JP2014040858A

JP2014040858A - 粉体管路輸送装置の閉塞箇所検知方法

Info

Publication number: JP2014040858A
Application number: JP2012182808A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Ono; 和彦大野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: JP5929629B2

Abstract

【課題】粉体管路が完全に閉塞している場合であっても、閉塞箇所をおおよそ特定することができる閉塞箇所の検知方法を提供する。
【解決手段】本発明の粉体管路輸送装置の閉塞箇所検知方法は、輸送対象である粉体が堆積することにより閉塞された管路において、管路の閉端部と粉体による閉塞箇所の間の閉塞空間に既知量の気体を封入し、気体を封入した前後における閉塞空間の圧力を計測し、気体を封入した前後における閉塞空間の内部の気体の状態方程式を用いて、閉塞空間の長さを求め、閉塞空間の長さから閉塞箇所を検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉体等を輸送する粉体管路輸送装置の閉塞箇所を検知する方法に関する。

従来より、粉体を搬送する装置として、コンベアに代表される機械式輸送装置の他に、管路内に輸送対象である粉体を気体と一緒に流し、固気二相流にて粉体を搬送する粉体管路輸送装置が知られている。粉体管路輸送装置は、輸送機械が直接製品である粉体に触れることがなく、またコンベア等に比べて省スペースで設置できるといった利点を持つ。そのため、粉体管路輸送装置は、多くの製造業で採用されている。

粉体管路輸送装置では、管路内の一部に粉体が堆積し、管路を閉塞してしまうことがある。ここで、粉体管路輸送装置の輸送性能は、粉体の特性や、粉体を輸送する気体の圧力・流量などによって大きく左右される。そのため、気体の圧力・流量に直接影響を及ぼす管路の閉塞は、トラブルの中で多くの割合を占めている。

このような管路の閉塞トラブルが発生した場合では、その閉塞箇所が管路中のどこの箇所で発生しているのかを特定する必要がある。この閉塞箇所を特定するために要する時間は、トラブル復旧時間に大きく影響している。

従来では、閉塞箇所を検知する方法として、全管路をハンマにて打撃して閉塞箇所を特定したり、閉塞している可能性が高い管路箇所を切断することにより開放し、目視により調査する方法がとられている。

しかしながら、全管路をハンマにて打撃して閉塞箇所を特定する方法では、設備によっては管路長が長く、全箇所打撃するために多大な時間がかかってしまうという問題を有する。また、ハンマによって打撃できない場所に管路が設置されている場合や、管路の素材自体が打撃できない場合では、この方法を適用することはできない。

また、閉塞している可能性が高い管路箇所を切断する方法では、開放部からの粉体や気体の流出が発生し、製品の品質や作業者の安全を確保できないという問題がある。

これに対し、特許文献１には、パイプラインに生じた詰まり位置をボイル・シャルルの法則を利用して検出する方法が開示されている。この方法では、閉塞箇所の両側に圧力差を作り、定時間内の圧力変動量を測定し、管路の全容積と、測定した圧力変動量から閉塞位置を検知している。

特公昭６０−４６３２０号公報

特許文献１に開示された方法では、閉塞箇所の両側に圧力差を作り、定時間内の圧力変動量を測定する。そのため、閉塞箇所が完全に閉塞している場合では、閉塞箇所の前後で気体の通り抜けがなく、圧力変化が生じないため、閉塞箇所を測定できない。ここで、高炉や転炉などで用いられる副原料を空気輸送する管路において閉塞トラブルが発生する場合には、完全に管路が閉塞してしまう状況が一般的である。そのため、高炉や転炉などで用いられる副原料を空気輸送する管路では、特許文献１に開示された方法を適用して閉塞箇所を検知することはできない。また、もしわずかに閉塞箇所の前後の部分がつながっていて特許文献１の方法が使えた場合でも、圧力が十分に変化するまでに時間がかかり、トラブルの復旧に時間がかかってしまうという問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するために、以下のような特徴を有する。
［１］輸送対象である粉体が堆積することにより閉塞された管路において、前記管路の閉端部と前記粉体による閉塞箇所の間の閉塞空間に既知量の気体を封入し、
前記気体を封入した前後における前記閉塞空間の圧力を計測し、
前記気体を封入した前後における前記閉塞空間の内部の気体の状態方程式を用いて、前記閉塞空間の長さを求め、
前記閉塞空間の長さから前記閉塞箇所を検知する、粉体管路輸送装置の閉塞箇所検知方法。

本発明に係る粉体管路輸送装置の閉塞箇所検知方法によれば、管路が閉塞している場合であっても閉塞箇所を検知することができ、また、管路がほぼ閉塞している場合には、閉塞箇所の検知時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態に係る閉塞箇所検知方法を適用する粉体管路輸送装置の概要を示す図である。本発明の実施例に係る閉塞箇所検知方法を適用する粉体管路輸送装置の概要を示す図である。

以下、添付した図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る閉塞箇所検知方法を適用する粉体管路輸送装置の概要を示す図である。図１では、輸送対象の粉体によって、粉体管路輸送装置の管路が閉塞した状態をモデル化している。粉体管路輸送装置では、輸送対象である粉体を気体と一緒に流し、固気二相流にて粉体を搬送する。

図１において、１０は管路、１はバルブ、２は粉体による閉塞箇所、３はバルブ、４は気体を示している。管路１０には、輸送対象である粉体と、粉体を搬送する気体が通る。バルブ１は、粉体及び粉体を搬送する気体の供給を制御する弁である。バルブ１が閉止されている状態では、バルブ１の位置が、管路１０の閉端部となる。バルブ１は、一般的な粉体輸送配装置の管路１０の一方に設けられている既存のバルブを示している。

閉塞箇所２は、粉体により管路１０を完全に閉塞しているか、若しくは、管路１０をほぼ閉塞している場所である。ここで、「閉塞」とは、閉塞箇所の前後に気体の移動がないほどに密閉された状態を示すものとする。具体的には、閉塞空間に気体を充填した場合に、１分間で０．０１ＭＰａ以下の圧力低下量（リーク量）であることが好ましい。

バルブ３は、気体４を管路１０に導入する弁である。本実施の形態では、後述するように、閉塞箇所を検知するために、バルブ３から気体４を封入し、閉塞した部分の圧力変化を検出している。気体４は、粉体を輸送する気体と同一であっても、異なる気体であってもよい。バルブ３は、粉体輸送配装置の管路１０の既存のバルブを用いることもできる。また、バルブ３が設けられていない場合には、新たにバルブを取り付けても良い。

本実施の形態に係る閉塞箇所検知方法では、はじめに、気体及び粉体の供給を行うバルブ１を閉止する。ここで、管路１０の閉端部であるバルブ１から、閉塞箇所２までの管路部を「閉塞空間ａ」と呼ぶ。換言すれば、閉塞空間ａは、閉端部であるバルブ１と、閉塞箇所２により密閉された空間である。なお、図１では、閉塞空間を規定する閉端部を、バルブ１の位置としているが、バルブ１が設置されていなくても、管路の外部からの気体が入り込まないような管路の端部があれば、その位置を閉端部と考えればよい。

閉塞空間ａの体積をｖ_ａ、圧力をＰａ、閉塞空間ａの内部の気体の質量をｍａ、気体の温度をＴ、気体定数をＲとする。これらのパラメータを用いると、閉塞空間ａは、以下の状態方程式（１）により表すことができる。

なお、閉塞空間ａの圧力については、バルブ１若しくは、バルブ３等に設けられた圧力計により計測するものとする。また、上記で説明したような、管路１０が完全に閉塞している、若しくは、ほぼ管路１０が閉塞している状態とは、閉塞空間ａに対し、状態方程式（１）を用いることで、おおよそ閉塞箇所を検知することができる程度に密閉されている状態を示すものとする。具体的には、上述の通り、閉塞空間に気体を充填した場合に、１分間で０．０１ＭＰａ以下の圧力低下量（リーク量）であることが好ましい。

次に、閉塞空間ａに対し、バルブ３から、所定の気体４をΔｍ[kg]（変化量）だけゆっくり封入する。気体４をゆっくり封入することで、閉塞空間ａの温度を変化させないようにしている。ここで、Δｍ（変化量）[kg]は、封入した気体４の体積から算出することができる。その後、バルブ３を閉止する。閉塞空間ａの体積は、ほとんど変化しないため、閉塞空間ａの圧力は、圧力ΔＰだけ上昇する。気体４の封入後の閉塞空間ａの状態は、式（２）として示すことができる。

また、気体の変化量Δｍのみに着目すれば、この封入された気体については、以下の式（３）が成立する。

さらに、式（３）をｖ_ａについて整理すれば、式（４）に示すようになる。

ここで、式（４）の右辺のパラメータである、圧力変化量Δｐ、気体の変化量Δｍ、温度Ｔは、上述したようにそれぞれ計測により求められる。そのため、気体定数Ｒを代入すれば、左辺の閉塞空間ａの体積ｖ_ａを算出することができる。ここで、管路１０の断面積をＡとし、閉塞空間ａの管路１０の長さ方向の長さをＬとすれば、閉塞空間ａの体積ｖ_ａは、式（５）によって示すことができる。

管路１０の断面積Ａは既知であるため、これを式（５）に代入すれば、閉塞空間ａの長さＬを求めることができる。算出される長さＬは、バルブ１から閉塞箇所までの距離に相当する。そのため、算出された長さＬから、管路１０を閉塞箇所のおおよその位置を知ることができる。

なお、本実施の形態では、粉体によって管路１０が完全に閉塞されているのみならず、管路１０がほぼ閉塞されている状態であっても、同様の方法により、閉塞箇所を検知することができる。具体的には、１分間の圧力低下量（リーク量）が０．０１ＭＰａ以上であっても、本実施の形態を適用することができる。

管路１０がほぼ閉塞されている状態では、完全に管路１０が閉塞されている場合に比べ、閉塞箇所の特定の精度は悪くなるが、おおよその位置を特定することができる。そのため、これに基づいて、特定された位置の周辺をハンマで打撃して、さらに詳細な位置を検出することができる。

上記のように、本実施の形態では、閉塞空間ａに気体４を封入し、気体４の封入前後の圧力を計測することで、短時間、かつ、簡易に閉塞箇所を検知することができる。そのため、管路１０の閉塞トラブルが発生した場合の復旧時間の短縮や、復旧作業負荷の低減に寄与することができる。

なお、上記の説明では、閉塞空間ａの温度が変化しないよう、気体４をゆっくり封入するとして説明したが、気体４を一気に封入し、その後、閉塞空間ａの温度が室温と同じ程度になるまで放置するように構成してもよい。

若しくは、気体４を任意の速度で封入し、管路１０内の温度Ｔを計測するよう構成してもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。図２は、上記の本実施の形態を適用する粉体管路輸送装置を示す概要図である。図２において、５はディスペンサー、７は圧力計、８は粉体による閉塞箇所を示している。なお、閉塞箇所８は、図１の管路１０の閉塞箇所２に相当している。また、図１と同様の構成については、同一符号を付すことによりその説明を省略する。なお、本実施例では、閉塞箇所８からバルブ３までの空間が、閉塞空間ａである。

実施例において、輸送対象である粉体は、石灰粉である。また、石灰粉を搬送する気体は窒素ガスである。ディスペンサー５は、圧力容器から窒素ガスを用いて、石灰粉を遠方に搬送する装置である。この設備では、バルブ３と、管路の圧力を示す圧力計７が設置されている。また、本実施例では、バルブ３として、粉体管路輸送装置に設置された既存の輸送ガスの流量を調整する流量調整バルブを利用した。この輸送ラインにおいて、閉塞箇所８において粉体の堆積による閉塞が発生している場合に、実際の各数値を計測した。

管路の径は、直径100[mm]である。また、閉塞発生時の圧力計７が示す値は、0.2[MPa]であった。ここで閉塞箇所を検知するために、従来の輸送ガスライン（バルブ３）から5.0[Nm³/min]の窒素ガスを1[min]流した。その後、圧力を計測した結果、圧力計７が示す値は0.6[MPa]に増加していた。ここで、窒素ガスの変化量Δｍは、以下の式（６）で示される。

ここで、気温が25[℃]であったので、閉塞空間ａの内部の温度Ｔを25[℃]と仮定する。圧力計７によって計測された圧力変化量Δｐと、気体定数Ｒを、式（４）に代入したものを、式（７）として示す。

管路径は、100[mm]であった。式（８）に示すように、閉塞箇所によって密閉された閉塞空間ａの体積ｖ_ａを、管路断面積Ａ[mm²]によって割る。これにより、閉塞空間ａの長さＬ[m]を求めることができる。

以上の実施例から、本実施の形態に係る閉塞箇所検知方法を用いて、閉塞箇所のおおよその位置を特定することができることが分った。

１バルブ
２閉塞箇所
３バルブ
４気体
５ディスペンサー
７圧力計
８閉塞箇所
１０管路

Claims

輸送対象である粉体が堆積することにより閉塞された管路において、前記管路の閉端部と前記粉体による閉塞箇所の間の閉塞空間に既知量の気体を封入し、
前記気体を封入した前後における前記閉塞空間の圧力を計測し、
前記気体を封入した前後における前記閉塞空間の内部の気体の状態方程式を用いて、前記閉塞空間の長さを求め、
前記閉塞空間の長さから前記閉塞箇所を検知する、粉体管路輸送装置の閉塞箇所検知方法。