JP2011141085A - チューブリーク検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラにおけるチューブリーク発見までの期間を短縮することができるチューブリーク検出方法を提供すること。
【解決手段】火炉（３）に供給された熱により蒸気を発生させる汽水胴（４）のチューブリークを検出するチューブリーク検出方法であって、火炉（３）に空気を供給するための風道（１０）に設けられ、液体（２４）を収容するためのドレンポット（１４）と、風道（１０）を介して供給された燃焼用の空気を排出するための煙道（１９）を閉止する煙道出口ダンパ（２０）と、を備え、火炉（３）への熱の供給を停止する停止ステップと、煙道出口ダンパ（２０）により煙道（１９）を閉止する閉止ステップと、ドレンポット（１４）において収容された液体（２４）を検知ステップと、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラにおける液体のチューブリークを検出するチューブリーク検出方法に関し、特に、チューブリークの検出を短期間で行うことができるチューブリーク検出方法に関する。

一般に、火力発電所や化学プラント等において使用されるボイラは、経年劣化や腐食等による亀裂に伴い生ずるチューブリークの確認を行う必要がある。

チューブリークの確認方法としては、ボイラ運転中における発生蒸気量と補給水量の偏差や火炉内の状況を確認することによる手法が知られている。例えば、特許文献１には、補給水量の増加を検知したときに、温度センサで計測したチューブリーク検出箇所の温度変化から水蒸気等のチューブリークを検出するチューブリーク検出手法が開示されている。

ところで、火力発電所等において用いられる大きな規模のボイラと比較して小さい１５〜３０ｔクラスの規模のボイラでは、発生蒸気量と補給水量とに差が生じていた場合であっても、この差がリークにより生じたものであるか計器誤差により生じたものであるかを正確に掴むことが難しく、また、ドラム内の水圧が低いため火炉内の状況を目視しただけではチューブリークを判断しにくい面があった。そのため、比較的小さい規模のボイラでは、チューブリークが生じているであろうと予測されている状況でボイラを停止し、ボイラ停止中におけるドラム内の水量を示すドラムレベルが低下したか否かを判断することによりチューブリークの検出を行っていた。

特開２００８−１４４９９５号公報

しかしながら、ボイラ停止から炉内が完全冷却状態になるまでは、温度降下による水の体積変化に伴いドラムレベルが低下するため、ドラムレベルの低下がボイラ内における液体のチューブリークを要因とするものであるか否か判断が難しかった。

このため、ドラムレベルの低下によるチューブリークの検出手法を用いた場合には、ボイラ停止から完全冷却状態となるまで早くて２〜３日、遅い場合には５〜６日後から開始する必要があるため、チューブリークの発見に相当の遅れが生じていた。つまり、従来の手法においては、ボイラ運転中におけるチューブリークの発見が難しく、また、ボイラ停止後についても完全冷却状態になるまで判断が難しく、発見までに相当の日数を要していた。

本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、ボイラにおけるチューブリーク発見までの期間を短縮することができるチューブリーク検出方法を提供することを目的とする。

（１） 本発明は、火炉に供給された熱により蒸気を発生させる汽水胴のチューブリークを検出するチューブリーク検出方法であって、前記火炉に空気を供給するための風道に設けられ、液体を収容するための収容部と、前記風道を介して供給された空気を排出するための煙道を閉止する閉止部と、を備え、前記火炉への熱の供給を停止する停止ステップと、前記閉止部により前記煙道を閉止する閉止ステップと、前記収容部において収容された液体を検知ステップと、を含むチューブリーク検出方法に関する。

（１）のチューブリーク検出方法によれば、汽水胴から液体が漏洩し、チューブリークが発生したと考えられる場合には、はじめに、火炉への熱の供給を停止する。このとき、火炉への熱の供給を停止した場合であっても、火炉内に残存する保有熱により汽水胴から漏洩した水等の液体は火炉内において気化し水蒸気となる。そして、閉止部により煙道を閉止することにより火炉内において充満した水蒸気は、行き場を失い風道に逃げ込むこととなる。

このとき、風道には火炉と違って熱供給源となるようなものはないため、風道に逃げ込んだ水蒸気は、風道内において周囲の外気温付近まで冷却されて凝縮し再び液体となる。この汽水胴から漏洩し風道内において再び凝縮した液体は、風道内の収容部に収容される。そして、この収容部において収容されている液体を検知することにより、汽水胴から液体が漏洩していることを確認することができる。

このため、汽水胴を含むボイラ全体が未だ保有熱を有し完全冷却状態となる前であっても、汽水胴から漏洩した液体を検知しチューブリークを検出することができる。したがって、ボイラにおけるチューブリーク発見までの期間を短縮することができる。さらに、風道、煙道及び煙道を閉止するための閉止部といった既存のボイラの設備において一般的に使用されている構成を基にチューブリークの検出を行うことができるため、システムの構築に必要となるコストを低減することができる。

（２） また、前記検知ステップにより所定量の液体を検知したときには、警報を発生する警報ステップをさらに備えることが望ましい。

（２）のチューブリーク検出方法によれば、汽水胴から所定量の液体が漏洩したことを検知した場合には、自動的に警報が発生される。したがって、チューブリークの可能性が高い場合には、ボイラ作業員にいち早く伝達することができ、ボイラ作業員がチューブリークを発見するまでの期間を短縮することができる。

本発明によれば、ボイラにおけるチューブリーク発見までの期間を短縮することができる。

本発明のチューブリーク検出方法を実施するためのボイラシステムを示す図である。 図１のボイラシステムにおいてチューブリークの検出を行っている状態を示す図である。 図２のボイラシステムにおけるドレンポットを拡大した状態を示す図である。 本発明のチューブリーク検出方法を実現するためのフローチャートを示す図である。

以下、本発明を実施するための実施形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態に係るチューブリーク検出方法を実施するためのボイラシステム１の概要について説明する。
ボイラシステム１は、発電所内の補助蒸気を発生させるために用いられる１５〜３０ｔの規模の小型ボイラである。ボイラシステム１は、上部に汽水胴４が配置され下部に水胴５が配置されたボイラ本体２の火炉３内に、燃焼用の空気を押込送風機（ＦＤＦ）１１によって風道１０から風箱９を介して供給する。そして、バーナ８から燃料を噴射して燃焼させ、生成された燃焼ガスにより汽水胴４の伝熱管内の水を加熱して蒸気を発生させる。該蒸気を汽水胴４から蒸気管７を介して取り出し、発電所のメインボイラ（図示せず）へ蒸気を供給する一方、熱を奪われた燃焼ガスを煙道１９を介して煙突２１から大気へ放出する。

本実施形態に係るボイラシステム１を用いることにより、図２に示すように、火炉３内において汽水胴４の亀裂２２や穿孔等から水等の液体が漏洩した場合であっても、その漏洩した液体を短期間で検知することによりチューブリーク発見までの期間を短縮することができる。

図１に示すように、ボイラシステム１は、ボイラ本体２と、燃焼用の空気を供給するための風道１０と、風道１０を介して供給された燃焼用の空気を排出するための煙道１９と、煙道１９に接続された煙突２１と、を備えて構成されている。

図１に示すように、ボイラ本体２は、火炉３と、火炉３の上部に設けられ火炉３に供給された熱により蒸気を発生させる汽水胴４と、火炉３の下部に設けられた水胴５と、軽油等の燃料を噴射して燃焼させることにより火炉３内に熱を供給するバーナ８と、火炉３の側方に設けられ、バーナ８の周辺に風道１０から供給された燃焼用の空気を供給する風箱９と、を備えて構成されている。汽水胴４には、汽水胴４内に水等の液体を供給する供給管６と、汽水胴４において加熱されて発生した蒸気をメインボイラに供給する蒸気管７と、がそれぞれ接続されている。

図１に示すように、風道１０は、所定の長さを有する略円筒状に形成され、長さ方向略中間位置の下方において、汽水胴４において漏洩した液体２４を収容するための収容部としてのドレンポット１４と、ドレンポット１４内に収容された液体２４の量を検知するレベルスイッチ１５と、ドレンポット１４の下方において開閉自在に接続されたドレンポットダンパ１６と、ドレンポット１４において所定量の液体２４が収容されたと判定したときに信号を送信する制御部１７と、制御部１７からの信号に基づいて警報を発生する警報装置１８と、を備えて構成されている。

風道１０の下側は、ドレンポット１４に向かってすり鉢状に傾斜して形成されている。ここで、風道１０に進入した水蒸気２３は、バーナ８が設けられている火炉３から温度の低い風道１０内に入った際の温度変化により凝結した結果、図３に示すように風道１０の内側に液体２４として結露する。そして、この結露した液体２４は、風道１０内側の傾斜に沿って少しずつ下方に流動しドレンポット１４内に滴り収容される。

ドレンポット１４に収容されている液体２４の量は、ドレンポット１４に設けられているレベルスイッチ１５により検知することができる。すなわち、ドレンポット１４において所定量の液体２４が収容されたと検知された場合には、レベルスイッチ１５に設けられた制御部１７においてチューブリークであると判定される。そして、ドレンポット１４において所定量の液体２４が収容されたと判定された場合には、制御部１７は警報装置１８に対し信号を送信する。これにより警報装置１８は、警報音や警報光による警報を行う。したがって、周囲の作業員等は、チューブリークが発生したということをいち早く知ることができる。また、ドレンポット１４に液体２４が過度に収容された場合には、通常時には閉止されているドレンポットダンパ１６を開放することにより、ドレンポット１４に収容されていた液体２４を外部に排出することができる。

図１に示すように、風道１０の長さ方向端部のうちボイラ本体２の反対側には、外気を吸気して風道１０及び風箱９を介して火炉３内に燃焼用の空気を供給するＦＤＦ１１と、ＦＤＦ１１によって燃焼用の外気を吸気する際の吸気音を消音するための吸込サイレンサ１３と、ＦＤＦ１１と吸込サイレンサ１３との間に配置されＦＤＦ１１から吸気される空気の流れを一時的に遮断するためのＦＤＦ入口ベーン１２と、を備えて構成されている。また、火炉３内部において発生した燃焼ガスは、煙道１９に接続されている煙突２１による煙突効果により煙道１９側に吸引され、風道１０を介して供給された空気とともに共に煙道１９を介して煙突２１から放出される。

煙道１９には、煙道１９内に設けられ煙道１９内を通過する空気の流れを一時的に閉止する閉止部としての煙道出口ダンパ２０が設けられている。

図４を参照して、チューブリーク検出時におけるチューブリーク検出方法を実現するためのボイラシステム１のフローチャートについて説明する。
はじめに、図２に示すようにボイラ本体２の汽水胴４が亀裂２２等により破損することにより汽水胴４内の液体が漏洩し、チューブリークが発生する（ステップＳ１）。

チューブリークが発生したと考えられる場合には、チューブリークを検出するために、火炉３への熱の供給を停止する（ステップＳ２）。具体的には、バーナ８への燃料の供給を停止し、熱供給源としてのバーナ８の活動を停止する。

次に、火炉３への熱の供給の停止後に、煙道出口ダンパ２０により、煙道１９を閉止し、火炉３から煙道１９を介して煙突２１へと流れる空気の流れを遮断する（ステップＳ３）。

図２に示すように、汽水胴４から漏洩した液体である漏洩水は、火炉３内の保有熱により気化し水蒸気２３となる。すなわち、バーナ８を停止した場合であっても、火炉３内の熱は残存し、しばらくの間高温状態を保っているため、漏洩水は火炉３内の保有熱により速やかに気化する。この時、煙道１９が閉止されているため煙突２１方向へと向かう空気の流れはなく、水蒸気２３は火炉３内において充満する。なお、風道１０に設けられているＦＤＦ入口ベーン１２により、吸込サイレンサ１３側の風道１０を閉止することで、煙道１９だけでなく風道１０も併せて閉止することとしてもよい。これにより、空気及び水蒸気２３が吸込サイレンサ１３側から外方へ流れ出るのを防止することができる。

そして、通常のボイラ運転時における出口である煙道１９を塞がれて行き場を失った火炉３内において充満している水蒸気２３は、風箱９を介して風道１０内に進入する。

ここで、火炉３内は、ボイラシステム１の運転時にバーナ８により常時熱が供給されているため、熱の供給を停止した場合であってもしばらくの間は高温状態となっている。これに対し、風道１０内は、高温状態の火炉３内と異なり、ＦＤＦ１１により供給される外気により、外気と略同じ温度まで冷却されている。したがって、図３に示すように、火炉３内から風道１０内に進入した水蒸気２３は、風道１０内において冷やされて凝縮し風道１０の内側において結露し液体２４となる。風道１０において結露した液体２４は、風道１０の下部の傾斜に沿って下方に流動し、風道１０の傾斜の最下部に設置されているドレンポット１４内に流れ落ち収容される。

そして、ドレンポット１４において収容された液体２４は、ドレンポット１４に設置されているレベルスイッチ１５により検知される（ステップＳ４）。そして、ドレンポット１４において所定量の液体２４が検知された場合には、制御部１７はチューブリークが発生したと判定し、警報装置１８に対し信号を送信することにより警報装置１８による警報が行われる。（ステップＳ５）。

前述した構成を有する本実施形態に係るチューブリーク検出方法によれば、以下の効果が奏される。

本実施形態に係るチューブリーク検出方法によれば、チューブリークが発生したと考えられる場合には、火炉３への熱の供給を停止する。このとき、火炉３への熱の供給が停止された場合であっても、火炉３内に残存する保有熱により汽水胴４の亀裂２２から漏洩した水等の液体は火炉３内において気化し水蒸気２３となる。次に、煙道出口ダンパ２０により煙道１９を閉止することで空気の流動がなくなった結果、水蒸気２３は火炉３内において充満する。そして、火炉３内において充満している水蒸気２３は、行き場を失い風箱９を介して風道１０に逃げ込むこととなる。

このとき、火炉３内は、バーナ８の熱により高温状態となっていたため、バーナ８を停止した場合であっても、しばらく高温状態が継続する。これに対して風道１０内は、ＦＤＦ１１により供給される外気により外気と略同じ温度まで冷却されている。したがって、火炉３から風道１０に逃げ込んだ水蒸気２３は、風道１０内において冷却されて凝縮し再び液体２４となり、風道１０内のドレンポット１４に収容される。そして、ドレンポット１４において収容されている液体２４を検知することにより、汽水胴４から液体が漏洩していることを確認することができる。

このため、高温状態が長時間継続する火炉３、煙道１９及び汽水胴４を含むボイラシステム１全体が完全冷却状態になる前であっても、外気により冷却されやすい風道１０において凝縮した液体２４を検知することによりチューブリークを検出することができるため、ボイラにおけるチューブリーク発見までの期間を短縮することができる。

さらに、本実施形態のチューブリーク検出方法によれば、汽水胴４から所定量の液体が漏洩したことを検知した場合には、警報装置１８により警報が発生される。したがって、チューブリークの可能性が高い場合には、チューブリークであることをボイラ作業員にいち早く伝達することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲はこれらに限られるものではない。

例えば、本実施形態では、チューブリーク検出時には、閉止部である煙道出口ダンパ２０により、煙道１９を閉止し、火炉３から煙突２１へと流れる空気の流れを遮断しているがこれに限られない。例えば、収容部であるドレンポット１４を煙道１９に設け、風道１０に設けられているＦＤＦ入口ベーン１２のみを閉止してもよい。この場合、汽水胴４から漏洩した液体は、火炉３内において気化して水蒸気となり、煙道１９に進入することにより凝縮して液体２４となり、この液体２４が煙道１９内に設けられたドレンポットにおいて収容される。したがって、このドレンポット内に収容された液体２４を検知することによりチューブリークが発生したということを検出することができる。しかし、煙道１９は、バーナ８により熱せられた高温の空気を排出している場所であるため、バーナ８を停止した場合であってもしばらくの間高温状態が継続する。その結果、水蒸気２３が火炉３から煙道１９に進入した場合であっても、ＦＤＦ１１により外気温まで冷却されている風道１０内と比較して煙道１９内は高温であるため、水蒸気２３が凝縮しにくい。したがって、チューブリークを早期に検出するためには、ドレンポットは風道１０内に設けることが好ましい。

また、制御部１７は、レベルスイッチ１５に設けられ、ドレンポット１４において所定量の液体２４が収容されたと判定された場合には、制御部１７は警報装置１８に対し信号を送信し、警報装置１８による警報を行っているがこれに限られない。例えば、制御部１７は、管理者用の制御用ＰＣ（パーソナルコンピュータ）のＣＰＵであってもよい。この場合、レベルスイッチ１５により、所定量の液体２４が検知された場合に、レベルスイッチ１５から制御用ＰＣに対し検知信号が送信される。検知信号を受信した制御用ＰＣのＣＰＵは、制御用ＰＣ付近に設けられている警報装置に対し信号を送信し、信号を受信した警報装置が警報を行ってもよい。

１ ボイラシステム
２ ボイラ本体
３ 火炉
４ 汽水胴
１０ 風道
１４ ドレンポット
１５ レベルスイッチ
１７ 制御部
１８ 警報装置
１９ 煙道
２０ 煙道出口ダンパ

Claims (2)

1. 火炉に供給された熱により蒸気を発生させる汽水胴のチューブリークを検出するチューブリーク検出方法であって、
   前記火炉に空気を供給するための風道に設けられ、液体を収容するための収容部と、
   前記風道を介して供給された空気を排出するための煙道を閉止する閉止部と、を備え、
   前記火炉への熱の供給を停止する停止ステップと、
   前記閉止部により前記煙道を閉止する閉止ステップと、
   前記収容部において収容された液体を検知ステップと、
   を含むことを特徴とするチューブリーク検出方法。
2. 前記検知ステップにより所定量の液体を検知したときには、警報を発生する警報ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のチューブリーク検出方法。

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