JP2012073107A

JP2012073107A - 流量積算装置および流量積算方法

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Publication number: JP2012073107A
Application number: JP2010217910A
Authority: JP
Inventors: Satoru Mori; 悟毛利; Kazuhisa Kojiya; 和久糀谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-04-12

Abstract

【課題】原子力発電プラントにおいて桁落ちによる積算流量の演算精度の低下を抑止すること。
【解決手段】原子力発電プラントにおいて測定対象の積算流量を算出する流量積算装置１１は、単位時間内に流れた測定対象の体積を所定の設定値で除算して商と余りとを算出する除算部１１３と、除算部１１３によって算出された商を積算する商積算部１１４と、除算部１１３によって算出された余りを積算する剰余積算部１１５と、商積算部１１４の積算値に前述の設定値を乗じた値に、剰余積算部１１５の積算値を加算した値を積算流量として算出する積算流量算出部１１６とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、流量積算装置および流量積算方法に関し、特に、桁落ちによる積算流量の演算精度の低下を抑止することができる流量積算装置および流量積算方法に関する。

原子力発電プラントでは、液体や水蒸気の積算流量を取得するために、流量積算装置が利用される（例えば、特許文献１参照）。従来、流量積算装置としては、容積式流量計等のアナログ計測器が使用されていた。

特公昭６２−２２８０号公報

近年、原子力発電プラントでは、アナログ制御装置に替えて、デジタル制御装置の導入が進みつつあるが、液体や水蒸気の流量をデジタル制御装置で積算することとすると、桁落ち（アンダーフロー）による積算流量の演算精度の低下が問題となる。以下に、桁落ちによる積算流量の演算精度の低下について具体的に説明する。

原子力発電プラントでは、部位によっては、運転状況に応じて液体や水蒸気の流量が大きく変動する。一方、デジタル制御装置には、扱える有効桁数に限りがある。このため、デジタル制御装置では、流量が多い状態が続くなどして積算流量の値が大きくなった後に流量が小さくなると、桁落ちのために流量が加算されなくなる場合がある。例えば、有効桁数が６桁の実数を扱うデジタル制御装置の場合、積算流量が５００００．０ｍ^３になっている時点で０．０００１０ｍ^３を何回加算しても、桁落ちのために積算流量は５００００．０ｍ^３のままとなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、桁落ちによる積算流量の演算精度の低下を抑止することができる流量積算装置および流量積算方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、原子力発電プラントにおいて測定対象の積算流量を算出する流量積算装置であって、単位時間内に流れた前記測定対象の体積を所定の設定値で除算して商と余りとを算出する除算部と、前記除算部によって算出された商を積算する商積算部と、前記除算部によって算出された余りを積算する剰余積算部と、前記商積算部の積算値に前記設定値を乗じた値に、前記剰余積算部の積算値を加算した値を積算流量として算出する積算流量算出部と、を備えることを特徴とする。

これらの流量積算装置では、積算値が商と余りとして別々に積算されるので、有効桁数が擬似的に拡張され、桁落ちによる積算流量の演算精度の低下を抑止することができる。

また、本発明は、原子力発電プラントにおいて測定対象の積算流量を算出する流量積算装置によって実行される流量積算方法であって、単位時間内に流れた前記測定対象の体積を所定の設定値で除算して商と余りとを算出する除算ステップと、前記除算ステップにおいて算出された商を積算する商積算ステップと、前記除算ステップにおいて算出された余りを積算する剰余積算ステップと、前記商積算ステップにおいて積算された積算値に前記設定値を乗じた値に、前記剰余積算ステップにおいて積算された積算値を加算した値を積算流量として算出する積算流量算出ステップと、を含むことを特徴とする。

これらの流量積算方法では、積算値が商と余りとして別々に積算されるので、有効桁数が擬似的に拡張され、桁落ちによる積算流量の演算精度の低下を抑止することができる。

本発明に係る流量積算装置および流量積算方法は、桁落ちによる積算流量の演算精度の低下を抑止することができるという効果を奏する。

図１は、原子力発電プラントの原子炉補給水制御系と原子力発電プラント制御システムの概要構成を示す図である。図２は、実施例１に係る流量積算装置の概要構成を示すブロック図である。

以下に、本発明に係る流量積算装置および流量積算方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、これらの実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

まず、図１を参照しながら、実施例１に係る流量積算装置の利用例について説明する。図１は、加圧水型の原子力発電プラントの原子炉補給水制御系と原子力発電プラント制御システムの概要構成を示す図である。原子炉補給水制御系は、体積制御タンクに蓄えられる１次冷却材の水量とほう素濃度とを調整する。原子力発電プラント制御システムは、原子炉補給水制御系を含む原子力発電プラントの各部を制御する。

図１に示すように、原子炉補給水制御系には、１次系純水タンク２１と、１次系純水ポンプ２２と、１次系純水流量制御弁２３と、１次系純水流量検出器２４と、ほう酸水タンク２５と、ほう酸水ポンプ２６と、ほう酸水流量制御弁２７と、ほう酸水流量検出器２８と、混合器２９とが含まれる。

１次系純水タンク２１は、１次冷却材に用いられる純水を蓄える。１次系純水ポンプ２２は、１次系純水タンク２１に蓄えられた純水を１次系純水流量制御弁２３へ送る。１次系純水流量制御弁２３は、体積制御タンクへ送られる純水の流量を弁の開閉によって調整する。１次系純水流量検出器２４は、１次系純水タンク２１から体積制御タンクへ送られる純水の流量を検出する。

ほう酸水タンク２５は、１次冷却材に用いられる高濃度のほう酸水を蓄える。ほう酸水ポンプ２６は、ほう酸水タンク２５に蓄えられたほう酸水をほう酸水流量制御弁２７へ送る。ほう酸水流量制御弁２７は、体積制御タンクへ送られるほう酸水の流量を弁の開閉によって調整する。ほう酸水流量検出器２８は、ほう酸水タンク２５から体積制御タンクへ送られるほう酸水の流量を検出する。混合器２９は、純水とほう酸水とを混合して体積制御タンクへ送る。

また、図１に示す原子力発電プラント制御システム１０は、流量積算装置１１ａと、流量積算装置１１ｂと、制御装置１２とを含む。流量積算装置１１ａは、１次系純水流量検出器２４によって検出された純水の流量を積算する。流量積算装置１１ｂは、ほう酸水流量検出器２８によって検出されたほう酸水の流量を積算する。

制御装置１２は、原子力発電プラントの各所に設けられた検出器の検出結果や運転担当者の操作等に応じて、原子力発電プラントの運転を制御する。例えば、制御装置１２が、運転担当者の操作によって、あるほう素濃度の１次冷却材をある量だけ体積制御タンクへ供給するように指示されたものとする。この場合、制御装置１２は、指定されたほう素濃度の１次冷却材を指定された量だけ体積制御タンクへ供給するために必要な純水の量とほう酸水の量とを算出する。そして、制御装置１２は、流量積算装置１１ａによって求められる純水の積算流量と、流量積算装置１１ｂによって求められるほう酸水の積算流量を確認しながら、純水とほう酸水とが算出された量だけ体積制御タンクへ供給されるように１次系純水流量制御弁２３とほう酸水流量制御弁２７を制御する。

このように、原子力発電プラントにおいて、流量積算装置は、液体や水蒸気の積算流量を取得するために用いられており、桁落ちによって流量が積算されない状況が生じると、原子力発電プラントの制御に支障を及ぼすおそれがある。

次に、図２を参照しながら、図１に示した流量積算装置１１ａおよび流量積算装置１１ｂの詳細な構成について説明する。なお、流量積算装置１１ａと流量積算装置１１ｂの構成は同様であり、以下の説明では、流量積算装置１１ａと流量積算装置１１ｂとを流量積算装置１１と総称することとする。

図２は、流量積算装置１１の概要構成を示すブロック図である。図２に示すように、流量積算装置１１は、記憶部１１１と、換算部１１２と、除算部１１３と、商積算部１１４と、剰余積算部１１５と、積算流量算出部１１６とを有する。

記憶部１１１は、流量積算装置１１の動作に必要な各種情報を記憶する記憶装置であり、例えば、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置やハードディスク装置に相当する。記憶部１１１が記憶する情報には、換算係数１１１ａと、設定値１１１ｂとが含まれる。換算係数１１１ａは、流量を体積へ換算するための係数であり、換算部１１２によって用いられる。設定値１１１ｂは、除算部１１３での除算の除数となる。

換算部１１２は、１次系純水流量検出器２４またはほう酸水流量検出器２８によって検出された流量を、換算係数１１１ａを用いて、原子力発電プラント制御システム１０の演算周期当たりの体積へ換算する。１次系純水流量検出器２４またはほう酸水流量検出器２８によって検出される流量の単位がｍ^３／分であり、原子力発電プラント制御システム１０の演算周期が１００ミリ秒であり、演算周期当たりの体積の単位がｍ^３であるとする。この場合、例えば、換算係数１１１ａは、予め「６００」に設定され、換算部１１２は、入力された流量を換算係数１１１ａで割ることによって、演算周期当たりの体積を算出する。

除算部１１３は、換算部１１２が算出した演算周期当たりの体積を設定値１１１ｂで割って商と余りとを算出する。除算部１１３によって算出された商は、商積算部１１４で積算され、除算部１１３によって算出された余りは、剰余積算部１１５で積算される。

商積算部１１４は、加算器１１４ａと、スイッチ１１４ｂとを有する。加算器１１４ａは、除算部１１３が算出した商と、スイッチ１１４ｂが出力した値とを加算し、演算結果をスイッチ１１４ｂへ出力する。スイッチ１１４ｂは、制御装置１２からリセット信号が送信されると、０を加算器１１４ａおよび積算流量算出部１１６へ出力し、さもなければ、加算器１１４ａが出力した値を加算器１１４ａおよび積算流量算出部１１６へ出力する。

すなわち、商積算部１１４は、通常は、除算部１１３が算出した商と前回の演算周期で算出した積算値とを加算器１１４ａで加算する処理を演算周期ごとに行うことによって商を積算し、制御装置１２からリセット信号が送信されると積算値をリセットする。

剰余積算部１１５は、加算器１１５ａと、スイッチ１１５ｂとを有する。加算器１１５ａは、除算部１１３が算出した余りと、スイッチ１１５ｂが出力した値とを加算し、演算結果をスイッチ１１５ｂへ出力する。スイッチ１１５ｂは、制御装置１２からリセット信号が送信されると、０を加算器１１５ａおよび積算流量算出部１１６へ出力し、さもなければ、加算器１１５ａが出力した値を加算器１１５ａおよび積算流量算出部１１６へ出力する。

すなわち、剰余積算部１１５は、通常は、除算部１１３が算出した余りと前回の演算周期で算出した積算値とを加算器１１５ａで加算する処理を演算周期ごとに行うことによって余りを積算し、制御装置１２からリセット信号が送信されると積算値をリセットする。

積算流量算出部１１６は、乗算器１１６ａと、加算器１１６ｂとを有する。乗算器１１６ａは、商積算部１１４の積算値に設定値１１１ｂを乗じる。加算器１１６ｂは、乗算器１１６ａの演算結果と、剰余積算部１１５の積算値とを加算し、演算結果を積算流量として出力する。

上述してきたように、流量積算装置１１は、演算周期当たりの体積を設定値１１１ｂで割って商と余りとを算出し、商と余りとを別々に積算する。そして、流量積算装置１１は、商の積算値に設定値１１１ｂを乗じた値と、余りの積算値とを加算することによって積算流量を再現して出力する。このように商と余りとを別々に積算することにより、流量積算装置１１が扱える有効桁数を擬似的に拡張して、桁落ちが生じることを防止することができる。

桁落ちを防止するには、入力される流量の範囲に応じた積算器を多段に設けて積算を行う等の他の方式も考えられるが、そのような方式では、演算処理が複雑化する。極めて高い信頼性が必要とされる原子力発電プラントでは、演算処理は、バグ等の不具合を内在するおそれが高い複雑なものよりも、簡易なものの方が好ましいとされている。流量積算装置１１は、商と余りとを別々に積算するという簡易な構成によって桁落ちを防止するため、原子力発電プラントにおける積算流量の取得に好適である。

なお、設定値１１１ｂの値は、想定される積算値の大きさや積算値に必要な精度等に応じて予め設定される。例えば、流量積算装置１１が扱う実数の有効桁数が６桁である場合、設定値１１１ｂの値を０．１と設定することで、積算流量が５００００．０ｍ^３になっており、入力される流量が演算周期当たりの体積として０．０００１０ｍ^３と換算される微小な値であっても、その流量が１０００回入力されることにより、積算流量は５００００．１ｍ^３へ更新される。

上記の実施例で示した流量積算装置１１の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更することができる。例えば、流量積算装置１１は、制御装置１２と一体に構成されていてもよい。また、換算係数１１１ａおよび設定値１１１ｂは、記憶部１１１に記憶されている必要はなく、流量積算装置１１と情報のやりとりが可能な制御装置１２等の他の装置に記憶されていてもよい。

また、流量積算装置１１の機能は、ソフトウェアによって実現されてもよい。この場合、流量積算装置１１の機能を実装された流量積算プログラムがコンピュータ内の記憶部に記憶され、コンピュータが備えるＣＰＵ（Central Processing Unit）が、流量積算プログラムを読み出して主記憶装置に展開し、流量積算プログラムに含まれる命令を実行していくことにより、流量の積算が実現される。なお、流量積算プログラムは、コンピュータ内の記憶部ではなく、コンピュータが読み取り可能なＤＶＤ−ＲＯＭ等の可搬の記憶媒体や、コンピュータとネットワーク接続されたサーバ装置等の他の装置に記憶されていてもよい。

以上のように、本発明に係る流量積算装置および流量積算方法は、桁落ちによる積算流量の演算精度の低下を抑止するために有用である。

１０原子力発電プラント制御システム
１１流量積算装置
１１ａ、１１ｂ流量積算装置
１２制御装置
２１１次系純水タンク
２２１次系純水ポンプ
２３１次系純水流量制御弁
２４１次系純水流量検出器
２５ほう酸水タンク
２６ほう酸水ポンプ
２７ほう酸水流量制御弁
２８ほう酸水流量検出器
２９混合器
１１１記憶部
１１１ａ換算係数
１１１ｂ設定値
１１２換算部
１１３除算部
１１４商積算部
１１４ａ加算器
１１４ｂスイッチ
１１５剰余積算部
１１５ａ加算器
１１５ｂスイッチ
１１６積算流量算出部
１１６ａ乗算器
１１６ｂ加算器

Claims

原子力発電プラントにおいて測定対象の積算流量を算出する流量積算装置であって、
単位時間内に流れた前記測定対象の体積を所定の設定値で除算して商と余りとを算出する除算部と、
前記除算部によって算出された商を積算する商積算部と、
前記除算部によって算出された余りを積算する剰余積算部と、
前記商積算部の積算値に前記設定値を乗じた値に、前記剰余積算部の積算値を加算した値を積算流量として算出する積算流量算出部と、
を備えることを特徴とする流量積算装置。
原子力発電プラントにおいて測定対象の積算流量を算出する流量積算装置によって実行される流量積算方法であって、
単位時間内に流れた前記測定対象の体積を所定の設定値で除算して商と余りとを算出する除算ステップと、
前記除算ステップにおいて算出された商を積算する商積算ステップと、
前記除算ステップにおいて算出された余りを積算する剰余積算ステップと、
前記商積算ステップにおいて積算された積算値に前記設定値を乗じた値に、前記剰余積算ステップにおいて積算された積算値を加算した値を積算流量として算出する積算流量算出ステップと、
を含むことを特徴とする流量積算方法。