報告書番号

Q16007

タイトル（和文）

確率論的破壊力学評価を活用した配管健全性評価－破損確率に対する欠陥検出能力の影響評価－

タイトル（英文）

Piping Integrity Assessment Utilizing Probabilistic Fracture Mechanics - Effect of Probability of Detection on Failure Probability

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背 景
原子力発電機器の供用期間中検査（ISI）に用いられる超音波探傷試験（UT）の結果は，機器の構造健全性を確保する上で重要である．UT結果にはUT技術者の技量が大きな影響を与えるため，技量認定試験に合格した有資格者がUTを行っている．さらに，ステンレス鋼配管溶接部の欠陥深さ測定に対しては，PD制度に基づき高い技量と信頼性が確認されたUT技術者による探傷が行われている．一方で欠陥検出に関しては，現在，電気協会においてISIのUT技術者に適切な訓練を受講させることで，技量を確認するための規格策定の検討を行っている．その検討にあたっては，訓練修了の達成基準として要求される技量のどこに重点を置くべきかを明らかにする必要がある．ここで，確率論的破壊力学（PFM）は，破損確率をもって構造健全性を定量的に評価する方法であり，評価結果への説明性の高い合理的な手法として注目されている．

目 的
UT技術者の欠陥検出に関する技量が，ステンレス鋼配管溶接部の構造健全性に与える影響をPFMにより明らかにする．

主な成果
1. 欠陥検出確率曲線の設定
欠陥検出に関する技量を示す指標の一つとして，欠陥深さと検出確率の関係を表す欠陥検出確率（POD）曲線があるが，本研究では，欠陥検出限界深さaminおよび確実に検出できる欠陥深さamaxを設定し，その間を直線近似したPOD曲線を設定した（図1）．また，設定したPOD曲線を用いて，供用前検査（PSI）やISIの実施時において欠陥検出に関する技量を考慮できるようにPFM解析コード[1]を改良した（図2）．

2. 欠陥検出に関する技量が漏えい確率に与える影響
開発したPFM解析コードを用いて，aminおよびamaxが冷却材の漏えい確率に及ぼす影響を調べた（表1）．その結果，aminだけを変化させた解析では，漏えい確率の変化は小さかった．一方，amaxだけを変化させた解析では，既往研究注 ）に基づいて決定したamax = 4 mmを基準に1 mm小さくすると漏えい確率は1オーダー程度下がるのに対し，1 mm大きくすると2オーダー程度上がることがわかった（図3）．以上の結果より，UT技術者の訓練の達成基準として要求される欠陥検出に関する技量として，欠陥検出限界深さaminを小さくすることを目指すよりも，確実に検出できる欠陥深さamaxを大きくしないことを目指すべきであると言える．

概要 （英文）

In nuclear power plants, when cracks are detected in piping during in-service inspection (ISI), structural integrity assessment is required to be conducted on the basis of fitness-for-service codes. Detection and sizing of such cracks with high accuracy are necessary for accurate flaw evaluation, which plays an important role in the structural integrity of piping. Ultrasonic testing (UT) is a widely applied technique in nondestructive inspection in nuclear power plants. In Japan, sizing accuracy of a crack detected in the weld of austenitic stainless steel piping is assured by the Performance Demonstration (PD) system. Discussion on confirmation of the detection skill of UT inspectors through an appropriate training is being held at the Japan Electric Association. The depth of the crack, which trainees have to detect in order to complete the training, should be evaluated based on structural integrity evaluation. Probabilistic fracture mechanics (PFM) is focused on as the convincing method for structural integrity evaluation in a rational manner.
In this paper, the probability of detection (POD) curve, which shows variation of the probability of detection depending on the crack depth, was expressed by using the following two parameters: One is minimum detectable crack depth and the other is the crack depth with POD of 100%. PFM analysis code taking into account this POD curve was developed. Then we performed several PFM analyses with different parameters set of POD curve. Consequently, the effect of the crack depth with POD of 100% on the leak probability is larger than that of the minimum detectable crack depth.

報告者

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