを適宜定めることにより、配管に巻き付けた後の締め付け状態により樹脂の配管系方向の厚みを調整することが可能である。

損傷部分を覆い損傷部面積の１０倍程度となる樹脂をサンドした乾燥繊維材料をパッチあてしたのち、直径３センチメートル程度のチューブ状の乾燥繊維材料に樹脂を装填し、前記パッチあてしたシートを縛り上げる要領で当該チューブ状の乾燥繊維材料を巻き付ける。チューブは充てんされる樹脂の量に応じて変形するが、樹脂の厚みが５ミリメートルになる程度にとどめ、巻き付けの際には１センチメートル程度の重なりを設けて補強すると有効である。エポキシ樹脂を当該樹脂として採用する場合、樹脂の厚みが１．５から２センチメートル程度になるように積層させることにより、十分な強度が確保できる。また、高圧の配管を補修する場合は当該補修した部分を簡易な機械的スリーブで補強することも必要に応じ有効である。

試験として、配管径２００ミリメートルの水平鋼管に、直径５ミリメートルの人工欠陥を１００センチメートルの間隔を隔て設けた後、図１、図２に示すように２つの方法にて配管補修を実施した。

図１は本発明法による方法であり、乾燥繊維材料にはポリエステルを、樹脂にはエポキシ樹脂を採用した。欠陥部分に充てるパッチには直径１２０ミリメートルの円形のシートに前記樹脂を５ミリメートルの厚さでサンドイッチして装着した。上記円形パッチを押さえるために直径３０ミリメートルの同種乾燥繊維材料に、変形した時に５ミリメートルの厚さになるよう量を調整して樹脂を装填して用いた。具体的にはチューブ１００ミリメートルあたり２１から２４ＣＣ（０．５＊４．２＊１０＝２１）となるよう樹脂を装填し、１０分間保持して流動しにくい状態に硬化させたのちに配管に巻き付け補強した。締め付け圧はチューブの張力にして１０ｋｇｆ程度であり、その精度はあまり重要ではない。

チューブによる補強は当該円形パッチを覆い、配管軸方向に円形シートの直径の５倍となる長さ６４０ミリメートルまで、補強樹脂が１５ミルメートル程度になるよう概ね３層に補強した。なお、チューブによる補強の取り付け最初の部分と取りつけ終了部分はそれぞれ、補修配管にチューブを縛り付けるよう固縛して密着させた。

一方の図２は従来行われていた一般的な樹脂補強方法であり、乾燥樹脂の厚さが１５ミリメートルになるように樹脂を積層させるよう塗布し、長手方向も本発明法と概ね同様となる６４０ミリメートルとなるように施工した。

施工後、樹脂が硬化し終わる８時間経過後に通水し圧力をかけ、補修の状況を試験的に確認した。順次圧力を０．０１ＭＰａごとに上げていったところ、図２の従来法では０．３ＭＰａにて滴下する漏水が始まり、０．５ＭＰａで樹脂と配管との間に水みちが構成され、漏水が定常的に生じた。

本発明法による図１の方法では、１．０ＭＰａまで圧力を上げても補修部分の変化は見られず、その後同圧力にて２４時間保持したうえでも問題ないことが確認できた。

なお、パッチあてに用いた直径１２０ミリメートルのポリエステルシートには高さ５ミリメートルの突起を介し２枚のシートが重なり合うように図３の形状を事前に作成し挟み込む樹脂の流動と変形を抑制した。この突起は直径２０、４０、６０、８０、１００ミリメートルの円形の輪で代用可能である。

また、円形パッチを抑えるために用いた直径３０ミリメートルのポリエステル繊維材料のチューブには直径方向対角位置に５ミリメートルの同種材料の断面矩形状の紐を内挿固定し、装填する樹脂厚が５ミリメートル程度になりやすいよう配慮した。

前記実施例では、樹脂を装填させたチューブを巻き付ける際、人工欠陥を設けた配管を回転させてチューブを巻き付け固定して試験を行った。その際、円形パッチを仮押さえしておくために、ポリエステルの紐を用いて固縛固定した。実際の現場では、補修対象の配管を回転させることは難しいので、追加で行った試験ではチューブを３分割し重ねる層ごとに巻き始めと巻き終わり時点を配管に固縛し作業性を考慮した。その試験の結果は前記実施例と同様の結果となった。さらに再現性を得るために繰り返し行った試験では、本発明法と従来法を直列配置から並列配置にし、人工欠陥の形状も３＊１２ミリメートルに拡大して行ったが、その際も試験結果は同様の結果となった。また、３＊１２ミリメートルの人工欠陥に木栓を打ち込んで同様の比較試験を行った際も試験結果は同様であった。

本発明を実施するための最良の形態の一つを示す実施例の鳥瞰図である。 本発明を実施するための実施例を示す平面図である。 本発明の実施例を示す断面図である。 従来法の一例を本発明法と同条件にて実施する際の平面図である。 従来法の一例を実施する際の断面図である。 本発明法実施例に用いた円形パッチ外側シートの平面図である。 本発明法実施例に用いた円形パッチ配管側シートの平面図である。 本発明法実施例に用いた円形パッチ外側シートの断面図である。 本発明法実施例に用いた円形パッチ配管側シートの断面図である。 本発明法実施例に用いたチューブ状繊維材料の断面図である。 本発明法実施例に用いたチューブ状繊維材料の変形後の断面図である。

１ 鋼管
２ 人工欠陥
３ 円形シート
４ チューブ状繊維
５ チューブ状繊維に包まれた樹脂
６ 円形シートに挟まれた樹脂
７ 樹脂
８ 輪形繊維材料
９ 紐状繊維材料

Claims (5)

1. 配管ラインの補修において、
   配管ラインの一部分における欠陥を囲んで樹脂を塗布する際、当該樹脂を保持、補強するために乾燥繊維材料を樹脂の内外装に取り付けるにあたり、乾燥繊維材料の配管ライン側に樹脂を塗布したのちに装着することを特徴とする配管ライン補修方法。
2. 前記樹脂を乾燥繊維材料に塗布する際、樹脂の流動を抑制するために乾燥繊維材料で樹脂を包み込むよう層状ないしは筒状に乾燥繊維材料を構成し、樹脂と乾燥補強材料を配管ラインに装着することを特徴とする配管ライン補強方法。
3. 前記樹脂を塗布する乾燥繊維材料の少なくとも片側表面に、線状ないしは格子状等の凸部分を設け、樹脂の流動を抑制させる機能を具備する乾燥繊維材料を用いる、請求項１及び請求項２に記載の配管ライン補修方法。
4. 配管ラインの補修において、
   補修に用いる樹脂を保持、補強しやすくするために、乾燥繊維材料の少なくとも片側表面に線状ないしは格子状等の凸部分を設け、塗布される樹脂の流動を抑制させる機能を具備した乾燥繊維材料。
5. 配管ラインの補修において、
   補修に用いる樹脂を保持、補強しやすくするために、乾燥繊維材料をチューブ状に構成し、塗布される樹脂をチューブ内面に装填してその流動を抑制しかつ保持する機能を具備した乾燥繊維材料。

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