TWI705219B - 水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題係相較於先前，正確且確實地評估蒸氣渦輪系統之水質。 解決手段是具備取得通過從蒸氣渦輪中被供給之蒸氣的壓力低的低壓渦輪(12)抽出蒸氣之低壓抽氣配管(12A)的蒸氣的取樣配管(22)、流入以取樣配管(22)所取得之蒸氣的蒸氣流入槽(32)、用以計測使流入至蒸氣流入槽(32)的蒸氣凝縮之凝縮水的水質的水質計測裝置(50)、及使用水質計測裝置(50)的計測結果，對凝縮水的水質進行診斷的水質診斷裝置(100)，蒸氣流入槽(32)係相對於水質計測裝置(50)設置於高處，水質計測裝置(50)係計測利用水頭差升壓至大氣壓之凝縮水的水質。

Description

水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法
本發明係關於用以監視蒸氣渦輪系統所用之水的水質的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及蒸氣的水質監視方法。
作為提供測定蒸氣渦輪的乾濕互換區域中凝縮之凝縮水的水質的監視器，具備以監視器所致之水質資訊為基準，控制供水水質及蒸汽系藥品注入的機構，防止蒸氣渦輪材料之腐蝕損傷的具有高信賴性之蒸氣渦輪的一例，於專利文獻1記載藉由模擬蒸氣渦輪葉片表面附近之凝縮條件的凝縮室，獲得凝縮水，並分析該凝縮水，藉此監視水質，進而根據監視結果來進行蒸氣渦輪之運轉條件的控制、藥品的注入。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開平9-170704號公報
[發明所欲解決之課題]
例如於處理蒸氣的火力設備中，因應設備的形式，設定各種水質管理方法。
在此種水質管理中，測定從鍋爐入口測取樣之水的水質，以測定值收斂於基準值之方式進行管理。
在此種狀況中，有動葉片、靜葉片及轉子等發生腐蝕損傷的情況。尤其在以高壓、中壓及低壓渦輪所構成的火力發電設備中，在蒸氣的乾濕互換區域即低壓渦輪的後段中，有蒸氣凝縮導致產生液滴，腐蝕媒體混入其而導致腐蝕進行的情況。
進而，設備的啟動及停止時，高、中、低壓渦輪及供水泵驅動用渦輪產生凝縮水，與低壓渦輪相同，有發生腐蝕損傷的狀況。
發生該等腐蝕損傷的環境尤其大多是蒸氣用盡能量而變化成水之乾濕互換區域。金屬材料的腐蝕損傷大幅依存於材料接觸的環境，故對於為了從腐蝕損傷保護渦輪材料來說，考量到監視凝縮水的水質，以所掌握的資訊為基準來管理成為蒸氣來源之供水的水質為有效的方法。
作為此種技術的一環，有像上述之專利文獻1的技術。在該專利文獻1所記載的技術中，從抽出水蒸氣之一部分的抽出管取樣。
在此，蒸氣渦輪系統之低壓渦輪的渦輪蒸氣係相較於周圍大多為負壓，在如專利文獻1所記載的技術中，藉由本發明者的檢討，明顯發現即使將使從低壓渦輪抽出之蒸氣凝縮的凝縮水，送至計測水質的裝置，也會因為壓力不是大氣壓而難以進行水質的計測，有無法充分執行水質的監視之問題。
本發明係提供相較於先前，可正確且確實地評估水質的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法。 [用以解決課題之手段]
本發明包含複數個解決前述課題的手段，但舉出其一例的話，是一種水質監視系統，係針對具備藉由以蒸氣產生源產生的蒸氣來獲得機械能量之蒸氣渦輪的蒸氣渦輪系統中所用之蒸氣的品質，進行評估的水質監視系統，其特徵為具備：取樣配管，係取得通過從前述蒸氣渦輪中被供給之蒸氣的壓力低的低壓渦輪抽出蒸氣之抽氣配管的蒸氣；蒸氣流入槽，係流入以前述取樣配管所取得之蒸氣；水質計測裝置，係計測使流入至前述蒸氣流入槽的蒸氣凝縮之凝縮水的水質；及水質診斷裝置，係使用前述水質計測裝置的計測結果，對前述凝縮水的水質進行診斷；前述蒸氣流入槽，係相對於前述水質計測裝置設置於高處；前述水質計測裝置，係計測利用水頭差升壓至大氣壓之凝縮水的水質。 [發明的效果]
依據本發明，相較於先前，可正確且確實地評估蒸氣渦輪系統之水質。前述以外的課題、構造及效果，係根據以下之實施例的說明更為清楚。
以下，使用圖面來說明本發明的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法的實施例。
＜實施例1＞ 使用圖1乃至圖15來說明本發明的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法的實施例1。
最初，使用圖1針對本實施例的蒸氣渦輪系統的整體構造進行說明。圖1係本實施例之蒸氣渦輪系統的概略圖。再者，在以下的實施例中，作為蒸氣渦輪系統舉出以化石燃料作為熱源的火力發電系統為例進行說明，但是，蒸氣渦輪系統並不限定於其，本發明可適用於各種發電用蒸氣渦輪及船舶用蒸氣渦輪、藉由其他熱能使水汽化，利用汽化之水蒸氣的能量來旋轉渦輪葉片，以獲得機械能量的系統。
如圖1所示，本實施例的蒸氣渦輪系統係具備鍋爐1、高壓渦輪7、中壓渦輪10、低壓渦輪12、冷凝器14、發電機16。
鍋爐1係化石燃料燃燒鍋爐，蒸氣產生源的一例。利用以鍋爐1燃燒化石燃料，對從冷凝器14供給的復水進行加熱，產生高溫高壓的蒸氣。
於主蒸氣管2，設置有主蒸氣停止閥3及蒸氣調速閥4。又，於主蒸氣管2，連接有旁通蒸氣調速閥4，連結於比主蒸氣管2更靠蒸氣渦輪的低壓側的過載蒸氣管5。於該過載蒸氣管5，設置有過載閥6。
鍋爐1中產生的蒸氣係透過主蒸氣管2及過載蒸氣管5被導引至高壓渦輪7，驅動高壓渦輪7。驅動高壓渦輪7而減壓的蒸氣係流下於高壓渦輪排氣管8而被導引至鍋爐1，再次被加熱成為再熱蒸氣。
鍋爐1中被再加熱的再熱蒸氣係透過高溫再熱蒸氣管9被導引至中壓渦輪10，驅動中壓渦輪10。
驅動中壓渦輪10而減壓的蒸氣係流下於中壓渦輪排氣管11而被導引至低壓渦輪12，驅動低壓渦輪12。
驅動低壓渦輪12而減壓的蒸氣係透過低壓渦輪排氣管13而被導引至冷凝器14。冷凝器14係具備冷卻水配管(未圖示)，藉由導引至冷凝器14的蒸氣與流通於冷卻水配管內的冷卻水的熱交換，對蒸氣進行再水化。
低壓供水加熱器18係對以冷凝器14再水化的供水，利用藉由低壓抽氣配管12A從低壓渦輪12抽出的蒸氣進行加熱。
高壓供水加熱器19係利用藉由高壓抽氣配管7A從高壓渦輪7抽出的蒸氣，將藉由低壓供水加熱器18加熱的供水為了送至鍋爐1而更進行加熱。
透過高壓供水加熱器19加熱的供水再次被送至鍋爐1。
圖1所示的高壓渦輪7、中壓渦輪10及低壓渦輪12係藉由渦輪轉子15連結於同軸上。又，於渦輪轉子15連結發電機16，藉由高壓渦輪7、中壓渦輪10及低壓渦輪12的旋轉動力來驅動發電機16，高壓渦輪7、中壓渦輪10及低壓渦輪12的輸出作為電力(電能)被取出。
再者，火力發電系統的構造並不特別限定於圖1所示的系統。
在本實施例中，此種蒸氣渦輪系統中，對於低壓供水加熱器18，作為追加的設備，設置用以評估蒸氣之品質的水質監視系統。如此藉由追加的設備，可進行在負壓‧高溫等的嚴峻環境下之有獨自性的計測。
接著，針對本實施例的水質監視系統的構造及動作，使用圖2乃至圖15來進行說明。最初，針對水質監視系統及水質診斷裝置的詳細構造，使用圖2乃至圖6來進行說明。圖2係揭示實施例1之水質監視系統的概略的圖，圖3係揭示水質診斷裝置的概略構造的圖。圖4乃至圖6係揭示水質監視系統內的水質資料庫130所記錄之資料的一例的圖。
如圖2所示，水質監視系統係具備取樣配管22、凝縮部30、計測用配管42、水質計測裝置50、水質診斷裝置100、排水配管52。
取樣配管22係用以取得通過從低壓渦輪12抽出蒸氣的低壓抽氣配管12A而流入至低壓供水加熱器18之蒸氣的配管，連接於低壓供水加熱器18之已設置的凸緣等的開口部。通過取樣配管22的蒸氣被送至凝縮部30。閥24係調整通過取樣配管22之蒸氣的流量，亦即被送至凝縮部30之蒸氣的流量的閥。
凝縮部30係由蒸氣流入槽32、凝縮裝置34所構成。
蒸氣流入槽32係暫時貯留以取樣配管22取得之蒸氣的空間。於該蒸氣流入槽32，設置有用以將監視用試驗片31暴露於所取樣之蒸氣的試驗片導入器33。藉由具備此種用以將監視用試驗片31暴露於蒸氣的蒸氣流入槽32，可進行乾蒸氣環境下的腐蝕特性評估。
監視用試驗片31係導入可評估斷裂力學特性(裂痕成長特性、縫隙腐蝕特性)及SCC(Stress Corrosion Cracking：應力腐蝕裂痕)之發生的形狀及材質的金屬片為佳。導入此種監視用試驗片31，以任意時機取除，評估裂痕成長特性、縫隙腐蝕特性、應力腐蝕裂痕中任一以上。導入的監視用試驗片31係例如可作為後述之圖11所示的縫隙腐蝕試驗片及圖26所示的裂痕成長速度評估試驗片。又，導入的監視用試驗片31的數量並未特別限定，可因應欲評估的試驗項目數來適當導入。
又，監視用試驗片31可使用比蒸氣渦輪(尤其是低壓渦輪12)所用的材料更加敏化者。
凝縮裝置34係用以凝縮流入至蒸氣流入槽32之蒸氣的裝置，具有冷卻系配管36。在凝縮裝置34中，利用使用冷卻系配管36來冷卻蒸氣，生成凝縮水。流通於冷卻系配管36的冷卻媒體可使用軸承冷卻水系統、復水、工業用水等。
計測用配管42係用以將以凝縮部30凝縮的凝縮水送至水質計測裝置50的配管。於該計測用配管42，設置有用以調整送至水質計測裝置50之蒸氣的流量的閥44，及設為U字型構造的U型油封46。
水質計測裝置50係計測使流入至蒸氣流入槽32的蒸氣凝縮之凝縮水的水質的裝置，藉由進行蒸氣渦輪低壓段之水質的計測，用以實現活用蒸氣渦輪之抽氣的水質監視的裝置。
於本實施例中，凝縮部30的蒸氣流入槽32係相對於水質計測裝置50設置於高處。例如，在設置蒸氣渦輪系統之建物的2樓，或3樓設置凝縮部30的蒸氣流入槽32時，水質計測裝置50設置於1樓。藉此，水質計測裝置50係計測利用水頭差升壓至大氣壓之凝縮水的水質。
於本實施例的水質計測裝置50中測定之水質的項目，係例如pH、DO(溶氧量：Dissolved Oxygen)、溫度、電導率或Na+ 等的陽離子濃度、腐蝕電位、氧化還原電位中至少任一以上為佳。該等測定項目的測定方法係任一皆可使用公知的各種方法。
例如，如果是pH的話，可舉出指標法、金屬電極法(氫電極法、醌氫醌電極法、銻電極法)、玻璃電極法、半導體感測器法。如果是DO的話，可舉出滴定法及隔膜電極法。如果是電導率及陽離子濃度的話，可舉出交流二電極法及電磁感應法。如果是腐蝕電位的話，可舉出直流分極測定法及交流阻抗法。如果是氧化還原電位的話，可舉出使用具有mV測定功能的pH計本體與貴金屬電極(白金電極或金電極)與比較電極來進行測定的手法。
水質診斷裝置100係使用水質計測裝置50的計測結果，對凝縮水的水質進行診斷的裝置。關於水質診斷裝置100的詳細構造，於後敘述。
於水質計測裝置50中進行水質評估的凝縮水係透過排水配管52排出至蒸氣渦輪系統的系統外。於排水配管52設置閥54。藉由設置此種排水配管52，可防止水質計測時的藥品混入至蒸氣渦輪系統的系統內。
接著，針對水質診斷裝置100的詳細構造，使用圖3進行說明。
水質診斷裝置100係具有取樣配管22、閥24、凝縮部30、計測用配管42、閥44、U型油封46等之追加設置於渦輪系統的追加設置機器及設置於水質計測裝置50的後段側，水質評估裝置110、渦輪運轉狀態監視裝置120、水質資料庫130、資料收集裝置140、資料顯示裝置150。
水質診斷裝置100係作為以PC等一體構成者亦可，作為各個獨立的構造亦可，任一一體化而其他獨立的構造亦可，一體化時可讓裝置構造單純化，故一體化為佳。
渦輪運轉狀態監視裝置120係監視蒸氣渦輪系統之輸出及壓力、溫度等的運轉狀態的裝置，可進行與運轉狀態之長期性取得資料的比較及檢證，將該等資料與時間建立關係並輸出至水質評估裝置110。
水質評估裝置110係電腦等的運算裝置，以利用水質計測裝置50取得的資料為基準來進行水質診斷。能以此種水質診斷裝置為基準來實現定期檢查間隔的最佳化。針對以水質診斷裝置100執行之水質診斷的具體例，使用圖7以後的圖式，之後詳細說明。
在水質評估裝置110中，將與從渦輪運轉狀態監視裝置120輸入之時間建立關係的輸出及壓力、溫度等之運轉狀態的資訊與以水質計測裝置50取得的資料建立關聯之後，輸出至資料收集裝置140。
水質資料庫130係為了於水質評估裝置110中進行腐蝕狀態的鑑別及取得水質的比較等所設置的資料庫。於記錄於水質資料庫130的資料，例如有如圖4所示之表示凝縮水的pH與腐蝕電位之關係的普爾貝圖(電位與pH值座標圖)。又，有為了根據求出之孔蝕發生電位評估對於腐蝕孔發生的裕度所用之圖5所示之表示材料的壽命與對於腐蝕孔發生的裕度之關係的資料、為了根據求出之氫脆發生電位評估對於氫脆的裕度所用之圖6所示之材料的壽命與相對於氫脆的裕度之關係的資料等。
藉由保有此種資料，可根據腐蝕電位與孔蝕發生電位的差分(腐蝕孔的裕度)、腐蝕電位與氫脆發生電位的差分(氫脆的裕度)之評估來進行信賴性評估。
資料收集裝置140係保存水質計測裝置50的計測結果及以水質評估裝置110評估之凝縮水的水質資料的記錄媒體，例如HDD等。
資料顯示裝置150係用以顯示水質計測裝置50的計測結果及以水質評估裝置110評估之凝縮水的水質資料的顯示器。又，在資料顯示裝置150中，在凝縮水的水質被診斷為比所定值更加惡化時通知警告。作為警告的通知方法，有警告聲音及警告顯示等。
接著，針對本實施例之水質監視方法，使用圖7乃至圖15在以下進行說明。本實施例的水質監視方法，係評估具備藉由以鍋爐1產生的蒸氣來獲得機械能量之蒸氣渦輪的蒸氣渦輪系統中所用之蒸氣的品質者，可在如圖2所示的水質監視系統中理想地實施。
圖7係揭示對於腐蝕孔發生的裕度之評估步驟的一例的流程圖，圖8係揭示凝縮水中的陽離子濃度與孔蝕發生電位的關係的圖，圖9係揭示對於腐蝕孔發生的裕度之評估步驟的另一例的流程圖，圖10係揭示凝縮水中的氯化鈉量與電位變動幅度的關係的圖，圖11係揭示凝縮水中的陽離子濃度與縫隙腐蝕的發生機率之關係的圖，圖12係揭示凝縮水中的電位與縫隙腐蝕的裕度之關係的圖，圖13係揭示對於凝縮水的電導率之鈉離子濃度的導出方法之概略的圖，圖14係揭示作用應力強度係數與鈉離子濃度之關係的圖，圖15係揭示對於溶液浸漬時間之縫隙腐蝕的發生機率之關係的圖。
取得蒸氣的取得工程、生成凝縮水的生成工程、計測水質的水質計測工程，係可藉由上述的圖2所示之水質計測系統內的各構造理想地執行。
以下所說明，使用水質計測工程的計測結果來診斷凝縮水之水質的水質診斷工程，可藉由水質診斷裝置100的水質評估裝置110理想地執行。
例如，針對對於腐蝕孔的發生之裕度的評估的流程，參照圖7之後來進行說明。
如上所述，在水質計測裝置50中，測定pH、腐蝕電位、溫度、DO、電導率或陽離子濃度等。
因此，水質評估裝置110係將所測定之該等資料中，pH、腐蝕電位的資料，描點於水質資料庫130所記錄之普爾貝圖，根據電導率及陽離子濃度、溫度、DO來修正孔蝕發生電位及氫脆發生電位，根據取得水的腐蝕電位與孔蝕發生電位的差分，來評估對於腐蝕孔的發生之裕度。
具體來說，如圖7所示，水質評估裝置110係最初受理以水質計測裝置50測定之pH、腐蝕電位的測定資料的輸入(步驟S110)。之後，水質評估裝置110係將該等pH、腐蝕電位的資料，描點於水質資料庫130所記錄之普爾貝圖(步驟S112)。
與其同步，水質評估裝置110係取得水質資料庫130所記錄之孔蝕發生電位的實驗室環境下資料(步驟S120)，並且從水質計測裝置50取得電導率或陽離子濃度、DO、溫度的測定資料(步驟S122)。於步驟S120中取得之孔蝕發生電位的實驗室環境下資料，係如圖8所示的資料。
之後，水質評估裝置110係使用Na+ 濃度等的陽離子濃度等來修正孔蝕發生電位(步驟S124)。例如，外推圖8所示之實驗室中取得的資料範圍，求出實際機器環境下之孔蝕發生電位的推估值。
之後，水質評估裝置110係評估步驟S112中輸入之腐蝕電位與步驟S124中求出之孔蝕發生電位的差分(步驟S130)。接下來，水質評估裝置110係根據該差分的評估，求出對於腐蝕孔的裕度(步驟S140)。
水質評估裝置110係以利用此種步驟評估求出之對於腐蝕孔及SCC發生的餘裕度為基準，可活用於渦輪的葉片材及準子材的壽命診斷。如此，可藉由根據取得水質來進行對於渦輪構件的腐蝕之壽命評估，進行最佳之定期檢查間隔的設定。
又，水質評估裝置110係與孔蝕發生電位相同，陰極(卑、負)側也相同地在實驗室環境下取得氫脆發生電位，可利用氫脆發生電位與取得水的腐蝕電位的差分，評估對於氫脆的裕度。藉此，可進行根據取得水質來進行對於渦輪構件的氫脆之壽命評估的適用，同樣地可進行最佳之定期檢查間隔的提案。
如上所述，可於水質資料庫130保存實驗室環境下的水質評估結果，並加以利用。藉由將實驗室環境下的資料與水質計測結果進行比較，可進行對於腐蝕孔及SCC發生等之餘裕度的評估。又，利用使用實驗室環境下資料，可進行水質評估的高精度化。
又，對於腐蝕孔的發生之裕度的評估方法並不限於圖7所示的步驟，也可藉由圖9之後說明的手法進行評估。
具體來說，如圖9所示，水質評估裝置110係最初取得實驗室環境下的縫隙腐蝕之發生機率的資料(步驟S210)。該步驟S210中取得之資料係如圖10所示的資料。又，水質評估裝置110係取得實驗室環境下之縫隙腐蝕的電位降低量的資料(步驟S212)。該步驟S212中取得之資料係如圖11所示的資料。於圖11也一起揭示取得縫隙腐蝕資料時所用之縫隙腐蝕試驗片的概要。
之後，水質評估裝置110係根據步驟S210中取得之實驗室環境下的縫隙腐蝕之發生機率的資料與步驟S212中取得之縫隙腐蝕的電位降低量的資料，求出縫隙腐蝕所致之電位降低量的陽離子濃度依存性(步驟S214)。
與該等步驟S210乃至步驟S214同時，水質評估裝置110係取得孔蝕發生電位的實驗室環境下資料(步驟S220)。該步驟S220中取得之資料係如上述的圖8所示之關係的資料。
之後，水質評估裝置110係根據步驟S220中取得之孔蝕發生電位的實驗室環境下資料，求出孔蝕發生電位的陽離子濃度依存性(步驟S222)。
接下來，水質評估裝置110係根據步驟S214中求出取得的縫隙腐蝕所致之電位降低量的陽離子濃度依存性的資料與步驟S222中取得之孔蝕發生電位的陽離子濃度依存性的資料，求出孔蝕發生電位的閾值(步驟S230)。求出的閾值係例如相當於圖4所示之孔蝕發生電位的區域的邊際。
進而，水質評估裝置110係接受以水質計測裝置50所測定之pH、腐蝕電位之測定資料的輸入(步驟S240)，將該等pH、腐蝕電位的資料，描點於水質資料庫130所記錄之普爾貝圖(步驟S242)。
之後，水質評估裝置110係評估步驟S242中輸入之腐蝕電位與步驟S230中求出之孔蝕發生電位的差分(步驟S250)。接下來，水質評估裝置110係根據該差分的評估，使用圖12所示之兩電位的差分與對於縫隙腐蝕的裕度，求出對於腐蝕孔的裕度(步驟S260)。
再者，為了順利地進行如上述的評估，於水質資料庫130，保存如圖13所示之使用縫隙腐蝕試驗片之縫隙腐蝕發生的電位與電導率的對應關係及縫隙腐蝕發生的電位與Na+ 量的對應關係，並且以可藉由以水質計測裝置50測定電導率來推估Na+ 量之方式，根據該等關係預先推估、保存電導率與Na+ 量的對應關係為佳。藉此，可更快速且正確地執行實際機器環境的鑑別，可更容易地進行適切之定期檢查間隔的設定。
預先保存的對應關係係除了腐蝕電位之外，作為氧化還原電位與電導率及Na+ 量的對應關係亦可，如此，藉由預先取得腐蝕電位及氧化還原電位與各種電導率的關係，可根據回應快速之電導率的取得參數來進行水質診斷，可增加診斷的即時性。
又，關於Na+ 量，也可活用塗抹法等所致之擦拭試驗結果。可進行更正確的診斷。
進而，如上所述，關於Na+ 量⇒電導率等的轉換及電導率⇒Na+ 量的轉換，由於可藉由圖13所示的關係來進行，求出圖14所示之將試驗片以任意時間浸漬於改變濃度的試驗溶液時之作用應力強度係數與整體系之Na+ 量的關係、圖15所示之將試驗片以任意時間浸漬於改變濃度的試驗溶液時之溶液浸漬時間與整體系之Na+ 量的關係為佳。據此，關於裂痕成長速度及縫隙腐蝕發生機率，可根據導電率及陽離子濃度來進行評估，可進行更柔軟的水質診斷。
接著，針對本實施例的效果進行說明。
上述之本發明的實施例1的蒸氣渦輪系統係具備評估具備藉由以鍋爐1產生的蒸氣，獲得機械能量之蒸氣渦輪的蒸氣渦輪系統中所用之蒸氣的品質的水質監視系統。該水質監視系統係具備取得通過從蒸氣渦輪中被供給之蒸氣的壓力低的低壓渦輪12抽出蒸氣之低壓抽氣配管12A的蒸氣的取樣配管22、流入以取樣配管22所取得之蒸氣的蒸氣流入槽32、用以計測使流入至蒸氣流入槽32的蒸氣凝縮之凝縮水的水質的水質計測裝置50、及使用水質計測裝置50的計測結果，對凝縮水的水質進行診斷的水質診斷裝置100，蒸氣流入槽32係相對於水質計測裝置50設置於高處，水質計測裝置50係計測利用水頭差升壓至大氣壓之凝縮水的水質者。
如此藉由蒸氣流入槽32相對於水質計測裝置50設置於高處，即使低壓渦輪12的環境為負壓，評估的蒸氣是來自低壓渦輪的抽氣，也可利用水頭差將凝縮水升壓至大氣壓。因此，於水質計測裝置50中可確實地進行水質的計測，相較於先前，可確實且持續執行水質的監視。所以，相較於先前，可正確掌握水質發生異常，蒸氣渦輪系統發生異常的危險性，可採取適切的對應。
又，更具備具有使流入至蒸氣流入槽32之蒸氣凝縮的冷卻系配管36的凝縮裝置34，故可更有效率地使蒸氣凝縮，可更穩定地進行水質評估。
進而，利用更具備導入用以暴露於流入至蒸氣流入槽32之蒸氣的監視用試驗片31的試驗片導入器33，可進行腐蝕特性的評估，可進行更充實的水質監視。
又，藉由在蒸氣流入槽32與水質計測裝置50之間，設置U型油封46，可抑止凝縮的凝縮水逆流至負壓的低壓渦輪12側，可更確實地實現穩定的水質監視。
進而，低壓供水加熱器18由於具有用以連接一般追加之配管的凸緣等，取樣配管22係利用取得通過低壓抽氣配管12A流入至低壓供水加熱器18的蒸氣，不需要用以連接取樣配管22的大規模的改修等，容易將水質監視系統追加設置於既存的蒸氣渦輪系統。又，由於即使於新的蒸氣渦輪系統中也不需要增加配管的熔接等，可更簡易且便宜地設置水質監視系統。
又，水質診斷裝置100係藉由具有在凝縮水的水質被診斷為比所定值更加惡化時通知警告的資料顯示裝置150，運轉員可逐次確認水質資料，又可早期發現水質惡化。
進而，水質診斷裝置100係利用具有保存水質計測裝置50之計測結果與凝縮水之水質資料的資料收集裝置140，可進行資料的保存及長期性比較，可更有效地利用水質監視的結果。
又，水質計測裝置50係藉由計測凝縮水的pH、溶氧量、溫度、電導率、陽離子濃度、腐蝕電位、氧化還原電位中任一以上，可迅速捕捉水質變化，尤其可活用於低壓渦輪12的壽命評估‧診斷。
進而，藉由更具有使用在暴露工程中生成的試驗片，評估裂痕成長特性、縫隙腐蝕特性、應力腐蝕裂痕中任一以上的評估工程，可進行暴露於實際機器環境的材料所致之試驗，可進行更正確的水質診斷及高精度之蒸氣渦輪的壽命評估。
又，作為暴露工程中所用的試驗片，藉由使用比蒸氣渦輪所用的使用材更加敏化的材料，可進行加速性腐蝕，可進行壽命的早期診斷。
<實施例2>
使用圖16來說明本發明的實施例2的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法。對於與實施例1相同的構造附加相同符號，並省略說明。於以下的實施例中也相同。
圖16係揭示實施例2之水質監視系統的概略的圖。
如圖16所示，本實施例的水質監視系統係圖 2所示的水質監視系統中，從取樣配管22分歧出分歧配管62。於該分歧之分歧配管62的閥64的下游側，設置有用以將監視用試驗片31暴露於所取樣之蒸氣的試驗片導入空間65。試驗片導入空間65係對於蒸氣流入槽32並聯配置，通過試驗片導入空間65的蒸氣係通過具有閥68的分歧配管66流入至蒸氣流入槽32。
其他構造‧動作大略與前述的實施例1相同構造‧動作，省略詳細說明。
即使於本發明的實施例2的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法中，也可獲得與前述之實施例1幾乎相同的效果。
又，試驗片導入空間65係設置於從取樣配管22分歧且具有閥64、68的分歧配管62、66，對於蒸氣流入槽32並聯配置，在暴露工程中，藉由於試驗片導入空間65設置監視用試驗片31，僅利用關閉閥64、68即可不停止蒸氣渦輪系統，在任意時間進行監視用試驗片31的取出及追加，可讓利用監視用試驗片31之資料的取得更加充實。
<實施例3>
使用圖17來說明本發明的實施例3的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法。
圖17係揭示實施例3之水質監視系統的概略的圖。
如圖17所示，本實施例的水質監視系統係圖2所示的水質監視系統中，在蒸氣流入槽32與水質計測裝置50之間的計測用配管42，設置用以升壓凝縮水的泵70者。藉此，確實地使送至水質計測裝置50的凝縮水升壓者。
其他構造‧動作大略與前述的實施例1相同構造‧動作，省略詳細說明。
即使於本發明的實施例3的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法中，也可獲得與前述之實施例1幾乎相同的效果。
又，藉由在蒸氣流入槽32與水質計測裝置50之間，設置用以使凝縮水升壓的泵70，可更確實地使送至水質計測裝置50的凝縮水升壓，可更確實且持續執行水質監視。
再者，於上述之實施例2的系統中，也可如本實施例般，於計測用配管42設置泵70。
＜實施例4＞ 使用圖18來說明本發明的實施例4的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法。
圖18係揭示實施例4之水質監視系統的概略的圖。
在圖2所示的水質監視系統中，蒸氣流入槽32與具有冷卻系配管36的凝縮裝置34串聯配置，但是，如圖18所示之本實施例的水質監視系統般，不設置凝縮裝置，可將蒸氣流入槽80直接連接於計測用配管42，並且於計測用配管42設置冷卻系配管86。
其他構造‧動作大略與前述的實施例1相同構造‧動作，省略詳細說明。
即使於本發明的實施例4的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法中，也可獲得與前述之實施例1幾乎相同的效果。
又，本實施例的系統係相較於實施例1的系統，可更簡略化構造，獲得設置面積的減低及低成本化等的優點。
再者，對於上述之實施例2及實施例3，進而該等但書的系統，也可如本實施例般省略凝縮裝置。
＜實施例5＞ 使用圖19及圖20來說明本發明的實施例5的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法。
圖19係揭示實施例5之水質監視系統的概略的圖，圖20係揭示本實施例的變形例之水質監視系統的概略的圖。
如圖19所示，本實施例的水質監視系統係圖2所示的水質監視系統中，設置從低壓抽氣配管12A直接取得蒸氣的取樣配管92，來代替從低壓供水加熱器18取得蒸氣的取樣配管22者。於取樣配管92設置閥94。
其他構造‧動作大略與前述的實施例1相同構造‧動作，省略詳細說明。
即使於本發明的實施例5的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法中，也可獲得與前述之實施例1幾乎相同的效果。
又，取樣配管92係由於藉由從低壓抽氣配管12A取得蒸氣，可取得更接近渦輪的水質，可進行更高精度的水質診斷。又，由於低壓抽氣配管12A基本上是大口徑，抽氣蒸氣的取樣量豐富，故可進行更加連續性的水質計測。
再者，來自本實施例之低壓抽氣配管12A的取樣配管92並不限於固定者，如圖20所示，也可設置由伸縮接頭所構成之取樣配管92A，來代替取樣配管92。
又，對於上述之實施例2乃至實施例4及該等但書的系統，也可如本實施例般從低壓抽氣配管12A取得蒸氣。
<實施例6>
使用圖21來說明本發明的實施例6的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法。
圖21係揭示實施例6的水質監視系統中，水質診斷裝置之概略構造的圖。
如圖21所示，本實施例的水質監視系統的水質診斷裝置100A，係除了圖3所示的水質診斷裝置之外，更具備依據水質診斷裝置100A之水質診斷結果，調整蒸氣 渦輪之運轉的渦輪運轉控制裝置170。
在渦輪運轉控制裝置170中，例如於水質評估裝置110中凝縮水的水質被判斷為惡化時，則當成於高壓渦輪7及中壓渦輪10，尤其低壓渦輪12中發生腐蝕的可能性提高，執行減少供給至鍋爐1之化石燃料的量等，降低或停止渦輸的輸出等之輸出的反饋控制。
其他構造‧動作大略與前述的實施例1相同構造‧動作，省略詳細說明。
即使於本發明的實施例6的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法中，也可獲得與前述之實施例1幾乎相同的效果。
又，藉由更具備依據水質評估裝置110之水質診斷結果，調整蒸氣渦輪之運轉的渦輪運轉控制裝置170，在有腐蝕所致之渦輪的損傷之虞時可降低輸出，或停止運轉，可確實抑制因為腐蝕而未預期之蒸氣渦輪系統的停止等之必須極力避免的突發性停止。
又，對於上述之實施例2乃至實施例5及該等但書的系統，也可如本實施例般從更具備渦輪運轉控制裝置170。
<實施例7>
使用圖22乃至圖27來說明本發明的實施例7的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法。
圖22係揭示本實施例7的水質監視系統中，水質診斷裝置之概略構造的圖。圖23係揭示對於材料的使用時間之推計孔徑的關係的圖。圖24係揭示對於材料的使用時間與對於腐蝕的風險之關係的一例的圖。圖25係揭示剩餘壽命評估之步驟的流程圖。圖26係揭示水質資料庫所記憶之凝縮水中的陽離子濃度與試驗片的裂痕成長速度之關係的圖。圖27係揭示對於材料的使用時間之裂痕長度的關係之一例的圖。
如圖22所示，本實施例的水質診斷裝置100B係除了圖3所示之水質診斷裝置之外，具有評估施加於蒸氣渦輪之作用應力的作用應力評估裝置180。
作用應力評估裝置180係使用從渦輪運轉狀態監視裝置120輸入之啟動次數等的運轉資訊，與蒸氣渦輪的形狀參數等之材料力學參數資訊，執行FEM(Finite Element Method：有限單元法)解析，求出施加於蒸氣渦輪之各部位的材料的作用應力及振動振福(應力集中)。
又，水質評估裝置110B係使用藉由作用應力評估裝置180評估之蒸氣渦輪的作用應力的資訊，進行水質診斷。
例如，水質評估裝置110B係根據以水質計測裝置50取得，或以水質評估裝置110B推估之Na+ 量，與保存於水質資料庫130之實驗室環境下取得之監視用試驗片(尤其是縫隙腐蝕試驗片)的評估結果，計算出腐蝕孔徑。保存於水質資料庫130之實驗室環境下取得之監視用試驗片(尤其是縫隙腐蝕試驗片)的評估結果，係例如如圖23所示之關係的資料。
進而，水質評估裝置110B係使用根據作用應力評估裝置180所致之FEM解析等所得的作用應力及啟動停止次數所求出的應力強度係數，評估腐蝕損傷風險。此係使用例如圖24所示之因為對於運轉時間之腐蝕孔的發生所產生之問題的發生機率的關係。
以下，針對利用使用裂痕成長試驗片的實驗室資料之裂痕成長速度的評估方法，使用圖25乃至圖27進行說明。
如圖25所示，初始水質評估裝置110B係取得水質資料庫130所記錄的試驗片之陽離子濃度與裂痕發生機率的關係的資料(步驟S310)。
之後，水質評估裝置110B係使用Na+ 濃度等的陽離子濃度等，來求出圖26所示之裂痕成長資料的陽離子濃度依存性(步驟S312)。
又，水質評估裝置110B係同步接受以水質計測裝置50測定之陽離子濃度的測定資料的輸入(步驟S320)。
進而，水質評估裝置110B係取得藉由作用應力評估裝置180所致之FEM解析所求出的低壓渦輪12之作用應力(變動應力)的推估結果(步驟S330)。
之後，水質評估裝置110B係求出步驟S312中求出之實際機器環境下的裂痕成長速度(步驟S350)。例如圖26所示般，根據步驟S330中評估之作用應力與步驟S320中輸入之陽離子濃度，外推實驗室中所取得的資料範圍，評估該陽離子濃度與該作用應力之實際機器環境下的裂痕成長速度。
之後，水質評估裝置110B係根據步驟S350中所求出的裂痕成長速度與從渦輪運轉狀態監視裝置120輸入的啟動時間等之資訊，評估現在時間點之裂痕長度，並且根據圖27所示之裂痕長度與暴露於蒸氣的時間及啟動停止次數等的關係，求出與容許裂痕長度的差分，以評估剩餘壽命(步驟S360)。評估的剩餘壽命係於資料顯示裝置150中顯示，並且記錄於資料收集裝置140。
其他構造‧動作大略與前述的實施例1相同構造‧動作，省略詳細說明。
即使於本發明的實施例7的水質監視系統與具備其之蒸氣渦輪系統、以及水質監視方法中，也可獲得與前述之實施例1幾乎相同的效果。
又，水質診斷裝置100B係藉由具有評估施加於蒸氣渦輪之作用應力的作用應力評估裝置180，可評估因應作用應力的實際機器環境下之對於腐蝕的風險，故可進行更正確的診斷，可進行更適切之定期檢查間隔的設定。
又，對於上述之實施例2乃至實施例6及該等但書的系統，也可如本實施例般從更具備作用應力評估裝置180。
＜其他＞ 再者，本發明並不限定於前述之實施例者，進而可包含各種變形例。前述的實施例係為了易於理解本發明而詳細說明者，並不是一定要限定於具備所說明之所有構造者。
又，可將某實施例的構造之一部分，置換成其他實施例的構造，又，也可於某實施例的構造加入其他實施例的構造。又，也可針對各實施例的構造之一部分，進行其他構造的追加‧刪除‧置換。
12‧‧‧低壓渦輪 12A‧‧‧低壓抽氣配管 13‧‧‧低壓渦輪排氣管 14‧‧‧冷凝器 16‧‧‧發電機 18‧‧‧低壓供水加熱器 22‧‧‧取樣配管 24‧‧‧閥 30‧‧‧凝縮部 31‧‧‧監視用試驗片 32‧‧‧蒸氣流入槽 33‧‧‧試驗片導入器(導入部) 34‧‧‧凝縮裝置 36‧‧‧冷卻系配管(冷卻部) 42‧‧‧計測用配管 44‧‧‧閥 46‧‧‧U型油封(U字配管) 50‧‧‧水質計測裝置 52‧‧‧排水配管 54‧‧‧閥 62、66‧‧‧分歧配管 64‧‧‧閥 65‧‧‧試驗片導入空間(導入部) 68‧‧‧閥 70‧‧‧泵 80‧‧‧蒸氣流入槽 86‧‧‧冷卻系配管 92、92A‧‧‧取樣配管 94‧‧‧閥 100、100A、100B‧‧‧水質診斷裝置 110、110B‧‧‧水質評估裝置 120‧‧‧渦輪運轉狀態監視裝置 130‧‧‧水質資料庫 140‧‧‧資料收集裝置(資料收集部) 150‧‧‧資料顯示裝置(顯示部) 170‧‧‧渦輪運轉控制裝置(渦輪運轉控制部) 180‧‧‧作用應力評估裝置(作用應力評估部)
[圖1] 揭示本發明的實施例1之蒸氣渦輪系統的整體構造的概略圖。 [圖2] 揭示實施例1之水質監視系統的概略的圖。 [圖3] 揭示圖2所示之水質監視系統中，水質診斷裝置的概略構造的圖。 [圖4] 揭示實施例1之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之凝縮水的pH與腐蝕電位之關係的圖。 [圖5] 揭示實施例1之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之材料的壽命與對於腐蝕孔發生的裕度之關係的圖。 [圖6] 揭示實施例1之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之材料的壽命與對於氫脆的裕度之關係的圖。 [圖7] 揭示實施例1的水質診斷裝置之對於腐蝕孔發生的裕度之評估步驟的一例的流程圖。 [圖8] 揭示實施例1之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之凝縮水中的陽離子濃度與孔蝕發生電位之關係的圖。 [圖9] 揭示實施例1的水質診斷裝置之對於腐蝕孔發生的裕度之評估步驟的另一例的流程圖。 [圖10] 揭示實施例1之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之凝縮水中的氯化鈉量與電位變動幅度之關係的圖。 [圖11] 揭示實施例1之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之凝縮水中的陽離子濃度與縫隙腐蝕的發生機率之關係的圖。 [圖12] 揭示實施例1之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之凝縮水的電位與縫隙腐蝕的裕度之關係的圖。 [圖13] 揭示實施例1的水質診斷裝置之對於凝縮水的電導率之鈉離子濃度的導出方法之概略的圖。 [圖14] 揭示實施例1之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之作用應力強度係數與鈉離子濃度之關係的圖。 [圖15] 揭示實施例1之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之對於溶液浸漬時間之縫隙腐蝕的發生機率之關係的圖。 [圖16] 揭示實施例2之水質監視系統的概略的圖。 [圖17] 揭示實施例3之水質監視系統的概略的圖。 [圖18] 揭示實施例4之水質監視系統的概略的圖。 [圖19] 揭示實施例5之水質監視系統的概略的圖。 [圖20] 揭示實施例5的變形例之水質監視系統的概略的圖。 [圖21] 揭示實施例6的水質監視系統中，水質診斷裝置之概略構造的圖。 [圖22] 揭示實施例7的水質監視系統中，水質診斷裝置之概略構造的圖。 [圖23] 揭示實施例7之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之材料的使用時間相對於推估孔徑之關係的圖。 [圖24] 揭示實施例7的水質診斷裝置中所用之材料的使用時間與各種風險之關係的一例的圖。 [圖25] 揭示實施例7的水質診斷裝置之剩餘壽命評估的步驟的流程圖。 [圖26] 揭示實施例7之水質診斷裝置的水質資料庫所記憶之凝縮水中的陽離子濃度與試驗片的裂痕成長速度之關係的圖。 [圖27] 揭示實施例7的水質診斷裝置中所用之材料的使用時間相對於裂痕長度之關係的一例的圖。
12A‧‧‧低壓抽氣配管
14‧‧‧冷凝器
18‧‧‧低壓供水加熱器
22‧‧‧取樣配管
24‧‧‧閥
30‧‧‧凝縮部
31‧‧‧監視用試驗片
32‧‧‧蒸氣流入槽
33‧‧‧試驗片導入器(導入部)
34‧‧‧凝縮裝置
36‧‧‧冷卻系配管(冷卻部)
42‧‧‧計測用配管
44‧‧‧閥
46‧‧‧U型油封(U字配管)
50‧‧‧水質計測裝置
52‧‧‧排水配管
54‧‧‧閥
100‧‧‧水質診斷裝置

Claims (22)

  1. 一種水質監視系統，係針對具備藉由以蒸氣產生源產生的蒸氣來獲得機械能量之蒸氣渦輪的蒸氣渦輪系統中所用之蒸氣的品質，進行評估的水質監視系統，其特徵為具備： 取樣配管，係取得通過從前述蒸氣渦輪中被供給之蒸氣的壓力低的低壓渦輪抽出蒸氣之抽氣配管的蒸氣； 蒸氣流入槽，係流入以前述取樣配管所取得之蒸氣； 水質計測裝置，係計測使流入至前述蒸氣流入槽的蒸氣凝縮之凝縮水的水質；及 水質診斷裝置，係使用前述水質計測裝置的計測結果，對前述凝縮水的水質進行診斷； 前述蒸氣流入槽，係相對於前述水質計測裝置設置於高處；前述水質計測裝置，係計測利用水頭差升壓至大氣壓之凝縮水的水質。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 更具備：凝縮裝置，係具有使流入至前述蒸氣流入槽之蒸氣凝縮的冷卻部。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 更具備：導入部，係導入用以暴露於流入至前述蒸氣流入槽之蒸氣的試驗片。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之水質監視系統，其中， 前述導入部，係設置於從前述取樣配管分歧且具有閥的分歧配管，對於前述蒸氣流入槽並聯設置。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 在前述蒸氣流入槽與前述水質計測裝置之間，設置U字配管。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 在前述蒸氣流入槽與前述水質計測裝置之間，設置用以讓凝縮水升壓的泵。
  7. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 前述取樣配管，係取得通過前述抽氣配管流入至供水加熱器的蒸氣。
  8. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 前述取樣配管，係從前述抽氣配管取得蒸氣。
  9. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 前述水質診斷裝置，係具有在前述凝縮水的水質被診斷為比所定值更加惡化時通知警告的顯示部。
  10. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 前述水質診斷裝置，係具有保存前述水質計測裝置之計測結果與前述凝縮水之水質資料的資料收集部。
  11. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 更具備：渦輪運轉控制部，係依據前述水質診斷裝置之水質診斷結果，調整前述蒸氣渦輪的運轉。
  12. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 前述水質診斷裝置，係具有評估施加於前述蒸氣渦輪之作用應力的作用應力評估部。
  13. 如申請專利範圍第1項所記載之水質監視系統，其中， 前述水質計測裝置，係計測前述凝縮水的pH、溶氧量、溫度、電導率、陽離子濃度、腐蝕電位、氧化還原電位中任一以上。
  14. 一種蒸氣渦輪系統，其特徵為具備申請專利範圍第1項至第13項中任一項所記載之水質監視系統。
  15. 一種水質監視方法，係針對具備藉由以蒸氣產生源產生的蒸氣來獲得機械能量之蒸氣渦輪的蒸氣渦輪系統中所用之蒸氣的品質，進行評估的水質監視方法，其特徵為具有： 取得工程，係取得通過從前述蒸氣渦輪中被供給之蒸氣的壓力低的低壓渦輪抽出蒸氣之抽氣配管的蒸氣； 生成工程，係使前述取得工程中取得之蒸氣流入至蒸氣流入槽，之後使前述蒸氣凝縮以生成凝縮水； 水質計測工程，係計測前述生成工程中生成之凝縮水的水質；及 水質診斷工程，係使用前述水質計測工程的計測結果，對前述凝縮水的水質進行診斷； 在前述生成工程中，相對於計測前述凝縮水之水質的水質計測裝置，在高處生成前述凝縮水，在前述水質計測裝置中，計測利用水頭差升壓至大氣壓的凝縮水之水質。
  16. 如申請專利範圍第15項所記載之水質監視方法，其中， 在前述生成工程中，利用使用冷卻部來冷卻前述蒸氣，生成前述凝縮水。
  17. 如申請專利範圍第15項所記載之水質監視方法，其中， 更具有：暴露工程，係將試驗片暴露於前述取得工程中所取得之蒸氣。
  18. 如申請專利範圍第17項所記載之水質監視方法，其中， 在前述暴露工程中，於前述生成工程中生成前述蒸氣的配管分歧且具有閥的分歧配管，設置前述試驗片。
  19. 如申請專利範圍第17項所記載之水質監視方法，其中， 更具有：評估工程，係使用前述暴露工程中生成的試驗片，評估裂痕成長特性、縫隙腐蝕特性、應力腐蝕裂痕中任一以上。
  20. 如申請專利範圍第17項所記載之水質監視方法，其中， 作為前述暴露工程中所用的試驗片，使用比前述蒸氣渦輪所用之使用材更被敏化的材料。
  21. 如申請專利範圍第15項所記載之水質監視方法，其中， 前述水質計測工程中，計測前述凝縮水的pH、溶氧量、溫度、電導率、陽離子濃度、腐蝕電位、氧化還原電位中任一以上。
  22. 如申請專利範圍第15項所記載之水質監視方法，其中， 更具有：顯示工程，係在前述水質診斷工程中前述凝縮水的水質被診斷為比所定值更加惡化時通知警告。
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