JP2001280599A - 発電プラント配管の寿命予測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、発電プラントの配管の減肉予
測方法において、高精度の配管減肉予測式を提供するこ
とにある。 【解決手段】過去に測定された肉厚測定結果から算出し
た減肉率のデータベースから統計解析により残存寿命
を、減肉量を時間の非線形関数として表現するか、ある
いは予測式にパラメータ相互効果の補正項を入れること
により、最小許容肉厚に到達する時間を正確に予測す
る。 【効果】本発明による高精度の配管減肉予測式を提供す
ることにより配管点検周期の適正化が実施できるため、
検査の省力化が可能である。また、予測式の高精度化に
よりプラントの安全安定運転へ大きく貢献するものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンを経て蒸
気、または蒸気＋水の２相状態、あるいは水単相が流れ
る配管の減肉を予測する方法ならびに検査を省力化する
方法にかかわり、特に原子力プラントの配管の減肉予測
に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力プラントなど発電プラントは蒸気
タービンを使用するために、蒸気や、高温水＋蒸気が配
管内部に流れる。これら配管は絶えず蒸気や凝縮水によ
ってエロージョン・コロージョンなどの腐食損傷を受け
ており、経年的に配管の減肉現象が発生する。これらの
減肉の現象は、空間的にも時間的にも一様ではないた
め、またプラントごとに異なるため、従来からプラント
の配管の減肉予測，管理手法については、さまざまな試
みがなされている。このようなプラントの配管減肉管理
を行うシステムとしては、特開平３−２８９５９６号に
開示されるものがある。ここに開示されたシステムは、
少なくともプラント情報および系統情報と、配管仕様情
報および配管減肉情報と、減肉重要度ランク情報と、系
統画面情報および配管ライン識別情報と、実機肉厚測定
情報とが入力情報として格納されるデータベースと、デ
ータベースから減肉配管の管理項目，減肉率，余寿命評
価を出力させる複数のシステムのそれぞれを稼働させる
複数のプログラムが格納される補助記憶手段と、システ
ムを稼働させる複数のプログラムのいずれかを選択的に
呼び込み、データベースに格納されている減肉配管を管
理する他の各種情報を制御・演算して減肉配管の管理項
目と減肉率と余寿命評価を出力させる中央処理手段と、
管理項目と減肉率と余寿命を含む出力のいずれかを表示
する表示手段とから構成されている。また同様の配管減
肉管理を行うシステムとしては、特開平８−１７８１７
２号に開示されるものがある。これはエロージョン・コ
ロージョンによる減肉計算および評価法について述べた
もので、１種類以上のプラントの減肉測定データベース
と、一般的な減肉速度の関係のデータとしての文献デー
タおよび実験データの減肉データベースにより、減肉現
象のエロージョン・コロージョンの因子である材料成
分，水質、および流速と減肉データの関係を把握して、
減肉用の数学モデル式を設定して、エロージョン・コロ
ージョン因子と、減肉量の関係を関数化して、各エロー
ジョン・コロージョン因子の条件ごとに減肉計算ならび
に評価ができるようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平３−２８９５９
６号に開示された方法は、配管余寿命の予測として、空
間的あるいは時間的に差分を取りそれらの線形外挿から
寿命を予測するものであった。これらの方式では、配管
の減肉する速度は一定と仮定して、減肉がそのままの速
度で進んだ場合の最大許容減肉量に至る時間を計算して
いる。しかしながら配管の減肉は、一般にエロージョン
・コロージョンと呼ばれる現象により進行する。発明者
らは、実プラントの配管減肉データを調査した結果、配
管減肉の速度は時間の経過とともに減少することを見出
した。これはエロージョン・コロージョンが、配管の機
械的な摩耗と同時に酸化皮膜の破壊・修復が同時に起こ
るメカノケミカルな現象であることに起因している。し
たがって従来方式では、最大許容減肉量に至る時間を実
際の寿命時間よりも短く推定する可能性があった。また
特開平８−１７８１７２号に開示された方法では、関数
関係を規定してパラメータの選択方法について規定して
いるものの、その具体的な実現方法については不明確で
ある。

【０００４】本発明の目的は、発電プラントの配管の減
肉予測方法において、高精度の配管減肉予測式を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】対象機器の表面に酸化皮
膜が成長・安定化するに伴って当該機器の減肉速度は次
第に減少する傾向があることを著者らは見いだした。こ
れらの現象は、表面の酸化皮膜の性状をはじめ、環境の
微少な変化が減肉速度に大きな影響を及ぼす可能性があ
り、一般にはそのばらつきが大きい確率的な現象と考え
られる。従って、このような機器においては、過去のデ
ータベースを参照しながら、ばらつきも考慮した上で、
当該機器の減肉スピードの範囲を推定することが有効と
考えられる。

【０００６】本発明は、過去に測定された肉厚測定結果
から算出した減肉率のデータベースから統計解析により
残存寿命、すなわち減肉量を時間の非線形関数として表
現するか、あるいは予測式にパラメータ相互効果の補正
係数を入れることにより、最小許容肉厚に到達する時間
を正確に予測する。さらに、人工知能を用いて作成され
た予測式の妥当性を判断し、最適の予測式を導出し、高
精度の配管減肉予測式を提供する。

【０００７】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の装置を活用
するに当たり、まず現在までに測定された肉厚測定結果
をデータベース内に登録する。登録された減肉量のデー
タを時間ごとにワイブルプロットしたところ、図１に示
すように配管を設置して時間が経過すると、減肉量は増
加する傾向が見られた。さらにこれらのデータを累積ワ
イブルプロットしたところ図２のようになった。このプ
ロットと、信頼度β(０.９５）との交点から各時間での
最大減肉量を求めたところ、図２のように１年（１００
００ｈ）ではｄ１(２.０）mm、３年(３００００ｈ)では
ｄ２(３.０）mm、５年(５００００ｈ)ではｄ３(３.５）
mmとなった。これらの減肉量の時間変化を、横軸を時
間、縦軸を最大減肉量としてプロットしたところ、図３
のような曲線となった。この曲線は次のような式で表現
できる。

【０００８】ｙ（減肉量／mm）＝０.０７９Ｘ^0.35 Ｘ：時間（ｈ） ところで、この系統の最大許容減肉量はｄｃｒ(５.０）
mmであった。

【０００９】この曲線を適当な時間のべき乗関数で近似
・外挿し、減肉量が最大許容減肉量にいたるまでの時間
を求めたところ、ｔｃｒ（１３８０００ｈ）である事が
分かった。なお、本実施例では、１年間を約１００００
時間として計算した。

【００１０】これらの流れをフロー図にすると図４のよ
うになる。以上のように、本方法を用いることによっ
て、非線型の減肉予測が可能となり、従来の方法に比
べ、配管の寿命をより精度良く予測することができる。 （実施例２）本発明の請求項４に記載のモデル式の例を
示す。原子力プラント蒸気系配管の減肉データを収集し
たデータベースを統計解析した。まず、減肉量データＣ
の常用対数をとり、重回帰分析により統計解析をしたと
ころ次のような定量化ができた。

【００１１】 LogＣ＝α１／(Ｔ−１５０)²＋α２・ｖ＋α３・Ｏ２＋α４・Ｃｒ＋α５・ ｗｔ＋α６・ｔ …（１） ただし、ここでＣｒ：材料母材中のクロム含有量であ
る。

【００１２】（１）式の両辺で１０のべき乗をとり、対
数からもとの値に戻すことにより、 Ｃ＝１０^{α 1/(T-150)2}・１０^{α 2 ・ v}・１０^{α 3 ・ O2}・１０^{α 4 ・ Cr} ・１０^{α 5 ・ wt}・１０^{α 6 ・ t} …（２） を得た。

【００１３】いま、原子力のある蒸気系配管で１０年後
の配管の減肉を予測する必要が生じた。この配管の諸パ
ラメータはＴ＝Ｔ１，ｖ＝ｖ１，Ｏ２＝Ｏ２１，Ｃｒ＝
Ｃｒ１，Ｗｔ＝Ｗｔ１，ｔ＝１０００００ｈｒでこれら
を（２）式に代入し、Ｃ１の減肉量を得た。さらに１５
年後は１０年後に比べ、減肉量が何倍になっているかを
求めたところ、１５年後（＝１５００００ｈｒ）の配管
減肉量をＣ２とすると時間以外の諸条件は同じなので、 Ｃ２／Ｃ１＝１０^{α 6 ・ (150000-100000)}＝１０^{α 6 ・ 50000} という結果を得た。 （実施例３）図５に肉厚測定判断フローを示す。本発明
の装置を活用するに当たり、まず現在までに測定された
肉厚測定結果をデータベース内に登録する。登録された
データより、減肉率を求めデータベース内に登録する。
減肉率は次のようにして求めることができる。

【００１４】（減肉率）＝（（前回測定肉厚）―（今回
測定肉厚））／（運転時間） 登録された減肉率データより、実施例１と同様の方法で
統計解析を行い予測式を作成する。次に、作成された予
測式の妥当性を文献・実験データに基づいた人工知能に
より判断する。判断方法については後述する。

【００１５】判断された結果、妥当性が無い場合には、
予測式の精度を向上させるために、系統別，内部流体
別，配管材質別，配管形状別などの観点のうちいずれか
の観点から再分類する。再分類された減肉率のデータベ
ースを統計解析し予測式を作成し、再度予測式の妥当性
を判断する。

【００１６】予測式の妥当性がある場合には、予測値と
実測値の標準偏差をとり、定めた許容値未満であるかを
判断する。許容値以上の場合には、上述の妥当性無しの
場合と同様に各種データを再分類し再度予測式を作成す
る。許容値未満の場合には、適用条件及び予測式を登録
する。以上の流れによって、配管の減肉量を予測する。

【００１７】ここで、予測式の妥当性の判断方法につい
て説明する。図６に、予測式の妥当性判定フローを示
す。統計解析により求められた減肉予測式の妥当性は、
次のように判定される。

【００１８】判定フローに示すように、以下の項目
（１）〜（５）の条件をすべて満たした場合、減肉予測
式は妥当であると判定される。 （１）減肉速度は流速の増加とともに増加傾向である。 （２）減肉速度はＣｒ含有率の増加とともに減少方向で
ある。 （３）単相流より二相流の方が減肉速度が大きい。 （４）単相流において溶存酸素濃度１５ppb未満の減肉
速度は１５ppb以上の速度に比べ大きい。 （５）減肉速度は温度１００℃〜２００℃が最も高い。

【００１９】以上説明したように、肉厚測定結果データ
ベースに登録されたデータより、図５に示すフローに従
い、装置内で予測式が作成・登録される。本発明では、
統計解析手法として重回帰分析、あるいは極値統計、あ
るいは比例ハザード法，プロビット解析のような多変量
を扱える寿命予測統計を用いることができる。

【００２０】本発明の装置により点検対象を選択する場
合には装置内で作成された予測式より求まる減肉率及び
最新の肉厚測定結果から下式により余寿命が算出され
る。なお、下式における減肉率は、現在の減肉率と将来
の減肉率（予測値）から設定される。

【００２１】(余寿命)＝((必要最小肉厚) −(最新測定
結果での最小肉厚値))／(減肉率)^* ただし、ここでの(減肉率)^*：実施例１で示した、減肉
量−時間の曲線からの現在と将来の予測値の平均値 上記により算出された余寿命（寿命評価）により、余寿
命の短いものから優先的に測定箇所として選出される。
また、寿命評価の結果から定期点検時の点検対象を選定
する際に同程度の評価結果となった測定箇所について
は、プラントの系統構成から不具合発生時、プラントの
運転へ及ぼす影響を評価し、プラントの安全安定運転へ
及ぼす影響の高い配管を優先的に点検対象として選択す
る。また、新たな測定結果が追加された場合には上記と
同様の手順に従い、定期点検などの最新の減肉データを
取り込み、更新されたデータベースから、減肉予測式の
修正、妥当性の確認を行い、新たに予測式が作成され、
点検対象が再評価される。

【００２２】

【発明の効果】本発明による高精度の配管減肉予測式を
提供することにより配管点検周期の適正化が実施できる
ため、検査の省力化が可能である。また、予測式の高精
度化によりプラントの安全安定運転へ大きく貢献するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】時間ごとの最大減肉量のワイブル分布プロファ
イル。

【図２】時間ごとの最大減肉量の累積ワイブル分布プロ
ファイル。

【図３】最大減肉量の時間変化からの寿命推定。

【図４】統計処理による寿命予測のフロー。

【図５】肉厚測定判断フロー。

【図６】予測式の妥当性判定フロー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 健也 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 久恒 真一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 Ｆターム(参考） 3J071 AA03 AA12 EE08 EE19 FF07 5B049 AA00 AA06 BB00 CC11 EE39 GG07 5H223 AA03 BB05 EE28 FF05 9A001 GG01 KK55 LL02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】配管減肉の予測の方法として、過去のデー
   タベースに基づき、その傾向を統計解析して、減肉量を
   時間の非線形関数として表現するか、あるいは予測式に
   パラメータ相互効果の補正項を入れることにより、残存
   寿命を非線形的に予測することを特徴とする配管減肉予
   測方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の配管減肉予測方法におい
   て、少なくとも１プラント以上の過去に測定された肉厚
   測定結果から算出した減肉率のデータベースから統計解
   析により作成した予測式を、文献データあるいは実験デ
   ータに基づいてその妥当性を統計的に判断することを特
   徴とする配管減肉予測方法。
3. 【請求項３】請求項２に記載の配管減肉予測方法におい
   て、統計解析の手法として重回帰分析、あるいは極値統
   計、あるいは比例ハザード法，プロビット解析のような
   多変量を扱える寿命予測統計を用いることを特徴とする
   配管減肉予測方法。
4. 【請求項４】請求項２に記載の配管減肉予測方法におい
   て、配管の寿命予測方法として、統計解析を用いた場合
   の寿命推定のモデル式に、該配管の幾何学的形状，上流
   配管の幾何学的形状，温度，流速，溶存酸素濃度，ｐ
   Ｈ，湿り度，材料成分および運転時間の９項目を選定
   し、下記モデル式を設定することを特徴とする配管減肉
   予測方法。 Ｆ(Ｔ，ｖ，Ｏ２，Ｋｃ１，Ｋｃ２，ｐＨ，Ｍｔ，ｗ
   ｔ，ｔ)：減肉速度 Ｆ₁(Ｔ) ：温度効果パラメータ Ｆ₂(ｖ) ：流速効果パラメータ Ｆ₃(Ｏ₂) ：溶存酸素濃度効果パラメータ Ｆ₄(Ｋｃ１) ：当該配管形状効果パラメータ Ｆ₅(Ｋｃ２) ：上流配管形状効果パラメータ Ｆ₆(ｐＨ） ：ｐＨ効果パラメータ Ｆ₇(Ｍｔ) ：材料成分効果パラメータ Ｆ₈(Ｗｔ) ：湿り度効果パラメータ Ｆ₉(ｔ) ：運転時間効果パラメータ Ｃij：パラメータ相互効果補正係数（定数項を含む）：
   ＝Ｇ(ｘｉ，ｘｊ)：ｘｉ，ｘｊは上記Ｔ，ｖ，Ｏ２，Ｋ
   ｃ１，Ｋｃ２，ｐＨ，Ｍｔ，Ｗｔ，ｔのいずれかを表す
   （Ｉ≠ｊ）
5. 【請求項５】請求項２に記載の配管減肉予測方法におい
   て、配管の寿命予測方法として、系統別あるいは内部流
   体別あるいは配管材質別あるいは配管形状別に減肉率の
   データベースを解析し、モデル式を設定することを特徴
   とする配管減肉予測方法。
6. 【請求項６】請求項１に記載の配管減肉予測方法におい
   て、寿命評価の結果から定期点検時の点検対象を選定す
   る際に同程度の評価結果となった測定箇所については、
   プラントの系統構成から不具合発生時、プラントの運転
   へ及ぼす影響を評価し、プラントの安全安定運転へ及ぼ
   す影響の高い配管を優先的に点検対象として選択するこ
   とを特徴とする配管点検箇所選択方法。
7. 【請求項７】請求項２に記載の配管減肉予測方法におい
   て、前記減肉率のデータベースに、定期点検などの最新
   の減肉データを取り込み、更新されたデータベースか
   ら、減肉予測式を修正し、妥当性を確認することを特徴
   とする配管減肉予測方法。