JPH0238937A - 圧力容器リーク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は圧力容器にリークが生じた場合、これを即座に
検出するとともに、リーク位置を同定る。

（従来の技術） 発電プラントや化学プラント等においては、各種の圧力
容器が使用されている。

これらの圧力容器は、一般的には、十分な品質管理のも
とで製造され、厳格な完工検査を経た後に供用されるが
、時にはリークを生ずることがある。

圧力容器のリークの原因としては、微少なりラック、溶
接部の割れ、フランジの弛み、ガスケットの劣化等があ
る。これらのリーク原因は経年的な変化を伴うことが多
く、圧力容器完成時の耐圧気密試験や水張り試験等では
検出できないことが多い。

圧力容器にリークが生じた場合、内部流体が例えば可燃
性物質であれば爆発や火災の危険があり、また、ランキ
ンサイクル等のエネルギ変換プラントで使用される圧力
容器であればプラントの効率が大幅に低下することにな
る。また、内部流体が蒸気や空気などの場合には、リー
クを目視検査で発見することは困難であり、特に蒸気原
動所の復水器のように圧力容器内が負圧で、外部からの
リークの場合には、外部からのリーク発見は一層困難と
なる。

リークの検知やその位置の同定を行う場合、最も確実な
方法はプラントを停止して気密漏洩試験を行うことであ
る。しかしながら、プラントの停止はエネルギーを浪費
するだけでなく、関連施設や周辺機器類に大きな影響を
与えることになる。

（発明が解決しようとする課８） 以上説明したように、気密漏洩試験方法ではプラントを
停止させる必要があり、エネルギーを浪費するだけでな
く、関連施設や周辺機器類に大きなＥ’Ｓを与えるとい
う不都合があり、また作業員の五感に頼る方法は危険な
環境下での作業となり、安全管理上、間届が大きかった
。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、圧
力容器にリークが発生した場合、プラントを停止するこ
となく、リークの発生を確実に検出でき、しかもその位
置を同定できる圧力容器リーク検出装置を提供すること
を目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の圧力容器リーク検出装置は圧力容器の外壁に３
個以上の音響センサを非直線的に取付けて前記外壁を伝
搬する音響を測定し、これらの音響センサからの信号を
プリアンプおよびメインアンプを介してリーク判定装置
に導き、正常時の音響信号と比較することによってリー
ク発生の有無を判定するとともに、前記音響センサの出
力を２個ずつ組合わせ、相互相関解析装置に入力して音
響信号到達時間差を演算し、これらの音響信号到達時間
差を示す信号をリーク位置同定装置に入力してリーク位
置を同定するよう構成したことを特徴とるものである。

（作用） 上述のように構成した本発明の圧力容器リーク検出装置
において、リークの無いときは音響センサからの信号は
暗騒音（ＢＧＮ）であり、非常に小さい出力となる。プ
リアンプ、メインアンプによって増幅された信号も小さ
くリーク判定装置もリークしていないと判定する。

一方、リークが発生した場合には、微少な間際を通して
流体が流れることになるので、その乱れや衝撃波、ある
いは凝縮、蒸発等に伴う振動が発生する。この振動エネ
ルギの一部は外壁を伝播するので、音響センサの出力は
大となり、プリアンプ、メインアンプを経て増幅された
信号も大きくなる。従って、リーク判定装置はリークが
発生していると判定する。

また複数の音響センサからの信号は相互相関解析装置に
よって音響信号到達時間差を算出され、リーク位置同定
装置によってリーク位置が同定される。

（実施例） 次に、第１図を参照しながら本発明の詳細な説明する。

なお、この実施例では、内圧が負圧で、リーク位置の同
定が特に困難と考えられる蒸気原動所における復水器を
例にとって説明する。

復水器胴の外壁１には４個の音響センサ２ａｓ２ｂ、２
ｃ、２ｄが取付けられている。これらの音響センサ２ａ
〜２ｄからの出力は増幅と、不要な周波数帯域の信号を
除去する機能を有するプリアンプ３ａ、３ｂ、３ｃ、３
ｄおよびメインアンプ４ａ、４ｂ、４ｃｓ　４ｄに導か
れる。

メインアンプ４　ａ　ｓ　４　ｃからの信号は相互相関
解析装置５ａに入力される。また、メインアンプ４ｂ、
４ｄからの信号は相互相関解析装置５ｂに入力される。

これらの相互相関解析装置５ｇ、５ｂから出力される音
響信号到達時間差信号６ａおよび６ｂはリーク位置同定
装置７に人力される。また、メインアンプ４ａ〜４ｄか
らの信号はリーク判別装置８へも送られる。

なお、本明細書では説明の便宜上、第１図の破線内の装
置、即ち相互相関解析装置５ａ、５ｂ、リーク位置同定
装置７、およびリーク判定装置８を演算部つと総称する
ことにする。

このような構成の本発明装置において、復水器胴の外壁
１にリークが無い時゛は、音響センサ２ａ〜２ｄは上部
にあるタービン本体や復水器に接続されている配管から
伝播して来る音、氷室や冷却管の中を流れる冷却水によ
る音、タービンからの排気による音、あるいは凝縮に伴
う音などを主とする暗騒音（ＢＧＮ）のみを計測する。

従ってプリアンプ３ａ〜３ｄ、メインアンプ４８〜４ｄ
によって増幅され、しかも前述のＢＧＮを効率よく除く
ように不要周波数帯域信号を除去された信号出力も小さ
いので、リーク判定装置８は、人力が予め設定されたし
きい値以下となり、リーク検知信号を出力しない。

一方、例えば第２図に示すように、音響センサ２ａ〜２
ｄから距離ｇ１、ｇ２、ｇ３、ｇ４の位置Ｘ点にてリー
クが発生した場合、第３図に示すように、各音響センサ
２ａ〜２ｄからの音響出力はリークがないときに比べて
大きくなり、プリアンプ３８〜３ｄ、メインアンプ４８
〜４ｄによって増幅、フィルタリングされた信号も大と
なる。

リーク判定装置８は音響信号の大きさが予め設定された
しきい値を越えると、リーク検知信号及び推定リーク量
を出力する。

リークによる音響は内外の圧力や流速あるいは様々な周
期で微小振動している復水器胴等の影響により、第３図
に示すように複雑な周期、振幅で変動している。これら
の音響はリーク発生位置からの距離の差により各々の音
響センサに位相差を与える。例えば第２図に示すような
位置に音響センサ２ａ〜２ｄとリーク位置Ｘがある場合
、外壁を伝播する音速をａとすれば、音響センサ２　ａ
　ｓ２ｃの出力は、第３図中に示すように、（ｇｌｌ　
２　）　／　ａの位相差を持つことになる。従って、相
互相関解析装置５ａによって音響センサ２ａ、２ｃから
の出力の相互関数を求めると、第４図のように時間シフ
トτがτ＋−（Ｎ＋−ｕ２）／ａの時にピークを示すこ
とになる。同様に、音響センサ２ｂ、２ｄからの出力の
相互間開Ｖもτ２−（Ω３−１１＜）／ａの時にピーク
を示す。

逆に、音響センサ２ａ％　２Ｃの出力に基づいて相互相
関解析装置５ａにより音響信号到達時間差を求めた場合
、２点からの距離の差が一定の点の軌跡は数学的に双曲
線となるから、第５図の双曲線１１が描ける。同様に、
音響センサ２ｂ、２ｄの音響信号到達時間差τ２から双
曲線１２が描けるので、これらの双曲線１１．１２の交
点からリーク発生位置Ｘを同定することができる。

従って、リーク判定装置８がリークを検出した時、相互
相関解析装置５ａ、５ｂによって音響信号到達時間差τ
１、τ２を表す音響信号到達時間差信号６　ａ　ｓ　６
　ｂを算定し、これらの信号をリーク位置同定装置７に
導いて、双曲線１１．１２の交点を求める演算を行うこ
とによりリークｍｌを同定することができる。

なお、上記実施例においては、４個の音響センサ２ａ〜
２ｄを使用した例につき述べたが、本発明はこれに限定
されるものではなく、４個の音響センサ２ａ〜２ｄの内
の２個を共用することにより３個としてもよい。

また、第１図において、リーク位置同定装置７で求めた
リーク位置信号をリーク判定装置８へ入力することによ
って、リーク判定精度を高めることもできる。また更に
、リーク判定装置８は音響出力を周波数領域に変換した
データで判定するようにしてもよい。

第６図は本発明の他の実施例を示す。この実施例は本発
明を特に大きな復水器胴に適用した例を示すもので、復
水器胴外壁１には多数個の音響センサ２ａ、　２ｂ、２
Ｃ・・・が取付けられている。

これらの音響センサ２ａ、２ｂ・・・の出力はプリアン
プ３ａ、３ｂ・・・およびメインアンプ４ａ１４ｂ・・
・で増幅され、不要周波数成分をカットされた後、比較
器１３および切替器１４に導かれる。

比較器１３は音響センサ２ａ、２ｂ・・・の出力の大小
によりリーク位置の大略を求め、リーク位置に近い４個
の音響センサ２ａ〜２ｄを選択し、それを切替器１４に
伝える。切替器１４は、比較器１３によって選択された
４個の音響センサ２ａ〜２ｄからの信号のみを演算部９
（その構成は第１図と同じ）の相互相関解析装置５ａ、
５ｂおよびリーク判定装置８に送る。

演算部９では、選択された４個の音響センサ２ａ〜２ｄ
からの信号に基づき、第１図の場合と同様に、相互相関
解析装置５２％　５ｂによって音響信号到達時間差τ１
、τ２を表す音響信号到達時間差信号６ａ、６ｂを算定
し、これらの信号をリーク位置同定装置７に導いて、リ
ーク位置を同定する。

従って、この実施例によれば、大きな圧力容器において
も、リークの発生検出とその位置の同定を正確に行うこ
とができる。

第７図は本発明の他の実施例を示すもので、復水器胴の
外壁１には打振装置１５が設置されており、この打振装
置は制御装置１６からの制御信号によって作動する。制
御装置１６からの信号はフィルタ１７ａ、１７ｂ・・・
にも伝えられ、メインアンプ４ａ、４ｂ・・・から演算
部９に向けて出力される音響信号から打振装置による直
接の影響を除去する。

即ち、制御装置１６から制御信号が出力されると、打振
装置１５が振動し、復水器胴外壁１に振動を伝える。打
振装置１５からの振動が音響センサ２ａ〜２ｄに到着す
る時刻は振動の伝搬速度と距離の関係から知ることがで
きる。また、復水器胴外壁１の振動により、リークして
いる微小クラック等には面積の微小変化が発生する。よ
って、フィルタ１７ａ〜１７ｄによって振動の直接の影
響を除去された音響センサ２ａ、２ｃからの音響出力に
基づく信号は第８図のようになる。従って相互相関関数
は第９図の実線で示すように鋭いピークを示し、音響信
号到達時間差の精度が向上しその結果、リーク位置の同
定精度も向上する。

なお、打振装置１５の替りに、第７図中に破線で示され
るホーン１８を使用し、外部または内部流体へ音波を与
えてもほぼ同様の効果を得ることができる。

一般に、復水器には多数の配管が接続されており、それ
には多数の弁やフランジが使用されているが、本発明は
これらの弁やフランジからのリーク漏洩の検出や同定に
適用することもできる。

第１０図は、復水器胴外壁１に接続された配管２０に止
め弁２１および盲フランジ２２を備えた圧力容器に本発
明を適用した例を示すもので、第１図におけると同様に
、復水器胴外壁１に４個の音響センサ２ａ〜２ｄが設け
られる他、配管２０にも２ｆｌ！Ｉの音響センサ２３ａ
、２３ｂが取付けられている。

このようにすれば、配管２０に取付けた２個の音響セン
サ２３ａ、２３ｂ、あるいは配管２０に取付けた１個の
音響センサと復水器胴外壁に取付けた音響センサ２ａ〜
２ｄによって配管２０のどの位置からのリークであるか
を前記と同様にして同定することができる。

［発明の効果］ 上述のように、本発明によれば、プラントの運転中にお
いても、これを停止することなく圧力容器のリーク発生
を検出し、しかもリーク位置の同定ができるので、エネ
ルギの節減や周辺機器類への悪影響を排除でき、また悪
環境下での作業から作業員を解放することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧力容器リーク検出装置の実施例を示
すブロック図、第２図は音響センサとリーク位置との関
係を示す説明図、第３図は音響センサ２ａ、２ｃの出力
例を示す説明図、第４図は相互相関関数を例示するグラ
フ、第５図はリーク位置同定方法を示す説明図、第６図
と第７図はそれぞれ本発明の他の実施例を示すブロック
図、第８図と第９図は第７図の実施例における音響セン
サの出力と相互相関関数を例示するグラフ、第１０図は
本発明の他の適用例を示す斜視図である。 １・・・・・・・・・復水器胴外壁 ２　ａ　〜２　ｅ、　２３　ａ、　２３　ｂ＝−・音響
センサ３ａ〜３ｅ・・・プリアンプ ４ａ〜４ｅ・・・メインアンプ ５ａ、、５ｂ・・・相互相関解析装置 ６　ａ　ｓ　６　ｂ・・・音響信号到達時間差信号７・
・・・・・・・・リーク位置同定装置８・・・・・・・
・・リーク判定袋ば ９・・・・・・・・・演算部 ３・・・・・・・・・比較器 ４・・・・・・・・・切替器 ５・・・・・・・・・打振装置 ６・・・・・・・・・制御装置 ７ａ〜１７ｄ・・・フィルタ ８・・・・・・・・・ホーン ０・・・・・・・・・配管 １・・・・・・・・・止め弁 ２・・・・・・・・・盲フランジ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧力容器の外壁に３個以上の音響センサを非直線的に取
   付けて前記外壁を伝搬する音響を測定し、これらの音響
   センサからの信号をリーク判定装置に導き、正常時の音
   響信号と比較することによってリーク発生の有無を判定
   するとともに、前記音響センサの出力を２個ずつ組合わ
   せ、相互相関解析装置に入力して音響信号到達時間差を
   演算し、これらの音響信号到達時間差を示す信号をリー
   ク位置同定装置に入力してリーク位置を同定するよう構
   成したことを特徴とする圧力容器リーク検出装置。