JP3159694B2 - 壁振動を利用して反応器の壁厚変化を検出、測定する方法 - Google Patents
壁振動を利用して反応器の壁厚変化を検出、測定する方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明はコークス製造用反応器の壁厚変化の非侵入式
受動音響検出・測定に関する。
受動音響検出・測定に関する。
材料を処理している反応器の壁厚変化を知りたいこと
はしばしばある。壁厚変化は流動化触媒分解ユニットの
ような容器の内壁面の浸蝕あるいは容器の内壁面に蓄積
した物質、たとえば、流動床コークス製造器の内壁面に
付着したコークスで生じることがある。
はしばしばある。壁厚変化は流動化触媒分解ユニットの
ような容器の内壁面の浸蝕あるいは容器の内壁面に蓄積
した物質、たとえば、流動床コークス製造器の内壁面に
付着したコークスで生じることがある。
コーキングというのは重質残油を軽質製品と固形炭素
に変換する熱処理である。従来のコーキングでは（遅延
コークス製造法と呼ばれる）、加熱して部分蒸発を行っ
た後、副産物を固形コークスを詰めて堆積させたコーキ
ング・ドラムに送る。たとえば、米国特許第4,410,398
号を参照されたい。別の方法、流体コーキング法では、
コークスを流動床内の種コークスの粒子上に堆積させ、
コークス生成物を自由に流動するグラニュールの形態で
得る。流体コーキングでは、コーキング反応器とバーナ
容器（ここでは、若干のコークス粒子を燃焼させて必要
な熱を発生させる）の間を循環する粒子の２つの層を使
用してもいる。
に変換する熱処理である。従来のコーキングでは（遅延
コークス製造法と呼ばれる）、加熱して部分蒸発を行っ
た後、副産物を固形コークスを詰めて堆積させたコーキ
ング・ドラムに送る。たとえば、米国特許第4,410,398
号を参照されたい。別の方法、流体コーキング法では、
コークスを流動床内の種コークスの粒子上に堆積させ、
コークス生成物を自由に流動するグラニュールの形態で
得る。流体コーキングでは、コーキング反応器とバーナ
容器（ここでは、若干のコークス粒子を燃焼させて必要
な熱を発生させる）の間を循環する粒子の２つの層を使
用してもいる。
流体コーキングは送り流量と反応器温度に敏感であ
る。もし重質残油の供給が速すぎ、反応器温度が低すぎ
ると、コーキング反応速度が低くなりすぎ、コークス粒
子が濡れてしまい、不完全な反応のまま送られ、相互に
粘着して非常に流動化しにくい塊を作ったり、容器壁面
に粘着したりする傾向が高まる。充分に高い温度で適切
に送り速度を制御すれば、この粘着現象を防ぐことがで
きる。本発明者等は臨界流動床温度すなわち粘着温度TB
を、コークス製造器の形状、寸法、送り注入速度、送り
特性の関数となるように定めることができる。現在のと
ころ、流動式コークス製造用反応器は粘着温度よりかな
り高い温度で運転され、壁面付着コークスを防いでい
る。高温運転はより望ましい液体生成物を犠牲にしてコ
ークスおよび軽ガスを生産できるという点で好まれてい
るが、その結果、望ましい液体生成物の歩留りは低温運
転に比べてかなり低下する。或る特定のユニットについ
ての運転温度を低下させるには、壁面付着コークスの量
が許容範囲内にあるかどうかを知る能力が必要である。
る。もし重質残油の供給が速すぎ、反応器温度が低すぎ
ると、コーキング反応速度が低くなりすぎ、コークス粒
子が濡れてしまい、不完全な反応のまま送られ、相互に
粘着して非常に流動化しにくい塊を作ったり、容器壁面
に粘着したりする傾向が高まる。充分に高い温度で適切
に送り速度を制御すれば、この粘着現象を防ぐことがで
きる。本発明者等は臨界流動床温度すなわち粘着温度TB
を、コークス製造器の形状、寸法、送り注入速度、送り
特性の関数となるように定めることができる。現在のと
ころ、流動式コークス製造用反応器は粘着温度よりかな
り高い温度で運転され、壁面付着コークスを防いでい
る。高温運転はより望ましい液体生成物を犠牲にしてコ
ークスおよび軽ガスを生産できるという点で好まれてい
るが、その結果、望ましい液体生成物の歩留りは低温運
転に比べてかなり低下する。或る特定のユニットについ
ての運転温度を低下させるには、壁面付着コークスの量
が許容範囲内にあるかどうかを知る能力が必要である。
したがって、液体生成物の歩留りについて適切な範囲
で運転できるようにコークスの蓄積を監視する応答迅速
で信頼性のある壁面付着コークス検出器の必要性があ
る。反応器を粘着温度に近い温度で運転するのに加え
て、監視する必要のある運転状態および生成物歩留りに
影響する他のプロセス・パラメータも考慮する必要があ
る。このようなパラメータとしては、流動化用ガスの圧
力、速度がある（米国特許第2,788,312号参照）。
で運転できるようにコークスの蓄積を監視する応答迅速
で信頼性のある壁面付着コークス検出器の必要性があ
る。反応器を粘着温度に近い温度で運転するのに加え
て、監視する必要のある運転状態および生成物歩留りに
影響する他のプロセス・パラメータも考慮する必要があ
る。このようなパラメータとしては、流動化用ガスの圧
力、速度がある（米国特許第2,788,312号参照）。
本発明は浸蝕（壁厚の減少）あるいは物質蓄積（壁厚
の増加）による反応器の壁厚変化を検出、測定する方法
である。好ましい具体例では、壁面付着コークスの蓄積
は、以下、流動床コークス製造器について説明すると、
流動床コークス製造器の或る特定の部位においてそこの
外殻の振動を測定することによって決定することができ
る。この方法はコークス製造器の壁の基本圧縮波共振で
発生する壁振動を利用する。これの振動はその部位にお
けるコークス製造器の幾何学的、音響的性質によって決
まる振動数でのパワースペクトルのピーク値として現わ
れる。（このスペクトルは強さの減じる高次のピークを
含む。本発明は一次ピークすなわち基本ピークを用いて
説明することにする。）ピークの振動数における下降偏
移はプロセス条件による壁面に付着したコークスの厚さ
の増大に対応する。振動数の上昇偏移は稠密流動床の粒
子での壁面付着コークスの浸蝕によるコークス厚さの減
少で生じる。
の増加）による反応器の壁厚変化を検出、測定する方法
である。好ましい具体例では、壁面付着コークスの蓄積
は、以下、流動床コークス製造器について説明すると、
流動床コークス製造器の或る特定の部位においてそこの
外殻の振動を測定することによって決定することができ
る。この方法はコークス製造器の壁の基本圧縮波共振で
発生する壁振動を利用する。これの振動はその部位にお
けるコークス製造器の幾何学的、音響的性質によって決
まる振動数でのパワースペクトルのピーク値として現わ
れる。（このスペクトルは強さの減じる高次のピークを
含む。本発明は一次ピークすなわち基本ピークを用いて
説明することにする。）ピークの振動数における下降偏
移はプロセス条件による壁面に付着したコークスの厚さ
の増大に対応する。振動数の上昇偏移は稠密流動床の粒
子での壁面付着コークスの浸蝕によるコークス厚さの減
少で生じる。
本発明はピークが背景振動ノイズの存在下でも容易に
識別され得る充分な強さでの壁共振の励起に依存してい
る。流動床式コークス製造器や流体石油化学工業では普
通の他の流動床処理ユニットの場合、内壁面上の流動床
粒子の衝撃は背景騒音レベル以上に壁共振を励起するに
充分である。他の形式の、大きな火炎を有する炉の場
合、火炎からの音響放射は背景雑音レベルよりも大きく
壁共振を励起させるのに充分である。流動化されたまた
は流動するコークスあるいは触媒の粒子の通常速度およ
び体積速度はコークス製造器や触媒分解器の場合と同様
である。壁共振が充分な強さで励起されて共振レベルを
流動床反応器の背景騒音レベル以上に上昇させることは
実際驚くべきことである。
識別され得る充分な強さでの壁共振の励起に依存してい
る。流動床式コークス製造器や流体石油化学工業では普
通の他の流動床処理ユニットの場合、内壁面上の流動床
粒子の衝撃は背景騒音レベル以上に壁共振を励起するに
充分である。他の形式の、大きな火炎を有する炉の場
合、火炎からの音響放射は背景雑音レベルよりも大きく
壁共振を励起させるのに充分である。流動化されたまた
は流動するコークスあるいは触媒の粒子の通常速度およ
び体積速度はコークス製造器や触媒分解器の場合と同様
である。壁共振が充分な強さで励起されて共振レベルを
流動床反応器の背景騒音レベル以上に上昇させることは
実際驚くべきことである。
本発明は、こうして、短い波長およびパルス長の外部
発生音響パルスを用いてコークス製造器壁の内面から反
射してきたパルスの移動する距離を決定することによっ
てコークスの存在を測定あるいは検出する「能動音響
学」または「超音波学」から容易に区別され得る。それ
故、本発明は壁共振を励起するプロセス騒音に依存する
ものであり、「受動音響」技術である。容器への侵入は
不要である。したがって、非侵入式であり、容易に自動
化できる。
発生音響パルスを用いてコークス製造器壁の内面から反
射してきたパルスの移動する距離を決定することによっ
てコークスの存在を測定あるいは検出する「能動音響
学」または「超音波学」から容易に区別され得る。それ
故、本発明は壁共振を励起するプロセス騒音に依存する
ものであり、「受動音響」技術である。容器への侵入は
不要である。したがって、非侵入式であり、容易に自動
化できる。
本発明者等は稼働している流動床コークス製造器にお
いて壁面付着コークスを監視し、制御する方法を説明し
てきた。この方法の種々の段階は、壁共振を含む振動数
範囲内でコークス製造器の壁振動のパワースペクトルを
得ることで出発する。パワースペクトルは壁に取り付け
た加速度計の発生する電圧信号を適当に処理することに
よって得られる。このパワースペクトルおよびその中の
優生壁共振ピークは引続く測定の基礎となり、ここに説
明した方法の根底をなす。壁共振に対応するピークは壁
の音響的定数によって決定されるような形状、振動数位
置によって識別できるし、あるいは、壁共振を適当な衝
撃ハンマで直接励起することによって実験的に決定する
こともできる。
いて壁面付着コークスを監視し、制御する方法を説明し
てきた。この方法の種々の段階は、壁共振を含む振動数
範囲内でコークス製造器の壁振動のパワースペクトルを
得ることで出発する。パワースペクトルは壁に取り付け
た加速度計の発生する電圧信号を適当に処理することに
よって得られる。このパワースペクトルおよびその中の
優生壁共振ピークは引続く測定の基礎となり、ここに説
明した方法の根底をなす。壁共振に対応するピークは壁
の音響的定数によって決定されるような形状、振動数位
置によって識別できるし、あるいは、壁共振を適当な衝
撃ハンマで直接励起することによって実験的に決定する
こともできる。
壁共振の振動数の下降偏移はコークス蓄積を示す。上
昇偏移はコークス浸蝕を示す。加速度計の発生した電圧
信号のコンピュータ処理により、種々の部位でのコーク
ス製造器の内壁面でのコークスの堆積量、成長率、浸蝕
を連続的に読み取ることができる。この情報に基いて操
作員が「粘着」のリスクなしに最高歩留りに合わせた最
適運転状態を選ぶことができると共に、壁面からコーク
スを除去するための停止までの運転時間を延ばすことが
できる。
昇偏移はコークス浸蝕を示す。加速度計の発生した電圧
信号のコンピュータ処理により、種々の部位でのコーク
ス製造器の内壁面でのコークスの堆積量、成長率、浸蝕
を連続的に読み取ることができる。この情報に基いて操
作員が「粘着」のリスクなしに最高歩留りに合わせた最
適運転状態を選ぶことができると共に、壁面からコーク
スを除去するための停止までの運転時間を延ばすことが
できる。
以下、添付図面を参照しながら本発明を好ましい具体
例によって説明する。
例によって説明する。
本発明は流動床式コークス製造器で壁面付着コークス
を監視する受動型音響的方法である。この方法では、液
体歩留りを高めると共に、清油所リソースの有効利用に
とって運転時間の正確な判断を与える条件の下でコーク
ス製造器の運転を行うことを意図している。
を監視する受動型音響的方法である。この方法では、液
体歩留りを高めると共に、清油所リソースの有効利用に
とって運転時間の正確な判断を与える条件の下でコーク
ス製造器の運転を行うことを意図している。
本発明を利用するために、加速度計２が壁面付着コー
クスを測定したいと思う部位でコークス製造器容器の壁
に取り付けてある（第１図）。壁の垂直加速度に比例す
る加速度計からの電気信号は増幅された後にケーブルま
たは光学リンクによって制御室に送られる（第２図）。
制御室では、適当な電子機器によって、第３図に示すよ
うにパワースペクトルを求める。壁共振の振動数位置の
偏移は簡単なアルゴリズムによって壁上のコークスの蓄
積量に関係付けられる。これについては後に説明する。
クスを測定したいと思う部位でコークス製造器容器の壁
に取り付けてある（第１図）。壁の垂直加速度に比例す
る加速度計からの電気信号は増幅された後にケーブルま
たは光学リンクによって制御室に送られる（第２図）。
制御室では、適当な電子機器によって、第３図に示すよ
うにパワースペクトルを求める。壁共振の振動数位置の
偏移は簡単なアルゴリズムによって壁上のコークスの蓄
積量に関係付けられる。これについては後に説明する。
第２図は壁加速度の測定をいかにして行うかを示す概
略図である。磁気的に（あるいは他の手段で）取り付け
た加速度計２（たとえば、BandK4384）は壁の瞬間加速
度に比例する電荷出力を発生する。この電荷は電荷増幅
器（たとえば、BandK2635）によって電圧出力に変換さ
れる。この電圧出力も垂直加速度プロセッサ（BandK203
2またはその均等物）に比例して加速度のパワースペク
トルを発生する。信号プロセッサの出力はPCに送られ、
このPCが適当なアルゴリズムに従って壁共振ピークの振
動数および基準値に対する偏移を決定する。PCの出力は
コークス製造器の内壁面の選定部位でのコークス蓄積分
布状態をリアルタイムで示す表示値である。
略図である。磁気的に（あるいは他の手段で）取り付け
た加速度計２（たとえば、BandK4384）は壁の瞬間加速
度に比例する電荷出力を発生する。この電荷は電荷増幅
器（たとえば、BandK2635）によって電圧出力に変換さ
れる。この電圧出力も垂直加速度プロセッサ（BandK203
2またはその均等物）に比例して加速度のパワースペク
トルを発生する。信号プロセッサの出力はPCに送られ、
このPCが適当なアルゴリズムに従って壁共振ピークの振
動数および基準値に対する偏移を決定する。PCの出力は
コークス製造器の内壁面の選定部位でのコークス蓄積分
布状態をリアルタイムで示す表示値である。
第３図は時間および振動数の関数としての加速度とそ
の２乗の間の関係を示す。時間の定常ランダム関数とし
てのパワースペクトルは振動数の関数としての平均平方
加速度を示している。パワースペクトルの下の領域は平
均平方加速度である。
の２乗の間の関係を示す。時間の定常ランダム関数とし
てのパワースペクトルは振動数の関数としての平均平方
加速度を示している。パワースペクトルの下の領域は平
均平方加速度である。
パワースペクトルのピーク振動数、即ち共振振動数は
壁の厚さに反比例する。従って、壁の厚さと共振振動数
との積は一定になるので、時刻「ｔ」、部位「ｉ」にお
ける加速度計の下のコークス製造器壁の音響的厚さは次
の式で決定される。すなわち、 Li（ｔ）＝Li（ｏ）fi（ｏ）/fi（ｔ） （１） ここで、fi（ｔ）は時刻ｔにおけるパワースペクトルの
ピーク振動数であり、Li（ｏ）fi（ｏ）はLi（ｏ）とfi
（ｏ）が共に既知であるときにより早い時刻における同
様のピーク振動数である。第４図は稠密流動床を含む容
器の壁上の加速度計の配置と、壁振動の基本モードにお
ける壁の直角な加速度の空間振動を示している。これら
の状況の下で、密度および音速がこの壁のそれよりもか
なり小さい２つの媒質によって囲まれた均質壁について
は、基本モードが中央に節を有し、両端に波腹を有する
ということは知られている。壁共振の振動数は壁の厚さ
の２倍で壁の圧縮音速を割ることによって簡単に得るこ
とができる。第４図は壁共振の或る励起状態（そして最
も普通の励起状態である）、すなわち、加速度計出力の
パワースペクトルに定常状態壁共振ピークを生じさせる
流動床粒子の衝撃を示している。
壁の厚さに反比例する。従って、壁の厚さと共振振動数
との積は一定になるので、時刻「ｔ」、部位「ｉ」にお
ける加速度計の下のコークス製造器壁の音響的厚さは次
の式で決定される。すなわち、 Li（ｔ）＝Li（ｏ）fi（ｏ）/fi（ｔ） （１） ここで、fi（ｔ）は時刻ｔにおけるパワースペクトルの
ピーク振動数であり、Li（ｏ）fi（ｏ）はLi（ｏ）とfi
（ｏ）が共に既知であるときにより早い時刻における同
様のピーク振動数である。第４図は稠密流動床を含む容
器の壁上の加速度計の配置と、壁振動の基本モードにお
ける壁の直角な加速度の空間振動を示している。これら
の状況の下で、密度および音速がこの壁のそれよりもか
なり小さい２つの媒質によって囲まれた均質壁について
は、基本モードが中央に節を有し、両端に波腹を有する
ということは知られている。壁共振の振動数は壁の厚さ
の２倍で壁の圧縮音速を割ることによって簡単に得るこ
とができる。第４図は壁共振の或る励起状態（そして最
も普通の励起状態である）、すなわち、加速度計出力の
パワースペクトルに定常状態壁共振ピークを生じさせる
流動床粒子の衝撃を示している。
本発明者等は部位ｉにおける時刻ｔでのコークス蓄積
量Di（ｔ）を次のように定義する。優れた近似値として
は、 Di（ｔ）＝Li（ｔ）−Li（ｏ） （２） 反応器の幾何学的形状および組成について完全な情報を
持っている場合、公知の音響学的波動方程式技術を使用
して、振動数の関数として反応器壁共振を計算し、これ
らの共振を内壁厚さの変化に関連付けることができる。
しかしながら、複合壁についての公称厚みのみが既知で
ある場合には、所与の時刻で、本発明者等はこの複合壁
についての有効音速「Ｃ」を次の式で定めることができ
る。
量Di（ｔ）を次のように定義する。優れた近似値として
は、 Di（ｔ）＝Li（ｔ）−Li（ｏ） （２） 反応器の幾何学的形状および組成について完全な情報を
持っている場合、公知の音響学的波動方程式技術を使用
して、振動数の関数として反応器壁共振を計算し、これ
らの共振を内壁厚さの変化に関連付けることができる。
しかしながら、複合壁についての公称厚みのみが既知で
ある場合には、所与の時刻で、本発明者等はこの複合壁
についての有効音速「Ｃ」を次の式で定めることができ
る。
Ｃ＝2Li（ｏ）fi（ｏ） （３） ここで、Ｃは音響材料の単層として考えた壁の有効圧
縮音速である。次に、等式（１）、（３）の関係を等式
（２）に代入して、 Li（ｔ）fi（ｔ）＝Li（ｏ）fi（ｏ）C/2 Di（ｔ）＝Li（ｔ）−Li（ｏ） ＝｛C/2fi（ｔ）−C/2fi（ｏ）｝ ＝｛C/2｝｛1/fi（ｔ）−1/fi（ｏ）｝ ＝｛Li（ｏ）fi（ｏ）/fi（ｔ）｝−Li（ｏ） （４） 従って、時刻０における壁厚Li（０）、共振振動数f
i（０）が既知であるならば、時刻ｔにおける共振振動
数fi（ｔ）を測定し、それらの値を等式（４）に代入す
ることにより時刻ｔにおけるコークス蓄積量Di（ｔ）を
求めることができる。この方法の有効性は種々の部位で
運転停止中の反応器の壁の層の厚さを測定し、Ｃについ
て平均値を求めることによってチェックされ得る。この
Ｃの値を一般的な科学文献に見出される個々の層につい
てのＣ値と比較してこの平均値の適当性をチェックする
ことができる。このような科学文献としては、たとえ
ば、American Institute of Physics Handbook（3rd Ed
ition 1972 McGraw Hill New York）がある。
縮音速である。次に、等式（１）、（３）の関係を等式
（２）に代入して、 Li（ｔ）fi（ｔ）＝Li（ｏ）fi（ｏ）C/2 Di（ｔ）＝Li（ｔ）−Li（ｏ） ＝｛C/2fi（ｔ）−C/2fi（ｏ）｝ ＝｛C/2｝｛1/fi（ｔ）−1/fi（ｏ）｝ ＝｛Li（ｏ）fi（ｏ）/fi（ｔ）｝−Li（ｏ） （４） 従って、時刻０における壁厚Li（０）、共振振動数f
i（０）が既知であるならば、時刻ｔにおける共振振動
数fi（ｔ）を測定し、それらの値を等式（４）に代入す
ることにより時刻ｔにおけるコークス蓄積量Di（ｔ）を
求めることができる。この方法の有効性は種々の部位で
運転停止中の反応器の壁の層の厚さを測定し、Ｃについ
て平均値を求めることによってチェックされ得る。この
Ｃの値を一般的な科学文献に見出される個々の層につい
てのＣ値と比較してこの平均値の適当性をチェックする
ことができる。このような科学文献としては、たとえ
ば、American Institute of Physics Handbook（3rd Ed
ition 1972 McGraw Hill New York）がある。
適当なディスプレイ・システムによって、部位ｉでの
コークス厚さおよびその変化率は操作者に表示される。
コークス製造器の運転条件を変化させてコークス蓄積量
を最小点に抑えながら液体歩留りを最大限にすることが
できる。
コークス厚さおよびその変化率は操作者に表示される。
コークス製造器の運転条件を変化させてコークス蓄積量
を最小点に抑えながら液体歩留りを最大限にすることが
できる。
第５図は複合壁に対するコークス厚の関数としての壁
共振の正確な計算結果と、壁についての妥当なパラメー
タを簡単な等式（１）に代入した結果とを比較して示し
ている。ここでわかるように、等式（３）で定数を適当
に選択した場合により精密な計算の結果との一致率が15
％内である。この精度は壁厚の絶対値よりもむしろその
変化が重要である多くの用途にとって非常に満足できる
ものである。より高い精度を望む場合には、代表的なコ
ークス・サンプルについて速度を独立して測定すること
によってそれを得ることができる。
共振の正確な計算結果と、壁についての妥当なパラメー
タを簡単な等式（１）に代入した結果とを比較して示し
ている。ここでわかるように、等式（３）で定数を適当
に選択した場合により精密な計算の結果との一致率が15
％内である。この精度は壁厚の絶対値よりもむしろその
変化が重要である多くの用途にとって非常に満足できる
ものである。より高い精度を望む場合には、代表的なコ
ークス・サンプルについて速度を独立して測定すること
によってそれを得ることができる。
この受動型音響技術の重要な特徴は、壁共振を内壁面
に衝突するコークス粒子の衝撃によって励起し、容器の
外部で非嵌入式に測定することができるということであ
る。これについてのデモンストレーションを行うため
に、衝撃ハンマ（種々の構造で共振を励起するのに普通
に使用されるタイプのもの）で発生させたパワースペク
トル（壁の外面で測定した）をコークス粒子で発生した
パワースペクトルと比較した。
に衝突するコークス粒子の衝撃によって励起し、容器の
外部で非嵌入式に測定することができるということであ
る。これについてのデモンストレーションを行うため
に、衝撃ハンマ（種々の構造で共振を励起するのに普通
に使用されるタイプのもの）で発生させたパワースペク
トル（壁の外面で測定した）をコークス粒子で発生した
パワースペクトルと比較した。
第６図は壁共振振動数を求める目的のための衝撃ハン
マに対する加速度計位置を示している。Ｂ＆K8202また
はその均等物のような衝撃ハンマからの信号は増幅器を
介して２チャンネル式レコーダまたは信号プロセッサの
一方の入力部に送られる。壁に取り付けた加速度計は同
様の増幅器を介して２チャンネル式レコーダまたは信号
プロセッサの他方の入力部に接続してある。ハンマの衝
撃は壁を伝播する外乱を発生させ、これがハンマからの
移動パルスが加速度計の下を通過したときに加速度計の
下で振動性共振現象を生じさせる。
マに対する加速度計位置を示している。Ｂ＆K8202また
はその均等物のような衝撃ハンマからの信号は増幅器を
介して２チャンネル式レコーダまたは信号プロセッサの
一方の入力部に送られる。壁に取り付けた加速度計は同
様の増幅器を介して２チャンネル式レコーダまたは信号
プロセッサの他方の入力部に接続してある。ハンマの衝
撃は壁を伝播する外乱を発生させ、これがハンマからの
移動パルスが加速度計の下を通過したときに加速度計の
下で振動性共振現象を生じさせる。
第７図は２つの励起モードでのコークス製造器壁上の
或る位置に設置した加速度計についての加速度のパワー
スペクトルを示している。上方のグラフは内壁面を打つ
コークス粒子がない場合の衝撃ハンマによって励起され
たパワースペクトルを示している。下方のグラフは定常
状態の下でコークス粒子の衝撃で励起されたときの同じ
位置における加速度計で得たパワースペクトルを示して
いる。壁共振ピークはこれらのパワースペクトルでは顕
著な特徴であり、パルス状の励起（ハンマ）でも安定状
態での励起（コークス）でも同様の形状、位置を持つ。
或る位置に設置した加速度計についての加速度のパワー
スペクトルを示している。上方のグラフは内壁面を打つ
コークス粒子がない場合の衝撃ハンマによって励起され
たパワースペクトルを示している。下方のグラフは定常
状態の下でコークス粒子の衝撃で励起されたときの同じ
位置における加速度計で得たパワースペクトルを示して
いる。壁共振ピークはこれらのパワースペクトルでは顕
著な特徴であり、パルス状の励起（ハンマ）でも安定状
態での励起（コークス）でも同様の形状、位置を持つ。
第12図は反応器壁上の或る位置に設置した加速度計の
加速度のパワースペクトルを示している。壁は容器内の
開火焔から発する音の衝撃によって励起される。開火焔
によって発生する圧力は周知であり、たとえば、Proc.R
oy.Soc.A.303の発刊したI.R.Hurle等の「Sound Emissio
n From Open Turbulent Premixed Flames」の409〜427
頁（1968）を参照されたい。第12図は、第７図との比較
において、内壁面に対する処理材料の衝撃と同様に背景
雑音を上まわる壁共振を火炎からの音圧が励起するとい
うことを示すことを意図している。
加速度のパワースペクトルを示している。壁は容器内の
開火焔から発する音の衝撃によって励起される。開火焔
によって発生する圧力は周知であり、たとえば、Proc.R
oy.Soc.A.303の発刊したI.R.Hurle等の「Sound Emissio
n From Open Turbulent Premixed Flames」の409〜427
頁（1968）を参照されたい。第12図は、第７図との比較
において、内壁面に対する処理材料の衝撃と同様に背景
雑音を上まわる壁共振を火炎からの音圧が励起するとい
うことを示すことを意図している。
第８図はコークス製造器の壁上の或る特定の部位にお
けるパワースペクトルをどのように用いてコークス厚を
決定できるかを示している。上方のグラフは壁からコー
クスを除去してから始動後一週間経ったときのパワース
ペクトルであり、下方グラフはその後271日経ったとき
のパワースペクトルである。両グラフにおいて、壁共振
が範囲０〜25.6k Hz内に優勢なピークとして現われて
いる。約2080Hzのピークの下降偏移は1.4インチ（3.56m
m）厚のコークスに対応する。
けるパワースペクトルをどのように用いてコークス厚を
決定できるかを示している。上方のグラフは壁からコー
クスを除去してから始動後一週間経ったときのパワース
ペクトルであり、下方グラフはその後271日経ったとき
のパワースペクトルである。両グラフにおいて、壁共振
が範囲０〜25.6k Hz内に優勢なピークとして現われて
いる。約2080Hzのピークの下降偏移は1.4インチ（3.56m
m）厚のコークスに対応する。
実施例１ 稼働している流動床式コークス製造器の内壁面に付着
したコークスの厚さを本方法によって１年の或る期間に
わたって求めた。第１図はこのコークス製造器の概略図
であり、多数の部位で壁面付着コークスを測定するよう
に設置した加速度計を示している。或る特定のレベルで
コークスの蓄積を監視するのに必要な加速度計の数は１
〜４である。
したコークスの厚さを本方法によって１年の或る期間に
わたって求めた。第１図はこのコークス製造器の概略図
であり、多数の部位で壁面付着コークスを測定するよう
に設置した加速度計を示している。或る特定のレベルで
コークスの蓄積を監視するのに必要な加速度計の数は１
〜４である。
レベル４での28個所の位置のうちの１位置におけるパ
ワースペクトルを１年の稼働期間中に６回ずつ測定し
た。優先ピークの振動数は記録すると共に等式（３）お
よびLi＝C/2fiの関係（ここで、Ｃは圧縮音速であり、2
300M/Sとした）を用いてコークス厚さを決定した。こう
して得たコークス蓄積量を第９図に示すように稼働日数
に対してプロットした。ここで、コークスの蓄積率が時
間について一定ではなく、稼働条件に応じて変化するこ
とが重要であることを示していることに注目されたい。
こうして、受動型音響式壁面付着コークス監視器を用い
てコークスの蓄積量を最小限に抑えるように稼働条件を
調節し、液体生成物歩留り、運転時間を改善できる。
ワースペクトルを１年の稼働期間中に６回ずつ測定し
た。優先ピークの振動数は記録すると共に等式（３）お
よびLi＝C/2fiの関係（ここで、Ｃは圧縮音速であり、2
300M/Sとした）を用いてコークス厚さを決定した。こう
して得たコークス蓄積量を第９図に示すように稼働日数
に対してプロットした。ここで、コークスの蓄積率が時
間について一定ではなく、稼働条件に応じて変化するこ
とが重要であることを示していることに注目されたい。
こうして、受動型音響式壁面付着コークス監視器を用い
てコークスの蓄積量を最小限に抑えるように稼働条件を
調節し、液体生成物歩留り、運転時間を改善できる。
実施例２ 受動音響技術の感度は、短時間にわたってリアルタイ
ムで測定を行えるように高めることができる。これは、
稼働条件の意図的な変更時にコークスの蓄積（または除
去）を行いたいときに重要となり得る。感度は条件変化
の直後の共振ピークの振動数における小偏移を検出する
ことができるかどうかに依存する。第10図は振動数尺度
を約２倍の大きさずつ拡張したときにピークに起こった
こと示している。ここでわかるように、9536Hzでのピー
クが二、三十Hzの幅をもって非常に鋭くなる。
ムで測定を行えるように高めることができる。これは、
稼働条件の意図的な変更時にコークスの蓄積（または除
去）を行いたいときに重要となり得る。感度は条件変化
の直後の共振ピークの振動数における小偏移を検出する
ことができるかどうかに依存する。第10図は振動数尺度
を約２倍の大きさずつ拡張したときにピークに起こった
こと示している。ここでわかるように、9536Hzでのピー
クが二、三十Hzの幅をもって非常に鋭くなる。
共振ピークのこの鋭さは短時間にわたってコークス厚
さを求めるのに使用できる。第11図において、本発明者
等は20分間でピークを求めたが、最初の８分間で約50Hz
の増大があり、続く14分間でほぼ同じ量だけの減少があ
った。最初の50Hzの偏移は約50ミルのコークス浸蝕に対
応し、続いて同じ50ミルの再蓄積があったことになる。
さを求めるのに使用できる。第11図において、本発明者
等は20分間でピークを求めたが、最初の８分間で約50Hz
の増大があり、続く14分間でほぼ同じ量だけの減少があ
った。最初の50Hzの偏移は約50ミルのコークス浸蝕に対
応し、続いて同じ50ミルの再蓄積があったことになる。
このデータは操作者が受動型音響技術を利用してコー
クス製造器内で稼働中に壁面付着するコークス蓄積量を
監視することができる程度を示すに充分なものである。
クス製造器内で稼働中に壁面付着するコークス蓄積量を
監視することができる程度を示すに充分なものである。
ここに示されたデータは所与の耐火性を持った所与の
コークス製造器についてのものであるが、同様の結果を
他の任意のコークス製造器から得ることもできる。基本
振動数は特定の壁構造に従って変化することになるが、
振動数偏移は同様の要領で得ることができ、壁厚変化は
等式（１）で計算できるし、精密な計算から導き出すこ
ともできる。
コークス製造器についてのものであるが、同様の結果を
他の任意のコークス製造器から得ることもできる。基本
振動数は特定の壁構造に従って変化することになるが、
振動数偏移は同様の要領で得ることができ、壁厚変化は
等式（１）で計算できるし、精密な計算から導き出すこ
ともできる。
なお、本実施形態では流動床コークス製造器について
説明したが、本発明の方法は任意の反応器の壁厚の測定
に適用することができる。即ち、等式（１）の関係は、
如何なる構造の壁についても近似的に成り立つので、本
発明の方法は、運転中の反応器内の発生源によって加振
力が発生する任意の形態、構造を有する反応器の壁厚を
測定するために使用することができる。
説明したが、本発明の方法は任意の反応器の壁厚の測定
に適用することができる。即ち、等式（１）の関係は、
如何なる構造の壁についても近似的に成り立つので、本
発明の方法は、運転中の反応器内の発生源によって加振
力が発生する任意の形態、構造を有する反応器の壁厚を
測定するために使用することができる。
第１図は流動床式コークス製造用反応器の概略図であ
り、壁面付着コークスの厚さを求める加速度計の位置を
示す図である。 第２図は壁の平面に対して直角方向の壁加速度を測定す
るための１つの加速度計の位置を示す図であり、矢印が
壁の内面に衝突し、跳ね返るコークス粒子の正規速度を
示す図である。 第３図は時間変化する壁加速度をどのようにしてパワー
スペクトルに変換するかを示す図であり、（ａ）に時間
の関数としての平均加速度を示し、（ｂ）に時間の関数
としての平均平方加速度を示し、（ｃ）に時間の関数と
してのパワースペクトルを示す図である。 第４図は基本圧縮モードの節、波腹が壁にどのように位
置するかを示す図である。 第５図はコークス厚さの関数としての壁共振振動数の精
密計算値を等式（１）によって与えられる近似関係と比
較して示す図である。 第６図はコークス粒子あるいは衝撃ハンマによって壁を
どのようにして励起できるかを示す図である。 第７図は、コークス粒子によって励起された壁について
のパワースペクトル及び衝撃ハンマによって励起された
壁についてのパワースペクトルを示す図である。 第８図（ａ）はコークス製造器上の或る特定の位置にお
ける、初期とほぼ一年後に測定したパワースペクトルを
示す図であり、第８図（ｂ）はコークス製造器上の或る
特定の部位で測定したパワースペクトルを示す図であ
る。 第９図はコークス製造器壁上の或る位置におけるコーク
スの成長を示す図である。 第10図は壁共振の鋭さを示す図であり、帯域幅が25.6KH
zである（ａ）で始まり、各引き続くスペクトルの帯域
幅が２の因数分ずつ減って行き、パワースペクトル
（ｇ）が約20Hzのピーク幅を有する状態を示す図であ
る。 第11図は20分間にわたるこのピークの偏移を示す図であ
り、全偏移が約26ミル厚のコークスの正味の浸蝕／付着
に対応する50Hzであることを示す図である。 第12図は反応器内の開火炎からの音圧によって励起され
た壁についてのパワースペクトルを示す図である。 図面において、２……加速度計
り、壁面付着コークスの厚さを求める加速度計の位置を
示す図である。 第２図は壁の平面に対して直角方向の壁加速度を測定す
るための１つの加速度計の位置を示す図であり、矢印が
壁の内面に衝突し、跳ね返るコークス粒子の正規速度を
示す図である。 第３図は時間変化する壁加速度をどのようにしてパワー
スペクトルに変換するかを示す図であり、（ａ）に時間
の関数としての平均加速度を示し、（ｂ）に時間の関数
としての平均平方加速度を示し、（ｃ）に時間の関数と
してのパワースペクトルを示す図である。 第４図は基本圧縮モードの節、波腹が壁にどのように位
置するかを示す図である。 第５図はコークス厚さの関数としての壁共振振動数の精
密計算値を等式（１）によって与えられる近似関係と比
較して示す図である。 第６図はコークス粒子あるいは衝撃ハンマによって壁を
どのようにして励起できるかを示す図である。 第７図は、コークス粒子によって励起された壁について
のパワースペクトル及び衝撃ハンマによって励起された
壁についてのパワースペクトルを示す図である。 第８図（ａ）はコークス製造器上の或る特定の位置にお
ける、初期とほぼ一年後に測定したパワースペクトルを
示す図であり、第８図（ｂ）はコークス製造器上の或る
特定の部位で測定したパワースペクトルを示す図であ
る。 第９図はコークス製造器壁上の或る位置におけるコーク
スの成長を示す図である。 第10図は壁共振の鋭さを示す図であり、帯域幅が25.6KH
zである（ａ）で始まり、各引き続くスペクトルの帯域
幅が２の因数分ずつ減って行き、パワースペクトル
（ｇ）が約20Hzのピーク幅を有する状態を示す図であ
る。 第11図は20分間にわたるこのピークの偏移を示す図であ
り、全偏移が約26ミル厚のコークスの正味の浸蝕／付着
に対応する50Hzであることを示す図である。 第12図は反応器内の開火炎からの音圧によって励起され
た壁についてのパワースペクトルを示す図である。 図面において、２……加速度計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドリュー ジョン コールゲアリー アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08540 プリンストン ポー ロード 137 (72)発明者 ロジャー ウォルフ コーエン アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08690 トレントン ライン ロード 134 (72)発明者 ユージーン ロバート エルジンガー ジュニア アメリカ合衆国 ミシガン州 マーケッ ト ミドル アイランド ポイント 12 (56)参考文献 米国特許4448062（ＵＳ，Ａ) 米国特許4669315（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C10B 29/02 G01N 29/00
Claims (6)
- 【請求項１】材料を処理する反応器を形成する壁の浸蝕
又は壁に蓄積した材料による壁の厚みの変化を、運転中
の反応器内の発生源によって生じた壁振動を利用して非
侵入的に受動的に音響検出し、測定する方法において、 （ａ）前記反応器の壁の壁振動を測定し、この測定され
た壁振動を表す、時刻０における第１のパワースペクト
ルを振動数の関数として求める段階と、 （ｂ）時間ｔの間、前記反応器を運転する段階と、 （ｃ）前記反応器の壁の壁振動を測定し、この測定され
た壁振動を表す、時刻ｔにおける第２のパワースペクト
ルを振動数の関数として求める段階と、 （ｄ）前記第２のパワースペクトルの共振振動数と前記
第１のパワースペクトルの共振振動数との振動数偏移を
求める段階と、 （ｅ）前記振動数偏移から前記反応器の壁の厚みの変化
を求める段階と、 を有する方法。 - 【請求項２】前記反応器が流動床コークス製造用反応器
であり、前記壁の厚みの変化が内壁面に蓄積したコーク
スによるものであることを特徴とする、請求項１に記載
の方法。 - 【請求項３】前記壁振動を測定する段階を、前記反応器
の壁の外面に取り付けられた加速度計を用いて行うこと
を特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】前記振動数偏移から前記壁厚の変化D
i（ｔ）を求める段階を、 Di（ｔ）＝｛C/2｝｛1/fi（ｔ）−1/fi（０）｝ を用いて行い、ここで、fi（ｔ）は時刻ｔにおける前記
共振振動数であり、Ｃは前記反応器の壁の有効圧縮音速
であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】前記壁厚の変化を表示する段階をさらに包
含することを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】前記壁振動を生じさせる発生源が、前記反
応器内の開火焔であることを特徴とする、請求項１に記
載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US212762 | 1988-06-29 | ||
| US07/212,762 US4973386A (en) | 1987-07-13 | 1988-06-29 | Passive acoustic power spectra to monitor and control processing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02153990A JPH02153990A (ja) | 1990-06-13 |
| JP3159694B2 true JP3159694B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=22792325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16827789A Expired - Fee Related JP3159694B2 (ja) | 1988-06-29 | 1989-06-29 | 壁振動を利用して反応器の壁厚変化を検出、測定する方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4973386A (ja) |
| EP (1) | EP0349165B1 (ja) |
| JP (1) | JP3159694B2 (ja) |
| AU (1) | AU616771B2 (ja) |
| CA (1) | CA1305247C (ja) |
| DE (1) | DE68914731T2 (ja) |
| ES (1) | ES2051362T3 (ja) |
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-
1989
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