| 【発明の名称】 |
温度制御弁の異常判定方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】彌富 元己
【氏名】家弓 喜雄
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| 【要約】 |
【課題】温度制御弁のシートリークや弁棒抜け等の異常判定を精度よく且つコストアップが生じることなく行ない得る異常判定方法の提供。
【解決手段】温度制御弁により制御された第一の流体を蒸気管その他の被制御経路に供給しつつ、該被制御経路内の第二の流体の温度制御を図るボイラ等に組込まれた温度制御弁の異常判定方法において、前記温度制御弁を通過する第一の流体の温度、圧力若しくは弁開度の内、温度を含む選択された複数の検知信号と、 該第一の流体により第二の流体を温度制御する為に、被制御経路上に設けた減温器０９等の温度制御手段の入口側と出口側に夫々における温度、流量、圧力の内、温度を含む選択された複数の検知信号とにより、前記第一の流体若しくは第一の流体と第二の流体間の物質収支と熱収支を計算し、その収支計算結果が規定値を超えたとき、前記温度制御弁の異常判定を行なうことを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 温度制御弁により制御された第一の流体を蒸気管その他の被制御経路に供給しつつ、該被制御経路内の第二の流体の温度制御を図るボイラ等に組込まれた温度制御弁の異常判定方法において、前記温度制御弁を通過する第一の流体の圧力若しくは弁開度を含む選択された複数のプロセスデータ信号と、該第一の流体により第二の流体を温度制御する為に、被制御経路上に設けた減温器等の温度制御手段の入口側と出口側に夫々における温度、圧力を含む複数のプロセスデータ信号とにより、前記第一の流体若しくは第一の流体と第二の流体間の物質収支と熱収支を計算し、その収支計算結果が規定値を超えたとき、前記温度制御弁の異常判定を行なうことを特徴とする温度制御弁の異常判定方法。
【請求項２】 前記収支計算結果が規定値を超えた際の第一の異常判定手段と、前記制御弁よりの流体リーク音を検知する第二の異常判定手段を具え、該２つの異常判定手段よりの判定信号の論理和若しくは論理積により、前記温度制御弁の異常判定を行なうことを特徴とする請求項１記載の温度制御弁の異常判定方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はボイラ等に組込まれた温度制御弁の異常判定方法に係り、特にボイラの蒸気管内を流れる過熱蒸気等の温度制御に適用されるスプレー弁等の異常判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボイラの蒸気管内を流れる過熱蒸気等の温度制御に適用されるスプレー弁等の制御レイアウトは図１に示す通りである。図において、ボイラ本体若しくは煙道５１内に設けた伝熱管を介して燃焼ガスと熱交換された飽和蒸気は、蒸気管０３を介して一次過熱器５３Ａ、二次過熱器５３Ｂ、三次過熱器５３Ｃ、四次過熱器５３Ｄと順次導かれて、更に過熱され、過熱蒸気となってタービンや蒸気機関などの蒸気原動機の動力源として用いる。一方、５２は排ガス熱により給水を加熱する節炭器で、該節炭器５２により加熱された給水（スプレー水）は、スプレー水本管０１、スプレー水枝管０２、及びスプレー弁１を介して、前記夫々の過熱器５３の入口側若しくは出口側に設けた減温器０９内に導入され、該減温器０９内で、スプレー弁１により流量制御されたスプレー水を過熱蒸気中に噴霧することにより過熱蒸気水の温度制御を行なう。
【０００３】かかるスプレー弁１等の制御弁のリーク検知等の異常判定は、図６に示すように、制御弁の入口側と出口側に夫々圧力計１０１を設け、該２つの圧力より推定流体（Ｗｅ）流量を求め、又制御弁入口側に流量計１０３を取り付けて実測流体流量Ｗを測定し、前記推定流体流量（Ｗｅ）と実測流体流量Ｗの偏差(│Ｗ−Ｗｅ│)が閾値を越えたか否かにより、弁の異常判定を行なうようにしていた。
【０００４】即ち具体的には、下記１）式より制御弁特性から推定流体（Ｗｅ）流量が求まり、制御弁入口側に取り付けた流量計より実測流体流量Ｗを測定し、下記２）式より求めた流量偏差の絶対値が閾値を超えた場合に、異常と判定を行なうものである。
Ｗｅ＝Ｃｖ・Ａ（ｘ）・（Ｐ1−Ｐ2）1/2 …（１）
Ｗｅ：推定弁流量Ｃｖ：弁ＣＶ値Ａ（ｎ）：弁ポートエリア特性関数ｘ ：弁開度Ｐ1：弁前圧力Ｐ2：弁後圧力 流量偏差＝（Ｗ−Ｗｅ）の絶対値＞閾値 …（２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる異常判定方法では、夫々の制御弁１０２の入口側に流量計１０３を設けねばならず、例えば図１の装置では１２個のスプレー弁１夫々に設けるために設置に費用がかかり、又スプレー弁１の低流量域においては、流量計の計測誤差が大きく、図１のようなボイラシステムにおいては、余り適用されなかった。
【０００６】又、制御弁１０２の下流側で流体流量が検出可能な弁については、開度と流量の関係から異常を判定するシステムは従来から存在するが、前記のように制御弁１０２夫々に流量計１０３を設けるために設置に費用がかかるのみならず、本ラインから複数に分岐したラインに夫々温度制御弁１０２を設けた構成の場合、分岐ラインの下流側には流量弁が取り付けにくいので、本ラインの上流側に集合流量計を１個設けて異常判定を行なっているが、かかる判定方法では集合した弁全体としての異常判定は可能であるが、個々の分岐ラインのスプレー弁１のリーク等の異常判定が困難であった。
【０００７】更にスプレー弁１のような締切り弁においては、弁からの流体（蒸気、水、空気）のリークの有無や量を音響センサ（アコースティック エミッション、以下ＡＥセンサという）を利用した弁リークモニタ装置があるが、かかる音響センサ（ＡＥ）を用いた判定装置の場合、スプレー弁周辺に騒音がある場合、誤判定を起こし易い。
【０００８】更にスプレー弁１のようなトルクモータにより弁開度調整を行なう装置にあっては、固着時のトルクモータ過負荷検出やモータ負荷の上下限位置検出による異常判定方法は存在するが、かかるモータの過負荷による異常判定方法は、トルクモータ過負荷は判断できても、他のリーク原因による判定は困難である。
【０００９】本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、温度制御弁のシートリークや弁棒抜け等の異常判定を精度よく且つコストアップが生じる事なく行ない得る温度制御弁の異常判定方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、温度制御弁により制御された第一の流体を蒸気管その他の被制御経路に供給しつつ、該被制御経路内の第二の流体の温度制御を図るボイラ等に組込まれた温度制御弁の異常判定方法において、前記温度制御弁を通過する第一の流体の温度、圧力若しくは弁開度の内、温度を含む選択された複数の検知信号と、該第一の流体により第二の流体を温度制御する為に、被制御経路上に設けた減温器等の温度制御手段の入口側と出口側に夫々における温度、流量、圧力の内、温度を含む選択された複数の検知信号とにより、前記第一の流体若しくは第一の流体と第二の流体間の物質収支と熱収支を計算し、その収支計算結果が規定値を超えたとき、前記温度制御弁の異常判定を行なうことを特徴とするものである。
【００１１】尚、本発明が適用される温度制御弁には、図１に示すスプレー弁の他に、蒸気弁、冷却空気弁、一次／二次燃焼ガス制御弁等が有り、又ボイラ等とはボイラのほかに焼却炉、冷暖房機、熱機関等が上げられる。
【００１２】かかる発明によれば、温度制御弁のシートリークや弁棒抜け等の異常状態を取り外し分解することなく、温度圧力等の外部計測信号より、物質収支と熱収支等のヒートバランス計算より、制御弁の異常状態を容易に検出することが出来る。
【００１３】又、温度、圧力、弁開度若しくは流量等の必要な外部計測状態量は、制御装置が制御のために使用するプロセス状態量を共有して使用する事が出来るために、経済的な連続弁異常判定システムが構成できる。更に本発明は、前記推定流体流量（Ｗｅ）と実測流体流量Ｗの偏差を見て、弁の異常判定を行なう前記従来技術と異なり、温度、圧力によりヒートバランス計算を行なう為に、各々の制御弁入口側に流量計を取り付ける必要がない。従って、制御弁夫々に流量計を設ける従来技術に比較して設置に費用がかからないのみならず、本ラインから複数に分岐したラインに夫々温度制御弁を設けた構成の場合にも、容易に個々のスプレー弁等の制御弁のリーク等の異常判定が可能となった。
【００１４】請求項２記載の発明は、前記収支計算結果が規定値を超えた際の第一の異常判定手段と、前記制御弁よりの流体リーク音を検知する第二の異常判定手段を具え、該２つの異常判定手段よりの判定信号の論理和若しくは論理積により、前記温度制御弁の異常判定を行なうことを特徴とする。
【００１５】かかる発明によれば、第一の異常判定手段は温度と圧力に基づいたヒートバランス計算により異常判定を行なうために、低い温度域や低い圧力域の場合、判定処理や時間がかかるが、流体リーク音を検知する第二の異常判定手段との間で論理和を取って判定処理を行なうことにより、低い温度域や低い圧力域の場合においても判定処理を迅速に行なうことができる。又、２つの異常判定手段よりの判定信号の論理積を取れば夫々の異常判定手段の誤信号を容易に除去し、確実な異常判定が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】図２及び図３は、図１に示すボイラの制御レイアウト図に適用される本発明の実施形態１に関する異常判定システムを示し、図２はその異常判定システムの要部ブロック図、図３はその判定手順を示すフローチャート図である。
【００１８】図２において、ボイラ本体若しくは煙道５１内に設けた伝熱管を介して燃焼ガスと熱交換された飽和蒸気は、蒸気管０３を介して一次過熱器５３Ａ、二次過熱器５３Ｂ、三次過熱器５３Ｃ、四次過熱器５３Ｄと順次導かれることは図１に開示されているとおりであり、本図では特に一次過熱器５３Ａ周りのみの制御システムを開示しているが、二次過熱器５３Ｂ、三次過熱器５３Ｃ、四次過熱器５３Ｄ周りの構成はこれと同様な構成を取る。
【００１９】又夫々の過熱器５３の入口側には減温器０９が設けられ、図１に示す節炭器５２により加熱された給水（スプレー水）が、スプレー水本管０１、スプレー水枝管０２、及びスプレー弁１を介して前記夫々の減温器０９内に導入され、該減温器０９内で、スプレー弁１により流量制御されたスプレー水を過熱蒸気中に噴霧することにより過熱蒸気水の温度制御を行なうように構成されている。
【００２０】前記スプレー弁１は、ボイラ自動制御装置１８よりの開度指令信号に基づいて開度制御されるとともに、そのスプレー弁１の開度状態は異常判定を行うスプレー弁制御装置１０に送られる。又スプレー弁１では、又節炭器５２出口側のスプレー弁１前には温度センサ３、圧力センサ６が設けられており、給水流量８とともに前記制御装置１０にその信号が送られる。
【００２１】減温器０９の入口側と出口側には温度センサ２、２と圧力センサ５、５が組み込まれており、減温器０９の入口温度及び出口温度、及び減温器０９の入口圧力及び出口圧力の夫々の信号が制御装置１０に送られる。尚、図中１１は前記制御状態を表示するモニタ、１２は異常警報を鳴動表示するための警報盤である。
【００２２】次に、図３に基づいて本発明の実施形態１の動作手順、即ち異常判定処理機能を組込みリアルタイムに検定する手順を説明する。（Ｓ１）前記スプレー弁制御装置１０に、スプレー弁開度、節炭器５２出口側のスプレー弁１前の給水温度と圧力、ならびに減温器０９の入口温度及び出口温度、給水流量８、減温器０９の入口圧力及び出口圧力の全てのデータを収集する。
【００２３】（Ｓ２）スプレー弁制御装置１０には、温度、圧力、比容積、比重量、比エンタルピー、比エントロピの関係を示す公知の蒸気モジュール表が組込まれており、該蒸気モジュール表の温度と圧力の関係から、下記に示す物理量を求める。
【００２４】即ち、■節炭器５２出口スプレー弁１前の給水温度１３と圧力１４から蒸気モジュール表によりスプレー弁前エンタルピーＱ1を求める。
■減温器０９入口蒸気温度と圧力から蒸気モジュール表により減温器０９入口蒸気エンタルピーＱ2を求める。
■減温器０９出口蒸気温度と圧力から蒸気モジュール表により減温器０９出口蒸気エンタルピーＱ3を求める。
【００２５】■節炭器５２出口スプレー前の給水圧力（Ｐ1）と、減温器０９出口蒸気圧力（Ｐ2）とスプレー弁１開度（ｘ）を基に下記に示す式（３）より推定スプレー水流量Ｗ２を求める。
Ｗ２＝Ｃｖ・Ａ（ｘ）・（Ｐ1−Ｐ2）1/2 …（１）
Ｃｖ：弁係数Ａ（ｘ）：弁ポートエリア特性【００２６】（Ｓ３）次に下記式より減温器０９に物質収支計算と熱収支計算を行う。
ｗ１(給水流量)＋ｗ２(推定スプレー水流量) ＝ｗ３(減温器出口蒸気流量) …(３) ｗ３・Ｑ3＝ｗ２・Ｑ2−ｗ１・Ｑ1 …(４)Ｑ1 スプレー弁前エンタルピーＱ2 減温器入口蒸気エンタルピーＱ3 減温器出口蒸気エンタルピー【００２７】（Ｓ４）前記夫々の数値に基づいて尤度比を求める。
ｗ２＞規定値(５０ｔ／ｈ) ｗ３・Ｑ3−（ｗ２・Ｑ2−ｗ１・Ｑ1)＞規定値(例えば2000cal) …(４’)【００２８】(Ｓ５）時間あたりの蒸気流量である尤度比が規定値以上になった場合、異常と判定する。異常と判定されたら警報又はメッセージをモニタ１１に例えば一次過熱器５３Ａスプレー弁１異常発生等の表示を行なうとともに、又は警報盤１２により警報を鳴動させる。
【００２９】従って、高温高圧の流体を取り扱う制御弁については、下流側に流量計などが設置できる場合には、弁開度と流量の関係が許容範囲外あることで、弁に異常があると判定することができるが、大容量のボイラプラントに於いては、スプレー弁１が１２個以上付く等、個別にスプレー流量を計測する流量計を設けるには費用がかかるため、上流側に集合流量計が設置される程度で個別のスプレー弁１の異常は、ベテラン運転員でさえ見付けることが難しかったのが、本実施形態では自動的に異常を検出できるようになる。
【００３０】又、本実施形態によれば、温度制御に顕著に異常現象が現れた後、初めて発見される場合や、または定期点検時などに制御弁を開放点検して初めて見つかる場合も多かったものが、早期に発見できる。
【００３１】更に、スプレー弁１等の大型制御弁は開放点検した後、弁シート部などを修理するにも時間を要するため、制御弁を開放点検する前に事前に異常を検出する方が好ましく、またユニット停止移行までも手動運転にて対応するためにも早期検出が必要であるが、発見されるのが遅く、点検工事工程にも影響を与える場合もあったのが解消できる。更に又、スプレー弁１等は運転負荷により整定値も変わり、またユニットの負荷変化により過渡的な変動があり、蒸気管０３系統が複数あり各系統間にアンバランスがある場合でも、異常判断が容易となる。
【００３２】又、本実施形態によれば、付加的な高価な付属装置を必要とせず、従来のソフトウェアロジックの追加で連続制御弁異常判定システムを構成できる。
【００３３】図４及び図５に本発明の実施形態２に関する異常判定システムを示し、図４はその異常判定システムの要部ブロック図、図５はその判定手順を示すフローチャート図である。図４に示すように、本実施形態２は、実施形態１の構成に、ＡＥ（アコースティック・エミッション）センサとプリアンプユニットによるバルブリーク検出装置を取り付けて、より正確にバルブリークを検出する装置とするとともに、スプレー弁制御装置１０は、ＣＰＵ１５とＣＰＵ１６の２つのＣＰＵにて構成することとする。
【００３４】次に、図５に基づいて本発明の実施形態２の動作手順、即ち異常判定処理機能を組込みリアルタイムに検定する手順を説明する。第１のＣＰＵ１５では、図３に示す実施形態１と同様の（Ｓ１）〜（Ｓ５）の判定処理を実施する。同時に第２のＣＰＵ１６では、ＡＥセンサ１３より入力した信号をプリアンプユニット１４で増幅し、スプレー弁制御装置１０のＣＰＵ１６に取り込む。(Ｓ１１)【００３５】ＡＥセンサ１３からの信号は取り付け場所の暗騒音レベルにより変化する。この状態で、もしスプレー弁１に、何らかの異常がある場合、通常の暗騒音よりも大きくなり(Ｓ１２)、異常音として検出する(Ｓ１３)。例えば、ある通常の暗騒音レベルを１０ｄＢとすると、ＡＥセンサ１３より入力した信号が１５ｄＢの値とすれば、１０ｄＢ＜１５ｄＢとなり、判定結果は異常とみなし、(Ｓ１４)においてＣＰＵ１５処理の割込み信号として、いち早く図５に示す処理の（５）の警報又はメッセージをモニタ又は警報盤に出力する。
【００３６】このように本実施形態によれば、第１のＣＰＵ１５で実施形態１による異常検出と、第２のＣＰＵ１６で、ＡＥセンサ入力信号による異常検出の２通りの処理を用いて確実な異常検知と高速処理を実施する事が出来る。例えば、両方の判定が異常の場合は、重警報として、警報を出力するとともに、負荷減等のプラント運転操作を行なう。どちらか片方の場合は、軽警報としてメッセージのみをモニタに発生させ、運転員に現場での確認作業を実施させる。上記のように、２つの異常処理を平行して用いることで、より正確に異常を検出する。
【００３７】
【発明の効果】以上記載の如く請求項１記載の発明によれば、制御弁のシートリークや弁棒抜け等の異常状態を取り外し分解することなく、温度圧力等の外部計測状態より、ヒートバランス計算より、異常を検出することができる。又、本発明によれば、必要な外部計測状態量は、制御装置が制御のために使用するプロセス状態量を共有して使用するため、経済的な連続弁異常判定システムが構成できる。更に、スプレー水管に複数のスプレー弁１を有したものでも個々のスプレー弁１のリークの判定が可能となった。
【００３８】従って本発明は、個々の流量計を用いる方式ではなく、現装の温度計、圧力計からの信号を用いるので、装置が安価でコストの無駄な上昇がない。更に請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の以上処理機能に、ＡＥセンサを付加した異常処理機能を並行して動作させるために、請求項１記載の発明の効果に加えて、更に判定処理や時間がかかる低い温度域での処理を迅速に行なうことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月２４日（１９９９．６．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３０２４
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 昌久 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−４１０５（Ｐ２００１−４１０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月１２日（２００１．１．１２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１７８３４５ |
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