JPS62222140A - 連続的気体・蒸気モニタ - 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】 侠生立更 本発明は地熱流体に関するものであって、更に詳細には
、この様な流体において蒸気流れと相対的な非凝縮性気
体の流れを測定する装置に関するものである。

従】Ｕ１匪 地熱流体は非凝縮性のガス即ち気体を含有している。地
熱井戸を介して得られる地熱流体におけるこの様な非圧
縮性気体の濃度は色々である。これらの気体は、硫化水
素、二酸化炭素、アンモニア及びその他の気体を有する
場合があり、その幾つかは大気中に大量に排出されると
所謂汚染物となることがある。蒸気に対しての非凝縮性
気体の比は、地熱埋蔵評価、資源管理、発電プラント設
計及び操作、及び環境基準の順守において重要なパラメ
ータである。

例えば、この様な地熱流体が凝縮器へ排出されるタービ
ンと結合して使用されている場合、流れにおける非凝縮
性気体の存在及び濃度は特に充足せねばならない気体放
出問題を発生する。効率の観点からは、地熱流体から凝
縮器へのタービンの排気は大気圧以下でなければならな
い。従って。

非凝縮性気体は大気圧以下で排出されねばならない。更
に、気体排出装置は正確に寸法法めされ且つ設計されね
ばならない。

排出装置が設計されているレベルより高いレベルに気体
が遭遇すると、凝縮器内の温度が上昇し、凝縮器内の背
圧も同様に上昇し、且つ負荷を喪失することがある。

逆に、非凝縮性気体排出装置の設計以下のレベルに気体
がある場合、低圧力タービンにおける蒸気は音速レベル
となることがある。このことが発生すると、温度が上昇
し、効率が失われ且つ負荷の喪失の危険性が発生する。

更に、非凝縮性気体が存在することとその種類を知らね
ばならない。特に、地熱プラントが「スタートアップ（
動作開始）」する場合、そのスタートアップの間に気体
を排出する為の構成を設けねばならない。更に、存在す
る気体の幾つかは大気汚染物として規定されているので
、それらの存在を正確に測定することが基準上必要であ
る。存在する気体の正確な測定を行い且つ維持すること
は、その気体にどの様なタイプの又どの程度の量の処理
をせねばならないかを決定する為に必要である。

付加的に、個々の井戸からの地熱流体における非凝縮性
気体が存在すること及びその種類に関しての知識は、地
熱資源の評価及び管理にとって必須のものである。非凝
縮性気体・蒸気比及び非凝縮性気体組成は、その他の情
報と共に、使用されて、物理化学資源モデリングにおけ
る成分として資源温度及び流体貯蔵量を決定し、環境基
準及び発電プラント設計限界にかなった資源の利用を計
画し及び資源評価及び管理におけるその他の重要な操作
の為に使用される。

所謂「ウェットテストメータ」や「バブルテスト」装置
等の従来の装置は、気体・蒸気比の無人で連続的な記録
を行う手段を提供するものではない。従って、オンライ
ン流量計として、この様な装置は、気体・蒸気比を正確
且つ連続的に測定し且つ記録することが出来ないので、
不満足なものである。

例えば、従来の装置による非凝縮性気体の測定は屡々未
知の量の蒸気を包含する。そうであるから、この様な装
置において使用される技術によって存在する非凝縮性気
体の正確な測定は不可能である。

同様に、凝縮液がこの様な装置から排出される場合、大
量の溶解された非凝縮性気体が存在する場合がある。こ
れも誤差の原因となる。

更に、これらの従来の装置は、地熱流体における非凝縮
性気体の組成を連続的に分析する手段を提供するもので
はない。

多くの装置は、Ｈ２Ｓ及びＣＯ２を解放させる為に３．
０乃至５．０の間のＰＨを確立すべく蒸気を処理するも
のである。例えば、Ｄｏｍａｈｉｄｙの米国特許台４，
４１０，４３２号、　Ｌｉｅｆｆｅｒｓの米国特許台４
，２５９゜３００号、　Ｋｅｍｍｅｒの米国特許台４，
３１９，８９５号、Ｐｏｔｔｈａｒｓｔ　Ｊｒ、の米国
特許台４，２６０，４６１号、　５ｎａｉｔｈ　ｅｔ　
ａｌ。

の米国特許台４，３５５，９９７号等を参照すると良い
。

灸肌勿又笠 地熱流体源と共に使用する連続的な気体・蒸気比モニタ
が提供される。地熱井戸蒸気流れのサンプルが機械的に
分離されて凝縮液を取り除き且つ硫酸で処理して３．０
乃至５．０の間のｐＨとしてＩ（２Ｓ及びＣＯ２が凝縮
液内に溶解することを防止する。蒸気の排出は、分離用
リザーバへ行われ次いで下部凝縮溜と上部気体排出アウ
トレットを持った垂直凝縮コラムへ行われる。該垂直コ
ラムの冷却用流体端部は大気熱交換器へ接続されており
、該蒸気を操作圧力（水銀柱約２０乃至２５インチ即ち
５０．８乃至６３．５ｃｍ）において水の沸騰温度近く
で凝縮させる。従って、該凝縮液は、溶解した非凝縮性
気体を解放させる最大の傾向を有する。該コラムの上部
排出端部は冷却ユニットによって冷却され且つ水の凝固
点（約３３°Ｆ）近くに維持される。気体が真空ポンプ
の吸引側へ引かれる。従って、該気体内に混合される水
蒸気の殆どは実質的に除去される。次いで、その乾燥し
た排出気体を質量流量計で測定する。該乾燥気体の排出
は、ガスクロマトグラフィ又はその他の分析装置による
組成分析の為に適宜条件付けされている。蒸気凝縮液は
、下部凝縮液溜から電子的フロートスイッチが装備され
ているレベル室へ排出される。該室が凝縮液で満杯とな
ると、該フロートスイッチはポンプをトリガーして該液
体を排出させる。マイクロコンピュータがポンプの充填
間に経過した時間を測定し且つ凝縮液流量を計算する。

気体流れ及び凝縮液流れの正確な測定から計算される気
体・蒸気の体積比は、蒸気流れ内に存在する非凝縮性気
体の正確な測定値として取られる。

目　　　的 本発明は１以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、地熱蒸気の流れにお
いて連続的に非凝縮性気体をモニタする装置及び方法を
提供することである。従って、本発明の目的の１つは、
地熱蒸気の流れにおいて連続的に非凝縮性気体をサンプ
ルすることである。本発明のこの側面に拠れば、高温の
凝縮液井戸（凝縮液から溶解した気体を排出する最大の
傾向を持っている）から冷却されたコラム（水蒸気を凝
縮させる最大の傾向を持っている）を介して気体が真空
ポンプによって引かれる。凝縮液と相対的な非凝縮性気
体の実質的に連続的なオンライン測定が行われる。

本発明の別の目的とするところは、凝縮液の流出を正確
に測定することである。従って、リザーバ即ち貯留部が
設けられる。該リバーザは２つのレベルセンサが装備さ
れている。リザーバが上部レベルセンサに到達すると、
正変位ポンプがリザーバを排気する。このポンプによっ
て与えらえる排気は気体の流れと比較されて、所望の比
を発生させる。典型的に、該凝縮液が化学的に処理され
て、化学的に塩基性の気体（アンモニア即ちＮＨ３）を
除いて、全ての気体を解放させる。

本発明の利点は、既知のオリジナルの気体・蒸気比で水
を包含しない非凝縮性気体流れを発生させることである
。この水分を包含しない非凝縮性気体の流れは、ガスク
ロマトグラフ又はその他の分析装置による分析に適して
いる。既知の気体・蒸気比は、各気体の分析した気体濃
度を蒸気と相対的に決定することを可能とする。

構成 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。

図面を参照すると、主蒸気流れガスライン１４は部分的
にのみ示されており、蒸気流れの小さなサンプルを連続
的に排出させる弁１７を具備するサンプルライン１６を
持っている。蒸気は、分離装置ｉ１Ａを介して通過し、
ここでは該分離装置はＴジヨイント即ちＴ接合部１８で
構成されている。

蒸気流れの大部分は噴流１９で大気へ流れる。小さな蒸
気サンプルはライン２ｏ及びニードル弁２６を介して分
離室Ｂ内へ流れる。

主蒸気ライン内の圧力は、地熱領域によって供給される
圧力である。例えば、　ｌ５Ｏ１ｂ／ｉｎ”程度の主蒸
気の圧力とすることが可能である。典型的に、蒸気は弁
１７を介してその通常の体積の３０倍に膨張される。こ
の場合、蒸気がＴ分離器を通過する場合の蒸気の圧力は
５　ｌｂ／ｉｎ”程度である。この点で蒸気は過熱され
、即ち蒸気内には液体の水は存在しない。

この点において、蒸気は圧力降下室Ｅ内へ流れる。この
室は典型的にその内側が絶縁体３２で被服されている。

室Ｂの内部には、大きな垂直コラム３０が設けられてい
る。コラム３０は所要の測定を行う真空システムへの入
口である。圧力降下室Ｂ内意蓄積された過剰な凝縮液及
び蒸気はパイプ３５を介して排出される。

コラム３０は乾燥蒸気の、本発明の凝縮性気体測定装置
への入口である。真空ポンプＣ及びウェル即ち井戸Ｅを
具備する凝縮器りが本システムを介して測定した流体を
吸引する。真空ポンプＣを介しての非凝縮性気体の流れ
に対して井戸Ｅから出る凝縮液の流れを測定することに
よって、測定を行うことが可能である。

再度図面を参照すると、供給源４０から酸がポンプ４５
を介して導管３０から通過する蒸気流れ５ｏ内へ注入さ
れる。十分な注入が行われて、流れ全体として３．０乃
至５．０ρｐＨ１好適には４．０のｐＨを与える。希釈
した形態で硫酸が注入される場合、それは通過する凝縮
液のｐＨを変化させる。このことは、硫化水素及び二酸
化炭素が凝縮液内に溶解することを防止する。

実際にアンモニア（ＮＨ，）が凝縮液内に溶解する。後
に明らかにされる如く、凝縮液内のアンモニアを測定し
且つ気体流れ計算を補正することによって、非凝縮性ア
ンモニアに対して補正係数を決定することが可能である
。

次いで、処理し飽和した蒸気が垂直凝縮器９０へ通過さ
れる。凝縮器９ｏは２つのコンポーネント部分に分割さ
れている。それは下部プール即ち下部溜９４を持ってお
り、それは可及的に沸騰点近傍に維持される。それは又
上部プール９６を持っており、それは可及的に凝固点近
傍に維持される。ここでこれらの極限温度の目的を理解
することが可能である。

下部プール９４は熱交換器１００によって冷却される。

熱交換器１００は循環ポンプ１０２を持っており、不凍
液等の冷却用流体を下部凝縮器９６及び下部コラム９４
を介して連続的に通過させる。典型的に、不凍液は下部
凝縮器９６次いで下部プール９４を向流態様で通過し、
大気熱交換器１００へ再循環する。下部コラム９４はそ
の底部にインレット９８を持っている。従って、下部コ
ラム９４に流入する蒸気は、停滞して存在することのあ
る凝縮液に対して上方向へ排出する。この様な流れは、
下方向へ流れる凝縮液から溶解した気体を取り除くこと
によって凝縮溶液から気体を排出させることに寄与する
ことが判明した。

上部コラム９６は冷却されている。このコラムは冷却ユ
ニット１１０へ接続されており且つ好適には水の凝固点
近傍に維持される。

この点において理解される如く、乾燥した気体が質量流
量計測定インジケータ１２０が設けられているコラム９
６の頂部から排出される。同時に。

凝縮液のみが井戸Ｅ内へ変位される。流量計１０２で気
体の体積を測定し且つこれらの気体を井戸Ｅを介して排
出される凝縮液と比較することによって、所望の比が得
られる。

下部コラム９４と井戸Ｅの内部の凝縮液を同一のレベル
に維持する為に、等化ライン１３０が使用されている。

このラインはこれら２つの容器内の圧力を等しくさせる
。

真空ポンプＣは典型的にライン１４０を介して小さな空
気の流れが供給される。この空気の流れはポンプヘッド
を乾燥したままに維持し且つ焼損の発生を防止すること
を可能とする。本装置のキャリブレーション即ち較正を
行っている場合には、ライン１４０は弁１４１で閉塞さ
れる。

この点において１図面を参照すると明らかな如く、４つ
の所謂「フェイルセーフ（安全保証）」パラメータが設
けられていることが分かる。

第１に、全ての非凝縮性気体は真空ポンプＣによって本
システムを介して引かれる。典型的に。

このポンプは水銀柱約−２５インチ即ち６３．５ａｍの
「負」圧力で動作する。真空ポンプＣの下流側に、ガス
クロマトグラフ又はその他の分析装置を取付けることが
可能である。

第２に、本システムには２つの温度トリップが設けられ
ている。上部冷却コラムが５０°Ｆ（１０℃）に到達す
ると、本システムはシャットダウン即ち停止する。この
トリップ温度を超えると不正確なＪｌり定となることが
考えられる。

更に、下部井戸が１５０’　Ｆ　（６５，６℃）を超え
る温度に到達しても１本システムはシャットダウンする
。この様な状態においては、本気体測定装置内への水蒸
気の煮こぼれが発生することがある。

最後に、井戸Ｅには、通常の上部及び下部レベルセンサ
１５１及び１５２に加えて、上部レベルセンサ１５０が
設けられている。リザーバが溢れると、本装置はシャッ
トダウンする。

次いで、動作に付いて簡単に説明すると、典型的に質量
流量計１２０は、デジタル・アナログ変換器Ｆを介して
、アメリカ合衆国、カリフォルニア州、バロアルトのヒ
ユーレット−パッカートコ−、ｌ？Ｌｚ−ジョンによっ
て製造されているヒユーレット−パラカードＨＰ　７１
の如きコンピュータへ出力する。同様に、凝縮液ポンプ
Ｇが稼働する間の時間が同じコンピュータへ出力される
。蒸気に対する非凝縮性気体の比の出力が得られる。質
量流量計１２０を介しての気体の流量は、井戸Ｅが凝縮
液で充填される間に、経過した時間間隔に渡って該コン
ピュータによって平均化される。この時間間隔は平均凝
縮液流量に直接比例している。

以上１本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は本発明の１実施例に基づいて構成された装
置の全体的概略図である。 （符号の説明） １８：Ｔジヨイント ３０：垂直コラム ９０：垂直凝縮器 ９４：下部プール ９６二上部プール １０ｏ：熱交換器 １０２：循環ポンプ Ａ：分離装置 Ｂ：圧力降下室 Ｃ：真空ポンプ Ｄ：凝縮器 Ｅ：ウェル（井戸） Ｆ　：　Ｄ／Ａ変換器 特許出願人　　　　ジ−イーオー　オペレーター　コー
ポレーション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気流れ内の非凝縮性気体を測定する装置において
   、蒸気から飽和蒸気中の凝縮液を分離する為の分離手段
   、前記蒸気を過熱させる為に前記飽和蒸気を膨張させる
   膨張質、下部凝縮液溜と上部気体放出部分とを持ってお
   り前記過熱した蒸気を受け取る凝縮器コラム、前記下部
   凝縮液溜を沸騰点近傍の温度に維持する手段、前記コラ
   ムの前記上部部分を凝固点近傍の温度に維持する手段、
   大気と相対的に真空下において前記コラムの前記上部冷
   却冷却部分から非凝縮性気体を引き出す手段、前記コラ
   ムの冷却部分を通過して流れ出る非凝縮性気体を測定す
   る手段、前記コラムの底部に蓄積する凝縮液を測定する
   手段、を有しておりその際に凝縮液と非凝縮性気体との
   比を決定することが可能であることを特徴とする装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記分離手段が前
   記蒸気を直角に曲がらせる為のＴ接合部蒸気ラインを有
   することを特徴とする装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記下部凝縮為を
   沸騰点近傍の温度に維持する手段が、大気冷却器を有す
   ると共に、熱交換用流体が前記下部凝縮溜及び前記大気
   冷却器を介してポンプ動作されて熱を放散させる熱交換
   器を有することを特徴とする装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記真空下におい
   て引き出す手段が真空ポンプの吸引側を有すると共に、
   前記真空ポンプ内へ空気を供給する手段を有することを
   特徴とする装置。 ５、地熱蒸気の流れを断続的にモニタする方法において
   、地熱蒸気が通過する代表的な量をサンプリングし、前
   記地熱蒸気から凝縮液を分離し、前記地熱蒸気を膨張さ
   せて前記蒸気を過熱させ、前記蒸気を非凝縮性気体と凝
   縮液とに分離しその際に前記凝縮液を沸騰点近傍の温度
   で凝縮させ且つ前記気体を凝縮液の凝固温度近傍の温度
   で排出させ、前記排出した気体を測定すると共に前記排
   出した凝縮液を測定して前記蒸気内の非凝縮性気体の比
   を決定する、上記各ステップを有することを特徴とする
   方法。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記凝縮液を分離
   するステップにおいて、機械的分離器を介して前記蒸気
   を通過させることを特徴とする方法。 ７、特許請求の範囲第５項において、前記分離ステップ
   において、導入した蒸気を前記凝縮液を介してバブリン
   グさせることを特徴とする方法。 ８、特許請求の範囲第５項において、前記排出した凝縮
   液を測定するステップにおいて、前記溜内に前記凝縮液
   を蓄積し且つそれが排出される時に前記蓄積された凝縮
   液を測定することを特徴とする方法。