JP7349269B2 - スラッジの堆積箇所を検知する方法及び装置並びにスラッジの堆積箇所検知プログラム - Google Patents

Description

本開示は、配管の内面から除去されたスケールが配管の内面上に堆積することによって生じたスラッジの堆積箇所を検知する方法及び装置並びにスラッジの堆積箇所検知プログラムに関する。

火力発電プラントでは、酸化鉄を主成分とするスケールがボイラチューブの内面に付着して成長するに伴い、差圧上昇や伝熱不良によって噴破や伝熱障害等のトラブルが発生し得る。このようなトラブルを未然に防止するために、スケールの付着量の推移を調査し、保守点検等で定期的にスケールを除去する化学洗浄工事を実施している。化学洗浄工事では例えば、高温酸性の洗浄液すなわち化洗液をボイラチューブ内に流通させてボイラチューブの内壁面からスケールを剥離し、剥離したスケールを化洗液によって搬送させることが行われる。

しかし、スケールを搬送している化洗液が流通する途中に、化洗液の流れが滞留する部分や低流速となる部分が存在すると、スケールが配管内面上に堆積することでスラッジが生じる場合がある。化学洗浄工事の終了後にこのようなスラッジが堆積したまま火力発電プラントの運転を開始すると、配管を流れる流体によってスラッジが下流に搬送されて、様々なトラブルの原因となり得る。このため、化学洗浄工事の終了後に配管を開放して、堆積したスラッジを除去する必要がある。ただし、スラッジの堆積箇所を確実に検知できなければ、不要な箇所で配管を開放してしまい、配管の開放点検の工程・工数が増加してしまう。

特許文献１には、銅電解工場において銅電解液が流れる配管の化学洗浄工事を行う前に、配管内のスケール状態を検査する方法が記載されている。この方法では、銅の電解精錬に使用する電解液であって、水平配管の周囲の雰囲気温度とは温度差のある電解液を配管に流した状態で、配管の外表面の温度分布を赤外線サーモグラフィで計測し、配管の外表面の周方向の温度差に基づいて、配管内のスケール状態を検査する。配管の内面にスケールが付着している場合、付着量が多いほど電解液の熱が配管の外表面に伝わりにくいことから、配管の外表面の温度はスケールの付着量に応じて低下するため、配管の外表面の上下方向の温度差に基づいて、配管内のスケール状態を検査することができる。

特許第５６１１６３３号公報

しかしながら、特許文献１の方法は、配管の内面に付着したスケールの除去を行う前に、すなわち化学洗浄工事を行う前に、配管内のスケール状態を調査するためのものであるので、この方法では、配管の内面から除去されたスケールが搬送中に配管の内面上に堆積することによって生じたスラッジの有無を検知することはできない。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、化学洗浄工事で配管の内面から除去されたスケールが配管の内面上に堆積することによって生じたスラッジの堆積箇所を、配管を開放することなく検知する方法及び装置並びにスラッジの堆積箇所検知プログラムを提供することを目的とする。

本開示の少なくとも１つの実施形態に係る方法は、配管の内面から除去されたスケールが配管の内面上に堆積することによって生じたスラッジの堆積箇所を検知する方法であって、配管の内面に付着したスケールを内面から剥離可能な洗浄液を配管内に流すステップと、配管内を洗浄液が流れている間に、配管の外表面の周方向における２つの位置の温度差を計測するステップとを含み、配管内を流れる洗浄液の温度は、配管の温度及びスラッジの温度よりも高く、スラッジの堆積箇所は、計測された温度分布に基づいて検知される。この構成によると、配管の外表面の周方向における２つの位置の温度差に基づいてスラッジの堆積箇所が検知されるので、配管を開放することなくスラッジの堆積箇所を検知することができる。

いくつかの実施形態では、配管内に流すステップの前に予め、洗浄液の流速及び温度と、スラッジの堆積量と、温度差との対応関係である第１の対応関係が記憶されたデータベースから、第１の対応関係を取得するステップをさらに含み、第１の対応関係と、計測された温度差及び計測された洗浄液の流速及び温度とに基づいて、配管内におけるスラッジの堆積量分布が検知されてもよい。この構成によると、洗浄液の流速及び温度に応じて、配管内におけるスラッジの堆積量分布を検知することができる。

いくつかの実施形態では、配管内に流すステップの前に予め、スラッジの性状及び堆積量に対する温度差との対応関係である第２の対応関係が記憶されたデータベースから、第２の対応関係を取得するステップと、配管の内面上に堆積するスラッジの性状を特定するステップとをさらに含み、第２の対応関係と、計測された温度差及び特定されたスラッジの性状とに基づいて、配管内におけるスラッジの堆積量分布が検知されてもよい。この構成によると、配管の内面上に堆積するスラッジの性状に応じて、配管内におけるスラッジの堆積量分布を検知することができる。

いくつかの実施形態では、配管内に流すステップの前に予め、配管を含むプラントの運転履歴とスラッジの性状との対応関係である第３の対応関係が記憶されたデータベースから、第３の対応関係を取得するステップとをさらに含み、第３の対応関係に基づいて、スラッジの性状を特定するステップをさらに含んでもよい。この構成によると、配管を開放してスラッジを採取しなくても、配管の内面上に堆積するスラッジの性状を特定することができる。

いくつかの実施形態では、配管内に流すステップの前に予め、配管の特徴及びスラッジの堆積量に対する温度差との対応関係である第４の対応関係が記憶されたデータベースから、第４の対応関係を取得するステップをさらに含み、第４の対応関係と、計測された温度差と、配管の特徴とに基づいて、配管内におけるスラッジの堆積量分布が検知されてもよい。この構成によると、配管の特徴に応じて、配管内におけるスラッジの堆積量分布を検知することができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態に係る装置は、配管の内面から除去されたスケールが配管の内面上に堆積することによって生じたスラッジの堆積箇所を検知する装置であって、配管の内面に付着したスケールを内面から剥離可能な洗浄液が配管内を流れている間に、配管の外表面の周方向における２つの位置の温度差を取得する温度分布取得部と、取得された温度差に基づいて、スラッジの堆積箇所を検知する堆積箇所検知部とを備え、配管内を流れる洗浄液の温度は、配管の温度及びスラッジの温度よりも高い。この構成によると、配管の外表面の周方向における２つの位置の温度差に基づいてスラッジの堆積箇所が検知されるので、配管を開放することなくスラッジの堆積箇所を検知することができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態に係るプログラムは、配管の内面から除去されたスケールが配管の内面上に堆積することによって生じたスラッジの堆積箇所を検知するようにコンピュータに、配管の内面に付着したスケールを内面から剥離可能な洗浄液が配管内を流れている間に、配管の外表面の周方向における２つの位置の温度差を取得する手順と、取得された温度差に基づいて、スラッジの堆積箇所を検知する手順とを実行させるためのスラッジの堆積箇所検知プログラムであって、配管内を流れる洗浄液の温度は、配管の温度及びスラッジの温度よりも高い。この構成によると、コンピュータに、配管の外表面の周方向における２つの位置の温度差に基づいてスラッジの堆積箇所が検知させるので、配管を開放することなくスラッジの堆積箇所を検知することができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、配管の外表面の周方向における２つの位置の温度差に基づいてスラッジの堆積箇所が検知されるので、配管を開放することなくスラッジの堆積箇所を検知することができる。

本開示のいくつかの実施形態に係る方法が適用されるボイラプラントの一部の構成を模式的に示す図である。 本開示の実施形態１に係る方法のフローチャートである。 配管の外表面の温度分布から配管内のスラッジの堆積箇所を特定する原理を説明するための図である。 本開示の実施形態１に係る方法を行うための装置の構成を模式的に示す図である。 本開示の実施形態２に係る方法のフローチャートである。 本開示の実施形態２に係る方法における第１の対応関係の一例を模式的に示すグラフである。 本開示の実施形態３に係る方法のフローチャートである。 本開示の実施形態３に係る方法における第２の対応関係の一例を模式的に示すグラフである。 本開示の実施形態４に係る方法のフローチャートである。 本開示の実施形態４に係る方法における第４の対応関係の一例を模式的に示すグラフである。 本開示の方法の変形例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（実施形態１）
本開示の実施形態１に係る方法は、図１に示されるボイラプラント１を例にして説明する。尚、本開示の方法が適用されるプラントはボイラプラント１に限定するものでなく、プラントの運転中に配管の内面にスケールが付着し、付着したスケールを除去するために化学洗浄工事が行われるプラントであれば、任意のプラントに本開示の方法を適用することができる。

ボイラプラント１は、火炉２と、火炉２に設けられたバーナ３と、配管４とを備えている。配管４は、一端が給水源（図示せず）に接続されるとともに他端が蒸気を利用する構成要件（図示せず）、例えば蒸気タービンに接続されている。配管４は、火炉２内に配置されているボイラチューブ５を含んでいる。ボイラチューブ５を流通する水は火炉２内で、バーナ３からの火炎によって加熱されて蒸気となる。

ボイラチューブ５を水又は蒸気が流れる間に、ボイラチューブ５の内面５ａにスケール６が付着する。スケール６は、例えばボイラプラント１の定期点検時等に、化学洗浄工事によって内面５ａから除去される。尚、本開示において化学洗浄工事で使用される洗浄液（以下、化洗液という）は特に限定されず、ボイラチューブ５の内面５ａに付着したスケール６を内面５ａから剥離可能な化洗液であれば公知の任意の化洗液を使用することができる。

化学洗浄工事において、内面５ａから剥離されたスケール６は、配管４（ボイラチューブ５も含む）を流れる化洗液によって搬送される。ボイラプラント１において化洗液が配管４から流出する箇所（化洗液流出口）までの間に化洗液の流れが滞留したり低流速となったりしなければ、剥離されたスケール６は化洗液とともに化洗液流出口から排出・回収することができる。しかし、化洗液流出口までの間に化洗液の流れが滞留したり低流速となったりすると、その箇所でスケール６の少なくとも一部が沈殿し、スケール６が剥離した箇所よりも下流側の配管４の内面４ａ上にスラッジ７として堆積する。

スラッジ７を排出するためには配管４を開放する必要があるが、その前にスラッジ７がどこの箇所に堆積しているかが分からなければ、配管４を開放することはできない。そのため、スラッジ７の堆積箇所を検知する方法が必要である。以下で説明する本開示の実施形態１に係る方法は、化学洗浄工事でボイラチューブ５の内面５ａから除去されたスケール６が配管４の内面４ａ上にスラッジ７として堆積する箇所を検知する方法である。

本開示の実施形態１に係る方法を、図１と、図２のフローチャートとに基づいて説明する。本方法のステップＳ１は化学洗浄工事の通常の工程の１つであり、このステップＳ１では化洗液を配管４（ボイラチューブ５も含む）内に流す。このステップにおいて、ボイラチューブ５の内面５ａに付着されたスケール６は内面５ａから剥離し、剥離したスケール６は化洗液によって搬送される。配管４内を化洗液が流れている間に、配管４の外表面４ｂの周方向における温度分布を計測する（ステップＳ２）。

ステップＳ２における温度分布の計測は配管４の全長に渡って行ってもよいが、この場合には、ボイラプラント１の規模によっては時間がかかりすぎる場合がある。そのため、主にスラッジ７が堆積し易い箇所、例えば、複数の配管が合流するような管寄せ部等に対してのみ温度分布を計測してもよい。温度分布の計測手法は特に限定されず、例えば赤外線サーモグラフィを用いることもできるし、配管４の外表面４ｂに対して周方向の異なる２つ以上の位置に配置された２つ以上の温度計を用いることもできる。

次いで、ステップＳ２において計測した温度分布に基づいて、配管４におけるスラッジ７の堆積箇所を特定する（ステップＳ３）。ここで、ステップＳ３に関して、配管４の外表面４ｂの周方向における温度分布から配管４内のスラッジ７の堆積箇所を検知する原理について説明する。上述したように、スラッジ７は、化洗液によって搬送されるスケール６が沈殿して配管４の内面４ａ上に堆積することによって生じる。そうすると、限定はしないが、配管４のうち水平方向に延びる部分でスラッジ７が生じやすい。図３に示されるように、配管４のうち水平方向に延びる部分の内部においてスラッジ７は典型的には、内面４ａの周方向において最も鉛直方向下側の位置Ａで堆積量が最も多くなるとともに位置Ａから内面４ａの両周方向に沿って徐々に堆積量が少なくなるように堆積する。

内面４ａ上にスラッジ７が堆積している箇所を化洗液８が流れると、内面４ａの周方向の位置のうちスラッジ７が堆積していない位置では、その全面が化洗液８と直接接するのに対し、スラッジ７が堆積している位置では、化洗液と内面４ａとの間にスラッジ７が介在する。化洗液８の温度が配管４及びスラッジ７よりも高ければ、化洗液８から配管４及びスラッジ７へ熱が移動する。スラッジ７が堆積していない位置では、化洗液８から均等に内面４ａに熱が移動するので、この位置に対応する外表面４ｂの温度はほぼ均一になる。一方、スラッジ７が堆積している位置では、化洗液８からスラッジ７を経由して内面４ａに熱が移動する。そうすると、スラッジ７が堆積していない位置に比べて、スラッジ７が堆積している位置では、化洗液８から内面４ａへの熱の移動が遅くなるので、配管４内に化洗液８を流してから十分な時間が経たない間は、前者の位置に対応する外表面４ｂの温度が、後者の位置に対応する外表面４ｂの温度よりも低くなる。

また、スラッジ７が堆積している位置においても、内面４ａに対して垂直な方向におけるスラッジ７の堆積高さが内面４ａの周方向に沿って異なるので、化洗液８から内面４ａへの熱の移動速度が内面４ａの周方向に沿って異なる。具体的には、位置Ａにおいてスラッジ７の堆積高さが最も大きく、位置Ａから内面４ａの周方向に沿ってスラッジ７の堆積高さが減少していく。

そうすると、位置Ａに対応する外表面４ｂ上の位置Ａ’における温度Ｔ_Ａ’が最も低くなる。内面４ａ上に堆積するスラッジ７の上表面７ａと内面４ａとの交点における内面４ａ上の位置をＢとして位置Ｂに対応する外表面４ｂ上の位置をＢ’とすると、外表面４ｂの周方向に沿って位置Ａ’から位置Ｂ’に向かって外表面４ｂの温度が徐々に上昇していく。最も鉛直方向上側に位置する内面４ａ上の位置Ｃに対応する外表面４ｂ上の位置をＣ’とすると、外表面４ｂの周方向に沿って位置Ｂ’から位置Ｃ’までの範囲では、外表面４ｂの温度がほぼ一定の温度（Ｔ_Ｃ’）となる。すなわち、配管４内においてスラッジ７が堆積している箇所では、外表面４ｂの周方向の温度分布がこのような傾向を有するようになる。このような温度分布の模式的なグラフを、図３において管４の右側に管４に並列させて描いている。

このような外表面４ｂの周方向における温度分布は、赤外線サーモグラフィを用いて計測した場合には、外表面４ｂの各位置における温度に対応した色で着色された外表面４ｂの映像として得られる。この場合には、赤外線サーモグラフィを用いて計測した外表面４ｂの周方向における温度分布中の最大温度と最小温度との差を温度分布としてもよい。また、外表面４ｂに対して周方向の異なる２つ以上の位置に配置された２つ以上の温度計を用いて温度分布を計測した場合には、各温度計による各検出値の組み合わせとして得られる。この場合には、外表面４ｂ上の位置Ａ’及び位置Ｃ’のそれぞれに配置された温度計による検出値の差（ΔＴ＝Ｔ_Ｃ’－Ｔ_Ａ’）を温度分布としてもよい。また、計測箇所における配管４が水平方向に延びる部分でない場合には、外表面４ｂの周方向に設けた３つ以上の温度計による検出値のうち、最大値と最小値との差を温度分布としてもよい。

ステップＳ３では、配管４の外表面４ｂにこのような温度分布が認められた箇所が、スラッジ７が堆積する箇所であると特定される。例えば、位置Ａ’における外表面４ｂの温度及び位置Ｃ’における外表面４ｂの温度差ΔＴについての閾値を予め設定しておき、位置Ａ’及びＣ’のそれぞれにおける外表面４ｂの温度を計測し、これらの計測値の差を算出して、この算出値が閾値以上となる箇所を、スラッジ７が堆積する箇所であると特定することができる。

このように、配管４の外表面４ｂの周方向における温度分布に基づいてスラッジ７の堆積箇所が検知されるので、配管４を開放することなくスラッジ７の堆積箇所を検知することができる。

図４に、配管４の内面４ａ上にスラッジ７が堆積する箇所を検知する方法を行うための装置１０の構成を模式的に示す。装置１０は例えば、配管４を含むボイラプラント１に接続されたコンピュータである。装置１０は、配管４の外表面４ｂの周方向における温度分布を計測するための赤外線サーモグラフィのような温度分布計測装置１１に電気的に接続されて温度分布を取得する温度分布取得部１２と、取得された温度分布に基づいてスラッジ７の堆積箇所を検知する堆積箇所検知部１３とを備えている。尚、温度分布計測装置１１と装置１０とは、ネットワークを介して接続されてもよい。堆積箇所検知部１３は、温度分布とスラッジ７の堆積量等との対応関係が記憶されたデータベースを参照して、スラッジ７の堆積箇所を検知してもよい。データベースに蓄積される対応関係については後述する。装置１０はさらに、温度分布取得部１２に温度分布を取得させる手順と、堆積箇所検知部１３に温度分布に基づいてスラッジ７の堆積箇所を検知させる手順とを行わせるためのプログラム（スラッジ７の堆積箇所検知プログラム）を記憶した記憶部１４も備えている。記憶部１４は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る方法について説明する。実施形態２に係る方法は、実施形態１に対して、スラッジの堆積箇所だけでなく、スラッジの堆積量分布も検知できるようにしたものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図５のフローチャートに示されるように、本開示の実施形態２に係る方法では、ステップＳ１の前に、すなわち、化学洗浄工事を行う前に、化洗液８（図３参照）の流速及び温度とスラッジ７（図３参照）の堆積量とに対する配管４の外表面４ｂ（図３参照）の温度分布の第１データベースを取得する（ステップＳ１０）。配管４の外表面４ｂの温度分布は、配管４内を流れる化洗液８の温度及び流速に依存する。このため、ステップＳ１０では、化洗液８の流速及び温度とスラッジ７の堆積量とをパラメータとした解析及びモックアップ試験を行うことにより、第１データベースを作成する。つまり、第１データベースには、化洗液８の流速及び温度と、スラッジ７の堆積量と、配管４の外表面４ｂの温度分布との対応関係である第１の対応関係が記憶されている。第１データベースには、例えば装置１０の記憶部１４に蓄積されている（図４参照）。

図６は、このような第１データベースに記憶されている第１の対応関係の一例を模式的に示す図である。第１データベースは、化洗液８の様々な温度Ｔに対して、位置Ａ’（図３参照）における外表面４ｂの温度（Ｔ_Ａ’）及び位置Ｃ’（図３参照）における外表面４ｂの温度（Ｔ_Ｃ’）の差（温度差ΔＴ）を縦軸とするとともにスラッジ７の堆積高さＨを横軸とする座標系において、配管４内を流れる化洗液８の流速（図６には、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の３つの流速を例示している）ごとに、温度差ΔＴとスラッジ７の堆積高さＨとの関係を示す直線（又は曲線）が描かれた複数の第１の対応関係の組み合わせである。第１データベースは、このような第１の対応関係の組み合わせを化洗液８の様々な種類に応じて有していてもよい。

図５に示されるように、本開示の実施形態２に係る方法では、ステップＳ１０の後に、実施形態１と同じようにステップＳ１～Ｓ３が行われる。ただし、実施形態２では、ステップＳ１において化洗液８の流速及び温度を計測する。また、ステップＳ３では、温度差ΔＴとその閾値との大小関係からスラッジ７が堆積しているか否かを特定するだけではなく、第１の対応関係に基づいて、スラッジ７の堆積箇所におけるスラッジ７の堆積高さＨを特定する。

例えば、ステップＳ１で計測された化洗液８の温度Ｔ（必要であれば、使用する化洗液８の種類）に応じて、第１データベースから、図６に示されるような第１の対応関係が１つ特定される。ステップＳ２で得られた温度差ΔＴがΔＴ１であり、ステップＳ１で計測された化洗液８の流速がＶ２であったとすると、図６に示されるように、スラッジ７の高さＨはＨ１であると特定できる。様々な堆積箇所で堆積高さＨを特定することで、配管４内に堆積するスラッジ７の堆積量分布を得ることができる。

このように、実施形態２では、スラッジ７の堆積箇所だけでなく、化洗液８の流速及び温度に応じて、配管４内におけるスラッジ７の堆積量分布を検知することができる。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る方法について説明する。実施形態３に係る方法は、実施形態１に対して、スラッジの堆積箇所だけでなく、スラッジの堆積量分布も検知できるようにしたものである。以下では、実施形態１の構成に対して、スラッジの堆積量分布も検知できるようにした構成で実施形態３を説明するが、実施形態２の構成に対して、実施形態３の構成を適用することもできる。尚、実施形態３において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７のフローチャートに示されるように、本開示の実施形態３に係る方法では、ステップＳ１の前に、すなわち、化学洗浄工事を行う前に、スラッジ７（図３参照）の性状及び堆積量に対する配管４の外表面４ｂ（図３参照）の温度分布の第２データベースを取得する（ステップＳ２０）。スケール６すなわちスラッジ７の主成分は酸化鉄であるが、酸化鉄はヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）又はマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）を主成分とし、任意の割合で両者の成分を含む場合もある。配管４の外表面４ｂの温度分布は、スラッジ７の性状、主に組成に依存する。このため、ステップＳ２０では、スラッジ７の組成及び堆積量をパラメータとした解析及びモックアップ試験を行うことにより、第２データベースを作成する。つまり、第２データベースには、スラッジ７の性状及び堆積量に対する配管４の外表面４ｂの温度分布の対応関係である第２の対応関係が記憶されている。第２データベースは、例えば装置１０の記憶部１４に蓄積されている（図４参照）。

図８は、このような第２データベースに記憶されている第２の対応関係の一例を模式的に示す図である。第２の対応関係は、位置Ａ’（図３参照）における外表面４ｂの温度（Ｔ_Ａ’）及び位置Ｃ’（図３参照）における外表面４ｂの温度（Ｔ_Ｃ’）の差（温度差ΔＴ）を縦軸とするとともにスラッジ７の堆積高さＨを横軸とする座標系において、スラッジ７の性状（図８には、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の３つの性状を例示している）ごとに、温度差ΔＴとスラッジ７の堆積高さＨとの関係を示す直線（又は曲線）が描かれたものである。尚、スラッジ７の性状とは、例えば、ヘマタイト及びマグネタイトの割合である組成とすることができる。

図７には、ステップＳ２０の後にステップＳ２１を行うように示されているが、ステップＳ１の前、すなわち、化学洗浄工事を行う前であれば、両者の順序はいずれが先であってもよい。ステップＳ２１では、配管４の内面４ａ（図３参照）上に堆積するスラッジ７の性状を特定する。例えば、一般的に化学洗浄工事を行う前に、ボイラチューブ５（図１参照）を何本かサンプリングして、ボイラチューブ５の内面に付着したスケール６の状態を確認することが行われる。この際に、スケール６を採取して、その性状を分析することで、スラッジ７の性状を特定することができる。

代替的に、ステップＳ２１では、配管４を含むボイラプラント１（図１参照）の運転履歴、例えば、ボイラチューブ５を流れる水の温度、流速、時間等から、スラッジ７の性状を推定するようにしてもよい。この場合、ステップＳ２１では、ボイラプラント１の過去の運転履歴を取得するとともに、その運転履歴に対応する運転後に行われた化学洗浄工事の際に採取したスラッジ７の性状を分析することで、ボイラプラント１の運転履歴とスラッジ７の性状との第３データベースを予め取得しておく（ステップＳ２２）。つまり、第３データベースには、ボイラプラント１の運転履歴とスラッジ７の性状との対応関係である第３の対応関係が記憶されている。第３データベースは、例えば装置１０の記憶部１４に蓄積されている（図４参照）。ここで、第３の対応関係は例えば、ボイラプラント１の運転履歴の様々なデータに対してスラッジ７の性状が対応するマトリックスのようなマップとすることができる。第３データベースを取得した上で、化学洗浄工事を行う前までのボイラプラント１の運転履歴を取得する（ステップＳ２３）。次いで、第３データベースに記憶されている第３の対応関係に基づいて、取得したボイラプラント１の運転履歴から、スラッジ７の性状が特定される（ステップＳ２４）。

本開示の実施形態３に係る方法では、ステップＳ２１の後に、実施形態１と同じようにステップＳ１～Ｓ３が行われる。ただし、ステップＳ３では、温度差ΔＴとその閾値との大小関係からスラッジ７が堆積しているか否かを特定するだけではなく、第２の対応関係に基づいて、スラッジ７の堆積箇所におけるスラッジ７の堆積高さＨを特定する。例えば、ステップＳ２で得られた温度差ΔＴがΔＴ２であり、ステップＳ２１で特定されたスラッジ７の性状が性状Ｘ２であったとすると、スラッジ７の高さＨはＨ２であると特定できる。様々な堆積箇所で堆積高さＨを特定することで、配管４内に堆積するスラッジ７の堆積量分布を得ることができる。

このように、実施形態３では、スラッジ７の堆積箇所だけでなく、スラッジ７の性状に応じて、配管４内におけるスラッジ７の堆積量分布を検知することができる。

（実施形態４）
次に、実施形態４に係る方法について説明する。実施形態４に係る方法は、実施形態１に対して、スラッジの堆積箇所だけでなく、スラッジの堆積量分布も検知できるようにしたものである。以下では、実施形態１の構成に対して、スラッジの堆積量分布も検知できるようにした構成で実施形態４を説明するが、実施形態２又は３の構成に対して、実施形態４の構成を適用することもできる。尚、実施形態４において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図９のフローチャートに示されるように、本開示の実施形態４に係る方法では、ステップＳ１の前に、すなわち、化学洗浄工事を行う前に、配管４（図３参照）の特徴及びスラッジ７（図３参照）の堆積量に対する配管４の外表面４ｂ（図３参照）の温度分布の第４データベースを取得する（ステップＳ３０）。ここで、配管４の特徴には、配管４の管径、肉厚、材質（熱伝導率に相当する）、形状（直管、エルボ等）、枝管の有無等が含まれる。配管４の外表面４ｂの温度分布は、このような配管４の特徴に依存する。このため、ステップＳ３０では、このような配管４の特徴をパラメータとした解析及びモックアップ試験を行うことにより、第４データベースを作成する。つまり、第４データベースには、配管４の特徴及びスラッジ７の堆積量に対する配管４の外表面４ｂの温度分布との対応関係である第４の対応関係が記憶されている。第４データベースは、例えば装置１０の記憶部１４に蓄積されている（図４参照）。

図１０は、このような第４データベースに記憶されている第４の対応関係の一例を模式的に示す図である。第４の対応関係は、位置Ａ’（図３参照）における外表面４ｂの温度（Ｔ_Ａ’）及び位置Ｃ’（図３参照）における外表面４ｂの温度（Ｔ_Ｃ’）の差（温度差ΔＴ）を縦軸とするとともにスラッジ７の堆積高さＨを横軸とする座標系において、配管４の特徴（図１０には、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３の３つの特徴を例示している）ごとに、温度差ΔＴとスラッジ７の堆積高さＨとの関係を示す直線（又は曲線）が描かれたものである。ここで、配管４の特徴として、例えば肉厚のみに着目した場合には、特徴Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は異なる肉厚の数値となり、例えば配管４の形状のみに着目した場合には、Ｙ１＝１（直管を意味する）、Ｙ２＝２（エルボを意味する）、Ｙ３＝３（広がり管を意味する）のようにすることができる。また、配管４の特徴を、複数の形状についての組み合わせ、例えば、管径と肉厚と枝管の有無との組み合わせとする場合には、特徴Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は、このような組み合わせを特定するための数値等を割り当てることができる。

図９に示されるように、本開示の実施形態４に係る方法では、ステップＳ３０の後に、実施形態１と同じようにステップＳ１～Ｓ３が行われる。ただし、ステップＳ３では、温度差ΔＴとその閾値との大小関係からスラッジ７が堆積しているか否かを特定するだけではなく、第４の対応関係に基づいて、スラッジ７の堆積箇所におけるスラッジ７の堆積高さＨを特定する。例えば、図１０に示されるように、ステップＳ２で得られた温度差ΔＴがΔＴ３であり、配管４の特徴が特徴Ｙ２であったとすると、スラッジ７の高さＨはＨ３であると特定できる。様々な堆積箇所で堆積高さＨを特定することで、配管４内に堆積するスラッジ７の堆積量分布を得ることができる。

このように、実施形態４では、スラッジ７の堆積箇所だけでなく、配管４の特徴に応じて、配管４内におけるスラッジ７の堆積量分布を検知することができる。

実施形態２～４はそれぞれ、化洗液８、スラッジ７、配管４のいずれか１つに着目してスラッジ７の堆積量分布を検知しているが、化洗液８、スラッジ７、配管４のうちの少なくとも２つに着目してスラッジ７の堆積量分布を検知してもよい。以下では、化洗液８、スラッジ７、配管４の全てに着目して、すなわち実施形態２～４を組み合わせた形態でスラッジ７の堆積量分布を検知する動作を説明する。

図１１に示されるように、化学洗浄工事の実施前に予め入手しておくパラメータと、化学洗浄工事の実施中に計測するパラメータとが存在する。これらの入手については、雰囲気温度Ｔ_ａｉｒ以外は実施形態２～４において具体的に説明済みであるが、配管４の周囲の雰囲気温度Ｔ_ａｉｒの計測方法は特に説明を要しないであろう。これらのパラメータを用い、以下のようにして、スラッジ７の堆積高さＨを予測することが可能である。

配管４を流れる化洗液８から配管４の外表面４ｂへの放熱の熱流束ｑ_１［Ｗ／ｍ^２］は、以下の式（１）のように表せる。
ｑ_１＝［１／（ｈ_ｆ×２ｒ_１）＋ｌｎ（ｒ_２／ｒ_１）／λ_ｓ＋ｌｎ（ｒ_３／ｒ_２）／λ_ｍ］^－１×［１／（２ｒ_３）］×（Ｔ－Ｔ_Ａ’）・・・（１）
ここで、ｒ_１は配管４の流路中心Ｏからスラッジ７の上表面７ａまでの距離であり、ｒ_２は配管４の内径であり、ｒ_３は配管４の外径であり、ｈ_ｆは化洗液８の熱伝達率であり、λ_ｓはスラッジ７の熱伝導率であり、λ_ｍは配管４の管材の熱伝導率である。

配管４の外表面４ｂから配管４の周囲の雰囲気への放熱の熱流束ｑ_２［Ｗ／ｍ^２］は、式（２）のように表せる。
ｑ_２＝ｈ_ａｉｒ×（Ｔ_Ａ’－Ｔ_ａｉｒ）・・・（２）
ここで、ｈ_ａｉｒは、配管４の周囲の雰囲気の熱伝達率である。

上記の式（１）及び（２）からｑ_１＝ｑ_２とすることによりｒ_１を求めれば、ｒ_２－ｒ_１、すなわち、配管４の内面４ａ上の位置Ａにおけるスラッジ７の堆積高さＨが得られる。尚、ｈ_ａｉｒは、配管４の周囲の雰囲気の条件（物性値、流速等）を考慮して算出する。熱伝達率ｈ_ｆは、化洗液８の物性値及びスラッジ７の堆積高さＨを考慮した流速から算出する。例えば、スラッジ７の堆積高さＨを仮定して熱伝達率ｈ_ｆを求め、ヒートバランスから求めた堆積高さＨと等しくなるまで収束計算を行う。

尚、上述した実施形態では、第１～第４データベースが、装置１０の記憶部１４に配備される例について説明したが、第１～第４データベースの配備箇所がこれに限定されないことは勿論である。例えば、第１～第４データベースは、ネットワーク上のサーバに配備されてもよい。この場合、装置１０の堆積箇所検知部１３は、サーバ上に配備された第１～第４のデータベースから、上述した対応関係を取得する。

１ ボイラプラント
４ 配管
４ａ （配管の）内面
４ｂ （配管の）外表面
５ ボイラチューブ
５ａ （ボイラチューブの）内面
６ スケール
７ スラッジ
８ 化洗液（洗浄液）
１０ 装置
１２ 温度分布取得部
１３ 堆積箇所検知部

Claims (7)

1. 配管の内面から除去されたスケールが前記配管の前記内面上に堆積することによって生じたスラッジの堆積箇所を検知する方法であって、
   前記配管の前記内面に付着した前記スケールを前記内面から剥離可能な洗浄液を前記配管内に流すステップと、
   前記配管内を前記洗浄液が流れている間に、前記配管の外表面の周方向における２つの位置の温度差を計測するステップと
   を含み、
   前記配管内を流れる前記洗浄液の温度は、前記配管の温度及び前記スラッジの温度よりも高く、
   前記スラッジの堆積箇所は、計測された前記温度差に基づいて検知される、スラッジの堆積箇所を検知する方法。
2. 前記配管内に流すステップの前に予め、前記洗浄液の流速及び温度と、前記スラッジの堆積量と、前記温度差との対応関係である第１の対応関係が記憶されたデータベースから、前記第１の対応関係を取得するステップをさらに含み、
   前記第１の対応関係と、計測された前記温度差及び計測された前記洗浄液の流速及び温度とに基づいて、前記配管内における前記スラッジの堆積量分布が検知される、請求項１に記載のスラッジの堆積箇所を検知する方法。
3. 前記配管内に流すステップの前に予め、
   前記スラッジの性状及び堆積量に対する前記温度差との対応関係である第２の対応関係が記憶されたデータベースから、前記第２の対応関係を取得するステップと、
   前記配管の前記内面上に堆積するスラッジの性状を特定するステップと
   をさらに含み、
   前記第２の対応関係と、計測された前記温度差及び特定された前記スラッジの性状とに基づいて、前記配管内における前記スラッジの堆積量分布が検知される、請求項１または２に記載のスラッジの堆積箇所を検知する方法。
4. 前記配管内に流すステップの前に予め、前記配管を含むプラントの運転履歴と前記スラッジの性状との対応関係である第３の対応関係が記憶されたデータベースから、前記第３の対応関係を取得するステップと
   をさらに含み、
   前記第３の対応関係に基づいて、前記スラッジの性状を特定するステップをさらに含む、請求項３に記載のスラッジの堆積箇所を検知する方法。
5. 前記配管内に流すステップの前に予め、前記配管の特徴及び前記スラッジの堆積量に対する前記温度差との対応関係である第４の対応関係が記憶されたデータベースから、前記第４の対応関係を取得するステップをさらに含み、
   前記第４の対応関係と、計測された前記温度差と、前記配管の特徴とに基づいて、前記配管内における前記スラッジの堆積量分布が検知される、請求項１～４のいずれか一項に記載のスラッジの堆積箇所を検知する方法。
6. 配管の内面から除去されたスケールが前記配管の前記内面上に堆積することによって生じたスラッジの堆積箇所を検知する装置であって、
   前記配管の前記内面に付着した前記スケールを前記内面から剥離可能な洗浄液が前記配管内を流れている間に、前記配管の外表面の周方向における２つの位置の温度差を取得する温度分布取得部と、
   取得された前記温度差に基づいて、前記スラッジの堆積箇所を検知する堆積箇所検知部と
   を備え、
   前記配管内を流れる前記洗浄液の温度は、前記配管の温度及び前記スラッジの温度よりも高い装置。
7. 配管の内面から除去されたスケールが前記配管の前記内面上に堆積することによって生じたスラッジの堆積箇所を検知するようにコンピュータに、
   前記配管の前記内面に付着した前記スケールを前記内面から剥離可能な洗浄液が前記配管内を流れている間に、前記配管の外表面の周方向における２つの位置の温度差を取得する手順と、
   取得された前記温度差に基づいて、前記スラッジの堆積箇所を検知する手順と
   を実行させるためのスラッジの堆積箇所検知プログラムであって、
   前記配管内を流れる前記洗浄液の温度は、前記配管の温度及び前記スラッジの温度よりも高い、スラッジの堆積箇所検知プログラム。

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