特開 2024-16549 プラントリスク評価方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024016549

(43)【公開日】2024-02-07

(54)【発明の名称】プラントリスク評価方法および装置

(51)【国際特許分類】

   G06Q 10/0635 20230101AFI20240131BHJP

   G06Q 50/04 20120101ALI20240131BHJP

【ＦＩ】

G06Q10/06 326

G06Q50/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022118763

(22)【出願日】2022-07-26

(71)【出願人】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】金田 昌基

(72)【発明者】

【氏名】池側 智彦

(72)【発明者】

【氏名】新間 大輔

【テーマコード（参考）】

5L049

【Ｆターム（参考）】

5L049AA06

5L049CC03

5L049CC15

(57)【要約】

【課題】機器の保全方法および構成を変更した場合のフォールトツリーの変更を自動的に実施することで、プラントリスク、さらには経済性を容易に評価可能なプラントリスク評価方法および装置を提供する。
【解決手段】計算機を用いて、複数機器で構成されるプラントのリスクを評価するプラントリスク評価方法であって、プラントを構成する機器の保全方法または構成の変更を入力し、プラントを構成する機器について故障モードと故障発生確率の関係を示す部分フォールトツリーを参照して、変更がなされたときの機器の故障モードと故障発生確率を求め、複数の機器で構成されるプラントの停止リスクを求めるための全体フォールトツリーを参照して、機器について変更がなされたときのプラント停止リスクを求めることを特徴とするプラントリスク評価方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

計算機を用いて、複数機器で構成されるプラントのリスクを評価するプラントリスク評価方法であって、
プラントを構成する機器の保全方法または構成の変更を入力し、
プラントを構成する機器について故障モードと故障発生確率の関係を示す部分フォールトツリーを参照して、前記変更がなされたときの前記機器の故障モードと故障発生確率を求め、
複数の機器で構成されるプラントの停止リスクを求めるための全体フォールトツリーを参照して、機器について前記変更がなされたときのプラント停止リスクを求めることを特徴とするプラントリスク評価方法。

【請求項2】

請求項１に記載のプラントリスク評価方法であって、
前記機器の保全方法は、時間基準保全の保全間隔、状態基準保全、事後保全であり、
前記部分フォールトツリーは、保全方法変更後の故障モードと故障発生確率を求めるものであることを特徴とするプラントリスク評価方法。

【請求項3】

請求項１に記載のプラントリスク評価方法であって、
前記機器の構成は、多重化、または仕様変更であり、前記部分フォールトツリーは、機器の構成を変更後の、部分ツリーの構造と故障発生確率を求めるものであることを特徴とするプラントリスク評価方法。

【請求項4】

請求項１に記載のプラントリスク評価方法であって、
前記プラント停止リスクに対して、当該プラントを停止した時のコストを求めることを特徴とするプラントリスク評価方法。

【請求項5】

計算機を用いて、複数機器で構成されるプラントのリスクを評価するプラントリスク評価装置であって、
プラントを構成する機器の保全方法または構成の変更を入力する入力装置と、
プラントを構成する機器について故障モードと故障発生確率の関係を示す部分フォールトツリーと、複数の機器で構成されるプラントの停止リスクを求めるための全体フォールトツリーと、
前記部分フォールトツリーを参照して、前記変更がなされたときの前記機器の故障モードと故障発生確率を求めるフォールトツリー構成部と、
前記全体フォールトツリーを参照して、機器について前記変更がなされたときのプラント停止リスクを求めるリスク計算部を備えることを特徴とするプラントリスク評価装置。

【請求項6】

請求項５に記載のプラントリスク評価装置であって、
プラント停止コストを計算するための単価を格納したコストデータベースと、
プラント停止リスクからプラント停止によるコスト期待値を計算するコスト計算部を備えることを特徴とするプラントリスク評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラントのリスクを評価するプラントリスク評価方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

原子力などの発電プラントでは、信頼性向上と保全作業の合理化を目的として、機器の保全方法の見直しが検討されている。従来は一定期間ごとに機器の点検を行う時間基準保全が中心であったが、状態監視技術の活用などによって、機器の状態に基づき必要なときに保全を行う状態基準保全の導入が検討されている。あるいは、機器が故障してもプラントへの影響が小さく、対応が容易な場合には、機器が故障してから交換、修理を行う事後保全化も考えられる。

【0003】

ただし、機器の保全方法の見直しは、プラントの信頼性を低下させないことが前提であり、どの機器の保全方法をどのように変えるかについて、慎重な検討が必要である。これまでの時間基準保全では、機器の劣化が進むよりも短い間隔で保全作業が行われていた。例えば、これまで２年間隔で保全作業が行われていた機器について、状態監視によって点検間隔を４年に延長した場合、これまでは発生していなかった劣化の発生により、従来よりも故障確率が増大する可能性がある。したがって、保全方法を変更する場合には、故障モードと発生確率の変化を考慮することが必要になる。

【0004】

機器の故障によるプラントリスク評価として、フォールトツリーを用いてプラント停止確率を計算することができる。それにより、ある機器の保全方法を変更した場合に、プラントへの影響を定量的に評価できる。

【0005】

一方、プラントリスクを低減させるために、機器の構成を見直すことも検討できる。例えば、信頼性の高い型式への変更や、多重化などを行って機器の故障確率を低下させ、プラント停止確率を低下させることができる。すなわち、保全方法変更と構成変更を組み合わせて、リスクが上昇しないようにしつつ、プラント停止による損失と保全費用全体でのコストを低減することが望ましい。このような評価をするために、フォールトツリーでプラント停止リスクを評価し、プラント停止損失の期待値を計算することが有効である。

【0006】

そのようなリスク評価方法として、特許文献１には、「診断エンジンが、リスク評価ＤＢ及びリスク対策ＤＢを参照し、機器毎に故障が発生した場合のリスク推定額と、機器毎に予め対策方法を実行する場合のメンテナンス費用とを時系列に沿って算出し、リスク推定額とメンテナンス費用とを時系列に沿って加算して機器のメンテナンスの最適周期を算出する。診断エンジンが、機器に故障が発生した場合、機器の識別情報及び故障モードに基づいて故障診断ＤＢを参照し、運用実績に基づいて経年変化以外の故障をも解析する。」と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５－１８２４６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

フォールトツリーによるプラントのリスク評価とコストの評価は、その作業に多大の手間がかかるという問題がある。例えば、プラント設計時に炉心損傷確率などを計算するためにフォールトツリーを用いたリスク評価が行われるが、保全方法の変更まで考慮した構造にはなっていない。保全方法を変更した際には、前述のように、劣化などのこれまで考慮していなかった故障モードを反映することが必要になる。

【0009】

したがって、これらのフォールトツリーを流用しても、保全方法の変更に伴う修正が必要になる。一般的には保全方法の変更はプラントリスクを上昇させるので、機器の構成変更と組み合わせて、プラントリスクを上昇させないように様々なパターンを試行錯誤して検討する必要がある、したがって、機器の保全方法と構成の組み合わせを変更する都度フォールトツリーを修正して検討するのは現実的ではない。このような課題に対して、機器ごとに保全方法を変更した場合、構成を変更した場合の部分的なフォールトツリーを用意しておき、変更案に対して部分的にフォールトツリーを更新できれば、手間を減らすことが可能である。このような方法は特許文献１には記載されていない。

【0010】

そこで、本発明は、機器の保全方法および構成を変更した場合のフォールトツリーの変更を自動的に実施することで、プラントリスク、さらには経済性を容易に評価可能なプラントリスク評価方法および装置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】

【0011】

以上のことから本発明においては「計算機を用いて、複数機器で構成されるプラントのリスクを評価するプラントリスク評価方法であって、プラントを構成する機器の保全方法または構成の変更を入力し、プラントを構成する機器について故障モードと故障発生確率の関係を示す部分フォールトツリーを参照して、変更がなされたときの機器の故障モードと故障発生確率を求め、複数の機器で構成されるプラントの停止リスクを求めるための全体フォールトツリーを参照して、機器について変更がなされたときのプラント停止リスクを求めることを特徴とするプラントリスク評価方法」としたものである。

【0012】

また本発明においては「計算機を用いて、複数機器で構成されるプラントのリスクを評価するプラントリスク評価装置であって、プラントを構成する機器の保全方法または構成の変更を入力する入力装置と、プラントを構成する機器について故障モードと故障発生確率の関係を示す部分フォールトツリーと、複数の機器で構成されるプラントの停止リスクを求めるための全体フォールトツリーと、部分フォールトツリーを参照して、変更がなされたときの機器の故障モードと故障発生確率を求めるフォールトツリー構成部と、全体フォールトツリーを参照して、機器について変更がなされたときのプラント停止リスクを求めるリスク計算部を備えることを特徴とするプラントリスク評価装置」としたものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、機器の保全方法および構成を変更した場合のフォールトツリーの変更を自動的に実施することで、プラントリスクと経済性を容易に評価可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例１に係るプラントリスク評価装置の構成例を示す図。

【図2】モニタの機器情報入力画面の例を示す図。

【図3】全体フォールトツリーの例を示す図。

【図4】弁Ａに関する部分フォールトツリーの例を示す図。

【図5】ポンプＣに関する部分フォールトツリーの例を示す図。

【図6】弁Ａの保全方法を変更した場合の全体フォールトツリーの例を示す図。

【図7】実施例１の時の結果出力画面の例を示す図。

【図8】本発明の実施例１に係るプラントリスク評価方法の処理のフローチャート。

【図9】本発明の実施例２に係るプラントリスク評価装置の構成例を示す図。

【図10】本発明の実施例２に係るプラントリスク評価方法の処理のフローチャート。

【図11】実施例２の時の結果出力画面の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

【実施例0016】

図１は、本発明の実施例１に係るプラントリスク評価装置の構成例を示す図である。図１のプラントリスク評価装置１０は、計算機装置を用いて構成することを想定しており、入力装置１から機器変更情報Ｄ０を取得し、最終的に出力装置８である例えばモニタなどの画面に結果出力Ｏを行う。

【0017】

このためにプラントリスク評価装置１０は、予め複数のデータベーＤＢ１、ＤＢ２にそれぞれ全体フォールトツリーデータＤ１、部分フォールトツリーデータＤ２の情報を保有しており、計算機装置の演算部においてフォールトツリー構成部４、リスク計算部５の各機能の演算を実行している。

【0018】

図１のプラントリスク評価装置１０では、ユーザが出力装置８であるモニタの画面を見ながら、機器の保全方法の変更または構成の変更の情報（以下機器変更情報という）Ｄ０を、入力装置１から入力する。

【0019】

図２には、モニタの機器情報入力画面９０の例を示している。図の例ではモニタ９０の画面は、機器（弁Ａ、弁Ｂ、ポンプＣ）ごとに３分割して画面構成され、それぞれの機器情報の入力画面９１、９２、９３を表示している。

【0020】

入力画面９１の表示事例では、保全方法の変更の例として、弁Ａは現状では２年間隔で時間基準によって保全作業が行われており、４年間隔で時間基準に行う場合と、事後保全として実施する場合の選択肢が提示されている。

【0021】

また入力画面９２の表示事例では、保全方法の変更の例として、弁Ｂは現状では２年間隔で時間基準によって保全作業が行われており、４年間隔で時間基準に行う場合と、状態基準保全として実施する場合の選択肢が提示されている。

【0022】

さらに入力画面９３の表示事例では、構成変更の例として、ポンプＣは現状では型式Ｘが用いられており、型式Ｙに変更する場合と、型式Ｘのまま多重化構造とする場合の選択肢が提示されている。

【0023】

ユーザは、入力画面９１、９２、９３を見ながら、今後における保全方法の変更あるいは、構成変更の場面において、時間基準（４年）、事後保全、状態基準保全、型式ｙ、型式Ｘ多重化などを選択し、この選択情報を機器変更情報Ｄ０として入力装置から入力する。

【0024】

他方において全体フォールトツリーデータベースＤＢ１には、プラント停止リスクを計算するための複数機器からなる全体フォールトツリーが格納されている。図３に全体フォールトツリーの例を示しており、プラントなどの設備を構成する複数機器として図２と同じ弁Ａ、弁Ｂ、ポンプＣを例示している。

【0025】

全体フォールトツリーのデータＤ１には、各機器の故障モードＤ１ａとその発生確率Ｄ１ｂの情報を含んでいる。また全体フォールトツリーのデータＤ１には、各機器の故障モードＤ１ａとその発生確率Ｄ１ｂから求められるプラント停止確率Ｄ１Ｃの情報を含んでいる。

【0026】

この例によれば、弁Ａと弁Ｂの故障として考慮されている故障モードＤ１ａは動作不能であり、その発生確率Ｄ１ｂはいずれも１．０×１０^－６（／ｈ）である。動作不能になった場合には弁Ａ、弁Ｂが故障であり、プラントの機能Ａ、機能Ｂが喪失し、プラント停止することを示している。

【0027】

またポンプＣの故障として考慮されている故障モードＤ１ａは動作不能であり、その発生確率Ｄ１ｂは５．０×１０^－６（／ｈ）である。動作不能になった場合にはポンプＣが故障であり、プラントの機能Ｃが喪失し、プラント停止することを示している。

【0028】

またプラント停止確率Ｄ１Ｃは、機器全体（この例では弁Ａ、弁Ｂ、ポンプＣ）での停止確率の和であり、７．０×１０^－６（／ｈ）となる。なおこの例は説明のために簡略化したものであり、実際には、多数の機器、故障モードのＡＮＤまたはＯＲ条件が複雑に関係している。なおＡＮＤの場合には確率は積で計算される。

【0029】

部分フォールトツリーデータベースＤＢ２には、単一の機器に関する部分的なフォールトツリーが格納されている。部分フォールトツリーのデータＤ２には、各機器の故障モードＤ２ａとその発生確率Ｄ２ｂの情報が、現状と将来の変更対策種別ごとに分けて保持されている。

【0030】

図４と図５に部分フォールトツリーの例を示す。図４は弁Ａに関する部分フォールトツリーである。この場合の部分フォールトツリーは、現状と将来に分けて把握されている。まず現状に関して、２年間隔の時間基準保全の場合、想定される故障モードＤ２ａは動作不能になることであり、その発生確率Ｄ２ｂは１．０×１０^－６（／ｈ）である。

【0031】

これに対して将来について検討すると、将来の変更対策種別を、この弁Ａを４年間隔での時間基準保全や、壊れたときに保全を実施する事後保全にした場合には、２年間隔ではほとんど起きなかった部品の摩耗による新たな故障モードＤ２ａとしてリークが発生する可能性があり、このリークの発生確率Ｄ２ｂとして、新たに２．０×１０^－７（／ｈ）が考慮される。したがって、将来時点における弁Ａの故障確率は、故障モードＤ２ａが動作不能であるときと、故障モードＤ２ａがリークであるときの発生確率の和で計算され、１．２×１０^－６（／ｈ）に上昇する。図４で示した弁Ａの上記故障確立の上昇傾向は弁Ｂについてもいえることである。

【0032】

図５はポンプＣに関する部分フォールトツリーである。この場合の部分フォールトツリーも、現状と将来に分けて把握されている。まず現状として型式Ｘのポンプの場合、想定される故障モードＤ２ａは動作不能になることであり、その発生確率Ｄ２ｂは５．０×１０^－６（／ｈ）である。これに対し、将来の対策として、このポンプを信頼性の高い型式Ｙに交換した場合、発生確率Ｄ２ｂは２．０×１０^－６（／ｈ）に低下する。あるいは、将来の対策として型式ＸのポンプＣを増設してポンプＣ１とポンプＣ２に多重化した場合、ポンプＣ１とポンプＣ２の同時故障の場合にのみポンプＣとしての機能が失われることになるので、故障発生確率Ｄ２ｂは動作不能確率の積で計算され、２．５×１０^－１１（／ｈ）に低下する。部分フォールトツリーはあらかじめ考えられる故障モードや機器構成のパターンを登録しておく。また、経年劣化などの情報蓄積に伴い更新することが望ましい。

【0033】

図１に戻りフォールトツリー構成部４では、入力装置１から入力した機器変更情報（機器の保全方法の変更または構成の変更）を入力し、全体フォールトツリーデータベースＤＢ１から全体フォールトツリーを入力し、部分フォールトツリーデータベースＤＢ２から部分フォールトツリーを入力し、全体フォールトツリーのうち、保全方法の変更または構成の変更があった機器について、部分フォールトツリーで更新する。

【0034】

例えば、図３の全体フォールトツリーのうち、弁Ａの保全方法を４年間隔の時間基準保全に変更した場合、全体フォールトツリーは図６のようになる。このケースでは、弁Ａの故障確率Ｄ２ｂは、従来は動作不能のみであったものが、保全方法の変更によりリークも考慮する必要性が生じ、この結果動作不能とリークの発生確率の和で計算され、１．２×１０^－６（／ｈ）に上昇することになる。

【0035】

このように機器の保全方法は、時間基準保全の保全間隔、状態基準保全、事後保全であり、部分フォールトツリーは、保全方法変更に対して故障モードと故障発生確率を求める。また機器の構成は、多重化、または仕様変更であり、部分フォールトツリーは、機器の構成変更に対して部分ツリーの構造と故障発生確率を求める。

【0036】

図１に戻り、結果出力装置８では、フォールトツリー構成部４の計算結果を画面などに出力する。図７に結果出力の例を示す。図７を図２と比較すると、弁ＢとポンプＣの取り扱いは従前のままとして、弁Ａのみを４年間隔の時間基準保全に変更した場合のプラント停止確立が結果出力としてモニタに表示されることを示している。

【0037】

図８は、実施例１のプラントリスク評価方法による処理を説明するフローチャートの例である。

【0038】

ステップＳ１０１では、入力装置１により、機器の保全方法の変更または構成の変更を入力する。ステップＳ１０２では、全体フォールトツリーデータベースＤＢ１から、全体フォールトツリーを入力する。ステップＳ１０３では、部分フォールトツリーデータベースＤＢ２から、部分フォールトツリーを入力する。

【0039】

ステップＳ１０４では、フォールトツリー構成部４により、全体フォールトツリーのうち、保全方法の変更または構成の変更があった機器について、部分フォールトツリーで更新する。ステップＳ１０５では、リスク計算部５により、更新されたフォールトツリーを用いてプラントの停止リスクを計算する。ステップＳ１０６では、コストデータベースＤＢ３からプラント停止の単価を入力する。

【0040】

ステップＳ１０７では、コスト計算部７により、プラント停止によるコスト期待値を計算する。ステップＳ１０８では、結果出力装置８により、計算結果を出力する。

【0041】

以上の手順により、機器の保全方法および構成を変更した場合のフォールトツリーの変更を自動的に実施することで、プラントリスクを容易に評価可能なプラントリスク評価方法および装置を提供できる。

【実施例0042】

図９は、本発明の実施例２に係るプラントリスク評価装置の構成例を示す図である。実施例２のプラントリスク評価装置１０は、実施例１にさらにコストデータベースＤＢ３にコストデータＤ３の情報を保有しており、計算機装置の演算部においてフォールトツリー構成部４、リスク計算部５の処理に続いてコスト計算部７の機能の演算を実行する。コスト計算部７では、プラント停止のコスト期待値の計算を行う。それ以外の処理は実施例１と同じである。

【0043】

図９のリスク計算部５では、フォールトツリー構成部４から更新されたフォールトツリーを入力し、プラントの停止リスクを計算する。図６の例では、弁Ａの発生確率が保全方法の変更により１．０×１０^－６（／ｈ）から１．２×１０^－６（／ｈ）に上昇した結果として、プラント停止確率は７．０×１０^－６（／ｈ）から７．２×１０^－６（／ｈ）に上昇されたことを表している。

【0044】

図９のコストデータベースＤＢ３には、プラント停止コストを計算するための単価が格納されている。例えば、１回のプラント停止による損失を１０億円とする。ここでは説明のため単純化しているが、故障機器や故障モードによってプラント復旧までの期間は異なるため、故障機器や故障モードごとに単価を設定してもよい。

【0045】

図９のコスト計算部７では、リスク計算部５からプラントの停止リスクを入力し、コストデータベースＤＢ３からプラント停止の単価を入力し、プラント停止によるコスト期待値を計算する。

【0046】

図３の従前の例ではコスト期待値は例えば７０００（円／ｈ）であり、図６の将来の４年間隔の時間基準保全に変更した場合の例では例えば７２００（円／ｈ）である。この例では、弁Ａの保全方法を見直したことにより、プラント停止確率とそのコスト期待値は上昇してしまうことがわかる。

【0047】

本発明の使用方法としては、弁Ａの保全見直しとポンプＣの型式変更などを併用して、プラント停止確率が上昇しないような組み合わせを検討することが望ましい。この際、保全見直しによる故障モードの変化などがフォールトツリーに自動的に反映されるため、比較検討を容易にすることができる。

【0048】

出力装置８では、コスト計算部７の計算結果を画面などに出力する。図７に結果出力の例を示す。図７を図２と比較すると、弁ＢとポンプＣの取り扱いは従前のままとして、弁Ａのみを４年間隔の時間基準保全に変更した場合のプラント停止確立と、コスト期待値（７２００円／ｈ）とが結果出力としてモニタに表示されることを示している。

【0049】

なお、フォールトツリー構成部４、リスク計算部５、コスト計算部７は計算機のプログラムとして実施してもよい。また、全体フォールトツリーデータベースＤＢ１、部分フォールトツリーデータベースＤＢ２、コストデータベースＤＢ３を計算機内に含めた構成としてもよい。

【0050】

図１０は、実施例２のプラントリスク評価方法による処理を説明するフローチャートの例である。図１０では、ステップＳ１０１では、入力装置１により、機器の保全方法の変更または構成の変更を入力する。ステップＳ１０２では、全体フォールトツリーデータベースＤＢ１から、全体フォールトツリーを入力する。ステップＳ１０３では、部分フォールトツリーデータベースＤＢ２から、部分フォールトツリーを入力する。

【0051】

ステップＳ１０４では、フォールトツリー構成部４により、全体フォールトツリーのうち、保全方法の変更または構成の変更があった機器について、部分フォールトツリーで更新する。ステップＳ１０５では、リスク計算部５により、更新されたフォールトツリーを用いてプラントの停止リスクを計算する。ステップＳ１０８では、結果出力装置８により、計算結果を出力する。

【0052】

出力装置８では、コスト計算部７の計算結果を画面などに出力する。図１１に結果出力の例を示す。図１１を図２と比較すると、弁ＢとポンプＣの取り扱いは従前のままとして、弁Ａのみを４年間隔の時間基準保全に変更した場合のプラント停止確立と、コスト期待値（７２００円／ｈ）とが結果出力としてモニタに表示されることを示している。

【0053】

以上の手順により、機器の保全方法および構成を変更した場合のフォールトツリーの変更を自動的に実施することで、プラントリスクと経済性を容易に評価可能なプラントリスク評価方法および装置を提供できる。

【0054】

この結果として、この提示を受けたユーザは、さらなる機器の保全方法および構成の変更により、より望ましい提案にたどり着くことが可能となる。

【0055】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。