JP2002073155A - プラント機器の運用診断装置及びその運用診断方法 - Google Patents

プラント機器の運用診断装置及びその運用診断方法

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JP2002073155A JP2000264542A JP2000264542A JP2002073155A JP 2002073155 A JP2002073155 A JP 2002073155A JP 2000264542 A JP2000264542 A JP 2000264542A JP 2000264542 A JP2000264542 A JP 2000264542A JP 2002073155 A JP2002073155 A JP 2002073155A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】余寿命に応じた適切な保守管理を可能とするこ
とができる装置を得る。 【解決手段】プラントを構成する機器および個々の部材
の現運転条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率
に、該部材毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数を
乗算した最大値をプラントリスク推定値とする手段８
と、前記各部材の想定運転条件下での個々の破壊現象に
対する破壊確率に、前記損傷形態毎の重み係数を乗算し
た最大値を求めたプラントリスク値が、設定値を越えな
い運用条件を計算してプラント運転制限値を求める手段
９と、前記部材の現時点の余寿命評価情報から運用計画
に基づいて今後の寿命消費を計算する手段１０と、現時
点の余寿命評価情報と、運用計画に基づき計算した将来
の余寿命予測を基に運用計画毎の破壊確率の推移を評価
し、前記各部材の損傷形態毎の重み係数を前記破壊確率
の推移データに乗算してプラント運用リスク推定値を算
出する手段１１を備えたもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば火力発電プ
ラント機器の運用診断方法および装置に関し、特に、運
転に伴う損傷の蓄積を計算し、定検時期の延伸や運転・
運用条件に対するリスク予測を行う運用診断装置および
その運用診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来蒸気タービンプラントなどの構造部
材の寿命診断においては、定量的、確率的寿命診断方法
および装置が提案されている。例えば、特開平４−３７
０７４１号公報において開示されている寿命診断方法お
よび装置では、定量寿命評価用データベース、寿命評価
の信頼性に関する情報のデータベース、運用履歴情報デ
ータベース、診断情報データベースより得られる情報を
用いて、複数の寿命評価を行い、信頼性の高い寿命診断
を可能としている。
【０００３】これらの提案されている寿命診断の目的
は、構造物の破損を未然に予知して、保守管理計画を作
成することである。
【０００４】また、異常監視システムを含んだ寿命診断
システムが、運転記録に応じて予め設定された計算式に
基づいて寿命消費量を積算し、部品の管理方法を表示す
る（特開昭５４−１５８５０６号公報）、変形や隙間な
どのモニタリングにより監視し設計計算値と比較し異常
値が生じた場合には警報を発する（例えば、特開平９−
３１０６０５号公報）などで提案されている。
【０００５】これらの提案されている異常監視寿命診断
システムの目的は、特定の部品について、その破損兆候
を検出し、部品や機器の破損を未然に防ぐことである。
【０００６】プラントの運用において、部品や機器の破
損を未然に防ぐために、モニタリングによる異常検出を
行ったり、余寿命を評価して適切な保守点検時期を決定
することは重要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年では、エ
ネルギーの有効利用と低コスト化の観点から、発電プラ
ントを効率良く利用し、保守管理コストを低減すること
が望まれている。従来は、予め定期的に時期を決めて点
検（定検）を行っていたが、プラント停止に対応するた
めの予備電力投資や定検費用の集中、保険料など保守管
理コストが運用コストの大きな部分を占めていた。
【０００８】今までの寿命評価装置では、長期的運用計
画作成と保守計画作成を行うことが可能であったが、プ
ラント運用サイドに短期的な運転条件の選択を与えるこ
とはできないため、プラントの運用形態や稼働率などの
運用について柔軟な対応ができないという問題点があっ
た。
【０００９】本発明は、このような問題点を解決するた
めなされたもので、余寿命に応じた適切な保守管理を可
能とするとともに、プラント運用者へ、短・長期間にお
ける運転条件の変更の可否を判定することができるプラ
ント運用診断結果を提示する、プラント機器の運用診断
装置及びその運用診断方法を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に対応する発明は、プラントを構成する機
器および又は該機器を構成する個々の部材からなる運用
診断対象の現運転条件下での個々の破壊現象に対する破
壊確率に、該運用診断対象毎に予め決められた損傷形態
毎の重み係数を乗算した数値から、最大値を求めてプラ
ントリスク推定値とするプラントリスク推定評価手段
と、前記運用診断対象の想定運転条件下での個々の破壊
現象に対する破壊確率に、前記損傷形態毎の重み係数を
乗算した数値から、最大値を求めたプラントリスク値
が、設定値を越えない運用条件を計算してプラント運転
制限値を求めるプラント運転制限値評価手段と、個々の
該運用診断対象の現時点の余寿命評価情報から運用計画
に基づいて今後の寿命消費を計算するプラント運用寿命
推定値手段と、現時点の余寿命評価情報と、運用計画に
基づき計算した将来の余寿命予測を基に運用計画毎の破
壊確率の推移を評価し、前記運用診断対象毎に予め決め
られた損傷形態毎の重み係数を前記破壊確率の推移デー
タに乗算して、プラント運用リスク推定値を算出するプ
ラント運用リスク推定手段とを具備したプラント機器の
運用診断装置である。
【００１１】請求項１に対応する発明によれば、余寿命
に応じた適切な保守管理を可能とするとともに、プラン
ト運用者へ、短・長期間における運転条件の変更の可否
を判定することができるプラント運用診断結果を提示す
ることができる。
【００１２】上記目的を達成するために、請求項２に対
応する発明は、プラントを構成する機器および又は該機
器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の現時点
の余寿命評価情報と、運用計画に基づき計算した将来の
余寿命予測を基に運用計画毎の破壊確率の推移を評価
し、該運用診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重
み係数を前記破壊確率の推移データに乗算して、プラン
ト運用リスク推定値を算出するプラント運用リスク推定
手段とを具備したプラント機器の運用診断装置である。
【００１３】請求項２に対応する発明によれば、運用中
に運用計画を変更した場合のその後のプラントリスクが
分かる。
【００１４】上記目的を達成するために、請求項３に対
応する発明は、プラントを構成する機器および又は該機
器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の現運転
条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率に、該運用
診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数を乗
算した数値から、最大値を求めてプラントリスク推定値
とするプラントリスク推定評価手段を具備したプラント
機器の運用診断装置である。
【００１５】請求項３に対応する発明によれば、運転中
のプラントリスクを常時知ることができる。
【００１６】上記目的を達成するために、請求項４に対
応する発明は、プラントを構成する機器および又は該機
器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の想定運
転条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率に、該運
用診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数を
乗算した数値から、最大値を求めたプラントリスク値
が、設定値を越えない運用条件を計算してプラント運転
制限値を求めるプラント運転制限値評価手段と、個々の
該運用診断対象の現時点の余寿命評価情報から運用計画
に基づいて今後の寿命消費を計算するプラント運用寿命
推定値手段と、現時点の余寿命評価情報と、運用計画に
基づき計算した将来の余寿命予測を基に運用計画毎の破
壊確率の推移を評価し、前記運用診断対象毎に予め決め
られた損傷形態毎の重み係数を前記破壊確率の推移デー
タに乗算して、プラント運用リスク推定値を算出するプ
ラント運用リスク推定手段とを具備したプラント機器の
運用診断装置である。
【００１７】請求項４に対応する発明によれば、プラン
ト運用者が現時点での余寿命を基に、プラント運転制限
値が分かると共に、運用中に運用計画を変更した場合の
その後のプラントリスクが分かる。
【００１８】上記目的を達成するために、請求項５に対
応する発明は、少なくともプラント運転履歴データをネ
ットワークを介して入力し、プラントの運用診断結果を
該ネットワークを介して出力する請求項１乃至請求項４
のいずれか一つに記載のプラント機器の運用診断装置で
ある。
【００１９】上記目的を達成するために、請求項６に対
応する発明は、プラントを構成する機器および又は該機
器を構成する個々の部材からなる運用診断対象が破壊し
たときの、前記プラント全体に対する損害額の期待値と
保険料データベースとから保険料を算出する保険料算出
手段を備えたプラント機器の運用診断装置である。
【００２０】請求項６に対応する発明によれば、保険料
の算定が妥当になると共に、運用診断対象の寿命判断が
第３者の場所で行えるので信頼性が増す。
【００２１】上記目的を達成するために、請求項７に対
応する発明は、プラントを構成する機器および又は該機
器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の次回定
検時期、定検箇所、運転条件などの運用計画と、少なく
とも運転履歴によって決まる該運用診断対象の現時点で
の余寿命に対し、運用計画を変更することによる今後の
余寿命消費量の評価を行い、プラント全体における運用
リスク推移の予測をするようにしたプラント機器の運用
診断方法である。
【００２２】請求項７に対応する発明によれば、余寿命
に応じた適切な保守管理を可能とするとともに、プラン
ト運用者へ、短・長期間における運転条件の変更の可否
を判定することができるプラント運用診断結果を提示す
ることができる。
【００２３】上記目的を達成するために、請求項８に対
応する発明は、プラントを構成する機器および又は該機
器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の現時点
の余寿命評価情報と、運用計画に基づき計算した将来の
余寿命予測を基に運用計画毎の破壊確率の推移を評価
し、該運用診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重
み係数を前記破壊確率の推移データに乗算して、プラン
ト運用リスク推定値を算出するようにしたプラント機器
の運用診断方法である。
【００２４】請求項８に対応する発明によれば、運用中
に運用計画を変更した場合のその後のプラントリスクが
分かる。
【００２５】上記目的を達成するために、請求項９に対
応する発明は、プラントを構成する機器および又は該機
器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の現運転
条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率に、該運用
診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数を乗
算した数値から、最大値を求めてプラントリスク推定値
とするようにしたプラント機器の運用診断方法である。
【００２６】請求項９に対応する発明によれば、運転中
のプラントリスクを常時知ることができる。
【００２７】上記目的を達成するために、請求項１０に
対応する発明は、プラントを構成する機器および又は該
機器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の想定
運転条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率に、該
運用診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数
を乗算した数値から、最大値を求めたプラントリスク値
が、設定値を越えない運用条件を計算してプラント運転
制限値を求める段階と、個々の該運用診断対象の現時点
の余寿命評価情報から運用計画に基づいて今後の寿命消
費を計算する段階と、該運用診断対象の現時点の余寿命
評価情報と、運用計画に基づき計算した将来の余寿命予
測を基に運用計画毎の破壊確率の推移を評価し、前記運
用診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数を
前記破壊確率の推移データに乗算して、プラント運用リ
スク推定値を算出する段階とを具備したプラント機器の
運用診断方法である。
【００２８】請求項１０に対応する発明によれば、プラ
ント運用者が現時点での余寿命を基に、プラント運転制
限値が分かると共に、運用中に運用計画を変更した場合
のその後のプラントリスクが分かる。
【００２９】上記目的を達成するために、請求項１１に
対応する発明は、ネットワークに、発電プラントの運転
履歴を受信する運転履歴受信手段と、該発電プラントの
運用診断手段と、該運用診断結果を必要とする利用者端
末が接続されたものであって、前記運用診断手段が前記
運転履歴受信手段からの発電プラントの運転履歴に基づ
いて運用診断結果を求める段階と、該求めた運用診断結
果を前記利用者端末に前記ネットワークを介して送信す
る段階とを具備したプラント機器の運用診断方法であ
る。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明のプラント機器の運
用診断装置及びその運用診断方法の実施の形態について
図面を参照して説明する。
【００３１】図１に示すように、本発明の第１の実施の
形態におけるプラント機器の運用診断装置は、プラント
を構成する機器および又は該機器を構成する個々の部材
からなる運用診断対象の点検情報データベース１と、前
記運用診断対象の寿命評価用データベース２と、プラン
トの運転履歴データベース３と、前記運用診断対象の寿
命評価装置４と、前記運用診断対象の保守管理計画デー
タベース６と、プラント運用計画データベース７、およ
び、プラント運用評価装置５とから構成され、これらの
構成以外に運用診断結果出力手段例えば運用診断結果表
示装置１２とからなっている。
【００３２】寿命評価装置４は、定期点検などの損傷量
データや寿命評価結果などからなる点検情報データベー
ス１と、材料強度データや個々の部位に作用する応力な
どの決定などからなる寿命評価データベース２と、運転
制御装置にて得られるプラント運転条件、流体温度、メ
タル温度、流量、圧力、振動、腐食環境などの情報から
なる運転履歴データベース３から得られたデータを基
に、個々の運用診断対象の寿命評価を行う。
【００３３】寿命評価装置４で得られた個々の運用診断
対象の寿命評価結果を用いて、現時点でのプラント全体
としての破壊確率と運用診断対象が破壊してプラントへ
の影響が生じる程度の期待値を示すプラントリスク評価
値を、以下に述べるプラント運用評価装置５で決定し、
さらにプラント運用評価装置５では、保守管理計画デー
タベース６にある個々の運用診断対象の予定余寿命消費
量と現時点での寿命評価結果を比較し、運転履歴データ
ベース３と今後のプラント運用計画データベース７か
ら、プラント運転制限値９ａ、プラント運用寿命推定値
１０ａ、プラント運用リスク推定値１１ａを評価し、個
々の運用診断対象の寿命診断結果とともに提示される。
【００３４】プラント運用評価装置５は、プラントリス
ク推定評価手段例えばプラントリスク推定評価モジュー
ル８と、プラント運転制限値評価手段例えばプラント運
転制限値評価モジュール９と、プラント運用寿命推定手
段例えばプラント運用寿命推定モジュール１０と、プラ
ント運用リスク推定手段例えばプラント運用リスク推定
モジュール１１からなり、これらは次のような機能を有
している。
【００３５】プラントリスク評価モジュール８は、運用
診断対象の余寿命分布関数を用いて求めた現運転条件下
での個々の破壊現象に対する破壊確率に、運用診断対象
毎に予め決められた損傷形態毎の影響度のデータにより
重み係数（影響係数）を決定し、この重み係数を破壊確
率に乗算した数値から、最大値を求めてプラントリスク
推定値８ａとして出力するものである。
【００３６】なお、前記重み係数は、例えば運用者又は
メーカが予め定めたものである。
【００３７】プラント運転制限値評価モジュール９は、
運用診断対象の余寿命分布関数を用いて求めた、想定運
転条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率に、運用
診断対象毎に予め決められた前記損傷形態毎の重み係数
を乗算した数値の最大値であるプラントリスク値が、設
定値を越えない運用条件を計算してプラント運転制限値
９ａを求めるものである。
【００３８】プラント運用寿命推定モジュール１０は、
運用中に寿命評価装置４により得られた個々の運用診断
対象の現時点の余寿命評価情報から、運用計画に基づい
て将来（今後）の寿命消費を計算することによりプラン
ト運用寿命推定値１０ａを求めるものである。
【００３９】プラント運用リスク推定モジュール１１
は、運用中に寿命評価装置４により得られた個々の運用
診断対象の現時点の余寿命評価情報から、運用計画に基
づき計算された将来の余寿命予測を基に運用計画ごとの
破壊確率の推移を評価し、運用診断対象毎に予め決めら
れた損傷形態毎の重み係数を破壊確率の推移データに乗
算して、プラント運用リスク推定値１１ａを算出するも
のである。
【００４０】運用診断結果表示装置１２は、少なくとも
プラントリスク評価モジュール８で求めたプラントリス
ク推定値８ａと、プラント運転制限値評価モジュール９
で求めたプラント運転制限値９ａと、プラント運用寿命
推定モジュール１０で求めたプラント運用寿命推定値１
０ａと、プラント運用リスク推定モジュール１１で求め
たプラント運用リスク推定値１１ａを表示するものであ
る。
【００４１】図２は、以上のような構成の本発明に対応
する運用診断装置における、蒸気タービンプラントの寿
命評価対象となる構成要素を示す図である。火力発電タ
ービンプラントの運用診断対象（運用リスク評価対象機
器）として、高中圧タービン、低圧タービン、主要弁、
配管、熱交換器を対象とした。このため、蒸気タービン
部品寿命診断システム１００は、図２で示されるよう
に、高中圧タービン診断サブシステム１３、低圧タービ
ン診断サブシステム１４、主要弁・配管診断サブシステ
ム１５、熱交換器診断サブシステム１６からなる。
【００４２】タービンプラントの運用リスク評価対象部
材としては、個々の機器の内、ロータ、羽根、ノズル、
ケーシング、弁、管、フランジ、ヒータ、復水器、冷却
器、ボルト、溶接部を対象とした。このため、前記の高
中圧タービン診断サブシステム１３、低圧タービン診断
サブシステム１４、主要弁・配管診断サブシステム１
５、熱交換器診断サブシステム１６は、さらに、図２の
ように高中圧ロータ診断サブシステム、植込部診断モジ
ュール、中心孔診断モジュール、ホイール診断モジュー
ル、…、復水器・冷却診断サブシステム、…、溶接部診
断モジュール、腐食診断モジュール、本体診断モジュー
ルと細分化された個々の運用診断対象ごとの寿命評価サ
ブシステムにより構成されている。なお、個々の運用診
断対象単位では、寿命評価の対象となる現象は異なり、
図２は、さらに、細分化されうる。
【００４３】図２に示した部材の範囲においては、ター
ビンプラントの寿命評価現象は、低サイクル疲労、高サ
イクル疲労、クリープ破断、クリープ変形、孔食、酸化
腐食、ぜい化など図３に示した、代表的な損傷形態が対
象となる。タービンプラントの運用リスク評価現象とし
て、き裂進展評価因子２１、クリープ損傷構成因子１
９、疲労損傷構成因子２０、腐食損傷構成因子２２、ク
リープ疲労１８ａ、ぜい化構成因子１８ｂを対象とし
た。
【００４４】図４は、図１の実施の形態に、次に述べる
理由から点検情報入力装置２３、運転条件・運転履歴情
報入力装置２４、部材重要度入力装置２５、運用計画入
力装置２６を追加したものである。これら２３〜２６を
追加した理由は、診断時のデータおよび運転履歴条件デ
ータは、寿命評価データベース２とともに個々の寿命評
価を行う上で重要であり、これらは運用中に変更の必要
があるためである。
【００４５】寿命評価データベース２は、寿命評価手
法、寿命評価用材料強度マスターカーブ、個々の部位の
温度など環境データや応力など負荷データを判定するた
めのアルゴリズムやデータなどであり、温度や応力など
により、それぞれの評価結果は変動するが、個々のアル
ゴリズムやデータは通常は変わらない。しかし、診断時
のデータと運転履歴データは、運用中に変わることが考
えられ、寿命評価ごとに、データベースからデータを参
照する。このため、これらのデータベースには運転中の
情報や点検時の情報を逐次入力する装置が必要である。
【００４６】具体的には、診断時の情報では、き裂長さ
などの目視検査、ボイドなど組織観察、硬さ測定、き裂
測定、孔食測定、腐食抵抗の測定、腐食環境モニター結
果などを得て、その都度、診断情報データベースを更新
する装置を加えるとよい。
【００４７】一方、運転履歴、および、その際の各部位
の寿命に影響を及ぼす因子からなるデータも必要であ
る。これらのための入力方法は、個々のデータベースに
直接入力することもできるが、図５のように、計測器７
１と入力装置（入力部）７２を、オンラインで接続する
ことも有効である。
【００４８】さらに、この場合、図１７に示すように発
電プラント０２に有するモニタリング装置により取得し
たプラント運転履歴データ及び点検情報を、インターネ
ット０１を介して寿命評価装置４に入力するための装置
を備えさせること、および、プラント運用診断結果を、
インターネット０１を介して例えば保険会社情報端末０
３に出力するための装置を備えることにより、発電プラ
ント０２から離れた場所にある本運用診断装置の入力部
へ入力が可能となり、さらに、運用診断結果もインター
ネット０１を介して運用評価装置５から離れた利用者に
提供できる。
【００４９】同様に、図１７に示すように、発電プラン
ト０２側に配設されている、点検情報データベース１、
寿命評価データベース２、プラント運用評価装置５に有
する保守管理計画データベース６、プラント運用計画デ
ータベース７からの各データをインターネット０１を介
して入力するための装置も備えることにより、これらデ
ータベース１，３，６，７と寿命評価装置４、プラント
運用評価装置の分散、共有化が可能になる。
【００５０】個々の運用診断対象の寿命評価は、各現象
における寿命評価分布関数を重ね合わせ行う方法が有効
である。図６の評価フロー例を用いて、クリープと疲労
が損傷として考えられる部材を仮定して説明する。点検
情報データベース１より得られた診断結果、および、現
時点までのクリープ損傷蓄積量２９、疲労損傷蓄積量寿
命３０を用いて、クリープと疲労に関する損傷増分を個
々に評価する。クリープ損傷蓄積量２９においては、運
転履歴データベース３より得た運転時間増分３１、同様
に運転履歴データベース３をもとに評価した評価部位の
温度・応力環境データ、寿命評価データベース２より得
たクリープ破断特性データ３２を基に、クリープ損傷増
分３７が決定される。
【００５１】一方、疲労損傷蓄積量３０においても、運
転履歴データベース３により得られる起動停止回数増分
データ３４と、同様に運転履歴データベース３をもとに
評価した評価部位の温度・応力環境データを基に、寿命
評価データベース２により、繰り返し応力−ひずみ特性
３４から該当部位のひずみ範囲３５を決定し、寿命評価
データベース２中の低サイクル疲労ひずみ特性データ３
６より、部材の疲労損傷増分３８が決定される。クリー
プと疲労の損傷増分量３７，３８から、クリープ疲労特
性データ３９を用いると、クリープ損傷と疲労損傷とク
リープ疲労損傷についての余寿命４０が評価できる。
【００５２】なお、得られる結果は、材料強度データが
分布形を持つことと各評価手法により精度が異なること
から、損傷量は分布関数で表わされる。
【００５３】図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ）は繰返し回数とひずみ範囲によって決まる疲労破
壊現象と応力と時間によって決まるクリープ破壊現象の
２つの特性から、疲労損傷とクリープ損傷を重ねあわせ
て損傷分布を求める方法を示す。クリープでは、図７
（ａ）に示すように各材料毎に応力σにおける破断寿命
ｔｒがクリープ破断確率分布６６で表わされる。時間ｔ
におけるクリープ損傷量は、φｃ＝ｔ／ｔｒで定義す
る。クリープ破断時間ｔｒが分布関数で表わされるの
で、図７（ｃ）に示すように応力σの環境にある部位の
時間ｔにおけるクリープ損傷量φｃもクリープ損傷分布
６８にて表わされる。
【００５４】同様に、ひずみ範囲△εの繰返しを受ける
部位の破断回数Ｎｆも、図７（ｂ）に示すように破断確
率を示す低サイクル疲労破断確率分布６７で表わされ
る。繰返し回数をｎとし、疲労損傷量をφｆ＝Σｎ／Ｎ
ｆで定義すると、図７（ｄ）に示すように疲労損傷量φ
ｆは、低サイクル疲労分布６９にて表わされる。損傷量
をφｃ＋φｆで定義すると、図７（ｅ）に示すように損
傷量を破断確率分布７０で示すことができ、これより一
定値Ｄｃ以下の破断確率を判定することができる。
【００５５】次に、図８にて、プラントリスク推定評価
モジュール８におけるリスク評価方法について説明す
る。ある部位における疲労、クリープ、クリープ疲労、
腐食などの現在の寿命消費量と、各破壊現象に関する破
壊確率を示す材料データから、現時点での運転条件での
破壊確率が、個々の事象ごとに決定できる。
【００５６】しかし、プラントシステム全体で考える
と、各運用診断対象が損傷することによる運用に対する
影響度は異なる。例えば、蒸気タービンにおいて、ロー
ター中心孔に疲労き裂が生じることは、ロータが破断し
てシステム停止につながる可能性があり、その補修費用
も高くなるが、同じロータでも、植込部に生じたフレッ
ティング疲労き裂では、次回定検までき裂が停留し、通
常どおり運用できる可能性がある。この場合、定検にお
ける補修費用も植込部のスキンカットのみで済むことか
ら安くなる。
【００５７】このように、個々の運用診断対象に生じる
損傷形態による影響度を補修・停止による損失などプラ
ント運用コストにより数値化し、保守管理計画データベ
ース６上にマトリックスを作成する。数値化する際に
は、例えば、補修・停止による損失金額に比例する値を
指定することなどが考えられる。図８の個々の運用診断
対象における破壊確率と影響係数を乗算して、これらの
最大値を示すことにより、プラント全体の運用リスクが
定量的に評価できる。例えば、部材Ｂのクリープに関す
る重み係数（影響係数）が３×１０６で、クリープに関
する破壊確率が５％のときは、両者の乗算の結果が１５
万、つまり部材Ｂのプラントリスクは１５万円と言うよ
うに求められる。
【００５８】この際、同時に、損傷箇所、損傷形態、損
傷確率を提示することにより、運用者がリスクを分析し
定検などの計画を判断ができる。この機器や部材の影響
度は、定検や補修計画による部分も多いため、図４に示
したとおり、保守管理計画データベースには、利用者が
部材重要度（運用診断対象の重要度）を入力できる部材
重要度装置２５をつけることが望ましい。
【００５９】本発明の第２の実施の形態としては、プラ
ントリスク推定値８ａとして個々の運用診断対象が各々
の損傷によって引起こされるリスクから最大値をとるの
ではなく、図９のように、これらの合計値をとることが
考えられる。合計値をとる方法では、運用診断対象の絞
り込みを目的とするのではなく、プラント全体の今後の
リスク全部を網羅することができる。
【００６０】ここで前述したプラント運転制限値９ａ
は、このプラントリスク評価方法を適用して求めること
ができる。すなわち、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）に示されるように出力
や起動停止回数など、複数の運転条件を変更した場合の
図１０（ｂ），（ｃ）に示すように各部材の各破壊現象
毎の破壊確率関数４６，４７を求め、この破壊確率関数
に図１０（ａ）の影響係数４１を掛算して、図１０
（ｄ），（ｅ）に示す各部材毎の各破壊現象毎とのリス
ク関数４８，４９を求める。図１０（ｆ）に示す運転条
件（プラント出力、起動停止回数）５２を変えた場合の
プラントリスク関数５０を求めることができる。プラン
トリスクの運転制限値５３の上限値５１を設定すると、
運転条件を変更した場合のプラントリスク関数と比較
し、プラントリスクの上限値を越えない運転条件を求め
ることにより、プラント運転制限値５３を決定できる。
【００６１】次に、本発明の第３の実施の形態につい
て、図１１乃至図１６を参照して説明する。運用診断対
象の各現象に対する損傷量は運用時間と共に変化する。
起動停止頻度や出力などの運用計画に基づいて損傷量
（プラント運用寿命推定値）を予測することによって、
その部材の破壊確率の推移が評価できる。前述の実施の
形態を用いて、破壊確率からその運用診断対象の損傷形
態毎のリスクの推移が評価でき、これらからプラントリ
スクの推移を評価でき、このプラントリスク値に制限を
設けると、次回点検時期が決定できる。
【００６２】さらに、運転の途中で運用計画を変更しよ
うとする場合に、プラント運用者に、どの程度の運用計
画の変更が可能かどうかを判断するためのデータを提供
することができる。
【００６３】ここで本実施の形態では、随時現時点で運
用計画を変えたケースについて複数の運転条件を仮定し
て、プラントリスクの評価を行う。代表的な運用計画を
構成する因子には、出力、起動停止頻度、蒸気圧力、温
度などが挙げられる。例えば、図１１（ａ）に示すよう
に、現在の運用条件のままの疲労に関する破壊確率の推
移が運用パターンＺの線で表われるものとする。出力を
現在の条件から少しずつ変えた場合を２ケースと仮定す
る。すると、この場合の疲労に関する破壊確率の推移を
示す曲線（カーブ）は、運用パターンＹ，Ｘで表わされ
る。運用診断対象（部材）毎の破壊形態、この場合は疲
労によるプラントへの影響度を示した影響係数を破壊確
率に乗算することにより、部材リスクを求めることがで
きるので、図１１（ｂ）に示すように図１１（ａ）で求
めた破壊確率の推移曲線（推移カーブ）に保守管理計画
データベース内のマトリックスから選んだ影響係数を乗
算すると、各々運用パターンＸ〜Ｚの運用条件につい
て、疲労についての部材リスクの推移が部材Ａについて
評価ができる。
【００６４】同様な方法で、図１２に示すように、部材
Ａについて考慮され、図１２（ａ）に示すように個々の
疲労（損傷形態）、図１２（ｂ）に示すようにクリープ
や図１２（ｃ）に示すように腐食などについて、運用条
件毎に部材リスクの推移を評価する。
【００６５】部材Ｂ以降についても、同様に個々の損傷
形態について部材リスクを求める。このようにして求め
た、個々の部材リスクの運用条件毎の時間推移から、運
用条件毎のプラントリスクの時間推移を評価することが
できる。図１３は個々の時間における部材リスクの最大
値をプラントリスクとした例を示している。
【００６６】このケースでは、パターンＸとＹについて
途中までは腐食によるプラントリスクが低いが、その後
は疲労によるプラントリスクが高くなるため、曲線（カ
ーブ）が急激に変化している。
【００６７】ここで、裕度を図１３で示したその時点で
のプラントリスクでプラントに許容されるプラントリス
クを除算した値と定義すると、図１４に示すように運用
条件を変えることによって裕度がどのように変わるかを
示すことができる。図１４は、図１３において次回補修
・点検時期におけるプラントリスク評価結果で裕度を評
価した結果を示している。これより、パターンＺ１の運
用条件以下ならば、許容リスク以下で次回点検・補修ま
で運用できることが容易に判断できる。
【００６８】運用計画が、複数の運用条件、例えば起動
停止頻度、蒸気圧力、温度、雰囲気などからなる場合、
図１４を発展させることで解決できる。運用条件を組合
わせると、裕度を表わす関数をつくることができる。例
えば、出力と起動停止頻度の２つの運用条件について、
次回補修・点検時期におけるプラントリスク評価結果で
裕度を評価した場合を、図１５に示している。この場
合、裕度の関数は曲面となる。運用者は、裕度が１のカ
ーブ上の運用条件の組み合わせを運用計画として選ぶこ
とができる。
【００６９】さらに、他の実施の形態としては、プラン
トリスクの推移を予測した後、図１３のように。次回補
修・点検時期におけるプラント許容リスクとプラントリ
スクから裕度を算出するのではなく、図１６（ａ）に示
すようにプラントリスクが許容プラントリスクに達する
までの運用時間ｔｘ，ｔｙ，ｔｚと次回補修・点検時間
との比から裕度（許容プラントリスクに到達する時間に
対する次回補修・点検時期）を求め、図１６（ｂ）に示
すように適切な運用計画を選択することに役立てる方法
がある。この場合は、例えば、補修・点検時期を変えた
い場合や変えることが可能な場合に有効である。
【００７０】このように本実施の形態では、実際のプラ
ント運用において、運用履歴が運用計画と異なっていた
り、また、点検情報により損傷量が明らかとなった場合
には、適切な運用計画を運用者が選択することが可能に
なる。これは、プラント運用中の運転条件の変更・調整
を容易に行え、フレキシブルな、プラント運用を可能と
することができる。
【００７１】さらに、プラント運用によって計画から変
更されたプラントリスクの推移も随時を予測することが
できる。
【００７２】図１７は本発明の更に異なる実施の形態を
説明するためのであり、ネットワーク０１に、発電プラ
ント０２の運転履歴を受信する運転履歴受信手段と、該
発電プラントの運用診断手段と、該運用診断結果を必要
とする利用者端末が接続されたものであって、前記運用
診断手段が前記運転履歴受信手段からの発電プラント０
２の運転履歴に基づいて運用診断結果を求める段階と、
該求めた運用診断結果を前記利用者端末に前記ネットワ
ークを介して送信する段階とを具備したプラント機器の
運用診断方法である。
【００７３】前記運転履歴受信手段として例えば発電プ
ラント０１の運転履歴を保存したプラント運転履歴デー
タベース３の内容を読み出し可能な構成或は運転履歴を
入力可能な手段であってよい。
【００７４】該発電プラント０１の運用診断手段例えば
前述の実施の形態のプラント運用評価装置５である。該
プラント運用評価装置５の診断結果を必要とする利用者
端末例えば損害保険会社の情報端末０３、発電プラント
０１の運用者の利用者端末（図示せず）である。
【００７５】具体的には損害保険会社の情報端末０３
と、前述の実施の形態のプラント運用評価装置５と、寿
命評価装置４と、発電プラント０２を接続し、これらの
相互間で双方向の通信が可能に構成したものである。そ
して、この場合、発電プラント０２側に有する、少なく
ともプラント運転履歴データベース３のプラント運転履
歴データをインターネット０１を介して入力し、プラン
ト運用評価装置５の出力である運用診断結果をインター
ネット０１を介して少なくとも保険会社情報端末０３に
出力するように構成したものである。
【００７６】このように構成したものにおいて、保険会
社情報端末０３では、該保険会社情報端末０３に接続さ
れている保険料データベース（図示せず）と前述の運用
診断結果とから保険料を算出する保険料算出手段（図示
せず）を備えたものである。この場合、運用診断結果
は、プラント運用リスク推定値を含むものであってもよ
い。このような構成によれば、保険料の算定が妥当にな
ると共に、運用診断対象の寿命判断が第３者の場所で行
えるので信頼性が増す。
【００７７】＜変形例＞本発明は、以上述べた実施の形
態に限定されず例えば次のように変形してもよい。前述
の実施の形態では、プラントとして火力発電プラントを
例にあげて説明したが、これ以外のプラントであっても
同様に実施できる。
【００７８】また前述の実施形態のインターネット０１
はネットワークを構成するものであって有線通信方式、
無線通信方式のいずれであってもよく、また公衆回線も
含む場合であってもよい。
【００７９】更に、前述の実施の形態では、プラント運
用評価装置５としてプラントリスク推定評価モジュール
８と、プラント運転制限値評価モジュール９と、プラン
ト運用寿命推定モジュール１０と、プラント運用リスク
推定モジュール１１とを組合わせたものを挙げたが、こ
れに限らず用途によっては次のように構成してもよい。
すなわち、プラント運用評価装置５として、プラント運
転制限値評価モジュール９と、プラント運用寿命推定モ
ジュール１０と、プラント運用リスク推定モジュール１
１とを組合わせたもの、プラントリスク推定評価モジュ
ール８を備えたもの、プラント運用リスク推定モジュー
ル１１を備えたものいずれかであってもよい。
【００８０】
【発明の効果】本発明によれば、余寿命に応じた適切な
保守管理を可能とするとともに、プラント運用者へ、短
・長期間における運転条件の変更の可否を判定すること
ができるプラント運用診断結果を提示する、プラント機
器の運用診断装置及びその運用診断方法を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラント機器の運用診断装置及び
その運用診断方法の第１の実施の形態を説明するための
ブロック図。
【図２】図１の実施の形態が適用される対象の一例であ
る蒸気タービンを説明するための図。
【図３】図１のプラント機器の運用診断装置及びその運
用診断方法にて扱う損傷内容を説明するための図。
【図４】図１の運用診断装置に入力装置を加えた実施の
形態を示す図。
【図５】図２の蒸気タービンの診断部位と内容、およ
び、運転情報内容の入力を示す図。
【図６】図１の寿命評価装置を説明するためのブロック
図。
【図７】図１の寿命評価装置におけるクリープ疲労損傷
分布評価方法を説明するための図。
【図８】図１のプラントリスクの評価方法を説明するた
めの第１例を示す図。
【図９】図１のプラントリスクの評価方法を説明するた
めの第１例を示す図。
【図１０】図１のプラントリスクからプラント運転制限
値の評価方法を説明するための図。
【図１１】図１のプラント運用寿命推定値を評価する方
法を説明するための図。
【図１２】図１のプラント運用リスク評価方法を説明す
るための図。
【図１３】図１のプラント運用リスク評価方法を説明す
るための図。
【図１４】図１のプラント運用リスク評価方法を説明す
るための図。
【図１５】図１のプラント運用リスク評価方法を説明す
るための図。
【図１６】図１のプラント運用リスク評価方法を説明す
るための図。
【図１７】インターネットを介した本発明の別の実施形
態。
【符号の説明】
０１…インターネット、０２…発電プラント、０３…保
険会社情報端末、１…点検情報データベース、２…寿命
評価用データベース、３…運転履歴データベース、４…
寿命評価装置、５…プラント運用評価装置、６…保守管
理計画データベース、７…プラントリスク評価部、８…
プラント運転制限値評価部、９…プラント運用寿命推定
部、１０…プラント運用リスク推定部、１１…運用診断
結果の提示、１２…蒸気タービン寿命評価システム、１
３…高中圧タービン寿命評価システム、１４…低圧ター
ビン寿命評価システム、１５…主要弁・配管寿命評価シ
ステム、１６…熱交換器寿命評価システム、１７…蒸気
タービンを構成する機器の各部位の寿命評価システム、
１８ａ…クリープ疲労因子、１８ｂ…ぜい化因子、１９
…クリープ損傷構成因子、２０…疲労損傷構成因子、２
１…き裂進展評価因子、２２…腐食損傷評価因子、２３
…診断情報入力装置、２４…運転情報入力装置、２５…
部材重要度入力装置、２６…運用計画入力装置、２７…
蒸気タービン、２８…オンライン、２９…クリープ損傷
蓄積量、３０…疲労損傷蓄積量、３１…運転時間増分、
３２…クリープ破断特性、３３…起動停止回数増分、３
４…繰返し応力・ひずみ特性、３５…ひずみ範囲、３６
…低サイクル疲労特性、３７…クリープ損傷増分、３８
…疲労損傷増分、３９…クリープ疲労特性、４０…余寿
命、４１…影響係数、４２…破壊確率、４３…個々の部
材のリスク、４４…プラントリスク、４５…プラントリ
スクの別の実施例、４６…部材Ａの疲労に対する破壊確
率関数、４７…部材Ｂの疲労に対する破壊確率関数、４
８…部材Ａの疲労に対するリスク関数、４９…部材Ｂの
疲労に対するリスク関数、５０…プラントリスク関数、
５１…プラントリスク制限値、５２…運転条件、５３…
運転制限値、５４…運用中に運用パターンごとに次回検
査・補修予定時の損傷度を評価する例を示す図（ａ）、
５５…運用中に運用パターンを変えた場合の裕度の評価
を示す図（ｂ）、５６…運用中に運用パターンを組み合
わせて変えた場合の裕度の評価の例を示す図（ｃ）、５
７…運用パターンごとの部材Ａの破損確率推定、５８…
運用パターンごとの部材Ａの部材リスク、５９…部材Ａ
の影響係数、６０…運用パターンごとの部材Ｂの破損確
率推定、６１…運用パターンごとの部材Ｂの部材リス
ク、６２…部材Ｂの影響係数、６３…運用パターンごと
のプラントリスク推移、６４…プラント運用リスク評価
結果例、６５…インターネット、６６…クリープ破断確
率分布、６７…低サイクル疲労破断確率分布、６８…ク
リープ損傷分布、６９…低サイクル疲労分布、７０…破
断確率分布、１００…蒸気タービン部品寿命診断情シス
テム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 敏洋 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 稲垣 修一 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 5B049 BB07 CC02 CC21 CC31 DD05 EE01 EE03 EE12 EE56 FF03 FF04 FF09 5H223 AA02 BB01 FF06

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラントを構成する機器および又は該機
    器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の現運転
    条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率に、該運用
    診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数を乗
    算した数値から、最大値を求めてプラントリスク推定値
    とするプラントリスク推定評価手段と、 前記運用診断対象の想定運転条件下での個々の破壊現象
    に対する破壊確率に、前記損傷形態毎の重み係数を乗算
    した数値から、最大値を求めたプラントリスク値が、設
    定値を越えない運用条件を計算してプラント運転制限値
    を求めるプラント運転制限値評価手段と、 個々の該運用診断対象の現時点の余寿命評価情報から運
    用計画に基づいて今後の寿命消費を計算するプラント運
    用寿命推定値手段と、 現時点の余寿命評価情報と、運用計画に基づき計算した
    将来の余寿命予測を基に運用計画毎の破壊確率の推移を
    評価し、前記運用診断対象毎に予め決められた損傷形態
    毎の重み係数を前記破壊確率の推移データに乗算して、
    プラント運用リスク推定値を算出するプラント運用リス
    ク推定手段と、 を具備したプラント機器の運用診断装置。
  2. 【請求項２】 プラントを構成する機器および又は該機
    器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の現時点
    の余寿命評価情報と、運用計画に基づき計算した将来の
    余寿命予測を基に運用計画毎の破壊確率の推移を評価
    し、該運用診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重
    み係数を前記破壊確率の推移データに乗算して、プラン
    ト運用リスク推定値を算出するプラント運用リスク推定
    手段とを具備したプラント機器の運用診断装置。
  3. 【請求項３】 プラントを構成する機器および又は該機
    器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の現運転
    条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率に、該運用
    診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数を乗
    算した数値から、最大値を求めてプラントリスク推定値
    とするプラントリスク推定評価手段を具備したプラント
    機器の運用診断装置。
  4. 【請求項４】 プラントを構成する機器および又は該機
    器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の想定運
    転条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率に、該運
    用診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数を
    乗算した数値から、最大値を求めたプラントリスク値
    が、設定値を越えない運用条件を計算してプラント運転
    制限値を求めるプラント運転制限値評価手段と、 個々の該運用診断対象の現時点の余寿命評価情報から運
    用計画に基づいて今後の寿命消費を計算するプラント運
    用寿命推定値手段と、 現時点の余寿命評価情報と、運用計画に基づき計算した
    将来の余寿命予測を基に運用計画毎の破壊確率の推移を
    評価し、前記運用診断対象毎に予め決められた損傷形態
    毎の重み係数を前記破壊確率の推移データに乗算して、
    プラント運用リスク推定値を算出するプラント運用リス
    ク推定手段と、 を具備したプラント機器の運用診断装置。
  5. 【請求項５】 少なくともプラント運転履歴データをネ
    ットワークを介して入力し、プラントの運用診断結果を
    該ネットワークを介して出力する請求項１乃至請求項４
    のいずれか一つに記載のプラント機器の運用診断装置。
  6. 【請求項６】 プラントを構成する機器および又は該機
    器を構成する個々の部材からなる運用診断対象が破壊し
    たときの、前記プラント全体に対する損害額の期待値と
    保険料データベースとから保険料を算出する保険料算出
    手段を備えたプラント機器の運用診断装置。
  7. 【請求項７】 プラントを構成する機器および又は該機
    器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の次回定
    検時期、定検箇所、運転条件などの運用計画と、少なく
    とも運転履歴によって決まる該運用診断対象の現時点で
    の余寿命に対し、運用計画を変更することによる今後の
    余寿命消費量の評価を行い、プラント全体における運用
    リスク推移の予測をするようにしたプラント機器の運用
    診断方法。
  8. 【請求項８】 プラントを構成する機器および又は該機
    器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の現時点
    の余寿命評価情報と、運用計画に基づき計算した将来の
    余寿命予測を基に運用計画毎の破壊確率の推移を評価
    し、該運用診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重
    み係数を前記破壊確率の推移データに乗算して、プラン
    ト運用リスク推定値を算出するようにしたプラント機器
    の運用診断方法。
  9. 【請求項９】 プラントを構成する機器および又は該機
    器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の現運転
    条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率に、該運用
    診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数を乗
    算した数値から、最大値を求めてプラントリスク推定値
    とするようにしたプラント機器の運用診断方法。
  10. 【請求項１０】 プラントを構成する機器および又は該
    機器を構成する個々の部材からなる運用診断対象の想定
    運転条件下での個々の破壊現象に対する破壊確率に、該
    運用診断対象毎に予め決められた損傷形態毎の重み係数
    を乗算した数値から、最大値を求めたプラントリスク値
    が、設定値を越えない運用条件を計算してプラント運転
    制限値を求める段階と、 個々の該運用診断対象の現時点の余寿命評価情報から運
    用計画に基づいて今後の寿命消費を計算する段階と、 該運用診断対象の現時点の余寿命評価情報と、運用計画
    に基づき計算した将来の余寿命予測を基に運用計画毎の
    破壊確率の推移を評価し、前記運用診断対象毎に予め決
    められた損傷形態毎の重み係数を前記破壊確率の推移デ
    ータに乗算して、プラント運用リスク推定値を算出する
    段階と、 を具備したプラント機器の運用診断方法。
  11. 【請求項１１】 ネットワークに、発電プラントの運転
    履歴を受信する運転履歴受信手段と、該発電プラントの
    運用診断手段と、該運用診断結果を必要とする利用者端
    末が接続されたものであって、 前記運用診断手段が前記運転履歴受信手段からの発電プ
    ラントの運転履歴に基づいて運用診断結果を求める段階
    と、 該求めた運用診断結果を前記利用者端末に前記ネットワ
    ークを介して送信する段階と、 を具備したプラント機器の運用診断方法。
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