特許 7478497 配管劣化診断装置

(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】2024-04-24

(45)【発行日】2024-05-07

(54)【発明の名称】配管劣化診断装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 13/00 20190101AFI20240425BHJP

【ＦＩ】

G01M13/00

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2024019394

(22)【出願日】2024-02-13

【審査請求日】2024-02-13

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000137889

【氏名又は名称】株式会社ミヤワキ

(74)【代理人】

【識別番号】110004303

【氏名又は名称】弁理士法人三協国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉川 成雄

【審査官】森口 正治

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２４１３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０９２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１０９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９０８２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ１３／００－９９／００

Ｇ０１Ｈ１／００－１７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気が流れる配管の劣化を診断する配管劣化診断装置であって、
診断対象である配管に蒸気を流すことによって生じる前記配管の振動を検知し、当該振動に応じたアナログ信号を出力する振動センサと、
前記アナログ信号を増幅して出力する、ゲインが可変の増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号をディジタル信号に変換する、所定のダイナミックレンジを有するＡＤ変換回路と、
前記蒸気の流量を示す流量情報と、前記ディジタル信号で示される振動値とに基づいて、前記配管の劣化を診断する診断部と、
前記ゲインを設定するゲイン設定部と、
を備え、
前記ゲイン設定部は、前記配管が劣化する前に実行する初期設定において前記ゲインを設定することにより、基準流量の蒸気を前記配管に流したときの前記振動値を、前記ダイナミックレンジの中央値に設定する、
配管劣化診断装置。

【請求項2】

前記配管が劣化する前の前記流量と前記振動値との関係を示す正常特性の特性情報を記憶する記憶部をさらに備え、
前記診断部は、前記診断において、
前記振動値が前記正常特性未満である場合には、前記配管の劣化の要因として前記配管の内面の腐食を特定し、
前記振動値が前記正常特性超である場合には、前記配管の劣化の要因として前記配管の内面へのスケールの沈着を特定する、
請求項１に記載の配管劣化診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配管劣化診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気配管系を備えたプラント等においては、熱交換又は放熱等によって配管系内に復水（ドレン）が生じることがある。この復水を配管系内に滞留させると運転効率が低下する原因となるため、一般には、配管系の適所にスチームトラップを設置し、このスチームトラップによって復水を配管系の外部に排出するようにしている。

【0003】

経年劣化又は作動不良等によってスチームトラップのシール性能が損なわれると、蒸気配管系内の蒸気がスチームトラップを介して外部に漏出し、無駄な蒸気損失を招くこととなる。そのため、１年に１回等の定期的に、スチームトラップの状態を点検する作業が行われる。

【0004】

下記特許文献１には、スチームトラップの状態を診断するための計測装置及び診断装置が開示されている。計測装置は可搬型の計測装置であり、診断装置はタブレット端末又はノートパソコン等であり、計測装置と診断装置とは相互に無線通信が可能である。計測装置は、各スチームトラップの表面温度を計測する温度センサと、各スチームトラップの振動強度を計測する振動センサと、温度センサ及び振動センサから出力された計測データを記憶する記憶部と、当該計測データを診断装置に送信する通信部と、表示部とを備えている。診断装置は、計測装置から受信した計測データに基づいて各スチームトラップの状態（正常又は異常）を診断し、その診断の結果を示す診断データを計測装置に送信する。計測装置は、診断装置から受信した診断データに基づいて、各スチームトラップに関する診断の結果を表示部に表示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－８４４１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

背景技術に係る診断装置によると、スチームトラップの劣化状態を診断することはできるが、蒸気が流れる配管の劣化状態を診断することはできない。

【0007】

本発明は、蒸気が流れる配管の劣化を診断することが可能な診断装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１態様に係る診断装置は、蒸気が流れる配管の劣化を診断する配管劣化診断装置であって、診断対象である配管に蒸気を流すことによって生じる前記配管の振動を検知し、当該振動に応じたアナログ信号を出力する振動センサと、前記アナログ信号を増幅して出力する、ゲインが可変の増幅回路と、前記増幅回路の出力信号をディジタル信号に変換する、所定のダイナミックレンジを有するＡＤ変換回路と、前記蒸気の流量を示す流量情報と、前記ディジタル信号で示される振動値とに基づいて、前記配管の劣化を診断する診断部と、前記ゲインを設定するゲイン設定部と、を備え、前記ゲイン設定部は、前記配管が劣化する前に実行する初期設定において前記ゲインを設定することにより、基準流量の蒸気を前記配管に流したときの前記振動値を、前記ダイナミックレンジの中央値に設定する。

【0009】

第１態様によれば、蒸気の流量を示す流量情報と、ディジタル信号で示される振動値とに基づいて、配管の劣化を診断することができる。また、ゲイン設定部は、基準流量の蒸気を配管に流したときの振動値がダイナミックレンジの中央値となるようにゲインを設定するため、振動値が正常値より低下する態様の配管の劣化、及び、振動値が正常値より増大する態様の配管の劣化の双方を検出することができる。

【0010】

本発明の第２態様に係る診断装置は、第１態様において、前記配管が劣化する前の前記流量と前記振動値との関係を示す正常特性の特性情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記診断部は、前記診断において、前記振動値が前記正常特性未満である場合には、前記配管の劣化の要因として前記配管の内面の腐食を特定し、前記振動値が前記正常特性超である場合には、前記配管の劣化の要因として前記配管の内面へのスケールの沈着を特定する。

【0011】

第２態様によれば、配管の劣化要因として、配管の内面の腐食、及び、配管の内面へのスケールの沈着の双方を検出することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、蒸気が流れる配管の劣化を診断することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る配管劣化診断装置の構成を簡略化して示す図である。

【図2A】劣化した配管の内部状態を模式的に示す断面図である。

【図2B】劣化した配管の内部状態を模式的に示す断面図である。

【図3】初期設定時において配管劣化診断装置が実行する動作を示すフローチャートである。

【図4】流量と振動値との関係を示す図である。

【図5】実運用時において配管劣化診断装置が実行する動作を示すフローチャートである。

【図6】流量と振動値との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

【0015】

図１は、本発明の実施形態に係る配管劣化診断装置１の構成を簡略化して示す図である。図１には、配管劣化診断装置１の構成とともに、診断対象である配管１００の断面図を示している。配管劣化診断装置１は、蒸気配管系を備えたプラント等において、蒸気が流れる配管１００の経時劣化を診断する。配管劣化診断装置１は、診断対象である配管１００に固定的に設置されても良いし、作業者による持ち運びが可能な可搬型の診断装置として構成されても良い。

【0016】

図２Ａ及び図２Ｂは、劣化した配管１００の内部状態を模式的に示す断面図である。配管１００には、不純物の多い工業用水を用いて生成された蒸気が流されることがあるため、長期間の使用によって配管１００は経時劣化する。図２Ａには、配管１００の内面が腐食して内面全体に腐食層２０１が形成された劣化態様を示している。図２Ｂには、配管１００の内面に部分的にスケール２０２が沈着した劣化態様を示している。スケール２０２は、水に溶解していたイオン等が析出したもので、代表的な成分としては、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）又はタルク（Ｍｇ_３Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２）等が挙げられる。

【0017】

配管１００内に蒸気が流れると配管１００は振動し、単位時間あたりの蒸気の流量（つまり流速）が大きいほど配管１００の振動値も大きくなる。配管１００の内面全体に腐食層２０１が形成されると（図２Ａ）、実質的に配管１００の内径が小さくなるため、配管１００内を流れる蒸気の流量に応じた振動値は、劣化前より低下する傾向が強い。一方、配管１００の内面に局所的にスケール２０２が沈着すると（図２Ｂ）、配管１００内を流れる蒸気の流量に応じた振動値は、劣化前より増大する傾向が強い。なお、一旦形成された腐食層２０１は自然には除去されないが、配管１００の内面にスケール２０２が沈着しても、配管１００内を流れる蒸気の圧力によってスケール２０２が剥がれて除去される場合もある。

【0018】

図１を参照して、配管劣化診断装置１は、振動センサ１１、増幅回路１２、制御回路１３、通信部１４、表示部１５、及び入力部１６を備える。

【0019】

振動センサ１１には、振動プローブ２０が接続されている。振動プローブ２０は、例えばステンレス製の円筒状パイプの外観形状を有している。振動プローブ２０は、診断対象である配管１００の外面に当接されることによって、配管１００の振動を振動センサ１１に伝達する。

【0020】

振動センサ１１は、例えば圧電型加速度センサを用いて構成される。振動センサ１１は、診断対象である配管１００に蒸気を流すことによって生じる配管１００の振動を、振動プローブ２０を介して検知し、当該振動を電気信号に変換したアナログ信号Ｓ１を出力する。

【0021】

増幅回路１２は、振動センサ１１から入力されたアナログ信号Ｓ１を増幅することにより、増幅されたアナログ信号Ｓ２を出力する。増幅回路１２は、図略の可変抵抗を有し、設定情報Ｄ４に基づいて可変抵抗の抵抗値を調整することにより、アナログ信号Ｓ１を増幅する際のゲイン（増幅度）を可変に設定可能である。

【0022】

制御回路１３は、マイクロコントローラ等を用いて構成される。制御回路１３は、ＡＤ変換回路３１、データ処理部３２、及び記憶部３３を有する。

【0023】

ＡＤ変換回路３１は、増幅回路１２の出力信号であるアナログ信号Ｓ２をディジタル信号Ｄ１に変換する。ＡＤ変換回路３１は、振動値の階調数に相当する所定のダイナミックレンジＤＲを有する。本実施形態の例では、ダイナミックレンジＤＲは、最小値の振動値Ｌ１から最大値の振動値Ｌ４００までの４００階調に相当する。この例の場合、ダイナミックレンジＤＲの中央値は振動値Ｌ２００となる。

【0024】

データ処理部３２は、ＣＰＵ等のプロセッサを用いて構成される。データ処理部３２は、プロセッサがプログラムを実行することによって実現される機能として、設定部４１及び診断部４２を有する。

【0025】

設定部４１は、増幅回路１２のゲインを設定するゲイン設定部として機能する。設定部４１は、配管１００が劣化する前に初期設定を実行する。初期設定において設定部４１は、基準流量Ｑ０の蒸気を配管１００に流したときの振動値が、ＡＤ変換回路３１のダイナミックレンジＤＲの中央値（振動値Ｌ２００）となるように、増幅回路１２のゲインを設定する。基準流量Ｑ０は、実運用時に配管１００に流すことが想定される蒸気の流量であり、ユーザによって所望値に設定可能である。

【0026】

また、設定部４１は、増幅回路１２のゲインの設定が完了した後、配管１００が劣化する前の複数の流量Ｑと複数の振動値Ｌとの対応関係を示す正常特性Ｋ０を生成する。設定部４１は、生成した正常特性Ｋ０を示す特性情報Ｄ３を、記憶部３３に記憶する。

【0027】

診断部４２は、実運用時に配管１００に流す蒸気の流量Ｑを示す流量情報Ｄ２と、実運用時にＡＤ変換回路３１から取得したディジタル信号Ｄ１で示される配管１００の振動値Ｌと、記憶部３３から読み出した特性情報Ｄ３とに基づいて、配管１００の経時劣化を診断する。

【0028】

入力部１６は、任意の入力装置を用いて構成され、ユーザによって入力された流量Ｑの設定値に基づいて、当該流量Ｑを示す流量情報Ｄ２を生成する。流量Ｑは、基準流量Ｑ０又は実運用時の流量Ｑ１を含む。

【0029】

診断部４２は、診断において、振動値Ｌが正常特性Ｋ０未満である場合には、配管１００の劣化の要因として配管１００の内面の腐食を特定し、振動値Ｌが正常特性Ｋ０超である場合には、配管１００の劣化の要因として配管１００の内面へのスケール２０２の沈着を特定する。診断部４２は、診断結果を表示部１５に表示する。診断部４２は、診断結果を通信部１４から外部の管理装置に送信しても良い。管理装置は、クラウドサーバ又はオンプレミスサーバ等であっても良い。なお、表示部１５及び入力部１６は、配管劣化診断装置１に代えて管理装置が備えても良い。

【0030】

図３は、初期設定時において配管劣化診断装置１が実行する動作を示すフローチャートである。

【0031】

まずステップＳＰ１１において設定部４１は、基準流量Ｑ０の設定値を示す流量情報Ｄ２を、入力部１６から取得する。

【0032】

次にステップＳＰ１２において設定部４１は、設定情報Ｄ４によって増幅回路１２のゲインを任意に設定する。

【0033】

振動センサ１１は、配管１００に基準流量Ｑ０の蒸気を流すことによって生じる配管１００の振動を、振動プローブ２０を介して検知し、当該振動を電気信号に変換したアナログ信号Ｓ１を出力する。増幅回路１２は、振動センサ１１から入力されたアナログ信号Ｓ１を、ステップＳＰ１２で設定されたゲインで増幅することにより、増幅されたアナログ信号Ｓ２を出力する。

【0034】

次にステップＳＰ１３において制御回路１３は、増幅回路１２からアナログ信号Ｓ２を取得する。

【0035】

次にステップＳＰ１４においてＡＤ変換回路３１は、ステップＳＰ１３で取得されたアナログ信号Ｓ２をディジタル信号Ｄ１に変換する。

【0036】

次にステップＳＰ１５において設定部４１は、ディジタル信号Ｄ１で示される振動値Ｌが、ＡＤ変換回路３１のダイナミックレンジＤＲの中央値（振動値Ｌ２００）に一致するか否かを判定する。

【0037】

振動値Ｌが中央値に一致しない場合（ステップＳＰ１５：ＮＯ）は、次にステップＳＰ１６において設定部４１は、振動値Ｌが中央値より大きいか否かを判定する。

【0038】

振動値Ｌが中央値より大きい場合（ステップＳＰ１６：ＹＥＳ）は、次にステップＳＰ１７において設定部４１は、設定情報Ｄ４によって増幅回路１２のゲインを一定割合又は一定レベルだけ下げる。その後、ステップＳＰ１３以降の処理を繰り返し実行する。

【0039】

振動値Ｌが中央値より小さい場合（ステップＳＰ１６：ＮＯ）は、次にステップＳＰ１８において設定部４１は、設定情報Ｄ４によって増幅回路１２のゲインを一定割合又は一定レベルだけ上げる。その後、ステップＳＰ１３以降の処理を繰り返し実行する。

【0040】

図４は、流量Ｑと振動値Ｌとの関係を示す図である。配管１００の振動値Ｌは、流量Ｑの増加に伴って二次関数的又は指数関数的に増大する。特性Ｋ１は、正常特性Ｋ０に相当するゲインよりも過大なゲインが設定された時の特性である。特性Ｋ２は、正常特性Ｋ０に相当するゲインよりも過小なゲインが設定された時の特性である。

【0041】

振動値Ｌが中央値（振動値Ｌ２００）より大きい例えば振動値Ｌ２８０である場合、設定部４１は、矢印Ａ１で示すように、設定情報Ｄ４によって増幅回路１２のゲインを一定割合又は一定レベルだけ下げる。

【0042】

振動値Ｌが中央値（振動値Ｌ２００）より小さい例えば振動値Ｌ１７０である場合、設定部４１は、矢印Ａ２で示すように、設定情報Ｄ４によって増幅回路１２のゲインを一定割合又は一定レベルだけ上げる。

【0043】

このようなゲインの再設定処理を繰り返し実行することにより、やがて振動値Ｌは中央値（振動値Ｌ２００）に一致する。

【0044】

振動値Ｌが中央値に一致する場合（ステップＳＰ１５：ＹＥＳ）は、次にステップＳＰ１９において設定部４１は、増幅回路１２のゲインをその時の設定値に固定し、流量Ｑを様々に変化させて各流量Ｑに対応する振動値Ｌをプロットすることにより、正常特性Ｋ０を生成する。設定部４１は、生成した正常特性Ｋ０を示す特性情報Ｄ３を、記憶部３３に記憶する。

【0045】

図５は、実運用時において配管劣化診断装置１が実行する動作を示すフローチャートである。

【0046】

まずステップＳＰ２１において診断部４２は、実運用時の流量Ｑ１の設定値を示す流量情報Ｄ２を、入力部１６から取得する。

【0047】

次にステップＳＰ２２において診断部４２は、記憶部３３から特性情報Ｄ３を読み出すことによって取得する。

【0048】

振動センサ１１は、配管１００に流量Ｑ１の蒸気を流すことによって生じる配管１００の振動を、振動プローブ２０を介して検知し、当該振動を電気信号に変換したアナログ信号Ｓ１を出力する。増幅回路１２は、振動センサ１１から入力されたアナログ信号Ｓ１を、初期設定で設定されたゲインで増幅することにより、増幅されたアナログ信号Ｓ２を出力する。

【0049】

次にステップＳＰ２３において制御回路１３は、増幅回路１２からアナログ信号Ｓ２を取得する。

【0050】

次にステップＳＰ２４においてＡＤ変換回路３１は、ステップＳＰ２３で取得されたアナログ信号Ｓ２をディジタル信号Ｄ１に変換する。

【0051】

次にステップＳＰ２５において診断部４２は、ディジタル信号Ｄ１で示される振動値Ｘが、流量Ｑ１に応じた正常特性Ｋ０上の振動値Ｌに一致するか否かを判定する。

【0052】

振動値Ｘが正常特性Ｋ０上の振動値Ｌに一致する場合（ステップＳＰ２５：ＹＥＳ）は、次にステップＳＰ２６において診断部４２は、配管１００に劣化は生じていないと判定する。

【0053】

振動値Ｘが正常特性Ｋ０上の振動値Ｌに一致しない場合（ステップＳＰ２５：ＮＯ）は、次にステップＳＰ２７において診断部４２は、振動値Ｘが正常特性Ｋ０上の振動値Ｌより大きいか否かを判定する。

【0054】

振動値Ｘが正常特性Ｋ０上の振動値Ｌより大きい場合（ステップＳＰ２７：ＹＥＳ）は、次にステップＳＰ２８において診断部４２は、配管１００が劣化しており、その劣化の要因が配管１００の内面へのスケール２０２の沈着であることを特定する。

【0055】

振動値Ｘが正常特性Ｋ０上の振動値Ｌより小さい場合（ステップＳＰ２７：ＮＯ）は、次にステップＳＰ２９において診断部４２は、配管１００が劣化しており、その劣化の要因が配管１００の内面の腐食であることを特定する。

【0056】

図６は、流量Ｑと振動値Ｘとの関係を示す図である。振動値Ｘ２は、流量Ｑ１に応じた正常特性Ｋ０上の振動値Ｘ１より大きい。この場合、診断部４２は、配管１００の劣化の要因が配管１００の内面へのスケール２０２の沈着であることを特定する。振動値Ｘ３は、流量Ｑ１に応じた正常特性Ｋ０上の振動値Ｘ１より小さい。この場合、診断部４２は、配管１００の劣化の要因が配管１００の内面の腐食であることを特定する。

【0057】

ステップＳＰ２８，ＳＰ２９に続いて、ステップＳＰ３０において診断部４２は、配管１００が劣化していること、及びその劣化の要因を示す劣化情報を、表示部１５に表示する。

【0058】

本実施形態によれば、蒸気の流量Ｑ１を示す流量情報Ｄ２と、ディジタル信号Ｄ１で示される振動値Ｌとに基づいて、配管１００の劣化を診断することができる。また、設定部４１（ゲイン設定部）は、基準流量Ｑ０の蒸気を配管１００に流したときの振動値ＬがダイナミックレンジＤＲの中央値（Ｌ２００）となるように増幅回路１２のゲインを設定するため、振動値が正常値より低下する態様の配管１００の劣化、及び、振動値が正常値より増大する態様の配管１００の劣化の双方を検出することができる。

【0059】

また、本実施形態によれば、配管１００の劣化要因として、配管１００の内面の腐食、及び、配管１００の内面へのスケール２０２の沈着の双方を検出することができる。

【符号の説明】

【0060】

１ 配管劣化診断装置
１１ 振動センサ
１２ 増幅回路
１３ 制御回路
３１ ＡＤ変換回路
３２ データ処理部
３３ 記憶部
４１ 設定部
４２ 診断部
１００ 配管
Ｓ１，Ｓ２ アナログ信号
Ｄ１ ディジタル信号
Ｄ２ 流量情報
Ｄ３ 特性情報
Ｋ０ 正常特性
ＤＲ ダイナミックレンジ
Ｌ（Ｌ１～Ｌ４００） 振動値
Ｑ０ 基準流量
Ｑ１ 流量

【要約】

【課題】蒸気が流れる配管の劣化を診断することが可能な診断装置を得る。
【解決手段】配管劣化診断装置は、診断対象である配管に蒸気を流すことによって生じる前記配管の振動を検知し、当該振動に応じたアナログ信号を出力する振動センサと、前記アナログ信号を増幅して出力する、ゲインが可変の増幅回路と、前記増幅回路の出力信号をディジタル信号に変換する、所定のダイナミックレンジを有するＡＤ変換回路と、前記蒸気の流量を示す流量情報と、前記ディジタル信号で示される振動値とに基づいて、前記配管の劣化を診断する診断部と、前記ゲインを設定するゲイン設定部と、を備え、前記ゲイン設定部は、前記配管が劣化する前に実行する初期設定において前記ゲインを設定することにより、基準流量の蒸気を前記配管に流したときの前記振動値を、前記ダイナミックレンジの中央値に設定する。
【選択図】図１

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】