JP5830875B2 - 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

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。

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）。

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。

特開平９−１７０７０４号公報

ところで、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、水平方向に配置された蒸気室に水平方向から蒸気を導入して、凝縮水を蒸気室の下方に連接配置した凝縮水室に貯留し、この凝縮水室の下方から凝縮水をドレンするか、蒸気室と凝縮水室とを一体化して垂直方向に形成し、上方から蒸気を供給し、下方から凝縮水を抜くようにしている。
このため、上記従来例にあっては、凝縮水室に貯留された凝縮水は下方からドレンするので、ドレンの内径を大きくすれば、凝縮水が常時入れ替わることになるが、この場合には凝縮水の貯留ができず、凝縮水を貯留させるためにドレンの内径を小さくすると、凝縮水室に貯留された凝縮水の入れ替わりが遅くなり、凝縮水の滞留時間が長くなって、凝縮水のリアルタイムの性状を検出することができず、何れにしても凝縮水の性状を正確に検出することができないという未解決の課題がある。

また、タービン内部の圧力や、凝縮水流路内の凝縮水の充填具合などの変化に伴う、流路の圧力変化により、凝縮水貯留部の液位が変化してしまうという懸念がある。
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、蒸気の導入によって凝縮水を入れ替えながら凝縮水の貯留液位の変化を抑制することができる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。

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、蒸気タービンのタービンケーシングの内部に設けられて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と、前記蒸気凝縮部で生成した凝縮水の性状を検出する腐食因子センサ部とを備え、前記蒸気凝縮部は、前記凝縮水を貯留する凝縮水貯留部を有し、該凝縮水貯留部は、タービン内隙間を模擬する所定隙間を有する隙間模擬部と、該隙間模擬部の外周側に連通して形成した環状溝とを少なくとも有し、前記環状溝に前記蒸気入口及び蒸気出口が互いに近接して形成され、当該蒸気入口及び蒸気出口間に蒸気の短絡を防止する仕切部が形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、前記隙間模擬部は、前記腐食因子センサ部を配置した円柱状のセンサ保持部の端面と、該センサ保持部の端面を覆う蓋体との間に形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、前記センサ保持部及び前記蓋体が一体化されてセンサブロックを構成し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、前記センサブロックのセンサ保持部及び蓋体と、前記蒸気タービンの静翼リングに固定されて前記センサブロックを支持するセンサブロック支持部の内周面とで前記蒸気凝縮部が形成されていることを特徴としている。

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、蒸気各形態の何れか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。

本発明によれば、蒸気凝縮部の上部側に蒸気入口及び蒸気出口を形成したので、これら蒸気入口及び蒸気出口の下部側に凝縮水を貯留することができ、凝縮水の液位変動を抑制することができるとともに、凝縮水の滞留時間を短くすることができるという効果が得られる。

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。 蒸気タービンを示す断面図である。 蒸気タービンの腐食環境モニタリングセンサの装着部を示す拡大図である。 蒸気タービンの腐食環境モニタリングセンサを示す側面図である。 図４の腐食環境モニタリングセンサのセンサブロックを示す拡大断面図である。 図５のセンサブロックにおける蒸気凝縮部の拡大断面図である。 図５のＡ−Ａ線上の断面図である。 図５のＢ−Ｂ線上の断面図である。 キャピラリ管の連結構造を示す分解断面図である。 蒸気凝縮部の比較例を示す拡大断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。
このセンサブロック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。ここで、センサブロック５０の材質は、異種金属の存在による腐食環境の変化を排除するため、タービンのブレード材と同等の腐食性を示す材料とすることが好ましい。

この蒸気凝縮部５３は、図６に示すように、センサ保持部５１の端面側に形成された略垂直な凝縮水貯留部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比較的浅い円環状溝５５と、この円環状溝５５の底面に連通する円環状溝５５に比較して比較的深く形成された蓋体５２のセンサ保持部５１との対向面に形成された円環状溝５５に比較して比較的深い円環状溝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の端面との間の垂直面に形成したタービン内隙間での塩素イオン濃縮を模擬してイオン交換を行う例えば０．２ｍｍの隙間を有する円形の隙間模擬部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、隙間模擬部５７は、隙間と円環状溝５６との境界長さ（円環状溝５６の内側の円周長）がタービンのブレード翼脚の部分での隙間長をある程度模擬するだけの長さに選定されている。この隙間模擬部５７では、周囲の円環状溝５６から凝縮水が供給されることにより、塩化物イオンなど腐食性成分を濃縮させる。この塩化物イオンの濃縮は、先ず、酸素の供給が比較的乏しい隙間模擬部５７で、酸素濃淡電池の作用により腐食が生じ、これによって生じた鉄などの陽イオンが陰イオンを引き寄せることで濃縮が起こる。

また、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。
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５６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６２ａを外周面に形成した仕切部としての蒸気案内部材６３が配設されている。この蒸気案内部材６３の凝縮水出口６０に対向する位置には案内溝６２ａと同様の案内溝６２ｂが形成されている。

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。

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。

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。

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。

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。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。

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。

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。

したがって、蒸気凝縮部５３に蒸気入力プラグ４２から入力された蒸気は、図７に示すように、蒸気入口４３から蒸気案内部材６３の案内溝６２ａによって案内されて反時計方向に移動し、案内溝６２ａの終端から円環状溝５６に入る。そして、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、蒸気や凝縮水の流速は、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。

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に流入する。この隙間模擬部５７では、塩化物イオンなどの腐食性成分を濃縮させる。隙間模擬部５７では、酸素の供給が比較的乏しく、酸素濃淡電池の作用により腐食が生じ、これによって生じた鉄などの陽イオンが塩素イオンなどの陰イオンを引き寄せることで濃縮が起こる。

そして、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。
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。
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。

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。
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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

このように、上記実施形態によると、垂直面に形成された蒸気凝縮部５３の上部側に互いに近接して蒸気入口４３及び蒸気出口を兼ねる凝縮水出口６０が形成され、蒸気入口４３から入った蒸気が蒸気案内部材６３によって、凝縮水出口６０に短絡することなく円環状溝５６を通って凝縮水出口６０に向かうことができる。この蒸気が凝縮されて凝縮水となり、凝縮水貯留部５４に貯留される。このとき、蒸気入口４３及び凝縮水出口６０が上部に設けられているので、蒸気入口４３から凝縮水出口６０までの流路長を長くとなることができるとともに、凝縮水の貯留を凝縮水の滞留を生じることなく良好に行うことができ、タービン内部の圧力や、凝縮水流路内の凝縮水の充填具合などの変化に伴う、流路の圧力変化を抑制して、凝縮水貯留部５４の凝縮水の液位を安定させることができる。そして、円環状溝５６の内側に隣接して隙間模擬部５７が設けられているので、円環状溝５６内に貯留される凝縮水が隙間模擬部５７にスムーズに流入するので、この隙間模擬部５７でタービン内部の隙間を模擬して、塩化物イオンの濃縮を行うことができ、所定の腐食因子センサで腐食因子の測定を正確に行うことができる。

因みに、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、凝縮水貯留部５４の下側に蒸気入力プラグ４２と蒸気入口４３を設け、上側に凝縮水出口６０及び凝縮水排出プラグ６１を設けるようにした場合には、蒸気入口４３から円環状溝５６に流入した蒸気が円環状溝５６の両側に分岐して凝縮水出口６０に向かうことになり、蒸気の流路長が短くなるとともに、蒸気が直接凝縮水に接触することになるので、タービン内部の圧力や、凝縮水流路内の凝縮水の充填具合などの変化に伴う、流路の圧力変化により、凝縮水貯留部５４の液位が変動してしまう。

これに対して、本実施形態では、蒸気入口４３が上部に形成されており、この蒸気入口４３に対向して蒸気案内部材６３が設けられていることと相俟って蒸気が直接貯留されている凝縮水に接触することがないので、タービン内部の圧力や、凝縮水流路内の凝縮水の充填具合などの変化に伴う、流路の圧力変化による凝縮水貯留部５４の液位の変動を抑制する。

なお、上記実施形態においては、円筒状のセンサ保持部５１の端面と蓋体５２とで蒸気凝縮部５３を形成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、予め所定隙間を有する隙間模擬部を形成したブロックを凝縮水貯留部５４に埋め込むようにしてもよい。
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。

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。

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。

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、４３…蒸気入口、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、５５，５６…円環状溝、５７…隙間模擬部、５８，５９…隙間、６０…凝縮水出口、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、１１０…腐食因子分析装置

Claims (5)

1. 蒸気タービンのタービンケーシングの内部に設けられて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と、
   前記蒸気凝縮部で生成した凝縮水の性状を検出する腐食因子センサ部と
   を備え、
   前記蒸気凝縮部は、前記凝縮水を貯留する凝縮水貯留部を有し、該凝縮水貯留部は、タービン内隙間を模擬する所定隙間を有する隙間模擬部と、該隙間模擬部の外周側に連通して形成した環状溝とを少なくとも有し、前記環状溝に前記蒸気入口及び蒸気出口が互いに近接して形成され、当該蒸気入口及び蒸気出口間に蒸気の短絡を防止する仕切部が形成されている
   ことを特徴とする腐食環境モニタリングセンサ。
2. 前記隙間模擬部は、前記腐食因子センサ部を配置した円柱状のセンサ保持部の端面と、該センサ保持部の端面を覆う蓋体との間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。
3. 前記センサ保持部及び前記蓋体が一体化されてセンサブロックを構成している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。
4. 前記センサブロックのセンサ保持部及び蓋体と、前記蒸気タービンの静翼リングに固定されて前記センサブロックを支持するセンサブロック支持部の内周面とで前記蒸気凝縮部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の腐食環境モニタリングセンサ。
5. 前記請求項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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