特許 7174814 サンプリング装置及びボイラプラント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-09

(45)【発行日】2022-11-17

(54)【発明の名称】サンプリング装置及びボイラプラント

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/22 20060101AFI20221110BHJP

   F22B 37/38 20060101ALI20221110BHJP

   G01N 1/10 20060101ALI20221110BHJP

【ＦＩ】

G01N1/22 Q

F22B37/38 C

G01N1/10 N

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021119776

(22)【出願日】2021-07-20

【審査請求日】2021-07-20

(73)【特許権者】

【識別番号】516047175

【氏名又は名称】三菱重工パワーインダストリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】田澤 直行

(72)【発明者】

【氏名】村中 俊彦

(72)【発明者】

【氏名】立川 裕喜

【審査官】奥野 尭也

(56)【参考文献】

【文献】中国実用新案第２０１４３６５７８（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２００２－２０２２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０７－００２９５８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１１００４４６６６（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２３０４１１７（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平１０－１６９４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０６６９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０９３１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５５８３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １／００－ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラに供給される給水又は前記ボイラで発生する蒸気をサンプリングするためのサンプリング装置であって、
前記ボイラに供給される給水又は前記ボイラで発生する蒸気からサンプル水を抽出するように構成されたサンプル水抽出ラインと、
冷却水が流れる冷却水流路と、前記冷却水流路内に配置され、前記サンプル水抽出ラインによって抽出された前記サンプル水が流れる第１伝熱管と、を含むサンプル水クーラーと、
前記サンプル水抽出ラインにおける前記サンプル水クーラーよりも上流側に設けられたプレクーラーであって、冷熱媒体が流れる冷熱媒体流路と、前記冷熱媒体流路内に配置され、前記サンプル水抽出ラインによって抽出された前記サンプル水が流れる第２伝熱管と、を含むプレクーラーと、
を備え、
前記サンプル水クーラーにおける前記第１伝熱管の体積をＶｓｓ、前記サンプル水クーラーにおける前記冷却水流路の容積をＶｓｃ、前記プレクーラーにおける前記第２伝熱管の体積をＶｐｓ、前記プレクーラーにおける前記冷熱媒体流路の容積をＶｐｃとすると、前記サンプル水クーラーと前記プレクーラーとは、Ｖｐｓ／Ｖｐｃ＜Ｖｓｓ／Ｖｓｃを満たすように構成された、
サンプリング装置。

【請求項2】

前記冷熱媒体は前記冷却水である、請求項１に記載のサンプリング装置。

【請求項3】

前記冷却水は、炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムの少なくとも一方を含有する、請求項１又は２に記載のサンプリング装置。

【請求項4】

前記サンプル水抽出ラインにおける前記プレクーラーの入口の温度は、３００度以上である、請求項３に記載のサンプリング装置。

【請求項5】

前記サンプル水クーラーの前記第１伝熱管は、螺旋状の伝熱管部を含み、前記プレクーラーの前記第２伝熱管は、Ｕ字状又は直線状の伝熱管部を含む、請求項１乃至４の何れか１項に記載のサンプリング装置。

【請求項6】

ボイラと、請求項１乃至５の何れか１項に記載のサンプリング装置と、を備えるボイラプラント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、サンプリング装置及びボイラプラントに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば火力発電所等において、主蒸気を含む蒸気やボイラ缶水を含む各種給水が適切なＴＤＳ（Ｔｏｔａｌ Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ Ｓｏｌｉｄｅｓ）を有しているか否かを判断するために、サンプリング装置が設けられる場合がある。このようなサンプリング装置は、比較的高温のサンプル水を安全にサンプリングするために、サンプル水を冷却するためのサンプル水冷却用クーラー（サンプル水クーラー）を有する場合がある。例えば特許文献１には、ボイラプラント用のサンプリング装置におけるサンプル水クーラーが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－３４７３８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えばボイラプラントの冷却塔の循環水をサンプル水クーラーで使用する冷却水として用いる場合、冷却水の各成分が濃縮されてスケールとして析出し、サンプル水クーラーにおける伝熱管の表面にスケールが付着することがある。伝熱管の表面に付着するスケールの量が増大すると、サンプル水クーラーにおける冷却水の流路が狭隘化して冷却水の流れの滞留部が形成され、伝熱管の腐食を促進する成分が濃縮し、伝熱管に応力腐食割れが発生する可能性がある。また、伝熱管の表面に付着するスケールの量が多い箇所では熱交換量が低下してヒートスポットが発生することにより、伝熱管に破孔が発生する可能性がある。このように、サンプル水クーラーにおける伝熱管の表面におけるスケールの付着が進行すると、伝熱管に損傷が生じてサンプル水が伝熱管からリークする恐れがある。

【0005】

この点に関して、特許文献１には、サンプル水クーラーの伝熱管の表面にスケールが析出するという課題及びその解決策に関する知見は開示されていない。

【0006】

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、サンプル水クーラーの伝熱管の表面におけるスケールの析出を抑制することができるサンプリング装置及びボイラプラント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】

【0007】

上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るサンプリング装置は、
ボイラに供給する給水又は前記ボイラで発生する蒸気をサンプリングするためのサンプリング装置であって、
前記ボイラに供給する給水及び前記ボイラで発生する蒸気のうち一方からサンプル水を抽出するサンプル水抽出ラインと、
冷却水が流れる冷却水流路と、前記冷却水流路内に配置され、前記サンプル水抽出ラインによって抽出された前記サンプル水が流れる第１伝熱管と、を含むサンプル水クーラーと、
前記サンプル水抽出ラインにおける前記サンプル水クーラーよりも上流側に設けられたプレクーラーであって、冷熱媒体が流れる冷熱媒体流路と、前記冷熱媒体流路内に配置され、前記サンプル水抽出ラインによって抽出された前記サンプル水が流れる第２伝熱管と、を含むプレクーラーと、
を備える。

【0008】

上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラプラントは、
ボイラと、上記サンプリング装置と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示の少なくとも一実施形態によれば、サンプル水クーラーの伝熱管の表面におけるスケールの析出を抑制することができるサンプリング装置及びボイラプラントが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態に係るボイラプラント２の給水系統及び蒸気系統を示す概略図（ボイラタービン系統図）である。

【図2】図１に示したボイラプラント２の冷却水系統を示す概略図である。

【図3】サンプリング装置４６の構成の一例を示す概略図である。

【図4】サンプル水クーラー５０の構成の一例を示す概略断面図である。

【図5】プレクーラー５２の構成の一例を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0012】

図１は、一実施形態に係るボイラプラント２の給水系統及び蒸気系統を示す概略図（ボイラタービン系統図）である。
図１に示すボイラプラント２は、ボイラ３と、蒸気タービン４と、ボイラ３に水（給水）を供給する給水ライン５と、ボイラ３で発生する蒸気が流れる蒸気ライン６とを備える。また、給水ライン５には、上流側から順に、復水器８、復水ポンプ１０、低圧給水加熱器１２、脱気器１４、ボイラ給水ポンプ１６、高圧給水加熱器１８及び節炭器２０が設けられている。また、蒸気ライン６には、ボイラ３の蒸気ドラム２２と蒸気タービン４の高圧段４ａとの間に過熱器２４が設けられており、蒸気タービン４の高圧段４ａと低圧段４ｂとの間に再熱器２６が設けられている。なお、ボイラプラント２は、蒸気タービン４によって駆動される発電機（不図示）を含む火力発電プラントであってもよい。

【0013】

復水器８を出た給水（復水）は、復水ポンプ１０で昇圧され、低圧給水加熱器１２で加熱された後に、脱気器１４で非凝縮性ガス（溶存酸素等）を除去される。脱気器１４を出た給水は、ボイラ給水ポンプ１６で更に昇圧され、高圧給水加熱器１８で加熱された後に、節炭器２０でボイラ３の燃焼ガスを用いて加熱され、ボイラ３の蒸気ドラム２２に供給される。ボイラ３の蒸気ドラム２２で発生した蒸気は、過熱器２４で過熱されて過熱蒸気となり、蒸気タービン４の高圧段４ａに供給される。蒸気タービン４の高圧段４ａで仕事をした蒸気は、再熱器２６へ供給されて再び過熱され、蒸気タービン４の低圧段４ｂに供給される。蒸気タービン４の低圧段４ｂで仕事をした蒸気は、復水器８で冷却されて凝縮し、再び給水としてボイラ３に供給される。

【0014】

図２は、図１に示したボイラプラント２の冷却水系統を示す概略図である。
図２に示すように、ボイラプラント２は、ボイラプラント２が備える複数の機器３０で用いる冷却水を冷却するための冷却塔３２と、冷却塔３２で冷却された冷却水を複数の機器３０に供給する冷却水供給ライン３４と、複数の機器３０で使用した冷却水を回収して冷却塔３２に戻す冷却水回収ライン３６と、冷却水回収ライン３６から分岐して冷却水をブロー水として排出するブロー水ライン３８と、冷却塔３２に補給水（冷却水）を供給するための補給水ライン４０と、冷却塔３２からオーバーフローした水を排出するためのオーバーフローライン４２と、を備える。冷却水供給ライン３４には冷却水ポンプ４４が設けられており、冷却水ポンプ４４によって昇圧された冷却水が複数の機器３０に供給される。複数の機器３０は、上記ボイラ３に供給する上述の給水又は上記ボイラ３で発生する蒸気をサンプル水としてサンプリングするためのサンプリング装置４６を含む。

【0015】

図３は、上記サンプリング装置４６の構成の一例を示す概略図である。サンプリング装置４６は、例えば図１におけるサンプリングポイントＳ１～Ｓ７の各々に設けられてもよく、サンプリングポイントＳ１～Ｓ７のうち任意の１又は複数の箇所に設けられてもよい。

【0016】

なお、図１に示す例では、サンプリングポイントＳ１は、蒸気ライン６における過熱器２４と蒸気タービン４の高圧段４ａとの間の位置である。サンプリングポイントＳ２は、蒸気ライン６における再熱器２６と蒸気タービン４の低圧段４ｂとの間の位置である。サンプリングポイントＳ３は、蒸気ライン６における蒸気ドラム２２と過熱器２４との間の位置である。サンプリングポイントＳ４は、蒸気ドラム２２である。サンプリングポイントＳ５は、給水ライン５における高圧給水加熱器１８と節炭器２０との間の位置である。サンプリングポイントＳ６は、給水ライン５における脱気器１４とボイラ給水ポンプ１６との間の位置である。サンプリングポイントＳ７は、給水ライン５における低圧給水加熱器１２と脱気器１４との間の位置である。

【0017】

図３に示すように、サンプリング装置４６は、サンプル水抽出ライン４８と、サンプル水クーラー５０と、プレクーラー５２と、水質監視計器５３とを含む。

【0018】

サンプル水抽出ライン４８は、例えばサンプリングポイントＳ１～Ｓ７の何れかからサンプル水を抽出するように構成されている。すなわち、サンプル水抽出ライン４８は、ボイラ３に供給される給水又はボイラ３で発生する蒸気からサンプル水を抽出するように構成されている。サンプル水抽出ライン４８は、例えばサンプリングポイントＳ１～Ｓ３の何れかからサンプル水を抽出する場合には、ボイラ３で発生した蒸気を蒸気ライン６からサンプル水として抽出する。サンプル水抽出ライン４８は、例えばサンプリングポイントＳ４～Ｓ７の何れかからサンプル水を抽出する場合には、ボイラ３に供給される給水を給水ライン５又は蒸気ドラム２２からサンプル水として抽出する。

【0019】

サンプル水クーラー５０は、冷却水が流れる冷却水流路５４と、冷却水流路５４内に配置され、サンプル水抽出ライン４８によって抽出されたサンプル水が流れる第１伝熱管５６と、を含む。図示する構成では、第１伝熱管５６は螺旋状（コイル状）の伝熱管部５６ａを含む。サンプル水クーラー５０では、第１伝熱管５６は、冷却水流路５４を流れる冷却水に浸漬されており、第１伝熱管５６を流れるサンプル水と、冷却水流路５４を流れる冷却水とが第１伝熱管５６を介して熱交換を行うことにより、サンプル水が冷却水によって冷却される。サンプル水クーラー５０は、浸漬式の熱交換器であり、冷却水の入口６２と冷却水の出口６４とが形成された容器６６を含む。容器６６の内部には、入口６２と出口６４とを繋ぐように上記冷却水流路５４が形成されている。

【0020】

サンプル水クーラー５０で使用する冷却水は、図２を用いて説明した冷却塔３２から冷却水供給ライン３４を介してサンプル水クーラー５０に供給される。この冷却水は、炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムを含有している。

【0021】

プレクーラー５２は、サンプル水抽出ライン４８におけるサンプル水クーラー５０よりも上流側に設けられている。プレクーラー５２は、冷却水（冷熱媒体）が流れる冷却水流路５８（冷熱媒体流路）と、冷却水流路５８内に配置され、サンプル水抽出ライン４８によって抽出されたサンプル水が流れる第２伝熱管６０と、を含む。図示する構成では、第２伝熱管６０はＵ字状の伝熱管部６０ａを含み、第２伝熱管６０全体がＵ字状に構成されている。プレクーラー５２では、第２伝熱管６０は、冷却水流路５８を流れる冷却水に浸漬されており、第２伝熱管６０を流れるサンプル水と、冷却水流路５８を流れる冷却水とが第２伝熱管６０を介して熱交換を行うことにより、サンプル水が冷却水によって冷却される。プレクーラー５２は、浸漬式の熱交換器であり、冷却水の入口７０と冷却水の出口７２とが形成された容器７４を含む。容器７４の内部には、入口７０と出口７２とを繋ぐように上記冷却水流路５８が形成されている。サンプル水抽出ライン４８におけるプレクーラー５２の入口７０でのサンプル水の温度は、例えば３００℃以上であってもよい。

【0022】

ここで、サンプル水クーラー５０における第１伝熱管５６の体積をＶｓｓ、サンプル水クーラー５０における冷却水流路５４の容積をＶｓｃ、プレクーラー５２における第２伝熱管６０の体積をＶｐｓ、プレクーラー５２における冷却水流路５８の容積をＶｐｃとすると、サンプル水クーラー５０とプレクーラー５２とは、Ｖｐｓ／Ｖｐｃ＜Ｖｓｓ／Ｖｓｃを満たすように構成されている。すなわち、プレクーラー５２における冷却水流路５８の容積に占める第２伝熱管６０の体積の割合Ｖｐｓ／Ｖｐｃが、サンプル水クーラー５０における冷却水流路５４の容積に占める第１伝熱管５６の体積の割合Ｖｓｓ／Ｖｓｃよりも小さくなっており、プレクーラー５２はサンプル水クーラー５０よりも冷却水の偏流が発生しにくくスケールが析出しにくい構造を有している。

【0023】

なお、サンプル水クーラー５０における第１伝熱管５６の体積Ｖｓｓとは、サンプル水クーラー５０における第１伝熱管５６の肉厚部分の体積と、第１伝熱管５６の内部空間の体積との合計を意味する。また、サンプル水クーラー５０における冷却水流路５４の容積Ｖｓｃとは、サンプル水クーラー５０における冷却水が通過する空間（容器６６の内部空間である冷却水流路５４のうち、第１伝熱管５６の外側の空間）の体積を意味する。また、プレクーラー５２における第２伝熱管６０の体積Ｖｐｓとは、プレクーラー５２における第２伝熱管６０の肉厚部分の体積と、第２伝熱管６０の内部空間の体積との合計を意味する。また、プレクーラー５２における冷却水流路５８の容積Ｖｐｃとは、プレクーラー５２における冷却水が通過する空間（容器７４の内部空間である冷却水流路５８のうち、第２伝熱管６０の外側の空間）の体積を意味する。

【0024】

水質監視計器５３は、サンプル水抽出ライン４８におけるサンプル水クーラー５０の下流側に設けられており、プレクーラー５２及びサンプル水クーラー５０を順に通過して冷却されたサンプル水の水質を計測するように構成されている。水質監視計器５３は、例えばサンプル水のｐＨを計測するｐＨ計、サンプル水のＴＤＳを計測するＴＤＳ計若しくはその他の計測機器又はそれらの組み合わせであってもよい。

【0025】

上記サンプリング装置４６によれば、サンプル水抽出ライン４８におけるサンプル水クーラー５０の上流側に設けたプレクーラー５２でサンプル水を冷却することにより、サンプル水クーラー５０の入口８８におけるサンプル水の温度を低下させることができる。冷却水には、温度が下がるほど水への溶解度が高くなる成分（例えば炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウム等）が含有されているため、プレクーラー５２を設けてサンプル水クーラー５０の入口８８におけるサンプル水の温度を低下させることにより、サンプル水クーラー５０の第１伝熱管５６の表面におけるスケールの析出を抑制することができる。これにより、第１伝熱管５６の表面におけるスケールの付着速度を下げてスケールの付着量の増大を抑制することができる。したがって、スケールに起因する第１伝熱管５６の破損を抑制し、第１伝熱管５６からのサンプル水のリークを抑制することができる。また、スケールを除去する清掃作業の負荷を軽減することができる。

【0026】

また、上記サンプリング装置４６では、プレクーラー５２における冷却水流路５８の容積に占める第２伝熱管６０の体積の割合Ｖｐｓ／Ｖｐｃが、サンプル水クーラー５０における冷却水流路５４の容積に占める第１伝熱管５６の体積の割合Ｖｓｓ／Ｖｓｃよりも小さくなっているため、プレクーラー５２の冷却水流路５８は、サンプル水クーラー５０の冷却水流路５４よりも冷却水の滞留が生じにくくなっている。このため、第２伝熱管６０の表面に局所的な高温部が形成されることを抑制することができ、サンプル水を比較的均一に冷却することができるため、第２伝熱管６０の表面におけるスケールの析出を抑制することができる。

【0027】

このように、サンプル水抽出ライン４８におけるサンプル水の温度がスケールの析出しやすい高温条件となる上流側のプレクーラー５２には、サンプル水クーラー５０よりもスケールが析出しにくい構造（Ｖｐｓ／Ｖｐｃ＜Ｖｓｓ／Ｖｓｃを満たす構造）を採用し、プレクーラー５２によって温度がある程度下がったサンプル水が流入する下流側のサンプル水クーラー５０には、大きな熱交換量を得やすい構造（Ｖｐｓ／Ｖｐｃ＜Ｖｓｓ／Ｖｓｃを満たす構造）を採用することにより、サンプル水クーラー５０の第１伝熱管５６の表面におけるスケールの析出だけでなくプレクーラー５２の第２伝熱管６０の表面におけるスケールの析出も抑制しつつ、サンプル水クーラー５０とプレクーラー５２によってサンプル水の温度を大幅に低下させてサンプル水を安全にサンプリングすることができる。

【0028】

また、図３に示す例では、プレクーラー５２の第２伝熱管６０はＵ字状の簡素な構造の伝熱管部６０ａにより構成されているため、螺旋状の複雑な構造の伝熱管部５６ａを有するサンプル水クーラー５０と比較して、プレクーラー５２の冷却水流路５８における冷却水の流れの偏り（偏流）が生じにくい。このため、プレクーラー５２の第２伝熱管６０の表面全体に冷却水を比較的均一に流すことができ、上記のように第２伝熱管６０の表面に局所的な高音部が形成されにくいため、第２伝熱管６０の表面におけるスケールの析出を効果的に抑制することができる。また、プレクーラー５２は偏流発生が少ない単純な構造であるため、清掃が容易であり、清掃作業の負荷を低減することができる。

【0029】

また、本願発明者の知見によれば、冷却水が炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムの少なくとも一方を含む場合、サンプル水クーラーの入口におけるサンプル水の温度が３００℃を超えると、第１伝熱管５６の表面におけるスケールの析出速度の上昇にともなって第１伝熱管５６の表面におけるスケールの付着量が顕著に増大しやすい。

【0030】

この点、上記サンプリング装置４６では、サンプル水抽出ライン４８におけるプレクーラー５２の入口７０ではサンプル水の温度は３００℃以上であり、プレクーラー５２を設けることで、プレクーラー５２の出口７２におけるサンプル水の温度（すなわちサンプル水クーラー５０の入口６２におけるサンプル水の温度）を３００℃以下に低下させている。これにより、冷却水が含有する炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムに起因するスケールが第１伝熱管５６の表面に析出することを効果的に抑制することができる。

【0031】

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

【0032】

例えば図３に示すサンプリング装置４６に適用するサンプル水クーラー５０として、図４に示すような浸漬二重巻き式のサンプル水クーラー５０を用いてもよい。図４に示すサンプル水クーラー５０の各構成において、図３を用いて説明したサンプル水クーラー５０の各構成と同一の機能を有するものについては同一の符号を付して共通の説明を省略する。

【0033】

図４に示すサンプル水クーラー５０の第１伝熱管５６は、第１の螺旋半径を有する螺旋状の内周側伝熱管部５６ｉと、内周側伝熱管部５６ｉの外周側に配置され、第１の螺旋半径よりも大きい第２の螺旋半径を有する螺旋状の外周側伝熱管部５６ｏとを含む２重巻きの螺旋構造を有している。

【0034】

図４に示す例では、サンプル水クーラー５０は、容器６６の長手方向における一端側に挿通された冷却水導入管８０と、冷却水導入管８０の外周側に冷却水導入管８０と同軸に設けられた筒状の内筒壁８２とを含み、容器６６と冷却水導入管８０と内筒壁８２とによって冷却水流路５４が画定されている。冷却水導入管８０の軸方向と内筒壁８２の軸方向とは、容器６６の長手方向に一致している。内周側伝熱管部５６ｉは冷却水導入管８０の外周面と内筒壁８２の内周面との間に配置され、外周側伝熱管部５６ｏは内筒壁８２の外周面と容器６６の内面との間に配置される。

【0035】

容器６６の内面と冷却水導入管８０の先端との間には隙間８４が設けられており、冷却水導入管８０を容器６６の長手方向に沿って流れた冷却水は隙間８４で流れの向きを反転させ、冷却水導入管８０と内筒壁８２との間を容器６６の長手方向に沿って流れる。
内筒壁８２は容器６６の長手方向における他端から上記一端に向けて延在しており、容器６６の内面と内筒壁８２の先端との間には隙間８６が設けられている。冷却水導入管８０と内筒壁８２との間を容器６６の長手方向に沿って流れた冷却水は、隙間８６で流れの向きを反転させ、内筒壁８２の外周面と容器６６の内面との間を容器６６の長手方向に沿って流れた後、容器６６の長手方向における上記他端側に設けられた出口６４から排出される。

【0036】

図４に示す例では、サンプル水クーラー５０におけるサンプル水の入口８８及び出口９０は、容器６６の長手方向における他端側に設けられている。サンプル水抽出ライン４８によって抽出されたサンプル水は、サンプル水クーラー５０の入口８８を通って、外周側伝熱管部５６ｏの一端に流入し、外周側伝熱管部５６ｏの他端へ流れる。外周側伝熱管部５６ｏの他端と内周側伝熱管部５６ｉの一端とは接続しており、外周側伝熱管部５６ｏの他端へ流れたサンプル水は、内周側伝熱管部５６ｉの一端から内周側伝熱管部５６ｉの他端へ流れて、サンプル水クーラー５０の出口９０から排出される。

【0037】

幾つかの実施形態では、図３に示すサンプリング装置４６におけるプレクーラー５２に代えて、図５に例示するような第２伝熱管６０を備えるプレクーラー５２を用いてもよい。図５に示すプレクーラー５２の各構成において、図３を用いて説明したプレクーラー５２の各構成と同一の機能を有するものについては同一の符号を付して共通の説明を省略する。

【0038】

図５に例示するプレクーラー５２では、第２伝熱管６０は、入口側ヘッダ９２と、出口側ヘッダ９４と、入口側ヘッダ９２と出口側ヘッダ９４とを接続する複数の伝熱管部６０ｓとを含む。複数の伝熱管部６０ｓの各々は、容器７４の長手方向に沿って直線状に延在している。

【0039】

図示する例では、サンプル水クーラー５０におけるサンプル水の入口７６（第２伝熱管６０の入口）は容器７４の長手方向における一端側に形成され、サンプル水クーラー５０におけるサンプル水の出口７８（第２伝熱管６０の出口）は容器７４の長手方向における他端側に形成されている。また、冷却水流路５８の入口７０は容器７４の長手方向における上記他端側に形成され、冷却水流路５８出口７２は容器７４の長手方向における上記一端側に形成されている。

【0040】

なお、サンプル水クーラー及びプレクーラーの具体的構成は、上述した幾つかの例に限らない。サンプル水クーラー及びプレクーラーの具体的構成によらず、プレクーラーにおける冷却水流路の容積に占める第２伝熱管の体積の割合Ｖｐｓ／Ｖｐｃを、サンプル水クーラーにおける冷却水流路の容積に占める第１伝熱管の体積の割合Ｖｓｓ／Ｖｓｃよりも小さくすることにより、第１伝熱管５６の表面におけるスケールの析出を抑制しつつ、第１伝熱管５６よりも高温のサンプル水が流れる第２伝熱管６０の表面におけるスケールの析出も抑制することができる。

【0041】

なお、上述した幾つかの実施形態では、プレクーラー５２は、冷却水が流れる冷却水流路５８と、冷却水流路５８内に配置され、サンプル水抽出ライン４８によって抽出されたサンプル水が流れる第２伝熱管６０とを備えていた。しかしながら、プレクーラーは、冷却水以外の冷熱媒体（例えば冷却用空気等）を用いてサンプル水を冷却するように構成されていてもよい。すなわち、プレクーラーは、冷熱媒体が流れる冷熱媒体流路と、冷熱媒体流路内に配置され、サンプル水抽出ラインによって抽出されたサンプル水が流れる第２伝熱管と、を含んでいればよい。

【0042】

また、サンプル水クーラーで使用する冷却水は、スケールの原因となる難溶性物質である炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムの両方を含んでいてもよいし、炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムのうち一方のみを含有してもよい。すなわち、炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムのうち少なくとも一方を含有していてもよい。また、炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムに限らず、水温が高くなるにつれて水に対する溶解度が小さくなる難溶性物質を冷却水が含んでいる場合に、上記サンプリング装置を好適に使用することができる。

【0043】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0044】

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るサンプリング装置（例えば上述のサンプリング装置４６）は、
ボイラ（例えば上述のボイラ３）に供給される給水又は前記ボイラで発生する蒸気をサンプリングするためのサンプリング装置であって、
前記ボイラに供給される給水又は前記ボイラで発生する蒸気からサンプル水を抽出するように構成されたサンプル水抽出ライン（例えば上述のサンプル水抽出ライン４８）と、
冷却水が流れる冷却水流路と、前記冷却水流路内に配置され、前記サンプル水抽出ラインによって抽出された前記サンプル水が流れる第１伝熱管と、を含むサンプル水クーラーと、
前記サンプル水抽出ラインにおける前記サンプル水クーラーよりも上流側に設けられたプレクーラーであって、冷熱媒体が流れる冷熱媒体流路と、前記冷熱媒体流路内に配置され、前記サンプル水抽出ラインによって抽出された前記サンプル水が流れる第２伝熱管と、を含むプレクーラーと、
を備える。

【0045】

上記（１）に記載のサンプリング装置によれば、サンプル水抽出ラインにおけるサンプル水クーラーの上流側に設けたプレクーラーでサンプル水を冷却することにより、サンプル水クーラーの入口におけるサンプル水の温度を低下させることができる。冷却水には、温度が下がるほど水への溶解度が高くなる成分（例えば炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウム等）が存在するため、プレクーラーを設けてサンプル水クーラーの入口におけるサンプル水の温度を低下させることにより、サンプル水クーラーの第１伝熱管の表面におけるスケールの析出を抑制することができる。これにより、第１伝熱管の表面におけるスケールの付着速度を下げてスケールの付着量の増大を抑制することができる。したがって、スケールに起因する第１伝熱管の破損を抑制することができ、第１伝熱管からのサンプル水のリークを抑制することができる。

【0046】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のサンプリング装置において、
前記サンプル水クーラーにおける前記第１伝熱管の体積をＶｓｓ、前記サンプル水クーラーにおける前記冷却水流路の容積をＶｓｃ、前記プレクーラーにおける前記第２伝熱管の体積をＶｐｓ、前記プレクーラーにおける前記冷熱媒体流路の容積をＶｐｃとすると、前記サンプル水クーラーと前記プレクーラーとは、Ｖｐｓ／Ｖｐｃ＜Ｖｓｓ／Ｖｓｃを満たすように構成される。

【0047】

上記（２）に記載のサンプリング装置では、プレクーラーにおける冷却媒体流路の容積に占める第２伝熱管の体積の割合Ｖｐｓ／Ｖｐｃが、サンプル水クーラーにおける冷却水流路の容積に占める第１伝熱管の体積の割合Ｖｓｓ／Ｖｓｃよりも小さくなっており、これにより、プレクーラーの冷却媒体流路は、サンプル水クーラーの冷却水流路よりも冷却水の滞留が生じにくくなっている。このため、第２伝熱管の表面に局所的な高温部が形成されることを抑制することができ、サンプル水を比較的均一に冷却することができるため、第２伝熱管の表面におけるスケールの析出を抑制することができる。
このように、サンプル水抽出ラインにおけるサンプル水の温度がスケールの析出しやすい高温条件となる上流側のプレクーラーには、サンプル水クーラーよりもスケールが析出しにくい構造（Ｖｐｓ／Ｖｐｃ＜Ｖｓｓ／Ｖｓｃを満たす構造）を採用し、プレクーラーによって温度がある程度下がったサンプル水が流入する下流側のサンプル水クーラーには、大きな熱交換量を得やすい構造（Ｖｐｓ／Ｖｐｃ＜Ｖｓｓ／Ｖｓｃを満たす構造）を採用することにより、サンプル水クーラーの伝熱管の表面におけるスケールの析出だけでなくプレクーラーの表面におけるスケールの析出も抑制しつつ、サンプル水クーラーとプレクーラーによってサンプル水の温度を大幅に低下させることができる。

【0048】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のサンプリング装置において、
前記冷熱媒体は前記冷却水である。

【0049】

上記（３）に記載のサンプリング装置によれば、プレクーラーで使用する冷却媒体とサンプル水クーラーで使用する冷却水とを共通化することができる。

【0050】

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載のサンプリング装置において、
前記冷却水は、炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムの少なくとも一方を含有する。

【0051】

炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムは水温が下がるほど水への溶解度が高くなる傾向を有している。このため、上記（４）に記載のサンプリング装置によれば、プレクーラーによってサンプル水クーラーの入口の温度を下げることにより、炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムのうち少なくとも一方に起因するスケールがサンプル水クーラーの第１伝熱管の表面に析出することを抑制することができる。

【0052】

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のサンプリング装置において、
前記サンプル水抽出ラインにおける前記プレクーラーの入口の温度は、３００度以上である。

【0053】

冷却水が炭酸カルシウム及びケイ酸マグネシウムの少なくとも一方を含む場合、サンプル水クーラーの入口におけるサンプル水の温度が３００℃を超えると、第１伝熱管の表面におけるスケールの析出速度の上昇にともなって第１伝熱管の表面におけるスケールの付着量が顕著に増大しやすい。
このため、上記（５）に記載のように３００℃以上のサンプル水をサンプル水クーラーに入れる前にプレクーラーで冷却させることにより、サンプル水クーラーの第１伝熱管の表面におけるスケールの析出を効果的に抑制することができる。

【0054】

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかに記載のサンプリング装置において、
前記サンプル水クーラーの前記第１伝熱管は、螺旋状の伝熱管部（例えば上述の伝熱管部５６ａ，５６ｉ，５６ｏ）を含み、前記プレクーラーの前記第２伝熱管は、Ｕ字状又は直線状の伝熱管部（例えば上述の伝熱管部６０ａ，６０ｓ）を含む。

【0055】

上記（６）に記載のサンプリング装置によれば、サンプル水抽出ラインにおけるサンプル水の温度がスケールが析出しやすい高温条件となる上流側のプレクーラには、サンプル水クーラーよりもスケールが析出しにくいシンプルな構造（Ｕ字状又は直線状の伝熱管部を含む構造）を採用し、プレクーラーによって温度をある程度下げられたサンプル水が流入する下流側のサンプル水クーラーには、大きな熱交換量を得やすい構造（螺旋状の伝熱管部を含む構造）を採用することにより、サンプル水クーラーの伝熱管の表面におけるスケールの析出だけでなくプレクーラーの表面におけるスケールの析出も抑制しつつ、サンプル水クーラーとプレクーラーによってサンプル水の温度を大幅に低下させてサンプル水を安全にサンプリングすることができる。

【0056】

（７）本開示の少なくとも一実施形態に係るボイラプラント（例えば上述のボイラプラント２）は、
ボイラ（例えば上述のボイラ３）と、上記（１）乃至（６）の何れか１項に記載のサンプリング装置（例えば上述のサンプリング装置４６）と、を備える。

【0057】

上記（７）に記載のボイラプラントによれば、上記（１）乃至（６）の何れかに記載のサンプリング装置を備えるため、サンプル水クーラーの第１伝熱管の表面におけるスケールの析出を抑制することができる。これにより、スケールに起因する第１伝熱管の破損を抑制することができ、第１伝熱管からのサンプル水のリークを抑制することができる。

【符号の説明】

【0058】

２ ボイラプラント
３ ボイラ
４ 蒸気タービン
４ａ 高圧段
４ｂ 低圧段
５ 給水ライン
６ 蒸気ライン
８ 復水器
１０ 復水ポンプ
１２ 低圧給水加熱器
１４ 脱気器
１６ ボイラ給水ポンプ
１８ 高圧給水加熱器
２０ 節炭器
２２ 蒸気ドラム
２４ 過熱器
２６ 再熱器
３０ 機器
３２ 冷却塔
３４ 冷却水供給ライン
３６ 冷却水回収ライン
３８ ブロー水ライン
４０ 補給水ライン
４２ オーバーフローライン
４４ 冷却水ポンプ
４６ サンプリング装置
４８ サンプル水抽出ライン
５０ サンプル水クーラー
５２ プレクーラー
５３ 水質監視計器
５４，５８ 冷却水流路
５６ 第１伝熱管
５６ 伝熱管部
５６ｉ 内周側伝熱管部
５６ｏ 外周側伝熱管部
６０ 第２伝熱管
６０ａ 伝熱管部
６２，７０，７６，８８ 入口
６４，７２，７８，９０ 出口
６６，７４ 容器
８０ 冷却水導入管
８２ 内筒壁
８４，８６ 隙間
９２ 入口側ヘッダ
９４ 出口側ヘッダ

【要約】

【課題】サンプル水クーラーの伝熱管の表面におけるスケールの析出を抑制することができるサンプリング装置を提供する。
【解決手段】ボイラに供給される給水又はボイラで発生する蒸気をサンプリングするためのサンプリング装置であって、ボイラに供給する給水又はボイラで発生する蒸気からサンプル水を抽出するサンプル水抽出ラインと、冷却水が流れる冷却水流路と、冷却水流路内に配置され、サンプル水抽出ラインによって抽出されたサンプル水が流れる第１伝熱管と、を含むサンプル水クーラーと、サンプル水抽出ラインにおけるサンプル水クーラーよりも上流側に設けられたプレクーラーであって、冷熱媒体が流れる冷熱媒体流路と、冷熱媒体流路内に配置され、サンプル水抽出ラインによって抽出されたサンプル水が流れる第２伝熱管と、を含むプレクーラーと、を備える。
【選択図】 図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】