JP2017072582A - ガスタービン燃料供給システムの燃料回路における漏洩を検出する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンの燃料供給システムのための流体接続部での漏洩を検出する方法を提供する。
【解決手段】燃料供給システム２２の上流側端部で流れ制御バルブ４０を閉鎖するステップと、圧縮媒体供給装置５０を介して圧縮媒体６４を用いて燃料供給システム２２を目標圧力まで加圧するステップと、を含む。目標圧力は、圧縮媒体供給装置５０から下流側で且つガスタービンの対応する燃焼器２４から上流側に配置されたチェックバルブ５８の閾圧力よりも小さい。更に、チェックバルブ５８と燃料供給システム２２に流体結合された燃焼器２４との間に配置された燃料供給システム２２の少なくとも１つの管継手６０に近接して超音波検出装置６６の受信部６８を向けるステップを含む。管継手６０での音レベルの増大及び／又はポッピングの音の検出は、管継手６０での漏洩を表している。
【選択図】図２

Description

本開示は、ガスタービン燃料供給システムの燃料回路における漏洩を検出する方法に関する。

ガスタービンは、一般に、直列流れ順に、圧縮機セクション、燃焼セクション、及びタービンセクションを含む。作動時には、空気は、吸入システムを介して圧縮機に流入し、圧縮機吐出又はディフューザケーシングに向かって送られるにつれて漸次的に圧縮される。圧縮された空気は、燃焼セクションの個々の燃焼器に送られる。圧縮空気の少なくとも一部は、燃料と混合され、各燃焼器内に定められた対応する燃焼室内で燃焼し、これにより高温高圧の燃焼ガスを発生する。

液体燃料は、燃料供給スキッド又はシステムから種々のパイプ、導管、バルブ、及び管継手を介して燃焼器に供給することができる。設置時及び／又は時間の経過に伴って、継手の周りで燃料漏洩が存在又は発生する場合がある。燃料漏洩を検出する１つの既知の方法は、燃料又は窒素のような不活性ガスを用いて典型的には約５００ｐｓｉｇ又はそれ以上の全作動圧力で燃料回路を加圧することである。この漏洩検出プロセスは、効果的ではあるが、幾つかの欠点がある。例えば、欠点の１つは、現行のプロセスには多くの時間がかかることである。より具体的には、この検出プロセスを完了するためには、各燃焼器又は燃焼缶に配設されている管体を対応するチェックバルブ又は三方バルブの上流側で切断して、再接続する前に別々に試験しなければならない可能性がある。このことの主な理由は、チェックバルブ又は三方バルブが約１００ｐｓｉｇで開放するよう構成されているためである。その結果、管体が接続された場合に、圧力が１００ｐｓｉｇを超えると燃料回路が減圧され、これにより試験圧力の損失を招くことになる。このことはまた、試験中にチェックバルブ又は三方バルブでの最終接続を検証できないことを意味する。加えて、特に圧縮性流体を用いた５００ｐｓｉｇ以上での試験では、技術者が特に安全性を考慮することが求められる。

従って、ガスタービンの燃料回路における漏洩検出の改善された方法又はプロセスを提供する必要性がある。より詳細には、対応する管体又は導管を原位置のままにする機能を備えて、ガスタービン燃焼器における燃料システムの継手又は流体カップリングの漏洩を検出するための方法を提供する必要性がある。

米国特許第９，０９１，６１３号明細書

本発明の態様及び利点は、以下の説明において記載され、又は本説明から明らかになることができ、或いは、本発明を実施することによって理解することができる。

本発明の１つの実施形態は、ガスタービンの燃料供給システムのための流体接続部での漏洩を検出する方法である。本方法は、燃料供給システムの上流側端部で流れ制御バルブを閉鎖するステップと、圧縮媒体供給装置を介して圧縮媒体を用いて燃料供給システムを目標圧力まで加圧するステップと、を含む。目標圧力は、圧縮媒体供給装置から下流側で且つガスタービンの対応する燃焼器から上流側に配置されたチェックバルブの閾圧力よりも小さい。本方法は更に、流れ制御バルブと燃料供給システムに流体結合された燃焼器との間に配置された燃料供給システムの少なくとも１つの管継手に近接して超音波検出装置の受信部を向けるステップを含む。管継手での音レベルの増大及び／又はポッピングの音の検出は、管継手での漏洩を表している。

当業者であれば、本明細書を精査するとこのような実施形態の特徴及び態様、並びにその他がより理解されるであろう。

添付図の参照を含む本明細書の残りの部分において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより詳細に説明する。

本発明の範囲内にある例示的なガスタービンベースの発電プラントの機能ブロック図。 図２は、本発明の少なくとも１つの実施形態に組み込むことができる例示的な燃料供給システムの簡易側断面図。 本開示の１つの実施形態による、燃料供給システムの管継手及び／又は他の流体カップリング又は接続部での燃料漏洩を検出する方法の流れ図。

ここで、その１つ又はそれ以上の実施例が添付図面に例示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。詳細な説明では、図面中の特徴部を示すために参照符号及び文字表示を使用している。本発明の同様の又は類似の要素を示すために、図面及び説明において同様の又は類似の記号表示を使用している。本明細書で使用される用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために同義的に用いることができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図したものではない。用語「上流」及び「下流」は、流体通路における流体流れに対する相対的方向を指す。例えば、「上流」は、流体がそこから流れる方向を指し、「下流」は流体がそこに向けて流れ込む方向を指す。用語「半径方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に垂直な相対方向を指し、用語「軸方向」は、特定の構成要素の軸方向中心線に実質的に平行な及び／又は同軸に整列された相対方向を指す。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、用語「備える」及び／又は「備えている」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。

各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。

本発明の実施形態は、ガスタービンの燃料供給回路の燃料管継手漏洩を検出する方法の形態をとる。本方法は、空気又は窒素のような不活性加圧ガスを用いて約５０ｐｓｉｇ〜約８０ｐｓｉｇの間で試験される燃料回路を加圧するステップを含む。次いで、本方法は、超音波装置を用いて種々の管継手及び／又は流体カップリング又は接続部での漏洩を検出するステップを含む。このような圧力で検出される漏洩は、液体燃料の全作動圧力５００ｐｓｉｇで分当たりに約６０の低下に相当することができる。本漏洩検出方法は、現行の既知の漏洩検出プロセスによって生じる可能性がある２つの課題を解決する。第１は、試験圧力は、特定の燃焼器に対して約１００ｐｓｉｇのチェックバルブクラッキング圧力のままであるので、燃料回路に沿ってどの接続部も切断する必要はない。第２は、約５０ｐｓｉｇ〜約８０ｐｓｉｇの範囲の燃料回路圧力は、約５００ｐｓｉｇの全作動圧力での試験に伴う潜在的危険性を低下させることができる。

超音波装置は、一般に、管継手での漏洩によって作られる乱流により発生する超音波ノイズを検出するよう設計されている。この方法が成功した１つの理由は、超音波には指向性があるので、超音波装置によって検出可能であり、従って、オペレータがノイズ発生源を迅速に発見できることである。既知のプロセスでは、管継手接続部全てを１つずつ、何百もの接続部について、「Ｓｎｏｏｐ」のような漏洩検出液をスプレーしなくてはならない。本明細書で提供される方法を用いると、超音波検出装置は、大漏洩を直ちに発見することができ、液体漏洩アンプ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｌｅａｋ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いて極小漏洩を有する疑いのある管継手だけを引き続き追跡する必要がある。加えて、本明細書で提供される方法は、Ｓｎｏｏｐオペレータから１８０度漏洩が離れている接続部のような手が極めて届きにくい接続部にＳｎｏｏｐを塗布する必要がない。

次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本発明の種々の実施形態を組み込むことができるガスタービン１０を備えた例示的な発電プラント施設の機能ブロック図を示す。図示のように、ガスタービン１０は、一般に、吸入セクション１２を含むことができる。吸入セクション１２は、一連のフィルタ、冷却コイル、湿分分離器、及び／又はガスタービン１０に流入する空気１４又は他の作動流体を精製及び他の方法で調和する他の装置を含むことができる。空気１４は、圧縮機セクションに流れ、ここで圧縮機１６は、作動流体１４に漸次的に運動エネルギーを与えて、圧縮空気１８を生成する。

圧縮空気１８は、燃料供給システム２２から液体のような燃料２０と混合され、１又はそれ以上の燃焼器２４内で可燃性混合気を形成する。可燃性混合気が燃焼して、高温高圧及び高速の燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガス２６は、タービンセクションのタービン２８を通って流れて仕事を生成する。例えば、タービン２８は、シャフト３０に連結されて、その結果、タービン２８の回転により圧縮機１６を駆動して圧縮空気１８を生成することができる。代替的に又は追加的に、シャフト３０は、タービン２８を発電機３２に接続して電気を生成することができる。タービン２８からの排気ガス３４は、タービン２８から下流側の排気スタック３８にタービン２８を接続する排気セクション３６を通って流れる。排気セクション３６は、例えば、環境に放出する前に排気ガス３４を浄化してそこから追加の熱を抽出する熱回収蒸気発生器（図示せず）を含むことができる。

図２は、図１に示したガスタービン１０に組み込むことができる例示的な燃料供給システム２２の簡易概略図を示す。図２に示すように、燃料供給システム２２は、一般に、少なくとも流れ制御又はストップバルブ４０、又は燃料供給システム２２と流体連通した他の作動型バルブを含む。圧力トランスミッター又はゲージなどの少なくとも１つの圧力センサ４４は、流れ制御バルブ４０から下流側で燃料分配マニホルド又はスプリッター４６から上流側に配置される。通気又は入口ポート４８は、圧力センサ４４と燃料分配マニホルド４６との間に位置付けられる。１つの実施形態において、入口ポート４８は、燃料分配マニホルド４６から下流側に配置することができる。特定の実施形態において、入口ポート４８は、圧縮媒体供給装置５０に結合される。特定の実施形態において、圧縮媒体供給装置５０は、計装用空気供給装置のような空気供給装置を含むことができる。他の実施形態において、圧縮媒体供給装置は、加圧流体源を含むことができる。種々の実施形態において、燃料分配マニホルド４６は、流れ制御バルブ４０及び／又は液体燃料供給源４２と流体連通した入口５２と、入口５２から下流側に配置された複数の出口５４とを含む。各出口５４は、対応する燃料回路５６に送給する。各燃料回路５６は、燃料分配マニホルド４６を対応する燃焼器２４に流体結合する。説明の目的で、６つの出口５４、６つの燃料回路５６、及び６つの燃焼器２４が図示されているが、燃料分配マニホルド４６は、特定のガスタービンフレームの燃焼器２４の数に応じてあらゆる数の出口を含むことができ、本開示は、請求項に別途規定のない限り、６つの出口５４、６つの燃料回路５６、及び６つの燃焼器２４に限定されないことを理解されたい。

各燃料回路５６は、対応する出口５４と対応する燃焼器２４との間に流体連通をもたらす対応するチェックバルブ５８を含む。特定の実施形態において、チェックバルブ５８は、燃料回路５６内の圧力が約１００ｐｓｉｇ未満で閉鎖したままであるように構成され、これにより対応する燃焼器２４への燃料流を阻止する。チェックバルブ５８は、約１００ｐｓｉｇを超えた圧力で開放するよう構成され、従って、対応する燃焼器２４への燃料流を可能にする。特定の実施形態において、チェックバルブ５８は、二方バルブ、三方バルブ、四方バルブ、或いは、流体経路内の圧力に基づいて流れを制御するあらゆるタイプのバルブとすることができる。

液体燃料供給源４２、流れ制御バルブ４０、圧力センサ４４、入口ポート４８、燃料分配マニホルド４６、チェックバルブ５８、及び燃焼器２４の各々は、様々な流体導管、パイプ、管体及び管継手を介して流体結合される。種々の実施形態において、複数の管継手６０が各チェックバルブ５８から上流側で且つ流れ制御バルブ４０から下流側に配置される。特定の実施形態において、少なくとも１つの管継手６０は、流れ制御バルブ４０から下流側で且つ燃料分配マニホルド４６から上流側に配置することができる。

ガスタービン１０の燃焼動作中、燃料２０は、液体燃料供給源４２から流れ制御バルブ４０を通って燃料分配マニホルド４６に流れる。次いで、燃料２０は、複数の出口５４を通って対応する種々の燃料回路５６に送られる。特定の燃料回路５６内の圧力が予め定められた閾圧力（１００ｐｓｉｇなど）を超えると、対応するチェックバルブ５８は自動的に開放され、従って、燃料２０が対応する燃焼器２４内に流れるのを可能にする。圧力センサ４４は、圧力が予め定められた閾圧力を超えた場合など、チェックバルブ５８が開放したときに、流れ制御バルブ４０と燃焼器２４との間の燃料供給システム２２内の燃料圧力を表す圧力指示値を提供する。圧力センサ４４は、圧力が予め定められた閾圧力を下回った場合など、チェックバルブ５８が閉鎖したときに、流れ制御バルブ４０とチェックバルブ５８との間の燃料供給システム２２内の燃料圧力を表す圧力指示値を提供する。

設置時及び／又は時間の経過に伴って、流れ制御バルブ４０とチェックバルブ５８との間に位置付けられた種々の管継手６０にて燃料漏洩が生じる可能性がある。従って、本明細書では管継手６０及び／又は他の流体カップリング又は接続部での漏洩を検出する方法１００が提供される。図３は、本発明の１つの実施形態による方法１００のフロー図を示す。

ステップ１０２において、方法１００は、流れ制御バルブ４０を介して燃料供給システム２２への燃料流を遮断するステップを含む。流れ制御バルブ４０を閉鎖することによって、液体燃料供給源４２からの燃料流が遮断される。流れ制御バルブ４０が閉鎖される前又は後で、燃料供給システム２２は、空気などのパージ媒体を介してパージを行い、特に流れ制御バルブ４０から下流側で何れかの残留液体燃料を取り除くことができる。

ステップ１０４では、方法１００は、圧縮媒体供給装置５０を介してなど、圧縮媒体６４を用いて燃料供給システム２２を加圧するステップを含む。燃料供給システム２２は、チェックバルブが亀裂発生又は開放されないように、チェックバルブ５８に対する予め定められた閾圧力未満の目標圧力で加圧される必要がある。結果として、圧力センサ４４は、流れ制御バルブ４０とチェックバルブ５８との間の圧力を表す圧力指示値を提供することになる。１つの実施形態において、閾圧力は、約１００ｐｓｉｇ〜約１３０ｐｓｉｇの範囲内にある。１つの実施形態において、閾圧力は１００ｐｓｉｇである。１つの実施形態において、目標圧力は、約４０ｐｓｉｇ〜約９０ｐｓｉｇの範囲内にある。１つの実施形態において、目標圧力は５０ｐｓｉｇである。１つの実施形態において、目標圧力は８０ｐｓｉｇである。

流れ制御バルブ４０とチェックバルブ５８との間の圧力がその目標圧力に達すると、圧縮媒体供給装置５０は遮断する必要があり、燃料供給システム２２内の圧力を監視して、通気ポート４８の下流側の管継手漏洩以外の何らかの漏洩を検出する必要がある。例えば、圧力センサ４４の圧力指示値の低下は、チェックバルブ５８の障害、流体カップリングの障害、又は燃料供給システム２２内の他の漏洩を示すことができる。この箇所で漏洩が検出された場合には、燃料供給システム２２は、減圧されて漏洩を固定することができる。次いで、燃料供給システム２２は、再加圧されて、漏洩が確実に固定されていることを監視することができる。圧力が低下し続けた場合には、燃料供給システム内の圧力指示値が安定化するまで上述の各ステップを繰り返すことができる。本明細書で使用される「安定化」とは、システムの圧力が約１０ｐｓｉｇ／分未満しか変化しない状況を意味することができる。

ステップ１０６において、方法１００は、米国ニューヨーク州エルムズフォード所在のＵＥ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．により提供されるＵｌｔｒａｐｒｏｂｅ（登録商標）９０００のような超音波検出装置６６を用いて、燃料供給システムの種々の管体及び／又は流体カップリングに沿った、及び／又は燃料分配マニホルド４６とチェックバルブ５８との間の燃料回路５６のうちの１又はそれ以上に沿った漏洩を追跡及び／又は検出するステップを含む。オペレータが各管継手６０又は流体接続部／カップリングに接近すると、超音波装置が稼働し、これによりオペレータが配管路に沿った漏洩を聞き取ることを可能にし、管体／管継手６０における漏洩の存在を判断できるようになる。加えて、オペレータは、周囲ノイズベースラインを定義することができ、周囲背景ノイズに対する管継手漏洩又は他の漏洩が生じたときに、ベースラインからの音の段階的変化が起こることになる。

各管継手６０において、オペレータは、手締めの余地を確実に残さないように、管継手６０の関連する接続ナット（図示せず）を廻そうと試みることができる。接続部において、オペレータは、管継手６０にて超音波検出装置６６の受信部６８を狙って又は向けて、接続ナットの上流側及び下流側の両方で管継手６０の全周囲を聞き取ることができる。接続部が継手又はＴ字部である場合、これは、２又は３つの接続部それぞれ全てについて行われることになる。特定の実施形態において、オペレータは、管継手６０のうちの１又はそれ以上に対して迅速に蒸発する液体（すなわち、アルコール）などの空気漏洩検出液、すなわち「液体漏洩アンプ（ＬＬＡ；Ｌｉｑｕｉｄ Ｌｅａｋ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）」をスプレーすることができる。超音波装置によって検出される液体の気泡化及び／又は「ポッピング」音は、漏洩を表すことになる。ＬＬＡ又は一部の促進材料を使用する場合には、必ずしも検出可能なｄｂレベルが増大する訳ではない。結果として、気泡ポッピングを用いた第２の検出モードを用いてもよい。１つの実施形態において、液体漏洩アンプは、漏洩検出液の塗布に加えて、又は代替として用いることができる。液体漏洩アンプは、気泡が破裂したときに異なる「亀裂」音を出すように高い表面張力を有するように特別に設計された液体である。発生する気泡は、「スヌープ」と一般に呼ばれる石鹸／水混合物によって生じる気泡とは違って極めて小さい。

一部の代替の実施構成において、各ステップにおいて記述された機能は、図面又は本明細書で記載された順序と異なる順序で行ってもよい点を理解されたい。例えば、連続して示された２つのステップは、内包する機能に応じて、実際には実質的に同時に実行することができ、或いは、これらステップは、場合によっては、逆の順序で実行することができる。特定の実施形態について本明細書で例示され説明されたが、同じ目的を達成するために計画されたあらゆる構成は、図示の特定の実施形態において置き換えることができ、本発明は、他の環境において他の用途を有する点は理解されたい。本出願は、本発明のあらゆる改造及び変更を保護することを意図している。提出した特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲を本明細書に記載した特定の実施形態に限定することを一切意図するものではない。

１０ ガスタービン
２２ 燃料供給システム
２４ 燃焼器
５０ 圧縮媒体供給装置
５８ チェックバルブ
６０ 管継手
６４ 圧縮媒体
６６ 超音波検出装置
６８ 受信部

Claims (11)

1. ガスタービン（１０）の燃料供給システム（２２）のための流体接続部での漏洩を検出する方法であって、
   燃料供給システム（２２）への燃料流を遮断するステップと、
   圧縮媒体供給装置（５０）を介して圧縮媒体（６４）を用いて前記燃料供給システム（２２）を目標圧力まで加圧するステップと、
   を含み、
   前記目標圧力が、前記圧縮媒体供給装置（５０）から下流側で且つ前記ガスタービン（１０）の対応する燃焼器（２４）から上流側に配置されたチェックバルブ（５８）の閾圧力よりも小さく、
   前記方法が更に、
   前記チェックバルブ（５８）と前記燃焼器（２４）との間で前記燃料供給システム（２２）の少なくとも１つの管継手（６０）に近接した超音波検出装置（６６）の受信部（６８）を狙うステップを含み、
   前記管継手（６０）での音レベルの増大又はポッピング音の検出が、前記管継手（６０）での漏洩を表す、方法。
2. 前記燃料供給システム（２２）が、約４０ｐｓｉｇから約９０ｐｓｉｇの範囲内にある目標圧力まで、前記圧縮媒体（６４）を用いて加圧される、請求項１に記載の方法。
3. 前記燃料供給システム（２２）が、前記圧縮媒体（６４）を用いて５０ｐｓｉｇである目標圧力まで加圧される、請求項１に記載の方法。
4. 前記燃料供給システム（２２）が、前記圧縮媒体（６４）を用いて８０ｐｓｉｇである目標圧力まで加圧される、請求項１に記載の方法。
5. 前記閾圧力が、約１００ｐｓｉｇ〜約１３０ｐｓｉｇの範囲内にある、請求項１に記載の方法。
6. 前記閾圧力が１００ｐｓｉｇである、請求項１に記載の方法。
7. 前記閾圧力が１２０ｐｓｉｇである、請求項１に記載の方法。
8. 加圧後に圧力センサ（４４）を介して前記燃料供給システム（２２）からの圧力の減少を監視するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記１又はそれ以上の管継手（６０）に空気漏洩検出液を塗布するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記超音波検出装置（６６）を介して前記漏洩検出液の気泡を検出するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
11. 液体漏洩アンプを介して前記管継手（６０）において漏洩を検出するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。