JP2010276258A - 保冷槽内の異常検知方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】保冷槽内に設備や配管が格納された工業プラント（例えば、深冷分離方式による空気分離プラント）において、保冷槽内に格納された設備や配管の異常を安定して早期に検知することができる保冷槽内の異常検知方法を提供する。
【解決手段】保冷槽２０の天板２０ａから垂らしたワイヤ４０によって懸架された複数個の温度センサ（例えば、５個の熱電対ＴＣ１〜ＴＣ５）を、保冷槽２０内に格納された設備や配管の間隙に配し、前記温度センサの測定値が所定の温度範囲を外れた場合には、当該温度センサの近傍の設備や配管に異常が発生したと判断する。
【選択図】図３

Description

本発明は、保冷槽内に設備や配管が格納された工業プラント、例えば、深冷分離方式による空気分離プラントにおいて、保冷槽内に格納された設備や配管の異常（特に、格納された設備や配管からの漏洩）を検知する保冷槽内の異常検知方法に関する。
例えば、深冷分離方式による空気分離プラントでは、保冷槽内に各種の設備や多数の様々な口径の配管が設置されており、それらの設備や配管は、プラントの起動・停止に伴う保冷槽内の温度変化、圧力変化による応力変動にさらされている。この応力変動による金属疲労によって、特に長期間使用されたプラントにおいては、保冷槽内の設備や配管からの漏洩の危険性が高まっている。
従来、このような保冷槽内に格納された設備や配管からの流体の漏洩は、その漏洩量が過大となって、プラントの性能の低下や、あるいは流体の大量漏洩による保冷槽の破壊（低温脆性破壊）が生じた場合に初めて検知され、少量の漏洩を速やかに検知することは難しかった。しかも、どの位置で設備や配管からの漏洩が発生しているかを検知することは出来ず、保冷槽全体の開放点検を必要とした。
これに対して、特許文献１に、保冷槽に格納された設備（低温設備）を取り巻くように光ファイバを配設し、その光ファイバの一端から入射したパルス光の後方散乱光に基づいて、光ファイバに沿った位置の温度を測定し、温度変化が検出された位置の近傍に異常（漏洩）が発生したと判定する低温設備の異常検知方法が提案されている。
特開平０７−０５５３３２号公報
しかし、特許文献１に記載の異常検知方法においては、プラントの起動・停止に伴う保冷槽内の温度変化によって、光ファイバが熱収縮あるいは熱膨張することで、断線したり、弛んだりする可能性があり、安定した異常検知が難しい場合がある。また、漏洩した個所の一個所で、かつ局限された場合しか検知できないし、漏洩の広がりを把握できない。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、保冷槽内に設備や配管が格納された工業プラント（例えば、深冷分離方式による空気分離プラント）において、保冷槽内に格納された設備や配管の異常を安定して早期に検知することができる保冷槽内の異常検知方法を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
［１］保冷槽内に格納された設備や配管の異常を検知する保冷槽内の異常検知方法であって、保冷槽の上部から垂らしたワイヤによって懸架された複数個の温度センサを、保冷槽内に格納された設備や配管の間隙に配し、該温度センサの測定値が所定の温度範囲を外れた場合には、当該温度センサの近傍の設備や配管に異常が発生したと判断することを特徴とする保冷槽内の異常検知方法。
［２］前記設備の稼動中と停止中とで、前記所定の温度範囲を変更することを特徴とする前記［１］に記載の保冷槽内の異常検知方法。
［３］前記温度センサは、熱電対または測温抵抗体であることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の保冷槽内の異常検知方法。
本発明を適用することによって、深冷分離方式による空気分離プラント等において、保冷槽内に格納された設備や配管の異常を安定して早期に検知することができる。その結果、プラントの効率の低下や保冷槽の破壊などの物的損傷が発生する前に、設備や配管の異常を検知することができ、大きなトラブルに至る前に計画的に設備や配管の補修を行うことができる。
深冷分離方式による空気分離プラントを示す図である。 本発明の一実施形態における温度測定ポイントを示す図である。 本発明の一実施形態における温度センサの設置状態とその温度センサの測定値に基づく処理フローを示す図である。 本発明の一実施形態における温度センサの測定データの一例を示す図である。 本発明の一実施形態において、温度センサの測定値の出現頻度の一例を示す図である。
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態が適用される深冷分離方式の空気分離プラントを示すものである。図１に示すように、この空気分離プラントは、原料空気を所定の圧力に昇圧する原料空気圧縮機１１と、冷凍機１２を通過した冷却水によって原料空気を冷却する水洗塔１３と、原料空気から二酸化炭素と水分を除去する分子篩吸着器（ＭＳ吸着器）１４と、原料空気から窒素と酸素とアルゴンを深冷分離するための各種の設備が格納された保冷槽２０と、深冷分離された窒素を圧縮する窒素圧縮機３１と、深冷分離された酸素を圧縮する酸素圧縮機３２と、アルゴンを精製するアルゴン精製塔３３と、アルゴンを貯留するアルゴン貯留塔３４とを備えている。
そして、保冷槽２０内には、原料空気を窒素および酸素と熱交換させて冷却する主熱交換器２１と、冷却された原料空気の一部を用いるタービン２２と、原料空気の粗精留を行う下部塔２４と、原料空気の本精留を行う上部塔２５と、粗アルゴンの精留を行う粗アルゴン塔２６とが格納されている。なお、図１中の２０ａは、保冷槽２０の天板である。
このような深冷分離方式の空気分離プラントにおいて、この実施形態では、保冷槽２０内の各種設備や配管の異常（特に漏洩）を検知するために、図２に保冷槽２０を上部から見た平面図を示すように、保冷槽２０内に格納された各種設備や配管の間隙（ここでは、
ポイントＰ１〜Ｐ１１の１１個所）に温度センサを配している。
その温度センサの設置状態について、代表例として、図３に、上部塔２５と粗アルゴン塔２６との間隙であるポイントＰ９における温度センサの設置を示す。図３に示すように、上部塔２５と粗アルゴン塔２６との間隙Ｐ９に、保冷槽２０の天板２０ａから垂らしたワイヤ４０によって５個の温度センサ（熱電対ＴＣ１〜ＴＣ５）が天板２０ａから所定の間隔（ここでは１０ｍピッチ）で懸架されている。
なお、ここでは、一本のワイヤで５個の熱電対ＴＣ１〜ＴＣ５が懸架されているが、それぞれ個別のワイヤで熱電対ＴＣ１〜ＴＣ５が懸架されるようにしてもよい。また、熱電対に代えて、測温抵抗体を用いてもよい。
そして、熱電対ＴＣ１〜ＴＣ５が測定した温度データは、ワイヤ４０に沿って配された測定導線（図示せず）によって保冷槽２０外に取り出され、保冷槽２０内の異常（特に漏洩）の検知に用いられる。
なお、他のポイントＰ１〜Ｐ８、Ｐ９〜Ｐ１１においても、ポイントＰ９と同様に、保冷槽２０の天板２０ａから垂らしたワイヤ４０によって複数個の熱電対が懸架されており、それらの熱電対が測定した温度データが保冷槽２０内の異常（特に漏洩）の検知に用いられる。
以下に、上記のように設置した熱電対が測定した温度データを用いて、保冷槽２０内の異常検知を行う方法を説明する。なお、ここでは、代表例として、ポイントＰ９の熱電対ＴＣ１〜ＴＣ５を取り上げる。
まず、図４は、空気分離プラントを常温起動させた後、定常稼動状態になったところで、空気分離プラントを一時停止・低温起動をさせた場合に、ポイントＰ９の熱電対ＴＣ１〜ＴＣ５が測定した温度データを示すものである。
そして、図５は、一例として、熱電対ＴＣ４の測定した温度データについて、空気分離プラントが定常稼動状態と一時停止時における測定温度の出現頻度を示したものである。
図５に示すように、空気分離プラントが定常稼動状態である場合は、熱電対ＴＣ４の測定温度は、−１１８℃〜−１２２℃の範囲になり、空気分離プラントが一時停止時には、熱電対ＴＣ４の測定温度は、−１１１℃〜−１１７℃の範囲になっている。
したがって、空気分離プラントが稼動状態である場合に、熱電対ＴＣ４の測定温度が−１１８℃〜−１２２℃の範囲であれば、熱電対ＴＣ４の近傍の設備や配管は正常であると判断されるが、熱電対ＴＣ４の測定温度が−１１８℃〜−１２２℃の範囲を外れていると、熱電対ＴＣ４の近傍の設備あるいは配管に異常が発生していると判断される。例えば、熱電対ＴＣ４の測定温度が−１２２℃より低温であれば、熱電対ＴＣ４の近傍の設備あるいは配管に漏洩が発生していると判断され、熱電対ＴＣ４の測定温度が−１１８℃より高温であれば、熱電対ＴＣ４の近傍の設備あるいは配管に漏洩以外の異常が発生していると判断される。
また、空気分離プラントが一時停止時に、熱電対ＴＣ４の測定温度が−１１１℃〜−１１７℃の範囲であれば、熱電対ＴＣ４の近傍の設備や配管は正常であると判断されるが、熱電対ＴＣ４の測定温度が−１１１℃〜−１１７℃の範囲を外れていると、熱電対ＴＣ４の近傍の設備あるいは配管に異常が発生していると判断される。例えば、熱電対ＴＣ４の測定温度が−１１７℃より低温であれば、熱電対ＴＣ４の近傍の設備あるいは配管に漏洩が発生していると判断される。
このようにして、熱電対ＴＣ４の測定温度に基づいて、熱電対ＴＣ４の近傍の設備や配管の異常を検知することができる。
他の熱電対ＴＣ１〜ＴＣ３、ＴＣ５についても、同様にして、それぞれの熱電対の近傍の設備や配管の異常を検知することができる。
そして、他のポイントＰ１〜Ｐ８、Ｐ１０、Ｐ１１においても、ポイントＰ９と同様に、それぞれに設置した熱電対の測定温度に基づいて、各熱電対の近傍の設備や配管の異常を検知することができる。
さらには、ポイントＰ１〜Ｐ１１の各熱電対の測定温度Ｔについて、正常な温度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）の下限値Ｔ２から低温側に外れている温度差量ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ）を算出し（Ｔ＞Ｔ２の場合は、ΔＴ＝０）、その温度差量ΔＴを三次元的にマッピングして、等温線図や濃淡図（色彩図）で表示することによって、漏洩位置と漏洩の広がりを検出することができる。
すなわち、漏洩位置では、温度差量ΔＴが大きく、漏洩位置から離れるに従って、温度差量ΔＴが小さくなっていくので、漏洩位置を取り巻くように描かれた等温線図や濃淡図（色彩図）が得られるので、視覚的に漏洩位置と漏洩の広がりを認識することができる。
そして、温度差量ΔＴの最大値が所定の温度差量（例えば、５℃）を超えたら、警報を発するようにしてもよい。
このようにして、深冷分離方式の空気分離プラントにおいて、保冷槽２０内に格納されている設備や配管のどの位置に漏洩等の異常が発生しているかを早期に検知することができる。
しかも、保冷槽２０の天板２０ａから垂らしたワイヤ４０によって懸架された温度センサ（熱電対）を用いているので、前記特許文献１のように光ファイバを用いた場合に比べて、プラントの起動・停止に伴う保冷槽内の温度変化による熱収縮あるいは熱膨張によって、断線したり、弛んだりすることがなく、安定した異常検知を行うことができる。
図３に、上記の異常検知方法の処理フローを示す。
図３に示すように、温度センサ（ここでは、代表例として、ポイントＰ９の熱電対ＴＣ１〜ＴＣ５）の測定データと、空気分離プラントが稼動状態であるか一時停止状態であるかとその際の正常な温度範囲はどこであるかというデータ（プラント稼動・停止データ）とを突き合わせる。
例えば、前述したように、ポイントＰ９の熱電対ＴＣ４の測定温度については、空気分離プラントが定常稼動状態である場合は、−１１８℃〜−１２２℃が正常な温度範囲であり、空気分離プラントが一時停止時は、−１１１℃〜−１１７℃が正常な温度範囲であるので、熱電対ＴＣ４の測定温度が上記の正常な温度範囲に納まっているか否かをチェックする。
なお、必要に応じて、近傍の温度センサ（熱電対）の測定データおよび保冷槽２０内の圧力を測定する圧力計（図示せず）の測定データも突き合わせる。近傍の温度センサの測定データや圧力計の測定データを突き合わせることで、熱電対ＴＣ１〜ＴＣ５の測定データの妥当性をチェックすることができるからである。ちなみに、保冷槽２０内に酸素や窒素等の低温ガスが漏洩すると、保冷槽２０内の圧力が上昇するので、圧力計の測定値が高くなる。
場合によっては、前述したように、ポイントＰ１〜Ｐ１１の各熱電対の測定温度Ｔについて、正常な温度範囲の下限値から低温側に外れている温度差量ΔＴを算出し、その温度差量ΔＴを三次元的にマッピングして、等温線図や濃淡図（色彩図）で表示する。
そして、上記の各データの突き合わせに基づいて、異常発生位置（漏洩位置）の判定を行う。また、その判定に基づいて、警報を発する。
なお、熱電対ＴＣ１〜ＴＣ５の測定データは、データロギング（データ保管）される。
このようにして、この実施形態では、深冷分離方式による空気分離プラントにおいて、保冷槽２０内に格納された設備や配管の異常を安定して早期に検知することができる。その結果、空気分離プラントの効率の低下や保冷槽２０の破壊などの物的損傷が発生する前に、設備や配管の異常を検知することができ、大きなトラブルに至る前に計画的に設備や配管の補修を行うことができる。
１１ 原料空気圧縮機
１２ 冷凍機
１３ 水洗塔
１４ 分子篩吸着器（ＭＳ吸着器）
２０ 保冷槽
２０ａ 天板
２１ 主熱交換器
２２ タービン
２４ 下部塔
２５ 上部塔
２６ 粗アルゴン塔
３１ 窒素圧縮機
３２ 酸素圧縮機
３３ アルゴン精製塔
３４ アルゴン貯留塔
４０ ワイヤ
Ｐ１〜Ｐ１１ 温度測定ポイント
ＴＣ１〜ＴＣ５ 熱電対

Claims (3)

  1. 保冷槽内に格納された設備や配管の異常を検知する保冷槽内の異常検知方法であって、保冷槽の上部から垂らしたワイヤによって懸架された複数個の温度センサを、保冷槽内に格納された設備や配管の間隙に配し、該温度センサの測定値が所定の温度範囲を外れた場合には、当該温度センサの近傍の設備や配管に異常が発生したと判断することを特徴とする保冷槽内の異常検知方法。
  2. 前記設備の稼動中と停止中とで、前記所定の温度範囲を変更することを特徴とする請求項１に記載の保冷槽内の異常検知方法。
  3. 前記温度センサは、熱電対または測温抵抗体であることを特徴とする請求項１または２に記載の保冷槽内の異常検知方法。
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