JP2016205831A - 流体漏洩検知システム及び流体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧流体が流れる流路同士を接続する継手部からの微少な漏洩を迅速且つ高精度に検知できる流体漏洩検知システムを提供する。【解決手段】流体漏洩検知システム１０は、継手部１７と、温度センサ１８と温度センサ１８に接続された漏洩検知装置１９とを有している。継手部１７は、高温高圧の廃水Ｗが流れる配管１５と、配管１５が溶接された雄ナット２０と、配管１６と、配管１６が溶接されたグランド２１と、雄ナット２０と配管１６との間に配置されたガスケット２２と、雄ナット２０のネジ部に嵌合して締め付ける袋ナット２３とを有し、温度センサ１８は袋ナット２３に接触して配置されている。継手部で漏洩が生じると継手構成部材である袋ナット２３の温度が変化し、温度変化を監視することにより漏洩を検知することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、流体漏洩検知システム及び流体処理装置に関する。

高圧流体が流れる配管同士を接続する継手部における漏洩は、例え微少であっても高圧流体が可燃性物質や腐食性物質を含んでいる場合、環境問題を引き起こす虞がある。
高圧流体を扱う装置システムでは漏洩が生じた場合、急に停止することができず、労力と大幅なダウンタイムが生じる。
深刻な漏洩事故を未然に防ぐためにも、漏洩が微少な段階で検知できることが極めて重要である。

特許文献１には、配管と保温材との間に配管から漏れた物質が伝搬するための空間を設け、空間の温度もしくは流速変化から漏洩の有無を判定する漏洩検出器が開示されている。
具体的には、高温、高圧水や蒸気の輸送配管と保温材との間に、漏洩した水や蒸気が流れやすい漏洩物質伝搬空間を設け、この空間を輸送配管内圧よりも低圧に保持するものである。
漏洩物質伝搬空間に水や蒸気が噴出すると、空間内が配管よりも低圧に保持されているため、漏洩物質は断熱膨張して低温となり、該空間に急激に充填されて管軸方向の流れが生じる。
漏洩物質伝搬空間の温度もしくは流速を測定することにより、漏洩の発生を知ることができる。

しかしながら、特許文献１における漏洩物質伝搬空間の温度変化は、漏洩物質が空間内に充満するまでの遅れ時間があることや、内側の配管からの伝熱や外気への放熱の影響を受けやすいことから、微少な漏洩に対する応答性や精度は高いとは言えない。
また、配管同士を接続する継手部は、その構成上漏洩箇所が必然的に限定されるため、漏洩物質伝搬空間を設ける必要性に乏しい。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、高圧流体が流れる流路同士を接続する継手部からの微少な漏洩を迅速且つ高精度に検知できる流体漏洩検知システムの提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の流体漏洩検知システムは、加圧された流体が流れる流路同士を接続する継手部と、前記継手部を構成する継手構成部材に接触して設けられ、該継手構成部材の温度を検知する温度センサと、前記温度センサの検知情報に基づいて前記継手構成部材の温度変化を監視し、前記流体の漏れを判断する漏洩検知装置と、を有する。

本発明によれば、加圧された流体が流れる流路同士を接続する継手部からの微少な漏洩を迅速且つ高精度に検知できる流体漏洩検知システムを提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る流体処理装置の概要構成図である。 流体漏洩検知システムの構成を示す一部断面の図である。 継手部の分解断面図である。 継手部における流体の漏洩経路を示す要部断面図である。 継手部における漏洩が生じたときの継手構成部材の温度変化を示す図である。 流体漏洩検知システムの漏洩検知動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態における流体漏洩検知システムを示す図で、（ａ）は（ｂ）のＹ−Ｙ線での縦断面図、（ｂ）は一部省略の水平断面図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図６に第１の実施形態を示す。
まず、図１に基づいて、本実施形態に係る流体処理装置１について説明する。流体処理装置１は、有機物を含む処理対象流体を分解し無害化する流体処理装置である。
原水タンク２には、攪拌機３によって攪拌され、有機物濃度が均一に調整された処理対象流体としての廃水Ｗが貯留されている。
バルブ４を開いて廃水Ｗを原水供給ポンプ５で加圧送液し、反応槽６へ供給する。反応槽６は、廃水Ｗと酸化剤との混合流体中の有機物を分解し、廃水Ｗを処理するための反応槽である。

同時に、酸化剤としての空気Ａをコンプレッサ７で圧縮して反応槽６へ供給する。必要があれば、廃水Ｗをヒータ８で加熱し、空気Ａはヒータ９で加熱する。
廃水Ｗは流体漏洩検知システム１０を介して反応槽６に供給される。
反応槽６内で廃水Ｗと空気Ａとが混合され、高温高圧下で水中燃焼が行われる。反応後の流体は熱交換器１１で降温され、フィルタ１２を通った後、背圧弁１３で大気圧へと降圧される。その後、気液分離器１４で排ガスと排液とに分離され、それぞれ排出される。

図２に示すように、流体漏洩検知システム１０は、加圧及び加熱された廃水Ｗが流れる流路としての配管１５及び配管１６同士（流路同士）を接続する継手部１７と、継手部１７を構成する継手構成部材に接触して設けられ、該継手構成部材の温度を検知する温度センサ１８と、温度センサ１８の検知情報に基づいて前記継手構成部材の温度変化を監視し、廃水Ｗの漏れを判断する漏洩検知装置１９とを有している。
配管１５は廃水Ｗが反応槽６に導入される直前の配管であり、配管１６は反応槽６内に挿入される配管である。
継手部１７は、ステンレス（ＳＵＳ３１６）製の面シール継手である。継手部１７としては、例えばＶＣＲ（登録商標）継手を採用することができる。

図３に示すように、配管１５は、内部に流路２０ａを有する雄ナット２０に溶接されて一体に接合されている。雄ナット２０の配管１６との接続側端部には、雄ネジ部２０ｂが形成されている。
配管１６の接続側端部にはフランジ部１６ａが形成されており、配管１６に廃水Ｗの移動方向下流側から挿入されたグランド２１の凹部２１ａの底面にフランジ部１６ａを溶接することにより、配管１６とグランド２１とが一体に接合されている。
雄ナット２０と配管１６との間には、面シールとしてのガスケット２２が配置されている。

配管１６の下流側から袋ナット２３を挿入し、袋ナット２３の雌ネジ部２３ａを雄ナット２０の雄ネジ部２０ｂに嵌合して締め付けることにより、配管１５と配管１６との接続が完了する。
袋ナット２３を回転操作して締め付けていくと、袋ナット２３の内方底面２３ｂがグランド２１の外方端面２１ｂに当接し、ガスケット２２が圧縮されて密閉性が確保される。

本実施形態では、継手部１７には３４０℃、１００気圧の高温高圧の廃水Ｗが流れており、漏洩がない場合、継手部１７の温度は内部の廃水Ｗに近い温度になっている。
高温高圧下で水中燃焼が正常に行われているとき、反応槽６の温度は４００〜６００℃程度となるため、継手部１７と反応槽６との温度差は６０〜２６０℃程度となる。
そのため、継手部１７は、腐食による破損に加え、継手構成部材の金属膨張による歪みから生じる漏洩も考えられ、漏洩が生じやすい部分である。

継手部１７の密閉性はガスケット２２によって保たれているため、腐食等によりガスケット２２が破損し、高温高圧の廃水Ｗが漏洩した場合、その流路は図４に太い矢印で示すとおりである。
すなわち、漏洩した廃水Ｗは、非溶接部分と、雄ナット２０及びグランド２１と袋ナットと２３との間の微小隙間を伝って継手部１７の外部に漏れる。
漏洩した廃水Ｗは１００気圧から大気圧まで減圧され、断熱膨張し、漏洩した廃水Ｗは飽和水蒸気温度、すなわち１００℃の水蒸気および液体水となる。

このとき、漏洩した廃水Ｗにより流路周辺の部材は冷却され、３４０℃から、漏洩した廃水Ｗの量に相関した温度まで低下するので、この温度変化を測定することで漏洩を検知することができる。
漏洩した廃水Ｗの流路周辺の部材の温度を測定できるように、温度センサ１８が設置されている。温度センサ１８は、継手部１７を構成する継手構成部材に接触して設けられている。
本実施形態では、廃水Ｗの流路の中心から径方向の最も外側に位置する継手構成部材としての袋ナット２３の外面に接触して温度センサ１８が設けられている。
温度センサ１８はリード線２４により漏洩検知装置１９に接続されている。温度センサ１８を設置する継手構成部材は袋ナット２３に限定されない。

継手部１７を構成する袋ナット２３等の継手構成部材は金属など熱伝導性が高いため、漏洩量が微少であっても、すばやく温度変化が生じる。したがって、袋ナット２３等の継手構成部材の温度変化を直接測定することにより、微少な漏洩を高応答性、高精度で検知できる。

漏洩検知装置１９では温度センサ１８からの信号（検知情報）を１秒毎に記録しており、温度測定値と温度変化量のいずれか一方又は双方が所定の範囲を外れたときに漏洩と判定する。
漏洩検知装置１９が漏洩と判定した場合には、流体処理装置１に警報を出力し、流体処理装置の停止プロセスに移行する。
図５は、漏洩時の温度センサ１８の測定温度の時間変化について説明する図である。漏洩した廃水Ｗの流路周辺の部材（本実施形態では袋ナット２３）の温度を直接測定することで、漏洩による温度変化を正確に検知できる。

腐食等により微少な漏洩が生じた場合、部材温度は図５（ａ）に示すような時間変化が得られる。部材温度は３４０℃から２００℃程度まで低下した後、一定となる。漏洩した廃水Ｗの温度である１００℃まで低下しないのは漏洩した廃水Ｗの量が少なく、部材が漏洩した廃水Ｗによって奪われる熱量と内部の高圧流体から与えられる熱量とが等しくなるためである。
金属膨張等により微少な漏洩を繰り返す場合は、部材温度は図５（ｂ）に示すような時間変化を示す。

これは反応槽６からの伝熱等により継手部１７の温度が高くなり、内部の高温高圧の廃水Ｗとの温度差が大きくなったとき生じる漏洩である。
継手部１７の部材が金属膨張により歪むことでガスケット２２の密閉性が失われ、微少な漏洩が起こる。
このとき、漏洩した廃水Ｗにより部材の温度が低下することで歪みが緩和されてガスケット２２の密閉性が復活して漏洩が止まることがある。しかし、漏洩が止まると、再び部材の温度が上昇し、漏洩が再発する。この現象を繰り返すことで断続的な漏洩が起こる。

図６は、流体漏洩検知システム１０による漏洩検知の動作を示すフローチャートである。図６において、符号Ｓはステップを意味する。
温度センサ１８により測定された温度データは、漏洩検知装置１９に送られ、温度表示及び温度監視が行われる（Ｓ１）。漏洩検知装置１９では、予め設定した漏洩判定時間での温度変化量の計算が行われ（Ｓ２）、温度測定値及び温度変化量が許容範囲内かどうかの比較が行われる（Ｓ３）。
温度測定値と温度変化量のいずれか一方あるいは双方が許容範囲外であった場合、流体漏洩と判断し、警報が出力される（Ｓ４）。その後、反応槽６での反応を停止させるために、図１のバルブ４を閉め、バルブ２５を開いて原水供給ポンプ５による供給対象を廃水Ｗから水ＷＴに切り替える（Ｓ５）。図１において、符号２６は水ＷＴの貯留タンクを示している。

その後、反応槽６の温度が安定したところで、ヒータ８、ヒータ９を停止する（Ｓ６）。
Ｓ２において、温度変化量は次式により求めることができる。
温度変化量＝（温度最大値−温度最小値）／サンプリング時間
サンプリング時間の間の測定温度の最大値と最小値との差が設定値以上になったとき、漏洩と判断する。
温度測定値は、定常状態の温度を参考にして、任意の許容温度幅を設定し、運転時の温度測定値が許容温度幅を出た場合に漏洩と判断する。

図５（ａ）に示す漏洩は、漏洩により低下する温度の最小値が、温度測定値の許容範囲以上であれば、温度測定、温度変化量のいずれでも検知できる。
温度低下が小さく、温度測定値の許容範囲内であった場合は、温度変化量で漏洩を検知できる。
温度変化量が非常に緩やかな場合は、時間とともに温度は低下していくため、温度測定値による漏洩判定により漏洩の検知ができる。
したがって、温度変化量と温度測定値の一方及び双方によって漏洩の有無を判断することにより確実に漏洩の検知ができる。

図７に第２の実施形態を示す。上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する。
本実施形態における温度センサ２７は棒状の形状を有し、袋ナット２３の外面には棒状の温度センサ２７を安定に載置ないし保持できる溝形状の位置決め部２８が形成されている。
位置決め部２８は断面三角形で配管１５や配管１６の長手方向に沿って形成されている。位置決め部２８に棒状（ここでは円柱状）の温度センサ２７を当てると、図７（ｂ）に示すように温度センサ２７は位置決め部２８の両側のテーパ面に接触して安定に保持される。図７（ｂ）では、袋ナット２３の内方における継手構成部材は省略している。

温度センサ２７は固定部材２９で締め付けて袋ナット２３に固定される。固定部材２９は、温度センサ２７を含む袋ナット２３の外径よりも大きい径のリング状の固定バンド３０と、固定バンド３０を締め付けるボルト３１及びナット３２とから構成されている。
温度センサ２７を位置決め部２８にセットした後、固定バンド３０を袋ナット２３の外周面に巻き付け、ボルト３１で締め付けることにより温度センサ２７を安定に固定することができる。
上記固定構成により、温度センサ２７を温度検知対象部材としての袋ナット２３に対して毎回同じ位置に且つ同じ接触状態で固定でき、接触状態が変化することによる検知精度の不安定性を防止できる。

固定バンド３０の材料は、熱膨張係数などの物性が温度検知部位である袋ナット２３と同一あるいは近い材料の方がよい。このようにすれば、高温により固定バンド３０自身や漏洩箇所の金属部材が膨張し、温度センサのずれや破損が生じることを未然に防げる。
ボルト３１に伸縮可能なバネを設け、締め付け力が可変な構成としてもよい。

上記各実施形態では、流体処理装置１の反応槽６の上流側における配管継手部分に流体漏洩検知システム１０を配置する例を示したが、反応槽６の下流側での継手部分に配置する構成としてもよい。
また、処理対象流体を酸化分解により処理する流体処理装置への流体漏洩検知システムの適用例を示したが、高圧流体を扱う他の分野においても同様に実施することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 流体処理装置
６ 反応槽
１０ 流体漏洩検知システム
１７ 継手部
１８、２７ 温度センサ
１９ 漏洩検知装置
２３ 継手構成部材としての袋ナット
２８ 位置決め部
２９ 固定部材

特開昭６３−１７５７３８号公報

Claims (8)

1. 加圧された流体が流れる流路同士を接続する継手部と、
   前記継手部を構成する継手構成部材に接触して設けられ、該継手構成部材の温度を検知する温度センサと、
   前記温度センサの検知情報に基づいて前記継手構成部材の温度変化を監視し、前記流体の漏れを判断する漏洩検知装置と、
   を有する流体漏洩検知システム。
2. 請求項１に記載の流体漏洩検知システムにおいて、
   前記漏洩検知装置は、温度測定値又は温度変化量の一方又は双方が所定の範囲を外れたときに、前記流体が漏洩したと判断する流体漏洩検知システム。
3. 請求項１又は２に記載の流体漏洩検知システムにおいて、
   前記継手構成部材が、前記温度センサを位置決めするための位置決め部を有している流体漏洩検知システム。
4. 請求項３に記載の流体漏洩検知システムにおいて、
   前記温度センサが棒状であり、前記位置決め部が前記棒状の温度センサを安定に載置ないし保持できる溝形状を有している流体漏洩検知システム。
5. 請求項３又は４に記載の流体漏洩検知システムにおいて、
   前記温度センサを前記位置決め部に固定する固定部材を有している流体漏洩検知システム。
6. 請求項５に記載の流体漏洩検知システムにおいて、
   前記固定部材は、前記継手構成部材の熱膨張係数と同一あるいは近い材料からなる流体漏洩検知システム。
7. 請求項５又は６に記載の流体漏洩検知システムにおいて、
   前記固定部材は、締め付けて固定することが可能な構成を有している流体漏洩検知システム。
8. 処理対象流体と酸化剤との混合流体中の有機物を分解し、前記処理対象流体を処理するための反応槽と、
   前記反応槽の上流側又は下流側に配置された請求項１〜７のいずれか１つに記載の流体漏洩検知システムと、
   を有する流体処理装置。

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