JP2006349565A - 液体サンプリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
高圧サンプル液による分析計の破損を防止するとともに所要の流量を分析計に供給することのできるサンプリング装置を提供する。
【解決手段】
入口側をサンプル液の流入側に接続し、出口側を前記サンプル液の成分を分析する分析計１１に接続し、開度を調節することにより流入および流出するサンプル液の流量を調整することのできる流量調節部６と、該流量調節部の開度を調節する駆動部７と、前記流量調節部の出口側圧力および出口側流量を測定し、出口側圧力が前記分析計の最高使用圧力未満で、かつ出口側流量が所定流量範囲内にあるように前記駆動部を制御する制御部８とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体サンプリング装置に係り、特にボイラ水などの高圧の液体を減圧して分析計に供給することのできる液体サンプリング装置に関する。

図９は、従来の液体サンプリング装置３を説明する図である。例えば、発電機プラントでは、通常運転時あるいは運転の異常な過渡変化時にプロセス流体を採取し分析することにより、系統及び機器の運転状況を確認することを目的としてサンプリング装置３が設置されている。サンプリング装置３に供給されるプロセス流体が高圧である場合は、適切な試料採取を可能にすることを目的に、サンプリング装置内の分析計の１次側に調節部６を設けて、所定の圧力値・流量値に調節されたプロセス流体を分析計に供給して分析する必要がある。

また、プロセス流体が、例えばボイラ水のように高圧流体であり、かつその圧力が変動する場合には、分析計に供給するプロセス流体の圧力値・流量値を前記調節部により適宜調節する必要がある。通常、上記ボイラ水１のように圧力変動を伴うプロセス流体を採取するサンプリング装置としては、圧力値・流量値の調節を自動的に行なうことができる装置である自動減圧装置が設置されている。

自動減圧装置では、内部にサンプル水流路１４が形成された管体１５及びサンプル水流路内に進退可能に挿入できる芯線５を有する調節部６を備え、この芯線５の挿入度を変化させる駆動部７により、高圧プロセス流体の採取・分析を可能にしている。自動減圧装置では、この駆動部７に対して制御部８を設けることにより、圧力変動を伴うプロセス流体がサンプリング装置３に流入された場合も、駆動部７が自動制御されて芯線５の挿入度を変化させることにより、常に所定の流量値・圧力値の状態にてサンプル水の採取・分析ができる構造となっている。

サンプリング装置３内の駆動部７の制御方法としては、通常２次側圧力のフィードバック制御が採用されている。なお、図９の例のように２次側圧力のフィードバック制御ができない場合は、まず、１次側圧力と所定の２次側流量が得られる芯線５挿入量との関係を記憶部１６に記憶しておき、次いで１次側圧力測定部４で１次側圧力を測定し、その測定値と前記記憶部１６に記憶した１次側圧力と芯線５挿入量との関係に基づいて、駆動部７により芯線５挿入量を調節することにより流量値を適切に調節することが示されている（特許文献１参照）。
特開平７−３２５０２１号公報

前記従来のサンプリング装置では、１次側圧力値のみを制御信号として用いて流量値を調節する方式であるため、２次側圧力値は監視していない。このため、例えば２次側圧力値が調節部６の２次側に設けられた分析計１１の最高使用圧力値を超え、分析計１１破損の要因となる可能性がある。

本発明はこれらの問題に鑑みてなされたもので、高圧サンプル液による分析計の破損を防止するとともに所要の流量を分析計に供給することのできるサンプリング装置を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

入口側をサンプル液の流入側に接続し、出口側を前記サンプル液の成分を分析する分析計に接続し、開度を調節することにより流入および流出するサンプル液の流量を調整することのできる流量調節部と、該流量調節部の開度を調節する駆動部と、前記流量調節部の出口側圧力および出口側流量を測定し、出口側圧力が前記分析計の最高使用圧力未満で、かつ出口側流量が所定流量範囲内にあるように前記駆動部を制御する制御部とを備えた。

本発明は、以上の構成を備えるため、高圧サンプル液による分析計の破損を防止するとともに所要の流量を分析計に供給することができる。

以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る液体サンプリング装置を説明する図である。図１に示すように、調節部６の１次側に圧力測定部４を備え、調節部６の２次側でかつ分析計１１の入口側に圧力測定部９および流量測定部１１を備える。また制御部８は、１次側圧力測定部４、２次側圧力測定部９および２次側流量測定部からの測定値をもとに駆動部７を制御する。駆動部７は前記調節部６を駆動して調節部６を流れる流量等を変更する。なお、図の例では、圧力変動を伴うボイラ水をサンプリング装置３による採取の対象としているが、本発明の採取対象サンプル液はボイラ水に限定されるものではない。

ボイラからサンプリング装置３に供給されるサンプル水は、サンプリング装置３の１次側に繋がる入口側計装配管２を通ってサンプリング装置３に供給され、サンプリング装置３内の調節部６を介して分析計１１供給される。分析計１１により分析されたサンプル水はサンプリング装置３の出口側計装配管１２を介して廃液処理系統１３に排出され、ここで廃液処理される。なお、分析計１１の出口側圧力を大気圧以上に設定しておくことにより、廃液を出口側計装配管１２を介して速やかに排出することができる。

ボイラからサンプリング装置３内の分析計１１に供給されるサンプル水は、その圧力値が分析計１１の最高使用圧力値以下であると同時に、その流量値が分析計１１によりサンプル水を分析する為に必要となる所定流量範囲内であることが必要である。本実施形態では、調節部６の２次側、すなわち分析計１１の入口側に供給されるサンプル水の圧力値および流量値を制御信号とする為、分析計１１に供給されるサンプル水の圧力値が分析計１１の最高使用圧力値を超えないように監視しながら、分析計１１に供給されるサンプル水の流量値を制御することが可能である。

図２は、制御部の処理１（圧力および流量制御）を説明する図である。まず、サンプリング装置３によるサンプル水の分析を開始する。このとき、高圧サンプル水がサンプリング装置３に流入して調節部６の２次側に配置した分析計１１を破損するのを防ぐため、調節部６の初期状態は全閉としておく（ステップＳ１）。

次に、制御部８は圧力測定部９および流量測定部１０からの測定信号を受け取り（ステップＳ２，Ｓ３）、（１）圧力値が分析計の最高使用圧力を超えていないか？、（２）流量値が分析計の所定流量範囲であるか？、を判定する（ステップＳ４）。判定後、上記（１）．（２）を満足する場合は、制御部８は駆動部７により調節部６の開度を保持し、この状態で分析計による分析を開始する。

上記（１）．（２）の条件を満足しない場合は、制御部８は圧力測定部９および流量測定部１０からの２つの制御信号をもとに駆動部７を制御して、調節部６の開度が上記（１）．（２）の条件を満足するまでフィードバック制御を続ける。これにより、サンプル水を適切に分析するとともに、圧力超過による分析計１１の破損を防ぐことができる。 なお、ボイラ水１の圧力値が変動し、これに伴いサンプリング装置３に流入するサンプル水の圧力値が変動した場合も、この効果は同様に得ることができる。

なお、上記（１）．（２）の条件が満足されない場合、すなわち調節部６の２次側の圧力値と流量値の両方の測定値を制御信号とする前記制御方式が成立しない場合もある。このような場合、調節部６２次側の圧力値および流量値を同時に制御信号とするのではなく、この２つの制御信号を個別に使い分けて、圧力制御を主目的とする場合は２次側圧力値を制御信号として用いて、逆に流量制御を主目的とする場合は流量値を制御信号として用いることも可能である。

例えば、２次側圧力測定部９の測定値および２次側流量測定部１１の測定値に加えて１次側圧力測定部４の測定値を制御信号として採用して、この１次側圧力値の大小により２次側圧力制御もしくは２次側流量制御の選択をする。これにより、サンプリング装置３に流入されるサンプル水の圧力値、つまり１次側圧力測定部４の測定値がある特定値より大きい場合は２次側圧力測定部９の測定値を制御信号とすることにより圧力超過による分析計１１の破損防止を優先し、逆に１次側圧力測定部４の測定値がある特定値より小さい場合は流量値を制御信号とすることにより分析計１１の所定流量確保を優先することができる。

図３は、制御部の処理２（圧力・流量の１次側圧力値による何れか優先制御）を説明する図である。

まず、サンプリング装置３によるサンプル水分析を開始する。このとき高圧サンプル水がサンプリング装置３に流入して調節部６の２次側の分析計１１を破損するのを防ぐため、調節部６の初期状態を全閉とする（ステップＳ１１）。次に、制御部８は１次側圧力測定部４からの測定信号を受け取り（ステップＳ１２）、この測定信号をもって制御部８は「１次側圧力値が設定値より大きいか？」を判定する。なお、前記設定値は分析計１１の最高使用圧力値を考慮して、予め設定しておく（ステップＳ１３）。

判定後、この判定値を満足する場合、制御部８は２次側圧力測定部９からの測定信号を駆動部７を制御するための制御信号として選択し（ステップＳ１４）、逆にこの判定値を満足しない場合、制御部８は流量測定部１０からの測定信号を駆動部７を制御するための制御信号として選択する（ステップＳ１７）。

選択後、圧力測定部９もしくは流量測定部１０いずれかの測定部からの測定信号を制御部８が受け取り、この測定信号をもって制御部８は「圧力値が分析計の最高使用圧力を超えていないか？（ステップＳ１５）」もしくは「流量値が分析計の所定流量範囲であるか？（ステップＳ１８）」のいずれかの判定をする。判定後、上記何れかの判定を満足する場合は、制御部８は駆動部７により調節部６の開度を保持し、この状態で分析計による分析を開始する。

逆に、上記いずれの判定をも満足しない場合は、制御部８は２次側圧力測定部９または流量測定部１０からの２つの制御信号をもとに駆動部７を制御して、調節部６の開度が２次側圧力測定部９あるいは流量測定部１０の測定信号が前記判定を満足するまでフィードバック制御する。

これにより、サンプリング装置３に流入されるサンプル水の圧力値、つまり１次側圧力測定部４の測定値がある特定値より大きい場合は２次側圧力測定部９の測定値を制御信号とすることにより圧力超過による分析計１１の破損防止を優先し、逆に１次側圧力測定部４の測定値がある特定値より小さい場合は流量値を制御信号とすることにより分析計１１の所定流量確保を優先することができる。

なお、２次側圧力測定部９と流量測定部１０のうち、いずれの測定値を制御信号に選定するかを選定する方式として、通常は２次側圧力測定部９の測定値を制御信号に設定しておき、サンプル水の圧力が小さくなり、分析計１１に対して規定流量の確保ができなくなったときは流量測定部１０の測定値を制御信号とすることも可能である。これにより、上記サンプル水の圧力が小さいときも分析計１１に対して規定の流量を確保することができる。

図４は、制御部の処理３（圧力・流量の２次側圧力値による何れか優先制御）を説明する図である。

まず、サンプリング装置３によるサンプル水分析を開始する。このとき、高圧サンプル水がサンプリング装置３に流入して調節部６の２次側の分析計１１を破損するのを防ぐため、調節部６の初期状態は全閉としておく（ステップＳ２１）。次に、制御部８は２次側圧力測定部９からの測定信号を受け取り（ステップＳ２２）、（１）２次側圧力値が分析計の最高使用圧力を超えていないか？、（２）流量値が分析計の所定流量範囲であるか？、を判定する（ステップＳ２３）。

判定後、上記（１）、（２）の条件を満足する場合は、制御部８は駆動部７により調節部６の開度を保持し、この状態で分析計による分析を開始する（ステップＳ２４）。逆に、上記（１）、（２）の条件を満足しない場合は、制御部８は２次側圧力測定部９からの制御信号をもとに駆動部７を制御して、調節部６の開度が上記（１）、（２）の条件を満足するまでフィードバック制御を続ける（ステップＳ２７）。

なお、サンプル水の圧力値が小さくなり、上記２次側圧力のフィードバック制御が成立しなくなった場合、すなわち図４における「圧力測定部９からの制御信号により分析計１１の所定流量を確保できるか？」が”Ｎｏ”である場合（ステップＳ２５）、制御信号を流量測定部１０の測定信号に切替えて（ステップＳ２６）、この測定信号をもって制御部８は（１）圧力値が分析計の最高使用圧力を超えていないか？、（２）流量値が分析計の所定流量範囲であるか？、を判定する（ステップＳ２７）。判定後、上記（１）、（２）を満足する場合は、制御部８は駆動部７により調節部６の開度を保持し、この状態で分析計による分析を開始する（ステップＳ２４）。

逆に上記（１）、（２）を満足しない場合は、制御部８は流量測定部１０からの制御信号をもとに駆動部７を制御して、調節部６の開度が上記（１）、（２）を満足するまでフィードバック制御を続ける。これにより、サンプル水の圧力が小さく、圧力測定部９の測定信号による制御が成立しない場合も、流量測定部１０の測定信号を制御信号とすることにより、分析計１１に対して規定の流量を確保することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る液体サンプリング装置を説明する図である。図５に示すように、図１で示した液体サンプリング装置３から流量測定部１０を取り除いて構成される。取り除かれた流量測定部１０による流量測定の代替として、１次側圧力測定部４と２次側圧力測定部９によって両者の差圧値を測定し、この差圧値をもとに流量値を求める。

調節部６の１次側および２次側間の差圧値と該調節部６を通過する流量値の間には、通常のバルブ類のＣｖ特性のような、ある特定の関係式が成立する。このため、この関係式を適用することにより、１次側圧力測定部４と２次側圧力測定部９によって測定した前記差圧値をもとに流量値を求めることができる。以降の処理は前記図１に示す例と同じであるので詳細な説明は省略する。

図６、図７および図８は、それぞれ制御部８の処理を説明する図である。各図はそれぞれ図２、図３および図４のフローチャートとほぼ同様の構成となっており、各図で異なるのは、図２、図３および図４では「流量測定部１０において流量測定」するのに対して、図６、図７および図８では「圧力測定部４と圧力測定部９により調節部６の差圧値を測定して流量値を算出」するという箇所のみである。すなわち、流量の測定方法が異なるのみであるので詳細な説明は省略する。

以上説明したように、本実施形態によれば、液体サンプリング装置内において、調節部６の１次側に圧力測定部５を設け、調節部６の２次側に圧力測定部９および流量測定部１０を設けて、２次側圧力値と流量値の両方を制御信号として用いることにより、調節部６２次側の圧力値および流量値のいずれの値も所定値を満足するように駆動部７を制御することができる。これにより、２次側圧力値を調節部６２次側に設けられた分析計１１の最高使用圧力値を超えないように監視しながら、分析計１１によりサンプル水を分析する為に必要となる所定流量範囲内の流量値が得られるように駆動部６を制御することができる。

また、調節部６に流入される流量値は、調節部６の１次側圧力と２次側圧力の差圧値の関数となっている。このため調節部６のＣｖ特性（流量−差圧特性）が予め分かっている場合は、流量測定部１０を設けずに、圧力測定部５および圧力測定部９を設けて調節部６の１次側圧力値および２次側圧力値を制御信号として用いることにより、調節部６の２次側圧力値および流量値のいずれも調節部６により調節することが可能である。

このように、調節部６の２次側に最高使用圧力値が小さい分析計１１が設置されているサンプリング装置３に対して、調節部６の２次側圧力値と流量値の双方を制御信号として用いることにより、超過圧力による分析計１１の破損を防ぐとともに、分析計１１によりサンプル水を分析する為に必要となる所定流量範囲内の流量値を分析計１１に供給することができる。

本発明の第１の実施形態に係る液体サンプリング装置を説明する図である。 制御部の処理１（圧力および流量制御）を説明する図である。 制御部の処理２（圧力・流量の１次側圧力値による何れか優先制御）を説明する図である。 制御部の処理３（圧力・流量の２次側圧力値による何れか優先制御）を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る液体サンプリング装置を説明する図である。 制御部８の処理１を説明する図である。 制御部８の処理２を説明する図である。 制御部８の処理３を説明する図である。 従来の液体サンプリング装置３を説明する図である。

符号の説明

１ ボイラ水
２ 入口側計装配管
３ サンプリング装置
４ １次側圧力測定部
５ 芯線
６ 調節部
７ 駆動部
８ 制御部
９ ２次側圧力測定部
１０ 流量測定部
１１ 分析計
１２ 出口側計装配管
１３ 廃液処理系統

Claims (5)

1. 入口側をサンプル液の流入側に接続し、出口側を前記サンプル液の成分を分析する分析計に接続し、開度を調節することにより流入および流出するサンプル液の流量を調整することのできる流量調節部と、
   該流量調節部の開度を調節する駆動部と、
   前記流量調節部の出口側圧力および出口側流量を測定し、出口側圧力が前記分析計の最高使用圧力未満で、かつ出口側流量が所定流量範囲内にあるように前記駆動部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする液体サンプリング装置。
2. 入口側をサンプル液の流入側に接続し、出口側を前記サンプル液の成分を分析する分析計に接続し、開度を調節することにより流入および流出するサンプル液の流量を調整することのできる流量調節部と、
   該流量調節部の開度を調節する駆動部と、
   前記流量調節部の入口側圧力を測定し、
   入口側圧力が設定値を超える場合に出口側圧力測定部により出口側圧力を測定し、出口側圧力が分析計の最高使用圧力を超えないように前記駆動部を制御し、
   入口側圧力が設定値を超えない場合に出口側流量測定部により出口側流量を測定し、出口側流量が分析計の所定流量範囲内になるように前記駆動部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする液体サンプリング装置。
3. 入口側をサンプル液の流入側に接続し、出口側を前記サンプル液の成分を分析する分析計に接続し、開度を調節することにより流入および流出するサンプル液の流量を調整することのできる流量調節部と、
   該流量調節部の開度を調節する駆動部と、
   前記流量調節部の出口側圧力および流量を測定し、出口側圧力が分析計の最高使用圧力未満でなく、かつ出口側流量が分析計の所定流量範囲内にない場合、出口側圧力測定部により測定した出口側圧力が分析計の最高使用圧力を超えないように前記駆動部をフィードバック制御し、該フィードバック制御が有効に実行できないとき、出口側流量測定部により測定した流量が分析計の所定流量範囲内になるようにフィードバック制御する制御部を備えたことを特徴とする液体サンプリング装置。
4. 請求項２ないし３の何れか１記載の液体サンプリング装置において、
   出口側流量測定部は、流量調節部の入口側圧力を測定する入口側圧力測定部の測定値および出口側圧力を測定する出口側流量測定部の測定値をもとに出口側流量を演算することを特徴とする液体サンプリング装置。
5. 請求項１記載の液体サンプリング装置において、
   前記流量調節部および分析計はサンプリング装置を格納する筐体内に格納し、分析計の出口側は出口側計装配管を介して廃液処理系統に接続することを特徴とする液体サンプリング装置。

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