技術開発ニュース　No.169

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• カテゴリ： 技術開発ニュース
• 作成日： 2025/03/12 21:57:14
• 要約：

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• ページ： 15
• 研　究　成　果 Results of Research Activities 蒸気タービン主要機器の余寿命診断技術開発 Development of Remaining Life Assessment Technology for Major Steam Turbine Components 蒸気タービン主要機器の「余寿命診断技術の手の内化」による 保守コスト最小化への挑戦 執筆者 　長期にわたり、従来手法で寿命到達と判断された蒸気タービンローター等主要機器の破 壊調査を積み重ねるとともに、材料の使用環境に基づいた加速劣化試験により、個々の材 料の劣化特性を明らかにしてきた。これらの取組みにより、機器ごとの弱点部位や寿命支 配因子、材料劣化特性を詳細に把握することができ、余寿命診断技術の手の内化に成功 した。 電力技術研究所 材料化学グループ 小林　大輔 　 1 余寿命診断技術「手の内化」の必要性 2 余寿命診断技術「手の内化」への壁 　余寿命診断技術の手の内化には、第２図に示す３つの壁 来の主力電源である。低効率石炭火力の 2030 フェードア があった。一つは、材料の劣化を示す適切な寿命評価指標 ウトや再エネ電源の導入拡大など、社会情勢の大きな変化 が不明ということ。次に、ユーザである当社は設計情報が や発電ニーズ多様化により設計考慮外の高頻度起動停止運 なく、機器の検査すべき弱点部位が不明ということ。最後 用の可能性はあるが、アンモニア等への燃料転換、運用性 に、再エネ電源の変動対応として高頻度起動停止が増加し 向上により、蒸気タービンは今後も主たる電源として存続 た場合、機器の寿命を短くする可能性がある、ということ すると考えられる。 である。 　我が国は化石燃料資源に乏しく、戦後、国内メーカは発 ①適切な寿命評価指標が不明 電効率向上を目指した蒸気タービン開発に邁進し、世界を ②設計情報がなく機器の 弱点部位が不明 リードする先進的耐熱合金鋼を開発し続けてきた。一方、 先進合金鋼といえども高温・高負荷下では長期的材料劣化 ③高頻度起動停止 の影響が不明 が避けられず、定期的な材料検査によりいつまで使えるの か、「余寿命」の診断が必要になる。 奨に従わざるを得ない構造にあった。火力発電所は最大 60 発電量 　従来、余寿命診断はメーカ個々の知見に依存し、その推 評価値 大型部品（タービンロータの例） 再生可能 エネルギー 年の運用を見込み、蒸気タービン主要機器（第１図）はそ の中間の 30 年程度で劣化更新されることが多かったが、 評価曲線 測定値 0% 寿命 100% 材料種︓CrMoV鋼、12Cr鋼、改良12Cr鋼・・・ 需給ギャップ 電力需要 〇〇指標 　蒸気タービンは 1962 年にわが国が火主水従となって以 朝 昼 夜 全長約7m、重量約20ton 第 2 図　余寿命診断技術「手の内化」への壁 実際には 40 年から 50 年程度でリプレースまたは廃止され ることが多く、あと少し寿命延長できれば取替えなくて済 んだ機器もあった。蒸気タービンの機能を維持しつつ社会 情勢の変化に柔軟に対応し、設備保守コストを最小化する ためには、余寿命診断技術のユーザーサイドでの「手の内 3 寿命評価指標 化」が必須となる。今回は設備管理上重要な大型回転体で 　寿命評価指標は、従来「硬さ法」が用いられることが多 あるタービンロータについて主に報告する。 かった。硬さは測定が容易なため、大型部品でも広範囲の 測定ができる利点があるためである。一方、初期の変化が 大きく、またばらつきも比較的大きい手法であり、早期に 寿命到達と評価されやすい傾向があった。我々は、一般の 金属材料の高温劣化を長年研究する中で、「ボイド」と呼 ①主要弁 ②タービンロータ ③タービン動翼 ばれる微小欠陥に着目し、その発生と増加が寿命を支配し ④タービン車室 ていることを突き止めた（第３図）。 4 第 1 図　蒸気タービン主要機器 ボイドの定量評価 　タービンロータの推定した弱点部位から金属組織を薄膜 フィルムに転写させ、電子顕微鏡にてボイドを探索した。 15 技術開発ニュース 2025.03／No.169 
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