JP2008267931A

JP2008267931A - 液体タンクの液位計測装置

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Publication number: JP2008267931A
Application number: JP2007109978A
Authority: JP
Inventors: Eiji Tajima; 永二田嶋; Toshihiko Hiwatari; 敏彦樋渡
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-19
Also published as: JP5033464B2

Abstract

【課題】
液体タンクの液位計測する配管構成において配管内で発生する液体温度の偏差による液位計測誤差の発生を防止し、液位の計測精度の向上を図った液体タンクの液位計測装置を提供する。
【解決手段】
液体タンク１と、液体タンクに接続される上部配管２，下部配管３，バランス管４により液体タンクの液位をバランス管４に導き、バランス管４の液位を上側液位検出配管５と下側液位検出配管６に取り付けられた検出器９とを備え、下側バランス管分岐点Ｂの高さと、下側液位検出配管の分岐高さを一致させ、上下の液位検出配管部に温度低減効果をもたせ計器の隔膜部における温度差の低減させる効果と上部配管にて発生する凝縮水を排出する排出配管７を設置することで、バランス管同士の温度差発生を防止して計器間の隔膜温度の偏差発生を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば原子力発電設備などに採用されている液体タンクの液位計測装置に係り、特に同一タンクの液位を複数の液位計にて計測する場合に計測精度を向上できる液体タンクの液位計測装置に関する。

従来一般に採用されている原子力発電設備に使用されるタンク設備の液位計測装置（水位計測装置ともいう）は、水位計測用の配管をタンク本体内の上部の気層側と下部の液層側から取り出し、タンク本体内の上部より取り出した配管と、下部より取り出した配管をつないだバランス管に生じるタンク本体水位と水頭圧にて均衡した水位をフロート式計器や差圧式計器等により検出している。同一タンク内の水位を複数の計器にて計測する場合には、バランス管を複数設置し、それぞれのバランス管水位の計測を行っている。

特に、差圧式計器により検出する場合は、バランス管の水頭圧の検出位置は、同一レベルで行っているが、バランス管それぞれのタンク本体と均衡する水位が、配管内の液体温度の変化により相違している場合は、水位測定に偏差が生じてしまう。

また、バランス管内の液体温度の偏差が発生する要因として、上側配管内で発生する凝縮水のバランス管への流入が考えら、差圧式水位計では、上側の圧力検出部と下側の圧力検出部に温度差が発生している場合は、水位計測誤差が発生するが、従来の配管構成では、温度差が生じないようにすることについては配慮されていなかった。

また、従来の技術として、〔特許文献１〕に記載のように、バランス管にクロスティーを使用し複数の計器を設置し、計器の保護する観点から、水貯め部を設けた構成を採用しているものがある。

〔特許文献２〕には、塔槽類に設けられた複数の液面計器から液面最尤値を求めるとともに、プロセス変数から塔槽類の内部流体の密度変化による誤差を補正するための液面補正値を算出し、液面最尤値と液面補正値とから液位を算出するものがある。

特開平１０−１９７６８３号公報特開昭６２−４７５２０号公報

〔特許文献１〕に記載の従来技術は、計器のダイアフラムにおける温度差による計測誤差の影響、及びバランス管を複数設置した場合の計測精度の向上対策については考慮されていなかった。このため、バランス管内の液体の温度差，計器の接液温度差が発生する可能性について配慮されておらず、水位計測に偏差が発生する可能性を有する問題があった。

又、〔特許文献２〕に記載の従来の技術は、液面最尤値と液面補正値とから液位を算出するものであり、水位計測そのものに偏差が発生する可能性を有する問題を解決するものではなかった。

本発明の目的は、バランス管の温度差発生による測定誤差を低減し、測定精度の高い液体タンクの液位計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の液体タンクの液位計測装置は、上部配管及び下部配管に複数本接続されるバランス管の下部分岐高さを同じ高さとし、バランス管に接続する下側液位検出配管を、バランス管の下部分岐高さとするものである。

また、特に隔膜式差圧伝送器を液位計として採用した配管構成においては、液位検出配管部の放熱量を大きくして隔膜部の温度差の低下を図り、上側液位検出配管と下側液位検出配管の寸法，勾配，配管仕様を同一とすることで、温度差の発生を低減させたものである。

また、バランス管の分岐部の出来るだけ近い上部配管部に排出配管を設置し、排出配管からそれぞれのバランス管までの配管長さを同一となる構成とすることで、それぞれのバランス管に流入する凝縮水は、同一量とする事が可能となり、バランス管の温度差の発生も抑制するものである。

本発明によれば、バランス管の分岐点及び液位検出配管の接続レベルを同じ高さとし、バランス管に接続する下側液位検出配管を、バランス管の下部分岐高さとすることにより、下部液位検出配管に掛かる水頭圧は、分岐基準レベルでは一致させることができ、バランス管それぞれに設置された水位計の液位検出についても一致する計測が可能となる。

本発明の一実施例である液体タンクの液位計測装置を図１から図７により説明する。

図１に示すように、液体タンク１の上部には元弁１０を介して上部配管２が取り付けられ、下部には元弁１０を介して下部配管３が取り付けられている。上部配管２のＣ部には分岐部が設けられ、排出配管７により下部配管３の分岐部と接続されている。このように、排出配管７を設置しているので、バランス管４の近傍の上部配管２で発生する凝縮水がバランス管４を経由しないで下部配管３に排出するようになっている。

上部配管２はＡ部で二方向に分岐され、それぞれ計器入口弁１１を介してバランス管４に接続されている。２つのバランス管４は計器入口弁１１を介してＢ部の分岐部で下部配管３に接続されている。

バランス管４のそれぞれの上方部にはテスト弁１４が取り付けられ、テスト弁１４の下部には上側液位検出配管５が取り付けられている。バランス管４のＢ部の高さ位置には下側液位検出配管６が取り付けられている。上側液位検出配管５，下側液位検出配管６には計器隔膜部８を介して液位を計測する検出器９が取り付けられている。本実施例では、検出器９に、隔膜部の差圧を検出し、液位を計測する隔膜式差圧伝送器を使用している。

計器隔膜部８は、フランジで構成されており、２つ穴フランジ１２を使用し、一方の配管取り合い部に水張り弁１３を設けている。この水張り弁１３を設けることで、水マノメータの計器構成と、上側液位検出配管５部への水張りが容易に行える。

このような隔膜式差圧伝送器を使用した配管構成では、計測が行われる液体タンク１と液体タンク１に接続される上部配管２及び下部配管３と、この上部配管２及び下部配管３に接続されたバランス管４により、液体タンク１の液位はバランス管４内に導かれ、水頭圧がバランスした高さにてバランス管４に液位が発生する。

本実施例では、バランス管４を２本設置して計測系を多重化しており、液体タンク１と配管系を仕切る元弁１０と、バランス管４を仕切る計器入口弁１１を設置している。このように、計器毎にバランス管４，計器入口弁１１，テスト弁１４を設置する配管構成により、計器単品毎の校正を実施できる。

隔膜式差圧伝送器により、それぞれのバランス管４に発生している液位の水頭圧を計測するため、上側液位検出配管５及び下側液位検出配管６を設け、計器隔膜部８を設置する構成とし、上側にて計測される系統圧と、下側にて計測される系統圧と水頭圧を検出器９にて差圧として検出し液位を計測するようになっている。

上側液位検出配管５は、系統側の蒸気が直接計器隔膜部８に接触しないように、水を貯める構造となっており、計器隔膜部８の温度が計器側の要求値を満たすよう、液位検出配管の勾配及び寸法を規定している。また、下側液位検出配管６においても、上側液位検出配管５と同一の勾配及び配管寸法としている。

このように構成された液体タンクの液位計測装置の動作，作用効果について説明する。下部配管３から２本のバランス管の分岐する分岐部を同レベルの高さのＢ部としているので、それぞれのバランス管４の液位はＢ部を基準としてバランスすることとなる。このため、図２に示すように、仮に一方のバランス管４の液体温度が高温となった場合には、温度が高い方のバランス管４の液位は上昇するが、Ｂ部における水頭圧は液位高さ×密度であり、温度が低い方のバランス管４とＢ部においては水頭圧が同じであるので、バランスしている状態に変化は発生しない。このように、バランス管４の分岐点であるＢ部と、同一高さの配管部を設け、下側液位検出配管６の接続点もこのＢ部と同一高さとすることで、Ｂ部と同一の水頭圧を検出することが可能となり、バランス管４に発生している液位差の影響を受けず、偏差の生じない計測が可能となる。ここで、バランス管４が２本より多くなった場合においても、図３に示すように、分岐点であるＢ部と同一レベルの分岐とすることで計測制度の確保は可能となる。

図４，図５は、それぞれ液位検出配管の構成を示す図である。図４に示すように、上側液位検出配管５，下側液位検出配管６は、バランス管４の接続点より計器隔膜部８に向かって下り勾配としている。本実施例では、勾配は１／１０としている。上側液位検出配管５は、計器隔膜部８の使用条件により、１００℃以下となるように、液位検出配管内に水を貯める構成とし、配管勾配部を充分な配管長さとして放熱できるようにしている。下側液位検出配管６についても同様な構成として、計器隔膜部８における温度差を低減し、温度偏差による計測誤差を低減している。

図５に模式的に示すように、下側液位検出配管６は液体で満たされ、１／１０下り勾配部分、計器隔膜部８も液体で満たされている。上側液位検出配管５は、蒸気で満たされ、１／１０下り勾配部分、計器隔膜部８は液体で満たされている。

図６は、配管勾配部の温度変化の一例を示す図である。バランス管４の上側液位検出配管５の取り合い部の温度は、蒸気の状態あるため温度が高く、下側液位検出配管６の取り合い部の温度は、液体であるため、温度は低い状態となっている。

この評価例では、バランス管４の上側液位検出配管５の取り合い部の温度は２３０℃、下側液位検出配管６の取り合い部の温度は１９０℃で、４０℃の温度差がある。このため、温度差低減の対策を行わない場合は、計器隔膜部８の温度もバランス管４と同程度の温度差が発生し、約２０mmの指示誤差が発生するが、本実施例では、配管の勾配及び充分な配管長を確保することで、配管長さ５６cmで温度差は約５℃程度に低減することができ、計器の指示誤差も約２.５mmと低減できる。

計測系を多重化している場合は、計器全ての配管の同一構成にすることにより、水位偏差の低減にも効果がある。さらに、バランス管の温度差が発生しない構成とすることで、温度差による影響はさらに低減する事が可能である。

バランス管の温度差発生の要因の一つとして、上部配管２で発生する凝縮水がバランス管４へ流入することがあげられる。２本のバランス管を設置する構成では、バランス管の温度を同じに保つために、流入する凝縮水を均等に制御する必要があるが、配管の接続形状を調整することは困難である。

原子力発電設備における上部配管は、非凝縮性ガスの蓄積防止対策の観点から、バランス管に向かって下り勾配とする場合、凝縮水を系統側に戻すことが困難であるから、凝縮水の排出管７を新たに設置して、凝縮水がバランス管４を経由せず、下部配管３に排出されるようにすることでバランス管の温度差発生を抑制することが可能となり、計測精度をさらに向上できる効果がある。

図７は、排出管７を設ける位置を示した斜視図である。図７に示すように、上部配管２とバランス管４の分岐点であるＡ部と、排出管７の分岐点であるＣ部の距離Ｌは短くすることが望ましい。

本実施例によれば、上部配管及び下部配管に複数本接続されるバランス管の下部分岐高さを同じ高さとし、バランス管に接続する下側液位検出配管を、バランス管の下部分岐高さとすることにより、バランス管内の温度差により、バランス管の水位に偏差が発生しても、下部液位検出配管に掛かる水頭圧は、分岐基準レベルでは一致させることができ、バランス管それぞれに設置された水位計の液位検出についても一致する計測が可能となる。

また、特に隔膜式差圧伝送器を液位計として採用した配管構成では、圧力を検知する隔膜部において、バランス管側の液温の影響等による温度差を、液位検出配管部の放熱量を大きくして隔膜部の温度差の低下を図り、上側配管と下側配管の寸法，勾配，配管仕様を同一とすることで、低減させることができる。

また、上部バランス管の分岐部手前に凝縮水を、下部配管側へ排出する排出管を設置しているので、上部配管で発生する凝縮水がバランス管に流入することを防止でき、バランス管に温度差が発生しないようにできる。

上部配管にて発生する凝縮水は通常、配管勾配により、バランス管側に流れバランス管内に流入するが、凝縮水は系統側の蒸気温度に近い高温でありバランス管の温度を上昇させる要因である。複数のバランス管を設ける水位計構成において、上部配管にて発生した凝縮水を、それぞれのバランス管に均等に流入させる廃案構成は困難である事から、バランス管の温度には差が生じるが、バランス管の分岐部の出来るだけ近い上部配管部に排出配管を設置し、排出配管からそれぞれのバランス管までの配管長さを同一となる構成とすることで、それぞれのバランス管に流入する凝縮水は、同一量とする事が可能となり、バランス管の温度差の発生も抑制することができる。

本発明の一実施例である液体タンクの液位計測装置の一部断面図である。本実施例のバランス管の液位計測の説明図である。３系列以上の多重化されたバランス管の分岐方法を示す図である。液位検出配管部の斜視図である。液位検出配管部の縦断面図である。液位検出配管部の放熱効果を説明する図である。排出管の設置例を示す斜視図である。

符号の説明

１液体タンク
２上部配管
３下部配管
４バランス管
５上側液位検出配管
６下側液位検出配管
７排出管
８計器隔膜部
９検出器
１０元弁
１１計器入口弁

Claims

液体が収納されるタンクと、該タンクの上部に連通する上部配管と、前記タンクの下部に連通する下部配管と、前記上部配管及び下部配管に分岐部を介して接続される複数のバランス管と、該バランス管の上部で接続される上側液位検出配管と、前記複数のバランス管の前記分岐部が同じ高さで接続される下側液位検出配管と、前記上側液位検出配管及び下側液位検出配管とそれぞれ計器隔膜部を介して接続される検出器を備えた液体タンクの液位計測装置。
前記上部配管と前記下部配管が排出管で接続されている請求項１に記載の液体タンクの液位計測装置。
前記上側液位検出配管及び下側液位排出配管と前記計器隔膜部との間に下り勾配部分を設け、配管長を長く形成している請求項１又は２に記載の液体タンクの液位計測装置。
前記計器隔膜部に水張り弁を設けた請求項１又は２に記載の液体タンクの液位計測装置。