特許 6173880 損傷判定装置、および損傷判定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6173880

(24)【登録日】2017年7月14日

(45)【発行日】2017年8月2日

(54)【発明の名称】損傷判定装置、および損傷判定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/20 20060101AFI20170724BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/20 Z

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-223532(P2013-223532)

(22)【出願日】2013年10月28日

(65)【公開番号】特開2015-87125(P2015-87125A)

(43)【公開日】2015年5月7日

【審査請求日】2015年10月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】時吉 巧

(72)【発明者】

【氏名】深掘 拓也

(72)【発明者】

【氏名】大山 博之

【審査官】 吉田 将志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２７５７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１１０２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２８３４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５７４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１０３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１０１７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３５５３４３９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特表２００６−５２１２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２５４３６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０００１４９８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−１０

１４−２４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の部材が溶接により接続された配管と、
前記配管の外周面に延在する溶接部の近傍に取り付けられ、予め定められた第１検出方向の歪みに応じた第１出力信号を出力する第１歪み検出部と、
前記溶接部の近傍に取り付けられ、予め定められた第２検出方向の歪みに応じた第２出力信号を出力する第２歪み検出部と、
前記第１歪み検出部が出力する前記第１出力信号に基づいて、前記配管の損傷度を判定する損傷判定部とを備え、
前記第１歪み検出部は、前記第１検出方向が、前記溶接部が延在する方向に直交する方向と一致するように前記配管に取り付けられており、
前記第２歪み検出部は、前記第２検出方向が、前記溶接部が延在する方向と一致するように前記配管に取り付けられており、
前記損傷判定部が、前記第２歪み検出部が出力する前記第２出力信号の変化率に応じて前記第１出力信号を補正し、該補正された前記第１出力信号に基づいて前記配管の損傷度を判定する損傷判定装置。

【請求項2】

前記配管が、同径の第１配管部材および第２配管部材の端部を溶接した周方向の前記溶接部を備えており、
前記第１歪み検出部が、前記溶接部が延在する前記周方向に直交する方向の前記配管の歪みに応じた前記第１出力信号を出力するように前記配管に取り付けられている請求項１に記載の損傷判定装置。

【請求項3】

前記配管が、第３配管部材および第４配管部材の軸方向に延在する端面同士を溶接した長手方向の前記溶接部を備えており、
前記第１歪み検出部が、前記溶接部が延在する前記長手方向に直交する方向の前記配管の歪みに応じた前記第１出力信号を出力するように前記配管に取り付けられている請求項１に記載の損傷判定装置。

【請求項4】

複数の部材が溶接により接続された配管の損傷を判定する損傷判定方法であって、
前記配管の外周面に延在する溶接部の近傍に取り付けられた第１歪み検出部が、予め定められた第１検出方向の歪みに応じた第１出力信号を出力する第１出力工程と、
前記溶接部の近傍に取り付けられた第２歪み検出部が、予め定められた第２検出方向の歪みに応じた第２出力信号を出力する第２出力工程と、
前記第１出力工程にて出力された前記第１出力信号に基づいて、前記配管の損傷度を判定する損傷判定工程とを備え、
前記第１歪み検出部は、前記第１検出方向が、前記溶接部が延在する方向に直交する方向と一致するように前記配管に取り付けられており、
前記第２歪み検出部は、前記第２検出方向が、前記溶接部が延在する方向と一致するように前記配管に取り付けられており、
前記損傷判定工程が、前記第２出力工程により出力された前記第２出力信号の変化率に応じて前記第１出力信号を補正し、該補正された前記第１出力信号に基づいて前記配管の損傷度を判定する損傷判定方法。

【請求項5】

前記配管が、同径の第１配管部材および第２配管部材の端部を溶接した周方向の前記溶接部を備えており、
前記第１歪み検出部が、前記溶接部が延在する前記周方向に直交する方向の前記配管の歪みに応じた前記第１出力信号を出力するように前記配管に取り付けられている請求項４に記載の損傷判定方法。

【請求項6】

前記配管が、第３配管部材および第４配管部材の軸方向に延在する端面同士を溶接した長手方向の前記溶接部を備えており、
前記第１歪み検出部が、前記溶接部が延在する前記長手方向に直交する方向の前記配管の歪みに応じた前記第１出力信号を出力するように前記配管に取り付けられている請求項４に記載の損傷判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、損傷判定装置、および損傷判定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、大型プラントにおいては、プラント内で流体を輸送するために各種の配管が用いられる。例えば、火力発電プラントでは、ボイラで加熱された蒸気を蒸気タービンに輸送するために配管が用いられる。長距離で蒸気等の流体を輸送するために、複数の配管部材の端部同士が突き合わせ溶接等により接続・延長される。

【0003】

配管を溶接する際に形成される溶接部は、配管の内部を流通する流体から高熱を与えられることや、高圧力を受けることがある。配管の使用期間が長くなるにつれ、高熱や高圧力の影響により、溶接部および溶接部近傍において、クリープ損傷が進行する。クリープ損傷が進行すると、溶接部近傍において亀裂が発生し、最終的には配管が破断してしまう場合がある。

【0004】

配管が破断する不具合を事前に予測するために、溶接部の近傍に発生する亀裂をモニタリングする亀裂モニタリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１は、亀裂の発生によって生じる配管の亀裂の長さを、配管表面の電位差として検出する亀裂モニタリング装置を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３５５３４３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載された亀裂モニタリング装置は、亀裂の進展による電位差の変化を検出するセンサの取り付け位置を決定するために、非破壊検査法により予め亀裂の発生位置を正確に特定する必要がある。センサの取り付け位置が正確でないと、亀裂の長さを誤判定してしまう可能性がある。
また、亀裂の進展に伴う電位差の変化が非常に小さいため、配管の使用期間が長くなるにつれて電位差を検出する端子の位置が徐々に変化し、亀裂の長さを誤判定してしまう可能性がある。

【0007】

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することが可能な損傷判定装置および損傷判定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明に係る損傷判定装置は、複数の部材が溶接により接続された配管と、前記配管の外周面に延在する溶接部の近傍に取り付けられ、予め定められた第１検出方向の歪みに応じた第１出力信号を出力する第１歪み検出部と、前記第１歪み検出部が出力する前記第１出力信号に基づいて、前記配管の損傷度を判定する損傷判定部とを備え、前記第１歪み検出部は、前記第１検出方向が、前記溶接部が延在する方向に直交する方向と一致するように前記配管に取り付けられている。

【0009】

本発明に係る損傷判定装置によれば、配管の歪みを検出する第１検出方向が、溶接部が延在する方向に直交する方向と一致するように、第１歪み検出部が配管に取り付けられている。溶接部が延在する方向に直交する方向は、クリープ損傷が進行することにより配管に歪みが発生する方向と一致しているので、精度良く配管の損傷度を判定することができる。また、第１歪み検出部は、配管の歪みを直接的に第１出力信号として出力するものであるので、亀裂の進展に伴う微小な電位差を検出する方式と比較して、誤判定をすることが抑制される。
このように、本発明に係る損傷判定装置によれば、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することができる。

【0010】

本発明の第１態様の損傷判定装置は、前記溶接部の近傍に取り付けられ、予め定められた第２検出方向の歪みに応じた第２出力信号を出力する第２歪み検出部を備え、前記第２歪み検出部は、前記第２検出方向が、前記溶接部が延在する方向と一致するように前記配管に取り付けられており、前記損傷判定部が、前記第１歪み検出部が出力する前記第１出力信号と前記第２歪み検出部が出力する前記第２出力信号とに基づいて、前記配管の損傷度を判定する。

【0011】

本発明の第１態様の損傷判定装置によれば、配管の歪みを検出する第２検出方向が、溶接部が延在する方向と一致するように、第２歪み検出部が配管に取り付けられている。溶接部が延在する方向に直交する方向は、クリープ損傷が進行することにより配管に歪みが発生する方向とは異なる。第２歪み検出部が出力する第２出力信号を配管の損傷度の判定に用いることにより、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みによる誤判定を抑制することができる。

【0012】

本発明の第１態様の損傷判定装置においては、前記損傷判定部が、前記第２歪み検出部が出力する前記第２出力信号の変化率に応じて前記第１出力信号を補正し、該補正された前記第１出力信号に基づいて、前記配管の損傷度を判定するようにしてもよい。
このようにすることで、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みに対応する第２出力信号の変化率に応じて第１出力信号を適切に補正することができる。これにより、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みによる誤判定を抑制することができる。

【0013】

本発明の第２態様の損傷判定装置は、前記配管が、同径の第１配管部材および第２配管部材の端部を溶接した周方向の前記溶接部を備えており、前記第１歪み検出部が、前記溶接部が延在する前記周方向に直交する方向の前記配管の歪みに応じた前記第１出力信号を出力するように前記配管に取り付けられている。
このようにすることで、周方向の溶接部を備える配管において、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することが可能な損傷判定装置を提供することができる。

【0014】

本発明の第３態様の損傷判定装置は、前記配管が、第３配管部材および第４配管部材の軸方向に延在する端面同士を溶接した長手方向の前記溶接部を備えており、前記第１歪み検出部が、前記溶接部が延在する前記長手方向に直交する方向の前記配管の歪みに応じた前記第１出力信号を出力するように前記配管に取り付けられている。
このようにすることで、長手方向の溶接部を備える配管において、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することが可能な損傷判定装置を提供することができる。

【0015】

本発明に係る損傷判定方法は、複数の部材が溶接により接続された配管の損傷を判定する損傷判定方法であって、前記配管の外周面に延在する溶接部の近傍に取り付けられた第１歪み検出部が、予め定められた第１検出方向の歪みに応じた第１出力信号を出力する第１出力工程と、前記出力工程にて出力された前記第１出力信号に基づいて、前記配管の損傷度を判定する損傷判定工程とを備え、前記第１歪み検出部は、前記第１検出方向が、前記溶接部が延在する方向に直交する方向と一致するように前記配管に取り付けられている。

【0016】

本発明に係る損傷判定方法によれば、配管の歪みを検出する第１検出方向が、溶接部が延在する方向に直交する方向と一致するように、第１歪み検出部が配管に取り付けられている。溶接部が延在する方向に直交する方向は、クリープ損傷が進行することにより配管に歪みが発生する方向と一致しているので、精度良く配管の損傷度を判定することができる。また、第１出力工程は、配管の歪みを直接的に第１出力信号として出力するものであるので、亀裂の進展に伴う微小な電位差を検出する方式と比較して、誤判定をすることが抑制される。
このように、本発明に係る損傷判定方法によれば、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することができる。

【0017】

本発明の第１態様の損傷判定方法は、前記溶接部の近傍に取り付けられた第２歪み検出部が、予め定められた第２検出方向の歪みに応じた第２出力信号を出力する第２出力工程を備え、前記第２歪み検出部は、前記第２検出方向が、前記溶接部が延在する方向と一致するように前記配管に取り付けられており、前記損傷判定工程が、前記第１出力工程にて出力された前記第１出力信号と前記第２出力工程にて出力された前記第２出力信号とに基づいて、前記配管の損傷度を判定する。

【0018】

本発明の第１態様の損傷判定方法によれば、配管の歪みを検出する第２検出方向が、溶接部が延在する方向と一致するように、第２歪み検出部が配管に取り付けられている。溶接部が延在する方向に直交する方向は、クリープ損傷が進行することにより配管に歪みが発生する方向とは異なる。第２歪み検出部が出力する第２出力信号を配管の損傷度の判定に用いることにより、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みによる誤判定を抑制することができる。

【0019】

本発明の第１態様の損傷判定方法においては、前記損傷判定工程が、前記第２出力工程により出力された前記第２出力信号の変化率に応じて前記第１出力信号を補正し、該補正された前記第１出力信号に基づいて、前記配管の損傷度を判定するようにしてもよい。
このようにすることで、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みに対応する第２出力信号の変化率に応じて第１出力信号を適切に補正することができる。これにより、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みによる誤判定を抑制することができる。

【0020】

本発明の第２態様の損傷判定方法によれば、前記配管が、同径の第１配管部材および第２配管部材の端部を溶接した周方向の前記溶接部を備えており、前記第１歪み検出部が、前記溶接部が延在する前記周方向に直交する方向の前記配管の歪みに応じた前記第１出力信号を出力するように前記配管に取り付けられている。
このようにすることで、周方向の溶接部を備える配管において、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することが可能な損傷判定方法を提供することができる。

【0021】

本発明の第３態様の損傷判定方法によれば、前記配管が、第３配管部材および第４配管部材の軸方向に延在する端面同士を溶接した長手方向の前記溶接部を備えており、前記第１歪み検出部が、前記溶接部が延在する前記長手方向に直交する方向の前記配管の歪みに応じた前記第１出力信号を出力するように前記配管に取り付けられている。
このようにすることで、長手方向の溶接部を備える配管において、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することが可能な損傷判定方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することが可能な損傷判定装置および損傷判定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１実施形態の損傷判定装置の構成を示す側面図である。

【図2】図１に示す配管の中心軸方向の縦断面図であり、（ａ）は損傷のない状態を示す図であり、（ｂ）は微小な損傷がある状態を示す図であり、（ｃ）は損傷が進行した状態を示す図である。

【図3】本発明の第１実施形態の配管の歪み量と使用時間の関係を示す図である。

【図4】本発明の第２実施形態の損傷判定装置の構成を示す側面図である。

【図5】本発明の第２実施形態の配管の歪み量と使用時間の関係を示す図である。

【図6】本発明の第３実施形態の損傷判定装置の構成を示す側面図である。

【図7】本発明の第３実施形態の配管の中心軸方向に直交する方向の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の損傷判定装置１００について、図１から図３を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態の損傷判定装置１００の構成を示す側面図である。

【0025】

図１に示すように、損傷判定装置１００は、配管部材４０,４１と、歪みゲージ１０と、損傷判定部２０とを備えている。
配管部材４０（第１配管部材）および配管部材４１（第２配管部材）は、同径の部材である。配管部材４０の中心軸Ａ方向の右端部と、配管部材４１の中心軸Ａ方向の左端部とが突き合わせ溶接により溶接されており、溶接された部分が中心軸Ａの周方向に延在する溶接部５１となっている。配管部材４０および配管部材４１が溶接により接続されたものが、横断面が円筒形状の配管となっている。この配管には配管部材４０,４１とは異なる他の配管（不図示）も溶接により接続されている。

【0026】

歪みゲージ１０（第１歪み検出部）は、歪みに応じた出力電圧（第１出力信号）を出力するセンサである。歪みゲージ１０は、薄い絶縁体上に配線された金属の抵抗体が取り付けられた可撓性のシート形状の部材である。歪みゲージ１０は、金属の抵抗体が変形によって電気抵抗値が変化する特性を利用して、歪みに応じた出力電圧を出力するセンサである。歪みゲージ１０の入力端子（不図示）を介して金属の抵抗体に予め入力電圧を与えておくと、金属の抵抗体の電気抵抗値に応じた出力電圧（出力信号）が出力端子３０,３１から出力される。

【0027】

歪みゲージ１０は、配管部材４０,４１により形成される配管の外周面の周方向に延在する溶接部５１の近傍に取り付けられている。
歪みゲージ１０は、予め定められた検出方向（第１検出方向）の歪みに応じた出力電圧（第１出力信号）を出力するものである。予め定められた検出方向とは、図１に示す歪みゲージ１０の長手方向である。図１および図２に示すように、歪みゲージ１０は、長手方向の端部が溶接部５１の端部に一致するように点溶接で取り付けられている。

【0028】

損傷判定装置１００は、配管部材４０,４１により形成される配管の溶接部５１近傍の損傷を判定する損傷判定部２０を備えている。損傷判定部２０は、歪みゲージ１０の出力端子３０,３１に接続されており、出力端子３０,３１から入力される出力電圧に基づいて、配管部材４０,４１により形成される配管の損傷度を判定する。

【0029】

次に、図２を用いて、配管部材４０,４１により形成される配管の損傷（亀裂）の進行状態について説明する。図２は、図１に示す配管の中心軸Ａ方向の縦断面図であり、（ａ）は損傷のない状態を示す図であり、（ｂ）は微小な損傷がある状態を示す図であり、（ｃ）は損傷が進行した状態を示す図である。

【0030】

図２の各図において、実線で囲まれた溶接部５１は、配管部材４０,４１を突き合わせ溶接する際に、溶接棒等の溶加材と配管部材４０,４１を構成する母材とが溶融して凝固した部分を示す。また、図２の各図において、母材５３は、配管部材４０,４１を突き合わせ溶接する際に何らの熱的な影響を受けなかった部分を示す。また、図２の各図において、熱影響部５２は、配管部材４０,４１を突き合わせ溶接する際に、溶融はしなかったが熱的な影響により組織や性質が変化した部分を示す。図２において、点線部は、熱影響部５２と母材５３との境界位置を示す。

【0031】

図２（ａ）は、損傷のない状態を示す図である。図２（ａ）に示すように、損傷のない状態の熱影響部５２は、母材５３と略同じ板厚となっている。図２（ａ）に示す状態では、配管部材４１の外周面に取付けられた歪みゲージ１０に変形は生じていない。

【0032】

図２（ｂ）は、微小な損傷がある状態を示す図である。図２（ｂ）に示すように、熱影響部５２の溶接部５１近傍の複数箇所に、微小亀裂５２ａ,５２ｂ,５２ｃ,５２ｄ,５２ｅが発生している。この微小亀裂は、クリーブボイドとよばれる極小の空隙が集合、合体して形成されたものであり、数百μｍ程度の長さの亀裂である。図２（ｂ）に示すように、微小亀裂が生じている状態では、熱影響部５２と母材５３との境界位置が溶接部５１から遠ざかっている。これは、配管部材４０と配管部材４１とに、互いを引き離す方向の力が加わったことにより、熱影響部５２が配管の中心軸Ａ方向に延びて塑性変形が生じたからである。

【0033】

図２（ｂ）に示すように、熱影響部５２は、配管の中心軸Ａ方向に塑性変形を生じたことにより、中心軸Ａ方向の中央部の板厚が薄くなっている。板厚が薄くなっているのは、熱影響部５２の体積が一定のまま、中心軸Ａ方向に延びて塑性変形が生じたからである。熱影響部５２の板厚が薄くなるのに伴って、熱影響部５２の外周面に取付けられた歪みゲージ１０が長手方向に変形し、歪みゲージ１０の出力端子３０,３１から出力される出力電圧が変化する。

【0034】

図２（ｃ）は、損傷が進行した状態を示す図である。図２（ｃ）に示すように、熱影響部５２の溶接部５１近傍の複数箇所に、進展亀裂５２ｆ,５２ｇ,５２ｈが発生している。この進展亀裂５２ｆ,５２ｇ,５２ｈは、微小亀裂５２ａ,５２ｂ,５２ｃ,５２ｄ,５２ｅが集合して形成されたものであり、数ｍｍ程度の長さの亀裂である。図２（ｃ）に示すように、進展亀裂が生じている状態では、熱影響部５２と母材５３との境界位置が溶接部５１から更に遠ざかっている。熱影響部５２の板厚が更に薄くなるのに伴って、熱影響部５２の外周面に貼付された歪みゲージ１０が長手方向に更に変形し、歪みゲージ１０から出力される出力電圧が変化する。

【0035】

図２の各図に示すように、亀裂の進展に伴って溶接部５１の形状の変化は殆ど生じない。損傷が進行して中心軸Ａ方向の変形が生じるのは主に熱影響部５２の部分である。したがって、本実施形態においては、亀裂の進展に伴って生じる配管部材４１の歪みを精度良く検出するために、歪みゲージ１０の長手方向の端部を溶接部５１の端部と一致させている。このようにすることで、損傷の進行（亀裂の進展）により変形の生じやすい熱影響部５２の変形をより検知し易くしている。

【0036】

前述したように、歪みゲージ１０は、予め定められた検出方向（第１検出方向）の歪みに応じた出力電圧（第１出力信号）を出力するものである。図２を用いて説明したように、配管の損傷による配管部材４１の外周面の歪みは、主に溶接部５１が延在する周方向に直交する中心軸Ａ方向と一致する。そこで、本実施形態の損傷判定装置１００では、歪みゲージ１０の歪みの検出方向が、溶接部５１が延在する周方向に直交する中心軸Ａ方向と一致するように配管部材４１に取り付けられている。

【0037】

本実施形態において、歪みゲージ１０は、歪みの検出方向が中心軸Ａ方向と一致するように取り付けられるが、ここでいう「一致する」とは、実質的に同方向となるように取り付けられることをいう。実質的に同方向とは、中心軸Ａ方向に対して、１０°程度の範囲で交差する方向をいう。０°（中心軸Ａと同方向）であるのが望ましいが、歪みゲージ１０は、歪みの検出精度の許容度等に応じて１０°程度の範囲の方向に取り付けられる。

【0038】

図３は、本実施形態の配管の歪み量と使用時間の関係を示す図である。
図３に示すように、配管部材４０,４１により形成される配管の歪み量は、配管の使用時間に伴って徐々に増加する。そして、一定の使用時間Ｔ１が経過して歪み量がＳ１となった後、歪み量が急激に増加する。これは、歪み量がＳ１を超えると、熱影響部に生じた亀裂が急激に成長し、最終的には配管の破断に至るからである。本実施形態では、歪み量が急激に進展する前の歪み量Ｓ１を検出して損傷度を判定することにより、亀裂が急激に進展する前に配管の交換や修繕を促すようにする。

【0039】

次に、本実施形態の損傷判定部２０が実行する損傷判定方法について説明する。
損傷判定部２０は、ＣＰＵ等の制御部（不図示）がＲＯＭ等の記憶部（不図示）に格納されたプログラムを読み出し、読み出したプログラムを実行することにより、後述する損傷判定方法を実行する。

【0040】

歪みゲージ１０は、配管部材４０,４１により形成される配管の外周面の中心軸Ａ方向の歪みに応じた出力電圧を、出力端子３０,３１から出力する（第１出力工程）。損傷判定部２０は、出力端子３０,３１から出力される出力電圧を受信する。

【0041】

損傷判定部２０は、出力端子３０,３１から出力される出力電圧に基づいて、配管部材４０,４１により形成される配管の損傷度が予め定められた損傷度を超えているかどうかを判定する。損傷判定部２０は、予め定められた損傷度に応じた出力電圧をＲＯＭ等の記憶部（不図示）に記憶しておき、記憶した出力電圧と出力端子３０,３１から出力される出力電圧とを比較する。

【0042】

ここで、歪みゲージ１０は、配管が延びる場合に出力電圧が増加するようになっているものとする。損傷判定部２０は、出力端子３０,３１から出力される出力電圧が記憶した出力電圧値を超えた場合に、配管部材４０,４１により形成される配管の損傷度が予め定められた損傷度を超えていると判定する（損傷判定工程）。損傷度が予め定められた損傷度を超えていると判定された場合、損傷判定部２０は、表示画面（不図示）等を介してその旨をプラントの作業者に通知する（通知工程）。この通知を受けた作業者は、配管部材４０,４１により形成される配管の補修または交換が必要であると認識することができる。

【0043】

以上説明したように、本実施形態の損傷判定装置１００によれば、配管の歪みを検出する検出方向（第１検出方向）が、溶接部５１が延在する周方向に直交する中心軸Ａ方向と一致するように、歪みゲージ１０（第１歪み検出部）が配管に取り付けられている。溶接部５１が延在する周方向に直交する中心軸Ａ方向は、クリープ損傷が進行することにより配管に歪みが発生する方向と一致しているので、精度良く配管の損傷度を判定することができる。また、歪みゲージ１０（第１歪み検出部）は、配管の歪みを直接的に出力電圧（第１出力信号）として出力するものであるので、亀裂の進展に伴う微小な電位差を検出する方式と比較して、誤判定をすることが抑制される。このように、本実施形態の損傷判定装置１００によれば、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することができる。

【0044】

本実施形態の損傷判定装置１００は、配管が、同径の配管部材４０（第１配管部材）および配管部材４１（第２配管部材）の端部を溶接した周方向の溶接部５１を備えており、歪みゲージ１０（第１歪み検出部）が、溶接部５１が延在する周方向に直交する方向の配管の歪みに応じた出力電圧（第１出力信号）を出力するように配管に取り付けられている。
このようにすることで、周方向の溶接部５１を備える配管において、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することができる。

【0045】

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について図４および図５を用いて説明する。図４は、第２実施形態の損傷判定装置２００の構成を示す側面図である。図５は、第２実施形態の配管の歪み量と使用時間の関係を示す図である。
第２実施形態は、第１実施形態の変形例であり、第１実施形態における歪みゲージ１０に加え、歪みゲージ１１が追加されている点が異なる。なお、第１実施形態と同一の符号を付した構成は、同一のものであるとし、その説明を省略する。

【0046】

歪みゲージ１１（第２歪み検出部）は、歪みに応じた出力電圧（第２出力信号）を出力するセンサである。歪みゲージ１１は、薄い絶縁体上に配線された金属の抵抗体が取り付けられた可撓性のシート形状の部材となっている。歪みゲージ１１は、金属の抵抗体が変形によって電気抵抗値が変化する特性を利用して、歪みに応じた出力電圧を出力するセンサである。歪みゲージ１１の入力端子（不図示）を介して金属の抵抗体に予め入力電圧を与えておくと、金属の抵抗体の電気抵抗値に応じた出力電圧（出力信号）が出力端子３２,３３から出力される。

【0047】

歪みゲージ１１は、配管部材４０,４１により形成される配管の外周面に延在する溶接部５１の近傍に取り付けられている。
歪みゲージ１１は、予め定められた検出方向（第２検出方向）の歪みに応じた出力電圧（第２出力信号）を出力するものである。予め定められた検出方向とは、図１に示す歪みゲージ１１の長手方向である。図４に示すように、歪みゲージ１１は、短手方向の端部が溶接部５１の端部に一致するように点溶接で取り付けられている。

【0048】

損傷判定装置２００は、配管部材４０,４１により形成される配管の溶接部５１近傍の損傷を判定する損傷判定部２１を備えている。損傷判定部２１は、歪みゲージ１０の出力端子３０,３１および歪みゲージ１１の出力端子３２,３３に接続されている。損傷判定部２１は、出力端子３０,３１から入力される出力電圧（第１出力信号）と、出力端子３２,３３から入力される出力電圧（第２出力信号）とに基づいて、配管部材４０,４１により形成される配管の損傷度を判定する。

【0049】

第２実施形態において歪みゲージ１１を設けているのは、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みによる誤判定を抑制するためである。第１実施形態で説明したように、配管の損傷による配管部材４１の外周面の歪みは、主に溶接部５１が延在する周方向に直交する中心軸Ａ方向と一致している。一方、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みは、中心軸Ａ方向だけでなく周方向にも生じる。歪みゲージ１１は、長手方向が溶接部５１が延在する周方向に一致するように配管部材４１の外周面に貼付されている。歪みゲージ１１によって、配管の温度や圧力の変化による配管の周方向の歪みに応じた出力電圧を出力し、この出力電圧に基づいて歪みゲージ１０の出力電圧を補正することにより、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することができる。

【0050】

ここで、本実施形態の配管の歪み量と使用時間の関係について図５を用いて説明する。
図５は、歪み量がＳ１である時間Ｔ１において配管が設置されるプラントの運転条件が変更され、その後の歪み量がＳ２まで増加した時間Ｔ２に至ることを示している。運転条件の変更とは、例えば、プラントの出力を上昇させる運転条件の変更である。この変更が行われると、配管を流通する蒸気の温度や圧力が上昇し、配管が中心軸Ａ方向と周方向にそれぞれ延びる方向に歪みが発生する。図５において、グラフＧ１は歪みゲージ１０により検出される歪み量を示すグラフであり、グラフＧ２は歪みゲージ１１により検出される歪み量を示すグラフである。

【0051】

本実施形態の損傷判定部２１は、図５に示す歪みが発生する場合、時刻Ｔ２において歪みゲージ１０が検出する歪み量Ｓ４を下記の式（１）に基づいて補正し、補正後の歪み量Ｓ４′を算出する。
Ｓ４′＝Ｓ４−［Ｓ３・（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ１］ （１）
式（１）において、（Ｓ２−Ｓ１）／Ｓ１は、歪みゲージ１１が検出する時刻Ｔ１での歪み量Ｓ１に対する時刻Ｔ２での歪み量Ｓ２の変化率（増加率）である。そして、この変化率に歪みゲージ１０が検出する時刻Ｔ１での歪み量Ｓ３を乗じることにより、時刻Ｔ２における配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による中心軸Ａ方向の配管の歪みの増加量が算出される。この増加量を時刻Ｔ２において歪みゲージ１０が検出する歪み量Ｓ４から減算することにより、補正後の歪み量Ｓ４′が算出される。

【0052】

損傷判定部２１は、出力端子３０,３１から出力される出力電圧と、出力端子３２,３３から出力される出力電圧とに基づいて、前述した式（１）を用いて歪み量を算出する。式（１）における歪み量Ｓ１,Ｓ２,Ｓ３,Ｓ４の値としては、歪み量に比例する値である出力電圧の値を用いるものとする。損傷判定部２１は、算出された歪み量に基づいて、配管部材４０,４１により形成される配管の損傷度が予め定められた損傷度を超えているかどうかを判定する。損傷判定部２０は、予め定められた損傷度に応じた歪み量をＲＯＭ等の記憶部（不図示）に記憶しておき、記憶した歪み量と算出された歪み量とを比較する。そして、算出された歪み量が記憶した歪み量を超える場合に、配管部材４０,４１により形成される配管の損傷度が予め定められた損傷度を超えていると判定する（損傷判定工程）。

【0053】

損傷度が予め定められた損傷度を超えていると判定された場合、損傷判定部２０は、表示画面（不図示）等を介してその旨をプラントの作業者に通知する（通知工程）。この通知を受けた作業者は、配管部材４０,４１により形成される配管の補修または交換が必要であると認識することができる。

【0054】

以上説明したように、本実施形態の損傷判定装置２００によれば、配管の歪みを検出する検出方向（第２検出方向）が、溶接部５１が延在する方向と一致するように、歪みゲージ１１（第２歪み検出部）が配管に取り付けられている。溶接部５１が延在する方向に直交する周方向は、クリープ損傷が進行することにより配管に歪みが発生する方向とは異なる。歪みゲージ１１が出力する出力電圧（第２出力信号）を配管の損傷度の判定に用いることにより、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みによる誤判定を抑制することができる。

【0055】

本実施形態の損傷判定装置２００は、損傷判定部２１が、歪みゲージ１１が出力する出力電圧（第２出力信号）の変化率（増加率）に応じて歪みゲージ１０が出力する出力電圧（第１出力信号）を補正し、補正された出力電圧（歪み量）に基づいて、配管の損傷度を判定する。
このようにすることで、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みに対応する歪みゲージ１１の出力電圧（第２出力信号）の変化率に応じて歪みゲージ１０の出力電圧（第１出力信号）を適切に補正することができる。これにより、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みによる誤判定を抑制することができる。

【0056】

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について図６および図７を用いて説明する。図６は、本発明の第３実施形態の損傷判定装置６００の構成を示す側面図である。図７は、本発明の第３実施形態の配管の中心軸方向に直交する方向の断面図である。
第３実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する部分を除き、第１実施形態と同様であるものとし、説明を省略する。

【0057】

第１実施形態の配管は、同径の部材である配管部材４０（第１配管部材）および配管部材４１（第２配管部材）により構成されるものであった。それに対して、本実施形態の配管は、中心軸Ａ方向に延在する配管部材６０（第３配管部材）および配管部材６１（第４配管部材）により構成されるものである。配管部材６０および配管部材６１は、中心軸Ａ方向に延在する端面同士が溶接されている。この溶接された部分が、配管の長手方向（中心軸Ａ方向）の溶接部６２となっている。

【0058】

歪みゲージ１２（第１歪み検出部）は、歪みに応じた出力電圧（第１出力信号）を出力するセンサである。歪みゲージ１２は、薄い絶縁体上に配線された金属の抵抗体が取り付けられた可撓性のシート形状の部材となっている。歪みゲージ１２は、金属の抵抗体が変形によって電気抵抗値が変化する特性を利用して、歪みに応じた出力電圧を出力するものである。歪みゲージ１２の入力端子（不図示）を介して金属の抵抗体に予め入力電圧を与えておくと、金属の抵抗体の電気抵抗値に応じた出力電圧（出力信号）が出力端子６３,６４から出力される。

【0059】

損傷判定装置６００は、配管部材６０,６１により形成される配管の溶接部６２近傍の損傷を判定する損傷判定部２２を備えている。損傷判定部２２は、歪みゲージ１２の出力端子６３,６４に接続されており、出力端子６３,６４から入力される出力電圧に基づいて、配管部材６０,６１により形成される配管の損傷度を判定する。

【0060】

歪みゲージ１２は、予め定められた検出方向（第１検出方向）の歪みに応じた出力電圧（第１出力信号）を出力するものである。配管の損傷による配管部材６１の外周面の歪みは、主に溶接部５１が延在する中心軸Ａ方向に直交する周方向と一致する。そこで、本実施形態の損傷判定装置６００では、歪みゲージ１２の歪みの検出方向が、溶接部６２が延在する中心軸Ａ方向に直交する周方向と一致するように配管部材６１に取り付けられている。

【0061】

歪みゲージ１０２は、配管部材６０,６１により形成される配管の外周面の周方向の歪みに応じた出力電圧を、出力端子６３,６４から出力する（第１出力工程）。損傷判定部２２は、出力端子６３,６４から出力される出力電圧を受信する。

【0062】

損傷判定部２２は、出力端子６３,６４から出力される出力電圧に基づいて、配管部材６０,６１により形成される配管の損傷度が予め定められた損傷度を超えているかどうかを判定する。損傷判定部２２は、予め定められた損傷度に応じた出力電圧をＲＯＭ等の記憶部（不図示）に記憶しておき、記憶した出力電圧と出力端子６３,６４から出力される出力電圧とを比較する。

【0063】

ここで、歪みゲージ１２は、配管が延びる場合に出力電圧が増加するようになっているものとする。損傷判定部２２は、出力端子６３,６４から出力される出力電圧が記憶した出力電圧値を超えた場合に、配管部材６３,６４により形成される配管の損傷度が予め定められた損傷度を超えていると判定する（損傷判定工程）。損傷度が予め定められた損傷度を超えていると判定された場合、損傷判定部２２は、表示画面（不図示）等を介してその旨をプラントの作業者に通知する（通知工程）。この通知を受けた作業者は、配管部材６０,６１により形成される配管の補修または交換が必要であると認識することができる。

【0064】

以上説明したように、本実施形態の損傷判定装置６００は、配管が、配管部材６０（第３配管部材）および配管部材６１（第４配管部材）の中心軸Ａ方向に延在する端面同士を溶接した長手方向の溶接部６２を備えており、歪みゲージ１２（第１歪み検出部）が、溶接部６２が延在する長手方向に直交する周方向の配管の歪みに応じた出力電圧（第１出力信号）を出力するように配管に取り付けられている。
このようにすることで、長手方向の溶接部６２を備える配管において、誤判定を抑制して精度良く配管の損傷度を判定することができる。

【0065】

〔他の実施形態〕
第１実施形態において、歪みゲージ１０は、歪みに応じた出力電圧を出力端子３０,３１から出力するものであったが、他の態様であってもよい。例えば、歪みエージ１０に歪みに応じた出力電圧をデジタル信号に変換する機能を設け、歪みに応じたデジタル信号（出力信号）を損傷判定部２０に送信するようにしてもよい。

【0066】

また、第３実施形態は、歪みゲージ１２のみを配管に貼付するものであったが、他の態様であっても良い。歪みゲージ１２に加え、他の歪みゲージを追加してもよい。この場合、他の歪みゲージは、溶接部６２が延在する中心軸Ａ方向が長手方向となるように設置するものとする。そして、他の歪みゲージが出力する出力電圧は、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みに対応するものである。他の歪みゲージの出力電圧（第２出力信号）の変化率（増加率）に応じて歪みゲージ１２の出力電圧（第１出力信号）を適切に補正することができる。これにより、配管の温度や圧力の変化等、クリープ損傷の進行以外の原因による配管の歪みによる誤判定を抑制することができる。

【符号の説明】

【0067】

１０，１２ 歪みゲージ（第１歪み検出部）
１１ 歪みゲージ（第２歪み検出部）
２０，２１，２２ 損傷判定部
３０，３１，３２，３３，６３，６４ 出力端子
４０ 配管部材（第１配管部材）
４１ 配管部材（第２配管部材）
５１,６２ 溶接部
５２ 熱影響部
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ 微小亀裂
５２ｆ，５２ｇ，５２ｈ 進展亀裂
５３ 母材
６０ 配管部材（第３配管部材）
６１ 配管部材（第４配管部材）
１００，２００，６００ 損傷判定装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】