JP7011496B2 - 腐食深さ推定方法、腐食深さ推定プログラム、交換時期算出方法及び交換時期算出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、腐食深さ推定方法、腐食深さ推定プログラム、交換時期算出方法及び交換時期算出プログラムに関する。

例えば硫黄含有燃料を燃焼及びガス化させるボイラ等の装置には、火炉壁と呼ばれる水冷管が設置される。このような装置において、燃焼及びガス化の際、ガスの還元性が大きくなると、ガス中の硫化水素により硫化腐食が発生する。また、ガスの還元性が緩和されると、水冷管の表面にスケール（酸化被膜等）が形成され、硫化腐食が抑制される。

このような水冷管では、ボイラの燃焼により生成される灰がスケールの表面に積層するため、定期的にこの灰を除去することが行われる。灰が除去されると、水冷管の表面が燃焼環境下に曝され、水冷管の温度が急激に上昇して熱応力が生じる。スケールと金属母材との間では熱膨張率に差があることから、熱応力によりスケールの表面に亀裂が発生する場合がある。この亀裂により、金属母材の表面がガス雰囲気に露出し、露出部分が硫化して脆くなる。この状態で水冷管に再度熱応力が生じると、硫化した部分に亀裂が生じ、亀裂部分が更に硫化して亀裂部分が深くなっていく。このようにして、溝状腐食と呼ばれる腐食が形成される。

溝状腐食が進行すると、水冷管が運転中に割れる可能性がある。このため、水冷管の割れを起こす前に水冷管を交換する必要がある。例えば、定期点検時等に溝状腐食の平面形状を計測し、計測結果に基づいて溝状腐食の深さを推定する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４８７５６３９号公報

特許文献１に記載の手法によって溝状腐食の深さを推定することで、水冷管の交換時期を予測することが可能となる。一方、特許文献１に記載の手法では、溝状腐食の進行状態を推定することが困難であり、例えば定期検査ごとに溝状腐食の平面形状を計測する必要がある。そのため、溝状腐食の進行状態を容易に推定することが可能な手法が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、溝状腐食の進行状態を容易に推定することが可能な腐食深さ推定方法、腐食深さ推定プログラム、交換時期算出方法及び交換時期算出プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る腐食深さ推定方法は、金属母材で形成される対象部材が硫化水素を含む雰囲気に配置されて前記金属部材の表面にスケールが形成された状態で当該対象部材の温度が変化する場合において、前記対象部材に形成される溝状腐食の深さを推定する腐食深さ推定方法であって、前記雰囲気中の前記硫化水素により前記金属母材に硫化反応が生じる反応領域の範囲を算出する反応領域算出ステップと、前記対象部材の温度の変化によって生じる熱応力に起因して前記対象部材に生じる亀裂領域の範囲を算出する亀裂領域算出ステップと、前記反応領域算出ステップ及び前記亀裂領域算出ステップを複数回繰り返し行った後、前記反応領域についての前記対象部材の表面からの深さを算出する深さ算出ステップとを含む。

従って、溝状腐食の発生及び進行のメカニズムに基づいて、反応領域算出ステップと亀裂領域算出ステップとを繰り返し行うことにより、溝状腐食の進行状況を容易に算出することが可能となる。

また、前記亀裂領域算出ステップでは、前記対象部材のうち直前の前記反応領域算出ステップで算出された前記反応領域に対応する領域については、反応後に生成される硫化物の物性を用いて前記亀裂領域の範囲を算出してもよい。

従って、反応領域算出ステップの算出結果を亀裂領域算出ステップにおいて反映させることにより、反応後の対象部材に生じる亀裂領域の進行状態をより確実に算出することができる。

また、前記亀裂領域算出ステップを行った後に行う前記反応領域算出ステップでは、前記対象部材のうち直前の前記亀裂領域算出ステップにおいて算出された前記亀裂領域に対応する領域については、前記硫化水素を含む雰囲気であるとして前記反応領域の範囲を算出してもよい。

従って、亀裂領域算出ステップの算出結果を次の反応領域算出ステップにおいて反映させることにより、対象部材の反応領域の進行状態をより確実に算出することができる。

本発明に係る腐食深さ推定プログラムは、金属母材で形成される対象部材が硫化水素を含む雰囲気に配置されて前記金属部材の表面にスケールが形成された状態で当該対象部材の温度が変化する場合において、前記対象部材に形成される溝状腐食の深さを推定する腐食深さ推定プログラムであって、前記雰囲気中の前記硫化水素により前記金属母材に硫化反応が生じる反応領域の範囲を算出する反応領域算出処理と、前記対象部材の温度の変化によって生じる熱応力に起因して前記対象部材に生じる亀裂領域の範囲を算出する亀裂領域算出処理と、前記反応領域算出処理及び前記亀裂領域算出処理を複数回繰り返し行った後、前記反応領域についての前記対象部材の表面からの深さを算出する算出処理とをコンピュータに行わせる。

従って、対象部材の表面の形状の初期状態を設定して、反応領域算出処理と亀裂領域算出処理とを繰り返し行うことにより、溝状腐食の進行状況を算出することが可能となる。これにより、腐食深さを推定する度に対象部材の表面の形状を測定する必要が無いため、短時間かつ効率的に腐食深さを推定することができる。

本発明に係る交換時期算出方法は、硫化水素を含む雰囲気に配置される対象部材の交換時期を算出する交換時期算出方法であって、前記対象部材の表面の形状を初期条件として設定するステップと、上記の腐食深さ推定方法を用いて、前記対象部材に形成される溝状腐食の深さを推定する推定ステップと、推定結果に基づいて、前記対象部材の交換時期を算出する算出ステップとを含む。

従って、短時間かつ効率的に対象部材の腐食深さを推定することができるため、溝状腐食による対象部材の交換時期を効率的に算出することができる。

本発明に係る交換時期算出プログラムは、硫化水素を含む雰囲気に配置される対象部材の交換時期を算出する交換時期算出プログラムであって、前記対象部材の表面の形状を初期条件として設定する設定処理と、上記の腐食深さ推定プログラムを用いて、前記対象部材に形成される溝状腐食の深さを推定する推定処理と、推定結果に基づいて、前記対象部材の交換時期を算出する算出処理とをコンピュータに行わせる。

従って、短時間かつ効率的に対象部材の腐食深さを推定することができるため、溝状腐食による対象部材の交換時期を効率的に算出することができる。

本発明によれば、短時間かつ効率的に腐食深さを推定することができる。

図１は、本実施形態に係る腐食深さ推定方法の対象部材となる水冷管の一例を示す図である。 図２は、水冷管の壁部において溝状腐食が形成されるメカニズムの一例を示す図である。 図３は、水冷管の壁部において溝状腐食が形成されるメカニズムの一例を示す図である。 図４は、スケールの表面に積層する灰を除去するタイミングと壁部の温度との関係をグラフに模式的に示したものである。 図５は、本実施形態に係る腐食深さ推定方法の一例を示すフローチャートである。 図６は、反応領域算出メッシュの一例を示す図である。 図７は、亀裂領域算出メッシュの一例を示す図である。 図８は、上記の腐食深さ推定方法による推定結果の一例を示すグラフである。 図９は、本実施形態に係る水冷管の交換時期算出方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る腐食深さ推定方法、腐食深さ推定プログラム、及び交換時期算出方法の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。本実施形態では、腐食深さを推定する対象となる対象部材として、ボイラ火炉壁に配置される水冷管を例に挙げて説明するが、これに限定されない。

図１は、本実施形態に係る腐食深さ推定方法の対象部材となる水冷管の一例を示す図である。図１では、水が流れる方向に垂直な平面による断面構成を示している。図１に示す水冷管１００は、火炉壁３０に取り付けられている。水冷管１００は、例えば図１における左右方向に連なった状態で設けられる。水冷管１００は、円筒状の壁部１０と、壁部１０で囲まれた流路２０とを有する。壁部１０は、ボイラの炉内に面する炉内側表面１０ａと、火炉壁３０に面する壁側表面１０ｂとを有する。

図２及び図３は、水冷管１００の壁部１０において溝状腐食が形成されるメカニズムの一例を示す図である。

図２のＳＴ１に示すように、ボイラの運転開始時においては、壁部１０を構成する金属母材１１の炉内側の表面１１ａには、酸化被膜等のスケールは形成されていない。この状態から、ボイラで硫黄含有燃料を燃焼させる際、ボイラ内のガスの還元性が大きくなると、ガス中の硫化水素により硫化腐食が発生する。また、ボイラ内のガスの還元性が緩和されると、図２のＳＴ２に示すように、金属母材１１の表面１１ａに酸化被膜（スケール）１２が形成される。この場合、金属母材１１は、表面１１ａがスケール１２で覆われた構成となり、硫化腐食が抑制される。

以下、金属母材１１の表面１１ａがスケール１２で覆われる場合について説明する。ボイラの運転時には、燃焼により灰が生成され、この灰が時間の経過に従ってスケール１２の表面１２ａに積層する。そのため、デスラガ等のスートブロワにより定期的にこの灰を除去することが行われる。図４は、スケール１２の表面１２ａに積層する灰を除去するタイミングと壁部１０の温度との関係をグラフに模式的に示したものである。図４の縦軸は温度を示し、横軸はボイラの運転経過時間を示している。図４に示すように、ボイラでは、デスラガ等のスートブロワにより、スケール１２の表面１２ａに積層される灰を所定の周期（△ｔ）で除去している。スケール１２の表面１２ａの灰を除去した場合、スケール１２が炉内側に露出するため、壁部１０（金属母材１１及びスケール１２）の温度は急激に上昇する。この場合、壁部１０には急激に熱応力が生じることになる。スケール１２の表面１２ａの灰を周期的に除去する場合、壁部１０にはこのような温度上昇が周期的に発生し、温度上昇に伴う熱応力が周期的に発生する。

ここで、金属母材１１とスケール１２との間では熱膨張率に差があることから、図２のＳＴ３に示すように、壁部１０に熱応力が生じることで、スケール１２の表面１２ａに亀裂１２ｂが発生する場合がある。この亀裂１２ｂが金属母材１１の表面１１ａに到達すると、金属母材１１の表面１１ａの一部がガス雰囲気に露出する。ガス雰囲気に露出した表面１１ａは、図２のＳＴ４に示すように、ガス中の硫化水素と反応して硫化部分１１ｃを形成する。硫化部分１１ｃは、金属母材１１とは物性が異なり、例えば金属母材１１に比べて脆くなる。

ボイラの燃焼を継続する場合、スケール１２の表面１２ａに積層する灰を定期的に除去する必要がある。この灰を除去することにより、上記のように壁部１０の温度が上昇する。金属母材１１に硫化部分１１ｃが形成された状態で壁部１０の温度が上昇し、熱応力が生じると、図３のＳＴ５に示すように、硫化部分１１ｃから金属母材１１の内側に亀裂１１ｂが生じる。亀裂１１ｂが生じることにより、当該亀裂１１ｂの内面がスケール１２の亀裂１２ｂを介してガス雰囲気に露出する。ガス雰囲気に露出した亀裂１１ｂの内面は、図３のＳＴ６に示すように、ガス中の硫化水素と反応して硫化部分１１ｃを形成する。その後、再び灰を除去することにより、上記のように壁部１０の温度が上昇し、図３のＳＴ７に示すように、熱応力により硫化部分１１ｃから金属母材１１の内側に亀裂１１ｂが発生する。このように、熱応力による亀裂１１ｂの形成と、亀裂１１ｂの内面における硫化部分１１ｃの形成とが繰り返されることで、溝状腐食１３が形成される。

本実施形態に係る腐食深さ推定方法は、このような溝状腐食の発生及び進行のメカニズムに鑑みて、溝状腐食の深さを推定するものである。以下、本実施形態に係る腐食深さ推定方法を説明する。図５は、本実施形態に係る腐食深さ推定方法の一例を示すフローチャートである。

図５に示すように、腐食深さ推定方法は、金属母材１１が雰囲気中の硫化水素と反応する反応領域（上記の硫化部分１１ｃ等）を算出する反応領域算出ステップＳ１０と、壁部１０に生じる亀裂領域（上記の亀裂１１ｂ等）を算出する亀裂領域算出ステップＳ２０と、上記の反応領域算出ステップＳ１０と亀裂領域算出ステップＳ２０とを所定回数行ったか否かを判定するステップ（回数判定ステップ）Ｓ３０と、亀裂領域の深さを算出する深さ算出ステップＳ４０とを含んでいる。

当該腐食深さ推定方法は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理装置や、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶装置を有するコンピュータを用いて行うことができる。記憶部は、硫化水素を含む雰囲気に配置され金属母材の表面に酸化被膜が形成された対象部材の温度が変化する場合に、対象部材に形成される溝状腐食の深さを推定する腐食深さ推定プログラムであって、雰囲気中の硫化水素により金属母材に硫化反応が生じる反応領域の範囲を算出する反応領域算出処理と、対象部材の温度の変化によって生じる熱応力に起因して対象部材に生じる亀裂領域の範囲を算出する亀裂領域算出処理と、反応領域算出処理及び亀裂領域算出処理を複数回繰り返し行った後、反応領域についての対象部材の表面からの深さを算出する算出処理とをコンピュータに行わせる腐食深さ推定プログラムを記憶する。また、制御部は、記憶部に記憶された腐食深さ推定プログラムに基づいて処理を実行する。コンピュータは、情報を入力する入力部や、情報を出力する出力部を有してもよい。

本実施形態に係る腐食深さ推定方法では、例えば管径Ｒ、管厚さ（金属母材１１の厚さ）Ａの円筒状の壁部１０を想定し、分圧Ｐ１の硫化水素を含む雰囲気中に当該壁部１０を配置して、温度をＴ１からＴ２の間（Ｔ２－Ｔ１＝△Ｔ）の範囲で変化させる場合に、壁部１０に形成される溝状腐食の深さを計算により求める。なお、上記の管径Ｒ、管厚さＡ、温度Ｔ１、Ｔ２、硫化水素の分圧Ｐ１については、パラメータとして適宜設定することができる。また、例えば金属母材１１に形成されるスケール１２の厚さをパラメータとして設定してもよいし、壁部１０の外周部における境界条件として熱流束をパラメータとして設定してもよい。

反応領域算出ステップＳ１０は、上記条件において、雰囲気中の硫化水素により金属母材１１の表面１１ａに硫化反応が生じる反応領域の範囲を算出する。金属母材１１の表面１１ａにおける硫化反応は、スケール１２に形成される亀裂１２ｂが金属母材１１の表面１１ａに到達し、金属母材１１の表面１１ａが雰囲気中に露出する場合に発生する。したがって、本実施形態では、スケール１２に亀裂１２ｂが生じていない状態、又はスケール１２に形成される亀裂１２ｂが金属母材１１の表面１１ａに到達しない状態については、金属母材１１における硫化反応は発生しないことになる。

一方、スケール１２に形成される亀裂１２ｂが金属母材１１の表面１１ａに到達し、金属母材１１の表面１１ａが雰囲気中に露出する場合、反応領域算出ステップＳ１０において、雰囲気中の硫化水素による反応速度を考慮し、所定の周期において反応する金属母材１１の内部の領域である反応領域の範囲を算出する。

反応領域算出ステップＳ１０は、例えばマトリクス状に配置されたドット領域を有する反応領域算出メッシュを設定して行う。なお、反応領域算出メッシュは、三次元格子状に配置されたドット領域を設定してもよい。図６は、反応領域算出メッシュの一例を示す図である。図６に示す反応領域算出メッシュＭ１（以下、「メッシュＭ１」と表記する）は、壁部１０の断面構成について設定されたものである。メッシュＭ１の各ドット領域は、壁部１０の断面における位置を示す座標に相当する。

メッシュＭ１には、例えば、金属母材１１を示す金属母材領域１１１と、スケール１２を示すスケール領域１１２と、硫化部分１１ｃを示す反応領域１１３と、硫化水素を含む雰囲気を示す雰囲気領域１１４とが、上記の条件に基づいた座標位置に設定される。

反応領域算出ステップＳ１０では、メッシュＭ１において、例えば金属母材領域１１１が雰囲気領域１１４に露出した状態である場合、露出部分の寸法、雰囲気領域１１４における硫化水素の分圧、反応速度等に基づいて、反応領域１１３が拡散する範囲をドット領域の座標に対応させて算出する。

次に、亀裂領域算出ステップＳ２０では、壁部１０の温度の変化によって生じる熱応力に起因して壁部１０に生じる亀裂領域の範囲を算出する。亀裂領域算出ステップＳ２０では、直前の反応領域算出ステップＳ１０で算出された反応領域１１３に対応する領域について、反応後に生成される硫化物の物性を用いて亀裂領域の範囲を算出する。

亀裂領域算出ステップＳ２０では、金属母材１１及びスケール１２の物性を考慮する。この場合、物性としては、例えば金属母材１１及びスケール１２のそれぞれについて、弾性係数、耐力、引っ張り強さ、所定温度における硫黄原子又は酸素原子の拡散係数、熱伝導度、熱容量、熱膨張係数等をパラメータとして適宜設定することができる。亀裂領域算出ステップＳ２０では、上記のような物性のパラメータを設定した場合において、壁部１０が温度Ｔ１からＴ２の間で変化した場合の熱応力を算出し、熱応力によりスケール１２及び金属母材１１に生じる亀裂領域の範囲を算出する。なお、壁部１０の温度によっては、熱応力の値が小さくなり、スケール１２及び金属母材１１に亀裂領域が生じない場合も想定される。

亀裂領域算出ステップＳ２０は、上記の反応領域算出ステップＳ１０に対応するようにマトリクス状に配置されたドット領域を有する亀裂領域算出メッシュを設定して行う。なお、亀裂領域算出メッシュは、上記の反応領域算出ステップＳ１０と同様に、三次元格子状に配置されたドット領域を設定してもよい。図７は、亀裂領域算出メッシュの一例を示す図である。図７に示す亀裂領域算出メッシュＭ２（以下、「メッシュＭ２」と表記する）は、上記のメッシュＭ１と同様に、壁部１０の断面構成について設定されたものである。メッシュＭ２の各ドット領域は、壁部１０の断面における位置を示す座標に相当し、上記のメッシュＭ１の座標に対応している。

メッシュＭ２には、例えば、壁部１０を示す壁部領域２１１と、亀裂１１ｂ及び亀裂１２ｂを示す亀裂領域２１２とが、上記の条件に基づいた座標位置に設定される。

亀裂領域算出ステップＳ２０では、メッシュＭ２において、例えば壁部１０が上記条件に基づく熱応力により変形して亀裂領域２１２となる範囲を、ドット領域の座標に対応させて算出する。

亀裂領域算出ステップＳ２０では、メッシュＭ２において、直前の反応領域算出ステップＳ１０で算出された反応領域１１３に対応する領域については、反応後に生成される硫化物の物性を用いて亀裂領域２１２の範囲を算出する。例えば、反応領域１１３に対応する領域については、物性として設定される弾性係数、耐力、引っ張り強さ、所定温度における硫黄原子又は酸素原子の拡散係数、熱伝導度、熱容量、熱膨張係数等のパラメータを他の領域とは異なる値で設定してもよい。この場合、反応領域算出ステップＳ１０の算出結果を亀裂領域算出ステップＳ２０において反映させることにより、亀裂領域２１２の進行状態をより確実に算出可能となる。

次に、回数判定ステップＳ３０では、上記の反応領域算出ステップＳ１０と亀裂領域算出ステップＳ２０とを所定回数行ったか否かを判定する。ここで、所定回数は、壁部１０に温度変化が生じる回数として設定することができる。本実施形態では、所定回数を、例えばスケール１２に積層された灰を除去する回数として設定することができる。回数判定ステップＳ３０において所定回数処理を行っていないと判定された場合（ステップＳ３０のＮｏ）には、反応領域算出ステップＳ１０に戻って処理を繰り返す。

なお、亀裂領域算出ステップＳ２０を行った後に行う反応領域算出ステップＳ１０では、メッシュＭ１のうち、直前の亀裂領域算出ステップＳ２０において算出された亀裂領域２１２に対応する領域については、硫化水素を含む雰囲気であるとして反応領域１１３の範囲を算出する。この場合、亀裂領域算出ステップＳ２０の算出結果を反応領域算出ステップＳ１０において反映させることにより、反応領域１１３の進行状態をより確実に算出可能となる。

回数判定ステップＳ３０において所定回数処理を行ったと判定された場合（ステップＳ３０のＹｅｓ）には、算出された反応領域１１３の範囲に基づいて、反応領域１１３についてのスケール領域１１２の表面からの深さを算出する。この場合、メッシュＭ１に設定された座標に基づいて、反応領域１１３の深さＤ（図６参照）を算出することができる。

図８は、上記の腐食深さ推定方法による推定結果の一例を示すグラフである。図８の縦軸は溝状腐食の深さ（ｍｍ）を示し、横軸はボイラの運転開始時からの経過時間を示している。なお、図８の推定結果は、ボイラの運転開始時から周期的にスケール１２に付着する灰を除去し、壁部１０に温度変化が生じる場合についての例である。図８に示すように、壁部１０に形成される溝状腐食の腐食深さは、運転開始から時間の経過とともにほぼ一定の増加量で増加している。図８では、腐食深さ推定方法を行った時点ｔ１での腐食深さＤが示されている。この腐食深さＤは、例えば壁部１０の交換が必要となる腐食深さである閾値ＤＬよりも小さい値となっている。なお、この結果は一例であり、例えば運転開始から時間の経過とともにほぼ一定の増加量で溝状腐食の深さが増加する場合もある。

このように、壁部１０に形成される溝状腐食の腐食深さを本実施形態に係る腐食深さ推定方法によって推定した結果は、例えば水冷管１００を交換する交換時期の算出に用いることができる。図９は、本実施形態に係る水冷管１００の交換時期算出方法の一例を示すフローチャートである。図９に示すように、水冷管１００の交換時期算出方法は、初期条件を設定する設定ステップＳ１１０と、上記の腐食深さ推定方法により水冷管１００の腐食深さを推定する推定ステップＳ１２０と、推定結果に基づいて交換時期を算出する算出ステップＳ１３０とを含む。

当該交換時期算出方法は、例えばＣＰＵ等の処理装置や、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置を有するコンピュータを用いて行うことができる。この場合、記憶部は、硫化水素を含む雰囲気に配置される対象部材の交換時期を算出する交換時期算出プログラムであって、対象部材の表面の形状を初期条件として設定する設定処理と、上記の腐食深さ推定プログラムを用いて、対象部材に形成される溝状腐食の深さを推定する推定処理と、推定された溝状腐食の深さに基づいて、対象部材の交換時期を算出する算出処理とをコンピュータに行わせる交換時期算出プログラムを記憶する。また、制御部は、記憶部に記憶された交換時期算出プログラムに基づいて処理を実行する。コンピュータは、情報を入力する入力部や、情報を出力する出力部を有してもよい。なお、腐食深さ推定方法を行うコンピュータと同一のコンピュータを用いて行ってもよい。

設定ステップＳ１１０では、水冷管１００の壁部１０の初期条件を設定する。例えば、壁部１０の管径Ｒ、管厚さＡ、温度Ｔ１、Ｔ２、硫化水素の分圧Ｐ１等のパラメータの値を設定する。また、例えば設定ステップＳ１１０に先立ち、水冷管１００の壁部１０における金属母材１１の表面をブラスト処理等により露出させ、亀裂、溝状腐食の有無を検出する。亀裂、溝状腐食が存在する場合、当該亀裂、溝状腐食の平面形状及び深さを検出又は推定し、得られた平面形状及び深さの亀裂、溝状腐食を有する状態を初期状態として設定する。推定ステップＳ１２０は、上記の腐食深さ推定方法により水冷管１００の腐食深さを推定する。

算出ステップＳ１３０では、推定ステップＳ１２０の推定結果に基づいて交換時期を算出する。例えば、図８のグラフにおいて、スケール１２が形成された後、時間の経過とともにほぼ一定の増加量で溝状腐食の深さが増加し、壁部１０の交換が必要となる腐食深さである閾値ＤＬに到達する。この場合、腐食深さの推定結果が閾値ＤＬに到達した時点ｔ２を交換時期の基準値として抽出することができる。

算出ステップＳ１３０では、基準値を抽出した後、当該基準値と定期点検の周期とを対比させる。例えば、ある定期点検時に上記の交換時期算出方法を行う場合、算出結果で得られた時点ｔ２が次回の定期点検時よりも前の時点である場合には、当該交換時期算出方法を行った定期点検において水冷管１００の交換を行う必要があるため、交換時期を現時点（当該交換時期算出方法を行った定期点検の時点）として算出することができる。また、算出結果で得られた時点ｔ２が次回の定期点検時よりも後であり、次々回の定期点検時よりも前である場合、次回の定期点検時に水冷管１００の交換を行う必要があるため、交換時期を次回の定期点検時として算出することができる。このように、算出結果で得られた時点ｔ２が当該交換時期算出方法を行った定期点検からｎ回後の定期点検時の後であり、ｎ＋１回後の定期点検時の前である場合、交換時期をｎ回後の定期点検時として算出することができる。

このように、本実施形態に係る腐食深さ推定方法は、金属部材１１で形成される壁部１０が硫化水素を含む雰囲気に配置され金属母材１１の表面にスケール１２が形成された状態で当該壁部１０の温度が変化する場合に、壁部１０に形成される溝状腐食１４の深さを推定する腐食深さ推定方法であって、雰囲気中の硫化水素により金属母材に硫化反応が生じる反応領域１１３の範囲を算出する反応領域算出ステップＳ１０と、壁部１０の温度の変化によって生じる熱応力に起因して壁部１０に生じる亀裂領域２１２の範囲を算出する亀裂領域算出ステップＳ２０と、反応領域算出ステップＳ１０及び亀裂領域算出ステップＳ２０を複数回繰り返し行った後、反応領域１１３についての壁部１０の表面からの深さを算出する深さ算出ステップＳ４０とを含む。

従って、溝状腐食の発生及び進行のメカニズムに基づいて、反応領域算出ステップＳ１０と亀裂領域算出ステップＳ２０とを繰り返し行うことにより、溝状腐食の進行状況を容易に算出することが可能となる。

また、亀裂領域算出ステップＳ２０では、壁部１０のうち直前の反応領域算出ステップＳ１０で算出された反応領域１１３に対応する領域については、反応後に生成される硫化物の物性を用いて亀裂領域２１２の範囲を算出してもよい。従って、反応領域算出ステップＳ１０の算出結果を亀裂領域算出ステップＳ２０において反映させることにより、反応後の壁部１０に生じる亀裂１１ｂの進行状態をより確実に算出することができる。

また、亀裂領域算出ステップＳ２０を行った後に行う反応領域算出ステップＳ１０では、壁部１０のうち直前の亀裂領域算出ステップＳ２０において算出された亀裂領域２１２に対応する領域については、硫化水素を含む雰囲気であるとして反応領域１１３の範囲を算出してもよい。従って、亀裂領域算出ステップＳ２０の算出結果を次の反応領域算出ステップＳ１０において反映させることにより、金属母材１１の硫化部分１１ｃの進行状態をより確実に算出することができる。

本発明に係る腐食深さ推定プログラムは、硫化水素を含む雰囲気に配置され金属母材１１の表面にスケール１２が形成された壁部１０の温度が変化する場合に、壁部１０に形成される溝状腐食１４の深さを推定する腐食深さ推定プログラムであって、雰囲気中の硫化水素により金属母材に硫化反応が生じる反応領域１１３の範囲を算出する反応領域算出処理と、壁部１０の温度の変化によって生じる熱応力に起因して壁部１０に生じる亀裂領域２１２の範囲を算出する亀裂領域算出処理と、反応領域算出処理及び亀裂領域算出処理を複数回繰り返し行った後、反応領域１１３についての壁部１０の表面からの深さを算出する算出処理とをコンピュータに行わせる。

従って、溝状腐食の発生及び進行のメカニズムに基づいて、反応領域算出処理と亀裂領域算出処理とを繰り返し行うことにより、溝状腐食の進行状況を容易に算出することが可能となる。

本発明に係る交換時期算出方法は、硫化水素を含む雰囲気に配置される壁部１０の交換時期を算出する交換時期算出方法であって、壁部１０の炉内側表面１０ａの形状を初期条件として設定するステップと、上記の腐食深さ推定方法を用いて、壁部１０に形成される溝状腐食の深さを推定する推定ステップと、推定結果に基づいて、壁部１０の交換時期を算出する算出ステップとを含む。

従って、短時間かつ効率的に壁部１０の腐食深さを推定することができるため、溝状腐食による水冷管１００の交換時期を効率的に算出することができる。

本発明に係る交換時期算出プログラムは、硫化水素を含む雰囲気に配置される壁部１０の交換時期を算出する交換時期算出プログラムであって、壁部１０の炉内側表面１０ａの形状を初期条件として設定する設定処理と、上記の腐食深さ推定方法を用いて、壁部１０に形成される溝状腐食の深さを推定する推定処理と、推定結果に基づいて、壁部１０の交換時期を算出する算出処理とをコンピュータに行わせる。

従って、短時間かつ効率的に壁部１０の腐食深さを推定することができるため、溝状腐食による水冷管１００の交換時期を効率的に算出することができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記した実施形態では、腐食深さを推定する対象となる対象部材として、ボイラ火炉壁に配置される水冷管を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、対象部材として、ＩＧＣＣガス火炉のスラグホッパ等の容器やガスタービンの動翼等に形成される腐食疲労の深さを推定する場合にも適用することができる。

１０ 壁部
１０ａ 炉内側表面
１０ｂ 壁側表面
１１ 金属母材，金属部材
１１ａ，１２ａ 表面
１１ｂ，１２ｂ 亀裂
１１ｃ 硫化部分
１２ 酸化被膜，スケール
１４ 溝状腐食
２０ 流路
３０ 火炉壁
１００ 水冷管
１１１ 金属母材領域
１１２ スケール領域
１１３ 反応領域
１１４ 雰囲気領域
２１１ 壁部領域
２１２ 亀裂領域
Ｍ１ 反応領域算出メッシュ
Ｍ２ 亀裂領域算出メッシュ

Claims (5)

1. 金属母材で形成される対象部材が硫化水素を含む雰囲気に配置されて前記金属母材の表面にスケールが形成された状態で当該対象部材の温度が変化する場合において、前記対象部材に形成される溝状腐食の深さを推定する腐食深さ推定方法であって、
   前記雰囲気中の前記硫化水素により、前記金属母材のうち前記スケールに形成される亀裂を介して前記雰囲気に露出する露出部分に硫化反応が生じる反応領域の範囲を算出する反応領域算出ステップと、
   前記対象部材の温度の変化によって生じる熱応力に起因して前記対象部材の前記金属母材のうち前記反応領域を含む部分に生じる亀裂領域の範囲を算出する亀裂領域算出ステップと、
   前記反応領域算出ステップ及び前記亀裂領域算出ステップを複数回繰り返し行った後、前記反応領域についての前記対象部材の表面からの深さを算出する深さ算出ステップと
   を含み、
   前記亀裂領域算出ステップでは、前記対象部材のうち直前の前記反応領域算出ステップで算出された前記反応領域に対応する領域については、反応後に生成される硫化物の物性を用いて前記亀裂領域の範囲を算出する
   腐食深さ推定方法。
2. 前記亀裂領域算出ステップを行った後に行う前記反応領域算出ステップでは、前記対象部材のうち直前の前記亀裂領域算出ステップにおいて算出された前記亀裂領域に対応する領域については、前記硫化水素を含む雰囲気であるとして前記反応領域の範囲を算出する
   請求項１に記載の腐食深さ推定方法。
3. 金属母材で形成される対象部材が硫化水素を含む雰囲気に配置されて表面にスケールが形成された状態で当該対象部材の温度が変化する場合において、前記対象部材に形成される溝状腐食の深さを推定する腐食深さ推定プログラムであって、
   前記雰囲気中の前記硫化水素により、前記金属母材のうち前記スケールに形成される亀裂を介して前記雰囲気に露出する露出部分に硫化反応が生じる反応領域の範囲を算出する反応領域算出処理と、
   前記対象部材の温度の変化によって生じる熱応力に起因して前記対象部材の前記金属母材のうち前記反応領域を含む部分に生じる亀裂領域の範囲を算出する亀裂領域算出処理と、
   前記反応領域算出処理及び前記亀裂領域算出処理を複数回繰り返し行った後、前記反応領域についての前記対象部材の表面からの深さを算出する算出処理と
   をコンピュータに行わせ、
   前記亀裂領域算出処理では、前記対象部材のうち直前の前記反応領域算出処理で算出された前記反応領域に対応する領域については、反応後に生成される硫化物の物性を用いて前記亀裂領域の範囲を算出する処理を前記コンピュータに行わせる
   腐食深さ推定プログラム。
4. 硫化水素を含む雰囲気に配置される対象部材の交換時期を算出する交換時期算出方法であって、
   前記対象部材の表面の形状を初期条件として設定する設定ステップと、
   請求項１又は請求項２に記載の腐食深さ推定方法を用いて、前記対象部材に形成される溝状腐食の深さを推定する推定ステップと、
   推定結果に基づいて、前記対象部材の交換時期を算出する算出ステップと
   を含む交換時期算出方法。
5. 硫化水素を含む雰囲気に配置される対象部材の交換時期を算出する交換時期算出プログラムであって、
   前記対象部材の表面の形状を初期条件として設定する設定処理と、
   請求項３に記載の腐食深さ推定プログラムを用いて、前記対象部材に形成される溝状腐食の深さを推定する推定処理と、
   推定結果に基づいて、前記対象部材の交換時期を算出する算出処理と
   をコンピュータに行わせる交換時期算出プログラム。

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