蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置
【課題】蒸気噴射式ガスタービンにおいて燃焼器へ水蒸気を供給するための蒸気バイパス系統における水蒸気の漏洩の有無を早期に検知することができる蒸気漏れ検出装置を提供すること。
【解決手段】蒸気漏れ検出装置７は、噴射蒸気圧力計６１による測定値を圧力データＰ（ｉ）として逐次読み込むと共に、噴射蒸気流量計６２による測定値を流量データＳ（ｉ）として逐次読み込む読込手段７１と、所定の測定期間Ｔ３内に逐次読込みを行った複数の圧力データＰ（ｉ）及び複数の流量データＳ（ｉ）についてそれぞれ標準偏差Ｐｄ、Ｓｄを求め、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄと流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄとの比率Ｓｄ／Ｐｄが、所定の正常範囲を複数回継続して外れたときに、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が生じたことを検出する判定手段７２とを有している。
【解決手段】蒸気漏れ検出装置７は、噴射蒸気圧力計６１による測定値を圧力データＰ（ｉ）として逐次読み込むと共に、噴射蒸気流量計６２による測定値を流量データＳ（ｉ）として逐次読み込む読込手段７１と、所定の測定期間Ｔ３内に逐次読込みを行った複数の圧力データＰ（ｉ）及び複数の流量データＳ（ｉ）についてそれぞれ標準偏差Ｐｄ、Ｓｄを求め、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄと流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄとの比率Ｓｄ／Ｐｄが、所定の正常範囲を複数回継続して外れたときに、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が生じたことを検出する判定手段７２とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気噴射式ガスタービンにおいて、排ガス蒸気ボイラから燃焼器への蒸気バイパス系統に、水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出することができる蒸気漏れ検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガスタービンを用いて発電を行うと共に、ガスタービンから排気される排ガスの排熱を利用したコージェネレーションシステムが知られている。例えば、特許文献１の蒸気噴射式ガスタービン発電装置においては、燃焼器において、圧縮機によって圧縮した空気と燃料ガスとを用いて燃焼を行い、この燃焼ガスによってタービンを回転駆動すると共に、圧縮機及び発電機を駆動している。また、排熱回収ボイラにおいて、タービンの排熱を利用して水蒸気を発生させ、この水蒸気の一部を燃焼器へ噴射すると共に水蒸気の残部をプロセス蒸気として用いる工夫がなされている。例えば、特許文献１においては、燃焼器の失火を回避して、安定した運転を行うことができる蒸気噴射ガスタービンの制御方法が開示されている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の蒸気噴射式ガスタービンにおいては、燃焼器へ噴射蒸気の供給を行う経路において、水蒸気が漏洩したときには、この漏洩を早期に発見することはできなかった。すなわち、ガスタービンの出力は、空気の吸気温度、燃料ガスの供給量、噴射蒸気の供給量等に影響され、常に変化している。よって、従来の蒸気噴射式ガスタービンにおいては、水蒸気の漏洩による若干の出力低下は明確にはわからず、水蒸気の漏洩が多くなり、大きな出力低下になって初めて水蒸気の漏洩を検出することができていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３２８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、蒸気噴射式ガスタービンにおいて燃焼器へ水蒸気を供給するための蒸気バイパス系統における水蒸気の漏洩の有無を早期に検知することができる蒸気漏れ検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、タービンホイールとコンプレッサホイールとを同一軸上に配設してなるガスタービンと、
燃料供給系統から受け取る燃料ガスと、上記コンプレッサホイールによって吸入、圧縮された圧縮空気とを用いて燃焼を行う燃焼器と、
該燃焼器による燃焼ガスによって回転する上記タービンホイールの回転を受けて発電を行う発電機と、
給水系統から受け取る給水と上記タービンホイールから受け取る排ガスとから、水蒸気を発生させる排ガス蒸気ボイラと、
該排ガス蒸気ボイラにおいて発生した水蒸気をプロセス蒸気として外部へ供給するための蒸気供給系統と、
該蒸気供給系統に配設し、上記排ガス蒸気ボイラにおいて発生する水蒸気の圧力を調整するためのプロセス蒸気制御弁と、
上記蒸気供給系統における上記プロセス蒸気制御弁の上流側位置と上記燃焼器とを接続し、上記蒸気供給系統における水蒸気の一部を上記燃焼器へ供給するための蒸気バイパス系統と、
該蒸気バイパス系統又は上記蒸気供給系統に配設し、上記排ガス蒸気ボイラにおいて発生した水蒸気の圧力を測定する噴射蒸気圧力計と、
上記蒸気バイパス系統に配設し、該蒸気バイパス系統を通過する水蒸気の流量を測定する噴射蒸気流量計と、
上記蒸気バイパス系統に配設し、上記燃焼器へ噴射する水蒸気の流量を調整するための噴射蒸気制御弁とを備えた蒸気噴射式ガスタービンにおいて、上記蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出することができる蒸気漏れ検出装置であって、
該蒸気漏れ検出装置は、上記噴射蒸気圧力計による測定値を圧力データとして逐次読み込むと共に、上記噴射蒸気流量計による測定値を流量データとして逐次読み込む読込手段と、
所定の測定期間内に逐次読込みを行った複数の上記圧力データ及び複数の上記流量データについてそれぞれ標準偏差又は分散値を求め、該圧力データについての標準偏差又は分散値と、該流量データについての標準偏差又は分散値との比率が、所定の正常範囲を一回又は複数回継続して外れたときに、上記蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたことを検出する判定手段とを備えていることを特徴とする蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置にある（請求項１）。
【０００７】
本発明の蒸気漏れ検出装置は、蒸気噴射式ガスタービンにおいて燃焼器へ水蒸気を供給するための蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出することができるものである。
これを実現するために、本発明の蒸気噴射式ガスタービンにおいては、蒸気バイパス系統に配設した噴射蒸気圧力計及び噴射蒸気流量計を用いる。また、本発明の蒸気漏れ検出装置は、上記読込手段及び判定手段を備えており、噴射蒸気圧力計から読み込んだ圧力データ及び噴射蒸気流量計から読み込んだ流量データを用いて両者の標準偏差又は分散値（以下、標準偏差等という。）を求め、これらの比率より蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出することができるものである。
【０００８】
本発明の蒸気漏れ検出装置は、蒸気噴射式ガスタービンの運転を行っている間は、ほぼ常時動作させておくことができる。そして、蒸気噴射式ガスタービンを運転する際には、プロセス蒸気制御弁の開度を調整し、これによって排ガス蒸気ボイラにおいて発生する水蒸気の圧力（蒸気供給系統及び蒸気バイパス系統における水蒸気の圧力）が所定の目標圧力に調整される。このとき、仮に噴射蒸気制御弁の開度が同じであったとしても、蒸気供給系統による水蒸気の供給先におけるプロセス蒸気の圧力の変化、排ガス蒸気ボイラへの給水系統からの給水の供給量と、排ガス蒸気ボイラへのタービンホイールからの排ガスの供給量及び供給温度とのバランスの変化等により、蒸気供給系統及び蒸気バイパス系統における水蒸気の圧力が変動し、これに伴い蒸気バイパス系統へ供給する水蒸気の流量も変動する。
【０００９】
ここで、蒸気バイパス系統において水蒸気の漏洩が発生していないときには、蒸気バイパス系統における噴射蒸気（水蒸気）の圧力の変動により、蒸気バイパス系統における噴射蒸気（水蒸気）の流量も同様に変動し、その結果、噴射蒸気圧力計による測定値と噴射蒸気流量計による測定値との間には、ほぼ比例的な関係があると考えられる。その一方、蒸気バイパス系統において水蒸気の漏洩が発生したときには、蒸気バイパス系統における水蒸気の流量が増加する（噴射蒸気流量計による測定値が増加する）。その結果、蒸気バイパス系統における水蒸気の圧力が低下し（噴射蒸気圧力計による測定値が低下し）、プロセス蒸気制御弁が若干閉じる。そして、水蒸気の漏洩量が変わらなければこの状態のまま自然の圧力変動で噴射蒸気流量計による測定値が変動するが、噴射蒸気圧力計による測定値の変動量に対する、噴射蒸気流量計による測定値の変動量が大きくなる。
【００１０】
そして、本発明の蒸気漏れ検出装置においては、蒸気バイパス系統において水蒸気の漏洩が発生したときに、この蒸気バイパス系統における水蒸気の圧力変化量と水蒸気の流量変化量との比率の変化に着目して、蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出する。
具体的には、蒸気漏れ検出装置における読込手段は、噴射蒸気圧力計による測定値を圧力データとして逐次読み込むと共に、噴射蒸気流量計による測定値を流量データとして逐次読み込む。このとき、蒸気漏れ検出装置は、圧力データ及び流量データを所定の計測間隔（サンプリングタイム）で逐次読み込み、記憶することができる。
【００１１】
そして、蒸気漏れ検出装置における判定手段は、所定の測定期間内に逐次読込みを行った複数の圧力データ及び複数の流量データについてそれぞれ標準偏差等を求める。このとき、蒸気バイパス系統において水蒸気の漏洩が発生したときには、流量データの標準偏差等は圧力データの標準偏差等に比べて大きくなる。そして、判定手段は、圧力データについての標準偏差等と流量データについての標準偏差等との比率が、所定の正常範囲を外れたときに、蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたことを検出することができる。
なお、上記比率は、圧力データについての標準偏差等に対する流量データについての標準偏差等の値として求めることができる。この場合には、判定手段は、比率の値が所定の正常範囲としての所定値を超えたときに、蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたことを検出することができる。
【００１２】
そして、本発明の蒸気漏れ検出装置においては、上記圧力データ及び流量データについての標準偏差等に基づいて蒸気バイパス系統における水蒸気の漏洩の有無を検出することにより、この漏洩の有無を早期に検知することができる。これにより、水蒸気の漏洩が発生したエネルギー効率の悪い状況で蒸気噴射式ガスタービンを運転することがなくなり、蒸気噴射式ガスタービンのエネルギー効率を向上させることもできる。
以上のように、本発明の蒸気漏れ検出装置によれば、蒸気噴射式ガスタービンにおいて燃焼器へ水蒸気を供給するための蒸気バイパス系統における水蒸気の漏洩の有無を早期に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上述した本発明の蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記判定手段は、上記測定期間よりも短い所定の予備測定期間毎に、該予備測定期間内に逐次読込みを行った複数の上記圧力データ及び複数の上記流量データについてそれぞれ偏差二乗和を求めると共に、上記圧力データ及び上記流量データについて、上記測定期間内における複数の上記予備測定期間の偏差二乗和の合計を用いて、上記標準偏差又は分散値をそれぞれ求めるよう構成することが好ましい（請求項２）。
【００１４】
この場合には、蒸気噴射式ガスタービンにおいて、制御不能な受動的変化（蒸気供給系統による水蒸気の供給先における水蒸気の圧力の変化、排ガス蒸気ボイラへの給水系統からの給水の供給量と、排ガス蒸気ボイラへのタービンホイールからの排ガスの供給量及び供給温度とのバランスの変化、プロセス蒸気制御弁の開度の調整等）が存在するだけでなく、上記噴射蒸気制御弁の開度を調整したことによる能動的変化が存在するときであっても、圧力データ及び流量データのそれぞれについて標準偏差等を精度よく求めることができる。
【００１５】
すなわち、上記能動的変化があるときには、圧力データの値及び流量データの値は、大きく変動する。このとき、所定の測定期間内に逐次読込みを行った複数の圧力データ及び複数の流量データについてそれぞれ単純に標準偏差等を求めると、能動的変化による影響が、圧力データについての標準偏差等と流量データについての標準偏差等との比率に反映されてしまう可能性が高い。
これに対し、圧力データについての偏差二乗和の合計を用いて圧力データの標準偏差等を求めると共に、流量データについての偏差二乗和の合計を用いて流量データの標準偏差等を求めることにより、上記能動的変化による影響が、圧力データについての標準偏差等と流量データについての標準偏差等との比率に反映されてしまうことを抑制することができる。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の蒸気噴射式ガスタービン１は、図１に示すごとく、以下のガスタービン２、燃焼器３、燃料供給系統３１、発電機２５、排ガス蒸気ボイラ４、給水系統４３、蒸気供給系統５、プロセス蒸気制御弁５１、蒸気バイパス系統６、噴射蒸気圧力計６１、噴射蒸気流量計６２及び噴射蒸気制御弁６３を有している。
ガスタービン２は、燃焼器３によって生じた燃焼ガスＧ１によって回転するタービンホイール２１と、タービンホイール２１の回転を受けて回転することによって空気Ａ１を吸い込み、圧縮した圧縮空気Ａ２を燃焼器３へ供給するコンプレッサホイール２２とを同一軸上に配設してなる。
【００１７】
同図に示すごとく、燃料供給系統３１は、燃焼器３へ所定流量の燃料ガスＦを供給するよう構成されている。燃焼器３は、燃料供給系統３１から受け取る燃料ガスＦと、コンプレッサホイール２２によって吸入、圧縮された圧縮空気Ａ２とを用いて燃焼を行うよう構成されている。また、燃焼器３には、ガスタービン２における作動ガスを増加させるために、蒸気バイパス系統６から水蒸気Ｓが噴射される。
発電機２５は、コンプレッサホイール２２の出力軸に接続してあり、コンプレッサホイール２２の回転を受けて発電を行うよう構成されている。排ガス蒸気ボイラ４は、タービンホイール２１から受け取る排ガスＧ２を用いて運転する排ガスボイラ４１と、排ガスボイラ４１により気液分離を行って水蒸気Ｓを発生させる蒸気ドラム４２と、タービンホイール２１から受け取る排ガスＧ２の排熱を利用して給水Ｗ１を予熱して予熱給水Ｗ２を作り出す給水系統４３としてのエコノマイザ４３とを有している。
【００１８】
図１に示すごとく、蒸気供給系統５は、排ガス蒸気ボイラ４の蒸気ドラム４２において発生した水蒸気Ｓをプロセス蒸気Ｓ１として外部へ供給するよう構成されている。プロセス蒸気制御弁５１は、蒸気供給系統５に配設してあり、排ガス蒸気ボイラ４の蒸気ドラム４２において発生する水蒸気Ｓの圧力を調整するよう構成されている。蒸気バイパス系統６は、蒸気供給系統５におけるプロセス蒸気制御弁５１の上流側位置と燃焼器３とを接続し、蒸気供給系統５における水蒸気Ｓの一部を燃焼器３へ噴射するよう構成されている。
噴射蒸気圧力計６１は、蒸気バイパス系統６に配設してあり、排ガス蒸気ボイラ４の蒸気ドラム４２において発生した水蒸気Ｓの圧力を測定するよう構成されている。噴射蒸気流量計６２は、蒸気バイパス系統６に配設してあり、蒸気バイパス系統６を通過する水蒸気Ｓの流量を測定するよう構成されている。噴射蒸気制御弁６３は、蒸気バイパス系統６に配設してあり、燃焼器３へ噴射する水蒸気Ｓの流量を調整するよう構成されている。
【００１９】
図１、図２に示すごとく、本例の蒸気漏れ検出装置７は、噴射蒸気圧力計６１による測定値と噴射蒸気流量計６２による測定値とを用いて、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が生じたか否かを検出するよう構成されている。
蒸気漏れ検出装置７は、以下の読込手段７１と判定手段７２とを、コンピュータによる演算処理によって実現するよう構成してある。読込手段７１は、噴射蒸気圧力計６１による測定値を圧力データＰ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）として逐次読み込むと共に、噴射蒸気流量計６２による測定値を流量データＳ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）として逐次読み込むよう構成されている。また、判定手段７２は、所定の測定期間Ｔ３内に逐次読込みを行った複数の圧力データＰ（ｉ）及び複数の流量データＳ（ｉ）についてそれぞれ標準偏差Ｐｄ、Ｓｄを求めるよう構成されている。そして、判定手段７２は、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄと流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄとの比率Ｓｄ／Ｐｄが、所定の正常範囲を複数回継続して外れたときに、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が生じたことを検出するよう構成されている。
【００２０】
以下に、本例の蒸気噴射式ガスタービン１の蒸気漏れ検出装置７につき、図１〜図７を参照して詳説する。
図１に示すごとく、本例の蒸気噴射式ガスタービン１は、燃焼器３において燃料ガスＦ、圧縮空気Ａ２及び水蒸気Ｓを用いて燃焼を行い、この燃焼ガスＧ１によってガスタービン２を作動させて発電機２５による発電を行うと共に、ガスタービン２からの排ガスＧ２を用いて排ガス蒸気ボイラ４によって水蒸気Ｓを発生させるよう構成されている。
蒸気供給系統５及び蒸気バイパス系統６は、いずれも配管によって構成されている。
本例の噴射蒸気圧力計６１は、蒸気バイパス系統６における上流側位置（蒸気供給系統５に接続される位置に近い位置）に配設してあり、噴射蒸気流量計６２は、蒸気バイパス系統６において噴射蒸気圧力計６１の配設位置よりも下流側位置に配設してある。
【００２１】
また、本例の噴射蒸気制御弁６３は、蒸気バイパス系統６において噴射蒸気流量計６２の配設位置よりも下流側位置（噴射蒸気流量計６２と燃焼器３との間の位置）に配設してある。
蒸気ドラム４２には、この蒸気ドラム４２内の水蒸気Ｓの圧力を測定するためのドラム圧力計４４が配設してある。本例のプロセス蒸気制御弁５１は、ドラム圧力計４４による測定値がほぼ一定になるよう、開度を調整するよう構成されている。
【００２２】
本例の蒸気漏れ検出装置７における判定手段７２は、上記測定期間Ｔ３よりも短い所定の予備測定期間Ｔ２毎に、予備測定期間Ｔ２内に逐次読込みを行った複数の圧力データＰ（ｉ）について偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）（ｊ＝１〜ｎ）を求めると共に、予備測定期間Ｔ２内に逐次読込みを行った複数の流量データＳ（ｉ）について偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）（ｊ＝１〜ｎ）を求めるよう構成されている。そして、判定手段７２は、測定期間Ｔ３内における複数の予備測定期間Ｔ２の圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）の合計を用いて、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄを求めると共に、測定期間Ｔ３内における複数の予備測定期間Ｔ２の流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）の合計を用いて、流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄを求めるよう構成されている。
【００２３】
本例の蒸気漏れ検出装置７における読込手段７１は、所定のサンプリング期間（サンプリング時間）Ｔ１毎に、圧力データＰ（ｉ）及び流量データＳ（ｉ）を読み込むよう構成されている。また、本例の蒸気漏れ検出装置７における判定手段７２は、サンプリング期間Ｔ１の整数倍である所定の予備測定期間（演算時間）Ｔ２毎に、圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）及び流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）を求めるよう構成されている。また、本例の判定手段７２は、予備測定期間Ｔ２の整数倍である所定の測定期間（判定時間）Ｔ３毎に、圧力データＰ（ｉ）の標準偏差Ｐｄ及び流量データＳ（ｉ）の標準偏差Ｓｄを求め、これらの比率Ｓｄ／Ｐｄが所定の異常判定値Ａよりも大きいか否かを検出するよう構成されている。本例のサンプリング期間Ｔ１は１分とし、本例の予備測定期間Ｔ２は１０分とし、本例の測定期間Ｔ３は６０分とした。
【００２４】
次に、上記蒸気漏れ検出装置７を用いて、上記蒸気噴射式ガスタービン１における蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの漏洩の有無を検出する動作につき、図２のフローチャートを参照して説明する。
蒸気噴射式ガスタービン１の運転を行う際には、燃焼器３における燃焼を行ってガスタービン２の運転を開始し、発電機２５による発電を開始する。そして、蒸気漏れ検出装置７は、発電機２５における発電出力が、所定の設定値以上になったか否かを判定し（図２のステップＳ１０１）、この発電出力が所定の設定値以上になったときには、蒸気漏れの有無の検出を開始し、異常診断のカウントを開始する（Ｓ１０２）。このカウントは、上記サンプリング期間Ｔ１の経過を計測するサンプリング用カウントＣ１と、上記予備測定期間Ｔ２の経過を計測する予備測定期間用カウントＣ２と、上記測定期間Ｔ３の経過を計測する測定期間用カウントＣ３とがある。
【００２５】
次いで、蒸気漏れ検出装置７は、サンプリング用カウントＣ１が所定のサンプリング期間Ｔ１（本例では１分）になったか否かを判定し（Ｓ１０３）、サンプリング用カウントＣ１がサンプリング期間Ｔ１になるまで、上記Ｓ１０２及びＳ１０３を繰り返す。
そして、サンプリング用カウントＣ１がサンプリング期間Ｔ１になったときには、蒸気漏れ検出装置７は、噴射蒸気圧力計６１により測定した水蒸気Ｓの圧力を圧力データＰ（ｉ）として読み込むと共に、噴射蒸気流量計６２により測定した水蒸気Ｓの流量を流量データＳ（ｉ）として読み込む（Ｓ１０４）。
【００２６】
次いで、蒸気漏れ検出装置７は、予備測定期間用カウントＣ２が所定の予備測定期間Ｔ２（本例では１０分）になったか否かを判定し（Ｓ１０５）、予備測定期間用カウントＣ２が予備測定期間Ｔ２になるまで上記Ｓ１０２〜Ｓ１０５を繰り返す。また、予備測定期間用カウントＣ２が予備測定期間Ｔ２でないとき（Ｓ１０５の判定がＮｏのとき）には、蒸気漏れ検出装置７は、サンプリング用カウントＣ１をゼロに初期化する（Ｓ１０６）。
【００２７】
次いで、予備測定期間用カウントＣ２が予備測定期間Ｔ２になったときには、蒸気漏れ検出装置７は、この予備測定期間Ｔ２の間に逐次読込みを行った圧力データＰ（ｉ）及び流量データＳ（ｉ）（本例では、１分毎の１０個のデータ）のそれぞれについて偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）、Ｓｖ（ｊ）を求める（Ｓ１０７）。そして、蒸気漏れ検出装置７は、この偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）、Ｓｖ（ｊ）を保存する。
【００２８】
ここで、上記圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）は、以下の計算式（数１）によって求めることができる。ここで、ｍは、予備測定期間Ｔ２内におけるサンプリングのデータ数（本例ではｍ＝１０）を示し、Ｐ（ｉ）は、予備測定期間Ｔ２内における各サンプリング時点の圧力データＰ（ｉ）の値を示し、Ｐｖは、予備測定期間Ｔ２内における圧力データＰ（ｉ）の平均値と、予備測定期間Ｔ２内における各サンプリング時点の圧力データＰ（ｉ）の値との差分を二乗したものの合計によって示される。
【００２９】
【数１】
【００３０】
また、上記流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）は、以下の計算式（数２）によって求めることができる。ここで、ｍは、予備測定期間Ｔ２内におけるサンプリングのデータ数（本例ではｍ＝１０）を示し、Ｓ（ｉ）は、予備測定期間Ｔ２内における各サンプリング時点の流量データＳ（ｉ）の値を示し、Ｓｖは、予備測定期間Ｔ２内における流量データＳ（ｉ）の平均値と、予備測定期間Ｔ２内における各サンプリング時点の流量データＳ（ｉ）の値との差分を二乗したものの合計によって示される。
【００３１】
【数２】
【００３２】
次いで、蒸気漏れ検出装置７は、測定期間用カウントＣ３が所定の測定期間Ｔ３（本例では６０分）になったか否かを判定し（Ｓ１０８）、測定期間用カウントＣ３が測定期間Ｔ３になるまで上記Ｓ１０２〜Ｓ１０８を繰り返す。また、測定期間用カウントＣ３が測定期間Ｔ３でないとき（Ｓ１０８の判定がＮｏのとき）には、蒸気漏れ検出装置７は、予備測定期間用カウントＣ２をゼロに初期化すると共に（Ｓ１０９）、サンプリング用カウントＣ１をゼロに初期化する（Ｓ１０６）。
【００３３】
次いで、上記Ｓ１０２〜Ｓ１０９を繰り返した後、測定期間用カウントＣ３が測定期間Ｔ３になったときには、蒸気漏れ検出装置７は、上記算出を行った複数の予備測定期間Ｔ２における圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）（本例では、１分毎の１０サンプルの偏差二乗和Ｐｖ（ｊ））を合計し、これをサンプル数（ｍ×ｎ＝６０）で割って、圧力データＰ（ｉ）に基づく標準偏差Ｐｄを求める（Ｓ１１０）。また、このとき、蒸気漏れ検出装置７は、上記算出を行った複数の予備測定期間Ｔ２における流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）（本例では、１分毎の１０サンプルの偏差二乗和Ｓｖ（ｊ））を合計し、これをサンプル数（ｍ×ｎ＝６０）で割って、流量データＳ（ｉ）に基づく標準偏差Ｓｄを求める（Ｓ１１０）。
【００３４】
ここで、上記圧力データＰ（ｉ）に基づく標準偏差Ｐｄは、以下の計算式（数３）によって求めることができる。ここで、Ｐｖ（ｊ）は、各予備測定期間Ｔ２における圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）の値を示し、ｎは、測定期間Ｔ３内における偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）のデータ数（本例ではｎ＝６）を示す。
【００３５】
【数３】
【００３６】
また、上記流量データＳ（ｉ）に基づく標準偏差Ｓｄは、以下の計算式（数４）によって求めることができる。ここで、Ｓｖ（ｊ）は、各予備測定期間Ｔ２における流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）の値を示し、ｎは、測定期間Ｔ３内における偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）のデータ数（ｎ＝６）を示す。
【００３７】
【数４】
【００３８】
次いで、蒸気漏れ検出装置７は、診断指標として、流量データＳ（ｉ）に基づく標準偏差Ｓｄと圧力データＰ（ｉ）に基づく標準偏差Ｐｄとの比率Ｓｄ／Ｐｄを求め、診断指標Ｓｄ／Ｐｄが所定の異常判定値Ａよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１１１）。このとき、Ｓｄ／ＰｄがＡ以下であるときには、蒸気漏れはないとして、測定期間用カウントＣ３をゼロに初期化し（Ｓ１１２）、上記Ｓ１０２〜Ｓ１１２を繰り返す。なお、測定期間用カウントＣ３をゼロに初期化するときには、予備測定期間用カウントＣ２及びサンプリング用カウントＣ１もゼロに初期化する（Ｓ１０９、Ｓ１０６）。
【００３９】
一方、Ｓｄ／ＰｄがＡよりも大きくなったとき（Ｓ１１１の判定がＹｅｓになったとき）には、Ｓｄ／ＰｄがＡよりも継続してＮ回（例えば、Ｎ＝２〜１０と設定することができる。）繰り返し大きくなったか否かを判定する（Ｓ１１３）。そして、Ｓｄ／ＰｄがＡよりも継続してＮ回繰り返し大きくなったとき（Ｓ１１３の判定がＹｅｓになったとき）には、蒸気漏れ検出装置７は、蒸気バイパス系統６において蒸気漏れがあったことを検知し、蒸気漏れ発生警報を発することができる（Ｓ１１４）。
【００４０】
なお、蒸気漏れ検出装置７は、圧力データＰ（ｉ）の標準偏差Ｐｄ及び流量データＳ（ｉ）の標準偏差Ｓｄを求める代わりに、圧力データＰ（ｉ）の分散値及び流量データＳ（ｉ）の分散値を求め、これらの分散値の比率が、Ｎ回繰り返して所定の異常判定値Ａよりも大きくなったときに蒸気漏れがあったことを検知することもできる。
【００４１】
本例の蒸気漏れ検出装置７は、蒸気噴射式ガスタービン１の運転を行っている間は、ほぼ常時動作させておくことができる。そして、蒸気噴射式ガスタービン１を運転する際には、プロセス蒸気制御弁５１の開度を調整し、これによって排ガス蒸気ボイラ４において発生する水蒸気Ｓの圧力（蒸気供給系統５及び蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力）が所定の目標圧力に調整される。このとき、仮に噴射蒸気制御弁６３の開度が同じであったとしても、蒸気供給系統５による水蒸気Ｓの供給先におけるプロセス蒸気Ｓ１の圧力の変化、排ガス蒸気ボイラ４の蒸気ドラム４２へのエコノマイザ４３からの予熱給水Ｗ２の供給量と、排ガス蒸気ボイラ４の排ガスボイラ４１へのタービンホイール２１からの排ガスＧ２の供給量及び供給温度とのバランスの変化等により、蒸気供給系統５及び蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力が変動し、これに伴い蒸気バイパス系統６に供給される水蒸気Ｓの流量も変動する。
【００４２】
ここで、蒸気バイパス系統６において水蒸気Ｓの漏洩が発生していないときには、蒸気バイパス系統６における噴射蒸気（水蒸気）Ｓの圧力の変動により、蒸気バイパス系統６における噴射蒸気（水蒸気）Ｓの流量も同様に変動し、その結果、噴射蒸気圧力計６１による測定値と噴射蒸気流量計６２による測定値との間には、ほぼ比例的な関係があると考えられる。その一方、蒸気バイパス系統６において水蒸気Ｓの漏洩が発生したときには、蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの流量が増加する（噴射蒸気流量計６２による測定値が増加する）。その結果、蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力が低下し（噴射蒸気圧力計６２による測定値が低下し）、プロセス蒸気制御弁５１が若干閉じる。そして、水蒸気Ｓの漏洩量が変わらなければこの状態のまま自然の圧力変動で噴射蒸気流量計６２による測定値が変動するが、噴射蒸気圧力計６１による測定値の変動量に対する、噴射蒸気流量計６２による測定値の変動量が大きくなる。
【００４３】
そして、本例の蒸気漏れ検出装置７においては、蒸気バイパス系統６において水蒸気Ｓの漏洩が発生したときに、この蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力変化量と水蒸気Ｓの流量変化量との比率の変化に着目して、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が生じたか否かを検出する。
ところで、蒸気噴射式ガスタービン１の蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力及び流量においては、上述したように、上記制御不能な受動的変化Ｘ１が存在するだけでなく、上記噴射蒸気制御弁６３の開度を意図的に調整したことによる能動的変化Ｘ２も存在する。
【００４４】
ここで、図３は、横軸に時間をとり、縦軸に蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの流量をとって、蒸気噴射式ガスタービン１の運転中における両者の関係を示すグラフである。同図に示すごとく、仮に噴射蒸気制御弁６３の開度が同じであったとしても、蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力及び流量には、制御不能な受動的変化Ｘ１が生じる。また、燃焼器３への水蒸気Ｓの供給量を変更するために、噴射蒸気制御弁６３の開度が調整されることにより、蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力及び流量には能動的変化Ｘ２も生じる。
【００４５】
そして、上記能動的変化Ｘ２があるときには、圧力データＰ（ｉ）の値及び流量データＳ（ｉ）の値は、大きく変動する。このとき、所定の測定期間Ｔ３内に逐次読込みを行った複数の圧力データＰ（ｉ）及び複数の流量データＳ（ｉ）についてそれぞれ単純に標準偏差を求めると、能動的変化による影響が、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差と流量データＳ（ｉ）についての標準偏差との比率に反映される可能性が高い。
【００４６】
これに対し、本例の蒸気漏れ検出装置７における判定手段７２は、上記のごとく、所定の予備測定期間Ｔ２毎に、予備測定期間Ｔ２内のサンプリング期間Ｔ１毎に逐次読込みを行った複数の圧力データＰ（ｉ）について偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）を求めると共に、予備測定期間Ｔ２内のサンプリング期間Ｔ１毎に逐次読込みを行った複数の流量データＳ（ｉ）について偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）を求める。そして、判定手段７２は、測定期間Ｔ３内における複数の予備測定期間Ｔ２の圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）の合計を用いて、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄを求めると共に、測定期間Ｔ３内における複数の予備測定期間Ｔ２の流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）の合計を用いて、流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄを求める。
【００４７】
これにより、蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力及び流量に能動的変化Ｘ２が存在する場合においても、蒸気漏れ検出装置７は、圧力データＰ（ｉ）及び流量データＳ（ｉ）のそれぞれについて標準偏差Ｐｄ、Ｓｄを精度よく求めることができる。そして、上記能動的変化Ｘ２による影響が、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄと流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄとの比率Ｓｄ／Ｐｄに反映されてしまうことを抑制することができる。
【００４８】
そして、蒸気バイパス系統６において水蒸気Ｓの漏洩が発生したときには、流量データＳ（ｉ）の標準偏差Ｓｄは圧力データＰ（ｉ）の標準偏差Ｐｄに比べて大きくなる。このとき、判定手段７２は、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄと流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄとの比率である上記診断指標（Ｓｄ／Ｐｄ）が異常判定値（Ａ）をＮ回継続して超えたときには、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が生じたことを検出することができる。
【００４９】
また、本例の蒸気漏れ検出装置７においては、上記圧力データＰ（ｉ）及び流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄ、Ｓｄに基づいて蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの漏洩の有無を検出することにより、この漏洩の有無を早期に検知することができる。これにより、水蒸気Ｓの漏洩が発生したエネルギー効率の悪い状況で蒸気噴射式ガスタービン１を運転することがなくなり、蒸気噴射式ガスタービン１のエネルギー効率を向上させることもできる。
【００５０】
以上のように、本例の蒸気漏れ検出装置７によれば、蒸気噴射式ガスタービン１において燃焼器３へ水蒸気Ｓを供給するための蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの漏洩の有無を早期に検知することができる。
【００５１】
また、本例においては、図４に示すごとく、圧力データＰ（ｉ）に基づく標準偏差Ｐｄ及び流量データＳ（ｉ）に基づく標準偏差Ｓｄを求める所定の測定期間Ｔ３と、水蒸気Ｓの漏洩の有無の判定を行う判定期間Ｔ４とを同じにした。そして、蒸気漏れ検出装置７は、所定の測定期間Ｔ３毎に、各標準偏差Ｐｄ、Ｓｄを求め、この測定期間Ｔ３毎に、漏洩の有無の判定を行った。
【００５２】
これに対し、図５に示すごとく、所定の判定期間Ｔ４は、所定の測定期間Ｔ３よりも短い期間とすることもできる。この場合には、蒸気漏れ検出装置７は、所定の判定期間Ｔ４毎（漏洩の有無の判定を行う判定時点毎）に、判定期間Ｔ４よりも長い期間を遡った測定期間Ｔ３における各標準偏差Ｐｄ、Ｓｄを用いて、水蒸気Ｓの漏洩の有無の判定を行うことができる。この場合には、漏洩の有無の検出精度を維持したまま、この検出をより迅速に行うことができる。
【００５３】
また、図６は、本例の蒸気漏れ検出装置７を用いて、蒸気噴射式ガスタービン１の蒸気バイパス系統６に生じる水蒸気Ｓの漏洩の有無を検出した例を示すグラフである。同図は、横軸に日（日にち）をとり、縦軸に診断指標（Ｓｄ／Ｐｄ）をとって、蒸気噴射式ガスタービン１の運転中における正常時（蒸気漏れが発生していないとき）、蒸気漏れ時、正常時（蒸気漏れの検知をして蒸気漏れが発生している箇所を修復したとき）についての実測結果を示す。
同図より、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が発生すると、診断指標（Ｓｄ／Ｐｄ）が大きくなり、この漏洩の発生を早期に検出できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例における、蒸気漏れ検出装置により蒸気漏れの有無の検出を行う蒸気噴射式ガスタービンを示す構成図。
【図２】実施例における、蒸気漏れ検出装置により蒸気漏れの有無の検出を行う動作を示すフローチャート。
【図３】実施例における、横軸に時間をとり、縦軸に蒸気バイパス系統における水蒸気の流量をとって、蒸気噴射式ガスタービンの運転中における両者の関係を示すグラフ。
【図４】実施例における、標準偏差を求める測定期間と、水蒸気の漏洩の有無の判定を行う判定期間とを同じにした場合の判定フローを示す説明図。
【図５】実施例における、水蒸気の漏洩の有無の判定を行う判定期間を、標準偏差を求める測定期間よりも短くした場合の判定フローを示す説明図。
【図６】実施例における、横軸に日をとり、縦軸に診断指標をとって、蒸気噴射式ガスタービンの運転中における診断指標の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５５】
１ 蒸気噴射式ガスタービン
２ ガスタービン
２１ タービンホイール
２２ コンプレッサホイール
２５ 発電機
３ 燃焼器
３１ 燃料供給系統
４ 排ガス蒸気ボイラ
４１ 排ガスボイラ
４２ 蒸気ドラム
４３ エコノマイザ（給水系統）
５ 蒸気供給系統
５１ プロセス蒸気制御弁
６ 蒸気バイパス系統
６１ 噴射蒸気圧力計
６２ 噴射蒸気流量計
６３ 噴射蒸気制御弁
７ 蒸気漏れ検出装置
７１ 読込手段
７２ 判定手段
Ｆ 燃料ガス
Ｇ１ 燃焼ガス
Ｇ２ 排ガス
Ａ１ 空気
Ａ２ 圧縮空気
Ｗ１ 給水
Ｗ２ 予熱給水
Ｓ 水蒸気
Ｔ１ サンプリング期間
Ｔ２ 予備測定期間
Ｔ３ 測定期間
Ｐ（ｉ） 圧力データ
Ｓ（ｉ） 流量データ
Ｐｖ（ｊ）、Ｓｖ（ｊ） 偏差二乗和
Ｐｄ、Ｓｄ 標準偏差
Ｓｄ／Ｐｄ 比率（診断指標）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気噴射式ガスタービンにおいて、排ガス蒸気ボイラから燃焼器への蒸気バイパス系統に、水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出することができる蒸気漏れ検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガスタービンを用いて発電を行うと共に、ガスタービンから排気される排ガスの排熱を利用したコージェネレーションシステムが知られている。例えば、特許文献１の蒸気噴射式ガスタービン発電装置においては、燃焼器において、圧縮機によって圧縮した空気と燃料ガスとを用いて燃焼を行い、この燃焼ガスによってタービンを回転駆動すると共に、圧縮機及び発電機を駆動している。また、排熱回収ボイラにおいて、タービンの排熱を利用して水蒸気を発生させ、この水蒸気の一部を燃焼器へ噴射すると共に水蒸気の残部をプロセス蒸気として用いる工夫がなされている。例えば、特許文献１においては、燃焼器の失火を回避して、安定した運転を行うことができる蒸気噴射ガスタービンの制御方法が開示されている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の蒸気噴射式ガスタービンにおいては、燃焼器へ噴射蒸気の供給を行う経路において、水蒸気が漏洩したときには、この漏洩を早期に発見することはできなかった。すなわち、ガスタービンの出力は、空気の吸気温度、燃料ガスの供給量、噴射蒸気の供給量等に影響され、常に変化している。よって、従来の蒸気噴射式ガスタービンにおいては、水蒸気の漏洩による若干の出力低下は明確にはわからず、水蒸気の漏洩が多くなり、大きな出力低下になって初めて水蒸気の漏洩を検出することができていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３３２８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、蒸気噴射式ガスタービンにおいて燃焼器へ水蒸気を供給するための蒸気バイパス系統における水蒸気の漏洩の有無を早期に検知することができる蒸気漏れ検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、タービンホイールとコンプレッサホイールとを同一軸上に配設してなるガスタービンと、
燃料供給系統から受け取る燃料ガスと、上記コンプレッサホイールによって吸入、圧縮された圧縮空気とを用いて燃焼を行う燃焼器と、
該燃焼器による燃焼ガスによって回転する上記タービンホイールの回転を受けて発電を行う発電機と、
給水系統から受け取る給水と上記タービンホイールから受け取る排ガスとから、水蒸気を発生させる排ガス蒸気ボイラと、
該排ガス蒸気ボイラにおいて発生した水蒸気をプロセス蒸気として外部へ供給するための蒸気供給系統と、
該蒸気供給系統に配設し、上記排ガス蒸気ボイラにおいて発生する水蒸気の圧力を調整するためのプロセス蒸気制御弁と、
上記蒸気供給系統における上記プロセス蒸気制御弁の上流側位置と上記燃焼器とを接続し、上記蒸気供給系統における水蒸気の一部を上記燃焼器へ供給するための蒸気バイパス系統と、
該蒸気バイパス系統又は上記蒸気供給系統に配設し、上記排ガス蒸気ボイラにおいて発生した水蒸気の圧力を測定する噴射蒸気圧力計と、
上記蒸気バイパス系統に配設し、該蒸気バイパス系統を通過する水蒸気の流量を測定する噴射蒸気流量計と、
上記蒸気バイパス系統に配設し、上記燃焼器へ噴射する水蒸気の流量を調整するための噴射蒸気制御弁とを備えた蒸気噴射式ガスタービンにおいて、上記蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出することができる蒸気漏れ検出装置であって、
該蒸気漏れ検出装置は、上記噴射蒸気圧力計による測定値を圧力データとして逐次読み込むと共に、上記噴射蒸気流量計による測定値を流量データとして逐次読み込む読込手段と、
所定の測定期間内に逐次読込みを行った複数の上記圧力データ及び複数の上記流量データについてそれぞれ標準偏差又は分散値を求め、該圧力データについての標準偏差又は分散値と、該流量データについての標準偏差又は分散値との比率が、所定の正常範囲を一回又は複数回継続して外れたときに、上記蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたことを検出する判定手段とを備えていることを特徴とする蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置にある（請求項１）。
【０００７】
本発明の蒸気漏れ検出装置は、蒸気噴射式ガスタービンにおいて燃焼器へ水蒸気を供給するための蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出することができるものである。
これを実現するために、本発明の蒸気噴射式ガスタービンにおいては、蒸気バイパス系統に配設した噴射蒸気圧力計及び噴射蒸気流量計を用いる。また、本発明の蒸気漏れ検出装置は、上記読込手段及び判定手段を備えており、噴射蒸気圧力計から読み込んだ圧力データ及び噴射蒸気流量計から読み込んだ流量データを用いて両者の標準偏差又は分散値（以下、標準偏差等という。）を求め、これらの比率より蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出することができるものである。
【０００８】
本発明の蒸気漏れ検出装置は、蒸気噴射式ガスタービンの運転を行っている間は、ほぼ常時動作させておくことができる。そして、蒸気噴射式ガスタービンを運転する際には、プロセス蒸気制御弁の開度を調整し、これによって排ガス蒸気ボイラにおいて発生する水蒸気の圧力（蒸気供給系統及び蒸気バイパス系統における水蒸気の圧力）が所定の目標圧力に調整される。このとき、仮に噴射蒸気制御弁の開度が同じであったとしても、蒸気供給系統による水蒸気の供給先におけるプロセス蒸気の圧力の変化、排ガス蒸気ボイラへの給水系統からの給水の供給量と、排ガス蒸気ボイラへのタービンホイールからの排ガスの供給量及び供給温度とのバランスの変化等により、蒸気供給系統及び蒸気バイパス系統における水蒸気の圧力が変動し、これに伴い蒸気バイパス系統へ供給する水蒸気の流量も変動する。
【０００９】
ここで、蒸気バイパス系統において水蒸気の漏洩が発生していないときには、蒸気バイパス系統における噴射蒸気（水蒸気）の圧力の変動により、蒸気バイパス系統における噴射蒸気（水蒸気）の流量も同様に変動し、その結果、噴射蒸気圧力計による測定値と噴射蒸気流量計による測定値との間には、ほぼ比例的な関係があると考えられる。その一方、蒸気バイパス系統において水蒸気の漏洩が発生したときには、蒸気バイパス系統における水蒸気の流量が増加する（噴射蒸気流量計による測定値が増加する）。その結果、蒸気バイパス系統における水蒸気の圧力が低下し（噴射蒸気圧力計による測定値が低下し）、プロセス蒸気制御弁が若干閉じる。そして、水蒸気の漏洩量が変わらなければこの状態のまま自然の圧力変動で噴射蒸気流量計による測定値が変動するが、噴射蒸気圧力計による測定値の変動量に対する、噴射蒸気流量計による測定値の変動量が大きくなる。
【００１０】
そして、本発明の蒸気漏れ検出装置においては、蒸気バイパス系統において水蒸気の漏洩が発生したときに、この蒸気バイパス系統における水蒸気の圧力変化量と水蒸気の流量変化量との比率の変化に着目して、蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出する。
具体的には、蒸気漏れ検出装置における読込手段は、噴射蒸気圧力計による測定値を圧力データとして逐次読み込むと共に、噴射蒸気流量計による測定値を流量データとして逐次読み込む。このとき、蒸気漏れ検出装置は、圧力データ及び流量データを所定の計測間隔（サンプリングタイム）で逐次読み込み、記憶することができる。
【００１１】
そして、蒸気漏れ検出装置における判定手段は、所定の測定期間内に逐次読込みを行った複数の圧力データ及び複数の流量データについてそれぞれ標準偏差等を求める。このとき、蒸気バイパス系統において水蒸気の漏洩が発生したときには、流量データの標準偏差等は圧力データの標準偏差等に比べて大きくなる。そして、判定手段は、圧力データについての標準偏差等と流量データについての標準偏差等との比率が、所定の正常範囲を外れたときに、蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたことを検出することができる。
なお、上記比率は、圧力データについての標準偏差等に対する流量データについての標準偏差等の値として求めることができる。この場合には、判定手段は、比率の値が所定の正常範囲としての所定値を超えたときに、蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたことを検出することができる。
【００１２】
そして、本発明の蒸気漏れ検出装置においては、上記圧力データ及び流量データについての標準偏差等に基づいて蒸気バイパス系統における水蒸気の漏洩の有無を検出することにより、この漏洩の有無を早期に検知することができる。これにより、水蒸気の漏洩が発生したエネルギー効率の悪い状況で蒸気噴射式ガスタービンを運転することがなくなり、蒸気噴射式ガスタービンのエネルギー効率を向上させることもできる。
以上のように、本発明の蒸気漏れ検出装置によれば、蒸気噴射式ガスタービンにおいて燃焼器へ水蒸気を供給するための蒸気バイパス系統における水蒸気の漏洩の有無を早期に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上述した本発明の蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記判定手段は、上記測定期間よりも短い所定の予備測定期間毎に、該予備測定期間内に逐次読込みを行った複数の上記圧力データ及び複数の上記流量データについてそれぞれ偏差二乗和を求めると共に、上記圧力データ及び上記流量データについて、上記測定期間内における複数の上記予備測定期間の偏差二乗和の合計を用いて、上記標準偏差又は分散値をそれぞれ求めるよう構成することが好ましい（請求項２）。
【００１４】
この場合には、蒸気噴射式ガスタービンにおいて、制御不能な受動的変化（蒸気供給系統による水蒸気の供給先における水蒸気の圧力の変化、排ガス蒸気ボイラへの給水系統からの給水の供給量と、排ガス蒸気ボイラへのタービンホイールからの排ガスの供給量及び供給温度とのバランスの変化、プロセス蒸気制御弁の開度の調整等）が存在するだけでなく、上記噴射蒸気制御弁の開度を調整したことによる能動的変化が存在するときであっても、圧力データ及び流量データのそれぞれについて標準偏差等を精度よく求めることができる。
【００１５】
すなわち、上記能動的変化があるときには、圧力データの値及び流量データの値は、大きく変動する。このとき、所定の測定期間内に逐次読込みを行った複数の圧力データ及び複数の流量データについてそれぞれ単純に標準偏差等を求めると、能動的変化による影響が、圧力データについての標準偏差等と流量データについての標準偏差等との比率に反映されてしまう可能性が高い。
これに対し、圧力データについての偏差二乗和の合計を用いて圧力データの標準偏差等を求めると共に、流量データについての偏差二乗和の合計を用いて流量データの標準偏差等を求めることにより、上記能動的変化による影響が、圧力データについての標準偏差等と流量データについての標準偏差等との比率に反映されてしまうことを抑制することができる。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の蒸気噴射式ガスタービン１は、図１に示すごとく、以下のガスタービン２、燃焼器３、燃料供給系統３１、発電機２５、排ガス蒸気ボイラ４、給水系統４３、蒸気供給系統５、プロセス蒸気制御弁５１、蒸気バイパス系統６、噴射蒸気圧力計６１、噴射蒸気流量計６２及び噴射蒸気制御弁６３を有している。
ガスタービン２は、燃焼器３によって生じた燃焼ガスＧ１によって回転するタービンホイール２１と、タービンホイール２１の回転を受けて回転することによって空気Ａ１を吸い込み、圧縮した圧縮空気Ａ２を燃焼器３へ供給するコンプレッサホイール２２とを同一軸上に配設してなる。
【００１７】
同図に示すごとく、燃料供給系統３１は、燃焼器３へ所定流量の燃料ガスＦを供給するよう構成されている。燃焼器３は、燃料供給系統３１から受け取る燃料ガスＦと、コンプレッサホイール２２によって吸入、圧縮された圧縮空気Ａ２とを用いて燃焼を行うよう構成されている。また、燃焼器３には、ガスタービン２における作動ガスを増加させるために、蒸気バイパス系統６から水蒸気Ｓが噴射される。
発電機２５は、コンプレッサホイール２２の出力軸に接続してあり、コンプレッサホイール２２の回転を受けて発電を行うよう構成されている。排ガス蒸気ボイラ４は、タービンホイール２１から受け取る排ガスＧ２を用いて運転する排ガスボイラ４１と、排ガスボイラ４１により気液分離を行って水蒸気Ｓを発生させる蒸気ドラム４２と、タービンホイール２１から受け取る排ガスＧ２の排熱を利用して給水Ｗ１を予熱して予熱給水Ｗ２を作り出す給水系統４３としてのエコノマイザ４３とを有している。
【００１８】
図１に示すごとく、蒸気供給系統５は、排ガス蒸気ボイラ４の蒸気ドラム４２において発生した水蒸気Ｓをプロセス蒸気Ｓ１として外部へ供給するよう構成されている。プロセス蒸気制御弁５１は、蒸気供給系統５に配設してあり、排ガス蒸気ボイラ４の蒸気ドラム４２において発生する水蒸気Ｓの圧力を調整するよう構成されている。蒸気バイパス系統６は、蒸気供給系統５におけるプロセス蒸気制御弁５１の上流側位置と燃焼器３とを接続し、蒸気供給系統５における水蒸気Ｓの一部を燃焼器３へ噴射するよう構成されている。
噴射蒸気圧力計６１は、蒸気バイパス系統６に配設してあり、排ガス蒸気ボイラ４の蒸気ドラム４２において発生した水蒸気Ｓの圧力を測定するよう構成されている。噴射蒸気流量計６２は、蒸気バイパス系統６に配設してあり、蒸気バイパス系統６を通過する水蒸気Ｓの流量を測定するよう構成されている。噴射蒸気制御弁６３は、蒸気バイパス系統６に配設してあり、燃焼器３へ噴射する水蒸気Ｓの流量を調整するよう構成されている。
【００１９】
図１、図２に示すごとく、本例の蒸気漏れ検出装置７は、噴射蒸気圧力計６１による測定値と噴射蒸気流量計６２による測定値とを用いて、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が生じたか否かを検出するよう構成されている。
蒸気漏れ検出装置７は、以下の読込手段７１と判定手段７２とを、コンピュータによる演算処理によって実現するよう構成してある。読込手段７１は、噴射蒸気圧力計６１による測定値を圧力データＰ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）として逐次読み込むと共に、噴射蒸気流量計６２による測定値を流量データＳ（ｉ）（ｉ＝１〜ｍ）として逐次読み込むよう構成されている。また、判定手段７２は、所定の測定期間Ｔ３内に逐次読込みを行った複数の圧力データＰ（ｉ）及び複数の流量データＳ（ｉ）についてそれぞれ標準偏差Ｐｄ、Ｓｄを求めるよう構成されている。そして、判定手段７２は、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄと流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄとの比率Ｓｄ／Ｐｄが、所定の正常範囲を複数回継続して外れたときに、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が生じたことを検出するよう構成されている。
【００２０】
以下に、本例の蒸気噴射式ガスタービン１の蒸気漏れ検出装置７につき、図１〜図７を参照して詳説する。
図１に示すごとく、本例の蒸気噴射式ガスタービン１は、燃焼器３において燃料ガスＦ、圧縮空気Ａ２及び水蒸気Ｓを用いて燃焼を行い、この燃焼ガスＧ１によってガスタービン２を作動させて発電機２５による発電を行うと共に、ガスタービン２からの排ガスＧ２を用いて排ガス蒸気ボイラ４によって水蒸気Ｓを発生させるよう構成されている。
蒸気供給系統５及び蒸気バイパス系統６は、いずれも配管によって構成されている。
本例の噴射蒸気圧力計６１は、蒸気バイパス系統６における上流側位置（蒸気供給系統５に接続される位置に近い位置）に配設してあり、噴射蒸気流量計６２は、蒸気バイパス系統６において噴射蒸気圧力計６１の配設位置よりも下流側位置に配設してある。
【００２１】
また、本例の噴射蒸気制御弁６３は、蒸気バイパス系統６において噴射蒸気流量計６２の配設位置よりも下流側位置（噴射蒸気流量計６２と燃焼器３との間の位置）に配設してある。
蒸気ドラム４２には、この蒸気ドラム４２内の水蒸気Ｓの圧力を測定するためのドラム圧力計４４が配設してある。本例のプロセス蒸気制御弁５１は、ドラム圧力計４４による測定値がほぼ一定になるよう、開度を調整するよう構成されている。
【００２２】
本例の蒸気漏れ検出装置７における判定手段７２は、上記測定期間Ｔ３よりも短い所定の予備測定期間Ｔ２毎に、予備測定期間Ｔ２内に逐次読込みを行った複数の圧力データＰ（ｉ）について偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）（ｊ＝１〜ｎ）を求めると共に、予備測定期間Ｔ２内に逐次読込みを行った複数の流量データＳ（ｉ）について偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）（ｊ＝１〜ｎ）を求めるよう構成されている。そして、判定手段７２は、測定期間Ｔ３内における複数の予備測定期間Ｔ２の圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）の合計を用いて、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄを求めると共に、測定期間Ｔ３内における複数の予備測定期間Ｔ２の流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）の合計を用いて、流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄを求めるよう構成されている。
【００２３】
本例の蒸気漏れ検出装置７における読込手段７１は、所定のサンプリング期間（サンプリング時間）Ｔ１毎に、圧力データＰ（ｉ）及び流量データＳ（ｉ）を読み込むよう構成されている。また、本例の蒸気漏れ検出装置７における判定手段７２は、サンプリング期間Ｔ１の整数倍である所定の予備測定期間（演算時間）Ｔ２毎に、圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）及び流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）を求めるよう構成されている。また、本例の判定手段７２は、予備測定期間Ｔ２の整数倍である所定の測定期間（判定時間）Ｔ３毎に、圧力データＰ（ｉ）の標準偏差Ｐｄ及び流量データＳ（ｉ）の標準偏差Ｓｄを求め、これらの比率Ｓｄ／Ｐｄが所定の異常判定値Ａよりも大きいか否かを検出するよう構成されている。本例のサンプリング期間Ｔ１は１分とし、本例の予備測定期間Ｔ２は１０分とし、本例の測定期間Ｔ３は６０分とした。
【００２４】
次に、上記蒸気漏れ検出装置７を用いて、上記蒸気噴射式ガスタービン１における蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの漏洩の有無を検出する動作につき、図２のフローチャートを参照して説明する。
蒸気噴射式ガスタービン１の運転を行う際には、燃焼器３における燃焼を行ってガスタービン２の運転を開始し、発電機２５による発電を開始する。そして、蒸気漏れ検出装置７は、発電機２５における発電出力が、所定の設定値以上になったか否かを判定し（図２のステップＳ１０１）、この発電出力が所定の設定値以上になったときには、蒸気漏れの有無の検出を開始し、異常診断のカウントを開始する（Ｓ１０２）。このカウントは、上記サンプリング期間Ｔ１の経過を計測するサンプリング用カウントＣ１と、上記予備測定期間Ｔ２の経過を計測する予備測定期間用カウントＣ２と、上記測定期間Ｔ３の経過を計測する測定期間用カウントＣ３とがある。
【００２５】
次いで、蒸気漏れ検出装置７は、サンプリング用カウントＣ１が所定のサンプリング期間Ｔ１（本例では１分）になったか否かを判定し（Ｓ１０３）、サンプリング用カウントＣ１がサンプリング期間Ｔ１になるまで、上記Ｓ１０２及びＳ１０３を繰り返す。
そして、サンプリング用カウントＣ１がサンプリング期間Ｔ１になったときには、蒸気漏れ検出装置７は、噴射蒸気圧力計６１により測定した水蒸気Ｓの圧力を圧力データＰ（ｉ）として読み込むと共に、噴射蒸気流量計６２により測定した水蒸気Ｓの流量を流量データＳ（ｉ）として読み込む（Ｓ１０４）。
【００２６】
次いで、蒸気漏れ検出装置７は、予備測定期間用カウントＣ２が所定の予備測定期間Ｔ２（本例では１０分）になったか否かを判定し（Ｓ１０５）、予備測定期間用カウントＣ２が予備測定期間Ｔ２になるまで上記Ｓ１０２〜Ｓ１０５を繰り返す。また、予備測定期間用カウントＣ２が予備測定期間Ｔ２でないとき（Ｓ１０５の判定がＮｏのとき）には、蒸気漏れ検出装置７は、サンプリング用カウントＣ１をゼロに初期化する（Ｓ１０６）。
【００２７】
次いで、予備測定期間用カウントＣ２が予備測定期間Ｔ２になったときには、蒸気漏れ検出装置７は、この予備測定期間Ｔ２の間に逐次読込みを行った圧力データＰ（ｉ）及び流量データＳ（ｉ）（本例では、１分毎の１０個のデータ）のそれぞれについて偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）、Ｓｖ（ｊ）を求める（Ｓ１０７）。そして、蒸気漏れ検出装置７は、この偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）、Ｓｖ（ｊ）を保存する。
【００２８】
ここで、上記圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）は、以下の計算式（数１）によって求めることができる。ここで、ｍは、予備測定期間Ｔ２内におけるサンプリングのデータ数（本例ではｍ＝１０）を示し、Ｐ（ｉ）は、予備測定期間Ｔ２内における各サンプリング時点の圧力データＰ（ｉ）の値を示し、Ｐｖは、予備測定期間Ｔ２内における圧力データＰ（ｉ）の平均値と、予備測定期間Ｔ２内における各サンプリング時点の圧力データＰ（ｉ）の値との差分を二乗したものの合計によって示される。
【００２９】
【数１】
【００３０】
また、上記流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）は、以下の計算式（数２）によって求めることができる。ここで、ｍは、予備測定期間Ｔ２内におけるサンプリングのデータ数（本例ではｍ＝１０）を示し、Ｓ（ｉ）は、予備測定期間Ｔ２内における各サンプリング時点の流量データＳ（ｉ）の値を示し、Ｓｖは、予備測定期間Ｔ２内における流量データＳ（ｉ）の平均値と、予備測定期間Ｔ２内における各サンプリング時点の流量データＳ（ｉ）の値との差分を二乗したものの合計によって示される。
【００３１】
【数２】
【００３２】
次いで、蒸気漏れ検出装置７は、測定期間用カウントＣ３が所定の測定期間Ｔ３（本例では６０分）になったか否かを判定し（Ｓ１０８）、測定期間用カウントＣ３が測定期間Ｔ３になるまで上記Ｓ１０２〜Ｓ１０８を繰り返す。また、測定期間用カウントＣ３が測定期間Ｔ３でないとき（Ｓ１０８の判定がＮｏのとき）には、蒸気漏れ検出装置７は、予備測定期間用カウントＣ２をゼロに初期化すると共に（Ｓ１０９）、サンプリング用カウントＣ１をゼロに初期化する（Ｓ１０６）。
【００３３】
次いで、上記Ｓ１０２〜Ｓ１０９を繰り返した後、測定期間用カウントＣ３が測定期間Ｔ３になったときには、蒸気漏れ検出装置７は、上記算出を行った複数の予備測定期間Ｔ２における圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）（本例では、１分毎の１０サンプルの偏差二乗和Ｐｖ（ｊ））を合計し、これをサンプル数（ｍ×ｎ＝６０）で割って、圧力データＰ（ｉ）に基づく標準偏差Ｐｄを求める（Ｓ１１０）。また、このとき、蒸気漏れ検出装置７は、上記算出を行った複数の予備測定期間Ｔ２における流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）（本例では、１分毎の１０サンプルの偏差二乗和Ｓｖ（ｊ））を合計し、これをサンプル数（ｍ×ｎ＝６０）で割って、流量データＳ（ｉ）に基づく標準偏差Ｓｄを求める（Ｓ１１０）。
【００３４】
ここで、上記圧力データＰ（ｉ）に基づく標準偏差Ｐｄは、以下の計算式（数３）によって求めることができる。ここで、Ｐｖ（ｊ）は、各予備測定期間Ｔ２における圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）の値を示し、ｎは、測定期間Ｔ３内における偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）のデータ数（本例ではｎ＝６）を示す。
【００３５】
【数３】
【００３６】
また、上記流量データＳ（ｉ）に基づく標準偏差Ｓｄは、以下の計算式（数４）によって求めることができる。ここで、Ｓｖ（ｊ）は、各予備測定期間Ｔ２における流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）の値を示し、ｎは、測定期間Ｔ３内における偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）のデータ数（ｎ＝６）を示す。
【００３７】
【数４】
【００３８】
次いで、蒸気漏れ検出装置７は、診断指標として、流量データＳ（ｉ）に基づく標準偏差Ｓｄと圧力データＰ（ｉ）に基づく標準偏差Ｐｄとの比率Ｓｄ／Ｐｄを求め、診断指標Ｓｄ／Ｐｄが所定の異常判定値Ａよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１１１）。このとき、Ｓｄ／ＰｄがＡ以下であるときには、蒸気漏れはないとして、測定期間用カウントＣ３をゼロに初期化し（Ｓ１１２）、上記Ｓ１０２〜Ｓ１１２を繰り返す。なお、測定期間用カウントＣ３をゼロに初期化するときには、予備測定期間用カウントＣ２及びサンプリング用カウントＣ１もゼロに初期化する（Ｓ１０９、Ｓ１０６）。
【００３９】
一方、Ｓｄ／ＰｄがＡよりも大きくなったとき（Ｓ１１１の判定がＹｅｓになったとき）には、Ｓｄ／ＰｄがＡよりも継続してＮ回（例えば、Ｎ＝２〜１０と設定することができる。）繰り返し大きくなったか否かを判定する（Ｓ１１３）。そして、Ｓｄ／ＰｄがＡよりも継続してＮ回繰り返し大きくなったとき（Ｓ１１３の判定がＹｅｓになったとき）には、蒸気漏れ検出装置７は、蒸気バイパス系統６において蒸気漏れがあったことを検知し、蒸気漏れ発生警報を発することができる（Ｓ１１４）。
【００４０】
なお、蒸気漏れ検出装置７は、圧力データＰ（ｉ）の標準偏差Ｐｄ及び流量データＳ（ｉ）の標準偏差Ｓｄを求める代わりに、圧力データＰ（ｉ）の分散値及び流量データＳ（ｉ）の分散値を求め、これらの分散値の比率が、Ｎ回繰り返して所定の異常判定値Ａよりも大きくなったときに蒸気漏れがあったことを検知することもできる。
【００４１】
本例の蒸気漏れ検出装置７は、蒸気噴射式ガスタービン１の運転を行っている間は、ほぼ常時動作させておくことができる。そして、蒸気噴射式ガスタービン１を運転する際には、プロセス蒸気制御弁５１の開度を調整し、これによって排ガス蒸気ボイラ４において発生する水蒸気Ｓの圧力（蒸気供給系統５及び蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力）が所定の目標圧力に調整される。このとき、仮に噴射蒸気制御弁６３の開度が同じであったとしても、蒸気供給系統５による水蒸気Ｓの供給先におけるプロセス蒸気Ｓ１の圧力の変化、排ガス蒸気ボイラ４の蒸気ドラム４２へのエコノマイザ４３からの予熱給水Ｗ２の供給量と、排ガス蒸気ボイラ４の排ガスボイラ４１へのタービンホイール２１からの排ガスＧ２の供給量及び供給温度とのバランスの変化等により、蒸気供給系統５及び蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力が変動し、これに伴い蒸気バイパス系統６に供給される水蒸気Ｓの流量も変動する。
【００４２】
ここで、蒸気バイパス系統６において水蒸気Ｓの漏洩が発生していないときには、蒸気バイパス系統６における噴射蒸気（水蒸気）Ｓの圧力の変動により、蒸気バイパス系統６における噴射蒸気（水蒸気）Ｓの流量も同様に変動し、その結果、噴射蒸気圧力計６１による測定値と噴射蒸気流量計６２による測定値との間には、ほぼ比例的な関係があると考えられる。その一方、蒸気バイパス系統６において水蒸気Ｓの漏洩が発生したときには、蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの流量が増加する（噴射蒸気流量計６２による測定値が増加する）。その結果、蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力が低下し（噴射蒸気圧力計６２による測定値が低下し）、プロセス蒸気制御弁５１が若干閉じる。そして、水蒸気Ｓの漏洩量が変わらなければこの状態のまま自然の圧力変動で噴射蒸気流量計６２による測定値が変動するが、噴射蒸気圧力計６１による測定値の変動量に対する、噴射蒸気流量計６２による測定値の変動量が大きくなる。
【００４３】
そして、本例の蒸気漏れ検出装置７においては、蒸気バイパス系統６において水蒸気Ｓの漏洩が発生したときに、この蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力変化量と水蒸気Ｓの流量変化量との比率の変化に着目して、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が生じたか否かを検出する。
ところで、蒸気噴射式ガスタービン１の蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力及び流量においては、上述したように、上記制御不能な受動的変化Ｘ１が存在するだけでなく、上記噴射蒸気制御弁６３の開度を意図的に調整したことによる能動的変化Ｘ２も存在する。
【００４４】
ここで、図３は、横軸に時間をとり、縦軸に蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの流量をとって、蒸気噴射式ガスタービン１の運転中における両者の関係を示すグラフである。同図に示すごとく、仮に噴射蒸気制御弁６３の開度が同じであったとしても、蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力及び流量には、制御不能な受動的変化Ｘ１が生じる。また、燃焼器３への水蒸気Ｓの供給量を変更するために、噴射蒸気制御弁６３の開度が調整されることにより、蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力及び流量には能動的変化Ｘ２も生じる。
【００４５】
そして、上記能動的変化Ｘ２があるときには、圧力データＰ（ｉ）の値及び流量データＳ（ｉ）の値は、大きく変動する。このとき、所定の測定期間Ｔ３内に逐次読込みを行った複数の圧力データＰ（ｉ）及び複数の流量データＳ（ｉ）についてそれぞれ単純に標準偏差を求めると、能動的変化による影響が、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差と流量データＳ（ｉ）についての標準偏差との比率に反映される可能性が高い。
【００４６】
これに対し、本例の蒸気漏れ検出装置７における判定手段７２は、上記のごとく、所定の予備測定期間Ｔ２毎に、予備測定期間Ｔ２内のサンプリング期間Ｔ１毎に逐次読込みを行った複数の圧力データＰ（ｉ）について偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）を求めると共に、予備測定期間Ｔ２内のサンプリング期間Ｔ１毎に逐次読込みを行った複数の流量データＳ（ｉ）について偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）を求める。そして、判定手段７２は、測定期間Ｔ３内における複数の予備測定期間Ｔ２の圧力データＰ（ｉ）の偏差二乗和Ｐｖ（ｊ）の合計を用いて、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄを求めると共に、測定期間Ｔ３内における複数の予備測定期間Ｔ２の流量データＳ（ｉ）の偏差二乗和Ｓｖ（ｊ）の合計を用いて、流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄを求める。
【００４７】
これにより、蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの圧力及び流量に能動的変化Ｘ２が存在する場合においても、蒸気漏れ検出装置７は、圧力データＰ（ｉ）及び流量データＳ（ｉ）のそれぞれについて標準偏差Ｐｄ、Ｓｄを精度よく求めることができる。そして、上記能動的変化Ｘ２による影響が、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄと流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄとの比率Ｓｄ／Ｐｄに反映されてしまうことを抑制することができる。
【００４８】
そして、蒸気バイパス系統６において水蒸気Ｓの漏洩が発生したときには、流量データＳ（ｉ）の標準偏差Ｓｄは圧力データＰ（ｉ）の標準偏差Ｐｄに比べて大きくなる。このとき、判定手段７２は、圧力データＰ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄと流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｓｄとの比率である上記診断指標（Ｓｄ／Ｐｄ）が異常判定値（Ａ）をＮ回継続して超えたときには、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が生じたことを検出することができる。
【００４９】
また、本例の蒸気漏れ検出装置７においては、上記圧力データＰ（ｉ）及び流量データＳ（ｉ）についての標準偏差Ｐｄ、Ｓｄに基づいて蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの漏洩の有無を検出することにより、この漏洩の有無を早期に検知することができる。これにより、水蒸気Ｓの漏洩が発生したエネルギー効率の悪い状況で蒸気噴射式ガスタービン１を運転することがなくなり、蒸気噴射式ガスタービン１のエネルギー効率を向上させることもできる。
【００５０】
以上のように、本例の蒸気漏れ検出装置７によれば、蒸気噴射式ガスタービン１において燃焼器３へ水蒸気Ｓを供給するための蒸気バイパス系統６における水蒸気Ｓの漏洩の有無を早期に検知することができる。
【００５１】
また、本例においては、図４に示すごとく、圧力データＰ（ｉ）に基づく標準偏差Ｐｄ及び流量データＳ（ｉ）に基づく標準偏差Ｓｄを求める所定の測定期間Ｔ３と、水蒸気Ｓの漏洩の有無の判定を行う判定期間Ｔ４とを同じにした。そして、蒸気漏れ検出装置７は、所定の測定期間Ｔ３毎に、各標準偏差Ｐｄ、Ｓｄを求め、この測定期間Ｔ３毎に、漏洩の有無の判定を行った。
【００５２】
これに対し、図５に示すごとく、所定の判定期間Ｔ４は、所定の測定期間Ｔ３よりも短い期間とすることもできる。この場合には、蒸気漏れ検出装置７は、所定の判定期間Ｔ４毎（漏洩の有無の判定を行う判定時点毎）に、判定期間Ｔ４よりも長い期間を遡った測定期間Ｔ３における各標準偏差Ｐｄ、Ｓｄを用いて、水蒸気Ｓの漏洩の有無の判定を行うことができる。この場合には、漏洩の有無の検出精度を維持したまま、この検出をより迅速に行うことができる。
【００５３】
また、図６は、本例の蒸気漏れ検出装置７を用いて、蒸気噴射式ガスタービン１の蒸気バイパス系統６に生じる水蒸気Ｓの漏洩の有無を検出した例を示すグラフである。同図は、横軸に日（日にち）をとり、縦軸に診断指標（Ｓｄ／Ｐｄ）をとって、蒸気噴射式ガスタービン１の運転中における正常時（蒸気漏れが発生していないとき）、蒸気漏れ時、正常時（蒸気漏れの検知をして蒸気漏れが発生している箇所を修復したとき）についての実測結果を示す。
同図より、蒸気バイパス系統６に水蒸気Ｓの漏洩が発生すると、診断指標（Ｓｄ／Ｐｄ）が大きくなり、この漏洩の発生を早期に検出できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例における、蒸気漏れ検出装置により蒸気漏れの有無の検出を行う蒸気噴射式ガスタービンを示す構成図。
【図２】実施例における、蒸気漏れ検出装置により蒸気漏れの有無の検出を行う動作を示すフローチャート。
【図３】実施例における、横軸に時間をとり、縦軸に蒸気バイパス系統における水蒸気の流量をとって、蒸気噴射式ガスタービンの運転中における両者の関係を示すグラフ。
【図４】実施例における、標準偏差を求める測定期間と、水蒸気の漏洩の有無の判定を行う判定期間とを同じにした場合の判定フローを示す説明図。
【図５】実施例における、水蒸気の漏洩の有無の判定を行う判定期間を、標準偏差を求める測定期間よりも短くした場合の判定フローを示す説明図。
【図６】実施例における、横軸に日をとり、縦軸に診断指標をとって、蒸気噴射式ガスタービンの運転中における診断指標の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５５】
１ 蒸気噴射式ガスタービン
２ ガスタービン
２１ タービンホイール
２２ コンプレッサホイール
２５ 発電機
３ 燃焼器
３１ 燃料供給系統
４ 排ガス蒸気ボイラ
４１ 排ガスボイラ
４２ 蒸気ドラム
４３ エコノマイザ（給水系統）
５ 蒸気供給系統
５１ プロセス蒸気制御弁
６ 蒸気バイパス系統
６１ 噴射蒸気圧力計
６２ 噴射蒸気流量計
６３ 噴射蒸気制御弁
７ 蒸気漏れ検出装置
７１ 読込手段
７２ 判定手段
Ｆ 燃料ガス
Ｇ１ 燃焼ガス
Ｇ２ 排ガス
Ａ１ 空気
Ａ２ 圧縮空気
Ｗ１ 給水
Ｗ２ 予熱給水
Ｓ 水蒸気
Ｔ１ サンプリング期間
Ｔ２ 予備測定期間
Ｔ３ 測定期間
Ｐ（ｉ） 圧力データ
Ｓ（ｉ） 流量データ
Ｐｖ（ｊ）、Ｓｖ（ｊ） 偏差二乗和
Ｐｄ、Ｓｄ 標準偏差
Ｓｄ／Ｐｄ 比率（診断指標）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンホイールとコンプレッサホイールとを同一軸上に配設してなるガスタービンと、
燃料供給系統から受け取る燃料ガスと、上記コンプレッサホイールによって吸入、圧縮された圧縮空気とを用いて燃焼を行う燃焼器と、
該燃焼器による燃焼ガスによって回転する上記タービンホイールの回転を受けて発電を行う発電機と、
給水系統から受け取る給水と上記タービンホイールから受け取る排ガスとから、水蒸気を発生させる排ガス蒸気ボイラと、
該排ガス蒸気ボイラにおいて発生した水蒸気をプロセス蒸気として外部へ供給するための蒸気供給系統と、
該蒸気供給系統に配設し、上記排ガス蒸気ボイラにおいて発生する水蒸気の圧力を調整するためのプロセス蒸気制御弁と、
上記蒸気供給系統における上記プロセス蒸気制御弁の上流側位置と上記燃焼器とを接続し、上記蒸気供給系統における水蒸気の一部を上記燃焼器へ供給するための蒸気バイパス系統と、
該蒸気バイパス系統又は上記蒸気供給系統に配設し、上記排ガス蒸気ボイラにおいて発生した水蒸気の圧力を測定する噴射蒸気圧力計と、
上記蒸気バイパス系統に配設し、該蒸気バイパス系統を通過する水蒸気の流量を測定する噴射蒸気流量計と、
上記蒸気バイパス系統に配設し、上記燃焼器へ噴射する水蒸気の流量を調整するための噴射蒸気制御弁とを備えた蒸気噴射式ガスタービンにおいて、上記蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出することができる蒸気漏れ検出装置であって、
該蒸気漏れ検出装置は、上記噴射蒸気圧力計による測定値を圧力データとして逐次読み込むと共に、上記噴射蒸気流量計による測定値を流量データとして逐次読み込む読込手段と、
所定の測定期間内に逐次読込みを行った複数の上記圧力データ及び複数の上記流量データについてそれぞれ標準偏差又は分散値を求め、該圧力データについての標準偏差又は分散値と、該流量データについての標準偏差又は分散値との比率が、所定の正常範囲を一回又は複数回継続して外れたときに、上記蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたことを検出する判定手段とを備えていることを特徴とする蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置。
【請求項２】
請求項１において、上記判定手段は、上記測定期間よりも短い所定の予備測定期間毎に、該予備測定期間内に逐次読込みを行った複数の上記圧力データ及び複数の上記流量データについてそれぞれ偏差二乗和を求めると共に、上記圧力データ及び上記流量データについて、上記測定期間内における複数の上記予備測定期間の偏差二乗和の合計を用いて、上記標準偏差又は分散値をそれぞれ求めるよう構成してあることを特徴とする蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置。
【請求項１】
タービンホイールとコンプレッサホイールとを同一軸上に配設してなるガスタービンと、
燃料供給系統から受け取る燃料ガスと、上記コンプレッサホイールによって吸入、圧縮された圧縮空気とを用いて燃焼を行う燃焼器と、
該燃焼器による燃焼ガスによって回転する上記タービンホイールの回転を受けて発電を行う発電機と、
給水系統から受け取る給水と上記タービンホイールから受け取る排ガスとから、水蒸気を発生させる排ガス蒸気ボイラと、
該排ガス蒸気ボイラにおいて発生した水蒸気をプロセス蒸気として外部へ供給するための蒸気供給系統と、
該蒸気供給系統に配設し、上記排ガス蒸気ボイラにおいて発生する水蒸気の圧力を調整するためのプロセス蒸気制御弁と、
上記蒸気供給系統における上記プロセス蒸気制御弁の上流側位置と上記燃焼器とを接続し、上記蒸気供給系統における水蒸気の一部を上記燃焼器へ供給するための蒸気バイパス系統と、
該蒸気バイパス系統又は上記蒸気供給系統に配設し、上記排ガス蒸気ボイラにおいて発生した水蒸気の圧力を測定する噴射蒸気圧力計と、
上記蒸気バイパス系統に配設し、該蒸気バイパス系統を通過する水蒸気の流量を測定する噴射蒸気流量計と、
上記蒸気バイパス系統に配設し、上記燃焼器へ噴射する水蒸気の流量を調整するための噴射蒸気制御弁とを備えた蒸気噴射式ガスタービンにおいて、上記蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたか否かを検出することができる蒸気漏れ検出装置であって、
該蒸気漏れ検出装置は、上記噴射蒸気圧力計による測定値を圧力データとして逐次読み込むと共に、上記噴射蒸気流量計による測定値を流量データとして逐次読み込む読込手段と、
所定の測定期間内に逐次読込みを行った複数の上記圧力データ及び複数の上記流量データについてそれぞれ標準偏差又は分散値を求め、該圧力データについての標準偏差又は分散値と、該流量データについての標準偏差又は分散値との比率が、所定の正常範囲を一回又は複数回継続して外れたときに、上記蒸気バイパス系統に水蒸気の漏洩が生じたことを検出する判定手段とを備えていることを特徴とする蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置。
【請求項２】
請求項１において、上記判定手段は、上記測定期間よりも短い所定の予備測定期間毎に、該予備測定期間内に逐次読込みを行った複数の上記圧力データ及び複数の上記流量データについてそれぞれ偏差二乗和を求めると共に、上記圧力データ及び上記流量データについて、上記測定期間内における複数の上記予備測定期間の偏差二乗和の合計を用いて、上記標準偏差又は分散値をそれぞれ求めるよう構成してあることを特徴とする蒸気噴射式ガスタービンの蒸気漏れ検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２６４２２０（Ｐ２００９−２６４２２０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１４０３４（Ｐ２００８−１１４０３４）
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【Ｆターム（参考）】
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