(57)【要約】【課題】クリープ寿命の評価精度を向上させる。【解決手段】一実施形態に係るクリープ寿命評価方法は、ボイラに使用されるボイラ管の第１部分、及び第１部分とは異なる位置であるボイラ管の第２部分であって、第１部分を構成する材料と同じ材料から構成される第２部分、におけるそれぞれの損傷指標を取得する損傷指標取得工程と、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの寿命消費率を評価する寿命消費率評価工程と、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの損傷指標と、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの寿命消費率とに基づいて、損傷指標と寿命消費率との相関を取得する相関取得工程と、評価対象管の損傷指標を取得する評価用損傷指標取得工程と、相関と評価対象管の損傷指標とに基づいて、評価対象管の寿命消費率を評価する評価工程と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラに使用されるボイラ管の第１部分、及び前記第１部分とは異なる位置である前記ボイラ管の第２部分であって、前記第１部分を構成する材料と同じ材料から構成される第２部分、におけるそれぞれの損傷指標を取得する損傷指標取得工程と、
前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの寿命消費率を評価する寿命消費率評価工程と、
前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの損傷指標と、前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの寿命消費率とに基づいて、前記損傷指標と前記寿命消費率との相関を取得する相関取得工程と、
評価対象管の損傷指標を取得する評価用損傷指標取得工程と、
前記相関と前記評価対象管の損傷指標とに基づいて、前記評価対象管の寿命消費率を評価する評価工程と、
を備えるクリープ寿命評価方法。
【請求項２】
前記ボイラの運転中において、前記第２部分に作用する作用応力は、前記第１部分に作用する作用応力と同一とみなすことができ、
前記ボイラの運転中における前記第２部分の温度は、前記第１部分の温度よりも高い
請求項１に記載のクリープ寿命評価方法。
【請求項３】
前記ボイラの炉内には、前記ボイラ管を含む熱交換器が複数配置され、
前記第２部分は、前記第１部分を含む熱交換器と同一の熱交換器に含まれ、且つ、前記第１部分とは炉幅方向の位置が異なる
請求項１又は２に記載のクリープ寿命評価方法。
【請求項４】
前記ボイラの運転中における前記第１部分の温度、及び前記第２部分の温度を炉外にて測定する温度測定工程をさらに備え、
前記寿命消費率評価工程では、前記温度測定工程で測定して得られた前記第１部分の温度、及び前記第２部分の温度を用いて、前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの前記寿命消費率を評価する
請求項１乃至３の何れか一項に記載のクリープ寿命評価方法。
【請求項５】
前記寿命消費率評価工程は、
前記第１部分及び前記第２部分の析出物のそれぞれの平均粒径を求める平均粒径取得工程と、
前記第１部分及び前記第２部分と同じ材質からなる耐熱材の組織における析出物の平均粒径と前記耐熱材の温度及び使用時間に関する第１パラメータとの関係と、前記第１部分及び前記第２部分における析出物のそれぞれの平均粒径と、前記第１部分及び前記第２部分の使用時間と、に基づいて、前記ボイラの運転中における前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの温度を求める温度算出工程と、
前記耐熱材の作用応力と前記耐熱材の温度及び破断時間に関する第２パラメータとの関係と、前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの応力と、に基づいて、前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの前記第２パラメータの値を求める第２パラメータ値取得工程と、
前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの前記第２パラメータの値と、前記ボイラの運転中における前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの温度とに基づいて、前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの破断時間を求める破断時間取得工程と、
を含む
請求項１乃至４の何れか一項に記載のクリープ寿命評価方法。
【請求項６】
前記ボイラの運転中において、前記第２部分の温度は、前記第１部分の温度と同一とみなすことができ、
前記ボイラの運転中における前記第２部分に作用する作用応力は、前記第１部分に作用する作用応力よりも大きい
請求項１に記載のクリープ寿命評価方法。
【請求項７】
前記第２部分は、前記ボイラ管における円周溶接部であって前記第１部分を含む円周溶接部と同一の円周溶接部に含まれ、且つ、前記第１部分とは周方向の位置が異なる
請求項１又は６に記載のクリープ寿命評価方法。
【請求項８】
前記寿命消費率評価工程は、
前記第１部分及び前記第２部分と同じ材質からなる耐熱材の応力と前記耐熱材の温度及び破断時間に関する第２パラメータとの関係と、前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの応力と、に基づいて、前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの前記第２パラメータの値を求める第２パラメータ値取得工程と、
前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの前記第２パラメータの値と、前記ボイラの運転中における前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの温度とに基づいて、前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの破断時間を求める破断時間取得工程と、
を含む
請求項１、６又は７の何れか一項に記載のクリープ寿命評価方法。
【請求項９】
前記損傷指標は、ボイド個数密度、管の形状変化、又は硬さの何れかである
請求項１乃至８の何れか一項に記載のクリープ寿命評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、クリープ寿命評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ等の高熱機器に使用される伝熱管や配管には、高温・高圧下で長時間使用されるものがある。この種の伝熱管や配管では、健全性を確認するため、定期検査等においてクリープ余寿命の評価が行われる。
例えば特許文献１に記載のクリープ損傷推定方法では、耐熱鋼表面の硬さを測定することにより、予め作成した硬さとクリープひずみ量の関係から当該耐熱鋼のクリープひずみ量を測定し、別途求めたクリープひずみ曲線との比較からクリープ損傷率を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７３７５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のクリープ損傷推定方法では、クリープ損傷率を求めるためのクリープひずみ曲線を実験室的に求めた定常クリープ速度等の材料データと温度、応力条件から算出している。すなわち、特許文献１に記載のクリープ損傷推定方法では、クリープ損傷率を求めるためのマスターカーブを得るために加速試験によるデータを用いていると考えられる。
ボイラの実機の稼働時間である、例えば１０万時間（１１．４年）を超える環境下でのクリープ損傷を再現することは時間的な制約等から困難であるため、特許文献１に記載のクリープ損傷推定方法のように、一般的には加速試験を行うことで必要なデータを取得している。
例えば材料のクリープに関する加速試験では、作用応力や温度等を実機の使用環境よりも大きくすることで、より短時間で試験片がクリープするようにしている。
しかし、材料のクリープの挙動には作用応力や温度に対する依存性があるため、加速試験で得られたデータと、実機におけるクリープの挙動とに差が生じてしまう。そのため、クリープ損傷率を求めるためのマスターカーブの精度を向上させることが困難であり、このマスターカーブを用いて求めるクリープ損傷率の精度を向上させることが困難となる。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、クリープ寿命の評価精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るクリープ寿命評価方法は、
ボイラに使用されるボイラ管の第１部分、及び前記第１部分とは異なる位置である前記ボイラ管の第２部分であって、前記第１部分を構成する材料と同じ材料から構成される第２部分、におけるそれぞれの損傷指標を取得する損傷指標取得工程と、
前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの寿命消費率を評価する寿命消費率評価工程と、
前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの損傷指標と、前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの寿命消費率とに基づいて、前記損傷指標と前記寿命消費率との相関を取得する相関取得工程と、
評価対象管の損傷指標を取得する評価用損傷指標取得工程と、
前記相関と前記評価対象管の損傷指標とに基づいて、前記評価対象管の寿命消費率を評価する評価工程と、
を備える。
【０００７】
上記（１）の方法では、ボイラ管の第１部分及び第２部分におけるそれぞれの損傷指標を取得するようにしている。そして、上記（１）の方法では、取得した損傷指標と、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの寿命消費率とに基づいて、損傷指標と寿命消費率との相関を取得するようにしている。すなわち上記（１）の方法によれば、実際にボイラに使用されたボイラ管の損傷指標を用いて損傷指標と寿命消費率との相関を取得するので、材料のクリープの挙動における作用応力や温度に対する依存性の影響を排除でき、上記相関の精度を向上できる。
そして、上記（１）の方法によれば、評価対象管の損傷指標と上記相関とに基づいて、評価対象管の寿命消費率を評価するので、精度の高い上記相関に基づいて評価対象管の寿命消費率を評価でき、クリープ寿命の評価精度を向上できる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記ボイラの運転中において、前記第２部分に作用する作用応力は、前記第１部分に作用する作用応力と同一とみなすことができ、
前記ボイラの運転中における前記第２部分の温度は、前記第１部分の温度よりも高い。
【０００９】
上記（２）の方法によれば、作用応力が同一とみなすことができ、且つ、ボイラの運転中における温度が異なる第１部分と第２部分とでは、損傷度合いが異なるので、異なる２つの損傷指標を取得できる。これにより、損傷指標と寿命消費率との相関における、異なる２点のデータを取得できるので、上記相関の精度を向上できる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の方法において、
前記ボイラの炉内には、前記ボイラ管を含む熱交換器が複数配置され、
前記第２部分は、前記第１部分を含む熱交換器と同一の熱交換器に含まれ、且つ、前記第１部分とは炉幅方向の位置が異なる。
【００１１】
一般的に、ボイラの炉内では、燃焼ガスの温度分布や輻射の強弱、燃焼ガスの流れ等に起因して、炉幅方向やボイラ前後方向の位置が異なると伝熱管の温度が異なる。そのため、上記（３）の方法によれば、第１部分と第２部分とが同一の熱交換器に含まれ、且つ、炉幅方向の位置が異なるので、第１部分と第２部分とでは、作用応力が同一とみなすことができ、且つ、ボイラの運転中における温度が異なる。したがって、上記（３）の方法によれば、第１部分と第２部分とでは、損傷度合いが異なるので、異なる２つの損傷指標を取得できる。これにより、損傷指標と寿命消費率との相関における、異なる２点のデータを取得できるので、上記相関の精度を向上できる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの方法において、
前記ボイラの運転中における前記第１部分の温度、及び前記第２部分の温度を炉外にて測定する温度測定工程をさらに備え、
前記寿命消費率評価工程では、前記温度測定工程で測定して得られた前記第１部分の温度、及び前記第２部分の温度を用いて、前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの前記寿命消費率を評価する。
【００１３】
上記（４）の方法によれば、温度測定工程で測定して得られた、ボイラの運転中における第１部分の温度、及び第２部分の温度を用いるので、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの寿命消費率の評価精度を向上できる。これにより、上記相関の精度を向上できる。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの方法において、
前記寿命消費率評価工程は、
前記第１部分及び前記第２部分の析出物のそれぞれの平均粒径を求める平均粒径取得工程と、
前記第１部分及び前記第２部分と同じ材質からなる耐熱材の組織における析出物の平均粒径と前記耐熱材の温度及び使用時間に関する第１パラメータとの関係と、前記第１部分及び前記第２部分における析出物のそれぞれの平均粒径と、前記第１部分及び前記第２部分の使用時間と、に基づいて、前記ボイラの運転中における前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの温度を求める温度算出工程と、
前記耐熱材の作用応力と前記耐熱材の温度及び破断時間に関する第２パラメータとの関係と、前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの応力と、に基づいて、前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの前記第２パラメータの値を求める第２パラメータ値取得工程と、
前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの前記第２パラメータの値と、前記ボイラの運転中における前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの温度とに基づいて、前記第１部分及び前記第２部分におけるそれぞれの破断時間を求める破断時間取得工程と、
を含む。
【００１５】
上記（５）の方法によれば、耐熱材の組織における析出物の平均粒径と第１パラメータとの関係と、第１部分及び第２部分における析出物のそれぞれの平均粒径と、第１部分及び第２部分の使用時間と、に基づいて、ボイラの運転中における第１部分及び第２部分におけるそれぞれの温度を求めることができる。また、上記（５）の方法によれば、耐熱材の作用応力と第２パラメータとの関係と、第１部分及び第２部分のそれぞれの応力と、に基づいて、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの第２パラメータの値を求めることができる。上記（５）の方法によれば、第１部分及び第２部分のそれぞれの第２パラメータの値と、ボイラの運転中における第１部分及び第２部分のそれぞれの温度とに基づいて、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの破断時間を求めることができる。
したがって、上記（５）の方法によれば、上述のようにして求めた破断時間とボイラの運転時間とから第１部分及び第２部分のそれぞれの寿命消費率を容易に求めることができる。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記ボイラの運転中において、前記第２部分の温度は、前記第１部分の温度と同一とみなすことができ、
前記ボイラの運転中における前記第２部分に作用する作用応力は、前記第１部分に作用する作用応力よりも大きい。
【００１７】
上記（６）の方法によれば、ボイラの運転中における温度が同一とみなすことができ、且つ、作用応力が異なる第１部分と第２部分とでは、損傷度合いが異なるので、異なる２つの損傷指標を取得できる。これにより、損傷指標と寿命消費率との相関における、異なる２点のデータを取得できるので、上記相関の精度を向上できる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（６）の方法において、前記第２部分は、前記ボイラ管における円周溶接部であって前記第１部分を含む円周溶接部と同一の円周溶接部に含まれ、且つ、前記第１部分とは周方向の位置が異なる。
【００１９】
一般的に、ボイラ管では、ボイラ管の自重や熱伸びの影響等によって曲げ応力が作用すると、同一の円周溶接部であっても周方向の位置によって応力が異なる。そのため、上記（７）の方法によれば、第１部分と第２部分とで同一の円周溶接部において周方向の位置が異なるので、第１部分と第２部分とでは、ボイラの運転中における温度が同一とみなすことができ、作用応力が異なる。したがって、上記（７）の方法によれば、第１部分と第２部分とでは、損傷度合いが異なるので、異なる２つの損傷指標を取得できる。これにより、損傷指標と寿命消費率との相関における、異なる２点のデータを取得できるので、上記相関の精度を向上できる。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）、（６）又は（７）の何れかの方法において、
前記寿命消費率評価工程は、
前記第１部分及び前記第２部分と同じ材質からなる耐熱材の応力と前記耐熱材の温度及び破断時間に関する第２パラメータとの関係と、前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの応力と、に基づいて、前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの前記第２パラメータの値を求める第２パラメータ値取得工程と、
前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの前記第２パラメータの値と、前記ボイラの運転中における前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの温度とに基づいて、前記第１部分及び前記第２部分のそれぞれの破断時間を求める破断時間取得工程と、
を含む。
【００２１】
上記（８）の方法によれば、耐熱材の応力と耐熱材の温度及び破断時間に関する第２パラメータとの関係と、第１部分及び第２部分のそれぞれの応力と、に基づいて、第１部分及び第２部分のそれぞれの第２パラメータの値を求めることができる。また、上記（８）の方法によれば、第１部分及び第２部分のそれぞれの第２パラメータの値と、ボイラの運転中における第１部分及び第２部分のそれぞれの温度とに基づいて、第１部分及び第２部分のそれぞれの破断時間を求めることができる。
したがって、上記（８）の方法によれば、上述のようにして求めた破断時間とボイラの運転時間とから第１部分及び第２部分のそれぞれの寿命消費率を容易に求めることができる。
【００２２】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの方法において、前記損傷指標は、ボイド個数密度、管の形状変化、又は硬さの何れかである。
【００２３】
上記（９）の方法によれば、損傷指標が、ボイド個数密度、管の形状変化、又は硬さの何れかであるので、損傷指標を容易に取得できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、クリープ寿命の評価精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施形態に係る発電プラントの全体構成を示す図である。
【図２】過熱器の構成を模式的に示す図である。
【図３】同一の機器における炉幅方向の位置と、メタル温度及びクリープ損傷率（寿命消費率）との関係を模式的に示した図である。
【図４】幾つかの実施形態に係る、クリープ寿命評価方法の処理手順を示したフローチャートである。
【図５】寿命消費率評価工程の概略的な手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】耐熱材のある材質における、特定の析出物の平均粒径と第１パラメータとの関係を示すグラフである。
【図７】作用応力と第２パラメータとの関係を表すグラフである。
【図８】損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブの一例を示す図である。
【図９】過熱器を炉幅方向から見た模式的な図である。
【図１０】他の実施形態に係る寿命消費率評価工程の概略的な手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】主蒸気管や再熱蒸気管等の配管のベンド部分の近傍を示す図である。
【図１２】他の実施形態に係る寿命消費率評価工程の概略的な手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２７】
図１は、一実施形態に係る発電プラントの全体構成を示す図である。
一実施形態において、発電プラント１は、高圧タービン４、中圧タービン６及び低圧タービン８からなるタービン群と、該タービン群によって駆動される発電機９と、該タービン群に供給される蒸気を生成するためのボイラ１０とを備える。
なお、高圧タービン４、中圧タービン６及び低圧タービン８の各軸は、同一軸上にて互いに連結され、さらに発電機９の軸にも連結されていてもよい。
【００２８】
高圧タービン４には、ボイラ１０に設置された過熱器１２で生成された主蒸気が主蒸気管１３を介して供給される。高圧タービン４に流入した主蒸気は、膨張仕事を行った後に高圧タービン４から排出され、ボイラ１０に設置された再熱器１４に流入する。再熱器１４にて再熱された蒸気は、再熱蒸気管１５を介して中圧タービン６に流入する。中圧タービン６に流入した再熱蒸気は、膨張仕事を行った後に中圧タービン６から排出され、クロスオーバ管１８を介して低圧タービン８に流入する。低圧タービン８に流入した蒸気は、膨張仕事を行った後に低圧タービン８から排出され、復水器２０で復水され、ボイラ給水ポンプ２２によりボイラ１０に還流される。
【００２９】
上記構成の発電プラント１では、主蒸気管１３を介して高圧タービン４に供給される主蒸気と、再熱蒸気管１５を介して中圧タービン６に供給される再熱蒸気とは、５５０℃以上（例えば６００℃程度）である。なお、主蒸気圧力は、２０ＭＰａ以上、例えば２５ＭＰａに設定される。
【００３０】
図２は、過熱器１２の構成を模式的に示す図である。なお、再熱器１４の構成も過熱器１２の構成と同様であるので、詳細な説明を省略する。
過熱器１２は、入口管寄せ１２Ａと、出口管寄せ１２Ｃと、複数の過熱管（伝熱管）１２Ｂとを備えている。図２に示した過熱器１２では、複数の伝熱管１２Ｂが略Ｕ字状且つ平面状に配列された伝熱管パネル１２Ｄが管寄せ１２Ａ，１２Ｃの延在方向に複数並ぶように配置されている。
【００３１】
過熱器１２の伝熱管１２Ｂや再熱器１４の伝熱管は、上述したような高温・高圧下で長時間使用されるので、伝熱管の健全性を確認するため、定期検査等において余寿命の評価が行われる。
また、主蒸気管１３や再熱蒸気管１５等の配管には、上述したような高温・高圧の蒸気が内部を流れている上、配管の熱膨張や自重の影響等によって熱応力や配管反力等、内圧以外の要因による応力が作用する。配管における円周溶接部や管台溶接部等の溶接部では、配管の母材と比べると一般的にクリープ強度が弱い。そのため、作用応力が大きい溶接部では、クリープ損傷が大きくなりがちであるので、健全性を確認するため、定期検査等において余寿命の評価が行われる。
【００３２】
定期検査等における余寿命の評価方法には、クリープ損傷に伴って生じるクリープボイドの個数密度に基づいて余寿命を評価する方法や、クリープ伸びやひずみのように管の形状変化に基づいて余寿命を評価する方法や、評価対象物の硬さに基づいて余寿命を評価する方法等が挙げられる。
上述したような余寿命の評価方法では、クリープボイドの個数密度や、管の形状変化、硬さといった、余寿命の評価対象物における物性値や形態などの損傷指標がクリープ損傷に伴って変化する点に着目してクリープ寿命を評価している。具体的には、上述したような余寿命の評価方法では、上述した損傷指標と寿命消費率との相関を予めマスターカーブとして取得しておき、このマスターカーブと、評価対象物の損傷指標とに基づいて評価対象物のクリープ寿命を評価している。
【００３３】
ボイラの実機の稼働時間である、例えば１０万時間（１１．４年）を超える環境下でのクリープ損傷を再現することは時間的な制約等から困難であるため、一般的には加速試験を行うことで、マスターカーブの取得に必要なデータを取得している。
例えば材料のクリープに関する加速試験では、作用応力や温度等を実機の使用環境よりも大きくすることで、より短時間で試験片がクリープするようにしている。
しかし、材料のクリープの挙動には作用応力や温度に対する依存性があるため、加速試験で得られたデータと、実機におけるクリープの挙動とに差が生じてしまう。そのため、クリープ損傷率を求めるためのマスターカーブの精度を向上させることが困難である。
【００３４】
そこで、後述する幾つかの実施形態では、クリープ寿命の評価の対象となるボイラから取得した損傷指標に基づいて、クリープ寿命の評価のための相関であるマスターカーブを取得することで、マスターカーブの精度を向上させている。以下、具体的に説明する。なお、以下の説明では、過熱器１２の伝熱管１２Ｂや再熱器１４の伝熱管、主蒸気管１３や再熱蒸気管１５等、ボイラ１０において使用されている管を、単にボイラ管３０とも呼ぶ。また、以下の説明では、過熱器１２や再熱器１４を総称して熱交換器２５と呼ぶことがある。
【００３５】
まず、幾つかの実施形態に係る、ボイラ管のマスターカーブ取得方法の概要について説明する。なお、以下の説明では、寿命消費率の評価対象である評価対象管の寿命消費率を評価するための、損傷指標と寿命消費率との相関をマスターカーブと呼ぶことがある。
一般的に、ボイラ１０の炉内では、燃焼ガスの温度分布や輻射の強弱、燃焼ガスの流れ等に起因して、例えば同じ過熱器１２の伝熱管１２Ｂであっても、図３に示すように、炉幅方向やボイラ前後方向の位置が異なると伝熱管１２Ｂの温度（メタル温度）が異なる。一方、同じ過熱器１２であれば、炉幅方向やボイラ前後方向の位置が異なっていても、伝熱管１２Ｂの内圧は同一であるとみなすことができ、使用時間は同一である。すなわち、例えば過熱器１２の複数の伝熱管１２Ｂのうち、図２に示すように、炉幅方向で異なる位置に配置された第１部分３１と第２部分３２とでは、ボイラ１０の運転中における温度が異なるが、作用応力及び使用時間は同じである。また、同じ過熱器１２であれば、炉幅方向の位置が異なっていても、伝熱管１２Ｂの材質は、一般的には同じである。
そのため、第１部分３１と第２部分３２とでは、温度の違いに起因してクリープ損傷の度合いが異なる。換言すると、第１部分３１と第２部分３２とでは、作用応力及び使用時間が同じであるので、第１部分３１と第２部分３２とにおけるクリープ損傷度合いの違いは温度の違いによるものである。なお、図３は、例えば過熱器１２のように、同一の機器における炉幅方向の位置と、メタル温度及びクリープ損傷率（寿命消費率）との関係を模式的に示した図である。
【００３６】
そこで、幾つかの実施形態に係る、ボイラ管のマスターカーブ取得方法では、上述した第１部分３１と第２部分３２のように、温度の違いに起因してクリープ損傷の度合いが異なる少なくとも２カ所における損傷指標を取得する。そして、幾つかの実施形態に係るマスターカーブ取得方法では、当該少なくとも２か所におけるそれぞれの寿命消費率を評価し、評価した寿命消費率と、上記のようにして取得した損傷指標とに基づいて、損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブＭを取得する。
このように、幾つかの実施形態に係るマスターカーブ取得方法では、ボイラ１０で使用されているボイラ管３０の損傷指標を用いてマスターカーブＭを取得するので、材料のクリープの挙動における作用応力や温度に対する依存性の影響を排除でき、マスターカーブＭの精度を向上できる。
以下、幾つかの実施形態に係る、クリープ寿命評価方法について、具体的に説明する。
【００３７】
図４は、幾つかの実施形態に係る、クリープ寿命評価方法の処理手順を示したフローチャートである。幾つかの実施形態に係る、クリープ寿命評価方法は、マスターカーブ取得処理である損傷指標取得工程Ｓ１０、寿命消費率評価工程Ｓ２０、及び相関取得工程Ｓ３０と、評価用損傷指標取得工程Ｓ４０と、評価工程Ｓ５０と、を備える。
幾つかの実施形態に係る、ボイラ管のマスターカーブ取得方法は、ボイラ１０に使用されるボイラ管３０のマスターカーブ取得方法であって、損傷指標取得工程Ｓ１０と、寿命消費率評価工程Ｓ２０と、相関取得工程Ｓ３０と、を備える。
すなわち、幾つかの実施形態に係る、クリープ寿命評価方法では、マスターカーブ取得処理である損傷指標取得工程Ｓ１０、寿命消費率評価工程Ｓ２０、及び相関取得工程Ｓ３０を実施することで、後述するようにマスターカーブＭを取得する。また、幾つかの実施形態に係る、クリープ寿命評価方法では、評価用損傷指標取得工程Ｓ４０を実施することで、後述するように、寿命消費率の評価対象である評価対象管についての損傷指標を取得する。そして、幾つかの実施形態に係る、クリープ寿命評価方法では、評価工程Ｓ５０を実施することで、評価対象管についての寿命消費率を評価する。
【００３８】
（損傷指標取得工程Ｓ１０）
幾つかの実施形態の損傷指標取得工程Ｓ１０は、ボイラ管３０の第１部分、及び第１部分とは異なる位置であるボイラ管３０の第２部分であって、第１部分を構成する材料と同じ材料から構成される第２部分、におけるそれぞれの損傷指標を取得する工程である。例えば過熱器１２であれば、損傷指標取得工程Ｓ１０では、伝熱管１２Ｂの第１部分３１、及び第１部分３１とは異なる位置である伝熱管１２Ｂの第２部分３２におけるそれぞれの損傷指標を取得する。
なお、以下の説明では、過熱器１２の伝熱管１２Ｂにおける、第１部分３１及び第２部分３２を例に挙げて説明するが、再熱器１４についても同様である。
【００３９】
幾つかの実施形態の損傷指標取得工程Ｓ１０で取得する損傷指標は、例えば、ボイド個数密度であってもよく、管の形状変化であってもよく、硬さであってもよい。以下の説明では、損傷指標がボイド個数密度である場合を例に挙げて説明する。
幾つかの実施形態の損傷指標取得工程Ｓ１０では、例えば、図３に示すように、炉幅方向の位置とメタル温度との関係が予め分かっている場合には、メタル温度が最も低くなる位置Ｐ１の近傍と、メタル温度が最も高くなる位置Ｐ２の近傍の少なくとも２か所におけるボイド個数密度を取得することが望ましい。これにより、後述するようにして取得するマスターカーブＭについて、内挿によってマスターカーブＭを取得することができる範囲を広げることができる。換言すると、位置Ｐ１の近傍と位置Ｐ２の近傍の少なくとも２か所におけるボイド個数密度を取得することで、外挿によってマスターカーブＭを取得することができる範囲を狭めるができる。これにより、マスターカーブＭの精度を向上できる。
【００４０】
また、最も高いメタル温度Ｔｍａｘと、最も低いメタル温度Ｔｍｉｎとの中間の温度となる位置におけるボイド個数密度を取得することが望ましい。これにより、マスターカーブＭの精度を向上できる。
なお、ボイド個数密度を取得する位置を仮にランダムに決定した場合であっても、炉幅方向の位置が異なるにも関わらずメタル温度が同じとなる２つの位置を偶然選択してしまった場合を除けば、マスターカーブＭの作成は可能である。
【００４１】
以下の説明では、過熱器１２の伝熱管１２Ｂにおける、第１部分３１及び第２部分３２では、メタル温度が異なっていることとして説明する。また、以下の説明では、第２部分のメタル温度は、第１部分のメタル温度よりも高いこととして説明する。
【００４２】
（寿命消費率評価工程Ｓ２０）
幾つかの実施形態の寿命消費率評価工程Ｓ２０は、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの寿命消費率を評価する工程である。すなわち、例えば過熱器１２であれば、寿命消費率評価工程Ｓ２０では、伝熱管１２Ｂの第１部分３１及び第２部分３２におけるそれぞれの寿命消費率を評価する。なお、寿命消費率評価工程Ｓ２０では、伝熱管１２Ｂの第１部分３１及び第２部分３２以外にも損傷指標取得工程Ｓ１０で損傷指標を取得した部位がれば、当該部位における寿命消費率も評価する。具体的には、幾つかの実施形態の寿命消費率評価工程Ｓ２０では、以下のようにして、寿命消費率を評価する。
【００４３】
図５は、寿命消費率評価工程Ｓ２０の概略的な手順の一例を示すフローチャートである。
寿命消費率評価工程Ｓ２０では、以下で説明する各工程Ｓ２０１〜Ｓ２０９によって、損傷指標取得工程Ｓ１０で損傷指標を取得した部位について、寿命消費率を評価する。
寿命消費率評価工程Ｓ２０は、平均粒径取得工程Ｓ２０１と、温度算出工程Ｓ２０３と、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５と、破断時間取得工程Ｓ２０７と、寿命消費率算出工程Ｓ２０９と、を含む。
【００４４】
平均粒径取得工程Ｓ２０１は、第１部分及び第２部分の析出物のそれぞれの平均粒径を求める工程である。例えば過熱器１２であれば、平均粒径取得工程Ｓ２０１では、伝熱管１２Ｂの第１部分３１及び第２部分３２の析出物のそれぞれの平均粒径を求める。
平均粒径取得工程Ｓ２０１では、損傷指標取得工程Ｓ１０で損傷指標を取得した部位について、例えばレプリカ法等の手法によって組織のレプリカを取得する。そして、取得した組織のレプリカから、損傷指標を取得した部位、すなわち、レプリカを取得した部位のそれぞれにおける、特定の析出物の平均粒径を算出する。例えば過熱器１２であれば、平均粒径取得工程Ｓ２０１では、伝熱管１２Ｂの第１部分３１及び第２部分３２の組織のレプリカを取得する。そして、第１部分３１及び第２部分３２の組織のレプリカから、第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれにおける、特定の析出物の平均粒径を算出する。
なお、損傷指標取得工程Ｓ１０で損傷指標を取得した部位について、特定の析出物の平均粒径を算出するためには、必ずしもレプリカを取得する必要はなく、例えば、抜管することで、組織のサンプルを取得し、当該サンプルから特定の析出物の平均粒径を算出することが可能である。
【００４５】
温度算出工程Ｓ２０３は、第１部分及び第２部分と同じ材質からなる耐熱材の組織における析出物の平均粒径と耐熱材の温度及び使用時間に関する第１パラメータλ１との関係と、第１部分及び第２部分における析出物のそれぞれの平均粒径と、第１部分及び第２部分の使用時間と、に基づいて、ボイラ１０の運転中における第１部分及び第２部分におけるそれぞれの温度を求める工程である。
【００４６】
図６は、耐熱材のある材質における、特定の析出物の平均粒径と、耐熱材の温度及び使用時間に関する温度・時間パラメータ（第１パラメータ）λ１との関係を示すグラフの一例である。ボイラ管３０に用いられる耐熱材の材質毎に、特定の析出物の平均粒径と、耐熱材の温度及び使用時間に関する第１パラメータλ１との間には、図６に示すような関係があることが分かっている。なお、上記の特定の析出物とは、その平均粒径と第１パラメータλ１との相関性が高く、平均粒径の値から第１パラメータλ１の値を精度よく算出することができる析出物である。
第１パラメータλ１は、例えばラーソン・ミラーパラメータであり、耐熱材が加熱されたときの温度をＴ（単位：Ｋ）とし、加熱されていた時間をｔ（単位：ｈ）とし、耐熱材の材料定数をＣとしたときに、次式（１）で表される。
λ＝Ｔ×（Ｃ＋ｌｏｇ（ｔ））／１０００・・・（１）
【００４７】
図６に示す、特定の析出物の平均粒径と第１パラメータλ１との関係を表すグラフ４１から、レプリカを取得した部位のそれぞれにおける、特定の析出物の平均粒径に対応する第１パラメータλ１の値を取得できる。そして、取得した第１パラメータλ１の値と、ボイラ１０の運転時間とを上記（１）式に代入することで、レプリカを取得した部位のそれぞれにおける、ボイラ１０の運転中のメタル温度を求めることができる。
例えば上述した過熱器１２であれば、伝熱管１２Ｂの第１部分３１における特定の析出物の平均粒径から、上述のようにして、第１部分３１におけるボイラ１０の運転中のメタル温度Ｔ１が算出され、第２部分３２における特定の析出物の平均粒径から、上述のようにして、第２部分３２におけるボイラ１０の運転中のメタル温度Ｔ２が算出される。
【００４８】
第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５は、耐熱材の作用応力と耐熱材の温度及び破断時間に関する第２パラメータλ２との関係と、第１部分及び第２部分のそれぞれの応力と、に基づいて、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの第２パラメータλ２の値を求める工程である。
ボイラ管３０に用いられる耐熱材の材質毎に、作用応力と、耐熱材の温度及び破断時間に関する温度・時間パラメータ（第２パラメータ）λ２との間には、図７に示すような関係があることが分かっている。第２パラメータλ２は、例えばラーソン・ミラーパラメータである。
【００４９】
図７に示す、作用応力と第２パラメータλ２との関係を表すグラフ４２から、レプリカを取得した部位のそれぞれにおける、作用応力に対応する第２パラメータλ２の値を取得できる。
なお、レプリカを取得した部位のそれぞれにおける作用応力は、上述したように、レプリカのそれぞれを同一の機器における同寸法の伝熱管から取得したのであれば同一であるとみなすことができ、伝熱管の内圧から求めることができる。したがって、レプリカのそれぞれを同一の機器における伝熱管から取得したのであれば、レプリカを取得した部位のそれぞれにおける第２パラメータλ２の値は同一となる。
例えば上述した過熱器１２であれば、図７に示すグラフ４２と、伝熱管１２Ｂの第１部分３１及び第２部分３２における作用応力から、第１部分３１及び第２部分３２の第２パラメータλ２の値を取得できる。
【００５０】
破断時間取得工程Ｓ２０７は、第１部分及び第２部分のそれぞれの第２パラメータλ２の値と、ボイラ１０の運転中における第１部分及び第２部分のそれぞれの温度とに基づいて、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの破断時間を求める工程である。
具体的には、破断時間取得工程Ｓ２０７では、レプリカを取得した部位のそれぞれについて、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５で取得した第２パラメータλ２の値と、温度算出工程Ｓ２０３で求めたボイラ１０の運転中のメタル温度とを上記（１）式に代入することで、レプリカを取得した部位のそれぞれにおける破断時間を求める。
例えば過熱器１２であれば、破断時間取得工程Ｓ２０７では、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５で取得した伝熱管１２Ｂの第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれの第２パラメータλ２の値と、温度算出工程Ｓ２０３で求めたボイラ１０の運転中の第１部分３１及び第２部分３２のメタル温度とを上記（１）式に代入することで第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれにおける破断時間を求める。
【００５１】
寿命消費率算出工程Ｓ２０９は、第１部分及び第２部分のそれぞれの破断時間と、第１部分及び第２部分のそれぞれの使用時間とに基づいて、第１部分及び第２部分のそれぞれの寿命消費率を求める工程である。
具体的には、寿命消費率算出工程Ｓ２０９では、レプリカを取得した部位のそれぞれの使用時間を、レプリカを取得した部位のそれぞれについて破断時間取得工程Ｓ２０７で取得した破断時間で除すことで、レプリカを取得した部位のそれぞれの寿命消費率を求める。
なお、レプリカを取得した部位のそれぞれにおける使用時間は、上述したように、レプリカのそれぞれを同一の機器における伝熱管から取得したのであれば同一である。
例えば過熱器１２であれば、寿命消費率算出工程Ｓ２０９では、伝熱管１２Ｂの第１部分３１及び第２部分３２の使用時間、すなわち過熱器１２の使用時間を、破断時間取得工程Ｓ２０７で取得した第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれの破断時間で除すことで、第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれの寿命消費率を求める。
【００５２】
このように、幾つかの実施形態の寿命消費率評価工程Ｓ２０では、耐熱材の組織における析出物の平均粒径と第１パラメータλ１との関係と、第１部分３１及び第２部分３２における析出物のそれぞれの平均粒径と、第１部分３１及び第２部分３２の使用時間と、に基づいて、ボイラ１０の運転中における第１部分３１及び第２部分３２におけるそれぞれの温度を求めることができる。また、幾つかの実施形態の寿命消費率評価工程Ｓ２０では、耐熱材の作用応力と第２パラメータλ２との関係と、第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれの応力と、に基づいて、第１部分３１及び第２部分３２におけるそれぞれの第２パラメータλ２の値を求めることができる。幾つかの実施形態の寿命消費率評価工程Ｓ２０では、第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれの第２パラメータλ２の値と、ボイラ１０の運転中における第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれの温度とに基づいて、第１部分３１及び第２部分３２におけるそれぞれの破断時間を求めることができる。
したがって、幾つかの実施形態の寿命消費率評価工程Ｓ２０では、上述のようにして求めた破断時間とボイラ１０の運転時間とから第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれの寿命消費率を容易に求めることができる。
【００５３】
（相関取得工程Ｓ３０）
幾つかの実施形態の相関取得工程Ｓ３０は、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの損傷指標と、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの寿命消費率とに基づいて、損傷指標と寿命消費率との相関を取得する工程である。すなわち、例えば過熱器１２であれば、相関取得工程Ｓ３０では、損傷指標取得工程Ｓ１０で取得した、伝熱管１２Ｂの第１部分３１及び第２部分３２におけるそれぞれの損傷指標と、寿命消費率評価工程Ｓ２０で取得した、第１部分３１及び第２部分３２におけるそれぞれの寿命消費率とに基づいて、損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブＭを取得する。
図８は、損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブＭの一例を示す図である。図８のマスターカーブＭ上の点ａ１は、例えば伝熱管１２Ｂの第１部分３１の損傷指標と寿命消費率とを示すプロットであり、点ａ２は、例えば伝熱管１２Ｂの第２部分３２の損傷指標寿命消費率とを示すプロットである。
【００５４】
このように、幾つかの実施形態では、ボイラ管３０の第１部分３１及び第２部分３２におけるそれぞれの損傷指標を取得するようにしている。そして、幾つかの実施形態では、取得した損傷指標と、第１部分３１及び第２部分３２におけるそれぞれの寿命消費率とに基づいて、損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブＭを取得するようにしている。すなわち幾つかの実施形態では、実際にボイラ１０に使用されたボイラ管３０の損傷指標を用いてマスターカーブＭを取得するので、材料のクリープの挙動における作用応力や温度に対する依存性の影響を排除でき、マスターカーブＭの精度を向上できる。
【００５５】
また、幾つかの実施形態では、ボイラ１０の運転中において、マスターカーブＭの作成に係る第２部分３２に作用する作用応力は、マスターカーブＭの作成に係る第１部分３１に作用する作用応力と同一とみなすことができる。そして、幾つかの実施形態では、ボイラ１０の運転中における、マスターカーブＭの作成に係る第２部分３２の温度は、マスターカーブＭの作成に係る第１部分３１の温度よりも高い。
作用応力が同一とみなすことができ、且つ、ボイラ１０の運転中における温度が異なる第１部分３１と第２部分３２とでは、損傷度合いが異なるので、異なる２つの損傷指標を取得できる。これにより、損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブＭにおける、異なる２点のデータを取得できるので、マスターカーブの精度を向上できる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、ボイラ１０の炉内には、ボイラ管３０を含む熱交換器２５が複数配置されている。また、幾つかの実施形態では、第２部分３２は、第１部分３１を含む熱交換器２５と同一の熱交換器２５に含まれ、且つ、第１部分３１とは炉幅方向の位置が異なる。
【００５７】
上述したように、一般的に、ボイラ１０の炉内では、燃焼ガスの温度分布や輻射の強弱、燃焼ガスの流れ等に起因して、炉幅方向やボイラ前後方向の位置が異なると伝熱管の温度が異なる。そのため、幾つかの実施形態では、第１部分３１と第２部分３２とが同一の熱交換器２５に含まれ、且つ、炉幅方向の位置が異なるので、第１部分３１と第２部分３２とでは、作用応力が同一とみなすことができ、且つ、ボイラ１０の運転中における温度が異なる。したがって、幾つかの実施形態では、第１部３１分と第２部分３２とでは、損傷度合いが異なるので、異なる２つの損傷指標を取得できる。これにより、損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブＭにおける、異なる２点のデータを取得できるので、マスターカーブＭの精度を向上できる。
【００５８】
（評価用損傷指標取得工程Ｓ４０）
幾つかの実施形態における、評価用損傷指標取得工程Ｓ４０は、寿命消費率の評価をする評価対象管から、損傷指標を取得する工程である。評価用損傷指標取得工程Ｓ４０で取得する損傷指標の種類は、上述した損傷指標取得工程Ｓ１０で取得した損傷指標と同じ種類の損傷指標である。すなわち、上述した損傷指標取得工程Ｓ１０において、取得した損傷指標がボイド個数密度であれば、評価用損傷指標取得工程Ｓ４０では、評価対象管からボイド個数密度を取得する。
幾つかの実施形態では、損傷指標取得工程Ｓ１０や評価用損傷指標取得工程Ｓ４０で取得する損傷指標が、ボイド個数密度、管の形状変化、又は硬さの何れかであるので、損傷指標を容易に取得できる。
【００５９】
評価用損傷指標取得工程Ｓ４０で損傷指標を取得する管は、マスターカーブ取得処理Ｓ１０〜Ｓ３０において、マスターカーブＭを取得するために損傷指標取得工程Ｓ１０で損傷指標を取得した管を含む機器における、他の管である。例えば、マスターカーブ取得処理Ｓ１０〜Ｓ３０において、過熱器１２の伝熱管１２ＢからマスターカーブＭを取得していた場合、評価対象管は、過熱器１２の伝熱管１２Ｂである。マスターカーブ取得処理Ｓ１０〜Ｓ３０において、再熱器１４の伝熱管からマスターカーブＭを取得していた場合、評価対象管は、再熱器１４の伝熱管である。
【００６０】
なお、例えば過熱器１２と再熱器１４とのように、機器が異なっていて、伝熱管における内圧が異なっていても、作用応力は同一であるとみなすことができる場合がある。すなわち、異なる機器同士であっても、使用する材料が同一であれば、設計上の作用応力は略同一となるように設計される場合もある。
したがって、使用する材料が同一であり、且つ、作用応力が同一であるとみなすことができ、且つ、使用時間が同一であれば、マスターカーブＭを取得するために損傷指標取得工程Ｓ１０で損傷指標を取得した管を含む機器と、評価対象管を含む機器、すなわち寿命消費率を評価する機器とが異なっていてもよい。
【００６１】
ここで、一方の部位における作用応力（以下、第１作用応力と呼ぶ）と他方の部位における作用応力（以下、第２作用応力と呼ぶ）とが同一であるとみなすことができる場合について説明する。幾つかの実施形態では、第１作用応力と第２作用応力とが同一であるとみなすことができる場合には、第１作用応力と第２作用応力とが同一である場合の他、第２作用応力が作用する他方の部位のクリープ寿命が、例えば、第１作用応力が作用する一方の部位のクリープ寿命のいわゆる倍半分の範囲内となる場合も含む。この場合、第１作用応力に対する第２作用応力の採り得る値の範囲は、第１作用応力のマイナス１５％以上プラス１５％以下の範囲となる。
【００６２】
（評価工程Ｓ５０）
幾つかの実施形態における、評価工程Ｓ５０は、評価対象管の損傷指標とマスターカーブＭとに基づいて、評価対象管の寿命消費率を評価する工程である。具体的には、評価工程Ｓ５０では、評価用損傷指標取得工程Ｓ４０で取得した損傷指標と、相関取得工程Ｓ３０で取得した、図８に示すようなマスターカーブＭとに基づいて、評価対象管の寿命消費率を評価する。
【００６３】
このように、幾つかの実施形態では、評価対象管の損傷指標と上記のマスターカーブＭとに基づいて、評価対象管の寿命消費率を評価するので、精度の高いマスターカーブＭに基づいて評価対象管の寿命消費率を評価でき、クリープ寿命の評価精度を向上できる。
【００６４】
（使用温度が測定可能である場合について）
図９は、過熱器１２をボイラ前後方向から見た模式的な図である。過熱器１２では、入口管寄せ１２Ａ及び出口管寄せ１２Ｃは、ボイラ１０の内部において天井１１よりも上方の炉外１０Ｂに配置されており、複数の伝熱管１２Ｂは、その大半がボイラ１０の天井１１よりも下方の炉内１０Ａに配置されている。伝熱管１２Ｂの温度を測定するための温度計５１は、燃焼ガスが流れる炉内１０Ａに配置することが困難であるが、炉外であれば容易に配置できる。また、ボイラ１０によっては、ボイラの運転管理上、伝熱管１２Ｂの炉外１０Ｂの部分に温度計５１を予め配置している場合もある。
なお、説明の便宜上、図２に示した第１部分３１を含む伝熱管パネル１２Ｄの伝熱管１２Ｂに取り付けられた温度計５１を第１温度計５１Ａと呼ぶことがある。同様に、図２に示した第２部分３２を含む伝熱管パネル１２Ｄの伝熱管１２Ｂに取り付けられた温度計５１を第２温度計５１Ｂと呼ぶことがある。温度計５１には、例えば熱電対等を用いることができる。
【００６５】
そこで、例えば伝熱管１２Ｂの炉外１０Ｂの部分に配置された温度計５１によって伝熱管１２Ｂの温度を測定できる場合には、上述した温度算出工程Ｓ２０３においてレプリカを取得した部位の温度を求めることに代えて、ボイラ１０の運転中に温度計５１で測定した伝熱管１２Ｂの温度を取得してもよい。なお、レプリカを取得する部位は、温度計５１の設置位置の近傍であることが望ましい。しかし、レプリカを取得する部位の温度、及び温度計５１の設置位置の温度は内部を流通する蒸気の温度と略等しくなるため、レプリカを取得する部位と温度計５１の設置位置とが離れていてもよい。
【００６６】
図１０は、他の実施形態、すなわち、ボイラ１０の運転中に伝熱管の温度を測定することができる実施形態における、寿命消費率評価工程Ｓ２０の概略的な手順の一例を示すフローチャートである。
図１０に示す実施形態の寿命消費率評価工程Ｓ２０は、温度測定工程Ｓ２１１と、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５と、破断時間取得工程Ｓ２０７と、寿命消費率算出工程Ｓ２０９と、を含む。
【００６７】
温度測定工程Ｓ２１１は、ボイラ１０の運転中における第１部分の温度、及び第２部分の温度を炉外にて測定する工程である。すなわち、例えば過熱器１２であれば、温度測定工程Ｓ２１１では、図２及び図９に示すように、第１温度計５１Ａ及び第２温度計５１Ｂでボイラ１０の運転中における第１部分３１の温度、及び第２部分３２の温度を測定する。
【００６８】
なお、ボイラ１０の運転中における第１部分の温度は、第１部分の表面の温度であってもよく、第１部分を含む管の内部を流通する流体の温度をもって、第１部分の温度としてもよい。同様に、ボイラ１０の運転中における第２部分の温度は、第２部分の表面の温度であってもよく、第２部分を含む管の内部を流通する流体の温度をもって、第２部分の温度としてもよい。
【００６９】
図１０に示す一実施形態では、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５における処理は、図５に示した第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５における処理と同じである。
【００７０】
図１０に示す一実施形態では、破断時間取得工程Ｓ２０７において、レプリカを取得した部位のそれぞれについて、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５で取得した第２パラメータλ２の値と、温度測定工程Ｓ２１１で測定したボイラ１０の運転中の温度（メタル温度）とを上記（１）式に代入することで、レプリカを取得した部位のそれぞれにおける破断時間を求める。すなわち、例えば過熱器１２であれば、破断時間取得工程Ｓ２０７では、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５で取得した伝熱管１２Ｂの第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれの第２パラメータλ２の値と、温度測定工程Ｓ２１１で測定したボイラ１０の運転中の第１部分３１及び第２部分３２の温度とを上記（１）式に代入することで第１部分３１及び第２部分３２のそれぞれにおける破断時間を求める。
【００７１】
図１０に示す一実施形態では、寿命消費率算出工程Ｓ２０９における処理は、図５に示した寿命消費率算出工程Ｓ２０９における処理と同じである。
【００７２】
このように、図１０に示す一実施形態では、温度測定工程Ｓ２１１を備えている。そして、図１０に示す一実施形態では、寿命消費率評価工程Ｓ２０において、温度測定工程Ｓ２１１で測定して得られた第１部分の温度、及び第２部分の温度を用いて、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの寿命消費率を評価する。
このように、使用温度が測定可能である場合には、温度測定工程Ｓ２１１で測定して得られた、ボイラ１０の運転中における第１部分の温度、及び第２部分の温度を用いることができるので、第１部分及び第２部分におけるそれぞれの寿命消費率の評価精度を向上できる。これにより、マスターカーブＭの精度を向上できる。
【００７３】
（第１部分と第２部分とで作用応力が異なる場合について）
上述した幾つかの実施形態では、図２に示した第１部分３１と第２部分３２のように、温度の違いに起因してクリープ損傷の度合いが異なる少なくとも２カ所における損傷指標に基づいて、損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブＭを取得した。しかし、ボイラ１０には、以下に述べるように、位置の異なる２カ所において、ボイラの運転中におけるメタル温度が同一であるとみなすことができ、且つ、ボイラの運転中における作用応力が異なる場合もある。
【００７４】
図１１は、主蒸気管１３や再熱蒸気管１５等の配管２６のベンド部分２７の近傍を示す図である。配管２６には、図１１に示すように、延在方向が異なる２つの配管２６Ａ，２６Ｂをベンド２６Ｃで接続した場所が存在する。配管２６Ａ，２６Ｂとベンド２６Ｃとは、端部同士が円周溶接によって接続されている。以下の説明では、配管２６Ａ，２６Ｂとベンド２６Ｃとが端部同士で接続された部分を円周溶接部６０と呼ぶ。
例えば矢印Ｆで示すように、配管２６の熱膨張や自重等によって配管２６が内圧以外の力を受けると、配管２６には曲げ応力が生じ、同一の円周溶接部６０であっても、周方向の位置によって作用応力が異なる。そのため、同一の円周溶接部６０であっても、周方向の位置によって損傷度合いが異なることがある。
例えば、図１１において、ある円周溶接部６０において周方向の位置が異なる第１部分６１と第２部分６２とについて、第２部分６２に作用する作用応力が第１部分６１に作用する作用応力よりも大きく、第１部分６１と第２部分６２とで損傷度合いが異なるものとする。
【００７５】
しかし、同一の円周溶接部６０であれば、周方向の位置が異なっていてもメタル温度は円周溶接部６０に接する内部の蒸気の温度と略同じであり、使用時間も同じである。
そこで、以下で説明する、クリープ寿命評価方法についての他の実施形態では、上述した第１部分６１と第２部分６２のように、作用応力の違いに起因してクリープ損傷の度合いが異なる少なくとも２カ所における損傷指標を取得する。そして、以下で説明する他の実施形態に係るクリープ寿命評価方法では、当該少なくとも２か所におけるそれぞれの寿命消費率を評価し、評価した寿命消費率と、上記のようにして取得した損傷指標とに基づいて、損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブＭを取得する。
このように、他の実施形態に係るクリープ寿命評価方法では、ボイラ１０に使用されるボイラ管３０の損傷指標を用いてマスターカーブＭを取得するので、材料のクリープの挙動における作用応力や温度に対する依存性の影響を排除でき、マスターカーブＭの精度を向上できる。
【００７６】
以下、他の実施形態に係るクリープ寿命評価方法について、具体的に説明する。なお、以下の説明では、上述した幾つかの実施形態に係るクリープ寿命評価方法との相違点を主に説明する。以下の説明では、上述した幾つかの実施形態に係るクリープ寿命評価方法と同じ処理を行う場合には、その処理を行う工程のステップ番号を図４及び図５で用いたステップ番号と同じ番号を付し、詳細な説明を省略することがある。
【００７７】
（損傷指標取得工程Ｓ１０）
他の実施形態に係る損傷指標取得工程Ｓ１０では、上述した第１部分６１と第２部分６２のように、温度及び使用時間が同じであるが作用応力の違いに起因してクリープ損傷の度合いが異なる少なくとも２カ所における損傷指標を取得する。
【００７８】
（寿命消費率評価工程Ｓ２０）
図１２は、他の実施形態に係る寿命消費率評価工程Ｓ２０の概略的な手順の一例を示すフローチャートである。
他の実施形態に係る寿命消費率評価工程Ｓ２０では、以下で説明する各工程Ｓ２０５〜Ｓ２０９によって、上述した損傷指標取得工程Ｓ１０で損傷指標を取得した部位について、寿命消費率を評価する。以下の説明では、損傷指標取得工程Ｓ１０で損傷指標を取得した部位を、単に損傷指標取得部位とも呼ぶ。
他の実施形態に係る寿命消費率評価工程Ｓ２０は、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５と、破断時間取得工程Ｓ２０７と、寿命消費率算出工程Ｓ２０９と、を含む。
【００７９】
他の実施形態に係る第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５では、図７に示す、作用応力と第２パラメータλ２との関係を表すグラフ４２から、損傷指標取得部位のそれぞれにおける、作用応力に対応する第２パラメータλ２の値を取得する。
なお、損傷指標取得部位のそれぞれにおける作用応力は、ボイラ１０における蒸気温度や蒸気圧力などの運転条件を加味した応力解析を行うことで求めることができる。
例えば図１１に示す実施形態であれば、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５では、円周溶接部６０の第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれにおける作用応力を応力解析によって求め、求められた作用応力と、図７に示すグラフ４２から、第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれにおける第２パラメータλ２の値を取得する。
【００８０】
他の実施形態に係る破断時間取得工程Ｓ２０７では、損傷指標取得部位のそれぞれについて、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５で取得した第２パラメータλ２の値と、ボイラ１０の運転中のメタル温度とを上記（１）式に代入することで、損傷指標取得部位のそれぞれにおける破断時間を求める。
損傷指標取得部位のそれぞれにおけるメタル温度は、ボイラ１０の運転条件から求めてもよい。また、例えば主蒸気管１３や再熱蒸気管１５等の配管２６における蒸気温度がボイラ１０の運転中に測定されていれば、その測定値をもって、損傷指標取得部位のそれぞれにおけるメタル温度としてもよい。
すなわち、例えば図１１に示す実施形態であれば、破断時間取得工程Ｓ２０７では、第２パラメータ値取得工程Ｓ２０５で取得した円周溶接部６０の第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれの第２パラメータλ２の値と、上述のようにしてで求めたボイラ１０の運転中の第１部分６１及び第２部分６２のメタル温度とを上記（１）式に代入することで第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれにおける破断時間を求める。
【００８１】
他の実施形態に係る寿命消費率算出工程Ｓ２０９では、損傷指標取得部位のそれぞれの使用時間を、損傷指標取得部位のそれぞれについて破断時間取得工程Ｓ２０７で取得した破断時間で除すことで、損傷指標取得部位のそれぞれの寿命消費率を求める。
なお、損傷指標取得部位のそれぞれにおける使用時間は、上述したように、損傷指標のそれぞれを同一の円周溶接部６０から取得したのであれば同一である。
例えば図１１に示す実施形態であれば、寿命消費率算出工程Ｓ２０９では、円周溶接部６０の第１部分６１及び第２部分６２の使用時間、すなわちボイラ１０の運転時間を、破断時間取得工程Ｓ２０７で取得した第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれの破断時間で除すことで、第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれの寿命消費率を求める。
【００８２】
このように、他の実施形態に係る寿命消費率評価工程Ｓ２０では、耐熱材の応力と耐熱材の温度及び破断時間に関する第２パラメータλ２との関係と、第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれの応力と、に基づいて、第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれの第２パラメータの値を求めることができる。また、他の実施形態に係る寿命消費率評価工程Ｓ２０では、第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれの第２パラメータλ２の値と、ボイラ１０の運転中における第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれの温度とに基づいて、第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれの破断時間を求めることができる。
したがって、他の実施形態に係る寿命消費率評価工程Ｓ２０では、上述のようにして求めた破断時間とボイラ１０の運転時間とから第１部分６１及び第２部分６２のそれぞれの寿命消費率を容易に求めることができる。
【００８３】
また、他の実施形態では、ボイラ１０の運転中において、第２部分６２の温度は、第１部分６１の温度と同一とみなすことができる。そして、他の実施形態では、ボイラ１０の運転中における第２部分６２に作用する作用応力は、第１部分６１に作用する作用応力よりも大きい。
ボイラ１０の運転中における温度が同一とみなすことができ、且つ、作用応力が異なる第１部分６１と第２部分６２とでは、損傷度合いが異なるので、異なる２つの損傷指標を取得できる。これにより、損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブＭにおける、異なる２点のデータを取得できるので、マスターカーブＭの精度を向上できる。
【００８４】
他の実施形態では、第２部分６２は、配管２６における円周溶接部６０であって第１部分６１を含む円周溶接部６０と同一の円周溶接部６０に含まれ、且つ、第１部分６１とは周方向の位置が異なる。
【００８５】
上述したように、一般的に、配管２６では、配管２６の自重や熱伸びの影響等によって曲げ応力が作用すると、同一の円周溶接部６０であっても周方向の位置によって応力が異なる。そのため、他の実施形態では、第１部分６１と第２部分６２とで同一の円周溶接部６０において周方向の位置が異なるので、第１部分６１と第２部分６２とでは、ボイラ１０の運転中における温度が同一とみなすことができ、作用応力が異なる。したがって、他の実施形態では、第１部分６１と第２部分６２とでは、損傷度合いが異なるので、異なる２つの損傷指標を取得できる。これにより、損傷指標と寿命消費率との関係で表されるマスターカーブＭにおける、異なる２点のデータを取得できるので、マスターカーブＭの精度を向上できる。
【００８６】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態における過熱器１２が、一次過熱器と、この一次過熱器に直列に接続された２次過熱器とを含んでいる場合、一次過熱器と二次過熱器との伝熱管の圧力の差は、伝熱管の圧損程度の違い、例えば１Ｍｐａ程度の違いでしかない。このような場合には、一次過熱器の伝熱管の作用応力と二次過熱器の伝熱管の作用応力とは、上述したように、同じであるとみなすことができ、一次過熱器の伝熱管と二次過熱器の伝熱管との損傷度合いの違いは、一次過熱器の伝熱管と二次過熱器の伝熱管との温度の違いに起因するものであると考えてもよい。
このような場合には、上述した幾つかの実施形態の損傷指標取得工程Ｓ１０において、一次過熱器の伝熱管と二次過熱器の伝熱管とから、それぞれ損傷指標を取得してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１  発電プラント
１０  ボイラ
１２  過熱器
１２Ｂ  過熱管（伝熱管）
１３  主蒸気管
１４  再熱器
１５  再熱蒸気管
２５  熱交換器
２６  配管
２７  ベンド部分
３０  ボイラ管
３１，６１  第１部分
３２，６２  第２部分
５１  温度計
６０  円周溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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