JP5315844B2 - 蒸気質のモニタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラからの蒸気を冷媒を用いて凝縮水にする熱交換器と、この熱交換器からの凝縮水の水質を計測する計測手段とを用いて、ボイラで発生される蒸気中の不純物量を連続的にモニタリングする蒸気質のモニタリング装置に関するものである。

蒸気の製品への直接吹き込みによる製品の加熱や殺菌作業の一般化と、小型貫流ボイラの普及に伴って、蒸気中の不純物量、すなわち、蒸気の質（品質）が問題となる。小型貫流ボイラ（ＪＩＳ Ｂ８２２３では特殊循環ボイラと定義されている）は、比較的安価で使い勝手はよいが、気水分離器の能力が低く、発生した蒸気中に不純物を含み易い傾向に有るからである。このため、このような場合に、蒸気を連続的にサンプリングして、蒸気中の不純物量を常時監視し、蒸気の質が悪化した場合には、蒸気を使用しないようにする蒸気質モニタリング装置（特許文献１）が提案されている。

この蒸気質モニタリング装置１００は、図２で示されるように、冷却水Ｃを用いて蒸気Ｓを冷却して、これを凝縮水Ｇにする熱交換器１０１と、熱交換器１０１から出た凝縮水Ｇ中の不純物量を計測する計測装置１０２とを有している。この蒸気質モニタリング装置１００では、蒸気Ｓの質を精度良く計測するために、計測装置１０２に供給される凝縮水Ｇの流量を一定にする必要があるとともに、この凝縮水Ｇの温度を上限値以下の一定値にする必要がある。

このため、この蒸気質モニタリング装置１００では、熱交換器１０１出口の凝縮水ラインに、流量計１０３と流量調整弁１０４とを設け、凝縮水Ｇの流量が一定になるように、制御部１１０を介して、流量調節弁１０４の開度を自動的にコントロールしている。また、この蒸気質モニタリング装置１００では、熱交換器１０１に対する冷却水Ｃの供給ラインに温度調整弁１０５を設けるとともに、熱交換器１０１出口の凝縮水ラインに温度計１０６を設け、熱交換器１０１出口の凝縮水Ｇの温度が一定になるように、制御部１１０を介して、温度調整弁１０５の開度を自動的にコントロールしている。

一方、この蒸気質モニタリング装置１００では、ボイラの運転が停止して、熱交換器１０１に蒸気を供給する蒸気配管１０７内の蒸気圧が低下すると、電磁弁１０８が閉じられて蒸気配管１０７が遮断されるとともに、ボイラが運転を再開し、蒸気配管１０７内の蒸気圧が上昇すると、電磁弁１０８が開けられて、この蒸気配管１０７からボイラ側の蒸気Ｓが取り込まれるようになっている。

特開２００７−９３１２８号公報

ところで、上記蒸気質モニタリング装置１００では、ボイラの運転が停止して電磁弁１０８が閉じられると、電磁弁１０８上流側の蒸気配管１０７内に、蒸気が冷やされて凝縮した凝縮排水が溜められるが、この凝縮排水が、ボイラの運転再開によって電磁弁１０８が開けられると、熱交換器１０１側に一気に流れ込んでしまう。このことにより、蒸気配管１０７内で生じていた腐食生成物等のスラッジも、凝縮排水とともに熱交換器１０１側に移動してしまい、これが、電磁弁１０８直前の蒸気配管１０７に設けられた蒸気フィルター（不図示）を閉塞させてしまうという問題があった。

このため、上記従来の蒸気質モニタリング装置１００では、蒸気フィルターの清掃又は取り替え回数が増えるとともに、蒸気配管１０７のフラッシング回数が増えて、蒸気質のモニタリング作業に支障をきたすという問題があった。

また、小型貫流ボイラで発生される蒸気の圧力は、例えば、０．６〜０．８ＭＰａのように、一般的に約０．２ＭＰａの幅で大きく振れ、この蒸気圧の変動に伴って、上記蒸気質モニタリング装置１００に供給される蒸気の流量は変動する。ところが、上記蒸気質モニタリング装置１００では、この蒸気の流量の変動を、凝縮水Ｇ側の流量調整弁１０４が充分にコントロールできない場合もあり、結果として、計測器１０２側に流れる凝縮水Ｇの流量が不安定になって、一定のなりにくいという問題があった。

さらに、上記蒸気質モニタリング装置１００では、凝縮水Ｇの流量コントロールに、自動的に制御される高価な流量調整弁１０４や制御部１１０を使用しているので、装置がコスト高になってしまうという問題があるとともに、流量調整弁１０４の作動トラブルも少なくないという問題があった。このことは、凝縮水Ｇの温度を自動的にコントロールをする温度調整弁１０５に関しても同様のことがいえる。

この発明は、以上の点に鑑み、ボイラの運転開始時に、蒸気配管内の凝縮排水とともに持ち込まれるスラッジに起因して、蒸気質のモニタリング作業に支障を来さず、かつ、蒸気質のモニタリングに当たり、ボイラ側で蒸気圧力の変動が生じても、熱交換器出口の凝縮水の流量を、コストをかけずに、かつ、作動トラブルも少ない状態で、確実に一定に保つことができる蒸気質のモニタリング装置を提供することを第１の目的とする。

また、この発明は、上記第１の目的に加え、熱交換器出口の凝縮水の温度を、コストをかけずに、かつ、作動トラブルも生じさせることなく、上限値より小さい一定値に保つことができる蒸気質のモニタリング装置を提供することを第２の目的とする。

この発明の請求項１記載の発明は、ボイラからの蒸気を冷媒を用いて凝縮水にする熱交換器と、この熱交換器からの前記凝縮水の水質を計測する計測手段とを用いて、前記ボイラで発生される蒸気中の不純物量を連続的にモニタリングする蒸気質のモニタリング装置において、前記熱交換器に前記蒸気を供給する前記ボイラからの蒸気配管端部に、この蒸気配管内の蒸気の凝縮によって生じた凝縮排水を排出するスチームトラップを設け、かつ、前記蒸気配管と前記熱交換器とを、この蒸気配管内の前記凝縮排水が流れ込まないようにした、この蒸気配管からの分岐配管により接続し、さらに、前記分岐配管中に、前記熱交換器入口の前記蒸気の圧力を、前記ボイラによる圧力変動の影響を受けない一定圧に減圧する減圧弁を設け、さらに、前記熱交換器と前記計測手段間の凝縮水ラインに、前記凝縮水の流量計測手段と、手動により弁開度の設定と固定とがなされる手動式の流量調整弁とを設けたことを特徴とする。

この発明では、ボイラの運転が開始され、このボイラからの蒸気配管内に溜められていた凝縮排水が蒸気に押されて熱交換器側に向かっても、この凝縮排水は、熱交換器側には移動せず、蒸気配管端部のスチームトラップから外部に排出される。したがって、蒸気配管内の腐食生成物等からなるスラッジも、凝縮排水とともにスチームトラップ側へ移動し、このスチームトラップを介して外部に排出される。なお、蒸気配管内のボイラからの蒸気は、分岐配管を通って、熱交換器側に送られる。

また、この発明では、熱交換器入口の蒸気圧力は、減圧弁により、ボイラによる圧力変動の影響を受けない一定圧まで減圧される。このため、熱交換器出口の凝縮水の圧力は一定となり、熱交換器出口の凝縮水の流量は、この凝縮水ラインに設けられた流量調整弁の開度によって定まることとなる。したがって、この凝縮水ラインに設けられた流量計測手段の値を見つつ、これが所定値になるように、流量調整弁の開度を手動により設定した後、例えば、流量調整弁の開閉ハンドルを取り外して、この流量調整弁の開度を固定することにより、熱交換器出口の凝縮水の流量を所定の一定値に定めることができる。

この発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の場合において、前記熱交換器に対する前記冷媒の排出ラインに、この冷媒の温度計測手段を設けるとともに、前記熱交換器に対する前記冷媒の供給ライン又は前記排出ラインに、この冷媒の流量計測手段を設け、かつ、前記冷媒の供給ラインに、前記熱交換器出口の冷媒温度が所定の設定値より小さくなるような量だけ、この熱交換器に前記冷媒を流すように、手動により弁開度の設定と固定とがなされる手動式の流量調整弁と、前記ボイラの運転開始とともに開かれる電磁弁とを直列に配置した第１の流量調整ユニットを設け、さらに、前記冷媒の供給ラインに前記第１の流量調整ユニットとは並列に、前記熱交換器出口の冷媒温度が前記設定値に達して、前記凝縮水の温度が上限値に近づく異常時に、前記第１の流量調整ユニットに追加して、所定量だけ前記熱交換器に前記冷媒を流すように、手動により弁開度の設定と固定とがなされる手動式の流量調整弁と、前記異常時に開かれる電磁弁とを直列に配置した第２の流量調整ユニットを設けたことを特徴とする。

この発明では、熱交換器出口の冷媒の温度が所定の設定値を超えると、熱交換器出口の凝縮水の温度が上限値に近づき好ましくないので、通常のモニタリング時には、第１の流量調整ユニットの電磁弁を開き、第１の流量調整ユニットの流量調節弁を用いて、熱交換器出口の冷媒の温度が所定の設定値より小さくなるような一定の流量だけ、熱交換器に冷媒を流す。この場合、熱交換器出口の凝縮水の流量は一定であるので、蒸気が熱交換器に持ち込む熱量は、ボイラ側の蒸気圧の変動により僅かに変動するが、ほぼ一定と考えられる。このため、この発明では、第１の流量調整ユニットを使用することにより、凝縮水の温度を一定に定めることができる。

また、この発明では、熱交換器出口の冷媒温度が何らかの原因によって設定値を超え、熱交換器出口の凝縮水の温度が上限値に近づく異常時には、第１の流量調整ユニットに追加して、第２の流量調整ユニットの電磁弁も開き、第１の流量調整ユニットの流量調節弁をも用いて、熱交換器に十分な量の冷媒を供給し、熱交換器出口の凝縮水の温度が上限値を超えないようにする。

この発明の請求項１記載の発明によれば、ボイラからの蒸気配管内で発生した腐食生成物等からなるスラッジを、凝縮排水とともに、スチームトラップを介して外部に排出できるので、スラッジに起因して蒸気質のモニタリング作業に支障を来すことはなく、連続的で安定した蒸気質のモニタリングができるようになる。

また、この発明によれば、安価な減圧弁と安価な手動式の流量調整弁を設けることにより、熱交換器出口の凝縮水の流量を一定にすることができる。このため、この発明によれば、自動的に凝縮水の流量を一定にする高価な流量調整弁を設ける必要がなく、設備のコストを下げることができるとともに、設備の作動トラブルも減少させることができる。また、これらの発明では、熱交換器入口の蒸気圧力を一定にしているので、熱交換器に供給される蒸気の流量がボイラの影響を受けず、凝縮水の流量も確実に一定にすることができる。

この発明の請求項２記載の発明によれば、安価な手動式の流量調整弁と安価な電磁弁からなる流量調整ユニットを複数組み設けることにより、熱交換器出口の凝縮水温度を、異常時においても上限値を超えさせることなく、一定にすることができる。このため、この発明によれば、自動的に凝縮水の温度を一定にする高価な流量調整弁を設ける必要がなく、設備のコストを下げることができるとともに、設備の作動トラブルも減少させることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１はこの発明の一実施の形態に係る蒸気質モニタリング装置を示している。

蒸気質モニタリング装置１は、小型貫流ボイラ（以下ボイラという）からの蒸気を冷却して凝縮水にした後、この凝縮水の水質を連続的に計測し、この凝縮水の水質から、ボイラで発生される蒸気の品質を連続的に調べよう（監視しよう）とするものである。

この蒸気質モニタリング装置１は、図１で示されるように、熱交換器２と、計測装置３と、蒸気供給ライン４と、凝縮水ライン５と、冷却水供給ライン６と、冷却水排出ライン７と、制御部８と、運転状態表示部９とから構成されている。

熱交換器２は、蒸気供給ライン４を介して供給された蒸気Ｓを、冷媒である冷却水Ｃによって冷却し、この蒸気Ｓを、所定温度で所定流量の凝縮水Ｇにするためのものである。この熱交換器２では、例えば、蒸気Ｓが上部から下部に向かって、冷却水Ｃが下部から上部に向かって、それぞれ対向するように流される。

計測装置３は、凝縮水Ｇ中の不純物量を計測する計測手段であり、溶存酸素計３０と、電気伝導度計３１と、ｐＨ計３２と、これらの計器３０，３１，３２で計測された計測値を表示・記録するための表示記録部３３と、計測後の凝縮水Ｇを排出する排出部３４とを有している。溶存酸素濃度計３０は、凝縮水Ｇ中の溶存酸素濃度を計測するものであり、これによって、蒸気Ｓ中に含まれる酸素量の多少が判断される。電気伝導度計３１は、凝縮水Ｇの電気伝導度を計測するものであり、これによって、蒸気Ｓ中の無機性の不純物量の多少が判断される。ｐＨ計は、凝縮水ＧのｐＨ値を計測するものであり、これによって、蒸気Ｓ中のｐＨ影響成分の多少が判断される。計測が終了した凝縮水Ｇは、排出部３４から外部に排出される。計測された、溶存酸素濃度値、電気伝導度値、ｐＨ値は、表示記録部３３に表示されるとともに、記録される。

ここで、計測装置３に供給される凝縮水Ｇの流量や温度が、計測中に変動する場合には、計測装置３による計測結果と、蒸気Ｓ中の不純物量との関係が、一定とならず、計測結果の再現性が良好でなくなる。また、計測装置３に供給される凝縮水Ｇの温度には、計測装置３を保護する観点から、上限値（例えば４０℃）が設けられている。

蒸気供給ライン４は、熱交換器２にボイラからの蒸気Ｓを供給するためのものである。この蒸気供給ライン４は、ボイラ側配管と接続される蒸気配管としての蒸気サンプリング配管４０と、この蒸気サンプリング配管４０からから分岐し、蒸気サンプリング配管４０内の蒸気Ｓを熱交換器２に供給する分岐配管４１と、蒸気サンプリング配管４０端部の下向き配管部４０ａ下端に設けられたスチームトラップ４２と、スチームトラップ４２に接続されるドレン配管４３とを有している。また、この蒸気供給ライン４は、分岐配管４１中に、蒸気フィルター４４と、減圧弁４５と、電磁弁４６とを有している。

分岐配管４１は、蒸気サンプリング配管４０内の蒸気Ｓが凝縮して生じる凝縮排水を熱交換器２側に持ち込まないように、蒸気サンプリング配管４０端部の下向き配管部４０から水平に分岐されている。なお、分岐配管４１は、図１中２点斜線で示されるように、蒸気サンプリング配管４０との接合部が上向きに立ち上がり、蒸気サンプリング配管４０内の凝縮排水が熱交換器２側に流れ込まないようにしたものであってもよい。減圧弁４５は、上流側の一次側蒸気圧力を下流側の二次側蒸気圧力まで減圧して、この二次側蒸気圧力を一定に保つものである。

凝縮水ライン５は、熱交換器２で作られた凝縮水Ｇを計測装置３に供給するためのものである。この凝縮水ライン５は、熱交換器２から計測装置３までの凝縮水配管５０と、この凝縮水配管５０中に設けられた、流量調整弁５１、凝縮水流量計５２，及び凝縮水温度計５３とを有すとともに、凝縮水流量計５２と凝縮水温度計５３の間に分岐ライン５４を有している。流量調整弁５１は、手動で弁開度が調整できるとともに、例えば、開閉ハンドルを動かないようにロックするか又は取り外すことにより、手動で弁開度が固定できる手動式の流量調整可能な弁、例えばニードル弁である。

冷却水供給ライン６は、熱交換器２に冷却水Ｃを供給するためのものである。この冷却水供給ライン６は、熱交換器２と冷却水源とを連結する冷却水入口配管６０と、この冷却水入口配管６０中に設けられた冷却水流量計６１と、冷却水流量計６１より下流側の冷却水入口配管６０中に互いに並列に設けられる、第１及び第２流量調整ユニット６２，６３とを有している。

第１流量調整ユニット６２は、通常のモニタリング時に、冷却水出口ライン７の冷却水Ｃの温度が所定の設定値（例えば、７０℃）より低くなるような流量だけ、熱交換器２に冷却水Ｃを供給し、熱交換器２出口の凝縮水Ｇの温度を所定の一定値に保つ機能を有するものである。この第１流量調整ユニット６２は、電磁弁６２ａと、この電磁弁６２ａより下流側に配置される流量調整弁６２ｂと、これらを繋ぐ配管６２ｃとから構成されている。流量調整弁６１ｃは、流量調整弁５１と同様な弁であり、手動で弁開度が調整できるとともに、手動で弁開度が固定できる手動式の流量調整可能な弁、例えばニードル弁である。

第２流量調整ユニット６３は、冷却水出口ライン７の冷却水温度が設定値（７０℃）に達して、凝縮水Ｇの温度が上限値（４０℃）に近づく異常時に、第１流量調整ユニット６２に追加して、所定量だけ熱交換器２に冷却水Ｃを供給し、冷却水出口ライン７の冷却水温度を設定値（７０℃）より下げて、熱交換器２出口の凝縮水Ｇの温度を下げる働きを有するものである。この第２流量調整ユニット６３は、電磁弁６３ａと、この電磁弁６３ａより下流側に配置される流量調整弁６３ｂと、これらを繋ぐ配管６３ｃとから構成されている。流量調整弁６３ｃも、流量調整弁６２ｃと同様に、手動で弁開度が調整できるとともに、手動で弁開度が固定できる手動式の流量調整可能な弁、例えばニードル弁である。

冷却水排出ライン７は、熱交換器２で温められた冷却水Ｃを排出するためのものである。この冷却水排出ライン７は、熱交換器２に連結される冷却水出口配管７０と、この冷却水出口配管７０中に設けられた冷却水温度計７１とを有している。

制御部８は、電磁弁４６，６２ａ，６３ａを所定のタイミングで開閉させるものである。電磁弁４６は、ボイラが作動して、減圧弁４５の下流側蒸気圧力が所定値になると、自動的に開けられ、ボイラが停止して、減圧弁４５の下流側蒸気圧力が所定値より小さくなると自動的に閉じられる。電磁弁６２ａは、電磁弁４６が開く前に自動的に開き、電磁弁４６が閉まった後に自動的に閉まる。電磁弁６３ａは、冷却水排出ライン７の冷却水Ｃの温度が設定値（７０℃）に達した場合の異常時に、自動的に開けられる。なお、これらの電磁弁４６，６２ａ，６３ａは、制御部８からのマニュアル信号によっても、開閉できるようになっている。

運転状態表示部９は、凝縮水流量計５２及び凝縮水温度計５３からの出力（凝縮水流量と凝縮水温度）を表示するとともに、冷却水流量計６１及び冷却水温度計７１からの出力（冷却水流量と、熱交換器２出口の冷却水温度）を表示する。

つぎに、この蒸気質モニタリング装置１の使用前の設定作業について、具体例をあげて説明する。なお、この場合、ボイラからの蒸気Ｓには、設定蒸気圧が例えば０．７ＭＰａの飽和蒸気が用いられるものとし、冷却水Ｃには、入口温度が２０℃の水道水が用いられるものとする。

まず、冷却水供給ライン６から、例えば１．５Ｌ／分の冷却水Ｃが熱交換器２に供給されるようにする。この作業は、第１流量調整ユニット６２の電磁弁６２ａを開けた状態で、冷却水流量計６１の指示値を見つつ、第１流量調整ユニット６２の流量調整弁６２ｂの開度を手動で調整することにより行う。冷却水流量計６１の指示値が１．５Ｌ／分となった状態で、流量調整弁６２ｂの開閉ハンドルを動かないようにロックして、その弁開度を固定する。

つづいて、凝縮水Ｇの流量が一定値、例えば１００ｍＬ／分になるように設定する。
ボイラの設定蒸気圧が０．７ＭＰａの場合、このボイラの蒸気圧は、一般に、０．６〜０．８ＭＰａの範囲で変動する。そこで、まず、蒸気供給ライン４の減圧弁４５の二次側圧力を、ボイラの蒸気圧の影響を受けない圧力、例えば、０．４ＭＰａに設定する。つづいて、蒸気供給ライン４の電磁弁４６を開けて、蒸気Ｓを熱交換器２に通した状態で、凝縮水流量計５２の指示値を見つつ、縮水ライン５における流量調整弁５１を手動で開けていく。そして、凝縮水流量計５２の指示値が１００ｍＬ／分となった状態で、流量調整弁５１の開閉ハンドルを動かないようにロックして、その弁開度を固定する。この場合、凝縮水温度計５３の指示値が凝縮水Ｇの上限値（４０℃）より小さいことを確認しておく。

上記の状態で、ボイラの蒸気圧が０．６〜０．８ＭＰａの範囲で変動しても、減圧弁４５により熱交換器２の入口側で蒸気圧を固定し、かつ、熱交換器２の出口側で流量調整弁５１により凝縮水Ｇの流量を固定している。したがって、流量調整弁５１を通過する凝縮水Ｇの流量は、ボイラの蒸気圧力が変動しても、当初の設定通り、１００ｍＬ／分で一定となる。

一方、凝縮水Ｇの温度は、蒸気Ｓが熱交換器２に持ち込んだ総熱量（凝縮水Ｇの流量に蒸気Ｓのエンタルピーを掛けた値）から、熱交換器２の吸熱量を引いた値によって定まる。この場合、蒸気Ｓのエンタルピは、ボイラの蒸気圧が変動すると変動するが、変動幅はは小さく、ほぼ一定と考えられる。また、熱交換器２の吸熱量も、冷却水Ｃの入口温度と流量が一定であれば、一定と考えられる。したがって、凝縮水Ｇの温度は、凝縮水Ｇの流量が一定になったことにより、一定になると考えられる。なお、凝縮水Ｇの温度を変更するには、第１流量調整ユニット６２の流量調整弁６２ｂの開度を変更し、熱交換器２に流れ込む冷却水Ｃの流量を変えてやればよい。

つづいて、何らかの原因（例えば、冷却水Ｃの入口温度の急激な上昇や、凝縮水Ｇ流量の急激な上昇）によって、凝縮水Ｇの温度が上昇しても、この凝縮水Ｇが上限値（４０℃）を超えないようにする設定について説明する。

例えば、蒸気Ｓの圧力が０．７ＭＰａ、凝縮水Ｇの流量が１００ｍＬ／分、凝縮水Ｇの温度が２５℃、冷却水Ｃの流量が１．５Ｌ／分、冷却水Ｃの入口温度が２０℃の場合、冷却水Ｃの出口温度は約６２℃となる。一方、上記状態で、冷却水Ｃの入口温度の上昇により、凝縮水Ｇの温度が上限値（４０℃）になった場合、熱交換器２の冷却水Ｃの出口温度は８０℃近くまで上昇する。また、上記状態で、凝縮水Ｇの流量の増加により、凝縮水Ｇの温度が上限値（４０℃）になった場合においても、熱交換器２の冷却水Ｃの出口温度は８０℃近くまで上昇する。したがって、冷却水Ｃの出口温度が、例えば７０℃の設定温度になった異常時には、その後、凝縮水Ｇの温度が上限値を超えないようにするための対策が必要となる。

そこで、このような異常時には、冷却水Ｃの流量を、例えば、２．５Ｌ／分とする。この場合、例えば、冷却水Ｃの入口温度が１５℃上昇して３５℃になると、凝縮水Ｇの出口温度も１５℃上昇して４０℃になるが、冷却水Ｃの出口温度がほぼ６０℃に抑えられ、かつ、冷却水Ｃの流量増加に伴い、熱交換器２の熱伝達係数も増加するので、凝縮水Ｇの温度が上限温度（４０℃）を超えるのが防止される。また、この場合、例えば、凝縮水Ｇの流量が１５０ｍＬ／分に上昇した場合でも、凝縮水Ｇの温度が上限温度（４０℃）を超えるのが防止される。

熱交換器２への冷却水Ｃの流量を２．５Ｌ／分にするには、冷却水供給ライン６において、第１流量調整ユニット６２とともに、第２流量調整ユニット６３を使用すればよい。すなわち、流量調整弁６２ｂの開度設定が終了している第１流量調整ユニット６２の電磁弁６２ａとともに、第２流量調整ユニット６３の電磁弁６３ａを開けた状態で、冷却水流量計６１の指示値を見つつ、第２流量調整ユニット６３の流量調整弁６３ｂを手動で開けていく。そして、冷却水流量計６１の指示値が２．５Ｌ／分になった時点で、流量調整弁６３ｂの開度を固定すればよい。

つぎに、この蒸気質モニタリング装置１の作用効果について説明する。
ボイラが作動して、蒸気供給ライン４の減圧弁４５下流側の蒸気圧が、例えば、０．４ＭＰａ近くに達すると、まず、冷却水供給ライン６において第１流量調整ユニット６２の電磁弁６２ａが開いて、熱交換器２内に冷却水Ｃが供給される。その後一定時間を経て、蒸気供給ライン４の電磁弁４６が開いて、熱交換器２内に蒸気Ｓが供給される。このことにより、熱交換器２には所定流量（１．５Ｌ／分）の冷却水Ｃが供給されるとともに、熱交換器２に供給された蒸気Ｓは、上記冷却水Ｃによって、所定流量（１００ｍＬ／分）で所定温度の凝縮水Ｇになるまで冷却される。熱交換器２を出た凝縮水Ｇは、凝縮水ライン５を通って計測装置３に供給され、この計測装置３によって、溶存酸素濃度と、電気伝導率と、ｐＨとが計測され、これらの値が、表示記録部３３に記録されるとともに表示される。そして、計測が終了した凝縮水Ｇは、排出部３４から外部に排出される。

上記状態において、ボイラからの蒸気Ｓの圧力が変動しても、この蒸気Ｓは、減圧弁４５により、ボイラの蒸気圧の影響を受けない圧力まで減圧されて、熱交換器２に供給されるので、凝縮水ライン５中の流量調整弁５１は蒸気Ｓの圧力変動の影響を受けない。したがって、流量調整弁５１を通った凝縮水Ｇは、常に一定の流量で計測装置３に供給される。また、熱交換器２への冷却水Ｃの供給温度と供給流量とが一定であり、かつ、凝縮水Ｇの流量が一定であるため、凝縮水Ｇの温度も一定となり、この凝縮水Ｇは、常に一定の温度で計測装置３に供給される。したがって、計測装置３によって長時間に亘って計測された、凝縮水Ｇの水質値（溶存酸素濃度値、電気伝導率値、ｐＨ値）に基づいて、この間の蒸気Ｓ中の不純物量の多少を、精度良く判断することができる。

つづいて、ボイラの運転が停止され、減圧弁４５出口の二次側の蒸気圧が０．３ＭＰａを下まわると、蒸気供給ライン４の電磁弁４６が閉じられ、その後一定時間を経て、冷却水供給ライン６において、第１流量調整ユニット６２の電磁弁６２ａが閉じられる。

一方、ボイラの運転中に何らかの原因により、冷却水排出ライン７の冷却水Ｃの温度が７０℃に達すると、凝縮水Ｇの温度が上限値に近づいてくるので、第２流量調整ユニット６３の電磁弁６３ａが開けられ、熱交換器２には、第１流量調整ユニット６２からだけでなく、第２流量調整ユニット６３からも冷却水Ｃが供給される。このため、熱交換器２には、合計２．５Ｌ／分の冷却水Ｃが供給され、冷却水排出ライン７の冷却水Ｃの温度が下げられるとともに、凝縮水Ｇの温度も下げられ、この温度が上限値に達するのが防止される。この場合、警報を発するようにして、作業者がその後の措置をとれるようにしてもよい。

また、ボイラが停止している間は、ボイラから続く蒸気供給ライン４内の蒸気Ｓは冷却され、凝縮排水となって蒸気供給ライン４内に溜められる。このため、ボイラの運転が再開され、蒸気供給ライン４の電磁弁４が開けられて、熱交換器２に蒸気Ｓが供給されると、蒸気供給ライン４内の凝縮排水が、この蒸気供給ライン４内で発生していた腐食生成物等のスラッジとともに、熱交換器２側に移動し、蒸気フィルター４４を閉塞させようとする。ところが、この蒸気供給ライン４の主要部となる蒸気サンプリング配管４０内の凝縮排水は、蒸気サンプリング配管４０から分岐した、熱交換器２側への分岐配管４１に流れ込むことはなく、蒸気サンプリング配管４０端部の下向き配管部４０ａ側に流れ、スチームトラップ４２を通って、ドレン配管４３により外部に排出される。

このため、ボイラの運転再開時に、蒸気供給ライン４の蒸気フィルター４４が閉塞し、蒸気フィルター４４の清掃又は取り替え回数が増えたり、蒸気供給ライン４のフラッシング回数が増えることはなく、この蒸気質モニタリング装置１を使った、蒸気Ｓの品質のモニタリングに支障をきたすことはない。

以上のように、この蒸気質モニタリング装置１では、熱交換器２に蒸気Ｓを供給するボイラからの蒸気サンプリング配管４０端部に、この蒸気サンプリング配管４０内の凝縮排水を排出するスチームトラップ４２を設け、かつ、蒸気サンプリング配管４０と熱交換器２とを、この蒸気サンプリング配管４０中の凝縮排水が流れ込まないようにした、この蒸気サンプリング配管４０からの分岐配管４１により接続している。

したがって、この蒸気質モニタリング装置１では、ボイラからの蒸気サンプリング配管４０内で発生した腐食生成物等のスラッジを、凝縮排水とともに、スチームトラップ４２を介して外部に排出できるので、スラッジに起因して、蒸気質のモニタリング作業に支障を来すことはなく、連続的で安定した蒸気質のモニタリングができるようになる。

また、この蒸気質モニタリング装置１では、熱交換器２入口の蒸気供給ライン４に、熱交換器２入口の蒸気Ｓの圧力を、ボイラによる圧力変動の影響を受けない一定圧に減圧する減圧弁４５を設けるとともに、熱交換器２と計測装置３間の凝縮水ライン５に、凝縮水流量計５２と、手動により弁開度の設定と固定とがなされる手動式の流量調整弁５１とを設けている。

したがって、この蒸気質モニタリング装置１では、ボイラの蒸気圧力が変動しても、安価な減圧弁４５と安価な手動式の流量調整弁５１を用いて、計測装置３側に流れる凝縮水Ｇの流量を一定に保つことができるので、自動的に凝縮水流量を一定にする高価な流量調整弁を設ける必要がなく、設備のコストを下げることができるとともに、設備の作動トラブルも減少させることができる。また、この蒸気質モニタリング装置１では、凝縮水Ｇの流量を確実に一定に保つことができるので、凝縮水Ｇの流量一定という観点からも、計測装置３によって計測された凝縮水Ｇの水質値に基づいて、蒸気Ｓ中の不純物量の多少を精度良く判断することができる。

さらに、この蒸気質モニタリング装置１では、冷却水排出ライン７に冷却水温度計７１を設けるとともに、冷却水供給ライン６に冷却水流量計６１を設け、かつ、冷却水供給ライン６に、熱交換器２出口の冷却水Ｃの温度が所定の設定値より小さくなるような量だけ、この熱交換器２に冷却水Ｃを流すように、手動により弁開度の設定と固定とがなされる手動式の流量調整弁６２ｂと、ボイラの運転開始とともに開かれる電磁弁６２ａとを直列に配置した第１の流量調整ユニット６２を設け、さらに、冷却水供給ライン６に第１の流量調整ユニット６２とは並列に、熱交換器２出口の冷却水Ｃの温度が設定値に達して、凝縮水Ｇの温度が上限値に近づく異常時に、第１の流量調整ユニット６２に追加して、所定量だけ熱交換器２に冷却水Ｃを流すように、手動により弁開度の設定と固定とがなされる手動式の流量調整弁６３ｂと、この異常時に開かれる電磁弁６３ａとを直列に配置した第２の流量調整ユニット６３を設けている。

したがって、この蒸気質モニタリング装置１では、ボイラの蒸気圧力が変動しても、安価な電磁弁６２ａ，６３ａと安価な手動式の流量調整弁６２ｂ，６３ｂ等からなる第１及び第２流量調整ユニット６２，６３を用いて、計測装置３側に流れる凝縮水Ｇの温度を一定に保つことができるとともに、熱交換器２出口の冷却水Ｃの異常高温にも対処できる。このため、この蒸気質モニタリング装置１では、自動的に凝縮水温度を一定にする高価な流量調整弁を設ける必要がなく、設備のコストを下げることができるとともに、設備の作動トラブルも減少させることができる。もちろん、この蒸気質モニタリング装置１では、凝縮水Ｇの温度を一定に保つことができるので、凝縮水Ｇの温度一定という観点からも、計測装置３によって計測された凝縮水Ｇの水質値に基づいて、蒸気Ｓ中の不純物量の多少を精度良く判断することができる。

なお、この蒸気質モニタリング装置１では、冷却水供給ライン６に流量調整ユニットを２組しか設けていないが、熱交換器２出口の冷却水Ｃの温度が設定値を超える異常時に使用する、流量調整ユニットが複数組となるように、冷却水供給ライン６に流量統制ユニットを３組以上設けるようにしてもよい。

また、冷却水供給ライン６に設けられている冷却水流量計６１は、冷却水排出ライン７に設けてもよい。

さらに、凝縮水ライン５に凝縮水温度計５３を設けず、凝縮水Ｇの温度を、計測装置３の電気伝導度計３１やｐＨ計３２に設けられている温度計を用いてもよい。

つぎに、この蒸気質モニタリング装置１に関する具体的実施例について説明する。

ある工場では、ボイラからの蒸気Ｓが２４時間ユーティリティとして供給されるが、約３ヶ月に一度、２日間ボイラが停止される。従来の蒸気質モニタリング装置１００を使用していた時には、ボイラの運転再開時に、蒸気配管１０７内で発生していた腐食生成物等のスラッジが、蒸気配管１０７内の凝縮排水とともに熱交換器１０１側に移動し、熱交換器１０１直前の蒸気フィルターを閉塞させた。このため、蒸気フィルターのフィルター部分の交換と蒸気配管１０７のフラッシングを実施して蒸気質モニタリング装置１００の使用が再開された。

その後、蒸気質モニタリング装置１００の蒸気配管１０７の部分を、蒸気質モニタリング装置１のように、すなわち、蒸気サンプリング配管４０端部の下向き配管４０ａ下端にスチームトラップ４３を設けるとともに、蒸気サンプリング配管４０と熱交換器２とを、蒸気サンプリング配管４０内の凝縮排水が流れ込まないように、この蒸気サンプリング配管４０から分岐した分岐配管４１で接続するように改造した。改造後は、ボイラの運転再開時に、以前と同様に蒸気サンプリング配管４０内のスラッジが、凝縮排水とともに熱交換器２側に移動してきたが、その移動は分岐配管４１によって阻止され、このスラッジや凝縮排水は、蒸気サンプリング配管４０端部のスチームトラップ４３を介して外部に排出された。このため、分岐配管４１に設けられた蒸気フィルター４４に閉塞は生じず、その後のボイラの運転停止の影響もなく、改造後の蒸気質モニタリング装置１００を用いて、連続的で安定した蒸気質のモニタリングを行うことができた。

蒸気圧が０．７ＭＰａ（蒸気圧は約０．６〜０．８ＭＰａの範囲で変動する）のボイラを備えた工場において、下記のような蒸気質モニタリング装置の使用を行った。なお、この蒸気質モニタリング装置は、蒸気質モニタリング装置１とは幾分異なるかもしれないが、説明を分かり易くするため、対応する部分には、蒸気質モニタリング装置１と同一の符号を付した。実施例３についても同様である。

（１）蒸気供給ライン４に、減圧弁４５を設置し、この減圧弁４５による減圧後の二次側設定圧を０．４ＭＰａとした。
（２）熱交換器２出口の凝縮水ライン５に、凝縮水Ｇの流量を調整する手動式の流量調整弁５１（ニードル弁）を設置し、凝縮水ライン５に備えられた凝縮水流量計５２の計測値を見ながら、流量調整弁５１の開度を手動で調整して、凝縮水Ｇの流量を１００ｍＬ／分に設定した後、流量調整弁５１の開度を固定した。
以上の蒸気質モニタリング装置を使用した結果、ボイラからの蒸気圧力の変動にもかかわらず、凝縮水Ｇの流量は１００ｍＬ／分の状態で、安定的に維持された。なお、凝縮水Ｇの流量が８０〜１２０ｍＬ／分になるように、流量調整弁５１の開度設定を変更しても、これらの流量は、安定的に維持された。

実施例２で説明した工場において、上記（１）、（２）の他に、下記のような条件を備えた蒸気質モニタリング装置の使用を行った。
（３）熱交換器２入口温度が２０℃の冷却水を使用する。
（４）冷却水供給ライン６に、手動式の流量調整弁（ニードル弁）と電磁弁とを直列に配置した第１及び第２流量調整ユニット６２，６３を並列に設置した。冷却水供給ライン６に設けられた冷却水流量計６１の計測値を見つつ、第１流量調整ユニット６２の流量調整弁６２ｂの開度を、冷却水Ｃの流量が１．５Ｌ／分となるように手動で設定して固定するとともに、第２流量調整ユニット６３の流量調整弁６３ｂの開度を、冷却水Ｃの流量が、流量調整弁６２ｂによるものと合わせて、２．５Ｌ／分となるように手動で設定して、固定した。
（５）第１流量調整ユニット６２の電磁弁６２ａを、ボイラの運転開始時に自動的に開けるように設定するとともに、第２流量調整ユニット６３の電磁弁６３ａを、冷却水Ｃの熱交換器２出口温度が７０℃になった時点で自動的に開けるように設定した。

第２流量調整ユニット６３の電磁弁６３ａを冷却水Ｃの熱交換器２出口温度が７０℃になった時点で開けるようにしたのは、冷却水Ｃの出口温度が７０℃に達した異常時に、冷却水Ｃの流量を２．５Ｌ／分に増加することにより、例えば、何らかの原因で冷却水Ｃの入口温度が３５℃になったり、何らかの原因で凝縮水Ｇの流量（上記運転条件では通常９０〜１１０ｍＬ／分に設定される）が１５０ｍＬ／分に増加した場合でも、凝縮水Ｇの温度が上限値（４０℃）を超えないようにするためである。

第１流量調整ユニット６２の電磁弁６２ａのみが開いた状態で、上記蒸気質モニタリング装置を運転すると、凝縮水Ｇの流量が１００ｍＬ／分の状態で、冷却水Ｃの熱交換器２出口温度は６０℃より幾分上昇した値となり、凝縮水Ｇの温度は２５℃となって安定していた。また、この状態で、凝縮水Ｇの流量をあえて１５０ｍＬ／分に上昇させると、冷却水Ｃの熱交換器２出口温度が７０℃になった段階で、第２流量調整ユニット６３の電磁弁６３ａが開き、冷却水Ｃの流量が１．５Ｌ／分から２．５Ｌ／分に増加した。その後、冷却水Ｃの熱交換器２出口温度は約６０℃より幾分下降して安定し、凝縮水Ｇの温度は３０℃近くになって安定した。すなわち、第１流量調整ユニット６２のみを使用した場合には、凝縮水Ｇの温度を一定に保つことができるとともに、第１及び第２流量調整ユニット６２，６３の両方を使用した場合には、凝縮水Ｇの流量が１５０ｍＬ／分となる異常時にも、凝縮水Ｇの温度を上限値（４０℃）まで上昇させることはなかった。

この発明の一実施の形態に係る蒸気質モニタリング装置を示す図である。 従来の蒸気質モニタリング装置を示す図である。

符号の説明

１ 蒸気質モニタリング装置
２ 熱交換器
３ 計測装置（計測手段）
４ 蒸気供給ライン（蒸気の供給ライン）
５ 凝縮水ライン
６ 冷却水供給ライン（冷媒の供給ライン）
７ 冷却水排出ライン（冷媒の排出ライン）
４０ 蒸気配管（蒸気サンプリング配管）
４１ 分岐配管
４３ スチームトラップ
４５ 減圧弁
５１ 流量調整弁
６１ 冷却水流量計（流量計測手段）
６２ 第１流量調整ユニット（第１の流量調整ユニット）
６２ａ 電磁弁
６２ｂ 流量調整弁
６３ 第２流量調整ユニット（第２の流量調整ユニット）
６３ａ 電磁弁
６３ｂ 流量調整弁
Ｃ 冷却水（冷媒）
Ｇ 凝縮水
Ｓ 蒸気

Claims (2)

1. ボイラからの蒸気を冷媒を用いて凝縮水にする熱交換器と、この熱交換器からの前記凝縮水の水質を計測する計測手段とを用いて、前記ボイラで発生される蒸気中の不純物量を連続的にモニタリングする蒸気質のモニタリング装置において、
   前記熱交換器に前記蒸気を供給する前記ボイラからの蒸気配管端部に、この蒸気配管内の蒸気の凝縮によって生じた凝縮排水を排出するスチームトラップを設け、
   かつ、前記蒸気配管と前記熱交換器とを、この蒸気配管内の前記凝縮排水が流れ込まないようにした、この蒸気配管からの分岐配管により接続し、
   さらに、前記分岐配管中に、前記熱交換器入口の前記蒸気の圧力を、前記ボイラによる圧力変動の影響を受けない一定圧に減圧する減圧弁を設け、
   さらに、前記熱交換器と前記計測手段間の凝縮水ラインに、前記凝縮水の流量計測手段と、手動により弁開度の設定と固定とがなされる手動式の流量調整弁とを設けたことを特徴とする蒸気質のモニタリング装置。
2. 前記熱交換器に対する前記冷媒の排出ラインに、この冷媒の温度計測手段を設けるとともに、前記熱交換器に対する前記冷媒の供給ライン又は前記排出ラインに、この冷媒の流量計測手段を設け、
   かつ、前記冷媒の供給ラインに、前記熱交換器出口の冷媒温度が所定の設定値より小さくなるような量だけ、この熱交換器に前記冷媒を流すように、手動により弁開度の設定と固定とがなされる手動式の流量調整弁と、前記ボイラの運転開始とともに開かれる電磁弁とを直列に配置した第１の流量調整ユニットを設け、
   さらに、前記冷媒の供給ラインに前記第１の流量調整ユニットとは並列に、前記熱交換器出口の冷媒温度が前記設定値に達して、前記凝縮水の温度が上限値に近づく異常時に、前記第１の流量調整ユニットに追加して、所定量だけ前記熱交換器に前記冷媒を流すように、手動により弁開度の設定と固定とがなされる手動式の流量調整弁と、前記異常時に開かれる電磁弁とを直列に配置した第２の流量調整ユニットを設けたことを特徴とする請求項１記載の蒸気質のモニタリング装置。

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