JPH11142298A

JPH11142298A - ライフサイクルマネジメント型プラント保守支援システム

Info

Publication number: JPH11142298A
Application number: JP9302924A
Authority: JP
Inventors: Teruo Koyama; 輝夫小山; Motoroku Nakao; 元六仲尾; Junichi Saito; 順一斎藤; Teruaki Matsumoto; 曜明松本
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ボイラ等のプラントの使用期間全体を考慮し
たコスト演算を行い、コストミニマムとなるプラント構
成部位の最適取替時期を推論すること。【解決手段】プラントの構成部位の余寿命を診断して
構成部位の取替時期を決定するシステムにおいて、余寿
命診断装置とコスト演算装置と最適取替時期推論装置と
を備え、プラントの構成部位を取替単位に分割し、余寿
命診断装置で取替単位毎に耐用年数を診断し、各取替単
位の耐用年数を基に種々の取替スケジュールパターンを
決定し、コスト演算装置で取替スケジュールパターン毎
にコストを演算し、最適取替時期推論装置でコストミニ
マムになる取替スケジュールパターンを選定して出力
し、コスト演算ではコストを検査・保守費と取替費に分
けて算出し、近接する取替単位の同時取替の場合には取
替費のうち付帯工事のコストを共通としてコスト演算す
ること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電ボイラ等
のプラントの予防保全に関わり、特にプラントの使用年
数に対し、ライフサイクル的に構成部位の最適取替時期
を評価できるシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電用ボイラの耐圧部に使用される
材料の仕様は、使用する材料の許容応力を基準に決めら
れている。例えば、伝熱管の場合はその外径及び肉厚
は、平均径の式（使用圧力×平均径／２／肉厚）で求め
られる応力が伝熱管の使用温度での許容応力以下になる
ように設計されている。

【０００３】許容応力はクリープ破断強度が基準になっ
ており、ボイラの寿命は１０万時間が一つの目安となる
が、許容応力には安全率が見込まれているので、ボイラ
の実際の寿命としては３０年程度が妥当とされている。

【０００４】しかし、ボイラは溶接構造物であることか
ら部分取替が可能であり、新規プラントの建設よりは現
在あるプラントの補修または部分的取替により寿命を延
伸する方が経済的に有利であるという観点から、プラン
トとしての寿命を６０年程度まで延長するという考え方
が出始めてきている。

【０００５】部分取替を行う場合には、各部位に使用さ
れている材料の寿命を基準としており、一般的には各部
位毎に材料の余寿命診断を実施し、その部位が寿命に達
する直前に取替を行っている。

【０００６】ボイラに使用される材料は、高温での使用
時のクリープ損傷や、起動停止時の熱疲労損傷、あるい
は腐食や腐食疲労損傷等、種々の損傷を受ける。このた
め、各部位に対応した余寿命診断方法が開発され、実用
化されている。例えば、クリープ損傷が問題となる部位
に対しては材料の表面を研磨・エッチングして現出させ
た金属組織をレプリカ膜に写し取り、金属組織の状態で
損傷を評価するレプリカ法が一般的に使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように各部位毎に
余寿命を評価し、寿命に達する前に取替を実施する方法
が一般的に行われており、この場合、各部位単位の取替
コストがなるべく低くなるような配慮がなされている。
しかしながら、各部位の使用年数（建設あるいは取替か
らの年数）が増えると、余寿命には達していないが検査
項目が増加したり、詳細検査が必要になることや、実際
には、小不具合の発生や事故の可能性が高くなるため検
査・保守費が増加し、必ずしも各部位毎にその材料の寿
命時に取替を実施することが使用期間全体（ボイラのラ
イフサイクル）で考えた場合にはコストミニマムになる
とは限らない。

【０００８】特開平３−２４２５２９号公報に記載の
「保守支援評価装置」では、プラント構成機器の保守の
ために、保守に必要な特定パラメータを収集し、これを
基にライフサイクルを考慮した取替周期及び保守周期を
求めている。この公知例ではオンライン的に保守に必要
なデータが採取でき、しかも、取替費と保守費が同等で
ある比較的小さな機器（計装機器）を対象としているこ
とから、コストは各機器単体での評価であり、ライフサ
イクル的評価も各機器単体で行っている。

【０００９】これに対し、事業用ボイラでは管寄、コイ
ル、水壁等の比較的大きな部位を対象としており、取替
には大規模な工事を伴う。このようなプラントの評価で
は各部位の取替における相互効果を考慮しなければ、プ
ラント全体としてのコストミニマムとなるライフサイク
ル的評価にはならない。すなわち、取替時期が近い場合
には同時に取り替えることにより、コストを低く抑えら
れる可能性がある。

【００１０】例えば、ボイラは大型構造物であり、取替
時には大がかりな足場を架設する必要があり、足場を兼
用できる近接部位の場合には同時に取替えることにより
コストを低く抑えられる。

【００１１】このように各部位毎にその材料の寿命時に
取替を実施するより、材料の寿命に加えてプラントの使
用期間全体（ライフサイクル）を考えて取替える方が全
体のコストを低く抑えることができる。本発明の目的
は、ボイラ等のプラントにおいて、プラントの使用期間
全体を考慮したコスト演算を行い、特に部位の取替にお
ける相互作用を考慮しながらコストミニマムとなるプラ
ント構成部位の最適取替時期を推論するシステムを提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。

【００１３】プラントを構成する構成部位の余寿命を診
断して前記構成部位の取替時期を決定するプラント保守
支援システムにおいて、前記システムは、余寿命診断装
置とコスト演算装置と最適取替時期推論装置とを備え、
前記最適取替時期推論装置でプラントの前記構成部位を
取替単位に分割し、前記余寿命診断装置で前記取替単位
毎に耐用年数を診断し、プラントの使用年数に対して、
各取替単位の前記診断した耐用年数を基に前記最適取替
時期推論装置で種々の取替スケジュールパターンを決定
し、前記コスト演算装置で前記取替スケジュールパター
ン毎にコストを演算し、前記最適取替時期推論装置でコ
ストミニマムになる取替スケジュールパターンを選定し
て出力し、前記コスト演算ではコストを検査・保守費と
取替費に分けて算出し、近接する取替単位の同時取替の
場合には取替費のうち付帯工事のコストを共通としてコ
スト演算するライフサイクルマネジメント型プラント保
守支援システム。

【００１４】また、前記ライフサイクルマネジメント型
プラント保守支援システムにおいて、前記検査・保守費
を取替時からの年数の関数としてコスト演算すること。

【００１５】更に、前記ライフサイクルマネジメント型
プラント保守支援システムにおいて、前記検査・保守費
を検査・保守費＝基準費用×（（取替からの年数）／
（耐用年数））^aで表し、定数ａを２〜３とすること。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を用いて
以下に説明する。システム構成は、図１に示すように、
余寿命評価装置、コスト演算装置、最適取替時期推論装
置、余寿命評価とコスト演算のためのそれぞれのデータ
ベース、前記各装置とのデータの入出力を行うためのユ
ーザインタフェイス、およびＣＲＴを有している。

【００１７】図２に本発明による処理のフローを示す。
中心になるのは最適取替時期推論装置である。該装置に
おいては、まず、対象全体を取替部位単位に分割し、分
割した取替部位単位毎に、その耐用年数を余寿命評価装
置により、それぞれの余寿命診断方法で評価する。前記
の取替部位単位とは、例えば事業用ボイラの火炉におい
ては、火炉入口および出口管寄、火炉上部および下部水
壁、ドラム等であり、取替部位単位は任意に設定する。
余寿命評価装置では、前記により評価した全取替単位の
耐用年数を基準に、複数の取替スケジュールパターンを
決定し、コスト演算装置に出力する。該コスト演算装置
では、対象全体の使用期間中の総コストを取替スケジュ
ールパターン毎に演算する。

【００１８】前記総コストは使用年度毎の検査・保守費
及び取替費を累計したものとする。このうち、検査・保
守費は通常の検査に要する固定費と変動費を考慮し、変
動費は取替時からの年数の関数とする。また、取替費は
取替部位の製造費と取替作業に要する建設費とからなる
が、建設費は足場架設等付帯工事と据付費に分け、近接
した部位で同時取替を実施した場合には、足場仮設等の
付帯工事は共通コストとして算出する。このようにし
て、取替スケジュールパターン毎に行ったコスト演算結
果の中からコストミニマムになる取替スケジュールパタ
ーンを出力する。

【００１９】本発明により、図３に示す火力発電用ボイ
ラの二次過熱器１を対象に最適取替時期を推論した。対
象部位は入口管寄２、中間管寄３、出口管寄４、入口コ
イル５、中間コイル６及び出口コイル７の計６部位とし
た。本プラントは約２０年使用されており、この時点で
レプリカを採取し、余寿命評価装置でキャビディによる
余寿命診断を実施した結果、各部位の寿命（耐用年数）
は表１に示すようになった。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１には検査・保守費、製造・据付費およ
び付帯工事費を算出しており、本実施形態では検査・保
守費を従来の実績等から下記のように定義した。

【００２２】検査・保守費＝基準費用×（（取替からの
年数）／（耐用年数））²この中には検査時に派生する
修繕費、部分取替費、検査点数の増加分及び検査手段の
故障危険率を含んでいる。また、これら６つの部位は近
接していることから共通の足場が使用でき、二つ以上の
部位を同時に取替える場合には付帯工事にかかるコスト
を一つの部位に適用し、他の部位は付帯工事コストを差
し引くことになる。

【００２３】本プラントの使用年数を６０年とし、この
ようなデータを元に本システムで最適取替時期を推論し
た。図４は最適取替パターンをＣＲＴに表示したもので
あり、このような部位と年数のパターンで取替を実施す
ればコストミニマムになるという結果になった。

【００２４】また、本発明によれば、最適取替時期の外
に、図５に示すように各年度毎のコストも出力できる。
比較のために図６に示す耐用年数まで使用した場合の各
年度のコスト、及び図７に示す全コストの比較結果を示
す。

【００２５】図７に示すように本システムによる最適計
算では、全コストで約１割のコスト低減が図れることが
わかる。なお、図５〜図７についても、本発明のシステ
ムによれば出力できる。

【００２６】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。本システムでは種々の制約条件を入力できるよう
になっている。制約条件の例としては、以下のものがあ
る。

【００２７】（１）各年度のコストの最大値をある一定
値以内にする。（２）同部位の取替工事は一定年以上開ける。（３）各部位の共通付帯工事を特定する（Ａ部位とＢ部
位で共通付帯工事ができるかどうか）。

【００２８】このような制約条件付きの推論を行うこと
により、設備管理者の都合（予算、環境、社会的情勢
等）を考慮した最適取替時期が出力できる。

【００２９】以上説明したように、本発明は次のような
構成と機能を有するものを含むものである。

【００３０】本発明のシステム構成は、余寿命評価装
置、コスト演算装置、最適取替時期推論装置からなり、
余寿命評価とコスト演算のためのデータベースを有した
構成とする。

【００３１】まず、取替部位単位毎に部位を分割し、そ
れぞれの部位の耐用年数を余寿命評価装置で決定する。
取替部位単位とは、例えば事業用ボイラではコイル、管
寄、水壁、配管、ドラム等である。これらの余寿命診断
装置による耐用年数を基準に可能性のある取替スケジュ
ールパターンを決定し、コスト演算装置で使用期間中の
総コストを取替スケジュールパターン毎に演算する。

【００３２】総コストは、年度毎の検査・保守費及び取
替費を累計したものとする。取替費は製造費と建設費と
からなり、この内の建設費は足場架設等の付帯工事と据
付費に分け、同時取替を実施した場合に近接部位であれ
ば付帯工事は共通コストとする。

【００３３】また、検査・保守費は取替時からの年数の
関数とし、具体的には各部位で次式で与える。

【００３４】検査・保守費＝基準費用×（（取替からの
年数）／（耐用年数））^aａ＝２〜３このようなコスト
演算結果の中から最適取替時期推論装置でコストミニマ
ムになる取替スケジュールパターンを出力する。

【００３５】本発明では以下の２つの効果を考慮するこ
とにより、コストミニマムとなるライフサイクル的最適
取替時期の推論を可能にしている。

【００３６】第一に、同時取替における共通コストを考
慮したことである。取替には、対象とする部位を製作す
る製造費と、古くなった部位を撤去し、製作した新しい
部位を据付ける建設費とからなるが、建設費の中には足
場組立等の付帯工事があり、近接した部位を同時に取替
える場合にはこの付帯工事を共通コストとして計算す
る。

【００３７】第二に、検査保守コストの変動を考慮した
ことである。ボイラの場合、構成部品は非常に多いため
全数検査するのは希であり、ほとんどの場合、部分検査
である。検査部位は設計的に厳しい部位や過去の経験か
ら決められているが、設備が老朽化してくると詳細な検
査が必要となるため検査部位が増加したり、部位的に修
繕する箇所が多くなってくる。

【００３８】また、寿命を消費して運転中に故障する確
率が高くなり、故障した場合は運転を中止して復旧する
必要がある。そのコストは非常に大きく、とりあえず復
旧したとしても次の検査では取替までを考慮した対策が
必要になる。

【００３９】このように検査・保守費は製造あるいは取
替から年数によって変化し、寿命（耐用年数）に近づく
ほど増加するものである。そこで、検査・保守費を新設
または部位の取替時からの年数の関数とする。

【００４０】検査・保守費は対象部位が寿命に近づくと
上述したように加速度的に増加するものであり、具体的
には次式で表す。

【００４１】検査・保守費＝基準費用×（（取替からの
年数）／（耐用年数））^a定数ａは過去のデータから２
〜３に設定した。なお、基準費用はプラントや部位によ
って決められるものである。

【００４２】以上の効果を考慮せずにコスト計算を実施
すると、各部位の寿命まで使用し、寿命直前に取替える
ことがコストミニマムになるが、上記の効果が配慮され
ていないために実際のコストは異なってくる。これらの
効果を考慮することにより、実際にかかるコストに近い
評価が可能になる。

【００４３】

【発明の効果】本発明のシステムを用いることにより、
火力発電ボイラ等のプラントにおいて、各部位の寿命を
考慮した上でコストミニマムとなる取替スケジュールが
策定できる。

【００４４】したがって、プラントの予防保全の立場か
らは、信頼性を低下させずに最も効率的な部位の取替が
可能となり、その工業的価値は非常に大なるものがあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るライフサイクルマネジメント型プ
ラント保守支援システムの構成を示す図である。

【図２】ライフサイクルマネジメント型プラント保守支
援システムの処理フローを示す図である。

【図３】本発明の実施形態に使用する火力発電用ボイラ
の断面図である。

【図４】本発明の実施形態での最適取替スケジュールの
出力例である。

【図５】本発明の実施形態での各年度のコストを表すグ
ラフ出力例である。

【図６】耐用年数まで使用した場合の各年度のコストを
表すグラフ出力例である。

【図７】本発明の実施形態と耐用年数使用での取替例と
の総コスト比較を表すグラフ出力例である。

【符号の説明】

１二次過熱器２入口管寄３中間管寄４出口管寄５入口コイル６中間コイル７出口コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松本曜明広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントを構成する構成部位の余寿命を
診断して前記構成部位の取替時期を決定するプラント保
守支援システムにおいて、前記システムは、余寿命診断
装置とコスト演算装置と最適取替時期推論装置とを備
え、前記最適取替時期推論装置でプラントの前記構成部
位を取替単位に分割し、前記余寿命診断装置で前記取替
単位毎に耐用年数を診断し、プラントの使用年数に対し
て、各取替単位の前記診断した耐用年数を基に前記最適
取替時期推論装置で種々の取替スケジュールパターンを
決定し、前記コスト演算装置で前記取替スケジュールパ
ターン毎にコストを演算し、前記最適取替時期推論装置
でコストミニマムになる取替スケジュールパターンを選
定して出力し、前記コスト演算ではコストを検査・保守
費と取替費に分けて算出し、近接する取替単位の同時取
替の場合には取替費のうち付帯工事のコストを共通とし
てコスト演算することを特徴とするライフサイクルマネ
ジメント型プラント保守支援システム。
【請求項２】請求項１に記載のライフサイクルマネジ
メント型プラント保守支援システムにおいて、前記検査
・保守費を取替時からの年数の関数としてコスト演算す
ることを特徴とするライフサイクルマネジメント型プラ
ント保守支援システム。
【請求項３】請求項２に記載のライフサイクルマネジ
メント型プラント保守支援システムにおいて、前記検査
・保守費を検査・保守費＝基準費用×（（取替からの年
数）／（耐用年数））^aで表し、定数ａを２〜３とする
ことを特徴とするライフサイクルマネジメント型プラン
ト保守支援システム。