JP2015121337A - 耐火材層支持状態検出方法及び加熱炉 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単にアンカー部材による耐火材層の支持状態を検出できるようにする方法及び加熱炉を提供する。
【解決手段】 金属製の炉ケーシング２の内側の耐火材層３に埋設した状態で炉内方に突設する方向に炉ケーシング２と一体に取り付けてある金属製のアンカー部材９を、炉ケーシング２の面に沿って所定間隔置きに多数配設してある加熱炉に対して、多数のアンカー部材９の内の少なくとも一部に、予め導線１０の一端部を電気接続すると共に、導線１０を炉ケーシング２と電気絶縁した状態でその他端部を炉ケーシング２の外側に延設しておいて、導線１０の他端部と炉ケーシング２との間での電気的導通の有無を調べて、電気的導通がある場合に、アンカー部材９により耐火材層３が支持状態であると判断し、電気的導通がない場合に、アンカー部材９による耐火材層３の支持が不良であると判断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属製の炉ケーシングの内側で炉内燃焼空間に面した耐火材層を設け、前記耐火材層に埋設した状態で炉内方に突設する方向に前記炉ケーシングと一体に取り付けてある金属製の耐火材支持用アンカー部材を、前記炉ケーシングの面に沿って所定間隔置きに多数配設してある加熱炉に対して、前記アンカー部材による前記耐火材層の支持状態を検出する耐火材層支持状態検出方法及びその方法を実施可能な加熱炉に関する。

従来、上記加熱炉では例えば、石油化学プラントなどに使用されており、その内部の炉内燃焼空間は数百度から１０００℃以上の温度で運転しており、その高温熱が鉄材やステンレスなどの金属製の炉ケーシングに直接接触すると赤熱して、炉を損傷させてしまうために、煉瓦、キャスタブル耐火材、セラミックファイバー、あるいは、プラスチック耐火物と称される可塑性粘土結合系の標準プラスチックや高珪酸質練土状のプラスチックや熱硬化性有機物結合系のクロム質プラスチックや気硬性珪酸ソーダ結合系のクロム質プラスチック等の耐火材を、炉ケーシングの内面に取付けて耐火材層を形成して、炉を保護している。
そして、それらの耐火材層が運転中に脱落しないように、炉ケーシングの内面に取付けられた鉄材やステンレスなどの金属製のアンカー部材で支持されている。
そのアンカー部材の取り付けは、その根元部を全周に亘って肉盛り溶接やスタッド溶接などにより行っており、加熱炉の運転に伴って、アンカー部材が腐食などにより経年劣化して支持力を失い、耐火材層の一部が脱落してしまうことがある。
そのために、一般的には２〜３年ごとに加熱炉の運転を停止して定期点検を行い、加熱炉の内部に人が入って目視などにより耐火材層の状態を点検して、脱落箇所があれば２〜３週間かけて補修している（周知慣用技術であり、適切な文献を示すことができない）。

しかし、定期点検時においては、耐火材層が脱落していなければ、アンカー部材の劣化状態はわかりにくく、既設の耐火材層を解体しなければ耐火材層の支持状態を正確に検出するのが困難であった。
また、定期点検後であっても、特に耐火材層にクラックが発生したりすると、アンカー部材の劣化が進んで耐火材層の支持力が低下し、耐火材層が脱落したりすることがあり、その脱落を予測するのはかなり困難であった。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、簡単にアンカー部材の劣化状態や耐火材層の脱落状態を検出できるようにする方法及び加熱炉を提供するところにある。

本発明の耐火材層支持状態検出方法の第１の特徴構成は、金属製の炉ケーシングの内側で炉内燃焼空間に面した耐火材層を設け、前記耐火材層に埋設した状態で炉内方に突設する方向に前記炉ケーシングと一体に取り付けてある金属製の耐火材支持用アンカー部材を、前記炉ケーシングの面に沿って所定間隔置きに多数配設してある加熱炉に対して、前記アンカー部材による前記耐火材層の支持状態を検出する耐火材層支持状態検出方法であって、多数の前記アンカー部材の内の少なくとも一部に、予め導線の一端部を電気接続すると共に、前記導線を前記炉ケーシングと電気絶縁した状態でその他端部を前記炉ケーシングの外側に延設し、前記アンカー部材と前記耐火材層とが一体となる状態で、前記導線の他端部と前記炉ケーシングとの間での電気的導通の有無を調べて、電気的導通がある場合に、前記アンカー部材により耐火材層が支持状態であると判断し、電気的導通がない場合に、前記アンカー部材による前記耐火材層の支持が不良であると判断するところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、多数の前記アンカー部材の内の少なくとも一部に、予め導線の一端部を電気接続すると共に、前記導線を前記炉ケーシングと電気絶縁した状態でその他端部を前記炉ケーシングの外側に延設し、前記アンカー部材と前記耐火材層とが一体となる状態で、前記導線の他端部と前記炉ケーシングとの間での電気的導通の有無を調べ、電気的導通がある場合に、前記アンカー部材により耐火材層が支持状態であると判断し、電気的導通がない場合に、前記アンカー部材による前記耐火材層の支持が不良であると判断することにより、加熱炉の内部に入らなくとも炉ケーシングの外側から電気的導通の有無を調べるだけで済み、定期点検時期を待たずともリアルタイムに簡単に耐火材層の支持状態を点検ができる。
つまり、導線の他端部と炉ケーシングとの間に電気的導通があれば、金属製のアンカー部材が、金属製の炉ケーシングに一体に取り付いていることを示し、その結果、アンカー部材と一体となっている耐火材層は、炉ケーシング内で支持されていてその機能が維持されていると判断できる。
また、電気的導通がなければ、炉ケーシングからアンカー部材が離れていて、アンカー部材による耐火材層の支持能力がなくなり、その結果、耐火材層による炉ケーシングの内面を保護する機能が低下していることを示す。
従って、早期に耐火材層の少なくとも一部の脱落または脱落予測が判断でき、炉の損傷部分が大きくなる前に炉の保全を早期にできる。

本発明の第２の特徴構成は、前記電気的導通がある場合に、予め調べておいた初期導線取り付け時の電気抵抗との比較をしてその経時的な電気抵抗の変化を調べ、前記アンカー部材による耐火材層に対する支持力のなくなる時期を予測するところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、炉ケーシングに対するアンカー部材の溶接部が腐食などにより経年劣化すると、アンカー部材と炉ケーシングとの間の電気抵抗は増加するために、予め調べておいた初期導線取り付け時の電気抵抗との比較をしてその電気導通における経時的な電気抵抗の変化を調べることにより、アンカー部材の耐火材層に対する支持力の低下度を判断しやすくなり、それにより、アンカー部材の耐火材層に対する支持力のなくなる時期を予測することにより、加熱炉の保全時期を適切に判断して、経済効果を上げることができる。

本発明の第３の特徴構成は、前記耐火材層がキャスタブル耐火材によって形成されたものであって、そのキャスタブル耐火材による耐火材層を形成する際に、一端部を前記アンカー部材に接続した前記導線の他端部を、前記炉ケーシングの外側に延設しておくところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、キャスタブル耐火材による耐火材層を形成する際に、一端部を前記アンカー部材に接続した前記導線の他端部を、前記炉ケーシングの外側に延設しておくことにより、特別な加工を要せずとも耐火材層に対する支持状態の検出が可能な加熱炉を合理的に形成できる。

本発明の第４の特徴構成は、一端部が前記アンカー部材と電気接続した前記導線の中間部を、前記電気接続したアンカー部材とは異なるアンカー部材に係止しておき、前記耐火材層の一部の脱落によって前記アンカー部材に係止した前記導線に張力が作用するように構成してあるところにある。

本発明の第４の特徴構成によれば、耐火材層の一部の脱落時に、アンカー部材に係止した前記導線に張力が作用するように構成することにより、耐火材層の一部の脱落に基づく導線の切断がよりスムーズに働き、耐火材層の支持状態をより感度よく判断できる。

本発明の第５の特徴構成は、前記アンカー部材と一体となる耐火材層の一部が脱落した場合に、前記導線が切断されるように前記導線を前記耐火材層中に埋設しておくところにある。

本発明の第５の特徴構成によれば、アンカー部材が脱落しなくとも耐火材層の一部の脱落を、導線の切断によって知ることができ、従って、加熱炉における耐火材層の支持状態を、より敏感に判断できるようになる。

本発明の加熱炉の第６の特徴構成は、請求項１〜５に記載の耐火材層支持状態検出方法を実行可能な加熱炉であって、金属製の炉ケーシングの内側で炉内燃焼空間に面した耐火材層を設け、前記耐火材層に埋設した状態で炉内方に突設する方向に前記炉ケーシングと一体に取り付けてある金属製の耐火材支持用アンカー部材を、前記炉ケーシングの面に沿って所定間隔置きに多数配設して、前記アンカー部材によって前記耐火材層を支持させてあり、前記多数のアンカー部材の内の少なくとも一部に、導線の一端部を電気接続すると共に、その導線の他端部を前記炉ケーシングと電気絶縁した状態で前記炉ケーシングの外側に延設してあるところにある。

本発明の第６の特徴構成によれば、導線を設置しておくだけで耐火材層の支持状態の検出ができる加熱炉を簡単に形成できる。

本発明の耐火材層支持状態検出方法の第７の特徴構成は、金属製の炉ケーシングの内側で炉内燃焼空間に面した耐火材層を設け、前記耐火材層に埋設した状態で炉内方に突設する方向に前記炉ケーシングと一体に取り付けてある金属製の耐火材支持用アンカー部材を、前記炉ケーシングの面に沿って所定間隔置きに多数配設してある加熱炉に対して、前記アンカー部材による耐火材層の支持状態を検出する耐火材層支持状態検出方法であって、前記炉ケーシングと電気絶縁した導線を、予め前記耐火材層の層厚内に埋設して一体化した状態で、その両端部を前記炉ケーシングの外側に延設しておき、前記導線の一端部と他端部との間での電気的導通の有無を調べて、電気的導通がある場合に、前記アンカー部材により耐火材層が支持状態であると判断し、電気的導通がない場合に、前記アンカー部材による前記耐火材層の支持が不良状態であると判断するところにある。

本発明の第７の特徴構成によれば、アンカー部材が炉ケーシングから脱落しなくとも、耐火材層の一部が脱落するだけでその耐火材層に埋設して一体化した導線が切断し、その切断により、炉ケーシングの外からでも耐火材層の脱落が容易に検出できる。

本発明の加熱炉の第８の特徴構成は、請求項７に記載の耐火材層支持状態検出方法を実行可能な加熱炉であって、金属製の炉ケーシングの内側で炉内燃焼空間に面した耐火材層を設け、前記耐火材層に埋設した状態で炉内方に突設する方向に前記炉ケーシングと一体に取り付けてある金属製の耐火材支持用アンカー部材を、前記炉ケーシングの面に沿って所定間隔置きに多数配設して、前記アンカー部材により耐火材層を支持させてあり、前記炉ケーシングと電気絶縁した導線を、前記耐火材層の層厚内に埋設して一体化した状態で、その両端部を前記炉ケーシングの外側に延設してあるところにある。

本発明の第８の特徴構成によれば、アンカー部材に支持されていない部分の耐火材の一部の脱落をも検出できる加熱炉を提供できる。

加熱炉の縦断面図で、(ａ)は正面図、（ｂ）は側面図である。 要部縦断面図で、（ａ）は正常時の耐火材層、（ｂ）は脱落時の耐火材層を示す。 別実施形態の要部縦断面図で、（ａ）は正常時の耐火材層、（ｂ）は脱落時の耐火材層を示す。 別実施形態の要部縦断面図で、（ａ）は正常時の耐火材層、（ｂ）は脱落時の耐火材層を示す。 別実施形態の要部斜視図で、（ａ）は正常時の耐火材層、（ｂ）は脱落時の耐火材層を示す。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、バーナー１からの可燃性ガスの燃焼空間Ｓを、炉ケーシング２の内部に形成し、炉ケーシング２の内面で炉内燃焼空間Ｓに面してキャスタブル耐火材により形成された断熱性の耐火材層３を設けると共に、炉内燃焼空間Ｓにバーナー１によって形成される燃焼火炎の輻射熱を受ける加熱反応管４を、配置する輻射部５を設け、その輻射部５の後流側に対流部６を接続し、前記対流部６には、断熱性の耐火材層３で囲まれた対流空間に熱回収用の対流管７を配管し、対流部６からの排ガスを大気放出する煙突８を連接して石油精製等の石油化学系加熱処理に使用される加熱炉を構成してある。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、前記炉ケーシング２の内側には、耐火材層３に埋設した状態で炉内方に突設する方向に、炉ケーシング２と一体にＳＵＳ３０９等の溶接棒による肉盛溶接により取り付けてあるＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０Ｓ等のステンレス製の直径６ｍｍＹ型の耐火材支持用アンカー部材９を、炉ケーシング２の内面に沿って所定間隔置きに多数配設して、そのアンカー部材９によって耐火材層３を支持させてある。

前記アンカー部材９による耐火材層３の支持状態を検出できるようにするために、多数のアンカー部材９の内の少なくとも一部に、導線１０の一端部を電気接続すると共に、その導線１０の他端部を炉ケーシング２とビニル被覆により電気絶縁した状態で炉ケーシング２の外側に延設した後に、キャスタブル耐火材を打設して耐火材層３を形成しておく。
そして、導線１０の他端部と前記炉ケーシング２との間での電気的導通の有無を、テスター等の測定器１１により調べて、電気的導通がある場合に、アンカー部材９により耐火材層３が支持状態であると判断する（図２（ａ））。
これに対し、図２（ｂ）に示すように、アンカー部材９が炉ケーシング２から外れて電気的導通がなくなったり、導線１０が断線して電気的導通がなくなった場合には、アンカー部材９による耐火材層３の支持が不良状態であると判断し、その結果、耐火材層３が脱落しているか、もしくは脱落しそうであると推測できる。

尚、前記アンカー部材９の耐火材層３に対する支持力のなくなる時期を予測するためには、前記電気的導通がある場合に、その電気抵抗を調べ、予め調べておいた初期導線１０取り付け時の電気抵抗との比較をして、その経時的な電気抵抗の変化を調べてもよい。

アンカー部材９と炉ケーシング２との間での電気導通状態において、その電気抵抗を調べると、溶接が健全なＹ型アンカー部材９の電気抵抗値が０．２Ωであるのに対し、炉ケーシング２から外れかかったＹ型アンカー部材９の電気抵抗値は、１．５Ωであった。
従って、電気抵抗の経時的変化によってアンカー部材９による耐火材層３の支持状態の変化が推測でき、メンテナンス時期の判断材料になる。

〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。

〈１〉 前記アンカー部材９は、Ｙ型以外に各種の形状のものが採用可能で、また、セラミックファイバーを保持するために、炉ケーシング２の内面にスタッド溶接により一体に突設させたスタッドボルトであってもよく、また、プラスチック耐火物保持用の金属アンカーであってもよい。
〈２〉 前記アンカー部材９と一体となる耐火材層３の一部が脱落した場合に、導線１０が切断されるように、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、一端部がアンカー部材９と電気接続した導線１０の中間部を、電気接続したアンカー部材９とは異なるアンカー部材９に係止しておき(図３（ａ）)、耐火材層３の一部の脱落によってアンカー部材９に係止した導線１０に張力が作用して切断されるように(図３（ｂ）)構成してあってもよい。尚、この場合、導線１０は、耐火材層３に埋設しておいても、あるいは、埋設せずに耐火材層３と炉ケーシング２との間に配線してあってもよい。
〈３〉 前記導線１０を、その一端部をアンカー部材９に電気接続しておく代わりに、図４に耐火材層の正常時（図４（ａ））と脱落時（図４（ｂ））とを示すように、炉ケーシング２と電気絶縁した導線１０を、予め耐火材層３の層厚内に埋設して一体化した状態で、その両端部を炉ケーシング２の外側に延設しておいてもよい。
〈４〉 前記導線１０を、図５（ａ），（ｂ）に示すように、縦方向に沿って耐火材層３に埋設させた導線１０を横に複数列ならべた縦導線群と、横方向に沿って耐火材層３に埋設させた導線１０を縦に複数行並べた横導線群とを設け、それら碁盤の目のように配設した状態の導線１０で、夫々の電気導通の状態を調べて、耐火材層３の一部の脱落箇所を知るのに、縦方向と横方向との２次元方向の位置を特定できるようにしてあってもよい。

尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

２ 炉ケーシング
３ 耐火材層
９ アンカー部材
１０ 導線

Claims (8)

1. 金属製の炉ケーシングの内側で炉内燃焼空間に面した耐火材層を設け、
   前記耐火材層に埋設した状態で炉内方に突設する方向に前記炉ケーシングと一体に取り付けてある金属製の耐火材支持用アンカー部材を、前記炉ケーシングの面に沿って所定間隔置きに多数配設してある加熱炉に対して、前記アンカー部材による前記耐火材層の支持状態を検出する耐火材層支持状態検出方法であって、
   多数の前記アンカー部材の内の少なくとも一部に、予め導線の一端部を電気接続すると共に、前記導線を前記炉ケーシングと電気絶縁した状態でその他端部を前記炉ケーシングの外側に延設し、
   前記アンカー部材と前記耐火材層とが一体となる状態で、
   前記導線の他端部と前記炉ケーシングとの間での電気的導通の有無を調べて、電気的導通がある場合に、前記アンカー部材により耐火材層が支持状態であると判断し、
   電気的導通がない場合に、前記アンカー部材による前記耐火材層の支持が不良であると判断する耐火材層支持状態検出方法。
2. 前記電気的導通がある場合に、予め調べておいた初期導線取り付け時の電気抵抗との比較をしてその電気導通における経時的な電気抵抗の変化を調べ、前記アンカー部材による耐火材層に対する支持力のなくなる時期を予測する請求項１に記載の耐火材層支持状態検出方法。
3. 前記耐火材層がキャスタブル耐火材によって形成されたものであって、そのキャスタブル耐火材による耐火材層を形成する際に、一端部を前記アンカー部材に接続した前記導線の他端部を、前記炉ケーシングの外側に延設しておく請求項１または２に記載の耐火材層支持状態検出方法。
4. 一端部が前記アンカー部材と電気接続した前記導線の中間部を、前記電気接続したアンカー部材とは異なるアンカー部材に係止しておき、前記耐火材層の一部の脱落によって前記アンカー部材に係止した前記導線に張力が作用するように構成してある請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐火材層支持状態検出方法。
5. 前記アンカー部材と一体となる耐火材層の一部が脱落した場合に、前記導線が切断されるように前記導線を前記耐火材層中に埋設しておく請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐火材層支持状態検出方法。
6. 請求項１〜５に記載の耐火材層支持状態検出方法を実行可能な加熱炉であって、
   金属製の炉ケーシングの内側で炉内燃焼空間に面した耐火材層を設け、
   前記耐火材層に埋設した状態で炉内方に突設する方向に前記炉ケーシングと一体に取り付けてある金属製の耐火材支持用アンカー部材を、前記炉ケーシングの面に沿って所定間隔置きに多数配設して、前記アンカー部材によって前記耐火材層を支持させてあり、
   前記多数のアンカー部材の内の少なくとも一部に、導線の一端部を電気接続すると共に、その導線の他端部を前記炉ケーシングと電気絶縁した状態で前記炉ケーシングの外側に延設してある加熱炉。
7. 金属製の炉ケーシングの内側で炉内燃焼空間に面した耐火材層を設け、
   前記耐火材層に埋設した状態で炉内方に突設する方向に前記炉ケーシングと一体に取り付けてある金属製の耐火材支持用アンカー部材を、前記炉ケーシングの面に沿って所定間隔置きに多数配設してある加熱炉に対して、前記アンカー部材による耐火材層の支持状態を検出する耐火材層支持状態検出方法であって、
   前記炉ケーシングと電気絶縁した導線を、予め前記耐火材層の層厚内に埋設して一体化した状態で、その両端部を前記炉ケーシングの外側に延設しておき、
   前記導線の一端部と他端部との間での電気的導通の有無を調べて、電気的導通がある場合に、前記アンカー部材により耐火材層が支持状態であると判断し、
   電気的導通がない場合に、前記アンカー部材による前記耐火材層の支持が不良状態であると判断する耐火材層支持状態検出方法。
8. 請求項７に記載の耐火材層支持状態検出方法を実行可能な加熱炉であって、
   金属製の炉ケーシングの内側で炉内燃焼空間に面した耐火材層を設け、
   前記耐火材層に埋設した状態で炉内方に突設する方向に前記炉ケーシングと一体に取り付けてある金属製の耐火材支持用アンカー部材を、前記炉ケーシングの面に沿って所定間隔置きに多数配設して、前記アンカー部材により耐火材層を支持させてあり、
   前記炉ケーシングと電気絶縁した導線を、前記耐火材層の層厚内に埋設して一体化した状態で、その両端部を前記炉ケーシングの外側に延設してある加熱炉。

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