JP2815625B2

JP2815625B2 - 弁内部リークの検出方法

Info

Publication number: JP2815625B2
Application number: JP24874389A
Authority: JP
Inventors: 博道熊谷
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 1989-09-25
Filing date: 1989-09-25
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH03110436A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は環境雑音が大であって暗雑音の大きい原子力
発電プラントなどにおいて使用される弁の内部のリーク
検出方法に関するものである。

（従来技術とその問題点）弁においては弁体と弁座の密着不十分や、弁体のシー
ル面に生じた傷の存在などにもとづき、圧送される流体
例えば液体がシール面を通ってリークする。従って原子
力発電プラントなどに使用される弁のように放射性液体
の漏出など小さなリークでも問題となるものでは、早期
即ちリークが微小のうちに発見できることが強く要求さ
れる。しかし従来においては、その検出に適当する手段
がなかったため、機能上具体的な問題を生じていなくて
も、使用状況などに応じて定めた期間毎に弁を分解点検
し、視覚により発見する方法がとられている。

しかし一般に原子力発電プラントの配管系には大小合
わせて１万個以上の弁が使用されており、しかもその中
には口径数10インチ、重さが数トンにも達する大型なも
のも数多く含まれる。従って分解点検に多大の日時と大
きな労力が必要であり、その費用は莫大なものとなる。
これに加えてこの間における発電停止により稼動率の著
しい低下を招くため、結果として発電コストの大きな上
昇を招くのを防ぎ得ない。従って迅速かつ信頼性の高い
弁内部のリーク検出法の開発は極めて重要である。

そこでこのような問題を解決しようとして以下のよう
な手段が提案されている。例えば第１図のように弁Ｖの
弁箱VBの外表面に音響センサCHを取付けて、弁内部のリ
ークにもとづく発生音響を電気信号として取出して知る
か、そのレベルを予め測定しておいたリーク量とレベル
の関係を照合してリーク量を知る方法である。また他の
方法として検出されたリークによる音響出力を許容値レ
ベルと比較して、これを上廻ったとき警報を発生させて
リークを報知する方法である。

これらの方法は工場試験のように暗雑音を殆ど零とな
しうる場合にはリーク量が微小であっても、ほぼこれに
対応したレベルの音量出力が得られるため、リークの検
出は可能である。しかし発電プラントにおけるように音
響雑音が大きく、音響センサが微小なリーク音と共に大
きな暗雑音の検出をよぎなくされるような場合にはリー
ク発生前後におけるレベルの変化が暗雑音中に埋もれて
判別が困難である。

また一般に発電プラントに設置された弁では、作業者
の歩く音その他による暗雑音レベルを上廻る外乱が非定
常的に入ることが多い。従って前記のように許容値レベ
ルと比較し、音響センサの出力レベルが許容値を上廻っ
たときリーク発生警報を発するようにしたものでは、上
記の外乱によって警報動作が誤って行われないようにす
るため、許容値レベルを外乱を含む暗雑音のレベル以上
に設定しなければならないため、リーク音の検出レベル
は大きくなる。従って音響センサの出力レベルに頼る方
法では原子力発電プラントにおいて要求されるような微
小レベルのリークの検出は困難であり、信頼性も十分で
はない。

（発明の目的）本発明は暗雑音に比べて微小な弁内リークでも確実に
検出できる方法を提供し、これによるリークの早期発見
により、原子力発電プラントなどにおける保守管理を容
易としたものである。

（問題点を解決するための本発明の手段）本発明は従来方法における弁箱に設けたリーク検出用
音響センサに加えて、弁から離れた位置の配管系の外表
面にも暗雑音消去用の音響センサを設けて、それぞれの
音響出力をスペクトル分析しその結果の差分をとること
により、暗雑音を消去して微小なリーク音を検出できる
ようにしたものである。次にその原理について説明す
る。

第２図のように弁Ｖの弁箱VBの外表面にリーク検出用
音響センサCH1を設けると共に、これと離れた配管系Ｌ
の外表面にも暗雑音消去用音響センサCH2を設ける。そ
して第３図のように暗雑音のみの時（以下暗雑音時と云
う）即ちリーク発生前における音響センサCH1とCH2の音
響出力P₁とP₂とをそれぞれスペクトルに分析して音響ス
ペクトルとを求めたのち、との差即ち暗雑音
時における配管系の暗雑音を弁の音響スペクトルから差
引いたスペクトルを求めて保持する。

一方リーク発生時においても音響センサCH1とCH2の音
響出力P₁′,P₂′をそれぞれスペクトル分析して音響ス
ペクトルを求めたのち、その差を求めてリーク発
生時における配管系の暗雑音を弁の音響スペクトルから
差引いたスペクトルを求める。そののち保持しておいた
暗雑音時のスペクトル差からリーク発生時のスペクト
ル差を差引いたスペクトル差と、これと逆なスペク
トルであるからからを差引いたスペクトル差を求
める。そして上記ととを比較し、その結果によって
リークの有無を判別することを特徴とするものである。

このようにすれば暗雑音は自動的にほぼ消去され、リ
ーク発生時のスペクトル差のスペクトルは暗雑音が無
くリークのみが存在する場合のリーク検出用音響センサ
CH1のスペクトルのほぼ同一のものとなるのでリークを
検出できる。なおリーク検出用と暗雑音消去用音響セン
サとして同一感度，同一周波数特性をもつものを使用し
ても、弁箱と配管系の音響特性は異なる。しかし音響ス
ペクトルとおよびとのスペクトル差を求めるこ
とによって音響特性の相異にもとづく相異は打消され、
更にとのスペクトル差を求めることにより暗雑音
の影響はほぼ打ち消されてリーク音のみのスペクトルと
ほぼ同一のものとなる。次に本発明手段による検出例に
ついて説明する。

（検出例）（１）暗雑音が大きい場合の微小リークの検出例この例は口径が３インチの玉形弁を対象とし、流体と
して窒素ガスを圧送しながら模擬の暗雑音を加振して検
出目標のリーク（例えば音響センセ出力で21mV）を発生
させた場合であって測定条件は次の通りである。

（ｉ）測定器・音響センサ特性:PZTタイプAEセンサ，共振周波数50KH
z ・プリアンプ特性：周波数帯域100Hz〜20MHz,利得40dB ・メインアンプ特性：周波数帯域1KHz〜1MHz,利得20db ・FFT分析器スペクトル分析条件；サプリングポイント2048点周波数領域:100KHz スペクトル表示；デシベル表示スペクトル差プラスのみ表示（マイナスはエラーで
DISPLAYに表示せず）第４図の波形P₁とP₂はそれぞれ弁にリークが発生して
いない暗雑音時のセンサCH1とCH2の音響出力レベルであ
る。センサCH1とCH2の音響センサの感度と周波数特性は
ほぼ同特性のものを選択しているが音響センサの取付け
場所によって音響出力レベルが異なる。次に弁の微小リ
ークが発生したためにセンサCH1とCH2の音響出力レベル
はそれぞれ第４図の波形P₁′P₂′のようになった。CH1
の音響出力レベルは微小リーク発生により55mVから59mV
に増加した。CH2の音響出力レベルは弁から離れている
ためにその増加割合はCH1に比較して小さく85mVから86m
Vに増加した。音響出力レベルの増加から弁リークの有
無を判断する場合は、CH1とCH2の音響出力レベルの増加
割合がCH1がCH2に比較して大きいので、弁にリークが発
生したことを一応判定できる。しかしCH1における4mVの
音響出力レベルの増加では判別の信頼性に欠ける。

そこで、音響出力のスペクトル分析を行いリーク検出
の本発明の判定手順を示したのが第５図である。と
はそれぞれセンサCH1とCH2の暗雑音時の音響出力のスペ
クトルである。CH1とCH2の音響センサの周波数特性がほ
ぼ同特性のものでも音響センサの取付け場所によってス
ペクトルは異なる。とはそれぞれCH1とCH2のリーク
発生時の音響出力のスペクトルである。CH1の暗雑音時
とリーク発生時のスペクトルを直接比較してもリー
ク発生の判断は出来ない。そこで暗雑音時とリーク発生
時においてセンサCH1からCH2のスペクトルを差し引いた
スペクトルがとである。暗雑音時とリーク発生時に
おいて配管形の暗雑音を引いたスペクトルになる。さら
に、このスペクトル差の差を取ったスペクトルがと
である。はリーク発生時のスペクトル差から暗雑音時
のスペクトル差を差し引いたスペクトルである。は
と逆のスペクトルである。このとの両方のスペクト
ルを比較ることによりリーク有無の判定を行う。のス
ペクトルはのスペクトルに比較して20KHzと60KHz付近
に卓越した成分が残る。よってリークは発生していると
判定できる。

なお配管形における模擬の暗雑音を除いたリーク音の
みの場合のCH1におけるスペクトルはである。実際に
は暗雑音下に隠れて見えないスペクトルであるが、の
スペクトル、すなわちリーク発生時のスペクトル差から
暗雑音時のスペクトル差を差引いたものとほぼ同一のス
ペクトルであり、本方式により暗雑音の影響が除去され
ていることがわかる。

（２）暗雑音が大きい場合の微小リーク検出例（その２）さらに微小リーク（センサの出力レベルで9mV）の検
出例を第６図，第７図に示す。第６図において弁の微小
リーク発生によりCH1の音響出力レベルは55mVから55.5m
Vになり0.5mV増加した。CH2の音響出力レベルはリーク
音が小さいのでリーク音が伝播せず変化しない。CH1に
おける0.5mVの音響出力レベルの増加からリーク有無の
判定をすることは困難である。

第７図はスペクトル比較によるリーク有無の判定手順
である。第５図と同様の手順によりスペクトル差の差を
取ったとのスペクトルの比較から、のスペクトル
はのスペクトルより卓越成分が多いと判断できるため
リーク有りと判定できる。CH1におけるリーク音のみの
スペクトルはであり20KHzと60KHz付近に微小なスペク
トル成分が卓越しているが、このスペクトルはで求め
たスペクトルと同一である。

（３）暗雑音が大きく配管系に突発的な外乱が入った
場合の微小リーク検出例実機弁における弁リーク検査時における弁を含めた配
管系の暗雑音には配管を叩く音などの大きい突発的な外
乱が入る場合がある。このような場合を想定した時の微
小リーク検出例が第８図と第９図である。第８図は暗雑
音時と弁リーク発生時に配管をハンマーで叩き大きい突
発的な外乱が頻繁に発生した場合の音響レベルの変化で
ある。弁リーク発生によりCH1の音響レベルは55mVから5
8.5mVに増加した。CH2の音響レベルは85mVから86mVに増
加した。

第９図はスペクトル比較によるリーク有無の判定結果
である。スペクトル差の差を取ったとのスペクトル
の比較から、に卓越成分がありリーク有りと判定でき
る。なおはリーク音のみの場合のCH1におけるスペク
トルである。外乱がない場合の微小リーク検出結果と同
様にリーク検出が可能である。

（４）暗雑音が大きく環境騒音に突発的な外乱が入っ
た場合の微小リーク検出例突発的な外乱の種類として空気中を伝播する空調騒音
などがあり、このような環境騒音も音響センサは感知す
る。そこで気中を伝播して音響出力レベルに影響する突
発的な外乱としてリーク音に近い高周波スペクトルを示
す0.3φノズルからの噴流音を与える。なお測定条件は
検出例（１）と同じである。

第10図と第11図はそれぞれ音響レベルの変化とスペク
トル比較によるリーク有無の判定結果である。第10図に
おいて平均的な暗雑音レベルの上にハンマー音とはレベ
ル変化が異なる噴流音による外乱が入っている。弁の微
小リーク発生によりCH1の音響レベルは57mVから58mVに
増加した。CH2の音響レベルは87mVで変化しない。

第11図のスペクトル比較によるリーク有無の判定結果
において、とのスペクトルの比較から、における
卓越成分が多く、外乱がない場合の微小リーク検出結果
と同様に暗雑音に近い音響レベルにおいてもリーク検出
が可能である。

（５）その他の環境条件の場合の微小リーク検出例ｉ）暗雑音のスペクトルが音響センサの固有周波数特
性と異なり、低い周波数領域（20KHz以下）に卓越して
いれば微小リーク検出はさらに容易であり、暗雑音より
小さいリークもスペクトル検出出来る。

ii）弁リーク検査時に微小リーク発生とともにリーク
音よりも大きい暗雑音が同時に増加した場合、スペクト
ル差による正確なリーク検出は困難であるが、予め検査
対象弁のリーク音特性を同一の音響センサで把握してお
けば暗雑音との比較によりリーク判定が可能である。

（測定回路例）次に以上の検出に使用された測定回路の一例を第12図
によって説明する。第12図においてＶは弁、VBは弁箱、
Ｌは配管、CH1はリーク検出用音響センサ、CH2は暗雑音
消去用音響センサで、CH1,CH2としては同一感度，同一
周波数特性のものが使用される。PAM1,PAM2は前置増幅
器、MAM1,MAM2は主増幅器、LD1,LD2はレベル検出器で、
音響センサCH1,CH2の出力を電圧レベルとして表示する
（検出例P₁,P₂,P₁′,P₂′参照）。RMS1,RMS2は実効値検
出器であって音響センサCH1,CH2の音響出力の実効値を
求める。FFTは本発明のためのリーク判別回路で次の各
部から形成される。CLは制御信号発生回路、S1,S2はス
ペクトル分析回路、M1,M2はメモリ装置であって、スペ
クトル分析回路S1,S2は制御信号発生回路CLからの信号P
C1,PC2により制御されて一定時間宛繰り返し音響センサ
CH1,CH2の音響出力のスペクトル分析を行い、１回のス
ペクトル分析毎にその結果を制御信号発生回路CLからの
書込みおよび読出し信号PW1 PR1 PW2 PR2により制御
されるメモリ装置M1,M2にメモリし、次のスペクトル分
析結果が入るとメモリ内容は更新される。従ってメモリ
M1,M2には常に最新のスペクトルとその一つ前のスペク
トルの分析結果がメモリされている（検出例参
照）。DSは音響スペクトルの差分回路であって、新しい
スペクトル分析結果が入る毎にメモリ装置M1,M2から読
出される音響スペクトルとの差をとる。M3,M4はメモリ
装置であって、制御信号発生回路CLからの書込み信号PW
3,PR3,PW4,PR4により音響スペクトル差分回路DSの出力
が交互に書込まれ、M3,M4にそれぞれメモリが完了する
と制御信号発生回路CLからの読出信号PR3,PR4により同
時に読出される。従ってリーク発生時M3にはその前の暗
雑音時の音響スペクトルの差分（検出例参照）が書込
まれ、メモリ装置M4にはリーク発生時の音響スペクトル
の差分（検出例参照）が書込まれている。そしてこれ
らは同時に読出される。RBは暗雑音時の音響スペクトル
の差からリーク発生時の音響スペクトルの差を差引いた
音響スペクトルを求める回路（検出例参照）、BRはリ
ーク発生時の音響スペクトルの差から暗雑音時の音響ス
ペクトルの差を差引いた音響スペクトルを求める回路
（検出例参照）、Ｒは判別用記録回路であって、回路
RB,BRの出力をそれぞれ周波数対レベル（dB）の関係と
して記録し、判別資料を与える。

（発明の効果）以上のように本発明はリーク発生時と暗雑音時におけ
る音響スペクトルの差からリークの発生を検出するよう
にしているので、リーク発生時の音響センサの出力レベ
ルの変化から検出する従来のものに比べて微小リークの
発生をも確実に検出しうるもので、原子力発電プラント
などにおける弁内部のリークの検出に使用してその効果
は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法の説明図、第２図は，第３図は本発明
の説明図、第４図と第５図，第６図と第７図、第８図と
第９図及び第10図と第11図は本発明の検出例の説明図、
第12図は本発明の測定回路例図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弁とこれと離れた配管の２点に設けられた
リーク検出用音響センサと暗雑音消去用音響センサによ
り、暗雑音時と弁内部リーク発生時の前記リーク検出用音響
センサと前記暗雑音消去用音響センサの各音響出力をそ
れぞれ検出してスペクトル分析を行い、前記暗雑音時の前記リーク検出用音響センサの音響スペ
クトルと前記暗雑音消去用音響センサの音響スペクトル
の差と、前記弁内部リーク発生時の前記リーク検出用音響センサ
の音響スペクトルと前記暗雑音消去用音響センサの音響
スペクトルの差とを検出したのち、前記暗雑音時の前記音響スペクトルの差と前記弁内部リ
ーク発生時の前記音響スペクトルの差の相互のそれぞれ
の差のスペクトルを比較して、前記弁内部のリークの有
無を検出するようにした弁内部リークの検出方法。