DE68914731T2 - Akustische Feststellung und Messung der Wanddickenveränderung eines Reaktors. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft den nicht-invasiven passiven akustischen Nachweis und die nicht-invasive passive akustische Messung der Veränderung der Wanddicke in einem Ofen.
• Es ist oft wünschenswert, die Veränderung der Wanddicke eines Reaktors zu bestimmen, der Materialien verarbeitet. Die Veränderung der Dicke kann die Erosion der Innenwand des Gefäßes wie einer fluidkatalytischen Crackanlage oder Materialablagerung auf der Innenwand eines Gefäßes sein, wie Wandkoks auf der Innenwand eines Wirbelbettkokers (Fluidbettkokers).
• Verkoken ist ein thermisches Verfahren zum Umwandeln von schweren Rückstandölen in leichtere Produkte und festen Kohlenstoff. Bei dem frühesten Verkokungsverfahren, als verzögertes Verkoken (delayed coking) bezeichnet, wird der Rückstand nach Erhitzen und teilweisem Verdampfen in eine Verkokungstrommel geleitet, die sich mit festen Koksrückständen auffüllt. Dieser Koks muß dann ausgebohrt werden. Siehe beispielweise US-A- 4 410 398. Gemäß einem alternativen Verfahren, dem Fluidverkokungsverfahren, wird Koks auf Teilchen aus Impfkoks in einem Wirbelbett (Fluidbett) abgesetzt und das Koksprodukt liegt in Form von frei fließenden Körnern vor. Fluidverkoken verwendet außerdem zwei Betten mit Teilchen, die zwischen dem Verkokungsreaktor und einem Brennkessel zirkuliert werden, wo einige der Koksteilchen verbrannt werden, um die notwendige Wärme zu erzeugen.
• Fluidverkoken (Wirbelbettverkoken) ist empfindlich gegenüber der Einsatzmaterialströmung und der Reaktortemperatur. Wenn ein schweres Rückstandsöl zu schnell eingespeist wird und der Reaktor sich auf einer zu niedrigen Temperatur befindet, ist die Verkokungsreaktionsgeschwindigkeit zu niedrig und die Koksteilchen werden mit unvollständig umgesetztem Einsatzmaterial benetzt, was ihre Neigung zum Zusammenkleben zu großen, schlecht verwirbelbaren (fluidisierbaren) Stücken und zum Kleben an der Gefäßwand unter Bildung von Wandkoks erhöht. Die korrekte Steuerung der Zufuhrgeschwindigkeit bei ausreichend hohen Temperaturen ist notwendig, um dieses Versumpfen zu verhindern. Wir können eine kritische Bettentemperatur definieren, die Versumpfungstemperatur, TB, die eine Funktion der Kokergeometrie, der Einsatzmaterialinjektionsgeschwindigkeit und der Beschaffenheit des Einsatzmaterials ist. Derzeitige Wirbelbettkokerreaktoren werden bei Temperaturen weit oberhalb der Versumpfungstemperatur betrieben, um Wandkoks zu vermeiden. Der Hochtemperaturbetrieb begünstigt die Produktion von Koks und leichten Gasen auf Kosten der erwünschteren flüssigen Produkte. Als Ergebnis ist im Vergleich mit dem Betrieb bei niedrigerer Temperatur die Ausbeute an erwünschten flüssigen Produkten beträchtlich verringert. Die Verringerung der Betriebstemperatur für eine spezielle Anlage erfordert die Möglichkeit, zu bestimmen, wenn sich nennenswerte Mengen an Wandkoks ablagern.
• Es besteht daher ein Bedarf für einen zuverlässigen Wandkoksdetektor mit rascher Ansprechzeit, um den Koksaufbau zu überwachen, der den Betrieb im optimalen Bereich zur Ausbeute von flüssigem Produkt gestattet. Zusätzlich zu dem Betrieb des Reaktors näher an den Versumpfungstemperaturen gibt es andere Verfahrensparameter, die den Betrieb und die Produktausbeute beeinflussen, welche überwacht werden müssen. Diese schließen den Druck und die Geschwindigkeit des Verwirbelungsgases ein (siehe US-A-2 788 312).
• In EP-A-0 266 192 von den vorliegenden Anmeldern wird die Veränderung der Reaktorwanddicke aus einer nachgewiesenen Frequenzverschiebung einer Resonanz des Leistungsspektrums der Wandschwingungen bestimmt, die durch Aufprall des verarbeiteten Materials in dem Reaktor mit der Reaktorwand entstehen.
• Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Nachweis und zur Messung der Veränderung der Wanddicke eines Ofens aufgrund von Erosion (Abnahme der Wanddicke) oder Materialablagerung (Zunahme der Wanddicke), wobei offene Flammen vorhanden sind, die die Ofenwand anregen, was einen weiteren, aber unerwarteten, effektiven Anregungsmechanismus darstellt. Die Erfindung wird hier nachfolgend in Bezug auf die Bestimmung und Messung der Veränderung der Kokerwanddicke wie in EP-A-0 266 192 offenbart beschrieben und unterliegt den Anforderungen, daß der Reaktor ein Ofen ist und daß die Ofenwand durch die offenen Flammen in dem Reaktor angeregt wird. Es ist daher so zu verstehen, daß alle Koker, auf die hier Bezug genommen wird oder die nachfolgend im Detail beschrieben werden, außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen, aber eingeschlossen sind, um ein Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum nicht-invasiven passiven akustischen Nachweis und zur nicht-invasiven passiven akustischen Messung der Veränderung der Wanddicke eines Reaktors geschaffen, das Wandschwingungen verwendet, die von dem in dem Reaktor stattfindenden Verfahren erzeugt werden, bei dem
• (a) ein erstes Leistungsspektrum der Wandschwingungen des Reaktors als Funktion der Frequenz des Reaktors gemessen wird, während der Reaktor im Betrieb ist,
• (b) der Reaktor für eine Zeit t betrieben wird,
• (c) ein zweites Leistungsspektrum der Wandschwingungen des Reaktors als Funktion der Frequenz zu der Zeit t gemessen wird, während der Reaktor im Betrieb ist,
• (d) die Frequenzverschiebung einer Resonanz in dem ersten Spektrum aus der entsprechenden Resonanz in dem zweiten Spektrum bestimmt wird, und
• (e) die Frequenzverschiebung mit der Veränderung der Dicke der Wand des Reaktors korreliert wird,
• dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor ein Ofen ist und die Wandschwingung durch Schalldruck erzeugt wird, der von einer offenen Flamme in dem Ofen abgegeben wird.
• Wie in EP-A-0 266 192 offenbart ist, kann der Aufbau von Wandkoks (nachfolgend wird das Verfahren für einen Wirbelbettkoker illustriert und beschrieben) an einer bestimmten Stelle in einem Wirbelbettkoker durch die Messung der Schwingungen der Außenhülle des Kokers an dieser Stelle bestimmt werden. Das Verfahren verwendet diese Wandschwingungen, die durch die druckbedingte Grundschwingungsresonanz der Kokerwand hervorgerufen wird. Diese Schwingungen zeigen sich als ein Peak im Leistungsspektrum bei einer Frequenz, die durch die geometrischen und akustischen Eigenschaften der Kokerwand an dieser Stelle bestimmt wird. (Das Spektrum schließt Peaks höherer Ordnung ein, die in der Intensität abnehmen. Diese Erfindung wird unter Verwendung des ersten oder Grundpeaks illustriert oder beschrieben.) Abwärtsverschiebungen der Frequenz des Peaks entsprechen der Verstärkung der Koksdicke auf der Wand aufgrund der Verfahrensbedingungen. Eine Aufwärtsverschiebung der Frequenz geht mit einer Verringerung der Koksdicke aufgrund der Erosion des Wandkoks durch die Teilchen des dichten Bettes einher.
• Die Erfindung hängt von der Anregung der Wandresonanz mit ausreichender Intensität ab, so daß der Peak leicht in Gegenwart des Schwingungs-Hintergrundrauschens identifiziert werden kann. Wie in EP-A-0 266 192 ist bei Wirbelbettkokern und anderen in der petrochemischen Industrie verbreiteten Wirbelbett-Verfahrensanlagen der Aufprall der Bettenteilchen auf die Innenwand ausreichend, um die Wandresonanz deutlich über das Niveau des Hintergrundrauschens anzuregen. Bei Öfen mit großen Flammen ist allerdings gefunden worden, daß die Schallemission von der Flamme auch ausreichend ist, um die Wandresonanz über das Niveau des Hintergrundrauschens anzuregen und dieser Effekt wird in der vorliegenden Erfindung ausgenutzt. Gemäß EP-A-0 266 192 sind sowohl die Normalgeschwindigkeit als auch die Volumendichte van wirbelnden oder strömenden Koks- oder Katalysatorteilchen so, daß die Wandresonanz sowohl in Kokern als auch in Cat-Crackern (katalytischen Crackanlagen) angeregt wird. Es ist in der Tat überraschend, daß die Wandresonanzen mit ausreichender Intensität angeregt werden, um das Niveau der Resonanzen über das Niveau des Hintergrundrauschens des Wirbelbettreaktors zu erhöhen.
• Die vorliegende Erfindung kann so leicht von "aktiv akustischen" oder "Ultraschall"-Verfahren abgegrenzt werden, wo ein extern erzeugter Schallimpuls mit kurzer Wellenlänge und Pulslänge verwendet wird, um die Anwesenheit von Koks zu messen oder nachzuweisen, indem die Entfernung bestimmt wird, die von einem Puls zurückgelegt wird, der an der inneren Oberfläche einer Kokerwand reflektiert wird. Im Unterschied dazu hängt die vorliegende Erfindung von Schall ab, der von offenen Flammen emittiert wird und die Wandresonanz erregt und eine "passiv akustische" Technik ist. Es ist kein Durchdringen des Gefäßes erforderlich. Daher ist es nicht-invasiv und leicht automatisierbar.
• EP-A-0 266 192 beschreibt ein Verfahren zum Überwachen und Kontrollieren der Wanddicke eines arbeiteinden Wirbelbettkokers. Die Verfahrensstufen beginnen damit, daß ein Leistungsspektrum der Wandschwingungen des Kokers in einem Frequenzbereich, der die Wandresonanz einschließt, erhalten wird. Das Leistungsspektrum wird durch geeignete Verarbeitung des Spannungssignals erhalten, das von dem an die Wand gehefteten Beschleunigungsmeßgerät erzeugt wird. Dieses Leistungsspektrum und der vorherrschende Wandresonanzpeak darin ist die Grundlage für nachfolgende Messungen und liegen dem beschriebenen Verfahrens zugrunde. Der der Wandresonanz entsprechende Peak kann durch seine Form und Lage der Frequenz identifiziert werden, wie durch die akustischen Konstanten der Wand bestimmt wird, oder kann empirisch durch direkte Erregung der Wandresonanz mit einem geeigneten Impuls eines Hammers bestimmt werden.
• Abwärtsverschiebungen der Frequenz der Wandresonanz entsprechen dem Koksaufbau. Aufwärtsverschiebungen entsprechen der Kokserosion. So gibt die Computerverarbeitung des von dem Beschleunigungsmeßgerät erzeugten Spannungssignals eine kontinuierliche Ablesung der Ablagerung und der Wachstumsgeschwindigkeit und/oder der Erosion von Koks an der Innenwand des Kokers an einer Vielzahl von Stellen. Diese Information ermöglicht es den Betreibern eines Wirbelbettkokers, die Betriebsbedingungen für maximale Ausbeute ohne das Risiko von "Versumpfen" zu optimieren sowie die Lauf zeitlänge zwischen den Abschaltzeiten des Rokers zum Reinigen vom Wandkoks zu verlängern.
• Die Erfindung wird besser verständlich durch die Beispiele der angefügten Zeichnungen, wobei die Figuren 1 bis 11 und ihre entsprechenden Bezeichnungen alle in EP-A-0 266 192 eingeschlossen sind.
• Figur 1 ist ein Schema eines Wirbelbettkokerreaktors und zeigt die Anordnung von Beschleunigungsmeßgeräten zur Bestimmung der Wandkoksdicke.
• Figur 2 zeigt die Plazierung eines einzigen Beschleunigungsmeßgerätes zur Messung der Wandbeschleunigung lotrecht zu der Wandebene. Die Pfeile zeigen die Normalgeschwindigkeit der Koksteilchen, die auf die Innenoberfläche der Wand treffen und von ihr zurückgeworfen werden.
• Figur 3 zeigt, wie die zeitabhängige Wandbeschleunigung in ein Leistungsspektrum umgewandelt wird. Figur 3(a) zeigt die mittlere Beschleunigung als Funktion der Zeit. Figur 3(b) zeigt die mittlere quadratische Beschleunigung als Funktion der Zeit. Figur 3(c) zeigt das Leistungsspektrum als Funktion der Zeit.
• Figur 4 illustriert, wie die Knoten und Schwingungsbäuche des Grundmodus der Druckschwingung in der Wand lokalisiert sind.
• Figur 5 vergleicht eine genaue Berechnung der Frequenz der Wanddicke als Funktion der Koksdicke mit der ungefähren Beziehung, die durch Gleichung 1 gegeben ist.
• Figur 6 zeigt, wie die Wand entweder durch Koksteilchen oder durch Impuls eines Hammers angeregt werden kann.
• Figur 7(a) zeigt das Leistungsspektrum für die durch Koksteilchen angeregte Wand, und Figur 7(b) zeigt das Leistungsspektrum für die durch den Impuls des Hammers angeregte Wand.
• Figur 8(a) zeigt das Leistungsspektrum, das an einer bestimmten Stelle des Kokers am Anfang und nach nahezu einem Jahr Betriebsdauer genommen wurde. Figur 8(b) zeigt das Leistungspektrum, das an einer bestimmten Stelle des Kokers genommen wurde.
• Figur 9 zeigt das Kokswachstum an einer Stelle an der Kokerwand.
• Figur 10 zeigt die Schärfe der Wandresonanz. Ausgehend von wo die Bandbreite 25,6 kHz ist, wird die Bandbreite in jedem nachfolgenden Spektrum um den Faktor von 2 reduziert. Das Leistungsspektrum (g) hat eine Peakbreite von etwa 20 Hz.
• Figur 11 zeigt die Verschiebung dieses Peaks über einen Zeitraum von 20 Minuten. Die Gesamtverschiebung ist 50 Hz und entspricht einer Netto-Erosion/Ablagerung von etwa 26 mil Koks.
• Figur 12 zeigt das Leistungsspektrum für die Wand, die durch Schalldruck von einer offenen Flamme in dem Reaktor angeregt wird.
• EP-A-0 266 192 offenbart ein passives akustisches Verfahren zum Überwachen von Wandkoks in einem Wirbelbettkoker. Das Verfahren soll den Betrieb des Kokers unter Bedingungen gestatten, die die Flüssigkeitsausbeute erhöhen, sowie die genauen Bewertungen der Betriebsdauer zur effektiven Ausnutzung von Raffinerieresourcen unterstützen.
• Beschleunigungsmeßgeräte 2 sind an die Wand des Kokergefäfes geheftet, an denen die Messung des Wandkoks gewünscht wird, Figur 1. Das elektrische Signal von den Beschleunigungsmeßgeräten, das zu der Normalbeschleunigung der Wand proportional ist, wird verstärkt und entweder durch Kabel oder eine optische Verbindung zu einem Steuerungsraum, Figur 2, übermittelt. In dem Steuerungsraum wird durch geeignete elektronische Geräte das Leistungsspektrum bestimmte wie in Figur 3 gezeigt ist. Verschiebungen in der Lage der Frequenz der Wandresonanz sind durch einen einfachen Algorithmus mit dem Aufbau von Koks an der Wand wie nachfolgend beschrieben verknüpft.
• Figur 2 zeigt ein schematisches Diagramm, wie die Messung der Wandbeschleunigung vorgenommen wird. Ein magnetisch (oder anderweitig) angeheftetes Beschleunigungsmeßgerät 2 (wie ein B und K 4383) erzeugt eine elektrische Ausgangsladung, die proportional zu der Momentanbeschleunigung der Wand ist. Diese Ladung wird durch einen Ladungsverstärker (wie B und K 2635) in eine Ausgangsspannung umgewandelt, die wieder proportional zu der Normalbeschleunigung der Wand ist. Diese Spannung wird von einem Signalprozessor verarbeitet (B und K 2032 oder gleichwertig), um das Leistungsspektrum der Beschleunigung zu erzeugen. Die Ausgabe des Signalprozessors wird in einen PC eingespeist, der durch einen geeigneten Algorithmus die Frequenz des Wandresonanzpeaks und dessen Verschiebung in Bezug auf einen Bezugswert bestimmt. Die Ausgabe des PC ist eine Anzeige, die die Verteilung des Koksaufbaus an ausgewählten Stellen der Innenwand des Kokers in Echtzeit zeigt.
• Figur 3 zeigt die Beziehung zwischen der Beschleunigung und deren Quadrat als Funktion der Zeit und als Funktion der Frequenz. Das Leistungsspektrum für eine stationäre Zufallsfunktion der Zeit zeigt die mittlere quadratische Beschleunigung als Funktion der Frequenz an. Die Fläche unter dem Leistungsspektrum ist die Hälfte der mittleren quadratischen Beschleunigung.
• Die akustische Dicke der Kokerwand Li(t) unter dem Beschleunigungsmeßgerät an der Stelle "i" zum Zeitpunkt "t" wird aus der Gleichung
• Li(t) = Li(0)fi(0)/fi(t) (1)
• bestimmt, wobei fi(t) die Frequenz des Peaks in dem Leistungsspektrum zum Zeitpunkt t ist und Li(0)ifi(0) die gleichen Beträge zu einem früheren Zeitpunkt waren, als sowohl Li(0) als auch fi(0) bekannt waren. Figur 4 illustriert die Positionierung des Beschleunigungsmeßgeräts an der Wand des Gefäßes, das das dichte Bett enthält, und die räumliche Veränderung der senkrecht (normal) zu der Wand stehenden Beschleunigung beim Grundmodus der Wandschwingung. Unter diesen Bedingungen ist für eine homogene Wand, die durch zwei Medien begrenzt ist, deren Dichte und Schallgeschwindigkeit viel geringer als die der Wand ist, bekannt, daß der Grundmodus einen Knoten in der Mitte und einen Schwingungsbauch an den beiden Grenzflächen aufweist. Die Frequenz der Wandschwingung ist dann einfach gegeben durch die Druckschallgeschwindigkeit der Wand, geteilt durch die doppelte Wanddicke. Figur 4 illustriert auch eine (und die üblichste) Anregung der Wandresonanz, nämlich durch den Aufprall von Teilchen des Wirbelbettes, die einen stationären Wandresonanzpeak im Leistungsspektrum der Beschleuigungsmeßgerätausgabe erzeugt.
• Wir definieren den Koksaufbau zum Zeitpunkt t an der Stelle i durch die Menge Di(t). Eine hervorragende Näherung ist:
• Di(t) = Li(t) - Li(0) (2)
• Wenn man über die vollständige Information der Geometrie und Zusammensetzung des Reaktors verfügt, kann man unter Verwendung von bekannten Techniken der akustischen Wellengleichung die Reaktorwandresonanzen als Funktion der Frequenz berechnen und die Resonanzen mit der Veränderung der Innenwanddicke in Beziehung setzen. Wenn allerdings nur eine nominelle Dicke für die zusammengesetzte Wand zu einer gegebenen Zeit bekannt ist, können wir eine effektive Schallgeschwindigkeit "C" für die zusammengesetzte Wand durch den Ausdruck
• C = 2Li(0)fi(0) (3)
• definieren, wobei C die effektive Druckschallgeschwindigkeit der Wand ist, die als eine einzige Schicht eines akustischen Materials betrachtet wird. Unter Verwendung der Gleichungen (1) und (3) ergibt sich
• Li(t)fi(t) = Li(0)fi(0) = C/2
• Di(t) = Li(t) - Li(0)
• Die Gültigkeit dieser Näherung kann durch Messen der Dicke der Schichten an verschiedenen Stellen der Reaktorwand überprüft und ein Mittelwert für C bestimmt werden, wenn der Reaktor heruntergefahren worden ist. Dieser Wert für C kann mit Werten für C für die individuellen Schichten verglichen werden, die sich in der allgemeinen wissenschaftlichen Literatur befinden, um die Eignung dieses Mittelwerts zu überprüfen , z. B. American Institute of Physics Handbook (3. Ausgabe 1972, McGraw Hill New York).
• Durch ein geeignetes Anzeigesystem werden die Koksdicke an der Stelle i und ihre Veränderungsgeschwindigkeit dem Betreiber des Kokers angezeigt. Es können so Veränderungen der Betriebsbedingungen des Kokers vorgenommen werden, um die Flüssigausbeute zu maximieren, während der Koksaufbau minimiert wird.
• Figur 5 vergleicht die Werte einer genauen Berechnung der Wandresonanz als Funktion der Koksdicke für eine zusammengesetzte Wand mit realistischen Parametern für die Wand mit der einfachen Gleichung (1). Es ist ersichtlich, daß Gleichung (1) bei einer zweckmäßigen Wahl der Konstanten in Gleichung (3) innerhalb von 15 % Übereinstimmung mit der genaueren Berechnung sein kann. Diese Genauigkeit ist für viele der Anwendungen recht befriedigend, wo die Änderung der Wanddicke anstelle ihrer genauen Größe wichtig ist. Wenn eine höhere Genauigkeit gewünscht ist, kann dies bewirkt werden, indem unabhängig die Geschwindigkeit an repräsentativen Koksproben gemessen wird.
• Ein kritisches Merkmal der in EP-A-0 266 192 offenbarten passiven akustischen Technik ist, daß die Wandresonanz durch Koksteilchen angeregt werden kann, die auf die innere Wandoberfläche aufschlagen, und nicht-invasiv außen an dem Gefäß gemessen werden kann. Eine Demonstration, daß dies der Fall ist, wurde durch Vergleichen des Leistungsspektrums (gemessen an der Außenoberfläche der Wand), das mit dem Impuls eines Hammers erzeugt wurde (des Typs, der normalerweise verwendet wird, um Resonanz in Bauwerken anzuregen) mit dem Spektrum erhalten, das durch Koksteilchen erzeugt wurde.
• Figur 6 zeigte die Positionierung des Beschleunigungsmeßgeräts relativ zu dem Impuls des Hammers zu Zweck der Bestimmung der Wandresonanzfrequenz. Das Signal eines Impulses eines Hammers, wie B&K 8202 oder gleichwertig, wird durch einen Verstärker zu einem Eingang eines Zweikanalaufnahmegeräts oder Signalprozessors gegeben. Ein an die Wand geheftetes Beschleunigungsmeßgerät wird durch einen ähnlichen Verstärker mit dem anderen Eingang des Zweikanalaufnahmegeräts oder Signalprozessors verbunden. Der Schlag mit dem Hammer ruft eine zunehmende Störung in der Wand hervor, die eine Schwingungsresonanz unter dem Beschleunigungsmeßgerät erzeugt, wenn der sich bewegende Puls des Hammers unter dem Beschleunigungsmeßgerät hindurchgeht.
• Figur 7 zeigt das Leistungsspektrum der Beschleunigung für ein Beschleunigungsmeßgerät, das an einer Stelle an einer Kokerwand angeordnet ist, bei zwei Anregungsmodi. Die obere Darstellung ist das Leistungsspektrum, das durch den Impuls des Hammers angeregt worden ist, ohne daß Koksteilchen auf der Innenwand aufschlagen. Das untere ist das Leistungsspektrum, das durch das Beschleunigungsmeßgerät an der gleichen Stelle genommen worden ist, wenn es unter Gleichgewichtsbedingungen von dem Aufschlag der Koksteilchen angeregt worden ist. Der Wandresonanzpeak ist das vorherrschende Merkmal in beiden Leistungsspektren und hat eine ähnliche Form und Lage für die Pulserregung (Hammer) und Erregung im Gleichgewichtszustand (Koks).
• Figur 12 zeigt das Leistungsspektrum der Beschleunigung für ein Beschleunigungsmeßgerät, das an einer Stelle an einer Reaktorwand angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird die Wand durch den Einfluß von Schall angeregt, der von einer offenen Flamme in dem Gefäß emittiert wird. Der von offenen Flammen erzeugte Druck ist wohlbekannt, siehe beispielsweise I. R. Hurle et al, "Sound Emission from Open Turbulent Premixed Flames", Proc. Roy. Soc. A. 303, 409 bis 427 (1968). Figur 12 soll mit Figur 7 verglichen werden, was zeigt, daß der Schalldruck von der Flamme die Wardresonanz über den Hintergrund ähnlich wie der Aufprall des verarbeiteten Materials an der Innenwand anregt.
• Figur 8 zeigt, wie das Leistungsspektrum an einer bestimmten Stelle an der Wand eines Kokers verwendet werden kann, um die Koksdicke zu bestimmen. Die oberste Figur ist ein Leistungsspektrum, das eine Woche nach der Inbetriebnahme genommen wurde, als die Wand frei von Koks war, und die untere Figur ist 271 Tage später aufgenommen worden. In beiden Figuren ist die Wandresonanz leicht erkennbar als der vorherrschende Peak im Bereich von 0 bis 25,6 kHz. Die Abwärtsverschiebung des Peaks von etwa 2080 Hz entspricht 1,4 inch Koks.
Beispiel 1
• Die Dicke des Wandkoks an der Innenwand eines arbeitenden Wirbelbettkokers wurde über den Zeitraum eines Jahres gemäß dem Verfahren von EP-A-0 266 192 bestimmt. Figur 1 ist ein Schema des Kokers und zeigt die Anordnung der Beschleunigungsmeßgeräte zur Bestimmung des Wandkoks an einer Anzahl von Stellen. Die Anzahl der zur Überwachung des Koksaufbaus benötigten Beschleunigungsmeßgeräte liegt bei der Größenordnung von eins bis vier.
• Das Leistungsspektrum an einer der 28 Stellen auf dem Niveau 4 wurde an 6 Terminen während eines Betriebszeitraums von einem Jahr (von Abschalten zu Reinigungszwecken bis Abschalten zu Reinigungszwecken) gemessen. Die Frequenz des vorherrschenden Peaks wurde aufgezeichnet und unter Verwendung von Gleichung (3) und der Beziehung Li = c/2 fi in die Koksdicke umgewandelt, wobei c die Druckschallgeschwindigkeit ist, die als 2300 m/s genommen wurde. Der resultierende Koksaufbau wird in Figur 9 gegen Betriebstage aufgetragen. Es ist zu beachten, daß die Geschwindigkeit des Koksaufbaus mit der Zeit nicht konstant ist, was anzeigt, daß Veränderungen der Betriebsbedingungen wichtig sind. So kann ein passiver akustischer Wandkoksmonitor verwendet werden, um die Betriebsbedingungen einzustellen, um so den Koksaufbau zu minimieren und dadurch die Flüssigproduktausbeute und/oder Betriebszeitdauer zu verbessern.
Beispiel 2
• Die Empfindlichkeit der passiven akustischen Technik von EP- A-0 266 192 kann erhöht werden, so daß Echtzeitmessungen über kurze Zeitintervalle vorgenommen werden können. Dies kann wesentlich sein, wenn es erwünscht ist, den Koksaufbau (oder die Koksentfernung) während einer vorsätzlichen Veränderung der Betriebsbedingungen zu verfolgen. Die Empfindlichkeit hängt davon ab, ob man in der Lage ist, eine geringe Frequenzverschiebung des Resonanzpeaks zu entdecken, der einer Änderung der Bedingungen unmittelbar folgt. Figur 10 zeigt, was mit einem Peak passiert, wenn die Frequenzskala um etwa 2 Größenordnungen erweitert wird. Es ist ersichtlich, daß der Peak bei 9536 Hz mit einer Breite von einigen -zig (einigen mal Zehn) Hz recht scharf ist.
• Diese Schärfe des Resonanzpeaks kann verwendet werden, um die Koksdicke über kurze Zeitintervalle zu verfolgen. In Figur 11 verfolgen wir den Peak während eines Zeitraums von 20 Minuten und beobachten eine Erhöhung von etwa 50 Hz während der ersten 8 Minuten, gefolgt von einem Absinken um etwa den gleichen Betrag während der nächsten 14 Minuten. Die anfängliche Verschiebung von 50 Hz entspricht der Kokserosion von etwa 50 mil mit nachfolgender erneuter Absetzung der gleichen 50 mil.
• Diese Werte sind ausreichend, um den Grad zu zeigen, bis zu dem die Bedienungsperson die passive akustische Technik verwenden kann, um den Wandkoksaufbau in dem Koker zu überwachen, während der Koker in Betrieb ist.
• Die hier gezeigten Werte sind für einen gegebenen Koker mit einem gegebenen feuerfesten Material. Ahnliche Ergebnisse können für jeden Koker erhalten werden. Die Frequenz der Grundschwingung ändert sich mit der speziellen Bauweise der Wand, aber die Frequenzverschiebung kann in einer ähnlichen Weise erhalten werden und die Veränderung der Wanddicke wird aus Gleichung 1 abgeschätzt oder aus einer exakten Berechnung abgeleitet.

Claims (4)

1. Verfahren zum nicht-invasiven passiven akustischen Nachweis und zur nicht-invasiven passiven akustischen Messung der Veränderung der Wanddicke eines Reaktors, das Wandschwingungen verwendet, die von dem in dem Reaktor stattfindenden Verfahren erzeugt werden, bei dem

(a) ein erstes Leistungsspektrum der Wandschwingungen des Reaktors als Funktion der Frequenz des Reaktors gemessen wird, während der Reaktor im Betrieb ist,

(b) der Reaktor für eine Zeit t betrieben wird,

(c) ein zweites Leistungsspektrum der Wandschwingungen des Reaktors als Funktion der Frequenz zu der Zeit t gemessen wird, während der Reaktor im Betrieb ist,

(d) die Frequenzverschiebung einer Resonanz in dem ersten Spektrum aus der entsprechenden Resonanz in dem zweiten Spektrum bestimmt wird, und

(e) die Frequenzverschiebung mit der Veränderung der Dicke der Wand des Reaktors korreliert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor ein Ofen ist und die Wandschwingung durch Schalldruck erzeugt wird, der von einer offenen Flamme in dem Ofen abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Leistungsspektrum unter Verwendung eines Beschleunigungsmeßgeräts gemessen werden, das an der Außenseite der Wand des Reaktors befestigt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe, in der die Frequenzverschiebung mit der Veränderung der Dicke der Wand Di(t) korreliert wird, unter Verwendung von

durchgeführt wird, wobei fi(t) die Frequenz der Resonanz zu der Zeit t ist und C die effektive Druckschallgeschwindigkeit in der Reaktorwand ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem außerdem die Veränderung in der Wanddicke angezeigt wird.