(57)【要約】【課題】配管の内壁に付着したスケールの形状を推定する。【解決手段】熱流体が流れる配管の内壁に付着するスケールを監視する配管内スケール監視システム１であって、前記配管の外側の表面温度を測定し、前記配管の周方向の温度分布である実測温度分布を生成する表面温度測定部２と、前記配管の周方向の表面温度分布と、前記スケールの外周方向の付着パターンを示すスケール付着パターンとを対応付けて記憶するデータベース１１と、前記データベース１１の中から、前記実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索し、前記検索された表面温度分布に対応付けられたスケール付着パターンを前記スケールの形状として推定するスケール形状推定部３と  を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱流体が流れる配管の内壁に付着するスケールを監視する配管内スケール監視システムであって、
前記配管の外側の表面温度を測定し、前記配管の周方向の温度分布である実測温度分布を生成する表面温度測定部と、
前記配管の周方向の表面温度分布と、前記スケールの外周方向の付着パターンを示すスケール付着パターンとを対応付けて記憶する第１のデータベースと、
前記第１のデータベースの中から、前記実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索し、前記検索された表面温度分布に対応付けられたスケール付着パターンを前記スケールの形状として推定するスケール形状推定部と、
を備えることを特徴とする配管内スケール監視システム。
【請求項２】
前記推定されたスケールの形状が所定の形状である場合に、メンテナンス信号を送出する信号送出部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の配管内スケール監視システム。
【請求項３】
前記配管の周方向の表面温度分布と、前記スケールの周方向の厚さ分布であるスケール厚さ分布とを対応付けて記憶する第２のデータベースと、
前記第２のデータベースの中から、前記実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索し、前記検索された表面温度分布に対応付けられた前記スケール厚さ分布に基づいて前記スケールの厚さを推定するスケール厚さ推定部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の配管内スケール監視システム。
【請求項４】
前記スケールの厚さが所定値以上である場合に、メンテナンス信号を送出する信号送出部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の配管内スケール監視システム。
【請求項５】
熱流体が流れる配管の内壁に付着するスケールを監視する配管内スケール監視方法であって、
前記配管の外側の表面温度を測定し、前記配管の周方向の温度分布である実測温度分布を生成するステップと、
前記配管の周方向の表面温度分布と、前記スケールの外周方向の付着パターンを示すスケール付着パターンとを対応付けて記憶する第１のデータベースの中から、前記実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索し、前記検索された表面温度分布に対応付けられたスケール付着パターンを前記スケールの形状として推定するステップと、
を備えることを特徴とする配管内スケール監視方法。
【請求項６】
前記配管の周方向の表面温度分布と、前記スケールの周方向の厚さ分布であるスケール厚さ分布とを対応付けて記憶する第２のデータベースの中から、前記実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索し、前記検索された表面温度分布に対応付けられた前記スケール厚さ分布に基づいて前記スケールの厚さを推定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の配管内スケール監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内スケール監視システム、および配管内スケール監視方法に関し、より詳しくは、温水等の熱流体が流れる配管の内壁に付着するスケールを監視する配管内スケール監視システム、および配管内スケール監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電所に冷却水（海水等）を導くための配管や、温泉水を所定の場所に導くための配管等の内壁にスケールが付着することが知られている。このスケールは、流体中のカルシウムやシリカ等が配管の内壁に析出して生成する金属酸化物である。
【０００３】
配管内のスケールは、流体の種類や流量等に応じて、同じ場所であっても様々な形状に成長し得る。図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、配管内に付着した実際のスケールを示している。図６（Ａ）の場合、スケールは配管の内壁に均等な厚さに成長しているが、図６（Ｂ）の場合は、配管の内壁の上側部分に厚く成長している。また、図６（Ｃ）や図６（Ｄ）のように、より複雑で不均一な形状に成長する場合もある。なお、図６（Ｃ）の写真は、非特許文献１から引用したものである。
【０００４】
スケールが成長するに伴って配管内の流路が狭くなるため、配管のメンテナンスを行ってスケールを除去する必要がある。スケールの除去は、スケールを薬剤で溶かしたり、削り取ったり、叩き割る等の方法により行われる。いずれの方法を採るにせよ、メンテナンス中は配管に流体を流すことができず、発電所の場合は運転を停止しなければならない。また、スケールの硬度は経時変化し、ある程度付着した後は密度を増していくため、除去することが困難となる。よって、配管内のスケールの付着状況を把握し、適切なタイミングでメンテナンスを行う必要がある。
【０００５】
特許文献１には、配管を開口することなしに、配管内のスケール付着状態を判定するための検査方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２０９０３３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】平成２５年度低炭素地域づくり集中支援モデル事業委託業務 報告書（小浜温泉未利用温排水による温泉発電事業化実証事業）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の検査方法は、配管の表面温度を赤外線サーモグラフィで計測し、上下方向の温度差に基づいてスケールの状態を推定するものであり、流体が配管の上側内面に接触していない等のスケール形状に対する制約がある。このため、様々な形状に成長し得るスケールに対して形状を把握することができないという課題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、配管の内壁に付着したスケールの形状を推定することができる配管内スケール監視システム、および配管内スケール監視方法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】
【００１０】
本発明に係る配管内スケール監視システムは、
熱流体が流れる配管の内壁に付着するスケールを監視する配管内スケール監視システムであって、
前記配管の外側の表面温度を測定し、前記配管の周方向の温度分布である実測温度分布を生成する表面温度測定部と、
前記配管の周方向の表面温度分布と、前記スケールの外周方向の付着パターンを示すスケール付着パターンとを対応付けて記憶する第１のデータベースと、
前記第１のデータベースの中から、前記実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索し、前記検索された表面温度分布に対応付けられたスケール付着パターンを前記スケールの形状として推定するスケール形状推定部と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
前記配管内スケール監視システムにおいて、
前記推定されたスケールの形状が所定の形状である場合に、メンテナンス信号を送出する信号送出部をさらに備えてもよい。
【００１２】
前記配管内スケール監視システムにおいて、
前記配管の周方向の表面温度分布と、前記スケールの周方向の厚さ分布であるスケール厚さ分布とを対応付けて記憶する第２のデータベースと、
前記第２のデータベースの中から、前記実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索し、前記検索された表面温度分布に対応付けられた前記スケール厚さ分布に基づいて前記スケールの厚さを推定するスケール厚さ推定部と、
をさらに備えてもよい。
【００１３】
前記配管内スケール監視システムにおいて、
前記スケールの厚さが所定値以上である場合に、メンテナンス信号を送出する信号送出部をさらに備えてもよい。
【００１４】
本発明に係る配管内スケール監視方法は、
熱流体が流れる配管の内壁に付着するスケールを監視する配管内スケール監視方法であって、
前記配管の外側の表面温度を測定し、前記配管の周方向の温度分布である実測温度分布を生成するステップと、
前記配管の周方向の表面温度分布と、前記スケールの外周方向の付着パターンを示すスケール付着パターンとを対応付けて記憶する第１のデータベースの中から、前記実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索し、前記検索された表面温度分布に対応付けられたスケール付着パターンを前記スケールの形状として推定するステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、前記配管内スケール監視方法において、
前記配管の周方向の表面温度分布と、前記スケールの周方向の厚さ分布であるスケール厚さ分布とを対応付けて記憶する第２のデータベースの中から、前記実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索し、前記検索された表面温度分布に対応付けられた前記スケール厚さ分布に基づいて前記スケールの厚さを推定するステップをさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、配管の周方向の温度分布である実測温度分布に基づいて、表面温度分布とスケール付着パターンとを対応付けて記憶する第１のデータベースを探索することにより、配管の内壁に付着したスケールの形状を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る配管内スケール監視システム１の概略的な構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る配管内スケール監視システム１のデータベース１１の例を示す図である。
【図３】配管内のスケールの形状を推定する方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る配管内スケール監視システム１Ａの概略的な構成図である。
【図５】第２の実施形態に係る配管内スケール監視システム１Ａのデータベース１２の例を示す図である。
【図６】配管内に付着した実際のスケールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る配管内スケール監視システム１について、図１を参照して説明する。この配管内スケール監視システム１は、温水等の熱流体が流れる配管の内壁に付着するスケールを監視するためのシステムである。
【００２０】
第１の実施形態に係る配管内スケール監視システム１は、図１に示すように、データベース１１と、表面温度測定部２と、スケール形状推定部３と、信号送出部４とを備えている。
【００２１】
データベース１１は、配管の周方向の表面温度分布と、スケールの外周方向の付着パターンを示すスケール付着パターンとを対応付けて記憶するデータベースである。このデータベース１１は、計算機シミュレーションにより作成されてもよいし、あるいは、予め蓄積された実測値により作成されてもよい。
【００２２】
図２は、データベース１１の例を示している。このデータベース１１には、配管の周方向の表面温度分布の形状が格納されている。ここで、外周位置Ｏ，Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ、配管の頂部からの角度θが０°、９０°、１８０°、２７０°の位置である（図５においても同様である）。また、データベース１１には、スケール付着パターンとして、配管内に付着したスケールの形状に関する情報が格納されている。
【００２３】
データ番号１（Ｎｏ．１）は、スケールが均等な厚さで配管の内壁に付着し、配管の中央に略円形の空隙（流路）Ｓが形成されている場合を示している。この場合、表面温度は外周位置に対してほぼ一定であり、表面温度分布はほぼ水平な直線形状となる。
【００２４】
データ番号２（Ｎｏ．２）は、スケールが配管の左側に厚く付着し、配管の右側に略円形の空隙Ｓが形成されている場合を示している。この場合、表面温度は空隙Ｓに最も近い外周位置Ａにおいて最も高く、表面温度分布は単峰性の形状となる。
【００２５】
データ番号３（Ｎｏ．３）は、配管の中央領域に略円形の空隙Ｓが２つ水平方向に連なって形成されている場合を示している。この場合、表面温度は外周位置ＡおよびＣにおいて極大値をとり、外周位置ＯおよびＢにおいて極小値をとる。表面温度分布は双峰性の形状となる。
【００２６】
データ番号４（Ｎｏ．４）は、配管の中央領域に略三角形の空隙Ｓが形成されている場合を示している。この場合、表面温度は、空隙Ｓの頂点に近い位置、即ち、外周位置Ｏ、外周位置ＡとＢの間、および外周位置ＢとＣの間において極大値をとる。一方、外周位置Ｂ、外周位置ＯとＡの間、および外周位置ＯとＣの間において表面温度は極小値をとる。表面温度分布は３つのピークを有する形状となる。
【００２７】
表面温度測定部２は、温度計を有し、配管の外側の表面温度を測定する。温度計が接触式温度計の場合、表面温度測定部２は、温度計を配管の外周に沿って移動させつつ、複数の外周位置で配管の表面温度を測定する。あるいは、複数の外周位置に温度計をそれぞれ配置して、配管の外側の表面温度を測定してもよい。この場合、複数の温度計は、例えば、上下左右（θ＝０°、９０°、１８０°、２７０°）の４カ所に配置される。
【００２８】
なお、温度計は、接触式温度計に限らない。例えば、温度計は、一本の温度センサで複数点の温度測定を行うことが可能なファイバー式温度計や、物体から放射される電磁波に基づいて当該物体の温度を測定する放射温度計でもよい。これらの温度計の場合、温度計を移動させることなく、複数の外周位置における配管の表面温度を測定することが可能である。
【００２９】
表面温度測定部２は、温度計による測定結果に基づいて、配管の周方向の温度分布（以下、単に「実測温度分布」ともいう。）を生成する。
【００３０】
スケール形状推定部３は、前述のデータベース１１の中から、表面温度測定部２により生成された実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索する。より詳しくは、スケール形状推定部３は、実測温度分布に形状が最もマッチングする表面温度分布を検索する。例えば、実測温度分布が図３に示すような双峰性の形状の場合、データベース１１のデータ番号３が検索される。そして、スケール形状推定部３は、検索された表面温度分布に対応付けられたスケール付着パターンを配管の内壁に付着したスケールの形状として推定する。
【００３１】
信号送出部４は、スケール形状推定部３により推定されたスケール形状が所定の形状である場合に、メンテナンス信号を送出する。例えば、信号送出部４は、推定されたスケール形状が不均一な形状（図２のデータ番号２〜４）の場合に、メンテナンス信号を送出する。このメンテナンス信号は、パソコンのディスプレイ等に所定のメッセージ（「配管のメンテナンスが必要です」等）を表示させる。
【００３２】
上記のように、第１の実施形態に係る配管内スケール監視システム１によれば、配管内部を直接観察することなく、配管の周方向の表面温度分布に基づいて、配管の内壁に付着したスケールの複雑な形状を推定することができる。これにより、配管のメンテナンスの要否を判断することができる。また、第１の実施形態によれば、表面温度を測定する配管長手方向の位置に応じて、スケールの局所的な形状を推定することができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る配管内スケール監視システム１Ａについて、図４を参照して説明する。第２の実施形態と第１の実施形態との相違点の一つは、配管内に付着したスケールの形状だけでなく、スケールの厚さも推定する点である。以下、相違点を中心に第２の実施形態について説明する。
【００３４】
第２の実施形態に係る配管内スケール監視システム１Ａは、図４に示すように、データベース１１と、データベース１２と、表面温度測定部２と、スケール形状推定部３と、信号送出部４と、スケール厚さ推定部５とを備えている。このうち、データベース１１、表面温度測定部２およびスケール形状推定部３については、第１の実施形態と同様であるため、詳しい説明は省略する。
【００３５】
データベース１２は、配管の周方向の表面温度分布と、スケールの周方向の厚さ分布であるスケール厚さ分布とを対応付けて記憶するデータベースである。このデータベース１２は、計算機シミュレーションにより作成されてもよいし、あるいは、予め蓄積された実測値により作成されてもよい。
【００３６】
図５は、データベース１２の例を示している。図５は、計算機シミュレーション（伝熱・流動シミュレーション）によって求められたものであるが、表面温度とスケール厚さの値は省略している。データ番号１（Ｎｏ．１）は、配管の中心から外周位置Ｏ側に偏心した円形の空隙（流路）が配管内に形成された場合を示している。データ番号２（Ｎｏ．２）は、上辺・下辺が水平な正四角形の空隙が配管内に形成された場合を示している。データ番号３（Ｎｏ．３）は、下辺が水平な正三角形の空隙が配管内に形成された場合を示している。
【００３７】
データベース１２には、配管の周方向の表面温度分布として、図５に示すように、表面温度と、外周位置との関係を表すグラフが３つ（Ｎｏ．１〜３）格納されている。各表面温度分布は、所定の流体温度および外界の気温（外気温）における分布を示している（例えば、流体温度：１００℃、外気温：２０℃）。データベース１２には、同じ形状の表面温度分布に対して、流体温度と外気温をパラメータとして複数の表面温度分布が記憶されている。例えば、データベース１２には、図５に示すデータ番号１の表面温度分布を上下に平行移動させた表面温度分布も記憶されている。
【００３８】
また、データベース１２には、スケール厚さ分布として、図５に示すように、配管内に付着したスケールの厚さと、外周位置との関係を表すグラフが格納されている。このデータベース１２には、流体温度と外気温をパラメータとした複数の表面温度分布の各々に対応付けられたスケール厚さ分布のデータが格納されている。
【００３９】
スケール厚さ推定部５は、データベース１２の中から、実測温度分布にマッチングする表面温度分布を検索する。より詳しくは、スケール厚さ推定部５は、熱流体の温度および外気温をキーにして、データベース１２の中から、実測温度分布に形状および表面温度値が最もマッチングする表面温度分布を検索する。例えば、熱流体の温度および外気温に近い表面温度分布を抽出し、その中から、実測温度分布に形状および表面温度値が最もマッチングする表面温度分布を検索する。
【００４０】
そして、スケール厚さ推定部５は、検索された表面温度分布に対応付けられたスケール厚さ分布に基づいてスケールの厚さを推定する。より詳しくは、スケール厚さ推定部５は、検索された表面温度分布に対応付けられたスケール厚さ分布を参照して、配管内に付着したスケールの厚さの値を取得する。
【００４１】
なお、検索された表面温度分布の表面温度値が実測温度分布の表面温度値と大きく異なる場合には、両者の差に基づいてスケール厚さ値を補間等の公知の手法により適宜補正してもよい。
【００４２】
信号送出部４は、スケール厚さ推定部５により推定されたスケールの厚さが所定値以上である場合に、メンテナンス信号を送出する。このメンテナンス信号は、パソコンのディスプレイ等に所定のメッセージ（「配管のメンテナンスが必要です」等）を表示させる。
【００４３】
上記のように、第２の実施形態に係る配管内スケール監視システム１Ａによれば、第１の実施形態と同様に、配管内部を直接観察することなく、配管の周方向の表面温度分布に基づいて、配管の内壁に付着したスケールの複雑な形状を推定することができる。さらに、第２の実施形態によれば、配管内に付着したスケールの厚さを推定することができる。これにより、配管のメンテナンスの要否をより適切に判断することができる。
【００４４】
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１，１Ａ  配管内スケール監視システム
２  表面温度測定部
３  スケール形状推定部
４  信号送出部
５  スケール厚さ推定部
１１，１２  データベース
Ｓ  空隙
【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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【図６】
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