JP6053175B2 - 異常検出機能を有する淡水化システム - Google Patents

Description

本発明は、海水又はかん水を取水し逆浸透膜を用いて淡水化する淡水化システムに係り、特に異常検出機能を有する淡水化システムに関する。

近年、地球規模の人口増や新興国の台頭に伴う造水需要の顕在化により、逆浸透膜（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）を用いて海水から淡水を製造する海水淡水化プラントの建設が増加してきている。

逆浸透膜は、セルロースやポリアミド等の素材で造られており、この膜に海水の浸透圧を超える圧力を加えることで水を逆浸透膜の微細孔に通過させ、塩分(主にＮａＣｌ)の透過を抑制し淡水を得ることができる。海水の加圧には高圧ポンプを用いる。また、逆浸透膜出口の濃縮水は圧力エネルギーを保有しているため、動力回収装置を設置し、エネルギー回収を実施することもある。

ところで、海水淡水化プラントにおいて、高圧ポンプや逆浸透膜などの機器に異常が生じると、プラントを停止して対象機器の修理、交換などの対策を実施する必要がある。そのため、機器の異常を早期に予知し、対策を行うことでプラントの停止を防止または、プラント停止期間の短縮化が望まれている。

例えば、特許文献１には、海水淡水化設備において、逆浸透膜を透過することで製造される淡水の塩分濃度、逆浸透膜へ高圧ポンプを介して供給される海水中の塩分濃度、及び動力回収装置を介して逆浸透膜へ海水を供給するバイパスラインを流れる海水中の塩分濃度に基づき、逆浸透膜の劣化又は動力回収装置の故障を検知するものが記載されている。

特開２０１０−８９０３６号公報 特開２０１１−７０３３４号公報

飲料水や工業用水を継続して供給することが求められる淡水化システムでは、被処理水である海水又はかん水を取水後、前処理装置、高圧ポンプ、逆浸透膜及び動力回収装置等、複数の機器が上流側から下流側へと直列に接続されている。特に、海水又はかん水は非圧縮性流体であるため、上流側における流量や圧力の異常は瞬時に淡水化システム全体へと波及する。そのため、異常が発生した場所を精度良く早期に特定できる必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載されるシステムにより検知される異常は、逆浸透膜の劣化又は動力回収装置の故障に限られ、淡水化システムにおける部分的故障、すなわち、特定の個別の機器の異常のみを検知するものに限られ、淡水化システム全体における異常発生場所を高精度に特定することは困難となる。

本発明は、上述の点に鑑み、淡水化システム内の機器の異常を早期に検出可能な異常検出機能を有する淡水化システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の淡水化システムは、（１）少なくとも、被処理水を加圧する高圧ポンプと、加圧された被処理水から塩分が除去された淡水と塩分が濃縮された濃縮水に分離する逆浸透膜モジュールと、（２）前記濃縮水からエネルギーを回収する動力回収装置を有する淡水化プラントと、（３）前記淡水化プラントの異常を検知する異常検出装置を備え、前記異常検出装置は、前記逆浸透膜モジュールによる淡水の流量、前記逆浸透膜モジュールに導入される前記被処理水の圧力、前記被処理水および濃縮水並びに淡水の浸透圧との差分とに基づき第１の性能指標を算出し、前記高圧ポンプの吐出流量あるいは吐出圧力の測定値と、前記高圧ポンプの流量―揚程特性曲線から求められる吐出流量または吐出圧力との比に基づき第２の性能指標を算出し、前記被処理水及び濃縮水並びに淡水の流量、前記被処理水及び濃縮水の圧力に基づき、前記動力回収装置へ流入する前記濃縮水のエネルギーと、前記濃縮水より回収されるエネルギーの比として第３の性能指標を算出する性能指標算出手段と、前記被処理水及び濃縮水並びに淡水の少なくとも、流量、圧力、温度及び水質の計測値のうち何れか２つ以上の計測値及び算出された第１の性能指標乃至第３の性能指標からなる運転データを、当該運転データの特性に基づき複数のカテゴリーに分類するカテゴリー分類手段と、前記分類されたカテゴリーに基づき各機器の正常／異常を判定する判定手段と、異常と判定された機器に対する複数の対策方法を、所定の優先順位に従い表示する表示手段と、を有し、前記表示される複数の対策方法のうち、異常判定された機器に対し実行された対策方法により前記優先順位を修正することを特徴とする。
また、本発明の淡水化システムは、（１）少なくとも、被処理水を加圧する高圧ポンプと、加圧された被処理水から塩分が除去された淡水と塩分が濃縮された濃縮水に分離する逆浸透膜モジュールと、前記濃縮水からエネルギーを回収する動力回収装置を有する複数の淡水化プラントと、（２）前記各淡水化プラントを構成する機器を制御する複数の制御装置と、（３）前記複数の制御装置と通信ネットワークを介して接続され、前記複数の淡水化プラントの異常を検知する異常検出装置を備え、前記異常検出装置は、前記逆浸透膜モジュールによる淡水の流量、前記逆浸透膜モジュールに導入される前記被処理水の圧力、前記被処理水および濃縮水並びに淡水の浸透圧との差分とに基づき第１の性能指標を算出し、前記高圧ポンプの吐出流量あるいは吐出圧力の測定値と、前記高圧ポンプの流量―揚程特性曲線から求められる吐出流量または吐出圧力との比に基づき第２の性能指標を算出し、前記被処理水及び濃縮水並びに淡水の流量、前記被処理水及び濃縮水の圧力に基づき、前記動力回収装置へ流入する前記濃縮水のエネルギーと、前記濃縮水より回収されるエネルギーの比として第３の性能指標を算出する性能指標算出手段と、前記被処理水及び濃縮水並びに淡水の少なくとも、流量、圧力、温度及び水質の計測値のうち何れか２つ以上の計測値及び算出された第１の性能指標乃至第３の性能指標からなる運転データを、当該運転データの特性に基づき複数のカテゴリーに分類するカテゴリー分類手段と、前記分類されたカテゴリーに基づき各機器の正常／異常を判定する判定手段と、異常と判定された機器に対する複数の対策方法を、所定の優先順位に従い表示する表示手段と、を有し、前記表示される複数の対策方法のうち、異常判定された機器に対し実行された対策方法により前記優先順位を修正することを特徴とする。

本発明によれば、淡水化システム内の機器の異常を早期に検出可能な異常検出機能を有する淡水化システムを提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る淡水化システムのシステム構成図である。 図１に示す淡水化プラントの機器構成図である。 図１に示す異常予知回復支援装置の処理フローである。 カテゴリー分類部による運転データのカテゴリー分けの説明図である。 分類後のカテゴリーの相関関係を説明する図である。 図１に示す対策方法表示部の表示例である。 図１に示す対策方法表示部の表示例である。 図１に示す対策方法表示部の表示例である。 本発明の他の実施例に係る淡水化システムのシステム構成図である。

本発明の淡水化システムを構成する淡水化プラントは、被処理水である海水又はかん水を取水し、取水された被処理水に対し凝集剤及び/又はｐＨ調整剤を添加し撹拌する撹拌装置、撹拌後の被処理水を昇圧し逆浸透膜モジュールへ供給する高圧ポンプ、昇圧された被処理水を高濃度の塩水である濃縮水と塩分が除去されたろ過水（淡水）に膜分離する逆浸透膜モジュール、逆浸透膜モジュールから排出される高圧の濃縮水からエネルギーを回収する動力回収装置を備えている。

また、本発明の淡水化システムを構成する淡水化プラントは、生活排水である下水を逆浸透膜モジュールにて、低濃度の濃縮水と淡水に膜分離し、排出される低濃度の濃縮水に海水を混合し、混合後の被処理水を逆浸透膜モジュールにて高濃度の塩水である濃縮水と淡水に膜分離するものも含む。なお、ここでかん水とは、塩化ナトリウム等の塩分を含んだ水をいい、海水との境界に存在する汽水もかん水に含まれ、また、過去に海水が閉じ込められてできた化石水、岩塩地帯の塩分を含んだ水等陸水にもかん水が存在する。

以下、本発明の実施例について図面を用いて具体的に説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る淡水化システムのシステム構成図である。本発明の淡水化システム１００は、異常予知回復支援装置１、淡水化プラント２、淡水化プラント２を構成する各機器を制御する制御装置３からなる。制御装置３は、淡水化プラント２から流量、圧力、温度、水質などの計測値を収集し、異常予知回復支援装置１の計測値ＤＢ（データベース）１１１に入力する。また、制御装置３は、淡水化プラント２から収集される計測値である、淡水の生産量やポンプの吐出圧力がそれらの目標値となるように、淡水化プラント２のポンプ出力や配管に設置されている弁の開度などの操作量を淡水化プラント２へ出力する。

異常予知回復支援装置１は、計測値ＤＢ１１１、性能指標計算部１０１、性能指標計算部１０１により算出された各性能指標を格納する性能指標ＤＢ１１２、計測値ＤＢ１１１に格納される計測値及び性能指標ＤＢ１１２に格納される各性能指標に基づき淡水化プラント２を構成する各機器の状態を複数のカテゴリーに分類するカテゴリー分類部１０２、分類されたカテゴリーを格納するカテゴリーＤＢ１１３、淡水化プラント２を構成する各機器の状態を判定する正常／異常判定部１０３から構成されている。

また、異常予知回復支援装置１は、正常／異常判定部１０３の判定結果に応じて、予め機器毎に異常時の対策方法を複数格納する対策方法ＤＢ１１４、対応する機器の対策方法を対策方法表示部１２２に表示し、複数の対策方法の中からいずれかを運転員により選択可能とする対策方法選択部１０４、対策方法ＤＢ１１４に格納された機器毎の異常時の対策方法を修正する対策方法修正部１０５、計測値ＤＢ１１１に格納される計測値及び性能指標ＤＢ１１２に格納される各性能指標を表示する計測値・性能指標表示部１２１を備えている。なお、計測値・性能指標表示部１２１及び対策方法表示部１２２は、それぞれ異なる表示装置に表示させても、１つの表示装置に領域分割して表示するよう構成しても良い。

性能指標計算部１０１、カテゴリー分類部１０２、正常／異常判定部１０３、対策方法選択部１０４及び対策方法修正部１０５は、例えば、ソフトウェアにより実現され、後述する処理内容に対応するプログラムをＲＯＭ等の記憶装置より読み出し、ＣＰＵ等のプロセッサが実行することにより実現される。

ここで、異常予知回復支援装置１の処理を説明する前に、対象となる淡水化プラント２を構成する機器ついて説明する。図２は、図１に示す淡水化プラント２の機器構成図である。本図においては、淡水化プラント２として、被処理水を海水とする海水淡水化プラントを一例にその主要部分のみを示している。

海水淡水化プラント２は、海水供給ポンプ２０１、高圧ポンプ２０２、逆浸透膜モジュール２０５、動力回収装置２０３及びブースターポンプ２０４から構成されている。取水配管２１１に取り付けられた海水給水ポンプ２０１により汲み上げられた海水は、配管２１２に取り付けられた高圧ポンプ２０２により加圧され、配管２１５を介して逆浸透膜モジュール２０５に導入される。

導入された海水は、逆浸透膜モジュール２０５にて、膜の逆浸透作用により塩分が除去されたろ過水（淡水）と、塩分濃度の高い濃縮水に膜分離される。淡水は、配管２１６を介して取り出され、一方、濃縮水は配管２１７を介して動力回収装置２０３へ供給される。配管２１６を介して取り出される淡水はほぼ大気圧に等しく、配管２１７を流れる濃縮水は、高圧ポンプ２０２により加圧されたときとほぼ同様の圧力を維持している。ここで、高圧ポンプ２０２は、所望の淡水の生産量を得るため、配管２１２を流れる海水を所定の圧力まで加圧する。

また、海水給水ポンプ２０１により汲み上げられた海水の一部は、分岐配管２１３を介して動力回収装置２０３に供給される。動力回収装置２０３は、逆浸透膜モジュール２０５より排出され、配管２１７を介して動力回収装置２０３へ導入される加圧された濃縮水を利用し、分岐配管２１３を介して導入される海水を加圧する。動力回収装置２０３にて加圧された海水は、配管２１４を流れ配管２１５と合流する。配管２１４にはブースターポンプ２０４が取り付けられており、ブースターポンプ２０４は、動力回収装置２０３にて加圧された海水を、上記高圧ポンプ２０２により加圧された海水の圧力と同程度となるよう加圧する。ここで、動力回収装置２０３として、例えば、容積形ピストンポンプ等を用いれば良い。

高圧ポンプ２０２及びブースターポンプ２０４により所定の圧力まで加圧された海水は合流後、配管２１５を介して逆浸透膜モジュール２０５に導入される。そして合流後の海水は、逆浸透膜モジュール２０５にて、塩分濃度の高い濃縮水と塩分が除去された淡水に膜分離される。なお、配管２１７を介して動力回収装置２０３に導入される濃縮水は、その圧力を分岐配管２１３を介して動力回収装置２０３に導入される海水へ伝達した後、配管２１８を介して排水される。

また、取水配管２１１には、温度計Ｔ１、圧力計Ｐ１及び水質計Ｗ１が設置されている。配管２１２には、高圧ポンプ２０２の吐出流量を測定する流量計Ｆ１、分岐配管２１３には動力回収装置２０３に導入される海水の流量を測定する流量計Ｆ２が設置されている。配管２１４には、動力回収装置２０３にて加圧された海水の流量、圧力及び水質を測定するためそれぞれ流量計Ｆ３、圧力計Ｐ２及び水質計Ｗ２が設置されている。ブースターポンプ２０４による加圧後の海水及び高圧ポンプ２０２により加圧された海水が合流し逆浸透膜モジュール２０５へ導く配管２１５には圧力計Ｐ３及び水質計Ｗ３が設置されている。逆浸透膜モジュール２０５にて膜分離された淡水が取り出される配管２１６には、温度計Ｔ２、圧力計Ｐ４、流量計Ｆ４及び水質計Ｗ４が設置され、濃縮水が通流する配管２１７に圧力計Ｐ５、圧力伝達後の濃縮水が通流する配管２１８に温度計Ｔ３、圧力計Ｐ６及び水質計Ｗ５が設置されている。

これら各計測器からの計測値を収集することで、制御装置３は海水淡水化プラント２を構成する各機器の状態や水質を監視・制御可能となっている。水質計としては、濁度、ＳＤＩ（Ｓｉｌｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）、ｐＨ、酸化還元電位（ＯＲＰ）等を測定するものが用いられるが、本実施例では、水質計として導電率を測定する場合を例に説明する。

また、本実施例の海水淡水化プラント２には、図示しない前処理装置が高圧ポンプ２０２及び動力回収装置２０３の上流側に設けられており、また、逆浸透膜モジュール２０５を洗浄するための洗浄液を貯留する洗浄液貯留槽及び洗浄液を逆浸透膜モジュール２０５へ供給する洗浄ポンプが設けられている。

前処理装置としては、被処理水である海水を貯留し、高分子凝集剤又は無機系凝集剤を海水に添加し撹拌することで、海水中に含まれる有機物等の不純物を凝集剤に捕捉させフロックを形成する凝集撹拌槽、ｐＨ調整剤投入部、凝集撹拌槽から流出するフロックを含む海水からフロックを膜の孔径サイズに応じて膜分離する精密ろ過膜（ＭＦ膜：Ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ)、限外ろ過膜（ＵＦ膜：Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）等が用いられる。また、高分子凝集剤としては、例えば、ポリアクリルアミド系凝集剤、無機系凝集剤としては、例えば、塩化第二鉄が用いられる。

図３は、図１に示す異常予知回復支援装置の処理フローである。

まず、制御装置３は、上述の流量計Ｆ１〜Ｆ４、圧力計Ｐ１〜Ｐ６、温度計Ｔ１〜Ｔ３、水質計Ｗ１〜Ｗ５から計測値を所定の周期で収集し、異常予知回復支援装置１の計測値ＤＢ１１１に格納する。

性能指標計算部１０１は、計測値ＤＢ１１１に格納された計測値を読み出し、読み出された計測値に基づいて海水淡水化プラント２を構成する機器の性能指標を計算し、性能指標ＤＢ１１２に格納する（ステップＳ１）。このとき、計測値ＤＢ１１１に格納された計測値、性能指標ＤＢ１１２に格納された性能指標を、計測値・性能指標表示部１２１に表示することにより、運転員は性能指標と各計測値を確認することができる。以下の説明で、計測値ＤＢ１１１に格納された計測値と性能指標ＤＢ１１２に格納された性能指標を併せて運転データと呼ぶことがある。

次に、カテゴリー分類部１０２は、性能指標ＤＢ１１２に格納された性能指標及び計測値ＤＢ１１１に格納された計測値を読み出し、海水淡水化プラント２を構成する機器の状態をカテゴリーに分類して番号付けし、カテゴリーＤＢ１１３に格納する（ステップＳ２）。ここで、カテゴリーとは、類似性を持つデータのまとまりである。

正常／異常判定部１０３は、カテゴリーＤＢ１１３に格納されたカテゴリー番号を読み出し、海水淡水化プラント２を構成する機器の状態が正常状態であるか異常状態であるかを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３にて、判定結果が正常の場合には処理を終了する。

ステップＳ３にて判定結果が異常の場合には、対策方法選択部１０４により、カテゴリー番号及び評価値に基づいて、異常状態と判定された機器に対して正常状態へ回復させるための対策方法を対策方法ＤＢ１１４から複数選択し、順位付けの上、対策方法表示部１２２に一覧表示する（ステップＳ４）。

次に、対策方法表示部１２２に一覧表示された複数の対策方法に対する運転員による選択指示入力を受け付ける（ステップＳ５）と、対策方法選択部１０４は、選択された対策方法を制御装置３へ出力し、制御装置３は、この対策方法に対応する機器へ制御指令を出力し、海水淡水化プラント２を運転制御する（ステップＳ６）。

一定時間、海水淡水化プラント２が運転制御される（ステップＳ７）と、性能指標計算部１０１は、上記一定時間経過後に計測された計測値を計測値ＤＢ１１１より読み出し、読み出された計測値に基づいて海水淡水化プラント２を構成する機器の性能指標を計算し、性能指標ＤＢ１１２に格納する（ステップＳ８）。

ステップＳ８にて性能指標ＤＢ１１２に格納された対策後の性能指標と、ステップＳ３にて異常と判定された時点での性能指標、すなわち、対策前の性能指標とを比較し、異常が回復されたか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９にて、異常が回復されていないとの判定結果の場合、ステップＳ４へ戻り、ステップＳ４からステップＳ９の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ９にて、異常が回復されたとの判定が得られた場合、対策方法修正部１０５は、ステップＳ５にて受け付けた選択指示に対応する対策方法の評価値に一定値を加算し（ステップＳ１０）、処理を終了する。なお、上記ステップＳ１〜Ｓ１０の処理は、例えば、３０分又は１時間毎に所定の周期で実行される。また、ステップＳ５にて、運転員による選択指示入力を受け付けた対策方法の表示順位を上げるよう、表示の優先順位を修正し、対策方法ＤＢ１１４に格納するよう構成しても良い。これにより、次回以降は運転員が最適と判断した対策方法がより上位に表示され、異常状態と判定された際に適切な対策方法が表示される。

ここで、カテゴリー分類部１０２について説明する。本実施例では、一例として、クラスタリング技術の１つである適応共鳴理論（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｔｈｅｏｒｙ：ＡＲＴ）を用いる。ＡＲＴを用いたカテゴリー分類については、例えば、特許文献２に記載されている。

図４に、カテゴリー分類部１０２による運転データのカテゴリー分けの説明図を示し、図５に、分類後のカテゴリーの相関関係を示す。図４では、海水淡水化プラント２が正常運転されている期間と、運転状態を診断する期間における、運転データＡ及び運転データＢの時間変化を示している。ここで運転データＡ及び運転データＢは、上述の温度計、流量計、圧力計及び水質計等の各センサから制御装置３を介して収集される計測値と性能指標計算部１０１により求められる性能指標であり、正常運転期間と診断期間のいずれの場合も、警報出力の上限及び下限の範囲にある状態が示されている。

カテゴリー分類部１０２では、予め、上記正常運転期間における運転データＡ及び運転データＢを入力し運転データＡ及び運転データＢの相関を学習する。このとき、図４に示されるように運転データＡ及び運転データＢの相関として、（１）運転データＡが大、運転データＢが小、（２）運転データＡ及び運転データＢともに小、（３）運転データＢが大、運転データＡが小、の３種の異なる相関を示すデータ群が抽出される。これらそれぞれをカテゴリー番号１〜３に分類し、時間変化とともに示したものを図４の下段に表している。なお、ここでは、説明を簡略化するため上記カテゴリー分類における運転データＡと運転データＢの相関を、各運転データの大小関係で識別する場合を示すが、これに限られず、運転データＡ及び運転データＢとの差分を所定の閾値と比較し、カテゴリー分類しても良い。

次に、カテゴリー番号１〜３に示す運転データＡ及び運転データＢの相関を学習後、運転状態診断期間におけるカテゴリー分類部１０２の動作について説明する。運転データＡ及び運転データＢがカテゴリー分類部１０２に入力されると、図４の上段に示す最初の期間での運転データＡ及び運転データＢは、既に学習済みのカテゴリー番号２の特性と類似することから、カテゴリー分類部１０２はカテゴリー番号２として分類する。続く、期間に入力される運転データＡ及び運転データＢの相関はそれぞれのデータがともに大となり、学習済みのカテゴリー番号１〜３のいずれの運転データの特性とも類似しないことから新たなカテゴリーとして分類する。この結果、図５に示されるように、学習済みのカテゴリー１〜３に加えて、新たなカテゴリーとしてカテゴリー４が登録される。

これにより、正常／異常判定部１０３は、カテゴリー分類部１０２により分類されたカテゴリーが学習に用いた運転データと同じ特性であれば、正常と判定し、特性が異なる場合、すなわち、新規カテゴリーに分類された場合、異常状態と判定する。

次に、性能指標計測部１０１にて、計測値ＤＢ１１１から読み出された計測値に基づき求める性能指標について説明する。

逆浸透膜モジュール２０５における性能指標として、逆浸透膜の透過性能を評価する第１の性能指標（Ｙ₂₀₅）を以下の式（１）により算出する。

ここで、Ｆｎは流量計Ｆｎの計測値、Ｐｎは圧力計Ｐｎの計測値、Ｔｎは温度計Ｔｎの計測値、Ｗｎは水質計Ｗｎの計測値、Ｐｎｅｔは有効圧力、ｓｔｄは基準値を表す。また、関数ｆ１は温度および導電率から浸透圧を計算する関数を表す。有効圧力とは、逆浸透膜に加えられる圧力と流体（海水、淡水、濃縮水）の浸透圧の差分を取ったもので、逆浸透膜でのろ過に関わる実質的な圧力となる。

式（１）により得られる第１の性能指標であるＹ₂₀₅は、逆浸透膜モジュール２０５内の膜が汚れてろ過量が減少すると値が減少することから、逆浸透膜２０５の機器性能を評価することが可能である。

また、高圧ポンプ２０２における性能指標としては、ポンプ性能を評価する第２の性能指標（Ｙ₂₀₂）を以下の式（２）により算出する。

ここで、Ｎ２０２は高圧ポンプ２０２の回転数である。また、関数ｆ２はポンプの性能曲線（Ｑ−Ｈカーブ）を表し、ポンプを所定の揚低（あるいは吐出圧力）及び回転数で作動させた場合のポンプの吐出流量との関係を表したものである。

式（２）により得られる第２の性能指標であるＹ₂₀₂は、ポンプが故障してポンプの吐出流量あるいは吐出圧力がポンプの性能曲線から逸脱することから、高圧ポンプ２０２の機器性能を評価することが可能である。

また、動力回収装置２０３における性能指標としては、動力回収性能を評価する第３の性能指標（Ｙ_２０３）を以下の式（３）により算出する。

式（３）は、動力回収装置２０３への入力エネルギーに対する回収エネルギーの比率を表したものであり、動力回収装置２０３が故障するとこの比率が低下することから、動力回収装置２０３の機器性能を評価することが可能である。

以上のような第１の性能指標から第３の性能指標を用いることで、各センサからの計測値のみでは予知しづらい異常を検知することができる。本実施例では、第１の性能指標から第３の性能指標を用いることで、それぞれ、逆浸透膜モジュール２０５、高圧ポンプ２０２及び動力回収装置２０３の異常を予知する場合を説明したが、海水淡水化プラント２を構成する他の機器における異常予知を可能とするため、新たに他の性能指標を導入しても良い。

次に、対策方法選択部１０４により、カテゴリー番号及び評価値に基づいて、異常状態と判定された機器に対して正常状態へ回復させるための対策方法を、対策方法表示部１２２に一覧表示する画面表示例について説明する。

図６は、逆浸透膜モジュール２０５が異常状態と判定され、その対策方法が対策方法表示部１２２に一覧表示された状態を示す。海水淡水化プラント２を構成する機器のうち異常状態と判定された機器を特定する機器名が表示される領域、上述のカテゴリー分類により得られる異常カテゴリー番号が表示される領域、所定の優先順位に従い異常状態と判定された機器に対する複数の対策方法が表示される領域、各対策方法毎の評価値を表示する領域、及び前回選択された対策方法を示す領域から表示画面が構成される。

図６では、対策方法として、「フラッシング」、「酸洗浄」、「アルカリ洗浄」、「前処理装置メンテナンス」の順に表示され、海水淡水化プラント２の運転停止を伴う逆浸透膜モジュール２０５内の逆浸透膜の交換作業を示す「膜交換」が最も優先順位が低く表示されている。

最も表示優先順位が高い「フラッシング」は、図２に示す配管２１５を介して逆浸透膜モジュール２０５に導入される海水の流速を高めることで、逆浸透膜の表面の付着物を除去するもので、一時的に高圧ポンプ２０２の吐出圧力を上昇させることで対応可能であり、海水淡水化プラント２を継続運転できる対策方法である。

また、表示優先順位２及び３にそれぞれ表示される「酸洗浄」及び「アルカリ洗浄」は、洗浄液貯留槽に貯留された酸性洗浄液、アルカリ性洗浄液を洗浄ポンプにより、逆浸透膜モジュール２０５に供給し、所定時間滞留させた後、配管２１５を介して海水を供給することで逆浸透膜モジュール２０５内の洗浄液を排出するものである。洗浄液を所定時間滞留させるものであるため、「フラッシング」と比較し、淡水の生産効率は低下する。

図６に示す画面表示態で、運転員が所望の対策方法を選択指示すると、選択された対策方法に対応する機器の操作量が制御装置３を介して出力される（図３に示すステップＳ６）。例えば、表示画面上、運転員が前回の対策内容と同様の対策として「フラッシング」を選択指示すると、制御装置３より高圧ポンプ２０２へ吐出圧力の操作量が出力される。

図６に示す評価値欄は、各対策方法による機器の回復効果を運転員に対し提示するために設けたものであり、上述の図３を用いて説明したステップＳ６〜ステップＳ９を実行することにより得られる対策前後の第１の性能指標Ｙ₂₀₅の差分に基づく値が評価値として加算され評価値欄に表示される。すなわち、評価値欄には、対策結果がフィードバックされることになり、運転員は、いずれの対策方法が機器の回復に寄与するか数値として参照可能となり、対策方法の選択時により最適な方法を選択することができる。なお、上述の対策方法修正部１０５が、上記評価値の加算及び運転員により選択された対策方法に対応して前回選択欄を修正する。また、対策方法修正部１０５は、評価値及び運転員による選択指示入力に基づいて表示順位を修正し、修正結果が対策方法ＤＢ１１４に格納される。

なお、本実施例においては、図６において、運転員により選択された対策方法に対応する機器の操作量が制御装置３を介して出力するよう構成したが、これに限らず、運転員が対応する機器への具体的な操作を検討するための、支援情報として図６に示す情報を対策方法表示部１２２に表示する構成としても良い。

図７は、高圧ポンプ２０２が異常状態と判定され、その対策方法が対策方法表示部１２２に一覧表示された状態を示す。図７では、対策方法として、「軸、軸受けの確認」、「出入口弁の確認」、「ストレーナ詰まり確認」の順に表示され、優先順位が最も低い対策方法として「ポンプのメンテナンス」が表示された状態を示している。図７においては、前回の対策実行時、「出入口弁の確認」が選択されたことを表示している。図６と同様に、評価値欄には、対策前後の第２の性能指標Ｙ₂₀₂の差分に基づく値が評価値として加算され評価値欄に表示される。その他は、図６と同様である。

また、図８は、動力回収装置２０３が異常状態と判定され、その対策方法が対策方法表示部１２２に一覧表示された状態を示している。図８では、対策方法として、「出入口弁の確認」、「ストレーナ詰まり確認」の順に表示され、優先順位が最も低い対策方法として「動力回収装置のメンテナンス」が表示された状態を示している。図８においては、前回の対策実行時、「出入口弁の確認」が選択されたことを表示しており、また、評価値欄には、対策前後の第３の性能指標Ｙ_２０３の差分に基づく値が評価値として加算され評価値欄に表示される。その他は、図６と同様である。

本実施例の異常予知回復支援装置１により、海水淡水化プラント２内の計測値及び計測値から算出した機器の性能指標から機器の異常を予知することができる。また、異常予知結果から海水淡水化プラント２を回復するための複数の対策方法を順位付けして運転員へ提示し、対策結果から対策方法の順位付けを修正することにより、異常時における対策方法の精度を高めることができる。

本実施例によれば、淡水化システム内の機器の異常を早期に検出可能な異常検出機能を有する淡水化システムを提供することが可能となる。

図９に、本発明の第２の実施例に係る淡水化システムのシステム構成図を示す。実施例１では、淡水化プラント２、淡水化プラント２を制御する制御装置３に異常予知回復支援装置１を備える構成であるのに対し、本実施例では、複数の海水淡水化プラント２−１〜２−ｎ、海水淡水化プラントをそれぞれ制御する複数の制御装置３−１〜３−ｎに対し通信ネットワーク４を介して１の異常予知回復支援装置１を有する構成とした点が異なる。その他は、実施例１と同様である。

図９において、異常予知回復支援装置１は、異なる場所に設置された複数の海水淡水化プラント２−１〜２−ｎに対して、通信ネットワーク４を通じて計測値を収集し、さらに、海水淡水化プラント毎に実施例１で説明した第１の性能指標から第３の性能指標を計算し、カテゴリーの分類、正常／異常の判定、対策方法の選択、対策方法の修正を実施する。

本実施例では、複数の海水淡水化プラント２−１〜２−ｎに対する対策方法を単一の対策方法ＤＢ１１４に集約する。

そのため、複数の海水淡水化プラントに対する機器の異常状態のデータを集約して管理できることから、実施例１において説明した各対策方法に対応する評価値の精度を早期に高めることができる。また、複数の海水淡水化プラントの異常を一括で把握・管理することが可能となる。

なお、本実施例においても、実施例１と同様に、淡水化システム内の機器の異常を早期に検出可能な異常検出機能を有する淡水化システムを提供することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…異常予知回復支援装置
２…淡水化プラント
３…制御装置
４…通信ネットワーク
１０１…性能指標計算部
１０２…カテゴリー分類部
１０３…正常／異常判定部
１０４…対策方法選択部
１０５…対策方法修正部
１１１…計測値ＤＢ
１１２…性能指標ＤＢ
１１３…カテゴリーＤＢ
１１４…対策方法ＤＢ
１２１…計測値・性能指標表示部
１２２…対策方法表示部
２０１…海水供給ポンプ
２０２…高圧ポンプ
２０３…動力回収装置
２０４…ブースターポンプ
２０５…逆浸透膜モジュール
２１１、２１２、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８…配管
２１３…分岐配管

Claims (6)

1. 少なくとも、被処理水を加圧する高圧ポンプと、加圧された被処理水から塩分が除去された淡水と塩分が濃縮された濃縮水に分離する逆浸透膜モジュールと、前記濃縮水からエネルギーを回収する動力回収装置を有する淡水化プラントと、
   前記淡水化プラントの異常を検知する異常検出装置を備え、
   前記異常検出装置は、
   前記逆浸透膜モジュールによる淡水の流量、前記逆浸透膜モジュールに導入される前記被処理水の圧力、前記被処理水および濃縮水並びに淡水の浸透圧との差分とに基づき第１の性能指標を算出し、前記高圧ポンプの吐出流量あるいは吐出圧力の測定値と、前記高圧ポンプの流量―揚程特性曲線から求められる吐出流量または吐出圧力との比に基づき第２の性能指標を算出し、前記被処理水及び濃縮水並びに淡水の流量、前記被処理水及び濃縮水の圧力に基づき、前記動力回収装置へ流入する前記濃縮水のエネルギーと、前記濃縮水より回収されるエネルギーの比として第３の性能指標を算出する性能指標算出手段と、
   前記被処理水及び濃縮水並びに淡水の少なくとも、流量、圧力、温度及び水質の計測値のうち何れか２つ以上の計測値及び算出された第１の性能指標乃至第３の性能指標からなる運転データを、当該運転データの特性に基づき複数のカテゴリーに分類するカテゴリー分類手段と、
   前記分類されたカテゴリーに基づき各機器の正常／異常を判定する判定手段と、
   異常と判定された機器に対する複数の対策方法を、所定の優先順位に従い表示する表示手段と、を有し、
   前記表示される複数の対策方法のうち、異常判定された機器に対し実行された対策方法により前記優先順位を修正することを特徴とする淡水化システム。
2. 請求項１に記載の淡水化システムにおいて、
   前記表示手段は、対策前後の性能指標の差分に基づいて、表示される対策方法毎の評価値を表示することを特徴とする淡水化システム。
3. 請求項２に記載の淡水化システムにおいて、
   前記表示手段は、表示画面上の異なる領域に、それぞれ、異常と判定された機器名、前記複数の対策方法、前記評価値及び前回選択された対策方法を特定する情報を表示することを特徴とする淡水化システム。
4. 少なくとも、被処理水を加圧する高圧ポンプと、加圧された被処理水から塩分が除去された淡水と塩分が濃縮された濃縮水に分離する逆浸透膜モジュールと、前記濃縮水からエネルギーを回収する動力回収装置を有する複数の淡水化プラントと、
   前記各淡水化プラントを構成する機器を制御する複数の制御装置と、
   前記複数の制御装置と通信ネットワークを介して接続され、前記複数の淡水化プラントの異常を検知する異常検出装置を備え、
   前記異常検出装置は、
   前記逆浸透膜モジュールによる淡水の流量、前記逆浸透膜モジュールに導入される前記被処理水の圧力、前記被処理水および濃縮水並びに淡水の浸透圧との差分とに基づき第１の性能指標を算出し、前記高圧ポンプの吐出流量あるいは吐出圧力の測定値と、前記高圧ポンプの流量―揚程特性曲線から求められる吐出流量または吐出圧力との比に基づき第２の性能指標を算出し、前記被処理水及び濃縮水並びに淡水の流量、前記被処理水及び濃縮水の圧力に基づき、前記動力回収装置へ流入する前記濃縮水のエネルギーと、前記濃縮水より回収されるエネルギーの比として第３の性能指標を算出する性能指標算出手段と、
   前記被処理水及び濃縮水並びに淡水の少なくとも、流量、圧力、温度及び水質の計測値のうち何れか２つ以上の計測値及び算出された第１の性能指標乃至第３の性能指標からなる運転データを、当該運転データの特性に基づき複数のカテゴリーに分類するカテゴリー分類手段と、
   前記分類されたカテゴリーに基づき各機器の正常／異常を判定する判定手段と、
   異常と判定された機器に対する複数の対策方法を、所定の優先順位に従い表示する表示手段と、を有し、
   前記表示される複数の対策方法のうち、異常判定された機器に対し実行された対策方法により前記優先順位を修正することを特徴とする淡水化システム。
5. 請求項４に記載の淡水化システムにおいて、
   前記表示手段は、対策前後の性能指標の差分に基づいて、表示される対策方法毎の評価値を表示することを特徴とする淡水化システム。
6. 請求項５に記載の淡水化システムにおいて、
   前記表示手段は、表示画面上の異なる領域に、それぞれ、異常と判定された機器名、前記複数の対策方法、前記評価値及び前回選択された対策方法を特定する情報を表示することを特徴とする淡水化システム。

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