JP4563164B2 - 肉厚監視システム - Google Patents
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Description
このガイド波計測器は、図10に示すように、圧力容器100内に配管であるサンプル110と共に超音波信号変換器120を配置し、超音波信号変換器120からサンプル110に向けて超音波信号Siを出力してサンプル110内で超音波信号Srをガイド波として伝播させるものであり、超音波信号Srは管壁で反射して、超音波信号変換器120で受信する。
しかし、火力プラント内で配管噴破事故が発生することを想定すると、運転中にプラントに立ち入ることが非常に困難となり、遠隔でかつ必要な時に肉厚計測および亀裂計測できることが望まれる。
即ち、既に確立したガイド波による探傷技術を基盤として、遠隔でかつ必要な時に探傷計測するシステムを構築するものである。
更に、これまでの減肉スピードと金属材料の特質を配慮した減肉速度から将来の減肉予想、また、配管の交換時期を予測することを可能とするものである。
上述したガイド波計測器(図10参照)を火力プラントの配管の複数箇所に設置し、ガイド波計測器から出力した超音波信号を配管にガイド波として伝播させ、管壁で反射した反射波をガイド波計測器で受信すると、図2に示す計測結果表示画面が得られる。
図2は、反射波のエコー高さと距離の関係を示すものである。
図3は、エコー高さが増大するに従って、多少の変動はあるものの、断面積減少率(S1/S0)が増大するような相関関係を示している。
ここで、断面積減少率(S1/S0)とは、当初の断面積S0に対する現在の断面積減少量S1の割合を言い、図4に示すように、時間の進行に従って増大するように変化するものと推定される。ここで、配管に使用される金属材料の特質を配慮して推定することが望ましい。
断面積減少量S1≒d×W …(1)
但し、減肉量dと減肉幅Wとの関係について予め求めてデータベースに蓄積すると、図7に示すように、減肉幅Wが増えれば減肉量dが増えるように増大する分布となる。
つまり、減肉量dと減肉幅Wの関係を数式化すると、上式(1)のようになるが、その関係に分布の幅を持たせると図7に示す結果となる。
そこで、本実施の形態では、図5に示すように、減肉量dに対して二つの基準値1,2を設定する。
本実施の形態では、基準値1及び基準値2としては、以下のように設定する。
基準値1;X2がXcrに到達したとき(1%の確率で肉厚<tsr(許容最小肉厚)となる。)
基準値2;X3がXcrに到達したとき(50%の確率で肉厚<tsr(許容最小肉厚)となる。)
ここで、図8に示すように、減肉量dに対するその確率密度は左右対称であり、この分布は時間とともに右へ移動する(滅肉の進行)。
図8におけるX1,X2は、下式(2)で示すように、99%信頼区間の下限と上限である。
d=X1〜X2 …(2)
従って、X1とは信頼区間の下限値であり、これ以上の信号であれば滅肉と判断する値であり、X2とは信頼区間の上限値であり、これ以下の信号であれば減肉と判断する値である。
X3とは、X1とX2の平均値を意味する。
Xcr=限界減肉量(tsrに到達するときの肉厚を言う)
tsr(Thickness shell required)とは配管の許容最少肉厚を言う。
火力プラントのガイド波によるマルチ探傷監視システムの減肉予測評価フローを図1に示す。
モニタリング個所とは、上述したガイド波計測器を設置して、肉厚を計測する配管の個所をいい、例えば、後述するように、火力プラントの配管のうち、流体温度が300℃以下の絞り要素において下流で渦をまく可能性のある箇所に複数設置すると良い。
即ち、ガイド波計測器から出力した超音波信号を配管中にガイド波として伝播させ、管壁で反射した反射波をガイド波計測器で受信する。
このようにガイド波計測器で受信された反射波のエコー高さは、断面積減少率(S1/S0)に対して図3に示す相関関係があり、このような相関関係は予め取得してデータベースに蓄積されている。
ここで、減肉量dが基準値1を超えるときとは、99%信頼区間の下限値X1がXcrに到達したとき、つまり、1%の確率で肉厚<tsr(許容最小肉厚)となることを意味する。
ここでのアラームによる警告は、1%の確率で肉厚が許容最小肉厚tsrとなることを考慮し、注意を喚起する軽度のものとする。
そして、推定された平均肉厚がtsr(許容最小肉厚)より小さくなると余寿命評価したときには、プラント停止計画を実行し(ステップS6)、対策手配を行う(ステップS7)。
一方、推定された平均肉厚がtsr(許容最小肉厚)以上であると余寿命評価したときは、モニタリングを継続する(ステップS8)。
ここで、減肉量dが基準値2を超えるときとは、99%信頼区間の上限値X2がXcrに到達したとき、つまり、50%の確率で肉厚<tsr(許容最小肉厚)となることを意味する。
一方、推定された減肉量dが基準値2を超えると判定されたとき(減肉量>基準値2)は、アラームによる警告を行い(ステップS10)、プラント停止計画を実行し(ステップS11)、対策手配を行う(ステップS12)。
ここでのアラームによる警告は、50%の確率で肉厚が許容最小肉厚tsrとなることを考慮し、警戒させる重度のものとする。
また、ここでのプラント停止計画とは、速やかにプラントを停止する計画であり、また、そのときの対策手配とは速やかに配管を交換する手配とする。
更に、図1に示すフローチャートに付随して、ガイド波による肉厚監視システム設置工事、上記システムを利用した探傷計測業務、配管減肉した場合の配管更新工事なども行う。
火力プラントの配管減肉計測および亀裂計測を目的として設置する複数のセンサ(ガイド波計測器)からの信号を入力する「マルチ探傷検査システム」の機能仕様について以下に記載する。
現在、大型火力プラントで減肉監視を必要とする箇所は、図9の系統図に示す通り9箇所が考えられる。
しかしながら、複数系統が存在するプラントがあることと将来の拡張性を配慮して50点まで可能とする。
常時監視を行っていることで常にシステムの健全性が確認できているために、いざ監視が必要な際に確実に探傷計測を行うことが出来る。
また、異常時にはアラームを出すことで早期復旧を行える。
このことにより人間が現場に立ち入ることなく監視が可能になる。
配管の減肉速度から考えると短時間のスキャンタイムを必要としない。
スキャンタイムは任意に設定できるものとする。例えば、1回/1日、1回/1週、1回/1月などとする。
現在値、過去のデータとの比較などを表形式で表示しても良いし、トレンド形式で傾向を監視する方法でも良い。
予め設定したしきい値(基準値1,2)を超えた場合にはアラームを発信する。
<減肉予想評価フロー図>、<減肉量の時間推移予想>、<基準値の設定>に基づいて、入力されたデータの変化から減肉スピードを計算することで減肉予想を行う。
上記(6)減肉予測結果から、配管修理などのメンテナンスガイダンスを行う。
火力プラントにおいて、以下(a) 〜(i)に示すような流体温度が300℃以下の絞り要素において下流で渦をまく可能性のある箇所に複数設置する。
復水流量計は復水系統に適正な流量が確保できているかを確認するために必要で設置している。
高圧給水加熱器レベルコントロールを行うものがドレンベレル調節弁で、熱交換を適正に行うために調節弁は必要である。
ボイラに必要な給水量を制御するために調節弁は必要である。
給水流量を適正量に制御するために給水流量計は必要である。
過熱器出口の蒸気温度を適正な温度に制御するために過熱器スプレー制御弁は必要である。但し、変圧貫流ボイラでは300℃を超えるので対象外とする。
過熱器スプレー量が適正であるかを監視するために流量計は必要である。但し、変圧貫流ボイラでは300℃を超えるので対象外とする。
再熱器出口の蒸気温度を適正な温度に制御するために再熱器スプレー制御弁は必要である。
再熱器スプレー量が適正であるかを監視するために流量計は必要である。
気水分離器を適正なレベルに制御するものがドレン弁であり必要な弁である。
120 超音波信号変換器
130 パルサ
140 ダイプレクサ
150 アンプ
160 オシロスコープ
170 パーソナルコンピュータ
180 プリアンプ
190 アンプ
200 並進運動段
d 減肉量
W 減肉幅
Claims (6)
- 超音波信号変換器から出力された超音波信号を配管に入射させ、前記配管中をガイド波として伝播して減肉が発生している管壁で反射した反射波を前記超音波信号変換器にて測定することにより前記配管の肉厚を計測する肉厚監視システムにおいて、前記反射波の高さと前記配管の断面減少率との相関関係を予め求め、該相関関係を利用して前記超音波信号変換器にて測定された反射波の高さから前記配管の減肉量を推定し、推定された減肉量が基準値を超えるときには、警告を行うことを特徴とする肉厚監視システム。
- 超音波信号変換器から出力された超音波信号を配管に入射させ、前記配管中をガイド波として伝播して減肉が発生している管壁で反射した反射波を前記超音波信号変換器にて測定することにより前記配管の肉厚を計測する肉厚監視システムにおいて、前記反射波の高さと前記配管の断面減少率との相関関係を予め求めると共に前記断面減少率の時間的推移を予め求め、該相関関係及び時間的推移を利用して前記超音波信号変換器にて測定された反射波の高さから次の定期検査時における前記配管の肉厚を推定し、推定された前記配管の減肉が許容最小肉厚以下となるときには、停止計画及び対策手配を行うことを特徴とする肉厚監視システム。
- 前記配管は火力プラントに配設されることを特徴とする請求項1又は2記載の肉厚監視システム。
- 前記超音波信号変換器は、管内の流体温度が300℃以下の絞り要素において下流で渦を巻く可能性のある箇所に複数設置されることを特徴とする請求項3記載の肉厚監視システム。
- 前記超音波信号変換器は、前記火力プラントの復水流量計下流側、高圧給水加熱器ドレンレベル調節弁下流側、給水流量調節弁下流側、給水流量計下流側、 過熱器スプレー制御弁下流側、過熱器スプレー流量計下流側、再熱器スプレー制御弁下流側、再熱器スプレー流量計下流側及び気水分離器ドレン弁下流側の少なくとも何れかに複数設置されることを特徴とする請求項3記載の肉厚監視システム。
- 前記超音波信号変換器にて測定された反射波から、前記配管の亀裂を検出することを特徴とする請求項1,2,3,4又は5記載の肉厚監視システム。
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