JP2016183898A - 管の余寿命評価方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易、かつ、迅速な作業で管の余寿命を評価することができる管の余寿命評価方法を提供することにある。【解決手段】管の内径Ｄを導出する管の内径導出工程Ｓ１と、管の内径Ｄと当該管の初期内径Ｄ０の差から内径変形量ΔＤを導出する管の内径変形量導出工程Ｓ２と、前記管の膨張率が任意の評価余寿命Ｔで寿命限界伸びＸとなる条件にて変形予測線図を作成する変形予測線図作成工程Ｓ３ａと、前記変形予測線図に基づき前記管の内径導出工程Ｓ１にて前記管の内径Ｄを導出したときの変形量Ａを評価余寿命有無の判定基準として取得する判定基準変形量取得工程Ｓ３ｂと、管の内径Ｄを導出したときの累積誤差Ｂを算出する累積誤差算出工程Ｓ３ｃと、前記管の内径変形量ΔＤと前記評価余寿命有無の判定基準である前記変形量Ａと前記累積誤差Ｂとに基づき前記管の余寿命を判定する余寿命判定工程Ｓ４とを有するようにした。【選択図】図１
Description
本発明は、管の余寿命評価方法に関する。
従来、高温および高圧の環境下で使用される各種プラントにおいて、運転時間の経過に伴いクリープ損傷が進行し、寿命が消費されることが知られている。そのため、機器の余寿命を評価する手法が種々開発されている。
例えば、下記特許文献１には、経時的に加熱管の軸線方向における硬度分布を測定して当該加熱管における温度分布と時効程度を推定するとともに、硬度分布に基づいて加熱管の寸法測定を行って当該加熱管におけるクリープ変形量を得、硬度と変形量とを加熱管の素材に応じた所定の判断値と比較することにより、測定時における加熱管の余寿命を判断する加熱管の余寿命管理方法が開示されている。
しかしながら、上述の加熱管の余寿命管理方法では、加熱管の余寿命を評価することができるものの、加熱管における温度分布と時効程度を推定するときに、経時的に加熱管の軸線方向における硬度分布を測定することから、作業が煩雑であるという課題があった。例えば、天然ガスを改質する改質器で用いられる触媒管の余寿命を評価する場合、測定及び評価作業が簡易、かつ、迅速であることが望まれていた。
以上のことから、本発明は前述した課題を解決するために為されたものであって、簡易、かつ、迅速な作業で管の余寿命を評価することができる管の余寿命評価方法を提供することを目的としている。
上述した課題を解決する第１の発明に係る管の余寿命評価方法は、管の内径Ｄを導出する管の内径導出工程と、前記管の内径Ｄと当該管の初期内径Ｄ０の差から内径変形量ΔＤを導出する管の内径変形量導出工程と、前記管の膨張率が任意の評価余寿命Ｔで寿命限界伸びＸとなる条件にて変形予測線図を作成する変形予測線図作成工程と、前記変形予測線図に基づき前記管の内径導出工程にて前記管の内径Ｄを導出したときの変形量Ａを評価余寿命有無の判定基準として取得する判定基準変形量取得工程と、前記管の内径Ｄを導出したときの累積誤差Ｂを算出する累積誤差算出工程と、前記管の内径変形量ΔＤと前記評価余寿命有無の判定基準である前記変形量Ａと前記累積誤差Ｂとに基づき前記管の余寿命を判定する余寿命判定工程とを有する、ことを特徴とする。
上述した課題を解決する第２の発明に係る管の余寿命評価方法は、第１の発明に係る管の余寿命評価方法であって、前記変形予測線図を改良θ法により作成することを特徴とする。
上述した課題を解決する第３の発明に係る管の余寿命評価方法は、第１または第２の発明に係る管の余寿命評価方法であって、前記管の内径導出工程は、前記管の外径を計測して外径計測値を取得する外径計測値取得工程と、前記管の肉厚を測定して肉厚測定値を取得する肉厚測定値取得工程と、前記外径計測値および前記肉厚測定値に基づき前記管の内径を算出する内径算出工程とを有する、ことを特徴とする。
上述した課題を解決する第４の発明に係る管の余寿命評価方法は、第３の発明に係る管の余寿命評価方法であって、前記累積誤差Ｂは、前記管の外径計測時に生じる外径計測誤差と、前記管の肉厚測定時に生じる肉厚測定誤差と、前記管の作製時に生じる加工誤差とに基づき導出されることを特徴とする。
上述した課題を解決する第５の発明に係る管の余寿命評価方法は、第１から第４の何れか一つの発明に係る管の余寿命評価方法であって、前記余寿命判定工程は、前記管の内径変形量導出工程で導出した前記管の内径変形量ΔＤが、前記評価余寿命有無の判定基準である前記変形量Ａと前記累積誤差Ｂとの差よりも小さいとき、前記管の余寿命が前記評価余寿命Ｔよりも長いと判定することを特徴とする。
上述した課題を解決する第６の発明に係る管の余寿命評価方法は、第１から第５の何れか一つの発明に係る管の余寿命評価方法であって、前記余寿命判定工程は、前記管の内径変形量導出工程で導出した前記管の内径変形量ΔＤが前記評価余寿命有無の判定基準である前記変形量Ａと前記累積誤差Ｂとの和以上であるとき、前記管の余寿命が前記評価余寿命Ｔ以下であると判定することを特徴とする。
上述した課題を解決する第７の発明に係る管の余寿命評価方法は、第１から第６の何れか一つの発明に係る管の余寿命評価方法であって、前記管は、天然ガスの改質に用いられる触媒管であることを特徴とする。
本発明によれば、簡易、かつ、迅速な作業で管の余寿命を評価することができる。
本発明に係る管の余寿命評価方法の主な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
［主な実施形態］
本発明の主な実施形態に係る管の余寿命評価方法について、図１から図３に基づいて説明する。
本実施形態に係る管の余寿命評価方法では、天然ガス改質器に設けられる複数のホットコレクタのそれぞれに連結される、数１００本から成る複数の触媒管に適用した場合について説明する。
本発明の主な実施形態に係る管の余寿命評価方法について、図１から図３に基づいて説明する。
本実施形態に係る管の余寿命評価方法では、天然ガス改質器に設けられる複数のホットコレクタのそれぞれに連結される、数１００本から成る複数の触媒管に適用した場合について説明する。
前記天然ガス改質器は、例えば、図３に示すように、触媒管本体１１、ショートピース１２、ピグテール１３で構成される触媒管１４を複数備える。触媒管本体１１は、軸心が上下方向に延在するように立設配置されている。ショートピース１２は、触媒管本体１１の下端部に連結され、軸心が上下方向に延在するように立設配置されている。ピグテール１３は、ショートピース１２の下端部に連結され、触媒管本体１１よりも小径をなし、屈曲配置されている。ピグテール１３の他端部がホットコレクタ１５に連結されている。ホットコレクタ１５は、軸心が水平方向（図示例では紙面表裏方向）に延在するように配置されている。ホットコレクタ１５には、触媒管１４と左右対称の位置に図示しない触媒管のピグテールの他端部が連結されている。さらに、ホットコレクタ１５の軸心方向にて所定の間隔で当該ホットコレクタ１５に連結される左右一対の触媒管が配置されている。天然ガス改質器には、複数の触媒管１４が連結されたホットコレクタ１５が複数配置されている。
触媒管本体１１、ショートピース１２、ピグテール１３は、例えば、ＨＰ−Ｎｂ−Ｔｉ（２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−Ｎｂ、Ｔｉ）およびアロイ８００Ｈ（Ｆｅ−３２Ｎｉ−２０Ｃｒ）で構成されている。触媒管本体１１は、導入された混合ガス（メタンガス、水蒸気）２１が反応して生成ガス（水素、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素）２２を生成している。この生成ガス２２は、ショートピース１２、ピグテール１３を介してホットコレクタ１５に流通している。
触媒管本体１１は、約９００℃以上の炉内に配置される。ショートピース１２およびピグテール１３は、炉外に配置されるものの、内部を約９００℃のガスが流通している。
本実施形態に係る管の余寿命評価方法は、図１に示すように、管の内径導出工程Ｓ１と、管の内径変形量導出工程Ｓ２と、閾値導出工程Ｓ３と、余寿命判定工程Ｓ４とを有する。
管の内径導出工程Ｓ１にて、上述した触媒管本体１１（管）の現在の内径Ｄが導出される。まず、治具を用いて触媒管本体１１の外径を当該触媒管本体１１の長手方向全体に亘って計測する（外径計測工程Ｓ１ａ）。これにより、触媒管本体１１の延在方向にて膨出箇所を特定することができる。続いて、超音波計測器などの計測器を用いて触媒管本体１１の肉厚を例えば２箇所測定する（肉厚測定工程Ｓ１ｂ）。続いて、外径計測工程Ｓ１ａで得られた触媒管本体１１の外径計測値から、肉厚測定工程Ｓ１ｂで得られた触媒管本体１１の肉厚測定値を引くことにより触媒管本体１１の現在の内径Ｄを算出する（内径算出工程Ｓ１ｃ）。
管の内径変形量導出工程Ｓ２にて、上述した触媒管本体１１（管）の初期内径Ｄ０からの変形量ΔＤが導出される。触媒管本体１１の初期内径Ｄ０は、前記天然ガス改質器に搭載される前に、上述の管の内径導出工程Ｓ１と同様な手順にて導出される。この触媒管本体１１の初期内径Ｄ０と、上述した管の内径導出工程Ｓ１で導出された触媒管本体１１の現在の内径Ｄとの差から触媒管本体１１の内径変形量ΔＤが導出される。
閾値導出工程Ｓ３にて、触媒管本体１１（管）の余寿命を評価するときに用いる閾値が導出される。まず、触媒管本体１１（管）がＴ年後に打ち切り伸びとなる、すなわち、Ｔ年後（評価余寿命で）の膨張率が寿命限界伸びＸとなることを条件として、触媒管本体１１（管）の変形予測線図を作成する（変形予測線図作成工程Ｓ３ａ）。前記変形予測線図は、例えば、改良θ法を用いて作成することが好ましい。横軸を時間とし縦軸を膨張率とした変形予測線図にて、評価余寿命であるＴ１年後に膨張率が寿命限界伸びＸとなるとき、例えば、図２に示すように、計測時（触媒管本体１１の内径導出時）ｔ１と評価余寿命Ｔ１との和ｔ２にて膨張率が寿命限界伸びＸとなる曲線Ｌ１が得られる。また、評価余寿命であるＴ２（＞Ｔ１）年後に膨張率が寿命限界伸びＸとなるとき、計測時（触媒管本体１１の内径導出時）ｔ１と評価余寿命Ｔ２との和ｔ３にて膨張率が寿命限界伸びＸとなる曲線Ｌ２が得られる。
続いて、変形予測線図作成工程Ｓ３ａで得られた変形予測線図に基づき、計測時点（触媒管本体１１の内径導出時点）での変形量Ａを評価余寿命有無の判定基準として取得する（判定基準変形量取得工程Ｓ３ｂ）。例えば、評価余寿命Ｔ１にて膨張率が寿命限界伸びＸとなる場合には、曲線Ｌ１に基づき計測時点ｔ１での膨張率Ａ１を評価余寿命有無の判定基準として取得する。評価余寿命Ｔ２にて膨張率が寿命限界伸びＸとなる場合には、曲線Ｌ２に基づき、計測時点ｔ１での膨張率Ａ２を評価余寿命有無の判定基準として取得する。
続いて、内径導出時の累積誤差Ｂを算出する（累積誤差算出工程Ｓ３ｃ）。内径導出時の累積誤差Ｂは、触媒管本体１１の外径計測時に生じる誤差（外径計測誤差）と、触媒管本体１１の肉厚測定時に生じる誤差（肉厚測定誤差）と、触媒管本体１１の作製時（例えば、触媒管本体１１の内径などの加工時）に生じる誤差（加工誤差）とに基づき算出することが好ましい。内径導出時の累積誤差Ｂとして、外径計測誤差と肉厚測定誤差と加工誤差とをそれぞれ二乗し、これらの和の平方根を用いることが好ましい。
余寿命判定工程Ｓ４にて、触媒管本体１１（管）の余寿命が判定される。まず、管の内径変形量導出工程Ｓ２で導出した触媒管本体１１の内径変形量ΔＤが、計測時点（触媒管本体１１の内径導出時点）での触媒管本体１１の変形量Ａと内径導出時の累積誤差Ｂとの差よりも小さいか判定する（余寿命下限値評価工程Ｓ４ａ）。前記触媒管本体１１の内径変形量ΔＤが、計測時点での触媒管本体１１の変形量Ａと内径導出時の累積誤差Ｂとの差よりも小さいときには、触媒管本体１１の余寿命が評価余寿命Ｔより長いと判定する（余寿命下限値判定工程Ｓ４ｃ）。他方、前記条件（前記触媒管本体１１の内径変形量ΔＤが、計測時点での触媒管本体１１の変形量Ａと内径導出時の累積誤差Ｂとの差よりも小さい）を満たさないときには、計測時点での触媒管本体１１の変形量Ａと内径導出時の累積誤差Ｂとの和を基準にして触媒管本体１１の余寿命を評価する（余寿命上限値評価工程Ｓ４ｂ）。前記触媒管本体１１の内径変形量ΔＤが、計測時点での触媒管本体１１の変形量Ａと内径導出時の累積誤差Ｂとの和以上であるときには、触媒管本体１１の余寿命が評価余寿命Ｔ以下であると判定する（余寿命上限値判定工程Ｓ４ｄ）。他方、前記条件（前記触媒管本体１１の内径変形量ΔＤが、計測時点での触媒管本体１１の変形量Ａと内径導出時の累積誤差Ｂとの和以上である）を満たさないときには、触媒管本体１１の余寿命Ｔの有無について判定不可と判定する（余寿命有無判定不可工程Ｓ４ｅ）。この場合、前記触媒管本体１１の余寿命の有無を別の方法で評価することになる。
したがって、本実施形態によれば、前記触媒管本体１１の内径Ｄを導出する管の内径導出工程Ｓ１と、触媒管本体１１の内径Ｄと当該触媒管本体１１の初期内径Ｄ０の差から内径変形量ΔＤを導出する管の内径変形量導出工程Ｓ２と、前記触媒管本体１１の膨張率が任意の評価余寿命Ｔで寿命限界伸びＸとなる条件にて変形予測線図を作成する変形予測線図作成工程Ｓ３ａと、前記変形予測線図に基づき、内径導出（計測）時点での変形量Ａを評価余寿命有無の判定基準として取得する判定基準変形量取得工程Ｓ３ｂと、内径導出時の累積誤差Ｂを算出する累積誤差算出工程Ｓ３ｃと、前記触媒管本体１１の内径変形量ΔＤと前記評価余寿命有無の判定基準である前記変形量Ａと前記累積誤差Ｂとに基づき前記触媒管本体１１の余寿命を判定する余寿命判定工程Ｓ４とを有することにより、評価余寿命Ｔを基準にして触媒管本体１１の余寿命を簡易、かつ、迅速な作業で正確に評価することができる。よって、評価余寿命Ｔを基準にして継続運転の可否を判定することができる。
前記変形予測線図を改良θ法により作成することにより、変形予測線図の作成が比較的容易であり、作業の煩雑化を抑制することができる。
前記管の内径導出工程Ｓ１は、外径計測値取得工程Ｓ１ａと肉厚測定値取得工程Ｓ１ｂと内径算出工程Ｓ１ｃとを有することにより、触媒管本体１１におけるクリープ変形量の最も大きい箇所にて、触媒管本体１１の余寿命を比較的簡易な作業で正確に評価することができる。
前記累積誤差Ｂが、外径計測誤差と肉厚測定誤差と加工誤差とに基づき導出されることにより、触媒管本体１１の余寿命をより正確に評価することができる。
前記余寿命判定工程Ｓ４は、前記管の内径変形量導出工程Ｓ２で導出した前記触媒管本体１１の内径変形量ΔＤが前記評価余寿命有無の判定基準である前記変形量Ａと前記累積誤差Ｂとの差よりも小さいとき、前記触媒管本体１１の余寿命が評価余寿命Ｔよりも長いと判定することにより、比較的簡易な作業で触媒管本体１１の余寿命を正確に評価することができる。よって、評価余寿命Ｔを基準にして継続運転の可否を判定することができる。
前記余寿命判定工程Ｓ４は、前記管の内径変形量導出工程Ｓ２で導出した前記触媒管本体１１の内径変形量ΔＤが前記評価余寿命有無の判定基準である前記変形量Ａと前記累積誤差Ｂとの和以上であるとき、前記触媒管本体１１の余寿命が評価余寿命Ｔ以下であると判定することにより、触媒管本体１１の余寿命の上限値を特定することができる。よって、評価余寿命Ｔを基準にして継続運転の可否を判定することができる。
前記管は、天然ガスの改質に用いられる触媒管（触媒管本体１１）であることにより、評価余寿命Ｔを基準として継続運転の可否を判定することができる。
なお、上記では、余寿命の評価対象を触媒管（触媒管本体１１）とした場合について説明したが、高温環境で用いられて寿命末期にクリープ変形する管の余寿命評価に適用することも可能である。このような場合であっても、上述の管の余寿命評価方法と同様な作用効果を奏する。
１１ 触媒管本体
１２ ショートピース
１３ ピグテール
１４ 触媒管
１５ ホットコレクタ
２１ 混合ガス（Ｈ2Ｏ，ＣＨ4）
２２ 生成ガス（Ｈ2，Ｈ2Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2）
１２ ショートピース
１３ ピグテール
１４ 触媒管
１５ ホットコレクタ
２１ 混合ガス（Ｈ2Ｏ，ＣＨ4）
２２ 生成ガス（Ｈ2，Ｈ2Ｏ，ＣＯ，ＣＯ2）
Claims (7)
- 管の内径Ｄを導出する管の内径導出工程と、
前記管の内径Ｄと当該管の初期内径Ｄ０の差から内径変形量ΔＤを導出する管の内径変形量導出工程と、
前記管の膨張率が任意の評価余寿命Ｔで寿命限界伸びＸとなる条件にて変形予測線図を作成する変形予測線図作成工程と、
前記変形予測線図に基づき前記管の内径導出工程にて前記管の内径Ｄを導出したときの変形量Ａを評価余寿命有無の判定基準として取得する判定基準変形量取得工程と、
前記管の内径Ｄを導出したときの累積誤差Ｂを算出する累積誤差算出工程と、
前記管の内径変形量ΔＤと前記評価余寿命有無の判定基準である前記変形量Ａと前記累積誤差Ｂとに基づき前記管の余寿命を判定する余寿命判定工程と
を有する、ことを特徴とする管の余寿命評価方法。 - 請求項１に記載された管の余寿命評価方法であって、
前記変形予測線図を改良θ法により作成する
ことを特徴とする管の余寿命評価方法。 - 請求項１または請求項２に記載された管の余寿命評価方法であって、
前記管の内径導出工程は、前記管の外径を計測して外径計測値を取得する外径計測値取得工程と、前記管の肉厚を測定して肉厚測定値を取得する肉厚測定値取得工程と、前記外径計測値および前記肉厚測定値に基づき前記管の内径を算出する内径算出工程と
を有する、ことを特徴とする管の余寿命評価方法。 - 請求項３に記載された管の余寿命評価方法であって、
前記累積誤差Ｂは、前記管の外径計測時に生じる外径計測誤差と、前記管の肉厚測定時に生じる肉厚測定誤差と、前記管の作製時に生じる加工誤差とに基づき導出される
ことを特徴とする管の余寿命評価方法。 - 請求項１から請求項４の何れか一項に記載された管の余寿命評価方法であって、
前記余寿命判定工程は、前記管の内径変形量導出工程で導出した前記管の内径変形量ΔＤが、前記評価余寿命有無の判定基準である前記変形量Ａと前記累積誤差Ｂとの差よりも小さいとき、前記管の余寿命が前記評価余寿命Ｔよりも長いと判定する
ことを特徴とする管の余寿命評価方法。 - 請求項１から請求項５の何れか一項に記載された管の余寿命評価方法であって、
前記余寿命判定工程は、前記管の内径変形量導出工程で導出した前記管の内径変形量ΔＤが前記評価余寿命有無の判定基準である前記変形量Ａと前記累積誤差Ｂとの和以上であるとき、前記管の余寿命が前記評価余寿命Ｔ以下であると判定する
ことを特徴とする管の余寿命評価方法。 - 請求項１から請求項６の何れか一項に記載された管の余寿命評価方法であって、
前記管は、天然ガスの改質に用いられる触媒管である
ことを特徴とする管の余寿命評価方法。
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