JPH0666409A - 圧力部材の応力監視方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力部材の寿命消費量を運転中に把握できる
応力監視方法及び装置を提供する。 【構成】 圧力部材に作用する応力を求めて（ステップ
１１５）、疲労寿命消費とクリープ損傷寿命消費とをそ
れぞれ求める（ステップ１０９，１１４）ようにしてい
るから、運転条件等の変化に伴う応力の変化１サイクル
に対応した寿命消費を求める（ステップ１１７Ａ）こと
ができる。これにより、寿命消費をそれだけ高い精度で
求めることができ、圧力部材の疲労寿命消費とクリープ
寿命消費を運転中に把握できる。 【効果】 許される寿命消費を効果的に消費させる圧力
部材の使用や、許容応力を忠実に守った使用の可否を１
サイクル単位で的確に判断できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力部材の応力監視方
法及び装置に係り、例えば頻繁な起動停止や負荷変化運
用が要求される中間負荷運用のボイラプラントの圧力部
材の応力監視および寿命管理に好適な方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラプラントの起動、停止又は負荷変
化時には流体温度が大きく変動し、圧力部材の温度とに
差が生ずる。これによって、圧力部材に熱応力が発生
し、特に、二次過熱器出口のヘッダ管寄などの厚肉耐圧
部のノズルコーナ部などにあっては、大きな熱応力とな
り圧力部材の疲労寿命が消費されることになる。一方、
定格運転中であっても、内部流体圧力による内圧応力が
顕著となり、これに起因して圧力部材のクリープ損傷寿
命が消費されることになる。

【０００３】そこで、圧力部材の損傷を防止するという
安全上の観点から、ボイラの起動、停止又は負荷変化な
どに伴う圧力部材の寿命消費を一定の許容値以下に抑制
することが要望されている。特に、急速かつ頻繁な起
動、停止と大幅かつ頻繁な負荷変化運用が要求される中
間負荷運用ボイラプラントでは、主に疲労寿命消費を迅
速かつ精度よく把握し、ボイラの運用にフィードバック
できるようにすることが要求されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来は、上記のような
寿命消費を監視するために、例えば起動モード毎に図１
に示す寿命消費線図を作成し、これより起動停止毎に寿
命消費量を計数して、圧力部材の寿命管理を行う方法が
とられているが、本線図を作成した時の標準モードと異
った起動停止を行った場合には誤差が生じてしまうこと
になる。

【０００５】つまり、ボイラの休止又は停止期間の長さ
によって、ボイラの冷却度合が異なるため、起動の運転
立上げ態様（起動モード）もさまざまなものとなり、起
動モード毎に内圧の変化幅（起動開始時と起動完了時の
内圧差）が異なるため、温度変化幅率ｍ（℃／ｈ）と変
化幅Δθｆ（℃）のみでは、合計応力変化幅が定まらな
いためである。また、実際上この問題は避けることので
きないものである。そのため、寿命消費量の計数積算値
にも誤差が生じ、起動モード毎の余寿命の正確な把握が
できず起動１回当りの許容寿命消費量は、当初の設定値
をそのまま使用せざるを得ないことから、寿命消費を速
める方向の運転または極端に安全サイドの運転をするこ
とになりがちであった。

【０００６】したがって、上記従来の方法によれば、一
回の起動に許される寿命消費を効果的に消費させた急速
起動や、許容応力を忠実に守った急速負荷運用を実現す
ることは困難であった。

【０００７】本発明の目的は、圧力部材の寿命消費量を
運転中に把握でき、その圧力部材の寿命を管理するのに
好適な圧力部材の応力監視方法及び装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の圧力部材の応力監視方法及び装置は、圧力
部材に作用する応力を求め、その求めた応力に基づいて
圧力部材の疲労寿命消費とクリープ損傷寿命消費とをそ
れぞれ求め、その求めた疲労寿命消費とクリープ寿命消
費に基づいき、圧力部材に作用する応力変化１サイクル
当たりの合計寿命消費を求めることを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記解決手段によれば、圧力部材に作用する応
力を求めて、疲労寿命消費とクリープ損傷寿命消費とを
それぞれ求めるようにしているから、運転条件等の変化
に伴う応力の変化に対応した寿命消費を求めることがで
きるから、寿命消費をそれだけ高い精度で求めることが
できる。また、圧力部材の疲労寿命消費とクリープ寿命
消費を運転中に把握できる。

【００１０】その結果、許される寿命消費を効果的に消
費させる圧力部材の使用や、許容応力を忠実に守った使
用の可否を的確に判断できる。

【００１１】また、圧力部材に作用する応力として、熱
応力と内圧応力の合計応力とすることができる。これに
よれば、ボイラ等のように温度と圧力が共に変動する場
所に用いられる圧力部材の疲労寿命を精度よく求めるこ
とができる。同様に、クリープ損傷寿命は一般に内圧応
力が支配的であるが、熱応力を考慮することにより精度
を高めることができる。

【００１２】圧力部材がボイラ圧力部材の場合は、応力
変化の１サイクルはボイラの起動停止サイクルとするこ
とができる。これによれば、起動回数による寿命管理を
行うことができる。

【００１３】求めた合計寿命消費を累積し、予め設定し
た寿命量から累積寿命消費を差し引いて残りの許容寿命
消費を求めるようにすると、応力監視が容易になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１５】図２に本発明の適用されたボイラ応力監視
装置の一実施例の全体構成が示されている。また、第３
図にその処理手順のフローチャートが示されている。

【００１６】ボイラの応力を監視するにあたって、まず
温度条件や圧力条件に基づいて選定されたボイラ各部の
圧力部材に、代表的な監視評価点を各々設定する。この
評価点は、発生する応力が大きく疲労寿命消費の顕著な
部分を選定すべきである。図２の実施例では、二次過熱
器出口管寄２００のノズルコーナー部１を評価点として
例示している。この部分は、肉厚でかつ５５０℃近辺の
高温中で使用され、起動停止時等の非定常時に、内部の
流体温度や流量の変化に対応して、内外面に大きな温度
差が生じ、特に蒸気出口ノズルコーナー部はその構造の
複雑さもあって発生応力の分布は複雑で値も大きく、疲
労寿命消費の顕著な部分である。また、定常時の内部流
体の圧力も２５５Ｋｇ／ｃｍ²程度と高圧となり内圧に
よるクリープ損失による寿命消費も大きい。

【００１７】前記管寄２００部には、内部流体の温度Ｔ
F，圧力ＰF，流量ＷF、及びメタル外面温度ＴMをそれぞ
れ検出する検出器が設けられており、それらの各検出値
はボイラ応力監視装置１００に入力されている。このボ
イラ応力監視装置１００はデジタル計算機により構成さ
れており、出力はそれぞれ応力表示器２，応力警報器
３，寿命表示器４、及び寿命警報器５に入力されてい
る。

【００１８】ボイラ応力監視装置１００の基本機能は、
ボイラ運転中に合計応力と許容値との偏差を応力表示器
２に表示し、許容値を超えた場合には応力警報器３によ
り警報表示する。また一回の起動停止または負荷変化当
りの寿命消費の許容値との偏差を求めこれを寿命表示器
４に表示し、許容値を超えた場合には寿命警報器５に警
報表示することである。運転員は、応力表示器２と応力
警報器３を見て応力値を許容値以下に抑えながら適切な
昇温率や負荷変化率の設定操作を行なう。

【００１９】次に、図３に示されたフローチャートに沿
って、ボイラ応力監視装置１００における処理手順の概
要を説明する。図３に示されたものは、例えば起動・停
止のように、温度ＴFが上昇して安定した後、下降して
安定する変化を１サイクルとして実行される手順であ
る。

【００２０】まず、ステップ１０１においては、ボイラ
が運転中であるかどうかをバーナの点火信号の有無によ
って判定し、点火信号があればステップ１０２以下の処
理を実行する。

【００２１】ステップ１０２では後述のステップ１１４
のクリープ損傷寿命計算に必要な、クリープ保持時間カ
ウンタをリセットする。次にステップ１０３では、運転
回数、すなわち点火信号が入力された回数をカウント
し、この値を後述のステップ１１９の許容寿命計算に用
いる。ステップ１０４では、起動から停止までを１サイ
クルとしたとき、１サイクルの運転が終了したかどうか
を判定し、１サイクルが終了しなければ次の内面合計応
力計算ステップ１０５へ進み、終了であればステップ１
１７の合計寿命計算ステップへ進む。なお、このサイク
ルの判定は、前述したように温度変化率（温度勾配）の
変化を検出することによりなされる。

【００２２】ステップ１０５において、図４に示す１０
５Ａ〜１０５Ｉのステップにより、評価点圧力部材の内
面合計応力が計算されるが、これについては後に詳述す
る。

【００２３】ステップ１０６において、ステップ１０５
で計算された内面合計応力が、許容応力を超えているか
否かを判定し、超えていればステップ１０７で警報表示
してステップ１０８に移行し、超えてなければ直接ステ
ップ１０８へ移行し、このステップ１０８においてそれ
らの応力偏差が表示される。

【００２４】ステップ１０９では、ステップ１０５で求
めた内面合計応力よりステップ１０９Ａで内面主応力差
を計算し、続いてステップ１０９Ｂでその応力振幅より
疲労寿命消費を推定演算する。

【００２５】ステップ１１０は、ステップ１０９で計算
した内面主応力差より相当応力を計算する。この相当応
力は、ステップ１１４のクリープ損傷寿命計算で用い
る。

【００２６】ステップ１１１は、ステップ１０５で求め
た内面合計応力のうち内面周方向応力が引張方向か圧縮
方向かを判定する部分で、ステップ１１４のクリープ損
傷寿命計算へ進むための第１関門に相当する。ここにお
いて、前記内面周方向応力が圧縮方向の場合はステップ
１１２へ、引張方向の場合はステップ１１３へ移行す
る。

【００２７】ステップ１１２は、ステップ１１０で計算
した相当応力の最大値を求めこの時のメタルの平均温度
を記憶してステップ１０４へ戻る。ここで求めた最大値
はステップ１１４のクリープ損傷寿命計算で用いられ
る。

【００２８】ステップ１１３は、クリープ損傷寿命計算
１１４へ進むための第２関門で、メタル平均温度がクリ
ープ域判定のための設定値を超えたか否かを判定する。
メタル平均温度が初めて設定値を超えた場合は、クリー
プ保持時間カウンタをスタートさせ、ステップ１１４へ
移行し、超えない場合は、ステップ１０４へ戻る。

【００２９】ステップ１１５では、ステップ１１２で求
めた相当応力の最大値と、その時のメタル平均温度とを
用いて、予め記憶されている応力歪線図に基づいて、ク
リープ開始点の初期応力を計算する。この初期応力計算
の詳細は後に説明する。

【００３０】ステップ１１６は、ステップ１１５で求め
た初期応力を出発点として、クリープ保持時間カウンタ
で示される現時点における応力値を、予め記憶されてい
る応力緩和曲線より求め、この応力値に基づいて予め記
憶されているクリープ破断曲線からクリープ損傷寿命消
費を推定する。

【００３１】次にステップ１１７は、合計寿命消費を計
算するステップで、ステップ１０４から与えられる１サ
イクル終了判定により実行される。まず、ステップ１１
７Ａでは、ステップ１０９及び１１４で各々計算された
疲労寿命消費とクリープ寿命消費を加算して、今回サイ
クルの合計寿命消費量を計算する。ステップ１１７Ｂ
は、ボイラ運転開始後現在までの累積寿命消費量を計算
する。ステップ１１７Ｃは、今回サイクルの合計寿命消
費量と許容寿命消費量を比較し、許容値より大きい場合
はステップ１１７Ｄで警報表示を行い、許容値以内の場
合には直接ステップ１１７Ｅへ移行する。ステップ１１
７Ｅでは、合計寿命消費量と許容値との偏差を表示す
る。

【００３２】ステップ１１８は、１サイクル当りの許容
寿命消費量を更新する部分で、ステップ１０３で求めた
運転回数累計とステップ１１７Ａで求めた累積寿命消費
量とから残りの運転回数と余寿命を計算し、１サイクル
当りの許容寿命消費量を計算する。

【００３３】以上が本実施例の処理手順の基本的内容で
あり、以下その処理内容につき主要な部分の詳細を説明
する。

【００３４】ステップ１０５の内面合計応力計算につい
て、図４、図５、図６を用いて説明する。図４は前述し
たようにステップ１０５の詳細処理手順を示すものであ
る。ステップ１０５Ａで評価点の内部流体温度ＴF，圧
力ＰF，流量ＷF，外面メタル温度ＴM各々の検出データ
を取込む。ステップ１０５Ｂは、前ステップ１０５Ａで
取込んだ検出データの温度ＴFと圧力ＰFをパラメータと
して、予め記憶されている蒸気表よりプラントル数，熱
伝導率，動粘性係数を求める。次のステップ１０５Ｃで
は、流量ＷFの検出データと前記ステップ１０５Ｂで求
めた各係数等を用いて熱伝導率を計算する。ステップ１
０５Ｄではメタル温度分布を計算する。メタル温度分布
は図５に示すように、ヘッダ管寄を無限長中空円筒と見
なし、メタルを肉厚方向に図のように分割したモデルを
考える。各分割領域（以下ノードと呼ぶ）の時刻ｊ・δ
ｔ（ここでｊは１，２…なる整数であり、δｔは温度分
布計算周期Ｔｓに相当する。）におけるメタル温度をＴ
ｉ（ｊ），時刻ｊ・δｔにおける内部流体温度をＴｆ
（ｊ），メタル外面温度をＴM（ｊ）と表わし、図６に
示すように任意の時刻ｊ・δｔにおける各ノードのメタ
ル温度分布｛Ｔｆ（ｊ），Ｔ0（ｊ），Ｔ1（ｊ），…，
ＴN-1（ｊ），ＴM（ｊ）｝を入力データ１０５Ｄ₁と
し、メタル温度分布演算手段１０５Ｄ₂にて図示Ｎ次の
連立方程式を解くことにより、各ノードの時刻（ｊ＋
１）δｔにおけるメタル温度分布｛Ｔｆ（ｊ＋１），Ｔ
0（ｊ＋１），Ｔ1（ｊ＋１），……，ＴN-1（ｊ＋
１），ＴM（ｊ＋１）｝が出力データ１０５Ｄ₃として得
られる。なお最初の計算では時刻ｊ・δｔのメタルに内
部温度分布は、Ｔ0（ｊ）＝Ｔ1（ｊ）＝……＝ＴN-1
（ｊ）＝ＴM（ｊ）＝Ｔｆ（ｊ）と置いて求める。ま
た、図６に示した連立方程式において、記号Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは次式に示すものである。

【００３５】

【数１】

【００３６】ステップ１０５Ｅではメタル肉厚方向の体
積平均温度をメタル温度分布より求める。ステップ１０
５Ｆではこの体積平均温度をパラメータとして、メタル
のヤング率Ｅ、線膨張率αを予め記憶されている表より
求める。ステップ１０５Ｇでは、極座標表示による次式
（１）〜（３）を用いて、時刻ｊ・δｔにおけるｒ，
θ，ｚ方向の熱応力を計算する。

【００３７】

【数２】

【００３８】熱応力のなかで評価したいのは、内面熱応
力すなわちｒ＝ａ（図５ではノード“０”に相当す
る。）における値であり、次式（４）〜（６）で示され
る。

【００３９】

【数３】

【００４０】次にステップ１０５Ｈでは、内部流体圧力
ＰFより、ｒ，θ，ｚ方向の内圧応力を次式（７）〜
（９）で計算する。

【００４１】

【数４】

【００４２】ステップ１０５Ｉは、ノズルコーナー部の
ｒ，θ，ｚ方向の応力集中定数を熱応力、内圧応力の各
々について、Ｃｒ，Ｃθ，Ｃｚ，Ｃｉｒ，Ｃｉθ，Ｃｉ
ｚとおき、ｒ，θ，ｚ方向の内面合計応力σTr,σTθ,
σTｚ,を次式（１０）〜（１２）を用いて計算する。な
お、前記応力集中定数は、前式（７）〜（９）で求めた
中空円筒部の内面応力から、応力条件の最も厳しいノズ
ルコーナー部の内面応力を推定するための定数であり、
予め実験的に求めたものである。

【００４３】 σTr ＝σｉr ……（１０） σTθ＝Ｃθ・σθ（ａ）＋Ｃｉθ・σｉθ ……（１１） σTZ ＝Ｃｚ・σｚ（ａ）＋Ｃｉｚ・σｉｚ ……（１２） 図３のフローチャートに戻って、ステップ１０６では、
前式（１１）の内面θ方向の応力σTθが最も厳しいた
め、これについて許容応力と比較チェックを行い、許容
値以上の時にステップ１０７で警報を出す。またステッ
プ１０８では、σTθと許容値との偏差を表示する。

【００４４】次にステップ１０９の疲労寿命計算の手順
について説明する。

【００４５】まず、ステップ１０９では、前記の式（１
０）〜（１２）に基づいて内面主応力差（Ｓ₁〜Ｓ₂）を
次式（１３）〜（１５）により求める。

【００４６】 Ｓ₁＝σTθ−σTｚ ……（１３） Ｓ₂＝σTｚ−σTｒ ……（１４） Ｓ₃＝σTｒ−σTθ ……（１５） 次にステップ１０９Ｂでは、前記の式（１３）〜（１
５）によって計算した各々の主応力差Ｓ₁〜Ｓ₃につい
て、その応力振幅をとらえ、これに基づいて設計疲労線
図より寿命消費を計算する。例えば図７に示すように、
主応力差Ｓ₁が時間的変動を示したとすれば、Ｓ₁につい
ての応力全振幅Ｚ₁Ｉ，Ｚ₂Ｉが求められる。同様に
Ｓ₂，Ｓ₃についてもＺ₁II，Ｚ₂II，…，Ｚ₁III，Ｚ₂II
I，…がそれぞれ求まる。

【００４７】つまり、各主応力差の変化に現われる多数
の極小値と極大値の中で、最大の振幅を有するものから
順に、 Ｓ₁については、Ｚ₁Ｉ，Ｚ₂Ｉ （Ｚ₁Ｉ＞Ｚ₂Ｉ） Ｓ₂については、Ｚ₁II，Ｚ₂II， …（Ｚ₁II＞Ｚ₂II＞
…） Ｓ₃については、Ｚ₁III，Ｚ₂III，…（Ｚ₁III＞Ｚ₂III
＞…） のように求める。次に、これらの応力振幅Ｓ₁〜Ｓ₂の中
から次式（１６）に示すように、順次最大値を選び応力
片振幅Ｈ₁，Ｈ₂，…を求める。

【００４８】 この応力片振幅Ｈ₁，Ｈ₂に対応させて、図８に示すよう
な設計疲労線図より許容繰返し回数Ｎ₁，Ｎ₂，…を求め
る。これらの許容繰返し回数Ｎ₁，Ｎ₂，…の逆数より、
次式（１７）に示す１サイクル当りの疲労寿命消費量φ
ｆを計算する。

【００４９】

【数５】

【００５０】さらにステップ１１１以降のクリープ損傷
寿命消費の計算手順によって説明する。

【００５１】ボイラの起動時の主応力差は、θ方向のも
のを二次過熱器出口管寄部について模式的に示すと、図
９のように一旦圧縮側に変化し、その後圧力上昇に伴っ
て引張側に変化して、初期応力σAに達した後緩和し始
める。クリープ損傷寿命は、図１０に示すように種々の
初期応力σAに対する緩和カーブを計算機に記憶させて
おいて、初期応力σAの値に応じた緩和カーブを選択
し、図１１（ａ）に示す応力緩和カーブの緩和開始点Ｓ
からの経過時間Ｔにおける応力σ（Ｔ）と時間幅ΔＴを
求める。そしてこのσ（Ｔ）を用いて図１１（ｂ）に示
すようなクリープ破断カーブより破断時間ｔｒ（σ
（Ｔ))を求め、上記ΔＴの間のクリープ損傷をΔｔ／ｔ
ｒとして求める。

【００５２】ステップ１１１では、前式（１１）で求め
た内面周方向の応力σTθが圧縮方向（即ち、図９では
負側）に相当する時は、ステップ１１２へ移行し、ステ
ップ１１０で計算した次式（１８）に示す相当応力σM
がこれまでの最大値であるかどうかをチェックし、最大
であればこれとこの時のメタル平均温度をメモリに記憶
しておく。

【００５３】

【数６】

【００５４】内面周方向の応力σTθが引張方向（即ち
図９では正側）に転じた場合は、ステップ１１３でメタ
ル平均温度がクリープ域（例えば、二次過熱出口ヘッダ
管寄については５１０℃）に入ったか否かを判定し、入
ったことをもって応力緩和カーブの初期応力以後の緩和
経過時間Ｔを計数するためのクリープ保持時間カウンタ
をスタートさせる。そして引続きステップ１１５で初期
応力σAを計算する。

【００５５】図１２にステップ１１５における初期応力
計算のフローチャートが示されている。このフローチャ
ートと図１３〜図１７を用いて初期応力の計算手順につ
いて以下説明する。

【００５６】図１３に示された応力・歪線図の例では、
初期点が０点にある時に圧縮側最大相当応力が発生し、
その値がその時の温度の圧縮側降伏応力Ｙ₁を超え、そ
の後応力が引張方向に転し最大値σAに達した経路を示
したもので、σAが初期応力であり、次式（１９）で表
わすものとなる。

【００５７】

【数７】

【００５８】また、初期応力が定格温度での降伏応力Ｙ
₃を超える場合は、同図σA′のようになり、次式（２
０）で表わされる。

【００５９】

【数８】

【００６０】まず、ステップ１１５Ａでは、図１３に示
す応力歪線図を用いて圧縮側での降伏応力Ｙ₁、圧縮側
最大応力発生温度での高温引張特性傾きＦ、圧縮側最大
相当応力発生時の温度でのヤング率Ｅを計算する。

【００６１】次のステップ１１５Ｂでは、図１４に示す
ように前回運転時の応力緩和最終値ＳＯ、定格運転時相
当応力σP₂及び圧縮側最大相当応力σ₂とから圧縮側最
大応力ＳＢを次式（２１）によって求める。

【００６２】 ＳＢ＝ＳＯ−σP₂＋σ₂ ……（２１） この圧縮側最大応力ＳＢと降伏応力−Ｙ₁とをステップ
１１５Ｃで比較し、ＳＢ＜−Ｙ₁のときはステップ１１
５Ｄへ、それ以外のときはステップ１１５Ｈへ移行す
る。

【００６３】ステップ１１５Ｄでは、引張側相当応力Ｓ
Ａを第１回目起動のときは図１３、第２回目以降は図１
４に示す方法により次式（２２）の如く求める。

【００６４】

【数９】

【００６５】この引張側相当応力ＳＡと定格温度での降
伏応力Ｙ₃とをステップ１１５Ｅで比較し、ＳＡ＞Ｙ₃で
あればステップ１１５Ｆへ移行し、それ以外のときはス
テップ１１５Ｇへ移行する。

【００６６】ステップ１１５Ｆでは、即ち圧縮側でも引
張側でも降伏する場合は、図１７に示すようにして次式
（２３）により初期応力σA₂を計算する。

【００６７】

【数１０】

【００６８】ステップ１１５Ｇでは、図１４に示すよう
にして、即ち応力が緩和してＳＯまで下った時点でボイ
ラ停止後再起動するような場合で、圧縮側で降伏すると
きの初期応力σAを求める。

【００６９】ステップ１１５Ｈでは、引張側相当応力Ｓ
Ｏと定格温度での降伏応力Ｙ₃とを比較し、ＳＯ≦Ｙ₃の
場合は、ステップ１１５Ｉへ移行し、ＳＯ＞Ｙ₃の場合
はステップ１１５Ｊへ移行する。

【００７０】ステップ１１５Ｉでは、即ち図１５に示す
ように圧縮側でも引張側でも降伏しないときは、初期応
力はＳＯと変らないので初期応力σA₁′をＳＯと等しい
と置く。

【００７１】ステップ１１５Ｊでは、即ち図１６に示す
ように圧縮側で降伏せずに、引張側で降伏するときは、
次式（２４）によって初期応力σA₂′を求める。

【００７２】

【数１１】

【００７３】このようにステップ１１５によって求めら
れた初期応力σAに基づいて、ステップ１１６では、図
１０に示した応力緩和曲線を用い、図１８に示すように
内挿法によって適用すべき応力緩和曲線を求め、さらに
クリープ保持時間カウンタの値Ｔに対応させて、次のよ
うにクリープ損傷寿命を計算する。

【００７４】クリープ損傷寿命計算の手順を図１９
（ａ)〜(ｃ）に示された具体例に沿って説明する。図１
９（ａ)〜(ｃ）には、適用される応力緩和曲線が示され
ており、横軸のクリープ保持時間点０.１，０.２，０.
４，０.７，１.０時間における応力として、それぞれ、
σ（０.１），σ（０.２），σ（０.４），σ（０.
７），σ（１.０）が与えられるようになっている。図
１９（ａ)〜(ｃ）は、クリープ損傷寿命の計算方法を説
明するためのものでありクリープ保持時間Ｔが上記時間
点の中間時間点に対して、それぞれ左側にある場合、上
記時間点に一致している場合、中間時間点に対して右側
にある場合を表わしており、クリープ損傷評価のための
応力を前記時間点の応力とし、この応力を代表的なもの
として持続時間ΔＴを設定して、クリープ損傷寿命消費
の計算を簡単にしようとするものである。

【００７５】図１９（ａ）の例によれば、応力とその持
続時間ΔＴとの関係は、σ（０.１）によってΔＴ₁＝
（０.１５−０.１）時間，σ（０.２）によってΔＴ₂＝
（０.３−０.１５）時間，σ（０.４）によってΔＴ₃＝
（Ｔ−０.３）時間，と評価する。図１９（ｂ）の例で
は、σ（０.１）によってΔＴ₁′＝（０.１５−０.１）
時間，σ（０.２）によってΔＴ₂′＝（０.４−０.１
５）時間，であり、図１９（ｃ）の例では、σ（０.
１）によってΔＴ₁″＝（０.１５−０.１）時間，σ
（０.２）によってΔＴ₂″＝（Ｔ−０.１５）時間，と
なる。

【００７６】ここで、前記σ（０.１），σ（０.２），
σ（０.４），……に対応する破断時間が、それぞれ
ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，…として与えられている。これらか
ら、クリープ損傷寿命消費φｃは、それぞれ図１９
（ａ)〜(ｃ）の場合について表わすと、次式（２５)〜
(２７）のようになる。

【００７７】

【数１２】

【００７８】このように求められたクリープ損傷寿命消
費φｃと、前記疲労寿命消費φｆとに基づいて、ステッ
プ１１７において、合計寿命消費φｉと累積合計寿命φ
Tを次のように計算する。

【００７９】まず、ステップ１１７Ａにおいて１サイク
ルごとに、即ちサイクルｉごとに合計寿命消費φｉごと
に合計寿命消費φｉを次式（２８）により求める。

【００８０】 φｉ＝φｆｉ＋φｃｉ ……（２８） 次に、ステップ１１７Ｂにおいて、今回のＮサイクルま
での累積合計寿命φTを、次式（２９）により求める。

【００８１】

【数１３】

【００８２】ステップ１１７Ｃでは、設定されているサ
イクルｉの許容寿命消費をφｐｉとφｉを比較し、φｉ
＞φｐｉであればステップ１１７Ｄで警報を出すととも
にステップ１１７Ｅで寿命偏差Δφｉを次式（３０）に
より求め表示する。

【００８３】 Δφｉ＝φｉ−φｐｉ ……（３０） ステップ１１８は、前述したように１サイクル当りの許
容寿命を計算するのであるが、その基準データとして予
め例えば起動モードごとに、即ちコールドスタートモー
ド，ウォームスタートモード，ホットスタートモードご
との許容起動回数がそれぞれＮｃ，Ｎｗ，ＮHとして、
また合計寿命消費がそれぞれφTC,φTw，φTH，として
初期に配分されている。したがって、各モードに対応す
る初期サイクルの許容寿命消費φpc，φpw，φpHはそれ
ぞれ次式（３１）となる。

【００８４】

【数１４】

【００８５】これに準じて、第１回目のサイクルまでの
各モードの運転回数をＮｃi，Ｎｗi，ＮHiとし、合計寿
命消費をφTCi,φTwi，φTHiとすると、次回サイクル
（ｉ＋１）の各モードごとに許容寿命は、次式（３２）
によって求められる。

【００８６】

【数１５】

【００８７】ここで、（３２）式の分子が残りの許容寿
命であり、分母が残りの許容運転回数である。

【００８８】このようにして、本実施例によれば、ボイ
ラの種々の運転モードに対して、内部流体の状態変化に
より発生する応力変化１サイクルごとの圧力部材の寿命
消費を把握することができ、熱応力及び内圧応力さらに
これらに基づく寿命消費量を運転中に迅速かつ正確に把
握することができかつ適正な許容寿命量が把握できるの
で１回の起動に許される寿命消費量を有効に利用して安
全かつ急速なボイラプラントの負荷運用を可能にするこ
とができる。

【００８９】また、本実施例によれば、初期に各運転モ
ードごとの許容寿命と許容運転回数とを設定し、ボイラ
の運転モードごとに累積寿命消費量と運転回数とを求め
ていることから、各運転モードごとの残りの許容寿命と
残りの運転回数を容易に判断することができる。

【００９０】

【発明の効果】本発明によれば、圧力部材の寿命消費量
を運転中に把握できるから、許される寿命消費を効果的
に消費させる圧力部材の使用や、許容応力を忠実に守っ
た使用の可否を１サイクル単位で的確に判断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の寿命管理方法の説明図である。

【図２】本発明の一実施例の構成図である。

【図３】図２の実施例の処理手順を示すフローチャート
である。

【図４】図３のフローチャートの要部詳細処理手順を示
すフローチャートである。

【図５】メタル温度分布計算方法の説明図である。

【図６】メタル温度分布計算方法の説明図である。

【図７】疲労寿命消費計算方法の説明図である。

【図８】疲労寿命消費計算方法の説明図である。

【図９】クリープ損傷寿命計算に係る起動モードの相違
による主応力差の変化を示す図である。

【図１０】クリープ損傷寿命計算に係る初期応力の応力
緩和カーブを説明する図である。

【図１１】同図（ａ），（ｂ）はクリープ損傷寿命計算
方法の手順を説明する図である。

【図１２】図３のフローチャートの要部詳細処理手順を
示すフローチャートである。

【図１３】初期応力算出の原理説明図である。

【図１４】初期応力算出の原理説明図である。

【図１５】初期応力算出の原理説明図である。

【図１６】初期応力算出の原理説明図である。

【図１７】初期応力算出の原理説明図である。

【図１８】クリープ損傷寿命計算に係る応力緩和曲線の
求め方を説明する図である。

【図１９】同図（ａ)〜(ｃ）はクリープ損傷寿命計算方
法の具体的な説明図である。

【符号の説明】 １ ノズルコーナ部（評価点） １００ ボイラ応力監視装置

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【手続補正書】

【提出日】平成５年７月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

フロントページの続き (72)発明者 庫本 篤 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 程塚 国男 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力部材に作用する応力を求め、該求め
   た応力に基づいて当該圧力部材の疲労寿命消費とクリー
   プ損傷寿命消費とをそれぞれ求め、該求めた疲労寿命消
   費とクリープ寿命消費に基づいて前記圧力部材に作用す
   る応力変化１サイクル当たりの合計寿命消費を求めるこ
   とを含んでなる圧力部材の応力監視方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記圧力部材に作用
   する応力は熱応力と内圧応力の合計応力であることを特
   徴とする圧力部材の応力監視方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記圧力部材がボイ
   ラ圧力部材であり、前記応力変化１サイクルはボイラの
   起動停止サイクルであることを特徴とする圧力部材の応
   力監視方法。
4. 【請求項４】 請求項１又は２において、前記合計寿命
   消費を累積し、残りの許容寿命消費を求めること含んで
   なることを特徴とする圧力部材の応力監視方法。
5. 【請求項５】 圧力部材に作用する応力を求める応力演
   算手段と、 該手段により求められた応力に基づいて前記圧力部材の
   疲労寿命消費を求める疲労寿命消費演算手段と、 前記手段により求められた応力に基づいて前記圧力部材
   のクリープ損傷寿命消費を求めるクリープ損傷寿命消費
   演算手段と、 前記各手段により求められた前記疲労寿命消費と前記ク
   リープ損傷寿命消費とに基づいて、前記圧力部材に作用
   する応力変化１サイクル当たりの合計寿命消費を求める
   合計寿命消費演算手段とを備えてなる圧力部材の監視装
   置。