(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温流体が流れるガスタービンのダクトの外表面から放射される赤外線を感知する赤外線カメラと、
前記外表面の代表点の温度を測定する温度センサと、
前記赤外線カメラから出力される熱画像信号を処理して前記外表面の放熱分布を得るととともに、この放熱分布と前記温度センサで測定される前記代表点の温度とに基づいて前記外表面の温度分布を算出する処理部と、
予め設定されている前記外表面の基準温度分布と前記算出された温度分布とを比較して、前記ダクトの内周面に配設されている保温材の劣化度を評価する評価部と、
前記評価部の評価結果を表示する表示部と、を備え、
前記処理部は、前記代表点における温度と放熱量の対応関係から前記代表点の温度に対応する放熱量を認識し、この放熱量に基づいて前記放熱分布を前記温度分布に置き換える演算を実行することを特徴とするガスタービンのダクトの保温材劣化監視装置。
【請求項２】
高温流体が流れるガスタービンのダクトの外表面から放射される赤外線を感知する赤外線カメラと、
前記外表面の代表点の温度を測定する温度センサと、
前記外表面近傍の風速および気温を計測する環境センサと、
前記ダクトの外表面温度に対する前記外表面近傍の風速および気温の影響度を示すデータを格納した記憶部と、
前記赤外線カメラから出力される熱画像信号を処理して前記外表面の放熱分布を得るととともに、この放熱分布と、前記温度センサで測定される前記代表点の温度と、前記環境センサで計測される前記外表面近傍の風速および気温と、前記記憶部に格納した前記影響度を示すデータとに基づいて、前記風速および気温の影響を除去した前記外表面の温度分布を算出する処理部と、
予め設定されている前記外表面の基準温度分布と前記算出された温度分布とを比較して、前記ダクトの内周面に配設されている保温材の劣化度を評価する評価部と、
前記評価部の評価結果を表示する表示部と、を備え、
前記処理部は、前記代表点における温度と放熱量の対応関係から前記代表点の温度に対応する放熱量を認識し、この放熱量に基づいて前記放熱分布を前記温度分布に置き換える演算を実行するとともに、前記記憶部に格納されている前記影響度データの中から前記風速および気温に対応した影響度データを読出し、この影響度データで前記置き換え演算によって得られた前記温度分布を補正する演算を実行して、前記風速および気温の影響を除去した最終的な温度分布を得る、
ことを特徴とするガスタービンのダクトの保温材劣化監視装置。
【請求項３】
前記外表面を撮影する可視カメラを付加し、前記表示部において、前記可視カメラの画像データと前記処理部で算出された温度分布とを重ね合わせて表示するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービンのダクトの保温材劣化監視装置。
【請求項４】
前記風速および気温に対応した影響度データの読出しは、前記風速および気温が基準値から所定の許容値以上異なる場合に実行されることを特徴とする請求項２に記載のガスタービンのダクトの保温材劣化監視装置。
【請求項５】
高温流体が流れるガスタービンのダクトの外表面から放射される赤外線を感知するステップと、
前記外表面の代表点の温度を測定するステップと、
感知された赤外線に対応する熱画像信号を処理して前記外表面の放熱分布を得るステップと、
前記代表点における温度と放熱量の対応関係から前記代表点の温度に対応する放熱量を認識するステップと、
前記代表点の放熱量に基づいて前記放熱分布を前記外表面の温度分布に置き換える演算を実行するステップと、
を含むことを特徴とするガスタービンのダクトの保温材劣化監視方法。
【請求項６】
高温流体が流れるダクトの外表面から放射される赤外線を感知するステップと、
前記外表面の代表点の温度を測定するステップと、
前記外表面近傍の風速および気温を計測するステップと、
前記ダクトの外表面温度に対する前記外表面近傍の風速および気温の影響度を示すデータを記憶しておくステップと、
感知された赤外線に対応する熱画像信号を処理して前記外表面の放熱分布を得るステップと、
前記代表点における温度と放熱量の対応関係から前記代表点の温度に対応する放熱量を認識するステップと、
前記代表点の放熱量に基づいて前記放熱分布を前記外表面の温度分布に置き換える演算を実行するステップと、
前記影響度データの中から前記風速および気温に対応した影響度データを読出し、この影響度データで前記置き換え演算によって得られた前記温度分布を補正し、それによって前記風速および気温の影響を除去した最終的な温度分布を得るステップと、
を含むことを特徴とするガスタービンのダクトの保温材劣化監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの排気ダクト等のような高温の流体が流通するダクトにおいて保温材の劣化を監視する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる、タービンコンバインドプラントは、ガスタービンと、該ガスタービンの排ガスの熱（５５０℃〜６５０℃程度）を利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、該蒸気によって駆動される蒸気タービンとを備えている。
【０００３】
上記ガスタービンの排ガスは、排気ダクトを介して排熱回収ボイラに導入されるが、その際、排気ダクトの内周面に配設された保温材によって保温される。
上記保温材が劣化してその保温性が低下すると、排ガスの熱の放散量が増加してその熱エネルギーが減少するため、蒸気タービンの駆動効率が低下する。したがって、保温材の劣化度を定量的に把握して、適当な時期に該保温材をリフレッシュする必要がある。
【０００４】
一方、上記保温材が劣化あるいは飛散した場合、排気ダクトの温度が異常上昇する。そして、この温度上昇によって排気ダクトの熱的劣化が進行すると、該排気ダクトが破損して排ガスが外部にリークすることになり、その場合、プラントの運転継続に支障をきたす。このような不都合を回避するには、排気ダクトが破損に至る前に保温機能の不良を察知して、その補修を実施する必要がある。
そこで、従来においては、上記プラントの運転を停止した後、作業員が上記排気ダクト内に入って異常箇所の有無を点検するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記作業員による点検には、以下のような問題がある。
（１）  点検のためにプラントの運転を停止する必要がある。
（２）  保温材は、ガス流による飛散を防止するために、その内表面が耐熱鋼板からなる押え板によって覆れているので、該保温材の劣化や飛散を直接視認するためには、この押え板を除去する必要がある。
しかし、上記押え板は、多数のピン部材で支持されていることから、その脱着に多大の手間を要する。このため、上記押え板を取り外さない状態で該押え板の表面の変化（破損、色調変化等）に基づいて保温材の劣化や飛散を推定しているが、このような点検手法では、信頼性の高い点検結果が得られない。
（３）  排気ダクトの形状が大きいので、その全域を点検するには、多大の時間を要する。
【０００６】
本発明の課題は、上記従来の問題点に鑑み、ダクトに接続される周辺機器の運転を停止することなく、該ダクトの保温材の劣化を監視することができるタービン排気ダクトの保温材劣化監視装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る保温材劣化監視装置は、高温流体が流れるガスタービンのダクトの外表面から放射される赤外線を感知する赤外線カメラと、前記外表面の代表点の温度を測定する温度センサと、前記赤外線カメラから出力される熱画像信号を処理して前記外表面の放熱分布を得るととともに、この放熱分布と前記温度センサで測定される前記代表点の温度とに基づいて前記外表面の温度分布を算出する処理部と、予め設定されている前記外表面の基準温度分布と前記算出された温度分布とを比較して、前記ダクトの内周面に配設されている保温材の劣化度を評価する評価部と、前記評価部の評価結果を表示する表示部と、を備える。前記処理部は、前記代表点における温度と放熱量の対応関係から前記代表点の温度に対応する放熱量を認識し、この放熱量に基づいて前記放熱分布を前記温度分布に置き換える演算を実行する。
また、本発明に係る保温材劣化監視装置は、高温流体が流れるガスタービンのダクトの外表面から放射される赤外線を感知する赤外線カメラと、前記外表面の代表点の温度を測定する温度センサと、前記外表面近傍の風速および気温を計測する環境センサと、前記ダクトの外表面温度に対する前記外表面近傍の風速および気温の影響度を示すデータを格納した記憶部と、前記赤外線カメラから出力される熱画像信号を処理して前記外表面の放熱分布を得るととともに、この放熱分布と、前記温度センサで測定される前記代表点の温度と、前記環境センサで計測される前記外表面近傍の風速および気温と、前記記憶部に格納した前記影響度を示すデータとに基づいて、前記風速および気温の影響を除去した前記外表面の温度分布を算出する処理部と、予め設定されている前記外表面の基準温度分布と前記算出された温度分布とを比較して、前記ダクトの内周面に配設されている保温材の劣化度を評価する評価部と、前記評価部の評価結果を表示する表示部と、を備える。前記処理部は、前記代表点における温度と放熱量の対応関係から前記代表点の温度に対応する放熱量を認識し、この放熱量に基づいて前記放熱分布を前記温度分布に置き換える演算を実行するとともに、前記記憶部に格納されている前記影響度データの中から前記風速および気温に対応した影響度データを読出し、この影響度データで前記置き換え演算によって得られた前記温度分布を補正する演算を実行して、前記風速および気温の影響を除去した最終的な温度分布を得る、
上記各発明において、前記外表面を撮影する可視カメラを付加し、前記表示部において、前記可視カメラの画像データと前記処理部で算出された温度分布とを重ね合わせて表示することも可能である。
また、前記風速および気温に対応した影響度データの読出しは、前記風速および気温が基準値から所定の許容値以上異なる場合に実行することができる。
本発明は、高温流体が流れるガスタービンのダクトの外表面から放射される赤外線を感知するステップと、前記外表面の代表点の温度を測定するステップと、感知された赤外線に対応する熱画像信号を処理して前記外表面の放熱分布を得るステップと、前記代表点における温度と放熱量の対応関係から前記代表点の温度に対応する放熱量を認識するステップと、前記代表点の放熱量に基づいて前記放熱分布を前記外表面の温度分布に置き換える演算を実行するステップと、を含むダクトの保温材劣化監視方法を提供する。
更に、本発明は、高温流体が流れるダクトの外表面から放射される赤外線を感知するステップと、前記外表面の代表点の温度を測定するステップと、前記外表面近傍の風速および気温を計測するステップと、前記ダクトの外表面温度に対する前記外表面近傍の風速および気温の影響度を示すデータを記憶しておくステップと、感知された赤外線に対応する熱画像信号を処理して前記外表面の放熱分布を得るステップと、前記代表点における温度と放熱量の対応関係から前記代表点の温度に対応する放熱量を認識するステップと、前記代表点の放熱量に基づいて前記放熱分布を前記外表面の温度分布に置き換える演算を実行するステップと、前記影響度データの中から前記風速および気温に対応した影響度データを読出し、この影響度データで前記置き換え演算によって得られた前記温度分布を補正し、それによって前記風速および気温の影響を除去した最終的な温度分布を得るステップと、を含むダクトの保温材劣化監視方法も提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図４は、複合サイクル発電プラントの構成の一例を概念的に示している。この発電プラントにおいて、ガスタービン１は、空気圧縮機２と、この空気圧縮機２で圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器３と、この燃焼器３に生じた高温高圧の燃焼ガスの膨張作用によって回転駆動されるタービン４とを備え、このタービン４の回転動力を発電機５に伝達する。
【０００９】
タービン４から排出される高温（５５０℃〜６５０℃程度）の排ガスは、排気ダクト６を介して排熱回収ボイラ７に導入される。排熱回収ボイラ７は、上記排ガスの熱エネルギーによって水蒸気を発生し、その水蒸気で蒸気タービン８を回転駆動する。
なお、蒸気タービン８で発生した回転動力は、発電機９に伝達される。また、蒸気タービン８から排出される蒸気は、復水器１０の熱交器で冷却凝縮され、復水として上記ボイラ７の給水系に流入する。
【００１０】
図２は、上記タービン４の排ガスを流通させる排気ダクト６の外観を、また、図３は、この排気ダクト６の部分拡大断面を示している。
排気ダクト６は、厚さ６〜９ｍｍ程度の炭素鋼板で形成されており、図３に示すように、その内周面に保温材１１が配設されている。保温材１１は、ガス流による飛散を防止するため、押え板１２によってその内表面が覆れている。
なお、押え板１２は、厚さ２ないし３ｍｍ程度の耐熱鋼板で形成されている。
また、この押え板１２は、排気ダクト６の内周面に突設した多数のピン１３によって該排気ダクト６に着脱自在に支持されている。
【００１１】
上記保温材１１は、ガス流を排気ダクト６の壁面から熱的に絶縁する役目をなすものであるから、この保温材１１の保温性能が低下した場合、あるいは、上記押え板１２の合わせ目や脱落箇所から保温材１１が飛散した場合、ガス流の熱放散のために排気ダクト６の該当箇所の温度が上昇することになる。
したがって、排気ダクト６の外表面の温度分布を計測し、この温度分布と保温材１１の劣化がないときにおける基準温度分布とを比較することによって、保温材１１の劣化を知ることができる。
【００１２】
図１は、上記のような原理に従って保温材の劣化を監視する本発明に係るガスタービン排気ダクトの保温材劣化監視装置の実施形態を示している。
この監視装置において、赤外線カメラ２０は、排気ダクト６の外表面から放射される赤外線を感知し、また、可視カメラ（例えばデジタルカメラ）２１は、赤外線カメラ２０の赤外線感知エリアを撮像する。
【００１３】
温度センサ２２は、排気ダクト６の外表面における上記赤外線感知エリアの代表点の温度を検出する。
なお、この温度センサ２２の出力は、赤外線カメラ２０および可視カメラの出力と共に処理部２５にそれぞれ加えられる。
【００１４】
図２に示したガスタービン用排気ダクト６は形状が大きいので、監視すべきエリアが広い。そこで、この実施形態では、上記監視エリアを複数個に分割し、その分割されたエリアＡ１，Ａ２，・・・を上記赤外線センサ２０の単位感知エリアとして設定している。なお、上記赤外線カメラ２０および可視カメラ２１は、一体化されている。
【００１５】
以下、この保温材劣化監視装置の作用について説明する。いま、図２に示した感知エリアＡ１に赤外線カメラ２０および可視カメラ２１が向けられているとすると、赤外線カメラ２０から感知エリアＡ１の放熱分布を示す熱画像信号が処理部２５に出力され、また、可視カメラ２１から感知エリアＡ１の可視画像を示す信号が処理部２５に出力される。
さらに、温度センサ２２から感知エリアＡ１のダクト６外表面の代表点における温度が処理部２５に出力される。
【００１６】
処理部２５は、赤外線カメラ２０から出力される熱画像信号を処理して感知エリアＡ１の放熱分布を得るとともに、この放熱分布と温度センサ２２から出力される上記代表点の温度とに基づいて、感知エリアＡ１の温度分布を得る。
すなわち、処理部２５は、上記代表点における温度と放熱量の対応関係から代表点の温度に対応する放熱量を認識し、この放熱量に基づいて上記放熱分布を温度分布に置き換える演算を実行する。
【００１７】
上記演算によって得られた感知エリアＡ１の温度分布を示すデータは、前記カメラ２１によって選られる該感知エリアＡ１の可視画像データと共に記憶部２６に記憶される。
一方、表示部２７は、上記温度分布データと可視画像データとを重ね合わせて表示する。これにより、エリアＡ１におけるダクト外表面の温度分布を確認することができる。
【００１８】
評価部２９は、記憶部２８に予め格納してある複数の単位感知エリアＡ１，Ａ２，・・・ごとの基準温度分布（保温材１１が健全な状態のときの温度分布）のうちのエリアＡ１の基準温度分布と、上記処理部２５で算出された温度分布とを比較し、温度上昇値が所定の大きさ（例えば、８０℃）以上の場合に、保温材１１が劣化（保温機能低下、押え板１２の合わせ目や脱落箇所からの保温材の飛散等）していると評価し、その結果を表示部２７に表示させる。
以後、残りの感知エリアＡ２，・・・についても同様の温度分布を算出し、その温度分布と基準温度分布とを比較して保温材１１の劣化について評価する。
【００１９】
ところで、図１に示すように、この実施形態では、ダクト外表面近傍の風速および気温を検出する風速センサ２３および温度センサ２４を設置するとともに、記憶部２８にダクト６の外表面温度に対する外表面近傍の風速および気温の影響度を示すデータを予め格納してある。したがって、上記風速センサ２３で検出される風速の温度分布への影響度および上記温度センサ２４で検出される気温の温度分布への影響度を上記記憶部の記憶内容から知ることが可能である。そして、この影響度が知られれば、風速および気温の影響を除去した温度分布を算出して、保温材１１の劣化をより精度良く評価することができる。
すなわち、ダクト６の外表面近傍の風速および気温が異なると、それだけダクト６の外表面温度が変化することになるので、各感知エリアＡ１，Ａ２，・・・における温度分布を算出する際に、風速センサ２３で測定された風速と基準風速（基準温度分布時における風速）との差異および温度センサ２４で測定された気温と基準温度（基準温度分布時における気温）との差異を加味することにより、上記風速および気温の影響を除去した温度分布を算出することが可能になる。
【００２０】
そこで、処理部２５は、赤外線カメラ２０および温度センサ２２の出力に加えて、上記風速センサ２３および温度センサ２４の出力も入力し、風速センサ２３の出力値が基準風速の値から所定の許容値以上異なる場合、および温度センサ２４の出力値が基準気温の値から所定の許容値以上異なる場合に、記憶部２８に予め格納されている影響度データ（補正データ）の中から上記風速センサ２３および温度センサ２４の出力値に対応したデータをそれぞれ読出す。そして、赤外線カメラ２０と温度センサ２２の出力に基づいて演算される前記温度分布各データを上記読出したデータで補正する演算（例えば、加減算）を実行して、風速および気温の影響を除去した最終的な温度分布を得る。
【００２１】
なお、評価部２９は、処理部２５で算出された上記最終的な温度分布と記憶部２６に格納されている前記基準温度分布とを比較して、前述したように保温材１１の劣化を評価する。
このように、風速および気温の影響を除去した温度分布を得るようにすれば、風および気温という外乱要因に左右されることなく、保温材１１の劣化をより精度良く監視することが可能になる。
なお、本発明は、タービンの排気ダクトだけでなく、高温流体が通過する他のプラント用ダクトに設けられた保温材の劣化監視にも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ダクトに接続される周辺機器の運転を停止することなく、該ダクトの保温材の劣化を監視することができる。
請求項２の発明によれば、風および気温の影響を受けることなく保温材の劣化をより精度良く監視することができる。
請求項３の発明によれば、監視エリアとそのエリアにおける温度分布とを重ね合わせて表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気ダクトの保温材劣化監視装置の実施形態を示したブロック図。
【図２】排気ダクトの側面図。
【図３】排気ダクトの部分拡大断面図。
【図４】複合サイクル発電プラントの構成を例示した該略図。
【符号の説明】
１  ガスタービン
６  排気ダクト
７  排熱回収ボイラ
８  蒸気タービン
２０  赤外線カメラ
２１  可視カメラ
２２  温度センサ
２３  風速センサ
２４  温度センサ
２５  処理部
２６，２８  記憶部
２７  表示部
２９  評価部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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