JP3126585B2 - 輸送管内を流れる流動物の成分構成比測定装置 - Google Patents

輸送管内を流れる流動物の成分構成比測定装置

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JP3126585B2 JP06041806A JP4180694A JP3126585B2 JP 3126585 B2 JP3126585 B2 JP 3126585B2 JP 06041806 A JP06041806 A JP 06041806A JP 4180694 A JP4180694 A JP 4180694A JP 3126585 B2 JP3126585 B2 JP 3126585B2
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昭雄 青木
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修郎 猪川
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、輸送管内を流れる流
動物の成分構成比測定装置、特に、輸送管内を流れる汚
泥等の流動物を構成する水、有機物および灰分の成分構
成比を、気泡の混入にかかわらず高精度で測定すること
ができる装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、輸送管内を流れる、有機物と水
との混合物からなる汚泥の有機物と水との成分構成比を
輸送管外から求める方法として、中性子計測法の使用が
考えられる。中性子計測法による成分構成比の求め方に
ついて説明する。
【0003】中性子は、被測定物中の水素と感応する。
一方、有機物と水との水素含有率は異なる。従って、一
定体積中の有機物と水との比率が異なると、中性子の散
乱あるいは透過線量率が変化するので、下記(5)およ
び(6)式によって有機物と水との成分構成比を求める
ことができる。
【0004】 w+v=100 --- (6) 但し、上記(5)および(6)式において、I0 :輸送
管に水を満たしたときの中性子計測率(カウント/
秒)、I :中性子計測率(カウント/秒)、w :水
の容量百分率(=重量百分率、水の密度ρが1.0のた
め)(%)、v :有機物の容量百分率(=重量百分
率、有機物の密度ρが約1.0のため)(%)、K :
有機物中の水素の重量比/水中の水素の重量比(約1/
15)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、汚泥中
に気泡が混入すると、上記(6)式は、 w+v+H=100 --- (7) 但し、上記(7)において、H :汚泥中の気泡の容積
百分率(%)、となって、一義的な解を求めることがで
きず、基本的に測定不能となる。
【0006】更に、汚泥には、水と有機物以外に、カル
シウム、ケイ素を主成分とする灰分(無機質)が含まれ
ている。灰分は、中性子の吸収、散乱の反応断面積が小
さいために、中性子計測法においては、汚泥の灰分含有
量が変動しない限り、余り問題にならない。ところが、
大雨が降ったような場合には、道路の排水孔から泥が下
水管に流入し、汚泥の灰分含有量が急激に増加する。こ
の結果、汚泥の成分構成比の測定に誤差が生じる。
【0007】汚泥中への気泡の混入による測定誤差の解
決方法が、特開昭58−223039号公開公報に開示
されている。この方法は、スラリーの輸送管路内に、容
積式流量計と質量式流量計とを直列に接続し、それぞれ
の流量計によってスラリーの流量を測定し、そして、質
量式流量計によって測定した流量値を、容積式流量計に
よって測定した流量値で除してスラリーの密度を演算す
るものである。
【0008】しかしながら、この方法は、汚泥の成分構
成比を求めるものではなく、しかも、大容量且つ高粘性
のスラリーの質量を測定する質量式流量計が現存せず、
実用的ではないといった問題を有している。
【0009】従って、この発明の目的は、大容量且つ低
粘性のスラリーは勿論、高粘性のスラリーや灰分を多量
に含む汚泥であっても、その水、有機物および灰分の成
分構成比を、気泡の有無にかかわらず輸送管外から高精
度で測定することができる、輸送管内を流れる流動物の
成分構成比測定装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、気泡を含む
流動物が流れる輸送管の任意の計測点Aに設けられた第
1中性子計数計および第1圧力計と、前記計測点Aから
所定距離離れた前記輸送管の計測点Bに設けられた第2
中性子計数計および第2圧力計と、前記輸送管に設けら
れた流速計と、前記計測点Aまたは前記計測点Bに設け
られたγ線計数計と、演算処理器とからなり、前記演算
処理器は、前記流速計からの前記流動物の流速、前記第
1中性子計数計および前記第1圧力計によって測定し
た、前記計測点Aを通過する前記流動物の中性子計数率
および圧力と、前記第2中性子計数計および前記第2圧
力計によって測定した、前記計測点Aを通過した前記流
動物が前記計測点Bに到達した時の前記流動物の中性子
計数率および圧力と、前記γ線計数計からのγ線計数率
とに基づいて、前記流動物の水、有機物および灰分の成
分構成比を演算する機能を有していることに特徴を有す
るものである。
【0011】
【作用】流体中の液体および固体の体積は、圧力により
殆ど変化しない(通常、無視できる)。これに対して流
体中の気泡の体積は、圧力に反比例して変化する。従っ
て、輸送管内を流れる流動物の同一部位の中性子計数率
を圧力差が生じる2箇所の計測点で測定すれば、両者の
中性子計数率は、気泡の含有率に関連して変化する。一
方、両者の圧力は、別途、計測しているので、これらの
データーから流動物中への気泡の混入にかかわらず、流
動物の構成成分比を高精度で測定することができる。更
に、γ線の透過率は、汚泥の密度に関係し、密度が高い
程、γ線の減衰量が大きい。灰分の密度は、水および有
機物が約1であるのに対して、約2.2である。従っ
て、灰分含有率が高い程、γ線の減衰量が大きくなるの
で、γ線の減衰量から汚泥の灰分含有率が分かる。
【0012】
【実施例】次に、この発明の、輸送管内を流れる流動物
の成分構成比測定装置の一実施態様を、図面を参照しな
がら説明する。
【0013】図1は、この発明の、輸送管内を流れる流
動物の成分構成比測定装置の一実施態様を示すブロック
図である。
【0014】図1において、1は、気泡を含む流動物と
しての汚泥が流れる汚泥輸送管、2は、輸送管1の任意
の計測点Aに設けられた第1中性子計数計、3は、計測
点Aに設けられた第1圧力計、4は、計測点Aから所定
距離(l)離れた輸送管1の計測点Bに設けられた第2
中性子計数計、5は、計測点Bに設けられた第2圧力
計、6は、計測点Aと計測点Bとの間の輸送管1に設け
た流速計、7は、計測点Aまたは計測点Bに設けられた
γ線計数計、そして、8は、演算処理器であり、汚泥を
構成する水の容積百分率、有機物の容積百分率、汚泥中
の気泡の容積百分率、および、汚泥を構成する灰分の容
積百分率を後述する演算式に従ってそれぞれ演算する機
能を有している。
【0015】水、有機物および灰分からなる汚泥は、汚
泥流入口において気泡を巻き込み、図1中矢印方向に輸
送管1内を圧送される。通常、汚泥は、粘性が高いため
に輸送管1内を距離(l)だけ流れる間に圧損が生じ
る。
【0016】汚泥の流速は、流速計6によって測定され
る。従って、計測点Aを通過した汚泥は、l/S秒後に
計測点Bに到達する。任意の時刻(t0 )の計測点Aに
おける中性子計測率を(Ia )(カウント/秒)、管内
圧力を(Pa )(kg/cm2 )、汚泥の流速を(S)
(m/秒)とし、時刻(t0 +l/S)(秒)後の計測
点Bにおける中性子計測率を(Ib )(カウント/
秒)、管内圧力を(Pb )(kg/cm2 )とし、γ線
計数計7からのγ線計数率を(γa )(カウント/秒)
とすると、下記(1)〜(4)式が成り立つ。但し、計
測点Aと計測点Bとの間の輸送管1の内径寸法に変化は
ないものとする。
【0017】 但し、上記(1)〜(4)式において、I0 :前記輸送
管に水を満たしたときの中性子計数率(カウント/
秒)、Ia :前記計測点Aにおける中性子計数率(カウ
ント/秒)、Ib :前記計測点Bにおける中性子計数率
(カウント/秒)、Pa :前記計測点Aにおける管内圧
力(kg/cm2 )、Pb :前記計測点Bにおける管内
圧力(kg/cm2 )、γa :前記γ線計数計によるγ
線計数率(カウント/秒)、w :計測点Aにおける水
の容積百分率(%)、v :計測点Aにおける有機物の
容積百分率(%)、g0 :管内圧力が1kg/cm2
の汚泥中のガスの容積百分率(%)、a :灰分の容積
百分率(%)、K1 :有機物中の水素含有率/水中の水
素含有率(約9/15=定数)、K2 :実験により求ま
る補正定数、γ0 :管が空のときのγ線計数率(カウン
ト/秒)、μw :γ線の水による吸収係数、μv :γ線
の有機物による吸収係数、μa :γ線の灰分による吸収
係数、φ :管の内径(cm)。
【0018】演算処理器8は、上記(1)〜(4)式か
らなる四元一次連立方程式を解いて、汚泥中の水の容積
百分率(w)(%)、汚泥中の有機物の容積百分率
(v)(%)、管内圧力が1(kg/cm2 )時の汚泥
中の気泡の容積百分率(g0 )(%)、および、汚泥中
の灰分の容積百分率(a)(%)を演算する。このよう
にして、汚泥を構成する水と有機物と灰分との成分構成
比および汚泥に含まれる気泡の容積百分率を一義的に求
めることができる。
【0019】計測点Aと計測点Bとの圧力差は大きい
程、気泡の体積変化が増加するため、得られる計測値の
変化量も増大し、目的とする水、有機物および灰分の容
積百分率の測定精度が向上する。これは、気泡の容積百
分率の測定精度が向上するからである。
【0020】粘性の高い乾燥汚泥の場合、輸送管中の圧
損は、約0.3(kg/cm2 ・m)に達するため、計
測点Aと計測点Bとの距離が5mとした実験において
は、圧力差が約1.5(kg/cm2 )となり、水、有
機物および灰分の容積百分率を、気泡の量にかかわら
ず、1%以内の誤差で測定することができた。
【0021】この発明は、流動物として、汚泥以外に、
微粉炭と油と水とのスラリー、重油と水と砂分とのスラ
リー等にも適用できる。
【0022】水分量が殆どの汚泥あるいは水と重油等、
粘性が低い流動物の場合には、輸送管内における圧損が
小さく、計測点Aと計測点Bとの間において、実用的な
圧力差(0.5kg/cm2 以上)が得られないことが
ある。
【0023】この場合には、図2に示すように、計測点
Aと計測点Bとの高さを位置を変えて、重力による圧力
差を付けると良い。圧力差を付けるには、この方法以外
に、輸送管の径を部分的に細くする等の方法が考えられ
る。図2において、(l)は、輸送管1の中心線に沿っ
て測った計測点Aと計測点Bとの間の距離であり、
(h)は、計測点Aと計測点Bとの高さ位置の差を示
す。この他、図1におけると同一番号は、同一物を示し
説明は省略する。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、輸送管内を流れる流動物の同一部位の中性子計数率
を圧力差が生じる2箇所の計測点で測定することによっ
て、流動物中への気泡の混入にかかわらず、流動物の構
成成分比を高精度で測定することができ、しかも、流動
物のγ線計数率を測定することによって、流動物の灰分
の構成成分比をも高精度で測定することができるといっ
た有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の、輸送管内を流れる流動物の成分構
成比測定装置の一実施態様を示すブロック図である。
【図2】この発明の、輸送管内を流れる流動物の成分構
成比測定装置の他の実施態様を示すブロック図である。
【符号の説明】
1:輸送管、 2:第1中性子計数計、 3:第1圧力計、 4:第2中性子計数計、 5:第2圧力計、 6:流速計、 7:γ線計数計、 8:演算処理器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪川 修郎 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 宇山 清 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−243994(JP,A) 特開 平9−33452(JP,A) 特開 平9−43170(JP,A) 特開 昭58−223039(JP,A) 特開 昭61−71341(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 23/00 - 23/227 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気泡を含む流動物が流れる輸送管の任意
    の計測点Aに設けられた第1中性子計数計および第1圧
    力計と、前記計測点Aから所定距離離れた前記輸送管の
    計測点Bに設けられた第2中性子計数計および第2圧力
    計と、前記輸送管に設けられた流速計と、前記計測点A
    または前記計測点Bに設けられたγ線計数計と、演算処
    理器とからなり、前記演算処理器は、前記流速計からの
    前記流動物の流速、前記第1中性子計数計および前記第
    1圧力計によって測定した、前記計測点Aを通過する前
    記流動物の中性子計数率および圧力と、前記第2中性子
    計数計および前記第2圧力計によって測定した、前記計
    測点Aを通過した前記流動物が前記計測点Bに到達した
    時の前記流動物の中性子計数率および圧力と、前記γ線
    計数計からのγ線計数率とに基づいて、前記流動物の
    水、有機物および灰分の成分構成比を演算する機能を有
    していることを特徴とする、輸送管内を流れる流動物の
    成分構成比測定装置。
  2. 【請求項2】 前記演算処理器は、下式(1)〜
    (4)、 但し、上記(1)〜(4)式において、I0 :前記輸送
    管に水を満たしたときの中性子計数率(カウント/
    秒)、Ia :前記計測点Aにおける中性子計数率(カウ
    ント/秒)、Ib :前記計測点Bにおける中性子計数率
    (カウント/秒)、Pa :前記計測点Aにおける管内圧
    力(kg/cm2 )、Pb :前記計測点Bにおける管内
    圧力(kg/cm2 )、γa :前記γ線計数計によるγ
    線計数率(カウント/秒)、w :計測点Aにおける水
    の容積百分率(%)、v :計測点Aにおける有機物の
    容積百分率(%)、g0 :管内圧力が1kg/cm2
    の汚泥中のガスの容積百分率(%)、a :灰分の容積
    百分率(%)、K1 :有機物中の水素含有率/水中の水
    素含有率(約9/15=定数)、K2 :実験により求ま
    る補正定数、γ0 :管が空のときのγ線計数率(カウン
    ト/秒)、μw :γ線の水による吸収係数、μv :γ線
    の有機物による吸収係数、μa :γ線の灰分による吸収
    係数、φ :管の内径(cm)。に従って、気泡を含む
    汚泥の水と有機物と灰分との成分構成比を演算する機能
    を有していることを特徴とする、請求項1記載の、輸送
    管内を流れる流動物の成分構成比測定装置。
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