JP6981816B2 - バルブメンテナンス支援装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体の流れを調節するバルブのメンテナンス作業を支援するバルブメンテナンス支援装置および方法に関する。

従来より、石油、化学系のプラントなどで使用されるバルブは、特に安全性に留意する必要があり、このため定期的なメンテナンスが行われる。図９に、石油、化学系のプラントなどで使用されるバルブ（コントロールバルブ）の一例を示す。

このバルブ１００は、バルブ本体１０１と、ポジショナ１０２と、操作器１０３とを備えている。操作器１０３は、スプリング形ダイヤフラム構造とされており、ポジショナ１０２から供給される空気圧Ｐｏに応じてダイヤフラム（操作器のダイヤフラム）１０３ａをスプリング１０３ｂの力に抗して変位させることにより、弁軸（ステム）１０４を上下動させて、バルブの開度（弁体１０５とシートリング１０６との間の隙間）を調節する。ポジショナ１０２は、弁軸１０４に連結されたフィードバックレバー１０７の回転角度位置から弁軸１０４のリフト位置、すなわちバルブの実開度を検出し、この検出した実開度と設定開度との差に応じた空気圧Ｐｏを操作器１０３へ供給する。

なお、図９に示したバルブ１００は、操作器１０３として逆作動操作器を用いているが、正作動操作器が用いられる場合もある。逆作動操作器は、スプリングの力でバルブの開度を閉方向に付勢し、正作動操作器は、スプリングの力でバルブの開度を開方向に付勢する。また、図９に示したバルブ１００では、空気圧によって操作器１０３を作動させているが、油圧によって操作器１０３を作動させるタイプもある。

このようなバルブが設置されているプラントなどでは、多数のバルブを効率良くメンテナンスする必要があり、そのメンテナンス作業の効率を改善するために、バルブスティックスリップ検出（例えば、特許文献１参照）、バルブハンチング検出（例えば、特許文献２参照）、バルブスケール付着検出（例えば、特許文献３参照）などの手法が提案されている。

特許第３２５４６２４号公報 特開２０１５−１１４９４２号公報 特開２０１５−１１４９４３号公報

しかしながら、安全性やメンテナンス作業の効率については、完全とか十分とか言える上限は無い。石油、化学系のプラントなどでは多数のバルブが使用されるので、メンテナンス作業の効率については、さらなる改善が求められている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、特に、バルブが高温の流体の流量制御を扱う場合について、バルブのメンテナンス作業の効率を改善することができるバルブメンテナンス支援装置および方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、流体の流れを調節するバルブ（１００）のメンテナンス作業を支援するバルブメンテナンス支援装置（２００）であって、バルブの出口側の温度（Ｔout）あるいは出口側の温度に対応する温度（Ｔout’）を計測する温度計測部（２１）から送信されてくる温度計測値データ（Ｄ１）を記憶する計測値データ記憶部（１）と、計測値データ記憶部に記憶されている温度計測値データに基づいてバルブのヒートサイクルに関する情報をバルブの診断指標（Ｓ）として算出する診断指標算出部（３）と、診断指標算出部によって算出されたバルブの診断指標を提示する診断指標提示部（４）とを備えることを特徴とする。

この発明において、計測値データ記憶部には、温度計測部からの温度計測値データが記憶される。診断指標算出部は、計測値データ記憶部に記憶されている温度計測値データに基づいて、バルブのヒートサイクルに関する情報をバルブの診断指標として算出する。例えば、診断対象期間内の「温度差×サイクル数」に相当する情報を診断指標として算出する。この算出されたバルブの診断指標は、ヒートサイクルによる部品の劣化（例えば、シートリングの緩み）を示す指標として、オペレータに提示される。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。

以上説明したように、本発明によれば、計測値データ記憶部に記憶されている温度計測値データに基づいて、バルブのヒートサイクルに関する情報がバルブの診断指標として算出され、この算出された診断指標がヒートサイクルによる部品の劣化を示す指標としてオペレータに提示されるものとなり、特に、バルブが高温の流体の流量制御を扱う場合について、バルブのメンテナンス作業の効率を改善することができるようになる。

図１は、本発明の実施の形態１に係るバルブメンテナンス支援装置の要部の構成を示すブロック図である。 図２は、シートリングの緩みによるゼロ点推移（開度設定値θｓｐと実際の開度θとの間のずれ）を示す図である。 図３は、バルブの出口側の温度の計測点を示す図である。 図４は、このバルブメンテナンス支援装置の計測値データ記憶部に温度計測値データが蓄積されて行く様子を示すフローチャートである。 図５は、このバルブメンテナンス支援装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図６は、メンテナンス対象のプラントのバルブ配置の一例を示すイメージ図である。 図７は、メンテナンス候補のバルブの診断指標の表示例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態２に係るプラントとその機器管理システムの構成（実施の形態１の実装例）を例示する図である。 図９は、コントロールバルブの一例を示す図である。

〔発明の原理〕
バルブが高温の流体の流量制御を扱う場合、バルブが全閉になると特に流体の出口側で高温流体の熱影響が低下することによる温度下降が発生する。そして、これによる高温と低温の状態が頻繁に発生するほど、実質的なヒートサイクルによる部品劣化が進行しやすくなり、例えばシートリングの緩みによるゼロ点推移という不具合に繋がる。すなわち、図２に示すように、開度設定値θｓｐと実際の開度θとの間にずれが生じ、このずれが不具合に繋がる。

発明者は、この現象を突き止めたことに基づき、ヒートサイクルに関する情報を、診断指標としてオペレータに提示することで、ヒートサイクルによる部品の劣化（例えば、シートリングの緩み）を推定できるようになることに想到した。これにより、特に、バルブが高温の流体の流量制御を扱う場合について、バルブのメンテナンス作業の効率を改善することができるようになる。

なお、本発明では、ヒートサイクルに関する情報を診断指標とするが、温度差が大きいほどサイクル数が少なくても部品劣化に影響を及ぼすのであるから、実質的に例えば「温度差×サイクル数」のような意味になる指標が好適である。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るバルブメンテナンス支援装置の要部の構成を示すブロック図である。ここでは、説明を簡潔にするため、バルブのＩＤ（識別情報）の事例などは、実際のプラントで利用されるものよりもシンプルなものにする。

本実施の形態のバルブメンテナンス支援装置２００は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、計測値データ記憶部１と、バルブＩＤ記憶部２と、診断指標算出部３と、診断指標提示部４と、判定部５と、閾値記憶部６と、判定結果提示部７とを備えている。

このバルブメンテナンス支援装置２００において、計測値データ記憶部１には、プラントで使用されているバルブ１００の温度計測部２１から送信されてくる温度計測値データＤ１が記憶される。

すなわち、プラントで使用されているバルブ１００は、そのバルブの出口側の温度Ｔout（図３に示すＰ１点の温度）を計測する温度計測部２１を備えている。温度計測部２１は、計測したバルブの出口側の温度Ｔoutを温度計測値データＤ１としてバルブメンテナンス支援装置２００へ送信する。

バルブメンテナンス支援装置２００は、図４にそのフローチャートを示すように、温度計測部２１からの温度計測値データＤ１を受信すると（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、その受信した温度計測値データＤ１を計測値データ記憶部１に記憶させる（ステップＳ１０２）。

なお、本実施の形態において、計測値データ記憶部１には、バルブ１００の温度計測部２１から温度計測値データＤ１が周期的に送信され、時系列データとして蓄積されて行くものとする。また、本実施の形態において、プラントにはバルブ１００が多数設置されており、これらのバルブ１００（１００−１〜１００−Ｎ）からの温度計測値データＤ１（Ｄ１₁〜Ｄ１_N）が、そのバルブのＩＤと対応づけて計測値データ記憶部１に蓄積されて行くものとする。

以下、図５に示すフローチャートを参照しながら、このバルブメンテナンス支援装置２００の動作について各部の機能を交えながら具体的に説明する。

オペレータは、プラントに設置されているバルブ１００−１〜１００−Ｎを計測対象とし、この計測対象のバルブ１００−１〜１００−Ｎの中からメンテナンスの候補のバルブを定め、このメンテナンスの候補のバルブをバルブメンテナンス支援装置２００に登録する（ステップＳ２０１）。この場合、メンテナンスの候補のバルブとして登録されたバルブのＩＤ（以下、バルブＩＤとも呼ぶ。）が、バルブメンテナンス支援装置２００のバルブＩＤ記憶部２に記憶される。

例えば、プラント内にバルブ１００が２６個あるとして、これら２６個のバルブ１００にそれぞれ“Ａ”，“Ｂ”，“Ｃ”，・・・，“Ｍ”，・・・，“Ｘ”，“Ｙ”，“Ｚ”という固有のＩＤが予め割り当てられているものとする。バルブＡ，Ｍ，Ｃをメンテナンスの候補のバルブと定めた場合、オペレータはバルブＩＤとして“Ａ”，“Ｍ”，“Ｃ”を入力する。本実施の形態では、特にバルブＡ，Ｍ，Ｃが高温の流体の流量制御を行うバルブであるとし、特定の定期プラントメンテナンスにおいて最優先のメンテナンス対象として選定されるものと仮定する。

図６はメンテナンス対象のプラントのバルブ配置の一例を示すイメージ図である。本実施の形態では、バルブＩＤ“Ａ”，“Ｍ”のバルブ１００−Ａ（バルブＡ），１００−Ｍ（バルブＭ）が流路ＩＤ“１”の流路１１−１に配設され、バルブＩＤ“Ｃ”のバルブ１００−Ｃ（バルブＣ）が流路ＩＤ“３”の流路１１−３に配設されているものとする。図６における１２−Ａ，１２−Ｃ，１２−Ｍは流量計測器、１３はタンク、１４は圧力発信器である。なお、図６では、バルブＩＤが“Ａ”，“Ｃ”，“Ｍ”以外のバルブについては記載を省略している。

診断指標算出部３は、診断指標の算出指示があると（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、バルブＩＤ記憶部２に記憶されているメンテナンスの候補のバルブのＩＤ“Ａ”，“Ｃ”，“Ｍ”を読み出し（ステップＳ２０３）、この読み出したバルブＩＤ“Ａ”，“Ｃ”，“Ｍ”と対応づけて計測値データ記憶部１に記憶されている温度計測値データＤ１を読み出す（ステップＳ２０４）。この場合、バルブの全使用期間を診断対象期間とし、この診断対象期間内のバルブＡ，Ｃ，Ｍの温度計測値データＤ１を読み出す。なお、この例では、バルブの全使用期間を診断対象期間としているが、必ずしもバルブの全使用期間を診断対象期間としなくてもよい。

そして、診断指標算出部３は、計測値データ記憶部１から読み出した温度計測値データＤ１に基づいて、バルブＡ，Ｃ，Ｍのヒートサイクルに関する情報をバルブの診断指標Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_C，Ｓ_M）として算出する（ステップＳ２０５）。

本実施の形態では、診断対象期間内の「温度差×サイクル数」に相当する情報を診断指標Ｓとして算出する。例えば、予め規定された温度上昇率（例：５℃／秒）を超えて温度上昇したことが観測されたときにおける直近の最低温度から最高温度の差（例：３１２℃）、あるいは予め規定された温度下降率（−５℃／秒）を超えて温度下降したことが観測されたときにおける直近の最高温度から最低温度の差（例：３２４℃）について、各々の温度差を積算していくという算出方法がある（下記の（１）式参照）。
Ｓ＝Σ（最高温度−最低温度）＝３１２＋３２４＋・・・ …（１）

なお、この算出方法では、規定された温度上昇率や温度下降率を超えない温度変化については、劣化に影響を与えない程度の緩やかな温度変化（ヒートサイクルに該当しない温度変化）と見なしている。

診断指標算出部３で算出された診断指標Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_C，Ｓ_M）は診断指標提示部４へ送られる。診断指標提示部４は、診断指標算出部３からの診断指標Ｓをオペレータに提示する（ステップＳ２０６）。例えば、図７に診断指標の提示領域を＃１として示すように、メンテナンスの候補のバルブＡ，Ｃ，Ｍに対応づけて、すなわちメンテナンスの候補のバルブのＩＤ“Ａ”，“Ｃ”，“Ｍ”に対応づけて、診断指標算出部３で算出された診断指標Ｓ_A，Ｓ_C，Ｓ_Mの数値をディスプレイに表示する。

この際、図７に診断対象部分の提示領域を＃２として示すように、診断指標の提示領域＃１に提示（表示）されている診断指標Ｓ_A，Ｓ_C，Ｓ_MがバルブＡ，Ｃ，Ｍのシートリング（図３におけるシートリング１０６）のメンテナンスを対象としていることを提示（表示）するようにすれば、シートリングのメンテナンスの必要性についての知識が乏しいオペレータに対して、シートリングへの着目の必要性を定量的に示すことになるので、シートリングのチェック漏れが発生する危険性を低減することができる。

診断指標算出部３で算出された診断指標Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_C，Ｓ_M）は判定部５へも送られる。閾値記憶部６には、診断指標Ｓに対する正常範囲の上限値が診断指標閾値Ｓｔｈとして記憶されている。判定部５は、診断指標算出部３から診断指標Ｓが送られてくると、閾値記憶部６に記憶されている診断指標閾値Ｓｔｈを読み出し（ステップＳ２０７）、診断指標算出部３からの診断指標Ｓと診断指標閾値Ｓｔｈとを比較する（ステップＳ２０８）。この場合、診断指標算出部３からの診断指標Ｓ_A，Ｓ_C，Ｓ_Mのそれぞれについて、診断指標閾値Ｓｔｈと比較する。

ここで、判定部５は、診断指標算出部３からの診断指標Ｓが診断指標閾値Ｓｔｈ以上であった場合（ステップＳ２０８のＹＥＳ）、そのバルブをメンテナンスが必要なバルブであると判定する（ステップＳ２０９）。例えば、診断指標Ｓ_A，Ｓ_C，Ｓ_Mの内、診断指標Ｓ_Mが診断指標閾値Ｓｔｈ以上であった場合、バルブＭをメンテナンスが必要なバルブであると判定する。判定部５は、この判定結果を判定結果提示部７へ送る。

判定結果提示部７は、判定部５からの判定結果をオペレータに提示する（ステップＳ２１０）。例えば、メンテナンスの候補のバルブＡ，Ｃ，ＭのうちバルブＭがメンテナンスが必要なバルブと判定された場合、図７に示された診断指標の提示領域＃１において、バルブＭのバルブＩＤおよび診断指標Ｓ_Mを赤色で表示する。この場合、それ以外のバルブについては、黒色で表示される。この際、診断指標の提示領域＃１に、判定の際に用いた診断指標閾値Ｓｔｈを表示するようにしてもよい。

なお、この実施の形態では、メンテナンスの候補のバルブの診断指標やメンテナンスが必要なバルブであるか否かの判定結果をディスプレイに表示するようにしたが、プリンタなどで打ち出してもよく、音声で知らせるようにしたりしてもよい。

また、この実施の形態では、診断指標算出部３において、メンテナンスの候補のバルブ（バルブＡ，Ｃ，Ｍ）についてのみ診断指標Ｓを算出するようにしたが、計測対象のバルブの全て（バルブＡ〜Ｚ）について診断指標Ｓを算出するようにしてもよい。この場合、診断指標提示部４において、計測対象の全てのバルブのバルブＩＤと診断指標とを対応づけて、例えば、メンテナンスの候補のバルブについては青色で、メンテナンスの候補でないバルブについては黒色で、メンテナンスが必要と判定されたバルブについては赤色でというように、それぞれを区別して表示させるようにする。

また、この実施の形態では、バルブの出口側の温度Ｔout（図３に示すＰ１点の温度）を計測するようにしたが、出口側の温度Ｔoutに対応する温度Ｔout’を計測するようにし、この計測した温度Ｔout’を温度計測値データＤ１とするようにしてもよい。例えば、図９において、ポジショナ１０２がバルブの出口側に設けられているような場合、このポジショナ１０２内の温度を出口側の温度Ｔoutに対応する温度Ｔout’とすることが考えられる。

また、実行されるバルブ開度操作が限定的であることから、温度計測値データから温度上昇と温度下降が明確に検出でき、かつ温度上昇率や温度下降率が必ず規定以上になると予め把握できているような場合は、温度上昇率や温度下降率による判定は省略してもよい。

また、実行されるバルブ開度操作が限定的であることから、温度計測値データＤ１の最高温度や最低温度が概ね一定である場合は、温度上昇と温度下降の回数（ヒートサイクル回数）を診断指標Ｓとしてもよい。この場合、実質的に「温度差×サイクル数」という情報の意味からは逸脱しない。

〔実施の形態２〕
次に、本発明の実施の形態２に係るバルブメンテナンス支援装置について説明する。実施の形態２は、実施の形態１の実装例を説明するものである。図８はプラントとその機器管理システムの構成を示す図であり、図６と同一の構成には同一の符号を付してある。

石油、化学系のプラントには、そのプラントの各機器を制御・管理する機器管理システム８が設けられている。実施の形態１で説明した計測値データ記憶部１，バルブＩＤ記憶部２、診断指標算出部３、判定部５、閾値記憶部６については、プラント固有の膨大な情報を扱うので、機器管理システム８側に実装されることが好ましい。

一方、診断指標提示部４、判定結果提示部７については、原則的にバルブのメンテナンス判断時に特に必要な処理を提供するものである。また、メンテナンス実施者（メンテナンス受託企業の作業担当者）は、プラントオーナ企業から委託されてプラントのメンテナンスを実施するのが一般的である。したがって、不特定多数のプラントを対象にすることを想定して、メンテナンス受託企業の作業担当者（オペレータ）が持ち歩く携帯型のコンピュータ９に、診断指標提示部４と判定結果提示部７とを実装することが好ましい。

コンピュータ９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとインタフェースとを備えている。プラントの機器管理システム８とコンピュータ９とは、メンテナンス作業実施時にイーサネット（登録商標）などの通信機能を利用して一時的に接続される。

オペレータがコンピュータ９上のアプリケーションソフトウエアを起動すると、コンピュータ９のＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムに従って処理を実行し、機器管理システム８に診断指標の算出指示を送り、機器管理システム８に登録されているメンテナンスの候補のバルブについて、その診断指標の算出およびメンテナンスが必要か否かの判定を行わせる。この機器管理システム８で算出されたメンテナンスの候補のバルブの診断指標およびメンテナンスが必要が否かの判定結果はコンピュータ９のディスプレイに表示される。

なお、この例では、機器管理システム８に既にメンテナンスの候補のバルブが登録されているものとしているが、このメンテナンスの候補のバルブの登録や変更はコンピュータ９よりオペレータが行うことも可能である。

オペレータは、コンピュータ９のディスプレイに表示されたメンテナンスの候補のバルブの診断指標およびメンテナンスが必要が否かの判定結果に基づき、特にシートリングの点検に留意すべきバルブを確認する。確認したら、オペレータは、コンピュータ９と機器管理システム８との接続を解除する。

このようにして、実施の形態１で説明したバルブメンテナンス支援装置２００を実際のプラントに適用することができる。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…計測値データ記憶部、２…バルブＩＤ記憶部、３…診断指標算出部、４…診断指標提示部、５…判定部、６…閾値記憶部、７…判定結果提示部、２１…温度計測部、１００（１００−１〜１００−Ｎ）…バルブ、１０１…バルブ本体、１０２…ポジショナ、１０３…操作器、１０４…弁軸、１０５…弁体、１０６…シートリング、２００…バルブメンテナンス支援装置。

Claims (6)

1. 流体の流れを調節するバルブのメンテナンス作業を支援するバルブメンテナンス支援装置であって、
   前記バルブの出口側の温度あるいは出口側の温度に対応する温度を計測する温度計測部から送信されてくる温度計測値データを記憶する計測値データ記憶部と、
   前記計測値データ記憶部に記憶されている前記温度計測値データに基づいて前記バルブのヒートサイクルに関する情報を前記バルブの診断指標として算出する診断指標算出部と、
   前記診断指標算出部によって算出された前記バルブの診断指標を提示する診断指標提示部と
   を備えることを特徴とするバルブメンテナンス支援装置。
2. 請求項１に記載されたバルブメンテナンス支援装置において、
   前記診断指標に対する正常範囲の上限値を診断指標閾値として記憶する閾値記憶部と、
   前記診断指標算出部によって算出された前記バルブの診断指標が前記診断指標閾値以上であった場合にそのバルブをメンテナンスが必要なバルブであると判定する判定部と、
   前記判定部によってメンテナンスが必要と判定されたバルブを提示する判定結果提示部と
   を備えることを特徴とするバルブメンテナンス支援装置。
3. 請求項１又は２に記載されたバルブメンテナンス支援装置において、
   前記診断指標算出部は、
   診断対象期間内の「温度差×サイクル数」に相当する情報を前記診断指標として算出する
   ことを特徴とするバルブメンテナンス支援装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載されたバルブメンテナンス支援装置において、
   前記診断指標提示部は、
   前記バルブの診断指標と合わせて、この診断指標がそのバルブのシートリングのメンテナンスを対象としていることを提示する
   ことを特徴とするバルブメンテナンス支援装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載されたバルブメンテナンス支援装置において、
   メンテナンスの候補のバルブとして登録されたバルブの識別情報を記憶するバルブ識別情報記憶部を備え、
   前記計測値データ記憶部は、
   前記メンテナンスの候補のバルブを含む複数のバルブを計測対象とし、この計測対象のバルブ毎にそのバルブの識別情報と対応づけて、前記温度計測値データを記憶し、
   前記診断指標算出部は、
   前記バルブ識別情報記憶部に記憶されている前記メンテナンスの候補のバルブの識別情報を読み出し、この読み出した識別情報と対応づけて前記計測値データ記憶部に記憶されている前記温度計測値データに基づいて、前記メンテナンスの候補のバルブ毎に前記診断指標を算出する
   ことを特徴とするバルブメンテナンス支援装置。
6. 流体の流れを調節するバルブのメンテナンス作業を支援するバルブメンテナンス支援装置により実行されるバルブメンテナンス支援方法であって、
   前記バルブメンテナンス支援装置の計測値データ記憶部が、前記バルブの出口側の温度あるいは出口側の温度に対応する温度を計測する温度計測部から送信されてくる温度計測値データをメモリに記憶させるステップと、
   前記バルブメンテナンス支援装置の診断指標算出部が、前記メモリに記憶されている前記温度計測値データに基づいて前記バルブのヒートサイクルに関する情報を前記バルブの診断指標として算出するステップと、
   前記バルブメンテナンス支援装置の診断指標提示部が、前記診断指標算出ステップによって算出された前記バルブの診断指標を提示するステップと
   を備えることを特徴とするバルブメンテナンス支援方法。

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