JPWO2020031667A1 - 酸電気伝導率の測定装置及び方法並びに蒸気タービンプラント - Google Patents

Abstract

酸電気伝導率の測定装置及び方法並びに蒸気タービンプラントにおいて、給水（Ｗ）を加熱して沸騰させることで給水（Ｗ）に含まれる測定妨害物質を気化させて除去する測定妨害物質除去装置（１０１）と、測定妨害物質除去装置（１０１）により沸騰した給水（Ｗ）から陽イオンを除去する陽イオン除去装置としての陽イオン交換装置（１０２）と、陽イオン交換装置（１０２）により陽イオンが除去された給水Ｗの酸電気伝導率を測定する第１酸電気伝導率計（１０３）とを備える。

Description

本発明は、例えば、蒸気タービンプラントにおいて、給水の酸電気伝導率を測定する酸電気伝導率の測定装置及び方法、並びに、酸電気伝導率の測定装置が適用される蒸気タービンプラントに関するものである。

コンバインドサイクル発電は、まず、天然ガスなどを燃料としてガスタービンを駆動し、次に、排熱回収ボイラがガスタービンの排ガスを回収して蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービンを駆動して複合的に発電を行うものである。コンバインドサイクルプラントは、このコンバインドサイクル発電を実行するための発電プラントである。

ところで、コンバインドサイクルプラントにて、蒸気タービンを駆動した使用済の蒸気は、復水器で海水を用いて冷却されて復水となり、排熱回収ボイラに戻される。復水器は、海水が流れる冷却管が何らかの原因で損傷すると、海水が復水に混入することがある。すると、排熱回収ボイラの給水系統における蒸発器のドラムで海水成分が濃縮されると共に、塩化マグネシウムが加水分解して水酸化マグネシウムを生成して沈殿する。この水酸化マグネシウムは、給水管の内壁にスケーリングを生成し、伝熱阻害や腐食などの不具合事象を引き起こすおそれがある。また、塩化マグネシウムから遊離した塩化物イオンにより塩酸が生成され、ドラム水のｐＨを低下させ、給水管を腐食させるおそれがある。

そのため、給水系統を流れる給水の酸電気伝導率を測定することとで、給水への海水の漏洩を検出することが行われている。一般的な酸電気伝導率の測定装置は、陽イオン交換樹脂に給水を通過させることで、給水に含まれる陽イオンを水素イオンに変換した後、給水の酸電気伝導率を測定する。そして、測定した酸電気伝導率に基づいて給水への海水の混入を検出する。ところで、給水には、復水器の真空破壊や給水系統への補給水により二酸化炭素が持ち込まれて溶解している。酸電気伝導率の測定装置は、二酸化炭素を炭酸イオンとして測定することから、給水の酸電気伝導率が高くなってしまう。そこで、従来の酸電気伝導率の測定装置は、陽イオン交換樹脂により給水の陽イオンを除去した後、給水を加熱沸騰させることで妨害物質である二酸化炭素を気化させて除去し、給水の酸電気伝導率を測定している。このような技術としては、例えば、非特許文献１や特許文献１に記載されたものがある。

ＪＩＳ ８２２４：２０１６ ボイラの給水及びボイラ水−試験方法 特開２０１５−１４８４１１号公報

ところで、給水系統における配管の腐食抑制のため、給水に対してｐＨ調整剤を添加することで、給水のｐＨを高めてアルカリ性としている。そのため、従来の酸電気伝導率の測定装置にて、陽イオン交換樹脂に給水を通過させると、陽イオン交換樹脂が給水中のｐＨ調整剤を陽イオン（ＮＨ_４ ^＋）として吸着する。すると、陽イオン交換樹脂が吸着する陽イオンの量が増加し、陽イオン交換樹脂の寿命が低下し、陽イオン交換樹脂の交換頻度が増加してしまう。その結果、材料コストや処理コストが増加すると共に、作業者による陽イオン交換樹脂の交換作業が増加して作業性が低下してしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、装置の寿命を延ばして交換頻度を低下させることでコストの増加を抑制すると共に測定作業の作業性の向上を図る酸電気伝導率の測定装置及び方法並びに蒸気タービンプラントを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の酸電気伝導率の測定装置は、給水を加熱して沸騰させることで給水に含まれる測定妨害物質を気化させて除去する測定妨害物質除去装置と、前記測定妨害物質除去装置により測定妨害物質が除去された給水から陽イオンを除去する陽イオン除去装置と、前記陽イオン除去装置により陽イオンが除去された給水の酸電気伝導率を測定する第１酸電気伝導率計と、を備えることを特徴とするものである。

従って、給水は、まず、測定妨害物質除去装置により加熱されて沸騰すると、給水に含まれるｐＨ調整剤などの測定妨害物質が気化することで分離して除去され、次に、陽イオン除去装置により陽イオンが除去されるため、第１酸電気伝導率計は、測定妨害物質や陽イオンが除去された給水の酸電気伝導率を高精度に測定することができる。そして、事前に給水からｐＨ調整剤などの測定妨害物質を気化して除去することから、陽イオン除去装置が除去する測定妨害物質の量が減少して寿命を延ばすことができると共に、陽イオン除去装置の小型化を図ることができる。その結果、陽イオン除去装置の交換頻度を減少させることでコストの増加を抑制することができると共に、酸電気伝導率の測定作業の作業性の向上を図ることができる。

本発明の酸電気伝導率の測定装置では、前記測定妨害物質除去装置から排出された給水を冷却する冷却装置が設けられることを特徴としている。

従って、測定妨害物質除去装置により加熱されて沸騰した給水が冷却装置により冷却されてから陽イオン除去装置に供給されることで、陽イオンを適正に除去することができると共に、陽イオン除去装置の損傷を抑制することができる。

本発明の酸電気伝導率の測定装置では、前記冷却装置は、前記測定妨害物質除去装置に供給される給水と前記測定妨害物質除去装置から排出された給水との間で熱交換を行う熱交換器であることを特徴としている。

従って、冷却媒体として測定妨害物質除去装置に供給される給水を用いることで、加熱後の給水から熱を回収して測定妨害物質除去装置に供給される給水を加熱することとなり、熱の有効利用を図ることができると共に、別の冷却媒体を不要として構造の簡素化を図ることができる。

本発明の酸電気伝導率の測定装置では、前記測定妨害物質除去装置により加熱された給水の温度を計測する温度計測器と、前記温度計測器が計測した給水の温度に基づいて前記測定妨害物質除去装置による給水の加熱温度を制御する温度制御装置とが設けられることを特徴としている。

従って、測定妨害物質除去装置による給水の加熱温度を適正温度に制御することで、給水に含まれるｐＨ調整剤などの測定妨害物質を効率良く気化させることができると共に、給水自体の気化を抑制して適正量の給水を陽イオン除去装置に供給することができる。

本発明の酸電気伝導率の測定装置では、前記測定妨害物質除去装置は、下部に供給部が設けられて上部に排出部が設けられる容器と、前記容器内の給水を加熱するヒータと、前記容器内の給水に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置とを有することを特徴としている。

従って、下部から容器内に供給された給水は、ヒータにより加熱されて測定妨害物質が気化して分離された後、上部の排出部から排出される。このとき、不活性ガス供給装置により容器内の給水に不活性ガスが供給されることで、不活性ガスの泡が給水中を上昇するとき、測定妨害物質が不活性ガスの泡内に取り込まれることとなり、給水に含まれる測定妨害物質を効率良く分離して除去することができる。

本発明の酸電気伝導率の測定装置では、前記測定妨害物質除去装置は、下部に供給部が設けられて上部に排出部が設けられる容器と、前記容器内の給水を加熱するヒータとを有し、前記排出部は、給水をオーバーフローさせて排出する給水排出部と、給水から気化した測定妨害物質を排出する測定妨害物質排出部とを有し、前記測定妨害物質排出部に減圧装置が連結されることを特徴としている。

従って、下部から容器内に供給された給水は、ヒータにより加熱されて測定妨害物質が気化して分離された後、上部の給水排出部からオーバーフローして排出される一方、給水から分離された測定妨害物質は、上部の測定妨害物質排出部から排出される。このとき、減圧装置により測定妨害物質排出部に負圧が作用することで、容器内で分離された測定妨害物質が測定妨害物質排出部に吸引されて効率良く排出することができる。

本発明の酸電気伝導率の測定装置では、前記測定妨害物質除去装置から排出された給水の酸電気伝導率を測定する第２酸電気伝導率計が設けられることを特徴としている。

従って、第２酸電気伝導率計は、測定妨害物質が除去された給水の酸電気伝導率を高精度に測定することができる。

本発明の酸電気伝導率の測定装置では、前記測定妨害物質除去装置に供給される前の給水の電気伝導率を測定する電気伝導率計が設けられることを特徴としている。

従って、電気伝導率計が測定妨害物質除去装置に供給される前の給水の電気伝導率を測定することから、ｐＨ調整剤の濃度を測定することができる。

また、本発明の酸電気伝導率の測定方法は、給水を加熱して沸騰させることで給水に含まれる測定妨害物質を気化させて除去する測定妨害物質除去工程と、加熱沸騰した給水から陽イオンを除去する陽イオン除去工程と、陽イオンが除去された給水の酸電気伝導率を測定する酸電気伝導率測定工程と、を有することを特徴とするものである。

従って、まず、給水を加熱して沸騰させると、給水に含まれるｐＨ調整剤などの測定妨害物質が気化することで分離して除去され、次に、ｐＨ調整剤が除去されるため、測定妨害物質や陽イオンが除去された給水の酸電気伝導率を高精度に測定することができる。そして、事前に給水からｐＨ調整剤などの測定妨害物質を気化して除去することから、陽イオン除去工程で除去する測定妨害物質の量が減少して装置の寿命を延ばすことができる。その結果、装置の交換頻度を減少させることでコストの増加を抑制することができると共に、酸電気伝導率の測定作業の作業性の向上を図ることができる。

また、本発明の蒸気タービンプラントは、排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却して生成された給水を前記排熱回収ボイラに戻す復水器と、前記復水器で冷却された給水の給水系統に設けられる前記酸電気伝導率の測定装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、給水系統に酸電気伝導率の測定装置を設けることで、給水の酸電気伝導率を高精度に測定することができると共に、陽イオン除去装置が除去する測定妨害物質の量が減少して寿命を延ばすことができる。その結果、陽イオン除去装置の交換頻度を減少させることでコストの増加を抑制することができると共に、酸電気伝導率の測定作業の作業性の向上を図ることができる。

本発明の酸電気伝導率の測定装置及び方法並びに蒸気タービンプラントによれば、装置の寿命を延ばして交換頻度を低下させることでコストの増加を抑制することができると共に、測定作業の作業性の向上を図ることができる。

図１は、本実施形態の酸電気伝導率の測定装置が適用されたコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。 図２は、酸電気伝導率の測定装置を表す概略図である。 図３は、酸電気伝導率の測定装置における測定妨害物質除去装置を表す概略図である。 図４は、酸電気伝導率の測定装置における測定妨害物質除去装置の変形例を表す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る酸電気伝導率の測定装置及び方法並びに蒸気タービンプラントの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

本実施形態では、本発明の酸電気伝導率の測定装置及び方法を蒸気タービンプラントとしてのコンバインドサイクルプラントに適用する。ここで、蒸気タービンプラントとは、蒸気タービンによる発電機能を備えたプラントであり、蒸気タービン単体で発電を行うプラントだけでなく、蒸気タービンに他の発電手段を組み合わせたコンバインドサイクルプラントを含むプラントである。図１は、本実施形態の酸電気伝導率の測定装置が適用されたコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。

本実施形態において、図１に示すように、コンバインドサイクルプラント１０は、ガスタービン１１と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１２と、蒸気タービン１３と、発電機１４とを備えている。

ガスタービン１１は、圧縮機２１と、燃焼器２２と、タービン２３とを有しており、圧縮機２１とタービン２３は、ロータ（回転軸）２４により一体回転可能に連結されている。圧縮機２１は、空気取り込みラインＬ１から取り込んだ空気Ａを圧縮して圧縮空気ＡＣを生成する。燃焼器２２は、圧縮機２１から圧縮空気供給ラインＬ２を通して供給された圧縮空気ＡＣと、燃料ガス供給ラインＬ３から供給された燃料ガスＦとを混合して燃焼する。タービン２３は、燃焼器２２から燃焼ガス供給ラインＬ４を通して供給された燃焼ガスＦＧにより回転駆動する。

排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１（タービン２３）から排ガス排出ラインＬ５を介して排出された排ガスＥＧの排熱によって蒸気（過熱蒸気）Ｓを発生させるものである。排熱回収ボイラ１２は、後述する低圧ユニット４１と、中圧ユニット４２と、高圧ユニット４３と、再熱器４４とを有している。この排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１から供給された排ガスＥＧが内部を上方に移送することで、高圧ユニット４３、中圧ユニット４２、低圧ユニット４１の順に排ガスＥＧから熱回収を行って蒸気Ｓを発生させる。そして、排熱回収ボイラ１２は、蒸気Ｓを生成した使用済の排ガスＥＧを排出する排ガス排出ラインＬ６を介して煙突４５が連結されている。

蒸気タービン１３は、排熱回収ボイラ１２により生成された蒸気Ｓにより駆動するものである。蒸気タービン１３は、高圧タービン３１と、中圧タービン３２と、低圧タービン３３とを有している。高圧タービン３１と中圧タービン３２と低圧タービン３３は、回転軸３４上に連結され、回転軸３４がガスタービン１１のロータ２４と一直線状をなして連結されている。そして、発電機１４は、回転軸３４上に連結されている。蒸気タービン１３は、低圧タービン３３を駆動した蒸気を冷却する復水器３５が設けられている。復水器３５は、低圧タービン３３から排出された使用済の蒸気Ｓを冷却して復水（給水Ｗ）とするものであり、蒸気を海水ＳＷで冷却する冷却水ラインＬ７が設けられている。復水器３５は、生成した復水を給水Ｗとして給水ラインＬ１１を介して排熱回収ボイラ１２に供給する。給水ラインＬ１１は、復水ポンプ３６とグランドコンデンサ３７と給水予熱器３８と脱気器３９が設けられている。

排熱回収ボイラ１２において、低圧ユニット４１は、低圧節炭器５１と、低圧ドラム５２と、低圧蒸発器５３と、低圧過熱器５４とを有している。給水ラインＬ１１は、脱気器３９より下流側から分岐して低圧給水ラインＬ１２が設けられており、給水Ｗがこの低圧給水ラインＬ１２を介して低圧節炭器５１に送られる。低圧給水ラインＬ１２は、低圧給水ポンプ５５が設けられている。低圧節炭器５１は、給水Ｗを加熱し、加熱された給水Ｗが低圧ドラム５２に送られる。低圧蒸発器５３は、低圧ドラム５２の給水Ｗ（以下、ドラム水Ｗ１）を加熱して低圧ドラム５２に戻す。低圧ドラム５２の低圧蒸気ＬＳは、低圧過熱器５４に送られ、ここで過熱される。

中圧ユニット４２は、中圧節炭器６１と、中圧ドラム６２と、中圧蒸発器６３と、中圧過熱器６４とを有している。給水ラインＬ１１は、低圧給水ラインＬ１２と同様に、脱気器３９より下流側から分岐して中圧給水ラインＬ１３が設けられており、給水Ｗがこの中圧給水ラインＬ１３を介して中圧節炭器６１に送られる。中圧給水ラインＬ１３は、中圧給水ポンプ６５が設けられている。中圧節炭器６１は、給水Ｗを加熱し、加熱された給水Ｗが中圧ドラム６２に送られる。中圧蒸発器６３は、中圧ドラム６２の給水Ｗ（以下、ドラム水Ｗ２）を加熱して中圧ドラム６２に戻す。中圧ドラム６２の中圧蒸気ＭＳは、中圧過熱器６４に送られ、ここで過熱される。

高圧ユニット４３は、高圧節炭器７１と、高圧ドラム７２と、高圧蒸発器７３と、高圧過熱器７４とを有している。中圧給水ラインＬ１３は、中圧給水ポンプ６５より下流側で分岐して高圧給水ラインＬ１４が設けられており、給水Ｗがこの高圧給水ラインＬ１４を介して高圧節炭器７１に送られる。高圧節炭器７１は、給水Ｗを加熱し、加熱された給水Ｗが高圧ドラム７２に送られる。高圧蒸発器７３は、高圧ドラム７２の給水Ｗ（以下、ドラム水Ｗ３）を加熱して高圧ドラム７２に戻す。高圧ドラム７２の高圧蒸気ＨＳは、高圧過熱器７４に送られ、ここで過熱される。

そして、高圧過熱器７４の高圧蒸気ＨＳを高圧タービン３１に供給する高圧蒸気供給ラインＬ１５が設けられると共に、高圧タービン３１で使用されて降圧された中圧蒸気ＭＳを再熱器４４に戻す中圧蒸気回収ラインＬ１６が設けられている。高圧蒸気供給ラインＬ１５は、高圧主蒸気止弁７５が設けられている。また、中圧過熱器６４の中圧蒸気ＭＳをこの中圧蒸気回収ラインＬ１６に供給する中圧蒸気供給ラインＬ１７が設けられている。更に、再熱器４４で過熱された中圧蒸気ＭＳを中圧タービン３２に供給する中圧蒸気供給ラインＬ１８が設けられると共に、中圧タービン３２で使用されて降圧された低圧蒸気ＬＳを低圧タービン３３に搬送する低圧蒸気搬送ラインＬ１９が設けられている。中圧蒸気供給ラインＬ１８は、再熱蒸気止弁６６が設けられている。そして、低圧過熱器５４に発生した低圧蒸気ＬＳを低圧蒸気搬送ラインＬ１９に供給する低圧蒸気供給ラインＬ２０が設けられている。

また、排熱回収ボイラ１２は、給水系統における配管の腐食を抑制するため、給水に対してｐＨ調整剤としてのアンモニアを添加するアンモニア添加装置７７が設けられている。アンモニア添加装置７７は、給水ラインＬ１１における復水ポンプ３６より下流側で、且つ、グランドコンデンサ３７より上流側の給水Ｗにアンモニアを添加することで、給水ＷのｐＨを高めてアルカリ性としている。なお、ｐＨ調整剤は、アンモニアに限らず、ヒドラジン、モノエタノールアミン、モルホリンの少なくとも一つを含むアミン類であればよい。

そのため、コンバインドサイクルプラント１０の稼働時、ガスタービン１１にて、圧縮機２１は空気Ａを圧縮し、燃焼器２２は供給された圧縮空気ＡＣと燃料ガスＦとを混合して燃焼する。タービン２３は燃焼器２２から供給された燃焼ガスＦＧにより回転駆動する。また、ガスタービン１１（タービン２３）から排出された排ガスＥＸは、排熱回収ボイラ１２に送られ、排熱回収ボイラ１２は蒸気Ｓを生成し、蒸気Ｓが蒸気タービン１３に送られる。高圧タービン３１と中圧タービン３２と低圧タービン３３は、この蒸気Ｓにより回転駆動する。そして、ガスタービン１１と蒸気タービン１３の同軸上に配置された発電機１４が発電を行う。一方、蒸気タービン１３で使用された蒸気Ｓは、復水器３５で冷却されて復水となり、給水Ｗとして排熱回収ボイラ１２に戻される。

ところで、復水器３５は、蒸気Ｓを海水ＳＷにより冷却して復水（給水Ｗ）とすることから、内部に冷却水ラインＬ７を構成する多数の冷却水管が配置されている。この冷却水管が何らかの原因で損傷すると、冷却水管を流れる海水が復水器３５の復水に混入する。すると、排熱回収ボイラ１２の給水系統に海水成分が混入し、伝熱阻害や腐食などの不具合事象を引き起こすおそれがある。そのため、復水器３５における海水の漏洩を検出し、その対策を実施する必要がある。

そのため、復水器３５から排熱回収ボイラ１２の給水系統に複数の酸電気伝導率の測定装置８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８が設けられている。酸電気伝導率の測定装置８１は、給水ラインＬ１１における復水ポンプ３６及びアンモニア添加装置７７より下流側で、且つ、グランドコンデンサ３７より上流側に設けられる。酸電気伝導率の測定装置８２は、グランドコンデンサ３７より下流側で、且つ、給水予熱器３８より上流側に設けられる。酸電気伝導率の測定装置８３は、低圧ユニット４１の低圧ドラム５２に設けられ、酸電気伝導率の測定装置８４は、低圧蒸気供給ラインＬ２０に設けられる。酸電気伝導率の測定装置８５は、中圧ユニット４２の中圧ドラム６２に設けられ、酸電気伝導率の測定装置８６は、中圧蒸気供給ラインＬ１８に設けられる。酸電気伝導率の測定装置８７は、高圧ユニット４３の高圧ドラム７２に設けられ、酸電気伝導率の測定装置８８は、高圧蒸気供給ラインＬ１５に設けられる。なお、酸電気伝導率の測定装置を設ける位置は、上述した位置に限定されるものではない。

以下、この酸電気伝導率の測定装置８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８について説明するが、酸電気伝導率の測定装置８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８は、ほぼ同様の構成であることから、酸電気伝導率の測定装置８１についてのみ詳細に説明する。図２は、酸電気伝導率の測定装置を表す概略図、図３は、酸電気伝導率の測定装置における測定妨害物質除去装置を表す概略図である。

図２に示すように、酸電気伝導率の測定装置８１は、測定妨害物質除去装置１０１と、陽イオン除去装置としての陽イオン交換装置１０２と、第１酸電気伝導率計１０３とを備える。

測定妨害物質除去装置１０１は、給水Ｗを加熱して沸騰させることで測定妨害物質を気化させて分離除去するものである。陽イオン交換装置１０２は、測定妨害物質除去装置１０１により測定妨害物質が除去された給水Ｗから陽イオンを除去するものである。第１酸電気伝導率計１０３は、測定妨害物質や陽イオンが除去された給Ｗ水の酸電気伝導率を測定するものである。

給水Ｗは、水の電離により水素イオン（Ｈ^＋）と水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を含んでいる。また給水Ｗは、復水器３５の真空破壊や給水系統への補給水により二酸化炭素（ＣＯ_２）が持ち込まれ、重炭酸イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）として溶解している。更に、給水Ｗには、給水系統における配管の腐食抑制のためにアンモニア添加装置７７が添加したアンモニア（ＮＨ_３）が混入しており、アンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋）として溶解している。そして、給水系統における配管が破損すると給水Ｗに海水が混入し、給水Ｗは、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）や塩素イオン（Ｃｌ⁻）が混入する。

そのため、第１酸電気伝導率計１０３が給Ｗ水の酸電気伝導率を高精度に測定するために、測定妨害物質除去装置１０１は、給水Ｗを加熱して沸騰させることで、給水Ｗから測定妨害物質である二酸化炭素（ＣＯ_２）とアンモニア（ＮＨ_３）を気化させて分離除去する。そして、陽イオン交換装置１０２は、給水Ｗから陽イオンとしてのナトリウムイオン（Ｎａ^＋）を除去する。本実施形態では、給水Ｗから二酸化炭素（ＣＯ_２）とアンモニアイオン（ＮＨ_４ ^＋）を除去した後にナトリウム（Ｎａ^＋）を除去する。

図２および図３に示すように、測定妨害物質除去装置１０１は、容器１１１と、電気式のヒータ１１２とを有する。容器１１１は、下部の側部に給水Ｗの供給部１１３が設けられ、上部の側部に給水排出部１１４が設けられると共に、上部の天井部に測定妨害物質排出部１１５が設けられる。容器１１１は、供給部１１３に給水ラインＬ１１から分岐した給水分岐ラインＬ２１が連結され、給水分岐ラインＬ２１に給水ポンプ１１６が設けられる。そのため、給水ポンプ１１６が駆動すると、給水ラインＬ１１の給水Ｗが給水分岐ラインＬ２１に流れ、所定量の給水Ｗが供給部１１３から容器１１１内に供給される。また、容器１１１は、給水排出部１１４に第１給水排出ラインＬ２２の一端部が連結され、測定妨害物質排出部１１５に測定妨害物質排出ラインＬ２３の一端部が連結され、この測定妨害物質排出ラインＬ２３の他端部が建屋の外部に開放される。

ヒータ１１２は、容器１１１内に供給された給水Ｗを加熱するものである。容器１１１は、ヒータ１１２により加熱された給水Ｗの温度を計測する温度計測器１１７が設けられる。また、ヒータ１１２は、温度制御装置１１８が接続され、温度制御装置１１８は、温度計測器１１７が計測した給水Ｗの温度に基づいてヒータ１１２による給水Ｗの加熱温度を制御する。

そのため、給水分岐ラインＬ２１から所定量の給水Ｗが測定妨害物質除去装置１０１の容器１１１に供給され、ヒータ１１２により給水Ｗが加熱されて沸騰すると、給水Ｗに溶けていた酸素が気化して気体（水蒸気）の泡となり、給水Ｗの液面上に向けて上昇する。このとき、給水Ｗに溶解していた重炭酸イオンが気化して二酸化炭素となり、給水Ｗに溶解していたアンモニウムイオンが気化してアンモニアとなる。そして、気化した二酸化炭素とアンモニアが気体の泡と共に給水Ｗの液面上に向けて上昇する。そして、二酸化炭素及びアンモニアと給水Ｗの一部は、気体となって測定妨害物質排出部１１５から測定妨害物質排出ラインＬ２３を通して排出される。一方、二酸化炭素とアンモニアが除去された給水Ｗは、水素イオンと水酸化物イオンとナトリウムイオンと塩素イオンだけを含んだものとなり、液体のままで給水排出部１１４からオーバーフローして第１給水排出ラインＬ２２に排出される。このとき、温度制御装置１１８は、給水Ｗが沸騰して二酸化炭素とアンモニアが気化するように、ヒータ１１２の加熱温度を制御する。

陽イオン交換装置１０２は、カラム内に陽イオン交換樹脂が充填されて構成され、下部に供給部１２１が設けられ、上部に排出部１２２が設けられる。陽イオン交換装置１０２は、供給部１２１に第１給水排出ラインＬ２２の他端部が連結され、排出部１２２に第２給水排出ラインＬ２４の一端部が連結される。そのため、第１給水排出ラインＬ２２から所定量の給水Ｗが陽イオン交換装置１０２に供給されると、給水Ｗが陽イオン交換装置１０２を通過するときに、ナトリウムイオンが陽イオン交換樹脂により水素イオンに変換され、第２給水排出ラインＬ２４に排出される。即ち、陽イオン交換樹脂は、ナトリウムイオンを吸着し、水素イオンを放出する。水素イオンは、ナトリウムイオン比べて極限モル伝導率が大きいことから、第１酸電気伝導率計１０３による塩素の検出感度が増幅される。第２給水排出ラインＬ２４に排出された給水Ｗは、水素イオンと水酸化物イオンと塩素だけを含んだものとなる。但し、給水系統における配管が破損しなければ、給水Ｗに海水が混入せず、給水Ｗにナトリウムや塩素が含まれず、陽イオン交換装置１０２の陽イオン交換樹脂は、ナトリウムなどの測定妨害物質を吸着することはない。

また、酸電気伝導率の測定装置８１は、測定妨害物質除去装置１０１から排出された給水Ｗを冷却する冷却装置１３１が設けられる。冷却装置１３１は、測定妨害物質除去装置１０１に供給される給水Ｗと測定妨害物質除去装置１０１から排出された給水Ｗとの間で熱交換を行う熱交換器である。即ち、給水分岐ラインＬ２１を流れる給水Ｗにより第１給水排出ラインＬ２２を流れる給水Ｗを冷却する。

酸電気伝導率の測定装置８１は、測定妨害物質除去装置１０１から排出された給水Ｗの酸電気伝導率を測定する第２酸電気伝導率計１４１が設けられる。また、酸電気伝導率の測定装置８１は、測定妨害物質除去装置１０１に供給される前の給水Ｗの電気伝導率を測定する電気伝導率計１４２が設けられる。

ここで、酸電気伝導率の測定装置８１による酸電気伝導率の測定方法について説明する。酸電気伝導率の測定方法は、給水Ｗを加熱して沸騰させることで給水に含まれる測定妨害物質を気化させて除去する測定妨害物質除去工程と、加熱沸騰した給水Ｗから陽イオンを除去する陽イオン除去工程と、陽イオンが除去された給水Ｗの酸電気伝導率を測定する酸電気伝導率測定工程とを有する。

図１に示すように、コンバインドサイクルプラント１０の稼働時、蒸気タービン１３で使用された蒸気Ｓは、復水器３５で冷却されて復水となり、給水Ｗとして排熱回収ボイラ１２に戻される。アンモニア添加装置７７は、給水ラインＬ１１を流れる給水Ｗにアンモニアを添加する。このとき、アンモニア添加後の給水ＷのｐＨ値を計測し、給水ＷのｐＨ値が予め設定されたｐＨ領域（例えば、ｐＨ９．４からｐＨ１０．０）に入るようにアンモニア添加装置７７を制御することが好ましい。また、このとき、酸電気伝導率の測定装置８１，８２は、給水ラインＬ１１の給水Ｗの酸電気伝導率を計測し、酸電気伝導率の測定装置８３，８５，８７は、各ドラム５２，６２，７２のドラム水Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の酸電気伝導率を計測し、酸電気伝導率の測定装置８４，８６，８８は、各蒸気供給ラインＬ１５，Ｌ１８，Ｌ２０の各蒸気ＨＳ，ＭＳ，ＬＳの酸電気伝導率を計測する。

即ち、酸電気伝導率の測定装置８１において、図２および図３に示すように、容器１１１に所定量の給水Ｗが供給され、ヒータ１１２により給水Ｗが加熱されて沸騰すると、給水Ｗに溶解していた重炭酸イオンが気化して二酸化炭素となり、給水Ｗに溶解していたアンモニウムイオンが気化してアンモニアとなる。そして、気化した二酸化炭素とアンモニアが気体となって測定妨害物質排出部１１５から測定妨害物質排出ラインＬ２３に排出される。一方、二酸化炭素とアンモニアが除去された給水Ｗは、液体のままで給水排出部１１４をオーバーフローして第１給水排出ラインＬ２２に排出される。第１給水排出ラインＬ２２を流れる給水Ｗは、冷却装置１３１により冷却された後、陽イオン交換装置１０２に供給される。そして、給水Ｗが陽イオン交換装置１０２を通過するときに、ナトリウムイオンが吸着除去されて第２給水排出ラインＬ２４に排出される。第２給水排出ラインＬ２４に排出された給水Ｗは、水素イオンと水酸化物イオンと塩素イオンを含んだものとなる。なお、給水Ｗに海水が漏えいしていなければ、陽イオン交換装置１０２は何も吸着せず、排出された給水Ｗは、水素イオンと水酸化物イオンだけを含んだものである。

このとき、電気伝導率計１４２は、測定妨害物質除去装置１０１に供給される前の給水Ｗの電気伝導率を測定し、第２酸電気伝導率計１４１は、測定妨害物質除去装置１０１から排出された給水Ｗの酸電気伝導率を測定する。第１酸電気伝導率計１０３は、二酸化炭素、アンモニア、ナトリウムイオンが除去された給Ｗ水の酸電気伝導率を測定する。そして、第１酸電気伝導率計１０３が測定した給Ｗ水の酸電気伝導率に基づいて給水Ｗの塩素イオン濃度を算出して海水の漏洩検出を判定する。即ち、給水Ｗの塩素イオン濃度が予め設定された限界値を超えたときに、給水Ｗへ海水が漏洩したと判定する。

なお、測定妨害物質除去装置１０１の構成は上述した構成に限定されるものではない。図４は、酸電気伝導率の測定装置における測定妨害物質除去装置の変形例を表す概略図である。

図４に示すように、測定妨害物質除去装置１０１は、給水Ｗを加熱して沸騰させることで測定妨害物質を気化させて分離除去するものである。測定妨害物質除去装置１０１は、容器１１１と、ヒータ１１２とを有する。容器１１１は、下部の供給部１１３に給水分岐ラインＬ２１が連結され、上部の給水排出部１１４に第１給水排出ラインＬ２２が連結され、測定妨害物質排出部１１５に測定妨害物質排出ラインＬ２３が連結される。ヒータ１１２は、容器１１１に設けられ、内部に供給された給水Ｗを加熱する。

測定妨害物質除去装置１０１は、容器１１１内の給水Ｗに不活性ガス（例えば、窒素）を供給する不活性ガス供給装置１５１が設けられる。不活性ガス供給ラインＬ３１は、基端部に不活性ガス供給部１５２が設けられると共に中途部にポンプ１５３が設けられ、先端部が容器１１１の内部に下部に侵入し、複数のノズル１５４が設けられる。

また、測定妨害物質除去装置１０１は、測定妨害物質排出部１１５に減圧装置１５５が連結される。減圧装置１５５は、減圧ポンプまたは真空ポンプであって、測定妨害物質排出部１１５に連結された測定妨害物質排出ラインＬ２３に対して負圧を作用させる。

そのため、ヒータ１１２により容器１１１内の給水Ｗが加熱されて沸騰すると、給水Ｗに溶けていた酸素が気化して気体の泡となり、給水Ｗの液面上に向けて上昇する。このとき、給水Ｗに溶解していた重炭酸イオンが気化して二酸化炭素となり、給水Ｗに溶解していたアンモニウムイオンが気化してアンモニアとなる。そして、気化した二酸化炭素とアンモニアが気体の泡と共に給水Ｗの液面上に向けて上昇する。また、不活性ガス供給装置１５１により複数のノズル１５４から容器１１１内の給水Ｗに対して不活性ガスが供給されると、不活性ガスの泡が給水Ｗの液面上に向けて上昇する。すると、気化した二酸化炭素やアンモニアが不活性ガスの泡に取り込まれて給水Ｗの液面上に向けて上昇する。

そして、二酸化炭素とアンモニアと不活性ガスと給水Ｗの一部は、気体となって測定妨害物質排出部１１５から測定妨害物質排出ラインＬ２３を通して排出される。このとき、減圧装置１５５により測定妨害物質排出ラインＬ２３から測定妨害物質排出部１１５に負圧が作用することで、容器１１１内で気化した二酸化炭素とアンモニアと不活性ガスが測定妨害物質排出ラインＬ２３に排出されやすくなる。一方、二酸化炭素とアンモニアが除去された給水Ｗは、液体のままで給水排出部１１４からオーバーフローして第１給水排出ラインＬ２２に排出される。

このように本実施形態の酸電気伝導率の測定装置にあっては、給水Ｗを加熱して沸騰させることで給水Ｗに含まれる測定妨害物質を気化させて除去する測定妨害物質除去装置１０１と、測定妨害物質除去装置１０１により測定妨害物質が除去された給水Ｗから陽イオンを除去する陽イオン交換装置（陽イオン除去装置）１０２と、陽イオン交換装置１０２により陽イオンが除去された給水Ｗの酸電気伝導率を測定する第１酸電気伝導率計１０３とを備える。

従って、測定妨害物質除去装置１０１により給水Ｗを加熱して沸騰させことで、給水Ｗに含まれる二酸化炭素やアンモニアなどの測定妨害物質が気化して分離され、陽イオン交換装置１０２によりナトリウムイオンが除去され、第１酸電気伝導率計１０３が給水Ｗの酸電気伝導率を測定する。第１酸電気伝導率計１０３は、二酸化炭素、アンモニア、ナトリウムイオンなどが除去された給水Ｗが供給されるため、酸電気伝導率を高精度に測定することができる。そして、事前に給水Ｗからアンモニアなどの測定妨害物質を気化して除去することから、陽イオン交換装置１０２は、アンモニアを除去する必要がなくなり、給水Ｗへの海水漏洩がない場合、陽イオン交換装置１０２に付着する測定妨害物質がほとんどなく、陽イオン交換装置１０２の寿命を延ばすことができると共に、陽イオン交換装置１０２の小型化を図ることができる。その結果、陽イオン交換装置１０２の交換頻度を減少させることでコストの増加を抑制することができると共に、酸電気伝導率の測定作業の作業性の向上を図ることができる。また、事前にアンモニアなどを除去してから第１酸電気伝導率計１０３が酸電気伝導率を測定することから、給水ＷのｐＨ値が１０．０より高い給水系統であっても、酸電気伝導率を高精度に測定することができる。

本実施形態の酸電気伝導率の測定装置では、測定妨害物質除去装置１０１から排出された給水Ｗを冷却する冷却装置１３１を設けている。従って、陽イオン交換装置１０２が陽イオンを適正に除去することができると共に、陽イオン交換装置１０２の損傷を抑制することができる。

本実施形態の酸電気伝導率の測定装置では、冷却装置１３１は、測定妨害物質除去装置１０１に供給される給水Ｗと測定妨害物質除去装置１０１から排出された給水Ｗとの間で熱交換を行う熱交換器である。従って、冷却媒体として測定妨害物質除去装置１０１に供給される給水Ｗを用いることで、加熱後の給水Ｗから熱を回収して測定妨害物質除去装置１０１に供給される給水Ｗを加熱することとなり、熱の有効利用を図ることができると共に、別の冷却媒体を不要として構造の簡素化を図ることができる。

本実施形態の酸電気伝導率の測定装置では、測定妨害物質除去装置１０１により加熱された給水Ｗの温度を計測する温度計測器１１７と、温度計測器１１７が計測した給水Ｗの温度に基づいて測定妨害物質除去装置１０１による給水Ｗの加熱温度を制御する温度制御装置１１８とを設けている。従って、測定妨害物質除去装置１０１による給水Ｗの加熱温度を適正温度に制御することで、給水Ｗに含まれる二酸化炭素やアンモニアなどの測定妨害物質を効率良くに気化することができると共に、給水Ｗ自体の気化を抑制して適正量の給水Ｗを陽イオン交換装置１０２に供給することができる。

本実施形態の酸電気伝導率の測定装置では、測定妨害物質除去装置１０１は、下部に供給部１１３が設けられて上部に排出部１１４，１１５が設けられる容器１１１と、容器１１１内の給水Ｗを加熱するヒータ１１２と、容器１１１内の給水Ｗに不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置１５１とを有する。従って、不活性ガス供給装置１５１により容器１１１内の給水Ｗに対して不活性ガスが供給されることで、不活性ガスの泡が給水Ｗ中を上昇するとき、二酸化炭素やアンモニアなどの測定妨害物質が不活性ガスの泡内に取り込まれて排出されることとなり、給水Ｗに含まれる測定妨害物質を効率良く分離して除去することができる。

本実施形態の酸電気伝導率の測定装置では、測定妨害物質除去装置１０１の容器１１１は、上部に給水Ｗをオーバーフローにより排出する給水排出部１１４と、給水Ｗから気化した測定妨害物質を排出する測定妨害物質排出部１１５とを有し、測定妨害物質排出部１１５に減圧装置１５５が連結される。従って、容器１１１内で加熱されて二酸化炭素やアンモニアなどの測定妨害物質が分離された給水Ｗは、給水排出部１１４をオーバーフローして排出される一方、給水Ｗから分離された二酸化炭素やアンモニアなどの測定妨害物質の気体は、測定妨害物質排出部１１５から排出される。このとき、減圧装置１５５により測定妨害物質排出部１１５に負圧が作用することで、容器１１１内で分離された測定妨害物質の気体が測定妨害物質排出部１１５に吸引されて効率良く排出することができる。

本実施形態の酸電気伝導率の測定装置では、測定妨害物質除去装置１０１から排出された給水Ｗの酸電気伝導率を測定する第２酸電気伝導率計１４１を設ける。従って、第２酸電気伝導率計１４１により測定妨害物質が除去された給水Ｗの酸電気伝導率を高精度に測定することができる。

本実施形態の酸電気伝導率の測定装置では、測定妨害物質除去装置１０１に供給される前の給水Ｗの電気伝導率を測定する電気伝導率計１４２を設ける。従って、電気伝導率計１４２が測定妨害物質除去装置１０１に供給される前の給水の電気伝導率を測定することから、アンモニアなどのｐＨ調整剤の濃度を測定することができる。また、電気伝導率計１４２を給水分岐ラインＬ２１に設けることで、１つの電気伝導率計１４２で、給水ラインＬ１１を流れる給水と、酸電気伝導率の測定装置８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８に流れる給水におけるアンモニアなどのｐＨ調整剤の濃度を測定することができる。

また、本実施形態の酸電気伝導率の測定方法にあっては、給水Ｗを加熱して沸騰させることで給水Ｗに含まれる測定妨害物質を気化させて除去する測定妨害物質除去工程と、測定妨害物質が除去された給水Ｗから陽イオンを除去する陽イオン除去工程と、陽イオンが除去された給水Ｗの酸電気伝導率を測定する酸電気伝導率測定工程とを有する。

従って、第１酸電気伝導率計１０３に対して二酸化炭素、アンモニア、ナトリウムなどが除去された給水Ｗが供給されるため、第１酸電気伝導率計１０３は、酸電気伝導率を高精度に測定することができる。そして、事前に給水Ｗからアンモニアなどの測定妨害物質を気化して除去することから、陽イオン除去工程で除去する測定妨害物質の量が減少して装置の寿命を延ばすことができる。その結果、装置の交換頻度を減少させることでコストの増加を抑制することができると共に、酸電気伝導率の測定作業の作業性の向上を図ることができる。

また、本実施形態の蒸気タービンプラントにあっては、排ガスＥＧの排熱により蒸気Ｓを生成する排熱回収ボイラ１２と、排熱回収ボイラ１２により生成された蒸気Ｓにより駆動する蒸気タービン１３と、蒸気タービン１３から排出された蒸気Ｓを海水ＳＷにより冷却して生成された給水Ｗを排熱回収ボイラ１２に戻す復水器３５と、復水器３５で冷却された給水の給水系統に設けられる酸電気伝導率の測定装置８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８とを備える。

従って、給水Ｗの酸電気伝導率を高精度に測定することができると共に、陽イオン交換装置１０２を構成する陽イオン交換樹脂に付着する測定妨害物質が減少し、陽イオン交換装置１０２の寿命を延ばして交換頻度を減少させることでコストの増加を抑制することができると共に、酸電気伝導率の測定作業の作業性の向上を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、陽イオン除去装置として、カラム内に陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン交換装置１０２を用いたが、この構成に限定されるものではない。例えば、陽イオン除去装置として、電気式カチオン交換器を用いてもよい。

また、上述した実施形態では、給水Ｗを加熱して測定妨害物質を除去する測定妨害物質除去装置１０１に電気式のヒータ１１２を適用したが、例えば、コンバインドサイクルプラント１０で発生した蒸気Ｓや排ガスＥＧなどを利用してもよい。

また、上述した実施形態では、排熱回収ボイラ１２は、低圧ユニット４１と中圧ユニット４２と高圧ユニット４３と再熱器４４を有するものとしたが、低圧ユニット４１と高圧ユニット４３だけでもよく、また、一つのユニットだけとしてもよい。

１０ コンバインドサイクルプラント（蒸気タービンプラント）
１１ ガスタービン
１２ 排熱回収ボイラ
１３ 蒸気タービン
１４ 発電機
２１ 圧縮機
２２ 燃焼器
２３ タービン
２４ ロータ（回転軸）
３１ 高圧タービン
３２ 中圧タービン
３３ 低圧タービン
３５ 復水器
３６ 復水ポンプ
３７ グランドコンデンサ
３８ 給水予熱器
３９ 脱気器
４１ 低圧ユニット
４２ 中圧ユニット
４３ 高圧ユニット
４４ 再熱器
５１ 低圧節炭器
５２ 低圧ドラム
５３ 低圧蒸発器
５４ 低圧過熱器
６１ 中圧節炭器
６２ 中圧ドラム
６３ 中圧蒸発器
６４ 中圧過熱器
７１ 高圧節炭器
７２ 高圧ドラム
７３ 高圧蒸発器
７４ 高圧過熱器
７７ アンモニア添加装置
８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８ 酸電気伝導率の測定装置
１０１ 測定妨害物質除去装置
１０２ 陽イオン交換装置
１０３ 第１酸電気伝導率計
１１１ 容器
１１２ ヒータ
１１７ 温度計測器
１１８ 温度制御装置
１３１ 冷却装置
１４１ 第２酸電気伝導率計
１４２ 電気伝導率計
１５１ 不活性ガス供給装置
１５５ 減圧装置
Ａ 空気
ＡＣ 圧縮空気
Ｆ 燃料ガス
ＦＧ 燃焼ガス
ＥＧ 排ガス
Ｗ 給水

Claims (10)

1. 給水を加熱して沸騰させることで給水に含まれる測定妨害物質を気化させて除去する測定妨害物質除去装置と、
   前記測定妨害物質除去装置により測定妨害物質が除去された給水から陽イオンを除去する陽イオン除去装置と、
   前記陽イオン除去装置により陽イオンが除去された給水の酸電気伝導率を測定する第１酸電気伝導率計と、
   を備えることを特徴とする酸電気伝導率の測定装置。
2. 前記測定妨害物質除去装置から排出された給水を冷却する冷却装置が設けられることを特徴とする請求項１に記載の酸電気伝導率の測定装置。
3. 前記冷却装置は、前記測定妨害物質除去装置に供給される給水と前記測定妨害物質除去装置から排出された給水との間で熱交換を行う熱交換器であることを特徴とする請求項２に記載の酸電気伝導率の測定装置。
4. 前記測定妨害物質除去装置により加熱された給水の温度を計測する温度計測器と、前記温度計測器が計測した給水の温度に基づいて前記測定妨害物質除去装置による給水の加熱温度を制御する温度制御装置とが設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の酸電気伝導率の測定装置。
5. 前記測定妨害物質除去装置は、下部に供給部が設けられて上部に排出部が設けられる容器と、前記容器内の給水を加熱するヒータと、前記容器内の給水に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置とを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の酸電気伝導率の測定装置。
6. 前記測定妨害物質除去装置は、下部に供給部が設けられて上部に排出部が設けられる容器と、前記容器内の給水を加熱するヒータとを有し、前記排出部は、給水をオーバーフローにより排出する給水排出部と、給水から気化した測定妨害物質を排出する測定妨害物質排出部とを有し、前記測定妨害物質排出部に減圧装置が連結されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の酸電気伝導率の測定装置。
7. 前記測定妨害物質除去装置から排出された給水の酸電気伝導率を測定する第２酸電気伝導率計が設けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の酸電気伝導率の測定装置。
8. 前記測定妨害物質除去装置に供給される前の給水の電気伝導率を測定する電気伝導率計が設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の酸電気伝導率の測定装置。
9. 給水を加熱して沸騰させることで給水に含まれる測定妨害物質を気化させて除去する測定妨害物質除去工程と、
   加熱沸騰した給水から陽イオンを除去する陽イオン除去工程と、
   陽イオンが除去された給水の酸電気伝導率を測定する酸電気伝導率測定工程と、
   を有することを特徴とする酸電気伝導率の測定方法。
10. 排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、
    前記蒸気タービンから排出された蒸気を冷却して生成された給水を前記排熱回収ボイラに戻す復水器と、
    前記復水器で冷却された給水の給水系統に設けられる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の酸電気伝導率の測定装置と、
    を備えることを特徴とする蒸気タービンプラント。

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