JP5547945B2 - 圧力逃がし弁の監視 - Google Patents

Description

本発明は、概して圧力逃がし弁を監視することに関し、より詳細には、漏れ検出センサ及びオンライン式状態監視システムの組み合わせを用いて、漏れの存在について、圧力逃がし弁を監視することに関する。

多様な工業用途において、圧力逃がし弁は、各種の通路を開閉することによって、加工材料の流れを調整することに利用される。圧力逃がし弁が利用される特定の工業用途の１つは、石油精製におけるものである。石油精製所内において圧力逃がし弁で生じる漏れは、爆発及び安全性問題を引き起こす可能性があり、発火の事態及び大気中への有害物質の放出に対して罰金が課せられることになる。このような事態が１つでも生じると、事後対応としての保守が行われ、保守費用が増大し、その結果、石油精製所の生産能力が減少する可能性がある。このような事態の発生を防止するために、石油精製所のオペレータは、これらの圧力安全放出弁を監視して、可能な限り早期に漏れを検出することに関心がある。一般的な石油精製所は、数百又は数千に及ぶ圧力逃がし弁を備えるものであり、これらの弁の監視に関わる費用及び時間は相当なものになり得る。このような弁の管理に関わる費用及び時間を削減することは、石油精製所の収益性及び評判に大きな影響を与え得る。ただし、圧力逃がし弁を監視する現在の手法は、漏れの検出における効率及び精度についての問題を抱えている。例えば、圧力逃がし弁を監視する現在の手法の多くは、厄介な警告（すなわち、偽の肯定）を発生させており、この警告は、漏れの存在ではなく、ホース散水によって生じる乱流、蒸気笛、又は配管の振動（例えば、プラント環境雑音）など、弁の近傍における音響ノイズ源が原因であると考えられる。

米国特許出願公開第２００８／０１８３８６３Ａ１号 米国特許出願公開第２００７／０１５４３２５Ａ１号

本発明の一態様において、オンライン式圧力逃がし弁監視システムが提供される。このオンライン式圧力逃がし弁監視システムは、圧力逃がし弁の周囲に配置されて、前記圧力逃がし弁から超音波測定値を取得する少なくとも１つの音響センサを含む。圧力逃がし弁の周囲に配置される１つ以上の温度センサは、前記圧力逃がし弁から温度測定値を取得する。データ取得システムは、前記少なくとも１つの音響センサからの超音波測定値と、前記１つ以上の温度センサからの温度測定値とを受け取る。オンライン監視装置は、前記データ取得システムによって受け取られた測定値を監視して、前記圧力逃がし弁の周りの漏れを検出する。前記オンライン監視装置は、前記超音波測定値及び前記温度測定値に応じて、前記漏れの存在を検出する。

本発明の第２の態様において、圧力逃がし弁を監視する方法が存在する。この方法は、圧力逃がし弁の周囲に配置された少なくとも１つの音響センサから超音波測定値を取得するステップと、前記圧力逃がし弁の周囲に配置された１つ以上の温度センサから温度測定値を取得するステップと、前記少なくとも１つの音響センサからの超音波測定値と、前記１つ以上の温度センサからの温度測定値とを収集するステップと、前記超音波測定値及び前記温度測定値をホストコンピュータに伝送するステップと、前記ホストコンピュータを用いて前記測定値を監視して、前記圧力逃がし弁の周りの漏れを検出するステップとを含み、前記ホストコンピュータは、前記超音波測定値及び前記温度測定値の両方に応じて、前記漏れの存在を検出する。

本発明の第３の態様において、圧力逃がし弁監視システムが提供される。この実施形態において、前記システムは、圧力逃がし弁の周囲に配置されて、前記圧力逃がし弁から超音波測定値を取得する少なくとも１つの音響センサを含む。前記圧力逃がし弁の周囲に配置される１つ以上の温度センサは、前記圧力逃がし弁から温度測定値を取得する。データ取得システムは、前記音響センサからの超音波測定値と、前記１つ以上の温度センサからの温度測定値とを受け取る。前記データ取得システムは、前記圧力逃がし弁の周りの漏れの存在を検出する。前記データ取得システムは、前記超音波測定値及び前記温度測定値に応じて前記漏れの存在を検出する。

本発明の一実施形態に係るオンライン式圧力逃がし弁監視システムを示す模式図である。 本発明の一実施形態に従って、図１のオンライン式圧力逃がし弁監視システムを利用して漏れの存在を検出することに関連する処理工程を説明するフローチャートである。

以下、本発明の少なくとも１つの実施形態について、石油精製所内の圧力逃がし弁を監視することに関わる用途及びその動作を参照しながら説明する。ただし、本発明は、圧力逃がし弁を利用し得る各種の工業施設に対しても同様に適用できることは、当業者には明らかであり、また、本明細書の教示によって示される通りである。圧力逃がし弁を利用しており、その弁を監視する必要があると考えられる工業施設は、発電所、化学工場、及び電気設備を含むが、これらは網羅的に列挙したものではない。当業者にはさらに認識されるであろうが、本明細書の教示は、工業環境に加え、例えば、軍事用途、商業用途、及び住宅用途など、他の用途にも適合する。

図面を参照して説明すると、図１は、本発明の一実施形態に係るオンライン式圧力逃がし弁監視システム１００の模式図である。この圧力逃がし弁監視システム１００は、加工材料の流れを制御するために利用される圧力逃がし弁１０５を含み、前記加工材料は、石油精製所内の各種の気体及び液体であって良い。当業者であれば、一般的な石油精製所が、使用している数百及び可能性としては数千の圧力逃がし弁を有することは認識されるであろう。本発明の特徴を分かりやすく示すため、図１には、１つの圧力逃がし弁のみを示す。図１に示すように、パイプ１１０は、圧力逃がし弁の入口端に進入している。圧力逃がし弁１０５及びパイプ１１５は、圧力逃がし弁１０５の出口端から延びている。１つ以上の温度センサは、圧力逃がし弁１０５の周囲に配置されて、その圧力逃がし弁１０５から温度測定値を取得する。一実施形態において、図１に示すように、第１温度センサ１２０及び第２温度センサ１２５が存在する。温度センサ１２０は、圧力逃がし弁１０５の入口端においてパイプ１１０に配設され、温度センサ１２５は、圧力逃がし弁１０５の出口端においてパイプ１１５に配設される。図１には示していないが、石油精製所は、その全域に配置されて他の温度測定値を取得する各種の他の温度センサも備えている可能性がある。例えば、圧力逃がし弁を含む精製所の周りの周囲温度状況を監視する温度センサが存在する。これらの温度センサの他に、図１には、圧力逃がし弁１０５の周囲に配置され、その圧力逃がし弁１０５から超音波測定値を取得する音響センサ１３０が存在することを示す。図１に示すように、音響センサ１３０は、圧力逃がし弁１０５の出口端においてパイプ１１５に配設される。当業者であれば認識されるように、これらのセンサの位置は、圧力逃がし弁１０５上の位置又は近接する位置が異なっていても良く、いずれかの特定の位置に限定されるものではない。また、当業者であれば、漏れの検出に利用されるセンサの数は、図示及び本明細書に記載したものより多くても良いことは判るであろう。

データ取得システム１３５は、温度センサ１２０及び１２５からの温度測定値と、音響センサ１３０からの超音波測定値とを受け取る。図１に示すように、インターフェースモジュール１４０は、温度センサ１２０及び１２５、並びに音響センサ１３０をデータ取得システム１３５に連結する。データ取得システム１３５は、スイッチ及びハブなどの通信ネットワーク１５０を介して、オンライン監視装置１４５に前記測定値を送信する。データ取得システム１３５は、前記測定値を監視して、圧力逃がし弁１０５の周りの漏れを検出する。後述のように、オンライン監視装置１４５は、超音波測定値及び温度測定値の両方に応じて、漏れの存在を検出する。

圧力逃がし弁１０５の状態を監視することに加え、データ取得システム１３５及びオンライン監視装置１４５は、圧力逃がし弁と共に、石油精製所全体で利用される他の基本的資材１５５を監視する構成である。本発明の範囲は、漏れに関して圧力逃がし弁１０５を監視することを対象としているため、石油精製所に関連する他の基本的資材１５５を監視することに関わる詳細内容は、本明細書では説明しない。

一実施形態において、第１温度センサ１２０及び第２温度センサ１２５は、パイプ１１０及び１１５にそれぞれ連結される、Ｋ型熱電対などの熱電対を含む。当業者には認識されるであろうが、広範囲の温度（例えば、華氏−４０度程度から華氏４００度程度）に耐え得る温度センサであれば、他の温度センサもこの用途での利用に適する。

一実施形態において、音響センサ１３０は、超音波音響センサを含む。当業者には認識されるであろうが、乱流に起因する超音波の存在を検出できる音響センサであれば、他のタイプの音響センサも本用途での利用に適する。

一実施形態において、データ取得システム１３５は、センサデータを収集し、収集したデータに信号処理操作を行う動的走査モジュールである。このような動的走査モジュールの一例は、ＧＥのＴＲＥＮＤＭＡＳＴＥＲ（登録商標）Ｐｒｏシステムである。このような動的走査モジュールには、複数のセンサバスケーブルを受け入れるように構成された複数の入力カードが存在する。各バス上のセンサは、数分ごとに順次ポーリングされて、動的走査モジュールが、多数の異なる接続ポイントから状態監視データを収集できるようにする。動的走査モジュールのこのタイプの入力カードは、それぞれ特定のセンサに連結されたインターフェースモジュール１４０を介して、複数のセンサ読み取り値を受け取るように構成される。また、この動的走査モジュールは、収集及び処理された測定値を、従来の有線接続又は無線イーサネット（登録商標）接続により、通信ネットワーク１５０からオンライン監視装置１４５に送信するように構成される。

一実施形態において、オンライン監視装置１４５は、データ取得システム１３５、温度センサ１２０及び１２５、並びに音響センサ１３０にネットワーク接続されたホストコンピュータである。ホストコンピュータは、ソフトウェアアルゴリズム、複数の規則、及び複数のデータベースを含み、これらを利用して、石油精製所のオペレータは、適時データ確認、計算、並びに圧力逃がし弁の漏れの検出を含む特定のイベント及び障害についての分析及び適時検出を実行することができる。ＧＥのＳＹＳＴＥＭ１ソフトウェアは、前記ホストコンピュータと組み合わせて利用できるソフトウェアパッケージの１つのタイプである。

図２は、圧力逃がし弁監視システム１００を利用して漏れの存在を検出することに関わる、本発明の一実施形態に係る処理動作を説明するフローチャート２００である。圧力逃がし弁における漏れの存在を検出する処理動作は、２０５において、温度センサ１２０及び１２５、並びに音響センサ１３０からそれぞれ温度測定値と超音波測定値とを取得することによって開始する。この動作は、データ取得システム１３５が、前記センサからインターフェースモジュール１４０を介して前述の測定値を定期的に受信し、オンライン監視装置１４５に、通信ネットワーク１５０を介して受信データを送信することを含む。圧力逃がし弁の入口端及び出口端において温度測定値を取得することに加え、前記データ取得システムは、他の温度センサを利用して、圧力逃がし弁の周りから周囲温度測定値を受信している。このことは、屋外に温度センサを配置して、精製所内の資材が曝される環境の周囲温度の監視及び傾向把握を行うことを含む。これに代わる構成として、分散制御システムからの精製所の周囲温度測定値を単純に利用して、前述の周囲温度の測定値を取得することもできる。音響センサ及び温度センサからのすべての測定値は、データ取得システムからオンライン監視装置に伝送される。

オンライン監視装置１４５は、データ取得システムから送られた前述の測定値を利用し、２１０において、漏れ検出処理が「オン」であるかどうかを判定する。特に、オンライン監視装置１４５は、圧力逃がし弁において、入口と出口の間の温度差が所定の温度閾（例えば、５０％）以上である場合に、漏れ検出処理はオンであると判定する。オンライン監視装置１４５が、漏れ検出処理はオンであると判定しない場合、処理フローは、処理ブロック２０５に戻り、センサが、測定値の取得を続行する。そうでない場合、オンライン監視装置１４５は、漏れ検出処理を続行する。

処理はオンであると判定されたら、オンライン監視装置１４５は、複数の漏れ検出規則を利用して、弁が漏れているかどうかを判定する。この複数の漏れ検出規則に対応付けられた規則ロジックは、２１５において、音響センサから生成された超音波測定値に対応付けられた電圧が、所定の電圧閾（例えば、５ボルト）を超えているかどうかを監視する。所定の電圧閾を越えた時点で、複数の漏れ検出規則に対応付けられた規則ロジックは、監視を開始し、２２０において、所定の温度比閾が満たされたかどうかを確認する。特に、入口温度と、出口温度と、環境温度との比が、設定された閾値に達した場合は、２２５において、オンライン監視装置１４５が、警告通知を生成することになる。一実施形態において、この温度比は、入口温度と環境温度の差の絶対値で入口と出口の温度差の絶対値を除算して１００を掛けたものとして定義される。温度比閾の例は、入口と出口の温度差が、入口と周囲の温度差の５０％以下になる場合である。このタイプの温度比閾を用いると、入口温度と、出口温度と、周囲温度との間の大きな温度変化のみによって警告通知が行われることになる。これにより、音響センサからの偽の警告が防止される。本明細書において、大きな変化は、５０％以上である温度比閾を含むものであって良い。この値は、概して、圧力逃がし弁が入口から出口に流体を流している状態を意味する。

処理ブロック２１５及び２２０において判定されるような大きな温度変化は存在しないと判定された場合は、処理ブロック２０５に戻って、センサ測定値の監視及び取得が続行され、処理ブロック２２０において、警告を発する必要があると判定されるまで、処理ブロック２０５〜２２０が繰り返される。従って、オンライン監視装置は、２２５において、警告通知を生成して、圧力逃がし弁の周りに漏れが存在することを示すことになる。警告を生成する多数の手法が存在することは、当業者には認識されるであろう。網羅的ではないが、警告通知をリストすると、石油精製所のオペレータに向けて、Ｅメール、視覚的警報、及び聴覚的警報の少なくともいずれかを行うことが挙げられる。

前述のフローチャートに、圧力逃がし弁の周りの漏れの存在を検出することに関わる処理機能の一部を示した。これについて、各ブロックは、これらの機能の実行に関連する処理作業を表す。また、一部の代替の実施例において、前記ブロックに記載された作業は、図面に示した順序通りに行われなくても良く、例えば、実際には、関連する作業に応じて、同時又は逆の順序で実行されても良いことを注記しておく。また、当業者であれば理解されるであろうが、処理機能を記述する追加のブロックを挿入することもできる。例えば、一実施形態において、オンライン監視装置１４５は、圧力逃がし弁の周りの漏れの存在が特定されたことに対応して、その漏れの分析を行うように構成される。この分析は、漏れのおおよその量と、漏れが発生した時刻と、漏れ期間とを特定することを含む。オンライン監視装置１４５は、弁の容量に基づき、弁が漏れていた期間に応じて体積を計算することによって前述の分析を実行することができる。

データ取得システム１３５内で、オンライン監視装置１４５の機能の一部を実行でき、データ取得システム１３５は、ホストコンピュータ環境から前述の判定を行う必要なしに、漏れの存在を検出できることは、当業者には理解されるであろう。本実施形態において、データ取得システム１３５は、圧力逃がし弁１０５に入るパイプ１１０における入口温度と、圧力逃がし弁１０５から延びるパイプ１１５における出口温度とを比較することになる。次に、複数の漏れ検出規則を利用して、データ取得システム１３５は、漏れが存在するかどうかを、図２で説明したものと同じ動作を利用して判定する。

本発明を、好適な実施形態と併せて詳しく図示して説明してきたが、当業者には変更及び修正が想到されるであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神内のそのような修正及び変更の全てを含むことを理解されたい。

１００ 圧力逃がし弁監視システム
１０５ 圧力逃がし弁
１１０ パイプ
１１５ パイプ
１２０ 第１温度センサ
１２５ 第２温度センサ
１３０ 音響センサ
１３５ データ取得システム
１４０ インターフェースモジュール
１４５ オンライン監視装置
１５０ 通信ネットワーク
１５５ 基本的資材
２００ フローチャート
２０５ 温度センサ及び音響センサから温度測定値と超音波測定値とを取得する処理ブロック
２１０ 漏れ検出処理が「オン」であるかどうかを判定する処理ブロック
２１５ 音響電圧が所定の電圧を超えているかどうかを判定する処理ブロック
２２０ 温度比が所定の閾値未満であるかどうかを判定する処理ブロック
２２５ 警告通知を生成する処理ブロック

Claims (6)

1. 圧力逃がし弁（１０５）の周囲に配置されて、前記圧力逃がし弁（１０５）から超音波測定値を取得する、少なくとも１つの音響センサ（１３０）と、
   前記圧力逃がし弁（１０５）の周囲に配置されて、前記圧力逃がし弁（１０５）から温度測定値を取得する、第１温度センサ（１２０）及び第２温度センサ（１２５）と、
   前記少なくとも１つの音響センサ（１３０）からの前記超音波測定値と、前記第１温度センサ（１２０）及び第２温度センサ（１２５）からの温度測定値とを受け取るデータ取得システム（１３５）と、
   前記データ取得システム（１３５）によって受け取られた前記測定値を監視して、前記圧力逃がし弁（１０５）の周りの漏れを検出するオンライン監視装置（１４５）とを含むオンライン式圧力逃がし弁監視システム（１００）であって、
   前記オンライン監視装置（１４５）は、前記超音波測定値及び前記温度測定値に応じて前記漏れの存在を検出し、
   前記オンライン監視装置（１４５）は、前記第１温度センサ（１２０）によって測定される、前記圧力逃がし弁（１０５）の入口端における温度と、前記第２温度センサ（１２５）によって測定される、前記圧力逃がし弁（１０５）の出口端における温度との間に温度変化があったかどうかを判定し、
   前記オンライン監視装置（１４５）は、前記温度変化と周囲温度とを比較し、前記温度変化が前記周囲温度と共に変化するかどうかを確認し、
   前記オンライン監視装置（１４５）は、前記温度変化が前記周囲温度と共に変化するという判定に応答して、前記温度測定値に応じた漏れの存在を検出する、
   オンライン式圧力逃がし弁監視システム（１００）。
2. 前記少なくとも１つの音響センサ（１３０）は、前記圧力逃がし弁（１０５）の出口端から延びる前記第２パイプ（１１５）に配設される、請求項１に記載のオンライン式圧力逃がし弁監視システム（１００）。
3. 前記オンライン監視装置（１４５）は、前記超音波測定値が所定の閾値を越えるというさらなる判定に応答して、前記漏れの存在を検出する、請求項２に記載のオンライン式圧力逃がし弁監視システム（１００）。
4. 圧力逃がし弁（１０５）の周囲に配置される少なくとも１つの音響センサ（１３０）から超音波測定値を取得するステップと、
   前記圧力逃がし弁（１０５）の周囲に配置される第１温度センサ（１２０）及び第２温度センサ（１２５）から温度測定値を取得するステップと、
   前記少なくとも１つの音響センサ（１３０）からの前記超音波測定値と、前記第１温度センサ（１２０）及び第２温度センサ（１２５）からの前記温度測定値とを収集するステップと、
   前記超音波測定値及び前記温度測定値をホストコンピュータ（１４５）に伝送するステップと、
   前記ホストコンピュータ（１４５）で前記測定値を監視して、前記圧力逃がし弁（１０５）の周りの漏れを検出するステップとを含む圧力逃がし弁（１０５）の監視方法であって、
   前記ホストコンピュータ（１４５）は、前記超音波測定値及び前記温度測定値の両方に応じて、前記漏れの存在を検出し、
   前記ホストコンピュータ（１４５）は、前記第１温度センサ（１２０）によって測定される、前記圧力逃がし弁（１０５）の前記入口端における温度と、前記第２温度センサ（１２５）によって測定される、前記圧力逃がし弁（１０５）の出口端における温度との間に温度変化があったかどうかを判定し、
   前記ホストコンピュータ（１４５）は、前記温度変化と周囲状況とを比較して、前記温度変化が前記周囲状況と共に変化するかどうかを確認し、
   前記ホストコンピュータ（１４５）は、前記温度変化が前記周囲状況と共に変化するという判定に応答して、前記温度測定値に応じた漏れの存在を検出する、
   圧力逃がし弁（１０５）の監視方法。
5. 圧力逃がし弁（１０５）の周囲に配置されて、前記圧力逃がし弁（１０５）から超音波測定値を取得する、少なくとも１つの音響センサ（１３０）と、
   前記圧力逃がし弁（１０５）の周囲に配置されて、前記圧力逃がし弁（１０５）から温度測定値をそれぞれ取得する第１温度センサ（１２０）及び第２温度センサ（１２５）と、
   前記音響センサ（１３０）からの前記超音波測定値と、前記第１温度センサ（１２０）及び第２温度センサ（１２５）からの前記温度測定値とを受け取るデータ取得システム（１３５）とを含む圧力逃がし弁監視システムであって、
   前記データ取得システム（１３５）は、前記圧力逃がし弁（１０５）の周りの漏れの存在を検出し、前記データ取得システム（１３５）は、前記超音波測定値及び前記温度測定値に応じて、前記漏れの存在を検出し、
   前記データ取得システム（１３５）は、前記第１温度センサ（１２０）によって測定される、前記圧力逃がし弁（１０５）の前記入口端における温度と、前記第２温度センサ（１２５）によって測定される、前記圧力逃がし弁（１０５）の出口端における温度との間に温度変化があったかどうかを判定し、
   前記データ取得システム（１３５）は、前記温度変化と周囲状況とを比較して、前記温度変化が前記周囲状況と共に変化するかどうかを確認し、
   前記データ取得システム（１３５）は、前記温度変化が前記周囲状況と共に変化するという判定に応答して、前記温度測定値に応じた漏れの存在を検出する、
   圧力逃がし弁監視システム。
6. 前記少なくとも１つの音響センサ（１３０）は、前記圧力逃がし弁（１０５）の出口端から延びる前記第２パイプ（１１５）に配設される、請求項５に記載の圧力逃がし弁監視システム。