JP6362992B2 - 熱交換器の監視装置及び熱交換器の監視方法 - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器の監視装置及び熱交換器の監視方法に関するものである。
ガスタービン発電プラント、原子力発電プラント、化学プラント、及び石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）プラントといった各種のプラントでは、プラントが正常に運転されているか否かを監視するために、温度及び圧力といったプラントの状態量が取得されている。
例えば、ＩＧＣＣプラントでは、生成する炭素含有燃料を扱う熱交換器が設けられている。そして、この熱交換器は、炭素含有燃料（例えば燃料ガス）と伝熱管を流れる熱交換媒体（例えば水）との間で熱交換を行うが、炭素含有燃料が伝熱面に付着することで、伝熱面が閉塞するという異常が生じる可能性がある。このため、炭素含有燃料を扱う熱交換器の状態も、プラントが正常に運転されているか否かを監視するための監視対象に含まれる。
ここで、特許文献１には、プラントの状態量に基づくマハラノビス距離を用いてプラントの運転状態を監視するプラント状態監視方法が開示されている。
すなわち、特許文献１に開示されているプラント状態監視方法は、プラントの起動運転期間の運転状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第一の単位空間を、プラントの起動運転期間における状態量に基づいて作成する第一の単位空間作成工程と、プラントの負荷運転期間の運転状態が正常であるか否かを判定する際の基準となるデータの集合体である第二の単位空間を、プラントの負荷運転期間における状態量に基づいて作成する第二の単位空間作成工程と、を実行する。
上記第一の単位空間作成工程では、プラントの起動運転中におけるプラントの状態を評価する時点から第一の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第二の期間過去に遡った時点までの期間におけるプラントの状態量に基づいて、第一の単位空間を作成する。また、上記第二の単位空間作成工程では、プラントの負荷運転中におけるプラントの状態を評価する時点から第三の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第四の期間過去に遡った時点までの期間におけるプラントの状態量に基づいて、第二の単位空間を作成する。
上記第一の単位空間作成工程では、プラントの起動運転中におけるプラントの状態を評価する時点から第一の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第二の期間過去に遡った時点までの期間におけるプラントの状態量に基づいて、第一の単位空間を作成する。また、上記第二の単位空間作成工程では、プラントの負荷運転中におけるプラントの状態を評価する時点から第三の期間過去に遡った時点から、同時点からさらに第四の期間過去に遡った時点までの期間におけるプラントの状態量に基づいて、第二の単位空間を作成する。
特許文献１の図４には、マハラノビス距離の概念を示す概念図として、横軸を吸入空気温度とし、縦軸をガスタービンの出力とした単位空間が示されている。図４に示される特性は、正の強相関があり、線形である。
しかしながら、ガスタービンにおいて単位空間を一括で扱っても、その特性が線形でない場合、特許文献１に記載の方法では、プラント状態が異常である場合に検知漏れが生じる可能性がある。特に、部分負荷で運転を行うプラントでは、異なる負荷帯間ではプラントの状態変化が線形とならない場合がある。
しかしながら、ガスタービンにおいて単位空間を一括で扱っても、その特性が線形でない場合、特許文献１に記載の方法では、プラント状態が異常である場合に検知漏れが生じる可能性がある。特に、部分負荷で運転を行うプラントでは、異なる負荷帯間ではプラントの状態変化が線形とならない場合がある。
そして、炭素含有燃料を扱う熱交換器の異常を監視する場合でも、プラントの状態変化が線形でない場合、特許文献１に記載の方法では、検知漏れが生じる可能性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、より確実に熱交換器の異常を検知できる、熱交換器の監視装置及び熱交換器の監視方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の熱交換器の監視装置及び熱交換器の監視方法は以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る熱交換器の監視装置は、負荷が変化するプラントに設置され、炭素含有燃料と伝熱管を流れる熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器の監視装置であって、前記プラントの負荷毎に前記熱交換器の状態量の平均値及び標準偏差を算出し、該平均値及び該標準偏差に基づいてマハラノビス距離を算出する演算手段と、前記演算手段によって算出されたマハラノビス距離により前記伝熱管の伝熱面の異常の有無を判定する異常判定手段と、を備える。
本発明に係る監視装置は、負荷が変化するプラントに設置される熱交換器を監視するものである。この熱交換器は、炭素含有燃料と伝熱管を流れる熱交換媒体との間で熱交換を行う。
炭素含有燃料が流れる熱交換器は、伝熱面に炭素（煤）が付着することにより、伝熱面が閉塞して十分な熱交換を行えない等の異常が生じる場合がある。そこで、本発明は、マハラノビス距離を用いて熱交換器の異常の有無を判定する。
炭素含有燃料が流れる熱交換器は、伝熱面に炭素（煤）が付着することにより、伝熱面が閉塞して十分な熱交換を行えない等の異常が生じる場合がある。そこで、本発明は、マハラノビス距離を用いて熱交換器の異常の有無を判定する。
ここで、マハラノビス距離を算出するための単位空間におけるパラメータ分布の特性が正の強相関（線形）である場合には、この単位空間を一括で扱っても、熱交換器の異常を漏れなく検知できる。しかしながら、上記特性が線形でない場合、単位空間を一括で扱うと、熱交換器の異常の検知漏れが生じる可能性がある。
そこで、演算手段によって、プラントの負荷毎に熱交換器の状態量の平均値及び標準偏差が算出され、平均値及び標準偏差に基づいてマハラノビス距離が算出される。そして、算出されたマハラノビス距離により伝熱管の伝熱面の異常の有無が、異常判定手段によって判定される。すなわち、単位空間がプラントの負荷毎とされる。
これにより、本発明は、熱交換器の異常の検知漏れが抑制されるので、より確実に熱交換器の異常を検知できる。
上記第一態様では、前記状態量が、前記炭素含有燃料の流れ方向における複数の温度、差圧、及び流量、並びに前記熱交換媒体の流れ方向における複数の温度、差圧、及び流量の少なくとも何れか一つであってもよい。
本構成によれば、熱交換器の異常をより適切に判定できる。
上記第一態様では、前記熱交換器に、前記伝熱管に付着した煤を除去する除煤装置が備えられ、前記異常判定手段によって異常が生じていると判定された場合、前記除煤装置の運用条件を変更してもよい。
本構成によれば、前記伝熱管に付着した煤をより除去できるように除煤装置の運用条件を変更することで、熱交換器の異常を解消することができる。
本発明の第二態様に係る熱交換器の監視方法は、負荷が変化するプラントに設置され、炭素含有燃料と伝熱管を流れる熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器の監視方法であって、前記プラントの負荷毎に前記熱交換器の状態量の平均値及び標準偏差を算出し、該平均値及び該標準偏差に基づいてマハラノビス距離を算出する第１工程と、算出したマハラノビス距離により前記伝熱管の伝熱面の異常の有無を判定する第２工程と、を含む。
本発明によれば、より確実に熱交換器の異常を検知できる、という優れた効果を有する。
以下に、本発明に係る熱交換器の監視装置及び熱交換器の監視方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る異常監視装置１０の構成を示す模式図である。異常監視装置１０は、熱交換器２０の運転中の状態を監視して、熱交換器２０が正常に運転されているか否かを判定する。
本実施形態に係る熱交換器２０は、炭素含有燃料と熱交換媒体（例えば水）との間で熱交換を行うものであり、燃料流路２２、伝熱管２４、除煤装置２６を備える。
炭素含有燃料は、燃料流路２２を介して熱交換器２０へ供給される。炭素含有燃料の例としては、例えば燃料ガスや紛体燃料等が挙げられる。熱交換器２０の内部には、伝熱管２４が通っており、これにより伝熱面２８が構成される。そして、伝熱面２８において、燃料流路２２から熱交換器２０に流れる炭素含有燃料と、伝熱管２４を流れる熱交換媒体との間で熱交換が行われる。
炭素含有燃料は、燃料流路２２を介して熱交換器２０へ供給される。炭素含有燃料の例としては、例えば燃料ガスや紛体燃料等が挙げられる。熱交換器２０の内部には、伝熱管２４が通っており、これにより伝熱面２８が構成される。そして、伝熱面２８において、燃料流路２２から熱交換器２０に流れる炭素含有燃料と、伝熱管２４を流れる熱交換媒体との間で熱交換が行われる。
除煤装置２６は、伝熱面２８に付着した煤を除去する。この煤は、炭素含有燃料に含まれる炭素等である。除煤装置２６としては、伝熱面６に圧縮ガス（窒素や蒸気等）を噴射する噴射式除煤装置（例えば、スーツブロワ）等が用いられるが、これに限らず、伝熱面２８に振動を与える振動式除煤装置や伝熱面２８に硬球を落下させる硬球落下式除煤装置等が用いられてもよい。
異常監視装置１０によって監視される熱交換器２０の状態量は、例えば、熱交換器２０の１次側の流れ方向Ｇにおける複数の位置の温度（例えば、熱交換器２０の入口温度、中間温度、出口温度等）、１次側の流れ方向Ｇにおける入出口の差圧、１次側の流量、２次側の流れ方向Ｗの複数の位置の温度（例えば、伝熱管２４の入口温度、中間温度、出口温度等）、２次側の流れ方向Ｗにおける入出口の差圧、２次側の流量等である。これらの状態量は、状態量検出手段（温度センサ、圧力センサ、及び流量センサ、以下総称して「センサ」という。）によって検出される。これらの状態量は、熱交換器２０の異常をより適切に判定するための監視対象であり、以下の説明においてセンサによって検出された状態量を示すデータを監視対象データという。
なお、熱交換器２０の１次側とは、高温側のことを示す。すなわち、本実施形態において熱交換器２０の１次側とは炭素含有燃料が流れる側のことを示す。他方、熱交換器２０の２次側とは、低温側のことを示す。すなわち、本実施形態において熱交換器２０の２次側とは熱交換媒体が流れる側のことを示す。
なお、熱交換器２０の１次側とは、高温側のことを示す。すなわち、本実施形態において熱交換器２０の１次側とは炭素含有燃料が流れる側のことを示す。他方、熱交換器２０の２次側とは、低温側のことを示す。すなわち、本実施形態において熱交換器２０の２次側とは熱交換媒体が流れる側のことを示す。
ここで、本実施形態に係る熱交換器２０は、一例として、図２に示される石炭ガス化複合発電プラント（以下「ＩＧＣＣプラント」という。）に設置される。
図２に示されるように、本第１実施形態に係るＩＧＣＣプラント３０は、主として、石炭ガス化炉３２、ガスタービン設備３４、蒸気タービン設備３６、及び排熱回収ボイラ（以下「ＨＲＳＧ」という。）３８を備える。
図２に示されるように、本第１実施形態に係るＩＧＣＣプラント３０は、主として、石炭ガス化炉３２、ガスタービン設備３４、蒸気タービン設備３６、及び排熱回収ボイラ（以下「ＨＲＳＧ」という。）３８を備える。
石炭ガス化炉３２の上流側には、石炭ガス化炉３２へと微粉炭を供給する石炭供給設備４０が設けられている。この石炭供給設備４０は、原料炭を粉砕して数μｍ〜数百μｍの微粉炭とする粉砕機（図示せず）を備えており、この粉砕機によって粉砕された微粉炭が複数のホッパ４２に貯留されるようになっている。
各ホッパ４２に貯留された微粉炭は、一定流量ずつ空気分離設備４４から供給される窒素ガスと共に石炭ガス化炉３２へと搬送される。空気分離設備４４は、空気から窒素ガス及び酸素ガスを分離し、これらを石炭ガス化炉３２へ供給する装置である。
各ホッパ４２に貯留された微粉炭は、一定流量ずつ空気分離設備４４から供給される窒素ガスと共に石炭ガス化炉３２へと搬送される。空気分離設備４４は、空気から窒素ガス及び酸素ガスを分離し、これらを石炭ガス化炉３２へ供給する装置である。
石炭ガス化炉３２は、下方から上方へとガスが流されるように形成された石炭化部３２ａと、石炭化部３２ａの下流側に接続されて、上方から下方へとガスが流されるように形成されたガス冷却器（ＳＧＣ：Syn Gas Cooler）３２ｂとを備えている。
石炭化部３２ａには、下方から、コンバスタ及びリダクタが設けられている。コンバスタは、微粉炭及びチャーの一部分を燃焼させ、残りは熱分解により揮発分（ＣＯ、Ｈ２、低級炭化水素）として放出させる部分である。
コンバスタ及びリダクタには、それぞれ、コンバスタバーナ及びリダクタバーナが設けられており、コンバスタバーナ及びリダクタバーナに対して石炭供給設備４０から微粉炭が供給される。コンバスタバーナには、ガスタービン設備３４の空気圧縮機３４ｃより抽気した空気が空気昇圧機４６及び酸化剤供給路４８を介して、空気分離設備４４において分離された酸素ガスと共に酸化剤として供給されるようになっている。リダクタでは、コンバスタからの高温燃焼ガスによって微粉炭がガス化される。これにより、石炭からＣＯやＨ２等の気体燃料となる可燃性ガス（以下「燃料ガス」という。）が生成される。
コンバスタ及びリダクタには、それぞれ、コンバスタバーナ及びリダクタバーナが設けられており、コンバスタバーナ及びリダクタバーナに対して石炭供給設備４０から微粉炭が供給される。コンバスタバーナには、ガスタービン設備３４の空気圧縮機３４ｃより抽気した空気が空気昇圧機４６及び酸化剤供給路４８を介して、空気分離設備４４において分離された酸素ガスと共に酸化剤として供給されるようになっている。リダクタでは、コンバスタからの高温燃焼ガスによって微粉炭がガス化される。これにより、石炭からＣＯやＨ２等の気体燃料となる可燃性ガス（以下「燃料ガス」という。）が生成される。
ガス冷却器３２ｂには、上述した熱交換器２０が複数設置されており、リダクタから導かれる燃料ガスから顕熱を得て蒸気を発生させ、ガス化炉３内で発生した燃料ガスを冷却する。熱交換器２０において発生した蒸気は、主として、蒸気タービン３６ｂの駆動用蒸気として用いられる。ガス冷却器３２ｂを通過した燃料ガスは、除塵設備５０へと導かれる。この除塵設備５０は、ポーラスフィルタを備えており、ポーラスフィルタを通過させることによって燃料ガスに混在する未燃分を含んだチャーを捕捉して回収する。
このように回収されたチャーは、石炭ガス化炉３２のチャーバーナへと返送されてリサイクルされる。
このように回収されたチャーは、石炭ガス化炉３２のチャーバーナへと返送されてリサイクルされる。
除塵設備５０を通過した燃料ガスは、ガス精製設備２２によって精製されて、ガスタービン設備３４の燃焼器３４ａへと送られる。
ガスタービン設備３４は、燃料ガスが燃焼させられる燃焼器３４ａと、燃焼ガスによって駆動されるガスタービン３４ｂと、燃焼器３４ａへと高圧空気を送り出す空気圧縮機３４ｃとを備えている。ガスタービン３４ｂと空気圧縮機３４ｃとは同一の回転軸３４ｄによって接続されている。空気圧縮機３４ｃにおいて圧縮された空気は、抽気されて燃焼器３４ａとは別に、空気昇圧機４６へも導かれるようになっている。
ガスタービン３４ｂを通過した燃焼排ガスは、ＨＲＳＧ３８へと導かれ、蒸気タービン３６ｂには、石炭ガス化炉３２及びＨＲＳＧ３８から高圧蒸気が供給される。一例として、回転軸３４ｄには、ガスタービン３４ｂと共に蒸気タービン３６ｂが接続され、蒸気タービン設備３６を挟んでガスタービン設備３４の反対側に、電気を出力する発電機５２が設けられている。
なお、ＨＲＳＧ３８は、ガスタービン３４ｂからの燃焼排ガスによって蒸気を発生すると共に、燃焼排ガスを煙突５４から大気へと放出する。
なお、ＨＲＳＧ３８は、ガスタービン３４ｂからの燃焼排ガスによって蒸気を発生すると共に、燃焼排ガスを煙突５４から大気へと放出する。
このように本実施形態に係る熱交換器２０は、一例として、ＩＧＣＣプラント３０の石炭ガス化炉３２におけるガス冷却器３２ｂに備えられる。そして、熱交換器２０は、炭素含有燃料である燃料ガスと熱交換媒体との間で熱交換を行う。
炭素含有燃料が流れる熱交換器２０は、伝熱面２８に炭素が付着し、それが除煤装置２６でも取り除けないと、伝熱面２８が閉塞して十分な熱交換を行えない等の異常が生じる場合がある。そこで、異常監視装置１０は、マハラノビス距離を用いて熱交換器２０の異常の有無を判定する。
炭素含有燃料が流れる熱交換器２０は、伝熱面２８に炭素が付着し、それが除煤装置２６でも取り除けないと、伝熱面２８が閉塞して十分な熱交換を行えない等の異常が生じる場合がある。そこで、異常監視装置１０は、マハラノビス距離を用いて熱交換器２０の異常の有無を判定する。
異常監視装置１０は、図１に示されるように、入出力部（Ｉ／Ｏ）１２、記憶部１４、及び処理部１６を備えている。
入出力部１２は、熱交換器２０に取り付けられた各種センサから、熱交換器２０の状態量を示す監視対象データが入力される。各種センサは、ＩＧＣＣプラント３０の起動開始から所定の時間間隔で定期的に状態量を検出し、入出力部１２へ出力する。入出力部１２は、監視対象データを記憶部１４に出力する。
また、入出力部１２は、処理部１６による処理結果をコントロールパネル１８へ出力する。コントロールパネル１８は、ＩＧＣＣプラント３０を制御するための各種情報を表示可能とされている。
また、入出力部１２は、処理部１６による処理結果をコントロールパネル１８へ出力する。コントロールパネル１８は、ＩＧＣＣプラント３０を制御するための各種情報を表示可能とされている。
記憶部１４では、入力された監視対象データを時系列、かつＩＧＣＣプラント３０の負荷毎に記憶する。なお、以下の説明において、時系列毎に記憶された複数の監視対象データを監視対象データ群という。
処理部１６は、監視対象データ群のマハラノビス距離を算出する演算処理（詳細は後述）を行い、算出したマハラノビス距離を記憶部１４に記憶させる。
なお、処理部１６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
図３は、処理部１６の機能を示す機能ブロック図である。
処理部１６は、マハラノビス距離演算部６０、異常判定部６２、及び運用条件変更部６４を備える。
処理部１６は、マハラノビス距離演算部６０、異常判定部６２、及び運用条件変更部６４を備える。
マハラノビス距離演算部６０は、ＩＧＣＣプラント３０の負荷毎に監視対象データ群の平均値及び標準偏差を算出し、該平均値及び該標準偏差に基づいてマハラノビス距離を算出する。
なお、平均値及び標準偏差を算出するための監視対象データ群は、過去に正常な値と判断されたものである。
なお、平均値及び標準偏差を算出するための監視対象データ群は、過去に正常な値と判断されたものである。
ここで、マハラノビス距離を算出するための単位空間における監視対象データ群の分布特性が正の強相関（線形）である場合には、この単位空間を一括で扱っても、熱交換器２０の異常を漏れなく検知できる。しかしながら、上記特性が線形でない場合、単位空間を一括で扱うと、熱交換器２０の異常の検知漏れが生じる可能性がある。
例えば、ＩＧＣＣプラント３０では、図４に示されるように、部分負荷（一例として全負荷（１００％）の８５％、７０％、６０％）で運転する場合があり、これらの部分負荷毎に熱交換器２０の状態量を示す監視対象データが複数検知される。すなわち、ＩＧＣＣプラント３０では負荷帯が異なると、異なる負荷帯における状態量同士では非線形である。図４の例では、各負荷における監視対象データの数（標本数）は同一としている。
図５は、横軸を負荷とし、縦軸を状態量とした場合における正常とみなされる単位空間の範囲を示す模式図の一例である。
全ての負荷帯を一つの単位空間として一括で扱った場合、正常とみなされる単位空間の範囲は、図５に示される破線内となる。一方、負荷帯毎に一つの単位空間として扱った場合、正常とみなされる単位空間の範囲は、図５に示される実線内となる。
全ての負荷帯を一つの単位空間として一括で扱った場合、正常とみなされる単位空間の範囲は、図５に示される破線内となる。一方、負荷帯毎に一つの単位空間として扱った場合、正常とみなされる単位空間の範囲は、図５に示される実線内となる。
図５に示されるように各負荷帯を一つの単位空間として扱う場合の方が、全ての負荷帯を一つの単位空間として扱う場合に比べて、正常とみなされる単位空間の範囲は狭い。
すなわち、図５のＡ点の状態量は、各負荷帯を一つの単位空間として扱う場合では、異常と判定される。一方、全ての負荷帯を一つの単位空間として扱う場合には、Ａ点の状態量は異常と判定されずに正常と判定され、異常の検知漏れが生じることとなる。
すなわち、図５のＡ点の状態量は、各負荷帯を一つの単位空間として扱う場合では、異常と判定される。一方、全ての負荷帯を一つの単位空間として扱う場合には、Ａ点の状態量は異常と判定されずに正常と判定され、異常の検知漏れが生じることとなる。
そこで、本実施形態では、単位空間における線形性を保つために、単位空間をＩＧＣＣプラント３０の負荷毎に分ける。そして、マハラノビス距離演算部６０によって、監視対象データ群の平均値及び標準偏差を、ＩＧＣＣプラント３０の負荷毎の関数（平均値ｍ＝Ｆ１（負荷）、標準偏差σ＝Ｆ２（負荷）として算出する。
図６は、ＩＧＣＣプラント３０の負荷毎における所定状態量（監視対象データ群、例えば熱交換器２０の１次側の流れ方向Ｇにおける複数の位置の温度差）の平均値ｍを示すグラフである。図７は、ＩＧＣＣプラント３０の負荷毎における所定状態量の標準偏差σを示すグラフである。
図６，７に示されるように、ＩＧＣＣプラント３０の負荷に応じて熱交換器２０に流れる燃料ガスの流量が変化することにより、状態量の平均値ｍ及び標準偏差σは異なっている。
図６，７に示されるように、ＩＧＣＣプラント３０の負荷に応じて熱交換器２０に流れる燃料ガスの流量が変化することにより、状態量の平均値ｍ及び標準偏差σは異なっている。
そして、一例として、下記（１）式により、算出した平均値ｍ及び算出した標準偏差σに基づいてマハラノビス距離ＭＤが算出される。
（１）式において、ｘは現在の状態量である。（１）式に示されるように、現在の状態量と平均値ｍとの差が大きい程、マハラノビス距離は大きくなる。
なお、マハラノビス距離の算出に用いられる状態量の種類は、１種類でもよいし、２種類以上を用いてもよい。
なお、マハラノビス距離の算出に用いられる状態量の種類は、１種類でもよいし、２種類以上を用いてもよい。
異常判定部６２は、マハラノビス距離演算部６０によって算出されたマハラノビス距離（以下「算出マハラノビス距離」という。）により伝熱管２４の伝熱面２８の異常の有無を判定する。具体的には、異常判定部６２は、算出マハラノビス距離が所定の判定閾値以上の場合に、伝熱面２８に異常が生じていると判定する。
判定閾値は、過去における正常時のマハラノビス距離に基づいて決定されており、ＩＧＣＣプラント３０の負荷毎に記憶部１４に予め記憶されている。例えば、正常時のマハラノビス距離が判定閾値そのものとされてもよいし、正常時のマハラノビス距離に裕度を加算した値が判定閾値とされてもよい。
判定閾値は、過去における正常時のマハラノビス距離に基づいて決定されており、ＩＧＣＣプラント３０の負荷毎に記憶部１４に予め記憶されている。例えば、正常時のマハラノビス距離が判定閾値そのものとされてもよいし、正常時のマハラノビス距離に裕度を加算した値が判定閾値とされてもよい。
運用条件変更部６４は、異常判定部６２によって異常と判定された場合に、熱交換器２０の伝熱管２４の付着した煤をより除去できるように除煤装置２６の運用条件を変更する。除煤装置２６の運用条件の変更方法としては、例えば、除煤装置２６の使用頻度を上げる、除煤装置２６がスーツブロワの場合には噴射する圧縮ガスの圧力を上昇させる等である。これにより、異常監視装置１０は、熱交換器２０の異常を解消することができる。
図８は、本実施形態に係る異常監視装置１０による熱交換器２０の監視処理（以下「熱交換器監視処理」という。）の流れを示すフローチャートである。
まず、ステップ１００では、予め定められた時間間隔で熱交換器２０に設けられている各種センサから熱交換器２０の状態量を示す監視対象データを取得する。取得された監視対象データは、記憶部１４に時系列、かつＩＧＣＣプラント３０の負荷毎に記憶される。
次のステップ１０２では、記憶部１４に記憶されている監視対象データ群に基づいて、処理部１６が現在の監視対象データにおけるマハラノビス距離を算出する。
次のステップ１０４では、ステップ１０２で算出したマハラノビス距離の負荷に対応する判定閾値を記憶部１４から処理部１６が読み出し、算出マハラノビス距離と判定閾値を比較し、伝熱面２８の異常の有無を判定する。すなわち、算出マハラノビス距離が判定閾値以上である場合には、異常が生じている判定し、ステップ１０６へ移行する。一方、算出マハラノビス距離が判定閾値未満である場合には、異常が生じていないと判定し、ステップ１００へ戻り、監視対象データの取得、マハラノビス距離の算出、及び異常判定を繰り返す。
なお、マハラノビス距離の算出は、監視対象データを取得する毎に行わずに、予め定められた所定期間毎に行われてもよい。
また、ステップ１０４では、算出マハラノビス距離が判定閾値以上となることが所定期間以上（例えば１時間以上）連続した場合や、所定期間内に予め定められた回数以上となる場合に、異常が生じていると判定してもよい。これにより、異常の誤検知が抑制される。
また、ステップ１０４では、算出マハラノビス距離が判定閾値以上となることが所定期間以上（例えば１時間以上）連続した場合や、所定期間内に予め定められた回数以上となる場合に、異常が生じていると判定してもよい。これにより、異常の誤検知が抑制される。
ステップ１０６では、コントロールパネル１８へ熱交換器２０に異常が生じていることを警報させると共に、熱交換器２０の運用条件を変更し、ステップ１００へ戻る。
以上説明したように、本実施形態に係る異常監視装置１０は、負荷が変化するＩＧＣＣプラント３０に設置され、炭素含有燃料と伝熱管２４を流れる熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器２０を監視する。そして、異常監視装置１０は、ＩＧＣＣプラント３０の負荷毎に熱交換器２０の状態量の平均値及び標準偏差を算出し、該平均値及び該標準偏差に基づいてマハラノビス距離を算出し、算出したマハラノビス距離により伝熱管２４の伝熱面２８の異常の有無を判定する。
これにより、異常監視装置１０は、熱交換器２０の異常の検知漏れが抑制されるので、より確実に熱交換器２０の異常を検知できる。
これにより、異常監視装置１０は、熱交換器２０の異常の検知漏れが抑制されるので、より確実に熱交換器２０の異常を検知できる。
以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記実施形態を適宜組み合わせてもよい。
例えば、上記実施形態では、熱交換器２０がＩＧＣＣプラント３０に備えられる形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、炭素含有燃料と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器２０であれば備えられるプラントの種類は限定されず、例えばボイラ等に備えられてもよい。
また、上記実施形態では、プラントの負荷が大きくなると、熱交換器２０を流れる炭素含有燃料量も大きくなるというように、プラントの負荷と熱交換器２０を流れる炭素含有燃料量は、相関関係がある。そこで、プラントの負荷毎の監視対象データ群の平均値及び標準偏差の替わりに、熱交換器２０を流れる炭素含有燃料量毎の監視対象データ群の平均値及び標準偏差に基づいてマハラノビス距離を算出してもよい。
また、上記実施形態で説明した熱交換器監視処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。
１０ 異常監視装置
１６ 処理部
２０ 熱交換器
２４ 伝熱管
２８ 伝熱面
３０ ＩＧＣＣプラント
６０ マハラノビス距離演算部
６２ 異常判定部
１６ 処理部
２０ 熱交換器
２４ 伝熱管
２８ 伝熱面
３０ ＩＧＣＣプラント
６０ マハラノビス距離演算部
６２ 異常判定部
Claims (4)
- 負荷が変化するプラントに設置され、炭素含有燃料と伝熱管を流れる熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器の監視装置であって、
前記プラントの負荷毎に前記熱交換器の状態量の平均値及び標準偏差を算出し、該平均値及び該標準偏差に基づいてマハラノビス距離を算出する演算手段と、
前記演算手段によって算出されたマハラノビス距離により前記伝熱管の伝熱面の異常の有無を判定する異常判定手段と、
を備える熱交換器の監視装置。 - 前記状態量は、前記炭素含有燃料の流れ方向における複数の温度、差圧、及び流量、並びに前記熱交換媒体の流れ方向における複数の温度、差圧、及び流量の少なくとも何れか一つである請求項１記載の熱交換器の監視装置。
- 前記熱交換器には、前記伝熱管に付着した煤を除去する除煤装置が備えられ、
前記異常判定手段によって異常が生じていると判定された場合、前記除煤装置の運用条件を変更する請求項１記載の熱交換器の監視装置。 - 負荷が変化するプラントに設置され、炭素含有燃料と伝熱管を流れる熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器の監視方法であって、
前記プラントの負荷毎に前記熱交換器の状態量の平均値及び標準偏差を算出し、該平均値及び該標準偏差に基づいてマハラノビス距離を算出する第１工程と、
算出したマハラノビス距離により前記伝熱管の伝熱面の異常の有無を判定する第２工程と、
を含む熱交換器の監視方法。
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