JP7058811B2

JP7058811B2 - ボイラの地震モニタリングシステム

Info

Publication number: JP7058811B2
Application number: JP2021565420A
Authority: JP
Inventors: 清相田; 謙示東川; 幸太郎河村; 佑一樋吉; 佑樹木戸; 昌光橋本; 翔野ヶ峯
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2040-11-26
Also published as: TWI750936B; TW202142838A; WO2021124827A1; JPWO2021124827A1

Description

本発明は、ボイラの地震モニタリングシステムに関し、特に火炉及び前記火炉の後部にケージ部を備えたボイラが地震の揺れにより生じる影響を監視する技術に関する。

地震発生時に産業用プラントが受ける影響を監視するための技術として、非特許文献１にはセンサを含むスマート技術を産業用プラントに実装させる技術が開示されている。

また特許文献１では、構造物に３軸加速度センサを備え、当該３軸加速度センサの計測値を、無線通信網を介して収集して構造物の振動を監視する振動モニタリングシステムが開示されている。

"ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤＳＭＡＲＴＳＥＩＳＭＩＣＲＩＳＫＳＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ" ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＡＳＭＥ２０１９ＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌｓ＆ＰｉｐｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰＶＰ２０１９Ｊｕｌｙ１４－１９，２０１９，ＳａｎＡｎｔｏｎｉｏ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ

特開２０１９－１００９１４号公報

発電プラントに用いられる燃料焚きボイラは、火炉とケージ部とを備えており、これらが鉄骨梁に吊ロッドを介して吊り下げ支持されている。そして、地震発生時に火炉とケージ部が振れるのを防止するために、鉄骨柱と火炉及び鉄骨柱とケージ部がサイスミックタイを介して連結されている。

火炉は、内部をボイラ水が流れる伝熱管同士をメンブレンバーで接続して構成される水壁で囲まれた中空の箱型構造物であるのに対して、ケージ部は、当該箱型構造物の中に対流伝熱を行なうための伝熱管群が設置されている。そのため、火炉の単位容積当たりの質量（質量密度）とケージ部の質量密度との間には大きな差がある。具体的には、火炉の質量密度はケージ部の質量密度に比べて非常に小さい。

ゆえに、地震発生時には、火炉とケージ部とが、それぞれの剛性及び質量に応じて固有の周期で振動しようとするため、例えば、火炉とケージ部との間に設けられた副側壁部やノーズに局部的な応力がかかり、損傷する虞がある。特に火炉からの燃焼ガスの流路方向において、副側壁部の上流端部側で排煙の流路方向が鉛直上方向から水平方向に変化する部位、また副側壁部の下流端部側の水平方向から鉛直下方向に変化する部位（流路方向変更部位）では応力集中が発生し、副側壁部から火炉が、また副側壁部からケージ部が引き裂かれた様な“ボイラ特有の損傷”が生じる、所謂“又裂き”現象が生じる虞がある。

ボイラが損傷すると発電プラントの操業、ひいては電力系統への送電停止につながるので、予期せぬタイミングでの発電プラント操業の停止を回避、また万一操業停止をした場合には一刻も早い復旧を行うために、ボイラ特有の損傷である“又裂き”の発生予測を行いたいという要望がある。この発生予測を行うためには、ボイラ固有の構造を考慮した上で地震のモニタリングを行う必要がある。

しかし、非特許文献１及び特許文献１では、単に産業用プラント及び発電プラントの振動モニタリングを行う一般的な技術が開示されているに過ぎない。従って、非特許文献１及び特許文献１の技術をボイラに適用しても、火炉とケージ部とを有するという特有な構造に起因する“又裂き”の発生予測を行うは不十分であるという実情がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、その目的は、地震発生時における火炉及びケージ部を有するボイラの挙動をより精度高く検出し、“又裂き”の発生予測につなげる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、請求の範囲に記載の構成を有する。その一例をあげるならば、本発明は、火炉及び前記火炉の後部にケージ部を備えたボイラの地震モニタリングシステムであって、前記火炉における前記ケージ部に対向する火炉後壁及び前記ケージ部における前記火炉後壁に対向するケージ前壁の振動を検出し、センサデータを出力する振動検出センサと、前記センサデータに基づいて、前記火炉と前記ケージ部との３次元方向の相対変位を解析する地震モニタリング装置と、前記地震モニタリング装置による解析結果を出力する出力装置と、を備え、前記振動検出センサは、前記火炉後壁及び前記ケージ前壁の少なくとも一つに配置され、前記火炉後壁は、軸方向を上下方向と平行に配置した複数の伝熱管を左右方向に並べて構成され、これら複数の伝熱管を繋いで左右方向に延在する前側バックステーを備え、前記ケージ前壁は、軸方向を上下方向と平行に配置した複数の伝熱管を左右方向に並べて構成され、これら複数の伝熱管を繋いで左右方向に延在する後側バックステーを備え、前記前側バックステーには、当該前側バックステーの延在方向に沿って複数の振動検出センサが配置され、前記後側バックステーには、当該後側バックステーの延在方向に沿って複数の振動検出センサが配置され、前記火炉後壁は、異なる高さ位置に備えられた複数段の前記前側バックステーを備え、前記ケージ前壁は、異なる高さ位置に備えられた複数段の前記後側バックステーを備え、前記前側バックステーの各段には、当該前側バックステーの延在方向に沿って複数の振動検出センサが配置され、前記後側バックステーの各段には、当該後側バックステーの延在方向に沿って複数の振動検出センサが配置され、前記地震モニタリング装置は、同じ高さ位置にある前側バックステー及び後側バックステーのそれぞれに設置された前記振動検出センサのセンサデータを用いて、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位に演算し、前側バックステー側のＸ方向変位と前記後側バックステー側のＸ方向変位との差分であるＸ方向差分、前側バックステー側のＹ方向変位と前記後側バックステー側のＹ方向変位との差分であるＹ方向差分、及び前側バックステー側のＺ方向変位と前記後側バックステー側のＺ方向変位との差分であるＺ方向差分を演算し、前記Ｘ方向差分、前記Ｙ方向差分、及び前記Ｚ方向差分に基づいて、前記火炉と前記ケージ部との相対変位を評価する、ことを特徴とする。

本発明によれば、地震発生時における火炉及びケージ部を有するボイラの挙動をより精度高く検出し、“又裂き”の発生予測につなげる技術を提供することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１実施形態に係るボイラの地震モニタリングシステムの概略構成図ボイラの構成の一例を示す斜視図ボイラの構成の一例を示す側面図ボイラの構成の一例を示す平面図第１実施形態に係る地震モニタリング処理の流れを示すフローチャート火炉とケージ部とが左右方向に捩れ変形した状態（捩れ変形Ａ）を示す図火炉とケージ部とが左右方向の間隔が右から左に向かって広がる捩れ変形（捩れ変形Ｂ）が生じた状態を示す図火炉とケージ部４が左右方向の間隔が左から右に向かって広がる捩れ変形（捩れ変形Ｃ）が生じた状態を示す図第２実施形態に係るボイラの地震モニタリングシステムの概略構成図第２実施形態における地震モニタリング処理の流れを示すフローチャート

以下、本発明の実施形態に係るボイラの地震モニタリングシステム及び装置について、図面を参照して説明する。全図を通じて同一の構成には同一の符号を付し、重複説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、ボイラの地震モニタリングシステム１００の概略構成図である。地震モニタリングシステム１００は、火力発電所に設置される燃料焚きのボイラ１と、ボイラ１の挙動を監視するセンタ１１０とをネットワーク１０５を介して通信接続して構成される。

ボイラ１に少なくとも１つ以上の振動検出センサ（ＳＨＭセンサ：ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＨｅａｌｔｈＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｅｎｓｏｒ）１０１Ａ１、１０１Ａ２、１０１Ａ３、・・・、１０１Ａｎと、振動検出センサ１０１Ａ１、１０１Ａ２、１０１Ａ３、・・・、１０１Ａｎから出力されたセンサデータを収集するデータ収集装置１０２と、ネットワーク１０５を介してセンサデータをセンタ１１０に送信する第１通信装置１０６とを備える。ＳＨＭセンサは、当該センサが設置された構造物の振動等の運動を示す物理量を観測し、その観測結果を示す振動データを含んだセンサデータを出力する。ＳＨＭセンサの具体例として、例えば３軸加速度センサ、ゲージセンサ、ゆがみセンサを用いることができる。

センタ１１０には、ネットワーク１０５を介してセンサデータを受信する第２通信装置１０７と、センサデータを基にボイラ１の挙動を監視する地震モニタリング装置１０３と、地震モニタリング装置１０３の解析結果を出力する出力装置１０４とを含んで構成される。出力装置１０４は、画面に解析結果を表示する表示装置や、端末装置、また解析結果を紙媒体やファイル形式にレポートとして出力するレポート作成装置でもよく、出力態様を問わない。

地震モニタリング装置１０３は、例えばＣＰＵを用いたプロセッサと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等と、ＲＯＭやＨＤＤに格納された地震モニタリングプログラムとを含んで構成される。ＣＰＵは地震モニタリングプログラムを読みだしてＲＡＭにロードし、地震モニタリングプログラムを実行することにより、地震モニタリングプログラムの機能が実現される。ＲＯＭ、ＨＤＤはストレージの一例であり、ＥＰＲＯＭ等、ストレージの種類は問わない。

＜ボイラ１の全体構成＞
ボイラ１の全体構成について、図２、図３、図４を参照して説明する。図２は、ボイラ１の構成の一例を示す斜視図である。図３は、ボイラ１の構成の一例を示す側面図である。図４は、ボイラ１の構成の一例を示す平面図である。

ボイラ１は、燃焼空間が内部に形成された火炉２、火炉２で発生した燃焼ガスの流路を形成する副側壁部３、及び過熱器や再熱器、節炭器等の熱交換器が内部に搭載されたケージ部４の主に３つの空間に分かれて構成されている。これら３つの空間は、燃焼ガスの流れ方向の上流側から下流側に向かって、火炉２、副側壁部３、ケージ部４の順に並んで配置されている。

なお、以下の説明において、火炉２、副側壁部３、及びケージ部４の並び方向を「奥行方向」（又は前後方向）とし、奥行方向における火炉２側を「前側」又は「上流側」、その反対側であるケージ部４側を「後側」又は「下流側」とする。また、ボイラ１が設置された床面に対して直交する方向を「上下方向」とする。また、奥行方向及び上下方向に直交する方向を「左右方向」という。

火炉２は、前側に配置されて火炉２の前面となる火炉前壁２１と、火炉前壁２１に対向して配置されて火炉２の後面となる火炉後壁２２と、火炉前壁２１と火炉後壁２２との間に配置されて火炉２の側面となる一対の火炉側壁２３と、一対の火炉側壁２３の上部に配置されて火炉２の天井となる火炉天井壁２４と、を備える。

火炉前壁２１及び火炉後壁２２にはそれぞれ、燃料となる微粉炭と空気とを火炉２内に供給する複数のバーナ２０が下部に設置されている。本実施形態では、火炉前壁２１及び火炉後壁２２のそれぞれにおいて、８つのバーナ２０が、上下方向に二段に分かれて４つずつ配置されている。

各バーナ２０から供給された微粉炭は火炉２内の燃焼空間において燃焼され、これにより燃焼ガスが発生する。発生した燃焼ガスは、火炉２の下側から上側に向かう上昇方向に沿って流れ、その後、副側壁部３を通ってケージ部４へと流下する。

副側壁部３は、火炉２とケージ部４とを上部で奥行方向に連結する流路である。副側壁部３は、一対の火炉側壁２３に接続されて副側壁部３の側面となる一対の側壁３３と、火炉天井壁２４に接続されて副側壁部３の天井となる天井壁３４と、一対の側壁３３の下部に配置されて副側壁部３の底面となる底壁３５と、を備える。

火炉後壁２２の上端、底壁３５との接続部は、火炉後壁２２を火炉２の燃焼空間側に向かって突出させて形成した凹部からなるノーズ２２ａが形成される。

ケージ部４は、火炉２の火炉後壁２２に対向して配置されてケージ部４の前面となるケージ前壁４１と、ケージ前壁４１に対向して配置されてケージ部４の後面となるケージ後壁４２と、ケージ前壁４１とケージ後壁４２との間に配置されてケージ部４の側面となる一対のケージ側壁４３と、副側壁部３の天井壁３４に接続されてケージ部４の天井となるケージ天井壁４４と、を備える。

図３に示すように、火炉２は、火炉２の前方に設けられた複数の鉄骨柱１２ｆに複数のサイスミックタイ１３ｆを介して連結される。より詳細には、火炉前壁２１に設けられたバックステー２５ｆ（以下「前側バックステー」という）と鉄骨柱１２ｆとが、サイスミックタイ１３ｆにより連結されている。

また、ケージ部４は、ケージ部４の後方に設けられた複数の鉄骨柱１２ｂに複数のサイスミックタイ１３ｂを介して連結される。より詳細には、ケージ後壁４２に設けられたバックステー２５ｂ（以下「後側バックステー」という）と鉄骨柱１２ｂとが、サイスミックタイ１３ｂにより連結されている。

ボイラ１では、火炉２、副側壁部３、及びケージ部４を構成する各壁は、内部を流体が流れる伝熱管と、伝熱管が延びる方向に延在する板状のメンブレンバーとが交互に接合されたパネル状のメンブレン壁で形成されている。

図３の拡大図に示すように、火炉後壁２２には、Ｈ型鋼から成る前側バックステー２５ｆが取り付けられる。またケージ前壁４１にも、Ｈ型鋼から成る後側バックステー２５ｂが取り付けられる。

地震発生時、火炉２から副側壁部３及びケージ部４へと続く燃焼ガスの流れ方向が変化する部位（図２、図３において“Ｘ”で示す）やノーズ２２ａには応力が集中し、破損につながりやすい。

そこで、本実施形態では火炉後壁２２とケージ前壁４１との相対変位を振動検出センサで検出したセンサデータに基づいて評価する。本実施形態では、振動検出センサとして３軸加速度センサを用いる。そして、火炉後壁２２側とケージ前壁４１側に設置の３軸加速度センサによって検出したＸＹＺ各方向の加速度波形の振幅を、相対変位波形の振幅に換算し、この振幅が下限許容値から上限許容値の間の安全域にあるか、又は下限許容値を下回る、又は上限許容値を上回る損傷域にあるかを監視する。更に、火炉後壁２２の３軸加速度センサからのセンサデータと、ケージ前壁４１の３軸加速度センサからのセンサデータを用いて換算した相対変位をもとに、火炉２とケージ部４との捩れ変形の状況を推定する。この推定が、又裂きの発生予測につながる。なお、３軸加速度センサ自体は、火炉後壁２２及びケージ前壁４１のそれぞれの運動を検出するのみで相対変位量の検出ができないが、火炉後壁２２及びケージ前壁４１のそれぞれに３軸加速度センサを配置し、加速度波形を相対変位波形に換算することにより、相対変位量の検出が可能になる。

そこで本実施形態では、高さ位置Ｌ１（ノーズ２２ａがある高さ）にある前側バックステー２５ｆの左右方向に３つの３軸加速度センサ１０１Ａ１、１０１Ａ２、１０１Ａ３を設置する。同様に、高さ位置Ｌ１にある後側バックステー２５ｂの左右方向に沿って３軸加速度センサ１０１Ａ１、１０１Ａ２、１０１Ａ３に対向させて３つの３軸加速度センサ１０１Ａ４、１０１Ａ５、１０１Ａ６を設置する。高さ位置Ｌ１には対向配置された３対の３軸加速度センサ群、１０１Ａ１と１０１Ａ４、１０１Ａ２と１０１Ａ５、１０１Ａ３と１０１Ａ６とが配置される。

また高さ位置Ｌ１よりも下の高さ位置Ｌ２にある前側バックステー２５ｆ、後側バックステー２５ｂのそれぞれにも３対の３軸加速度センサ群が配置される。以上より、ボイラ１には、左右方向に３列、上下方向に２段の合計６対、１２個の３軸加速度センサが配置される。

また、更に高さ位置Ｌ２よりも下の高さ位置Ｌ３にある前側バックステー２５ｆ、後側バックステー２５ｂのそれぞれにも３対の３軸加速度センサ群が配置されるものであってもよい。この場合、ボイラ１には、左右方向に３列、上下方向に３段の合計９対、１８個の３軸加速度センサが配置される。

図５は、第１実施形態に係る地震モニタリング処理の流れを示すフローチャートである。ボイラ１の稼働中は地震モニタリングシステム１００が起動している。地震モニタリングシステム１００が起動中、各３軸加速度センサは、センサデータを出力する。地震モニタリング装置１０３はネットワーク１０５を介してセンサデータを取得する（Ｓ１０１）。

次に地震モニタリング装置１０３は、火炉後壁２２及びケージ前壁４１の相対変位の監視処理を行う。

具体的には、地震モニタリング装置１０３は、対向配置された各３軸加速度センサから出力されたセンサデータのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各成分波形の差分を演算する（Ｓ１０２）。

地震モニタリング装置１０３は、各成分波形の差分から火炉２とケージ部４との相対変位を解析する（Ｓ１０３）。相対変位例は後述する。

地震モニタリング装置１０３は、上記にて解析された相対変位の振幅が下限許容値から上限許容値の間（許容範囲内）にあるかを監視する（Ｓ１０４）。ここで許容範囲を超える場合は、アラートを出力してもよい。

地震モニタリング装置１０３は、火炉とケージ部との相対変位の解析結果を出力装置１０４に出力する（Ｓ１０５）。地震モニタリング処理を終了する場合は（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、処理を終了する。地震モニタリング処理を継続する場合は（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０１へ戻る。

図６から図８を参照して、相対変位例について説明する。

図６は、火炉２とケージ部４とが左右方向に捩れ変形した状態（捩れ変形Ａ）を示す。この場合、Ｘ方向及びＺ方向の火炉２とケージ部４との相対変位はほぼない。しかし、Ｙ方向の火炉２とケージ部４との相対変位が計測される。すなわち、ステップＳ１０３で求めた各方向の成分波形の差分のうち、Ｙ方向の成分波形の振幅が測定され、Ｘ方向、Ｚ方向の成分波形は振幅がほとんど測定されない。

図７は、火炉２とケージ部４とが左右方向の間隔が右から左に向かって広がる捩れ変形（捩れ変形Ｂ）が生じた状態を示す。この場合、Ｙ方向、Ｚ方向の火炉２とケージ部４との相対変位はない。しかし、Ｘ方向は、右側では相対変位は測定されないものの、左方向に向かうにつれて、Ｘ方向の相対変位が大きくなる。すなわち、Ｘ方向の成分波形の差分の振幅が、右から左に向かって広がるように測定される。

図８は、火炉２とケージ部４とが左右方向の間隔が左から右に向かって広がる捩れ変形（捩れ変形Ｃ）が生じた状態を示す。この場合、Ｙ方向、Ｚ方向の火炉２とケージ部４との相対変位はない。しかし、Ｘ方向は、左側では相対変位は測定されないものの、右方向に向かうにつれて、Ｘ方向の相対変位が大きくなる。すなわち、Ｘ方向の成分波形の差分の振幅が、左から右に向かって広がるように測定される。

本実施形態によれば、火炉２とケージ部４との対向面に振動検出センサを取り付け、検出したセンサデータを相対変位量に変換して地震モニタリング装置１０３に出力する。地震モニタリング装置１０３は、相対変位量が損傷の許容値を超えるか超えないかを判定する。

また、振動検出センサは、上下方向の複数段及び左右方向の複数列に取り付けられるので、火炉２及びケージ部４の相対変位量に関して、対向面の相対変位を測定できる。これにより、火炉２及びケージ部４がどのような周期や方向でどのように運動したかを測定することができ、火炉２及びケージ部４に破損が生じるかを推定しやすくなる。

特に、ノーズ２２ａ近傍や、燃焼ガスの流路方向変更部位Ｘ付近の高さ位置Ｌ１とＬ２の相対変位を測定することで、火炉２及びケージ部４の高さ方向の弾性変形を考慮して、火炉２及びケージ部４の相対変位を測定することができる。

また、前側バックステー２５ｆ及び後側バックステー２５ｂのそれぞれには、左右方向に沿って３つの相対変位検出センサが取り付けられるので、火炉２及びケージ部４のそれぞれについて左右方向の捩れ、すなわち、左右端部と中央部の３か所のいずれかに変形が生じたときにも測定がしやすくなる。

特に、振動検出センサとして３軸加速度センサを用い、火炉２及びケージ部４の対向面の各点におけるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の振動を検出して解析することにより、火炉２及びケージ部４のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各方向における運動量を測定でき、どのような捩れ変形が生じているかを推定することができる。その推定結果から、破損が生じやすい捩れ変形が生じている場合は、速やかに修理準備に着手でき、ボイラ１の破損による稼働停止時間を短縮、ひいては系統への送電停止時間の短縮につながるという効果が期待できる。

振動検出センサとして３軸加速度センサに代えて、接触型距離センサ又は非接触型距離センサを用いてもよい。接触型距離センサとして、例えば、ステンレスのワイヤが出し引きされた長さを電気的に出力するワイヤ式変位計を用いてもよい。また、コイルを用いたトランス方式変位計を用いてもよい。更に、内部にスケール（物差し）を備えたスケール方式変位計を用いてもよい。更に、絶対値ガラススケールをＣＭＯＳセンサで高速撮影する用いたスケールショットシステムを用いてもよい。

また、非接触型距離センサの例として、超音波距離計、Ｌｉｄａｒ、赤外線センサを用いてもよい。距離センサを用いた場合でも、複数の距離センサを火炉２とケージ部４との対向面に配置することにより、対向面同士の相対変位を測定することで、火炉２とケージ部４の運動推定、ひいては破損予測が可能となる。

第１実施形態では相対変位が解析できればよいので、火炉後壁２２又はケージ前壁４１のいずれか一方に振動検出センサを備える態様であっても実現可能である。これに対し、後述する第２実施形態において、火炉２の運動量の瞬間値、及びケージ部４の運動量の瞬間値をそれぞれ監視する態様は、火炉後壁２２又はケージ前壁４１のそれぞれに少なくとも１つ以上の振動検出センサを備えることで実現可能である。なお、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて、第１実施形態で用いる振動検出センサのセンサデータが示す運動量の瞬間値を監視する場合は、火炉後壁２２又はケージ前壁４１のいずれか一方に備えられた振動検出センサのセンサデータが示す運動量と後述する警告閾値とを比較すればよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、振動検出センサ１０１Ａ１～１０１Ａｎのセンサデータが示す運動量（本実施形態では加速度と変位）の瞬間値に対して、予め警告閾値を設定しておき、警告閾値以上となると警告を発する実施形態である。第１実施形態が、火炉２とケージ部４との相対変位に着目して地震モニタリングを行う実施形態であるのに対し、本実施形態では、相対変位ではなく、センサデータが示す運動量の瞬間値に着目する点で異なる。警告閾値は、センサデータが示す運動量の瞬間値の変動を許容する範囲（許容範囲）の上限値及び下限値のそれぞれに相当する。許容範囲内、即ちセンサデータの瞬間値が許容範囲の下限値より大きく上限値未満であれば、警告は発しない。

以下の説明では、振動検出センサとして３軸加速度センサを用い、センサデータが示す加速度の瞬間値と、加速度を基に算出した変位の瞬間値を監視対象とする。

又は振動検出センサとして、ゲージセンサや距離センサを併用し、これらのセンサデータを基に変位の瞬間値を監視対象としてもよい。また、ゲージセンサや距離センサを用いて、これらのセンサデータを基に加速度を算出して監視対象としてもよい。

また、加速度のみ、又は変位のみを監視対象としてもよい。

図９は、第２実施形態に係るボイラ１の地震モニタリングシステム１００ａの概略構成図である。なお、第２実施形態では、ネットワーク１０５はクラウド環境を構築するためのネットワークである。そして、ボイラ１に設置された振動検出センサ１０１Ａ１、１０１Ａ２、１０１Ａ３、・・・、１０１Ａｎとセンタ１１０とは、ネットワーク１０５を介して通信接続される。

ネットワーク１０５には、ボイラ１の運転作業員が携帯する携帯端末装置１０４ａと、ボイラ１が設置された火力発電所の制御室に置かれた制御卓１０４ｂが通信接続されてもよい。そして、地震モニタリング装置１０３からの警告が、センタ１１０の出力装置１０４の他、携帯端末装置１０４ａや制御卓１０４ｂに出力されてもよい。

以下、図１０を参照して第２実施形態における地震モニタリング処理の流れを説明する。図１０は、第２実施形態に係る地震モニタリング処理の流れを示すフローチャートである。

地震モニタリング装置１０３は、振動検出センサ１０１Ａ１～１０１Ａｎから出力されるセンサデータが示す運動量の瞬間値と比較するための警告閾値を取得する（Ｓ２０１）。図９に示すように、加速度を監視対象とする場合の警告閾値には、正方向の加速度警告閾値（許容範囲の上限値）と、負方向の加速度警告閾値（許容範囲の下限値）とが含まれる。また、変位を監視対象とする場合の警告閾値には、正方向の変位警告閾値（許容範囲の上限値）と、負方向の変位警告閾値（許容範囲の下限値）とが含まれる。これらの警告閾値は、事前にボイラ１の構造解析をした結果得られた値を基に定めてもよいし、設計値から定めてもよい。

地震モニタリング装置１０３はネットワーク１０５を介して全ての振動検出センサ１０１Ａ１～１０１Ａｎのセンサデータを取得する（Ｓ２０２）。

地震モニタリング装置１０３は、全ての振動検出センサ１０１Ａ１～１０１Ａｎからのセンサデータが示す加速度が許容範囲に含まれる、即ち負方向の加速度警告閾値よりも大きく、正方向の加速度警告閾値未満であれば、加速度は許容範囲に収まっていると判断する（Ｓ２０３：ＹＥＳ）。

更に地震モニタリング装置１０３は、全ての振動検出センサ１０１Ａ１～１０１Ａｎからのセンサデータが示す変位が許容範囲に含まれる、即ち負方向の変位警告閾値よりも大きく、正方向の変位警告閾値未満であれば、変位は許容範囲に収まっていると判断する（Ｓ２０４：ＹＥＳ）。

一方、一つ以上の振動検出センサ１０１Ａ１～１０１Ａｎからのセンサデータが示す加速度が正方向の加速度警告閾値以上、又は負方向の加速度警告閾値以下となった場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、又は一つ以上の振動検出センサ１０１Ａ１～１０１Ａｎからのセンサデータが示す変位が正方向の変位警告閾値以上、又は負方向の変位警告閾値以下となった場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、出力装置１０４に対して警告情報を出力する（Ｓ２０５）。

警告情報の出力態様は、出力装置１０４の画面に表示してもよい。また、地震モニタリング装置１０３からネットワーク１０５を介して携帯端末装置１０４ａ、制御卓１０４ｂに警告情報を送信してもよい。その際、警告情報として、センサデータ（ＲＡＷデータ）などが記載されたレポートをアップロードしたＵＲＬを送ってもよい。

ステップＳ２０３とステップＳ２０４とは逆順でもよい。また、加速度のみを監視対象とする場合はステップＳ２０４をスキップし、変位のみを監視対象とする場合はステップＳ２０３をスキップする。

地震モニタリング装置１０３は、取得した全てのセンサデータの瞬間値が許容範囲に収まっており（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、地震モニタリング処理を終了しない場合は（Ｓ２０６：ＮＯ）、ステップＳ２０１へ戻る。地震モニタリング処理を終了する場合は（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、本処理を終了する。

本実施形態によれば、センサデータの瞬間値を監視対象とすることで、火炉２、ケージ部４の各部位の運動状態を監視してボイラ１の損傷を予測したり監視したりすることができる。

例えば、火炉２とケージ部４とが同一方向にほぼ等しい加速度又は変位を伴って運動すると、相対変位の変化量だけでは、火炉２及びケージ部４がどのように運動したかが測定しづらい。しかし、本実施形態では、各センサデータの瞬間値と警告閾値とを比較するので、相対変位には表れにくい動きも測定し、警告することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

また、第１実施形態及び第２実施形態を一つのボイラ１に対して併用してもよい。

１：ボイラ
２：火炉
３：副側壁部
４：ケージ部
１２ｂ、１２ｆ：鉄骨柱
１３ｂ、１３ｆ：サイスミックタイ
２０：バーナ
２１：火炉前壁
２２：火炉後壁
２２ａ：ノーズ
２３：火炉側壁
２４：火炉天井壁
２５ｂ：後側バックステー
２５ｆ：前側バックステー
３３：側壁
３４：天井壁
３５：底壁
４１：ケージ前壁
４２：ケージ後壁
４３：ケージ側壁
４４：ケージ天井壁
１００、１００ａ：地震モニタリングシステム
１０１Ａ１～１０１Ａ６,１０１Ａｎ：３軸加速度センサ(振動検出センサ)
１０２：データ収集装置
１０３：地震モニタリング装置
１０４：出力装置
１０４ａ：携帯端末装置
１０４ｂ：制御卓
１０５：ネットワーク
１０６：第１通信装置
１０７：第２通信装置
１１０：センタ

Claims

火炉及び前記火炉の後部にケージ部を備えたボイラの地震モニタリングシステムであって、
前記火炉における前記ケージ部に対向する火炉後壁及び前記ケージ部における前記火炉後壁に対向するケージ前壁の振動を検出し、センサデータを出力する振動検出センサと、
前記センサデータに基づいて、前記火炉と前記ケージ部との３次元方向の相対変位を解析する地震モニタリング装置と、
前記地震モニタリング装置による解析結果を出力する出力装置と、
を備え、
前記振動検出センサは、前記火炉後壁及び前記ケージ前壁の少なくとも一つに配置され、
前記火炉後壁は、軸方向を上下方向と平行に配置した複数の伝熱管を左右方向に並べて構成され、これら複数の伝熱管を繋いで左右方向に延在する前側バックステーを備え、
前記ケージ前壁は、軸方向を上下方向と平行に配置した複数の伝熱管を左右方向に並べて構成され、これら複数の伝熱管を繋いで左右方向に延在する後側バックステーを備え、
前記前側バックステーには、当該前側バックステーの延在方向に沿って複数の振動検出センサが配置され、
前記後側バックステーには、当該後側バックステーの延在方向に沿って複数の振動検出センサが配置され、
前記火炉後壁は、異なる高さ位置に備えられた複数段の前記前側バックステーを備え、
前記ケージ前壁は、異なる高さ位置に備えられた複数段の前記後側バックステーを備え、
前記前側バックステーの各段には、当該前側バックステーの延在方向に沿って複数の振動検出センサが配置され、
前記後側バックステーの各段には、当該後側バックステーの延在方向に沿って複数の振動検出センサが配置され、
前記地震モニタリング装置は、同じ高さ位置にある前側バックステー及び後側バックステーのそれぞれに設置された前記振動検出センサのセンサデータを用いて、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の変位に演算し、
前側バックステー側のＸ方向変位と前記後側バックステー側のＸ方向変位との差分であるＸ方向差分、前側バックステー側のＹ方向変位と前記後側バックステー側のＹ方向変位との差分であるＹ方向差分、及び前側バックステー側のＺ方向変位と前記後側バックステー側のＺ方向変位との差分であるＺ方向差分を演算し、
前記Ｘ方向差分、前記Ｙ方向差分、及び前記Ｚ方向差分に基づいて、前記火炉と前記ケージ部との相対変位を評価する、
ことを特徴とするボイラの地震モニタリングシステム。
請求項１記載のボイラの地震モニタリングシステムにおいて、
複数の前記前側バックステーの少なくとも一段は、前記火炉の上部において、前記火炉内で生じた燃焼ガスが上昇方向から前後方向へと変化する高さ位置近傍に備えられる、
ことを特徴とするボイラの地震モニタリングシステム。
請求項１に記載のボイラの地震モニタリングシステムにおいて、
前記前側バックステーには、当該前側バックステーの延在方向に沿って少なくとも３つの振動検出センサが配置され、
前記後側バックステーには、当該後側バックステーの延在方向に沿って少なくとも３つの振動検出センサが配置される、
ことを特徴とするボイラの地震モニタリングシステム。
請求項１に記載のボイラの地震モニタリングシステムにおいて、
前記振動検出センサは、前記火炉後壁及び前記ケージ前壁のそれぞれに設置された一対の３軸加速度センサ、又は前記火炉後壁及び前記ケージ前壁の少なくとも一方に設置された距離センサである、
ことを特徴とするボイラの地震モニタリングシステム。
請求項１に記載のボイラの地震モニタリングシステムにおいて、
前記地震モニタリング装置は、前記火炉と前記ケージ部との相対位置が左右方向に変位した捩れ変形、前記火炉及び前記ケージ部との相対位置が右から左に広がる捩れ変形、又は前記火炉及び前記ケージ部との相対位置が左から右に広がる捩れ変形のいずれの捩れ変形をしているかを解析する、
ことを特徴とするボイラの地震モニタリングシステム。
請求項１に記載のボイラの地震モニタリングシステムにおいて、
前記地震モニタリング装置は、前記センサデータが示す前記火炉及び前記ケージ部のそれぞれの運動量の瞬間値と、前記瞬間値の変動を許容する許容範囲の限界値からなる警告閾値と、を比較し、
前記瞬間値が前記警告閾値と同一又は前記許容範囲から逸脱すると、前記出力装置に対して警告情報を出力する、
ことを特徴とするボイラの地震モニタリングシステム。
請求項６に記載のボイラの地震モニタリングシステムであって、
前記地震モニタリング装置は、前記瞬間値として、加速度又は変位を用いる、
ことを特徴とするボイラの地震モニタリングシステム。
火炉及び前記火炉の後部にケージ部を備えたボイラの地震モニタリングシステムであって、
前記火炉における前記ケージ部に対向する火炉後壁及び前記ケージ部における前記火炉後壁に対向するケージ前壁の振動を検出し、センサデータを出力する振動検出センサと、
前記センサデータに基づいて、前記火炉と前記ケージ部との運動を解析する地震モニタリング装置と、
前記地震モニタリング装置による解析結果を出力する出力装置と、
を備え、
前記振動検出センサは、前記火炉後壁に少なくとも一つ、及び前記ケージ前壁に少なくとも一つに配置され、
前記地震モニタリング装置は、前記センサデータが示す前記火炉及び前記ケージ部のそれぞれの運動量の瞬間値と、前記瞬間値の変動を許容する許容範囲の限界値からなる警告閾値と、を比較し、前記瞬間値が前記警告閾値と同一又は前記許容範囲から逸脱すると、前記出力装置に対して警告情報を出力する、
ことを特徴とするボイラの地震モニタリングシステム。