JP6613609B2

JP6613609B2 - Measuring system and method

Info

Publication number: JP6613609B2
Application number: JP2015097877A
Authority: JP
Inventors: 修一梅沢; 勝彦杉田
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2035-05-13
Also published as: JP2016212029A

Description

本発明は、流速及び流量の少なくとも一方を計測する計測システム及び方法に関する。 The present invention relates to a measurement system and method for measuring at least one of a flow velocity and a flow rate.

プラントや工場等において、蒸気は、生産工程での加熱、空調での加熱・加湿、その他の各種用途に幅広く用いられている。このような幅広い用途に用いられる蒸気を効率的に供給するために、プラント等においては、例えば蒸気を生成するボイラが集中設置されており、このボイラで生成された蒸気を、ボイラから延びる配管によって各部（蒸気を必要とする部位）に導く蒸気供給システムが設けられている。このような蒸気供給システムを備えるプラント等において、エネルギーの「見える化」を行うためには、蒸気の流速（或いは、流量）や湿り度（或いは、乾き度）を計測することが不可欠になる。 In plants and factories, steam is widely used for heating in production processes, heating and humidification in air conditioning, and other various uses. In order to efficiently supply steam used for such a wide range of applications, for example, boilers that generate steam are centrally installed in plants and the like, and steam generated by the boiler is connected by piping extending from the boiler. A steam supply system that leads to each part (site that requires steam) is provided. In a plant or the like equipped with such a steam supply system, it is indispensable to measure the flow rate (or flow rate) and wetness (or dryness) of steam in order to “visualize” energy.

以下の特許文献１〜３には、蒸気の流量を計測する従来技術が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、計測対象の蒸気が流れるダクトにオリフィス板を設置し、オリフィス板の上流位置及び下流位置での差圧から蒸気の流量を計測する従来技術が開示されている。以下の特許文献２には、超音波流量計を用いて蒸気の流量を計測する従来技術が開示されており、以下の特許文献３には、渦流量計を用いて蒸気の流量を計測する従来技術が開示されている。 The following patent documents 1 to 3 disclose conventional techniques for measuring the flow rate of steam. Specifically, the following Patent Document 1 discloses a conventional technique in which an orifice plate is installed in a duct through which steam to be measured flows, and the flow rate of the steam is measured from the differential pressure at the upstream position and the downstream position of the orifice plate. ing. Patent Document 2 below discloses a conventional technique for measuring a steam flow rate using an ultrasonic flowmeter, and Patent Document 3 below discloses a conventional technique for measuring a steam flow rate using a vortex flowmeter. Technology is disclosed.

また、以下の特許文献４には、蒸気の流量を計測するものではないが、配管内を流れる流体の流量を計測する従来技術が開示されている。具体的に、以下の特許文献４には、配管表面の上流及び下流に設置した２つの温度センサにより配管内を流れる流体の温度変化を検出し、その際の時間差に基づいて配管内を流れる流体の流量を計測する従来技術が開示されている。 Further, Patent Document 4 below discloses a conventional technique for measuring the flow rate of a fluid flowing in a pipe, although it does not measure the flow rate of steam. Specifically, in Patent Document 4 below, the temperature change of the fluid flowing in the pipe is detected by two temperature sensors installed upstream and downstream of the pipe surface, and the fluid flowing in the pipe based on the time difference at that time The prior art which measures the flow volume of this is disclosed.

特開２０１０−２７６３８１号公報JP 2010-276381 A 特開２０１３−１８５９１４号公報JP 2013-185914 A 特開２０１２−１８５１００号公報JP 2012-185100 A 特開２０１０−２６１８２６号公報JP 2010-261826 A

ところで、上述した特許文献４に開示された従来技術は、配管の加工等を行うことなく、配管表面に取り付けられた温度センサの計測結果を用いて配管内を流れる流体の流量を計測することが可能である。このため、この従来技術を蒸気の流量計測に適用することができれば、上述した特許文献１〜３に開示された従来技術に比べて、低コストで簡易に蒸気の流速や流量を計測することができると考えられる。 By the way, the prior art disclosed in Patent Document 4 described above is capable of measuring the flow rate of the fluid flowing in the pipe using the measurement result of the temperature sensor attached to the pipe surface without processing the pipe or the like. Is possible. For this reason, if this conventional technique can be applied to steam flow rate measurement, it is possible to easily measure the flow velocity and flow rate of steam at a lower cost than the conventional techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 described above. It is considered possible.

しかしながら、上述した特許文献４に開示された従来技術を蒸気の計測に適用しようとしてみても、蒸気の流速を精度良く計測することができなかった。これは、蒸気は水に比べて熱伝導率が大幅に小さいため、配管内を流れる蒸気の熱が配管表面に伝わらず、温度センサによって配管表面の温度を良好に検出できないからである。そこで、配管の外部から配管の内部を流れる蒸気の流速を精度良く計測可能な新たな技術が望まれていた。 However, even if the conventional technique disclosed in Patent Document 4 described above is applied to steam measurement, the steam flow velocity cannot be accurately measured. This is because steam has a much lower thermal conductivity than water, so the heat of the steam flowing in the pipe is not transmitted to the pipe surface, and the temperature sensor cannot detect the temperature of the pipe surface well. Therefore, a new technique that can accurately measure the flow velocity of the steam flowing inside the pipe from the outside of the pipe has been desired.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、配管の外部から配管内を流れる蒸気の流速及び流量の少なくとも一方を低コストで精度良く計測することが可能な計測システム及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a measurement system and method capable of accurately measuring at least one of the flow velocity and flow rate of steam flowing inside the pipe from outside the pipe at low cost. With the goal.

上記課題を解決するために、本発明の計測システムは、配管（Ｐ）内を流通する蒸気の流速及び流量の少なくとも一方を計測する計測システム（１）において、前記配管の表面の所定部分と熱交換を行う熱交換器（１２）と、前記熱交換器の内部又は近傍に設けられ、前記配管の管軸方向における前記熱交換器の内部又は近傍の一点の温度を計測する第１温度計測部（１５）と、前記第１温度計測部の計測結果に基づいて、前記蒸気の流速及び流量の少なくとも一方を算出する算出部（２０）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の計測システムは、前記第１温度計測部が、前記熱交換器で行われる熱交換によって前記配管の表面の温度が略最大温度となる第１位置と、該第１位置よりも下流側であって前記配管の表面の温度が前記最大温度と最低温度との略中間の温度となる第２位置との間の前記配管に取り付けられていることを特徴としている。
また、本発明の計測システムは、前記第１温度計測部が、前記配管の表面に取り付けられて、前記配管の管軸方向における一点の温度を計測する温度センサ（１５ａ）を備えることを特徴としている。
或いは、本発明の計測システムは、前記第１温度計測部が、前記所定部分において前記配管に埋設され、或いは前記配管の表面に取り付けられて、前記配管の管軸方向における一点の温度を計測する温度センサ（１５ａ）を備えることを特徴としている。
また、本発明の計測システムは、前記熱交換器が、加熱装置であることを特徴としている。
また、本発明の計測システムは、前記加熱装置が、リング状のヒータであることを特徴としている。
また、本発明の計測システムは、前記所定部分よりも上流側の前記配管の外周面に取り付けられた予備加熱部（１１）と、前記予備加熱部と前記所定部分との間の前記配管の外周面に取り付けられた第２温度計測部（１３）と、前記第２温度計測部で計測される温度を参照し、前記蒸気の湿分が全て蒸発するように前記予備加熱部を制御する制御部（１７）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の計測システムは、前記第２温度計測部が、前記予備加熱部よりも下流側であって、前記予備加熱部の近傍に取り付けられていることを特徴としている。
また、本発明の計測システムは、前記第２温度計測部が、前記配管の外周面における底部に取り付けられていることを特徴としている。
また、本発明の計測システムは、前記制御部が、前記第２温度計測部で計測される温度が一定となるように前記予備加熱部を制御することを特徴としている。
本発明の計測方法は、配管（Ｐ）内を流通する蒸気の流速及び流量の少なくとも一方を計測する計測方法であって、前記配管の表面の所定部分と熱交換を行う第１ステップと、前記配管の管軸方向における前記所定部分の内部又は近傍の一点の温度を計測する第２ステップと、前記第２ステップの計測結果に基づいて、前記蒸気の流速及び流量の少なくとも一方を算出する第３ステップとを有することを特徴としている。
また、本発明の計測方法は、前記第２ステップが、第１ステップで行われる熱交換によって前記配管の表面の温度が略最大温度となる第１位置と、該第１位置よりも下流側であって前記配管の表面の温度が前記最大温度と最低温度との略中間の温度となる第２位置との間における一点の温度を計測するステップであることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a measurement system according to the present invention includes a measurement system (1) that measures at least one of a flow velocity and a flow rate of steam flowing through a pipe (P), and a predetermined portion of the surface of the pipe and heat. A heat exchanger (12) that performs exchange, and a first temperature measurement unit that is provided in or near the heat exchanger and measures the temperature at one point in or near the heat exchanger in the pipe axis direction of the pipe (15) and a calculation unit (20) that calculates at least one of the flow velocity and the flow rate of the steam based on the measurement result of the first temperature measurement unit.
Further, in the measurement system of the present invention, the first temperature measurement unit has a first position at which the temperature of the surface of the pipe becomes a substantially maximum temperature by heat exchange performed by the heat exchanger, and the first position. It is characterized by being attached to the pipe between the second position on the downstream side and the temperature of the surface of the pipe between the maximum temperature and the minimum temperature at a substantially intermediate temperature.
Moreover, the measurement system of the present invention is characterized in that the first temperature measurement unit includes a temperature sensor (15a) that is attached to the surface of the pipe and measures a temperature at one point in the pipe axis direction of the pipe. Yes.
Alternatively, in the measurement system of the present invention, the first temperature measurement unit is embedded in the pipe at the predetermined portion or attached to the surface of the pipe, and measures the temperature at one point in the pipe axis direction of the pipe. A temperature sensor (15a) is provided.
Moreover, the measurement system of the present invention is characterized in that the heat exchanger is a heating device.
Moreover, the measuring system of the present invention is characterized in that the heating device is a ring-shaped heater.
Further, the measurement system of the present invention includes a preheating part (11) attached to an outer peripheral surface of the pipe upstream from the predetermined part, and an outer periphery of the pipe between the preheating part and the predetermined part. A second temperature measurement unit (13) attached to the surface, and a control unit that controls the preheating unit so that all the moisture of the vapor is evaporated with reference to the temperature measured by the second temperature measurement unit (17).
Further, the measurement system of the present invention is characterized in that the second temperature measurement unit is attached to the downstream side of the preheating unit and in the vicinity of the preheating unit.
Moreover, the measurement system of the present invention is characterized in that the second temperature measurement unit is attached to the bottom of the outer peripheral surface of the pipe.
In the measurement system of the present invention, the control unit controls the preheating unit so that the temperature measured by the second temperature measurement unit is constant.
The measurement method of the present invention is a measurement method for measuring at least one of a flow velocity and a flow rate of steam flowing in the pipe (P), wherein the first step performs heat exchange with a predetermined portion of the surface of the pipe, A second step of measuring a temperature at one point in or near the predetermined portion in the pipe axis direction of the pipe, and a third step of calculating at least one of the flow velocity and the flow rate of the steam based on the measurement result of the second step And a step.
In the measurement method of the present invention, the second step includes a first position where the temperature of the surface of the pipe becomes substantially maximum due to heat exchange performed in the first step, and a downstream side of the first position. The temperature of the surface of the pipe is a step of measuring a temperature at one point between the second position where the temperature is approximately intermediate between the maximum temperature and the minimum temperature.

本発明によれば、配管の表面の所定部分と熱交換を行い、配管の管軸方向における所定部分の内部又は近傍の一点の温度の計測結果に基づいて、蒸気の流速及び流量の少なくとも一方を算出するようにしているため、配管の外部から配管内を流れる蒸気の流速及び流量の少なくとも一方を低コストで精度良く計測することができるという効果がある。 According to the present invention, heat exchange is performed with a predetermined portion of the surface of the pipe, and at least one of the flow velocity and the flow rate of the steam is determined based on the temperature measurement result at one point in or near the predetermined portion in the pipe axis direction of the pipe. Since the calculation is performed, there is an effect that at least one of the flow velocity and the flow rate of the steam flowing in the pipe from the outside of the pipe can be accurately measured at a low cost.

本発明の一実施形態による計測システムの要部構成を示す図である。It is a figure which shows the principal part structure of the measurement system by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による計測システムが備えるデータ処理装置の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of the data processor with which the measurement system by one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態による計測システムの温度計測部の取り付け位置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the attachment position of the temperature measurement part of the measurement system by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態において形成される配管の管軸方向における配管の表面の温度分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the temperature distribution of the surface of piping in the pipe-axis direction of piping formed in one Embodiment of this invention. 図３に示す取付候補位置の各々における温度の実測値と理論値とを示す図である。It is a figure which shows the measured value and theoretical value of temperature in each of the attachment candidate position shown in FIG. 図３に示す取付候補位置の各々における温度の実測値と理論値とを示す図である。It is a figure which shows the measured value and theoretical value of temperature in each of the attachment candidate position shown in FIG. 図３に示す取付候補位置の各々における温度の実測値と理論値とを示す図である。It is a figure which shows the measured value and theoretical value of temperature in each of the attachment candidate position shown in FIG. 図３に示す取付候補位置の各々における温度の実測値と理論値とを示す図である。It is a figure which shows the measured value and theoretical value of temperature in each of the attachment candidate position shown in FIG. 図３に示す取付候補位置の各々における温度の実測値と理論値とを示す図である。It is a figure which shows the measured value and theoretical value of temperature in each of the attachment candidate position shown in FIG. 図３に示す取付候補位置の各々における温度の実測値と理論値とを示す図である。It is a figure which shows the measured value and theoretical value of the temperature in each of the attachment candidate position shown in FIG.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による計測システム及び方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による計測システムの要部構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の計測システム１は、プレヒータ１１（予備加熱部）、計測用ヒータ１２（熱交換器、加熱装置、ヒータ）、温度計測部１３（第２温度計測部）、温度計測部１５（第１温度計測部）、圧力計１６、プレヒータ制御装置１７（制御部）、ヒータ電源１８、データ収集装置１９、及びデータ処理装置２０（算出部）を備えており、蒸気生成装置Ｅ１と負荷設備Ｅ２との間に配設される配管Ｐ内を流れる熱流体（例えば、蒸気）の流速を計測する。 Hereinafter, a measurement system and method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a measurement system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the measurement system 1 of the present embodiment includes a preheater 11 (preheating unit), a measurement heater 12 (heat exchanger, heating device, heater), a temperature measurement unit 13 (second temperature measurement unit), It includes a temperature measurement unit 15 (first temperature measurement unit), a pressure gauge 16, a preheater control device 17 (control unit), a heater power supply 18, a data collection device 19, and a data processing device 20 (calculation unit), and generates steam. The flow rate of the thermal fluid (for example, steam) flowing through the pipe P disposed between the device E1 and the load facility E2 is measured.

ここで、蒸気生成装置Ｅ１は、例えばボイラであり、外部から供給される燃料を燃焼させて得られる熱によって蒸気を生成する。尚、本実施形態では、理解を容易にするために、蒸気生成装置Ｅ１によって生成される蒸気が水蒸気であるものとする。負荷設備Ｅ２は、蒸気生成装置Ｅ１で生成されて配管Ｐを介して送られてくる蒸気又は蒸気の熱が利用される設備である。尚、負荷設備Ｅ２から排出された蒸気はドレンとして回収され、還水槽（図示省略）に集約された後、蒸気生成装置Ｅ１に再度給水される。また、配管Ｐとしては、圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ）やステンレス鋼管（ＳＵＳ）を用いることができる。 Here, the steam generation apparatus E1 is a boiler, for example, and generates steam by heat obtained by burning fuel supplied from the outside. In this embodiment, in order to facilitate understanding, it is assumed that the steam generated by the steam generating device E1 is water vapor. The load facility E2 is a facility that uses the steam generated by the steam generation apparatus E1 and sent via the pipe P or the heat of the steam. Note that the steam discharged from the load facility E2 is collected as a drain, collected in a return water tank (not shown), and then supplied again to the steam generating device E1. Moreover, as the piping P, a carbon steel pipe (STPG) for pressure piping and a stainless steel pipe (SUS) can be used.

プレヒータ１１は、計測用ヒータ１２よりも上流側の配管Ｐの外周面に取り付けられており、計測用ヒータ１２よりも上流側において配管Ｐを加熱する。このプレヒータ１１は、蒸気生成装置Ｅ１によって生成された蒸気が計測用ヒータ１２に入力される前に、その蒸気を予め加熱するために設けられる。このようなプレヒータ１１を設けるのは、蒸気に含まれる湿分を予め蒸発させることで、湿り度が高い蒸気であっても流速を高い精度で計測可能とするためである。つまり、蒸気に湿分が含まれていると、その湿分を含む蒸気が計測用ヒータ１２に到達した際に、計測用ヒータ１２の熱が湿分の蒸発熱として奪われてしまい、その結果として配管Ｐの温度が低下して流速の計測に影響を及ぼす。このような影響を排除するためにプレヒータ１１が設けられている。 The preheater 11 is attached to the outer peripheral surface of the pipe P upstream of the measurement heater 12 and heats the pipe P upstream of the measurement heater 12. The preheater 11 is provided to preheat the steam generated by the steam generating device E1 before the steam is input to the measuring heater 12. The reason for providing such a pre-heater 11 is that the moisture contained in the steam is evaporated in advance, so that the flow rate can be measured with high accuracy even if the steam has a high wetness. That is, if the steam contains moisture, when the steam containing the moisture reaches the measurement heater 12, the heat of the measurement heater 12 is taken away as the evaporation heat of the moisture, and as a result. As a result, the temperature of the pipe P is lowered and the measurement of the flow velocity is affected. In order to eliminate such influence, a preheater 11 is provided.

このプレヒータ１１は、例えば電熱ヒータであり、配管Ｐを均一に加熱するように配管Ｐの外周面に一定のピッチで巻回されている。ここで、プレヒータ１１が巻回される長さ（配管Ｐの管軸方向の長さ）は、例えば１〜数メートル程度である。上述の通り、プレヒータ１１は、配管Ｐ内を流れる蒸気に含まれる湿分を蒸発させるために設けられるため、湿分を蒸発させるために必要な長さが確保される。尚、プレヒータ１１は、リング状のヒータ（例えば、リング状のセラミックヒータ）であっても良い。このセラミックヒータとして半円の２つのパートに割れるものを用いれば、配管Ｐへの装着を容易に行うことができる。 The preheater 11 is, for example, an electric heater, and is wound around the outer peripheral surface of the pipe P at a constant pitch so as to heat the pipe P uniformly. Here, the length around which the preheater 11 is wound (the length of the pipe P in the pipe axis direction) is, for example, about 1 to several meters. As described above, the preheater 11 is provided to evaporate the moisture contained in the steam flowing in the pipe P, so that the length necessary for evaporating the moisture is ensured. The preheater 11 may be a ring heater (for example, a ring ceramic heater). If a ceramic heater that breaks into two parts of a semicircle is used, it can be easily attached to the pipe P.

計測用ヒータ１２は、プレヒータ１１よりも下流側の配管Ｐの外周面に取り付けられており、プレヒータ１１よりも下流側において配管Ｐを加熱する。この計測用ヒータ１２は、プレヒータ１１と同様に、例えば電熱ヒータであり、配管Ｐを均一に加熱するように配管Ｐの外周面に一定のピッチで巻回されている。ここで、計測用ヒータ１２が巻回される長さ（配管Ｐの管軸方向の長さ）は、例えば１〜数センチメートル程度であり、プレヒータ１１が巻回される長さよりも短くなるように設定されている。これは、計測用ヒータ１２によって、配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を計測するために必要となる温度分布が形成できれば十分だからである。尚、計測用ヒータ１２も、プレヒータ１１と同様にリング状のヒータ（例えば、リング状のセラミックヒータ）であって良い。 The measurement heater 12 is attached to the outer peripheral surface of the pipe P downstream of the preheater 11 and heats the pipe P downstream of the preheater 11. The measurement heater 12 is an electric heater, for example, like the preheater 11, and is wound around the outer peripheral surface of the pipe P at a constant pitch so as to heat the pipe P uniformly. Here, the length in which the measurement heater 12 is wound (the length of the pipe P in the tube axis direction) is, for example, about 1 to several centimeters, and is shorter than the length in which the preheater 11 is wound. Is set to This is because it is sufficient that the temperature distribution necessary for measuring the flow velocity of the steam flowing in the pipe P can be formed by the measuring heater 12. Note that the measurement heater 12 may also be a ring-shaped heater (for example, a ring-shaped ceramic heater) similarly to the pre-heater 11.

温度計測部１３は、プレヒータ１１と計測用ヒータ１２との間の配管Ｐの外周面に取り付けられており、配管Ｐの表面温度を計測する。具体的に、温度計測部１３は、プレヒータ１１よりも下流側であって、プレヒータ１１の近傍に取り付けられている。例えば、温度計測部１３は、プレヒータ１１の端部（下流側の端部）から１０センチメートル程度下流側の位置に取り付けられている。このような位置に温度計測部１３を取り付けるのは、配管Ｐ内を流れる蒸気に含まれる湿分を効果的に蒸発させるためである。 The temperature measurement unit 13 is attached to the outer peripheral surface of the pipe P between the preheater 11 and the measurement heater 12 and measures the surface temperature of the pipe P. Specifically, the temperature measurement unit 13 is attached downstream of the preheater 11 and in the vicinity of the preheater 11. For example, the temperature measurement unit 13 is attached to a position about 10 centimeters downstream from the end (downstream end) of the preheater 11. The reason why the temperature measuring unit 13 is attached at such a position is to effectively evaporate moisture contained in the steam flowing in the pipe P.

また、温度計測部１３は、上記の位置において、少なくとも配管Ｐの外周面における底部に取り付けられている。このような取り付けを行うのも、配管Ｐ内を流れる蒸気に含まれる湿分を効果的に蒸発させるためである。例えば、温度計測部１３が配管Ｐの外周面における側部にのみ取り付けられている場合には、蒸気が冷却されて配管Ｐの内周面の底部に生じた水滴による温度低下が遅れて計測され、配管Ｐ内を流れる蒸気に含まれる湿分を効果的に蒸発させることができないことがある。 Moreover, the temperature measurement part 13 is attached to the bottom part at least in the outer peripheral surface of the piping P in said position. The reason for such attachment is to effectively evaporate moisture contained in the steam flowing in the pipe P. For example, in the case where the temperature measuring unit 13 is attached only to the side portion on the outer peripheral surface of the pipe P, the temperature drop due to water droplets generated at the bottom of the inner peripheral surface of the pipe P is measured with a delay. In some cases, moisture contained in the steam flowing in the pipe P cannot be effectively evaporated.

温度計測部１５は、計測用ヒータ１２によって配管Ｐが加熱されることにより生ずる温度分布（配管Ｐの管軸方向における配管Ｐの表面の温度分布）を考慮して配管Ｐに取り付けられており、配管Ｐの表面温度を計測する。具体的に、温度計測部１５は、計測用ヒータ１２の内部又は近傍に設けられ、配管Ｐの管軸方向における計測用ヒータ１２の内部又は近傍の一点の温度を計測する。例えば、温度計測部１５は、計測用ヒータ１２の加熱によって配管Ｐの表面の温度が略最大温度となる位置（第１位置）と、この位置よりも下流側であって配管Ｐの表面の温度が最大温度と最低温度との略中間の温度となる位置（第２位置）との間に取り付けられている。尚、上記の最低温度は、計測用ヒータ１２による加熱の影響を受けない位置での配管Ｐの表面の温度である。 The temperature measurement unit 15 is attached to the pipe P in consideration of a temperature distribution (temperature distribution of the surface of the pipe P in the pipe axis direction of the pipe P) generated by heating the pipe P by the measurement heater 12. The surface temperature of the pipe P is measured. Specifically, the temperature measurement unit 15 is provided in or near the measurement heater 12 and measures the temperature at one point in or near the measurement heater 12 in the pipe axis direction of the pipe P. For example, the temperature measuring unit 15 includes a position (first position) where the temperature of the surface of the pipe P becomes substantially maximum due to the heating of the measuring heater 12, and a temperature of the surface of the pipe P downstream from this position. Is attached between a position (second position) at which the temperature is approximately between the maximum temperature and the minimum temperature. The minimum temperature is the temperature of the surface of the pipe P at a position not affected by heating by the measuring heater 12.

この温度計測部１５は、配管Ｐの表面に取り付けられて、配管Ｐの管軸方向における一点の温度を計測する温度センサ１５ａ（例えば、熱電対：図３（ｂ）参照）、或いは計測用ヒータ１２が取り付けられている部分（所定部分）において表面側から配管Ｐに埋設されて、配管Ｐの管軸方向における一点の温度を計測する温度センサ１５ａを備える。ここで、後者の温度センサ１５ａは、必ずしも配管Ｐに埋設されている必要はなく、前者の温度センサ１５ａと同様に配管Ｐの表面に取り付けられていても良い。尚、温度計測部１５（温度センサ１５ａ）の取り付け位置の詳細については後述する。 The temperature measuring unit 15 is attached to the surface of the pipe P and measures a temperature at one point in the pipe axis direction of the pipe P (for example, a thermocouple: see FIG. 3B) or a measuring heater. A temperature sensor 15 a that is embedded in the pipe P from the surface side in a portion (predetermined portion) to which 12 is attached and measures the temperature of one point in the pipe axis direction of the pipe P is provided. Here, the latter temperature sensor 15a is not necessarily embedded in the pipe P, and may be attached to the surface of the pipe P in the same manner as the former temperature sensor 15a. The details of the mounting position of the temperature measuring unit 15 (temperature sensor 15a) will be described later.

圧力計１６は、計測用ヒータ１２の下流側に取り付けられており、配管Ｐ内を流れる蒸気の圧力を計測する。尚、圧力計１６は、図１に示す通り計測用ヒータ１２の下流側に取り付けられていても良く、プレヒータ１１の上流側に取り付けられていても良く、プレヒータ１１と計測用ヒータ１２との間に取り付けられていても良い。また、圧力計１６は、複数設けられていても良い。例えば、プレヒータ１１の上流側及び計測用ヒータ１２の下流側といった具合である。 The pressure gauge 16 is attached to the downstream side of the measuring heater 12 and measures the pressure of steam flowing in the pipe P. The pressure gauge 16 may be attached to the downstream side of the measurement heater 12 as shown in FIG. 1 or may be attached to the upstream side of the preheater 11, and between the preheater 11 and the measurement heater 12. It may be attached to. A plurality of pressure gauges 16 may be provided. For example, the upstream side of the preheater 11 and the downstream side of the heater 12 for measurement.

プレヒータ制御装置１７は、温度計測部１３で計測される温度を参照し、プレヒータ１１の内部に入力された蒸気の湿分が全て蒸発するように、プレヒータ１１を制御する。例えば、プレヒータ制御装置１７は、温度計測部１３の計測結果が一定となるように、ＰＩＤ（比例積分微分）制御を行うことによって、プレヒータ１１をフィードバック制御する。ここで、プレヒータ制御装置１７は、温度計測部１３で計測される温度が、配管Ｐ内の飽和蒸気温度よりも予め規定された温度だけ高い温度（例えば、数〜十数℃程度高い温度）となるようにプレヒータ１１を制御する。この温度は、プレヒータ１１の内部に入力された蒸気の湿分を全て蒸発させることができるように設定される。 The preheater control device 17 refers to the temperature measured by the temperature measurement unit 13 and controls the preheater 11 so that all the moisture of the vapor input into the preheater 11 evaporates. For example, the preheater control device 17 performs feedback control of the preheater 11 by performing PID (proportional integral derivative) control so that the measurement result of the temperature measurement unit 13 is constant. Here, the preheater control device 17 is configured such that the temperature measured by the temperature measuring unit 13 is higher than the saturated steam temperature in the pipe P by a predetermined temperature (for example, a temperature higher by about several to tens of degrees Celsius). The preheater 11 is controlled so that it becomes. This temperature is set so that all the moisture of the steam input into the preheater 11 can be evaporated.

尚、制御目標とする温度を飽和蒸気温度から数〜十数℃程度高い温度にすることで、後述する通り、湿り度の高い蒸気が入力されて温度が低下しても飽和蒸気温度以上を確保できるため、温度制御がしやすい。一方、制御目標とする温度を飽和蒸気温度（或いは、飽和蒸気温度から僅かに高い温度）にすると、湿り度の高い蒸気が入力されて温度が低下すると直ぐに飽和蒸気温度になるため、温度制御が困難になる。 In addition, by setting the temperature to be controlled to a temperature that is higher by several to tens of degrees Celsius than the saturated steam temperature, as described later, even if steam with high wetness is input and the temperature drops, the saturated steam temperature or more is secured. This makes it easy to control the temperature. On the other hand, if the control target temperature is the saturated steam temperature (or a temperature slightly higher than the saturated steam temperature), the steam becomes a saturated steam temperature as soon as the steam with a high wetness is input and the temperature is lowered. It becomes difficult.

ヒータ電源１８は、計測用ヒータ１２を加熱するための電力を計測用ヒータ１２に対して供給する電源である。このヒータ電源１８は、計測用ヒータ１２が取り付けられている部分に設けられた温度センサ（図示省略）の計測結果に基づいて、計測用ヒータ１２に供給する電力をフィードバック制御する。このようなフィード制御を行うのは、配管Ｐの温度が耐熱温度以上にならないようにするためである。 The heater power supply 18 is a power supply that supplies power for heating the measurement heater 12 to the measurement heater 12. The heater power supply 18 feedback-controls the electric power supplied to the measurement heater 12 based on the measurement result of a temperature sensor (not shown) provided in the portion where the measurement heater 12 is attached. The reason why such feed control is performed is to prevent the temperature of the pipe P from exceeding the heat resistance temperature.

データ収集装置１９は、計測システム１で用いられる各種データを収集する装置である。具体的に、データ収集装置１９は、温度計測部１３，１５及び圧力計１６の計測結果を示すデータ、プレヒータ１１の制御に係るデータ（プレヒータ１１に印加される電圧及びプレヒータ１１に流れる電流を示すデータ）、及びヒータ電源１８のデータ（計測用ヒータ１２に印加される電圧及び計測用ヒータ１２に流れる電流を示すデータ）を収集する。このデータ収集装置１９としては、所謂データロガーと呼ばれる装置を用いることができる。 The data collection device 19 is a device that collects various data used in the measurement system 1. Specifically, the data collection device 19 includes data indicating the measurement results of the temperature measuring units 13 and 15 and the pressure gauge 16, data relating to the control of the preheater 11 (the voltage applied to the preheater 11 and the current flowing through the preheater 11. Data) and data of the heater power supply 18 (data indicating the voltage applied to the measurement heater 12 and the current flowing through the measurement heater 12). As the data collection device 19, a so-called data logger device can be used.

データ処理装置２０は、データ収集装置１９で収集されたデータ用いて、配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を求める。具体的に、データ処理装置２０は、温度計測部１５の計測結果を示すデータに基づいて流速を求める。ここで、計測用ヒータ１２によって配管Ｐが加熱されることにより生ずる温度分布（配管Ｐの管軸方向における配管Ｐの表面の温度分布）は、流速が速いと小さくなり、逆に流速が遅いと大きくなる。温度計測部１５の計測結果は、上記の温度分布の変化に連動して変化することから、温度計測部１５の計測結果を示すデータから配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を求めることができる。 The data processing device 20 obtains the flow velocity of the steam flowing in the pipe P using the data collected by the data collecting device 19. Specifically, the data processing device 20 obtains the flow velocity based on data indicating the measurement result of the temperature measurement unit 15. Here, the temperature distribution (temperature distribution of the surface of the pipe P in the pipe axis direction of the pipe P) generated when the pipe P is heated by the measuring heater 12 becomes smaller when the flow velocity is high, and conversely when the flow velocity is slow. growing. Since the measurement result of the temperature measurement unit 15 changes in conjunction with the change of the temperature distribution, the flow velocity of the steam flowing in the pipe P can be obtained from the data indicating the measurement result of the temperature measurement unit 15.

図２は、本発明の一実施形態による計測システムが備えるデータ処理装置の要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、データ処理装置２０は、入力部２１、データ取得部２２、データ処理部２３、メモリ２４、及び表示部２５を備える。尚、データ処理装置２０は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータによって実現することが可能である。 FIG. 2 is a block diagram showing the main configuration of the data processing apparatus provided in the measurement system according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the data processing device 20 includes an input unit 21, a data acquisition unit 22, a data processing unit 23, a memory 24, and a display unit 25. The data processing apparatus 20 can be realized by a computer such as a personal computer.

入力部２１は、キーボードやポインティングデバイス等の入力装置を備えており、外部からの各種指示を入力する。データ取得部２２は、入力部２１から入力される指示に基づき、データ処理部２３の制御の下で、データ収集装置１９で収集された各種データを取得する。データ処理部２３は、入力部２１から入力される指示に基づき、データ取得部２２で取得された各種データ及びメモリ２４に記憶された各種データを用いて配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を求める。 The input unit 21 includes an input device such as a keyboard and a pointing device, and inputs various instructions from the outside. The data acquisition unit 22 acquires various data collected by the data collection device 19 under the control of the data processing unit 23 based on an instruction input from the input unit 21. Based on the instruction input from the input unit 21, the data processing unit 23 obtains the flow velocity of the steam flowing through the pipe P using the various data acquired by the data acquisition unit 22 and the various data stored in the memory 24.

メモリ２４は、例えば揮発性又は不揮発性のメモリ（半導体メモリ）であり、配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を求める上で必要な各種データを記憶する。例えば、配管Ｐ内を流れる蒸気の流速と配管Ｐの外周面の管軸方向における温度分布とが対応付けられたデータを記憶する。表示部２５は、例えば液晶表示装置等の表示装置を備えており、データ処理部２３で求められた配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を表示する。 The memory 24 is, for example, a volatile or non-volatile memory (semiconductor memory), and stores various data necessary for obtaining the flow velocity of the steam flowing in the pipe P. For example, data in which the flow velocity of the steam flowing in the pipe P is associated with the temperature distribution in the pipe axis direction of the outer peripheral surface of the pipe P is stored. The display unit 25 includes a display device such as a liquid crystal display device, for example, and displays the flow velocity of the steam flowing through the pipe P obtained by the data processing unit 23.

次に、温度計測部１５（温度センサ）の取り付け位置について詳細に説明する。図３は、本発明の一実施形態による計測システムの温度計測部の取り付け位置を説明するための断面図である。尚、図３（ａ）は、配管Ｐの管軸方向に沿う方向の断面図であり、図３（ｂ）は、配管Ｐの管軸方向に直交する方向の断面図（図３（ａ）中のＡ−Ａ線断面矢視図）である。 Next, the attachment position of the temperature measurement unit 15 (temperature sensor) will be described in detail. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the attachment position of the temperature measurement unit of the measurement system according to the embodiment of the present invention. 3A is a cross-sectional view in the direction along the pipe axis direction of the pipe P, and FIG. 3B is a cross-sectional view in the direction orthogonal to the pipe axis direction of the pipe P (FIG. 3A). It is an AA line cross-sectional arrow view in the inside.

図３（ａ）中の符号Ｘ１〜Ｘ２５で特定される位置は、温度計測部１５が備える温度センサ１５ａの取り付け位置の候補として挙げられている位置（取付候補位置）である。取付候補位置Ｘ１〜Ｘ１２は、計測用ヒータ１２の上流側における取付候補位置であり、取付候補位置Ｘ１３〜Ｘ２４は、計測用ヒータ１２の下流側における取付候補位置である。また、取付候補位置Ｘ２５は、計測用ヒータ１２が取り付けられている部分（所定部分）内における取付候補位置である。尚、温度計測部１５が備える温度センサ１５ａは、取付候補位置Ｘ１〜Ｘ２４では配管Ｐの表面に取り付けられ、取付候補位置Ｘ２５では表面側から配管Ｐに埋設される。 The positions specified by reference signs X1 to X25 in FIG. 3A are positions (attachment candidate positions) listed as candidates for the attachment position of the temperature sensor 15a included in the temperature measurement unit 15. The attachment candidate positions X1 to X12 are attachment candidate positions on the upstream side of the measurement heater 12, and the attachment candidate positions X13 to X24 are attachment candidate positions on the downstream side of the measurement heater 12. Further, the attachment candidate position X25 is an attachment candidate position in a portion (predetermined portion) where the measurement heater 12 is attached. The temperature sensor 15a included in the temperature measuring unit 15 is attached to the surface of the pipe P at the attachment candidate positions X1 to X24, and is embedded in the pipe P from the surface side at the attachment candidate position X25.

図３に示す通り、取付候補位置Ｘ１〜Ｘ２４は、計測用ヒータ１２に近いほど、隣接するものの間隔が狭くなるように設定されている。これは、配管Ｐの管軸方向における配管Ｐの表面の温度分布を考慮したためである。つまり、配管Ｐの表面の温度分布は、計測用ヒータ１２の近傍では温度が高いが、計測用ヒータ１２の近傍から離れるにつれて急激に温度が低くなる特性を示す。このような特性合わせて、計測用ヒータ１２の近傍では、取付候補位置Ｘ１〜Ｘ２４が密になるように設定している。 As shown in FIG. 3, the attachment candidate positions X <b> 1 to X <b> 24 are set such that the closer to the measuring heater 12, the narrower the interval between adjacent ones. This is because the temperature distribution on the surface of the pipe P in the pipe axis direction of the pipe P is taken into consideration. That is, the temperature distribution on the surface of the pipe P shows a characteristic that the temperature is high in the vicinity of the measurement heater 12, but the temperature rapidly decreases as the distance from the vicinity of the measurement heater 12 increases. In accordance with such characteristics, the attachment candidate positions X1 to X24 are set close to each other in the vicinity of the measurement heater 12.

図４は、本発明の一実施形態において形成される配管Ｐの管軸方向における配管Ｐの表面の温度分布の一例を示す図である。尚、図４に示すグラフにおいては、横軸に配管Ｐの管軸方向の位置をとり、縦軸に温度をとってある。また、横軸の原点は、計測用ヒータ１２の両端部の中央に設定されている。図４を参照すると、計測用ヒータ１２の近傍では温度が高いが、計測用ヒータ１２の近傍から離れるにつれて急激に温度が低くなっているのが分かる。また、計測用ヒータ１２から離れるにつれて、配管Ｐの表面の温度は一定の温度（図４に示す例では、１７０℃程度）に収束するのが分かる。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a temperature distribution on the surface of the pipe P in the pipe axis direction of the pipe P formed in the embodiment of the present invention. In the graph shown in FIG. 4, the horizontal axis indicates the position of the pipe P in the pipe axis direction, and the vertical axis indicates the temperature. The origin of the horizontal axis is set at the center of both ends of the measurement heater 12. Referring to FIG. 4, it can be seen that the temperature is high in the vicinity of the measurement heater 12, but the temperature rapidly decreases as the distance from the vicinity of the measurement heater 12 increases. Moreover, it turns out that the temperature of the surface of the piping P converges to fixed temperature (in the example shown in FIG. 4 about 170 degreeC) as it leaves | separates from the heater 12 for a measurement.

取付候補位置Ｘ１〜Ｘ２４は、計測用ヒータ１２から遠ざかるにつれて、例えば隣接するものの間隔が２ｍｍずつ大きくなるように設定されている。例えば、取付候補位置Ｘ１〜Ｘ２４は、計測用ヒータ１２の端部からの距離が以下の通りに設定されている。尚、取付候補位置Ｘ２５は、例えば計測用ヒータ１２の両端部の中央に設定されている。
取付候補位置Ｘ１，Ｘ２４：１７６ｍｍ
取付候補位置Ｘ２，Ｘ２３：１５０ｍｍ
取付候補位置Ｘ３，Ｘ２２：１２６ｍｍ
取付候補位置Ｘ４，Ｘ２１：１０４ｍｍ
取付候補位置Ｘ５，Ｘ２０：８４ｍｍ
取付候補位置Ｘ６，Ｘ１９：６６ｍｍ
取付候補位置Ｘ７，Ｘ１８：５０ｍｍ
取付候補位置Ｘ８，Ｘ１７：３６ｍｍ
取付候補位置Ｘ９，Ｘ１６：２４ｍｍ
取付候補位置Ｘ１０，Ｘ１５：１４ｍｍ
取付候補位置Ｘ１１，Ｘ１４：６ｍｍ
取付候補位置Ｘ１２，Ｘ１３：０ｍｍ The attachment candidate positions X1 to X24 are set such that, for example, the distance between adjacent positions increases by 2 mm as the distance from the measurement heater 12 increases. For example, the attachment candidate positions X1 to X24 are set such that the distance from the end of the measurement heater 12 is as follows. The attachment candidate position X25 is set at the center of both end portions of the measurement heater 12, for example.
Candidate mounting positions X1, X24: 176 mm
Candidate mounting positions X2, X23: 150 mm
Mounting candidate position X3, X22: 126mm
Mounting candidate position X4, X21: 104mm
Mounting candidate position X5, X20: 84mm
Mounting candidate position X6, X19: 66mm
Mounting candidate position X7, X18: 50mm
Mounting candidate position X8, X17: 36mm
Mounting candidate position X9, X16: 24mm
Candidate mounting positions X10, X15: 14 mm
Candidate mounting positions X11, X14: 6 mm
Candidate mounting positions X12, X13: 0 mm

温度計測部１５が備える温度センサ１５ａは、取付候補位置Ｘ１〜Ｘ２５の何れかの位置で、図３（ｂ）に示す通り、配管Ｐの外周面の周方向において、９０度ずつ位置を違えるように配置される。このように、取付候補位置Ｘ１〜Ｘ２５の何れかの位置にて複数の温度センサ１５ａを設けるのは、複数の温度センサ１５ａの平均値を計測値として得ることで、信頼性の高い計測結果を得るためである。ここで、温度センサ１５ａは、図３（ｂ）に示す通り、４つ設けられている必要は必ずしもなく、２つのみ（配管Ｐの右側及び左側にのみ）設けられていても良い。尚、配管Ｐは、図３に示す通り、その表面の少なくとも一部が保温材Ｈにより覆われている。 The temperature sensor 15a included in the temperature measurement unit 15 is located at any one of the attachment candidate positions X1 to X25 so that the position is different by 90 degrees in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the pipe P as shown in FIG. Placed in. As described above, the provision of the plurality of temperature sensors 15a at any one of the attachment candidate positions X1 to X25 is obtained by obtaining an average value of the plurality of temperature sensors 15a as a measurement value, thereby obtaining a highly reliable measurement result. To get. Here, as shown in FIG. 3B, four temperature sensors 15a are not necessarily provided, and only two (only on the right and left sides of the pipe P) may be provided. In addition, as shown in FIG. 3, at least a part of the surface of the pipe P is covered with the heat insulating material H.

図５〜図１０は、図３に示す取付候補位置の各々における温度の実測値と理論値とを示す図である。尚、図５〜図１０に示すグラフは、計測用ヒータ１２に供給する電力を１５０［Ｗ］程度に設定し、内径が５センチメートル程度であって肉厚が５ミリメートル程度の配管Ｐ配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を変えたときの、温度の実測値（平均値）と理論値とを示すものである。尚、図５〜図１０では、横軸に流速をとり、縦軸に温度をとってある。 5-10 is a figure which shows the measured value and theoretical value of temperature in each of the attachment candidate position shown in FIG. 5 to 10, the power supplied to the measuring heater 12 is set to about 150 [W], the inner diameter is about 5 centimeters, and the thickness is about 5 millimeters. It shows the measured value (average value) and the theoretical value of the temperature when the flow velocity of the steam flowing inside is changed. 5 to 10, the horizontal axis represents the flow velocity, and the vertical axis represents the temperature.

図５，図６は、計測用ヒータ１２の上流側の取付候補位置Ｘ７〜Ｘ１２における温度の実測値と理論値とを示す図である。図７〜図９は、計測用ヒータ１２の下流側の取付候補位置Ｘ１３〜Ｘ２１における温度の実測値と理論値とを示す図である。図１０は、計測用ヒータ１２が取り付けられている部分（所定部分）内の取付候補位置Ｘ２５における温度の実測値と理論値とを示す図である。 5 and 6 are diagrams showing measured values and theoretical values of temperatures at the attachment candidate positions X7 to X12 on the upstream side of the measurement heater 12. FIG. 7 to 9 are diagrams showing measured values and theoretical values of temperatures at the attachment candidate positions X13 to X21 on the downstream side of the measurement heater 12. FIG. FIG. 10 is a diagram showing measured values and theoretical values of the temperature at the attachment candidate position X25 in the portion (predetermined portion) where the measurement heater 12 is attached.

具体的に、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ取付候補位置Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９における温度の実測値と理論値とを示す図であり、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ取付候補位置Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ１２における温度の実測値と理論値とを示す図である。また、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ取付候補位置Ｘ１３，Ｘ１４，Ｘ１５における温度の実測値と理論値とを示す図であり、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ取付候補位置Ｘ１６，Ｘ１７，Ｘ１８における温度の実測値と理論値とを示す図であり、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ取付候補位置Ｘ１９，Ｘ２０，Ｘ２１における温度の実測値と理論値とを示す図である。 Specifically, FIGS. 5A, 5B, and 5C are diagrams showing measured values and theoretical values of temperatures at the attachment candidate positions X7, X8, and X9, respectively, and FIGS. b) and (c) are diagrams showing measured values and theoretical values of temperatures at the attachment candidate positions X10, X11, and X12, respectively. FIGS. 7A, 7B, and 7C are diagrams showing measured values and theoretical values of temperatures at the attachment candidate positions X13, X14, and X15, respectively, and FIGS. 8A and 8B. , (C) are diagrams showing measured values and theoretical values of temperatures at the attachment candidate positions X16, X17, X18, respectively, and FIGS. 9 (a), (b), (c) are the attachment candidate positions X19, respectively. , X20, and X21 are diagrams showing measured values and theoretical values of temperatures.

まず、図５，図６を参照すると、計測用ヒータ１２の上流側の取付候補位置Ｘ７〜Ｘ１１においては、配管Ｐ内を流れる蒸気の流速に拘わらず、理論値に対する実測値の乖離が大きいことが分かる。但し、計測用ヒータ１２の上流側の取付候補位置Ｘ１２においては、実測値が理論値にほぼ一致していることが分かる。このことから、計測用ヒータ１２の上流側では、計測用ヒータ１２の近傍（計測用ヒータ１２の加熱によって配管Ｐの表面の温度が略最大温度となる位置（第１位置））に設定された取付候補位置Ｘ１２に温度センサ１５ａを取り付ければ、配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を高い精度で計測することが可能であると考えられる。尚、計測システム１の構成を改良し、理論値に対する実測値の乖離が小さくなれば、計測用ヒータ１２の上流側における取付候補位置Ｘ１２以外の位置（例えば、取付候補位置Ｘ７〜Ｘ１１）に温度センサ１５ａを取り付けることも可能である。 First, referring to FIGS. 5 and 6, at the attachment candidate positions X7 to X11 on the upstream side of the heater 12 for measurement, the difference between the measured values and the theoretical values is large regardless of the flow velocity of the steam flowing in the pipe P. I understand. However, at the attachment candidate position X12 on the upstream side of the measuring heater 12, it can be seen that the actually measured value substantially matches the theoretical value. Therefore, on the upstream side of the measurement heater 12, it is set in the vicinity of the measurement heater 12 (a position (first position) where the temperature of the surface of the pipe P becomes approximately the maximum temperature due to the heating of the measurement heater 12). If the temperature sensor 15a is attached to the attachment candidate position X12, it is considered that the flow velocity of the steam flowing in the pipe P can be measured with high accuracy. If the configuration of the measurement system 1 is improved and the deviation of the actual measurement value from the theoretical value is reduced, the temperature is shifted to a position other than the attachment candidate position X12 on the upstream side of the measurement heater 12 (for example, the attachment candidate positions X7 to X11). It is also possible to attach the sensor 15a.

次に、図７〜図９を参照すると、計測用ヒータ１２の下流側の取付候補位置Ｘ１３〜Ｘ１７においては、配管Ｐ内を流れる蒸気の流速に拘わらず、理論値に対する実測値の乖離がある程度あるものの、図５，図６に示す取付候補位置Ｘ７〜Ｘ１１における乖離に比べると小さいことが分かる。また、計測用ヒータ１２の下流側の取付候補位置Ｘ１８においては、実測値が理論値にほぼ一致していることが分かる。更に、計測用ヒータ１２の下流側の取付候補位置Ｘ１９〜Ｘ２１においては、理論値に対する実測値の乖離が徐々に大きくなっていることが分かる。このことから、計測用ヒータ１２の下流側では、取付候補位置Ｘ１３〜Ｘ１８（配管Ｐの表面の温度が上記の最大温度と最低温度との略中間の温度となる位置よりも上流側の位置）に温度センサ１５ａを取り付ければ、配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を高い精度で計測することが可能であると考えられる。 Next, referring to FIGS. 7 to 9, at the attachment candidate positions X <b> 13 to X <b> 17 on the downstream side of the measurement heater 12, there is a certain degree of deviation between the measured values and the theoretical values regardless of the flow velocity of the steam flowing in the pipe P. Although it exists, it turns out that it is small compared with the deviation in the attachment candidate position X7-X11 shown in FIG. 5, FIG. In addition, at the attachment candidate position X18 on the downstream side of the measuring heater 12, it can be seen that the actually measured value substantially matches the theoretical value. Furthermore, it can be seen that, at the attachment candidate positions X19 to X21 on the downstream side of the measurement heater 12, the deviation of the measured value from the theoretical value gradually increases. Therefore, on the downstream side of the measurement heater 12, the attachment candidate positions X13 to X18 (positions upstream from the position where the surface temperature of the pipe P is substantially intermediate between the maximum temperature and the minimum temperature). If the temperature sensor 15a is attached to the pipe P, it is considered that the flow velocity of the steam flowing in the pipe P can be measured with high accuracy.

次いで、図１０を参照すると、計測用ヒータ１２が取り付けられている部分（所定部分）内における取付候補位置Ｘ２５においては、理論値に対する実測値の乖離が、計測用ヒータ１２の下流側の取付候補位置Ｘ１３〜Ｘ１７における乖離と同程度であることが分かる。以上から、配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を高い精度で計測することが可能な温度センサ１５ａの取り付け位置は、図３に示す取付候補位置Ｘ１２〜取付候補位置Ｘ１８の間（取付候補位置Ｘ２５を含む）であると考えられる。 Next, referring to FIG. 10, at the attachment candidate position X25 in the portion (predetermined portion) where the measurement heater 12 is attached, the deviation of the measured value from the theoretical value is the attachment candidate on the downstream side of the measurement heater 12. It can be seen that it is almost the same as the divergence at the positions X13 to X17. From the above, the attachment position of the temperature sensor 15a capable of measuring the flow velocity of the steam flowing in the pipe P with high accuracy is between the attachment candidate position X12 to the attachment candidate position X18 shown in FIG. It is thought that

次に、上記構成における計測システム１による計測方法について説明する。尚、ここでは説明を簡単にするために、蒸気生成装置Ｅ１によって蒸気が生成されており、この生成された蒸気が配管Ｐを介して負荷設備Ｅ２に供給されている状態であるものとする。計測システム１の電源が投入されると、温度計測部１３で温度の計測が行われ、この温度計測部１３で計測される温度が参照され、蒸気の湿分が全て蒸発するようにプレヒータ制御装置１７によってプレヒータ１１が制御される。例えば、温度計測部１３で計測される温度が一定となるように制御される。 Next, a measurement method by the measurement system 1 having the above configuration will be described. Here, in order to simplify the description, it is assumed that the steam is generated by the steam generation device E1 and the generated steam is supplied to the load facility E2 via the pipe P. When the power of the measurement system 1 is turned on, the temperature is measured by the temperature measuring unit 13, the temperature measured by the temperature measuring unit 13 is referred to, and the preheater control device is configured so that all the moisture of the vapor is evaporated. The preheater 11 is controlled by 17. For example, the temperature measured by the temperature measuring unit 13 is controlled to be constant.

以上の動作と並行して、ヒータ電源１８から計測用ヒータ１２に対して電力が供給され、計測用ヒータ１２によって配管Ｐが加熱された状態にされる（第１ステップ）。ここで、配管Ｐ内には蒸気生成装置Ｅ１からの蒸気が流れているため、配管Ｐの管内熱伝達が変化する。そして、計測用ヒータ１２の上流側又は下流側の温度、或いは計測用ヒータ１２の内部の温度が温度計測部１５で計測される（第２ステップ）。 In parallel with the above operation, electric power is supplied from the heater power supply 18 to the measuring heater 12, and the piping P is heated by the measuring heater 12 (first step). Here, since the steam from the steam generator E1 flows in the pipe P, the heat transfer in the pipe P changes. Then, the temperature measuring section 15 measures the temperature upstream or downstream of the measuring heater 12 or the temperature inside the measuring heater 12 (second step).

温度計測部１５の計測結果を示すデータは、データ収集装置１９で収集された後にデータ処理装置２０のデータ取得部２２で取得される。すると、データ処理部２３において、データ取得部２２で取得されたデータを用いて配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を求める処理が行われる（第３ステップ）。尚、配管Ｐ内を流れる蒸気の流速は、例えばデータ取得部２２で取得されたデータと、メモリ２４に記憶されたデータ（配管Ｐ内を流れる蒸気の流速と配管Ｐの外周面の管軸方向における温度分布とが対応付けられたデータ）とを比較することによって求められる。以上の処理が終了すると、蒸気の流速を示す情報が表示部２５に出力されて表示される。 Data indicating the measurement result of the temperature measurement unit 15 is collected by the data collection device 19 and then acquired by the data acquisition unit 22 of the data processing device 20. Then, the data processing unit 23 performs a process for obtaining the flow velocity of the steam flowing in the pipe P using the data acquired by the data acquisition unit 22 (third step). The flow velocity of the steam flowing in the pipe P is, for example, the data acquired by the data acquisition unit 22 and the data stored in the memory 24 (the flow velocity of the steam flowing in the pipe P and the pipe axis direction of the outer peripheral surface of the pipe P And the data associated with the temperature distribution in (1). When the above processing is completed, information indicating the steam flow velocity is output and displayed on the display unit 25.

以上の通り、本実施形態によれば、配管Ｐの表面の所定部分を計測用ヒータ１２で加熱し、計測用ヒータ１２の加熱によって配管Ｐの表面の温度が略最大温度となる位置（第１位置）と、この位置よりも下流側であって配管Ｐの表面の温度が最大温度と最低温度との略中間の温度となる位置（第２位置）との間の配管Ｐに取り付けられた温度センサ１５ａの計測結果に基づいて、蒸気の流速を算出するようにしている。これにより、配管Ｐの管軸方向における一点の温度を温度センサ１５ａで計測するだけで、配管Ｐの外部から配管Ｐ内を流れる蒸気の流速を低コストで精度良く計測することができる。 As described above, according to the present embodiment, a predetermined portion of the surface of the pipe P is heated by the measuring heater 12, and the temperature of the surface of the pipe P becomes substantially the maximum temperature due to the heating of the measuring heater 12 (first position). Position) and the temperature attached to the pipe P between the position downstream of this position and the temperature of the surface of the pipe P that is substantially intermediate between the maximum temperature and the minimum temperature (second position). The steam flow velocity is calculated based on the measurement result of the sensor 15a. Thereby, only by measuring the temperature of one point in the pipe axis direction of the pipe P with the temperature sensor 15a, the flow velocity of the steam flowing in the pipe P from the outside of the pipe P can be accurately measured at low cost.

以上、本発明の一実施形態による計測システム及び方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、蒸気生成装置Ｅ１で生成された水蒸気の流速を計測する例について説明したが、本発明は、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）の蒸気の計測にも適用することができる。また、蒸気の流速のみならず、蒸気の流量を計測することも可能であり、或いは蒸気の流速及び流量の双方を計測することも可能である。 As mentioned above, although the measurement system and method by one Embodiment of this invention were demonstrated, this invention is not restrict | limited to the said embodiment, It can change freely within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which the flow rate of water vapor generated by the steam generation device E1 is measured has been described. However, the present invention can also be applied to, for example, measurement of LNG (liquefied natural gas) steam. . Further, not only the flow rate of steam but also the flow rate of steam can be measured, or both the flow rate and flow rate of steam can be measured.

また、上述した実施形態では、理解を容易にするために、温度計測部１５の温度センサ１５ａとは別に、制御用の温度センサ（ヒータ電源１８がフィードバック制御で用いる温度センサ）が設けられている例について説明した。しかしながら、これらの温度センサを、１つの温度センサで兼用しても良い。つまり、計測用ヒータ１２の内部又は近傍に設けられた１つの温度センサの計測結果を用いて、ヒータ電源１８が計測用ヒータ１２のフィードバック制御を行い、且つ、データ処理装置２０が蒸気の流速を算出するといった具合である。 In the above-described embodiment, in order to facilitate understanding, a temperature sensor for control (a temperature sensor used by the heater power supply 18 for feedback control) is provided separately from the temperature sensor 15a of the temperature measurement unit 15. An example was described. However, these temperature sensors may be shared by one temperature sensor. That is, using the measurement result of one temperature sensor provided in or near the measurement heater 12, the heater power supply 18 performs feedback control of the measurement heater 12, and the data processing device 20 determines the steam flow rate. For example, it is calculated.

また、上述した実施形態では、配管Ｐに設けられたプレヒータ１１及び計測用ヒータ１２が保温材Ｈで覆われた構成を例に挙げたが、これに限定されることは無い。例えば、データ処理装置２０が、配管Ｐの表面からの放熱を考慮して温度計測部１５の計測結果を示すデータを補正する処理を行うものである場合には、配管Ｐの表面を保温材Ｈで被覆しなくてもよい。或いは、配管Ｐの表面の一部（温度計測部１３〜１５の設置部分）のみを保温材Ｈで被覆する構成であってもよい。 In the above-described embodiment, the configuration in which the preheater 11 and the measurement heater 12 provided in the pipe P are covered with the heat insulating material H has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, when the data processing device 20 performs a process of correcting data indicating the measurement result of the temperature measurement unit 15 in consideration of heat radiation from the surface of the pipe P, the surface of the pipe P is treated with the heat insulating material H. It is not necessary to cover with. Or the structure which coat | covers only a part of surface of the piping P (installation part of the temperature measurement parts 13-15) with the heat insulating material H may be sufficient.

また、上述した実施形態では、プレヒータ制御装置１７、ヒータ電源１８、データ収集装置１９、及びデータ処理装置２０が別体として設けられている例について説明したが、これらは一体的に設けられていても良い。尚、プレヒータ１１、温度計測部１３、プレヒータ制御装置１７は、省略することも可能である。 In the above-described embodiment, the example in which the pre-heater control device 17, the heater power source 18, the data collection device 19, and the data processing device 20 are provided as separate bodies has been described, but these are integrally provided. Also good. In addition, the preheater 11, the temperature measurement unit 13, and the preheater control device 17 can be omitted.

１計測システム
１１プレヒータ
１２計測用ヒータ
１３温度計測部
１５温度計測部
１５ａ温度センサ
１７プレヒータ制御装置
２０データ処理装置
Ｐ配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement system 11 Preheater 12 Heater for measurement 13 Temperature measurement part 15 Temperature measurement part 15a Temperature sensor 17 Preheater control apparatus 20 Data processing apparatus P Piping

Claims

In a measurement system that measures at least one of the flow rate and flow rate of steam flowing in a pipe,
A heat exchanger for exchanging heat with a predetermined portion of the surface of the pipe;
A first temperature measurement unit that is provided in or near the heat exchanger and that measures only the temperature at one point in or near the heat exchanger in the pipe axis direction of the pipe;
A calculation unit that calculates at least one of a flow rate and a flow rate of the steam based on a measurement result of the first temperature measurement unit ;
A preheating unit attached to the outer peripheral surface of the pipe upstream from the predetermined portion;
A second temperature measurement unit attached to the outer peripheral surface of the pipe between the preheating unit and the predetermined portion;
A controller that controls the preheating unit with reference to the temperature measured by the second temperature measurement unit so that all the moisture of the vapor is evaporated ;
The control unit controls the preheating unit so that the temperature measured by the second temperature measurement unit is constant.
Measurement system, characterized in that.

In the first temperature measurement unit, the temperature of the surface of the pipe becomes substantially maximum due to heat exchange performed in the heat exchanger, and the measured value of the temperature substantially matches the theoretical value regardless of the flow rate of the steam. When the temperature of the surface of the pipe is subjected to heat exchange by the heat exchanger when the position is downstream of the first position and the flow velocity of the steam is the slowest flow velocity that can be set The pipe between the maximum temperature on the surface of the pipe and the second position at which the temperature is substantially intermediate between the minimum temperature, which is the temperature of the surface of the pipe when heat exchange by the heat exchanger is not performed. The measurement system according to claim 1, wherein the measurement system is attached to the instrument.

The measurement system according to claim 1, wherein the first temperature measurement unit includes a temperature sensor that is attached to a surface of the pipe and measures a temperature at one point in the pipe axis direction of the pipe. .

The first temperature measurement unit includes a temperature sensor embedded in the pipe at the predetermined portion or attached to the surface of the pipe and measuring a temperature at one point in the pipe axis direction of the pipe. The measurement system according to claim 1 or 2.

The measurement system according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat exchanger is a heating device.

The measurement system according to claim 5, wherein the heating device is a ring-shaped heater.

The said 2nd temperature measurement part is downstream from the said preheating part, Comprising: It is attached to the vicinity of the said preheating part, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Measurement system.

The measurement system according to claim 1, wherein the second temperature measurement unit is attached to a bottom portion of the outer peripheral surface of the pipe.

A measurement method for measuring at least one of a flow velocity and a flow rate of steam flowing in a pipe,
A first step of exchanging heat with a predetermined portion of the surface of the pipe;
A second step of measuring only the temperature at one point inside or near the predetermined portion in the pipe axis direction of the pipe;
A third step of calculating at least one of the flow velocity and the flow rate of the steam based on the measurement result of the second step ;
With reference to the temperature measured by the temperature measuring unit attached to the outer peripheral surface of the pipe between the preheating portion attached to the outer peripheral surface of the pipe upstream from the predetermined portion and the predetermined portion, A fourth step of controlling the preheating unit so that all the moisture of the vapor evaporates;
Have
The fourth step is a step of controlling the preheating unit so that the temperature measured by the temperature measurement unit is constant.
Measurement wherein the.

In the second step, the temperature of the surface of the pipe becomes substantially maximum due to the heat exchange, and the first position where the measured value of the temperature substantially matches the theoretical value regardless of the flow rate of the steam, and the first position Is also the downstream side, and the steam flow rate is the slowest flow rate that can be set, the temperature of the pipe surface is the maximum temperature of the pipe surface when the heat exchange is performed, and the heat claim 9, wherein the exchange is a step of measuring the temperature of a point between the second position in which substantially an intermediate temperature of the lowest temperature and the temperature of the surface of the pipe when not done Measurement method.