JPH08110006A - ボイラ伝熱管の寿命診断方法 - Google Patents
ボイラ伝熱管の寿命診断方法Info
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- JPH08110006A JPH08110006A JP24323594A JP24323594A JPH08110006A JP H08110006 A JPH08110006 A JP H08110006A JP 24323594 A JP24323594 A JP 24323594A JP 24323594 A JP24323594 A JP 24323594A JP H08110006 A JPH08110006 A JP H08110006A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 同一設計条件の多数の伝熱管から、管自体に
損傷を与えることなく、実際の使用条件下で最高温度に
曝されていた管を、高精度で抽出することができ、これ
により、伝熱管の寿命診断の精度を高めることができる
ボイラ伝熱管の寿命診断方法を提供する。 【構成】 同一設計条件の多数の伝熱管の管内面に発生
した水蒸気酸化スケールの厚さδを非破壊試験（超音波
厚さ計測）により計測し、最もスケール厚さの大きい管
を代表管として抽出し、この代表管から寿命を診断す
る。
損傷を与えることなく、実際の使用条件下で最高温度に
曝されていた管を、高精度で抽出することができ、これ
により、伝熱管の寿命診断の精度を高めることができる
ボイラ伝熱管の寿命診断方法を提供する。 【構成】 同一設計条件の多数の伝熱管の管内面に発生
した水蒸気酸化スケールの厚さδを非破壊試験（超音波
厚さ計測）により計測し、最もスケール厚さの大きい管
を代表管として抽出し、この代表管から寿命を診断す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ボイラ伝熱管の寿命診
断方法に係わり、更に詳しくは、寿命診断対象管の抽出
方法に関する。
断方法に係わり、更に詳しくは、寿命診断対象管の抽出
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】微粉炭焚ボイラ、重油焚ボイラ等のボイ
ラには、蒸発管の他に内部を水蒸気が流れる過熱管及び
再熱管が用いられ、特に大型ボイラでは、数百本にも達
する多数の伝熱管が過熱管又は再熱管としてほぼ同一の
設計条件下で使用される。大型ボイラでは、安全を確保
し、故障を未然に防止するため、定期検査の際に、同一
設計条件の多数の伝熱管（過熱管及び再熱管）から最も
損傷の激しい管を数本代表管として抽出し、この代表管
を試験することにより、ボイラの寿命を予測する寿命診
断が行われる。
ラには、蒸発管の他に内部を水蒸気が流れる過熱管及び
再熱管が用いられ、特に大型ボイラでは、数百本にも達
する多数の伝熱管が過熱管又は再熱管としてほぼ同一の
設計条件下で使用される。大型ボイラでは、安全を確保
し、故障を未然に防止するため、定期検査の際に、同一
設計条件の多数の伝熱管（過熱管及び再熱管）から最も
損傷の激しい管を数本代表管として抽出し、この代表管
を試験することにより、ボイラの寿命を予測する寿命診
断が行われる。
【０００３】従来かかる代表管の抽出は、同一設計条件
の伝熱管が多数あることから、これらの中から実際の使
用条件が最も厳しいと考えられる管を抽出していた。す
なわち、従来かかる診断対象の代表管は、伝熱管の表面
金属の温度計測データ、或いは設計時の熱負荷分布デー
タ等から最高温度に曝されていたと予想される管を抽出
していた。
の伝熱管が多数あることから、これらの中から実際の使
用条件が最も厳しいと考えられる管を抽出していた。す
なわち、従来かかる診断対象の代表管は、伝熱管の表面
金属の温度計測データ、或いは設計時の熱負荷分布デー
タ等から最高温度に曝されていたと予想される管を抽出
していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来の
方法では、設計条件と使用条件とが異なる場合があり、
実際の使用条件下では最高温度に曝されていない管を抽
出してしまうことがある問題点があった。また、伝熱管
表面の金属温度を計測する計測器（熱電対等）を多数の
伝熱管に設置すれば抽出精度を高めることができるが、
計測器（熱電対や記録装置）に費用がかかりすぎ、かつ
長期の運転により計測器の信頼性が低下する問題点があ
った。
方法では、設計条件と使用条件とが異なる場合があり、
実際の使用条件下では最高温度に曝されていない管を抽
出してしまうことがある問題点があった。また、伝熱管
表面の金属温度を計測する計測器（熱電対等）を多数の
伝熱管に設置すれば抽出精度を高めることができるが、
計測器（熱電対や記録装置）に費用がかかりすぎ、かつ
長期の運転により計測器の信頼性が低下する問題点があ
った。
【０００５】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、同一
設計条件の多数の伝熱管から、管自体に損傷を与えるこ
となく、実際の使用条件下で最高温度に曝されていた管
を、高精度で抽出することができ、これにより、伝熱管
の寿命診断の精度を高めることができるボイラ伝熱管の
寿命診断方法を提供することにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、同一
設計条件の多数の伝熱管から、管自体に損傷を与えるこ
となく、実際の使用条件下で最高温度に曝されていた管
を、高精度で抽出することができ、これにより、伝熱管
の寿命診断の精度を高めることができるボイラ伝熱管の
寿命診断方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、伝熱管内
面の水蒸気酸化スケールの特性に注目し、スケール厚さ
が大きいものほど、実際の使用条件下で高い温度に曝さ
れていたと想定することができることに着眼した。すな
わち本発明によれば、同一設計条件の多数の伝熱管の管
内面に発生した水蒸気酸化スケールの厚さを非破壊試験
により計測し、最もスケール厚さの大きい管を代表管と
して抽出し、該代表管から寿命を診断する、ことを特徴
とするボイラ伝熱管の寿命診断方法が提供される。本発
明の好ましい実施例によれば、前記非破壊試験は、超音
波厚さ計測による。
面の水蒸気酸化スケールの特性に注目し、スケール厚さ
が大きいものほど、実際の使用条件下で高い温度に曝さ
れていたと想定することができることに着眼した。すな
わち本発明によれば、同一設計条件の多数の伝熱管の管
内面に発生した水蒸気酸化スケールの厚さを非破壊試験
により計測し、最もスケール厚さの大きい管を代表管と
して抽出し、該代表管から寿命を診断する、ことを特徴
とするボイラ伝熱管の寿命診断方法が提供される。本発
明の好ましい実施例によれば、前記非破壊試験は、超音
波厚さ計測による。
【０００７】
【作用】伝熱管内面の水蒸気酸化スケールは、高温に曝
された時間が長く、かつ温度が高いほど厚いことが試験
結果から知られている。従って、同一ボイラに使用され
る同一設計条件の伝熱管では、運転時間が同一であるこ
とから、曝された温度が高いほどスケール厚さが大きく
なる。一方、非破壊計測技術の進歩により、伝熱管内面
のスケール厚さを外面から管自体に損傷を与えることな
く計測することができるようになった。本発明はかかる
異なる２つの知見を組み合わせて、新規の目的を達成す
るものである。
された時間が長く、かつ温度が高いほど厚いことが試験
結果から知られている。従って、同一ボイラに使用され
る同一設計条件の伝熱管では、運転時間が同一であるこ
とから、曝された温度が高いほどスケール厚さが大きく
なる。一方、非破壊計測技術の進歩により、伝熱管内面
のスケール厚さを外面から管自体に損傷を与えることな
く計測することができるようになった。本発明はかかる
異なる２つの知見を組み合わせて、新規の目的を達成す
るものである。
【０００８】すなわち、上述した本発明の方法によれ
ば、同一設計条件の多数の伝熱管の管内面に発生した水
蒸気酸化スケールの厚さを非破壊試験により計測し、最
もスケール厚さの大きい管を代表管として抽出し、この
代表管から寿命を診断するので、同一設計条件の多数の
伝熱管から、スケールの厚さに比例する曝された温度が
最も高温の伝熱管を管自体に損傷を与えることなく、代
表管として抽出することができ、これにより、伝熱管の
寿命診断の精度を高めることができる。
ば、同一設計条件の多数の伝熱管の管内面に発生した水
蒸気酸化スケールの厚さを非破壊試験により計測し、最
もスケール厚さの大きい管を代表管として抽出し、この
代表管から寿命を診断するので、同一設計条件の多数の
伝熱管から、スケールの厚さに比例する曝された温度が
最も高温の伝熱管を管自体に損傷を与えることなく、代
表管として抽出することができ、これにより、伝熱管の
寿命診断の精度を高めることができる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は、過熱管及び再熱管の管内面の水
蒸気酸化スケールの厚さと高温に曝された時間及び温度
との関係を示す図である。この図において、横軸Ｐは、
Ｐ＝Ｔ×（２０＋ＬＯＧ（ｔ））×１０-3，Ｔは曝され
た温度（°Ｒ：ランキン度），ｔは曝された時間（ｈ
ｒ）であり、縦軸は、スケールの厚さｄ（μｍ）であ
る。なお、この図は、１９８１年に（米）フォスターウ
ィラー社から（米）ＥＰＲＩ（Elecrtric Power Resear
ch Institute）に報告された文献" Corrosion Problems
in Coal-Fired Boiler Superheater and Reheater Tub
es" から抜粋し簡略化したものである。なお、この報告
書は石炭焚ボイラについてのものであるが、その他のボ
イラ（例えば重油焚ボイラ）でも、図１とほぼ同様の関
係となる。
して説明する。図１は、過熱管及び再熱管の管内面の水
蒸気酸化スケールの厚さと高温に曝された時間及び温度
との関係を示す図である。この図において、横軸Ｐは、
Ｐ＝Ｔ×（２０＋ＬＯＧ（ｔ））×１０-3，Ｔは曝され
た温度（°Ｒ：ランキン度），ｔは曝された時間（ｈ
ｒ）であり、縦軸は、スケールの厚さｄ（μｍ）であ
る。なお、この図は、１９８１年に（米）フォスターウ
ィラー社から（米）ＥＰＲＩ（Elecrtric Power Resear
ch Institute）に報告された文献" Corrosion Problems
in Coal-Fired Boiler Superheater and Reheater Tub
es" から抜粋し簡略化したものである。なお、この報告
書は石炭焚ボイラについてのものであるが、その他のボ
イラ（例えば重油焚ボイラ）でも、図１とほぼ同様の関
係となる。
【００１０】図１から明らかなように、伝熱管内面の水
蒸気酸化スケールの厚さｄは、高温に曝された時間ｔが
長く、かつ温度Ｔが高いほど大きい。また、スケール厚
さｄとＰとの関係は、厳密には比例関係ではなく、Ｐの
増加によりｄは、ほぼ放物線状に増加する。従って、図
１から同一ボイラに使用される同一設計条件の伝熱管
（過熱管及び再熱管）では、運転時間が同一であること
から、曝された温度ｔが高いほどスケール厚さｄが大き
くなることがわかる。
蒸気酸化スケールの厚さｄは、高温に曝された時間ｔが
長く、かつ温度Ｔが高いほど大きい。また、スケール厚
さｄとＰとの関係は、厳密には比例関係ではなく、Ｐの
増加によりｄは、ほぼ放物線状に増加する。従って、図
１から同一ボイラに使用される同一設計条件の伝熱管
（過熱管及び再熱管）では、運転時間が同一であること
から、曝された温度ｔが高いほどスケール厚さｄが大き
くなることがわかる。
【００１１】図２は、本願出願人が創案し、特願平１−
２００９０６号として出願した超音波厚さ計の原理図で
ある。図２（Ａ）に示すように、音源Ａから発振された
音波１，２は反射体３（管内面やスケール内面）で反射
されるが、反射した超音波散乱波１ａ，２ａは波として
広がり互いに干渉し合う。いま音波の波長をλ、反射体
の傾きをθ、ＢＣ間の間隔をｄとすれば、音波の法則か
ら、２ｄ・ｓｉｎθ＝ｎλ（式）、λ＝Ｃ／ｆ（式
）が成立する。ここでｎは整数、ｆは周波数、Ｃは配
管金属中の音速である。
２００９０６号として出願した超音波厚さ計の原理図で
ある。図２（Ａ）に示すように、音源Ａから発振された
音波１，２は反射体３（管内面やスケール内面）で反射
されるが、反射した超音波散乱波１ａ，２ａは波として
広がり互いに干渉し合う。いま音波の波長をλ、反射体
の傾きをθ、ＢＣ間の間隔をｄとすれば、音波の法則か
ら、２ｄ・ｓｉｎθ＝ｎλ（式）、λ＝Ｃ／ｆ（式
）が成立する。ここでｎは整数、ｆは周波数、Ｃは配
管金属中の音速である。
【００１２】式から超音波散乱波１ａ、２ａの干渉
によりエネルギーピークが生ずる周波数ｆｎは、ｆｎ＝
ｎＣ／２ｄ・ｓｉｎθ（式）で表わされ、図２（Ｂ）
に示すように、干渉により生じたエネルギーピーク部４
の周波数間隔Δｆは、Δｆ＝ｆn −ｆn-1 ＝Ｃ／２ｄ・
ｓｉｎθ（式）となる。
によりエネルギーピークが生ずる周波数ｆｎは、ｆｎ＝
ｎＣ／２ｄ・ｓｉｎθ（式）で表わされ、図２（Ｂ）
に示すように、干渉により生じたエネルギーピーク部４
の周波数間隔Δｆは、Δｆ＝ｆn −ｆn-1 ＝Ｃ／２ｄ・
ｓｉｎθ（式）となる。
【００１３】図３は、図２の原理に基ずくスケール厚さ
の計測方法を示す模式図である。この図に示すように、
伝熱管５の管内面に発生した水蒸気酸化スケール６の厚
さｄを計測する場合、式でθ＝９０°であるから、式
はｄ＝Ｃ／２Δｆ（式）となる。但しΔｆ≠０であ
る。従って、干渉縞の場合と同様の考え方で、音波の干
渉により生じるエネルギーピーク部４の周波数間隔Δｆ
を求めれば、スケールの厚さｄを計測することができ
る。
の計測方法を示す模式図である。この図に示すように、
伝熱管５の管内面に発生した水蒸気酸化スケール６の厚
さｄを計測する場合、式でθ＝９０°であるから、式
はｄ＝Ｃ／２Δｆ（式）となる。但しΔｆ≠０であ
る。従って、干渉縞の場合と同様の考え方で、音波の干
渉により生じるエネルギーピーク部４の周波数間隔Δｆ
を求めれば、スケールの厚さｄを計測することができ
る。
【００１４】すなわち、図３において、超音波探触子を
配管５の外周に当接させ、超音波受信器から送られた超
音波を配管の軸線に対して直交する方向に発振させる。
発振した超音波は、配管５とスケール６の境界と、スケ
ール６の内面で反射し、超音波エコー１ａ，２ａとして
超音波探触子から超音波送受信器へ戻され、ゲート回
路、Ａ／Ｄ変換器を経て周波数分析器へ送られ、周波数
間隔Δｆからスケールの厚さｄが演算される。
配管５の外周に当接させ、超音波受信器から送られた超
音波を配管の軸線に対して直交する方向に発振させる。
発振した超音波は、配管５とスケール６の境界と、スケ
ール６の内面で反射し、超音波エコー１ａ，２ａとして
超音波探触子から超音波送受信器へ戻され、ゲート回
路、Ａ／Ｄ変換器を経て周波数分析器へ送られ、周波数
間隔Δｆからスケールの厚さｄが演算される。
【００１５】図４は、本発明によるボイラ伝熱管の寿命
診断方法の工程図である。本発明の方法は、同一設計条
件の多数の伝熱管の管内面に発生した水蒸気酸化スケー
ルの厚さを非破壊試験により計測する第１工程７と、最
もスケール厚さの大きい管を代表管として抽出する第２
工程８と、代表管から寿命を診断する第３工程９とから
なる。
診断方法の工程図である。本発明の方法は、同一設計条
件の多数の伝熱管の管内面に発生した水蒸気酸化スケー
ルの厚さを非破壊試験により計測する第１工程７と、最
もスケール厚さの大きい管を代表管として抽出する第２
工程８と、代表管から寿命を診断する第３工程９とから
なる。
【００１６】第１工程７では、非破壊試験方法として、
上述した超音波厚さ計測によるのがよい。これにより、
過熱管及び再熱管の管内面に発生した水蒸気酸化スケー
ルの厚さを正確に計測することができる。なお、本発明
は、かかる計測法に限定されず、例えば放射線等を用い
てスケールの厚さを計測してもよい。第２工程８では、
第１工程７で得られたデータから最もスケール厚さの大
きい管を代表管として抽出する。なお、この際に、その
他のデータ、例えば表面温度の計測データ、熱負荷特
性、設計条件、補修／交換履歴、損傷履歴、運転履歴、
等を加味して別の管も併せて代表管として抽出してもよ
い。また、第１工程７の超音波厚さ計測により、スケー
ルの剥離が確認された場合には、この管も代表管とする
のがよい。
上述した超音波厚さ計測によるのがよい。これにより、
過熱管及び再熱管の管内面に発生した水蒸気酸化スケー
ルの厚さを正確に計測することができる。なお、本発明
は、かかる計測法に限定されず、例えば放射線等を用い
てスケールの厚さを計測してもよい。第２工程８では、
第１工程７で得られたデータから最もスケール厚さの大
きい管を代表管として抽出する。なお、この際に、その
他のデータ、例えば表面温度の計測データ、熱負荷特
性、設計条件、補修／交換履歴、損傷履歴、運転履歴、
等を加味して別の管も併せて代表管として抽出してもよ
い。また、第１工程７の超音波厚さ計測により、スケー
ルの剥離が確認された場合には、この管も代表管とする
のがよい。
【００１７】第３工程９では、例えば代表管の一部を切
り出し、引張試験、硬度計測、顕微鏡観察や材料の組成
分析、等を実施し、これらの代表管がボイラの使用最高
温度に曝された場合に安全に使用できる期間、すなわち
寿命を予測する。
り出し、引張試験、硬度計測、顕微鏡観察や材料の組成
分析、等を実施し、これらの代表管がボイラの使用最高
温度に曝された場合に安全に使用できる期間、すなわち
寿命を予測する。
【００１８】かかる方法により、同一設計条件の多数の
伝熱管から、スケールの厚さに比例する曝された温度が
最も高温の伝熱管を管自体に損傷を与えることなく、代
表管として抽出することができ、これにより、伝熱管の
寿命診断の精度を高めることができる。なお、本発明は
上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更できることは勿論である。
伝熱管から、スケールの厚さに比例する曝された温度が
最も高温の伝熱管を管自体に損傷を与えることなく、代
表管として抽出することができ、これにより、伝熱管の
寿命診断の精度を高めることができる。なお、本発明は
上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更できることは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】上述したように、本発明のボイラ伝熱管
の寿命診断方法は、同一設計条件の多数の伝熱管から、
管自体に損傷を与えることなく、実際の使用条件下で最
高温度に曝されていた管を、高精度で抽出することがで
き、これにより、伝熱管の寿命診断の精度を高めること
ができる、等の優れた効果を有する。
の寿命診断方法は、同一設計条件の多数の伝熱管から、
管自体に損傷を与えることなく、実際の使用条件下で最
高温度に曝されていた管を、高精度で抽出することがで
き、これにより、伝熱管の寿命診断の精度を高めること
ができる、等の優れた効果を有する。
【図１】スケール厚さと高温に曝された時間及び温度と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図２】超音波厚さ計の原理図である。
【図３】スケール厚さの計測方法を示す模式図である。
【図４】本発明によるボイラ伝熱管の寿命診断方法の工
程図である。
程図である。
Ｃ 配管金属中の音速 ｄ スケールの厚さ ｆ 周波数 ｎ 整数 Ｔ 曝された温度 ｔ 曝された時間 λ 波長 １，２ 超音波 １ａ，２ａ 散乱波（超音波エコー） ３ 反射体 ４ エネルギーピーク部 ５ 伝熱管 ６ スケール ７ 第１工程 ８ 第２工程 ９ 第３工程
Claims (2)
- 【請求項１】 同一設計条件の多数の伝熱管の管内面に
発生した水蒸気酸化スケールの厚さを非破壊試験により
計測し、最もスケール厚さの大きい管を代表管として抽
出し、該代表管から寿命を診断する、ことを特徴とする
ボイラ伝熱管の寿命診断方法。 - 【請求項２】 前記非破壊試験は、超音波厚さ計測によ
る、ことを特徴とする請求項１に記載のボイラ伝熱管の
寿命診断方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24323594A JPH08110006A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | ボイラ伝熱管の寿命診断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24323594A JPH08110006A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | ボイラ伝熱管の寿命診断方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08110006A true JPH08110006A (ja) | 1996-04-30 |
Family
ID=17100853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24323594A Pending JPH08110006A (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | ボイラ伝熱管の寿命診断方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08110006A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009139137A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Babcock Hitachi Kk | ボイラ用炭素鋼及びＭｏ鋼の黒鉛化損傷診断法 |
| CN109253870A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-22 | 嘉兴新嘉爱斯热电有限公司 | 生物质燃料锅炉热交换管寿命的评估装置及方法 |
| CN117889795A (zh) * | 2024-03-14 | 2024-04-16 | 中石化西南石油工程有限公司 | 一种热交换器盘管实时监测装置及其热交换器和使用方法 |
-
1994
- 1994-10-07 JP JP24323594A patent/JPH08110006A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009139137A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Babcock Hitachi Kk | ボイラ用炭素鋼及びＭｏ鋼の黒鉛化損傷診断法 |
| CN109253870A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-22 | 嘉兴新嘉爱斯热电有限公司 | 生物质燃料锅炉热交换管寿命的评估装置及方法 |
| CN109253870B (zh) * | 2018-08-21 | 2019-09-06 | 嘉兴新嘉爱斯热电有限公司 | 生物质燃料锅炉热交换管寿命的评估装置及方法 |
| CN117889795A (zh) * | 2024-03-14 | 2024-04-16 | 中石化西南石油工程有限公司 | 一种热交换器盘管实时监测装置及其热交换器和使用方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040524 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040928 |