JP5566991B2 - 超音波流量計及び超音波流量計の較正方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波流量計に係り、特に原子力等発電プラントの給水流量計に用いられる伝搬時間差式超音波流量計に関わる。

原子力発電プラントにおいて、原子炉熱出力一定の条件下で定格電気出力以上の発電電力を得る運転を行う場合、熱出力目標値は、熱出力定格値に対して、原子炉熱出力監視装置による熱出力演算の誤差に相当する余裕を見込んだ値とする必要がある。

熱出力の演算は主蒸気エンタルピーと給水エンタルピーの差に給水流量を乗じて行う。したがって、熱出力監視の信頼性において、主蒸気流量、主蒸気温度等の計測精度と比較して、給水流量の計測精度の寄与が大きい。

従来の給水流量計には、フローノズル流量計（差圧式流量計）が用いられており、この計測精度が約２％であるため、この誤差を許容するために１００％＋２％＝１０２％までの出力範囲にわたって発電プラントの安全運転を確認していた。

したがって給水流量の計測精度を向上し、熱出力演算における見込誤差を小さくすることができれば、安全を担保したまま、熱出力目標値を現状の１００％から発電プラントの能力上限である１０２％近くまで増強することができる。これは、発電プラント全体に変更を加えなくても、流量計を変えるだけで出力を向上し、発電プラントの運転効率を向上することができることを示している。

流量計測精度が高い流量計として超音波流量計がある。超音波流量計には、ドップラー式、伝播時間差式、相関式等、種々あるが、中でも配管内に直接超音波センサを挿入した伝播時間差方式の流量計は、複数の計測線における平均流速を同時に計測することができるため高い計測精度を持つことが知られている。

以上に述べた原子炉給水流量計において、フローノズル流量計の代わりに超音波流量計を利用することで計測精度を高め、それに応じて出力増強し発電プラントの運転効率を向上する方法については、例えば非特許文献１で解説されている。

また、原子炉給水流量計の精度向上対策として、例えば特許文献１には、フローノズル流量計の経年劣化による精度低下を補正して精度向上を図ることが記載されている。特許文献２には、フローノズル流量計とともに超音波流量計を利用することによって、計測精度を判定し、その判定結果に応じた熱出力目標値を選択することで、計測精度に対する信頼性を高め、発電プラントの運転効率向上を図ることが知られている。

上述のように、超音波流量計の中でも特に高精度な多測線伝播時間差方式の超音波流量計を給水流量計として利用することで計測精度を高めることができ、それに伴って発電プラントの運転効率を向上できることが知られている。また構造上経年劣化や圧力損失を生じるフローノズル流量計の代わりに超音波流量計を利用するメリットも大きいことが分かっている。

一方、超音波流量計の主構造物である配管スプールは、高精度の計測機器であるために、高い形状精度で製造することが求められる。特に８対のボスの設置位置や角度精度の要求は非常に高く、公差が厳しく定められる。これに対し、配管スプールの製造方法は、多箇所の溶接を基本とするために高精度に製造するのは非常な技術と労力を要する。例えば、ボスを設置する際には、位置がずれないように固定した上で配管スプールに溶接するが、溶接金属の入熱による配管スプールの変形やボスの角度のずれが生じる可能性がある。

したがって、超音波流量計配管スプールの製造に当たっては、製造が可能な範囲に設計公差を設定しつつ、かつ流量計測精度を保証することが必要となってくる。

従来技術では、設計製造時の公差管理に重点を置いており、例えば特許文献３や、特許文献４の設計製造支援システムがある。特許文献３は、設計・製造・検査において共有できる一元的な設計製造データとして、設計意図となる公差データ、製造ノウハウとなる加工目標値データを記憶・表示するシステムであり、設計製造一般に適用できるものである。特許文献４は、射出成型金型の設計製造に対するもので、射出成型時の肉厚変動やひけを熱応力歪シミュレーションにより予測するものである。

それに加え原子炉熱出力の監視に際しては万全の安全確認が求められるため、製造後の最終的な精度保証として、納入後の運転条件に近い条件での試験が行われる。これは、実機での配管引き回しを模擬し、運転中のレイノルズ数に近い流量を流し、流れた水を配管出口でタンクに溜めて測った重量と流量計の計測値を比較して較正するものである。これにより最終的な較正係数を決定し、納入プラント毎に異なる配管引き回しなどによる偏差を補正した高精度な流量計を実現する。特許文献５では、さらに解析による検証をこの試験と並行して行い保証精度を高めている。

特開平１−２２１７００号公報 特開２００６−１６２４１３号公報 特開２００５−３２７０５９号公報 特開平６−５５５９７号公報 特開２０１１−１１２５３３号公報

「原子炉出力向上に関する技術検討評価の結果について」原子力学会誌、vol.50 No.12 (2008)

しかしながら、試験では実機の温度と圧力を再現できない他、流量計前後の配管引き回しを完全に再現できないことや、実機への流量計設置時の取り付け誤差などの影響もあり、実機条件と全く同等とはいえない。これに対し、従来の試験では、流量計前の直管部長さを変えたり、流量計設置の向き（水平面に対する計測面の角度）を変えたパラメトリック試験を行い、較正係数の範囲を確認している。しかし実機での流速分布は不明であるため、試験条件が冗長性を持って定められるなど効率的でなく、その結果保証精度も安全側に低く見積もる傾向があった。

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、超音波流量計による流量の計測精度を向上することができ、また流量計測値が含む誤差を明確に示すことができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、発電プラントの運転効率を向上することを可能とする超音波流量計及び超音波流量計の較正方法を提供することを目的とする。

本発明は、配管スプール内に配置した複数対の超音波センサ間に形成された測線上の超音波伝播時間差を求めて配管スプール内の給水流量を計測する多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、実機配管形状における実機誤差因子の影響を流体・構造・超音波伝播連携解析により計算する解析工程と、解析結果から実機誤差因子の流量計精度への影響の有無を評価する影響評価工程と、解析結果から実機誤差因子の試験範囲を設定する試験範囲設定工程と、解析結果に基づき実流量試験を行う実流量試験工程と、実流量試験結果から各実機誤差因子の影響を評価する試験結果評価工程と、試験結果評価に基づき流量計の較正係数と流量計測の保証精度を決定する較正係数決定工程とを備えたことを特徴とする。

また、多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、試験結果評価工程の評価結果に基づき、実機誤差因子の範囲に対応する流量計誤差範囲を計算する流量計精度決定工程を備えたことを特徴とする。

また、多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、実機誤差因子は、流量計前後の配管の長さ、曲げ管形状、流量計設置角度、流量、温度の少なくとも１つを含むことを特徴とする。

また、多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、試験結果評価工程の評価結果に基づき、多測線伝播時間差方式の超音波流量計を実機に設置する実機設置工程を備えたことを特徴とする。

また、多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、実機設置時に実機設置条件を評価する実機設置条件評価工程と、実機設置条件に基づき較正係数と流量計測の保証精度を決定する較正係数決定工程とを備えたことを特徴とする。

また、多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、実機設置条件評価工程に加えて、さらに流体・構造・超音波伝播解析により流量計測精度を再評価する実機設置条件解析工程を備えたことを特徴とする。

また、多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、実機運転時に実機運転条件を評価する実機運転条件評価工程と、実機運転条件に基づき較正係数と流量計測の保証精度を決定する較正係数決定工程とを備えたことを特徴とする。

また、多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、実機運転条件評価工程に加えて、さらに流体・構造・超音波伝播解析により流量計測精度を再評価する実機運転条件解析工程を備えたことを特徴とする。

さらに、配管スプール内に配置した複数対の超音波センサ間に形成された測線上の超音波伝播時間差を求めて配管スプール内の給水流量を計測する多測線伝播時間差方式の超音波流量計において、実機配管形状における実機誤差因子の影響を流体・構造・超音波伝播連携解析により計算した解析結果を保持する解析結果記憶手段と、解析結果に基づき実流量試験を行った実流量試験結果を保持する試験結果記憶手段と、解析結果および試験結果に基づき流量計の較正係数と流量計測の保証精度を決定する較正係数決定手段と、較正係数乃至計測誤差範囲を表示する計測結果表示装置とを備えたことを特徴とする。

本発明は、配管スプール内に配置した複数対の超音波センサ間に形成された測線上の超音波伝播時間差を求めて配管スプール内の給水流量を計測する多測線伝播時間差方式超音波流量計の較正方法において、実機配管形状における実機誤差因子の影響を流体・構造・超音波伝播連携解析により計算する解析工程と、解析結果から実機誤差因子の流量計精度への影響の有無を評価する影響評価工程と、解析結果から実機誤差因子の試験範囲を設定する試験範囲設定工程と、解析結果に基づき実流量試験を行う実流量試験工程と、実流量試験結果から各実機誤差因子の影響を評価する試験結果評価工程と、試験結果評価に基づき流量計の較正係数と流量計測の保証精度を決定する較正係数決定工程とを備えたことにより、実機設置誤差の影響を小さくして高精度な流量計測を実現することができ、また流量計測値が含む誤差を明確に示すことができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、発電プラントの運転効率を向上することが可能となる。

流量計を使用した時の熱出力目標値の確率分布を示すグラフ。 本発明の実施例１における超音波流量計を設置した配管の軸方向断面図。 図２ＡにおけるＢＢ断面図。 図２ＡにおけるＣＣ断面図。 本発明の実施例１における超音波流量計の流量計測方法示す模式図。 本発明の実施例１における超音波流量計の較正方法を示すフローチャート。 本発明の実施例２における超音波流量計の較正方法を示すフローチャート。 本発明の実施例３における超音波流量計の概略構成図。 本発明の実施例３における超音波流量計の流量計測表示画面を示す説明図。

以下に本発明の実施例を図面について説明する。始めに本発明の基本的な概念について説明する。図１に示すグラフは発電プラントの熱出力目標値を１００％とした場合の熱出力演算値の確率分布を表しており、横軸は熱出力、縦軸は確率である。

従来のフローノズル流量計を利用した場合の確率分布２０１では、熱出力演算精度が低いため標準偏差が大きく幅広な確率分布となる。したがって、安全基準として例えば９７．７％の確率を考えると、熱出力目標値１００％に対する誤差の範囲は１００％±２．３％となり、熱出力１０２％までが含まれるため熱出力１０２％までの発電プラントの安全解析が実施される。

それに対し、例えば超音波流量計のように熱出力演算精度が０．３％となる様な高精度の流量計を利用すれば確率分布は２０２のように急峻なピークとなり、同じ安全基準を適用して９７．７％の確率で熱出力が１０２％を超えないようにすると、熱出力目標値を１０１．７％まで上げることができ、同一発電設備を用いて１．７％の出力増加が可能となる。

実施例１は、超音波流量計の中でも高い計測精度を持つ多測線伝播時間差方式の超音波流量計において、例えば原子力発電プラントの熱出力演算に用いる給水流量値の計測に採用される８測線を有する超音波流量計について説明する。

まず８測線伝播時間差方式の超音波流量計の構造と計測原理について、図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。図２Ａは、超音波流量計を設置した配管である配管スプール３００の軸方向断面（流体の流れ方向断面）を示している。また、図２Ｂ、２Ｃは配管スプール３００の軸方向に垂直な断面を示す。図２Ｂは図２Ａ中のＢ−Ｂ面、図２Ｃは図２Ａ中のＣ−Ｃ面に対応している。

図２Ｂ、２Ｃに示すように、配管スプール３００の周囲には、センサハウジングに収納された超音波センサを挿入する枝管（ボス）が左右に８本ずつ合わせて１６本溶接されている。

図２Ｂの配管スプール３００上部において、実線で示すボス３１０ａ、３０２ａ、３０６ａ、３１４ａの内部に、点線で示す超音波センサ３１０ｂ、３０２ｂ、３０６ｂ、３１４ｂが挿入されている。また、配管スプール３００下部においてボス３１３ａ、３０５ａ、３０９ａ、３１７ａの内部に、超音波センサ３１３ｂ、３０５ｂ、３０９ｂ、３１７ｂが挿入されている。

同じく、図２Ｃの配管スプール３００上部において、ボス３１２ａ、３０４ａ、３０８ａ、３１６ａの内部に、超音波センサ３１２ｂ、３０４ｂ、３０８ｂ、３１６ｂが挿入されている。また配管スプール３００下部において、ボス３１１ａ、３０３ａ、３０７ａ、３１５ａの内部に、超音波センサ３１１ｂ、３０３ｂ、３０７ｂ、３１５ｂが挿入されている。

図２Ａは、図２ＢのＡ−Ａ面での配管スプール３００の軸方向断面（流体の流れ方向断面）であり、各ボスは挿入された超音波センサが管軸方向に４５°の角度で向かい合うように配置される。例えば、ボス３０２ａに挿入された超音波センサ３０２ｂは、ボス３０３ａに挿入された超音波センサ３０３ｂと正対している。また、ボス３０４ａに挿入された超音波センサ３０４ｂは、ボス３０５ａに挿入された超音波センサ３０５ｂと正対している。図２Ａには、図２ＢのＡ−Ａ面での配管スプール３００の横断面（流体の流れ方向断面）のみを示したが、Ａ−Ａ面に平行な他の横断面においてもボスと超音波センサが同様に配置されている。

これらの互いに正対した一対の超音波センサが１つの測線Ｍを構成し、１６個の超音波センサにより８本の測線を得る。各測線ごとに流体の流れに沿った下流方向と流れに逆らう上流方向の超音波伝播時間差を計測することにより超音波センサ間の線平均流速を算出する。

図２Ａにおいて、例えば水の流れ方向は配管スプール内流速分布３０１に示すように紙面左から右であり、配管スプール３００の中央部分が流速大で周辺部分（配管スプールの壁面側）が流速少である。このときの超音波センサ３０２ｂと３０３ｂの間の線平均流速を求める。

これは、まず上流側の超音波センサ３０２ｂで超音波を発信し下流側の超音波センサ３０３ｂで受信したときの下流方向伝播時間Ｔｄを計測し、次に下流側の超音波センサ３０３ｂで超音波を発信し上流側の超音波センサ３０２ｂで受信したときの上流方向伝播時間Ｔｕを計測する。このとき、流れ方向の流速Ｖの影響により、超音波伝播経路方向の見かけの音速がＶ′＝Ｖｓｉｎ４５だけ下流方向では速く、上流方向では遅くなる。したがって、伝播時間差ΔＴは、
ΔＴ＝Ｔｕ−Ｔｄ ・・・（１）
で計算され、この値とセンサ間距離及び音速から、センサ間の線平均流速Ｖが求まる。なお、係る計測は他の測線においても同様に実施される。

図２Ｂ、２Ｃにおいては、図２Ａで説明したように、超音波センサ３０２ｂと３０３ｂ、超音波センサ３０４ｂと３０５ｂ、超音波センサ３０６ｂと３０７ｂ、超音波センサ３０８ｂと３０９ｂが対となっている。また、超音波センサ３１０ｂと３１１ｂ、超音波センサ３１２ｂと３１３ｂ、超音波センサ３１４ｂと３１５ｂ、超音波センサ３１６ｂと３１７ｂが対となっている。このように、同一平面内で二組の超音波センサの形成する測線が直交するように配置されており、全体として８測線型となっている。

８測線伝播時間差方式の超音波流量計においては、８測線それぞれについて求められた線平均流速を用いて、配管スプール内の平均流量を計算する。これには有限の離散値から高精度に積分可能なガウス積分を利用する。ガウス積分では、線平均流速の計測位置が予め定められており、各位置の計測値に重みづけをして積算される。

８測線型では、３０２ｂ−３０３ｂ、３０６ｂ−３０７ｂ、３１０ｂ−３１１ｂ、３１４ｂ−３１５ｂの４測線と、３０４ｂ−３０５ｂ、３０８ｂ−３０９ｂ、３１２ｂ−３１３ｂ、３１６ｂ−３１７ｂの４測線のそれぞれでガウス積分を行い、その平均をとることで計測精度を高めている。

図３は、本発明の実施例１による超音波流量計のガウス積分計算の一例を示す模式図である。配管スプール管軸に垂直な断面４００において、点線で示した４０１ａ、４０２ａ、４０３ａ、４０４ａがＸ座標上の測線位置を示し、４０１ｂ、４０２ｂ、４０３ｂ、４０４ｂが各測線の寄与率を示している。一般に、各測線の位置ξ１、ξ２、ξ３、ξ４はガウス積分の公式に基づき直交多項式の零点に設定され、各測線寄与率ｗ１、ｗ２、ｗ３、ｗ４はガウス積分の重み係数の値が用いられる。ガウス積分は分点の数ｎに対し、２ｎ−１次の多項式近似に相当するため、測線４つでは７次多項式近似になり、少ない分点で精度の高い近似を行うことができる。

これにより、流量Ｕは、配管スプール管径をＤ、各測線の長さをＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４として、
Ｕ＝Ｄ・（ｗ１・Ｌ１・Ｖ１＋ｗ２・Ｌ２・Ｖ２＋
ｗ３・Ｌ３・Ｖ３＋ｗ４・Ｌ４・Ｖ４）・・・（２）
で算出される。つまり、Ｄ・ｗ１・Ｌ１、Ｄ・ｗ２・Ｌ２、Ｄ・ｗ３・Ｌ３、Ｄ・ｗ４・Ｌ４の和が管断面の円の面積となり、それぞれの平均流速がＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４で表されることを示している。

しかし、円の面積は７次多項式で表しても約０．６％程度の偏差があり、さらに実際の流速分布では偏流や旋回流が生じているため、本来の高精度近似が達成できない懸念がある。したがって、従来、試験により流量の較正係数ＰＦを求め、計測流量Ｕ’を
Ｕ’＝ＰＦ・Ｕ ・・・（３）
として高精度計測を達成している。

図４は、本発明の実施例１による超音波流量計の較正方法の手順を各工程（ステップ）について示すフローチャートである。まず実機配管ルーティング設計ステップＳ１００により、実機での流量計設置位置と流量計前後のエルボ形状、エルボ間直管部の長さ、配管径・テーパー形状等、また流量・温度・圧力等の流体条件を決定する。

次にパラメータ（実機誤差因子）抽出ステップＳ１０１により、実機設置時の不確定要素となる可能性のある配管スプールの設置角度やエルボ間直管長さ、流体条件等を抽出する。ここで、実機誤差因子から測定時に選択された特定の実機誤差因子をパラメータと呼ぶ。そして流体・構造・超音波伝播連携解析ステップＳ１０２により、実機条件を模擬計算し、ステップＳ１０１で抽出した実機誤差因子について、影響評価ステップＳ１０３において各因子が変動する可能性のある範囲での流量計精度へのする（）。

評価の結果、その因子が考えうる変動範囲で流量計精度に影響しないことが分かればステップ１０１に戻って他の因子を評価する。他の因子が流量計精度に影響することが分かれば試験範囲設定ステップＳ１０４により試験で確認する水準（変動範囲）を決定する。すなわち流量計精度に影響のある因子のみを取出して試験に用いる。

各実機誤差因子について一連の評価を実施し、全因子の評価終了と判断すると（ステップＳ１０５）、試験条件決定ステップＳ１０６により、各因子の試験範囲を組み合わせた試験条件を決定し、実機に近い条件を再現可能な試験設備で実流量試験ステップＳ１０７を実施する。

次に、試験結果評価ステップＳ１０８において、試験結果に基づき、各因子の変動範囲と流量計指示値の変動範囲を評価する。ここで、試験結果評価では、影響評価ステップＳ１０３で得られた流体・構造・超音波伝播連携解析による評価結果を合わせて参照してもよい。そうすることにより、実験では再現できない実機の温度や圧力も考慮したより正確な評価を行うことができる。

最後に、試験結果評価ステップＳ１０８の評価結果に基づき、較正係数決定ステップＳ１０９で各実機誤差因子の変動に対して最も精度が良く、又は最もばらつきが少なくなるように較正係数を決定し、同時に、流量計精度決定ステップＳ１１０で各実機誤差因子の影響を積算して流量計の最終的な精度を決定する。

実施例１の超音波流量計の較正方法により、実機設置時の各実機条件誤差の影響を正確に評価して高精度な流量計測を実現することができ、また流量計測値が含む誤差を明確に示すことができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、発電プラントの運転効率を向上することが可能となる。

図５は、本発明の実施例２による超音波流量計の較正方法の手順を示すフローチャートである。実施例２による手順のうち、前半部分は図４に示した実施例１と同様であるので、ここでは実施例１と異なる部分のみ説明する。

図５において、実流量試験後に試験結果を評価する試験結果評価ステップＳ１０８までは図４に示した実施例１と同様である。実施例２では、次に、試験した流量計配管スプールを実機に設置する実機設置ステップＳ１１１を行う。これは、上記流量計配管スプールを実際のプラントに設置して行う。ここで、実機設置に当たっては、ステップＳ１０３で得られた流体・構造・超音波伝播連携解析による評価結果、又はステップＳ１０８で得られた実流量試験による評価結果を参照してもよい。そうすることにより、より流量計測精度を向上できる配置にしたり、あるいは逆に精度を担保しつつ配管長さを短くしたりスペースを確保したりすることができる。

次に、実機設置条件評価ステップＳ１１２により、実機設置後の設置状態を測定し詳細に評価する。これにより、ステップＳ１０８で評価した誤差要因の変動範囲を実機状態に絞り込むことができ、流量計測値が含む誤差範囲を絞り込むことができる。

ここで、実機設置条件評価ステップＳ１１２に続いて、さらに実機設置状態を正確に模擬した流体・構造・超音波伝播解析を実施することができる。例えば、ステップＳ１１２の後に、実機設置条件解析ステップＳ１１３、実機運転条件評価ステップＳ１１４、および実機運転時に実機運転条件を評価する実機運転条件解析ステップＳ１１５を行う。このように構成することにより、実機条件をより正確に反映した評価を行うことができる。

最後に、ステップＳ１１２又はステップ１１５の評価結果に基づき、較正係数決定ステップＳ１０９で各実機誤差因子の変動に対して最も精度が良い乃至は最もばらつきが少ないように較正係数を決定し、同時に、流量計精度決定ステップＳ１１０で各実機誤差因子の影響を積算して流量計の最終的な精度を決定する。

実施例２の超音波流量計の較正方法により、実機設置時の各実機条件誤差の影響を最小限にして高精度な流量計測を実現することができ、また流量計測値が含む誤差を明確に示すことができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、発電プラントの運転効率を向上することが可能となる。

図６は、本発明の実施例３による超音波流量計の構成を示す。実施例３の超音波流量計は、実施例１または実施例２に示した超音波流量計の較正方法により較正した流量計を示すものである。

図６において、超音波流量計１００は、流体・構造・超音波伝播解析手段１０１により流体・構造・超音波伝播解析を行い流量計測精度を評価した結果を保持する解析結果データ記憶装置１０１ａと、実流量試験手段１０２により実機模擬条件で試験を行い流量計測精度を評価した結果を保持する試験結果データ記憶装置１０２ａと、実機設置条件測定手段１０３により実機設置後の設置状態の測定・評価を行った結果を保持する実機設置条件データ記憶装置１０３ａと、超音波伝播時間差による各測線の平均流速計測を行う測線平均流速計測手段１０４と、測線平均流速計測手段１０４で計測した結果を保持する測線平均流速計測データ記憶装置１０４ａと、解析結果データ及び試験結果データ及び測線平均流速計測データから較正係数を決定し、それに基づき流量及び誤差範囲を決定する較正係数決定手段１０５と、較正係数決定手段１０５で決定した結果を保持する流量計測データ記憶装置１０５ａと、解析結果データ及び試験結果データ及び測線平均流速計測データ及び流量計測データを表示する計測結果表示装置１０６を備える。

まず、流体・構造・超音波伝播解析手段１０１により、実機での流量計設置位置と流量計前後のエルボ形状、エルボ間直管部の長さ、配管径・テーパー形状等、また流量・温度・圧力等の流体条件について、実機設置時の不確定要素となる可能性のある実機誤差因子の誤差範囲を考慮した解析を実施し、評価した結果を解析結果データ記憶装置１０１ａに記憶する。

ここで、流体・構造・超音波伝播解析手段１０１は超音波流量計１００に含まれないとしたが、超音波流量計１００に含み、実機設置後または実機運転中に実機設置状態を正確に模擬した流体・構造・超音波伝播解析を実施してもよい。そうすることにより、実機条件を正確に反映した評価を行うことができる。

次に、実流量試験手段１０２により、解析結果データ記憶装置１０１ａに保持した実機誤差因子の影響評価結果に基づき、実機誤差因子の誤差範囲を考慮した実機模擬試験を実施し、評価した結果を試験結果データ記憶装置１０２ａに記憶する。

次に実機設置後、実機設置条件測定手段１０３により、実機での流量計設置位置と流量計前後のエルボ形状、エルボ間直管部の長さ、配管径・テーパー形状等、また実機誤差因子として解析・試験で評価した配管スプールの設置角度やエルボ間直管長さ、流体条件等を測定・評価し、実機設置条件データ記憶装置１０３ａに記憶する。ここで、実機設置条件データ記憶装置１０３ａには、流量・温度・圧力等の実機運転中の流体条件を記憶してもよい。

次に実機運転中、測線平均流速計測手段１０４により、超音波伝播時間差による各測線の平均流速計測を行い、計測した結果を測線平均流速計測データ記憶装置１０４ａに記憶する。また同時に、測線平均流速計測データを較正係数決定手段１０５に渡す。較正係数決定手段１０５は、解析結果データ記憶装置１０１ａと試験結果データ記憶装置１０２ａと実機設置条件データ記憶装置１０３ａから解析結果データ及び試験結果データ及び実機設置条件データを参照し、その時点の運転条件において、最も流量計測精度が高くなるように、または最も誤差範囲が小さくなるように較正係数を決定し、それに基づき流量及び誤差範囲を決定し、各値を流量計測データ記憶装置１０５ａに記憶する。

最後に、計測結果表示手段１０６により、解析結果データ記憶装置１０１ａと試験結果データ記憶装置１０２ａと実機設置条件データ記憶装置１０３ａと測線平均流速計測データ記憶装置１０４ａ及び流量計測データ記憶装置１０５ａから、その時点の較正係数決定の根拠となる解析結果データ及び試験結果データ及び実機設置条件データを表示し、較正係数及び流量及び誤差範囲を表示する。

図７は、計測結果表示装置１０６で表示される計測結果表示画面の一例である。図７において、計測結果表示画面５００は、実機設置条件データ記憶装置１０３ａに記憶された実機における流量計前後の配管構成のデータ及び配管スプール設置角度及び超音波センサの位置・角度データを表示する。

また、表示した実機構成と、測線平均流速計測データ記憶装置１０２ａから得られた測線平均流速に適合する配管スプール内の流速分布を、解析結果データ記憶装置１０１ａと試験結果データ記憶装置１０２ａに記憶された解析結果データ及び試験結果データから抽出して表示する。さらに、その時点でのレイノルズ数と、表示しているデータに基づき決定した較正係数と、その較正係数により求まる流量と、表示している流量値に含まれる誤差範囲をリアルタイムで表示する。

実施例３の超音波流量計により、実機設置時の各実機条件誤差の影響を最小限にして高精度な流量計測を実現することができ、また流量計測値が含む誤差を明確に示すことができ、それにより熱出力演算における見込誤差をより小さくすることができ、発電プラントの運転効率を向上することが可能となる。

１００…超音波流量計
１０１…流体・構造・超音波伝播解析手段
１０２…実流量試験手段
１０３…実機設置条件測定手段
１０４…測線平均流速計測手段
１０５…較正係数決定手段
１０６…計測結果表示装置
３００…超音波流量計配管スプール
３０１…配管スプール内流速分布
３０２ｂ〜３１７ｂ…超音波センサ
４００…配管スプール断面流速分布
４０１ａ〜４０４ａ…測線位置
５００…計測結果表示画面

Claims (9)

1. 配管スプール内に配置した複数対の超音波センサ間に形成された測線上の超音波伝播時間差を求めて配管スプール内の給水流量を計測する多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、
   実機での超音波流量計の設置位置と前記超音波流量計前後の配管形状と流量、温度、圧力を含む流体条件とを決定する実機配管ルーティング工程と、実機設置時の不確定要素となる可能性のある前記配管形状と前記流体条件を含む実機誤差因子を抽出するパラメータ抽出工程と、前記パラメータ抽出工程で抽出した特定の実機誤差因子について実機配管形状における実機誤差因子の影響を流体・構造・超音波伝播連携解析により計算する解析工程と、前記解析結果から前記実機誤差因子の流量計精度への影響の有無を評価する影響評価工程と、前記解析結果から前記実機誤差因子の試験範囲を設定する試験範囲設定工程と、前記解析結果に基づき実流量試験を行う実流量試験工程と、前記実流量試験結果から各実機誤差因子の影響を評価する試験結果評価工程と、前記試験結果評価に基づき流量計の較正係数と流量計測の保証精度を決定する較正係数決定工程とを備えたことを特徴とする超音波流量計の較正方法。
2. 請求項１に記載された多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、
   前記試験結果評価工程の評価結果に基づき、前記実機誤差因子の範囲に対応する流量計誤差範囲を計算する流量計精度決定工程を備えたことを特徴とする超音波流量計の較正方法。
3. 請求項１に記載された多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、
   前記実機誤差因子は、流量計前後の配管の長さ、曲げ管形状、流量計設置角度、流量、温度の少なくとも１つを含むことを特徴とする超音波流量計の較正方法。
4. 請求項１に記載された多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、
   前記試験結果評価工程の評価結果に基づき、前記多測線伝播時間差方式の超音波流量計を実機に設置する実機設置工程を備えたことを特徴とする超音波流量計の較正方法。
5. 請求項４に記載された多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、
   実機設置時に実機設置条件を評価する実機設置条件評価工程と、前記実機設置条件に基づき較正係数と流量計測の保証精度を決定する較正係数決定工程とを備えたことを特徴とする超音波流量計の較正方法。
6. 請求項５に記載された多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、
   前記実機設置条件評価工程に加えて、さらに流体・構造・超音波伝播解析により流量計測精度を再評価する実機設置条件解析工程を備えたことを特徴とする超音波流量計の較正方法。
7. 請求項１に記載された多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、
   実機運転時に実機運転条件を評価する実機運転条件評価工程と、前記実機運転条件に基づき較正係数と流量計測の保証精度を決定する較正係数決定工程とを備えたことを特徴とする超音波流量計の較正方法。
8. 請求項７に記載された多測線伝播時間差方式の超音波流量計の較正方法において、
   前記実機運転条件評価工程に加えて、さらに流体・構造・超音波伝播解析により流量計測精度を再評価する実機運転条件解析工程を備えたことを特徴とする超音波流量計の較正方法。
9. 配管スプール内に配置した複数対の超音波センサ間に形成された測線上の超音波伝播時間差を求めて配管スプール内の給水流量を計測する多測線伝播時間差方式の超音波流量計において、
   実機での超音波流量計の設置位置と前記超音波流量計前後の配管形状と流量、温度、圧力を含む流体条件とを決定し、実機設置時の不確定要素となる可能性のある前記配管形状と前記流体条件を含む実機誤差因子を抽出し、前記抽出された特定の実機誤差因子について実機配管形状における実機誤差因子の影響を流体・構造・超音波伝播連携解析により計算した解析結果を保持する解析結果記憶手段と、前記解析結果に基づき実流量試験を行った実流量試験結果を保持する試験結果記憶手段と、前記解析結果および前記試験結果に基づき流量計の較正係数と流量計測の保証精度を決定する較正係数決定手段と、較正係数乃至計測誤差範囲を表示する計測結果表示装置とを備えたことを特徴とする超音波流量計。

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