特許 6264898 蒸気管の損失計測システム及び計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6264898

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】蒸気管の損失計測システム及び計測方法

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/38 20060101AFI20180115BHJP

【ＦＩ】

   F22B37/38 Z

   F22B37/38 C

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-10400(P2014-10400)

(22)【出願日】2014年1月23日

(65)【公開番号】特開2015-137816(P2015-137816A)

(43)【公開日】2015年7月30日

【審査請求日】2016年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(72)【発明者】

【氏名】梅沢 修一

(72)【発明者】

【氏名】加藤 陽一

(72)【発明者】

【氏名】柴田 祐亮

【審査官】 宮崎 賢司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１９６６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２２５４５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−８７０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１４２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２７４８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｂ ３７／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気製造装置及び負荷設備につながった蒸気管の損失を計測するシステムであって、
前記蒸気管の少なくとも一部を含む、実質的な閉空間を作る第１装置と、
前記蒸気管内の圧力を実質的に一定に保つように、前記蒸気製造装置から前記蒸気管内への蒸気の供給量を制御する第２装置と、
前記実質的な閉空間での蒸発量に関する値を測定する第３装置と、
前記第３装置の計測結果を用いて、前記蒸気管の損失を計測する第４装置と、
前記蒸気管における前記蒸気の流動状態に対応した放熱に関する情報を用いて前記損失の計測値を補正する第５装置と、を備え、
前記第５装置は、前記蒸気の流速によって変化する前記蒸気管に付着する液膜厚さに対応する管内熱伝達率から求めた補正係数を用いて前記損失の計測値を補正することを特徴とする蒸気管の損失計測システム。

【請求項2】

前記蒸気管に付着する前記液膜の膜厚を計測する液膜計測部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気管の損失計測システム。

【請求項3】

前記第１装置は、前記負荷設備を停止させる手段、及び前記負荷設備の入口付近において前記蒸気管に配置されたバルブを閉にする手段の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気管の損失計測システム。

【請求項4】

前記第４装置は、前記蒸気製造装置に対する給水量を測定する手段、前記蒸気製造装置における燃料使用量を測定する手段、及び前記実質的な閉空間における蒸気流量を直接的に測定する手段、の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸気管の損失計測システム。

【請求項5】

蒸気製造装置及び負荷設備につながった蒸気管の損失を計測する方法であって、
前記蒸気管の少なくとも一部を含む、実質的な閉空間を作る第１工程と、
前記蒸気管内の圧力を実質的に一定に保つように、前記蒸気製造装置から前記蒸気管内への蒸気の供給量を制御する第２工程と、
前記実質的な閉空間での蒸発量に関する値を測定する第３工程と、
前記蒸気供給量に関する値の計測結果を用いて、前記蒸気管の損失を計測する第４工程と、
前記蒸気管における前記蒸気の流動状態に対応した放熱に関する情報を用いて前記損失の計測値を補正する第５工程と、を備え、
前記第５工程では、前記蒸気の流速によって変化する前記蒸気管に付着する液膜厚さに対応する管内熱伝達率から求めた補正係数を用いて前記損失の計測値を補正することを特徴とする蒸気管の損失計測方法。

【請求項6】

前記第５工程は、前記蒸気管に付着する前記液膜の膜厚を計測するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の蒸気管の損失計測方法。

【請求項7】

前記第１工程は、前記負荷設備を停止させる工程、及び前記負荷設備の入口付近において前記蒸気管に配置されたバルブを閉にする工程の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の蒸気管の損失計測方法。

【請求項8】

前記第４工程は、前記蒸気製造装置に対する給水量を測定する工程、前記蒸気製造装置における燃料使用量を測定する工程、及び前記実質的な閉空間における蒸気流量を直接的に測定する工程、の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の蒸気管の損失計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気管の損失計測システム及び計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

産業分野における工場において、蒸気は、生産工程での加熱や空調の加熱・加湿まで幅広い用途に用いられている。蒸気は、４５℃程度の低温域から１７０℃程度の高温域まで幅広い温度帯をカバーすることが可能であり、いわば使い勝手の良い熱媒体である。そのため、工場の多くの場所に蒸気配管が敷設され、集中設置されたボイラーから各生産工程等に蒸気が送られるのが一般的である。

【0003】

図６は、工場に敷設される蒸気系統の一般的な概念図を示す。ボイラーなどの蒸気製造装置で製造された蒸気は蒸気ヘッダに送られ、生産工程における加熱や空調の加熱・加湿等の用途に用いられる。各種用途に用いられた蒸気はドレンとして回収され、還水槽等に集約された後、ボイラーに再度給水される。また、配管途中には、配管からの放熱に伴う蒸気の凝縮で生じたドレンを排出するスチームトラップが複数配置されている。

【0004】

図６に示す蒸気系統において、投入した燃料エネルギーに対して以下の４つの損失（ロス）の存在が考えられる。（１）ボイラーのロス：ボイラーの使用燃料流量に対するボイラーにて製造される熱量を算出することにより明らかとなるロス（いわゆるボイラー効率に伴うロス）、（２）送気時（配管）のロス：配管からの放熱等によって配管上のスチームトラップから排出されるロス、あるいはバルブや配管損傷部からのリーク蒸気によるロス、（３）負荷設備後のトラップのロス：ドレンを回収するためのスチームトラップからの漏洩によるロス、（４）回収のロス：ドレンを返送するための配管からのロスで、例えば還水槽が大気開放型である場合等にポンプキャビテーション発生防止のために補給する水等により温度低下することによるロス。これら（１）−（４）のロスを、ボイラーへの投入燃料から差し引いたエネルギーが生産工程や空調設備にて有効に活用されたエネルギーとなる。

【0005】

送気時（配管）のロス（以下「配管ロス」）は次の３種類のロスを含む。（１）ドレンロスは、配管からの放熱に伴い配管内蒸気が凝縮・ドレン化しスチームトラップから排出されるロスである。（２）トラップリークロスは、スチープトラップにて捕捉されたドレンが排出される際に配管内蒸気が同時に漏洩するロスである。（３）配管等リークロスは、蒸気配管、バルブ、フランジ等を含む配管系統に物理的損傷等があり、蒸気が漏洩するロスである。

【0006】

配管ロスの計測方法として以下がある。すなわち、配管入口側（ボイラー出口直後）及び配管出口側（各種負荷設備直前）のそれぞれに蒸気流量計を設置し、その計測結果の比較に基づきロスを算出する。しかしながら、この方法では、蒸気流量計を直接配管に設置することで計測可能となるから、配管出口側が複雑な構成であると、流量計を複数設置する必要が生じる。また、新規設置に際して既存の蒸気配管を切断する必要がある。さらに、湿り分（ドレン）がスチームトラップからすべて取り除かれるとは限らないために湿り度の評価が不十分となる可能性がある。

【0007】

配管ロスの他の計測方法としてサーモグラフィなどの特殊な装置を用いた方法がある。しかしながら、この方法は、装置が高価である、計測結果の分析・評価に専門技術を要する、配管表面温度の計測精度が不十分となる傾向にある、蒸気管又は保温材の熱伝導率の評価が比較的困難である、などの課題を有する。
これに対し、蒸気管の内部空間を実質的に閉空間とした無負荷状態とし、この状態において蒸気管内の蒸発量を計測することで蒸気配管ロスを計測する方法が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４９２４７６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

無負荷時は蒸気管内の流速がほぼゼロになるが、実際に熱利用機器などの負荷設備を稼働する場合（通常運転時）は蒸気管内に流速が生じる。蒸気管内に生じた流速は、少なからず配管ロスに影響を及ぼす。しかしながら、上記従来技術の計測方法では、蒸気管内で生じる流速の影響が考慮されていなかった。そこで、蒸気管内の流速の影響を考慮することで高精度に配管ロスを計測可能な新たな技術の提供が望まれていた。

【0010】

本発明は、蒸気管の損失、特に配管ロスを高精度で計測することが可能な計測システム及び計測方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の態様に従えば、蒸気製造装置及び負荷設備につながった蒸気管の損失を計測するシステムであって、前記蒸気管の少なくとも一部を含む、実質的な閉空間を作る第１装置と、前記蒸気管内の圧力を実質的に一定に保つように、前記蒸気製造装置から前記蒸気管内への蒸気の供給量を制御する第２装置と、前記実質的な閉空間での蒸発量に関する値を測定する第３装置と、前記第３装置の計測結果を用いて、前記蒸気管の損失を計測する第４装置と、前記蒸気管における前記蒸気の流動状態に対応した放熱に関する情報を用いて前記損失の計測値を補正する第５装置と、を備え、前記第５装置は、前記蒸気の流速によって変化する前記蒸気管に付着する液膜厚さに対応する管内熱伝達率から求めた補正係数を用いて前記損失の計測値を補正する。

【0012】

本発明の別の態様に従えば、蒸気製造装置及び負荷設備につながった蒸気管の損失を計測する方法が提供される。この損失計測方法は、前記蒸気管の少なくとも一部を含む、実質的な閉空間を作る第１工程と、前記蒸気管内の圧力を実質的に一定に保つように、前記蒸気製造装置から前記蒸気管内への蒸気の供給量を制御する第２工程と、前記実質的な閉空間での蒸発量に関する値を測定する第３工程と、前記蒸気供給量に関する値の計測結果を用いて、前記蒸気管の損失を計測する第４工程と、前記蒸気管における前記蒸気の流動状態に対応した放熱に関する情報を用いて前記損失の計測値を補正する第５工程と、を備え、前記第５工程では、前記蒸気の流速によって変化する前記蒸気管に付着する液膜厚さに対応する管内熱伝達率から求めた補正係数を用いて前記損失の計測値を補正する。

【0013】

この計測システム及び計測方法によれば、実質的な閉空間への蒸気供給量に関する値の計測結果を用いて、配管ロスを好ましく計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】損失計測システムを示す概略図である。

【図2】制御ユニットを示す模式図である。

【図3】下向き環状流の平均液膜厚さに関するグラフである。

【図4】一般速度分布による無次元熱伝達率に関するグラフである。

【図5】損失計測システムの変形例を示す概略図である。

【図6】一般的な蒸気系統を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、損失計測システム１を示す概略図である。図１において、蒸気管１０は、蒸気製造装置２０（ボイラーなど）と負荷設備３０との間に配設される。蒸気製造装置２０からの蒸気が蒸気管１０を流れ、負荷設備３０に送られる。負荷設備３０において、蒸気又は蒸気の熱が利用される。負荷設備３０から排出された蒸気はドレンとして回収され、還水槽２５に集約された後、蒸気製造装置２０に再度給水される。蒸気管１０は、不図示の保熱手段によって保熱されている。公知の様々な保熱手段が適用可能である。保熱手段は、例えば、蒸気管１０の外面を覆う保温材を有する。

【0016】

蒸気管１０には、配管等での放熱に伴う蒸気の凝縮で生じたドレンを排出する複数のスチームトラップＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３が配置されている。図１において、スチームトラップＳＴｎの数は３である。スチームトラップＳＴｎの数は、設備仕様に応じて様々である。蒸気管１０内で凝縮して生じたドレンの少なくとも一部がスチームトラップＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３に捕捉される。公知の様々なスチームトラップが適用可能である。通常、スチームトラップＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３は、捕捉したドレンを適宜排出可能な構造を有する。

【0017】

蒸気管１０における蒸気製造装置２０とスチームトラップＳＴ１との間には、流量センサ４２及び圧力センサ（第３装置）４４が配設されている。少なくとも圧力センサ４４の計測結果が制御ユニット（第２装置）４０に送られる。蒸気製造装置２０を含む蒸気供給システムにおいては、圧力センサ４４の計測結果に基づいて、蒸気管１０の内部圧力が一定となるように、蒸気の供給を制御可能である。

【0018】

蒸気管１０における負荷設備３０の入口付近（最終のスチームトラップＳＴ３と負荷設備３０との間）には、バルブ（第１装置）２７が配設されている。バルブ２７を開とすることにより、蒸気製造装置２０からの蒸気が負荷設備３０に入力可能となる。バルブ２７を閉とすることにより、蒸気製造装置２０からの蒸気の負荷設備３０への入力が遮断される。

【0019】

また、還水槽２５付近には、蒸気製造装置２０への給水量を計測する流量センサ４６が配設されている。流量センサ４６の計測結果は制御ユニット４０に送られる。制御ユニット（第４装置）４０は、流量センサ４６の計測結果に基づいて、蒸気管１０における配管ロスを計測することができる。また、本実施形態において、制御ユニット（第５装置）４０は、後述のように、蒸気管における蒸気の流動状態に対応した放熱に関する情報を用いて配管ロスの計測値を補正することができる。損失計測システム１は、バルブ２７、流量センサ４２、圧力センサ４４、流量センサ４６、及び制御ユニット４０を含むことができる。

【0020】

図２は、制御ユニット４０を示す模式図である。図２において、計算装置５０は、例えばコンピュータシステムである。制御ユニット４０は、計算装置５０に加え、入力装置１２７、及び表示装置（出力装置）１２８を有する。計算装置５０は、Ａ／Ｄ変換器等の変換器１２３、ＣＰＵ（演算処理手段）１２４、及びメモリ１２５等を有する。損失計測システム１のセンサ（流量センサ４６等）などから送られる測定データが、必要に応じて変換器１２３等で変換され、ＣＰＵ１２４に取り込まれる。また、初期設定値、及び仮データなどが入力装置１２７などを介して計算装置５０に取り込まれる。表示装置１２８は、入力されたデータに関する情報、及び計算に関する情報などを表示することができる。

【0021】

ＣＰＵ１２４は、測定データ、及びメモリ１２５に記憶された情報に基づき、蒸気管の損失に関する計算を実行することができる。例えば、流量センサ４６の測定結果を用いて、蒸気管１０の放熱損失（配管ロス）を算出し、該算出した配管ロスを後述のように補正することができる。以下、蒸気管１０の損失に関する算出手法の一例を示す。

【0022】

本計測方法は、蒸気を製造するボイラーなどの蒸気製造装置２０への給水量に着目したものである。蒸気製造装置２０で製造された蒸気は、損失（ロス）を発生させながら種々の負荷にて仕事をした後に回収される。本計測方法では、（１）負荷設備３０を停止する、（２）負荷設備３０の直前でバルブ２７を閉じるなど、負荷設備３０内に蒸気が流入しないようにする。すなわち、蒸気管１０の内部空間を主とする実質的な閉空間を作る。以下、この状態を適宜に「無負荷」と呼ぶ。蒸気製造装置２０は、蒸気管１０内の圧力を一定に保つように蒸気を供給する。これは、蒸気管１０で蒸発して蒸気管１０から抜けた分、すなわち放熱による蒸気のドレン分の蒸気を供給することである。スチームトラップＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３からは適宜ドレンが排出される。蒸気製造装置２０を通常時と同様に稼動させれば給水された分が配管でのロスとなる。

【0023】

計測では、実質的な閉空間での蒸発量に関する値として、蒸気製造装置２０への給水量を測定し、得られた給水量と製造した蒸気性状等より式（１）に基づいて蒸気配管でのロスを算出する。

【0024】

Ｑ＝Ｆ_ｗ×（ｈ_ｓ−Ｃ_０Ｔ_ｃ）／Ｓ …（１）

【0025】

ここで、
Ｑ ：蒸気配管ロス量（ｋＷ）
Ｆ_ｗ：給水量（計測値）（ｋｇ）
ｈ_ｓ：製造蒸気の飽和蒸気エンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）
Ｔ_ｃ：計測時外気温（環境温度）（℃）
Ｓ ：計測時間（ｓ）
Ｃ_０：水の比熱（ｋＪ／ｋｇ・℃）

【0026】

ここで、無負荷時（負荷設備への蒸気供給ゼロ時）に蒸気配管圧力を一定とするためにボイラーより供給した蒸気量は、蒸気配管での放熱により凝縮したドレン量、または配管・バルブよりリークした蒸気量と基本的にはイコールである。すなわち、無負荷時にボイラー発生蒸気量を計量することで，蒸気配管における損失熱量を把握することが可能であると考えられる。
しかしながら、無負荷時と通常運転時では、管内熱伝達率が大きく異なることが想定される。

【0027】

そこで、無負荷時と通常運転時の管内熱伝達率を用いて総合熱伝達率への影響度を検討する。

【0028】

放熱にかかる基本式を以下の式（２）に示す。

【0029】

【数1】

【0030】

ここで、
ｑ：単位配管長あたりの放散熱量（Ｗ／ｍ）、
Ｔ_０：配管内部温度（管内蒸気温度）（℃）、
Ｔ_１：外気温度（大気温度）（℃）、
α_１：管内熱伝達率（Ｗ／ｍ^２／℃）、
α_２：保温材表面から大気への熱伝達率（Ｗ／ｍ^２／℃）、
λ_１：保温の熱伝導率（Ｗ／ｍ／℃）
ｒ_０：配管内径（ｍ）、
ｒ_１：配管外径（ｍ）、
ｒ_２：保温外径（断熱材外径）（ｍ）、である。

【0031】

無負荷時（流れのない状態）においては、蒸気流速が低くほぼゼロとみなすことができる。一方、通常運転時においては、蒸気流速が高く、管内にて流速が生じている。また、通常運転時の蒸気管１０においては、放熱により凝縮したドレンが管壁に液膜となって付着した環状流となっている。管壁に付着した液膜の厚さは蒸気管１０内の流速によって変動する。

【0032】

ここで、通常運転時における蒸気管１０内の蒸気の流動状態（環状流）について説明する。
図３は、下向き環状流の平均液膜厚さに関するグラフである。図４は、一般速度分布による無次元熱伝達率に関するグラフである。図３において、横軸はレイノルズ数を示し、縦軸は液膜の厚さを示している。図４において、横軸はレイノルズ数を示し、縦軸は管内熱伝達率（Ｗ／ｍ^２／℃）を示しており、実線は乱流液膜の傾向を示し、点線は層流液膜の傾向を示している。なお、本実施形態における通常運転時では、図４における層流液膜の場合が適用される。また、図３、４において、τとは、蒸気管１０を流れる蒸気流が管壁に付着した液膜表面に及ぼすせん断力である。なお、せん断力τは、下式（３）で示される。

【0033】

【数2】

【0034】

ここで、
ｃ_ｆ：気液境界における摩擦係数、
γ_ｖ：蒸気の比重量、
ｇ：重力加速度、
ｕ_ｖ：蒸気流速、
ｕ_ｌ：液膜流速、である。

【0035】

図３に示したように、液膜の厚さはレイノルズ数（すなわち、蒸気の流速）にほぼ比例してＯＲ線形的に大きくなることが分かる。これはせん断力τの大きさによらず共通の傾向である。また、図４に示されるように、層流液膜の場合、レイノルズ数の増加に伴って管内熱伝達率が低下することが分かる。

【0036】

すなわち、通常運転時（流れのある状態）においては、レイノルズ数の増加（蒸気の流速の増加）に伴って液膜の厚さが増加する。管壁に付着した液膜は熱抵抗となるため、液膜の厚さが増すと熱抵抗が大きくなる。その結果、上記式（２）のα_１で規定される管内熱伝達率は影響を受ける。すなわち、通常運転時（流れのある状態）においては、流速によって変動する放熱特性を考慮した管内熱伝達率を用いる必要がある。

【0037】

そこで、本実施形態に係る評価方法では、上述の式（１）で示した無負荷時における蒸気配管ロスＱの計測結果を補正することで、無負荷時における蒸気配管ロスＱの計測結果（補正後の計測値）をそのまま通常運転時の配管ロスの結果として用いることを可能としている。

【0038】

本実施形態において、上記補正に用いる補正係数は、蒸気管１０内における蒸気の流動状態に対応した放熱に関する情報に基づいて規定される。具体的に、後述のように、通常運転時における理論上の放熱量ｑｒおよび無負荷状態における理論上の放熱量ｑｍの比（ｑｒ／ｑｍ）によって規定される。

【0039】

以下、上記補正係数の算出方法について説明する。
まず、通常運転時（流れのある状態）における理論上での蒸気管１０の放熱量ｑｒを規定する。この場合、蒸気の流動状態に関する情報としてレイノルズ数（蒸気の流速）を計算で求める。レイノルズ数は、例えば、配管径、蒸気の流速、密度、および粘度等から求まる。

【0040】

続いて、上述のように計算で求めたレイノルズ数と図４に示したグラフとを用いて、管内熱伝達率を求める。ここで、図４に示したグラフは、せん断力によって管内熱伝達率が異なる。そこで、蒸気流速および液膜流速に関する値を用い、上記の式（３）に基づいてせん断力τを算出する。そして、算出したせん断力τに対応した管内熱伝達率を図４に示したグラフから求め、求めた管内熱伝達率を上記式（２）のα_１と置き換える。

【0041】

これにより、上記式（２）から通常運転時における理論上の放熱量ｑｒが導きだれる。

【0042】

次に、無負荷状態（流れのない状態）における理論上での蒸気管１０の放熱量ｑｍを規定する。この場合、まず、蒸気管１０における蒸気の流動状態に関する情報として、レイノルズ数（蒸気の流速）を求める。無負荷状態においては、液膜の膜厚がほぼゼロとみなすことができる。図３に示したグラフから液膜がほぼゼロとなるレイノルズ数を外挿することができる。

【0043】

続いて、上述のように外挿したレイノルズ数と図４に示したグラフとを用いて、管内熱伝達率を求める。ここで、図４に示したグラフは、せん断力によって管内熱伝達率が異なる。無負荷状態は配管内の流れがないため、蒸気流速および液膜流速の差から算出されるせん断力τはほぼゼロとみなすことができる。そこで、図４に示したグラフからせん断力τ＝０に対応した管内熱伝達率を求め、求めた管内熱伝達率を上記式（２）のα_１と置き換える。

【0044】

これにより、上記式（２）から無負荷状態における理論上の放熱量ｑｍが導き出される。

【0045】

本実施形態では、上述のようにして算出した、通常運転時における理論上の放熱量ｑｒおよび無負荷状態における理論上の放熱量ｑｍの比（ｑｒ／ｑｍ）を補正係数として用いる。

【0046】

続いて、制御ユニット４は、上記補正係数（ｑｒ／ｑｍ）を掛けて、上記式（１）で算出した蒸気配管ロスＱを補正する。

【0047】

ここで、蒸気配管ロスＱの計測では、トラップチェッカーを用いてドレン排出と同時にスチームトラップから排出される蒸気量すなわちトラップリークロスも計測している。そのため、蒸気配管ロスＱは、ドレンロスおよびトラップリークロスを含んでいる。

【0048】

なお、トラップリークロスを含む蒸気配管ロスＱの全体に上記補正係数を掛けても良いし、蒸気配管ロスＱからトラップリークロス分を除いたものに上記補正係数を掛けても良い。

【0049】

以上説明したように、本実施形態によれば、無負荷時の蒸発量計測により、蒸気配管ロスを計測することができる。この場合において、蒸気管１０内における蒸気の流動状態における放熱特性（液膜による管内熱伝達率に対する影響が蒸気の流速（レイノルズ数）によって変化する特性）に関する情報に基づいて算出した補正係数により配管ロスが補正される。よって、無負荷計測で計測された配管ロスは、通常運転に伴う流速の変動による影響が的確に補正された高精度なものとなる。したがって、本実施形態に係る測定方法によれば、蒸気配管ロスを精度良く測定することができる。
また、本実施形態の測定方法のように無負荷時蒸発量に基づく損失計算は処理が簡素であることから、設備の改造が不要になるといった利点も有する。

【0050】

なお、上記説明では、通常運転時における理論上の放熱量ｑｒを求める場合において、計算で求めたレイノルズ数を初期値として用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、蒸気管１０の管壁に付着した液膜の膜厚を超音波センサ等により計測した値を初期値として利用しても良い。

【0051】

この場合、測定した液膜の厚さと図３に示したグラフとからレイノルズ数が求まる。ここで、図３に示したグラフは、せん断力によってレイノルズ数が異なる。そこで、せん断力τの初期値をゼロとしてレイノルズ数を求める。

【0052】

続いて、液膜の厚さから求めたレイノルズ数から図４に示したグラフを用いて管内熱伝達率を求める。ここで、図４に示したグラフにおいても、せん断力によって管内熱伝達率が異なるものの、レイノルズ数と同様に、せん断力τの初期値をゼロとして仮の管内熱伝達率を求める。

【0053】

このようにして求めた仮の管内熱伝達率を上記式（２）のα１と置き換えることで、上記式（２）から仮の放熱量を求める（ステップＳ１）。続いて、仮の放熱量から蒸気配管内のドレン流量を算出する。ドレン流量を算出するには、下式（４）が用いられる。

【0054】

ｑ´×ｌ＝Δｈ×Ｇ …（４）

【0055】

ここで、
ｑ´：仮の放熱量（Ｗ／ｍ）、
ｌ ：蒸気配管の長さ（ｍ）、
Δｈ ：管内圧力における凝縮熱（蒸発熱；Ｊ／Ｋｇ）
Ｇ ：ドレン流量（Ｋｇ／ｓ）

【0056】

すなわち、仮の放熱量ｑ´が求まれば、既知であるｌ、Δｈから、ドレン流量Ｇが求まる。

【0057】

続いて、仮の放熱量ｑ´から求めたドレン流量Ｇを用いて、無負荷状態における蒸気配管内のせん断力τを求めなおす。上記式（３）に示したように、せん断力τは、蒸気流速および液膜流速の差から算出される。ここで、蒸気流速は、流量センサ４２に基づいて算出した配管全体の流量を例えばスチームトラップＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３までの距離で比例配分することで求められる。また、液膜流速は、ドレン流量Ｇから算出可能である。すなわち、上記式（３）を用いることでせん断力τを求め直すことができる（ステップＳ２）。

【0058】

続いて、上述のようにして求め直したせん断力τおよび液膜の厚さを用いて、レイノルズ数、管内熱伝達率およびせん断力τを求め直す（ステップＳ３）。すなわち、上記ステップＳ１からステップＳ３をせん断力τが一定値に収束するまで順次繰り返す。

【0059】

このようにして通常運転時における蒸気管１０内のせん断力τを精度良く算出することができる。よって、精度良く算出されたせん断力τと、液膜厚さの測定値とを用いることで通常運転時における蒸気の流動状態における放熱特性（液膜が存在することによる熱抵抗の増加）を考慮した管内熱伝達率を求める。このようにして求めた管内熱伝達率を上記式（２）のα_１と置き換えることで、上記式（２）から通常運転時における理論上の放熱量ｑｒを算出するようにしても良い。

【0060】

また、上記実施形態において、バルブの開閉制御は自動でもよく手動でもよい。定期的なロス計測を実行し、配管系統の損傷や保温性能の劣化の検証を実施することもできる。

【0061】

なお、上記の説明では、実質的な閉空間での蒸発量に関する値として、蒸気製造装置２０への給水量を測定している。代替的に、実質的な閉空間での蒸発量に関する値として、蒸気製造装置２０における燃料使用量を測定することができる。さらに代替的に、実質的な閉空間での蒸発量に関する値として、実質的な閉空間における蒸気流量を直接的に測定することができる。

【0062】

図５は、損失計測システムの変形例を示している。図５において、複数の負荷設備３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃに応じた複数の蒸気ライン１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが設けられている。負荷設備３０Ａに対応する蒸気ライン１０Ａは、複数のスチームトラップＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３と、流量センサ４２Ａと、バルブ２７Ａとを含む。同様に、負荷設備３０Ｂに対応する蒸気ライン１０Ｂは、複数のスチームトラップＳＴＢ１、ＳＴＢ２、ＳＴＢ３と、流量センサ４２Ｂと、バルブ２７Ｂとを含み、負荷設備３０Ｃに対応する蒸気ライン１０Ｃは、複数のスチームトラップＳＴＣ１、ＳＴＣ２、ＳＴＣ３と、流量センサ４２Ｃと、バルブ２７Ｃとを含む。バルブ２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃはそれぞれ、蒸気ライン１０Ａ（１０Ｂ、１０Ｃ）における負荷設備３０Ａ（３０Ｂ、３０Ｂ）の入口付近（最終のスチームトラップＳＴＡ３（ＳＴＢ３、ＳＴＣ３）と負荷設備３０Ａ（３０Ｂ、３０Ｂ）との間）に配設されている。

【0063】

図５において、すべてのバルブ２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃを閉とすることにより、蒸気系統全体の損失を計算することができる。この場合、実質的な閉空間での蒸発量に関する値として、流量センサ４６によって蒸気製造装置２０への給水量を測定し、得られた給水量と製造した蒸気性状等より蒸気配管でのロスを算出し、上述の補正係数を用いて補正することができる。あるいは、実質的な閉空間での蒸発量に関する値として、蒸気製造装置２０における燃料使用量を測定することにより、蒸気配管でのロスを算出することができる。

【0064】

また、バルブ２７Ａを閉、バルブ２７Ｂ、２７Ｃを開とすることにより、負荷設備３０Ｂ、３０Ｃの稼動中に、負荷設備３０Ａに対応する蒸気ラインの損失を計算することができる。この場合、実質的な閉空間での蒸発量に関する値として、流量センサ４２Ａによって対象の蒸気ラインにおける蒸気流量を直接的に測定することにより、その蒸気ラインでのロスを算出することができる。

【0065】

なお、計測結果から求められた単位配管長あたりの放熱量ｑ（Ｗ／ｍ）は計測地点での配管径や保温径の下での値であるため、配管径等が異なる場合には補正をかけてもよい。

【0066】

蒸気系統における蒸気管のサイズや保温厚さは、負荷設備の蒸気条件（使用蒸気量、圧力、温度）により異なる場合がある。このような場合にも、ある蒸気管の放熱量が既知であれば、配管サイズ、保温厚さ、配管内部温度、および外気温度の相違に基づく補正を施すことにより放熱量を求めることが可能である。既知の放熱量から、別の配管サイズ及び保温厚さに対応した放熱量を算出するための補正計算式（５）を以下に示す。この式（５）は上記の理論式（２）から導き出すことができる。
補正計算式（４）において、ｑ’’：別の配管における単位長さ当たりの放熱量（Ｗ／ｍ）、ｒ１’：別の配管の配管外径（ｍ）、ｒ２’：別の配管の保温外径（断熱材外径）（ｍ）、Ｔ０’：別の配管の配管内部温度（供給蒸気温度）（℃）、Ｔ１’：別の配管の外気温度（大気温度）（℃）、である。

【0067】

【数3】

【0068】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

【符号の説明】

【0069】

１…損失計測システム、１０…蒸気管、２０…蒸気製造装置、２７…バルブ、３０…負荷設備、４０…制御ユニット、５０…計算装置、１２３…変換器、１２４…ＣＰＵ、１２５…メモリ、１２７…入力装置、１２８…表示装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】