JP2003279684A - 耐圧部材の応力腐食割れ防止方法及び設計支援装置、耐圧部材を含むプラントの運転支援装置 - Google Patents
耐圧部材の応力腐食割れ防止方法及び設計支援装置、耐圧部材を含むプラントの運転支援装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 応力腐食割れの発生及び進展が防止できる耐
圧部材の応力腐食割れ防止方法を提供する。 【解決手段】 金属材料からなり塩化物の湿潤環境下に
ある耐圧部材の応力腐食割れ防止方法において、耐圧部
材を構成する部品に関する設計データを入力し、その設
計データに基づいて式（１）により限界値ＫISCCを求
め、限界値ＫISCC以下になるように各部品を設計する。 こゝで、 Ａ0 ：設計温度に対応する定数 Ｒap：亀裂先端の金属が溶解するときの分極抵抗 Ｒc1：亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄イオンによ
る溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対する抵抗
の和 Ｒc2：亀裂先端から亀裂内表面までの加水分解により生
じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂内表面のカソー
ドの分極に対する抵抗の和 ω：加水分解反応の平衡定数，亀裂内部のフリーな塩化
物イオン濃度、等により決める値。
圧部材の応力腐食割れ防止方法を提供する。 【解決手段】 金属材料からなり塩化物の湿潤環境下に
ある耐圧部材の応力腐食割れ防止方法において、耐圧部
材を構成する部品に関する設計データを入力し、その設
計データに基づいて式（１）により限界値ＫISCCを求
め、限界値ＫISCC以下になるように各部品を設計する。 こゝで、 Ａ0 ：設計温度に対応する定数 Ｒap：亀裂先端の金属が溶解するときの分極抵抗 Ｒc1：亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄イオンによ
る溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対する抵抗
の和 Ｒc2：亀裂先端から亀裂内表面までの加水分解により生
じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂内表面のカソー
ドの分極に対する抵抗の和 ω：加水分解反応の平衡定数，亀裂内部のフリーな塩化
物イオン濃度、等により決める値。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば海水などの
塩化物の湿潤環境下にある火力発電設備あるいは他の各
種化学工業プラントなどに係り、特に耐圧部材の応力腐
食割れ防止方法及び応力腐食割れ防止設計支援装置、耐
圧部材を含むプラントの運転支援装置に関する。
塩化物の湿潤環境下にある火力発電設備あるいは他の各
種化学工業プラントなどに係り、特に耐圧部材の応力腐
食割れ防止方法及び応力腐食割れ防止設計支援装置、耐
圧部材を含むプラントの運転支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】応力腐食割れは環境、応力及び材料の３
要素が特殊に組合わさって発生、進展する。この要素の
一つでも欠けたら応力腐食割れは発生しない。従来の技
術では、主として応力腐食割れが発生するであろう対象
部位に作用する応力を減少させる手段を講じたり、材料
表面を耐食性材料でコーティングしたり、レーザービー
ムの照射で表層部を改質することで応力腐食割れの発生
を防止してきた。
要素が特殊に組合わさって発生、進展する。この要素の
一つでも欠けたら応力腐食割れは発生しない。従来の技
術では、主として応力腐食割れが発生するであろう対象
部位に作用する応力を減少させる手段を講じたり、材料
表面を耐食性材料でコーティングしたり、レーザービー
ムの照射で表層部を改質することで応力腐食割れの発生
を防止してきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述のように従来技術
では、応力腐食割れを防止するために、対象部位に作用
する応力（作用応力）を減少させる手段が採られてい
た。この方法は構造を変更、改良することで可能であっ
たが、応力腐食割れを発生させない限界の作用応力ある
いは応力拡大係数を求めるには、これらが温度、塩化物
濃度、材質、溶液抵抗、分極抵抗、イオンの移動度など
の関数であるため、設計条件の異なる多数の部分の限界
応力あるいは限界の応力拡大係数を正確かつ短期間に把
握することは困難であった。
では、応力腐食割れを防止するために、対象部位に作用
する応力（作用応力）を減少させる手段が採られてい
た。この方法は構造を変更、改良することで可能であっ
たが、応力腐食割れを発生させない限界の作用応力ある
いは応力拡大係数を求めるには、これらが温度、塩化物
濃度、材質、溶液抵抗、分極抵抗、イオンの移動度など
の関数であるため、設計条件の異なる多数の部分の限界
応力あるいは限界の応力拡大係数を正確かつ短期間に把
握することは困難であった。
【０００４】また材料表面を耐食性材料でコーティング
したり、レーザービームの照射で表層部を改質したとし
ても、経年的にこれらコーティングあるいは表層部は部
分的に剥離し、そこにノッチを形成することになり、か
えって応力腐食割れの発生及び進展を促進することにな
る。
したり、レーザービームの照射で表層部を改質したとし
ても、経年的にこれらコーティングあるいは表層部は部
分的に剥離し、そこにノッチを形成することになり、か
えって応力腐食割れの発生及び進展を促進することにな
る。
【０００５】本発明の第１の目的は、このような従来技
術の欠点を解消し、正確かつ簡単に応力腐食割れの発生
及び進展が防止できる耐圧部材の応力腐食割れ防止方法
を提供することにある。
術の欠点を解消し、正確かつ簡単に応力腐食割れの発生
及び進展が防止できる耐圧部材の応力腐食割れ防止方法
を提供することにある。
【０００６】本発明の第２の目的は、このような従来技
術の欠点を解消し、応力腐食割れ防止の設計支援が正確
かつ簡単にできる設計支援装置を提供することにある。
術の欠点を解消し、応力腐食割れ防止の設計支援が正確
かつ簡単にできる設計支援装置を提供することにある。
【０００７】本発明の第３の目的は、このような従来技
術の欠点を解消し、応力腐食割れの発生及び進展が防止
できる耐圧部材を含むプラントの運転支援装置を提供す
ることにある。
術の欠点を解消し、応力腐食割れの発生及び進展が防止
できる耐圧部材を含むプラントの運転支援装置を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため、第１の本発明は、例えばステンレス鋼などの金
属材料からなり例えば海水などの塩化物の湿潤環境下に
ある耐圧部材の応力腐食割れ防止方法において、前記耐
圧部材を構成する部品に関する設計データを入力し、そ
の設計データに基づいて下記の式（３）と式（４）によ
り限界値ＫISCCを求めて、その限界値ＫISCC以下になる
ように各部品を設計することを特徴とするものである。
るため、第１の本発明は、例えばステンレス鋼などの金
属材料からなり例えば海水などの塩化物の湿潤環境下に
ある耐圧部材の応力腐食割れ防止方法において、前記耐
圧部材を構成する部品に関する設計データを入力し、そ
の設計データに基づいて下記の式（３）と式（４）によ
り限界値ＫISCCを求めて、その限界値ＫISCC以下になる
ように各部品を設計することを特徴とするものである。
【０００９】
【数３】
ここで、
【数４】
前記式（３）において、
Ａ0 ：設計温度に対応する定数
Ｒap：亀裂先端の金属が溶解するときの分極抵抗
Ｒc1：亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄イオンによ
る溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対する抵抗
の和 Ｒc2：亀裂先端から亀裂内表面までの加水分解により生
じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂内表面のカソー
ドの分極に対する抵抗の和 前記式（４）において、 ＣCl- ：亀裂内部のフリーな塩化物イオン濃度 Ｋ ：加水分解反応の平衡定数 Ｅa ：亀裂先端の金属と溶液間の電極電位 ＥCl- ：亀裂表面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電
極電位 ＥC2 ：亀裂内表面と溶液間の水素イオンに関する電極
電位 ΛH+ ：水素イオンに対する当量イオン伝導度 ΛFe2+：鉄イオンに対する当量イオン伝導度 Ｒc10s：カソードの分極に対応する抵抗分 Ｒas ：溶液抵抗分 Ｒc2s ：カソードの分極に対応する抵抗分 Ｒa ：溶液抵抗分 前記第２の目的を達成するため、第２の本発明は、金属
材料からなり塩化物の湿潤環境下にある耐圧部材の設計
を支援する耐圧部材の応力腐食割れ防止設計支援装置に
おいて、前記耐圧部材を構成する部品に関する設計デー
タを入力する入力手段と、その入力手段により入力され
た設計データに基づいて前記式（３）と式（４）により
限界値ＫISCCを演算する演算手段と、その演算手段によ
り演算された限界値ＫISCCを表示または（ならびに）記
録する手段を有していることを特徴とするものである。
る溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対する抵抗
の和 Ｒc2：亀裂先端から亀裂内表面までの加水分解により生
じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂内表面のカソー
ドの分極に対する抵抗の和 前記式（４）において、 ＣCl- ：亀裂内部のフリーな塩化物イオン濃度 Ｋ ：加水分解反応の平衡定数 Ｅa ：亀裂先端の金属と溶液間の電極電位 ＥCl- ：亀裂表面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電
極電位 ＥC2 ：亀裂内表面と溶液間の水素イオンに関する電極
電位 ΛH+ ：水素イオンに対する当量イオン伝導度 ΛFe2+：鉄イオンに対する当量イオン伝導度 Ｒc10s：カソードの分極に対応する抵抗分 Ｒas ：溶液抵抗分 Ｒc2s ：カソードの分極に対応する抵抗分 Ｒa ：溶液抵抗分 前記第２の目的を達成するため、第２の本発明は、金属
材料からなり塩化物の湿潤環境下にある耐圧部材の設計
を支援する耐圧部材の応力腐食割れ防止設計支援装置に
おいて、前記耐圧部材を構成する部品に関する設計デー
タを入力する入力手段と、その入力手段により入力され
た設計データに基づいて前記式（３）と式（４）により
限界値ＫISCCを演算する演算手段と、その演算手段によ
り演算された限界値ＫISCCを表示または（ならびに）記
録する手段を有していることを特徴とするものである。
【００１０】前記第３の目的を達成するため、第３の本
発明は、金属材料からなり塩化物の湿潤環境下にある耐
圧部材を含むプラントの運転支援装置において、前記耐
圧部材を構成する部品に関する設計データを入力する入
力手段と、その入力手段により入力された設計データに
基づいて前記式（３）と式（４）により限界値ＫISCCを
演算するとともに前記部品の設計上の作用応力あるいは
応力拡大係数を演算する演算手段と、前記限界値ＫISCC
と設計上の作用応力あるいは応力拡大係数を比較する比
較手段と、その比較結果、設計上の作用応力あるいは応
力拡大係数が限界値ＫISCCを超えていると部品構造の改
良あるいは耐圧部材に対する圧力を低減するように指示
する表示手段を有していることを特徴とするものであ
る。
発明は、金属材料からなり塩化物の湿潤環境下にある耐
圧部材を含むプラントの運転支援装置において、前記耐
圧部材を構成する部品に関する設計データを入力する入
力手段と、その入力手段により入力された設計データに
基づいて前記式（３）と式（４）により限界値ＫISCCを
演算するとともに前記部品の設計上の作用応力あるいは
応力拡大係数を演算する演算手段と、前記限界値ＫISCC
と設計上の作用応力あるいは応力拡大係数を比較する比
較手段と、その比較結果、設計上の作用応力あるいは応
力拡大係数が限界値ＫISCCを超えていると部品構造の改
良あるいは耐圧部材に対する圧力を低減するように指示
する表示手段を有していることを特徴とするものであ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】塩化物環境下における応力腐食割
れを発生させない作用応力あるいは応力拡大係数の限界
値は理論的な定量式で求められる。
れを発生させない作用応力あるいは応力拡大係数の限界
値は理論的な定量式で求められる。
【００１２】この定量式には環境としての温度、塩化物
濃度、材質、溶液抵抗、分極抵抗、イオンの移動度及び
溶液の平衡定数、並びに材質の分極に対する電位差等の
実態に対応した多くの因子が含まれ、異なる温度に対し
ても適用可能である。従って、これらの因子に設計条件
に従った値をインプットすることにより、精度の高い作
用応力あるいは応力拡大係数の限界値を計算で求めるこ
とができ、応力腐食割れの生じない構造設計を行なうこ
とが可能となる。
濃度、材質、溶液抵抗、分極抵抗、イオンの移動度及び
溶液の平衡定数、並びに材質の分極に対する電位差等の
実態に対応した多くの因子が含まれ、異なる温度に対し
ても適用可能である。従って、これらの因子に設計条件
に従った値をインプットすることにより、精度の高い作
用応力あるいは応力拡大係数の限界値を計算で求めるこ
とができ、応力腐食割れの生じない構造設計を行なうこ
とが可能となる。
【００１３】応力腐食割れに基因する亀裂進展速度ｄａ
／ｄｔは下式（１）で表せられる。 ｄａ／ｄｔ＝Ａ×ＫI n （１） ここでａは亀裂の深さ、ｔは時間、ＫI は亀裂先端での
応力拡大係数、Ａ，ｎは定数である。ＫI 値が、使用環
境と使用材料の材質により決まるある限界値Ｋ ISCC（下
限応力拡大係数）以下の場合は応力腐食割れは進展しな
い。また、ＫI値と部品の外部に作用している作用応力
σとの間には下式（２）の関係がある。
／ｄｔは下式（１）で表せられる。 ｄａ／ｄｔ＝Ａ×ＫI n （１） ここでａは亀裂の深さ、ｔは時間、ＫI は亀裂先端での
応力拡大係数、Ａ，ｎは定数である。ＫI 値が、使用環
境と使用材料の材質により決まるある限界値Ｋ ISCC（下
限応力拡大係数）以下の場合は応力腐食割れは進展しな
い。また、ＫI値と部品の外部に作用している作用応力
σとの間には下式（２）の関係がある。
【００１４】
ＫI ＝ｋσ（ａ）0.5 （２）
ここでｋは部品の形状で決まる定数である。ＫISCCの値
は、例えば塩化物環境下での１８−８オーステナイト系
ステンレス鋼で約３ＭＰａ・ｍ0.5 である。Ｋ ISCCの値
が分かれば、前記式（２）により作用応力σが求められ
る。
は、例えば塩化物環境下での１８−８オーステナイト系
ステンレス鋼で約３ＭＰａ・ｍ0.5 である。Ｋ ISCCの値
が分かれば、前記式（２）により作用応力σが求められ
る。
【００１５】ＫISCCの値は理論的考察より多くの環境パ
ラメータを含んだ以下の式（３）で表せられることを見
出し、本発明に至った。
ラメータを含んだ以下の式（３）で表せられることを見
出し、本発明に至った。
【００１６】
【数３】
ここで、
【数４】
式（３）においてＡ0 は設計温度に対応する定数、Ｒap
は亀裂先端の金属が溶解するときの分極抵抗であり、亀
裂先端の金属の過電圧と設定された環境のもとで仮定さ
れた電流密度と溶解面積から理論的に計算される。Ｒc1
は亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄イオンによる溶
液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対する抵抗の和
であり、理論的に計算される。Ｒc2は亀裂先端から亀裂
内表面までの加水分解により生じた水素イオンに関する
溶液抵抗と亀裂内表面のカソード（水素の還元）の分極
に対する抵抗の和であり、理論的に計算される。
は亀裂先端の金属が溶解するときの分極抵抗であり、亀
裂先端の金属の過電圧と設定された環境のもとで仮定さ
れた電流密度と溶解面積から理論的に計算される。Ｒc1
は亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄イオンによる溶
液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対する抵抗の和
であり、理論的に計算される。Ｒc2は亀裂先端から亀裂
内表面までの加水分解により生じた水素イオンに関する
溶液抵抗と亀裂内表面のカソード（水素の還元）の分極
に対する抵抗の和であり、理論的に計算される。
【００１７】式（４）において、ＣCl- は亀裂内部のフ
リーな塩化物イオン濃度、Ｋは加水分解反応の平衡定数
であり、環境が設定されれば理論的に求められる。Ｃ
CL- ×Ｋの値は、例えば常温の海水塩化物イオン環境下
にあるステンレス鋼ではその値は約１である。
リーな塩化物イオン濃度、Ｋは加水分解反応の平衡定数
であり、環境が設定されれば理論的に求められる。Ｃ
CL- ×Ｋの値は、例えば常温の海水塩化物イオン環境下
にあるステンレス鋼ではその値は約１である。
【００１８】Ｅa は亀裂先端の金属と溶液間の電極電位
で、設定された環境に対して理論的に計算される。Ｅ
Cl- は亀裂表面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電極
電位で、Ｅa と同様に設定された環境に対して理論的に
計算される。ＥC2は亀裂内表面と溶液間の水素イオンに
関する電極電位で、設定された環境に対して理論的に計
算される。ΛH+は水素イオンに対する当量イオン伝導度
で、溶液環境が設定されれば理論的に計算される。Λ
Fe2+は鉄イオンに対する当量イオン伝導度で、溶液環境
が設定されれば理論的に計算される。Ｒc10s及びＲasは
前述の抵抗Ｒc1に関係し、Ｒc10sはカソードの分極に対
応する抵抗分、Ｒasは溶液抵抗分であり理論的に計算さ
れる。Ｒa 及びＲc2s は前述の抵抗Ｒc2に関係し、Ｒ
c2s はカソードの分極に対応する抵抗分、Ｒa は溶液抵
抗分であり理論的に計算される。
で、設定された環境に対して理論的に計算される。Ｅ
Cl- は亀裂表面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電極
電位で、Ｅa と同様に設定された環境に対して理論的に
計算される。ＥC2は亀裂内表面と溶液間の水素イオンに
関する電極電位で、設定された環境に対して理論的に計
算される。ΛH+は水素イオンに対する当量イオン伝導度
で、溶液環境が設定されれば理論的に計算される。Λ
Fe2+は鉄イオンに対する当量イオン伝導度で、溶液環境
が設定されれば理論的に計算される。Ｒc10s及びＲasは
前述の抵抗Ｒc1に関係し、Ｒc10sはカソードの分極に対
応する抵抗分、Ｒasは溶液抵抗分であり理論的に計算さ
れる。Ｒa 及びＲc2s は前述の抵抗Ｒc2に関係し、Ｒ
c2s はカソードの分極に対応する抵抗分、Ｒa は溶液抵
抗分であり理論的に計算される。
【００１９】以下、本発明の実施形態を図とともに説明
する。図１は本発明の実施形態に係る金属材料の応力腐
食割れを防止する方法を説明するための概略構成図、図
２はその応力腐食割れ防止方法を適用した耐圧部材の設
計支援装置のフローチャート、図３は前記応力腐食割れ
防止方法を適用した耐圧部材を含むプラントの運転支援
装置のフローチャートである。
する。図１は本発明の実施形態に係る金属材料の応力腐
食割れを防止する方法を説明するための概略構成図、図
２はその応力腐食割れ防止方法を適用した耐圧部材の設
計支援装置のフローチャート、図３は前記応力腐食割れ
防止方法を適用した耐圧部材を含むプラントの運転支援
装置のフローチャートである。
【００２０】ステンレス鋼などの金属材料からなる容器
１及び管台２の内側には、図１に示すように海水などの
塩化物を含む流体１２が所定の圧力で流通しており、容
器１及び管台２は塩化物の湿潤環境下にあり、そのため
応力腐食割れ３は容器１及び管台２の接合部の内面コー
ナ部で局部応力の高い位置に発生し易い。
１及び管台２の内側には、図１に示すように海水などの
塩化物を含む流体１２が所定の圧力で流通しており、容
器１及び管台２は塩化物の湿潤環境下にあり、そのため
応力腐食割れ３は容器１及び管台２の接合部の内面コー
ナ部で局部応力の高い位置に発生し易い。
【００２１】この応力腐食割れ３が発生するであろう対
象部位あるいは応力腐食割れ３の近傍には、応力腐食割
れ進展の限界値ＫISCCを計算したり、進展速度を計算す
るために温度センサー４、割れ沖合部の塩化物イオン濃
度計測のためのイオン濃度センサー５、割れ部近傍の鉄
イオンあるいは水素イオン伝導度計測のためのイオン伝
導度センサー６が挿入されている。各センサー４〜６は
リード線７により、検出部８に接続されている。
象部位あるいは応力腐食割れ３の近傍には、応力腐食割
れ進展の限界値ＫISCCを計算したり、進展速度を計算す
るために温度センサー４、割れ沖合部の塩化物イオン濃
度計測のためのイオン濃度センサー５、割れ部近傍の鉄
イオンあるいは水素イオン伝導度計測のためのイオン伝
導度センサー６が挿入されている。各センサー４〜６は
リード線７により、検出部８に接続されている。
【００２２】検出部８からの情報は、演算部９で作用応
力あるいは応力腐食割れ進展の限界値ＫISCCが計算さ
れ、その結果が表示部１０のディスプレイ上に表示さ
れ、各センサー４〜６からの検出値ならびに演算された
情報は全て記録部１１に記録される。記録部１１として
は、ハードディスクなどの磁気ディスクあるいは光ディ
スクなどを使用した情報記録システムが用いられる。
力あるいは応力腐食割れ進展の限界値ＫISCCが計算さ
れ、その結果が表示部１０のディスプレイ上に表示さ
れ、各センサー４〜６からの検出値ならびに演算された
情報は全て記録部１１に記録される。記録部１１として
は、ハードディスクなどの磁気ディスクあるいは光ディ
スクなどを使用した情報記録システムが用いられる。
【００２３】図２は、プラント設計時に応力腐食割れの
進展に対する限界の作用応力あるいは応力拡大係数Ｋ
ISCCを算出し、各部品の構造設計に反映するデータを採
取する設計支援装置のフローチャートである。
進展に対する限界の作用応力あるいは応力拡大係数Ｋ
ISCCを算出し、各部品の構造設計に反映するデータを採
取する設計支援装置のフローチャートである。
【００２４】まず、プラントの耐圧部材を構成する１つ
の部品ｉの設計データ（例えば部品の材料名、形状、大
きさ、環境下の設計温度、部品に作用する作用応力ある
いは内圧力、部品に接する流体の種類等）の読み込み
（Ｓ１２）が開始される。部品ｉの設計データなどは、
図示していないが設計支援装置の操作部に設けられた所
定の入力キーによってインプットされる。
の部品ｉの設計データ（例えば部品の材料名、形状、大
きさ、環境下の設計温度、部品に作用する作用応力ある
いは内圧力、部品に接する流体の種類等）の読み込み
（Ｓ１２）が開始される。部品ｉの設計データなどは、
図示していないが設計支援装置の操作部に設けられた所
定の入力キーによってインプットされる。
【００２５】次に設計温度に対応する係数Ａ0 （Ｓ１
３）、亀裂内部のフリーな塩化物イオン濃度ＣCl- （Ｓ
１４）、加水分解反応の平衡定数Ｋ（Ｓ１５）、亀裂先
端の金属が溶解するときの分極抵抗Ｒap、カソードの分
極に対応する抵抗分Ｒc10sならびにＲc2s 、溶液抵抗分
Ｒas、Ｒa 、亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄イオ
ンによる溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対す
る抵抗の和Ｒc1、亀裂先端から亀裂内表面までの加水分
解により生じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂内表
面のカソード（水素の還元）の分極に対する抵抗の和Ｒ
c2（Ｓ１６）、水素イオンに対する当量イオン伝導度Λ
H+、鉄イオンに対する当量イオン伝導度Λ Fe2+（Ｓ１
７）、亀裂先端の金属と溶液間の電極電位Ｅa 、亀裂表
面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電極電位ＥCl- 、
亀裂内表面と溶液間の水素イオンに関する電極電位ＥC2
（Ｓ１８）がそれぞれ計算される。
３）、亀裂内部のフリーな塩化物イオン濃度ＣCl- （Ｓ
１４）、加水分解反応の平衡定数Ｋ（Ｓ１５）、亀裂先
端の金属が溶解するときの分極抵抗Ｒap、カソードの分
極に対応する抵抗分Ｒc10sならびにＲc2s 、溶液抵抗分
Ｒas、Ｒa 、亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄イオ
ンによる溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対す
る抵抗の和Ｒc1、亀裂先端から亀裂内表面までの加水分
解により生じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂内表
面のカソード（水素の還元）の分極に対する抵抗の和Ｒ
c2（Ｓ１６）、水素イオンに対する当量イオン伝導度Λ
H+、鉄イオンに対する当量イオン伝導度Λ Fe2+（Ｓ１
７）、亀裂先端の金属と溶液間の電極電位Ｅa 、亀裂表
面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電極電位ＥCl- 、
亀裂内表面と溶液間の水素イオンに関する電極電位ＥC2
（Ｓ１８）がそれぞれ計算される。
【００２６】そしてこれらのデータを用いて、前記理論
式（３），（４）による限界の作用応力あるいは応力拡
大係数の演算が行なわれる（Ｓ１９）。次に、部品ｉに
対する設計上の作用応力あるいは応力拡大係数が、前記
計算された限界値以下になるように部品ｉの構造設計が
なされる（Ｓ２０）。
式（３），（４）による限界の作用応力あるいは応力拡
大係数の演算が行なわれる（Ｓ１９）。次に、部品ｉに
対する設計上の作用応力あるいは応力拡大係数が、前記
計算された限界値以下になるように部品ｉの構造設計が
なされる（Ｓ２０）。
【００２７】部品ｉの構造設計が終了したならば、Ｓ１
２に戻り次の部品ｉ＋１に関する設計データの読み込み
が開始され（Ｓ１２）、全ての部品に対してＳ１２から
Ｓ２０までのデータの読み込みと各種演算がなされる。
そして全ての部品の設計が終了すると、全部品の限界の
作用応力あるいは応力拡大係数の表示（Ｓ２２）と記録
（Ｓ２３）がなされる。
２に戻り次の部品ｉ＋１に関する設計データの読み込み
が開始され（Ｓ１２）、全ての部品に対してＳ１２から
Ｓ２０までのデータの読み込みと各種演算がなされる。
そして全ての部品の設計が終了すると、全部品の限界の
作用応力あるいは応力拡大係数の表示（Ｓ２２）と記録
（Ｓ２３）がなされる。
【００２８】なお、設計段階でセンサーにより割れ沖合
部における塩化物イオン濃度及び鉄イオンあるいは水素
イオン伝導度を計測するのが困難な場合は、従来のデー
タあるいは文献データを用いることもできる。
部における塩化物イオン濃度及び鉄イオンあるいは水素
イオン伝導度を計測するのが困難な場合は、従来のデー
タあるいは文献データを用いることもできる。
【００２９】図３は、運転時に応力腐食割れの進展に対
する限界の作用応力あるいは応力拡大係数ＫISCCを算出
し、各部品の構造設計に反映するデータを採取する耐圧
部材を含むプラントの運転支援装置のフローチャートで
ある。
する限界の作用応力あるいは応力拡大係数ＫISCCを算出
し、各部品の構造設計に反映するデータを採取する耐圧
部材を含むプラントの運転支援装置のフローチャートで
ある。
【００３０】まず、部品ｉの設計データ（例えば材料
名、形状、大きさ、設計温度、作用応力あるいは内圧
力、流体の種類等）の読み込み（Ｓ２４）が開始され
る。ついで環境部の温度センサー４、イオン濃度センサ
ー５、イオン伝導度センサー６により温度、塩化物濃
度、イオン当量伝導度の実測データが読み込まれる（Ｓ
２５）。
名、形状、大きさ、設計温度、作用応力あるいは内圧
力、流体の種類等）の読み込み（Ｓ２４）が開始され
る。ついで環境部の温度センサー４、イオン濃度センサ
ー５、イオン伝導度センサー６により温度、塩化物濃
度、イオン当量伝導度の実測データが読み込まれる（Ｓ
２５）。
【００３１】次に読み込まれた温度に対応する係数Ａ0
（Ｓ２６）、加水分解反応の平衡定数Ｋ（Ｓ２７）、亀
裂先端の金属が溶解するときの分極抵抗Ｒap、カソード
の分極に対応する抵抗分Ｒc10sならびにＲc2s 、溶液抵
抗分Ｒas、Ｒa 、亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄
イオンによる溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に
対する抵抗の和Ｒc1、亀裂先端から亀裂内表面までの加
水分解により生じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂
内表面のカソード（水素の還元）の分極に対する抵抗の
和Ｒc2（Ｓ２８）、亀裂先端の金属と溶液間の電極電位
Ｅa 、亀裂表面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電極
電位ＥCl- 、亀裂内表面と溶液間の水素イオンに関する
電極電位ＥC2（Ｓ２９）がそれぞれ計算される。
（Ｓ２６）、加水分解反応の平衡定数Ｋ（Ｓ２７）、亀
裂先端の金属が溶解するときの分極抵抗Ｒap、カソード
の分極に対応する抵抗分Ｒc10sならびにＲc2s 、溶液抵
抗分Ｒas、Ｒa 、亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄
イオンによる溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に
対する抵抗の和Ｒc1、亀裂先端から亀裂内表面までの加
水分解により生じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂
内表面のカソード（水素の還元）の分極に対する抵抗の
和Ｒc2（Ｓ２８）、亀裂先端の金属と溶液間の電極電位
Ｅa 、亀裂表面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電極
電位ＥCl- 、亀裂内表面と溶液間の水素イオンに関する
電極電位ＥC2（Ｓ２９）がそれぞれ計算される。
【００３２】そしてこれらのデータを用いて、Ａ：前記
理論式（３），（４）による限界の作用応力あるいは応
力拡大係数の演算が行なわれ（Ｓ３０）、次にＢ：部品
ｉに対して設計上の作用応力あるいは応力拡大係数の演
算が行なわれ（Ｓ３１）、そしてＡ−Ｂの演算が行なわ
れる（Ｓ３２）。
理論式（３），（４）による限界の作用応力あるいは応
力拡大係数の演算が行なわれ（Ｓ３０）、次にＢ：部品
ｉに対して設計上の作用応力あるいは応力拡大係数の演
算が行なわれ（Ｓ３１）、そしてＡ−Ｂの演算が行なわ
れる（Ｓ３２）。
【００３３】Ａ−Ｂ＜０ならばＳ２４に戻り次の部品ｉ
＝ｉ＋１の環境データの計測あるいは計算が行なわれ
る。もしＡ−Ｂ＞０ならば、当該部品構造の改良あるい
はその部品に作用している流体の圧力調整（圧力低減）
が行なわれ（Ｓ３３）、その後にＳ２４に戻り次の部品
ｉ＝ｉ＋１の環境データの計測あるいは計算が行なわれ
る。この部品構造の改良あるいは圧力調整の指示は、表
示部１０によってなされる。そして全ての部品の設計が
終了したならば、全部品の限界の作用応力あるいは応力
拡大係数が記録される（Ｓ３４）。
＝ｉ＋１の環境データの計測あるいは計算が行なわれ
る。もしＡ−Ｂ＞０ならば、当該部品構造の改良あるい
はその部品に作用している流体の圧力調整（圧力低減）
が行なわれ（Ｓ３３）、その後にＳ２４に戻り次の部品
ｉ＝ｉ＋１の環境データの計測あるいは計算が行なわれ
る。この部品構造の改良あるいは圧力調整の指示は、表
示部１０によってなされる。そして全ての部品の設計が
終了したならば、全部品の限界の作用応力あるいは応力
拡大係数が記録される（Ｓ３４）。
【００３４】
【発明の効果】本発明は前述のような構成になってお
り、多くの環境パラメータを含んだ前記式（３）と式
（４）を確立したことにより、部品に関する設計データ
をインプットするだけで、正確かつ簡単に応力腐食割れ
の発生及び進展が防止できる耐圧部材の応力腐食割れ防
止方法、設計支援装置ならびに運転支援装置を提供する
ことができる。
り、多くの環境パラメータを含んだ前記式（３）と式
（４）を確立したことにより、部品に関する設計データ
をインプットするだけで、正確かつ簡単に応力腐食割れ
の発生及び進展が防止できる耐圧部材の応力腐食割れ防
止方法、設計支援装置ならびに運転支援装置を提供する
ことができる。
【図１】本発明の実施形態に係る金属材料の応力腐食割
れを防止する方法を説明するための構成図である。
れを防止する方法を説明するための構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る耐圧部材の設計支援装
置のフローチャートである。
置のフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る耐圧部材を含むプラン
トの運転支援装置のフローチャートである。
トの運転支援装置のフローチャートである。
１ 容器
２ 管台
３ 応力腐食割れ
４ 温度センサー
５ イオン濃度センサー
６ イオン伝導度センサー
７ リード線
８ 検出部
９ 演算部
１０ 表示部
１１ 記録部
１２ 塩化物を含む流体
ｉ 構成部品
Claims (6)
- 【請求項１】 金属材料からなり塩化物の湿潤環境下に
ある耐圧部材の応力腐食割れ防止方法において、 前記耐圧部材を構成する部品に関する設計データを入力
し、その設計データに基づいて下記の式（３）と式
（４）により限界値ＫISCCを求めて、その限界値Ｋ ISCC
以下になるように各部品を設計することを特徴とする耐
圧部材の応力腐食割れ防止方法。 【数３】 ここで、 【数４】 前記式（３）において、 Ａ0 ：設計温度に対応する定数 Ｒap：亀裂先端の金属が溶解するときの分極抵抗 Ｒc1：亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄イオンによ
る溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対する抵抗
の和 Ｒc2：亀裂先端から亀裂内表面までの加水分解により生
じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂内表面のカソー
ドの分極に対する抵抗の和 前記式（４）において、 ＣCl- ：亀裂内部のフリーな塩化物イオン濃度 Ｋ ：加水分解反応の平衡定数 Ｅa ：亀裂先端の金属と溶液間の電極電位 ＥCl- ：亀裂表面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電
極電位 ＥC2 ：亀裂内表面と溶液間の水素イオンに関する電極
電位 ΛH+ ：水素イオンに対する当量イオン伝導度 ΛFe2+：鉄イオンに対する当量イオン伝導度 Ｒc10s：カソードの分極に対応する抵抗分 Ｒas ：溶液抵抗分 Ｒc2s ：カソードの分極に対応する抵抗分 Ｒa ：溶液抵抗分 - 【請求項２】 請求項１記載の耐圧部材の応力腐食割れ
防止方法において、前記部品に関する設計データが、そ
の部品の材質、形状、大きさ、環境下の設計温度、部品
に作用する応力あるいは圧力、部品に接する流体の種類
の少なくとも１つであることを特徴とする耐圧部材の応
力腐食割れ防止方法。 - 【請求項３】 金属材料からなり塩化物の湿潤環境下に
ある耐圧部材の設計を支援する耐圧部材の応力腐食割れ
防止設計支援装置において、 前記耐圧部材を構成する部品に関する設計データを入力
する入力手段と、 その入力手段により入力された設計データに基づいて下
記の式（３）と式（４）により限界値ＫISCCを演算する
演算手段と、 その演算手段により演算された限界値ＫISCCを表示また
は（ならびに）記録する手段を有していることを特徴と
する耐圧部材の応力腐食割れ防止設計支援装置。 【数３】 ここで、 【数４】 前記式（３）において、 Ａ0 ：設計温度に対応する定数 Ｒap：亀裂先端の金属が溶解するときの分極抵抗 Ｒc1：亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄イオンによ
る溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対する抵抗
の和 Ｒc2：亀裂先端から亀裂内表面までの加水分解により生
じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂内表面のカソー
ドの分極に対する抵抗の和 前記式（４）において、 ＣCl- ：亀裂内部のフリーな塩化物イオン濃度 Ｋ ：加水分解反応の平衡定数 Ｅa ：亀裂先端の金属と溶液間の電極電位 ＥCl- ：亀裂表面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電
極電位 ＥC2 ：亀裂内表面と溶液間の水素イオンに関する電極
電位 ΛH+ ：水素イオンに対する当量イオン伝導度 ΛFe2+：鉄イオンに対する当量イオン伝導度 Ｒc10s：カソードの分極に対応する抵抗分 Ｒas ：溶液抵抗分 Ｒc2s ：カソードの分極に対応する抵抗分 Ｒa ：溶液抵抗分 - 【請求項４】 請求項３記載の耐圧部材の応力腐食割れ
防止設計支援装置において、前記入力手段によって入力
される部品に関する設計データが、その部品の材質、形
状、大きさ、環境下の設計温度、部品に作用する応力あ
るいは圧力、部品に接する流体の種類の少なくとも１つ
であることを特徴とする耐圧部材の応力腐食割れ防止設
計支援装置。 - 【請求項５】 金属材料からなり塩化物の湿潤環境下に
ある耐圧部材を含むプラントの運転支援装置において、 前記耐圧部材を構成する部品に関する設計データを入力
する入力手段と、 その入力手段により入力された設計データに基づいて下
記の式（３）と式（４）により限界値ＫISCCを演算する
とともに前記部品の設計上の作用応力あるいは応力拡大
係数を演算する演算手段と、 前記限界値ＫISCCと設計上の作用応力あるいは応力拡大
係数を比較する比較手段と、 その比較結果、設計上の作用応力あるいは応力拡大係数
が限界値ＫISCCを超えていると部品構造の改良あるいは
耐圧部材に対する圧力を低減するように指示する表示手
段を有していることを特徴とする耐圧部材を含むプラン
トの運転支援装置。 【数３】 ここで、 【数４】 前記式（３）において、 Ａ0 ：設計温度に対応する定数 Ｒap：亀裂先端の金属が溶解するときの分極抵抗 Ｒc1：亀裂先端から亀裂外表面までの溶解鉄イオンによ
る溶液抵抗と亀裂外表面のカソードの分極に対する抵抗
の和 Ｒc2：亀裂先端から亀裂内表面までの加水分解により生
じた水素イオンに関する溶液抵抗と亀裂内表面のカソー
ドの分極に対する抵抗の和 前記式（４）において、 ＣCl- ：亀裂内部のフリーな塩化物イオン濃度 Ｋ ：加水分解反応の平衡定数 Ｅa ：亀裂先端の金属と溶液間の電極電位 ＥCl- ：亀裂表面とバルク溶液間の溶存酸素に関する電
極電位 ＥC2 ：亀裂内表面と溶液間の水素イオンに関する電極
電位 ΛH+ ：水素イオンに対する当量イオン伝導度 ΛFe2+：鉄イオンに対する当量イオン伝導度 Ｒc10s：カソードの分極に対応する抵抗分 Ｒas ：溶液抵抗分 Ｒc2s ：カソードの分極に対応する抵抗分 Ｒa ：溶液抵抗分 - 【請求項６】 請求項５記載の耐圧部材を含むプラント
の運転支援装置において、前記入力手段によって入力さ
れる部品に関する設計データが、その部品の材質、形
状、大きさ、環境下の設計温度、部品に作用する応力あ
るいは圧力、部品に接する流体の種類の少なくとも１つ
であることを特徴とする耐圧部材を含むプラントの運転
支援装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002083422A JP2003279684A (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 耐圧部材の応力腐食割れ防止方法及び設計支援装置、耐圧部材を含むプラントの運転支援装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002083422A JP2003279684A (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 耐圧部材の応力腐食割れ防止方法及び設計支援装置、耐圧部材を含むプラントの運転支援装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003279684A true JP2003279684A (ja) | 2003-10-02 |
Family
ID=29231212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002083422A Pending JP2003279684A (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 耐圧部材の応力腐食割れ防止方法及び設計支援装置、耐圧部材を含むプラントの運転支援装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003279684A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008051500A (ja) * | 2006-07-26 | 2008-03-06 | Yasoji Tsukagami | 局部腐食進展過程評価方法及び局部腐食進展過程評価装置 |
| JP2012087813A (ja) * | 2010-10-15 | 2012-05-10 | Kobe Steel Ltd | 圧力容器 |
| CN110455627A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-15 | 中国特种设备检测研究院 | 基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法及系统 |
| CN112179838A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 复旦大学 | 一种考察双相不锈钢耐缝隙腐蚀性能的方法 |
-
2002
- 2002-03-25 JP JP2002083422A patent/JP2003279684A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008051500A (ja) * | 2006-07-26 | 2008-03-06 | Yasoji Tsukagami | 局部腐食進展過程評価方法及び局部腐食進展過程評価装置 |
| JP4544635B2 (ja) * | 2006-07-26 | 2010-09-15 | 八十治 塚上 | 局部腐食進展過程評価方法及び局部腐食進展過程評価装置 |
| JP2012087813A (ja) * | 2010-10-15 | 2012-05-10 | Kobe Steel Ltd | 圧力容器 |
| CN110455627A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-15 | 中国特种设备检测研究院 | 基于恒位移加载的材料与高压氢气相容性评价方法及系统 |
| CN112179838A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 复旦大学 | 一种考察双相不锈钢耐缝隙腐蚀性能的方法 |
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