JP2000234986A - 亀裂進展評価システムと方法 - Google Patents
亀裂進展評価システムと方法Info
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- JP2000234986A JP2000234986A JP11037897A JP3789799A JP2000234986A JP 2000234986 A JP2000234986 A JP 2000234986A JP 11037897 A JP11037897 A JP 11037897A JP 3789799 A JP3789799 A JP 3789799A JP 2000234986 A JP2000234986 A JP 2000234986A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ボイラプラントなどのプラント構成材料の亀
裂進展を簡便に評価できるシステムと評価方法を提供す
ること。 【解決手段】 プラント構成材料の特定部位の亀裂位置
と長さを検出すると、当該特定部位の温度と圧力を測定
し、前記特定部位の形状、外径や肉厚などの寸法、材
質、寸法、材質などからなる設計データを用いて前記部
位の形状、寸法、材質など、圧力、温度、亀裂長さ、亀
裂位置と亀裂進展解析用の破壊力学パラメータとの関係
を予め数式化して、データベース化してある破壊力学パ
ラメータ簡易算出データベースに基づき前記特定部位の
検出温度・圧力と検出亀裂長さと設計データ値に対応し
た前記特定部位の破壊力学パラメータ値を算出し、該破
壊力学パラメータ値に基づき予め求められている前記破
壊力学パラメータと亀裂速度との関係データベースから
前記特定部位の亀裂速度を算出し、前記特定部位の亀裂
進展状態の評価を行う。
裂進展を簡便に評価できるシステムと評価方法を提供す
ること。 【解決手段】 プラント構成材料の特定部位の亀裂位置
と長さを検出すると、当該特定部位の温度と圧力を測定
し、前記特定部位の形状、外径や肉厚などの寸法、材
質、寸法、材質などからなる設計データを用いて前記部
位の形状、寸法、材質など、圧力、温度、亀裂長さ、亀
裂位置と亀裂進展解析用の破壊力学パラメータとの関係
を予め数式化して、データベース化してある破壊力学パ
ラメータ簡易算出データベースに基づき前記特定部位の
検出温度・圧力と検出亀裂長さと設計データ値に対応し
た前記特定部位の破壊力学パラメータ値を算出し、該破
壊力学パラメータ値に基づき予め求められている前記破
壊力学パラメータと亀裂速度との関係データベースから
前記特定部位の亀裂速度を算出し、前記特定部位の亀裂
進展状態の評価を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラの配管等の
プラント構造材料の厚肉部材の予防保全技術に係わり、
特に亀裂が存在する場合の亀裂進展を評価するシステム
と方法に関する。
プラント構造材料の厚肉部材の予防保全技術に係わり、
特に亀裂が存在する場合の亀裂進展を評価するシステム
と方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】火力発電プラントや化学プラント等の高
温・高圧下で長時間使用される機器では、運転中にその
構成材料がクリープ、疲労あるいは時効損傷を受け、材
質が劣化することはよく知られている。このような材質
劣化は使用材料のメタル温度、作用応力及び使用時間に
よって支配されるものであり、例えば火力発電用ボイラ
ではこれらの支配因子を考慮し、通常１０万時間の寿命
を持つように設計されている。しかし、近年設計寿命を
超えて運転されているボイラなどのプラント設備が多く
なってきており、また、運転時間が１０万時間以内でも
燃焼ガスの偏流等によるメタル温度の上昇や構成材料中
の成分の偏析等に起因する異常な材質劣化が原因で材料
が破損する事故も発生している。
温・高圧下で長時間使用される機器では、運転中にその
構成材料がクリープ、疲労あるいは時効損傷を受け、材
質が劣化することはよく知られている。このような材質
劣化は使用材料のメタル温度、作用応力及び使用時間に
よって支配されるものであり、例えば火力発電用ボイラ
ではこれらの支配因子を考慮し、通常１０万時間の寿命
を持つように設計されている。しかし、近年設計寿命を
超えて運転されているボイラなどのプラント設備が多く
なってきており、また、運転時間が１０万時間以内でも
燃焼ガスの偏流等によるメタル温度の上昇や構成材料中
の成分の偏析等に起因する異常な材質劣化が原因で材料
が破損する事故も発生している。
【０００３】このような背景から、材料の余寿命を的確
に予測し、部分的な取り替えや補修を計画的に行うこと
によって、プラントとしての寿命を延長するための技術
が重要となってきている。ところで、火力発電用ボイラ
ではボイラ構成材料の寿命は、現状では亀裂発生を基準
として判断されており、ボイラの定期検査中に亀裂が検
出された場合には応急対策としてその部分を補修し、次
回定期検査時に取替等の恒久対策を実施している。しか
し、超音波試験等でボイラ構成材料などの厚肉部材の内
部や管の内面に亀裂が検出された場合には応急処置で対
処することも不可能であり、その対策として亀裂進展量
を評価し、次回定期検査時までに亀裂がボイラ構成材料
の厚み方向に材料表面又は裏面まで貫通するかどうかを
確認する作業を行っているに過ぎない。
に予測し、部分的な取り替えや補修を計画的に行うこと
によって、プラントとしての寿命を延長するための技術
が重要となってきている。ところで、火力発電用ボイラ
ではボイラ構成材料の寿命は、現状では亀裂発生を基準
として判断されており、ボイラの定期検査中に亀裂が検
出された場合には応急対策としてその部分を補修し、次
回定期検査時に取替等の恒久対策を実施している。しか
し、超音波試験等でボイラ構成材料などの厚肉部材の内
部や管の内面に亀裂が検出された場合には応急処置で対
処することも不可能であり、その対策として亀裂進展量
を評価し、次回定期検査時までに亀裂がボイラ構成材料
の厚み方向に材料表面又は裏面まで貫通するかどうかを
確認する作業を行っているに過ぎない。
【０００４】厚肉部材に内在する亀裂あるいは管の内面
亀裂の例として、配管の長手溶接部での内在亀裂や配管
の管寄部分の内面のリガメント亀裂が欧米で報告されて
おり、日本国内のプラントでも近い将来、このような亀
裂が発生する可能性がある。また、欧米ではプラント構
成材料の厚肉部材に対しては亀裂を許容するクライテリ
アになっており、日本でも規制緩和の観点から前記構成
材料の寿命の限界まで使用できるように亀裂を許容する
可能性がある。したがって、亀裂進展評価は今後のプラ
ントの予防保全上重要な課題の一つである。
亀裂の例として、配管の長手溶接部での内在亀裂や配管
の管寄部分の内面のリガメント亀裂が欧米で報告されて
おり、日本国内のプラントでも近い将来、このような亀
裂が発生する可能性がある。また、欧米ではプラント構
成材料の厚肉部材に対しては亀裂を許容するクライテリ
アになっており、日本でも規制緩和の観点から前記構成
材料の寿命の限界まで使用できるように亀裂を許容する
可能性がある。したがって、亀裂進展評価は今後のプラ
ントの予防保全上重要な課題の一つである。
【０００５】一般的にプラント構成材料の亀裂進展を評
価するためには、検査対象部材の応力状態や亀裂寸法か
ら決定される破壊力学パラメータを算出し、破壊力学パ
ラメータと亀裂進展速度の関係を表す実験データを基準
に亀裂進展量を計算する。破壊力学パラメータは損傷の
モードによって種類が異なり、例えば、応力拡大計数や
Ｊ積分、Ｃ＊などが使用される。このような破壊力学パ
ラメータは単純なモデルに対しては解が与えられている
が、実機部材のように複雑な形状のものに対しては解が
なく、通常は有限要素法による詳細応力解析を実施して
いる。
価するためには、検査対象部材の応力状態や亀裂寸法か
ら決定される破壊力学パラメータを算出し、破壊力学パ
ラメータと亀裂進展速度の関係を表す実験データを基準
に亀裂進展量を計算する。破壊力学パラメータは損傷の
モードによって種類が異なり、例えば、応力拡大計数や
Ｊ積分、Ｃ＊などが使用される。このような破壊力学パ
ラメータは単純なモデルに対しては解が与えられている
が、実機部材のように複雑な形状のものに対しては解が
なく、通常は有限要素法による詳細応力解析を実施して
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術で述べた
ように、実機部材の亀裂進展評価のためには有限要素法
による詳細解析が必要である。このため、検査対象部材
の形状・寸法や、温度・圧力条件、初期亀裂長さなどが
変化すれば、その度に詳細解析を行う必要があり、多大
な時間とコストがかかる。すなわち、非破壊検査で亀裂
が検出できたとしても、その亀裂の進展度合いは簡単に
は評価できない。本発明の課題は、ボイラプラントなど
のプラント構成材料の亀裂進展を簡便に評価できるシス
テムと評価方法を提供することにある。
ように、実機部材の亀裂進展評価のためには有限要素法
による詳細解析が必要である。このため、検査対象部材
の形状・寸法や、温度・圧力条件、初期亀裂長さなどが
変化すれば、その度に詳細解析を行う必要があり、多大
な時間とコストがかかる。すなわち、非破壊検査で亀裂
が検出できたとしても、その亀裂の進展度合いは簡単に
は評価できない。本発明の課題は、ボイラプラントなど
のプラント構成材料の亀裂進展を簡便に評価できるシス
テムと評価方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点は以下のよう
な方法により解決できる。図１に本発明の亀裂進展評価
システムの構成を示す。本発明の亀裂進展評価システム
構成は、次の構成からなる。 １．プラント構成材料の特定部位の亀裂検出装置 ２．前記特定部位の温度・圧力測定装置 ３．以下の構成からなる前記特定部位の亀裂進展評価装
置
な方法により解決できる。図１に本発明の亀裂進展評価
システムの構成を示す。本発明の亀裂進展評価システム
構成は、次の構成からなる。 １．プラント構成材料の特定部位の亀裂検出装置 ２．前記特定部位の温度・圧力測定装置 ３．以下の構成からなる前記特定部位の亀裂進展評価装
置
【０００８】３−１．前記特定部位の形状、外径や肉厚
などの寸法、材質、累積運転時間、起動停止回数から選
択される設計データベース記憶手段 ３−２．前記特定部位の形状、寸法、材質、累積運転時
間、起動停止回数、圧力、温度、亀裂長さ、亀裂位置と
亀裂進展解析用の破壊力学パラメータとの関係を予め数
式化してデータベース化してある破壊力学パラメータ簡
易算出データベース記憶手段、
などの寸法、材質、累積運転時間、起動停止回数から選
択される設計データベース記憶手段 ３−２．前記特定部位の形状、寸法、材質、累積運転時
間、起動停止回数、圧力、温度、亀裂長さ、亀裂位置と
亀裂進展解析用の破壊力学パラメータとの関係を予め数
式化してデータベース化してある破壊力学パラメータ簡
易算出データベース記憶手段、
【０００９】３−３．前記温度・圧力測定装置で得られ
た前記特定部位の温度・圧力と前記亀裂検出装置で検出
された前記特定部位の亀裂位置と亀裂長さと前記特定部
位の設計データベース値に基づき前記破壊力学パラメー
タ簡易算出データベース記憶手段で得られる前記特定部
位の破壊力学パラメータ値を算出する破壊力学パラメー
タ算出手段 ３−４．前記特定部位の破壊力学パラメータと亀裂速度
との関係を予め求めた破壊力学パラメータと亀裂速度と
の関係データベース記憶手段 ３−５．前記破壊力学パラメータ算出手段で得られた破
壊力学パラメータ値に基づき前記破壊力学パラメータと
亀裂速度との関係データベース記憶手段から前記特定部
位の亀裂速度を算出する亀裂速度算出手段 また、本発明は次の亀裂進展評価方法からなる。
た前記特定部位の温度・圧力と前記亀裂検出装置で検出
された前記特定部位の亀裂位置と亀裂長さと前記特定部
位の設計データベース値に基づき前記破壊力学パラメー
タ簡易算出データベース記憶手段で得られる前記特定部
位の破壊力学パラメータ値を算出する破壊力学パラメー
タ算出手段 ３−４．前記特定部位の破壊力学パラメータと亀裂速度
との関係を予め求めた破壊力学パラメータと亀裂速度と
の関係データベース記憶手段 ３−５．前記破壊力学パラメータ算出手段で得られた破
壊力学パラメータ値に基づき前記破壊力学パラメータと
亀裂速度との関係データベース記憶手段から前記特定部
位の亀裂速度を算出する亀裂速度算出手段 また、本発明は次の亀裂進展評価方法からなる。
【００１０】１．プラント構成材料の特定部位の亀裂位
置と長さを検出すると、当該特定部位の温度と圧力を測
定し、 ２．前記特定部位の形状、外径や肉厚などの寸法、材
質、寸法、材質、累積運転時間、起動停止回数から選択
される設計データを用いて前記部位の形状、寸法、材
質、累積運転時間、起動停止回数、圧力、温度、亀裂長
さ、亀裂位置と亀裂進展解析用の破壊力学パラメータと
の関係を予め数式化してデータベース化してある破壊力
学パラメータ簡易算出データベースに基づき前記特定部
位の検出温度・圧力と検出亀裂長さ、亀裂位置と設計デ
ータ値に対応した前記特定部位の破壊力学パラメータ値
を算出し、 ３．該破壊力学パラメータ値に基づき予め求められてい
る前記破壊力学パラメータと亀裂速度との関係データベ
ースから前記特定部位の亀裂速度を算出し、 ４．前記特定部位の亀裂進展状態の評価を行う方法。
置と長さを検出すると、当該特定部位の温度と圧力を測
定し、 ２．前記特定部位の形状、外径や肉厚などの寸法、材
質、寸法、材質、累積運転時間、起動停止回数から選択
される設計データを用いて前記部位の形状、寸法、材
質、累積運転時間、起動停止回数、圧力、温度、亀裂長
さ、亀裂位置と亀裂進展解析用の破壊力学パラメータと
の関係を予め数式化してデータベース化してある破壊力
学パラメータ簡易算出データベースに基づき前記特定部
位の検出温度・圧力と検出亀裂長さ、亀裂位置と設計デ
ータ値に対応した前記特定部位の破壊力学パラメータ値
を算出し、 ３．該破壊力学パラメータ値に基づき予め求められてい
る前記破壊力学パラメータと亀裂速度との関係データベ
ースから前記特定部位の亀裂速度を算出し、 ４．前記特定部位の亀裂進展状態の評価を行う方法。
【００１１】
【作用】本発明の主な構成として、プラント構成材料の
特定部位の亀裂検出装置と亀裂進展評価装置を連結させ
ており、亀裂を検出すると同時に亀裂進展の程度が評価
でき、迅速な亀裂進展度合の判定が可能となる。亀裂進
展評価装置では、亀裂進展評価が必要と考えられる部位
について、予め形状、寸法（外径、肉厚など）、温度、
圧力、亀裂長さ、亀裂位置などを変化させた種々の条件
で有限要素法による亀裂進展解析により破壊力学パラメ
ータの算出を行い、算出された破壊力学パラメータと温
度、圧力、形状、寸法、亀裂長さ、亀裂位置との関係を
数式化したデータベースを作成しておく。このデータベ
ースを利用し、温度・圧力測定装置で測定した温度・圧
力、設計データベースからの材質、寸法及び亀裂検出装
置で検出した亀裂長さ・位置を入力データとして亀裂進
展解析を行う。
特定部位の亀裂検出装置と亀裂進展評価装置を連結させ
ており、亀裂を検出すると同時に亀裂進展の程度が評価
でき、迅速な亀裂進展度合の判定が可能となる。亀裂進
展評価装置では、亀裂進展評価が必要と考えられる部位
について、予め形状、寸法（外径、肉厚など）、温度、
圧力、亀裂長さ、亀裂位置などを変化させた種々の条件
で有限要素法による亀裂進展解析により破壊力学パラメ
ータの算出を行い、算出された破壊力学パラメータと温
度、圧力、形状、寸法、亀裂長さ、亀裂位置との関係を
数式化したデータベースを作成しておく。このデータベ
ースを利用し、温度・圧力測定装置で測定した温度・圧
力、設計データベースからの材質、寸法及び亀裂検出装
置で検出した亀裂長さ・位置を入力データとして亀裂進
展解析を行う。
【００１２】破壊力学パラメータは温度、圧力、形状、
寸法、亀裂長さ、亀裂位置などの影響を数式化したデー
タベースより簡単に計算でき、単位時間あたりの亀裂進
展量は破壊力学パラメータと亀裂進展速度の関係を数式
化したデータベースより計算できる。亀裂が進展する
と、亀裂長さが変化するために破壊力学パラメータ値も
変化する。したがって、所定の時間後の亀裂進展量は繰
り返し計算をすることによって算出できるが、上述した
ように破壊力学パラメータはプラント構成材料の特定部
位の温度、圧力、形状、寸法、亀裂長さ、亀裂位置等の
影響を数式化したデータベースを用いることにより簡単
に計算できるために、パソコンレベルでも短時間で亀裂
進展量が計算できる。以上のように亀裂進展評価が可能
な装置と亀裂検出装置を組合わせることにより、亀裂検
出と同時に短時間で亀裂進展評価が可能となる。
寸法、亀裂長さ、亀裂位置などの影響を数式化したデー
タベースより簡単に計算でき、単位時間あたりの亀裂進
展量は破壊力学パラメータと亀裂進展速度の関係を数式
化したデータベースより計算できる。亀裂が進展する
と、亀裂長さが変化するために破壊力学パラメータ値も
変化する。したがって、所定の時間後の亀裂進展量は繰
り返し計算をすることによって算出できるが、上述した
ように破壊力学パラメータはプラント構成材料の特定部
位の温度、圧力、形状、寸法、亀裂長さ、亀裂位置等の
影響を数式化したデータベースを用いることにより簡単
に計算できるために、パソコンレベルでも短時間で亀裂
進展量が計算できる。以上のように亀裂進展評価が可能
な装置と亀裂検出装置を組合わせることにより、亀裂検
出と同時に短時間で亀裂進展評価が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て説明する。図１に示す例は本発明になる亀裂進展評価
システムの構成である。亀裂検出装置、温度・圧力測定
装置、プラント構成材料の設計データベ−ス及び亀裂進
展評価装置から成るシステムであり、亀裂進展評価装置
はプラント構成材料の特定部位での損傷形態に対応する
破壊力学パラメータを選定する機能、亀裂検出装置で検
出した亀裂長さ・位置、温度・圧力測定装置で測定した
前記特定部位の温度及び圧力、設計データベースから得
られる前記特定部位の形状・寸法などを基に破壊力学パ
ラメータの値を算出する機能、及び破壊力学パラメータ
と亀裂進展速度との関係を表すデータベースを基に亀裂
の進展量を算出する機能を持っている。
て説明する。図１に示す例は本発明になる亀裂進展評価
システムの構成である。亀裂検出装置、温度・圧力測定
装置、プラント構成材料の設計データベ−ス及び亀裂進
展評価装置から成るシステムであり、亀裂進展評価装置
はプラント構成材料の特定部位での損傷形態に対応する
破壊力学パラメータを選定する機能、亀裂検出装置で検
出した亀裂長さ・位置、温度・圧力測定装置で測定した
前記特定部位の温度及び圧力、設計データベースから得
られる前記特定部位の形状・寸法などを基に破壊力学パ
ラメータの値を算出する機能、及び破壊力学パラメータ
と亀裂進展速度との関係を表すデータベースを基に亀裂
の進展量を算出する機能を持っている。
【００１４】本システムを図２に示すボイラ高温再熱蒸
気管長手溶接部３に適用した例について説明する。高温
再熱蒸気管１は最終再熱器２に接続しており、高温再熱
蒸気管１には長手溶接部３があり、溶接部３の配管は外
径７１１ｍｍ、肉厚３２ｍｍの寸法を有し、その材質は
２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼であり、高温再熱蒸気管１内部
の蒸気の運転圧力は３４ａｔｇ、運転温度は５５６℃で
ある。これらのデータは設計データベースに格納されて
いる。
気管長手溶接部３に適用した例について説明する。高温
再熱蒸気管１は最終再熱器２に接続しており、高温再熱
蒸気管１には長手溶接部３があり、溶接部３の配管は外
径７１１ｍｍ、肉厚３２ｍｍの寸法を有し、その材質は
２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼であり、高温再熱蒸気管１内部
の蒸気の運転圧力は３４ａｔｇ、運転温度は５５６℃で
ある。これらのデータは設計データベースに格納されて
いる。
【００１５】この長手溶接部３には溶接熱影響部に内在
する亀裂が存在する可能性があり、まず、亀裂検出装置
で亀裂を検出したところ、肉厚の中央部に６ｍｍ長さの
亀裂４が検出できた。なお、本例では亀裂検出装置とし
て図示しない超音波探傷装置を使用した。
する亀裂が存在する可能性があり、まず、亀裂検出装置
で亀裂を検出したところ、肉厚の中央部に６ｍｍ長さの
亀裂４が検出できた。なお、本例では亀裂検出装置とし
て図示しない超音波探傷装置を使用した。
【００１６】次に、この亀裂４が高温再熱蒸気管１を貫
通するまでの時間を図１に示す亀裂進展評価装置で算出
した。亀裂進展評価装置内部での手順を以下に示す。溶
接部３の亀裂４はクリープ亀裂とみなすことのできるの
で、亀裂進展評価装置では破壊力学パラメータとしてク
リープ亀裂進展評価に使用される修正Ｊ積分（Ｃ＊パラ
メータ）を選定し、これによる評価を行う。修正Ｊ積分
は弾塑性破壊力学パラメータＪ積分にクリープの特徴で
ある時間の因子を加味したものである。Ｊ積分は亀裂先
端の塑性応力−ひずみ場を特徴づけるエネルギー論的な
パラメータであり、次の数式１で定義される。
通するまでの時間を図１に示す亀裂進展評価装置で算出
した。亀裂進展評価装置内部での手順を以下に示す。溶
接部３の亀裂４はクリープ亀裂とみなすことのできるの
で、亀裂進展評価装置では破壊力学パラメータとしてク
リープ亀裂進展評価に使用される修正Ｊ積分（Ｃ＊パラ
メータ）を選定し、これによる評価を行う。修正Ｊ積分
は弾塑性破壊力学パラメータＪ積分にクリープの特徴で
ある時間の因子を加味したものである。Ｊ積分は亀裂先
端の塑性応力−ひずみ場を特徴づけるエネルギー論的な
パラメータであり、次の数式１で定義される。
【００１７】
【数１】
【００１８】図３に示すように、Γは亀裂先端を反時計
方向に囲む積分経路、Ｗはひずみエネルギ密度、ＴはΓ
上の表面力、ｕiはΓ上の変位ベクトル、ｄｓはΓ上の
微小線素、ｎjはｄｓ上の外向き法線ベクトル、σijは
応力テンソル、εijはひずみテンソルである。
方向に囲む積分経路、Ｗはひずみエネルギ密度、ＴはΓ
上の表面力、ｕiはΓ上の変位ベクトル、ｄｓはΓ上の
微小線素、ｎjはｄｓ上の外向き法線ベクトル、σijは
応力テンソル、εijはひずみテンソルである。
【００１９】修正Ｊ積分（Ｃ＊）はＪ積分のひずみをひ
ずみ速度に、変位を変位速度に置き換え、クリープ亀裂
進展を評価できるようにしたパラメータである。すなわ
ち、Ｊ積分の定義式において、εijをｄεij（ひずみ速
度テンソル）に、ｕiをｄｕi（変位テンソル）に代えた
式が修正Ｊ積分（Ｃ＊）の定義式となる。なお、Ｊ積
分、修正Ｊ積分に関することは「材料強度学」（社）日
本材料学会１９９４年発行などに記載されている。
ずみ速度に、変位を変位速度に置き換え、クリープ亀裂
進展を評価できるようにしたパラメータである。すなわ
ち、Ｊ積分の定義式において、εijをｄεij（ひずみ速
度テンソル）に、ｕiをｄｕi（変位テンソル）に代えた
式が修正Ｊ積分（Ｃ＊）の定義式となる。なお、Ｊ積
分、修正Ｊ積分に関することは「材料強度学」（社）日
本材料学会１９９４年発行などに記載されている。
【００２０】本来、Ｃ＊パラメータ値を計算するには有
限要素法による詳細応力解析が必要であるが、外径、肉
厚、圧力、温度、亀裂長さ、亀裂位置の影響を数式化し
た破壊力学パラメータの簡易算出データベースをあらか
じめ作成している。そして設計データベースからの寸
法、温度・圧力測定装置からの温度・圧力及び亀裂検出
装置からの亀裂長さと亀裂位置を入力し、図１の手順に
従って亀裂進展量を計算する。高温再熱蒸気管長手溶接
部でのＣ＊パラメータに及ぼす各因子の影響を表した数
式を下記に示し、この数式２により簡易算出データベー
スから破壊力学パラメータ（Ｃ＊パラメータ）を得るこ
とができる。
限要素法による詳細応力解析が必要であるが、外径、肉
厚、圧力、温度、亀裂長さ、亀裂位置の影響を数式化し
た破壊力学パラメータの簡易算出データベースをあらか
じめ作成している。そして設計データベースからの寸
法、温度・圧力測定装置からの温度・圧力及び亀裂検出
装置からの亀裂長さと亀裂位置を入力し、図１の手順に
従って亀裂進展量を計算する。高温再熱蒸気管長手溶接
部でのＣ＊パラメータに及ぼす各因子の影響を表した数
式を下記に示し、この数式２により簡易算出データベー
スから破壊力学パラメータ（Ｃ＊パラメータ）を得るこ
とができる。
【００２１】
【数２】
【００２２】ここで、ａは亀裂長さ（ｍｍ）、ｔは肉厚
（ｍｍ）、Ｄは外径（ｍｍ）、σは応力（ｋｇ／ｍ
ｍ2）｛σ＝圧力×（外径−肉厚）／（２×肉厚）｝で
あり、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐは係数である。
（ｍｍ）、Ｄは外径（ｍｍ）、σは応力（ｋｇ／ｍ
ｍ2）｛σ＝圧力×（外径−肉厚）／（２×肉厚）｝で
あり、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐは係数である。
【００２３】ここでは、温度と亀裂位置の影響はないも
のとした。上記数式２のうちで亀裂長さ以外は一定であ
り、Ｃ＊と亀裂長さの関係が導かれ、亀裂長さは亀裂の
進展とともに大きくなっていく。これを図示したのが図
４である。このように数式２に各因子のデータが入力さ
れればＣ＊パラメータを簡単に算出できるようになって
いる。
のとした。上記数式２のうちで亀裂長さ以外は一定であ
り、Ｃ＊と亀裂長さの関係が導かれ、亀裂長さは亀裂の
進展とともに大きくなっていく。これを図示したのが図
４である。このように数式２に各因子のデータが入力さ
れればＣ＊パラメータを簡単に算出できるようになって
いる。
【００２４】なお、温度・圧力に関しては、プラント構
成材料の設計値が設計データベースに格納されており、
これらの値を使用することはできるが、より正確な評価
をするためには実測する必要があり、本発明では温度・
圧力測定装置で測定している。図２では温度は熱電対５
で測定し、蒸気管１内部の蒸気圧力は圧力センサ６で測
定している。
成材料の設計値が設計データベースに格納されており、
これらの値を使用することはできるが、より正確な評価
をするためには実測する必要があり、本発明では温度・
圧力測定装置で測定している。図２では温度は熱電対５
で測定し、蒸気管１内部の蒸気圧力は圧力センサ６で測
定している。
【００２５】亀裂進展量はＣ＊パラメータと亀裂進展速
度の関係を表すデータから計算できる。図５には実験デ
ータを示し、２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の溶接熱影響部で
のデータであり、応力拡大係数、Ｊ積分、修正Ｊ積分
（Ｃ＊パラメータ）などの破壊力学パラメータと亀裂進
展速度との関係を表すデータベースでは各鋼種、各破壊
力学パラメータに対し、このような関係を数式化してい
る。例えば、高温低サイクル疲労損傷に対しては、応力
拡大係数範囲又はＪ積分範囲が、クリープに対しては修
正Ｊ積分（Ｃ＊）が有効であり、これらのパラメータと
亀裂進展速度の関係（実験データ）は種々の文献に開示
されている。
度の関係を表すデータから計算できる。図５には実験デ
ータを示し、２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼の溶接熱影響部で
のデータであり、応力拡大係数、Ｊ積分、修正Ｊ積分
（Ｃ＊パラメータ）などの破壊力学パラメータと亀裂進
展速度との関係を表すデータベースでは各鋼種、各破壊
力学パラメータに対し、このような関係を数式化してい
る。例えば、高温低サイクル疲労損傷に対しては、応力
拡大係数範囲又はＪ積分範囲が、クリープに対しては修
正Ｊ積分（Ｃ＊）が有効であり、これらのパラメータと
亀裂進展速度の関係（実験データ）は種々の文献に開示
されている。
【００２６】図１の手順に示すように亀裂進展評価では
繰り返し、計算をするようになっている。これは破壊力
学パラメータ値が亀裂長さの関数であることから、亀裂
が進展して亀裂が長くなると破壊力学パラメータ値が変
化するためである。このようにして亀裂進展量を計算
し、結果を図示すると、亀裂が進展する時間変化の例を
図示した図６のように、例えば約１０万時間後に蒸気管
１を貫通するという結果が得られる。
繰り返し、計算をするようになっている。これは破壊力
学パラメータ値が亀裂長さの関数であることから、亀裂
が進展して亀裂が長くなると破壊力学パラメータ値が変
化するためである。このようにして亀裂進展量を計算
し、結果を図示すると、亀裂が進展する時間変化の例を
図示した図６のように、例えば約１０万時間後に蒸気管
１を貫通するという結果が得られる。
【００２７】図６の結果が得られる過程を図７のフロー
チャートに示すが、基本的には、亀裂長さ以外は、常に
一定となり、ある亀裂長さの時のＣ＊を求め、単位長さ
（例えば、０．１ｍｍ）だけ、亀裂がその状態で進展す
ると仮定し、単位長さ分亀裂が進展する時間を求める。
亀裂が単位長さ分進む（ａ＝ａ＋△ａ）とＣ＊の値が変
化するので、その状態からＣ＊を算出し、さらに△ａだ
け亀裂が進展する時間を求める。これを繰り返して蒸気
管１を貫通するまでの時間を求める。以上のように、本
システムでは亀裂検出装置と亀裂進展評価装置を組み合
わせることにより短時間でプラント構成材料の亀裂の進
展状態を把握できる。
チャートに示すが、基本的には、亀裂長さ以外は、常に
一定となり、ある亀裂長さの時のＣ＊を求め、単位長さ
（例えば、０．１ｍｍ）だけ、亀裂がその状態で進展す
ると仮定し、単位長さ分亀裂が進展する時間を求める。
亀裂が単位長さ分進む（ａ＝ａ＋△ａ）とＣ＊の値が変
化するので、その状態からＣ＊を算出し、さらに△ａだ
け亀裂が進展する時間を求める。これを繰り返して蒸気
管１を貫通するまでの時間を求める。以上のように、本
システムでは亀裂検出装置と亀裂進展評価装置を組み合
わせることにより短時間でプラント構成材料の亀裂の進
展状態を把握できる。
【００２８】
【発明の効果】本発明になる亀裂進展評価システムを使
用すれば、亀裂検出と同時に今後の亀裂進展量が簡便に
推定でき、定期検査中に亀裂が検出されたものとしても
その挙動が把握できることから、亀裂に対する対応（そ
の場で補修か、次回定期検査時に補修または取替え等の
判断）が迅速にでき、ボイラ等のプラントにおける予防
保全に関して本発明の工業的価値は非常に高い。
用すれば、亀裂検出と同時に今後の亀裂進展量が簡便に
推定でき、定期検査中に亀裂が検出されたものとしても
その挙動が把握できることから、亀裂に対する対応（そ
の場で補修か、次回定期検査時に補修または取替え等の
判断）が迅速にでき、ボイラ等のプラントにおける予防
保全に関して本発明の工業的価値は非常に高い。
【図１】 本発明になる亀裂進展評価システムの構成及
び処理フロー図である。
び処理フロー図である。
【図２】 本発明になる亀裂進展評価位置であるボイラ
高温再熱蒸気管を示す図である。
高温再熱蒸気管を示す図である。
【図３】 本発明になるクリープ亀裂進展評価に使用す
る破壊力学パラメータＣ＊の定義を示す図である。
る破壊力学パラメータＣ＊の定義を示す図である。
【図４】 本発明になる高温再熱蒸気管でのＣ＊パラメ
ータと亀裂長さの関係を表す図である。
ータと亀裂長さの関係を表す図である。
【図５】 本発明になる２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼溶接熱
影響部でのＣ＊パラメータと亀裂進展速度の関係を表す
図である。
影響部でのＣ＊パラメータと亀裂進展速度の関係を表す
図である。
【図６】 本発明になる時間と亀裂長さの関係を評価し
た結果を表す図である。
た結果を表す図である。
【図７】 図６の結果が得られる過程を示すフローチャ
ートである。
ートである。
１ 高温再熱蒸気管 ２ 最終再熱器 ３ 長手溶接部 ４ 亀裂 ５ 熱電対 ６ 圧力計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 曜明 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 Ｆターム(参考） 2G024 AD34 BA22 BA27 CA04 CA11 CA17 FA06
Claims (2)
- 【請求項１】 プラント構成材料の特定部位の温度・
圧力測定装置と、前記特定部位の亀裂位置と亀裂長さを
検出する亀裂検出装置を備え、 さらに、前記特定部位の形状、外径や肉厚などの寸法、
材質、累積運転時間、起動停止回数から選択される設計
データベース記憶手段と、 前記特定部位の形状、寸法、材質、累積運転時間、起動
停止回数、圧力、温度、亀裂長さ、亀裂位置と亀裂進展
解析用の破壊力学パラメータとの関係を予め数式化して
データベース化してある破壊力学パラメータ簡易算出デ
ータベース記憶手段と、 前記温度・圧力測定装置で得られた前記特定部位の温度
・圧力と前記亀裂検出装置で検出された前記特定部位の
亀裂位置と亀裂長さと前記特定部位の設計データベース
値に基づき前記破壊力学パラメータ簡易算出データベー
ス記憶手段で得られる前記特定部位の破壊力学パラメー
タ値を算出する破壊力学パラメータ算出手段と、 前記特定部位の破壊力学パラメータと亀裂速度との関係
を予め求めた破壊力学パラメータと亀裂速度との関係デ
ータベース記憶手段と、 前記破壊力学パラメータ算出手段で得られた破壊力学パ
ラメータ値に基づき前記破壊力学パラメータと亀裂速度
との関係データベース記憶手段から前記特定部位の亀裂
速度を算出する亀裂速度算出手段とを備えた亀裂進展評
価装置からなる亀裂進展評価システム。 - 【請求項２】 プラント構成材料の特定部位の亀裂位
置と長さを検出すると、当該特定部位の温度と圧力を測
定し、 前記特定部位の形状、外径や肉厚などの寸法、材質、寸
法、材質、累積運転時間、起動停止回数から選択される
設計データを用いて前記部位の形状、寸法、材質、累積
運転時間、起動停止回数、圧力、温度、亀裂長さ、亀裂
位置と亀裂進展解析用の破壊力学パラメータとの関係を
予め数式化してデータベース化してある破壊力学パラメ
ータ簡易算出データベースに基づき前記特定部位の検出
温度・圧力と検出亀裂長さ、亀裂位置と設計データ値に
対応した前記特定部位の破壊力学パラメータ値を算出
し、 該破壊力学パラメータ値に基づき予め求められている前
記破壊力学パラメータと亀裂速度との関係データベース
から前記特定部位の亀裂速度を算出し、前記特定部位の
亀裂進展状態の評価を行う亀裂進展評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11037897A JP2000234986A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 亀裂進展評価システムと方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11037897A JP2000234986A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 亀裂進展評価システムと方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000234986A true JP2000234986A (ja) | 2000-08-29 |
Family
ID=12510345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11037897A Pending JP2000234986A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 亀裂進展評価システムと方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000234986A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002156325A (ja) * | 2000-11-17 | 2002-05-31 | Babcock Hitachi Kk | 金属部材の表面き裂深さ解析方法 |
| JP2008292206A (ja) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Ihi Corp | 亀裂伝播予想方法 |
| JP2009180610A (ja) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 鋼管の曲げ部の損傷評価方法 |
| CN106353527A (zh) * | 2015-07-14 | 2017-01-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 测量岩石中人工压裂裂缝沿预设方向延伸速度的方法 |
| WO2019044555A1 (ja) * | 2017-08-30 | 2019-03-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 余寿命評価方法及び保守管理方法 |
| WO2019044554A1 (ja) * | 2017-08-30 | 2019-03-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 亀裂評価基準策定方法、内部探傷検査による亀裂評価方法及び保守管理方法 |
| KR20210083865A (ko) * | 2019-12-27 | 2021-07-07 | 경북대학교 산학협력단 | 딥러닝 기반 콘크리트 균열 감지 시스템 |
| CN117249801A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-12-19 | 深圳市水务工程检测有限公司 | 基于大数据的大坝变形监测管理系统及方法 |
-
1999
- 1999-02-16 JP JP11037897A patent/JP2000234986A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN106353527A (zh) * | 2015-07-14 | 2017-01-25 | 中国石油化工股份有限公司 | 测量岩石中人工压裂裂缝沿预设方向延伸速度的方法 |
| CN106353527B (zh) * | 2015-07-14 | 2019-02-01 | 中国石油化工股份有限公司 | 测量岩石中人工压裂裂缝沿预设方向延伸速度的方法 |
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| JP2019045217A (ja) * | 2017-08-30 | 2019-03-22 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 亀裂評価基準策定方法、内部探傷検査による亀裂評価方法及び保守管理方法 |
| JP2019045218A (ja) * | 2017-08-30 | 2019-03-22 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 余寿命評価方法及び保守管理方法 |
| CN111033211A (zh) * | 2017-08-30 | 2020-04-17 | 三菱日立电力系统株式会社 | 剩余寿命评价方法及保养管理方法 |
| CN111033212A (zh) * | 2017-08-30 | 2020-04-17 | 三菱日立电力系统株式会社 | 龟裂评价基准制定方法、基于内部探伤检査的龟裂评价方法及保养管理方法 |
| KR20210083865A (ko) * | 2019-12-27 | 2021-07-07 | 경북대학교 산학협력단 | 딥러닝 기반 콘크리트 균열 감지 시스템 |
| KR102388064B1 (ko) * | 2019-12-27 | 2022-04-19 | 경북대학교 산학협력단 | 딥러닝 기반 콘크리트 균열 감지 시스템 |
| CN117249801A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-12-19 | 深圳市水务工程检测有限公司 | 基于大数据的大坝变形监测管理系统及方法 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050601 |
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