Method for diagnosing remaining life of high-temperature equipment
专利汇可以提供Method for diagnosing remaining life of high-temperature equipment专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE: To calculate the remaining life of a high-temperature equipment analytically, after making the current damage status of an existing high-temperature equipment to correspond to the damage variable of damage dynamics, by executing calculation with an obtained value as an initial value until the damage reaches a limit value.
CONSTITUTION: A surface replica is sampled from a target site of an already installed high-temperature equipment to determine the current amount of damage. Then, the actual damage (void density + amount of deformation of crystalline particle) obtained by non-destruction inspection is made to correspond to the damage variable defined by damage dynamics to obtain the damage variable at the time of non-destructive inspection. With the damage variable as the initial value of damage and future operating conditions as input data, creep damage analysis is performed by the finite-element analysis program incorporating the damage dynamics.
COPYRIGHT: (C)1994,JPO&Japio，下面是Method for diagnosing remaining life of high-temperature equipment专利的具体信息内容。
非破壊検査で得られた実損傷と損傷力学で定義される損傷変数とを対応付けて現在の損傷量を定量化し、定量化した損傷量と損傷力学における損傷変数とを同定し、同定した損傷を初期値としかつ将来の運転条件を入力データとして前記損傷力学を組入れた有限要素法解析プログラムによるクリープ損傷解析を実施することにより損傷量の発展を解析的に算出し、算出した損傷量が破断に対応する限界値に達するまでの時間を余寿命としてなる高温機器の余寿命診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は既設高温機器の余寿命診断方法に関し、火力発電プラント、化学プラント等の高温部材の余寿命評価に適用して老朽化部材の更新時機の判断に利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】従来の高温機器の余寿命診断方法の１つとしては、組織対応法がある。 これはレプリカ法等を用い、機器の現在の損傷状態（組織変化、たとえば炭化物の析出形態、量、ボイド発生量等）についての情報を入手し、この値と予め試験片ベースの実験で作成した寿命消費対組織変化のマスタカーブとを比較対応させることで現在の損傷量の同定を行うとともに余寿命の評価を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の組織対応法により、高温機器の現在の損傷量の定量化及び余寿命評価が可能である。 しかし、この余寿命評価はある試験条件で作成したマスタカーブを使用しているため、既設高温機器が今までと同じ運転条件で運転される場合には有効であるが、将来、その運転条件が変化した場合には、余寿命の評価は困難である。 その場合には、
その都度、運転条件に応じて変更した試験条件でマスタカーブを作成し直すことが必要となる。
【０００４】本発明は上記事情にかんがみてなされたもので、将来、運転条件が変更される場合でもこれに対応して解析的に余寿命の評価を行うことができる余寿命診断方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的に対し、本発明によれば、既設高温機器の余寿命診断方法において、非破壊検査で得られた実損傷と損傷力学で定義される損傷変数とを対応付けて現在の損傷量を定量化し、定量化した損傷量と損傷力学における損傷変数とを同定し、同定した損傷を初期値としかつ将来の運転条件を入力データとして前記損傷力学を組入れた有限要素法解析プログラムによるクリープ損傷解析を実施することにより損傷量の発展を解析的に算出し、算出した損傷量が破断に対応する限界値に達するまでの時間を余寿命としてなる高温機器の余寿命診断方法が提供される。
【０００６】
【作用】上記手段によれば、対象部位から採取した表面レプリカの損傷量を非破壊検査で測定し、この損傷量の損傷力学における損傷変数への同定を行なう。 そして、
同定した損傷を初期値とし、損傷力学を用いたクリープ式を組入れた有限要素法解析プログラムを用いて、将来のプラント運転条件に対してクリープ損傷解析を実施していくと、実損傷の変化が得られ、これが限界値に達した時の時間と非破壊検査時点との差が残存寿命となる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の余寿命診断方法による高温機器の解析的寿命診断のフローチャートを示したものであり、以下これをもとに余寿命診断の手順について説明する。
【０００８】まず、既設高温機器の対象部位から表面レプリカを採取し、現在の損傷量を定量化する。 詳しくは、表面レプリカのボイド密度及び結晶粒の変形量を非破壊検査にて測定する。
【０００９】次に、非破壊検査で得られた実損傷（ボイド密度＋結晶粒変形量）と損傷力学で定義される損傷変数ωとを対応させて非破壊検査時点の損傷変数ω ０を求める。
【００１０】損傷力学は材料の内部に損傷あるいは欠陥がある場合に、処女材よりも変形しやすい状態にあると考えるもので、クリープ変形に対し、以下の式で表現される。 通常のクリープ式
σ ；応力 Ａ，ｎ；材料定数
損傷力学を用いたクリープ式
ω ；損傷変数 Ｂ，ν；材料定数 ωは材料の損傷状態を表すパラメータであるが、実際の損傷（ボイド等）より直接求められるものではなく、クリープひずみ、クリープ破断時間をシミュレートできるように決められる。 したがって、ωと実際の損傷との対応は明確になっていない。 しかし、上記の損傷力学を用いたクリープ式を用いることにより、図２に示したように、微小き裂の損傷形態をとる三次クリープ域でのクリープ速度の加速を表現することができる。
【００１１】さて、非破壊検査による損傷量と損傷力学における損傷変数ωとの同定方法は以下のとおりである。 すなわち、 ω＝（無次元化ボイド密度）＋（無次元化した結晶粒の変化量） ここに、無次元化ボイド密度は測定したボイド密度をクリープ破断試験で得られた破断時のボイド密度で割った値、無次元化した結晶粒の変化量は結晶粒の最大直径の角度変化率である。
【００１２】図３及び図４に実損傷と損傷力学における損傷変数ωとの対応例を示す。 図３は２・1/4Ｃｒ−１
Ｍｏ鋼の母材について、温度６００℃、応力９０ＭＰａ
の条件下での対応関係を示しており、図４は２・1/4Ｃ
ｒ−１Ｍｏ鋼の熱影響部模擬材についての実損傷とωとの対応関係を示している。
【００１３】次に、先に求めた損傷変数ω ０を損傷の初期値ω initとし、将来の運転条件を入力データとする。
ここで、損傷力学を用いたクリープ式を組入れた有限要素法解析プログラムを用い、将来のプラントの運転条件に対してクリープ損傷解析を実施する。
【００１４】図５にＣｒＭｏＶ鋼の損傷力学による有限要素法クリープ損傷解析を実施した一例を示す。 損傷力学を用いたクリープ式の組入れ及び解析は、従来行われてきたクリープ解析と同様な方法にて容易に行われる。
【００１５】クリープ解析を続けていくと、時間に対するωの変化曲線を得ることができる。 このωの変化はそのまま実損傷の状態を表わしており、ωが限界値ω
cr （＝１）に達した時の時刻ｔ crと非破壊検査時点ｔ 0
との差が残存寿命となる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、既設高温機器の現在の損傷状態を損傷力学の損傷変数と対応付けした後、その値を初期値とし、損傷変数を組入れた有限要素法解析プログラムによる計算を損傷が限界値に達するまで実施することにより、如何なる将来のプラントの運転条件の変化にも対応して解析的に高温機器の余寿命を算出することができる。
【図１】本発明による余寿命診断方法の解析的寿命診断のフローチャートである。
【図２】通常のクリープ式及び損傷力学を用いたクリープ式によるクリープひずみの変化を実験結果とともに例示した図である。
【図３】ＣｒＭｏ鋼の母材における実損傷と損傷力学で定義される損傷変数との対応例を示す図である。
【図４】ＣｒＭｏ鋼の熱影響部模擬材における実損傷と損傷力学で定義される損傷変数との対応例を示す図である。
【図５】損傷力学による有限要素法解析例を示す図である。
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