JP2023035256A - Lifespan evaluation system, and lifespan evaluation method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、寿命評価システム及び寿命評価方法に関する。 The present disclosure relates to a lifespan evaluation system and a lifespan evaluation method.
火力発電プラントに設けられたボイラ設備や配管設備では、運転温度の上昇に伴い、高強度耐熱鋼に分類される高クロム鋼が使用されているが、管寄せや配管などの母管とそれらに接続されて管台を構成する管との接合部付近は、熱応力、内圧及び自重による曲げ応力等が付加する厳しい応力環境下にあるため、クリープ損傷の評価が不可欠となっている。従来、管台のクリープ解析は、非破壊検査によるクリープ損傷評価や、有限要素法を用いたクリープ損傷評価が行われてきた(例えば特許文献1参照)。
High-chromium steel, which is classified as high-strength heat-resistant steel, is used in boiler and piping equipment installed in thermal power plants as the operating temperature rises. The vicinity of the joint with the pipe that is connected to the nozzle is under a severe stress environment where bending stress due to thermal stress, internal pressure, and self-weight is added, so evaluation of creep damage is essential. Conventionally, nozzle creep analysis has been carried out by creep damage evaluation by non-destructive inspection and creep damage evaluation using the finite element method (see
しかし、管台には様々な形状、寸法があり、その形状や寸法毎に発生応力の傾向が異なる。そのため、適切に寿命を評価する為には、FEM弾性クリープ解析による評価が必要である。しかし、火力発電プラントに用いられる管台形状は多種多様であることから、FEM弾性クリープ解析による評価には多大な時間と労力が必要である。 However, nozzles come in various shapes and sizes, and tendencies of generated stress differ for each shape and size. Therefore, in order to evaluate life appropriately, evaluation by FEM elastic creep analysis is necessary. However, because of the wide variety of nozzle shapes used in thermal power plants, evaluation by FEM elastic creep analysis requires a great deal of time and labor.
本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、管台の寿命評価を短時間で比較的精度よく評価することを目的とする。 In view of the circumstances described above, at least one embodiment of the present disclosure aims to evaluate the service life of a nozzle in a short period of time with relatively high accuracy.
(1)本開示の少なくとも一実施形態に係る寿命評価システムは、
火力発電プラントの管寄せ又は配管の管台溶接部、又は、前記管寄せ又は前記配管の管台穴周り母材部の少なくとも一方を寿命の評価の対象である第1評価部位とし、前記第1評価部位に係る、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、評価温度、及び、鋼材種類に基づいて、前記第1評価部位についての寿命の評価に用いる寿命評価応力を算出する第1応力算出部と、
前記寿命評価応力に基づいて、前記第1評価部位の寿命を評価する第1寿命評価部と
を備える。
(1) A lifespan evaluation system according to at least one embodiment of the present disclosure,
At least one of a header or a nozzle welded portion of a pipe in a thermal power plant, or a base metal portion around a nozzle hole of the header or the pipe, is defined as a first evaluation portion to be evaluated for life, and the first Based on the nozzle type, main pipe dimensions, nozzle dimensions, evaluation pressure, evaluation temperature, and steel material type related to the evaluation part, the life evaluation stress used to evaluate the life of the first evaluation part is calculated. 1 stress calculation unit;
and a first life evaluation unit that evaluates the life of the first evaluation portion based on the life evaluation stress.
(2)本開示の少なくとも一実施形態に係る寿命評価方法は、
火力発電プラントの管寄せ又は配管の管台溶接部、又は、前記管寄せ又は前記配管の管台穴周り母材部の少なくとも一方を寿命の評価の対象である第1評価部位とし、前記第1評価部位に係る、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、評価温度、及び、鋼材種類に基づいて、前記第1評価部位についての寿命の評価に用いる寿命評価応力を算出するステップと、
前記寿命評価応力に基づいて、前記第1評価部位の寿命を評価するステップと
を備える。
(2) A lifespan evaluation method according to at least one embodiment of the present disclosure,
At least one of a header or a nozzle welded portion of a pipe in a thermal power plant, or a base metal portion around a nozzle hole of the header or the pipe, is defined as a first evaluation portion to be evaluated for life, and the first A step of calculating a life evaluation stress used to evaluate the life of the first evaluation portion based on the nozzle type, main pipe dimensions, nozzle dimensions, evaluation pressure, evaluation temperature, and steel material type related to the evaluation portion. and,
and evaluating the life of the first evaluation portion based on the life evaluation stress.
本開示の少なくとも一実施形態によれば、管台の寿命評価を短時間で比較的精度よく評価できる。 According to at least one embodiment of the present disclosure, it is possible to evaluate the service life of a nozzle in a short period of time with relatively high accuracy.
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Several embodiments of the present disclosure will now be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as the embodiment or shown in the drawings are not meant to limit the scope of the present disclosure, but are merely illustrative examples. do not have.
For example, expressions denoting relative or absolute arrangements such as "in a direction", "along a direction", "parallel", "perpendicular", "center", "concentric" or "coaxial" are strictly not only represents such an arrangement, but also represents a state of relative displacement with a tolerance or an angle or distance to the extent that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "identical", "equal", and "homogeneous", which express that things are in the same state, not only express the state of being strictly equal, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
For example, expressions that express shapes such as squares and cylinders do not only represent shapes such as squares and cylinders in a geometrically strict sense, but also include irregularities and chamfers to the extent that the same effect can be obtained. The shape including the part etc. shall also be represented.
On the other hand, the expressions "comprising", "comprising", "having", "including", or "having" one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
(寿命評価システム100の全体構成)
図1は、本実施形態に係る寿命評価システムの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る寿命評価システムは、火力発電プラントの配管の寿命を評価するシステムである。
本実施形態に係る寿命評価システム100は、処理部101と、入力部103と、記憶部105と、出力部107とを備えている。
処理部101は、入力部103、記憶部105、及び出力部107とともに設けられたコンピュータシステムである。なお、寿命評価システム100は、ネットワーク上に設けられていて処理部101の機能を有するサーバであってもよい。処理部101がネットワーク上に設けられたサーバであれば、記憶部105は、ネットワーク上に設けられたデータベースであってもよく、入力部103や出力部107は、ネットワークを介して接続された端末の一部であってもよい。
(Overall configuration of life evaluation system 100)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the life evaluation system according to this embodiment.
A life evaluation system according to the present embodiment is a system for evaluating the life of piping in a thermal power plant.
A
The
入力部103は、いわゆるキーボードやマウス等の入力装置であり、火力発電プラントの配管に係る寿命評価のために必要な各種データの入力作業に用いられる。
The
処理部101は、CPU等で構成されており、記憶部105に記憶された各種プログラムを実行することにより、寿命評価システム100に必要な各種処理が実行される。本実施形態では、処理部101は、第1応力算出部111と、第1寿命評価部113と、第2応力算出部121と、時刻歴算出部122と、第2寿命評価部123とを機能ブロックとして有する。第1応力算出部111、第1寿命評価部113、第2応力算出部121、時刻歴算出部122、及び、第2寿命評価部123の詳細については後で詳述する。
The
記憶部105には、処理部101での処理に利用される各種プログラム、及び、該プログラムの実施に必要となる各種データ類が記憶されている。
The
出力部107は、いわゆるモニタ等の報知装置であり、処理部101で算出された、火力発電プラントの配管に係る寿命の評価結果を出力データとして出力する。
The
(火力発電プラントの配管の寿命評価について)
火力発電プラントに設けられたボイラ設備や配管設備では、運転温度の上昇に伴い、高強度耐熱鋼に分類される高クロム鋼が使用されているが、管寄せや配管などの母管とそれらに接続されて管台を構成する管との接合部付近は、熱応力、内圧及び自重による曲げ応力等が付加する厳しい応力環境下にあるため、クリープ損傷の評価が不可欠となっている。
管台には様々な形状、寸法があり、その形状や寸法毎に発生応力の傾向が異なる。そのため、適切に寿命を評価する為には、FEM弾性クリープ解析による評価が必要である。しかし、火力発電プラントに用いられる管台形状は多種多様であることから、FEM弾性クリープ解析による評価には多大な時間と労力が必要である。
(Concerning life evaluation of piping in thermal power plants)
High-chromium steel, which is classified as high-strength heat-resistant steel, is used in boiler and piping equipment installed in thermal power plants as the operating temperature rises. The vicinity of the joint with the pipe that is connected to the nozzle is under a severe stress environment where bending stress due to thermal stress, internal pressure, and self-weight is added, so evaluation of creep damage is essential.
Nozzles come in various shapes and sizes, and tendencies of generated stress differ for each shape and size. Therefore, in order to evaluate life appropriately, evaluation by FEM elastic creep analysis is necessary. However, because of the wide variety of nozzle shapes used in thermal power plants, evaluation by FEM elastic creep analysis requires a great deal of time and labor.
発明者らが鋭意検討した結果、管台タイプや管台の各部の寸法が異なる複数のパターンについて予めFEM弾性クリープ解析を実施し、その解析結果に基づいて、寿命評価応力をパラメータ化しておくことで、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、評価温度、及び、鋼材種類から寿命評価応力を容易に算出できることを見出した。これにより、第1評価部位の寿命評価に際して、新たにFEM弾性クリープ解析を実施しなくても管台の寿命評価を比較的精度よく評価できる。 As a result of diligent studies by the inventors, it was found that FEM elastic creep analysis was performed in advance on a plurality of patterns with different nozzle types and dimensions of each part of the nozzle, and based on the analysis results, the life evaluation stress was parameterized. found that the life evaluation stress can be easily calculated from the nozzle type, header pipe size, nozzle size, evaluated pressure, evaluated temperature, and steel material type. As a result, when evaluating the life of the first evaluation portion, the life of the nozzle can be evaluated with relatively high accuracy without newly performing the FEM elastic creep analysis.
(寿命評価システム100における第1評価部位に係る寿命評価について)
以下、本実施形態に係る寿命評価システム100における寿命評価について説明する。
図2は、本実施形態に係る寿命評価システム100の第1評価部位に係る寿命評価手順を概略的に示すフローチャートである。
本実施形態に係る寿命評価システム100を用いた寿命評価方法は、第1評価部位に関するデータを入力するステップS1と、寿命評価応力を算出するステップS3と、寿命を評価するステップS5と、寿命評価の結果を出力するステップS7とを有する。
(Regarding Lifetime Evaluation of First Evaluation Portion in Lifetime Evaluation System 100)
Lifespan evaluation in the
FIG. 2 is a flowchart schematically showing the lifespan evaluation procedure for the first evaluation portion of the
The lifespan evaluation method using the
(第1評価部位に関するデータを入力するステップS1)
本実施形態に係る、第1評価部位に関するデータを入力するステップS1は、第1評価部位に関する各種のデータを処理部101に入力するステップである。
ここで、本実施形態に係る第1評価部位は、火力発電プラントの管寄せ又は火力発電プラントの配管の管台溶接部、及び、上記管寄せ又は上記配管の管台穴周り母材部である。なお、第1評価部位は、火力発電プラントの管寄せ又は火力発電プラントの配管の管台溶接部、又は、上記管寄せ又は上記配管の管台穴周り母材部の何れかであってもよい。
以下の説明では、火力発電プラントの管寄せ及び配管のことを単に配管と称することもある。
(Step S1 of inputting data on the first evaluation site)
The step S<b>1 of inputting data on the first evaluation site according to the present embodiment is a step of inputting various data on the first evaluation site to the
Here, the first evaluation part according to the present embodiment is a header of a thermal power plant or a welded part of a nozzle of a pipe of a thermal power plant, and a base metal part around the nozzle hole of the header or the pipe of the thermal power plant. . The first evaluation part may be either a header of a thermal power plant or a welded part of a nozzle of a pipe of a thermal power plant, or a base material part around the nozzle hole of the header or the pipe of the thermal power plant. .
In the following description, the header and piping of the thermal power plant may be simply referred to as piping.
図3は、配管の管台溶接部の近傍における断面図の一例である。図3の例であれば、本実施形態に係る第1評価部位5は、管台溶接部41、及び、配管10(母管20)の管台穴21の周りの母材部(管台穴周り母材部)23である。
火力発電プラントの配管の管台溶接部41は、例えばボイラ管寄せの管台溶接部であってもよく、ボイラ管寄せ以外の火力発電プラントの配管の管台溶接部であってもよい。火力発電プラントの配管の管台穴周り母材部23は、例えばボイラ管寄せの母管20において管台穴21を形成する部位であってもよく、ボイラ管寄せ以外のボイラ配管の母管20において管台穴21を形成する部位であってもよい。
FIG. 3 is an example of a cross-sectional view in the vicinity of a nozzle welded portion of a pipe. In the example of FIG. 3, the first evaluation portion 5 according to the present embodiment includes the nozzle welded portion 41 and the base material portion (nozzle hole surrounding base material portion) 23 .
The nozzle welded portion 41 of the piping of the thermal power plant may be, for example, the nozzle welded portion of the boiler header, or may be the nozzle welded portion of the thermal power plant piping other than the boiler header. The base material portion 23 around the nozzle hole of the piping of the thermal power plant may be, for example, a part where the
第1評価部位5に関するデータを入力するステップS1では、第1評価部位5に関する各種のデータを入力部103から入力してもよく、記憶部105に記憶されたデータを読み出して処理部101に入力されるようにしてもよい。
In step S1 of inputting data about the first evaluation site 5, various data about the first evaluation site 5 may be input from the
第1評価部位5に関するデータを入力するステップS1において処理部101に入力される第1評価部位5に関する各種のデータは、寿命評価の対象である第1評価部位5に係る管台30に関するデータ、評価圧力、評価温度、鋼材種類等を含む。
第1評価部位5に係る管台30に関するデータには、後述する管台タイプ、母管寸法、管台寸法が含まれる。
ここで、評価圧力は、第1評価部位5に係る配管10の内圧であり、評価温度は、第1評価部位5に係る配管10の温度である。
また、鋼材種類とは、例えば高強度耐熱鋼に分類される改良2Cr鋼、改良9Cr鋼、12Cr鋼等、第1評価部位に係る配管10の材料の種類のことである。
Various data related to the first evaluation portion 5 to be input to the
The data on the
Here, the evaluation pressure is the internal pressure of the
The steel material type is the type of material of the
(管台のタイプについて)
第1評価部位5に係る管台30に関するデータに含まれる、管台タイプとは、母管20と接続管(管台)30との位置関係、接続管30が母管20を貫通しているか否か、又は、管台溶接部41の形状の少なくとも何れか一つの観点で分類された何れのタイプのものであるのかを示す情報である。
図4Aから図4Fは、上記の観点で分類された管台タイプの例を示す図である。
図4Aに示すような管台30(管台31)をAタイプと称し、図4Bに示すような管台30(管台32)をBタイプと称し、図4Cに示すような管台30(管台33)をCタイプと称する。図4Dに示すような管台30(管台34)をEタイプと称し、図4Eに示すような管台30(管台35)をFタイプと称し、図4Fに示すような管台30(管台36)をGタイプと称する。
(About nozzle type)
The nozzle type included in the data about the
FIGS. 4A to 4F are diagrams showing examples of nozzle types classified according to the above viewpoints.
The nozzle 30 (nozzle 31) as shown in FIG. 4A is called an A type, the nozzle 30 (nozzle 32) as shown in FIG. 4B is called a B type, and the nozzle 30 (nozzle 32) as shown in FIG. The nozzle 33) is called a C type. The nozzle 30 (nozzle 34) as shown in FIG. 4D is called E type, the nozzle 30 (nozzle 35) as shown in FIG. 4E is called F type, and the nozzle 30 (nozzle 34) as shown in FIG. The nozzle 36) is called a G type.
本実施の形態では、管台タイプの分類軸として、例えば、母管20と接続管(管台30)との位置関係で分類する。この場合、管台タイプを、セットオン管台であるか、セットイン管台であるかによって分類する。セットオン管台は、例えば図4Aに示すAタイプの管台31のように、母管20の上に接続管(管台30)が乗るタイプの管台である。セットイン管台は、例えば、図4Bに示すBタイプの管台32のように、母管20にザグリ加工を施してザグリ穴の中に接続管を挿入するタイプの管台である。
In the present embodiment, classification is performed based on, for example, the positional relationship between the
本実施の形態では、管台タイプの分類軸として、例えば、接続管が母管を貫通しているか否かで分類する。例えば、図4Eに示すFタイプの管台35では、接続管(管台35)が母管20を貫通しており、図4Aから図4D及び図4Fに示すその他のタイプの管台30では、接続管(管台30)が母管20を貫通していない。
In the present embodiment, as the nozzle type classification axis, for example, classification is performed based on whether or not the connection pipe penetrates the main pipe. For example, in the F-type nozzle 35 shown in FIG. 4E, the connecting pipe (nozzle 35) penetrates the
本実施の形態では、管台タイプの分類軸として、例えば、管台溶接部の形状、又は、開先形状によって分類してもよい。
本実施の形態では、管台タイプの分類軸として、例えば、セットイン管台におけるザグリ穴の深さやテーパ角等によって分類してもよい。例えば、図4Bに示すBタイプの管台32では、ザグリ穴の深さは比較的浅く、図4Fに示すGタイプの管台36では、ザグリ穴の深さは比較的深い。
In the present embodiment, the nozzle type classification axis may be classified according to, for example, the shape of the welded part of the nozzle or the shape of the groove.
In the present embodiment, as the nozzle type classification axis, for example, the set-in nozzle may be classified according to the depth of the counterbored hole, the taper angle, or the like. For example, the B-type nozzle 32 shown in FIG. 4B has a relatively shallow counterbore, and the G-type nozzle 36 shown in FIG. 4F has a relatively deep counterbore.
(寿命評価応力を算出するステップS3)
本実施形態に係る、寿命評価応力を算出するステップS3は、第1評価部位に関するデータを入力するステップS1で入力された各種のデータに基づいて、第1評価部位5についての寿命の評価に用いる寿命評価応力σを算出するステップである。
(Step S3 for calculating life evaluation stress)
The step S3 of calculating the life evaluation stress according to the present embodiment is used to evaluate the life of the first evaluation portion 5 based on the various data input in the step S1 of inputting the data regarding the first evaluation portion. This is the step of calculating the life evaluation stress σ.
発明者らが鋭意検討した結果、例えば母管20の外表面フープ応力σθsurface等、寿命評価応力σの基準となる応力に対し、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、及び、評価温度に基づいて予め定められた、後述する応力係数βを乗じることで寿命評価応力を容易に算出できることを見出した。
As a result of intensive studies by the inventors, for example, the outer surface hoop stress σθ surface of the
図5は、応力係数βと、変数βxとの関係を示すグラフの一例である。
本実施形態に係る応力係数βは、以下で説明する変数βxに比例する値として求められる。
変数βxは、例えば以下の(1)式のように、母管20の外径D、管台30の外径d、母管20の肉厚T、管台の肉厚t、ザグリ穴の深さz、開先角度h、溶接脚長b0等を変数とする関数で表される。なお、これらの変数は、第1評価部位5に関するデータを入力するステップS1で入力されたデータである。
βx=f(D,d,T,t,z,h,b0) ・・・(1)
FIG. 5 is an example of a graph showing the relationship between stress coefficient β and variable βx.
The stress coefficient β according to this embodiment is obtained as a value proportional to the variable βx described below.
The variable βx is, for example, in the following equation (1), the outer diameter D of the
βx=f(D, d, T, t, z, h, b0) (1)
なお、変数βxを求める関数は、上述した管台タイプ毎、及び、第1評価部位の部位(管台溶接部41及び管台穴周り母材部23)毎に予め定められていて、記憶部105に記憶されている。また、図5に示すような応力係数βと変数βxとの関係についても、上述した管台タイプ毎、及び、第1評価部位の部位(管台溶接部41)毎に予め定められていて、記憶部105に記憶されている。
また第1評価部位の部位(管台穴周り母材部23)については、母管と管台の外径肉厚に応じた応力係数と変数が予め定められていて、記憶部105に記憶されている。
寿命評価応力を算出するステップS3では、処理部101における第1応力算出部111は、第1評価部位に関するデータを入力するステップS1で入力された管台タイプ及び第1評価部位の部位に基づき、変数βxを求める関数、及び、応力係数βと変数βxとの関係に関する情報を記憶部105から読み出す。そして、第1応力算出部111は、変数βx及び応力係数βを算出する。
The function for obtaining the variable βx is predetermined for each nozzle type and for each portion of the first evaluation portion (nozzle welded portion 41 and nozzle hole-surrounding base material portion 23). 105. Also, the relationship between the stress coefficient β and the variable βx as shown in FIG. It is stored in the
For the first evaluation portion (the base material portion 23 around the nozzle hole), stress coefficients and variables corresponding to the outer diameter wall thickness of the header pipe and the nozzle are determined in advance and stored in the
In step S3 of calculating the life evaluation stress, the first
次いで、第1応力算出部111は、第1評価部位に関するデータを入力するステップS1で入力された評価圧力から、例えば母管20の外表面フープ応力σθsurface等、寿命評価応力σの基準となる応力を算出する。そして、第1応力算出部111は、例えば以下の(2)式のように、算出した応力に応力係数βを乗じて、寿命評価応力σを算出する。
σ=σθsurface×β ・・・(2)
Next, the
σ=σθsurface×β (2)
(補正係数Ψについて)
寿命評価応力を算出するステップS3では、例えば以下の(3)式のように、第1応力算出部111は、さらに、配管10の検査結果、及び、内圧クリープ試験結果に基づいて予め定められた補正係数Ψを考慮して寿命評価応力σを算出してもよい。
なお、補正係数Ψは、寿命評価応力σに基づいて求める第1評価部位に係る寿命評価の精度を向上すべく、配管10の検査結果、及び、内圧クリープ試験結果に基づいて、予め定められた補正係数である。補正係数Ψは、記憶部105に記憶されている。
σ=σθsurface×β×Ψ ・・・(3)
(Regarding correction factor Ψ)
In step S3 of calculating the life evaluation stress, the first
In addition, the correction coefficient Ψ is determined in advance based on the inspection result of the
σ=σθsurface×β×ψ (3)
上述したように、本実施形態に係る寿命評価システム100では、第1応力算出部111は、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、及び、評価温度に基づいて予め定められた応力係数βを考慮して寿命評価応力σを算出する。
これにより、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、及び、評価温度から上記の応力係数βを直ちに求めることができ、求めた応力係数βを寿命評価応力σの基準となる応力に乗じることで寿命評価応力σを容易に算出できる。これにより、管台30の寿命を短時間で比較的精度よく評価できる。
As described above, in the
As a result, the above stress coefficient β can be obtained immediately from the nozzle type, main pipe dimensions, nozzle dimensions, evaluation pressure, and evaluation temperature. By multiplying by , the life evaluation stress σ can be easily calculated. As a result, the life of the
本実施形態に係る寿命評価システム100では、第1応力算出部111は、配管10の検査結果、及び、内圧クリープ試験結果に基づいて予め定められた補正係数Ψを考慮して寿命評価応力σを算出してもよい。
これにより、管台30の寿命評価の精度を向上できる。
In the
Thereby, the precision of life evaluation of the
本実施形態に係る寿命評価システム100では、上述したように管台タイプを考慮することで、管台30の寿命評価の精度を向上できる。
In the
(寿命を評価するステップS5)
本実施形態に係る、寿命を評価するステップS5は、寿命評価応力を算出するステップS3で算出した寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5の寿命を評価するステップである。寿命を評価するステップS5では、処理部101における第1寿命評価部113は、寿命評価応力を算出するステップS3で算出した寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5の寿命を算出する。具体的には、第1寿命評価部113は、寿命評価応力σに基づいて微小時間毎の第1評価部位5のクリープ損傷率を求めることで寿命を算出する。
ここで、第1寿命評価部113は、上述した(3)式で求められた寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5の寿命を算出するとよい。なお、第1寿命評価部113は、上述した(2)式で求められた寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5の寿命を算出してもよい。
(Step S5 for evaluating life)
The step S5 of evaluating the life according to the present embodiment is a step of evaluating the life of the first evaluation portion 5 based on the life evaluation stress σ calculated in the step S3 of calculating the life evaluation stress. In step S5 of evaluating the life, the first
Here, the
寿命を評価するステップS5で算出する寿命は、第1評価部位5に係る管台溶接止端部41a(図3参照)の初期き裂発生寿命、第1評価部位5に係る管台穴周り母材部23の寿命、又は、第1評価部位5に係る管台溶接部41の破断寿命の少なくとも何れか一つである。以下の説明では、寿命を評価するステップS5で算出する寿命は、第1評価部位5に係る管台溶接止端部41a(図3参照)の初期き裂発生寿命、管台溶接止端部41aまたは管台内部溶接未溶着部42a(図3参照)からのき裂の進展寿命、第1評価部位5に係る管台穴周り母材部23の寿命、及び、第1評価部位5に係る管台溶接部41の破断寿命であるものとする。
The life calculated in step S5 for evaluating the life includes the initial crack initiation life of the
上述したように、本実施形態に係る寿命評価システム100は、第1評価部位5に係る、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、評価温度、及び、鋼材種類に基づいて、第1評価部位5についての寿命の評価に用いる寿命評価応力σを算出する第1応力算出部111と、寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5の寿命を評価する第1寿命評価部113とを備える。
これにより、第1評価部位5の寿命評価に際して、新たにFEM弾性クリープ解析を実施しなくても管台30を含む配管10の寿命評価を比較的精度よく評価できる。したがって、本実施形態に係る寿命評価システム100によれば、管台30を含む配管10の寿命を短時間で比較的精度よく評価できる。
As described above, the
As a result, when evaluating the life of the first evaluation portion 5, the life of the
本実施形態に係る寿命評価システム100では、第1寿命評価部113は、寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5に係る管台溶接止端部41aの初期き裂発生寿命、第1評価部位5に係る管台穴周り母材部23の寿命、又は、第1評価部位5に係る管台溶接部41の破断寿命の少なくとも何れか一つを算出する。
これにより、管台30を含む配管10における損傷の形態に対応した寿命評価ができる。
In the
As a result, life evaluation corresponding to the form of damage in the
本実施形態に係る寿命評価システム100では、第1寿命評価部113は、寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5に係る管台溶接止端部41aまたは管台内部溶接未溶着部42a(図3参照)からのき裂の進展寿命を算出する。
これにより、管台溶接止端部41aから発生したき裂による寿命評価ができる。
In the
As a result, the service life can be evaluated by the crack generated from the
本実施形態に係る寿命評価システム100を用いた寿命評価方法は、寿命評価応力を算出するステップS3と、寿命を評価するステップS5とを含んでいる。
これにより、上述したように、第1評価部位5の寿命評価に際して、新たにFEM弾性クリープ解析を実施しなくても管台30の寿命評価を比較的精度よく評価できる。したがって、本実施形態に係る寿命評価システム100を用いた寿命評価方法によれば、管台30を含む配管10の寿命を短時間で比較的精度よく評価できる。
The life evaluation method using the
As a result, as described above, when evaluating the life of the first evaluation portion 5, the life of the
(寿命評価の結果を出力するステップS7)
本実施形態に係る、寿命評価の結果を出力するステップS7は、寿命を評価するステップS5で算出した第1評価部位5の寿命を寿命評価の結果として出力部107に出力するステップである。寿命評価の結果を出力するステップS7では、第1寿命評価部113は、寿命を評価するステップS5で算出した第1評価部位5の寿命を出力部107において表示するための表示データを生成して出力部107に出力する。なお、第1寿命評価部113は、寿命を評価するステップS5で算出した第1評価部位5の寿命を例えば音声データとして生成して出力部107に出力してもよい。すなわち、寿命評価の結果を出力するステップS7において出力されるデータは、表示データに限定されない。
図6は、出力部107において表示される第1評価部位5の寿命評価の結果を表す表の一例である。
(Step S7 for outputting the result of life evaluation)
The step S7 of outputting the life evaluation result according to the present embodiment is a step of outputting the life of the first evaluation portion 5 calculated in the life evaluation step S5 to the
FIG. 6 is an example of a table showing the life evaluation results of the first evaluation site 5 displayed on the
図6に示すように、出力部107において表示される第1評価部位5の寿命評価の結果70には、第1評価部位5に関するデータを入力するステップS1で入力した各種のデータ71と、第1評価部位5の寿命評価の結果73とが含まれる。
図6に示すように、第1評価部位5の寿命評価の結果73には、第1評価部位5に係る管台溶接止端部41aの初期き裂発生寿命731、管台溶接止端部41aまたは管台内部溶接未溶着部42a(図3参照)からのき裂の進展寿命733、第1評価部位5に係る管台穴周り母材部23の寿命735、及び、第1評価部位5に係る管台溶接部41の破断寿命737が含まれている。
As shown in FIG. 6, in the life evaluation result 70 of the first evaluation site 5 displayed in the
As shown in FIG. 6 , the life evaluation result 73 of the first evaluation site 5 includes an initial
なお、第1評価部位5の寿命評価の結果73において示された評価応力σ1は、第1評価部位5に係る管台溶接部41の破断寿命737を求めるために用いられた寿命評価応力σである。
第1評価部位5の寿命評価の結果73において示された評価応力σ2は、第1評価部位5に係る管台溶接止端部41aの初期き裂発生寿命731を求めるために用いられた寿命評価応力σである。
第1評価部位5の寿命評価の結果73において示された評価応力σ3は、管台溶接止端部41aからのき裂の進展寿命733を求めるために用いられた寿命評価応力σである。
第1評価部位5の寿命評価の結果73において示された評価応力σ4は、第1評価部位5に係る管台穴周り母材部23の寿命735を求めるために用いられた寿命評価応力σである。
Note that the evaluation stress σ1 shown in the life evaluation result 73 of the first evaluation portion 5 is the life evaluation stress σ used to obtain the
The evaluation stress σ2 shown in the life evaluation result 73 of the first evaluation portion 5 is the life evaluation used to obtain the initial
The evaluation stress σ3 shown in the life evaluation result 73 of the first evaluation portion 5 is the life evaluation stress σ used to obtain the
The evaluation stress σ4 shown in the life evaluation result 73 of the first evaluation portion 5 is the life evaluation stress σ used to obtain the
(寿命評価システム100における第2評価部位に係る寿命評価について)
さらに本実施形態に係る寿命評価システム100における寿命評価について説明する。
火力発電プラントの配管10の母材部、上記配管10の長手溶接部、及び、上記配管10の円周溶接部には、熱応力と、内圧による応力や自重による曲げ応力等、外力による発生応力が作用する。この熱応力は時間と共に減少していくリラクゼーション現象が発生する為、適切な寿命を把握する為には、このリラクゼーション現象を考慮した評価必要がある。従来においては、リラクゼーション現象を考慮したクリープ損傷評価(寿命評価)のためにFEM弾性クリープ解析を実施しており、多大な時間と労力が必要であった。
以下の説明では、火力発電プラントの配管10の母材部、上記配管10の長手溶接部、又は、上記配管10の円周溶接部を寿命評価の対象とする場合、これらの部位を第2評価部位と称する。
(Regarding Lifetime Evaluation of Second Evaluation Portion in Lifetime Evaluation System 100)
Furthermore, life evaluation in the
The base material of the
In the following description, when the base material portion of the
第2評価部位の設計時の初期応力、第2評価部位の種類、評価圧力、評価温度、及び、鋼材種類に基づいて、第2評価部位についての寿命の評価に用いる寿命評価初期応力を算出し、算出した寿命評価初期応力に基づいて、第2評価部位における熱膨張応力の応力緩和を考慮して第2評価部位の寿命消費率の時刻歴を算出することで、第2評価部位の寿命を評価できる。
ここで、第2評価部位の設計時の初期応力については、配管10の設計に際して一般的に用いられている汎用配管応力解析システムの解析結果を使用することで、リラクゼーション現象を考慮した寿命評価のためのFEM弾性クリープ解析を実施しなくても第2評価部位の寿命を比較的精度よく評価できる。すなわち、汎用配管応力解析システムの解析結果は、配管10の設計時に得られているので、この解析結果に含まれる、第2評価部位の設計時の初期応力を取得すれば、第2評価部位についての寿命の評価に用いる寿命評価初期応力を容易に算出できる。
そこで、本実施形態に係る寿命評価システム100では、次のようにして第2評価部位の寿命を評価するようにしている。
Based on the initial stress at the time of design of the second evaluation part, the type of the second evaluation part, the evaluation pressure, the evaluation temperature, and the steel material type, the life evaluation initial stress used to evaluate the life of the second evaluation part is calculated. , Based on the calculated initial stress for life evaluation, the time history of the life consumption rate of the second evaluation part is calculated in consideration of the stress relaxation of the thermal expansion stress at the second evaluation part, so that the life of the second evaluation part is calculated. can be evaluated.
Here, regarding the initial stress at the time of designing the second evaluation part, the analysis result of a general-purpose piping stress analysis system that is generally used in designing the piping 10 is used to estimate the life in consideration of the relaxation phenomenon. The life of the second evaluation portion can be evaluated with relatively high accuracy without performing the FEM elastic creep analysis for the purpose. That is, since the analysis result of the general-purpose piping stress analysis system is obtained at the time of designing the
Therefore, in the
図7は、本実施形態に係る寿命評価システム100の第2評価部位に係る寿命評価手順を概略的に示すフローチャートである。
本実施形態に係る寿命評価システム100を用いた寿命評価方法は、第2評価部位に関するデータを入力するステップS11と、初期応力を入力するステップS12と、寿命評価応力を算出するステップS13と、時刻歴を算出するステップS14と、寿命を評価するステップS15と、寿命評価の結果を出力するステップS17とを有する。
FIG. 7 is a flow chart schematically showing the lifespan evaluation procedure for the second evaluation portion of the
The life evaluation method using the
(第2評価部位に関するデータを入力するステップS11)
本実施形態に係る、第2評価部位に関するデータを入力するステップS11は、第2評価部位に関する各種のデータを処理部101に入力するステップである。
ここで、本実施形態に係る第2評価部位は、火力発電プラントの配管10の母材部、上記配管10の長手溶接部、及び、上記配管10の円周溶接部である。なお、第2評価部位は、火力発電プラントの配管の配管10の母材部、上記配管10の長手溶接部、又は、上記配管10の円周溶接部の何れかであってもよい。
配管10は、ボイラ管寄せの配管であってもよく、ボイラ管寄せ以外のボイラ配管であってもよい。配管10は、母管20であってもよく、管台30であってもよい。
(Step S11 for inputting data on the second evaluation site)
The step S<b>11 of inputting data regarding the second evaluation site according to the present embodiment is a step of inputting various data regarding the second evaluation site to the
Here, the second evaluation parts according to the present embodiment are the base material part of the
The
第2評価部位に関するデータを入力するステップS11では、第2評価部位に関する各種のデータを入力部103から入力してもよく、記憶部105に記憶されたデータを読み出して処理部101に入力されるようにしてもよい。
In step S11 of inputting data regarding the second evaluation site, various data regarding the second evaluation site may be input from the
第2評価部位に関するデータを入力するステップS11において処理部101に入力される第2評価部位に関する各種のデータは、寿命評価の対象である第2評価部位に係る、配管10の寸法に関するデータ、評価圧力、評価温度、鋼材種類等を含む。
ここで、評価圧力は、第2評価部位に係る配管10の内圧であり、評価温度は、第2評価部位に係る配管10の温度である。
また、鋼材種類とは、例えば高強度耐熱鋼に分類される改良2Cr鋼、改良9Cr鋼、12Cr鋼等、第1評価部位に係る配管10の材料の種類のことである。
Various data related to the second evaluation site input to the
Here, the evaluation pressure is the internal pressure of the
The steel material type is the type of material of the
(初期応力を入力するステップS12)
本実施形態に係る、初期応力を入力するステップS12は、第2評価部位の設計時の初期応力を入力するステップである。初期応力を入力するステップS12では、配管10の設計時に得られている、汎用配管応力解析システムの解析結果から第2評価部位の設計時の初期応力を取得する。
例えば、汎用配管応力解析システムの解析結果、又は、該解析結果に含まれる第2評価部位の設計時の初期応力を予め記憶部105に記憶しておけば、初期応力を入力するステップS12において、記憶部105から第2評価部位の設計時の初期応力を読み出して取得できる。
(Step S12 for inputting initial stress)
The step S12 of inputting the initial stress according to the present embodiment is a step of inputting the initial stress at the time of designing the second evaluation portion. In step S12 of inputting the initial stress, the initial stress at the time of designing the second evaluation portion is acquired from the analysis result of the general-purpose piping stress analysis system obtained at the time of designing the
For example, if the analysis result of the general-purpose piping stress analysis system or the initial stress at the time of designing the second evaluation part included in the analysis result is stored in advance in the
(寿命評価応力を算出するステップS13)
本実施形態に係る、寿命評価応力を算出するステップS13は、第2評価部位に関するデータを入力するステップS11で入力された各種のデータ、及び、初期応力を入力するステップS12で処理部101に入力された各種のデータに基づいて、第2評価部位についての寿命の評価に用いる寿命評価応力σの初期応力(寿命評価初期応力)を算出するステップである。寿命評価応力を算出するステップS13では、処理部101の第2応力算出部121は、第2評価部位に関するデータを入力するステップS11で入力された各種のデータ、及び、初期応力を入力するステップS12で処理部101に入力された各種のデータの内の第2評価部位に係る配管10の寸法のデータを考慮して、第2評価部位の設計時の初期応力から、寿命評価初期応力を算出する。
(Step S13 for calculating life evaluation stress)
The step S13 of calculating the life evaluation stress according to the present embodiment is input to the
(時刻歴を算出するステップS14)
本実施形態に係る、時刻歴を算出するステップS14は、寿命評価応力を算出するステップS13で算出した寿命評価初期応力に基づいて、第2評価部位における熱膨張応力の応力緩和を考慮して第2評価部位の応力緩和軌道の時刻歴(寿命評価応力σの時刻歴)を算出するステップである。
図8は、寿命評価応力σの時刻歴、及び、累積寿命消費率の経時変化を表すグラフの一例である。なお、図8に示すグラフにおいて、横軸は、経過時間に関する対数軸である。
時刻歴を算出するステップS14では、処理部101の時刻歴算出部122は、比較的速度が大きい一次クリープ91と、比較的速度が小さい二次クリープ92とを考慮した上で、応力緩和軌道を時刻歴で算出する。
(Step S14 for calculating time history)
According to the present embodiment, step S14 of calculating the time history is based on the life evaluation initial stress calculated in step S13 of calculating the life evaluation stress, taking into account the stress relaxation of the thermal expansion stress at the second evaluation portion. 2 is a step of calculating the time history of the stress relaxation trajectory (the time history of the life evaluation stress σ) of the evaluation site.
FIG. 8 is an example of a graph showing the time history of the life evaluation stress σ and the change over time of the cumulative life consumption rate. In the graph shown in FIG. 8, the horizontal axis is a logarithmic axis regarding elapsed time.
In step S14 for calculating the time history, the time
(寿命を評価するステップS15)
本実施形態に係る、寿命を評価するステップS15は、時刻歴を算出するステップS14で算出した寿命評価応力σの時刻歴に基づいて、第2評価部位に係る寿命(累積寿命消費率)を算出するステップである。寿命を評価するステップS15では、処理部101の第2寿命評価部123は、時刻歴を算出するステップS14で算出した寿命評価応力σの時刻歴に基づいて、微小時間毎のクリープ損傷度を算出することで累積寿命消費率を算出する。
累積寿命消費率は、クリープ損傷が蓄積していない、配管10の初期の状態を0とし、クリープ損傷が蓄積して配管10が破断する状態を1とする。
(Step S15 for evaluating life)
According to the present embodiment, step S15 for evaluating the life is to calculate the life (accumulated life consumption rate) of the second evaluation portion based on the time history of the life evaluation stress σ calculated in step S14 for calculating the time history. It is a step to In step S15 for evaluating the life, the second
The cumulative life consumption rate is defined as 0 when the initial state of the
(寿命評価の結果を出力するステップS17)
本実施形態に係る、寿命評価の結果を出力するステップS17は、寿命を評価するステップS15で算出した第2評価部位の寿命を寿命評価の結果として出力部107に出力するステップである。寿命評価の結果を出力するステップS17では、第2寿命評価部123は、寿命を評価するステップS15で算出した第2評価部位の寿命を出力部107において表示するための表示データを生成して出力部107に出力する。なお、第2寿命評価部123は、寿命を評価するステップS15で算出した第2評価部位の寿命を例えば音声データとして生成して出力部107に出力してもよい。すなわち、寿命評価の結果を出力するステップS17において出力されるデータは、表示データに限定されない。
図9は、出力部107において表示される第2評価部位の寿命評価の結果を表す表の一例である。
(Step S17 for outputting the result of life evaluation)
The step S17 of outputting the life evaluation result according to the present embodiment is a step of outputting the life of the second evaluation portion calculated in the life evaluation step S15 to the
FIG. 9 is an example of a table showing the result of life evaluation of the second evaluation portion displayed on the
図9に示すように、出力部107において表示される第2評価部位の寿命評価の結果80には、第2評価部位に関するデータを入力するステップS11で入力した各種のデータ81と、初期応力を入力するステップS12で取得した第2評価部位の設計時の初期応力等のデータ82と、第2評価部位の寿命評価の結果83とが含まれる。
図9に示す例では、第2評価部位の寿命評価の結果83として、例えば第2評価部位が溶接接手の溶接部であれば、この溶接接手の円周溶接部の寿命が含まれており、第2評価部位が配管10の母材であれば、この配管10の母材部の寿命が含まれている。
As shown in FIG. 9, in the
In the example shown in FIG. 9, the
なお、第2応力算出部121は、第2評価部位がエルボや曲げ加工管等のベンド部である場合、エルボやベンド部における周方向の肉厚分布を考慮して寿命評価初期応力を算出するとよい。時刻歴算出部122は、第2評価部位がエルボやベンド部である場合、肉厚分布を考慮して上述した時刻歴を算出するとよい。
すなわち、火力発電プラントの配管10のエルボやベント部については、直管を曲げ加工することで製作される。そのため、エルボやベンド部には円周方向の肉厚分布が存在する。
上述したように、エルボやベンド部における周方向の肉厚分布を考慮することで、第2評価部位の寿命評価の精度を向上できる。
When the second evaluation portion is an elbow or a bent portion such as a bent pipe, the
That is, the elbows and vents of the piping 10 of the thermal power plant are manufactured by bending a straight pipe. Therefore, there is a thickness distribution in the circumferential direction at the elbows and bends.
As described above, it is possible to improve the accuracy of life evaluation of the second evaluation portion by considering the thickness distribution in the circumferential direction at the elbow and the bend portion.
(鋼材の種類について)
幾つかの実施形態では、配管10に係る鋼材種類は、高強度耐熱鋼で説明したがこれに限られない。
すなわち、幾つかの実施形態では、配管10の各部は、例えばクロムを9~12質量%程度含有する高クロム鋼やクロムを1~3質量%程度含有する低合金鋼で形成されていてもよい。幾つかの実施形態では、配管10に係る鋼材種類は、クリープ温度域で使用される種々の鋼材の何れかであってもよい。
(Regarding types of steel)
In some embodiments, the steel material type related to the
That is, in some embodiments, each part of the
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications of the above-described embodiments and modes in which these modes are combined as appropriate.
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
(1)本開示の少なくとも一実施形態に係る寿命評価システム100は、火力発電プラントの管寄せ又は配管10の管台溶接部41、又は、上記管寄せ又は上記配管10の管台穴周り母材部23の少なくとも一方を寿命の評価の対象である第1評価部位5とし、第1評価部位5に係る、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、評価温度、及び、鋼材種類に基づいて、第1評価部位5についての寿命の評価に用いる寿命評価応力σを算出する第1応力算出部111と、寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5の寿命を評価する第1寿命評価部113とを備える。
The contents described in each of the above embodiments are understood as follows, for example.
(1) The
発明者らが鋭意検討した結果、管台タイプや管台の各部の寸法が異なる複数のパターンについて予めFEM弾性クリープ解析を実施し、その解析結果に基づいて、寿命評価応力σをパラメータ化しておくことで、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、評価温度、及び、鋼材種類から寿命評価応力σを容易に算出できることを見出した。これにより、第1評価部位5の寿命評価に際して、新たにFEM弾性クリープ解析を実施しなくても管台30を含む配管10の寿命評価を比較的精度よく評価できる。したがって、上記(1)の構成によれば、管台30を含む配管10の寿命を短時間で比較的精度よく評価できる。
As a result of diligent studies by the inventors, FEM elastic creep analysis was performed in advance on a plurality of patterns with different nozzle types and dimensions of each part of the nozzle, and based on the analysis results, the life evaluation stress σ was parameterized. Therefore, it was found that the life evaluation stress σ can be easily calculated from the nozzle type, header pipe size, nozzle size, evaluation pressure, evaluation temperature, and steel material type. As a result, when evaluating the life of the first evaluation portion 5, the life of the
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、第1寿命評価部113は、寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5に係る管台溶接止端部41aの初期き裂発生寿命、第1評価部位5に係る管台穴周り母材部23の寿命、又は、第1評価部位5に係る管台溶接部41の破断寿命の少なくとも何れか一つを算出するとよい。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above, the first
上記(2)の構成によれば、管台30を含む配管10における損傷の形態に対応した寿命評価ができる。
According to the configuration (2) above, it is possible to evaluate the service life corresponding to the form of damage in the
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)の構成において、第1寿命評価部113は、寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5に係る管台溶接止端部41aまたは管台内部溶接未溶着部42a(図3参照)からのき裂の進展寿命を算出するとよい。
(3) In some embodiments, in the configuration of (2) above, the
上記(3)の構成によれば、管台溶接止端部41aまたは管台内部溶接未溶着部42a(図3参照)から発生したき裂による寿命評価ができる。
According to the above configuration (3), life can be evaluated by cracks generated from the nozzle
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、第1応力算出部111は、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、及び、評価温度に基づいて予め定められた応力係数βを考慮して寿命評価応力σを算出するとよい。
(4) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (3) above, the
上記(4)の構成によれば、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、及び、評価温度から上記の応力係数βを直ちに求めることができ、求めた応力係数βを寿命評価応力σの基準となる応力に乗じることで寿命評価応力σを容易に算出できる。これにより、管台30を含む配管10の寿命を短時間で比較的精度よく評価できる。
According to the configuration of (4) above, the above stress coefficient β can be immediately obtained from the nozzle type, main pipe dimensions, nozzle dimensions, evaluated pressure, and evaluated temperature, and the obtained stress coefficient β is used for life evaluation. The life evaluation stress σ can be easily calculated by multiplying the stress that serves as a reference for the stress σ. As a result, the service life of the
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、第1応力算出部111は、配管10の検査結果、及び、内圧クリープ試験結果に基づいて予め定められた補正係数Ψを考慮して寿命評価応力σを算出するとよい。
(5) In some embodiments, in the configuration of (4) above, the
上記(5)の構成によれば、管台30を含む配管10の寿命評価の精度を向上できる。
According to the configuration (5) above, the accuracy of life evaluation of the
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れかの構成において、管台タイプは、母管20と接続管(管台30)との位置関係、接続管(管台30)が母管20を貫通しているか否か、又は、管台溶接部41の形状の少なくとも何れか一つの観点で分類されているとよい。
(6) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (5) above, the nozzle type includes the positional relationship between the
上記(6)の構成によれば、上記の観点で分類された管台タイプを考慮することで、管台30を含む配管10の寿命評価の精度を向上できる。
According to the above configuration (6), the precision of life evaluation of the
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れかの構成において、配管10の母材部、配管10の長手溶接部、又は、配管10の円周溶接部の少なくとも何れか一つを寿命の評価の対象である第2評価部位とし、第2評価部位の設計時の初期応力、第2評価部位の種類、評価圧力、評価温度、及び、鋼材種類に基づいて、第2評価部位についての寿命の評価に用いる寿命評価初期応力を算出する第2応力算出部121と、寿命評価初期応力に基づいて、第2評価部位における熱膨張応力の応力緩和を考慮して第2評価部位の応力緩和軌道の時刻歴を算出する時刻歴算出部122と、上記時刻歴に基づいて第2評価部位の寿命を評価する第2寿命評価部123と、を備えるとよい。
(7) In some embodiments, in any one of the above configurations (1) to (6), at least the base material portion of the
上記(7)の構成によれば、第2評価部位の設計時の初期応力、第2評価部位の種類、評価圧力、評価温度、及び、鋼材種類に基づいて、第2評価部位についての寿命の評価に用いる寿命評価初期応力を算出し、算出した寿命評価初期応力に基づいて、第2評価部位における熱膨張応力の応力緩和を考慮して第2評価部位の寿命消費率の時刻歴を算出することで、第2評価部位の寿命を評価できる。 According to the above configuration (7), the life of the second evaluation portion is calculated based on the initial stress at the time of designing the second evaluation portion, the type of the second evaluation portion, the evaluation pressure, the evaluation temperature, and the steel material type. Calculate the initial stress for life evaluation used for evaluation, and calculate the time history of the life consumption rate of the second evaluation portion based on the calculated initial stress for life evaluation, taking into consideration the stress relaxation of the thermal expansion stress at the second evaluation portion. Thus, the life of the second evaluation portion can be evaluated.
(8)幾つかの実施形態では、上記(7)の構成において、第2応力算出部121は、第2評価部位がエルボ、又は、ベンド部である場合、エルボ、又は、ベンド部における周方向の肉厚分布を考慮して寿命評価初期応力を算出するとよい。時刻歴算出部122は、第2評価部位がエルボ、又は、ベンド部である場合、肉厚分布を考慮して上記時刻歴を算出するとよい。
(8) In some embodiments, in the configuration of (7) above, when the second evaluation portion is an elbow or a bend, the
火力発電プラントの配管10のエルボや曲げ加工管等のベント部については、直管を曲げ加工することで製作される。そのため、ベンド部には円周方向の肉厚分布が存在する。
上記(8)の構成によれば、ベンド部における周方向の肉厚分布を考慮することで、第2評価部位の寿命評価の精度を向上できる。
Bent portions such as elbows and bent pipes of piping 10 of a thermal power plant are manufactured by bending straight pipes. Therefore, the bend portion has a thickness distribution in the circumferential direction.
According to the above configuration (8), the accuracy of life evaluation of the second evaluation portion can be improved by considering the thickness distribution in the circumferential direction in the bend portion.
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(8)の何れかの構成において、上記鋼材種類は、高強度耐熱鋼である高クロム鋼を含むとよい。 (9) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (8), the steel material type may include high-chromium steel, which is high-strength heat-resistant steel.
上記(9)の構成のように、上記(1)乃至(8)の構成は、高クロム鋼で形成されている火力発電プラントの配管10の寿命評価に適している。 Like the configuration (9), the configurations (1) to (8) are suitable for life evaluation of the piping 10 of a thermal power plant made of high-chromium steel.
(10)本開示の少なくとも一実施形態に係る寿命評価方法は、火力発電プラントの配管10の管台溶接部41、又は、上記配管10の管台穴周り母材部23の少なくとも一方を寿命の評価の対象である第1評価部位5とし、第1評価部位5に係る、管台タイプ、母管寸法、管台寸法、評価圧力、評価温度、及び、鋼材種類に基づいて、第1評価部位5についての寿命の評価に用いる寿命評価応力σを算出するステップ(寿命評価応力σを算出するステップS3)と、寿命評価応力σに基づいて、第1評価部位5の寿命を評価するステップ(寿命を評価するステップS5)とを備える。
(10) A life evaluation method according to at least one embodiment of the present disclosure is a service life evaluation method in which at least one of the nozzle welded portion 41 of the
上記(10)の方法によれば、上述したように、第1評価部位5の寿命評価に際して、新たにFEM弾性クリープ解析を実施しなくても管台の寿命評価を比較的精度よく評価できる。したがって、上記(10)の方法によれば、管台30を含む配管10の寿命を短時間で比較的精度よく評価できる。
According to the method (10), as described above, when evaluating the life of the first evaluation portion 5, it is possible to evaluate the life of the nozzle relatively accurately without newly performing the FEM elastic creep analysis. Therefore, according to the method (10), the service life of the
5 第1評価部位
10 配管
20 母管
21 管台穴
23 管台穴周り母材部
30 管台(接続管)
41 管台溶接部
41a 管台溶接止端部
42a 管台内部溶接未溶着部
100 寿命評価システム
101 処理部
103 入力部
105 記憶部
107 出力部
111 第1応力算出部
113 第1寿命評価部
121 第2応力算出部
122 時刻歴算出部
123 第2寿命評価部
5
41 nozzle welded
Claims (10)
前記寿命評価応力に基づいて、前記第1評価部位の寿命を評価する第1寿命評価部と
を備える寿命評価システム。 At least one of a header or a nozzle welded portion of a pipe in a thermal power plant, or a base metal portion around a nozzle hole of the header or the pipe, is defined as a first evaluation portion to be evaluated for life, and the first Based on the nozzle type, main pipe dimensions, nozzle dimensions, evaluation pressure, evaluation temperature, and steel material type related to the evaluation part, the life evaluation stress used to evaluate the life of the first evaluation part is calculated. 1 stress calculation unit;
A life evaluation system comprising: a first life evaluation unit that evaluates the life of the first evaluation portion based on the life evaluation stress.
請求項1に記載の寿命評価システム。 Based on the life evaluation stress, the first life evaluation part determines the initial crack initiation life of the nozzle weld toe related to the first evaluation part, the base material around the nozzle hole related to the first evaluation part, 2. The life evaluation system according to claim 1, which calculates at least one of the life of the part and the rupture life of the nozzle welded part related to the first evaluation part.
請求項2に記載の寿命評価システム。 3. The life evaluation system according to claim 2, wherein the first life evaluation unit calculates a life of crack growth from the nozzle weld toe of the first evaluation portion based on the life evaluation stress.
請求項1乃至3の何れか一項に記載の寿命評価システム。 The first stress calculation unit calculates the life evaluation stress in consideration of a stress coefficient predetermined based on the nozzle type, the dimensions of the main pipe, the dimensions of the nozzle, the evaluation pressure, and the evaluation temperature. 4. The lifespan evaluation system according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の寿命評価システム。 5. The life evaluation system according to claim 4, wherein the first stress calculation unit calculates the life evaluation stress in consideration of a predetermined correction coefficient based on an inspection result of the pipe and an internal pressure creep test result.
請求項1乃至5の何れか一項に記載の寿命評価システム。 The nozzle type is classified according to at least one of the positional relationship between the main pipe and the connecting pipe, whether or not the connecting pipe penetrates the main pipe, and the shape of the welded part of the nozzle. The lifespan evaluation system according to any one of claims 1 to 5.
前記寿命評価初期応力に基づいて、前記第2評価部位における熱膨張応力の応力緩和を考慮して前記第2評価部位の応力緩和軌道の時刻歴を算出する時刻歴算出部と、
前記時刻歴に基づいて前記第2評価部位の寿命を評価する第2寿命評価部と、
を備える
請求項1乃至6の何れか一項に記載の寿命評価システム。 At least one of the base metal portion of the pipe, the longitudinal welded portion of the pipe, or the circumferential welded portion of the pipe is set as a second evaluation portion to be evaluated for life, and the second evaluation portion is designed. A second stress calculation for calculating a life evaluation initial stress used for life evaluation of the second evaluation portion based on the initial stress at time, the type of the second evaluation portion, the evaluation pressure, the evaluation temperature, and the steel material type Department and
a time history calculation unit that calculates the time history of the stress relaxation trajectory of the second evaluation portion based on the life evaluation initial stress, taking into consideration the stress relaxation of the thermal expansion stress at the second evaluation portion;
a second life evaluation unit that evaluates the life of the second evaluation portion based on the time history;
The lifespan evaluation system according to any one of claims 1 to 6, comprising:
時刻歴寿命算出部は、前記第2評価部位が前記エルボ、又は、前記ベンド部である場合、前記肉厚分布を考慮して前記時刻歴を算出する
請求項7に記載の寿命評価システム。 When the second evaluation portion is an elbow or a bend portion, the second stress calculation portion calculates the life evaluation initial stress in consideration of the thickness distribution in the circumferential direction of the elbow or the bend portion. death,
8. The life evaluation system according to claim 7, wherein the time history life calculation section calculates the time history in consideration of the thickness distribution when the second evaluation portion is the elbow or the bend portion.
請求項1乃至8の何れか一項に記載の寿命評価システム。 The life evaluation system according to any one of claims 1 to 8, wherein the steel material type includes high-chromium steel, which is high-strength heat-resistant steel.
前記寿命評価応力に基づいて、前記第1評価部位の寿命を評価するステップと
を備える寿命評価方法。 At least one of a header or a nozzle welded portion of a pipe in a thermal power plant, or a base metal portion around a nozzle hole of the header or the pipe, is defined as a first evaluation portion to be evaluated for life, and the first A step of calculating a life evaluation stress used to evaluate the life of the first evaluation portion based on the nozzle type, main pipe dimensions, nozzle dimensions, evaluation pressure, evaluation temperature, and steel material type related to the evaluation portion. and,
and evaluating the life of the first evaluation portion based on the life evaluation stress.
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