JP2012234226A

JP2012234226A - プラント機器の運転可能期間評価方法および運転可能期間評価装置

Info

Publication number: JP2012234226A
Application number: JP2011100269A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kaneda; 昌基金田; Setsuo Arita; 節男有田; Nobuo Tada; 伸雄多田; Katsuo Yokota; 勝男横田
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-11-29

Abstract

【課題】劣化に関する知見が少ない機器、劣化に関するパラメータが計測できない機器にも適用可能な、プラント機器の運転可能期間を評価する評価方法および評価装置を提供する。
【解決手段】機器故障データから機器の故障期を評価し、前記故障期に応じて故障確率計算手順を選択し、前記故障確率計算手順により前記機器故障データから累積故障確率を計算し、前記累積故障確率に対するしきい値である保守レベルを設定し、前記累積故障確率が前記保守レベルに到達するまでを運転可能期間とすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラント機器の運転可能期間の評価方法およびこれに用いる運転可能期間評価装置に関する。

原子力プラントにおいては、新検査制度の導入により運転期間を従来の１３カ月から最大２４カ月まで延長することが可能となった。一般に各種プラントの運転期間を延長するには、プラントの各機器について運転可能な期間を評価することが重要である。

プラント機器の運転可能期間を評価する方法としては、機器の寿命を評価する方法、または、機器の故障確率を評価する方法が有用である。

前者の方法として、特許文献１には、各種寿命評価手法を総合し、定量的情報が不十分であるなどの理由により従来は寿命診断が不可能であった場合でも、的確な寿命診断を行うことができる構成が開示されている。

また、後者に関連する方法として、特許文献２には、経年劣化と関係が無くても、プラント機器の異常のプラント運転への影響度を的確に評価し、機器の点検手法／時期を決めるプラント機器の保守支援装置を提供する構成が開示されている。また、特許文献３には
、原子炉の制御棒駆動装置の余寿命を診断するため、加速試験の故障件数等からワイブル分布の形状パラメータを算出し、故障パターンを推定し、時間−信頼度曲線と許容信頼度から余寿命を推定する構成が開示されている。

特許第２７２３３８３号公報特開２００４−２４０６４２号公報特開平２−８４８２４号公報

プラント機器の寿命を評価する方法として、特許文献１の方法では、機器の劣化を考慮して寿命を求めることが可能である。ただし、この方法を適用するには、機器ごとに劣化の特徴を把握し、劣化に関するパラメータ計測を行う必要がある。したがって、劣化に関する知見の少ない機器や、劣化に関するパラメータ計測ができない場合には、寿命の評価が困難な可能性がある。

一方、プラント機器の故障確率を評価する方法の場合、機器ごとの劣化に関する知見がなくても、運転可能期間を評価することが可能である。ただし、プラントの運転期間を延長した場合、機器の摩耗の進展によって、従来の運転期間内で発生した故障より多くの故障が発生する可能性がある。このとき、従来の運転期間内での故障確率を用いて運転期間延長時の故障確率を評価すると、実際よりも故障確率を低めに評価する可能性がある。したがって、故障確率を用いた運転可能期間の評価においては、機器の摩耗の影響を考慮することが必要である。

特許文献２の方法では、プラント機器の故障確率に相当するパラメータとして、機器の状態量に基づく異常確率を用いている。この方法では、機器の異常確率を求めて機器の点検時期を決める方法が記載されているが、運転期間延長時における機器の摩耗の影響に関する検討はされていない。

また、特許文献３の方法では、機器の過去の故障実績に基づいて故障確率を評価し、故障確率に基づき運転可能期間を評価する方法が開示されている。しかし特許文献３では、故障期が初期故障期か偶発故障期か摩耗故障期かを判別する事については開示されていない。

そこで、本発明は、機器の摩耗を考慮し過去の故障実績に基づいて運転可能期間を評価するとともに、故障期が初期故障期または偶発故障期の場合に累積故障確率を計算することができる新たな運転可能期間評価方法および評価装置を提供する。

本発明は、機器故障データから機器の故障期を評価し、前記故障期に応じて故障確率計算手順を選択し、前記故障確率計算手順により前記機器故障データから累積故障確率を計算し、前記累積故障確率に対するしきい値である保守レベルを設定し、前記累積故障確率が前記保守レベルに到達するまでを運転可能期間とするプラント機器の運転可能期間評価方法において、前記故障期は初期故障期、偶発故障期、摩耗故障期のいずれかであり、前記故障確率計算手順は前記故障期が初期故障期または偶発故障期の場合に累積故障確率を計算することを特徴とする。

また、プラント機器の運転可能期間評価方法において、前記故障確率計算手順は前記累積故障確率を平均故障確率を用いて計算することを特徴とする。
また、プラント機器の運転可能期間評価方法において、プラント運転中に前記機器故障データを更新し、更新された前記機器故障データから機器の故障期を判定し、前記故障期が摩耗故障期の場合に警告を出力することを特徴とする。

さらに、プラント機器の機器故障データを格納した機器故障データベースと、前記機器故障データを入力する故障データ入力装置と、前記機器故障データから機器の故障期を判定する故障期判定手段と、前記故障期に応じて故障確率計算手順を選択し、機器故障データから累積故障確率を計算する故障確率計算手段と、前記累積故障確率に対するしきい値である保守レベルを設定する保守レベル設定手段と、前記累積故障確率と前記保守レベルから機器の運転可能期間を計算する運転可能期間計算手段を有し、前記運転可能期間を出力するプラント機器の運転可能期間評価装置において、前記故障期は初期故障期、偶発故障期、摩耗故障期のいずれかであり、前記故障確率計算手順は前記故障期が初期故障期または偶発故障期の場合に累積故障確率を計算することを特徴とする。
さらに、プラント機器の運転可能期間評価装置において、前記故障確率計算手順は前記累積故障確率を平均故障確率を用いて計算することを特徴とする。

また、プラント機器の運転可能期間評価装置において、該運転可能期間評価装置は、プラント運転中に前記機器故障データベースを更新し、更新された前記機器故障データから機器の故障期を判定し、前記故障期が摩耗故障期の場合に警告を出力することを特徴とする。

本発明は、機器故障データから機器の故障期を評価し、故障期に応じて故障確率計算手順を選択し、故障確率計算手順により機器故障データから累積故障確率を計算し、累積故障確率に対するしきい値である保守レベルを設定し、累積故障確率が保守レベルに到達するまでを運転可能期間とするプラント機器の運転可能期間評価方法において、故障期は初期故障期、偶発故障期、摩耗故障期のいずれかであり、故障確率計算手順は故障期が初期故障期または偶発故障期の場合に累積故障確率を計算することにより、プラント機器の故障履歴に基づいて的確な機器の運転可能期間を評価できる。また、劣化に関する知見が少ない機器、劣化に関するパラメータが計測できない機器にも機器の運転可能期間評価を適用することができる。

さらに、プラント機器の機器故障データを格納した機器故障データベースと、機器故障データを入力する故障データ入力装置と、機器故障データから機器の故障期を判定する故障期判定手段と、故障期に応じて故障確率計算手順を選択し、機器故障データから累積故障確率を計算する故障確率計算手段と、累積故障確率に対するしきい値である保守レベルを設定する保守レベル設定手段と、累積故障確率と保守レベルから機器の運転可能期間を計算する運転可能期間計算手段を有し、運転可能期間を出力するプラント機器の運転可能期間評価装置において、故障期は初期故障期、偶発故障期、摩耗故障期のいずれかであり、故障確率計算手順は故障期が初期故障期または偶発故障期の場合に累積故障確率を計算することにより、プラント機器の故障履歴に基づいて的確な機器の運転可能期間を評価できる。

本発明の実施例１の機器運転可能期間評価装置を示すブロック図である。本発明の実施例１に用いられる機器故障データを示す説明図である。一般的な機器の故障期を示す説明図である。本発明の実施例１の機器運転可能期間評価処理を示すフローチャートである。機器の故障期判定処理を示す説明図である。機器の運転可能期間計算処理を示す説明図である。本発明の実施例２の機器の運転可能期間評価装置を示すブロック図である。本発明の実施例２の機器の運転可能期間評価処理を示すフローチャートである。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

実施例１では、プラント機器の運転可能期間評価装置を説明する。図１は、本実施例のプラント機器の運転可能期間評価装置を示すブロック図である。

機器故障データベース１には、機器故障データが格納されている。機器故障データは、プラント機器について過去に発生した故障に関するデータである。故障データ入力装置２は、機器故障データを計算機へ入力する。故障期判定手段３は、機器故障データを用いて、対象機器の故障発生の分布を評価し、初期故障期、偶発故障期、摩耗故障期のいずれの故障期にあるかを判定する。

故障確率計算手段４は、故障分布判定手段３で得た対象機器の故障期に応じて故障確率計算手順を選択し、機器故障データから機器の故障確率を計算する。例えば、故障期が初期故障期または偶発故障期にあると判定された場合の手順では、一定時間あたりに故障が発生する確率である平均故障確率を用いて、ある時間までに故障が発生する確率である累積故障確率を計算する。また、故障期が摩耗故障期にあると判定された場合の手順では、故障確率を計算しない。

なお、故障期判定手段３、故障確率計算手段４で用いる機器故障データは、対象と同一機器の故障データを抽出して評価に用いるほかに、機器の型式、構造、設置場所、使用条件に基づき、同じ故障発生の分布に従うと考えられるものをグループ化して評価してもよい。

保守レベル設定手段５は、故障確率計算手段４で得た故障確率に対するしきい値である保守レベルを設定する。例えば、機器の故障発生が１％以下であれば運転可能と考える場合は、あらかじめユーザーが保守レベルを１％に設定する。また、機器の重要度に応じて機器ごとに保守レベルを設定してもよい。

運転可能期間計算手段６は、故障確率計算手段４で得た故障確率と、保守レベル設定手段５で得た保守レベルを比較して、運転可能期間を計算する。出力装置７は、運転可能期間計算手段６で得た運転可能期間をディスプレイ等に表示する。

なお、故障期判定手段３、故障確率計算手段４、保守レベル設定手段５、運転可能期間計算手段６は、計算機内のソフトウェア上で実行される。また、機器故障データベース１、故障データ入力装置２を計算機内に含めた構成としてもよい。

図２は、機器故障データベース１に記録された機器故障データの例である。機器の故障について、故障日時、故障までの連続運転時間、故障機器名などが格納されている。

図３は機器の故障発生分布の説明図である。一般的に、機器の故障発生は初期故障期、偶発故障期、摩耗故障期に区分されることが知られている。初期故障期には、製造時や保守作業に起因する故障が発生するが、時間とともに減少していく。偶発故障期には、偶発的な故障が発生するが、比較的故障が少なく安定している。摩耗故障期には、部品の劣化が進んで再び故障が発生しやすくなる。

機器の故障分布が初期故障期にある場合には、今後、故障発生頻度が減少すると考えられる。したがって、過去の機器故障データを用いて運転期間延長時の故障確率を評価することは、実際よりも故障確率を大きめに計算することになり、保守的な評価となる。

機器の故障分布が偶発故障期にある場合には、今後、故障発生頻度はほぼ変化しないと考えられる。したがって、過去の機器故障データを用いて運転期間延長時の故障確率を評価することは、妥当な評価となる。

機器の故障分布が摩耗故障期にある場合には、今後、故障発生頻度が増大すると考えられる。したがって、過去の機器故障データを用いて運転期間延長時の故障確率を評価することは、実際よりも故障確率を小さめに計算することになり、適切ではない。この場合は、摩耗が進展しているので、運転期間延長は行わず、運転可能期間評価も行わない。

図４は、機器の運転可能期間評価装置の処理を説明するフローチャートである。ステップＳ１０１では、機器故障データを入力する。ステップＳ１０２では、機器故障データから故障期を判定する。

図５は、機器の故障期判定処理の説明図である。例えば、ポンプＡについて評価する場合、図２の機器故障データからポンプＡおよび他のポンプ（ポンプＢ、Ｃ等）の故障データを抽出する。その結果をプロットすると図５の点が得られる。故障期の判定にはワイブル分布を用いることができる。ワイブル分布の故障確率λは連続運転時間ｔの関数として数式１で与えられる。ηは尺度パラメータである。
〔数１〕
λ＝ｍｔ（ｍ−１）／ηｍ・・・・・・（１）
ここで、ｍはワイブル係数であり、ｍ＜１のとき初期故障期、ｍ＝１のとき偶発故障期、ｍ＞１のとき摩耗故障期と判定できる。図５の例では、実線で示した曲線がｍ＝０．９のワイブル分布関数であり、初期故障期であると判定される。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で得た故障期が偶発故障期以前かどうか判定する。偶発故障期以前であればステップＳ１０４に進む。摩耗故障期であれば終了する。

ステップＳ１０４では、機器の平均故障確率を計算する。平均故障確率λＡは数式２で与えられる。Ｎは故障件数、Ｔは延べ運転時間である。
〔数２〕
λＡ＝Ｎ／Ｔ・・・・・・（２）
ステップＳ１０５では、機器の累積故障確率を計算する。累積故障確率Ｒは連続運転時間ｔの関数として数式３で与えられる。
〔数３〕
Ｒ＝１−ｅｘｐ（−λＡｔ）・・・・・・（３）
ステップＳ１０６では、保守レベルを設定する。例えば、保守レベルを１％に設定する。

ステップＳ１０７では、機器の運転可能期間を計算する。図６は、運転可能期間を計算する処理の説明図である。累積故障確率が保守レベルに到達するまでの期間を運転可能期間とする。具体的には、累積故障確率と保守レベルとの交点を計算する。運転可能期間Ｔ０は数式４で与えられる。Ｒ０は保守レベルである。
〔数４〕
Ｔ０＝−ｌｎ（１−Ｒ０）／λＡ・・・・・・（４）
以上の手順により、機器の運転可能期間を評価できる。

実施例２では、プラント運転中に評価の妥当性を確認可能な機器の運転可能期間評価装置の例について説明する。

図７は、実施例２の機器の運転可能期間評価装置を示すブロック図である。図７のうち、図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

機器故障データベース１１には、過去に発生した故障に関するデータのほか、プラント運転中に発生した故障データについても格納されており、これらは常に更新される。

故障期判定手段３は、機器故障データを用いて対象機器の故障期を判定し、摩耗故障期にあると判定された場合には、出力装置７に警告を表示する。

図８は、実施例２の機器の運転可能期間評価装置の処理を説明するフローチャートである。

ステップＳ２０１では、機器故障データを入力する。ステップＳ２０２では、機器故障データから故障期を判定する。

ステップＳ２０３では、ステップ２０２で得た故障期が偶発故障期以前かどうか判定する。偶発故障期以前であればステップ２０４に進む。摩耗故障期であればステップ２０５に進む。

ステップＳ２０４では、運転可能期間を計算し、更新する。この処理は実施例１のステップＳ１０４〜Ｓ１０７と同一であり、これらを一括して表示したものである。ステップＳ２０５では、警告を画面に表示する。

以上の手順により、運転期間延長時に機器の摩耗が進展した場合には警告を表示することができる。また、偶発故障期以前にあれば、運転可能期間の評価が妥当であったことを確認できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１、１１：機器故障データベース
２：故障データ入力装置
３：故障期判定手段
４：故障確率計算手段
５：保守レベル設定手段
６：運転可能期間計算手段
７：出力装置

Claims

機器故障データから機器の故障期を評価し、前記故障期に応じて故障確率計算手順を選択し、前記故障確率計算手順により前記機器故障データから累積故障確率を計算し、前記累積故障確率に対するしきい値である保守レベルを設定し、前記累積故障確率が前記保守レベルに到達するまでを運転可能期間とするプラント機器の運転可能期間評価方法において、
前記故障期は初期故障期、偶発故障期、摩耗故障期のいずれかであり、前記故障確率計算手順は前記故障期が初期故障期または偶発故障期の場合に累積故障確率を計算することを特徴とするプラント機器の運転可能期間の評価方法。
請求項１に記載のプラント機器の運転可能期間評価方法において、前記故障確率計算手順は前記累積故障確率を平均故障確率を用いて計算することを特徴とするプラント機器の運転可能期間の評価方法。
請求項１または２に記載のプラント機器の運転可能期間評価方法において、プラント運転中に前記機器故障データを更新し、更新された前記機器故障データから機器の故障期を判定し、前記故障期が摩耗故障期の場合に警告を出力することを特徴とするプラント機器の運転可能期間の評価方法。
プラント機器の機器故障データを格納した機器故障データベースと、前記機器故障データを入力する故障データ入力装置と、前記機器故障データから機器の故障期を判定する故障期判定手段と、前記故障期に応じて故障確率計算手順を選択し、機器故障データから累積故障確率を計算する故障確率計算手段と、前記累積故障確率に対するしきい値である保守レベルを設定する保守レベル設定手段と、前記累積故障確率と前記保守レベルから機器の運転可能期間を計算する運転可能期間計算手段を有し、前記運転可能期間を出力するプラント機器の運転可能期間評価装置において、
前記故障期は初期故障期、偶発故障期、摩耗故障期のいずれかであり、前記故障確率計算手順は前記故障期が初期故障期または偶発故障期の場合に累積故障確率を計算することを特徴とするプラント機器の運転可能期間評価装置。
請求項４に記載のプラント機器の運転可能期間評価装置において、前記故障確率計算手順は前記累積故障確率を平均故障確率を用いて計算することを特徴とするプラント機器の運転可能期間評価装置。
請求項４または５に記載のプラント機器の運転可能期間評価装置において、該運転可能期間評価装置は、プラント運転中に前記機器故障データベースを更新し、更新された前記機器故障データから機器の故障期を判定し、前記故障期が摩耗故障期の場合に警告を出力することを特徴とするプラント機器の運転可能期間の評価装置。