JP4283978B2 - プラント運転制御装置、プラント運転制御方法およびプラント運転制御プログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents
プラント運転制御装置、プラント運転制御方法およびプラント運転制御プログラムを記憶した記憶媒体 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラントの運転制御装置、その制御方法、およびその制御プログラムを記憶した記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物の運用中の安全性、健全性の確保に関する規定として、その構造物を構成する材料に欠陥が存在した場合でも、運用期間中における欠陥の進展量が予測でき、危険な寸法に達する前に修理・交換できるならば、欠陥の存在を許容し運転を続けることができるという、欠陥許容運転の概念がある。
【０００３】
この概念をプラント運転に適用する場合、定期的な検査でプラント機器表面あるいは内部に欠陥が検出された時に、次回の検査時またはプラント耐用期間末期のいずれかで指定される評価期間末期までの、当該欠陥を起点とする欠陥進展量を計算により予測する。そして、その予測寸法が許容値以下と判定されれば、評価期間末期まで欠陥の存在を許容したままの運転継続すなわち欠陥許容運転が許可されるが、前記予測寸法が許容値を超えたと判定されれば、欠陥が検出された機器に対して、評価期間末期までの修理・交換が要求される。
【０００４】
以上の欠陥進展量の計算において、評価期間末期までに欠陥に付加される温度、応力等の負荷条件は、プラント運転計画にて予め定められた運転条件により計算される。すなわち、検出された欠陥のその後の進展挙動は、検出された時の欠陥寸法と運転計画により一義的に決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラント欠陥許容運転においては、欠陥が発見された場合、プラント運転計画で定められた運転条件に従い、欠陥許容運転の可否およびその許容運転期間の長さは受動的に決定され、変更できない。したがって、許容運転期間が次回の定期点検時期までの期間より短い場合は、欠陥が発見された定期点検の間に修理・交換を行うか、あるいは次期定期点検までの運転中にプラントを止め、修理・交換を行わなければならない。
【０００６】
本発明の目的は、欠陥許容運転の可否の変更あるいはその許容運転期間の変更を可能にするようなプラント運転制御を行うことにより、欠陥が検出された機器の修理あるいは交換の時期ならびにそれらの範囲を、経済的に有利な時期あるいは範囲に変更し、効率的なプラント保全計画、工事で対応することを可能とするプラント運転制御装置、プラント運転制御方法およびプラント運転制御プログラムを記憶した記憶媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のプラント運転制御装置、プラント運転制御方法およびプラント運転制御プログラムを記憶した記憶媒体は以下の如く構成されている。
【０００８】
（１）本発明のプラント運転制御装置は、プラント機器を構成する材料に存在する欠陥の少なくとも欠陥寸法を表す欠陥データを入力する欠陥データ入力手段と、少なくとも、前記材料の単位時間当たりの欠陥寸法の進展量を表す欠陥進展速度と前記材料の応力拡大係数との関係を示す欠陥進展線図を有する欠陥進展データを記憶する欠陥進展データ記憶手段と、少なくとも温度及び応力のパラメータからなるプラント運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスを記憶するプラント運転条件記憶手段と、前記欠陥データ入力手段により入力される欠陥データに示される欠陥寸法を初期値として、単位時間毎に増加する欠陥寸法の増分を算出して加算する処理を繰り返すことにより、時間の経過とともに進展する欠陥寸法の進展量を算出する欠陥進展量算出手段であって、前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件の少なくとも応力のパラメータに基づいて単位時間毎の前記材料の応力拡大係数を求め、この応力拡大係数から前記欠陥進展データ記憶手段に記憶されている欠陥進展データに示される欠陥進展線図を用いて対応する欠陥進展速度を求め、この欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う欠陥進展量算出手段と、前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするためのシミュレーション条件を設定するシミュレーション条件設定手段と、このシミュレーション条件設定手段で設定されたシミュレーション条件に従い、欠陥進展をシミュレーションして、そのシミュレーション結果である欠陥進展シミュレーションデータを生成する欠陥進展シミュレーション手段と、目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する欠陥進展目標条件入力手段と、前記欠陥進展シミュレーション手段により生成された欠陥進展シミュレーションデータの中から、前記欠陥進展目標条件入力手段で入力された欠陥進展目標条件に含まれる前記目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とを満足する欠陥進展シミュレーションデータを検索し、この欠陥進展シミュレーションデータを生成させたシミュレーション条件を抽出する運転条件算出手段と、この運転条件算出手段で抽出されたシミュレーション条件を制御信号として出力する制御信号出力手段と、を具備し、前記欠陥進展量算出手段で用いられる欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度と繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲との関係で整理されたものとし、応力腐食割れにより進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度と応力腐食割れ応力値から求まる応力拡大係数との関係で整理されたものとすることを特徴とする。
【０００９】
本発明のプラント運転制御装置によれば、欠陥データの入力情報と予め記憶している欠陥進展データを用い、欠陥進展時間及び欠陥進展量からなる欠陥進展目標条件を設定でき、それを満足するような運転制御パラメータが算出されることにより、欠陥が検出された機器の修理・交換の時期を変更することが可能となるプラント運転制御を実現できる。
【００１０】
（２）本発明のプラント運転制御装置は上記（１）に記載の装置であり、かつ前記シミュレーション条件設定手段に、前記欠陥の存在する部位の少なくとも温度または応力のパラメータを測定できるセンサーからそのパラメータのデータを受け、欠陥進展シミュレーションに用いることを可能とするモニタリングデータ入力手段を備えている。
【００１１】
本発明のプラント運転制御装置によれば、プラント運転中での欠陥進展に影響するパラメータのモニタリングデータを欠陥進展計算に用いることにより、進展シミュレーションの精度を上げることができる。
【００１２】
（３）本発明のプラント運転制御装置は上記（１）に記載の装置であり、かつ前記欠陥データは、少なくとも欠陥の形状、大きさ、方向、または数を表す数値演算可能な値からなる。
【００１３】
本発明のプラント運転制御装置によれば、欠陥データがデジタルデータ等の数値演算可能な値として欠陥進展量算出手段に転送されるので、計算処理の自動化、処理速度の向上が達成できる。
【００１４】
（４）本発明のプラント運転制御装置は上記（１）に記載の装置であり、かつ前記欠陥データ入力手段は、前記欠陥の形状とは異なる形状にモデル化したものを前記欠陥データとして入力する。
【００１５】
本発明のプラント運転制御装置によれば、欠陥進展計算がモデル化された欠陥に対する従来の破壊力学を適用することで容易に実施できる。
【００１６】
（５）本発明のプラント運転制御装置は上記（３）または（４）に記載の装置であり、かつ前記欠陥データ入力手段は、前記欠陥を当該欠陥が含まれる部材の主応力面に投影することにより平面欠陥に置き換え、さらにその形状を半楕円形状または楕円形状にモデル化したものを前記欠陥データとして入力する。
【００１７】
本発明のプラント運転制御装置によれば、欠陥進展計算において、従来の破壊力学計算式が利用できる。
【００１８】
（６）本発明のプラント運転制御装置は上記（１）に記載の装置であり、かつ前記プラント運転条件記憶手段に代え、当該プラントの設計条件で定められた少なくとも温度または応力を欠陥進展量を算出するための負荷条件データとして保存するプラント負荷条件記憶手段を備えている。
【００１９】
本発明のプラント運転制御装置によれば、プラントの構造設計に当たり設定した負荷条件ベースの欠陥進展計算が可能になる。
【００２０】
（７）本発明のプラント運転制御方法は、プラント機器を構成する材料に存在する欠陥の少なくとも欠陥寸法を表す欠陥データを入力する工程と、前記入力した欠陥データに示される欠陥寸法を初期値として、単位時間毎に増加する欠陥寸法の増分を算出して加算する処理を繰り返すことにより、時間の経過とともに進展する欠陥寸法の進展量を算出する工程であって、少なくとも温度及び応力のパラメータからなるプラント運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件の少なくとも応力のパラメータに基づいて単位時間毎の前記材料の応力拡大係数を求め、この応力拡大係数から、少なくとも、前記材料の単位時間当たりの欠陥寸法の進展量を表す欠陥進展速度と前記材料の応力拡大係数との関係を示す欠陥進展線図を用いて対応する欠陥進展速度を求め、この欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う工程と、前記運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするためのシミュレーション条件を設定する工程と、その設定されたシミュレーション条件に従い、欠陥進展をシミュレーションして、そのシミュレーション結果である欠陥進展シミュレーションデータを生成する工程と、目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する工程と、前記生成した欠陥進展シミュレーションデータの中から、前記入力した欠陥進展目標条件に含まれる前記目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とを満足する欠陥進展シミュレーションデータを検索し、この欠陥進展シミュレーションデータを生成させたシミュレーション条件を抽出する工程と、前記抽出したシミュレーション条件を制御信号として出力する工程と、を有し、前記欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う工程で用いられる欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度と繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲との関係で整理されたものとし、応力腐食割れにより進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度と応力腐食割れ応力値から求まる応力拡大係数との関係で整理されたものとすることを特徴とする。
【００２１】
本発明のプラント運転制御方法によれば、欠陥データの入力情報と予め記憶している欠陥進展データを用い、欠陥進展時間及び欠陥進展量からなる欠陥進展目標条件を満足するような運転制御パラメータが算出されることにより、欠陥が検出された機器の修理・交換の時期を変更することが可能となる。
【００２２】
（８）本発明のプラント運転制御プログラムを記録した記憶媒体は、コンピュータを、プラント機器を構成する材料に存在する欠陥の少なくとも欠陥寸法を表す欠陥データを入力する欠陥データ入力手段、少なくとも、前記材料の単位時間当たりの欠陥寸法の進展量を表す欠陥進展速度と前記材料の応力拡大係数との関係を示す欠陥進展線図を有する欠陥進展データを記憶する欠陥進展データ記憶手段、少なくとも温度及び応力のパラメータからなるプラント運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスを記憶するプラント運転条件記憶手段、前記欠陥データ入力手段により入力される欠陥データに示される欠陥寸法を初期値として、単位時間毎に増加する欠陥寸法の増分を算出して加算する処理を繰り返すことにより、時間の経過とともに進展する欠陥寸法の進展量を算出する欠陥進展量算出手段であって、前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件の少なくとも応力のパラメータに基づいて単位時間毎の前記材料の応力拡大係数を求め、この応力拡大係数から前記欠陥進展データ記憶手段に記憶されている欠陥進展データに示される欠陥進展線図を用いて対応する欠陥進展速度を求め、この欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う欠陥進展量算出手段、前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするためのシミュレーション条件を設定するシミュレーション条件設定手段、このシミュレーション条件設定手段で設定されたシミュレーション条件に従い、欠陥進展をシミュレーションして、そのシミュレーション結果である欠陥進展シミュレーションデータを生成する欠陥進展シミュレーション手段、目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する欠陥進展目標条件入力手段、前記欠陥進展シミュレーション手段により生成された欠陥進展シミュレーションデータの中から、前記欠陥進展目標条件入力手段で入力された欠陥進展目標条件に含まれる前記目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とを満足する欠陥進展シミュレーションデータを検索し、この欠陥進展シミュレーションデータを生成させたシミュレーション条件を抽出する運転条件算出手段、この運転条件算出手段で抽出されたシミュレーション条件を制御信号として出力する制御信号出力手段、を有し、前記欠陥進展量算出手段で用いられる欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度と繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲との関係で整理されたものとし、応力腐食割れにより進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度と応力腐食割れ応力値から求まる応力拡大係数との関係で整理されたものとする手段、として機能させるためのプラント運転制御プログラムを記録しており、コンピュータ読み取り可能である。
【００２３】
本発明のプラント運転制御プログラムを記録した記憶媒体によれば、コンピュータにより、欠陥データの入力情報と予め記憶している欠陥進展データを用い、欠陥進展時間及び欠陥進展量からなる欠陥進展目標条件を満足するような運転制御パラメータが算出されることにより、欠陥が検出された機器の修理・交換の時期を変更することが可能とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図で、図２はその作用説明図である。
【００２６】
図１に示すプラント運転制御装置は、欠陥データ入力手段１により、プラント機器を構成する材料の表面あるいは内部に発見された欠陥の大きさ等を表す欠陥寸法からなる欠陥データを入力する。欠陥進展データ記憶手段２は、予め材料試験等により取得したプラント機器を構成する材料についての欠陥進展データを記憶している。プラント運転条件記憶手段３は、温度、応力等の運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスを記憶している。
【００２７】
欠陥進展量算出手段４は、欠陥進展データ記憶手段２から得られる欠陥進展データを用い、プラント運転条件記憶手段３から得られる運転条件シーケンスに基づいて当該欠陥の進展量を算出する。シミュレーション条件設定手段５は、前記運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするための運転条件を設定する。欠陥進展シミュレーション手段６は、その設定された運転条件シーケンスに基づき欠陥進展データ記憶手段２から得られる欠陥進展データを用い欠陥進展をシミュレーションする。
【００２８】
欠陥進展目標条件入力手段７は、欠陥進展時間及び欠陥進展量からなる欠陥進展目標条件を入力する。運転条件算出手段８は、その入力条件に適合するプラント運転条件を算出する。制御信号出力手段９は、算出された運転条件を制御信号として出力する。
【００２９】
原子力発電プラント、火力発電プラント等では、そのプラントの運転時間の経過に伴い、疲労、応力腐食割れ（ＳＣＣ）あるいはクリープにより、あるいはそれらの重畳により、プラント機器を構成する材料の内部または表面にき裂、割れ、ボイド等の欠陥が発生する。
【００３０】
図２に示すように、欠陥データ入力手段１では、処理１１で、プラントの定期点検中あるいはプラント運転中にプラント機器を構成する材料の表面あるいは内部に発見された欠陥について、計測された欠陥の形状、大きさ、方向、欠陥数等のデータを欠陥データとして入力する。
【００３１】
ここで、定期点検で計測される欠陥寸法を欠陥データとする場合は、当該欠陥が初めて発見された定期点検時に測定された寸法を使用することも、またその定期点検以降の検査において再計測された当該欠陥の寸法を欠陥データとして入力手段１で入力することもできる。
【００３２】
また欠陥データは、立体的な欠陥あるいは複雑な形状の欠陥を、当該欠陥が含まれる部材の主応力面に投影することにより平面欠陥に置き換え、さらにその形状を半楕円形状または楕円形状にモデル化したものに対して求めた欠陥寸法を入力データとしても良い。
【００３３】
欠陥進展量算出手段４では、処理１４で、欠陥データ入力手段１で入力された欠陥寸法に対し、プラント運転条件記憶手段３に予め保存されている温度、応力等の運転パラメータからなるプラント運転条件に基づき、その欠陥に対する応力拡大係数Ｋ値を計算する。応力拡大係数の計算式は、種々の欠陥形状に対し簡易評価式がハンドブックなどにまとめられている。（参考：Murakami,Stress Intensity Factors Handbook,Pergamon Press,1987）よって、それらの式を欠陥進展量算出手段４に内蔵しておけば良い。
【００３４】
応力拡大係数Ｋ値の計算には、欠陥を含む部材に負荷される応力値が必要であり、その応力値は、プラント運転条件記憶手段３に予め保存されている１３に示すようなプラント運転条件から求める。
【００３５】
さらに、欠陥進展量の計算には、欠陥を含む部材の材料と同等の材料に対し設定された１２に示すような欠陥進展線図からなる欠陥進展データが必要で、それらの欠陥進展データは欠陥進展データ記憶手段２に予め保管させる。欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労の繰返し負荷１サイクル当たりの欠陥進展速度da/dnと繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲ΔＫとの関係（da/dn vs. ΔＫ）で整理されたものとする。また、応力腐食割れ（ＳＣＣ）により進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度da/dtとＳＣＣ応力値から求まる応力拡大係数Ｋとの関係（da/dt vs. Ｋ）で整理されたものとする。
【００３６】
以上により、欠陥進展量算出手段４では、欠陥データ入力手段１で入力された寸法を有する欠陥に対し、プラント運転条件記憶手段３で設定されている温度、応力等の運転パラメータの時系列的なシーケンスに従った時間的な欠陥の成長予測を行うことができる。その結果、欠陥が当該欠陥を含む部材、機器、あるいはプラントの運転に支障を来す大きさに達する時期すなわち寿命、あるいは当該欠陥を含む部材、機器の修理・交換を必要とする時期、を予測することができる。言い換えれば、前記の寿命および修理、交換時期は、欠陥データ入力手段１で入力された欠陥寸法とプラント運転条件記憶手段３に設定された運転条件によって一義的に決定される。
【００３７】
欠陥進展シミュレーション手段６では、前記のプラント運転条件記憶手段３で設定されている運転条件とは異なる条件での時系列的シーケンスあるいは異なる運転パラメータにより、欠陥の成長予測を行う事ができる。
【００３８】
ここで、欠陥が含まれる部材が存在する雰囲気温度が異なると、欠陥進展速度は温度に依存し変化する。（参考：P.L.Andresen,Effects of Temperature on Crack Growth Rate in Sensitized Type304 Stainless Steel and Alloy600,Corrosion,vol.49,No.9,1993,p.714）。
【００３９】
同様に、原子力発電プラントの機器表面に存在する欠陥のように、その欠陥内面がプラント冷却媒体と接するような場合には、欠陥進展速度は冷却媒体の流速（参考：片田，材料，41巻，1992，p.1648）、あるいは冷却媒体中の溶存酸素濃度（参考：樋口，鉄と鋼，講演論文集86-S1529，p.245）に依存し変化する。
【００４０】
欠陥進展シミュレーション手段６で行う欠陥進展シミュレーションは、プラント運転条件記憶手段３で設定されているパラメータに限定されず、上記のように冷却媒体の流速、溶存酸素濃度等も含む欠陥進展速度に影響する様々な因子をパラメータとすることができる。このシミュレーション条件は、１５に示すようにシミュレーション条件設定手段５で設定し、そのデータが欠陥進展シミュレーション手段６で読込まれ、１６に示すように欠陥進展シミュレーションが行われる。そのシミュレーション結果は、欠陥進展シミュレーションデータとして保存することができる。
【００４１】
欠陥進展目標条件入力手段７では、１７に示すような目標とする欠陥進展量とそれに達するまでの時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する。
【００４２】
運転条件算出手段８では、１８に示すように、欠陥進展シミュレーション手段６でシミュレーションされた欠陥進展シミュレーションデータの中から、欠陥進展目標条件入力手段７で設定された欠陥進展目標条件を満足するシミュレーションデータを検索し、そのシミュレーション結果の入力データとなるシミュレーション条件設定手段５で設定したシミュレーション条件が運転条件として抽出される。
【００４３】
ここで、運転条件算出手段８において、前記の欠陥進展目標条件が満足かどうかの判定処理に続き、その目標条件を満足したシミュレーション条件に従いプラントを運転した場合の運転コストを算出し、そのコストに対し経済的な判断を行い、前記欠陥進展目標条件を満足したシミュレーション条件についての最終的な採用判断を行っても良い。
【００４４】
なお、上記欠陥進展シミュレーションデータの中に、欠陥進展目標条件入力手段７で設定された欠陥進展目標条件を満足するデータが無い場合は、欠陥進展シミュレーション手段６による処理１６に戻り、新たなシミュレーション条件で欠陥進展シミュレーションを再実行し、満足できるシミュレーション条件を求めることもできる。
【００４５】
ここで、前述したように、運転条件算出手段８で算出される運転条件を構成する制御パラメータは、プラント運転条件記憶手段３に予め保存されている温度、応力等の運転パラメータとは異なるパラメータにより構成することもできる。例えば、原子力発電プラント、火力発電プラントのように、その運転開始、停止を含む運転期間中に温度が過渡的に変化する高温機器の場合、局所的に作用する応力は温度変動に起因する熱応力による場合が多い。
【００４６】
図３の（ａ）〜（ｃ）は、運転条件の算出手順における運転パラメータの影響を示す図である。熱応力による欠陥進展を制御するパラメータとして、プラント最高温度、温度変動サイクルにおける最高温度と最低温度の差からなる温度変動幅、あるいは温度変動速度が挙げられる。図３の（ａ）に示すように最高温度に関してはそれが高いほど、図３の（ｂ）に示すように温度変動幅に関してはそれが大きいほど、図３の（ｃ）に示すように温度変動速度に関しては著しく遅い条件を除きそれが早いほど、一般に欠陥進展速度は早くなる。これらの特性を利用して、プラント最高温度、温度変動幅、あるいは温度変動速度のうちのいずれか、あるいはそれらを組合せ制御パラメータとして選択することができる。
【００４７】
制御信号出力手段９では、処理１９で、運転条件算出手段８で抽出したシミュレーション条件がプラントの制御信号として出力される。
【００４８】
図４は、本第１の実施の形態における効果の一例を示す図である。定期検査で欠陥が発見され、その時点で設定されている運転条件に従い次期定期点検までの欠陥進展を予測した結果、次期定期点検に至る前に当該欠陥が発見された部位に許容される欠陥の大きさacriに達すると予測されたとする。この場合には、その欠陥が発見された定期点検の期間中あるいは次期定期点検に達する前の運転期間中に、欠陥が発見された機器の修理、交換が必要となる。ここで、予め定められた定期点検期間外に機器の修理、交換を行う場合は、そのためにプラントの運転を中断しなければならない。
【００４９】
本第１の実施の形態では、欠陥進展目標条件入力手段７において、目標欠陥進展量を図４に示す許容される欠陥の大きさacriに設定し、またそれに達する時間を次期定期点検までの時間あるいは次期定期点検以降の時間と設定する。そして運転条件算出手段８により、前記欠陥進展目標条件を満足するような、すなわち次期定期点検まで進展する欠陥の大きさが、機器の修理、交換を要する許容レベルには達しないような、新たな運転条件が算出される。
【００５０】
したがって、プラント運転条件を上記の新たに算出された運転条件に変更すれば、欠陥が発見された機器の修理、交換の時期を、次期定期点検時に合わせること、あるいはそれ以降の許容欠陥の大きさに達するまでの時期に延ばすこと、が可能となる。
【００５１】
図５は、本第１の実施の形態における運転制御プログラムの処理手順を示すフローチャートである。欠陥データ入力手段１では、ステップＳ１で、プラントの定期点検中あるいはプラント運転中に発見された欠陥について、欠陥の形状、方向、大きさ（寸法）、数等からなる数値演算可能なデジタル値を欠陥データとして入力する。
【００５２】
続いて欠陥進展量算出手段４では、ステップＳ２で、欠陥データ入力手段１で入力された欠陥寸法を初期値として用い、プラント運転条件記憶手段３に予め保存されている温度、応力等の運転パラメータからなるプラント運転条件データに基づき、応力拡大係数Ｋ値を計算し、欠陥進展量を算出する。
【００５３】
ここで、応力拡大係数Ｋ値の計算には、欠陥を含む部材に負荷される応力値が必要で、その応力値はプラント運転条件記憶手段３に予め保存されているプラント運転条件データから計算される。
【００５４】
また欠陥進展量算出手段４では、欠陥進展量の計算を行うために、ステップＳ３で、予め欠陥進展データ記憶手段２に保管しておいた欠陥進展線図からなる欠陥進展データを選択し、ステップＳ４で、それらを用い応力拡大係数に対応する欠陥進展速度を計算する。欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度da/dnと繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲ΔＫとの関係（da/dn vs. ΔＫ）で整理されたものとする。また欠陥進展線図は、応力腐食割れ（ＳＣＣ）により進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度da/dtとＳＣＣ応力値から求まる応力拡大係数Ｋとの関係（da/dt vs. Ｋ）で整理されたものとする。
【００５５】
欠陥進展量は、ステップＳ５で、プラント運転条件記憶手段３に保存されているプラント運転条件データに従い、それらに対応するΔＫあるいはＫについて欠陥進展速度を求め、所定の繰返し数増分Δｎあるいは時間増分Δｔに対する欠陥寸法の増分Δａを計算することで求められる。すなわち、進展前の欠陥寸法にこの増分を加算したａ＋Δａを新たな欠陥寸法とし、このａ＋Δａに対し前記操作と同様にΔＫあるいはＫを求め、増分Δａを計算する計算処理を繰返す。
【００５６】
欠陥進展シミュレーション手段６では、前記のプラント運転条件記憶手段３で設定されている運転条件とは異なる運転パラメータあるいは異なる時系列的シークエンスで、欠陥の成長予測を行う事ができる。
【００５７】
欠陥進展シミュレーション手段６で行う欠陥進展シミュレーションは、プラント運転条件記憶手段３で設定されている運転パラメータに限定されず、原子力発電プラントの場合では、プラント冷却媒体の流速、溶存酸素濃度等も含む欠陥進展速度に影響する様々な因子をパラメータとすることができる。このシミュレーション条件は、ステップＳ６で、シミュレーション条件設定手段５にて設定し、そのデータが欠陥進展シミュレーション手段６で読込まれ、ステップＳ７で、欠陥進展シミュレーション計算が行われる。そのシミュレーション結果は、ステップＳ８で、欠陥進展シミュレーションデータとして保存される。
【００５８】
欠陥進展目標条件入力手段７では、ステップＳ９で、目標とする欠陥進展量とそれに達するまでの時間からなる欠陥進展目標条件を入力する。この目標値の決定に当たっては、その目標値を満足することがプラント運転の経済性の観点から優位であるかどうかの判断に基づいて、目標設定する。
【００５９】
運転条件算出手段８では、ステップＳ１０で、欠陥進展シミュレーション手段６でシミュレーションされた欠陥進展シミュレーションデータの中から、欠陥進展目標条件入力手段７で設定された欠陥進展目標条件を満足するシミュレーションデータを検索し、そのシミュレーション結果の入力データとなるシミュレーション条件設定手段５で設定したシミュレーション条件が運転条件として抽出される。
【００６０】
ここで、ステップＳ１１で、上記欠陥進展シミュレーションデータの中に、欠陥進展目標条件入力手段７で設定された欠陥進展目標条件を満足するデータが無い場合は、ステップＳ６に戻り、新たなシミュレーション条件で欠陥進展シミュレーション手段６による欠陥進展シミュレーションを再実行し、満足できるシミュレーション条件を求めれば良い。
【００６１】
ステップＳ１１で、設定された欠陥進展目標条件を満足するデータが有る場合は、制御信号出力手段９により、ステップＳ１２で、運転条件算出手段８で抽出したシミュレーション条件から制御信号データが計算され、ステップＳ１３で、プラントの制御信号として出力される。
【００６２】
なお、上記運転制御プログラムを記憶した記憶媒体としては、磁気ディスク、フロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、半導体メモリ等、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であっても良い。
【００６３】
また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のＭＷ（ミドルウェア）等が、本実施の形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。
【００６４】
さらに、本実施の形態における記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。
【００６５】
また、記憶媒体は一つに限らず、複数の媒体から本実施の形態における処理が実行される場合も有効であり、媒体構成は何れの構成であっても良い。
【００６６】
また、プラント運転条件記憶手段３に代え、当該プラントの設計条件で定められた温度、応力等を欠陥進展量を算出するための負荷条件データとして保存するプラント負荷条件記憶手段を備えるよう構成しても良い。
【００６７】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図である。図６において、図１と同一な部分には同符号を付してある。
【００６８】
図６に示すプラント運転制御装置では、第１の実施の形態と同様に、制御信号出力手段９でプラントの制御信号が出力されるが、この制御信号に加え、欠陥進展目標条件入力手段７で設定された欠陥進展目標条件に達することが予測される時期、若しくはその時期の前に、プラントの運転を停止する信号を発する安全運転支援手段１０を設けている。
【００６９】
本第２の実施の形態によれば、安全運転支援手段１０を設けることにより、プラントの運転を自動停止させることができ、プラントの安全性をより高めることができる。
【００７０】
（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図である。図７において、図１，図６と同一な部分には同符号を付してある。
【００７１】
図７に示すプラント運転制御装置では、プラント定期点検時あるいは運転中に欠陥が発見された場合、当該欠陥の存在する部位の温度、応力等のような欠陥進展に影響するパラメータを測定できるようなセンサーを設け、プラント運転中にそれらパラメータのモニタリングデータを欠陥進展計算に用いることにより、進展シミュレーションの精度を上げる。
【００７２】
一般に原子力発電プラント等の大型機器では、運転条件はプラント主要部の平均温度に対応するもので、局所的な部位での温度とは必ずしも一致しない。また、温度等が急激に変動する過渡条件では、場所により温度変動の時間的ずれが生ずる。したがって、局所的に存在する欠陥の進展量を精度良く予測する場合には、その欠陥が存在する近傍で、進展量を支配する応力、温度等のパラメータの値をモニタリングにより知ることができれば、き裂進展の予測精度が上がる。
【００７３】
ただし、前記パラメータがモニタリングされる時期より時間的に先のパラメータ変動は予測する必要がある。
【００７４】
図８は、本第３の実施の形態におけるモニタリングデータを利用した場合の欠陥進展シミュレーションを示す図である。図８に示すように、モニタリングデータが時間t1まで得られている場合、それを用い進展計算を行うことにより時間t1までの区間は精度の良い進展計算ができ、時間t1での欠陥の大きさa1が計算される。これに対し、時間t1以降t2までの区間はモニタリングデータが無いので、欠陥の大きさa1を初期値とした進展シミュレーションを行うことになる。したがって、モニタリングされた最新データを随時用い再計算することができれば、図６に示す時間t1が、それに応じてt2に近づくので、最終的な進展予測精度は上がる。
【００７５】
本第３の実施例の形態の装置の構成としては、図７に示すように、欠陥進展をシミュレーションするための運転条件を設定する手段５に、前述のプラント運転中に計測される欠陥進展に関与するパラメータのモニタリングデータを送るためのモニタリングデータ入力手段１１を設けている。このようにモニタリングデータを用いることにより、欠陥進展シミュレーション手段６による欠陥進展シミュレーションの精度を上げることが可能になる。
【００７６】
（第４の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施の形態に係るプラント運転制御装置における運転条件の算出手順を示す図である。図９において、図１，図５，図６と同一な部分には同符号を付してある。
【００７７】
本第４の実施の形態では第１の実施の形態と同様に、欠陥進展目標条件を入力する欠陥進展目標設定手段７により入力された条件に適合するプラント運転条件を運転条件算出手段８で算出するが、この算出手段８にプラント運転コスト算定部８１を設けている。このプラント運転コスト算定部８１では、運転条件の変更に伴い変わる運転コスト、あるいは欠陥が検出された機器を修理、交換する場合のそれらに係る費用も含めた運転コスト等、総合的な運転コストを経済的に判断し、プラント運転条件を決定する。
【００７８】
本第４の実施の形態によれば、プラント運転維持のための総コストを判断し、経済的に有利なプラント運転条件を決定することができる。
【００７９】
また、本発明は以下の構成を有する。
【００８０】
［１］制御信号出力手段に代え、または制御信号出力手段に加えて、プラントの運転を停止する信号を発する安全運転支援手段を備えたことを特徴とするプラント運転制御装置。
【００８１】
このように構成された装置においては、欠陥進展目標条件入力手段で設定された欠陥進展目標条件に達することが予測される時期、若しくはその時期の前に、プラントの運転を自動停止させることができ、安全運転を支援することができる。
【００８２】
［２］運転条件算出手段において、プラント運転に必要な運転コストを算定することを特徴とするプラント運転制御装置。
【００８３】
このように構成された装置においては、プラント運転条件の違いにより異なるプラント運転コストを運転条件の選択判定に用いることにより、経済的で最適なプラント運転条件を決定することができる。
【００８４】
［３］欠陥が検出された機器の修理、交換に係る費用も含めるプラント運転維持コストを算定し、経済的判断により最適なプラント運転条件を決定することを特徴とするプラント運転制御装置。
【００８５】
このように構成された装置においては、機器の修理、交換に係る費用等のプラント運転維持のための総合的なコストに対し、経済性判定に基づく最適なプラント運転条件を決定することができる。
【００８６】
［４］欠陥進展時間及び欠陥進展量からなる欠陥進展目標条件に適合するプラント運転条件において、プラント最高温度を、前記運転条件を構成する制御パラメータとすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００８７】
このように構成された装置においては、プラント最高温度を運転制御パラメータとすることができる。
【００８８】
［５］上記プラント最高温度に代え、プラント温度の変動サイクルにおける最高温度と最低温度の差を制御パラメータとすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００８９】
このように構成された装置においては、プラント温度の変動サイクルにおける最高温度と最低温度の差を運転制御パラメータとすることができる。
【００９０】
［６］上記プラント最高温度に代え、プラント温度の変化速度を制御パラメータとすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００９１】
このように構成された装置においては、プラント温度の変化速度を運転制御パラメータとすることができる。
【００９２】
［７］上記プラント最高温度に代え、プラント冷却媒体の流量または流速等を制御することにより，間接的にプラント運転温度の制御を行うことを特徴とするプラント運転制御装置。
【００９３】
このように構成された装置においては、プラント冷却媒体の流量または流速等を運転制御パラメータとすることができる。
【００９４】
［８］欠陥進展目標条件に適合するプラント運転条件について、部材表面に存在する欠陥の内面がプラント冷却媒体と接する場合に対し、前記冷却媒体の化学成分を制御することにより、当該欠陥の進展速度を変えることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００９５】
このように構成された装置においては、冷却媒体の化学成分を運転制御パラメータとすることができる。
【００９６】
［９］プラント機器を構成する材料の表面あるいは内部に発生する欠陥は、疲労により進展する欠陥を対象とすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００９７】
このように構成された装置においては、疲労による欠陥進展を制御することができる。
【００９８】
［１０］プラント機器を構成する材料の表面あるいは内部に発生する欠陥は、応力腐食割れ（ＳＣＣ）により進展する欠陥を対象とすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００９９】
このように構成された装置においては、応力腐食割れによる欠陥進展を制御することができる。
【０１００】
［１１］プラント機器を構成する材料の表面あるいは内部に発生する欠陥は、クリープにより進展する欠陥を対象とすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【０１０１】
このように構成された装置においては、クリープによる欠陥進展を制御することができる。
【０１０２】
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、欠陥が検出された機器の欠陥許容運転の可否を変更、あるいはそれら機器の修理、交換等の保全作業の時期および範囲を変更することができる。
【０１０４】
プラントの修理・交換作業においては、膨大な作業員および作業特有の機器、設備が必要になるが、複数のプラントで修理・交換工事の時期が重複すると、それに応じ重複した数の作業機器、設備が必要となる。さらに、高い専門性が要求される工事の場合には、それに必要な技能を有した作業員の効率的配置が難しくなる場合も起こる。そこで、欠陥許容運転期間の任意の変更が可能になれば、合理的な保全作業計画を策定し、効率的な工事運営の実現が可能となる。
【０１０５】
また、修理あるいは交換が技術的に難しい機器に対しては、欠陥許容運転の延長が可能になれば、その延長された期間を使い、新たな修理、交換工法を開発する時間的な余裕が生じる。
【０１０６】
さらに、耐用期間末期に近づいた高経年化プラントに対しては、修理・交換に要する費用と、仮にプラントの出力を低下しても商業運転終了まで修理・交換を最小限に留めることができる運転を選択した場合の効率低下による経済的損失とを比較することにより、トータルコストとして経済的にメリットのあるプラント維持管理の選択肢を選ぶことができ、合理的なプラント運転が可能となる。
【０１０７】
このように本発明によれば、欠陥許容運転の可否の変更あるいはその許容運転期間の変更を可能にするようなプラント運転制御を行うことにより、欠陥が検出された機器の修理あるいは交換の時期ならびにそれらの範囲を、経済的に有利な時期あるいは範囲に変更し、効率的なプラント保全計画、工事で対応することを可能とするプラント運転制御装置、プラント運転制御方法およびプラント運転制御プログラムを記憶した記憶媒体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るプラント運転制御装置の作用説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る運転条件の算出手順における運転パラメータの影響を示す図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における効果の一例を示す図。
【図５】本発明の第１の実施の形態における運転制御プログラムの処理手順を示すフローチャート。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図。
【図８】本発明の第３の実施の形態におけるモニタリングデータを利用した場合の欠陥進展シミュレーションを示す図。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るプラント運転制御装置における運転条件の算出手順を示す図。
【符号の説明】
１…欠陥データ入力手段
２…欠陥進展データ記憶手段
３…プラント運転条件記憶手段
４…欠陥進展量算出手段
５…シミュレーション条件設定手段
６…欠陥進展シミュレーション手段
７…欠陥進展目標条件入力手段
８…運転条件算出手段
８１…プラント運転コスト算定部
９…制御信号出力手段
１０…安全運転支援手段
１１…モニタリングデータ入力手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラントの運転制御装置、その制御方法、およびその制御プログラムを記憶した記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物の運用中の安全性、健全性の確保に関する規定として、その構造物を構成する材料に欠陥が存在した場合でも、運用期間中における欠陥の進展量が予測でき、危険な寸法に達する前に修理・交換できるならば、欠陥の存在を許容し運転を続けることができるという、欠陥許容運転の概念がある。
【０００３】
この概念をプラント運転に適用する場合、定期的な検査でプラント機器表面あるいは内部に欠陥が検出された時に、次回の検査時またはプラント耐用期間末期のいずれかで指定される評価期間末期までの、当該欠陥を起点とする欠陥進展量を計算により予測する。そして、その予測寸法が許容値以下と判定されれば、評価期間末期まで欠陥の存在を許容したままの運転継続すなわち欠陥許容運転が許可されるが、前記予測寸法が許容値を超えたと判定されれば、欠陥が検出された機器に対して、評価期間末期までの修理・交換が要求される。
【０００４】
以上の欠陥進展量の計算において、評価期間末期までに欠陥に付加される温度、応力等の負荷条件は、プラント運転計画にて予め定められた運転条件により計算される。すなわち、検出された欠陥のその後の進展挙動は、検出された時の欠陥寸法と運転計画により一義的に決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラント欠陥許容運転においては、欠陥が発見された場合、プラント運転計画で定められた運転条件に従い、欠陥許容運転の可否およびその許容運転期間の長さは受動的に決定され、変更できない。したがって、許容運転期間が次回の定期点検時期までの期間より短い場合は、欠陥が発見された定期点検の間に修理・交換を行うか、あるいは次期定期点検までの運転中にプラントを止め、修理・交換を行わなければならない。
【０００６】
本発明の目的は、欠陥許容運転の可否の変更あるいはその許容運転期間の変更を可能にするようなプラント運転制御を行うことにより、欠陥が検出された機器の修理あるいは交換の時期ならびにそれらの範囲を、経済的に有利な時期あるいは範囲に変更し、効率的なプラント保全計画、工事で対応することを可能とするプラント運転制御装置、プラント運転制御方法およびプラント運転制御プログラムを記憶した記憶媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のプラント運転制御装置、プラント運転制御方法およびプラント運転制御プログラムを記憶した記憶媒体は以下の如く構成されている。
【０００８】
（１）本発明のプラント運転制御装置は、プラント機器を構成する材料に存在する欠陥の少なくとも欠陥寸法を表す欠陥データを入力する欠陥データ入力手段と、少なくとも、前記材料の単位時間当たりの欠陥寸法の進展量を表す欠陥進展速度と前記材料の応力拡大係数との関係を示す欠陥進展線図を有する欠陥進展データを記憶する欠陥進展データ記憶手段と、少なくとも温度及び応力のパラメータからなるプラント運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスを記憶するプラント運転条件記憶手段と、前記欠陥データ入力手段により入力される欠陥データに示される欠陥寸法を初期値として、単位時間毎に増加する欠陥寸法の増分を算出して加算する処理を繰り返すことにより、時間の経過とともに進展する欠陥寸法の進展量を算出する欠陥進展量算出手段であって、前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件の少なくとも応力のパラメータに基づいて単位時間毎の前記材料の応力拡大係数を求め、この応力拡大係数から前記欠陥進展データ記憶手段に記憶されている欠陥進展データに示される欠陥進展線図を用いて対応する欠陥進展速度を求め、この欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う欠陥進展量算出手段と、前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするためのシミュレーション条件を設定するシミュレーション条件設定手段と、このシミュレーション条件設定手段で設定されたシミュレーション条件に従い、欠陥進展をシミュレーションして、そのシミュレーション結果である欠陥進展シミュレーションデータを生成する欠陥進展シミュレーション手段と、目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する欠陥進展目標条件入力手段と、前記欠陥進展シミュレーション手段により生成された欠陥進展シミュレーションデータの中から、前記欠陥進展目標条件入力手段で入力された欠陥進展目標条件に含まれる前記目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とを満足する欠陥進展シミュレーションデータを検索し、この欠陥進展シミュレーションデータを生成させたシミュレーション条件を抽出する運転条件算出手段と、この運転条件算出手段で抽出されたシミュレーション条件を制御信号として出力する制御信号出力手段と、を具備し、前記欠陥進展量算出手段で用いられる欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度と繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲との関係で整理されたものとし、応力腐食割れにより進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度と応力腐食割れ応力値から求まる応力拡大係数との関係で整理されたものとすることを特徴とする。
【０００９】
本発明のプラント運転制御装置によれば、欠陥データの入力情報と予め記憶している欠陥進展データを用い、欠陥進展時間及び欠陥進展量からなる欠陥進展目標条件を設定でき、それを満足するような運転制御パラメータが算出されることにより、欠陥が検出された機器の修理・交換の時期を変更することが可能となるプラント運転制御を実現できる。
【００１０】
（２）本発明のプラント運転制御装置は上記（１）に記載の装置であり、かつ前記シミュレーション条件設定手段に、前記欠陥の存在する部位の少なくとも温度または応力のパラメータを測定できるセンサーからそのパラメータのデータを受け、欠陥進展シミュレーションに用いることを可能とするモニタリングデータ入力手段を備えている。
【００１１】
本発明のプラント運転制御装置によれば、プラント運転中での欠陥進展に影響するパラメータのモニタリングデータを欠陥進展計算に用いることにより、進展シミュレーションの精度を上げることができる。
【００１２】
（３）本発明のプラント運転制御装置は上記（１）に記載の装置であり、かつ前記欠陥データは、少なくとも欠陥の形状、大きさ、方向、または数を表す数値演算可能な値からなる。
【００１３】
本発明のプラント運転制御装置によれば、欠陥データがデジタルデータ等の数値演算可能な値として欠陥進展量算出手段に転送されるので、計算処理の自動化、処理速度の向上が達成できる。
【００１４】
（４）本発明のプラント運転制御装置は上記（１）に記載の装置であり、かつ前記欠陥データ入力手段は、前記欠陥の形状とは異なる形状にモデル化したものを前記欠陥データとして入力する。
【００１５】
本発明のプラント運転制御装置によれば、欠陥進展計算がモデル化された欠陥に対する従来の破壊力学を適用することで容易に実施できる。
【００１６】
（５）本発明のプラント運転制御装置は上記（３）または（４）に記載の装置であり、かつ前記欠陥データ入力手段は、前記欠陥を当該欠陥が含まれる部材の主応力面に投影することにより平面欠陥に置き換え、さらにその形状を半楕円形状または楕円形状にモデル化したものを前記欠陥データとして入力する。
【００１７】
本発明のプラント運転制御装置によれば、欠陥進展計算において、従来の破壊力学計算式が利用できる。
【００１８】
（６）本発明のプラント運転制御装置は上記（１）に記載の装置であり、かつ前記プラント運転条件記憶手段に代え、当該プラントの設計条件で定められた少なくとも温度または応力を欠陥進展量を算出するための負荷条件データとして保存するプラント負荷条件記憶手段を備えている。
【００１９】
本発明のプラント運転制御装置によれば、プラントの構造設計に当たり設定した負荷条件ベースの欠陥進展計算が可能になる。
【００２０】
（７）本発明のプラント運転制御方法は、プラント機器を構成する材料に存在する欠陥の少なくとも欠陥寸法を表す欠陥データを入力する工程と、前記入力した欠陥データに示される欠陥寸法を初期値として、単位時間毎に増加する欠陥寸法の増分を算出して加算する処理を繰り返すことにより、時間の経過とともに進展する欠陥寸法の進展量を算出する工程であって、少なくとも温度及び応力のパラメータからなるプラント運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件の少なくとも応力のパラメータに基づいて単位時間毎の前記材料の応力拡大係数を求め、この応力拡大係数から、少なくとも、前記材料の単位時間当たりの欠陥寸法の進展量を表す欠陥進展速度と前記材料の応力拡大係数との関係を示す欠陥進展線図を用いて対応する欠陥進展速度を求め、この欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う工程と、前記運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするためのシミュレーション条件を設定する工程と、その設定されたシミュレーション条件に従い、欠陥進展をシミュレーションして、そのシミュレーション結果である欠陥進展シミュレーションデータを生成する工程と、目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する工程と、前記生成した欠陥進展シミュレーションデータの中から、前記入力した欠陥進展目標条件に含まれる前記目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とを満足する欠陥進展シミュレーションデータを検索し、この欠陥進展シミュレーションデータを生成させたシミュレーション条件を抽出する工程と、前記抽出したシミュレーション条件を制御信号として出力する工程と、を有し、前記欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う工程で用いられる欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度と繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲との関係で整理されたものとし、応力腐食割れにより進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度と応力腐食割れ応力値から求まる応力拡大係数との関係で整理されたものとすることを特徴とする。
【００２１】
本発明のプラント運転制御方法によれば、欠陥データの入力情報と予め記憶している欠陥進展データを用い、欠陥進展時間及び欠陥進展量からなる欠陥進展目標条件を満足するような運転制御パラメータが算出されることにより、欠陥が検出された機器の修理・交換の時期を変更することが可能となる。
【００２２】
（８）本発明のプラント運転制御プログラムを記録した記憶媒体は、コンピュータを、プラント機器を構成する材料に存在する欠陥の少なくとも欠陥寸法を表す欠陥データを入力する欠陥データ入力手段、少なくとも、前記材料の単位時間当たりの欠陥寸法の進展量を表す欠陥進展速度と前記材料の応力拡大係数との関係を示す欠陥進展線図を有する欠陥進展データを記憶する欠陥進展データ記憶手段、少なくとも温度及び応力のパラメータからなるプラント運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスを記憶するプラント運転条件記憶手段、前記欠陥データ入力手段により入力される欠陥データに示される欠陥寸法を初期値として、単位時間毎に増加する欠陥寸法の増分を算出して加算する処理を繰り返すことにより、時間の経過とともに進展する欠陥寸法の進展量を算出する欠陥進展量算出手段であって、前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件の少なくとも応力のパラメータに基づいて単位時間毎の前記材料の応力拡大係数を求め、この応力拡大係数から前記欠陥進展データ記憶手段に記憶されている欠陥進展データに示される欠陥進展線図を用いて対応する欠陥進展速度を求め、この欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う欠陥進展量算出手段、前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするためのシミュレーション条件を設定するシミュレーション条件設定手段、このシミュレーション条件設定手段で設定されたシミュレーション条件に従い、欠陥進展をシミュレーションして、そのシミュレーション結果である欠陥進展シミュレーションデータを生成する欠陥進展シミュレーション手段、目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する欠陥進展目標条件入力手段、前記欠陥進展シミュレーション手段により生成された欠陥進展シミュレーションデータの中から、前記欠陥進展目標条件入力手段で入力された欠陥進展目標条件に含まれる前記目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とを満足する欠陥進展シミュレーションデータを検索し、この欠陥進展シミュレーションデータを生成させたシミュレーション条件を抽出する運転条件算出手段、この運転条件算出手段で抽出されたシミュレーション条件を制御信号として出力する制御信号出力手段、を有し、前記欠陥進展量算出手段で用いられる欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度と繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲との関係で整理されたものとし、応力腐食割れにより進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度と応力腐食割れ応力値から求まる応力拡大係数との関係で整理されたものとする手段、として機能させるためのプラント運転制御プログラムを記録しており、コンピュータ読み取り可能である。
【００２３】
本発明のプラント運転制御プログラムを記録した記憶媒体によれば、コンピュータにより、欠陥データの入力情報と予め記憶している欠陥進展データを用い、欠陥進展時間及び欠陥進展量からなる欠陥進展目標条件を満足するような運転制御パラメータが算出されることにより、欠陥が検出された機器の修理・交換の時期を変更することが可能とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図で、図２はその作用説明図である。
【００２６】
図１に示すプラント運転制御装置は、欠陥データ入力手段１により、プラント機器を構成する材料の表面あるいは内部に発見された欠陥の大きさ等を表す欠陥寸法からなる欠陥データを入力する。欠陥進展データ記憶手段２は、予め材料試験等により取得したプラント機器を構成する材料についての欠陥進展データを記憶している。プラント運転条件記憶手段３は、温度、応力等の運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスを記憶している。
【００２７】
欠陥進展量算出手段４は、欠陥進展データ記憶手段２から得られる欠陥進展データを用い、プラント運転条件記憶手段３から得られる運転条件シーケンスに基づいて当該欠陥の進展量を算出する。シミュレーション条件設定手段５は、前記運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするための運転条件を設定する。欠陥進展シミュレーション手段６は、その設定された運転条件シーケンスに基づき欠陥進展データ記憶手段２から得られる欠陥進展データを用い欠陥進展をシミュレーションする。
【００２８】
欠陥進展目標条件入力手段７は、欠陥進展時間及び欠陥進展量からなる欠陥進展目標条件を入力する。運転条件算出手段８は、その入力条件に適合するプラント運転条件を算出する。制御信号出力手段９は、算出された運転条件を制御信号として出力する。
【００２９】
原子力発電プラント、火力発電プラント等では、そのプラントの運転時間の経過に伴い、疲労、応力腐食割れ（ＳＣＣ）あるいはクリープにより、あるいはそれらの重畳により、プラント機器を構成する材料の内部または表面にき裂、割れ、ボイド等の欠陥が発生する。
【００３０】
図２に示すように、欠陥データ入力手段１では、処理１１で、プラントの定期点検中あるいはプラント運転中にプラント機器を構成する材料の表面あるいは内部に発見された欠陥について、計測された欠陥の形状、大きさ、方向、欠陥数等のデータを欠陥データとして入力する。
【００３１】
ここで、定期点検で計測される欠陥寸法を欠陥データとする場合は、当該欠陥が初めて発見された定期点検時に測定された寸法を使用することも、またその定期点検以降の検査において再計測された当該欠陥の寸法を欠陥データとして入力手段１で入力することもできる。
【００３２】
また欠陥データは、立体的な欠陥あるいは複雑な形状の欠陥を、当該欠陥が含まれる部材の主応力面に投影することにより平面欠陥に置き換え、さらにその形状を半楕円形状または楕円形状にモデル化したものに対して求めた欠陥寸法を入力データとしても良い。
【００３３】
欠陥進展量算出手段４では、処理１４で、欠陥データ入力手段１で入力された欠陥寸法に対し、プラント運転条件記憶手段３に予め保存されている温度、応力等の運転パラメータからなるプラント運転条件に基づき、その欠陥に対する応力拡大係数Ｋ値を計算する。応力拡大係数の計算式は、種々の欠陥形状に対し簡易評価式がハンドブックなどにまとめられている。（参考：Murakami,Stress Intensity Factors Handbook,Pergamon Press,1987）よって、それらの式を欠陥進展量算出手段４に内蔵しておけば良い。
【００３４】
応力拡大係数Ｋ値の計算には、欠陥を含む部材に負荷される応力値が必要であり、その応力値は、プラント運転条件記憶手段３に予め保存されている１３に示すようなプラント運転条件から求める。
【００３５】
さらに、欠陥進展量の計算には、欠陥を含む部材の材料と同等の材料に対し設定された１２に示すような欠陥進展線図からなる欠陥進展データが必要で、それらの欠陥進展データは欠陥進展データ記憶手段２に予め保管させる。欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労の繰返し負荷１サイクル当たりの欠陥進展速度da/dnと繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲ΔＫとの関係（da/dn vs. ΔＫ）で整理されたものとする。また、応力腐食割れ（ＳＣＣ）により進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度da/dtとＳＣＣ応力値から求まる応力拡大係数Ｋとの関係（da/dt vs. Ｋ）で整理されたものとする。
【００３６】
以上により、欠陥進展量算出手段４では、欠陥データ入力手段１で入力された寸法を有する欠陥に対し、プラント運転条件記憶手段３で設定されている温度、応力等の運転パラメータの時系列的なシーケンスに従った時間的な欠陥の成長予測を行うことができる。その結果、欠陥が当該欠陥を含む部材、機器、あるいはプラントの運転に支障を来す大きさに達する時期すなわち寿命、あるいは当該欠陥を含む部材、機器の修理・交換を必要とする時期、を予測することができる。言い換えれば、前記の寿命および修理、交換時期は、欠陥データ入力手段１で入力された欠陥寸法とプラント運転条件記憶手段３に設定された運転条件によって一義的に決定される。
【００３７】
欠陥進展シミュレーション手段６では、前記のプラント運転条件記憶手段３で設定されている運転条件とは異なる条件での時系列的シーケンスあるいは異なる運転パラメータにより、欠陥の成長予測を行う事ができる。
【００３８】
ここで、欠陥が含まれる部材が存在する雰囲気温度が異なると、欠陥進展速度は温度に依存し変化する。（参考：P.L.Andresen,Effects of Temperature on Crack Growth Rate in Sensitized Type304 Stainless Steel and Alloy600,Corrosion,vol.49,No.9,1993,p.714）。
【００３９】
同様に、原子力発電プラントの機器表面に存在する欠陥のように、その欠陥内面がプラント冷却媒体と接するような場合には、欠陥進展速度は冷却媒体の流速（参考：片田，材料，41巻，1992，p.1648）、あるいは冷却媒体中の溶存酸素濃度（参考：樋口，鉄と鋼，講演論文集86-S1529，p.245）に依存し変化する。
【００４０】
欠陥進展シミュレーション手段６で行う欠陥進展シミュレーションは、プラント運転条件記憶手段３で設定されているパラメータに限定されず、上記のように冷却媒体の流速、溶存酸素濃度等も含む欠陥進展速度に影響する様々な因子をパラメータとすることができる。このシミュレーション条件は、１５に示すようにシミュレーション条件設定手段５で設定し、そのデータが欠陥進展シミュレーション手段６で読込まれ、１６に示すように欠陥進展シミュレーションが行われる。そのシミュレーション結果は、欠陥進展シミュレーションデータとして保存することができる。
【００４１】
欠陥進展目標条件入力手段７では、１７に示すような目標とする欠陥進展量とそれに達するまでの時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する。
【００４２】
運転条件算出手段８では、１８に示すように、欠陥進展シミュレーション手段６でシミュレーションされた欠陥進展シミュレーションデータの中から、欠陥進展目標条件入力手段７で設定された欠陥進展目標条件を満足するシミュレーションデータを検索し、そのシミュレーション結果の入力データとなるシミュレーション条件設定手段５で設定したシミュレーション条件が運転条件として抽出される。
【００４３】
ここで、運転条件算出手段８において、前記の欠陥進展目標条件が満足かどうかの判定処理に続き、その目標条件を満足したシミュレーション条件に従いプラントを運転した場合の運転コストを算出し、そのコストに対し経済的な判断を行い、前記欠陥進展目標条件を満足したシミュレーション条件についての最終的な採用判断を行っても良い。
【００４４】
なお、上記欠陥進展シミュレーションデータの中に、欠陥進展目標条件入力手段７で設定された欠陥進展目標条件を満足するデータが無い場合は、欠陥進展シミュレーション手段６による処理１６に戻り、新たなシミュレーション条件で欠陥進展シミュレーションを再実行し、満足できるシミュレーション条件を求めることもできる。
【００４５】
ここで、前述したように、運転条件算出手段８で算出される運転条件を構成する制御パラメータは、プラント運転条件記憶手段３に予め保存されている温度、応力等の運転パラメータとは異なるパラメータにより構成することもできる。例えば、原子力発電プラント、火力発電プラントのように、その運転開始、停止を含む運転期間中に温度が過渡的に変化する高温機器の場合、局所的に作用する応力は温度変動に起因する熱応力による場合が多い。
【００４６】
図３の（ａ）〜（ｃ）は、運転条件の算出手順における運転パラメータの影響を示す図である。熱応力による欠陥進展を制御するパラメータとして、プラント最高温度、温度変動サイクルにおける最高温度と最低温度の差からなる温度変動幅、あるいは温度変動速度が挙げられる。図３の（ａ）に示すように最高温度に関してはそれが高いほど、図３の（ｂ）に示すように温度変動幅に関してはそれが大きいほど、図３の（ｃ）に示すように温度変動速度に関しては著しく遅い条件を除きそれが早いほど、一般に欠陥進展速度は早くなる。これらの特性を利用して、プラント最高温度、温度変動幅、あるいは温度変動速度のうちのいずれか、あるいはそれらを組合せ制御パラメータとして選択することができる。
【００４７】
制御信号出力手段９では、処理１９で、運転条件算出手段８で抽出したシミュレーション条件がプラントの制御信号として出力される。
【００４８】
図４は、本第１の実施の形態における効果の一例を示す図である。定期検査で欠陥が発見され、その時点で設定されている運転条件に従い次期定期点検までの欠陥進展を予測した結果、次期定期点検に至る前に当該欠陥が発見された部位に許容される欠陥の大きさacriに達すると予測されたとする。この場合には、その欠陥が発見された定期点検の期間中あるいは次期定期点検に達する前の運転期間中に、欠陥が発見された機器の修理、交換が必要となる。ここで、予め定められた定期点検期間外に機器の修理、交換を行う場合は、そのためにプラントの運転を中断しなければならない。
【００４９】
本第１の実施の形態では、欠陥進展目標条件入力手段７において、目標欠陥進展量を図４に示す許容される欠陥の大きさacriに設定し、またそれに達する時間を次期定期点検までの時間あるいは次期定期点検以降の時間と設定する。そして運転条件算出手段８により、前記欠陥進展目標条件を満足するような、すなわち次期定期点検まで進展する欠陥の大きさが、機器の修理、交換を要する許容レベルには達しないような、新たな運転条件が算出される。
【００５０】
したがって、プラント運転条件を上記の新たに算出された運転条件に変更すれば、欠陥が発見された機器の修理、交換の時期を、次期定期点検時に合わせること、あるいはそれ以降の許容欠陥の大きさに達するまでの時期に延ばすこと、が可能となる。
【００５１】
図５は、本第１の実施の形態における運転制御プログラムの処理手順を示すフローチャートである。欠陥データ入力手段１では、ステップＳ１で、プラントの定期点検中あるいはプラント運転中に発見された欠陥について、欠陥の形状、方向、大きさ（寸法）、数等からなる数値演算可能なデジタル値を欠陥データとして入力する。
【００５２】
続いて欠陥進展量算出手段４では、ステップＳ２で、欠陥データ入力手段１で入力された欠陥寸法を初期値として用い、プラント運転条件記憶手段３に予め保存されている温度、応力等の運転パラメータからなるプラント運転条件データに基づき、応力拡大係数Ｋ値を計算し、欠陥進展量を算出する。
【００５３】
ここで、応力拡大係数Ｋ値の計算には、欠陥を含む部材に負荷される応力値が必要で、その応力値はプラント運転条件記憶手段３に予め保存されているプラント運転条件データから計算される。
【００５４】
また欠陥進展量算出手段４では、欠陥進展量の計算を行うために、ステップＳ３で、予め欠陥進展データ記憶手段２に保管しておいた欠陥進展線図からなる欠陥進展データを選択し、ステップＳ４で、それらを用い応力拡大係数に対応する欠陥進展速度を計算する。欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度da/dnと繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲ΔＫとの関係（da/dn vs. ΔＫ）で整理されたものとする。また欠陥進展線図は、応力腐食割れ（ＳＣＣ）により進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度da/dtとＳＣＣ応力値から求まる応力拡大係数Ｋとの関係（da/dt vs. Ｋ）で整理されたものとする。
【００５５】
欠陥進展量は、ステップＳ５で、プラント運転条件記憶手段３に保存されているプラント運転条件データに従い、それらに対応するΔＫあるいはＫについて欠陥進展速度を求め、所定の繰返し数増分Δｎあるいは時間増分Δｔに対する欠陥寸法の増分Δａを計算することで求められる。すなわち、進展前の欠陥寸法にこの増分を加算したａ＋Δａを新たな欠陥寸法とし、このａ＋Δａに対し前記操作と同様にΔＫあるいはＫを求め、増分Δａを計算する計算処理を繰返す。
【００５６】
欠陥進展シミュレーション手段６では、前記のプラント運転条件記憶手段３で設定されている運転条件とは異なる運転パラメータあるいは異なる時系列的シークエンスで、欠陥の成長予測を行う事ができる。
【００５７】
欠陥進展シミュレーション手段６で行う欠陥進展シミュレーションは、プラント運転条件記憶手段３で設定されている運転パラメータに限定されず、原子力発電プラントの場合では、プラント冷却媒体の流速、溶存酸素濃度等も含む欠陥進展速度に影響する様々な因子をパラメータとすることができる。このシミュレーション条件は、ステップＳ６で、シミュレーション条件設定手段５にて設定し、そのデータが欠陥進展シミュレーション手段６で読込まれ、ステップＳ７で、欠陥進展シミュレーション計算が行われる。そのシミュレーション結果は、ステップＳ８で、欠陥進展シミュレーションデータとして保存される。
【００５８】
欠陥進展目標条件入力手段７では、ステップＳ９で、目標とする欠陥進展量とそれに達するまでの時間からなる欠陥進展目標条件を入力する。この目標値の決定に当たっては、その目標値を満足することがプラント運転の経済性の観点から優位であるかどうかの判断に基づいて、目標設定する。
【００５９】
運転条件算出手段８では、ステップＳ１０で、欠陥進展シミュレーション手段６でシミュレーションされた欠陥進展シミュレーションデータの中から、欠陥進展目標条件入力手段７で設定された欠陥進展目標条件を満足するシミュレーションデータを検索し、そのシミュレーション結果の入力データとなるシミュレーション条件設定手段５で設定したシミュレーション条件が運転条件として抽出される。
【００６０】
ここで、ステップＳ１１で、上記欠陥進展シミュレーションデータの中に、欠陥進展目標条件入力手段７で設定された欠陥進展目標条件を満足するデータが無い場合は、ステップＳ６に戻り、新たなシミュレーション条件で欠陥進展シミュレーション手段６による欠陥進展シミュレーションを再実行し、満足できるシミュレーション条件を求めれば良い。
【００６１】
ステップＳ１１で、設定された欠陥進展目標条件を満足するデータが有る場合は、制御信号出力手段９により、ステップＳ１２で、運転条件算出手段８で抽出したシミュレーション条件から制御信号データが計算され、ステップＳ１３で、プラントの制御信号として出力される。
【００６２】
なお、上記運転制御プログラムを記憶した記憶媒体としては、磁気ディスク、フロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、半導体メモリ等、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であっても良い。
【００６３】
また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のＭＷ（ミドルウェア）等が、本実施の形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。
【００６４】
さらに、本実施の形態における記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。
【００６５】
また、記憶媒体は一つに限らず、複数の媒体から本実施の形態における処理が実行される場合も有効であり、媒体構成は何れの構成であっても良い。
【００６６】
また、プラント運転条件記憶手段３に代え、当該プラントの設計条件で定められた温度、応力等を欠陥進展量を算出するための負荷条件データとして保存するプラント負荷条件記憶手段を備えるよう構成しても良い。
【００６７】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図である。図６において、図１と同一な部分には同符号を付してある。
【００６８】
図６に示すプラント運転制御装置では、第１の実施の形態と同様に、制御信号出力手段９でプラントの制御信号が出力されるが、この制御信号に加え、欠陥進展目標条件入力手段７で設定された欠陥進展目標条件に達することが予測される時期、若しくはその時期の前に、プラントの運転を停止する信号を発する安全運転支援手段１０を設けている。
【００６９】
本第２の実施の形態によれば、安全運転支援手段１０を設けることにより、プラントの運転を自動停止させることができ、プラントの安全性をより高めることができる。
【００７０】
（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図である。図７において、図１，図６と同一な部分には同符号を付してある。
【００７１】
図７に示すプラント運転制御装置では、プラント定期点検時あるいは運転中に欠陥が発見された場合、当該欠陥の存在する部位の温度、応力等のような欠陥進展に影響するパラメータを測定できるようなセンサーを設け、プラント運転中にそれらパラメータのモニタリングデータを欠陥進展計算に用いることにより、進展シミュレーションの精度を上げる。
【００７２】
一般に原子力発電プラント等の大型機器では、運転条件はプラント主要部の平均温度に対応するもので、局所的な部位での温度とは必ずしも一致しない。また、温度等が急激に変動する過渡条件では、場所により温度変動の時間的ずれが生ずる。したがって、局所的に存在する欠陥の進展量を精度良く予測する場合には、その欠陥が存在する近傍で、進展量を支配する応力、温度等のパラメータの値をモニタリングにより知ることができれば、き裂進展の予測精度が上がる。
【００７３】
ただし、前記パラメータがモニタリングされる時期より時間的に先のパラメータ変動は予測する必要がある。
【００７４】
図８は、本第３の実施の形態におけるモニタリングデータを利用した場合の欠陥進展シミュレーションを示す図である。図８に示すように、モニタリングデータが時間t1まで得られている場合、それを用い進展計算を行うことにより時間t1までの区間は精度の良い進展計算ができ、時間t1での欠陥の大きさa1が計算される。これに対し、時間t1以降t2までの区間はモニタリングデータが無いので、欠陥の大きさa1を初期値とした進展シミュレーションを行うことになる。したがって、モニタリングされた最新データを随時用い再計算することができれば、図６に示す時間t1が、それに応じてt2に近づくので、最終的な進展予測精度は上がる。
【００７５】
本第３の実施例の形態の装置の構成としては、図７に示すように、欠陥進展をシミュレーションするための運転条件を設定する手段５に、前述のプラント運転中に計測される欠陥進展に関与するパラメータのモニタリングデータを送るためのモニタリングデータ入力手段１１を設けている。このようにモニタリングデータを用いることにより、欠陥進展シミュレーション手段６による欠陥進展シミュレーションの精度を上げることが可能になる。
【００７６】
（第４の実施の形態）
図９は、本発明の第４の実施の形態に係るプラント運転制御装置における運転条件の算出手順を示す図である。図９において、図１，図５，図６と同一な部分には同符号を付してある。
【００７７】
本第４の実施の形態では第１の実施の形態と同様に、欠陥進展目標条件を入力する欠陥進展目標設定手段７により入力された条件に適合するプラント運転条件を運転条件算出手段８で算出するが、この算出手段８にプラント運転コスト算定部８１を設けている。このプラント運転コスト算定部８１では、運転条件の変更に伴い変わる運転コスト、あるいは欠陥が検出された機器を修理、交換する場合のそれらに係る費用も含めた運転コスト等、総合的な運転コストを経済的に判断し、プラント運転条件を決定する。
【００７８】
本第４の実施の形態によれば、プラント運転維持のための総コストを判断し、経済的に有利なプラント運転条件を決定することができる。
【００７９】
また、本発明は以下の構成を有する。
【００８０】
［１］制御信号出力手段に代え、または制御信号出力手段に加えて、プラントの運転を停止する信号を発する安全運転支援手段を備えたことを特徴とするプラント運転制御装置。
【００８１】
このように構成された装置においては、欠陥進展目標条件入力手段で設定された欠陥進展目標条件に達することが予測される時期、若しくはその時期の前に、プラントの運転を自動停止させることができ、安全運転を支援することができる。
【００８２】
［２］運転条件算出手段において、プラント運転に必要な運転コストを算定することを特徴とするプラント運転制御装置。
【００８３】
このように構成された装置においては、プラント運転条件の違いにより異なるプラント運転コストを運転条件の選択判定に用いることにより、経済的で最適なプラント運転条件を決定することができる。
【００８４】
［３］欠陥が検出された機器の修理、交換に係る費用も含めるプラント運転維持コストを算定し、経済的判断により最適なプラント運転条件を決定することを特徴とするプラント運転制御装置。
【００８５】
このように構成された装置においては、機器の修理、交換に係る費用等のプラント運転維持のための総合的なコストに対し、経済性判定に基づく最適なプラント運転条件を決定することができる。
【００８６】
［４］欠陥進展時間及び欠陥進展量からなる欠陥進展目標条件に適合するプラント運転条件において、プラント最高温度を、前記運転条件を構成する制御パラメータとすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００８７】
このように構成された装置においては、プラント最高温度を運転制御パラメータとすることができる。
【００８８】
［５］上記プラント最高温度に代え、プラント温度の変動サイクルにおける最高温度と最低温度の差を制御パラメータとすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００８９】
このように構成された装置においては、プラント温度の変動サイクルにおける最高温度と最低温度の差を運転制御パラメータとすることができる。
【００９０】
［６］上記プラント最高温度に代え、プラント温度の変化速度を制御パラメータとすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００９１】
このように構成された装置においては、プラント温度の変化速度を運転制御パラメータとすることができる。
【００９２】
［７］上記プラント最高温度に代え、プラント冷却媒体の流量または流速等を制御することにより，間接的にプラント運転温度の制御を行うことを特徴とするプラント運転制御装置。
【００９３】
このように構成された装置においては、プラント冷却媒体の流量または流速等を運転制御パラメータとすることができる。
【００９４】
［８］欠陥進展目標条件に適合するプラント運転条件について、部材表面に存在する欠陥の内面がプラント冷却媒体と接する場合に対し、前記冷却媒体の化学成分を制御することにより、当該欠陥の進展速度を変えることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００９５】
このように構成された装置においては、冷却媒体の化学成分を運転制御パラメータとすることができる。
【００９６】
［９］プラント機器を構成する材料の表面あるいは内部に発生する欠陥は、疲労により進展する欠陥を対象とすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００９７】
このように構成された装置においては、疲労による欠陥進展を制御することができる。
【００９８】
［１０］プラント機器を構成する材料の表面あるいは内部に発生する欠陥は、応力腐食割れ（ＳＣＣ）により進展する欠陥を対象とすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【００９９】
このように構成された装置においては、応力腐食割れによる欠陥進展を制御することができる。
【０１００】
［１１］プラント機器を構成する材料の表面あるいは内部に発生する欠陥は、クリープにより進展する欠陥を対象とすることを特徴とするプラント運転制御装置。
【０１０１】
このように構成された装置においては、クリープによる欠陥進展を制御することができる。
【０１０２】
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、欠陥が検出された機器の欠陥許容運転の可否を変更、あるいはそれら機器の修理、交換等の保全作業の時期および範囲を変更することができる。
【０１０４】
プラントの修理・交換作業においては、膨大な作業員および作業特有の機器、設備が必要になるが、複数のプラントで修理・交換工事の時期が重複すると、それに応じ重複した数の作業機器、設備が必要となる。さらに、高い専門性が要求される工事の場合には、それに必要な技能を有した作業員の効率的配置が難しくなる場合も起こる。そこで、欠陥許容運転期間の任意の変更が可能になれば、合理的な保全作業計画を策定し、効率的な工事運営の実現が可能となる。
【０１０５】
また、修理あるいは交換が技術的に難しい機器に対しては、欠陥許容運転の延長が可能になれば、その延長された期間を使い、新たな修理、交換工法を開発する時間的な余裕が生じる。
【０１０６】
さらに、耐用期間末期に近づいた高経年化プラントに対しては、修理・交換に要する費用と、仮にプラントの出力を低下しても商業運転終了まで修理・交換を最小限に留めることができる運転を選択した場合の効率低下による経済的損失とを比較することにより、トータルコストとして経済的にメリットのあるプラント維持管理の選択肢を選ぶことができ、合理的なプラント運転が可能となる。
【０１０７】
このように本発明によれば、欠陥許容運転の可否の変更あるいはその許容運転期間の変更を可能にするようなプラント運転制御を行うことにより、欠陥が検出された機器の修理あるいは交換の時期ならびにそれらの範囲を、経済的に有利な時期あるいは範囲に変更し、効率的なプラント保全計画、工事で対応することを可能とするプラント運転制御装置、プラント運転制御方法およびプラント運転制御プログラムを記憶した記憶媒体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るプラント運転制御装置の作用説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る運転条件の算出手順における運転パラメータの影響を示す図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における効果の一例を示す図。
【図５】本発明の第１の実施の形態における運転制御プログラムの処理手順を示すフローチャート。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るプラント運転制御装置のブロック構成図。
【図８】本発明の第３の実施の形態におけるモニタリングデータを利用した場合の欠陥進展シミュレーションを示す図。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るプラント運転制御装置における運転条件の算出手順を示す図。
【符号の説明】
１…欠陥データ入力手段
２…欠陥進展データ記憶手段
３…プラント運転条件記憶手段
４…欠陥進展量算出手段
５…シミュレーション条件設定手段
６…欠陥進展シミュレーション手段
７…欠陥進展目標条件入力手段
８…運転条件算出手段
８１…プラント運転コスト算定部
９…制御信号出力手段
１０…安全運転支援手段
１１…モニタリングデータ入力手段
Claims (8)
- プラント機器を構成する材料に存在する欠陥の少なくとも欠陥寸法を表す欠陥データを入力する欠陥データ入力手段と、
少なくとも、前記材料の単位時間当たりの欠陥寸法の進展量を表す欠陥進展速度と前記材料の応力拡大係数との関係を示す欠陥進展線図を有する欠陥進展データを記憶する欠陥進展データ記憶手段と、
少なくとも温度及び応力のパラメータからなるプラント運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスを記憶するプラント運転条件記憶手段と、
前記欠陥データ入力手段により入力される欠陥データに示される欠陥寸法を初期値として、単位時間毎に増加する欠陥寸法の増分を算出して加算する処理を繰り返すことにより、時間の経過とともに進展する欠陥寸法の進展量を算出する欠陥進展量算出手段であって、前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件の少なくとも応力のパラメータに基づいて単位時間毎の前記材料の応力拡大係数を求め、この応力拡大係数から前記欠陥進展データ記憶手段に記憶されている欠陥進展データに示される欠陥進展線図を用いて対応する欠陥進展速度を求め、この欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う欠陥進展量算出手段と、
前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするためのシミュレーション条件を設定するシミュレーション条件設定手段と、
このシミュレーション条件設定手段で設定されたシミュレーション条件に従い、欠陥進展をシミュレーションして、そのシミュレーション結果である欠陥進展シミュレーションデータを生成する欠陥進展シミュレーション手段と、
目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する欠陥進展目標条件入力手段と、
前記欠陥進展シミュレーション手段により生成された欠陥進展シミュレーションデータの中から、前記欠陥進展目標条件入力手段で入力された欠陥進展目標条件に含まれる前記目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とを満足する欠陥進展シミュレーションデータを検索し、この欠陥進展シミュレーションデータを生成させたシミュレーション条件を抽出する運転条件算出手段と、
この運転条件算出手段で抽出されたシミュレーション条件を制御信号として出力する制御信号出力手段と、を具備し、
前記欠陥進展量算出手段で用いられる欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度と繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲との関係で整理されたものとし、応力腐食割れにより進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度と応力腐食割れ応力値から求まる応力拡大係数との関係で整理されたものとすることを特徴とするプラント運転制御装置。 - 前記シミュレーション条件設定手段に、前記欠陥の存在する部位の少なくとも温度または応力のパラメータを測定できるセンサーからそのパラメータのデータを受け、欠陥進展シミュレーションに用いることを可能とするモニタリングデータ入力手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転制御装置。
- 前記欠陥データは、少なくとも欠陥の形状、大きさ、方向、または数を表す数値演算可能な値からなることを特徴とする請求項１に記載のプラント運転制御装置。
- 前記欠陥データ入力手段は、前記欠陥の形状とは異なる形状にモデル化したものを前記欠陥データとして入力することを特徴とする請求項１に記載のプラント運転制御装置。
- 前記欠陥データ入力手段は、前記欠陥を当該欠陥が含まれる部材の主応力面に投影することにより平面欠陥に置き換え、さらにその形状を半楕円形状または楕円形状にモデル化したものを前記欠陥データとして入力することを特徴とする請求項３または４に記載のプラント運転制御装置。
- 前記プラント運転条件記憶手段に代え、当該プラントの設計条件で定められた少なくとも温度または応力を欠陥進展量を算出するための負荷条件データとして保存するプラント負荷条件記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプラント運転制御装置。
- プラント機器を構成する材料に存在する欠陥の少なくとも欠陥寸法を表す欠陥データを入力する工程と、
前記入力した欠陥データに示される欠陥寸法を初期値として、単位時間毎に増加する欠陥寸法の増分を算出して加算する処理を繰り返すことにより、時間の経過とともに進展する欠陥寸法の進展量を算出する工程であって、少なくとも温度及び応力のパラメータからなるプラント運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件の少なくとも応力のパラメータに基づいて単位時間毎の前記材料の応力拡大係数を求め、この応力拡大係数から、少なくとも、前記材料の単位時間当たりの欠陥寸法の進展量を表す欠陥進展速度と前記材料の応力拡大係数との関係を示す欠陥進展線図を用いて対応する欠陥進展速度を求め、この欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う工程と、
前記運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするためのシミュレーション条件を設定する工程と、
その設定されたシミュレーション条件に従い、欠陥進展をシミュレーションして、そのシミュレーション結果である欠陥進展シミュレーションデータを生成する工程と、
目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する工程と、
前記生成した欠陥進展シミュレーションデータの中から、前記入力した欠陥進展目標条件に含まれる前記目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とを満足する欠陥進展シミュレーションデータを検索し、この欠陥進展シミュレーションデータを生成させたシミュレーション条件を抽出する工程と、
前記抽出したシミュレーション条件を制御信号として出力する工程と、を有し、
前記欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う工程で用いられる欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度と繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲との関係で整理されたものとし、応力腐食割れにより進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度と応力腐食割れ応力値から求まる応力拡大係数との関係で整理されたものとすることを特徴とするプラント運転制御方法。 - コンピュータを、
プラント機器を構成する材料に存在する欠陥の少なくとも欠陥寸法を表す欠陥データを入力する欠陥データ入力手段、
少なくとも、前記材料の単位時間当たりの欠陥寸法の進展量を表す欠陥進展速度と前記材料の応力拡大係数との関係を示す欠陥進展線図を有する欠陥進展データを記憶する欠陥進展データ記憶手段、
少なくとも温度及び応力のパラメータからなるプラント運転条件が時間の経過とともに変動するプラントの運転条件シーケンスを記憶するプラント運転条件記憶手段、
前記欠陥データ入力手段により入力される欠陥データに示される欠陥寸法を初期値として、単位時間毎に増加する欠陥寸法の増分を算出して加算する処理を繰り返すことにより、時間の経過とともに進展する欠陥寸法の進展量を算出する欠陥進展量算出手段であって、前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件の少なくとも応力のパラメータに基づいて単位時間毎の前記材料の応力拡大係数を求め、この応力拡大係数から前記欠陥進展データ記憶手段に記憶されている欠陥進展データに示される欠陥進展線図を用いて対応する欠陥進展速度を求め、この欠陥進展速度から前記増加する欠陥寸法の増分を算出する処理を行う欠陥進展量算出手段、
前記プラント運転条件記憶手段に記憶されている運転条件シーケンスに示されるプラント運転条件と異なる条件での欠陥進展をシミュレーションするためのシミュレーション条件を設定するシミュレーション条件設定手段、
このシミュレーション条件設定手段で設定されたシミュレーション条件に従い、欠陥進展をシミュレーションして、そのシミュレーション結果である欠陥進展シミュレーションデータを生成する欠陥進展シミュレーション手段、
目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とからなる欠陥進展目標条件を入力する欠陥進展目標条件入力手段、
前記欠陥進展シミュレーション手段により生成された欠陥進展シミュレーションデータの中から、前記欠陥進展目標条件入力手段で入力された欠陥進展目標条件に含まれる前記目標とする欠陥進展量とそれに達する時間とを満足する欠陥進展シミュレーションデータを検索し、この欠陥進展シミュレーションデータを生成させたシミュレーション条件を抽出する運転条件算出手段、
この運転条件算出手段で抽出されたシミュレーション条件を制御信号として出力する制御信号出力手段、を有し、
前記欠陥進展量算出手段で用いられる欠陥進展線図は、疲労により進展する欠陥を対象とする場合は、疲労による繰返し負荷の１サイクル当たりの欠陥進展速度と繰返し負荷の最大値と最小値に対応する応力拡大係数の差から求まる応力拡大係数範囲との関係で整理されたものとし、応力腐食割れにより進展する欠陥を対象とする場合は、単位時間当たりの欠陥進展速度と応力腐食割れ応力値から求まる応力拡大係数との関係で整理されたものとする手段、
として機能させるためのプラント運転制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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