(57)【要約】【課題】  スケールの剥離量および管の閉塞状況を予測することができるボイラのスケール挙動予測方法を提供することを目的とする。【解決手段】  ステンレス鋼製の伝熱管２３内に生成される水蒸気酸化スケールの挙動を予測するプラントのスケール挙動予測方法において、運転中に生成される水蒸気酸化スケールの外層スケール厚さを所定の確率分布Ｋによって計算し、スケール厚さ確率分布を算出する工程Ｓ１と、ボイラ１停止時におけるスケール剥離量を、スケール厚さ確率分布に所定の剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓによって表される外層スケール厚さに応じた剥離率を乗じて算出する工程Ｓ２と、工程Ｓ２で算出されたスケール剥離量に基づいて伝熱管２３の閉塞率を算出する工程Ｓ３と、スケール厚さ確率分布から工程Ｓ２で算出されたスケール剥離量を除いて停止時スケール厚さ確率分布を算出する工程Ｓ４と、を備えることを特徴とする。【選択図】      図５
2006118800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼製の管内に生成される水蒸気酸化スケールの挙動を予測するプラントのスケール挙動予測方法において、
運転中に生成される水蒸気酸化スケールの外層スケール厚さを所定の第一確率分布によって計算し、スケール厚さ確率分布を算出する運転中スケール厚さ分布算出工程と、
プラント停止時におけるスケール剥離量を、前記スケール厚さ確率分布に所定の第二確率分布によって表される外層スケール厚さに応じた剥離率を乗じて算出するスケール剥離量算出工程と、
該スケール剥離量算出工程で算出されたスケール剥離量に基づいて前記管の閉塞率を算出する閉塞率算出工程と、
前記スケール厚さ確率分布から前記スケール剥離量算出工程で算出されたスケール剥離量を除いて停止時スケール厚さ確率分布を算出する停止時スケール厚さ分布算出工程と、
を備えることを特徴とするプラントのスケール挙動予測方法。
【請求項２】
前記スケール剥離量算出工程の前に、複数箇所のスケール厚さを実測し、この実測値によって前記第一確率分布を修正し、スケール厚さ確率分布を再算出する運転時スケール厚さ分布再算出工程を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラントのスケール挙動予測方法。
【請求項３】
複数箇所におけるスケール堆積量を運転中に測定し、この測定値によって前記第二確率分布を修正する修正工程を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラントのスケール挙動予測方法。
【請求項４】
ステンレス鋼製の管内に生成される水蒸気酸化スケールの挙動を予測するプラントのスケール挙動予測装置において、
運転中に生成される水蒸気酸化スケールの外層スケール厚さを所定の第一確率分布によって計算し、スケール厚さ確率分布を算出する運転中スケール厚さ分布算出手段と、
プラント停止時におけるスケール剥離量を、前記スケール厚さ確率分布に所定の第二確率分布によって表される外層スケール厚さに応じた剥離率を乗じて算出するスケール剥離量算出手段と、
該スケール剥離量算出手段で算出されたスケール剥離量に基づいて前記管の閉塞率を算出する閉塞率算出手段と、
前記スケール厚さ確率分布から前記スケール剥離量算出手段で算出されたスケール剥離量を除いて停止時スケール厚さ確率分布を算出する停止時スケール厚さ分布算出手段と、
を備えることを特徴とするプラントのスケール挙動予測装置。
【請求項５】
プラント停止時に、複数箇所のスケール厚さを実測する実測手段と、
該実測手段により実測された実測値によって前記第一確率分布を修正し、スケール厚さ確率分布を再算出する運転時スケール厚さ分布再算出手段と、を備えることを特徴とする請求項４に記載のプラントのスケール挙動予測装置。
【請求項６】
複数箇所におけるスケール堆積量を運転中に測定する測定手段と、
該測定手段により測定された測定値によって前記第二確率分布を修正する修正手段と、を備えていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプラントのスケール挙動予測装置。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６に記載のプラントのスケール挙動予測装置を用いたことを特徴とするプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントのスケール挙動予測方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温高圧で運転されるプラント、例えば火力発電ボイラでは、水蒸気が通過する過熱器管および再熱器管等の管の内壁に水蒸気酸化スケールが生成される。この水蒸気酸化スケールが剥離し、下流のベント部に堆積し管閉塞による問題が発生している。
そのため、剥離の要因となる水蒸気酸化スケールの厚さを測定する技術はよく知られている。例えば特許文献１に示されるように、プラント運転中にスケール厚さを非破壊的測定方法で計測し、厚さが剥離限界に達するのを監視するものが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２８５２１１号公報（段落［００１９］〜［００３１］，及び図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示されるものは、スケール厚さを測定し剥離限界に達するか否かを監視することに留まり、その後に発生する剥離量を推定し、管の閉塞状況を把握することについては何も示されていない。また、それらについて将来に亘る状況を予測することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、スケールの剥離量を正確に推定でき、管の閉塞状況を把握することができるとともにそれらについて将来に亘る予測を行えるプラントのスケール挙動予測方法および装置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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるプラントのスケール挙動予測方法は、ステンレス鋼製の管内に生成される水蒸気酸化スケールの挙動を予測するプラントのスケール挙動予測方法において、運転中に生成される水蒸気酸化スケールの外層スケール厚さを所定の第一確率分布によって計算し、スケール厚さ確率分布を算出する運転中スケール厚さ分布算出工程と、プラント停止時におけるスケール剥離量を、前記スケール厚さ確率分布に所定の第二確率分布によって表される外層スケール厚さに応じた剥離率を乗じて算出するスケール剥離量算出工程と、該スケール剥離量算出工程で算出されたスケール剥離量に基づいて前記管の閉塞率を算出する閉塞率算出工程と、前記スケール厚さ確率分布から前記スケール剥離量算出工程で算出されたスケール剥離量を除いて停止時スケール厚さ確率分布を算出する停止時スケール厚さ分布算出工程と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
ステンレス鋼製の管内に生成される水蒸気酸化スケールは、緻密な内層スケールとポーラスな外層スケールとの２層構造となっており、両層の成長速度は略同等である。この成長速度は、酸化時間の１／２乗に比例し、かつ、温度や溶存酸素量等の酸化雰囲気にも依存する。
本発明によれば、プラントの場所および時間等によって異なる酸化雰囲気の変動に伴うスケール成長の相違を第一確率分布によって反映させ、運転中に生成された外層スケールの厚さをスケール厚さ確率分布として算出する。
そして、水蒸気酸化スケールは、外層スケールが一定の厚さを超えると特にプラントの運転停止時に外層スケールが剥離し始めることになる。しかし、外層スケールはその厚さがある値になると一斉に剥離するのではなく、同じ厚さでも場所毎に剥離したり剥離しなかったりする。ただ、外層スケール厚さが厚いほど剥離しやすい傾向となる。
本発明では、これを外層スケールの厚さに応じた剥離率を第二確率分布によって反映させ、外層スケールの剥離量を確率的に算出するようにしている。
【０００８】
このように、スケール生成量を場所毎の条件の相違を織り込んだ第一確率分布で反映させ、スケール厚さ確率分布として算出し、かつ、外層スケールの剥離量を場所毎の条件の相違を織り込んだ第二確率分布によって反映させて算出しているので、スケールの剥離量を実態に即して正確に推定することができる。
なお、第一確率分布および第二確率分布は、予め実績値あるいは実験データによって作成されたものからプラントの使用環境に合わせて選択して用いる。
また、剥離した外層スケールは下流側に流されて、例えば管のベント部に堆積され、同部を閉塞することになる。この閉塞部に剥離した外層スケールがさらに蓄積されるとついには密閉されることになる。このように密閉されると、過熱されてついには墳破事故につながることになる。
【０００９】
本発明によれば、スケール剥離量算出工程で算出されたスケール剥離量に基づいて管の閉塞率を算出するので、閉塞の状況を把握することができる。
なお、スケール剥離量と閉塞率との関係は予め実機にて測定した結果より求められている。
本発明によれば、停止時スケール厚さ分布算出工程で外層スケール剥離後の停止時スケール厚さ確率分布を算出するので、この停止時スケール厚さ確率分布に基づいて運転中スケール厚さ分布算出工程以下を繰り返すことにより、将来に亘るプラント停止時のスケール剥離量および管閉塞状況を予測することができる。このため、各プラント停止時のスケール剥離量および管閉塞状況に応じて、例えば、リスクを考慮した実態検査間隔の最適化、スケール剥離量を減少させるためのプラント運用モードの変更、あるいは効果的なメンテナンス計画策定等の対応をとることができる。
【００１０】
また、本発明にかかるプラントのスケール挙動予測方法は、前記スケール剥離量算出工程の前に、複数箇所のスケール厚さを実測し、この実測値によって前記第一確率分布を修正し、スケール厚さ確率分布を再算出する運転時スケール厚さ分布再算出工程を備えることを特徴とする。
【００１１】
このように、プラント停止時に、複数箇所のスケール厚さを実測し、この実測値によって第一確率分布を修正し、スケール厚さ確率分布を再算出するので、現用のプラントの条件に即した第一確率分布を使用してスケール厚さ確率分布を算出することができる。
このため、スケール厚さ確率分布の正確さが増加するので、スケール剥離量および管閉塞状況について一層正確に推定することができる。
なお、スケール厚さは、例えば超音波で測定し、あるいは抜管して測定する。
また、その測定箇所は、第一確率分布を作成するのに十分な数、例えば総管数の１０％が必要である。測定箇所を増加させればスケール剥離量および管閉塞状況はより一層正確に推定できることになる。
【００１２】
さらに、本発明にかかるプラントのスケール挙動予測方法は、複数箇所におけるスケール堆積量を運転中に測定し、この測定値によって前記第二確率分布を修正する修正工程を備えていることを特徴とする。
【００１３】
このように、複数箇所におけるスケール堆積量を運転中に測定し、この測定値によって第二確率分布を修正する修正工程を備えているので、運転中においても、随時第二確率分布をその時の運転状況に沿ったものに変更していける。運転状況に変更があってもその都度第二確率分布を適当なものに修正できるので、一層正確なスケール剥離量を算出することができ、また、管閉塞状況について一層正確に推定することができる。
なお、スケール堆積量は、例えば下流側のヘッダに取付けられた温度計の表示を見て推定される。
また、その測定箇所は、第二確率分布を作成するのに十分な数、例えば総管数の１０％が必要である。測定箇所を増加させればスケール剥離量および管閉塞状況はより一層正確に推定できることになる。
さらに、測定箇所において、著しい異常、例えば、温度の急激な上昇等が発生すれば把握できるので、異常監視としても活用することができる。
【００１４】
本発明にかかるプラントのスケール挙動予測装置は、ステンレス鋼製の管内に生成される水蒸気酸化スケールの挙動を予測するプラントのスケール挙動予測装置において、運転中に生成される水蒸気酸化スケールの外層スケール厚さを所定の第一確率分布によって計算し、スケール厚さ確率分布を算出する運転中スケール厚さ分布算出手段と、プラント停止時におけるスケール剥離量を、前記スケール厚さ確率分布に所定の第二確率分布によって表される外層スケール厚さに応じた剥離率を乗じて算出するスケール剥離量算出手段と、該スケール剥離量算出手段で算出されたスケール剥離量に基づいて前記管の閉塞率を算出する閉塞率算出手段と、前記スケール厚さ確率分布から前記スケール剥離量算出手段で算出されたスケール剥離量を除いて停止時スケール厚さ確率分布を算出する停止時スケール厚さ分布算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
このように、運転中スケール厚さ分布算出手段によってスケール生成量を場所毎の条件の相違を織り込んだ第一確率分布で反映させ、スケール厚さ確率分布として算出し、かつ、スケール剥離量算出手段によって外層スケールの剥離量を場所毎の条件の相違を織り込んだ第二確率分布によって反映させて算出しているので、スケールの剥離量を実態に即して正確に推定することができる。
また、スケール剥離量算出手段で算出されたスケール剥離量に基づいて管の閉塞率を算出するので、閉塞の状況を把握することができる。
さらに、停止時スケール厚さ分布算出手段で外層スケール剥離後の停止時スケール厚さ確率分布を算出するので、この停止時スケール厚さ確率分布に基づいて運転中スケール厚さ分布算出手段以下を繰り返し動作させることにより、将来に亘るプラント停止時のスケール剥離量および管閉塞状況を予測することができる。このため、各プラント停止時のスケール剥離量および管閉塞状況に応じて、例えば、リスクを考慮した実態検査間隔の最適化、スケール剥離量を減少させるためのプラント運用モードの変更、あるいは効果的なメンテナンス計画等の対応をとることができる。
【００１６】
また、本発明にかかるプラントのスケール挙動予測装置は、プラント停止時に、複数箇所のスケール厚さを実測する実測手段と、該実測手段により実測された実測値によって前記第一確率分布を修正し、スケール厚さ確率分布を再算出する運転時スケール厚さ分布再算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
このように、プラント停止時に、実測手段によって複数箇所のスケール厚さを実測し、この実測値によって第一確率分布を修正し、運転時スケール厚さ分布再算出手段によってスケール厚さ確率分布を再算出するので、現用のプラントの条件に即した第一確率分布を使用してスケール厚さ確率分布を算出することができる。
このため、スケール厚さ確率分布の正確さが増加するので、スケール剥離量および管閉塞状況について一層正確に推定することができる。
なお、実測手段としては、例えば超音波による測定器、あるいは抜管して直接測定する測定器等が用いられる。
また、その測定箇所は、第一確率分布を作成するのに十分な数、例えば総管数の１０％が必要である。測定箇所を増加させればスケール剥離量および管閉塞状況はより一層正確に推定できることになる。
【００１８】
また、本発明にかかるプラントのスケール挙動予測装置は、複数箇所におけるスケール堆積量を運転中に測定する測定手段と、該測定手段により測定された測定値によって前記第二確率分布を修正する修正手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１９】
このように、測定手段によって複数箇所におけるスケール堆積量を運転中に測定し、この測定値によって第二確率分布を修正する修正手段を備えているので、運転中においても、随時第二確率分布をその時の運転状況に沿ったものに変更することができる。運転状況に変更があってもその都度第二確率分布を適当なものに修正できるので、一層正確なスケール剥離量を算出することができ、また、管閉塞状況について一層正確に推定することができる。
なお、測定手段としては、例えば下流側のヘッダに取付けられた温度計が採用される。
また、その測定箇所は、第二確率分布を作成するのに十分な数、例えば総管数の１０％が必要である。測定箇所を増加させればスケール剥離量および管閉塞状況はより一層正確に推定できることになる。
さらに、測定箇所において、著しい異常、例えば、温度の急激な上昇等が発生すれば測定手段によって把握できるので、異常監視としても活用することができる。
【００２０】
さらに、本発明にかかるプラントは、請求項４ないし請求項６のいずれかに記載のプラントのスケール挙動予測装置を用いたことを特徴とする。
【００２１】
スケール挙動予測装置によって、スケール剥離量および管閉塞状況を正確に推定でき、かつ将来に亘る変動を予測できるので、それに応じてリスクを考慮した実態検査間隔の最適化、スケール剥離量を減少させるためのプラント運用モードの変更、あるいは効果的なメンテナンス計画等の対応をとることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、スケールの剥離量を実態に即して正確に推定することができる。また、管の閉塞状況を把握することができる。さらに、将来に亘るプラント停止時のスケール剥離量および管閉塞状況を予測することができ、各プラント停止時のスケール剥離量および管閉塞状況に応じた対応をとることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１〜図１１を用いて説明する。本実施形態は、プラントとしてボイラ１に適用したものである。
図１は、ボイラ１の全体概略構成を示すブロック図である。
ボイラ１には、鉛直方向に設置された火炉３と、火炉３の火炉壁５の下部に設置された燃焼装置７と、火炉３の出口に連結された煙道９と、火炉３の上部から煙道９にかけて設けられた過熱器１１、再熱器１３および節炭器１５と、火炉３の上部に設けられた蒸気ドラム１７とが備えられている。
火炉壁５の内側には、多数の水管（図示せず）がそれぞれ上下方向に延設されている。各水管は、上下各端部が蒸気ドラム１７に接続されている。
【００２４】
燃焼装置７によって火炉３内の下部に火炎を生じさせると、燃焼ガスが火炉３内を下から上に流れ、煙道９に排出される。この時、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器１５によって予熱された後、蒸気ドラム１７に供給される。蒸気ドラム１７から火炉壁５の各水管（図示せず）に供給された水は、水管を下から上に流れる間に加熱されて飽和蒸気となり、蒸気ドラム１７に送り込まれる。さらに、蒸気ドラム１７の飽和蒸気は過熱器１１に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器１１で生成された過熱蒸気は、例えば、タービン等に供給される。
なお、タービン等での膨張過程の中途で取り出した蒸気を再熱器１３に導入し、再度過熱しタービンに戻すことも行われる。
【００２５】
図２は、過熱器１１の概略構成を示す正面図である。
過熱器１１は、水平面上で互いに平行に配置された入口ヘッダ１９と出口ヘッダ２１を有し、入口ヘッダ１９と出口ヘッダ２１は多数の伝熱管（管）２３によって連結されている。
入口ヘッダ１９の軸心方向略中央には、蒸気ドラム１７内の蒸気を入口ヘッダ１９に送り込む蒸気供給管２５が連結されており、出口ヘッダ２１の軸心方向略中央には、出口ヘッダ２１から、タービン等に蒸気を送り出す蒸気排出管２７が連結されている。
伝熱管２３は、入口ヘッダ１９および出口ヘッダ２１の軸心方向所定間隔おきに設けられており、軸心方向の各取付箇所において各ヘッダ１９，２１の下半分側において周方向に分散されて多数本、例えば３００本（図２では図示の都合上６本）設けられている。各伝熱管２３はステンレス鋼製で、図２に示すように略Ｗ字状に曲げられることにより流路長を稼いでおり、伝熱管２３内での蒸気の滞留時間を稼いでいる。したがって、伝熱管２３には、小さな曲率半径を持つベント部２４が形成されている。
なお、再熱器１３もほぼ同様に構成されている。
【００２６】
過熱器１１および再熱器１３を構成する伝熱管２３の内部は、高温の過熱蒸気（水蒸気）が通過するので、この過熱蒸気によってステンレス鋼が酸化され伝熱管２３の内壁にスケール（水蒸気酸化スケール）が生成される。
このスケールは、緻密な内層スケールとポーラスな外層スケールとの２層構造となっており、両層の成長速度は略同等である。
スケールの成長速度は、時間に対して式（１）に示される放物線則で与えられる。
【数１】
2006118800.tif 000003
ｄ：スケール厚み（mm）
ｋ：速度定数（mm／ｓ0.5）
ｔ：酸化時間（運転時間）（ｓ）
速度定数ｋは、ステンレス鋼の材質および酸化雰囲気（温度、溶存酸素量等）によって異なるので、それらの条件毎に実績からみた値が求められている。
【００２７】
図３には、スケールの成長状況が模式的に示されている。スケールの無い状態から、ボイラ１の運転が開始されると、式（１）によってスケールは当初急激に成長し厚さを増加させられるが、運転時間が長くなるに連れてその成長率は減少する。
スケールの剥離は、特にボイラ１の運転停止時、すなわちスケールが冷却される過程で、内層スケールと外層スケールとの境界で発生する。
ボイラ１の運転が再開されると、スケールが剥がれなかったところでは式（１）に沿ってスケールが成長する。一方、スケールが剥がれたところでは、内層スケールとともに外層スケールが再成長することになる。この再成長の速度は、当初の急激な成長速度になるのではなく、剥がれなかったところと略同等の成長速度となる。
これは、スケールが剥がれたところも、剥がれなかったところも、どちらも内層スケールの厚さは同等であるので、母材から拡散してくる鉄を主体とする金属イオンの量が略同等であるからである。
【００２８】
このスケールの挙動、すなわち成長、剥離、堆積等はボイラ１の運用に大きな影響を及ぼすことになる。本実施形態では、この挙動を推定あるいは予測するスケール挙動予測装置３１が備えられている。
図４は、スケール挙動予測装置３１の概略構成を示すブロック図である。
スケール挙動予測装置３１には、処理部３３と、入出力機能を備えた表示部３５とが備えられている。
処理部３３には、プログラム、データおよび処理結果等を貯蔵する記憶部３７と、表示部３５との間の入出力を制御する入出力インターフェース３９と、運転中スケール厚さ分布算出処理部（運転中スケール厚さ分布算出手段）４１と、スケール剥離量算出部（スケール剥離量算出手段）４３と、閉塞率算出部（閉塞率算出手段）４５と、停止時スケール厚さ分布算出処理部（停止時スケール厚さ分布算出手段）４７と、が備えられている。
【００２９】
運転中スケール厚さ分布算出処理部４１、スケール剥離量算出部４３、閉塞率算出部４５および停止時スケール厚さ分布算出処理部４７は、図３において分離して記載しているが、１個または複数個のＣＰＵで構成されたものであり、表示部３５からの指示あるいはプログラムに従ってそれぞれ所要の機能を奏するものである。これら所要の機能については、後で詳述するが、運転中スケール厚さ分布算出処理部４１は、運転中に生成される水蒸気酸化スケールの外層スケール厚さをスケール厚さ確率分布として算出するものである。  スケール剥離量算出部４３は、ボイラ１停止時におけるスケール剥離量を算出するものである。閉塞率算出部４５は、スケール剥離量算出手段で算出されたスケール剥離量に基づいて伝熱管の閉塞率を算出するものである。停止時スケール厚さ分布算出処理部４７は、スケールが剥離した後のスケール厚さ確率分布である停止時スケール厚さ確率分布を算出するものである。
【００３０】
以上説明した本実施形態にかかるスケール挙動予測装置３１の作用について説明する。
図５は、スケール挙動予測装置３１の処理の流れをフローチャートで示した図である。
まず、運転中スケール厚さ分布算出工程Ｓ１について説明する。
記憶部３７には、速度定数kについてステンレス鋼の材質および酸化雰囲気（温度、溶存酸素量等）等の条件毎に実績からみた値が確率分布Ｋ（第一確率分布）として格納されている。運転中スケール厚さ分布算出処理部４１において、ボイラ１の運転条件にあった確率分布Ｋを選択し、式（１）によりスケールの成長計算を行う。この計算によって、図６に示されるように、確率分布Ｋに沿う運転中スケール厚さ分布が求められる。
【００３１】
次に、スケール剥離量算出工程Ｓ２について説明する。
水蒸気酸化スケールは、図８に示されるように外層スケールが一定の厚さＤを超えると特にプラントの運転停止時に外層スケールが剥離し始めることになる。しかし、外層スケールはその厚さがある値になると一斉に剥離するのではなく、同じ厚さでも場所毎に剥離したり剥離しなかったりする。この事象は、剥離限界外層スケール厚さ分布（第二確率分布）Ｓのように正規分布モデルで表せる。
今、例えば外層スケールが全体として均一に成長していると仮定して剥離の状況を図８により説明する。ボイラ１がΔt時間運転された後停止された時、外層スケールの厚さがＤ１（＞Ｄ）となる。このとき剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓによる剥離確率は標準正規分布でＸ１となり、全体のＸ１で剥離が生じることになる。その結果、外層スケールの平均厚さはＤ１×（１−Ｘ１）となる。この状態で、ボイラ１が次のΔt時間運転されて停止され、外層スケールの厚さがＤ２（＞Ｄ）となった場合、剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓによる剥離確率は標準正規分布でＸ２となり、全体のＸ２で剥離が生じることになる。その結果、外層スケールの平均厚さはＤ１×（１−Ｘ１）となる。
【００３２】
図９は、このＸ１、Ｘ２を展開して外層スケール厚さと剥離率（剥離確率）との関係を示したものであり、実際のプラントでの実績に基づいて表したものである。
ボイラ１の水質管理には、水に含まれる酸素濃度を所定の値（例えば７ｐｐｂ）以下に維持することで腐食の進行を抑える全揮発性物質処理（ＡＶＴ；All Volatile Treatment）という方法と、水に含まれる酸素濃度を２０〜２００ｐｐｂ程度に維持することで腐食の進行ならびにスケールの成長を抑制する複合水処理（ＣＷＴ；Combined Water Treatment）という方法とがあり、それぞれ剥離率は異なっている。ＣＷＴにより生成されるスケールの方が剥離しやすいので、外層スケール厚さが薄くても剥離率が高くなっている。
【００３３】
スケール剥離量算出部４３では、ボイラ１の水質管理によって記憶部３７に貯蔵された図９のデータにおけるＣＷＴあるいはＡＶＴのいずれかの剥離率を、運転中スケール厚さ分布算出工程Ｓ１で算出した運転中スケール厚さ分布（図６）に乗じ、剥離部Ｒとする。図７は、この状態を表している。
そして、スケール剥離量算出部４３では、次の式（２）によってスケールの剥離重量を算出する。
スケール剥離重量＝スケール厚さ×内表面積×剥離率×比重          （２）
ここで、内表面積は、伝熱管２３の内表面の面積であり、比重は、例えば５．２ｇ／ｃｍ3である。
【００３４】
このように、スケール生成量を場所毎の条件の相違を織り込んで実績に基づいて作成された速度定数ｋの確率分布Ｋによって反映させ、スケール厚さ確率分布として算出し、かつ、外層スケールの剥離量を場所毎の条件の相違を織り込んだ剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓによって反映させて算出しているので、スケールの剥離量を実態に即して正確に推定することができる。
【００３５】
次に、閉塞率算出工程Ｓ３についいて説明する。
剥離した外層スケールは下流側に流れて、例えば伝熱管に形成された小さな曲率半径を持つベント部２４に堆積され、同部を閉塞することになる。この閉塞は、スケールの剥離重量に略比例して発生する。図１０は、スケールの剥離重量と閉塞率との関係を実機の実績によって求めたものである。
閉塞率算出部４５では、記憶部３７に格納されたスケールの剥離重量と閉塞率との関係を用いてスケール剥離量算出部４３において算出されたスケールの剥離重量から伝熱管２３の閉塞率を算出する。
これにより、伝熱管２３の閉塞状況を把握することができる。
【００３６】
次に、停止時スケール厚さ分布算出工程Ｓ４について説明する。
水蒸気酸化スケールの剥離は、内層スケールと外層スケールとの境界で発生するので、図７において、剥離部Ｒの部分は外層スケールが無いことになる。剥離していない部分は外層スケールの厚さは元のままである。
停止時スケール厚さ分布算出処理部４７では、この関係を用いて停止時スケール厚さ分布を算出する。
この停止時スケール厚さ分布は、次のボイラ１運転開始時にスケール成長計算を行う際の元データとなるものである。
【００３７】
本実施形態では、停止時スケール厚さ分布算出部４７によって外層スケール剥離後の停止時スケール厚さ確率分布を算出するので、この停止時スケール厚さ確率分布に基づいて運転中スケール厚さ分布算出部４１によって運転中スケール厚さ分布を計算し、次いでスケール剥離量算出部４３によってスケール剥離重量を算出し、次に閉塞率算出部４５によって伝熱管２３の閉塞率を算出する。これを繰り返すことにより、将来に亘るプラント停止時のスケール剥離重量および伝熱管の閉塞状況を予測することができる。
このように、将来に亘るプラント停止時のスケール剥離量および管閉塞状況を予測できるので、それに対応したボイラ１の運用を行うことができる。
【００３８】
例えば、リスクを考慮した実態検査間隔の最適化について図１１により説明する。
伝熱管２３のベント部２４に剥離した外層スケールが堆積し、密閉することになると、過熱されてついには墳破事故につながることになる。このため、実態検査を行い密閉の状況を検査することになる。この検査は、費用がかかるものであり、検査回数が少なくすなわち検査間隔が大きくなればボイラ１の運転時間当たりの検査費用Ｃは小さくなる。
一方、閉塞率は運転時間が多くなれば大きくなる。すなわち、検査と検査の間の運転時間が長くなれば、閉塞率も大きくなる。墳波事故による損害額に閉塞率を乗じたものを配管閉塞リスクＥとすれば、配管閉塞リスクＥは図１１に示されるように検査間隔が長くなるに連れて増加するように表される。
検査費用Ｃと配管閉塞リスクＥとを加えた総リスク額Ｆは下に凸の曲線になり、総リスクＥがミニマムとなる検査間隔を見出すことができる。
【００３９】
また、ボイラ１の運用モードには、ＬＳＳ（ｌｏｎｇ  Ｓｔａｒｔ  Ｓｔｏｐ）、ＷＳＳ（Ｗｅｅｋ  Ｓｔａｒｔ  Ｓｔｏｐ）、ＤＳＳ（Ｄａｙ  Ｓｔａｒｔ  Ｓｔｏｐ）がある。ＬＳＳは運転時間が長く運転中のスケール成長量が大きく、そのため停止時に大量にスケール剥離が起こり、スケールが堆積し易い傾向にある。一方、ＷＳＳおよびＤＳＳでは、運転時間が短いので、運転中のスケール成長が大きくなく、停止時のスケール剥離量は少なくスケールが堆積しにくい傾向がある。
本実施形態では、ＬＳＳ、ＷＳＳおよびＤＳＳの運用モード毎に、あるいはこれらを組み合わせた運用モードについてスケール剥離重量および閉塞率がどう変化するか予測できるので、例えば、長期的に閉塞の可能性の少ない運用を行うことができる。
さらに、閉塞の状況が将来に亘り把握できるので、それに応じてメンテナンスの効果を予測して、効果的なメンテナンス計画を立案することができる。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態にかかるスケール挙動予測装置３１について、図１２〜図１４を用いて説明する。
本実施形態のスケール挙動予測装置３１は、第一実施形態と同じボイラ１に適用したものであるので、ボイラ１の構造および動作についての説明は省略する。また、本実施形態のスケール挙動予測装置３１の基本構成は、第一実施形態と同様であるが、第一実施形態とは、処理部３３の構成に追加部分がある点で異なっている。よって、本実施形態においては、この追加部分について主として説明し、その他の部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４０】
本実施形態では、処理部３３に確率分布Ｋを再計算する第一確率分布算出手段４９と、第一確率分布算出手段４９によって算出された確率分布Ｋによってスケール成長計算を行い、スケール厚さ確立分布を算出する運転時スケール厚さ分布再算出手段５１とが備えられている。
スケール剥離量算出部４３は、運転時スケール厚さ分布再算出手段５１によって算出されたスケール厚さ確率分布に基づいてスケール剥離重量を算出するように構成されている。
【００４１】
スケール挙動予測装置３１には、ボイラ停止時に複数箇所のスケール厚さを測定して、その結果を表示装置３５およびＩ／Ｏインターフェース３９を介して第一確率分布算出手段４９に伝送する実測手段５３が備えられている。
実測手段５３によるスケール厚さの測定としては、超音波による測定、あるいは抜管による測定等適宜手段を用いることができる。
また、測定箇所は、少なくとも第一確率分布算出手段４９によって確率分布Ｋを作成するのに十分な数、例えば、３０箇所が必要である。
【００４２】
このように構成された本実施形態にかかるスケール挙動予測装置３１の動作について図１３により説明する。
運転中スケール厚さ分布算出工程Ｓ１、スケール剥離量算出工程Ｓ２、閉塞率算出工程Ｓ３および停止時スケール厚さ分布算出工程Ｓ４については、第一実施形態と同様であるので重複した説明を省略する。
本実施形態では、運転中スケール厚さ分布算出工程Ｓ１とスケール剥離量算出工程Ｓ２との間に、運転時スケール厚さ分布再算出工程Ｓ５が挿入されている。
【００４３】
運転時スケール厚さ分布再算出工程Ｓ５について、説明する。
ボイラ１の停止時に、過熱器１１の伝熱管２３について３０箇所（伝熱管２３数の１０％）のスケール厚さを超音波により測定する。これは、抜管して測定してもよい。
その測定結果を、実測手段５３から表示装置３５およびＩ／Ｏインターフェース３９を介して第一確率分布算出手段４９に伝送する。
第一確率分布算出手段４９は、伝送された３０箇所のスケール量からスケール成長速度の速度定数ｋの確率分布Ｋを計算し、運転時スケール厚さ分布再算出手段５１へと伝送する。
【００４４】
運転時スケール厚さ分布再算出手段５１では、伝送された確率分布Ｋに基づいて、運転中スケール厚さ分布算出工程Ｓ１と同様にスケール厚さ確率分布を再算出する。
スケール剥離量算出工程Ｓ２では、運転時スケール厚さ分布再算出手段５１によって算出されたスケール厚さ確率分布に基づいてスケール剥離重量を算出する。
【００４５】
このように、本実施形態では、ボイラ１停止時にスケール厚さを実測し、これに基づいて確率分布Ｋを修正し、スケール厚さ確率分布を再算出するので、現用のボイラ１の条件に即した確率分布Ｋを使用してスケール厚さ確率分布を算出することができる。
このため、スケール厚さ確率分布の正確さが増加するので、スケール剥離量および管閉塞状況について一層正確に推定することができる。
なお、スケール厚さ測定箇所を増加させればスケール剥離量および管閉塞状況はより一層正確に推定できることになる。
また、本実施形態では、前記した第一実施形態の作用、効果は同様に奏する。
【００４６】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態にかかるスケール挙動予測装置３１ついて、図１４〜図１６を用いて説明する。
本実施形態のスケール挙動予測装置３１は、第一実施形態と同じボイラ１に適用したものであるので、ボイラ１の構造および動作についての説明は省略する。また、本実施形態のスケール挙動予測装置３１の基本構成は、第一実施形態と同様であるが、第一実施形態とは、処理部３３の構成に追加部分がある点で異なっている。よって、本実施形態においては、この追加部分について主として説明し、その他の部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実施形態では、処理部３３に剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓを再計算する第二確率分布算出手段５５と、リスク評価手段５７とが備えられている。
スケール剥離量算出部４３は、第二確率分布算出手段５５によって算出された剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓに基づいてスケール剥離重量を算出するように構成されている。
スケール挙動予測装置３１には、ボイラ１運転中に複数箇所のスケール堆積量を測定して、その結果を表示装置３５およびＩ／Ｏインターフェース３９を介して第二確率分布算出手段５５に伝送する計測手段５９が備えられている。
【００４８】
計測手段５９によるスケール堆積量の測定としては、下流側に設けられている出口ヘッダ２１に取り付けられた温度計を用い、温度計の表示をみてスケール堆積量を推定する。
また、測定箇所は、少なくとも第二確率分布算出手段５５によって剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓを作成するのに十分な数、例えば、３０箇所が必要である。
計測手段５９による測定箇所は、増加させれば剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓはより一層正確に推定できることになるが、一方で設備費用が高価となることになる。
リスク評価手段５７は、リスクが最小となる最適の測定箇所数を算出するものである。
【００４９】
このように構成された本実施形態にかかるスケール挙動予測装置３１の動作について図１５により説明する。
運転中スケール厚さ分布算出工程Ｓ１、スケール剥離量算出工程Ｓ２、閉塞率算出工程Ｓ３および停止時スケール厚さ分布算出工程Ｓ４については、第一実施形態と同様であるので重複した説明を省略する。
本実施形態では、第一実施形態に加えてスケール剥離量算出工程Ｓ２にて使用する剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓを実機のデータによって修正する剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓ修正工程（修正工程）が設けられている。
【００５０】
剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓ修正工程Ｓ６について、説明する。
ボイラ１運転時に、伝熱管２３の出口ヘッダ２３近傍位置について３０箇所（伝熱管２３数の１０％）の蒸気温度を測定する。
上流側にスケールが堆積したところがあると、堆積量に応じて温度が上昇するので、温度計の表示によって、スケールの堆積量は推定できる。
その測定結果を、計測手段５９から表示装置３５およびＩ／Ｏインターフェース３９を介して第二確率分布算出手段５５に伝送する。
第二確率分布算出手段５５は、伝送された３０箇所の堆積スケール量から剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓを計算し、スケール剥離量算出部４３へと伝送する。
スケール剥離量算出部４３では、伝送された剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓに基づいて、運転中スケール厚さ分布算出工程Ｓ１で算出されたスケール厚さ確率分布からスケール剥離重量を算出する。
【００５１】
次に、リスク評価手段５７の作用について図１６により説明する。
伝熱管２３のベント部２４に剥離した外層スケールが堆積し、密閉することになると、過熱されてついには墳破事故につながることになる。このため、密閉の状況を正確に推定することは重要である。計測手段５９による計測箇所が増加すれば、密閉の状況を一層正確に推定できるようになる。計測箇所の増加は、測定費用Ｇの増加につながる。
一方、閉塞率は一層正確に推定できるようになるので、配管閉塞リスク（噴波事故による損害額に閉塞率を乗じたもの）Ｅは測定箇所の増加に伴い減少することになる。
測定費用Ｇと配管閉塞リスクＥとを加えた総リスク額Ｆは下に凸の曲線になり、総リスクＥがミニマムとなる測定箇所数を見出すことができる。
リスク評価手段５７は、図１６に示されるような関係から最適な測定箇所数を算出するものである。
【００５２】
また、測定箇所数は、ボイラ１の運用モードに応じて、例えば、大きな剥離が起き易いＬＳＳでは多く、その可能性がより少ないＷＳＳおよびＤＳＳでは少なく設定することができる。
さらに、定期検査により、推定された堆積量と実際の堆積量とに差がある場合には、この測定箇所数を増減させてもよい。例えば実際の堆積量の方が少ない場合には減少させ、多い場合には増加させる。
【００５３】
このように、測定手段５９によって複数箇所におけるスケール堆積量を運転中に測定し、この測定値によって剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓを修正する修正工程を備えているので、運転中においても、随時剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓをその時の運転状況に沿ったものに変更していける。運転状況に変更があってもその都度剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓを適当なものに修正できるので、一層正確なスケール剥離重量を算出することができ、管閉塞状況について一層正確に推定することができる。
なお、スケール厚さ測定箇所を増加させればスケール剥離量および管閉塞状況はより一層正確に推定できることになる。
【００５４】
また、測定箇所において、著しい異常、例えば、温度の急激な上昇等が発生すれば把握できるので、異常監視としても活用することができる。
なお、本実施形態では、前記した第一実施形態の作用、効果は同様に奏する。
【００５５】
なお、本実施形態では、第一実施形態のスケール挙動予測手段３１に第二確率分布算出手段５５およびリスク評価手段５７を追加しているが、これに限定されるものではなく、第二実施形態のスケール挙動予測装置３１に第二確率分布算出手段５５およびリスク評価手段５７を追加するようにしてもよい。
このようにすれば、スケール剥離量および管閉塞状況はさらに一層正確に予測することができる。
また、リスク評価手段５７は、本発明では特に必須というものではなく省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第一実施形態にかかるボイラの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる過熱器の概略構成を示す正面図である。
【図３】スケールの成長状況を説明する模式図である。
【図４】本発明の第一実施形態にかかるスケール挙動予測装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の第一実施形態にかかるスケール挙動予測装置での処理フローを示すフローチャートである。
【図６】スケール厚さ確率分布を示す図である。
【図７】スケール剥離量の例を示す図である。
【図８】スケール剥離状況を示す図である。
【図９】剥離限界外層スケール厚さ分布を示す図である。
【図１０】剥離重量と閉塞率との関係を示す図である。
【図１１】検査間隔と閉塞リスクとの関係を示す図である。
【図１２】本発明の第二実施形態にかかるスケール挙動予測装置を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第二実施形態にかかるスケール挙動予測装置の処理フローを示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第三実施形態にかかるスケール挙動予測装置を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第三実施形態にかかるスケール挙動予測装置の処理フローを示すフローチャートである。
【図１６】測定数と閉塞リスクとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  ボイラ
２３  伝熱管
３１スケール挙動予測装置
４１  運転中スケール厚さ分布算出手段
４３  スケール剥離量算出手段
４５  閉塞率算出手段
４７  停止時スケール厚さ確率分布算出手段
５１  運転時スケール厚さ分布再算出手段
５３  実測手段
５５  第二確率分布算出手段
５９  計測手段
Ｋ  確率分布
Ｓ  剥離限界外層スケール厚さ分布
Ｓ１  運転中スケール厚さ分布算出工程
Ｓ２  スケール剥離量算出工程
Ｓ３  閉塞率算出工程
Ｓ４  停止時スケール厚さ確率分布算出工程
Ｓ５  運転時スケール厚さ分布再算出工程
Ｓ６  剥離限界外層スケール厚さ分布Ｓ修正工程
【図１】
2006118800.tif 000004
【図２】
2006118800.tif 000005
【図３】
2006118800.tif 000006
【図４】
2006118800.tif 000007
【図５】
2006118800.tif 000008
【図６】
2006118800.tif 000009
【図７】
2006118800.tif 000010
【図８】
2006118800.tif 000011
【図９】
2006118800.tif 000012
【図１０】
2006118800.tif 000013
【図１１】
2006118800.tif 000014
【図１２】
2006118800.tif 000015
【図１３】
2006118800.tif 000016
【図１４】
2006118800.tif 000017
【図１５】
2006118800.tif 000018
【図１６】
2006118800.tif 000019