JPH0875107A - Method for estimating life time of high temperature pressure resistant part - Google Patents

Method for estimating life time of high temperature pressure resistant part

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JPH0875107A
JPH0875107A JP21259194A JP21259194A JPH0875107A JP H0875107 A JPH0875107 A JP H0875107A JP 21259194 A JP21259194 A JP 21259194A JP 21259194 A JP21259194 A JP 21259194A JP H0875107 A JPH0875107 A JP H0875107A
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JP
Japan
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life
high temperature
stress
life time
site
Prior art date
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Pending
Application number
JP21259194A
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Japanese (ja)
Inventor
Teruo Koyama
輝夫 小山
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

PURPOSE: To estimate the life time of a site highly accurately by analyzing the site in a time series along an operation history with respect to the stress thereof for estimation of the life time using predetermined material properties corresponding to use history based upon the operation history of the site until the life time is appraised. CONSTITUTION: There is provided a method for estimating the life time of a high temperature pressure resistant part including a site selection step 1 for selecting the site used at high temperature, and a thermal stress analysis step 2 for each start mode for stress-analyzing the site for each operationw history of one or more. There are further provided a rearrangement step 3 of each operation history in time series, a calculation step 4 of Larson-Mirror parameter for estimating use history based upon each operation history of the site until the life time is estimated, and a selection step 6 of creep breakage data for selecting material physical properties from a data base 5 predetermined for each used history. There are further provided a life time calculation step 7 for i-th start mode for stress-analyzing the site in a time series along each operation history for calculation of the life time, and a total sum step 8 for the life time.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高温で長期間にわたっ
て使用される材料の寿命評価に係わり、特に火力発電用
ボイラの部位の寿命を評価するのに好適な高温耐圧部の
寿命評価法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a life evaluation of a material used at a high temperature for a long period of time, and more particularly to a life evaluation method of a high temperature pressure resistant part suitable for evaluating a life of a part of a boiler for thermal power generation. .

【0002】[0002]

【従来の技術】火力発電プラントや化学プラント等の高
温・高圧下で長時間使用される機器では、運転中に使用
材料がクリープ及び疲労等の損傷を受け、寿命を消費す
ることがよく知られている。このようなプラントの設計
時には寿命評価を実施し、各部材(部位)の構造、寸法
及び材質を決定している。また、設計時だけではなく、
長時間運転すると設計当時には予想できなかった部位の
寿命評価が必要となる場合がある。さらに、使用条件の
変更等で評価部位の応力状態が変化することもあり、こ
のような場合にもその時点からの余寿命を評価する必要
がある。
2. Description of the Related Art It is well known that materials used in thermal power plants, chemical plants, etc., which are used for a long time under high temperature and high pressure, suffer from damage such as creep and fatigue during operation and consume their lives. ing. At the time of designing such a plant, life evaluation is performed to determine the structure, dimensions and material of each member (part). Also, not only at design time,
When operating for a long time, it may be necessary to evaluate the service life of parts that were unpredictable at the time of design. Furthermore, the stress state of the evaluation site may change due to changes in usage conditions, and in such a case as well, it is necessary to evaluate the remaining life from that point.

【0003】従来の高温耐圧部の寿命評価法において
は、図6に示すように、まず、高温で使用される使用条
件の厳しい部位を選定する評価部位の選定ステップ1
と、その部位の応力状態を有限要素法等で応力解析する
起動モード別の熱応力解析ステップ2と、使用材料の新
材のクリープ破断データや低サイクル疲労データと比較
することにより部位の寿命を計算する新材データとの比
較による各起動モードでの寿命計算ステップ7aと、寿
命の総和ステップ8aとを有している。この場合、定常
運転状態で発生する応力の他に起動停止や負荷変化時に
はかなり大きな熱応力が発生し、その後緩和していく。
火力発電用ボイラでは起動モード(運転履歴)を、コー
ルドスタート(定期検査時等の完全に冷えた状態からの
起動)、ウォームスタート(週末停止でやや温度が高い
状態からの起動)及びホットスタート(毎日起動停止で
かなり温度が高い状態からの起動)等の3〜4種類程度
に分類できる。
In the conventional method for evaluating the life of a high temperature withstand voltage portion, as shown in FIG. 6, first, an evaluation portion selecting step 1 for selecting a portion to be used under high temperature and under severe operating conditions is carried out.
And the thermal stress analysis step 2 for each start mode to analyze the stress state of the part by the finite element method, etc., and the life of the part by comparing the creep rupture data and low cycle fatigue data of the new material used. It has a life calculation step 7a in each starting mode by comparison with new material data to be calculated, and a total life step 8a. In this case, in addition to the stress generated in the steady operation state, a considerably large thermal stress is generated when the engine is stopped or when the load is changed, and then relaxed.
In the boiler for thermal power generation, the start mode (operation history) includes cold start (start from a completely cold state such as during periodic inspection), warm start (start from a slightly high temperature state at weekend stop), and hot start (start. It can be categorized into 3 to 4 types, such as starting and stopping every day when the temperature is quite high).

【0004】クリープ破断に関してはコールドスター
ト、ウォームスタート及びホットスタート等の起動時の
応力緩和を考慮した寿命評価を新材(未使用材料)のク
リープ破断データとの比較で行い、各起動モードが何回
あるかをカウントして総和し全クリープ寿命を算出す
る。この場合、応力緩和を考慮した寿命評価は次のよう
な方法で行う。
Regarding creep rupture, life evaluation considering stress relaxation at startup such as cold start, warm start and hot start is performed by comparing with the creep rupture data of the new material (unused material), and each start mode is determined. The total creep life is calculated by counting the total number of occurrences and summing. In this case, life evaluation considering stress relaxation is performed by the following method.

【0005】図7に示すように起動時にはかなり大きな
熱応力が発生する。しかし、この熱応力は応力緩和とい
う現象によって時間の経過とともに急激に低下して一定
値になる。そこで、図に示すようにタイムステップを切
り、単位時間当りの寿命を総和する。時間Δtの間は一
定応力と考え、その間の平均応力σiを算出し、その平
均応力における破断時間triを新材のクリープ破断デ
ータより求め、クリープ損傷率を算出して総和する。ク
リープ損傷率φcは(数1)式で求められる。
As shown in FIG. 7, a considerably large thermal stress is generated at the time of starting. However, this thermal stress sharply decreases with time due to a phenomenon called stress relaxation, and becomes a constant value. Therefore, the time step is cut as shown in the figure, and the life per unit time is summed up. It is considered that the stress is constant during the time Δt, the average stress σi during that time is calculated, the rupture time tri at the average stress is obtained from the creep rupture data of the new material, and the creep damage rate is calculated and summed. The creep damage rate φc is calculated by the equation (1).

【0006】 φc=Σ(Δt/tri) ……(数1) 低サイクル疲労に関しては応力振幅がそれぞれの起動モ
ードや負荷変化によって異なるため、同じ起動モードが
何回あるかをカウントし、応力振幅ごとの疲労損傷を新
材の疲労データを基に算出し、その総和を疲労損傷とし
ている。
Φc = Σ (Δt / tri) (Equation 1) With respect to low cycle fatigue, since the stress amplitude differs depending on each start mode and load change, the number of times of the same start mode is counted to calculate the stress amplitude. Fatigue damage for each is calculated based on the fatigue data of the new material, and the sum total is taken as fatigue damage.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来の高温耐圧部の寿
命評価法においては、応力解析により余寿命評価を行う
場合、比較のための材料データ(材料物性値)、すなわ
ちクリープ破断データや高温低サイクル疲労データが必
要になる。このような材料データは公的機関が試験し、
公表している材料データを用いることが多い。例えば、
金属材料技術研究所発行のクリープデータシートや疲れ
データシートは、信頼性の高さとデータの豊富さとによ
り広く用いられている。このようなデータシートは材料
メーカより材料を入手し、それを供試材として試験した
もので、いわゆる新材のデータシートである。しかし、
実際には高温の使用により材質が劣化して強度が変化し
ている。すなわち、比較となる材料データは評価する時
点によって変える必要があるが、現状では便宜上新材の
材料データを用いている。この場合、低サイクル疲労に
関しては高温の使用による材料データの変化は小さい
が、クリープ破断に関しては高温使用により材料データ
が変化する可能性が高い。また、溶接部に関しても母材
と同等という前提で母材の材料データを使用している
が、溶接部の強度は高温の長時間使用により母材より低
くなる可能性もある。
In the conventional method for evaluating the life of a high temperature withstand voltage portion, when the remaining life is evaluated by stress analysis, material data for comparison (material physical property values), that is, creep rupture data and high temperature low temperature are used. Cycle fatigue data is needed. Such material data is tested by public authorities,
We often use publicly available material data. For example,
Creep data sheets and fatigue data sheets issued by National Institute for Metals Technology are widely used due to their high reliability and rich data. Such a data sheet is a so-called new material data sheet obtained by obtaining a material from a material manufacturer and testing it as a test material. But,
In reality, the material deteriorates and its strength changes due to use at high temperatures. That is, the material data for comparison needs to be changed depending on the time of evaluation, but currently, the material data of the new material is used for convenience. In this case, regarding low cycle fatigue, the change in material data due to use at high temperature is small, but regarding creep rupture, there is a high possibility that the material data changes due to use at high temperature. Further, the material data of the base metal is used on the assumption that the weld metal is equivalent to the base metal, but the strength of the weld metal may be lower than that of the base metal due to long-term use at high temperature.

【0008】なお、タービン材料を対象に、高温使用に
よる材質劣化を考慮し、硬さ測定値によってクリープ破
断データを選択する方法がある(火力原子力発電 Vol.
40,No.10参照)。しかし、この方法は硬さとクリープ
損傷との相対関係が比較的明確なタービン材料に対する
方法であり、ボイラ材料は加工性及び溶接性を考慮して
炭素含有量を低く抑えているため高温での使用による硬
さ変化が小さく、この方法は適用できない。また、この
方法では硬さを測定する必要があるが、応力解析により
寿命評価する箇所は、基本的に管の内面等の硬さ測定が
困難な場所であり、硬さ測定が可能な場所ではレプリカ
を利用した別の非破壊診断法がある。たとえ、硬さ測定
が可能であっても溶接部、特に溶接熱影響部では連続的
に硬さが変化しており、溶接熱影響部のどの位置の硬さ
を採用すればよいのか不明確である。さらに、硬さを測
定した時点のクリープ破断強度は特定できるが、本来は
高温使用によりクリープ破断強度は連続的に変化するも
のであり、寿命あるいは余寿命を評価するためには評価
に使用するクリープ破断データを連続的に変える必要が
ある。
There is a method of selecting creep rupture data based on hardness measurement values for turbine materials in consideration of material deterioration due to high temperature use (Thermal Nuclear Power Generation Vol.
40, No. See 10). However, this method is for turbine materials in which the relative relationship between hardness and creep damage is relatively clear, and boiler materials are used at high temperatures because the carbon content is kept low in consideration of workability and weldability. Hardness change due to is small and this method cannot be applied. In addition, although it is necessary to measure hardness with this method, the location where life is evaluated by stress analysis is basically a place where hardness measurement is difficult, such as the inner surface of a pipe, and where hardness measurement is possible. There is another non-destructive diagnostic method using a replica. Even if the hardness can be measured, the hardness changes continuously in the weld, especially in the heat affected zone, and it is unclear at which position in the weld affected zone the hardness should be adopted. is there. Furthermore, although the creep rupture strength at the time of measuring the hardness can be specified, originally, the creep rupture strength changes continuously due to high temperature use, and in order to evaluate the life or remaining life, the creep rupture strength used for the evaluation It is necessary to continuously change the fracture data.

【0009】また、クリープ破断データや高温低サイク
ル疲労データの他に応力解析には応力緩和特性、縦弾性
係数及び応力−ひずみ線図が必要となるが、これらのデ
ータも高温での使用により変化する。この中で縦弾性係
数の高温使用に伴う変化は小さいが、応力−ひずみ線図
や応力緩和特性はかなり変化する。以上のように、選定
された部位の寿命評価に当り、高温の使用履歴に応じた
材料物性値が決められてなく評価の精度が低い問題点が
ある。
In addition to creep rupture data and high temperature low cycle fatigue data, stress relaxation characteristics, longitudinal elastic modulus and stress-strain diagram are required for stress analysis, but these data also change due to use at high temperature. To do. Among these, the change in longitudinal elastic modulus due to high temperature use is small, but the stress-strain diagram and stress relaxation characteristics change considerably. As described above, in evaluating the life of the selected part, there is a problem that the material physical property value according to the usage history of high temperature is not determined and the evaluation accuracy is low.

【0010】本発明の目的は、高温で使用される部位の
寿命を精度よく評価することのできる高温耐圧部の寿命
評価法を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a method for evaluating the life of a high temperature pressure resistant portion, which can accurately evaluate the life of a portion used at high temperature.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る高温耐圧部の寿命評価法は、高温で使
用される部位を選定し、部位を少なくとも一つの運転履
歴に応じて応力解析し寿命を評価する高温耐圧部の寿命
評価法において、寿命を評価する時点までの部位のそれ
ぞれの運転履歴に基づき使用履歴を算出し、それぞれの
使用履歴に対応して予め決められている材料物性値を用
い、部位をそれぞれの運転履歴に沿い時系列順に応力解
析しかつ寿命計算してそれぞれの運転履歴の寿命を総和
する構成とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the method for evaluating the life of a high temperature withstand voltage part according to the present invention selects a part to be used at high temperature, and selects the part according to at least one operation history. In the life evaluation method of high temperature withstand voltage part which analyzes stress and evaluates life, use history is calculated based on the operation history of each part up to the time of evaluating life, and it is determined in advance corresponding to each use history. Using the physical properties of the material, stress analysis is performed on the parts in chronological order along each operation history and the life is calculated to sum the life of each operation history.

【0012】そして材料物性値は、クリープ破断特性で
ある構成でもよい。
The physical property value of the material may be a creep rupture property.

【0013】また材料物性値は、母材及び溶接部のクリ
ープ破断特性、応力緩和特性、縦弾性係数及び応力−ひ
ずみ線図である構成でもよい。
The physical property values of the material may be creep rupture characteristics, stress relaxation characteristics, longitudinal elastic modulus and stress-strain diagram of the base material and the welded portion.

【0014】まず、通常の余寿命評価と同様に、対象部
位の応力解析を起動モード別に実施する。次に、各起動
モードを実際の運転パターンまたは予想される運転パタ
ーンに沿って時系列的に並べる。そして、順番に寿命計
算を行うが、この時、寿命計算の対象となっている起動
モードに達するまでの使用履歴(ラーソン・ミラー・パ
ラメータ)を計算し、その材質劣化に応じたクリープ破
断データを用いて寿命計算を行う。材質劣化に関係する
使用履歴は使用温度と使用時間との関数であり、その程
度に応じた材料データ、すなわちクリープ破断データ
は、予め経年材のクリープ破断データの解析を行い、使
用履歴別に用意しておく。また、母材と溶接部とでは高
温の使用によるクリープ破断強度の低下の度合が異なる
ため、母材と溶接部とは区別して材料データを用意し、
対象部位によって使い分ける。
First, similarly to the normal remaining life evaluation, stress analysis of the target portion is carried out for each starting mode. Next, the start-up modes are time-sequentially arranged according to an actual driving pattern or an expected driving pattern. Then, the life is calculated in order, but at this time, the usage history (Larson-Miller parameters) until reaching the start mode targeted for the life calculation is calculated, and the creep rupture data corresponding to the material deterioration is calculated. Use to calculate the life. The usage history related to material deterioration is a function of usage temperature and usage time, and the material data corresponding to that degree, that is, creep rupture data, is prepared beforehand by analyzing the creep rupture data of aged materials and preparing for each usage history. Keep it. Also, since the base material and the welded part differ in the degree of decrease in creep rupture strength due to the use of high temperature, the material data is prepared separately from the base material and the welded part,
Use properly depending on the target part.

【0015】このようにして、順次、材質劣化を考慮し
た使用履歴別のクリープ破断データを用いて寿命計算を
行い、最終的に寿命を総和する。
In this way, the life is sequentially calculated using the creep rupture data for each usage history in consideration of material deterioration, and the life is finally summed.

【0016】さらに厳密な評価をするためには応力解析
に使用する材料データ、すなわち縦弾性係数、応力緩和
特性及び応力−ひずみ線図も使用履歴に対応したものを
用いる。この場合の手順は、起動モードに沿って順次使
用履歴の計算、使用履歴に対応する材料データの選択、
応力解析及び寿命評価を繰り返し、それらを総和する。
In order to perform a more rigorous evaluation, material data used for stress analysis, that is, longitudinal elastic modulus, stress relaxation characteristics and stress-strain diagram corresponding to the usage history are used. The procedure in this case is to calculate the usage history sequentially according to the start mode, select the material data corresponding to the usage history,
Repeat stress analysis and life evaluation and sum them.

【0017】[0017]

【作用】本発明によれば、ボイラ用CrMo鋼の種々の
経年材について多くのデータを収集し解析した結果を基
にしているため、以下のことが明らかになった。
According to the present invention, the following is clarified because it is based on the result of collecting and analyzing a lot of data on various aged materials of CrMo steel for boilers.

【0018】低サイクル疲労に関しては新材と経年材と
の差はほとんど見られず、また、母材と溶接部の差もな
かった。したがって、低サイクル疲労強度は経年材であ
っても新材のデータが使用できる。
Regarding low cycle fatigue, there was almost no difference between the new material and the aged material, and there was also no difference between the base material and the welded portion. Therefore, for low cycle fatigue strength, the data of new materials can be used even for aged materials.

【0019】クリープ破断に関しては明らかに新材と経
年材との差が認められた。すなわち、寿命を評価する時
点までの使用履歴によってクリープ破断強度が変化し、
使用履歴に対応したクリープ破断データを用いて寿命を
評価することにより寿命評価の精度向上が図られる。ま
た、母材と溶接部とでは溶接部の方が高温使用によるク
リープ破断強度の低下の度合が大きく、母材と溶接部と
を区別する必要がある。
Regarding creep rupture, a clear difference between the new material and the aged material was recognized. That is, the creep rupture strength changes depending on the usage history up to the time when the life is evaluated,
The accuracy of life evaluation can be improved by evaluating the life using the creep rupture data corresponding to the usage history. Further, in the base material and the welded portion, the degree of decrease in creep rupture strength due to high temperature use is larger in the welded portion, and it is necessary to distinguish the base material and the welded portion.

【0020】さらに応力解析に必要な材料データ、すな
わち応力緩和特性、縦弾性係数及び応力−ひずみ線図も
高温使用によって変化する。これらの材料の寿命評価に
対する影響はクリープ破断データほど顕著ではないが、
この変化を考慮することにより厳密な評価が可能にな
る。なお、この中で縦弾性係数の高温使用による変化は
小さいが、応力緩和特性及び応力−ひずみ線図は比較的
変化が大きい。
Further, the material data required for stress analysis, that is, the stress relaxation characteristics, the longitudinal elastic modulus and the stress-strain diagram also change with high temperature use. The impact of these materials on life assessment is not as significant as the creep rupture data,
Strict evaluation is possible by considering this change. Among these, the change in longitudinal elastic modulus due to high temperature use is small, but the stress relaxation characteristics and the stress-strain diagram are relatively large.

【0021】このようにそれまでの使用履歴に対応した
母材及び溶接部別の材料データを使用することにより、
正確な寿命評価が可能となる。
As described above, by using the material data for each base material and welded portion corresponding to the usage history up to that time,
Accurate life evaluation is possible.

【0022】[0022]

【実施例】本発明の一実施例を図1を参照しながら説明
する。図1は本実施例のフローチャートを示したもので
ある。図1に示すように、高温で使用される部位を選定
する評価部位の選定ステップ1と、部位を一つ以上の運
転履歴(起動モード)ごとに応力解析する起動モード別
の熱応力解析ステップ2とを有し寿命評価する高温耐圧
部の寿命評価法であって、各運転履歴の時系列的な並び
換えステップ3と、寿命評価する時点までの部位の各運
転履歴に基づき使用履歴(ラーソン・ミラー・パラメー
タ;LMP)を算出するラーソン・ミラー・パラメータ
の計算ステップ4と、各使用履歴に対応して予め決めら
れているデータベース(経年材等のクリープ破断データ
ベース)5より材料物性値を選択するクリープ破断デー
タの選択ステップ6と、部位を各運転履歴に沿い時系列
順に応力解析しかつ寿命計算するi番目の起動モードで
の寿命計算ステップ7と、各寿命の総和ステップ8とを
含む構成である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a flowchart of this embodiment. As shown in FIG. 1, an evaluation site selection step 1 for selecting a site to be used at high temperature, and a thermal stress analysis step 2 for each startup mode for performing stress analysis on the site for each one or more operation histories (startup modes). A method for evaluating the life of a high-temperature withstand voltage part, which has a life history, including a step 3 of time-sequential rearrangement of each operation history and each operation history of parts up to the time when the life is evaluated. The Larson-Miller parameter calculation step 4 for calculating the mirror parameter (LMP) and the material property value is selected from a database (creep rupture database for aged materials etc.) 5 which is predetermined corresponding to each usage history. Step 6 of selecting creep rupture data, and Step 7 of life calculation in the i-th start mode in which stress analysis and life calculation of parts are performed in chronological order along each operation history. A configuration including a summation step 8 of each life.

【0023】すなわち、まず最初に評価対象の部位を選
択する。本実施例での評価対象の部位は図2に示すボイ
ラの主蒸気管Yピース部(材質;2.25Cr−1Mo
鋼)であり、実機で約12万時間使用されたものであ
る。この部位の現在までの寿命消費を評価し、本部位の
健全性を評価するため、次に応力解析を実施するが、本
実施例では3次元有限要素法を用いた。実機に取り付け
た熱電対の温度データを基に、熱伝導解析を行った。図
3に対象部位の有限要素分割を示すが、このような要素
分割でコールドスタート、ウォームスタート及びホット
スタート等の各起動モードの過渡的な温度分布を計算
し、その結果から熱応力を算出した。最も応力の高くな
る部位はコーナ部内側でその部位Aの相当応力でクリー
プ寿命及び疲労寿命を評価する。
That is, first, the site to be evaluated is selected. The part to be evaluated in this example is the main steam pipe Y-piece part (material: 2.25Cr-1Mo) of the boiler shown in FIG.
Steel), which has been used in an actual machine for about 120,000 hours. In order to evaluate the lifetime consumption of this part up to the present and to evaluate the soundness of this part, a stress analysis is next performed. In this example, the three-dimensional finite element method was used. Thermal conduction analysis was performed based on the temperature data of the thermocouple attached to the actual machine. Figure 3 shows the finite element division of the target part. With such element division, the transient temperature distribution of each starting mode such as cold start, warm start, and hot start was calculated, and the thermal stress was calculated from the result. . The part with the highest stress is inside the corner, and the creep life and fatigue life are evaluated by the equivalent stress of the part A.

【0024】本実施例でも低サイクル疲労に関する評価
は従来方法と同じである。これは高温低サイクル疲労デ
ータが新材と経年材とでほとんど変化しないという調査
結果に基づいている。
Also in this embodiment, the evaluation regarding low cycle fatigue is the same as the conventional method. This is based on the research results that the high temperature low cycle fatigue data hardly changed between the new material and the aged material.

【0025】クリープ破断に関しては従来方法と異な
り、高温の長時間使用による材質劣化を考慮している。
このため図1に示すように、各起動モードを記録(現時
点までの評価)あるいは計画(今後の評価)に基づいて
時系列的に並べ、それぞれの使用履歴を計算する。この
使用履歴は評価部位の使用温度及び使用時間の関数とし
て(数2)式で計算されるラーソン・ミラー・パラメー
タP(Larson−MillerパラメータP;LMP)で表さ
れる。
Regarding the creep rupture, unlike the conventional method, deterioration of the material due to long-term use at high temperature is taken into consideration.
Therefore, as shown in FIG. 1, the start-up modes are arranged in a time series based on a record (evaluation up to the present time) or a plan (evaluation in the future), and each use history is calculated. This usage history is represented by a Larson-Miller parameter P (LMP) calculated by the equation (2) as a function of the usage temperature and usage time of the evaluation site.

【0026】[0026]

【数2】 [Equation 2]

【0027】このラーソン・ミラー・パラメータP値に
よって損傷計算に使用するクリープ破断データを選択す
る。クリープ破断データは使用時間と使用温度とによっ
て時々刻々変化するものであるが、多くのクリープ破断
データを整理してみると、クリープ破断データのばらつ
きが大きいために細かく分類するのが困難であることが
分かった。すなわち、本来はP値によってクリープ破断
データをぞれぞれ変化させるべきであるが、本実施例で
は1000点以上の経年材のクリープ破断データを調査
した結果より、P値が20,21,22を境界にして4
段階に分け、それぞれのP値に応じて図4に示すクリー
プ破断データを使用した。このうち、P値が20以下の
データは新材のデータであり、高温長時間の使用によっ
て強度が低下するのが分かる。特に高応力側ではP値の
低下の度合いが著しい。なお、このクリープ破断データ
は90%信頼区間下限値を示しており、安全側の評価が
できるようにしている。
The creep rupture data used for damage calculation is selected according to the Larson-Miller parameter P value. The creep rupture data changes from moment to moment depending on the operating time and the operating temperature.However, when arranging many creep rupture data, it is difficult to classify them in detail because of the large variation in creep rupture data. I understood. That is, originally, the creep rupture data should be changed depending on the P value, but in the present embodiment, the P value of 20, 21, 22 is found from the result of examining the creep rupture data of aged materials of 1000 points or more. 4 as the boundary
The creep rupture data shown in FIG. 4 was used according to each P value. Among these, the data with a P value of 20 or less is the data of the new material, and it can be seen that the strength decreases with use at high temperature for a long time. Especially on the high stress side, the degree of decrease in the P value is remarkable. This creep rupture data shows the lower limit of the 90% confidence interval, so that the safety side can be evaluated.

【0028】クリープ破断による消費寿命の計算は時系
列に並べた起動モードに対して、順次、使用履歴を計算
し、使用履歴に対応した適切なクリープ破断強度をデー
タベースより選択してそれぞれのクリープ寿命消費率を
計算し、最終的に総和する。
The consumption life due to creep rupture is calculated by sequentially calculating the usage history for the start modes arranged in time series, selecting an appropriate creep rupture strength corresponding to the usage history from the database, and observing each creep life. Calculate the consumption rate and finally sum.

【0029】このようにして寿命評価した結果を従来方
法と比較し表1に示す。
Table 1 shows the results of the evaluation of the life in this manner in comparison with the conventional method.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】本実施例による評価は従来方法による評価
よりも消費寿命が大きくなっているが、これは高温長時
間による材質劣化を考慮しているためである。なお、本
実施例では母材の評価を実施しているが、溶接部の場合
は母材とクリープ破断強度が異なる。これは数多くの経
年材のクリープ破断データを調査した結果であり、本実
施例では使用履歴によってクリープ破断強度を選択する
場合に、母材か溶接部かを選択し、それに対応したクリ
ープ破断強度を選択するようになっている。
The evaluation according to the present embodiment has a longer consumption life than the evaluation according to the conventional method, because the deterioration of the material due to high temperature and long time is taken into consideration. Although the base metal is evaluated in this example, the creep rupture strength is different from that of the base metal in the case of a welded portion. This is the result of investigating the creep rupture data of many aged materials, and in the present example, when selecting the creep rupture strength according to the usage history, the base metal or the welded part was selected, and the creep rupture strength corresponding to it was selected. It is designed to be selected.

【0032】図5に本発明の他の実施例のフローチャー
トを示す。この実施例では応力解析に使用するデータも
使用履歴に適応したものを使用する。すなわち、応力緩
和特性、縦弾性係数及び応力−ひずみ線図の高温使用に
よる変化をデータベース5aとして用意しておき、運転
パターンに沿って時系列順に使用履歴を計算し(ステッ
プ4)、使用履歴にあった材料物性値(応力緩和特性、
縦弾性係数、応力−ひずみ線図及び母材及び溶接部のク
リープ破断特性)を選択し(ステップ6a)、応力解析
(ステップ2a)及び寿命評価(ステップ7)を繰り返
して最終的に寿命を総和する(ステップ8)。本実施例
では応力解析を各材料物性値ごとに実施するため、評価
に多大の時間を要するが、より厳密な評価が可能とな
る。
FIG. 5 shows a flowchart of another embodiment of the present invention. In this embodiment, the data used for the stress analysis is also adapted to the usage history. That is, the stress relaxation characteristics, the longitudinal elastic modulus, and changes in the stress-strain diagram due to high temperature use are prepared as a database 5a, and the usage history is calculated in chronological order according to the operation pattern (step 4), and the usage history is recorded. The physical properties of the material (stress relaxation characteristics,
Longitudinal elastic modulus, stress-strain diagram and creep rupture characteristics of base material and weld zone) are selected (step 6a), stress analysis (step 2a) and life evaluation (step 7) are repeated, and finally the life is summed. (Step 8). In this embodiment, since stress analysis is carried out for each physical property value of the material, it takes a lot of time for evaluation, but more strict evaluation is possible.

【0033】本発明によれば、高温の長時間加熱による
材質劣化を考慮した寿命評価が可能となる。従来方法で
は材質劣化を考慮していないため非安全側の評価になっ
ており、予想外に損傷が進行して予期せぬ破損に到る可
能性があったのに対し、本実施例では高精度の評価にな
り、破損時期が的確に把握できるため計画的な保守管理
が可能となり、その工業的価値は非常に大きい。
According to the present invention, it is possible to evaluate the service life in consideration of the deterioration of the material due to the high temperature heating for a long time. Since the conventional method does not consider material deterioration, it is evaluated on the unsafe side, and there is a possibility that damage may progress unexpectedly and may lead to unexpected damage. It is an evaluation of accuracy, and since the time of damage can be accurately grasped, planned maintenance management is possible, and its industrial value is extremely large.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、高温で使用される部位
の運転履歴に基づく使用履歴を計算し、使用履歴に対応
して予め決めてある材料物性値により寿命計算するた
め、材質劣化を考慮した安全側で高精度の寿命の評価が
可能となり、破損時期が的確に把握できるため計画的な
保守管理が可能となる効果がある。
According to the present invention, the use history is calculated based on the operation history of the part used at high temperature, and the life is calculated based on the material physical property value determined in advance corresponding to the use history. Considering the safety side, it is possible to evaluate the service life with high accuracy, and it is possible to accurately understand the time of damage, which has the effect of enabling planned maintenance management.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すフローチャートであ
る。
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1の評価部位であるボイラの主蒸気管Yピー
ス部を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a main steam pipe Y-piece portion of a boiler, which is an evaluation part of FIG.

【図3】図1の応力解析に用いた評価部位の有限要素分
割を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing finite element division of an evaluation site used in the stress analysis of FIG.

【図4】2.25Cr−1Mo鋼の使用履歴別クリープ
破断データを示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing creep rupture data according to usage history of 2.25Cr-1Mo steel.

【図5】本発明の他の実施例を示すフローチャートであ
る。
FIG. 5 is a flowchart showing another embodiment of the present invention.

【図6】従来の技術を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a conventional technique.

【図7】応力緩和状態を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a stress relaxation state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 評価部位の選定ステップ 2 起動モード別の熱応力解析ステップ 3 起動モードの時系列的な並び換えステップ 4 ラーソン・ミラー・パラメータの計算ステップ 5 経年材のクリープ破断データベース 6 クリープ破断データの選択ステップ 7 i番目の起動モードでの寿命計算ステップ 8 寿命の総和 1 Selection step of evaluation site 2 Thermal stress analysis step by start mode 3 Time series rearrangement step of start mode 4 Larson-Miller parameter calculation step 5 Creep rupture database of aged material 6 Creep rupture data selection step 7 Life calculation step in i-th start mode 8 Sum of life

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高温で使用される部位を選定し、該部位
を少なくとも一つの運転履歴に応じて応力解析し寿命を
評価する高温耐圧部の寿命評価法において、前記寿命を
評価する時点までの前記部位のそれぞれの運転履歴に基
づき使用履歴を算出し、それぞれの使用履歴に対応して
予め決められている材料物性値を用い、前記部位をそれ
ぞれの運転履歴に沿い時系列順に応力解析しかつ寿命計
算してそれぞれの運転履歴の寿命を総和することを特徴
とする高温耐圧部の寿命評価法。
1. A method for evaluating the life of a high temperature pressure resistant part, wherein a part to be used at high temperature is selected, stress analysis is performed on the part according to at least one operation history, and the life is evaluated. A usage history is calculated based on the operation history of each of the parts, and a material property value determined in advance corresponding to each usage history is used, and stress analysis is performed on the parts in chronological order along each operation history and A life evaluation method for high temperature pressure resistant parts, characterized by calculating the life and summing the lifespan of each operation history.
【請求項2】 請求項1記載の高温耐圧部の寿命評価法
において、材料物性値は、クリープ破断特性であること
を特徴とする高温耐圧部の寿命評価法。
2. The method for evaluating the life of a high temperature withstand voltage part according to claim 1, wherein the material physical property value is a creep rupture property.
【請求項3】 請求項1記載の高温耐圧部の寿命評価法
において、材料物性値は、母材及び溶接部のクリープ破
断特性、応力緩和特性、縦弾性係数及び応力−ひずみ線
図であることを特徴とする高温耐圧部の寿命評価法。
3. In the method for evaluating the life of a high temperature pressure resistant part according to claim 1, the physical properties of the material are creep rupture characteristics, stress relaxation characteristics, longitudinal elastic modulus and stress-strain diagram of the base material and the welded part. A method for evaluating the life of a high temperature pressure resistant part, which is characterized by:
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