JP5680784B1 - 蒸気利用設備の管理方法、及び、蒸気利用設備 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気生成量、蒸気消費量、復水発生量の変化を確実に予見して蒸気利用設備を管理する。【解決手段】環境状態値ｅの変化に伴い復水発生量が変化する蒸気利用設備１での環境状態値ｅと復水発生量との相関において、復水発生量が設定警戒量になるときの環境状態値を警戒状態値として設定し、計測手段６により計測される実際の環境状態値ｅが復水発生量の増加方向に変化して設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気利用設備の管理方法、及び、その管理方法を実施する蒸気利用設備に関する。

蒸気利用設備を良好に運転するためには、蒸気利用設備での蒸気の生成量と消費量のバランスを適切に保つと共に、蒸気の消費などにより発生する復水を系外に適切に排出する必要がある。例えば、蒸気生成機器での蒸気生成量が減少したり、蒸気使用機器における蒸気消費量が増加した場合、蒸気不足により蒸気利用設備の運転に支障が生じる。また、復水発生量が増加した場合、復水発生量が蒸気トラップの復水排出能力を超えて、蒸気利用設備中に復水が溜まり、その結果、熱伝達を妨げ、配管の腐食やウォーターハンマーの発生を起こす虞がある。蒸気利用設備での蒸気の生成量と消費量のバランスや、蒸気の消費などに伴う復水の発生量は、各機器の運転状況（機器が正常かどうかや運転しているか否か、各機器での蒸気発生量や蒸気使用量など）の変化に伴い変化するものであり、蒸気利用設備の管理において、蒸気利用設備での蒸気の生成量と消費量のバランスや復水の発生量の変化に対応する必要がある。

そして、例えば、特許文献１には、各蒸気生成機器での蒸気生成量、各蒸気使用機器における蒸気消費量、復水の排出方法などの情報を把握し、これらの情報に基づき設備改善手法を探索する方法が提案されている。探索された設備改善手法に基づいて、各機器での蒸気の生成量や消費量を調整し、復水の排出方法を改善することで、蒸気の生成量と消費量のバランスや復水発生量の変化に対応できる。

特開２００９−５２４１２号公報

しかし、何らかの要因が作用して、蒸気生成量、蒸気消費量、及び、復水発生量の変化が予期せず生じることがあり、その場合、蒸気利用設備を構成する各機器が全て正常であったとしても、上記特許文献１の手法に従って、各機器での蒸気の生成量や消費量を調整し、復水の排出方法を改善するのみでは、蒸気生成量、蒸気消費量、及び、復水発生量の変化に十分に対応できない場合があった。特に、上記したように、蒸気生成量の減少、蒸気消費量の増加、復水発生量の増加があった場合には、蒸気利用設備の運転に著しい障害が発生するため、少なくとも蒸気生成量の減少、蒸気消費量の増加、復水発生量の増加については確実に予見しておく必要がある。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、蒸気生成量、蒸気消費量、復水発生量の変化を確実に予見して蒸気利用設備を適切に管理する点にある。

本発明の第１特徴構成は、蒸気利用設備の管理方法に係り、その特徴は、
蒸気利用設備の各部位の放熱状態の変化を伴う環境状態値の変化に伴い復水発生量が変化する蒸気利用設備での環境状態値と復水発生量との相関において、復水発生量が蒸気トラップの復水排出能力を超える設定警戒量になるときの環境状態値を警戒状態値として設定し、
計測手段により計測される実際の環境状態値が復水発生量の増加方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する点にある。

発明者は知見により、天候や周囲温度、湿度などの環境状態値の変化によって、蒸気生成量・消費量、復水発生量の変化が生じることを見出した。つまり、蒸気利用設備の運転において、蒸気生成機器、蒸気使用機器、配管などの各部位からの放熱を伴うものであるが、この各部位の放熱状態は天候や気温（又は機器の周囲温度）、湿度などに応じて変化することとなる（例えば、雨の影響で配管が濡れたり、又は、気温が低いと、配管からの放熱量は増加する）。そして、環境状態値が変化することにより放熱状態が変化すると、蒸気生成機器や蒸気使用機器での運転効率が変わって、そこでの蒸気生成量や蒸気消費量が変化したり、また、配管からの放熱量や蒸気使用機器での蒸気消費量が変化して、復水発生量が変化することとなる。

これに対し、上記構成によれば、環境状態値と復水発生量との相関を利用して復水発生量が設定警戒量になるときの環境状態値を警戒状態値として設定するとともに、計測手段により実際の環境状態値を計測し、実際の環境状態値が警戒状態値に至ったときに警報を発報するから、復水発生量の増加を確実に予見できる。

そして、復水発生量の増加を予見できるから、復水発生量の増加に早急に対処することができ、熱伝達の妨げ、配管の腐食、ウォーターハンマーの発生といった復水発生量の増加に伴う諸問題に迅速に対処することできる。

本発明の第２特徴構成は、第１特徴構成の蒸気利用設備の管理方法を実施する蒸気利用設備に係り、その特徴は、
前記計測手段により計測される実際の環境状態値が復水発生量の増加方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する警報手段を設けてある点にある。

つまり、上記構成によれば、第１特徴構成の蒸気利用設備の管理方法を好適に実施することができて、これにより、第１特徴構成の蒸気利用設備の管理方法で得られる前述の作用効果を効果的に得ることができる。

蒸気利用設備の各部位の放熱状態の変化を伴う環境状態値の変化に伴い蒸気生成量が変化する蒸気利用設備での環境状態値と蒸気生成量との相関において、蒸気生成量が蒸気不足により蒸気利用設備の運転に支障が生じる設定警戒量になるときの環境状態値を警戒状態値として設定し、
計測手段により計測される実際の環境状態値が蒸気生成量の減少方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する点にある。

つまり、上記構成によれば、環境状態値の変化により蒸気生成量が変化するとの上述の知見に基づき、環境状態値と蒸気生成量との相関を利用して蒸気生成量が設定警戒量になるときの環境状態値を警戒状態値として設定するとともに、計測手段により実際の環境状態値を計測し、実際の環境状態値が警戒状態値に至ったときに警報を発報するから、蒸気生成量の減少を確実に予見できる。

そして、蒸気生成量の減少を予見できるから、蒸気生成量の減少に早急に対処することができ、蒸気不足による蒸気利用設備の運転への支障に迅速に対処することできる。

本発明の第４特徴構成は、第３特徴構成の蒸気利用設備の管理方法を実施する蒸気利用設備に係り、その特徴は、
前記計測手段により計測される実際の環境状態値が蒸気生成量の減少方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する警報手段を設けてある点にある。

つまり、上記構成によれば、第３特徴構成の蒸気利用設備の管理方法を好適に実施することができて、これにより、第３特徴構成の蒸気利用設備の管理方法で得られる前述の作用効果を効果的に得ることができる。

蒸気利用設備の各部位の放熱状態の変化を伴う環境状態値の変化に伴い蒸気消費量が変化する蒸気利用設備での環境状態値と蒸気消費量との相関において、蒸気消費量が蒸気不足により蒸気利用設備の運転に支障が生じる設定警戒量になるときの環境状態値を警戒状態値として設定し、
計測手段により計測される実際の環境状態値が蒸気消費量の増加方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する点にある。

つまり、上記構成によれば、環境状態値の変化により蒸気消費量が変化するとの上述の知見に基づき、環境状態値と蒸気消費量との相関を利用して蒸気消費量が設定警戒量になるときの環境状態値を警戒状態値として設定するとともに、計測手段により実際の環境状態値を計測し、実際の環境状態値が警戒状態値に至ったときに警報を発報するから、蒸気消費量の増加を確実に予見できる。

そして、蒸気消費量の増加を予見できるから、蒸気消費量の増加に早急に対処することができ、蒸気不足による蒸気利用設備の運転への支障に迅速に対処することできる。

本発明の第６特徴構成は、第５特徴構成の蒸気利用設備の管理方法を実施する蒸気利用設備に係り、その特徴は、
前記計測手段により計測される実際の環境状態値が蒸気消費量の増加方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する警報手段を設けてある点にある。

つまり、上記構成によれば、第５特徴構成の蒸気利用設備の管理方法を好適に実施することができて、これにより、第５特徴構成の蒸気利用設備の管理方法で得られる前述の作用効果を効果的に得ることができる。

本発明の第７特徴構成は、第２、第４、又は、第６特徴構成の実施に好適な構成であり、その特徴は、
監視対象機器の動作状態値を検出する検出器と、
検出された動作状態値に基づいて、監視対象機器が故障しているかどうかを判定する判定手段とを備え、
前記判定手段は、前記計測手段により計測される環境状態値に基づいて監視対象機器の故障の判定基準を補正する構成にしてある点にある。

つまり、環境状態値が変化して蒸気生成量・消費量、復水発生量の変化が生じた場合、蒸気利用設備を構成する各機器の動作状態値にも何らかの影響が生じる。例えば、環境状態値が変化して蒸気消費量が増加したり復水発生量が増加した場合には、蒸気を消費する蒸気使用機器における負荷が高まることとなり、動作状態値（例えば温度や振動、モーターやタービンにおける回転数や消費電力量）にも変化が生じることが考えられる。このように、環境状態値の変化に起因して監視対象機器の動作状態値が変化した場合、実際には監視対象機器に故障がないのに変化後の動作状態値が判定手段における判定基準を超えてしまい、判定手段により監視対象機器が故障していると判断される可能性がある。

これに対し、上記構成によれば、計測される環境状態値に応じて監視対象機器の故障の判定基準を補正するから、環境状態値の変化に基づく判定手段の誤判定を効果的に回避することができる。

蒸気利用設備とその管理システムの概略平面図 中央管理装置の構成を示すブロック図

図１は、蒸気利用設備と本発明に係る蒸気利用設備の管理方法を実施するための管理システムを示す。図１では、本管理システムを適用する蒸気利用設備１は、ボイラーなどの蒸気生成機器２、タービンや熱交換器などの蒸気使用機器３、蒸気生成機器２や蒸気使用機器３と接続された蒸気配管４、蒸気配管４に装備された蒸気トラップ５から構成される。この蒸気利用設備１では、蒸気生成機器２により蒸気を生成し、蒸気配管４を介して供給される蒸気が蒸気使用機器３で使用され、蒸気使用機器３や蒸気配管４で発生した復水が蒸気トラップ５により回収される。

本管理システムは、環境状態値ｅを計測する計測手段６、監視対象機器として蒸気生成機器２、蒸気使用機器３、及び、蒸気トラップ５の動作状態値ｏを検出する検出器７、環境状態値ｅや動作状態値ｏに基づいて各種の判定や警報を行う中央管理装置８（警報手段及び判定手段に相当）から構成される。

計測手段６は環境状態値ｅとして、天候に関する情報（晴れや雨など）、気温を計測する。計測手段６は、これら環境状態値ｅを計測するため、各環境状態値ｅの計測に適した箇所、例えば図１に示すように、蒸気利用設備１の屋外に配置される。また、計測手段６は、計測した環境状態値ｅを通信により中央管理装置８に送信可能に構成されている。なお、計測手段６における天候に関する情報の計測には、気圧を計測しこれに基づいて天候を判断することや、気象庁のデータベースにアクセスするなどにより計測された天候に関する情報を取得することが含まれる。

検出器７は動作状態値ｏとして、監視対象機器に応じて、機器の温度、機器から発生する超音波振動や音響、機器を通過する蒸気の圧力や流量、機器の消費電力量などを検出する。検出器７は、これら動作状態値ｏを計測できるように、各機器に対し直接又は間接的に配置される。また、検出器２は、検出した動作状態値ｏを通信により中央管理装置８に送信可能に構成されている。

中央管理装置８は、図２に示すように、環境状態値ｅや動作状態値ｏを取得する入力部９、取得された環境状態値や動作状態値に基づいて所定の判定を行う判定部１０、判定結果に応じて警報の発報を行う通信部１１、判定部１０における各種の判定基準などを記憶してある記憶部１２、取得された環境状態値に基づいて判定部１０における判定基準を補正する判定基準補正部１３とを備える。

一般に、天候や周囲温度、湿度、風量などの環境状態値ｅの変化によって、蒸気利用設備１の運転において、蒸気生成機器２、蒸気使用機器３、蒸気配管４などの各部位からの放熱状態は変化する（例えば、雨の影響で配管４が濡れたり、又は、配管４の周囲温度が低下すると、配管４からの放熱量は増加する）。そして、放熱状態が変化すると、蒸気生成機器２や蒸気使用機器３での運転効率が落ちたり配管からの放熱量が増加するといった事態が生じ、これにより、蒸気生成機器２での蒸気生成量の減少、蒸気使用機器３での蒸気消費量の増加、蒸気使用機器３や蒸気配管４での復水発生量の増加が起こる。そうすると、蒸気生成量の減少や蒸気消費量の増加による蒸気不足により蒸気利用設備１の運転に不具合が生じたり、復水発生量が増加することにより熱伝達を妨げ、配管の腐食やウォーターハンマーの発生を起こす虞がある。

そこで、この中央管理装置８では、復水発生量、蒸気生成量、蒸気消費量のそれぞれについて蒸気利用設備１に何らかの不具合が生じる虞がある設定警戒量を設定したうえで、記憶部１２に、環境状態値ｅの変化に伴い復水発生量が変化する蒸気利用設備１１での環境状態値ｅと復水発生量との相関において、復水発生量が増加方向に変化して設定警戒量になるときの環境状態値ｅを第１警戒状態値として記憶し、環境状態値ｅの変化に伴い蒸気生成量が変化する蒸気利用設備１での環境状態値ｅと蒸気生成量との相関において、蒸気生成量が減少方向に変化して設定警戒量になるときの環境状態値ｅを第２警戒状態値として記憶し、環境状態値ｅの変化に伴い蒸気消費量が変化する蒸気利用設備１での環境状態値ｅと蒸気消費量との相関において、蒸気消費量が増加方向に変化して設定警戒量になるときの環境状態値ｅを第３警戒状態値として記憶してある。

そして、判定部１０において、入力部９で取得された環境状態値ｅが、復水発生量の増加方向に変化して第１警戒状態値に至ったか、蒸気生成量の減少方向に変化して第２警戒状態値に至ったか、及び、蒸気消費量の増加方向に変化して第３警戒状態値に至ったかをそれぞれ判定する。

判定部１０では、取得された各環境状態値ｅを夫々に重み付けし単一の値に規格化した値で判定を行う形式にし、第１〜第３警戒状態値はこの規格化した環境状態値ｅについて復水発生量、蒸気生成量、及び、蒸気消費量が設定警戒量になるときの値としてある。

もしくは、環境状態値ｅごとに第１〜第３警戒状態値を設定し（つまり、天候に関する情報、気温ごとに第１〜第３警戒状態値を設定する）、判定部１０において取得された環境状態値ｅごとに対応する第１〜第３警戒状態値との比較を行う形式でもよい。

さらに、取得された環境状態値ｅが第１〜第３警戒状態値のいずれかに至っていると判定部１０で判定された場合は、通信部１１は環境状態値ｅが第１〜第３警戒状態値のいずれに至ったかの警報を発報する。例えば、アラーム（図示しない）に対し、環境状態値ｅが第１〜第３警戒状態値のいずれかに至ったことのアラームを発する旨の指示を送信する、蒸気利用設備１の管理者や管理業者のコンピュータや携帯電話などの通信端末に環境状態値ｅが第１〜第３警戒状態値のうちのいずれに至ったかやその対処情報などを送信するなどを行う。

これにより、上記した復水発生量の増加、蒸気生成量の減少、蒸気消費量の増加に基づく諸問題に迅速に対処できる。

また、判定部１０は、取得された各動作状態値ｏを、記憶部１２に記憶してある動作状態値ｏごとに設定された判定基準と比較し、監視対象機器が故障しているかどうかを判定する。

環境状態値ｅが変化して蒸気生成量・消費量、復水発生量の変化が生じた場合、蒸気利用設備１を構成する各機器の動作状態値ｏにも何らかの影響が生じる。例えば、環境状態値ｅが変化して蒸気消費量が増加したり復水発生量が増加した場合には、蒸気を消費する蒸気使用機器３における負荷が高まることとなり、動作状態値ｏ（例えば温度や振動、モーターやタービンにおける回転数や消費電力量）にも変化が生じることが考えられる。そうすると、環境状態値ｅの変化に起因して監視対象機器の動作状態値ｏが変化した場合、実際には監視対象機器に故障がないのに変化後の動作状態値ｏが判定基準を超えてしまい、判定部１０により監視対象機器が故障していると判断される可能性がある。

そこで、判定手段としての中央管理装置８では、取得された環境状態値ｅに基づいて、判定に用いる判定基準を、判定基準補正部１３において補正し、補正後の判定基準により、判定部１０において監視対象機器が故障しているかどうかを判定する。これにより環境状態値ｅの変化に基づく判定手段の誤判定を回避することができる。

以上のような管理システムを用いて、環境状態値ｅと蒸気利用設備１の各機器の動作状態値ｏを定期的又は常時取得して、これら環境状態値ｅと動作状態値ｏとに基づいて蒸気利用設備１を管理する。

従来は、検出器７から蒸気利用設備１の各機器の動作状態値ｏを定期的に又は常時取得し、この動作状態値ｏに基づいて蒸気生成量、蒸気消費量、復水発生量の変化などを予見し蒸気利用設備１を管理していたが、本発明の蒸気利用設備の管理方法では、検出器７から蒸気利用設備１の各機器の動作状態値ｏを取得するだけでなく、計測手段６により環境状態値ｅを取得し、この環境状態値ｅの変化に基づいて、蒸気生成量、蒸気消費量、復水発生量の変化を察知するとともに、各機器が故障しているかどうかの動作状態値ｏの判断基準を補正するため、蒸気生成量、蒸気消費量、復水発生量の変化を確実に予見し、また、環境状態値ｅの変化に基づく各機器の故障についての誤判定を回避することができる。

（別実施形態）
次に別実施形態を列記する。

前述の実施形態では、計測手段６を蒸気利用設備１の屋外に配置し、環境状態値ｅとして天候に関する情報及び気温を計測したが、これに限らず、例えば、蒸気利用設備１の屋内など配置場所は必要に応じて適宜選択すればよく、また、各機器の周囲温度、湿度、風量など、必要に応じて種々の値を計測するようにしてもよい。各機器の周囲温度を計測する場合、計測手段６は各機器周辺に設置すればよく、計測手段６は検出器７と一体としてもよい。

前述の実施形態では、記憶部１２に、復水発生量が増加方向に変化して設定警戒量になるときの環境状態値ｅを第１警戒状態値として記憶し、蒸気生成量が減少方向に変化して設定警戒量になるときの環境状態値ｅを第２警戒状態値として記憶し、蒸気消費量が増加方向に変化して設定警戒量になるときの環境状態値ｅを第３警戒状態値として記憶したものを示したが、これに限らず、復水発生量が減少方向に変化して設定警戒量になるときの環境状態値ｅや蒸気生成量が増加方向に変化して設定警戒量になるときの環境状態値ｅや、蒸気消費量が減少方向に変化して設定警戒量になるときの環境状態値ｅをさらに警戒状態値として記憶してもよい。この場合、判定部１０において、入力部９で取得された環境状態値ｅが、復水発生量の減少方向に変化して警戒状態値に至ったか、蒸気生成量の増加方向に変化して警戒状態値に至ったか、又は、蒸気消費量の減少方向に変化して警戒状態値に至ったかを判定すればよい。

前述の実施形態では、検出器７が、監視対象機器として蒸気生成機器２、蒸気使用機器３、及び、蒸気トラップ５の動作状態値ｏを検出するものを示したが、これに限らず、さらにバルブなど他の機器の動作状態値ｏを検出してもよく、また、蒸気トラップ５のみなど特定の機器に絞って動作状態値ｏを検出するようにしてもよい。

本発明の蒸気利用設備の管理方法及び蒸気利用設備の管理方法を実施する蒸気利用設備は各種分野における種々のプラントや工場の管理に適用することができる。

１ 蒸気利用設備
２ 監視対象機器（蒸気生成機器）
３ 監視対象機器（蒸気消費機器）
５ 監視対象機器（蒸気トラップ）
６ 計測手段
７ 検出器
８ 警報手段、判定手段（中央管理装置）
ｅ 環境状態値
ｏ 動作状態値

Claims (7)

1. 蒸気利用設備の各部位の放熱状態の変化を伴う環境状態値の変化に伴い復水発生量が変化する蒸気利用設備での環境状態値と復水発生量との相関において、復水発生量が蒸気トラップの復水排出能力を超える設定警戒量になるときの環境状態値を警戒状態値として設定し、
   計測手段により計測される実際の環境状態値が復水発生量の増加方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する蒸気利用設備の管理方法。
2. 請求項１に記載した蒸気利用設備の管理方法を実施する蒸気利用設備であって、
   前記計測手段により計測される実際の環境状態値が復水発生量の増加方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する警報手段を設けてある蒸気利用設備。
3. 蒸気利用設備の各部位の放熱状態の変化を伴う環境状態値の変化に伴い蒸気生成量が変化する蒸気利用設備での環境状態値と蒸気生成量との相関において、蒸気生成量が蒸気不足により蒸気利用設備の運転に支障が生じる設定警戒量になるときの環境状態値を警戒状態値として設定し、
   計測手段により計測される実際の環境状態値が蒸気生成量の減少方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する蒸気利用設備の管理方法。
4. 請求項３に記載した蒸気利用設備の管理方法を実施する蒸気利用設備であって、
   前記計測手段により計測される実際の環境状態値が蒸気生成量の減少方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する警報手段を設けてある蒸気利用設備。
5. 蒸気利用設備の各部位の放熱状態の変化を伴う環境状態値の変化に伴い蒸気消費量が変化する蒸気利用設備での環境状態値と蒸気消費量との相関において、蒸気消費量が蒸気不足により蒸気利用設備の運転に支障が生じる設定警戒量になるときの環境状態値を警戒状態値として設定し、
   計測手段により計測される実際の環境状態値が蒸気消費量の増加方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する蒸気利用設備の管理方法。
6. 請求項５に記載した蒸気利用設備の管理方法を実施する蒸気利用設備であって、
   前記計測手段により計測される実際の環境状態値が蒸気消費量の増加方向に変化して前記設定警戒状態値に至ったとき警報を発報する警報手段を設けてある蒸気利用設備。
7. 監視対象機器の動作状態値を検出する検出器と、
   検出された動作状態値に基づいて、監視対象機器が故障しているかどうかを判定する判定手段とを備え、
   前記判定手段は、前記計測手段により計測される環境状態値に基づいて監視対象機器の故障の判定基準を補正する構成にしてある請求項２，４，又は、６に記載の蒸気利用設備。

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