JP5721568B2 - 冷却装置及び冷却水の漏洩検出方法 - Google Patents
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前記吸気通路内に設けられ、内部を流れる冷却水との熱交換によって前記吸入空気を冷却する伝熱部と、
前記吸入空気の湿分が前記伝熱部の表面に結露して生じる凝縮水をドレン水として排出するドレンラインと、
前記ドレンラインにおける前記ドレン水の流量を計測する流量計と、
前記伝熱部の前記吸気流れ方向の上流側における前記吸入空気の含水量と、前記伝熱部の前記吸気流れ方向の下流側における前記吸入空気の含水量との差分から、前記ドレンラインにおける前記ドレン水の流量の推定値を算出する算出部と、
前記流量計で計測されたドレン水の流量と、前記算出部で算出されたドレン水の流量の推定値との比較結果に基づいて、前記伝熱部からの前記冷却水の漏洩の有無を判定する漏洩判定部とを備えることを特徴とする。
このように、冷却水の漏洩の判定は、ドレン水の流量の推定値に対するドレン水の流量の計測値の比が第1閾値以上か否かで判定するため、漏洩の判定を速やかに行うことができる。
このように、ドレン水の流量の推定値とドレン水の流量の計測値との偏差を所定期間にわたって積算した積算値が第2閾値以上か否かで判定するため、漏洩の判定を速やかに行うことができる。
前記冷凍機と前記伝熱部との間を前記冷却水が循環するように形成された閉回路の冷却水流路と、
前記冷却水流路に冷却水を補充する冷却水補充部とをさらに備え、
前記漏洩判定部によって前記冷却水の漏洩が発生したと判定された場合、前記冷却水補充部から冷却水を前記冷却水流路に補充して所定期間運転を継続してもよい。
前記ドレンラインにおける前記ドレン水の流量を計測する流量計測ステップと、
前記伝熱部の前記吸気流れ方向の上流側における前記吸入空気の含水量と、前記伝熱部の前記吸気流れ方向の下流側における前記吸入空気の含水量との差分から、前記ドレンラインにおける前記ドレン水の流量の推定値を算出する流量推定ステップと、
前記流量計測ステップで計測されたドレン水の流量と、前記流量推定ステップで算出されたドレン水の流量の推定値との比較結果に基づいて、前記伝熱部からの前記冷却水の漏洩の有無を判定する漏洩判定ステップとを備えることを特徴とする。
このように、ドレン水の流量の推定値に対するドレン水の流量の計測値の比が第1閾値以上か否かで判定するため、漏洩の判定を速やかに行うことができる。
このように、ドレン水の流量の推定値とドレン水の流量の計測値との偏差を所定期間にわたって積算した積算値が第2閾値以上か否かで判定するため、漏洩の判定を速やかに行うことができる。
前記漏洩判定ステップにおいて前記冷却水の漏洩が発生したと判定された場合、前記冷却水流路に冷却水を補充して所定期間運転を継続することとしてもよい。
前記漏洩判定ステップで前記冷却水の漏洩が発生したと判定された場合、前記伝熱部の各モジュールから生じるドレン水の流量を計測し、モジュールごとのドレン水の流量の計測結果に基づいて、前記冷却水が漏洩しているモジュールを特定する漏洩箇所特定ステップをさらに備えることとしてもよい。
前記漏洩判定ステップで前記冷却水の漏洩が発生したと判定された場合、各モジュールへの前記冷却水の供給の有無による前記ドレンラインを流れるドレン水の流量の変化に基づいて、前記冷却水が漏洩しているモジュールを特定する漏洩箇所特定ステップをさらに備えることとしてもよい。
図1に示すように、冷却装置1は、ガスタービン2の圧縮機4の上流側に設けられた熱交換器10と、熱交換器10に送る水を冷却する冷凍機24とを備えている。熱交換器10の吸気口11から吸い込まれた吸入空気は、熱交換器10によって冷却されて冷却空気となり、ミストエリミネータ6を介して圧縮機4に流入する。圧縮機4に流入した冷却空気は圧縮空気となり、当該圧縮空気と燃料とが燃焼器8へ導入されて燃焼する。この燃焼によって燃焼器8で燃焼ガスが発生し、燃焼ガスによってタービン9が駆動される。
各伝熱管13の一端は、複数系統に分割された第1送給管30の一端側枝部に接続されている。また、各伝熱管13の他端は、複数系統に分割された第2送給管32の一端側枝部に接続されている。冷凍機24から供給された冷却水は、第1送給管30を通過して各伝熱管13内にそれぞれ分配して供給される。そして、熱交換器10で温められた後、第2送給管32に集水されて、冷凍機24に戻る。
図2に示すように、複数の伝熱板14間を吸入空気が通過すると冷却されて、伝熱板14に凝縮水が付着する。伝熱板14に付着した凝縮水は重力で下方へ流下し、熱交換器10の下部に設けられたドレン板16に流れ落ちる。ドレン板16に流れ落ちた凝縮水は、一箇所に集められて、ドレン水として集中ドレンライン18にて排出される。
さらに、熱交換器10は、冷却されて排気口19側から排出される冷却空気の温度を計測する第2温度計54を排出口19に備えている。なお、冷却空気の気圧を大気圧としているため、気圧計を設けていないが、気圧計を設けてもよい。また、熱交換器10で冷却された冷却空気は露点以下に冷却されているため、冷却空気の湿度を100%としているが、湿度計を設けてもよい。
吸入空気の温度及び湿度、並びに冷却空気の温度は、冷却装置1が稼働しているときは、常時、測定されている。
Fe=((H1×W1/100)−(100×W2/100))×A ・・・式(1)
ここで、Fe:ドレン水の流量の推定値(g/s)、H1:第1湿度計52にて計測された湿度(%)、W1:第1温度計51にて計測された温度T1(℃)で、且つ大気圧時における飽和水蒸気量(g/m3)、W2:第2温度計54にて計測された温度T2(℃)で、且つ大気圧時における飽和水蒸気量(g/m3)、A:ガスタービン2の吸入空気流量(m3/s)である。 なお、上述したように、冷却空気の湿度を100%としている。
一方、ドレン水の流量の推定値Feに対するドレン水の流量の計測値Fmの比が第1閾値未満の場合には、冷却水は漏洩していないと判定する。
ここで、第1閾値とは、ドレン水の流量の推定値Feに対するドレン水の流量の計測値Fmの比(Fm/Fe)であり、本実施形態では、この比を1.1とした。なお、この比1.1は、流量計50の測定誤差や熱交換器10本体内に残留する水量等を考慮して設定した値であって、この値に限定されるものではなく、流量計50の精度、熱交換器10の容積量に応じて、1よりも大きい値に決定することができる。
また、冷却水が漏洩している旨の出力を受け付けた制御部35は、警報装置36の警報を鳴らすとともに、供給補充用ポンプ44を駆動して閉回路内に水を供給する。このとき、制御部35は、算出部31より出力された漏水量Sの算出結果と同量の水を供給するように補充用ポンプ44の可変機構を制御する。そして、漏水量Sと同量の水を閉回路内に供給し続けて、閉回路内の水量を一定に保つ。
所定期間tthは、圧縮機4の動翼や静翼等に水によるエロージョンが発生したり、コーティングが剥離したりするまでとする。なお、ガスタービン2の場合においては、日中運転して夜間停止するDSS(Daily Start and Stop)や平日運転して週末停止するWSS(Weekly Start and Stop)等の断続的な運転を行うときがある。係る場合には、所定期間tthを、例えば、朝から夕方までと設定したり、月曜日の朝から金曜日の夕方までと設定したりしてもよい。
図3に示すように、まず、吸入空気の温度及び湿度をそれぞれ第1温度計51及び第1湿度計52にて計測し、冷却空気の温度を第2温度計54にて計測する。また、ドレン水の流量を流量計50で計測する(ステップS10)。
また、漏水を判定する際は、ドレン水の流量の推定値Feに対するドレン水の流量の計測値Fmの比が第1閾値以上か否かで判定するため、漏洩の判定を速やかに行うことができる。
また、冷却水補充部40を備えているため、冷却水が漏洩しても水を補充することで、所定期間tth、冷却装置1の運転を続けることができる。さらに、冷却水が漏洩しても直ちに冷却装置1を停止せずに、圧縮機4の回転翼にエロージョンが発生する前まで冷却装置1を運転し続けるため、ガスタービン2の出力効率の低下を防止することができる。
図4に示すように、まず、上述したステップS10及びステップS20を実施する。
次に、ドレン水の流量の推定値Feと、ドレン水の流量の計測値Fmとの偏差ΔFを算出する(ステップS130)。冷却水が漏洩していない場合、ドレン水の流量の推定値Feとドレン水の流量の計測値Fmとは等しくなるので、偏差ΔFは0(ゼロ)となる。しかしながら、実際は流量計50の計測結果が誤差を含んでいるため、偏差ΔFは正の値になったり、負の値になったりする。一方、冷却水が漏洩している場合、ドレン水の流量の計測値Fmはドレン水の流量の推定値Feよりも大きくなるので、偏差ΔFは常に正の値となる。そこで、漏洩を精度良く検出するために、偏差ΔFを所定時間積算した積算漏水量Vを用いる。
そして、式(2)にて算出された積算漏水量Vと予め設定された所定値Vthとを比較して、積算漏水量Vが所定値Vth以上の場合に、冷却水が漏洩していると判定する(ステップ150)。なお、所定値Vthとは、流量計50の測定誤差や熱交換器10本体内に残留する水量等を考慮して設定される予測総漏水量であって、設計等によって適宜、決定する。
本発明の第二実施形態に係る冷却装置61は、第一実施形態の第1送給管30の一端側枝部に複数のバルブを新たに設けたものである。
図5に示すように、本実施形態に係る冷却装置61は、第1送給管30の各一端側枝部に接続されたモジュール12の入口側のバルブ62と、第2送給管32の各一端側枝部に接続されたモジュール12の出口側のバルブ64とを備えている。このバルブ62、64は、モジュール12と同じ数だけ複数設けられている。各バルブ62、64は、制御部35から出力された信号によって開閉可能である。
漏洩判定部34によって冷却水が漏洩していると判定され、かつ、漏洩しているモジュール12が特定されている場合において、制御部35は、冷却水が漏れているモジュール12のバルブ62、64を閉じる。バルブ62を閉じることで、冷却水が漏れているモジュール12への冷却水の供給を停止する。また、バルブ64を閉じることで、バルブ62を閉じた際に、モジュール12の出口側からモジュール12内へ冷却水が逆流することを防止する。
一方、冷却水が漏洩していると判定されても、漏洩しているモジュール12が特定されていない場合は、漏洩箇所を特定するステップを実施する(図示しない)。当該ステップでは、流量計50でドレン水の流量を計測しながら、各モジュール単位でバルブ62、64を閉じることで当該バルブ62、64の間に位置するモジュール12への冷却水の供給を停止する。冷却水の供給を停止する作業は各モジュール単位で交互に行う。このとき、漏洩していないモジュール12への冷却水の供給を停止してもドレン水の流量は減少しないが、漏洩しているモジュール12への冷却水の供給を停止すると、ドレン水の流量が減少する。これによって、ドレン水の流量が減少したときに、冷却水の供給を停止していたモジュール12から漏水していることを特定できる。漏水しているモジュール12が特定できたら、冷却水が漏れているモジュール12のバルブ62、64を閉じる。
また、漏洩が生じても、モジュール12ごと交換することができるため修理作業を短時間、且つ容易に実施できる。これによって、冷却装置61を迅速に復旧させることができる。さらに、1台の流量計50でドレン水の流量を計測するため、冷却装置61を小型化でき、製作が容易となる。
なお、本実施形態では、漏洩しているモジュール12を特定する方法として、バルブ62、64を各モジュール単位で交互に閉じる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
本発明の第三実施形態に係る冷却装置71は、モジュール12用で生じるドレン水の流量を計測する流量計50を複数設けたものである。
図6に示すように、本実施形態に係る熱交換器10の下部に、各モジュール12に生じるドレン水を集水するためのドレン板16が設けられている。ドレン板16は、モジュール12と同じ数だけ複数設けられている。各ドレン板16で集水されたドレン水は、各ドレン板16に接続されたドレンライン72にてそれぞれ排出される。そして、各ドレンライン72に流量計50が接続されている。流量計50は、各ドレン板16と同じ数だけ、すなわち、モジュール12の数と同じだけ設けられている。これによって、各モジュール12で生じたドレン水の流量をそれぞれ計測することができる。
図7に示すように、本実施形態に係る冷却装置81は、第1送給管30の他端部に接続されたバルブ62を備えている。また、冷却装置81は、第三実施形態と同様に、各モジュール12と同じ数のドレン板16及び流量計50を備えている。
2 ガスタービン
4 圧縮機
6 ミストエリミネータ
8 燃焼器
9 タービン
10 熱交換器
11 吸気口
12 モジュール
13 伝熱管(伝熱部)
14 伝熱板(伝熱部)
16 ドレン板
18 集中ドレンライン
19 排出口
22 膨張タンク
24 冷凍機
26 循環用ポンプ
30 第1送給管
31 算出部
32 第2送給管
33 コントローラ
34 漏洩判定部
35 制御部
36 警報装置
37 タイマー
40 冷却水補充部
42 タンク
44 補充用ポンプ
50 流量計
51 第1温度計
52 第1湿度計
54 第2温度計
61 第2実施形態の冷却装置
62、64 バルブ
71 第3実施形態の冷却装置
81 第4実施形態の冷却装置
Claims (15)
- 吸気口から吸い込まれて吸気通路内を吸気流れ方向に流れる吸入空気を冷却する冷却装置であって、
前記吸気通路内に設けられ、内部を流れる冷却水との熱交換によって前記吸入空気を冷却する伝熱部と、
前記吸入空気の湿分が前記伝熱部の表面に結露して生じる凝縮水をドレン水として排出するドレンラインと、
前記ドレンラインにおける前記ドレン水の流量を計測する流量計と、
前記伝熱部の前記吸気流れ方向の上流側における前記吸入空気の含水量と、前記伝熱部の前記吸気流れ方向の下流側における前記吸入空気の含水量との差分から、前記ドレンラインにおける前記ドレン水の流量の推定値を算出する算出部と、
前記流量計で計測されたドレン水の流量と、前記算出部で算出されたドレン水の流量の推定値との比較結果に基づいて、前記伝熱部からの前記冷却水の漏洩の有無を判定する漏洩判定部とを備えることを特徴とする冷却装置。 - 前記算出部は、前記伝熱部の前記吸気流れ方向の上流側における前記吸入空気の温度、湿度及び圧力から見積もった含水量と、前記伝熱部の前記吸気流れ方向の下流側における前記吸入空気の温度、湿度及び圧力から見積もった含水量との差分から前記ドレン水の流量の推定値を算出することを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。
- 前記漏洩判定部は、前記流量計で計測されたドレン水の流量の、前記算出部で算出されたドレン水の流量の推定値に対する比が1よりも大きい第1閾値以上である場合に、前記冷却水が前記伝熱部から漏洩していると判断することを特徴とする請求項1又は2に記載の冷却装置。
- 前記漏洩判定部は、前記流量計で計測されたドレン水の流量の、前記算出部で算出されたドレン水の流量の推定値に対する偏差を所定期間にわたって積算した積算値が第2閾値以上である場合に、前記冷却水が前記伝熱部から漏洩していると判断することを特徴とする請求項1又は2に記載の冷却装置。
- 前記伝熱部に前記冷却水を供給する冷凍機と、
前記冷凍機と前記伝熱部との間を前記冷却水が循環するように形成された閉回路の冷却水流路と、
前記冷却水流路に冷却水を補充する冷却水補充部とをさらに備え、
前記漏洩判定部によって前記冷却水の漏洩が発生したと判定された場合、前記冷却水補充部から冷却水を前記冷却水流路に補充して所定期間運転を継続することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷却装置。 - 前記所定期間の終期は、漏洩した前記冷却水によって前記吸気通路の下流側に配置された圧縮機の翼にエロージョンが発生する時点よりも前に設定されていることを特徴とする請求項5に記載の冷却装置。
- 吸気口から吸い込まれた吸入空気が吸気流れ方向に流れる吸気通路内において、前記吸入空気を熱交換器内の伝熱部の内部を流れる冷却水と熱交換させて冷却し、前記吸入空気の湿分が前記伝熱部の表面に結露して生じる凝縮水をドレン水としてドレンラインによって排出する冷却装置の前記伝熱部からの冷却水の漏洩を検知する方法であって、
前記ドレンラインにおける前記ドレン水の流量を計測する流量計測ステップと、
前記伝熱部の前記吸気流れ方向の上流側における前記吸入空気の含水量と、前記伝熱部の前記吸気流れ方向の下流側における前記吸入空気の含水量との差分から、前記ドレンラインにおける前記ドレン水の流量の推定値を算出する流量推定ステップと、
前記流量計測ステップで計測されたドレン水の流量と、前記流量推定ステップで算出されたドレン水の流量の推定値との比較結果に基づいて、前記伝熱部からの前記冷却水の漏洩の有無を判定する漏洩判定ステップとを備えることを特徴とする冷却水の漏洩検知方法。 - 前記流量推定ステップでは、前記伝熱部の前記吸気流れ方向の上流側における前記吸入空気の温度、湿度及び圧力から見積もった含水量と、前記伝熱部の前記吸気流れ方向の下流側における前記吸入空気の温度、湿度及び圧力から見積もった含水量との差分から前記ドレン水の流量の推定値を算出することを特徴とする請求項7に記載の冷却水の漏洩検知方法。
- 前記漏洩判定ステップでは、前記流量計測ステップで計測されたドレン水の流量の、前記流量推定ステップで算出されたドレン水の流量の推定値に対する比が1よりも大きい第1閾値以上である場合に、前記冷却水が前記伝熱部から漏洩していると判断することを特徴とする請求項7又は8に記載の冷却水の漏洩検知方法。
- 前記漏洩判定ステップでは、前記流量計測ステップで計測されたドレン水の流量の、前記流量推定ステップで算出されたドレン水の流量の推定値に対する偏差を所定期間にわたって積算した積算値が第2閾値以上である場合に、前記冷却水が前記伝熱部から漏洩していると判断することを特徴とする請求項7又は8に記載の冷却水の漏洩検知方法。
- 前記冷却装置は、前記伝熱部に前記冷却水を供給する冷凍機と、該冷凍機と前記伝熱部との間を前記冷却水が循環するように形成された閉回路の冷却水流路とを有し、
前記漏洩判定ステップにおいて前記冷却水の漏洩が発生したと判定された場合、前記冷却水流路に冷却水を補充して所定期間運転を継続することを特徴とする請求項7〜10のいずれか一項に記載の冷却水の漏洩検知方法。 - 前記所定期間の終期は、漏洩した前記冷却水によって前記吸気通路の下流側に配置された圧縮機の翼にエロージョンが発生する時点よりも前に設定されていることを特徴とする請求項11に記載の冷却水の漏洩検知方法。
- 前記伝熱部は複数のモジュールからなっており、
前記漏洩判定ステップで前記冷却水の漏洩が発生したと判定された場合、前記伝熱部の各モジュールから生じるドレン水の流量を計測し、モジュールごとのドレン水の流量の計測結果に基づいて、前記冷却水が漏洩しているモジュールを特定する漏洩箇所特定ステップをさらに備えることを特徴とする請求項7〜12のいずれか一項に記載の冷却水の漏洩検知方法。 - 前記伝熱部は複数のモジュールからなっており、
前記漏洩判定ステップで前記冷却水の漏洩が発生したと判定された場合、各モジュールへの前記冷却水の供給の有無による前記ドレンラインを流れるドレン水の流量の変化に基づいて、前記冷却水が漏洩しているモジュールを特定する漏洩箇所特定ステップをさらに備えることを特徴とする請求項7〜12のいずれか一項に記載の冷却水の漏洩検知方法。 - 前記漏洩箇所特定ステップにより特定された前記モジュールへの冷却水の供給を停止する供給停止ステップをさらに備えることを特徴とする請求項13又は14に記載の冷却水の漏洩検知方法。
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