KR20170024607A - 열교환기의 감시 장치 및 열교환기의 감시 방법 - Google Patents

열교환기의 감시 장치 및 열교환기의 감시 방법 Download PDF

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Abstract

이상 감시 장치(10)는, 부하가 변화하는 IGCC 플랜트에 설치되어, 탄소 함유 연료와 전열관(24)을 흐르는 열교환 매체의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기(20)를 감시한다. 그리고, 이상 감시 장치(10)는, IGCC 플랜트의 부하마다 열교환기(20)의 상태량의 평균값 및 표준 편차를 산출하고, 그 평균값 및 그 표준 편차에 근거하여 마할라노비스 거리를 산출하며, 산출한 마할라노비스 거리에 의하여 전열관(24)의 전열면(28) 이상의 유무를 판정한다. 이로써, 이상 감시 장치(10)는, 보다 확실하게 열교환기(20)의 이상을 검지할 수 있다.

Description

열교환기의 감시 장치 및 열교환기의 감시 방법{HEAT EXCHANGER MONITORING DEVICE AND HEAT EXCHANGER MONITORING METHOD}
본 발명은, 열교환기의 감시 장치 및 열교환기의 감시 방법에 관한 것이다.
가스 터빈 발전 플랜트, 원자력 발전 플랜트, 화학 플랜트, 및 석탄 가스화 복합 발전(IGCC) 플랜트와 같은 각종 플랜트에서는, 플랜트가 정상적으로 운전되고 있는지 여부를 감시하기 위하여, 온도 및 압력과 같은 플랜트의 상태량이 취득되고 있다.
예를 들면, IGCC 플랜트에서는, 생성되는 탄소 함유 연료를 취급하는 열교환기가 마련되어 있다. 그리고, 이 열교환기는 탄소 함유 연료(예를 들면 연료 가스)와 전열관을 흐르는 열교환 매체(예를 들면 물)의 사이에서 열교환을 행하는데, 탄소 함유 연료가 전열면에 부착됨으로써, 전열면이 폐색된다는 이상이 발생할 가능성이 있다. 이로 인하여, 탄소 함유 연료를 취급하는 열교환기의 상태도, 플랜트가 정상적으로 운전되고 있는지 여부를 감시하기 위한 감시 대상에 포함된다.
여기에서, 특허문헌 1에는 플랜트의 상태량에 근거하는 마할라노비스 거리를 이용하여 플랜트의 운전 상태를 감시하는 플랜트 상태 감시 방법이 개시되어 있다.
즉, 특허문헌 1에 개시되어 있는 플랜트 상태 감시 방법은, 플랜트의 기동 운전 기간의 운전 상태가 정상인지 여부를 판정할 때의 기준이 되는 데이터의 집합체인 제1 단위 공간을, 플랜트의 기동 운전 기간에 있어서의 상태량에 근거하여 작성하는 제1 단위 공간 작성 공정과, 플랜트의 부하 운전 기간의 운전 상태가 정상인지 여부를 판정할 때의 기준이 되는 데이터의 집합체인 제2 단위 공간을, 플랜트의 부하 운전 기간에 있어서의 상태량에 근거하여 작성하는 제2 단위 공간 작성 공정을 실행한다.
상기 제1 단위 공간 작성 공정에서는, 플랜트의 기동 운전 중에 있어서의 플랜트의 상태를 평가하는 시점부터 제1 기간 과거로 거슬러 올라간 시점부터, 동 시점부터 제2 기간 과거로 더 거슬러 올라간 시점까지의 기간에 있어서의 플랜트의 상태량에 근거하여, 제1 단위 공간을 작성한다. 또, 상기 제2 단위 공간 작성 공정에서는, 플랜트의 부하 운전 중에 있어서의 플랜트의 상태를 평가하는 시점부터 제3 기간 과거로 거슬러 올라간 시점부터, 동 시점부터 제4 기간 과거로 더 거슬러 올라간 시점까지의 기간에 있어서의 플랜트의 상태량에 근거하여, 제2 단위 공간을 작성한다.
(선행기술문헌)
(특허문헌)
(특허문헌 1) 일본 특허공보 제5031088호
특허문헌 1의 도 4에는, 마할라노비스 거리의 개념을 나타내는 개념도로서, 가로축을 흡입 공기 온도로 하고, 세로축을 가스 터빈의 출력으로 한 단위 공간이 나타나 있다. 도 4에 나타나는 특성은, 정(正)의 강한 상관 관계가 있으며, 선형이다.
그러나, 가스 터빈에 있어서 단위 공간을 일괄적으로 취급해도, 그 특성이 선형이 아닌 경우, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 플랜트 상태가 이상한 경우에 검지 누락이 발생할 가능성이 있다. 특히, 부분 부하에서 운전을 행하는 플랜트에서는, 상이한 부하대(負荷帶) 간에서는 플랜트의 상태 변화가 선형이 되지 않는 경우가 있다.
그리고, 탄소 함유 연료를 취급하는 열교환기의 이상을 감시하는 경우에도, 플랜트의 상태 변화가 선형이 아닌 경우, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 검지 누락이 발생할 가능성이 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 보다 확실하게 열교환기의 이상을 검지할 수 있는, 열교환기의 감시 장치 및 열교환기의 감시 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 열교환기의 감시 장치 및 열교환기의 감시 방법은 이하의 수단을 채용한다.
본 발명의 제1 양태에 관한 열교환기의 감시 장치는, 부하가 변화하는 플랜트에 설치되어, 탄소 함유 연료와 전열관을 흐르는 열교환 매체의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기의 감시 장치로서, 상기 플랜트의 부하마다 상기 열교환기의 상태량의 평균값 및 표준 편차를 산출하고, 상기 평균값 및 상기 표준 편차에 근거하여 마할라노비스 거리를 산출하는 연산 수단과, 상기 연산 수단에 의하여 산출된 마할라노비스 거리에 의하여 상기 전열관의 전열면 이상의 유무를 판정하는 이상 판정 수단을 구비한다.
본 발명에 관한 감시 장치는, 부하가 변화하는 플랜트에 설치되는 열교환기를 감시하는 것이다. 이 열교환기는, 탄소 함유 연료와 전열관을 흐르는 열교환 매체의 사이에서 열교환을 행한다.
탄소 함유 연료가 흐르는 열교환기는, 전열면에 탄소(그을음)가 부착됨으로써, 전열면이 폐색되어 충분한 열교환을 행할 수 없는 등의 이상이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 본 발명은 마할라노비스 거리를 이용하여 열교환기 이상의 유무를 판정한다.
여기에서, 마할라노비스 거리를 산출하기 위한 단위 공간에 있어서의 파라미터 분포의 특성이 정의 강한 상관 관계(선형)인 경우에는, 이 단위 공간을 일괄적으로 취급해도, 열교환기의 이상을 누락 없이 검지할 수 있다. 그러나, 상기 특성이 선형이 아닌 경우, 단위 공간을 일괄적으로 취급하면, 열교환기 이상의 검지 누락이 발생할 가능성이 있다.
따라서, 연산 수단에 의하여 플랜트의 부하마다 열교환기의 상태량의 평균값 및 표준 편차가 산출되고, 평균값 및 표준 편차에 근거하여 마할라노비스 거리가 산출된다. 그리고, 산출된 마할라노비스 거리에 의하여 전열관의 전열면 이상의 유무가, 이상 판정 수단에 의하여 판정된다. 즉, 단위 공간이 플랜트의 부하별로 이루어진다.
이로써, 본 발명은 열교환기 이상의 검지 누락이 억제되므로, 보다 확실하게 열교환기의 이상을 검지할 수 있다.
상기 제1 양태에서는, 상기 상태량이 상기 탄소 함유 연료의 흐름 방향에 있어서의 복수의 온도, 차압, 및 유량과 상기 열교환 매체의 흐름 방향에 있어서의 복수의 온도, 차압, 및 유량 중 어느 하나여도 된다.
본 구성에 의하면, 열교환기의 이상을 보다 적절히 판정할 수 있다.
상기 제1 양태에서는, 상기 열교환기에 상기 전열관에 부착된 그을음을 제거하는 그을음 제거 장치가 구비되고, 상기 이상 판정 수단에 의하여 이상이 발생하고 있다고 판정된 경우, 상기 그을음 제거 장치의 운용 조건을 변경해도 된다.
본 구성에 의하면, 상기 전열관에 부착된 그을음을 보다 제거할 수 있도록 그을음 제거 장치의 운용 조건을 변경함으로써, 열교환기의 이상을 해소할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 관한 열교환기의 감시 방법은, 부하가 변화하는 플랜트에 설치되어, 탄소 함유 연료와 전열관을 흐르는 열교환 매체의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기의 감시 방법으로서, 상기 플랜트의 부하마다 상기 열교환기의 상태량의 평균값 및 표준 편차를 산출하고, 상기 평균값 및 상기 표준 편차에 근거하여 마할라노비스 거리를 산출하는 제1 공정과, 산출한 마할라노비스 거리에 의하여 상기 전열관의 전열면 이상의 유무를 판정하는 제2 공정을 포함한다.
본 발명에 의하면, 보다 확실하게 열교환기의 이상을 검지할 수 있다는 우수한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 이상 감시 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 열교환기가 구비되는 IGCC 플랜트의 전체 개략구성을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 처리부의 기능을 나타내는 기능 블록도이다.
도 4는 IGCC 플랜트의 부분 부하를 나타내는 모식도이다.
도 5는 가로축을 부하로 하고, 세로축을 상태량으로 한 경우에 있어서의 단위 공간의 범위를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 관한 IGCC 플랜트의 부하마다에 있어서의 소정 상태량의 평균값 m을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 관한 IGCC 플랜트의 부하마다에 있어서의 소정 상태량의 표준 편차 σ를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 관한 열교환기 감시 처리의 흐름을 나타내는 플로 차트이다.
이하에, 본 발명에 관한 열교환기의 감시 장치 및 열교환기의 감시 방법의 일 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 이상 감시 장치(10)의 구성을 나타내는 모식도이다. 이상 감시 장치(10)는, 열교환기(20)의 운전 중의 상태를 감시하고, 열교환기(20)가 정상적으로 운전되고 있는지 여부를 판정한다.
본 실시형태에 관한 열교환기(20)는, 탄소 함유 연료와 열교환 매체(예를 들면 물)의 사이에서 열교환을 행하는 것이며, 연료 유로(22), 전열관(24), 그을음 제거 장치(26)를 구비한다.
탄소 함유 연료는, 연료 유로(22)를 통하여 열교환기(20)로 공급된다. 탄소 함유 연료의 예로서는, 예를 들면 연료 가스나 분체 연료 등을 들 수 있다. 열교환기(20)의 내부에는, 전열관(24)이 통과하고 있으며, 이로써 전열면(28)이 구성된다. 그리고, 전열면(28)에 있어서, 연료 유로(22)로부터 열교환기(20)로 흐르는 탄소 함유 연료와, 전열관(24)을 흐르는 열교환 매체의 사이에서 열교환이 행해진다.
그을음 제거 장치(26)는, 전열면(28)에 부착된 그을음을 제거한다. 이 그을음은, 탄소 함유 연료에 포함되는 탄소 등이다. 그을음 제거 장치(26)로서는, 전열면(6)에 압축 가스(질소나 증기 등)를 분사하는 분사식 그을음 제거 장치(예를 들면, 수트 블로어) 등을 이용할 수 있지만, 이에 한정되지 않으며, 전열면(28)에 진동을 부여하는 진동식 그을음 제거 장치나 전열면(28)에 경구(硬球)를 낙하시키는 경구 낙하식 그을음 제거 장치 등이 이용되어도 된다.
이상 감시 장치(10)에 의하여 감시되는 열교환기(20)의 상태량은, 예를 들면 열교환기(20)의 1차측의 흐름 방향(G)에 있어서의 복수 위치의 온도(예를 들면, 열교환기(20)의 입구 온도, 중간 온도, 출구 온도 등), 1차측의 흐름 방향(G)에 있어서의 입출구의 차압, 1차측의 유량, 2차측의 흐름 방향(W)의 복수 위치의 온도(예를 들면, 전열관(24)의 입구 온도, 중간 온도, 출구 온도 등), 2차측의 흐름 방향(W)에 있어서의 입출구의 차압, 2차측의 유량 등이다. 이들 상태량은, 상태량 검출 수단(온도 센서, 압력 센서, 및 유량 센서, 이하 총칭하여 "센서"라고 함)에 의하여 검출된다. 이들 상태량은, 열교환기(20)의 이상을 보다 적절히 판정하기 위한 감시 대상이며, 이하의 설명에 있어서 센서에 의하여 검출된 상태량을 나타내는 데이터를 감시 대상 데이터라고 한다.
또한, 열교환기(20)의 1차측이란, 고온측을 나타낸다. 즉, 본 실시형태에 있어서 열교환기(20)의 1차측이란 탄소 함유 연료가 흐르는 측을 나타낸다. 한편, 열교환기(20)의 2차측이란, 저온측을 나타낸다. 즉, 본 실시형태에 있어서 열교환기(20)의 2차측이란 열교환 매체가 흐르는 측을 나타낸다.
여기에서, 본 실시형태에 관한 열교환기(20)는, 일례로서 도 2에 나타나는 석탄 가스화 복합 발전 플랜트(이하 "IGCC 플랜트"라고 함)에 설치된다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 본 제1 실시형태에 관한 IGCC 플랜트(30)는, 주로 석탄 가스화 노(32), 가스 터빈 설비(34), 증기 터빈 설비(36), 및 배열 회수 보일러(이하 "HRSG"라고 함)(38)를 구비한다.
석탄 가스화 노(32)의 상류측에는, 석탄 가스화 노(32)로 미분탄을 공급하는 석탄 공급 설비(40)가 마련되어 있다. 이 석탄 공급 설비(40)는, 원료탄을 분쇄하여 수 ㎛~수백 ㎛의 미분탄으로 하는 분쇄기(도시하지 않음)를 구비하고 있으며, 이 분쇄기에 의하여 분쇄된 미분탄이 복수의 호퍼(42)에 저류되도록 되어 있다.
각 호퍼(42)에 저류된 미분탄은, 일정 유량씩 공기 분리 설비(44)로부터 공급되는 질소 가스와 함께 석탄 가스화 노(32)로 반송된다. 공기 분리 설비(44)는, 공기로부터 질소 가스 및 산소 가스를 분리하고, 이들을 석탄 가스화 노(32)로 공급하는 장치이다.
석탄 가스화 노(32)는, 하방으로부터 상방으로 가스가 흐르도록 형성된 석탄화부(32a)와, 석탄화부(32a)의 하류측에 접속되어, 상방으로부터 하방으로 가스가 흐르도록 형성된 가스 냉각기(SGC: Syn Gas Cooler)(32b)를 구비하고 있다.
석탄화부(32a)에는, 하방으로부터, 컴버스터 및 리덕터가 마련되어 있다. 컴버스터는, 미분탄 및 차콜의 일부분을 연소시키고, 나머지는 열분해에 의하여 휘발분(CO, H2, 저급 탄화 수소)으로서 방출시키는 부분이다.
컴버스터 및 리덕터에는, 각각 컴버스터 버너 및 리덕터 버너가 마련되어 있고, 컴버스터 버너 및 리덕터 버너에 대하여 석탄 공급 설비(40)로부터 미분탄이 공급된다. 컴버스터 버너에는, 가스 터빈 설비(34)의 공기 압축기(34c)로부터 추기(抽氣)된 공기가 공기 승압기(46) 및 산화제 공급로(48)를 통하여, 공기 분리 설비(44)에 있어서 분리된 산소 가스와 함께 산화제로서 공급되도록 되어 있다. 리덕터에서는, 컴버스터로부터의 고온 연소 가스에 의하여 미분탄이 가스화된다. 이로써, 석탄으로부터 CO나 H2 등의 기체 연료가 되는 가연성 가스(이하 "연료 가스"라고 함)가 생성된다.
가스 냉각기(32b)에는, 상술한 열교환기(20)가 복수 설치되어 있고, 리덕터로부터 유도되는 연료 가스로부터 현열(顯熱)을 얻어 증기를 발생시키며, 가스화 노(3) 내에서 발생한 연료 가스를 냉각시킨다. 열교환기(20)에 있어서 발생한 증기는, 주로 증기 터빈(36b)의 구동용 증기로서 이용된다. 가스 냉각기(32b)를 통과한 연료 가스는, 제진(除塵) 설비(50)로 유도된다. 이 제진 설비(50)는, 포러스 필터를 구비하고 있으며, 포러스 필터를 통과시킴으로써 연료 가스에 혼재하는 미연분을 포함한 차콜을 포착하여 회수한다.
이와 같이 회수된 차콜은, 석탄 가스화 노(32)의 차콜 버너로 반송(返送)되어 재활용된다.
제진 설비(50)를 통과한 연료 가스는, 가스 정제 설비(22)에 의하여 정제되어, 가스 터빈 설비(34)의 연소기(34a)로 보내진다.
가스 터빈 설비(34)는, 연료 가스가 연소되는 연소기(34a)와, 연소 가스에 의하여 구동되는 가스 터빈(34b)과, 연소기(34a)로 고압 공기를 송출하는 공기 압축기(34c)를 구비하고 있다. 가스 터빈(34b)과 공기 압축기(34c)는 동일 회전축(34d)에 의하여 접속되어 있다. 공기 압축기(34c)에 있어서 압축된 공기는, 추기되어 연소기(34a)와는 별도로, 공기 승압기(46)로도 유도되도록 되어 있다.
가스 터빈(34b)을 통과한 연소 배기 가스는, HRSG(38)로 유도되고, 증기 터빈(36b)에는, 석탄 가스화 노(32) 및 HRSG(38)로부터 고압 증기가 공급된다. 일례로서, 회전축(34d)에는, 가스 터빈(34b)과 함께 증기 터빈(36b)이 접속되며, 증기 터빈 설비(36)를 사이에 두고 가스 터빈 설비(34)의 반대측에, 전기를 출력하는 발전기(52)가 마련되어 있다.
또한, HRSG(38)는, 가스 터빈(34b)으로부터의 연소 배기 가스에 의하여 증기를 발생시킴과 함께, 연소 배기 가스를 연돌(54)로부터 대기로 방출한다.
이와 같이 본 실시형태에 관한 열교환기(20)는, 일례로서 IGCC 플랜트(30)의 석탄 가스화 노(32)에 있어서의 가스 냉각기(32b)에 구비된다. 그리고, 열교환기(20)는, 탄소 함유 연료인 연료 가스와 열교환 매체의 사이에서 열교환을 행한다.
탄소 함유 연료가 흐르는 열교환기(20)는, 전열면(28)에 탄소가 부착되고, 이것이 그을음 제거 장치(26)로도 제거되지 않으면, 전열면(28)이 폐색되어 충분한 열교환을 행할 수 없는 등의 이상이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 이상 감시 장치(10)는, 마할라노비스 거리를 이용하여 열교환기(20) 이상의 유무를 판정한다.
이상 감시 장치(10)는, 도 1에 나타나는 바와 같이, 입출력부(I/O)(12), 기억부(14), 및 처리부(16)를 구비하고 있다.
입출력부(12)는, 열교환기(20)에 장착된 각종 센서로부터, 열교환기(20)의 상태량을 나타내는 감시 대상 데이터가 입력된다. 각종 센서는, IGCC 플랜트(30)의 기동 개시로부터 소정의 시간 간격으로 정기적으로 상태량을 검출하고, 입출력부(12)로 출력한다. 입출력부(12)는, 감시 대상 데이터를 기억부(14)로 출력한다.
또, 입출력부(12)는, 처리부(16)에 의한 처리 결과를 컨트롤 패널(18)로 출력한다. 컨트롤 패널(18)은, IGCC 플랜트(30)를 제어하기 위한 각종 정보를 표시 가능하게 되어 있다.
기억부(14)에서는, 입력된 감시 대상 데이터를 시계열로, 또한 IGCC 플랜트(30)의 부하마다 기억한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 시계열마다 기억된 복수의 감시 대상 데이터를 감시 대상 데이터군이라고 한다.
처리부(16)는, 감시 대상 데이터군의 마할라노비스 거리를 산출하는 연산 처리(상세는 후술)를 행하여, 산출한 마할라노비스 거리를 기억부(14)에 기억시킨다.
또한, 처리부(16)는, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 및 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체 등으로 구성되어 있다. 그리고, 각종 기능을 실현하기 위한 일련의 처리는, 일례로서 프로그램의 형식으로 기억 매체 등에 기억되어 있으며, 이 프로그램을 CPU가 RAM 등으로 읽어내어, 정보의 가공ㆍ연산 처리를 실행함으로써, 각종 기능이 실현된다. 또한, 프로그램은, ROM이나 그 외의 기억 매체에 미리 인스톨해 두는 형태나, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 기억된 상태로 제공되는 형태, 유선 또는 무선에 의한 통신 수단을 통하여 전송되는 형태 등이 적용되어도 된다. 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체란, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등이다.
도 3은, 처리부(16)의 기능을 나타내는 기능 블록도이다.
처리부(16)는, 마할라노비스 거리 연산부(60), 이상 판정부(62), 및 운용 조건 변경부(64)를 구비한다.
마할라노비스 거리 연산부(60)는, IGCC 플랜트(30)의 부하마다 감시 대상 데이터군의 평균값 및 표준 편차를 산출하고, 그 평균값 및 그 표준 편차에 근거하여 마할라노비스 거리를 산출한다.
또한, 평균값 및 표준 편차를 산출하기 위한 감시 대상 데이터군은, 과거에 정상인 값이라고 판단된 것이다.
여기에서, 마할라노비스 거리를 산출하기 위한 단위 공간에 있어서의 감시 대상 데이터군의 분포 특성이 정의 강한 상관 관계(선형)인 경우에는, 이 단위 공간을 일괄적으로 취급해도, 열교환기(20)의 이상을 누락 없이 검지할 수 있다. 그러나, 상기 특성이 선형이 아닌 경우, 단위 공간을 일괄적으로 취급하면, 열교환기(20) 이상의 검지 누락이 발생할 가능성이 있다.
예를 들면, IGCC 플랜트(30)에서는, 도 4에 나타나는 바와 같이, 부분 부하(일례로서 전체 부하(100%)의 85%, 70%, 60%)로 운전하는 경우가 있고, 이들 부분 부하마다 열교환기(20)의 상태량을 나타내는 감시 대상 데이터가 복수 검지된다. 즉, IGCC 플랜트(30)에서는 부하대가 상이하면, 상이한 부하대에 있어서의 상태량끼리는 비선형이다. 도 4의 예에서는, 각 부하에 있어서의 감시 대상 데이터의 수(표본 수)는 동일하게 하고 있다.
도 5는, 가로축을 부하로 하고, 세로축을 상태량으로 한 경우에 있어서의 정상으로 간주되는 단위 공간의 범위를 나타내는 모식도의 일례이다.
모든 부하대를 하나의 단위 공간으로서 일괄적으로 취급한 경우, 정상으로 간주되는 단위 공간의 범위는, 도 5에 나타나는 파선 내가 된다. 한편, 부하대마다 하나의 단위 공간으로서 취급한 경우, 정상으로 간주되는 단위 공간의 범위는, 도 5에 나타나는 실선 내가 된다.
도 5에 나타나는 바와 같이 각 부하대를 하나의 단위 공간으로서 취급하는 경우 쪽이, 모든 부하대를 하나의 단위 공간으로서 취급하는 경우에 비하여, 정상으로 간주되는 단위 공간의 범위는 좁다.
즉, 도 5의 A점의 상태량은, 각 부하대를 하나의 단위 공간으로서 취급하는 경우에는, 이상이라고 판정된다. 한편, 모든 부하대를 하나의 단위 공간으로서 취급하는 경우에는, A점의 상태량은 이상이라고 판정되지 않고 정상이라고 판정되어, 이상의 검지 누락이 발생하게 된다.
따라서, 본 실시형태에서는, 단위 공간에 있어서의 선형성을 유지하기 위하여, 단위 공간을 IGCC 플랜트(30)의 부하마다 나눈다. 그리고, 마할라노비스 거리 연산부(60)에 의하여, 감시 대상 데이터군의 평균값 및 표준 편차를, IGCC 플랜트(30)의 부하마다의 함수(평균값 m=F1(부하), 표준 편차 σ=F2(부하))로서 산출한다.
도 6은, IGCC 플랜트(30)의 부하마다에 있어서의 소정 상태량(감시 대상 데이터군, 예를 들면 열교환기(20)의 1차측의 흐름 방향(G)에 있어서의 복수 위치의 온도차)의 평균값 m을 나타내는 그래프이다. 도 7은, IGCC 플랜트(30)의 부하마다에 있어서의 소정 상태량의 표준 편차 σ를 나타내는 그래프이다.
도 6, 7에 나타나는 바와 같이, IGCC 플랜트(30)의 부하에 따라 열교환기(20)에 흐르는 연료 가스의 유량이 변화함으로써, 상태량의 평균값 m 및 표준 편차 σ는 상이하다.
그리고, 일례로서 하기 (1)식에 의하여 산출한 평균값 m 및 산출한 표준 편차 σ에 근거하여 마할라노비스 거리 MD가 산출된다.
[수학식 1]
Figure pct00001
(1)식에 있어서, x는 현재의 상태량이다. (1)식에 나타나는 바와 같이, 현재의 상태량과 평균값 m의 차가 클수록, 마할라노비스 거리는 커진다.
또한, 마할라노비스 거리의 산출에 이용되는 상태량의 종류는, 1종류여도 되고, 2종류 이상을 이용해도 된다.
이상 판정부(62)는, 마할라노비스 거리 연산부(60)에 의하여 산출된 마할라노비스 거리(이하 "산출 마할라노비스 거리"라고 함)에 의하여 전열관(24)의 전열면(28) 이상의 유무를 판정한다. 구체적으로는, 이상 판정부(62)는, 산출 마할라노비스 거리가 소정의 판정 임곗값 이상인 경우에, 전열면(28)에 이상이 발생하고 있다고 판정한다.
판정 임곗값은, 과거에 있어서의 정상 시의 마할라노비스 거리에 근거하여 결정되어 있으며, IGCC 플랜트(30)의 부하마다 기억부(14)에 미리 기억되어 있다. 예를 들면, 정상 시의 마할라노비스 거리가 판정 임곗값 자체가 되어도 되고, 정상 시의 마할라노비스 거리에 허용 오차를 가산한 값이 판정 임곗값이 되어도 된다.
운용 조건 변경부(64)는, 이상 판정부(62)에 의하여 이상이라고 판정된 경우에, 열교환기(20)의 전열관(24)에 부착된 그을음을 보다 제거할 수 있도록 그을음 제거 장치(26)의 운용 조건을 변경한다. 그을음 제거 장치(26)의 운용 조건의 변경 방법으로서는, 예를 들면 그을음 제거 장치(26)의 사용 빈도를 늘리고, 그을음 제거 장치(26)가 수트 블로어인 경우에는 분사하는 압축 가스의 압력을 상승시키는 등이다. 이로써, 이상 감시 장치(10)는, 열교환기(20)의 이상을 해소할 수 있다.
도 8은, 본 실시형태에 관한 이상 감시 장치(10)에 의한 열교환기(20)의 감시 처리(이하 "열교환기 감시 처리"라고 함)의 흐름을 나타내는 플로 차트이다.
먼저, 스텝 100에서는, 미리 정해진 시간 간격으로 열교환기(20)에 마련되어 있는 각종 센서로부터 열교환기(20)의 상태량을 나타내는 감시 대상 데이터를 취득한다. 취득된 감시 대상 데이터는, 기억부(14)에 시계열로, 또한 IGCC 플랜트(30)의 부하마다 기억된다.
다음 스텝 102에서는, 기억부(14)에 기억되어 있는 감시 대상 데이터군에 근거하여, 처리부(16)가 현재의 감시 대상 데이터에 있어서의 마할라노비스 거리를 산출한다.
다음의 스텝 104에서는, 스텝 102에서 산출한 마할라노비스 거리의 부하에 대응하는 판정 임곗값을 기억부(14)로부터 처리부(16)가 읽어내고, 산출 마할라노비스 거리와 판정 임곗값을 비교하여, 전열면(28) 이상의 유무를 판정한다. 즉, 산출 마할라노비스 거리가 판정 임곗값 이상인 경우에는, 이상이 발생하고 있다고 판정하고, 스텝 106으로 이행한다. 한편, 산출 마할라노비스 거리가 판정 임곗값 미만인 경우에는, 이상이 발생하고 있지 않다고 판정하고, 스텝 100으로 되돌아가, 감시 대상 데이터의 취득, 마할라노비스 거리의 산출, 및 이상 판정을 반복한다.
또한, 마할라노비스 거리의 산출은, 감시 대상 데이터를 취득할 때마다 행하지 않고, 미리 정해진 소정 기간마다 행해져도 된다.
또, 스텝 104에서는, 산출 마할라노비스 거리가 판정 임곗값 이상이 되는 것이 소정 기간 이상(예를 들면 1시간 이상) 연속된 경우나, 소정 기간 내에 미리 정해진 횟수 이상이 되는 경우에, 이상이 발생하고 있다고 판정해도 된다. 이로써, 이상의 오검지(誤檢知)가 억제된다.
스텝 106에서는, 컨트롤 패널(18)에 열교환기(20)에 이상이 발생하고 있는 것을 경보시킴과 함께, 열교환기(20)의 운용 조건을 변경하고, 스텝 100으로 되돌아간다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 이상 감시 장치(10)는, 부하가 변화하는 IGCC 플랜트(30)에 설치되어, 탄소 함유 연료와 전열관(24)을 흐르는 열교환 매체의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기(20)를 감시한다. 그리고, 이상 감시 장치(10)는, IGCC 플랜트(30)의 부하마다 열교환기(20)의 상태량의 평균값 및 표준 편차를 산출하고, 그 평균값 및 그 표준 편차에 근거하여 마할라노비스 거리를 산출하며, 산출한 마할라노비스 거리에 의하여 전열관(24)의 전열면(28) 이상의 유무를 판정한다.
이로써, 이상 감시 장치(10)는, 열교환기(20) 이상의 검지 누락이 억제되므로, 보다 확실하게 열교환기(20)의 이상을 검지할 수 있다.
이상, 본 발명을, 상기 실시형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 실시형태에 다양한 변경 또는 개량을 더할 수 있고, 그 변경 또는 개량을 더한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또, 상기 실시형태를 적절히 조합시켜도 된다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, 열교환기(20)가 IGCC 플랜트(30)에 구비되는 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 탄소 함유 연료와 열교환 매체의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기(20)이면 구비되는 플랜트의 종류는 한정되지 않으며, 예를 들면 보일러 등에 구비되어도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 플랜트의 부하가 커지면, 열교환기(20)를 흐르는 탄소 함유 연료량도 커지는 것과 같이, 플랜트의 부하와 열교환기(20)를 흐르는 탄소 함유 연료량은, 상관 관계가 있다. 따라서, 플랜트의 부하마다의 감시 대상 데이터군의 평균값 및 표준 편차 대신에, 열교환기(20)를 흐르는 탄소 함유 연료량마다의 감시 대상 데이터군의 평균값 및 표준 편차에 근거하여 마할라노비스 거리를 산출해도 된다.
또, 상기 실시형태에서 설명한 열교환기 감시 처리의 흐름도 일례이며, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 불필요한 스텝을 삭제하거나, 새로운 스텝을 추가하거나, 처리 순서를 바꾸거나 해도 된다.
10 : 이상 감시 장치
16 : 처리부
20 : 열교환기
24 : 전열관
28 : 전열면
30 : IGCC 플랜트
60 : 마할라노비스 거리 연산부
62 : 이상 판정부

Claims (4)

  1. 부하가 변화하는 플랜트에 설치되어, 탄소 함유 연료와 전열관을 흐르는 열교환 매체의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기의 감시 장치로서,
    상기 플랜트의 부하마다 상기 열교환기의 상태량의 평균값 및 표준 편차를 산출하고, 상기 평균값 및 상기 표준 편차에 근거하여 마할라노비스 거리를 산출하는 연산 수단과,
    상기 연산 수단에 의하여 산출된 마할라노비스 거리에 의하여 상기 전열관의 전열면 이상의 유무를 판정하는 이상 판정 수단
    을 구비하는 열교환기의 감시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상태량은, 상기 탄소 함유 연료의 흐름 방향에 있어서의 복수의 온도, 차압, 및 유량과 상기 열교환 매체의 흐름 방향에 있어서의 복수의 온도, 차압, 및 유량 중 적어도 어느 하나인 열교환기의 감시 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기에는, 상기 전열관에 부착된 그을음을 제거하는 그을음 제거 장치가 구비되고,
    상기 이상 판정 수단에 의하여 이상이 발생하고 있다고 판정된 경우, 상기 그을음 제거 장치의 운용 조건을 변경하는 열교환기의 감시 장치.
  4. 부하가 변화하는 플랜트에 설치되어, 탄소 함유 연료와 전열관을 흐르는 열교환 매체의 사이에서 열교환을 행하는 열교환기의 감시 방법으로서,
    상기 플랜트의 부하마다 상기 열교환기의 상태량의 평균값 및 표준 편차를 산출하고, 상기 평균값 및 상기 표준 편차에 근거하여 마할라노비스 거리를 산출하는 제1 공정과,
    산출한 마할라노비스 거리에 의하여 상기 전열관의 전열면 이상의 유무를 판정하는 제2 공정
    을 포함하는 열교환기의 감시 방법.
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