復水回収システムの開発またはそれに関連した開発

专利摘要:
復水回収システムに、関連蒸気プラントから復水を排出するための複数の排水管路を備えている。各排水管路は、蒸気トラップを組み込んでおり、排水管路と復水受水タンクとの間に延びる共通複数回収管路に給水する。このシステムには、さらに、共通復水回収管路に沿って受水タンクの上流に配置された音響センサを備えており、センサの上流の蒸気トラップの総蒸気損失を表わした音響出力を発生する。
公开号:JP2011513687A
申请号:JP2010548180
申请日:2009-02-27
公开日:2011-04-28
发明作者:クエンティン カーマイケル、リチャード；マイケル；ローランド；アガード ポクズカ、クリストファー；ラマダス、ナイシャル
申请人:スピラックス‐サルコ リミテッド；
IPC主号:F22D11-06

专利说明:

[0001] 本発明は、蒸気プラントから復水を回収するための復水回収システムに関するものであり、また、とりわけ蒸気トラップ保守検査のスケジューリングを最適化するための、こうした復水回収システムにおける蒸気損失を監視するための方法に関するものである。]
背景技術

[0002] 蒸気の形態をなす有用なエネルギを発生し、さまざまな産業用途におけるユースポイントに配給するために蒸気プラントを設けることは周知のところである。]
[0003] 蒸気プラントにおける蒸気はできるだけ乾いた状態に保つことが望ましく、従って、復水は、１つ以上の排水管路を介して主プラント管路の最も低い個所から一般に排出される。プラントからの蒸気損失を制限するため、各排水管路にはそれぞれの蒸気トラップが設けられるが、蒸気トラップは復水を排出し、それと同時に「生」蒸気の漏出を阻止する働きをするのが望ましい。]
[0004] 主プラント管路に復水が存在するのは望ましくないが、それにもかかわらず、高温の復水には有用なエネルギが含まれており、従って、典型的な蒸気プラントでは、排水管路と蒸気トラップは、主プラント管路から復水を排出し（ただし、理想的には生蒸気を排出しない）、プラントでの後続利用に備えて下流ボイラによって排出復水を回収するように設計されたより大規模な復水回収システムの一部を形成することになる。従って、各排水管路は、一般に復水回収管路に給水し、復水回収管路は、さらに１つ以上の下流の受水タンクに給水する。受水タンクは排出復水の一時的な貯蔵装置の働きをし、排出復水はさらに、通常は、必要に応じて受水タンクから下流ボイラの給水タンクにポンプで注入される。]
[0005] 蒸気プラントと復水回収システムの効率的な働きは、蒸気トラップの有効動作に依存しており、従って、蒸気トラップの点検及び保守は極めて重要である。通常は、おそらくはより大規模なシステム監査の一部として、蒸気トラップの詳細な手動保守検査を実施して、欠陥のある蒸気トラップを特定することになる。現在のやりかたは、こうした蒸気トラップ検査を定期的に行うことである。しかしながら、蒸気トラップ検査は、通常は、厳格で、退屈で、多大の時間を要することの多いプロセスであり、従って、検査は一般には６〜１２ヶ月の定期的な間隔で実施されるだけである。このため、最悪の事態を想定すると、欠陥のある蒸気トラップを保守検査で適切に診断する前に６ヶ月以上経過する可能性がある。多数のトラップが蒸気プラントに関連している場合、原理上は、保守検査のインターバルの間にかなりの数のトラップが欠陥を生じることになる可能性がある。]
課題を解決するための手段

[0006] 本発明によれば、関連蒸気プラントからの復水を回収するための複数の排水管路を備え、各排水管路が蒸気トラップを組み込んでおり、かつ、排水管路と復水受水タンクの間に延びる共通復水回収管路に給水するようにしてなり、さらに、共通復水回収管路に沿った受水タンクの上流に配置されて、センサの上流にある前記蒸気トラップのいずれかの総蒸気損失を表わした音響出力を発生する音響センサを備えている、復水回収システムが提供される。]
[0007] このシステムは、各音響センサの音響出力を監視し、音響センサの音響出力とそれぞれの蒸気トラップを通過する蒸気の総量との予め定められた（所定の）関係に基づいて分析することにより、こうした復水回収システムにおける蒸気損失を監視することができるように企図されている。音響出力の分析には、音響出力のパラメータ値と前記所定の関係に基づいて求められたそのパラメータに関する所定の最大しきい値の比較を含むことが可能である。そのパラメータはスペクトルのパラメータであってもよい。パラメータ値がそのパラメータに関する最大しきい値を超えると、保守検査を開始させるために警報信号を発生させてもよい。]
[0008] さらに、復水回収システムにおける蒸気損失のこうした監視によって、蒸気トラップの保守検査及びその結果として生じる蒸気トラップの修理または交換のスケジューリングを最適化し、それにより蒸気プラントの効率を高めることができるように企図されている。従って、こうした復水回収システムにおける２つ以上の蒸気トラップの保守検査のスケジューリング方法には、音響出力を監視して、所定の関係に基づいて分析し、前記分析結果を利用して、センサの上流にあるトラップの保守検査のスケジュールを作成することが含まれる。]
[0009] 復水回収システムには、それぞれ２つ以上の蒸気トラップの下流に配置された複数の音響センサを含むことが可能である。代わりに、蒸気トラップの全てから下流に１つの音響センサを配置することも可能である。]
[0010] 音響センサは、復水受水タンクの入口に近接して配置するのが望ましい。]
[0011] 復水回収システムには、各音響センサの音響出力を分析するための中央プロセッサを含むことが可能であり、各音響センサは、中央プロセッサに操作可能に接続されたそれぞれの受信器に前記音響出力を送るための送信器に操作可能に接続される。]
[0012] 復水回収システムには、後続の検索及び分析に備えて音響出力から導き出されたデータを記憶するための遠隔メモリを含むことが可能であり、各音響センサは、メモリに操作可能に接続されたそれぞれの受信器に前記音響出力を送るための送信器に操作可能に接続される。]
[0013] 各音響センサの音響出力の監視には、音響センサのそれぞれの音響出力を中央プロセッサに送信するステップを含むことが可能であり、音響出力の分析には、前記中央プロセッサを用いて、前記所定の関係に基づいて各音響センサの音響出力の分析を実施するステップを含むことが可能である。]
[0014] 次に、例証として、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行うことにする。]
図面の簡単な説明

[0015] 関連蒸気プラントのための復水回収システムの概略図である。
受水タンクの排水管に配置された音響センサからの音響出力を表わしたグラフである。
図２に示す音響出力から導き出されたさまざまなパワースペクトルを表わしたグラフである。
受水タンクの入口に配置された音響センサからの音響出力を表わしたグラフである。
図４に示す音響出力から導き出されたさまざまなパワースペクトルを表わしたグラフである。] 図２ 図４
実施例

[0016] 図１を参照すると、入口４ａ、４ｂ、４ｃを通じて蒸気が供給される加熱ジャケット３ａ、３ｂ、３ｃを備えた３つのプロセス容器２ａ、２ｂ、２ｃからなる蒸気利用装置を含む産業用ユニットの概略が示されている。復水回収システム１には、関連する加熱ジャケット３ａ、３ｂ、３ｃからの復水を排出するため、この場合は３つの排水管路５ａ、５ｂ、５ｃである複数の排水管路が含まれている。排水管路５ａ、５ｂ、５ｃは、それぞれ、それぞれの加熱ジャケット３ａ、３ｂ、３ｃと下流の受水タンク８に給水する共通復水回収管路７の間に延びている。従って、プロセス容器２ａ、２ｂ、２ｃの動作中、復水は、排水管路５ａ、５ｂ、５ｃを通って排出されて、共通復水回収管路７に、さらには受水タンクへ流入するが、そこに一時的に貯蔵しておいてから、ポンプ９によって復水回収主管路（不図示）まで吸い上げ、次に下流ボイラ（不図示）の給水タンクに送り込んで、その後プラントを（蒸気として）再循環させることが可能である。] 図１
[0017] プラントからの「生蒸気」の損失を制限するため、復水は排水管路５ａ、５ｂ、５ｃによって排出されるので、排水管路５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれに、それぞれの蒸気トラップ６ａ、６ｂ、６ｃが組み込まれる。蒸気トラップ６ａ、６ｂ、６ｃは、それぞれ、システム条件及び所望のトラップ特性に従って選択された任意の適合する従来式蒸気トラップとすることが可能である。]
[0018] 蒸気トラップ６ａ、６ｂ、６ｃは、蒸気を閉じ込める働きをして、プラントからの蒸気が漏出して復水回収管路７に流入することができないように、また、復水回収管路７及び受水タンク８に高温の復水だけしか収容されないようにするのが理想的である。しかしながら、蒸気トラップ６ａ、６ｂ、６ｃの１つ以上が、漏れを生じるかまたは故障して「開く」と、蒸気が復水回収管路７及び受水タンク８に流入することになる。この蒸気は、受水タンク８から放出しなければならず、従って、受水タンク８には、このために排気管８ｂの端部に従来の排出口８ａが設けられている。排出口８ａを介して放出される蒸気が、蒸気／復水ループから完全に抜け出し、従って、この蒸気に含まれるエネルギが「失われる」のは明らかである。]
[0019] 意外にも、典型的な復水回収システムの場合、復水回収管路における蒸気レベルと音響雑音レベルとの間に相関関係があることが分かった。]
[0020] この発見は、試験システムにおけるさまざまなポイントにおける音響雑音レベルを記録するために行われた開発研究に基づくものである。]
[0021] 試験システムは、システムにおける蒸気の漏出をシミュレートし、制御するために、特定の蒸気トラップを選択的にバイパスするように制御弁が取り付けられたという点を除けば、本質的には典型的な復水回収システムに相当する。]
[0022] 音響記録は、Ｅｌｍｓｆｏｒｄ ＮＹ １０５２３ ＵＳＡのＵＥ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．で製造されたＵＰ１００型音響センサを組み込んだ従来のデータ収集システム（ＤＡＱ）を用いて行われた。センサの各試験位置毎に、全閉、四分の一開、半開、四分の三開、及び、全開というバイパス弁の異なる位置について記録が繰り返された。]
[0023] 図２には、試験システムの受水タンクの排気管８ｂで、すなわち、復水回収システム１のほぼ位置Ｂ（図１参照）に相当する位置で収集された生音響雑音データが示されている。図３には、バイパス弁の５つの個別位置のそれぞれについて、生音響データから推定された対応する５つのパワースペクトルが示されている。各場合において、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）が、Ｗｅｌｃｈの方法を用いて推定され、修正ペリオドグラムが、個々のセグメント間の５０％オーバラップを利用し、それぞれの音響信号の８つの異なるセグメントにハミングウィンドウを適用して計算された。] 図１ 図２ 図３
[0024] 図３を参照すると、システムの上流の総蒸気損失と受水タンクの排気管に配置されたセンサの音響出力の間に強い相関関係はない。] 図３
[0025] しかし、試験によって、受水タンクの上流では結果が異なることが明らかにされている。図４には、復水回収システム１に関する図１の位置Ｃにほぼ相当、する受水タンクの入口で収集された生音響雑音データが示されており、一方、図５には対応するパワースペクトル密度が示されている。ＰＳＤは前記と同様にやはりＷｅｌｃｈの方法を用いて推定された。] 図１ 図４ 図５
[0026] 図５には、受水タンクの入口のすぐ近くで、意外にも上流の蒸気損失（実際上、センサの上流にある全ての蒸気トラップの総蒸気損失を表わす）と音響センサが発生する対応する音響信号との間に関連性すなわち相関関係、具体的には音響信号のＰＳＤ関数が存在することが明示されている。上流の蒸気損失と受水タンクの排気管といった復水回収システムの他の部分における音響雑音との間には相関関係が明らかにないことを考えると、この相関関係はなおさら驚くべきことである。] 図５
[0027] 上流の蒸気損失と受水タンクの上流に配置されたセンサの音響出力との間におけるこの相関関係に鑑みて、音響出力の１つ以上のパラメータを総上流蒸気損失を表わす「測定基準」として有効に利用することが可能である。従って、典型的な復水回収システムにおける受水タンクの上流に、できれば受水タンクの入口に近接して音響センサを配置することによって、センサの音響出力をセンサの上流における総蒸気損失の推定基準として用いることが可能になり、従って、音響出力と総上流蒸気損失との所定の関係に基づいて音響センサの音響出力を監視及び分析することにより、復水回収システムにおける総上流蒸気損失を効果的に監視することが可能になる。]
[0028] センサの音響出力は、音響出力と総上流蒸気損失との所定の関係に基づいてさまざまなやり方で分析することが可能である。]
[0029] 分析は基本的に定量的とすることが可能である。例えば、分析には、音響出力の１つ以上の適合するパラメータとそれらのまたはそれぞれのパラメータに関するそれぞれの所定のしきい値との比較分析を含むことが可能であり、しきい値を、例えばより詳細な保守検査の「トリガ」レベルといった上流蒸気損失の許容できないレベルに対応するようにあらかじめ定めておく。]
[0030] 代替案として、分析は、厳密に定量的ではなく擬似定量的とすることが可能であり、例えば、分析には、音響出力信号すなわち対応するパワースペクトルといった音響出力から導き出された信号と、特定の上流蒸気損失条件に対応することが分かっている対応する所定のトレースとの視覚的比較または聴覚的比較さえ含むことが可能である。こうした視覚的比較は、例えば、詳細な保守検査の必要性に対するコストパーフォーマンスの良い評価の一部として、熟練した保守技師によって実施することが可能である。]
[0031] いずれにせよ、音響信号の分析のいくつかのステップまたは全ステップは、音響センサのあるその場で実施することもできるし、あるいは、望ましい場合には、音響センサから遠く離れて実施することも可能である。]
[0032] その場分析の場合、分析が自動化されているかまたは部分的に自動化されていると、これは、適合する従来の「搭載」信号処理電子部品を用いて、例えばディジタル信号プロセッサを用いて実施することが可能である。代わりにまたは追加として、例えば音響出力の「人間による分析」の場合、センサに外部通信インタフェースを設け、例えば、外部通信インタフェースを介してセンサと通信する携帯用端末を用いることにより、認可ユーザがセンサ位置でデータにアクセスできるようにすることが可能である。]
[0033] 遠隔分析の場合、音響出力から導き出されるデータは、任意選択で、自動分析のため遠隔「中央」プロセッサに直接または間接に伝送することが可能である。中央プロセッサは、例えば蒸気プラントに関連したコンピュータネットワークの一部をなす端末のような遠隔端末の一部を形成することが可能である。]
[0034] 代わりにまたは追加として、音響出力から導き出されるデータは、遠隔場所における後続分析に備えて遠隔メモリに伝送することが可能である。やはりこうした後続遠隔分析は自動化が可能であり、その場合、メモリはプロセッサに操作可能に接続するのが望ましいが、あるいは、後続分析には、例えば音響信号と所定の信号の擬似定量比較分析といった「人間による分析」の一部として、メモリ中のデータへアクセスが必要になる場合もある。]
[0035] センサとプロセッサの間またはセンサとメモリの間で、任意のデータを無線でまたは少なくとも部分的に無線で伝送することが可能である。]
[0036] 従って、とりわけ図１をもう一度参照すると、復水回収システム１には、ほぼ位置Ｃに、すなわち、受水タンクの入口に近接して永久固定された音響センサが設けられている。センサ１０は、センサ１０に操作可能に接続された送信器１３とプロセッサ１１ａ及びメモリ１１ｂに操作可能に接続されたそれぞれの受信器１４を介して、遠隔端末１２のプロセッサ１１ａ及びメモリ１１ｂに無線で接続される（遠隔端末１２、メモリ１１ｂ、及び、プロセッサ１１ａは、図１において極めて大まかにしか示されていない）。] 図１
[0037] 復水回収設備１の使用中、蒸気損失を監視するため、音響センサ１０は連続的にまたは間欠的に音響出力を発生することが可能である。いずれにせよ、この音響出力は送信器１３及び受信器１４を介してプロセッサ１１ａに伝送される。プロセッサ１１ａは、音響出力とセンサ１０の上流における蒸気損失との所定の関係に基づいてセンサ１０の音響出力を分析し、任意のポイントにおける音響出力が、許容できないレベルの上流損失、この場合には蒸気トラップ６ａ、６ｂ、６ｃによる許容できない総蒸気損失を表しているか否かを判定する。音響出力が許容できないレベルの上流蒸気損失を表している場合、プロセッサは警報器１５にトリガ信号を送り、これにより、警報器は音響警報及び視覚的警報を発生する。代わりに、トリガ信号を利用して、遠隔端末にリンクされたＶＤＵのようなディスプレイ手段上に視覚的警告を発生することも可能である。]
[0038] センサ１０の音響出力は、記憶及び後日の検索のためメモリ１１ｂに送ることも可能である。]
[0039] トリガ信号を利用して、できれば、センサの上流の蒸気トラップ、この場合には３つのトラップ６ａ、６ｂ及び６ｃの完全な保守検査の直接プロンプトとしてさらなる調査を促すことができるのは明らかである。]
[0040] さらに、蒸気トラップ６ａ、６ｂ及び６ｃのそれぞれのセンサではなく、単一センサ１０だけの音響出力に基づいてトリガ信号を発生することにより、単一センサ１０だけを利用して、実際には複数の蒸気トラップを有効に監視し、蒸気トラップの保守検査のスケジューリングを有効に行うことが可能になるのも明らかである。]
[0041] 典型的な復水回収システムの場合、蒸気トラップの数は受水タンクの数をはるかに超える。従って、図１には３つの蒸気トラップだけしか示されていないが、これよりかなり多くが存在する可能性がある。例えば、単一センサ１０は、１０個を超える、あるいはおそらく１００個を超える蒸気トラップからの復水を受け入れる復水回収管路７の蒸気流に対応することが可能である。] 図１
[0042] 従って、本発明が１つ以上の受水タンクの入口にセンサを配置して実施される場合に、比較的少数の音響センサを用いて、比較的多数の蒸気トラップの総上流蒸気損失を監視することができるように企図されている。それにもかかわらず、２つだけの蒸気トラップの下流で復水回収管路に沿ってそれぞれの音響センサを配置した場合でさえ、本発明に従って蒸気トラップを監視するのに必要なセンサ数は、実際の蒸気トラップ数の半分にしかならないので、比較的少数のセンサしか用いずに、蒸気トラップを全体的に監視することになるのは明らかである。]
[0043] その一方で、どのトリガ信号も上流蒸気損失に対応するだけなので、センサの数を増すと、センサの総合的な監視「分解能」が高くなり、原理上は、トリガ信号を発生したセンサの上流の蒸気トラップについてしか保守検査のスケジューリングを行う必要がなくなる。]
[0044] 一般的に言えば、ある特定の用途に関して「監視」分解能と音響センサ数とのバランスをとることができるように企図されている。]
[0045] 音響センサは、例えば圧電音響センサといった任意の適合する音響センサの形態をとることが可能である。音響センサ１０の場合のように、センサが復水回収管路に沿った所定位置、とりわけ受水タンクの入口に永久固定される場合、関連する比較的高い動作温度（２５０℃にもなる可能性がある）のため、センサに適宜遮熱を施すことが必要になる可能性がある。]
[0046] 代替案として、センサが音響データを間欠的にしか発生しないように用いられている場合、必要があれば、かなりの時間期間にわたってセンサの熱定格を超えることがないように、センサを復水回収管路に沿った所定位置につけたり、所定位置から外したりすることが可能である。]
[0047] １復水回収システム
２ａ、２ｂ、２ｃプロセス容器
３ａ、３ｂ、３ｃ加熱ジャケット
４ａ、４ｂ、４ｃ 入口
５ａ、５ｂ、５ｃ排水管路
６ａ、６ｂ、６ｃ蒸気トラップ
７復水回収管路
８受水タンク
８ａ 排出口
８ｂ排気管
１０センサ
１１ａプロセッサ
１１ｂメモリ
１２ 遠隔端末]

权利要求:

請求項1
関連蒸気プラントから復水を排出するための複数の排水管路を備える復水回収システムであって、各排水管路が蒸気トラップを組み込んでおり、前記排水管路と復水受水タンクとの間に延びる共通複水回収管路に給水するようにしてなり、さらに、前記共通復水回収管路に沿って前記受水タンクの上流に配置された音響センサを備え、前記センサの上流の蒸気トラップの総蒸気損失を表わす音響出力を発生するようにしてなることを特徴とする、復水回収システム。
請求項2
前記システムに複数の前記音響センサを備えており、前記センサのそれぞれが２つ以上の前記蒸気トラップから下流に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の復水回収システム。
請求項3
前記音響センサが全ての前記蒸気トラップの下流に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の復水回収システム。
請求項4
前記音響センサが前記復水受水タンクの入口に近接して配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の復水回収システム。
請求項5
さらに、各音響センサの音響出力を分析するための中央プロセッサを備え、各音響センサが、前記中央プロセッサに操作可能に接続されたそれぞれの受信器に前記音響出力を送るための送信器に操作可能に接続されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の復水回収システム。
請求項6
さらに、後続の検索及び分析に備えて前記音響出力から導き出したデータを記憶するための遠隔メモリを備え、各音響センサが、前記メモリに操作可能に接続されたそれぞれの受信器に前記音響出力を送るための送信器に操作可能に接続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の復水回収システム。
請求項7
請求項１〜４のいずれかに記載の復水回収システムにおける蒸気損失を監視する方法であって、各音響センサの前記音響出力を監視して、前記音響センサの前記音響出力と前記それぞれの蒸気トラップを通過する蒸気の総量との間の予め定められた（所定の）関係に基づいて前記音響出力を分析するステップを含む方法。
請求項8
各音響センサの前記音響出力を監視するステップに、中央プロセッサに前記音響センサのそれぞれの前記音響出力を送るステップが含まれ、前記音響出力を分析するステップに、前記中央プロセッサを用いて、前記所定の関係に基づいて各音響センサの前記音響出力の分析を実施するステップが含まれることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
請求項9
前記音響出力の前記分析に、前記音響出力のあるパラメータの値と、前記所定の関係に基づいて定められたそのパラメータに関する所定の最大しきい値とを比較するステップが含まれることを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
請求項10
前記パラメータがスペクトルパラメータであることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
請求項11
前記パラメータの値が前記パラメータに関する前記最大しきい値を超えると、警報信号を発生するステップが含まれることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
請求項12
図１に関連して本書に記載したとおりの復水受水システム。
請求項13
図２〜５に関連して本書に記載したとおりの方法である、復水回収システムにおける蒸気損失を監視する方法。