(57)【要約】【課題】配管内部の流れを外部から測定し、リークの検知と発生箇所の絞り込みを可能とする配管系のインリーク検知方法および検知装置を提供すること。【解決手段】流体を流通させる配管の一点を加熱し、その加熱点の両側における配管表面の温度差を検出し、上記温度差により配管内部の流体の流れの有無と方向を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流通させる配管の一点を加熱し、その加熱点に対して配管の長手方向両側における配管表面の温度差を検出し、上記温度差により配管内部の流体の流れの有無と方向を判定することを特徴とする配管系のインリーク検知方法。
【請求項２】
流体を流通させる配管の複数点における配管近傍の音を測定し、その複数位置の音測定点における配管近傍の音の相関により配管内部の流体の流れの有無と方向を判定することを特徴とする配管系のインリーク検知方法。
【請求項３】
流体を流通させる配管の複数点における配管表面の振動を測定し、その複数位置の振動の相関により配管内部の流体の流れの有無と方向を判定することを特徴とする配管系のインリーク検知方法。
【請求項４】
予め計算しておいた流速と温度分布の関係から配管内部の流速を推定することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の配管系のインリーク検知方法。
【請求項５】
プラントの配管系における配管や弁やポンプなどの構成情報をもつＣＡＤデータ上で流体の流れ方向を追跡するとともに、複数の点で請求項１乃至３のいずれかの方法により検知した流体の流れの方向からリークが発生した箇所を推定することを特徴とする配管系のインリーク検知方法。
【請求項６】
流体を流通させる配管の一点を加熱するヒータと、上記ヒータに対して配管の長手方向両側に配置した配管の表面温度を測定する複数の温度計と、上記ヒータの両側に設置された温度計の測定値の温度差を算出する演算手段と、上記算出された温度差から配管内部の流体の流れの有無と方向を判定する手段とを有することを特徴とする配管系のインリーク検知装置。
【請求項７】
加熱および冷却時間を測定するタイマーを用いて配管の加熱時間を変え、これに同期して温度変化の測定値を記録し、上記ヒータの両側に設置した温度計の測定値の温度差分布の時間変化から配管内部の流量と方向を推定する手段を有することを特徴とする、請求項６記載の配管系のインリーク検知装置。
【請求項８】
温度計として熱電対を用いることを特徴とする、請求項６または７記載の配管系のインリーク検知装置。
【請求項９】
温度計として赤外線温度計を用いてヒータ設置部の温度分布を計測し、ヒータの両側の温度分布から配管内部の流量と方向を推定する手段を有することを特徴とする、請求項６または７記載の配管系のインリーク検知装置。
【請求項１０】
ヒータの両側の配管に沿った温度画像の空間微分画像を作成する手段と、その空間微分画像からヒータの両側の温度差の分布を計算する手段と、上記温度差の分布の最大値から配管内部の流量と方向を推定する手段を有することを特徴とする、請求項９記載の配管系のインリーク検知装置。
【請求項１１】
予め計算しておいた流速と温度分布の関係から配管内部の流速を推定することを特徴とする、請求項６乃至１０のいずれかに記載の配管系のインリーク検知装置。
【請求項１２】
流体を流通させる配管近傍の音を測定する複数のマイクと、上記複数の測定点における測定値の相関関数を算出する演算手段と、演算された相関関数のピーク値から配管内部の流体の流れの有無と方向を判定する手段とを有することを特徴とする配管系のインリーク検知装置。
【請求項１３】
流体を流通させる配管表面の振動を測定する複数のセンサと、上記複数の測定点における測定値の相関関数を算出する演算手段と、演算された相関関数のピーク値から配管内部の流体の流れの有無と方向を判定する手段とを有することを特徴とする配管系のインリーク検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば原子力発電所などの大規模プラントの配管系のインリーク検知方法およびその検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、上記大規模プラントの配管系のインリーク検知装置においては、系統の運転監視に使用する通常のセンサを用いてリーク検知とリーク発生箇所の絞り込みを行っている。
【０００３】
すなわち、このようなリーク検知装置としては、上記配管に設けられた第１の流量検知装置と第２の流量検知装置による第１の流量情報と第２の流量情報とを比較して、その流量差によりリークの発生を検知するものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１３８６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記配管系のインリーク検知装置においては、運転監視に使用する通常のセンサは数が少なくてリークの発生箇所の絞り込みが困難であった。特に、或る運転条件のもとでプラントから隔離されている系統や待機状態にあるバックアップ系統などのように、流体が流れていないはずの配管系で、弁の故障や誤操作、ピンホール等による内部リークが発生した場合には、リーク量が微少で測定そのものが困難である等の問題があった。
【０００５】
そこで、本発明はリークが発生したと考えられる場合に、配管の任意の場所に検知装置を装着して配管内部の流れを外部から測定し、リークの検知と発生箇所の絞り込みを可能とする配管系のインリーク検知方法および検知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】
第１の発明は、流体を流通させる配管の一点を加熱し、その加熱点に対して配管の長手方向両側における配管表面の温度差を検出し、上記温度差により配管内部の流体の流れの有無と方向を判定することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、流体を流通させる配管の複数点における配管近傍の音を測定し、その複数位置の音測定点における配管近傍の音の相関により配管内部の流体の流れの有無と方向を判定することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、流体を流通させる配管の複数点における配管表面の振動を測定し、その複数位置の振動の相関により配管内部の流体の流れの有無と方向を判定することを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、プラントの配管系における配管や弁やポンプなどの構成情報をもつＣＡＤデータ上で流体の流れ方向を追跡するとともに、複数の点で第１乃至第３のいずれかのの発明により検知した流体の流れの方向からリークが発生した箇所を推定することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、流体を流通させる配管の一点を加熱するヒータと、上記ヒータに対して配管の長手方向両側に配置した配管の表面温度を測定する複数の温度計と、上記ヒータの両側に設置された温度計の測定値の温度差を算出する演算手段と、上記算出された温度差から配管内部の流体の流れの有無と方向を判定する手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
第６の発明は、流体を流通させる配管近傍の音を測定する複数のマイクと、上記複数の測定点における測定値の相関関数を算出する演算手段と、演算された相関関数のピーク値から配管内部の流体の流れの有無と方向を判定する手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
第７の発明は、流体を流通させる配管表面の振動を測定する複数のセンサと、上記複数の測定点における測定値の相関関数を算出する演算手段と、演算された相関関数のピーク値から配管内部の流体の流れの有無と方向を判定する手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、リークが発生したと考えられる場合に、配管内部の流れを外部から測定し、リークの検知と発生箇所の絞り込みを行うことができ、また、或る運転条件のもとでプラントから隔離されている系統や待機状態にあるバックアップ系統などのように、流体が流れていないはずの配管系で、弁の故障や誤操作、ピンホール等による内部リークが発生した場合にも、リークの発生およびその位置を推定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図であり、測定対象となる配管１の任意の位置に、電源２に接続され上記配管１を加熱するためのリング状のヒータ３を装着し、そのヒータ３から配管の長手方向両側の等距離の位置にそれぞれ第１の温度計４及び第２の温度計５を設置し、その第１の温度計４及び第２の温度計５により配管表面の温度を測定する。上記第１及び第２の温度計４、５で測定された温度信号はＡ／Ｄ変換器６でそれぞれデジタル信号に変換され、データ記録装置７に取り込まれ、演算装置８により両者の温度差が演算され、上記温度差を検出することにより判定装置９において上記配管１にリークが発生しているか否かが判定される。
【００１６】
すなわち、内部の流体が流れていないはずの配管の表面を加熱すれば熱伝導によって内部の流体の温度も上昇するが、配管の内部にリークによる流れがあると、温まった流体が下流側に移動することによって配管の下流側の内壁温度が上昇し、上流側の内壁温度より高くなる。このため、配管表面の温度分布もヒータの上下側で非対称となって下流側における配管表面の温度が高くなる。
【００１７】
本実施の形態は、この現象を利用したものであり、上記ヒータ３により配管１を加熱するとともに、そのヒータ３の一方側に設置された第１の温度計４および他方側に設置された第２の温度計５により配管表面の温度を測定することにより、図２に示すように、両者の温度計によって測定された温度に差があり、第２の温度計５による温度が高い場合には、配管内部には図１の矢印方向にリークによる流れが発生していると判定することができる。すなわち、第１及び第２の温度計４、５による温度差を測定することにより配管内部の流体の流れの有無と方向、すなわちインリークを検知することができる。
【００１８】
また、ヒータによる加熱および冷却時間を測定するタイマを用いて配管の加熱時間を変え、これに同期して温度変化の測定値を記録し、ヒータ３の両側に設置した温度計の測定値の温度分布の時間変化から配管内部の流量と方向を推定することもできる。
【００１９】
なお、温度計として熱電対を使用することもできる。
【００２０】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示す図であり、温度計の代わりに赤外線カメラ１１を用いたものであって、ヒータ３により配管１を加熱するとともに、上記赤外線カメラ１１を用いてヒータ３の両側の配管に沿った温度画像の空間微分画像を作成する。図４は上記赤外線カメラ１１を用いて作成した配管表面の温度分布を示す空間微分画像であって、その空間微分画像から求めたヒータ３の両側の温度差の最大値から配管内部の流れの有無と方向を判定する。すなわち、図４に示すような温度分布の場合には、温度分布が図において右側が広くなっていることから、リークによる流れが図３の矢印で示す方向に発生していると判定することができる。
【００２１】
ところで、事前に数値解析をを行い、配管径、流速、圧力、熱量、加熱時間をパラメータとして変化させ、図５に示すように、それぞれの配管表面の温度変化グラフを求めておき、上記予め計算した流速と温度分布の関係と第１または第２の実施の形態において実測した配管表面の温度分布とから内部の流速を推定することができる。
【００２２】
図６は、本発明の第３の実施の形態を示す図であり、リーク検査を行う配管近傍に複数のマイク１４、１５を設置して音を収録し、両マイクで収録した音信号をＡ／Ｄ変換器６でそれぞれデジタル信号に変換し、データ記録装置７に取り込み、演算装置８により両者の遅れ時間が演算され、上記音の遅れ時間を検出することにより判定装置９において上記配管１にリークが発生しているか否かが判定される。
【００２３】
すなわち、図７に示すような、異なるマイクで測定したデータの遅れ時間等の相関関数を算出することにより、配管内にリークの流れが発生しているか否かが判定され、上記遅れ時間のピーク値τmax  によって流れの方向を推定でき、また上記相関関数のピーク値τmaxとマイク間の距離Ｄにより配管内部のリークによる流れの流速を推定することができる。
【００２４】
図８および図９は本発明の第４の実施の形態を示す図であり、リーク検査を行う配管近傍に複数の振動計１７、１８を設置して振動を測定し、両振動計で測定した振動信号をＡ／Ｄ変換器６でそれぞれデジタル信号に変換し、データ記録装置７に取り込み、演算装置８により両者間の振動の遅れ時間が演算され、上記振動の遅れ時間を検出することにより判定装置９において上記配管１にリークが発生しているか否かが判定される。
【００２５】
すなわち、図９に示すような、異なる振動計で測定したデータの遅れ時間等の相関関数を算出することにより、配管内にリークの流れが発生していると判定され、上記遅れ時間のピーク値τmaxによって流れの方向を推定でき、また上記相関関数のピーク値τmaxとマイク間の距離Ｄにより配管内部のリークによる流れの流速を推定することができる。
【００２６】
図１０は本発明の第５の実施の形態を示す図であり、原子力発電所などの大規模プラントの配管系において、配管や弁或いはポンプ等の構成情報をもつＣＡＤデータと、配管の複数点で測定された流れの方向からリークが発生した箇所を推定するインリーク検知方法を示す図である。すなわち、プラントの配管系の例として、Ａ系、Ｂ系、Ｃ系のポンプと逆止弁からなる３系統が並列に構成され、通常は１系統が運転状態にあり、２系統が待機状態にあるような系とする。そこで、今Ａ系が運転状態にあり、Ｂ系とＣ系が待機状態にあり、この運転条件の下でＣ系の逆止弁の故障でインリークが発生した場合には、正常であれば、入口からＡ系を通って出口に至る系路だけに流体が流れるが、上記逆止弁の故障によりＣ系に逆流が生じる。そのため、Ａ系とＣ系をループする循環流が生じることになって系全体の流量が低下する。したがって、例えば系の出口に設置された流量計の指示値が低下することで何らかの異常発生の可能性が検知される。
【００２７】
そこで、本第５の実施の形態においては、配管や弁やポンプなどの構成情報を有するＣＡＤデータを利用して出口流量計の上流側にある分岐を遡り、ｂ点およびｃ点で前記本発明の実施の形態によるインリーク検知装置によりリーク検査を実施する。その結果、ｂ点では配管内部の流れがなく、ｃ点で逆方向の流れが観測された場合には、リークの発生箇所としてＣ系の逆止弁を異状箇所の候補として推定することができる。このように、測定した流れの方向に関する情報から次に測定すべき箇所を推定し、最小の測定回数でリーク位置を絞り込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のインリーク検知装置の第１の実施の形態を示す図。
【図２】第１の実施の形態における温度測定結果を示す図。
【図３】本発明のインリーク検知装置の第２の実施の形態を示す図。
【図４】第２の実施の形態における赤外線カメラの画像を示す図。
【図５】加熱点から等距離の温度差グラフを示す図。
【図６】本発明のインリーク検知装置の第３の実施の形態を示す図。
【図７】音データの相関関数を示す図。
【図８】本発明のインリーク検知装置の第４の実施の形態を示す図。
【図９】振動データの相関関数を示す図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
【００２９】
１  配管  
２  電源
３  ヒータ
４  第１の温度計
５  第２の温度計
６  Ａ／Ｄ変換器
８  演算装置
９  判定装置
１１  赤外線カメラ
１４、１５  マイク  
１７、１８  振動計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図４】
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