JP5358541B2 - Method for monitoring corrosion progress in structures - Google Patents
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Description
本発明は、構造物における腐食の進行の監視方法に関する。 The present invention relates to a method of monitoring the progress of that corrosion put the structure.
水力発電所における洪水吐や取水のためのゲートは鋼製であるため、腐食が発生し、時間とともに、部材の板厚が徐々に減少する。板厚が減少すると、この部分に作用する応力が増加することとなり、破壊に通じる虞があるため、補修作業を行う必要がある。このため、従来は、定期的（例えば、６年ごと）にゲート各部の板厚を測定し、補修作業の要否を判定していた。 Since the gate for spillway and water intake at a hydroelectric power plant is made of steel, corrosion occurs and the thickness of the member gradually decreases with time. When the plate thickness decreases, the stress acting on this portion increases, which may lead to breakage, so that repair work must be performed. For this reason, conventionally, the thickness of each part of the gate is measured periodically (for example, every six years) to determine whether repair work is necessary.
また、例えば、特許文献１などに記載されているように、金属部材の腐食を予測して余寿命を予測し、この結果に基づき補修作業の要否を判定することも行われている。 For example, as described in Patent Document 1 or the like, corrosion of a metal member is predicted to predict the remaining life, and the necessity of repair work is determined based on the result.
しかしながら、腐食の進行は必ずしも一定の割合で進行するわけではなく、急速に腐食が進行することもある。上記のように定期的に板厚を測定する方法では、測定後に急速に腐食が進行した場合には、次の測定までの間、腐食が進行した部分に過度の応力が作用するおそれがある。また、測定の間隔を短くすることも考えられるが、安全性を高めるために、ゲートの各部において板厚を計測する必要があり、点検作業に非常に手間がかかる。
また、特許文献１記載の方法では、腐食の急激な進行は予測できない。
However, the progress of corrosion does not always proceed at a constant rate, and the corrosion may proceed rapidly. In the method of periodically measuring the plate thickness as described above, if the corrosion proceeds rapidly after the measurement, excessive stress may act on the portion where the corrosion has progressed until the next measurement. Although it is conceivable to shorten the measurement interval, it is necessary to measure the plate thickness at each part of the gate in order to increase safety, which requires much labor for the inspection work.
In addition, the method described in Patent Document 1 cannot predict rapid progress of corrosion.
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、構造物に含まれる金属部材に急激に腐食が進行した場合であっても、その進行を手間をかけずに検知することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to detect the progress of the metal member included in the structure without much trouble even when the corrosion rapidly proceeds on the metal member. It is.
本発明は、金属部材からなる監視対象部位を含んでなる構造物における前記監視対象部位の腐食の進行の監視方法であって、腐食が進行した場合に、前記監視対象部位において作用する応力が、他の部位に比べて早期に前記金属部材の許容応力度を超える一又は複数の部位を、数値計算により特定し、前記特定した部位を前記監視すべき箇所として特定する監視箇所特定ステップと、前記監視箇所特定ステップで特定した監視すべき箇所において、作用する応力が前記金属部材の許容応力度を超えるような腐食の進行度合いを数値解析により求める腐食進行度算出ステップと、前記特定した監視すべき箇所の腐食の進行度合いを測定する測定ステップと、前記測定した腐食の進行度合いが、前記監視すべき箇所について前記求めた腐食の進行度合いを超えるか否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とする。 The present invention is a method for monitoring the progress of corrosion of the monitoring target part in a structure including the monitoring target part made of a metal member, and when the corrosion progresses, the stress acting on the monitoring target part is: one or more sites than the allowable stress of the metallic member at an early stage as compared with other portions, identified by numerical calculation, and the monitoring point specifying step of specifying the specified site as portion to be the monitoring, the Corrosion progress calculation step for obtaining the progress of corrosion by numerical analysis such that the applied stress exceeds the allowable stress level of the metal member at the monitoring location specified in the monitoring location specifying step, and the specified monitoring should be performed a method comprising: measuring a degree of progress of corrosion locations, progress of corrosion was the measured progress of the determined corrosion for the portion to be the monitoring Characterized in that it comprises a determination step of determining whether more than fit.
また、前記監視箇所特定ステップでは、前記構造物の設計情報に基づいて、所定の割合で腐食が進行した場合の複数通りの腐食の進行状態における前記構造物の解析モデルを設定し、前記解析モデルに作用する応力を数値解析し、他の部位に比べて早期に前記応力が許容応力度を超える部位を前記監視すべき箇所として特定してもよい。
また、前記監視ステップでは、前記監視すべき箇所の前後の面の変位を測定することで腐食の進行を監視してもよい。
Further, in the monitoring location specifying step, an analysis model of the structure in a plurality of types of progress of corrosion when corrosion progresses at a predetermined rate is set based on design information of the structure, and the analysis model It is also possible to perform a numerical analysis on the stress acting on and to identify a part where the stress exceeds the allowable stress level as an area to be monitored earlier than other parts.
In the monitoring step, the progress of corrosion may be monitored by measuring the displacement of the surface before and after the location to be monitored.
本発明によれば、腐食が進行した際に作用する応力が許容応力を超え易い部位を特定し、この部位について監視することとしたため、急激に腐食が進行した場合であっても、腐食の進行を検出することができ、また、腐食の進行の監視を手間をかけずに行うことができる。 According to the present invention, since the portion where the stress acting when the corrosion progresses easily exceeds the allowable stress is specified and the portion is monitored, the progress of the corrosion even when the corrosion rapidly progresses. Further, the progress of corrosion can be monitored without trouble.
以下、本発明の腐食の進行の監視方法の一実施形態を図面を参照しながら説明する。以下の説明では、水力発電所のゲートにおいて腐食の進行を監視する場合を例として説明する。
本実施形態の腐食の進行の監視方法は、腐食の進行によりゲートの各部に作用する応力が許容応力を超えるような腐食の進行状態をシミュレーションし、このシミュレーションの結果に基づき腐食の進行を監視すべき部位を特定し、特定した部位について監視を行う。まず、ゲートの各部に作用する応力が許容応力を超えるような腐食の進行状態をシミュレーションし、このシミュレーションの結果に基づき腐食の進行を監視すべき部位を特定する方法を図１に示すフローチャートを参照しながら説明する。
Hereinafter, an embodiment of the corrosion progress monitoring method of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the case where the progress of corrosion is monitored at the gate of a hydroelectric power plant will be described as an example.
The corrosion progress monitoring method of this embodiment simulates the progress of corrosion such that the stress acting on each part of the gate exceeds the allowable stress due to the progress of corrosion, and monitors the progress of corrosion based on the result of this simulation. The site to be identified is specified, and the specified site is monitored. First, refer to the flowchart shown in FIG. 1 for a method of simulating the progress of corrosion such that the stress acting on each part of the gate exceeds the allowable stress, and identifying the site where the progress of corrosion should be monitored based on the result of this simulation While explaining.
まず、ＳＴＥＰ１において、例えば、ゲートが設置されてから０年後、１０年後、２０年後、３０年後など、複数通りの適宜な期間が経過した後の腐食の進行状態を想定して、図２に示すような数値解析モデルを設定する。なお、各数値解析モデルにおける腐食の進行状況は、設計当初の状況から、例えば、１０年後には各部において１ｍｍ板厚が減少し、２０年後には各部において２ｍｍ減少するというように、全体に均一に腐食が生じるものとして設定してもよいし、例えば、過去にゲートの腐食の進行状況を測定した結果がある場合には、測定により得られたゲートの各部における腐食の進行状況に基づき、単位期間当たりの各部の腐食の進行速度を計算し、計算により得られた各部の腐食の進行速度に基づいて、ゲートが設置されてから１０年後、２０年後、３０年後などの数値解析モデルを設定してもよい。
次に、ＳＴＥＰ２において、各数値解析モデルについて例えば、有限要素法などの解析手法により数値解析を行い、ゲートの各部に作用する応力を解析する。
First, in STEP 1, for example, assuming the progress of corrosion after a plurality of appropriate periods have elapsed, such as 0 years, 10 years, 20 years, 30 years after the gate was installed, A numerical analysis model as shown in FIG. 2 is set. In addition, the progress of corrosion in each numerical analysis model is uniform from the initial design state, for example, the thickness of 1 mm decreases in each part after 10 years and decreases by 2 mm in each part after 20 years. For example, when there is a result of measuring the progress of gate corrosion in the past, the unit is determined based on the progress of corrosion in each part of the gate obtained by measurement. Calculate the rate of corrosion of each part per period, and based on the calculated rate of corrosion of each part, a numerical analysis model such as 10 years, 20 years, 30 years after the gate was installed May be set.
Next, in STEP 2, each numerical analysis model is subjected to numerical analysis by an analysis method such as a finite element method to analyze the stress acting on each part of the gate.
次に、ＳＴＥＰ３において、各数値解析モデルの数値解析の結果に基づいて、腐食の進行により作用する応力が先行して許容応力度を超える部位を特定する。図３Ａ〜図３Ｄは、数値解析により得られた各設定期間の経過後の各部に作用する応力を示すグラフであり、また、図４は、ゲートにおける先行して作用する応力が許容応力度を超える部位を示す図である。図３Ａ〜図３Ｄ及び図４に示すように、設計時、及び、１０年後を想定した数値解析モデルでは、許容応力度を超える応力は発生していないが、２０年後を想定した数値解析モデルにおける下脚内側フランジ下部において、許容応力度を変える応力が発生し、次に、３０年後を想定して数値解析モデルにおける下脚外側フランジ上部及び下脚内側フランジ下部に許容応力度を超える応力が発生している。このようにして、図５に示すように、ゲートの各部における腐食の進行により、他の部位に比べて先行してその部位に作用する応力が許容応力度を超えるような部位（以下、測定対象部位という。特許請求の範囲における監視すべき箇所に対応）を一又は複数特定する。なお、本実施形態では、測定対象部位を複数特定するため、３０年後を想定した数値解析モデルについても数値解析を行っているが、測定対象部位を一のみ特定する場合には、３０年後を想定した数値解析モデルについては解析を行う必要はない。 Next, in STEP 3, based on the result of numerical analysis of each numerical analysis model, a part where the stress acting by the progress of corrosion exceeds the allowable stress level in advance is specified. FIG. 3A to FIG. 3D are graphs showing stresses acting on each part after the lapse of each set period obtained by numerical analysis, and FIG. It is a figure which shows the site | part beyond. As shown in FIG. 3A to FIG. 3D and FIG. 4, in the numerical analysis model assumed at the time of design and 10 years later, no stress exceeding the allowable stress level is generated, but numerical analysis assuming 20 years later Stress that changes the allowable stress level is generated in the lower leg inner flange lower part of the model, and then the stress exceeding the allowable stress level is generated in the upper part of the lower leg outer flange and lower leg inner flange in the numerical analysis model assuming 30 years later. doing. In this way, as shown in FIG. 5, a part where the stress acting on the part preceding the other part exceeds the allowable stress level due to the progress of corrosion in each part of the gate (hereinafter, the object to be measured). One or a plurality of “parts” (corresponding to parts to be monitored in the claims). In this embodiment, in order to specify a plurality of measurement target parts, numerical analysis is also performed on a numerical analysis model assuming 30 years later. However, when only one measurement target part is specified, 30 years later It is not necessary to analyze a numerical analysis model that assumes
次に、ＳＴＥＰ４において、上記特定された各測定対象部位の限界板厚を求める。まず、上記のシミュレーションにおいて、測定対象部位に許容応力度を越えるような応力が作用した数値解析モデルにおける腐食による板厚の減少量よりも、わずかに板厚の減少量を小さくした複数通りのパターンを設定する。そして、設定した各パターンについて数値解析を行い、測定対象部位に作用する応力を算出する。図６は、各パターンにおける測定対象部位に作用する応力を示すグラフである。同図に示すように、各測定対象部位について、作用する応力が許容応力度を超えるような板厚を限界板厚として設定する。 Next, in STEP 4, the limit plate thickness of each of the specified measurement target parts is obtained. First, in the above simulation, multiple patterns with slightly less plate thickness reduction than the plate thickness reduction due to corrosion in the numerical analysis model where stress exceeding the allowable stress level was applied to the measurement target part. Set. Then, numerical analysis is performed on each set pattern, and the stress acting on the measurement target part is calculated. FIG. 6 is a graph showing stress acting on the measurement target site in each pattern. As shown in the figure, a plate thickness at which the acting stress exceeds the allowable stress level is set as the limit plate thickness for each measurement target portion.
以下、上記のようにして求められた測定対象部位及び各測定対象部位の限界板厚に基づいて、ゲートの腐食の進行を監視する監視システムについて説明する。図７は、監視システム１０の構成を示す図である。同図に示すように、監視システム１０は、ゲートの各測定対象部位１の前後に設置された対となるレーザ変位計２０と、レーザ変位計２０における測定結果を受信可能な監視端末３０とにより構成される。 Hereinafter, a monitoring system for monitoring the progress of gate corrosion will be described based on the measurement target portions obtained as described above and the limit plate thickness of each measurement target portion. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the monitoring system 10. As shown in the figure, the monitoring system 10 includes a pair of laser displacement meters 20 installed before and after each measurement target site 1 of the gate, and a monitoring terminal 30 capable of receiving the measurement results in the laser displacement meter 20. Composed.
各レーザ変位計２０は、それぞれ測定対象部位の前面又は後面に生じた変位を測定し、測定結果は監視端末３０へ送信される。
監視端末３０は、板厚算出部３１と、腐食判定部３２と、警報部３３とを備える。
板厚算出部３１は、レーザ変位計２０で測定された各測定対象部位１の前面及び後面の変位に基づき、測定対象部位１の板厚を算出する。
Each laser displacement meter 20 measures a displacement generated on the front surface or the rear surface of the measurement target part, and the measurement result is transmitted to the monitoring terminal 30.
The monitoring terminal 30 includes a plate thickness calculation unit 31, a corrosion determination unit 32, and an alarm unit 33.
The plate thickness calculator 31 calculates the plate thickness of the measurement target region 1 based on the displacement of the front surface and the rear surface of each measurement target region 1 measured by the laser displacement meter 20.
腐食判定部３２には、上記設定された各測定対象部位１の限界板厚が記録されており、板厚算出部３１により算出された測定対象部位１の板厚が、対応する部位の限界板厚以下となった場合に、許容応力度と作用する応力とが等しい程度まで腐食が進行していると判定する。
警報部３３は、腐食判定部３２により測定対象部位１の腐食の進行が激しいと判定された場合に、その旨画面表示する。
The corrosion determination unit 32 records the set limit plate thickness of each measurement target region 1, and the plate thickness of the measurement target region 1 calculated by the plate thickness calculation unit 31 corresponds to the limit plate of the corresponding region. When the thickness is less than or equal to the thickness, it is determined that the corrosion has progressed to the extent that the allowable stress level is equal to the acting stress.
When the corrosion determination unit 32 determines that the corrosion of the measurement target site 1 is progressing severely, the alarm unit 33 displays a screen to that effect.
以下、監視システム１０により、ゲートの監視を行う方法を図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。
ＳＴＥＰ１１において、常時、レーザ変位計２０により各測定対象部位１の両面の変位を測定する。レーザ変位計２０による測定結果は監視端末３０へ送信される。
次に、ＳＴＥＰ１２において監視端末３０は、板厚算出部３１により、レーザ変位計２０から受信した測定結果に基づき、各測定対象部位１の板厚を算出する。
Hereinafter, a method of monitoring the gate by the monitoring system 10 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
In STEP 11, the displacement of both surfaces of each measurement target region 1 is always measured by the laser displacement meter 20. A measurement result by the laser displacement meter 20 is transmitted to the monitoring terminal 30.
Next, in STEP 12, the monitoring terminal 30 calculates the plate thickness of each measurement target region 1 by the plate thickness calculation unit 31 based on the measurement result received from the laser displacement meter 20.
次に、ＳＴＥＰ１３において、腐食判定部３２により、上記板厚算出部３１により算出された各測定対象部位１の板厚と、限界板厚とを比較する。ＳＴＥＰ１３において、測定対象部位１の板厚が限界板厚よりも大きい場合には、安全であると判定して、ＳＴＥＰ１１に戻る。また、ＳＴＥＰ１３において、測定対象部位１の板厚が限界板厚よりも小さい場合には、腐食の進行が激しいと判定し、ＳＴＥＰ１４において、腐食の進行が激しい部位がある旨の表示をするとともに、その測定対象部位１の位置を表示する。このように警報部に表示された情報に基づき、作業員が腐食の進行が激しいと判定された部位の補修作業、又は、ゲートの取替作業を行う。 Next, in STEP 13, the corrosion determination unit 32 compares the plate thickness of each measurement target site 1 calculated by the plate thickness calculation unit 31 with the limit plate thickness. In STEP13, when the plate | board thickness of the measurement object site | part 1 is larger than a limit plate | board thickness, it determines with it being safe and returns to STEP11. Further, in STEP 13, when the plate thickness of the measurement target site 1 is smaller than the limit plate thickness, it is determined that the progress of corrosion is severe, and in STEP 14, a display indicating that there is a site where the progress of corrosion is severe, The position of the measurement target part 1 is displayed. Thus, based on the information displayed on the alarm unit, the worker performs repair work on a part determined to have a severe corrosion progress or gate replacement work.
以上説明したように、本実施形態によれば、数値解析により、腐食が進行した際に作用する応力が許容応力を超え易い部位を特定し、この部位について監視することとしたため、急激に腐食が進行した場合であっても、その進行を検出することができ、安全性を向上することができる。 As described above, according to the present embodiment, the part that the stress acting when the corrosion progresses easily exceeds the allowable stress is determined by numerical analysis, and this part is monitored. Even if it progresses, the progress can be detected and the safety can be improved.
また、腐食が進行した際に作用する応力が許容応力を超え易い部位にのみ、レーザ変位計２０を設置すればよいので測定にコストや手間をかけずに、腐食の進行を検知することができる。 Further, since the laser displacement meter 20 only needs to be installed only in a portion where the stress acting when the corrosion progresses easily exceeds the allowable stress, the progress of the corrosion can be detected without taking the cost and labor for the measurement. .
なお、本実施形態では、静止状態のゲートの応力を数値解析により求めているが、これに限らず、例えば、ゲートを開く際の張力などを考慮して数値解析を行ってもよい。
また、本実施形態では、ゲートの腐食の進行を監視するものとしたが、これに限らず、鋼材などからなる腐食の発生しやすい部位を含む構造物であれば本発明を適用できる。
In this embodiment, the stress of the stationary gate is obtained by numerical analysis. However, the present invention is not limited to this, and for example, numerical analysis may be performed in consideration of tension when the gate is opened.
In this embodiment, the progress of gate corrosion is monitored. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to any structure including a portion that is easily made of corrosion, such as a steel material.
また、本実施形態では、レーザ変位計により常時板厚を測定をするものとしたが、板厚の測定方法はこれに限られず、その他周知の方法を用いることができる。また、必ずしも常時、板厚を測定する必要はなく、適宜な間隔で測定することとしてもよい。 In this embodiment, the plate thickness is always measured with a laser displacement meter. However, the plate thickness measurement method is not limited to this, and other known methods can be used. In addition, it is not always necessary to measure the plate thickness, and it may be measured at an appropriate interval.
１ 測定対象部位
１０ 監視システム
２０ レーザ変位計
３０ 監視端末
３１ 板厚算出部
３２ 腐食判定部
３３ 警報部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement object part 10 Monitoring system 20 Laser displacement meter 30 Monitoring terminal 31 Plate thickness calculation part 32 Corrosion judgment part 33 Alarm part
Claims (3)
腐食が進行した場合に、前記監視対象部位において作用する応力が、他の部位に比べて早期に前記金属部材の許容応力度を超える一又は複数の部位を、数値計算により特定し、前記特定した部位を前記監視すべき箇所として特定する監視箇所特定ステップと、
前記監視箇所特定ステップで特定した監視すべき箇所において、作用する応力が前記金属部材の許容応力度を超えるような腐食の進行度合いを数値解析により求める腐食進行度算出ステップと、
前記特定した監視すべき箇所の腐食の進行度合いを測定する測定ステップと、
前記測定した腐食の進行度合いが、前記監視すべき箇所について前記求めた腐食の進行度合いを超えるか否かを判定する判定ステップとを備えることを特徴とする構造物における腐食の進行の監視方法。 A method of monitoring the progress of corrosion of the monitoring target part in a structure including the monitoring target part made of a metal member,
When corrosion progresses, the stress acting on the monitoring target part is identified by numerical calculation to identify one or more parts that exceed the allowable stress level of the metal member earlier than other parts, and the specified A monitoring part specifying step for specifying a part as the part to be monitored;
Corrosion progress calculation step for obtaining the progress of corrosion by numerical analysis such that the stress to be applied exceeds the allowable stress level of the metal member at the location to be monitored specified in the monitoring location specifying step;
A measuring step for measuring the degree of progress of the corrosion of the specified location to be monitored;
A method for monitoring the progress of corrosion in a structure, comprising: a step of determining whether or not the measured progress of corrosion exceeds the calculated progress of corrosion for the portion to be monitored.
前記監視箇所特定ステップでは、
前記構造物の設計情報に基づいて、所定の割合で腐食が進行した場合の複数通りの腐食の進行状態における前記構造物の解析モデルを設定し、前記解析モデルに作用する応力を数値解析し、他の部位に比べて早期に前記応力が許容応力度を超える部位を前記監視すべき箇所として特定することを特徴とする構造物における腐食の進行の監視方法。 A method for monitoring the progress of corrosion according to claim 1 ,
In the monitoring location specifying step,
Based on the design information of the structure, set an analysis model of the structure in a plurality of ways of progress of corrosion when corrosion progresses at a predetermined rate, numerically analyze the stress acting on the analysis model, A method of monitoring the progress of corrosion in a structure, characterized in that a part where the stress exceeds an allowable stress level is identified as the part to be monitored at an earlier stage than other parts.
前記測定ステップでは、
前記監視すべき箇所の前後の面の変位を測定することで腐食の進行度合いを測定することを特徴とする構造物における腐食の進行の監視方法。 A method for monitoring the progress of corrosion according to claim 1 or 2 ,
In the measuring step,
Monitoring method for the progression of corrosion in structures and measuring the degree of progress of corrosion by measuring the displacement of the front and rear surfaces of the portion to be the monitoring.
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