JP6713754B2 - 蒸気使用設備の監視システム - Google Patents

Description

本願は、蒸気によって対象物を加熱する蒸気使用機器を備えた蒸気使用設備の監視システムに関する。

例えば特許文献１に開示されているように、蒸気によって対象物を加熱する蒸気使用機器を備えた蒸気使用設備が知られている。この蒸気使用設備は、段ボールシート製造装置（コルゲートマシンとも呼ばれる）であり、蒸気使用機器である加熱ロール（回転ロールとも呼ばれる）を有している。加熱ロールは、内部に高温高圧の蒸気が供給され、外部の段ボールシートを間接的に加熱するものである。加熱ロールに供給された蒸気は、段ボールシートと熱交換してドレンとなり、排出経路に排出される。

特開２００８−２０７３４５号公報

ところで、上述したような蒸気使用設備の運転状態を監視する監視システムとして、例えば蒸気使用機器への蒸気の供給圧力を監視し、その供給圧力が異常であるとその旨を報知する（警報を行う）ものがある。しかしながら、現場の作業者は、報知された異常の原因が容易には判明しない場合があり、そうすると、異常に対し速やかに対処することができない。そのため、蒸気使用設備の一部または全体を長時間に亘って停止せざるを得ない場合があった。

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、少なくとも蒸気使用機器への蒸気の供給圧力に異常が発生した場合に、その異常に対し速やかに対処することができる監視システムを提供することにある。

本願の蒸気使用設備の監視システムは、上記目的を達成するために、異常が発生すると、その異常内容を表示すると共に、その異常の原因事項も表示するようにした。

具体的に、本願に開示の技術は、蒸気が供給され、該供給された蒸気によって対象物を加熱する蒸気使用機器を備えた蒸気使用設備の監視システムを前提としている。上記監視システムは、圧力センサと、入力部と、判断部と、記憶部と、表示部とを備えている。上記圧力センサは、上記蒸気使用機器への蒸気の供給圧力を検出するものである。上記入力部は、上記圧力センサが検出した供給圧力が送信されるものである。上記判断部は、上記入力部に送信された供給圧力が異常か否かを判断するものである。上記記憶部は、上記供給圧力が異常となる原因事項が予め記憶されているものである。上記表示部は、上記判断部が供給圧力は異常と判断すると、供給圧力が異常であることを表示すると共に、上記記憶部に記憶された供給圧力が異常となる原因事項を表示するものである。

以上のように、本願の蒸気使用設備の監視システムによれば、蒸気使用機器への蒸気の供給圧力に異常が発生すると、供給圧力が異常であることが表示部に表示されるだけでなく、供給圧力が異常となる原因事項も表示部に表示される。つまり、異常内容だけでなく、その異常の原因事項も表示させることができる。これにより、作業者は、異常の原因を容易に把握することができるので、異常に対し速やかに対処することができる。よって、蒸気使用設備を長時間に亘って停止させる事態を回避することができる。

図１は、実施形態に係る蒸気使用設備の概略構成を示す配管系統図である。 図２は、実施形態に係る蒸気使用設備のドレン排出系統を示す配管系統図である。 図３は、実施形態に係る蒸気使用機器を示す概略的な構成図である。 図４は、実施形態に係る監視システムの概略構成を示すブロック図である。 図５は、実施形態に係るモニタの表示内容の一例を示す図である。 図６は、実施形態に係るモニタの表示内容の一例を示す図である。 図７は、その他の実施形態に係る蒸気使用設備のドレン排出系統を示す配管系統図である。

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に示す蒸気使用設備１は、段ボールシート製造装置（コルゲートマシンともいう。）である。蒸気使用設備１は、段ボールシートを加熱するための複数（本実施形態では、７つ）の蒸気使用機器３０を備えている。蒸気使用機器３０は、蒸気が供給され、該供給された蒸気によって対象物である段ボールシートを加熱する加熱ロール（回転ロールともいう。）である。

〈蒸気使用設備の構成〉
図１に示すように、蒸気使用設備１は、蒸気使用機器３０に蒸気を供給するための蒸気供給系統１０を備えている。蒸気供給系統１０は、主供給管１１と、複数（本実施形態では、７つ）の供給管１３と、ヘッダー１４とを有している。

主供給管１１は、ボイラから高温高圧の蒸気が供給される。主供給管１１の流出端はヘッダー１４に接続されている。主供給管１１には、２つのメインバルブ１５，１６が設けられている。上流側のメインバルブ１５は手動式のバルブであり、下流側のメインバルブ１６は電動式のバルブである。主供給管１１には、２つのメインバルブ１５，１６をバイパスするバイパス管１２が設けられている。つまり、バイパス管１２の流入端は主供給管１１において手動式のメインバルブ１５の上流側に接続され、バイパス管１２の流出端は主供給管１１において電動式のメインバルブ１６の下流側に接続されている。バイパス管１２には、２つのバイパスバルブ１７，１８が設けられている。上流側のバイパスバルブ１７は手動式のバルブであり、下流側のバイパスバルブ１８は電動式のバルブである。手動式のメインバルブ１５およびバイパスバルブ１７は開度が連続的または段階的に変更可能ないわゆる流量調整弁であり、電動式のメインバルブ１６およびバイパスバルブ１８は全開と全閉の二段階で切り換わるものである。バイパス管１２は主供給管１１よりも口径が小さく、バイパスバルブ１７，１８はメインバルブ１５，１６よりも口径が小さい。つまり、バイパス管１２における蒸気流量は主供給管１１における蒸気流量よりも少ない。

複数の供給管１３は、複数の蒸気使用機器３０の各々に蒸気を供給する個別配管である。具体的に、７つの供給管１３のうち２つは、主供給管１１と蒸気使用機器３０とに接続されている。つまり、２つの供給管１３は、流入端が主供給管１１におけるバイパス管１２よりも下流側に接続され、流出端が蒸気使用機器３０に接続されている。７つの供給管１３のうち５つは、ヘッダー１４と蒸気使用機器３０とに接続されている。つまり、５つの供給管１３は、流入端がヘッダー１４に接続され、流出端が蒸気使用機器３０に接続されている。各供給管１３には、手動式の供給バルブ１９が１つずつ設けられている。このように構成された蒸気供給系統１０では、主供給管１１の蒸気は、それぞれの供給管１３を通って２つの蒸気使用機器３０に供給されると共に、ヘッダー１４に供給される。ヘッダー１４に供給された蒸気は、それぞれの供給管１３を通って５つの蒸気使用機器３０に供給される。

各蒸気使用機器３０には、ドレン排出系統２０が接続されている。つまり、本実施形態の蒸気使用設備１は７つのドレン排出系統２０を備えている。図２に示すように、ドレン排出系統２０は、蒸気使用機器３０に接続され、蒸気使用機器３０で発生したドレンが排出される排出管２１を備えている。排出管２１には、上流側から順に、上流側バルブ２２、ストレーナ２３、スチームトラップ２４、チェックバルブ２５および下流側バルブ２６が設けられている。上流側バルブ２２および下流側バルブ２６は、手動式のバルブである。ストレーナ２３は、ドレン中に含まれる異物を除去するものである。ストレーナ２３のブロー部２３ａにはブロー管２７が接続されており、ブロー管２７にはブローバルブ２８が設けられている。スチームトラップ２４は、流入したドレンのみを自動的に下流側へ排出するものである。チェックバルブ２５は、上流側から下流側へ向かう（図２において左側から右側へ向かう）流体の流れのみを許容するものである。

図３に示すように、蒸気使用機器３０は、ロール本体３１と、サイフォン管３３とを備えている。ロール本体３１は、軸心Ｘに沿って延びる中空状の円柱体であり、その内部に蒸気を収容可能に構成されている。ロール本体３１の両端には、軸心Ｘに沿って延びる軸部３２ａおよび軸部３２ｂが設けられ、両軸部３２ａ，３２ｂは、軸受（図示省略）により回転自在に支持されている。即ち、ロール本体３１は、軸心Ｘ回りに回転自在に支持されている。ロール本体３１は、軸心Ｘが水平方向に延びる状態で支持されている。一方の軸部３２ａには供給管１３が接続されており、供給管１３から蒸気が軸部３２ａの内部を通ってロール本体３１の内部に供給される。ロール本体３１内に供給された蒸気は、ロール本体３１の外周面に接触する段ボールシートと熱交換して凝縮し、段ボールシートが加熱される。蒸気は、凝縮してドレンとなり、ロール本体３１内の底部に溜まる。

サイフォン管３３は、軸部３２ａを介してロール本体３１を貫通している。サイフォン管３３は、軸部３２ａから軸心Ｘに沿ってロール本体３１の内方へ延びた後、ロール本体３１の底部に向かって屈曲している。サイフォン管３３の流入端（図３において右側端）は、ロール本体３１の底部におけるロール本体３１の内周面に近接している。サイフォン管３３の流出端（図３において左側端）は、軸部３２ａから軸心Ｘに沿ってロール本体３１の外方へ延びている。サイフォン管３３の流出端には、排出管２１が接続されている。蒸気使用機器３０では、ロール本体３１内に供給された蒸気の圧力によってドレンがサイフォン管３３から排出管２１に排出される。

上述した蒸気使用設備１では、最初に昇圧運転が行われ、蒸気使用機器３０への蒸気の供給圧力（以下、単に供給圧力ともいう。）が所定圧力に達すると、通常運転が行われる。昇圧運転では、メインバルブ１６は閉弁され、メインバルブ１５およびバイパスバルブ１７，１８は開弁される。また、供給バルブ１９、上流側バルブ２２および下流側バルブ２６は開弁され、ブローバルブ２８は閉弁される。この昇圧運転では、ボイラからの蒸気が、メインバルブ１６は通過せずにバイパスバルブ１７，１８のみを通過するので、各蒸気使用機器３０に蒸気が少しずつ供給される。これにより、供給圧力が一気に上昇するのを防止できる。そして、供給圧力が所定圧力まで上昇すると、メインバルブ１６が開弁されて通常運転が開始される。つまり、通常運転ではメインバルブ１５，１６およびバイパスバルブ１７，１８の全てが開弁されるので、各蒸気使用機器３０への蒸気の供給流量が昇圧運転時よりも増大する。

〈監視システムの構成〉
本実施形態の監視システム４０は、上述した蒸気使用設備１の運転状態を監視するものである。図４に示すように、監視システム４０は、制御装置４１と、モニタ４５と、圧力センサ４６と、複数（本実施形態では、７つ）の温度センサ４７とを備えている。

圧力センサ４６は、ヘッダー１４に設けられ（図１参照）、ヘッダー１４の蒸気圧力を検出するものである。ヘッダー１４は７つの供給管１３と連通しているため、ヘッダー１４の蒸気圧力は、各供給管１３の蒸気圧力に相当する。つまり、圧力センサ４６は各蒸気使用機器３０への蒸気の供給圧力を検出している。温度センサ４７は、７つのドレン排出系統２０のそれぞれに１つずつ設けられている。具体的に、温度センサ４７は排出管２１においてストレーナ２３とスチームトラップ２４との間に設けられている（図２参照）。温度センサ４７は、排出管２１のドレン温度を蒸気使用機器３０の温度として検出するものである。排出管２１は蒸気使用機器３０で発生したドレンが排出されるため、排出管２１のドレン温度は蒸気使用機器３０の温度（以下、ロール温度ともいう。）に概ね相当する。

制御装置４１は、入力部４２と、判断部４３と、記憶部４４とを有している。入力部４２は、圧力センサ４６が検出した供給圧力が送信されると共に、各温度センサ４７が検出したロール温度が送信される。判断部４３は、入力部４２に送信された供給圧力が異常か否かを判断する。具体的に、判断部４３は、入力部４２に送信された供給圧力が、予め設定された所定圧力よりも低いと、供給圧力が異常と判断する。また、判断部４３は、入力部４２に送信されたロール温度が異常か否かを判断する。具体的に、判断部４３は、入力部４２に送信されたロール温度が、予め設定された所定温度よりも低いと、ロール温度が異常と判断する。記憶部４４には、予め、供給圧力が異常となる原因事項（即ち、供給圧力の異常の原因と考えられる事項）が複数記憶されている。また、記憶部４４には、予め、ロール温度が異常となる原因事項（即ち、ロール温度の異常の原因と考えられる事項）が複数記憶されている。供給圧力が異常となる原因事項およびロール温度が異常となる原因事項の詳細は後述する。

モニタ４５は、判断部４３が異常と判断すると、その異常内容を表示すると共に、その異常の原因事項を表示するものであり、本願の請求項に係る表示部を構成している。つまり、モニタ４５は、判断部４３が供給圧力は異常と判断すると、供給圧力が異常であることを表示すると共に、記憶部４４に記憶された供給圧力が異常となる複数の原因事項を表示する。その具体例について図５を参照しながら説明する。モニタ４５には、供給圧力が異常であることの表示として「供給圧力低下」が表示される（図５において左上）。そして、モニタ４５には、供給圧力が異常となる原因事項として、３つの原因事項（以下、原因事項１〜３という。）が表示される。原因事項１は「ボイラ稼働状態」である。ボイラ稼働状態が異常であると、供給圧力が低下する原因となる。原因事項２は「手動バルブの開閉状態」である。ここでいう手動バルブは、メインバルブ１５およびバイパスバルブ１７である。メインバルブ１５およびバイパスバルブ１７の少なくとも一方が閉弁されていると、供給圧力が低下する原因となる。原因事項３は「電動バルブの開閉状態」である。ここでいう電動バルブは、メインバルブ１６およびバイパスバルブ１８である。昇圧運転時では、バイパスバルブ１８が閉弁されていると、供給圧力が低下する原因となる。通常運転時では、メインバルブ１６およびバイパスバルブ１８の少なくとも一方が閉弁されていると、供給圧力が低下する原因となる。こうして表示された原因事項１〜３について、作業者は確認作業を行う。

さらに、モニタ４５には、上述した３つの原因事項１〜３について確認作業を行う順番が表示される。つまり、モニタ４５には、複数の原因事項のうち、どの原因事項から優先して確認作業を行えばよいかが表示される。この原因事項の優先順位は、異常の原因として可能性の高い順番となっている。図５に示すモニタ４５では、上述した原因事項１〜３の順番で確認する旨が表示されている。

また、モニタ４５は、判断部４３がロール温度は異常と判断すると、ロール温度が異常であることを表示すると共に、記憶部４４に記憶されたロール温度が異常となる複数の原因事項を表示する。その具体例について図６を参照しながら説明する。モニタ４５には、ロール温度が異常であることの表示として「ロール温度低下」が表示される（図６において左上）。そして、モニタ４５には、ロール温度が異常となる原因事項として、３つの原因事項（以下、原因事項１〜３という。）が表示される。原因事項１は「供給バルブ１９、上流側バルブ２２および下流側バルブ２６の開閉状態」である。供給バルブ１９、上流側バルブ２２および下流側バルブ２６の少なくとも１つでも閉弁されていると、蒸気使用機器３０から排出管２１にドレンが排出されない。そうすると、蒸気使用機器３０には新たな蒸気が供給されないため蒸気使用機器３０の温度（ロール温度）は低下し、また排出管２１ではドレンが流通しないためドレン温度（ロール温度に相当）が低下する。原因事項２は「ストレーナ２３の詰まり、スチームトラップ２４内のスクリーンの詰まり、スチームトラップ２４内のオリフィスの詰まり」である。これらの詰まりが発生していると、原因事項１と同様、蒸気使用機器３０から排出管２１にドレンが排出されないので、ロール温度が低下する。なお、この原因事項２について確認する前に、ブローバルブ２８を開弁してみる。ブローバルブ２８を開弁してもなおロール温度の低下が改善されない場合、ロール温度低下の原因は原因事項２ではないと推測できる。逆に、ブローバルブ２８の開弁によってロール温度の低下が改善したら、原因事項２について確認作業を行う。原因事項３は「ロール内部の状態」である。具体的には、サイフォン管３３が損傷していないか否かである。サイフォン管３３が曲がっていたり折れていたりすると、ロール本体３１内のドレンがサイフォン管３３から排出されない。つまり、サイフォン管３３が損傷していると、原因事項１と同様、蒸気使用機器３０から排出管２１にドレンが排出されないので、ロール温度が低下する。

以上のようにして表示されたロール温度が異常となる原因事項１〜３について、作業者は確認作業を行う。さらに、モニタ４５には、供給圧力の異常と同様、ロール温度が異常となる原因事項１〜３について確認作業を行う順番が表示される。この原因事項の優先順位は、異常の原因として可能性の高い順番となっている。図６に示すモニタ４５では、上述した原因事項１〜３の順番で確認する旨が表示されている。

以上のように、上記実施形態の監視システム４０によれば、蒸気使用機器３０への蒸気の供給圧力に異常が発生すると、供給圧力が異常であることがモニタ４５に表示されるだけでなく、供給圧力が異常となる原因事項もモニタ４５に表示される。つまり、上記実施形態の監視システム４０では、異常内容だけでなく、その異常の原因事項も表示させるようにした。これにより、作業者は、異常の原因を容易に把握することができるので、異常に対し速やかに対処することができる。よって、蒸気使用設備を長時間に亘って停止させる事態を回避することができる。

また、蒸気使用機器３０の温度に異常が発生した場合も同様に、蒸気使用機器３０が異常であることおよびその異常の原因事項をモニタ４５に表示するようにした。したがって、蒸気使用機器３０の温度異常に対しても速やかに対処することができる。

また、上記実施形態の監視システム４０では、異常となる複数の原因事項をモニタ４５に表示すると共に、その複数の原因事項について確認作業を行う順番もモニタ４５に表示するようにした。これにより、異常の原因として可能性の高い事項から優先して確認作業を行うことができる。したがって、原因事項についての確認作業の効率化を図ることができる。

また、上記実施形態の監視システム４０では、温度センサ４７を排出管２１に設け、排出管２１のドレン温度を蒸気使用機器３０の温度として検出するようにした。これにより、蒸気使用機器に温度センサを直接取り付けなくても、蒸気使用機器３０の温度を検出することが可能である。蒸気使用機器３０は、回転動作を行う加熱ロールであるため、温度センサを取り付けることが困難な機器であるが、その場合でも、上記実施形態によれば蒸気使用機器３０の温度を容易に検出することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記の実施形態は以下のように構成するようにしてもよい。

例えば、上記実施形態のドレン排出系統２０は、図７に示すように、ブロー管２７およびブローバルブ２８を省略し、バイパス管２９を設けるようにしてもよい。具体的に、バイパス管２９の流入端は、排出管２１において上流側バルブ２２の上流側に接続されている。バイパス管２９の流出端は、排出管２１において下流側バルブ２６の下流側に接続されている。そして、バイパス管２９には手動式のバイパスバルブ２９ａが設けられている。バイパスバルブ２９ａは、上述した昇圧運転時および通常運転時は閉弁されている。この形態の場合では、上述したロール温度低下の原因事項２を確認する前にバイパスバルブ２９ａを開弁してみる。バイパスバルブ２９ａを開弁してもなおロール温度の低下が改善されない場合、ロール温度低下の原因は原因事項２ではないと推測できる。逆に、バイパスバルブ２９ａの開弁によってロール温度の低下が改善したら、原因事項２について確認作業を行う。

また、上記実施形態では、温度センサを蒸気使用機器３０に取り付けて、蒸気使用機器３０の温度を直接検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態において、蒸気使用機器３０の数量は１つであってもよいし上述した数量以外の複数であってもよいことは勿論である。

また、上記実施形態において、蒸気使用設備１は段ボールシート製造装置以外のものであってもよいし、蒸気使用機器３０は加熱ロール以外のものであってもよい。

本願に開示の技術は、蒸気によって対象物を加熱する蒸気使用機器を備えた蒸気使用設備の監視システムについて有用である。

１ 蒸気使用設備
２１ 排出管
３０ 蒸気使用機器
４０ 監視システム
４２ 入力部
４３ 判断部
４４ 記憶部
４５ モニタ（表示部）
４６ 圧力センサ
４７ 温度センサ

Claims (2)

1. 蒸気が供給され、該供給された蒸気によって対象物を加熱する蒸気使用機器を備えた蒸気使用設備の監視システムであって、
   上記蒸気使用機器への蒸気の供給圧力を検出する圧力センサと、
   上記蒸気使用機器の温度を検出する温度センサと、
   上記圧力センサが検出した供給圧力および上記温度センサが検出した温度が送信される入力部と、
   上記入力部に送信された供給圧力および温度が異常か否かを判断する判断部と、
   上記供給圧力が異常となる原因事項および上記温度が異常となる原因事項が予め記憶された記憶部と、
   上記判断部が供給圧力は異常と判断すると、供給圧力が異常であることを表示すると共に、上記記憶部に記憶された供給圧力が異常となる原因事項を表示し、上記判断部が温度は異常と判断すると、温度が異常であることを表示すると共に、上記記憶部に記憶された温度が異常となる原因事項を表示する表示部とを備え、
   上記記憶部は、異常となる原因事項が複数記憶され、
   上記表示部は、上記判断部が異常と判断すると、上記記憶部に記憶された異常となる複数の原因事項を表示すると共に、その複数の原因事項について確認作業を行う順番を表示し、該順番は異常の原因として可能性の高い順番となっており、
   上記蒸気使用設備は、上記蒸気使用機器に接続され、該蒸気使用機器で蒸気が凝縮して発生したドレンが排出される排出管を備え、該排出管には上流側から順にストレーナおよびスチームトラップが設けられ、
   上記ストレーナのブロー部には、ブローバルブが設けられたブロー管が接続され、
   上記温度センサは、上記排出管において上記ストレーナと上記スチームトラップとの間に設けられ、該排出管のドレン温度を上記蒸気使用機器の温度として検出し、
   上記記憶部に記憶された温度の異常である温度低下の原因事項の１つは、上記ストレーナの詰まりおよび上記スチームトラップの詰まりであり、
   上記表示部は、上記ストレーナの詰まりおよび上記スチームトラップの詰まりについて確認する前に、上記ブローバルブを開弁してみて、上記温度低下が改善した場合は、上記ストレーナの詰まりおよび上記スチームトラップの詰まりについて確認作業を行うことを表示する
   ことを特徴とする蒸気使用設備の監視システム。
2. 請求項１に記載の蒸気使用設備の監視システムにおいて、
   上記蒸気使用設備は、段ボールシート製造装置であり、
   上記蒸気使用機器は、内部に蒸気が供給され、段ボールシートを加熱する加熱ロールである
   ことを特徴とする蒸気使用設備の監視システム。

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