超音波給水流量計の検証方法
【課題】Chordal型超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することを可能とする超音波給水流量計の検証方法の提供することにある。
【解決手段】ステップ１０２〜１０４で実機を模擬した流路及び実際の超音波流量計を利用した模擬試験による検証を行う。また別個に、ステップ１０５〜１１０の解析モデルによる解析による検証を行う。最後に、二重検証ステップ１１１では、模擬試験検証ステップ１０４と解析検証ステップ１１０のそれぞれで評価結果を合わせて再評価し、超音波流量計の計測精度を安全側に検証する。
【解決手段】ステップ１０２〜１０４で実機を模擬した流路及び実際の超音波流量計を利用した模擬試験による検証を行う。また別個に、ステップ１０５〜１１０の解析モデルによる解析による検証を行う。最後に、二重検証ステップ１１１では、模擬試験検証ステップ１０４と解析検証ステップ１１０のそれぞれで評価結果を合わせて再評価し、超音波流量計の計測精度を安全側に検証する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントの原子炉への給水流量計の検証方法に係り、特に、原子力発電プラントの出力向上に利用される超音波給水流量計の検証方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントにおいて、原子炉熱出力一定の下で定格電気出力以上の発電電力を得る運転を行う場合、熱出力目標値は、原子炉熱出力監視装置の熱出力演算で見込まれる誤差分の余裕を熱出力定格値に対してもたせた値とする必要がある。熱出力は、主蒸気エンタルピーと給水エンタルピーの差に給水流量を乗じて求められる。したがって、熱出力監視の信頼性において、主蒸気流量，主蒸気温度等の計測精度と比較して、給水流量の計測精度の寄与が大きい。
【０００３】
従来の給水流量計には、フローノズル（オリフィス式）流量計が用いられており、この計測精度が約２％であるため、１００％＋２％＝１０２％ までの出力における安全運転を確認していた。したがって、給水流量の計測精度を向上し、熱出力演算における見込誤差を小さくすることができれば、安全を担保したまま、熱出力目標値を現状の１００％から１０２％近くまで増強することができる。これは、プラント全体に変更を加えなくても、流量計を変えるだけで出力を向上し、プラントの運転効率を向上することができることを示している。
【０００４】
ここで、図２を用いて、その概念について具体例で示す。図２のグラフは、従来のフローノズル流量計を使用した時の熱出力目標値を１００％とした場合の熱出力演算値の確率分布を表しており、横軸は熱出力、縦軸は確率である。
【０００５】
フローノズル流量計を利用した場合の確率分布２０１では、熱出力演算精度が小さいため標準偏差が大きく、幅広な確率分布となる。したがって、安全基準として例えば９７．７％の確率を考えると、熱出力１０２％までが含まれるため、熱出力１０２％までの安全解析が実施される。
【０００６】
それに対し、例えば熱出力演算精度が０．３％となる流量計を利用すれば、確率分布２０２は、フローノズル流量計を利用した場合の確率分布２０１に比べて標準偏差が小さく、幅の狭い確率分布となる。したがって、同じ安全基準を適用して９７．７％の確率で熱出力が１０２％を超えないようにすると、熱出力目標値は１０１．７％になり、１．７％の増出力が可能となる。
【０００７】
従来のフローノズル流量計に対して、より流量計測精度が高い流量計として超音波流量計がある。超音波流量計には、ドップラー式、伝搬時間差式、相関式等、種々あるが、中でもChordal型と呼ばれる伝搬時間差式流量計は、複数の計測線における平均流速を同時に計測することで高い計測精度を持つことが知られている。
【０００８】
ここで、図３を用いて、Chordal型超音波流量計の原理について説明する。
【０００９】
図３（ａ）は、超音波流量計を設置した配管スプール３００の一断面を示している。水の流れ方向は、流速分布３０１が示すように紙面左から右である。超音波センサ３０２ａと超音波センサ３０２ｂとが管軸方向に４５°の角度で向かい合うように配置され、超音波センサ３０３ａと超音波センサ３０３ｂが管軸方向に４５°の角度で向かい合うように配置されている。そして、流れに沿った方向（以下、下流方向と記す）と流れに逆らう方向（以下、上流方向と記す）の超音波伝播時間差を計測することにより超音波センサ間の線平均流速を算出する。例えば、超音波センサ３０２ａと超音波センサ３０２ｂのセンサ間の線平均流速は、まず上流側のセンサ３０２ａで発信し下流側のセンサ３０２ｂで受信したときの下流方向伝播時間Ｔdownを計測し、次に下流側のセンサ３０２ｂで発信し上流側のセンサ３０２ａで受信したときの上流方向伝播時間Ｔupを計測する。このとき、流れ方向の流速Ｖの影響により、超音波伝播経路方向の見かけの音速がＶ’=Ｖsin４５だけ、下流方向では速く、上流方向では遅くなる。したがって、伝播時間差ΔＴはΔＴ＝Ｔｕｐ−Ｔｄｏｗｎで計算され、この値とセンサ間距離及び音速から、センサ間の線平均流速Ｖが求まる。
【００１０】
図３（ｂ）は、配管スプール３００の管軸方向に垂直な断面を示している。図３（ａ）で説明したように、超音波センサ３０２ａと超音波センサ３０２ｂとが対となり、超音波センサ３０３ａと超音波センサ３０３ｂが対となっている。また、超音波センサ３０４ａと超音波センサ３０４ｂとが対となり、超音波センサ３０５ａと超音波センサ３０５ｂが対となっている。また、超音波センサ３０６ａと超音波センサ３０６ｂとが対となり、超音波センサ３０７ａと超音波センサ３０７ｂが対となっている。また、超音波センサ３０８ａと超音波センサ３０８ｂとが対となり、超音波センサ３０９ａと超音波センサ３０９ｂが対となっている。このように、各超音波センサの対は、平行に８対配置されており、８測線型となっている。
【００１１】
これらで求められた８測線の線平均流速を用いて、配管スプール内の平均流量を計算する。これには有限の離散値から高精度に積分可能なガウス積分を利用する。ガウス積分では、線平均流速の計測位置が予め定められており、各位置の計測値に重みづけをして積算される。８測線型では、超音波センサ３０２，３０４，３０６，３０８の４測線と超音波センサ３０３，３０５，３０７，３０９の４測線それぞれでガウス積分を行い、その平均をとることで計測精度を高めている。
【００１２】
以上に述べた原子炉給水流量計の精度向上、及び超音波流量計の利用に関しては、例えば特許文献１，２、また非特許文献１に示されている。特許文献１は、フローノズル流量計の経年劣化による精度低下を補正して精度向上を図っている。特許文献２は、フローノズル流量計とともに超音波流量計を利用することによって計測精度状態を判定し、その判定結果に応じた熱出力目標値を選択することで計測精度に対する信頼性を高め、プラントの運転効率向上を図っている。非特許文献１では、フローノズル流量計の代わりに超音波流量計を利用することで計測精度を高め、それに応じて出力増強しプラントの運転効率を向上する方法について開示している。
【００１３】
上述のように、超音波流量計の中でも特に高精度なChordal型超音波流量計を給水流量計として利用することで計測精度を高めることができ、それに伴ってプラントの運転効率を向上できることが知られている。また構造上経年劣化や圧力損失を生じるフローノズル流量計の代わりに超音波流量計を利用するメリットも大きいことが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１−２２１７００号公報
【特許文献２】特開２００６−１６４１３号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】「原子炉出力向上に関する技術検討評価の結果について」原子力学会誌，vol.50 No.12 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、そのような超音波流量計を利用する場合においても、原子炉熱出力の監視に際しては万全の安全確認が求められ、安全設計基準に対して十分な精度を保っているかを検証し、保証することが非常に重要である。
【００１７】
本発明の目的は、Chordal型超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することを可能とする超音波給水流量計の検証方法の提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、原子力発電プラントの超音波給水流量計の検証方法であって、実機条件を模擬した流路を用い、実機相当流量の水を流す模擬試験の条件を設定する条件設定工程と、前記条件設定工程で設定された前記模擬試験の条件において、超音波流量計の計測精度を検証する模擬試験検証工程とにより計測精度を検証するとともに、実機を模擬した流路及び実機運転条件での流れ解析による流速分布を計算する流速分布計算工程と、前記実機運転条件でのセンサ位置を計算するセンサ位置計算工程と、前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、該超音波伝搬計算工程により算出された超音波伝搬計算結果から、流量計測精度を検証する解析検証工程とにより計測精度を検証し、さらに、前記模擬試験検証工程による模擬試験の検証結果と、前記解析検証工程による解析検証結果とを比較して、検証結果の妥当性を判断する二重検証工程とを備えるようにしたものである。
【００１９】
かかる方法により、Chordal型超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することを可能となる。
【００２０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記センサ位置計算工程と前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程とは、前記流路及び前記センサ位置の製造公差を参照し、不確かさを解析するようにしたものである。
【００２１】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記流速分布計算工程と前記センサ位置計算工程と前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程とは、実機運転時に考えられる複数の前記運転条件に対してそれぞれ計算するようにしたものである。
【００２２】
（４）上記（１）において、好ましくは、超音波流量計の配置を変更して複数回検証を繰り返し最適な配置を探索するようにしたものである。
【００２３】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記流速分布計算工程は予め用意した模擬流速分布を与えるようにしたものである。
【００２４】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記二重検証工程の二重検証結果を表示する検証結果表示工程を有するものである。
【００２５】
（７）上記（１）において、好ましくは、前記二重検証工程の二重検証結果を保存する検証結果保存工程を有するものである。
【００２６】
（８）上記（１）において、好ましくは、前記センサ位置計算工程は、実機に設置したセンサ位置計測手段によるセンサ位置計測結果を利用して計算するようにしたものである。
【００２７】
（９）上記（１）において、好ましくは、前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程は、実機に設置した温度計測手段による温度計測結果を利用して計算するようにしたものである。
【００２８】
（１０）また、上記目的を達成するために、本発明は、実機条件を模擬した流路を用い、実機相当流量の水を流す模擬試験の条件を設定する条件設定工程と、前記条件設定工程で設定された前記模擬試験の条件において、超音波流量計の計測精度を検証する模擬試験検証工程とにより計測精度を検証するとともに、前記模擬試験条件での流れ解析により流速分布を研鑽する流速分布計算工程と、模擬試験条件でのセンサ位置計算工程と、前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、該超音波伝搬計算工程による超音波伝搬計算結果から流量計測精度を検証する解析検証工程とにより計測精度を検証し、さらに、前記模擬試験検証工程による模擬試験検証結果と前記解析検証工程による解析検証結果とを二重検証したのち、実機を模擬した流路及び実機運転条件での流れ解析により流速分布を計算する流速分布計算工程と、前記実機運転条件でのセンサ位置を計算するセンサ位置計算工程と、前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、該超音波伝搬計算工程による超音波伝搬計算結果から流量計測精度を検証するようにしたものである。
【００２９】
かかる方法により、Chordal型超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することを可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【図２】原子力発電プラントにおける高精度な超音波給水流量計を利用することによる出力向上の方法を説明する概略図である。
【図３】Chordal型超音波流量計の原理を説明する概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態による超音波流量計の検証方法による検証結果表示画面の説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第４の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第５の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第５の実施形態による超音波流量計の検証方法において、計測手段を取り付けた配管スプールの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図１を用いて、本発明の第１の実施形態による超音波流量計の検証方法の内容について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第１の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【００３４】
ステップ１０１により超音波流量計の検証を開始すると、ステップ１０２で実機を模擬した流路及び実際の超音波流量計を利用した模擬試験による検証を開始する。また別個に、ステップ１０５の解析による検証も開始する。
【００３５】
ステップ１０２の模擬試験による検証を開始すると、ステップ１０３において、配管の引き回しや流量などの条件を実機条件に合わせて設定し、ステップ１０４において、超音波流量計の計測精度の検証を行う。ここでは、超音波流量計を配置した配管に流入する流量、または流出した流量を重量計量などの完全な方法で計測し、超音波流量計の計測値と比較検証する。比較検証は実機で考えられる流量、流速の範囲で複数回実施し、標準偏差で評価する。
【００３６】
ステップ１０５の解析モデルの解析による検証が開始すると、ステップ１０６において、配管の引き回しや流量、温度や圧力などの計算条件を実機条件に合わせて設定し、流速分布計算ステップ１０７において、流れ解析を行い、センサ位置計算ステップ１０８において構造解析を行う。
【００３７】
流速分布計算ステップ１０７では、３次元乱流解析を行い、超音波流量計の超音波伝搬経路上の流速分布を算出する。ただし、ここで流速分布がある程度予測できれば、簡易的に、理論計算で求められる模擬流速分布を与えてもよい。センサ位置計算ステップ１０８では、超音波流量計を配置した配管の内部流体の温度及び圧力による変形を解析し、超音波センサ位置を算出する。ただし、ここで初期設置時とのセンサ位置の移動が無視できる場合には、初期設置時の超音波センサ位置を与えてもよい。
【００３８】
次に、超音波伝搬計算ステップ１０９において、流速分布計算ステップ１０７で求めた流速分布と、センサ位置計算ステップ１０８で求めた超音波センサ位置を用いて各超音波センサにおける超音波伝搬解析を行い、超音波流量計による流量計測値を算出する。次に、解析検証ステップ１１０において、流速分布計算ステップ１０７の入力条件に用いた流量と超音波伝搬解析ステップで算出した超音波流量計による流量計測値を比較検証する。流量、流速の範囲で流速分布計算ステップ１０７及びセンサ位置計算ステップ１０８、または超音波伝搬解析ステップ１０９では、実機運転時に考えられる複数の前記運転条件に対してそれぞれ計算し、標準偏差で評価する。
【００３９】
最後に、二重検証ステップ１１１において、模擬試験検証ステップ１０４と解析検証ステップ１１０のそれぞれで評価した標準偏差を合わせて再評価し、超音波流量計の計測精度を安全側に検証し、ステップ１１２で検証を終了する。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【００４１】
次に、図４及び図５を用いて、本発明の第２の実施形態による超音波流量計の検証方法の内容について説明する。
【００４２】
図４は、本発明の第２の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。なお、図４において、図１と同一ステップ番号は、同一の処理内容を示している。図５は、本発明の第３の実施形態による超音波流量計の検証方法による検証結果表示画面の説明図である。
【００４３】
図４の実施形態において、おおよその検証手順は図１で示した検証手順と同じであるので説明を省略し、図１と異なる部分のみ説明する。
【００４４】
図１で示した検証手順のうち、ステップ１０５以降の解析による検証において、図１では実機条件入力ステップ１０６のみを参照して流速分布計算ステップ１０７及びセンサ位置計算ステップ１０８の計算を行ったが、図４では、流速分布計算ステップ１０７及びセンサ位置計算ステップ１０８の前に、製造公差入力ステップ１２０によって配管スプールのサイズやセンサ設置位置及び角度の製造公差を入力し、流速分布計算ステップ１０７、センサ位置計算ステップ１０８、超音波伝搬解析ステップ１０９の計算条件とする。
【００４５】
これにより、超音波センサの製造条件まで加味することができ、計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。
【００４６】
また、検証結果表示ステップ１２１では、二重検証ステップ１２０の結果を画面または資料等に表示する。これにより、模擬試験による検証結果と解析による検証結果、それらの二重検証により導かれた超音波流量計の計測精度を明示的に示すことができ、計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。
【００４７】
また、検証結果保存工程ステップ１２２では、ステップ１１１における二重検証工程の二重検証結果を保存する。
【００４８】
図５は、検証結果表示画面の一例を示している。図５において、検証結果表示画面４００には、二重検証結果が表示される。この例では、縦軸を給水流量として、実流量線４０１で流量設定値が示され、超音波流量計の公称誤差範囲が例えば＋０．２％線４０２、−０．２％線４０３のように示されている。その上で、模擬試験による検証結果４０４と解析による検証結果４０５が、それぞれエラーバーによって表示されている。これにより、模擬試験による検証結果と解析による検証結果を合わせても超音波流量計の公称誤差範囲内であることを明示的に示すことができる。また、ここでは、検証結果をエラーバーにより表示した例を示したが、エラーバーの代わりに、例えば確率分布のグラフ等により検証結果を示し、超音波流量計の公称誤差範囲内である確率を定量的に示してもよい。なお、図５では表示画面の例を示したが、同じ内容を文書に記しても同様の効果を得ることができ、さらに資料として保存されれば、信頼性をより高めることができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【００５０】
また、超音波センサの製造条件まで加味することができ、計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。
【００５１】
次に、図６を用いて、本発明の第３の実施形態による超音波流量計の検証方法の内容について説明する。
【００５２】
図６は、本発明の第３の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。なお、図６において、図１と同一ステップ番号は、同一の処理内容を示している。
【００５３】
図６の実施形態において、おおよその検証手順は図１で示した検証手順と同じであるので説明を省略し、図１と異なる部分のみ説明する。
【００５４】
図６では、まず最初に条件設定ステップ１３０において、ステップ１０６における実機配管の引き回しや超音波流量計を設置した配管スプールサイズ、また流量等の実機条件に加えて、超音波流量計の超音波センサの配置等の条件を設定する。その後、図１と同様に模擬試験による検証及び解析による検証を行うが、条件設定ステップ１３０において設定した条件により、超音波流量計の計測精度が異なる場合を考慮し、二重検証後、条件終了判定ステップ１３１において検討が必要な条件を全て検討したと判断するまで、条件設定ステップ１３０からの工程を繰り返す。
【００５５】
これにより、超音波流量計の配置等の条件を実機条件に合わせて最適化することができ、超音波流量計の精度を向上することができる。
【００５６】
なお、本実施形態において、図４の製造公差入力ステップ１２０を実施して、配管スプールのサイズやセンサ設置位置及び角度の製造公差を入力し、流速分布計算ステップ１０７、センサ位置計算ステップ１０８、超音波伝搬解析ステップ１０９の計算条件とすることもできる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【００５８】
また、超音波流量計の配置等の条件を実機条件に合わせて最適化することができ、超音波流量計の精度を向上することができる。
【００５９】
次に、図７を用いて、本発明の第４の実施形態による超音波流量計の検証方法の内容について説明する。
【００６０】
図７は、本発明の第４の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。なお、図７において、図１と同一ステップ番号は、同一の処理内容を示している。
【００６１】
図７の実施形態において、図１で示した検証手順と同じ部分は説明を省略し、図１と異なる部分のみ説明する。
【００６２】
まず、図１で説明した手順と同様に、模擬試験による検証を行う。また別個に、解析による検証を行うが、ここでは図１で説明した手順と異なり、ステップ１４０では、模擬試験条件に合わせた解析を行う。模擬試験条件設定ステップ１４１では、配管の引き回しや流量、温度や圧力などの計算条件を模擬試験条件に合わせて設定する。流速分布計算ステップ１４２において、流れ解析を行い、センサ位置計算ステップ１４３において、構造解析を行う。
【００６３】
次に、流速分布計算ステップ１４２において、３次元乱流解析を行い、超音波流量計の超音波伝搬経路上の流速分布を算出する。センサ位置計算ステップ１４３において、超音波流量計を配置した配管の内部流体の温度及び圧力による変形を解析し、超音波センサ位置を算出する。
【００６４】
次に、超音波伝搬計算ステップ１４４において、流速分布計算ステップ１４２で求めた流速分布と、センサ位置計算ステップ１４３で求めた超音波センサ位置を用いて各超音波センサにおける超音波伝搬解析を行い、超音波流量計による流量計測値を算出する。次に、解析検証ステップ１４５において、流速分布計算ステップ１４２の入力条件に用いた流量と超音波伝搬解析ステップで算出した超音波流量計による流量計測値を比較検証する。ここで、比較検証は模擬試験で行った各種設計条件、試験条件について全て解析し、標準偏差で評価する。
【００６５】
最後に、二重検証ステップ１４６において、模擬試験検証ステップ１０４と解析検証ステップ１４５のそれぞれで評価した標準偏差を合わせて再評価し、超音波流量計の計測精度を安全側に検証する。
【００６６】
その後、以上のパラメトリック試験での検証結果を確認した後、図１で説明した手順と同様に、解析検証開始ステップ１０５以降で、実機条件を模擬した解析による検証を行い、ステップ１１２で検証を終了する。
【００６７】
これにより、模擬試験による二重検証を重点的に行うことであらゆる場合を想定した評価を可能にするとともに、解析による検証の信頼性を向上することにより、既に検証済みのものと類似形状の実機においては解析による検証のみで十分な信頼性を得ることを可能にする。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【００６９】
また、 模擬試験による二重検証を重点的に行うことであらゆる場合を想定した評価を可能にするとともに、解析による検証の信頼性を向上することにより、既に検証済みのものと類似形状の実機においては解析による検証のみで十分な信頼性を得ることを可能にする。
【００７０】
次に、図８及び図９を用いて、本発明の第５の実施形態による超音波流量計の検証方法の内容について説明する。
【００７１】
図８は、本発明の第５の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。なお、図８において、図１と同一ステップ番号は、同一の処理内容を示している。図９は、本発明の第５の実施形態による超音波流量計の検証方法において、計測手段を取り付けた配管スプールの説明図である。
【００７２】
図８の実施形態において、おおよその検証手順は図１で示した検証手順と同じであるので説明を省略し、図１と異なる部分のみ説明する。
【００７３】
図１で示した検証手順のうち、解析による検証において、図１では実機条件入力ステップ１０６のみを参照して流速分布計算ステップ１０７及びセンサ位置計算ステップ１０８の計算を行ったが、図８では、流速分布計算ステップ１０７及びセンサ位置計算ステップ１０８の前に、温度計測ステップ１５０によって実機配管スプール内の温度分布または給水平均温度を計測して、実測された実機配管スプール内の温度分布または給水平均温度を用いて、流速分布計算ステップ１０７、センサ位置計算ステップ１０８、超音波伝搬解析ステップ１０９の計算条件を補正する。
【００７４】
なお、この例では温度計測のみを示したが、このほかにひずみゲージなどの実機に設置したセンサ位置計測手段によるセンサ位置計測結果を利用して計算し、計算条件を補正してもよい。また、圧力計により配管スプール内給水圧力を計測したりして計算条件を補正してもよい。
【００７５】
これにより、実機条件をより正確に考慮した解析をすることができ、計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。
【００７６】
次に、図９を用いて、計測手段を取り付けた配管スプールの概略構成について説明する。
【００７７】
図３で示したように、配管スプール３００には超音波センサ３０２及び３０３が取り付けられている。ひずみゲージ等のセンサ位置計測手段５０１は、超音波センサ周辺の配管スプールに取り付けられ、熱電対等の温度計測手段５０２は超音波の伝搬経路と干渉しないように配管内に挿入されるか、あるいは配管スプールの外表面に設置される。これにより、流量計測に影響を及ぼすことなく、実機の運転条件を計測することができる。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【００７９】
また、実機条件をより正確に考慮した解析をすることができ、計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０３…模擬試験条件設定ステップ
１０４…模擬試験検証ステップ
１０６…実機条件入力ステップ
１０７…流速分布計算ステップ
１０８…センサ位置計算ステップ
１０９…超音波伝搬計算ステップ
１１０…解析検証ステップ
１１１…二重検証ステップ
１２０…製造公差入力ステップ
１２１…検証結果表示ステップ
１５０…温度計測ステップ
３００…超音波流量計配管スプール
３０１…配管スプール内流速分布
３０２〜３０９…超音波センサ
４００…検証結果表示画面
５０１…センサ位置計測手段
５０２…温度計測手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントの原子炉への給水流量計の検証方法に係り、特に、原子力発電プラントの出力向上に利用される超音波給水流量計の検証方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントにおいて、原子炉熱出力一定の下で定格電気出力以上の発電電力を得る運転を行う場合、熱出力目標値は、原子炉熱出力監視装置の熱出力演算で見込まれる誤差分の余裕を熱出力定格値に対してもたせた値とする必要がある。熱出力は、主蒸気エンタルピーと給水エンタルピーの差に給水流量を乗じて求められる。したがって、熱出力監視の信頼性において、主蒸気流量，主蒸気温度等の計測精度と比較して、給水流量の計測精度の寄与が大きい。
【０００３】
従来の給水流量計には、フローノズル（オリフィス式）流量計が用いられており、この計測精度が約２％であるため、１００％＋２％＝１０２％ までの出力における安全運転を確認していた。したがって、給水流量の計測精度を向上し、熱出力演算における見込誤差を小さくすることができれば、安全を担保したまま、熱出力目標値を現状の１００％から１０２％近くまで増強することができる。これは、プラント全体に変更を加えなくても、流量計を変えるだけで出力を向上し、プラントの運転効率を向上することができることを示している。
【０００４】
ここで、図２を用いて、その概念について具体例で示す。図２のグラフは、従来のフローノズル流量計を使用した時の熱出力目標値を１００％とした場合の熱出力演算値の確率分布を表しており、横軸は熱出力、縦軸は確率である。
【０００５】
フローノズル流量計を利用した場合の確率分布２０１では、熱出力演算精度が小さいため標準偏差が大きく、幅広な確率分布となる。したがって、安全基準として例えば９７．７％の確率を考えると、熱出力１０２％までが含まれるため、熱出力１０２％までの安全解析が実施される。
【０００６】
それに対し、例えば熱出力演算精度が０．３％となる流量計を利用すれば、確率分布２０２は、フローノズル流量計を利用した場合の確率分布２０１に比べて標準偏差が小さく、幅の狭い確率分布となる。したがって、同じ安全基準を適用して９７．７％の確率で熱出力が１０２％を超えないようにすると、熱出力目標値は１０１．７％になり、１．７％の増出力が可能となる。
【０００７】
従来のフローノズル流量計に対して、より流量計測精度が高い流量計として超音波流量計がある。超音波流量計には、ドップラー式、伝搬時間差式、相関式等、種々あるが、中でもChordal型と呼ばれる伝搬時間差式流量計は、複数の計測線における平均流速を同時に計測することで高い計測精度を持つことが知られている。
【０００８】
ここで、図３を用いて、Chordal型超音波流量計の原理について説明する。
【０００９】
図３（ａ）は、超音波流量計を設置した配管スプール３００の一断面を示している。水の流れ方向は、流速分布３０１が示すように紙面左から右である。超音波センサ３０２ａと超音波センサ３０２ｂとが管軸方向に４５°の角度で向かい合うように配置され、超音波センサ３０３ａと超音波センサ３０３ｂが管軸方向に４５°の角度で向かい合うように配置されている。そして、流れに沿った方向（以下、下流方向と記す）と流れに逆らう方向（以下、上流方向と記す）の超音波伝播時間差を計測することにより超音波センサ間の線平均流速を算出する。例えば、超音波センサ３０２ａと超音波センサ３０２ｂのセンサ間の線平均流速は、まず上流側のセンサ３０２ａで発信し下流側のセンサ３０２ｂで受信したときの下流方向伝播時間Ｔdownを計測し、次に下流側のセンサ３０２ｂで発信し上流側のセンサ３０２ａで受信したときの上流方向伝播時間Ｔupを計測する。このとき、流れ方向の流速Ｖの影響により、超音波伝播経路方向の見かけの音速がＶ’=Ｖsin４５だけ、下流方向では速く、上流方向では遅くなる。したがって、伝播時間差ΔＴはΔＴ＝Ｔｕｐ−Ｔｄｏｗｎで計算され、この値とセンサ間距離及び音速から、センサ間の線平均流速Ｖが求まる。
【００１０】
図３（ｂ）は、配管スプール３００の管軸方向に垂直な断面を示している。図３（ａ）で説明したように、超音波センサ３０２ａと超音波センサ３０２ｂとが対となり、超音波センサ３０３ａと超音波センサ３０３ｂが対となっている。また、超音波センサ３０４ａと超音波センサ３０４ｂとが対となり、超音波センサ３０５ａと超音波センサ３０５ｂが対となっている。また、超音波センサ３０６ａと超音波センサ３０６ｂとが対となり、超音波センサ３０７ａと超音波センサ３０７ｂが対となっている。また、超音波センサ３０８ａと超音波センサ３０８ｂとが対となり、超音波センサ３０９ａと超音波センサ３０９ｂが対となっている。このように、各超音波センサの対は、平行に８対配置されており、８測線型となっている。
【００１１】
これらで求められた８測線の線平均流速を用いて、配管スプール内の平均流量を計算する。これには有限の離散値から高精度に積分可能なガウス積分を利用する。ガウス積分では、線平均流速の計測位置が予め定められており、各位置の計測値に重みづけをして積算される。８測線型では、超音波センサ３０２，３０４，３０６，３０８の４測線と超音波センサ３０３，３０５，３０７，３０９の４測線それぞれでガウス積分を行い、その平均をとることで計測精度を高めている。
【００１２】
以上に述べた原子炉給水流量計の精度向上、及び超音波流量計の利用に関しては、例えば特許文献１，２、また非特許文献１に示されている。特許文献１は、フローノズル流量計の経年劣化による精度低下を補正して精度向上を図っている。特許文献２は、フローノズル流量計とともに超音波流量計を利用することによって計測精度状態を判定し、その判定結果に応じた熱出力目標値を選択することで計測精度に対する信頼性を高め、プラントの運転効率向上を図っている。非特許文献１では、フローノズル流量計の代わりに超音波流量計を利用することで計測精度を高め、それに応じて出力増強しプラントの運転効率を向上する方法について開示している。
【００１３】
上述のように、超音波流量計の中でも特に高精度なChordal型超音波流量計を給水流量計として利用することで計測精度を高めることができ、それに伴ってプラントの運転効率を向上できることが知られている。また構造上経年劣化や圧力損失を生じるフローノズル流量計の代わりに超音波流量計を利用するメリットも大きいことが分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１−２２１７００号公報
【特許文献２】特開２００６−１６４１３号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】「原子炉出力向上に関する技術検討評価の結果について」原子力学会誌，vol.50 No.12 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、そのような超音波流量計を利用する場合においても、原子炉熱出力の監視に際しては万全の安全確認が求められ、安全設計基準に対して十分な精度を保っているかを検証し、保証することが非常に重要である。
【００１７】
本発明の目的は、Chordal型超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することを可能とする超音波給水流量計の検証方法の提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、原子力発電プラントの超音波給水流量計の検証方法であって、実機条件を模擬した流路を用い、実機相当流量の水を流す模擬試験の条件を設定する条件設定工程と、前記条件設定工程で設定された前記模擬試験の条件において、超音波流量計の計測精度を検証する模擬試験検証工程とにより計測精度を検証するとともに、実機を模擬した流路及び実機運転条件での流れ解析による流速分布を計算する流速分布計算工程と、前記実機運転条件でのセンサ位置を計算するセンサ位置計算工程と、前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、該超音波伝搬計算工程により算出された超音波伝搬計算結果から、流量計測精度を検証する解析検証工程とにより計測精度を検証し、さらに、前記模擬試験検証工程による模擬試験の検証結果と、前記解析検証工程による解析検証結果とを比較して、検証結果の妥当性を判断する二重検証工程とを備えるようにしたものである。
【００１９】
かかる方法により、Chordal型超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することを可能となる。
【００２０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記センサ位置計算工程と前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程とは、前記流路及び前記センサ位置の製造公差を参照し、不確かさを解析するようにしたものである。
【００２１】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記流速分布計算工程と前記センサ位置計算工程と前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程とは、実機運転時に考えられる複数の前記運転条件に対してそれぞれ計算するようにしたものである。
【００２２】
（４）上記（１）において、好ましくは、超音波流量計の配置を変更して複数回検証を繰り返し最適な配置を探索するようにしたものである。
【００２３】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記流速分布計算工程は予め用意した模擬流速分布を与えるようにしたものである。
【００２４】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記二重検証工程の二重検証結果を表示する検証結果表示工程を有するものである。
【００２５】
（７）上記（１）において、好ましくは、前記二重検証工程の二重検証結果を保存する検証結果保存工程を有するものである。
【００２６】
（８）上記（１）において、好ましくは、前記センサ位置計算工程は、実機に設置したセンサ位置計測手段によるセンサ位置計測結果を利用して計算するようにしたものである。
【００２７】
（９）上記（１）において、好ましくは、前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程は、実機に設置した温度計測手段による温度計測結果を利用して計算するようにしたものである。
【００２８】
（１０）また、上記目的を達成するために、本発明は、実機条件を模擬した流路を用い、実機相当流量の水を流す模擬試験の条件を設定する条件設定工程と、前記条件設定工程で設定された前記模擬試験の条件において、超音波流量計の計測精度を検証する模擬試験検証工程とにより計測精度を検証するとともに、前記模擬試験条件での流れ解析により流速分布を研鑽する流速分布計算工程と、模擬試験条件でのセンサ位置計算工程と、前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、該超音波伝搬計算工程による超音波伝搬計算結果から流量計測精度を検証する解析検証工程とにより計測精度を検証し、さらに、前記模擬試験検証工程による模擬試験検証結果と前記解析検証工程による解析検証結果とを二重検証したのち、実機を模擬した流路及び実機運転条件での流れ解析により流速分布を計算する流速分布計算工程と、前記実機運転条件でのセンサ位置を計算するセンサ位置計算工程と、前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、該超音波伝搬計算工程による超音波伝搬計算結果から流量計測精度を検証するようにしたものである。
【００２９】
かかる方法により、Chordal型超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することを可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【図２】原子力発電プラントにおける高精度な超音波給水流量計を利用することによる出力向上の方法を説明する概略図である。
【図３】Chordal型超音波流量計の原理を説明する概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態による超音波流量計の検証方法による検証結果表示画面の説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第４の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第５の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第５の実施形態による超音波流量計の検証方法において、計測手段を取り付けた配管スプールの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図１を用いて、本発明の第１の実施形態による超音波流量計の検証方法の内容について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の第１の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。
【００３４】
ステップ１０１により超音波流量計の検証を開始すると、ステップ１０２で実機を模擬した流路及び実際の超音波流量計を利用した模擬試験による検証を開始する。また別個に、ステップ１０５の解析による検証も開始する。
【００３５】
ステップ１０２の模擬試験による検証を開始すると、ステップ１０３において、配管の引き回しや流量などの条件を実機条件に合わせて設定し、ステップ１０４において、超音波流量計の計測精度の検証を行う。ここでは、超音波流量計を配置した配管に流入する流量、または流出した流量を重量計量などの完全な方法で計測し、超音波流量計の計測値と比較検証する。比較検証は実機で考えられる流量、流速の範囲で複数回実施し、標準偏差で評価する。
【００３６】
ステップ１０５の解析モデルの解析による検証が開始すると、ステップ１０６において、配管の引き回しや流量、温度や圧力などの計算条件を実機条件に合わせて設定し、流速分布計算ステップ１０７において、流れ解析を行い、センサ位置計算ステップ１０８において構造解析を行う。
【００３７】
流速分布計算ステップ１０７では、３次元乱流解析を行い、超音波流量計の超音波伝搬経路上の流速分布を算出する。ただし、ここで流速分布がある程度予測できれば、簡易的に、理論計算で求められる模擬流速分布を与えてもよい。センサ位置計算ステップ１０８では、超音波流量計を配置した配管の内部流体の温度及び圧力による変形を解析し、超音波センサ位置を算出する。ただし、ここで初期設置時とのセンサ位置の移動が無視できる場合には、初期設置時の超音波センサ位置を与えてもよい。
【００３８】
次に、超音波伝搬計算ステップ１０９において、流速分布計算ステップ１０７で求めた流速分布と、センサ位置計算ステップ１０８で求めた超音波センサ位置を用いて各超音波センサにおける超音波伝搬解析を行い、超音波流量計による流量計測値を算出する。次に、解析検証ステップ１１０において、流速分布計算ステップ１０７の入力条件に用いた流量と超音波伝搬解析ステップで算出した超音波流量計による流量計測値を比較検証する。流量、流速の範囲で流速分布計算ステップ１０７及びセンサ位置計算ステップ１０８、または超音波伝搬解析ステップ１０９では、実機運転時に考えられる複数の前記運転条件に対してそれぞれ計算し、標準偏差で評価する。
【００３９】
最後に、二重検証ステップ１１１において、模擬試験検証ステップ１０４と解析検証ステップ１１０のそれぞれで評価した標準偏差を合わせて再評価し、超音波流量計の計測精度を安全側に検証し、ステップ１１２で検証を終了する。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【００４１】
次に、図４及び図５を用いて、本発明の第２の実施形態による超音波流量計の検証方法の内容について説明する。
【００４２】
図４は、本発明の第２の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。なお、図４において、図１と同一ステップ番号は、同一の処理内容を示している。図５は、本発明の第３の実施形態による超音波流量計の検証方法による検証結果表示画面の説明図である。
【００４３】
図４の実施形態において、おおよその検証手順は図１で示した検証手順と同じであるので説明を省略し、図１と異なる部分のみ説明する。
【００４４】
図１で示した検証手順のうち、ステップ１０５以降の解析による検証において、図１では実機条件入力ステップ１０６のみを参照して流速分布計算ステップ１０７及びセンサ位置計算ステップ１０８の計算を行ったが、図４では、流速分布計算ステップ１０７及びセンサ位置計算ステップ１０８の前に、製造公差入力ステップ１２０によって配管スプールのサイズやセンサ設置位置及び角度の製造公差を入力し、流速分布計算ステップ１０７、センサ位置計算ステップ１０８、超音波伝搬解析ステップ１０９の計算条件とする。
【００４５】
これにより、超音波センサの製造条件まで加味することができ、計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。
【００４６】
また、検証結果表示ステップ１２１では、二重検証ステップ１２０の結果を画面または資料等に表示する。これにより、模擬試験による検証結果と解析による検証結果、それらの二重検証により導かれた超音波流量計の計測精度を明示的に示すことができ、計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。
【００４７】
また、検証結果保存工程ステップ１２２では、ステップ１１１における二重検証工程の二重検証結果を保存する。
【００４８】
図５は、検証結果表示画面の一例を示している。図５において、検証結果表示画面４００には、二重検証結果が表示される。この例では、縦軸を給水流量として、実流量線４０１で流量設定値が示され、超音波流量計の公称誤差範囲が例えば＋０．２％線４０２、−０．２％線４０３のように示されている。その上で、模擬試験による検証結果４０４と解析による検証結果４０５が、それぞれエラーバーによって表示されている。これにより、模擬試験による検証結果と解析による検証結果を合わせても超音波流量計の公称誤差範囲内であることを明示的に示すことができる。また、ここでは、検証結果をエラーバーにより表示した例を示したが、エラーバーの代わりに、例えば確率分布のグラフ等により検証結果を示し、超音波流量計の公称誤差範囲内である確率を定量的に示してもよい。なお、図５では表示画面の例を示したが、同じ内容を文書に記しても同様の効果を得ることができ、さらに資料として保存されれば、信頼性をより高めることができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【００５０】
また、超音波センサの製造条件まで加味することができ、計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。
【００５１】
次に、図６を用いて、本発明の第３の実施形態による超音波流量計の検証方法の内容について説明する。
【００５２】
図６は、本発明の第３の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。なお、図６において、図１と同一ステップ番号は、同一の処理内容を示している。
【００５３】
図６の実施形態において、おおよその検証手順は図１で示した検証手順と同じであるので説明を省略し、図１と異なる部分のみ説明する。
【００５４】
図６では、まず最初に条件設定ステップ１３０において、ステップ１０６における実機配管の引き回しや超音波流量計を設置した配管スプールサイズ、また流量等の実機条件に加えて、超音波流量計の超音波センサの配置等の条件を設定する。その後、図１と同様に模擬試験による検証及び解析による検証を行うが、条件設定ステップ１３０において設定した条件により、超音波流量計の計測精度が異なる場合を考慮し、二重検証後、条件終了判定ステップ１３１において検討が必要な条件を全て検討したと判断するまで、条件設定ステップ１３０からの工程を繰り返す。
【００５５】
これにより、超音波流量計の配置等の条件を実機条件に合わせて最適化することができ、超音波流量計の精度を向上することができる。
【００５６】
なお、本実施形態において、図４の製造公差入力ステップ１２０を実施して、配管スプールのサイズやセンサ設置位置及び角度の製造公差を入力し、流速分布計算ステップ１０７、センサ位置計算ステップ１０８、超音波伝搬解析ステップ１０９の計算条件とすることもできる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【００５８】
また、超音波流量計の配置等の条件を実機条件に合わせて最適化することができ、超音波流量計の精度を向上することができる。
【００５９】
次に、図７を用いて、本発明の第４の実施形態による超音波流量計の検証方法の内容について説明する。
【００６０】
図７は、本発明の第４の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。なお、図７において、図１と同一ステップ番号は、同一の処理内容を示している。
【００６１】
図７の実施形態において、図１で示した検証手順と同じ部分は説明を省略し、図１と異なる部分のみ説明する。
【００６２】
まず、図１で説明した手順と同様に、模擬試験による検証を行う。また別個に、解析による検証を行うが、ここでは図１で説明した手順と異なり、ステップ１４０では、模擬試験条件に合わせた解析を行う。模擬試験条件設定ステップ１４１では、配管の引き回しや流量、温度や圧力などの計算条件を模擬試験条件に合わせて設定する。流速分布計算ステップ１４２において、流れ解析を行い、センサ位置計算ステップ１４３において、構造解析を行う。
【００６３】
次に、流速分布計算ステップ１４２において、３次元乱流解析を行い、超音波流量計の超音波伝搬経路上の流速分布を算出する。センサ位置計算ステップ１４３において、超音波流量計を配置した配管の内部流体の温度及び圧力による変形を解析し、超音波センサ位置を算出する。
【００６４】
次に、超音波伝搬計算ステップ１４４において、流速分布計算ステップ１４２で求めた流速分布と、センサ位置計算ステップ１４３で求めた超音波センサ位置を用いて各超音波センサにおける超音波伝搬解析を行い、超音波流量計による流量計測値を算出する。次に、解析検証ステップ１４５において、流速分布計算ステップ１４２の入力条件に用いた流量と超音波伝搬解析ステップで算出した超音波流量計による流量計測値を比較検証する。ここで、比較検証は模擬試験で行った各種設計条件、試験条件について全て解析し、標準偏差で評価する。
【００６５】
最後に、二重検証ステップ１４６において、模擬試験検証ステップ１０４と解析検証ステップ１４５のそれぞれで評価した標準偏差を合わせて再評価し、超音波流量計の計測精度を安全側に検証する。
【００６６】
その後、以上のパラメトリック試験での検証結果を確認した後、図１で説明した手順と同様に、解析検証開始ステップ１０５以降で、実機条件を模擬した解析による検証を行い、ステップ１１２で検証を終了する。
【００６７】
これにより、模擬試験による二重検証を重点的に行うことであらゆる場合を想定した評価を可能にするとともに、解析による検証の信頼性を向上することにより、既に検証済みのものと類似形状の実機においては解析による検証のみで十分な信頼性を得ることを可能にする。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【００６９】
また、 模擬試験による二重検証を重点的に行うことであらゆる場合を想定した評価を可能にするとともに、解析による検証の信頼性を向上することにより、既に検証済みのものと類似形状の実機においては解析による検証のみで十分な信頼性を得ることを可能にする。
【００７０】
次に、図８及び図９を用いて、本発明の第５の実施形態による超音波流量計の検証方法の内容について説明する。
【００７１】
図８は、本発明の第５の実施形態による超音波流量計の検証方法の検証手順を示すフローチャートである。なお、図８において、図１と同一ステップ番号は、同一の処理内容を示している。図９は、本発明の第５の実施形態による超音波流量計の検証方法において、計測手段を取り付けた配管スプールの説明図である。
【００７２】
図８の実施形態において、おおよその検証手順は図１で示した検証手順と同じであるので説明を省略し、図１と異なる部分のみ説明する。
【００７３】
図１で示した検証手順のうち、解析による検証において、図１では実機条件入力ステップ１０６のみを参照して流速分布計算ステップ１０７及びセンサ位置計算ステップ１０８の計算を行ったが、図８では、流速分布計算ステップ１０７及びセンサ位置計算ステップ１０８の前に、温度計測ステップ１５０によって実機配管スプール内の温度分布または給水平均温度を計測して、実測された実機配管スプール内の温度分布または給水平均温度を用いて、流速分布計算ステップ１０７、センサ位置計算ステップ１０８、超音波伝搬解析ステップ１０９の計算条件を補正する。
【００７４】
なお、この例では温度計測のみを示したが、このほかにひずみゲージなどの実機に設置したセンサ位置計測手段によるセンサ位置計測結果を利用して計算し、計算条件を補正してもよい。また、圧力計により配管スプール内給水圧力を計測したりして計算条件を補正してもよい。
【００７５】
これにより、実機条件をより正確に考慮した解析をすることができ、計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。
【００７６】
次に、図９を用いて、計測手段を取り付けた配管スプールの概略構成について説明する。
【００７７】
図３で示したように、配管スプール３００には超音波センサ３０２及び３０３が取り付けられている。ひずみゲージ等のセンサ位置計測手段５０１は、超音波センサ周辺の配管スプールに取り付けられ、熱電対等の温度計測手段５０２は超音波の伝搬経路と干渉しないように配管内に挿入されるか、あるいは配管スプールの外表面に設置される。これにより、流量計測に影響を及ぼすことなく、実機の運転条件を計測することができる。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態によれば、超音波給水流量計による給水流量の計測精度に対する信頼性を高めることができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、プラントの運転効率を向上することができる。
【００７９】
また、実機条件をより正確に考慮した解析をすることができ、計測精度の検証の信頼性をより高めることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０３…模擬試験条件設定ステップ
１０４…模擬試験検証ステップ
１０６…実機条件入力ステップ
１０７…流速分布計算ステップ
１０８…センサ位置計算ステップ
１０９…超音波伝搬計算ステップ
１１０…解析検証ステップ
１１１…二重検証ステップ
１２０…製造公差入力ステップ
１２１…検証結果表示ステップ
１５０…温度計測ステップ
３００…超音波流量計配管スプール
３０１…配管スプール内流速分布
３０２〜３０９…超音波センサ
４００…検証結果表示画面
５０１…センサ位置計測手段
５０２…温度計測手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電プラントの超音波給水流量計の検証方法であって、
実機条件を模擬した流路を用い、実機相当流量の水を流す模擬試験の条件を設定する条件設定工程と、
前記条件設定工程で設定された前記模擬試験の条件において、超音波流量計の計測精度を検証する模擬試験検証工程とにより計測精度を検証するとともに、
実機を模擬した流路及び実機運転条件での流れ解析による流速分布を計算する流速分布計算工程と、
前記実機運転条件でのセンサ位置を計算するセンサ位置計算工程と、
前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、
該超音波伝搬計算工程により算出された超音波伝搬計算結果から、流量計測精度を検証する解析検証工程とにより計測精度を検証し、
さらに、前記模擬試験検証工程による模擬試験の検証結果と、前記解析検証工程による解析検証結果とを比較して、検証結果の妥当性を判断する二重検証工程とを備えることを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項２】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
前記センサ位置計算工程と前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程とは、前記流路及び前記センサ位置の製造公差を参照し、不確かさを解析することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項３】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
前記流速分布計算工程と前記センサ位置計算工程と前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程とは、実機運転時に考えられる複数の前記運転条件に対してそれぞれ計算することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項４】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
超音波流量計の配置を変更して複数回検証を繰り返し最適な配置を探索することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項５】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
前記流速分布計算工程は予め用意した模擬流速分布を与えることを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項６】
請求項１記載の流量計測精度の検証方法において、
前記二重検証工程の二重検証結果を表示する検証結果表示工程を有することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項７】
請求項１記載の流量計測精度の検証方法において、
前記二重検証工程の二重検証結果を保存する検証結果保存工程を有することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項８】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
前記センサ位置計算工程は、実機に設置したセンサ位置計測手段によるセンサ位置計測結果を利用して計算することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項９】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程は、実機に設置した温度計測手段による温度計測結果を利用して計算することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項１０】
実機条件を模擬した流路を用い、実機相当流量の水を流す模擬試験の条件を設定する条件設定工程と、
前記条件設定工程で設定された前記模擬試験の条件において、超音波流量計の計測精度を検証する模擬試験検証工程とにより計測精度を検証するとともに、
前記模擬試験条件での流れ解析により流速分布を研鑽する流速分布計算工程と、
模擬試験条件でのセンサ位置計算工程と、
前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、
該超音波伝搬計算工程による超音波伝搬計算結果から流量計測精度を検証する解析検証工程とにより計測精度を検証し、
さらに、前記模擬試験検証工程による模擬試験検証結果と前記解析検証工程による解析検証結果とを二重検証したのち、
実機を模擬した流路及び実機運転条件での流れ解析により流速分布を計算する流速分布計算工程と、
前記実機運転条件でのセンサ位置を計算するセンサ位置計算工程と、
前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、
該超音波伝搬計算工程による超音波伝搬計算結果から流量計測精度を検証することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項１】
原子力発電プラントの超音波給水流量計の検証方法であって、
実機条件を模擬した流路を用い、実機相当流量の水を流す模擬試験の条件を設定する条件設定工程と、
前記条件設定工程で設定された前記模擬試験の条件において、超音波流量計の計測精度を検証する模擬試験検証工程とにより計測精度を検証するとともに、
実機を模擬した流路及び実機運転条件での流れ解析による流速分布を計算する流速分布計算工程と、
前記実機運転条件でのセンサ位置を計算するセンサ位置計算工程と、
前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、
該超音波伝搬計算工程により算出された超音波伝搬計算結果から、流量計測精度を検証する解析検証工程とにより計測精度を検証し、
さらに、前記模擬試験検証工程による模擬試験の検証結果と、前記解析検証工程による解析検証結果とを比較して、検証結果の妥当性を判断する二重検証工程とを備えることを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項２】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
前記センサ位置計算工程と前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程とは、前記流路及び前記センサ位置の製造公差を参照し、不確かさを解析することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項３】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
前記流速分布計算工程と前記センサ位置計算工程と前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程とは、実機運転時に考えられる複数の前記運転条件に対してそれぞれ計算することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項４】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
超音波流量計の配置を変更して複数回検証を繰り返し最適な配置を探索することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項５】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
前記流速分布計算工程は予め用意した模擬流速分布を与えることを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項６】
請求項１記載の流量計測精度の検証方法において、
前記二重検証工程の二重検証結果を表示する検証結果表示工程を有することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項７】
請求項１記載の流量計測精度の検証方法において、
前記二重検証工程の二重検証結果を保存する検証結果保存工程を有することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項８】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
前記センサ位置計算工程は、実機に設置したセンサ位置計測手段によるセンサ位置計測結果を利用して計算することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項９】
請求項１記載の超音波給水流量計の検証方法において、
前記超音波伝搬計算工程と前記解析検証工程は、実機に設置した温度計測手段による温度計測結果を利用して計算することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【請求項１０】
実機条件を模擬した流路を用い、実機相当流量の水を流す模擬試験の条件を設定する条件設定工程と、
前記条件設定工程で設定された前記模擬試験の条件において、超音波流量計の計測精度を検証する模擬試験検証工程とにより計測精度を検証するとともに、
前記模擬試験条件での流れ解析により流速分布を研鑽する流速分布計算工程と、
模擬試験条件でのセンサ位置計算工程と、
前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、
該超音波伝搬計算工程による超音波伝搬計算結果から流量計測精度を検証する解析検証工程とにより計測精度を検証し、
さらに、前記模擬試験検証工程による模擬試験検証結果と前記解析検証工程による解析検証結果とを二重検証したのち、
実機を模擬した流路及び実機運転条件での流れ解析により流速分布を計算する流速分布計算工程と、
前記実機運転条件でのセンサ位置を計算するセンサ位置計算工程と、
前記流速分布と前記センサ位置を考慮して超音波伝搬を計算する超音波伝搬計算工程と、
該超音波伝搬計算工程による超音波伝搬計算結果から流量計測精度を検証することを特徴とする超音波給水流量計の検証方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１１２５３３（Ｐ２０１１−１１２５３３Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６９８１６（Ｐ２００９−２６９８１６）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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