JPWO2018105142A1 - 配管診断方法、装置およびシステム - Google Patents

Abstract

本願は、設備を通常通りに運転している状態で配管の異常箇所を特定可能にする技術を開示する。本願で開示する配管診断方法は、配管を流れる流体に周期的な温度変化を与える工程と、温度変化を与えられた流体が通過する部位の配管表面の温度を測定する工程と、配管表面の温度変化より配管の異常箇所の位置を推定する工程と、を備える。

Description

本願は、配管診断方法、装置およびシステムに関する。

工場やプラント等の各種設備には、液体が流れる配管が備わっている。配管は、流体の含有物やスケール等の析出物により詰まることがある。また、配管は、流体の影響を受けて減肉することがある。配管に異常があると設備の運転に支障を来す。そこで、近年、配管の異常を把握するための各種技術が開発されている（例えば、特許文献１−２を参照）。

特開２００９−３１２４３号公報 特開昭６４−５４２４０号公報 特開昭６１−２６８０９号公報

配管の詰まりを把握する技術としては、例えば、配管の各部に設けた圧力計で差圧を基に把握するものがある。しかし、差圧を基に配管の詰まりを把握する場合、配管の各部に圧力計が備わっていることが前提となる。また、差圧を基に配管の詰まりを把握する場合、詰まっている位置の正確な把握は難しい。そこで、圧力計が不要で且つ詰まっている箇所や減肉箇所も特定可能な技術として、例えば、配管内にファイバースコープを挿入して管内を観察するものや、打音検査によるもの、超音波探傷によるものを適用することも考えられる。しかし、配管を備える各種設備の中には、例えば、設備を容易に停止できないもの、管内を観察するのが容易でない長尺の配管を備えるものもある。また、打音検査や超音波探傷を行うには高度な技能が求められるため、配管の異常を日常的に把握する手法として用いるのは難しい。

そこで、本願は、設備を通常通りに運転している状態で配管の異常箇所を特定可能にする技術を開示する。

本願は、次のような配管診断方法を開示する。すなわち、本願で開示する配管診断方法は、配管を流れる流体に周期的な温度変化を与える工程と、温度変化を与えられた流体が通過する部位の配管表面の温度を測定する工程と、配管表面の温度変化より配管の異常箇所の位置を推定する工程と、を備える。

また、本願は、配管を流れる流体に周期的な温度変化を与える温度調整部と、温度変化を与えられた流体が通過する部位の配管表面の温度を測定する温度計測部と、温度変化を与えられた流体が通過する部位の配管表面の温度変化を表示する表示部と、を備える配管診断装置を開示する。

また、本願は、配管を流れる流体に周期的な温度変化を与える温度調整部と、温度変化を与えられた流体が通過する部位の配管表面の温度を測定する温度計測部と、配管表面の温度変化より配管の異常診断を行う処理部と、を備える配管診断システムを開示する。

上記の配管診断方法、装置およびシステムであれば、設備を通常通りに運転している状態で配管の異常箇所を特定可能である。

図１は、配管診断装置の構成図である。 図２は、配管診断方法のフロー図である。 図３は、配管の各部に設置されている既設の圧力計の指示値を使って行われる配管の閉塞の推測手法をイメージした図である。 図４は、閉塞部の前後における流体の圧力の変化をグラフで表した図である。 図５は、加熱部が配管を流れる流体に与える温度変化の一例である。 図６は、加熱部が正弦波の波形に沿った周期的な温度変化を流体に与える場合に観測される配管表面の各部の温度変化の一例を示した図である。 図７は、閉塞部の長さを表したグラフの一例である。 図８は、加熱部の変形例を示した図である。 図９は、変形例に係る配管診断方法のフロー図である。 図１０は、変形例で用いる配管モデルを示した図である。 図１１は、閉塞部付近における配管内の圧力を示したグラフである。 図１２は、閉塞部付近の等価回路モデルを示した図である。 図１３は、第１の算出例で用いる閉塞部付近における配管内の圧力を示したグラフである。 図１４は、第２の算出例で用いる閉塞部付近における配管内の圧力を示したグラフである。 図１５は、第３の算出例で用いる減肉部付近における配管内の圧力を示したグラフである。 図１６は、メンテナンスのタイミングの一例を示したグラフである。 図１７は、本変形例に係る配管診断方法に用いることが可能な配管診断装置の構成図である。

以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

図１は、配管診断装置の構成図である。配管診断装置１は、配管Ｐを局部的に加熱する加熱部２（本願でいう「温度調整部」の一例である）と、加熱部２よりも下流側で長手方向沿いに配管Ｐの表面に離散配置される複数の熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ（何れも本願でいう「温度計測部」の一例である）と、各熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの計測値をグラフ表示する表示装置４とを備える。配管診断装置１は、配管Ｐの異常が疑われる場合に一時的に設置されてもよいし、或いは、配管Ｐに常時設置されていてもよい。

加熱部２は、配管Ｐを局部的に加熱可能であれば如何なるものであってもよく、例えば、配管用のジャケットヒータ、汎用の赤外線ヒータ、工業用ドライヤ、その他各種の熱源機器を適用可能である。例えば、輻射熱を発する赤外線ヒータ、温風を発する工業用ドライヤは、加熱対象の物体に対して非接触で加熱可能なため、配管Ｐが高温の物体を接触させることができない仕様の場合であっても配管Ｐを局部的に加熱可能である。また、例えば、ジャケットヒータは、接触している物体を直接加熱可能なため、配管Ｐが高温の物体を接触させることができる仕様の場合には、配管Ｐを効率的に加熱可能である。

加熱部２は、配管Ｐを流れる流体に周期的な温度変化を与える。配管Ｐを流れる流体の温度は、例えば、加熱部２の電熱線の印加電圧を増減させたり、加熱部２の電熱線に通電する電源回路の開閉器を開閉させたりすることにより変化させることができる。

熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは、何れも配管Ｐの表面に取り付けられた接触式の熱電対である。熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは、配管Ｐの長手方向沿いに並んでおり、配管Ｐ表面の各部の温度を測定する。

表示装置４は、熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄに繋がる導線が接続される入力部や、入力部に入力された電気信号を処理する処理部と、処理部で処理された電気信号の情報を表示装置に表示する表示部とを備える。表示装置４は、熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄから得た電気信号を処理し、配管Ｐ表面の各部の温度を、横軸を時間軸とするグラフに表示する。表示装置４は、配管Ｐ表面の各部の温度を表す複数の線を１つのグラフに重畳的に表示する。表示装置４は、入力部や処理部、表示部をデジタル信号の処理回路で実現してもよいし、アナログ信号の処理回路で実現してもよい。入力部や処理部、表示部がデジタル信号の処理回路で実現される場合、表示装置４としては、例えば、パーソナルコンピュータやその他各種の情報処理装置を適用可能である。

なお、加熱部２は、自身が有する制御回路の動作に従って制御量を変化させることにより、配管Ｐを流れる流体に温度変化を与えるものであってもよいし、或いは、制御線を介して繋がる表示装置４から送られた制御信号を受けて制御量を変化させることにより、配管Ｐを流れる流体に温度変化を与えるものであってもよい。

以下、配管診断装置１を使った配管診断方法について説明する。図２は、配管診断方法のフロー図である。以下、図２のフロー図に示す符号を引用しながら本実施形態の配管診断方法を説明する。

例えば、配管Ｐを備える設備の各種プロセス値から配管Ｐの閉塞が疑われる場合や、配管Ｐを備える設備の過去の運転実績や保守作業の経験から配管Ｐの閉塞が予測される場合、まず、配管診断装置１の設置箇所の検討が行われる（Ｓ１０１）。配管Ｐの閉塞は、例えば、配管Ｐの各部に設置されている既設の圧力計の指示値、配管Ｐにある流量調整弁といった自動制御される弁の開度の変化、ポンプの吐出圧力や消費電力の変化、その他各種プロセス値の変化に基づいて推測される。なお、本願でいう「閉塞」および「詰まり」とは、配管内の流路が完全に塞がった状態を意味するものに限定されるものでなく、配管の内面に僅かな析出物が付着して流路断面の有効面積が配管の設計値より僅かに減少した状態を含む概念である。

図３は、配管Ｐの各部に設置されている既設の圧力計の指示値を使って行われる配管Ｐの閉塞の推測手法をイメージした図である。また、図４は、閉塞部（本願でいう「異常箇所」の一例である。本願でいう「異常箇所」とは、配管内の流路断面の有効面積を局部的に変化させる部位をいう）の前後における流体の圧力の変化をグラフで表した図である。図４は、内径９０ｍｍの配管に閉塞部があり、当該配管に液体を適当な流速で流した場合に閉塞部の前後で生じる流体の圧力の変化を表している。配管Ｐに閉塞部がある場合、閉塞部の前後では、例えば、図４に示されるような圧力損失が生じる。よって、配管Ｐに、例えば、３つの圧力計ＰｉＡ，圧力計ＰｉＢ，圧力計ＰｉＣが既設されており、３つの圧力計ＰｉＡ，ＰｉＢ，ＰｉＣのうち隣り合う２つの圧力計間（圧力計ＰｉＡと圧力計ＰｉＢとの間、又は、圧力計ＰｉＢと圧力計ＰｉＣとの間）で優位な差圧がある場合、当該区間内に閉塞部があると推定できる。

本実施形態の配管診断方法においては、圧力計の指示値や過去の保守作業の経験等を基にして推定される配管Ｐの閉塞箇所（以下、「推定閉塞箇所」という）へ配管診断装置１が設置される。配管診断装置１の設置に際しては、配管Ｐの推定閉塞箇所の配管表面に熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが取り付けられ、推定閉塞箇所よりも上流側の適当な箇所の配管表面に加熱部２が取り付けられる。配管診断装置１の設置は、配管Ｐを備える設備の運転中であってもよいし停止中であってもよい。また、配管診断装置１は、配管Ｐに常時設置されていてもよい。

本実施形態の配管診断方法では、配管Ｐに設置された配管診断装置１の加熱部２で配管Ｐを流れる流体に周期的な温度変化が与えられる（Ｓ１０２）。配管Ｐを流れる流体は、配管Ｐを備える設備が通常運転中に配管Ｐへ流す液体であってもよいし、或いは、配管Ｐを診断するために用意された液体であってもよい。また、配管Ｐを流れる流体の流速は、配管Ｐを備える設備が通常運転の場合に出現する成り行きの流速であってもよいし、或いは、配管Ｐを診断するためにポンプの回転数や弁の開度で特別に調整された特定の流速であってもよい。また、配管Ｐを備える設備にヒータ、ボイラー、冷凍機、温度調整弁或いはその他の温度調整手段が備わっており、推定閉塞箇所が当該温度調整手段より下流側の場合、加熱部２の代わりに当該温度調整手段で配管Ｐを流れる流体に温度変化が与えられてもよい。

本実施形態の配管診断方法では、配管Ｐを流れる流体が周期的に温度変化している状態で配管Ｐ表面の各部の温度測定が行われる（Ｓ１０３）。すなわち、熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄで配管Ｐ表面の各部の温度測定が行われ、熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄから得られた電気信号が表示装置４で処理され、配管Ｐ表面の各部の温度が表示装置４の表示部に画面表示される。

本実施形態の配管診断方法では、配管Ｐを流れる流体が周期的に温度変化している状態で測定された配管Ｐ表面の各部の過渡的な温度変化より、配管Ｐの閉塞部の位置の推定（Ｓ１０４）および長さの推定（Ｓ１０５）が行われる。図５は、加熱部２が配管Ｐを流れる流体に与える温度変化の一例である。加熱部２によって与えられる温度変化が、例えば、図５に示されるような正弦波の波形を描く場合、表示装置４の表示部には、配管Ｐ表面の各部の温度が以下のように表示される。

図６は、加熱部２が正弦波の波形に沿った周期的な温度変化を流体に与える場合に観測される配管Ｐ表面の各部の温度変化の一例を示した図である。図６のグラフで凡例に示す４つの長さは何れも加熱部２から熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄまでの長さの一例を表している。よって、図６のグラフで「９．５ｍ」と記載されている線は熱電対３Ａの計測値を表し、「１０．５ｍ」と記載されている線は熱電対３Ｂの計測値を表し、「１１．５ｍ」と記載されている線は熱電対３Ｃの計測値を表し、「１２．５ｍ」と記載されている線は熱電対３Ｄの計測値を表す。

加熱部２が正弦波の波形に沿った温度変化を流体に与える場合、表示装置４の表示部には、例えば、図６に示されるような波形で配管Ｐ表面の各部の温度変化が表示される。配管Ｐの閉塞部は、例えば、流体の含有物やスケール等の析出物によって形成される。また、配管Ｐの閉塞部は、多少の厚みを有している。よって、配管Ｐ内の流体から配管Ｐ表面へ至る熱の伝達経路にある物体の熱伝導率や熱容量は、閉塞部を形成する析出物の影響により、閉塞部が存在する部位と存在しない部位との間で相違する。よって、例えば、図２に示したように、熱電対３Ｂに対応する部位に閉塞部がある場合、配管Ｐ内の流体から配管Ｐ表面へ至る熱の伝達経路にある物体の熱伝導率や熱容量は、閉塞部が存在する部位にある熱電対３Ｂの設置箇所と、閉塞部が存在しない部位にある熱電対３Ａ，３Ｃ，３Ｄの設置箇所とで相違する。したがって、熱電対３Ｂに対応する部位に閉塞部がある場合、表示装置４の表示部には、例えば、図６に示されるような波形が表示される。すなわち、表示装置４の表示部には、波形が互いに殆ど一致する熱電対３Ａ，３Ｃ，３Ｄの計測値の正弦波と、熱電対３Ａ，３Ｃ，３Ｄの計測値の線に比べて遅延し且つ変化幅も小さい熱電対３Ｂの計測値の正弦波が表示される。よって、配管Ｐの閉塞部の位置は、熱電対３Ｂが設置されている箇所と推定される。また、配管Ｐの閉塞部の長さは、熱電対３Ａが設置されている箇所から熱電対３Ｃが設置されている箇所までの長さよりも短いと推定される。なお、図６の波形から得られる熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃの遅延時間を数字で表すと、例えば、以下の表に示されるような値になる。

以上の工程を経ることにより、配管Ｐの閉塞部の位置や長さの推定は完了する。しかし、例えば、表示装置４の表示部に表示される正弦波が何れも殆ど一致しており、熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの各計測値の正弦波の波形間に顕著な差が見出されない場合には、熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの取付位置が上流側或いは下流側へ変更され、表示装置４の表示部に表示される表示内容の確認が再び行われることになる。

また、閉塞部の長さのより精密な推定結果が求められる場合には、ステップＳ１０４の処理で得られた閉塞部の箇所付近に、ステップＳ１０１で取り付けられた熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの取付間隔よりも狭い間隔で熱電対が複数取り付けられ、ステップＳ１０２以降の処理が再び繰り返される。図７は、閉塞部の長さを表したグラフの一例である。例えば、ステップＳ１０４の処理で得られた閉塞部の箇所付近に、ステップＳ１０１で取り付けられた熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの取付間隔よりも狭い間隔（例えば、０．２５ｍ間隔）で熱電対が９つ取り付けられた場合、各熱電対で観測される温度変化の遅延時間は、例えば、図７に示すグラフのように表される。すなわち、例えば、閉塞部が１ｍ程度の長さである場合、各熱電対で観測される温度変化の遅延時間を、遅延時間を縦軸にしたグラフで熱電対毎にプロットすると、４つの熱電対が他の熱電対よりも温度変化に遅延を生じることになる。ステップＳ１０４の処理で推定される閉塞部の長さの推定精度を上げるには、このように、配管Ｐに取り付ける熱電対の間隔を狭くすればよいことが判る。

上記一連の工程を経ることにより、配管Ｐの詰まっている箇所が特定される。上記一連の工程は、配管Ｐに流体が流れていることを前提とした工程であるため、配管Ｐを備える設備が運転中であると否とに関わりなく、配管Ｐの詰まっている箇所の特定が可能である。

なお、上記実施形態の配管診断方法では、閉塞部の検出を例示したが、配管Ｐの肉厚が局部的に減少した減肉部（本願でいう「異常箇所」の一例である）の検出も閉塞部の検出と同様に行うことができる。減肉部では、閉塞部とは逆の挙動、すなわち、減肉部の熱電対が他の熱電対よりも早く温度変化することになる。

また、上記実施形態の配管診断方法では、加熱部２が正弦波の波形に沿った温度変化を流体に与えていた。しかし、加熱部２が流体に与える温度変化は、正弦波の波形に沿ったものに限定されない。加熱部２が流体に与える温度変化は、例えば、周期的な矩形波であってもよい。また、上記実施形態の配管診断方法では、加熱部２が一定周期の温度変化を流体に与えていた。しかし、加熱部２が流体に与える温度変化は、一定周期のものに限定されない。加熱部２が流体に与える温度変化は、例えば、周期が変化する波形であってもよい。

加熱部２が周期的な温度変化を流体に与える場合、表示装置４の表示部に現れる波形の上限値と下限値との差分が、理論的には非周期的な単発の波形の上限値と下限値との差分に比べて、２倍の大きさで現れる。よって、周期的な温度変化を用いれば、非周期の温度変化を用いる場合よりも明確な配管Ｐの診断が可能である。例えば、配管Ｐを備える設備の運転に支障を与えないような±１℃程度の温度変化を周期的に与える場合、配管Ｐを流れる流体の性質や配管Ｐの素材、閉塞部を構成する物質の性質、配管Ｐを流れる流体の流速等にもよるが、閉塞部では温度変化の上限値と下限値との間に１．６℃程度の差分が観測され、閉塞部以外の箇所では温度変化の上限値と下限値との間に２．６℃程度の差分が観測されることが検証で明らかとなっている。したがって、上記実施形態のように周期的な温度変化を与える配管診断方法は、非周期的な単発の温度変化を与える手法よりも有効な診断結果を得ることが可能である。

また、上記実施形態の配管診断装置１は、離散配置された４つの熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを備えていた。しかし、配管Ｐの表面温度を計測する手段は、離散配置された４つの熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄに限定されない。配管Ｐの表面温度を計測する手段は、３つ以下または５つ以上の熱電対であってもよいし、或いは、サーモグラフィ、放射温度計、その他各種の温度計測手段であってもよい。

また、上記実施形態の配管診断方法では、表示装置４の表示部に表示される画面を基にした配管診断が行われていたが、例えば、熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの測定値を演算処理するコンピュータ（本願でいう「処理部」の一例である）を上記の配管診断装置１に組み合わせた配管診断システムが用意され、熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの測定値に基づく配管Ｐの異常診断が当該配管診断システムで自動的に行われてもよい。

図８は、加熱部２の変形例を示した図である。上記実施形態の配管診断装置１では、加熱部２が配管Ｐを局部的に加熱しており、熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが加熱部２よりも下流側に設けられていた。しかし、上記実施形態の配管診断装置１は、加熱部２に代えて、例えば、推定閉塞箇所とその周辺全体を加熱する非局部的な加熱手段である加熱部２′（本願でいう「温度調整部」の一例である）を備えるものであってもよい。配管Ｐに閉塞部がある場合、配管Ｐ内の流体から配管Ｐ表面へ至る熱の伝達経路にある物体の熱伝導率や熱容量は、閉塞部が存在する部位と存在しない部位とで相違することは上述した通りである。当該相違は、熱の伝達経路が逆方向の場合、すなわち、熱が配管Ｐ表面から配管Ｐ内の流体へ伝達される場合も同様である。よって、配管Ｐ内を流体が流れている状態で配管Ｐ表面を加熱すると、配管Ｐ表面から配管Ｐ内の流体へ伝達される熱量は、閉塞部が存在する部位と存在しない部位との間で相違する。したがって、配管診断装置１が加熱部２に代えて加熱部２′を備える本変形例の場合、配管Ｐの表面温度を計測する熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄあるいはその他の温度計測手段が、配管Ｐ表面のうち特に加熱部２′で加熱される部位に設置されれば、上記実施形態の配管診断装置１と同様、配管Ｐの閉塞部の位置や長さの推定が可能である。

また、上記の配管診断装置１および配管診断システムは、通信ネットワークを用いたクラウドコンピューティング技術を用いて実現されるものであってもよい。例えば、加熱部２や熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが設置されている工場等の設備が通信ネットワークに接続されており、熱電対３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの計測値等の各種情報が遠隔地のサーバへ送られて処理されることで、配管Ｐの診断が実現されるようにしてもよい。

ところで、上記の実施形態は、更に次のような処理が組み合わされてもよい。図９は、変形例に係る配管診断方法のフロー図である。本変形例は、上記実施形態によって配管Ｐの異常箇所（例えば、閉塞部や減肉部）の位置と長さが推定された場合に、当該異常箇所の現在の流路の状態（例えば、流路断面の有効面積、析出物の厚さ、減肉部の減肉量等）を把握するために用いられる。

本変形例の配管診断方法では、上記のステップＳ１０１からステップＳ１０５までの一連の処理によって異常箇所の位置と長さが推定された後（Ｓ２０１）、当該異常箇所の差圧を基に当該異常箇所における圧力損失が取得される（Ｓ２０２）。また、当該異常箇所における初期から現在までの圧力損失の変化量と配管内径（直径）との関係式で用いられる定数の算出が行われる（Ｓ２０３）。そして、当該異常箇所における現在の流路の状態の算出が行われる（Ｓ２０４）。

各ステップにおける具体的な算出処理の方法について以下に説明する。

図１０は、本変形例で用いる配管モデルを示した図である。また、図１１は、閉塞部付近における配管内の圧力を示したグラフである。また、図１２は、閉塞部付近の等価回路モデルを示した図である。例えば、配管に閉塞部が出現すると、閉塞部が流体の障害物となるため、図１１に示されるように、閉塞部で圧力損失が発生する。配管には、通常、適当な間隔で圧力計が設置されているため、閉塞部の前後にある２つの圧力計（例えば、図１０の「圧力計１」と「圧力計３」）の差圧をΔＰ０とし、この２つの圧力計の間において閉塞部が無い箇所（例えば、図１０の「圧力計２」と「圧力計３」の間）の圧力損失をΔＰ１とし、閉塞部における圧力損失（例えば、図１０の「圧力計１」と「圧力計２」の間）をΔＰ２とすると、ΔＰ０は、図１２の等価回路モデルでも表されるように、下記の式（１）で表される。
ΔＰ０＝ΔＰ１＋ΔＰ２・・・（１）

一般的に配管の圧力損失は以下に示すファニングの式（２）で表される。
ΔＰ＝４・ｆ・（Ｌ／Ｄ）・（ρｖ²・２）・・・（２）
ΔＰ；圧力損失， ｆ；係数， Ｌ；配管長， Ｄ；配管径， ρ；流体密度，ｖ；流速

ここで、流速ｖは、流量をＱとすると、以下に示す式（３）で表される。
ｖ＝Ｑ／Ｓ＝４Ｑ／（π・Ｄ²）・・・（３）
Ｓ；流路面積， Ｄ；配管内径（直径）

また、圧力損失ΔＰは、以下に示す式（４）で表される。
ΔＰ＝４・ｆ・（Ｌ／Ｄ）・ρ／２・（４Ｑ／（π・Ｄ²））²・・・（４）

ここで、流量Ｑと流体密度ρは、配管が閉塞しても一定である。また、レイノルズ数が大きく変化しない領域では係数ｆも大きく変化しないため、圧力損失ΔＰは配管長に比例し、配管内径の５乗に反比例する。従って、式（１）より、ΔＰ０は以下に示す式（５）で表される。
ΔＰ０＝ΔＰ１＋ΔＰ２＝Ｃ・（Ｌ−ｌ）／Ｄ⁵＋Ｃ・ｌ／（Ｄ−ｄ）⁵・・・（５）
Ｃ；定数， Ｌ；配管長， ｌ； 閉塞部長， Ｄ；配管径， ｄ／２；析出物厚

ここで、ΔＰ０は閉塞部の前後にある２つの圧力計（例えば、図１０の「圧力計１」と「圧力計３」）の指示値の差から取得できる（Ｓ２０２の処理に相当）。ＬとＤは既知である。ｌはステップＳ２０１で推定できる。また、Ｃは初期値または閉塞のない配管から算出できる（Ｓ２０３の処理に相当）。ΔＰ０、Ｌ、Ｄ、ｌ、Ｃが特定されれば、析出物の厚さｄ／２は式（５）より算出できる（Ｓ２０４の処理に相当）。

なお、ここでは閉塞部における析出物の厚さを例に説明したが、例えば、配管の腐食によって生じる減肉部における配管の減肉量についても閉塞部と同様、式（５）式を用いて算出することができる。また、図１０には直線状の配管を図示しているが、エルボや分岐、合流のある配管でも他の部分より圧力損失を見積もることで、析出物厚や減肉量は計算可能である。また、ここでは円形の流路を形成する丸形の管を例に説明したが、例えば、矩形の流路を形成する角型の管、或いはその他の形状の流路を形成する管にも適用可能である。

＜第１の算出例＞
図１３は、第１の算出例で用いる閉塞部付近における配管内の圧力を示したグラフである。図１０に示した配管モデルにおいて、配管の内径（直径）Ｄが９０ｍｍ、閉塞部の前後にある２つの圧力計の間の配管長Ｌが１０ｍと仮定し、この配管に流体を流したときの圧力損失ΔＰ０が６８４７Ｐａであったと仮定する。この配管に閉塞部が無い場合のＣは、例えば、圧力計２と圧力計３の指示値を使い、０．９×１０^-3と算出される。そして、ステップＳ２０１の処理で閉塞部長ｌが６ｍと推定された場合、式（５）を使うと、下記の表２に示すように、析出物厚ｄ／２は１５ｍｍと推定できる。

＜第２の算出例＞
図１４は、第２の算出例で用いる閉塞部付近における配管内の圧力を示したグラフである。図１０に示した配管モデルにおいて、配管の内径（直径）Ｄが９０ｍｍ、閉塞部の前後にある２つの圧力計の間の配管長Ｌが１０ｍと仮定し、この配管に流体を流したときの圧力損失ΔＰ０が６９７９Ｐａであったと仮定する。この配管に閉塞部が無い場合のＣは、例えば、圧力計２と圧力計３の指示値を使い、０．９×１０^-3と算出される。そして、ステップＳ２０１の処理で閉塞部長ｌが１ｍと推定された場合、式（５）を使うと、下記の表３に示すように、析出物厚ｄ／２は２２ｍｍと推定できる。

＜第３の算出例＞
図１５は、第３の算出例で用いる減肉部付近における配管内の圧力を示したグラフである。図１０に示した配管モデルにおいて、配管の内径（直径）Ｄが９０ｍｍ、減肉部（閉塞部と同じ部位にあるものとする）の前後にある２つの圧力計の間の配管長Ｌが１０ｍと仮定し、この配管に流体を流したときの圧力損失ΔＰ０が１４１０Ｐａであったと仮定する。この配管に減肉部が無い場合のＣは、例えば、圧力計２と圧力計３の指示値を使い、０．９×１０^-3と算出される。そして、ステップＳ２０１の処理で閉塞部長ｌが２ｍと推定された場合、式（５）を使うと、下記の表４に示すように、減肉量ｄ／２は６ｍｍと推定できる。

図１６は、メンテナンスのタイミングの一例を示したグラフである。例えば、上述した第１の算出例と第２の算出例を比較した場合、第１の算出例では析出物の厚さが１５ｍｍなので配管の有効内径（直径）が６０ｍｍであるのに対し、第２の算出例では析出物の厚さが２２ｍｍなので配管の有効内径（直径）が４６ｍｍであると推定できる。よって、第２の算出例の方が第１の算出例よりもメンテナンスの必要性が高いと判断できる。また、本変形例を用いて析出物の厚さや減肉量を定期的に算出すれば、例えば、図１６のグラフで示されるように、配管の有効内径が低下する傾向を把握可能である。配管の有効内径が低下する傾向を把握できれば、配管内の洗浄や配管の交換といった配管メンテナンスを適切なタイミングで行うことができる。

図１７は、本変形例に係る配管診断方法に用いることが可能な配管診断装置の構成図である。本変形例に係る配管診断方法は、上記実施形態の配管診断装置１を使って実現可能であるが、例えば、図１７に示すような配管診断システム１Ｓを使って実現することも可能である。配管診断システム１Ｓは、ヒータ２Ｓ、ヒータ２Ｓを制御するヒータ制御部２ＳＣ、ヒータ２Ｓの取付箇所の配管表面温度を検出する複数の温度センサ３ＳＴ、各温度センサ３ＳＴのデータを収録する温度データストレージ３ＳＴＳ、温度データストレージ３ＳＴＳに収録されたデータを用いて演算を行う温度データ演算部３ＳＴＣ、各圧力計のデータを収録する圧力データストレージ３ＳＰＳ、圧力データストレージ３ＳＰＳに収録されたデータを用いて演算を行う圧力データ演算部３ＳＰＣを備える。

ヒータ２Ｓは、上記実施形態の加熱部２と同様、配管Ｐの表面を加熱するヒータである。ヒータ２Ｓは、上記実施形態の加熱部２と同じヒータであってもよいし、或いは、加熱部２とは別体のヒータであってもよい。ヒータ制御部２ＳＣは、ヒータ２Ｓの通電を制御する装置であり、ヒータ２Ｓが配管Ｐを周期的に加熱するよう、ヒータ２Ｓに通電する電流を周期的に変化させる。

温度センサ３ＳＴは、上記実施形態の熱電対３Ａ〜３Ｄと同様、配管Ｐの表面温度を計測するセンサである。温度センサ３ＳＴは、上記実施形態のステップＳ１０４で推定された異常箇所の長さを精密に測定するべく、熱電対を配管Ｐの長手方向沿いに、熱電対３Ａ〜３Ｄよりも細かい間隔で並んでいる。

この配管診断システム１Ｓでは、閉塞部あるいは減肉部といった異常箇所の長さを測定するに際し、図８を使って説明したのと同様、温度センサ３ＳＴと同じ位置に取り付けられたヒータ２Ｓが配管Ｐを加熱する際の配管Ｐの表面温度の変化量に基づいて異常箇所の長さを測定する。例えば、配管Ｐをヒータ２Ｓで表面から加熱した場合に、析出物が堆積している箇所と析出物が堆積していない箇所とでは配管Ｐの表面から流体までの熱容量が相違するため、配管Ｐの表面温度の上昇率も相違することになる。減肉している箇所も同様である。この配管診断システム１Ｓでは、異常箇所におけるこのような熱的特性に着目し、ヒータ２Ｓと同じ箇所に取り付けた複数の温度センサ３ＳＴで表面温度の上昇率が相違する箇所を捉えて異常箇所の長さを測定する。すなわち、配管診断システム１Ｓでは、温度データストレージ３ＳＴＳに収録されたデータを温度データ演算部３ＳＴＣで解析し、ヒータ２Ｓと同じ箇所に取り付けた複数の温度センサ３ＳＴのうち表面温度の上昇率が相違する箇所を特定する。例えば、配管Ｐに複数取り付けられた温度センサ３ＳＴの取付箇所の範囲内に閉塞部あるいは減肉部が収まっていれば、複数の温度センサ３ＳＴのうち表面温度の上昇率が隣のセンサと相違する箇所が２箇所現れる。よって、温度データ演算部３ＳＴＣは、温度の上昇率が隣のセンサと相違する２箇所の間の長さを、異常箇所の長さｌとして出力する。

この配管診断システム１Ｓであれば、閉塞部或いは減肉部の長さｌを、上記実施形態の配管診断装置１よりも精密に取得することができる。また、閉塞部或いは減肉部における流路の状態（例えば、配管の有効内径や析出物の厚さ、減肉量）も、圧力データストレージ３ＳＰＳと圧力データ演算部３ＳＰＣを使って取得することができる。

Ｐ・・配管
ＰｉＡ，ＰｉＢ，ＰｉＣ・・圧力計
１・・配管診断装置
１Ｓ・・配管診断システム
２・・加熱部
２Ｓ・・ヒータ
２ＳＣ・・ヒータ制御部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ・・熱電対
３ＳＴ・・温度センサ
３ＳＴＳ・・温度データストレージ
３ＳＴＣ・・温度データ演算部
３ＳＰＳ・・圧力データストレージ
３ＳＰＣ・・圧力データ演算部
４・・表示装置

Claims (12)

1. 配管を流れる流体に周期的な温度変化を与える工程と、
   前記温度変化を与えられた流体が通過する部位の配管表面の温度を測定する工程と、
   前記配管表面の温度変化より前記配管の異常箇所の位置を推定する工程と、を備える、
   配管診断方法。
2. 前記異常箇所の位置を推定する工程では、前記配管表面の周期的な温度変化の遅延より前記異常箇所の位置を推定する、
   請求項１に記載の配管診断方法。
3. 前記温度変化を与える工程では、前記配管の表面を加熱する加熱手段で前記温度変化を与える、
   請求項１または２に記載の配管診断方法。
4. 前記異常箇所の位置を推定する工程では、前記配管の長手方向沿いにある前記配管表面の各部の温度変化より前記配管の異常箇所の位置を推定する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の配管診断方法。
5. 前記配管表面の温度を測定する工程では、前記温度変化をサーモグラフィで前記配管表面の温度を測定する、
   請求項１から４の何れか一項に記載の配管診断方法。
6. 前記配管の異常箇所の長さと差圧を測定する工程と、
   測定された前記異常箇所の長さと差圧、及び、前記異常箇所の初期の流路の状態に基づいて、前記異常箇所の現在の流路の状態を算出する工程と、を更に備える、
   請求項１から５の何れか一項に記載の配管診断方法。
7. 前記異常箇所の現在の流路の状態を算出する工程では、測定された前記異常箇所の長さと差圧、及び、前記異常箇所の初期の配管内径に基づいて、前記異常箇所の現在の流路の状態を算出する、
   請求項６に記載の配管診断方法。
8. 前記異常箇所の現在の流路の状態を算出する工程では、前記異常箇所における初期から現在までの圧力損失の変化量と配管内径との関係式を用いて、前記異常箇所の現在の流路の状態を算出する、
   請求項７に記載の配管診断方法。
9. 前記配管の異常箇所の長さは、前記配管表面の温度変化を用いて測定される、
   請求項６から８の何れか一項に記載の配管診断方法。
10. 前記異常箇所の現在の流路の状態とは、前記異常箇所に析出している析出物の厚さ、または、前記異常箇所を形成する減肉部の減肉量である、
    請求項６から９の何れか一項に記載の配管診断方法。
11. 配管を流れる流体に周期的な温度変化を与える温度調整部と、
    前記温度変化を与えられた流体が通過する部位の配管表面の温度を測定する温度計測部と、
    前記温度変化を与えられた流体が通過する部位の配管表面の温度変化を表示する表示部と、を備える、
    配管診断装置。
12. 配管を流れる流体に周期的な温度変化を与える温度調整部と、
    前記温度変化を与えられた流体が通過する部位の配管表面の温度を測定する温度計測部と、
    前記配管表面の温度変化より前記配管の異常診断を行う処理部と、を備える、
    配管診断システム。

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