JP7512073B2 - System and method for evaluating and analyzing soundness - Google Patents

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本発明の実施形態は、プラント設備における機器あるいは構造物の健全性を評価する健全性評価解析システム及び健全性評価解析方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a system and method for evaluating the integrity of equipment or structures in a plant facility.

原子力発電設備の高経年化に伴い、健全性評価の精度や信頼性の向上は、発電設備全体の有効活用や安全性の向上において重要である。従来の健全性評価では、機器や構造物で想定される経年劣化事象に対して事象の進展解析を行い、評価期間における破壊や機能喪失に至る損傷の発生あるいはその確率を指標に健全性が評価される。 As nuclear power generation facilities age, improving the accuracy and reliability of integrity assessments is important for the effective use of the entire power generation facility and for improving safety. In conventional integrity assessments, a progression analysis of anticipated age-related deterioration events in equipment and structures is performed, and integrity is evaluated using the occurrence or probability of damage leading to destruction or loss of function during the assessment period as an indicator.

例えば、原子力発電設備の中でも特徴的な経年劣化事象として、原子炉圧力容器内に設けられた炉内構造物である炉心シュラウドの健全性評価で扱われる照射誘起応力腐食割れ(IASCC)がある。この例では、原子炉内の核燃料の反応により発生する中性子の照射の蓄積により材料に劣化が発生して進行し、IASCCの発現可能性の増大や破壊靭性の低下等が生じる。 For example, one of the most notable age-related degradation phenomena in nuclear power generation facilities is irradiation-induced stress corrosion cracking (IASCC), which is dealt with in the integrity assessment of the core shroud, an in-reactor structure installed inside the reactor pressure vessel. In this example, the accumulation of neutron irradiation generated by the reaction of nuclear fuel inside the reactor causes and progresses degradation of the material, resulting in an increased likelihood of IASCC occurring and a decrease in fracture toughness.

従来のIASCCの評価は、予め取得した材料特性データと照射量との関係式や、設計条件に基づいて解析等により保守的に設定した評価条件を用いて行われる。このとき、種々の条件に含まれるバラつきや不確かさを保守的に見積もることにより、実際の設備の供用実績等の実態とかけ離れた、過度に保守的な評価結果になる場合も考えられる。また、最終的な評価結果や各プロセスにどの程度の保守性ないし非保守性が含まれているかを定量的に把握することは、評価の適正化に繋がることに加え、発電設備全体の効率や安全性の観点で、その発電設備を最適に運用し管理し、そのための適切な保全対策の方法やタイミング、更に必要なリソース配分等を決定する上でも有効な判断材料となる。 Conventional IASCC evaluations are performed using evaluation conditions that are conservatively set by analysis based on the relationship between previously acquired material property data and irradiation dose, and on design conditions. In this case, conservative estimation of the variations and uncertainties contained in various conditions may result in overly conservative evaluation results that are far removed from the actual service history of the facility. In addition, quantitatively understanding the degree of conservatism or non-conservatism contained in the final evaluation results and each process will not only lead to the optimization of evaluations, but will also be an effective basis for determining the optimal operation and management of the power generation facility from the perspective of the efficiency and safety of the entire facility, the method and timing of appropriate maintenance measures for this purpose, and the necessary resource allocation, etc.

特開2014-62780号公報JP 2014-62780 A 特開2005-345421号公報JP 2005-345421 A 特開2015-81901号公報JP 2015-81901 A

従来の構造物の健全性に係る欠陥評価では、評価に必要な条件、評価対象の欠陥の寸法及び密度など、並びに欠陥(亀裂)進展速度、強度及び破壊靭性値などの材料特性は、試験データや解析等により予め設定された値または関数を用いて行われている。この方法では、試験データの拡充や評価手法の合理化、解析の精緻化等により精度の向上を期待できる。ところが、一般にこのような改善には時間や費用がかかる上に、実際の挙動に対する機構論上の類似性または同等性、更に条件またはデータに対する代表性や包絡性を前提とするために、評価の保守性ないし非保守性の把握及び適正化に限界がある。 In conventional defect assessments of the soundness of structures, the conditions required for the assessment, the size and density of the defects to be assessed, and material properties such as defect (crack) growth rate, strength, and fracture toughness are determined using values or functions that are preset based on test data and analysis. With this method, it is expected that accuracy will improve through the expansion of test data, streamlining of assessment methods, and refinement of analysis. However, such improvements generally require time and money, and because they are premised on mechanistic similarity or equivalence to actual behavior, as well as representativeness and envelopment of conditions or data, there are limitations to understanding and optimizing the conservativeness or non-conservativeness of the assessment.

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、プラント設備における測定データや実績データ等を用いることで、プラント設備の実態に即した高精度で且つ信頼性の高い健全性評価を実現できる健全性評価解析システム及び健全性評価解析方法を提供することを目的とする。 The embodiment of the present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a soundness evaluation and analysis system and a soundness evaluation and analysis method that can realize a highly accurate and reliable soundness evaluation that is in line with the actual situation of the plant equipment by using measurement data, performance data, etc. of the plant equipment.

本発明の実施形態における健全性評価解析システムは、プラント設備における機器あるいは構造物の健全性を評価する健全性評価解析システムにおいて、前記機器あるいは構造物の材料または環境媒体をそれぞれサンプリングしてその特性や状態量を測定し、または前記特性や状態量を直接計測して測定し測定データを取得するサンプリング・計測装置と、前記機器あるいは構造物に発生する亀裂や腐食を含む欠陥を検出してサイジングし、前記欠陥に関する検査データを取得する検査装置と、前記機器あるいは構造物の状態量、運転履歴を含む運転管理情報、補修や保全対策の実績データ、前記サンプリング・計測装置からの前記測定データ、並びに前記検査装置からの前記検査データを記憶する運転履歴記憶装置と、前記サンプリング・計測装置、前記検査装置及び前記運転履歴記憶装置の少なくとも1つからの実際のデータに基づき、健全性の評価に用いるために解析または設計により設定された欠陥評価パラメータを適正化するデータ解析装置と、前記データ解析装置により適正化された前記欠陥評価パラメータを用いて前記機器あるいは構造物の健全性を評価する健全性評価解析装置と、を有して構成され、前記データ解析装置は、前記サンプリング・計測装置により実際に測定された前記機器あるいは構造物の材料の放射能量データから中性子束データを求め、この中性子束データに基づき、適正化曲線を作成する関数を用いて、解析により設定された前記欠陥評価パラメータとしての中性子照射量または中性子束の値、その分布及びその時刻歴を適正化するよう構成されたことを特徴とするものである。 A soundness evaluation and analysis system according to an embodiment of the present invention is a soundness evaluation and analysis system for evaluating the soundness of equipment or structures in a plant facility, comprising: a sampling and measurement device for sampling materials or environmental media of the equipment or structures to measure their characteristics or state quantities, or for directly measuring the characteristics or state quantities to obtain measurement data; an inspection device for detecting and sizing defects, including cracks and corrosion, that occur in the equipment or structures, and obtaining inspection data relating to the defects; an operation history storage device for storing the state quantities of the equipment or structures, operation management information including operation history, performance data of repairs and maintenance measures, the measurement data from the sampling and measurement device, and the inspection data from the inspection device; The system includes a data analysis device that optimizes defect evaluation parameters set by analysis or design for use in evaluating soundness based on actual data from at least one of the inspection device and the operating history storage device, and a soundness evaluation analysis device that evaluates the soundness of the equipment or structure using the defect evaluation parameters optimized by the data analysis device , wherein the data analysis device is configured to obtain neutron flux data from radioactivity data of the material of the equipment or structure actually measured by the sampling/measuring device, and to optimize the neutron irradiation dose or neutron flux value, its distribution, and its time history as the defect evaluation parameters set by analysis using a function that creates an optimization curve based on the neutron flux data .

本発明の実施形態における健全性評価解析方法は、プラント設備における機器あるいは構造物の健全性を評価する健全性評価解析方法において、サンプリング・計測装置により、前記機器あるいは構造物の材料または環境媒体をそれぞれサンプリングしてその特性や状態量を測定し、または前記特性や状態量を直接計測して測定し測定データを取得するステップと、検査装置により、前記機器あるいは構造物に発生する亀裂や腐食を含む欠陥を検出してサイジングし、前記欠陥に関する検査データを取得するステップと、運転履歴記憶装置により、前記機器あるいは構造物の状態量、運転履歴を含む運転管理情報、補修や保全対策の実績データ、前記サンプリング・計測装置からの前記測定データ、並びに前記検査装置からの前記検査データを記憶するステップと、データ解析装置により、前記サンプリング・計測装置、前記検査装置及び前記運転履歴記憶装置の少なくとも1つからの実際のデータに基づき、健全性の評価に用いるために解析または設計により設定された欠陥評価パラメータを適正化するステップと、健全性評価解析装置により、前記データ解析装置により適正化された前記欠陥評価パラメータを用いて前記機器あるいは構造物の健全性を評価するステップと、を有し、前記データ解析装置によって更に、前記サンプリング・計測装置により実際に測定された前記機器あるいは構造物の材料の放射能量データから中性子束データを求め、この中性子束データに基づき、適正化曲線を作成する関数を用いて、解析により設定された前記欠陥評価パラメータとしての中性子照射量または中性子束の値、その分布及びその時刻歴を適正化することを特徴とするものである。 A soundness evaluation and analysis method according to an embodiment of the present invention is a soundness evaluation and analysis method for evaluating the soundness of equipment or structures in a plant facility, the method comprising the steps of: sampling a material or an environmental medium of the equipment or structure, respectively, to measure its characteristics or state quantities, or directly measuring the characteristics or state quantities, and acquiring measurement data, using a sampling and measurement device; detecting and sizing defects, including cracks and corrosion, that occur in the equipment or structure, using an inspection device , and acquiring inspection data relating to the defects; storing, in an operation history storage device , the state quantities of the equipment or structure, operation management information including an operation history, performance data of repairs and maintenance measures, the measurement data from the sampling and measurement device, and the inspection data from the inspection device; The method includes a step of optimizing defect evaluation parameters set by analysis or design for use in evaluating the soundness based on actual data from at least one of the sampling and measuring device, the inspection device, and the operating history storage device, and a step of evaluating the soundness of the equipment or structure using the defect evaluation parameters optimized by the data analysis device by a soundness evaluation analysis device , wherein the data analysis device further obtains neutron flux data from radioactivity data of the material of the equipment or structure actually measured by the sampling and measuring device, and optimizes the neutron exposure dose or neutron flux value, its distribution, and its time history as the defect evaluation parameters set by analysis using a function that creates an optimization curve based on this neutron flux data .

本発明の実施形態によれば、プラント設備における測定データや実績データ等を用いることで、プラント設備の実態に即した高精度で且つ信頼性の高い健全性評価を実現できる。 According to an embodiment of the present invention, by using measurement data and performance data of the plant equipment, it is possible to realize a highly accurate and reliable health evaluation that is in line with the actual situation of the plant equipment.

本実施形態に係る健全性評価解析システムを示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a soundness evaluation and analysis system according to an embodiment of the present invention. 図1の健全性評価解析システムにおける健全性の評価手順等を示すフローチャート。2 is a flowchart showing a procedure for evaluating soundness in the soundness evaluation analysis system of FIG. 1 . 図1の機器あるいは構造物としての炉心シュラウドを示し、(A)はその炉心シュラウドの水平断面図、(B)は図3(A)の一部を、発生した亀裂と共に示す部分断面図。3A shows a core shroud as the equipment or structure of FIG. 1, and FIG. 3B is a partial cross-sectional view showing a part of FIG. 3A together with a crack that has occurred. 図3の炉心シュラウドにおける厚さ方向の中性子束分布を適正化する一例を示すグラフ。4 is a graph showing an example of optimizing the neutron flux distribution in the thickness direction of the core shroud of FIG. 3 . 図2の炉心シュラウドにおける周方向の中性子束分布を適正化する一例を示すグラフ。3 is a graph showing an example of optimizing the circumferential neutron flux distribution in the core shroud of FIG. 2 .

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
図1は、本実施形態に係る健全性評価解析システムを示すブロック図である。この図1に示す健全性評価解析システム100は、プラント設備、例えば原子力発電プラント設備における機器あるいは構造物10の健全性を評価するものであり、健全性評価解析装置200、データ解析装置300、サンプリング・計測装置400、検査装置500及び運転履歴記憶装置600を有して構成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Fig. 1 is a block diagram showing an integrity evaluation analysis system according to the present embodiment. The integrity evaluation analysis system 100 shown in Fig. 1 evaluates the integrity of a device or structure 10 in a plant facility, for example, a nuclear power plant facility, and is configured with an integrity evaluation analysis device 200, a data analysis device 300, a sampling and measurement device 400, an inspection device 500, and an operation history storage device 600.

サンプリング・計測装置400は、評価対象のプラント設備における機器あるいは構造物10の材料、または原子炉冷却水等の環境媒体30をそれぞれサンプリングして、それらの特性や状態量を測定し、健全性の評価に活用可能な測定データを取得するステップを行う。このとき、例えば機器あるいは構造物10の材料の特性、または原子炉冷却水等の温度や導電率などの状態量をそれぞれ連続的もしくは定期的に直接計測できる場合には、サンプリングによらず、その計測による測定データを取得してもよい。 The sampling and measurement device 400 performs steps of sampling the materials of the equipment or structure 10 in the plant facility to be evaluated, or the environmental medium 30 such as reactor cooling water, measuring their characteristics and state quantities, and acquiring measurement data that can be used to evaluate the soundness. At this time, for example, if the characteristics of the materials of the equipment or structure 10, or state quantities such as the temperature and conductivity of the reactor cooling water, etc., can be directly measured continuously or periodically, the measurement data may be acquired by the measurement without sampling.

検査装置500は、機器あるいは構造物10に発生する亀裂や腐食などの欠陥20を検出してサイジングし、欠陥20の分布、密度、寸法を含む欠陥に関する検査データを取得するステップを行う。検査装置500においても、設備供用中の欠陥の状態値(分布、密度、寸法等)を連続的あるいは断続的に直接計測できる場合には、定期的な検査データによらず、その計測データを用いてもよい。この検査装置500は欠陥20以外の検査データを取得してもよい。 The inspection device 500 detects and sizes defects 20, such as cracks and corrosion, that occur in the equipment or structure 10, and performs steps to acquire inspection data related to the defects, including the distribution, density, and dimensions of the defects 20. In the inspection device 500, if the state values (distribution, density, dimensions, etc.) of defects during equipment use can be directly measured continuously or intermittently, the measurement data may be used instead of periodic inspection data. This inspection device 500 may also acquire inspection data other than the defects 20.

運転履歴記憶装置600は、機器あるいは構造物10の温度や圧力等の状態量、起動・停止などの運転履歴を含む運転管理情報、補修や保全対策の実績データ、サンプリング・計測装置400による各種測定データ、並びに検査装置500による検査データを記憶するステップを行う。 The operation history storage device 600 performs steps to store state quantities such as temperature and pressure of the equipment or structure 10, operation management information including operation history such as start-up and shutdown, performance data on repairs and maintenance measures, various measurement data from the sampling and measuring device 400, and inspection data from the inspection device 500.

データ解析装置300は、サンプリング・計測装置400、検査装置500及び運転履歴記憶装置600の少なくとも1つの装置からの実際のデータに基づき、機器あるいは構造物10の健全性の評価に用いるために解析または設計により設定された欠陥評価パラメータを適正化するステップを行う。ここで、欠陥評価パラメータは、例えば初期欠陥モデル(即ち初期欠陥の位置、形状、寸法、密度など)、環境パラメータ、中性子照射量(中性子束を含む)、残留応力、材料特性パラメータ(材料の亀裂進展速度、強度、破壊靭性など)等である。 The data analysis device 300 performs a step of optimizing defect evaluation parameters set by analysis or design for use in evaluating the soundness of the equipment or structure 10 based on actual data from at least one of the sampling and measurement device 400, the inspection device 500, and the operation history storage device 600. Here, the defect evaluation parameters are, for example, an initial defect model (i.e., the position, shape, size, density, etc. of the initial defect), environmental parameters, neutron irradiation dose (including neutron flux), residual stress, material property parameters (crack growth rate, strength, fracture toughness, etc. of the material), etc.

健全性評価解析装置200は、本実施形態では、データ解析装置300により適正化された欠陥評価パラメータを用いて、機器あるいは構造物10の健全性を評価するステップを行うものであるが、まず、本来の機能について図2を用いて説明する。ここで、図2は、健全性評価解析システム100による健全性評価の一例として、照射誘起応力腐食割れ(IASCC)に対する健全性の評価手順等を示すフローチャートである。 In this embodiment, the soundness evaluation analysis device 200 performs a step of evaluating the soundness of the equipment or structure 10 using defect evaluation parameters optimized by the data analysis device 300, but first, the original function will be explained using Figure 2. Here, Figure 2 is a flowchart showing the procedure for evaluating the soundness against irradiation assisted stress corrosion cracking (IASCC) as an example of soundness evaluation by the soundness evaluation analysis system 100.

健全性評価解析装置200は、まず、評価対象及び評価部位を選定する評価対象・部位設定ステップ201を行う。評価対象となる原子力発電プラント設備の機器あるいは構造物10は、例えば、沸騰水型軽水炉では再循環系配管等の圧力バウンダリを構成する構造物や、炉心シュラウドなどの炉内構造物である。評価対象は、その他の原子力発電プラント設備の機器や構造物の部位でも良く、また、原子力発電プラント設備に限定されるものではなく、他の発電プラント設備の機器あるいは構造物とすることも可能である。 The soundness evaluation analysis device 200 first performs an evaluation target/part setting step 201 in which an evaluation target and evaluation part are selected. The equipment or structure 10 of the nuclear power plant facility to be evaluated is, for example, in a boiling water reactor, a structure that constitutes a pressure boundary such as a recirculation system piping, or an in-reactor structure such as a core shroud. The evaluation target may be a part of equipment or a structure of other nuclear power plant facilities, and is not limited to nuclear power plant facilities, but may also be equipment or a structure of other power plant facilities.

次に、健全性評価解析装置200は、想定する初期欠陥の分布や寸法、密度等をモデル化する初期欠陥モデル設定ステップ202を行う。この例において想定される初期欠陥は、機器あるいは構造物10の内周面に発生しその機器あるいは構造物10の周方向に延びる半楕円形状の亀裂であり、その最小寸法は、例えば炉内構造物の目視試験による検査での検査限界寸法を考慮して、深さ1mm×長さ10mmである。図3に、機器あるいは構造物10としての炉心シュラウド11の内周面11Aに生じた欠陥20としての亀裂21を示す。この亀裂21の深さaは、炉心シュラウド11の厚さ方向に設定され、亀裂21の長さ2cは、炉心シュラウド11の周方向に設定される。 Next, the soundness evaluation analysis device 200 performs an initial defect model setting step 202, which models the distribution, dimensions, density, etc. of the assumed initial defects. In this example, the assumed initial defect is a semi-elliptical crack that occurs on the inner surface of the equipment or structure 10 and extends in the circumferential direction of the equipment or structure 10, and its minimum dimensions are, for example, 1 mm deep x 10 mm long, taking into account the inspection limit dimensions in visual inspection of the reactor internal structure. Figure 3 shows a crack 21 as a defect 20 that occurs on the inner surface 11A of the core shroud 11 as the equipment or structure 10. The depth a of this crack 21 is set in the thickness direction of the core shroud 11, and the length 2c of the crack 21 is set in the circumferential direction of the core shroud 11.

上述の想定される初期欠陥の最小寸法は、技術的に明確な設定理由がある場合には異なった寸法であってもよい。あるいは、実際の検査で検出された亀裂を対象とする場合にはサイジングした亀裂の寸法、検出された亀裂が複数で隣接する場合には1つの亀裂としてモデル化された亀裂の寸法としてもよい。設定した最小の初期欠陥寸法を基準に、深さ(a)、長さ(2c)、アスペクト比(a/c)等をパラメータとして、適切な初期欠陥寸法が適切な寸法間隔で設定される。 The minimum dimension of the expected initial defect as described above may be a different dimension if there is a clear technical reason for setting it. Alternatively, it may be the dimension of a sized crack when cracks detected in an actual inspection are the subject of the study, or the dimension of a crack modeled as one crack when multiple adjacent cracks are detected. Based on the set minimum initial defect dimension, appropriate initial defect dimensions are set at appropriate dimensional intervals using parameters such as depth (a), length (2c), aspect ratio (a/c), etc.

次に、健全性評価解析装置200は、温度や水質条件などの環境パラメータを設定する温度・圧力・水質条件設定ステップ203を行う。例示したIASCC評価では、中性子による照射を伴うため、引き続いて照射量分布設定ステップ204を行う。次に、健全性評価解析装置200は、評価対象部に付与される応力分布を評価する応力分布評価ステップ205を行う。 Then, the soundness evaluation analysis device 200 performs a temperature, pressure, and water quality condition setting step 203 to set environmental parameters such as temperature and water quality conditions. Since the illustrated IASCC evaluation involves irradiation with neutrons, this is followed by an irradiation dose distribution setting step 204. Next, the soundness evaluation analysis device 200 performs a stress distribution evaluation step 205 to evaluate the stress distribution applied to the evaluation target part.

次に、健全性評価解析装置200は、亀裂に作用する応力拡大係数を評価する応力拡大係数評価ステップ206を行う。亀裂に作用する応力拡大係数は、初期欠陥モデル設定ステップ202における亀裂の寸法と、応力分布評価ステップ205における外荷重や残留応力の分布から算出される。応力拡大係数の算出方法として、日本機械学会維持規格もしくはASME Boiler&Pressure Vessel Code Section XIなどの規格基準にそれぞれ掲載されている簡易評価式、またはRaju&Newmanの式もしくは影響関数法などの広く知られている簡易評価式を用いてもよく、あるいは有限要素法(FEM)解析を用いて直接評価してもよい。 Next, the soundness evaluation analysis device 200 performs a stress intensity factor evaluation step 206 to evaluate the stress intensity factor acting on the crack. The stress intensity factor acting on the crack is calculated from the crack dimensions in the initial defect model setting step 202 and the distribution of external load and residual stress in the stress distribution evaluation step 205. As a method for calculating the stress intensity factor, a simplified evaluation formula published in the Japan Society of Mechanical Engineers Maintenance Standards or ASME Boiler & Pressure Vessel Code Section XI or other standards, or a widely known simplified evaluation formula such as the Raju & Newman formula or the influence function method, may be used, or a direct evaluation may be performed using finite element method (FEM) analysis.

次に、健全性評価解析装置200は、亀裂進展速度を算出する亀裂進展速度評価ステップ207を行う。この亀裂進展速度評価ステップ207では、応力拡大係数評価ステップ206で算出された応力拡大係数や、その他の材料特性パラメータで記述される亀裂進展速度の評価式を用いて、亀裂先端における亀裂進展速度を算出する。引き続き、健全性評価解析装置200は、その亀裂進展速度を用いて、一定の刻み時間あたりの亀裂進展量を算出する亀裂進展量評価ステップ208を行う。このときの刻み時間は任意としてよい。 Next, the soundness evaluation analysis device 200 performs a crack growth rate evaluation step 207 to calculate the crack growth rate. In this crack growth rate evaluation step 207, the crack growth rate at the crack tip is calculated using the stress intensity factor calculated in the stress intensity factor evaluation step 206 and an evaluation equation for the crack growth rate described by other material property parameters. Next, the soundness evaluation analysis device 200 performs a crack growth amount evaluation step 208 to calculate the crack growth amount per certain time interval using the crack growth rate. The time interval at this time may be any value.

次に、健全性評価解析装置200は、亀裂進展量評価ステップ208で算出した亀裂進展量の分だけ進展した後の亀裂(欠陥)をモデル化する進展後欠陥モデル設定ステップ209を行う。健全性評価解析装置200は、次に、進展後欠陥モデル設定ステップ209でモデル化した亀裂に対して、亀裂寸法、亀裂を除く断面積に付与される荷重、あるいは応力拡大係数等を評価すると共に、判定基準となる材料強度や破壊靭性値等の破壊評価パラメータを評価する破壊評価パラメータ評価ステップ210を行う。 Next, the soundness assessment analysis device 200 performs a post-progression defect model setting step 209 in which a crack (defect) is modeled after it has progressed by the amount of crack progress calculated in the crack progress amount evaluation step 208. The soundness assessment analysis device 200 then performs a destruction evaluation parameter evaluation step 210 in which the crack dimensions, the load applied to the cross-sectional area excluding the crack, or the stress intensity factor are evaluated for the crack modeled in the post-progression defect model setting step 209, and destruction evaluation parameters such as material strength and fracture toughness value that serve as judgment criteria are evaluated.

健全性評価解析装置200は、次の欠陥許容判定ステップ211において、欠陥(亀裂)が許容判定基準を上回らない場合には温度・圧力・水質条件設定ステップ203に戻り、上述の各ステップ203~210を繰返し計算することにより、亀裂進展計算を実施する。最終的に、健全性評価解析装置200は、健全性評価ステップ212において、欠陥許容判定ステップ211で亀裂(欠陥)が許容判定基準を上回る時点または評価終了時点での余寿命、及び上記許容判定基準に対する裕度を評価する。 If the defect (crack) does not exceed the tolerance criteria in the next defect tolerance judgment step 211, the integrity evaluation analysis device 200 returns to the temperature, pressure, and water quality condition setting step 203, and performs a crack growth calculation by repeating the above-mentioned steps 203 to 210. Finally, in the integrity evaluation step 212, the integrity evaluation analysis device 200 evaluates the remaining life at the time when the crack (defect) exceeds the tolerance criteria in the defect tolerance judgment step 211 or at the end of the evaluation, and the tolerance for the above-mentioned tolerance criteria.

上述の健全性評価解析装置200による健全性評価手法では、簡易解やFEM解析による決定論的な手法に限らず、欠陥(亀裂)寸法、中性子照射量、残留応力、亀裂進展速度、破壊靭性値などの欠陥評価パラメータのバラつきを考慮した確率論的破壊力学(PFM)手法を用いることもできる。 The soundness assessment method using the above-mentioned soundness assessment analysis device 200 is not limited to deterministic methods using simplified solutions or FEM analysis, but can also use probabilistic fracture mechanics (PFM) methods that take into account the variation in defect assessment parameters such as defect (crack) dimensions, neutron irradiation dose, residual stress, crack growth rate, and fracture toughness value.

このPFM手法では、これらのバラつきを有する欠陥評価パラメータを正規分布やワイブル分布などの確率密度関数で設定し、モンテカルロ法などのサンプリング方法によりサンプリングして、欠陥許容判定ステップ211により、対象とする機器あるいは構造物10について、破壊や漏洩、機能喪失に至る許容判定基準に基づき評価を行う。そして、ステップ202~211までの計算を繰り返し行い、破壊や漏洩などの上記許容判定基準を超えると判定されたサンプル数を全体のサンプル数で除することにより、欠陥が破壊や漏洩などに至る確率を求めることが一般的な手法である。従って、本実施形態においてPFM手法を用いる場合も、図2に示したフローと本質的な手順は変わらない。以下に記す本実施形態の特徴であるサンプリング・計測装置400、検査装置500及び運転履歴記憶装置600の少なくとも1つからの各種データの健全性評価への取込みは、むしろPFM手法においてより効果的に活用できる場合がある。 In this PFM method, the defect evaluation parameters having these variations are set by a probability density function such as a normal distribution or a Weibull distribution, and are sampled by a sampling method such as the Monte Carlo method. In the defect tolerance judgment step 211, the target equipment or structure 10 is evaluated based on the tolerance judgment criteria leading to destruction, leakage, and loss of function. Then, the calculations in steps 202 to 211 are repeated, and the number of samples judged to exceed the above tolerance judgment criteria such as destruction or leakage is divided by the total number of samples to obtain the probability that the defect will lead to destruction, leakage, etc., which is a general method. Therefore, even when the PFM method is used in this embodiment, the essential procedure is the same as the flow shown in FIG. 2. The incorporation of various data from at least one of the sampling and measurement device 400, the inspection device 500, and the operation history storage device 600, which is a feature of this embodiment described below, into the soundness evaluation, may be more effectively utilized in the PFM method in some cases.

上述の健全性評価解析装置200では、前述のように、サンプリング・計測装置400、検査装置500及び運転履歴記憶装置600の少なくとも1つにより取得されたデータを用いて、データ解析装置300により、機器もしくは構造物10の健全性評価(即ち欠陥評価)に用いるために適正化された欠陥評価パラメータが生成され、この適正化された欠陥評価パラメータが健全性評価解析装置200により健全性の評価に取り込まれる。そのための具体的な構成と手順を以下に示す。 In the above-mentioned soundness evaluation analysis device 200, as described above, the data analysis device 300 uses data acquired by at least one of the sampling and measuring device 400, the inspection device 500, and the operation history storage device 600 to generate optimized defect evaluation parameters for use in the soundness evaluation (i.e., defect evaluation) of the equipment or structure 10, and the optimized defect evaluation parameters are incorporated into the soundness evaluation by the soundness evaluation analysis device 200. The specific configuration and procedure for this are shown below.

サンプリング・計測装置400は、前述のように、評価対象である機器あるいは構造物10の材料または環境媒体(原子炉冷却水等)30をそれぞれサンプリングしてその特性や状態量を測定し、またはその特性や状態量を直接計測して測定し、測定データを取得する。このサンプリング・計測装置400は、照射量データ取得部401、残留応力データ取得部402、材料データ取得部403及び環境データ取得部404を有する。 As described above, the sampling and measurement device 400 samples the material or environmental medium (such as reactor cooling water) 30 of the equipment or structure 10 to be evaluated, respectively, to measure its characteristics and state quantities, or directly measures the characteristics and state quantities, and obtains measurement data. This sampling and measurement device 400 has an irradiation dose data acquisition unit 401, a residual stress data acquisition unit 402, a material data acquisition unit 403, and an environmental data acquisition unit 404.

照射量データ取得部401は、中性子照射量の評価に用いるデータを取得する。IASCC評価においては、亀裂進展解析または破壊評価に必要な亀裂進展速度、強度、破壊靭性値、応力緩和などの物理パラメータの計算に中性子照射量が用いられる。この物理パラメータでは中性子照射量が強く影響するため、中性子照射量の適切な評価と設定は、機器あるいは構造物10の健全性評価の精度や信頼性に対して極めて重要になる。従来、中性子照射量の評価に必要な中性子束(単位時間当たりの中性子照射量(n/m/s)は、中性子線輸送コードによる解析に基づき保守的に設定されている。照射量データ取得部401は、評価対象の機器あるいは構造物10の放射化量を直接計測あるいは微小サンプルを用いて採取することで、中性子照射量の測定データを得る。 The dose data acquisition unit 401 acquires data used for evaluating the neutron dose. In the IASCC evaluation, the neutron dose is used to calculate physical parameters such as crack growth rate, strength, fracture toughness, and stress relaxation required for crack growth analysis or fracture evaluation. Since the neutron dose strongly affects these physical parameters, appropriate evaluation and setting of the neutron dose is extremely important for the accuracy and reliability of the soundness evaluation of the equipment or structure 10. Conventionally, the neutron flux (neutron dose per unit time (n/m 2 /s) required for evaluating the neutron dose has been conservatively set based on an analysis using a neutron transport code. The dose data acquisition unit 401 obtains measurement data of the neutron dose by directly measuring the amount of activation of the equipment or structure 10 to be evaluated or by collecting the amount of activation using a minute sample.

照射量データ取得部401で得られた測定データを用いて、データ解析装置300の照射量評価部301は、照射量分布設定ステップ204での照射量分布の設定に用いる中性子束を適正化する。つまり、照射量評価部301は、サンプリング・計測装置400により実際に測定された機器あるいは構造物10の材料の放射能量データから中性子束データを求め、この中性子束データに基づき、適正化曲線P1、P2(後述)を作成する関数を用いて、解析により設定された欠陥評価パラメータとしての中性子照射量または中性子束の値、その分布及びその時刻歴を適正化する。 Using the measurement data obtained by the dose data acquisition unit 401, the dose evaluation unit 301 of the data analysis device 300 optimizes the neutron flux used to set the dose distribution in the dose distribution setting step 204. In other words, the dose evaluation unit 301 obtains neutron flux data from the radioactivity data of the equipment or material of the structure 10 actually measured by the sampling and measurement device 400, and optimizes the neutron dose or neutron flux value, its distribution, and its time history as defect evaluation parameters set by analysis using a function that creates optimization curves P1 and P2 (described below) based on this neutron flux data.

機器あるいは構造物10が内面側から中性子照射を受ける場合、機器あるいは構造物10の内外両表面で中性子束を測定し、この測定データを用いて照射量評価部301が中性子束分布を適正化することで、中性子束分布をより精確に設定することが可能になる。 When equipment or structure 10 is irradiated with neutrons from the inside, the neutron flux is measured on both the inside and outside surfaces of the equipment or structure 10, and the irradiation dose evaluation unit 301 uses this measurement data to optimize the neutron flux distribution, making it possible to set the neutron flux distribution more accurately.

測定データを用いた中性子束の適正化では、例えば、構造物内部の亀裂深さ方向に対する中性子束の減衰挙動を考慮した中性子束の関数、例えば式(1)の一次関数や、式(2)の指数関数が用いられる。
ここで、T:亀裂深さ方向の機器あるいは構造物の寸法(厚さ)
t:機器あるいは構造物の内表面からの亀裂深さ方向距離
φ0:機器あるいは構造物の内表面(t = 0)における中性子束
φT:機器あるいは構造物の外表面(t = T)における中性子束
φt:機器あるいは構造物の内表面からの距離tにおける中性子束
In optimizing the neutron flux using measurement data, for example, a neutron flux function that takes into account the attenuation behavior of the neutron flux in the depth direction of the crack inside the structure, such as the linear function of equation (1) or the exponential function of equation (2), is used.
Where, T: Dimension (thickness) of the equipment or structure in the crack depth direction
t: Distance from the inner surface of the component or structure in the direction of the crack depth φ 0 : Neutron flux at the inner surface of the component or structure (t = 0) φ T : Neutron flux at the outer surface of the component or structure (t = T) φt: Neutron flux at a distance t from the inner surface of the component or structure

中性子束分布の適正化の方法は、亀裂深さ方向(機器あるいは構造物の厚さ方向)の中性子束の減衰挙動を考慮する場合、式(1)や式(2)における関数の係数や定数を調整し、図4に示すように、機器あるいは構造物10の内外表面の測定データを、適正化曲線P1を作成する上記関数で連続して、元の解析による中性子束分布A1を適正化し、適正化された中性子束分布B1を求める。この場合の中性子束分布の適正化における他の方法として、元の中性子束解析コードのパラメータを調整してもよいし、また、中性子束を構造物の内外表面間で保守的に一定値とし、その値を調整することで中性子束を適正化してもよい。 When considering the attenuation behavior of the neutron flux in the crack depth direction (thickness direction of the equipment or structure), the method of optimizing the neutron flux distribution is to adjust the coefficients and constants of the functions in formula (1) and formula (2), and as shown in Figure 4, the measurement data of the inner and outer surfaces of the equipment or structure 10 is continuously connected with the above function that creates the optimization curve P1 to optimize the neutron flux distribution A1 obtained by the original analysis, and obtain the optimized neutron flux distribution B1. As another method for optimizing the neutron flux distribution in this case, the parameters of the original neutron flux analysis code may be adjusted, or the neutron flux may be conservatively set to a constant value between the inner and outer surfaces of the structure and the neutron flux may be optimized by adjusting this value.

また、中性子束のバラつきを考慮する場合には、この中性子束のバラつきを中性子束の確率密度関数のパラメータ設定に反映して、健全性評価解析装置200でのPFM手法による健全性評価に用いてもよいし、中性子束のバラつきを、保守的に包絡する関数や一定値を設定して健全性評価解析装置200による健全性評価に用いてもよい。 In addition, when neutron flux variation is taken into consideration, this neutron flux variation may be reflected in the parameter setting of the neutron flux probability density function and used in the health assessment by the PFM method in the health assessment analysis device 200, or the neutron flux variation may be set as a conservative envelope function or a constant value and used in the health assessment by the health assessment analysis device 200.

更に、図5に示すような亀裂長さ方向(機器あるいは構造物の周方向)に対する中性子束の分布を考慮する場合には、照射量評価部301は、亀裂深さ方向の中性子束の減衰挙動を考慮する場合(図4)と同様にして、亀裂長さ方向の中性子束を測定し、その測定データを、適正化曲線P2を作成する所定の関数で連続して、元の解析による中性子束分布A2を適正化する。この適正化された中性子束分布B2を用いることで、健全性評価解析装置200は、より精確な健全性評価が実施可能になる。 Furthermore, when considering the distribution of neutron flux in the crack length direction (circumferential direction of the equipment or structure) as shown in Figure 5, the irradiation dose assessment unit 301 measures the neutron flux in the crack length direction in the same manner as when considering the attenuation behavior of neutron flux in the crack depth direction (Figure 4), and optimizes the neutron flux distribution A2 from the original analysis using the measurement data in succession with a predetermined function that creates an optimization curve P2. By using this optimized neutron flux distribution B2, the integrity assessment analysis device 200 can perform a more accurate integrity assessment.

ここで、特許文献2では、実際の構造物から取得したサンプリング材を用い、放射能量を測定して中性子照射量を得て、亀裂進展速度、材料の強度、破壊靭性などの欠陥評価パラメータを評価する方法が記載されている。しかしながら、特許文献2の方法では、サンプリングから求めた中性子照射量の値を、予め設定した照射量と欠陥評価パラメータとの関係式に代入することで亀裂進展速度等の欠陥評価パラメータを求める方法であるため、本実施形態における中性子束自体の分布、バラつきを考慮した評価、または同一の中性子照射量でも中性子束が異なる条件の評価に対応できない本質的な課題がある。 Patent Document 2 describes a method of using sampling material obtained from an actual structure, measuring the amount of radioactivity to obtain the neutron irradiation dose, and evaluating defect evaluation parameters such as crack growth rate, material strength, and fracture toughness. However, the method of Patent Document 2 determines defect evaluation parameters such as crack growth rate by substituting the neutron irradiation dose value obtained from the sampling into a relational equation between a preset irradiation dose and the defect evaluation parameter, and therefore has an essential problem of being unable to handle evaluations that take into account the distribution and variation of the neutron flux itself in this embodiment, or evaluations under conditions where the neutron flux is different even with the same neutron irradiation dose.

上述の照射量評価部301は、運転履歴記憶装置600の運用・保全データ記憶部603に記憶された運用・保全データを用いることで、燃料の燃焼度の増大やシャッフリング、機器あるいは構造物10の補修や保全対策、更に出力調整運転等により、中性子束またはその分布が供用期間中に変化する場合に受ける影響を加味した詳細な評価にも対応することが可能になる。 By using the operation and maintenance data stored in the operation and maintenance data storage unit 603 of the operation history storage device 600, the above-mentioned irradiation dose evaluation unit 301 can also handle detailed evaluations that take into account the effects of changes in neutron flux or its distribution during the service period due to increases in fuel burnup or shuffling, repairs and maintenance measures for equipment or structures 10, and power adjustment operations, etc.

このような照射量評価部301による評価では、データ解析装置300の補修・交換時期設定部307によるデータ解析と組み合わせることにより、実際の運転履歴に対応したタイミングで中性子束を切り替える、あるいは中性子束を連続的な時間の関数として設定して時間積分することで、中性子束またはその分布が供用期間中に変化する場合の中性子照射量を評価することが可能になる。 In such an evaluation by the irradiation dose evaluation unit 301, by combining it with data analysis by the repair/replacement timing setting unit 307 of the data analysis device 300, it becomes possible to evaluate the neutron irradiation dose when the neutron flux or its distribution changes during the service life by switching the neutron flux at a timing corresponding to the actual operating history, or by setting the neutron flux as a continuous function of time and integrating it over time.

残留応力データ取得部402は、残留応力の評価に用いるデータを取得する。残留応力分布は、応力拡大係数の評価に簡易解を用いる場合には一般に3次や4次の多項式にて入力される。残留応力の評価に用いるデータの取得方法としては、例えば、X線残留応力測定装置などの可搬型の測定装置を用いて、実際の機器あるいは構造物10の表面の残留応力を非破壊的に測定する方法がある。このように機器あるいは構造物10の残留応力を直接測定する方法としては、非破壊に限らず、リングコア法やDHD(Deep Hole Drilling)法などの部分破壊による測定法、または切断法などの完全破壊による測定法でサンプルを採取し測定する方法でもよい。 The residual stress data acquisition unit 402 acquires data used for evaluating residual stress. When a simplified solution is used for evaluating the stress intensity factor, the residual stress distribution is generally input as a third or fourth order polynomial. One method for acquiring data used for evaluating residual stress is, for example, a method of non-destructively measuring the residual stress on the surface of the actual equipment or structure 10 using a portable measuring device such as an X-ray residual stress measuring device. In this way, the method of directly measuring the residual stress of the equipment or structure 10 is not limited to non-destructive, but may also be a method of taking and measuring a sample using a partially destructive measuring method such as the ring core method or the DHD (Deep Hole Drilling) method, or a completely destructive measuring method such as the cutting method.

また、評価対象となる機器あるいは構造物10の測定が困難である場合には、材料や製造方法が類似する構造物などからサンプルを採取して、構造物などの残留応力を間接的に測定する方法でもよい。また、機器あるいは構造物10の表面の微小硬さなどの物性値と残留応力との相関が分かる場合には、間接的な測定データ(微小硬さ測定データ)を用いて、機器あるいは構造物10の残留応力を評価してもよい。なお、このような健全性評価に用いる荷重条件として、残留応力は特に溶接構造物の評価において重要な影響を及ぼすが、本実施形態では残留応力以外の荷重条件、例えば内圧や繰り返し荷重等について、上述と同様に測定または計測する方法を含んでもよい。 In addition, if it is difficult to measure the equipment or structure 10 to be evaluated, a method may be used in which a sample is taken from a structure made of similar materials or manufactured by a similar method, and the residual stress of the structure or the like is indirectly measured. In addition, if the correlation between the physical property value such as the microhardness of the surface of the equipment or structure 10 and the residual stress is known, the residual stress of the equipment or structure 10 may be evaluated using indirect measurement data (microhardness measurement data). Note that, as a loading condition used in such a soundness evaluation, although residual stress has an important effect particularly in the evaluation of welded structures, in this embodiment, a method of measuring or measuring loading conditions other than residual stress, such as internal pressure and repeated load, may be included in the same manner as described above.

残留応力データ取得部402で得られた測定データを用いて、データ解析装置300の応力分布等評価部302は、応力分布評価ステップ205での応力分布の設定に用いる応力分布の適正化を行う。 Using the measurement data obtained by the residual stress data acquisition unit 402, the stress distribution evaluation unit 302 of the data analysis device 300 optimizes the stress distribution used to set the stress distribution in the stress distribution evaluation step 205.

つまり、応力分布等評価部302は、機器あるいは構造物10に対してサンプリング・計測装置400により破壊的または非破壊的な方法で実際に直接測定された残留応力データに基づき、適正化曲線を作成する関数を用いて、解析により設定された欠陥評価パラメータとしての残留応力の値、その分布及びその緩和挙動の時刻歴を適正化する。また、応力分布等評価部302は、予め準備された微小硬さを含む物性値データと残留応力データとの相関を用いて、機器あるいは構造物10の対象部位または類似の構造物に対して、サンプリング・計測装置400により実際に直接あるいは採取サンプルを用いて測定された物性値データから残留応力データを求め、この残留応力データに基づき、適正化曲線を作成する関数を用いて、解析により設定された欠陥評価パラメータとしての残留応力の値、その分布及びその緩和挙動の時刻歴を適正化する。 In other words, the stress distribution evaluation unit 302 optimizes the value of the residual stress as a defect evaluation parameter set by analysis, its distribution, and the time history of its relaxation behavior, using a function that creates an optimization curve based on the residual stress data actually measured directly on the equipment or structure 10 by the sampling and measuring device 400 in a destructive or non-destructive manner. In addition, the stress distribution evaluation unit 302 obtains residual stress data from the physical property data actually measured directly or using a collected sample by the sampling and measuring device 400 for the target part of the equipment or structure 10 or a similar structure, using the correlation between the physical property data including the microhardness prepared in advance and the residual stress data, and optimizes the value of the residual stress as a defect evaluation parameter set by analysis, its distribution, and the time history of its relaxation behavior, using a function that creates an optimization curve based on this residual stress data.

応力分布等評価部302は、評価対象のプラント設備における供用期間中の熱や中性子照射に伴う残留応力の緩和を考慮する場合には、その評価も行う。応力分布の適正化の方法としては、図4に示した中性子束分布に対する方法と同様に、残留応力の測定データを所定の関数に基づく適正化曲線で連続させて、解析により設定された残留応力分布を適正化し、適正化された残留応力分布を得る。 The stress distribution evaluation unit 302 also performs an evaluation when considering the relaxation of residual stresses due to heat or neutron irradiation during the service life of the plant equipment being evaluated. As a method for optimizing the stress distribution, similar to the method for the neutron flux distribution shown in Figure 4, the measurement data of the residual stress is connected with an optimization curve based on a specified function, the residual stress distribution set by the analysis is optimized, and an optimized residual stress distribution is obtained.

材料データ取得部403は、亀裂進展速度、強度、破壊靭性などの材料特性に関連した材料特性パラメータの評価に用いる材料データを取得する。この材料データの取得方法としては、実際の機器あるいは構造物10から材料を採取して測定する方法が最も直接的である。ところが、このような測定には種々の大規模な困難が伴うため、比較的簡便に測定が可能な微小硬さなどの物性値と材料データとの相関を予め構築することで、例えば微小硬さの測定値から材料データを間接的に取得することが可能である。 The material data acquisition unit 403 acquires material data used to evaluate material property parameters related to material properties such as crack growth rate, strength, and fracture toughness. The most direct method of acquiring this material data is to sample material from the actual device or structure 10 and measure it. However, such measurements involve a variety of large-scale difficulties, so by establishing in advance a correlation between the material data and physical property values such as microhardness, which can be measured relatively easily, it is possible to indirectly acquire material data from, for example, measured values of microhardness.

材料データの測定は、機器あるいは構造物10の表面を直接測定してもよいし、採取可能なサイズのサンプルを採取して測定する方法でもよい。対象となる機器あるいは構造物10の測定が困難である場合には、材料や製造方法が類似する機器あるいは構造物などからサンプルを採取して、材料データを間接的に測定する方法でもよい。特許文献3には、材料データの採取において、実環境に晒された材料の局部腐食を評価するために予めサンプルを装荷する方法が記載されている。本実施形態は、材料データの取得において、上述した方法に制限するものではなく、特許文献3に記載のような、実環境や類似の環境に予めサンプルを装荷し測定する方法を除外するものでもない。 The material data may be measured by directly measuring the surface of the equipment or structure 10, or by taking a sample of a size that can be taken and measuring it. If it is difficult to measure the target equipment or structure 10, a sample may be taken from an equipment or structure made of a similar material or manufactured by a similar method, and the material data may be measured indirectly. Patent Document 3 describes a method of loading a sample in advance to evaluate local corrosion of a material exposed to an actual environment when collecting material data. This embodiment is not limited to the above-mentioned method in obtaining material data, and does not exclude the method described in Patent Document 3 of loading a sample in advance in an actual environment or a similar environment and measuring it.

材料データ取得部403で得られた測定データを用いて、データ解析装置300の亀裂進展速度評価部303は亀裂進展速度評価ステップ207での亀裂進展速度の評価を、また、データ解析装置300の強度・破壊靭性評価部304は破壊評価パラメータ評価ステップ210での破壊評価パラメータ(強度や破壊靭性値)の評価を、それぞれ行うためにデータの適正化処理を行う。 Using the measurement data obtained by the material data acquisition unit 403, the crack growth rate evaluation unit 303 of the data analysis device 300 performs data optimization processing to evaluate the crack growth rate in the crack growth rate evaluation step 207, and the strength/fracture toughness evaluation unit 304 of the data analysis device 300 performs data optimization processing to evaluate the fracture evaluation parameters (strength and fracture toughness values) in the fracture evaluation parameter evaluation step 210.

つまり、亀裂進展速度評価部303は、機器あるいは構造物10から採取されたサンプルに対して、サンプリング・計測装置400により実際に直接測定された材料データに基づき、図4に示した中性子束分布に対する方法と同様の考え方で、設計により設定された欠陥評価パラメータとしての亀裂進展速度を含む材料特性パラメータの値、及びその材料特性パラメータに関する関数を適正化する。更に、上記亀裂進展速度を含む材料特性パラメータの分布及びその変化の時刻歴を考慮する場合には、それらを適正化する。また、この亀裂進展速度評価部303は、予め準備された微小硬さを含む物性値データと材料データとの相関を用いて、機器あるいは構造物10の対象部位または類似の構造物に対して、サンプリング・計測装置400により実際に直接あるいは採取サンプルを用いて測定された物性値データから材料データを求め、この材料データに基づき、設計により設定された亀裂進展速度を含む材料特性パラメータの値、及びその材料特性パラメータに関する関数を適正化する。更に、上記亀裂進展速度を含む材料特性パラメータの分布及びその変化の時刻歴を考慮する場合には、それらを適正化する。 That is, the crack growth rate evaluation unit 303 optimizes the values of the material property parameters including the crack growth rate as the defect evaluation parameters set by design and the functions related to the material property parameters based on the material data actually measured directly by the sampling and measuring device 400 for the samples taken from the equipment or structure 10, in the same way as the method for the neutron flux distribution shown in FIG. 4. Furthermore, when the distribution of the material property parameters including the crack growth rate and the time history of their changes are taken into consideration, they are optimized. In addition, the crack growth rate evaluation unit 303 uses the correlation between the physical property value data including the microhardness prepared in advance and the material data to obtain material data from the physical property value data actually measured directly or using the taken samples by the sampling and measuring device 400 for the target part of the equipment or structure 10 or a similar structure, and optimizes the values of the material property parameters including the crack growth rate set by design and the functions related to the material property parameters based on this material data. Furthermore, when the distribution of the material property parameters including the crack growth rate and the time history of their changes are taken into consideration, they are optimized.

強度・破壊靭性評価部304は、機器あるいは構造物10から採取されたサンプルに対して、サンプリング・計測装置400により実際に直接測定された材料データに基づき、設計により設定された欠陥評価パラメータとしての強度及び破壊靱性を含む材料特性パラメータの値、及びその材料特性パラメータに関する関数を適正化する。更に、上記強度及び破壊靱性を含む材料特性パラメータの分布及びその変化の時刻歴を考慮する場合には、それらを適正化する。また、この強度・破壊靭性評価部304は、予め準備された微小硬さを含む物性値データと材料データとの相関を用いて、機器あるいは構造物10の対象部位または類似の構造物に対して、サンプリング・計測装置400により実際に直接あるいは採取サンプルを用いて測定された物性値データから材料データを求め、この材料データに基づき、設計により設定された強度及び破壊靱性を含む材料特性パラメータの値、及びその材料特性パラメータに関する関数を適正化する。更に、上記強度及び破壊靱性を含む材料特性パラメータの分布及びその変化の時刻歴を考慮する場合には、それらを適正化する。 The strength/fracture toughness evaluation unit 304 optimizes the values of the material property parameters including strength and fracture toughness as defect evaluation parameters set by design, and the functions related to the material property parameters, based on the material data actually measured directly by the sampling/measuring device 400 for the samples taken from the equipment or structure 10. Furthermore, when the distribution of the material property parameters including the strength and fracture toughness and the time history of their changes are taken into consideration, they are optimized. Furthermore, the strength/fracture toughness evaluation unit 304 uses the correlation between the physical property value data including the microhardness prepared in advance and the material data to obtain material data from the physical property value data actually measured directly or using the taken samples by the sampling/measuring device 400 for the target part of the equipment or structure 10 or a similar structure, and optimizes the values of the material property parameters including strength and fracture toughness set by design, and the functions related to the material property parameters, based on this material data. Furthermore, when the distribution of the material property parameters including the strength and fracture toughness and the time history of their changes are taken into consideration, they are optimized.

一般に、材料特性パラメータとしての強度や破壊靭性などの材料の機械的特性は、機器あるいは構造物10の材料の表面近傍とその内部において、材料の製造過程で受ける機械的及び熱的な履歴の相違により、材料の厚さ方向に対して分布を示すことが知られている。このような材料内部での材料特性の変化を考慮する場合、強度・破壊靭性評価部304は、材料内部の位置に対して材料特性の変化を表す分布関数を設定し、材料データ取得部403にて取得された実測の材料データを用いて、設計により設定された材料特性の分布を適正化し、適正化された材料特性分布を得ることができる。 It is generally known that the mechanical properties of a material, such as strength and fracture toughness as material property parameters, are distributed in the thickness direction of the material near the surface of the material of the equipment or structure 10 and inside the material due to differences in the mechanical and thermal history that the material undergoes during the manufacturing process. When considering such changes in material properties inside the material, the strength/fracture toughness evaluation unit 304 sets a distribution function that represents the changes in material properties with respect to positions inside the material, and optimizes the distribution of the material properties set by the design using the actual measured material data acquired by the material data acquisition unit 403, thereby obtaining an optimized material property distribution.

特に、中性子照射量に依存した材料特性の場合には、照射量分布設定ステップ204で設定した照射量分布を考慮することで、このように適正化された材料内部での材料特性分布を健全性の評価に精度よく取り込むことができる。 In particular, in the case of material properties that depend on the neutron irradiation dose, by taking into account the irradiation dose distribution set in the irradiation dose distribution setting step 204, the material property distribution inside the material that has been optimized in this way can be accurately incorporated into the evaluation of soundness.

同様に、残留応力に依存する亀裂進展速度のような材料特性の場合には、応力分布評価ステップ205で設定された応力分布を考慮して材料内部での材料特性の分布を適正化し、この適正化された材料特性の分布を用いて、応力拡大係数評価ステップ206での応力拡大係数の評価と、亀裂進展速度評価ステップ207での亀裂進展速度の評価を行うことで、健全性の評価をより精確にできる。 Similarly, in the case of material properties such as a crack growth rate that depends on residual stress, the distribution of material properties within the material is optimized taking into account the stress distribution set in the stress distribution evaluation step 205, and this optimized distribution of material properties is used to evaluate the stress intensity factor in the stress intensity factor evaluation step 206 and the crack growth rate in the crack growth rate evaluation step 207, thereby making it possible to more accurately evaluate the soundness.

また、このような材料特性が必然的に有するバラつきを考慮する場合には、このばらつきを材料特性値の確率密度関数のパラメータ設定に反映して、PFM手法による健全性評価に用いてもよいし、バラつきを、保守的に包絡する関数や一定値を設定して健全性評価に用いてもよい。 In addition, when taking into consideration the inevitable variation in such material properties, this variation can be reflected in the parameter settings of the probability density function of the material property values and used in the soundness assessment using the PFM method, or the variation can be used in the soundness assessment by setting a function that conservatively envelopes the variation or a constant value.

サンプリング・計測装置400は、環境データ取得部404が例えば原子炉冷却水のサンプリングや計測を行い、原子炉冷却水の実際の温度、圧力、導電率、溶存酸素濃度、溶存水素濃度、水質改善のための注入剤濃度等の環境データを取得する。これらの環境データは、運転履歴記憶装置600における環境データ記憶部601に環境データとして保存される。この環境データは、環境パラメータ評価部306で、欠陥評価パラメータとしての環境パラメータ(温度、圧力、水質など)の適正化が行われることで、温度・圧力・水質条件設定ステップ203による温度、圧力、水質の時刻歴の設定に用いられる。 In the sampling and measurement device 400, the environmental data acquisition unit 404 performs sampling and measurement of, for example, the reactor cooling water, and acquires environmental data such as the actual temperature, pressure, electrical conductivity, dissolved oxygen concentration, dissolved hydrogen concentration, and injection agent concentration for water quality improvement of the reactor cooling water. These environmental data are stored as environmental data in the environmental data storage unit 601 in the operation history storage device 600. This environmental data is used to set the time history of temperature, pressure, and water quality in the temperature, pressure, and water quality condition setting step 203 by optimizing the environmental parameters (temperature, pressure, water quality, etc.) as defect evaluation parameters in the environmental parameter evaluation unit 306.

つまり、環境パラメータ評価部306は、機器あるいは構造物10が晒される原子炉冷却水等の環境媒体に対して、サンプリング・計測装置400により実際に測定された温度、圧力、導電率、溶存酸素濃度を含む環境データに基づき、設計により設定された欠陥評価パラメータとしての環境パラメータの値、及びその環境パラメータに関する関数を適正化する。更に、上記環境パラメータの分布及びその変化の時刻歴を考慮する場合には、それらを適正化する。 In other words, the environmental parameter evaluation unit 306 optimizes the values of the environmental parameters as defect evaluation parameters set by design and functions related to the environmental parameters based on the environmental data including the temperature, pressure, conductivity, and dissolved oxygen concentration actually measured by the sampling and measuring device 400 for the environmental media, such as reactor cooling water, to which the equipment or structure 10 is exposed. Furthermore, when the distribution of the above environmental parameters and the time history of their changes are taken into consideration, they are optimized.

上述のようなサンプリング・計測装置400によるサンプリングや計測では、時間やコストの制約、あるいは測定における物理的な制約が生じる場合が想定される。これを回避してより効果的に測定と適正化を行うために、データ解析装置300は、測定する場所、測定する範囲及び測定点数を実験計画法により予め設定する。また、データ解析装置300での中性子照射量や残留応力等の適正化には、例えば、後述のベイズ更新機能により、限定されたデータを用いて確率密度関数のパラメータの最適化が図られる。 When sampling and measuring using the sampling and measuring device 400 as described above, it is expected that there may be time and cost constraints, or physical constraints on the measurement. To avoid this and perform measurement and optimization more effectively, the data analysis device 300 sets the measurement location, measurement range, and number of measurement points in advance using an experimental design method. In addition, to optimize the neutron irradiation dose, residual stress, etc., in the data analysis device 300, for example, the Bayesian updating function described below is used to optimize the parameters of the probability density function using limited data.

検査装置500は、前述のように、評価対象のプラント設備の機器あるいは構造物10に発生する亀裂21や腐食等の欠陥20を検出しサイジングして、その欠陥20の分布、密度、寸法などの検査データを取得する。この検査装置500は欠陥データ取得部501を有する。なお、検査装置500は、欠陥20以外の検査データを取得してもよい。 As described above, the inspection device 500 detects and sizes defects 20, such as cracks 21 and corrosion, that occur in the equipment or structure 10 of the plant facility to be evaluated, and acquires inspection data such as the distribution, density, and dimensions of the defects 20. This inspection device 500 has a defect data acquisition unit 501. Note that the inspection device 500 may acquire inspection data other than defects 20.

欠陥データ取得部501では、亀裂21等の欠陥20の寸法、分布及び密度等の評価に用いる欠陥分布データ及び欠陥寸法データを取得する。亀裂21等の欠陥20の寸法及び分布は評価の初期値として最も重要なパラメータであり、それらの適切な設定は、機器あるいは構造物10の健全性評価全体の精度や信頼性に対して極めて重要になる。 The defect data acquisition unit 501 acquires defect distribution data and defect dimension data used to evaluate the dimensions, distribution, density, etc. of defects 20 such as cracks 21. The dimensions and distribution of defects 20 such as cracks 21 are the most important parameters as initial values for the evaluation, and appropriate settings of these are extremely important for the accuracy and reliability of the overall soundness evaluation of the equipment or structure 10.

例えば、亀裂21が単一の場合には、検査で特定した位置や寸法のデータを用いて、欠陥モデル評価部305が亀裂21の位置及び寸法の条件を直接的に設定することが可能である。一方、亀裂21が複数検出され、かつ、亀裂21同士が近接するような場合には、欠陥モデル評価部305は、日本機械学会維持規格またはASME Boiler&Pressure Vessel Code Section XIなどの規格基準にそれぞれ掲載されている亀裂の合体条件等に基づき、複数の亀裂21を合体させた欠陥(亀裂)モデルに適切に置き換える。 For example, if there is a single crack 21, the defect model evaluation unit 305 can directly set the conditions for the position and dimensions of the crack 21 using the position and dimension data identified by the inspection. On the other hand, if multiple cracks 21 are detected and the cracks 21 are close to each other, the defect model evaluation unit 305 appropriately replaces the multiple cracks 21 with a defect (crack) model in which the multiple cracks 21 are combined, based on the crack merging conditions and the like listed in standards such as the Japan Society of Mechanical Engineers Maintenance Standards or ASME Boiler & Pressure Vessel Code Section XI.

また、亀裂面22(図3(B))が評価モデルの評価断面に対して傾斜するような場合には、欠陥モデル評価部305は、亀裂面22が傾斜した亀裂21を上記評価断面に投影した亀裂に適切に置き換える。更に、応力腐食割れの中には、亀裂21が複雑に分岐し放射状に発達するような事例も報告されている。このような場合、欠陥モデル評価部305は、上述した亀裂21の合体や評価断面への投影などにより、亀裂21が適切な形状や寸法になるようにモデル化を行う。 In addition, when the crack surface 22 (Figure 3(B)) is inclined relative to the evaluation cross section of the evaluation model, the defect model evaluation unit 305 appropriately replaces the crack 21 with the inclined crack surface 22 with a crack projected onto the evaluation cross section. Furthermore, there have been reported cases of stress corrosion cracking in which the crack 21 branches in a complex manner and develops radially. In such cases, the defect model evaluation unit 305 models the crack 21 so that it has an appropriate shape and dimensions by merging the cracks 21 as described above or projecting them onto the evaluation cross section.

欠陥モデル評価部305は、上述のようにして検査装置500による検査データから直接的に初期亀裂(欠陥)の分布、寸法及び密度等を設定するほか、検査データを用いて、設計により設定した初期亀裂(欠陥)寸法を適正化する。つまり、欠陥モデル評価部305は、機器あるいは構造物10に対して検査装置500により実際に検査された欠陥20(亀裂21)の分布、その密度及びその寸法を含む欠陥検査データに基づき、図3または図4の場合と同様の考え方で、設計により設定された欠陥評価パラメータとしての初期欠陥モデル(即ち、初期欠陥の位置、形状、寸法及び密度など)の値及びその分布を適正化する。 The defect model evaluation unit 305 not only sets the distribution, dimensions, density, etc. of the initial cracks (defects) directly from the inspection data by the inspection device 500 as described above, but also optimizes the initial crack (defect) dimensions set by design using the inspection data. In other words, the defect model evaluation unit 305 optimizes the values and their distribution of the initial defect model (i.e., the position, shape, dimensions, density, etc. of the initial defects) as defect evaluation parameters set by design, based on the defect inspection data including the distribution, density, and dimensions of the defects 20 (cracks 21) actually inspected by the inspection device 500 for the equipment or structure 10, in the same way as in the case of FIG. 3 or FIG. 4.

また、決定論による評価での初期亀裂(欠陥)寸法の適正化としては、例えば検査で検出された亀裂(欠陥)寸法から逆解析により評価開始時点での初期亀裂(欠陥)寸法を求めて適正化する方法がある。一方、確率論的破壊力学(PFM)手法による評価を用いて欠陥モデル評価部305が行う初期亀裂(欠陥)寸法の確率分布(確率密度関数)の適正化について、以下に例示する。 In addition, an example of optimizing the initial crack (defect) dimensions in a deterministic evaluation is to determine the initial crack (defect) dimensions at the start of the evaluation by reverse analysis from the crack (defect) dimensions detected in the inspection. On the other hand, an example of optimizing the probability distribution (probability density function) of the initial crack (defect) dimensions performed by the defect model evaluation unit 305 using an evaluation based on a probabilistic fracture mechanics (PFM) method is shown below.

まず、欠陥モデル評価部305は、評価開始時点に評価対象の構造物が有する初期亀裂(欠陥)寸法の確率分布(確率密度関数)を設定する。次に、欠陥モデル評価部305は、評価対象のプラント設備の供用期間中に非破壊検査により測定された亀裂(欠陥)寸法を用いて検査結果X(後述)を求め、欠陥寸法評価において最初に設定した初期亀裂(欠陥)寸法の確率分布(確率密度関数)を更新する。この初期亀裂(欠陥)寸法の確率分布(確率密度関数)の更新は、ベイズ推定によるベイズ更新である。初期亀裂(欠陥)の深さaをベイズ推定の対象となる確率変数とし、非破壊検査の結果をXとすると、ベイズ推定の公式は式(3)で与えられる。
First, the defect model evaluation unit 305 sets a probability distribution (probability density function) of the initial crack (defect) size of the structure to be evaluated at the start of the evaluation. Next, the defect model evaluation unit 305 obtains an inspection result X (described later) using the crack (defect) size measured by non-destructive testing during the service life of the plant equipment to be evaluated, and updates the probability distribution (probability density function) of the initial crack (defect) size initially set in the defect size evaluation. This update of the probability distribution (probability density function) of the initial crack (defect) size is a Bayesian update using Bayesian estimation. If the depth a of the initial crack (defect) is a random variable to be subjected to Bayesian estimation and the result of the non-destructive testing is X, the formula for Bayesian estimation is given by Equation (3).

ここで、aは初期亀裂(欠陥)の深さ、Xは検査結果(亀裂(欠陥)未検出/亀裂(欠陥)検出)、P(a)は最初に設定した初期亀裂(欠陥)寸法の確率密度関数である確率分布(事前分布)、P(X|a)は尤度関数(初期亀裂(欠陥)深さがaの場合に検査結果Xが得られる確率)、P(a|X)は更新された初期亀裂(欠陥)寸法の確率密度関数である確率分布(事後分布)である。 Here, a is the depth of the initial crack (defect), X is the inspection result (crack (defect) not detected/crack (defect) detected), P(a) is the probability distribution (prior distribution) which is the probability density function of the initially set initial crack (defect) dimension, P(X|a) is the likelihood function (the probability that inspection result X will be obtained when the initial crack (defect) depth is a), and P(a|X) is the probability distribution (posterior distribution) which is the probability density function of the updated initial crack (defect) dimension.

上記尤度関数は、例えば亀裂進展計算で得られる検査時点での亀裂(欠陥)深さが反映された検査結果Xを用いて、亀裂(欠陥)検出確率関数により評価される。この検査結果Xが反映された尤度関数を用いて事前分布(事前の確率密度関数)が適正化されて、事後分布(事後の確率密度関数)が求められる。 The likelihood function is evaluated by a crack (defect) detection probability function using the inspection result X, which reflects the crack (defect) depth at the time of inspection obtained by, for example, a crack growth calculation. The likelihood function reflecting this inspection result X is used to optimize the prior distribution (prior probability density function), and the posterior distribution (posterior probability density function) is obtained.

欠陥モデル評価部305は、運転履歴記憶装置600の検査データ記憶部604に記憶された過去の検査データ、及び補修もしくは交換された機器あるいは構造物を含む供用前の検査データを用いて、データ解析装置300の検査データ評価部308により行われるデータ解析と組み合せることにより、初期欠陥寸法のより詳細な適正化を行うことが可能になる。なお、上記検査データ記憶部604は、検査装置500による検査データ、、及び補修もしくは交換された機器あるいは構造物を含む供用前の検査データを記憶するものである。 The defect model evaluation unit 305 uses the past inspection data stored in the inspection data storage unit 604 of the operation history storage device 600 and the pre-service inspection data including repaired or replaced equipment or structures, and combines it with the data analysis performed by the inspection data evaluation unit 308 of the data analysis device 300, making it possible to perform more detailed optimization of the initial defect dimensions. Note that the inspection data storage unit 604 stores the inspection data by the inspection device 500 and the pre-service inspection data including repaired or replaced equipment or structures.

運転履歴記憶装置600は、前述のように、機器あるいは構造物10の温度及び圧力、起動・停止などの運転履歴を含む運転管理情報、補修及び保全対策の実績に関するデータ、サンプリング・計測装置400による測定データ、並びに検査装置500による検査データをそれぞれ格納する。この運転履歴記憶装置600は、環境データ記憶部601、補修・交換データ記憶部602、運用・保全データ記憶部603、検査データ記憶部604を有する。 As described above, the operation history storage device 600 stores operation management information including the temperature and pressure of the equipment or structure 10, operation history such as start-up and shutdown, data on the results of repair and maintenance measures, measurement data from the sampling and measurement device 400, and inspection data from the inspection device 500. This operation history storage device 600 has an environmental data storage unit 601, a repair and replacement data storage unit 602, an operation and maintenance data storage unit 603, and an inspection data storage unit 604.

従来の欠陥評価では、一般に温度、圧力、水質などの条件は、評価期間全体に亘り保守的な包絡条件が設定される場合が多い。ところが、例えば、高経年化対策または寿命延長対策として実施される保全対策(水質改善や応力改善等)による欠陥の発生リスクの抑制及び亀裂進展速度の抑制、更に補修もしくは交換による経年劣化のリフレッシュまたは特性改善を欠陥評価に反映することにより、実態に即したより精度の高い健全性評価が可能になる。 In conventional defect assessments, conditions such as temperature, pressure, and water quality are generally set at conservative envelope conditions over the entire assessment period. However, by reflecting in the defect assessment, for example, the reduction in the risk of defect occurrence and the rate of crack growth through conservation measures (such as water quality improvement and stress improvement) implemented as measures against aging or life extension, as well as the refreshing of aging deterioration or characteristic improvement through repair or replacement, it becomes possible to perform a more accurate soundness assessment that is in line with actual conditions.

つまり、データ解析装置300において、例えば環境パラメータ評価部306、応力改善評価部309のそれぞれは、機器あるいは構造物10の水質改善、応力改善の施工により更新される欠陥評価パラメータであって解析または設計により設定された上記欠陥評価パラメータ(水質等の環境パラメータ、残留応力)の値及びその分布を、施工の実績に関わる実際の運転履歴データを用いて、施工の実施時期に、施工の内容及びその条件に応じて再設定する。 In other words, in the data analysis device 300, for example, the environmental parameter evaluation unit 306 and the stress improvement evaluation unit 309 each reset the values and distributions of the above-mentioned defect evaluation parameters (environmental parameters such as water quality, residual stress) that are updated by the construction of water quality improvement and stress improvement of the equipment or structure 10 and are set by analysis or design, using actual operation history data related to the performance of the construction, at the time of the construction, in accordance with the content and conditions of the construction.

環境データ記憶部601は、環境データ取得部404で取得された原子炉冷却水等の温度、圧力、導電率、溶存酸素濃度、溶存水素濃度、水質改善のための注入剤濃度等の環境データを格納する。この環境データを用いて、環境パラメータ評価部306が前述のように環境パラメータの適正化を行うことで、温度・圧力・水質条件設定ステップ203で温度、圧力及び水質の時刻歴の設定が行われる。 The environmental data storage unit 601 stores environmental data such as the temperature, pressure, electrical conductivity, dissolved oxygen concentration, dissolved hydrogen concentration, and injection agent concentration for water quality improvement of the reactor cooling water, etc., acquired by the environmental data acquisition unit 404. Using this environmental data, the environmental parameter evaluation unit 306 optimizes the environmental parameters as described above, and the time history of the temperature, pressure, and water quality is set in the temperature, pressure, and water quality condition setting step 203.

補修・交換データ記憶部602は、補修、交換または応力改善等の保全対策が施された機器あるいは構造物10に関する記録情報を、補修・交換データとして格納する。補修・交換時期設定部307は、補修・交換データ記憶部602に格納された補修・交換データを用いて、保全対策が施された時期に、評価対象である機器あるいは構造物10の一部もしくは全体の欠陥評価パラメータを初期条件にリセットする。例えば図2では、照射量分布設定ステップ204の照射量分布の設定をリセットする例を示している。 The repair/replacement data storage unit 602 stores, as repair/replacement data, record information on equipment or structure 10 that has undergone maintenance measures such as repair, replacement, or stress improvement. The repair/replacement timing setting unit 307 uses the repair/replacement data stored in the repair/replacement data storage unit 602 to reset defect evaluation parameters of part or the entire equipment or structure 10 to be evaluated to initial conditions at the time when the maintenance measures were carried out. For example, FIG. 2 shows an example of resetting the dose distribution setting in the dose distribution setting step 204.

運用・保全データ記憶部603には、補修または交換された評価部位に関する運用・保全データが格納される。この運用・保全データは、補修・交換時期設定部307によるデータ処理を経て、初期欠陥モデル設定ステップ202での初期欠陥モデルの設定と、応力改善評価部309でのデータ処理を経て、応力分布評価ステップ205での応力分布の評価とにそれぞれ用いられる。更に、材料の特性改善がなされるような場合には、運用・保全データ記憶部603に格納された運用・保全データは、亀裂進展速度評価ステップ207における亀裂進展速度の評価の再設定と、破壊評価パラメータ評価ステップ210における破壊評価パラメータの評価の再設定とにそれぞれ用いられる。 Operation and maintenance data storage unit 603 stores operation and maintenance data on the evaluation parts that have been repaired or replaced. This operation and maintenance data is used to set the initial defect model in initial defect model setting step 202 after data processing by repair and replacement timing setting unit 307, and to evaluate the stress distribution in stress distribution evaluation step 205 after data processing by stress improvement evaluation unit 309. Furthermore, when the material characteristics are improved, the operation and maintenance data stored in operation and maintenance data storage unit 603 is used to reset the evaluation of the crack growth rate in crack growth rate evaluation step 207, and to reset the evaluation of the destruction evaluation parameters in destruction evaluation parameter evaluation step 210.

検査データ記憶部604は、検査装置500による検査データ、及び、補修もしくは交換された機器あるいは構造物を含む供用前の検査データを格納する。この検査データを取り込んだ検査データ評価部308は、前述のように、欠陥モデル評価部305のデータ解析との組み合せにより、初期欠陥寸法のより詳細な適正化を可能とする。 The inspection data storage unit 604 stores the inspection data from the inspection device 500, and pre-service inspection data including repaired or replaced equipment or structures. The inspection data evaluation unit 308 imports this inspection data, and as described above, in combination with the data analysis by the defect model evaluation unit 305, enables more detailed optimization of the initial defect dimensions.

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果(1)~(3)を奏する。
(1)データ解析装置300は、健全性の評価に用いるために解析または設計により設定された欠陥評価パラメータ(初期欠陥モデル、中性子照射量(中性子束を含む)、環境パラメータ、残留応力、材料特性パラメータ(亀裂進展速度、強度、破壊靭性など))を、サンプリング・計測装置400、検査装置500及び運転履歴記憶装置600の少なくとも1つからの実際のデータに基づいて、例えば適正化曲線P1、P2などを作成する関数を用いて適正化する。このため、解析または設計より設定された欠陥評価パラメータに含まれる、プラント設備の実態とは異なる種々の不確実性を低減して、プラント設備における機器あるいは構造物10の健全性を評価できる。この結果、プラント設備の実態に即した高精度で且つ信頼性の高い健全性評価を実現できる。
As configured as above, this embodiment provides the following advantages (1) to (3).
(1) The data analysis device 300 optimizes defect evaluation parameters (initial defect model, neutron exposure dose (including neutron flux), environmental parameters, residual stress, material property parameters (crack growth rate, strength, fracture toughness, etc.)) set by analysis or design for use in evaluating the soundness, based on actual data from at least one of the sampling and measurement device 400, the inspection device 500, and the operation history storage device 600, using a function that creates, for example, optimization curves P1, P2. As a result, it is possible to reduce various uncertainties that are contained in the defect evaluation parameters set by analysis or design and that differ from the actual situation of the plant equipment, and evaluate the soundness of the equipment or structure 10 in the plant equipment. As a result, it is possible to realize a highly accurate and reliable soundness evaluation that is in line with the actual situation of the plant equipment.

(2)データ解析装置300は、サンプリング・計測装置400によるサンプリングまたは計測が行われる際に、測定する場所、測定する範囲及び測定点数を実験計画法等により予め設定している。このため、サンプリング・計測装置400によるサンプリングまたは計測では、時間やコストの制約、あるいは測定における物理的な制約を回避して、より効果的に測定を実施できる。 (2) When sampling or measurement is performed by the sampling and measurement device 400, the data analysis device 300 sets in advance the measurement location, measurement range, and number of measurement points using an experimental design method or the like. Therefore, when sampling or measurement is performed by the sampling and measurement device 400, time and cost constraints, or physical constraints on the measurement can be avoided, and the measurement can be performed more effectively.

(3)データ解析装置300における環境パラメータ評価部306、応力改善評価部309のそれぞれでは、解析または設計により設定された欠陥評価パラメータ(水質等の環境パラメータ、残留応力)が、評価対象のプラント設備における機器あるいは構造物10の水質改善、応力改善の施工により更新される場合には、その欠陥評価パラメータの値及びその分布を、施工の実績に関わる実際の運転履歴データを用いて、施工の実施時期に、施工の内容及びその条件に応じて再設定している。その結果、評価対象のプラント設備の実態に即したより精度の高い健全性評価を実施できる。 (3) In the environmental parameter evaluation unit 306 and the stress improvement evaluation unit 309 of the data analysis device 300, when the defect evaluation parameters (environmental parameters such as water quality, residual stress) set by analysis or design are updated by construction of water quality improvement or stress improvement of the equipment or structure 10 in the plant equipment being evaluated, the values and distributions of the defect evaluation parameters are reset according to the content and conditions of the construction at the time of construction, using actual operating history data related to the performance of the construction. As a result, a more accurate soundness evaluation can be performed that is in line with the actual situation of the plant equipment being evaluated.

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although an embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. This embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. Furthermore, such substitutions and modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

10…機器あるいは構造物、20…欠陥、30…環境媒体、100…健全性評価解析システム、200…健全性評価解析装置、300…データ解析装置、400…サンプリング・計測装置、500…検査装置、600…運転履歴記憶装置、P1、P2…適正化曲線 10...equipment or structure, 20...defect, 30...environmental medium, 100...health evaluation analysis system, 200...health evaluation analysis device, 300...data analysis device, 400...sampling and measurement device, 500...inspection device, 600...operation history storage device, P1, P2...optimization curve

Claims (11)

プラント設備における機器あるいは構造物の健全性を評価する健全性評価解析システムにおいて、
前記機器あるいは構造物の材料または環境媒体をそれぞれサンプリングしてその特性や状態量を測定し、または前記特性や状態量を直接計測して測定し測定データを取得するサンプリング・計測装置と、
前記機器あるいは構造物に発生する亀裂や腐食を含む欠陥を検出してサイジングし、前記欠陥に関する検査データを取得する検査装置と、
前記機器あるいは構造物の状態量、運転履歴を含む運転管理情報、補修や保全対策の実績データ、前記サンプリング・計測装置からの前記測定データ、並びに前記検査装置からの前記検査データを記憶する運転履歴記憶装置と、
前記サンプリング・計測装置、前記検査装置及び前記運転履歴記憶装置の少なくとも1つからの実際のデータに基づき、健全性の評価に用いるために解析または設計により設定された欠陥評価パラメータを適正化するデータ解析装置と、
前記データ解析装置により適正化された前記欠陥評価パラメータを用いて前記機器あるいは構造物の健全性を評価する健全性評価解析装置と、を有して構成され
前記データ解析装置は、前記サンプリング・計測装置により実際に測定された前記機器あるいは構造物の材料の放射能量データから中性子束データを求め、この中性子束データに基づき、適正化曲線を作成する関数を用いて、解析により設定された前記欠陥評価パラメータとしての中性子照射量または中性子束の値、その分布及びその時刻歴を適正化するよう構成されたことを特徴とする健全性評価解析システム。
In a soundness evaluation and analysis system for evaluating the soundness of equipment or structures in a plant facility,
a sampling and measuring device for sampling the material of the equipment or structure or the environmental medium, respectively, to measure the characteristics or state quantities thereof, or for directly measuring the characteristics or state quantities thereof to obtain measurement data;
an inspection device that detects and sizes defects, including cracks and corrosion, that occur in the equipment or structure, and obtains inspection data relating to the defects;
an operation history storage device that stores the state quantity of the equipment or structure, operation management information including an operation history, performance data of repairs and maintenance measures, the measurement data from the sampling and measuring device, and the inspection data from the inspection device;
a data analysis device that optimizes defect evaluation parameters set by analysis or design for use in evaluating soundness based on actual data from at least one of the sampling and measurement device, the inspection device, and the operation history storage device;
and a soundness evaluation analysis device that evaluates the soundness of the equipment or structure by using the defect evaluation parameters optimized by the data analysis device ,
The data analysis device is configured to obtain neutron flux data from the radioactivity data of the material of the equipment or structure actually measured by the sampling/measuring device, and based on this neutron flux data, use a function to create an optimization curve to optimize the neutron irradiation dose or neutron flux value, its distribution, and its time history as the defect evaluation parameters set by analysis .
前記データ解析装置は、機器あるいは構造物に対してサンプリング・計測装置により破壊的または非破壊的な方法で実際に直接測定された残留応力データに基づき、適正化曲線を作成する関数を用いて、解析により設定された欠陥評価パラメータとしての残留応力の値、その分布及びその緩和挙動の時刻歴を適正化するよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の健全性評価解析システム。 The soundness evaluation analysis system described in claim 1 is characterized in that the data analysis device is configured to optimize the residual stress values, their distribution, and the time history of their relaxation behavior as defect evaluation parameters set by analysis using a function that creates an optimization curve based on residual stress data that is actually measured directly on equipment or structures using a sampling and measuring device in a destructive or non-destructive manner. 前記データ解析装置は、予め準備された微小硬さを含む物性値データと残留応力データとの相関を用いて、機器あるいは構造物の対象部位または類似の構造物に対して、サンプリング・計測装置により実際に直接あるいは採取サンプルを用いて測定された前記物性値データから前記残留応力データを求め、この残留応力データに基づき、適正化曲線を作成する関数を用いて、解析により設定された欠陥評価パラメータとしての残留応力の値、その分布及びその緩和挙動の時刻歴を適正化するよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の健全性評価解析システム。 The data analysis device is configured to use the correlation between previously prepared physical property data including microhardness and residual stress data to obtain the residual stress data from the physical property data actually measured directly or using collected samples by a sampling and measuring device for the target portion of the equipment or structure or a similar structure, and to optimize the value of the residual stress as a defect evaluation parameter set by analysis, its distribution, and the time history of its relaxation behavior, using a function that creates an optimization curve based on this residual stress data. The soundness evaluation analysis system described in claim 1 is characterized in that it is configured to obtain the residual stress data from the physical property data actually measured directly or using collected samples by a sampling and measuring device using the correlation between previously prepared physical property data including microhardness and residual stress data, and to optimize the value of the residual stress as a defect evaluation parameter set by analysis, its distribution, and the time history of its relaxation behavior, using a function that creates an optimization curve based on this residual stress data. 前記データ解析装置は、機器あるいは構造物から採取されたサンプルに対して、サンプリング・計測装置により実際に直接測定された材料データに基づき、設計により設定された欠陥評価パラメータとしての亀裂進展速度、強度及び破壊靱性を含む材料特性パラメータの値、前記材料特性パラメータに関する関数、前記材料特性パラメータの分布及びその変化の時刻歴を適正化するよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の健全性評価解析システム。 The soundness evaluation and analysis system according to claim 1, characterized in that the data analysis device is configured to optimize values of material property parameters including crack growth rate, strength, and fracture toughness as defect evaluation parameters set by design, functions related to the material property parameters, distribution of the material property parameters, and time history of their changes, based on material data actually measured directly by a sampling and measuring device for samples taken from equipment or structures. 前記データ解析装置は、予め準備された微小硬さを含む物性値データと材料データとの相関を用いて、機器あるいは構造物の対象部位または類似の構造物に対して、サンプリング・計測装置により実際に直接あるいは採取サンプルを用いて測定された前記物性値データから前記材料データを求め、この材料データに基づき、設計により設定された欠陥評価パラメータとしての亀裂進展速度、強度及び破壊靱性を含む材料特性パラメータの値、前記材料特性パラメータに関する関数、前記材料特性パラメータの分布及びその変化の時刻歴を適正化するよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の健全性評価解析システム。 The data analysis device is configured to use the correlation between previously prepared physical property data including microhardness and material data to obtain the material data from the physical property data actually measured directly or using collected samples by a sampling and measuring device for the target portion of the equipment or structure or a similar structure, and to optimize the values of material property parameters including crack growth rate, strength, and fracture toughness as defect evaluation parameters set by design, functions related to the material property parameters, the distribution of the material property parameters, and the time history of their changes based on this material data. 前記データ解析装置は、機器あるいは構造物が晒される環境媒体に対して、サンプリング・計測装置により実際に測定された温度、圧力、導電率、溶存酸素濃度を含む環境データに基づき、設計により設定された欠陥評価パラメータとしての環境パラメータの値、前記環境パラメータに関する関数、前記環境パラメータの分布及びその変化の時刻歴を適正化するよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の健全性評価解析システム。 The soundness evaluation and analysis system according to claim 1, characterized in that the data analysis device is configured to optimize the values of environmental parameters as defect evaluation parameters set by design, functions related to the environmental parameters, the distribution of the environmental parameters, and the time history of their changes, based on environmental data including temperature, pressure, conductivity, and dissolved oxygen concentration actually measured by a sampling and measurement device for the environmental medium to which the equipment or structure is exposed. 前記データ解析装置は、機器あるいは構造物に対して検査装置により実際に検査された欠陥の分布、その密度及びその寸法を含む欠陥検査データに基づき、設計により設定された欠陥評価パラメータとしての初期欠陥モデルの値及びその分布を適正化するよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の健全性評価解析システム。 The soundness evaluation and analysis system according to claim 1, characterized in that the data analysis device is configured to optimize the values and distribution of the initial defect model as defect evaluation parameters set by design, based on defect inspection data including the distribution, density, and dimensions of defects actually inspected by an inspection device for equipment or structures. 前記データ解析装置は、サンプリング・計測装置または検査装置により測定または検査されたデータに基づき、ベイズ更新機能を用いて、解析または設計により設定された欠陥評価パラメータの確率密度関数を適正化するよう構成されたことを特徴とする請求項1に記載の健全性評価解析システム。 The soundness evaluation analysis system according to claim 1, characterized in that the data analysis device is configured to optimize the probability density function of the defect evaluation parameters set by analysis or design using a Bayesian updating function based on data measured or inspected by a sampling/measuring device or an inspection device. 前記データ解析装置は、サンプリング・計測装置により各種データが測定される際に、測定される場所、測定される範囲及び測定点数を実験計画法により予め設定するよう構成されたことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の健全性評価解析システム。 The soundness evaluation and analysis system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the data analysis device is configured to set in advance the measurement locations, measurement ranges, and number of measurement points by an experimental design method when various data are measured by a sampling and measurement device. 前記データ解析装置は、機器あるいは構造物の補修、交換、応力改善、水質改善を含む保全対策の施工により更新される欠陥評価パラメータであって、解析または設計により設定された前記欠陥評価パラメータの値及びその分布を、前記施工の実績に関わる実際の運転履歴データを用いて、前記施工の実施時期に、前記施工の内容及びその条件に応じて再設定するよう構成されたことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の健全性評価解析システム。 The data analysis device is a defect evaluation parameter that is updated by the construction of conservation measures including repair, replacement, stress improvement, and water quality improvement of equipment or structures, and is configured to reset the value and distribution of the defect evaluation parameter set by analysis or design, using actual operating history data related to the performance of the construction, at the time of carrying out the construction, in accordance with the content and conditions of the construction. プラント設備における機器あるいは構造物の健全性を評価する健全性評価解析方法において、
サンプリング・計測装置により、前記機器あるいは構造物の材料または環境媒体をそれぞれサンプリングしてその特性や状態量を測定し、または前記特性や状態量を直接計測して測定し測定データを取得するステップと、
検査装置により、前記機器あるいは構造物に発生する亀裂や腐食を含む欠陥を検出してサイジングし、前記欠陥に関する検査データを取得するステップと、
運転履歴記憶装置により、前記機器あるいは構造物の状態量、運転履歴を含む運転管理情報、補修や保全対策の実績データ、前記サンプリング・計測装置からの前記測定データ、並びに前記検査装置からの前記検査データを記憶するステップと、
データ解析装置により、前記サンプリング・計測装置、前記検査装置及び前記運転履歴記憶装置の少なくとも1つからの実際のデータに基づき、健全性の評価に用いるために解析または設計により設定された欠陥評価パラメータを適正化するステップと、
健全性評価解析装置により、前記データ解析装置により適正化された前記欠陥評価パラメータを用いて前記機器あるいは構造物の健全性を評価するステップと、を有し、
前記データ解析装置によって更に、前記サンプリング・計測装置により実際に測定された前記機器あるいは構造物の材料の放射能量データから中性子束データを求め、この中性子束データに基づき、適正化曲線を作成する関数を用いて、解析により設定された前記欠陥評価パラメータとしての中性子照射量または中性子束の値、その分布及びその時刻歴を適正化することを特徴とする健全性評価解析方法。
A soundness evaluation analysis method for evaluating the soundness of equipment or structures in a plant facility, comprising:
A step of sampling the material of the equipment or structure or the environmental medium by a sampling/measuring device to measure the characteristics or state quantities thereof, or directly measuring the characteristics or state quantities to obtain measurement data;
detecting and sizing defects , including cracks and corrosion, occurring in the equipment or structure by an inspection device , and acquiring inspection data relating to the defects;
storing, by an operation history storage device, the state quantities of the equipment or structure, operation management information including operation history, performance data of repair and maintenance measures, the measurement data from the sampling and measuring device, and the inspection data from the inspection device;
A step of optimizing defect evaluation parameters set by analysis or design for use in evaluating the soundness based on actual data from at least one of the sampling and measuring device, the inspection device, and the operation history storage device by a data analysis device ;
and evaluating , by a soundness evaluation analysis device, the soundness of the equipment or structure using the defect evaluation parameters optimized by the data analysis device;
The data analysis device further obtains neutron flux data from the radioactivity data of the material of the equipment or structure actually measured by the sampling and measuring device, and based on this neutron flux data, uses a function to create an optimization curve to optimize the neutron irradiation dose or neutron flux value, its distribution, and its time history as the defect evaluation parameters set by analysis .
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