JP2006275262A - 乾式ガスホルダ内監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】乾式ガスホルダのガスホルダ本体に昇降自在に収容された昇降ピストンの状態を外部から安全に監視できるようにする。
【解決手段】ガスホルダ本体と昇降ピストンとの間をガスシールするシール液の液位を検出する複数のパージ式液位検出器と、これらのパージ式液位検出器により検出されたシール液の液位から昇降ピストンの傾斜量及び傾斜方向を演算する演算装置と、演算装置の演算結果を表示する表示装置とを備え、各液位検出器がシール液４を貯溜する貯液槽３内に設けられた気泡噴出管５１と、この気泡噴出管５１に空気、不活性ガス等のパージガスを供給するパージガス供給配管５２と、このパージガス供給配管５２から気泡噴出管５１に供給されるパージガスの圧力変化を電気的に検出する圧力センサ５３とを備えて構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、製鉄所等で用いられる乾式ガスホルダの内部を監視する乾式ガスホルダ内監視装置に関する。

一般に、製鉄所においては高炉やコークス炉で発生したガスを燃料として有効活用するために、高炉ガス等の可燃性ガスを乾式ガスホルダと称されるガス貯蔵設備に貯蔵している場合が多い。この乾式ガスホルダは例えば図８に示すような構造となっており、ほぼ円筒状に形成されたガスホルダ本体１の内部には昇降ピストン２が収容されている。この昇降ピストン２は貯蔵ガス量に応じて昇降するようになっており、昇降ピストン２の外周部には、図９に示すように、貯液槽３が昇降ピストン２の円周方向に沿って設けられている。そして、貯液槽３内にはシール油等のシール液４が貯溜されており、このシール液４によってガスホルダ本体１と昇降ピストン２との摺接部がガスシールされている。

このような乾式ガスホルダでは、昇降ピストン２の摩耗が増大したり、片面日照による変形がガスホルダ本体１に生じたりすると、昇降ピストン２が斜めに傾いた状態となる。そして、このような状態になるとガスホルダ本体１と昇降ピストン２との摺接部をシール液４により十分にシールすることが困難な部分が昇降ピストン２の外周部に発生し、この部分から貯蔵ガスが外部に噴出するおそれがあることから、昇降ピストン２に異常が生じているか否かを検知する必要がある。

昇降ピストンの異常を検知する従来技術としては、乾式ガスホルダのピストントラス部に設置された計測器により昇降ピストンの傾斜量を計測して異常の有無を判定する方法（以下「従来技術１」と称す）や、昇降ピストンに機械式の傾斜計を設置し、その指示値をＣＣＤカメラで撮像して異常の有無を判定する方法（特許文献１参照）、あるいはシール液の液位をディスプレイ式液面計により測定して昇降ピストンの異常を検知する方法（特許文献２参照）などがある。
実開平５−３７９４号公報 特公平６−１９２７５号公報

しかしながら、上述した従来技術１の方法は、乾式ガスホルダのピストントラス部に設置された計測器の計測値を読み取るために、点検員が乾式ガスホルダのピストントラス部に立ち入らなければならないため、計測作業が煩雑化すると共に必要なときに計測データを入手できないという問題がある。
また、特許文献１に記載された方法ではＣＣＤカメラのレンズに汚れ等が付着すると昇降ピストンの異常を正確に検知することが困難になる問題があり、特許文献２に記載された方法では液面計を防爆仕様としなければならないため、その対策に多大の費用を要するだけでなく安全性に問題があった。

上記の課題を解決するために、本発明に係る乾式ガスホルダ内監視装置は、ほぼ円筒状に形成されたガスホルダ本体内を貯蔵ガス量に応じて昇降する昇降ピストンを有する乾式ガスホルダの内部を監視するものであって、前記ガスホルダ本体と前記昇降ピストンとの間をガスシールするシール液の液位を検出する複数のパージ式液位検出器と、該パージ式液位検出器により検出された前記シール液の液位から前記昇降ピストンの傾斜量及び傾斜方向を演算する演算装置と、該演算装置の演算結果を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る乾式ガスホルダ内監視装置において、前記パージ式液位検出器は、前記シール液を貯溜する貯液槽内に設けられた気泡噴出管と、該気泡噴出管にパージガスを供給するパージガス供給配管と、該パージガス供給配管から前記気泡噴出管に供給されるパージガスの圧力変化を前記乾式ガスホルダの外部で検出する圧力センサとを備えて構成されるものが好ましい。

請求項１の発明に係る乾式ガスホルダ内監視装置によれば、乾式ガスホルダ内に設置されたピストン傾斜計の指示値を読み取るために点検員が乾式ガスホルダの内部に立ち入る必要がないため、乾式ガスホルダのガスホルダ本体に昇降自在に収容された昇降ピストンの状態を外部から安全に監視することができる。
請求項２の発明に係る乾式ガスホルダ内監視装置によれば、貯液槽内に設けられた気泡噴出管と、この気泡噴出管にパージガスを供給するパージガス供給配管と、このパージガス供給配管から気泡噴出管に供給されるパージガスの圧力変化をガスホルダ本体の外部で検出する圧力センサとを備えてなるパージ式液位検出器によりシール液の液位を検出するようにしたことで、乾式ガスホルダの内部に電気機器を設置することなく昇降ピストンの異常を検知することが可能となる。したがって、液位検出器を防爆仕様とする必要がないため、上述した効果に加え、昇降ピストンの異常を安全かつ低コストに検知することができる。

以下、図１〜図６を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る乾式ガスホルダ内監視装置の概略構成を示す図であり、同図に示すように、本発明の一実施形態に係る乾式ガスホルダ内監視装置は、貯液槽３に貯溜されたシール液４の液位を検出するパージ式液位検出器５Ａ，５Ｂ，５Ｃと、これらパージ式液位検出器５Ａ，５Ｂ，５Ｃにより検出されたシール液４の液位から昇降ピストン２の傾斜量及び傾斜方向を演算する演算装置６と、この演算装置６の演算結果を表示する表示装置７とを備えており、パージ式液位検出器５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、昇降ピストン２の円周方向にほぼ等間隔で配設されている。

また、パージ式液位検出器５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、図２に示すように、シール液４を貯溜する貯液槽３内に設けられた気泡噴出管５１と、この気泡噴出管５１に空気、不活性ガス等のパージガスを供給するパージガス供給配管５２と、このパージガス供給配管５２から気泡噴出管５１に供給されるパージガスの圧力変化を電気的に検出する圧力センサ５３とを備えており、圧力センサ５３はガスホルダ本体１の外部に設けられている。

演算装置６は、図３に示すように、圧力−液位変換回路６１１，６１２，６１３を備えており、パージ式液位検出器５Ａ，５Ｂ，５Ｃの圧力センサ５３で検出されたパージガスの圧力変化Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３は上記圧力−液位変換回路６１１，６１２，６１３によりシール液４の液位Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３に変換されるようになっている。圧力−液位変換回路６１１，６１２，６１３は、図４に示すように、圧力センサ５３で検出されたパージガスの圧力値に応じた液位信号を出力するようになっている。

また、演算装置６は圧力−液位変換回路６１１，６１２，６１３の出力からシール液４の平均液位Ｌを算出する平均液位算出回路６２を備えており、この平均液位算出回路６２から出力された信号は、パージ式液位検出器５Ａ，５Ｂ，５Ｃで検出された液位Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３とその平均値Ｌとの偏差を求める偏差値算出回路６３１，６３２，６３３に供給されるようになっている。
さらに、演算装置６は偏差値算出回路６３１，６３２，６３３の出力から昇降ピストン２の傾斜量ｌを算出する傾斜量算出回路６４と、偏差値算出回路６３１，６３２，６３３及び傾斜量算出回路６４の出力から昇降ピストン２の傾斜方向θを算出する傾斜方向算出回路６５を備えており、昇降ピストン２の傾斜量ｌは次のように算出される。

すなわち、図５に示すように、ある方向に傾斜した昇降ピストンが水平面Ｙとなす角度をψ、昇降ピストンの傾斜方向Ｘ（図６参照）が液位検出器５Ａとなす角度をθ、昇降ピストン２の半径をＲとすると、液位検出器５Ａ，５Ｂ，５Ｃで検出されたシール液４の液位Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３とその平均値Ｌとの偏差ｌ_１，ｌ_２，ｌ_３は次式で表わされる。

ｌ_１＝Ｒｃｏｓθ・ｓｉｎψ ‥‥（１）
ｌ_２＝Ｒｃｏｓ（θ＋（２π／３））・ｓｉｎψ ‥‥（２）
ｌ_３＝Ｒｃｏｓ（θ＋（４π／３））・ｓｉｎψ ‥‥（３）
ここで、ｌ_２及びｌ_３は
ｌ_３−ｌ_２＝Ｒ√３・ｓｉｎθ・ｓｉｎψ ‥‥（４）
の関係が成立し、また昇降ピストンの傾斜量ｌは
１＝２Ｒｓｉｎψ ‥‥（５）
で表わされる。従って、（４）式及び（５）式から
２（ｌ_３−ｌ_２）／√３＝ｌｓｉｎθ ‥‥（６）
が得られ、さらに（１）式及び（６）式から
２ｌ_１＝ｌｃｏｓθ ‥‥（７）
が得られる。

（６）式及び（７）式から
４（ｌ_３−ｌ_２）^２／３＋４ｌ_１＝ｌ_２（ｓｉｎ^２θ＋ｃｏｓ^２θ）＝ｌ^２ ‥‥（８）
が得られ、（８）式の両辺に３／４を掛けると、
ｌ_３ ^２−２ｌ_２ｌ_３＋ｌ_２ ^２＋２ｌ_１ ^２＋ｌ_１ ^２＝３ｌ_２／４ ‥‥（９）
が得られる。そして、（９）式を変形すると、
ｌ＝√（８×（ｌ_１ ^２＋ｌ_２ ^２＋ｌ_３ ^２）÷３ ‥‥（１０）
が得られるので、傾斜量算出回路６４は（１０）式に基づいて昇降ピストンの傾斜量ｌを算出するように構成されている。

一方、昇降ピストン２の傾斜方向は、次のように算出される。すなわち、図６に示すように、昇降ピストン２の傾斜方向をθとすると、（１）式より
ｃｏｓθ＝ｌ_１／（Ｒｓｉｎψ） ‥‥（１１）
が得られ、この（１１）式に（５）式を代入すると、
ｃｏｓθ＝ｌ_１／（Ｒｓｉｎψ） ‥‥（１２）
が得られる。そして。この（１２）式を変形すると、
θ＝ｃｏｓ^−１（（２ｌ_１／ｌ）×（１８０／π）） ‥‥（１３）
が得られるので、傾斜方向算出回路６５は（１３）式に基づいて昇降ピストンの傾斜方向θを算出するように構成されている。

図７は圧力センサ５３の出力からシール液４の液位を実験的に求めたデータを示す図であり、パージガスの圧力からシール液４の液位を求める場合は、パージガス供給配管５２での圧力損失が懸念されるが、問題のないレベルにて信頼性（線形性）のデータが得られることが図７に示す実験データから判明した。
このような構成において、昇降ピストン２が図５に示す角度θの方向に図６に示す角度ψだけ傾斜すると、貯液槽３内に貯溜されたシール液４の液位が昇降ピストン２の傾斜方向θと傾斜角度ψに応じて変動する。ここで、液位検出器５Ａで検出されたシール液４の液位をＬ_１、液位検出器５Ｂで検出されたシール液４の液位をＬ_２、液位検出器５Ｃで検出されたシール液４の液位をＬ_３とすると、表示装置７には、（１０）式で表わされる昇降ピストン２の傾斜量ｌが表示されると共に（１３）式で表わされる昇降ピストン２の傾斜方向θが表示される。したがって、上述した本発明の一実施形態では乾式ガスホルダ内に設置されたピストン傾斜計の指示値を読み取るために点検員が乾式ガスホルダの内部に立ち入る必要がないため、乾式ガスホルダのガスホルダ本体に昇降自在に収容された昇降ピストンの状態を外部から安全に監視することができる。

また、上述した本発明の一実施形態では貯液槽３内に設けられた気泡噴出管５１と、この気泡噴出管５１に空気、不活性ガス等のパージガスを供給するパージガス供給配管５２と、このパージガス供給配管５２から気泡噴出管５１に供給されるパージガスの圧力変化をガスホルダ本体１の外部で検出する圧力センサ５３とを備えてなるパージ式液位検出器５Ａ，５Ｂ，５Ｃによりシール液４の液位を検出するようにしたことで、乾式ガスホルダの内部に電気機器を設置することなく昇降ピストン２の異常を検知することが可能となる。したがって、液位検出器を防爆仕様とする必要がないため、昇降ピストン２の異常を安全かつ低コストに検知することができる。
なお、上述した実施形態では昇降ピストンの外周部に３個の液位検出器を配設したが、液位検出器の数は３個に限られるものではなく、２個または４個以上であってもよい。

本発明の一実施形態に係る乾式ガスホルダ内監視装置の概略構成図である。 図１に示すパージ式液位検出器の概略構成図である。 図１に示す演算装置の概略構成図である。 図３に示す圧力−液位変換回路の機能説明図である。 図１に示す乾式ガスホルダ内監視装置の作用を説明するための説明図である。 図１に示す乾式ガスホルダ内監視装置の作用を説明するための説明図である。 圧力センサの出力からシール液の液位を実験的に求めたデータを示す図である。 乾式ガスホルダの概略構成図である。 図８のＡ部を示す図である。

符号の説明

１ ガスホルダ本体
２ 昇降ピストン
３ 貯液槽
４ シール液
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ パージ式液位検出器
５１ 気泡噴出管
５２ パージガス供給管
５３ 圧力センサ
６ 演算装置
６１１，６１２，６１３ 圧力−液位変換回路
６２１ 平均液位算出回路
６３１，６３２，６３３ 偏差値算出回路
６４ 傾斜量算出回路
６５ 傾斜方向算出回路
７ 表示装置

Claims (2)

1. ほぼ円筒状に形成されたガスホルダ本体内を貯蔵ガス量に応じて昇降する昇降ピストンを有する乾式ガスホルダの内部を監視するものであって、前記ガスホルダ本体と前記昇降ピストンとの間をガスシールするシール液の液位を検出する複数のパージ式液位検出器と、該パージ式液位検出器により検出された前記シール液の液位から前記昇降ピストンの傾斜量及び傾斜方向を演算する演算装置と、該演算装置の演算結果を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする乾式ガスホルダ内監視装置。
2. 前記パージ式液位検出器は、前記シール液を貯溜する貯液槽内に設けられた気泡噴出管と、該気泡噴出管にパージガスを供給するパージガス供給配管と、該パージガス供給配管から前記気泡噴出管に供給されるパージガスの圧力変化を前記乾式ガスホルダの外部で検出する圧力センサとを備えて構成されていることを特徴とする請求項１記載の乾式ガスホルダ内監視装置。

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