JP5925305B2 - 安全弁の漏れ防止性を検査するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスライン内の制御可能な弁の漏れ防止性を検査するための方法に関する。特に本発明は、冗長安全弁としてガスラインに沿って配置されたガス弁の漏れを確認するための方法に関する。

多くの安全規則及び安全基準において、例えば工業熱処理プラントで使用するものなどのガスラインの安全デバイスの設計及び構成が明記されている。例えば、ＤＩＮ ＥＮ ７４６−２によると、ガス加熱工業熱処理プラントの炉及び燃料取り扱いシステムにおける安全要件を挙げることができる。この規則によると、バーナーの（再）開始の前に燃焼室の予備曝気が常に必要である。しかしながら許容可能な例外がある。よって、バーナーが２つの同時閉鎖弁及び漏れ防止性検査デバイス（弁監視システム）を備える場合、予備曝気は通常のシャットダウンの後での再開始には必要ない。漏れ防止性の検査は、閉止弁を有するラインの部分の自動監視システムとして動作し、弁のうちの１つの漏れが動作限界を超えると、検査のための信号を送信する。

従来技術によると、漏れ防止性を試験するための様々な方法が公知である。対応するシステムの弁はガスラインに沿って、試験容積（ｖｏｌｕｍｅ）の上流及び下流の２つの異なる位置に配置される。ガスの通過をブロック又はブロック解除できるよう、２つの弁は共に制御可能である。

本出願人は以前から、漏れ防止性を確実に検査するために様々な方法を用いてきた。ガスライン中において弁の間に圧力スイッチが通常設置され、上記圧力スイッチは、上流に存在する流入圧力と下流に存在する流出圧力との間の圧力範囲にトリガ点を有する。従来技術からの対応する方法については、図面を参照してより詳細に説明する。

更に、ガスライン中において弁の間に２つの圧力スイッチが設置された方法が公知であり、この圧力スイッチは異なるトリガ圧力を有することもできる。

従ってこの従来技術は、２つの制御可能な弁において漏れ防止性を試験するための方法を提供し、弁は試験容積の対向する端部に配置される。流入側、即ち試験容積の上流には、弁Ｖ１の前に流入圧力ｐ_eが存在する。流出側、即ち試験容積の下流には弁Ｖ２の後ろに流出圧力ｐ_aが存在する。燃焼プラントでは、流入圧力が流出圧力より大きい、即ちｐ_e＞ｐ_aであり、及び試験容積の圧力がｐ_zに等しい。大きさの比率はｐ_e≧ｐ_z≧ｐ_aとなる。

制御デバイスは開放及び閉鎖をトリガするために弁に連結され、制御デバイスは少なくとも２つの圧力スイッチと連結され、これらのスイッチは共に、圧力を監視するために試験容積に作動可能に接続される。

特許文献１による、ガス弁の漏れ防止性を検査するための方法では、始動中に少なくとも第２のガス弁を漏れ防止性に関して検査し、バーナーのシャットダウン中に少なくとも第１のガス弁を検査する。

特許文献２は、圧力スイッチを有する２つの弁の間のラインを監視して、弁の漏れを検知することを提案する。弁がブロックされている時にライン内に閉じ込められる流体は、環境熱による加熱下で圧力の上昇をもたらす。これが検知されない場合、弁のブロックが不完全であると結論付けることができる。

しかしながら、このような公知の方法の欠点は、技術装置による試験時間に関するものである。特に大きな容積及び大型のプラントの場合、流入圧力を弁の間の容積に印加するため及び試験容積下流において圧力を解放するために、試験期間として相当な時間を必要とし得る。これらの手順は、弁の適切なブロック機能を確認するために必要である。

ドイツ特許第１９８３１０６７号 米国特許第６０５７７７１Ａ号

本発明の目的は、漏れ防止性状態を検査するための改善された方法を提供することであり、この方法は、より短い試験時間でも高いレベルの信頼性を提供し続ける。

この目的は、請求項１の特徴を有する方法によって達成される。

冒頭で述べたタイプの本発明による方法は、漏れ防止性の検査のための最適なアプローチを追求するものである。

まず、第１の圧力スイッチは第１のトリガ閾値ｄ₁に設定され、ここでｄ₁＝ｐ_e／ｘ（ただしｘ＞２）である。パラメータｘは流入圧力の分数を示し、いずれの任意の値を有することができ、即ちこれは整数値である必要はない。

第２の圧力スイッチは第２のトリガ閾値ｄ₂に設定され、ここでｄ₂＝ｐ_e（１−１／ｘ）である。トリガ閾値は本質的に、流入圧力の１／２に対して対称に選択され、一方は流入圧力の１／２の量からある量を減じたものであり、もう一方は流入圧力に同一の量を加えたものである。このような対称的な構成は実際には数学的に正確である必要はないが、トリガ閾値に対応する値の選択は通常の許容誤差の範囲内で行われる。この設定は、システムを設定する際に１度だけ行うことができ、本方法を実施する度に再びこの設定を行う必要はない。

これらの値は両方共、漏れ防止性検査の開始時の閉止位置におけるものである。

本発明によると、以下の２つのステップ群が交互に実行され、ステップのシーケンス内には同一の複数のステップが含まれるが、これらは異なる順序で実行される。従って、原理的には２つのステップシーケンスは等価であるが、選択するステップシーケンスによる最初の選択によって更なる時間の節約を達成できる。

第１のステップシーケンスによると、まず弁Ｖ１をトリガして、期間ｔ_L1だけ弁Ｖ１を開放し、その後これを再び閉鎖する。測定期間ｔ_M1だけ待ってから、第２の圧力スイッチを検査する。ｐ_z＜ｄ₂である場合、弁Ｖ１とＶ２との間に許容できない圧力の低下が発生し、弁Ｖ２の漏れを認識することによりプロセスが中断される。

評価結果がｐ_z≧ｄ₂である場合、即ち試験部位の圧力が第２のセンサのトリガ閾値より高く維持されている場合、弁Ｖ２の適切な機能が確立されている。次に弁Ｖ２をトリガして、期間ｔ_L2だけ弁Ｖ２を開放し、その後これを閉鎖する。測定期間ｔ_M2だけ待ってから、第１の圧力スイッチを検査する。ｐ_z＞ｄ₁である場合、弁Ｖ１の漏れを認識することによりプロセスが中断される。この場合、弁Ｖ２を通した圧力の事前解放にも関わらず、許容可能な値を超える圧力の上昇が発生する。

しかしながら、ｐ_z≦ｄ₁となると、漏れ防止性検査は首尾よく完了する。

第２のステップシーケンスによると、プロセスは異なる順序で実行される。

まず弁Ｖ２をトリガして、期間ｔ_L2だけ弁Ｖ２を開放し、その後これを閉鎖する。測定期間ｔ_M2だけ待ってから、第１の圧力スイッチを検査し、ｐ_z＞ｄ₁である場合、弁Ｖ１の漏れを認識してプロセスが中断される。

一方、ｐ_z≦ｄ₁である場合、弁Ｖ１をトリガして、期間ｔ_L1だけ弁Ｖ１を開放し、その後これを閉鎖する。再び、測定期間ｔ_M1だけ待つ。そして第２の圧力スイッチを検査し、ｐ_z＜ｄ₂である場合、弁Ｖ２の漏れを認識してプロセスが中断される。

プロセスの中断が起こらない場合、弁の機能性が示される。

本発明による方法による測定期間ｔ_M1、ｔ_M2を公知の概念と比較して大幅に短縮できることは重要である。センサのトリガ値が流入圧力の１／２に対して対称に選択されているため、これら測定期間は一般に等しく、ｔ_M1＝ｔ_M1＝ｔ_Mである。２つの圧力スイッチが安全弁の間の試験容積に配置されていること、及びこれらが流入圧力の１／２に対して本質的に対称な異なる切り替えポイントを有することにより、より迅速な漏れ防止性試験が可能となる。従って本発明によると、例えば第１の圧力スイッチが流入圧力の１／４のトリガ閾値を有する場合、第２の圧力スイッチは流入圧力の約３／４の値を有する。流入圧力及び流出圧力にトリガ閾値を近づけることによって、圧力スイッチによる検知の感度をより高くすることができることが容易に分かる。

システム内に漏れが存在する場合、単一の圧力スイッチ又は複数の冗長圧力スイッチを有するシステムの場合よりも迅速に上述の閾値を超過するか、又は下回る。よって、測定時間ｔ_Mを有意に減少させることができる。

ステップのシーケンスは好ましくは、各漏れ防止性検査におけるシステムの状態に応じて決定される。

まず、漏れ防止性検査の開始時に、第１の圧力スイッチが、第１のトリガ閾値の超過、即ちｐ_z≦ｄ₁を示すかどうかを検査する。ｐ _z ＞ｄ ₁ である場合、第１のステップシーケンスを実行する。

漏れ防止性検査の開始時に、第１の圧力スイッチが、第１のトリガ閾値が超過されていないこと、即ちｐ_z≦ｄ₁を示す場合、第２のステップシーケンスを実行する。

プロセス開始時、弁の検査のシーケンスはシステムの状態に応じて決定されるため、ここで信頼性に悪影響を及ぼすことなく時間の節約も保証される。弁の間の圧力比に応じて、弁Ｖ１の漏れ防止性又は弁Ｖ２の漏れ防止性を初めに検査する。更に、圧力スイッチのうちの一方を用いて、試験容積の圧力が流出圧力の圧力レベルと概ね同じであるかどうかを検査する。これらが概ね同じである場合、上流において流入圧力によって動作する弁Ｖ１の漏れ防止性を初めに検査する。しかしながら、試験容積の圧力が既に流出圧力と比べて有意に上昇した値である場合、下流に位置して流出圧力をブロックする弁Ｖ２の漏れ防止性を初めに検査する。

トリガ閾値の選択に応じて、測定期間の相当な短縮を達成できるが、この場合、圧力スイッチのトリガ閾値が弁の反対側の圧力にいっそう近づくと、誤認識のリスクも上昇する。

従って、本発明による方法において、パラメータｘ＜１０を用いて圧力閾値を設定すると特に有利である。システム及びプラントの設計に応じて、この因数及びこれに関連する測定期間ｔ_Mを適合させることができる。より大きな値の因数ｘを選択するほど、測定期間は短くなる。

満たさなければならない要件及び技術標準により、ガス輸送システムが特定の限界値を越えてはならないことが定められている。測定時間ｔ_Mは、圧力スイッチの切り替え精度、安全弁の間にある容積、流入側と流出側との間の圧力差、ラインの断面積、及びシステムの残りの部分の設計を考慮して決定しなければならない。しかしながら、いずれにせよ、圧力スイッチのトリガ閾値の対称な選択により、流入圧力値と流出圧力値との間の圧力値のおおよそ中央に圧力スイッチを設定する場合に比べて、試験容積内の圧力の過度の上昇又は低下を極めて迅速に信号として送信するため、漏れ防止性を検査するための極めて迅速なプロセスが達成される。

請求項１の記載から、弁の測定期間及び開放時間は、その時に切り替えられる弁に応じて異なってよいことが分かる。しかしながら、両方の弁に対して同一の測定期間及び開放時間を選択することもできる。この場合、僅かなパラメータしか設定する必要がないため、システムの構成は極めて単純となる。

添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

図１は、１つの圧力スイッチを使用する従来技術による方法及び設定を示す。 図２は、図１の手段を用いる方法のフローチャートである。 図３は、本発明による漏れ防止性検査のためのシステムの設定を示す。 図４は、図３のデバイスを用いるための本発明による方法のフローチャートである。

図１は、２つの閉止弁Ｖ１、Ｖ２の漏れ防止性を検査するためのデバイスを示す。試験部位１０は、閉止弁Ｖ１とＶ２との間に形成される。供給ライン１５をデバイスの流入側に配置し、従って弁Ｖ１は試験部位１０と供給ライン１５との間に位置することになる。弁Ｖ２は試験部位１０と排出ライン２０との間に位置し、この排出ライン２０は例えばバーナー設備等のガス消費装置につながる。

供給ライン１５には流入圧力ｐ_eが存在する。圧力センサ２５を試験部位１０の容積に連結する。従来技術によるこのデバイスでは、圧力センサの切り替えポイントは流入圧力の１／２、即ちｐ_e／２に設定される。試験部位１０に存在する圧力をｐ_zで表す。

図２は、図１のデバイスにより実行できるような試験プログラムの流れを示す。先行技術によるこの試験手順は、初期待機時間、弁開放時間及び試験時間の３つのセクションで行われる。

プログラムを開始すると、まずステップ５０において待機時間ｔ_wが消費される。次に圧力スイッチ２５の状態を検査し、試験部位１０にある圧力ｐ_zが流入圧力ｐ_eの１／２より大きい場合、プログラムシーケンスＡを続行し、圧力ｐ_zが流入圧力の１／２以下である場合、スイッチをプログラムＢへのプログラム分岐へと進める。

待機時間が過ぎた後の試験部位内の圧力が流入圧力の１／２より大きい限り、ステップ６０ａで、試験部位の下流にある圧力弁Ｖ２がそのままの状態であることが確認される。この弁Ｖ２はステップ６５ａでトリガされて開放位置となり、その後数秒（ここでは約２秒）の開放時間ｔ_Lだけ待って、ステップ７５ａで再びトリガして閉鎖位置とする。ステップ８０ａでは測定時間ｔ_Mだけ待って、その後ステップ８５ａで、試験部位内の圧力が流入圧力の１／２より大きいかどうかを決定する。試験部位内の圧力が流入圧力の１／２より大きい場合、弁Ｖ１を通して試験部位の圧力上昇が発生しているため、ステップ９０ａで弁Ｖ１に欠陥があることが確認される。試験部位の圧力が流入圧力の１／２未満であり続けている場合、ステップ９５ａにおいて弁Ｖ１の機能性も確認される。

試験部位内の圧力が最初に流入圧力の１／２を超過している場合に選択されるプログラムＢも同様に実行されるが、ステップ６０ｂにおいて弁Ｖ１の適切な機能をまず決定する。ステップ６５ｂ、７０ｂ、７５ｂでの弁Ｖ１の開閉の後、測定時間８０ｂが完了し、続いて、弁Ｖ２が漏れ防止性要件を満たし、試験部位内の圧力が維持されているかどうかを検査する。

流入圧力の１／２に設定された１つの圧力スイッチを使用すると、特に大型の容積を試験しなければならない場合、漏れ防止性の検査にはかなりの時間がかかることがわかる。

従って本発明によると、図３に示す設計が提案され、これは流入圧力の１／２に対して対称な切り替えポイントに設定された２つの圧力センサを用いる。この例では、一方の圧力センサ２６を切り替えポイントｐ_e／４に設定し、もう一方の圧力センサ２７を切り替えポイント３／４ｐ_eに設定する。

図４は、本発明による方法の対応するシーケンスを示す。本方法を開始すると、ステップ１５０において、圧力センサ２６が、試験容積Ｖ_p内に存在する圧力ｐ_zが流入圧力ｐ_eの１／４より大きいことを示すかどうかを検査する。圧力ｐ_zが流入圧力ｐ_eの１／４より大きい場合、プロセスをプログラムの左側分岐において続行する。

この場合、ステップ１６０で弁Ｖ１を開放し、ステップ１６５ａでこれを開放期間ｔ_L1（例えば数秒）だけ開放位置に維持し、ステップ１７０ａで再び閉鎖する。次にステップ１７５ａで測定期間ｔ_M1が消費される。この測定期間は、デバイスの設計及び関連する仕様に応じて決定される。ガス供給ラインを通る流れの最大容積、流入圧力及びその他のパラメータに応じて、単位時間あたりの圧力低下が法的規制を満たすことができるような測定期間を決定する。時間に関するこのような選択は、流入圧力の１／２に対して対称に配置されるデバイスの切り替えポイントに反映される。対応する算出方法は当業者に公知である。従って、より小さい絶対圧力変化しか監視しないため、ステップ１７５ａにおける測定期間ｔ_M1は、図２のステップ８０ａ、８０ｂにおける測定期間に比べて極めて短い。欠陥のある弁Ｖ２は、ｐ_zとｐ_aとの間の圧力差により、測定時間ｔ_Mにおいて漏れを発生させ、圧力ｐ_zを３／４ｐ_eの値未満まで降下させるため、ステップ１８０ａにおいて、試験容積内に存在する圧力ｐｚが流入圧力の３／４より大きいままであり続けることが確認される場合、ステップ１８５ａにおいて弁Ｖ２の欠陥のない機能が確認される。しかしながら、ステップ１８０ａの基準が満たされない場合、ステップ１９０ａにおいてＶ２の機能不全が確認され、エラーメッセージと共にプロセスが終了する。

ステップ１８５ａの後、ステップ１９５ａで弁Ｖ２をトリガして開放し、ステップ２００ａでこれを開放期間ｔ_L2（例えば２秒）だけ維持し、これにより、容積Ｖ_pと流出側との間で圧力の平衡化を行うことができる。ステップ２０５ａで弁Ｖ２を再び閉鎖し、ステップ２１０ａで測定時間ｔ_M2だけ待つ。ここで、センサ２６を用いて、試験容積内に存在する圧力が流入圧力の１／４より大きいかどうかを決定し、これは弁Ｖ１の欠陥を示す。しかしながら、ここでは上記のように流入圧力の１／２ではなく、流入圧力の１／４の圧力上昇を検知するため、ステップ２１０ａの測定時間ｔ_M2は上記図１、２で必要な測定時間ｔ_M1よりもかなり短くなる。

信頼性を変化させないまま測定時間を短縮できるのは、ひとえに、流入圧力の１／２に対して対称に分布する切り替えポイントを有する複数の圧力センサの配設によるものであることを明言しておく。

図４のプロセスの右側分岐は、試験容積内の低圧の存在が初めに確認された場合に実行される。弁Ｖ１の検査が開始され、続いて弁Ｖ２の機能性が検査される。ここで、ステップ１９５ａ〜２１０ａはステップ１６０ｂ〜１７５ｂに対応する。一方、ステップ１９５ｂ〜２１５ｂはステップ１６０ａ〜１８０ａに対応する。

本発明によるアプローチは、安全ガイドラインへの適合から逸脱することなく、又は検査に欠陥を生じさせることなく、漏れ防止性検査の方法に有意な短縮をもたらすことがわかる。反対に、システム全体はより感受性が高いものとなり、更に高い信頼性をもって漏れの存在に反応するものとなる。図３、４を参照すると、例えば非気密弁Ｖ１の存在により、容積Ｖ_p内の圧力は流入圧力の１／４から流入圧力の１／２まで上昇することは当業者には明らかである。圧力の平衡化のための期間は当然、平衡化する対称の圧力間の圧力差に左右される。従って、本明細書に記載した本発明による方法を用いると、システムの個々の機能に焦点を合わせた、極めて感受性及び信頼性が高い漏れ防止性検査を保証することができる。

Claims (5)

1. ２つの制御可能な弁の漏れ防止性を検査するための方法であって、
   前記弁は、試験容積の対向する端部に配置され、
   前記試験容積の上流には、弁Ｖ１の前に流入圧力ｐ_eが存在し、
   前記試験容積の下流には、弁Ｖ２の後ろに流出圧力ｐ_aが存在し、
   ｐ_e＞ｐ_aであり、
   前記試験容積内の圧力はｐ_zに等しく、
   前記弁をトリガして開放及び閉鎖する制御デバイスは、少なくとも２つの圧力スイッチに連結され、前記２つの圧力スイッチは、圧力の監視のために前記試験容積に作動可能に接続される装置において、
   前記方法は第１の前記圧力スイッチを第１のトリガ閾値ｄ₁（ここでｄ₁＝ｐ_e／ｘ（ただしｘ≧３））に設定するステップと、
   第２の前記圧力スイッチを第２のトリガ閾値ｄ₂（ここでｄ₂＝ｐ_e（１−１／ｘ））に設定するステップ、とから構成され、更に
   各漏れ防止性検査において、以下の２つ（第１および第２）のステップ群、即ち
   第１のステップシーケンス：
   −前記弁Ｖ１をトリガして、期間ｔ_L1だけ前記弁Ｖ１を開放し、その後前記弁Ｖ１を再び閉鎖するステップ；
   −測定期間ｔ_M1だけ待つステップ；
   −前記第２の圧力スイッチを検査し、ｐ_z＜ｄ₂である場合、前記弁Ｖ２の漏れを認識してプロセスを中断するステップ；
   −前記弁Ｖ２をトリガして、期間ｔ_L2だけ前記弁Ｖ２を開放し、その後前記弁Ｖ２を閉鎖するステップ；
   −測定期間ｔ_M2だけ待つステップ；及び
   −前記第１の圧力スイッチを検査し、ｐ_z＞ｄ₁である場合、前記弁Ｖ１の漏れを認識して前記プロセスを中断するステップと、
   第２のステップシーケンス：
   −前記弁Ｖ２をトリガして、期間ｔ_L2だけ前記弁Ｖ２を開放し、その後前記弁Ｖ２を閉鎖するステップ；
   −測定期間ｔ_M2だけ待つステップ；
   −前記第１の圧力スイッチを検査し、ｐ _z ＞ｄ ₁ である場合、前記弁Ｖ１の漏れを認識してプロセスを中断するステップ；
   −前記弁Ｖ１をトリガして、期間ｔ_L1だけ前記弁Ｖ１を開放し、その後前記弁Ｖ１を閉鎖するステップ；
   −測定期間ｔ_M1だけ待つステップ；及び
   −前記第２の圧力スイッチを検査し、ｐ _z ＜ｄ ₂ である場合、前記弁Ｖ２の漏れを認識して前記プロセスを中断するステップ
   が交互に実行され、前記プロセスの中断が起こらない場合、前記弁の機能性が示されることを特徴とする２つの制御可能な弁の漏れ防止性を検査する方法。
2. 前記第１のステップシーケンスは、前記漏れ防止性検査の開始時に、前記第１の圧力スイッチが、前記第１のトリガ閾値の超過、即ちｐ _z ＞ｄ ₁を示す場合に実行され、
   前記第２のステップシーケンスは、前記漏れ防止性検査の開始時に、前記第１の圧力スイッチが、前記第１のトリガ閾値が超過されていないこと、即ちｐ_z≦ｄ₁を示す場合に実行される、請求項１に記載の方法。
3. ｘ＜１０である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記測定期間について、ｔ_M1＝ｔ_M2であり、
   前記開放期間について、ｔ_L1＝ｔ_L2である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記圧力スイッチのうちの一方の設定後、他方の前記圧力スイッチを同一のパラメータｘを用いて自動的に設定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。

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