JP2015117960A

JP2015117960A - 配管の寿命評価方法

Info

Publication number: JP2015117960A
Application number: JP2013260147A
Authority: JP
Inventors: 真也森岡; Shinya Morioka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: JP6220257B2

Abstract

【課題】配管の種類によらない精度の高い寿命評価を提供するとともに、プラントの運転中に配管に対して信頼性の高いモニタリング評価を行う。【解決手段】化学プラントに設置された複数の配管２〜４を評価する配管の寿命評価方法は、配管２〜４に貼り付けた歪みゲージによりプラント運転中に配管２〜４の周方向の歪み量を測定し、歪み量をモニタリングする工程と、モニタリング結果と配管２〜４の膨出率及び寿命消費率の相関曲線とを照らし合わせて配管２〜４の第一の残寿命を推定する工程と、配管２〜４に取付けた温度センサにてプラント運転中に配管２〜４の温度を定期的に測定してモニタリングする工程と、配管２〜４の材料のクリープデータと配管２〜４のフープ応力と配管２〜４の温度とにより配管２〜４の第二の残寿命を推定する工程と、第一及び第二の残寿命を比較して、配管２〜４の残寿命を選定する工程と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、配管の寿命評価方法に関し、特に、化学プラントで使用される配管のクリープ寿命評価システム及びそれを用いた評価方法に関する。

ＬＮＧ（ＬｉｑｕｅｆｉｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ：液化天然ガス）プラント、火力発電プラント等の化学プラントでは、高温高圧下で、改質器、ボイラ等の機器及びそれらの配管が多数用いられている。このような機器及び配管は、高温高圧下にて熱劣化によりクリープ変形して、損傷延いては破断に至る。このため、プラントの機器及び配管の寿命を評価する手法が種々開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２３２７１９号公報

特許文献１に示す例には、前記配管のうちの主配管のベンド部に対してその運転前後の相対的な変形量の測定し、それらと曲げモーメントとの相関関係からクリープ損傷評価を行う方法が示されている。このような検出方法では、プラントを停止して、前記機器及び配管に対する定期的な点検を実施している。従来の定期点検は、図６に示すように、ガス温度等の運転データ、ノギスによる測定値等から、運転環境が厳しい場所を選定し、選定された箇所に対して詳細な調査を実施する。詳細な調査によりクリープ損傷が検出された場合、急遽配管に対する補修又は交換を実施検討している。この結果、プラント再起動時期が大幅に遅れることとなる。

前記機器及びその主配管は、それぞれ物性及び設置場所の異なる複数の配管を備えている。これらのうち、熱に対するクリープ変形及び速度が大きい配管は、クリープ損傷に至る可能性が高い。熱に対するクリープ変形及び速度が小さい配管であっても、高温高圧下の炉内にて、その外周面の形状が酸化等の腐食により変形してしまう。このような場合、クリープ変形による熱膨張と表面形状の変形による外径の縮小とが作用するため、精度の高い寿命評価を行うことが困難である。

プラントの長時間運転に亘っては、異常運転が発生し、例えばオーバーヒート等の異常加熱が生じる場合がある。このような場合、配管のクリープ変形が比較的短時間で進行し、これら配管がクリープ損傷し、延いては破断に至る虞がある。

前記課題を解決するために、本発明は、プラント運転中の物性の異なる配管に対して容易、高精度及び確実な寿命評価を実施して定期点検時の予期せぬ作業を未然に防ぐことにより、プラント再稼働の遅延を防止し、且つ、プラント運転中に信頼性の高いモニタリングを実施してプラント運転中に短時間で発生する配管の破断を防ぐことを目的とする。

前記目的に照らして、本発明は、化学プラントに設置されたショートピース、ピグテール又は触媒管からなる複数の配管を評価する配管の寿命評価方法であって、前記配管に貼り付けた歪みゲージによりプラント運転中に前記配管の周方向の歪み量を測定し、前記歪み量をモニタリングする工程と、前記モニタリング結果と配管の膨出率及び寿命消費率の相関曲線とを照らし合わせることにより、前記配管の第一の残寿命を推定する工程と、前記配管に取付けた温度センサによりプラント運転中に前記配管の温度を定期的に測定し、前記測定温度をモニタリングする工程と、前記配管の材料のクリープデータと前記配管のフープ応力と前記配管の温度とにより、前記配管の第二の残寿命を推定する工程と、前記第一の残寿命と前記第二の残寿命とを比較して、値が少ない残寿命を前記配管の残寿命として推定する工程と、を備えている。

本発明に係る配管の寿命評価方法によれば、プラント運転中に配管のクリープ変形をモニタリングしながら、容易且つ精度の高い寿命評価が実施される。よって、定期点検時の予期せぬ作業を未然に防止し、プラントの再稼働時期の遅延を防ぐことができる。

また、プラント運転中に評価機構の異なる２つの評価結果を比較することによりプラント運転中の配管に対して確実な寿命評価を定められる。よって、定期点検時の予期せぬ作業を未然に防止し、プラントの再稼働時期の遅延を防ぐことができる。

さらに、プラント運転中での短時間のクリープ変形を高い信頼性でモニタリングし、プラント運転中の配管の予期せぬ破断が未然に防がれる。よって、プラントを緊急に停止する事態を防ぐことができる。

さらにまた、一方のモニタリング手段に異常が発生したとしても、他方のモニタリング手段にて、運転中の配管のクリープ評価、異常運転の検知及び寿命評価が実施される。よって、プラントを緊急に停止する事態を防ぐことができる。

また、前記配管がショートピース又はピグテールである場合、前記歪み量をモニタリングする工程は、前記ショートピース又はピグテールの外周面に貼り付けた前記歪みゲージにより前記歪み量をモニタリングすることを含み、前記測定温度をモニタリングする工程は、接触式温度センサにより前記ショートピース又はピグテールのメタル温度を測定することを含み、前記配管の第二の残寿命を推定する工程は、前記測定したメタル温度からラーソンミラーパラメータを用いて等価平均温度を算出し、前記等価平均温度を前記配管の温度と推定することを含むことが好適である。

このような形態では、ショートピース又はピグテールの物性を考慮して、運転中にそのクリープ変形をモニタリングしながら、容易且つ精度の高い寿命評価が実施される。

また、ショートピース又はピグテールの物性を考慮して、プラント運転中に評価機構の異なる２つの評価結果を比較することにより、確実な寿命評価を定められる。

さらに、ショートピース又はピグテールの物性を考慮して、プラント運転中での短時間のクリープ変形を高い信頼性でモニタリングし、ショートピース又はピグテールの予期せぬ破断が未然に防がれる。

さらにまた、一方のモニタリング手段に異常が発生したとしても、ショートピース又はピグテールの物性を考慮して、他方のモニタリング手段にてクリープ評価、異常運転の検知及び寿命評価が実施される。

また、前記配管が触媒管である場合、前記配管の歪み量をモニタリングする工程は、前記触媒管の内面に張り付けた前記歪みゲージによりモニタリングすることを含み、前記測定温度をモニタリングする工程は、接触式温度センサにより前記触媒管出口のガス温度を測定することと、非接触式温度センサにより炉内の前記触媒管の表面温度を定期的に測定することとを含み、前記配管の第二の残寿命を推定する工程は、前記ガス温度及び表面温度から前記触媒管の実際のメタル温度を推定し、前記メタル温度を前記配管の温度とすることを含むことが好適である。

このような形態では、触媒管の物性を考慮して、運転中のそのクリープ変形をモニタリングしながら、容易且つ精度の高い寿命評価が実施される。

また、触媒管の物性を考慮して、プラント運転中に評価機構の異なる２つの評価結果を比較することにより、確実な寿命評価を定められる。

さらに、触媒管の物性を考慮して、プラント運転中での短時間のクリープ変形を高い信頼性でモニタリングし、触媒管の予期せぬ破断が未然に防がれる。

さらにまた、一方のモニタリング方法に異常が発生したとしても、触媒管の物性を考慮して、他方のモニタリング方法にてクリープ評価、異常運転の検知及び寿命評価が実施される。

以上のように、本発明に係る配管の寿命評価方法によれば、プラント運転中の物性の異なる配管に対して容易、高精度及び確実な寿命評価を実施可能として定期点検時の予期せぬ作業を未然に防ぎ、プラント再稼働の遅延を防止し、プラント運転中に信頼性の高いモニタリングを実施可能として、プラント運転中に短時間で発生する配管の破断を防ぐことができる。

本発明に係る配管の寿命評価方法を用いられる機器を模式的に例示する図である。本発明に係る配管の寿命評価方法の第一実施の形態を説明するためのフロー図である。本発明に係る配管の寿命評価方法の第一及び第二実施の形態を説明するための図であり、配管の膨出率と寿命消費率との相関関係を示すグラフである。本発明に係る配管の寿命評価方法の第一及び第二実施の形態を説明するための図であり、ＬＭ（Ｌａｒｓｏｎ−Ｍｉｌｌｅｒ：ラーソンミラー）曲線を示す模式的なグラフである。本発明に係る配管の寿命評価方法の第二実施の形態を説明するためのフロー図である。従来の定期点検時のクリープ損傷に係る点検内容を示すフロー図である。

図１は、本発明に係る配管の寿命評価方法を用いる機器として、ＬＮＧプラントに用いられる天然ガス改質器１を模式的に例示している。

図１に示すように、天然ガス改質器１は、ショートピース２、ピグテール３、触媒管４等のそれぞれ物性の異なる複数の反応管（改質配管）を備えている。触媒管４は、炉内に設置され、その内部に混合ガス（Ｈ_２Ｏ、ＣＨ_４）が導入されることにより、各種ガス（Ｈ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ_２）を生成するよう構成されている。ショートピース２及びピグテール３は、炉外に設置され、前記各種ガスをホットコレクタ５へ流出するよう構成されている。なお、本発明に係る配管の寿命評価方法は、天然ガス改質器１に設けられた複数の、例えば５００本から６００本程度のショートピース２、ピグテール３又は触媒管４に適用できる。

ショートピース２及びピグテール３は、クリープ変形量が大きく、それらの内部に約９００℃のガスが流通しているため、クリープ損傷が生じて噴破に至る可能性が高い。触媒管４は、１０００℃程度まで達する炉内に配置されるため、鋳物等の手法により耐熱性を有するよう形成されているものの、高温高圧下において、その外周面の形状が酸化等の影響により経時的に変形してしまう。すなわち、触媒管４には、クリープ変形による膨張と表面形状の変形による外径の縮小とが作用している。

［第一実施の形態］
以下、本発明に係る配管の寿命評価方法の第一実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図２は、本実施の形態を説明するためのフロー図である。図２に示すように、本実施形態では、ショートピース２の歪み測定に基づくクリープ損傷モニタリングとショートピース２の材料温度測定に基づくクリープ損傷モニタリングとを並行して実施する。

まず、少なくとも一つの歪みゲージを、ショートピース２の外周面に外周方向へ向けて貼り付ける（ステップＳ１）。プラント運転中に、前記貼り付けた歪みゲージによりショートピース２の外径の周方向の伸びを検出して、その外径の変位量、すなわち歪み量を経時的に求める。二つ以上の歪みゲージを用いる場合は、各々をショートピース２の軸方向にて所定の間隔を空けて貼り付けてもよい。歪みゲージは、ショートピース２と同程度の耐熱性、例えば、約９００℃以上の耐熱性を有することが好ましい。

次いで、プラント運転中に歪みゲージで計測された歪み量を、図示しない表示部にてモニタリングする（ステップＳ２）。これにより、運転中のショートピース２のクリープ変形量を推定することができる。

このとき、前記測定した歪み量から算出したショートピース２の膨出率を、前記表示部にてモニタリングする。前記膨出率は、前記測定した歪み量から外径増加量を求め、前記外径増加量をショートピース２の直径増加量に換算し、設計時の図面直径又は初期直径からの変化量に基づいて算出することができる。図３は、配管の膨出率と寿命消費率との相関曲線を示している。前記膨出率と寿命消費率との相関曲線は、試験用配管（試験用のショートピース）に対する評価にて求めることができる。すなわち、前記相関曲線は、前記試験用配管に対する内圧クリープ試験中に試験を中断して外径値を測定し、これを繰り返すことにより求めることができる。なお、本ステップのモニタリングにてショートピース２に対する著しいクリープ変形又は損傷が検知された場合、緊急事態を回避するために、ショートピース２の補修、交換等の実施検討を開始してもよい。

次いで、ステップＳ２でのモニタリング結果と、前記膨張率と寿命消費率との相関曲線とを照らし合わせて、運転中でのショートピース２の寿命消費率を推定し、前記推定した寿命消費率からショートピース２の残寿命を算出する（ステップＳ３）。

次いで、ステップＳ３で算出したショートピース２の残寿命を、ショートピース２の第一の残寿命とする（ステップＳ４）。

一方、少なくとも一つの接触式温度センサを用いて、プラントの運転中に定期的にショートピース２のメタル温度を測定する（ステップＳ５）。前記温度測定は、例えば週１回の間隔で実施され、測定の際に前記接触式温度センサを使用して実施されてもよく、予め炉内に前記接触式温度センサを取付けて実施されてもよい。前記接触式温度センサとしては、熱電対、測温抵抗体、サーミスタ式温度計、バイメタル式温度計、水銀温度計等又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。これらのうち、測定温度範囲の観点から熱電対を用いることが好ましく、測定精度の観点から測温抵抗体をさらに併用することがより好ましい。また、前記接触式温度センサは、ショートピース２と同程度の耐熱性、例えば、約９００℃以上の耐熱性を有することが好ましい。

次いで、ステップＳ５で得られたメタル温度より、下記（１）式に示すＬＭＰ（Ｌａｒｓｏｎ−ＭｉｌｌｅｒＰａｒａｍｅｔｅｒ：ラーソンミラーパラメータ）を用いて、等価平均温度Ｔを算出する（ステップＳ６）。なお、前記等価平均温度は、ＬＭＰにより換算される平均温度をいう。
ＬＭＰ＝Ｔ×（ｌｏｇ（ｔ）＋Ｃ）・・・（１）
（Ｔ：測定温度（Ｋ）、Ｃ：材料定数、ｔ：運転時間（ｈ））
前記等価平均温度は、以下の手段Ｉ〜Ｖにより算出される。
Ｉ：上記式（１）から、測定時毎（例えば日毎）にＬＭＰを算出する。
ＩＩ：Ｉで求めたＬＭＰを、設計温度での保持時間に換算する。
ＩＩＩ：ＩＩで求めた測定時毎の設計温度での保持時間を合算することにより、累積保持時間を算出する。
ＩＶ：ＩＩＩで求めた累積保持時間から、設計温度を用いて累積ＬＭＰを算出する。
Ｖ：ＩＶで求めた累積ＬＭＰをデータ測定時間で割戻することにより、前記等価平均温度を算出する。

ステップＳ４の定期的な測定において、クリープ変形の進行に係る高温時間と低温時間とが混在しているため、測定時間による温度の際が測定値に影響してしまう。本ステップでは、測定データに対する温度と時間との影響を一元的に整理した等価平均温度Ｔを得ることにより、より信頼性の高い測定値を得ることができる。材料定数Ｃは、材料固有の値であるが、典型的には２０程度の範囲内にある。材料定数Ｃとしては、配管の材料に基づいた正確な値を用いることにより、より信頼性の高い算出値を得ることができる。

図４は、ＬＭＰと配管が受けるフープ応力（ＭＰａ）との関数で近似されて得られるＬＭ曲線（ラーソンミラー曲線）を示している。ＬＭ曲線は、配管材料の公知のクリープ強度データより取得することができる。なお、運転中のショートピース２が受けるフープ応力は、配管の設計値から算出することができ、例えば、下記式（２）から算出される。
フープ応力＝（内圧／２）×（内径÷肉厚＋１）・・・（２）

次いで、ＬＭ曲線を用いて、運転中の前記フープ応力と前記等価平均温度より、運転中のショートピース２の寿命消費量の積算を算出する。前記寿命消費量は、前記表示部にて連続的にモニタリングされ、前記積算寿命消費量よりショートピース２の寿命を推定する（ステップＳ７）。従来の定期点検では、ショートピース２に問題が発見された後、パーツ手配及び補修作業を行っているため、プラントの停止時間が長くなるという問題が存在している。このように、前記寿命消費量を運転中にモニタリングすることにより、事前の補修準備を可能とし、定期点検時のプラントの停止時間を短くすることができる。

次いで、ステップＳ７にて推定された寿命とプラントの運転時間、すなわち、ショートピース２の使用時間との差をショートピース２の第二の残寿命とする（ステップＳ８）。

次いで、ステップＳ４から得られたショートピース２の第一の残寿命とステップＳ８から得られたショートピース２の第二の残寿命とを比較し、より短い寿命値をショートピース２の残寿命として選定する（ステップＳ９）。前記推定された寿命から、ショートピース２に対するメンテナンス、補修、交換又は予備品の購入の要否について実施検討を開始する。

本実施の形態では、ステップＳ１からステップＳ４の歪みゲージによる測定位置と、ステップＳ５からステップＳ８の温度センサによる測定位置とは、ショートピース２の軸方向において略同一位置に配置されることが好ましい。これにより、ショートピース２に対して精度の高い寿命評価が実施される。

本実施の形態では、ステップＳ１からステップＳ４のショートピース２の歪み測定に基づくクリープ損傷モニタリングと、ステップＳ５からステップＳ８のショートピース２の材料温度測定に基づくクリープ損傷モニタリングとは、プラント運転中に測定タイミングをずらして実施することができる。これにより、プラント運転中の測定間隔を短くして、短時間のクリープ変形の検知の信頼性をより向上させることができる。

本実施の形態の方法は、別途演算処理装置を有する中央処理装置等の制御又は監視システムを設けて行われることが一般的である。前記方法に係る制御又は監視項目としては、測定開始時間、測定時間、測定終了時間、測定された歪み量、前記歪み量からの寿命消費率の推定、前記寿命消費率からの第一の寿命値の推定、前記第一の寿命値、測定されたメタル温度、前記メタル温度からの等価平均温度の算出、算出された等価平均温度、前記等価平均温度からの積算寿命消費率の推定、推定された積算寿命消費量、前記積算寿命消費率からの第二の寿命値の推定、前記第二の寿命値、前記第一及び第二の寿命値からの寿命の推定、前記推定された寿命等が挙げられる。前記システムにより、所定のプログラムを用いた前記制御項目が予め決められていれば、方法の実施負担を少なくして、寿命評価コストが削減できる。また、前記システムにより、前記監視項目の多くを連続的にモニタリングできれば、検知の信頼性を更に向上させることができる。

本実施の形態によれば、ショートピース２の物性を考慮して、プラント運転中の配管のクリープ変形をモニタリングしながら寿命を評価することができる。これにより、プラント運転中にショートピース２等の熱変形の大きい配管に対して容易且つ精度の高い寿命評価を得ることができる。その結果、定期点検時の予期せぬ作業を防止して、プラントの再稼働時期が遅延することを防ぐことができる。

また、配管外径の周方向での歪み測定に基づく寿命評価と配管の材料温度測定に基づく寿命評価との評価機構の異なる２つの評価結果を比較し、より寿命の短い評価結果を配管の寿命として選定する。これにより、プラント運転中に、ショートピース２等の熱変形の大きい配管に対して確実な寿命評価を定めることができる。その結果、定期点検時の予期せぬ作業を防止して、プラントの再稼働時期が遅延することを防ぐことができる。

さらに、モニタリング頻度の異なる２つの手法にてモニタリングを行うことにより、プラント運転中の短時間の予期せぬクリープ変形に対する検知性を向上させて、ショートピース２等の予期せぬクリープ破断を防ぐことができる。その結果、プラント運転を緊急に停止する事態を防ぐことができる。

さらにまた、２つの手法にてモニタリングを行うことにより、一方のモニタリング機器に異常が発生したとしても、他方のモニタリング方法にて、ショートピース２等のクリープ評価、異常運転の検知及び寿命評価を実施することができる。その結果、プラント運転を緊急に停止する事態を防ぐことができる。

［第二実施の形態］
以下、本発明に係る配管の寿命評価方法の第二実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図５は、本実施の形態を説明するためのフロー図である。図５に示すように、本実施形態では、触媒管４の歪み測定に基づくクリープ損傷モニタリングと触媒管４の材料温度測定に基づくクリープ損傷モニタリングとを並行して実施する。

まず、少なくとも一つの歪みゲージを触媒管４の内面に内周方向へ向けて貼り付ける（ステップＳ１１）。前記貼り付けた歪みゲージにより、プラント運転中の触媒管４の周方向の伸びを検出して、その内径の変位量、すなわち歪み量を求める。二つ以上の歪みゲージを用いる場合は、各々を触媒管４の出口近傍に所定の間隔を空けて貼り付けてもよい。また、前記歪みゲージは、触媒管４と同程度の耐熱性、例えば、約１０００℃以上の耐熱性を有することが好ましい。

次いで、プラント運転中に歪みゲージで計測された歪み量は、図示しない表示部にてモニタリングする（ステップＳ１２）。これにより、運転中の触媒管４のクリープ変形量を推定することができる。

このとき、前記測定した歪み量から算出した膨出率も、前記表示部にてモニタリングする。前記膨出率は、前記測定した歪み量から外径増加量を求め、前記外径増加量を触媒管４の直径増加量に換算し、設計時の図面直径又は初期直径からの変化量に基づいて算出することができる。図３は、配管の膨出率と寿命消費率との相関曲線を示している。前記膨出率と寿命消費率との相関曲線は、試験用配管に対する評価にて求めることができる。すなわち、前記相関曲線は、試験用配管（試験用の触媒管）に対する内圧クリープ試験中に試験を中断して外径値を測定し、これを繰り返すことにより求めることができる。なお、本ステップのモニタリングにて触媒管４に対する著しいクリープ変形又は損傷が検知された場合、緊急事態を回避するために、触媒管４の補修、交換等の実施検討を開始してもよい。

次いで、ステップＳ１２でのモニタリング結果と、前記膨張率と寿命消費率との相関曲線とを照らし合わせて、運転中での触媒管４の寿命消費率を推定し、前記推定した寿命消費率から触媒管４の残寿命を算出する（ステップＳ１３）。

次いで、ステップＳ１３で推定した触媒管４の残寿命を、触媒管４の第一の残寿命とする（ステップＳ１４）。

一方、少なくとも一つの接触式温度センサを用い、プラントの運転中に触媒管４の出口付近におけるガス温度を定期的に測定する（ステップＳ１５）。前記温度測定は、例えば週１回の間隔で実施され、測定の際に前記接触式温度センサを使用して実施されてもよく、予め触媒管４の出口付近に前記接触式温度センサを取付けて実施されてもよい。前記接触式温度センサとしては、熱電対、測温抵抗体、ガス温度計等の気体温度計、サーミスタ式温度計、バイメタル式温度計、水銀温度計等又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。また、前記温度センサは、触媒管４と同程度の耐熱性、例えば、約１０００℃以上の耐熱性を有することが好ましい。

また、少なくとも一つの接触式又は非接触式温度センサを用い、プラントの運転中に炉内の触媒管４の表面温度を定期的に測定する（ステップＳ１６）。前記温度測定は、例えば週１回の間隔で実施され、予め炉内へ前記接触式温度センサを設置して実施されてもよく、予め炉外に前記非接触温度センサを設置して実施されてもよい。前記接触式温度センサとしては、熱電対、測温抵抗体、サーミスタ式温度計、バイメタル式温度計、水銀温度計等又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。前記非接触式温度センサとしては、パイロメータ、赤外線サーモグラフィ等の赤外放射温度計又はこれらを組み合わせて用いることができる。これらのうち、赤外放射温度計を用いることが好ましい。この場合、赤外線サーモグラフィを用いて炉内を観察可能な窓から触媒管４の表面温度を計測することにより、安全且つ正確な温度計測を実施することができる。

次いで、ステップＳ１５でのガス温度とステップＳ１６での触媒管４の表面温度とを用いて、実施のメタル温度を推定する（ステップＳ１７）。前記実際のメタル温度は、前記ガス温度と前記表面温度とから、公知の伝熱計算を用いて推定することができる。本ステップでは、２つの測定を比較検討することにより、炉内に設置された触媒管４のより正確なメタル温度を測定することができる。

次いで、ＬＭ曲線を用いて、運転中の前記フープ応力と前記実際のメタル温度とＬＭ曲線により、運転中の触媒管４の積算寿命消費量を推定する（ステップＳ１８）。なお、運転中の触媒管４が受けるフープ応力は、配管の設計値から算出することができ、例えば、前記式（２）から算出される。

次いで、ステップＳ１８で得られた積算寿命消費量と運転時間の差を触媒管４の残寿命として推定する。前記推定された触媒管４の寿命を第二の残寿命とする（ステップＳ１９）。

次いで、ステップＳ１４から得られた第一の残寿命とステップＳ１９から得られた第二残の寿命とを比較し、短い寿命を触媒管４の残寿命として選定する（ステップＳ２０）。前記推定された寿命から、触媒管４に対するメンテナンス、補修、交換又は予備品の購入の要否について実施検討を開始する。

本実施の形態では、ステップＳ１１からステップＳ１４の触媒管４の歪み測定に基づくクリープ損傷モニタリングと、ステップＳ１５からステップＳ１９の触媒管４の材料温度測定に基づくクリープ損傷モニタリングとは、プラント運転中の測定タイミングをずらして行うことができる。これにより、プラント運転中の測定間隔を短くして、プラント運転中の短時間のクリープ変形の検知の信頼性をより向上させることができる。

本実施の形態の方法は、別途演算処理装置を有する中央処理装置等の制御又は監視システムを設けて行われることが一般的である。方法に係る制御又は監視項目としては、測定開始時間、測定時間、測定終了時間、測定された歪み量、前記歪み量からの寿命消費率の推定、前記寿命消費率からの第一の寿命値の推定、前記第一の寿命値、測定されたメタル温度、測定された表面温度、前記メタル温度及び表面温度からのメタル温度の推定、前記メタルからの寿命消費量の推定、前記寿命消費量からの第二の寿命値の推定、前記第二の寿命値、前記第一及び第二の寿命値からの寿命の推定、前記推定された寿命等が挙げられる。前記システムにより、所定のプログラムを用いた前記制御項目が予め決められていれば、方法の実施負担を少なくして、寿命評価コストが削減できる。また、前記システムにより、前記監視項目の多くを連続的にモニタリングできれば、検知の信頼性を更に向上させることができる。

本実施の形態によれば、触媒管４の物性を考慮して、プラント運転中の配管のクリープ変形をモニタリングしながら寿命を評価することができる。これにより、プラント運転中に触媒管４等の表面変形の大きい配管に対して容易且つ精度の高い寿命評価を得ることができる。その結果、定期点検時の予期せぬ作業を防止して、プラントの再稼働時期が遅延することを防ぐことができる。

また、配管外径の周方向での歪み測定に基づく寿命評価と配管の材料温度測定に基づく寿命評価との評価機構の異なる２つの評価結果を比較し、より寿命の短い評価結果を配管の寿命として選定する。これにより、プラント運転中に触媒管４等の表面変形の大きい配管に対して確実な寿命評価を定めることができる。その結果、定期点検時の予期せぬ作業を防止して、プラントの再稼働時期が遅延することを防ぐことができる。

さらに、モニタリング頻度の異なる２つの手法にてモニタリングを行うことにより、プラント運転中の短時間のクリープ変形に対する検知性を向上させて、触媒管４の予期せぬクリープ破断を防ぐことができる。その結果、プラント運転を緊急に停止する事態を防ぐことができる。

さらにまた、一方のモニタリング機器に異常が発生したとしても、他方のモニタリング方法にて、触媒管４のクリープ評価、異常運転の検知及び寿命評価を実施することができる。その結果、プラント運転を緊急に停止する事態を防ぐことができる。

本発明に係る配管の寿命評価方法によれば、プラント運転中の物性の異なる配管に対して確実な寿命を推測して定期点検時のプラント再稼働の遅延を防止するとともに、プラント運転中に短時間で発生する配管の破断を防ぐことができる。

１天然ガス改質器
２ショートピース
３ピグテール
４触媒管
５ホットコレクタ

Claims

化学プラントに設置されたショートピース、ピグテール又は触媒管からなる複数の配管を評価する配管の寿命評価方法であって、前記配管に貼り付けた歪みゲージによりプラント運転中に前記配管の周方向の歪み量を測定し、前記歪み量をモニタリングする工程と、
前記モニタリング結果と配管の膨出率及び寿命消費率の相関曲線とを照らし合わせることにより、前記配管の第一の残寿命を推定する工程と、
前記配管に取付けた温度センサによりプラント運転中に前記配管の温度を定期的に測定し、前記測定温度をモニタリングする工程と、
前記配管の材料のクリープデータと前記配管のフープ応力と前記配管の温度とにより、前記配管の第二の残寿命を推定する工程と、
前記第一の残寿命と前記第二の残寿命とを比較して、値が少ない残寿命を前記配管の残寿命として選定する工程と、を備えている配管の寿命評価方法。
前記配管がショートピース又はピグテールである場合、
前記歪み量をモニタリングする工程は、前記ショートピース又はピグテールの外周面に貼り付けた前記歪みゲージにより前記歪み量をモニタリングすることを含み、
前記測定温度をモニタリングする工程は、接触式温度センサにより前記ショートピース又はピグテールのメタル温度を測定することを含み、
前記配管の第二の残寿命を推定する工程は、前記測定したメタル温度からラーソンミラーパラメータを用いて等価平均温度を算出し、前記等価平均温度を前記配管の温度と推定することを含む請求項１の配管の寿命評価方法。
前記配管が触媒管である場合、
前記配管の歪み量をモニタリングする工程は、前記触媒管の内面に張り付けた前記歪みゲージによりモニタリングすることを含み、
前記測定温度をモニタリングする工程は、接触式温度センサにより前記触媒管出口のガス温度を測定することと、非接触式温度センサにより炉内の前記触媒管の表面温度を定期的に測定することとを含み、
前記配管の第二の残寿命を推定する工程は、前記ガス温度及び表面温度から前記触媒管の実際のメタル温度を推定し、前記メタル温度を前記配管の温度とすることを含む請求項１の配管の寿命評価方法。