JP4287989B2 - ガスタービン燃料供給装置の異常検知方法 - Google Patents
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Description
【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(N2)ガス(パージガス)を貯蔵するN2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、N2ボンベ2のN2ガスを燃料流路3に供給するN2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】
N2ボンベ2には、N2流路4の一端側が連結されている。
N2流路4には、制御弁間メイン燃料流路31aにN2ガスを供給するためのメイン燃料シールN2流路41と、制御弁間パイロット燃料流路32aにN2ガスを供給するためのパイロットシールN2流路42とが備えられている。パイロットシールN2流路42は、分岐点Dでメイン燃料シールN2流路41と分岐されている。メイン燃料シールN2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N2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N2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N2ガスの供給量を制御するための第1N2供給弁61が、パイロットシールN2流路42には、制御弁間パイロット燃料流路32aへのN2ガスの供給量を制御するための第2N2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N2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2N2供給弁62を開としてパイロットシールN2流路42から制御弁間パイロット燃料流路32aにN2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N2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1N2供給弁61を開としてメイン燃料シールN2流路41から制御弁間メイン燃料流路31aにN2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N2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N2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N2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、N2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2N2供給弁62及び第1N2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N2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N2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、N2ガスの充填圧力を大きくすると、N2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) N2ガスの内圧値が上記範囲内となれば、第2N2供給弁62及び第1N2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、N2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、N2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N2ガスの絶対量を抑制することができ、N2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、N2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、N2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、N2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 N2ボンベ(パージガス貯蔵庫)
3 燃料流路
4 N2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N2流路
42 パイロットシールN2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1N2供給弁
62 第2N2供給弁
100 ガスタービン
Claims (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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