JPH10207534A - 高温ガス配管の配管異常検知方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバ温度レーザに代表される分布型温
度センサを用いて高温ガス配管の外部配管表面温度の監
視から高温ガス配管の内部配管および断熱材の異常を監
視し、特に負荷変動、外気温等の周囲環境の影響を取り
除き、内部配管の磨耗による減肉などの損傷発生初期の
兆候を検知すること。 【解決手段】 分布型温度センサを用いて得られる高温
ガス配管の外部配管表面分布データから、異なる計測点
間で外部配管表面温度変動の相関特性を作成し、高温ガ
ス配管の内部配管および断熱材に損傷がなく正常な状態
での相関特性を基準とし、この基準特性と適合するか否
かで高温ガス配管の正常・異常を判定し、また、基準特
性との偏差の大小から配管の損傷状態の進行程度を判定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加圧流動層ボイラ
等の高温ガス配管等の高温流体の配管において、高温ガ
ス配管に施されている各種配管および断熱材の損傷によ
り発生する異常状況および発生場所を配管表面温度の監
視から検知する装置に関わり、特に異常発生の初期の兆
候を検知する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、加圧流動層ボイラの高温ガス配
管は、８００℃を超える高温ガスが流れる内部配管とそ
の周囲を覆う厚い断熱材と、さらにその断熱材の周囲に
設けた外部配管とから構成され、内部配管内に流れる高
温ガス流体を外界から隔離している。高温ガス配管の内
部配管および断熱材が万一損傷した場合、損傷箇所の外
部配管の表面温度が異常昇温し、最悪の場合、外部配管
に開口を生じ、配管内部の高温ガスがリークすることに
なる。高温ガスのリークは安全上非常に危険であると共
に、直ちに火力発電プラントの運転を停止する必要があ
り、前記プラントの運転工程に与える影響も大きい。

【０００３】火力発電プラントの安全運転上、万一高温
ガス配管から高温ガスがリークした場合は、直ちにその
発生を検知し、警報を出す必要がある。さらに高温ガス
のリークに至る前に高温ガス配管の損傷を検知すること
ができる装置が求められている。この種の装置では、監
視対象である高温ガス配管の保守・運用性を考慮して外
部配管表面温度の異常昇温を監視することにより内部配
管および断熱材の損傷を検知する手段が用いられる。

【０００４】ただし、高温ガス配管のどの箇所で発生す
るか特定が困難な配管損傷を監視するために、対象とな
る配管系統の全域にわたって、外部配管表面の温度を監
視する必要があるため、一般に温度監視に用いられる熱
電対からなる温度センサー等では、多数本の温度センサ
を配管に沿って設置する必要が有る。しかしこの方法は
コスト的に実用的でなく、また熱電対による配管の特定
箇所の温度計測はポイント計測となるが、配管損傷発生
箇所と前記計測ポイントが一致しない可能性がある。

【０００５】このため特開昭５８−１５４６３５号公報
に記載されている「高温配管の漏洩検知方法」の発明の
ように、外部配管表面に温度によって色や光の透過率・
反射率等の変化する材料（液晶など）を塗布し、その材
料の色や光の透過率・反射率の変化をカメラで監視する
ことによって、外部配管表面の局所的な高温箇所を検知
し、高温ガスがリークする前に異常を検知するシステム
がある。

【０００６】また、最近では、光ファイバー温度レーダ
に代表される分布型温度センサが各種プラントの温度監
視に適用されるようになり、この分布型温度センサを監
視対象である高温ガス配管表面に敷設して配管表面の温
度分布を常時監視し、配管表面が異常に高温になる箇所
を検知し、高温ガスのリークに至る前に配管の異常を検
知するシステムがある。

【０００７】図９に光ファイバ温度レーダ方式の分布型
温度センサの原理を示す。この光ファイバ温度レーダ方
式の分布型温度センサは、光ファイバにパルスレーザ光
を打ち込み、この入射パルスレーザ光によって光ファイ
バ中の各点で生じるラマン散乱光強度を検出するもので
ある。このセンサはラマン散乱光が散乱光発生箇所の温
度に敏感に依存することを利用してラマン散乱光強度の
検出結果から、散乱光発生箇所の温度を演算して温度検
知をするものであり、散乱光発生箇所の特定は光ファイ
バ中の光の伝播時間から、ファイバ中のどの位置におい
て発生した散乱光か判断できる。

【０００８】この光ファイバ温度レーダに代表される分
布型温度センサを使用した従来技術としては以下のもの
がある。特開平３−２６９５２号公報記載の「熱供給管
の損傷検知方式」の発明は、断熱材層の内側と外側に温
度計測用光ファイバを敷設し、断熱材の内側および外側
の温度または温度分布を比較することにより断熱材の損
傷を検知するものである。

【０００９】また、特開平５−１８８４８号公報記載の
「漏洩検出装置」の発明及び特開平５−２４８９８２号
公報記載の「熱媒輸送用配管の熱媒漏洩検知装置」の発
明は、断熱材と外部配管の間に温度計測用光ファイバを
敷設し、内部配管にリークが発生し、断熱材を透過して
断熱材と外部配管間に滞留するリーク流体による異常昇
温を検出することにより内部配管のリーク発生位置を検
知するものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】高温ガス配管の内部配
管に局所的な磨耗による減肉や亀裂が生じても、損傷箇
所から厚い断熱材の層を通して外部配管表面に熱が伝わ
る間にその熱は周囲に拡散し、外部配管表面の温度上昇
として顕著に現れにくい。特に内部配管の損傷発生初期
の兆候を外部配管表面温度の変化から検知することは困
難である。ガス温度、ガスの流速、流量が安定してお
り、また外気温などの周囲環境の影響が少なく外部配管
表面温度の変動が小さい高温ガス配管においては、配管
の断熱・保温状態が正常な状態での外部配管表面の温度
分布をしきい値として、このしきい値との比較により内
部配管および断熱材の損傷により局所的に発生する温度
異常を検知することができるが、負荷変動が大きく、外
部配管表面温度が時間的に大きく変動するような対象に
おいては、内部配管および断熱材の損傷が進行し、外部
配管表面温度が極端に上昇するような危険な状態に至ら
ないと、通常の表面温度の変動レベルに埋もれて配管損
傷による温度異常を識別できない問題がある。

【００１１】特に火力発電プラントでは近年の省エネル
ギー対策からＤＳＳ運転（毎日起動停止）及び中間負荷
運用が推進されているため、一日の負荷変動が大きく、
従って高温ガス配管のガス温度、ガスの流速、流量変動
に起因して外部配管表面温度も大きく変動する。また配
管周囲の外気温管理などは当然行われていないため、外
気温変化による配管表面温度の変動も大である。このた
め、前記従来技術の特開昭５８−１５４６３５号公報の
「高温配管の漏洩検知方法」の発明では、配管の損傷が
進行し外部配管表面温度が極端に上昇する危険な状態に
至らないと異常を検知できない問題がある。

【００１２】また前記従来技術の特開平５−１８８４８
号公報記載の「漏洩検出装置」の発明及び特開平５−２
４８９８２号公報記載の「熱媒輸送用配管の熱媒漏洩検
知装置」の発明のように外部配管表面ではなく、断熱材
と外部配管の間に温度計測用光ファイバを敷設し、光フ
ァイバ温度レーダ方式により内部配管のガスリーク発生
を検知する装置においても、外気温等の周囲環境変化の
影響は低減できるが、配管内部を流れるガスの温度、ガ
ス流の変動の影響は変わらず、単に温度または温度分布
を計測するだけでは、内部配管に亀裂、開口が生じ、内
部ガスがリークするような危険な状態に至らないと異常
を検知できない。

【００１３】このように配管の損傷が進行した状態での
異常検知では、最悪の状態である外部配管の開口による
内部高温ガスの外部へのリークに至るまでに時間的余裕
がなく、直ちにプラントを停止し、検査・補修作業を行
うことになり、結局プラントの運転工程に与える影響を
回避もしくは低減できないことになる。

【００１４】また、特開平３−２６９５２号公報記載の
「熱供給管の損傷検知方式」の発明のように断熱材層の
内側つまり内部配管表面に温度計測表光ファイバを敷設
する方法は、直ちに内部配管表面温度を計測することが
でき、内部配管にガスリークが発生する前の該配管の摩
耗による減肉による温度異常を検知し易くなるが、この
方式は内部ガス温度、ガスの流速、流量の変動の影響を
依然受けるとともに、そもそも温度計測用光ファイバ材
料が耐熱性に乏しいことから、加圧流動層ボイラの高温
ガス配管のようにガス温度が８００℃を超える温度環境
下では、この方法が使用できないこという問題点があ
る。

【００１５】また、光ファイバの敷設法と保守の面から
の問題として、特開平３−２６９５２号公報記載の「熱
供給管の損傷検知方式」の発明と特開平５−１８８４８
号公報記載の「漏洩検出装置」の発明及び特開平５−２
４８９８２号公報記載の「熱媒輸送用配管の熱媒漏洩検
知装置」の発明のように外部配管表面ではなく、その内
側である断熱材表面や内部配管表面に温度計測用光ファ
イバを敷設する方法では、前記光ファイバ敷設が困難で
あるとともに、光ファイバの保守のために配管を解体す
る必要があり、また配管の解体に際して温度計測用光フ
ァイバが破損する危険性も高く、実機の監視装置として
は運用上問題がある。

【００１６】本発明の課題は、光ファイバ温度レーザに
代表される分布型温度センサを用いて高温ガス配管の外
部配管表面温度の監視から高温ガス配管の内部配管およ
び断熱材の異常を監視し、特に負荷変動、外気温等の周
囲環境の影響を取り除き、内部配管の磨耗による減肉な
ど高温ガス配管の損傷発生初期の兆候を検知する方法と
装置を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成によって達成される。すなわち、高温流体が流れる
内部配管と、内部配管を覆う断熱材層と、断熱材層を覆
う外部配管から少なくとも構成される高温ガス配管にお
いて、外部配管表面上の複数箇所における温度を計測
し、計測された外部配管表面温度分布データから、同一
の高温ガス配管上での互いに異なる計測箇所の外部配管
表面温度間の温度変動の相関を求め、求められた前記温
度変動の相関特性と高温ガス配管に損傷の生じていない
正常時の基準温度変動の相関特性との間の差異の有無を
基に高温ガス配管構成部材に生じる損傷の有無と、その
発生箇所及び損傷の進行状況を検知する高温ガス配管の
配管異常検知方法、または、

【００１８】高温流体が流れる内部配管と、内部配管を
覆う断熱材層と、断熱材層を覆う外部配管から少なくと
も構成される高温ガス配管において、外部配管表面上の
複数の計測箇所で温度を計測し、前記複数の計測箇所で
計測された外部配管表面温度での温度変動の相関を求
め、外部配管表面上の複数の計測箇所における温度変動
の中で高温ガス配管に損傷が生じていない正常時の前記
温度変動の相関特性と相関特性が合致する計測箇所を探
索し、この正常時の相関特性に合致する計測箇所の少な
くとも１箇所以上を正常配管箇所として選定し、選定し
たこの正常配管箇所の外部配管表面温度と高温ガス配管
の損傷を評価する計測箇所の外部配管表面温度間の温度
変動の相関関係を求め、求められた前記相関関係と高温
ガス配管に損傷が発生していない正常時の基準相関特性
とのずれ量の大小から、正常異常の評価対象の計測箇所
の高温ガス配管構成部材に生じるの損傷の有無と、その
発生箇所及び損傷の進行状況を検知する高温ガス配管の
配管異常検知方法、または、

【００１９】高温流体が流れる内部配管と、内部配管を
覆う断熱材層と、断熱材層を覆う外部配管から少なくと
も構成される高温ガス配管において、高温ガス配管に損
傷の生じていない正常な配管状態において計測される同
一の高温ガス配管上での異なる箇所の外部配管表面温度
間の温度変動の相関関係を回帰式により近似するととも
に、前記回帰式により算出される配管正常時における高
温ガス配管の損傷を評価する計測箇所の外部配管表面温
度Ｔ_i'と配管正常時における当該評価対象の計測箇所の
外部配管表面温度実測値Ｔ_i"との差の標準偏差σｓを算
出し、当該評価対象の計測箇所の外部配管表面温度実測
値Ｔ_iと前記回帰式により算出される配管正常時の当該
評価対象の計測箇所の外部配管表面温度Ｔ_i'との偏差σ
と前記標準偏差σｓとの比σ／σｓを評価パラメータと
して高温ガス配管構成部材に生じるの損傷の有無と、そ
の発生箇所及び損傷の進行状況をを検知する高温ガス配
管の配管異常検知方法である。

【００２０】上記高温ガス配管の配管異常検知方法にお
いて、高温ガス配管構成部材に生じる損傷発生を検知す
るしきい値として、評価パラメータσ／σｓ＝３を用
い、評価パラメータσ／σｓが３を超える計測箇所にお
いて高温ガス配管の損傷が発生したと判定し、評価パラ
メータσ／σｓの値の大小により高温ガス配管構成部材
に生じる損傷の進行状況を検知することができる。

【００２１】また、本発明は上記高温ガス配管の配管異
常検知方法における外部配管表面温度分布を表示する高
温ガス配管の配管異常検知装置、または高温ガス配管の
配管異常検知方法における評価パラメータσ／σｓもし
くは評価パラメータσ／σｓに基づく高温ガス配管構成
部材に生じる損傷レベルの配管上の分布状況を表示する
高温ガス配管の配管異常検知装置が含まれる。

【００２２】本発明には以上のように、分布型温度セン
サを用いて得られる高温ガス配管の外部配管表面分布デ
ータから、異なる計測点間で外部配管表面温度変動の相
関特性を作成し、高温ガス配管の内部配管および断熱材
に損傷がない正常な状態での相関特性を基準とし、この
基準特性と適合するか否かで高温ガス配管の正常・異常
を判定し、また、基準特性との偏差の大小から配管の損
傷状態の進行程度を判定するものである。

【００２３】

【作用】同一の系統の高温カズ配管においては内部を流
れる高温ガスが同じものであるから、負荷変化やプラン
ト運用状態によるガス温度、ガス流速、ガス流量の変化
に起因する外部配管表面温度の変動は、配管部位によっ
てレベルの差異はあるものの、相対的な温度変動のトレ
ンドは各配管部位で相関性を有する。外気温等の周囲環
境の影響も、断熱材、外部配管の熱容量が大きいことか
ら局所的な差異は吸収され、異なる配管部位間で同様に
相関性を有する。

【００２４】このことから、負荷変化や外気温等の変化
によって外部配管表面温度が変動しても、異なる配管部
位の外部配管表面温度間での温度変動の相関図は、比較
する配管部位の内部配管・断熱材に損傷が無い正常な状
態では正の相関を有する。比較する配管部位の一方もし
くは両方で内部配管に減肉等の損傷が生じた場合、この
相関特性が正常時の特性からずれることになる。したが
って、異なる配管部位の外部配管表面温度間での温度変
動の正常時の相関特性と適合するか否かで、当該検査対
象である配管部位の内部配管および断熱材の正常・異常
を判定することができ、負荷変動・外気温変動によって
外部配管表面温度が時間的に大きく変動していても異常
発生を初期に検知できる。

【００２５】一般に、配管に損傷が発生する箇所は数点
（数箇所）に限られ、配管の大部分は正常である。分布
型温度センサにより配管系統全域にわたる多数点の温度
監視を行うことにより得られる温度計測データの大部分
は正常データであるから、異なる配管部位（計測点）の
外部配管表面温度間の相関特性が正常である場合は、そ
の正常な相関特性に適合する内部配管・断熱材の状態も
正常であると推測できる。

【００２６】配管の損傷が進行するに従い異常配管部位
における相関特性は正常時の相関特性から次第に大きな
偏差が生じるようになるので、この偏差量の大小から異
常な配管部位の損傷の進行程度を定期的にモニターする
ことができる。

【００２７】したがって、本発明によれば、分布型温度
センサを用いて高温ガス配管表面温度の監視から高温ガ
ス配管の内部配管および断熱材の異常を監視する装置に
おいて、負荷や運用状態によるガス温度、ガス流速、ガ
ス流量変化や外気温等の周囲環境の影響による外部配管
表面温度の変動に埋もれた検出困難な内部配管などの損
傷の発生を初期の段階から温度異常の兆候として検知す
ることができ、さらに損傷の進行状況をモニターするこ
とができる手段を提供できる。

【００２８】さらに、高温ガス配管の損傷発生を、その
初期段階から検知できることから、危険度の低い状況か
ら高温ガス配管の該当箇所を監視でき、安全性の向上を
図れるとともに、損傷箇所の補修工程をプラントの運転
工程を調整しながら立案できる時間的余裕も生じる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例の説明をする。
高温ガス配管の配管異常検知装置の装置と高温ガス配管
構成を図５に、監視対象である高温ガス配管の構成を図
６に示す。本装置は分布型温度センサとして光ファイバ
温度レーダ方式を採用したものであり、監視対象である
高温ガス配管５９の外部配管表面に図５に示すように光
ファイバ５０を敷設し、外部配管表面温度の温度分布を
計測する。計測ユニット５１は、光ファイバ５０と接続
され、光ファイバ５０にパルスレーザ光を打ち込むレー
ザ源を備えるとともに、パルスレーザ光によって光ファ
イバ５０中に発生するラマン散乱光のうち、入射側への
戻り光である後方散乱光を検出する検出器を備え、検出
した後方散乱光強度およびその光ファイバ５０中での分
布から、高温ガス配管５９の温度分布データを演算す
る。

【００３０】解析用コンピュータ５２は計測ユニット５
１によって測定した高温ガス配管５９の温度分布データ
を解析し、以下に記述する本発明になる手法により配管
損傷発生の検知および損傷進行状況のモニターを行うも
のである。高温ガス配管５９は図６に示すように高温ガ
スが流れる内部配管６１、その周囲の断熱材の層６２、
さらに断熱材層６２を覆う外部配管６３から構成され
る。

【００３１】図５に示すように高温ガス配管５９の外部
配管６３の表面に敷設した光ファイバ５０を温度センサ
とした光ファイバ温度レーダ方式の分布型温度センサに
より高温ガス配管５９の外部配管６３の表面温度分布を
高温ガス配管５９の配管ブロックＡ〜Ｃなどの系統全域
にわたって計測する。

【００３２】温度分布は、図７に示すように高温ガス配
管５９の外部配管６３の表面をメッシュ状に分割し、各
配管ブロックＡ〜Ｃの各メッシュＡｉ（ｉ＝ｌ〜ｍ）、
Ｂｊ（ｊ＝ｌ〜ｎ）、Ｃｋ（ｋ＝ｌ〜ｏ）の平均温度Ｔ
ａｉ（ｉ＝ｌ〜ｍ）、Ｔｂｊ（ｊ＝ｌ〜ｎ）、Ｔｃｋ
（ｋ＝ｌ〜ｏ）として図５に示した解析用コンピュータ
５２において温度分布データを処理する（図５、図７に
は便宜的に３つのブロックＡ〜Ｃと各メッシュＡｉ、Ｂ
ｊ、Ｃｋのみを示したが、本発明ではこれ以上のブロッ
クとメッシュを有するものにも適用される）。

【００３３】プラントの試運転時においては、負荷変化
試験等、想定される運転状態の各種試験が行われる。こ
の試運転時において各メッシュＡｉ（ｉ＝ｌ〜ｍ）、Ｂ
ｊ（ｊ＝ｌ〜ｎ）、Ｃｋ（ｋ＝ｌ〜ｏ）の平均温度Ｔ_ai
（ｉ＝ｌ〜ｍ）、Ｔ_bj（ｊ＝ｌ〜ｎ）、Ｔ_ck（ｋ＝ｌ〜
ｏ）の相関特性図を図８に示すように作成し、これを正
常時の相関特性とする。

【００３４】図８に示すように、同一の各配管ブロック
Ａ〜Ｃ内では、配管５９に損傷が生じた場合、近接する
メッシュＡｉ〜Ｃｋで配管損傷による温度異常が同様に
影響する場合が考えられるため、異なる配管ブロックＡ
〜Ｃのメッシュ間で、外部配管５９の表面温度の相関特
性を作成する（例えば配管ブロックＡとブロックＢの各
メッシュ間、ブロックＡとＣの各メッシュ間、ブロック
ＢとＣの各メッシュ間の相関特性）。

【００３５】高温ガス配管５９の内部配管６１及び断熱
材の層６２に損傷がない正常な状態では図８に示すよう
に異なるメッシュＡｉ〜Ｃｋの外部配管５９の表面温度
間の変動は正の相関関係を有する。

【００３６】プラントの運転時、内部配管６１と断熱材
の層６２に損傷がない正常な配管部位に相当するメッシ
ュＡｉ〜Ｃｋ間の相関特性は図８に示したような正常時
の相関特性に合致する。また、配管５９に損傷が発生す
る箇所は数点に限られ、各メッシュＡｉ〜Ｃｋ間の相関
特性は、大部分正常時の特性に等しい。配管５９の損傷
箇所およびその程度を評価する前に、あらかじめ図８に
示すような正常時の一定の相関特性に合致する（これ
は、正常時の一定の相関特性（例えばリニアな一次式で
近似できるような）上に現在の値がのるということ）メ
ッシュを探索し、１つ以上のメッシュを正常配管箇所と
して選定する。

【００３７】配管５９の損傷箇所の探索においては、探
索対象となる損傷の有無および損傷程度を評価するメッ
シュと、あらかじめ選定した正常配管箇所のメッシュと
の現在の相関特性が、正常時の相関特性と比較して差異
が見られるか否かで評価対象のメッシュに該当する配管
部位の正常・異常を判定し、差異がある場合はその差異
（正常時の相関特性からの偏差）の度合いにより該当配
管部位の損傷の程度を判定する。

【００３８】異なるデータ間の相互関係をもとに正常・
異常を判定する類似の方法として特開昭５２−１０６０
８０号公報記載の「故障診断方法」の発明、特開昭５４
−２５３７７号公報記載の「制御系検出器の異常診断方
法」の発明、特開平５−３５３２９号公報記載の「制御
ループ系の異常診断方法」などのような制御系の機器の
故障診断手法があるが、特開昭５４−２５３７７号公報
記載の「制御系検出器の異常診断方法」の発明ゆ特開平
５−３５３２９号公報記載の「制御ループ系の異常診断
方法」の発明では、温度、圧力、流量等のプラントのプ
ロセス量の検出値相互の関係をもとに異常診断を行うも
のであるが、これは、プロセス量を検出する温度計、差
圧計、流量計等の検出器の設置位置やプラントの構成等
から定まる各プロセス量相互の因果関係（大小関係、比
例関係など）をもとに検出値が妥当性を有するかどうか
評価することにより、検出器および計装制御系の故障診
断を行うものである。

【００３９】また特開昭５２−１０６０８０号公報記載
の「故障診断方法」の発明では実制御回路の動作を模擬
するシミュレータを設け、実制御回路の制御出力信号と
シミュレータによる計算結果との相関を見て制御回路の
故障を診断するものである。これらの公知例では検出器
や制御器等の機器の故障を診断するものであり、本発明
のように計測対象自体の異常を診断するものではなく、
また計測対象の異常を診断・検知できるシステムではな
い。

【００４０】本発明になる配管異常検知方法の適用結果
を示すデータの一例を図１、図２、図３および図４に示
す。図１は高温ガス配管５９に損傷がない正常時の外部
配管６３の表面温度の相関特性の一例を示した図、図２
は内部配管６１に摩耗が生じ、この摩耗が進行して行く
過程で摩耗該当配管箇所（メッシュ）（△印と▽印）と
正常配管箇所（メッシュ）（〇印）間の相関特性を示し
た図、図３は図２と同時性を持ち、配管の損傷が生じて
いない正常配管箇所（メッシュ）間の相関特性の一例を
示した図である（○印、△印、▽印はそれぞれ図２のデ
ータと同時刻のデータである）。図４は配管に損傷が発
生した時期の損傷発生箇所該当計測点および正常配管箇
所該当計測点の外部配管表面温度の時間トレンドを示し
た図である。

【００４１】図４に示すように、負荷変動、外気温変動
等により高温ガス配管５９の外部配管６３の表面温度は
大きく変動しており、配管５９の摩耗等異常が発生した
初期の温度変化を検知することは困難である。

【００４２】しかしながら、このような変動は図１に示
すように、配管５９に損傷がない正常な状態では、異な
る配管部位間で正の相関を有する（図１は図７のメッシ
ュＣ５部の平均温度Ｔ_c5とメッシュＡ８部の平均温度Ｔ
_a8間の相関、およびメッシュＣ５の平均温度Ｔ_c5とメッ
シュＢ４部の平均温度Ｔ_b4間の相関を示した図であ
る）。配管５９に損傷が生じない正常な間は計測した外
部配管６３の表面温度の分布は図１に示した相関特性に
合致する。

【００４３】配管５９に摩耗等の損傷が生じた場合、摩
耗が発生し、損傷が進行するに従い、図２に示すように
正常時の相関特性からのデータの偏差が大きくなって行
く。図２は横軸が正常配管箇所に相当するメッシュＣ５
の平均温度Ｔ_c5、縦軸が配管に摩耗が発生した異常配管
箇所に相当するメッシュＡ８の平均温度Ｔ_a8であり、○
印で示し、実線で覆った領域が正常時の基準となる相関
特性であり、△印で示し点線で覆った領域が内部配管６
１に摩耗による減肉が発生した初期の頃の相関特性であ
り、また▽印で示し、一点鎖線で覆った領域がさらに時
間が経過して内部配管６１の摩耗が発生した相関特性で
ある。

【００４４】図２に示すように、摩耗による減肉発生初
期においても正常時の相関特性から明確に差異が検出で
き、また摩耗の進行に従い、正常時の相関特性からの偏
差が増加する。これによって摩耗等の配管損傷発生を初
期に検知でき、また、正常時の相関特性からの偏差量の
増加傾向から損傷の進行状況を定性的にモニターするこ
とができる。

【００４５】図３は配管５９に損傷が生じていない配管
箇所（メッシュ）間の相関特性を示した図であり、○
印、△印、▽印はそれぞれ図２のデータと同時刻のデー
タである。配管５９に摩耗等の損傷が発生していない箇
所に該当するメッシュ間同士の相関特性は図３に示すよ
うに正常時の相関特性に合致し、図２に示した摩耗発生
箇所の相関特性と明確に区別できる。

【００４６】具体的な検知方法の一例を以下に示す。図
１に示した高温ガス配管５９に損傷がない正常時の外部
配管６３の表面温度の相関特性を図１０に示すように回
帰式により近似する。図１０では直線近似としており、
メッシュＣ５の温度Ｔ_c5をベースとすると、図１０の回
帰直線から予想されるメッシュＡ８の温度をＴ_a8’およ
びメッシュＢ４の温度をＴ_b4’とするとＴ_a8’、Ｔ_b4’
は次式のように表される。 Ｔ_a8’＝α_a8Ｔ_c5＋β_a8・・・・・・（１） Ｔ_b4’＝α_b4Ｔ_c5＋β_b4・・・・・・（２） ここでα_a8、β_a8およびα_b4、β_b4は図１０の回帰直線
を表す定数である。

【００４７】また、配管５９が正常時の上記（１）式と
（２）式から算出されるＴ_a8’、Ｔ_b4’と実測のＴ_a8、
Ｔ_b4との差Ｔ_a8’−Ｔ_a8、Ｔ_b4’−Ｔ_b4の標準偏差σｓ
_a8、σｓ_b4を算出する。これら回帰直線の定数α_a8、β
_a8、α_b4、β_b4および標準偏差σｓ_a8、σｓ_b4が正常時
の相関関係を表す基準パラメータとなる。

【００４８】ここでは一例として数点の計測点（メッシ
ュ）について記述しているが、監視対象である高温ガス
配管５９の全域にわたって同様に行うものである。図１
１に配管５９に損傷がない正常時におけるＴ_a8’、
Ｔ_b4’と実測のＴ_a8、Ｔ_b4との差Ｔ_a8’−Ｔ_a8、Ｔ_b4’
−Ｔ_b4のヒストグラムを示す。図１１に示すように
Ｔ_a8’−Ｔ_a8、Ｔ_b4’−Ｔ_b4ともに、その度数分布は標
準偏差σｓ_a8、σｓ_b4の３倍内におさまる正規分布に近
い分布を有する。

【００４９】したがって、外部配管６３の表面温度異常
を検知し、配管５９の損傷を評価する評価パラメータと
して、正常異常の評価をすべき計測点ｉの現在の実測温
度Ｔ_iと、正常時に求めた他計測点の温度との関係から
得られる回帰式から算出される温度Ｔ_i’との偏差σ_i＝
Ｔ_i’−Ｔ_iと配管５９の正常時における標準偏差σｓ_i
の比率σ_i／σｓ_iを用い、正常・異常判定のしきい値と
して評価パラメータσ_i／σｓ_i＝３が有効である。

【００５０】図１２に図４に示した計測外部配管表面温
度に対し、上述の評価パラメータσ／σｓを適用した結
果を示す。図１２に示すように単なる外部配管６３の表
面温度のトレンドからでは識別できない配管損傷発生箇
所の温度異常を明確に検知しており、また時間の経過に
より進行する配管損傷の度合いに応じて評価パラメータ
σ／σｓが高まっている。一方、配管に損傷が発生して
いない正常箇所に該当する計測点の評価パラメータは３
σｓ内におさまっており損傷発生箇所と明確に識別でき
る。

【００５１】配管５９上の他の計測点に対しても上述し
たのと同様の処理を行うことにより、配管のどの箇所で
損傷が発生しているか容易に判別でき、また、損傷箇所
の損傷進行状況の推移を監視できる。評価パラメータの
σ／σｓの分布およびその分布トレンドの実測例を図１
３、図１４に示す。図１３は評価パラメータ算出前の外
部配管６３の表面温度分布のトレンドであり、図１４が
図１３の計測温度から算出した評価パラメータσ／σｓ
の分布のトレンドである。図１３のような実測温度の分
布状況およびその変化トレンドの提供も監視システムと
しては重要であるが、図１４に示す本発明になる評価パ
ラメータσ／σｓの分布およびその変化のトレンドを提
供することにより、外部配管６３の温度の異常昇温とし
て認識困難な初期の配管５９の損傷発生を明確に識別で
きるとともに、配管５９の損傷の進行状況を容易に監視
することができる。

【００５２】図１３、図１４は計測温度並びに評価パラ
メータの分布およびトレンドをグラフ表示した例である
が、実際の配管５９のグラフィックを図７のように計測
点に対応したメッシュＡｉ〜Ｃｋに分割し、各メッシュ
Ａｉ〜Ｃｋを対応する計画点の計測温度および評価パラ
メータの値に応じて色分け表示することにより、より異
常を認識しやすいガイダンス表示の提供が可能である。

【００５３】

【発明の効果】本発明になる高温ガス配管の配管異常検
知装置によれば、高温ガス配管の外部配管表面温度分布
を分布型温度センサにより計測し、外部配管表面温度の
異常から高温ガス配管の内部配管・断熱材の損傷を検知
する装置において、負荷や運用状態によるガス温度、ガ
ス流変化や外気温等の周囲環境の影響による外部配管表
面温度の変動に埋まれ検出困難な配管損傷発生初期の温
度異常の兆候を検知することができ、さらに損傷の進行
状況をモニターすることができる手段を提供できる。

【００５４】さらに、高温ガス配管の損傷発生を初期に
検知できることから、危険度の低い状況から高温ガス配
管の該当箇所を監視でき安全性の向上を図れるととも
に、損傷箇所の補修工程をプラントの運転工程と調整し
ながら立案できる時間的余裕を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる配管異常検知方法において基準
となる高温ガス配管に損傷が発生していない正常時の外
部配管表面温度の相関特性を示した図である。

【図２】 内部配管に摩耗が生じ、この摩耗が進行して
行く過程での摩耗該当配管箇所と正常配管箇所間の相関
特性を示した図である。

【図３】 図２と同時性を持ち配管の損傷が生じていな
い正常配管箇所間の相関特性せ示した図である。

【図４】 高温ガス配管表面温度の時間トレンドの一例
を示した図である。

【図５】 光ファイバ温度レーダ方式の分布型温度セン
サを用いた高温ガス配管の配管異常検知装置の構成を示
した図である。

【図６】 高温ガス配管の構造を示した図である。

【図７】 高温ガス配管の温度分布を処理するにあたっ
て配管をメッシュに分割した状態の図である。

【図８】 メッシュに分割した高温ガス配管の各領域間
で相関特性を求める方法を示す図である。

【図９】 光ファイバ温度レーダ方式の分布型温度セン
サの原理を示した図である。

【図１０】 配管正常時の異なる配管部位間の相関関係
を回帰式に近似した図である。

【図１１】 回帰式からの算出値と実測値の差のヒスト
グラムを示した図である。

【図１２】 図４に示した実測温度トレンドに対し本発
明になる異常検知手法を適用した結果を示した図であ
る。

【図１３】 外部配管表面の実測外部配管表面温度の分
布およびトレンドを示した図である。

【図１４】 図１３の実測外部配管表面温度の分布およ
びトレンドに本発明になる異常検知手法を適用した結果
を示す図である。

【符号の説明】

５０ 光ファイバ ５１ 温度分布計
測ユニット ５２ 解析用コンピュータ ５９ 高温ガス配
管 ６１ 内部配管 ６２ 断熱材層 ６３ 外部配管

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温流体が流れる内部配管と、内部配管
   を覆う断熱材層と、断熱材層を覆う外部配管から少なく
   とも構成される高温ガス配管において、 外部配管表面上の複数箇所における温度を計測し、計測
   された外部配管表面温度分布データから、同一の高温ガ
   ス配管上での互いに異なる計測箇所の外部配管表面温度
   間の温度変動の相関を求め、求められた前記温度変動の
   相関特性と高温ガス配管に損傷の生じていない正常時の
   基準温度変動の相関特性との間の差異の有無を基に高温
   ガス配管構成部材に生じる損傷の有無と、その発生箇所
   及び損傷の進行状況を検知することを特徴とする高温ガ
   ス配管の配管異常検知方法。
2. 【請求項２】 高温流体が流れる内部配管と、内部配管
   を覆う断熱材層と、断熱材層を覆う外部配管から少なく
   とも構成される高温ガス配管において、 外部配管表面上の複数の計測箇所で温度を計測し、前記
   複数の計測箇所で計測された外部配管表面温度での温度
   変動の相関を求め、外部配管表面上の複数の計測箇所に
   おける温度変動の中で高温ガス配管に損傷が生じていな
   い正常時の前記温度変動の相関特性と相関特性が合致す
   る計測箇所を探索し、この正常時の相関特性に合致する
   計測箇所の少なくとも１箇所以上を正常配管箇所として
   選定し、選定したこの正常配管箇所の外部配管表面温度
   と高温ガス配管の損傷を評価する計測箇所の外部配管表
   面温度間の温度変動の相関関係を求め、求められた前記
   相関関係と高温ガス配管に損傷が発生していない正常時
   の基準相関特性とのずれ量の大小から、正常異常の評価
   対象の計測箇所の高温ガス配管構成部材に生じる損傷の
   有無と、その発生箇所及び損傷の進行状況を検知するこ
   とを特徴とする高温ガス配管の配管異常検知方法。
3. 【請求項３】 高温流体が流れる内部配管と、内部配管
   を覆う断熱材層と、断熱材層を覆う外部配管から少なく
   とも構成される高温ガス配管において、 高温ガス配管に損傷の生じていない正常な配管状態にお
   いて計測される同一の高温ガス配管上での異なる箇所の
   外部配管表面温度間の温度変動の相関関係を回帰式によ
   り近似するとともに、 前記回帰式により算出される配管正常時における高温ガ
   ス配管の損傷を評価する計測箇所の外部配管表面温度Ｔ
   _i'と配管正常時における当該評価対象の計測箇所の外部
   配管表面温度実測値Ｔ_i"との差の標準偏差σｓを算出
   し、 当該評価対象の計測箇所の外部配管表面温度実測値Ｔ_i
   と前記回帰式により算出される配管正常時の当該評価対
   象の計測箇所の外部配管表面温度Ｔ_i'との偏差σと前記
   標準偏差σｓと前記偏差σとの比σ／σｓを評価パラメ
   ータとして高温ガス配管構成部材に生じる損傷の有無
   と、その発生箇所及び損傷の進行状況を検知することを
   特徴とする高温ガス配管の配管異常検知方法。
4. 【請求項４】 高温ガス配管構成部材に生じる損傷発生
   を検知するしきい値として、評価パラメータσ／σｓ＝
   ３を用い、評価パラメータσ／σｓが３を超える計測箇
   所において高温ガス配管構成部材に損傷が発生したと判
   定し、評価パラメータσ／σｓの値の大小により高温ガ
   ス配管構成部材に生じる損傷の有無と、その発生箇所及
   び損傷の進行状況を検知することを特徴とする請求項３
   記載の高温ガス配管の配管異常検知方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の高温ガス配管の配管異常
   検知方法における外部配管表面温度分布を表示すること
   を特徴とする高温ガス配管の配管異常検知装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の高温ガス配管の配管異常
   検知方法における評価パラメータσ／σｓもしくは評価
   パラメータσ／σｓに基づく高温ガス配管構成部材に生
   じる損傷レベルの配管上の分布状況を表示することを特
   徴とする高温ガス配管の配管異常検知装置。