JP5317401B2 - 排出間隙オンラインモニタリングシステム - Google Patents
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Description
以下、実施の形態1において、本発明に基づいた粉流体定量排出器について、図を参照しながら説明する。まず、「高分子添加剤」等の粉体、および、ウェットケーキ等の流体のブリッジ防止と、定量排出用に用いられている「粉流体定量排出器」の内部回転大羽根と本体の底板との接触を未然防止し、金属異物混入防止を目的として開発した「粉流体定量排出器用のギャップセンサ」の有効性が確認されたので、以下説明する。
1.交流磁束と渦電流
図1に、渦電流の誘起原理の模式図を示す。図1に示すように渦流コイル1に交流電流2を流すと磁束3が発生する。この渦流コイル1を導体4に近づけると導体4に渦電流5が誘起される。この渦電流5の流れを妨げるように傷や材料特性(導電率、透磁率)が変化する部位(欠陥6)が存在すると、磁束3が変化し渦流コイル1に流れる電流が変化し、一般にはこの変化量から傷検出などを行なう。
2.渦流コイルの種類と特徴
図2に渦流コイル1の分類を示す。検査対象物によって、貫通コイル1A、内挿コイル1B、および、上置コイル1Cの3種類の渦流コイル1が使いわけられる。貫通コイル1Aは棒や伝熱管の製造メーカが製品出荷検査として使用されている。内挿コイル1Bは化学、電力、原子力プラントなどに設置された熱交換器伝熱管の保守検査に使用される。また、上置コイル1Cもこれらプラントの塔槽、熱交換器、配管壁面の保守検査に使用されている。
3.渦流コイルの信号出力
図3に、市販の渦流探傷器に採用されているホイートストンブリッジ回路を示し、図4に、管8内に収容された内挿コイル7を示す。渦流探傷器に採用されるホイートストンブリッジ回路においては、差動方式の渦流コイルのそれぞれのインピーダンス(交流抵抗)をZ1、Z2、渦流探傷器が持っている固有抵抗ZM1、ZM2と平衡するように設定しておく。その状態で内挿コイル7を管8の管軸方向に移動させると(図4参照)、傷などがあれば渦電流に乱れが生じ、インピーダンス変化が渦流探傷器にリサージュ波形として表示される。
渦流探傷法は、浸炭測定や応力腐食割れ検査に適用されていることは知られている。エチレン分解炉輻射管には、高級ステンレス鋼が使用されているが、使用に伴い浸炭損傷が発生することがある。この浸炭深さを測定することで寿命予測が可能となる。また、汎用ステンレス鋼(SUS304鋼)には応力腐食割れが発生することがある。これら損傷を検出するため上置コイルデザインや測定方法を開発し、プラントの安全・安定運転を行なってきた。浸炭厚さ測定は、検出精度、推定精度ともにすぐれており、多くの工場の石油化学プラントで使用されている。
1.試験装置
(1)渦流探傷器:型式ASSORT330(アスワン電子販売(株)製)
(2)上置コイル
ボビン ;ID28mm×OD48mm×H34mm
コイル ;φ0.15mm被覆銅線×950巻き×2
コイル幅15mm×コイル間隔2mm×コイル幅15mm
永久磁石 ;コイル内側にID20mm×OD28mm×t1.9mm(CORMAX−2000(株)NEOMAX製)×2枚をJIS規格SNCM439相当品のEN25mm×OD28mm×t30mmの上下に配置して挿入
試験周波数;1kHz
(3)試験片
模擬底板 ;t9mm×SUS316製
模擬大羽根;上辺105mm×下辺142mm×L300mm×t9mmの台形状のSUS304製の板
2.試験方法
上記の模擬大羽根、模擬底板、上置コイルを用い、模擬底板の下側に上置コイルを取付け、上側に厚さを変えてアクリル板を置き、上置コイル中心上方を模擬大羽根の幅が123.5mmの位置を通過させ電圧変化を測定した。
3.試験結果
模擬試験片での試験結果を図5に示す。出力電圧(V)は、模擬底板と模擬大羽根とのギャップが5mmで3.0V、10mmで1.7V、28mmで0.5Vの出力電圧が得られた。
4.粉流体定量排出器での確認
粉流体定量排出器の回転羽根と反対側の底面に上置コイルの中心が回転大羽根の幅が123.5mmの位置に取付けた。粉流体定量排出の中に入り、回転大羽根と底板との間隔をメジャーで測定し、回転大羽根を手動で動かして電圧を測定した結果を図5に示す。図5に示すように、ギャップと出力電圧との間には比例関係が存在することが確認できた。
続いて、図6および図7に本実施の形態における粉流体定量排出器100Aを示す。図6は、本実施の形態における粉流体定量排出器の内部構造を示す平面図であり、図7は、本実施の形態における粉流体定量排出器の内部構造を示す縦端面図である。基本的構造は、背景技術に示す粉流体定量排出器と同様であり、回転大羽根102と回転小羽根103とを有する回転羽根が、モータ105の回転が伝達される回転軸106を軸芯(回転中心)とした片持ち梁構により軸支持されている。回転羽根の下方には、底板101が設けられ、回転羽根106の上方には、ホッパ107が配設されている。底板101の外周には、排出部104が設けられている。
1.非磁性体用上置コイル
外径φ48mmの浸炭測定用コイルで、回転大羽根、回転子羽根が検出できることが確認されたが、さらなる検出性能の向上を目指して、上置コイルを試作した。検出性能の確認は模擬子羽根で行なった。
(1)試験装置
(a)渦流探傷器;型式ASSORT330(アスワン電子販売(株)製)
(b)上置コイル
(i)φ50上置コイル
ボビン ;ID38.5mm×OD50.5mm×H14.2mm
コイル ;φ0.1被覆銅線×100巻き×2
コイル幅3×コイル間隔2×コイル幅3
(ii)φ90上置コイル
ボビン ;ID48mm×OD90mm×H40mm
コイル ;φ0.15被覆銅線×180巻き×2
コイル幅5×コイル間隔4×コイル幅5
(c)試験周波数;1kHz
(d)試験片
模擬底板 ;t9×SUS316製
模擬小羽根;上辺20×下辺69×L1180×t5.9の台形状のSUS304製の板
(2)試験方法
上記の模擬小羽根、模擬底板、上置コイルを用い、模擬底板の下側に上置コイルを取付け、上側に厚さを変えてアクリル板を置き、上置コイル中心上方を模擬小羽根の幅が50mmの位置を通過させ電圧変化を測定した。
(3)試験結果
模擬試験片での試験結果を図10に示す。図10に示すように、出力電圧(V)は、コイル外形を大きくするほうが大きくなり、試験片として用いた模擬子羽根も充分検出していることから実機へは、φ90上置コイルを適用することにした。
2.強磁性体用上置コイル
t10mm程もある底板の炭素鋼板を磁化し、透磁率を1に近づけるには、電磁石を使用すれば容易である。しかし、粉流体定量排出器に取付けられる上置コイルは、認定済みの防爆構造容器のなかに収めることを前提で検討した。この防爆構造容器寸法は、非磁性体用の上置コイル(OD90mm×H40mm)が収められるぎりぎりの寸法であり、強磁性体用の上置コイル寸法も同寸法とし、永久磁石による磁化方式を選択し、許される寸法のなかで、どこまで炭素鋼板を磁化できるか永久磁石配置について検討した。あわせて、高感度の上置コイルを製作するため、コイルデザインの検討も行なった。
(1)コイルデザインの検討
上述したように、コイル径が大きくなれば検出感度が高くなる。しかし、どこかで、その寸法には限界があるはずであり、その確認を行なった。
(i)計測器
渦流探傷器 ;AV100SE(日本ホッキング社製)
チャートレコーダ;メモリハイコーダー8846(日置電機社製)
(ii)上置コイル
検討用に試作した上置コイルの仕様を図11に示す。コイル外形φ60、φ80、φ100のものを製作した。コイル巻数は、渦流探傷器とのインピーダンス整合性を考慮して、空芯時、試験周波数1kHz時のコイルインピーダンスが100Ω(50Ω+50Ω)となるようにした。
(ア)模擬底板;400mm×400mm×t1
(イ)模擬大羽根;上辺80mm×下辺120mm×L440mm×t19mmの台形状の炭素鋼板
(b)試験方法
上記の模擬大羽根、模擬底板、上置コイルを用い、下側より模擬大羽根、ギャップ調整用アクリル板、t1模擬底板、t2のアクリル板、上置コイルを配置した。永久磁石(NEOMAX−38Hφ46×t15、(株)NEOMAX製)は、上置コイルの中に収めた。そのため、永久磁石と炭素鋼製模擬底板が直接接触すると引き離すのが困難なため、t2のアクリル板を、クッション材として入れた。この状態で上置コイル中心下方を模擬大羽根の幅が100mmの位置を通過させ電圧変化を測定した。
模擬底板と上置コイル間のギャップを8mmにしたときの模擬大羽根の検出結果を図12に示す。図12に示すように、コイル幅−間隔−コイル幅が5−4−5の上置コイルの検出感度は、コイル外径φ80>φ100>φ60の順に良かった。コイル外径を無制限に大きくしても検出感度が良くならないことが確認された。コイル外径φ80の上置コイルで、コイル間隔が4mmのものと30mmのもので検出感度を比較するとコイル間隔が30mmの方が高い検出感度を示した。
高感度の上置コイルをデザインするうえでのパラメータとしては、次のものがあげられる。
市販の渦流探傷器では、通常100Ω(50Ω+50Ω)である。
コイル径×1/4を浸透深さの目安とする。
コイル径φ8、φ14.5、φ20のコイルを加えて、コイル間隔と検出感度で整理した結果を図13に示した。コイル径が変わってもコイル間隔が30mm近辺で飽和している。これは図2に示した自己比較タイプのコイルの一方を空気バランスさせたとき、コイル間隔を離すほどコイル相互間の緩衝が少なくなって、感度向上に寄与したものと考えられる。
(2)強磁性体用上置コイルの製作
非磁性体用上置コイルと同寸法のOD90mm×H40mm内に収まるようにコイル内側、コイル外側に磁石を配置した上置コイルを製作した。
(i)計測器
渦流探傷器 ;AV10B−II(日本ホッキング社製)
チャートレコーダ;オムニライト(日本電気三栄製)
(ii)上置コイル
製作した上置コイルの各部寸法を図14に示す。図14に示したように、コイル間隔は寸法の制約上20mmとした。
コイル;φ0.15被覆銅線×170巻き×2
コイル幅5×コイル間隔20×コイル幅5
永久磁石;コイル内側にφ46×t15(NEOMAX−38(株)NEOMAX製)×2個
コイル外側にODφ90×IDφ70×t5(Nd−Fe−B磁石、マスマテリアル(株)製)×6個
(iii)試験片
(ア)模擬底板;400mm×400mm×t2mm、t5mm、t6.5mm
(ロ)模擬大羽根;上辺80mm×下辺120mm×L440mm×t19mmの台形状の炭素鋼板
(b)試験方法
上記の模擬大羽根、模擬底板、上置コイルを用い、下側より模擬大羽根、ギャップ調整用アクリル板、模擬底板、t2のアクリル板、上置コイルを配置した。ここでもt2のアクリル板は、クッション材として入れた。この状態で上置コイル中心下方を模擬大羽根の幅が100mmの位置を通過させ電圧変化を測定した。
各板厚さにおける炭素鋼鋼板と各ギャップとにおける出力信号の試験結果を図15に示す。t5mmの炭素鋼鋼板であればギャップ5mmでの検出信号は1.5V、ギャップ10mmでも1Vあり、実用上問題のない検出感度が得られた。現地に据わっている粉流体定量排出器の底板が5mmより厚いときは、設置場所を穴繰りして薄くすることが好ましい。また、永久磁石の体積としては、上記永久磁石の2倍以下であると人力で取扱いが容易な吸着力を示すことから好ましく、永久磁石の大きさ(高さ、径)としては、上記永久磁石のそれの2倍以下であると人力で取扱いが容易な吸着力を示すことから好ましい。
(実施の形態2)
<<<排出間隙オンラインモニタリングシステムの構築>>>
以下、実施の形態2において、本発明に基づいた粉流体定量排出器を用いた、排出間隙オンラインモニタリングシステム1000の構築について、図16を参照しながら説明する。計器室でギャップを監視できるような排出間隙オンラインモニタリングシステム1000を構築した。システム構成としては、上置コイルとCPU内蔵渦流探傷器、操作用のパソコン及び、ギャップ表示盤とした。全体のシステム構成と各部の詳細な機能を紹介する。
1.システム構成
システムの構成を図16に示す。渦流コイルとして上置コイル200と渦流探傷器300とで検出した回転大羽根および回転小羽根からの電気信号を渦流探傷器300に内蔵されたCPUに送り、インプットされた校正データ(φ90上置コイルの電圧vsギャップ曲線)と照合、演算処理し、表示盤500へギャップを表示させるシステムである。
2.防爆構造
化学プラントは消防法上の危険物取扱所、または、危険物製造所に該当することが殆どであるため、上置コイルを粉流体定量排出器の底板に設置するにあたって、防爆構造が必須条件となる。電気品の防爆構造として、労働省産業安全研究所技術指針(ISSN0991-8063)、ユーザーのための工場防爆電気設備ガイド(ガス防爆1994)に合致する方法にて防爆構造の設計を進めた。図17に底板に取付けた防爆構造ケース700の外観を示す。
3.渦流探傷器
渦流探傷器は市販されている探傷器の内蔵CPU、メモリ及び入力部を用いて、ギャップセンサ専用のプログラムソフトを作製した。
4.表示盤
市販品では合致するものがないため電気端子盤をベースに製作した。盤面上には3桁LEDによりギャップを表示させる。アラーム・トリップ状態の各々の表示灯、アラーム・トリップ時のブザーを設置している。
Claims (2)
- 容器内に収容された粉流体を定量排出する粉流体定量排出器(100A)に用いられる排出間隙オンラインモニタリングシステムであって、
前記粉流体定量排出器(100A)は、
容器底部に設けられる底板(101)と、
前記底板(101)の上面側において、所定の間隙を隔てて回転通過するように配置される回転羽根(102,103)と、
前記底板(101)の下面側に設けられ、渦流探傷法により前記回転羽根(102,103)と前記底板(101)との間隙を測定するための渦流コイルを用いた間隙センサ(200)と、を含み、
当該排出間隙オンラインモニタリングシステムは、
前記間隙センサ(200)からの情報に基づき、前記回転羽根(102,103)と前記底板(101)との間隙を測定するCPU内蔵渦流探傷器(300)と、
前記CPU内蔵渦流探傷器(300)により測定された間隙を表示する表示盤(500)と、
前記CPU内蔵渦流探傷器(300)により測定された間隙に基づき、前記間隙が第一の所
定値以下の場合に注意を前記表示盤(500)に喚起するための報知手段と、
を備え、
前記間隙センサ(200)には、
円筒形状のボビンと、前記ボビンの外周面に配置されるコイルと、前記ボビンの内側に配置される永久磁石と、前記ボビンの外側に配置される永久磁石と、を有する上置コイルが用いられる、
排出間隙オンラインモニタリングシステム。 - 前記CPU内蔵渦流探傷器(300)により測定された間隙に基づき、前記間隙が第一の所
定値よりも小さい第二の所定値以下の場合に、前記粉流体定量排出器の運転を停止させる停止手段をさらに備える、請求項1に記載の排出間隙オンラインモニタリングシステム。
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