JP6467300B2 - 蒸気システムの異常検出システム - Google Patents

Description

本願は、蒸気システムにおいてドレンを通過させる弁の異常状態を検出する異常検出システムに関する。

従来より、蒸気が使用される蒸気使用部（蒸気タービン等）を備えた蒸気システムが知られている。この種の蒸気システムでは、蒸気使用部の下流側にスチームトラップ等の弁が設けられ、蒸気使用部で蒸気が使用されて発生したドレンが弁を介して排出される。また、上述したような蒸気システムにおける弁の異常状態を検出する技術が、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１の検出技術は、振動センサ（振動検出部）をスチームトラップに接触させて該スチームトラップの振動を検出し、その検出した振動のレベルに基づいてスチームトラップの異常状態が判定される。

特開平８−４９９３号公報

ところで、上記特許文献１に記載の検出技術では、誤検出する場合があった。即ち、蒸気使用部（特に、蒸気タービン）で発生した振動がスチームトラップに伝わり、スチームトラップが振動しその振動が振動センサによって検出される。そのため、スチームトラップは正常状態であるにも拘わらず、スチームトラップが異常状態であると誤判定されてしまう場合があった。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蒸気システムにおけるスチームトラップ等の弁の異常状態を検出する異常検出システムにおいて、誤検出を防止することにある。

本願に開示の技術は、蒸気が使用される蒸気使用部と、該蒸気使用部と配管接続され、該蒸気使用部で蒸気が使用されて発生したドレンを通過させる弁とを備えた蒸気システムにおいて、上記弁の異常状態を検出する蒸気システムの異常検出システムを前提としている。本願の異常検出システムは、第１センサおよび第２センサと、異常判定部とを備えている。上記第１センサは、上記弁に取り付けられ、該弁の振動を検出するものである。上記第２センサは、上記蒸気使用部またはその近傍に取り付けられ、該蒸気使用部の振動を検出するものである。上記異常判定部は、上記第１センサが振動を検出した時に、上記第２センサが振動を検出した場合は上記弁は正常であると判定し、上記第２センサが振動を検出していない場合は上記弁は異常であると判定する。

以上のように、本願の蒸気システムの異常判定システムによれば、２つのセンサのうち第１センサのみが振動を検出した場合は、弁は異常状態であると判定される。つまり、第１センサによって検出された弁の振動は蒸気使用部の振動によるものではなく弁自身によるものであるとして、弁は異常状態であると判定することができる。また、第１センサおよび第２センサの両方が同時期に振動を検出した場合は、弁は正常状態であると判定される。つまり、第１センサによって検出された弁の振動は弁自身によるものではなく蒸気使用部の振動によるものであるとして、弁は正常状態であると判定することができる。これにより、蒸気使用部の振動によって起こる弁の振動に基づいて異常状態であるとする誤判定を防止することができる。したがって、弁の異常検出の誤検出を防止することができる。

図１は、実施形態に係る蒸気システムの異常検出システムの概略構成を示す図である。 図２は、第１センサおよび第２センサの動作状態の一例を示す図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、本実施形態の蒸気システム１は、蒸気使用部２とスチームトラップ３を備えている。そして、蒸気システム１には本願の請求項に係る異常検出システム１０が設けられている。

蒸気使用部２は、高温高圧の蒸気が使用されてドレン（復水）が発生するものである。具体的に、蒸気使用部２は蒸気によって羽根車を回転させ動力を得る蒸気タービンである。蒸気使用部２には、蒸気供給管４およびドレン排出管５が接続されている。蒸気使用部２では、ボイラー等の蒸気生成部（図示省略）から蒸気供給管４を通じて高温高圧の蒸気が供給される。また、蒸気使用部２では、羽根車の回転に使用された蒸気の一部が凝縮してドレン（復水）となりドレン排出管５に排出される。なお、図示しないが、蒸気使用部２では使用された残りの蒸気は別の配管に排出される。

スチームトラップ３は、蒸気使用部２の下流側であるドレン排出管５に設けられている。スチームトラップ３は、蒸気使用部２からドレン排出管５を介してドレンまたは蒸気混じりのドレンが流入する。そして、スチームトラップ３は、流入したドレンのみを自動的に出口部から排出するものである。つまり、スチームトラップ３は、蒸気使用部２と配管接続され、蒸気使用部２で蒸気が使用されて発生したドレン（復水）を通過させる弁である。

異常検出システム１０は、スチームトラップ３の異常状態を検出するものである。本実施形態において、スチームトラップ３の異常状態は蒸気漏れ（蒸気の排出）が生じている状態である。異常検出システム１０は、２つのセンサ１１，１２（第１センサ１１、第２センサ１２）と、異常判定部１３とを備えている。

２つのセンサ１１，１２は、それぞれ、対象物に接触してその対象物の振動（例えば、４０キロヘルツの振動周波数）を検出するものである。具体的に、第１センサ１１は、スチームトラップ３に取り付けられ、スチームトラップ３の振動周波数を検出する。第２センサ１２は、蒸気使用部２の近傍に位置するドレン排出管５に取り付けられ、ドレン排出管５の振動周波数を検出する。第２センサ１２によって検出される振動周波数は、蒸気使用部２の振動周波数に相当する。そして、第１センサ１１および第２センサ１２は、検出した振動周波数の大きさ（音圧レベル）（以下、検出値という。）が所定値以上になると、信号（ＯＮ信号）を異常判定部１３に送信する。上述した所定値は、第１センサ１１および第２センサ１２について同じ値とすることができる。

スチームトラップ３では、流体が流れるときに振動が発生する。そして、このスチームトラップ３の振動は、蒸気漏れが生じるとドレンが正常に排出されているときよりも大きくなる。上述した所定値は、スチームトラップ３で蒸気漏れが生じたときに発生する振動周波数の大きさを示す値に予め設定されている。

異常判定部１３は、第１センサ１１および第２センサ１２からの信号の組み合わせに基づいて、スチームトラップ３が異常状態であるか否かを判定するように構成されている。具体的に、異常判定部１３の判定動作について図２も参照しながら説明する。第１センサ１１および第２センサ１２の両方からＯＮ信号が異常判定部１３に送信された場合（図２の時間ｔ１）、異常判定部１３はスチームトラップ３が正常状態であると判定する。また、２つのうち第１センサ１１からのみＯＮ信号が異常判定部１３に送信された場合（図２の時間ｔ３）、異常判定部１３はスチームトラップ３が異常状態であると判定する。なお、当然ではあるが、２つのうち第２センサ１２からのみＯＮ信号が異常判定部１３に送信された場合（図２の時間ｔ２）、異常判定部１３はスチームトラップ３が正常状態であると判定する。

つまり、本実施形態の異常判定部１３は、第１センサ１１の検出値が所定値以上になった時に、第２センサ１２の検出値も所定値以上になっている場合、スチームトラップ３は正常であると判定する。また、異常判定部１３は、第１センサ１１の検出値が所定値以上になった時に、第２センサの検出値が所定値未満である場合、スチームトラップ３は異常であると判定する。

以上のように、上記実施形態の異常検出システム１０によれば、２つのセンサ１１，１２のうち第１センサの検出値のみが所定値以上になった場合は、スチームトラップ３は異常状態であると判定される。つまり、スチームトラップ３の振動周波数の大きさのみが所定値以上になった場合、スチームトラップ３の振動は蒸気使用部２の振動が伝達されたものではなくスチームトラップ３自身によるものであると把握できる。したがって、この場合、スチームトラップ３は異常状態であると判定することができる。

また、第１センサおよび第２センサの両方の検出値が同時期に所定値以上になった場合は、スチームトラップ３は正常状態であると判定される。つまり、蒸気使用部２およびスチームトラップ３の両方の振動周波数の大きさが所定値以上になった場合、スチームトラップ３の振動はスチームトラップ３自身によるものではなく蒸気使用部２の振動が伝達されたものであると把握できる。したがって、この場合、スチームトラップ３は正常状態であると判定することができる。

以上により、異常検出システム１０によれば、蒸気使用部２の振動が伝達されて起こるスチームトラップ３の振動に基づいて異常状態であるとする誤判定を防止することができる。したがって、スチームトラップ３の異常検出の誤検出を防止することができる。

また、本願の異常検出システム１０は、上記実施形態のように蒸気使用部２が蒸気タービンである場合は特に有効である。即ち、蒸気タービンは比較的大きな振動が発生するところ、その蒸気タービンの振動によるスチームトラップ３の振動が発生しやすくなるが、この場合でもスチームトラップ３の異常検出の誤検出を防止することができる。

なお、上記実施形態の異常検出システム１０では異常検出対象をスチームトラップ３としたが、その他の弁類を異常検出対象としてもよい。つまり、本願に開示の技術は、蒸気使用部２と配管接続され、蒸気使用部２のドレンを通過させる弁であって、振動に基づいて異常状態を検出することができる弁であれば同様に適用することができる。

また、上記実施形態の異常検出システム１０において、第２センサ１２は蒸気使用部２に取り付けるようにしてもよいことは勿論である。

本願に開示の技術は、蒸気システムにおいてドレンを通過させる弁の異常状態を検出する異常検出システムについて有用である。

１ 蒸気システム
２ 蒸気使用部
３ スチームトラップ（弁）
５ ドレン排出管（配管）
１０ 異常検出システム
１１ 第１センサ
１２ 第２センサ
１３ 異常判定部

Claims (2)

1. 蒸気が使用される蒸気使用部と、該蒸気使用部と配管接続され、該蒸気使用部で蒸気が使用されて発生したドレンを通過させる弁とを備えた蒸気システムにおいて、上記弁の異常状態を検出する蒸気システムの異常検出システムであって、
   上記弁に取り付けられ、該弁の振動周波数を検出する第１センサと、
   上記蒸気使用部またはその近傍に取り付けられ、該蒸気使用部の振動周波数を検出する第２センサと、
   上記第１センサによって検出された振動周波数の音圧レベルが所定値以上になった時に、上記第２センサによって検出された振動周波数の音圧レベルが上記所定値以上になっている場合は上記弁は正常であると判定し、上記第２センサによって検出された振動周波数の音圧レベルが上記所定値未満になっている場合は上記弁は異常であると判定する異常判定部とを備えている
   ことを特徴とする蒸気システムの異常検出システム。
2. 請求項１に記載の蒸気システムの異常検出システムにおいて、
   上記弁は、スチームトラップである
   ことを特徴とする蒸気システムの異常検出システム。

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