(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁の形状・配置データやプラント運転中の弁内部を流れる流体の情報を格納する弁・流体データ格納装置と、弁に使用される材料の機械的特性や内部流体の水質についての情報を格納する環境・材料データ格納装置と、プラント運転時の弁の開度変化による弁内部流体の流量特性の変化についての情報を格納する運転情報データ格納装置と、管路の形状や、管路を流れる流体の流量および弁の上流側圧力を入力し、入力されたパラメータと予め入力されている定数に基づいて、キャビテーションやフラッシング等の弁内部の流体状態を評価する弁危険度評価手段とを有することを特徴とする弁管理システム。
【請求項２】
前記弁・流体データから、プラント設計時点での理想的な流体情報をさらに有し、各弁の設計時と運転時での弁の危険度を比較し、要求性能以上で運転されている弁を評価することを特徴とする請求項１に記載の弁管理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラント運転上の信頼性を維持しつつ、プラント運転情報から弁の内部流体状態を評価し、弁の劣化診断を行うことで、プラント内に多数配置された弁の保全を省力化することを提案する弁管理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラント内の弁の減肉を原因とする破断漏洩事故や隔離機能の低下を未然に防ぐことは重要な課題である。これはプラント停止や要求出力の低下による経済的損失が大きいだけでなく、放射性物質などの内部の有害物質が漏洩，拡散することは危険度が高い上、社会的影響が非常に大きいことから明らかである。
【０００３】
一般に、配管経路に介設されている弁は、摺動部分の摩耗などによる機械的損傷，キャビテーション流発生などによって起こる減肉に起因する水理的損傷によって寿命に達する。
【０００４】
ところで、弁の寿命評価は、劣化の確認は目視などで行われていたが、一部の弁について、センサによる劣化評価が行われるようになった。
【０００５】
たとえば機械的損傷による劣化に関しては、すでに特開２０００−６５２４６号公報の技術等によって容易にこれを評価可能であり、水理的劣化に関しては特開平２−１５０７４０２号公報のように弁の上流，下流側の圧力の差圧をセンサ等で測ることによって評価することができる。
【０００６】
このように従来は、弁にセンサを取り付けることで弁の劣化を把握し、交換や検査の時期を決定する方法が採られていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
弁に取り付けるセンサは非常に高価であり、配管経路に大小さまざまな弁が多数存在するプラントなどではすべての弁を管理するには非経済的な保全方法である。
【０００８】
よって、従来法で経済性を満たす弁の保全を行うには、設計上重要な箇所のみにセンサを取り付けて弁の水理的寿命を評価し、それ以外は目視のみで検査する方法が採られていた。
【０００９】
このため、従来の方法ではプラント内すべての弁の保全が実質不可能となり、信頼性が低い問題点を有していた。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、プラント内のすべての弁を対象として、弁の使用条件，環境，弁の幾何情報などを考慮して弁の危険度をランク付けし、保全対象となる弁の絞り込みを行い、信頼性が高く、経済的な弁の保全システムを提供することを目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、弁の入り口圧力と入り口口径，弁開度，流体の流量から求まる弁絞り部での圧力および流体速度を求め、この圧力を流体の飽和蒸気圧と比較することで、キャビテーションやフラッシングなどの流体状態の変化を評価し、評価した流体状態，弁絞り部での流体速度および弁に使用される材料の特性から弁の水理的寿命を数値的に評価し、弁の危険度をランク付けすることで検査対象となる弁の絞り込み支援を行う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を利用した弁管理システムを原子力プラントに適用した場合の全体構成の一例を図１に示す。
【００１３】
本実施形態のシステムは入力装置１０１，運転情報データ格納装置１０２，環境・材料データ格納装置１０３，弁・流体データ格納装置１０４，弁危険度評価手段１０５，表示装置１０６を備えている。
【００１４】
なお、運転情報データ格納装置１０２は、各弁の開度や、流量，圧力などのプラントに据付られたセンサによって得られる情報、また、環境・材料データ103は流体中の溶存酸素濃度，ＰＨや各弁に使用されている材料の硬度，靭性，疲労強度などの情報，弁・流体データ格納装置１０４は弁と配管の口径，接続方法，配置情報，種類などの情報をそれぞれ格納している。弁危険度評価手段１０５はこれら３つのデータ格納装置から情報を引き出し、プラントの運転状態を反映し、キャビテーションやフラッシングなどの弁の内部流体状態を評価し、その結果から弁の危険度をランク付けして表示装置１０６によって可視化する。
【００１５】
以下に、本実施形態のシステムを構成する各装置の詳細について説明する。
【００１６】
図２は運転情報データ格納装置１０２のデータ格納形式を示す。運転情報データ格納装置１０２ではプラント内の弁にＩＤをつけ、弁の開度ごとの流量特性データ，開度と流量特性の関係に関与するプラグ（弁体）の形状データを含む構成である。弁のＩＤは、系統名−（弁機能−）弁番号の書式で記述される。弁番号は弁に任意に付けられる番号である。プラグ形状は開度が変化したときの流量特性の変化に大きく依存する。
【００１７】
弁・流体データ格納装置１０４は図３のような弁の形状・配置データと図４および図５のような弁内部流体情報を含む構成となる。
【００１８】
弁の形状データ３０１はプラント内の各弁の出入口口径，ストロークなどの弁の外観および内部形状やプラント内の基準点からの弁入口および出口の空間座標すなわち弁の３次元配置データ，弁とつながる配管のＩＤ等を含む構成である。形状はバルブの種類を表している。例えばグローブバルブ（ＧＬＢ），逆止弁（ＣＨＫ）を示している。材質は弁に使われている材料を格納している。特に弁が複数の材質で構成されている場合は、すべての情報を格納する。
【００１９】
弁配置データ３０２はプラント内での弁・配管・プラント機器の３次元空間座標を示す。弁については弁出入口の中心の座標を格納する。
【００２０】
弁接続データ３０３は弁出入り口とそれぞれつながる部品のＩＤを格納している。
【００２１】
弁内部流体情報は、弁内部を流れる流体の流量Ｑ，弁入口での流速ｖ1 および圧力Ｐ1 ，弁出口での流速ｖ2 および圧力Ｐ2 ，温度Ｔをプラント内の弁ごとに図４および図５のようにテーブル化したものを含む構成である。図４の弁内部流体情報（設計値）はプラント設計時においてヒートバランスによって求められる定格出力での各パラメータを格納する。
【００２２】
一方、図５の弁内部流体情報（運転値）はプラント運転時の弁内部を流れる流体の情報を格納する。
【００２３】
図６は流体の特性値を格納する。ある温度（セルシウス度）における流体の飽和蒸気圧（Ｐａ）および比重（ｇ／cm3）を格納している。
【００２４】
図７はプラントの機器６０１および機器６０２を結ぶ配管系統を示す。プラントでは常に機器６０１，６０２、例えば機器６０１は復水回収タンク、６０２は復水器である。プラントにおいて機器の内部圧力Ｐ1 ，流量Ｑ，流体温度Ｔは常に測定している。いま、何らかの原因によって出力が低下した場合、プラントでは弁６０３，６０４の開度を調節することにより、出力を一定に保つ。
【００２５】
弁の開度を調節する際には弁６０３から６０４までの流体の流速ｖ2や圧力Ｐ2，弁６０４から機器６０２までの流体の流速ｖ3 や圧力Ｐ3 は変化する。特に各弁の弁絞り部での圧力Ｐc ，ｖc は弁の開度によって大きく変化する。
【００２６】
これら各パラメータの変化は運転条件の変化により常に更新され、弁の開度を変更してもその開度に応じた弁内部の流体情報を知ることが可能となる。
【００２７】
環境・材料データ１０３は図８で示す材料データベースと図９で示す水質データベースを含む構成である。
【００２８】
図８で示す材料データベースは弁に使われる材料の硬さ，疲労強度，靭性等の機械的特性を評価してテーブル化したものである。
【００２９】
図９の水質データは弁内部に流れる流体の溶存酸素量，ＰＨ等の水質をテーブル化したものである。
【００３０】
本システムはこれら各データ格納装置から得られるデータを入力として弁危険度評価手段１０５によってプラント運転情報を反映した弁の危険評価を行う。この評価は詳細には図１０および図１１のような手段で行われる。
【００３１】
流体評価１００１は運転情報データ格納装置１０２から各弁の開度における流量特性データを、弁・流体データ格納装置１０４から弁内部流体情報（運転値），弁形状データを入力して現在の運転情報における弁内部流体情報（運転値）の各パラメータの値を更新し、弁の内部流体状態を弁絞り部での圧力Ｐc およびｖc と流体温度での飽和蒸気圧と比較することで弁の流体状態を評価する。
【００３２】
ここでそれぞれのパラメータの導出方法および弁絞り部での流体状態評価方法についての詳細を図１２に示す。
【００３３】
流体状態評価１００１は弁ＩＤをキーとして、配管形状・配置ＤＢから弁口径データ、プラント運転情報データから流量特性データを検索し、この値を入力として弁を図１３のような簡略化モデルに変換する。ここで弁口径データは弁出入口流路断面積Ｓ1 およびＳ2 を求めるために用い、流量特性データは弁絞り部の流路断面積ＳR を求める。図の矢印は流体の進行方向を示す。弁内部速度は流量Ｑと流路断面積から
0003890916.tif 000002
【００３４】
とそれぞれ求めることができ、弁絞り部での圧力Ｐc は、ベルヌーイの定理より
0003890916.tif 000003
【００３５】
のように求めることができる。
【００３６】
求めた弁絞り部の圧力Ｐc と飽和蒸気圧Ｐv を流体温度Ｔをキーとして流体情報ＤＢから求め、Ｐv／Ｐcを求める。
【００３７】
弁リスク評価１００２は流体評価１００１において求められた、流体情報を入力して弁の現在の危険度を評価する。
【００３８】
詳細には図１１のような処理フローで処理される。
【００３９】
流体評価１００１において求めた各弁のＰv／Ｐc，ｖc およびＰ2 を入力データとして、材料データベース，水質データベースから材料のエロージョン感受性を求め、流体のエロージョンしきい速度ｖd を求める。弁絞り部での流体の速度ｖc は流体のエネルギーの大きさを表し、ｖc が大きければ大きいほどエロージョンの発生確率は高くなる。また、材料ごとにエロージョンの感受性は異なるために、弁のエロージョン発生確率は流体の速度と材料の機械的特性の相互作用から求まる。この相互作用はエロージョンしきい速度ｖd を設定することで評価される。ｖd は多変量解析を用いた統計解析による手法や、材料疲労特性を考慮したスプリンガーの式等を用いて理論的に算出され、材料ごとに異なる。
【００４０】
入力されたデータから、各弁の内部流体状態の評価を次のように行う。内部流体状態とはすなわちノーマル流，キャビテーション流，フラッシュ流の３状態であり、Ｐv／Ｐc＜１のとき内部流体状態はノーマル流、Ｐv／Ｐc＞１のときキャビテーション流、Ｐv／Ｐc＞１かつＰ2＜Ｐvのときフラッシュ流となる。Ｐv／ＰcおよびＰ2 の値を管理することにより、弁の内部流体状態によるエロージョン発生確率が一元管理可能となる。
【００４１】
また、流体の速度によりｖc＜ｖdのときエロージョンが発生しにくく、ｖc＞ｖd のときエロージョン発生しやすくなる。材料ごとのｖdとｖcを比較することにより、材料ごとのエロージョン発生確率が一元管理可能となる。
【００４２】
弁保全度可視化モジュール１００３は、この弁内部流体状態の結果、すなわち各弁の内部流体情報を図１４のように（ｖc，Ｐv／Ｐc）を座標系中にまとめると、ｙ軸に流体状態によるエロージョン評価、横軸に流体速度による流体評価を表示可能となり弁のエロージョン管理を一覧可能とする。これにより、弁を６つの危険度に分けることができる。すなわち、▲１▼流体状態がフラッシュ流で流体によるエロージョン可能性が高い弁１４０１、▲２▼流体状態がフラッシュ流で流体によるエロージョン可能性が低い弁１４０２、▲３▼流体状態がキャビテーション流で流体によるエロージョン可能性が高い弁１４０３、▲４▼流体状態がキャビテーション流で流体によるエロージョン可能性が低い弁１４０４、▲５▼流体状態がノーマル流で流体によるエロージョン可能性が高い弁１４０５、▲６▼流体状態がノーマル流で流体によるエロージョン可能性が低い弁１４０６に分けることが可能となる。
【００４３】
この結果を表示装置１００４で顧客に示し、検査対象となる弁の絞込みを行う。このシステムにおいて、弁内部流体情報について設計値と運転値を入力することにより、運転中の弁が設計性能よりもどの程度過酷な運転をしているかを示すことが可能となり、これにより、プラントの運転支援が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、プラント内のすべての弁を対象として、弁の使用条件，環境，弁の幾何情報から弁の危険度をランク付けし、保全対象となる弁の絞り込みを行い、信頼性が高く、経済的な弁の保全システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】弁管理システムの概要。
【図２】運転情報データの内容および格納様式。
【図３】弁形状・配置データの内容および格納様式。
【図４】弁内部流体情報（設計値）の内容および格納様式。
【図５】弁内部流体情報（運転値）の内容および格納様式。
【図６】流体飽和蒸気圧および比重―温度定数表。
【図７】プラント機器，配管配置図。
【図８】材料データの内容および格納様式。
【図９】水質データの内容および格納様式。
【図１０】弁危険度評価手段構成図。
【図１１】弁リスク評価処理フロー図。
【図１２】内部流体評価処理フロー図。
【図１３】弁簡略化モデル。
【図１４】弁危険度可視化モジュール。
【符号の説明】
１０１…入力装置、１０２…運転情報データ格納装置、１０３…環境・材料データ格納装置、１０４…弁・流体データ格納装置、１０５…弁危険度評価手段、１０６…表示装置。
【図１】
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【図２】
0003890916.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003890916.tif 000008
【図６】
0003890916.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
0003890916.tif 000012
【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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