JPH09236245A - リアクタの転送ラインを監視するための受動音響法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平均粒子速度および平均粒子質量密度を、質
量フラックスおよびＲＭＳ加速度から外観的に決定する
方法を提供すること。 【解決手段】 前記搬送ラインの長さに沿った１つある
いは複数の位置で該搬送ラインの壁のＲＭＳ加速度を決
定する工程と、該搬送ラインを通過する平均質量フラッ
クスを決定する工程と、ＲＭＳ加速度と平均質量フラッ
クスから平均粒子質量密度あるいは平均粒子速度を決定
する工程から成る転送ラインの監視方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リアクタの転送ラ
インを監視するための受動音響法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】流動床
およびこれに関連して粒子とガスの流れを給排する転送
ラインは、石油精製、化学処理、乾燥ならびに燃焼など
の各過程で重要な役割をなしている。「サイエンス」
［Ｓｃｉｅｎｃｅ２３０，１３２９−１１３６（１９８
５）］にＡ．Ｍ．スクワイアーズ（Ａ．Ｍ．Ｓｑｕｉｒ
ｅｓ），Ｍ．クウォーク（Ｍ．Ｋｗａｕｋ）およびＡ．
Ａ．アビダン（Ａ．Ａ．Ａｖｉｄａｎ）が寄稿した最近
の論文に石炭粉末の燃焼や鉱石のばい焼、炭酸塩のか
焼、廃棄物のか焼あるいは燃焼、固形物の乾燥、炭化水
素の分解ならびにガスの触媒変換などのその他の応用に
ついて検討がなされている。「流動化工学」（Ｄａｉｚ
ｏＫｕｎｉｉ，Ｏｃｔａｖｅ Ｌｅｖｅｎｓｐｉｅｌ，
Ｋｒｉｅｇｅｒ，Ｍａｌａｂａｒ，Ｆｌｏｒｉｄａ １
９８７）にもガスと粒子の系での流動化に基づく物理、
合成、精錬などの各作業についての検討がなされてい
る。流動床リアクタへ、ある場合には流動床リアクタか
らの固体とガスの流れの転送は、転送ラインすなわち大
口径の配管を通して行われ、そこでは粒子が高速ガス流
で搬送される。これらの転送ラインは、流動床から粒子
ガスの流れを除去する場合に「スタンドパイプ」と称
し、流動床に粒子ガスの流れを供給する場合に「ライン
ザー」と称することがある。転送ラインの粒子の密度
は、流動床の中のそれより幾分小さく、普通転送ライン
では、水の密度の１から３０％の範囲に渡っている。

【０００３】転送ライン中のある部分での局所質量密度
ρ_m、局所粒子速度Ｖ_pならびに内径Ｄの管の局所断面積
とで、転送ラインを通過する粒子の局所質量フラック
ス、すなわち管の横断面を横切る空間平均を通過するＦ
［ｋｇｍｓ／Ｍ²秒］は次のように定義される。

【数１】 Ｆ＝＜ρ_mＶ_p＞_s （１） 質量流量［ｋｇｍｓ／秒］は、Ｆ（πＤ² ／４）により
与えられる。多くの重要な場合に、スリップ速度、すな
わち粒子速度とガス速度との差は小さく、横断面を通し
て一定であり、式（１）より相当に簡単な近似が得られ
る。すなわち下記式（２）に示すように、式（１）で与
えられ粒子密度と粒子速度のと積の空間平均は、平均粒
子密度（ρ_a＝＜ρ_m＞）と平均粒子速度（Ｖ_a＝＜Ｖ
_p＞）の積で置き換えられる。

【数２】 Ｆ＝＜ρ_mＶ_p＞_s ≒ ＜ρ_m＞ ＜Ｖ_p＞ ＝ρ_aＶ_a （２） 式（２）による簡略化は妥当であれば、３つの量Ｆ、ρ
_a、Ｖ_aのうちのいずれか２つをそれぞれ測定すること
で、３番目の量は十分に決定しうる。

【０００４】流動床およびこの流動床に対して、そして
この流動床から粒子を供給抽出する転送ラインは、数年
間にもわたって休みなく作動しうるように設計される。
多数の因子が転送ラインの意図した長時間作動に干渉し
うる。未検出の設計上の欠陥により粒子速度が、転送ラ
インの領域において過剰となり、ガス噴射器、供給噴射
器などの粒子流を維持する重要部品や、転送ラインの耐
火壁も含めて腐食される結果となる。高粒子速度で粒子
が摩耗して過剰に微粒子が発生し、流動床を出るガス流
で消耗してしまうことにもなる。

【０００５】作動条件を変更して高低質量流量に適応し
ようとすると、供給率を変化させる接触分解でしばしば
生ずるように、転送ライン内に検出されない不安定が生
じることがある。このような不安定の一例として、ライ
ンを通過する粒子の流れを制限する淀んだ泡がある。高
粒子密度の領域（スラグ）も、構造支持体および部品に
破壊的力を加えることがある。一般に、粒子およびガス
の流れを制御する重要部品は、いろいろな原因で故障を
起こす。その故障を検出されない常態のままとしておく
と、転送ラインの性能が徐々に低下する。

【０００６】Ｂｏｒｚｏｎｅ（ボルゾン）等［Ｌ．Ａ．
ボルゾン（Ｌ．Ａ．Ｂｏｒｚｏｎｅ），Ｇ．Ｅ．クリン
ジング（Ｇ．Ｅ．Ｋｌｉｎｚｉｎｇ）およびＷ．Ｃ．ヤ
ン（Ｗ．Ｃ．Ｙａｎｇ）の「粉末技術」６２，２７７−
２９０（１９９０）］は、石炭燃焼ガス化装置に関連す
るいくつかの問題を検討している。Ｂｏｒｚｏｎｅ等
は、「高温度での固体の空気輸送が石炭技術の分野で次
第に重要になってきている動作である。石炭燃焼ガス化
装置は、固体を搬送する流れを高温度で、スラッギング
状態付近で処理しなければならない。このような条件下
で、浸食や腐食は、このような系の連続運転に影響を及
ぼす大きな問題となると指摘している。」

【０００７】効率的に流動床処理を機能させるには、転
送ラインを連続的に作動させるために転送ラインの動作
性能を監視することが重要となる。転送ラインの動作状
態をの定量的情報として、変数Ｆ、Ｖ_a、ρ_aが、（１）
粒子質量流量の変化に対する動作制限の出所を確認する
にあたり処理作業や技術者をアシストし、（２）壁の浸
食や部品の損傷の原因となる流量状態を確認し是正する
にあたり処理作業者や技術者をアシストし、（３）過剰
の粒子摩耗とこれによる粒子の消耗の原因となる流れ状
態を確認し是正するにあたり作業者をアシストし、
（４）処理を開始および停止するにあたり処理作業者や
技術者をアシストし、かつ（５）実際的粒子流れの準経
験則モデルの正当化し、かつ設計の欠陥を確認する上で
処理設計技術者をアシストする。

【０００８】本発明の目的は、ガスと粒子の転送ライン
中の質量フラックスおよびＲＭＳ加速度から、平均粒子
速度と平均粒子質量密度とを外観的に決定する方法を提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の方法は、前記転
送ラインの長さ方向に沿った１つ以上の位置で転送ライ
ンの壁のＲＭＳ加速度を決定する工程と、転送ラインを
通る平均質量フラックスを決定する工程と、この両量か
ら平均粒子質量密度を決定するか、あるいは、ＲＭＳ加
速度および平均質量フラックスから平均粒子速度を決定
する工程とを含むものである。

【００１０】本発明の新規な発見は、以下の見知を含
む。 １．転送ラインの内壁へのランダムな粒子の衝突は、市
販の転送ラインのある周波数領域における壁の振動騒音
のその他の源泉に対して支配的である。 ２．転送ラインの耐火レンガと鋼鉄の複合壁は、壁の厚
さの１−３倍のオーダーの側方領域以内の粒子の衝突に
反応する共振を壁局部に起こしうる。そうでなくても、
転送ラインの壁の適宜の減衰が加速度計の応答を同様な
半径の感度に局所化する。 ３．加速度計の出力のパワースペクトルの選定処理が、
転送ライン以内での局所粒子密度と局所粒子速度に関す
る定量的情報を与え、これらの量のいずれに生ずる変化
にも定量的な情報を与える。

【発明の望ましい実施の形態】本発明は、転送ライン内
に含まれる２相（粒子及びガス）流体の局所流れパラメ
ータ（質量フラックスＦ、平均粒子速度Ｖ_a、平均粒子
質量密度ρ_a)を外観的に測定監視し、そしてこの情報を
用いて転送ライン内の粒子流の状態の局所情報を得る外
観的測定方法である。より具体的には、転送ラインの外
壁に適切に装着された加速度計あるいは一連の加速度計
を用い、この出力信号を以下のごとく処理することによ
り、外観的測定を行うものである。 （１）質量流量が既知であれば、転送ラインの横断面を
通しての平均粒子速度および平均粒子質量密度を推定お
よび監視する。 （２）ライン内の質量流量が既知であれば、部品の作動
状態の変化による転送ラインの横断面を通しての平均粒
子速度と平均粒子質量密度の変化を検出する。 （３）ラインの一度の経験的較正および問題の測定位置
に基づき転送ライン内の平均質量流量を測定および監視
する。 （４）ガスの流れがライン内で一定であれば、転送ライ
ン内の部品の作動状態の変化による転送ラインの横断面
を通る平均質量流量の変化を検出する。 （５）触媒微粒子の数が過大になる原因となる高ガス速
度の転送ライン領域を確認し、壁浸食の原因となる高粒
子速度を除去するガス流れ修正の性能を監視する。上記
したように、高粒子速度は、さらに粒子浸食、触媒の損
失ならびに微粒子の過剰の発生などの原因となる。 （６）ライン中の粒子質量流量の増加を制限する「淀ん
だ泡」の転送ライン領域を確認する。 （７）作動状態とライン設計の変化を妥当化することに
よって、ライン内の粒子質量流量を制限する「淀んだ
泡」のある転送ライン内の局所化領域を適正な設計や動
作変化で除去する。

【００１１】数学的背景 転送ラインの壁の加速度のパワースペクトルは、壁に加
速度計を取り付けるとともに標準信号処理技術により壁
の加速度のランダム時間信号をリアルタイムにあるいは
記録データにより解析することにより得られる。このよ
うな信号処理技術の出力は、当業者周知の通り、壁のパ
ワースペクトルＳ_A（ｆ）である。周波数ｆ₁とｆ₂の間
の帯域にわたる二乗平均平方根加速度（ＲＭＳ加速度）
Ａは、パワースペクトルの積分により定義され、すなわ
ち

【数３】 多くの場合、量Ａは、ｆ₀を中心周波数とする適当な周
波数帯域幅（ｆ₁からｆ₂)にわたる加速度時間信号の簡
単な帯域フィルタ処理して（ここでｆ₁＝ｆ₀−Ｂ，ｆ₂
＝ｆ₀＋Ｂであり、全帯域幅＝２Ｂとなる。）これに引
き続いてバンド幅内のパワーの測定により得ることがで
きる。所定周波数帯域にわたってＲＭＳ加速度を得るに
は、上記のように、場合によってはもっと便利な技術が
ほかにもあることが当業者に承認されるが、以下で加速
度パワースペクトルの概念を引き続き使用することにす
る。

【００１２】加速度のパワースペクトルＳ_A(ｆ）は、壁
の伝達関数の大きさ｜Ｈ（ｆ，ｒ_i)｜²と壁を励起させ
る位置ｒ_iでのランダム力のパワースペクトルＳ_F(ｆ，
ｒ_i)との積で与えられる壁の構造が担う音にランダム信
号を適用する理論により示すことができる。

【数４】 壁の伝達関数は、加速度計から距離ｒｉの衝撃ハンマー
（例えば、Ｂｒｕｅｌａｎｄ Ｋｊａｅｒ Ｉｍｐａｃ
ｔ Ｈａｍｍｅｒ ９２０２）から壁への時間依存の力
に対す壁上の加速度計の平均応答から経験的に得られ
る。構造搬送音に関する当業者が周知のように、量Ｈ
（ｆ，ｒ_i)は、

【数５】 で定義される。ここでａ（ｆ，０）およびＦ（ｆ，ｒ_i)
は、加速度計とハンマーパルスのそれぞれフーリエ変換
である。かっこ＜＞は、各ハンマー励起の平均を示す。

【００１３】石油精製工場に見られる転送ラインの壁の
複合耐火壁Ｈ（ｆ，ｒ_i）は、しばしば局所化された応
答により良く近似でき、

【数６】

【００１４】式（５）は、校正により正確に求まるか計
算により推定して求まる定数Ｒ₀，ｆ₀，ｗ，Ｈ₀を含
む。 （１）定数Ｒ₀は、加速度計の周りの応答の円を定義す
る。石油の精製に見られる多くの耐火レンガおよび鋼鉄
の複合壁に対してＲ₀は、壁の厚さの１から３倍のオー
ダーである。 （２）定数ｆ₀，ｗは、石油精製に見られる耐火レンガ
および鋼鉄の複合壁で普通に示される壁共鳴の周波数と
幅である。複合壁の一次元共振のための古典式にｆ₀が
近似されることが分かった。 （３）定数Ｈ₀は、衝撃点での周波数ｆ₀の壁の加速度応
答である。構造搬送音の当業者が理解し得るように、こ
の量は、壁の幾何学および弾性特性から容易に推測でき
る（Ｒ．Ｈ．Ｌｙｏｎ，動的系の統計的エネルギー解
析、理論と応用ＭＩＴＰｒｅｓｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇ
ｅ，Ｍａｓｓ．１９７５およびＬ．Ｃｒｅｍｅｒ ａｎ
ｄ Ｍ．Ｈｅｃｋｌ 構造搬送音 Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−
Ｖｅｒｌａｇ，Ｂｅｒｌｉｎ １９８８）。構造搬送音
の当業者は、量｜Ｈ（ｆ，Ｒ）｜（およびＨ₀)が転送ラ
インの壁の衝撃ハンマー励起により直接測定できること
は周知である。よって、式（５）のすべての定数は、校
正により正確に求まるか計算により推定して得ることが
できる。

【００１５】質量Ｍ_p及び法線速度Ｖ_nの有る粒子の剛性
壁とのランダムな弾性衝撃に関しては、速度計から距離
ｒ_iの距離で壁のリング状の領域素子との運動量交換
は、下記で与えられるパワースペクトルにより記述され
る。

【数７】 ここでρ_b(ｒ_i)は、面積２πｒ_idｒ_iの要素に隣接する
粒子の体積密度であり、Ｖ_n(ｒ_i)は、壁に対する粒子の
法線速度である。以下、量Ｍ_p、Ｖ_n、ρ_bの距離ｒ_iとの
表明された依存を無視する。

【００１６】式（６）の右側の周波数への明確な依存性
がない点についての議論する必要がある。これは、２つ
の考察に依存する。（Ｉ）粒子衝撃時間の短縮と加速度
計が使用できる周波数の上限である。この上限は、その
固有の装着共振以下とする必要があるので３０ｋＨｚの
オーダーとする。次いで粒子衝撃時間は、これ以下では
パワースペクトルＳ_p(Ｆ，ｒ_i)が周波数に独立となる最
大周波数を決定する。この周波数ｆ_pは、粒子径の１０
倍で割られた粒子中の音速のより近似的に与えられる。
よって、式（６）の周波数からの独立性は、最上限４０
ｋＨｚの周波数で径が数ミリの直径の粒子に対して妥当
性がある。

【００１７】式（４）から式（６）において、総和を積
分に変更して

【数８】 Ａ²＝Ｇ₀(４Ｍ_pρ_mＶ_n ³) （７） ここでρ_mは、流体ガス混合の平均質量密度であり、Ｍ_p
は、平均粒子質量であり、Ｖ_n転送ラインの壁に垂直な
平均粒子速度である。Ｍ_pは、平均粒子径ｄ_pと平均粒子
密度ρ_pとで記述でき、すなわち、Ｍ_p=（π／６）ρ_pd_p
³ となる。量Ｇ₀は、壁のみの特性であり、

【数９】 で表すことができる。ここで｜Ｈ（ｆ）｜² は、伝達関
数の空間積分を定義し

【数１０】 式（５）で与えられる伝達関数の式でｆ₂≫ｆ₀≫ｆ₁と
すれば、

【数１１】 が得られる。

【００１８】式（５）で定義させる局所共振を示さない
転送ラインの壁に関して、古典構造搬送音の当業者は、
壁の音響特性と周波数帯域ｆ₁からｆ₂にのみ依存する量
Ｇ₀に対する等価の式があることに気付くであろう。ス
ムースな壁では、領域は、中心周波数ｆ₀の帯域幅２Ｂ
にわたり、この等価の式は、

【数１２】 と書ける。ここで

【数１３】

【００１９】式１２の定数は、厚さｈ、密度ρならびに
延長音速Ｃ_eの剛性材料で構成される壁に関係し、量η_S
は、壁に関する無次元減衰定数であり、Ｒ₁は、下記式
で表せる減衰距離である。

【数１４】

【００２０】転送ラインの複合壁の局所共振の存在は、
壁の励起の源泉を確認する上で役立つが、特許の局所測
定の特徴に対してあまり重要でなく、これは、加速度計
の周りに緩衝材料の環状リングを設けることによっても
得ることができる。

【００２１】式（１１）から式（１２）は、構造搬送音
の当業者には周知である（Ｒ．Ｈ．Ｌｙｏｎ動的系の統
計的エネルギー解析、理論と応用 ＭＩＴ Ｐｒｅｓｓ
Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｍａｓｓ．１９７５、Ｌ．Ｃｒ
ｅｍｅｒ ａｎｄ Ｍ．Ｈｅｃｋｌ構造搬送音 Ｓｐｒ
ｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ １９８
８）。よって、局所共振を示さない壁に関しては、壁の
ＲＭＳ加速度Ａを壁により閉じこめられる流動化したガ
スと粒子の系に関連づける式（７）の一般形式が維持さ
れる。中心周波数ｆ₀と帯域幅２Ｂを適当に選定するこ
とにより、粒子雑音が加速度パワースペクトルに対して
支配的であり、ＲＭＳ加速度は、式（７）の形式の等式
により与えられる。

【数１５】 一般に

【数１６】 ここでＧは、Ｇ₀あるいはＧ₁のいずれでも良い。

【００２２】本特許に開示の応用に重要な点は、式（１
４）を壁（Ｇ）の特性に依存する部分と、壁の内側の２
相流体（ガスと粒子）の特性に依存する部分とに分離す
ることである（４Ｍ_pρ_mＶ_n ³)。このように量Ａの変化
は、量Ｖ_nおよびρ_mの基準あるいは基本状態からの変化
に依存する。さらに量｜Ｈ（ｆ₀，ｒ_i）｜を決定するた
めの衝撃ハンマー励起を介しての加速度計の校正は、Ｇ
の大きさを決定するのに一度で充分である。

【００２３】式（１４）は、多数のハンマーのランダム
な衝撃と等価なものとして二相流体媒体内の固体粒子の
衝突のから誘導されていた。これは、ショットノイズの
電気的現象と振動的に等価である。式（１４）は、簡単
に測定可能の量Ａを壁に隣接する粒子の性質と関係づけ
るものである。よってＡは、量ρ_m、Ｍ_p、Ｖ_nの変化に
関する流れ状態の監視に利用できる。Ｍ_pの大きな変化
は、多くの石油処理の過程では期待されない。本発明
は、ρ_m、Ｖ_nを監視するために主に利用される。

【００２４】式（１４）を式（２）と組み合わせると、
Ｆ＝Ｖ_aρ_a、ρ_mをρ_aと認識し、ガスの外見上の速度Ｖ
_aに関して速度の規模を合わせると、Ｖ_aρ_aの等式を得
る。

【数１６】

【数１７】 ここで

【数１８】 これらは、本発明に基づく基本的な公式である。

【００２５】パラメータＧは、Ｇ₀である場合に以下の
関係から決定され、Ｇ₁を使用しなければならない場合
に式（１１）、式（１２）並びに式（１３）を組み合わ
せて決定される。

【数１９】

【００２６】Ｍ_pとＧが転送粒子それ自身と転送ライン
のみのそれぞれのバラメータである理由で、

【数２０】 という関係が一般に保持される。Ｋは、時間とともに変
化しない系の特性パラメータである。Ｋは、平均粒子質
量、転送ラインの機械的かつ弾性的特性の直接の測定に
より決定することができる。Ｋは、また以下に説明する
一度の校正でも決定できる。

【００２７】直径６０から１５０ミクロンの範囲の粒子
を既知の流れ状態下で搬送する多様な転送ラインに於い
ては、Ｓ≒Ｒ≒０．７という近似が合理的であることが
発見された。この状況下で式（１５）は、以下のごとく
記述できる（［ ］内は単位を示す）。

【数２１】 かつ式（１６）は、以下のごとく記述できる。

【数２２】 Ｋは、以上のように測定できる。さらにもしＦ，Ａなら
びにＶ_aあるいはρ_aの１つが既知であるなら、Ｋは、経
験的に決定できる。

【００２８】一定フラックスＦに対しての平均粒子速度
Ｖ_aは、ＲＭＳ加速度Ａに比例し、粒子の平均質量密度
ρ_aは、同じ仮定によりＲＭＳ加速度Ａに逆比例する。
この結果の簡略性は、驚くべきものであり、転送ライン
の以下の３つの量の内の２つが既知であれば、式（２
１）と式（２２）の一度の校正を容易にする。すなわ
ち、（１）平均粒子速度Ｖ_a、（２）平均質量密度ρ_a、
（３）平均フラックスＦの３つである。

【００２９】よって、ρ_a、Ｖ_aの値は、Ｋがフラックス
Ｆと二乗平均加速度Ａを測定することによりＫが簡単に
決定されるこれらの場合に求めることができる。ρ_aの
計算には、Ｖ_aの計は必要とならず、その逆も同様であ
る。

【００３０】転送ラインを通る定常流れは、平衡温度測
定と、スライドバルブを設定することにより決定され
る。熱平衡などの全体的な処理条件により、あるいは系
の圧力降下から通常決定される平均質量フラックスＦの
測定は、式（２１）と式（２２）の利用でき、特定位置
での平均粒子密度ρ_aと平均粒子速度Ｖ_aを、問題の点で
のＲＭＳ加速度Ａの外観的受動的測定から決定すること
ができる。

【００３１】式（１６から２２）から他の騒音源泉より
粒子の衝突騒音が支配的な周波数帯域にわたりＲＭＳ加
速度Ａの測定が以下の点に対して十分なものである。 （１）もし転送ラインの質量フラックスが既知であり、
校正あるいは測定のいずれかでＫが既知であれば、平均
粒子速度Ｖ_aと平均粒子質量密度ρ_aを決定すること。 （２）一定の速度で耐火壁の浸食を起こすに十分に粒子
速度が高い転送ラインの領域を確認すること。前述した
ように、高粒子速度は、さらにまた粒子の摩耗、粒子の
過剰な消耗とともに、大気中に過剰の微粒子の発生の原
因となる。 （３）流れに増大する淀んだ泡の制限の生ずる転送ライ
ンの領域を確認すること。 （４）ＲＭＳ加速度Ａの時間変動により、スラッギング
が生じているかどうかを判断する。 （５）所与の質量流量での平均粒子速度と質量密度に対
する設計値の正当性を確かめること。

【００３２】以上の全ての場合に量Ａの測定は、可搬機
器を用いて必要時にあるいは加速度計を半永久的に設け
てこれからの信号を局所的に処理し、かつ適した信号を
制御室に転送するようにしてリアルタイムにすることが
できる。

【００３３】本発明の特徴は、耐火処理した容器あるい
は管の鋼鉄のシェルに加速度計を配置し、粒子衝撃騒音
が加速度パワースペクトルで支配的な周波数帯域でＲＭ
Ｓ加速度を得る可能性を与えることにある。ほとんどの
精製あるいは化学処理では、転送ラインにより搬送され
る質量フラックスは既知であるので、量Ｆに必要な情報
は、本特許で記述される方法の有用性に制限を与えるも
のでない。本応用で重要なことは、粒子衝撃の力パワー
スペクトルの周波数独立性にある。前述したように、こ
の限定が、４０ｋＨｚ以下の周波数での数ミリ以下の粒
子に対して制限をしている。定数Ｇの直接的決定は、構
造搬送音の通常等式の計算でも十分であるが、転送ライ
ンの外壁状で衝撃ハンマー測定を行うことによりでき
る。転送ラインの複合壁の局所共振の存在は、壁の励起
の源泉を確認する上で役立つが、加速度計の周りに減衰
材料の環状リングを配置することによりも得られる本特
許の局所測定の特徴には重要なことでない。

【００３４】本発明は、ガスと粒子の混合が流れる転送
ラインの粒子流れを測定監視する受動的音響法にある。
このような転送ラインの例は、第１図に概略的に示され
ているような、オイルからガソリンへの接触分解装置で
ある。この処理は、流動床リアクタと燃焼装置の作業員
をアシストすることを意図している。すなわち（１）質
量転送に関する系の性能の最適化、（２）質量転送に関
する設計から遊離する転送ラインの領域の確認、（３）
部品の欠陥や作動条件の変化が起因する高粒子速度によ
る壁の浸食を生じやすい転送ラインの領域の確認、前述
したように高速の粒子速度は、また粒子の摩耗の原因と
もなり、触媒粒子の過剰の消耗ならびに過剰の微粒子の
発生の原因となる。（４）構造体や機器の欠陥につなが
る粒子のスラグの転送の原因となる作動上の変動の確認
などがある。

【００３５】発明を利用するに際して、加速度計（例え
ば、Ｂｒｕｅｌ ａｎｄ Ｋｊａｅｒ ４３８４）を第
２図に示すように流れ特性を測定したい転送ラインの壁
に取り付ける。取り付けは、半永久的には、植え込みボ
ルトに装着により、あるいは磁石装着（例えば、Ｂｒｕ
ｅｌ ａｎｄ Ｋｊａｅｒ Ｔｙｐｅ ＵＡ０６４２）
により、また一時的な取り付けに際しては、良く磨いた
表面に行う。望ましくは、粒子衝撃に対する加速度計の
応答は、衝撃ハンマー（例えば、Ｂｒｕｅｌａｎｄ Ｋ
ｊａｅｒ ８２０２）で壁の問題の点をたたいて校正す
ることができる。

【００３６】第３図は、１つまたは複数の加速度計から
の電気信号がチャージ増幅器（例えばＢｒｕｅｌ ａｎ
ｄ Ｋｊａｅｒ ２６３５）により電圧に変換され、増
幅器の出力を粒子衝撃騒音か支配的な周波数帯域にわた
り、ユニット上で可搬信号プロセッサによりＲＭＳ加速
度へ変換される。可搬信号プロセッサの出力は、以後の
解析ために記憶される。

【００３７】第４図は他の実施例を示し、前述と同様に
加速度計の出力は、チャージ増幅器（例えばＢｒｕｅｌ
ａｎｄ Ｋｊａｅｒ ２６３５）により電圧に変換さ
れるが、永久的デジタル系が、粒子衝撃騒音が支配的な
周波数帯域にわたりＲＭＳ加速度に比例する電圧を発生
するべくデータを処理するようになっている。粒子衝撃
衝撃騒音が、支配的な周波数帯域にわたり加速度の出力
が生ずる。永久デジタル系の出力は、次いで適当なる手
段により、制御室に転送され、適当なアルゴリズムによ
り転送ラインの長さ方向に沿って平均粒子速度、平均粒
子質量密度ならびに平均フラックスの可視的表示に変換
される。制御室の表示器には、設計からの大きな遊離が
適切に表示される。

【００３８】第５図は、本発明の主題たる処理の一例を
示すものである。３つの曲線は、転送ラインの位置の関
数としてのＲＭＳをプロットしたものである。実線の曲
線は、加速度２つの異なる時間での転送ラインの通常の
作動に相当するものである。鎖線曲線は、過剰の粒子速
度により浸食を引き起こす原因となる作動状態の変化の
壁浸食が生ずる転送ラインの２つの異なる時間の異常動
作に相当する。

【００３９】ＲＭＳ加速度が定義される周波数帯域の選
定は、第６図に示すように重要ではない。第６図は、０
から２５．６ｋＨｚの帯域のＲＭＳ加速度に対する局所
壁共振（４から６ｋＨｚ）のＲＭＳ加速度の比をプロッ
トしたものである。

【００４０】式（１７ａ）で示すように転送ラインの内
径とライン内の質量流量を既知してＲＭＳ加速度を粒子
速度への変換を第７図に示す。１００μ粒子の浸食速度
は、耐火の性質に依存し、しかして通常２００ｆｔ／ｓ
以上と考えられている。前述したように、高粒子速度
は、粒子の浸食を招き、触媒の過剰の消耗と過剰の微粒
子の発生の原因となる。実線で示す曲線は、異なる２つ
の時間の転送ラインの通常動作に相当する。鎖線曲線
は、過剰の粒子速度により壁の浸食を引き起こす原因と
なる作動状態の変化の壁浸食が生ずる転送ラインの２つ
の異なる時間の異常動作に相当する。

【００４１】しばしば、転送ラインの中の平均粒子速度
と平均粒子密度との経験的関係を決定することが可能で
ある。この関係が存在する場合は、ＲＭＳ壁加速度の変
化は、粒子フラックスの変化に相当する。第８図は、い
かにこの現象を制御室の作業員にスラッギングの状態を
警告することができるかを示すものである。多分これ
は、スラグ間の時間とともに時間の関数であるフラック
スの変化を表示するように行われる。

【００４２】第９図は、転送ライン中に淀んだ泡の位置
が示される場合の距離の関数として加速度と速度双方の
可搬システムの出力を示したものである。症状と修復を
含む転送ライン中のある流れの不良状態を表１にリスト
アップしてある。

【表１】

【００４３】

【実施例】本発明の１つの用途は、流動床石炭燃焼装置
の転送ラインおよび噴射器を監視することにある。石炭
の流動床燃焼は、粉砕石炭に依存する従来の燃焼方法に
取って代わるものである。流動床石炭燃焼は、この技術
を使用するボイラーが発する汚染物がより少なく、より
高い熱伝達係数を有し、粉砕石炭装置よりも低い温度で
動作するので有利であるこの有利性の理由で、流動床石
炭燃焼の利用は、近年急激に増大している。

【００４４】流動床石炭燃焼器は、第１０図に概略的に
示してある。流動床石炭燃焼器の作業者が遭遇する１つ
の目標は、流動床に石炭を正しく供給することである。
石炭は、流動床全体に一様に分散するように導入しなけ
ればならない。石炭の一様でないバラ撒きが原因する石
炭の多い領域は、装置の動作に有害である。この問題を
解消する１つの方法が、第１１図に示すように、流動床
の周りに多数設けた石炭噴射器を介して石炭を導入する
ことである。

【００４５】本発明は、各ノズルの性能を監視し、噴射
ノズルに導かれる転送ライン中の壁加速度、石炭の質量
フラックス、平均粒子密度ならびに平均粒子速度をリア
ルタイムで表示する目的で利用される。これらの測定を
なすために、加速度計が、上記の方法の１つで転送ライ
ンに物理的に装着される。初期テストを行い、加速度計
が正しく配置されたかを確認する必要がある。転送ライ
ン内のフラックスが測定され、同じ期間に生ずる加速度
計からの信号の変化と比較される。質量フラックスと壁
加速度との相関から加速度計が正しく置かれたことを示
す。

【００４６】加速度計が正しく配置されたら、本発明
は、噴射器に導かれる転送ラインの監視に使用できる。
別のラインに関するＲＭＳ壁加速度のいかなる変化もフ
ラックスあるいは速度のいずれかの変化を示すものであ
る。よって、ラインに沿った特定点で各ラインのＲＭＳ
壁加速度を均一化する一度の校正、あるいは独立の校正
により、フラックスあるいは速度のいずれかの変化を測
定可能である。フラックスあるいは速度のいずれかの値
が、装置操作員に表示され、これにより操作員は、燃焼
器の作動を最適化する適切なステップをとる。

【図面の簡単な説明】

【図１】流動床触媒分離処理で触媒粒子を運ぶ転送ライ
ンの一例

【図２】粒子衝撃によって生じる転送ラインの複合壁の
振動を監視するための測定セットアップの概略、および
衝撃ハンマーでの壁の応答の較正

【図３】可搬システム用のＲＭＳ加速度を測定するため
の監視用セットアップの概略

【図４】オンラインシステム用のＲＭＳ加速度を側定す
るための監視用セットアップの概略

【図５】１つは転送ラインの浸食を示し、もう１つは浸
食を示していない２つの同一の装置における転送ライン
の測定での転送ラインのＲＭＳ加速度の一例

【図６】帯域幅でのＲＭＳ加速度の独立性

【図７】２つの異なるリアクタでの推定した粒子速度の
プロット

【図８】ＲＭＳ加速度Ａでの淀んだ泡の影響の概略プロ
ット

【図９】平均粒子速度Ｖ_aとＲＭＳ加速度Ａの時間変化
でのスラッギングの影響の概略プロット

【図１０】流動床石炭燃焼器の概略

【図１１】流動床石炭燃焼器の床の周りの石炭噴射器の
円周形配列

フロントページの続き (72)発明者 ユージーン・アール・エルジンガ・ジュニ ア アメリカ合衆国ミシガン州マーケット、ミ ドル・アイランド・ポイント12 (72)発明者 チャールズ・ラムバート・ベーカー・ジュ ニア アメリカ合衆国ペンシルバニア州ソーント ン、メメル・ドライブ21

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスと粒子用の転送ラインに沿った位置
   あるいは経過時間の関数として、該転送ライン中の粒子
   速度、平均粒子質量密度ならびに質量フラックスをライ
   ン外側から決定する方法であって、 （ａ）特定の時間における前記転送ラインの長さに沿っ
   た１つあるいは複数の位置で該転送ラインの壁振動の加
   速度のパワースペクトルを測定する工程と、 （ｂ）前記パワースペクトルからＲＭＳ加速度を決定す
   る工程と、 （ｃ）前記転送ラインを通過する平均質量フラックスを
   決定する工程と、 （ｄ）前記ＲＭＳ加速度と前記平均質量フラックスから
   特定の時間における前記転送ラインに沿った特定の位置
   での平均粒子質量密度および／もしくは平均粒子速度を
   測定する工程とを包含する方法。