(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの伝熱管の寿命を推定するための伝熱管寿命推定システムにおいて、
前記伝熱管の外壁面の温度である伝熱管温度の現在値に基づいて前記ボイラの運転時間に基づくパラメータにおける参照時間を演算し、前記参照時間に基づいて前記伝熱管温度の経時変化を示す伝熱管温度時間変化曲線のグラフ横軸を補正することにより、前記伝熱管温度時間変化曲線を較正するための伝熱管温度変化曲線較正手段と、
前記伝熱管温度の現在値に基づいて較正された前記伝熱管温度時間変化曲線に基づいて、前記伝熱管温度の推移を予測するための伝熱管温度推移予測手段と、
前記伝熱管温度推移予測手段により得られた前記伝熱管温度の推移予測データに基づいて、前記伝熱管のクリープ寿命を予測するためのクリープ寿命予測手段と、を備えた伝熱管寿命推定システム。
【請求項２】
ボイラの伝熱管の寿命を推定するための伝熱管寿命推定システムにおいて、
前記伝熱管の外壁面の温度である伝熱管温度の現在値に基づいて、前記伝熱管の内部の相当熱伝達係数の現在値を演算するための相当熱伝達係数演算手段と、
前記相当熱伝達係数の現在値に基づいて前記ボイラの運転時間に基づくパラメータにおける参照時間を演算し、前記参照時間に基づいて前記相当熱伝達係数の経時変化を示す相当熱伝達係数時間変化曲線のグラフ横軸を補正することにより、前記相当熱伝達係数時間変化曲線を較正するための相当熱伝達係数時間変化曲線較正手段と、
前記相当熱伝達係数の現在値に基づいて較正された前記相当熱伝達係数時間変化曲線に基づいて、前記伝熱管温度の推移を予測するための伝熱管温度推移予測手段と、
前記伝熱管温度推移予測手段により得られた前記伝熱管温度の推移予測データに基づいて、前記伝熱管のクリープ寿命を予測するためのクリープ寿命予測手段と、を備えた伝熱管寿命推定システム。
【請求項３】
ボイラの伝熱管の寿命を推定するための伝熱管寿命推定システムにおいて、
前記伝熱管の外壁面の温度である伝熱管温度の現在値に基づいて、前記伝熱管の内部の相当熱伝達係数の現在値を演算するための相当熱伝達係数演算手段と、
前記相当熱伝達係数の現在値に基づいて、前記伝熱管の内壁面に付着したスケールの厚さの現在値を演算するためのスケール厚さ演算手段と、
前記スケールの厚さの現在値に基づいて前記ボイラの運転時間に基づくパラメータにおける参照時間を演算し、前記参照時間に基づいて前記スケールの厚さの経時変化を示すスケール厚さ時間変化曲線のグラフ横軸を補正することにより、前記スケール厚さ時間変化曲線を較正するためのスケール厚さ時間変化曲線較正手段と、
前記スケールの厚さの現在値に基づいて較正された前記スケール厚さ時間変化曲線に基づいて、前記伝熱管温度の推移を予測するための伝熱管温度推移予測手段と、
前記伝熱管温度推移予測手段により得られた前記伝熱管温度の推移予測データに基づいて、前記伝熱管のクリープ寿命を予測するためのクリープ寿命予測手段と、を備えた伝熱管寿命推定システム。
【請求項４】
前記伝熱管は、前記ボイラの炉壁を構成するメンブレンパネルの冷却管であり、
前記メンブレンパネルのフィンの炉外側外壁面の温度である炉外フィン温度を計測するための炉外フィン温度計測手段と、
前記炉外フィン温度に基づいて前記冷却管の炉内側外壁面の温度である炉内冷却管温度を演算するための炉内冷却管温度演算手段と、をさらに備え、
前記炉内冷却管温度を前記伝熱管温度として使用する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の伝熱管寿命推定システム。
【請求項５】
前記伝熱管温度は、前記伝熱管の軸線方向に沿って連続的に取得される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の伝熱管寿命推定システム。
【請求項６】
前記伝熱管温度は、前記ボイラの火炉壁の全面にわたって取得される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の伝熱管寿命推定システム。
【請求項７】
前記伝熱管温度は、光ファイバまたは赤外線カメラを用いて取得される、請求項５または６に記載の伝熱管寿命推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの火炉壁水管などの伝熱管の寿命を推定するための伝熱管寿命推定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラの火炉壁水管などの伝熱管は、運転時に高温状態となるので、伝熱管材料の熱によるクリープ損傷状態を監視する必要がある。そのため、従来は、定期検査時に伝熱管材料の一部を切り取って顕微鏡で観察するなど、ボイラの運転停止中にクリープ損傷状態を検査していた。【０００３】
ボイラ炉壁を構成するメンブレンパネル（ボイラ水冷壁）は、火炉内側からバーナー火炎や燃焼ガスにより加熱され、その冷却管（水管）の中を流れる水や蒸気と熱交換するものである。言い換えれば、火炎や燃焼ガスにより加熱された金属管を水で冷やしている状態である。【０００４】
また、メンブレンパネルの冷却管は、ボイラの運転状況（温度や時間など）に応じて、その内部に徐々にスケールが堆積する。スケールの熱伝導率は悪いので、冷却管内にスケールが付着すると、その付着量に応じて冷却管の伝熱効率が低下する。【０００５】
蒸発器管を例に図１を用いて示す。例えば、スケールの熱伝導率が一定とすれば、スケールの付着厚さの増大に伴い、スケール内の温度差が増大し、伝熱管表面の温度が上昇する。伝熱管表面温度をTt22［K］、流体温度をTw［K］、スケール表面熱伝達率をｈ2［W/ｍ2・K］、スケールの厚さと熱伝導率をそれぞれｔ2［ｍ］、λ2［W/ｍ・K］とすると、スケールを通過する熱流束ｑ［W/ｍ2］は、下記式で表せる。【０００６】
ｑ＝he△T【０００７】
ここで、he＝1/(ｔ2/λ2＋1/ｈ2）：相当熱伝達係数［W/ｍ2・K］、△T＝Tt22−Tw［K］である。【０００８】
また、図２（ａ）にスケール厚さと相当熱伝達係数の関係を、図２（ｂ）に伝熱管温度と相当熱伝達係数の関係を示す。これらの図より、スケール厚さが増加するに従い、相当熱伝達係数が増加し、その結果、伝熱管温度が上昇する。【０００９】
なお、相当熱伝達係数は、スケール厚さの他、スケールの熱伝導率の関数でもあるので、スケールの材質や付着状況（密度等）によっても変化する。さらには、スケールの表面状態によって表面熱伝達率ｈ2が変化するので、その変化によっても相当熱伝達係数が変化する。【００１０】
これにより、例えば、火炉内における異常燃焼等による加熱・スケール成長と伝熱劣化によるメタル温度上昇の悪循環が加速されると、想定される期間よりも早く冷却管のメタル温度が上昇し、管が高温クリープにより噴破してボイラ停止に至る可能性がある。そのため、メンブレンパネルの冷却管のクリープ損傷の蓄積を的確に把握することが重要である。【００１１】
例えば、特許文献１には、ボイラ伝熱管材料の損傷率予測方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−１４７７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の技術では、ボイラの伝熱管のクリープ寿命を、ボイラ運転中にリアルタイムで監視することができなかった。そのため、メンテナンスや修理を適時に行うことができないという問題があった。【００１４】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ボイラの伝熱管の寿命をボイラ運転中にリアルタイムで推定できる伝熱管寿命推定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明は、ボイラの伝熱管の寿命を推定するための伝熱管寿命推定システムにおいて、
前記伝熱管の外壁面の温度である伝熱管温度に基づいて、前記伝熱管温度の経時変化を示す伝熱管温度時間変化曲線を較正するための伝熱管温度変化曲線較正手段と、
較正された前記伝熱管温度時間変化曲線に基づいて、前記伝熱管温度の推移を予測するための伝熱管温度推移予測手段と、を備えたことを特徴とする。【００１６】
また、本発明は、ボイラの伝熱管の寿命を推定するための伝熱管寿命推定システムにおいて、前記伝熱管の外壁面の温度である伝熱管温度に基づいて、前記伝熱管の内部の相当熱伝達係数を演算するための相当熱伝達係数演算手段と、前記相当熱伝達係数に基づいて、前記相当熱伝達係数の経時変化を示す相当熱伝達係数時間変化曲線を較正するための相当熱伝達係数時間変化曲線較正手段と、較正された前記相当熱伝達係数時間変化曲線に基づいて、前記伝熱管温度の推移を予測するための伝熱管温度推移予測手段と、を備えたことを特徴とする。【００１７】
さらに、本発明は、ボイラの伝熱管の寿命を推定するための伝熱管寿命推定システムにおいて、前記伝熱管の外壁面の温度である伝熱管温度に基づいて、前記伝熱管の内部の相当熱伝達係数を演算するための相当熱伝達係数演算手段と、前記相当熱伝達係数に基づいて、前記伝熱管の内壁面に付着したスケールの厚さを演算するためのスケール厚さ演算手段と、前記スケールの厚さに基づいて、前記スケールの厚さの経時変化を示すスケール厚さ時間変化曲線を較正するためのスケール厚さ時間変化曲線較正手段と、較正された前記スケール厚さ時間変化曲線に基づいて、前記伝熱管温度の推移を予測するための伝熱管温度推移予測手段と、を備えたことを特徴とする。【００１８】
また、好ましくは、前記伝熱管温度推移予測手段により得られた前記伝熱管温度の推移予測データに基づいて、前記伝熱管のクリープ寿命を予測するためのクリープ寿命予測手段をさらに備える。【００１９】
また、好ましくは、前記伝熱管は、前記ボイラの炉壁を構成するメンブレンパネルの冷却管であり、前記メンブレンパネルのフィンの炉外側外壁面の温度である炉外フィン温度を計測するための炉外フィン温度計測手段と、前記炉外フィン温度に基づいて前記冷却管の炉内側外壁面の温度である炉内冷却管温度を演算するための炉内冷却管温度演算手段と、をさらに備え、前記炉内冷却管温度を前記伝熱管温度として使用する。【００２０】
また、好ましくは、前記伝熱管温度は、前記伝熱管の軸線方向に沿って連続的に取得される。【００２１】
また、好ましくは、前記伝熱管温度は、前記ボイラの火炉壁の全面にわたって取得される。【００２２】
また、好ましくは、前記伝熱管温度は、光ファイバまたは赤外線カメラを用いて取得される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ボイラの伝熱管の寿命をボイラ運転中にリアルタイムで推定できる
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ボイラの伝熱管の伝熱を示した図。
【図２】（ａ）は、ボイラの伝熱管のスケール厚さと相当熱伝達係数の関係を示した図、（ｂ）は、ボイラの伝熱管の伝熱管温度と相当熱伝達係数の関係を示した図。
【図３】本発明の第一の実施形態による伝熱管寿命推定システムの概略構成を示したブロック図。
【図４】図３に示した伝熱管寿命推定システムにおける伝熱管温度計測手段の一例を説明するための模式図。
【図５】図３に示した伝熱管寿命推定システムにおける伝熱管温度計測手段の一例を説明するための模式図。
【図６】図３に示した伝熱管寿命推定システムにおける伝熱管温度計測手段の一例を説明するための模式図。
【図７】図３に示した伝熱管寿命推定システムにおける炉外フィン温度計測手段および炉内冷却管温度演算手段の一例を説明するための模式図。
【図８】図３に示した伝熱管寿命推定システムにおける炉内冷却管温度演算手段の一例を説明するためのグラフ。
【図９】図３に示した伝熱管寿命推定システムにおける伝熱管温度時間変化曲線較正手段の一例を説明するためのグラフ。
【図１０】図３に示した伝熱管寿命推定システムにおける伝熱管温度時間変化曲線較正手段の一例を説明するためのグラフ。
【図１１】図３に示した伝熱管寿命推定システムにおけるクリープ寿命予測手段の一例を説明するためのグラフ。
【図１２】図３に示した伝熱管寿命推定システムにおけるクリープ寿命予測手段の予測結果の表示方法の一例を示した模式図。
【図１３】本発明の第二の実施形態による伝熱管寿命推定システムの概略構成を示したブロック図。
【図１４】図１３に示した伝熱管寿命推定システムにおける相当熱伝達係数演算手段の一例を説明するためのグラフ。
【図１５】図１３に示した伝熱管寿命推定システムにおける相当熱伝達係数時間変化曲線較正手段の一例を説明するためのグラフ。
【図１６】図１３に示した伝熱管寿命推定システムにおける相当熱伝達係数時間変化曲線較正手段の一例を説明するためのグラフ。
【図１７】本発明の第三の実施形態による伝熱管寿命推定システムの概略構成を示したブロック図
【図１８】図１７に示した伝熱管寿命推定システムにおけるスケール厚さ演算手段の一例を説明するためのグラフ。
【図１９】図１７に示した伝熱管寿命推定システムにおけるスケール厚さ時間変化曲線較正手段の一例を説明するためのグラフ。
【図２０】図１７に示した伝熱管寿命推定システムにおけるスケール厚さ時間変化曲線較正手段の一例を説明するためのグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の第一の実施形態による伝熱管寿命推定システムについて、図面を参照して説明する。本実施形態による伝熱管寿命推定システムは、ボイラの火炉壁（メンブレンパネル）の水管や過熱器管などの伝熱管の寿命を推定するものである。
【００２６】
図３に示したように、本実施形態による伝熱管寿命推定システム１は、伝熱管の外壁面の温度である伝熱管温度を測定するための伝熱管温度計測手段２を備えている。
【００２７】
伝熱管温度計測手段２は、特にその種類を問わないが、例えば熱電対、光ファイバ、赤外線カメラなどを使用することができる。図４は、ボイラのメンブレンパネル２０に温度計測用の光ファイバ２１を敷設した様子を示している。光ファイバ２１は、メンブレンパネル２０の冷却管（伝熱管）２２同士を連結するフィン２３に敷設されている。これにより、冷却管２２の軸線方向に沿って連続的に伝熱管温度を計測することができる。
【００２８】
また、図５に示したように、温度計測用の光ファイバ２１をボイラ２４の火炉壁の全面にわたって敷設することにより、伝熱管温度を火炉壁の全面にわたって計測することができる。或いは、図６に示したように、赤外線カメラ２５を用いてボイラ２４の火炉壁の全面にわたって温度計測を行うようにしても良い。
【００２９】
本実施形態における伝熱管温度計測手段２は、図３および図７に示したように、メンブレンパネル２０のフィン２３の炉外側外壁面に設けた光ファイバなどから成る炉外フィン温度計測手段３と、炉外フィン温度計測手段３で計測された炉外フィン温度に基づいて、冷却管２２の炉内側外壁面の温度である炉内冷却管温度（図７における符号２６の位置の温度）を演算するための炉内冷却管温度演算手段４とを含んでいる。
【００３０】
本発明者は、ＦＥＭ解析を行い、ボイラ２４のメンブレンパネル２０の炉外フィン温度と炉内冷却管温度とは線形関係にあることを見出した。図８は、炉外フィン温度と炉内冷却管温度との関係の一例を示している。冷却管２２内へのスケールの堆積などに起因して、炉外フィン温度および炉内冷却管温度が上昇するが、両者の関係は線形となることがわかった。
【００３１】
したがって、図８に示したような炉内冷却管温度と炉外フィン温度との関係を、型式に応じて予め取得しておけば、炉内冷却管温度を直接的に計測しなくても、炉外フィン温度の計測値から炉内冷却管温度を求めることができる。
【００３２】
このように炉内ではなく炉外で温度計測を行うことができるので、温度計に要求される耐熱性のレベルを軽減することができる。また、炉内計測に比べ、計測データの長期信頼性、安定性も高い。
【００３３】
冷却管２２の温度は、前記のとおり、スケールが付着し、例えばそのスケール厚さが増加するにつれて上昇し、またスケールはボイラの運転時間の経過とともに増加するため、ボイラの運転時間の経過と冷却管２２の上昇温度とは対応関係にある。
【００３４】
一方、スケールにおける伝熱性能は、スケールの厚さ・付着速度、密度、熱伝導率によって異なるため、冷却管２２の温度上昇は、見かけ上の運転時間により一義的に求めることはできない。
【００３５】
しかし、スケール厚さの時間変化曲線は、ボイラの運転条件に変化がなければ、曲線形状は実質的に変化しない。すなわち、サイトや運転条件が異なる場合でも、グラフの横軸（時間軸）が伸縮するのみであり、曲線形状は実質的に変化しない。
【００３６】
この結果、冷却管２２の温度上昇も、ボイラの運転条件に変化がなければ、グラフの横軸（時間軸）が伸縮するのみであり、曲線形状は実質的に変化せず、ボイラの運転時間の累積時間に対する変化は、同一傾向により増加する（図９）。
現時点における伝熱管２２の温度は、測定された炉外フィン２３の温度を用いて演算により（図３の伝熱管温度計測手段２）により算出され、算出された現時点における伝熱管２２の時間変化曲線におけるグラフ横軸を補正（キャリブレーション）することができる。
【００３７】
図３に示した伝熱管温度時間変化曲線較正手段７−１は、上述の方法により、伝熱管温度時間変化曲線基準データベース８−１から取得した伝熱管温度時間変化曲線のデータ（ベースラインカーブ）を較正するものである。すなわち、図９に示すように、伝熱管温度から、運転時間に基づくパラメータにおける参照時間が演算できるので、この参照時間に基づいて、図１０に示したように伝熱管温度時間変化曲線におけるグラフ横軸を補正する。伝熱管の時間変化曲線が補正されたので、将来の伝熱管温度を精度良く予測することができる。
【００３８】
図３に示した伝熱管温度推移予測手段９は、図１０に示した較正後の相当熱伝達係数時間変化曲線に基づいて伝熱管温度の推移を予測するものである。
【００３９】
図３に示したクリープ寿命予測手段１０は、図１１に示したように、伝熱管温度推移予測手段９により得られた伝熱管温度の推移予測データに基づいて、温度履歴によるクリープ損傷量を算出し、伝熱管のクリープ寿命を予測する。
【００４０】
クリープ寿命予測手段１０により得られたボイラ各箇所のクリープ寿命の予測結果は、図１２に示したようにコンターなど視認性の高い表示とすることもできる。
【００４１】
以上述べたように、本実施形態による伝熱管寿命推定システム１によれば、リアルタイムに測定された伝熱管の温度を用いて、将来の伝熱管温度の推移を予測し、温度推移に基づいてクリープ寿命をリアルタイムで精度良く予測することができる。
【００４２】
また、伝熱管のメタル表面温度の計測をリアルタイムに行い、その測定温度に基づき、相当熱伝達係数の時間変化曲線を逐次補正することができるので、伝熱管の将来のメタル表面温度の予測性能が向上する。
【００４３】
次に、本発明の第二の実施形態による伝熱管寿命推定システムについて、図面を参照して説明する。第二の実施形態の説明においては、第一の実施形態と異なる又は追加の部分を中心に説明し、重複している部分は省略ないし簡略化して説明することがある。
【００４４】
図１３に示したように、本実施形態による伝熱管寿命推定システム１は、伝熱管の外壁面の温度である伝熱管温度を測定するための伝熱管温度計測手段２を備えている。
【００４５】
伝熱管温度計測手段２として、例えば熱電対、光ファイバ、赤外線カメラなどを使用することができることは第一の実施形態と同様である。
【００４６】
本実施形態における伝熱管温度計測手段２も、第一の実施形態と同様に、図１３および図７に示したように、メンブレンパネル２０のフィン２３の炉外側外壁面に設けた光ファイバなどから成る炉外フィン温度計測手段３と、炉外フィン温度計測手段３で計測された炉外フィン温度に基づいて、冷却管２２の炉内側外壁面の温度である炉内冷却管温度（図７における符号２６の位置の温度）を演算するための炉内冷却管温度演算手段４とを含んでいる。
【００４７】
このように、第二の実施形態においても、炉内ではなく炉外で温度計測を行うことができるので、温度計に要求される耐熱性のレベルを軽減することができる。また、炉内計測に比べ、計測データの長期信頼性、安定性も高い。
【００４８】
また、メンブレンパネル２０の冷却管２２や過熱器管などの伝熱管の伝熱性能は、管内を流れる水と管表面との間における見かけの熱伝達（スケールの熱伝導を含む）に関する相当熱伝達係数heとして表現できる。
【００４９】
ここで、メンブレンパネル２０の冷却管２２内の水温を、飽和温度と仮定すれば、伝熱管のメタル表面温度と相当熱伝達係数heとの関係を有限要素解析などにより算出することができ、両者の関係を予め把握しておくことができる。
【００５０】
したがって、伝熱管のメタル表面温度を計測すれば、予め把握しておいた伝熱管のメタル表面温度と相当熱伝達係数heとの関係から、相当熱伝達係数heを推定することができる。
【００５１】
図１３に示した相当熱伝達係数演算手段５は、上述の方法により相当熱伝達係数heを演算するものである。すなわち、図１４に示したように、相当熱伝達係数演算手段５は、伝熱管の外壁面の温度である伝熱管温度に基づいて、伝熱管の内部の相当熱伝達係数heを演算する。
【００５２】
ところで、見かけの熱伝達である相当熱伝達係数heは、主としてスケールの熱伝導率と厚さによって決定できる。スケールの熱伝導率は、ボイラの種類や水質、生成温度などの影響を受けるため、サイトごとに異なるが、ここでは、経験に基づき、スケールの熱伝導率として平均的（妥当）な値を仮決めすれば、スケール厚さと相当熱伝達係数heとは一対一に対応する。
【００５３】
スケール厚さの時間変化は、サイトや運転条件、水質などによりスケール成長速度が変化するが、ボイラの運転条件に変化がなければ、曲線形状は実質的に変化しない。すなわち、サイトや運転条件が異なる場合でも、グラフの横軸が伸縮するのみであり、曲線形状は実質的に変化しない。
【００５４】
したがって、相当熱伝達係数heも、スケール厚さの時間変化（スケール成長速度）と同様に、ボイラの運転条件に変化がなければ、ボイラの運転の累積時間に対する変化は、同一傾向により増加する（図１５）。
【００５５】
現時点における相当熱伝達係数の値は、測定された伝熱管温度を用いて図１４に基づき算出され、算出された現時点における相当熱伝達係数の時間変化曲線におけるグラフ横軸を補正（キャリブレーション）することができる。
【００５６】
図１３に示した相当熱伝達係数時間変化曲線較正手段７−２は、上述の方法により、相当熱伝達係数時間変化曲線基準データベース８−２から取得した相当熱伝達係数時間変化曲線のデータ（ベースラインカーブ）を較正するものである。すなわち、図１５に示したように、相当熱伝達係数から、運転時間に基づくパラメータにおける参照時間が演算できるので、この参照時間に基づいて、図１６に示したように相当熱伝達係数変化曲線におけるグラフ横軸を補正する。相当熱伝達係数の時間変化曲線が補正されたので、将来の相当熱伝達係数を精度良く予測することができる。
【００５７】
図１３に示した伝熱管温度推移予測手段９は、図１６に示した較正後の相当熱伝達係数時間変化曲線に基づいて伝熱管温度の推移を予測するものである。
【００５８】
図１３に示したクリープ寿命予測手段１０は、図１６に示したように、伝熱管温度推移予測手段９により得られた伝熱管温度の推移予測データに基づいて、温度履歴によるクリープ損傷量を算出し、伝熱管のクリープ寿命を予測する。
【００５９】
クリープ寿命予測手段１０により得られたボイラ各箇所のクリープ寿命の予測結果は、図１２に示したようにコンターなど視認性の高い表示とすることもできる。
【００６０】
以上述べたように、本実施形態による伝熱管寿命推定システム１によれば、リアルタイムに測定された伝熱管の温度を用いて、将来の相当熱伝達係数heの推移を予測し、有限要素解析などから求めた伝熱管のメタル表面温度と相当熱伝達係数heとの関係より、伝熱管の将来のメタル表面温度がどのように推移し、温度推移に基づいてクリープ寿命をリアルタイムで精度良く予測することができる。
【００６１】
また、伝熱管のメタル表面温度の計測をリアルタイムに行い、その測定温度に基づき、相当熱伝達係数の時間変化曲線を逐次補正することができるので、伝熱管の将来のメタル表面温度の予測性能が向上する。
【００６２】
次に、本発明の第三の実施形態による伝熱管寿命推定システムについて、図面を参照して説明する。第三の実施形態の説明では、第一又は第二の実施形態と異なる又は追加の部分を中心に説明し、第一又は第二の実施形態と共通する内容について、省略又は簡略化して説明することがある。
【００６３】
前記のとおり、スケール厚さと相当熱伝達係数heとは一対一の関係にあり、相当熱伝達係数によりスケール厚さは一義的に定まることを利用して、図１７に示したスケール厚さ演算手段６は、第二の実施形態と同様な方法により算出した相当熱伝達係数を用いてスケールの厚さを演算するものである。すなわち、図１８に示したように、相当熱伝達係数演算手段５で得られた相当熱伝達係数heに基づいて、伝熱管内のスケールの厚さを演算する。
【００６４】
スケール厚さの時間変化曲線は、ボイラの運転条件に変化がなければ連続的に変化する。スケール厚さの時間変化曲線は、サイトや運転条件、水質などによりスケール成長速度が変化するが、曲線形状は実質的に変化しない。すなわち、グラフの横軸が伸縮するのみである。
【００６５】
この時点では、現在時刻におけるスケール厚さが推定されているので、スケール厚さの時間変化曲線におけるグラフ横軸を補正（キャリブレーション）することができる。
【００６６】
図１７に示したスケール厚さ時間変化曲線較正手段７−３は、上述の方法により、スケール厚さ時間変化曲線基準データベース８−３から取得したスケール厚さ時間変化曲線のデータ（ベースラインカーブ）を較正するものである。すなわち、図１９に示したように、スケール厚さから、運転時間に基づくパラメータにおける参照時間が演算できるので、この参照時間に基づいて、図２０に示したようにスケール厚さ時間変化曲線におけるグラフ横軸を補正する。スケール厚さの時間変化曲線が補正されたので、将来のスケール厚さを精度良く予測することができる。
【００６７】
図１７に示した伝熱管温度推移予測手段９は、図２０に示した較正後のスケール厚さ時間変化曲線に基づいて伝熱管温度の推移を予測するものである。
【００６８】
図１７に示したクリープ寿命予測手段１０は、図１１に示したように、伝熱管温度推移予測手段９により得られた伝熱管温度の推移予測データに基づいて、温度履歴によるクリープ損傷量を算出し、伝熱管のクリープ寿命を予測する。
【００６９】
クリープ寿命予測手段１０により得られたボイラ各箇所のクリープ寿命の予測結果は、図１２に示したようにコンターなど視認性の高い表示とすることもできる。
【００７０】
以上述べたように、第三の実施形態による伝熱管寿命推定システム１によれば、スケール厚さと相当熱伝達係数heとの関係から、将来の相当熱伝達係数heの推移を予測し、有限要素解析などから求めた伝熱管のメタル表面温度と相当熱伝達係数heとの関係より、伝熱管の将来のメタル表面温度がどのように推移し、温度推移に基づいてクリープ寿命をリアルタイムで精度良く予測することができる。
【００７１】
また、伝熱管のメタル表面温度の計測を繰り返すことにより、スケール厚さの時間変化曲線を逐次補正することができるので、伝熱管の将来のメタル表面温度の予測性能が向上する。
【００７２】
ところで、スケールの熱伝導率は前述の通り平均的（妥当）な値を仮決めして検討を進めていたが、ボイラの定期検査では、スケール厚さを計測することがある。
【００７３】
そこで、定期検査によりスケール厚さの実測値が得られたならば、図１７に示したスケール熱伝達率演算手段１１により、以下の手順によりスケールの熱伝達係数を決定する。
【００７４】
・定期検査直前の運転時に計測された伝熱管のメタル温度から管内の相当熱伝達係数heを算出する。
【００７５】
・実測されたスケール厚さと、算出された相当熱伝達係数heとを、両者の関係図にプロットする。
【００７６】
・スケール厚さと相当熱伝達係数heとの関係を示す線が、当該プロットを通過するように熱伝達係数を決める。
【００７７】
以上により、対象サイトにおけるスケールの熱伝達係数が計測されるため、伝熱管の将来のメタル表面温度の予測精度がさらに向上する。
【００７８】
以上述べたように本実施形態による伝熱管寿命推定システムによれば、ボイラの伝熱管の寿命を、運転を継続しながらリアルタイムで精度良く推定することができる。
【００７９】
本システムを搭載したボイラは、伝熱管の寿命到達タイミングを事前に把握できるため、メンテナンスや修理を計画的に行えるようになる。
【００８０】
また、伝熱管のクリープ寿命の推定結果をコンターに表示することにより、危険状態の分布を視覚的に早急に知らせることができる。
【００８１】
また、伝熱管温度の計測を広範囲にわたって行うことにより、従来の予測範囲内における寿命推定に加えて、事前に予測困難な異常発生部位にも柔軟に対応することが可能となる。
【００８２】
このため、海上等の遠隔地に設置され、緊急な補修が困難な場合でも、操業停止期間を極小化していくことが可能となる。
【符号の説明】
【００８３】
１  伝熱管寿命推定システム
２  伝熱管温度計測手段
３  炉外フィン温度計測手段
４  炉内冷却管温度演算手段
５  相当熱伝達係数演算手段
６  スケール厚さ演算手段
７−１  伝熱管温度時間変化曲線較正手段
７−２  相当熱伝達係数時間変化曲線較正手段
７−３  スケール厚さ時間変化曲線較正手段
８−１  伝熱管温度時間変化曲線基準データベース
８−２  相当熱伝達係数時間変化曲線基準データベース
８−３  スケール厚さ時間変化曲線基準データベース
９  伝熱管温度推移予測手段
１０  クリープ寿命予測手段
１１  スケール熱伝達率演算手段
２０  メンブレンパネル
２１  光ファイバ
２２  冷却管
２３  フィン
２４  ボイラ
２５  赤外線カメラ
２６  炉内冷却管温度の計測位置
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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