(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の配管の３次元配置データと前記配管を流れる流体データと前記配管の肉厚測定データとを記憶するステップ１を行うデータベースと、
複数の配管からなる複数の配管ラインから任意の配管ラインを選択するステップ２を行う選択装置と、
選択された配管ライン上に肉厚測定済みの配管の有無を前記データベースから検索するステップ３をおこなう検索装置と、
前記ステップ３で肉厚測定済みの配管が検索された場合において、該肉厚測定済みの配管にかかる流体データと肉厚測定データと３次元配置データとを前記データベースから読み出し、減肉率とせん断応力との相関関係を求め、前記選択された配管にかかる流体データを前記データベースから読み出し、せん断応力を求め、前記減肉率とせん断応力との相関関係とせん断応力とからステップ２で選択された配管の減肉率を求めるステップ４を行う配管減肉予測処理装置と、
前記ステップ２で選択されていない配管ラインの有無をチェックするステップ５を行うチェック処理装置と、
前記ステップ４で求められた減肉率と前記肉厚測定データとの積を表示するステップ６を行う表示装置とを有する減肉予測情報システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記ステップ３で肉厚測定済みの配管が検索されない場合において、前記配管減肉予測処理装置が、前記データベースから前記３次元配置データを読み出し、類似する配管ラインを検索し、類似する配管ラインが存在する場合に、前記データベースから前記類似する配管ラインにかかる３次元配置データと流体データとを読み出し、前記類似する配管の減肉率とせん断応力との関係を求め、ステップ２において選択された配管における流体データからせん断応力を求め、該せん断応力と本ステップにおいて求めた減肉率とせん断応力との関係から前記ステップ２で選択された配管ラインの減肉率を求めるステップ７を有する減肉予測情報システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記ステップ７で類似する配管が存在しない場合に、
前記配管減肉予測処理装置が、前記データベースから流体データと３次元配置データと肉厚測定データとを読み出し、前記複数の配管ライン全てに対し、せん断応力を求め、該せん断の応力の最大値を特定し、前記肉厚測定データの平均値を算出し、前記せん断応力の最大値と前記肉厚測定データの平均値とから、減肉率とせん断応力の相対関係を求め、該減肉率とせん断応力の相対関係と本ステップで求められたせん断応力とから前記ステップ２で選択された配管ラインの減肉率を求めるステップ８を有する減肉予測情報システム。
【請求項４】
請求項１において、
ステップ５で、前記ステップ２で選択されていない配管ラインが存在する場合に、前記ステップ２に戻り選択されていない配管ラインを選択するステップ９を有する減肉予測情報システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセスプラントにおける配管部品の寿命予測技術およびその寿命予測結果を用いた配管部品の交換工事計画の作成技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平8−178172 号「機器及び配管装置類のエロージョン・コロージョンによる減肉計算及び評価法」、米国特許番号4,935,195「CORROSION-EROSION TREND MONITORING AND DIAGNOSTIC SYSTEM」に見られるように、従来のプロセスプラントの保全形態は、減肉管理に必要な諸情報、特に減肉測定データベースと文献データベース（配管の内部を流れる流体の温度，圧力，溶存酸素濃度，流速など）から、減肉予測式を立て、配管減肉最大進展値を配管部品一つ一つに対して予測を行っていた。さらに、この予測した配管部品の一つ一つに対して点検計画および取替え作業計画を立案していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、一つのエルボ、一つの直管といった個々の配管部品についての過去の減肉測定データを基に、肉厚を測定した配管部品の減肉予測を行い、部品の３次元的な配置や隣接して接続される部品の種類や形状について考慮していなかった。
【０００４】
通常、プロセスプラントを構成している配管部品（配管（エルボや直管，絞り管，分岐管等），バルブ，ポンプ等）は、同じ部品，同じ形状，同じ材質であっても３次元的に異なる配置がされるため、その配置された位置や接続される部品の種類等に応じて部品内部の流体の挙動が異なり、配管部品の減肉率は、この流体の挙動によって大きく異なる。また、プロセスプラントを構成しているプラント部品の耐久性は、部品の３次元的な配置や接続される部品の種類によっても、また、それらの内部を流れる流体の条件やプラント停止回数によっても異なる。
【０００５】
従って、プロセスプラントを構成する配管ライン全体を流れる流体の挙動の変化を考慮した減肉予測や、これらの予測結果を基にした配管部品の効率的な交換計画を立案することができなかった。
【０００６】
また、一つの配管内でも測定していない部分についての減肉予測や、プロセスプラント全体を構成する配管部品の寿命予測や配管部品の減肉予測を行うことができなかった。
【０００７】
また、従来では部品の交換計画は各配管部品の交換周期がそれぞれ異なる場合に、それに伴う交換工事も各配管部品ごとに、頻繁に配管部品交換工事が行う必要があり、この一回の交換工事には、工事に伴う準備やプラント運転停止の必要があるため、改造工事が頻繁に発生すると、準備につぎ込む多大な費用やプラント停止に伴う稼働率の低下によってもたらされる経済的な損失を伴っていた。
【０００８】
これは、配管などのプロセスプラントを構成する部品の予測寿命や予測減肉肉厚を用いた交換工事の計画を立てる際に、プロセスプラント全体の配管部品の寿命を正確に知ることができなかったためである。
【０００９】
本発明の目的は、精度の高い減肉予測を行うことである。
【００１０】
また、本発明の目的は、肉厚を測定した配管部品とは異なる配管部品の減肉予測を可能にすることにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、これらの減肉予測の結果を顧客に提供することである。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、これらの予測結果から配管ライン又はプロセスプラント全体を構成する個々の部品寿命や予測減肉肉厚を考慮した交換工事計画の立案を可能にすること、及び、これらの減肉予測結果を顧客に提供することである。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、プロセスプラント全体の配管部品に対する交換工事の回数を減らすことにより、長期間運転を目的とした経済的な交換工事計画を立案を可能にすることにある。
【００１４】
また、単に、配管部品の交換回数の低減だけでなく、工事に必要な価格を考慮した低コストな長期間のプラント保全計画を立案することにある。
【００１５】
また、これらの立案した交換工事計画を顧客に提案することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様には以下のものがある。
【００１７】
まず、対象とするプロセスプラントの配管部品の肉厚データを測定するか、測定した結果の肉厚データを顧客から受け取り、ＤＢ（データベース）に記憶する。
【００１８】
そのプロセスプラントの配管ラインに流す流体の初期条件をあらわす配管内の流体データと配管部品の３次元配置データも同様に、測定するか、顧客から受け取り、予めＤＢに記憶しておく。
【００１９】
次に、配管部品の３次元配置データから配管部品の配置及び個々の配管部品の肉厚や形状を求める。
【００２０】
その３次元配置データから求めた配管の肉厚と測定した肉厚データとから減肉量を求め、配管ラインの使用年月と求めた減肉量から時間あたりの減肉率を求める。
【００２１】
その減肉率又は減肉量のパターンからその配管部品を流れる流体の挙動を推定する。
【００２２】
その配管部品を流れる流体の挙動と流体データが示す初期条件から、その配管部品を含む配管ライン全体を流れる流体の旋回流データを求める。
【００２３】
その旋回流データを基に、流体シミュレーションすることにより該配管ラインの各所のせん断応力を求める。
【００２４】
求めたせん断応力のうちの肉厚測定個所のせん断応力に対する肉厚測定個所の減肉率を求める。具体的には、減肉率をせん断応力で割ることにより、せん断応力の単位あたりの減肉率を求める。
【００２５】
このせん断応力の単位あたりの減肉率に、配管ラインの各所のせん断応力を掛けることで、配管ラインの各所の予測肉厚を算出する。
【００２６】
また、測定個所がない配管ラインについては、その配管ラインを流れる旋回流のせん断応力を求め、その配管ラインと類似する配管ラインがある場合は、その類似する配管ラインの肉厚測定個所のせん断応力に対する肉厚測定個所の減肉率を用いて配管ラインの予測肉厚を算出し、類似する配管ラインがない場合は、せん断応力が最も大きくなる個所の減肉率を、肉厚の測定を行った配管ラインの肉厚測定個所のせん断応力に対する肉厚測定個所の減肉率の平均値として、配管ラインの予測肉厚を算出する。
【００２７】
このように本発明では、配管ライン中に流れる流体の挙動、その流体の挙動による減肉をシミュレーションしているので、単に肉厚を測定した配管部品だけでなく、配管ライン全体の配管部品の減肉予測が可能になる。
【００２８】
さらに、このように、肉厚を測定した配管部品以外の配管部品の予測肉厚を含む予測肉厚結果を基に、配管部品の交換工事計画を立案することにより、同一時期に交換すべき配管部品を特定することができるので、配管ライン全体における配管部品の効率的な交換工事計画（プラント停止回数を抑えることができる交換工事計画）が立案できるようになる。
【００２９】
さらに、同時に交換工事を行うことにより総コストを下げることができる配管部品の組み合わせをデータベース化にしておき、そのＤＢに格納された組み合わせを用いて交換工事計画を立案することによって、１回の交換工事にかかるコストも抑えることができるようになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
まず、プロセスプラントの設計について説明する。
プロセスプラントの設計は、通常、大型機器の配置位置を決め、大型機器を配管等で結んで目的とする機能を満足する論理設計を行う。通常、この論理設計を系統設計と呼んでいる。例えば、蒸気を発生させる論理設計を行う場合、まず、水を高温，高圧にする装置から、蒸気を取り出す蒸気発生装置まで、配管で接続し、発生させた後は、タービン翼回転装置まで、配管で蒸気を運ぶ論理図を作成する。この際、高温，高圧の水を作る装置から蒸気発生器までは、高圧に耐え、保温性を向上させるという機能を有する材質の配管を選択して配置していき、蒸気発生器からタービン翼までは、蒸気の流れる速度を高速にするという目的のために、徐々に配管径を絞った配管部品を選択して配置していく。このように蒸気発生装置と蒸気タービンといったようなプラント構成機器の間の配管部品の配置を決めることがプロセスプラントにおける系統設計である。
【００３１】
この系統設計を行う際、同じ目的で論理設計を行う配管部品の最小単位を１つの配管系統と呼ぶ。
【００３２】
さらに、その配管系統を実現するために、１本の配管を利用する場合よりも蒸気発生効率を考え、複数の配管に分ける場合が普通である。そのそれぞれに配管のライン番号を識別子として設定する。つまり、すなわち１つの配管系統は、複数のライン番号をもつ配管ラインで構成されている。
【００３３】
また、論理設計された配管を空間に配置するレイアウト設計を行う。このレイアウトは配管ライン番号毎に行われる。
【００３４】
また、建設据付け時に据付け易いように、１.５メートルから２.０メートルに予め切断して、搬入し溶接などの接続方式を用いて施工する。この配管最小単位を配管部品と呼んでいる。
【００３５】
次に、本発明を実施する場合の形態について詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本システムを利用した全体システム構成図である。
【００３７】
本システムは、サービス提供者システム１１０と、顧客システム１２０と、ベンダーシステム１３０とで構成されている。
【００３８】
顧客システム１２０は、サービス者提供システムと通信回線で接続された通信装置１２１と、プラントを構成する３次元配置データ，配管の肉厚を測定した肉厚測定データ、及び配管内を流れる配管内流体データを格納したＤＢ１２３と、ＤＢ１２３内のデータを通信装置を介して送信する処理とサービス提供者システム１１０から情報を受信する処理を行う情報処理装置１２２を有する。
【００３９】
ベンダーシステム１３０も、同様の構成である。
【００４０】
また、サービス提供者システム１１０は、顧客システム１２０とベンダーシステム１３０との間の通信を行う通信装置１１１，データベース１１３，表示装置１１４，通信装置１１１とデータベース１１３と表示装置１１４とキーボードなどの入力装置に接続され本サービス提供者システムのメイン処理を行う情報処理装置１１２で構成されている。情報処理装置１１２で行う処理として、減肉予測処理１１５と交換工事立案処理１１６があるが、これらはプログラムをＯＳ上で実行することで行われる処理であり、これらのプログラムは、記録媒体に格納されたプログラムをインストールするか、インターネットを介してダウンロードしてインストールする。
【００４１】
図２に、サービス提供者システムのシステム詳細図を示す。
【００４２】
ＤＢ１１３は、配管部品の３次元配置情報（図７）が記録されているデータベース２０１，配管部品の肉厚を測定した測定データ（図８）が記録されているデータベース２０２，配管内部を流れる流体に関するデータ（具体的には、流体の種類，粘性，平均流速，圧力，温度，酸素イオン濃度，金属イオン濃度である。図９）が記録されているデータベース２０３を有する構成である。
【００４３】
記録媒体に記録された減肉予測プログラムを読み込んで配管ラインの減肉を予測する配管減肉予測処理１１５は、流体挙動推定処理部２４１と、流体シミュレーション処理部２４２と、配管部品入口付近での流体データを作成する入力流体データ発生処理部２４３と、配管減肉率の高い箇所を選択して出力する選択出力部２５とを有している。なお、選択出力部２０７は、表示装置１１４に表示させるだけでなく、通信装置１１１及び１２１を介して顧客システムへ送信し、通信装置１１１及び１３１を介してベンダーシステム１３０へ送信する処理を行う。
【００４４】
交換工事計画立案処理１１６については後述することにし、まず配管減肉予測処理１１５の処理について図３のフロー図を用いて説明する。
【００４５】
まず、対象とするプラントの配管の３次元配置データと、配管ライン内を流れる流体データ，肉厚測定データがあるかどうか検索し、チェックする。（処理３０１）もし、無い場合は、顧客システム１２０に通信装置を介して要求し、受け取る（処理３０２）。
【００４６】
次に、配管部品ＩＤがキーボード又はマウス９４から直接入力されると、その配管部品ＩＤが、（通信装置１１１及び１２１を介して）流体シミュレーション処理部２０５に入力される。流体シミュレーション処理部２０５は、ＤＢ２０１から対象とするプラントの配管の３次元配置情報を読み込む。入力された配管部品ＩＤが含まれる配管ラインを選択し、その配管ラインに含まれる配管部品を、配管部品ＩＤをキ−に検索する（処理３０３）。
【００４７】
なお、ＤＢ２０１に格納された配管の３次元配置情報は、配管を部品ＩＤ，位置情報，接続情報，形状（肉厚），材質，系統Ｎｏ，配管ラインＮｏ，測定肉厚データＩＤで管理しているので、その入力された配管部品ＩＤをキーにして、その配管ラインＮｏを検索でき、その配管ラインＮｏ．をキーにして、さらにその配管ラインに含まれる部品ＩＤを検索できるようになっている。
【００４８】
次に、ＤＢ２０２の減肉測定データの配管部品ＩＤを基に、選んだ配管部品が含まれる配管ライン上に、肉厚測定済みの配管部品が含まれるかどうかを配管の３次元配置情報の測定肉厚データＮｏ．の有無で、チェックする（処理３０４）。
【００４９】
チェックを行った結果、配管ライン上にある場合は、処理１を実行する。
【００５０】
配管ライン上に無い場合は、類似する配管ラインがあるかチェックする（処理３０５）。
【００５１】
ここでいう類似は、同じ系統にある配管ラインであること、配管の口径や配管内を流れる流体の平均流速が一定範囲内にあること等により判断する。
【００５２】
類似する配管ラインがある場合、処理２を実行し、類似する配管ラインがない場合、処理３を実行する。なお、処理１〜３は、ＤＢ２０１〜２０３に格納されたデータを用いて、選択された配管ラインの予測肉厚を算出する処理である。
【００５３】
これら処理１〜３を実行後、未処理配管ラインがあるか否かチェックする（処理３０９）。
【００５４】
未処理配管ラインがあれば、処理３０２に戻り、なければ、次の処理３１０に進む。
【００５５】
全配管ライン終了後、予測肉厚の結果を表示させる。
【００５６】
その際、選択出力部で、所定の範囲以下の肉厚である配管部品については、色を変化させるなどして、表示装置１１４に強調表示させる（処理３１０）。
【００５７】
その後、顧客に送信するとともに、交換工事計画立案処理１１６を実行する。
【００５８】
次に、前述した処理１〜３について説明する。
【００５９】
まず、ＤＢ２０１〜２０３に格納されたデータを読み込む。
【００６０】
処理１の概略フローを図４に示す。
【００６１】
まず、流体挙動推定部２０４で、配管内部を流れる流体の旋回方向と、軸方向を求める（処理４０１）。この処理４０１は、図１０のフローにより行う。
【００６２】
肉厚測定データベース２０２から、該当する測定肉厚データＩＤをキーとし、選択した配管ラインに含まれる肉厚測定データを選び出す（処理１００１）。次に、入力した減肉測定データの中から測定した肉厚データのうち、最大及び２番目に減肉した測定箇所の位置データを検索する（処理１００２，１００３）。それらの位置を線分で結び（処理１００４）、配管の軸方向に対する線分の角度を求める（処理１００５）。この求めた角度を、肉厚を測定した配管部品の入口付近の流体の旋回方向とする。
【００６３】
次に、流体データ発生処理部で、旋回流データを作成する（処理４０２）。
【００６４】
図１２の処理フローが示すように、流体挙動推定処理部で求めた旋回角度
cosθ，sinθをとりだし（処理１２０１）配管の入口に仮想粒子を配置し、ポアズイユ流速を、配管断面の垂直方向に与え、それ以外をcosθ，sinθで与える。
【００６５】
さらに、流体シミュレーション処理２４２で、最大減肉箇所でのせん断応力を求め、せん断応力の単位あたりの減肉率を求める（処理４０３）。これらの処理４０３は図１１のフローを用いる。つまり、配管の３次元配置情報をＤＢ２０１から、配管の長さ，配管半径を取り出す（入力）。次に、配管内流体データベース２０３から配管部品ＩＤをキーとして流体の平均流速，粘性を読み取る。読み取った配管の長さ，配管半径，平均流速，粘性を数３の各項に代入し、配管部品内の流速分布を求め、その流速を数４のように、内壁垂直成分で微分し、粘性で決まる定数を掛けることにより、せん断応力を求める。次に、ＤＢ２０２から肉厚測定データを取り出し、その肉厚を３次元配置データに格納されている配管の肉厚データかからひくことで、減肉量を出し、その減肉量を配管の使用期間で割ることで減肉率を出す。その減肉率を求めたせん断応力で割ることによりせん断応力の単位あたりの減肉率を求める。
0003879384.tif 000002
【００６６】
0003879384.tif 000003
【００６７】
ここでσはせん断力、ｋは定数、ｙは内壁垂直成分である。
【００６８】
配管ライン上の肉厚未測定配管部品に対して、流体シミュレーション処理部
２０５で解析を行い、各配管部品にかかるせん断応力を求める。
【００６９】
数５のように、各配管部品に対するせん断応力に対して、せん断応力単位あたりの減肉率を掛けることにより各配管部品の減肉率を求める（処理４０４）。
0003879384.tif 000004
【００７０】
Ｓは減肉率、σはせん断応力、Ｓ1 は減肉測定最大箇所の減肉率、σ1 はその減肉測定最大箇所のせん断応力である。この減肉率に期間を掛けることで、将来の予測肉厚を求める。
【００７１】
なお、流体シミュレーション処理２４２は、流体の挙動を粒子で表現し、３次元配管内部を流速と経過時間の積で求め、軌跡を追尾する方式で流体解析を行う。その際、流体挙動推定部で求めた旋回角度（方向）を探索（処理１２０１）する。該当の配管の入り口に仮想粒子を配置し、ポアズイユ流速を配管断面の垂直成分に与え、それ以外をcosθ，sinθで与え、そのθに探索した旋回角度を代入することにより、仮想配置した配管内壁へ衝突したら弾性反射させ、衝突箇所（座標値）を出力する。せん断力は、衝突する粒子の速度と単位時間，単位面積当たりの衝突回数の大小で特定する。
【００７２】
ここで、流体シミュレーションに旋回流を用いていること特に数３について説明する。
【００７３】
配管を流れる流体は、配管内壁との粘性の影響で、配管内壁から離れた場所が流れが速い。流体の運動は、数１のNavier−Stokes方程式と呼ばれる偏微分方程式で表現できる。
0003879384.tif 000005
【００７４】
ここで、Ｖは速度ベルクトル、ｔは時間、ｖは速度、ρは密度、ｐは圧力、ηは粘性率である。
【００７５】
つまり、偏微分方程式は、流体の慣性力によって、回りの流体粒子を弾き飛びす移流項と分子間力によって、回りの粒子の速度を遅くする拡散項と粒子の前に進もうとする力を与える力の勾配項の和で表される。粒子を弾き飛ばす移流項が非線型のため、不安定な動きをするが、拡散項が流れを安定する方向に効いており、その大きさの大小が、流体全体の挙動に大きな影響を与える。
【００７６】
配管内の流れは、境界がすべて配管で覆われているため、開いた空間の流れに比べて拘束条件が強く安定した流れになる。配管の理想的な流れは、ポアズイユ流れと言われる２次放物線の流速分布である。
【００７７】
このポアズイユ流れを満たすNavier−Stokes方程式の解として、数２がある。
0003879384.tif 000006
【００７８】
ｌは配管長さ、Ｒは配管半径、ｒは中心位置からの距離である。
【００７９】
しかし、配管の断面は、円であるから対称性を持つ。これは数学的には安定であるが、物理的には不安定になる。その証拠に野球のボールは、回転した方が安定した軌跡を描く。
【００８０】
流れの境界が配管内壁で覆われているため、極めて希にしか対称性をもつ理想的なポアズイユ流れにはならず、内部は安定した旋回流が支配的となる。そこで、ポアズイユ流れの２次放物線流速分布を配管周方向に回転を与えた旋回流とし、その回転角度を測定した配管の減肉傾向から決めてやることにしている。
【００８１】
そのため、数２が数３に変形される。
【００８２】
なお、微少な流速の変動がいたるところに発生するが、配管内壁を腐食疲労させるせん断応力の主要因は、流れの主成分である旋回流である。配管内壁への衝撃は旋回流によって生じているからである。金属の表面に安定な酸化皮膜（これを不動態皮膜と呼ぶ）が、生成されるがプラントの運転を開始すると内部を流れる流体の衝撃力で、不動態皮膜がはがされる。はがれた箇所は金属がむき出しになるため、金属イオンが溶け出すアノード反応と、不動態皮膜生成の両方が同時に起こる。一方、カソード反応として不動態皮膜上で電子を消費する化学反応が起こる。不動態皮膜生成よりも金属イオンが溶け出すアノード反応が支配的な場合、減肉と呼ばれる腐食が進む現象が起こる。逆に、不動態皮膜生成が支配的な場合は、不均質な応力のため一点から金属内部に腐食が進み腐食割れを起こす。いずれの腐食も、不動態皮膜のはがれる箇所を流体の挙動から特定できれば予測可能となる。
【００８３】
次に、処理２についてのフローを図５を用いて説明する。
【００８４】
類似する配管ラインの減肉率とせん断応力の相関関係を求める（処理５０１）。つまり、この相関関係とはせん断応力の単位力あたりの減肉率のことである。
【００８５】
流体シミュレーション処理部で、配管ラインの旋回流データを求め、せん断応力を求め（処理５０２）、求めたせん断応力と、類似する配管ラインにおけるせん断応力と減肉率の相関関係から、減肉率を求める（処理５０３）。これら処理５０２，５０３は、処理１の処理と同じである。
【００８６】
この減肉率に期間を掛けることにより、将来の予測肉厚を算出する。
【００８７】
次に、処理３についてのフローを図６を用いて説明する。
【００８８】
まず、流体シミュレーション処理部で系統の全ラインに流体解析を行う（処理６０１）ことにより、旋回流の旋回方向それぞれに対して、せん断応力を求め、その値の高い箇所を特定する（処理６０２）。
【００８９】
せん断応力の高い箇所（最大箇所）の肉厚データをＤＢに記憶した測定肉厚データのうちの平均値と仮定する。その仮定の下で、減肉率とせん断応力との相関関係を求める。求めた減肉率とせん断応力の相関関係と、求めたせん断応力から、配管ラインの各配管部品の減肉率を求める。この減肉率を用いて将来の肉厚を予測する。
【００９０】
次に、交換工事計画立案処理１１６について説明するが、その前に、プロセスプラントの配管改造工事計画立案方法を、原子力プラントを例にして詳細に説明する。原子力プラント改造工事は、通常、改造工事区域の弁を閉じることで他の区域と隔離して（系統隔離）安全に行われる。改造工事期間中は、安全性を確保するため一般にプラント運転を停止する。
【００９１】
また、原子力プラントの配管交換は、交換作業に必要な「足場作り」、配管内の放射線量を低減させる「除染作業」、工事対象配管ラインの「切断」、切断した配管部品をプラント外に廃棄する「処分」、新規配管部品を取付けるための
「据付」、据付された配管部品を「溶接」、最後に取付けた配管外周を環境から保護するために「塗装」、という手順で行われる。これら各手順には様々な作業工程がある。
【００９２】
これら各作業に必要な期間やコストを見積もることは、工程計画を立てる上で必須である。作業期間やコストは、作業にかかる工数（作業工数）を基にして求めらめる。また、作業工数は、配管の数（物量）と作業者の動作時間（作業原単位）の積で表される。
【００９３】
すなわち、数６のようになる。
【００９４】
作業工数＝物量×作業原単位                                …（数６）
また、据付け，溶接作業以外の作業は複数配管の一括交換により、足場の共有化，各工事用機器の準備の手間を省くことにより、工程を低減できる可能性がある。
【００９５】
つまり、据付け，溶接作業以外の作業において作業工数は物量に依存しないものがある。よって交換工事にかかる総作業工数は数７で算出される。
【００９６】
0003879384.tif 000007
また、作業工数に基づき、工事期間や工事時期の労働者雇用費用などを考慮して工事費を求めることができる。
【００９７】
この配管工事総費用は、数８で算出される。
【００９８】
0003879384.tif 000008
配管部品の交換を複数一括して行うことで、工事の回数を減らすことが可能になり、電力損失や工事費用を抑えてプラント運転期間中の総合的なメンテナンスコストを最適化することができる。
【００９９】
次に、システム構成について説明する。
【０１００】
ＤＢ１１３には、配管減肉予測処理１１５によって配管部品の減肉予測を行った結果、出力される予測肉厚データを記録するためのＤＢ１３０２も備えている。
【０１０１】
予測肉厚データは、ＤＢ１３０２から交換工事計画立案処理１１６に入力される。
【０１０２】
交換工事計画立案処理室１１６は、予測肉厚データからプラント構成部品の正確な耐用年数および余寿命期間を抽出，入力し、プラント構成部品の耐用年数を考慮に入れ、改造対象のプラント構成部品を選択し、長期間のプラント保全計画を複数立案する交換時期組み合わせ作成部１３０５、その保全計画データと作業手順，配管物量，作業原単位データから作業工数を算出し、その作業工数から工事費および工事中の運転停止に伴う損失を算出，材料単価と合わせてプラント保全計画にかかる費用を算出する保全費用算出部１３０３、すべての計画について保全費用が算出記録されると、この中からプラント運転期間中のコストおよび信頼性を最適化する保全計画を、顧客のニーズに合わせて選定する、最適工事計画決定部１３０４で構成される。
【０１０３】
交換工事計画立案処理１１６で行われる処理フローを、図１４を用いて説明する。
【０１０４】
先ず、配管減肉予測処理１１５で配管部品の減肉予測を行い、予測肉厚データが配管劣化データベース１３０２内の１４０２内に、配管劣化データとして記録される。この配管劣化データと配管３次元配管データは＜交換時期組み合わせ作成部１３０５＞に入力され、各プラント部品交換時期すべての組み合わせが出力され(処理１４０３)、工事計画データとして交換時期計画データベース１４０４に記録される。
【０１０５】
記録された工事計画データは＜保全費用算出部１３０３＞に入力され、各工事計画について保全費用が出力され（処理１４０５）、各工事計画のライフサイクルコストデータベース内に記録される。このようにして見積もられる各工事計画の保全費は＜最適工事計画決定部１３０４＞に入力され、その中から最も経済的な保全計画が決定される（処理１４０７）。
【０１０６】
次に、交換工事計画立案処理内の各処理部の構成、及び処理フローについて詳細な説明を行う。
【０１０７】
まず、＜交換時期組み合わせ作成部１３０５＞について図１５の処理フローを用いて説明する。
【０１０８】
配管部品ＩＤがキーボードまたはマウスから直接入力されるか、通信装置を介して送信されること配管ラインが選択される（処理１５０１）。その配管部品ＩＤをキーにして選択された配管ラインの配管部品の耐用年数が配管劣化データベースから取り出される。この耐用年数が交換対象配管組み合わせ作成部に入力される。さらに、その配管部品を含む配管ライン上のＮ個の配管部品ＩＤが配管劣化データベース１４０２から自動的に検索され、その情報も同様に入力される（処理１５０２）。
【０１０９】
次に入力された耐用年数のＮ個の配管部品から、耐用年数の最も短い配管部品を検索し（処理１５０４）、その配管部品の耐用年数をａとすると、そのｍ（ｍ＝０，１，２，３…）倍年、ａＸｍ年を工事周期とし（処理１５０５）、ｍ回目の工事時期に他の部品を変更するしかないかを場合分けし（処理１５０６）、その場合分けの組み合わせ図２０のようなデータとして出力，交換時期計画データベース１４０４に記録する。
【０１１０】
次に、＜保全費用算出部１３０３＞について構成について説明する。
【０１１１】
＜保全費用算出部１３０３＞は、配管の３次元情報から抽出される図２１のような物量データベース１６１１，保全工事の各作業における作業員の動作時間（作業原単位）を図２２のようにデータ化した作業原単位データベース１６１２，工事ごとの作業内容および手順を図２３のようにデータ化した作業手順データベース１６１３，作業区域と工事に伴うプラント運転停止期間を図２５のようにデータベース化した作業工数・停止期間対応テーブル１６１４，作業量(作業工数)とそれに伴う作業コストを図２６のようにデータベース化した作業工数・作業コスト対応テーブル１６１５，工事区域を閉鎖した際の運転停止に伴う１日の損失を図２７のようにデータ化した停止１日当りの損失データベース１６１６，配管部品の単価を図２８のように記録した材料単価データベース１６１７を用いる。
【０１１２】
ここで、物量データベースはプラント構成部品３次元配置データベース1301から配管の長さに関するデータを抽出し、図２１のように各配管ごとの長さをデータ化している。
【０１１３】
作業原単位データベースは図２２のように各作業ごとに作業量をデータ化して、まとめたデータを記録したものである。
【０１１４】
作業手順データは各プラント構成部品に付随する作業を行うかどうかを図２３のように、まとめ、これを記録している。ここで表中の１はその作業を行うこと、０は作業を行わないことを意味する。この処理は図２４のフローに従って行われる。また、３次元配置データベース１３０１とこのデータベースをリンクさせ、配管座標から、ｚ座標策定（処理２４０１）、これから配管の地上からの位置を策定，抽出し、その高さが１ｍ以上かを判別し（処理２４０２）、１ｍ以上なら作業手順データ内の該当配管の足場作業欄に１が記録され（処理２４０３）、１ｍ未満なら同所に０が記録される（処理２４０４）。
【０１１５】
作業工数・停止期間対応テーブル１６１４は、作業工数からそれに伴う工事期間を経験的に策定し、図２５のようにまとめたデータを記録している。
【０１１６】
作業工数・作業コスト対応テーブル１６１５は、ある作業手順における作業工数から作業にかかる経験的費用を算出し、図２６のようにまとめたデータを記録している。また、このデータは物価の変動や雇用状況を考慮に入れて常に更新することもできる。
【０１１７】
停止時期１日当たりの損失データベース１６１６は、工事に伴う運転停止による１日当たりの電力損失を図２７のようにまとめたデータを記録している。
【０１１８】
材料単価データベース１６１７は３次元配管データベースからメモリ１６０７に記録された工事対象配管ＩＤをキーにして配管の材質，径，肉厚，長さなどの情報を検索し（配管情報抽出処理）、その配管単価２８０１を図２８のようにまとめたデータを格納している。
【０１１９】
また、材料単価データベース１６１７は通信装置を介することでベンダーシステムと接続することができ、ベンダーシステムによって配管部品の最新価格や納期を記録することができる。このシステムは、材料納期や市場を反映した工事計画を立てることも可能である。
【０１２０】
次に＜保全費用算出部１３０３＞の処理フローを図３３，図３４を用いて説明する。
【０１２１】
まず交換時期計画データベースから作業計画データが作業工数算出部に入力される。工数算出部はデータの２００２部から、交換工事時期は２００３部から、各工事年ごとの交換対象配管を策定し（交換対象１，非対象０）(処理３３０１)、工事対象配管のＩＤをキーにして該当配管の作業手順データ１６１３から各行程作業を行うかどうかを策定（作業必要あり１，作業必要なし０）、各作業工数を、（数６）によって算出する（処理３３０２）。
【０１２２】
ここで、配管ごとの各作業の物量として物量データ１６１１を入力，作業原単位として作業原単位データ１０１２をそれぞれの作業ごとに検索し、入力する。その結果、各作業工数および総作業工数が出力され、作業工数データベース内に記録され、さらに選択した配管全ての交換作業に要する作業工数を作業ごと合計し、その結果は図２９に２９０１部を加えて記録される（処理３３０３）。また、省略できる工事対象配管があるかどうか確認し、省略できる作業工数を策定する。この省略可能かどうかは図２６に示すフローに従って配管部品ごとに決められる（処理３３０４）。この省略できる作業工数を各作業工数から引いて総作業工数を策定する。
【０１２３】
工数運転停止期間における損失処理部は作業工数データの２９０１部を入力し、これから各作業工数の合計２９０２を策定し（処理３４０１）、さらに、工数作業工数・停止期間対応テーブル１６１４から各作業毎の工事期間を策定し（処理３４０２）、作業期間データとして出力され、図２５のように記録される。この策定処理は以下のように行われる。作業工数を１０ＸＡ＋Ｃ（Ａ，Ｂ：整数，Ｂ＜１０）とすると、図２５の１列目２５０１はＡ、１行目２５０２はＢを示しており、例えば作業工数が２５の場合、Ａ＝２，Ｂ＝５と識別し、図２５中の２５０３部を必要な工事期間とする。
【０１２４】
総保全費策定処理部は、作業工数データベース１６０５の各作業の作業工数を策定し、これをキーとして作業日数・作業コスト対応テーブル１６１５から作業にかかるコストを算出する。
【０１２５】
この策定処理は作業工数・停止期間対応テーブルで行った処理と同様に行われる。作業工数を１０ＸＡ＋Ｃ（Ａ，Ｂ：整数，Ｂ＜１０）とすると、図２６の１列目２６０１はＡ、１行目２６０２はＢを示しており、例えば作業工数が２５の場合、Ａ＝２，Ｂ＝５と識別し、図２６中の２６０３部を必要な工事コストとし、メモリ１５０３（１６０７）内に作業ごとのコストを記録する。
【０１２６】
次に、全作業日数を策定し、これをキーとして停止期間１日当たりの損失データベースから工事期間中の電力損失費を策定する（処理３４０３）。
【０１２７】
この策定処理は作業工数・停止期間対応テーブルで行った処理と同様に行われる。作業期間を１０ＸＡ＋Ｃ（Ａ，Ｂ：整数，Ｂ＜１０）とすると、図２７の１列目２７０１はＡ、１行目２７０２はＢを示しており、例えば作業期間が２５日の場合、Ａ＝２，Ｂ＝５と識別し、２７０３部の数を電力損失費とし、メモリ１５０３（１６０７）内に図３０のように記録する。
【０１２８】
ここで、配管部品の総価格は配管ＩＤをキーとして、材料単価データベース１６１７から該当配管部品の単価２８１を出力、交換対象配管すべてを合計し、メモリ１５０３（１６０７）に総材料費データとして図３１のように記録される（処理３４０３）。
【０１２９】
メモリ内に格納された工事費，損失費，材料費は（数８）のように処理され、これから総保全費が策定し、立案工事計画費用データベース内に図３２のように図２０の工事計画にそれぞれの費用３２０２を加えて記録される(処理３４０５)。
【０１３０】
最後に、＜最適工事計画決定部＞の処理フローを図１７を用いて説明する。
【０１３１】
立案工事計画費データベース１４０６に記録されている工事計画場合分け表３２０１のコスト欄から最も低いコストを検索し（処理１７０１）、該当計画が最適工事計画データベース１４０８に記録される。
【０１３２】
本決定部は、立案工事計画費データベースに記録された、保全計画案の中から、工事時期毎の保全費用を検索して、保全に対する投資計画に合わせた工事計画の立案をすることができる。
【０１３３】
また、本交換工事計画立案処理は、交換用の配管部品に中古部品や耐用年数の異なる部品を用いて工事計画を立てることも可能である。
【０１３４】
次に、実際のプラント配管ラインを例にとり最小コストの配管交換工事計画を立ててみる。
【０１３５】
寿命が１０年の原子力プラントにおいて、図１９のような配管部品１９０１，１９０２，１９０３、３個で構成される配管ラインを仮定する。この配管ラインについて当該処理で保全計画を自動的に立案し、プラント運転期間中のメンテナンスコストを最小化する具体的な処理フローについて説明する。
【０１３６】
それぞれの配管部品は、ＰＩＰＥ＿１(１９０１)，ＶＡＬ＿１(１９０２)，
ＰＩＰＥ＿２(１９０３)のような配管ＩＤをもつ。
【０１３７】
配管ＩＤをキーとして、配管劣化データベース１４０２中の劣化データを検索し、このデータから、最小耐用年数の配管部品、およびその耐用年数を３年と策定、工事周期を３年（工事実施は初年度，３年後，６年後，９年後）とする。ここで、それぞれの配管部品の耐用年数がＰＩＰＥ＿１(１９０１)が３年、ＶＡＬ＿１(１９０２)が４年、ＰＩＰＥ＿２(１９０３)が９年とする。
【０１３８】
次に工事周期に、ＶＡＬ＿１(１９０２)，ＰＩＰＥ＿２(１９０３)を交換するかどうかを場合分けし、配管ｋ回目の工事時期に交換する必要が有るか無いかの判定を図２０の表に格納する。
【０１３９】
この表は、ＰＩＰＥ＿１(１９０１)を交換交象とし、ＶＡＬ＿１(１９０２)，ＰＩＰＥ＿２(１９０３)を交換するかどうかその他２個の配管を交換するかどうかを場合分けし、それぞれについて交換コストを導出する。
【０１４０】
表の１行目は組み合わせ番号、２行目はＰＩＰＥ＿１以外の配管部品の配管ＩＤ、３行目からは工事実施年（１列目）とＰＩＰＥ＿１以外の配管部品交換工事の有無を示し、数字はそれぞれ配管部品を交換する（１）ないし（０）を示している。この場合、場合分けの数は１３個であり、それぞれ表のような交換計画になる。
【０１４１】
工事計画場合分けの表中の配管交換計画Ｎo.１がプラント保全費用算出部に入力され配管交換計画Ｎo.１でかかるコストがプラント保全費用算出部で算出され、工事計画場合分け表中のコスト欄に工事コストが記録される。同様な処理がＮo.＝２，３，…，１３について行われ、それぞれのコストが算出，記録される。
【０１４２】
また、交換対象配管組み合わせ作成処理部から、図２０のＮo.＝１の工事計画が出力されたとする。この工事計画は物量データなどと共に作業工数算出部に入力され、作業原単位は各配管，作業種類によって値が決まる。（数７）から作業工数は次の（数９）ように求められる。
【０１４３】
0003879384.tif 000009
よって、初年度作業工数＝３００が算出される。なお、本計画では同様の工事がプラント寿命内に４回行われるので、総工数データは３００×４＝１２００となる。
【０１４４】
総工数データは、作業工数停止期間対応テーブルと共に運転停止期間における損失処理部に入力される。運転停止期間における損失処理部は、作業工数停止期間対応テーブルの中から作業工数＝１２００のセルを検索，対応する作業時間＝２１６０時間、作業期間２７０日を出力、これに伴う工事費および運転停止に伴う電力費を割り出す。
【０１４５】
このとき、各作業手順ごとの作業工数を入力データとし、各手順で必要な作業期間を算出することもできる。
【０１４６】
工事費および電力費は作業工数，作業期間によって決まっており、このテーブルの中から工事費＝２億４０００万円，電力損失９６００万円となる。また、材料単価は、材料単価データベースから配管ＰＩＰＥ＿１，２がそれぞれ１００，１５０万円、配管ＶＡＬ＿１が３００万円と仮定すると、４回交換するので、総材料費は２２００万円である。
【０１４７】
よって（数８）から
工事コスト＝２,２００＋２４,０００＋９,６００＝３５,８００（万円）
となり、この結果は交換時期計画データベース中のコスト欄に格納される。
【０１４８】
最後に、最適工事計画決定部において工事計画場合分け表の工事計画およびコストの中から、顧客の要望に合わせたプラント保全工事計画が検索され、選択保全計画データベース内に記録される。顧客が最小コストの工事計画を要求する場合は、Ｎo.８および１２の計画が選択保全計画データベース内に記録される。
【０１４９】
これら一連の処理は交換対象配管組み合わせ作成処理部から出力される１３通りの交換計画について行われる。すべての場合についてプラント保全費用が求められる。
【０１５０】
各場合について、それぞれの総保全費用が異なる理由についてＮo.６の保全計画を例にして説明する。
【０１５１】
Ｎo.６の保全計画において交換対象配管は、当年度ＰＩＰＥ＿１(１９０１)，ＶＡＬ＿１(１９０２)およびＰＩＰＥ＿２(１９０３)、３年後ＰＩＰＥ＿１(１９０１)，ＶＡＬ＿１(１９０２)およびＰＩＰＥ＿２(１９０３)、６年後ＰＩＰＥ＿１(１９０１)およびＰＩＰＥ＿２(１９０３)、９年後ＰＩＰＥ＿１(１９０１)およびＶＡＬ＿１(１９０２)である。６年後および９年後の工事は交換対象配管が少なく、配管の材料費および作業工数が削減できる。また、９年後の交換工事において、交換配管は連続した位置関係で作業工数が削減できる。これに対して６年後の交換配管は連続した位置関係を持っていないので作業工数はあまり削減できない。
【０１５２】
このように各保全工事間の費用の差は、配管の材料単価および作業工数の差で生じる。
【０１５３】
次に、プラント部品一つ一つを対象とした、従来の保全工事費用と本処理で得られる保全計画（Ｎo.８，１３）の保全工事費とを比較する。
【０１５４】
図１９の配管ラインにおいて配管部品一つ一つを対象とした従来の技術で工事計画を立てるとすると、工事年度は０，３，４，６，８，９年後の６回行わなくてはならない。
【０１５５】
本処理による工事計画において工事年度は０，３，６の３回ですむ。
【０１５６】
本処理により、運転停止に伴う電力損失はほぼ半額に削減される。
【０１５７】
ここで、配管工事計画は、足場作り〜配管部品処分までの交換準備作業，据付および溶接までの本工事，塗装の後始末に分けられ、準備作業における工数の数は物量と関係がなくなる。つまり、複数の配管部品を交換する場合も配管部品ひとつを交換する場合も、工数はほぼ等しくなる。その理由として複数交換の場合は切断個所を削減したり、足場を共有できることがあげられる。除染作業も配管部品の数にあまり左右されない。すなわち準備作業の工数は物量にかかわらず工事ごとにほぼ一定である。また、塗装や後処理にかかる費用も工事ごとにほぼ等しくなり、工事費用は据付作業および溶接作業の工数のみが物量に依存する。
【０１５８】
材料費はＮo.８の保全計画においては１,４５０万円であるが、従来方式保全工事においては１,３５０万円である。
【０１５９】
以上のことから総保全費を求める式は（数１０）とも表せる。
【０１６０】
0003879384.tif 000010
（数１０）に従来方式および本システムについての値を代入すると
0003879384.tif 000011
本処理は従来方式よりも９,８６０万円安い工事計画を立案できる。
【０１６１】
【発明の効果】
本発明によれば、配管ライン全体の予測肉厚を正確に求めることができます。
【０１６２】
また、測定配管部品以外の配管部品の肉厚も予測できるようになります。
【０１６３】
また、測定配管部品を有しない配管ラインの肉厚も予測できるようになります。
【０１６４】
また、これらの予測結果を用いて、交換工事計画を立案することにより、より経済的な工事が可能になります。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いたサービス提供者システムの全体図。
【図２】サービス提供者システムの詳細図。
【図３】配管減肉予測処理のフロー図。
【図４】処理１のフロー図。
【図５】処理２のフロー図。
【図６】処理３のフロー図。
【図７】３次元配置情報を示すテーブル。
【図８】肉厚測定データを示すテーブル図。
【図９】配管内流体データを示すテーブル図。
【図１０】流体挙動推定処理部のフロー図。
【図１１】流体シミュレーション処理部のフロー図。
【図１２】入力流体データ発生処理部のフロー図。
【図１３】交換工事計画立案処理を詳細に示す図。
【図１４】交換工事計画立案処理の処理フロー図。
【図１５】交換時期組み合わせ作成部のフロー図。
【図１６】保全費用管理部のフロー図。
【図１７】最適工事計画決定部のフロー図。
【図１８】３次元配管情報を示すテーブル。
【図１９】配管ラインを示す図。
【図２０】交換時期計画データのテーブル。
【図２１】物量データのテーブル。
【図２２】作業原単位データのテーブル。
【図２３】作業手順データのテーブル。
【図２４】作業手順データの作成フロー図。
【図２５】作業工数−停止期間対応テーブル。
【図２６】作業工数・作業コスト対応テーブル。
【図２７】停止期間１日当たりの損失データ。
【図２８】材料単価テーブル。
【図２９】作業工数データテーブル。
【図３０】電力損失データのテーブル。
【図３１】総材料費データのテーブル。
【図３２】総費用データのテーブル。
【図３３】保全費用算出部の処理フロー図。
【図３４】保全費用算出部の処理フロー図。
【図３５】省略可能データのテーブル。
【図３６】省略可能作業工数データの作成フロー図。
【符号の説明】
１１０…サービス提供者システム、１１１，１２１，１３１…通信装置、112…処理装置（サーバ）、１１３，１２３，１３３…ＤＢ、１１４…表示装置、１１５…配管・減肉予測処理、１１６…交換工事計画立案処理、１２０…顧客システム、１２２，１３２…処理装置、１３０…ベンダーシステム。
【図１】
0003879384.tif 000012
【図２】
0003879384.tif 000013
【図３】
0003879384.tif 000014
【図４】
0003879384.tif 000015
【図５】
0003879384.tif 000016
【図６】
0003879384.tif 000017
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003879384.tif 000021
【図１１】
0003879384.tif 000022
【図１２】
0003879384.tif 000023
【図１３】
0003879384.tif 000024
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003879384.tif 000027
【図１７】
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【図１８】
0003879384.tif 000029
【図１９】
0003879384.tif 000030
【図２０】
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【図２１】
0003879384.tif 000032
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
0003879384.tif 000038
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
0003879384.tif 000041
【図３１】
0003879384.tif 000042
【図３２】
0003879384.tif 000043
【図３３】
0003879384.tif 000044
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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