JP2009031243A - 配管詰まり診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラリー輸送ライン等における配管の詰まり状況を容易に把握することができる配管詰まり診断方法を提供する。
【解決手段】スラリー配管１１に約４０℃のスラリーが流れるのを一時的に停止して、スラリー配管１１に約２５℃の工業用水が流れるようにするとともに、それによる配管外面温度の過渡的変化を赤外線カメラ２３で撮影し、その撮影画像を画像処理装置２４で処理して得られた熱画像に基づいて、スラリー配管１１の詰まり状況を診断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スラリー輸送ライン等における配管の詰まり状況を診断するための配管詰まり診断方法に関するものである。

例えば鉄鋼プラントでは、図９に示すように、高炉あるいは転炉で生じた粉塵やスラッジを処理するためにスラリー輸送を行っている。このようなスラリー輸送ラインの配管では、通常の配管と比較して配管内部の付着物（堆積物）による詰まりが発生する可能性が高く、特に立上がり配管部や、エルボ部、バルブ部などに詰まりが発生しやすい。

従来、配管に詰まりが発生して、スラリー等の輸送流体の流れが悪くなった場合は、推測される異常個所（配管詰まり発生個所）を目安にして配管を取り外し、目視検査によって配管詰まり発生個所を特定した後、その配管詰まり発生個所を高圧水で洗浄して付着物を除去するという方法がとられていた。

しかし、この方法では、実際に配管を取り外してみるまでは、取り外した個所が配管詰まり発生個所であるのかどうかは不明であるため、無駄な配管の取り外しを繰り返す可能性があり、配管詰まり発生個所を特定するまでに手間と時間が掛かっていた。したがって、この方法によって配管詰まりの状況を把握しようとすると、輸送ラインやプラントの運転を長期間停止する必要があり、配管詰まりの診断（予知保全）をする方法としても適していなかった。

これに対して、工場プラント配管等の配管内部の腐食やスラッジの付着状況を非破壊で検査する方法として、古くから超音波探傷による方法が知られている。

また、特許文献１には、図１０に示すように、配管に所定の振動を与える加振棒９１と、この加振による配管１０の振動を伝達する振動伝達棒９２と、振動伝達棒９２に取り付けられた加速度センサ９３を備え、加速度センサ９３からの出力を受けて所定の信号処理を行うことで配管内部の診断を行うという配管内部診断装置が開示されている。
特開平６−２０１３６４号公報

しかしながら、前述の超音波探傷による方法では、配管詰まり発生部分に空洞や気泡が存在する場合は診断が困難である。

また、特許文献１に開示されている技術では、配管内部診断装置を配管に沿って走査させる必要があるため、架空配管などの場合は仮設足場を設置しなければならないという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、スラリー輸送ライン等における配管の詰まり状況を容易に把握することができる配管詰まり診断方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を行った結果、配管の診断個所の温度を変化させ、それによる配管外面の過渡的な温度変化状態を観測することによって、配管の詰まり状況を診断することを着想した。

すなわち、異常個所（配管詰まりが発生している個所）では、付着物のために、正常個所（配管詰まりが発生していない個所）に比べて、配管外面の温度が緩やかに変化する。したがって、このような配管外面の過渡的温度変化の違いを観測すれば配管の詰まり状況を診断することができるとの考えに至った。

上記の考え方に基づいて、本発明は以下の特徴を有している。

［１］流体を輸送する配管の内部に付着した付着物による配管の詰まり状況を診断するための配管詰まり診断方法であって、配管の診断個所の温度を変化させ、それによる当該配管外面温度の過渡的変化を温度センサで観測することによって、当該配管の詰まり状況を診断することを特徴とする配管詰まり診断方法。

［２］当該配管内の流体の温度を変化させることにより、配管の診断個所の温度を変化させ、それによる当該配管外面温度の過渡的変化を温度センサで観測することによって、当該配管の詰まり状況を診断することを特徴とする前記［１］に記載の配管詰まり診断方法。

［３］当該配管に輸送流体が流れるのを一時的に停止して、当該配管に前記輸送流体と温度の異なる診断用流体を流すことにより、当該配管内の流体の温度を変化させることを特徴とする前記［２］に記載の配管詰まり診断方法。

［４］配管の診断個所の上流側において、当該配管を外部から一時的に加熱または冷却することにより、当該配管内の流体の温度を変化させることを特徴とする前記［２］に記載の配管詰まり診断方法。

［５］配管の診断個所を外部から一時的に加熱または冷却することにより、配管の診断個所の温度を変化させ、それによる当該配管外面温度の過渡的変化を温度センサで観測することによって、当該配管の詰まり状況を診断することを特徴とする前記［１］に記載の配管詰まり診断方法。

［６］前記温度センサは赤外線カメラであることを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載の配管詰まり診断方法。

［７］前記温度センサは熱電対であることを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載の配管詰まり診断方法。

本発明においては、配管の診断個所の温度を変化させ、それによる配管外面温度の過渡的変化を観測することで、配管の詰まり状況を診断するようにしているので、配管の取り外しによる輸送ラインの長期間停止や架空配管に対する仮設足場の設置等が不要となり、容易に配管の詰まり状況を診断することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、ここでは、図９に示したようなスラリー輸送ラインの配管（スラリー配管）を例にして述べる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるスラリー輸送ラインを示すものである。

浄水場１０から脱水設備１３に向けてスラリー配管１１が敷設されており、スラリー配管１１内を温度が４０℃程度のスラリー（輸送流体）が輸送されるようになっている。なお、図中１２はスラリー輸送用のポンプである。

そして、この実施形態においては、スラリー配管１１の詰まり状況を診断するために、スラリーと温度の異なる２５℃程度の工業用水（診断用流体）を工業用水供給装置２０からスラリー配管１１に流すための工業用水配管２１と、スラリー配管１１内に流れる流体をスラリーから工業用水に切り替えるためのバルブ（切替弁）２２と、スラリー配管１１の外面を地上から撮影するための赤外線カメラ２３と、赤外線カメラ２３の撮影画像を処理して熱画像を得るための画像処理装置２４を備えている。

これにより、スラリー配管１１の詰まり状況を診断する際には、バルブ２２を切り替え、スラリー配管１１にスラリー（約４０℃）が流れるのを一時的に停止して、スラリー配管１１に工業用水（約２５℃）が流れるようにするとともに、それによる配管外面温度の過渡的変化を赤外線カメラ２３で撮影し、その撮影画像を画像処理装置２４で処理して得られた熱画像に基づいて、スラリー配管１１の詰まり状況を診断するようになっている。

すなわち、例えば、図１に示すように、スラリー配管１１中のエルボ部１１ａに付着物３０が付着しているとした場合、エルボ部１１ａの外面の熱画像は図２に示すようになる。なお、通常、熱画像は色彩で温度分布を可視化しているが、ここでは、白黒の濃淡（濃度）で表している（濃いほど温度が高い）。

まず、エルボ部１１ａを約４０℃のスラリーが流れている場合、図２（ａ）に示すように、エルボ部全体が同じ濃度である。

次に、エルボ部１１ａを流れる流体を約２５℃の工業用水に切り替えた場合、工業用水に切り替えてから一定の時間が経過すると、図２（ｂ）に示すように、濃度分布が生じるようになる。大部分の個所は濃度が薄くなっているが、付着物３０が付着している個所はほとんど同じ濃度のままである。これは、付着物３０が付着している個所では、付着物３０のために、その他の個所に比べて、エルボ部１１ａ内の流体温度の変化（約４０℃から約２５℃に変化）が外面に伝わるのに時間が掛かり、外面の温度（熱画像の濃度）が緩やかに変化するからである。

そして、さらに時間が経過すると、図２（ｃ）に示すように、付着物３０が付着している個所も流体温度の変化が伝わり、エルボ部１１ａ全体が同じ濃度になる。

したがって、図２（ｂ）に示したような熱画像に基づいて、その濃淡分布や経過時間等から、当該エルボ部１１ａにおける付着物３０の付着状態（詰まり度合い）が検知され、詰まり状況の診断を行うことができる。

もちろん、エルボ部１１ａ以外についても、同様にして、その詰まり状況の診断を行うことができる。

このようにして、この実施形態においては、スラリー配管にスラリーと異なる温度の工業用水を流した時（すなわち、スラリー配管内の流体をスラリーから工業用水に置換した時）のスラリー配管外面温度の過渡的変化を赤外線カメラで観測することによって、スラリー配管の詰まり状況を診断するようにしているので、配管の取り外しによる輸送ラインの長期間停止や架空配管に対する仮設足場の設置等が不要となり、容易に配管の詰まり状況を診断することができる。

そして、詰まり状況の診断の結果、将来的に配管詰まりの発生（スラリーの輸送量の大幅な低減）が予測される場合には、適切な時期（例えば、定期修理の時）に、その配管詰まり発生予測個所を高圧水で洗浄して付着物を除去したり、配管そのものを取り替えたりする。このような予知保全を行うことによって、安定した操業を実施することができる。また、配管詰まりが発生した場合は、速やかに配管詰まり発生個所を特定して、対処することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態におけるスラリー輸送ラインを示すものである。

浄水場１０から脱水設備１３に向けてスラリー配管１１が敷設されており、スラリー配管１１内を温度が４０℃程度のスラリー（輸送流体）が輸送されるようになっている。なお、図中１２はスラリー輸送用のポンプである。

そして、この実施形態においては、スラリー配管１１の詰まり状況を診断するために、スラリーと温度の異なる２５℃程度の工業用水（診断用流体）を工業用水供給装置２０からスラリー配管１１に流すための工業用水配管２１と、スラリー配管１１内に流れる流体をスラリーから工業用水に切り替えるためのバルブ（切替弁）２２と、スラリー配管１１の外面温度を測定するための熱電対Ｓ１〜Ｓ１０を備えている。

ここで、熱電対Ｓ１〜Ｓ１０は、立ち上がり配管部、エルボ部、バルブ部などの詰まりが発生しやす部位に取り付けられており、それぞれ、配管外周に９０度毎に配置された４個の熱電対からなっている。

これにより、スラリー配管１１の詰まり状況を診断する際には、バルブ２２を切り替え、スラリー配管１１にスラリーが流れるのを一時的に停止して、スラリー配管１１に工業用水が流れるようにするとともに、それによる配管外面温度の過渡的変化を熱電対Ｓ１〜Ｓ１０で測定し、その測定結果から得られた配管外面の過渡的温度変化を時系列的に比較することによって、スラリー配管１１の詰まり状況を診断するようになっている。

すなわち、図４は、熱電対Ｓ１〜Ｓ１０が測定した各配管外面温度の過渡的変化を模式的に示したものである。なお、ここでは、それぞれ４個の内の１個の熱電対を代表として表示している。

そして、図５は、配管の詰まりが予測される個所に取り付けられた熱電対（例えば、Ｓ５）の測定結果を時系列的に比較したものである。ここでは、今回と１年前、２年前の測定結果とを比較している。付着物の付着量が増加してくると、配管内の流体温度の変化が配管外面に伝わるまでの時間が徐々に長くなり、配管外面の温度がスラリー温度の約４０℃（定常温度）から工業用水の温度約２０°（工水温度）に向かって下降していく際の傾き（変化速度）が年々緩やかになってくる。

したがって、定期的にスラリー配管１１に工業用水を流して、熱電対Ｓ１〜Ｓ１０が測定した配管外面温度の過渡的変化の時系列変化を記録・管理することによって、それぞれの個所の詰まり状況の診断を行うことができる。

このようにして、この実施形態においては、スラリー配管にスラリーと異なる温度の工業用水を流した時（すなわち、スラリー配管内の流体をスラリーから工業用水に置換した時）のスラリー配管外面温度の過渡的変化を熱電対で測定することによって、スラリー配管の詰まり状況を診断するようにしているので、配管の取り外しによる輸送ラインの長期間停止や架空配管に対する仮設足場の設置等が不要となり、容易に配管の詰まり状況を診断することができる。

そして、詰まり状況の診断の結果、将来的に配管詰まりの発生（スラリーの輸送量の大幅な低減）が予測される場合には、適切な時期（例えば、定期修理の時）に、その配管詰まり発生予測個所を高圧水で洗浄して付着物を除去したり、配管そのものを取り替えたりする。このような予知保全を行うことによって、安定した操業を実施することができる。また、配管詰まりが発生した場合は、速やかに配管詰まり発生個所を特定して、対処することができる。

なお、第１、第２の実施形態においては、配管内をスラリー（輸送流体）から工業用水（診断用流体）に完全に置換することで、配管内の流体の温度を変化させているが、スラリー（輸送流体）に工業用水（診断用流体）を混合することで、配管内の流体の温度を変化させてもよい。

また、上記においては、輸送流体がスラリーで、診断用流体として工業用水を用いた場合を例にして説明したが、本発明は他の輸送流体（液体、気体）の場合にも適用することができ、それぞれの輸送流体に対応して適切な診断用流体（液体、気体）を用いればよい。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態におけるスラリー輸送ラインを示すものである。

前述の第１の実施形態においては、スラリー配管１１内に輸送流体（約４０℃のスラリー）と温度の異なる診断用流体（約２５℃の工業用水）を流すことで、スラリー配管１１内を流れる流体の温度を降下させているが、それに代えて、この第３の実施形態においては、図６に示すように、赤外線カメラ２３により観測する個所（ここでは、エルボ部１１ａ）の上流側に水冷装置２６を設置し、この水冷装置２６からの冷却水（例えば、２０℃）を用いてスラリー配管１１を外部から一時的に冷却することによって、スラリー配管１１内を流れる流体（すなわち、スラリー）の温度を降下させている。

これにより、この第３の実施形態においても、前述の図２（ａ）〜（ｃ）と同様の熱画像が得られ、図２（ｂ）に示したような熱画像に基づいて、その濃淡分布や経過時間等から、当該エルボ部１１ａにおける付着物３０の付着状態（詰まり度合い）が検知され、詰まり状況の診断を行うことができる。しかも、スラリーの輸送を中断することなく実施することができる。

もちろん、エルボ部１１ａ以外についても、同様にして、その詰まり状況の診断を行うことができる。

このようにして、この実施形態においては、冷却水を用いてスラリー配管１１を外部から一時的に冷却することによって、スラリー配管１１内を流れるスラリーの温度を降下させ、その際のスラリー配管外面温度の過渡的変化を赤外線カメラで観測することによって、スラリー配管の詰まり状況を診断するようにしているので、配管の取り外しによる輸送ラインの長期間停止や架空配管に対する仮設足場の設置等が不要となり、容易に配管の詰まり状況を診断することができる。

なお、ここでは、スラリーより低温の冷却水を用いてスラリー配管１１を外部から冷却することによって、スラリー配管１１内を流れるスラリーの温度を降下させているが、スラリーより高温の熱水や熱風あるいは熱光線（サーチライト）を用いてスラリー配管１１を外部から加熱することによって、スラリー配管１１内を流れるスラリーの温度を上昇させるようにしてもよい。

また、ここでは、赤外線カメラ２３によってスラリー配管１１の外面温度を観測しているが、前述の第２の実施形態と同様に、熱電対によってスラリー配管１１の外面温度を観測してもよいことは言うまでもない。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態におけるスラリー輸送ラインを示すものである。

前述の第１〜第３の実施形態においては、スラリー配管１１内を流れる流体の温度を変化させているが、それに代えて、この第４の実施形態においては、図７に示すように、配管１１の診断個所すなわち赤外線カメラ２３により観測する個所（ここでは、エルボ部１１ａ）にサーチライト２７を設置し、このサーチライト２７を所定時間だけ照射してエルボ部１１ａを外部から一時的に加熱することによって、配管１１の診断個所（エルボ部１１ａ）の温度を変化させている。

これにより、この第４の実施形態においては、図７に示すように、スラリー配管１１中のエルボ部１１ａに付着物３０が付着しているとした場合、エルボ部１１ａの外面の熱画像は図８に示すようになる。なお、通常、熱画像は色彩で温度分布を可視化しているが、ここでは、白黒の濃淡（濃度）で表している（濃いほど温度が高い）。

まず、エルボ部１１aをサーチライト２７で所定時間だけ照射すると、図８（ａ）に示すように、エルボ部１１aが加熱されて全体の濃度が濃くなる。

次に、サーチライト２７によるエルボ部１１aの照射を停止した後、一定の時間が経過すると、図８（ｂ）に示すように、濃度分布が生じるようになる。大部分の個所は濃度が薄くなっているが、付着物３０が付着している個所は濃度が濃いままである。これは、サーチライト２７によるエルボ部１１aの照射を停止すると、エルボ部１１aはサーチライト２７の照射を行う前の温度状態（当初温度状態）に戻ろうとするが、付着物３０が付着している個所では、付着物３０のために、その他の個所に比べて、当初温度状態に戻るのに時間が掛かり、配管１１外面の温度（熱画像の濃度）が緩やかに降下するからである。

そして、さらに時間が経過すると、図８（ｃ）に示すように、付着物３０が付着している個所も含めてエルボ部全体が同じ濃度（当初温度状態）になる。

したがって、図８（ｂ）に示したような熱画像に基づいて、その濃淡分布や経過時間等から、当該エルボ部１１ａにおける付着物３０の付着状態（詰まり度合い）が検知され、詰まり状況の診断を行うことができる。しかも、スラリーの輸送を中断することなく実施することができる。

もちろん、エルボ部１１ａ以外についても、同様にして、その詰まり状況の診断を行うことができる。

このようにして、この実施形態においては、スラリー配管の診断個所を外部から一時的に加熱した時のスラリー配管外面温度の過渡的変化を赤外線カメラで観測することによって、スラリー配管の詰まり状況を診断するようにしているので、配管の取り外しによる輸送ラインの長期間停止や架空配管に対する仮設足場の設置等が不要となり、容易に配管の詰まり状況を診断することができる。

なお、ここでは、サーチライト（熱光線）２７を用いてスラリー配管１１を外部から加熱することによって、診断個所の温度を変化させているが、スラリーより高温の熱水や熱風を用いてスラリー配管１１を外部から加熱することでもよい。あるいは、スラリーより低温の冷却水を用いてスラリー配管１１を外部から冷却することによって、診断個所の温度を変化させるようにしてもよい。

また、ここでは、赤外線カメラ２３によってスラリー配管１１の外面温度を観測しているが、前述の第２の実施形態と同様に、熱電対によってスラリー配管１１の外面温度を観測してもよいことは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態におけるスラリー輸送ラインを示す図である。 本発明の第１の実施形態において観測される熱画像のイメージ図である。 本発明の第２の実施形態におけるスラリー輸送ラインを示す図である。 本発明の第２の実施形態において測定される過渡的温度変化の模式図である。 本発明の第２の実施形態における過渡的温度変化の時系列比較図である。 本発明の第３の実施形態におけるスラリー輸送ラインを示す図である。 本発明の第４の実施形態におけるスラリー輸送ラインを示す図である。 本発明の第４の実施形態において観測される熱画像のイメージ図である。 鉄鋼プラントにおけるスラリー輸送フローの一例を示す図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１０ 浄水場
１１ スラリー配管
１１ａ エルボ部
１２ ポンプ
１３ 脱水機
２０ 工業用水供給装置
２１ 工業用水配管
２２ バルブ（切替弁）
２３ 赤外線カメラ
２４ 画像処理装置
２６ 水冷装置
２７ サーチライト（熱光線）
３０ 付着物（堆積物）
Ｓ１〜Ｓ１０ 熱電対

Claims (7)

1. 流体を輸送する配管の内部に付着した付着物による配管の詰まり状況を診断するための配管詰まり診断方法であって、配管の診断個所の温度を変化させ、それによる当該配管外面温度の過渡的変化を温度センサで観測することによって、当該配管の詰まり状況を診断することを特徴とする配管詰まり診断方法。
2. 当該配管内の流体の温度を変化させることにより、配管の診断個所の温度を変化させ、それによる当該配管外面温度の過渡的変化を温度センサで観測することによって、当該配管の詰まり状況を診断することを特徴とする請求項１に記載の配管詰まり診断方法。
3. 当該配管に輸送流体が流れるのを一時的に停止して、当該配管に前記輸送流体と温度の異なる診断用流体を流すことにより、当該配管内の流体の温度を変化させることを特徴とする請求項２に記載の配管詰まり診断方法。
4. 配管の診断個所の上流側において、当該配管を外部から一時的に加熱または冷却することにより、当該配管内の流体の温度を変化させることを特徴とする請求項２に記載の配管詰まり診断方法。
5. 配管の診断個所を外部から一時的に加熱または冷却することにより、配管の診断個所の温度を変化させ、それによる当該配管外面温度の過渡的変化を温度センサで観測することによって、当該配管の詰まり状況を診断することを特徴とする請求項１に記載の配管詰まり診断方法。
6. 前記温度センサは赤外線カメラであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の配管詰まり診断方法。
7. 前記温度センサは熱電対であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の配管詰まり診断方法。