蒸気管の熱損失評価システム及び評価方法
【課題】蒸気管の熱損失を好ましく評価することが可能な評価システムを提供する。
【解決手段】熱損失評価システム（１）は、蒸気が流れる蒸気管（１０）に設定される複数の区間（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎ）と、蒸気管内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定する第１測定装置（ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎ）と、各々がドレントラップ（ＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎ）を有しかつ複数の区間の終点からそれぞれドレンを排出可能な複数のドレンユニット（ＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、・・・ＤＵｎ）と、ドレン量に関する値及びドレン温度を、複数のドレンユニットでそれぞれ測定する第２測定装置と、第１測定装置の測定結果と第２測定装置の測定結果とを用いて、蒸気管の放熱損失を評価する計算装置（５０）と、を備える。
【解決手段】熱損失評価システム（１）は、蒸気が流れる蒸気管（１０）に設定される複数の区間（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎ）と、蒸気管内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定する第１測定装置（ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎ）と、各々がドレントラップ（ＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎ）を有しかつ複数の区間の終点からそれぞれドレンを排出可能な複数のドレンユニット（ＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、・・・ＤＵｎ）と、ドレン量に関する値及びドレン温度を、複数のドレンユニットでそれぞれ測定する第２測定装置と、第１測定装置の測定結果と第２測定装置の測定結果とを用いて、蒸気管の放熱損失を評価する計算装置（５０）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気管の熱損失評価システム及び評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過熱蒸気が流れる蒸気管において、少なくとも２位置における温度及び圧力、及び流量を計測した結果に基づいてエンタルピを算出可能であり、したがって、熱損失の評価が比較的容易である。
【０００３】
飽和蒸気が流れる蒸気管において、熱損失が生じると湿り蒸気が生じることから、熱損失の評価が比較的困難である。従来より、サーモグラフィ等の特殊な装置を用いて配管表面温度を決定し、それに基づいて熱損失を解析・評価する方法が知られている。あるいは、蒸気の使用端で蒸気流量を測定し、その結果に基づいて熱損失を解析・評価する方法が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
サーモグラフィなどの特殊な装置を用いた方法では、配管表面温度の計測精度が十分でない、蒸気管又は保温材の熱伝導率の評価が比較的困難である、及び装置が高価である、などの課題を有する。
【０００５】
使用端の蒸気流量を測定する方法では、オリフィス等の差圧式流速計などを用いた特定の流量計を使用端に設置する必要がある、湿り分（ドレン）がドレントラップからすべて取り除かれるとは限らないために湿り度の評価が不十分となる可能性がある、などの課題を有する。
【０００６】
本発明は、蒸気管の熱損失を好ましく評価することが可能な評価システム及び評価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】
【０００７】
本発明の態様に従えば、蒸気管の熱損失を評価するシステムであって、蒸気が流れる蒸気管に設定される複数の区間と、前記蒸気管内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定する第１測定装置と、前記複数の区間の終点からそれぞれドレンを排出可能な複数のドレンユニットであり、各々がドレントラップを有する前記複数のドレンユニットと、ドレン量に関する値及びドレン温度を、前記複数のドレンユニットでそれぞれ測定する第２測定装置と、前記第１測定装置の測定結果と前記第２測定装置の測定結果とを用いて、前記蒸気管の放熱損失を評価する計算装置と、を備える熱損失評価システムが提供される。
【０００８】
この評価システムによれば、ドレントラップを有するドレンユニットでの測定結果を用いて蒸気管の放熱損失を評価できる。したがって、比較的容易な熱損失評価が実現される。
【０００９】
本発明の別の態様に従えば、蒸気管の熱損失を評価する方法であって、蒸気が流れる蒸気管内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定する第１測定工程と、各々の終点にドレントラップが設けられた前記蒸気管に設定される複数の区間について、前記ドレントラップを介したドレン量に関する値及びドレン温度を測定する第２測定工程と、前記第１測定工程の測定結果と前記第２測定工程の測定結果とを用いて、前記蒸気管の放熱損失を評価する計算工程と、を含む熱損失評価方法が提供される。
【００１０】
この評価方法によれば、ドレントラップを介したドレン量に関する値及びドレン温度を測定した結果を用いて蒸気管の熱損失を評価できる。したがって、比較的容易な熱損失評価が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、熱損失評価システム１を示す概略図である。図１において、蒸気管１０は、蒸気生成装置２０（ボイラなど）と負荷設備３０との間に配設される。蒸気生成装置２０からの蒸気が蒸気管１０を流れ、負荷設備３０に送られる。負荷設備３０において、蒸気又は蒸気の熱が利用される。蒸気管１０は、不図示の保熱手段によって保熱されている。公知の様々な保熱手段が適用可能である。保熱手段は、例えば、蒸気管１０の外面を覆う保温材を有する。
【００１３】
また、蒸気管１０には、複数のドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎが配設されている。蒸気管１０内で凝縮して生じたドレンの少なくとも一部がドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎに捕捉される。公知の様々なドレントラップが適用可能である。通常、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎは、捕捉したドレンを適宜排出可能な構造を有する。
【００１４】
図１に示すように、熱損失評価システム１は、蒸気管１０に連続的に設定される区間ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎと、蒸気管１０内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定するセンサ（第１測定装置）ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎと、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎをそれぞれ有するドレンユニットＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、・・・ＤＵｎと、計算装置５０を含む制御ユニット４０とを備える。本実施形態において、センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎは蒸気管１０内の圧力を測定する。センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎとして、公知の様々な圧力センサが適用可能である。センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎからの測定結果は、制御ユニット４０に送られる。
【００１５】
ドレンユニットＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、・・・ＤＵｎは、蒸気管１０内で生じたドレンを、区間ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎの終点からそれぞれドレンを排出可能である。図２に示すように、トラップ前に存在する蒸気管１０内のドレンの一部がドレントラップＤＴｎに捕捉される。トラップ後において、ドレンの他の一部が蒸気管１０内に残る。ここで、ドレントラップＤＴｎに捕捉されるドレンの割合を捕捉率と称する。
【００１６】
図３は、ドレンユニットＤＵｎを示す概略図である。図３に示すように、ドレンユニットＤＵｎは、ドレントラップＤＴｎに加え、ドレンライン６０、仮設ホース６２、受水槽６４、温度センサ（第２測定装置）７０、及び重量計（第２測定装置）８０を有する。ドレンライン６０は、蒸気管１０の分岐ラインであり、蒸気管１０からのドレンが流れる配管を有することができる。ドレンライン６０上にドレントラップＤＴｎが配設される。
【００１７】
仮設ホース６２は、ドレントラップＤＴｎからのドレンを受水槽６４に導くためのものであり、ドレントラップＤＴｎ（又はドレントラップＤＴｎの出口端に配設された配管機器）に接続される。仮設ホース６２は、ドレントラップＤＴｎに対して着脱自在に配設され得る。ドレントラップＤＴｎからのドレンが受水槽６４に直接的に好ましく導かれる場合には、仮設ホース６２を省くことが可能である。
【００１８】
受水槽６４は、ドレントラップＤＴｎからのドレンを貯溜する。受水槽６４は、必要に応じてドレン温度の低下を抑制する構造及び／又はドレンの蒸発を抑制する構造を有することができる。温度センサ７０は、受水槽６４内に貯溜されたドレンの温度を測定することができる。温度センサ７０として、公知の様々な温度センサが適用可能である。温度センサ７０からの測定結果は、制御ユニット４０に送られる。
【００１９】
ドレンユニットＤＵｎの少なくとも一部は、区間ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎの間で共有することができる。例えば、ある区間の測定で使用した後に、仮設ホース６２、受水槽６４、温度センサ７０、及び重量計８０の少なくとも１つを別の区間の測定に使用することができる。
【００２０】
図１に戻り、ドレンユニットＤＵｎを用いたドレン流量及びドレン温度の測定は、区間ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎの１ずつ順に実施できる。あるいは、その測定は、区間ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎの２以上で同時に実施できる。測定区間の選択及び／又は切替は、制御ユニット４０を用いて、自動又は手動で実行できる。
【００２１】
図４は、制御ユニット４０を示す模式図である。図４において、計算装置５０は、例えばコンピュータシステムである。制御ユニット４０は、計算装置５０に加え、入力装置１２７、及び表示装置（出力装置）１２８を有する。計算装置５０は、Ａ／Ｄ変換器等の変換器１２３、ＣＰＵ（演算処理手段）１２４、及びメモリ１２５等を有する。熱損失評価システム１のセンサ（センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎ、温度センサ７０、及び重量計８０など）などから送られる測定データが、必要に応じて変換器１２３等で変換され、ＣＰＵ１２４に取り込まれる。また、初期設定値、及び仮データなどが入力装置１２７などを介して計算装置５０に取り込まれる。表示装置１２８は、入力されたデータに関する情報、及び計算に関する情報などを表示することができる。
【００２２】
ＣＰＵ１２４は、測定データ、及びメモリ１２５に記憶された情報に基づき、蒸気管の熱損失に関する計算を実行することができる。例えば、センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎ、温度センサ７０、及び重量計８０の測定結果を用いて、蒸気管１０の放熱損失を解析することができる。ここで、蒸気管１０の熱損失に関する解析手法の一例を以下に示す。
【００２３】
図１に示す、蒸気生成装置２０（例えばボイラ）、蒸気管１０、及び負荷設備３０の系において、蒸気生成装置２０からの蒸気が飽和蒸気である場合には式（１）及び式（２）が成り立つ。
【００２４】
【数１】
【数２】
【００２５】
また、蒸気管１０の単位面積あたりの放熱損失と単位長さあたりの放熱損失との関係から式（３）が成り立つ。
【００２６】
【数３】
【００２７】
これらより、第１のドレントラップＤＴ１（適宜、トラップ１と略称する）の手前位置（第１の区間ＳＣ１の実質的終点）での蒸気流量、並びに、ドレントラップＤＴ１の手前位置（区間ＳＣ１の実質的終点）でのドレン流量は、以下の式（４）及び式（５）の連立方程式から解くことができる。
【００２８】
【数４】
【数５】
【００２９】
ドレンの捕捉率を用いた式（６）からドレン流量の計算値（計算ドレン量）が算出される。
【００３０】
【数６】
【００３１】
ドレンユニットＤＵ１において、ドレントラップＤＴ１からのドレンの排出総量、及びドレン温度が得られる。一般に、ドレントラップでは、式（７）及び式（８）の連立方程式から、ドレン流量の測定値（測定ドレン量）が得られることが知られている。
【００３２】
【数７】
【数８】
【００３３】
式（７）及び式（８）から式（９）及び式（１０）を導き出すことができる。
【００３４】
【数９】
【数１０】
【００３５】
このように、式（６）から、第１のドレントラップＤＴ１におけるドレン流量の計算値（計算ドレン量）、式（１０）から、第１のドレントラップＤＴ１におけるドレン流量の測定値（測定ドレン量）を算出することができる。
【００３６】
次に、第１のドレントラップＤＴ１の後の位置（第２の区間ＳＣ２の実質的始点）での蒸気流量、並びに、ドレントラップＤＴ１の後の位置（区間ＳＣ２の実質的始点）でのドレン流量は、以下の式（１１）及び式（１２）を用いて表すことができる。
【００３７】
【数１１】
【数１２】
【００３８】
式（１１）及び式（１２）を用いることにより、式（４）からの計算手順と同様に、第２のドレントラップＤＴ２におけるドレン流量の計算値（計算ドレン量）と、そのドレントラップＤＴ２におけるドレン流量の測定値（測定ドレン量）を算出することができる。
【００３９】
ここで、式（６）の計算値は、単位面積あたりの蒸気管１０の放熱損失を仮定した仮定放熱損失と、ドレントラップＤＴ１に捕捉されるドレンの割合を仮定した仮定捕捉率とを用いることにより、得ることができる。仮定放熱損失及び仮定捕捉率のペアの最適値において、計算ドレン量の値と測定ドレン量の値との間の差が最も小さいと考えることができる。したがって、計算ドレン量と測定ドレン量との間の差が小さくなるような、仮定放熱損失及び仮定捕捉率のペアを探索することにより、蒸気管１０の第１の区間ＳＣ１における放熱損失を見積もることができる。
【００４０】
第２のドレントラップＤＴ２に関しても、式（１１）及び式（１２）を用いて、計算ドレン量と測定ドレン量との間の差が小さくなるような、仮定放熱損失及び仮定捕捉率のペアを探索することにより、蒸気管１０の第２の区間ＳＣ２における放熱損失を見積もることができる。
【００４１】
このように、各ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎにおいて、仮定放熱損失及び仮定捕捉率の最適ペアを探索することができる。さらに、ドレン流量の計算値（計算ドレン量）と測定値（測定ドレン量）との間の差が全体で最も小さくなるような、仮定放熱損失及び仮定捕捉率のペアを探索することができる。
【００４２】
本例において、仮定放熱損失及び仮定捕捉率は、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎの間で共通である。したがって、計算ドレン量と測定ドレン量との間の差が全体で最も小さくなるような、仮定放熱損失及び仮定捕捉率のペアを探索することにより、蒸気管１０の放熱損失を見積もることができる。
【００４３】
図５は、熱損失評価に関する処理手順を示すフロー図である。
【００４４】
図５において、まず、蒸気管１０を含む系に関する初期値（各区間の長さなど）、及び放熱損失及び捕捉率に関する仮定値が計算装置５０に入力される（ステップ１０１及び１０２）。最初に入力される仮定値は、経験的に得られた目安データでもよく、ランダムデータでもよい。例えば、目安として、単位面積あたりの仮定放熱損失が１２−１３Ｗ／ｍ２／Ｋ、ドレントラップの仮定捕捉率が７０％を用いることができる。
【００４５】
蒸気管１０の所定区間ＳＣｎにおいて、センサＰＳｎが蒸気管１０内の圧力（又は温度）を測定する。また、ドレンユニットＤＵｎにおいて、温度センサ７０及び重量計８０がドレントラップＤＴｎからのドレンの排出総量、及びドレン温度を測定する。計算装置５０は、入力された初期値、仮定値、及び測定データなどを用いて、ドレントラップＤＴｎにおけるドレン流量の計算値（計算ドレン量）を算出することができる(ステップ１０３）。
【００４６】
また、計算装置５０は、入力された初期値、及び測定データなどを用いて、ドレントラップＤＴｎにおけるドレン流量の測定値（測定ドレン量）を算出することができる(ステップ１０４）。
【００４７】
測定ドレン量のデータ、及び複数の計算ドレン量のデータから、計算装置５０は、最適状態評価を行うことができる（ステップ１０５）。例えば、シフトした仮定値の入力により、別のドレン流量の計算値（計算ドレン量）の値を算出することができる。複数の仮定値に基づいて、ドレントラップＤＴｎに関して、複数の計算ドレン量が算出される。計算装置５０は、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎに関して、計算ドレン量と測定ドレン量とを比較するとともに、それらの差が全体で最も小さくなるような、仮定放熱損失及び仮定捕捉率の最適ペアを探索する。このような最適状態評価により、蒸気管１０の放熱損失を見積もることができる。
【００４８】
計算ドレン量と測定ドレン量の比較は、単純な差分（又は割合）を用いてよく、存在確率を用いてもよい。
【００４９】
正規分布は式（１３）によって表される。
【００５０】
【数１３】
【００５１】
全体確率ｆ（ｗ，C）は、各ドレントラップの確率密度関数ｆn（ｗ，C）の積であり、式（１４）のように表される。
【００５２】
【数１４】
【００５３】
以上説明したように、本実施形態において、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎを有するドレンユニットＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、・・・ＤＵｎでの測定結果を用いて蒸気管の放熱損失を評価できる。ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎは、すでに設置されているものを使用可能である。センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎも、すでに設置されているものを使用可能である。したがって、本実施形態では、蒸気管１０に新たに大きな加工を施すことなく、比較的容易に熱損失を見積もることができる。
【００５４】
また、本実施形態において、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎに捕捉されるドレンの割合を仮定した仮定捕捉率を用いることにより、より正確な熱損失の見積もりが可能である。すなわち、仮定熱損失だけでなく、仮定捕捉率と最適状態評価手法との組み合わせにより、熱損失の算出結果が最適値に導かれる。
【００５５】
統計的手法を用いることにより、複数のデータから最適ペア解を推定することができる。応用数学の手法に基づく、確率分布（正規分布、t分布など)を用いて推定や検定を実施することもできる。数値上の性質や規則性あるいは不規則性を見いだすことにより、より正確な推定を行ったり、異常値を検出することもできる。
【００５６】
統計的な異常値は、ドレントラップの不具合や部分的な熱漏洩の検出に利用できる。本実施形態では、共通の仮定放熱損失及び仮定捕捉率を用いているが、これに限定されない。傾向分析の結果などに基づき、特定の区間に対して仮定放熱損失及び仮定捕捉率の重み付けを行うことができる。
【００５７】
追加的又は代替的に、蒸気生成装置２０からの出力を変化させて、さらに多くのデータを取ることもできる。様々な条件下のデータを採取することにより、より正確な推定が可能である。
【００５８】
本実施形態において、制御ユニット４０の表示装置１２８は、熱損失の算出結果並びに算出過程を表示することができる。表示装置１２８は、データの分布を散布図または相関図で表示することもできる。視覚的な傾向分析により、熱損失の算出結果を視覚的に検証できる。
【００５９】
次に、蒸気管１０の熱損失に関する解析手法の別の一例を以下に示す。本例では、仮定捕捉率に加え、蒸気管１０に入る蒸気の湿り度（１−乾き度）を仮定した仮定湿り度を用いる。
【００６０】
以下において、
ｄ ：蒸気管の直径［m］、
Ｇ ：流量［kg/s］、
ｈ ：エンタルピ［J/kg］、
Ｌ ：管長［m］、
Ｃ ：ドレントラップにおけるドレン捕捉率［−］、
ｒ ：管半径［m］、
Ｔ ：温度［℃］、
ｖ ：流速［m/s］、
Ｗ ：熱量［W］、
Ｘ ：乾き度［−］、
δ ：偏差［−］、
θ ：保温厚さ［m］、
λ ：熱伝導率［W/m/K］、
σ ：分散［−］、
boiler_out ：ボイラ出口、
catch ：捕捉ドレン、
critical ：臨界、
drain ：ドレン、
measure ：計測値、
n ：トラップの順番、
out ：外面、
rad ：放熱、
sat_l ：飽和液、
sat_v ：飽和蒸気、
theory ：理論式、
v ：蒸気、
X ：乾き度、
である。
【００６１】
蒸気管１０の第１ドレントラップＤＴ１までの蒸気管放熱量は式（１５）のように計算できる。
【００６２】
【数１５】
【００６３】
第１ドレントラップＤＴ１前までのドレン流量は式（１６）のように計算できる。
【００６４】
【数１６】
【００６５】
第１ドレントラップＤＴ１におけるドレン排出量は式（１７）のように計算できる。
【００６６】
【数１７】
【００６７】
第２ドレントラップＤＴ２以降に関し、第ｎ−１ドレントラップから第ｎドレントラップまでの蒸気管放熱量は式（１８）のように計算できる。
【００６８】
【数１８】
【００６９】
また、第ｎトラップ前までのドレン量は式（１９）のように計算できる。
【００７０】
【数１９】
【００７１】
第ｎドレントラップのドレン排出量は式（２０）のように計算できる。
【００７２】
【数２０】
【００７３】
このように、式（１７）より第１のドレントラップＤＴ１におけるドレン流量（排出量）の計算値（計算ドレン量）を算出することができ、また、式（２０）より第２以降のドレントラップＤＴｎにおけるドレン流量（排出量）の計算値（計算ドレン量）を算出することができる。
【００７４】
ここで、ドレン流量の計算値は、蒸気管１０に入る蒸気の湿り度（湿り度＝１−乾き度）を仮定した仮定湿り度と、放熱量に関わる蒸気管１０の所定の熱特性を仮定した仮定熱特性と、ドレントラップに捕捉されるドレンの割合を仮定した仮定捕捉率とを用いることにより、得ることができる。本例において、放熱量に関わる所定の熱特性として、蒸気管の熱伝導率λ（断熱性能）が用いられる。
【００７５】
仮定湿り度、仮定熱特性、及び仮定捕捉率の組み合わせの最適値において、計算ドレン量の値と測定ドレン量の値との間の差が最も小さいと考えることができる。本例において、仮定湿り度、仮定熱特性、及び仮定捕捉率は、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎの間で共通である。計算ドレン量と測定ドレン量との間の差が全体で小さくなるような、仮定湿り度、仮定放熱損失、及び仮定捕捉率の組み合わせを探索することにより、蒸気管１０の放熱損失を見積もることができる。
【００７６】
図６は、本例における熱損失評価に関する処理手順を示すフロー図である。
【００７７】
図６において、まず、蒸気管１０を含む系に関する初期値（各区間の長さなど）、及び、湿り度、所定熱特性、及び捕捉率に関する仮定値が計算装置５０に入力される（ステップ２０１、２０２、及び２０３）。最初に入力される仮定値は、経験的に得られた目安データでもよく、ランダムデータでもよい。
【００７８】
蒸気管１０の所定区間ＳＣｎにおいて、センサＰＳｎが蒸気管１０内の温度（又は圧力）を測定する。また、ドレンユニットＤＵｎにおいて、温度センサ７０及び重量計８０がドレントラップＤＴｎからのドレンの排出総量、及びドレン温度を測定する。計算装置５０は、入力された初期値、仮定値、及び測定データなどを用いて、ドレントラップＤＴｎにおけるドレン流量の計算値（計算ドレン量）を算出することができる(ステップ２０４）。
【００７９】
また、計算装置５０は、入力された初期値、及び測定データなどを用いて、ドレントラップＤＴｎにおけるドレン流量の測定値（測定ドレン量）を算出することができる(ステップ２０５）。
【００８０】
測定ドレン量のデータ、及び複数の計算ドレン量のデータから、計算装置５０は、最適状態評価を行うことができる（ステップ２０６）。例えば、シフトした仮定値の入力により、別のドレン流量の計算値（計算ドレン量）の値を算出することができる。複数の仮定値に基づいて、ドレントラップＤＴｎに関して、複数の計算ドレン量が算出される。計算装置５０は、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎに関して、計算ドレン量と測定ドレン量とを比較するとともに、それらの差（例えば総合偏差）が全体で最も小さくなるような、仮定湿り度、仮定熱特性、及び仮定捕捉率の最適組み合わせを探索する。例えば、統計的手法を用いて最適組み合わせを探索することができる。このような最適状態評価により、蒸気管１０の放熱損失を見積もることができる。
【００８１】
ここで、ドレン捕捉率は、管内の蒸気の流速、及び蒸気の湿り度（又は乾き度）に依存すると考えられる。そのため、流体解析に基づき、上記の最適状態評価の結果を検証することができる。流体解析には、例えば、ＣＦＤ(Computational Fluid Dynamics)を用いることができる。
【００８２】
流体解析結果を、上記の最適状態評価に反映することができる。反映方法の一例を以下に示す。
【００８３】
予め、式（２１）のようなドレン捕捉率の流速依存性の理論式を作成しておく。
【００８４】
【数２１】
【００８５】
具体的には、流体解析に基づき、例えば、式（２２）、及び式（２３）のような分布関数を定めることができる。
【００８６】
【数２２】
【数２３】
【００８７】
次に、理論式と実測値の偏差を式（２４）のように計算する。測定値がｎ箇所ある場合は平均化等を行う。
【００８８】
【数２４】
【００８９】
δtheory,nを考慮して、式（２５）のように全体偏差δを計算することができる。
【００９０】
【数２５】
【００９１】
流体解析結果を、上記の最適状態評価の結果に反映することにより、蒸気管１０の放熱損失をより確からしく見積もることができる。すなわち、全体偏差又は個別偏差の計算結果に基づいて、上記の最適状態評価の結果を検証することができる。例えば、全体偏差が所定値を超える場合には、蒸気管の熱損失に関する再解析を実施することができる。また、個別偏差が所定値を超える場合には、対応する個別データを除外して再解析を実施することができる。
【００９２】
（実施例）
上記方法に基づき、ボイラに接続された蒸気配管の放熱損失を見積もった。
【００９３】
パラメータを次の範囲に設定した。
（１）ボイラ出口の湿り度：0.1〜0.5 ％、
（２）断熱材性能：熱伝導率0.01〜0.1 W/m/K（厚さ100mm：実測値）、
（３）ドレントラップの捕捉率：50〜100 ％。
【００９４】
断熱材の熱伝導率は0.03〜0.05 W/m/K程度であることが知られているが、実際の放熱量の算出にあたり、外気温度、風速、断熱材の劣化等の変動要因を考慮した。
【００９５】
各パラメータを次のように変化させた（250パターン）。
（１）湿り度：0.1％刻みで５パターン、
（２）断熱材性能：熱伝導率0.01 W/m/K刻みで10パターン、
（３）捕捉率：10 ％刻みで5パターン。
【００９６】
最適状態評価により、以下の最適組み合わせが得られた。
（１）湿り度：0.5 ％、
（２）断熱材性能：熱伝導率 0.03 W/m/K （厚さ100mm）、
（３）捕捉率：40 ％。
【００９７】
３つのドレントラップにおけるドレン排出量の計算値（計算ドレン量）と測定値（測定ドレン量）とを表１に示す。
【００９８】
【表１】
【００９９】
また、ＣＦＤによってドレン捕捉率の流体依存性を解析した。その結果、最適組み合わせにおけるドレン捕捉率の流速依存性は、解析結果におけるものと同様の傾向を示した。
【０１００】
上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【０１０１】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】熱損失評価システムを示す概略図である。
【図２】ドレントラップ前後の蒸気管内の様子を示す模式図である。
【図３】ドレンユニットを示す概略図である。
【図４】制御ユニットを示す模式図である。
【図５】熱損失評価に関する処理手順の一例を示すフロー図である。
【図６】熱損失評価に関する処理手順の別の一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１…熱損失評価システム、１０…蒸気管、２０…蒸気生成装置、３０…負荷設備、４０…制御ユニット、５０…計算装置、６０…ドレンライン、６２…仮設ホース、７０…温度センサ（第２測定装置）、６４…受水槽、８０…重量計（第２測定装置）、１２３…変換器、１２４…ＣＰＵ、１２５…メモリ、１２７…入力装置、１２８…表示装置、ＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎ…ドレントラップ、ＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、・・・ＤＵｎ…ドレンユニット、ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎ…区間、ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎ…センサ（第１測定装置）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気管の熱損失評価システム及び評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過熱蒸気が流れる蒸気管において、少なくとも２位置における温度及び圧力、及び流量を計測した結果に基づいてエンタルピを算出可能であり、したがって、熱損失の評価が比較的容易である。
【０００３】
飽和蒸気が流れる蒸気管において、熱損失が生じると湿り蒸気が生じることから、熱損失の評価が比較的困難である。従来より、サーモグラフィ等の特殊な装置を用いて配管表面温度を決定し、それに基づいて熱損失を解析・評価する方法が知られている。あるいは、蒸気の使用端で蒸気流量を測定し、その結果に基づいて熱損失を解析・評価する方法が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
サーモグラフィなどの特殊な装置を用いた方法では、配管表面温度の計測精度が十分でない、蒸気管又は保温材の熱伝導率の評価が比較的困難である、及び装置が高価である、などの課題を有する。
【０００５】
使用端の蒸気流量を測定する方法では、オリフィス等の差圧式流速計などを用いた特定の流量計を使用端に設置する必要がある、湿り分（ドレン）がドレントラップからすべて取り除かれるとは限らないために湿り度の評価が不十分となる可能性がある、などの課題を有する。
【０００６】
本発明は、蒸気管の熱損失を好ましく評価することが可能な評価システム及び評価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】
【０００７】
本発明の態様に従えば、蒸気管の熱損失を評価するシステムであって、蒸気が流れる蒸気管に設定される複数の区間と、前記蒸気管内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定する第１測定装置と、前記複数の区間の終点からそれぞれドレンを排出可能な複数のドレンユニットであり、各々がドレントラップを有する前記複数のドレンユニットと、ドレン量に関する値及びドレン温度を、前記複数のドレンユニットでそれぞれ測定する第２測定装置と、前記第１測定装置の測定結果と前記第２測定装置の測定結果とを用いて、前記蒸気管の放熱損失を評価する計算装置と、を備える熱損失評価システムが提供される。
【０００８】
この評価システムによれば、ドレントラップを有するドレンユニットでの測定結果を用いて蒸気管の放熱損失を評価できる。したがって、比較的容易な熱損失評価が実現される。
【０００９】
本発明の別の態様に従えば、蒸気管の熱損失を評価する方法であって、蒸気が流れる蒸気管内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定する第１測定工程と、各々の終点にドレントラップが設けられた前記蒸気管に設定される複数の区間について、前記ドレントラップを介したドレン量に関する値及びドレン温度を測定する第２測定工程と、前記第１測定工程の測定結果と前記第２測定工程の測定結果とを用いて、前記蒸気管の放熱損失を評価する計算工程と、を含む熱損失評価方法が提供される。
【００１０】
この評価方法によれば、ドレントラップを介したドレン量に関する値及びドレン温度を測定した結果を用いて蒸気管の熱損失を評価できる。したがって、比較的容易な熱損失評価が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、熱損失評価システム１を示す概略図である。図１において、蒸気管１０は、蒸気生成装置２０（ボイラなど）と負荷設備３０との間に配設される。蒸気生成装置２０からの蒸気が蒸気管１０を流れ、負荷設備３０に送られる。負荷設備３０において、蒸気又は蒸気の熱が利用される。蒸気管１０は、不図示の保熱手段によって保熱されている。公知の様々な保熱手段が適用可能である。保熱手段は、例えば、蒸気管１０の外面を覆う保温材を有する。
【００１３】
また、蒸気管１０には、複数のドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎが配設されている。蒸気管１０内で凝縮して生じたドレンの少なくとも一部がドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎに捕捉される。公知の様々なドレントラップが適用可能である。通常、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎは、捕捉したドレンを適宜排出可能な構造を有する。
【００１４】
図１に示すように、熱損失評価システム１は、蒸気管１０に連続的に設定される区間ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎと、蒸気管１０内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定するセンサ（第１測定装置）ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎと、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎをそれぞれ有するドレンユニットＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、・・・ＤＵｎと、計算装置５０を含む制御ユニット４０とを備える。本実施形態において、センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎは蒸気管１０内の圧力を測定する。センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎとして、公知の様々な圧力センサが適用可能である。センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎからの測定結果は、制御ユニット４０に送られる。
【００１５】
ドレンユニットＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、・・・ＤＵｎは、蒸気管１０内で生じたドレンを、区間ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎの終点からそれぞれドレンを排出可能である。図２に示すように、トラップ前に存在する蒸気管１０内のドレンの一部がドレントラップＤＴｎに捕捉される。トラップ後において、ドレンの他の一部が蒸気管１０内に残る。ここで、ドレントラップＤＴｎに捕捉されるドレンの割合を捕捉率と称する。
【００１６】
図３は、ドレンユニットＤＵｎを示す概略図である。図３に示すように、ドレンユニットＤＵｎは、ドレントラップＤＴｎに加え、ドレンライン６０、仮設ホース６２、受水槽６４、温度センサ（第２測定装置）７０、及び重量計（第２測定装置）８０を有する。ドレンライン６０は、蒸気管１０の分岐ラインであり、蒸気管１０からのドレンが流れる配管を有することができる。ドレンライン６０上にドレントラップＤＴｎが配設される。
【００１７】
仮設ホース６２は、ドレントラップＤＴｎからのドレンを受水槽６４に導くためのものであり、ドレントラップＤＴｎ（又はドレントラップＤＴｎの出口端に配設された配管機器）に接続される。仮設ホース６２は、ドレントラップＤＴｎに対して着脱自在に配設され得る。ドレントラップＤＴｎからのドレンが受水槽６４に直接的に好ましく導かれる場合には、仮設ホース６２を省くことが可能である。
【００１８】
受水槽６４は、ドレントラップＤＴｎからのドレンを貯溜する。受水槽６４は、必要に応じてドレン温度の低下を抑制する構造及び／又はドレンの蒸発を抑制する構造を有することができる。温度センサ７０は、受水槽６４内に貯溜されたドレンの温度を測定することができる。温度センサ７０として、公知の様々な温度センサが適用可能である。温度センサ７０からの測定結果は、制御ユニット４０に送られる。
【００１９】
ドレンユニットＤＵｎの少なくとも一部は、区間ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎの間で共有することができる。例えば、ある区間の測定で使用した後に、仮設ホース６２、受水槽６４、温度センサ７０、及び重量計８０の少なくとも１つを別の区間の測定に使用することができる。
【００２０】
図１に戻り、ドレンユニットＤＵｎを用いたドレン流量及びドレン温度の測定は、区間ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎの１ずつ順に実施できる。あるいは、その測定は、区間ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎの２以上で同時に実施できる。測定区間の選択及び／又は切替は、制御ユニット４０を用いて、自動又は手動で実行できる。
【００２１】
図４は、制御ユニット４０を示す模式図である。図４において、計算装置５０は、例えばコンピュータシステムである。制御ユニット４０は、計算装置５０に加え、入力装置１２７、及び表示装置（出力装置）１２８を有する。計算装置５０は、Ａ／Ｄ変換器等の変換器１２３、ＣＰＵ（演算処理手段）１２４、及びメモリ１２５等を有する。熱損失評価システム１のセンサ（センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎ、温度センサ７０、及び重量計８０など）などから送られる測定データが、必要に応じて変換器１２３等で変換され、ＣＰＵ１２４に取り込まれる。また、初期設定値、及び仮データなどが入力装置１２７などを介して計算装置５０に取り込まれる。表示装置１２８は、入力されたデータに関する情報、及び計算に関する情報などを表示することができる。
【００２２】
ＣＰＵ１２４は、測定データ、及びメモリ１２５に記憶された情報に基づき、蒸気管の熱損失に関する計算を実行することができる。例えば、センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎ、温度センサ７０、及び重量計８０の測定結果を用いて、蒸気管１０の放熱損失を解析することができる。ここで、蒸気管１０の熱損失に関する解析手法の一例を以下に示す。
【００２３】
図１に示す、蒸気生成装置２０（例えばボイラ）、蒸気管１０、及び負荷設備３０の系において、蒸気生成装置２０からの蒸気が飽和蒸気である場合には式（１）及び式（２）が成り立つ。
【００２４】
【数１】
【数２】
【００２５】
また、蒸気管１０の単位面積あたりの放熱損失と単位長さあたりの放熱損失との関係から式（３）が成り立つ。
【００２６】
【数３】
【００２７】
これらより、第１のドレントラップＤＴ１（適宜、トラップ１と略称する）の手前位置（第１の区間ＳＣ１の実質的終点）での蒸気流量、並びに、ドレントラップＤＴ１の手前位置（区間ＳＣ１の実質的終点）でのドレン流量は、以下の式（４）及び式（５）の連立方程式から解くことができる。
【００２８】
【数４】
【数５】
【００２９】
ドレンの捕捉率を用いた式（６）からドレン流量の計算値（計算ドレン量）が算出される。
【００３０】
【数６】
【００３１】
ドレンユニットＤＵ１において、ドレントラップＤＴ１からのドレンの排出総量、及びドレン温度が得られる。一般に、ドレントラップでは、式（７）及び式（８）の連立方程式から、ドレン流量の測定値（測定ドレン量）が得られることが知られている。
【００３２】
【数７】
【数８】
【００３３】
式（７）及び式（８）から式（９）及び式（１０）を導き出すことができる。
【００３４】
【数９】
【数１０】
【００３５】
このように、式（６）から、第１のドレントラップＤＴ１におけるドレン流量の計算値（計算ドレン量）、式（１０）から、第１のドレントラップＤＴ１におけるドレン流量の測定値（測定ドレン量）を算出することができる。
【００３６】
次に、第１のドレントラップＤＴ１の後の位置（第２の区間ＳＣ２の実質的始点）での蒸気流量、並びに、ドレントラップＤＴ１の後の位置（区間ＳＣ２の実質的始点）でのドレン流量は、以下の式（１１）及び式（１２）を用いて表すことができる。
【００３７】
【数１１】
【数１２】
【００３８】
式（１１）及び式（１２）を用いることにより、式（４）からの計算手順と同様に、第２のドレントラップＤＴ２におけるドレン流量の計算値（計算ドレン量）と、そのドレントラップＤＴ２におけるドレン流量の測定値（測定ドレン量）を算出することができる。
【００３９】
ここで、式（６）の計算値は、単位面積あたりの蒸気管１０の放熱損失を仮定した仮定放熱損失と、ドレントラップＤＴ１に捕捉されるドレンの割合を仮定した仮定捕捉率とを用いることにより、得ることができる。仮定放熱損失及び仮定捕捉率のペアの最適値において、計算ドレン量の値と測定ドレン量の値との間の差が最も小さいと考えることができる。したがって、計算ドレン量と測定ドレン量との間の差が小さくなるような、仮定放熱損失及び仮定捕捉率のペアを探索することにより、蒸気管１０の第１の区間ＳＣ１における放熱損失を見積もることができる。
【００４０】
第２のドレントラップＤＴ２に関しても、式（１１）及び式（１２）を用いて、計算ドレン量と測定ドレン量との間の差が小さくなるような、仮定放熱損失及び仮定捕捉率のペアを探索することにより、蒸気管１０の第２の区間ＳＣ２における放熱損失を見積もることができる。
【００４１】
このように、各ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎにおいて、仮定放熱損失及び仮定捕捉率の最適ペアを探索することができる。さらに、ドレン流量の計算値（計算ドレン量）と測定値（測定ドレン量）との間の差が全体で最も小さくなるような、仮定放熱損失及び仮定捕捉率のペアを探索することができる。
【００４２】
本例において、仮定放熱損失及び仮定捕捉率は、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎの間で共通である。したがって、計算ドレン量と測定ドレン量との間の差が全体で最も小さくなるような、仮定放熱損失及び仮定捕捉率のペアを探索することにより、蒸気管１０の放熱損失を見積もることができる。
【００４３】
図５は、熱損失評価に関する処理手順を示すフロー図である。
【００４４】
図５において、まず、蒸気管１０を含む系に関する初期値（各区間の長さなど）、及び放熱損失及び捕捉率に関する仮定値が計算装置５０に入力される（ステップ１０１及び１０２）。最初に入力される仮定値は、経験的に得られた目安データでもよく、ランダムデータでもよい。例えば、目安として、単位面積あたりの仮定放熱損失が１２−１３Ｗ／ｍ２／Ｋ、ドレントラップの仮定捕捉率が７０％を用いることができる。
【００４５】
蒸気管１０の所定区間ＳＣｎにおいて、センサＰＳｎが蒸気管１０内の圧力（又は温度）を測定する。また、ドレンユニットＤＵｎにおいて、温度センサ７０及び重量計８０がドレントラップＤＴｎからのドレンの排出総量、及びドレン温度を測定する。計算装置５０は、入力された初期値、仮定値、及び測定データなどを用いて、ドレントラップＤＴｎにおけるドレン流量の計算値（計算ドレン量）を算出することができる(ステップ１０３）。
【００４６】
また、計算装置５０は、入力された初期値、及び測定データなどを用いて、ドレントラップＤＴｎにおけるドレン流量の測定値（測定ドレン量）を算出することができる(ステップ１０４）。
【００４７】
測定ドレン量のデータ、及び複数の計算ドレン量のデータから、計算装置５０は、最適状態評価を行うことができる（ステップ１０５）。例えば、シフトした仮定値の入力により、別のドレン流量の計算値（計算ドレン量）の値を算出することができる。複数の仮定値に基づいて、ドレントラップＤＴｎに関して、複数の計算ドレン量が算出される。計算装置５０は、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎに関して、計算ドレン量と測定ドレン量とを比較するとともに、それらの差が全体で最も小さくなるような、仮定放熱損失及び仮定捕捉率の最適ペアを探索する。このような最適状態評価により、蒸気管１０の放熱損失を見積もることができる。
【００４８】
計算ドレン量と測定ドレン量の比較は、単純な差分（又は割合）を用いてよく、存在確率を用いてもよい。
【００４９】
正規分布は式（１３）によって表される。
【００５０】
【数１３】
【００５１】
全体確率ｆ（ｗ，C）は、各ドレントラップの確率密度関数ｆn（ｗ，C）の積であり、式（１４）のように表される。
【００５２】
【数１４】
【００５３】
以上説明したように、本実施形態において、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎを有するドレンユニットＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、・・・ＤＵｎでの測定結果を用いて蒸気管の放熱損失を評価できる。ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎは、すでに設置されているものを使用可能である。センサＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎも、すでに設置されているものを使用可能である。したがって、本実施形態では、蒸気管１０に新たに大きな加工を施すことなく、比較的容易に熱損失を見積もることができる。
【００５４】
また、本実施形態において、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎに捕捉されるドレンの割合を仮定した仮定捕捉率を用いることにより、より正確な熱損失の見積もりが可能である。すなわち、仮定熱損失だけでなく、仮定捕捉率と最適状態評価手法との組み合わせにより、熱損失の算出結果が最適値に導かれる。
【００５５】
統計的手法を用いることにより、複数のデータから最適ペア解を推定することができる。応用数学の手法に基づく、確率分布（正規分布、t分布など)を用いて推定や検定を実施することもできる。数値上の性質や規則性あるいは不規則性を見いだすことにより、より正確な推定を行ったり、異常値を検出することもできる。
【００５６】
統計的な異常値は、ドレントラップの不具合や部分的な熱漏洩の検出に利用できる。本実施形態では、共通の仮定放熱損失及び仮定捕捉率を用いているが、これに限定されない。傾向分析の結果などに基づき、特定の区間に対して仮定放熱損失及び仮定捕捉率の重み付けを行うことができる。
【００５７】
追加的又は代替的に、蒸気生成装置２０からの出力を変化させて、さらに多くのデータを取ることもできる。様々な条件下のデータを採取することにより、より正確な推定が可能である。
【００５８】
本実施形態において、制御ユニット４０の表示装置１２８は、熱損失の算出結果並びに算出過程を表示することができる。表示装置１２８は、データの分布を散布図または相関図で表示することもできる。視覚的な傾向分析により、熱損失の算出結果を視覚的に検証できる。
【００５９】
次に、蒸気管１０の熱損失に関する解析手法の別の一例を以下に示す。本例では、仮定捕捉率に加え、蒸気管１０に入る蒸気の湿り度（１−乾き度）を仮定した仮定湿り度を用いる。
【００６０】
以下において、
ｄ ：蒸気管の直径［m］、
Ｇ ：流量［kg/s］、
ｈ ：エンタルピ［J/kg］、
Ｌ ：管長［m］、
Ｃ ：ドレントラップにおけるドレン捕捉率［−］、
ｒ ：管半径［m］、
Ｔ ：温度［℃］、
ｖ ：流速［m/s］、
Ｗ ：熱量［W］、
Ｘ ：乾き度［−］、
δ ：偏差［−］、
θ ：保温厚さ［m］、
λ ：熱伝導率［W/m/K］、
σ ：分散［−］、
boiler_out ：ボイラ出口、
catch ：捕捉ドレン、
critical ：臨界、
drain ：ドレン、
measure ：計測値、
n ：トラップの順番、
out ：外面、
rad ：放熱、
sat_l ：飽和液、
sat_v ：飽和蒸気、
theory ：理論式、
v ：蒸気、
X ：乾き度、
である。
【００６１】
蒸気管１０の第１ドレントラップＤＴ１までの蒸気管放熱量は式（１５）のように計算できる。
【００６２】
【数１５】
【００６３】
第１ドレントラップＤＴ１前までのドレン流量は式（１６）のように計算できる。
【００６４】
【数１６】
【００６５】
第１ドレントラップＤＴ１におけるドレン排出量は式（１７）のように計算できる。
【００６６】
【数１７】
【００６７】
第２ドレントラップＤＴ２以降に関し、第ｎ−１ドレントラップから第ｎドレントラップまでの蒸気管放熱量は式（１８）のように計算できる。
【００６８】
【数１８】
【００６９】
また、第ｎトラップ前までのドレン量は式（１９）のように計算できる。
【００７０】
【数１９】
【００７１】
第ｎドレントラップのドレン排出量は式（２０）のように計算できる。
【００７２】
【数２０】
【００７３】
このように、式（１７）より第１のドレントラップＤＴ１におけるドレン流量（排出量）の計算値（計算ドレン量）を算出することができ、また、式（２０）より第２以降のドレントラップＤＴｎにおけるドレン流量（排出量）の計算値（計算ドレン量）を算出することができる。
【００７４】
ここで、ドレン流量の計算値は、蒸気管１０に入る蒸気の湿り度（湿り度＝１−乾き度）を仮定した仮定湿り度と、放熱量に関わる蒸気管１０の所定の熱特性を仮定した仮定熱特性と、ドレントラップに捕捉されるドレンの割合を仮定した仮定捕捉率とを用いることにより、得ることができる。本例において、放熱量に関わる所定の熱特性として、蒸気管の熱伝導率λ（断熱性能）が用いられる。
【００７５】
仮定湿り度、仮定熱特性、及び仮定捕捉率の組み合わせの最適値において、計算ドレン量の値と測定ドレン量の値との間の差が最も小さいと考えることができる。本例において、仮定湿り度、仮定熱特性、及び仮定捕捉率は、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎの間で共通である。計算ドレン量と測定ドレン量との間の差が全体で小さくなるような、仮定湿り度、仮定放熱損失、及び仮定捕捉率の組み合わせを探索することにより、蒸気管１０の放熱損失を見積もることができる。
【００７６】
図６は、本例における熱損失評価に関する処理手順を示すフロー図である。
【００７７】
図６において、まず、蒸気管１０を含む系に関する初期値（各区間の長さなど）、及び、湿り度、所定熱特性、及び捕捉率に関する仮定値が計算装置５０に入力される（ステップ２０１、２０２、及び２０３）。最初に入力される仮定値は、経験的に得られた目安データでもよく、ランダムデータでもよい。
【００７８】
蒸気管１０の所定区間ＳＣｎにおいて、センサＰＳｎが蒸気管１０内の温度（又は圧力）を測定する。また、ドレンユニットＤＵｎにおいて、温度センサ７０及び重量計８０がドレントラップＤＴｎからのドレンの排出総量、及びドレン温度を測定する。計算装置５０は、入力された初期値、仮定値、及び測定データなどを用いて、ドレントラップＤＴｎにおけるドレン流量の計算値（計算ドレン量）を算出することができる(ステップ２０４）。
【００７９】
また、計算装置５０は、入力された初期値、及び測定データなどを用いて、ドレントラップＤＴｎにおけるドレン流量の測定値（測定ドレン量）を算出することができる(ステップ２０５）。
【００８０】
測定ドレン量のデータ、及び複数の計算ドレン量のデータから、計算装置５０は、最適状態評価を行うことができる（ステップ２０６）。例えば、シフトした仮定値の入力により、別のドレン流量の計算値（計算ドレン量）の値を算出することができる。複数の仮定値に基づいて、ドレントラップＤＴｎに関して、複数の計算ドレン量が算出される。計算装置５０は、ドレントラップＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎに関して、計算ドレン量と測定ドレン量とを比較するとともに、それらの差（例えば総合偏差）が全体で最も小さくなるような、仮定湿り度、仮定熱特性、及び仮定捕捉率の最適組み合わせを探索する。例えば、統計的手法を用いて最適組み合わせを探索することができる。このような最適状態評価により、蒸気管１０の放熱損失を見積もることができる。
【００８１】
ここで、ドレン捕捉率は、管内の蒸気の流速、及び蒸気の湿り度（又は乾き度）に依存すると考えられる。そのため、流体解析に基づき、上記の最適状態評価の結果を検証することができる。流体解析には、例えば、ＣＦＤ(Computational Fluid Dynamics)を用いることができる。
【００８２】
流体解析結果を、上記の最適状態評価に反映することができる。反映方法の一例を以下に示す。
【００８３】
予め、式（２１）のようなドレン捕捉率の流速依存性の理論式を作成しておく。
【００８４】
【数２１】
【００８５】
具体的には、流体解析に基づき、例えば、式（２２）、及び式（２３）のような分布関数を定めることができる。
【００８６】
【数２２】
【数２３】
【００８７】
次に、理論式と実測値の偏差を式（２４）のように計算する。測定値がｎ箇所ある場合は平均化等を行う。
【００８８】
【数２４】
【００８９】
δtheory,nを考慮して、式（２５）のように全体偏差δを計算することができる。
【００９０】
【数２５】
【００９１】
流体解析結果を、上記の最適状態評価の結果に反映することにより、蒸気管１０の放熱損失をより確からしく見積もることができる。すなわち、全体偏差又は個別偏差の計算結果に基づいて、上記の最適状態評価の結果を検証することができる。例えば、全体偏差が所定値を超える場合には、蒸気管の熱損失に関する再解析を実施することができる。また、個別偏差が所定値を超える場合には、対応する個別データを除外して再解析を実施することができる。
【００９２】
（実施例）
上記方法に基づき、ボイラに接続された蒸気配管の放熱損失を見積もった。
【００９３】
パラメータを次の範囲に設定した。
（１）ボイラ出口の湿り度：0.1〜0.5 ％、
（２）断熱材性能：熱伝導率0.01〜0.1 W/m/K（厚さ100mm：実測値）、
（３）ドレントラップの捕捉率：50〜100 ％。
【００９４】
断熱材の熱伝導率は0.03〜0.05 W/m/K程度であることが知られているが、実際の放熱量の算出にあたり、外気温度、風速、断熱材の劣化等の変動要因を考慮した。
【００９５】
各パラメータを次のように変化させた（250パターン）。
（１）湿り度：0.1％刻みで５パターン、
（２）断熱材性能：熱伝導率0.01 W/m/K刻みで10パターン、
（３）捕捉率：10 ％刻みで5パターン。
【００９６】
最適状態評価により、以下の最適組み合わせが得られた。
（１）湿り度：0.5 ％、
（２）断熱材性能：熱伝導率 0.03 W/m/K （厚さ100mm）、
（３）捕捉率：40 ％。
【００９７】
３つのドレントラップにおけるドレン排出量の計算値（計算ドレン量）と測定値（測定ドレン量）とを表１に示す。
【００９８】
【表１】
【００９９】
また、ＣＦＤによってドレン捕捉率の流体依存性を解析した。その結果、最適組み合わせにおけるドレン捕捉率の流速依存性は、解析結果におけるものと同様の傾向を示した。
【０１００】
上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【０１０１】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】熱損失評価システムを示す概略図である。
【図２】ドレントラップ前後の蒸気管内の様子を示す模式図である。
【図３】ドレンユニットを示す概略図である。
【図４】制御ユニットを示す模式図である。
【図５】熱損失評価に関する処理手順の一例を示すフロー図である。
【図６】熱損失評価に関する処理手順の別の一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１…熱損失評価システム、１０…蒸気管、２０…蒸気生成装置、３０…負荷設備、４０…制御ユニット、５０…計算装置、６０…ドレンライン、６２…仮設ホース、７０…温度センサ（第２測定装置）、６４…受水槽、８０…重量計（第２測定装置）、１２３…変換器、１２４…ＣＰＵ、１２５…メモリ、１２７…入力装置、１２８…表示装置、ＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、・・・ＤＴｎ…ドレントラップ、ＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、・・・ＤＵｎ…ドレンユニット、ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、・・・ＳＣｎ…区間、ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３、・・・ＰＳｎ…センサ（第１測定装置）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気管の熱損失を評価するシステムであって、
蒸気が流れる蒸気管に設定される複数の区間と、
前記蒸気管内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定する第１測定装置と、
前記複数の区間の終点からそれぞれドレンを排出可能な複数のドレンユニットであり、各々がドレントラップを有する前記複数のドレンユニットと、
ドレン量に関する値及びドレン温度を、前記複数のドレンユニットでそれぞれ測定する第２測定装置と、
前記第１測定装置の測定結果と前記第２測定装置の測定結果とを用いて、前記蒸気管の放熱損失を評価する計算装置と、
を備えることを特徴とする蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項２】
前記計算装置は、前記ドレントラップに捕捉されるドレンの割合を仮定した仮定捕捉率を用いて前記蒸気管の放熱損失を評価することを特徴とする請求項１に記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項３】
前記計算装置は、単位面積又は単位長さあたりの前記蒸気管の放熱損失を仮定した仮定放熱損失、前記仮定捕捉率、及び前記第１測定装置の測定結果を用いて算出される計算ドレン量と、前記第２測定装置の測定結果から得られる測定ドレン量とを前記複数の区間の各々について比較した比較結果に基づいて、前記蒸気管の放熱損失を評価することを特徴とする請求項２に記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項４】
前記計算装置は、前記仮定捕捉率に加えて、前記蒸気管に入る前記蒸気の湿り度を仮定した仮定湿り度を用いて前記蒸気管の放熱損失を評価することを特徴とする請求項２に記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項５】
前記計算装置は、前記蒸気管の放熱量に関わる所定の熱特性を仮定した仮定熱特性、前記仮定捕捉率、前記仮定湿り度、及び前記第１測定装置の測定結果を用いて算出される計算ドレン量と、前記第２測定装置の測定結果から得られる測定ドレン量とを前記複数の区間の各々について比較した比較結果に基づいて、前記蒸気管の放熱損失を評価することを特徴とする請求項４に記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項６】
前記計算装置は、統計的手法を用いて前記蒸気管の放熱損失を推定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項７】
前記計算装置は、前記ドレントラップに捕捉されるドレンの割合の流速依存性を前記蒸気管の放熱損失の評価に反映させることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項８】
蒸気管の熱損失を評価する方法であって、
蒸気が流れる蒸気管内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定する第１測定工程と、
各々の終点にドレントラップが設けられた前記蒸気管に設定される複数の区間について、前記ドレントラップを介したドレン量に関する値及びドレン温度を測定する第２測定工程と、
前記第１測定工程の測定結果と前記第２測定工程の測定結果とを用いて、前記蒸気管の放熱損失を評価する計算工程と、
を含むことを特徴とする蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項９】
前記ドレントラップに捕捉されるドレンの割合を仮定した仮定捕捉率を入力する工程をさらに含む請求項８に記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１０】
単位面積又は単位長さあたりの前記蒸気管の放熱損失を仮定した仮定放熱損失を入力する工程をさらに含み、
前記計算工程は、前記仮定放熱損失、前記仮定捕捉率、及び前記第１測定工程の測定結果を用いて第１ドレン量を算出する工程と、前記第２測定工程の測定結果から第２ドレン量を算出する工程と、前記複数の区間の各々について前記第１ドレン量と前記第２ドレン量とを比較する工程と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１１】
前記蒸気管に入る前記蒸気の湿り度を仮定した仮定湿り度を入力する工程をさらに含む請求項９に記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１２】
前記蒸気管の放熱量に関わる所定の熱特性を仮定した仮定熱特性を入力する工程をさらに含み、
前記計算工程は、前記仮定熱特性、前記仮定捕捉率、前記仮定湿り度、及び前記第１測定工程の測定結果を用いて第１ドレン量を算出する工程と、前記第２測定工程の測定結果から第２ドレン量を算出する工程と、前記複数の区間の各々について前記第１ドレン量と前記第２ドレン量とを比較する工程と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１３】
前記計算工程は、統計的手法を用いて前記蒸気管の放熱損失を推定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれかに記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１４】
前記計算工程は、前記ドレントラップに捕捉されるドレンの割合の流速依存性を解析する工程と、前記流速依存性の解析結果を前記蒸気管の放熱損失の評価に反映させる工程とを含むことを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれかに記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１】
蒸気管の熱損失を評価するシステムであって、
蒸気が流れる蒸気管に設定される複数の区間と、
前記蒸気管内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定する第１測定装置と、
前記複数の区間の終点からそれぞれドレンを排出可能な複数のドレンユニットであり、各々がドレントラップを有する前記複数のドレンユニットと、
ドレン量に関する値及びドレン温度を、前記複数のドレンユニットでそれぞれ測定する第２測定装置と、
前記第１測定装置の測定結果と前記第２測定装置の測定結果とを用いて、前記蒸気管の放熱損失を評価する計算装置と、
を備えることを特徴とする蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項２】
前記計算装置は、前記ドレントラップに捕捉されるドレンの割合を仮定した仮定捕捉率を用いて前記蒸気管の放熱損失を評価することを特徴とする請求項１に記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項３】
前記計算装置は、単位面積又は単位長さあたりの前記蒸気管の放熱損失を仮定した仮定放熱損失、前記仮定捕捉率、及び前記第１測定装置の測定結果を用いて算出される計算ドレン量と、前記第２測定装置の測定結果から得られる測定ドレン量とを前記複数の区間の各々について比較した比較結果に基づいて、前記蒸気管の放熱損失を評価することを特徴とする請求項２に記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項４】
前記計算装置は、前記仮定捕捉率に加えて、前記蒸気管に入る前記蒸気の湿り度を仮定した仮定湿り度を用いて前記蒸気管の放熱損失を評価することを特徴とする請求項２に記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項５】
前記計算装置は、前記蒸気管の放熱量に関わる所定の熱特性を仮定した仮定熱特性、前記仮定捕捉率、前記仮定湿り度、及び前記第１測定装置の測定結果を用いて算出される計算ドレン量と、前記第２測定装置の測定結果から得られる測定ドレン量とを前記複数の区間の各々について比較した比較結果に基づいて、前記蒸気管の放熱損失を評価することを特徴とする請求項４に記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項６】
前記計算装置は、統計的手法を用いて前記蒸気管の放熱損失を推定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項７】
前記計算装置は、前記ドレントラップに捕捉されるドレンの割合の流速依存性を前記蒸気管の放熱損失の評価に反映させることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の蒸気管の熱損失評価システム。
【請求項８】
蒸気管の熱損失を評価する方法であって、
蒸気が流れる蒸気管内の圧力及び温度の少なくとも１つを測定する第１測定工程と、
各々の終点にドレントラップが設けられた前記蒸気管に設定される複数の区間について、前記ドレントラップを介したドレン量に関する値及びドレン温度を測定する第２測定工程と、
前記第１測定工程の測定結果と前記第２測定工程の測定結果とを用いて、前記蒸気管の放熱損失を評価する計算工程と、
を含むことを特徴とする蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項９】
前記ドレントラップに捕捉されるドレンの割合を仮定した仮定捕捉率を入力する工程をさらに含む請求項８に記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１０】
単位面積又は単位長さあたりの前記蒸気管の放熱損失を仮定した仮定放熱損失を入力する工程をさらに含み、
前記計算工程は、前記仮定放熱損失、前記仮定捕捉率、及び前記第１測定工程の測定結果を用いて第１ドレン量を算出する工程と、前記第２測定工程の測定結果から第２ドレン量を算出する工程と、前記複数の区間の各々について前記第１ドレン量と前記第２ドレン量とを比較する工程と、を含むことを特徴とする請求項９に記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１１】
前記蒸気管に入る前記蒸気の湿り度を仮定した仮定湿り度を入力する工程をさらに含む請求項９に記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１２】
前記蒸気管の放熱量に関わる所定の熱特性を仮定した仮定熱特性を入力する工程をさらに含み、
前記計算工程は、前記仮定熱特性、前記仮定捕捉率、前記仮定湿り度、及び前記第１測定工程の測定結果を用いて第１ドレン量を算出する工程と、前記第２測定工程の測定結果から第２ドレン量を算出する工程と、前記複数の区間の各々について前記第１ドレン量と前記第２ドレン量とを比較する工程と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１３】
前記計算工程は、統計的手法を用いて前記蒸気管の放熱損失を推定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれかに記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【請求項１４】
前記計算工程は、前記ドレントラップに捕捉されるドレンの割合の流速依存性を解析する工程と、前記流速依存性の解析結果を前記蒸気管の放熱損失の評価に反映させる工程とを含むことを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれかに記載の蒸気管の熱損失評価方法。
【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２０１０−４３６３９（Ｐ２０１０−４３６３９Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０８６４６（Ｐ２００８−３０８６４６）
【出願日】平成２０年１２月３日（２００８．１２．３）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月３日（２００８．１２．３）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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