JP5966652B2

JP5966652B2 - ガスホルダー内ピストン監視装置

Info

Publication number: JP5966652B2
Application number: JP2012137709A
Authority: JP
Inventors: 容次矢野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: JP2014001804A

Description

本発明は、ガスホルダー内に設置されるピストンを監視するガスホルダー内ピストン監視装置に関するものである。

製鉄過程で発生する例えば転炉ガス、高炉ガス、コークスガス等の副生ガスは、燃料ガスとして再利用が可能なことから、製鉄所内に設置されたガスホルダーに回収・貯蔵され、適宜取り出されて再利用される。ガスホルダーの構成としては、内部にガスを収容するホルダー本体内にこのホルダー本体内のガス量に応じて昇降自在なピストンを設置し、このピストンによってガス収容空間（ホルダー本体の内部空間）を外部と隔離したものが知られている。

ところで、前述のようなガスホルダーでは、可燃性を有するガスや有害な性質を有するガスを貯蔵する場合、ガスの漏洩を確実に防止する必要がある。特に、ピストン面が傾斜すると、ガス収容空間の内外を完全に隔離できなくなり、ガスが噴出する等の不具合が発生する可能性がある。したがって、ガスホルダーの運用においては、ピストンの監視が重要となる。ここで、ガスホルダー内のピストンを監視する技術としては、例えば、光波距離計やレーザー距離計といった光学的距離計を用いたものが知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。また、特許文献２では、シール油溝内のシール油レベルを測定することでピストンを監視する手法も開示されている。

特開２００６−１７４９２号公報特開２００５−２１４６５４号公報

しかしながら、特許文献１，２の技術では、ピストンの上部等のガスホルダーの内部やガスホルダーの上部に距離計や反射板（反射シート）等を設置しており、防爆安全性や保全性の観点から好ましくない。

加えて、特許文献１，２のように光学的距離計を用いてピストンを監視する場合、ピストンの上部に反射板を取り付ける必要があり、粉塵が多い周辺環境下では継続使用の結果反射板が汚染されてしまい、距離測定の精度が低下する問題があった。さらに、特許文献２のようなシール油レベルによってピストンを監視する手法では、オイルシール型のガスホルダー以外には適用できないため、汎用性が低い。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安全面の向上を図りつつ、ピストン面の傾斜を適正に把握してピストンを監視することができるガスホルダー内ピストン監視装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるガスホルダー内ピストン監視装置は、内部に収容されるガス量に応じて昇降するピストンによってガス収容空間の内外が仕切られたガスホルダーの前記ピストンを監視するガスホルダー内ピストン監視装置であって、前記ガスホルダーの側方外部に設置された少なくとも３台の機械式レベル計と、一端が前記ピストン上面内の異なる検出位置と接続され、他端が前記機械式レベル計のそれぞれと接続されたワイヤと、前記機械式レベル計の検出値に基づいてピストン面の傾きを算出する算出手段と、を備え、前記機械式レベル計は、前記ワイヤの変位によって前記検出位置における前記ピストンの上昇量および下降量を検出し、前記算出手段は、ピストン面のレベル、ピストン面の移動速度、ピストン面の移動距離、および前記ガスホルダー内の一定時間あたりのガス量変化分のうちの１つ以上をさらに算出することを特徴とする。

本発明によれば、ガスホルダーのピストンと機械式レベル計とをワイヤで接続し、ワイヤの変位によってピストンの上昇量および下降量を検出することとしたので、ピストンの上部等のガスホルダーの内部やガスホルダーの上部にピストンを監視するための機器を設置せずにピストンを監視することができる。また、内部に収容されるガス量に応じて昇降するピストンによってガス収容空間の内外を仕切る構成のガスホルダーであればその他の構成は特に限定せずに適用が可能であり、汚れに弱い反射板等の設置も必要としない。したがって、安全面の向上を図りつつ、ピストン面の傾斜を適正に把握してピストンを監視することができる。

図１は、ガスホルダー内ピストン監視装置およびガスホルダーの構成を示す模式図である。図２は、ピストンの平面図である。図３は、機械式レベル計の構成を示す模式図である。図４は、機械式レベル計を構成する巻取りドラムの周辺を拡大して示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明のガスホルダー内ピストン監視装置を実施するための形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態のガスホルダー内ピストン監視装置２およびこのガスホルダー内ピストン監視装置２を適用したガスホルダー１の構成を示す模式図である。ここで、ガスホルダー１は、例えば製鉄所内に設置され、製鉄過程で発生する転炉ガス、高炉ガス、コークスガス等の副生ガスを回収・貯蔵するものである。

このガスホルダー１は、図１に示すように、内部にガスを収容する円筒状のホルダー本体１１と、このホルダー本体１１内のガス量に応じてホルダー本体１１の側壁内面に沿って昇降自在に設置され、ガス収容空間（ホルダー本体１１の内部空間）の内外を仕切る平面視円形状のピストン１３とを備える。ピストン１３の周縁とホルダー本体１１の側壁内面との間には、ガス漏れ防止等のため、不図示のシール部が介在してガス収容空間が外部と隔離される。このシール部の構成は特に限定されるものではなく、ドライシール型およびオイルシール型のいずれのタイプも適用が可能である。なお、このガスホルダー１の大きさは特に限定されるものではないが、直径が６０ｍ程度の大規模なものも含む。

ガスホルダー内ピストン監視装置２は、ホルダー本体１１の側壁外側において地上に設置された少なくとも３台の機械式レベル計２１と、ピストン１３と各機械式レベル計２１との間を個別に接続するワイヤ２３と、各機械式レベル計２１の検出値を用いた演算処理を行う算出手段としての演算装置２５とを備え、各機械式レベル計２１と演算装置２５とが制御ケーブル２７を介してデータの送受可能に接続されて構成される。

なお、各機械式レベル計２１の設置位置は、ガスホルダー１の側方外部であれば特に限定されるものではないが、メンテナンス時等における作業の安全性や効率性の観点から、地上に設置するのが望ましい。

ここで、ワイヤ２３は、その一端がピストン１３上面内の所定の検出位置と接続される一方、他端が機械式レベル計２１と接続されており、各機械式レベル計２１は、ワイヤ２３の変位によってその一端が接続されたピストン１３上面内の検出位置におけるピストン１３の上昇量および下降量を随時検出する。

図２は、ピストン１３の平面図であり、ワイヤ２３の一端が接続されるピストン１３上面内の検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５を示している。図２に示す例では、ピストン１３上面内の外周近傍であって、ピストン１３上面の中心位置Ｐ１からの距離が等しく且つその周方向に沿って等角度間隔の位置を検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５としており、ワイヤ２３を介して各検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５と接続される機械式レベル計２１は、それぞれ対応する検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５におけるピストン１３の上昇量および下降量を検出する。

ここで、機械式レベル計２１の設置台数は３台に限定されるものではないが、後述するピストン監視処理を実行してピストン面の傾斜（ピストン１３の水平状態に対する傾斜）等を把握し、ピストン１３を監視するためには少なくとも３点でピストン１３の高さ位置（ピストンレベル）を取得する必要があり、最低でも３台の機械式レベル計２１が必要となる。なお、必要に応じて４台以上の機械式レベル計２１を設置し、４点以上のピストンレベルを用いてピストン面の傾斜等を算出するようにしてもよい。また、４台以上の機械式レベル計２１を設置しておけば、いずれかの機械式レベル計２１が故障した場合であっても、正常のものが３台あればピストン面の傾斜等を継続して把握し、ピストン１３を監視できる利点がある。

一方、以上のように一端がピストン１３上面内の異なる検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５とそれぞれ接続されたワイヤ２３の他端は地上まで導かれ、前述のように機械式レベル計２１と接続される。図３は、機械式レベル計２１の構成を示す模式図である。また、図４は、機械式レベル計２１を構成する巻取りドラム２１１の周辺を拡大して示す斜視図である。

図３に示すように、機械式レベル計２１は、ホルダー本体１１の側壁外側の地上付近に配設された巻取りドラム２１１と、この巻取りドラム２１１よりも上方においてホルダー本体１１の側壁外側に水平に固定された支持部材２１３の下面に所定の距離を隔てて配設された固定滑車２１４，２１５と、ワイヤ２３の他端に連結されたウエイト２１６とを備える。また、図４に示すように、機械式レベル計２１は、カップリング２１７を介して巻取りドラム２１１の検出軸２１２に連結された回転角度センサ２１８と、この回転角度センサ２１８と電気的に接続された発信機２１９とを備える。

この機械式レベル計２１において、ワイヤ２３の他端側は、図３および図４に示すように、地上と接触しない状態を保てる高さに他端のウエイト２１６を吊り下げて滑車２１４，２１５間に掛け渡され、滑車２１５で下方に折り返されて巻取りドラム２１１の外周面に複数巻回されることで機械式レベル計２１と接続される。

このように構成される機械式レベル計２１は、ウエイト２１６の荷重によるワイヤ２３への引張力を利用し、ピストン１３の上昇移動に伴ってワイヤ２３が緩んだ際には巻取りドラム２１１にその検出軸２１２を軸中心とした所定方向（例えば正方向とする。）への回転力を付与することでワイヤ２３を変位させる一方、ピストン１３の下降移動に伴ってワイヤ２３が引っ張られた際には巻取りドラム２１１に逆方向への回転力を付与することでワイヤ２３を変位させる。そして、機械式レベル計２１は、このワイヤ２３の変位に伴う巻取りドラム２１１の正方向への回転および逆方向への回転を検出することでピストン１３の上昇量および下降量を検出する。

例えば、回転角度センサ２１８は、検出軸２１２の正方向への回転量を対応する検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５におけるピストン１３の上昇量として検出するとともに、検出軸２１２の逆方向への回転量を対応する検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５におけるピストン１３の下降量として検出する。このとき、本構成では、巻取りドラム２１１の外周面に対してワイヤ２３の他端側を複数巻回することとしたので、ワイヤ２３の滑りを防止してピストン１３の上昇量および下降量を確実に検出することができる。検出したピストン１３の上昇量および下降量は、発信機２１９に出力される。なお、巻取りドラム２１１の正方向への回転および逆方向への回転を検出する構成は、上記構成に限らずその回転量が検出できればどのようなものであってもよく、公知の手法を適宜採用できる。

発信機２１９は、制御ケーブル２７を介して演算装置２５と接続されており、回転角度センサ２１８から入力される各検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５におけるピストン１３の上昇量および下降量を演算装置２５に出力する。

演算装置２５は、ＣＰＵ、更新記録可能なフラッシュメモリ等のＲＯＭやＲＡＭ等の各種ＩＣメモリ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体といった各種記録装置、通信装置、表示装置や印刷装置等の出力装置、入力装置、各部を接続し、あるいは外部入力を接続するインターフェース装置等を備えた公知のハードウェア構成で実現でき、例えばワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータを用いることができる。

この演算装置２５は、図１に示すように、ピストン監視処理部２５１を備える。このピストン監視処理部２５１は、ガスホルダー１の初期状態（例えば空の状態）での各検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５におけるピストンレベル（ピストン１３の高さ）を基準値とし、この基準値に各機械式レベル計２１から制御ケーブル２７を介して随時入力されるピストン１３の上昇量および下降量を加算・累計していくことで各検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５における現在のピストンレベルを更新・保持する。そして、ピストン監視処理部２５１は、このように随時更新・保持する各検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５における現在のピストンレベルに基づいて少なくともピストン面の傾斜を含むガスホルダー１の状態に関する値（以下、「監視項目値」と呼ぶ。）を算出して把握し、ピストン１３を監視するための処理（ピストン監視処理）を所定の時間間隔で繰り返し実行する。本実施の形態では、前述のピストン面の傾斜の他、例えばピストン面のレベル、ピストン面の移動距離、ピストン面の移動速度、一定時間あたりのガス量変化分といった値を監視項目値として算出して把握し、ピストン１３を監視する。

ここで、ピストン面の傾斜は、３点のピストンレベルがわかれば算出することができ、検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５における現在のピストンレベルに基づいて公知の手法を用いて算出する。

ピストン面のレベルＬａは、例えば、次式（１）に従って算出する。次式（１）中のＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、各検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５における現在のピストンレベルをそれぞれ表す。
Ｌａ＝（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）／３・・・（１）

ピストン面の移動距離Ｈは、例えば、次式（２）に従って算出する。次式（２）中のＬｂは、各検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５における前回のピストンレベルＬ´１，Ｌ´２，Ｌ´３に基づいて次式（３）に従って求めた値であり、ピストンレベルの前回値（前回実行したピストン監視処理で求めた所定時間前のピストン面のレベル）に相当する。
Ｈ＝｜Ｌａ−Ｌｂ｜・・・（２）
Ｌｂ＝（Ｌ´１＋Ｌ´２＋Ｌ´３）／３・・・（３）

ピストン面の移動速度Ｖは、例えば、次式（４）に従って算出する。次式（４）中のＴａは現在時刻を表し、Ｔｂは前回ピストン監視処理を実行した前回時刻（現在時刻Ｔａから所定の時間間隔分前の時刻）を表す。
Ｖ＝｜Ｌａ−Ｌｂ｜／（Ｔａ−Ｔｂ）・・・（４）

一定時間あたりのガス量変化分Ｑは、例えば前回時刻Ｔｂから現在時刻Ｔａまでの間のホルダー本体１１内のガス量の変化量であり、次式（５）によって算出する。次式（５）中のＳは、ガス収容空間（ホルダー本体１１の内部空間）の水平断面積を表す。
Ｑ＝Ｓ×Ｖ・・・（５）

そして、ピストン監視処理部２５１は、以上のようにして算出したピストン面の傾斜、レベル、移動距離、移動速度、ガス量変化分の各監視項目値の現在値を画面表示する等してオペレータに提示する。またピストン監視処理部２５１は、算出した各監視項目値が予め設定される閾値を超えるか否か等によって異常を判定し、異常値と判定した場合に警報の出力を行う。この警報の出力は、前述の画面表示によって行う構成としてもよいし、例えば製鉄所内の適所に配設された不図示のスピーカーから警報音を出力する構成としてもよい。

以上説明したように、本実施の形態では、ホルダー本体１１の側壁外側において少なくとも３台の機械式レベル計２１を地上に設置することとした。そして、各機械式レベル計２１をピストン１３上面内の異なる検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５と個別に接続し、ワイヤ２３の変位によって対応する検出位置Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ１５におけるピストン１３の上昇量および下降量を検出することとした。これによれば、ピストン１３上部等のガスホルダー１の内部やガスホルダー１の上部にピストン１３を監視するための機器を設置することなくピストン面の傾斜等を把握してピストン１３を監視することができる。また、本構成は、内部に収容されるガス量に応じて昇降するピストンによってガス収容空間の内外を仕切る構成のガスホルダーであればその他の細部の構成を限定することなく適用が可能である。また、光学的距離計を用いる場合のように汚れに弱い反射板等の設置も必要としないため、検出精度が低下する事態も生じない。したがって、本実施の形態によれば、安全面の向上を図りつつ、ピストン面の傾斜を適正に把握してピストン１３を監視することができる。

１ガスホルダー
１１ホルダー本体
１３ピストン
２ガスホルダー内ピストン監視装置
２１機械式レベル計
２１１巻取りドラム
２１２検出軸
２１６ウエイト
２１８回転角度センサ
２１９発信機
２３ワイヤ
２５演算装置
２５１ピストン監視処理部

Claims

内部に収容されるガス量に応じて昇降するピストンによってガス収容空間の内外が仕切られたガスホルダーの前記ピストンを監視するガスホルダー内ピストン監視装置であって、
前記ガスホルダーの側方外部に設置された少なくとも３台の機械式レベル計と、
一端が前記ピストン上面内の異なる検出位置と接続され、他端が前記機械式レベル計のそれぞれと接続されたワイヤと、
前記機械式レベル計の検出値に基づいてピストン面の傾きを算出する算出手段と、
を備え、
前記機械式レベル計は、前記ワイヤの変位によって前記検出位置における前記ピストンの上昇量および下降量を検出し、
前記算出手段は、ピストン面のレベル、ピストン面の移動速度、ピストン面の移動距離、および前記ガスホルダー内の一定時間あたりのガス量変化分のうちの１つ以上をさらに算出する
ことを特徴とするガスホルダー内ピストン監視装置。
前記機械式レベル計は、地上に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスホルダー内ピストン監視装置。