JP2011058933A - ボイラの余寿命評価装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラを停止して点検データを収集しなくても、同種のボイラにおける運転実積のデータ等を基に、ボイラの過熱器管、火炉管、水管等の各部における余寿命を評価すること。
【解決手段】予め実験または実績データに基づいてクリープ損傷に至るまでの余寿命を推定する関係式およびデータが設定されたクリープ評価データベース５８と、ボイラの評価部位がクリープ損傷を生じるおそれがある温度域にある場合にはクリープ評価データベースからのデータに基づいて余寿命を評価するクリープ余寿命評価手段５６と、予め実験または実績データに基づいて必要最小肉厚に至るまでの残余寿命を推定する関係式およびデータが設定された腐食評価データベース６４と、前記評価部位以外においては、前記腐食評価データベースからのデータによって腐食損傷に基づく余寿命を評価する腐食余寿命評価手段６２とを備えたこと。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラの過熱器管や火炉壁管等の部位ごとの余寿命を推定し評価できるようにしたボイラの余寿命評価装置および方法に関する。

ボイラの過熱器管、火炉壁管、水管（蒸発管）等の伝熱管においては、使用が進むと内面に、通常使用温度と時間に比例して水蒸気酸化スケールが生成し、水蒸気酸化スケールが管の外面腐食とともに生成される。このため、管の減肉量がスケール厚さとともに増大し、内圧発生応力の増加や材質の劣化により、クリープ損傷等の経年劣化損傷が生じてくる。

従って、ボイラを健全に使用するためには、伝熱管の経年劣化状態を的確に判定して伝熱管に損傷が生じないように適切な時期に交換や修復をする必要があり、そのため従来から種々の余寿命診断手法が提案されている。
例えば、特許文献１（特開２００９−１７５１１０号公報）においては、検査対象表面に生じた亀裂の長さ、幅等の大きさを画像処理によって測定し、予め設定された亀裂評価項目に基づいて寿命推定を行うものである。

また、特許文献２（特開２００１−１０８６６９号公報）においては、超音波発振計測装置によって、伝熱管の外周面から超音波を入射しその反射波を計測することにより、伝熱管のスケール厚さと管肉厚を計測する。そして、演算処理装置で、予め実機の伝熱管について測定されたスケール厚さとクリープ破断強度データを記憶し、また、同様の伝熱管において計測したメタル温度、スケール厚さ、および運転時間のデータから水蒸気酸化速度定数の関係式を求めて記憶し、これらデータや関係式を使用し、評価しようとする伝熱管について計測したスケール厚さと管肉厚のデータを用いて余寿命を算出する。

特開２００９−１７５１１０号公報 特開２００１−１０８６６９号公報

前記特許文献１では、実機の伝熱管の表面状態を撮像するため、ボイラの運転を停止して実機から伝熱管の一部を採取して撮像し、または撮像装置をボイラ内に持ち込んで表面状態を撮像してその映像を分析しなければならない。
また、特許文献２においても、超音波発振計測装置によって、伝熱管の外周面から超音波を入射しその反射波を計測することにより、伝熱管のスケール厚さと管肉厚を計測しなければならないため、ボイラの運転を停止して実機から伝熱管を採取して、または超音波発振計測装置をボイラ内に持ち込んで計測しなければならない。

このように、いずれの特許文献も、実機の運転を停止して、実機からデータを収集することが必要になるため、ボイラの運転効率の悪化をもたらす問題がある。さらに、ボイラには過熱器管や火炉壁管等のように使用環境条件が異なる部位に多数の伝熱管が用いられており、これらの部位における劣化状態の判定のためにその部位から直接点検データを採取しなければならず、各部位における的確な劣化状態判定にはさらに多くの工数を要し、実機の運転効率の悪化をもたらす。

本発明は、かかる問題点に鑑み、ボイラを停止して実機から伝熱管の肉厚やスケール厚さの点検データを収集しなくても、同種類のボイラにおける過去の運転実積のデータや材料ごとにおける実験データ等を基に、ボイラの過熱器管、火炉管等の各部における余寿命を評価できるボイラの余寿命評価装置および方法を提供することを課題とする。

かかる課題を達成するため、本願発明の第１発明は、ボイラ伝熱管の余寿命を評価するボイラの余寿命評価装置において、ボイラ燃焼方式、使用燃料、およびボイラ評価部部位の材質を少なくとも入力項目とする初期値入力手段と、予め実験または同種ボイラの実績データによってクリープ損傷に至るまでの余寿命を推定する関係式およびデータが設定されたクリープ評価データベースと、前記ボイラ評価部位がクリープ損傷を生じるおそれがある温度以上に上昇する場合には、前記クリープ評価データベースの関係式およびデータに基づいて余寿命を評価するクリープ余寿命評価手段と、予め実験または同種ボイラの実績データによって必要最小肉厚に至るまでの残余寿命を推定する関係式およびデータが設定された腐食評価データベースと、評価するボイラ部位がクリープ損傷を生じるおそれがある温度まで上昇しない場合には、前記腐食評価データベースの関係式およびデータに基づいて余寿命を評価する腐食余寿命評価手段と、前記クリープ余寿命評価手段と前記腐食余寿命評価手段との評価結果をそれぞれ出力する総合評価出力手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本願発明の第２発明は、余寿命評価方法にかかる発明であり、ボイラ伝熱管の余寿命を評価するボイラの余寿命評価方法において、ボイラ燃焼方式、使用燃料、および評価するボイラ部位の伝熱管の材質を少なくとも入力項目とする初期値入力し、予め実験または同種ボイラの実績データに基づいて伝熱管がクリープ損傷に至るまでの余寿命を推定する関係式およびデータをクリープ評価データベースに設定すると共に、伝熱管が必要最小肉厚に至るまでの残余寿命を推定する関係式およびデータを腐食評価データベースに設定し、ボイラ評価部位がクリープ損傷を生じるおそれがある温度以上に上昇する場合には、前記クリープ評価データベースの関係式およびデータを用いて余寿命を評価し、評価するボイラ部位がクリープ損傷を生じるおそれがある温度まで上昇しない場合には、前記腐食評価データベースの関係式およびデータを用いて余寿命を評価することを特徴とする。

かかる第１発明の装置発明、第２発明の方法発明によれば、評価するボイラ部位に関して、過去または現在において点検データがなくても、すなわち実際にボイラを停止して、スケールや肉厚の計測をしたデータを収集していなくても、クリープ評価データベースおよび腐食評価データベースに、予め同種類または近似するボイラにおける運用実績データや実験データを記憶しておくとともに、該データを統計処理して必要な関係式を設定しておき、該データおよび関係式に基づいて、評価対象部位の余寿命を評価できるようになる。

また、データベースに予め設定された関係式やデータに基づいて余寿命を推定するので、ボイラの運転を停止させる必要がないため、ボイラの運転効率を向上できる。

また、評価するボイラ部位の伝熱管がクリープ損傷を生じるおそれがある温度以上に上昇する場合には、クリープ評価データベースの関係式やデータを用いて余寿命を評価し、評価するボイラ部位の伝熱管がクリープ損傷を生じるおそれある温度まで上昇しない場合には、腐食評価データベースの関係式やデータを用いて余寿命を評価するので、演算処理時間が短縮されて迅速な評価が可能になる。

また、第１発明において、好ましくは、前記クリープ評価データベースには、伝熱管の材質ごとに、スケール生成速度、スケール厚さによる昇温度比率、温度上昇率、減肉速度、およびラーソンミラーパラメータの関数が設定されているとよい。
かかる構成によると、実験によってまたは同種ボイラの過去の実績データに基づいて伝熱管の材質ごとに、スケール生成速度Δｔ_ｓ〔ｍｍ／年〕、スケール厚さによる昇温度比率Ｔ'／ｔ_ｓ〔℃／ｍｍ〕、温度上昇率ΔＴ＝（Ｔ'／ｔ_ｓ）×Δｔ_ｓ〔℃／年〕、減肉速度Δｔ〔ｍｍ／年〕、およびラーソンミラーパラメータの関数（ｆ（σ）および定数Ｃ）が設定されているので、伝熱管にスケールが堆積し且つ減肉した伝熱管に作用する内圧による応力（σ）を算出し、それを基にラーソンミラーパラメータの関数を用いて、クリープ寿命を推定することができる。

また、第１発明において、好ましくは、前記腐食評価データベースには、伝熱管の材質に応じた必要最小肉厚、およびボイラ燃焼方式若しくは使用燃料に応じた減肉速度が設定されているとよい。
腐食評価データベースには、伝熱管の材質ごとに必要最小肉厚ｔｓｒ〔ｍｍ〕、およびボイラ燃焼方式若しくは使用燃料に応じた減肉速度Ｖ_ｄｉ〔ｍｍ／年〕が設定されているため、この必要最小肉厚ｔｓｒ〔ｍｍ〕以下になるまで減肉される時間より腐食寿命を算出することができる。また、必要最小肉厚ｔｓｒ〔ｍｍ〕は、許容引張応力から算出される必要最小肉厚ｔ_ｓｒ１と、ＪＩＳ規格で設定されている管径に応じた必要最小肉厚ｔ_ｓｒ２との大きい方を設定することで、安全性を確保しての寿命評価を行うことができる。

また、第１発明において、好ましくは、前記クリープ余寿命評価手段によってボイラの過熱器管または火炉管を評価し、前記腐食余寿命評価手段によってボイラの水管、管寄せ、または節炭器管を評価するとよい。
これらボイラの過熱器管または火炉管においては、クリープ損傷が生じる温度以上の条件で使用されることが多いため、クリープ破断を基準に余寿命を推定し、その他の水管や管寄せについてはクリープ破断よりも腐食による減肉の減少によって損傷が生じる危険性が高いため、腐食による破断を基準に余寿命を推定することで、評価部位に応じて、評価手法を使い分けて迅速な評価を可能にしている。

また、第１発明において、好ましくは、前記クリープ評価データベースおよび前記腐食評価データベースに設定される関係式が実験データまたは実績データを統計処理して平均値による関係式と９９％信頼限界値（３シグマ）による関係式によって設定され、前記クリープ余寿命評価手段および前記腐食余寿命評価手段による余寿命の計算が平均値と９９％信頼限界値（３シグマ）を用いて算出するとよい。

かかる構成によれば、余寿命の計算結果が実験データまたは実績データの平均値と９９％信頼限界値（３シグマ）を用いて算出されるため、評価結果において標準的な統計処理結果に基づくものと、安全を高めた統計処理結果に基づくものとを比較して評価できるため、ボイラの運転管理者にとって、評価結果に基づく適切な対応が可能になる。

本発明によれば、ボイラを停止して実機から伝熱管の肉厚やスケール厚さの点検データを収集しなくても、同種類のボイラにおける過去の運転実積のデータや材料ごとにおける実験データ等を基に、ボイラの過熱器管、火炉管、水管等の各部における余寿命を評価できる。

本発明にかかるボイラの全体概略構成図である。 余寿命評価装置のシステム構成ブロック図である。 クリープ余寿命評価手段のフローチャートである。 ボイラ伝熱管の断面説明図である。 ラーソンパラメータと応力との関係を示す説明図である。 クリープ評価データベースの説明図表である。 クリープ余寿命評価手段の出力イメージを示す説明図であり、（ａ）はスケールの厚さｔ_ｓの経年変化、（ｂ）は伝熱管の肉厚ｔの経年変化、（ｃ）は伝熱管の温度Ｔの経年変化、（ｄ）は伝熱管に生じる応力の経年変化、（ｅ）はクリープ余寿命の出力イメージである。 腐食余寿命評価手段のフローチャートである。 必要最小肉厚データベースの説明図表である。 許容応力データベースの説明図表である。 減肉速度データベースの説明図表である。 燃焼方式の概要であり、（ａ）がフロントファイアリング、（ｂ）がコーナーファイアリング、（ｃ）がタンジェンシャルファイアリングを示す説明図である。 減肉速度の関係式の説明図である。 腐食余寿命評価手段の出力イメージを示す説明図である。 総合評価出力イメージを示す説明図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

図１は、本発明にかかるボイラの全体概略構成図を示す。ボイラ１は、一例として、燃料バーナ３から供給される液体燃料によって火炉５で燃焼する液体燃料たきの自然循環式水管ボイラを示す。
図１に示すように、ボイラ本体７、火炉５、蒸気ドラム９、水ドラム１１、蒸気ドラム９と水ドラム１１間に設けられる水管（蒸気管）１３、火炉５の側壁を形成または設けられる火炉管１５、火炉管１５の下端部を寄せ集めて水ドラム１１に連結される下部管寄せ１７、火炉管１５の上端部を寄せ集めて蒸気ドラム９に連結される上部管寄せ１９を備えて構成されている。
また、火炉５内の上部位置には、過熱器２１が配設され、蒸気ドラム９からの飽和蒸気が過熱器管２２に導かれて過熱蒸気となって排出されるようになっている。

ボイラ本体７の炉壁にはバーナ風箱２３が取り付けられ、押込送風機２５による圧縮空気がエアーダクト２７を通って、バーナ風箱２３から燃料バーナ３の部分に供給される。また、ボイラ本体７の燃焼ガスの排出側にはガスダクト２９が取り付けられ、ガスダクト２９の途中には節炭器（エコノマイザー）３１が設置されている。この節炭器３１には節炭器管３３が設けられ外部から給水ライン３５を通って供給される供給水と熱交換して加熱水を生成するようになっている。また、節炭器３１を通過した排ガスは図示しない排ガス処理装置を通過して大気に排出される。

前記のようなボイラ１に対して、余寿命評価装置５０が設けられ、該余寿命評価装置５０はボイラの寿命に大きく影響する、過熱器２１の過熱器管２２（Ａ部）、火炉管１５（Ｂ部）、水管１３（Ｃ部）、上部管寄せ１９および下部管寄せ１７の管部（Ｄ部）、節炭器３１の節炭器管３３（Ｅ部）の部位を評価対象部位としている。この余寿命評価装置５０におけるシステム構成ブロック図を図２に示す。

初期値入力手段５２から評価時に必要とする初期入力情報が入力される。具体的には、運用年数すなわち運転開始からの年数Ｙ_ｒ〔年〕、年間運転時間（運転時間が不明の場合には一定値として８０００時間が入力される）Δｈｒ〔時間／年〕、評価対象部位（Ａ部〜Ｅ部）、燃料の種類（重油、ガス、石炭、混焼（重油と微粉炭）、黒液（バイオマス）等）、燃焼方式（フロントファイアリング、コーナａｎｄタンジェンシャルファイアリング、ストーカ、回収、ガスタービン排ガス等）、材質（ＳＵＳ材、ＳＴＢ材等）、伝熱管の呼称肉厚ｔ_０〔ｍｍ〕、伝熱管の呼称外径Ｄ_０〔ｍｍ〕、伝熱管の設計圧力Ｐ〔ＭＰａ〕、伝熱管の設計温度Ｔ_０〔℃〕が入力されるようになっている。

初期値として入力された評価対象部位と伝熱管の材質から、評価手段判定部５４では評価対象部位がクリープ破断の影響を受ける温度域、例えば５５０℃〜６００℃以上（ＳＴＢ材料）になる部位であるかを判定し、そのような温度以上に上昇する部位の場合には、クリープ余寿命評価手段５６によって余寿命を評価する。本実施例の場合は加熱器管２２（Ａ部）、火炉管１５（Ｂ部）の部位をクリープ余寿命評価手段５６によって評価する。

このクリープ余寿命評価手段５６は、クリープ評価データベース５８からデータおよび関係式を読み取ってクリープ余寿命を評価する。クリープ評価データベース５８には、材料ごとに異なるスケール生成速度や減肉速度データが、実験または同一若しくは近似仕様（使用燃料、燃焼方式、設計圧力、温度条件、材質等が同一若しくは近似仕様）のボイラにおける伝熱管の計測結果や金属組織の分析結果等の過去の実績データを基に統計処理して予め設定され記憶されている。

クリープ余寿命評価手段５６では、このクリープ評価データベース５８からデータを読み出し、１年ごと（一定期間ごと）の寿命消費率を算出して加算していき、累積消費率が１００％を超える年数（寿命）を求め、その年数から現在まで使用されてきた年数を引いた寿命を余寿命とする。そして、クリープ余寿命評価結果出力部６０で図７に示すイメージのグラフを出力する。このクリープ余寿命評価手段５６における評価手順については後で詳述する。

評価手段判定部５４で、評価対象部位と伝熱管の材質から、クリープ破断が生じる温度以上に上昇しない部位の場合には、腐食余寿命評価手段６２によって余寿命が評価される。本実施例の場合は水管１３（Ｃ部）、上部管寄せ１９および下部管寄せ１７の管部（Ｄ部）、節炭器３１の節炭器管３３（Ｅ部）の部位を腐食余寿命評価手段６２によって評価する。

腐食余寿命評価手段６２は、腐食評価データベース６４からのデータおよび関係式に基づいて余寿命を評価する。腐食評価データベース６４は、減肉速度データベース６６と許容応力データベース６８と必要最小肉厚データベース７０とを有しており、減肉速度データベース６６には、燃料、燃焼方式ごとの減肉速度データが設定され、許容応力データベース６８と必要最小肉厚データベース７０には、材質ごとの許容応力データ、必要最小肉厚データがそれぞれ設定されている。
これら設定データや関係式は、実験または同一若しくは近似仕様（使用燃料、燃焼方式、設計圧力、温度条件、材質等が同一若しくは近似仕様）のボイラにおける伝熱管の計測結果や金属組織の分析結果等の過去の実績データを基に統計処理して予め設定され記憶されている。

そして、腐食余寿命評価手段６２では、この腐食評価データベース６４のデータから、１年ごと（一定期間ごと）の腐食減肉量を算出して、材料ごとの許容応力から算出される必要最小肉厚を下回る年数を算出して腐食寿命とする。その寿命年数から現在まで使用されてきた年数を引いた寿命を余寿命とする。そして、腐食余寿命評価結果出力部７２で図１４に示すイメージのグラフを出力する。この腐食余寿命評価手段６２における評価手順については後で詳述する。

そして、最後に総合評価出力手段７４によって前記クリープ余寿命評価結果と、前記腐食余寿命評価結果とをまとめて図１５に示すイメージの総合評価結果を出力する。

次に、図３のフローチャートを参照して、クリープ余寿命評価手段５６の評価手順について説明する。
まず、ステップＳ１で、クリープ余寿命評価手段５６で必要とする初期入力情報を、初期値入力手段５２によって入力された情報から入手する。具体的には、運用年数Ｙ_ｒ〔年〕、年間運転時間Δｈｒ〔時間／年〕、伝熱管の呼称肉厚ｔ_０〔ｍｍ〕、呼称外径Ｄ_０〔ｍｍ〕、設計圧力Ｐ〔ＭＰａ〕、設計温度Ｔ_０〔℃〕、材質を入手する。

次に、ステップＳ２において、初期入力情報の材質（材料）からクリープ評価データベース５８に設定されているクリープ寿命評価に必要なデータ及び関係式を読みだす。
このクリープ評価データベース５８には、材質ごとに、スケール生成速度Δｔ_ｓ〔ｍｍ／年〕、スケール厚さによる昇温度比率Ｔ'／ｔ_ｓ〔℃／ｍｍ〕、温度上昇率ΔＴ＝（Ｔ'／ｔ_ｓ）×Δｔ_ｓ〔℃／年〕、減肉速度Δｔ〔ｍｍ／年〕、およびラーソンミラーパラメータの関数（ｆ（σ）および定数Ｃ）が設定されている。また、これらデータおよび関係式は、図６に示すようなテーブルに記憶されている。

なお、ボイラの伝熱管（チューブ）は、図４に示すように、管内面に圧力Ｐが作用し長年の使用に伴って、内面にスケールが付着していく。その結果、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように経年的にスケール厚さｔ_ｓは増加し、そのスケール厚さｔ_ｓの増加に伴い熱伝達率が悪化して管の温度が上昇する。さらに、管の外面は腐食して減肉するため管肉厚減少し管肉厚に作用する圧力Ｐによる応力は増加傾向になる。

次に、ステップＳ３で、年数Ｙおよび累積損傷（クリープ寿命消費率）Ｄ_Ｃをゼロにリセットし、ステップＳ４で、下記（１）〜（７）式を順次計算して年間寿命消費率Ｄ_Ｃを算出する。
肉厚ｔ＝ｔ_０−Δｔ・Ｙ …（１）
スケール厚さｔ_ｓ＝Δｔ_ｓ・Ｙ …（２）
温度Ｔ＝Ｔ_０＋ΔＴ・Ｙ …（３）
応力σ＝Ｐ／ｔ×（Ｄ_０−ｔ）／２ …（４）
ラーソンミラーパラメータＬＭＰ＝ｆ（σ） …（５）
寿命（破断時間）ｔ_ｒ

年間寿命消費率 Ｄ_Ｃ＝（Δｈｒ／ｔ_ｒ）×１００〔％〕 …（７）

ラーソンミラーパラメータＬＭＰ＝ｆ（σ）は、ＬＭＰ＝（Ｔ＋２７３．１５）×（Ｃ＋ｌｏｇｔ_ｒ）で表せる。Ｔは温度℃で、Ｃは定数である。
このラーソンミラーパラメータＬＭＰと応力σとの関係式は、図５のように、予め伝熱管の材質ごとに実験データを基に設定される。この設定に際して実験値を統計処理して破損確立を算出して、平均値を用いた平均関係式と、標準偏差の３シグマの９９％信頼限界値を用いた９９％信頼限界関係式によって寿命計算を行う。９９％信頼限界関係式は、図５の９９％信頼範囲の短寿命側の関係式が用いられる。また、図５の実験データは、Ｃを２０前後の定数として、応力σと温度Ｔを変化させた結果をプロットしたものである。

そして、ステップＳ５で、年間寿命消費率Ｄ_Ｃを累積し、ステップＳ６でその累積年間寿命消費率（累積損傷）Ｄ_Ｃが１００％を超えたかを否かを判定し、超えていない場合には、ステップＳ７で１年加算し、ステップＳ４に戻り、ステップＳ４の計算を繰り返す、このとき肉厚ｔ、スケール厚さｔ_ｓ、温度Ｔ、応力σは図７（ａ）〜（ｄ）に示す経年的な変化を反映した値となって、計算が繰り返される。ステップＳ６でその累積年間寿命消費率（累積損傷）Ｄ_Ｃが１００％を超えた場合には、ステップＳ７に進んで、図７で示すイメージの出力をして終了する。

図７のクリープ余寿命評価出力のイメージは、（ａ）はスケールの厚さｔ_ｓの経年変化、（ｂ）は伝熱管の肉厚ｔの経年変化、（ｃ）は伝熱管の温度Ｔの経年変化、（ｄ）は伝熱管に生じる応力の経年変化でありこれら変化を図示する。また、（ｅ）は、これらを基に算出した累積損傷Ｄ_Ｃを表示する。累積損傷が１００％になった時点が伝熱管（チューブ）のクリープ寿命年数となる。

この累積損傷Ｄ_Ｃの表示を、平均関係式と、標準偏差の３シグマを用いた９９％信頼限界関係式とによって表示し、それぞれについての余寿命を算出して出力するため、ボイラの運転管理者にとって、評価結果に基づく適切な対応が可能になる。

次に、図８のフローチャートを参照して、腐食余寿命評価手段６２の評価手順について説明する。
まず、ステップＳ１１で、腐食余寿命評価手段６２で必要とする初期入力情報を、初期値入力手段５２によって入力された情報から入手する。

ステップＳ１２で、図９に示すような必要最小肉厚データベース７０を基に、管径Ｄ_０に応じた必要最小肉厚ｔ_ｓｒ２を求める。図９の必要最小肉厚データベース７０のデータは、ＪＩＳＢ８２０１「陸用ボイラ構造」のデータを用いて設定している。
ステップＳ１３で、図１０に示すような許容応力データベース６８を基に、材質、設計温度Ｔ_０に応じた許容引張応力σ_ａを求める。図１０の許容応力データベース６８のデータは、ＪＩＳＧ３４６１「ボイラ熱交換器用炭素鋼鋼管」のデータを用いて設定している。

次にステップＳ１４で必要最小肉厚ｔ_ｓｒを算出する。この必要最小肉厚ｔ_ｓｒの算出は、ステップＳ１３で求めた許容応力を用いた次の算出式（８）による算出結果としての必要最小肉厚ｔ_ｓｒ１と、ステップＳ１２で求めた管径Ｄ_０に応じた必要最小肉厚データベース７０から求めた必要最小肉厚ｔ_ｓｒ２とのうち大きい方とする。
ｔ_ｓｒ１＝Ｐ・Ｄ_０／（２・σ_ａ＋Ｐ）＋０．００５Ｄ_０ …（８）

次に、ステップＳ１５に進んで、年数Ｙをゼロにリセットし、ステップＳ１６で、下記（９）、（１０）式によって、減肉量ｄ_ｙ、残存肉厚ｔ_ｙを算出する。
減肉量ｄ_ｙ＝Ｖ_ｄｉ・Ｙ …（９）
残存肉厚ｔ_ｙ＝ｔ_０−ｄ_ｙ …（１０）

この減肉量ｄ_ｙの算出に用いる減肉速度Ｖ_ｄｉは、ステップＳ１７で減肉速度データベース６６から読み出して求める。減肉速度データベース６６は、評価対象部位の火炉管１５、水管１３、上部管寄せ１９および下部管寄せ１７、節炭器管３３等の部位ごとに、燃焼方式と燃料との違いによって減肉速度Ｖ_ｄｉが設定されている。なお、過去の実績データがないもの、データとして利用できないもの等については設定されない。

図１１に示す減肉速度データベース６６の燃焼方式について簡単に説明する。フロントファイアリングとは、図１２（ａ）（図１のＡ−Ａ線断面の概略図）のように、燃料バーナ３が火炉５の一側壁に設けられて、火炉５の内部にむかって一方向から燃料Ｂが噴射される方式であり、また、コーナーファイアリングとは、図１２（ｂ）のように、燃料バーナ３が火炉５の４角に設けられて、火炉５の中心部に向かって噴射する方式であり、タンジェンシャルファイアリングとは、図１２（ｃ）のように、燃料バーナ３が火炉５の４角に設けられているが、火炉５の中心部に向かわず中心円の接線方向に向い、旋回流Ｃを生成するよう噴射方向がずれている方式である。
また、ストーカ燃焼方式とは、ストーカ炉に用いられる燃焼方式で火炉の下部にコンベアが設けられ、コンベアの上で石炭やタイヤ等を燃焼させる方式である。回収燃焼方式とは、回収ボイラでの燃焼方式であり、ＧＴ排ガスとは、ガスタービンの排気ガスを用いての燃焼方式である。
また、燃料は、重油、ガス、石炭、混焼（重油と微粉炭との混合燃料）、黒液（バイオマス）別に設定されている。

減肉速度Ｖ_ｄｉのデータは、図１１に示すように減肉量ｄ_ｙと年数Ｙとの関係式を、実験点、または同一若しくは近似仕様のボイラでの実績データ点を基に統計処理して、実験値を平均処理した減肉速度の平均関係式と、標準偏差の３シグマを用いた９９％信頼限界関係式が設定され。９９％信頼限界関係式は、図１３の９９％信頼範囲の短寿命側の関係式が用いられる。この９９％信頼範囲の短寿命側の関係式が設定された減肉速度データベースについては、図示されていないが、減肉速度データベース６６と同様のテーブルが別途設定されている。

次に、ステップＳ１８で、ステップＳ１６で求めた残存肉厚ｔ_ｙと、ステップＳ１４で算出した必要最小肉厚ｔ_ｓｒとより残存余裕肉厚ｔ_ｓを算出し、次のステップＳ１９で残存余裕肉厚ｔ_ｓがゼロより小さくなったか否かを判定する。なっていなければステップＳ２０で１年加算し、ステップＳ１６に戻り、ステップＳ１６以降同様の手順を繰り返す。ステップＳ１９で残存余裕肉厚ｔ_ｓがゼロより小さくなった場合、すなわち必要最小肉厚ｔ_ｓｒを下回った場合には、年数を算出して寿命年数とする。その後、ステップＳ２０に進んで、図１４に示す図表イメージの出力をして終了する。

図１４の腐食余寿命評価出力のイメージは、減肉速度の平均関係式を用いて算出した寿命（図１４の実線によるＹ_ｍ）と、標準偏差の３シグマを用いた９９％信頼限界関係式を用いて算出した寿命（図１４の点線によるＹ_９９）を表示している。
それぞれの寿命（Ｙ_ｍ、Ｙ_９９）から現在の運用年数を減算して余寿命が出力される。それぞれの寿命（Ｙ_ｍ、Ｙ_９９）および余寿命が表示されるため、ボイラの運転管理者にとって、より安全サイドの判定ができようになり評価結果に基づく適切な対応が可能になる。

前記したクリープ余寿命評価手段５６による評価と、腐食余寿命評価手段６２による評価とが、最後に総合評価出力手段７４によって総合的な余寿命評価として一覧表に出力される。図１５に、この総合評価出力手段７４による出力イメージを示す。
この総合評価結果に基づいて、損傷の可能性の高い部位、つまり最も短い余寿命部位を着目点として、詳細点検の必要性および修復や更新時期等を総合的に判断することができる。

また、燃料や燃焼方式や材質等をボイラの運用途中で変更した場合には、入力項目を変更して、新たな入力データを基に一連のクリープ余寿命評価手段５６による評価、腐食余寿命評価手段６２による評価を行い、推定寿命を算出する。例えば、クリープ余寿命評価手段５６による評価においては、仕様の変更前と変更後の寿命消費率Ｄｃを加算することによって、総合的な寿命を推定し、現在の運用年数を減算して余寿命を推定することが可能となる。また、腐食余寿命評価手段６２による評価においては、仕様の変更前の残存肉厚から新たな減肉速度Ｖ_ｄｉを基に残存余裕厚ｔ_ａを算出して総合的な寿命を推定し、現在の運用年数を減算して余寿命を推定することが可能となる。

以上のように本実施形態によれば、寿命評価の対象とするボイラが、過去または現在における点検データ、つまり実際にボイラを停止して、スケールや肉厚の計測をしたデータを有していなくても、クリープ評価データベースおよび腐食評価データベースに予め、同種類または近似するボイラにおける運用実績データや実験データを記憶しておくとともに、該データを統計処理して必要な関係式を設定しておき、該データおよび関係式に基づいて、余寿命を算出して損傷の可能性が生じる時期および部位を的確に推定できる。その結果、ボイラ運転を停止することなくボイラの運転効率を向上できる。

また、評価するボイラ部位の伝熱管（チューブ）がクリープ損傷を生じるおそれがある温度域に設置される場合には、クリープ評価データベースの関係式やデータを用いて余寿命を評価し、その他の部位の場合には、腐食評価データベースの関係式やデータを用いて余寿命を評価するので、評価手順が簡単化して演算処理時間が短縮されて迅速な評価が可能になる。

本発明によれば、ボイラを停止して実機から伝熱管の肉厚やスケール厚さの点検データを収集しなくても、同種類のボイラにおける過去の運転実積のデータや材料ごとにおける実験データ等を基に、ボイラの過熱器管、火炉管、水管等の各部における余寿命を評価できるので、ボイラの余寿命評価装置および評価方法に適している。

１ ボイラ
５ 火炉
１３ 水管
１５ 火炉管
１７ 下部管寄せ
１９ 上部管寄せ
２１ 過熱器
２２ 過熱器管
３１ 節炭器
３３ 節炭器管
５０ 余寿命評価装置
５２ 初期値入力手段
５６ クリープ余寿命評価手段
５８ クリープ評価データベース
６２ 腐食余寿命評価手段
６４ 腐食評価データベース
６６ 減肉速度データベース
６８ 許容応力データベース
７０ 必要最小肉厚データベース

Claims (6)

1. ボイラ伝熱管の余寿命を評価するボイラの余寿命評価装置において、
   ボイラ燃焼方式、使用燃料、およびボイラ評価部部位の材質を少なくとも入力項目とする初期値入力手段と、
   予め実験または同種ボイラの実績データによってクリープ損傷に至るまでの余寿命を推定する関係式およびデータが設定されたクリープ評価データベースと、
   前記ボイラ評価部位がクリープ損傷を生じるおそれがある温度以上に上昇する場合には、前記クリープ評価データベースの関係式およびデータに基づいて余寿命を評価するクリープ余寿命評価手段と、
   予め実験または同種ボイラの実績データによって必要最小肉厚に至るまでの残余寿命を推定する関係式およびデータが設定された腐食評価データベースと、
   評価するボイラ部位がクリープ損傷を生じるおそれがある温度まで上昇しない場合には、前記腐食評価データベースの関係式およびデータに基づいて余寿命を評価する腐食余寿命評価手段と、
   前記クリープ余寿命評価手段と前記腐食余寿命評価手段との評価結果をそれぞれ出力する総合評価出力手段と、を備えたことを特徴とするボイラの余寿命評価装置。
2. 前記クリープ評価データベースには、伝熱管の材質ごとに、スケール生成速度、スケール厚さによる昇温度比率、温度上昇率、減肉速度、およびラーソンミラーパラメータの関数が設定されていることを特徴とする請求項１記載のボイラの余寿命評価装置。
3. 前記腐食評価データベースには、伝熱管の材質に応じた必要最小肉厚、およびボイラ燃焼方式若しくは使用燃料に応じた減肉速度が設定されていることを特徴とする請求項１記載のボイラの余寿命評価装置。
4. 前記クリープ余寿命評価手段によってボイラの過熱器管または火炉管を評価し、前記腐食余寿命評価手段によってボイラの水管、管寄せ、または節炭器管を評価することを特徴とする請求項１記載のボイラの余寿命評価装置。
5. 前記クリープ評価データベースおよび前記腐食評価データベースに設定される関係式が実験データまたは実績データを統計処理して平均値による関係式と９９％信頼限界値（３シグマ）による関係式によって設定され、前記クリープ余寿命評価手段および前記腐食余寿命評価手段による余寿命の計算が平均値と９９％信頼限界値（３シグマ）を用いて算出されることを特徴とする請求項１記載のボイラの余寿命評価装置。
6. ボイラ伝熱管の余寿命を評価するボイラの余寿命評価方法において、
   ボイラ燃焼方式、使用燃料、および評価するボイラ部位の伝熱管の材質を少なくとも入力項目とする初期値入力し、
   予め実験または同種ボイラの実績データに基づいて伝熱管がクリープ損傷に至るまでの余寿命を推定する関係式およびデータをクリープ評価データベースに設定すると共に、伝熱管が必要最小肉厚に至るまでの残余寿命を推定する関係式およびデータを腐食評価データベースに設定し、
   ボイラ評価部位がクリープ損傷を生じるおそれがある温度以上に上昇する場合には、前記クリープ評価データベースの関係式およびデータを用いて余寿命を評価し、
   評価するボイラ部位がクリープ損傷を生じるおそれがある温度まで上昇しない場合には、前記腐食評価データベースの関係式およびデータを用いて余寿命を評価することを特徴とするボイラの余寿命評価方法。

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