JP5830874B2 - 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 - Google Patents
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Description
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)。
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、前記冷却部はセンサブロックの外周面に冷却液流通溝を形成し、該冷却液流通溝を円筒体で覆って冷却液通路を形成した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、各センサが前記蒸気凝縮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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
また、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。
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。
また、上記実施形態においては、冷却液として冷却水を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、他の冷却液体を適用することもできる。
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。
Claims (6)
- 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蒸気凝縮部及び当該蒸気凝縮部の凝縮水に接する腐食因子センサ部を有し、前記静翼リングに固定されたセンサブロック支持部で支持されたセンサブロックと、
該センサブロックに形成され、前記タービンケーシングの外部から冷却液が供給されて当該センサブロックを冷却する冷却部と
を備えていることを特徴とする腐食環境モニタリングセンサ。 - 前記センサブロックは、前記腐食因子センサ部を端面に露出させて支持するセンサ保持部を有し、該センサ保持部が前記センサブロック支持部で着脱自在に支持され、前記冷却部が前記センサ保持部の前記センサブロック支持部側に形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の腐食環境モニタリングセンサ。 - 前記冷却部はセンサブロックの外周面に冷却液流通溝を形成し、該冷却液流通溝を円筒体で覆って冷却液通路を形成した
ことを特徴とする請求項2に記載の腐食環境モニタリングセンサ。 - 前記冷却液は、前記タービンケーシングの外部に配設されたチラーから循環供給される冷却水である
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の腐食環境モニタリングセンサ。 - 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、各センサが前記蒸気凝縮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する請求項1乃至4の何れか1項に記載の腐食環境モニタリングセンサ。
- 前記請求項1乃至5の何れか1項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する腐食環境モニタリングシステム。
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