JP3819262B2 - 設備管理システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラントを構成する設備機器を管理するための設備管理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄鋼や化学等のあらゆる分野に用いられているプラントは、計算機によるプロセス制御システムにより自動化され、人間（オペレータ）は中央の制御室に居て、生産管理，運転管理，安全管理，設備管理等の作業を重点的に行うような体制を有している。
【０００３】
ところで、このようなプラントにおいて、プラント異常が発生する原因は、プラントを構成している設備機器の異常や寿命に起因するものが多い。従って、プラント異常を未然に防ぐためには、プラントを構成している各種の設備機器の余寿命等を管理できれば、事前に修理や保全，機器の交換等適切な措置を講ずることができ、プラントの高い信頼性を維持することができる。また、保全コストの低減を図ることが可能となる。
【０００４】
従来から、プラントの設備機器の異常診断を行う種々の方法が開示されている（特開昭５９−６３５２６号公報、特開昭５９−６３５２７号公報等）。また、複数の部品からなる機器の余寿命を診断する方法あるいは装置としては、特開平３−１５７６８号公報等に開示されている。
【０００５】
特開平３−１５７６８号公報に開示された機器の余寿命を算出する装置は、図２に示す構成概念図で示されるものである。これは、機器を構成する複数の部品について、それぞれモデル化した複数の劣化モデル・モジュールにより構成されたモデル部１、及び余寿命算出手段２から構成され、モデル部１から出力される各余寿命情報を余寿命算出手段２に入力し、これらの余寿命中の最も短い値を各部品の集合体である機器の余寿命として出力するように構成されたものである。
【０００６】
上記モデル部１は、余寿命と直接関連性のある属性についての余寿命情報を出力する。この属性についての余寿命情報は、使用環境や経歴等の保全情報に基づいて予測されたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、昨今の状況の変化から、上記対象機器を含む設備の稼動条件が変動する場合が多数見受けられるようになってきた。この場合、余寿命予測は、過去の保全情報に基づいて行われているので、稼動条件が変動すると、余寿命を予測することが困難となる場合が多かった。
【０００８】
そこでこの発明は、対象機器の稼動条件が変化した場合であっても、対応できる設備管理システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、プラントを構成する設備機器を管理するための設備管理システムであって、管理対象機器の余寿命に関連する機能に関する劣化モデルを有し、印加される情報に基づいて、この劣化モデルから算出される機能データを出力する機能部と、上記管理対象機器の余寿命に関連する属性に関する劣化モデルを有し、印加される情報に基づいて、この劣化モデルから算出される属性データを出力する属性部とを有する劣化モデル部、上記管理対象機器に与えられるストレスに関連する情報を上記劣化モデル部に印加するストレス情報部、上記劣化モデル部の機能部から印加される上記機能データを用いて余寿命を予測する余寿命予測部、及び上記劣化モデル部の属性部からの属性データと上記管理対象機器からの現実データとを比較し、上記劣化モデル部の劣化モデルの修正を指示する比較部から構成される。
【００１０】
劣化モデル部を属性部と機能部に分けたので、属性部の属性データを用いて、劣化モデルの修正を行うことが可能になると共に、機能部の機能データを用いて、管理対象機器の余寿命を予測することができる。劣化モデルの修正は、劣化モデルの精度を向上させると共に、管理対象機器の稼動条件が変更された場合に生じる劣化モデルの修正を的確に行うことができる。
【００１１】
さらに、余寿命予測部から出される予測余寿命を用いてストレス条件の変更の有無を判断し、ストレス情報部に指示するストレス条件変更部を設けると、ストレス条件の変更により、変更後の余寿命が予測されるので、管理対象機器のストレス条件と余寿命とをシミュレートすることが可能となる。
【００１２】
さらにまた、余寿命予測部から出される予測余寿命を用いて管理対象機器の保全の有無を判断し、管理対象機器の保全を指示する保全部を設けると、設備保全や設備の部品交換の時期等を把握することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下において、この発明について詳細に説明する。
この発明にかかる設備管理システムは、図１に示すように、プラントを構成する設備機器を管理するための設備管理システムであり、劣化モデル部１１、ストレス情報部１２、余寿命予測部１３、及び比較部１４から構成される。
【００１４】
上記劣化モデル部１１は、管理対象機器１５の劣化状態をモデル化した複数の劣化モデルを有する。この劣化モデル部１１は、機能部１６と属性部１７に分けられる。
【００１５】
上記機能部１６は、管理対象機器の余寿命に関連する機能に関する劣化モデルを有し、上記ストレス情報部１２から出力され、印加される情報に基づいてこの劣化モデルから算出される機能データを出力する。上記機能とは、余寿命に直接関連する因子をいい、例えば、気密性を要求する機器なら、気密性をいい、また、回転機器なら、回転性をいう。
【００１６】
また、上記属性部１７は、上記管理対象機器の余寿命に関連する属性に関する劣化モデルを有し、印加される情報に基づいてこの劣化モデルから算出される属性データを出力する。上記属性とは、余寿命に直接関連する構成部材の因子をいい、主に、測定可能なものをいう。例えば、気密性を要求する機器なら、パッキンの肉厚や劣化度、傷等の程度をいい、また、回転機器なら、モーター、回転軸等の部材の劣化度の程度等をいう。
【００１７】
上記の機能部１６の劣化モデル、及び属性部１７の劣化モデルは、理論や過去の経験等から導き出される。
【００１８】
上記のストレス情報部１２は、上記管理対象機器１５に与えられるストレスに関連する情報を上記劣化モデル部に印加する部分である。
【００１９】
上記余寿命予測部１３は、劣化モデル部１１の機能部１６から印加される機能データを用いて余寿命を予測する部分である。
【００２０】
上記比較部１４は、劣化モデル部１１の属性部１７からの属性データと上記管理対象機器１５からのメンテナンス結果等による現実のデータとを比較し、劣化モデルの修正が必要な場合は、劣化モデル部１１の劣化モデルの修正を指示する部分である。
【００２１】
実際の管理対象機器１５のメンテナンス結果が、劣化モデルにより想定した状態と比べて差がある場合、比較部１４からの指示で、その差が無くなるように、又は少なくなるように、劣化モデル部１１の劣化モデルのパラメータが修正される。これにより、劣化モデル部１１の機能データ及び属性データが、現実のデータとできるだけ一致するように調整することができる。
【００２２】
さらに必要に応じて、上記余寿命予測部１３から出される余寿命を用いて所定の判断を行う判断部１８が設けられる。この判断部１８では、主にオペレータ（人間）によって判断が行われる。上記判断部１８で行われる判断としては、管理対象機器１５に与えるストレス条件の変更や、管理対象機器１５の保全の有無があげられる。
【００２３】
上記ストレス条件を変更する場合は、ストレス条件の変更がストレス条件変更部１９から上記ストレス情報部１２に指示され、劣化モデル部１１に与えられるストレス情報が変更される。この新しいストレス情報により、管理対象機器１５の余寿命予測を再び行うことができる。この余寿命のシミュレーションにより、実際のストレス情報変更のための情報を得ることができる。
この情報から管理対象機器１５のストレスを調整することにより、生産計画や保全計画に沿ったプラント操業を実現することができる。
【００２４】
また、上記管理対象機器１５の保全を行う必要と判断された場合は、その旨が保全部２０に指示される。これにより、管理対象機器１５の部品交換や整備等の保全を行ったり、保全をすべき時期を把握することができる。
【００２５】
【実施例】
以下、この発明にかかる設備管理システムの一実施例を具体的に説明する。
図１に示す設備管理システムにおいて、管理対象機器１５として、貯蔵タンク（材質：ＳＵＳ３０４、内容液：希硫酸（０．５〜５．０重量％）、圧力１．０ＭＰａ）を用いた。
【００２６】
また、劣化モデル部１１の劣化モデルとしては、下記のものを採用した。
まず、属性部１７において属性として上記貯蔵タンクの板厚に着目し、下記式（１）で示される板厚の式を劣化モデルとして設定した。
Ｔ＝Ｔｏ−Σ（Ｒ×Ｎ）ｄｔ （１）
（適用範囲：硫酸濃度０〜４０重量％）
なお、Ｔ：板厚、Ｔｏ：初期板厚、Ｒ：係数、Ｎ：希硫酸濃度（重量％）、ｄｔ：単位時間（時間）を示す。また、Ｒ×Ｎは、腐食速度（ｍｍ／ｙ）を示し、故障物理及び実験結果から、Ｒ＝０．５とした。
【００２７】
一方、機能部１６において、機能として上記板厚の変化で生じ得る漏洩確率に着目し、下記式（２ａ）（２ｂ）に示される漏洩確率（％）の式を劣化モデルとして設定した。
Ｓ＝０ （Ｔ≧Ｔｃ） （２ａ）
Ｓ＝１００−（Ｔ／Ｔｃ）×１００ （Ｔ＜Ｔｃ） （２ｂ）
なお、Ｓ：漏洩確率（％）を示す。また、Ｔｃは計算肉厚を示し、下記に示される式（３）を満たす。
Ｔｃ＝Ｐ×Ｄｏ／（２×σ×η−０．８×Ｐ） （３）
上記式（３）において、Ｐ：設計圧力、Ｄｏ：貯蔵タンク外径、σ：許容引張応力、η：溶接継ぎ手効率を示す。
【００２８】
さらに、余寿命予測部１３においては、機能部１６で得られた漏洩確率（Ｓ）から余寿命を予測した。
【００２９】
（実施例１）
初期板厚（Ｔｏ）が１０ｍｍの貯蔵タンクに１重量％希硫酸を入れ、１０年間連続使用した。１０年経過時の検査の結果、板厚は４ｍｍであった。
一方、上記条件をストレス情報として劣化モデル部１６に印加した。その結果、属性データとして、板厚（Ｔ）が５ｍｍと出力された。
【００３０】
上記の板厚の検査結果と属性データを比較部１４で比較検討し、属性部１７の劣化モデルのうち、パラメータのＲを０．６とするのが適当と判断されたので、劣化モデルを修正した。
また、上記条件をストレス情報として劣化モデル部１６に印加した結果、機能データとして、漏洩確率が０％と出力された。これを余寿命予測部に印加し、この貯蔵タンクの必要板厚は２ｍｍであることから、同様のストレス条件下で使用を継続すると、余寿命は６年と予測された。
【００３１】
（実施例２）
実施例１の余寿命予測を判断部１８で検討し、余寿命を１２年にしたいと考えてストレス情報を変更して劣化モデル部１１に印加し、余寿命予測のシミュレーションを行った。その結果、貯蔵タンク中の希硫酸濃度を０．５％に変更することにより、余寿命を１２年に延ばすことができることが明らかとなった。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によると、劣化モデル部を属性部と機能部に分けたので、属性データを用いて、劣化モデルの修正を行うことが可能になると共に、機能データを用いて管理対象機器の余寿命を予測することができる。
【００３３】
また、劣化モデルの修正は、劣化モデルの精度を向上させることができると共に、管理対象機器の稼動条件が変更された場合に生じる劣化モデルの修正を的確に行うことができる。
【００３４】
さらに、得られる予測余寿命からストレス条件の変更の有無を判断し、ストレス情報部に指示するストレス条件変更部を設けることにより、ストレス条件の変更により、変更後の余寿命を予測することができ、管理対象機器のストレス条件と余寿命とのシミュレーションが可能となる。
【００３５】
さらにまた、得られる予測余寿命から管理対象機器の保全の有無を判断し、上記管理対象機器の保全を指示する保全部を設けることにより、設備保全や設備の部品交換の時期等を把握することができる。
【００３６】
また、この発明にかかる設備管理システムは、化学プラントや鉄鋼プラント等を構成する設備機器のシミュレーション機能を有するので、化学プラントや鉄鋼プラント等の余寿命を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる設備管理システムの例を示す模式図
【図２】従来の設備管理システムの例を示す模式図
【符号の説明】
１ モデル部
２ 余寿命算出手続
１１ 劣化モデル部
１２ ストレス情報部
１３ 余寿命予測部
１４ 比較部
１５ 管理対象機器
１６ 機能部
１７ 属性部
１８ 判断部
１９ ストレス条件変更部
２０ 保全部

Claims (2)

1. プラントを構成する設備機器を管理するための設備管理システムであって、
   管理対象機器の余寿命に関連する機能に関する機能劣化モデルを有し、印加される情報に基づいて、この機能劣化モデルから算出される機能データを出力する機能部と、上記管理対象機器の余寿命に関連する属性に関する寿命劣化モデルを有し、印加される情報に基づいて、この寿命劣化モデルから算出される属性データを出力する属性部とを有する劣化モデル部、
   上記管理対象機器に与えられるストレスに関連する情報を上記劣化モデル部に印加するストレス情報部、
   上記劣化モデル部の機能部から印加される上記機能データを用いて余寿命を予測する余寿命予測部、
   及び上記劣化モデル部の属性部からの属性データと上記管理対象機器からの現実データとを比較し、上記劣化モデル部の寿命劣化モデルの修正を指示する比較部から構成され、
   上記設備機器は、貯蔵タンクであり、
   上記寿命劣化モデルは、下記式（１）に示される板厚の式であり、
   ・Ｔ＝Ｔｏ−Σ（Ｒ×Ｎ）ｄｔ （１）
   （なお、Ｔは板厚、Ｔｏは初期板厚、Ｒは係数、Ｎは希硫酸濃度（重量％）、ｄｔは単位時間（時間）を示す。）
   また、上記機能劣化モデルは、下記式（２ａ）（２ｂ）に示される漏洩確率（％）の式であり、
   ・Ｓ＝０ （Ｔ≧Ｔｃ） （２ａ）
   ・Ｓ＝１００−（Ｔ／Ｔｃ）×１００（Ｔ＜Ｔｃ） （２ｂ）
   （なお、Ｓは漏洩確率（％）を示す。また、Ｔｃは計算肉厚を示し、下記に示される式（３）を満たす。）
   ・Ｔｃ＝Ｐ×Ｄｏ／（２×σ×η−０．８×Ｐ） （３）
   （なお、Ｐは設計圧力、Ｄｏは貯蔵タンク外径、σは許容引張応力、ηは溶接継ぎ手効率を示す。）
   上記機能データは、上記式（２ａ）（２ｂ）で示される機能劣化モデルから算出されるデータであるＳ（漏洩確率、％）をいい、
   上記属性データは、上記式（１）で示される寿命劣化モデルから算出されるデータであるＴ（板厚）をいい、
   上記の印加される情報、及びストレス情報部から与えられるストレスに関連する情報は、上記式（１）のＮ（希硫酸濃度、重量％）を意味し、
   上記の劣化モデル部の属性部からの属性データと上記管理対象機器からの現実データとを比較し、上記劣化モデル部の寿命劣化モデルの修正を指示するとは、属性データであるＴ（板厚）と、現実のデータとの差から、上記式（１）で示される寿命劣化モデルの係数であるＲを修正することを意味する設備管理システム。
2. 上記余寿命予測部から出される予測余寿命を特定の値とするため、上記式（１）のＮ（希硫酸濃度、重量％）を変更することを上記ストレス情報部に指示するための、ストレス条件変更部を有する請求項１に記載の設備管理システム。

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