(57)【要約】【課題】  ボイラ伝熱管におけるスケールの状態を正確に予測することができるスケール状態予測方法及びその装置、及び、ボイラ伝熱管の状態予測方法及びその装置を提供することを目的とする。【解決手段】  ボイラ伝熱管状態予測装置１１を、スケール状態予測装置１２と、スケール状態予測装置１２によって得られたスケール状態の情報に基づいて、ボイラ伝熱管の温度予測とクリープ破断時期予測とを行う伝熱管状態予測手段１３とを有する構成とする。スケール状態予測装置１２を、スケールの構造を決定し、スケール構造に基づいてその成長、及び応力を受けることにより生じる構造破壊の進行をシミュレートするシミュレート手段１６と、シミュレート手段１６のシミュレーションによって得た前記構造破壊の進行過程の情報に基づいて、実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期を予測する剥離時期予測手段１７とを有する構成とする。【選択図】      図２
2005156086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ伝熱管に生じるスケールの状態を予測するスケール状態予測方法であって、
前記スケールの構造を決定し、
該スケール構造に基づいてその成長、及び応力を受けることにより生じる構造破壊の進行をシミュレートし、
このシミュレーションによって得た前記構造破壊の進行過程の情報に基づいて、実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期を予測することを特徴とするスケール状態予測方法。
【請求項２】
前記スケール構造を粒界モデルで表し、
該粒界モデルに応力を加えるシミュレーションを行うことによって前記スケール構造の破壊の進行をシミュレートすることを特徴とする請求項１記載のスケール状態予測方法。
【請求項３】
前記スケール構造の一部の変態についても前記シミュレーションの要素として用いることを特徴とする請求項１または２に記載のスケール状態予測方法。
【請求項４】
前記スケール構造の結晶構造の変化についても前記シミュレーションの要素として用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスケール状態予測方法。
【請求項５】
前記スケール構造のシミュレーションにて、前記スケール構造中でのボイドの発生及び成長と、前記スケールと前記ボイラ伝熱管との間でのボイドの発生及び成長とのうちの、少なくともいずれか一方をシミュレートすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスケール状態予測方法。
【請求項６】
前記シミュレーションに用いる要素の情報として、実際に使用中のボイラ伝熱管から得たスケールの状態の情報に基づいて前記シミュレーションを行うことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスケール状態予測方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のスケール状態予測方法によって得たスケール状態の情報に基づいて、前記ボイラ伝熱管の温度予測と前記クリープ破断時期予測のうちの少なくともいずれか一方を行うことを特徴とするボイラ伝熱管状態予測方法。
【請求項８】
ボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期を予測するスケール状態予測装置であって、
前記スケールの構造を決定し、該スケール構造に基づいてその成長、及び応力を受けることにより生じる構造破壊の進行をシミュレートするシミュレート手段と、
該シミュレート手段のシミュレーションによって得た前記構造破壊の進行過程の情報に基づいて、実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期を予測する剥離時期予測手段とを有していることを特徴とするスケール状態予測装置。
【請求項９】
ボイラ伝熱管の状態を予測するボイラ伝熱管状態予測装置であって、
請求項８記載のスケール状態予測装置と、
該スケール状態予測装置によって得られたスケール状態の情報に基づいて、前記ボイラ伝熱管の温度予測と前記クリープ破断時期予測とのうちの少なくともいずれか一方を行う伝熱管状態予測手段とを有していることを特徴とするボイラ伝熱管状態予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケール状態予測方法、ボイラ伝熱管状態予測方法、及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ設備において流体の熱交換に用いられるボイラ伝熱管の内壁には、流体と接触することによりスケールが発生する。
このスケールが成長することで、ボイラ伝熱管の伝熱が阻害されて高温となり、ボイラ伝熱管にクリープ現象による損傷が生じやすくなる。
そこで、ボイラ伝熱管の破損を未然に防止することができるよう、ボイラ伝熱管の寿命予測を行う技術が求められている。
【０００３】
ボイラ伝熱管の寿命予測の方法としては、例えば、後記の特許文献１に記載のボイラ伝熱管の寿命診断方法がある。
このボイラ伝熱管の寿命診断方法は、多数のボイラ伝熱管の管内面に発生した水蒸気酸化スケールの厚さを非破壊試験により計測して、最もスケール厚さの大きい管を代表管として抽出し、この代表管から寿命を診断するものである。
そして、具体的な寿命診断は、代表管の一部を切り出して、引張試験、高度計測、顕微鏡観察や材料の組成分析、等を実施することによって行う。
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１１０００６号公報（段落［００１７］，及び図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ボイラ設備において生じる諸問題は、実際には、スケールの厚さのみならず、スケールの剥離（浮き上がりも含む）によって引き起こされる。
例えば、ボイラ伝熱管とスケールとの間、もしくはスケール内に隙間が形成されると（いわゆるスケールの浮き上がりが生じると）、ボイラ伝熱管における伝熱阻害を大幅に加速してボイラ伝熱管の温度上昇を引き起こすので、ボイラ伝熱管の寿命を著しく縮める要因となる。
また、スケールが完全に剥離してボイラ伝熱管から脱落すると、ボイラ伝熱管において剥離位置の下流側での詰まりを招いて、ボイラ伝熱管の内圧上昇やこれによるボイラ伝熱管の噴破の要因となる他、剥離位置の後流側にある部材(例えばタービン翼等)にエロージョンを生じさせる要因となる。
すなわち、ボイラ設備の健全な運用のためには、スケールの厚さだけでなく、スケールの剥離も含めたスケールの状態を把握する必要がある。
しかし、特許文献１は、スケールの厚さのみに着目していて、スケールの剥離がトラブルの要因となるということについての知見がない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ボイラ伝熱管におけるスケールの状態を正確に予測することができるスケール状態予測方法及びその装置、及び、ボイラ伝熱管の状態予測方法及びその装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のスケール状態予測方法、ボイラ伝熱管状態予測方法、スケール状態予測装置、ボイラ伝熱管状態予測装置、は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるスケール状態予測方法は、ボイラ伝熱管に生じるスケールの状態を予測するスケール状態予測方法であって、前記スケールの構造を決定し、該スケール構造に基づいてその成長、及び応力を受けることにより生じる構造破壊の進行をシミュレートし、このシミュレーションによって得た前記構造破壊の進行過程の情報に基づいて、実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期を予測することを特徴とする。
【０００８】
このスケール状態予測方法では、スケール（例えば水蒸気酸化スケール）の構造に着目して、その構造破壊のメカニズムをシミュレートすることによって、構造破壊の進行過程の情報を得る。
ここで、スケールが受ける応力としては、スケール自体が受ける熱応力や、ボイラ伝熱管とスケールとの熱膨張率の差から生じる応力等がある。
そして、このようにして得た構造破壊の進行過程の情報に基づいて、実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの状態を予測して、スケールの剥離（完全な剥離だけでなく浮き上がりも含む）の生じる時期を予測する。
【０００９】
このように、本発明にかかるスケール状態予測方法では、上記のようにスケールの構造破壊のメカニズムをシミュレートすることによって得た構造破壊の進行過程の情報に基づいてスケールの状態を予測するので、スケールの剥離時期を正確に予測することができる。
【００１０】
また、このスケール状態予測方法では、シミュレーションによって得た情報に基づいて実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの状態を予測するので、非破壊で、かつボイラ設備を停止させることなく、ボイラ伝熱管のスケール状態を予測することができる。
【００１１】
本発明にかかるスケール状態予測方法は、請求項１記載のスケール状態予測方法であって、前記スケール構造を粒界モデルで表し、該粒界モデルに応力を加えるシミュレーションを行うことによって前記スケール構造の破壊の進行をシミュレートすることを特徴とする。
【００１２】
本発明者らが実際にボイラ伝熱管に生じるスケールの構造を解析したところ、スケールは結晶構造を有しており、スケールの剥離は、結晶構造中の結晶粒界の損傷によって生じるということがわかった。
このスケール状態予測方法では、上記の知見に基づいて、スケールの構造を粒界モデルとして表し、実際のスケールの構造破壊のメカニズムである、結晶粒界の損傷をシミュレートしている。
すなわち、このスケール状態予測方法では、より実際のスケール構造の破壊メカニズムに忠実なシミュレーションを行うので、スケール状態の予測精度が高い。
【００１３】
本発明にかかるスケール状態予測方法は、請求項１または２に記載のスケール状態予測方法であって、前記スケール構造の一部の変態についても前記シミュレーションの要素として用いることを特徴とする。
【００１４】
本発明者らが実際にボイラ伝熱管に生じるスケールの構造を解析したところ、スケールにおいて流体との接触面側では、変態が生じていることがわかった。
例えば、ボイラ伝熱管が９Ｃｒ（クローム）鋼（Ｃｒ含有量９ｗｔ％）、２Ｃｒ鋼（Ｃｒ含有量２ｗｔ％）等の低合金鋼からなる場合には、主にマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）から構成されるスケールが生じる。そして、このスケールにおいて流体と接触する側では、マグネタイトが変態して、より酸素原子の含有量が多いヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）となる。
これは、スケールにおいて流体との接触面側では、ボイラ伝熱管との境界面側に比べて酸素濃度が高く酸化がより進行しやすいためと考えられる。すなわち、スケールにおいて流体との接触面側では、他の領域に比べてより多くの酸素と結合しやすいために、スケールの変態が生じるものと考えられる。
【００１５】
このようにスケール構造の一部に変態が生じると、変態によってスケール構造に生じたひずみや、変態した部分と変態していない部分との間の物性の差（熱膨張率の差やヤング率の差）等が影響して、変態を考慮せずに行ったスケール状態のシミュレーション結果と実際のスケール状態との間に差が生じる。
【００１６】
このスケール状態予測方法では、上記の知見に基づいて、スケール構造の一部の変態についてもシミュレーションの要素として用いる。
すなわち、このスケール状態予測方法では、より実際のスケール構造に忠実なシミュレーションを行うので、スケール状態の予測精度が高い。
【００１７】
本発明にかかるスケール状態予測方法は、請求項１から３のいずれかに記載のスケール状態予測方法であって、前記スケール構造の結晶構造の変化についても前記シミュレーションの要素として用いることを特徴とする。
【００１８】
ここで、本発明者らは、実験等により、スケールの発生原理は一つだけではなく、複数あるという知見を得た。
具体的には、スケールは、ボイラ伝熱管を構成する金属内に流体からの酸素が拡散してボイラ伝熱管を構成する金属が酸化されることによって生じるものと、ボイラ伝熱管から流体側に金属成分が拡散してこの金属成分が酸化されることによって生じるものとがある、ということがわかった。これは、スケールが、ボイラ伝熱管の元の表面上に形成されるだけでなく、ボイラ伝熱管の元の表面よりも厚さ方向内側にも形成されることからも明らかである。
【００１９】
また、本発明者らは、スケールにおいて流体側とボイラ伝熱管側とでは、結晶構造が異なる場合がある、という知見を得た。
例えば、ボイラ伝熱管が９Ｃｒ鋼等の低合金鋼からなる場合には、スケールにおいて流体との接触面側は主に柱状結晶によって構成され、ボイラ伝熱管との境界面側では主に粒状結晶によって構成されることがわかった。このように結晶構造の違いが生じるのは、以下の理由によるものと考えられる。
【００２０】
ボイラ伝熱管を構成する金属中のＦｅ（鉄）が流体側に拡散することで、ボイラ伝熱管の元の表面上には酸化鉄（主にマグネタイト）の結晶が成長して、酸化鉄の結晶からなるスケールが形成される。一方、このようにＦｅが拡散することで、ボイラ伝熱管内には拡散したＦｅと結合していたＣｒが残されることとなる。
そして、Ｆｅの拡散が進行していくにつれて、ボイラ伝熱管にはＣｒの濃度の高い層（高Ｃｒ層Ｃｒ）が形成される。このＣｒ濃度の高い層においても、流体から拡散した酸素による酸化が生じるので、この層ではＦｅとＣｒとのスピネル構造からなるスケールが形成される。
【００２１】
そして、従来、スケールの剥離は、ボイラ伝熱管との境界部分で生じると思われていたが、本発明者らは、実験等により、スケールの剥離は、スケール内部の構造が破壊されることによって生じる場合もある、という知見を得た。
すなわち、前記のようにスケールにおいて流体側とボイラ伝熱管側とで結晶構造が異なる場合には、スケールの剥離は、スケール内部で生じる場合がある、との知見を得た。
具体的には、このようにスケールの厚さ方向に結晶構造の違いが生じることにより、結晶構造の境界部分（柱状結晶部分と粒状結晶部分との境界）で結晶粒界の破壊が生じて、スケールの剥離が生じる。
【００２２】
このスケール状態予測方法では、上記の知見に基づいて、スケール構造の結晶構造の変化についてもシミュレーションの要素として用いる。
すなわち、このスケール状態予測方法では、より実際のスケール構造に忠実なシミュレーションを行うので、スケール状態の予測精度が高い。
【００２３】
本発明にかかるスケール状態予測方法は、請求項１から４のいずれかに記載のスケール状態予測方法であって、前記スケール構造のシミュレーションにて、前記スケール構造中でのボイドの発生及び成長と、前記スケールと前記ボイラ伝熱管との間でのボイドの発生及び成長とのうちの、少なくともいずれか一方をシミュレートすることを特徴とする。
【００２４】
本発明者らが実際にボイラ伝熱管に生じるスケールの構造を解析したところ、スケールの剥離は、スケール構造中や、スケールとボイラ伝熱管との間にボイドが発生し、このボイドが成長することによって生じるということがわかった。
このボイドは、以下の理由によって生じるものと考えられる。
【００２５】
前述したボイラ伝熱管からのＦｅの拡散によって、スケールにおいてボイラ伝熱管側、またはボイラ伝熱管自体の内周面には、Ｃｒ濃度の高い層や、ＦｅとＣｒとのスピネル構造層とが形成される。
Ｃｒ濃度の高い層やＦｅとＣｒとのスピネル構造層は、いずれもＦｅの通過を阻害するので、これらの層よりも流体側には、Ｆｅが移動しにくい。しかし、これらの層よりも流体側では、Ｆｅが流体側へ比較的自由に移動できる。このため、これらの層の流体側では、Ｆｅが欠乏することになり、ボイドが発生する。
【００２６】
このスケール状態予測方法では、上記の知見に基づいて、スケール構造中でのボイドの発生及び成長と、スケールとボイラ伝熱管との間でのボイドの発生及び成長とのうちの少なくともいずれか一方をシミュレートしている。
すなわち、このスケール状態予測方法では、より実際のスケール構造の破壊に忠実なシミュレーションを行うので、スケール状態の予測精度が高い。
【００２７】
本発明にかかるスケール状態予測方法は、請求項１から５のいずれかに記載のスケール状態予測方法であって、前記シミュレーションに用いる要素の情報として、実際に使用中のボイラ伝熱管から得たスケールの状態の情報に基づいて前記シミュレーションを行うことを特徴とする。
【００２８】
このスケール状態予測方法では、実際に使用中のボイラ伝熱管から得たスケールの状態の情報に基づいてシミュレーションを行う。
すなわち、このスケール状態予測方法では、現在稼動中のボイラ設備のボイラ伝熱管について、正確なスケール状態の予測を行うことができる。
【００２９】
本発明にかかるボイラ伝熱管状態予測方法は、請求項１から６のいずれかに記載のスケール状態予測方法によって得たスケール状態の情報に基づいて、前記ボイラ伝熱管の温度予測と前記クリープ破断時期予測のうちの少なくともいずれか一方を行うことを特徴とする。
【００３０】
このボイラ伝熱管状態予測方法では、高精度なスケール状態の予測に基づいて、前記ボイラ伝熱管の温度予測と前記クリープ破断時期予測のうちの少なくともいずれか一方を行うので、ボイラ伝熱管の温度の予測精度や、クリープ破断時期の予測精度が高い。
また、クリープ破断の要因となるスケールの浮き上がりを、その発生前から予測するので、クリープ破断の原因段階でクリープ破断時期を予測して、適切な対処を行うことができる。
【００３１】
本発明にかかるスケール状態予測装置は、ボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期を予測するスケール状態予測装置であって、前記スケールの構造を決定し、該スケール構造に基づいてその成長、及び応力を受けることにより生じる構造破壊の進行をシミュレートするシミュレート手段と、該シミュレート手段のシミュレーションによって得た前記構造破壊の進行過程の情報に基づいて、実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期を予測する剥離時期予測手段とを有していることを特徴とする。
【００３２】
このスケール状態予測装置では、シミュレート手段によって行われるシミュレーションから得た情報に基づいて、剥離時期予測手段によって、実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期の予測が行われる。
すなわち、シミュレーションによってボイラ伝熱管に生じるスケールの状態を予測するので、非破壊で、かつボイラ設備を停止させることなく、ボイラ伝熱管のスケール状態を予測することができる。
【００３３】
ここで、このスケール状態予測装置では、例えば、請求項１から６のいずれかに記載のスケール状態予測方法を用いてスケールの状態の予測が行われる。
これにより、スケールの剥離時期をより正確に予測することができ、スケールに浮き上がりが生じる前にボイラ伝熱管のメンテナンスを行って、スケールの浮き上がりや完全な剥離に由来する不具合の発生を未然に防ぐことができる。
【００３４】
本発明にかかるボイラ伝熱管状態予測装置は、ボイラ伝熱管の状態を予測するボイラ伝熱管状態予測装置であって、請求項８記載のスケール状態予測装置と、該スケール状態予測装置によって得られたスケール状態の情報に基づいて、前記ボイラ伝熱管の温度予測と前記クリープ破断時期予測とのうちの少なくともいずれか一方を行う伝熱管状態予測手段とを有していることを特徴とする。
【００３５】
このボイラ伝熱管状態予測装置では、伝熱管状態予測手段によるボイラ伝熱管の温度予測とクリープ破断時期予測とのうちの少なくともいずれか一方が、本発明にかかるスケール状態予測装置による高精度なスケール状態の予測に基づいて行われるので、ボイラ伝熱管の温度の予測精度や、クリープ破断時期の予測精度が高い。
また、シミュレーションに基づいてボイラ伝熱管の状態を予測するので、非破壊で、かつボイラ設備を停止させることなく、ボイラ伝熱管の状態を予測することができる。
また、クリープ破断の要因となるスケールの浮き上がりを、その発生前から予測するので、クリープ破断の原因段階でクリープ破断を予測して、適切な対処を行うことができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明にかかるスケール状態予測方法では、スケールの剥離時期を正確に予測することができる。
これにより、スケールに浮き上がりや完全な剥離が生じる前にボイラ伝熱管のメンテナンスを行って、スケールの浮き上がりや完全な剥離に由来する不具合の発生を未然に防ぐことができる。
また、このスケール状態予測方法では、シミュレーションによって得た情報に基づいて実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの状態を予測するので、非破壊で、かつボイラ設備を停止させることなく、ボイラ伝熱管のスケール状態を予測することができる。
【００３７】
本発明にかかるボイラ伝熱管状態予測方法によれば、高精度なスケール状態の予測に基づいて、前記ボイラ伝熱管の温度予測と前記クリープ破断時期予測のうちの少なくともいずれか一方を行うので、ボイラ伝熱管の温度の予測精度や、クリープ破断時期の予測精度が高い。
また、クリープ破断の要因となるスケールの浮き上がりを、その発生前から予測するので、クリープ破断の原因段階でクリープ破断時期を予測して、適切な対処を行うことができる。
【００３８】
本発明にかかるスケール状態予測装置によれば、シミュレーションによってボイラ伝熱管に生じるスケールの状態を予測するので、非破壊で、かつボイラ設備を停止させることなく、ボイラ伝熱管のスケール状態を予測することができる。
【００３９】
本発明にかかるボイラ伝熱管状態予測装置によれば、伝熱管状態予測手段によるボイラ伝熱管の温度予測とクリープ破断時期予測とのうちの少なくともいずれか一方が、本発明にかかるスケール状態予測装置による高精度なスケール状態の予測に基づいて行われるので、ボイラ伝熱管の温度の予測精度や、クリープ破断時期の予測精度が高い。
また、シミュレーションに基づいてボイラ伝熱管の状態を予測するので、非破壊で、かつボイラ設備を停止させることなく、ボイラ伝熱管の状態を予測することができる。
また、クリープ破断の要因となるスケールの浮き上がりを、その発生前から予測するので、クリープ破断の原因段階でクリープ破断を予測して、適切な対処を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施の形態では、本発明の構成を、図１に示す発電設備１に用いられるボイラに適用した例を示す。
【００４１】
発電設備１は、ボイラ設備２と、ボイラ設備２が発生させた高温高圧の蒸気によって駆動されるタービン３とを有している。
ボイラ設備２は、水を加熱して蒸気を発生させるボイラ６と、ボイラ６が発生させた蒸気を過熱して高温高圧の蒸気とする過熱器７とを有している。
ここで、タービン３は、高圧タービン３ａと低圧タービン３ｂとを有しており、過熱器７によって過熱されて高温高圧となった蒸気は、高圧タービン３ａに供給されて、高圧タービン３ａを駆動する動力として利用される。
また、ボイラ設備２は、高圧タービン３ａの駆動に利用された蒸気を再び過熱する再熱器８を有している。この再熱器８によって過熱されて高温高圧となった蒸気は、低圧タービン３ｂに供給されて、低圧タービン３ｂを駆動する動力として利用される。
【００４２】
タービン４の後段には、タービン４の駆動に用いられた蒸気を冷却して水に戻す復水器９と、復水器９の水をボイラ２に供給する給水ポンプＰとを有している。
すなわち、このボイラ設備２では、タービン４の駆動に用いられた蒸気は、復水器９によって水に戻されたのち、給水ポンプPによって再びボイラ６に送り込まれて、蒸気源として再利用される。
【００４３】
本発明にかかるボイラ伝熱管状態予測装置１１は、上記のボイラ設備２のうち、過熱器７に用いられるボイラ伝熱管と再熱器８に用いられるボイラ伝熱管とのうちの少なくともいずれか一方のボイラ伝熱管の状態を予測するものである。
具体的には、ボイラ伝熱管状態予測装置１１は、図２に示すように、本発明にかかるスケール状態予測装置１２と、スケール状態予測装置１２によって得られたスケール状態の情報に基づいて、ボイラ伝熱管の温度予測とクリープ破断時期予測とのうちの少なくともいずれか一方を行う伝熱管状態予測手段１３とを有している。
【００４４】
スケール状態予測装置１２は、ボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期を予測するものである。
具体的には、スケールの構造を決定し、スケール構造に基づいてその成長、及び応力を受けることにより生じる構造破壊の進行をシミュレートするシミュレート手段１６と、シミュレート手段１６のシミュレーションによって得た前記構造破壊の進行過程の情報に基づいて、実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期（浮き上がりも含む）を予測する剥離時期予測手段１７とを有している。
【００４５】
ここで、図示しないが、シミュレート手段１６は、シミュレーションに用いる情報及びシミュレーション結果を記憶する記憶装置と、記憶装置に情報を入力するための入力装置と、記憶装置に記憶された情報に基づいてシミュレーションを行う演算装置（ＣＰＵ）とを有している。
また、剥離時期予測手段１７は、スケール状態の予測に用いる情報を記憶する記憶装置と、記憶装置に情報を入力するための入力装置と、記憶装置に記憶された情報に基づいてシミュレーション結果を分析してスケール状態の予測を行う演算装置とを有している。
また、伝熱管状態予測手段１３は、ボイラ伝熱管の状態の予測に用いる情報を記憶する記憶装置と、記憶装置に情報を入力するための入力装置と、記憶装置に記憶された情報とスケール状態予測装置１２の予測とに基づいてボイラ伝熱管の状態を予測する演算装置とを有している。
【００４６】
これらシミュレート手段１６、剥離時期予測手段１７、及び伝熱管状態予測手段１３の記憶装置、入力装置、及び演算装置は、各手段でそれぞれの装置を独立して有する構成としてもよく、二つ以上の手段で同一の装置を共有する構成としてもよい。
【００４７】
このように構成されるボイラ伝熱管状態予測装置１１では、伝熱管状態予測手段１３によるボイラ伝熱管の温度予測とクリープ破断時期予測とのうちの少なくともいずれか一方が、スケール状態予測装置１２によるスケール状態の予測に基づいて行われる。
【００４８】
以下、スケール状態予測装置１２の動作の流れを、図３を用いて示す。
まず、シミュレート手段１６によって、以下のシミュレーションを行う。
始めに、スケール構造モデルの作成を行う（ステップＳ１）。
次に、このようにして作成したスケール構造に基づいて、所定時間経過後におけるその成長、及び応力を受けることにより生じる構造破壊の進行をシミュレートする（ステップＳ２）。
さらに、このシミュレーションによって得た構造破壊の進行過程の情報に基づいて、スケールの剥離についてもシミュレーションを行い（ステップＳ３）、スケールの剥離が生じたかどうかを判定する（ステップＳ４）。
【００４９】
そして、ステップＳ４にて、スケールの剥離が生じていないと判定された場合には、ステップＳ２で得た構造破壊の進行過程の情報を加味した上で、再びステップＳ１以降の処理を行う。すなわち、初回のシミュレーション段階からさらに所定時間が経過した後のスケール構造について、改めて構造破壊の進行のシミュレートを行うとともに、その時点におけるスケールの剥離の有無の判定を行う。
【００５０】
一方、ステップＳ４にてスケールの剥離が生じたと判定された場合には、ステップＳ５に移行して、シミュレート手段１６によるシミュレーションを終了する。
上記のシミュレーションにおいて、スタート時点からステップＳ５に移行するまでに経過したシミュレーション上での累積経過時間が、ボイラ設備２の運用開始時点（すなわちスケールの付着が生じていない状態）から、スケールの剥離が生じるまでにかかる時間の予想値である。
そして、剥離時期予想手段１７は、上記シミュレーション上での累積経過時間を算出して、スケールの剥離の生じる時期を算出する。
【００５１】
以下、上記各ステップＳ１〜Ｓ４について、詳細に説明する。
ステップＳ１にて行うスケール構造モデルの作成にあたっては、シミュレート手段１６には、ボイラ伝熱管に生じるスケールの実際の構造に基づいた情報が与えられ、この情報に基づいて、シミュレート手段１６によるスケール構造モデルの作成が行われる。このシミュレート手段１６では、例えば有限要素法を用いたシミュレーションが行われる。
【００５２】
具体的には、ステップＳ１では、シミュレート手段１６には、スケール構造の成長則が与えられる（図４の上側のグラフ参照）。
スケール構造の厚さｄ（詳細は後述）は、次式（１）で表される放物線則に従うことが知られており、本実施形態においても、スケール構造の成長則は次式（１）を用いている。
ｄ＝ｋｔ１／２                                                    （１）
ここで、式（１）において、ｔは時間である。また、ｋは母材Ｍの物性によって定まる定数であって、その値は実験により求められる。
なお、図４のグラフによれば、ボイラ伝熱管に供給される蒸気の温度が５５０°Ｃから６３０°Ｃの範囲内にある場合、ボイラ設備２を数万時間運転させた時点で、スケールの厚さｄが１００μｍに達する。
【００５３】
以下、実際にボイラ伝熱管に生じるスケールの詳細について述べる。
本発明者らの解析によれば、実際にボイラ伝熱管に生じるスケールは、図５のＥＢＳＰ（Electron Backscatter diffraction Pattern：後方散乱電子回折像）写真に示すように、ボイラ伝熱管の母材Ｍ上に形成される、結晶構造の異なる複数の層を有している。
具体的には、スケールは、母材Ｍ上に形成される内層スケールＳｉと、内層スケールＳｉ上に形成される外層スケールＳｏとを有している。これら内層スケールＳｉと外層スケールＳｏとは、ほぼ同一の厚さｄに形成される。
また、内層スケールＳｉは、ＦｅとＣｒとのスピネル構造（ＦｅＣｒＯ３）を有しており、外層スケールＳｏは、主にマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）層によって構成されている。
さらに、外層スケールＳｏの表面（すなわちボイラ伝熱管内を流れる蒸気に接する表面）には、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）層Ｈが形成されている。
このスケール構造の更なる理解のために、図５のＥＢＳＰ写真に示すスケール構造を、図６に模式的に示す。また、スケール構造の成長の様子を表す模式図を、図７に示す。
【００５４】
ここで、本発明者らは、実験等により、スケールの発生原理は一つだけではなく、複数あるという知見を得た。
具体的には、スケールは、ボイラ伝熱管にスケールが存在していない状態（図７（ａ）参照）から、ボイラ伝熱管を構成する金属（母材Ｍ）内に、高温高圧の蒸気からの酸素（Ｏ２２−）が拡散してボイラ伝熱管を構成する金属が酸化されることによって生じるものと、ボイラ伝熱管から蒸気側に金属成分が拡散してこの金属成分が蒸気中の酸素によって酸化されることによって生じるものとがある、ということがわかった。
これは、図６及び図７（ｂ）に示すように、スケールが、旧母材界面Ｗ（もともとのボイラ伝熱管の内面）上だけではなく、旧母材界面Ｗよりも母材Ｍ内側（厚さ方向内側）にも形成されていることからも明らかである。
【００５５】
また、本発明者らは、スケールにおいて外層スケールＳｏと内層スケールＳｉとでは、結晶構造が異なる場合がある、という知見を得た。
例えば、本実施形態で示すボイラ伝熱管は、９Ｃｒ鋼によって構成されている。このような低合金鋼からなるボイラ伝熱管では、スケールにおいて蒸気との接触面側（外層スケールＳｏ）は主に柱状結晶によって構成され、母材Ｍとの境界面側（内層スケールＳｉ）は主に粒状結晶によって構成されることがわかった。このように結晶構造の違いが生じるのは、以下の理由によるものと考えられる。
【００５６】
ボイラ伝熱管を構成する金属中のＦｅが蒸気側に拡散することで、ボイラ伝熱管の旧母材界面Ｗ上には酸化鉄（主にマグネタイト）の結晶が成長し、酸化鉄の結晶からなるスケールが形成される。このように形成されるスケールが、外層スケールＳｏを構成している。
一方、このようにＦｅが拡散することで、母材Ｍ内には拡散したＦｅと結合していたＣｒが残されることとなる。そして、Ｆｅの拡散が進行していくにつれて、母材Ｍ内にはＣｒの濃度の高い層が形成される。このＣｒ濃度の高い層においても、蒸気から拡散した酸素による酸化が生じるので、この層ではＦｅとＣｒとのスピネル構造からなるスケールが形成される。このように形成されるスケールが、内層スケールＳｉを構成している。
なお、実際には、内層スケールＳｉは均一な組成ではなく、厚み方向の一部に、局所的にＣｒ濃度の高い層Ｃｒが形成されている。
ここで、柱状結晶構造を有する外層スケールＳｏ中では、酸素はＯ２ガスとして結晶間の隙間を通過することによって拡散する。一方、粒状結晶構造を有する内層スケールＳｉ中では、酸素は酸素イオンＯ２−としてスケール中を移動することによって拡散する。
【００５７】
また、本発明者らが実際にボイラ伝熱管に生じるスケールの構造を解析したところ、スケールにおいて蒸気との接触面側では、変態が生じていることがわかった。
具体的には、スケールにおいて蒸気との接触面側では、主にマグネタイトから構成されるスケールが生じる。そして、このスケールにおいて蒸気と接触する側では、マグネタイトが変態して、より酸素原子の含有量が多いヘマタイトとなる。すなわち、外層スケールＳｏの表面には、ヘマタイト層Ｈが形成される。
これは、スケールにおいて蒸気との接触面側では、母材Ｍとの境界面側に比べて酸素濃度が高く（すなわち酸素分圧ＰＯ２が高く）、酸化がより進行しやすいためと考えられる。すなわち、スケールにおいて蒸気との接触面側では、他の領域に比べてより多くの酸素と結合しやすいために、スケールの変態が生じるものと考えられる。
ここで、図６の右辺に、スケールの厚み方向におけるＦｅ２＋の濃度を表すグラフ、及び、スケールの厚み方向における酸素分圧ＰＯ２を表すグラフを示す。
【００５８】
上記の知見に基づいて、ステップＳ１では、シミュレート手段１６には、スケールを構成する結晶の結晶粒サイズｌ、及びヘマタイト層Ｈの厚さｈの情報も与えられる。
発明者らの行った解析の結果、外層スケールＳｏを構成する結晶の結晶粒サイズをｌとすると、ｌの値の分布はほぼ正規分布に従うものと考えられる。
また、ヘマタイト層Ｈの厚さｈは、スケールの厚さｄに依存するものであって、その成長則は実験的に求められる。
【００５９】
次に、ステップＳ２，Ｓ３の説明を行う。
ステップＳ２，Ｓ３にて行うスケール構造の構造破壊の進行のシミュレーション、及びスケール剥離のシミュレーションにあたっては、シミュレート手段１６には、スケールの実際の構造破壊のメカニズムに基づいた情報が与えられる。そして、この情報に基づいて、シミュレート手段１６によるスケール構造モデルの構造破壊の進行のシミュレーション及びスケール剥離のシミュレーションが行われる。
具体的には、シミュレート手段１６には、スケールを構成する結晶の各結晶粒界の粒界破壊抵抗Ｒ（各結晶粒界の強度）、各結晶粒界に加わる破壊駆動力Ｆ、スケールに加わる外力負荷、外層スケールと母材との温度差ΔＴ、及び外層スケールの変態ひずみεの情報が与えられる。
ここで、発明者らの行った解析の結果、各結晶粒界の粒界破壊抵抗Ｒの初期値をＲ０とすると、Ｒ０の値の分布はほぼ正規分布に従うものと考えられる。
【００６０】
本発明者らが実際にボイラ伝熱管に生じるスケールの構造を解析したところ、スケールは、上記のように結晶構造を有しており、スケールの剥離（浮き上がりも含む）は、結晶構造中の結晶粒界の損傷によって生じるということがわかった。
このような結晶粒界の損傷は、例えば、ボイラ伝熱管の内圧や、ボイラ設備２の始動時や停止時などに生じる温度変化による熱応力や、スケールと母材Ｍとの熱膨張率の差によって生じる応力等によって引き起こされる。
【００６１】
さらに、従来、スケールの剥離は、ボイラ伝熱管との境界部分で生じると思われていたが、本発明者らは、実験等により、スケールの剥離は、スケール内部の構造が破壊されることによって生じる場合もある、という知見を得た。
すなわち、前記のようにスケールにおいて蒸気側とボイラ伝熱管側とで結晶構造が異なる場合には、スケールの剥離は、スケール内部で生じる場合がある、との知見を得た。
【００６２】
具体的には、このようにスケールの厚さ方向に結晶構造の違いが生じることにより、結晶構造の境界部分（柱状結晶部分と粒状結晶部分との境界）で結晶粒界の破壊が生じて、スケールの剥離が生じる。
このようなスケールの内部構造の損傷は、例えば、ボイラ設備２の始動時や停止時などに生じる温度変化によって各層間に生じる応力や、各層間の熱膨張率の差によって生じる応力や、マグネタイト層がヘマタイト層に変態する際に伴う体積膨張によって生じる変態ひずみの応力等によって引き起こされる。以下、これらの応力を総称して、スケール応力σという。
【００６３】
スケール応力σは、次式（２）で表される。
σ＝Ｋ１×Ｅ×（α２−α１）×Ｔｍ＋Ｋ２×Ｅ×α１×ΔＴ＋Ｋ３×Ｅ×ε  （２）
ここで、α１は外層スケールＳｏの熱膨張率、α２は母材Ｍの熱膨張率、εはヘマタイト層Ｈの変態ひずみ、Ｅは外層スケールＳｏのヤング率である。
また、Ｔｍは外層スケールＳｏの温度と母材Ｍの温度との平均値、ΔＴは外層スケールＳｏと母材との温度差、Ｋ１、Ｋ２はそれぞれスケールの厚さと母材Ｍの厚さとの比に依存する係数、Ｋ３はマグネタイト層の厚さとヘマタイト層Ｈの厚さｈとの比に依存する係数である。
【００６４】
また、本発明者らが実際にボイラ伝熱管に生じるスケールの構造を解析したところ、スケールの剥離は、スケール構造中や、スケールとボイラ伝熱管との間にボイドＶが発生し、このボイドＶが成長することによって生じるということがわかった。
このボイドＶは、以下の理由によって生じるものと考えられる。
【００６５】
前述したボイラ伝熱管からのＦｅの拡散によって、スケールにおいてボイラ伝熱管側には、Ｃｒ濃度の高い層Ｃｒ、ＦｅとＣｒとのスピネル構造層（ＦｅＣｒＯ３層）とが形成される。Ｃｒ濃度の高い層ＣｒやＦｅとＣｒとのスピネル構造層は、いずれもＦｅの通過を阻害するので、これらの層よりも蒸気側には、Ｆｅが移動しにくい。
しかし、これらの層よりも蒸気側では、Ｆｅが蒸気側へ比較的自由に移動できる。このため、これらの層の蒸気側では、Ｆｅが欠乏することになる。すると、この領域に、結晶粒界を破壊する破壊駆動力Ｆが生じることとなる。そして、破壊駆動力Ｆの大きさが結晶粒界の粒界破壊抵抗Ｒ以上となると、その結晶粒界が破壊されて、ボイドＶが発生する（図７（ｃ）参照）。
【００６６】
ここで、破壊駆動力Ｆ及び各結晶粒界の粒界破壊抵抗Ｒは時間ｔの関数であり、各結晶粒界の粒界破壊抵抗Ｒは、それぞれ次式（３）及び図８のグラフで表される。
Ｒ（ｔ）＝Ｒ０−Ｆ（ｔ）・ｔ                                            （３）
シミュレート手段１６は、Ｒ（ｔ）＝０となった時点で、該当する結晶粒界にボイドＶが発生したとみなす。
なお、内層スケールＳｉ中にＣｒ濃度の高い層が形成されて、内層スケールＳｉから外層スケールＳｏへのＦｅの移動がしにくくなるにつれて、外層スケールＳｏにおいて内層スケールＳｉとの境界近傍でのＦｅの欠乏が進行する。このため、破壊駆動力Ｆは、ボイラ設備２の運転時間がある程度経過すると急速に増加するようになる。すなわち、粒界破壊抵抗Ｒは、ボイラ設備２の運転時間がある程度経過すると急速に減少し、ボイドＶの発生数も運転時間がある程度経過すると急激に増加する。
【００６７】
このようにボイドＶが発生して、外層スケールＳｏと内層スケールＳｉとの接続部分が減少すると、外層スケールＳｏと内層スケールＳｉとの間に生じていたスケール応力σが残りの接続部分に集中することとなる。
このような現象が繰り返されることにより、外層スケールＳｏと内層スケールＳｉとの接続部分が破壊されてゆき、外層スケールＳｏと内層スケールＳｉとの間にミクロ剥離が形成されてゆく。このようなミクロ剥離が次第に成長することで、外層スケールＳｏの浮き上がりが生じる。
【００６８】
シミュレート手段１６は、外層スケールＳｏを構成する結晶において、ボイラ伝熱管の長手方向、または周方向のうちの少なくともいずれか一方について有限な基準範囲を定めて、この基準範囲内でのシミュレーションを行う。本実施形態では、ボイラ伝熱管の長さＬの範囲内でのシミュレーションを行う。
そして、ボイラ伝熱管の長さＬに沿った方向の両側にボイドＶが形成された結晶（両側をボイドＶに挟まれた結晶）では、内層スケールＳｉとの間に隙間が形成されたものとみなす。
【００６９】
例えば、図７（ｄ）に示す状態では、長さＬの範囲内に位置する外層スケールＳｏの結晶のうち、長さＬ方向に沿った結晶粒サイズがｌ１，ｌ２，ｌ３の結晶にて内層スケールＳｉとの接続部分が破壊されていてミクロ剥離が生じている。すなわち、シミュレート手段１６は、長さＬのうち、ｌ１＋ｌ２＋ｌ３の長さだけ、外層スケールＳｏと内層スケールＳｉとの間のミクロ剥離が生じているものとみなす。
【００７０】
このようにミクロ剥離が生じた結果、ボイラ伝熱管において長さＬの範囲内に残された外層スケールＳｏと内層スケールＳｉとの接続部分に作用する有効応力σｅｆｆは、次式（４）で表される。
σｅｆｆ＝σ×Ｌ／Ｌｅｆｆ                                                （４）
ここで、Ｌｅｆｆは、長さＬ中に残された接続部分の合計の長さであり、長さＬ中でミクロ剥離が生じている結晶粒界の長さｌに１からｉまで番号を付した場合、Ｌｅｆｆは次式（５）で表される。
Ｌｅｆｆ＝Ｌ−Σｌｉ                                                     （５）
例えば、図７（ｄ）に示す状態では、式（５）は、次式（６）で表される。
Ｌｅｆｆ＝Ｌ−（ｌ１＋ｌ２＋ｌ３）                                         （６）
【００７１】
そして、シミュレート手段１６は、この有効応力σｅｆｆの値が、限界強度σｃｒｉｔに達した時点で、スケールの剥離（浮き上がり）が生じたものとみなす。
すなわち、スケール状態予測装置１２は、上記ステップＳ４では、剥離時期予測手段１７による有効応力σｅｆｆと限界強度σｃｒｉｔとの比較を行い、σｅｆｆ＜σｃｒｉｔの場合にはスケールの剥離が生じていないものとしてステップＳ１に戻り、σｅｆｆ≧σｃｒｉｔの場合にはスケールに剥離が生じたものとしてステップＳ５に移行する（図９参照）。
なお、限界強度σｃｒｉｔの値は、実験によって求められる。
【００７２】
ここで、前述のように、上記のシミュレーションにおいて、スタート時点からステップＳ５に移行するまでに経過したシミュレーション上での累積経過時間ｔｆが、ボイラ設備２の運用開始時点から、スケールの剥離が生じるまでにかかる時間の予想値である。
【００７３】
また、前記長さＬ中にボイドＶが占める割合、すなわち次式（７）
（Σｌｉ／Ｌ）×１００）                                               （７）
の値を、ボイド線分率と定義し、その時間変化について、ボイド線分率の値について図４の下段のグラフに示す。
本実施形態にかかるスケール状態検出装置１２の剥離時期検出手段１７は、このボイド線分率が大きくなった場合に、スケールの剥離が生じているものと判定する構成としてもよい。なお、この判定の閾値は、実験によって求められる。
【００７４】
このスケール状態予測装置１２では、スケールの構造破壊のメカニズムをシミュレートすることによって得た構造破壊の進行過程の情報に基づいてスケールの状態を予測するので、スケールの剥離時期を正確に予測することができる。
また、このスケール状態予測装置１２では、より実際のスケール構造及び実際のスケール構造の破壊メカニズムに忠実なシミュレーションを行うので、スケール状態の予測精度が高い。
【００７５】
また、シミュレート手段１６によって行われるシミュレーションから得た情報に基づいて、剥離時期予測手段１７によって、実際のボイラ伝熱管に生じるスケールの剥離時期の予測が行われる。
すなわち、シミュレーションによってボイラ伝熱管に生じるスケールの状態を予測するので、非破壊で、かつボイラ設備２を停止させることなく、ボイラ伝熱管のスケール状態を予測することができる。
【００７６】
そして、本実施形態にかかる伝熱管状態予測手段１３は、上記のスケール状態予測装置１２によって得たスケール状態の情報に基づいて、ボイラ伝熱管の温度予測とクリープ破断時期の予測とを行う。
具体的には、スケールの剥離が生じていない状態のボイラ伝熱管の温度については、ボイラ伝熱管内に形成されたスケールの厚さの情報に基づいて算出する。
そして、任意時間経過後のボイラ伝熱管の温度を予測する場合には、スケールの成長則に基づいて、予測したい時点でのスケールの厚さを算出し、このスケールの厚さを考慮することで、任意の時間が経過したのちのボイラ伝熱管の温度を算出する。
なお、スケールの厚さとボイラ伝熱管の温度との関係は、実験によって求められる。
【００７７】
一方、スケールの浮き上がりが生じている状態のボイラ伝熱管の温度は、上記の情報に加えて、スケール状態予測装置１２によって得たスケールの浮き上がりの規模に基づいて、スケールの浮き上がりによって生じる伝熱の阻害の程度を算出し、この情報に基づいて算出される。
なお、スケールの浮き上がりの規模とスケールの浮き上がりによって生じる伝熱の阻害の程度との関係は、実験によって求められる。
【００７８】
また、このようにしてボイラ伝熱管の温度を予測することで、この温度の情報に基づいて、ボイラ伝熱管のクリープ破断時期を予測する。
ボイラ伝熱管の温度とボイラ伝熱管のクリープ破断時期との関係は、実験によって求められる。
【００７９】
このボイラ伝熱管状態予測装置１１では、伝熱管状態予測手段１３によるボイラ伝熱管の温度予測とクリープ破断時期予測とが、本発明にかかるスケール状態予測装置１２による高精度なスケール状態の予測に基づいて行われるので、ボイラ伝熱管の温度の予測精度や、クリープ破断時期の予測精度が高い。
また、クリープ破断の要因となるスケールの浮き上がりを、その発生前から予測するので、クリープ破断の原因段階でクリープ破断を予測して、適切な対処を行うことができる。
これにより、スケールに剥離が生じる前にボイラ伝熱管のメンテナンスを行って、スケールの剥離に由来する不具合の発生を未然に防ぐことができる。
ここで、ボイラ伝熱管のメンテナンスは、例えば、化学洗浄によってスケールを洗い流したり、物理的にスケールを除去することによって行われる。また、必要があれば、ボイラ伝熱管の更新も行う。
【００８０】
また、シミュレーションに基づいてボイラ伝熱管の状態を予測するので、非破壊で、かつボイラ設備を停止させることなく、ボイラ伝熱管の状態を予測することができる。
【００８１】
ここで、本実施の形態では、ボイラ伝熱管として、９Ｃｒ鋼を用いた場合について示したが、ボイラ伝熱管として、９Ｃｒ鋼よりもＣｒ含有量の少ない材質、例えば２Ｃｒ鋼を用いた場合には、ボイドＶの発生位置が異なってくる。
【００８２】
具体的には、ボイラ伝熱管として２Ｃｒ鋼を用いた場合、スケール構造の破壊に寄与するボイドＶが、スケール構造中ではなく、スケールにおいてボイラ伝熱管の母材Ｍとの境界部分に発生しやすくなる。この現象は、以下の理由によって生じるものと考えられる。
【００８３】
前述したように、ボイラ伝熱管の内面からは、スケールが形成されるにしたがって、外層スケールＳｏに向けてＦｅの拡散が生じて内層スケールＳｉが形成される。しかし、ボイラ伝熱管を構成する２Ｃｒ鋼は、９Ｃｒ鋼に比べてＣｒの含有量が少ないので、内層スケール中のＣｒ濃度はそれほど高くならず、Ｆｅの移動があまり妨げられない。
すると、内層スケールＳｉにおいてボイラ伝熱管の母材Ｍとの境界部分からもＦｅが外層スケールＳｏ側に移動する。このため、内層スケールＳｉにおいて母材Ｍとの境界部分でＦｅが欠乏することとなり、この部分にボイドＶが生じるものと考えられる。
【００８４】
このような場合にも、本実施形態にかかるスケール状態予測装置１２では、上記のようにスケールの構造破壊のメカニズムをシミュレートすることによって得た構造破壊の進行過程の情報に基づいてスケールの状態を予測するので、スケールの剥離時期を正確に予測することができる。ここで、この場合におけるスケールの成長則及びボイド線分率の時間的変化を、図１１のグラフに示す。
【００８５】
なお、ボイラ伝熱管として２Ｃｒ鋼を用いた全ての場合において必ず内層層ケールＳｉと母材Ｍとの境界部分にボイドＶが形成されるわけではなく、ボイラ設備２の運転条件や蒸気の組成等により、９Ｃｒ鋼と同様に、外層スケールＳｏにおいて内層スケールＳｉとの境界部分にボイドＶが生じることもある。
【００８６】
ここで、本実施の形態にかかるスケール状態予測装置１２は、上記のように、ボイラ伝熱管におけるスケールの成長を、スケールの発生時点からシミュレーションする構成のほか、シミュレーションに用いる要素の情報として、実際に使用中のボイラ伝熱管から得たスケールの状態の情報に基づいて前記シミュレーションを行う構成としてもよい。
この場合には、現在稼動中のボイラ設備のボイラ伝熱管について、正確なスケール状態の予測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明が適用される発電設備の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるボイラ伝熱管状態予測装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるスケール状態予測装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態にかかるスケールの成長則及びボイラ伝熱管の軸方向の長さＬ中に占めるボイドの割合（ボイド線分率）の時間変化との対比を示すグラフである。
【図５】スケールの断面構造を示すＥＢＳＰ写真である。
【図６】ボイラ伝熱管に生じるスケールの構成を模式的に示す断面図である。
【図７】ボイラ伝熱管に生じるスケールの成長の様子を模式的に示す図である。
【図８】スケールの粒界破壊抵抗の時間変化を示すグラフである。
【図９】スケールの剥離（浮き上がり）の判定の様子を示すグラフである。
【図１０】ボイラ伝熱管に生じるスケールの他の構成例を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１０に示す構成のスケールの成長則及びボイラ伝熱管の軸方向の長さＬ中に占めるボイドの割合（ボイド線分率）の時間変化との対比を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
１１  ボイラ伝熱管状態予測装置
１２  スケール状態予測装置
１３  伝熱管状態予測手段
１６  シミュレート手段
１７  剥離時期予測手段
Ｖ  ボイド
【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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