(57)【要約】【課題】プラント構成機器の劣化の兆候、または破損に関する初期状態での異常をプラントの運転を止めることなく無人で検知する。【解決手段】プラント故障診断装置が、非接触ＩＣタグを介して順次センサによる計測情報を受信して所定時間内におけるセンサ計測情報の変化を診断し、異常が認められたときにそのセンサの実装位置を特定する。また、プラント故障診断装置は、あらかじめ設定されるプラント構成機器の運転条件の範囲内にあるか否かを診断してその運転条件の範囲内に無いことが認められたときに運転条件の変更を行うことで、そのプラント構成機器の運転を継続して実行する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントを構成する各プラント構成機器の故障診断を行うプラント監視システムであって、
前記プラント構成機器の任意の箇所に実装される複数のセンサと、
前記センサのそれぞれに接続され、前記センサによる計測情報を取り込み無線送信する複数の非接触ＩＣタグと、
前記複数の非接触ＩＣタグを介し、順次、前記センサによる計測情報を受信して所定時間内におけるセンサ計測情報の変化を診断し、異常が認められたときにそのセンサの実装位置を特定するプラント故障診断装置と、
を備えることを特徴とするプラント監視システム。
【請求項２】
プラントを構成する各プラント構成機器の運転状態を監視するプラント監視システムであって、
前記プラント構成機器の任意の箇所に実装される複数のセンサと、
前記センサのそれぞれに接続され、前記センサによる計測情報を取り込み無線送信する複数の非接触ＩＣタグと、
前記複数の非接触ＩＣタグを介し、順次、前記センサによる計測情報を受信してあらかじめ設定される前記プラント構成機器の運転条件の範囲内にあるか否かを診断し、その運転条件の範囲内に無いことが認められたときに前記運転条件の変更を行い、そのプラント構成機器の運転を継続するプラント故障診断装置と、
を備えることを特徴とするプラント監視システム。
【請求項３】
前記センサと非接触ＩＣタグは耐熱材で覆われ、前記各プラント構成機器の任意の箇所に埋め込まれる一体型とすることを特徴とする請求項１または２に記載のプラント監視システム。
【請求項４】
前記センサは、少なくとも音響と温度と圧力を計測する複合型の機械的センサであることを特徴とする請求項３に記載のプラント監視システム。
【請求項５】
前記センサは、更に、光を照射してその通過、もしくは反射光を計測することによりガスの導入路を介して導入されるガスの化学成分を検出する光ファイバガスセンサを含むことを特徴とする請求項３に記載のプラント監視システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラントを構成する各プラント構成機器の故障診断、もしくは運転状態の監視を行う、プラント監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に、火力プラントにおける排煙脱硫系のプラント構成機器の一例が示されている。ここでのプラント構成機器は、ボイラ５１、エアヒータ５２等のボイラ補機、および排煙処理系５３、５４、５５、５６、そして、プラントの全体を管理するコントロールセンター５７で構成される。
ところで、上記したプラント構成機器のうち、例えばボイラ５１において、ボイラ内部で伝熱管の破損事故が生じることがある。このとき、破損した位置を検出するために従来は、外部から運転状態（各部の温度やボイラの流量など）をモニタリングするか、あるいは、点検員が外部から蒸気漏洩に伴う音響を調べることにより行っていた。従来、上記した高温プラントや回転体等の部位の故障診断を行うハードウェアは存在しなかった（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６９６１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、例え、蒸気が漏洩していることがわかっても、その漏洩箇所にかかわる正確な位置ははかり得なかった。そのために、蒸気の漏洩が発生した後、プラントの運転を停止させ、温度が低下した後に調査員がボイラ内部に入り、目視によって漏洩位置を確認していた。そして、漏洩位置を検知した後、その漏洩位置に使用されている伝熱管の材料を手配し、工場での加工を待ち、これを設置する必要があったためにプラント運転の再開に時間を要していた。
一方、電力業者界においては、競争力強化のために少数の点検員で対応するため、全てのプラント構成機器の巡回点検に時間を要していた。また、プラント構成機器の全てのバルブや回転機械等を点検することは困難であったために、これらプラント構成機器の異常を初期段階で検知することが困難であり、修理に多くの工事が必要となるような破損に至らしめていた。
【０００５】
本発明は上記諸々の事情に鑑みてなされたものであり、上記したボイラはもとより、プラント構成機器の劣化の兆候、または破損に関する初期状態での異常をプラントの運転を止めることなく無人で検知することにより、事故を未然に防止するプラント監視システムを提供することを目的とする。
また、異常が検知されたときにプラントの運転条件を変更することにより、プラントの運転を継続して行うことのできるプラント監視システムを提供することも目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために本発明は、プラントを構成する各プラント構成機器の故障診断を行うプラント監視システムであって、前記プラント構成機器の任意の箇所に実装される複数のセンサと、前記センサのそれぞれに接続され、前記センサによる計測情報を取り込み無線送信する複数の非接触ＩＣタグと、前記複数の非接触ＩＣタグを介し、順次、前記センサによる計測情報を受信して所定時間内におけるセンサ計測情報の変化を診断し、異常が認められたときにそのセンサの実装位置を特定するプラント故障診断装置と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、プラント故障診断装置が、非接触ＩＣタグを介して順次センサによる計測情報を受信して所定時間内におけるセンサ計測情報の変化を診断し、異常が認められたときにそのセンサの実装位置を特定することにより、プラント構成機器の劣化の兆候、または破損に関する初期状態での異常をプラントの運転を止めることなく無人で検知することができ、事故を未然に防止するプラント監視システムを提供できる。
【０００８】
また、本発明は、プラントを構成する各プラント構成機器の運転状態を監視するプラント監視システムであって、前記プラント構成機器の任意の箇所に実装される複数のセンサと、前記センサのそれぞれに接続され、前記センサによる計測情報を取り込み無線送信する複数の非接触ＩＣタグと、前記複数の非接触ＩＣタグを介し、順次、前記センサによる計測情報を受信してあらかじめ設定される前記プラント構成機器の運転条件の範囲内にあるか否かを診断し、その運転条件の範囲内に無いことが認められたときに前記運転条件の変更を行い、そのプラント構成機器の運転を継続するプラント故障診断装置と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、プラント故障診断装置が、複数の非接触ＩＣタグを介して順次センサによる計測情報を受信し、あらかじめ設定されるプラント構成機器の運転条件の範囲内にあるか否かを診断してその運転条件の範囲内に無いことが認められたときに運転条件の変更を行うことで、そのプラント構成機器の運転を継続して実行できるプラント監視システムを提供することが可能である。
【００１０】
また、本発明において、センサと非接触ＩＣタグは耐熱材で覆われ、前記各プラント構成機器の任意の箇所に埋め込まれる一体型とすることを特徴とする。
本発明によれば、センサと非接触ＩＣタグは耐熱材で覆われた一体型とし、これを各プラント構成機器の任意の箇所に埋め込み使用することで、従来、計測が困難であった高温環境下にあるプラント構成機器への実装を行うことができ、故障診断が可能となる。
【００１１】
また、本発明において、前記センサは、少なくとも音響と温度と圧力を計測する複合型の機械的センサであることを特徴とする。
本発明によれば、複合型の機械的センサを一体型とすることで、１個の非接触ＩＣタグを介して複数の計測情報を同時に送信することができる。
【００１２】
また、本発明において、前記センサは、更に、光を照射してその通過、もしくは反射光を計測することによりガスの導入路を介して導入されるガスの化学成分を検出する光ファイバガスセンサを含むことを特徴とする。
本発明によれば、機械的センサと化学成分分析センサとを一体化することで、一度に複数種の計測情報のモニタリングが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のプラント監視システムにおいて、プラント構成機器の任意の箇所に実装されるセンサの構成例を示す図である。
図１において、１０は、本発明のプラント監視システムにおいて、プラント構成機器の任意の箇所に実装されるセンサ一体型カプセルであり、センサ１、非接触ＩＣタグ２、化学成分分析センサ３、超小型ＣＣＤカメラ４、カメラ電源５が耐熱ガラス７に封入されている。
機械的センサ１は、ここでは、振動（加速度）、圧力、温度のそれぞれを計測する複合センサとなっている。非接触ＩＣタグ２の内部構造は図２に示され、実装位置近傍に設置されるアンテナを介して電力供給を受け、電池レスで情報を送受信できることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、非接触ＩＣタグ２は、図２に示されるように、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器２１、ＩＤメモリ２２、無線送受信回路２３のそれぞれが、ＣＰＵ２４の持つ内部バス２５に共通接続され、構成されている。
Ａ／Ｄ変換器２１は、接続される機械的センサ１を介して得られる各種計測情報を取込んで無線送受信回路２３を介して近傍に設置されるアンテナを介しコントロールセンターにあるプラント故障診断装置へ無線送信する機能を持つ。また、ＩＤメモリ２２には機械的センサ１にユニークに付される識別子情報（ＩＤ）が記録され、先の計測情報と共にアンテナを介して無線送信され、コントロールセンターにあるプラント診断装置がその実装位置を特定するための元データとなる。なお、ＣＰＵ２４は、プラント故障診断装置から再計測等に関するコマンドを受信してそのコマンドを実行するために用いられるが、本発明を実現するううえで必須構成となるものではない。
【００１５】
説明を図１に戻す。化学成分分析センサ３であり、ここでは、半導体レーザー光を照射してその通過、もしくは反射光を計測することにより、ガスの導入路３１を介して導入されるガスの化学成分を検出する光ファイバガスセンサとする。
図示せぬコントロールセンターにあるプラント故障診断装置では、この化学成分分析センサー３、および図示せぬ発振部を介して入手した計測情報により、波長と波光値との関係を調べて事故状況等に関する分析が可能である。
超小型ＣＣＤカメラ４は、カメラ電源５と共にこのセンサ一体型カプセル１０内に実装される。この超小型ＣＣＤカメラ４を介してプラント構成機器内部の映像を撮影し、小型通信ケーブル６を介してコントロールセンターにあるプラント故障診断装置へ送信することができる。
上記した機械的センサー１、非接触ＩＣタグ２、化学成分分析センサー３、超小型ＣＣＤカメラ４、カメラ電源５は、耐熱ガラス７で覆われ一体形成される。
なお、ＣＣＤカメラ４とカメラ電源５は、本発明を実現するうえで必須構成となるものではない。
【００１６】
本発明のプラント監視システムによれば、上記したセンサ１、３と非接触ＩＣタグ２を耐熱ガラス７によって覆い、一体化したセンサ一体型カプセル１０としてプラント構成機器の任意の箇所に取付け、あるいは取り付け箇所によっては埋め込んで使用するものとする。
例えば、ボイラ内外の数カ所に上記したカプセルを取り付ける。このときセンサ一体型カプセル１０の中には、機械的センサ１として、少なくとも音響情報（音波）を取込むための音響センサが複合型センサの一部として実装される。また、センサ一体型カプセル１０の実装位置近傍にはアンテナ（図示せず）が設置されており、当該アンテナを介して非接触ＩＣタグ２へ電力（電磁波）が供給されると共に、当該アンテナを介してセンサ計測情報を受信するものである。
プラント故障診断装置は、上記したセンサ一体型カプセル１０ならびにアンテナを介して音響センサによって得られる音響情報（音波）を取込み、非接触ＩＣタグ２によって送信されるその音響情報に基づき、蒸気の漏洩時に感知された音の大きさとその漏洩音の到達時間との差から、ボイラ内のどの位置で蒸気の漏洩が生じているかを正確に検知することができる。さらに、ボイラ伝熱管の管群それぞれの出入口にこのセンサーを取り付けることで、異常が発生した管の特定が可能である。
【００１７】
また、同じボイラ伝熱管の異なる２つの位置（蒸気の出入口）に音響センサが実装されたセンサ一体型カプセル１０を、直接、または当該位置に設置した音響ガイドを介して実装したとする。これらのセンサ一体型カプセル１０の近傍にはアンテナが設置されており、当該アンテナを介して非接触線タグ２からの音響信号を受信する。
受信した信号は、コントロールセンターにあるプラント故障診断装置によって解折され、ここで蒸気の漏洩が発生した時に生じる音を感知して漏洩の発生を検知するとともに、音を感知するまでの時間差から漏洩発生位置を知ることもできる。
【００１８】
図３に、プラント故障診断装置による処理の流れがフローチャートで示されている。ここでは異常（蒸気漏洩）検知時に専門の保守員に復旧を依頼する例が示されている。
プラント故障診断装置は、まず、音響情報を受信し、それを所定の時間だけ時系的に蓄積する（Ｓ３１）。そして、データベース（ＤＢ）にあらかじめ格納されてある異常発生時の周波数スペクトルデータと比較して所定時間内の音響情報の強度変化をチェックする（Ｓ３２）。ここで、ＤＢに格納された周波数スペクトルと概略一致すれば、異常発生、ここでは蒸気の漏洩が検知される。
【００１９】
このとき、更に、異常発生箇所に実装されてあるセンサ一体型カプセル１０（非接触タグ２）の特定が行われる（Ｓ３３）。センサ一体型カプセル１０からは音響情報の他に、ＩＤメモリ２２に記録されてあるＩＤも送信される。
そこで、プラント故障診断装置は、ＤＢに格納されてある非接触ＩＣタグ２のＩＤとプラント構成機器への実装位置との対応関係を示すテーブルを検索することにより、その実装位置を特定することができる。
そして、この実装位置情報を元に専門の保守員に対して復旧依頼を行う。また、このとき、ＤＢから、センサ一体型カプセル１０の実装位置に応じて記録された材質、寸法等から成る設計情報を読み出し、先の実装位置と合わせて通知することにより、保守員による復旧作業の効率アップがはかれる。
なお、異常時の周波数スペクトルデータとの差がある場合は（所定時間内に強度変化がない）、運転を継続する。
【００２０】
次に、異常検知時に動的に運転条件を変更し、運転を継続する場合のプラント故障診断装置の処理について図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
プラント故障診断装置が音響情報を受信し、時系列データとして蓄積するまでの処理は上記した図３に示す例と同様である（Ｓ４１）。ここでは、ＤＢに格納されてあるプラントの運転実績値との比較が行われ（Ｓ４３）、あらかじめ設定される、温度、圧力、ガス量、振動等に関する条件設定パラメータと近似しているか否かがチェックされ、近似していれば設定範囲にあるとみなし、運転を継続する。
一方、設定範囲からかけ離れている場合、運転条件の設定を変更し（Ｓ４５）、その運転条件に基づく運転の結果得られるセンサ計測情報とその運転条件との再度の比較がなされ、設定範囲にあるか否かがチェックされる（Ｓ４４）。この比較操作は２〜３回（ｎ回）程度リトライされ実行される（Ｓ４３）。ｎ回リトライしても設定範囲外にある場合は運転を停止し、図３に示す実施形態同様、専門の保守員に復旧を依頼する。
【００２１】
なお、運転条件については、パラメータ毎、その上限値と下限値が設定されており、ここでは連続して何度その上下限値を越えたかを判断し、あるいは平均を演算することによって範囲内にあるか否かを決定することとする。また、運転条件の設定についてはユーザ毎にその設定を許可し、また、運転条件の変更については、あらかじめ複数の運転条件がセンサー毎パラメータ設定され、ＤＢに格納されてあるものとし、これをユーザが選択する方法をとってもよい。
【００２２】
以上はセンサ一体型カプセル１０をボイラに設置した場合についてのみ説明したが、以降、ボイラ以外のプラント構成機器に設置した場合について説明する。
プラント構成機器には各種多数のバルブが設置されており、これらが正常に作動しているか否かを感知する必要がある。そこで、各バルブにセンサ一体型カプセル１０を実装し、検査員が信号受信用に電力を供給するウェアラブルコンピュータを着用して巡回し、各バルブに設置したセンサ一体型カプセル１０に近づいたとき、その計測情報を無線で読みとる。そして、コントロールセンターのプラント故障診断装置にそのデータを無線送出することにより、プラント故障診断装置でその異常を検知し、検査員に対して着用しているウェアラブルコンピュータを介して異常の有無、ならびに異常がある場合の症状等を通知することも考えられる。
また、センサ一体型カプセル１０の近傍にアンテナを設置し、このアンテナに各バルブがセンサ一体型カプセル１０を介して信号を配信し、これをコントロールセンターのプラント故障診断装置で解析することによってバルブの異常を監視することも可能である。
【００２３】
センサ一体型カプセル１０の実装により、蒸気ドラムや加熱低減器等、高圧力高速蒸気中に触れる内部装置を有する機器の劣化による振動発生などを検知することも考えられる。
すなわち、これらの機器は高温環境下で使用されるため、例えば、音響を伝えるためのガイドを溶接等により設置し、その先端にセンサ一体型カプセル１０を数カ所実装し、これらの音響情報をその近傍に配したアンテナによって受信し、これをコントロールセンターのプラント故障診断装置によって周波数解析する構成とする。このことにより、プラント故障診断装置は、プラント構成機器の内部装置が劣化したことによって発生する音響を感知して、異常の有無を運転中に察知することが可能である。
更に、コンプレッサやポンプなどの回転部品において、振動を検知する機械的センサを含むセンサ一体型カプセル１０を実装し、上記したバルブの例と同じように振動の変化をモニタリングすることによって異常を検知することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明のように本発明によれば、プラント運転中におけるプラント構成機器の劣化の徴候、または破損の初期段階を無人で検知できるようになるため、これらのプラントで発生する大きな事故を未然に防止することができるようになる。
また、発生した事故を早期に検知することができるために、その後に必要な復旧工事を速やかに行うことができるようになり、事故発生によるプラントの稼動停止に基づく損害を最小限に抑えることのできるプラント監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラント監視システムにおいて、プラント構成機器の任意の箇所に実装されるセンサの構成例を示す図である。
【図２】本発明のプラント監視システムにおいて、プラント構成機器に実装される非接触ＩＣタグの内部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のプラント監視システムにおいて用いられる、プラント故障診断装置による処理を説明するために引用したフローチャートである。
【図４】本発明のプラント監視システムにおいて用いられる、プラント故障診断装置による処理を説明するために引用したフローチャートである。
【図５】火力プラントにおけるプラント構成機器の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…機械的センサ、２…非接触ＩＣタグ、３…化学成分分析センサ、７…耐熱ガラス、１０…センサ一体型カプセル、２１…Ａ／Ｄ変換器、２２…ＩＤメモリ、２３…無線送受信回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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