(57)【要約】【課題】エンクロージャ内の燃焼ガスの漏洩を精度よく検出できるガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置を提供することである。【解決手段】プロセス入力装置２２で入力したエンクロージャ内部温度Ｔａ及び大気温度Ｔｂの時系列データを記憶装置２３に記憶し、相関グラフ作成手段２４は、記憶装置２３に記憶した過去の所定期間の時系列データをプロットし基準相関グラフを作成するとともに、最新の所定期間の時系列データをプロットし現状相関グラフを作成し、上限基準曲線作成手段２５は、相関グラフ作成手段で作成された基準相関グラフのエンクロージャ内部温度の上限を示す包絡線をエンクロージャ内部温度の上限基準曲線として作成し、現状相関グラフ上に上限基準曲線を重ねて表示装置２７に表示する。【選択図】  図１
2012041907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンを収容したエンクロージャの内部温度及び大気温度を時系列的に入力するプロセス入力装置と、
前記プロセス入力装置で入力した前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の時系列データを記憶する記憶装置と、
前記記憶装置に記憶した過去の所定期間の時系列データをプロットし過去の所定期間の前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の基準相関グラフを作成するとともに最新の所定期間の時系列データをプロットし最新の所定期間の前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の現状相関グラフを作成する相関グラフ作成手段と、
前記相関グラフ作成手段で作成された基準相関グラフの前記エンクロージャ内部温度の上限を示す包絡線を前記エンクロージャ内部温度の上限基準曲線として作成する上限基準曲線作成手段と、
前記相関グラフ作成手段で作成した現状相関グラフ上に前記上限基準曲線作成手段で作成した上限基準曲線を重ねて表示する表示装置とを備えたことを特徴とするガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置。
【請求項２】
前記相関グラフ作成手段で作成した現状相関グラフにおける監視対象期間のエンクロージャの内部温度のうち、前記上限基準曲線作成手段で作成した上限基準曲線を超えるエンクロージャの内部温度の割合を判定し、その割合に応じた警報レベルを出力する警報判定手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置。
【請求項３】
前記上限基準曲線に対しエンクロージャの内部温度上昇方向に所定の余裕値を持たせ、前記警報判定手段は、前記上限基準曲線を超えるエンクロージャの内部温度の割合に代えて、前記上限基準曲線に所定の余裕値を加えた曲線を超えるエンクロージャの内部温度の割合を判定することを特徴とする請求項２に記載のガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置。
【請求項４】
前記相関グラフ作成手段は、所定の間隔で基準相関グラフを更新作成し、前記上限基準曲線作成手段は、更新作成された基準相関グラフに基づいて所定の間隔で上限基準線を更新作成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置。
【請求項５】
前記エンクロージャ内部温度及び大気温度に加えて、エンクロージャ内部温度と相関関係にあるガスタービン出力またはガスタービン燃焼温度を用いてガスタービン出力またはガスタービン燃焼温度に応じた上限基準曲線及び前記相関グラフを作成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置。
【請求項６】
ガスタービンを収容したエンクロージャの内部温度及び大気温度を時系列的に入力し、
入力した前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の時系列データを記憶し、
記憶した過去の所定期間の時系列データをプロットして過去の所定期間の前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の基準相関グラフを作成し、
作成した基準相関グラフの前記エンクロージャ内部温度の上限を示す包絡線を前記エンクロージャ内部温度の上限基準曲線として作成し、
最新の所定期間の時系列データをプロットして最新の所定期間の前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の現状相関グラフを作成し、
作成した現状相関グラフ上に前記上限基準曲線を重ねて表示出力することを特徴とするガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンを収容したエンクロージャ内の燃焼ガス漏洩を監視するガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラントのガスタービンはエンクロージャに収容され、ガスタービンの振動や騒音を外部に漏らさないようにしているとともに、ガスタービンに異常が生じて火災などが発生した場合において、被害が広がらないようにしている。また、エンクロージャには吸気口及び排気口が設けられ、吸気口から空気を吸い込み排気口からエンクロージャ内の空気を排出し、換気をすることでエンクロージャ内の温度が上昇しすぎないようにし、エンクロージャ内の制御機器等の保護や人による内部巡視等が可能なようにしている。
【０００３】
ガスタービンのエンクロージャの換気システムとして、寒冷地や気温変化が大きな特殊地域で運用する場合にも柔軟に対応して高い信頼性を確保することができ、しかも低コストで実現可能としたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、ガスタービンのエンクロージャ内に温度異常検出部及びガス漏れ検出部を設け、ガスタービンの非常事態を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４８７０６号公報
【特許文献２】特開２００８−１４０１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、エンクロージャの内部においては、燃料ガスの漏洩だけでなく燃焼ガスの漏洩も発生することがある。燃料ガスの漏洩はガス検知器により早急に検出できる。一方、燃焼ガスの漏洩があると、高温の燃焼ガスによりエンクロージャの内部温度は上昇するので内部温度検出により認識することは可能だが、エンクロージャ内は換気をしているため、漏洩量が少量であると温度上昇がわかりづらく、燃焼ガス漏洩による温度上昇が換気量を上回って初めて認識することが出来る。しかし、燃焼ガス漏洩を早期に発見することが出来ないため、漏洩に気づかずエンクロージャ内に人が入室すると非常に危険である。
【０００６】
本発明の目的は、エンクロージャ内の燃焼ガスの漏洩を漏洩量が少ない段階でも精度よく検出できるガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明に係るガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置は、ガスタービンを収容したエンクロージャの内部温度及び大気温度を時系列的に入力するプロセス入力装置と、前記プロセス入力装置で入力した前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の時系列データを記憶する記憶装置と、前記記憶装置に記憶した過去の所定期間の時系列データをプロットし過去の所定期間の前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の基準相関グラフを作成するとともに最新の所定期間の時系列データをプロットし最新の所定期間の前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の現状相関グラフを作成する相関グラフ作成手段と、前記相関グラフ作成手段で作成された基準相関グラフの前記エンクロージャ内部温度の上限を示す包絡線を前記エンクロージャ内部温度の上限基準曲線として作成する上限基準曲線作成手段と、前記相関グラフ作成手段で作成した現状相関グラフ上に前記上限基準曲線作成手段で作成した上限基準曲線を重ねて表示する表示装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明に係るガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置は、請求項１の発明において、前記相関グラフ作成手段で作成した現状相関グラフにおける監視対象期間のエンクロージャの内部温度のうち、前記上限基準曲線作成手段で作成した上限基準曲線を超えるエンクロージャの内部温度の割合を判定し、その割合に応じた警報レベルを出力する警報判定手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明に係るガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置は、請求項２の発明において、前記上限基準曲線に対しエンクロージャの内部温度上昇方向に所定の余裕値を持たせ、前記警報判定手段は、前記上限基準曲線を超えるエンクロージャの内部温度の割合に代えて、前記上限基準曲線に所定の余裕値を加えた曲線を超えるエンクロージャの内部温度の割合を判定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明に係るガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置は、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記相関グラフ作成手段は、所定の間隔で基準相関グラフを更新作成し、前記上限基準曲線作成手段は、更新作成された基準相関グラフに基づいて所定の間隔で上限基準線を更新作成することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明に係るガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置は、請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記エンクロージャ内部温度及び大気温度に加えて、エンクロージャ内部温度と相関関係にあるガスタービン出力またはガスタービン燃焼温度を用いてガスタービン出力またはガスタービン燃焼温度に応じた上限基準曲線及び前記相関グラフを作成することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明に係るガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視方法は、ガスタービンを収容したエンクロージャの内部温度及び大気温度を時系列的に入力し、入力した前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の時系列データを記憶し、記憶した過去の所定期間の時系列データをプロットして過去の所定期間の前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の基準相関グラフを作成し、作成した基準相関グラフの前記エンクロージャ内部温度の上限を示す包絡線を前記エンクロージャ内部温度の上限基準曲線として作成し、最新の所定期間の時系列データをプロットして最新の所定期間の前記エンクロージャ内部温度及び大気温度の現状相関グラフを作成し、作成した現状相関グラフ上に前記上限基準曲線を重ねて表示出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１、６の発明によれば、過去の所定期間のエンクロージャ内部温度及び大気温度の基準相関グラフを作成して、その基準相関グラフのエンクロージャ内部温度の上限を示す包絡線をエンクロージャ内部温度の上限基準曲線として作成し、そして、最新の所定期間のエンクロージャ内部温度及び大気温度の現状相関グラフ上に上限基準曲線を重ねて表示するので、上限基準曲線を超えたエンクロージャ内部温度を容易に認識でき、エンクロージャ内の燃焼ガス漏洩を容易に監視できる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、現状相関グラフにおける監視対象期間のエンクロージャの内部温度のうち、上限基準曲線を超えるエンクロージャの内部温度の割合を判定し、その割合に応じた警報レベルを出力するので、エンクロージャ内の燃焼ガス漏洩の警報レベルを容易に認識できる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、上限基準曲線に所定の余裕値を設けるので、不要な警報の発生を防止できる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、所定の間隔で基準相関グラフを更新作成し、更新作成された基準相関グラフに基づいて所定の間隔で上限基準線を更新作成するので、ガスタービンやエンクロージャの経年変化に対応した上限基準線とすることができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、エンクロージャ内部温度及び大気温度に加えて、エンクロージャ内部温度と相関関係にあるガスタービン出力またはガスタービン燃焼温度を用いることで、ガスタービン出力が中間負荷帯における上限基準曲線及び相関グラフを作成するので、ガスタービン出力が中間負荷帯である場合であっても、精度よくエンクロージャ内の燃焼ガス漏洩を監視できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態における相関グラフ作成手段で作成されるエンクロージャ内部温度及び大気温度の相関グラフの一例を示すグラフ。
【図３】本発明の実施形態における上限基準曲線作成手段で作成されるエンクロージャ内部温度の上限基準曲線の一例を示すグラフ。
【図４】本発明の実施形態における表示装置に表示される監視画面の一例の平面図。
【図５】本発明の他の実施形態に係るガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置の構成図である。図１では、火力発電プラントがコンバインドサイクル発電プラントである場合を示している。
【００２０】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン１１で仕事を終えた排ガスを排熱回収ボイラ１２に導き、排熱回収ボイラ１２で蒸気を発生させ、その蒸気で蒸気タービン１３を回転させて発電機１４を駆動し発電するものである。蒸気タービン１３で仕事を終えた蒸気は復水器１５で水に戻され、排熱回収ボイラ１２に戻される。
【００２１】
ガスタービン１１は、空気圧縮機１６と燃焼器１７とタービン１８とから構成される。空気圧縮機１６は、燃焼器１７で燃料を燃焼させる際に必要となる酸素を圧縮空気として供給するものであり、燃焼器１７は空気圧縮機１６からの圧縮空気と燃料とを混合して燃料を燃焼させる。燃焼器１７の燃焼ガスは、タービン１８に供給されタービン１８を駆動し、タービン１８で仕事を終えた排ガスは排熱回収ボイラ１２に排出される。
【００２２】
このようなガスタービン１１はエンクロージャ１９に収容され、このエンクロージャ１９には、図示省略の吸気口及び排気口が設けられ、吸気口から空気を吸い込み排気口からエンクロージャ内の空気を排出して、エンクロージャ内の温度があがりすぎることのないよう換気している。
【００２３】
エンクロージャ１９内には内部温度を検出する温度検出器２０ａが設けられ、また、大気温度を検出する温度検出器２０ｂが設けられている。温度検出器２０ａで検出されたエンクロージャの内部温度Ｔａ及び温度検出器２０ｂで検出された大気温度Ｔｂは、エンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置２１のプロセス入力装置２２に所定のサンプリング周期で時系列的に入力され、記憶装置２３に時系列データとして記憶される。
【００２４】
相関グラフ作成手段２４は、記憶装置２３に記憶した所定期間の時系列データをプロットし、所定期間のエンクロージャ内部温度Ｔａ及び大気温度Ｔｂの相関グラフを作成するものである。
【００２５】
図２は、相関グラフ作成手段２４で作成されるエンクロージャ内部温度及び大気温度の相関グラフの一例を示すグラフである。縦軸にエンクロージャ内部温度Ｔａ、横軸に大気温度Ｔｂをとり、１年分の時系列データをプロットしたものである。×は最初から９ヶ月めまでの９ヶ月分のデータ、黒丸は１０ヶ月め１１ヶ月めまでの２ヶ月分のデータ、黒三角は１２ヶ月めの３週間分のデータ、黒四角は残りの１週間分のデータである。
【００２６】
大気温度Ｔｂが高くなるとエンクロージャ内部温度Ｔａも高くなる相関が得られる。また、大気温度Ｔｂが同じ温度であってもエンクロージャ内部温度Ｔａに幅があるのは、ガスタービンの出力によってガスタービンの温度が変化するからである。ガスタービンの出力が大きいときはガスタービンの温度が高くなり、エンクロージャ内部温度Ｔａも高くなる。
【００２７】
相関グラフ作成手段２４は、図２に示すような相関グラフとして、監視基準となる基準相関グラフと、監視対象の現状相関グラフとを作成する。
【００２８】
まず、エンクロージャ内部温度Ｔａの監視に先立ち、基準相関グラフを作成する。基準相関グラフは監視基準となる相関グラフであるので、エンクロージャ内に燃焼ガスの漏洩がないときの時系列データを用いて作成することが必要となる。そこで、例えば、過去の所定期間の時系列データとして、運開後の１年間の時系列データ、あるいは定期検査後の１年間の時系列データを用いて作成する。
【００２９】
上限基準曲線作成手段２５は、相関グラフ作成手段２４で作成された基準相関グラフのエンクロージャ内部温度の上限を示す包絡線をエンクロージャ内部温度の上限基準曲線として作成する。
【００３０】
図３は、上限基準曲線作成手段２５で作成されるエンクロージャ内部温度の上限基準曲線の一例を示すグラフである。図３に示すように、基準相関グラフのエンクロージャ内部温度の上限包絡線を近似した曲線を作成し、これを上限基準曲線Ｆとして記憶する。
【００３１】
次に、エンクロージャ内部温度Ｔａの監視を行う際には、相関グラフ作成手段２４は、記憶装置２３に記憶された時系列データのうち、最新の所定期間の時系列データをプロットし、最新の所定期間のエンクロージャ内部温度及び大気温度の現状相関グラフを作成する。
【００３２】
相関グラフ作成手段２４で作成された現状相関グラフ及び上限基準曲線作成手段２５で作成された上限基準曲線Ｆは出力表示手段２６に出力される。出力表示手段２６は、相関グラフ作成手段２４で作成した現状相関グラフ上に上限基準曲線作成手段２５で作成した上限基準曲線Ｆを重ねて表示装置２７に表示する。
【００３３】
図４は、表示装置２７に表示される監視画面の一例の平面図である。この監視画面は、現状相関グラフ上に上限基準曲線Ｆを重ねて表示したものである。図４に示すように、上限基準曲線Ｆを超えたデータがプロットされており、そのデータは黒三角及び黒四角のデータである。黒三角は１２ヶ月めの３週間分のデータであり、黒四角は残りの１週間分のデータであるので、１ヶ月前からエンクロージャ内温度Ｔａが基準相関グラフの場合に比較して上昇していることが分かる。従って、エンクロージャ内の燃焼ガスが漏洩していると判断できる。
【００３４】
ここで、基準相関グラフは、運開後の１年間の時系列データ、あるいは定期検査後の１年間の時系列データを用いて作成するようにしたが、所定の間隔で更新作成するようにしてもよい。これは、相関グラフはガスタービンの経年変化によって変化するので、実際の特性に合わせた相関グラフとするためである。その場合、上限基準曲線作成手段２５は更新作成された基準相関グラフに基づいて所定の間隔で上限基準線Ｆを更新作成することになる。
【００３５】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。図５は、本発明の他の実施形態に係るガスタービンのエンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置の構成図である。この他の実施形態は、図１に示した実施形態に対し、警報レベルを判定する警報判定手段２８及び警報装置２９を追加して設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３６】
図５において、警報判定手段２８は、相関グラフ作成手段２４で作成された現状相関グラフ及び上限基準曲線作成手段２５で作成された上限基準曲線Ｆを入力し、上限基準曲線Ｆを超えたデータがプロットされているかどうかを判定する。上限基準曲線Ｆを超えたデータがプロットされているときは、予め定めた監視対象期間、例えば、現在から１ヶ月前の１ヶ月間の上限基準曲線Ｆを超えたデータをカウントする。そして、現在から１ヶ月前の１ヶ月間においてサンプリングしたデータの個数で除算し、上限基準曲線Ｆを超えるエンクロージャ内部温度の割合を判定する。そして、警報レベルとして複数段階のレベルを定めておき、どの警報レベルかを判定して警報装置２９に出力する。
【００３７】
例えば、１日にエンクロージャ内部温度Ｔａを４回サンプリングしている場合には、１ヶ月（３０日）で、１２０個のデータとなるが、このうち上限基準曲線Ｆを超えるデータが２０個である場合には、上限基準曲線Ｆを超えるエンクロージャ内部温度の割合は、２０／１２０＝０．１６７（１６．７％）と計算される。そして、警報レベルとして、０％〜５％、５％〜１０％、１０％〜２５％、２５％〜５０％、５０％〜７５％、７５％以上の６段階のレベルを定めている場合には、３段階めの１０％〜２５％の警報レベルであると判定し警報装置２９に出力する。  これにより、警報レベルが分かるので、緊急に対策を取るべきかどうかの判断が容易に行える。なお、警報レベルを警報装置２９に出力するようにしたが、表示装置２７に出力するようにしてもよいし、警報装置２９及び表示装置２７の双方に表示するようにしてもよい。
【００３８】
また、上限基準曲線Ｆに対しエンクロージャの内部温度上昇方向に所定の余裕値を持たせ、警報判定手段２８は、上限基準曲線Ｆを超えるエンクロージャの内部温度の割合に代えて、上限基準曲線Ｆに所定の余裕値を加えた曲線を超えるエンクロージャの内部温度の割合を判定するようにしてもよい。すなわち、上限基準曲線Ｆに対し数℃の余裕値を持たせ、この余裕値を超えたデータの割合に応じて警報レベルを判定する。これは、定期点検時などではエンクロージャ内部温度が上限基準曲線Ｆに対し数℃高くなることがあるためである。この数℃程度の余裕値（不感帯）を設定することにより不要な警報の発生を防止できる。
【００３９】
以上の説明では、エンクロージャ内部温度と大気温度との基準相関グラフを用いて上限基準曲線を作成し、現状相関グラフと上限基準曲線との比較により、エンクロージャ内の燃焼ガスの漏洩を監視するようにしたが、エンクロージャ内部温度及び大気温度に加えて、エンクロージャ内部温度と相関関係にあるガスタービン出力またはガスタービン燃焼温度を用いてガスタービン出力またはガスタービン燃焼温度に応じた上限基準曲線及び相関グラフを作成するようにしてもよい。
【００４０】
通常、ガスタービン１１は定格出力で運転されるので、上限基準曲線はガスタービン１１の定格出力時のエンクロージャ内部温度を用いて作成されることになる。一方、ガスタービン１１は定格出力より小さい中間負荷帯で運転される場合があり、その場合には、エンクロージャ内部温度も低下してくる。そのため、中間負荷帯で運転される場合に、定格出力時のエンクロージャ内部温度を用いて作成された上限基準曲線を用いてエンクロージャ内の燃焼ガスの漏洩を監視すると、上限基準曲線を越えない範囲においてもエンクロージャ内の燃焼ガス漏洩が発生している場合がある。
【００４１】
そこで、ガスタービン１１の各出力またはガスタービン燃焼温度に応じたエンクロージャ内部温度を監視し、ガスタービン１１の各出力またはガスタービン燃焼温度に応じた上限基準曲線を作成する。この場合、定格出力時のエンクロージャ内部温度を用いて作成された上限基準曲線を、エンクロージャ内部温度と相関関係にあるガスタービン出力またはガスタービン燃焼温度を用いて補正して、ガスタービン出力またはガスタービン燃焼温度に対応した上限基準曲線を作成するようにしてもよい。
【００４２】
これにより、ガスタービンの各出力またはガスタービン温度に応じてエンクロージャ内の燃焼ガス漏洩を精度よく監視できる。
【符号の説明】
【００４３】
１１…ガスタービン、１２…排熱回収ボイラ、１３…蒸気タービン、１４…発電機、１５…復水器、１６…空気圧縮機、１７…燃焼器、１８…タービン、１９…エンクロージャ、２０…温度検出器、２１…エンクロージャ内燃焼ガス漏洩監視装置、２２…プロセス入力装置、２３…記憶装置、２４…相関グラフ作成手段、２５…上限基準曲線作成手段、２６…出力表示手段、２７…表示装置、２８…警報判定手段、２９…警報装置
【図１】
2012041907.tif 000003
【図２】
2012041907.tif 000004
【図３】
2012041907.tif 000005
【図４】
2012041907.tif 000006
【図５】
2012041907.tif 000007