WO2022034770A1

WO2022034770A1 - 腐食モニタリング装置

Info

Publication number: WO2022034770A1
Application number: PCT/JP2021/026672
Authority: WO
Inventors: 陽介阿部; 栄和泉; 吉弘酒井
Original assignee: 富士電機株式会社
Priority date: 2020-08-13
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2022-02-17
Also published as: JPWO2022034770A1; JP7292620B2; US11891911B2; US20220356817A1

Abstract

タービン蒸気によるセンサの腐食損傷がなく、タービンの状態を長期的にモニタリング可能な腐食環境モニタリング装置。　蒸気タービン２２のケーシング２１内部から外部へ蒸気を抽出する蒸気抽出部１１と、前記抽出部を経て蒸気が凝縮された凝縮水を貯留する凝縮水貯留部１２と、前記凝縮水の性状を検出する腐食因子センサ部１３とを備え、前記凝縮水貯留部１２が、タービン内隙間を模擬し、前記凝縮水を貯留可能な所定隙間を有する隙間模擬部と、当該隙間模擬部の外周側に形成した環状流路とを有し、前記腐食因子センサ部１３が、前記凝縮水の性状を測定可能な１以上のセンサと、当該センサと前記隙間模擬部に貯留された凝縮水との接触及び接触の遮断を切り替え可能に構成された切替部とを有する、腐食環境モニタリング装置１０。

Description

腐食モニタリング装置

　本発明は、腐食モニタリング装置に関する。本発明は、特には腐食性ガスを含有する蒸気由来の試料の測定結果に基づき、タービン材の腐食状態を長期的にモニタリング可能な、タービン用腐食モニタリング装置に関する。

　地熱発電や火力発電など、蒸気タービンを用いた発電設備が広く使用されている。この中で、特に地熱タービンにおいては硫化水素や炭酸ガス等の腐食性ガスがタービン中に導入され、腐食性ガスを含んだ蒸気が仕事をした後に凝縮水が生成する。このため、凝縮水と接した金属を侵すことでタービン材の腐食損傷が生じ、結果的に応力腐食割れ等の割れが発生し、事故につながるリスクが懸念される。金属材料の腐食損傷は材料が接する環境に大きく依存するため、タービン材を腐食損傷から守るためにはタービン材が接している水質を把握し、把握した情報をもとに水質を管理することが効果的と考えられる。

　従来、タービンの水質管理は、タービン蒸気を凝縮させた凝縮水をサンプリングし、それらの水質を代表水質として行ってきた。しかし、タービン内にて蒸気が仕事をした後に生成する凝縮水の水質は代表水質とは異なる。そのため、このような方法では、タービン内部におけるタービン材の腐食に対する保全管理としては不十分であった。

　タービンは高速回転体であるため、運転中のタービン部材の状態を直接測定し、把握することは極めて困難である。一方、タービンの運転停止は、通常、数年に１度程度であるため、運転中の損傷を発見する技術が必要である。この問題の解決方法として、タービンの構造を模擬した構造体を作製し、タービンのケーシング内部に設置した構造体に実機タービンの蒸気を抽気して導入し、その時の材料の電位、塩化物濃度、ｐＨなどを継続的に測定することにより、タービン材料の腐食状態を監視する技術が本出願人により提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１２－１６８１１８号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された技術を、地熱タービンなどの腐食成分を含む蒸気のモニタリングに適用すると、蒸気の成分に起因して各種センサが腐食損傷することで正確な測定が困難であった。また、タービンのケーシング内部に設置した機器は、タービンにより電気的なノイズを受け、正確な測定結果が得られないという問題もあった。

　本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、腐食成分を含む蒸気による損傷を受けにくく、タービン材の腐食状態を正確に、かつ十分な期間にわたって測定可能な腐食モニタリング装置を提供する。

　本発明者らは鋭意検討の結果、センサによる測定を間欠的に行うことを可能とする構造により課題を解決し得ることに想到し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は一実施形態によれば、腐食環境モニタリング装置であって、
　蒸気タービンのケーシング内部から外部へ蒸気を抽出する蒸気抽出部と、
　前記抽出部を経て蒸気が凝縮された凝縮水を貯留する凝縮水貯留部と、
　前記凝縮水の性状を検出する腐食因子センサ部と
を備え、
　前記凝縮水貯留部が、タービン内隙間を模擬し、前記凝縮水を貯留可能な所定隙間を有する隙間模擬部と、当該隙間模擬部の外周側に形成した環状流路とを有し、
　前記腐食因子センサ部が、前記凝縮水の性状を測定可能な１以上のセンサと、当該センサと前記隙間模擬部に貯留された凝縮水との接触及び接触の遮断を切り替え可能に構成された切替部とを有する、
腐食環境モニタリング装置に関する。

　前記腐食環境モニタリング装置において、
　前記切替部が、前記センサを収容するセンサヘッド部と、当該センサヘッド部と前記隙間模擬部との間に設けられるセンサヘッド受け部とを有し、
　前記センサヘッド受け部が、前記１以上のセンサに対応して設けられる貫通孔を備え、
　前記センサヘッド部を、前記センサヘッド受け部に対して相対的に回転させることにより、前記センサと前記隙間模擬部に貯留された凝縮水とが前記貫通孔を介して接触可能な状態と、前記センサと前記隙間模擬部に貯留された凝縮水との接触が、前記センサと前記隙間模擬部との間に介在するセンサヘッド受け部に遮断される状態とを切り替えることが好ましい。

　前記腐食環境モニタリング装置において、前記センサが、前記センサヘッド部に着脱可能に支持されていることが好ましい。

　前記腐食環境モニタリング装置において、前記センサを洗浄可能な洗浄部をさらに備えることが好ましい。

　前記腐食環境モニタリング装置において、前記センサが、電解腐食電位センサ、ｐＨセンサ、または塩化物イオンセンサのいずれか１以上を含むことが好ましい。

　前記腐食環境モニタリング装置において、前記蒸気が、地熱蒸気であることが好ましい。

　本発明は別の実施形態によれば、ケーシング内にタービンを備えた蒸気タービン装置と、上記のいずれか１項に記載の腐食環境モニタリング装置を備えた発電設備に関する。

　本発明の腐食モニタリング装置は、タービンの腐食が生じやすい隙間部分を模擬した構造を備え、かつ、モニタリングに用いるセンサがタービン蒸気の凝縮水と接触する状態と、接触しない状態とを切り替え可能に構成されているため、センサが蒸気中の腐食成分による損傷を受けにくく、長期間にわたって信頼性の高いモニタリング結果を提供することができる。また、腐食モニタリング装置を、タービンケーシングの外部に設置することにより、電気ノイズの影響を受けにくく、正確なモニタリング結果を得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る腐食モニタリング装置及び蒸気タービン装置を概念的に示す説明図である。図２は、本発明の一実施形態に係るタービンの低圧翼列を示す部分断面図であり、腐食モニタリング装置の蒸気抽出部（抽気口）と、蒸気タービン翼列との位置関係を例示的に示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係る腐食モニタリング装置において、センサと隙間模擬部に貯留された凝縮水とが接触状態にある、測定時のセンサヘッド部と、センサヘッド受け部との位置関係を説明するセンサブロックの断面図である。図４は、図３の一点鎖線で示す部分Ａの拡大断面図である。図５は、図３のセンサブロックの底面図であって、センサヘッド部と、センサヘッド受け部の相対的な回転を説明する図である。図６は、図３のＢ－Ｂ線による断面図であって、隙間模擬部に接するセンサヘッド受け部とセンサとの位置関係を説明する図である。図７は、本発明の一実施形態に係る腐食モニタリング装置において、センサと隙間模擬部に貯留された凝縮水とが接触遮断状態にある、測定待機時のセンサヘッド部と、センサヘッド受け部との位置関係を説明するセンサブロックの断面図である。図８は、図７の一点鎖線で示す部分Ｄの拡大図である。図９は、図７のＣ－Ｃ線による断面図であって、隙間模擬部に接するセンサヘッド受け部とセンサヘッドとの位置関係を説明する図である。

　以下に、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。

　本発明は、一実施形態によれば、腐食モニタリング装置に関する。本実施形態による腐食モニタリング装置は、蒸気タービン装置を備える発電設備において、蒸気の性状を測定し、監視する装置である。測定対象となる蒸気は、外部から蒸気タービン装置内に供給された蒸気であって、タービンを回転させる前の蒸気である。蒸気タービン装置は、ガスタービンであってもよく、地熱タービンであってもよい。

　図１は、本発明の一実施形態に係る腐食モニタリング装置及びこれを備える発電設備の概略構成を模式的に示す図である。本実施形態においては、地熱発電設備を例示して説明するが、本発明は、地熱発電設備には限定されず、タービンを備える各種の発電設備に適用することができる。図１において、地熱発電設備は、地熱蒸気タービン装置２０と腐食モニタリング装置１０とを備え、地熱蒸気タービン装置２０は、ケーシング２１内に設けられたタービン２２を備えている。一方、腐食モニタリング装置１０は、蒸気抽出部１１と、凝縮水貯留部１２と、腐食因子センサ部１３と、蒸気冷却部１４と、制御部１５とを備えており、凝縮水貯留部１２と、腐食因子センサ部１３とは、一体となってセンサブロック３０を構成している。また、腐食因子センサ部１３は、ｐＨセンサ１３ａと、塩化物イオンセンサ１３ｃと、電解腐食電位センサ（ブレード材電位センサともいう）１３ｂと、図示しない参照電極とを備えている。

　地熱蒸気タービン装置２０を含む地熱発電設備の構成について説明する。地熱蒸気は、地熱発電設備の生産井から供給され、高圧セパレータで蒸気と熱水とに分離される。分離された蒸気は、洗浄され、ミストを除去するスクラバーを介して地熱蒸気タービン装置２０に供給され、この蒸気によってタービン２２が回転する。タービン翼は、タービンロータに取付けられた動翼とケーシング２１に取付けられた静翼とが交互に設けられて構成されている。タービンロータ、動翼、及び静翼の材料は特には限定されないが、タービンロータは、例えば１％ＣｒＭｏＶ鋼で形成されるものであってよく、動翼及び静翼材（ブレード材）は例えば１３％Ｃｒ鋼で形成されるものであってよい。

　本実施形態に係る腐食モニタリング装置１０は、凝縮水貯留部１２と腐食因子センサ部１３が、ケーシング２１の外部に設けられる。また、蒸気抽出部１１は、ケーシング２１の内部から外部へ延びて、タービン２２の低圧翼列近傍の蒸気をケーシング２１の外部へ抽出する。図２は、タービン２２の低圧翼列を示す部分断面図である。低圧翼列は、タービンロータ２４ｒに取り付けられた動翼２４ｍと、ケーシング２１に取り付けられた静翼２４ｓが交互に設けられて構成されている。そして、動翼２４ｍ及び静翼２４ｓの半径方向の長さは、タービンロータ２４ｒの中心側から外側へ向かうにしたがって順次長くなるように構成されている。本実施形態において、蒸気抽出部の一例である抽気管１１は、低圧翼列の軸方向の中央部における動翼２４ｍの先端と近接対向するケーシング２１の内部に抽気口１１ａが位置するように設置されている。これにより、タービン翼の腐食状態を反映する、タービンを回転させる前段階にある蒸気を抽出し、当該蒸気を測定対象とすることができる。そして、抽気管１１はケーシング２１の内部から外部に延びて、ケーシング２１の外部にある、腐食モニタリング装置の凝縮水貯留部１２と連結している。

　抽気管１１は、ケーシング２１外の腐食モニタリング装置の凝縮水貯留部１２に接続される前段において、蒸気冷却部１４により冷却される。蒸気冷却部１４は、ケーシング２１の外部に設置され、抽気管１１中の高温水蒸気を凝集し、液体状の凝縮水にまで冷却することができる装置であればよい。蒸気冷却部１４の一例としては、冷却水循環装置を用いることができる。冷却水循環装置は、冷却水源となるチラー、冷却水供給路、及び冷却水排出路を備えるものであってよく、本出願人による特許文献１に記載の冷却水循環装置を用いることができるが、特定の装置には限定されない。蒸気冷却部１４は、抽気管１１だけでなく、凝縮水貯留部１２と、腐食因子センサ部１３の全体を冷却するものであってもよい。

　凝縮水貯留部１２と、腐食因子センサ部１３とは、ケーシング２１外部に配置されている。そして、凝縮水貯留部１２と、腐食因子センサ部１３とは、一体となってセンサブロック３０を構成している。凝縮水貯留部１２は、後に詳述する環状流路と隙間模擬部を備え、腐食因子センサ部１３は、隙間模擬部に貯留した凝縮水の性状を検知する複数のセンサを備えている。腐食因子センサ部１３はまた、各センサが凝縮水に接触可能な状態と、各センサと凝縮水との接触が遮断される状態とを切り替える切替部を備える。

　以下、センサブロック３０の一例について、詳細な構成を、図３～９を参照して説明する。図３は、略円柱状に構成されたセンサブロック３０において、円の直径を通り、円柱の軸方向に平行に切断した断面図であり、図４は、図３の部分Ａの拡大断面図であり、図５は、図３のセンサブロック３０の底面図である。また、図６は、図３中の矢印Ｂ－Ｂによる断面図である。図７は、図３に示すセンサブロック３０センサヘッド部を回転させた状態における断面図であり、図８は、図７の部分Ｄの拡大断面図である。図９は、図７中の矢印Ｃ－Ｃによる断面図である。

　図３に示すように、センサブロック３０は、蓋体３１と、センサヘッド受け部３２と、センサヘッド部３３とが一体となって構成されている。センサブロック３０を構成する各部材の材質は、異種金属の存在による腐食環境の変化を排除するため、タービンのブレード材と同等の腐食性を示す材料とすることが好ましい。蓋体３１と、センサヘッド受け部３２とは、凝縮水貯留部１２を構成する。センサヘッド受け部３２と、センサヘッド部３３とはこれらが一緒になって腐食因子センサ部１３の切替部として機能する。

　センサブロック３０を構成する各部材とその機能について説明する。蓋体３１は、略円柱状の部材であり、凝縮水供給部３１１と、凝縮水排出部３１２が設けられる。図３及び４を参照すると、蓋体３１の一方の端面３１Ａは、外縁部に対して、中央部が突出するように段加工されている。凝縮水供給部３１１と、凝縮水排出部３１２は、当該段加工された端面外縁部に開口部を有している。凝縮水供給部３１１は抽気管１１に接続されている。凝縮水排出部３１２は地熱蒸気タービン装置２０の復水のドレイン経路に接続、もしくは大気中のいずれかに接続され凝縮水が排出可能に構成される。

　センサヘッド受け部３２は、有底円筒状の部材であり、底部には複数の貫通孔３２１ａ、ｄが設けられる。図３及び４を参照すると、センサヘッド受け部３２の外側底面３２Ｂは、外縁部に対して、中央部が凹むように段加工されている。

　図３及び４を参照すると、蓋体３１の突出した部分と、センサヘッド受け部３２の凹んだ部分が嵌合した状態で、蓋体３１とセンサヘッド受け部が螺子４１により固定されている。蓋体３１の突出した端面３１Ａと、センサヘッド受け部３２の凹んだ底面３２Ｂとの間には、スペーサ（図示せず）が設けられ、これにより、蓋体３１の端面３１Ａと、センサヘッド受け部の底面３２Ｂと、センサヘッド受け部３２の底面外縁部の内側壁面３２Ｃとに囲まれた、円柱状の空間である隙間模擬部３４が形成される。また、蓋体３１の突出した部分の壁面３１Ｂと、センサヘッド受け部３２の底面外縁部の内側壁面３２Ｃと、蓋体３１の外縁部に囲まれた環状流路３５が形成される。環状流路３５は、隙間模擬部３４の外周を取り囲むように形成され、隙間模擬部３４の全周において環状流路３５と連通している。

　隙間模擬部３４と環状流路３５は、タービンのブレード翼脚の部分での隙間長を模擬するものであり、環状流路３５の高さ及び幅はタービンのブレード翼脚の部分での隙間長を模擬可能な長さに選定される。特には、隙間模擬部３４の高さ、すなわち蓋体３１の端面３１Ａと、センサヘッド受け部の底面３２Ｂとの距離は、スペーサの厚さにより調節可能であり、０．０５～０．３ｍｍ程度とすることができる。隙間模擬部３４には、蓋体３１に設けられた凝縮水供給部３１１から凝縮水が供給され、隙間模擬部３４の外周を通って凝縮水排出部３１２へ流れる。図４を参照すると、凝縮水供給部３１１から供給された凝縮水は、紙面手前及び後方に分かれて、いずれも環状流路３５を、凝縮水排出部３１２へ向かって流れることが可能に構成される。凝縮水はまた、環状流路３５を流れながら、その一部が隙間模擬部３４に流入し、塩化物イオンなど腐食性成分が濃縮される。この塩化物イオンの濃縮は、酸素の供給が比較的乏しい隙間模擬部３４で、酸素濃淡電池の作用により腐食が生じ、これによって生じた鉄などの陽イオンが陰イオンを引き寄せることにより生じる。

　蓋体３１にはまた、熱電対３１３が設けられている。熱電対３１３は、温度センサとして機能し、凝縮水に直接接触、あるいは間接的に接触した態様で凝縮水の温度をモニタリングする。なお、熱電対に代えて、凝縮水の温度を測定するほかのセンサが、蓋体３１に設けられていてもよい。あるいは、蓋体３１ではない箇所に凝縮水の温度を測定するセンサが設けられてもよい。

　有底円筒形状のセンサヘッド受け部３２の円筒内側には、センサヘッド部３３が回転可能に嵌め込まれている。図３及び４を参照すると、センサヘッド受け部３２を構成する円筒の内側側面３２Ｄ及び内側底面３２Ｅに、センサヘッド３３の外側面３３Ａ及び一方の端面３３Ｂが接触している。

　センサヘッド３３は、円柱状の部材であって、その内部に複数のセンサ１３ａ、ｂ、ｃ、ｄを保持する。センサ１３ａ、ｂ、ｃ、ｄは、円柱の軸方向に平行に、円柱を貫通して設けられた管状部に着脱可能に挿入されている。管状部は、径が二段階に構成されている。管状部のセンサヘッド受け部３２に接する一端は、管径が小さく形成され、凝縮水流入部３３１ａ、ｄを形成する。凝縮水流入部３３１ａ、ｄは、測定時、隙間模擬部３４の凝縮水が流入可能な空間として構成されている。そして、流入した凝縮水が、センサの先端にある電極と接触してセンシングが行われる。凝縮水流入部３３１ａ、ｄを形成する管の径は、例えば、１．５～３ｍｍ程度であってよい。管径が大きい部分はセンサ支持部３３３ａ、ｄとして機能する。センサ支持部３３３ａ、ｄの管径は、センサ１３ａ、ｄまたはセンサを保持する樹脂製のセンサホルダ１３１ａの径に適合する大きさであってよい。

　図３を参照すると、ｐＨセンサ１３ａ及び参照電極１３ｄが、それぞれセンサヘッド３３の軸方向に平行に、挿入されている。ｐＨセンサ１３ａの先端部にある電極は、センサヘッド受け部３２の近傍に位置し、図示する状態は、凝縮水流入部３３１ａに流入する凝縮水に接触可能な状態である。ｐＨセンサ１３ａの基部はセンサヘッド３３から突出しており、図示しない制御装置に電気的に接続されている。参照電極１３ｄについても同様に、先端部にある電極がセンサヘッド受け部３２の近傍に位置して、凝縮水流入部３３１ｄに流入する凝縮水に接触可能な状態となっており、基部はセンサヘッド３３から突出して、図示しない制御装置に電気的に接続されている。

　図５は、図３のセンサブロック３０の底面図である。図５を参照すると、センサヘッド３３には、図３、４に示すｐＨセンサ１３ａと参照電極１３ｄに加え、電解腐食電位センサ１３ｂと、塩化物イオンセンサ１３ｃが保持されている。

　次に、図６は、図３のＢ－Ｂ線上の断面図である。隙間模擬部３４に面するセンサヘッド受け部３２の底部は貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄを備えている。貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄは、センサヘッド３３に挿入されるセンサ１３ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する位置および数にて設けられる。図３、４に示すセンサヘッド３３の回転位置においては、センサヘッド受け部３２の貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄと、センサヘッド３３の凝縮水流入部３３１ａ、ｂ、ｃ、ｄが連通している。そのため、隙間模擬部３４の凝縮水が、貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄを通って凝縮水流入部３３１ａ、ｂ、ｃ、ｄに流入し、センサ１３ａ、ｂ、ｃ、ｄに接触可能となっている。貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄの径は、凝縮水流入部３３１ａ、ｂ、ｃ、ｄの径と同様であってよく、例えば、１．５～３ｍｍ程度であってよい。センサヘッド受け部３２に設けられる貫通孔の数及び配置は、センサヘッド３３に挿入されるセンサの数及び配置により異なってよく、図示する実施形態には限定されない。しかしながら、センサヘッド３３を回転させたときに、貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄがセンサヘッド３３本体により遮蔽されるような位置に設けられる。

　ｐＨセンサ１３ａ、電解腐食電位センサ１３ｂ、塩化物イオンセンサ１３ｃ、参照電極１３ｄは、制御部（図２～９には示さず）に電気的に接続されている。制御部は、各センサ１３で読み出した測定値に対し、所定の演算を行い、モニタリングの結果を作成することができるコンピュータ等であってよい。なお、本実施形態において図示するセンサは一例であって、本発明は特定のセンサを備える態様には限定されない。例えば、電解腐食電位センサのみを設けるようにしてもよい。あるいは、図示するセンサの一部または全部に加えて、凝縮水の導電率を検出する導電率センサを付加して、凝縮水の導電率を測定してもよい。さらには、炭酸ガスセンサ、及び／または硫化水素センサを付加して、凝縮水中の炭酸ガス濃度や硫化水素濃度を測定してもよい。センサの選択により、所望の腐食因子分析が可能になり、腐食因子分析の精度をより向上させることも可能である。

　再び図５を参照すると、センサヘッド３３には、レバー３３２が設けられており、レバーにより、センサヘッド３３を、センサヘッド受け部３２に対して相対的に回転可能に構成される。図５中、実線で示す図３，４の状態から、回転後のレバー３３２の位置を仮想線で示す。なお、センサヘッド３３の回転は、レバーにより手動で行うものであってもよく、モータ等により自動で行うように構成されていてもよい。自動で回転する駆動機構を設ける場合、モータの制御は、例えば図１に示す制御部１５により行うことができる。

　次に、図７は、図３の状態から、センサヘッド３３を、センサヘッド受け部３２に対して回転させた測定待機状態のセンサブロック３０の断面図である。説明のために、図３とは異なる断面を示している。蓋体３１及びセンサヘッド受け部３２は固定されているため、センサヘッド３３を回転させても、蓋体３１とセンサヘッド受け部３２との相対的な位置関係は変わらない。蓋体３１、センサヘッド受け部３２を構成する各部材の配置は、図３を参照して説明したとおりである。

　図７は測定待機状態におけるセンサブロック３０の、電解腐食電位センサ１３ｂと塩化物イオンセンサ１３ｃの中心軸を通る断面図である。図７を参照すると、電解腐食電位センサ１３ｂと、塩化物イオンセンサ１３ｃが断面図上に視認できる。また、図７及び図８を参照すると、電解腐食電位センサ１３ｂの先端にある凝縮水流入部３３１ｂは、センサヘッド受け部側にある開口部がセンサヘッド受け部３２により閉塞され、貫通孔と連通していない。これは、図３の状態からセンサヘッドを回転したために、センサヘッド３３の貫通孔の位置が、凝縮水流入部３３１ｂの位置と合わなくなったためである。同様に、塩化物イオンセンサ１３ｃの先端にある凝縮水流入部３３１ｃは、センサヘッド受け部側にある開口部がセンサヘッド受け部３２より閉塞され、貫通孔と連通していない。図９を参照すると、センサヘッド受け部３２の貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄはいずれも、センサヘッド側の開口部が、センサヘッド３３本体により閉塞され、凝縮水流入部（図９には示さず）と連通していない。そのため、隙間模擬部３４から、センサヘッド受け部３２の貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄに流入する凝縮水は、貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄから凝縮水流入部（図９には示さず）に流入することができず、センサ感応部である電極に接触することができない。

　図７に示す状態において、塩化物イオンセンサ１３ｃは、センサホルダ１３１ｃとともにセンサヘッド３３から脱着することができる。脱着時のセンサ１３ｃの移動の向きを矢印で示す。脱着した塩化物イオンセンサ１３ｃは、凝縮水に接触した電極を洗浄部（図示せず）により洗浄することができる。洗浄部は、清浄な水をセンサの先端部の電極に供給し、凝縮水を洗い流することができる装置であってよい。図示はしないが、ｐＨセンサ１３ａ、電解腐食電位センサ１３ｂ、参照電極１３ｄも同様に、取り外して洗浄することができる。

　本実施形態におけるセンサブロック３０は、上記の構成により、凝縮水にセンサ１３ａ、ｂ、ｃ、ｄが接触する状態と、凝縮水からセンサが遮断される状態とを切替可能とすることができる。これにより、凝縮水の性状のモニタリングを間欠的に行うことが可能となる。そして、凝縮水に硫黄などの腐食成分を多く含む蒸気をモニタリングする場合であっても、センサの損傷が生じにくく、長期間にわたって、信頼性の高いモニタリングを行うことができる。

　本実施形態の別の態様として、相対的に回転可能なセンサヘッド部とセンサヘッド受け部との組み合わせに代えて、センサヘッド受け部の貫通孔の位置に、シャッター機構を有する部材を用いることもできる。シャッター機構により、隙間模擬部３４にある凝集水と、センサとの接触及び接触遮断状態を切り替えることが可能となり、図示する実施形態と同様に作用させることができる。

　次に、本実施形態に係る腐食モニタリング装置の動作を説明する。図２に示す低圧翼列において、蒸気タービンの停止状態から、運転を開始して、タービン内圧が上がると、タービンケーシング２１内の蒸気が抽気管１１から抽出され、ケーシング２１の外部に運ばれる。蒸気冷却部１４を構成するチラーからは、冷却水が冷却水配管を介して冷却水供給路に供給され、冷却水排出路から冷却水配管を通じてチラーに戻る冷却水循環路が形成される。これにより、抽気管１１を流れる高温の蒸気は冷却され、センサブロック３０に移送される間に凝縮水が生成する。そして、凝縮水は、凝縮水供給部３１１を介して、環状流路３５及び隙間模擬部３４に供給される。環状流路３５及び隙間模擬部３４への凝縮水の供給の開始及び停止、並びに供給量の調節は、凝縮水供給部３１１の上流において、図示しないポンプ等により適宜実施することができる。

　測定にあたって、センサブロック３０においては、図３、４及び６に示すようにセンサヘッド受け部３２の貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄと、センサヘッド３３の凝縮水流入部３３１ａ、ｂ、ｃ、ｄを位置合わせしておく。これにより、隙間模擬部３４に供給される凝縮水が、センサヘッド受け部３２の貫通孔３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄを通過して、凝縮水流入部３３１ａ、ｂ、ｃ、ｄに流入し、センサ１３ａ、ｂ、ｃ、ｄのそれぞれのセンシング部に接触可能となる。そして、各センサの電極で凝縮水の電位を測定し、測定結果を制御装置１５に送る。参照電極１３ｄと、電解腐食電位センサ１３ｂのセンサ電極との電位差からブレード材電位を計測することができる。また、参照電極１３ｄと、ｐＨセンサ１３ａのセンサ電極との電位差からｐＨを計測することができる。また、参照電極１３ｄと、塩化物イオンセンサ１３ｃのセンサ電極との電位差から塩化物イオン濃度を計測することができる。制御装置１５ではまた、任意選択的に、ブレード材電位、ｐＨ及び塩化物イオン濃度に基づいて腐食状態の解析を行うことができる。

　非測定時（待機時）には、センサヘッド３３を回転することにより、図７、８、及び９に示すようにセンサヘッド３３の凝縮水流入部３３１ａ、ｂ、ｃ、ｄの開口部が、センサヘッド受け部３２の底部にて遮蔽される。これにより、隙間模擬部３４にある凝縮水が凝縮水流入部３３１ａ、ｂ、ｃ、ｄに流入することができなくなる。非測定時には、各センサ１３ａ、ｂ、ｃ、ｄをセンサヘッド３３から取り外し、各センサ１３ａ、ｂ、ｃ、ｄの先端部にある電極を清浄な水で洗浄することが好ましい。これらの動作を繰り返すことで、地熱蒸気のような、腐食成分を多く含む蒸気を測定する環境中であっても、センサ１３ａ、ｂ、ｃ、ｄを長期間正常に動作させ、正確な腐食モニタリングを実施することが可能となる。また、非測定時には、凝縮水供給部３１１からの凝縮水の供給を停止することもできる。

　測定時と非測定時の切り替えは、手動で行うこともでき、モータ等の駆動機構により行うこともできる。腐食因子の測定は、間欠的に行うことができる。例えば、センサヘッド３３の回転をモータにて駆動する場合、測定時間を１０秒、非測定時間を５０秒とすることができる。あるいは、１日に１回～２４回程度、１回あたり、１０～２０秒間程度にわたって測定を実施することができる。

　次に、制御装置１５で行う腐食状態の解析における複数の腐食因子（ブレード材電位、ｐＨ、塩化物イオン濃度）について説明する。塩化物イオン濃度は、蒸気タービンにおける主要な腐食因子である。塩化物イオン濃度の上昇は、塩化物の形成、その加水分解による水素イオン発生、水素イオン濃度の上昇をもたらす。つまり、塩化物イオンにより孔食ピットを生じた場合、孔食ピット内で塩化物イオン濃度が増加しやすくなる。ｐＨは、溶液中の水素イオン濃度を現すものである。水素イオン濃度の増加（ｐＨの低下）は、タービン部材のイオン化（酸化反応）を加速することになる。ブレード材電位は、各部材の接している溶液に対する腐食性を示すものであり、電位が大きいほど腐食し易くなる。水素イオン濃度が増加するとブレード材電位は高くなる。

　地熱蒸気タービンにおける特有の腐食因子について説明する。地熱蒸気タービン蒸気は、炭酸ガス、硫化水素を含む。炭酸ガスは、凝縮水では炭酸となり水素イオンを生じる。硫化水素は、硫化鉄を形成しタービン部材表面の保護的役割も生じ得るが、塩化物イオンにより分解することが考えられ、孔食の原因となる。

　以上のように、ブレード材電位は、塩化物イオン濃度、ｐＨの影響を受け、部材の腐食性状況のパラメータとなるが、予防保全上重要な点は、ブレード材電位変動の要因を知ることであり、ｐＨや塩化物イオン濃度などの基本因子についても計測することによって、腐食状況のより正確な把握及び予測と、蒸気環境に対する注意点もより精度が向上し、的確な維持管理対応策が判断可能となる。ここで、維持管理の対応策としては、動翼の交換周期の設定や、腐食防止薬品の注入制御等が挙げられる。

　本発明による腐食環境モニタリング装置は、例えば地熱発電設備、火力発電設備などにおいて好ましく用いることができる。

　１０　腐食モニタリング装置、１１　蒸気抽出部（抽気管）、１２　凝縮水貯留部、
　１３　腐食因子センサ部、１３ａ　ｐＨセンサ、１３ｂ　電解腐食電位センサ
　１３ｃ　塩化物イオンセンサ、１３ｄ　参照電極
　１４　蒸気冷却部、１５　制御部
　２０　地熱蒸気タービン装置、２１　ケーシング、２２　蒸気タービン
　３０　センサブロック、３１　蓋体、３２　センサヘッド受け部
　３３　センサヘッド部、３４　隙間模擬部、３５　環状流路
　３１１　凝縮水供給部、３１２　凝縮水排出部、３１３　熱電対
　３２１ａ、ｂ、ｃ、ｄ　貫通孔、３３１ａ、ｂ、ｃ、ｄ　凝縮水流入部

Claims

　蒸気タービンのケーシング内部から外部へ蒸気を抽出する蒸気抽出部と、
　前記抽出部を経て蒸気が凝縮された凝縮水を貯留する凝縮水貯留部と、
　前記凝縮水の性状を検出する腐食因子センサ部と
を備え、
　前記凝縮水貯留部が、タービン内隙間を模擬し、前記凝縮水を貯留可能な所定隙間を有する隙間模擬部と、当該隙間模擬部の外周側に形成した環状流路とを有し、
　前記腐食因子センサ部が、前記凝縮水の性状を測定可能な１以上のセンサと、当該センサと前記隙間模擬部に貯留された凝縮水との接触及び接触の遮断を切り替え可能に構成された切替部とを有する、
腐食環境モニタリング装置。
　前記切替部が、前記センサを収容するセンサヘッド部と、当該センサヘッド部と前記隙間模擬部との間に設けられるセンサヘッド受け部とを有し、
　前記センサヘッド受け部が、前記１以上のセンサに対応して設けられる貫通孔を備え、
　前記センサヘッド部を、前記センサヘッド受け部に対して相対的に回転させることにより、前記センサと前記隙間模擬部に貯留された凝縮水とが前記貫通孔を介して接触可能な状態と、前記センサと前記隙間模擬部に貯留された凝縮水との接触が、前記センサと前記隙間模擬部との間に介在するセンサヘッド受け部に遮断される状態とを切り替える、請求項１に記載の腐食環境モニタリング装置。
　前記センサが、前記センサヘッド部に着脱可能に支持されている、請求項２に記載の腐食環境モニタリング装置。
　前記センサを洗浄可能な洗浄部をさらに備える、請求項３に記載の腐食環境モニタリング装置。
　前記センサが、電解腐食電位センサ、ｐＨセンサ、または塩化物イオンセンサのいずれか１以上を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の腐食環境モニタリング装置。
　前記蒸気が、地熱蒸気である、請求項１～５のいずれか１項に記載の腐食環境モニタリング装置。
　ケーシング内にタービンを備えた蒸気タービン装置と、請求項１～６のいずれか１項に記載の腐食環境モニタリング装置を備えた発電設備。