JP4287989B2 - ガスタービン燃料供給装置の異常検知方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンに燃料を供給するためのガスタービン燃料供給装置における異常検知方法、特に燃料流路に設けられた制御弁からのガス洩れを検知する異常検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン燃料供給装置（以下、単に「燃料供給装置」ともいう）としては、図１に示す構成のものが知られている。
この燃料供給装置には、燃料であるＬＮＧ（液化天然ガス）を貯蔵するＬＮＧタンク（燃料貯蔵庫）１と、窒素（Ｎ_２）ガス（パージガス）を貯蔵するＮ_２ボンベ（パージガス貯蔵庫）２と、ＬＮＧタンク１からガスタービン１００に燃料を供給する燃料流路３と、Ｎ_２ボンベ２のＮ_２ガスを燃料流路３に供給するＮ_２流路（パージガス流路）４と、が備えられている。
【０００３】
ＬＮＧタンク１には、燃料流路３が連結されており、その出側には燃料供給量を制御する燃料供給弁１１が設けられている。
燃料流路３には、ガスタービン１００の通常運転時にメイン燃料を供給するためのメイン燃料流路３１と、ガスタービン１００のパイロット運転時にパイロット燃料を供給するためのパイロット燃料流路３２とが備えられている。パイロット燃料流路は、分岐点Ａでメイン燃料流路３１と分岐されている。
メイン燃料流路３１には、メイン燃料圧力調節弁（制御弁）５１及びメイン燃料流量調節弁（制御弁）５２が設けられている。
パイロット燃料流路３２には、パイロット燃料圧力調節弁（制御弁）５３及びパイロット燃料流量調節弁（制御弁）５４が設けられている。
なお、以下において、メイン燃料流路３１のうちメイン燃料圧力調節弁５１とメイン燃料流量調節弁５２との間に挟まれた部分を、制御弁間メイン燃料流路（制御弁間燃料流路）３１ａと、パイロット燃料流路３２のうちパイロット燃料圧力調節弁５３とパイロット燃料流量調節弁５４との間に挟まれた部分を、制御弁間パイロット燃料流路（制御弁間燃料流路）３２ａと、各々称することとする。制御弁間メイン燃料流路３１ａ及び制御弁間パイロット燃料流路３２ａには、図示しない圧力計が各々設けられている。これら圧力計は図示しない判定回路と連結されており、圧力異常を検知した場合には判定回路から警報が発せられるようになっている。
更に、燃料流路３１の燃料供給弁１１と分岐点Ａとの間には、解放端３３ａ及び開放弁３３ｂとを備えた解放路３３が設けられており、開放弁３３ｂの開閉によって、燃料流路 ３の大気解放が行えるようになっている。
【０００４】
Ｎ_２ボンベ２には、Ｎ_２流路４の一端側が連結されている。
Ｎ_２流路４には、制御弁間メイン燃料流路３１ａにＮ_２ガスを供給するためのメイン燃料シールＮ_２流路４１と、制御弁間パイロット燃料流路３２ａにＮ_２ガスを供給するためのパイロットシールＮ_２流路４２とが備えられている。パイロットシールＮ_２流路４２は、分岐点Ｄでメイン燃料シールＮ_２流路４１と分岐されている。メイン燃料シールＮ_２流路４１は、連結点Ｅでその他端側を制御弁間メイン燃料流路３１ａに連結されており、また、パイロットシールＮ_２流路４２は、連結点Ｆでその他端側を制御弁間パイロット燃料流路３２ａに連結されている。
なお、メイン燃料シールＮ_２流路４１の分岐点Ｄと連結点Ｅとの間には、制御弁間メイン燃料流路３１ａへのＮ_２ガスの供給量を制御するための第１Ｎ_２供給弁６１が、パイロットシールＮ_２流路４２には、制御弁間パイロット燃料流路３２ａへのＮ_２ガスの供給量を制御するための第２Ｎ_２供給弁６２が、各々設けられている。
【０００５】
この燃料供給装置は、ガスタービン１００のパイロット運転時には、燃料供給弁１１、パイロット燃料圧力調節弁５３及びパイロット燃料流量調節弁５４を開とし、他の図示している各々の弁を全て閉としてパイロット燃料流路３２を開放し、ガスタービン１００にパイロット燃料が供給されるようにする。パイロット燃料は、パイロット燃料圧力調節弁５３で圧力を調節され、パイロット燃料流量調節弁５４で流量を調節されて、ガスタービン１００に供給される。
また、ガスタービン１００の通常運転時には、燃料供給弁１１、パイロット燃料圧力調節弁５３、パイロット燃料流量調節弁５４、メイン燃料圧力調節弁５１及びメイン燃料流量調節弁５２、を開とし、他の図示している各々の弁を全て閉としてパイロット燃料流路３２及びメイン燃料流路３１を開放し、ガスタービン１００にパイロット燃料及びメイン燃料が供給されるようにする。メイン燃料は、メイン燃料圧力調節弁５１で圧力を調節され、メイン燃料流量調節弁５２で流量を調節されて、ガスタービン１００に供給される。
【０００６】
ガスタービン１００を停止させた後、燃料流路３を閉鎖するだけでなく、燃料流路３の途中に高圧のＮ_２ガスを充填して、燃料タンク１側とガスタービン１００側の各々の燃料流路３を、互いに隔絶する。
すなわち、パイロット燃料流路３２に対しては、先ずパイロット燃料流量調節弁５４を閉として、次に第２Ｎ_２供給弁６２を開としてパイロットシールＮ_２流路４２から制御弁間パイロット燃料流路３２ａにＮ_２ガスを供給し、制御弁間パイロット燃料流路３２ａ内に滞留している燃料を充分にパージする。パージ終了後、パイロット燃料圧力調節弁５３を閉とし、制御弁間パイロット燃料流路３２ａ内にＮ_２ガスを所定圧力となるまで充填する。こうすることにより、制御弁間パイロット燃料流路３２ａを境としてパイロット燃料流路３２は隔絶される。
また、メイン燃料流路３１に対しては、先ずメイン燃料流量調節弁５２を閉として、次に第１Ｎ_２供給弁６１を開としてメイン燃料シールＮ_２流路４１から制御弁間メイン燃料流路３１ａにＮ_２ガスを供給し、制御弁間メイン燃料流路３１ａ内に滞留している燃料を充分にパージする。パージ終了後、メイン燃料圧力調節弁５１を閉とし、制御弁間メイン燃料流路３１ａ内にＮ_２ガスを所定圧力となるまで充填する。こうすることにより、制御弁間メイン燃料流路３１ａを境としてメイン燃料流路３１は隔絶される。
上記の所定圧力とは、通常は約３ＭＰａである。このような高圧をかけるのは、燃料の供給圧よりも高くして、制御弁間メイン燃料流路３１ａ及び制御弁間パイロット燃料流路３２ａに燃料が流れ込む危険を回避するため、すなわちガスタービン１００への燃料供給をより確実に遮断する必要があるためである。
【０００７】
弁からの洩れ、とりわけ、メイン燃料圧力調節弁５１、メイン燃料流量調節弁５２、パイロット燃料圧力調節弁５３あるいはパイロット燃料流量調節弁５４といった制御弁からの燃料漏れは、保安面からも、制御の健全性確保の点からも望ましくなく、ガス漏れ量を検知するリークチェックを適宜行わなければならない。従来は、上記の如く約３ＭＰａという高圧をかけたまま放置しておくのみであり、各制御弁５１〜５４からの微少の漏れがある場合、多量のＮ_２ガスを要していた。
このように、燃料流路３を閉鎖し隔絶する目的でＮ_２ガスの充填を行うものであって、各制御弁５１〜５４の異常検知について積極的に行うものではなかった。すなわち、各制御弁５１〜５４の異常を検知するという目的で行う異常検知方法が充分に確立されていなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
こうした弁からのリークを完全に無くすことは実際上まず不可能であり、そのため各制御弁５１〜５４にも、各々の構造や大きさ等を考慮して、運転時の許容リーク量が個別に定められている。しかし、この許容リーク量はあくまでもガスタービン１００の運転時という条件下で設定されたものであり、上記の如き高圧下でのリーク量が運転時における許容リーク量を越えるものか否かといったことは、厳密には検知・確認し得なかった。すなわち、運転時には何ら支障のない範囲内でリークする制御弁であっても、高圧条件下で長時間放置しているため、Ｎ_２ガス等のパージガスの絶対的なリーク量は多大なものとなり、不経済であった。
そこで、本発明者らは鋭意検討した結果、低圧であっても一定の条件下で一定の手順を経れば、制御弁の異常をより正確に検知し得るような検知方法を見出した。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、異常なリークをする弁を迅速且つ正確に検知するとともにパージガスのリーク量を抑制することで、ガスタービン燃料供給装置の信頼性を高め、運転コストの低減を図ることのできる、ガスタービン燃料供給装置の異常検知方法を提供すること目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料貯蔵庫と、パージガス貯蔵庫と、前記燃料貯蔵庫からガスタービンに燃料を供給する燃料流路と、該燃料流路の途中に設けた複数の制御弁と、前記燃料流路のうちの前記制御弁同士に挟まれた制御弁間燃料流路にパージガスを供給するパージガス流路と、を備えたガスタービン燃料供給装置における異常を検知する方法であって、前記制御弁間燃料流路内を前記パージガスでパージし、前記各制御弁を閉として前記制御弁間燃料流路の内圧が０．８０ＭＰａから０．６９ＭＰａとなるように前記パージガスを前記制御弁間燃料流路内に充填し、前記パージガスの充填状態を維持したまま３分経過させ、前記内圧が０．５９ＭＰａ以下となった場合には、前記各制御弁のうちの少なくとも１つに異常が生じていると判定するものである。
【００１１】
このような構成としたことで、従来よりも低圧でパージガスを制御弁間燃料流路に充填させることで、実際の運転時よりも低い圧力条件下で制御弁のリークチェックを行い異常を検知できる。これより、異常なリークをしている制御弁を迅速且つ正確に検知することができる。また、低圧としたことで、リークするパージガスの絶対量を抑制することができる。
また、リークチェックを行うに好ましいだけの内圧を制御弁間燃料流路にかけることができる。そのため、運転時に異常なリークをするような制御弁が、低圧条件下であっても看過される危険を回避することができる。
そして、規定時間を３分とし、規定値を０．５９ＭＰａとすれば、リークチェックを行う条件を最適化することができ、異常なリークをしている制御弁をより迅速且つ正確に検知することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービン燃料供給装置の異常検知方法の実施の形態について、図１を用いて説明する。
なお、ガスタービン燃料供給装置の装置構成は従来例と同様であるので、各構成要素についての詳細な説明は省略する。
本異常検知方法は、以下（１）〜（７）に示す手順を経るものである。事前準備として、ガスタービン１００停止後に、燃料供給弁１１を閉とするとともに開放弁３３ｂを開とし、燃料流路３を大気解放としておく。
【００１３】
（１） 先ず、パイロット燃料圧力調節弁５３及びメイン燃料圧力調節弁５１を開とし、制御弁間パイロット燃料流路３２ａ及び制御弁間メイン燃料流路３１ａの脱圧を行う。この脱圧に要する時間は、約５秒間である。
（２） パイロット燃料圧力調節弁５３及びメイン燃料圧力調節弁５１は開のままで、第２Ｎ_２供給弁６２及び第１Ｎ_２供給弁６１を開として、制御弁間パイロット燃料流路３２ａ内及び制御弁間メイン燃料流路３１ａ内に各々滞留している燃料のＮ_２ガスパージを行う。このパージに要する時間は、約３０秒間である。
【００１４】
（３） パイロット燃料圧力調節弁５３及びメイン燃料圧力調節弁５１を閉とし、制御弁間パイロット燃料流路３２ａ及び制御弁間メイン燃料流路３１ａの内圧が各々０．６９ＭＰａ以上０．８０ＭＰａ以下の値となるように、制御弁間パイロット燃料流路３２ａ内及び制御弁間メイン燃料流路３１ａ内にＮ_２ガスを充填する。このように内圧を設定するのは、内圧が、許容リーク量と異常検知の規定時間と規定圧力との相互関係より定まるためである。また、Ｎ_２ガスの充填圧力を大きくすると、Ｎ_２ガスを不経済に使用するためである。充填開始から上記範囲内の内圧値に上昇するまでには、最低でも２分以上は必要である。
【００１５】
（４） Ｎ_２ガスの内圧値が上記範囲内となれば、第２Ｎ_２供給弁６２及び第１Ｎ_２供給弁６１を閉として、リークチェックを開始する。すなわち、Ｎ_２ガスの充填状態を維持したまま、予め定めた規定時間である３分を経過させる。
なお、規定時間を３分としたのは、本発明者らが検討した結果、上記圧力下であればこの時間で充分にリークの有無のチェックが可能であるとの知見が得られたためである。
【００１６】
（５） リークチェック開始時点から３分を経過した時点で、制御弁間パイロット燃料流路３２ａの内圧又は制御弁間メイン燃料流路３１ａの内圧が、予め定めた規定値である０．５９ＭＰａより大きければ、各制御弁５１〜５４に異常は生じていないと判定する。こうした判定は、圧力弁からの計測値を受けて判定回路が行う。この場合には正常と判定したのであるから、判定回路は警報を発しない。
【００１７】
制御弁間パイロット燃料流路３２ａの内圧又は制御弁間メイン燃料流路３１ａの内圧のうちの少なくとも一方が０．５９ＭＰａ以下となれば、各制御弁５１〜５４のうちの少なくとも１つに異常が生じていると判定する。すなわち、制御弁間パイロット燃料流路３２ａの内圧が０．５９ＭＰａ以下となれば、パイロット燃料圧力調節弁５３又はパイロット燃料流量調節弁５４のうちの少なくとも一方からのリークが許容リーク量を越えていると判定する。制御弁間メイン燃料流路３１ａの内圧が０．５９ＭＰａ以下となれば、メイン燃料圧力調節弁５１又はメイン燃料流量調節弁５２のうちの少なくとも一方からのリークが許容リーク量を越えていると判定する。これらの場合には、判定回路は異常と判定したのであるから、警報を発する。
なお、規定値は、制御弁５１〜５４の許容リーク量、制御弁間パイロット燃料流路３２ａ又は制御弁間メイン燃料流路３１ａの管内容積等から算出されるものである。ここでは、各制御弁５１〜５４の許容リーク量の上限量がリークした場合に算出される、制御弁間パイロット燃料流路３２ａ又は制御弁間メイン燃料流路３１ａの内圧値よりも、概ね０．１〜０．２ＭＰａ高い内圧値、すなわち０．５９ＭＰａを規定値として定めている。
【００１８】
（６） パイロット燃料圧力調節弁５２及びメイン燃料圧力調節弁５１を開とし、制御弁間パイロット燃料流路３２ａ及び制御弁間メイン燃料流路３１ａの脱圧を行う。この脱圧に要する時間は、約３０秒間である。
（７） この脱圧後、パイロット燃料圧力調節弁５２及びメイン燃料圧力調節弁５１を閉として、リークチェックが終了するとともに、一連の異常検知手順は終了する。
各制御弁５１〜５４に異常は生じていないと判定した場合には、ガスタービン１００の次の運転があるまで、このまま燃料供給装置を待機させておく。各制御弁５１〜５４のうちの少なくとも１つに異常が生じていると判断した場合には、どの制御弁に異常が生じているかを詳細に検査し、ガスタービン１００の次の運転があるまでの間に、当該制御弁を修理あるいは交換する。
【００１９】
本実施形態に係るガスタービン燃料供給装置の異常検知方法においては、従来の３ＭＰａよりもかなり低圧の０．８０ＭＰａ以下で、Ｎ_２ガスを制御弁間メイン燃料流路３１ａ及び制御弁間パイロット燃料流路３２ａに充填させることで、実際の運転時により低い圧力条件下で制御弁５１〜５４のリークチェックを行い異常を検知できる。これより、異常なリークをしている制御弁を迅速且つ正確に検知することができ、正常な制御弁を修理・交換するような作業ロスを抑制し、信頼性を高めて、運転コストの低減を図ることができる。
また、低圧としたことで、リークするＮ_２ガスの絶対量を抑制することができ、Ｎ_２ガスの使用量を低減することができ、コスト削減を図ることができる。
【００２０】
更に、制御弁間メイン燃料流路３１ａ及び制御弁間パイロット燃料流路３２ａの内圧が、０．６９ＭＰａ以上となるように、Ｎ_２ガスを充填するようにしているので、各制御弁５１〜５４の異常なリークをチェックし易くできるとともに、Ｎ_２ガスを経済的に使用でき、リークチェックの信頼性を高めることができる。
【００２１】
更に、規定時間を３分に設定すると共に、規定値を０．５９ＭＰａに設定しているので、短時間で充分にリークの有無がチェック可能になるとともに、制御弁５１〜５４の許容リーク量の上限量がリークした場合には異常と判定することとなる。そのため、制御弁５１〜５４に異常の兆候があれば検知して、ガスタービン１００を再運転した際にトラブルが発生するのを未然に防止できる。すなわち、リークチェックを行う条件を最適化することができ、リークチェックの信頼性を更に高めることができる。
【００２２】
なお、上記実施形態においては、一連の異常検知手順終了後に、このまま燃料供給装置を待機させておくこととしたが、より安全性を確実にするために、従来例と同様に、Ｎ_２パージを行ってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るガスタービン燃料供給装置の異常検知方法によれば、異常なリークをする弁を迅速且つ正確に検知するとともにパージガスのリーク量を抑制することで、ガスタービン燃料供給装置の信頼性を高め、運転コストの低減を図ることのできる、ガスタービン燃料供給装置の異常検知方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を実施するためのガスタービン燃料供給装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ ＬＮＧタンク（燃料貯蔵庫）
２ Ｎ_２ボンベ（パージガス貯蔵庫）
３ 燃料流路
４ Ｎ_２流路（パージガス流路）
３１ メイン燃料流路
３１ａ 制御弁間メイン燃料流路（制御弁間燃料流路）
３２ パイロット燃料流路
３２ａ 制御弁間パイロット燃料流路（制御弁間燃料流路）
４１ メイン燃料シールＮ_２流路
４２ パイロットシールＮ_２流路
５１ メイン燃料圧力調節弁（制御弁）
５２ メイン燃料流量調節弁（制御弁）
５３ パイロット燃料圧力調節弁（制御弁）
５４ パイロット燃料流量調節弁（制御弁）
６１ 第１Ｎ_２供給弁
６２ 第２Ｎ_２供給弁
１００ ガスタービン

Claims (1)

1. 燃料貯蔵庫と、
   パージガス貯蔵庫と、
   前記燃料貯蔵庫からガスタービンに燃料を供給する燃料流路と、
   該燃料流路の途中に設けた複数の制御弁と、
   前記燃料流路のうちの前記制御弁同士に挟まれた制御弁間燃料流路にパージガスを供給するパージガス流路と、を備えたガスタービン燃料供給装置における異常を検知する方法であって、
   前記制御弁間燃料流路内を前記パージガスでパージし、
   前記各制御弁を閉として前記制御弁間燃料流路の内圧が０．８０ＭＰａから０．６９ＭＰａとなるように前記パージガスを前記制御弁間燃料流路内に充填し、
   前記パージガスの充填状態を維持したまま３分経過させ、前記内圧が０．５９ＭＰａ以下となった場合には、前記各制御弁のうちの少なくとも１つに異常が生じていると判定することを特徴とするガスタービン燃料供給装置の異常検知方法。

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