JP2020144409A - Plant diagnostic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラントの劣化状況を数値化できる、プラント診断装置に関する。 The present invention relates to a plant diagnostic apparatus capable of quantifying the deterioration status of a plant.
発電、石油化学、水、医薬などの産業プラントでは、プラント設備の老朽化による保守費用の増加に伴い、保守費用を抑制しながらプラントを高効率に運転することが求められている。これを受け、プラントの劣化状況を数値化することで、プラントの寿命を予測し、プラントの診断に活用したいという要望が拡大している。 In industrial plants such as power generation, petrochemicals, water, and pharmaceuticals, as maintenance costs increase due to aging plant equipment, it is required to operate the plants with high efficiency while suppressing maintenance costs. In response to this, there is an increasing demand for predicting the life of a plant by quantifying the deterioration status of the plant and utilizing it for plant diagnosis.
プラント劣化の具体的な例として、配管系統内の流動現象に起因して配管肉厚が運転時間の経過と共に徐々に減少する配管減肉が知られている。配管減肉等のプラント劣化状況を数値化するためには、配管系統内で生じる3次元性の強い詳細な流れ場に関する情報が必要であり、詳細流れ場を取得する手段として3次元流体解析が用いられる。 As a specific example of plant deterioration, it is known that the pipe wall thickness gradually decreases with the passage of operation time due to the flow phenomenon in the pipe system. In order to quantify the state of plant deterioration such as pipe wall thinning, it is necessary to have information on detailed flow fields with strong three-dimensionality that occur in the piping system, and three-dimensional fluid analysis is a means of acquiring detailed flow fields. Used.
3次元流体解析を活用し、プラント劣化の一事象である配管減肉を推定する従来技術としては、例えば、特許文献1に開示されている「配管減肉予測情報の提供方法」がある。この従来技術では、3次元流体解析を用いて配管系統内を流れる流体の挙動を評価し、その流体の挙動の変化から配管減肉量を予測している。
As a conventional technique for estimating pipe wall thinning, which is an event of plant deterioration, by utilizing three-dimensional fluid analysis, for example, there is a "method for providing pipe wall thinning prediction information" disclosed in
特許文献1の開示技術により、3次元流体解析を用いて配管系統内の詳細な流れ場に関する情報を取得し、取得した詳細な流れ場情報から配管減肉量を予測することでプラントの劣化状況を数値化し、プラントを診断することができる。
Using the disclosure technology of
ここで、プラントの一部を占めるに過ぎない熱交換器、反応器等の要素機器と比較すると、プラントの大部分を占める配管系統は空間スケールが大きいため、配管系統の3次元流体解析は解析規模が非常に大きくなるという特性がある。また、熱交換器等の要素機器と比較すると、配管系統を流れる流体の流量条件は多岐に渡るうえに、配管系統内に設置された弁の開閉により配管系統内の流路条件も変化するため、流量条件と流路条件が増えるほど、それらの組み合わせにより、解析ケース数が増大するという特性もある。 Here, compared to elemental equipment such as heat exchangers and reactors that occupy only a part of the plant, the piping system that occupies most of the plant has a large spatial scale, so the three-dimensional fluid analysis of the piping system is analyzed. It has the characteristic of being extremely large in scale. In addition, compared to elemental equipment such as heat exchangers, the flow rate conditions of the fluid flowing through the piping system are diverse, and the flow rate conditions in the piping system also change due to the opening and closing of the valves installed in the piping system. As the flow rate condition and the flow path condition increase, the number of analysis cases increases depending on the combination thereof.
このため、特許文献1で開示される技術を、配管系統を対象とした3次元流体解析に利用する場合、3次元流体解析の解析規模が大きくなるだけではなく、流量条件と流路条件の組み合わせによる全ての解析ケースを3次元流体解析する必要があるので、詳細流れ場の計算に相当の時間がかかるという課題もあった。
Therefore, when the technique disclosed in
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、プラントの配管系統を対象とした3次元流体解析を実施する際に、解析規模が大きくなり、解析ケース数が増大する場合でも、短時間に詳細流れ場を計算し、計算した詳細流れ場情報からプラントの劣化状況を数値化し、プラントの診断に活用できるプラント診断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and when performing a three-dimensional fluid analysis for a piping system of a plant, even if the analysis scale becomes large and the number of analysis cases increases, the details can be obtained in a short time. The purpose is to provide a plant diagnostic device that can be used for plant diagnosis by calculating the flow field and quantifying the deterioration status of the plant from the calculated detailed flow field information.
上記目的を達成するために、本発明のプラント診断装置は、前記プラントの構成要素の配管系統モデルを複数のサブ領域に分割したサブ領域グループを出力するサブ領域分割部と、前記プラントに設置された計測器の計測値および弁開閉状態の時系列データを有する運転データと、前記サブ領域グループとから、前記弁開閉状態に基づきサブ領域ごとに流量がゼロとなる経路を除外し、前記サブ領域グループの内容を更新するゼロ流量経路除外部と、前記サブ領域グループと前記運転データから、前記サブ領域グループに含まれる一つのサブ領域を選択し、選択したサブ領域の縮約データが存在しない場合は、3次元流体解析を実施し、解析結果を詳細流れ場として出力する3次元解析部と、選択したサブ領域の縮約データが存在しない場合は、前記詳細流れ場から、前記詳細流れ場が保有する流速、圧力、温度等の空間分布および時間変化の情報を保ちながら前記詳細流れ場を縮約し、縮約データを生成する縮約データ生成部と、選択したサブ領域の縮約データが存在する場合は、前記運転データと前記縮約データから、詳細流れ場を計算する縮約解析部と、前記3次元解析部または前記縮約解析部が出力した前記詳細流れ場から前記プラントの劣化状況を数値化し、プラントを診断する診断部と、を具備するものとした。 In order to achieve the above object, the plant diagnostic apparatus of the present invention is installed in the plant and a sub-region division unit that outputs a sub-region group that divides the piping system model of the component of the plant into a plurality of sub-regions. From the operation data having the measured value of the measuring instrument and the time series data of the valve open / closed state and the sub-region group, the path where the flow rate becomes zero for each sub-region based on the valve open / closed state is excluded, and the sub-region When one sub-region included in the sub-region group is selected from the zero flow path exclusion unit that updates the contents of the group, the sub-region group, and the operation data, and the contraction data of the selected sub-region does not exist. Performs a three-dimensional fluid analysis and outputs the analysis result as a detailed flow field. If there is no contraction data of the selected sub-region, the detailed flow field can be obtained from the detailed flow field. The contraction data generator that contracts the detailed flow field and generates contraction data while maintaining the information on the spatial distribution such as flow velocity, pressure, temperature, and time change, and the contraction data of the selected sub-region If present, the contraction analysis unit that calculates the detailed flow field from the operation data and the contraction data, and the deterioration of the plant from the detailed flow field output by the three-dimensional analysis unit or the contraction analysis unit. It is equipped with a diagnostic unit that quantifies the situation and diagnoses the plant.
本発明のプラント診断装置によれば、プラントの配管系統を対象とした3次元流体解析を実施する際に、解析規模が大きくなり、解析ケース数が増大する場合でも、短時間に詳細流れ場を計算し、計算した詳細流れ場情報からプラントの劣化状況を数値化し、プラントの診断に活用することができる According to the plant diagnostic apparatus of the present invention, when performing a three-dimensional fluid analysis for a plant piping system, a detailed flow field can be obtained in a short time even when the analysis scale becomes large and the number of analysis cases increases. It can be calculated and the deterioration status of the plant can be quantified from the calculated detailed flow field information and used for plant diagnosis.
以下、図面を用いて、本発明の実施例に係るプラント診断装置を説明する。 Hereinafter, the plant diagnostic apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施例1に係るプラント診断装置4の概略構成図である。ここに示すように、本実施例のプラント診断装置4は、3Dモデル1、プラント系統図2、運転データ3の各データが入力され、診断結果5を出力するものである。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the plant
ここで、3Dモデル1は、3D−CADソフトで作成されたプラントを構成する機器、直管、エルボ、分岐、弁等の3次元形状情報が記述されており、例えば、配管に関しては、配管長さ、口径、配管肉厚、配管設置位置に関する情報が記述されている。プラント系統図2は、配管計装線図または、P&ID(Piping & Instrument Flow Diagram)とも呼ばれ、プラントを構成する機器、配管間の接続関係を定義する情報が記述されている。運転データ3は、プラントの機器・配管等に設置された流量計、圧力計、温度計などの計測器により計測された計測値の時系列データと、弁開閉状態を示す時系列データから構成される。診断結果5には、プラントの余寿命等の情報が記述されている。
Here, in the
プラント診断装置4は、入力された3Dモデル1、プラント系統図2、運転データ3に基づいて、診断対象のプラントの劣化状況を数値化し、数値化した劣化状況からプラントの余寿命等を診断して、診断結果5として出力する。なお、プラント診断装置4は、実際には、CPU等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、ハードディスク等の補助記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えたパソコンなどの計算機である。そして、補助記憶装置に記録されたデータベースを参照しながら、主記憶装置にロードされたプログラムを演算装置が実行することで、後述する各機能を実現するが、以下では、このような周知技術を適宜省略しながら説明する。
The plant
次に、プラント診断装置4の構成の詳細について説明する。プラント診断装置4は、サブ領域分割部11、サブ領域グループ12、ゼロ流量経路除外部13、3次元解析部14、詳細流れ場15、縮約データ生成部16、縮約データ17、縮約解析部18、診断部19を備えている。なお、サブ領域グループ12、詳細流れ場15、縮約データ17は、記憶装置等に記憶されるデータであり、サブ領域分割部11等のその他の構成要素は、演算装置がプログラムを実行することで実現される機能である。以下、各々を詳細に説明する。
Next, the details of the configuration of the plant
サブ領域分割部11は、入力された3Dモデル1とプラント系統図2に基づいて、配管系統モデルMを構築した後、その配管系統モデルMを複数に分割してサブ領域グループ12として出力するものである。
The sub-region division unit 11 constructs the piping system model M based on the
図2は、サブ領域分割部11が構築する配管系統モデルMの一部を抜粋した例である。ここに示す配管系統モデルMの抜粋部は、12個の直管P(P1〜P12)、6個のエルボE(E1〜E6)、2個の分岐D(D1、D2)、2個の弁V(V1、V2)、1個の熱交換器Hから構成されており、また、各パーツは3Dモデル1より読み取ったパーツの3次元形状情報と、プラント系統図2より読み取った隣接するパーツ間の接続関係を定義する情報を保有している。なお、図2中の矢印は、流体の流れの方向を示している。
FIG. 2 is an example of excerpting a part of the piping system model M constructed by the sub-region division portion 11. The excerpts of the piping system model M shown here are 12 straight pipes P (P 1 to P 12 ), 6 elbows E (E 1 to E 6 ), and 2 branches D (D 1 , D 2). ), Two valves V (V 1 , V 2 ), and one heat exchanger H, and each part is the three-dimensional shape information of the parts read from the
サブ領域分割部11は、配管系統モデルMに対して流れの変動が小さくなる部位を抽出し、そこを境界Bとして配管系統モデルMを複数のサブ領域Aに分割し、サブ領域グループ12として出力する。配管系統では、一般的に、直管P以外のパーツでは流れの変動が大きくなり、直管Pでは流れの下流側ほど変動が小さくなるという特性を持つため、サブ領域分割部11は、直管Pの上流側端からの距離が予め規定した長さLに達した位置を流れの変動が小さくなる部位として抽出し、当該部位を境界Bの候補として配管系統モデルMを複数のサブ領域Aに分割する。図3は、図2の配管系統モデルMを4つのサブ領域Aに分割した例である。図3では、境界Bの候補のうち、直管P2、直管P9、直管P10上のものを、境界B1、B2、B3として選択し、これらの境界Bによって配管系統モデルMを4つのサブ領域A1〜A4に分割している。なお、抽出した候補の全てを境界Bとして採用しない理由は、サブ領域Aを細分化しすぎても演算量の削減に寄与しないため、直管Pを1個だけ含むような単調なサブ領域Aを生成するのは好ましくないからである。
The sub-region division unit 11 extracts a portion where the flow fluctuation is small with respect to the piping system model M, divides the piping system model M into a plurality of sub-regions A with this as a boundary B, and outputs it as a
サブ領域グループ12は、サブ領域分割部11で分割された複数のサブ領域Aを保有したデータである。
The
ゼロ流量経路除外部13は、サブ領域グループ12と運転データ3を入力として、弁Vの開閉状態に基づきサブ領域Aごとに流量がゼロとなる経路を除外し、サブ領域グループ12の内容を更新、出力するものである。
The zero flow rate
ゼロ流量経路除外部13の作用を、図4、図5を用いて説明する。これらの図は、図3に示すサブ領域グループ12に対して、流量がゼロとなる経路を除外した例である。本実施例の配管系統モデルMでは、弁V1と弁V2の開閉状態の組み合わせは排他的であり、弁V1が開状態であれば弁V2は閉状態、弁V1が閉状態であれば弁V2は開状態となる。
The operation of the zero flow rate
図4は、弁V1が開状態で弁V2が閉状態である場合に対応しており、この場合は、図4中の点線で示した経路(直管P5〜直管P8)では流量がゼロとなる。そこで、ゼロ流量経路除外部13は、サブ領域A2に対して点線で示した経路を除外して、除外後の領域を新たにサブ領域A2aとして登録する。
FIG. 4 corresponds to the case where the valve V 1 is in the open state and the valve V 2 is in the closed state. In this case, the path shown by the dotted line in FIG. 4 (straight pipe P 5 to straight pipe P 8 ). Then the flow rate becomes zero. Therefore, the zero flow rate
一方、図5は、弁V1が閉状態で弁V2が開状態である場合に対応しており、この場合は、図5中の点線で示した経路(直管P3〜直管P4)では流量がゼロとなる。そこで、ゼロ流量経路除外部13は、サブ領域A2に対して点線で示した経路を除外して、除外後の領域を新たにサブ領域A2bとして登録する。
On the other hand, FIG. 5 corresponds to the case where the valve V 1 is in the closed state and the valve V 2 is in the open state. In this case, the path shown by the dotted line in FIG. 5 (straight pipe P 3 to straight pipe P). In 4 ), the flow rate becomes zero. Therefore, the zero flow rate
以上の操作により、ゼロ流量経路除外部13は、サブ領域A2aとサブ領域A2bを登録して、サブ領域グループ12の内容を更新し、出力する。
By the above operation, the zero flow rate
3次元解析部14は、サブ領域グループ12と運転データ3を入力として、サブ領域グループ12に含まる一つのサブ領域Aを対象として3次元流体解析を実施し、解析結果を詳細流れ場15として出力する。なお、ここで用いる3次元流体解析は周知技術であるので、詳細説明は省略する。
The three-
詳細流れ場15は、サブ領域グループ12に含まるサブ領域Aごとの流速、圧力、温度等の詳細な空間分布および時間変化が記述されている。詳細流れ場15は、3次元解析部14または後述する縮約解析部18の解析結果として出力される。
The
縮約データ生成部16は、詳細流れ場15を入力として、詳細流れ場15が保有する流速、圧力、温度等の空間分布および時間変化の情報を保ちながら詳細流れ場15を縮約し、縮約データ17として出力する。この縮約データ生成部16では、所望の公知技術(例えば平邦彦,固有直交分解による流体解析:1.基礎,ながれ, Vol.30, 2011,pp.115-123)を活用して、高次元の詳細流れ場15を低次元の縮約データ17へ縮約する。
The contraction data generation unit 16 takes the
縮約データ17は、高次元の詳細流れ場15を、フーリエ変換等を利用して低次元に縮約したデータである。
The
縮約解析部18は、運転データ3と縮約データ17を入力として、所望の公知技術を活用して、詳細流れ場15を計算し、詳細流れ場15として出力する。ここでは、縮約データ17を利用して詳細流れ場15を計算するので、3次元解析部14での詳細流れ場15の計算に比べると、計算時間は、無視できるほど短くなる。
The
診断部19は、3次元解析部14または縮約解析部18が計算した詳細流れ場15を入力として、診断対象のプラントの劣化状況を数値化し、劣化状況からプラントの余寿命等を診断して、診断結果5として出力する。より具体的な例としては、診断部19は、詳細流れ場15から配管減肉速度を評価し、配管減肉速度を積算することで、配管肉厚が危険水準値、すなわち配管交換を必要とする肉厚に到達するまでの期間を推定して出力する。
The
次に、図6を用いて、プラント診断装置4によるプラント診断の処理内容を詳細に説明する。
Next, the processing content of the plant diagnosis by the
まず、ステップS1(サブ領域分割過程)では、サブ領域分割部11は、3Dモデル1とプラント系統図2より配管系統モデルMを構築した後、その配管系統モデルMを分割してサブ領域グループ12を出力する。
First, in step S1 (sub-region division process), the sub-region division portion 11 constructs the piping system model M from the
ステップS2(ゼロ流量経路除外過程)では、ゼロ流量経路除外部13は、サブ領域グループ12と運転データ3から、弁Vの開閉状態に基づきサブ領域Aごとに流量がゼロとなる経路を除外し、サブ領域グループ12の内容を更新、出力する。
In step S2 (zero flow rate path exclusion process), the zero flow rate
ステップS3(縮約データ生成判定過程)では、プラント診断装置4は、サブ領域グループ12に含まれるサブ領域Aを一つ選択し、そのサブ領域Aに対して縮約データ17が生成済みか否かを判定する。判定結果がYesならばステップS6(縮約解析過程)に進み、Noの場合は、ステップS4(3次元流体解析過程)へ進む。
In step S3 (reduction data generation determination process), the plant
選択したサブ領域Aの縮約データ17が生成されていない場合は、ステップS4(3次元流体解析過程)では、3次元解析部14は、サブ領域グループ12と運転データ3から、ステップS3で選択したサブ領域Aに対して3次元流体解析を実施し、詳細流れ場15を出力する。
When the
次に、ステップS5(縮約データ生成過程)では、縮約データ生成部16は、詳細流れ場15を縮約し縮約データ17を出力する。
Next, in step S5 (reduction data generation process), the contraction data generation unit 16 contracts the
一方、選択したサブ領域Aの縮約データ17が生成済みであった場合は、ステップS6(縮約解析過程)として、縮約解析部18は、運転データ3と縮約データ17から詳細流れ場15を計算し、詳細流れ場15を出力する。なお、本実施例の縮約解析部18は、縮約データ生成部16が生成した縮約データ17を利用するため、図6のフローチャートに従えば、ステップS6の実行前には必ずステップS5が実行されるようになっている。
On the other hand, when the
ステップS7(サブ領域Aに対する詳細流れ場計算判定過程)では、プラント診断装置4は、一つの解析ケースにおいて全てのサブ領域Aに対して詳細流れ場15を計算済みか否か判定する。判定結果がYesならばステップS8(流量条件Q、流路条件Rの組み合わせに対する詳細流れ場計算判定過程)に進み、Noの場合は、次のサブ領域Aを選択したうえで、ステップS3(縮約データ生成判定過程)に戻る。
In step S7 (detailed flow field calculation determination process for sub-region A), the plant
ステップS8(流量条件Q、流路条件Rの組み合わせに対する詳細流れ場計算判定過程)では、プラント診断装置4は、流量条件Q、流路条件Rの組み合わせにより定義される全ての解析ケースに対して詳細流れ場を計算済みか否か判定する。判定結果がYesならばステップS9(診断過程)に進み、Noの場合は、次の解析ケースを選択したうえで、ステップS3(縮約データ生成判定過程)に戻る。
In step S8 (detailed flow field calculation determination process for the combination of the flow rate condition Q and the flow path condition R), the plant
ステップS9(診断過程)では、診断部19は、詳細流れ場15から診断対象のプラントの劣化状況を数値化し、劣化状況からプラントの余寿命等を診断して、診断結果を出力する。
In step S9 (diagnosis process), the
次に、配管系統モデルM(図2)を基にして、4つのサブ領域からなるサブ領域グループ12(図3〜図5)が生成された場合の、詳細流れ場15の計算に必要な計算量について、図7Aと図7Bを用いて説明する。図7Aは、従来技術に基づき詳細流れ場15を計算した場合の計算時間を説明する表であり、図7Bは、本実施例に基づき詳細流れ場15を計算した場合の計算時間を説明する表である。
Next, the calculation necessary for the calculation of the
図7A、図7Bに示す例では、流量条件数は5条件(流量の異なるQ1〜Q5)としている。また、前述のとおり弁V1と弁V2の開閉状態の組み合わせは排他的であるので、流路条件数は2条件(図4に対応するR1、図5に対応するR2)である。従って、解析ケース数は流量条件数と流路条件数の組み合わせとして計算され、10ケースとなる。 Figure 7A, in the example shown in FIG. 7B, the flow condition number is set to 5 conditions (different Q 1 to Q 5 of the flow rate). Further, as described above, since the combination of the open / closed states of the valve V 1 and the valve V 2 is exclusive, the number of flow path conditions is 2 (R 1 corresponding to FIG. 4 and R 2 corresponding to FIG. 5). .. Therefore, the number of analysis cases is calculated as a combination of the number of flow rate conditions and the number of flow path conditions, and is 10 cases.
図7Aは、従来技術に基づき10ケースの解析ケースを計算した場合の計算時間例を示している。ここで、診断対象の配管系統モデルMは、図3に示すように4つのサブ領域A1〜A4に分割されるので、各サブ領域Aに対して詳細流れ場を計算するための計算時間が等しいと仮定し、一つのサブ領域Aに対する詳細流れ場の計算時間を基準(1単位)として、配管系統に対する詳細流れ場の計算時間を相対値として示している。サブ領域数は4つなので、1ケースあたりの計算時間は4単位であり、10ケースを計算した場合の計算時間は40単位となる。 FIG. 7A shows an example of calculation time when 10 analysis cases are calculated based on the prior art. Here, since the piping system model M to be diagnosed is divided into four sub-regions A 1 to A 4 as shown in FIG. 3, the calculation time for calculating the detailed flow field for each sub-region A Is the same, and the calculation time of the detailed flow field for one sub-region A is shown as a reference (1 unit), and the calculation time of the detailed flow field for the piping system is shown as a relative value. Since the number of sub-regions is 4, the calculation time per case is 4 units, and the calculation time when 10 cases are calculated is 40 units.
図7Bは、本実施例に基づき10ケースの解析ケースを計算した場合の計算時間を示している。図6に示すステップS3〜ステップS8に従い、最初に流量条件Q1、流路条件R1に対する解析ケース(解析ケースQ1−R1)を計算すると仮定する。解析ケースQ1−R1に対しては、いずれのサブ領域Aに対しても縮約データが生成されていないので、図4に示すサブ領域A1、サブ領域A2a、サブ領域A3、サブ領域A4の4つのサブ領域Aに対して3次元流体解析を実施し、縮約データ17を生成する。縮約データを生成するための計算時間は3次元流体解析の計算時間と比較すると短く、無視できるので、計算時間は4単位となる。次に計算流量条件Q1、流路条件R2(解析ケースQ1−R2)に対する解析ケースを計算すると仮定する。解析ケースQ1−R2に対しては、図5に示すサブ領域A1、サブ領域A2b、サブ領域A3、サブ領域A4が解析対象となり、このうちサブ領域A1、サブ領域A3、サブ領域A4に対しては解析ケースQ1−R1において縮約データ17を生成済みであり、3次元流体解析の代わりに縮約解析を実施する。サブ領域A2bに対しては縮約データ17が生成されていないので、サブ領域A2bのみ3次元流体解析を実施し、縮約データ17を生成する。縮約解析の計算時間は3次元流体解析の計算時間と比較すると短く、無視できるので、解析ケースQ1−R2に対する計算時間は1単位となる。解析ケースQ1−R1、解析ケースQ1−R2以外の解析ケースにおいては、いずれのサブ領域Aに対しても縮約データを生成済みなので、全て縮約解析を実施する。すなわち、2つの解析ケース以外は3次元流体解析を実施する必要がないので、計算時間はほぼ0となる。このように、本実施例に基づき10ケースの解析ケースを計算した場合の計算時間は5単位となり、従来技術を利用した場合の40単位に比べると、計算時間は8分の1となる。
FIG. 7B shows the calculation time when 10 analysis cases are calculated based on this embodiment. According Step S3~ step S8 shown in FIG. 6, it is assumed that the first flow condition Q 1, calculates the analysis cases for the channel condition R 1 (Analysis Case Q 1 -R 1). For analysis case Q 1 -R 1, since reduced data is not generated for any of the sub-regions A, sub-regions A 1 shown in FIG. 4, the sub-regions A 2a, subregion A 3, 3D fluid analysis was performed for four sub-areas a of the sub-regions a 4, to generate the reduced
本実施例では、各サブ領域Aに対して、3次元流体解析を一度実施すれば以降は縮約データから縮約解析により詳細流れ場を計算可能であり、流量条件Qと流路条件Rの組み合わせにより生じる全解析ケースに対する計算時間を大幅に短縮できる。 In this embodiment, once the three-dimensional fluid analysis is performed for each sub-region A, the detailed flow field can be calculated from the contraction data by the contraction analysis, and the flow rate condition Q and the flow path condition R can be calculated. The calculation time for all analysis cases generated by the combination can be significantly reduced.
上述の通り、本実施例では、配管系統を対象とした3次元流体解析において、解析規模が大きくなり、解析ケース数が増大する場合でも、短時間に詳細流れ場を計算し、計算した詳細流れ場情報からプラントの劣化状況を数値化し、プラントの診断に活用することができる。 As described above, in this embodiment, in the three-dimensional fluid analysis for the piping system, the detailed flow field is calculated in a short time even when the analysis scale becomes large and the number of analysis cases increases, and the calculated detailed flow. The deterioration status of the plant can be quantified from the field information and used for plant diagnosis.
次に、図8、図9を用いて、本発明の実施例2に係るプラント診断装置4Aを説明する。なお、実施例1と同等の部分については重複説明を省略する。 Next, the plant diagnostic apparatus 4A according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. The duplicate description will be omitted for the parts equivalent to those in the first embodiment.
実施例1のプラント診断装置4では、プラントを診断する場合、サブ領域毎の縮約データを必ず生成する必要があったが、本実施例のプラント診断装置4Aでは、他のプラントの診断時に生成した縮約データや、同じプラントを過去に診断した際に生成した縮約データを蓄積しておき、適宜これを流用することで、詳細流れ場15の計算時間を更に短縮するものである。このため、図8に示すように、実施例1の縮約データ生成部16、縮約データ17に代え、本実施例では、縮約データ検索部20、データベース登録部(DB登録部)21、縮約データDB22、縮約データ生成部16A、縮約データ17Aを備えている。以下、構成の相違による作用の相違を詳細に説明する。
In the plant
縮約データ検索部20は、サブ領域グループ12と縮約データDB22を入力として、縮約データDB22にサブ領域Aが含まれているか否かを検索し、含まれている場合はサブ領域Aに関連付けされている縮約データ17Aを出力する。なお、ここでいう「サブ領域Aに関連付けされている縮約データ17A」とは、当該のサブ領域Aを過去に診断した際に生成され保存されていた縮約データや、他プラントの診断時に、当該のサブ領域Aの構成に近似するサブ領域Aに対して生成され保存されていた縮約データである。
The contraction
DB登録部21は、縮約データ17Aを入力として、縮約データ17Aを縮約データDB22に登録する。
The
縮約データDB22は、縮約データ生成部16Aにて生成される縮約データ17Aを保有している。
The
縮約データ生成部16Aは、詳細流れ場15を入力として、詳細流れ場15が保有する流速、圧力、温度等の空間分布および時間変化の情報を保ちながら詳細流れ場15を縮約し、縮約データ17Aとして出力する。また、3次元解析部14が詳細流れ場15を計算する際に入力データとして参照したサブ領域Aを縮約データ17Aと関連付けて出力する。
The contraction data generation unit 16A receives the
縮約データ17Aは高次元の詳細流れ場15を低次元に縮約したデータと、3次元解析部14が詳細流れ場15を計算する際に入力データとして参照したサブ領域Aが縮約データと関連付けて記述されている。
The contraction data 17A is the data obtained by reducing the high-dimensional
以上が本実施例と実施例1の相違点である。 The above is the difference between the present embodiment and the first embodiment.
次に、プラント診断装置4Aの処理の内容を詳細に説明する。図9は、実施例2に係るプラント診断装置4Aにおけるプラント診断の処理手順である。 Next, the contents of the processing of the plant diagnostic apparatus 4A will be described in detail. FIG. 9 is a processing procedure for plant diagnosis in the plant diagnosis device 4A according to the second embodiment.
本実施例が実施例1と相違する点は、ステップS5、ステップS7、ステップS8の代わりに、ステップS111、ステップS112、ステップS105、ステップS107、ステップS108の処理手順を踏むことである。 The difference between this embodiment and the first embodiment is that instead of step S5, step S7, and step S8, the processing procedures of step S111, step S112, step S105, step S107, and step S108 are performed.
ステップS111(縮約データ検索過程)では、縮約データ検索部20は、サブ領域グループ12に含まれるサブ領域Aを一つ選択し、そのサブ領域Aの解析に流用可能な縮約データが縮約データDB22に含まれているか否かを判定する。判定結果がYesならば、そのサブ領域Aに関連付けされている縮約データ17Aを出力した後、ステップS6(縮約解析過程)に進み、Noの場合は、ステップS3(縮約データ生成判定過程)へ進む。
In step S111 (reduction data search process), the reduction
ステップS105(縮約データ生成過程)では、縮約データ生成部16Aは、詳細流れ場15を縮約し縮約データ17Aを出力するとともに、3次元解析部14が詳細流れ場15を計算する際に入力データとして参照したサブ領域Aを縮約データ17Aと関連付けて出力する。
In step S105 (reduction data generation process), the contraction data generation unit 16A contracts the
ステップS107(サブ領域Aに対する詳細流れ場計算判定過程)では、プラント診断装置4は、一つの解析ケースにおいて全てのサブ領域Aに対して詳細流れ場を計算済みか否か判定する。判定結果がYesならばステップS8(流量条件Q、流路条件Rの組み合わせに対する詳細流れ場計算判定過程)に進み、Noの場合は、次のサブ領域Aを選択したうえで、ステップS111(縮約データ検索過程)に戻る。
In step S107 (detailed flow field calculation determination process for sub-region A), the plant
ステップS108(流量条件Q、流路条件Rの組み合わせに対する詳細流れ場計算判定過程)として、プラント診断装置4は、流量条件Q、流路条件Rの組み合わせにより定義される全ての解析ケースに対して詳細流れ場を計算済みか否か判定する。判定結果がYesならばステップS9(診断過程)に進み、Noの場合は、次の解析ケースを選択したうえで、ステップS111(縮約データ検索過程)に戻る。
As step S108 (detailed flow field calculation determination process for the combination of the flow rate condition Q and the flow path condition R), the plant
ステップS112(縮約データDB更新過程)では、DB登録部21は、縮約データ17Aを入力として、縮約データ17Aを縮約データDB22に登録する。
In step S112 (reduction data DB update process), the
本実施例では、次回の診断時または他のプラントの診断時に流用できるよう、プラント診断処理終了時に、全ての縮約データ17Aをサブ領域Aと関連付けて縮約データDB22に登録する。また、詳細流れ場15を計算する際に、対応するサブ領域Aが縮約データDB22に登録されているか否かを検索し、登録されている場合はサブ領域Aに関連付けられている縮約データを出力する。すなわち、プラント診断処理において、選択したサブ領域Aの詳細流れ場15を計算する際、選択したサブ領域Aが過去のプラント診断処理にて登録済みのサブ領域Aであれば、サブ領域Aと関連付けられている縮約データを抽出し、抽出した縮約データから縮約解析により詳細流れ場を計算できる。これにより、診断対象のサブ領域Aに対して過去のプラント診断にて縮約データを作成済みであれば、3次元解析を実施することなく、縮約データから縮約解析により詳細流れ場を計算できるため、実施例1と比較して、より計算時間を短縮できる。例えば、必要な縮約データ17Aを全て流用できたのであれば、詳細流れ場15の計算時間をほぼゼロ単位まで短縮することができる。
In this embodiment, all the contraction data 17A are associated with the sub-region A and registered in the
上述の通り、本実施例では実施例2で得られる各効果に加えて、診断対象のサブ領域Aに対して過去のプラント診断時、或いは、他のプラントの診断時に、利用可能な縮約データを作成済みであれば、3次元解析を実施することなく、縮約データから縮約解析により詳細流れ場を計算できるため、より計算時間を短縮できる。 As described above, in this embodiment, in addition to the effects obtained in Example 2, the contraction data that can be used for the sub-region A to be diagnosed at the time of past plant diagnosis or at the time of diagnosis of another plant. If has been created, the detailed flow field can be calculated from the contracted data by the contraction analysis without performing the three-dimensional analysis, so that the calculation time can be further shortened.
1 3Dモデル
2 プラント系統図
3 運転データ
4、4A プラント診断装置
5 診断結果
11 サブ領域分割部
12 サブ領域グループ
13 ゼロ流量経路除外部
14 3次元解析部
15 詳細流れ部
16、16A 縮約データ生成部
17、17A 縮約データ
18 縮約解析部
19 診断部
20 縮約データ検索部
21 DB登録部
22 縮約データDB
1
Claims (5)
前記プラントの構成要素の配管系統モデルを複数のサブ領域に分割したサブ領域グループを出力するサブ領域分割部と、
前記プラントに設置された計測器の計測値および弁開閉状態の時系列データを有する運転データと、前記サブ領域グループとから、前記弁開閉状態に基づきサブ領域ごとに流量がゼロとなる経路を除外し、前記サブ領域グループの内容を更新するゼロ流量経路除外部と、
前記サブ領域グループと前記運転データから、前記サブ領域グループに含まれる一つのサブ領域を選択し、選択したサブ領域の縮約データが存在しない場合は、3次元流体解析を実施し、解析結果を詳細流れ場として出力する3次元解析部と、
選択したサブ領域の縮約データが存在しない場合は、前記詳細流れ場から、前記詳細流れ場が保有する流速、圧力、温度等の空間分布および時間変化の情報を保ちながら前記詳細流れ場を縮約し、縮約データを生成する縮約データ生成部と、
選択したサブ領域の縮約データが存在する場合は、前記運転データと前記縮約データから、詳細流れ場を計算する縮約解析部と、
前記3次元解析部または前記縮約解析部が出力した前記詳細流れ場から前記プラントの劣化状況を数値化し、プラントを診断する診断部と、
を具備することを特徴とするプラント診断装置。 A plant diagnostic device that diagnoses plants
A sub-region division unit that outputs a sub-region group that divides the piping system model of the component of the plant into a plurality of sub-regions, and
Exclude from the operation data having the measured values of the measuring instruments installed in the plant and the time series data of the valve open / closed state and the sub-region group, the path where the flow rate becomes zero for each sub-region based on the valve open / closed state. Then, the zero flow path exclusion unit that updates the contents of the sub-region group,
One sub-region included in the sub-region group is selected from the sub-region group and the operation data, and if the contraction data of the selected sub-region does not exist, a three-dimensional fluid analysis is performed and the analysis result is obtained. A 3D analysis unit that outputs as a detailed flow field,
When the contraction data of the selected sub-region does not exist, the detailed flow field is contracted from the detailed flow field while maintaining the spatial distribution such as flow velocity, pressure, temperature, and time change information possessed by the detailed flow field. A contraction data generator that contracts and generates contraction data,
If there is contraction data for the selected sub-region, a contraction analysis unit that calculates the detailed flow field from the operation data and the contraction data,
A diagnostic unit that quantifies the deterioration status of the plant from the detailed flow field output by the three-dimensional analysis unit or the contraction analysis unit and diagnoses the plant.
A plant diagnostic device characterized by comprising.
前記サブ領域分割部は、前記プラントの構成要素の各々の3次元形状情報を有する3Dモデルと、前記プラントの構成要素間の接続関係の定義情報を有するプラント系統図とから、前記配管系統モデルを構築することを特徴とするプラント診断装置。 In the plant diagnostic apparatus according to claim 1,
The sub-region division unit obtains the piping system model from a 3D model having three-dimensional shape information of each component of the plant and a plant system diagram having definition information of a connection relationship between the components of the plant. A plant diagnostic device characterized by being constructed.
前記サブ領域分割部は、前記構成要素の一種である直管に対して直管長が規定した長さ以上となる部位を抽出し、前記部位で前記配管系統モデルを複数のサブ領域に分割してサブ領域グループを出力することを特徴とするプラント診断装置。 In the plant diagnostic apparatus according to claim 1 or 2.
The sub-region division portion extracts a portion having a straight pipe length equal to or longer than a length specified for a straight pipe, which is one of the components, and divides the piping system model into a plurality of sub-regions at the portion. A plant diagnostic device characterized by outputting subregion groups.
さらに、過去に生成された前記縮約データが登録された縮約データDBと、
選択されたサブ領域に関連する縮約データが前記縮約データDBに登録されているか否かを検索し、登録されている場合は選択されたサブ領域に関連する前記縮約データを出力する縮約データ検索部と、
具備することを特徴とするプラント診断装置。 In the plant diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 3.
Further, a contraction data DB in which the contraction data generated in the past is registered, and
It searches whether or not the contraction data related to the selected sub-region is registered in the contraction data DB, and if it is registered, outputs the contraction data related to the selected sub-region. About data search department and
A plant diagnostic device characterized by being equipped.
さらに、前記縮約データDBに選択されたサブ領域に関連する縮約データが登録されていなかった場合は、前記縮約データ生成部で生成された縮約データを、前記サブ領域と関連させて前記縮約データDBに登録するDB登録部、
を具備することを特徴とするプラント診断装置。 In the plant diagnostic apparatus according to claim 4,
Further, when the contraction data related to the selected sub-region is not registered in the contraction data DB, the contraction data generated by the contraction data generation unit is associated with the sub-region. DB registration unit to be registered in the contraction data DB,
A plant diagnostic device characterized by comprising.
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