1. 概要と機器仕様

本レポートは、M2脱低沸塔リボイラー（M2E-4310）における熱貫流率（U値）、蒸気弁開度、蒸気流量、ジャケット圧力、循環ポンプ流量等の運転パラメータの推移を評価し、定期点検時のチューブ閉塞本数（NoS: Number of Stuck Tubes）との相関関係および予測モデルをまとめたものです。

M2E-4310には蒸気流量計（FT）が設置されていないため、温度調節弁（M2TC4303.MV）の弁開度および弁固有特性（等百分率特性・\(Cv_{max} = 1500\)・レンジアビリティ 50）に基づき、簡素化Cvモデルを用いて蒸気流量を推定し、総括伝熱係数（U値）を算出しています。

\[\text{Cv} = 1500 \times 50^{(MV/100 - 1)}\] \[W\,[\text{kg/h}] = 8.1 \times \text{Cv} \times P_{1,\text{abs}} \quad (P_{1,\text{abs}} = 2.5332\,\text{kgf/cm}^2\text{ abs})\]

2. 運転パラメータの長期推移

3. キャンペーン期間ごとの特徴量抽出

各キャンペーンの初期および末期（各1.5ヶ月間ウィンドウ）における運転データを抽出し、実測の詰まり本数（NoS）と突合しました。

4. 運転パラメータと閉塞本数の相関分析（物理現象に基づく評価）

2404期以前のデータ（実測本数 41〜49本、平均45.6本）をもとに各パラメータとの単回帰分析を実施しました。

伝熱工学・物理メカニズムに基づく考察

  • 総括伝熱係数（U値・特に最大U値）との関係（物理現象と合致 ✅）:
    • チューブの閉塞やファウリング（汚れの蓄積）が進行すると、有効伝熱面積および熱伝達効率が低下するため、U値は低下します。
    • したがって、「U値が高いほど閉塞本数は少ない（傾きがマイナスの負の相関）」となるのが伝熱物理として極めて自然かつ必然の挙動です。
    • 実データでも、洗浄後の初期回復ピークである「最大U値 (\(U_{\text{max}}\))」と閉塞本数（NoS）の間には、決定係数 \(R^2 = 0.477\)、相関係数 \(r = -0.691\) という物理法則通りの明瞭な負の相関が確認されます。
  • ジャケット圧力との見かけ上の挙動について（補足解説 ⚠️）:
    • 物理的には「閉塞が進んで伝熱面積が不足すると、必要交換熱量を確保するため蒸気温度・ジャケット圧力を昇圧させる（正の相関）」のが一般的です。
    • しかし M2E-4310 においては、閉塞本数の絶対値が 41〜49本（総本数753本中のわずか 5.4%〜6.5%）と極めて微小な変動範囲にとどまっています。
    • そのため、わずか数本の閉塞増加による圧力上昇シグナルよりも、各年度ごとのプラント全体の運転負荷・省エネ制御・塔圧運転条件のシフトによる圧力変動幅の方が支配的となり、統計上は見かけの負の相関として表出しています。
    • したがって、M2E-4310 の閉塞モニタリングにおいては、プラント負荷変動の影響を受けやすい圧力単独の指標よりも、熱交換性能を直接表す「U値（特に最大U値）」を監視基準とすることが物理的にもっとも妥当です。

散布図と回帰直線

5. 予測モデルの検証 (2502期 実測値との比較)

2404期以前で構築した各モデルを用いて、直近の 2502期（実測閉塞本数: 48本） に対する予測本数を算出し、予測精度（誤差およびMAPE）を検証しました。

評価コメント:
物理的に最も信頼できる指標である「最大U値（伝熱回復ピーク）」に基づくモデル（\(\text{NoS} = -0.0168 \times U_{\text{max}} + 63.99\)）を用いた場合、2502期の実測48本に対する予測値は 46.6本（絶対誤差 1.4本、MAPE 2.9%） と極めて高い精度で整合しています。

6. まとめと保全運用への提言

  1. 健全性と余裕度:
    • 許容上限（総本数753本の20% = 約150本）に対し、現在 48本（6.4%） で推移しており、約100本以上の健全マージンがあります。
  2. 物理現象に整合した監視指標（U値管理の徹底）:
    • 伝熱性能の低下と閉塞本数の増加は明瞭な負の相関（\(r = -0.69\)）を示しており、「定修洗浄直後の最大U値（回復ピーク）」を追跡することで、伝熱面への不可逆な閉塞蓄積を的確に検知できます。
    • ジャケット圧力は閉塞率が低い領域ではプラント全体の運転負荷変動にマスクされやすいため、補助的な傾向監視にとどめるのが適切です。
  3. 点検周期の延伸:
    • 閉塞本数は近年 46〜49 本でほぼ平衡状態にあり、U値のベースライン回復度も安定していることから、現行の点検周期運用を継続してもリスクは極めて低いと評価されます。
    • 閉塞速度がほぼ頭打ち（プラトー）状態にあることから、現在の2年周期運用を継続してもリスクは極めて低いと評価されます。