【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小口径配管疲労強度評価システムに係り、特に、小口径配管の疲労強度の評価および疲労強度データの管理を的確に行ない、小口径配管のメンテナンスを効率良く実行するための手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】口径が２Ｂ程度以下の小口径配管は、発電プラント等の配管系等に多用されており、これらの小口径配管においては、溶接継手としてソケット型溶接継手が通常用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】既存の発電プラント内の主に中径／大径配管の疲労強度管理においては、供用期間中検査in-service inspection,ＩＳＩとしての溶接部非破壊検査や、内部流体による配管材料侵食／腐食監視としての配管肉厚測定等がシステム化され、実施されている。 発電プラント内の主に中径／大径配管の配管系は、高度の安全設計，製造技術，溶接技術，施工品質管理等により製造され管理されているので、疲労による損傷事例は、極めて少ない。 しかも、何らかの損傷が認められた場合は、直ちに新品と交換するようになっている。

【０００４】一方、小口径配管についても、高度の安全設計，製造技術，溶接技術，施工品質管理等により製造され管理されているが、供用期間中検査ＩＳＩとしての溶接部非破壊検査や、配管材料侵食／腐食監視としての配管肉厚測定等は、十分には実施されていない。 また、
何らかの損傷が認められた場合は、直ちに新品と交換すべきであるとも断定できない。 特に、小口径配管の損傷例の原因の頻度の高いと推定される疲労強度については、システム化された評価および管理手法が無かった。

【０００５】すなわち、以下のような問題があった。 小口径配管の疲労強度管理手段として、その最弱点部分であるソケット溶接部の高サイクル疲労および低サイクル疲労の両者を評価し、それらによるソケット溶接部の止端部等の外表面からの亀裂進展すなわつ外面亀裂進展およびソケット溶接部の内面不溶着部等の内面からの亀裂進展すなわち内面亀裂進展の両方を監視，評価し、小口径配管の疲労強度問題をすべて包括的に管理する小口径配管疲労強度評価システムが無かった。

【０００６】配管仕様データおよび非破壊検査と振動測定とにより得られる実測データに基づいて、応力解析，
振動解析，疲労解析，疲労評価等を一貫して実行できる小口径配管疲労強度評価システムが無かった。

【０００７】ソケット溶接部の非破壊検査対象箇所を選定し、疲労強度評価結果に基づき修理／取替／改造を指示し、次回の測定時期または評価終了を明示する判定機能が無く、これら検査対象箇所，評価結果，次回測定時期の情報を効率的に管理するデータベースも無かった。

【０００８】本発明の目的は、高サイクル疲労および低サイクル疲労の要因と外面亀裂進展および内面亀裂進展の要因とを組合わせ、小口径配管の疲労強度を包括的に監視／評価／管理できる小口径配管疲労強度評価システムを提供することである。

【０００９】本発明の他の目的は、配管仕様データおよび非破壊検査と振動測定とにより得られる実測データに基づいて、応力解析，振動解析，疲労解析，疲労評価等を一貫して実行できる小口径配管疲労強度評価システムを提供することである。

【００１０】本発明の別の目的は、ソケット溶接部の非破壊検査対象箇所を選定し、疲労強度評価結果に基づき修理／取替／改造を指示し、次回の測定時期または評価終了を明示する機能を備え、これら検査対象箇所，評価結果，次回測定時期の情報を効率的に管理するデータベースを有する小口径配管疲労強度評価システムを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、口径が２Ｂ程度以下の小口径配管のソケット型溶接継手部分の外面を非破壊検査する手段と、外面非破壊検査で得られる溶接継手部分の外面欠陥に基づいて配管外面の疲労強度を解析／評価し健全性を判定する手段と、配管のソケット型溶接継手部分の内面を非破壊検査する手段と、配管の振動を測定する手段と、内面非破壊検査で得られる溶接継手部分の内面欠陥および振動測定結果に基づいて配管内面の疲労強度を解析／評価し健全性を判定する手段と、判定の結果が不健全となった場合に必要な対策を表示する手段とからなる小口径配管疲労強度評価システムを提案するものである。

【００１２】今後の参考に供するためには、前記各非破壊検査結果と疲労強度解析／評価結果と配管健全性判定結果と必要な対策とを関連づけて格納するデータベースを備えることが望ましい。

【００１３】配管外面の疲労強度を解析／評価する手段は、高サイクル疲労と低サイクル疲労とを併せて解析評価する手段としてもよいし、溶接継手部分の外面欠陥と振動測定結果とに基づき、高サイクル疲労と低サイクル疲労とを分離して解析評価する手段とすることもできる。

【００１４】一方、配管内面の疲労強度を解析／評価する手段は、溶接継手部分の内面欠陥と振動測定結果とに基づき、高サイクル疲労と低サイクル疲労とを分離して解析評価する手段とする。

【００１５】いずれの場合も、前記表示手段には、各ソケット型溶接継手部分について次回測定時期を併せて表示することも可能である。

【００１６】

【作用】本発明において、配管応力解析手順は、配管仕様データと振動測定装置で得られた振動加速度または評価用想定加速度とに基づいて、応力を解析し、振動応力と公称応力（熱応力＋自重応力）とを算出する。

【００１７】疲労解析手順は、これらの振動応力，公称応力と配管仕様データと非破壊検査装置で得られた内面亀裂寸法また評価用想定亀裂寸法とにより、疲労を解析し、疲労強度減少係数および応力拡大係数変動幅を算出する。

【００１８】疲労評価手順は、疲労強度減少係数および応力拡大係数変動幅をそれぞれ疲労限界および亀裂進展限界と比較し、小口径配管の良否を判定する。

【００１９】データベースは、疲労強度評価対象箇所の配管仕様データ，実測データ，評価結果，対策の要否，
対策実施済／未済等の情報を蓄積する。

【００２０】したがって、本発明の小口径配管疲労強度評価システムは、応力解析手順と振動解析手順と疲労解析手順と疲労評価手順とデータベース構築手順とからなる一貫したシステムである。

【００２１】

【実施例】次に、図１ないし図７を参照して、本発明による小口径配管疲労強度評価システムの一実施例を説明する。

【００２２】図１は、本発明による小口径配管疲労強度評価システムの一実施例の装置構成を示すブロック図である。 本実施例の小口径配管疲労強度評価システムは、
ディスプレイ１と、キーボード等の入力装置２と、各種の解析および評価を行なう演算処理装置３と、解析および評価に必要なデータおよび／または処理手順を格納する記憶装置４とからなる。 演算処理装置３は、処理手順記憶部３ｂの処理手順を演算部３ａに逐次呼出して実行する。 演算処理装置３の入力部３ｃとデータ出力部３ｄ
と記憶データ呼出し部３ｅとは、入力装置２，ディスプレイ１，記憶装置４に対するインタフェイスとなっている。 演算処理装置３は、解析／評価に必要なデータを入力装置２または記憶装置４から取り込み、振動解析，疲労解析および評価を実行する。 演算処理装置３は、処理結果をディスプレイ１に表示させるとともに、記憶装置４に出力する。

【００２３】図２は、本発明による小口径配管疲労強度評価システムの評価体系の構成を示す系統図である。 この小口径配管疲労強度評価システムは、高サイクル疲労強度評価と低サイクル疲労強度評価、および外面亀裂進展と内面亀裂進展のすべてを考慮しており、小口径配管の疲労問題のすべてを包括している。

【００２４】高／低サイクルの要因と内／外面亀裂進展の要因とを組み合わせると、４種類の評価手順が考えられるが、外面の亀裂進展については、目視試験または浸透探傷試験による確認が比較的容易かつ確実なことから、実際には３つの評価手順で良い。 すなわち、本実施例は、高サイクル／低サイクルの外面亀裂進展の評価手順Ａ５と、高サイクルの内面亀裂進展の評価手順Ｂ６
と、低サイクルの内面亀裂進展の評価手順Ｃ７との３種類の評価手順を含んでいる。

【００２５】図３は、本発明による小口径配管疲労強度評価システムにおける実行手順を示すフローチャートである。 このフローチャートは、図２の基本概念に基づき、３つの評価手順がどのように実行されるかを示している。 まず、ステップ８において、対象範囲を選定し、
３つの評価手順Ａ，Ｂ，Ｃを実行する。 これら評価手順Ａ，Ｂ，Ｃの実行順序には特に制限は無く、また、必要に応じて、１種類か２種類の評価手順の実行で終了することもできる。

【００２６】ステップ８において、高サイクル／低サイクルの外面亀裂進展の評価手順Ａを選択すると、ステップ９において、溶接部の外面検査として浸透探傷試験すなわちpenetrant test,ＰＴや目視試験すなわちvisual
test,ＶＴを実行する。 外面の亀裂寸法(欠陥データ)を入力し、ステップ１３において、高サイクル／低サイクルの外面亀裂進展を評価し、小口径配管が健全か否かを判定する。 外面に欠陥が無く小口径配管が健全であれば、評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１
２に蓄積し、評価を終了する。 外面に欠陥が確認され小口径配管が健全でなければ、ステップ１４において、必要な対策をディスプレイ１によりオペレータに表示し、
評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に蓄積し、評価を終了する。

【００２７】ステップ８において、高サイクルの内面亀裂進展の評価手順Ｂを選択すると、ステップ１０において、溶接部の内面検査として放射線透過試験すなわちra
dio-graphic test,ＲＴや超音波探傷試験すなわちultra
sonic test,ＵＴを実行し、高サイクル要因による内面の亀裂寸法を欠陥データとして入力する。 一方、ステップ１１において、高サイクル要因による配管の振動を測定し、ステップ１５において、有限要素法解析プログラム等により、振動応力を求める。 ステップ１６において、前記欠陥データと振動応力とから、高サイクル要因による疲労を解析する。 ステップ１７において、疲労解析の結果に基づき、小口径配管が健全か否かを判定する。 内面に欠陥が無く、小口径配管が健全であれば、評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に蓄積し、評価を終了する。 内面に欠陥が確認され小口径配管が健全でなければ、ステップ１４において、必要な対策をディスプレイ１によりオペレータに表示し、評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に蓄積し、評価を終了する。

【００２８】ステップ８において、低サイクルの内面亀裂進展の評価手順Ｃを選択すると、ステップ１０において、溶接部の内面検査として放射線透過試験ＲＴや超音波探傷試験ＵＴを実行し、低サイクル要因による内面の亀裂寸法として欠陥データを入力する。 一方、ステップ１１において、低サイクル要因による配管の振動を測定し、ステップ１５において、有限要素法解析プログラム等により、熱応力と自重応力との和すなわち公称応力を求める。 ステップ１６において、欠陥データと公称応力とにより、低サイクル要因による疲労を解析する。 ステップ１７において、疲労解析の結果に基づき、小口径配管が健全か否かを判定する。 内面に欠陥が無く、小口径配管が健全であれば、評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に蓄積し、評価を終了する。 内面に欠陥が確認され小口径配管が健全でなければ、ステップ１４において、必要な対策をディスプレイ１によりオペレータに表示し、評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に蓄積し、評価を終了する。

【００２９】図４は、本発明による小口径配管疲労強度評価システムにおける高サイクルの外面亀裂進展と低サイクルの外面亀裂進展とを併せて評価する評価手順Ａを示すフローチャートである。 まず、ステップ８において、評価対象配管すなわち評価範囲を選定し、小口径配管疲労強度管理データベース１２に登録する。 ステップ９において、溶接部外面の非破壊検査すなわち浸透探傷試験ＰＴや目視試験ＶＴを実行する。 ステップ１３において、小口径配管の健全性を評価する。 ここで欠陥が無ければ、評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に登録して終了する。 一方、欠陥が確認されれば、ステップ１４において、必要な対策をディスプレイ１によりオペレータに指示し、評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に登録して終了する。

【００３０】図５は、本発明による小口径配管疲労強度評価システムにおける評価手順ＢおよびＣに共通な内面亀裂進展のデータ処理手順を示すフローチャートである。 ステップ１８において、配管仕様データ，亀裂寸法データ，振動測定データ等の評価データを入力する。 次に、ステップ１９において、応力解析，振動解析，疲労解析を実行する。 ステップ２０において、小口径配管の疲労強度評価手順を実行する。 疲労強度評価結果２１
は、ステップ２２において、他の疲労強度評価結果とまとめられ、疲労強度評価表となる。

【００３１】なお、データの入出力や応力解析，振動解析等の解析作業は、例えばエンジニアリングワークステーションで実行され、各種データおよび結果は、エンジニアリングワークステーションから、例えば大型計算機内に構築された小口径配管疲労強度管理データベース１
２に送られて登録される。

【００３２】図６は、本発明による小口径配管疲労強度評価システムにおける高サイクルの内面亀裂進展を評価する評価手順Ｂを示すフローチャートである。 ステップ８において、評価対象配管すなわち評価範囲を選定する。 ステップ１１において、配管系の振動を測定する。
ステップ２３において、設計用振動荷重を選定し、ステップ２４において、減衰定数を選定する。 ステップ２５
において、前記振動測定値と設計用振動荷重と減衰定数とにより振動応力を算出する。 また、ステップ１０において、溶接部内面の非破壊検査すなわち放射線透過試験ＲＴや超音波探傷試験ＵＴを実行する。 ステップ２６において、その欠陥データにより疲労強度減少係数を算定する。 ステップ１７において、算出された振動応力と算定された疲労強度減少係数とに基づき、小口径配管の健全性を評価する。 健全であれば、評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に登録して終了する。 一方、欠陥が確認されれば、ステップ１４において、必要な対策をディスプレイ１によりオペレータに指示し、評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に登録して終了する。

【００３３】図７は、本発明による小口径配管疲労強度評価システムにおける低サイクルの内面亀裂進展を評価する評価手順Ｃを示すフローチャートである。 ステップ８において、評価対象配管すなわち評価範囲を選定する。 次に、ステップ１０において、溶接部内面の非破壊検査すなわち放射線透過試験ＲＴや超音波探傷試験ＵＴ
を実行する。 ステップ２７において、その欠陥データにより応力拡大係数の変動幅を計算する。 ステップ２８において、配管系の熱応力と自重応力との和すなわち公称応力を算出する。 ステップ１７において、計算された応力拡大係数の変動幅と算出された公称応力とに基づき、
健全性を評価する。 健全であれば、評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に登録して終了する。
一方、欠陥が確認されれば、ステップ１４において、必要な対策をディスプレイ１によりオペレータに指示し、
評価結果を小口径配管疲労強度管理データベース１２に登録して終了する。

【００３４】なお、ここでは、評価手順をＡ→Ｂ→Ｃの順に実行する例を説明したが、必要に応じて、Ａ→Ｃ→
Ｂ，Ｂ→Ａ→Ｃ，Ａ→Ｂ，Ａ→Ｃ，Ｂ→Ａ，Ｃ→Ａ等の種々の順序で実行してもよいことは明らかであろう。

【００３５】また、外面亀裂進展については、図４の処理手順により、高サイクル疲労強度評価と低サイクル疲労強度評価とを併せて行なったが、内面亀裂進展の場合と同様に、高サイクル疲労強度評価と低サイクル疲労強度評価とを分けて行なうことも可能である。

【００３６】さらに、疲労強度評価結果に基づき修理／
取替／改造を指示しするほかに、次回の測定時期または評価終了を明示する機能を備えることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、高サイクル疲労および低サイクル疲労の要因と外面亀裂進展および内面亀裂進展の要因とを組み合わせ、小口径配管の疲労強度を包括的に監視／評価／管理できる。

【００３８】また、配管仕様データおよび非破壊検査と振動測定とにより得られる実測データに基づいて、応力解析，振動解析，疲労解析，疲労評価等を一貫して実行できるので、状況の把握や配管の取替え等の迅速かつ的確な対応が可能となる。

【００３９】さらに、ソケット溶接部の非破壊検査対象箇所を選定し、疲労強度評価結果に基づき修理／取替／
改造を指示し、次回の測定時期または評価終了を明示する機能を備え、これら検査対象箇所，評価結果，次回測定時期の情報を効率的に管理するデータベースを有することから、メンテナンス作業者の負担を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による小口径配管疲労強度評価システムの一実施例の装置構成を示すブロック図である。

【図２】本発明による小口径配管疲労強度評価システムの評価体系の構成を示す系統図である。

【図３】本発明による小口径配管疲労強度評価システムにおける実行手順を示すフローチャートである。

【図４】本発明による小口径配管疲労強度評価システムにおける高サイクル／低サイクルの外面亀裂進展を評価する評価手順Ａを示すフローチャートである。

【図５】本発明による小口径配管疲労強度評価システムにおける評価手順ＢおよびＣに共通な内面亀裂進展のデータ処理手順を示すフローチャートである。

【図６】本発明による小口径配管疲労強度評価システムにおける高サイクルの内面亀裂進展を評価する評価手順Ｂを示すフローチャートである。

【図７】本発明による小口径配管疲労強度評価システムにおける低サイクルの内面亀裂進展を評価する評価手順Ｃを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ ディスプレイ ２ 入力装置 ３ 演算処理装置 ３ａ 演算部 ３ｂ 処理手順記憶部 ３ｃ 入力部 ３ｄ データ出力部 ３ｅ 記憶データ呼出し部 ４ 記憶装置 ５ 高サイクル／低サイクルの外面亀裂進展評価手順Ａ ６ 高サイクルの内面亀裂進展評価手順Ｂ ７ 低サイクルの内面亀裂進展評価手順Ｃ ８ 対象範囲選定 ９ 溶接部表面検査 １０ 溶接部内面検査 １１ 配管振動測定 １２ 小口径配管疲労強度管理データベース １３ 評価手順Ａの評価 １４ 対策 １５ 有限要素法解析プログラム １６ 解析 １７ 評価手順Ｂ，Ｃの評価 １８ 評価データ １９ 配管応力解析および振動解析 ２０ 疲労解析／評価 ２１ 疲労強度評価結果 ２２ 疲労強度評価結果まとめ表作成 ２３ 設計用振動荷重選定 ２４ 減衰定数選定 ２５ 振動応力算出 ２６ 疲労強度減少係数算出 ２７ 応力拡大係数の変動幅計算 ２８ 公称応力の算出

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 彰 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 鈴木 栄二 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 菱沼 俊博 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内