JPH05168986A - マニフォールドフィードノズルの腐食または詰まりを検出する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサーと液体物質の直接の機械的接触を必
要としない、２相フィード系におけるマニフォールドの
ノズルまたは制限オリフィスの腐食または部分的な詰ま
りを測定しモニターするためのオンストリーム法を提供
する。 【構成】 液体が通っているノズルの１つの液体流を止
め、マニフォールド系への液体流の総容量を測定し、該
液体流の容量と関数関係にある液体流パラメーターを測
定し、これを各ノズルについて行い、該ノズル液体流と
液体流パラメーターの間の較正係数を含む関数関係を決
定し、次いで、関数関係の較正係数の変化を比較する。 【効果】 腐食または詰まりがノズルとオリフィスのい
ずれに存在するか決定でき、更に腐食または詰まりの量
を定量できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２相（気／液）フィー
ド系におけるマニフォールドのノズルまたは制限オリフ
ィス（ＲＯ）の腐食または部分的な詰まりを検出するオ
ンストリーム法に関する。この方法はセンサーと液体物
質の直接の機械的な接触を必要としない。

【０００２】

【従来の技術】2 相ノズルは種々の応用に重要である。
特に化学または石油加工の操業における噴霧されたフィ
ードの噴射にとって重要である。多くのこのようなプロ
セスにおいては、噴霧された炭化水素液体が反応ゾーン
中に制御され測定されて吹き込まれた場合、特にプロセ
ス触媒を含む場合に運転性または選択性の向上をもたら
す。一例として、高沸点石油留分の流動接触分解法（Ｆ
ＣＣ）がある。典型的には、高度の噴霧は、液体フィー
ドを気体と混合し、該混合物を微細に分散した液滴を生
成するように設計されたフィードノズルから系の中に噴
射することによって行われる。接触分解法においては、
典型的にはスチームが噴霧用気体として使用されるが、
如何なるプロセス混合気体も使用できる。

【０００３】プロセス容器内に吹き込まれた噴霧化液体
の分布を制御し標準化する必要性は、通常、多数のサー
ビスまたはノズルによって満たされる。液体とスチーム
の噴霧に適した混合を維持すること及びそれぞれのノズ
ルが特定の液体または質量流を運ぶのを確保すること
は、潜在的な装置を有利に運転させるのを可能にする。
１つの一般的な運転様式は、各ノズルにおいて等しい液
体の流れを維持することである。適度な噴霧は、運転に
つれて変化することがないように念入りに設計された形
状寸法を有するノズルへの適当な流速を確保することに
よって維持される。多数のフィードノズルを有する殆ど
の設備は、通常、個々のノズルに向かう液体及び気体ラ
イン上にブロックバルブまたは制限オリフィスを含む
が、これらコントロール部分は液体流を独自に決定する
ことはない。ノズルが通常のマニフォールドからフィー
ドを供給された場合、全マニフォールドに向かう正味の
液体流しか簡単に測定され得ないので、各ノズルを通る
液体流が最適であるという保証はない。対照的に、ノズ
ルに向かう気体流は、通常、個々のノズルに対して相対
的に限定的な気体分布を確保する、気体ライン上の制限
オリフィスによって決定される。

【０００４】液体の質量流を測定することは新しいこと
ではない。質量流を測定するために使用されてきた種々
の流量計がある。それらのあるものは本来機械的なもの
であり、移動する液体の力を利用してホイールを回すか
またはニードルをそらせるものである。そのような流量
計は、単一相状態での質量流を測定することしかでき
ず、通常、非汚濁液体に限定される。石油及び石油化学
工業にとって一般的である単一相流に利用できるそれら
流量計はかなりコストがかさむ。流体粘度を低減するた
めに維持される非常に高い温度も他の複雑さを招来す
る。更に、供給される液体は、かかる流量計の機械部品
をたやすく汚し詰まらせる。

【０００５】渦発散の周波数から流速を測定するために
流れの中に配置した障害物からの渦の伴流進行（vortex
wakes proceedings）を利用する「ボルテックスフロー
メーター」として知られる多種の流量計がある。そのよ
うな流量計もやはり単一相流に制限される。更に、それ
らは流れの中に障害物を配置することを必要とし、この
こと故にそれらは汚れがちである。殆どの系の温度範囲
は、該障害物から発生する音を受信するのに必要な音波
変換器についての基本的制限のために狭いものである。
流れを測定するのに超音波を利用する多種の音響流量計
がある。そのようなクラスの流量計は、その中を液体が
移動している配管に付された超音波変換器／受信機、及
び同じ配管の上流及び／または下流に相対して付された
超音波受信機／変換器を利用するものである。該音響装
置が付されていることによる形状寸法上の圧迫のみなら
ず、多くの石油及び石油化学プロセスの高い処理温度
は、これら流量計を多くの石油及び石油化学装置に適用
するのを高価で困難なものにしている。該温度はしばし
ば多くの単一相流量計の運転限界を越えてしまう。

【０００６】２相ノズルを流れる気／液混合物の液体留
分の測定は難しい。流量測定のための通常の装置は流体
の速度またはその圧力だけに応答し質量流には応答しな
い。このことから、かかる装置は、分離しかつ等しく複
雑な該混合物の密度の測定をすることなしには液体流を
測定することができない。単一相の液体流を測定できる
装置は、該混合物の液体部分によって容易に汚され得る
オリフィスまたはバリアーを該流体の中に挿入すること
が必要なので、高価でありしばしば邪魔なものである。
殆どの石油及び石油化学的装置においては、２相混合物
はそれが流れ易いように充分に低い粘度にするため高温
に維持されるので、流量測定装置にも温度の限界があ
る。

【０００７】かくして、好適な流量計及びコントロール
バルブは、プロセス条件の苛酷さと配管形状寸法上の限
界のために高価であるという理由で、殆どの石油及び石
油化学設備は各フィードノズルに流量計を取り付けてい
ない。このような厳しい条件に適合させるために特殊化
された流量計の開発は、かなり経費がかさみかつ望まし
くない複雑さを伴う。更に、現在の技術では、個々のフ
ィードノズルにおける部分的な詰まりまたは腐食のオン
ラインでの確認は不可能である。今日の実情において
は、重要な詰まりの原因とされ得る条件を確認するため
にノズルのところに圧力センサーを設けている。

【０００８】石油及び石油化学加工装置はマニフォール
ドのフィードノズルからの特定された液体分布及びフィ
ード噴霧を伴う改良された運転をすることができるとは
言え、通常、マニフォールドに向かう正味の液体流が測
定されコントロールされるだけである。しかしながら、
フィードノズル中での流れの不均衡、腐食、または詰ま
りの可能性は、ノズルを出てゆく２相の流体の複雑な性
質に大きく起因している。液体分布における非定常性
は、該流体の液体部分が気化され得るという可能性によ
って増加する。かかる流れの不均衡の存在は、通常、変
則的なプロセスの状態または長期間にわたるプロセス生
産収率における変化によってのみ明らかになる。更にな
お、フィードノズルノドは部分的に詰まりまたは腐食
し、これは該装置の保全のために運転を休止するまで確
認することのできないものであって、かなりの流れの悪
分布及び／または乏しいフィード噴霧をもたらす。同じ
ような詰まりまたは腐食は、シチーム制限オリフィスに
おいても発生する。従って、各ノズルにおける腐食また
は部分的な詰まりを測定し監視することのできる技術が
必要とされているのである。早い時期においては、ノズ
ルノドの腐食または詰まりは該プロセスに運転上の変更
を起こさせる。かかる変更には、機械的な修理（可能で
ある場合）及びオイルブロックバルブにおける調節を介
しての流れの再配分がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、セン
サーと液体物質の直接の機械的接触を必要としない、２
相フィード系におけるマニフォールドのノズルまたは制
限オリフィスの腐食または部分的な詰まりを測定し、監
視するためのオンストリーム法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、２相（気／
液）フィードサービスにおける個々のノズルまたはＲＯ
に対する腐食または部分的詰まりを確認及び定量するた
めの方法に関するものである。本発明において、ノズル
ノドの腐食または詰まりとは、ノズル圧の低下に影響を
及ぼす全ての物理的容積変化を包含する。かかる変化に
は、これらに限定されるものではないが、細く絞った部
分または混合羽根における腐食または堆積がある。この
発明を使用すると、ノズルノドに対する形状寸法の変化
を気体ＲＯ部における該変化から区別することができ
る。本発明は、ある絶対的較正技術が液体の流速にほぼ
一次的に一致する特定のパラメーター（ｉ番目のノズル
とｊ番目のマニフォールド条件についての液体流パラメ
ーター，Ｐ_ij）に各ノズル液体毎の流速を関係付けるの
に利用できることを必要とする。好適な液体流パラメー
ターの例は：圧力（静圧力または動圧力）；周波数スペ
クトルにおける液体流ピーク；及び周波数スペクトルに
おける気体ピークである。液体流ピーク及び気体ピーク
は、加速度計波動センサーで簡単に測定することができ
る。本発明は、普通に使用されており、その幾つかは液
体との機械的接触を必要としない変換器を保持するため
の簡単な方法を使用して、如何に容易に液体流パラメー
ターを測定することができるかを明らかにする。更に、
本発明の技術はオンラインエレクトロニックモードまた
はマニュアルモードに適用することができる。流れに関
して凡その一次的示度を提供する如何なる変換器も使用
でき： （１）２相（気／液）流への気体供給をコントロールす
る制限オリフィス（ＲＯ）の気体下流と接触する（静圧
力または動圧力の）圧力変換器； （２）気体をコントロールする制限オリフィス（ＲＯ）
によって発生した固体伝送音と接触するかまたはノズル
内の液体乱流と接触する加速度計または他の波動センサ
ー； （３）液体流の質量の関数的に一貫した示度を有する他
の変換器 を含む。

【００１１】動圧力変換器または加速度計によって測定
された液体流パラメーターは特定の周波数バンドを通し
て積算された信号について規定される。典型的には、実
際の積算は、最初にデータを２乗し、積算し、次いで、
その値の平方根を計算する。問題の周波数バンドは、積
算した応答が液体流速と単調に関係するように実験的に
決定される。該実験的な決定は、液体流パラメーターを
測定しながら、別々の段階における液体流速を増大する
ことによって達成される。石油及び石油化学的装置にお
ける液体流パラメーターのための周波数バンドは、０〜
６４００Ｈｚ（加速液体流ピーク）；４０００〜１2,０
００Ｈｚ（加速気体ピーク）；０〜１０００Ｈｚ（動圧
力）として観察される。液体流ピーク及び動圧力は増加
する液体流のために一本調子に増加し；気体ピークは増
加する液体流のために一本調子に減少する。これら個々
の例については、該単調な関係はＦＣＣマニフォールド
についてほぼ一次的である。液体流ピークは、流れて混
ざる液体によって発生する。気体ピークは、ＲＯを通る
気体流及び圧力低下によって発生する。

【００１２】本発明は、上記の変換器によって測定した
ノズルの流れ特性の変化を比較することによって、詰ま
りまたは腐食を確認する。より具体的には、それらの流
れ特性は、液体流パラメーター、即ち、Ｐ_ijを液体流速
に関連付ける較正係数によって特定される。比較は、歴
史的に蓄積されたデータまたは同じマニフォールドにつ
いての他の同一性あるノズルについての較正線に対して
なし得る。本発明において教示される方法から、ノズル
ノドオリフィスの形状寸法における変化は、個々のフィ
ードサービスまたはノズルにおける液体／気体噴霧条件
の広い度について、リアルタイムでＲＯでの変化から区
別され得る。この方法は流れる流体の質量に関係付けら
れた量に依存するので、多くのカテゴリーの２相流体噴
霧機に広く応用できる技術である。本発明において教示
される方法の出力は本来エレクトロニックなものなの
で、コントロール系に伝えるのが容易であり、普通のマ
ニフォールドから出た個々のノズルを通るフィード流を
自動的にコントロールするのに使用することができる。

【００１３】図１Ａは流動接触分解装置上のフィード噴
射ゾーンの概略図であって、フィードノズルの配置を示
している。図１Ｂはマニフォールド及びオイルブロック
バルブを有する個々のフィードノズルにオイルを噴霧す
るオイルヘッダーを示している。図１Ｃは個々のフィー
ドノズルへの流れの経路を示しており、スチーム流は制
限オリフィス（ＲＯ）を通って決定され、オイル流はブ
ロックバルブによってコントロールされ得る。図２は、
気体／液体混合点の気体／液体下流と音響的に接触すべ
き動圧力変換器；気体と音響的に接触すべき静圧力変換
器；及び、ＲＯを通る流れによって発する固体伝送音
（気体ピーク）またはノズルによって発生する液体混合
音（液体流ピーク）のいずれかに敏感であるように据え
付けらるべき加速度計の好適な配置を示している。該加
速度計は、ＲＯが保持されているフランジの表面若しく
は縁部上または管路プラグ（rodding plug）若しくはノ
ズルフランジの如きフィードノズル上の何らかの都合の
よい点に配置してもよい。また別に、該加速度計は、液
体の流れ音に敏感であるように（例えば、ラジングプラ
グ上に）据え付けてもよい。

【００１４】図３ＡはＦＣＣＵ制限ノズルの概略図であ
る。図３Ｂは混合羽目を有するＦＣＣＵ制限ノズルの概
略図である。図４は詰まり及び腐食を確認するための仮
想液体流較正線の例を示している。実線は、ベースケー
スのノズルとＲＯの形状寸法を有する流れを表したもの
である。一点鎖線は腐食を示したものであり、破線は詰
まりを示したものであって； Ａ）ＲＯ加速度気体ピークに関するノズル形状寸法の変
化の効果 Ｂ）ＲＯの静圧力下流に関するノズル形状寸法の変化の
効果 Ｃ）ＲＯ加速度気体ピークに関するＲＯ形状寸法の変化
の効果 Ｄ）ＲＯの静圧力下流に関するＲＯ形状寸法の変化の効
果 を示している。図５は位置（ノズルかＲＯか）及び変化
のタイプ（腐食か詰まりか）を確認するための分析手順
を説明するテンプレートである。図６はＲＯ加速度気体
ピークを使用したノズルの腐食を示す具体例である。図
７は静圧力を使用したノズルの腐食を示す具体例であ
る。

【００１５】本発明は、２相（気体／液体）フィード系
における複数に分岐したノズルまたは複数のＲＯに対す
る腐食または部分的詰まりを確認し定量するためのオン
ストリーム法に関する。ノズルに対する形状寸法の変化
は、気体ＲＯにおける変化から区別され得る。該方法
は、液体流の質量または容量に関してほぼ一次的（液体
流パラメーター，Ｐ_ij）に応答するある量を測定するこ
とを必要とする。これら液体流パラメーターは、較正係
数の測定によって液体流速に関数的に関係する。液体流
パラメーターを液体流速に関係付ける曲線の変化（較正
係数）は、ＲＯまたはノズルノドのオリフィスにおける
形状寸法の変化に関係付けることができる。一次的関係
については、これら変化は勾配及び切片（intercepts）
からなる修飾した較正係数によって明らかにされる。液
体流パラメーターを生ずることのできる例としては：静
圧力；動圧力；液体流ピーク；気体ピークがある。加速
度計によって測定された気体ピークを使用して一定の効
果が確認された。

【００１６】必要とされる変換器は普通に使用されるも
のであり、そのうちのあるものは液体と機械的に接触し
ない。本発明の技術は機械部分が液体流と接触すること
を必要としない。更に、該技術はオンラインのエレクト
ロニックモードまたはマニュアルモードに適用できる。
変化の位置（例えば、ノズルまたはＲＯのいずれか）が
分かっている場合には、流れに関してほぼ一次の示度を
提供する如何なる変換器も使用することができる。しか
しながら、腐食の位置（ノズルまたはＲＯ）を決定しな
ければならない場合には、音響または波動エネルギーに
鋭敏なセンサーを使用しなければならない。典型的に
は、加速度計が、無関係な音によって発生した空気伝送
音伝達による干渉の心配が実質的にないので、音響また
は波動エネルギーを測定するのに好ましい。

【００１７】本発明で教示される方法から、個々のフィ
ードサービスまたはノズルにおける広い度の液体／気体
噴霧条件について、リアルタイムでＲＯにおける変化か
らノズルノドの形状寸法における変化を区別することも
可能である。本発明の方法は、流れている液体の液体質
量（または容量）に関連する量に依存しているので、多
くのカテゴリーの２相流体噴霧機に広く適用できる技術
である。本発明で教示される方法の出力は本来エレクト
ロニックなものなので、コントロール系に容易に伝達さ
れ、普通のマニフォールドから出た個々のノズルの腐食
を自動的に監視するのに使用できる。

【００１８】図１Ａは、示された触媒流（３）と共にフ
ィードライザー（２）中に噴射する（この例のための）
８個のフィードノズル（１）の位置を示す典型的な流動
接触分解装置の噴射領域の概略図である。該フィードノ
ズルに向かうオイルは、図１Ｂに示すように、ヘッダー
（４）から普通のマニフォールド（５）に分配される。
この図に示すように、各ラインにおける個々のブロック
バルブ（７）はノズル（６）に向かうオイル流をコント
ロールする。図１Ｃに示すように、スチーム（９）及び
オイル（11）は個々のノズルに供給される：ここで、ス
チームはオイルを噴霧しオイルが停止したときに詰まら
ないように維持するという２重の目的に役立つ。オイル
流は、図１Ｃに示すように、ブロックバルブ（12）によ
ってコントロールされ；スチーム流は、典型的には「チ
ョーク流」の条件下で下流圧力に無関係のスチームの一
定の質量流を維持する制限オイフィス（ＲＯ）（10）を
通る高圧スチーム流を有することによってコントロール
される。ＲＯの上流の圧力は典型的には一定圧のままで
ある。ノズルは、フィードライザー壁（13）中に突き出
て噴霧したオイルを触媒流（15）上に分散する。

【００１９】図２は、より詳細に個々のフィードノズル
の配管を示している。ブロックバルブ（17）を通って流
れるオイル（16）は、ＲＯ（19）によってコントロール
されたスチーム（18）と混ざる。オイル／スチーム混合
点（20）は、オイルバルブまたはＲＯの両方の下流に位
置している。該混合物はノズルバレル（21）を通ってノ
ズル先端（22）に押され、該ノズル先端から霧として出
て行く。本発明の１つの態様においては、波動センサー
（24）はＲＯ（19）を支持しているフランジ（25）上ま
たはそれに隣接する位置またはＲＯ発生音及び波動（例
えば、気体ピーク）と直接に接触する如何なる位置にも
配置され；または、管路プラグ（26）または管路プラグ
フランジ（27）上のように液体流発生音及び波動（例え
ば、液体流ピーク）に敏感である位置に配置される。加
速度計がＲＯまたは液体／気体混合によって発生する流
れ音の変化に敏感であれば如何なる配置でもよい。本発
明のもう１つの態様においては、静圧力または動圧力変
換器（28）がＲＯまたはオイル／スチーム混合点の流れ
下流に接触するように位置される。変換器が流速の変化
に敏感であれば如何なる配置でもよい。実施できる例と
しては、動圧力ゲージのための位置（29）または静圧力
ゲージのための位置（30）がある。

【００２０】認められるように、本発明は、２相（気体
／液体）フィードサービス中の個々のノズルまたはＲＯ
に対する腐食または詰まりを確認するための方法を教示
する。流動接触分解装置の中にオイルを噴射するために
使用されるノズルはとりわけ重要なものであり、本発明
の例として使用される。これらノズルについては、気体
はスチームであり液体はオイルである。図３Ａ及び図３
Ｂは、マニフォールド化されたＦＣＣフィード系におい
て使用される２つの典型的なノズルノドの形状の詳細を
示している。それらの図において、スチーム／オイル混
合物（１）は、ノズル混合室（３）に向かってノズルノ
ド（２）に入る。最終的に該混合物はノズル先端（４）
から出て行く。図３Ａの制限タイプノズルについて示さ
れたノズルノドの領域は、腐食を受ける可能性がある。
図３Ｂにおいて、ノズル混合室（３）中の混合羽根及び
／またはノズルノドの領域は使用するに伴って腐食す
る。これら両方の場合について、腐食は、１）ノズル中
に引き込まれる触媒粒子；または２）ノズル内の２相混
合物のキャビテーションのいずれかによって起こると考
えられる。部分的なノズルの詰まりは、オイルに対する
スチームの不適当な比率が生じている間に触媒粒子の堆
積及び／または流れるオイルのコーキングのいずれかか
ら発生する。

【００２１】ＲＯの腐食は、スチームの純度及び水分含
有量が充分にコントロールされていない場合に起こる。
詰まりはいろいろの理由で発生することが知られてい
る。即ち、触媒の逆流（予期しないショットダウンの期
間中）；サビまたは不適当な構造からのラインの破壊屑
等である。本発明の目的には、ノズル／ＲＯの腐食また
は詰まりのメカニズムは重要ではない。必要な較正方程
式を公式化するために、以下の記載中の２番目の添字
（ｊ）によってそれぞれ示される多数の個別の運転条件
において液体フィード系について測定を行うことが必要
である。

【００２２】液体流パラメーターと各ノズル液体流速毎
の間の一般化された関数式は、次のように表される： Ｆ_ij＝ｆ_i （Ｐ_ij） （１） ここで： Ｆ_ij＝マニフォールド条件ｊの下でのノズルｉについて
の液体流速。 ｆ_i ( Ｐ_ij）＝マニフォールド条件ｊの下での液体流パ
ラメーターＰ_ijの関数ｆ_i として表されたノズルｉにつ
いての液体流速。関数ｆ_i はマニフォールド条件に対し
て一定であると仮定される。 注）：二重の添字記号の全ては、最初の添字が特定のノ
ズルを表し２番目の添字が特定のマニフォールド条件を
特定するという取決めに従う。

【００２３】ｆ_i はしばしば低次の多項式： Ｆ_ij＝Ａ_i ＋Ｂ_i Ｐ_ij＋Ｃ_i Ｐ_ij ² ＋・・・＋ （２） で示し得るということを発見した。 ここで：Ａ_i ，Ｂ_i ，Ｃ_i ，・・・は、液体流パラメー
ターＰ_ijをマニフォールド条件ｊの下でのノズルｉから
の液体流速と関係付ける多項式関係を規定する較正係数
である。該較正係数は固定されたマニフォールド形状寸
法についてマニフォールド条件に対して一定であると仮
定される。

【００２４】説明のために使用した例は、液体流速に一
次的に関係している液体流パラメーターと共に選択され
た。マニフォールド化されたＦＣＣフィードノズルの重
要なケースについて、ほぼ一次であるパラメーターが簡
単に利用できる。一次の場合には、方程式（２）はＮ個
の勾配及びＮ個の切片に帰着し、２Ｎ個の未知数として
考慮され得る。後でより詳細に説明するが、Ｎは液体が
通っている（commissioned）ノズルの数である。方程式
（３）は液体流パラメーターとノズル液体流速との一次
化された関係を示している。これら勾配及び切片を決定
するために、多数の運転条件（２番目の添字によって変
数で示されている）における液体フィード系に関する測
定を行うことが必要である。本発明は、ＲＯ及びノズル
ノドにおける形状寸法の変化を検出または監視するには
これら勾配及び切片をどのように使用すればよいかを明
らかにしている。勾配及び切片における変化を記録し経
時的な比較を行うことができる。また、一方では、典型
的なまたは平均的挙動からの変化を確認するために（形
状寸法設計において同一性のある）個々のノズルの較正
係数を直接に比較してもよい。

【００２５】 Ｆ_ij＝Ｂ_i Ｐ_ij＋Ａ_i （３） ここで： Ｆ_ij＝マニフォールド条件ｊの下でのノズルｉについて
の液体流速。 Ｐ_ij＝マニフォールド条件ｊの下でノズルｉについて測
定される液体流パラメーター。 Ｂ_i ＝一次化された勾配較正係数。 Ａ_i ＝一定の較正係数。 注）：二重の添字記号の全ては、最初の添字が特定のノ
ズルを表し２番目の添字が特定のマニフォールド条件を
特定するという取決めに従う。

【００２６】方程式（３）によって与えられる一次化さ
れたケースについて、総マニフォールド液体流Ｍｊは、
Ｎ個の液体が通っているノズルのそれぞれからの個々の
液体流を合計することによって特定される：

【００２７】

【数１】

【００２８】ここで： Ｍ_j ＝マニフォールド条件ｊについての総マニフォール
ド液体流。 方程式（４）は、方程式（３）の一次化された液体流パ
ラメーターについての較正操作の基礎を示すのに使用さ
れる。この較正操作は、各ノズルについての較正係数Ａ
_i 及びＢ_i の計算を可能にする。該操作は、方程式のシ
ステムを生ずるよう一連の異なる条件でマニフォールド
を運転することを必要とする。好ましい態様において
は、それら条件は液体が通っている各ノズルに液体流を
一時的に及び単独に止めることによって生じる。ノズル
に一時的に液体を通さない（decommissioned）度毎に、
各ノズルについて液体流パラメーターを測定しなければ
ならない。更に、マニフォールドへの総液体流を測定し
なければならない。例えば、ノズル１に一時的に液体を
通さない場合、液体流パラメーターＰ₂₁はノズル２につ
いて測定された液体流パラメーターであり：Ｐ₁₁はノズ
ル１へのゼロ液体流でのノズル１についての液体流パラ
メーターである。方程式のシステムの全貌は、表１に示
した行列形式(matrix form）で表現される。

【００２９】

【表１】

【００３０】行（rows）ｊ及びｊ＋Ｎそれぞれによって
生じる方程式は：１）総マニフォールド液体流；及び
２）ｊ番目のノズルについてのゼロ液体流条件を特定す
る。左の殆どのベクトルは流れベクトルと呼ばれ、その
行列は較正データ行列であり、そして右の殆どのベクト
ルは未知の勾配及び切片を含んでいる（例えば、較正係
数）。１つのノズルのオイルを止めると他のＮ−１個の
ノズルでオイル流に変化が生じる。例えば、総マニフォ
ールド流が一定に維持されている場合に、液体を通さな
い１またはそれ以上のノズルは、一般に、液体を通す各
ノズルの流れを増加することになろう。行１〜Ｎは、継
続的に及び一時的に液体流を通さない各ノズルで総マニ
フォールド液体流速を特定する。ｉ番目のノズルへのオ
イル流がない場合については、同じく方程式（４）：

【００３１】

【数２】

【００３２】が書ける。行Ｎ＋１〜２Ｎは、ｉ番目のノ
ズルに一時的に液体を通さないとはいえ、ｉ番目のノズ
ルを通るゼロ液体流条件を特定する。無オイル流（ｉ＝
ｊ）ノズルについての方程式： Ｆ_ij＝０＝Ｂ_i ×Ｐ_ij＋Ａ_i ＝Ｂ_i Ｐ_ij＋Ａ_i （６） 上記の変数は以下のように纏められる： Ｍ_j ＝マニフォールド条件ｊについての総オイルマニフ
ォールド液体流（上記のように、その条件はｊ番目のノ
ズルへのオイル流がないものについてである）。 Ｆ_ij＝ｉ番目のノズルへの液体流（ノズルに液体を通さ
ない場合は、＝０である）。 Ｐ_ij＝ｉ番目のノズルについての液体流パラメーター、
ここで最初の添字ｉはそのノズル番号でありｊはマニフ
ォールド条件である。表１に示した行列について、２番
目の添字ｊは液体流を一時的に止めたノズル番号に関連
している。 Ａ_i ＝ノズルｉについて決定されるべき一定の較正係
数。 Ｂ_i ＝ノズルｉについて決定されるべき勾配較正係数。

【００３３】Ｎ個の液体が通っているノズルと対応する
Ｎ個のＲＯを有するフィード系について、液体流速に対
する液体流パラメーターに関して２Ｎ個の方程式の系を
書くことができる。（注意：Ｎはマニフォールド上に取
り付けられた物理的ノズルの総数より少ないか等しい数
であり得る。通常または永久に液体を通さないノズル
は、行列較正実験を行っている間無視することができ
る。）。この例の場合において、該液体流パラメーター
はほぼ一次的であり対応する方程式も一次であり；各方
程式は独自に勾配及び切片によって特定されている。Ｎ
個の液体が通っているノズルについて、この表示はＮ個
の独自の勾配及びＮ個の独自の切片に帰する。本発明で
説明した操作は、必要な液体流較正係数（一次関数の場
合についての勾配及び切片）を決定する方法を教示して
いる。

【００３４】一次の場合についてのこれら方程式を公式
化する特に効果的なスキームは以下の通りである： １）１つのノズルへの液体流を一時的に妨げながら、各
液体が通っているノズルについての液体流パラメーター
及び全ての液体が通っているノズルに流れる液体につい
てのマニフォールド化されたフィード系への全液体流を
測定する。該液体流パラメーターを一時的に液体を通さ
ないノズルについても測定しなければならない。この測
定は、フィード系への全液体流及び気体流が定常状態の
流れ条件に達した時に最良になされる。 ２）流れが一時的に妨げられたノズルに流れを再度通し
（ノズルをサービスの中に戻すこと）、次いで、異なる
ノズルの液体流を一時的に止める。 ３）条件が定常状態に達したときに上記のステップ１及
び２の測定を繰り返す。 ４）各液体が通っているノズルを単独に及び一時的に止
めながら、Ｎ回の測定を行うまで上記の操作を継続す
る。 ５）非一次的表示については、追加の独立の測定を行わ
なければならない。方程式中の各追加の非ゼロ項につい
ては、追加のＮ回の独立の測定が必要である。

【００３５】較正測定スキームとして表される上記の操
作は、表１の方程式に必要な数値データを提供する。こ
の測定スキームは流れベクトルのためのデータを提供す
る。流れベクトルの第１番目のＮ値は、総マニフォール
ド液体流であり；流れベクトル中の第２番目の流れの組
は、一時的に止めたノズルへの液体流（例えば、ゼロの
流れ）である。較正行列の最初のＮ行についてのデータ
は、非ゼロ液体流を有する液体が通っているノズルから
の液体流パラメーターであり；液体較正行列の第２番目
のＮ行についてのデータは、一時的に液体流を止めた各
ノズルからの液体流パラメーターである。Ｎ個の未知の
勾配及びＮ個の未知の切片は、よく知られた計算操作
〔例えば、行列反転（matrix inversion）〕を使用して
容易に計算できる。Ｎ個の未知の勾配及びＮ個の未知の
切片の解は、液体流較正係数に関連している。これら係
数についての解は、それぞれのセンサーについての独自
の較正を構成する。

【００３６】較正係数を決定した後、全体の完全な計算
の正確さをチェックすることは可能である。再び液体流
を通し始めた全てのノズルで、各ノズルについての液体
流パラメーターを測定することができる。次いで、各ノ
ズルについて液体質量（または容量）流速を測定でき
る。各ノズルを通る液体流の合計は、そのマニフォール
ドに供給される液体流速と同等でなければならない。上
記の較正測定スキームは明らかに独自なものではない。
しかしながら、概説したスキームを示すのに利用できる
データは、実験データの収集の必要性を最小限にし、誤
差及びスピードに関して完全なものにするという点で計
算上の利点を与える。較正流れ係数をクロスチェックす
るかまたは測定不安定性の作用を最小限にするために補
足的なデータを使用することは有用である。該補足的な
データは、複数のマニフォールド流れ条件または同じ流
れ条件の繰り返しを含んでもよい。

【００３７】場合によっては、液体流パラメーターは、
一次化した勾配または切片によって流れを表すために充
分に一次的でなくてもよい。そのような場合、多項式の
如きより高次の項が存在してもよい。追加の液体流較正
係数についての解を出すために、較正測定スキームの間
に補足の流れ条件が試験される必要があろう。非一次項
が液体流パラメーター及び液体質量流速の相互関係に含
まれる状況については、方程式を公式化するための上記
のスキームに補足をしなければならない。追加の各々の
非一次項は、決定されなければならない対応する未知の
較正係数を有するであろう。Ｎ個の液体が通っているノ
ズルを有するマニフォールドについて、各々の非一次項
は、追加のＮ個のかかる係数（各々のノズルについて１
つの補足係数）を与えるであろう。従って、追加のＮ個
の未知係数を特定するためには追加のＮ個の方程式をお
こす必要がある。これら追加のＮ個の方程式は、液体流
を充分に再度通すことに加えて、各ノズルへの液体流を
連続的に制限することによって特定できる。

【００３８】部分的に液体流を制限するこのスキーム
は、ブロックバルブ（図２における１７）が充分に作動
しないときに、必要な数の方程式を得る方法も提供す
る。例えば、ブロックバルブが充分に閉まらないか完全
に作動しないときは、該欠陥のあるバルブをできるだけ
閉めるかまたは他のノズルへの液体流を制限することに
よって追加の方程式が得られる。各ノズルで液体流コン
トロールバルブを僅かに絞ることによってオイル供給マ
ニフォールドに背圧を加えることは、ある液体フィード
系において実際に行われているところである。この実情
は、較正測定スキームについて特別な困難さを生じな
い。上で説明した較正測定スキームは、何らかの特定の
非ゼロ流速が達成されるよう要求するものではない。好
ましい態様のために必要とされることは、各ノズルへの
液体流が一時的にかつ充分に止まり得るということだけ
である。事実、流れパラメーターを決定した後は、前記
の液体流コントロールバルブを使用して望ましい分布パ
ターンに合わせて流れを再分配してもよい。

【００３９】ノズルが効かないかまたは通常は止められ
ているマニフォールド系においては、それに応じて有効
な方程式の数は減少できる。単に通常または永久に液体
流を止められたノズルを省略することによって、ノズル
の物理数未満の数について上記の較正測定スキームを用
いることができる。先に説明し図２に示した、加速度
計、静圧力または動圧力ゲージを非篏入的に使用して、
表１に詳細に示した液体流パラメーターＰ_ijを測定する
ことができる。ノズルノドの面積の大きさの変化が、液
体及び気体流の状態の間にノズルを通る圧力降下に影響
を与えるであろう。腐食の作用は、噴霧用気体の固定量
及び上流液体ヘッダー圧についての液体流速を増加させ
る、ノズルノドを通る圧力降下度を低下させることであ
る。ノズルの圧力降下度の低下はＲＯの圧力降下度の増
加をもたらし、それによってＲＯ気体ピークを増加さ
せ；液体流ピークに対する増加をもたらすが；ノズルノ
ドの上流においては静圧力の低下をもたらす。ノズルの
先端での部分的な詰まりは、ノズル圧降下度、静圧力、
液体流速、液体流ピーク及びＲＯ気体ピークに関して反
対の作用を有する。無液体流条件については、適度な量
のノズルの腐食または詰まりは、スチーム流についての
変化を実質的には起こさない。従って、適度なノズルの
腐食／詰まりは、無液体流条件についてのＲＯ気体ピー
クシグナルまたは静圧力に変化を起こさせないであろ
う。

【００４０】気体ＲＯの腐食はノズルの腐食の反対の作
用を有する：ＲＯの腐食は、増加した気体流のために低
下した液体質量（または容量）流をもたらし、それによ
って液体流ピークに対して低下を起こすであろう。同様
に、ＲＯにおける部分的な詰まりは、流れる全スチーム
質量を減少し液体流を増加させる。しかしながら、ノズ
ルの腐食とは違って、ＲＯの腐食または詰まりは無液体
流条件での加速度シグナルにおいて変化を起こさせるで
あろう。一次に対して、ＲＯの加速度は固定したＲＯの
圧力降下度についての気体流の質量に直接に比例するこ
とが知られている。ＲＯでの気体の部分的な詰まりは、
ＲＯの腐食と反対の作用を有する。ノズル及びＲＯにお
ける形状寸法の変化の質的効果を図４に示している。静
圧力の結果は、図２における圧力ゲージの位置（２９）
についての代表例である。ＲＯ加速度の結果は、図２に
おける加速度計（２４）によって測定された気体ピーク
シグナルの代表例である。

【００４１】無液体流の場合（オイルブロックバルブが
閉じられている場合）について、気体ピークパラメータ
ーの挙動は、ＲＯまたはノズルノドにおける形状寸法の
変化の区別を可能にする。ＲＯの形状寸法における小さ
な変化（面積の２０％以内）では、実質的にはＲＯの静
圧力下流における変化はない。下流ＲＯ圧力は、ノズル
ノドの排出圧力下流において維持される。しかしなが
ら、現実のスチーム質量流速が変化するので、動圧力ま
たはＲＯ加速度は変化する。これに対して、（無液体流
の場合についての）スチーム質量流速は、ノズルノドの
オリフィスでの小さな形状寸法の変化によっては影響を
受けない。従って、ＲＯ加速度または動圧力の使用は、
ＲＯ及びノズルの形状寸法の変化を区別するための明確
なメカニズムを可能にする。この結果も図４に示されて
いる。

【００４２】本発明の新規な態様は、観察された腐食及
び詰まりを定量するために、表１に描かれたスキームを
測定する流れを利用することにある。ノズルノドまたは
ＲＯでの形状寸法の変化は、較正係数Ａ_i 、Ｂ_i におけ
る変化によって明確になるであろう。図５に示したよう
に、図４からフィード系形状寸法変化を確認するための
テンプレートを起こすことができる。図５を使用するた
めに、表１の勾配及び切片のベースケース決定並びにそ
の後のテストケースの両方が役に立つということが推定
される。また、一方では、勾配及び切片を同じマニフォ
ールド上の他のノズル（同一の設計形状寸法）と比較す
ることができる。液体流パラメーターを（図２における
３０での）静圧力または（図２における２４での）ＲＯ
加速度で測定するかどうか、以下のように図５を使用し
て、形状寸法の変化を確認する：

【００４３】１．勾配及び切片に変化がない：液体／気
体混合点の下流またはＲＯで形状寸法の変化が起こって
いないことを意味する。そうであれば、液体質量（また
は容量）流速における変化を、液体ライン中の液体／気
体混合点から上流の液体流速変化に帰することができ
る。 ２．液体流パラメーターとしてＲＯ加速度気体ピークの
使用：加速度軸（ゼロ液体流）に対する切片が変化した
場合はＲＯの形状寸法が変化していることを意味する。
軸切片が変化しない場合はＲＯの形状寸法が変化してい
ないことを意味する。 ３．ＲＯまたはノズルノドのいずれで形状寸法の変化が
生じたかを決定した後、動圧力、静圧力、ＲＯ加速度
（蒸気ピーク）、または液体流ピークのいずれかが、以
下に示すように変化の方向を決定することができる。 ４．ノズルノドでの形状寸法の変化は： ａ）勾配の大きさ（絶対値）の増加：ノズルの腐食を意
味 ｂ）勾配の大きさ（絶対値）の減少：ノズルの詰まりを
意味 によって示される。 ５．ＲＯでの形状寸法の変化は： ａ）勾配の大きさ（絶対値）の減少：ＲＯの腐食を意味 ｂ）勾配の大きさ（絶対値）の増加：ＲＯの詰まりを意
味 によって示される。 ６．ＲＯ及びノズルの形状寸法の両方に対する同時の変
化は本発明によって独自に扱うことはできない。しかし
ながら、この条件が予測され得るならば、通常、配管設
計がオンラインＲＯの交換検査及び／または交換を可能
にする。流動接触分解運転は、一般にＲＯよりはむしろ
ノズルノドで最初に形状寸法の変化が発生する確率が大
きい。

【００４４】上記の操作は、ノズルまたはＲＯの形状寸
法を量的な基準で記録及び追跡するのを可能にする。勾
配及び切片における変化は、フィード系における形状寸
法の変化に直接帰することのできる各ノズル流速毎の計
算を可能にする。全液体流速が変化した場合には、各ノ
ズルによって運ばれる液体流のパーセントかまたは現実
の勾配のいずれかを定量的指標として使用し得る。望ま
しければ、これら流速の変化を、ノズル及びＲＯについ
ての標準的２相流モデルを使用して、立体的変化に翻訳
することができる。一次に対して、ＲＯ加速度が固定し
たＲＯ圧力降下について気体流の質量に直接に比例する
ことは知られている。これら条件下の気体の質量流はＲ
Ｏの面積に比例している。例えば、ＲＯ特性直径におけ
る５％の増加は、スチーム質量流及び加速度を１０％だ
け増加させるであろう１０％の面積の増加に対応する。
従って、ＲＯの腐食が確認された場合には、ＲＯ上また
はＲＯのそばで測定したＲＭＳ加速度シグナルをゼロ液
体流速の場合についてのその基準値（ベースケース）と
比較することによって、ＲＯの腐食を定量することがで
きる。ＲＭＳ加速度シグナルにおける増加は、ＲＯの面
積増加に比例する。

【００４５】同様にして、基準のベースケースの勾配較
正係数に対する定常流(current）勾配較正係数の比率を
計算することによって、ノズルノドの腐食を定量するこ
とができる。液体流パラメーターとして静圧力を使用し
た場合について、勾配の該比率は、腐食の始まる前の所
定の液体流速を維持するために要求される増加したノズ
ル上流圧力の比率と等しい。最初の概算に対して、ノズ
ルノドの特性直径における５％の増加は、該ノズルノド
の横断面積を約１０％だけ増加し、それによって、流れ
抵抗は約１０％減少し、それは図４Ｂにおける勾配を１
０％だけ変化させるだろう。これら圧力降下及び流れ引
き数は、ＲＯまたはノズルノドにおける形状寸法の変化
に関係する他の一次流れパラメーターに容易に広げるこ
とができる。フィード噴霧における変化はこれら流れパ
ラメーターから推論できる。結局のところ、この操作
は、腐食したノズルの液体流の停止、詰まったＲＯの修
理等の如き稼働に関する判断を可能にする。液体流パラ
メーターが非一次項を含む場合、上記の解釈を変更しな
けらばならない。必要な変更は簡単なシュミレーション
試験によって決定することができる。しかしながら、経
時的な較正係数における変化は一次の場合のようにして
監視できる。

【００４６】図６は、液体流速とＲＭＳ加速度気体ピー
クの間の一次関係が２つのノズルグループについて特定
される実施例を示している。液体流速は、Ｋｂｌ／ｄ
（＝１０００バーレル／日、１バーレルは１５９リット
ルに等しい）で特定された。加速度は、図２の加速度計
（２４）によって、ｍ／sec²を単位として測定された。
ＲＭＳ加速度は、１０００〜５０００Ｈｚの範囲にかけ
て計算された。ノズル系については、１０のノズルのう
ち２つは、図６の実線と類似の相関関係を示した。殆ど
の他のノズルと比較したその曲線についての増加した勾
配の大きさは、各グループ内での形状寸法の類似性と各
グループ間での相違を示唆している。図７は、液体流パ
ラメーターとして静圧力〔図２の（２９）〕を使用した
同じノズルマニフォールド系の結果を示している。形状
寸法の類似性に関する同じ結論が、液体流パラメーター
として静圧力またはＲＯ加速度のいずれかを使用して導
かれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは流動接触分解装置上のフィード噴射ゾーン
の概略図である。Ｂはオイルヘッダーの概略図である。
Ｃは個々のフィードノズルへの流れの経路を示す。

【図２】個々のフィードノズルの配管を示している。

【図３】ＡはＦＣＣＵ制限ノズルの概略図である。Ｂは
混合羽目を有するＦＣＣＵ制限ノズルの概略図である。

【図４】詰まり及び腐食を確認するための仮想液体流較
正線の例を示している。ＡはＲＯ加速度気体ピークに関
するノズル形状寸法の変化の効果を表し、ＢはＲＯの静
圧力下流に関するノズル形状寸法の変化の効果を表し、
ＣはＲＯ加速度気体ピークに関するＲＯ形状寸法の変化
の効果を表し、ＤはＲＯの静圧力下流に関するＲＯ形状
寸法の変化の効果を表す。実線は、ベースケースのノズ
ルとＲＯの形状寸法を有する流れを表したものであり、
一点鎖線は腐食を示したものであり、破線は詰まりを示
したものである。

【図５】本発明の方法の分析手順を説明するテンプレー
トである。

【図６】ＲＯ加速度気体ピークを使用したノズルの腐食
を示す具体例である。

【図７】静圧力を使用したノズルの腐食を示す具体例で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード ジェームズ ベローズ アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08827ハンプトン カントリー エイカー ズ ドライヴ 73 (72)発明者 ジョージ デューイ コーディー アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08540プリンストン ベインブリッジ ス トリート 30

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体／気体の２相流を運搬する複数のマ
   ニフォールドノズルにおける、液体が通っている各ノズ
   ルの腐食／詰まりを確認するための方法であって、 （ａ）前記液体が通っているノズルの１つを通る液体流
   を止める段階； （ｂ）該マニフォールド系への液体流の総容量を測定す
   る段階； （ｃ）液体流を止めた該１つのノズルを含む前記液体が
   通っている各ノズルについての、該液体流の容量と関数
   関係にある液体流パラメーターを測定する段階； （ｄ）前記マニフォールドにおける前記液体が通ってい
   る各ノズルについて段階（ｂ）と（ｃ）を繰り返す工
   程； （ｅ）液体が通っている各ノズルについて、該ノズル液
   体流と液体流パラメーターの間の、較正係数を含む関数
   関係を決定する段階； （ｆ）（ａ）〜（ｅ）の段階を繰り返す段階； （ｇ）該関数関係の較正係数の変化を比較し、その変化
   を詰まりまたは腐食についての２相流モデルと相関させ
   る段階 を含む方法。
2. 【請求項２】 前記液体流パラメーターが加速度計によ
   って与えられる請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記液体流パラメーターが動圧力変換器
   によって与えられる請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 前記液体流パラメーターが静圧力ゲージ
   によって与えられる請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 前記一次パラメーターが音響または温度
   によって測定される請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 液体流と該液体流パラメーターを関係付
   ける曲線が非一次関数である請求項１記載の方法。
7. 【請求項７】 較正係数が同じノズルについての過去の
   データと比較される請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】 較正係数が同じマニフォールドの同一の
   形状寸法のノズルと比較される請求項１記載の方法。
9. 【請求項９】 較正係数の変化が、２相流についてのノ
   ズルノド流モデルまたはＲＯの形状寸法の変化に定量的
   に相関している請求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】 液体／気体の２相流を運搬する複数の
    マニフォールドノズルにおける、液体が通っている各ノ
    ズルの腐食／詰まりを確認するための方法であって、前
    記液体流の容量が液体流パラメーターと関数関係にある
    方法であり （ａ）液体が通っている各ノズルへの液体の流れを継続
    的に制限または停止する段階； （ｂ）前記関数関係における未知の各較正係数について
    少なくとも１回段階（ａ）を繰り返す段階であって、ノ
    ズル液体流の制限された容量が段階（ａ）の繰り返し毎
    に異なっていてもよい段階； （ｃ）各制限または停止を行った後、前記液体が通って
    いる各ノズルについて液体流パラメーターを測定する段
    階； （ｄ）各制限または停止を行った後、マニフォールドへ
    の液体流の総容量を測定する段階； （ｅ）該液体流と該液体流パラメーターとの間の、較正
    係数を含む関数関係を決定する段階； （ｆ）（ａ）〜（ｅ）の段階を繰り返す段階； （ｇ）該関数関係の較正係数の変化を比較し、その変化
    を詰まりまたは腐食についての２相流モデルと相関させ
    る段階 を含む方法。
11. 【請求項１１】 前記液体流パラメーターが加速度計に
    よって与えられる請求項１０記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記液体流パラメーターが動圧力変換
    器によって与えられる請求項１０記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記液体流パラメーターが静圧力ゲー
    ジによって与えられる請求項１０記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記一次パラメーターが音響または温
    度によって測定される請求項１０記載の方法。
15. 【請求項１５】 液体流と該液体流パラメーターを関係
    付ける曲線が非一次関数である請求項１０記載の方法。
16. 【請求項１６】 較正係数が同じノズルについての過去
    のデータと比較される請求項１０記載の方法。
17. 【請求項１７】 較正係数が同じマニフォールドの同一
    の形状寸法のノズルと比較される請求項１０記載の方
    法。
18. 【請求項１８】 較正係数の変化が、２相流についての
    ノズルノド流モデルまたはＲＯの形状寸法の変化に定量
    的に相関している請求項１０記載の方法。