JP6258721B2 - 冷却水リーク診断システム - Google Patents
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Description
本発明は、冷却水リーク診断システムに関し、特に、蒸気タービンで発電機を駆動する発電プラントの冷却水リーク診断システムに関する。
近年、日本国内においては、全発電電力量における火力発電に対する依存度が非常に高まっている。このような背景の下、安定した電力供給を維持するためには、火力発電設備である火力発電プラントにおける機器の信頼性及び安全性を保守することが重要になる。特に、プラント構成機器である復水器の健全性を維持することは、極めて重要な要素の一つである。
火力発電プラントにおいては、ボイラで発生させた高温、高圧の蒸気を蒸気タービンに供給することで蒸気タービンを高速回転させる。そして、この蒸気タービンの回転力で発電機を駆動して発電を行う。蒸気タービンから排出された蒸気（排気蒸気）は、復水器に送り込まれる。そして、復水器の内部で冷却水と熱交換することで冷却されて復水（凝縮）される。その後、復水ポンプを介してボイラ給水ポンプによってボイラに供給され、再び蒸気になって蒸気タービンに供給される。
復水器内部には、冷却水が通る冷却管が多数配設されている。蒸気タービンからの排気蒸気は、これらの冷却管の外面と接触して冷却された後、復水ポンプを介してボイラ給水ポンプによってボイラの給水系統に戻される。このような冷却管に損傷が発生すると、冷却水がボイラの給水系統にリーク（漏洩）し得る。特に、火力発電プラントは沿岸に立地することが多く、冷却水として海水を利用することが多い。冷却水として利用される海水が給水系統にリークした場合（所謂、海水リーク）、プラント構成機器であるボイラや蒸気タービンに重大な損傷を与える可能性がある。
従来、このような火力発電プラントにおける海水リークの発生を早期に発見し、或いは、海水リークの発生に伴う損傷を最小限に止める提案が行われている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１においては、純水タンクを備え、復水器における海水リークを検知すると、復水系統から供給される海水を含んだ復水の供給を停止する一方、純水タンクから蒸気タービンのスプレー系統に純水を供給する発電プラントが提案されている。この発電プラントによれば、海水を含んだ水によって蒸気タービンが汚染し始めていたとしても、この汚染を純水によって洗浄できる。そして、その間に海水リークの発生の確認と適正な運転判断を行うことができる。したがって、運転を続行しながら海水リークの判定時間を得ることができ、的確な判断を行うことができる。
上述した特許文献１に記載の発電プラントにおいては、主に酸導電率計（酸電気伝導率計）で計測された酸導電率及びナトリウム計で計測したナトリウムイオン濃度を利用して海水リークの発生を検知している。海水リークの発生時においては、塩化物イオン濃度の上昇に伴って復水（ボイラ給水）の酸導電率が上昇する現象や、ナトリウムウオン濃度が上昇する現象が現れる。酸導電率計及びナトリウム計においては、それぞれこのような酸導電率及びナトリウムイオン濃度の変動を検出することで海水リークの発生を検知する。
しかしながら、酸導電率計で検知対象とされる酸導電率は、海水リーク以外の要因によっても変動する。例えば、発電プラントの起動時等においては、復水器を真空ポンプによって滞留空気を抽出しながら真空度を上昇させる。この真空度の上昇中には、復水器の出口付近の復水に大気（二酸化炭素）が混入する事態が想定される。この二酸化炭素は、復水に溶解すると炭酸イオンとなる。復水に溶解した炭酸イオンは、酸導電率を上昇させてしまう。このような二酸化炭素に起因する炭酸イオンの溶解は、復水器に補給される補給水にも想定される。
すなわち、酸導電率は、復水への大気混入等を含む複合的な要因に応じて変動するものである。したがって、酸導電率のみから直接的に海水リークを検知することは容易ではない。このため、このような酸導電率に基づく海水リークの検知は、水化学の専門知識を有する監視者の判断に依存しているのが実情である。
一方、ナトリウムイオン濃度についても、海水リーク以外の要因によっても変動する。火力発電プラントでは、純水装置や復水脱塩装置を備え、海水や河川水などの原水をイオン交換樹脂によって脱イオン化した水（純水）をボイラ給水として使用するものがある。このような純水装置や復水脱塩装置においては、イオン交換樹脂がイオンによって飽和すると、所定の薬剤を用いたイオン交換樹脂の再生が必要となる。イオン交換樹脂の再生に使用される薬剤としては、例えば、純粋装置では苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）及び塩酸が用いられ、復水脱塩装置では苛性ソーダ及び硫酸が用いられる。
しかしながら、純水装置や復水脱塩装置において、このようなイオン交換樹脂の再生に失敗した場合、上述した薬剤に含まれるナトリウムイオンがボイラ給水や復水にリークする事態が発生し得る。このようなナトリウムイオンは、ナトリウム計による計測結果に影響を与える。すなわち、ボイラ給水におけるナトリウムイオン濃度から、直接的に海水リークを検知することは容易ではない。
発電プラントにおける海水リークに対処するためには、このような複合的な要因の中から、海水リークに関係する要因と、海水リークに関係しない要因とを適切に識別する必要がある。その上で、海水リークに関係する要因を解消するために必要な処置を迅速に実行することが要請される。なお、復水器で使用される冷却水は、海水に限定されるものではない。海水以外の冷却水（例えば、河川水）で発生するリークについても、同様の対応を実行することが好ましい。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、発電プラントにおける冷却水のリーク発生状況を的確に診断すると共に、そのリーク発生状況に応じた処置を報知することができる冷却水リーク診断システムを提供することを目的とする。
本発明に係る冷却水リーク診断システムは、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器内で冷却水によって復水してボイラに供給する発電プラントのリーク診断システムであって、ボイラ給水中の酸導電率を計測する第１の酸導電率計と、ボイラ給水中のガス成分を取り除いた後の酸導電率を計測する第２の酸導電率計と、前記第１、第２の酸導電率計の計測結果の組み合わせから前記冷却水のリーク発生状況を診断し、診断結果に応じた処置を報知する制御装置と、を具備し、
前記第２の酸導電率計は、前記復水器へ補給水を供給する補給水系統に設置されており、前記制御装置は、前記補給水系統の前記第２の酸導電率計の計測結果に応じて前記冷却水のリーク発生状況を診断することを特徴とする。
前記第２の酸導電率計は、前記復水器へ補給水を供給する補給水系統に設置されており、前記制御装置は、前記補給水系統の前記第２の酸導電率計の計測結果に応じて前記冷却水のリーク発生状況を診断することを特徴とする。
上記冷却水リーク診断システムによれば、ボイラ給水中の酸導電率だけでなく、ガス成分を取り除いた後の酸導電率を考慮して冷却水のリーク発生状況を診断することができる。このため、冷却水のリーク発生状況の診断において、ボイラ給水中のガス成分の影響を排除することができる。これにより、ボイラ給水中のガス成分に起因する酸導電率の上昇に応じて冷却水リークが発生したと診断される事態を防止することができる。この結果、冷却水リークに関係しない要因を排除でき、発電プラントにおける冷却水のリーク発生状況を的確に診断すると共に、そのリーク発生状況に応じた処置を報知することができる。
上記冷却水リーク診断システムにおいて、前記第１、第２の酸導電率計は、酸導電率の変動率を計測し、前記制御装置は、当該酸導電率の変動率に基づいて前記冷却水のリーク発生状況を診断することが好ましい。この構成によれば、酸導電率の変動率（例えば、上昇率）の度合いに応じて冷却水リーク対策の緊急度を特定することができ、その緊急度に応じた適切な処置を報知することができる。
また、上記冷却水リーク診断システムにおいて、前記第１、第２の酸導電率計は、電気式の陽イオン交換膜を備えることが好ましい。この構成によれば、ボイラ給水中の陽イオンが電気式の陽イオン交換膜により除去される。この場合において、電気式の陽イオン交換膜は、ボイラ給水中の陽イオンを通過させることで除去する。これにより、陽イオン交換樹脂のように飽和現象に伴ってイオン交換能力が低下するのを防止することができる。この結果、第１、第２の酸導電率計の計測性能が劣化するのを防止することができる。
なお、上記冷却水リーク診断システムにおいては、ボイラ給水中のナトリウムイオン濃度を計測するナトリウム計を更に具備し、前記制御装置は、前記第１、第２の酸導電率計及び前記ナトリウム計の計測結果の組み合わせから前記冷却水のリーク発生を診断するようにしてもよい。この構成によれば、第１、第２の酸導電率計によってボイラ給水中の塩化物（ＣＬ）イオン成分を計測でき、ナトリウム計によってボイラ給水中のナトリウム（Ｎａ）イオン成分を計測できる。これにより、塩化物（ＣＬ）イオン成分及びナトリウム（Ｎａ）イオン成分の二成分によって冷却水のリーク発生状況を診断することができる。この結果、塩化物イオン成分のみに基づいて冷却水のリーク発生状況を診断する場合と比べて、より高精度に冷却水のリーク発生状況を診断することができる。
また、上記冷却水リーク診断システムにおいて、前記第１、第２の酸導電率計は、前記第１、第２の酸導電率計は、計測器本体に生じた不具合を診断する自己診断機能を備え、前記制御装置に計測器本体に生じた不具合を通知するようにしてもよい。この構成によれば、第１、第２の酸導電率計に生じた不具合が制御装置に通知される。このため、制御装置において、これらの不具合に起因する酸導電率の上昇に応じて冷却水リークが発生したと診断される事態を防止することができる。これにより、冷却水リークに関係しない要因を排除でき、発電プラントにおける冷却水のリーク発生状況を的確に診断することができる。
さらに、上記冷却水リーク診断システムにおいて、ボイラ給水の流量を計測する流量計を更に具備し、前記制御装置は、前記第１、第２の酸導電率計及び前記流量計の計測結果に基づいて前記冷却水のリーク量を診断するようにしてもよい。この構成によれば、冷却水のリーク量に基づいて冷却水リーク対策の緊急度を特定することができ、その緊急度に応じた適切な処置を報知することができる。
さらに、上記冷却水リーク診断システムにおいて、前記制御装置は、前記第１、第２の酸導電率計の計測結果の組み合わせに基づいて前記冷却水のリーク発生状況を階層的に診断するようにしてもよい。この構成によれば、冷却水のリーク発生状況が階層的に診断されることから、冷却水リークが及ぼす影響度を特定することができ、その影響度に応じた適切な処理を報知することができる。
さらに、上記冷却水リーク診断システムにおいて、前記第２の酸導電率計は、前記補給水系統及び前記復水器から前記ボイラへの給水系統にそれぞれ設置されており、前記制御装置は、前記補給水系統及び給水系統の前記第２の酸導電率計の計測結果に応じて前記冷却水のリーク発生状況を診断するようにしてもよい。この構成によれば、補給水系統及び給水系統における給水中のガス成分を取り除いた後の酸導電率を考慮して冷却水のリーク発生状況を診断することができる。このため、冷却水のリーク発生状況の診断において、補給水等に混入したガス成分の影響を排除することができる。この結果、例えば、発電プラントの起動時等に、補給水等に混入したガス成分に起因する酸導電率の上昇に応じて冷却水リークが発生したと診断される事態を効果的に防止することができる。
さらに、上記冷却水リーク診断システムにおいて、前記第１の酸導電率計は、前記復水器へ補給水を供給する補給水系統に設置され、前記第２の酸導電率計は、前記補給水系統及び前記復水器から前記ボイラへの給水系統にそれぞれ設置されており、前記制御装置は、前記補給水系統の前記第１の酸導電率計、並びに前記補給水系統及び前記給水系統の前記第２の酸導電率計の計測結果に応じて前記冷却水のリーク発生状況を診断するようにしてもよい。この構成によれば、補給水系統及び給水系統における給水中のガス成分を取り除いた後の酸導電率を考慮して冷却水のリーク発生状況を診断することができる。このため、冷却水のリーク発生状況の診断において、補給水等に混入したガス成分の影響を排除することができる。この結果、例えば、発電プラントの起動時等に、補給水等に混入したガス成分に起因する酸導電率の上昇に応じて冷却水リークが発生したと診断される事態をより効果的に防止することができる。
さらに、上記冷却水リーク診断システムにおいて、前記第１の酸導電率計は、前記復水器へ補給水を供給する補給水系統に設置され、前記第２の酸導電率計は、前記補給水系統及び前記復水器から前記ボイラへの給水系統にそれぞれ設置されており、前記制御装置は、前記発電プラントの起動の際に、前記補給水系統の前記第１の酸導電率計、並びに前記補給水系統及び前記給水系統の前記第２の酸導電率計の計測結果に応じて前記冷却水のリーク発生状況を診断するようにしてもよい。この構成によれば、補給水系統及び給水系統における給水中のガス成分を取り除いた後の酸導電率を考慮して冷却水のリーク発生状況を診断することができる。このため、発電プラントの起動時における冷却水のリーク発生状況の診断において、補給水等に混入したガス成分の影響を排除することができる。この結果、発電プラントの起動時に、補給水等に混入したガス成分に起因する酸導電率の上昇に応じて冷却水リークが発生したと診断される事態を効果的に防止することができる。
本発明によれば、発電プラントにおける冷却水のリーク発生状況を的確に診断すると共に、そのリーク発生状況に応じた処置を報知することができる。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る冷却水リーク診断システムの概略構成図である。以下においては、説明の便宜上、発電プラントの一例として、ドラム型ボイラを備えた火力発電プラントについて説明する。しかしながら、本発明に係るリーク診断システムが適用される発電プラントについては、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、貫流型ボイラを備えた火力発電プラントに適用してもよく、原子力発電プラントに適用してもよい。
また、以下においては、発電プラントが沿岸地帯に設置されているものとし、後述する復水器７にて冷却水として海水を使用する場合について説明する。しかしながら、復水器７で使用される冷却水については、海水に限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、河川水や陸水などの原水を使用することもできる。本明細書では、リークした場合の発電プラントにおける損傷が最も大きい海水を例に用いて説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る冷却水リーク診断システム（以下、単に「リーク診断システム」という）１００は、発電プラント１と、制御装置２と、出力装置３とを備えている。制御装置２は、発電プラント１のプラント構成機器である各種計測器からの計測結果に基づいて発電プラント１における冷却水（海水）リークの発生状況を診断することができる。出力装置３は、制御装置２に接続され、例えば、ＣＲＴや液晶ディスプレイ等の表示装置で構成される。制御装置２は、出力装置３を介して、海水リークの診断結果に応じた処置ガイダンス等を報知（表示）することができる。なお、出力装置３は、音声出力機能を備え、このような処置ガイダンスを音声等により出力しても良い。ここでは、出力装置３を制御装置２と別の構成要素としているが、制御装置２に出力装置３としての機能を備えるようにしてもよい。
発電プラント１は、ボイラ４、複数の蒸気タービン５及び発電機６を備えている。ボイラ４は、ボイラドラム４１を備え、蒸気を発生させることができる。蒸気タービン５は、高圧タービン５１、中圧タービン５２及び低圧タービン５３を有する。なお、中圧タービン５２と低圧タービン５３との間は、蒸気分配菅（クロスオーバー管）５４で連結されている。蒸気タービン５は、ボイラ４に接続され、ボイラ４の蒸気によって駆動される。発電機６は、蒸気タービン５（低圧タービン５３）に接続され、蒸気タービン５で発生した駆動力により駆動される。
また、発電プラント１は、復水器７、補給水タンク８及び循環水取水槽９を備えている。復水器７は、内部に多数の冷却管を備え、これらの冷却管内に海水を流すことで、低圧タービン５３から排出された蒸気（排気蒸気）を冷却して復水することができる。補給水タンク８は、ボイラ４への給水（以下、適宜「ボイラ給水」という）として利用される補給水（純水）を貯水する。循環水取水槽９は、冷却水として利用される循環水（海水）を発電所に圧送する後述の循環水ポンプ９２のために設置されている。
補給水タンク８は、補給水系統８１を介して復水器７に接続されている。補給水タンク８に貯水された補給水は、補給水系統８１に配設された補給水ポンプ８２により復水器７に供給される。循環水取水槽９は、循環水系統９１を介して復水器７に接続されている。循環水（海水）は、循環水取水槽９に配設された循環水ポンプ９２により復水器７に供給される。また、復水器７で排気蒸気の熱交換を終えた海水は、循環水放水槽９３を介して海洋に戻される。
さらに、発電プラント１は、復水・給水系統１０を備えている。復水・給水系統１０は、復水系統を構成する復水管１１ａと、給水系統を構成する給水管１１ｂとを備えている。この復水・給水系統１０には、復水器７側から順に低圧ヒータ１２、脱気器１３、高圧ヒータ１４、ボイラ４が接続されている。復水管１１ａは、復水器７の出口から後述する脱気器１３の入口までの送水管を構成する。給水管１１ｂは、脱気器１３の出口からボイラ４の入口までの送水管を構成する。復水・給水系統１０には、復水器７の下流側において復水ポンプ１５が接続され、脱気器１３の下流側においてボイラ給水ポンプ１６が接続されている。本明細書においては、適宜、復水系統を流れる流体（水）を復水と呼び、給水系統を流れる流体（水）を給水と呼ぶが、復水・給水系統１０を流れる流体（水）を総称してボイラ給水と呼ぶ場合もある。
低圧ヒータ１２は、復水ポンプ１５を介して供給された復水（ボイラ給水）を低圧条件で加熱することができる。脱気器１３は、低圧加熱されたボイラ給水中の酸素を脱気することができる。高圧ヒータ１４は、ボイラ給水ポンプ１６を介して脱気器１３より供給されたボイラ給水を高圧条件で加熱することができる。高圧ヒータ１４により加熱されたボイラ給水がボイラ４（ボイラドラム４１）に供給される。
さらに、発電プラント１は、主蒸気管１７及び再熱蒸気管１８を備えている。主蒸気管１７は、ボイラ４から延出して設けられ、蒸気タービン５（高圧タービン５１）に接続されている。再熱蒸気管１８は、蒸気タービン５（高圧タービン５２）から延出して設けられ、ボイラ４内の再熱器４２を経由して、再び蒸気タービン５（中圧タービン５２）に接続されている。
さらに、発電プラント１は、蒸気タービン５から低圧ヒータ１２、脱気器１３、高圧ヒータ１４にそれぞれ接続される抽気管１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）を備えている。低圧抽気管１９ａは、低圧タービン５３から延出して低圧ヒータ１２に接続されている。中圧・高圧抽気管１９ｂ、１９ｃは、中圧タービン５２から延出してそれぞれ脱気器１３、高圧ヒータ１４に接続されている。これらの抽気管１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、それぞれ低圧ヒータ１２、脱気器１３、高圧ヒータ１４における加熱処理（脱気処理）に必要な蒸気を供給可能に構成されている。
この発電プラント１において、ボイラ４で発生させた蒸気は、蒸気供給管１７を通って高圧タービン５１、中圧タービン５２、低圧タービン５３の順に供給される。タービン５の駆動に伴って発電機６が駆動されることにより発電が行われる。低圧タービン５３から排出された排気蒸気は復水器７に流れ、復水器７内で海水と熱交換することで冷却されて復水（凝縮）される。復水器７で復水された水（凝縮水）は、ボイラ給水として復水ポンプ１５に送られ、低圧ヒータ１２、脱気器１３及び高圧ヒータ１４を経て再びボイラ４に供給される。
発電プラント１の所定箇所には、複数の計測器が取り付けられている。計測器には、図１に示すように、酸導電率計Ａ（Ａ１〜Ａ１２）、ナトリウム計Ｂ（Ｂ１）、脱ガス式酸導電率計Ｃ（Ｃ１〜Ｃ２）及び生導電率計Ｄ（Ｄ１〜Ｄ２）が含まれる。本実施の形態に係るリーク診断システム１００においては、これらの酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄの計測結果に基づいて発電プラント１における海水リークの発生状況を診断する。そして、その海水リークの発生状況に応じた処置を出力装置３にて報知する。なお、酸導電率計Ａ及び脱ガス式酸導電率計Ｃは、それぞれ特許請求の範囲における第１の酸導電率計及び第２の酸導電率計を構成する。
以下、本実施の形態に係るリーク診断システム１００で利用される酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄについて説明する。なお、以下に示す酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄの構成は一例を示すものであり、これに限定されるものではない。各計測器においては、計測対象の変動を計測可能であることを前提として、任意の構成を採用することができる。
酸導電率計Ａは、例えば、電気式の陽イオン交換膜及び導電率計を含んで構成される。酸導電率計Ａにおいては、電気式陽イオン交換膜を用いて陽イオンを移動させることにより、サンプル水中から陽イオンを除去する。これにより、アンモニアなどの影響を排除した状態の導電率（酸導電率）を導電率計で計測することができるので、塩化物イオンなど陰イオンの検出が可能になる。なお、アンモニアは、ボイラ給水のｐＨ調整剤として注入されている。この電気式陽イオン交換膜においては、陽イオンを通過させる方式であるため、陽イオン交換樹脂カラムのように飽和現象によってイオン交換能力が低下することはない。
ここで、この酸導電率計Ａの構成について説明する。図２は、本実施の形態に係る診断システム１００で使用される酸導電率計Ａの概略構成を示す模式図である。図２に示すように、電気陽イオン交換膜においては、金属製の陽極Ａ１０１と陰極Ａ１０２との間に陽イオン交換膜Ａ１０３が挟まれた構造を有する。両極Ａ１０１、Ａ１０２間には一定の電圧が印加されており、陽極Ａ１０１側に流入したサンプル水中の陽イオン（ＮＨ４ +、Ｎ２Ｈ５ +等）は、陽イオン交換膜Ａ１０３を通過して陰極Ａ１０２側に移動する。このため、陽極Ａ１０１出口側のサンプル水では陽イオンが除去される。これにより、陽イオン交換膜Ａ１０３の下流側に設置された導電率計により、陽イオンを排除した状態のサンプル水の導電率（酸導電率）を計測することができる。なお、酸導電率を計測した後のサンプル水は、陰極Ａ１０２側に導入され、陽極Ａ１０１側から移動してくる陽イオンと共にドレンから排出される。
一般的な陽イオン交換樹脂カラムにおいては、一定量以上のイオン交換を行うと、飽和現象によりイオン交換能力が低下する。イオン交換能力の低下は、酸導電率計による計測性能の劣化の原因となる。この結果、サンプル水の酸導電率を正確に計測することが困難となる。本実施の形態に係るリーク診断システム１００においては、電気式陽イオン交換膜を備える酸導電率計Ａを使用することにより、イオン交換能力の低下に伴う計測性能の劣化を防止することができる。この結果、酸導電率計Ａの保守、管理に必要となる負担を軽減することができる。
ナトリウム計Ｂは、例えば、ナトリウムイオン電極測定法を用いた計測器で構成することができる。ナトリウム計Ｂは、サンプル水中に配置されるナトリウムイオンに感応する電極（ナトリウムイオン電極）と比較電極とを備え、これらの両電極間に生じる電位差によりナトリウムイオン濃度を計測する。
脱ガス式酸導電率計Ｃは、サンプル水中の陽イオン成分を取り除くと共に、サンプル水中に混入するガス成分を取り除いた状態の導電率（脱ガス後の酸導電率）を計測することができる。例えば、脱ガス式酸導電率計Ｃは、酸導電率計Ａと同一の電気式陽イオン交換膜と、導電率計との間に脱気ユニットを備えて構成される。図３は、この脱ガス式酸導電率計Ｃの概略構成を示す模式図である。図３においては、脱ガス式酸導電率計Ｃが有する脱気ユニットＣ１１を中心に説明し、電気式陽イオン交換膜Ｃ１２及び導電率計Ｃ１３の詳細な説明は省略する。
図３に示すように、脱気ユニットＣ１１は、電気式陽イオン交換膜（陽イオン交換膜）Ｃ１２と導電率計Ｃ１３との間に配置される。脱気ユニットＣ１１は、電気式陽イオン交換膜Ｃ１２により陽イオン成分が取り除かれたサンプル水内のガス成分（炭酸ガス）を取り除く。この脱気ユニットＣ１１は、脱気膜Ｃ１１１、入口弁Ｃ１１２、出口弁Ｃ１１３、サンプルラインＣ１１４、真空ラインＣ１１５、真空弁Ｃ１１６、空気ラインＣ１１７及び空気取入弁Ｃ１１８を含んで構成される。
脱気膜Ｃ１１１、入口弁Ｃ１１２及び出口弁Ｃ１１３は、電気式陽イオン交換膜Ｃ１２と導電率計Ｃ１３とを接続するサンプルラインＣ１１４上に設けられている。脱気膜Ｃ１１１は、例えば、サンプル水中のガス成分を分離できる非多孔質の素材で形成することができる。例えば、脱気膜Ｃ１１１は、中空糸膜で形成されることが好ましい。なお、脱気ユニットＣ１１において、このような脱気膜Ｃ１１１は、耐圧容器内に収容される。
入口弁Ｃ１１２は、電気式陽イオン交換膜Ｃ１２と脱気膜Ｃ１１１との間に配置され、出口弁Ｃ１１３は、脱気膜Ｃ１１１と導電率計Ｃ１３との間に配置されている。なお、入口弁１１２及び出口弁Ｃ１１３には、脱気膜Ｃ１１１を介在しないバイパスラインＣ１１９が接続されている。例えば、これらの入口弁Ｃ１１２及び出口弁Ｃ１１３は、三方弁で構成される。入口弁Ｃ１１２及び出口弁Ｃ１１３による接続先を脱気膜Ｃ１１１とバイパスラインＣ１１９との間で切り替えることで、サンプル水の脱気の有無を選択することができる。
脱気膜Ｃ１１１には、真空ラインＣ１１５を介して真空ポンプユニットＣ１４が接続されている。真空弁Ｃ１１６は、脱気膜Ｃ１１１と真空ポンプユニットＣ１４との間に配置されている。真空ポンプユニットＣ１４は、脱気膜Ｃ１１１の耐圧容器内の気圧を減圧して真空状態とすることができる。真空弁Ｃ１１６は、真空ラインＣ１１５を開閉することで、脱気膜Ｃ１１１の耐圧容器の気圧を真空状態に維持する一方、その真空状態を破壊する役割を果たす。
また、脱気膜Ｃ１１１には、空気ラインＣ１１７を介して空気取入口Ｃ１５が接続されている。空気取入弁Ｃ１１８は、脱気膜Ｃ１１１と空気取入口Ｃ１５との間に配置されている。空気取入口Ｃ１５は、脱気膜Ｃ１１１の耐圧容器の真空状態を破壊する際に大気を取り入れ可能に構成される。空気取入弁Ｃ１１８は、空気ラインＣ１１７を開閉することで、脱気膜Ｃ１１１の耐圧容器の気圧を真空状態に維持する一方、耐圧容器内へ大気を供給する役割を果たす。
この脱気ユニットＣ１１においては、電気式陽イオン交換膜Ｃ１２から陽イオン成分が取り除されたサンプル水を脱気膜Ｃ１１１に通した状態で真空ポンプユニットＣ１４により耐圧容器内を減圧する。これにより、サンプル水中のガス成分を取り除くことができる。そして、ガス成分を取り除いたサンプル水を導電率計Ｃ１３に供給する。導電率計Ｃ１３にて、このサンプル水中の導電率を計測することにより、サンプル水中の陽イオン成分及びガス成分の影響を受けない導電率（脱ガス後の酸導電率）を計測することができる。
生導電率計Ｄは、例えば、容器内に対向して配置された一対の電極を備え、両極間の電気伝導率（導電率）を計測すると共に、サンプル水中の水素イオン指数（ｐＨ）を計測することができる。炭酸イオンを含む陰イオン（アニオン）を計測対象とする酸導電率計Ａや、炭酸イオンを除く陰イオン（アニオン）を計測対象とする脱ガス式酸導電率計Ｃと異なり、生導電率計Ｄは、陽イオン（カチオン）及び炭酸イオンを含む陰イオン（アニオン）を計測対象とする。
なお、本実施の形態に係るリーク診断システム１００において、これらの酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄは、計測器本体（計測器自身）の状態（例えば、不具合）を診断する機能（以下、適宜「自己診断機能」という）を備え、診断結果を制御装置２に通知可能に構成される。この自己診断機能は、例えば、計測器における診断対象に対応する位置に各種センサを設け、このセンサによる検出結果を制御装置２に出力することで実現される。このような自己診断機能により、監視者が計測器の誤作動や誤検出と認識することで海水リークの発生が看過されるような事態を効果的に防止することが可能となる。
以下、これらの酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄの自己診断機能で診断可能な一例について説明する。なお、酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ及び脱ガス式酸導電率計Ｃに搭載される自己診断機能の診断対象については、以下の内容に限定されるものではなく適宜変更が可能である。自己診断機能においては、各計測器における任意の不具合を診断対象とすることができる。また、自己診断機能においては、不具合の発生頻度や、不具合が発生した場合の発電プラントに対する影響を考慮して選択可能とすることもできる。
例えば、酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄは、計測器本体への電力供給するための電力線の断線などに起因する入力異常や、計測器本体から信号出力するための信号線の断線などに起因する出力異常や、計測器本体における演算エラーを診断することができる。また、酸導電率計Ａ及び脱ガス式酸導電率計Ｃは、電気式陽イオン交換膜の異常を診断することができる。例えば、電気式陽イオン交換膜に供給される電流が一定値を上回る電流値異常や、電気式陽イオン交換膜の温度が一定値を上回る温度異常や、電気式陽イオン交換膜を通るサンプル水の流量が一定値を下回る流量異常を診断することができる。さらに、脱ガス式酸導電率計Ｃは、真空ポンプユニットＣ１４により形成される耐圧容器の真空状態の異常を診断することができる。例えば、真空ポンプユニットＣ１４における電気的な故障や、耐圧容器の破損等に起因して真空状態が形成できない真空異常を診断することができる。
これらの酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄは、復水・給水系統１０及び補給水系統８１や、復水器７及びボイラ４等の所定箇所に設置される。以下、本実施の形態に係るリーク診断システム１００における計測器の設置位置について、図１を参照しながら説明する。なお、これらの酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ及び脱ガス式酸導電率計Ｃの設置位置や設置数については、図１に示す内容に限定されず適宜変更することができる。
図１に示すように、補給水系統８１には、酸導電率計Ａ１、脱ガス式酸導電率計Ｃ１及び生導電率計Ｄ２が設置されている。これらの酸導電率計Ａ１、脱ガス式酸導電率計Ｃ１及び生導電率計Ｄ２は、補給水ポンプ８２の下流側の位置に設置されている。これらの酸導電率計Ａ１、脱ガス式酸導電率計Ｃ１及び生導電率計Ｄ２は、それぞれ補給水タンク８から供給される補給水における酸導電率、脱ガス後の酸導電率及び生電気伝導率を計測することができる。この計測結果は、復水の水質悪化が海水リークに起因するものか、補給水に起因するものかの判別に使われている。
復水器７には、排気蒸気から復水された凝縮水（ボイラ給水）を一時的に貯水する貯水槽７１が設けられている。本実施の形態に係るリーク診断システム１００においては、この貯水槽７１に複数（本実施の形態では６個）の酸導電率計Ａ２〜Ａ７が設置されている。貯水槽７１に貯水された凝縮水は、各酸導電率計Ａ２〜Ａ７に対応する復水ポンプ１５１〜１５６によって各酸導電率計Ａ２〜Ａ７に供給される。これらの酸導電率計Ａ２〜Ａ７は、排気蒸気から復水された凝縮水における酸導電率を計測することができる。
復水・給水系統１０には、酸導電率計Ａ８〜Ａ１０ナトリウム計Ｂ１及び脱ガス式酸導電率計Ｃ２が設置されている。このうち、酸導電率計Ａ８、ナトリウム計Ｂ１及び脱ガス式酸導電率計Ｃ２は、復水ポンプ１５と低圧ヒータ１６との間（復水ポンプ１５の下流側であって、低圧ヒータ１２の上流側）の位置に設置される。これらの酸導電率計Ａ８、ナトリウム計Ｂ１及び脱ガス式酸導電率計Ｃ２は、それぞれ復水器７（貯水槽７１）から復水ポンプ１５により供給される復水における酸導電率、ナトリウムイオン濃度及び脱ガス後の酸導電率を計測することができる。
また、酸導電率計Ａ９は、低圧ヒータ１６と脱気器１３との間（低圧ヒータ１２の下流側であって、脱気器１３の上流側）の位置に設置される。この酸導電率計Ａ９は、低圧ヒータ１２で加熱された復水における酸導電率を計測することができる。さらに、酸導電率計Ａ１０は、高圧ヒータ１４とボイラ４との間（高圧ヒータ１４の下流側であって、ボイラ４の上流側）の位置に設置される。この酸導電率計Ａ１０は、高圧ヒータ１４で加熱されたボイラ給水における酸導電率を計測することができる。
さらに、酸導電率計Ａ１１は、主蒸気管１７上におけるボイラ４と蒸気タービン５（高圧タービン５１）との間（ボイラ４の下流側であって、高圧タービン５１の上流側）の位置に設置される。この酸導電率計Ａ１１は、ボイラ４で加熱された高温、高圧の蒸気における酸導電率を計測することができる。さらに、酸導電率計Ａ１２及び生導電率計Ｄ１は、ボイラドラム４１の降水管に設置される。酸導電率計Ａ１２は、ボイラドラム４１の降水管（図示は略している）内のドラム水における酸導電率を計測することができる。生導電率計Ｄ１は、ボイラドラム４１内の降水管内のドラム水の導電率及び水素イオン指数（ｐＨ）を計測することができる。
これらの酸導電率計Ａ１〜Ａ１２、ナトリウム計Ｂ１、脱ガス式酸導電率計Ｃ１〜Ｃ２及び生導電率計Ｄ１〜Ｄ２は、制御装置２に接続されている。これらの酸導電率計Ａ１〜Ａ１２、ナトリウム計Ｂ１、脱ガス式酸導電率計Ｃ１〜Ｃ２及び生導電率計Ｄ１〜Ｄ２における計測結果は、電気信号として制御装置２に出力される。なお、これらの計測結果と同様に、上述した各計測器における自己診断機能に伴う診断結果も、電気信号として制御装置２に出力される。
なお、図示は省略しているが、給水系統１０において、復水ポンプ１５の下流側には、復水ポンプ１５で送り出される給水の流量を計測する流量計が接続されている。この流量計は、制御装置２に接続されており、計測結果を制御装置２に出力可能に構成されている。この流量計の計測結果は、例えば、酸導電率計Ａ８及び脱ガス式酸導電率計Ｃ２等の計測結果と共に、発電プラント１における海水のリーク量及びリーク孔サイズの診断に利用される。
制御装置２は、酸導電率計Ａ１〜Ａ１２、ナトリウム計Ｂ１、脱ガス式酸導電率計Ｃ１〜Ｃ２及び生導電率計Ｄ１〜Ｄ２から入力された計測結果に基づいて海水リークの発生状況を診断する。特に、制御装置２は、酸導電率計Ａ１〜Ａ１２、ナトリウム計Ｂ１、脱ガス式酸導電率計Ｃ１〜Ｃ２及び生導電率計Ｄ１〜Ｄ２の計測結果の組み合わせから海水リークの発生状況を診断する。例えば、制御装置２は、これらの酸導電率計Ａ１〜Ａ１２、ナトリウム計Ｂ１、脱ガス式酸導電率計Ｃ１〜Ｃ２及び生導電率計Ｄ１〜Ｄ２の計測結果と、後述するリーク診断テーブル２５の登録内容とを比較して海水リークの発生状況を診断することができる。
また、制御装置２は、復水ポンプ１５の下流側に設置された流量計、酸導電率計Ａ８及び脱ガス式酸導電率計Ｃ２の計測結果に基づいて、海水のリーク量及びリーク孔サイズを診断することができる。例えば、制御装置２は、酸導電率計Ａ８（脱ガス式酸導電率計Ｃ２）で計測された酸導電率（脱ガス後の酸導電率）と、流量計で計測されたボイラ給水の流量とから、海水のリーク量及びリーク孔サイズを診断することができる。これにより、海水リーク対策の緊急度を特定することができ、その緊急度に応じた適切な処置を報知することができる。
海水のリーク量は、例えば、以下の式１の演算により求められる。また、式１における復水中の塩化物イオン濃度は、以下の式２の演算により求められる。
Ｑ０＝（Ｑ１）×（ＣＬ１）／（ＣＬ２）／１，０００ （式１）
ＣＬ１＝８６．７０１×（ＡＣ）−１．３７９５ （式２）
ここで、「Ｑ０」は海水リーク量を示し、その計測単位はＬ／Ｈである。また、「Ｑ１」は復水流量を示し、その計測単位はｍ３／Ｈである。また、「ＣＬ１」は復水中の塩化物イオン濃度を示し、「ＣＬ２」は海水中の塩化物イオン濃度を示し、その計測単位はいずれもｍｇ／Ｌである。なお、海水中の塩化物イオン濃度の定数は１９，０００ｍｇ／Ｌである。さらに、「ＡＣ」は、ボイラ給水中の酸導電率を示し、その計測単位はμＳ（ジーメンス）／ｃｍである。
Ｑ０＝（Ｑ１）×（ＣＬ１）／（ＣＬ２）／１，０００ （式１）
ＣＬ１＝８６．７０１×（ＡＣ）−１．３７９５ （式２）
ここで、「Ｑ０」は海水リーク量を示し、その計測単位はＬ／Ｈである。また、「Ｑ１」は復水流量を示し、その計測単位はｍ３／Ｈである。また、「ＣＬ１」は復水中の塩化物イオン濃度を示し、「ＣＬ２」は海水中の塩化物イオン濃度を示し、その計測単位はいずれもｍｇ／Ｌである。なお、海水中の塩化物イオン濃度の定数は１９，０００ｍｇ／Ｌである。さらに、「ＡＣ」は、ボイラ給水中の酸導電率を示し、その計測単位はμＳ（ジーメンス）／ｃｍである。
リーク孔サイズは、例えば、以下の式３の演算により求められる。この場合において、冷却管内は加圧状態であり、冷却管内部は真空状態であるものとする。
Ａ＝Ｑ０／（Ｃ×（２ｇ×（Ｐ１−Ｐ２）１／２）×１，０００ （式３）
ここで、「Ａ」はリーク孔サイズを示し、その計測単位はｍｍ２である。また、「Ｑ０」は海水リーク量を示し、その計測単位はＬ／Ｈである。また、「Ｃ」は流量係数を示し、その定数が０．６である。さらに、「ｇ」は重力加速度を示し、その計測単位はｍ／Ｓ２である。さらに、「Ｐ１」は冷却管内の圧力を示し、「Ｐ２」は冷却管外の圧力を示し、その計測単位はｋｇ/ｍ2である。
Ａ＝Ｑ０／（Ｃ×（２ｇ×（Ｐ１−Ｐ２）１／２）×１，０００ （式３）
ここで、「Ａ」はリーク孔サイズを示し、その計測単位はｍｍ２である。また、「Ｑ０」は海水リーク量を示し、その計測単位はＬ／Ｈである。また、「Ｃ」は流量係数を示し、その定数が０．６である。さらに、「ｇ」は重力加速度を示し、その計測単位はｍ／Ｓ２である。さらに、「Ｐ１」は冷却管内の圧力を示し、「Ｐ２」は冷却管外の圧力を示し、その計測単位はｋｇ/ｍ2である。
ここで、このような発電プラント１のリーク発生状況の診断に関連する制御装置２の構成について説明する。図４は、本実施の形態に係るリーク診断システム１００が有する制御装置２の機能ブロック図である。なお、図４に示す制御装置２の機能ブロックは、本発明に関連する構成のみを示しており、それ以外の構成については省略している。また、図４においては、制御装置２がリーク診断テーブルを参照して発電プラント１のリーク発生状況を診断する態様について示している。
図４に示すように、制御装置２は、酸導電率判定部２１、ナトリウムイオン（Ｎａ）濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３、生導電率判定部２４、リーク診断テーブル２５及びリーク診断部２６を含んで構成されている。なお、このような制御装置２は、例えば、発電プラント１のリーク発生状況の診断に必要な各種処理を実行するプロセッサや、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体を含んで構成される。
酸導電率判定部２１は、酸導電率計Ａ（Ａ１〜Ａ１２）で計測された酸導電率を判定する。酸導電率判定部２１は、各酸導電率Ａ１〜Ａ１１で計測された酸導電率のレベルを判定する。例えば、酸導電率判定部２１は、３段階のレベル（通常レベルを示すノーマルレベル（Ｎレベル）、Ｎレベルより高い第１上位レベル（Ｈレベル）、Ｈレベルより高い第２上位レベル（ＨＨレベル）で酸導電率を判定することができる。酸導電率判定部２１は、判定結果である酸導電率のレベルをリーク診断部２６に出力する。
Ｎａ濃度判定部２２は、ナトリウム計Ｂ（Ｂ１）で計測されたナトリウムイオン濃度を判定する。Ｎａ濃度判定部２２は、ナトリウム計Ｂ１で計測されたナトリウムイオン濃度のレベルを判定する。例えば、Ｎａ濃度判定部２２は、は、３段階のレベル（通常レベルを示すノーマルレベル（Ｎレベル）、Ｎレベルより高い第１上位レベル（Ｈレベル）、Ｈレベルより高い第２上位レベル（ＨＨレベル）でナトリウムイオン濃度を判定することができる。Ｎａ濃度判定部２２は、判定結果であるナトリウムイオン濃度のレベルをリーク診断部２６に出力する。
脱ガス酸導電率判定部２３は、脱ガス式酸導電率計Ｃ（Ｃ１〜Ｃ２）で計測された脱ガス後の酸導電率を判定する。脱ガス酸導電率判定部２３は、各脱ガス式酸導電率計Ｃ１〜Ｃ２で計測された脱ガス後の酸導電率のレベルを判定する。例えば、脱ガス酸導電率判定部２３は、３段階のレベル（通常レベルを示すノーマルレベル（Ｎレベル）、Ｎレベルより高い第１上位レベル（Ｈレベル）、Ｈレベルより高い第２上位レベル（ＨＨレベル）で脱ガス後の酸導電率を判定することができる。脱ガス酸導電率判定部２３は、判定結果である脱ガス後の酸導電率のレベルをリーク診断部２６に出力する。
生導電率判定部２４は、生導電率計Ｄ（Ｄ１〜Ｄ２）で計測された導電率及び水イオン指数（ｐＨ）を判定する。生導電率判定部２４は、生導電率計Ｄ（Ｄ１〜Ｄ２）で計測された導電率及び水イオン指数（ｐＨ）のレベルを判定する。例えば、生導電率判定部２４は、３段階のレベル（通常レベルを示すノーマルレベル（Ｎレベル）、Ｎレベルより低い第１下位レベル（Ｌレベル）、Ｌレベルより低い第２下位レベル（ＬＬレベル）で導電率及び水イオン指数（ｐＨ）を判定することができる。生導電率判定部２４は、判定結果である導電率及び水イオン指数（ｐＨ）のレベルをリーク診断部２６に出力する。
また、酸導電率判定部２１は、各酸導電率Ａ１〜Ａ１２で計測された酸導電率の変動率（例えば、上昇率）を判定することができる。同様に、Ｎａ濃度判定部２２は、ナトリウム計Ｂ１で計測されたナトリウムイオン濃度の変動率（例えば、上昇率）を判定することができる。また、脱ガス酸導電率判定部２３は、各脱ガス式酸導電率計Ｃ１〜Ｃ２で計測された脱ガス後の酸導電率の変動率（例えば、上昇率）を判定することができる。さらに、生導電率判定部２４は、生導電率計Ｄ１〜Ｄ２で計測された導電率及び水イオン指数（ｐＨ）の変動率（減少率）を判定することができる。これらの判定部２１〜２４は、それぞれ判定した計測結果の変動率をリーク診断部２６に出力する。
リーク診断テーブル２５においては、発電プラント１で想定される海水リークの発生状況のレベルに応じて計測器の計測結果及び処置に関する情報が階層的に登録されている。より具体的にいうと、リーク診断テーブル２５においては、発電プラント１で想定される海水リークの発生状況のレベルに関連付けて、計測器（酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率Ｄ）による計測結果と、海水リークの発生状況のレベルに応じた処置を示すガイダンス（以下、「処置ガイダンス」という）とが登録されている。なお、このリーク診断況テーブル２５の登録内容については後述する。
リーク診断部２６は、酸導電率判定部２１、Ｎａ濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３及び生導電率判定部２４における判定結果に基づいて、発電プラント１における海水リークの発生状況（海水リーク発生の有無や海水リークの発生状況のレベル）を診断する。例えば、リーク診断部２６は、酸導電率判定部２１、Ｎａ濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３及び生導電率判定部２４における判定結果に基づいて、リーク診断テーブル２５の登録内容から対応する診断結果を選択する。そして、リーク診断部２６は、選択した診断結果を出力装置３に出力する。
ここで、リーク診断テーブル２５に登録される内容の一例について図５を参照しながら説明する。図５は、本実施の形態に係るリーク診断システム１００のリーク診断テーブル２５の登録内容の一例の説明図である。なお、図５においては、説明の便宜上、各計測器の測定結果がノーマルレベルＮ、第１上位レベルＨ及び第１下位レベルＬである場合に限って説明している。リーク診断テーブル２５に登録される内容については、図５に示す内容に限定されるものではなく適宜変更が可能である。
図５に示すように、リーク診断テーブル２５においては、リーク診断レベル（レベル）４０１と、海水リークの分類４０２と、各種計測器（図５では、便宜上、「計器」と示す）の種別４０３及び計測結果４０４と、処置ガイダンス４０５とが登録されている。なお、図５においては、計測器の種別４０３及び計測結果４０４として、９つの計測器の種別４０３ａ〜４０３ｉ、識別結果４０４ａ〜４０４ｉが登録されている場合について示している。
リーク診断レベル４０１は、海水リークの発生状況のレベルを示している。このリーク診断レベル４０１の内容は、海水リークに対処する緊急度のレベルに対応する。レベル４が最も緊急度が高い海水リークに対応し、レベル１が最も緊急度が低い海水リークに対応する。なお、図５においては、リーク診断レベル４０１として、４つのレベル１〜４を示している。しかしながら、リーク診断レベル４０１の数については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。
海水リークの分類４０２は、リーク診断レベル４０１に応じた海水リークの発生状況を示している。図５においては、レベル１〜４にそれぞれ「リーク発生疑い」、「リーク発生濃厚」、「リーク発生Ａ」及び「リーク発生Ｂ」が関連付けられている。ここで、「リーク発生Ｂ」は、「リーク発生Ａ」よりも海水リークが及ぼす影響度が大きく、対処する緊急度が高い発生状況を示している。処置ガイダンス４０５には、リーク診断レベル４０１に応じた処置ガイダンスが登録される。
リーク診断レベル１には、例えば、復水器７の貯水室７１に設置された酸導電率計Ａ２〜Ａ７のいずれか及び／又は復水ポンプ１５の下流側に設置された酸導電率計Ａ８の計測結果が第１上位レベルＨである内容が登録されている。このような計測結果が検出される場合、発電プラント１においては、海水リーク発生の疑いがある状況が想定される。このため、処置ガイダンス４０５には、「リーク発生疑い」に対応する処置ガイダンス群Ａが登録されている。処置ガイダンス群Ａには、例えば「復水器出口、復水ポンプ出口の酸導電率が高いので海水リーク発生の可能性があります。但し、復水の脱ガス酸導電率計の指示値は低いことから空気混入の影響も考えられます。運転責任者に報告してください。」などの内容と関連した水質データの表示が含まれる。
リーク診断レベル２には、例えば、上述したリーク診断レベル１の計測結果に加え、復水ポンプ１５の下流側に設置された脱ガス式酸導電率計Ｃ２の計測結果が第１上位レベルＨであり、補給水ポンプ８２の下流側に設置された酸導電率計Ａ１及び脱ガス式酸導電率計Ｃ１の計測結果がノーマルレベルＮである内容が登録されている。このような計測結果が検出される場合、発電プラント１においては、海水リークの発生が濃厚である状況が想定される。このため、処置ガイダンス４０５には、「リーク発生濃厚」に対応する処置ガイダンス群Ｂが登録されている。処置ガイダンス群Ｂには、例えば「復水器出口、復水ポンプ出口の酸導電率が高く、さらに、脱ガスの酸導電率計も高いことから、海水漏洩が発生している可能性が高い状況です。復水ラインからの供給を全て遮断して、補給水ラインからの供給に切り替えてください。合わせて、海水リーク発生時の操作手順の準備を完了してください。さらに、手分析で塩化物イオン濃度を計測して下さい。」などの内容が含まれる。
このリーク診断レベル２において、脱ガス式酸導電率計Ｃ２、酸導電率計Ａ１及び脱ガス式酸導電率計Ｃ１の計測結果は、発電プラント１の起動時等における復水器への大気の混入の影響を排除することを目的としている。すなわち、脱ガス式酸導電率計Ｃ２と同時に酸導電率計Ａ１及び脱ガス式酸導電率計Ｃ１の計測結果を確認することにより、発電プラント１の起動時等における補給水への大気混入に起因する酸導電率の上昇に基づいて海水リークと誤検知される事態を回避することができる。
また、このリーク診断レベル２においては、リーク診断レベル１の計測結果を利用している。すなわち、リーク診断レベル１で判定する計測結果に加えて、酸導電率計Ａ１及び脱ガス式酸導電率計Ｃ１、Ｃ２が所定の計測結果を示す場合に、リーク診断レベル２と判定される構成を採る。これにより、海水リークの発生状況のレベルを診断する際の処理を簡素化することができる。なお、後述するリーク診断レベル３、４においても同様である。
なお、脱ガス式酸導電率計Ｃ２、酸導電率計Ａ１及び脱ガス式酸導電率計Ｃ２の計測結果に基づいて、酸導電率の上昇が、発電プラント１の起動時等における補給水への大気混入に起因する旨を処置ガイダンスとして報知するようにしてもよい。この場合、処置ガイダンスには、「復水器出口の酸導電率が高いですが、これはプラント起動に伴う凝縮水への大気混入が原因です。合わせて、復水器の空気漏れ量を確認して下さい。」や「復水器出口の酸導電率が高いですが、補給水を介して多量な大気混入が原因です。」などの内容が含まれる。これらの処置ガイダンスは、例えば、海水リークが発生していない状況で報知される。
リーク診断レベル３には、例えば、上述したリーク診断レベル２の計測結果に加え、復水ポンプ１５の下流側に設置されたナトリウム計Ｂ１及び／又は脱気器１３の上流側に設置された酸導電率計Ａ９の計測結果が第１上位レベルＨである内容が登録されている。このような計測結果が検出される場合、発電プラント１においては、少なくとも軽度の海水リークの発生が想定される。このため、処置ガイダンス４０５には、「リーク発生Ａ」に対応する処置ガイダンス群Ｃが登録されている。処置ガイダンス群Ｃには、「海水リークが発生しています。」、「脱気器入口まで海水リークが進行していることが想定されます。」、「ドラムブローを全開にして下さい。」や「復水器を片肺運転に移行します。タービン負荷を６０％以下に設定して下さい。」などの内容が含まれる。
このリーク診断レベル３において、ナトリウム計Ｂ１の計測結果は、手分析による海水成分の浸入の検出作業を代替するものである。また、酸導電率計Ａ９の計測結果は、海水リークによる汚染範囲がどこまで広がっているかを確認することを目的としている。すなわち、酸導電率計Ａ９の計測結果を確認することにより、海水リークによる汚染範囲が脱気器１３の入口まで広がっているか否かを特定することができる。
リーク診断レベル４には、例えば、上述したリーク診断レベル３の計測結果に加え、ボイラ４の上流側及び／又は下流側に設置された酸導電率計Ａ１０、Ａ１１の計測結果が第１上位レベルＨである内容が登録されている（図５では、酸導電率計Ａ１０、Ａ１１の双方が第１上位レベルＨである場合のみを示している）。また、リーク診断レベル４には、例えば、上述したリーク診断レベル３の計測結果に加え、ボイラドラム４１に設置された酸導電率計Ａ１２の計測結果が第１上位レベルＨであり、生導電率計Ｄ１の計測結果が第１下位レベルＬである内容が登録されている。このような計測結果が検出される場合、発電プラント１においては、重度の海水リークの発生が想定される。このため、処置ガイダンス４０５には、「リーク発生Ｂ」に対応する処置ガイダンス群Ｄが登録されている。処置ガイダンス群Ｄには、「海水リークが発生しています。」、「ボイラ入口（出口）まで海水リークが進行していることが想定されます。」や「ユニットトリップを行い、給水サイクル内の全ブローと純水への置換を行って下さい。」などの内容が含まれる。
ここに一例を示したように、リーク診断テーブル２５においては、発電プラント１で想定される海水リークの発生状況に応じた単一又は複数の計測器の計測結果が、リーク診断レベル毎に登録されている。リーク診断部２６においては、酸導電率判定部２１、Ｎａ濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３及び生導電率計２４から判定結果を受け取ると、その判定結果に応じたリーク診断テーブル２５の内容を診断結果として選択する。そして、選択した診断結果における処置ガイダンス４０５の内容を出力装置３に出力する。
例えば、酸導電率計判定部２１から判定結果として、酸導電率計Ａ２、Ａ８の計測結果が第１上位レベルＨである旨を受け取った場合を考える。この場合、リーク診断部２６は、リーク診断テーブル２５の番号３の内容を診断結果として選択する。そして、この診断結果における処置ガイダンス４０５の内容（処置ガイダンス群Ａ：例えば、復水器出口、復水ポンプ出口の酸導電率が高いです。手分析で塩化物イオン濃度を計測して下さい。）を出力装置３に出力する。
出力装置３においては、例えば、この処置ガイダンス４０５の内容を表示画面上に出力する。なお、この場合において、リーク診断レベル４０１に応じて緊急度の高い内容を示唆する配色を用いることや、音声出力を併用することは実施の形態として好ましい。監視者は、出力装置３における出力内容を確認することにより、発電プラント１における海水リークの発生状況を速やかに認識することができると共に、対応すべき適切な処置を迅速に実行することが可能となる。
また、リーク診断部２６において、酸導電率判定部２１、Ｎａ濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３及び生導電率判定部２４から受け取った計測結果の変動率に基づいて海水リークの発生状況を診断することもできる。この構成によれば、酸導電率、ナトリウムイオン濃度及び脱ガス後の酸伝導率の変動率（例えば、上昇率）、並びに、導電率（生導電率）の変動率（例えば、減少率）の度合いに応じて海水リーク対策の緊急度を特定することができ、その緊急度に応じた適切な処理を報知することができる。特に、計測結果の変動率に応じて海水リークの発生状況を診断する場合には、軽微な計測結果の変動を考慮でき、微量の海水リークの発生を検出することができる。
ここで、このような発電プラント１における海水リークを診断する際の制御装置２の処理の一例について説明する。図６は、本実施の形態に係るリーク診断システム１００の制御装置２の処理について説明するためのフロー図である。なお、図６においては、図４に示す構成を有する制御装置２における処理の一例を示している。
発電プラント１における海水リークを診断する際、制御装置２においては、図６に示すように、まず、酸導電率判定部２１、Ｎａ濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３が、各計測器から計測結果を受信するかを判定する（ステップ（以下、「ＳＴ」という）５０１）。ここで、各計測器から計測結果を受信しない場合、各判定部２１〜２３は、ＳＴ５０１の判定処理を継続する。
各計測器から計測結果を受信した場合、酸導電率判定部２１、Ｎａ濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３は、その計測結果を判定する（ＳＴ５０２）。例えば、酸導電率判定部２１（Ｎａ濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３）は、酸導電率（ナトリウムイオン濃度、脱ガス後の酸導電率）のレベルや変動率を判定する。そして、酸導電率判定部２１（Ｎａ濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３）は、その判定結果をリーク診断部２６に出力する。
各判定部２１〜２３から判定結果を受け取ると、リーク診断部２６は、その判定結果に基づいて、発電プラント１における海水リークの診断結果を選択する（ＳＴ５０３）。より具体的には、リーク診断部２６は、各判定部２１〜２３からの判定結果に基づいて、リーク診断テーブル２５の登録内容から対応する診断結果を選択する。
次に、リーク診断部２６は、その診断結果に含まれる処置ガイダンスを出力装置３に出力する（ＳＴ５０４）。そして、処置ガイダンスを出力すると、リーク診断部２６は、処理をＳＴ５０１に戻し、再びＳＴ５０１〜ＳＴ５０４の処理を実行する。
このような一連の処理により、制御装置２は、発電プラント１の各所に設置された複数の計測器（酸導電率計Ａ１〜Ａ１２、ナトリウム計Ｂ１、脱ガス式酸導電率計Ｃ１〜Ｃ２及び生導電率計Ｄ１）の計測結果に応じて海水リークの発生状況を診断し、その診断結果を報知する。このように発電プラント１における複数の計測点で計測された計測結果に基づいて海水リークの発生状況を診断することで、診断結果の信頼性を高めることができる。そして、制御装置２は、各計測器の計測結果に応じた処置ガイダンスを予め登録し、その内容を報知する。このため、仮に監視者が水化学の専門知識を有しない場合においても、適切な処置を実行することができる。
特に、発電プラント１においては、酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄという複数の種類の計測器を、その計測結果の特徴を有効に活用できる箇所に設置している。例えば、酸導電率計Ａについては、計測精度の信頼性が高い特徴を生かすために給水系統１０、補給水系統８１の各所に複数個配置している。また、ナトリウム計Ｂについては、酸導電率計Ａで計測される塩化物（ＣＬ）イオン成分と異なるナトリウムイオン成分を計測できる特徴を生かし、酸導電率計Ａと同一箇所（復水器７出口）に設置している。さらに、脱ガス式酸導電率計Ｃについては、炭酸イオンを除く陰イオン（アニオン）を計測できる特徴を生かし、補給水系統８１及び給水系統１０の双方に設置している。さらに、生導電率計Ｄについては、水素イオン指数を計測できる特徴を生かし、ボイラドラム４１及び補給水系統８１に設置している。
制御装置２は、これらの酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄにおける計測結果の任意の組み合わせから海水リークの発生状況を診断する。特に、制御装置２は、酸導電率計Ａ及び脱ガス式酸導電率計Ｃの計測結果の組み合わせから海水リークの発生状況を診断する（図５に示すリーク診断レベル２参照）。このため、ボイラ給水中の酸導電率だけでなく、ガス成分を取り除いた後の酸導電率を考慮して海水リークの発生状況を診断することができる。これにより、ボイラ給水中のガス成分に起因する酸導電率の上昇に応じて海水リークが発生したと診断される事態を防止することができる。この結果、海水リークに関係しない要因を排除できるので不要な操業制限が回避でき、発電プラント１における海水リークの発生状況を的確に診断すると共に、そのリーク発生状況に応じた処置を報知することができる。
上述のように、脱ガス式酸導電率計Ｃは、補給水系統８１及び給水系統１０の双方に設置されている。これにより、制御装置２は、補給水系統８１及び給水系統１０におけるボイラ給水中の脱ガス後の酸導電率を考慮して海水リークの発生状況を診断することができる。このため、海水リークの診断において、補給水等に混入したガス成分の影響を排除することができる。この結果、例えば、発電プラント１の起動時等に、補給水等に混入したガス成分に起因する酸導電率の上昇に応じて海水リークが発生したと診断される事態を効果的に防止することができる。
また、制御装置２は、酸導電率計Ａ及び脱ガス式酸導電率計Ｃに加え、ナトリウム計Ｂの計測結果の組み合わせから海水リークの発生状況を診断する（図５に示すリーク診断レベル３参照）。このため、酸導電率計Ａ及び脱ガス式酸導電率計Ｃによってボイラ給水中の塩化物（ＣＬ）イオン成分を計測でき、ナトリウム計Ｂによってボイラ給水中のナトリウム（Ｎａ）イオン成分を計測できる。これにより、塩化物（ＣＬ）イオン成分及びナトリウム（Ｎａ）イオン成分の二成分によって海水リークの発生状況を診断することができる。この結果、塩化物イオン成分のみに基づく場合と比べて、より高精度に海水リークの発生状況を診断することができる。
さらに、制御装置２は、リーク診断テーブル２５を参照し、酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄの計測結果の組み合わせに基づいて海水リークの発生状況を階層的に診断する。このため、海水リークの発生状況が階層的に診断されることから、海水リークが及ぼす影響度を特定することができ、その影響度に応じた適切な処理を報知することができる。
酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄは、計測器本体に生じた不具合を診断する自己診断機能を備え、診断した不具合が制御装置２に通知することができる。このため、制御装置２において、これらの不具合に起因する酸導電率の上昇に応じて海水リークが発生したと診断される事態を防止することができる。これにより、海水リークに関係しない要因を排除でき、発電プラント１における海水リークの発生状況を的確に診断することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。
例えば、上記実施の形態においては、制御装置２により、発電プラント１の各所に設置された複数の酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄの計測結果に応じて海水リークの発生状況を診断し、その診断結果を報知する場合について説明している。制御装置２により、このような診断結果の報知処理に加え、診断結果に応じてプラント構成機器を自動的に制御することは実施の形態として好ましい。例えば、図５に示すリーク診断レベル３と診断された場合に復水器７を自動的に片肺運転に移行させることや、図５に示すリーク診断レベル４と診断された場合にユニットトリップを自動的に実行することができる。すなわち、制御装置２による診断結果を発電プラント１の運転操作の自動化に組み入れることができる。
また、上記実施の形態においては、制御装置２がプロセッサ及び記憶媒体（ＲＯＭ，ＲＡＭ）などにより、酸導電率判定部２１、ナトリウムイオン濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３、リーク診断部２６及びリーク診断テーブル２５を構成する場合について説明している。しかしながら、制御装置２の構成については、これに限定されるものではない。例えば、これらの酸導電率判定部２１、ナトリウムイオン濃度判定部２２、脱ガス酸導電率判定部２３、リーク診断部２６及びリーク診断テーブル２５で実行する処理を実現することを前提として、組み合わせ回路等を含む論理回路により構成することができる。
特に、上記実施の形態においては、制御装置２の各判定部２１〜２４において、各計測器（酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄ）の計測結果のレベルや変動率を判定する構成について説明している。しかしながら、このような機能を実現するための機能を各計測器に備えるようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、制御装置２の各判定部２１〜２４で各計測器（酸導電率計Ａ、ナトリウム計Ｂ、脱ガス式酸導電率計Ｃ及び生導電率計Ｄ）の計測結果のレベルを、３段階で判定可能である内容を例示している。計測結果が第２上位レベル（ＨＨレベル）や第２下位レベル（ＬＬレベル）である場合、これらの内容に応じて特別な報知内容を設定することは実施の形態として好ましい。例えば、対処の緊急性を確実に報知するための警報を出力することや、複数の監視者が携帯する情報通信端末にメッセージを送信することが考えられる。また、制御装置２で診断されるリーク診断レベルを１つ上げるようにしてもよい。
さらに、上記実施の形態に係る発電プラント１に図示していないプラント構成機器を、リーク診断レベルに応じて制御するようにしてもよい。例えば、緊急時に、復水ポンプ１５の下流側にボイラ給水を排水可能な弁構造を設ける一方、補給水タンク８内の純水を復水器７や蒸気タービン５にスプレー可能なスプレー構造を設けておき、リーク診断レベル２と診断された場合にこれらの構造を駆動することが考えられる。この場合には、監視者に対して、その旨を処理ガイダンスとして報知することが好ましい。
１００ リーク診断システム
１ 発電プラント
２ 制御装置
２１ 酸導電率判定部
２２ ナトリウムイオン（Ｎａ）濃度判定部
２３ 脱ガス酸導電率判定部
２４ 生導電率判定部
２５ リーク診断テーブル
２６ リーク診断部
３ 出力装置
４ ボイラ
４１ ボイラドラム
４２ 再熱器
５ 蒸気タービン
５１ 高圧タービン
５２ 中圧タービン
５３ 低圧タービン
５４ 蒸気分配菅（クロスオーバー管）
６ 発電機
７ 復水器
７１ 貯水槽
８ 補給水タンク
８１ 補給水系統
８２ 補給水ポンプ
９ 循環水取水漕
９１ 循環水系統
９２ 循環水ポンプ
９３ 循環水放水漕
１０ 復水・給水系統
１１ａ 復水管
１１ｂ 給水管
１２ 低圧ヒータ
１３ 脱気器
１４ 高圧ヒータ
１５ 復水ポンプ
１６ ボイラ給水ポンプ
１７ 主蒸気管
１８ 再熱蒸気管
１９ 抽気管
１９ａ 低圧抽気管
１９ｂ 脱気器抽気管
１９ｃ 高圧抽気管
Ａ、Ａ１〜Ａ１２ 酸導電率計
Ａ１０３ 陽イオン交換膜
Ｂ、Ｂ１ ナトリウム計
Ｃ、Ｃ１〜Ｃ２ 脱ガス式酸導電率計
Ｃ１１ 脱気ユニット
Ｃ１１１ 脱気膜
Ｃ１２ 陽イオン交換膜
Ｃ１３ 導電率計
Ｄ、Ｄ１ 生導電率計
１ 発電プラント
２ 制御装置
２１ 酸導電率判定部
２２ ナトリウムイオン（Ｎａ）濃度判定部
２３ 脱ガス酸導電率判定部
２４ 生導電率判定部
２５ リーク診断テーブル
２６ リーク診断部
３ 出力装置
４ ボイラ
４１ ボイラドラム
４２ 再熱器
５ 蒸気タービン
５１ 高圧タービン
５２ 中圧タービン
５３ 低圧タービン
５４ 蒸気分配菅（クロスオーバー管）
６ 発電機
７ 復水器
７１ 貯水槽
８ 補給水タンク
８１ 補給水系統
８２ 補給水ポンプ
９ 循環水取水漕
９１ 循環水系統
９２ 循環水ポンプ
９３ 循環水放水漕
１０ 復水・給水系統
１１ａ 復水管
１１ｂ 給水管
１２ 低圧ヒータ
１３ 脱気器
１４ 高圧ヒータ
１５ 復水ポンプ
１６ ボイラ給水ポンプ
１７ 主蒸気管
１８ 再熱蒸気管
１９ 抽気管
１９ａ 低圧抽気管
１９ｂ 脱気器抽気管
１９ｃ 高圧抽気管
Ａ、Ａ１〜Ａ１２ 酸導電率計
Ａ１０３ 陽イオン交換膜
Ｂ、Ｂ１ ナトリウム計
Ｃ、Ｃ１〜Ｃ２ 脱ガス式酸導電率計
Ｃ１１ 脱気ユニット
Ｃ１１１ 脱気膜
Ｃ１２ 陽イオン交換膜
Ｃ１３ 導電率計
Ｄ、Ｄ１ 生導電率計
Claims (10)
- 蒸気タービンから排出された蒸気を復水器内で冷却水によって復水してボイラに供給する発電プラントの冷却水リーク診断システムであって、
ボイラ給水中の酸導電率を計測する第１の酸導電率計と、ボイラ給水中のガス成分を取り除いた後の酸導電率を計測する第２の酸導電率計と、前記第１、第２の酸導電率計の計測結果の組み合わせから前記冷却水のリーク発生状況を診断し、診断結果に応じた処置を報知する制御装置と、を具備し、
前記第２の酸導電率計は、前記復水器へ補給水を供給する補給水系統に設置されており、前記制御装置は、前記補給水系統の前記第２の酸導電率計の計測結果に応じて前記冷却水のリーク発生状況を診断することを特徴とする冷却水リーク診断システム。 - 前記第１、第２の酸導電率計は、酸導電率の変動率を計測し、前記制御装置は、当該酸導電率の変動率に基づいて前記冷却水のリーク発生状況を診断することを特徴とする請求項１記載の冷却水リーク診断システム。
- 前記第１、第２の酸導電率計は、電気式の陽イオン交換膜を備えることを特徴とする請求項１記載の冷却水リーク診断システム。
- ボイラ給水中のナトリウムイオン濃度を計測するナトリウム計を更に具備し、前記制御装置は、前記第１、第２の酸導電率計及び前記ナトリウム計の計測結果の組み合わせから前記冷却水のリーク発生状況を診断することを特徴とする請求項１記載の冷却水リーク診断システム。
- 前記第１、第２の酸導電率計は、計測器本体に生じた不具合を診断する自己診断機能を備え、前記制御装置に計測器本体に生じた不具合を通知することを特徴とする請求項１記載の冷却水リーク診断システム。
- ボイラ給水の流量を計測する流量計を更に具備し、前記制御装置は、前記第１、第２の酸導電率計及び前記流量計の計測結果に基づいて前記冷却水のリーク量を診断することを特徴とする請求項１記載の冷却水リーク診断システム。
- 前記制御装置は、前記第１、第２の酸導電率計の計測結果の組み合わせに基づいて前記冷却水のリーク発生状況を階層的に診断することを特徴とする請求項１記載の冷却水リーク診断システム。
- 前記第２の酸導電率計は、前記補給水系統及び前記復水器から前記ボイラへの給水系統にそれぞれ設置されており、前記制御装置は、前記補給水系統及び前記給水系統の前記第２の酸導電率計の計測結果に応じて前記冷却水のリーク発生状況を診断することを特徴とする請求項１記載の冷却水リーク診断システム。
- 前記第１の酸導電率計は、前記復水器へ補給水を供給する補給水系統に設置され、前記第２の酸導電率計は、前記補給水系統及び前記復水器から前記ボイラへの給水系統にそれぞれ設置されており、前記制御装置は、前記補給水系統の前記第１の酸導電率計、並びに前記補給水系統及び前記給水系統の前記第２の酸導電率計の計測結果に応じて前記冷却水のリーク発生状況を診断することを特徴とする請求項１記載の冷却水リーク診断システム。
- 前記第１の酸導電率計は、前記復水器へ補給水を供給する補給水系統に設置され、前記第２の酸導電率計は、前記補給水系統及び前記復水器から前記ボイラへの給水系統にそれぞれ設置されており、前記制御装置は、前記発電プラントの起動の際に、前記補給水系統の前記第１の酸導電率計、並びに前記補給水系統及び前記給水系統の前記第２の酸導電率計の計測結果に応じて前記冷却水のリーク発生状況を診断することを特徴とする請求項１記載の冷却水リーク診断システム。
Priority Applications (1)
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