KR101633563B1

KR101633563B1 - 손상 평가 방법 및 유지 보수 평가 지표의 책정 방법

Info

Publication number: KR101633563B1
Application number: KR1020147005471A
Authority: KR
Inventors: 노부요시 고마이; 히로아키 후쿠시마; 유이치 히라카와; 히로유키 오오야마; 다케시 미야자와; 히로아키 요시다
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2016-06-24
Also published as: CN103765192B; IN2014CN01565A; US20150019142A1; JP5931381B2; US9689789B2; CN103765192A; WO2013038995A1; EP2757362A4; EP2757362A1; JP2013061222A; KR20140043160A; EP2757362B1

Abstract

특정한 물리량의 대상 부위에 있어서의 제1회째의 측정값을 손상 평가 지표에 대응시켜, 제1회째의 측정값에 대응하는 손상도를 산출한다. 제1회째의 측정 개소에 대응하는 개소에 있어서의 특정한 물리량을, 제1회째의 측정과는 사용 경과 시간이 상이한 다른 시기에 있어서, 적어도 1회 측정하고, 이 제2회째 이후의 측정값과 제2회째 이후의 측정 시에 대응하는 시간 변화에 기초하여 산출된 손상도를 대응시킨다. 제1회째와 제2회째 이후의 측정값과, 제1회째와 제2회째 이후의 측정값에 대응하는 손상도의 관계에 기초하여, 새로운 손상 평가 지표를 근사적으로 산출한다.

Description

손상 평가 방법 및 유지 보수 평가 지표의 책정 방법{DAMAGE EVALUATION METHOD AND MAINTENANCE EVALUATION INDEX POLICY}

본 발명은, 특정한 사용 환경에 있어서의 구조 부재에 발생하는, 크리프를 비롯한 손상을, 보다 높은 정밀도로 평가 가능한 손상 평가 방법 및 그 손상 평가 방법을 이용한 유지 보수 평가 지표의 책정 방법에 관한 것이다.

본원은, 2011년 9월 13일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-199342호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

일반적으로, 예를 들어 화력 발전 플랜트의 배관이나 터빈 등의 구조 부재는, 고온 환경하(최고 약 600℃)에서 사용되고, 응력이 작용하고 있으므로, 장기 운전에 수반하여, 구조 부재의 대상 부위에는, 크리프 손상을 비롯한 각종 열화를 피할 수 없다. 특히, 크리프 손상이 진행되면, 금속 부재의 결정립계에 크리프 보이드나 미소 균열이 생성되고, 최종적으로, 그들이 연결되어 균열이 발생하고, 파손에 이르는 경우가 있다.

따라서, 고온에서 사용되는 구조 부재의 신뢰성을 확보하여 발전 플랜트 등의 안정 운용을 위해, 대상 부위의 손상을 고정밀도로 평가하고, 정확한 수명을 구하여, 적절한 보수 관리를 행하는 것이 중요하다.

구조 부재의 대상 부위의 손상을 파악하는 방법으로서, 특정한 물리량에 착안하고, 평가하는 방법이 이용되고 있다. 그 평가 방법에서는, 미리 실험이나 시뮬레이션 등에서 손상도와 특정한 물리량의 관계를 구하고, 손상도를 평가하기 위한 손상 평가 지표를 설정한다. 그리고, 이 손상 평가 지표와 대상 부위에 있어서의 특정한 물리량의 측정값을 대응시킴으로써, 손상도를 평가한다.

특허문헌 1에서는, 특정한 물리량으로서 크리프 보이드의 개수 밀도의 시간적인 변화율을 측정하고, 시간적인 크리프 보이드 개수 밀도 변화율과 손상 평가 지표를 대응시켜 손상도를 평가하고 있다.

특허문헌 2에서는, 특정한 물리량으로서 크리프 보이드의 결정립계 점유율의 최대값을 측정하고, 크리프 보이드의 결정립계 점유율의 최대값과 손상 평가 지표를 대응시켜, 손상도를 평가하고 있다.

일본 특허 출원 공개 제2004-85347호 공보 WO 02/014835호

전술한 손상도의 평가 방법에서는, 미리 실험이나 시뮬레이션 등에서 구한 손상 평가 지표를 사용하여 평가를 행하고 있다. 그러나, 구조 부재가 실제로 사용되는 상황에 따라서는, 형상 불연속부에서의 응력 집중에 의해 국소적으로 높은 응력이 작용하거나, 복잡한 응력장이 형성되므로, 실험이나 시뮬레이션에서 상정한 사용 조건과 달라져 버리는 경우도 있다.

그로 인해, 실제로 사용되고 있는 구조 부재의 대상 부위에서 측정된 특정한 물리량과 손상도의 관계가, 미리 작성한 손상 평가 지표에 대해 크게 괴리하는 경우가 있다. 그 결과, 상술한 방법에 의해 구해진 손상의 예측에는 오차를 피할 수 없으므로, 플랜트나 산업 기기 등의 유지 보수 시에는, 손상의 예측 오차를 고려하여 과잉의 유지 보수가 행해지고 있다. 이와 같이, 오차의 분까지 포함하여 크게 손상을 짐작하지 않을 수 없으므로, 유지 보수에 필요한 비용이 증가하는 과제가 있다.

따라서, 손상의 예측에 있어서의 오차를 작게 하여, 최적의 시기에 필요 최소한의 검사와 유지 보수를 행함으로써, 보수 관리에 필요로 하는 비용을 저감하는 것이 요청되고 있다.

본 발명은, 특정한 사용 환경에 있어서의 구조 부재에 발생하는, 크리프를 비롯한 손상을, 보다 높은 정밀도로 평가 가능하게 하는 손상 평가 방법 및 그 손상 평가 방법을 이용한 유지 보수 평가 지표의 책정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 손상 평가 방법의 제1 실시 형태는, 구조 부재에 있어서 경시 변화하는 대상 부위의 손상도를 평가하는 손상 평가 방법이며, 특정한 물리량의 상기 대상 부위에 있어서의 제1회째의 측정값을, 상기 특정한 물리량과 시간 변화에 기초하여 발생하는 손상도의 관계를 나타낸 손상 평가 지표에 대응시켜, 상기 제1회째의 측정값에 대응하는 손상도를 산출하는 제1 공정과, 상기 제1회째의 측정 개소에 대응하는 개소에 있어서의 상기 특정한 물리량을, 제1회째의 측정과는 사용 경과 시간이 상이한 다른 시기에 있어서, 적어도 1회 측정하고, 이 제2회째 이후의 측정값과, 상기 제2회째 이후의 측정 시에 대응하는 시간 변화에 기초하여 산출된 손상도를 대응시키는 제2 공정과, 상기 제1회째와 상기 제2회째 이후의 측정값과, 상기 제1회째와 상기 제2회째 이후의 측정값에 대응하는 손상도의 관계에 기초하여, 새로운 손상 평가 지표를 근사적으로 산출하는 제3 공정을 구비한다.

본 발명에 따르면, 특정한 물리량의 대상 부위에 있어서의 제1회째의 측정값을, 특정한 물리량과 시간 변화에 기초하여 발생하는 손상도의 관계를 나타낸 손상 평가 지표에 대응시켜, 제1회째의 측정값에 대응하는 손상도를 산출한다. 다음으로, 제1회째의 측정과는 사용 경과 시간이 상이한 다른 시기에 있어서, 적어도 1회 특정한 물리량을 측정하여, 이 제2회째 이후의 측정값과, 각 측정의 측정 시에 대응하는 시간 변화에 기초하여 산출된 손상도를 대응시킨다. 다음으로, 제1회째와 제2회째 이후의 측정값과 손상도의 관계에 기초하여, 새로운 손상 평가 지표를 근사적으로 산출한다. 이 새롭게 얻어진 손상 평가 지표에 기초하여, 특정한 물리량의 측정값으로부터, 손상도를 평가한다.

이 손상 평가 지표에서는, 무차원화된 손상도를 사용하고 있으므로, 상이한 부위의 제1회째와 제2회째 이후의 측정값에 대해, 손상도로 나타내어진 동일한 지표하에서 비교할 수 있다. 손상 평가 지표에는, 예를 들어 특정한 물리량과 손상도의 대응을 나타낸 평가 곡선, 수치 테이블, 수치 데이터를 전자적으로 기록한 매체 등을 들 수 있다.

새롭게 산출된 손상 평가 지표는, 실제의 사용 환경하에 있어서의 작용 응력의 상태, 사용 온도에 놓여진 대상 부위의 시간 변화에 수반하여 변화하는 특정한 물리량의 측정값에 기초하여 근사적으로 작성되어 있다. 그로 인해, 실험이나 시뮬레이션에서 결정된 초기의 손상 평가 지표에 비해, 손상 평가 지표의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이 새롭게 작성된 손상 평가 지표에 기초하여, 특정한 물리량의 측정값으로부터 손상도를 평가하고, 구조물의 대상 부위의 손상도를 높은 정밀도로 평가하는 것이 가능하다.

본 발명의 손상 평가 방법의 제2 실시 형태는, 제1 실시 형태에 있어서, 상기 새로운 손상 평가 지표에 기초하여, 상기 제1 공정, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정을 반복한다.

제1 공정, 제2 공정, 제3 공정을 반복함으로써, 손상 평가 지표와, 특정한 물리량의 측정값과 손상도의 대응과의 괴리가 작아진다. 이 새로운 손상 평가 지표에 기초하여, 특정한 물리량의 측정값으로부터 손상도를 평가하고, 손상도를 보다 높은 정밀도로 평가할 수 있다.

본 발명의 손상 평가 방법의 제3 실시 형태는, 제1 또는 제2 실시 형태에 있어서, 상기 손상 평가 지표로서, 손상 평가 곡선을 사용한다.

손상 평가 곡선은, 특정한 물리량과 손상도의 관계를 나타내는 곡선이며, 특정한 물리량과 손상도의 관계를 연속적으로 나타낸 것이다. 손상 평가 곡선은, 경시 변화하는 특정한 물리량과 손상도를 연속적으로 나타내고 있으므로, 특정한 물리량과 손상도의 관계를 시각적으로 이해하기 쉽다.

또한, 손상 평가 곡선을 사용함으로써, 측정한 특정한 물리량을 사용하여 용이하게 손상도를 평가하는 것이 가능하다.

본 발명의 손상 평가 방법의 제4 실시 형태는, 제1 내지 제3 실시 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 손상도는, 크리프 손상율이다.

크리프 손상율은, 고온 환경하에서 사용되는 구조 부재의 크리프에 의한 손상의 정도를 나타내는 것이다. 손상도를 크리프 손상율로 함으로써, 측정한 특정한 물리량으로부터, 용이하게 크리프 손상율을 파악하는 것이 가능해진다.

본 발명의 손상 평가 방법의 제5 실시 형태는, 제4 실시 형태에 있어서, 상기 특정한 물리량은, 크리프 보이드의 개수 밀도이다. 즉, 단위 면적당 크리프 보이드의 개수이다.

특정한 물리량을 크리프 보이드의 개수 밀도로 함으로써, 물리량을 용이하게 측정할 수 있고, 크리프 손상율을 효율적으로 평가 가능해진다.

본 발명의 손상 평가 방법의 제6 실시 형태는, 제1 내지 제5 실시 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 구조 부재는, 내열강으로 형성된 구조 부재이다.

내열강은, 예를 들어 화력 발전용 보일러의 배관과 같은 고온·고압 환경에서 사용되는 구조 부재로서 사용된다. 이들에 적용함으로써, 사용 환경이 엄격하고, 평가가 어려운 내열강의 손상도가 높은 정밀도로 평가 가능해진다.

본 발명의 손상 평가 방법의 제7 실시 형태는, 제6 실시 형태에 있어서, 상기 대상 부위는, 상기 내열강으로 형성된 구조 부재의 용접 열 영향부이다.

내열강의 용접 열 영향부는, 용접 시의 입열의 영향에 의해, 역변태에 의한 조직 변화나 조직의 회복이 발생하고, 열 영향을 받기 전과는 다른 금속 조직으로 되어 있다. 그로 인해, 용접 시의 열의 영향을 받고 있지 않은 개소에 비해, 크리프 강도가 약해지고, 크리프 변형이 집중하여 다축도가 증가하여 크리프 보이드가 발생하기 쉽다. 이로 인해, 크리프 손상이 다른 것보다도 현저하게 발생하기 쉽다. 특정한 물리량의 측정 개소를 내열강의 용접 열 영향부로 함으로써, 측정된 특정한 물리량으로부터, 내열강의 용접 열 영향부의 손상이 높은 정밀도로 평가 가능해진다.

본 발명의 유지 보수 평가 지표의 책정 방법의 실시 형태는, 본 발명의 손상 평가 방법의 제1 내지 제7 실시 형태 중 어느 하나를 이용하여 책정된다.

유지 보수 평가 지표라 함은, 구조 부재의 대상 부위의 특정한 물리량과 손상도의 대응을 나타내고, 유지 보수 시에 있어서의 구조 부재의 대상 부위의 손상도를 평가하기 위해 사용하는 평가 지표를 말한다.

유지 보수 평가 지표는 다음과 같이 하여 책정된다. 제1회째의 특정한 물리량의 측정값과, 특정한 물리량과 시간 변화에 기초하여 발생하는 손상도의 관계를 나타낸 손상 평가 지표를 사용하여, 제1회째의 측정값에 대응하는 손상도를 산출한다. 다음으로, 제1회째의 측정과는 사용 경과 시간이 상이한 다른 시기에 있어서, 특정한 물리량을 적어도 1회 측정하고, 이 제2회째 이후의 측정값과, 그 측정 시의 시간 변화에 기초하여 산출된 손상도를 대응시킨다. 다음으로, 제1회째와 제2회째 이후의 측정값과 손상율의 관계에 기초하여, 새로운 손상 평가 지표를 근사적으로 산출한다.

이와 같이 하여 얻어진 새로운 손상 평가 지표를 얻음으로써, 보다 높은 정밀도로 유지 보수에 적용 가능한 유지 보수 평가 지표를 책정할 수 있다. 이 유지 보수 평가 지표에 따르면, 여러 가지 상황에 따라, 특정한 물리량의 측정값으로부터 손상도를 효율적이며 또한 용이하게, 높은 정밀도로 평가할 수 있다. 그 결과, 유지 보수를 적절하게 할 수 있다.

본 발명의 손상 평가 방법, 유지 보수 평가 지표의 책정 방법에 따르면, 특정한 사용 환경에 있어서의 구조 부재에 발생하는, 크리프를 비롯한 손상을, 보다 높은 정밀도로 평가할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 크리프 손상 평가 방법을 적용하는 보일러의 배관과 용접 열 영향부(대상 부위)의 개략을 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시 형태에 관한 크리프 손상 평가 방법의 수순의 개략을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 일 실시 형태에 관한 크리프 손상 평가 곡선을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 형태에 관한 크리프 손상 평가 방법의 제1 공정을 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시 형태에 관한 크리프 손상 평가 방법의 제2 공정을 설명하는 도면이다.
도 6은 일 실시 형태에 관한 크리프 손상 평가 방법의 제3 공정을 설명하는 도면이다.
도 7은 일 실시 형태에 관한 제1 공정, 제2 공정, 제3 공정의 반복에 의한 손상 평가 방법을 설명하는 도면이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시 형태에서는, 보일러 등의 고온 고압 환경에서 사용되는 내열강의 배관의 용접 열 영향부(대상 부위)에 손상 평가 방법을 적용하여, 크리프 손상의 정도를 평가하는 예를 나타내고 있다.

도 1에, 본 실시 형태의 손상 평가 방법이 평가의 대상으로 하는 보일러의 배관(1)을 나타낸다.

배관(1)의 내부에는, 도 1의 화살표로 나타내는 방향으로 고온 증기가 흐르고 있다. 배관(1)의 용접 조인트부(10)는, 내열강으로 형성된 굴곡부(20)와 직선부(30)가 용접에 의해 접합된 조인트부이다.

용접 조인트부(10)에서는, 크리프 손상율의 평가를 위해, 용접 조인트부(10)에 인접한 용접 열 영향부(11)(대상 부위)로부터 크리프 보이드의 개수 밀도가 측정된다. 크리프 보이드의 개수 밀도는, 예를 들어 레플리카법을 이용하여 크리프 보이드를 관찰하고, 소정의 면적당 크리프 보이드의 개수로서 구해진다. 레플리카법은, 용접 열 영향부(11)의 표면에 소정의 처리를 실시하여 금속 조직을 현출시키고, 이 금속 조직의 요철을 필름에 전사하여, 이 전사한 요철을 광학 현미경이나 주사형 전자 현미경 등을 사용하여 조직 관찰하는 방법이다.

이 실시 형태의 예는, 용접 조인트부(10)에 설치된 용접 열 영향부(11)에서 측정되는 크리프 보이드의 개수 밀도로부터 크리프 손상율을 평가한다.

크리프 손상율은, 다음의 계산식으로 구해진다.

크리프 손상율＝(사용 경과 시간)/{(사용 경과 시간)＋(구조 부재의 남은 수명)}

사용 경과 시간이라 함은, 구조 부재가 특정한 사용 환경에서 사용된 합계 시간을 의미한다. 구조 부재의 남은 수명이라 함은, 특정한 환경하에서 사용되고 있는 구조 부재가, 파괴에 이르기까지의 잔존 시간을 의미한다. 사용 경과 시간과 구조 부재의 남은 수명의 합은, 구조 부재가 특정한 사용 환경에서 사용되고 나서 파괴에 이르기까지 필요로 하는 시간이며, 전체 수명이라고 칭해진다.

배관이나 구조 부재의 사용 온도나 작용 응력에 의해 사용되는 내열강은, 적절히 선택된다. 대표적인 사용 재료로서, 2Cr 강이나 고강도 페라이트 강으로서 알려져 있는 9Cr 강 및 12Cr 강이 있다. 보다 내식성이나 크리프 강도가 요구되는 부위에서는, 다른 페라이트계 강이나 오스테나이트계 강, Fe기 합금, Ni기 합금 등이 사용되는 경우도 있다.

이하에, 본 실시 형태의 크리프 손상 평가 방법의 수순에 대해 설명한다.

본 실시 형태의 크리프 손상 평가 방법은, 도 2에서 나타내는 흐름도의 수순에 따라 행해진다. 즉, 크리프 보이드의 개수 밀도에 대응하는 손상율의 관계와 손상 평가 지표의 괴리를 작게 하여, 최적의 크리프 손상 평가 곡선을 얻는다. 그 최적의 크리프 손상 평가 곡선을 사용하여, 크리프 손상율이 파악된다.

크리프 손상 평가 곡선을 얻기 위한 수순은, 예를 들어, 제1 공정 S10, 제2 공정 S20, 제3 공정 S30 및 판정 공정 S40을 구비하고 있다. 판정 공정 S40에서는, 크리프 손상 평가 곡선의 타당성을 판정한다.

(제1 공정 S10)

제1 공정 S10은, 크리프 보이드의 개수 밀도로부터 크리프 손상율을 산출하는 공정이다. 그 산출 방법을 이하에 설명한다.

도 3은 고온 환경에서 사용되고 있는 내열강의 용접 열 영향부에 있어서의 크리프 보이드의 개수 밀도와 크리프 손상율의 관계를 나타낸 크리프 손상 평가 곡선(40)이다. 이 크리프 손상 평가 곡선(40)은, 예를 들어, 실험실에서의 실험이나 지금까지 축적된 데이터베이스의 데이터 등을 사용하여, 미리 작성해 둔다.

다음으로, 실제로 사용되고 있는 배관(1)의 용접 열 영향부(11)에 대해 크리프 보이드의 개수 밀도의 제1회째의 측정을 실시한다. 이때의 측정 개소는, 1개소 이상이면 된다.

상술한 제1회째의 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값을, 도 3의 크리프 손상 평가 곡선(40)에 대응시켜, 크리프 손상율을 구한다.

구체적으로는, 제1회째의 크리프 보이드의 측정 개소가 3개소인 경우에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 측정 개소에 있어서의 측정값 D1-1, D2-1, D3-1을 플롯하여, 크리프 손상 평가 곡선(40)의 D1-1, D2-1, D3-1에 대응하는 크리프 손상율 R1-1, R2-1, R3-1을 산출한다. 그리고, 크리프 손상율과 사용 경과 시간을 사용하여, 각 측정 개소에 있어서의 용접 열 영향부(11)의 전체 수명을 각각 산출한다.

(제2 공정 S20)

제2 공정 S20은, 제2회째 이후의 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값과 크리프 손상율을 대응시키는 공정이다.

배관(1)의 용접 열 영향부(11)에 대해, 제1회째의 측정과는 사용 경과 시간이 상이한 다른 시기에 있어서, 제2회째 이후의 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정을 적어도 1회 행한다. 이때의 측정 개소는, 제1회째의 측정 개소에 대응하는 개소이다.

제1회째의 측정한 개소에 대응하는 개소라 함은, 예를 들어, 제1회째와 동일한 개소나 손상도가 제1회째의 측정 개소와 동일한 개소를 말한다.

본 실시 형태에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제2회째의 측정에 있어서의 사용 경과 시간과 크리프 보이드의 개수 밀도와 제1 공정에서 산출한 전체 수명을 사용하여, 각 측정점에 있어서의 크리프 손상율을 산출한다.

그리고, 제2회째에 측정된 크리프 보이드의 개수 밀도(D1-2, D2-2, D3-2)와, 상술한 제2회째 이후의 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값으로부터 산출한 크리프 손상율(R1-2, R2-2, R3-2)을 도 5에서 나타내는 바와 같이 대응시킨다.

도 5는 제1회째의 측정과 마찬가지로 하여 제2회째의 측정을 3개소 행하고, 3개소의 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값과 크리프 손상율을 1회 대응시킨 경우를 나타낸다. 제2 공정에 있어서, 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정은, 적어도 1회 행하는 것으로 하고, 제3회째 이후의 측정을 행해도 된다.

(제3 공정 S30)

제3 공정 S30은, 새로운 크리프 손상 평가 곡선을 산출하는 공정이다.

제1회째와 제2회째 이후의 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값과, 이들 측정값에 대응하는 크리프 손상율의 관계에 기초하여, 새로운 크리프 손상 평가 곡선(50)을, 도 6에서 나타내는 바와 같이, 근사적으로 산출한다.

측정 데이터에 기초하여, 새로운 크리프 손상 평가 곡선(50)을 근사적으로 산출하기 위해서는, 예를 들어 회귀 분석을 이용하면 된다. 구체적으로는, 대수 근사, 다항식 근사, 최소 2승법 등에 의한 근사를 적용하면 된다.

도 6에 있어서, 크리프 손상 평가 곡선(50)에는, 제1회째와 제2회째의 크리프 보이드의 개수 밀도가 나타내어져 있다. 손상 평가 곡선(50)과 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값에는 약간의 괴리가 인정된다.

(판정 공정 S40)

판정 공정 S40은, 제3 공정 S30에서 얻어진 새로운 크리프 손상 평가 곡선(50)이 타당한지 여부를 판정하는 공정이다.

예를 들어, 새로운 크리프 손상 평가 곡선(50)과, 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값과 크리프 손상율의 관계가, 소정의 범위 밖으로 된 경우에는, 새로운 크리프 손상 평가 곡선(50)을 사용하여, 제1 공정, 제2 공정, 제3 공정을 더 행하는 것이 바람직하다. 얻어진 크리프 손상 평가 곡선과, 제1회째와 제2회째의 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값과 크리프 손상율의 관계가, 소정의 목적의 범위 내로 될 때까지 반복한다. 그리고, 도 7에서 나타내는 바와 같은, 측정값과의 괴리가 작은 크리프 손상 평가 곡선(60)을 얻는다[도 7에서는, 제1 공정, 제2 공정, 제3 공정을 N회 반복한 후의 크리프 손상 평가 곡선(60)을 나타내고 있음.].

이 예에서는, 제1회째와 제2회째의 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값과 크리프 손상율의 관계가 잘 일치하고 있다.

새로운 크리프 손상 평가 곡선과, 제1회째와 제2회째의 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값과 크리프 손상율의 관계가, 소정의 범위 내로 된 경우에는, 최적의 손상 평가 곡선이 얻어졌다고 평가된다.

크리프 손상 평가 곡선이 타당한지 여부의 판단에서는, 예를 들어, 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값으로부터 산출한 크리프 손상율과 크리프 손상 평가 곡선의 손상율의 차가 소정의 비율(예를 들어 5％)보다도 작으면 최적이라고 판단한다. 크리프 손상 평가 곡선이 타당한지 여부의 판단은, 구조 부재의 용접 열 영향부(대상 부위)의 과거의 데이터베이스나 안전율 등으로부터 종합적으로 판단되는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 크리프 손상 평가 방법에 따르면, 제1 공정 S10, 제2 공정 S20, 제3 공정 S30을 거쳐, 정밀도가 높은 새로운 크리프 손상 평가 곡선이 얻어진다. 크리프 손상 평가 곡선에서는, 무차원화된 크리프 손상율을 사용하고 있으므로, 다른 부위의 제1회째와 제2회째 이후의 측정값에 대해, 손상도로 나타내어진 동일 지표하에서 비교할 수 있다.

판정 공정 S40에 의해 크리프 손상 평가 곡선이, 타당한지 여부를 판정할 수 있다. 크리프 손상 평가 곡선이 타당하다고 판정된 경우에는, 그 크리프 손상 평가 곡선을 최적의 크리프 손상 평가 곡선으로 한다.

크리프 손상 평가 곡선이 타당하지 않다고 판정된 경우에는, 새롭게 얻어진 크리프 손상 평가 곡선에 기초하여, 제1 공정, 제2 공정, 제3 공정을, 새롭게 얻어진 크리프 손상 평가 곡선이 타당하다고 판정될 때까지 반복한다. 이에 의해, 최적의 크리프 손상 평가 곡선을 얻을 수 있고, 보다 정밀도를 높게 할 수 있다.

이와 같이 하여 얻어진 크리프 손상 평가 곡선에 기초하여, 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값으로부터, 크리프 손상율을 보다 높은 정밀도로 평가할 수 있다. 그 결과, 내열강의 용접 열 영향부와 같이 크리프 손상이 발생하기 쉬운 개소에 대해서도, 남은 수명을 정확하게 판단할 수 있다. 그 결과, 적절한 시기에 유지 보수를 행하고, 설비의 유지에 드는 비용을 낮게 억제할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 크리프 손상 평가 곡선을 사용하고 있으므로, 크리프 보이드의 개수 밀도와 크리프 손상율의 관계를 시각적으로 이해하기 쉽다. 이 크리프 손상 평가 곡선과 크리프 보이드의 개수 밀도의 측정값으로부터 용이하고 또한 효율적으로 크리프 손상율을 파악하는 것이 가능하다.

이상, 본 발명의 일 실시 형태인, 보일러 등의 배관의 용접 열 영향부의 크리프 손상 평가 방법에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 일은 없고, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

상기 실시 형태에서는, 크리프 손상율을 평가하는 방법에 대해 설명하였지만, 구조 부재의 피로, 마모 및 부식 등, 경시 변화에 의해 발생하는 구조 부재의 대상 부위의 손상도를 평가하는 경우에 적용해도 된다.

특정한 물리량으로서 크리프 보이드의 개수 밀도를 사용하였지만, 예를 들어, 대상 부위의 경도, 연신율, 결정립의 특정 개소에 있어서의 크리프 보이드의 개수나 변화율이나, 초음파 탐상 검사나 방사선 검사 등에서 검출 가능한 판 두께 내부의 결함 성상 등, 대상 부위의 손상도에 따라 경시 변화하는 특정한 물리량이면 다른 특정한 물리량을 측정하는 것으로 해도 된다.

상기 실시 형태에서는, 손상 평가 곡선을 사용하는 경우에 대해 설명하였지만, 평가 곡선에 한정하지 않고, 특정한 물리량과 손상도의 대응을 나타낸 수치 테이블이나 수치 데이터를 전자적으로 기록한 매체 등을 사용해도 된다.

상기한 실시 형태에서는, 배관(1)이 내열강으로 구성되어 있는 경우를 설명하였지만, 경시 변화에 따라 손상되는 대상 부위를 갖는 구조 부재이면, 어떠한 재료로 구성되어 있어도 된다.

상기한 실시 형태에서는, 크리프 보이드의 개수 밀도가 측정되는 개소를, 배관의 용접 열 영향부로 하였지만, 예를 들어 터빈의 날개 홈부나 전열관 및 배관의 모재부 등, 경시 변화에 따라 손상되는 개소를 측정하는 것으로 해도 된다.

상기 실시 형태에서는, 제1 공정에 있어서 용접 열 영향부(대상 부위)에 있어서의 전체 수명을 계산하였지만, 남은 수명을 계산해도 된다.

10 : 용접 조인트부
11 : 용접 열 영향부(대상 부위)
40, 50, 60 : 크리프 손상 평가 곡선(손상 평가 지표)

Claims

구조 부재에 있어서 경시 변화하는 대상 부위의 손상도를 평가하는 손상 평가 방법이며,
특정한 물리량의 상기 대상 부위의 1개소 이상의 측정 개소에 있어서의 제1회째의 측정값을, 상기 특정한 물리량과, 상기 구조 부재의 사용 경과 시간을 상기 구조 부재의 전체 수명으로 제산한 손상도의 관계를 나타내고 상기 특정한 물리량에 대응하는 상기 손상도를 나타내는 손상 평가 지표로서 미리 작성된 손상 평가 지표에 대응시켜, 상기 제1회째의 측정값에 대응하는 손상도를 산출하고, 산출된 손상도와 제1회째의 측정 시에 있어서의 사용 경과 시간에 기초하여 상기 구조 부재의 전체 수명을 산출하는 제1 공정과,
상기 제1회째의 측정 개소와 동일한 개소 또는 손상도가 상기 제1회째의 측정 개소와 동일한 개소에 있어서의 상기 특정한 물리량을, 구조 부재가 특정한 사용 환경에서 사용된 합계 시간인 사용 경과 시간이 제1회째의 측정과는 상이한 다른 시기에 있어서, 적어도 1회 측정하고, 이 제2회째 이후의 측정 시에 있어서의 상기 구조 부재의 사용 경과 시간을, 상기 제1 공정에서 산출한 전체 수명으로 제산하고, 상기 제2회째 이후의 측정 시에 있어서의 손상도를 산출하고, 이 제2회째 이후의 측정값과, 상기 제2회째 이후의 측정 시에 있어서의 상기 손상도를 대응시키는 제2 공정과,
상기 제1회째와 상기 제2회째 이후의 측정값과, 상기 제1회째와 상기 제2회째 이후의 측정값에 대응하는 손상도의 관계에 기초하여, 새로운 손상 평가 지표를 근사적으로 산출하는 제3 공정을 구비하는, 손상 평가 방법.
제1항에 있어서, 상기 새로운 손상 평가 지표에 기초하여,
상기 제1 공정, 상기 제2 공정, 상기 제3 공정을 반복하는, 손상 평가 방법.
제1항에 있어서, 상기 손상 평가 지표로서, 특정한 물리량과 손상도의 관계를 나타내는 곡선인 손상 평가 곡선을 사용하는, 손상 평가 방법.
제1항에 있어서, 상기 손상도는, 구조 부재의 크리프의 정도를 나타내는 크리프 손상율이고, 상기 구조 부재의 사용 경과 시간을 상기 구조 부재의 전체 수명으로 제산하여 산출되는, 손상 평가 방법.
제4항에 있어서, 상기 특정한 물리량은, 크리프 보이드의 개수 밀도인, 손상 평가 방법.
제1항에 있어서, 상기 구조 부재는, 내열강으로 형성된 구조 부재인, 손상 평가 방법.
제6항에 있어서, 상기 대상 부위는, 상기 내열강으로 형성된 구조 부재의 용접 열 영향부인, 손상 평가 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 손상 평가 방법을 이용하여, 구조 부재의 대상 부위의 특정한 물리량과 손상도의 대응을 나타내는 지표인 유지 보수 평가 지표를 책정하는, 유지 보수 평가 지표의 책정 방법.