JP6578612B2

JP6578612B2 - 監視装置、これを備える蒸気タービン設備、及び蒸気タービン設備の監視方法

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Publication number: JP6578612B2
Application number: JP2015139740A
Authority: JP
Inventors: 濱崎　彰弘; 彰弘濱崎; 遥木戸; 任善岩藤; 仙市椿▲崎▼; 雅幸村上
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: JP2017020938A

Description

本発明は、蒸気タービン設備の水及び蒸気の電気伝導率の監視装置及び方法に関する。

ボイラを有する火力等の発電プラントは、ボイラから出力された蒸気を、蒸気ラインを経由して蒸気タービンに導入して発電する。蒸気は、蒸気タービンの駆動に用いられた後、復水器において冷却管を流れる海水等により冷却されて水（復水）に戻される。復水器の水は、復水ポンプにより給水ラインを経由してボイラに送られる。ボイラに送られた水は再び蒸気に変換され、蒸気タービンに供給されることによって循環させる。以上のように、蒸気タービン設備は、全体として循環系統を形成している。

このような蒸気タービン設備では純水が用いられるが、この純水の水質を監視するために、復水器又は復水ポンプ等からサンプル液を採取し、採取したサンプル液を陽イオン交換樹脂に通過させた後の電気伝導率（以下、「酸電気伝導率」という。）を検出する水質監視装置が給水ラインに設置されている。
ここで、循環する水に冷却用の海水が漏洩すると、水質監視装置により検出された酸電気伝導率が上昇する。このため、酸電気伝導率を監視することで、海水の漏洩を検知することができ、漏洩した海水による循環系統の配管や機器の腐食を防ぐことができる。

従来の水質監視装置は、復水器等の水を採取するだけではなく、給水ラインの途中やドラム内といった様々な場所からサンプル液を採取することで、各場所における水質を監視している（特許文献１）。

特開２００９−２４３９７２号公報

ここで、空気中の炭酸ガスが循環する水に溶解すると、溶解した炭酸ガス成分が陽イオン交換樹脂を通過し、水質監視装置に到達することによって、検出される酸電気伝導率が上昇する。溶解した炭酸ガス成分は腐食物質と異なるため、炭酸ガス成分が存在すると監視対象となる腐食物質の酸電気伝導率を正確に測定することができない。特許文献１のように、給水ラインの途中やボイラのドラム内のような様々な場所の水を採取しても、溶解した炭酸ガス成分はあらゆる場所に存在するから、水質監視装置は、海水漏洩を誤検出する問題点がある。よって、溶解した炭酸ガス成分の影響を抑え、信頼性の高い蒸気タービン設備の監視装置が切望されている。

本発明は、前記問題点に鑑み、信頼性の高い蒸気タービン設備の監視装置を提供することを目的とする。

第１の態様は、蒸気により駆動する蒸気タービンと、蒸気を発生させるボイラ及び蒸気を前記ボイラから前記蒸気タービンに供給する蒸気ラインを含む蒸気系統と、前記蒸気タービンの排気を水に戻す復水器及び水を前記復水器から前記ボイラに供給する給水ラインを含む給水系統とを有する蒸気タービン設備の監視装置であって、前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値を受け付ける入力部と、前記入力部が受け付けた前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値を比較する比較部と、前記比較部の比較結果に基づく情報を出力する出力部と、を備える。

当該監視装置では、水の電気伝導率の検出値と蒸気の電気伝導率の検出値とを比較することで、給水系統及び蒸気系統等を循環する炭酸ガスの影響を排除した監視値を得ることができるから、信頼性の高い水及び蒸気の蒸気タービン設備の監視装置が実現できる。

また、第２の態様は、第１の態様の蒸気タービン設備の監視装置において、前記比較部の比較結果から前記給水系統又は前記蒸気系統の異常を判定する判定部を備え、前記出力部は、前記判定部における判定結果を情報として出力する。

当該監視装置では、前記比較結果から、監視者の評価を待たずに、迅速且つ的確に異常判定を行うことができるから、迅速で的確な異常判定が可能な且つ信頼性の高い水及び蒸気の蒸気タービン設備の監視装置が実現できる。

また、第３の態様は、第１又は第２の様態の電気伝導率監視装置において、前記比較部は、比較結果として前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との差の二乗の平方根又は差の絶対値を求める。

当該監視装置では、前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との差の二乗の平方根又は差の絶対値を演算することによって、比較的簡単な演算及び判定で確実に異常を判定できるから、簡単な且つ信頼性の高い水及び蒸気の蒸気タービン設備の監視装置が実現できる。

また、第４の態様は、第１から第３のいずれかの様態の監視装置において、前記比較部は、比較結果として前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との大小関係を示すパラメータを求める。

当該監視装置では、海水の漏洩と、蒸気への電解質の混入とを判別できるパラメータを求めるから、高機能な且つ信頼性の高い水及び蒸気の蒸気タービン設備の監視装置が実現できる。

また、第５の態様は、第４の態様の監視装置において、前記パラメータは、前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との差又は比である。

当該監視装置では、海水の漏洩か、蒸気への電解質の混入か、を簡単な演算の結果を用いて判定できるから、簡便ながら高機能且つ信頼性の高い水及び蒸気の蒸気タービン設備の監視装置が実現できる。

また、第６の態様は、第４又は第５の態様の蒸気タービン設備の監視装置において、前記水の電気伝導率の検出値が前記蒸気の電気伝導率の検出値より大きいときは前記給水系統の異常と判定し、前記蒸気の電気伝導率の検出値が前記水の電気伝導率の検出値より大きいときは前記蒸気系統の異常と判定する判定部を備える。

当該監視装置では、給水系統の異常か、蒸気系統の異常かを判定できるから、より高機能且つ信頼性の高い水及び蒸気の蒸気タービン設備の監視装置が実現できる。

また、第７の態様は、第１から第６の様態のいずれかの蒸気タービン設備の監視装置において、前記蒸気タービン設備の出力変動時の、前記比較部の比較結果をマスクする。

当該監視装置では、前記蒸気タービン設備の出力変動時において異常を誤検出しないから、より信頼性の高い水及び蒸気の蒸気タービン設備の監視装置が実現できる。

また、第８の態様は、第１から第７の様態のいずれかの蒸気タービン設備の監視装置であって、前記給水系統中の水の電気伝導率の値を検出する第一検出部と、前記蒸気系統中の蒸気の電気伝導率の値を検出する第二検出部と、を備え、前記入力部は、前記第一検出部で検出された前記水の電気伝導率の検出値と前記第二検出部で検出された前記蒸気の電気伝導率の検出値とを受け付ける。

当該監視装置では、前記水の電気伝導率の検出値を検出する第一検出部と、前記蒸気の電気伝導率の検出値を検出する第二検出部とを備えることによって、検出部を別途設ける必要がないから、取り扱いが簡便で信頼性の高い水及び蒸気の蒸気タービン設備の監視装置が実現できる。

また、第９の態様は、第８の態様の蒸気タービン設備の監視装置において、前記第一検出部及び前記第二検出部は、それぞれ炭酸ガスを脱気する脱気ユニットを含む。

当該監視装置では、前処理で炭酸ガスを脱気して検出することによって、監視不要な炭酸ガスを検出時に排除した上で、完全に排除できなかった炭酸ガスの影響を相殺できるから、ノイズの少ない検出が可能であり、より信頼性の高い水及び蒸気の蒸気タービン設備の監視装置が実現できる。

また、第１０の態様は、第１から第９のいずれかの態様の蒸気タービン設備の監視装置と、前記蒸気タービンと、前記給水系統と、前記蒸気系統と、を有する。

また、第１１の態様は、蒸気により駆動する蒸気タービンと、蒸気を発生させるボイラ及び蒸気を前記ボイラから前記蒸気タービンに供給する蒸気ラインを含む蒸気系統と、前記蒸気タービンの排気を水に戻す復水器及び水を前記復水器から前記ボイラに供給する給水ラインを含む給水系統とを有する蒸気タービン設備の監視方法であって、前記給水系統中の水の電気伝導率の値を検出する第一検出工程と、前記蒸気系統中の蒸気の電気伝導率の値を検出する第二検出工程と、前記第一検出工程で検出された前記水の電気伝導率の検出値と前記第二検出工程で検出された前記蒸気の電気伝導率の検出値とを受け付ける入力工程と、前記入力工程で受け付けた前記水の電気伝導率の検出値と前記電気伝導率の検出値とを比較する比較工程と、前記比較工程の比較結果に基づく情報を出力する出力工程と、を含む。

また、第１２の態様は、第１１の態様の蒸気タービン設備の監視方法において、前記比較工程の比較結果から前記給水系統又は前記蒸気系統の異常を判定する判定工程を含み、前記出力工程では、前記判定工程における判定結果を情報として出力する。

また、第１３の態様は、第１１又は第１２の態様の電気伝導率監視方法において、前記比較工程では、比較結果として前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との差の二乗の平方根又は差の絶対値を求める。

また、第１４の態様は、第１１から第１３の態様の監視方法において、前記比較工程では、比較結果として前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との大小関係を示すパラメータを求める。

また、第１５の態様は、第１４の態様の蒸気タービン設備の監視方法において、前記水の電気伝導率の検出値が前記蒸気の電気伝導率の検出値より大きいときは前記給水系統の異常と判定し、前記蒸気の電気伝導率の検出値が前記水の電気伝導率の検出値より大きいときは前記蒸気系統の異常と判定する判定工程を含む。

本発明の一態様では、水の電気伝導率の検出値と蒸気の電気伝導率の検出値とを比較することで、給水系統及び蒸気系統等を循環する炭酸ガスの影響を排除した出力を得ることができる。このため、本発明の一態様によれば、信頼性の高い水及び蒸気の蒸気タービン設備の監視を実現できる。

本発明に係る第一実施形態における蒸気タービン設備の系統図である。本発明に係る第一実施形態における処理部の系統図である。本発明に係る第一実施形態におけるフローチャートである。本発明に係る第一実施形態における変形例の蒸気タービン設備の系統図である。本発明に係る第二実施形態におけるフローチャートである。本発明に係る第二実施形態における変形例のフローチャートである。本発明に係る実施形態における実際の監視結果のグラフである。本発明に係る実施形態における実際の監視結果のグラフである。

以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を用いて説明する。

「第一実施形態」
本発明に係る監視装置及びこれを備える蒸気タービン設備の第一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

本実施形態の蒸気タービン設備は、図１に示すように、蒸気により駆動する蒸気タービン２と、蒸気を発生させるボイラ３と、蒸気タービン２の排気を水（復水）に戻す復水器４と、水を復水器４から復水ポンプ５を介してボイラ３に供給する給水ライン６と、蒸気をボイラ３から蒸気タービン２に供給する蒸気ライン７と、監視装置１とを備える。

本実施形態の給水系統Ａは、復水器４と、復水ポンプ５と、給水ライン６とを備える。また、本実施形態の蒸気系統Ｂは、ボイラ３及び蒸気ライン７を備える。

給水系統Ａの水を監視するために、給水ライン６の途中でサンプル管を分岐させることによって、給水ライン６を流れる水の一部がサンプリングされる。監視装置１は、サンプリングされた水の酸電気伝導率を検出する。サンプリングされる水は、給水系統Ａのいずれから採取してもよく、給水ライン６の水に限らず、復水器４における復水を採取してもよい。

さらに、監視装置１は、蒸気系統Ｂの蒸気を監視するために、蒸気ライン７の途中でサンプル管を分岐させることによって、蒸気ライン７を流れる蒸気の一部がサンプリングされる。監視装置１は、サンプリングされた蒸気を水に戻して、サンプリングされた蒸気の酸電気伝導率を検出する。サンプリングする蒸気は、蒸気系統Ｂのいずれから採取してもよく、蒸気ライン７の蒸気に限らず、ボイラ３内で発生した蒸気を採取してもよい。

監視装置１は、第一検出部８と、第二検出部９と、処理部１０とを有する。監視装置１は、水質の監視だけではなく、後で説明するように、蒸気タービン側へ電解質が混入してしまう、いわゆるキャリーオーバー（飛沫同伴）が生じる場合があるので、蒸気の監視も必要となる。

第一検出部８は、少なくともサンプリングされた水の酸電気伝導率を検出する検出器８ａで構成されている。第二検出部９は、少なくともサンプリングされた蒸気の酸電気伝導率を検出する検出器９ａで構成されている。さらに、第一検出部８及び第二検出部９には、陽イオン交換樹脂を設けられている。陽イオン交換樹脂を設け、酸電気伝導率を検出することによって、第一検出部８及び第二検出部９は、陽イオンを高感度で検出している。薬剤（例えば、アンモニアやヒドラジン）や漏洩した海水を含む水やキャリーオーバー物質を含む蒸気から得た水を、水素イオン形の強酸性陽イオン交換樹脂等の陽イオン交換樹脂を通過させると、水に含まれるＮａ^＋、Ｃａ^２＋、ＮＨ_４ ^＋、Ｎ_２Ｈ_５ ^＋等の陽イオンはＨ⁺に交換される。Ｈ⁺は、Ｎａ^＋、Ｃａ^２＋、ＮＨ_４ ^＋、Ｎ_２Ｈ_５ ^＋等と比較して極限モル伝導率が大きいため、漏洩した海水の検出やキャリーオーバー物質の検出には、水素イオン形の強酸性陽イオン樹脂を通過させることによって、検出感度が増幅され、感度良く検出することができる。

しかし、酸電気伝導率を検出しなくても、高感度にイオンを検出できる場合は、第一検出部８及び第二検出部９に陽イオン交換樹脂を設けなくてもよい。

第一検出部８は検出値Ｄ１を処理部１０へ出力し、第二検出部９は検出値Ｄ２を処理部１０へ出力する。第一検出部８は、検出値Ｄ１を検出値Ｄ１に相関した信号で送信し、第二検出部９は、検出値Ｄ２を検出値Ｄ２に相関した信号で送信する。これらの信号は、電気信号、光信号、電波信号等どのような通信形態の信号でもよく、検出値Ｄ１及び検出値Ｄ２に相関した信号を送信するものであれば、アナログ方式でも、デジタル方式でも、どのような方式でもよい。

処理部１０は、図２に示すように、水の酸電気伝導率の検出値と蒸気の酸電気伝導率の検出値とを受け付ける入力部１０１と、入力部１０１が受け付けた検出値Ｄ１及び検出値Ｄ２を比較する比較部１０２と、比較部１０２の比較結果を判定する判定部１０３と、比較部１０２の比較結果や判定部１０３の判定結果を出力する出力部１０４で構成されている。また、処理部１０は、図３に示すような処理を行う。

なお、処理部１０は、ＣＰＵ、記憶部、Ｉ／Ｏ部等を有するコンピュータシステムからなり、入力部１０１、比較部１０２、判定部１０３及び出力部１０４を構成している。そして、各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、処理部１０は、入力部１０１、比較部１０２、判定部１０３及び出力部１０４を、それぞれ個別に電気回路や電子回路で構成してもよい。

本実施形態の蒸気タービン設備では、図１に示すように、ボイラ３で発生させた蒸気は、蒸気ライン７を経由して蒸気タービン２に供給される。蒸気は、蒸気タービン２の駆動に用いられた後、復水器４において冷却管を流れる海水等により冷却されて水（復水）に戻される。復水器４の水は、復水ポンプ５により給水ライン６を経由してボイラ３に送られる。ボイラ３に送られた水は再び蒸気に変換され、蒸気タービン２に供給される。このように、蒸気及び水の流れによって、全体として循環系統が形成される。

ここで、蒸気タービン側へのキャリーオーバーについて説明する。
ボイラ３は、給水ライン６から送られる水を加熱することによって、蒸気を得ている。そして、蒸気タービン設備は、蒸気を蒸気ライン７によって蒸気タービン２へ供給している。ここで、給水ライン６から送られる水に漏洩した海水や薬剤が含まれる、すなわち電解質が含まれていたとしても、この水を沸騰させることにより得た蒸気には、通常、水分（Ｈ_２Ｏ）しか基本的に含まれない。しかし、ボイラ３内のドラムの水面レベルの上昇、デミスターの劣化、ドラム内の電解質の過剰濃縮によって、ボイラ３内の電解質が含まれる水滴やミストが蒸気ライン７へ流れる蒸気に随伴し、蒸気タービン２側へ電解質が混入してしまい、電解質のキャリーオーバーが生じることがある。

給水系統Ａから蒸気系統Ｂへキャリーオーバーされる物質は、蒸気タービンの腐食やスケールの原因となる物質を含んでいる。したがって、給水系統Ａの水の水質監視だけではなく、蒸気系統Ｂの蒸気に含まれ得るキャリーオーバー物質の監視も必要となる。

以下、本実施例の処理部１０の処理について、図３のフローチャートに従って説明する。

処理部１０が処理を開始（Ｓ１）すると、入力部１０１は、第一検出部８及び第二検出部９から信号として、検出値Ｄ１及びＤ２を受け付ける（Ｓ２：入力工程）。ここで、第一検出部８は水の酸電気導電率を検出値Ｄ１として検出し（第一検出工程）、第二検出部９は検出値Ｄ２として蒸気の酸電気導電率を検出する（第二検出工程）。入力部１０１は、検出値Ｄ１及びＤ２を比較部１０２に出力する。図２において、入力部１０１は、受け付けた検出値Ｄ１に関する信号及び検出値Ｄ２に関する信号を個別に比較部１０２へ送信するが、送信後に比較部１０２において分離可能であるなら、検出値Ｄ１及びＤ２を一括した信号で送信してもよい。

比較部１０２は、入力部１０１から検出値Ｄ１及びＤ２を受け付け、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２とを比較する演算を行い、比較結果を求める。比較部１０２は、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２の比較結果を求めるものであれば、どのような演算を行うものであってもよい。

ここで、比較部１０２についての作用・効果を説明する。
蒸気タービン設備の運転中においては、復水器４内は真空に保たれているが、蒸気タービン設備の検査による運転停止時は、復水器４内は真空破壊により真空が保たれない状態となる。このため、復水器４の復水の中や給水ライン６の水の中に、空気中に含まれる炭酸ガスが混入する。酸電気伝導率を検出する上で、循環系統の蒸気や水に空気中の炭酸ガスが混入すると、炭酸イオンの影響によって、蒸気や水の酸電気伝導率が上昇することとなる。たとえ、陽イオン交換樹脂を通過させて酸電気伝導率を検出したとしても、水や蒸気に空気中の炭酸ガスが含まれていると、背景技術の欄で説明したように、炭酸ガス成分は、当該陽イオン交換樹脂を通過してしまい、酸電気伝導率の検出に影響を与える。

炭酸ガス成分は、酸電気伝導率の監視対象である電解質とは異なり、蒸気タービン２において、スケールや腐食物質の原因とはならず、海水の漏洩でもないから監視不要である。しかし、炭酸ガス成分は、酸電気伝導率の検出に影響を及ぼすから、炭酸ガスが混入すると、スケールや腐食物質の原因となる物質の電解質の酸電気伝導率や漏洩した海水の酸電気伝導率を正確に検出できない。

そこで、比較部１０２は、水の酸電気伝導率の検出値Ｄ１と蒸気の酸電気伝導率の検出値Ｄ２とを比較する（Ｓ３：比較工程）。
蒸気や水に混入した炭酸ガスは、スケールや腐食物質のように蒸気タービン２、循環系統の配管や機器等に付着したり、海水や薬剤のようにボイラ内に蓄積したりしない。言い換えると、蒸気や水に混入した炭酸ガスは、水や蒸気への混入量が維持されたまま蒸気タービン設備を水や蒸気と共に循環する。よって、循環する炭酸ガスは、第一検出部８及び第二検出部９にいずれにおいても同程度に検出されることになる。

逆に、給水系統Ａの水に混入した海水に溶解する電解質は、ボイラ３内へ混入するものの、ボイラ３では蒸発しないから、蒸気系統Ｂでは検出されない。また、蒸気系統Ｂへキャリーオーバーした電解質のうち、蒸気タービン２にスケールや腐食を形成する物質は、蒸気タービン２に付着してスケールや腐食物質を形成するから、給水系統Ａに戻るときには少なからず減少する。そして、蒸気タービン２にスケールや腐食を形成する物質は、蒸気系統Ｂに比べて、給水系統Ａにおいて低レベルで検出される。

よって、給水系統Ａに海水が混入した場合や、蒸気系統Ｂに当該スケールや腐食物質を形成する物質が混入した場合は、第一検出部８と第二検出部９とでは、異なる値が検出されることになる。

したがって、水の酸電気伝導率の検出値Ｄ１と蒸気の酸電気伝導率の検出値Ｄ２とを比較すれば、第一検出部８及び第二検出部９の両方で検出された酸電気伝導率のうち、炭酸ガスに対応する酸電気伝導率を相殺して評価することができ、監視装置１は、監視不要な炭酸ガスの影響を低減した監視を行うことができる。

なお、海水に溶解する電解質としては、Ｎａ^＋、Ｃｌ⁻、Ｃａ^２＋等があり、スケールや腐食物質を形成する電解質としては、Ｎａ^＋、Ｃｌ⁻、Ｃａ^２＋に加え、ＰＯ_４ ^３−がある。

さらに、炭酸ガスの影響が大きい場合には、変形例として、第一検出部８を検出器８ａ及び脱気ユニット８ｂで構成し、第二検出部９を検出器９ａ及び脱気ユニット９ｂで構成してもよい。具体的には、図４に示すように、検出器８ａの上流に脱気ユニット８ｂ、検出器９ａの上流に脱気ユニット９ｂを設けることによって、第一検出部８及び第二検出部９は、炭酸ガスを脱気するという前処理を行う。監視装置１は、この前処理を行って得た検出値Ｄ１と検出値Ｄ２とを比較することによって、監視不要な炭酸ガスを検出時に排除した上で、完全に排除できなかった炭酸ガスの影響を相殺する。そして、脱気ユニット８ｂ，９ｂを設けることによって、ノイズの少ない環境での監視が可能となり、脱気ユニット８ｂ，９ｂを設けた監視装置１は、脱気ユニット８ｂ，９ｂを設けない場合に比べてより微妙な量の電解質を検出することができる。

検出値Ｄ１と検出値Ｄ２との差又は比を評価できる演算の例としては、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２の差又は比だけではなく、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２との差の二乗の平方根、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２の差の絶対値、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２との比の二乗、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２との比の平方根などが考えられる。すなわち、検出値Ｄ１とＤ２との差又は比を評価できる比較結果を求めるものであれば、どのような演算であってもよい。

一例として、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２の差の二乗の平方根を算出する演算を、以下の式（１）に示す。

Ｍ＝√（（Ｄ１−Ｄ２）^２）・・・（１）

比較部１０２は、当該演算を行い、演算結果を監視値Ｍ（比較結果）として、判定部１０３又は出力部１０４に出力する（図２）。

判定部１０３は、比較結果が異常かどうかを判定する（Ｓ４：判定工程）。異常かどうかの判定は、例えば監視値Ｍをしきい値Ｍ１と比較し、上記判定を行う。異常かどうかの判定は、上記演算のうち、どのような演算結果を用いてもよいが、式（１）の演算結果を用いれば、比較的簡単な演算及び判定で確実に異常を判定できる。この判定を行うことによって、監視者の評価を待たずに、迅速且つ的確に異常判定を行うことができる。

判定部１０３は、異常かどうかの判定の結果、異常でない（ＮＯ）と判定されたなら、次の検出値Ｄ１と検出値Ｄ２とを受け付ける。判定部１０３が、異常かどうかの判定の結果、異常（ＹＥＳ）と判定したら、出力部１０４は異常出力を行い（Ｓ５）、処理部１０は処理を終了する（Ｓ６）。異常出力は、表示装置や記録紙等の表示媒体への出力、記憶装置への出力、警報灯や警報音等の警報器への出力等、監視者がリアルタイムに又は後に異常を確認できるものであればどのようなものであってもよい。

「第二実施形態」
本発明に係る蒸気タービン設備の監視装置の第二実施形態について、図５のフローチャートに従って説明する。

本実施形態の監視装置１は、第一実施形態の判定部１０３の処理が異なるだけで、基本的な装置構成は第一実施形態の装置構成と同一である。

本実施形態では、処理部１０が処理を開始（Ｓ１）すると、比較工程（Ｓ３）まで、第一実施形態と同様な処理が行われる。
ただし、本実施形態の場合、比較部１０２は、監視値Ｍとして、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２との大小関係を評価できるパラメータを算出する。大小関係を評価できるパラメータとして、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２の差（Ｍ＝（Ｄ１−Ｄ２））や、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２の比（Ｍ＝Ｄ１／Ｄ２）や、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２との比の二乗や、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２との比の平方根などがある。

判定部は、Ｓ４：判定工程において、まずは第一実施例と同様に、比較結果が異常かどうかを判定する（Ｓ４−１：第一判定工程）。続いて、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２との大小関係の判定を行う（Ｓ４−２：第二判定工程）。

なお、以下大小関係の判定において、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２とが大小関係にない場合、すなわち検出値Ｄ１と検出値Ｄ２とが実質的に等しい場合は、給水系統Ａ、蒸気系統Ｂどちらの異常としてもよいし、異常なしと判定してもよい。以下は、説明を簡単にするために検出値Ｄ１と検出値Ｄ２とが等しくない場合について説明する。

検出値Ｄ１と検出値Ｄ２とが同じ酸電気伝導率に対して同じ値を示すように調整されているなら、検出値Ｄ１が検出値Ｄ２より大きい場合は、酸電気伝導率の上昇の原因が給水系統Ａにあることとを意味するし、検出値Ｄ２が検出値Ｄ１より大きい場合は、酸電気伝導率の上昇の原因が蒸気系統Ｂにあることを意味する。

そこで、上記大小関係の判定を行い、検出値Ｄ１が検出値Ｄ２より大きい（ＹＥＳ）と判定した場合は、給水系統Ａの異常と判定し、検出値Ｄ１が検出値Ｄ２より大きくない（ＮＯ）と判定した場合は、蒸気系統Ｂの異常と判定し、出力部１０４は判定結果を出力し（Ｓ５：出力工程）、処理を終了する（Ｓ６）。

判定部１０３における前記大小関係の判定は、様々な形態がある。例えば、比較部１０２が、Ｍ＝Ｄ１−Ｄ２を演算するものであるなら、判定部１０３は、監視値Ｍの正負を判定する。もし、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２とが同じ酸電気伝導率に対して同じ値を示すように調整されているなら、監視値Ｍが正の場合、給水系統Ａの水の酸電気伝導率が蒸気系統Ｂの酸電気伝導率より高いことになる。したがって、判定部１０３は、監視値Ｍが正の場合、海水の漏洩が起きていると判定する。逆に、監視値Ｍが負の場合、判定部１０３は、キャリーオーバーした物質が蒸気に混入していると判定する。

変形例として、比較部１０２が、Ｍ＝Ｄ１／Ｄ２を演算するものであるなら、判定部１０３は、監視値Ｍの１より大きいか小さいかを判定する。もし、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２とが同じ酸電気伝導率に対して同じ値を示すように調整されているなら、監視値Ｍが１より大きい場合（Ｄ１＞Ｄ２の場合）、給水系統Ａの水の酸電気伝導率が蒸気系統Ｂの酸電気伝導率より高いことになる。したがって、判定部１０３は、監視値Ｍが1より大きい場合、海水の漏洩が起きていると判定する。逆に、監視値Ｍが１より小さい場合、判定部１０３は、キャリーオーバーした物質が、蒸気に混入していると判定する。

当該実施形態では、判定部１０３は、上記異常かどうかを判定の後に大小関係を判定しているが、変形例として、上記異常かどうかを判定の前に大小関係を判定してもよい。上記異常かどうかを判定の前に大小関係を判定する場合は、判定部１０３は、図６のフローチャートに従って処理する。図６のフローチャートでは、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２との大小関係の判定（Ｓ４−１´：第一判定工程）を行った後で、比較結果が異常かどうかの判定（Ｓ４−２´：第二判定工程）を行っている。

当該実施形態では、上記異常かどうかを判定の前又は後に大小関係を判定（上記異常かどうかの判定に対して直列に大小関係を判定）しているが、変形例として、上記異常かどうかを判定する判定部１０３と別に、大小関係を判定する判定部１０３´とを処理部１０に設けて、上記異常かどうかの判定に対して並列に大小関係を判定してもよい。

また、監視者が海水の漏洩、蒸気の混入を判定する場合、処理部１０に判定部１０３を設けず、又は判定部１０３を設けると共に、比較部１０２が、監視値Ｍを出力部１０４に直接送信（図２）するように構成する。そして、出力部１０４は、監視値Ｍに基づく情報を直接出力する。出力部１０４の出力は、監視値Ｍの直接出力はもちろん、監視値Ｍを並べたテーブルや監視値Ｍの時間変化のグラフといった、監視値Ｍを監視者が評価できる出力であれば、どのようなものであってもよい。

例えば、出力部１０４が、表示部や記録紙といった表示媒体に当該出力を表示すれば、監視者は海水の漏洩、蒸気の混入の判定が可能となるから、出力部１０４は、熟練者による総合的判定や微妙な判定を支援できる。また、出力部１０４とすることによって、判定部１０３をなくして処理部１０を簡素化することができる。または、出力部１０４が、判定部１０３の判定結果と共に監視値Ｍに基づく情報とを出力することによって、監視者は二重の監視を行うことが可能となる。

図７及び図８には、実際の監視結果を示す。
図７及び図８の上のグラフは、蒸気タービン２の出力（電力）を示す波形であって、運転途中でタービン設備を停止させ、その後再起動させた時の出力状態を示している。図７及び図８の中央のグラフは、検出値Ｄ１（点線）及び検出値Ｄ２（実線）の波形であって、蒸気タービン２の出力波形と同期させて示してある。図７及び図８の下のグラフは、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２とから演算された監視値Ｍの波形であって、蒸気タービン２の出力波形と同期させて示してある。Ｍ１は、監視値Ｍの異常を判定するためのしきい値を示す。

図７において、タービン設備の再起動（蒸気タービン２の出力上昇）直後までは給水系統Ａ及び蒸気系統Ｂに異常がないため、蒸気タービン２の出力下降時Ｘ１及び出力上昇時Ｘ２以外は、監視値Ｍに変化が見られない。

ここで、蒸気タービン２の出力上昇時及び出力下降時の監視値Ｍの変化は、タービン設備の停止時、起動時を含む出力変動時における復水器４内の空気の脱気や給水ライン６や蒸気ライン７の切り替えに伴う、炭酸ガスや残留物の時間変化のタイムラグといった、蒸気タービン設備の特性によるものであって、海水の漏洩、蒸気の混入に由来するものではない。したがって、蒸気タービン設備の起動時又は遮断時を含む出力変動時の一定の期間（Ｘ１、Ｘ２）は、監視値Ｍをマスクすることによって、蒸気タービン２の出力上昇時及び出力下降時といった出力変動時の監視値Ｍの変化を異常と検出されないようにすることができる。

当該マスクは、蒸気タービン設備の仕様や運転プログラムで予め決まる時刻を用いてマスクするものであってもよいし、蒸気タービン設備のポンプ起動やボイラ起動等の制御信号や応答信号（完了信号）に同期してマスクするものであってもよい。さらには、上記マスクは、蒸気タービン２の出力の変化や各種系統の弁の開閉信号等を検出し、当該検出から算出したマスク時刻を用いてマスクするものであってもよい。

一方、図７のグラフには、蒸気タービン２の出力上昇後から少し経過した段階（図７のグラフの最終時刻段階）で、海水の漏洩が起こった時の波形が示される。図７の下のグラフの監視値Ｍは、検出値Ｄ１と検出値Ｄ２との差の二乗の平方根（式（１））によって演算された波形である。海水の漏洩によって、蒸気系統Ｂの蒸気の酸電気伝導率はほとんど変化しないのに対して、給水系統Ａの水の酸電気伝導率が変化して高くなる。そして、検出値Ｄ２はほとんど変化しないのに対して、検出値Ｄ１は変化して高くなる。その結果、検出値Ｄ１の変化によって、監視値Ｍの値は変化して高くなる。監視値Ｍの変化は、しきい値Ｍ１によって判定され、異常として検出される。

変形例を図８のグラフに示す。図８のグラフには、タービン設備の出力上昇後から少し経過した段階（図８のグラフの最終時刻段階）で、キャリーオーバーが起こった時の波形が示される。図８の下のグラフの監視値Ｍは、検出値Ｄ１から検出値Ｄ２を引いた値（監視値Ｍ＝Ｄ１−Ｄ２）の波形である。水の酸電気伝導率はほとんど変化しないのに対して、キャリーオーバーした物質が蒸気に混入することによって、蒸気の酸電気伝導率が変化して高くなる。そして、検出値Ｄ１はほとんど変化しないのに対して、検出値Ｄ２は変化して高くなり、検出値Ｄ２の変化によって、監視値Ｍの値も変化して逆に低くなる。監視値Ｍの変化は、しきい値Ｍ１及びＭ２によって判定され、異常として検出される。

さらに、図８の例では、監視値Ｍの正負を判定する。図８の波形の場合、監視値Ｍは、異常と検出された時刻において、負の値を示しているから、この異常は、蒸気系統Ｂの異常と判定される。

以上説明した蒸気タービン設備の水及び蒸気の酸電気伝導率の監視装置は、火力発電プラントに適用できることはもちろん、原子力発電プラントや地熱発電プラント等にも適用できる。さらには、発電プラントに限らず、ポンプや船舶等といった蒸気タービン設備を利用するものであれば、どのような適用できる。

１：監視装置、２：蒸気タービン、３:ボイラ、４：復水器、５：復水ポンプ、６：給水ライン、７：蒸気ライン、Ａ：給水系統、Ｂ：蒸気系統、８：第一検出部、８ａ：検出器、８ｂ：脱気ユニット、９：第二検出部、９ａ：検出器、９ｂ：脱気ユニット、１０：処理部、１０１：入力部、１０２：比較部、１０３：判定部、１０３´：判定部、１０４：出力部

Claims

蒸気により駆動する蒸気タービンと、蒸気を発生させるボイラ及び蒸気を前記ボイラから前記蒸気タービンに供給する蒸気ラインを含む蒸気系統と、前記蒸気タービンの排気を水に戻す復水器及び水を前記復水器から前記ボイラに供給する給水ラインを含む給水系統とを有する蒸気タービン設備の監視装置であって、
前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値を受け付ける入力部と、
前記入力部が受け付けた前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値を比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づく情報を出力する出力部と、
前記水の電気伝導率の検出値が前記蒸気の電気伝導率の検出値より大きいときは前記給水系統の異常と判定し、前記蒸気の電気伝導率の検出値が前記水の電気伝導率の検出値より大きいときは前記蒸気系統の異常と判定する判定部と、を備える
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視装置。
請求項１に記載の蒸気タービン設備の監視装置において、
前記判定部は、前記比較部の比較結果から前記給水系統又は前記蒸気系統の異常を判定し、
前記出力部は、前記判定部における判定結果を情報として出力する
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視装置。
請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービン設備の監視装置において、
前記比較部は、比較結果として前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との差の二乗の平方根又は差の絶対値を求める
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービン設備の監視装置において、
前記比較部は、比較結果として前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との大小関係を示すパラメータを求める
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視装置。
請求項４に記載の蒸気タービン設備の監視装置において、
前記パラメータは、前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との差又は比である
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視装置。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蒸気タービン設備の監視装置において、
前記蒸気タービン設備の出力変動時の前記比較部の比較結果をマスクする
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視装置。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の蒸気タービン設備の監視装置であって、
前記給水系統中の水の電気伝導率の値を検出する第一検出部と、
前記蒸気系統中の蒸気の電気伝導率の値を検出する第二検出部と、
を備え、
前記入力部は、前記第一検出部で検出された前記水の電気伝導率の検出値と前記第二検出部で検出された前記蒸気の電気伝導率の検出値とを受け付ける
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視装置。
請求項７に記載の蒸気タービン設備の監視装置において、
前記第一検出部及び前記第二検出部は、それぞれ炭酸ガスを脱気する脱気ユニットを含む
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視装置。
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の蒸気タービン設備の監視装置と、
前記蒸気タービンと、前記給水系統と、前記蒸気系統と、を有する
ことを特徴とする蒸気タービン設備。
蒸気により駆動する蒸気タービンと、蒸気を発生させるボイラ及び蒸気を前記ボイラから前記蒸気タービンに供給する蒸気ラインを含む蒸気系統と、前記蒸気タービンの排気を水に戻す復水器及び水を前記復水器から前記ボイラに供給する給水ラインを含む給水系統とを有する蒸気タービン設備の監視方法であって、
前記給水系統中の水の電気伝導率の値を検出する第一検出工程と、
前記蒸気系統中の蒸気の電気伝導率の値を検出する第二検出工程と、
前記第一検出工程で検出された前記水の電気伝導率の検出値と前記第二検出工程で検出された前記蒸気の電気伝導率の検出値とを受け付ける入力工程と、
前記入力工程で受け付けた前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値とを比較する比較工程と、
前記比較工程の比較結果に基づく情報を出力する出力工程と、を含み、
前記水の電気伝導率の検出値が前記蒸気の電気伝導率の検出値より大きいときは前記給水系統の異常と判定し、前記蒸気の電気伝導率の検出値が前記水の電気伝導率の検出値より大きいときは前記蒸気系統の異常と判定する判定工程をさらに含む
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視方法。
請求項１０に記載の蒸気タービン設備の監視方法において、
前記判定工程では、前記比較工程の比較結果から前記給水系統又は前記蒸気系統の異常を判定し、
前記出力工程では、前記判定工程における判定結果を情報として出力する
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視方法。
請求項１０又は請求項１１に記載の蒸気タービン設備の監視方法において、
前記比較工程では、比較結果として前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との差の二乗の平方根又は差の絶対値を求める
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視方法。
請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の蒸気タービン設備の監視方法において、
前記比較工程では、比較結果として前記水の電気伝導率の検出値と前記蒸気の電気伝導率の検出値との大小関係を示すパラメータを求める
ことを特徴とする蒸気タービン設備の監視方法。