(57)【要約】【課題】弁棒などのひずみと開閉状態の相関性を利用して弁の開閉状態を判定して監視する弁の開閉状態監視について、微少リークを高い確度で判定できるようにする。【解決手段】弁監視システム１は、手動弁２の弁棒４に生じているひずみを検出する弁状態検出センサ１１、及び弁状態検出センサで得られるひずみ情報に基づいて手動弁の開閉状態を判定する開閉状態判定部２１を備え、さらに閉状態における手動弁の振動周波数を検出して得られる周波数情報に基づいて閉状態における微小リークを判定する微小リーク判定部２２を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁の機械要素に生じているひずみを検出し、それにより得られるひずみ情報に基づいて前記弁の開閉状態を判定して監視するようになっている弁監視方法において、
閉状態における前記弁の振動の周波数を検出し、それにより得られる周波数情報に基づいて閉状態における微小リークの有無を監視するようにしたことを特徴とする弁監視方法。
【請求項２】
予め用意してある基準周波数帯域に含まれる周波数を前記弁の振動について検出した場合に微小リークありと判定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の弁監視方法。
【請求項３】
弁の機械要素に生じているひずみを検出する弁状態検出センサ、及び前記弁状態検出センサで得られるひずみ情報に基づいて前記弁の開閉状態を判定する開閉状態判定手段を備えた弁監視システムにおいて、
閉状態における前記弁の振動の周波数を検出できるようにされ、それにより得られる周波数情報に基づいて閉状態における微小リークの有無を判定する微小リーク判定手段を備えたことを特徴とする弁監視システム。
【請求項４】
前記微小リーク判定手段は、予め用意してある基準周波数帯域に含まれる周波数が前記弁の振動について検出された場合に微小リークありと判定するようにされていることを特徴とする請求項３に記載の弁監視システム。
【請求項５】
前記弁状態検出センサにより前記周波数の検出をなすようにされていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の弁監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁の開閉状態を遠隔的に監視する弁監視方法及び弁監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントなどのプラントでは、その配管系に多くの自動弁や手動弁が設置されている。プラントにおける弁の開閉は、プラントの運転状態などで定まる系統構成に応じて決められるのが通常である。そのため、管理室などから各弁の開閉状態を系統構成に関して遠隔的に判定して監視する必要がある。
【０００３】
弁の遠隔的な開閉状態監視については、例えば特許文献１〜特許文献３に開示の例が知られている。これら各従来技術はそれぞれ一長一短があるといえるが、開閉状態の監視に必要とする機器、特に弁側に設ける機器の構成を、特許文献２や特許文献３の技術におけるのと比べて、より単純なもので済ませることができ、しかも高い精度で開閉状態判定できるという点で、特許文献１に開示の例のようなひずみ基準判定による方式が優れている。
【０００４】
ひずみ基準判定方式では、開閉動作に伴って弁の機械要素、例えば弁棒に生じるひずみと弁の開閉状態に基本として高い相関性があることを利用して開閉状態を判定する。すなわち弁棒などに生じているひずみをセンサで検出し、それにより得られるひずみ情報に基づいて弁の開閉状態を判定して監視する。このため弁側に設ける機器として、ひずみ検出用のセンサとそれに付随する機器を用いるだけで済ませることができ、しかも弁棒などのひずみと開閉状態の高い相関性を利用して開閉状態を判定できることから、高い精度での開閉状態判定が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１４４９８号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７７１号公報
【特許文献３】特開２００８−３９１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ひずみ基準判定方式は、上述のように弁の開閉状態監視として優れているものの、必ずしも十分でない。上述のようにひずみ基準判定方式では、弁棒などのひずみと開閉状態に基本的に高い相関性があることを利用して弁の開閉状態を判定して監視する。しかるに弁では、エロージョンなどにより弁体や弁座に経年的な損傷を生じ得るし、また弁体と弁座の間に異物が挟まる可能性もある。そしてそのような事態を生じた場合、特に一定以上の経年損傷を生じていた場合、弁閉時については、弁棒などのひずみと閉状態の相関性が弁体や弁座の損傷の程度に応じて低下する。その結果、ひずみ基準判定では完全な閉状態と判定される場合であっても、実際には弁体と弁座の間に微小な隙間が残り、それにより微小リークを発生しているということが起こり得る。つまりひずみ基準判定では、微小リークを伴うような不完全閉状態を判定することができずに見過ごす可能性があるという、微小リーク見過ごし問題を残しているということである。
【０００７】
こうした開閉状態監視における微小リーク見過ごし問題は、原子力発電プラントにおける弁において特に重要となる。すなわち原子力発電プラントの場合、弁のほとんどがドレンラインやベントラインに設置されている。そしてドレンラインやベントラインは配管内を流れる流体を系統外に放出するラインである。そのため弁閉状態時に不完全閉状態となって微少リークが発生した場合、プラントの運転に大きな影響を及ぼす可能性がある。こうしたことから、原子力発電プラントのドレンラインやベントラインにおける弁の開閉状態監視にあっては、微小リークを高い確度で判定できるようにし、それにより微小リークを伴うような不完全閉状態も見過ごすことのない高精度な開閉状態判定をなせるようにすることが強く望まれる。
【０００８】
本発明は、このような要望に応えるためになされたもので、ひずみ基準判定方式による弁の開閉状態監視、つまり弁棒などのひずみと開閉状態の相関性を利用して弁の開閉状態を判定して監視する弁の開閉状態監視について、微少リークを高い確度で判定できるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、微少リークを高い確度で判定できるようにし、それにより微小リークを伴うような不完全閉状態も見過ごすことのない高精度な開閉状態判定をなせるようにするについて、弁におけるリークと振動の関係に着目する。すなわち弁におけるリークは、弁体と弁座の間の狭い隙間を流体が通過することに起因する振動を弁にもたらす。そしてそのリーク起因の振動は、リークの程度に応じた周波数の振動となる。したがって閉状態における弁の振動について周波数を検出し、それにより得られる周波数情報を利用することにより、リークの発生を判定することができ、しかもひずみ基準判定では見過ごす可能性のあるような不完全閉状態によるリークである微少リークに的を絞ってその発生を高い確度で判定することが可能となる。
【００１０】
本発明では、以上のような考え方に基づいて上記課題を解決する。具体的には、弁の機械要素に生じているひずみを検出し、それにより得られるひずみ情報に基づいて前記弁の開閉状態を判定して監視するようになっている弁監視方法において、閉状態における前記弁の振動の周波数を検出し、それにより得られる周波数情報に基づいて閉状態における微小リークの有無を監視するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
上記のような弁監視方法については、予め用意してある基準周波数帯域に含まれる周波数を前記弁の振動について検出した場合に微小リークありと判定するようにすることが好ましい。このようにすることにより、ひずみ基準判定では見過ごす可能性のあるような不完全閉状態による微少リークに的を絞った判定をより効果的に行うができるようになる。すなわち、ひずみ基準判定では見過ごす可能性のあるような不完全閉状態を監視対象の弁に試験的に発生させた状態での弁の振動について測定して求めた周波数帯域を基準周波数帯域とすれば、監視目的の微少リークに対し効果的に的を絞ることができる。
【００１２】
また本発明では、以上のような考え方に基づいて上記課題を解決するについて、弁の機械要素に生じているひずみを検出する弁状態検出センサ、及び前記弁状態検出センサで得られるひずみ情報に基づいて前記弁の開閉状態を判定する開閉状態判定手段を備えた弁監視システムにおいて、閉状態における前記弁の振動の周波数を検出できるようにされ、それにより得られる周波数情報に基づいて閉状態における微小リークの有無を判定する微小リーク判定手段を備えたことを特徴としている。
【００１３】
また本発明では、上記のような弁監視システムについて、上述したのと同じ理由から、前記微小リーク判定手段は、予め用意してある基準周波数帯域に含まれる周波数が前記弁の振動について検出された場合に微小リークありと判定するようにされていることを好ましい形態としている。
【００１４】
上記のような弁監視システムについては、弁振動の周波数検出に関し、ひずみ検出用の弁状態検出センサを兼用する形態と弁振動周波数検出専用のセンサを用いる形態が可能である。ただ、弁側に設ける機器の構成を単純化できるという点でひずみ検出と弁振動周波数検出で一つの弁状態検出センサを兼用するのが好ましい。こうしたことから本発明では、上記のような弁監視システムについて、前記弁状態検出センサにより前記周波数の検出をなすようにすることを好ましい形態としている。
【発明の効果】
【００１５】
以上のような本発明によれば、ひずみ基準判定方式による弁の開閉状態監視について、微少リークを高い確度で判定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施例による弁監視システムの構成を示す図である。
【図２】弁状態監視用データのテーブルの例を示す図である。
【図３】弁監視処理の流れを示す図である。
【図４】弁状態情報のデータ形式の例を示す図である。
【図５】自動弁に適用した場合の弁監視システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明による弁監視システムや弁監視方法は、弁の開閉状態監視に好適である。以下では、手動弁を監視対象とする場合の実施例として説明するが、監視対象は自動弁でもよい。
【実施例】
【００１８】
図１に、一実施例による弁監視システムの構成を模式化して示す。本実施例の弁監視システム１は、例えば原子力発電プラントにおける配管系のドレンラインやベントラインに設置された手動弁２を遠隔的な監視対象としている。ここで、弁監視システム１が監視対象とする手動弁は複数であるのが通常であるが、図１ではそれら複数の手動弁を手動弁２で代表させてある。
【００１９】
手動弁２は、頭部に開閉操作用のハンドル３を有している。ハンドル３には弁棒４が取り付けられており、ハンドル３を手動操作で回転させることにより弁棒４が図の状態で上下方向の進退動を行う。弁棒４の先端には弁体（図示を省略）が設けられており、その弁体を弁棒４の前進動により弁箱５における弁座（図示を省略）に押接させることで閉となり、弁体を弁座から引き離すことで開となる。
【００２０】
このような手動弁２では、開閉操作に伴って弁棒４に一定のひずみを生じ、その弁棒４におけるひずみは開閉状態と高い相関性を有している。弁監視システム１は、このような弁棒４のひずみと開閉状態の相関性を利用したひずみ基準判定により手動弁２の開閉状態を判定して監視し、またひずみ基準判定では判定し得ない可能性のあるような不完全閉状態も監視できるようにするために、手動弁２におけるリークに起因する振動とリークの程度との相関性を利用した振動周波数基準により弁閉時の微小リークを判定して監視する。これらの機能のために弁監視システム１は、弁状態検出センサ１１、データ送信系１２、弁状態監視装置１３、及び弁状態監視データベース１４を備えている。
【００２１】
弁状態検出センサ１１は、複合的な検出機能を有するセンサで構成され、弁棒４に取り付けられており、手動弁２の各種状態について検出を行って必要な弁状態情報を取得する。具体的には、弁棒４のひずみを検出して得られるひずみ情報（以下、適宜に検出ひずみ情報と呼ぶ）と手動弁２に生じている振動の周波数を検出して得られる周波数情報（以下、適宜に検出周波数情報と呼ぶ）を基本的な弁状態情報として取得し、必要に応じて手動弁２の温度情報や放射能濃度情報なども付加的な弁状態情報として取得する。
【００２２】
データ送信系１２は、無線通信モジュール１５と中継器１６を含んでいる。無線通信モジュール１５は、弁状態検出センサ１１が取得した弁状態情報（ひずみ情報や周波数情報など）を有線送信で弁状態検出センサ１１から受け取り、それを無線通信で中継器１６に送信するのに機能する。このような無線通信モジュール１５は、弁箱５からの放射熱に直接的に曝されることのないようにして手動弁２に取り付けて設けるのが好ましく、図の例では手動弁２のヨーク部１７に取り付けてある。中継器１６は、無線通信モジュール１５と無線通信可能な範囲に設置され、無線通信モジュール１５が送信するデータを中継して弁状態監視装置１３に有線通信で送信するのに機能する。このような中継器１６は、例えば弁監視システム１が監視対象とする複数の手動弁をいくつかにグループ分けし、そのグループごとに設けるというようにして複数設けられるのが通常である。
【００２３】
弁状態監視装置１３は、弁監視システム１における上述のような開閉状態と微小リークの監視を実行する機能を負っており、そのために開閉状態判定部２１、微小リーク判定部２２、及び表示部２３をソフトウエア要素として有している。
【００２４】
開閉状態判定部２１は、開閉状態判定手段として機能し、ひずみ基準判定で手動弁２の開閉状態を判定する。つまり検出ひずみ情報を用いて手動弁２の開閉状態を判定する。具体的には、検出ひずみ情報におけるひずみ値を弁状態監視データベース１４に格納の基準ひずみ値（閉時基準ひずみ値又は開時基準ひずみ値）と比較し、両値が一致していれば、正しい開閉状態（開であるべき時に開となっており、閉であるべき時に閉となっている状態）と判定し、両値が不一致であれば、誤った開閉状態（開であるべき時なのに閉となっており、閉であるべき時なのに開となっている状態）と判定する。
【００２５】
微小リーク判定部２２は、微小リーク判定手段として機能し、振動周波数基準で弁閉時の微小リークの有無を判定する。つまり検出周波数情報を用いて弁閉時の微小リークの有無を判定する。具体的には、検出周波数情報における検出周波数を弁状態監視データベース１４に格納の基準周波数帯域と比較し、検出周波数が基準周波数帯域に含まれていれば、微小リークありと判定し、検出周波数が基準周波数帯域外であれば、微小リークなしと判定する。
【００２６】
表示部２３は、開閉状態や微小リークの判定結果などを所定のフォームで監視用モニタに表示する機能を負っている。ここで、監視用モニタとしては、例えば弁状態監視装置１３に接続するなどして設けられている管理室用の表示装置（図示せず）が用いられ、また必要に応じて現場作業員が携行する携帯パソコンの表示装置（図示せず）なども用いられる。
【００２７】
弁状態監視データベース１４は、弁状態監視に関連する各種データを弁監視システム１で監視対象とする各弁について格納して管理する。格納管理する弁状態監視関連データとしては、弁状態監視基準データ、弁属性データ、弁設置場所データ、及び監視履歴データなどが主なものとしてある。これら各データは、例えば弁監視システム１が監視対象とする手動弁ごとに作成するテーブル形式で管理される。
【００２８】
図２に、弁状態監視用データのテーブルの例を示す。この例では、弁識別データとして、弁番号、弁状態監視基準データとして、基準ひずみ値（閉時基準ひずみ値と開時基準ひずみ値）、基準周波数帯域、弁属性データとして、弁メーカ、弁型式、設計温度、設計圧力、弁設置場所データとして、建屋名称、系統名称、監視履歴データとして、弁状態検出センサ管理番号、弁作動履歴、判定履歴の各データ項目がフィールドに設けられている。
【００２９】
これら各データ項目に記録されるデータで特に重要なのは、閉時基準ひずみ値と開時基準ひずみ値、それに基準周波数帯域である。閉時基準ひずみ値と開時基準ひずみ値は、手動弁２の完全閉状態と完全開状態それぞれにおける弁棒４のひずみを測定して取得することで用意する。その取得は、手動弁２が配管系統に設置された時点又は必要に応じた適宜な時点で行う。一方、基準周波数帯域は、ひずみ基準判定では見過ごす可能性のあるようなリークである微少リークを試験的に生じさせた状態の手動弁２における振動について周波数帯域を測定して取得することで用意する。その取得は、基準ひずみ値の場合と同様な時点で行う。手動弁２の場合、一例として、微少リーク発生時における振動の中心周波数が２０ｋＨｚ付近にあり、したがって２０±１０ｋＨｚ程度が基準周波数帯域となる。
【００３０】
以下では、以上のような弁監視システム１で実行される弁監視方法について説明する。図３に、弁監視方法における弁監視処理の流れを示す。手動弁２の開閉状態と微少リークの監視は、手動弁２が閉操作又は開操作されるごとに行われたり、開閉操作に関係なく定期的に行われたり、さらには随時的に行われたりし、１監視サイクルとしてステップＳ１〜ステップＳ９の各処理過程を含んでいる。
【００３１】
まずステップＳ１として監視要求がなされる。監視要求は、自動的に発生する場合（開閉操作時監視や定期的監視の場合）と手動で発生する場合（随時的監視の場合）がある。ステップＳ２では、弁状態情報の取得要求を行う。弁状態情報の取得要求は、例えば弁状態監視装置１３が弁状態検出センサ１１と無線通信モジュール１５に起動信号を送ることでなされる。
【００３２】
弁状態情報の取得要求がなされると弁状態検出センサ１１が弁状態情報を取得し（ステップＳ３）、次いで取得した弁状態情報を弁状態検出センサ１１がデータ送信系１２で弁状態監視装置１３に送信し、これを受けて弁状態監視装置１３が弁状態情報を所定のデータ形式で取り込む（ステップＳ４）。図４に、弁状態監視装置１３が弁状態情報を取り込む際のデータ形式の例を示す。この例ではテーブル形式となっており、当該監視における監視対象弁の弁番号、監視対象弁における弁状態検出センサの管理番号、弁状態情報の取得日時、ひずみ情報、周波数情報の各情報項目がフィールドに設けられたテーブルとなっている。
【００３３】
弁状態情報を取り込んだ弁状態監視装置１３は、まずその弁状態情報を弁状態監視データベース１４に格納の弁状態監視基準データと照合し、その結果を表示部２３により監視用モニタに表示する（ステップＳ５）。
【００３４】
続くステップＳ６では、開閉状態判定部２１により開閉状態判定がなされる。具体的には、弁状態情報における検出ひずみ値が基準ひずみ値（閉時基準ひずみ値又は開時基準ひずみ値）と一致しているかを判定し、一致していると判定されれば正開閉状態と判定し、不一致と判定されれば誤開閉状態と判定する。なお、基準ひずみ値として閉時基準ひずみ値と開時基準ひずみ値のいずれを用いるかは、手動弁２が設置されている配管系の系統構成に応じて手動弁２が当該監視サイクル時に開、閉のいずれにあるべきかにより決められる。
【００３５】
ステップＳ６の開閉状態判定には、正開状態、正閉状態、誤開閉状態として３つの判定結果があり得る。正開状態と判定された場合は処理終了となり、誤開閉状態と判定された場合はステップＳ７に進んで誤開閉状態について警告を行って処理を終了し、正閉状態と判定された場合はステップＳ８に進む。
【００３６】
ステップＳ８では、微小リーク判定部２２により微小リーク判定がなされる。具体的には、弁状態情報における検出周波数が基準周波数帯域に含まれているかを判定し、含まれていないと判定されれば微小リークなしと判定して処理を終了し、含まれていると判定されれば微小リークありと判定してステップＳ９に進んで微小リークについて警告を行って処理を終了する。
【００３７】
ここで、ステップＳ７の誤開閉状態警告がなされた場合やステップＳ９の微小リーク警告がなされた場合には、現場作業員が必要な対応を行うことになる。つまり誤開閉状態警告がなされた場合には、手動弁２を閉状態又は開状態に戻し、微小リーク警告がなされた場合には、微小リークが解消されるまで手動弁２の閉操作を行うか、又は閉操作を行っても微小リークが解消しない場合には手動弁２の故障あるいは不良化として対応する。なお、こうした微小リークへの対応に際しては、微小リーク対応用の微小リーク判定を弁状態監視装置１３に行わせ、その判定結果を参照しながら微小リーク解消のための閉操作を行うようにするのが好ましい。
【００３８】
以上のような弁監視システム１ないし弁監視方法によれば、ひずみ基準判定方式による開閉状態監視に伴って微小リークも高い確度で判定して監視できる。そしてそのことにより、微小リークを伴うような不完全閉状態も見過ごすことのない高精度な開閉状態判定をなせるようになるのに加えて、弁の不良化や故障としての微小リークも検出することを可能とし、これにより弁の不良化や故障への素早い対応が可能となる。
【００３９】
図５に、自動弁２４に適用した場合の弁監視システムの構成を模式化して示す。本実施例では自動弁２４の弁棒２７に弁状態監視センサ２５が取り付けられており、無線通信モジュール２８と中継器２９により弁状態監視装置から遠隔監視することができる。実施例１と同様に周波数情報に基づいて弁状態を監視する。なお、本実施例では自動弁を用いたため、手動にて弁を開閉する必要がなく、遠隔開閉制御することができる。したがって、弁監視システムと組み合わせることによって、作業者が現場に行くことなく弁の監視から開閉制御まで可能となる。
【００４０】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明はその趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば上記形態は原子力発電プラントにおける手動弁、自動弁を監視対象とする場合であったが、その他のプラントについても適用可能である。また上記形態では、弁棒のひずみを検出する場合としていたが、例えばヨーク部など、弁棒以外の機械要素もひずみ検出対象とすることが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１    弁監視システム
２    手動弁
１１    弁状態検出センサ
２１    開閉状態判定部（開閉状態判定手段）
２２    微小リーク判定部（微小リーク判定手段）
２４    自動弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011007294.tif 000005
【図４】
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【図５】
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