JPH03110436A

JPH03110436A - 弁内部リークの検出方法

Info

Publication number: JPH03110436A
Application number: JP24874389A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Kumagai; 博道熊谷
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 1989-09-25
Filing date: 1989-09-25
Publication date: 1991-05-10
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JP2815625B2

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】（産業上の利用分野）本発明は環境雑音が大であって暗雑音の大きい原子力発
電プラントなどにおいて使用される弁の内部のリーク検
出方法に関するものである。

（従来技術とその問題点）弁においては弁体と弁座の密着不十分や、弁体のシール
面に生じた傷の存在などにもとづき、圧送される流体例
えば液体がシール面を通ってリークする。従って原子力
発電プラントなどに使用される弁のように放射性液体の
漏出など小さなリークでも問題となるものでは、早期即
ちリークが微小のうちに発見できることが強く要求され
る。しかし従来においては、その検出に適当する手段が
なかったため、機能上具体的な問題を生じていなくても
、使用状況などに応じて定めた期間毎に弁を分解点検し
、視覚により発見する方法がとられている。

しかし一般に原子力発電プラントの配管系には大小合わ
せて１万個以上の弁が使用されており、しかもその中に
は口径数１０インチ、重さが数トンにも達する大型なも
のも数多く含まれる。従って分解点検に多大の日時と大
きな労力が必要であり、その費用は莫大なものとなる。

これに加えてこの間における発電停止により稼動率の著
しい低下を招くため、結果として発電コストの大きな上
昇を招くのを防ぎ得ない。従って迅速かつ信鎖性の高い
弁内部のリーク検出法の開発は極めて重要である。

そこでこのような問題を解決しようとして以下のような
手段が提案されている。例えば第１図のように弁■の弁
箱ＶＢの外表面に音響センサＣＨを取付けて、弁内部の
リークにもとづく発生音響を電気信号として取出して知
るか、そのレベルを予め測定しておいたリーク量とレベ
ルの関係を照合してリーク量を知る方法である。また他
の方法として検出されたリークによる音響出力を許容値
レベルと比較して、これを上廻ったとき警報を発生させ
てリークを報知する方法である。

これらの方法は工場試験のように暗雑音を殆ど零となし
うる場合にはリーク量が微小であっても、はぼこれに対
応したレベルの音量出力が得られるため、リークの検出
は可能である。しかし発電プランドにおけるように環境
雑音が大きく、音響センサが微小なリーク音と共に大き
な暗雑音の検出をよぎな（されるような場合にはリーク
発生前後におけるレベルの変化が暗雑音中に埋もれて判
別が困難である。

また一般に発電プラントに設置された弁では、作業者の
歩く音その他による暗雑音レベルを上廻る外乱が非定常
的に入ることが多い。従って前記のように許容値レベル
と比較し、音響センサの出力レベルが許容値を上廻った
ときリーク発生警報を発するようにしたものでは、上記
の外乱によって警報動作が誤って行われないようにする
ため、許容値レベルを外乱を含む暗雑音のレベル以上に
設定しなければならないため、リーク音の検出レベルは
大きくなる。従って音響センサの出力レベルに頼る方法
では原子力発電プラントにおいて要求されるような微小
レベルのリークの検出は困難であり、信鎖性も十分では
ない。

（発明の目的）本発明は暗雑音に比べて微小な弁内リークでも確実に検
出できる方法を提供し、これによるリークの早期発見に
より、原子力発電プラントなどにおける保守管理を容易
としたものである。

（問題点を解決するための本発明の手段）本発明は従来
方法における弁箱に設けたリーク検出用音響センサに加
えて、弁から離れた位置の配管系の外表面にも暗雑音消
去用の音響センサを設けて、それぞれの音響出力をスペ
クトル分析しその結果の差分をとることにより、暗雑音
を消去して微小なリーク音を検出できるようにしたもの
である。次にその原理について説明する。

第２図のように弁■の弁箱ＶＢの外表面にリーク検出用
音響センサＣ）１１を設けると共に、これと離れた配管
系りの外表面にも暗雑音消去用音響センサＣＨ２を設け
る。そして第３図のように暗雑音のみの時（以下暗雑音
時と云う）即ちリーク発生前における音響センサＣＨＩ
とＣＨ２の音響出力Ｐ、とＰ２とをそれぞれスペクトル
に分析して音響スペクトル■と■を求めたのち、■と■
の差■即ち暗雑音時における配管系の暗雑音を弁の音響
スペクトルから差引いたスペクトルを求めて保持する。

一方リーク発生時においても音響センサＣＨＩとＣＨ２
の音響出力Ｐ１′、Ｐ２゛をそれぞれスペクトル分析し
て音響スペクトル■■を求めたのら、その差■を求めて
リーク発生時における配管系の暗雑音を弁の音響スペク
トルから差引いたスペクトルを求める。そののち保持し
ておいた暗雑音時のスペクトル差■からリーク発生時の
スペクトル差■を差引いたスペクトル差■と、これと逆
なスペクトルである■から■を差引いたスペクトル差■
を求める。そして上記■と■とを比較し、その結果によ
ってリークの有無を判別することを特徴とするものであ
る。

このようにすれば暗雑音は自動的にほぼ消去され、リー
ク発生時のスペクトル差■のスペクトルは暗雑音が無く
リークのみが存在する場合のリーク検出用音響センサＣ
ＨＩのスペクトルとほぼ同一のものとなるのでリークを
検出できる。なおリーク検出用と暗雑音消去用音響セン
サとして同一感度、同一周波数特性をもつものを使用し
ても、弁箱と配管系の音響特性は異なる。しかし音響ス
ペクトル■と■および■と■のスペクトル差を求めるこ
とによって音響特性の相異にもとづ（相異は打消され、
更に■と■のスペクトル差■を求めることにより暗雑音
の影響はほぼ打ち消されてリーク音のみのスペクトルと
ほぼ同一のものとなる。

次に本発明手段による検出例について説明する。

（検出例）（１）　　暗雑音が大きい場合の微小リークの検出例こ
の例は口径が３インチの玉形弁を対象とし、流体として
窒素ガスを圧送しなから模擬の暗雑音を加振して検出目
標のリーク（例えば音響センセ出力で２１ｍＶ）を発生
させた場合であって測定条件は次の通りである。

（１）測定器・音響センサ特性　：ＰＺＴタイプＡＥセンサ。

共振周波数５０にｌｌｚ・プリアンプ特性　二周波数帯域１００Ｈｚ〜２０ＭＩ
Ｉｚ。

利得４０ｄＢ・メインアンプ特性：周波数帯域１にＨｚ〜Ｉ　ＭＨｚ
。

利得２０ｄｂＦＦＴ分析器スペクトル分析条件；サンプリングポイント２０４８点周波数領域：　１００Ｋ）！ｚスペクトル表示；デシベル表示スペクトル差プラスのみ表示（マイナスはエラーでＤＩＳＰＬＡＹに表示せず）第４図の波形Ｐ、とＰ２はそれぞれ弁にリークが発生し
ていない暗雑音時のセンサＣＨＩとＣＨ２の音響出力レ
ベルである。センサＣＨＩとＣＨ２の音響センサの感度
と周波数特性はほぼ同特性のものを選択しているが音響
センサの取付は場所によって音響出力レベルが異なる。

次に弁に微小リークが発生したためにセンサＣＨＩとＣ
Ｈ２の音響出力レベルはそれぞれ第４図の波形Ｐ、“Ｐ
ｔのようになった。ＣＨＩの音響出力レベルは微小リー
ク発生により５５ｍＶから５９ｍＶに増加した。ＣＨ２
の音響出力レベルは弁から離れているためにその増加割
合はＣＨＩに比較して小さく　８５ｍＶから８６−Ｖに
増加した。音響出力レベルの増加から弁リークの有無を
判断する場合は、ＣＨＩとＣＨ２の音響出力レベルの増
加割合がＣＨＩがＣＨ２に比較して大きいので、弁にリ
ークが発生したことを一応判定できる。しかしＣＨＩに
おける４ｍＶの音響出力レベルの増加では判別の信転性
に欠ける。

そこで、音響出力のスペクトル分析を行いリーク検出の
本発明の判定手順を示したのが第５図である。■と■は
それぞれセンサＣＨＩとＣＨ２の暗雑音時の音響出力の
スペクトルである。ＣＨＩとＣＨ２の音響センサの周波
数特性がほぼ同特性のものでも音響センサの取付は場所
によってスペクトルは異なる。■と■はそれぞれＣＨＩ
とＣＨ２のリーク発生時の音響出力のスペクトルである
。

ＣＨＩの暗雑音時■とリーク発生時■のスペクトルを直
接比較してもリーク発生の判断は出来ない。

そこで暗雑音時とリーク発生時においてセンサＣＨ１か
らＣＨ２のスペクトルを差し引いたスペクトルが■と■
である。暗雑音時とリーク発生時において配管系の暗雑
音を引いたスペクトルになる。

さらに、このスペクトル差の差を取ったスペクトルが■
と■である。■はリーク発生時のスペクトル差から暗雑
音時のスペクトル差を差し引いたスペクトルである。■
は■と逆のスペクトルである。

この■と■の両方のスペクトルを比較ることによりリー
ク有無の判定を行う。■のスペクトルは■のスペクトル
に比較して２０ＫＨｚと６０ＫＨｚ付近に卓越した成分
が残る。よってリークは発生していると判定できる。

なお配管系における模擬の暗雑音を除いたリーク音のみ
の場合のＣＨＩにおけるスペクトルは■である。実際に
は暗雑音下に隠れて見えないスペクトルであるが、■の
スペクトル、すなわちリーク発生時のスペクトル差から
暗雑音時のスペクトル差を差引いたものとほぼ同一のス
ペクトルであり、本方式により暗雑音の影響が除去され
ていることがわかる。

（２）暗雑音が大きい場合の微小リーク検出例（その２
）さらに微小リーク（センサの出力レベルで９　ｍＶ）の
検出例を第６図、第７図に示す。第６図において弁の微
小リーク発生によりＣＨＩの音響出力レヘルは５５ｍＶ
から５５．５ｍＶＫなり０．５ｍＶ増加した。ＣＨ２の
音響出力レベルはリーク音が小さいのでリーク音が伝播
せず変化しない。ＣＨＩにおける０、５ｍＶの音響出力
レベルの増加からリーク有無の判定をすることは困難で
ある。

第７図はスペクトル比較によるリーク有無の判定手順で
ある。第５図と同様の手順によりスペクトル差の差を取
った■と■のスペクトルの比較から、■のスペクトルは
■のスペクトルより卓越成分が多いと判断できるためリ
ーク有りと判定できる。ＣＨＩにおけるリーク音のみの
スペクトルは■であり２０ＫＩｌｚと６０ＫＨｚ付近に
微小なスペクトル成分が卓越しているが、このスペクト
ルは■で求めたスペクトルと同一である。

（３）暗雑音が大きく配管系に突発的な外乱が入った場
合の微小リーク検出例実機弁における弁リーク検査時における弁を含めた配管
系の暗雑音には配管を叩く音などの大きい突発的な外乱
が入る場合がある。このような場合を想定した時の微小
リーク検出例が第８図と第９図である。第８図は暗雑音
時と弁リーク発生時に配管をハンマーで叩き大きい突発
的な外乱が頻繁に発生した場合の音響レベルの変化であ
る。弁リーク発生によりＣＨＩの音響レベルは５５ｍＶ
から５８．５ｍＶニ増加した。ＣＨ２（７）音響レヘル
は８５ｍＶから８６ｍＶに増加した。

第９図はスペクトル比較によるリーク有無の判定結果で
ある。スペクトル差の差を取った■と■のスペクトルの
比較から、■に卓越成分がありリーク有りと判定できる
。なお■はリーク音のみの場合のＣＨＩにおけるスペク
トルである。外乱がない場合の微小リーク検出結果と同
様にリーク検出が可能である。

（４）暗雑音が大きく環境騒音に突発的な外乱が入った
場合の微小リーク検出例突発的な外乱の種類として空気中を伝播する空調騒音な
どがあり、このような環境騒音も音響センサは感知する
。そこで気中を伝播して音響出力レベルに影響する突発
的な外乱としてリーク音に近い高周波スペクトルを示す
０．３φノズルからの噴流音を与える。なお測定条件は
検出例（１）と同じである。

第１０図と第１１図はそれぞれ音響レベルの変化とスペ
クトル比較によるリーク有無の判定結果である。第１０
図において平均的な暗雑音レベルの上にハンマー音とは
レベル変化が異なる噴流音による外乱が入っている。弁
の微小リーク発生によりＣＨｌの音響レベルは５７ｍＶ
から５８ａ＋Ｖに増加した。ＣＨ２の音響レベルは８７
ａ＋Ｖで変化しない。

第１１図のスペクトル比較によるリーク有無の判定結果
において、■と■のスペクトルの比較から、■における
卓越成分が多く、外乱がない場合の微小リーク検出結果
と同様に暗雑音に近い音響レベルにおいてもリーク検出
が可能である。

（５）その他の環境条件の場合の微小リーク検出例ｉ）
暗雑音のスペクトルが音響センサの固有周波数特性と異
なり、低い周波数領域（２０ＫＨｚ以下）に卓越してい
れば微小リーク検出はさらに容易であり、暗雑音より小
さいリークもスペクトル検出出来る。

ｉｉ）弁リーク検査時に微小リーク発生とともにリーク
音よりも大きい暗雑音が同時に増加した場合、スペクト
ル差による正確なリーク検出は困難であるが、予め検査
対象弁のリーク音特性を同一の音響センサで把握してお
けば暗雑音との比較によりリーク判定が可能である。

（測定回路例）次に以上の検出に使用された測定回路の一例を第１２図
によって説明する。第１２図においてＶは弁、ＶＢは弁
箱、Ｌは配管、ＣＨＩはリーク検出用音響センサ、ＣＨ
２は暗雑音消去用音響センサで、ＣＨＩ、ＣＨ２として
は同一感度、同一周波数特性のものが使用される。ＰＡ
ＭＩ、ＰＡＭ２は前置増幅器、ＭＡＭＩ、ＭＡＭ２は主
増幅器、ＬＤｌ、ＬＤ２はレベル検出器で、音響センサ
ＣＨＩ。

ＣＨ２の出力を電圧レベルとして表示する（検出例Ｐ　
Ｉ＋　Ｐ　！＋　Ｐ　ＩＺ　Ｐ　ｚ°参照）、ＲＭＳＩ
、ＲＭＳ２は実効値検出器であって音響センサＣＨＩ、
ＣＨ２の音響出力の実効値を求める。ＦＦＴは本発明の
ためのリーク判別回路で次の各部から形成される。ＣＬ
は制御信号発生回路、３１．５２はスペクトル分析回路
、Ｍｌ、Ｍ２はメモリ装置であって、スペクトル分析回
路Ｓｔ、３２は制御信号発生回路ＣＬからの信号ＰＣＩ
、ＰＣ２により制御されて一定時間宛繰り返し音響セン
サＣＨ１゜ＣＨ２の音響出力のスペクトル分析を行い、
１回のスペクトル分析毎にその結果を制御信号発生回路
ＣＬからの書込みおよび読出し信号ＰＷＩ　　ＰＲＩ　
　ＰＷ２　　ＰＲ２により制御されるメモリ置装置Ｍ１
．Ｍ２にメモリし、次のスペクトル分析結果が入るとメ
モリ内容は更新される。従ってメモリＭｌ、Ｍ２には常
に最新のスペクトルとその一つ前のスペクトルの分析結
果がメモリされている（検出例■■■■参照）。ＤＳは
音響スペクトルの差分回路であって、新しいスペクトル
分析結果が入る毎にメモリ装ｆＭ１．Ｍ２から読出され
る音響スペクトルとの差をとる。Ｍ３．Ｍ、４はメモリ
装置であって、制御信号発生回路ＣＬからの書込み信号
ＰＷ３．ＰＲ３，ＰＷ４．ＰＲ４により音響スペクトル
差分回路ＤＳの出力が交互に書込まれ、Ｍ３．Ｍ４にそ
れぞれメモリが完了すると制御信号発生回路ＣＬからの
続出信号ＰＲ３，ＰＲ４により同時に読出される。従っ
てリーク発生時Ｍ３にはその前の暗雑音時の音響スペク
トルの差分（検出例■参照）が書込まれ、メモリ装置Ｍ
４にはリーク発生時の音響スペクトルの差分（検出例■
参照）が書込まれている。そしてこれらは同時に読出さ
れる。ＲＢはリーク発生時の音響スペクトルの差分から
暗雑音時の音響スペクトルの差引いた音響スペクトルを
求める回路（検出例■参照）、ＢＲは暗雑音時の音響ス
ペクトルの差分からリーク発生時の音響スペクトルの差
分を差引いた音響スペクトルを求める回路（検出例■参
照）、Ｒは判別用記録回路であって、回路ＲＢ、ＢＲの
出力をそれぞれ周波数対レベル（ｄＢ）の関係として記
録し、判別資料を与える。

（発明の効果）以上のように本発明はリーク発生時と暗雑音時における
音響スペクトルの差からリークの発生を検出するように
しているので、リーク発生時の音響センサの出力レベル
の変化から検出する従来のものに比べて微小リークの発
生をも確実に検出しうるちので、原子力発電プラントな
どにおける弁内部のリークの検出に使用してその効果は
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法の説明図、第２図は、第３図は本発明
の説明図、第４図と第５図、第６図と第７図、第８図と
第９図及び第１０図と第１１図は本発明の詳細な説明図
、第１２図は本発明の測定回路傍図である。代理人

Claims

【特許請求の範囲】

（１）弁とこれと１れた配管の２点に設けられたリーク
検出用音響センサと暗雑音消去用音響センサにより、暗
雑音時と弁内部リーク発生時の音響出力をそれぞれ検出
して、そのそれぞれをスペクトル分析したのち、これら
音響スペクトルの差をとると共に、更にそれぞれの音響
スペクトルの差について弁内部リーク発生時と暗雑音時
の音響スペクトル相互の差のスペクトルを比較すること
により、検出することを特徴とする弁内部リーク検出方
法。