CN111094824A - 金属壁部的冷却温度设定方法及金属壁部的冷却方法 - Google Patents

Abstract

包括：冷却温度应力关系运算工序，运算表示分隔加压流体的金属壁部的外表面的冷却后的温度与作用于冷却部分的应力的关系的冷却温度应力关系；及冷却后温度运算工序，根据等寿命线和冷却温度应力关系，运算满足目标蠕变寿命的外表面的目标冷却后温度，等寿命线表示成为金属壁部的目标蠕变寿命的温度和应力的关系，在冷却温度应力关系运算工序中，考虑金属壁部的厚度来运算冷却温度应力关系。

Description

金属壁部的冷却温度设定方法及金属壁部的冷却方法

技术领域

本发明涉及对在火力发电厂、原子能发电厂、化工厂等厂中使用的配管、压力容器进行冷却的金属壁部的冷却温度设定方法及金属壁部的冷却方法。

背景技术

例如，在火力发电厂中，设置有将由锅炉加热后的水蒸气向蒸汽轮机运送的配管。该配管是金属配管，由于在内部流通高温且高压的水蒸气，所以处于由该水蒸气加热后的高温状态的环境下。这样的金属配管若在上述的环境下长时间使用，则蠕变损伤进展而产生蠕变孔洞，通过该蠕变孔洞相连而产生龟裂，最终有可能达到断裂。

为了防止这样的配管的断裂，通过定期的非破坏检查来分析蠕变孔洞的生长程度并导出蠕变损伤度，进行金属配管的剩余寿命(蠕变寿命)评价。在该情况下，一般来说，在金属配管中，焊接部的蠕变损伤风险比母材部高，因此，主要是该焊接部成为检查对象部位。在非破坏检查的结果是无法忽视直到下次的定期检查为止的期间中的蠕变损伤风险的情况下，有时实施通过降低厂整体的运转温度来降低金属配管的金属温度从而减少蠕变损伤风险的对策，但若降低厂整体的运转温度，则存在厂的运转效率会下降的缺点。

提出了以下的手法：在如这样无法忽视直到下次的定期检查为止的期间中的蠕变损伤风险的情况下，通过局部地冷却金属配管的外表面而使金属温度下降，来减少蠕变损伤风险(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5701349号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1中虽然公开了冷却金属配管的外表面来减少蠕变损伤，但没有关于以何种程度冷却能够得到期望的蠕变寿命的见解。而且，由于因板厚方向的温度差而产生的热应力，配管有可能损伤(塑性变形等)，关于其抑制对策没有公开。

鉴于这样的情况，本公开的目的在于，提供能够得到期望的蠕变寿命的金属壁部的冷却温度设定方法及金属壁部的冷却方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的一些实施方式的金属壁部的冷却温度设定方法及金属壁部的冷却方法采用以下的手段。

即，本发明的金属壁部的冷却温度设定方法包括：冷却温度应力关系运算工序，运算表示分隔加压流体的金属壁部的外表面的冷却后的温度与作用于冷却部分的应力的关系的冷却温度应力关系；及冷却后温度运算工序，根据表示成为金属壁部的目标蠕变寿命的温度与应力的关系的等寿命线和所述冷却温度应力关系，运算满足所述目标蠕变寿命的所述外表面的目标冷却后温度，在所述冷却温度应力关系运算工序中，考虑所述金属壁部的厚度来运算所述冷却温度应力关系。

在不满足规定的蠕变寿命的情况下，即使冷却了例如被设为配管的金属壁部的外表面，由于会重叠由金属壁部的厚度方向上的温度分布引起的热应力，所以也未必满足规定的蠕变寿命。于是，通过考虑金属壁部的板厚来运算目标冷却后温度，能够可靠地满足目标蠕变寿命。

而且，在本发明的一些实施方式中，所述冷却后温度运算工序以使在所述冷却后的温度的条件下作用于所述冷却部分的应力成为该温度下的所述等寿命线上的应力以下的方式运算所述目标冷却后温度。

由于以成为等寿命线上的应力以下的方式运算目标冷却后温度，所以能够可靠地满足目标蠕变寿命。

而且，在本发明的一些实施方式中，所述冷却后温度运算工序运算在冷却了所述外表面后蠕变寿命不减少的温度幅度ΔT0，并以超过该温度幅度ΔT0的方式运算所述目标冷却后温度。

本发明人等进行了研究，结果发现：即使在冷却了金属壁部的外表面之后，也有在规定的温度幅度的范围内蠕变寿命反而减少的区域。于是，运算这样的蠕变寿命不减少的温度幅度，以超过该温度幅度的方式运算目标冷却后温度。

而且，在本发明的一些实施方式中，将因所述外表面的冷却而所述金属壁部呈现塑性变形的冷却后温度作为所述目标冷却后温度的下限温度来运算。

若过度冷却金属壁部的外表面，则热应力变大而会在金属壁部产生塑性变形。将此时的外表面的冷却后温度作为目标值的下限温度来运算。由此，能够防止由金属壁部的塑性变形引起的破损等。

作为表示塑性变形的温度，例如能够使用表示超过屈服应力的应力的温度。另外，也可以使用表示渐进变形的安定性强度。

而且，在本发明的一些实施方式中，所述金属壁部被设为配管，所述冷却温度设定方法包括根据该配管的管轴方向和/或管周方向的温度分布来修正所述目标冷却后温度的修正工序。

若在配管的管轴方向和/或管周方向上产生温度分布，则根据温度分布而在管轴方向和/或管周方向上重叠地产生热应力。通过考虑该热应力来修正目标冷却后温度，能够可靠地满足目标蠕变寿命。

而且，在本发明的一些实施方式中，包括：差应力运算工序，运算相当于与所述目标冷却后温度对应的应力和在该目标冷却后温度下成为所述目标蠕变寿命的应力之差的差应力；及温度分布设定工序，以使因所述配管的管轴方向和/或管周方向的温度分布而产生的热应力比所述差应力小的方式设定所述温度分布。

由于目标冷却后温度满足目标蠕变寿命，所以在与该目标冷却后温度对应的应力和成为目标蠕变寿命的应力之间存在规定的差应力。即使进一步施加相当于该差应力的应力，也满足目标蠕变寿命。因此，即使在配管的管轴方向和/或管周方向上产生温度分布而产生了热应力，也能够容许相当于差应力的应力。于是，通过以使因温度分布而产生的热应力比差应力小的方式设定温度分布，能够满足目标蠕变寿命。由此，无需根据在配管产生的温度分布来修正目标冷却后温度，仅设定温度分布就足矣，因此能够避免繁杂的运转。

作为设定温度分布的方法，例如可举出使冷却介质流动的方向、流量变化、设置冷却翅片、变更冷却的区域的形状之类的方法。

另外，本发明的一些实施方式包括上述的任一项的金属壁部的冷却温度设定方法和将所述金属壁部冷却至所述目标冷却后温度的冷却工序。

发明效果

由于考虑冷却了金属壁部的外表面的情况下的由金属壁部的厚度方向上的温度分布引起的热应力，所以能够得到期望的蠕变寿命。

附图说明

图1是示出了应用第一实施方式的配管冷却方法的配管冷却构造的纵剖视图。

图2是示出了得到相对于规定的蠕变寿命的温度与应力关系的方法的坐标图。

图3是示出了在等寿命线图上示出规定的配管的剩余寿命的方法的流程图。

图4是示出了成为最短寿命的温度及应力的坐标图。

图5是示出了等寿命线图的坐标图。

图6是在等寿命线图上示出了在冷却了配管的情况下产生的应力变化的坐标图。

图7是示出了使用了等寿命线图的蠕变寿命管理映射的图。

图8是示出了第三实施方式的配管冷却方法的等寿命线图的坐标图。

图9是说明第三实施方式的流程图。

图10是将第三实施方式的配管冷却方法的等寿命线图放大示出的坐标图。

图11是示出了一实施例的配管的外表面的温度分布的坐标图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

[第一实施方式]

在图1中示出了局部地冷却成为冷却对象的配管(金属壁部)的配管冷却构造1。在配管2的外周配置有保温件4。在配管2中，在圆周方向(管周方向)上形成有焊接部3，在包括该焊接部3的区域中保温件4的一部分被除去而形成有空间S。通过空间S，配管2的外表面2a向外部(大气)露出。需要说明的是，在焊接部在管轴方向上形成的情况下，以使沿着在管轴方向上形成的焊接部的区域露出的方式将保温件4局部地除去。

配管2被设为具有中心轴线C1的圆管，被设为使用了低合金钢(1.25Cr-Mo钢或2.25Cr-Mo钢等)、高Cr钢(9Cr钢)、奥氏体钢(SUS316)、Ni基合金钢(HR6W)等的金属制。配管2被设为例如在火力发电厂的锅炉中使用的主蒸气配管、再热蒸气配管，在内部流动500℃以上且700℃以下的高温过热蒸气(加压流体)。配管2内的压力被设为1MPa以上且50MPa以下。配管2外的压力被设为大气压。配管2的外径被设为200mm以上且1000mm以下，配管2的板厚被设为10mm以上且200mm以下。

在通过MT检查(Magnetic Particle Testing：磁粉探伤检查)、PT检查(PenetrantTesting：渗透探伤检查)等非破坏检查、非破坏评价或使用了解析法的配管2的蠕变断裂的剩余寿命评价而确认到蠕变断裂风险高的焊接部3，判断为无法进行稳态的继续使用的情况下，将包覆着配管2的蠕变断裂风险高的焊接部3的保温件4除去，从外部将空气等冷却介质例如如箭头A1所示那样向配管2的外表面2a引导，使外表面温度局部地下降，得到期望的目标蠕变寿命。

接着，对在使用上述的配管冷却构造1时决定配管2的外表面2a的冷却温度的方法进行说明。

在图2中示出了得到相对于规定的蠕变寿命的温度与应力的关系的方法。由蠕变断裂决定的蠕变寿命主要受材料、温度及应力支配。即，在同一材料的情况下，如图2的左坐标图那样，相对于蠕变寿命，应力针对各温度而决定。若将此整理为相对于规定的蠕变寿命(例如目标蠕变寿命)将横轴设为温度且将纵轴设为应力，则如图2的右坐标图那样得到表示蠕变寿命曲线的曲线L1(目标蠕变寿命运算工序)。该坐标图所示的线L1表示成为规定的蠕变寿命的温度及压力。以下，将该右坐标图称作等寿命线图。

应力成为热应力与内压应力的合计值。

热应力如以下这样计算。考虑配管内部的蒸气条件(蒸气温度、热传递率等)、配管外部的冷却条件(氛围温度，热传递率，辐射率等)来推算板厚方向的温度分布。然后，根据得到的温度分布和圆筒的热应力公式等来计算热应力。

关于内压应力，使用蒸气的压力而根据壁厚圆筒公式等来计算。

然后，将如上述这样求出的热应力与内压应力相加来计算合计值。其中，根据板厚方向的应力与温度的关系，将寿命最短的场所(通常是外表面，拉伸应力作用)设为评价位置，设为作用于冷却部的应力。

需要说明的是，在热应力、内压应力的计算中，既可以使用上述的规定的公式，也可以使用FEM等来进行数值计算。

蠕变寿命具体而言使用成为最弱部的焊接部3的蠕变寿命。通过强度实验而取得使圆棒试验片在一样温度下承担了规定的应力时的断裂寿命，并利用Larson-Miller参数(温度和寿命的函数)进行寿命评价式的公式化，从而求出焊接部3的蠕变寿命。蠕变等寿命线能够使用公式化的寿命评价式而预先设定。例如，在求出10万小时的等寿命线(99％下限线)的情况下，针对各温度计算相当于10万小时的应力，将温度与应力的关系式以等寿命线图的坐标图的形式输出。

使用图3来说明在使用图2说明的等寿命线图上示出规定的配管的剩余寿命的方法。

首先，取得运转时或设计时的配管2的板厚方向的温度分布(步骤S1)。温度使用利用热电偶等温度传感器取得的值或在设计时设想的温度。需要说明的是，在包覆有保温件4的配管2中，板厚方向的温度分布大致为零(也就是说，外表面的温度与内表面的温度大致相等)。在如图1那样向剥除保温件4而得到的空间S露出的配管2中产生板厚方向的温度分布。

然后，取得板厚方向的应力分布(步骤S2)。应力成为由在配管2内流动的蒸气的压力引起的内压应力与由板厚方向的温度分布引起的热应力的叠加。在如图1所示那样在焊接部3存在于配管2的周向上的周接缝的情况下，配管2的管轴方向上的应力相对于蠕变寿命成为大的要因，因此调查管轴方向的应力。另一方面，在焊接部存在于配管2的管轴方向上的长条接缝的情况下，配管2的管周方向上的应力相对于蠕变寿命成为大的要因，因此调查管周方向的应力。

在步骤S3中，基于在步骤S1中得到的温度和在步骤S2中得到的应力来计算配管2的板厚方向上的剩余寿命分布。该剩余寿命能够从图2的左坐标图作为蠕变寿命而得到。

然后，在步骤S4中，取得成为最短寿命的位置的温度T1及应力σ1。在图4中示出了该温度T1及应力σ1。在图4中，纵轴表示板厚，上侧表示配管2的外表面，下侧表示配管2的内表面。横轴从左侧起表示温度、应力、蠕变寿命。从该图可知，由于在配管2的内表面侧流动着高温的蒸气，所以温度高，由于配管2的外表面侧是外气侧，所以温度低，外表面的温度成为T1。关于应力，由于配管2的外表面侧的温度低且内表面侧的温度高，所以在外表面侧产生拉伸的热应力，在内表面侧产生压缩的热应力。因此，若将内压应力与热应力叠加，则配管2的外表面成为应力最大的位置，呈现应力σ1。蠕变寿命在应力最大的外表面处最小。因此，成为最短寿命的位置成为配管2的外表面2a且焊接部3。

在步骤S5中，将在步骤S4中得到的成为最短寿命的温度T1及应力σ1描绘于等寿命线图。

在图5中示出了在步骤S5中描绘出的描绘点P1。在该图中，实线所示的曲线L2表示直到下次的定期检查为止的蠕变寿命，虚线所示的曲线L3表示相对于该蠕变寿命考虑了规定的安全率的目标蠕变寿命。曲线L2及曲线L3成为了向下凸出的曲线形状。

从图5可知，描绘点P1位于比曲线L2的蠕变寿命靠右上侧(即高温侧且高应力侧)处，因此意味着不具有直到下次的定期检查为止的蠕变寿命。

需要说明的是，描绘点P1处的温度是约600℃。这代表性地使用了高温过热蒸气的对象温度范围即500℃～700℃的平均的值。此后，以约600℃的事例为前提来说明。

为了延长描绘点P1处的蠕变寿命，如图1所示那样局部地冷却配管2的外表面的冷却部分。

在图6中示出了冷却了配管2的外表面的情况下的温度及应力。如该图的曲线L4所示，若对配管2的外表面进行冷却，则配管2的温度下降，但由于配管2的板厚方向的温度差增大而热应力变大，所以作为整体的应力增大。需要说明的是，该曲线L4的斜率因配管的板厚、束缚状态而变化。

并且，在从描绘点P1起的温度幅度ΔT0以内的范围内，温度及应力存在于比表示直到下次的定期检查为止的蠕变寿命的曲线L2靠上侧处。这意味着，蠕变寿命未被延长，或者不如说被缩短了。因此，在冷却配管2的外表面的情况下，需要以超过温度幅度ΔT0的方式确定目标冷却后温度。

该温度幅度ΔT0因曲线L2的形状、曲线L4的斜率而变化，但若是上述的配管2的条件，则通常成为50℃以上。由此，配管2的外表面的目标冷却后温度相对于冷却前温度的幅度被设定为温度幅度ΔT0以上，具体而言是50℃以上。

若从描绘点P1起超过温度幅度ΔT1，则满足曲线L3所示的目标蠕变寿命。因此，冷却配管2的目标冷却后温度以超过温度幅度ΔT1的方式确定。

另一方面，若过度冷却配管2的外表面，则热应力变大且配管2的应力超过屈服点而产生塑性变形，可能会产生伴随于渐进变形、厂的启停的疲劳损伤等。于是，以不超过图6的单点划线的曲线L5所示的最大应力的方式确定目标冷却后温度的下限。

在此，对于图6的曲线L5所示的最大应力，作为例子而使用了屈服强度。曲线L5弯折是因为反映了屈服强度的温度依存性。在曲线L5这样弯折的情况下，目标冷却温度的下限即与曲线L4的交点的温度无法通过单纯的计算来求出，优选一边通过图示等确认一边求出(利用图7后述)。

例如，目标冷却后温度的下限值被设为成为曲线L5与曲线L3的交点的400℃。成为曲线L5与曲线L3的交点的400℃表示成为配管2的目标蠕变寿命的应力与屈服强度相等的温度。为了满足目标蠕变寿命，需要以到达曲线L3的左侧的区域的方式冷却配管2的外表面。若将目标冷却后温度的下限值设为成为曲线L5与曲线L3的交点的400℃，则能够在满足了目标蠕变寿命的状态下(曲线L3的左侧的区域内)使产生的应力可靠地成为曲线L5以下(屈服强度以下)。也就是说，不再需要考虑屈服强度的影响，能够仅考虑是否满足目标蠕变寿命而安心地设定目标冷却后温度。

需要说明的是，目标冷却后温度的下限除了如曲线L5那样使用屈服应力与曲线L3的交点之外，也能够通过确定规定的条件而选定。

第一，使用安定性强度来选定目标冷却后温度的下限值。安定性(shakedown)表示因规定的应力而呈现渐进变形的现象，将产生安定性的应力称作安定性强度，例如使用屈服应力的2倍的值。使用了安定性强度的目标冷却后温度的下限值例如被设为成为表示安定性强度的曲线L7与曲线L3的交点的300℃。效果为将上述的屈服强度置换为安定性强度的效果。

需要说明的是，对于最大应力(强度)，除了安定性强度、屈服强度以外，也可以使用疲劳强度。

第二，设定为以与曲线L4平行且与曲线L2相切的方式设置的曲线L4’与曲线L5的交点即200℃。曲线L4优选在各种温度应力条件下研究的曲线中选择斜率最小(即接近水平)的曲线。这样得到的曲线L4’能够选定为作为目标冷却后温度的下限的界限值。

经过以上的运算，配管2的目标冷却后温度以超过温度幅度ΔT1的方式确定(冷却后温度运算工序)。

如上所述，配管2的外表面的目标冷却后温度被设定为200℃以上，优选是300℃以上，更优选是400℃以上。

而且，配管2的外表面的冷却前后的温度差被设定为400℃以下，优选是300℃以下，更优选是200℃以下。其理由如下。

要想通过由配管2的板厚方向的温度差引起的热应力而超过屈服强度，需要400℃以上的温度差。因此，作为能够防止配管2的塑性变形的最大范围，外表面的冷却前后的温度差(相当于板厚方向的温度差)被设定为400℃以下。

而且，作为能够具有余裕而防止配管2的塑性变形的范围，配管2的外表面的冷却前后的温度差被设定为300℃以下。

另一方面，在将在配管2的内部流通的蒸气温度设为500～700℃，将蒸气和配管2的热传递率设为500～3000w/m²k，将外气温度设为20～100℃，将外气和配管2的热传递率设为20～300w/m²k，将辐射率设为0.5～1.0的情况下，配管2的板厚方向的温度差成为200℃以下。在该温度差的范围内，不超过材料的屈服强度。例如，在配管2的板厚方向的温度差是90℃的情况下，热应力成为120MPa。

因此，作为能够具有进一步的余裕而防止配管2的塑性变形且能够利用基于外气接触的简易且实用的方法来冷却的范围，外表面的冷却前后的温度差被设定为200℃以下。

在图7中示出了使用了如上述这样得到的等寿命线图的蠕变寿命管理用映射。该蠕变寿命管理用映射也可以在显示器等显示装置中示出。

如该图所示，关于比目标蠕变寿命曲线即曲线L3靠右上的区域A1，由于不满足直到下次的定期检查为止的蠕变寿命，所以成为NG(不可)。

关于比曲线L3靠左侧但比表示安定性强度的曲线L7靠上侧的区域A2，由于产生渐进变形，所以成为NG。

关于区域A2的下侧且比曲线L5靠上侧且比曲线L3靠左侧的区域A3，虽然会在配管2的外表面2a产生塑性变形，但不会产生渐进变形，因此成为有条件OK(有条件可以)。

关于比曲线L5靠下侧且比曲线L3靠左侧的区域A4，由于满足直到下次的定期检查为止的蠕变寿命，并且也不会产生塑性变形，因此成为OK(可以)。

以上的运算也可以使用信息处理装置来进行。信息处理装置例如由CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)及计算机能够读取的存储介质等构成。并且，用于实现各种功能的一系列处理作为一例而以程序的形式存储于存储介质等，通过CPU将该程序向RAM等读出并执行信息的加工/运算处理来实现各种功能。需要说明的是，关于程序，也可以应用预先安装于ROM或其他存储介质的形态、以存储于计算机能够读取的存储介质的状态提供的形态、经由基于有线或无线的通信单元而发布的形态等。计算机能够读取的存储介质是磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。

根据上述结构，起到以下的作用效果。

在不满足规定的蠕变寿命的情况下(参照图6的描绘的点P1)，即使冷却了配管2的外表面，由于会重叠由配管2的厚度方向上的温度分布引起的热应力，所以也未必满足规定的蠕变寿命。在本实施方式中，由于考虑配管2的板厚来运算目标冷却后温度，所以能够可靠地满足目标蠕变寿命。

发现了：即使在冷却了配管2的外表面之后，在图6的温度幅度为ΔT0以内的范围中，也存在蠕变寿命反而增大的区域。于是，运算这样的蠕变寿命不减少的温度幅度ΔT0，以超过温度幅度ΔT0的方式运算目标冷却后温度。

若过度冷却配管2的外表面，则热应力变大而会在配管产生塑性变形(参照图6的单点划线)。将此时的外表面的冷却后温度作为目标值的下限温度来运算。由此，能够防止由配管2的塑性变形引起的破损等。

[第二实施方式]

接着，对第二实施方式进行说明。

在本实施方式中，相对于第一实施方式在考虑配管2的管轴方向的温度分布这一点上不同，其他方面是同样的。因此，以下对相对于第一实施方式的不同点进行说明。

如图1所示，若除去配管2的管轴方向的仅一部分的保温件4，则会在管轴方向上产生温度分布。若在管轴方向上产生温度分布，则会因该温度分布而进一步产生热应力。

若将此在坐标图中表示，则成为图8那样。如该图所示，与由管轴方向的温度分布引起的热应力的重叠相应地，与不考虑该热应力的曲线L4相比，应力如曲线L6那样变高。于是，相对于在第一实施方式中基于曲线L4以超过温度幅度ΔT1的方式设定目标冷却后温度，以超过由曲线L6确定的温度幅度ΔT1’的方式修正目标冷却后温度(修正工序)。

由此，能够可靠地满足目标蠕变寿命。

需要说明的是，也可以取代管轴方向的温度分布而使用由管周方向的温度分布引起的热应力，还可以使用管轴方向及管周方向的温度分布。

[第三实施方式]

接着，对第三实施方式进行说明。

在第二实施方式中，根据管轴方向、管周方向的温度分布来修正目标冷却后温度，但需要掌握在配管2产生的管轴方向、管周方向的温度分布。相对于此，本实施方式通过将管轴方向、管周方向的温度分布限制为规定范围而提供更简便的冷却方法。

如图9所示，在步骤S11中，设定温度降低量。温度降低量意味着图8所示的从描绘点P1到目标冷却后温度为止的温度差。因此，是从描绘点P1起超过温度幅度ΔT1’的温度降低量，将由此决定出的目标冷却后温度在图10中以标号Ta示出。需要说明的是，图10将图8所示的曲线L3与曲线L4交叉的区域放大示出。

如图9所示，在步骤S12中，计算变得低于目标蠕变寿命的应力增加量。具体而言，如图10所示，计算目标冷却后温度Ta下的曲线L4所示的应力与目标冷却后温度Ta下的曲线L3所示的应力(不考虑由管轴方向及管周方向的温度分布引起的热应力时的应力)的差应力Δσ(差应力运算工序)。

在步骤S13中，运算使相当于在步骤S12中得到的差应力Δσ的热应力产生的温度梯度Δt。

在如图1那样焊接部3存在于配管2的周向上的周接缝的情况下，配管2的管轴方向上的温度变化优选以焊接部3为中心在±100mm内设为50℃以下。另一方面，在焊接部存在于配管2的管轴方向上的长条接缝的情况下，配管2的管周方向的冷却部分处的温度变化优选设为50℃以下。

然后，在步骤S14中，以不超过在步骤S13中得到的温度梯度Δt的方式进行配管2的冷却的控制(温度分布设定工序)。作为冷却的控制方法，可举出使冷却空气(冷却介质)流动的方向、流量变化、设置冷却翅片、变更冷却的区域的形状(例如变更剥除保温件4的区域)之类的方法。

根据上述结构，起到以下的作用效果。

通过以使因温度分布而产生的热应力比差应力Δσ小的方式设定管轴方向和/或管周方向的温度分布，能够满足目标蠕变寿命。由此，无需如第二实施方式那样根据在配管2产生的温度分布来修正目标冷却后温度，仅设定温度分布就足矣，因此能够避免繁杂的运转。

[实施例1]

图11示出了应用一些实施方式而冷却后的配管2的外表面温度的一实施例。本实施例是如图1所示那样在配管2的周向上存在焊接部3的周接缝，以包括该焊接部3的方式局部地剥除-180mm～+180mm的区域的保温件4并进行了冷却。

在运转温度(即蒸气温度)是570℃的情况下，配管2的外表面的最低温度为480℃(>450℃)，板厚方向的温度差为90℃(<200℃)，管轴方向的温度差在±100mm的区域内为30℃(<50℃)，满足了上述的各实施方式的温度条件。

需要说明的是，在上述的各实施方式中，虽然对配管2的冷却方法进行了说明，但本发明并不限定于此，只要是分隔加压流体的金属壁部就能够应用，例如也能够应用于压力容器。

另外，在上述的各实施方式中，虽然将在配管2内流动的蒸气的温度设为600℃而进行了说明，但能够根据500℃以上且700℃为止的蒸气温度来制作等寿命线图，谋求长寿命化。

标号说明

1 配管冷却构造

2 配管

2a 外表面

3 焊接部

4 保温件

S 空间

Claims (7)

1.一种金属壁部的冷却温度设定方法，包括：

冷却温度应力关系运算工序，运算表示分隔加压流体的金属壁部的外表面的冷却后的温度与作用于冷却部分的应力之间的关系的冷却温度应力关系；及

冷却后温度运算工序，根据表示成为金属壁部的目标蠕变寿命的温度与应力之间的关系的等寿命线和所述冷却温度应力关系，运算满足所述目标蠕变寿命的所述外表面的目标冷却后温度，

在所述冷却温度应力关系运算工序中，考虑所述金属壁部的厚度来运算所述冷却温度应力关系。

2.根据权利要求1所述的金属壁部的冷却温度设定方法，其中，

所述冷却后温度运算工序以使在所述冷却后的温度的条件下作用于所述冷却部分的应力成为该温度下的所述等寿命线上的应力以下的方式运算所述目标冷却后温度。

3.根据权利要求1或2所述的金属壁部的冷却温度设定方法，其中，

所述冷却后温度运算工序运算在冷却了所述外表面后蠕变寿命不减少的温度幅度ΔT0，并以超过该温度幅度ΔT0的方式运算所述目标冷却后温度。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的金属壁部的冷却温度设定方法，其中，

将因所述外表面的冷却而所述金属壁部呈现塑性变形的冷却后温度作为所述目标冷却后温度的下限温度来运算。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的金属壁部的冷却温度设定方法，其中，

所述金属壁部被设为配管，

所述金属壁部的冷却温度设定方法包括根据该配管的管轴方向和/或管周方向的温度分布来修正所述目标冷却后温度的修正工序。

6.根据权利要求5所述的金属壁部的冷却温度设定方法，其中，包括：

差应力运算工序，运算相当于与所述目标冷却后温度对应的应力和在该目标冷却后温度下成为所述目标蠕变寿命的应力之差的差应力；及

温度分布设定工序，以使因所述配管的管轴方向和/或管周方向的温度分布而产生的热应力比所述差应力小的方式设定所述温度分布。

7.一种金属壁部的冷却方法，包括：

权利要求1～6中任一项所述的金属壁部的冷却温度设定方法；及

冷却工序，将所述金属壁部冷却至所述目标冷却后温度。

Images