JP5830873B2 - Corrosion environment monitoring sensor and corrosion environment monitoring system using the same - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気タービンの内部における構造部材の損傷劣化に関与する腐食因子の計測を行う腐食環境モニタリングセンサ及びこれを用いた腐食環境モニタリングシステムに関する。 The present invention relates to a corrosion environment monitoring sensor for measuring a corrosion factor involved in damage deterioration of a structural member inside a steam turbine, and a corrosion environment monitoring system using the same.
蒸気タービンにおいては、蒸気水質によるタービン構成部材の腐食が寿命要因となっており、特に、地熱蒸気を利用する蒸気タービンでは、材料の腐食因子となる、硫化水素、塩化物などの濃度は高く、サイト毎、時間経過毎に変化すると考えられる。
そこで、蒸気の水質をモニタリングし、腐食発生の有無を予測する技術が有用となる。
このような蒸気の腐食性をモニタリングする方法として、例えば蒸気タービン翼表面近傍の凝縮条件を模擬した凝縮室により凝縮水を得、その凝縮水を分析することにより水質をモニタし、さらにモニタ結果により蒸気タービンの運転条件の制御、薬品の注入を行う蒸気凝縮水の水質モニタおよびそれを用いたエネルギー変換システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In steam turbines, the corrosion of turbine components due to the quality of steam water is a life factor.In particular, in steam turbines using geothermal steam, the concentration of hydrogen sulfide, chloride, etc., which are corrosion factors of materials, is high. It is considered to change from site to site and over time.
Therefore, a technique for monitoring the water quality of steam and predicting the occurrence of corrosion is useful.
As a method of monitoring the corrosiveness of such steam, for example, condensed water is obtained from a condensing chamber simulating condensation conditions near the surface of the steam turbine blade, and the water quality is monitored by analyzing the condensed water. A water quality monitor for steam condensate for controlling the operating conditions of the steam turbine and injecting chemicals and an energy conversion system using the same have been proposed (for example, see Patent Document 1).
具体的には、主蒸気系の蒸気を抽気し、凝縮水水質室モニタへ導入する蒸気抽気管が蒸気室へ入口側圧力調節弁を介して接続され、この蒸気室の温度及び圧力が蒸気温度計及び蒸気室圧力計で凝縮水に接触する蒸気タービン翼表面近傍の凝縮条件を模擬するように管理されて凝縮水が生成される。生成された凝縮水は、凝縮室に貯留され、この凝縮室の凝縮水を分析することにより水質をモニタしてpH、電気伝導度、化学種の成分および濃度、腐食電位、全有機炭素濃度を測定し、この測定結果により蒸気タービンの運転条件の制御、薬品の注入を行う。 Specifically, a steam bleed pipe for extracting the steam of the main steam system and introducing it to the condensate water quality chamber monitor is connected to the steam chamber via an inlet-side pressure control valve. The condensate is generated under the control of the meter and the steam chamber pressure gauge so as to simulate the condensing conditions in the vicinity of the surface of the steam turbine blade contacting the condensate. The generated condensate is stored in a condensing chamber, and the water quality is monitored by analyzing the condensate in the condensing chamber to determine pH, electrical conductivity, species and concentration of chemical species, corrosion potential, and total organic carbon concentration. The measurement results are used to control the operating conditions of the steam turbine and to inject chemicals.
ところで、特許文献1に記載の従来例にあっては、タービン内部から蒸気室に導入した蒸気から生成した凝縮水のpH、溶存酸素、温度、塩化物イオン、腐食電位等の測定において、導入する蒸気の流速が大きすぎると、冷却能力が不足し凝縮しないなどの問題を生じ、逆に流速が小さすぎるとタービン内の腐食環境を模擬できないなどの問題を生じるため、蒸気流速を制御するために、蒸気室の入口側に圧力調節弁を設けて導入蒸気を任意の圧力(流速)に制御している。 By the way, in the conventional example described in Patent Document 1, it is introduced in the measurement of the pH, dissolved oxygen, temperature, chloride ions, corrosion potential, etc. of the condensed water generated from the steam introduced from the inside of the turbine into the steam chamber. If the steam flow rate is too high, it will cause problems such as insufficient cooling capacity and condensation, and conversely, if the flow rate is too low, it will cause problems such as simulating the corrosive environment in the turbine. A pressure control valve is provided on the inlet side of the steam chamber to control the introduced steam at an arbitrary pressure (flow rate).
ここで、特に地熱蒸気を用いる場合は、蒸気中に含まれている、シリカ、カルシウム成分の晶出物、その他の異物が配管を詰まらせることが懸念され、圧力調節弁のような弁構造で流路を絞って圧力を制御する方法では容易に詰まりが生じることになる。また、特許文献1に記載のように、圧力調節弁を入口側つまりケーシング内部に配置すると、タービンの稼動中に制御の調整を行うことや、圧力弁の交換或いはメンテナンスすることは不可能となるという未解決の課題がある。 Here, especially when using geothermal steam, there is a concern that silica, crystallized calcium components, and other foreign substances contained in the steam may clog the piping. If the pressure is controlled by narrowing the flow path, clogging easily occurs. Further, as described in Patent Document 1, when the pressure control valve is arranged on the inlet side, that is, inside the casing, it is impossible to adjust the control during the operation of the turbine, and to replace or maintain the pressure valve. There is an unresolved issue.
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、導入蒸気を任意の圧力(流速)に制御しつつ、詰まりによる圧力変動を抑え、詰まりが生じた場合には、蒸気タービンが運転中であっても、容易に交換、メンテナンスを行うことが可能な腐食環境モニタリングセンサ及びこれを用いた腐食環境モニタリングシステムを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and controls the introduced steam to an arbitrary pressure (flow velocity), suppresses pressure fluctuation due to clogging, and clogging occurs. An object of the present invention is to provide a corrosion environment monitoring sensor that can be easily replaced and maintained even when the steam turbine is in operation, and a corrosion environment monitoring system using the same.
上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る腐食環境モニタリングセンサは、蒸気タービンの静翼リングに固定されてタービンケーシングの内部の蒸気を導入する蒸気導入部と、該蒸気導入部で導入した蒸気を凝縮して凝縮水を生成して貯留する凝縮水貯留部を有し前記静翼リングに固定された蒸気凝縮部と、該蒸気凝縮部の凝縮水出口側に配管を介して前記タービンケーシングの外側で接続されたキャピラリ管と、前記蒸気凝縮部に配設された腐食因子センサ部とを備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a corrosion environment monitoring sensor according to an aspect of the present invention includes a steam introduction section that is fixed to a stationary blade ring of a steam turbine and introduces steam inside the turbine casing, and the steam introduction section. A steam condensing part that has a condensate water storage part that condenses the steam introduced in step 2 to generate and store condensate, and is connected to the condensate outlet side of the steam condensing part via a pipe A capillary tube connected outside the turbine casing, and a corrosion factor sensor unit disposed in the vapor condensing unit are provided.
また、本発明の他の形態に係る腐食環境モニタリングセンサは、前記凝縮水貯留部は、外周面に形成された凝縮水を貯留する円環状溝及びタービン内隙間での塩素イオン濃縮を模擬する隙間模擬部を有し、前記円環状溝に前記蒸気を導入する蒸気入口及び前記凝縮水又は前記蒸気を排出する排出口を同じ側に形成し、両者間に蒸気の短絡を阻止する蒸気案内部材を配置し、前記排出口が前記配管を介して前記キャピラリ管に接続されていることを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係る腐食環境モニタリングセンサは、前記凝縮水貯留部は、外周面に形成された凝縮水を貯留する円環状溝及びタービン内隙間での塩素イオン濃縮を模擬する隙間模擬部を有し、前記円環状溝の互いに対向する位置に、前記蒸気を導入する蒸気入口と、前記凝縮水又は前記蒸気を排出する排出口とを配置し、前記排出口が前記配管を介して前記キャピラリ管に接続されていることを特徴としている。
Further, in the corrosion environment monitoring sensor according to another aspect of the present invention, the condensed water storage part is an annular groove for storing condensed water formed on the outer peripheral surface, and a gap for simulating chlorine ion concentration in the turbine gap. has a simulating unit, the circular steam inlet and the condensed water introducing said steam into the annular groove or discharge port for discharging the steam formed on the same side, the steam guide member for preventing the short circuit of the steam between them was placed, the discharge port is characterized in that it is connected to the capillary tube through the pipe.
Also, corrosive environment monitoring sensor according to another embodiment of the present invention, the condensed water reservoir simulates chloride ions concentration between the annular groove and the turbine in the gap for storing the condensed water formed on the outer peripheral surface There is a gap simulation part, and a steam inlet for introducing the steam and a discharge outlet for discharging the condensed water or the steam are arranged at positions facing each other in the annular groove, and the discharge outlet connects the pipe. It is characterized by being connected to the capillary tube via.
また、本発明の他の形態に係る腐食環境モニタリングセンサは、前記キャピラリ管は、内部を視認可能な透明管で構成されていることを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係る腐食環境モニタリングセンサは、前記キャピラリ管は、前記タービンケーシングの外側で交換可能に配置されていることを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係る腐食環境モニタリングセンサは、前記腐食因子センサ部は、少なくとも腐食電位センサ、pHセンサ及び塩化物イオンセンサの3種類で構成され、各センサが前記隙間模擬部に貯留されている凝縮水に接触されていることを特徴としている。
Moreover, the corrosive environment monitoring sensor according to another aspect of the present invention is characterized in that the capillary tube is formed of a transparent tube whose inside can be visually confirmed.
Also, corrosive environment monitoring sensor according to another embodiment of the present invention, the capillary tube is characterized in that it is replaceably arranged on the outside of the turbine casing.
Also, corrosive environment monitoring sensor according to another embodiment of the present invention, the corrosion factor sensor unit, at least the corrosion potential sensor is composed of three types of pH sensor and chloride ion sensor, each sensor is the gap simulating section It is characterized by being in contact with the stored condensed water.
また、本発明の一の形態に係る腐食環境モニタリングシステムは、上記各形態の何れか1つに記載の腐食環境モニタリングセンサと、該腐食環境モニタリングセンサの腐食因子センサ部で計測した腐食因子計測データに基づいて蒸気タービン内部における構造部材の損傷劣化に関与する腐食因子を分析する腐食因子分析装置とを備えたことを特徴としている。 Further, a corrosion environment monitoring system according to an aspect of the present invention is a corrosion factor measurement data measured by the corrosion environment monitoring sensor according to any one of the above aspects and a corrosion factor sensor unit of the corrosion environment monitoring sensor. And a corrosion factor analyzer for analyzing a corrosion factor related to damage deterioration of a structural member inside the steam turbine.
本発明によれば、蒸気凝縮部の凝縮水出口側にキャピラリ管を接続し、このキャピラリ管によって蒸気導入部で導入する蒸気圧を制御するようにしたので、蒸気圧を制御する構成を簡易化することができ、低コスト化を実現することができる。
また、キャピラリ管をタービンケーシングの外側で交換可能とすることにより、析出物の詰まりにより交換頻度が高くなった場合でも、容易に交換することができる。特に、地熱蒸気を用いた蒸気タービンでは、弁を絞って圧力を調整する構造では析出物の発生による詰まりが懸念されるのに対し、管の長さで圧力を制御するキャピラリ管方式では比較的析出物が詰まり難いとともに、キャピラリ管は圧力調整代が大きく圧力制御が容易となる。さらに、キャピラリ管を透明管とすることで、配管の詰まり状況の視認が容易となる等の効果が得られる。
According to the present invention, the capillary tube is connected to the condensed water outlet side of the vapor condensing unit, and the vapor pressure introduced at the vapor introducing unit is controlled by this capillary tube, so the configuration for controlling the vapor pressure is simplified. And cost reduction can be realized.
In addition, since the capillary tube can be exchanged outside the turbine casing, it can be easily exchanged even when the exchange frequency increases due to clogging of precipitates. In particular, in a steam turbine using geothermal steam, there is a concern about clogging due to the generation of precipitates in the structure in which the pressure is adjusted by restricting the valve, while in the capillary tube system in which the pressure is controlled by the length of the pipe, Precipitates are not easily clogged, and the capillary tube has a large pressure adjustment allowance and pressure control becomes easy. Furthermore, by making the capillary tube a transparent tube, it is possible to obtain an effect such that it is easy to visually check the clogged state of the piping.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明を適用し得る蒸気タービンを備えた蒸気プラントの概略構成を例示する模式図である。図1において、蒸気タービン4には、例えば地熱発電設備の生産井5から供給される地熱蒸気が高圧セパレータ6で蒸気と熱水とに分離し、分離された蒸気が蒸気を洗浄してミストを除去するスクラバー7を介して供給される。この蒸気タービン4に供給された蒸気によって、タービンロータ4rが回転される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view illustrating a schematic configuration of a steam plant including a steam turbine to which the present invention can be applied. In FIG. 1, in a
そして、蒸気タービン4から排出される殆どのエネルギーを使い果たした蒸気は復水器8で凝縮して復水し、その復水はホットウェルポンプ9で加圧され、その大部分が冷却塔10に供給されて冷却されるとともに、残りが凝縮水再注入ポンプ11で再加圧されて還元井12に供給されて地中に戻される。
冷却塔10で冷却された冷水は、復水器8の散水ヘッダ8aに戻される。
The steam exhausted from the
The cold water cooled by the
ここで、蒸気タービン4は、図2に示すように、ケーシング21と、このケーシング21内に回転自在に配設されたタービンロータ4rとを有する。ケーシング21にはその中央部にスクラバー7から供給される蒸気が入力される蒸気供給口22が形成されている。タービンロータ4rの蒸気供給口22に対向する位置に一対の反動翼23が形成されている。そして、タービンロータ4rの反動翼23の外側にそれぞれタービン翼列としての低圧翼列24が形成され、これら低圧翼列24の軸端部側に蒸気排出口25が形成されている。
Here, as shown in FIG. 2, the
低圧翼列24は、図3に拡大図示するように、タービンロータ4rに取付けられた動翼24mとケーシング21に取付けられた静翼24sとが交互に設けられて構成されている。動翼24m及び静翼24sの半径方向の長さはタービンロータ4rの中心側から外側に向かうにしたがって順次長くなるように設定されている。ここで、タービンロータ4rは例えば1%CrMoV鋼、12%Cr鋼等で形成され、動翼24mは例えば13%Cr鋼で形成されている。
As shown in an enlarged view in FIG. 3, the low-
そして、低圧翼列24の軸方向の中央部における動翼24mの先端と近接対向するケーシング21の内周面のロータ嵌め込み部側の上部位置に腐食環境モニタリングシステム30の腐食環境モニタリングセンサ31が配設されている。
この腐食環境モニタリングセンサ31は、図4〜5に示すように、ケーシング21を構成する外部ケーシング21a、内部ケーシング21bを通じて静翼リング21cの近傍に達する二重管構成の外筒32とこの外筒32内で挿脱可能とされた内筒33と、外筒32の先端が球座34を介して傾動可能に取付けられる静翼リング21cに固定された蒸気導入部35と、内筒33の先端に取り付けられたセンサブロック50とを備えている。
Then, the corrosion
As shown in FIGS. 4 to 5, the corrosive
蒸気導入部35は、図5に示すように、静翼リング21cに固定された取付台座37と、この取付台座37に取付けられた外筒38と、この外筒38内に固定配置されたセンサブロック50を着脱可能に支持するセンサブロック支持部39とを備えている。
ここで、取付台座37には、静翼リング21cの動翼24mの先端より軸方向に内側にずれた位置に穿設されたケーシング21の内周面に開口する蒸気抽出孔40に連通する連通孔41が形成されている。この連通孔41に連通して半径方向の内方に延長する蒸気入力プラグ42が配設され、この蒸気入力プラグ42の先端がセンサブロック支持部39に形成された内周面に開口する蒸気入口43に連通されている。
As shown in FIG. 5, the
Here, the mounting
また、センサブロック支持部39は、右端側を開放した有底円筒状に形成されており、その開放端面に形成された段部39aに球座34が内装されている。この球座34は、外周面が球面34aとされたリング形状を有し、内周面側に右端側に行くに従い徐々に内径が広くなるテーパー案内面34bが形成され、右端面が外筒32に固定されている。
センサブロック50は、図6に示すように、円柱状のセンサ保持部51と、このセンサ保持部51の先端を覆うようにボルト締めされた蓋体52とで構成されている。そして、センサ保持部51、蓋体52及びセンサブロック支持部39の内周面とで蒸気凝縮部53が形成されている。
The sensor
As shown in FIG. 6, the
この蒸気凝縮部53は、図6に示すように、凝縮水貯留部54を有する。この凝縮水貯留部54は、センサ保持部51の先端外周面に形成された円環状溝55と、この円環状溝55の底面に連通する蓋体52のセンサ保持部51との対向面に形成された円環状溝56と、この円環状溝56と連通し、センサ保持部51の端面と蓋体52の端面との間に形成したタービン内隙間での塩素イオン濃縮を模擬する例えば0.2mmの深さの円形の隙間模擬部57と、センサ保持部51の外周面とセンサブロック支持部39の内周面との間に形成され隙間58と、蓋体52の外周面とセンサブロック支持部39の内周面との間に形成された隙間59とで構成されている。ここで、隙間59は、蓋体52の先端側外周面が僅かな傾斜角のテーパー面とされて、凝縮水の収容容積を確保している。
As shown in FIG. 6, the
そして、円環状溝55の上端に蒸気入力プラグ42の先端が連結された蒸気入口43が開口され、この蒸気入口43から図7で見て時計方向に約30度離れた位置に凝縮水出口60が形成され、この凝縮水出口60に凝縮水排出プラグ61が連結されている。
一方、円環状溝55の蒸気入口43及び凝縮水出口60間には凝縮水の短絡を阻止するとともに、蒸気入口43から入力される蒸気を図7で見て反時計方向に案内する深さが比較的浅い案内溝62を外周面に形成した蒸気案内部材63が配設されている。
Then, a
On the other hand, the depth between which the short circuit of the condensed water is prevented between the
また、センサ保持部51は、外周面に冷却水を通水する円環状溝71が軸方向に所定間隔を保って複数形成され、これら複数の円環状溝71が上部で連通する連通路72と下部連通する連通路73とで交互に連通され、軸方向の蓋体52とは反対側の円環状溝71がセンサ保持部51の内部に形成された冷却水供給路74に連結され、蓋体52側の円環状溝71がセンサ保持部51の内部に形成された冷却水排出路75に連通されている。円環状溝71の外周面側が円筒体76によって閉塞されている。
The
そして、冷却水供給路74及び冷却水排出路75がセンサ保持部51の蓋体52とは反対側の端部に連結された冷却水配管77a及び77bを通じてケーシング21外に配設された冷却水源となるチラー78に接続されている。
また、センサ保持部51の隙間模擬部57に対面する端部に、図8に示すように、中央部に配置された参照電極80を中心として、この参照電極80の周囲に電解腐食電位(ECP)センサ81、pHセンサ82、塩化物イオンセンサ83、2つの温度センサ84a,84bが配設されている。なお、電解腐食電位(ECP)センサ81、pHセンサ82、塩化物イオンセンサ83は、それぞれ、腐食電位計測用、pH計測用、塩化物イオン計測用の各センサ電極から構成される。さらに、センサブロック50をセンサブロック支持部39内に挿通する際の空気抜き孔85a,85bが形成されている。
The cooling
Further, as shown in FIG. 8, the
そして、外筒32は、外部ケーシング21aの外側で2分割され、それぞれの分割端面にフランジ32a及び32bが固定されている。これらフランジ32a及び32bがゲートバルブ90の一方の取付フランジ90a及び他方の取付フランジ90bに接続され、内筒33についてはゲートバルブ90内を貫通して他端側に突出されている。
The
そして、蒸気凝縮部53の凝縮水排出プラグ61に直径6mmΦ程度の比較的径の大きい例えば配管91が接続され、この配管91が外筒32の外周面に螺旋状に巻回されながら外部ケーシング21aの外側まで引き出され、この配管91の端部が、ゲートバルブ90の外側に延長する外筒32の先端に固定された貫通孔を有するフランジ部92に管継ぎ手94aによって固定されている。このフランジ部92の管継ぎ手94aの反対側には比較的細い径(例えば直径2mmφ)で所定長さに設定されたキャピラリ管93の一端が管継ぎ手94bによって着脱自在に連結され、このキャピラリ管93の他端が同様にフランジ部92に管継ぎ手95によって着脱自在に連結され、このフランジ部92の他端に管継ぎ手96によって戻り配管97が接続され、この戻り配管97が外筒32の外周面に螺旋状に巻回されながら蒸気導入部35側に戻されて真空に引かれた内部ケーシング21b内に送られる。
Then, for example, a
ここで、キャピラリ管93は透明なテトラフルオロエチレン等の合成樹脂パイプで構成されている。このキャピラリ管93とフランジ部92とを接続する管継ぎ手94b,95は、図9に示すように、一端に管用テーパー雄ねじ100が形成され、他端に雄ねじ101が形成された固定部側継ぎ手部102と、この固定部側継ぎ手部102の雄ねじ101に螺合する雌ねじ103を有するチューブ固定用継ぎ手部104とを備えている。
Here, the
そして、固定部側継ぎ手部102をフランジ部92に固定した状態で、キャピラリ管93の一端に例えばテトラフルオロエチレン製のフェルール105を装着してチューブ固定用継ぎ手部104に挿通し、この状態でチューブ固定用継ぎ手部104の雌ねじ103を固定部側継ぎ手部102の雄ねじ101に螺合させて締付けることにより、キャピラリ管93の一端をフランジ部92に固定する。また、キャピラリ管93の他端についてもチューブ固定用継ぎ手部104に挿通してからその先端側にフェルール105を装着し、この状態でチューブ固定用継ぎ手部104の雌ねじ103を固定部側継ぎ手部102の雄ねじ101に螺合させて締付けることにより、キャピラリ管93の他端をフランジ部92に固定する。
Then, in a state where the fixing portion side
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、蒸気タービン4に設けられた外筒32内に新たな内筒33が挿通されて、この内筒33の先端に形成されたセンサブロック50が静翼リング21cに固定された蒸気導入部35のセンサブロック支持部39内に挿入されて支持されているものとする。
この状態で、蒸気タービン4が停止しているものとすると、蒸気抽出孔40から蒸気が入力されず、蒸気凝縮部53の凝縮水貯留部54には凝縮水が貯留されていない。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
Now, a new
If the
この状態から蒸気タービン4を運転状態として、タービン内圧が上がると、タービン内の蒸気が蒸気導入部35の蒸気抽出孔40から連通孔41及び蒸気入力プラグ42を介して蒸気凝縮部53に入力される。このとき、センサブロック50にチラー78から冷却水が冷却水配管77aを介して冷却水供給路74に供給され、円環状溝71を順次先端側に通って、冷却水排出路75から冷却水配管77bを通じてチラー78に戻る冷却水循環路が形成されているので、センサブロック50全体が例えば40℃以下に冷却される。
When the
したがって、蒸気凝縮部53に入力された蒸気が蒸気案内部材63の案内溝62によって案内されて円環状溝56内を凝縮水出口60側に向かって図7で反時計方向に通過する。このときの、蒸気の流速は、蒸気排出プラグ61の排出口が配管91を介してケーシング21外に配置されたキャピラリ管93に接続され、このキャピラリ管93で径が絞られているので、流路抵抗が大きくなって蒸気凝縮部53での蒸気の流速が制御される。このときの流速の制御はキャピラリ管93の長さ及び内径の少なくとも一方を調整することにより行う。
ここで、キャピラリ管93は圧力の調整代が大きく圧力制御が容易となる。例えば、キャピラリ管93のサイズとして、例えば直径1.0mmφ、長さ10mにすることで、蒸気の出入口の圧力差が150kPa程度である場合でも導入蒸気流速を制御することができる。
Therefore, the steam input to the
Here, the
そして、円環状溝56内を通過する蒸気は、センサブロック50の端面で冷却されて凝縮されることにより、蒸気の一部が凝縮水となる。この凝縮水が徐々に凝縮水貯留部54内に貯留されて行く。このようにして、凝縮水貯留部54内に凝縮水が貯留されると、この凝縮水がタービン内隙間での塩素イオン濃度を模擬する隙間模擬部57に流入し、この隙間模擬部57に露出された参照電極80、電解腐食電位(ECP)センサ81、pHセンサ82、塩化物イオンセンサ83で凝縮水の性状が計測される。
And the vapor | steam which passes the inside of the
なお、参照電極80と、電解腐食電位(ECP)センサ81のセンサ電極(試料部材電極)との電位差から腐食電位を計測する。また、参照電極80と、pHセンサ82のセンサ電極との電位差からpHを計測する。また、参照電極80と、塩化物イオンセンサ83のセンサ電極との電位差から塩化物イオン濃度を計測する。
そして、各センサの計測結果が腐食因子分析装置110に送られる。この腐食因子分析装置110で、電解腐食電位センサ81、pHセンサ82及び塩化物イオンセンサ83で検出された電解腐食電位、pH及び塩化物イオン濃度に基づいて腐食因子分析を行う。
The corrosion potential is measured from the potential difference between the
Then, the measurement results of each sensor are sent to the
この腐食因子分析としては、(a)蒸気タービンにおける複数の腐食因子(腐食電位、pH、塩化物イオン濃度)について、
塩化物イオン濃度は、蒸気タービンにおける主要な腐食因子であり、塩化物の形成、その加水分解による水素イオン発生、水素イオン濃度の上昇をもたらす。つまり、塩化物イオンにより孔食ピットを生じた場合、孔食ピット内で塩化物イオン濃度が増加しやすくなる。
As this corrosion factor analysis, (a) a plurality of corrosion factors (corrosion potential, pH, chloride ion concentration) in a steam turbine,
Chloride ion concentration is a major corrosive factor in steam turbines, leading to chloride formation, hydrogen ion generation due to its hydrolysis, and increased hydrogen ion concentration. That is, when a pitting corrosion pit is generated by chloride ions, the chloride ion concentration tends to increase in the pitting corrosion pit.
pHは、溶液中の水素イオン濃度を現すものである。水素イオン濃度の増加(pHの低下)は、部材のイオン化(酸化反応)を加速することになる。
腐食電位は、各部材の接している溶液に対する腐食性を示すものであり、電位が大きいほど腐食し易くなる。水素イオン濃度が増加すると腐食電位は高くなる。
(b)地熱蒸気タービンにおける特有な腐食因子について、地熱蒸気タービンにおいては、炭酸ガス、硫化水素を含む。
炭酸ガスは、凝縮水では炭酸となり水素イオンを生じる。
硫化水素は、硫化鉄を形成し部材表面の保護的役割も生じ得るが、塩化物イオンにより分解することが考えられ、孔食の原因となる。
The pH represents the hydrogen ion concentration in the solution. An increase in hydrogen ion concentration (decrease in pH) accelerates ionization (oxidation reaction) of the member.
The corrosion potential indicates the corrosivity with respect to the solution in contact with each member, and the higher the potential, the easier the corrosion. As the hydrogen ion concentration increases, the corrosion potential increases.
(B) Regarding a specific corrosion factor in the geothermal steam turbine, the geothermal steam turbine includes carbon dioxide gas and hydrogen sulfide.
Carbon dioxide gas becomes carbon dioxide in condensed water and generates hydrogen ions.
Although hydrogen sulfide forms iron sulfide and may also have a protective role on the surface of the member, it can be decomposed by chloride ions, causing pitting corrosion.
以上のように、腐食電位は、塩化物イオン濃度、pHの影響を受け、部材の腐食性状況のパラメータとなるが、予防保全上重要な点は、腐食電位変動の要因を知ることであり、pHや塩化物イオン濃度などの基本因子についても計測することによって、腐食状況のより正確な把握及び予測と、蒸気環境に対する注意点もより精度が向上し、的確な維持管理対応策が判断可能となる。
ここで、維持管理対応策としては、動翼24mの交換周期の設定や、腐食防止薬品の注入制御等が挙げられる。
As described above, the corrosion potential is affected by the chloride ion concentration and pH, and becomes a parameter of the corrosive state of the member, but an important point in preventive maintenance is to know the cause of the corrosion potential fluctuation, By measuring basic factors such as pH and chloride ion concentration, it is possible to more accurately understand and predict the corrosion status, and to improve the accuracy of the precautions for the steam environment, so that accurate maintenance management measures can be determined. Become.
Here, the maintenance management measures include setting the replacement period of the moving
そして、腐食因子の評価判定処理としては、腐食電位センサ81のセンサ電極(試料部材電極)と参照電極80との電位差を電位差計で測定して、腐食電位を計測し、計測した腐食電位の変動と同時に計測したpHや塩化物イオン濃度の変動とを比較することにより、腐食電位の変動要因がpHの低下及び塩化物イオン濃度の増加によるものかを判定し、その判定結果に応じてpHの低下や塩化物イオン濃度の増加を抑制する腐食防止薬品の注入制御を行う。
As the corrosion factor evaluation determination process, the potential difference between the sensor electrode (sample member electrode) of the
また、腐食因子分析装置110は、腐食電位と、例えば動翼24mの損傷劣化特性データとを用いて動翼24mの寿命予測を行う余寿命診断装置を備えている。ここで、損傷劣化特性データは、例えば動翼24mの腐食損傷への影響度を表す損傷劣化速度と腐食電位との相関関係を予め実験で求め、この相関関係を特性マップ又は予測モデル式として表したものであり、特性マップ又は予測モデル式を予め記憶装置に記憶しておく。そして、測定した腐食電位に基づいて特性マップを参照するか測定した腐食電位を予測モデル式に代入することにより、動翼24mの損傷劣化の進行状況を予測し、動翼24mの余寿命を予測する。そして、予測した動翼24mの余寿命に基づいて動翼24mの交換周期を設定する。
Further, the
また、腐食因子分析装置110では、腐食環境モデリングセンサ31で計測した腐食電位、pH、塩化物イオン濃度等の腐食因子計測データと、対応する腐食因子の管理基準範囲とを比較し、前記腐食因子計測データが前記管理基準範囲を逸脱したときに警報を発する腐食環境状態判定装置を内装している。
一方、キャピラリ管93を通過した蒸気又は凝縮水は戻し配管97を通って真空に引かれた内部ケーシング21b内に送られる。
In addition, the
On the other hand, the steam or condensed water that has passed through the
この蒸気タービン4の運転状態では、抽出する蒸気の圧力制御をキャピラリ管93で行い、前述した従来例のように圧力調節弁等の弁機構を設ける必要がないので、析出物の発生による詰まりを懸念することはなく、安定した腐食環境のモニタリングを長期に亘って安定して行うことができる。
しかも、ケーシング21内の配管91及び97については内径を十分に太くすることにより、析出物の発生による詰まりを抑制することができる。
In the operation state of the
Moreover, the
また、キャピラリ管93が透明であるので、析出物の詰まり状態を常時視認することができ、析出物が詰まりだしたらキャピラリ管93を交換する。
この場合のキャピラリ管93の交換は、キャピラリ管93がケーシング21の外側に配置されているので、単にフランジ部92からチューブ固定用継ぎ手部104を取り外してキャピラリ管93を抜き出し、新たなキャピラリ管93をチューブ固定用継ぎ手部104に装着して固定部側継ぎ手部102に接続し直せば良く、キャピラリ管93の交換を容易に行うことができる。
In addition, since the
In this case, since the
また、センサブロック50に配置した各種センサの何れかに異常が発生した場合やメンテナンスを行う場合には、蒸気タービン4の稼動を継続している状態で、チラー78を外してから内筒33をケーシング21の外側から引き抜くことにより、センサブロック50をケーシング21の外部に引き出すことができる。そして、センサブロック50の引出しが完了した時点でゲートバルブ90を閉じることにより、蒸気タービン4のケーシング21内の蒸気が外部に漏れることを確実に防止することができる。
Further, when an abnormality occurs in any of the various sensors arranged in the
そして、センサブロック50の修理、交換やメンテナンスが完了した時点で、ゲートバルブ90を開いて、センサブロック50を装着した内筒33を外筒32内に挿入することにより、センサブロック50がセンサブロック支持部39に支持される。このとき、センサブロック支持部39の球座34の内周面にテーパー案内面34bが形成されているので、このテーバー案内面34bによってセンサブロック50の先端が案内されてセンサブロック支持部39内に正確に装着される。
When the repair, replacement, or maintenance of the
なお、上記実施形態においては、蒸気凝縮部53の上部側に蒸気入力プラグ42及び蒸気排出プラグ61を配設した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図10(a)及び(b)に示すように、蒸気凝縮部53の下部に蒸気入力プラグ42を設け、蒸気凝縮部53の上部に蒸気排出プラグ61を設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、キャピラリ管93をテトラフルオロエチレンで構成す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く、他の合成樹脂製管、透明なガラス管や、銅管、ステンレス管等の金属管を適用することができる。
In the above embodiment, the case where the
Moreover, in the said embodiment, although the case where the
また、上記実施形態においては、1つの蒸気タービン4だけが設けられてい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く、例えば蒸気タービンが2つである場合にも本発明を適用することができ、さらには例えば蒸気タービンとして高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンが設けられている場合などにも本発明を適用することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the case where only one
また、上記実施形態においては、腐食因子センサとして電解腐食電位センサ81、pHセンサ82及び塩化物イオンセンサ83の3つを適用す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く、腐食電位センサ81のみを設けるようにしてもよいとともに、凝縮水の導電率を検出する導電率センサを付加して、凝縮水の導電率も同時に測定して、腐食因子分析の精度向上を図るようにしてもよい。さらには、地熱発電設備の蒸気のように炭酸ガス及び硫化水素を含む場合には、腐食因子センサとして炭酸ガスセンサ及び硫化水素センサを付加して、腐食因子分析の精度をより向上させるようにしてもよい。
In the above embodiment, the case where three electrolytic corrosion
また、上記実施形態においては、蒸気タービン1を地熱発電設備に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、火力発電設備にも適用することができる。 Moreover, in the said embodiment, although the case where the steam turbine 1 was applied to the geothermal power generation equipment was demonstrated, it is not limited to this, It can apply also to a thermal power generation equipment.
4…蒸気タービン、4r…タービンロータ、21…ケーシング、24…低圧翼列、24m…動翼、24s…静翼、31…腐食環境モニタリングセンサ、32…外筒、33…内筒、35…蒸気導入部、39…センサブロック支持部、42…蒸気入力プラグ、50…センサブロック、51…センサ保持部、52…蓋体、53…蒸気凝縮部、54…凝縮水貯留部、61…凝縮水排出プラグ、74…冷却水供給路、75…冷却水排出路、77a,77b…冷却水配管、78…チラー、80…参照電極、81…電解腐食電位センサ、82…pHセンサ、83…塩化物イオンセンサ、90…ゲートバルブ、91…配管、93…キャピラリ管、102…固定部側継ぎ手部、104…チューブ固定用継ぎ手部、110…腐食因子分析装置 4 ... steam turbine, 4r ... turbine rotor, 21 ... casing, 24 ... low pressure blade row, 24m ... moving blade, 24s ... stationary blade, 31 ... corrosive environment monitoring sensor, 32 ... outer cylinder, 33 ... inner cylinder, 35 ... steam Introducing part, 39 ... sensor block support part, 42 ... steam input plug, 50 ... sensor block, 51 ... sensor holding part, 52 ... lid body, 53 ... steam condensing part, 54 ... condensate storage part, 61 ... condensed water discharge Plug, 74 ... Cooling water supply path, 75 ... Cooling water discharge path, 77a, 77b ... Cooling water piping, 78 ... Chiller, 80 ... Reference electrode, 81 ... Electrolytic corrosion potential sensor, 82 ... pH sensor, 83 ... Chloride ion Sensor: 90 ... Gate valve, 91 ... Piping, 93 ... Capillary tube, 102 ... Fixed part side joint part, 104 ... Tube fixing joint part, 110 ... Corrosion factor analyzer
Claims (7)
該蒸気導入部で導入した蒸気を凝縮して凝縮水を生成して貯留する凝縮水貯留部を有し前記静翼リングに固定された蒸気凝縮部と、
該蒸気凝縮部の凝縮水出口側に配管を介して前記タービンケーシングの外側で接続されたキャピラリ管と、
前記蒸気凝縮部に配設された腐食因子センサ部と
を備えた
ことを特徴とする腐食環境モニタリングセンサ。 A steam introduction section that is fixed to a stationary blade ring of the steam turbine and introduces steam inside the turbine casing;
A steam condensing part fixed to the stationary blade ring, having a condensate water storage part for condensing steam introduced by the steam introduction part to generate and store condensed water ;
A capillary tube connected to the condensate outlet side of the steam condensing unit via a pipe outside the turbine casing ;
A corrosion environment monitoring sensor comprising: a corrosion factor sensor unit disposed in the vapor condensing unit.
該腐食環境モニタリングセンサの腐食因子センサ部で計測した腐食因子計測データに基づいて蒸気タービン内部における構造部材の損傷劣化に関与する腐食因子を分析する腐食因子分析装置と
を備えたことを特徴とする腐食環境モニタリングシステム。 The corrosive environment monitoring sensor according to any one of claims 1 to 6,
And a corrosion factor analyzer for analyzing a corrosion factor related to damage deterioration of a structural member inside the steam turbine based on the corrosion factor measurement data measured by the corrosion factor sensor portion of the corrosion environment monitoring sensor. Corrosion environment monitoring system.
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