(57)【要約】【課題】気液分離度を精度よく簡単に測定することができる方法を提供する。【解決手段】地盤１００の生産井１０１からの水蒸気１と熱水２との混合二相流を分離する気液分離器１４の分離度を測定する方法であって、分離された熱水２の一部を冷却して常温水３として採取する液採取工程と、分離された水蒸気１を採取して冷却することにより未分離水４を採取する未分離液採取工程と、採取された常温水３中の塩素イオン等の溶解物の含有濃度を測定する液中溶解物測定工程と、採取された未分離水４中の塩素イオン等の溶解物の含有濃度を測定する未分離液中溶解物測定工程と、常温水３中の塩素イオン等の溶解物の含有濃度に対する常温水３中の塩素イオン等の溶解物の含有濃度の割合から水蒸気１の湿り度を求めて、気液分離度を算出する分離度算出工程とを行う。【選択図】　　　　図１
2004012303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体と当該液体の蒸気との混合物の液体と蒸気との分離度を測定する方法であって、
前記液体を採取する液採取工程と、
分離された前記蒸気を採取して冷却することにより未分離液を採取する未分離液採取工程と、
採取された前記液中の溶解物の含有濃度を測定する液中溶解物測定工程と、
採取された前記未分離液中の溶解物の含有濃度を測定する未分離液中溶解物測定工程と、
前記液中の前記溶解物の含有濃度に対する前記未分離液の前記溶解物の含有濃度の割合に基づいて、前記蒸気の分離度を算出する分離度算出工程と
を行うことを特徴とする気液分離度測定方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記未分離液採取工程が、分離された前記蒸気の流速と同一の流速で当該蒸気を採取する
ことを特徴とする気液分離度測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記液体が、地中からの加熱された水である
ことを特徴とする気液分離度測定方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記溶解物が、シリカ、塩素イオン、鉄、全溶解固形物のうちの少なくとも一つである
ことを特徴とする気液分離度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体と当該液体の蒸気との混合物の液体と蒸気との分離度を測定する気液分離度測定方法に関し、特に、地中からの加熱された水と水蒸気との混合二相流の分離度を測定する場合に適用すると有効である。
【０００２】
【従来の技術】
地熱発電プラントは、地中から取り出した水蒸気を利用してタービンを回転させることにより、発電機を作動させて発電を行うようにしている。このような水蒸気は、熱水と共に二相流となって地中から取り出され、当該熱水を気液分離器で分離された後にタービンに供給されている。上記熱水は、土壌中の各種成分（例えば、硫化物、鉄化合物、シリカ、塩化ナトリウム、炭酸塩等）を多量に含んでいることから、水蒸気中に多量に混在してしまうと、タービン等にスケーリングや腐食等を短期間で発生させてしまう。そのため、従来は、下記のような方法により、気液分離器で分離された後の水蒸気中の熱水のミスト（未分離水）の量（湿り度）を求めて、気液分離器の分離度を把握するようにしている。
【０００３】
（１）気液分離器で分離された後の水蒸気の一部を採取し、大気圧までの減圧後の乾き蒸気の圧力及び温度から水蒸気のエンタルピを算出して水蒸気の湿り度を求める（カロリメータ法）。
【０００４】
（２）気液分離器で分離された後の水蒸気が流通する配管内に、炭酸マグネシウム等の吸湿性の粉末を固着させた板を設置し、通常は当該粉末が水蒸気と触れないようにシールしておき、測定時に、上記シールを開放（１〜２秒程度）して上記粉末を水蒸気に瞬間的に接触させることにより、水蒸気中の熱水のミスト（未分離水）による上記粉末の溶解玉の数及びそのサイズから水蒸気中の熱水のミスト（未分離水）の量を算出して水蒸気の湿り度を求める（溶解玉法）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の方法においては、以下のような問題があった。
【０００６】
（１）カロリメータ法は、測定結果が周辺の天候などで異なってしまうため、精度が高くなく、適用が非常に難しかった。
【０００７】
（２）溶解玉法は、瞬間的な測定であるために精度が非常に悪いと共に、使用する装置構造が複雑であるので、実用的でなかった。
【０００８】
このようなことから、本発明は、気液分離度を精度よく簡単に測定することができる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明による気液分離度測定方法は、液体と当該液体の蒸気との混合物の液体と蒸気との分離度を測定する方法であって、前記液体を採取する液採取工程と、分離された前記蒸気を採取して冷却することにより未分離液を採取する未分離液採取工程と、採取された前記液中の溶解物の含有濃度を測定する液中溶解物測定工程と、採取された前記未分離液中の溶解物の含有濃度を測定する未分離液中溶解物測定工程と、前記液中の前記溶解物の含有濃度に対する前記未分離液の前記溶解物の含有濃度の割合に基づいて、前記蒸気の分離度を算出する分離度算出工程とを行うことを特徴とする。
【００１０】
第二番目の発明による気液分離度測定方法は、第一番目の発明において、前記未分離液採取工程が、分離された前記蒸気の流速と同一の流速で当該蒸気を採取することを特徴とする。
【００１１】
第三番目の発明による気液分離度測定方法は、第一番目または第二番目の発明において、前記液体が、地中からの加熱された水であることを特徴とする。
【００１２】
第四番目の発明による気液分離度測定方法は、第三番目の発明において、前記溶解物が、シリカ、塩素イオン、鉄、全溶解固形物のうちの少なくとも一つであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明による気液分離度測定方法を地熱発電プラントの気液分離器の気液分離度の測定に適用した場合の実施の形態を図１〜３を用いて説明する。図１は、地熱発電プラントの概略構成図、図２は、図１の要部の抽出拡大図、図３は、図２のサンプリングノズルの抽出拡大図である。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１に示すように、地盤１００に形成された生産井１０１は、ブロー用サイレンサ１３に配管１１ａ及びバルブ１２ａを介して連結すると共に、気液分離器１４の受入口に配管１１ｂ及びバルブ１２ｂを介して連結している。気液分離器１４の液体送出口は、地盤１００に形成された還元井１０２に配管１１ｃ及びバルブ１２ｃを介して連結している。気液分離器１４の気体送出口は、水蒸気貯蔵タンク１５の受入口に配管１１ｄを介して連結している。
【００１５】
前記水蒸気貯蔵タンク１５の送出口は、粉粒物等の固体物７を分離するスケールセパレータ１６の受入口に連結している。スケールセパレータ１６の底部には、固体物７を排出する固体排出口が設けられている。スケールセパレータ１６の蒸気送出口は、タービン１７の蒸気受入口に連結している。タービン１７の出力軸は、発電機２２の入力軸に連結している。タービン１７の蒸気送出口は、第一のコンデンサ１８の蒸気受入口に連結している。
【００１６】
前記第一のコンデンサ１８の液体回収部（ホットウェル）は、空冷塔１９内の上部の散水管１９ａに送給ポンプ２０を介して連結しており、当該空冷塔１９は、内部に空気８を送風することにより、散水管１９ａから散水された温水５を常温程度にまで冷却することができるようになっている。空冷塔１９の送水口は、前記第一のコンデンサ１８内の上部の散水管１８ａに連結している。
【００１７】
つまり、タービン１７から第一のコンデンサ１８内に送出された水蒸気１は、空冷塔１９からの冷却水６が当該コンデンサ１８の上記散水管１８ａから散水されることにより冷却されて温水５となって回収され、当該温水５がポンプ２０を介して空冷塔１９の散水管１９ａから散水されることにより冷却されて冷却水６となり、第一のコンデンサ１８での水蒸気１の冷却に利用されるようになっているのである。
【００１８】
前記第一のコンデンサ１８の上部は、第二のコンデンサ２１の蒸気受入口にエジェクタ２１ｂを介して連結しており、当該エジェクタ２１ｂには、前記スケールセパレータ１６の蒸気送出口も連結している。第二のコンデンサ２１内の上部の散水管２１ａは、前記空冷塔１９の送水口に連結されている。第二のコンデンサ２１の液体回収部（ホットウェル）は、前記第一のコンデンサ１８の前記液体回収部（ホットウェル）に連結している。
【００１９】
つまり、第一のコンデンサ１８内で液化されなかった水蒸気１は、前記スケールセパレータ１６からの水蒸気１の一部と共に上記エジェクタ２１ｂを介して第二のコンデンサ２１内に送出され、散水管２１ａから散水される前記空冷塔１９からの冷却水６により再度冷却されて温水５となって回収され、前記第一のコンデンサ１８で回収された温水５と共に空冷塔１９で冷却されて冷却水６として利用されるようになっているのである。
【００２０】
他方、図１，２に示すように、気液分離器１４の気体送出口と水蒸気貯蔵タンク１５の受入口との間を連結する前記配管１１ｄの途中には、流量計３９と、当該配管１１ｄの径方向に沿って軸心方向を向けたサンプリングノズル３１の先端側が当該配管１１ｄの周方向に沿って所定の間隔（本実施の形態では等間隔）で複数（本実施の形態では２つ）差し込まれている。図３に示すように、サンプリングノズル３１の水蒸気１の流通方向上流側の周面には、当該サンプリングノズル３１の軸心方向に沿って、すなわち、前記配管１１ｄの径方向に沿って所定の間隔で吸引口３１ａが複数形成されている。サンプリングノズル３１の軸心部分には、上記吸引口３１ａと連通する連絡孔３１ｂが形成されている。
【００２１】
図１，２に示すように、前記サンプリングノズル３１の基端側は、バルブ３２ａを介して集合配管３３の先端側に連結している。集合配管３３の途中には、冷却器３４、バルブ３２ｂ、流量計３６がそれぞれ設けられている。集合配管３３の基端側は、サンプリング容器３７に連絡している。また、図１に示すように、前記気液分離器１４の液体送出口には、冷却器４４、バルブ４２を有する配管４３が接続されている。この配管４３は、サンプリング容器４７に連絡している。
【００２２】
このような本実施の形態にかかる地熱発電設備においては、生産井１０１から送出された水蒸気１と熱水２との二相流を配管１１ｂ及びバルブ１２ｂを介して気液分離器１４で水蒸気１と熱水２とに分離して、熱水２を配管１１ｃ及びバルブ１２ｃを介して還元井１０２に排出して地盤１００に戻す一方、水蒸気１を配管１１ｄを介して水蒸気貯蔵タンク１５に送給して一旦貯蔵した後、スケールセパレータ１６で粉粒物等の固体物７を分離してからタービン１７に送給して、タービン１７を回転させることにより、発電機２２が作動して発電する。
【００２３】
タービン１７で使用された水蒸気１は、第一のコンデンサ１８に送給され、散水管１８ａから冷却水６を散水されることにより液化されて温水５となり、先に説明したように、空冷塔１９に送給されて空気８で空冷されることにより冷却水６となって再利用される。さらに、第一のコンデンサ１８で液化されなかった水蒸気１は、先に説明したように、前記スケールセパレータ１６からの水蒸気１の一部と共に上記エジェクタ２１ｂを介して第二のコンデンサ２１内に送出され、散水管２１ａから冷却水６を散水されることにより液化されて温水５となり、前記第一のコンデンサ１８の温水５と共に空冷塔１９に送給されて空気８で空冷されることにより冷却水６となって再利用される。
【００２４】
このようにして生産井１０１からの水蒸気１を利用して発電を行うと共に、前記バルブ４２を調整して気液分離器１４内の熱水２のごく一部を配管４３を介して冷却器４４で冷却して常温水３としてサンプリング容器４７に採取する（液採取工程）一方、前記配管１１ｄ内を流通する水蒸気１の流速と同一の流速で、当該配管１１ｄ内を流通する水蒸気１をサンプリングノズル３１の吸引口３１ａから吸引するように、前記流量計３６，３９を確認しつつ前記バルブ３２ａ，３２ｂを調整し、集合配管３３を介して冷却器３４で冷却することにより、水蒸気１中の熱水２のミストを凝縮させて未分離水４としてサンプリング容器３７に採取する（未分離液採取工程）。
【００２５】
具体的には、配管１１ｄ内を流通する水蒸気１の単位時間当たりの流量をｍ１　とし、配管１１ｄの内径をＤとし、サンプリングノズル３１の吸引口３１ａの直径をｄとし、全サンプリングノズル３１の吸引口３１ａの合計数をｎとすると、サンプリングノズル３１の吸引口３１ａから吸引する流量ｍ１ｘは、下記の式（１）から求められるので、下記の式（１）を満足するように、前記流量計３６，３９を確認しつつ前記バルブ３２ａ，３２ｂを調整する（等速吸引法）。
【００２６】
2004012303.tif 000003
【００２７】
このようにして採取された前記常温水３及び前記未分離水４中の、シリカ（ＳｉＯ２　）、塩素イオン（Ｃｌ−　）、鉄（Ｆｅ）、全溶解固形物（Ｔｏｔａｌ　Ｓｏｌｉｄ）のうちの少なくとも一つの溶解物の含有濃度を測定する（液中溶解物測定工程及び未分離液中溶解物測定工程）。
【００２８】
具体的には、シリカ（ＳｉＯ２　）を測定する場合には、例えば、モリブデン青吸光光度法（ＪＩＳ　Ｋ０１０１）を適用する（測定範囲：０．０１〜０．１ｍｇ）。
【００２９】
塩素イオン（Ｃｌ−　）を測定する場合には、例えば、チオシアン酸第二水銀吸光光度法（ＪＩＳ　Ｋ０１０１）、硝酸銀滴定法（ＪＩＳ　Ｋ０１０１）、イオンクロマトグラフ法のいずれかを含有濃度に応じて適用する（測定範囲：チオシアン酸第二水銀吸光光度法の場合には０．０２〜０．５ｍｇ、硝酸銀滴定法の場合には０．５ｍｇ以上、イオンクロマトグラフ法の場合には０．１〜１５μｇ）。
【００３０】
鉄（Ｆｅ）を測定する場合には、例えば、２，４，６−トリ−２−１，３，５−トリアジン（ＴＰＴＺ）吸光光度法（ＪＩＳ　Ｋ０１０１）を適用する（測定範囲：０．０１〜０．０５ｍｇ）。
【００３１】
全溶解固形物（Ｔｏｔａｌ　Ｓｏｌｉｄ）を測定する場合には、例えば、重量法の溶解性蒸発残留物（ＪＩＳ　Ｋ０１０１：重量既知の白金皿に試料を入れて秤量し、加熱して乾固させた後、再び秤量して白金皿上の残留物の重量を測定することにより、試料中の全溶解固形物の含有濃度を求める。）を適用する（測定範囲：１ｍｇ以上）。
【００３２】
以上のような分析方法を適用することにより、常温水３及び未分離水４中の溶解物の含有濃度を容易に求めることができる。なお、いずれの溶解物の含有濃度を測定するかは、地盤１００の地質ごとによって異なり、熱水２中に最も多く含まれる溶解物を中心に選定して測定すればよく、通常は塩素イオン（Ｃｌ−　）を中心に選定して測定すると好ましい。
【００３３】
このようにして常温水３及び未分離水４中の前記溶解物の含有濃度を求めたら、常温水３中の前記溶解物の含有濃度に対する未分離水４中の前記溶解物の含有濃度の割合を算出するとにより、配管１１ｄ内を流通する水蒸気１の湿り度を求めることができる（分離度算出工程）。この理由を以下に説明する。
【００３４】
配管１１ｄを流通する水蒸気１の単位時間当たりの流量をｍ１　とし、水蒸気１の当該流量ｍ１　中のミストの量、すなわち、未分離水４の量をｍ４　とすると、配管１１ｄを流通する水蒸気１の湿り度Ｗｓ　は、下記の式（２）で表される。
【００３５】
Ｗｓ　＝ｍ４　／ｍ１　　・・・（２）
【００３６】
ここで、常温水３中の溶解物ａの含有濃度［ａ］３　と未分離水４中の溶解物ａの含有濃度［ａ］４　とは等しいことから、配管１１ｄを流通する単位時間当たりの水蒸気１中の溶解物ａの含有量ｍ１ａは、下記の式（３）で表される。
【００３７】
2004012303.tif 000004
【００３８】
上記式（２），（３）から、下記の式（４）に示す関係が成り立つ。
【００３９】
Ｗｓ　＝［ａ］４　／［ａ］３　　・・・（４）
【００４０】
よって、常温水３中の溶解物ａの含有濃度［ａ］３　に対する未分離水４中の溶解物ａの含有濃度［ａ］４　の割合を算出することにより、配管１１ｄを流通する水蒸気１の湿り度Ｗｓ　を求めることができる。
【００４１】
以上のようにして配管１１ｄ内を流通する水蒸気１の湿り度Ｗｓ　を所定時間ごとに求めることにより、気液分離器１４で分離された後の水蒸気１中の熱水２のミストの量（湿り度）を定期的に測定することができ、気液分離器１４の気液分離度を継続して把握することが容易にできる。
【００４２】
したがって、本実施の形態によれば、カロリメータ法のように、測定結果が周辺の天候などで異なってしまうことがないのはもちろんのこと、溶解玉法のように、瞬間的な測定ではなく連続的なサンプリングに基づいて測定すると共に、比較的簡単な装置構成で実施することができるので、気液分離度を精度よく簡単に測定することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、前記配管１１ｄの途中には、サンプリングノズル３１を配管１１ｄの周方向に沿って等間隔で２本設けたが、サンプリングノズル３１の本数等は、配管１１ｄの直径Ｄや配管１１ｄ内を流通する水蒸気１の流速等の諸条件に応じて適宜選定される。
【００４４】
また、本実施の形態では、地熱発電プラントの気液分離器の気液分離度の測定に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、液体と当該液体の蒸気との混合物の液体と蒸気との分離度を測定する場合であれば、液体等に含まれる溶解物の含有濃度等を測定することにより本実施の形態の場合と同様にして適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
第一番目の発明による気液分離度測定方法は、液体と当該液体の蒸気との混合物の液体と蒸気との分離度を測定する方法であって、前記液体を採取する液採取工程と、分離された前記蒸気を採取して冷却することにより未分離液を採取する未分離液採取工程と、採取された前記液中の溶解物の含有濃度を測定する液中溶解物測定工程と、採取された前記未分離液中の溶解物の含有濃度を測定する未分離液中溶解物測定工程と、前記液中の前記溶解物の含有濃度に対する前記未分離液の前記溶解物の含有濃度の割合に基づいて、前記蒸気の分離度を算出する分離度算出工程とを行うことから、カロリメータ法のように、測定結果が周辺の天候などで異なってしまうことがないのはもちろんのこと、溶解玉法のように、瞬間的な測定ではなく連続的なサンプリングに基づいて測定すると共に、比較的簡単な装置構成で実施することができるので、気液分離度を精度よく簡単に測定することができる。
【００４６】
第二番目の発明による気液分離度測定方法は、第一番目の発明において、前記未分離液採取工程が、分離された前記蒸気の流速と同一の流速で当該蒸気を採取するので、サンプリング精度を高めることができ、気液分離度の精度をさらに向上させることができる。
【００４７】
第三番目の発明による気液分離度測定方法は、第一番目または第二番目の発明において、前記液体が、地中からの加熱された水であるので、上述した効果を最も発現することができる。
【００４８】
第四番目の発明による気液分離度測定方法は、第三番目の発明において、前記溶解物が、シリカ、塩素イオン、鉄、全溶解固形物のうちの少なくとも一つであるので、地中からの加熱された水と水蒸気との分離度を最も確実に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による気液分離度測定方法を適用する地熱発電プラントの実施の形態の概略構成図である。
【図２】図１の要部の抽出拡大図である。
【図３】図２のサンプリングノズルの抽出拡大図である。
【符号の説明】
１　水蒸気
２　熱水
３　常温水
４　未分離水
５　温水
６　冷却水
７　固体物
８　空気
１１ａ〜１１ｄ　配管
１２ａ〜１２ｃ　バルブ
１３　ブロー用サイレンサ
１４　気液分離器
１５　水蒸気貯蔵タンク
１６　スケールセパレータ
１７　タービン
１８　第一のコンデンサ
１８ａ　散水管
１９　空冷塔
１９ａ　散水管
２０　送給ポンプ
２１　第二のコンデンサ
２１ａ　散水管
２１ｂ　エジェクタ
２２　発電機
３１　サンプリングノズル
３１ａ　吸引口
３１ｂ　連通孔
３２ａ，３２ｂ　バルブ
３３　集合配管
３４　冷却器
３６　流量計
３７　サンプリング容器
３９　流量計
４２　バルブ
４３　配管
４４　冷却器
４７　サンプリング容器
【図１】
2004012303.tif 000005
【図２】
2004012303.tif 000006
【図３】
2004012303.tif 000007