JP7000123B2

JP7000123B2 - バルブメンテナンス支援装置、バルブメンテナンス支援方法、及び、プログラム

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Publication number: JP7000123B2
Application number: JP2017214511A
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Inventors: 雅人田中; 史明山崎
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Description

本発明は、弁体に結合された弁軸の外周を取り囲むように設けられた蛇腹状のベローズ（ベローズシール）を備えたベローズ弁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、バルブメンテナンス支援方法、及び、プログラムに関する。

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１５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。すなわち、流体の流れを調節する。

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。

このバルブ１００において、弁体１０５に結合された弁軸１０４の外周には、流体の外部漏れを防止するために、蛇腹状のベローズ（ベローズシール）１０８が設けられている。このベローズ１０８は、耐食性を有する金属材料からなり、バルブ本体１０１に連結された下フランジ１０９内に、弁軸１０４の外周を取り囲むように設けられている。

下フランジ１０９内において、ベローズ１０８は、弁軸１０４に嵌装されたベローズリング１１１と下フランジ１０９と上フランジ１１０との間に挟まれたベローズフランジ１１２との間に支持されている。上フランジ１１０内には、流体の外部漏れをさらに防止するために、弁軸１０４の外周面と上フランジ１１０の内周面との間にグランドパッキン１１３が設けられている。

このような蛇腹状のベローズ１０８を備えたバルブ１００をベローズ弁と呼んでいる（例えば、特許文献１参照）。以下、ベローズ弁を符号ＶＢで示し、他の形式のバルブ１００と区別する。以下の説明において、バルブ１００という場合には、ベローズ弁ＶＢを含むバルブのことを指す。

なお、バルブ１００には、逆作動操作器を用いる場合と、正作動操作器を用いる場合とがある。逆作動操作器は、図１５に示したベローズ弁ＶＢのように、スプリングの力でバルブの開度を閉方向に付勢する。正作動操作器は、逆に、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１５に示したベローズ弁ＶＢ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２参照）、バルブハンチング検出（例えば、特許文献３参照）、バルブスケール付着検出（例えば、特許文献４参照）などの手法が提案されている。

特開２００７－１５４９２９号公報特許第３２５４６２４号公報特開２０１５－１１４９４２号公報特開２０１５－１１４９４３号公報特開２０１７－５４４０９号公報特表２０１４－５２４０２６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、ベローズ弁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、バルブメンテナンス支援方法、及び、プログラム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、弁体（１０５）に結合された弁軸（１０４）の外周を取り囲むように設けられた蛇腹状のベローズ（１０８）を備えたベローズ弁（ＶＢ）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、ベローズ弁の開度を計測する開度計測部（２１）から送信されてくる開度計測値データ（Ｄ１）およびベローズ弁を駆動する操作器（１０３）に供給される流体圧力（Ｐｏ）を計測する圧力計測部（２２）から送信されてくる圧力計測値データ（Ｄ２）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開度計測値データおよび圧力計測値データに基づいて、ベローズ弁の開度を大きくして行く方向に変化させる際に必要な操作器への流体圧力とベローズ弁の開度との関係、およびベローズ弁の開度を小さくして行く方向に変化させる際に必要な操作器への流体圧力とベローズ弁の開度との関係を、バルブシグネチャ（ＶＳ（Ｉ，II））として作成するバルブシグネチャ作成部（３）と、バルブシグネチャ作成部によって作成されたバルブシグネチャをベローズ弁の診断指標として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、開度計測部からの開度計測値データおよび圧力計測部からの圧力計測値データが記憶される。バルブシグネチャ作成部は、計測値データ記憶部に記憶されている開度計測値データおよび圧力計測値データに基づいて、ベローズ弁の開度を大きくして行く方向に変化させる際に必要な操作器への流体圧力とベローズ弁の開度との関係、およびベローズ弁の開度を小さくして行く方向に変化させる際に必要な操作器への流体圧力とベローズ弁の開度との関係を、バルブシグネチャとして作成する。

ベローズ弁において、折り曲げ部分に亀裂が生じるなどの破損がベローズに生じると（ベローズが引っ張られた場合はわずかに開口するが、ベローズが圧縮されたときには開口が塞がれるような破損が生じると）、特にベローズが引っ張りバネのような形態で変形する開度領域（引張領域）において、ベローズを歪ませる力に変化が現れる。このベローズを歪ませる力の変化は、バルブシグネチャの変化として現れる。本発明では、このバルブシグネチャをベローズ弁の診断指標として提示することにより、ベローズの破損の疑いの有無をオペレータに知らせるようにする。すなわち、オペレータは、診断指標として提示されるバルブシグネチャの変化から、ベローズに破損が生じているか否かを推定することが可能となる。

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、開度計測値データおよび圧力計測値データに基づいてベローズ弁のバルブシグネチャが作成され、この作成されたバルブシグネチャがベローズ弁の診断指標（ベローズの破損の疑いの有無を知らせる指標）としてオペレータに提示されるものとなり、特に、ベローズ弁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、破損が生じている場合のベローズの引張状態（低開度側）と圧縮状態（高開度側）を模式化して示す図である。図２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３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開度計測値データおよび圧力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４は、バルブの操作器を逆作動操作器とした場合の１回の上下動におけるバルブの開度θおよび空気圧Ｐｏの変化を例示する図である。図５は、バルブの操作器を正作動操作器とした場合の１回の上下動におけるバルブの開度θおよび空気圧Ｐｏの変化を例示する図である。図６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７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８は、バルブシグネチャテスト時の設定開度θｓｐ（ＳＰ）および実開度θｐｖ（ＰＶ）の変化を示す図である。図９は、ベローズ弁の正常状態におけるバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）をリファレンス（最小二乗直線Ｌ）と合わせて示した図である。図１０は、ベローズに破損が生じている場合のバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）をリファレンス（最小二乗直線Ｌ）と合わせて示した図である。図１１は、メンテナンス候補のバルブ（ベローズ弁）の診断指標の表示例を示す図である。図１２は、ベローズ弁の正常状態におけるバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）をリファレンスとして同一画面に表示するようにした例を示す図である。図１３は、診断指標提示部およびリファレンス提示部に代えて簡略化指標提示部を設けるようにした例を示す図である。図１４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１５は、コントロールバルブ（ベローズ弁）の一例を示す図である。

〔発明の原理〕
発明者は、ベローズ（ベローズシール）を利用するベローズ弁の場合、折り曲げ部分に亀裂が生じるなどの破損がベローズに生じると（ベローズが引っ張られた場合はわずかに開口するが、ベローズが圧縮されたときには開口が塞がれるような破損が生じると）、特に引っ張りバネのような形態で変形する開度領域（引張領域）において、ベローズを歪ませる力に変化が現れることに着眼した。

すなわち、圧縮バネのような形態で変形する場合は破損部分が密着状態（非破損と同等の状態）で維持されるのに対し、引張バネのような形態で変形する場合は破損部分が非接合状態になるので、圧縮状態と引張状態とで差異が生じる。

図１に破損が生じている場合のベローズの引張状態と圧縮状態を模式化して示す。図１（ａ）は引張状態、図１（ｂ）は圧縮状態を示す。図１（ａ）に示されるように、引張バネのように変形する場合は、破損箇所が引っ張られて破損（亀裂）が進行するなどによりバルブの動作に影響が生じやすい。一方で、図１（ｂ）に示されるように、圧縮バネのように変形する場合は、破損箇所が圧縮されても破損箇所は密着するので破損（亀裂）の進行などは起こり難く、ゆえにバルブの動作にも影響は生じ難い。なお、図１５に示したベローズ弁ＶＢであれば、圧縮バネのような形態になるのは高開度側であり、引張バネのような形態になるのは低開度側である。

このベローズを歪ませる力の変化は、ベローズの取付状態を考慮すれば、バルブシグネチャの変化として現れる。すなわち、「ベローズ弁の開度を大きくして行く方向に変化させる際に必要な操作器への流体圧力とベローズ弁の開度との関係、およびベローズ弁の開度を小さくして行く方向に変化させる際に必要な操作器への流体圧力とベローズ弁の開度との関係」をバルブシグネチャとした場合、このバルブシグネチャの変化として現れる。なお、バルブシグネチャについては、特許文献５，６などにも示されているのでここでの詳しい説明は省略する。

発明者は、このバルブシグネチャをベローズ弁の診断指標としてオペレータに提示することで、ベローズに破損の疑いがあるか否かを推定できるようになることに想到した。すなわち、バルブシグネチャの圧縮領域（高開度領域）に対して引張領域（低開度領域）に偏って特性変化が生じているような場合、オペレータはベローズに破損の疑いがあると推定することができる。これにより、特に、ベローズ弁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、ベローズ弁の正常状態におけるバルブシグネチャを作成された診断指標に対するリファレンスとして提示したり、ベローズ弁の中間開度側に重みのある平均線（例えば、開度１０～９０％のデータを用いて求めた往復データの最小二乗直線）を作成された診断指標に対するリファレンスとして提示したりしてもよい。これにより、ベローズ弁のバルブシグネチャの特性変化について、リファレンスとの差異として認識することが可能となる。

〔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２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、バルブシグネチャ作成部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、リファレンス提示部８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の開度計測部２１から送信されてくる開度計測値データＤ１および圧力計測部２２から送信されてくる圧力計測値データＤ２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、そのバルブの開度θを計測する開度計測部２１と、そのバルブの操作器に供給される空気圧Ｐｏを計測する圧力計測部２２とを備えている。開度計測部２１は、計測したバルブの開度θを開度計測値データＤ１としてバルブメンテナンス支援装置２００へ送信し、圧力計測部２２は計測した空気圧Ｐｏを圧力計測値データＤ２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３にそのフローチャートを示すように、開度計測部２１からの開度計測値データＤ１を受信すると（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、その受信した開度計測値データＤ１を計測値データ記憶部１に記憶させ（ステップＳ１０２）、圧力計測部２２からの圧力計測値データＤ２を受信すると（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、その受信した圧力計測値データＤ２を計測値データ記憶部１に記憶させる（ステップＳ１０４）。

図４にバルブ１００の操作器を逆作動操作器とした場合の１回の上下動におけるバルブの開度θ（開度計測値データＤ１）および空気圧Ｐｏ（圧力計測値データＤ２）の変化を例示し、図５にバルブ１００の操作器を正作動操作器とした場合の１回の上下動におけるバルブの開度θ（開度計測値データＤ１）および空気圧Ｐｏ（圧力計測値データＤ２）の変化を例示する。

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の開度計測部２１および圧力計測部２２から開度計測値データＤ１および圧力計測値データＤ２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、プラントにはベローズ弁ＶＢ（図１５）を含むバルブ１００が多数設置されており、これらのバルブ１００（１００－１～１００－Ｎ）からの開度計測値データＤ１（Ｄ１₁～Ｄ１_N）および圧力計測値データＤ２（Ｄ２₁～Ｄ２_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６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、バルブＡ，Ｍ，Ｃが図１５に示されたようなベローズ弁ＶＢであるものとし、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。以下、バルブＡ，Ｍ，Ｃをベローズ弁Ａ，Ｍ，Ｃとも呼ぶ。

図７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（ベローズ弁Ａ），１００－Ｍ（ベローズ弁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（ベローズ弁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７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７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。

バルブシグネチャ作成部３は、診断指標の作成指示があると（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”のバルブ１００に対してバルブシグネチャテストを行う（ステップＳ２０４）。

バルブシグネチャテストでは、バルブ１００をゆっくりと、全閉→全開→全閉と動作させる。図８に設定開度θｓｐ（ＳＰ）の変化を示し、実開度θｐｖ（ＰＶ）の変化を示す。このバルブシグネチャテストで得られるバルブ１００の開度計測値データＤ１および圧力計測値データＤ２はテストデータとして計測値データ記憶部１に記憶される。

バルブシグネチャ作成部３は、バルブＩＤ“Ａ”，“Ｃ”，“Ｍ”のバルブ１００に対するバルブシグネチャテストを終えると、すなわちベローズ弁Ａ，Ｍ，Ｃに対するバルブシグネチャテストを終えると、計測値データ記憶部１にテストデータとして記憶されているベローズ弁Ａ，Ｍ，Ｃの開度計測値データＤ１および圧力計測値データＤ２を読み出す（ステップＳ２０５）。

そして、バルブシグネチャ作成部３は、計測値データ記憶部１から読み出した開度計測値データＤ１および圧力計測値データＤ２に基づいて、ベローズ弁（Ａ，Ｍ，Ｃ）の開度θを大きくして行く方向に変化させる際に必要な操作器への流体圧力Ｐｏとベローズ弁の開度θとの関係（図９に示す往方向への開度－圧力変化特性Ｉ）、およびベローズ弁の開度θを小さくして行く方向に変化させる際に必要な操作器への流体圧力Ｐｏとベローズ弁の開度θとの関係（図９に示す復方向への開度－圧力変化特性II）をバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）として作成する（ステップＳ２０６）。

バルブシグネチャ作成部３で作成されたバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）は診断指標提示部４へ送られる。診断指標提示部４は、バルブシグネチャ作成部３からのバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）をメンテナンス候補のバルブ（ベローズ弁）の診断指標として、すなわちベローズの破損の疑いの有無を知らせる指標として、オペレータに提示（表示）する（ステップＳ２０７）。

また、バルブシグネチャ作成部３は、バルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）を作成したことをリファレンス提示部８へ知らせる。この知らせを受けて、リファレンス提示部８は、ベローズ弁の中間開度側に重みのある平均線（図９に示す直線Ｌ）をベローズ弁の診断指標ＶＳ（Ｉ，II）に対するリファレンスとして提示（表示）する（ステップＳ２０８）。

この例では、開度１０～９０％のデータを用いて往復データの最小二乗直線を求め、この求めた最小二乗直線を直線Ｌ（リファレンス）として、ベローズ弁の診断指標ＶＳ（Ｉ，II）と合わせて表示するものとする。以下、直線Ｌを最小二乗直線Ｌと呼ぶ。

図９はベローズ弁の正常状態におけるバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）を示している。ベローズに破損が生じていない場合、ベローズを歪ませる力に変化は現れない。このため、バルブシグネチャのＶＳ（Ｉ，II）には、最小二乗直線Ｌとの差で視認できるように、圧縮領域（高開度領域）にも引張領域（低開度領域）にも偏った特性変化は生じていない。これにより、オペレータは、ベローズに破損の疑いはないと推定することができる。なお、この例では、開度１０％以下を引張領域（低開度領域）、開度９０％以上を圧縮領域（高開度領域）とみなすものとしている。

図１０にベローズに破損が生じている場合のバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）を例示する。ベローズに破損が生じている場合、ベローズを歪ませる力に変化が現れる。特に、引張領域（低開度領域）において、ベローズを歪ませる力に変化が現れる。このため、バルブシグネチャのＶＳ（Ｉ，II）には、最小二乗直線Ｌとの差で視認できるように、引張領域（低開度領域）にのみ偏った特性変化が生じる。すなわち、引張領域（低開度領域）において、特性Ｉと最小二乗直線Ｌとの差と特性IIと最小二乗直線Ｌとの差との間に大きな差が生じる。これにより、オペレータは、ベローズに破損の疑いがあると推定することができる。

図１１にベローズ弁の診断指標ＶＳの表示例を示す。この例では、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であるベローズ弁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、バルブシグネチャ作成部３で作成されたバルブシグネチャＶＳを診断指標ＶＳ_A，ＶＳ_C，ＶＳ_Mとしてディスプレイに表示する。

この際、図１１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ＶＳ_A，ＶＳ_C，ＶＳ_Mがベローズ弁Ａ，Ｃ，Ｍに装着されているベローズの状態を対象としていることを提示（表示）するようにすれば、ベローズ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、ベローズへの着目の必要性を定量的に示すことになるので、ベローズ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。

バルブシグネチャ作成部３で作成されたバルブシグネチャＶＳ（診断指標ＶＳ）およびリファレンス提示部８で求められた最小二乗直線Ｌは判定部５へも送られる。閾値記憶部６には、診断指標ＶＳと最小二乗直線Ｌ（リファレンス）との差異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、バルブシグネチャ作成部３から診断指標ＶＳが送られてくると、この診断指標ＶＳと最小二乗直線Ｌ（リファレンス）との差異Ｓを求める（ステップＳ２０９）。この例では、少なくとも引張領域（低開度領域）と圧縮領域（高開度領域）において、特性Ｉと最小二乗直線Ｌとの差の絶対値を特性Ｉ側の差、特性IIと最小二乗直線Ｌとの差の絶対値を特性II側の差として求め、この特性Ｉ側の差と特性II側の差との差（絶対値）を差異Ｓとして求める。なお、この差異Ｓは、代表する開度１箇所での差異であってもよく、複数の開度箇所で求めた差異の平均値などであってもよい。

そして、判定部５は、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Ｓ２１０）、バルブシグネチャ作成部３からの診断指標ＶＳから求められた差異Ｓと診断指標閾値Ｓｔｈと比較する（ステップＳ２１１）。この場合、バルブシグネチャ作成部３からの診断指標ＶＳ_A，ＶＳ_C，ＶＳ_Mから求められた差異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、バルブシグネチャ作成部３からの診断指標ＶＳから求められた差異Ｓが引張領域（低開度領域）でのみ診断指標閾値Ｓｔｈ以上であった場合（ステップＳ２１１のＹＥＳ）、そのバルブ（ベローズ弁）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Ｓ２１２）。例えば、差異Ｓ_A，Ｓ_C，Ｓ_Mの内、差異Ｓ_Mが引張領域（低開度領域）でのみ診断指標閾値Ｓｔｈ以上であった場合、ベローズ弁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Ｓ２１３）。例えば、メンテナンスの候補のバルブであるベローズ弁Ａ，Ｃ，Ｍのうちベローズ弁Ｍがメンテナンスが必要なバルブと判定された場合、図１１に示された診断指標の提示領域＃１において、ベローズに破損が生じている疑いがあるバルブとして、ベローズ弁ＭのバルブＩＤおよび診断指標ＶＳ（例えば、診断指標ＶＳの表示領域を囲む外枠）を赤色で表示する。この場合、ベローズ弁Ａ，ＣのバルブＩＤ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（ベローズ弁Ａ，Ｃ，Ｍ）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、バルブシグネチャ作成部３において、メンテナンスの候補のバルブ（ベローズ弁Ａ，Ｃ，Ｍ）についてのみ診断指標ＶＳを作成するようにしたが、計測対象のバルブの全て（バルブＡ～Ｚ）について診断指標ＶＳを作成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ＶＳ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、診断指標閾値Ｓｔｈは、どの程度の破損を問題にするかに依存し、ベローズの破損により生じる危険度とメンテナンスコストとのトレードオフなどに応じて適宜決定すればよい。

また、この実施の形態では、ベローズ弁の診断指標ＶＳ（Ｉ，II）に対するリファレンスとして最小二乗直線Ｌを表示するようにしたが、例えば、２０％開度における特性Ｉと特性IIとの中間値と８０％開度における特性Ｉと特性IIとの中間値とを結び、この２０％開度における中間値と８０％開度における中間値とを結んだ線をリファレンスとして表示するなどしてもよい。

また、ベローズ弁の診断指標ＶＳ（Ｉ，II）に対するリファレンスは、必ずしも最小二乗直線のような直線でなくてもよく、例えば、ベローズ弁の正常状態におけるバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）をリファレンスとして提示するようにしてもよい。例えば、図１２に示すように、同一画面Ｇに、作成された診断指標ＶＳ（Ｉ，II）を現在の状態とし、正常状態（一般的には初期状態）におけるバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）を並べて表示するようにしてもよいし、重ねて表示するようにしてもよい。

また、図１３に示すように、診断指標提示部４およびリファレンス提示部８に代えて簡略化指標提示部９を設け、バルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）の高開度領域（圧縮領域）の代表箇所（例えば、８０％開度）における最小二乗直線Ｌとの差異Ｓ、およびバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）の低開度領域（引張領域）の代表箇所（例えば、２０％開度）における最小二乗直線Ｌとの差異Ｓを簡略化された診断指標として提示（表示）するようにしてもよい。

また、この実施の形態では、診断指標の作成指示があった場合、メンテナンスの候補のバルブに対してバルブシグネチャテストを行うようにしたが、必ずしもバルブシグネチャテストを行うようにしなくてもよく、計測値データ記憶部１に記憶されているメンテナンスの候補のバルブの開度計測値データＤ１および圧力計測値データＤ２からバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）を作成するようにしてもよい。例えば、計測値データ記憶部１に記憶されている開度計測値データＤ１および圧力計測値データＤ２からバルブシグネチャＶＳ（Ｉ，II）を作成することができなかった場合、メンテナンスの候補のバルブに対してバルブシグネチャテストを行うようにする。

〔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１４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７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１５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、バルブシグネチャ作成部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１５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、リファレンス提示部８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１６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１６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１５とコンピュータ１６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１６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１６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１５に診断指標の作成指示を送り、機器管理システム１５に登録されているメンテナンスの候補のバルブ（ベローズ弁）について、その診断指標の作成（バルブシグネチャの作成）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１５で作成されたメンテナンスの候補のバルブ（ベローズ弁）の診断指標およびメンテナンスが必要か否かの判定結果はコンピュータ１６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１５に既にメンテナンスの候補のバルブ（ベローズ弁）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（ベローズ弁）の登録や変更はコンピュータ１６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１６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（ベローズ弁）の診断指標およびメンテナンスが必要か否かの判定結果に基づき、特にベローズの点検に留意すべきバルブ（ベローズ弁）を確認する。確認したら、オペレータは、コンピュータ１６と機器管理システム１５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…バルブシグネチャ作成部、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、８…リファレンス提示部、９…簡略化指標提示部、２１…開度計測部、２２…圧力計測部、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、１０８…ベローズ、ＶＢ…ベローズ弁、２００…バルブメンテナンス支援装置。

Claims

弁体に結合された弁軸の外周を取り囲むように設けられた蛇腹状のベローズを備えたベローズ弁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、
前記ベローズ弁の開度を計測する開度計測部から送信されてくる開度計測値データおよび前記ベローズ弁を駆動する操作器に供給される流体圧力を計測する圧力計測部から送信されてくる圧力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開度計測値データおよび前記圧力計測値データに基づいて、前記ベローズ弁の開度を大きくして行く方向に変化させる際に必要な前記操作器への流体圧力と前記ベローズ弁の開度との関係、および前記ベローズ弁の開度を小さくして行く方向に変化させる際に必要な前記操作器への流体圧力と前記ベローズ弁の開度との関係を、バルブシグネチャとして作成するバルブシグネチャ作成部と、
前記バルブシグネチャ作成部によって作成されたバルブシグネチャを前記ベローズ弁の診断指標として提示する診断指標提示部と、
前記ベローズ弁の正常状態における前記バルブシグネチャ又は前記ベローズ弁の中間開度側に重みのある平均線を前記ベローズ弁の診断指標に対するリファレンスとして提示するリファレンス提示部と、
前記ベローズ弁の診断指標と前記リファレンスとの差異の上限値を診断指標閾値として記憶する閾値記憶部と、
前記ベローズ弁の診断指標と前記リファレンスとの差異が前記ベローズの引張領域でのみ前記診断指標閾値を超えた場合に、そのベローズ弁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ベローズ弁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。
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、
前記診断指標提示部は、前記ベローズ弁の診断指標と合わせて、この診断指標がそのベローズ弁に装着されているベローズの状態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。
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、
メンテナンスの候補のバルブとして登録されたベローズ弁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、前記開度計測値データおよび前記圧力計測値データを記憶し、
前記バルブシグネチャ作成部は、
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開度計測値データおよび前記圧力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バルブシグネチャを作成する
ことを特徴とするバルブメンテナンス支援装置。
請求項１～３のいずれか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および前記リファレンス提示部に代えて、
前記バルブシグネチャの高開度領域の代表箇所における前記リファレンスとの差異、および前記バルブシグネチャの低開度領域の代表箇所における前記リファレンスとの差異を簡略化された診断指標として提示する簡略化指標提示部
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。
弁体に結合された弁軸の外周を取り囲むように設けられた蛇腹状のベローズを備えたベローズ弁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方法であって、
前記ベローズ弁の開度を計測する開度計測部から送信されてくる開度計測値データおよび前記ベローズ弁を駆動する操作器に供給される流体圧力を計測する圧力計測部から送信されてくる圧力計測値データを計測値データ記憶部に記憶させる計測値データ記憶ステップと、
前記計測値データ記憶部に記憶されている前記開度計測値データおよび前記圧力計測値データに基づいて、前記ベローズ弁の開度を大きくして行く方向に変化させる際に必要な前記操作器への流体圧力と前記ベローズ弁の開度との関係、および前記ベローズ弁の開度を小さくして行く方向に変化させる際に必要な前記操作器への流体圧力と前記ベローズ弁の開度との関係を、バルブシグネチャとして作成するバルブシグネチャ作成ステップと、
前記バルブシグネチャ作成ステップによって作成されたバルブシグネチャを前記ベローズ弁の診断指標として提示する診断指標提示ステップと、
前記ベローズ弁の正常状態における前記バルブシグネチャ又は前記ベローズ弁の中間開度側に重みのある平均線を前記ベローズ弁の診断指標に対するリファレンスとして提示するリファレンス提示ステップと、
前記ベローズ弁の診断指標と前記リファレンスとの差異の上限値を診断指標閾値として記憶部に記憶させる閾値記憶ステップと、
前記ベローズ弁の診断指標と前記リファレンスとの差異が前記ベローズの引張領域でのみ前記診断指標閾値を超えた場合に、そのベローズ弁をメンテナンスが必要なバルブであると判定する判定ステップと、
前記判定ステップによってメンテナンスが必要と判定されたベローズ弁を提示する判定結果提示ステップと、
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。
請求項５に記載されたバルブメンテナンス支援方法において、
前記診断指標提示ステップおよび前記リファレンス提示ステップに代えて、
前記バルブシグネチャの高開度領域の代表箇所における前記リファレンスとの差異、および前記バルブシグネチャの低開度領域の代表箇所における前記リファレンスとの差異を簡略化された診断指標として提示する簡略化指標提示ステップ
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。
弁体に結合された弁軸の外周を取り囲むように設けられた蛇腹状のベローズを備えたベローズ弁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、
前記ベローズ弁の開度を計測する開度計測部から送信されてくる開度計測値データおよび前記ベローズ弁を駆動する操作器に供給される流体圧力を計測する圧力計測部から送信されてくる圧力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開度計測値データおよび前記圧力計測値データに基づいて、前記ベローズ弁の開度を大きくして行く方向に変化させる際に必要な前記操作器への流体圧力と前記ベローズ弁の開度との関係、および前記ベローズ弁の開度を小さくして行く方向に変化させる際に必要な前記操作器への流体圧力と前記ベローズ弁の開度との関係を、前記ベローズ弁の診断指標として提示されるバルブシグネチャとして作成するバルブシグネチャ作成部と、
前記バルブシグネチャ作成部によって作成されたバルブシグネチャを前記ベローズ弁の診断指標とし、前記ベローズ弁の正常状態における前記バルブシグネチャ又は前記ベローズ弁の中間開度側に重みのある平均線を前記ベローズ弁の診断指標に対するリファレンスとしたときの、前記ベローズ弁の診断指標と前記リファレンスとの差異の上限値を診断指標閾値として記憶する閾値記憶部と、
前記ベローズ弁の診断指標と前記リファレンスとの差異が前記ベローズの引張領域でのみ前記診断指標閾値を超えた場合に、そのベローズ弁をメンテナンスが必要なバルブであると判定し、判定結果をこの判定結果を提示する判定結果提示部に出力する判定部と、
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。
弁体に結合された弁軸の外周を取り囲むように設けられた蛇腹状のベローズを備えたベローズ弁のメンテナンス作業を支援するコンピュータを、
前記ベローズ弁の開度を計測する開度計測部から送信されてくる開度計測値データおよび前記ベローズ弁を駆動する操作器に供給される流体圧力を計測する圧力計測部から送信されてくる圧力計測値データに基づいて、前記ベローズ弁の開度を大きくして行く方向に変化させる際に必要な前記操作器への流体圧力と前記ベローズ弁の開度との関係、および前記ベローズ弁の開度を小さくして行く方向に変化させる際に必要な前記操作器への流体圧力と前記ベローズ弁の開度との関係を、前記ベローズ弁の診断指標として提示されるバルブシグネチャとして作成するバルブシグネチャ作成部、
前記バルブシグネチャ作成部によって作成されたバルブシグネチャを前記ベローズ弁の診断指標とし、前記ベローズ弁の正常状態における前記バルブシグネチャ又は前記ベローズ弁の中間開度側に重みのある平均線を前記ベローズ弁の診断指標に対するリファレンスとし、前記ベローズ弁の診断指標と前記リファレンスとの差異の上限値を診断指標閾値としたときの、前記ベローズ弁の診断指標と前記リファレンスとの差異が前記ベローズの引張領域でのみ、前記ベローズ弁の診断指標と前記リファレンスとの差異の上限値である診断指標閾値を超えた場合に、そのベローズ弁をメンテナンスが必要なバルブであると判定し、判定結果をこの判定結果を提示する判定結果提示部に出力する判定部、
として機能させるプログラム。