JP4460977B2

JP4460977B2 - 炉蓋汚れ検知方法およびその装置

Info

Publication number: JP4460977B2
Application number: JP2004253244A
Authority: JP
Inventors: 英雄松下; 裕修稲益; 信輝高山
Original assignee: Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Current assignee: Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: JP2006070107A

Description

本発明は、コークス粉等の付着によって汚染したコークス炉炉蓋の汚れ度を定量的に把握することができる炉蓋汚れ検知方法およびその装置に関するものである。

コークス炉操業において炉蓋の汚れは、炉蓋の密閉性を低下させてガス漏れを招き作業環境に悪影響を及ぼす原因となる。しかも、汚れが進行すると操業に支障をきたすことにもなりかねないため、安定操業を行う上で炉蓋の汚れを把握することは極めて重要である。

通常、炉蓋に付着した付着物は作業者の目視によって観察されており、掃除を必要とする炉蓋の選定は、作業者が炉蓋からのガス漏れを現場で確認したこと、および前回の炉蓋交換時期と併せて判断していた。

ところが、このような目視による汚れ度の判断では、付着量が多い、少ないといった抽象的な表現でしか汚れ度を把握することができず、炉蓋の交換時期を正確に決定することができないという問題があった。

そこで、炉蓋に付着した付着物を定量的に把握するための手法が提案されている。

例えば、図８に示す汚れ分析装置では、レーザー投光器５０から投射される光を特殊拡散レンズ５１によって扇形に広げ炉蓋５２のナイフエッジ溝部５３に照射し、照射した部分からの反射光を特殊集光レンズ５４により捕捉し、受光器５５により受光するようになっている。

この構成によれば、付着物の付着形状イメージが得られるとともに各測定点での形状信号Ｈ×Ｖが得られるため、この形状信号に基づいて測定機構のデータ処理器は、付着物の形状を求めることができ、
次式
平均閉塞率＝Ａ／Ａ₀×１００％
ただし、Ａ：ナイフエッジ溝部内の付着物の平均断面積，Ａ₀：ナイフエッジ溝部の断面積
を用いて計算を行えば平均閉塞率を求めることができるため、その平均閉塞率から掃除を行うか否かを判断することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−３９３９０号公報

しかしながら、上記した炉蓋溝部の汚れ分析方法は、ナイフエッジ溝部のように予め断面積が既知である部分についてしか汚れを分析することができないという欠点がある。

例えば、炉蓋トップ部、具体的には炉蓋れんがの上面等のようにオープンで溝の形態となっていない部位に堆積する付着物については、上記汚れ分析方法のように基準となる溝部の断面積を求めることができないため、汚れ度を分析することができないという不都合がある。

本発明は以上のような従来の炉蓋の汚れ分析方法における課題を考慮してなされたものであり、炉蓋の任意の箇所について汚れを定量的に把握することができる炉蓋汚れ検知方法およびその装置を提供するものである。

本発明に係る炉蓋汚れ検知方法の第一の形態は、炉蓋の汚れ付着面に対し陰影ができる角度から照明を当て、陰影ができた汚れ付着面を撮影し、撮影された汚れ付着面の画像から陰影の面積を計算し、計算された陰影の面積が予め設定された基準値を超えた場合に炉蓋交換時期に到達したと判断することを要旨とする。

本発明に係る炉蓋汚れ検知方法の第二の形態は、炉蓋掃除装置によりコークス炉の炉蓋全数について掃除が行われる工程を１サイクルとし、この１サイクル中で各炉蓋の汚れ付着面に対し陰影ができる角度から照明を当て、陰影ができた汚れ付着面を撮影し、撮影された汚れ付着面の画像から炉蓋全数分の陰影面積を計算し、今回求められた陰影面積と、前回の１サイクル中で求められた炉蓋全数分の陰影面積との差が基準値を超えた場合に炉蓋掃除装置が点検時期に到達したと判断することを要旨とする。

本発明において汚れ付着面の一具体例としては、炉蓋におけるキャスタブルの表面、そのキャスタブル周囲のシールプレート表面等が示される。

本発明の炉蓋汚れ検知装置は、炉蓋の汚れ付着面に対し陰影ができる角度から照明を当てる照明手段と、照明手段によって陰影ができた汚れ付着面を撮影する撮像手段と、撮像手段によって撮影された汚れ付着面の画像が入力されるコントローラとを備え、このコントローラは、汚れ付着面の画像から陰影の面積を計算する陰影面積算出部と、陰影面積算出部によって計算された陰影面積が予め設定された基準値を超えるか否かを判断する判断部と、上記陰影面積が基準値を超えた場合に報知信号を出力する出力部とを備えてなることを要旨とする。

上記炉蓋汚れ検知装置に従えば、照明手段によって汚れ付着面に陰影が付けられると、その陰影が付けられた汚れ付着面の画像が撮像手段によって撮影され、コントローラの陰影面積算出部によって画像中の陰影部分の面積が計算され、陰影部分の面積が計算されると判断部によってその陰影部分の面積が基準値を超えるかどうかが判断され、基準値を超えると判断された場合は出力部を通じて例えば炉蓋の交換時期に到達したことを示す報知信号が出力される。

上記陰影面積算出部は、炉蓋掃除装置によりコークス炉の炉蓋全数について掃除が行われる工程を１サイクルとした場合、その１サイクル中でコークス炉の炉蓋全数について陰影面積を算出し、今回求められた陰影面積と、前回の１サイクル中で求められた炉蓋全数分の陰影面積との差が基準値を超えた場合に報知信号を出力するように構成することができる。それにより、炉蓋掃除装置を点検、保守する時期であることを報知することができる。

上記炉蓋汚れ検知装置において、陰影面積算出部は、撮像手段によって撮影された汚れ付着面の画像から陰影に対応する色範囲のみを抽出し、抽出された陰影の色範囲の面積を集計することによって陰影面積を計算するように構成することができる。

また、上記出力部に報知手段を接続し、報知信号に基づいて炉蓋交換時期または炉蓋掃除装置の点検時期に到達したことを報知するように構成することができる。

また、撮像手段によって撮影された汚れ付着面の画像を出力する例えばモニタ等の画像出力手段を備えれば、汚れ付着面を目視によっても確認することができる。

また、陰影面積算出手段によって算出された陰影面積を記録する記録手段を備えれば、汚れ度数の履歴を残すことができるようになる。なお、汚れ度数とは、計算された陰影面積の値に一定の係数を乗じたものである。

また、照明手段および撮像手段は、炉蓋を脱着する作業機械における炉蓋退避位置に設けることができる。

本発明の炉蓋検知方法およびその装置によれば、炉蓋の任意の箇所について汚れを定量的に把握することができるという長所を有する。

また、炉蓋交換時期及び炉蓋掃除装置の掃除効果を把握することができ、炉蓋からのガス漏れを減少させることができる。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の炉蓋汚れ検知装置によって検知される炉蓋の構成を示したものである。

同図において、炉蓋１は炉蓋本体２と、その炉蓋本体２の内側に炉蓋本体２に沿って縦方向複数段取り付けられるキャスタブル３と、キャスタブル３の周囲にプレート状に配置されるシールプレート４と、そのシールプレート４の外周枠に設けられ、コークス炉の炭化室をシールするため窓枠状に配置されたナイフエッジ５とから主として構成されている。

図中Ａは炉蓋１のトップ部、具体的には、キャスタブル３の上面とその近傍のシールプレート部を示しており、特にコークス粉が堆積しやすい部分である。

図２は上記トップ部Ａに対向する状態で配置される画像センサ（撮像手段）６および照明装置（照明手段）７の配置を示したものである。ただし、炉蓋１はコークス炉から取り外され、図示しないガイド車（作業機械）によって所定の退避位置に移動しているものとする。

画像センサ６の配置例を示すと、シールプレート４から東西方向にＬ１離れ、且つ南北方向にＬ２離れた位置を基点Ｂ１とし、画像センサ６のレンズの光軸がキャスタブル３上面（中心Ｐ）からθ１の傾斜となるようにその基点Ｂ１上に配置される。なお、Ｌ１，Ｌ２，θ１の好ましい値としては、それぞれ５００ｍｍ，１４００ｍｍ，１５°である。

一方、照明装置７の配置例を示すと、シールプレート４から東西方向にＬ３離れ、且つ南北方向にＬ４離れた位置を基点Ｂ２とし、キャスタブル３上面に対しθ２の傾斜角が確保されるようにその基点Ｂ２上に配置される。なお、Ｌ３，Ｌ４，θ２の好ましい値としては、それぞれ３００ｍｍ，１３００ｍｍ，１０°である。

上記画像センサ６および照明装置７は、ガイド車に搭載されており、詳しくは、退避位置に移動した炉蓋１の炉蓋トップ部Ａに対向する位置に配置される。

図３は炉蓋トップ部Ａに照明を当てることによって生じる陰影の状態を示したものであり、同図(ａ)は炉蓋トップ部Ａに多量のコークス粉が堆積して汚れが激しいときにできる陰影の状態を示し、同図(ｂ)は汚れが軽微なときにできる陰影の状態を示している。

両図から分かるように、炉蓋１の汚れが増えると陰影の面積も増加する。汚れのない状態であれば照明を当てても陰影がほとんど発生しないが、キャスタブル３の上面におけるコークス粉の堆積及び塊による凹凸が次第に増加してくると、決められた方向から照明を当てることによってその凹凸が陰影となって現れる。

本発明はこのようにして汚れとともに増加する陰影の面積を計算することによって炉蓋の汚れを検知しようとするものである。

図４は本発明に係る炉蓋汚れ検知装置のシステム構成図を示したものである。

なお、炉蓋１は簡略化して示しているが、図１に示した炉蓋１の構成と同様、シールプレート４上にキャスタブル３が取り付けられたものであり、Ａは炉蓋トップ部である。

図４において、炉蓋トップ部Ａに向けて照明装置７が配置され、画像センサ６によって撮影された炉蓋トップ部Ａの画像は、図示しない入出力インターフェイスを介してコントローラ８に与えられるとともにカラーモニタ（画像出力手段）９に出力される。

コントローラ８は陰影面積算出部８ａと、判断部としての第一の判断部８ｂおよび第二の判断部８ｃを有し、陰影面積算出部８ａは画像センサ６によって撮影された画像から陰影部分の面積を算出し、第一の判断部８ｂに与えるようになっている。なお、以下の説明では算出された陰影面積を陰影測定値と呼ぶ。

第一の判断部８ｂは、陰影測定値が炉蓋トップ部Ａに実際に付着した付着物による値であるかどうかを判断するようになっており、この第一の判断部８ｂによって実際に付着した付着物による値であると判断されると第二の判断部８ｃが上記陰影測定値に基づいて炉蓋交換時期に達したかどうかを判断し、炉蓋交換時期に到達したと判断した場合には報知信号を出力部８ｄから出力する。

また、陰影面積算出部８ａによって算出された陰影測定値は記録計（記録手段）１０に出力される。

１１はコントローラ８に接続された作業機械の制御を行うためのシーケンサであり、コントローラ８に撮影指令を出力するとともに、コントローラ８から陰影測定値のデータが入力されるようになっている。

次に、上記構成を有する汚れ検知装置の動作について図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。

同図において、照明装置７が点灯している状態でシーケンサ１１からコントローラ８に対して撮影指令を与えると（ステップＳ１）、画像センサ６によって炉蓋トップ部Ａが撮影され、撮影された画像がカラーモニタ９の画面上に表示される（ステップＳ３）。なお、このカラーモニタはＣＲＴ装置であってもよく液晶モニタであってもよい。

画像センサ６によって撮影された画像は同時にコントローラ８の陰影面積算出部８ａに与えられ、陰影面積算出部８ａは、撮影された画像から色抽出を行ったポイントの色範囲のみを抽出し、抽出した色範囲とそれ以外の色範囲とを分別するためカラーの２値化処理を行う（ステップＳ４）。

なお、上記色抽出はカラーモニタ９の画面において、運転モードの画像中、予め汚れによって生じた陰影部分及びその周辺にウインドウを設定しておき、そのウインドウ内において陰影部分と同色の画素数を測定するものである。

２値化処理によって陰影部分が抽出されると、その陰影部分の総面積Ｓ１が陰影測定値として求められる（ステップＳ５）。

陰影測定値を記録計１０に記録する（ステップＳ６）。

次いで、第一の判断部８ｂは、今回の陰影測定値Ｓ１を、前回の陰影測定値Ｓ１^-1とを比較し（ステップＳ７）、増加分が所定の範囲内にあるかどうかを判断し、所定の範囲を逸脱している場合には今回の陰影測定値Ｓ１を削除し（ステップＳ８）、前回の陰影測定値Ｓ１^-1を今回の陰影測定値Ｓ１に設定する（ステップＳ９）。

すなわち、炉蓋トップ部Ａに堆積するコークス粉等の付着物は時間の経過につれて増加し、経過時間と付着物による陰影測定値との間に相関関係があり、直線回帰式に従うことが分かっている。そこで、第一の判断部８ｂは、今回の陰影測定値Ｓ１がその直線回帰式から大幅に外れて増加した場合は、炉蓋トップ部Ａに一時的に存在するにすぎない、陰影部分と同色の例えばタールが付着したものとみなし、実際に堆積した付着物の陰影として計算しないように処理する。それにより、汚れ度数の判断精度を高めるようにしている。

ステップＳ７においてＮｏであれば、次に第二の判断部８ｃが今回の陰影測定値Ｓ１と基準陰影値Ｓ０とを比較する（ステップＳ１０）。

上記基準陰影値Ｓ０とは、炉蓋１を交換すべき時期に相当する陰影値である。

ステップＳ１０における判断の結果、Ｓ１＞Ｓ０がＮｏ、すなわち陰影測定値Ｓ１が基準陰影値Ｓ０よりも低い場合、炉蓋１の汚れが軽微であって交換する必要がないため、ステップＳ４に戻って画像の２値化処理を行う。

Ｓ１＞Ｓ０がｙｅｓ、すなわち陰影測定値Ｓ１が基準値Ｓ０よりも高い場合には炉蓋１の交換時期に達しているため、炉蓋の交換が必要なことを報知する（ステップＳ１１）。

上記報知の形態は、カラーモニタ９と別の表示装置１２の画面上に表示されている炉蓋トップ部Ａの画像に例えば、「炉蓋の交換時期です」というメッセージを表示することができる。この場合、上記別の表示装置１２が報知手段として機能する。

また、コントローラ８の出力部８ｄに警告灯を接続し、その警告灯を点灯または点滅させるものであってもよい。

また、コントローラ８の出力部８ｄに警報ブザーを接続して吹鳴させるものであってもよく、また、上記各報知手段のいずれか複数を組み合わせて報知するものであってもよい。

上記記録計１０には陰影測定値が順次記録され、図６のグラフに示すように汚れの履歴として示される。同グラフの横軸は日付を示し、縦軸は汚れ度数を示している。

炉蓋１の使用サイクル数が増えるにつれて汚れ度数は大きくなり、掃除等の整備が実施された炉蓋１に交換（図中、日付５／２６参照）すると、汚れ度数が急激に下がっていることがわかる。

このように、本実施形態の炉蓋汚れ検知装置によれば、炉蓋の交換時期を正確に管理することができるだけでなく、記録計１０を参照することにより汚れの推移が把握できるため炉蓋の交換時期を予測することも可能になり、正確なメンテナンス計画を立てることもできるようになる。

次に、汚れ検知制御の第二の実施形態について図７を参照しながら説明する。

図５に示した汚れ検知制御は、炉蓋に対して個々に汚れを検知し汚れ度数を算出するものであったが、図７に示す汚れ検知制御は炉蓋全数についても陰影値（陰影面積）を計算し、前回の炉蓋全数の陰影値と比較する。

炉蓋掃除装置は、炉蓋の各所に付着するタール及びカーボンを除去するものであり、炉蓋が取り外される毎に炉蓋トップ部、側面およびボトム部をそれぞれ掃除するように構成されている。

この炉蓋掃除装置の掃除能力が低下した場合にも炉蓋に汚れが発生する。そのため、第二の実施形態では図５のステップＳ６に示したように算出された陰影値を記録計に記録した後、陰影測定値をシーケンサ１１に与える（ステップＳ１２）。

すなわち、炉蓋掃除装置は、コークス炉の一方端から他方端まで炉蓋全数を１サイクルとして掃除を行っている。そこで、１サイクル分について陰影値の測定が終了したかどうかを判断し、終了したと判断されると、さらにシーケンサ１１は、今回の炉蓋全数についての陰影測定値Ｓ２と前回の１サイクル分の炉蓋全数についての陰影測定値Ｓ２^-1とを比較し、Ｓ２＞Ｓ２^-1のときに表示装置１２に対して報知信号を出力し、この報知信号を受けた表示装置１２は炉蓋掃除装置の点検・保守が必要であることを報知する（ステップＳ１４）。

それにより、炉蓋の汚れ及び炉蓋掃除装置の能力低下によるガス漏れを防止することができるようになる。

なお、上記実施形態では炉蓋トップ部Ａについて汚れを検知したが、これに限らず、画像センサ６と照明装置７の配置を移動させることによって炉蓋１の任意の位置の汚れを検出することができる。

また、上記実施形態ではコントローラ８の出力にカラーモニタ９を別ユニットとして接続する構成を示したが、カラーモニタ内蔵式のコントローラを使用することもできる。

また、コントローラ８に外部記憶装置を接続し、カラーモニタ９に映し出される画像を定期的に記憶するように構成することもできる。このように構成すれば汚れの推移を画像で確認することも可能になる。

本発明に係る炉蓋汚れ検知装置が適用される炉蓋の構成を示す斜視図である。炉蓋トップ部に対する照明装置と画像センサの配置を示した斜視図である。 (ａ)は炉蓋トップ部の汚れが激しいときの影の状態を示し、(ｂ)は汚れが軽微なときの影の状態を示す斜視図である。本発明に係る炉蓋汚れ検知装置のシステム構成を示すブロック図である。炉蓋汚れ検知装置の制御動作を説明するフローチャートである。記録計に記録される汚れ度数の履歴を示すグラフである。炉蓋汚れ検知装置の第二の制御動作を説明するフローチャートである。従来の炉蓋汚れ検知方法を示す説明図である。

符号の説明

１炉蓋
２炉蓋本体
３キャスタブル
４シールプレート
５ナイフエッジ
６画像センサ
７照明装置
８コントローラ
８ａ陰影面積算出部
８ｂ第一の判断部
８ｃ第二の判断部
９カラーモニタ
１０記録計
１１シーケンサ
１２表示装置

Claims

炉蓋掃除装置によりコークス炉の炉蓋全数について掃除が行われる工程を１サイクルとし、この１サイクル中で各炉蓋の汚れ付着面に対し陰影ができる角度から照明を当て、陰影ができた汚れ付着面を撮影し、撮影された汚れ付着面の画像から炉蓋全数分の陰影面積を計算し、今回求められた陰影面積と、前回の１サイクル中で求められた炉蓋全数分の陰影面積との差が基準値を超えた場合に炉蓋掃除装置が点検時期に到達したと判断することを特徴とする炉蓋汚れ検知方法。
炉蓋の汚れ付着面に対し陰影ができる角度から照明を当てる照明手段と、
上記照明手段によって陰影ができた汚れ付着面を撮影する撮像手段と、
上記撮像手段によって撮影された汚れ付着面の画像が入力されるコントローラとを備え、
上記コントローラは、上記汚れ付着面の画像から陰影の面積を計算する陰影面積算出部と、上記陰影面積算部によって計算された陰影面積が予め設定された基準値を超えるか否かを判断する判断部と、上記陰影面積が上記基準値を超えた場合に報知信号を出力する出力部とを備え、
上記陰影面積算出部は、炉蓋掃除装置によりコークス炉の炉蓋全数について掃除が行われる工程を１サイクルとした場合、その１サイクル中でコークス炉の炉蓋全数について陰影面積を算出し、今回求められた陰影面積と、前回の１サイクル中で求められた炉蓋全数分の陰影面積との差が基準値を超えた場合に報知信号を出力するように構成されていることを特徴とする炉蓋汚れ検知装置。
上記陰影面積算出部は、上記撮像手段によって撮影された汚れ付着面の画像から陰影に対応する色範囲のみを抽出し、抽出された陰影の色範囲の面積を集計することによって上記陰影面積を計算するように構成されている請求項２記載の炉蓋汚れ検知装置。
上記出力部に接続され上記報知信号に基づいて炉蓋交換時期または炉蓋掃除装置の点検時期に到達したことを報知する報知手段を備えてなる請求項２または３に記載の炉蓋汚れ検知装置。
上記撮像手段によって撮影された汚れ付着面の画像を出力する画像出力手段を備えてなる請求項２〜４のいずれか１項に記載の炉蓋汚れ検知装置。
上記陰影面積算出部によって算出された陰影面積を記録する記録手段を備えてなる請求項２〜５のいずれか１項に記載の炉蓋汚れ検知装置。
上記照明手段および上記撮像手段が、上記炉蓋を脱着する作業機械における炉蓋退避位置に設けられている請求項２〜６のいずれか１項に記載の炉蓋汚れ検知装置。