JPH08114580A - 圧力のかかる容器の異常検知方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱風炉等の圧力のかかる容器に異常が発生し
た場合には、それを早期に検知することを可能にした容
器の異常検知方法及び装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 高炉熱風炉の周辺に配置された複数の音響計
１１の出力信号を周波数分析器１２によりそれぞれ周波
数分析し、分析装置１３において、１ＫＨｚ以上の周波
数帯域の音圧レベルが所定のレベルを越えたときに、高
炉熱風炉に異常が発生していると判断する。また、１０
ＫＨｚ以上の周波数帯域の音圧レベルに基いてリーク位
置を同定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炉熱風炉等の圧力の
かかる容器の異常検知方法及び装置、特にその異常の有
無の検出及びその位置の同定に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から圧力のかかる容器、例えば高炉
熱風炉等において、鉄皮表面に発生する局部的な赤熱、
溶損及びＳＣＣ亀裂等の異常の有無を連続的に監視し、
異常が発生した場合には、異常内容、部位を診断・判定
し、早期に炉操業を停止させ、他の熱風炉に切り替える
ことが必要である。

【０００３】高炉に熱風を供給する熱風炉においては、
内部の耐火断熱レンガ及び鉄皮の経年劣化により鉄皮外
表面に局部的な赤熱、溶損及び亀裂等が発生した場合に
は、日常の設備点検者、付近の作業者又は定期的に行わ
れる鉄皮検査者からの連絡により、高炉制御室のオペレ
ータが遠隔操作により熱風炉の操業を切り替えた後に異
常部位の補修を行っていた。これに対して例えば特開平
５−３３２８５０号公報又は特開平５−１３１４号公報
において、光ファイバを利用して熱風炉の温度を測定す
る装置が提案されているが、これは従来の熱電対の場合
と同様に「点」ないし「点」のつながりでしか測定でき
なかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の公報において提
案されている異常検知装置は、部分的な「点」でしか監
視できず、測定点以外の部分で異常が発生しその検知が
遅れた場合には、異常部位が拡大し補修範囲が広がって
しまうという問題点があった。このため、現場では活用
されていなかった。

【０００５】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、熱風炉等の圧力のかかる容器に異常が発
生した場合には、それを早期に検知することを可能にし
た圧力のかかる容器の異常検知方法及び装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る圧力のかか
る容器の異常検知方法は、容器の周辺に配置された複数
の音響センサの出力信号をそれぞれ周波数分析し、所定
の周波数帯域の音圧レベルが所定のレベルを越えたとき
に、容器に異常が発生していると判断して異常信号を送
出する。本発明の他の態様に係る圧力のかかる容器の異
常検知方法は、上記の検知方法において、１ＫＨｚ以上
の周波数帯域の音圧レベルに基いて容器のリークの有無
を判断する。

【０００７】本発明の他の態様に係る圧力のかかる容器
の異常検知方法は、上記の検知方法において、複数の音
響センサの出力信号の内、１０ＫＨｚ以上の周波数帯域
の音圧レベルが相対的に大きく観測された個所付近を容
器のリーク位置として同定する。本発明の他の態様に係
る圧力のかかる容器の異常検知方法は、上記の検知方法
において、複数の音響センサの出力信号の内、１０ＫＨ
ｚ以上の周波数帯域の音圧レベルの相対比に基いて容器
のリーク位置を同定する。

【０００８】本発明に係る圧力のかかる容器の異常検知
装置は、容器の周辺に配置され、容器の周辺の音を収集
する複数の音響センサと、複数の音響センサの出力信号
をそれぞれ周波数分析する周波数分析手段と、周波数分
析手段により周波数分析された１ＫＨｚ以上の周波数帯
域の音圧レベルに基いて容器のリークの有無を判断し、
１０ＫＨｚ以上の周波数帯域の音圧レベルに基いて容器
のリーク位置を同定する第１の演算手段とを有する。

【０００９】本発明の他の態様に係る圧力のかかる容器
の異常検知装置は、上記の検知装置において、容器の周
辺に配置された複数の赤外線放射温度計と、赤外線放射
温度計の出力信号に基いて容器の表面温度分布を求める
画像処理手段と、画像処理手段の出力に基いて容器の異
常を検出する第２の演算手段とを有する。

【００１０】本発明の他の態様に係る圧力のかかる容器
の異常検知装置は、上記の検知装置において、容器は高
炉熱風炉であり、高炉熱風炉の異常が検知される。

【００１１】

【作用】本発明に係る圧力のかかる容器の異常検知方法
において、容器に例えば亀裂によるリークが発生する
と、そのリークに起因した音が発生する。音響センサが
その音を検出し、その音を周波数分析し、所定の周波数
帯域の音圧レベルが所定のレベルを越えたときに、容器
にリークが発生していると判断して異常信号を送出す
る。また、本発明の他の態様に係る圧力のかかる容器の
異常検知方法において、そのリークに起因した音は１Ｋ
Ｈｚ以上の周波数帯域の音圧レベルが高くなっており、
従って、その周波数帯域のその音圧レベルに基いて容器
のリークの有無を判断する。

【００１２】また、本発明の他の態様に係る圧力のかか
る容器の異常検知方法において、１０ＫＨｚ以上の周波
数帯域の音圧レベルは指向性が高いので、それを利用し
て、１０ＫＨｚ以上の周波数帯域の音圧レベルが相対的
に大きく観測された個所付近を容器のリーク位置として
同定する。また、本発明の他の態様に係る圧力のかかる
容器の異常検知方法において、複数の音響センサの１０
ＫＨｚ以上の周波数帯域の音圧レベルの相対比に基いて
そのリーク位置を同定しており、リーク位置の同定精度
が高められている。

【００１３】本発明に係る圧力のかかる容器の異常検知
装置において、複数の音響センサは容器の周辺の音を収
集し、周波数分析手段はその音響センサの出力信号を周
波数分析する。第１の演算手段は周波数分析手段により
周波数分析された１ＫＨｚ以上の周波数帯域の音圧レベ
ルに基いて容器のリークの有無を判断し、１０ＫＨｚ以
上の周波数帯域の音圧レベルに基いて容器のリーク位置
を同定する。また、本発明の他の態様に係る圧力のかか
る容器の異常検知装置において、赤外線放射温度計は容
器の表面の熱変化を検出し、画像処理手段は赤外線放射
温度計の出力信号に基いて容器の表面温度分布を求め
る。第２の演算手段は画像処理手段の出力に基いて容器
の異常の有無を検出する。本発明の他の態様に係る圧力
のかかる容器の異常検知装置は、上記の検知装置が高炉
熱風炉に適用され、高炉熱風炉の異常が検知される。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例の説明に先立って、本発明の
音響分析法の原理を説明する。一般に熱風炉から発せら
れる音の種類としては、熱風炉本体からの音、周辺
設備からの音、亀裂部リーク音等の異常音の３種類が
ある。これらの３種類の発生音を採取して、ノイズキャ
ンセル及びフーリエ解析を施して抽出することにより、
亀裂部からのリークや機械部分（例えば熱風弁・炉弁・
ガス弁など）からのリークが検出できる。実際の高炉熱
風炉において計測した結果、前述の３種類の発生音の特
徴として次のことが分かった。，の発生音について
は低周波域のランダム音、については１ＫＨｚ以上の
高周波域でのランダム音であることが解析結果によって
判明した。つまり、リーク音等の異常は１ＫＨｚ以上の
高周波域での音響監視が有効であるといえる。実例で説
明すると、リーク音では１ＫＨｚ以上の高周波域で、炉
本体及び周辺からの発生音と分別可能な音圧差が認めら
れる。

【００１５】図３及び第４図は実際の高炉熱風炉におい
て計測されたデータの特性図であり、図３には定常状態
を示す特性図が図示され、図４には異常状態（亀裂リー
ク発生）を示す特性図が図示されている。実線はリーク
部以外の個所での測定データであり、破線はリーク部付
近での測定データである。図４の特性から、リーク部付
近では亀裂リーク発生時において１ＫＨｚ以上の高周波
域でのランダム音が発生していることが分かる。

【００１６】図５は１ＫＨｚ及び１０ＫＨｚの周波数成
分の音が発生点を基準にした同一平面内の各方向で観測
される相対音圧を示す図である。監視すべき面Ｘから等
しい距離で等間隔に検出器Ａ，Ｂ，Ｃ…が配置されてい
る。面Ｘの一点Ｏで洩れ音が発生したとき、低周波音
（１ＫＨｚ）についてはＡ，Ｂ，Ｃの３点間の音圧差は
４ｄＢ以下であり、周囲雑音より相対値が大きい場合
に、異常が発生したことを音圧レベルに基いて検出する
ことは可能である。しかし、Ａ，Ｂ，Ｃの相対レベルは
変動分に埋もれてしまい位置の同定は困難である。一
方、高周波音（１０ＫＨｚ）についてＡ，Ｂ，Ｃの３点
間の音圧差は６〜１８ｄＢと大きな違いが発生する。図
示の場合には、高周波音が最も高いＡ点の付近で異常が
発生しているとしてその位置を異常部位として同定す
る。高さ方向にも同様に検出器を一定間隔で配置してお
き、検出器の設置個所の情報により、異常個所の３次元
位置の推定ができる。

【００１７】図６は隣接した検出器Ａ，Ｂの音圧比を利
用しての発生点を同定する場合の説明図である。検出器
Ａ，Ｂの音圧比Ｐａ／Ｐｂとリーク位置との相対関係を
示す校正曲線を予め求めておき、計測された検出器Ａ，
Ｂの音圧比に基いてリーク位置を同定する。なお、この
校正曲線は使用する周波数帯域ごとに予め求めておくも
のとし、１０ＫＨｚ以上の周波数成分であれば任意の周
波数でよい。

【００１８】本発明の音響分析法による異常の有無の検
出及びその位置の同定方法が明らかになったところで、
次に、本発明の一実施例を説明する。図１は本発明の一
実施例に係る高炉熱風炉の異常検知装置の構成を示すブ
ロック図であり、図２は図１の音響計及び赤外線放射温
度計の検出部の配置位置を示す説明図である。図におい
て、１１は音響計（マイクロフォン）であり、熱風炉１
基当たり少なくとも３台以上（１１ａ，１１ｂ，…１１
ｋ，１１ｎ）が炉の高さ方向から上、中、下部に設置さ
れ、熱風炉の鉄皮厚さ方向の貫通亀裂が発生した場合
に、内部の高温・高圧流体が外部に噴出する際に発生す
る音を連続監視する。１２は周波数分析器であり、音響
計１１からの測定データを取り込み、周波数成分毎の音
圧レベルを解析する。１３は解析装置（パソコン）であ
り、音響測定データを保存し、且つ分析された所定の周
波数帯域の音圧レベルが基準レベルを超えた場合には、
異常炉の番号等を判別し警報を発するための指令を出力
する。１４は音響データによる異常炉の番号等を表示す
る表示盤であり、１５は音響データによる異常警報を発
する警報器である。

【００１９】更に、２１は熱風炉の鉄皮表面及び周辺雰
囲気の温度分布を連続監視する為の赤外線放射温度計の
検出部であり、熱風炉の上方から１台（２１ａ）、側面
から２台（２１ｂ，２１ｃ）で監視し、４基で構成され
る熱風炉の大半の温度分布を監視することができるよう
に配置されている。２２は赤外線放射温度計の検出部２
１からの温度信号に基いて熱風炉の鉄皮表面温度及び周
辺雰囲気温度の熱画像処理を行う画像処理制御器であ
る。２３は画像処理制御器２２によって生成された熱画
像データを保存し、且つ測定値が測定点毎に設定した基
準値を超えた場合は異常炉の番号を判別し警報を発する
指令を出力する解析装置（例えばパソコン）である。２
４は解析装置２３により生成された熱画像を連続的に表
示するカラーモニターである。２５は解析装置２３から
の異常炉の番号を表示する表示盤、２６は熱画像データ
による異常警報を発する警報器である。

【００２０】図１の装置において、高炉熱風炉の近傍に
設置された音響計１１からの音信号は周波数分析器１２
によって周波数分析され、その分析値は解析装置（パソ
コン）１３に連続的に入力される。解析装置（パソコ
ン）１３は入力された分析値の内所定の周波数の音圧レ
ベルが基準レベルを越えた場合には、全ての音響計１１
の音圧レベル相互の比較から、異常炉の番号及びその異
常炉の異常部位を判定し（詳細は上述のとおり）、遠方
監視室の表示盤１４に表示させるとともに、警報器１５
に警報を発生させる。操業運転者は表示盤１４による表
示と警報器１５による警報とから炉の異常を確認し、そ
の後、炉の操業を停止して切り替える。

【００２１】また、高炉熱風炉の上方及び側面に設置さ
れた赤外線放射温度計の検出部２１からの温度信号は画
像処理制御器２２に入力し、画像処理制御器２２はその
温度信号に基いて熱風炉の鉄皮表面温度及び周辺雰囲気
温度の熱画像処理を行う。解析装置２３は画像処理制御
器２２による熱画像データを保存し、そして、測定値が
測定点毎に設定した基準値を超えた場合は異常炉の番号
を判別し、カラーモニター２４に熱画像を連続的に表示
させ、表示盤２５に異常炉の番号を表示させ、そして、
警報器２６に異常警報を発生させる。この場合において
も、音圧信号の場合と同様に、操業運転者はカラーモニ
ター２４及表示盤２５による表示と警報器２６による警
報とから炉の異常を確認し、その後、炉の操業を停止し
て切り替える。

【００２２】ところで、赤外線放射温度計による熱的な
監視においては、耐火物損耗による鉄皮の赤熱検知、及
び熱風炉の亀裂部からのリークによる鉄皮表面温度の差
を検出することができ、音響計１１による音の監視にお
いては、熱風炉の亀裂部からのリークの有無及びその部
位を検出することができるが、いずれか先に警報を発し
た方を優先する。例えば赤外線放射温度計だけでは炉ど
うしの平面的な重なりにより測定できない死角が生じ、
一番危険な高温流体の外部リークが発生した場合に異常
判定が遅れる可能性がある。しかし、この場合には音響
計１１が赤外線放射温度計の検出部２１よりも先に異常
をキャッチし、異常が拡大進展しない内に炉の停止及び
切り替え操作をすることができる。逆に、貫通亀裂が微
少で音圧レベルが低い場合には、赤外線放射温度計の検
出部２１が先に異常をキャッチし、炉の停止操作を可能
とする。このように、音響計１１による計測と赤外線放
射温度計の検出部２１による計測とを組み合わせること
により、相互に補完することで、より早く異常を検知
し、異常部位の拡大進展を防止することができる。

【００２３】なお、上述の実施例においては圧力のかか
る容器として高炉熱風炉の例について説明したが、圧力
のかかる容器は５ｋｇｆ／ｃｍ² Ｇ程度以上の圧力が加
わるものであれば高温、低温、正圧、負圧を問わず他の
ものでもよく、それも本発明が適用される。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、熱風炉等
の圧力のかかる容器の例えば鉄皮外表面に局部的な赤
熱、溶損及び亀裂が発生するといった異常の発見の為
に、従来、日常おこなわれる設備点検、及び定期的にお
こなわれる鉄皮検査の従事者からの情報にたよるのでは
なく、音響センサの出力信号の周波数分析、或いは赤外
線放射温度計による計測に基いて異常の有無又はその部
位を早期に検出することができるようにしたので、圧力
のかかる容器の異常を早期に発見し、その容器に関連す
る操業等の早期の停止及び他の圧力容器への切り替えを
可能とし、異常部位の致命的損傷を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る高炉熱風炉の異常検知
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の音響計及び赤外線放射温度計の検出部の
配置位置を示す説明図である。

【図３】高炉熱風炉において計測された定常状態の特性
図である。

【図４】高炉熱風炉において計測された異常状態の特性
図である。

【図５】１ＫＨｚ及び１０ＫＨｚの周波数成分の音が発
生点を基準にした同一平面内の各方向で観測される相対
音圧を示す図である。

【図６】隣接した検出器Ａ，Ｂの音圧比を利用しての発
生点を同定する場合の説明図である。

【符号の説明】

１１ 音響計（マイクロフォン） １２ 周波数分析器 １３ 解析装置 １４ 表示盤 １５ 警報器 ２１ 赤外線放射温度計（サーモグラフ） ２２ 画像処理制御器 ２３ 解析装置 ２４ カラーモニター ２５ 表示盤 ２６ 警報器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 壁矢 和久 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 西村 拓一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力のかかる容器の周辺に配置された複
   数の音響センサの出力信号をそれぞれ周波数分析し、所
   定の周波数帯域の音圧レベルが所定のレベルを越えたと
   きに、前記容器に異常が発生していると判断する圧力の
   かかる容器の異常検知方法。
2. 【請求項２】 １ＫＨｚ以上の周波数帯域の音圧レベル
   に基いて前記容器のリークの有無を判断する請求項１記
   載の圧力のかかる容器の異常検知方法。
3. 【請求項３】 音響センサの出力信号の内、１０ＫＨｚ
   以上の周波数帯域の音圧レベルが相対的に大きく観測さ
   れた個所付近を圧力容器のリーク位置として同定する請
   求項１記載の圧力のかかる容器の異常検知方法。
4. 【請求項４】 複数の音響センサの出力信号の内、１０
   ＫＨｚ以上の周波数帯域の音圧レベルの相対比に基いて
   前記容器のリーク位置を同定する請求項１記載の圧力の
   かかる容器の異常検知方法。
5. 【請求項５】 圧力のかかる容器の周辺に配置され、前
   記容器の周辺音を収集する複数の音響センサと、 前記複数の音響センサの出力信号をそれぞれ周波数分析
   する周波数分析手段と、 前記周波数分析手段により周波数分析された１ＫＨｚ以
   上の周波数帯域の音圧レベルに基いて前記容器のリーク
   の有無を判断し、１０ＫＨｚ以上の周波数帯域の音圧レ
   ベルに基いて前記容器のリーク位置を同定する第１の演
   算手段とを有することを特徴とする圧力のかかる容器の
   異常検知装置。
6. 【請求項６】 前記容器の周辺に配置された複数の赤外
   線放射温度計と、 前記赤外線放射温度計の出力信号に基いて前記容器の表
   面温度分布を求める画像処理手段と、 前記画像処理手段の出力に基いて前記容器の異常を検出
   する第２の演算手段とを、更に有する請求項５記載の圧
   力のかかる容器の異常検知装置。
7. 【請求項７】 前記容器は高炉熱風炉である請求項６記
   載の圧力容器の異常検知装置。