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JP7623902B2 - Method and device for assessing remaining life of heat transfer tube - Google Patents

Method and device for assessing remaining life of heat transfer tube Download PDF

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JP7623902B2 JP2021107070A JP2021107070A JP7623902B2 JP 7623902 B2 JP7623902 B2 JP 7623902B2 JP 2021107070 A JP2021107070 A JP 2021107070A JP 2021107070 A JP2021107070 A JP 2021107070A JP 7623902 B2 JP7623902 B2 JP 7623902B2
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Description

本発明は、伝熱管の余寿命評価方法、及び伝熱管の余寿命評価装置に関する。詳しくは、伝熱管のクリープ余寿命を正確に予測することができる伝熱管の余寿命評価方法、及び伝熱管の余寿命評価装置に係るものである。 The present invention relates to a method and device for assessing the remaining life of a heat transfer tube. More specifically, the present invention relates to a method and device for assessing the remaining life of a heat transfer tube that can accurately predict the remaining creep life of the heat transfer tube.

従来より、火力発電設備において、動力用蒸気配管等の伝熱管には、低合金鋼や高クロム鋼等の耐食性、耐熱性に優れた金属材料が多用されている。そして、このような金属材料は、火力発電設備の運転中は、長時間に渡って高温、高圧下に置かれることから、徐々にクリープが進行し、クリープ寿命に達すると破断する。そこで、火力発電設備を安全かつ経済的に運転するために、クリープに対する余寿命を精度良く予測する技術が強く求められている。 Traditionally, in thermal power generation facilities, metal materials with excellent corrosion resistance and heat resistance, such as low alloy steel and high chromium steel, have been widely used for heat transfer tubes such as power steam piping. Furthermore, such metal materials are exposed to high temperatures and pressures for long periods of time during operation of the thermal power generation facility, so creep gradually progresses in these materials, and they break when their creep life is reached. Therefore, in order to operate thermal power generation facilities safely and economically, there is a strong demand for technology that can accurately predict the remaining life against creep.

このクリープに対する余寿命予測技術としては、例えば余寿命を予測する対象となる伝熱管を実機からその一部を切り出して所定のクリープ試験片に加工し、このクリープ試験片に対して、実験設備において温度、負荷応力を加速させた条件下で破断するまで試験することでクリープ損傷を評価する技術が知られている。 One known remaining life prediction technique for this creep is to cut out a portion of the heat transfer tube for which the remaining life is to be predicted from the actual equipment, process it into a specified creep test piece, and then test this creep test piece in an experimental facility under conditions of accelerated temperature and load stress until it breaks, thereby evaluating creep damage.

しかしながら、従来のように実機から採取した試験片を用いる方法においては、試験結果を得るのに数千時間を要するだけでなく、評価対象材が使用されてきた温度が不明な場合には、適切な温度で評価しないと信頼性のある余寿命を求めるのが難しいという課題がある。 However, the conventional method of using test specimens taken from actual equipment not only requires several thousand hours to obtain test results, but also has the problem that if the temperature at which the material being evaluated has been used is unknown, it is difficult to determine a reliable remaining life unless the evaluation is performed at an appropriate temperature.

即ち、伝熱管は使用時間の増大とともに、伝熱管の内面に水蒸気酸化スケールが成長することにより熱伝導特性が低下する結果、伝熱管の管壁温度が上昇することが知られており、この点を考慮した水蒸気酸化スケール厚さによる非破壊の予測方法に関する技術が公知となっている。 That is, it is known that as the time of use of a heat transfer tube increases, the thermal conductivity characteristics of the tube decrease due to the growth of steam oxide scale on the inner surface of the tube, resulting in an increase in the tube wall temperature. Technology is publicly known that takes this into account in relation to a non-destructive prediction method based on the thickness of steam oxide scale.

例えば特許文献1には、ガス下流側伝熱管のメタル温度を推定し、推定したメタル温度をガス上流側伝熱管の初期メタル温度として推定する。そして、推定した初期メタル温度、ガス上流側伝熱管の酸化スケールの実測厚さ、及び実測ボイラ運転時間に基づいて所定の関係式からガス上流側伝熱管の酸化スケールによるメタル温度上昇を求めたうえでガス上流側伝熱管のメタル温度を推定する。さらに、ガス上流側伝熱管のメタル温度、応力、及び実測ボイラ時間から、ガス上流側伝熱管のクリープ余寿命を推定している。 For example, in Patent Document 1, the metal temperature of the downstream gas heat transfer tube is estimated, and the estimated metal temperature is estimated as the initial metal temperature of the upstream gas heat transfer tube. Then, the metal temperature rise due to the oxide scale on the upstream gas heat transfer tube is calculated from a predetermined relational equation based on the estimated initial metal temperature, the measured thickness of the oxide scale on the upstream gas heat transfer tube, and the measured boiler operation time, and the metal temperature of the upstream gas heat transfer tube is estimated. Furthermore, the remaining creep life of the upstream gas heat transfer tube is estimated from the metal temperature, stress, and measured boiler operation time of the upstream gas heat transfer tube.

特開2011-64381号公報JP 2011-64381 A

しかしながら、前記した特許文献1に開示されているクリープ余寿命評価方法によれば、水蒸気酸化スケール厚さの成長を考慮し、熱負荷が高いガス上流側伝熱管のメタル温度を推定することによりクリープ余寿命を評価しているが、メタル温度を演算する過程において肉厚方向における温度勾配については全く考慮されていない。 However, according to the creep remaining life assessment method disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, the growth of steam oxide scale thickness is taken into account and the creep remaining life is assessed by estimating the metal temperature of the upstream gas heat transfer tube, which has a high thermal load, but the temperature gradient in the wall thickness direction is not taken into account at all in the process of calculating the metal temperature.

即ち、一般的に伝熱管外表面の温度は伝熱管内面の温度よりも高いため、伝熱管の内外面には温度勾配が生じる。そのため、より正確なクリープ余寿命の評価を行うには、伝熱管壁面の肉厚中央部の温度に基づいて演算する必要がある。但し、伝熱管の肉厚中央部の温度を演算するには、伝熱管を通過する熱流速の情報が必要となる。この点、特許文献1においては、下流側の水蒸気酸化スケール厚さから求めた温度を、初期のガス上流側伝熱管のメタル温度として推定していることからもわかる通り、伝熱管内外面の温度勾配を考慮したものとなっていない。そのため、クリープ余寿命として必ずしも信頼性の高いものとはいえない。 That is, since the temperature of the outer surface of a heat transfer tube is generally higher than the temperature of the inner surface of the heat transfer tube, a temperature gradient occurs between the inner and outer surfaces of the heat transfer tube. Therefore, to perform a more accurate evaluation of the remaining creep life, it is necessary to perform calculations based on the temperature of the center of the wall thickness of the heat transfer tube. However, to calculate the temperature of the center of the wall thickness of the heat transfer tube, information on the heat flow rate passing through the heat transfer tube is required. In this regard, as can be seen from the fact that Patent Document 1 estimates the temperature calculated from the downstream steam oxide scale thickness as the initial metal temperature of the heat transfer tube upstream of the gas, it does not take into account the temperature gradient between the inner and outer surfaces of the heat transfer tube. Therefore, it cannot be said that the creep remaining life is necessarily reliable.

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、伝熱管のクリープ余寿命を正確に予測することができる伝熱管の余寿命評価方法、及び伝熱管の余寿命評価装置を提供することを目的とする。 The present invention was devised in consideration of the above points, and aims to provide a method for evaluating the remaining life of a heat transfer tube, and an apparatus for evaluating the remaining life of a heat transfer tube, which can accurately predict the remaining creep life of the heat transfer tube.

前記の目的を達成するために、本発明の伝熱管の余寿命推定方法は、伝熱管の管内表面に形成される水蒸気酸化スケール厚と該水蒸気酸化スケール厚の成長時間との関係性を所定の熱流束を与えることで演算できる演算表に基づいて、伝熱管の評価対象部位における水蒸気酸化スケールの実測厚さの成長に要する成長時間がボイラの実運転時間に略一致する熱流束を実熱流束として決定するステップと、該熱流束に基づいて前記評価対象部位の管壁中央部の温度を求めるステップと、該管壁中央部の温度、及び応力から前記評価対象部位におけるクリープ余寿命を推定するステップと、を備える。 To achieve the above-mentioned object, the method for estimating the remaining life of a heat transfer tube of the present invention includes the steps of: determining, as an actual heat flux, a heat flux that approximately matches the actual operating time of the boiler for the growth time required for the growth of the actual thickness of steam oxide scale in the evaluation target portion of the heat transfer tube based on a calculation table that can calculate the relationship between the thickness of steam oxide scale formed on the inner surface of the heat transfer tube and the growth time of the steam oxide scale thickness by applying a predetermined heat flux; determining the temperature of the center of the tube wall of the evaluation target portion based on the heat flux; and estimating the remaining creep life of the evaluation target portion from the temperature and stress of the center of the tube wall.

ここで、伝熱管の管内表面に形成される水蒸気酸化スケール厚と該水蒸気酸化スケール厚の成長時間との関係性を、熱流束を変数として求められるようにしておくことで、熱流束に応じた水蒸気酸化スケール厚と水蒸気酸化スケール厚の成長時間との関係性を示すテーブルデータ、或いは熱流束に応じた水蒸気酸化スケール厚と水蒸気酸化スケール厚の成長時間がプロットされたスケール成長推定カーブからなる演算表を得ることができる。 By making it possible to obtain the relationship between the thickness of the steam oxide scale formed on the inner surface of the heat transfer tube and the growth time of the steam oxide scale, using the heat flux as a variable, it is possible to obtain table data showing the relationship between the steam oxide scale thickness according to the heat flux and the growth time of the steam oxide scale thickness, or a calculation table consisting of a scale growth estimation curve on which the steam oxide scale thickness according to the heat flux and the growth time of the steam oxide scale thickness are plotted.

また、予め準備をした演算表に基づいて、伝熱管の評価対象部位における水蒸気酸化スケールの実測厚さの成長に要する成長時間がボイラの実運転時間に略一致する熱流束を実熱流束として決定するステップを備えることにより、評価対象部位の水蒸気酸化スケールの実測値、及びボイラの実運転時間と一致する熱流束を実熱流束として決定することができる。 In addition, by providing a step of determining, as the actual heat flux, the heat flux for which the growth time required for the growth of the measured thickness of steam oxide scale in the evaluation target portion of the heat transfer tube approximately coincides with the actual operating time of the boiler, based on a calculation table prepared in advance, it is possible to determine, as the actual heat flux, the heat flux that coincides with the actual measured value of steam oxide scale in the evaluation target portion and the actual operating time of the boiler.

また、熱流束に基づいて評価対象部位の管壁中央部の温度を求めるステップを備えることにより、伝熱管の管内外表面の温度勾配を推定し、該温度勾配に基づいて管壁中央部の温度を演算することができる。 In addition, by including a step of determining the temperature of the tube wall center of the evaluation target area based on the heat flux, the temperature gradient of the inner and outer surfaces of the heat transfer tube can be estimated, and the temperature of the tube wall center can be calculated based on the temperature gradient.

また、管壁中央部の温度、及び応力から評価対象部位におけるクリープ余寿命を推定するステップを備えることにより、管壁中央部の温度を考慮することで、クリープ余寿命の推定精度を高めることができる。 In addition, by including a step of estimating the remaining creep life in the evaluation target portion from the temperature and stress at the center of the pipe wall, the accuracy of estimating the remaining creep life can be improved by taking into account the temperature at the center of the pipe wall.

また、演算表は、伝熱管を流れる水蒸気の温度を取得するステップと、水蒸気酸化スケール厚がゼロの場合における伝熱管内を流れる水蒸気に起因する伝熱管内表面の上昇温度である第1の温度を演算するステップに基づいて作成される場合には、水蒸気酸化スケール厚がゼロの場合における伝熱管の管内表面温度を演算することができる。 In addition, when the calculation table is created based on the steps of acquiring the temperature of the steam flowing through the heat transfer tube and calculating a first temperature, which is the temperature rise on the inner surface of the heat transfer tube caused by the steam flowing through the heat transfer tube when the steam oxide scale thickness is zero, it is possible to calculate the inner surface temperature of the heat transfer tube when the steam oxide scale thickness is zero.

また、演算表は、水蒸気の温度に第1の温度を加算した温度を伝熱管内表面の初期温度として水蒸気酸化スケール厚がゼロから所定のスケール厚に成長するまでの成長時間の演算を1回目の演算とした場合に、以後、所定のスケール厚単位毎の成長時間の演算をn回目(nは2以上の整数)まで繰り返すステップにより作成される場合には、2回目以降、n回目までの成長時間は、成長した水蒸気酸化スケールのスケール厚による温度上昇を考慮して演算することができるため、より精度の高い成長時間を算出することができる。 In addition, when the calculation table is created by repeating the calculation of the growth time for the steam oxide scale thickness to grow from zero to a predetermined scale thickness up to the nth time (n is an integer of 2 or more) in which the first calculation is performed using the temperature obtained by adding the first temperature to the steam temperature as the initial temperature of the inner surface of the heat transfer tube, the growth time for each predetermined scale thickness unit is calculated. From the second calculation onwards, if the calculation is created by repeating the calculation of the growth time up to the nth time (n is an integer of 2 or more), the growth time can be calculated taking into account the temperature rise due to the scale thickness of the grown steam oxide scale, so that the growth time can be calculated with higher accuracy.

なお、水蒸気酸化スケール厚のスケール厚単位として、例えば1μm毎の成長に要する成長時間をn回目まで繰り返し演算した結果を積算することで、水蒸気酸化スケール厚の総スケール厚の成長に要する時間を算出することができる。なお、スケール厚単位としては1μmに限定されるものではなく、より詳細なデータの取得のために、例えば0.1μm毎の成長時間を演算するようにしてもよい。 The time required for the total growth of the steam oxide scale thickness can be calculated by repeatedly calculating the growth time required for each 1 μm of scale thickness up to the nth time and accumulating the results. The scale thickness unit is not limited to 1 μm, and the growth time may be calculated for each 0.1 μm, for example, to obtain more detailed data.

また、n回目の演算は、n-1回目の演算までに成長した水蒸気酸化スケール厚に起因する伝熱管内表面の上昇温度である第2の温度を初期温度に加算した温度に基づいて水蒸気酸化スケールの成長時間を演算する場合には、前記した通り、特定時点までに成長した水蒸気酸化スケールのスケール厚による温度上昇を考慮して水蒸気酸化スケールの成長時間を演算することができるため、より精度の高い成長時間の演算を行うことができる。 In addition, when the nth calculation calculates the growth time of the steam oxide scale based on the temperature obtained by adding the second temperature, which is the temperature rise on the inner surface of the heat transfer tube due to the steam oxide scale thickness that has grown up to the (n-1)th calculation, to the initial temperature, as described above, the growth time of the steam oxide scale can be calculated taking into account the temperature rise due to the scale thickness of the steam oxide scale that has grown up to a specific point in time, making it possible to calculate the growth time with higher accuracy.

また、第1の温度は水蒸気の伝熱管への熱伝達率、及び熱流束から算出される実熱流束を考慮した温度である場合には、水蒸気の熱伝達率、及び熱流束を考慮することで、伝熱管の水蒸気による温度上昇を正確に推定することができる。 In addition, when the first temperature is a temperature that takes into account the heat transfer coefficient of the water vapor to the heat transfer tube and the actual heat flux calculated from the heat flux, the temperature rise of the heat transfer tube due to the water vapor can be accurately estimated by taking into account the heat transfer coefficient of the water vapor and the heat flux.

また、第2の温度はスケール厚に応じた伝熱管の温度上昇であり、スケールの熱伝導率、及び熱流束を考慮した温度である場合には、水蒸気酸化スケールの熱伝導率、及び熱流束を考慮することで、伝熱管の水蒸気酸化スケールによる温度上昇を正確に推定することができる。 In addition, when the second temperature is the temperature rise of the heat transfer tube according to the scale thickness and is a temperature taking into account the thermal conductivity and heat flux of the scale, the temperature rise due to steam oxide scale on the heat transfer tube can be accurately estimated by taking into account the thermal conductivity and heat flux of the steam oxide scale.

また、クリープ余寿命を推定するステップは、水蒸気酸化スケールの所定のスケール厚単位におけるクリープ寿命に対する消費割合であるクリープ寿命消費率を演算するステップを有する場合には、所定のスケール厚単位毎(例えば1μm毎)のクリープ寿命消費率を演算することができる。 In addition, if the step of estimating the remaining creep life includes a step of calculating a creep life consumption rate, which is the consumption ratio of the creep life in a specified scale thickness unit of steam oxide scale, the creep life consumption rate can be calculated for each specified scale thickness unit (e.g., every 1 μm).

また、クリープ寿命消費率を、水蒸気酸化スケール厚がゼロから所定のスケール厚まで積算することでボイラ運転時間とクリープ寿命消費率の関係性を演算するステップを有する場合には、前記したスケール厚単位毎のクリープ寿命消費率を積算することで、ボイラ運転時間に応じたクリープ寿命消費率の関係性を演算して、例えばボイラ運転時間に対するクリープ寿命消費率の推定曲線として得ることができる。 In addition, when there is a step of calculating the relationship between the boiler operating time and the creep life consumption rate by integrating the creep life consumption rate from zero to a predetermined scale thickness of the steam oxide scale, the creep life consumption rate for each scale thickness unit described above can be integrated to calculate the relationship between the creep life consumption rate and the boiler operating time, and an estimated curve of the creep life consumption rate versus the boiler operating time can be obtained, for example.

また、クリープ寿命消費率100%に対応するボイラ運転時間から、評価時点におけるボイラ運転時間を減算するステップを有する場合には、前記したボイラ運転時間に対するクリープ寿命消費率の推定曲線から、現在のボイラ運転時間を対応付けることで、クリープ寿命消費率100%に到達するまでの残り時間を推定することができる。 In addition, if there is a step of subtracting the boiler operation time at the time of evaluation from the boiler operation time corresponding to a creep life consumption rate of 100%, the remaining time until the creep life consumption rate reaches 100% can be estimated by matching the current boiler operation time with the estimated curve of creep life consumption rate versus boiler operation time described above.

前記の目的を達成するための、本発明の伝熱管の余寿命評価装置は、伝熱管の管内表面に形成される水蒸気酸化スケール厚と該水蒸気酸化スケール厚の成長時間との関係性を演算する演算部と、伝熱管の評価対象部位における水蒸気酸化スケールの実測厚さの成長に要する成長時間がボイラの実運転時間となる実熱流束を前記演算部に基づいて決定する熱流束決定部と、前記実熱流束に基づいて前記評価対象部位の管壁中央部の温度を演算する温度演算部と、前記管壁中央部の温度、及び応力から前記評価対象部位におけるクリープ余寿命を演算するクリープ余寿命演算部とを備える。 To achieve the above object, the heat transfer tube remaining life evaluation device of the present invention includes a calculation unit that calculates the relationship between the thickness of steam oxide scale formed on the inner surface of the heat transfer tube and the growth time of the steam oxide scale thickness, a heat flux determination unit that determines an actual heat flux based on the calculation unit such that the growth time required for the growth of the actual thickness of steam oxide scale in the evaluation target portion of the heat transfer tube is the actual operating time of the boiler, a temperature calculation unit that calculates the temperature of the tube wall center of the evaluation target portion based on the actual heat flux, and a creep remaining life calculation unit that calculates the creep remaining life of the evaluation target portion from the temperature and stress of the tube wall center.

ここで、伝熱管の管内表面に形成される水蒸気酸化スケール厚と該水蒸気酸化スケール厚の成長時間との関係性を演算する演算部を備えることにより、熱流束に応じた水蒸気酸化スケール厚と水蒸気酸化スケール厚の成長時間との関係を演算することができる。 Here, by providing a calculation unit that calculates the relationship between the thickness of the steam oxide scale formed on the inner surface of the heat transfer tube and the growth time of the steam oxide scale, it is possible to calculate the relationship between the steam oxide scale thickness according to the heat flux and the growth time of the steam oxide scale.

また、伝熱管の評価対象部位における水蒸気酸化スケールの実測厚さの成長に要する成長時間がボイラの実運転時間となる実熱流束を前記演算部に基づいて決定する熱流束決定部を備えることにより、ボイラの実運転時間において評価対象部位の水蒸気酸化スケールの実測値となる熱流束を決定することができる。 In addition, by providing a heat flux determination unit that determines the actual heat flux that corresponds to the growth time required for the growth of the measured thickness of steam oxide scale in the evaluation target portion of the heat transfer tube based on the calculation unit, it is possible to determine the heat flux that corresponds to the actual measurement value of steam oxide scale in the evaluation target portion during the actual operation time of the boiler.

また、実熱流束に基づいて評価対象部位の管壁中央部の温度を演算する温度演算部を備えることにより、伝熱管の管壁中央部の温度を演算することができる。 In addition, by providing a temperature calculation unit that calculates the temperature of the center of the tube wall of the evaluation target area based on the actual heat flux, the temperature of the center of the tube wall of the heat transfer tube can be calculated.

また、管壁中央部の温度、及び応力から評価対象部位におけるクリープ余寿命を演算するクリープ余寿命演算部を備えることにより、管壁中央部の温度を考慮することで、より精度の高いクリープ余寿命の推定精度を高めることができる。 In addition, by providing a creep remaining life calculation unit that calculates the creep remaining life in the evaluation target area from the temperature and stress in the center of the pipe wall, the accuracy of estimating the creep remaining life can be improved by taking into account the temperature in the center of the pipe wall.

本発明に係る伝熱管の余寿命評価方法、及び伝熱管の余寿命評価装置は、伝熱管のクリープ余寿命を正確に予測することが可能となる。 The method and device for assessing remaining life of a heat transfer tube according to the present invention make it possible to accurately predict the remaining creep life of a heat transfer tube.

本発明の実施形態に係る伝熱管の余寿命評価装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a remaining life evaluation device for a heat transfer tube according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る伝熱管の余寿命評価方法の全体フローを示す図である。1 is a diagram showing an overall flow of a remaining life evaluation method for a heat transfer tube according to an embodiment of the present invention. 水蒸気酸化スケールの成長に要する時間算出のイメージ図である。FIG. 1 is an image diagram of calculation of the time required for the growth of steam oxide scale. 運転時間に対するスケール厚みの関係を示すグラフ(スケール成長推定カーブ)である。1 is a graph (scale growth estimation curve) showing the relationship between scale thickness and operating time. 運転時間に対するメタル温度の関係を示すグラフ(メタル温度上昇カーブ)である。1 is a graph (metal temperature rise curve) showing the relationship between the metal temperature and the operating time. 運転時間に対するクリープ寿命消費率の関係を示すグラフ(クリープ寿命消費率カーブ)である。1 is a graph (creep life consumption rate curve) showing the relationship between operating time and creep life consumption rate. クリープ余寿命計算フォーマットの一例である。2 is an example of a creep remaining life calculation format. 本発明の余寿命評価方法の検証結果を示すグラフである。1 is a graph showing verification results of the remaining life assessment method of the present invention.

以下、本発明の実施形態に係る伝熱管の余寿命評価方法、及び伝熱管の余寿命評価装置について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。 Below, a method for evaluating the remaining life of a heat transfer tube and an apparatus for evaluating the remaining life of a heat transfer tube according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings to facilitate understanding of the present invention.

図1は本発明の実施形態に係る伝熱管(以下、単に「管」表現する場合もある。)の余寿命評価装置の全体構成図である。伝熱管の余寿命評価装置1は、制御部10、記憶部20、入力部30、表示部40、及びメモリ部50から主に構成されている。 Figure 1 is an overall configuration diagram of a remaining life evaluation device for a heat transfer tube (hereinafter, sometimes simply referred to as a "tube") according to an embodiment of the present invention. The remaining life evaluation device 1 for a heat transfer tube is mainly composed of a control unit 10, a storage unit 20, an input unit 30, a display unit 40, and a memory unit 50.

制御部10は、例えばCPU(中央演算処理装置)であり、記憶部20に記憶されているクリープ余寿命評価プログラムに従って余寿命評価装置1全体の制御、及びクリープ余寿命の演算を行うものであり、熱流束決定部11、温度演算部12、及びクリープ余寿命演算部13から主に構成されている。熱流束決定部11、温度演算部12、及びクリープ余寿命演算部13における演算方法等については後記する。 The control unit 10 is, for example, a CPU (Central Processing Unit), which controls the entire remaining life evaluation device 1 and calculates the creep remaining life in accordance with a creep remaining life evaluation program stored in the memory unit 20, and is mainly composed of a heat flux determination unit 11, a temperature calculation unit 12, and a creep remaining life calculation unit 13. The calculation methods in the heat flux determination unit 11, the temperature calculation unit 12, and the creep remaining life calculation unit 13 will be described later.

記憶部20は、少なくとも各種のデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。 The storage unit 20 is a device capable of storing at least various data and programs, such as a hard disk.

入力部30は、少なくとも作業者の命令や種々の情報を制御部10に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボード、マウス、或いはタッチパネルである。なお、例えばキーボードとマウス、或いはタッチパネルのように複数種類のインターフェイスを入力部30として構成するようにしても良い。 The input unit 30 is an interface for providing at least the operator's commands and various information to the control unit 10, and is, for example, a keyboard, a mouse, or a touch panel. Note that the input unit 30 may be configured with multiple types of interfaces, such as a keyboard and a mouse, or a touch panel.

表示部40は、制御部10の制御によって文字や図形、或いは画像等の描画や表示を行うものであり、例えばディスプレイである。 The display unit 40 draws and displays characters, figures, images, etc. under the control of the control unit 10, and is, for example, a display.

メモリ50は、制御部10が種々の制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となるものであり、例えばRAM(Random Access Memoryの略)である。 The memory 50 is a memory space that serves as a working area when the control unit 10 executes various controls and calculations, and is, for example, a RAM (short for Random Access Memory).

そして、記憶部20に記憶されているクリープ余寿命評価プログラムが実行されることにより、管の対象部位におけるクリープ余寿命の評価のための演算が実行される。図2には水蒸気酸化スケールの成長に基づく伝熱管の余寿命評価方法の全体フローを示す。最初に基礎データとして、管の評価対象部位の蒸気温度、圧力、蒸気流量、管の本数の情報を取得する(S1)。 Then, the creep remaining life evaluation program stored in the memory unit 20 is executed, and calculations are performed to evaluate the creep remaining life in the target portion of the tube. Figure 2 shows the overall flow of the method for evaluating the remaining life of a heat transfer tube based on the growth of steam oxide scale. First, information on the steam temperature, pressure, steam flow rate, and number of tubes in the target portion of the tube is obtained as basic data (S1).

次に、管の蒸気温度、圧力、及び管1本あたりの流量から、蒸気表(1999 日本機械学会蒸気表)で得られる蒸気物性値を利用し、水蒸気の管に対する熱伝達率を求める(S2)。 Next, the heat transfer coefficient of water vapor to the tube is calculated using the steam property values obtained from the steam table (1999 Japan Society of Mechanical Engineers Steam Table) based on the steam temperature, pressure, and flow rate per tube (S2).

また、管-蒸気界面に対して所定の熱負荷を与えることで、管-蒸気界面の熱伝達率から管内表面の温度を算出し(S3)、水蒸気酸化スケールの成長速度定数から水蒸気酸化スケール成長厚さ(成長速度)を算出する(S4)。 In addition, by applying a predetermined heat load to the tube-steam interface, the temperature of the tube inner surface is calculated from the heat transfer coefficient of the tube-steam interface (S3), and the steam oxide scale growth thickness (growth rate) is calculated from the steam oxide scale growth rate constant (S4).

さらに、成長した水蒸気酸化スケールによる温度上昇分を管内表面の初期温度に加算し、水蒸気酸化スケール成長速度を再計算することを繰り返すことで、時間の経過に伴う水蒸気酸化スケールの成長、及びメタル温度の上昇曲線を求め(S5)、新材のクリープ破断データからクリープ寿命消費率を算出する(S6)。 Furthermore, by repeatedly adding the temperature rise due to the grown steam oxide scale to the initial temperature of the inner surface of the tube and recalculating the steam oxide scale growth rate, the growth of steam oxide scale over time and the metal temperature rise curve are obtained (S5), and the creep life consumption rate is calculated from the creep rupture data of the new material (S6).

以上が本発明の実施形態に係る伝熱管の余寿命評価方法の全体の流れとなるが、以下では、各演算フローについて詳細に説明する。 The above is the overall flow of the method for evaluating the remaining life of a heat transfer tube according to an embodiment of the present invention, but each calculation flow will be explained in detail below.

[基礎データの取得]
基礎データのうち、評価対象部位の蒸気温度については、ボイラの炉外の管出入口(入口非加熱部、及び出口非加熱部)に設置されたメタル温度計により取得したメタル温度に基づいて推定することができる。メタル温度計は、熱交換を伴わない管の外表面に取り付けられており、メタル温度計で計測した管のメタル温度を、管内部を流れる水蒸気の温度とみなすことができる。
[Acquisition of basic data]
Of the basic data, the steam temperature of the evaluation target portion can be estimated based on the metal temperature measured by a metal thermometer installed at the tube inlet/outlet (non-heated inlet section and non-heated outlet section) outside the boiler furnace. The metal thermometer is attached to the outer surface of the tube that does not involve heat exchange, and the metal temperature of the tube measured by the metal thermometer can be considered as the temperature of the steam flowing inside the tube.

なお、炉内の温度は、「入口非加熱部のメタル温度」、「炉内の蒸気温度」、「出口非加熱部のメタル温度」の順に高温となるため、炉内で熱交換が行われる過程で蒸気温度も徐々に上昇する。従って、評価対象部位の管内を流れる蒸気温度を推定する場合には、出口非加熱部のメタル温度をそのまま採用すると誤差が生じる。そのため、評価対象部位の管が炉内に延在する管の全長(全体を10合目とする)の何合目に位置するかを確認したうえで、所定の按分率を設定したうえで蒸気温度を推定する。 The temperatures inside the furnace are highest in the order of "metal temperature at the inlet unheated section," "steam temperature inside the furnace," and "metal temperature at the outlet unheated section," so the steam temperature also gradually rises as heat exchange takes place inside the furnace. Therefore, when estimating the temperature of the steam flowing inside the pipe of the part being evaluated, an error will occur if the metal temperature of the outlet unheated section is used as is. For this reason, it is necessary to confirm at which station of the total length of the pipe extending into the furnace the pipe of the part being evaluated is located (the whole length being the 10th station), and then estimate the steam temperature after setting a specified allocation rate.

例えば、炉内において延在する管のうち、評価対象部位が入口側から出口側の中で下流側にあり、蒸気温度の按分率として0.6と設定すれば、以下の(1)式により蒸気温度を推定することができる。
=Tin+0.6(Tout-Tin) (1)
(T:蒸気温度、Tin:入口非加熱部のメタル温度、Tout:出口非加熱部のメタル温度)
For example, if the part to be evaluated is located downstream from the inlet side to the outlet side of a tube extending inside a furnace, and the steam temperature apportionment rate is set to 0.6, the steam temperature can be estimated using the following formula (1).
T 0 =T in +0.6(T out -T in ) (1)
(T 0 : steam temperature, T in : metal temperature of the inlet non-heated part, T out : metal temperature of the outlet non-heated part)

また、蒸気温度の推定方法として、入口非加熱部のメタル温度と出口非加熱部のメタル温度が不明な場合には、入口非加熱部と出口非加熱部の水蒸気酸化スケール厚の実測値から求めることも可能である。その場合、水蒸気酸化スケールの成長は放物線則で表されるのが一般的であるため、スケール厚さをδとすると、以下の(2)式が成り立つ。
δ=K×t0.5 (2)
(K:スケール成長速度定数、t:ボイラ運転時間)
In addition, when the metal temperatures of the inlet unheated section and the outlet unheated section are unknown, the steam temperature can be estimated from the measured values of the steam oxide scale thicknesses of the inlet unheated section and the outlet unheated section. In this case, since the growth of steam oxide scale is generally expressed by a parabolic law, the following equation (2) holds when the scale thickness is δs .
δ s =K p ×t 0.5 (2)
(K p : scale growth rate constant, t: boiler operation time)

また、スケール成長速度定数Kは以下の(3)式で近似できる。
LogK=A(1/T)+B (3)
ここで、A、Bは材質毎の係数であり、ボイラ運転時間tとスケール厚がわかれば(2)式よりKを得ることができ、さらに(3)式より蒸気温度Tを求めることができる。
In addition, the scale growth rate constant Kp can be approximated by the following equation (3).
LogK p =A(1/T 0 )+B (3)
Here, A and B are coefficients for each material. If the boiler operation time t and scale thickness are known, Kp can be obtained from equation (2), and the steam temperature T0 can be found from equation (3).

[熱伝達率の算出]
評価対象部位の蒸気温度、圧力、及び管1本あたりの流量から、蒸気表(1999 日本機械学会蒸気表)の蒸気物性値を用いて水蒸気の管に対する熱伝達率αを算出する(具体的な算出方法については説明を省略する。)。なお、熱伝達率の算出においては、ボイラの運転データから得られる蒸気温度、圧力、蒸気流速、及び蒸気物性値をもとに所定の論理式を用いて算出するようにしてもよい。
[Calculation of heat transfer coefficient]
The heat transfer coefficient α of the water vapor to the pipe is calculated using the steam property values in the steam table (1999 Japan Society of Mechanical Engineers Steam Table) from the steam temperature, pressure, and flow rate per pipe of the evaluation target portion (a specific calculation method will not be described). Note that the heat transfer coefficient may be calculated using a predetermined logical formula based on the steam temperature, pressure, steam flow rate, and steam property values obtained from the boiler operation data.

[水蒸気酸化スケール厚がゼロの場合の管内表面温度の算出]
次に、水蒸気酸化スケールがゼロ(即ち水蒸気酸化スケールを考慮しない場合)における管の管内表面の温度を算出する。管内表面の温度は、水蒸気酸化スケールが存在しない場合においても管-蒸気界面で温度上昇が生じる。このとき、管内表面における温度上昇ΔTαは、以下の(4)式で求めることがでる。
ΔTα=q×α (4)
(q:管内表面の熱流束、α:管-蒸気界面での熱伝達率)
[Calculation of tube inner surface temperature when steam oxide scale thickness is zero]
Next, calculate the temperature of the inner surface of the tube when there is no steam oxide scale (i.e., when steam oxide scale is not taken into consideration). Even when steam oxide scale is not present, a temperature rise occurs at the tube-steam interface. In this case, the temperature rise ΔT α at the inner surface of the tube can be calculated using the following formula (4).
ΔT α =q i ×α (4)
(q i : heat flux on the inner surface of the tube, α: heat transfer coefficient at the tube-steam interface)

そして、前記の温度上昇ΔTαを考慮して、水蒸気酸化スケールがゼロの場合における管内表面の温度Ti1は、以下の(5)式で求めることができる。
i1=T+ΔTα (5)
Taking the above-mentioned temperature rise ΔT α into consideration, the temperature T i1 of the tube inner surface when there is no steam oxide scale can be calculated by the following formula (5).
T i1 =T 0 +ΔT α (5)

[水蒸気酸化スケール成長速度、及び成長に要する時間の算出]
水蒸気酸化スケールの成長速度は放物線測で近似でき、前記した(2)式、及び(3)式の関係式に基づいて計算することができる。このとき、スケール成長速度定数Kは、管の材質に応じて温度依存性を有する。そして、前記した(5)式に基づいて、水蒸気酸化スケールがゼロの場合における管内表面温度Ti1における該当する材質の水蒸気酸化スケールの成長速度定数から、スケール成長に要する時間を算出することができる。
[Calculation of steam oxide scale growth rate and time required for growth]
The growth rate of steam oxide scale can be approximated by a parabolic curve and can be calculated based on the above-mentioned formulas (2) and (3). In this case, the scale growth rate constant Kp has temperature dependency depending on the material of the tube. Then, based on the above-mentioned formula (5), the time required for scale growth can be calculated from the growth rate constant of steam oxide scale of the corresponding material at the tube inner surface temperature T i1 when the amount of steam oxide scale is zero.

[水蒸気酸化スケールを考慮した管内表面温度の算出]
次に、水蒸気酸化スケールの生成に伴う管内表面の温度を算出するために、水蒸気酸化スケールによる温度上昇ΔTλsを、以下の(6)式で求めることができる。
ΔTλs=q×δ/λ (6)
(λs:水蒸気酸化スケールの熱伝導率、δ:水蒸気酸化スケール厚)
[Calculation of tube inner surface temperature taking into account steam oxidation scale]
Next, in order to calculate the temperature of the inner surface of the tube due to the formation of steam oxide scale, the temperature rise ΔT λs due to steam oxide scale can be calculated using the following equation (6).
ΔT λs =q i ×δ ss (6)
(λs: thermal conductivity of steam oxide scale, δs : thickness of steam oxide scale)

そして、前記の温度上昇ΔTλsを考慮して、水蒸気酸化スケール厚がδの場合における管内表面の温度Ti2は、以下の(7)式で求めることができる。
i2=T+ΔTα+ΔTλs (7)
Taking the above-mentioned temperature rise ΔT λs into consideration, the temperature T i2 of the inner surface of the tube when the thickness of the steam oxide scale is δ s can be calculated by the following formula (7).
T i2 =T 0 +ΔT α+ ΔT λs (7)

[水蒸気酸化スケールの成長に要する時間の算出]
水蒸気酸化スケールの成長とともに管内表面温度も上昇し、さらにスケールの成長速度定数も変化する(スケールの成長に応じて成長速度も速くなる)。従って成長するスケール厚として、所定のスケール厚(本発明の実施形態においては1μm)の成長に要する成長時間Δtを繰り返し演算し、Δtの積算により最終的なスケール厚までの成長時間を計算した(図3参照)。なお、Δtは以下の(8)式で求めることができる。
Δt=t-td-1 (8)
(t:スケール厚dμmの成長に要する時間、td-1:スケール厚d-1μmの成長に要する時間)
[Calculation of time required for growth of steam oxide scale]
As the steam oxide scale grows, the tube inner surface temperature also rises, and the growth rate constant of the scale also changes (the growth rate increases as the scale grows). Therefore, the growth time Δt1 required to grow a predetermined scale thickness (1 μm in this embodiment of the present invention) was repeatedly calculated as the scale thickness to be grown, and the growth time to the final scale thickness was calculated by integrating Δt1 (see FIG. 3). Δt1 can be calculated using the following formula (8).
Δt 1 =t d -t d-1 (8)
(t d : time required for the scale to grow to a thickness of d μm, t d-1 : time required for the scale to grow to a thickness of d-1 μm)

本発明の実施形態においては、スケール厚として1μm毎の成長に要する時間を繰り返し計算し、それらを積算することで、トータルの成長に要する時間を演算しているが、例えばスケール厚単位として0.1μm単位で計算をしてもよく、計算に使用するスケール厚単位は任意に変更することができる。 In an embodiment of the present invention, the time required for growth of each 1 μm of scale thickness is repeatedly calculated and integrated to calculate the total time required for growth, but the calculation may be performed in units of 0.1 μm as the scale thickness unit, for example, and the scale thickness unit used in the calculation can be changed as desired.

以上の計算フローで求めた水蒸気酸化スケールの成長に要する時間とスケール厚との関係を熱流束に応じて計算できる演算表を記憶部20に格納しておき、後記する管壁中央温度の算出、及びクリープ余寿命の推定において使用する。 A calculation table that can calculate the relationship between the time required for steam oxide scale growth and scale thickness obtained in the above calculation flow according to the heat flux is stored in the memory unit 20, and is used to calculate the tube wall center temperature and estimate the remaining creep life, as described below.

図4には演算表により求めた所定の熱流束の場合におけるスケール成長推定カーブの一例を示す。演算表により所定の熱流束を与えると、横軸を時間、縦軸を水蒸気酸化スケールのスケール厚みとして、時間に応じたスケール厚みを曲線で描いたスケール成長推定カーブとして表すことができる。 Figure 4 shows an example of a scale growth estimation curve for a given heat flux determined from a calculation table. When a given heat flux is given from the calculation table, the scale growth estimation curve can be expressed as a curve that plots the scale thickness over time, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing the steam oxidation scale thickness.

[実熱負荷の決定]
次に、前記した演算表を使用して評価対象部位における実熱流束を決定する。実熱流束は、まず評価対象となる管の水蒸気酸化スケール厚の実測値を計測する。スケール厚の実測の計測においては、例えば超音波法による非破壊により外表面から計測することができる。そして、演算表に基づいて、熱流束決定部11において現在のボイラの運転時間で水蒸気酸化スケール厚の実測値に合致する熱流束を検索し、検索された熱流束を実熱流束として決定する。
[Determination of actual heat load]
Next, the actual heat flux in the evaluation target portion is determined using the above-mentioned calculation table. To determine the actual heat flux, first, the actual value of the steam oxide scale thickness of the tube to be evaluated is measured. The actual scale thickness can be measured from the outer surface non-destructively, for example, by ultrasonic method. Then, based on the calculation table, the heat flux determination unit 11 searches for a heat flux that matches the actual value of the steam oxide scale thickness for the current boiler operating time, and the searched heat flux is determined as the actual heat flux.

[管壁中央温度の算出]
管壁中央温度Tの算出においては、まず前記した演算表に基づいて決定された実熱流束qを算出する。この熱流束qを使用して、以下の(9)式を用いて管壁中央温度Tを算出する。なおTi2は、前記した(7)式により算出される水蒸気酸化スケール厚を考慮した管内表面温度である。
=Ti2+(r/λ)・q・ln(r/r) (9)
(r:管の中心から管壁中央までの半径、λ:管の熱伝導率)
[Calculation of tube wall center temperature]
In calculating the tube wall central temperature Tm , the actual heat flux qt determined based on the above-mentioned calculation table is first calculated. Using this heat flux qt , the tube wall central temperature Tm is calculated using the following formula (9). Note that T i2 is the tube inner surface temperature taking into account the steam oxide scale thickness calculated by the above-mentioned formula (7).
T m = T i2 + (r it )・q t・ln (r m /r i ) (9)
(r m : radius from the center of the tube to the center of the tube wall, λ t : thermal conductivity of the tube)

なお、管壁中央温度Tの算出においては、例えば管外表面の温度を関係式により算出したうえで、管壁部分の温度勾配を考慮した中央値を管壁中央温度Tとして算出するようにしてもよい。 In addition, in calculating the tube wall central temperature Tm , for example, the temperature of the tube outer surface may be calculated using a relational expression, and then the median value taking into account the temperature gradient of the tube wall portion may be calculated as the tube wall central temperature Tm .

図5は運転時間に対する管内表面温度Ti2、及び管壁中央温度Tをプロットすることにより作成されたメタル温度上昇カーブを示す。図5に示すように、運転時間の経過とともに水蒸気酸化スケールのスケール厚みが成長することにより、メタル温度も上昇する。また、管内外面における温度勾配により、管内表面温度Ti2よりも管壁中央温度Tの方が全運転期間において高くなることが確認できる。 Figure 5 shows a metal temperature rise curve created by plotting the tube inner surface temperature T i2 and the tube wall center temperature T m against the operating time. As shown in Figure 5, the metal temperature rises as the steam oxide scale grows in thickness over the course of operating time. It can also be seen that due to the temperature gradient on the inner and outer surfaces of the tube, the tube wall center temperature T m is higher than the tube inner surface temperature T i2 throughout the entire operating period.

以上のように、管内表面温度Ti2よりも管壁中央温度Tの温度が相対的に高くなるため、例えば前記した特許文献1に開示がされているように、クリープ余寿命の演算において管内表面温度を採用すると、本来であればクリープ余寿命が十分ないにも関わらず、クリープ余寿命が十分あると判断される可能性があるが、本発明においては、実際のクリープ余寿命に至るまで管の使用時間を的確に推定することが可能となる。以下、具体的なクリープ余寿命の推定方法について説明する。 As described above, since the pipe wall center temperature Tm is relatively higher than the pipe inner surface temperature T i2 , if the pipe inner surface temperature is used in the calculation of the remaining creep life, as disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, for example, it may be determined that the remaining creep life is sufficient when it is actually not sufficient, but in the present invention, it is possible to accurately estimate the usage time of the pipe until the actual remaining creep life is reached. A specific method for estimating the remaining creep life will be described below.

[クリープ寿命消費率の算出]
クリープ寿命消費率は、あるスケール厚さdμmにおいて、d-1μmからdμmに要した時間Δtを管壁中央温度T、内圧による管に加わるフープ応力σ、及び新材のクリープ破断データから求めたクリープ破断時間で除したものを積算することにより算出する。なお、クリープ破断データとしては、応力とラーソン・ミラー・パラメータ(以下、「LMP」という。)の関係を用いることができる。
[Calculation of creep life consumption rate]
The creep life consumption rate is calculated by integrating the time Δt 1 required for a scale thickness dμm to go from d-1μm to dμm divided by the tube wall center temperature T m , the hoop stress σ applied to the tube due to internal pressure, and the creep rupture time obtained from creep rupture data for new materials. Note that the creep rupture data can be the relationship between stress and the Larson-Miller parameter (hereinafter referred to as "LMP").

ここで、LMPとは、異なる温度におけるクリープ破断データを統一的に整理するためのパラメータであり、以下の(10)式で整理することができる。
LMP=T×(C+logT) (10)
(T:温度、C:材料定数、T:破断時間)
なお、材料毎のクリープ破断LMP、及び材料定数Cについては、応力とクリープ破断LMPの近似式から算出している。
Here, LMP is a parameter for uniformly organizing creep rupture data at different temperatures, and can be organized by the following equation (10).
LMP=T×(C+ logTr ) (10)
(T: temperature, C: material constant, T r : rupture time)
The creep rupture LMP and material constant C for each material are calculated from an approximation formula for stress and creep rupture LMP.

フープ応力σは以下の(11)式より算出することができる。
σ=P(D-w)/2/w (11)
(P:内圧、D:管の外径、w:管の肉厚)
The hoop stress σ can be calculated by the following formula (11).
σ=P(D-w)/2/w (11)
(P: internal pressure, D: outer diameter of the tube, W: wall thickness of the tube)

以上より、あるスケール厚さd-1μmからdμmに要する成長時間をΔtとするとクリープ寿命消費率φは以下の(12)式により算出することができる。
φ=Δt/10(LMP/(273.15+TM)-C)×100 (12)
(TM:スケール厚さdμmの管壁中央温度)
From the above, if the growth time required for a scale thickness to grow from d-1 μm to d μm is Δt 1 , the creep life consumption rate φ d can be calculated by the following equation (12).
φ d = Δt 1 /10 (LMP/(273.15+TM)-C) ×100 (12)
(TM: tube wall center temperature at scale thickness dμm)

前記した(12)式に基づいて単位スケール厚毎のクリープ寿命消費率φを算出し、さらに水蒸気酸化スケール厚がゼロから積算することにより、図6に示す運転時間とクリープ寿命消費率φの関係を曲線で描いたクリープ寿命消費率カーブとして表すことができる。 The creep life consumption rate φd per unit scale thickness is calculated based on the above-mentioned formula (12), and then the steam oxide scale thickness is integrated from zero, whereby the relationship between the operating time and the creep life consumption rate φd can be expressed as a creep life consumption rate curve shown in FIG. 6 .

クリープ余寿命は、各クリープ寿命消費率φdの積算値が100%に至る時間から現在の運転時間を差し引くことにより得られる The remaining creep life is obtained by subtracting the current operating time from the time required for the integrated value of each creep life consumption rate φd to reach 100% .

[スケール成長に基づく余寿命評価計算フォーマット]
図7には、実際にクリープ余寿命を算出する際に使用するクリープ余寿命計算フォーマットの一例を示す。クリープ余寿命計算フォーマットは、例えば記憶部20に記憶されており、作業者はクリープ寿命の計算に必要な情報を入力部30から入力することで、自動計算によりクリープ余寿命の算出が可能となる。
[Calculation format for remaining life assessment based on scale growth]
7 shows an example of a remaining creep life calculation format used to actually calculate the remaining creep life. The remaining creep life calculation format is stored in, for example, the storage unit 20, and the remaining creep life can be calculated automatically by an operator inputting information required for calculating the creep life from the input unit 30.

クリープ余寿命計算フォーマットでは、まず評価対象部位における項目NO.1~NO.11、及びNO.13~NO.15の基本情報(例えば伝熱管の管寸法、運転時間、測定スケール厚さ、入口蒸気温度、出口蒸気温度、高さレベル等による蒸気温度補正値、蒸気圧力、及び蒸気流量等)を入力することで、計算に必要なデータが整う。 In the creep remaining life calculation format, the data required for the calculation is prepared by first entering the basic information for items No. 1 to No. 11 and No. 13 to No. 15 for the part to be evaluated (e.g., heat transfer tube dimensions, operating time, measurement scale thickness, inlet steam temperature, outlet steam temperature, steam temperature correction value based on height level, etc., steam pressure, and steam flow rate, etc.).

クリープ余寿命計算フォーマットの項目NO.1~NO.11、及びNO.13~NO.15が入力されると、項目NO.12、及び項目NO.16~NO.27が自動計算される。このとき、実測スケール厚さの成長に要する計算時間(NO.31)が運転時間となるように実熱流束(NO.28)を探索し、スケール成長推定カーブ(図4)、メタル温度上昇カーブ(図5)、及びクリープ寿命消費率カーブ(図6)が得られ、これらから現時点での寿命消費率、及び余寿命を推定することができる。 When items No. 1 to No. 11 and No. 13 to No. 15 of the creep remaining life calculation format are entered, items No. 12 and No. 16 to No. 27 are automatically calculated. At this time, the actual heat flux (No. 28) is searched for so that the calculation time required for the growth of the measured scale thickness (No. 31) becomes the operating time, and a scale growth estimation curve (Figure 4), metal temperature rise curve (Figure 5), and creep life consumption rate curve (Figure 6) are obtained, from which the current life consumption rate and remaining life can be estimated.

以上のように、クリープ余寿命を算出する際には、必要な情報をクリープ余寿命計算フォーマットに入力するだけで、評価対象となる伝熱管のクリープ余寿命を簡単に算出することができる。 As described above, when calculating the remaining creep life, the remaining creep life of the heat transfer tube being evaluated can be easily calculated by simply entering the necessary information into the remaining creep life calculation format.

[余寿命評価方法の検証]
本発明における伝熱管の余寿命評価方法を検証するために、実物のボイラ装置から噴破した伝熱管(以下、「噴破管」という。)による検証を行った。噴破管の上流側内表面に形成されたスケール厚は実測で略300μm程度であり、運転時間は約14万時間であった。この噴破管の実データに基づいて前記した余寿命評価計算フォーマットにより試算した結果を図8に示す。
[Verification of remaining life assessment method]
In order to verify the remaining life evaluation method of the present invention, a heat transfer tube that was blown out of an actual boiler equipment (hereinafter referred to as "blasted tube") was used for the verification. The scale thickness formed on the upstream inner surface of the blasted tube was approximately 300 μm by actual measurement, and the operation time was approximately 140,000 hours. The result of the trial calculation using the above-mentioned remaining life evaluation calculation format based on the actual data of this blasted tube is shown in Figure 8.

図8は、出口蒸気温度が439℃で試算した噴破管について、運転時間約14万時間の時点でのスケール厚さと余寿命の関係を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between scale thickness and remaining life at about 140,000 hours of operation for a blowout tube calculated with an outlet steam temperature of 439° C.

図8に示す通り、噴破管はスケール厚さが300μm以上で余寿命が5万時間を下回っており、スケール厚さが200μm以下では余寿命が十分であることが読み取れる。 As shown in FIG. 8, the remaining life of the blast tube is less than 50,000 hours when the scale thickness is 300 μm or more, and it can be seen that the remaining life is sufficient when the scale thickness is 200 μm or less.

以上、本発明に係る伝熱管の余寿命評価方法、及び伝熱管の余寿命評価装置は、伝熱管のクリープ余寿命を正確に予測することが可能となる。 As described above, the method and device for assessing remaining life of a heat transfer tube according to the present invention make it possible to accurately predict the remaining creep life of a heat transfer tube.

1 余寿命評価装置
10 制御部
11 熱流束決定部
12 温度演算部
13 クリープ余寿命演算部
20 記憶部
21 クリープ余寿命評価プログラム
30 入力部
40 表示部
50 メモリ
REFERENCE SIGNS LIST 1 Remaining life evaluation device 10 Control unit 11 Heat flux determination unit 12 Temperature calculation unit 13 Creep remaining life calculation unit 20 Storage unit 21 Creep remaining life evaluation program 30 Input unit 40 Display unit 50 Memory

Claims (6)

伝熱管の管内表面に形成される水蒸気酸化スケール厚と該水蒸気酸化スケール厚の成長時間との関係性を所定の熱流束を与えることで演算できる演算表に基づいて、伝熱管の評価対象部位における水蒸気酸化スケールの実測厚さの成長に要する成長時間がボイラの実運転時間に略一致する熱流束を実熱流束として決定するステップと、
該熱流束に基づいて前記評価対象部位の管壁中央部の温度を求めるステップと、
該管壁中央部の温度、及び応力から前記評価対象部位におけるクリープ余寿命を推定するステップと、を備える
伝熱管の余寿命評価方法。
determining, as an actual heat flux, a heat flux that corresponds to a time required for the growth of an actual thickness of steam oxide scale at a portion of the heat transfer tube to be evaluated, approximately equal to an actual operating time of the boiler, based on a calculation table that allows a relationship between a steam oxide scale thickness formed on the inner surface of the heat transfer tube and a growth time of the steam oxide scale thickness to be calculated by applying a predetermined heat flux;
determining a temperature of the central portion of the pipe wall of the evaluation target portion based on the heat flux;
and estimating a remaining creep life at the evaluation target portion from the temperature and stress at the center of the tube wall.
前記演算表は、
前記伝熱管を流れる水蒸気の温度を取得するステップと、
水蒸気酸化スケール厚がゼロの場合における前記伝熱管内を流れる水蒸気に起因する前記伝熱管内表面の上昇温度である第1の温度を演算するステップと、
前記水蒸気の温度に前記第1の温度を加算した温度を前記伝熱管内表面の初期温度として水蒸気酸化スケール厚がゼロから所定のスケール厚に成長するまでの成長時間の演算を1回目の演算とした場合に、以後、所定のスケール厚単位毎の成長時間の演算をn回目(nは2以上の整数)まで繰り返すステップと、により作成される
請求項1に記載の伝熱管の余寿命評価方法。
The calculation table is
Obtaining a temperature of steam flowing through the heat transfer tube;
calculating a first temperature, which is a temperature rise on the inner surface of the heat transfer tube caused by steam flowing through the heat transfer tube when a steam oxide scale thickness is zero;
a step of calculating a growth time for a steam oxide scale to grow from zero to a predetermined scale thickness using a temperature obtained by adding the first temperature to the temperature of the steam as an initial temperature on the inner surface of the heat transfer tube, and thereafter repeating the calculation of the growth time for each predetermined scale thickness unit up to an nth time (n is an integer of 2 or more).
前記n回目の演算は、
n-1回目の演算までに成長した前記水蒸気酸化スケール厚に起因する前記伝熱管内表面の上昇温度である第2の温度を前記初期温度に加算した温度に基づいて前記水蒸気酸化スケール厚の成長時間を演算する
請求項2に記載の伝熱管の余寿命評価方法。
The n-th calculation is
3. The method for evaluating a remaining life of a heat transfer tube according to claim 2, further comprising the step of calculating a growth time of the steam oxide scale thickness based on a temperature obtained by adding a second temperature, which is a rise in temperature on the inner surface of the heat transfer tube due to the steam oxide scale thickness grown up to an (n-1)th calculation, to the initial temperature.
前記第1の温度は水蒸気の前記伝熱管への熱伝達率、及び前記熱流束を考慮した温度であり、
前記第2の温度は水蒸気酸化スケールのスケール厚に応じた前記伝熱管への熱伝導率、及び前記熱流束を考慮した温度である
請求項3に記載の伝熱管の余寿命評価方法。
the first temperature is a temperature taking into consideration a heat transfer coefficient of the water vapor to the heat transfer tube and the heat flux,
The second temperature is a temperature taking into consideration the thermal conductivity to the heat transfer tube according to the scale thickness of the steam oxide scale and the heat flux.
The method for evaluating remaining life of a heat transfer tube according to claim 3 .
前記クリープ余寿命を推定するステップは、
前記水蒸気酸化スケールの所定のスケール厚単位におけるクリープ寿命に対する消費割合であるクリープ寿命消費率を演算するステップと、
前記クリープ寿命消費率を、前記水蒸気酸化スケール厚がゼロから所定のスケール厚まで積算することでボイラ運転時間とクリープ寿命消費率の関係性を演算するステップと、
クリープ寿命消費率100%に対応するボイラ運転時間から、評価時点におけるボイラ運転時間を減算するステップと、を有する
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の伝熱管の余寿命評価方法。
The step of estimating the remaining creep life includes:
calculating a creep life consumption rate, which is a consumption rate of the creep life per unit of a predetermined scale thickness of the steam oxide scale;
calculating a relationship between a boiler operation time and a creep life consumption rate by integrating the creep life consumption rate from zero to a predetermined steam oxide scale thickness;
The method for evaluating a remaining life of a heat transfer tube according to any one of claims 1 to 4, further comprising a step of subtracting a boiler operation time at the time of evaluation from a boiler operation time corresponding to a creep life consumption rate of 100%.
伝熱管の管内表面に形成される水蒸気酸化スケール厚と該水蒸気酸化スケール厚の成長時間との関係性を演算する演算部と、
伝熱管の評価対象部位における水蒸気酸化スケールの実測厚さの成長に要する成長時間がボイラの実運転時間となる実熱流束を前記演算部に基づいて決定する熱流束決定部と、
前記実熱流束に基づいて前記評価対象部位の管壁中央部の温度を演算する温度演算部と、
前記管壁中央部の温度、及び応力から前記評価対象部位におけるクリープ余寿命を演算するクリープ余寿命演算部と、を備える
伝熱管の余寿命評価装置。
a calculation unit that calculates a relationship between a thickness of a steam oxide scale formed on an inner surface of the heat transfer tube and a growth time of the steam oxide scale;
a heat flux determination unit that determines an actual heat flux based on the calculation unit, such that a growth time required for the growth of an actual thickness of steam oxide scale in an evaluation target portion of the heat transfer tube corresponds to an actual operation time of the boiler;
a temperature calculation unit that calculates a temperature of the pipe wall central portion of the evaluation target portion based on the actual heat flux;
a creep remaining life calculation unit that calculates a creep remaining life in the evaluation target portion from the temperature and stress in the tube wall central portion.
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