(57)【要約】【課題】  プラントの寿命評価を正確に行うことができ、これによって寿命評価の信頼性を向上させることのできるプラント保全方法を提供する。【解決手段】  プラントを構成する機器の表面の残留応力及び内部の残留応力のうち少なくとも表面の残留応力を、前記プラントの製造時に測定するステップ１２と、測定して得られた残留応力データをデータベースとして保存するステップ１３と、機器の表面にき裂が発見されたとき、データベースとして保存された残留応力データを使用して、き裂の進展を評価するステップ１６と、を備える。【選択図】  図１
2005351644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントを構成する機器の表面の残留応力及び内部の残留応力のうち少なくとも表面の残留応力を、前記プラントの製造時に測定するステップと、
測定して得られた残留応力データをデータベースとして保存するステップと、
前記機器の表面にき裂が発見されたとき、前記データベースとして保存された残留応力データを使用して、き裂の進展を評価するステップと、
を備えたことを特徴とするプラント保全方法。
【請求項２】
前記機器の表面の残留応力を非破壊的な手法により測定し、前記機器の表面の残留応力及び内部の残留応力を中性子線回折法により測定する、ことを特徴とする請求項１記載のプラント保全方法。
【請求項３】
前記機器の内部の残留応力を、Ｘ線回折法による表面の残留応力測定と、物体力対法による数値解析とを併用して求めることを特徴とする請求項１記載のプラント保全方法。
【請求項４】
前記機器の内部の残留応力を、Ｘ線回折法による表面の残留応力測定と、有限要素法による数値解析とを併用して求めることを特徴とする請求項１記載のプラント保全方法。
【請求項５】
プラントを構成する機器の表面の残留応力及び内部の残留応力のうち少なくとも表面の残留応力を、溶接部及びその近傍に限定して測定する、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のプラント保全方法。
【請求項６】
プラントを構成する機器の表面の残留応力及び内部の残留応力のうち少なくとも表面の残留応力を、溶接時の温度分布を測定し、測定された温度分布データに基づいて測定する、ことを特徴とする請求項１記載のプラント保全方法。
【請求項７】
プラントを構成する機器の表面の残留応力及び内部の残留応力のうち少なくとも表面の残留応力を、前記プラントの製造時における測定と、モックアップによる測定とを併用する、ことを特徴とする請求項１記載のプラント保全方法。
【請求項８】
データベースとして保存された前記機器の残留応力データを、モックアップによる残留応力の測定及び評価に対する検証データとして使用する、ことを特徴とする請求項７記載のプラント保全方法。
【請求項９】
材料の劣化発生データをデータベースとして保存するステップを備え、このデータベースとして保存された前記残留応力データ及び劣化発生データを前記プラントの運転経歴による前記機器の劣化の発生及び進行の予測に使用する、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載のプラント保全方法。
【請求項１０】
材料の劣化進展データをデータベースとして保存するステップを備え、この保存された劣化進展データをプラントの運転経歴による前記機器の劣化の進行の予測に使用する、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載のプラント保全方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントを構成する機器の破壊や応力腐食割れ（ＳＣＣ）等の発生を未然に防止するプラント保全方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉、加圧水型原子炉等の原子力発電プラント、石油、石炭、天然ガスなどを燃焼する火力発電プラント、エチレンなど石油化学製品の製造、精製ほかの化学プラント等、エネルギーや反応生成物の取り出しを目的とするプラント（以下、これらを単にプラントと称する）がある。これらのプラントでは、プラント内の各部位において、制御対象が液相から気相に、場合によっては固相にまで変化する。
【０００３】
プラントの起動、定常運転、そして停止の各状態毎に、プラント内の各部位における制御対象の温度、相が様々に変化する。一般に、プラントの運転は、計算機により制御され、プラントの運転効率が最適となるように、あるいは起動、停止が円滑に行われるように、プラントにおける圧力、温度等の諸量が時々刻々測定され、計算機で上記諸量が最適となるように制御される。
【０００４】
このようなプラントも運転年数を重ねると、機器によっては、経年劣化のために熱脆化、照射脆化及び鋭敏化を生じる可能性が考えられており、劣化が進行すると損傷に至るおそれが考えられる。そこで、機器、材料の経年劣化によるプラントの信頼性低下を抑制し、定期点検による稼働率低下を抑制すると共に、プラントの径時的特性を的確に把握する、プラントの保全が要求される。
【０００５】
プラントの保全方法として、例えば、材料の疲労強度や応力腐食割れによるき裂進展寿命の評価や、実際の欠陥発生部を模擬した部分要素モデルを製作して評価するモックアップ試験法を適用することができる。
【０００６】
上記の寿命評価のうち、き裂進展による評価は、材料に存在する残留応力は材料の疲労強度に影響を与え、また、応力腐食割れによるき裂進展寿命に多大な影響を与えることを根拠としたものである（例えば、下記の特許文献１参照）。しかし、この寿命評価は、運転後に発見された欠陥に対して行われており、そのため、残留応力の評価についても事後に測定及び評価が行われている。残留応力の測定及び評価については運転中のプラントを用いて行うことは困難である場合が多い上、き裂が入ることにより残留応力が変化する。そのため、実際の欠陥発生部を模擬した部分要素モデルを製作して行う方法が採用される（例えば、下記の特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−３３１５０７号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、欠陥が発見された後での残留応力を測定して行う評価、あるいは、部分要素モデルによる測定は、いずれも実機プラントの材質や製造条件を完全に模擬した測定ではないため、測定値に対する信頼性が低いという課題があった。また、部分要素モデル製作により寿命評価に時間がかかり、プラントの運転停止期間の延長につながるという課題もあった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、プラントの寿命評価を正確に行うことができ、これによって寿命評価の信頼性を向上させることのできるプラント保全方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、プラントの寿命評価を迅速に行うことのできるプラント保全方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、プラントを構成する機器の表面の残留応力及び内部の残留応力のうち少なくとも表面の残留応力を、プラントの製造時に測定するステップと、測定して得られた残留応力データをデータベースとして保存するステップと、機器の表面にき裂が発見されたとき、データベースとして保存された残留応力データを使用して、き裂の進展を評価するステップと、を備えたことを特徴とするプラント保全方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、上記のように構成したことにより、プラントの寿命評価を正確に行うことができ、これによって寿命評価の信頼性を向上させることのできるプラント保全方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
〔第１の実施形態〕
図１は本発明に係るプラント保全方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。この実施形態は、プラントの製造時にこのプラントを構成する機器の表面の残留応力及び内部の残留応力のうち少なくとも表面の残留応力を測定することを最大の特徴としたものである。この場合、ステップ１１でプラントを製造しており、このプラント製造時におけるステップ１２にて機器の溶接部及びその近傍における表面の残留応力を、公知のＸ線回折法を用いて測定し、さらに、この表面の残留応力測定データから機器の内部の残留応力を物体力対法を用いて測定する。
【００１３】
ここで、物体力対法について概略説明すると、この方法は物体を要素に分割した後、物体表面の残留応力を測定し、さらに、物体と物体表面に作用するトラクションとそれによる変位との関係を示す第１関係式と、物体力と物体表面に作用するトラクションと変位と物体表面の任意の位置における応力の関係を示す第２関係式とにおいて、残留応力発生源を物体力とし、物体表面における一致を条件として第１及び第２の関係式を連立させた数値解析によって未知境界量と残留応力発生源の分布を解き、続いて、物体力と物体表面のトラクションと変位から物体内部の任意の位置における残留応力を求めるものである。
【００１４】
この物体力対法で測定された機器の内部の残留応力データをステップ１３にてデータベースとして保存し、ステップ１４でプラントを運転する。その後、ステップ１５で溶接部又はその近傍で亀裂が発見された場合には、ステップ１６にて、ステップ１３で保存された物体内部の残留応力を用いてき裂の進展を評価する。
【００１５】
周知の如く、表面にき裂が発生するまでの時間の予測には表面の残留応力を測定すればよいが、き裂が成長する時間の評価は物体の内部の残留応力が問題となる。一般に、機器や構造物ではき裂が発生しても直ちに機能を喪失したり破壊したりすることはまれで、破壊までにき裂が進展、成長するのに長い時間を要する。この時間を利用することにより機器、構造物をより効率的に使用することが可能となるため、き裂の進展挙動の予測は重要である。き裂は表面で発生して内部に進展、成長してゆき、その進展速度は物体内部の残留応力により変化する。従って、き裂の進展挙動を予測するには内部の残留応力を測定することが不可欠である。
【００１６】
本実施形態ではステップ１２にて内部の残留応力を測定し、ステップ１３でこの残留応力データをデータベースとして保存し、き裂が発見された後のステップ１６にてこの残留応力データを使用して、き裂の進展を評価している。ここで、物体の内部の残留応力からき裂の進展挙動は公知の方法で評価するが、引張り残留応力下では進展速度が加速され、逆に圧縮残留応力下では減速する。
【００１７】
かくして、第１の実施形態によれば、実機プラントの表面の残留応力及び内部の残留応力を製造時に測定しておくことにより、実機プラントの残留応力を正確に把握することが可能となり、寿命評価の信頼性を向上させることができる。また、機器のき裂が発見された場合にはモックアップ（実物大の模型）を製作することなく、製造時にデータベースとして保存しておいた残留応力データをき裂進展評価のインプットデータとして使用することにより、モックアップを製作する場合と比較して即座にき裂進展評価を実施することができる。さらに、残留応力の測定を材料劣化の可能性の大きい溶接部及びその近傍に限定することにより、測定点数を減らして測定の効率化が可能となる。さらにまた、非破壊的な手法を用いることにより、実機プラントに損傷を与えることなく残留応力データを得ることができる。
【００１８】
ところで、第１の実施形態においては、機器の溶接部及びその近傍における表面の残留応力を非破壊的な手法であるＸ線回折法を用いて測定したが、Ｘ線回折法の代わりに一般に周知の超音波法を用いることもでき、この超音波法によってもＸ線回折法とほぼ同様な効果が得られる。
【００１９】
また、機器の内部の残留応力を、Ｘ線回折法による表面の残留応力測定と、物体力対法とを併用して求めたが、金属内部まで中性子線を透過させるための強い線源を用意したり、十分な遮蔽が可能であれば、中性子線解析法を用いることができ、この中性子線解析法によれば機器の表面の残留応力のみならず、内部の残留応力を直接評価できるという利点もある。
【００２０】
さらにまた、第１の実施形態においては、Ｘ線回折法によって機器の表面の残留応力を直接測定したが、この代わりに、表面の温度分布と残留応力との相関を利用して、溶接時の温度分布を測定し、測定された温度分布データに基づいて機器の表面の残留応力を間接的に測定することもできる。この方法によれば、表面の残留応力の直接測定が困難である場合にも、温度履歴の測定データを用いることにより比較的容易に測定することができる利点がある。
【００２１】
〔第２の実施形態〕
図２は本発明に係るプラント保全方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。この実施形態は、比較的複雑な境界で囲まれる領域での処理を容易化するために有限要素法を用いて機器の内部の残留応力を測定するようにした点、モックアップによる機器の残留応力の測定及び評価を行うことによって、有限要素法を用いて測定された機器の残留応力の検証を行うようにした点が第１の実施形態と異なっている。すなわち、この実施形態は、ステップ２１でプラントを製造しており、このプラント製造時におけるステップ２２にて機器の溶接部及びその近傍における代表点の表面の残留応力をＸ線回折法を用いて測定し、この表面の残留応力データから機器の内部の残留応力を、公知の有限要素法を用いて測定する。
【００２２】
この有限要素法は、数値解析法として、差分法とならんで最も普及している方法であり、たとえば、２次元のボアソン方程式−Δｕ＝ｆの境界値問題の場合には、領域を３角形分割し、各小３角形（要素とよぶ）ごとに比較的低次の多項式で表される試行関数の範囲で、各多項式の係数を変分して解を求める方法である。
【００２３】
この有限要素法で測定された機器の内部の残留応力データをステップ２３にてデータベースとして保存し、その後、ステップ２４でプラントを運転する。そして、ステップ２５で溶接部又はその近傍でき裂が発見された場合には、ステップ２６にて、モックアップ、すなわち、実物と同じ材料、構成にて、実際の動作条件を加味して溶接部及びその近傍における表面の残留応力と内部の残留応力とを測定又は評価する。続いて、ステップ２７では、ステップ２２で測定された機器の内部の残留応力の測定値とステップ２６でモックアップにて評価された機器の内部の残留応力とを比較し、その信頼性評価を実施する。最後に、ステップ２８にてこの残留応力データを使用して、き裂の進展を評価する。
【００２４】
かくして、第２の実施形態によれば、有限要素法による測定値をモックアップによる評価値によって検証しているため、実機プラントの残留応力を第１の実施形態よりも正確に把握することが可能となり、寿命評価の信頼性をより一層向上させることができる。また、有限要素法を採用したことよって、プラント製造時の機器の表面の残留応力測定が、機器の溶接部及びその近傍における代表点だけで済むことになり、測定が効率化されるという利点もある。
【００２５】
〔第３の実施形態〕
図３は本発明に係るプラント保全方法の第３の実施形態を示すフローチャートである。この実施形態は、前述した第１の実施形態と同様の処理を行うことの他に、データベースとして保存した残留応力データと、使用する材料に固有の材料の疲労強度データ、応力腐食割れ発生データ等の劣化発生データとをプラントの運転経歴による機器の劣化の発生及び進行の予測に使用するものである。
【００２６】
この場合、ステップ３１〜３６にて、第１の実施形態として説明したステップ１１〜１６と同様な処理を実行する一方、ステップ３７にて使用する材料に固有の疲労強度データや応力腐食割れ発生データ等の劣化発生データをデータベースとして保存しておき、ステップ３８にてプラント運転時における雰囲気、機器に加えられる応力等のプラント運転経歴を保存し、さらに、ステップ３９においては、ステップ３３で保存した残留応力データと、ステップ３７で保存した材料の疲労強度データと、ステップ３８で保存したプラントの運転経歴とに基づいて、劣化の発生を予測する。
【００２７】
かくして、第３の実施形態によれば、プラントの寿命評価を正確かつ迅速に行うことができる他、プラントの運転経歴から劣化の発生を予測することができるという効果も得られる。
【００２８】
〔第４の実施形態〕
図４は本発明に係るプラント保全方法の第４の実施形態を示すフローチャートである。この実施形態は、前述した第１の実施形態と同様の処理を行うことの他に、劣化進展データをデータベースとして保存し、この劣化進展データをき裂進展評価に使用するものである。
【００２９】
この場合、ステップ４１〜４５にて、第１の実施形態として説明したステップ１１〜１５と同様な処理を実行する一方、ステップ４７にて材料の疲労き裂進展データ、応力腐食割れ進展データ等の劣化進展データをデータベースとして保存しておく。そこで、ステップ４６において、ステップ４３で保存した残留応力データに基づきき裂進展評価をするに当たり、ステップ４７で保存した劣化進展データを参照してき裂進展の評価を実施する。
【００３０】
かくして、第４の実施形態によれば、第１の実施形態と比較してプラントの寿命評価をより正確に行うことができるという効果が得られる。
【００３１】
なお、第２ないし第４の実施形態においても、前述したと同様に、Ｘ線回折法の代わりに超音波法を用いたり、温度履歴の測定データを用いることにより、Ｘ線回折法とほぼ同様な効果が得られ、特に、温度履歴の測定データを用いることにより比較的容易に測定することができる利点がある。
【００３２】
また、第３及び第４の実施形態においても、中性子線解析法を用いることができ、これによって、機器の表面の残留応力のみならず、内部の残留応力を直接評価できるという利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るプラント保全方法の第１の実施形態を示すフローチャート。
【図２】本発明に係るプラント保全方法の第２の実施形態を示すフローチャート。
【図３】本発明に係るプラント保全方法の第３の実施形態を示すフローチャート。
【図４】本発明に係るプラント保全方法の第４の実施形態を示すフローチャート。
【図１】
2005351644.tif 000003
【図２】
2005351644.tif 000004
【図３】
2005351644.tif 000005
【図４】
2005351644.tif 000006