JPH1122909A - 熱交換器の細管漏洩検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱交換器の細管漏洩を自動判定することによ
り、運転員の負担軽減と早期発見による細管破損の拡大
を防止する。 【解決手段】プロセスデータの「入力部」と、微小に変
動しているプロセスデータをフィルタリングする「入力
データ平均化処理部」と、プラント正常運転時の負荷に
対応した実測値を基準値として入力した「データファイ
ル」と、データファイルの基準値から設定値を算出する
「設定値算出部」と、漏洩を判定する「判定部」とを備
えて構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電プラントの復
水系統，給水系統，ボイラ水蒸気系統に設備された熱交
換器における細管漏洩の検出に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１に示す火力発電プラントを参照して
熱交換器の細管漏洩について説明する。

【０００３】ボイラ１の熱交換器２で発生した蒸気は蒸
気加減弁４を通り、高圧タービン５で仕事をして一部を
高圧給水加熱器２３へ供給した後に、ボイラの熱交換器
３で再び熱せられてインターセプト弁６を通り、中圧，
低圧タービン７で仕事をして一部を高圧給水加熱器２１
と脱気器１７と低圧給水加熱器１２，１３へ供給した後
に、復水器８へと流れる。

【０００４】復水器へ流入した蒸気は、循環水ポンプか
ら供給される海水と熱交換され復水となり復水器ホット
ウェル部に溜る。ホットウェルの復水は復水ポンプ９か
ら脱気器水位調節弁１１を通り低圧給水加熱器１２に送
水される。また、ホットウェルの水位は予め設定された
水位に制御され、水位が低下した時には補給水が復水器
水位調節弁１０を通り復水器８に供給される。

【０００５】低圧給水加熱器１２，１３では、復水ポン
プ９から送水された復水とタービン７からの抽気とを熱
交換し、復水は加熱されて脱気器１７へ送られる。復水
により冷却されたタービン抽気はドレンとなり低圧給水
加熱器１２，１３のドレンクーラ部に溜る。このドレン
はドレンポンプ１４から水位調節弁１５を通り復水管へ
送水され復水と合流して脱気器１７へ送られる。また、
低圧給水加熱器１２，１３の水位は調節弁１５，１６に
より一定に制御されている。

【０００６】脱気器１７にはタービン７からの抽気と低
圧給水加熱器１３からの復水と高圧給水加熱器２１から
のドレンが流入し、それら混合した流体が脱気器タンク
１８に給水として溜る。また、脱気器タンク１８の水位
は調節弁１１により一定に制御されている。脱気器タン
ク１８の給水は、給水ポンプ１９から流量調節弁２０を
通り高圧給水加熱器２１に送水される。

【０００７】高圧給水加熱器２１，２３では、給水ポン
プ１９から送水された給水とタービン５，７からの抽気
とを熱交換し、給水は加熱されボイラ１へ送られる。高
圧給水加熱器２１，２３のドレン水位は低圧給水加熱器
と同様に調節弁２２，２４により一定に制御されてい
る。

【０００８】この様な系統で復水器の細管漏洩の検出
は、細管から漏れた海水がホットウェルに流入するた
め、ホットウェル復水の伝導度で検出している。また、
復水，給水系統に設備された給水加熱器で細管漏洩が発
生した時には、加熱室内のドレン水位が上昇するため水
位調節弁の開度が大きくなって水位を制御する。漏洩量
が調節弁の容量より大きい場合には、加熱室の水位は上
昇を続けると共に熱交換器廻りの温度，流量，圧力も大
きく変動し、プラント全体の挙動にも影響が出てくる。
したがって、各系統及び機器に設置された検出器から検
出されたプロセスデータが、プラントの制御を行う制御
装置に設定してある警報の設定値以上になり、制御装置
から出力された警報の信号により補助制御盤に設置して
ある警報窓の圧力，流量，水位等のプロセス値異常の警
報が鳴動する。

【０００９】しかし、漏洩量が小さい場合には各プロセ
ス値が制御装置の警報設定値以下でプラントが運転継続
しており、補助制御盤の警報窓は鳴動しない。したがっ
て、細管漏洩の異常状態はプラントの運転状態を把握し
ている運転員の判断にまかされている。

【００１０】上記目的を解決するために、特開昭60−14
963 号公報に記載のように、発電プラントの負荷変動に
対応する給水加熱器の熱的特性と給水加熱器廻りの実測
値（出入口給水温度，加熱器蒸気温度，ドレン温度）と
の比較により水漏洩を検出する方法がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなプラント
の異常時には、熟練運転員のノウハウや経験が必要とな
り、細管からの漏洩量が大きくプロセス値異常の警報が
発生した時には、経験の浅い運転員でも警報の原因を詳
細に調査し細管漏洩を確認できるが、漏洩量が小さく発
電機出力が安定している場合には、正常時と細管漏洩時
のプロセス値の差異を見極める運転員の判断だけでは、
細管漏洩の発見が遅れる場合があった。

【００１２】このため、細管の小さな破損が大きな破損
に拡大する可能性が大である。従って本発明の目的は、
運転員の個人差に関係なく少量の細管漏洩の場合にも早
期に発見できるようにし、配管破損の拡大を防止するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明ではプロセスデー
タの入力部と、微小に変動した入力データが原因となり
判定部での判断誤りを防止するための入力データ平均化
処理部と、プラントが正常に運転している時の負荷に対
応したプロセスデータの実測値を基準値として格納する
データファイルと、基準値から判定処理に使用する設定
値を算出する設定値算出部と、細管漏洩を判定する判定
部を備えて構成している。

【００１４】図１に示した系統において主蒸気流量，給
水流量，復水流量，加熱器ドレン流量，補給水流量は、
負荷に対して一定の関係でバランスしていることに着目
し、漏洩の検出はプラント正常運転時のデータと、計測
値を比較し差異を求める方法により、また判定した結果
を警報装置に出力することにより達成される。

【００１５】前記のように構成した本発明の細管漏洩検
出方法によれば、発電プラントに設備される熱交換器の
細管漏洩を確実に検出し、プラント運転員に異常を知ら
せることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図１〜図８
により説明する。

【００１７】図２は熱交換器細管漏洩検出方法の全体構
成を示している。

【００１８】図１に示した発電機出力検出器２６，主蒸
気流量検出器３４，ボイラ入口給水流量検出器３３，給
水ポンプ入口流量検出器３１，高圧給水加熱器ドレン流
量検出器３２，低圧給水加熱器出口復水流量検出器３
０，低圧給水加熱器入口復水流量検出器２８，低圧給水
加熱器ドレン流量検出器２９，補給水流量検出器２７か
ら検出したプロセスデータを入力部３５に取り込む。プ
ロセスデータは微小に変動しており取り込んだデータ
は、バランスが崩れている可能性がある。このデータを
判定部３９で使用すると「正常状態」にもかかわらず
「漏洩状態」に判定を誤ることが懸念される。

【００１９】この問題を解決するためにプロセスデータ
の平均化処理部３６を設けている。平均化処理とは予め
定めた時間（サンプリング時間）だけプロセスデータを
積分し、そのサンプリング時間の平均値を算出するもの
であり、（１）式で求める。

【００２０】

【数１】

【００２１】 ここで Ｆｉ：サンプリングした時の流量（Ｔ／Ｈ） Ｆ０：平均化した後の流量 （Ｔ／Ｈ） ｔ ：サンプリング時間 （ｓ） 次に平均化したプロセスデータを設定値算出部３８に入
力する。また、図３に示すように正常運転時の主蒸気流
量に対応するプロセス値（例として７００ＭＷ級変圧貫
流プラント）の流量特性から代表的な点を取り出して、
プロセスデータ基準値格納ファイル３７へ入力してお
く。図４に、図３の特性から１０点を取り出して入力し
た例を示す。設定値算出部３８では基準値格納ファイル
３７から主蒸気流量に対応した各基準値を取り込み、判
定部で使用する設定値を算出する。算出方法は２点間直
線近似で行う。したがって、主蒸気流量に対して変曲点
があるプロセスデータについては、変曲点近傍で細分化
するとプラント正常状態の実測値に対して設定値の精度
が向上する。ここで、基準値の流量特性に負荷を使用し
なかった理由は、同じ負荷においてもプラントの運転時
期（夏場，冬場）によってプロセス流量が変わるため、
基準値に対して誤差が大きくなることによる。平均化し
たプロセスデータと設定値算出部３８で算出した設定値
を判定部３９に入力し、両方の比較により細管漏洩を判
断する。

【００２２】以下に、細管漏洩の判定方法について説明
する。

【００２３】（ケース１）図５に低圧給水加熱器１２に
おける細管漏洩の挙動を示す。

【００２４】まず細管漏洩が発生すると漏洩した復水が
加熱室内に流れ込みドレン水位が上昇するため調節弁１
５の開度が大きくなり、復水管へのドレン回収量が増加
する。

【００２５】脱気器入口復水流量は、低圧給水加熱器入
口復水流量とドレン回収量の合計であり、漏洩直後には
漏洩量に比べ復水管へのドレン回収量の増加分が少ない
状態（漏洩量と調節弁１５の制御性による）であり、脱
気器入口復水流量は減少する。これにより、脱気器タン
ク１８の水位が低下するため調節弁１１の開度が大きく
なり加熱器１２の入口復水流量は増加する。

【００２６】加熱器入口復水流量の増加に伴い、復水器
８の水位が低下するため調節弁１１の開度が大きくな
り、補給水流量が増加する。

【００２７】ここまでの挙動は漏洩直後の過度的なもの
で、最終的には水位調節弁１０，１１，１５の制御によ
り復水管へのドレン回収量が漏洩量の分だけ増加し、そ
れ以外のプロセスデータは正常時の状態に戻って安定す
る。また、脱気器側の低圧給水加熱器１３の細管漏洩が
発生した時には、加熱器１３のドレン流量と加熱器１２
のドレン流量が増加して安定する。したがって、低圧給
水加熱器１２，１３の細管が漏洩した時のプロセスデー
タは、正常時と比較して検出器２９で検出したドレン流
量に偏差が出る。

【００２８】（ケース２）図６に高圧給水加熱器２１に
おける細管漏洩の挙動例を示す。

【００２９】この場合には、漏洩量だけ増加した加熱器
２１のドレンが給水管ではなく脱気器に回収されている
ためボイラ入口給水流量は漏洩量の分だけ低下したまま
である。しかし、発電機出力を正常状態に保持するため
に、制御（流調弁２０の開度増加）によりボイラ入口給
水は漏洩前の流量に回復する。この時、給水ポンプ入口
流量は漏洩の分だけ増加する。したがって、高圧給水加
熱器の細管が漏洩した時のプロセスデータは、正常状態
と比較して検出器３１の給水ポンプ吸い込み流量と検出
器３２の高圧給水加熱器ドレン回収流量に偏差が出る。
またボイラ側の加熱器２３の漏洩についても同様であ
る。

【００３０】（ケース３）図７に過熱器２における細管
漏洩の挙動例を示す。

【００３１】過熱器２で漏洩が発生した場合、主蒸気流
量が減少するため、発電機出力は低下する。しかし、発
電機出力を目標出力まで回復させるべく、制御が働き主
蒸気流量を正常状態の流量まで増加させる。この状態で
は漏洩量の分だけ給水が不足しボイラの圧力が低下する
ため、制御によりボイラ入口給水流量，給水ポンプ入口
流量が増加する。給水の増加により脱気器水位が低下す
るため、調節弁１１の開度が大きくなり復水流量が増加
する。復水器水位についても同様に復水の増加により低
下するため、調節弁１０の開度が大きくなり補給水が増
加する。

【００３２】また、過熱器で漏洩した蒸気は煙風道を通
って系外に排出されるため、水蒸気の経路では漏洩して
いる分だけ復水が不足する。したがって、漏洩量だけ常
に補給水を補給しなければならない。したがって本ケー
スでは、正常時と比較してボイラ入口給水流量と給水ポ
ンプ入口流量と、脱気器入口給水流量と、低圧給水加熱
器と、補給水流量に漏洩量だけ増加した偏差が出る。

【００３３】（ケース１）〜（ケース３）の特徴から低
圧給水加熱器，高圧給水加熱器，ボイラ熱交換器の細管
漏洩判定条件を以下に示す。

【００３４】まず、プラントの流量バランスが取れてい
る負荷帯を判定する（数２）をケース１〜ケース３の共
通条件とする。

【００３５】

【数２】 発電機出力＞設定値 …（数２） （ケース１）の場合には、低圧給水加熱器ドレン流量が
正常値（設定値）に対して漏洩の分だけ増加することが
漏洩検出の絶対条件になり、（数３）で判定する。

【００３６】

【数３】 低圧給水加熱器ドレン流量−設定値＞α１＋β１ …（数３） また、加熱器の入口，出口流量のバランスが正常である
条件（数４),（数５）を加え、（数２),（数３),（数
４),（数５）の論理積により低圧給水加熱器の細管漏洩
が判定できる。

【００３７】

【数４】 ｜低圧給水加熱器入口復水流量−設定値｜≦α２ …（数４）

【００３８】

【数５】 ｜脱気器入口復水流量−設定値｜≦α２ …（数５） （ケース２）の場合には、給水ポンプ入口流量と高圧給
水加熱器ドレン流量が正常値（設定値）に対して漏洩量
だけを増加することが漏洩検出の絶対条件となり、（数
６),（数７）で判定する。

【００３９】

【数６】 給水ポンプ入口給水流量−設定値＞α２＋β１ …（数６）

【００４０】

【数７】 高圧給水加熱器ドレン流量−設定値＞α１＋β１ …（数７） また、プラントの流量バランスが正常である条件（数
８),（数９）を加え、（数２),（数６),（数７),（数
８),（数９）の論理積により高圧給水加熱器の細管漏洩
が判定できる。

【００４１】

【数８】 ｜ボイラ入口給水流量−設定値｜≦α２ …（数８）

【００４２】

【数９】 ｜脱気器入口復水流量−設定値｜≦α２ …（数９） （ケース３）の場合には、ボイラ入口給水流量と補給水
流量が正常値(設定値)に対して漏洩量だけ増加すること
が漏洩検出の絶対条件となり（数１０),（数１１）で判
定する。

【００４３】

【数１０】 ボイラ入口給水流量−設定値＞α２＋β１ …（数１０）

【００４４】

【数１１】 補給水流量−設定値＞α３＋β１ …（数１１） また、プラントの流量バランスが正常である条件（数１
２）を加え（数２）,（数１０),（数１１）の論理積に
よりボイラの細管漏洩が判定できる。

【００４５】

【数１２】 ｜（ボイラ入口給水流量−設定値）−（補給水流量−設定値）｜＜α２ …（数１２） 上記の条件により細管漏洩の判定は図８に示すロジック
により実現できる。

【００４６】以上の実施例では、系統単位（復水系統，
給水系統，ボイラ水蒸気系統）に漏洩を検出している
が、本方法によれは、熱交換器廻りの流量バランスが計
測できる箇所に検出器を設置し、個別に実測値と設定値
を比較することにより、熱交換器単体の検出も可能であ
る。図９に示す高圧給水加熱器系統図により実施例を以
下に示す。この場合は、それぞれのドレン流量を計測す
る様にした。

【００４７】加熱器２１で漏洩が発生した時にドレン流
量ＦＷ１は漏洩量だけ多くなる。したがって上流側加熱
器２３のドレン流量ＦＷ２が正常な条件（数１３）と下
流側加熱器２１のドレン流量ＦＷ１が増加した条件（数
１４）の論理積で判定できる。

【００４８】

【数１３】 ｜ＦＷ２−設定値｜≦α１ …（数１３）

【００４９】

【数１４】 ＦＷ１−設定値＞α１＋β１ …（数１４） 次に加熱器２３で漏洩が発生した時には、ドレン流量Ｆ
Ｗ１とＦＷ２は漏洩量だけ多くなり、この判定は（数１
４),（数１５）となる。

【００５０】

【数１５】 ＦＷ２−設定値＞α１＋β１ …（数１５） この時上流側，下流側で同時に漏洩が発生しないと仮定
した場合には(数１５)の条件だけでよい。

【００５１】しかし、上流側，下流側で漏洩が発生する
ことを考えた場合には、上流側で発生した条件（数１
６）と上流，下流で発生した条件（数１７）が必要とな
る。

【００５２】

【数１６】 （ＦＷ１−設定値）−（ＦＷ２−設定値）≦α１ …（数１６）

【００５３】

【数１７】 （ＦＷ１−設定値）−（ＦＷ２−設定値）＞α１ …（数１７） 上記の条件により給水加熱器単体の細管漏洩判定は図１
０に示すロジックにより実現できる。

【００５４】ここで α１：給水加熱器ドレン流量の正常状態を判定する制限
値 α２：復水，給水流量の正常状態を判定する制限値 α３：補給水流量の正常状態を判定する制限値 β１：細管漏洩の判定値

【００５５】

【発明の効果】本発明の方法によれば、熱交換器の細管
漏洩が発生した場合、漏洩の箇所について限定でき、早
期に発見できるため、細管破損の拡大を防ぐことがきで
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器を有する火力発電設備の水蒸気系統
図。

【図２】細管漏洩検出方法の構成図。

【図３】図１で検出した主蒸気流量と、その他流量の関
係を示した特性図。

【図４】プロセスデータの基準値を入力するデータファ
イル。

【図５】低圧給水加熱器細管漏洩の挙動を示した図。

【図６】高圧給水加熱器細管漏洩の挙動を示した図。

【図７】ボイラ熱交換器（過熱器）細管漏洩の挙動を示
した図。

【図８】細管漏洩を判断するロジック図。

【図９】高圧給水加熱器系統図。

【図１０】高圧給水加熱器の細管漏洩を個別に判断する
ロジック図。

【符号の説明】

１…ボイラ、５…高圧タービン、７…中圧・低圧タービ
ン、８…復水器、１０…復水器ホットウェル水位調節
弁、１１…脱気器水位調節弁、１２，１３…低圧給水加
熱器、１５，１６…低圧給水加熱器水位調節弁、２０…
給水流量調節弁、２１，２３…高圧給水加熱器、２２，
２４…高圧給水加熱器水位調節弁、４１…熱交換器細管
漏洩の検出処理。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発電プラントに設備された熱交換器（給水
   加熱器，過熱器，再熱器など）の熱交換用細管からの水
   ・蒸気漏洩を検出するものにおいて、プロセスデータの
   「入力部」と、微小に変動しているプロセスデータをフ
   ィルタリングする「入力データ平均化処理部」と、プラ
   ントが正常に運転している時の負荷に対応したプロセス
   データの実測値を基準値として入力した「データファイ
   ル」と、データファイルの基準値から設定値を算出する
   「設定値算出部」と、「判定部」とを備えて構成し、各
   配管系統（補給水系統，復水系統，給水系統，ボイラ水
   蒸気系統）に設置した複数の検出器により検出したプロ
   セスデータ（主蒸気流量，給水流量，復水流量，加熱器
   ドレン流量，補給水流量）と、その時の負荷に対応した
   設定値との比較により細管漏洩の発生を検出する熱交換
   器の細管漏洩検出方法。