JPH03279833A - チューブリーク検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、蒸気タービンプラントや化学プラント等で使
用される給水加熱器、熱交換器、あるいは湿分分離加熱
器等における加熱管に漏洩（チューブリーク）が発生し
た際、これを確実に検出するチューブリーク検知装置に
関する。

（従来の技術） 火力発電所や原子力発電所などの蒸気タービンプラント
では、主機である蒸気タービンや発電機の他に、補機と
総称される多数の機器が設置されている。その中には、
蒸気タービンからの抽気を用いてボイラへの給水を加熱
し、熱効率を向上させる目的で設けられている給水加熱
器、高圧タービンから排出されたサイクル蒸気中に含ま
れる湿分を除去し、再熱して過熱蒸気とし、低圧タービ
ンに供給する目的で設置されている湿分分離加熱器、あ
るいは配管の内外を流れる一次側流体と二次側流体との
間で熱交換を行わせる目的で設置される各種の熱交換器
がある。これらの補機はいずれも胴内に多数本の加熱管
を収納している。

例えば、給水加熱器内に収容された加熱管にチューブリ
ークが発生すると、加熱管内部の給水が噴出する。この
噴流は開口部を広げようとするばかりでなく、他の加熱
管へも被害を及ぼすことになる。従って、チューブリー
クが発生した場合には、これを早く発見し、迅速に処置
することが重要である。これは湿分分離加熱器や他の熱
交換器においても同様である。

加熱管のチューブリークの原因としては、例えば、給水
加熱器内で凝縮した水滴と、流入する抽気蒸気あるいは
給水加熱器前段からのドレンによって発生するエロージ
ョン、水室から加熱管流入部のインレットアタックによ
るエロージョン等が考えられる。これらのチューブリー
クは経年的に発生する場合が多く、製作時または定検時
の気密試験や耐圧試験では発見が難しく、予防できない
場合が多い。

また、チューブリークはプラント運転中に発生して進展
するが、このチューブリークを胴外部から視認すること
はできない。

ところで、チューブリークが発生した場合、リーク部か
ら高周波の音波が発生することが一般的に知られている
。しかしながら、この音を現場のパトロール員が聴きと
ることは、音源は胴内部であること、プラント運転中は
周囲の暗騒音が大きいこと、さらに超音波領域の成分が
多く、大気中ではすぐに減衰するため耳では聴きとり難
いこと等から、ベテランであっても難しい。

そこで、第８図に示すように、音響センサによるチュー
ブリーク検知装置が考えられている。

第８図は蒸気タービンプラントの立形高圧給水加熱器へ
の適用例を示している。まず、立形高圧給水加熱器の構
成を説明すると、円筒状の胴体１の下部には水室２が形
成されており、胴体１の下端を閉塞する管板３により胴
体１と隔離されている。

この水室２内は、仕切壁４により二基２ａ＼２ｂに分離
されている。一方の室２ａは水室壁に設けられた給水人
口５からの給水を導入する室で、他方の室２ｂは水室壁
に設けられた給水出口６から高温蒸気、ドレンと熱交換
された給水を排出するための室である。

胴体１内には、Ｕ字状管である加熱管７が多数本、各解
放端を管板３に挿通して、胴体１の軸方向に並設されて
いる。各加熱管７の解放端の一方側は水室２内の給水導
入側室２ａ内へ、また他方端は水室２内の給水排出側室
２ｂ内へ連絡されており、給水人口５から導入された給
水は、水室２の給水導入側室２ａに流れ込み、管板３に
より支持された加熱管７を通って、水室２の給水排出側
室２ｂに流れ、給水出口６から排出されるように構成さ
れている。

胴体１内には、胴体１を軸方向に仕切り、加熱管７を支
持するとともに、蒸気と給水を効率良く熱交換させるた
めの仕切板８が多数配設されており、胴体ｌの周壁に設
けられた蒸気人口９から導入された高温蒸気および同じ
く胴体１の周壁に設けられた前段からのドレン入口ｌＯ
がら導入されたドレン（フラッシュして蒸気となる）は
、各仕切板８間で仕切られた胴体１内を流通しながら加
熱管７内を流通する給水を加熱する。

胴体１下部の周壁にはドレン出口１１が設けられ、次の
段の給水加熱器へ排出される。ドレン入口１０およびド
レン出口１１には、各々のドレン流量をコントロールし
、給水加熱器内のドレン水位を！１節するドレンレベル
３１ｆｆｉ弁１２および１３が設けられている。また例
えば、胴体１上部にはベント管と弁１４、管板にはシェ
ルブロー管と弁１５等、多数の配管や弁が配設されてい
る。

次に、第８図におけるチューブリーク検知装置を説明す
る。この検知装置は胴１または管板３に取付けられた音
響センサ１６と、このセンサ１６からの信号中、特定の
周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰ
Ｆ）１７と、これを増幅する増幅器１８と、リーク判定
機構１９とから構成されている。

音響センサ１６からの信号はバンドパスフィルタ〕７お
よび増幅器１８を介してリーク判定機構１９に導かれ、
しきい値Ｓと比較されてリークの有無を判定される。

このチューブリーク検知装置によれば、ベテラン運転員
の経験に頼らずに加熱管のリーク検知が可能であり、非
常に有効な方法といえる。

しかしながら、給水加熱器には例えば、ドレンレベル調
節弁１２．１３や、ベント管と弁１４、シェルブロー管
と弁１５等、多数の弁や配管が取付けられており、これ
らは起動や停止時、あるいは負荷変化時に操作される。

これらの弁や配管を流れる蒸気やドレンは大きな音源と
なり、音響センサ１６で捕えられて、大きなセンサ出力
変動をもたらす。この音は一般に背景音（ＢＧＮ）と呼
ばれるものであり、例えば第９図のように起動、停止に
伴って大きく変化する。

従って、微少リークを捕えようとする場合、これらの背
景音の変化を考慮しなければならない。

しかし、これらの背景音の変化は、前述したように様々
な要因（プラント状態、操作のタイミング等々）によっ
て変化するため、関係する全ての諸操作の信号を導入し
て判定することは非常に繁雑となり、現実的ではない。

また、一般にベント弁やブロー弁は手動操作であり、こ
れらの信号を組込むことは技術的にもコスト的にも難し
い。

（発明が解決しようとする課題） このように、プラント運転中に発生するチューブリーク
を早期に発見して対処することは、プラントの安定運用
上、非常に有意義であるが、従来のチューブリーク検出
方法では背景音の影響が大きく、精度の高い検知は望め
なかった。また、背景音の影響を除去し、精度の高い検
知を行なおうとすると非常に大きな繁雑な装置となり、
実用性に乏しい。これは湿分分離加熱器や他の熱交換器
においても同様である。

本発明は上述した従来の問題点を解決するためになされ
たもので、プラント運転時におけるチューブリークを簡
便な方法で、しかも確実に検知でき、必要に応じては、
そのリーク位置を同定できるチューブリーク検知装置を
提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明のチューブリーク検知装置は、胴内に配設された
加熱管のリーク部から発生するリーク音を検出する音響
センサと、１つまたは複数個の予め設定されたしきい値
記憶機構と、前記しきい値をプラントの状態に応じて選
択し、この選択されたしきい値と前記音響センサからの
音響信号レベルとを比較してリーク発生の有無を判定す
るリーク判定機構を備えたことを特徴とする。

（作用） 本発明は、チューブリークが発生した場合、リーク部か
ら流体が流入する際に、その乱流エネルギー、衝撃波、
蒸発等により振動が発生することに看目し、給水加熱器
の外壁に音響センサを設置し、この音響センサにより給
水加熱器内のチューブリーク部から流出する流体により
発生する音響を計測し、検出した音響信号レベルと、予
め設定されたプラント出力相当信号値の大小により選択
されたしきい値とを比較することによりリーク判定を行
う。

また、給水加熱器に接続されている弁等、各機器の操作
が一定の条件となったとき、手動または自動で作動する
スイッチ機構により、放出した音響信号レベルと予め設
定されたしきい値とを比較することによりリーク判定を
行う。

（実施例） 次に、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。な
お、第１図等において、第８図におけると同一部分には
同一符号を付し、同一部分の説明は必要な場合を除き、
省略する。

第１図は本発明を蒸気タービンプラントの立形高圧給水
加熱器へ適用した例を示すもので、管板３の外周には音
響センサ１６が配設されている。

この音響センサ１６からの検出信号は高周波成分および
低周波成分をカットして、必要な周波数成分だけを通す
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７を経て、増幅器１８
へ送られる（この場合、バンドパスフィルタ１７と増幅
器１８は順序が逆でもよい）。

増幅器１８で増幅された検出信号はリーク判定機構１９
へ入力される。このリーク判定機構１９には、しきい値
切替機構２０を介してしきい値記憶装置２１が接続され
ている。

しきい値記憶装置２１には、予め設定されたしきい値が
記憶されている。第１図の例の場合、プラント出力が１
００〜６７％の場合に適用されるしきい値Ｓｌと、６６
〜３３％の場合に適用されるしきい値Ｓ２と、低負荷お
よび停止／起動時に適用され、リークと判定しないよう
に非常に大きな数値としたしきい値Ｓ３とが記憶されて
おり、プラント出力相当信号により、しきい値切替機構
２０によってしきい値５１〜Ｓ３のいずれかが選択され
、リーク判定機構１９へ送られる。

リーク判定機構１９では、増幅器１８からの信号と、し
きい値切替機構２０からのしきい値Ｓｌ〜Ｓ３とを比較
し、前者が大きければ「リーク有り」、小さければ「リ
ーク無し」と判定し、判定結果を出力する。

次に、上述のような構成のチューブリーク検知装置のリ
ーク検出動作について、より詳細に説明する。

加熱管７にリークが発生していない場合、音響センサ１
６が検出する音には、高温蒸気人口９から流入する蒸気
の音、ドレン入口１０から流入するドレンの流入音、ド
レンレベル調節弁１２の絞り音、ドレン出口から流出す
るドレンの音、ドレンレベル調節弁１３の絞り音、給水
人口５および給水出口６の′給水の流動音、接続されて
いる配管から伝搬してくるＢＦＰ等の音、ベント管と弁
１４やシェルブロー管と弁１５の音などが含まれている
。

従って、音響センサ１６が検出する音は、第９図に示す
ように、起動・停止時に大きく変化し、ある程度の負荷
以上の時には、はぼ一定の値となる。

よって、音響センサ１６からの信号がバンドパスフィル
タ１７と増幅器１８を通ってリーク判定機構１９へ達し
た時、例えば定格負荷であれば、しきい値切替機構２０
によりしきい値Ｓｌが選択されており、増幅器１８から
の信号はしきい値Ｓ１より小さく、「リーク無し」と判
定する。

一方、加熱管７にリークが発生している場合、音響セン
サ１６は第９図に示す信号レベルを超える音を検出する
ことになる。従って、バンドパスフィルタ１７、増幅器
１８を通ってリーク判定機構１９へ入力される信号は、
例えば定格負荷のとき、しきい値Ｓｌより大きな値とな
り、リーク判定機構１９は「リーク有り」と判定する。

起動や停止操作時には、第９図に示すように、リークし
ていない時も大きな信号となり得る。しかしながら、プ
ラント出力信号は０％またはそれに近く、しきい値切替
機構２０は非常に大きなしきい値Ｓ３を選択している。

従って、誤って「リーク有り」と判定することはない。

第２図は、本発明を、複数の給水加熱器２２ａ〜２２ｄ
に適用した場合を示したものであり、複数の音響センサ
１６ａ〜１６ｄからの信号と、プラント出力相当信号２
４が検知装置２３に入力される。

この検知装置２３は、第１図のバンドパスフィルタ１７
、増幅器１８、リーク判定機構１９、しきい値切替機構
２０、およびしきい値記憶機構２１の機能を有しており
、オンラインで各音響センサ１６ａ〜１６ｄからの信号
を入力し、チューブリークの有無を判定する。

このように、本実施例では、プラント出力が一定レベル
以上（第１図の場合は３３％以上）の場合、給水加熱器
のチューブリークを精度よく検知できる。また、背景音
が大きく変化する起動・停止時にはリーク判定を行わな
いので、誤動作が防げる。

第３図は、本発明の第２の実施例を示す構成図であり、
破線Ａで示される部分は、第１図の符号１〜１５で示さ
れる立形高圧給水加熱器と同じである。

この実施例においても、第１図の実施例と同様に、音響
センサ１６からの信号は、バンドパスフィルタ１７、増
幅器１８を経て、リーク判定機構１９へ至るが、リーク
判定機構１９への信号は一定条件成立スイッチ２５が作
動（閉路）していなければ、リーク判定機構１９へは入
力されず、リーク判定は行われない。

一定条件成立スイッチ２５が作動している時には、予め
設定されたしきい値Ｓと比較され、リーク判定が行われ
る。

一定条件成立スイッチ２５は、給水加熱器周辺の機器や
弁の状態が予め定められた状態になったときに作動する
もので、手動操作でも良いし、圧力、温度、プラント出
力、リミットスイッチ等の信号に基づいて自動的に作動
させてもよい。

一定条件成立スイッチ２５が開路する一定条件としては
、例えば安定した定格出力の時、給水加熱器の前後の止
め弁を閉じ、かつ蒸気の流れがない時、あるいは背景音
が一定で、再現性があると判明しているような条件がよ
い。

この条件が満たされた時、一定条件成立スイッチ２５は
作動し、リーク判定機構１９も作動し、しきい値Ｓとの
比較により、リークの有無を判定する。

この実施例の場合、第２図で示したように複数のセンサ
をオンラインで監視するシステムとすることができるの
は無論であるが、可搬式とすることも可能である。

第４図は、この可搬式チューブリーク検知装置の外観の
例を示したもので、センサプローブ２７は手で持って給
水加熱器へ押し当てることにより音を検出するものであ
り、検知装置２８は第３図の１７〜１９と同一の機能を
有するものである。

なお、この場合、第３図における一定条件成立スイッチ
２５はセンサプローブ２７そのものとなり、センサプロ
ーブ２７を手動で給水加熱器へ押しつけた状態が、一定
条件成立スイッチ２５の作動状態（閉路）と同じである
。

この実施例によれば、より簡単な装置でチューブリーク
を精度よく検知することが可能となる。

第５図は、本発明の第３の実施例の構成図である。

音響センサ１６からの信号は複数個のパントノくスフィ
ルタ１７ａ、１７ｂ・・・に送られる。これらのバンド
パスフィルタは、それぞれ、第６図に示す周波数■〜■
、■〜■、・・・と、異なる通過帯域を設定されており
、各々■〜■の周波数成分、■〜■の周波数成分・・・
のみを通過させる。

各バンドパスフィルタ１７ａ、１７ｂ・・・の出力は増
幅器１８ａ、１８ｂ・・・によって増幅され、リーク判
定機構１９ａ、１９ｂ・・・に入力される。

一方、各周波数帯■〜■、■〜■、・・ごとに予め設定
されたしきい値記憶機構２１ａ、２１ｂ・・・の中のプ
ラント出力信号に応じたしきい値がしきい値切替機構２
０ａ、２０ｂ・・・により選択され、リーク判定機構１
９ａ、１９ｂ・・・に送られて、増幅器１８ａ、１８ｂ
、・−・からの信号と比較され、判定結果ａＳｂ、・・
・が出力される。

これらの判定結果ａ、ｂ、・・・は予め適切に設計され
たＡＮＤ１０Ｒ回路２９に入力され、総合的なリーク判
定が行われ、その結果が出力される。

この実施例によれば、周波数領域ごとに詳しく計測内定
することになり、検知精度が向上する。

なお、第５図では第１図の実施例の構成で説明したが、
第３図の実施例の構成でもよ０゜またアナログ回路を例
に説明したが、ＦＦＴ等を用（またデジタル処理でも同
様に実現することができる。

第７図は上述の各別の音響信号レベルを時系列データと
してプロットした例である。第７図中のθは音響信号レ
ベルの変化率（微分値）であり、θ０はそのしきい値で
ある・。

このようにリークの判定データとして、音響信号レベル
の変化率を用いることによって、音響センサの経年劣化
やプラント自体の経年変化への対応ができ、誤判定が少
なくなる。これは、当然ながら、上述の各実施例に適用
できる。また、上述のような音響信号レベルの値そのま
まを用いることと組合わせて用いれば非常に有効である
ことは自明であろう。

次に、チューブリークの発生を判定するとともに、リー
ク位置を同定する機能を備えた実施例につき説明する。

第１０図および第１１図は、横形の給水加熱器Ａに本発
明を適用した例を示すもので、第１０図は加熱管７の長
さ方向に対するリーク位置を同定するための実施例を示
し、第１１図は給水加熱器の胴体の軸方向に直角な断面
方向に対するリーク位置を同定するための実施例を示す
。

管板３の外周には音響センサ３０ａが取付けられ、また
、胴体１の水室２とは反対側の端部外周には音響センサ
３０ｂが取付けられている。

これらの音響センサ３０ａ、３０ｂからの検出信号は、
それぞれ高周波成分だけを通すバイパスフィルタ（ＨＰ
Ｆ）３１ｇ、３１ｂを通り、増幅器３２ａ、３２ｂで増
幅された後、リーク判定機構３３および相互相関解析機
構３４に入力され、この相互相関解析機構３４からの出
力はリーク位置同定機構３５に送られる。

また、水室２の外周には、水室２内にパルス状の圧力波
を発射するための圧力波発振器（以下、バルサという。

）３６が設けられている。このバルサは、リーク判定機
構３３からの信号によって駆動されるバルサ制御機構３
７によって制御される。

第１１図において、給水加熱器Ａの胴部１の外面には、
その横断面内の垂直方向に音響センサ４０ａ、４０ｂが
取付けられ、また水平方向に音響センサ４０ｃ、４０ｄ
が取付けられている。

これらの音響センサ４０ａ〜４０ｄは、それぞれバイパ
スフィルタ（ＨＰＦ）４１ａ〜４１ｄを通り、増幅器４
２ａ〜４２ｄで増幅された後、相互相関解析機構４３ａ
、４３ｂに入力される。

これらの相互相関解析機構４３ａ、４３ｂの出力はリー
ク位置同定機構４４に入力され、ここで測定した音響情
報と、加熱管位置情報記憶部４５に記憶されている加熱
管位置情報とを比較することにより、リーク管を同定す
る。

なお、増幅器４２ａ〜４２ｄからの音響出力は第１０図
に示したリーク判定機構３３にも送られて、リーク有無
の判定に用いられる。また、リーク位置同定機構４４は
リーク判定機構３３が「リーク有り」と判定した時に動
作する。

次に、上記構成のチューブリーク検知装置のリーク検出
動作について説明する。

まず、加熱管７の長さ方向に対するリーク位置を同定す
る場合の動作について説明する。

第１２図に示すように、予め音響出力の大小によりリー
ク発生を判定するためのしきい値Ｓを設定する。このし
きい値の設定方法としては、例えば過去のリーク発生時
における音響出力データから決めてもよいし、実験値か
ら求めてもよい。

加熱管７にリークの発生が無い場合には、音響センサ３
０ｇ、３０ｂは蒸気や給水の流れやポンプ等からの音に
よる暗騒音（ＢＧＮ）のみを計測する。従って、バイパ
スフィルタ３１ａ、３１ｂを通り、増幅器３２ａ、３２
ｂによって増幅された信号出力は小さい。この暗騒音に
よる音響出力が正常時となる。

この正常時の音響出力は、予め設定したしきい値Ｓより
も小さいため、リーク判定機構３３はリーク発生が無い
と判定する。この場合、相互相関解析機構３４、リーク
位置同定機構３５、バルサ３６、およびパルス制御機構
３７は動作しない。

次に、加熱管７にリークが発生した場合には、リーク部
の微少な隙間から、加熱管７内部の高圧水が流出し、数
十Ｋ）ｔｚから数百ＫＨ２の高周波音が発生するため、
バイパスフィルタ３１ａ、３１ｂを経て増幅器３２ａ、
３２ｂで増幅とれた音響出力も、リーク部からの高周波
音が加算されている分だけ正常値の音響出力よりも増大
し、予め定めたしきい値Ｓを越える。

リーク判定機構３３は入力した音響出力がしきい値を越
えた場合に「リーク有りＪと判定し、バルサ制御機構３
７にリーク発生信号を出力する。

リーク発生信号を入力したバルサ制御機構３７は、バル
サ３６を動作させ、水室２内に第１３図（ａ）で示すよ
うなパルス状の圧力波を発生させる。

この水室２に内に発生した圧力波は加熱管７を伝搬し、
第１３図（ｂ）に示すように、△ｔｌ　−Ｊ２１　／Ｃ
ま ただし、β１はバルサからリーク発生部Ｘまでの距離 Ｃ２は給水中の音速 後に、リーク発生部Ｘに到達する。

この圧力波がリーク部Ｘに加わることにより、瞬間的に
リーク量が増大し、リーク部Ｘで発生する音響出力も増
大する。この瞬間的に大きくなった音波は加熱管７を伝
搬し、音響センサ３０ａ１３０ｂに各々 △ｔａ−βａ　／　Ｃ１ △ｔｂ−βｂ／ＣＩ ただし、！ａおよびＪ２ｂはリーク発生部Ｘから音響セ
ンサ３０ａ、３０ｂま での距離 ｃｉは金属内の音速 後に到達する。

これをグラフ化したものが第１３図（Ｃ）および同図（
ｄ）である。

従って、相互相関解析機構３４で得られる相関関数は、
第１４図に示すようなピークを持ち、到達時間差τが次
式 ％式％ より求められる。

この到達時間差τは、リーク位置同定機構３５に送られ
る。

ここで、Ｊｌａ＋βｂは音響センサ３０ａと３０ｂとの
距離βＣであり、予め記憶されている。従って、 ｒ　＝　（Ｅ　ｂ　−ｆ２　ａ　）　／　ＣＩβａ＋、
ｇｂ−βＣ の２式から１２　ａ　％βｂを求めることができ、り一
り位置同定機構３５からは、加熱管７の長さ方向のリー
ク位置の同定結果が出力される。

次に、胴体１の軸方向に直角な断面におけるリーク位置
同定動作について説明する。

第１１図に示したように、胴体１中心部から十字方向の
胴体外周に設置された４ケ所の音響センサ４０ａ〜４０
ｄを用いて、バルサ１６からの圧力波により瞬間的に大
きくなった音響信号を検出する。

音響センサ４０ａ、４０ｂからの検出信号は、バイパス
フィルタ４１ａ、４１ｂを通り、増幅器４２ａ、４２ｂ
で増幅された後、相互相関解析機構４３ａに入力され、
到達時間差τａが算出される。

同様にして音響センサ４０ｃ、４０ｄからの検出信号は
、バイパスフィルタ４１ｃ、４１ｄを通り、増幅器４２
ｃ、４２ｄで増幅された後、相互相関解析機構４３ｂに
入力され、到達時間差τｂが算出される。

ここでは、前述したような位置の同定はできないが、例
えば、音響センサ４０ａ、４０ｂからの信号については
、 ｒａ＝　（Ａ’　　ａ−Ａ’　ｂ）／Ｃ１なる式が得ら
れ、この式から第１５図で示す双曲線αが得られる。

同様にして、音響センサ４０ｃ、４０ｄからの音響信号
に基づいて双曲線βが得られる。

これらの双曲線α、βの交点Ｏが、胴体１の軸方向に直
角な断面方向に対するリーク管７ａの位置となる。

リーク位置同定機構４４では、加熱管位置情報記憶部４
５に予め記憶されている加熱管位置データと、上記のよ
うにして求めたリーク管位置情報とを比較して、リーク
管７ａを同定する。

なお、本実施例のようなＵ字状の加熱管７のリーク位置
を求める場合、加熱管曲部を挾んで上部側、即ち下流側
でのリーク発生か、下部側、即ち上流側でのリーク発生
かの判定も必要となる。

この場合、加熱管７の総延長をＬとすると、第１３図（
ｂ）に示した時間遅れΔｔｌが、△ｔｌ　＜Ｌ／　（２
ｘＣ２） のときは、リーク発生部Ｘは加熱管曲部を挟んで上部側
であり、 Δｔｌ＞Ｌ／　（２ｘＣ２） のときは、リーク発生部Ｘは加熱管曲部を挟んで下流側
であると判定する。

音響センサ４０ａ〜４０ｄの取付は位置については種々
考えられる。例えば、給水加熱器のように高温環境下で
使用する場合には、第１６図に示すように、音響センサ
３０．４０を、導波棒４６を介して、胴体１の外周に固
定し、音響センサ３０．４０を冷却することが望ましい
。また、パルサ３６についても、同様な対処が望ましい
。

このように本実施例によれば、プラント運転中において
、給水加熱器のチューブリークを確実に自動検出するこ
とが可能となり、さらにリーク位置、およびリーク管の
同定も可能となる。

ところで、上述の実施例では、加熱管７の長さ方向のリ
ーク位置の同定に２個の音響センサ３゜ａ、３０ｂを用
い、リーク管同定に４個の音響センサ４０ａ〜４０ｄを
用いているが、リーク管の同定は３個の音響センサでも
可能であり、また、１個はリーク位置同定用の音響セン
サと兼用することも可能である。従って、最低４個の音
響センサ３０．４０で上記機能を実現することも可能で
ある。逆に、音響センサの数を増して、精度の向上を図
ることも可能であり、音響センサの数は、検出度や設置
コスト等の条件から任意に設定すればよい。

さらに、圧力波のパルスとしては、例えば第１７図（ａ
）に示すように連続パルスでもよく、このような連続的
なパルスであれば長時間の解析が可能となり、相互相関
解析の精度が向上する。なお、圧力波のパルス形状とし
ては第１７図（ｂ）のような正弦波でもよい。

さらにまた、リーク判定機構３３の音響出力のしきい値
を複数設け、各音響出力のしきい値とリーク水量との相
関関係を予め求めておけば、求めた音響出力からリーク
水量の推定も同時に行なえる。

なお、上述の実施例では、本発明を蒸気タービンプラン
トの給水加熱器に適用した例について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、例えば、復水器等
地の熱交換器でも同様に適用できる事は言うまでもない
。

次に、本発明を湿分分離加熱器の加熱管（伝熱管）のチ
ューブリーク検知に適用した実施例につき説明する。

湿分分離加熱器は、例えば高圧タービンから排出された
サイクル蒸気中に含まれる湿分を分離除去した後、高圧
タービンの抽気蒸気などによって再度加熱して過熱蒸気
を得るもので、第１８図は湿分分離加熱器５０の一部を
例示しており、第１９図はその横断面図を示している。

第１８図および第１９図において、湿分分離加熱器５０
は横向き円筒形状のシェル５１の中に湿分分離器５２ａ
、５２ｂと、第１段加熱器５３ａと、第２段加熱器５３
ｂを内蔵している。

湿分分離器５２ａ、５２ｂは第１９図に示すように、シ
ェル５１の下半部に、左右に分れて２列に並列されてい
る。

第１段加熱器５３ａは第１８図に示すように、内部を仕
切り板５４ｇによって隔離された加熱蒸気ヘッダ５５ｇ
と、この加熱蒸気ヘッダの２室間を連通ずる多数本のＵ
字状加熱管５６ａとから構成されており、加熱蒸気ヘッ
ダ５５ａの上室には加熱蒸気導入管５７ａが接続され、
下室にはドレン排出管５８ａおよびベント蒸気管５９ａ
が接続されている。

同様に、ｔＪ２段加熱器５３ｂも、内部を仕切り板５４
ｂによって隔離された加熱蒸気ヘッダ５５ｂと、この加
熱蒸気ヘッダの２室間を連通ずる多数本のＵ字状加熱管
５６ｂから構成されており、加熱蒸気ヘッダ５５ｂの上
室には加熱蒸気導入管５７ｂが接続され、下室にはドレ
ン排出管５８ｂおよびベント蒸気管５９ｂが接続されて
いる。６０は第１段加熱蒸気調節弁を示す。

第１９図に示すように、第１段加熱器５３ａおよび第２
段加熱器５３ｂの外側と、湿分分離器５２ａ、５２ｂの
上側には、サイクル蒸気の流路を形成するようシュラウ
ド６１および湿分分離器仕切り板６２が設置されている
。また、シェル５１の下端および上端には、サイクル蒸
気入口６３ａおよびサイクル蒸気出口６３ｂが開口して
いる。

なお、第１８図中には示されてはいないが、シェル５１
の左半部には、もう−組の第１段加熱器と第２段加熱器
が、第１段加熱器５３ａおよび第２段加熱器５３ｂと左
右対象の形で、配置されている。これは、湿分分離器５
２ａ、５２ｂについても同様である。

加熱管５６ａ、５６ｂの両端を挿着された管板６４ａ、
６４ｂには、導波棒６５ａ、６５ｂが取付けられている
。

湿分分離加熱器５０は、通常、数１０−の長さを持ち、
内部の流体は約１５０℃〜３（１０℃の高温である。従
って、プラントの運転中と停止中とでは、温度分布が著
しく異なり、また、プラントの起動時や負荷変化時には
温度分布が過渡的に不均一となり、温度差が発生する。

そこで、前述の導波棒には、途中に熱伸縮吸収用の螺旋
状可撓部６６ａ、６６ｂを設けてあり、また、導波棒６
５ａ、６５ｂの各他端側はシェル５１の外に引出され、
室温に近い温度に保たれる端面に、音響センサ６７ｇ、
６７ｂが取付けられている。

音響センサ６７ａ、６７ｂには、それぞれチューブリー
ク検知回路７０が接続されている。

チューブリーク検知回路７０は、バンドパスフィルタ７
１と、増幅器７２と、リーク判定機構７３と、しきい値
記憶切替機構７４とから構成されている。

このような構成の本発明の実施例において、加熱蒸気導
入管５７ａ、５７ｂから加熱蒸気ヘッダ５５ｇ、５５ｂ
の上室に導入された加熱蒸気は、管板６４　ａ、６４ｂ
を介して加熱管５６ａ、５６ｂ内に入り、そこを流れる
間に、管外を流れるサイクル蒸気と熱交換を行い、冷却
されて一部はドレンとなり、ドレン排出管５８ａ、５８
ｂおよびベント蒸気管５９ａ、５９ｂを通して器外へ排
出される。

一方、サイクル蒸気はサイクル蒸気人口６３ａからシェ
ル５１内に流入し、２分されて湿分分離器５２ａ、５２
ｂに入り、湿分を除去された後、再び合流し、第１段加
熱器５３ａおよび第２段加熱器５３ｂの加熱管５６ａ、
５６ｂの外側を流れその間に加熱されてサイクル蒸気出
口６３ｂから排出される。

このような湿分分離加熱器において、音響センサ６７ａ
、６７ｂによって検出された音響信号はバンドパスフィ
ルタ７１によって高周波成分および低周波成分をカット
され、必要な周波数成分だけが増幅器に送られ、そこで
増幅された後、リーク判定機構７３に入力される。

一方、しきい値記憶切替機構７４には、タービン負荷相
当信号が入力されており、予め設定されたタービン負荷
としきい値との関係を表すグラフから、タービン負荷に
相当するしきい値を選定出力し、リーク判定機構７３に
入力する。

リーク判定機構７３においては、音響センサ６７からの
信号と、しきい値記憶切替機構７４から出力されるしき
い値とを比較し、前者が大きければ「リーク有り」、小
さければ「リーク無し」と判定結果を出力する。

このようなチューブリーク検知回路７０において、加熱
管５６ａ、５６ｂにリークが発生していない場合には、
音響センサ６７はバックグランドノイズのみを検出する
ことになる。このバックグランドノイズは一定ではなく
、周辺の機器や蒸気の流量の影響を受けて変動する。

例えば、第２０図はタービン負荷に対する加熱蒸気にカ
およびサイクル蒸気圧力の関係を示したものであり、第
２１図はタービン負荷に対する第２段加熱蒸気側節弁の
開度の関係を示している。

蒸気圧力は流れる流体の流動音と相関関係があり、また
ベント蒸気管５９ａ、５９ｂに設けられたオリフィス（
図示せず）等の絞り音とも相関関係がある。

一般に、弁の絞り音には、チューブリークと同様に、高
周波成分が多く含まれているが、第２段加熱蒸気側節弁
６０も大きなノイズ源となる。第２１図中の破線は絞り
音に伴って発生する高周波のノイズレベルを示すもので
、低開度のときに大きなピークを持つ。

バックグランドノイズは、これらのノイズによって形成
されているか、蒸気圧力も調節弁開度もタービン負荷に
よってほぼ決まってくるものであり、従って、バックグ
ランドノイズは、第２２図に例示するように、タービン
負荷の関数となる。

この関数系は各プラントの特徴によって大きく異なって
いるが、正常時におけるバックグランドノイズを計測す
れば、簡単に求めることができる。

加熱管５６ａ、５６ｂにリークが無いときは、音響セン
サ６７ａ、６７ｂの検出信号は、上述したように、その
運転状態に応じたバックグランドノイズとなる。従って
、リーク判定機構７３へ入力される音響信号レベルは、
その時のタービン負荷信号の大小に応してしきい値記憶
切替機構７４で選択されたしきい値より小さく、リーク
判定機構７３は「リーク無し」を出力する。

一方、加熱管５６ａ、５６ｂのいずれかにチュ−ブリー
フが発生している場合には、内部の蒸気や凝縮水が高流
速で噴出する。この時、チューブリーク箇所から高周波
の振動音が発生し、加熱管５６ａ、５６ｂ中を伝搬する
。加熱管５６ａ、５６ｂ中を伝搬した音は、管板６４ａ
、６４ｂおよび導波棒６５ａ、６５ｂを通して音響セン
サ６７ａｓ６７ｂに導かれる。

音響センサ６７ａ、６７ｂによって検出される振動音に
は、バックグランドノイズとチューブリーク箇所から振
動音が含まれる。従って、加熱管５６Ｂ、５６ｂのいず
れかにチューブリークが発生した場合、音響センサ６７
ａ、６７ｂによって検出される振動音はしきい値記憶切
替機１１ｉ７４で選択されたしきい値より大きくなり、
リーク判定機構７３は「リーク有り」を出力する。

このように本実施例においては、音響センサ６７ａ、６
７ｂは、導波棒６５ａ、６５ｂを介して湿分分離加熱器
５０のシェル５１外に引出され、低温環境部に設置され
ているので、熱劣化を受ける恐れは少なく、また導波棒
６５ｇ、６５ｂの途中には熱伸縮吸収用の螺旋状可撓部
６６ａ、６６ｂを設けであるので、構成部材の熱伸縮に
よる不具合を回避することができる。

また、リーク判定機構７３はしきい値記憶切替機構７４
からの信号に基づき、タービン負荷に応じたしきい値を
基準としてリークの有無を判別するので、プラントの運
転状態によって変化するバックグランドノイズの影響を
除去することができチューブリークの検知は正確に行わ
れる。

第２３図は、第１８図において説明したチューブリーク
検知回路７０の変形例を示すもので、音響センサ６７か
らの信号がフィルタ７１および増幅器７２を経てリーク
判定機構７３へ入力されるのは、前記実施例と同じであ
る。

第２段加熱蒸気調節弁開度信号はノイズレベル記憶切替
機構７５ａに入力され、第２段加熱蒸気調節弁６０の開
度に対応したノイズレベルが選定される。また、第２段
加熱蒸気圧力信号はノイズレベル記憶切替機構７５ｂに
入力され、蒸気圧力に対応したノイズレベルが選定され
る。さらに、サイクル蒸気圧力信号は、ノイズレベル記
憶切替機構７５ｃに入力され、サイクル蒸気圧力に対応
したノイズレベルが選定される。

これらノイズレベル記憶切替機構７５ａ〜７５Ｃの出力
は加算回路７７によって加算されて、そのプラントにお
けるバックグランドノイズ信号となり、しきい値算出回
路７７に入力される。このしきい値算出回路７７は、計
測誤差などのマージンを加えてしきい値を算定し、リー
ク判定機構７３に向けて出力する。

リーク判定機構７３は、フィルタ７１および増幅器７２
を経て入力される音響センサ６７がらの信号と、しきい
値算出回路７７がらのしきい値とを比較し、前者が大で
あれば「リーク有り」、小であれば「リーク無し」と判
定する。

プラント運転状態とバックグランドノイズにはさまざま
なパラメータがあり、精度を高める場合には、各パラメ
ータに対するバックグランドノイズを把握し、それらの
和としてバックグランドノイズを表すことが適切である
。

本実施例は、このような考えに基づくもので、各機器系
統の状態量とバックグランドノイズとの関係を予めノイ
ズレベル記憶切替機構７５ａ〜７５Ｃに記憶させておく
ことにより、リーク判別の精度を向上させることができ
る。なお、第２３図中には、第２段加熱蒸気調節弁開度
信号、第２段加熱蒸気圧力信号、およびサイクル蒸気圧
力信号の３例のみを図示しているが、この他に、第１段
加熱蒸気圧力信号や各流体の温度信号などを用いてもよ
い。

次に第２４図に示す実施例について説明する。

前述したように、第１８図に示す湿分分離加熱器５０の
中には、同じ圧力の加熱器が左右対象に２個ずつ配置さ
れている。また、このような湿分分離加熱器５０は、通
常、１基の蒸気タービンに対して２基ずつ配置して使用
される。

従って、１基の蒸気タービンに対しては同じ加熱蒸気圧
力の加熱器が４個ずつ２組、存在することになる。同じ
加熱蒸気圧力の加熱器は同程度のバックグランドノイズ
状態にあると考えられるので、これらの加熱器からの信
号を共通のしきい値で判定することができる。

第２４図に示す実施例はこのような考えに基づくもので
、湿分分離加熱器５０ａ、５０ｂの第１段加熱器の管板
から引出された導波棒に取付けられた音響センサ６７ａ
ｌ　、６７ａ２．６７ｇｇ、６７ａ４によって検出され
た音響信号は、バンドパスフィルタ７１ａｌ、７１ａ２
．７１ａ３．７１ａ４によって高周波成分および低周波
成分をカットされ、必要な周波数成分だけが増幅器７２
ａ１．７２ａ２．７２ａ３．７２ａ４に送られて増幅さ
れる。これらの増幅器７２ａｌ〜７２ａ４がら出た信号
はレベル差算出機構７８に入力され、最大出力レベルと
最少出力レベルとの差、あるいは最大出力レベルと平均
レベルとの差を算出し、算出結果をリーク判定回路７３
へ出力する。

リーク判定回路７３においては、入力されたレベル差と
しきい値とを比較し、前者が大であれば「リーク有り」
と判定し、結果を出力するとともに、リーク加熱器判別
機構７９を作動させる。

このリーク加熱器判別機構７９にはレベル差算出機構７
８から最大出力のセンサ番号が入力されており、リーク
加熱器判別機構７９内部に記憶されたセンサ番号と加熱
器番号の対照テーブルにより、リーク発生加熱器番号を
選択し、出力する。

リークが発生していない場合には、音響センサ６７ａｌ
〜６７ａ４によって検出された音響信号は、はぼ同じレ
ベルとなる。その場合、レベル差算出機構７８から出力
されるレベル差は小さく、リーク加熱器判別機構７９に
より、しきい値より小であると判定され、「リーク無し
」が出力される。

一般に、チューブリークは全ての加熱器で同時に発生す
ることは殆どなく、リーク発生の時は、どれか一つの加
熱器のセンサの出力のみが大きくなる。従って、レベル
差算出機構７８の出力は大きな値となり、リーク判定機
構７３において、しきい値より大と判定され、「リーク
有り」が出力される。また、リーク加熱器判別機構７９
により最大出力のセンサが設置されている加熱器、即ち
チューブリークが発生している加熱器の番号が出力され
る。

この実施例によれば、プラントの状態量を導入せずに、
プラントの状態によって変動するバックグランドノイズ
の除去が可能であり、チューブリークを高い精度で検知
することができる。

なお、第２４図の実施例では、４個の音響セン＋　６７
　ａ　Ｉ〜６７ａ４の出力を比較しているが、これらを
２個ずつに分けて比較するようにしてもよい。また、各
音響センサ６７ａ１〜６７ａ４に夫々バンドパスフィル
タ７１ａｌ〜７１ａ４および増幅器７２ａｌ〜７２ａ４
を設ける代わりに、切替え装置を用いることにより、バ
ンドパスフィルタや増幅器を兼用するようにしてもよい
。

また、第２４図の実施例では、しきい値を一定としてい
るか、第２５図に示すように、しきい値をタービン負荷
に応じて変化させるしきい値記憶切替機構７４を使用す
るようにしてもよい。

また、以上の説明では、音響センサ６７ａ、６７ｂの出
力値を単一の値として表現してきたが、第２６図に示す
ように、周波数分析器（ＦＦＴ）８０によって、周波数
成分ごとのデータを求め、このデータによってリーク判
定を行うようにしてもよい。この場合、リーク判定機構
８１および基準スペクトル（しきい値）記憶切替機構８
２とも周波数成分領域のデータ処理機能を備えたものを
使用する。また、周波数分析器（ＦＦＴ）８０はデジタ
ル処理に限らず、アナログ回路で構成するようにしても
よい。

また更に、この実施例においても、起動・停止時の誤判
定を避けるため、第２７図に示すように通常時用のしき
い値記憶切替機構７４ａと、それよりも大きなしきい値
を記憶させた起動・停止時用のしきい値記憶切替機構７
４ｂとを併用し、起動・停止時にはリーク判定をしない
ようにすることができる。このようにすれば、起動・停
止時には、多少のバックグランドノイズの変動ではリー
ク判定をしないが、大きなリークが発生し、極端に大き
な音響センサ出力が入力された場合には「リーク有り」
と判定して出力する。その結果、誤判定の危険性が低下
し、信頼性が向上する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のチューブリーク検知装置
によれば、プラント運転中のチューブリークの検知が高
精度で行なえ、プラントの安定運用および事故の防止を
図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１の実施例の構成を示
す説明図、第３図は本発明の第２の実施例の構成図、第
４図は本発明を可搬式チューブリーク検知装置に適用し
た説明図、第５図は本発明の第３の実施例の構成図、第
６図はその周波数領域を説明するグラフ、第７図は判定
に変化率を用いる場合の例を示すグラフ、第８図は従来
の技術によるチューブリーク検知装置を示す説明図、第
９図は背景音とプラント出力の関係を示すグラフ、第１
０図および第１１図はリーク位置同定機能を備えた本発
明の実施例を示す説明図、第１２図ないし第１５図はそ
れらの作用を説明するグラフ、第１６図は音響センサの
取付は方法を例示する説明図、第１７図はバルサ出力を
例示するグラフ、第１８図および第１９図は本発明を湿
分分離加熱器に適用した例を示す説明図、第２０図ない
し第２２図はタービン負荷に対する蒸気圧力、調節弁開
度、およびバックグランドノイズの関係を示すグラフ、
第２３図ないし第２７図はそれぞれ本発明の他の実施例
を示す説明図である。 １・・・・・・・・胴体 ２・・・・・・・・・水室 ３．６４ａ、６４ｂ・−管板 ４・・・・・・・・・仕切壁 ５・・・・・・・・・給水入口 ６・・・・・・・・・給水出口 ア・・・・・・・・・加熱管 ８・・・・・・・・・仕切板 ９・・・・・・・・・蒸気入口 ］０・・・・・・・・・ドレン入口 １１・・・・・・・・・ドレン出口 １２．１Ｂ・・・ドレンレベル調節弁 １６．１６ａ　〜１６ｄ、３０．３０　ａ　ｓ　３０　
ｂ　。 ４０．４１ａ〜４１ｄ・・・音響センサ１９・・・・・
・・・・ムリーク判定機構２２ａ〜２２ｄ・・・給水加
熱器 ２３．２８・・・検知装置 ２５・・・・・・・・・一定条件成立スイソチ２７・・
・・・・・・センサプローブ ４６．６５ａ、６５ｂ−・・導波棒 ５０・・・・・・・・湿分分離加熱器 ５１・・・・・・・シェル ５２ａ、５２ｂ・・・湿分分離器 ５３ａ・・・・・・第１段加熱器 ５３ｂ・・・・・・第２段加熱器 ５４ａ、５４　ｂ　用仕切す板 ５５ａ、５５ｂ・・・加熱蒸気ヘッダ ５６ａ、５６ｂ・・・Ｕ字状加熱管 ５７ａ、５７ｂ・・・加熱蒸気導入管 ５８ａ、５８ｂ・・・ドレン排出管 ５９ａ、５９ｂ由ベント蒸気管 ６０・・・・・・・・第１段加熱蒸気調節弁６１・・・
・・・・シュラウド ６２・・・・・・・・・湿分分離器仕切り板６３ａ・・
・・・・サイクル蒸気入口 ６３ｂ・・・・・サイクル蒸気出口 ６６ａ、６６ｂ・・・螺旋状可撓部 ６７ａ、６７ｂ・・・音響センサ ７０・・・・・・・・・チューブリーク検知回路７４．
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ ・・・しきい値記憶切替機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 胴内に配設された加熱管のリーク部から発生するリーク
   音を検出する音響センサと、１つまたは複数個の予め設
   定されたしきい値記憶機構と、前記しきい値をプラント
   の状態に応じて選択し、この選択されたしきい値と前記
   音響センサからの音響信号レベルとを比較してリーク発
   生の有無を判定するリーク判定機構を備えたことを特徴
   とするチューブリーク検知装置。