JP2024037282A - 腐食モニタリング方法、および腐食モニタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく腐食状態をモニタリングすること。【解決手段】腐食モニタリング方法は、蒸気タービンが有する部材同士の隙間を模擬した隙間模擬部内の凝縮水のｐＨ、凝縮水の塩化物イオン濃度、および隙間模擬部を形成する部材の腐食電位を測定し、ｐＨ、塩化物イオン濃度、および腐食電位からシミュレーションにより、隙間模擬部を形成する部材の将来の腐食量を予測する。また、腐食モニタリング装置は、蒸気タービンが有する部材同士の隙間を模擬した隙間模擬部を有する凝縮水貯留部と、隙間模擬部の凝縮水のｐＨを測定するｐＨセンサーと、凝縮水の塩化物イオン濃度を測定する塩化物イオンセンサーと、隙間模擬部を形成する部材の腐食電位を測定する腐食電位センサーと、ｐＨ、塩化物イオン濃度、および腐食電位からシミュレーションにより蒸気タービンが有する隙間模擬部を形成する部材の将来の腐食量を予測する予測装置と、を備える。【選択図】図９

Description

本開示は、腐食モニタリング方法、および腐食モニタリング装置に関する。

金属製のタービンを用いた地熱発電および火力発電が広く知られている。地熱発電および火力発電では、高温の蒸気がタービンに導入され、当該蒸気でタービンが回転することで発電する。また、仕事を終えた蒸気は冷却され、凝縮水になる。

当該蒸気および凝縮水には、塩化物および硫化水素等の金属を腐食させる腐食成分が含まれる。タービンを構成する部材の腐食が進行すると、当該部材に応力腐食割れ等の割れが発生するおそれがある。特に、隙間腐食等の局部腐食は、全面腐食に比べて腐食の発生および速度が予測し難い。かかる隙間腐食による損傷を防ぐためには、凝縮水の水質を測定することによりタービンの腐食状態をモニタリングすることが効果的である。しかし、タービンは高速回転体であるため、運転中のダービン内に存在する凝縮水の水質を直接測定することは極めて難しい。また、例えば定期点検によるタービンの運転停止は、一般的に数年に一度程度である。このため、定期点検までの期間におけるタービンの腐食状態を把握することが難しい。かかる問題の解決方法として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。

特許文献１では、実機のタービンの隙間を模擬した隙間模擬部を有する構造体を用いて、実機のタービン内の蒸気を冷却して得られる凝縮水を当該構造体に導入する。そして、構造体の材料の電位、構造体内の凝縮水の塩化物イオン濃度、および構造体内の凝縮水のｐＨを継続的に測定することにより、構造体の腐食状態を把握する。構造体の腐食状態を把握することで、実機タービンの腐食状態を疑似的に把握することができる。

特開２０１２－１６８１１８号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、構造体の材料の電位、構造体内の凝縮水の塩化物イオン濃度、および凝縮水のｐＨの計測結果から腐食状態を直接的に予測するため、腐食状態を精度よく判断することが難しい。

上記課題を解決するために、本開示の好適な態様に係る腐食モニタリング方法は、蒸気タービンが有する部材同士の隙間を模擬した隙間模擬部内の凝縮水のｐＨ、前記凝縮水の塩化物イオン濃度、および前記隙間模擬部を形成する部材の腐食電位を測定し、前記ｐＨ、前記塩化物イオン濃度、および前記腐食電位からシミュレーションにより、前記隙間模擬部を形成する部材の将来の腐食量を予測する。

また、本開示の好適な態様に係る腐食モニタリング装置は、蒸気タービンが有する部材同士の隙間を模擬した隙間模擬部を有する凝縮水貯留部と、前記隙間模擬部の凝縮水のｐＨを測定するｐＨセンサーと、前記凝縮水の塩化物イオン濃度を測定する塩化物イオンセンサーと、前記隙間模擬部を形成する部材の腐食電位を測定する腐食電位センサーと、前記ｐＨ、前記塩化物イオン濃度、および前記腐食電位からシミュレーションにより前記蒸気タービンが有する前記隙間模擬部を形成する部材の将来の腐食量を予測する予測装置と、を備える。

本開示によれば、精度よく腐食状態をモニタリングすることができる。

第１実施形態の腐食モニタリング装置および蒸気タービンを概念的に示す図である。 センサブロックの一例を示す断面図である。 図２中の領域Ａの拡大図である。 図２中のＢ-Ｂ線に対応する断面図である。 図２中の下方からセンサブロックを見た図である。 図２に示すセンサヘッドをセンサヘッド受け部に対して軸方向に回転させた状態を示す図である。 予測装置の構成を示すブロック図である。 予測装置が実現する機能を示すブロック図である。 第１実施形態の予測モニタリング方法の流れを示す図である。 図９に示す予測モニタリング方法の詳細を示す図である。 第２実施形態の腐食モニタリング方法の流れを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本開示に係る好適な実施形態を説明する。なお、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。

１．第１実施形態
１－１．腐食モニタリング装置１０および蒸気タービン２０の概略
図１は、第１実施形態の腐食モニタリング装置１０および蒸気タービン２０を概念的に示す図である。図１に示す腐食モニタリング装置１０は、蒸気タービン２０を備える発電設備において、蒸気タービン２０内の凝縮水の水質、具体的には凝縮水中の腐食因子を測定することにより、蒸気タービン２０の腐食状態をモニタリングする装置である。なお、以下の例では、蒸気タービン２０が地熱タービンである場合を例に説明するが、蒸気タービン２０はガスタービン等であってもよい。また、腐食因子としては、ｐＨ、塩化物イオン、およびタービン材の腐食電位が挙げられる。

図１に示すように、蒸気タービン２０は、ケーシング２１とタービン翼２２とを有する。ケーシング２１は、タービン翼２２を収容する。蒸気タービン２０は、例えば、地熱タービン装置である。蒸気タービン２０は、地熱蒸気の持つ熱エネルギーを回転エネルギーに変える。図示はしないが、地熱蒸気は、生産井から供給され、高圧セパレータで蒸気と熱水とに分離され、分離された蒸気は洗浄された後、スクラバーを介して蒸気タービン２０に供給される。蒸気タービン２０に供給された蒸気によってタービン翼２２が回転する。また、図示はしないが、仕事を終えた蒸気は、復水器で冷却されて凝縮水になる。当該蒸気および凝縮水には、硫化水素および塩化物等の金属を腐食させる腐食性成分が含まれる。

蒸気タービン２０は、例えば、蒸気の流入する順に高圧部および低圧部を有する。タービン翼２２のうち、高圧部に存在する翼が高圧翼と称され、低圧部に存在する翼が低圧翼と称される。また、詳細な図示しないが、タービン翼２２の低圧翼は、ケーシング２１に固定された静翼と、タービンローターに固定された動翼とを有する。

蒸気タービン２０が有する部材の材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属および合金が挙げられる。具体的には例えば、ケーシング２１およびタービンローターは、１％ＣｒＭｏＶ鋼で形成される。タービン翼２２は、１３％Ｃｒ鋼で形成される。なお、蒸気タービン２０が有する部材とは、ケーシング２１、タービン翼２２およびタービンローター等である。

かかる蒸気タービン２０では、蒸気タービン２０が有する部材同士に隙間が存在する。例えば、動翼とタービンローターとの接合部分に隙間が生じる。具体的には、タービンローターには溝が設けられており、当該溝に動翼の脚部が挿入されている。このタービンローターの溝を形成する部分と動翼の脚部との間に、隙間が存在する。

隙間が存在すると、隙間に存在する凝縮水の塩化物イオン濃度の増加およびｐＨの低下が生じる。このため、隙間が存在すると、隙間を形成する部材に隙間腐食が発生し、加速する。隙間腐食が加速すると、隙間を形成する部材に応力割れが生じるおそれがある。応力割れの発生を防ぐためには、現在の腐食量の把握、および隙間腐食の進行度すなわち将来の腐食量の予測し、対策を講じることが重要である。腐食モニタリング装置１０によれば、現在の腐食量の把握、および将来の腐食量の予測を行うことができる

図１に示す腐食モニタリング装置１０は、蒸気タービン２０の外部に設置される。腐食モニタリング装置１０は、蒸気抽出部１１と、凝縮水貯留部１２と、センサー群１３と、蒸気冷却部１４と、予測装置１５と、を有する。

蒸気抽出部１１は、例えば、蒸気タービン２０の低圧部内の蒸気を抽出する。蒸気抽出部１１は、ケーシング２１の内部から外部に延び、蒸気が通過する管を有する。蒸気抽出部１１に抽出された蒸気は、蒸気抽出部１１で冷却され、凝縮水になる。また、凝縮水貯留部１２は、蒸気抽出部１１に接続される。凝縮水貯留部１２は、凝縮水を貯留する隙間模擬部３４を有する。隙間模擬部３４は、蒸気タービン２０の有する前述の隙間を模擬している。

センサー群１３は、凝縮水中の腐食因子を測定する。センサー群１３は、ｐＨセンサー１３ａと、塩化物イオンセンサー１３ｃと、腐食電位センサー１３ｂとを有する。ｐＨセンサー１３ａを用いて蒸気抽出部１１内の凝縮水のｐＨが測定される。塩化物イオンセンサー１３ｃを用いて蒸気抽出部１１内の凝縮水の塩化物イオン濃度が測定される。腐食電位センサー１３ｂを用いて隙間模擬部３４を形成する部材の腐食電位が測定される。ｐＨは、凝縮水中の水素イオンの増加により酸性側に傾く。ｐＨが酸性側に傾くほど、腐食し易くなる。塩化物イオン濃度の上昇は、塩化物の生成、および水素イオン濃度の上昇をもたらす。塩化物イオン濃度が上昇するほど、腐食し易くなる。腐食電位は、蒸気タービン２０が有する部材に接する凝縮水に対する腐食性を表す。腐食電位が大きいほど、自然電位から離れ、腐食し易くなる。

また、腐食モニタリング装置１０は、ｐＨセンサー１３ａ、塩化物イオンセンサー１３ｃおよび腐食電位センサー１３ｂの隙間模擬部３４内の凝縮水への接触と非接触とを切替えることが可能なよう構成されている。このため、腐食モニタリング装置１０では、各センサーによる測定が可能なセンシング状態と、各センサーによる測定が行われない非センシング状態とを切り替えることができる。すなわち、腐食モニタリング装置１０は、各センサーによる間欠測定が可能なよう構成されている。

蒸気冷却部１４は、蒸気抽出部１１に接続されており、蒸気抽出部１１内の蒸気を冷却する。なお、蒸気冷却部１４は、凝縮水貯留部１２に接続されていてもよく、この場合、凝縮水貯留部１２で蒸気は凝縮水になる。蒸気冷却部１４は、例えば冷却水循環装置を有する。また、予測装置１５は、センサー群１３からの測定結果に基づき、蒸気タービン２０の将来の腐食量を予測する。予測装置１５による将来の腐食量の予測は、センサー群１３の測定毎に実行される。予測装置１５は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成される。

１－２．腐食モニタリング装置１０が有するセンサブロック３０の構成
図２は、センサブロック３０の一例を示す断面図である。図３は、図２中の領域Ａの拡大図である。図４は、図２中のＢ-Ｂ線に対応する断面図である。図５は、図２中の下方からセンサブロック３０を見た図である。図６は、図２に示すセンサヘッド３３をセンサヘッド受け部３２に対して軸方向に回転させた状態を示す図である。

図２に示すセンサブロック３０は、ほぼ円筒状の構造体である。図２に示すように、センサブロック３０は、蓋体３１と、センサヘッド受け部３２と、センサヘッド３３と、センサー群１３とを有する。図２および図３に示すように、蓋体３１およびセンサヘッド受け部３２は、前述の凝縮水貯留部１２を構成する。蓋体３１とセンサヘッド受け部３２との間には隙間模擬部３４が存在する。隙間模擬部３４は、例えば、タービン翼２２の脚部とタービンローターとの間の隙間を模擬している。なお、隙間模擬部３４が模擬する隙間はこれに限定されない。

また、センサヘッド受け部３２およびセンサヘッド３３は、センシング状態と非センシング状態とを切り替える切替部３００を構成する、センサヘッド３３は、センサヘッド受け部３２に対して軸方向に回転可能に構成される。センサヘッド受け部３２に対するセンサヘッド３３の回転により、図２に示すセンシング状態と図６に示す非センシング状態とを切り替えることができる。

センサブロック３０の材料は、蒸気タービン２０が有する部材の材料との違いによる腐食状態の違いを排除するよう、蒸気タービン２０が有する部材の材料と同様であることが好ましい。例えば、蓋体３１は、１％ＣｒＭｏＶ鋼で形成され、センサヘッド受け部３２およびセンサヘッド３３は、１３％Ｃｒ鋼で形成される。なお、蓋体３１、センサヘッド受け部３２およびセンサヘッド３３の各材料はこの具体例に限定されない。以下、センサブロック３０の各部について説明する。

図２に示すように、蓋体３１は、ほぼ円柱状の部材である。図３に示すように、蓋体３１は、一方の端面３１Ａと他方の端面３１Ｃとを有する。蓋体３１の一方の端面３１Ａは、外縁部に対して中央部が突出するよう段加工されている。

図２に示すように、蓋体３１には、凝縮水供給部３１１と、凝縮水排出部３１２と、熱電対３１３とが接続される。凝縮水供給部３１１は、管状の部材であり、蒸気抽出部１１が有する管に接続される。凝縮水排出部３１２は、管状の部材であり、例えば図示しない復水器に接続される。凝縮水供給部３１１、および凝縮水排出部３１２のそれぞれは、蓋体３１を貫通する貫通孔内に設けられており、図３に示すように、端面３１Ａの外縁部に開口している。また、図２に示すように、熱電対３１３は、蓋体３１を貫通する貫通孔内に設けられる。熱電対３１３は、温度センサーとして機能する。熱電対３１３は、隙間模擬部３４内の凝縮水の温度を測定する。なお、熱電対３１３は、蓋体３１以外の部材に設けられてもよい。

センサヘッド受け部３２は、有底円筒状の部材である。図２または３に示すように、センサヘッド受け部３２は、底面３２Ｂと、内側底面３２Ｅと、内側側面３２Ｄとを有する。図３に示すように、底面３２Ｂは、蓋体３１の端面３１Ａに対向する。底面３２Ｂは、外縁部に対して中央部が凹むよう段加工されている。底面３２Ｂの凹んだ中央部と、端面３１Ａの突出した中央部とが嵌合した状態で、蓋体３１とセンサヘッド受け部３２とはネジ４１で固定される。また、内側側面３２Ｄおよび内側底面３２Ｅは、後述のセンサヘッド３３に接触する。

図４に示すように、センサヘッド受け部３２の底部には、複数の貫通孔３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃおよび３２１ｄが設けられる。貫通孔３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃおよび３２１ｄは、図３に示す隙間模擬部３４に連通している。

図３に示すように、隙間模擬部３４は、底面３２Ｂの凹んだ中央部と、端面３１Ａの突出した中央部との間に形成される。隙間模擬部３４は、底面３２Ｂの凹んだ中央部と端面３１Ａの突出した中央部との間に形成された空間である。別の言い方をすると、隙間模擬部３４は、蓋体３１とセンサヘッド受け部３２との間に形成される。したがって、蓋体３１およびセンサヘッド受け部３２のそれぞれは、「隙間模擬部３４を形成する部材」に相当する。また、隙間模擬部３４の高さは、ほぼ一定である。なお、隙間模擬部３４の高さとは、底面３２Ｂの凹んだ中央部と、端面３１Ａの突出した中央部との間の距離である。当該高さは、例えば、０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。

また、底面３２Ｂの凹んだ中央部の径は、端面３１Ａの突出した中央部の径よりも大きい。このため、隙間模擬部３４の周囲には、隙間模擬部３４の高さよりも高い環状流路３５が設けられている。環状流路３５は、隙間模擬部３４の外周を囲んでいる。また、環状流路３５は、その全周で隙間模擬部３４と連通している。なお、環状流路３５は、端面３１Ａの外縁部と、底面３２Ｂの凹んだ中央部と、端面３１Ａの突出した中央部と外縁部とを接続する壁面３１Ｂと、底面３２Ｂの凹んだ中央部と外縁部とを接続する壁面３２Ｃとで囲まれた空間である。

凝縮水供給部３１１からセンサブロック３０内に供給された凝縮水は、環状流路３５から隙間模擬部３４に供給される。また、隙間模擬部３４に存在する凝縮水は、環状流路３５を通過して凝縮水排出部３１２へと流れる。

隙間模擬部３４の高さは環状流路３５の高さに比べて非常に小さい。このため、隙間模擬部３４は、環状流路３５に比べて酸素の供給が乏しい。それゆえ、隙間模擬部３４は、環状流路３５に比べて溶存酸素濃度が低下し易い。溶存酸素濃度が低下すると、隙間模擬部３４を形成する蓋体３１およびセンサヘッド受け部３２に含まれる鉄等の金属が、凝縮水中で陽イオンになり易い。この結果、蓋体３１およびセンサヘッド受け部３２のうち隙間模擬部３４を形成する部分、すなわち凝縮水に接触する部分に腐食が発生する。さらに、凝縮水に含まれる塩化物イオン等の陰イオンは、当該陽イオンに引き寄される。この結果、蓋体３１およびセンサヘッド受け部３２のうち隙間模擬部３４を形成する部分の腐食が加速する。

図２に示すセンサヘッド３３は、ほぼ円柱状である。センサヘッド３３は、センサヘッド受け部３２の内側に回転可能にはめ込まれている。また、図５に示すように、センサヘッド３３には、レバー３３２が設けられる。レバー３３２を操作することで、センサヘッド３３をセンサヘッド受け部３２に対して軸周りに回転させることができる。また、図２または図３に示すように、センサヘッド３３は、外側面３３Ａと、一方の端面３３Ｂと、他方の端面３３Ｃとを有する。外側面３３Ａは、センサヘッド受け部３２の内側側面３２Ｄに接触している。一方の端面３３Ｂは、センサヘッド受け部３２の内側底面３２Ｅに接触している。

図２または図５に示すように、センサヘッド３３は、ｐＨセンサー１３ａ、塩化物イオンセンサー１３ｃ、腐食電位センサー１３ｂおよび参照電極１３ｄを保持する。ｐＨセンサー１３ａ、塩化物イオンセンサー１３ｃ、腐食電位センサー１３ｂおよび参照電極１３ｄのそれぞれは、センサヘッド３３を貫通する貫通孔内に設けられる。各貫通孔は、センサヘッド３３の軸方向に平行である。図２、５または６に示すように、各貫通孔は、２段階に構成される。ｐＨセンサー１３ａが設けられる貫通孔は、凝縮水流入部３３１ａと、これに連通するセンサー保持部３３３ａとを有する。塩化物イオンセンサー１３ｃが設けられる貫通孔は、凝縮水流入部３３１ｃと、これに連通するセンサー保持部３３３ｃとを有する。腐食電位センサー１３ｂが設けられる貫通孔は、凝縮水流入部３３１ｂと、これに連通するセンサー保持部３３３ｂとを有する。参照電極１３ｄが設けられる貫通孔は、凝縮水流入部３３１ｄと、これに連通するセンサー保持部３３３ｄとを有する。

図２または図６に示すように、凝縮水流入部３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃおよび３３１ｄは、センサー保持部３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｃおよび３３３ｄよりもセンサヘッド受け部３２の近くに位置する。凝縮水流入部３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃおよび３３１ｄの各径は、センサー保持部３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｃおよび３３３ｄの各径よりも小さい。凝縮水流入部３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃおよび３３１ｄの各径は、例えば１．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。また、凝縮水流入部３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃおよび３３１ｄは、センサヘッド受け部３２が有する貫通孔３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃおよび３２１ｄに対応している。

図２または図６に示すように、センサー保持部３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｃおよび３３３ｄは、対応するセンサーを着脱可能に保持する。センサー保持部３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｃおよび３３３ｄの各径は、対応するセンサーの径に適合する大きさであればよい。また、各センサーの基部は、交換可能なよう、センサヘッド３３の端面３３Ｃから突出している。また、各センサーは、前述の予測装置１５に電気的に接続される。

また、ｐＨセンサー１３ａの先端部は、凝縮水流入部３３１ａに流入する凝縮水に接触可能な位置に設けられる。参照電極１３ｄの先端部は、凝縮水流入部３３１ｄに流入する凝縮水に接触可能な位置に設けられる。同様に、塩化物イオンセンサー１３ｃの先端部は、凝縮水流入部３３１ｂに流入する凝縮水に接触可能な位置に設けられる。腐食電位センサー１３ｂの先端部は、凝縮水流入部３３１ｃに流入する凝縮水に接触可能な位置に設けられる。

かかるセンサヘッド３３には、前述のように、レバー３３２が設けられる。当該レバー３３２を操作することで、センサブロック３０をセンシング状態と非センシング状態とに切り替えることができる。具体的には、図５の実線で示す状態から２点鎖線で示す状態にレバー３３２を動かすことで、図２に示す状態から図６に示す状態にセンサヘッド３３を回転させることができる。

図２に示すセンシング状態では、貫通孔３２１ａと凝縮水流入部３３１ａとが連通し、貫通孔３２１ｄと凝縮水流入部３３１ｄとが連通する。同様に、貫通孔３２１ｂと凝縮水流入部３３１ｂとが連通し、貫通孔３２１ｃと凝縮水流入部３３１ｃとが連通する。前述のように貫通孔３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃおよび３２１ｄは、隙間模擬部３４に連通している。このため、センシング状態では、隙間模擬部３４内の凝縮水が、凝縮水流入部３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃおよび３３１ｄに流入する。この結果、各センサーが凝縮水に接触し、センシングが可能になる。

図６に示す非センシング状態では、貫通孔３２１ｂと凝縮水流入部３３１ｂとは連通していない状態であり、貫通孔３２１ｃと凝縮水流入部３３１ｃとは連通していない状態である。同様に、貫通孔３２１ａと凝縮水流入部３３１ａとは連通していない状態であり、貫通孔３２１ｄと凝縮水流入部３３１ｄとは連通していない状態である。したがって、凝縮水流入部３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃおよび３３１ｄの各開口は、センサヘッド受け部３２により閉塞される。このため、各センサーは凝縮水に接触しない。よって、センシングが行われない。

なお、センサヘッド３３の回転は、レバー３３２により手動に行なわれてもよいが、モーター等により自動で行われてもよい。なお、自動である場合、モーターの制御は、予測装置１５で行われる。

また、ｐＨセンサー１３ａ、塩化物イオンセンサー１３ｃ、腐食電位センサー１３ｂ、および参照電極１３ｄの配置関係は、図５に示す配置に限定されない。また、センサー群１３は、センサー群１３は、ｐＨセンサー１３ａ、塩化物イオンセンサー１３ｃ、および腐食電位センサー１３ｂ以外のセンサーを有してもよい。また、ｐＨセンサー１３ａ、塩化物イオンセンサー１３ｃ、および腐食電位センサー１３ｂの各構成によっては、参照電極１３ｄは省略してもよい。なお、貫通孔３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃおよび３２１ｄと凝縮水流入部３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃおよび３３１ｄとは、それぞれセンサーに対応して配置される。したがって、当該貫通孔の数および凝縮水流入部の数は、センサーの数と等しければ、いくつであってもよい。

ｐＨセンサー１３ａを用いたｐＨの測定様式、塩化物イオンセンサー１３ｃを用いた塩化物イオンの測定様式、および腐食電位センサー１３ｂを用いた腐食電位の測定様式は、特に限定されない。本実施形態では、例えば、ｐＨセンサー１３ａは金属電極を含み、当該金属電極と参照電極１３ｄとの電位差に基づいてｐＨが算出される。同様に、塩化物イオンセンサー１３ｃは金属電極を含み、当該金属電極と参照電極１３ｄとの電位差に基づいて塩化物イオン濃度が算出される。また、腐食電位センサー１３ｂは金属電極を含み、当該金属電極と参照電極１３ｄとの電位差に基づいて腐食電位が算出される。

１－３．予測装置１５
図７は、予測装置１５の構成を示すブロック図である。予測装置１５は例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。図７に示すように、予測装置１５は、プロセッサー１５１と、記憶装置１５２と、通信装置１５３と、出力装置１５４と、入力装置１５５とを含む。なお、これらは、互いに伝送路で接続されており、互いに通信可能である。

プロセッサー１５１は、記憶装置１５２に格納されているプログラムに従って動作し、通信装置１５３、出力装置１５４および入力装置１５５の各動作を制御する。なお、上記プログラムは、フラッシュメモリ等の記憶媒体に格納されて提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介して提供されてもよい。

記憶装置１５２は、プロセッサー１５１が読み取り可能な記録媒体である。記憶装置１５２は、各種プログラムおよび各種データを記憶する。記憶装置１５２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ素子とハードディスクドライブ等の外部記憶装置とを含む。また、記憶装置１５２は、プロセッサー１５１から入力される演算結果、および通信装置１５３から入力される情報を格納する。

具体的には、記憶装置１５２には、予測プログラムＰ１と、シミュレーションモデルＤ１と、電位電流密度曲線データＤ２とが記憶される。予測プログラムＰ１は、予測装置１５に将来の腐食量の算出を実行させる。シミュレーションモデルＤ１は、蒸気タービン２０の隙間を形成する部分の形状および材料を模擬したモデルである。シミュレーションモデルＤ１は、有限要素法、または熱力学的手法により作成される。電位電流密度曲線データＤ２は、あらかじめ測定しておいた当該部分の材料の電位電流密度曲線のデータである。

通信装置１５３は、有線ＬＡＮまたは無線ＬＡＮを介して他の装置と通信するためのハードウェアであり、集積回路、コネクタおよびアンテナ等により構成されている。通信装置１５３は、プロセッサー１５１の制御に基づいて、他の装置から受信した情報をプロセッサー１５１または記憶装置１５２に入力し、他の装置に情報を送信する。出力装置１５４は、外部デバイスへのデータの出力を行う出力コントローラを含む。出力装置１５４は、例えばＧＰＵ（Graphic Processing Unit）を含む。出力装置１５４は、プロセッサー１５１の制御に基づいて、画像データを生成し、所望のディスプレイ等に画像を表示させる。入力装置１５５は、外部デバイスからのデータの入力を受け付ける入力コントローラを含む。当該外部デバイスとしては、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力デバイスがある。入力装置１５５は、プロセッサー１５１の制御に基づいて、入力デバイスをユーザーが操作することにより入力されるデータを取得する。

図８は、予測装置１５が実現する機能を示すブロック図である。図８に示す予測装置１５は、機能的に、取得部１０１、物理量算出部１０２、シミュレーション実行部１０３、判定部１０４、フィードバック部１０５および通知部１０６を有する。これら機能部は、主に、予測装置１５に含まれるプロセッサーが予測プログラムＰ１を実行し、必要に応じて出力装置１５４および入力装置１５５の動作を制御することにより実現される。

取得部１０１は、センサー群１３から各種測定結果を取得する。具体的には例えば、ｐＨセンサー１３ａ、塩化物イオンセンサー１３ｃ、腐食電位センサー１３ｂ、および参照電極１３ｄで測定された各電位である。

物理量算出部１０２は、取得部１０１が取得した測定結果を基にして腐食因子に関する物理量を演算する。当該物理量としては、凝縮水のｐＨ、凝縮水中の塩化物イオン濃度、および隙間模擬部３４を形成する部材の腐食電位が挙げられる。この測定結果を基にした腐食因子に関する物理量を「現在の物理量」と称する。

シミュレーション実行部１０３は、蒸気タービン２０の将来の腐食量の予測等を行う。具体的には、シミュレーション実行部１０３は、物理量をインプットデータとし、シミュレーションモデルＤ１により、時間経過に伴って変化する腐食因子に関する物理量の変化を算出する。また、シミュレーション実行部１０３は、現在の物理量と電位電流密度曲線データＤ２とを用いて、現在の腐食量を算出する。また、シミュレーション実行部１０３は、時間経過に伴って変化する腐食因子に関する物理量の変化と現在の物理量と電位電流密度曲線データＤ２とを用いて、腐食量の変化および将来の腐食量を算出する。

判定部１０４は、将来の腐食量が所定範囲内であるか否かを判定する。フィードバック部１０５は、判定結果に応じて蒸気タービン２０の運転を継続するか否か等を決定する。通知部１０６は、フィードバック部１０５によるフィードバック結果をユーザーに通知する。

以上説明した腐食モニタリング装置１０は、隙間模擬部３４を有する凝縮水貯留部１２と、ｐＨセンサー１３ａ、塩化物イオンセンサー１３ｃ、および腐食電位センサー１３ｂと、隙間模擬部３４の将来の腐食量を予測する予測装置１５と、を備える。また、前述のように、隙間模擬部３４は、実機である蒸気タービン２０が有する隙間を模擬している。したがって、腐食モニタリング装置１０では、凝縮水貯留部１２内の凝縮水の腐食因子をモニタリングすることで、実機である蒸気タービン２０内の凝縮水の腐食因子を疑似的にモニタリングすることができる。また。腐食モニタリング装置１０によれば、隙間模擬部３４における将来の腐食量が求まる。この将来の腐食量は、実機である蒸気タービン２０が有する隙間における将来の腐食量に相当する。したがって、腐食モニタリング装置１０により将来の腐食量を予測することで、実機である蒸気タービン２０の腐食量を予測することができる。このため、実機の蒸気タービン２０の隙間を模擬した隙間模擬部３４を活用することで、蒸気タービン２０を停止させることなく、蒸気タービン２０の隙間腐食をモニタリングすることができる。

また、本実施形態では、前述のように、予測装置１５は、各センサーから測定されたｐＨ、塩化物イオン濃度、および腐食電位を用いて現在の腐食量を求め、かつ将来の腐食量を予測している。このため、隙間模擬部３４を形成する部材の現在および将来の腐食状態を精度よく把握することができる。すなわち、蒸気タービン２０が有する隙間を形成する部材の腐食状態を精度よく把握することができる。具体的には、蒸気タービン２０が有する隙間を形成する部材の現在の腐食の発生の有無、現在の腐食の進行度合い、および将来の腐食の進行度合いを把握することができる。このため、腐食モニタリング装置１０によれば、例えば、蒸気タービン２０が有する隙間を形成する部材に応力腐食割れの割れが発生し得る時期を精度よく予測することができる。

これに対し、ｐＨ、塩化物イオン濃度、および腐食電位から腐食量を求めずに直接的に現在および将来の腐食量を把握することは難しい。すなわち、ｐＨ、塩化物イオン濃度、および腐食電位を測定することだけでは、現在の腐食の発生の有無、現在の腐食の進行度合い、および将来の腐食の進行度合いを把握することが難しい。

また、ｐＨの低下、塩化物イオンの増加、および腐食電位の自然電位からの解離は、特に隙間腐食の進行を加速させる要因である。したがって、ｐＨ、塩化物イオン濃度、および腐食電位を用いて将来の腐食量を予測することで、将来の腐食量を高精度に予測することができる。

さらに、腐食モニタリング装置１０では、時間経過に伴って変化する腐食因子に関する物理量の変化を予測し、当該物理量の変化を用いて将来の腐食量を予測している。一般的に、隙間腐食は、全面腐食に比べると腐食の発生および速度が予測し難い。溶存酸素の欠乏等により、全面腐食とは異なる腐食の発生および速度を示す。このため、シミュレーションモデルを用いて時間経過に伴って変化する腐食因子に関する物理量の変化を予測することで、将来の腐食量を高精度に予測することができる。

また、腐食モニタリング装置１０では、センサー群１３による測定が継続的でなく、間欠的に行われる。センサー群１３が有する各センサーが継続的に凝縮水に触れた状態では、各センサーが腐食し易くなってしまう。このため、センサー群１３による測定は、間欠的に行われることが好ましい。また、センサー群１３による測定が間欠的に行われることで、非センシング時に、各センサーをセンサブロック３０から取り外して洗浄することができる。洗浄することで、長期間、高精度に腐食モニタリングを実施することができる。

１－４．予測モニタリング方法
図９は、予測モニタリング方法の流れを示す図である。図９に示すように、予測モニタリング方法は、腐食因子を測定するステップＳ１と、将来の腐食量を予測するステップＳ２と、将来の腐食量が所定範囲内か否かを判定するステップＳ３と、判定に応じた処理をするステップＳ４と、を有する。この将来の腐食量を予測する予測モニタリングは、ｐＨ、塩化物イオン濃度、および腐食電位の測定ごとに行われる、

また、本実施形態では、ステップＳ２において、現在の腐食量を求め、かつ将来の腐食量を予測している。このため、腐食因子から直接的に蒸気タービン２０が有する隙間を形成する部材の腐食状態を把握するよりも、当該腐食状態を精度よく把握することができる。

図１０は、図９に示す予測モニタリング方法の詳細を示す図である。図９に示すステップＳ１は、図１０に示すステップＳ１１およびＳ１２を含む。具体的にはまず、取得部１０１が、センサー群１３から各種測定結果を取得する（ステップＳ１１）。具体的には、取得部１０１は、ｐＨセンサー１３ａ、塩化物イオンセンサー１３ｃ、腐食電位センサー１３ｂ、および参照電極１３ｄで測定された各電位を取得する。

次いで、物理量算出部１０２は、取得部１０１が取得した測定結果を基にして腐食因子に関する現在の物理量を演算する（ステップＳ１２）。具体的には例えば、ｐＨセンサー１３ａからの電位と参照電極１３ｄからの電位との差に基づいて、凝縮水のｐＨを算出する。また、例えば、塩化物イオンセンサー１３ｃからの電位と参照電極１３ｄからの電位との差に基づいて、凝縮水中の塩化物イオン濃度を算出する。また、例えば、腐食電位センサー１３ｂからの電位と参照電極１３ｄからの電位との差に基づいて、隙間模擬部３４を形成する部材の腐食電位を算出する。

なお、上記以外の方法でｐＨ、塩化物イオン濃度および腐食電位を測定してもよい。

図９に示すステップＳ２は、図１０に示すステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４およびＳ２５を含む。具体的にはまず、シミュレーション実行部１０３が、記憶装置１５２からシミュレーションモデルＤ１を読み出す（Ｓ２１）。次に、シミュレーション実行部１０３は、電位電流密度曲線データＤ２を読み出す（Ｓ２２）。なお、ステップＳ２１の前にステップＳ２２が実行されてもよく、ステップＳ２１とステップＳ２２とは並行して行われてもよい。また、例えば、ステップＳ１よりも前にステップＳ２１またはステップＳ２２が実行されてもよい。

次に、シミュレーション実行部１０３は、ステップＳ１２で得られた物理量をインプットデータとし、シミュレーションモデルＤ１により、時間経過に伴って変化する腐食因子に関する物理量の変化を演算する（ステップＳ２３）。次に、シミュレーション実行部１０３は、現在の物理量と電位電流密度曲線データＤ２とを用いて、ステップＳ１２で求めた現在の腐食量を算出する（ステップＳ２４）。電位電流密度曲線データＤ２を用いることで、腐食電位から電流密度が算出される。なお、ステップＳ２３の前にステップＳ２４が実行されてもよく、ステップＳ２３とステップＳ２４とは並行して行われてもよい。

次に、シミュレーション実行部１０３は、将来の腐食量を算出する（ステップＳ２５）。具体的には、ステップＳ２３で求めた物理量の変化と、ステップＳ２４で求めた現在の腐食量と、電位電流密度曲線データＤ２とを用いて、物理量の変化に応じた腐食量の変化を算出する。腐食量の変化が求まることで、例えば、数年後の将来の腐食量が求まる。したがって、ステップＳ１２で得られた物理量と、シミュレーションモデルＤ１と、電位電流密度曲線データＤ２とを用いることで、将来の腐食量を算出することができる。

ステップＳ３では、ステップＳ２５で求めた将来の腐食量が、所定閾値以上であるか否かを判定する。所定閾値は、例えば、隙間模擬部３４を形成する部材、すなわち蒸気タービン２０が有する隙間を形成する部材に応じて設定される。将来の腐食量が所定閾値以上である場合、想定よりも腐食が進行していることを示す。一方、将来の腐食量が所定閾値未満である場合、想定通りまたはそれよりも緩やかに腐食が進行していることを示す。

ステップＳ４は、ステップＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３およびＳ４４を含む。ステップＳ３での判定結果が所定閾値以上でない、すなわち所定閾値未満である場合（ステップＳ３、Ｎｏ）、ステップＳ４１に進む。ステップＳ４１では、フィードバック部１０５は、蒸気タービン２０の運転を継続することを決定する。次に、ステップＳ４２では、通知部１０６は、運転を継続するというフィードバック結果を出力装置１５４に表示させることにより、運転の継続についてユーザーに通知する。

一方、ステップＳ３での判定結果が所定閾値以上である場合（ステップＳ３、Ｙｅｓ）、ステップＳ４３に進む。ステップＳ４３では、フィードバック部１０５は、蒸気タービン２０の運転を停止することを決定する。次に、ステップＳ４４では、通知部１０６は、運転を停止するというフィードバック結果を出力装置１５４に表示させることにより、運転の停止についてユーザーに通知する。また、通知部１０６は、ブザー等によりユーザーに運転の停止を通知してもよい。この場合、ユーザーは、運転を停止し、蒸気タービン２０の点検、補修および交換を実施する。

以上説明の腐食モニタリング方法は、ステップＳ１と、ステップＳ２とを有する。ステップＳ１では、隙間模擬部３４内の凝縮水のｐＨ、隙間模擬部３４内の凝縮水の塩化物イオン濃度、隙間模擬部３４を形成する部材の腐食電位を測定する。ステップＳ２では、ｐＨ、塩化物イオン濃度、および腐食電位からシミュレーションにより、蒸気タービン２０が有する隙間模擬部３４を形成する部材の将来の腐食量を予測する。当該将来の腐食量を予測することは、蒸気タービン２０が有する隙間を形成する部材の将来の腐食量を予測することに相当する。

本実施形態の腐食モニタリング方法では、各センサーから測定されたｐＨ、塩化物イオン濃度、および腐食電位を用いて現在の腐食量を求め、かつ将来の腐食量を予測している。このため、隙間模擬部３４を形成する部材の現在および将来の腐食状態を精度よく把握することができる。すなわち、蒸気タービン２０が有する隙間を形成する部材の腐食状態を精度よく把握することができる。具体的には、蒸気タービン２０が有する隙間を形成する部材の現在の腐食の発生の有無、現在の腐食の進行度合い、および将来の腐食の進行度合いを把握することができる。このため、本実施形態の腐食モニタリング方法によれば、例えば、蒸気タービン２０が有する隙間を形成する部材に応力腐食割れの割れが発生し得る時期を精度よく予測することができる。

さらに、前述もように、将来の腐食量の予測をするステップＳ２では、時間経過に伴う腐食因子の物理量の変化を求め（ステップＳ２３）、当該物理量の変化を用いて将来の腐食量を予測する（ステップＳ２５）。一般的に、隙間腐食は、全面腐食に比べると腐食の発生および速度が予測し難い。溶存酸素の欠乏等により、全面腐食とは異なる腐食の発生および速度を示す。このため、時間経過に伴って変化する腐食因子の物理量の変化を予測することで、将来の腐食量を高精度に予測することができる。

また、前述のように、ステップＳ１１では、取得部１０１が、センサー群１３から各種測定結果を取得する。この測定結果の取得は、継続的ではなく、間欠的に行われる。同様に、センサー群１３による測定も継続的でなく、間欠的に行われる。センサー群１３が有する各センサーが継続的に凝縮水に触れた状態では、各センサーが腐食し易くなってしまう。このため、センサー群１３による測定、およびセンサー群１３からの各種測定結果の取得は、間欠的に行われることが好ましい。また、センサー群１３による測定が間欠的に行われることで、非センシング時に、各センサーをセンサブロック３０から取り外して洗浄することができる。洗浄することで、長期間、高精度に腐食モニタリングを実施することができる。

以上の腐食モニタリング方法によれば、従来よりも長期間、高精度に腐食モニタリングを実施することができる。

２．第２実施形態
以下、本開示の第２実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が前述の第１実施形態と同様である要素については、前述の実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図１１は、第２実施形態の腐食モニタリング方法の流れを示す図である。本実施形態では、将来の腐食量に基づいて、センサー群１３の間欠測定の間隔を決定する。

本実施形態の予測装置１５の判定部１０４は、将来の腐食量がセンサー用の所定範囲内であるか否かを判定する。また、フィードバック部１０５は、例えば、将来の腐食量が閾値の半分よりも小さいか否かの判定結果に応じてセンサー群１３の間欠測定の間隔を決定する。また、通知部１０６は、間欠測定の間隔をユーザーに通知する。

図１１に示すように、本実施形態の腐食モニタリング方法では、ステップＳ３は、ステップＳ３１とステップＳ３２とを含む。ステップＳ３１では、ステップＳ２５で求めた将来の腐食量が、所定閾値内であるか否かを判定する。ステップＳ３２では、ステップＳ２５で求めた将来の腐食量が、所定閾値の半分以下であるか否かを判定する。将来の腐食量が所定閾値の半分以下である場合、想定よりも腐食が大幅に進行していないことを示す。一方、将来の腐食量が所定閾値の半分を超える場合、想定通りまたはそれよりも緩やかに腐食が進行していることを示す。なお、ステップＳ３２では、将来の腐食量が所定閾値の半分以下であるか否かを判定しているが、判定の基準は、所定閾値の半分以下に限定されない。判定の基準は、例えば、所定閾値の１／３以下、または所定閾値の１／４以下等であってもよい。

ステップＳ４は、ステップＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４、Ｓ４５、Ｓ４６、Ｓ４７、Ｓ４８およびＳ４９を含む。ステップＳ３２において将来の腐食量が所定閾値の半分以下である場合（ステップＳ３２、Ｙｅｓ）、ステップＳ４１に進む。ステップＳ４１では、フィードバック部１０５は、蒸気タービン２０の運転を継続することを決定する。次に、ステップＳ４５では、フィードバック部１０５は、センサーによる間欠測定の期間を現状の期間よりも長く設定する。ステップＳ４６では、通知部１０６は、運転の継続および間欠測定期間の変更を出力装置１５４に表示させる。

一方、ステップＳ３２において将来の腐食量が所定閾値の半分以下でない、すなわち所定閾値の半分を超える場合（ステップＳ３２、Ｎｏ）、ステップＳ４７に進む。フィードバック部１０５は、蒸気タービン２０の運転を継続することを決定する。次に、ステップＳ４８では、フィードバック部１０５は、センサーによる間欠測定の期間を現状の期間で維持することを決定する。ステップＳ４９では、通知部１０６は、運転の継続を出力装置１５４に表示させる。

このように、本実施形態では、将来の腐食量に応じて、ｐＨ、塩化物イオン濃度、および腐食電位の測定間隔が決定される。このため、腐食が想定よりも大幅に進行していない場合には、測定間隔を延ばすことができる。それゆえ、各センサーが腐食することが抑制される。よって、各センサーの洗浄の回数を減らすことができる。また、長期間、高精度に腐食モニタリングを実施することができる。

以上、本発明について図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。また、本発明の各部の構成は、前述した実施形態の同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。

１０…腐食モニタリング装置、１１…蒸気抽出部、１２…凝縮水貯留部、１３…センサー群、１３ａ…ｐＨセンサー、１３ｂ…腐食電位センサー、１３ｃ…塩化物イオンセンサー、１３ｄ…参照電極、１４…蒸気冷却部、１５…予測装置、２０…蒸気タービン、２１…ケーシング、２２…タービン翼、３０…センサブロック、３１…蓋体、３１Ａ…端面、３１Ｂ…壁面、３１Ｃ…端面、３２…センサヘッド受け部、３２Ｂ…底面、３２Ｃ…壁面、３２Ｄ…内側側面、３２Ｅ…内側底面、３３…センサヘッド、３３Ａ…外側面、３３Ｂ…端面、３３Ｃ…端面、３４…隙間模擬部、３５…環状流路、４１…ネジ、１０１…取得部、１０２…物理量算出部、１０３…シミュレーション実行部、１０４…判定部、１０５…フィードバック部、１０６…通知部、１５１…プロセッサー、１５２…記憶装置、１５３…通信装置、１５４…出力装置、１５５…入力装置、３００…切替部、３１１…凝縮水供給部、３１２…凝縮水排出部、３１３…熱電対、３２１ａ…貫通孔、３２１ｂ…貫通孔、３２１ｃ…貫通孔、３２１ｄ…貫通孔、３３１ａ…凝縮水流入部、３３１ｂ…凝縮水流入部、３３１ｃ…凝縮水流入部、３３１ｄ…凝縮水流入部、３３２…レバー、３３３ａ…センサー保持部、３３３ｂ…センサー保持部、３３３ｃ…センサー保持部、３３３ｄ…センサー保持部、Ｄ１…シミュレーションモデル、Ｄ２…電位電流密度曲線データ、Ｐ１…予測プログラム。

Claims (6)

1. 蒸気タービンが有する部材同士の隙間を模擬した隙間模擬部内の凝縮水のｐＨ、前記凝縮水の塩化物イオン濃度、および前記隙間模擬部を形成する部材の腐食電位を測定し、
   前記ｐＨ、前記塩化物イオン濃度、および前記腐食電位からシミュレーションにより、前記隙間模擬部を形成する部材の将来の腐食量を予測する、
   腐食モニタリング方法。
2. 前記ｐＨ、前記塩化物イオン濃度、および前記腐食電位は、間欠的に測定され、
   前記シミュレーションによる予測は、前記ｐＨ、前記塩化物イオン濃度、および前記腐食電位の測定ごとに行われる、
   請求項１に記載の腐食モニタリング方法。
3. 前記将来の腐食量に応じて、前記ｐＨ、前記塩化物イオン濃度、および前記腐食電位の測定間隔を決定する、
   請求項２に記載の腐食モニタリング方法。
4. 前記将来の腐食量の予測では、
   前記ｐＨ、前記塩化物イオン濃度、および前記腐食電位の時間経過に伴う変化を求め、
   前記時間経過に伴う変化を用いて前記将来の腐食量を予測する、
   請求項１に記載の腐食モニタリング方法。
5. 蒸気タービンが有する部材同士の隙間を模擬した隙間模擬部を有する凝縮水貯留部と、
   前記隙間模擬部の凝縮水のｐＨを測定するｐＨセンサーと、
   前記凝縮水の塩化物イオン濃度を測定する塩化物イオンセンサーと、
   前記隙間模擬部を形成する部材の腐食電位を測定する腐食電位センサーと、
   前記ｐＨ、前記塩化物イオン濃度、および前記腐食電位からシミュレーションにより前記蒸気タービンが有する前記隙間模擬部を形成する部材の将来の腐食量を予測する予測装置と、を備える、
   腐食モニタリング装置。
6. 前記ｐＨセンサー、前記塩化物イオンセンサーおよび前記腐食電位センサーの前記凝縮水への接触および非接触を切り替える切替部を、さらに有する、
   請求項５に記載の腐食モニタリング装置。

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