JPS6110724A - 浮屋根式タンク内の堆積スラツジ測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、超音波を利用した原油タンク内の堆積スラッ
ジ測定方法に関する。

「従来の技術及びその問題点ｊ 現在、原油備蓄その他の社会的要請により各地で多数の
原油タンクが設置されているが、このような原油タンク
における使用上の問題点の一つにスラッジの堆積がある
。

即ち原油タンク内にスラッジが堆積すると、りンク上面
に配置した浮屋根降下時に、該浮屋根がスラッジの山に
当たり、該浮屋根が傾いてしまうという使用上の問題が
存するのみならず、数年に一度行なうタンク開放検査時
においても、スラッジの堆積状況が分らないと、検査期
間や見積工数に大幅な狂いが生じたり、又開放検査自体
が困難になる場合があった。

この為、かかる堆積スラッジの測定方法として、従来よ
りタンク上に配置した浮屋根の検尺用穴又はマンホール
穴より竹林又は検尺を原油内に挿入し、該検尺等の先端
をスラッジ上面に当接させることによりスラッジ高さを
測定する方法を採用していたが、このような測定方法で
は極めて限定された検尺用穴又はマンホール穴からしか
測定が行なえない為測定場所が限定され、且つ高い測定
精度を得る事が出来ない、測定に熟練を必要とする、作
業工数が大きくなる、測定作業の危険を伴なう、等の種
々の問題を有していた。

従って、従来より前記のような直接検知ではなく、間接
検知による測定方法を種々検討してきたが、原油タンク
はその高さがせいぜい２０ｍ以下であり且つ側壁により
周囲が囲設された極めて限定された個所を被測定対象に
しなければならないこと、被測定対象であるスラッジと
原油との物性の相違の他に、原油タンク内の表層より油
、水、及びスラッジ部分が夫々分離して存在しているこ
と、等の測定条件の困難さを有し、これらの測定条件の
困難さをクリアーし得る測定方法を見出すのが極めて困
難であった。

本発明者達はかかる従来技術の欠点に鑑み、超音波によ
る間接測定を用い、Ｓ々の実験により、超音波発振用振
動子の配設位置、該振動子発振側寸法、送信周波数等を
適宜選択し、前記問題点を全て解消し、精度よく且つ正
確にスラッジ堆積状況を測定し得る測定方法を発明した
。

「問題点を解決しようとする手段」 かかる技術的課題を達成する為、本発明の特徴とする所
は、振動子を原油タンク浮屋根の所定の位置に配置し、
該振動子より所定周波数に制御された超音波を発振させ
て、原油タンク内の原油に伝幡させ、スラッジ堆積面よ
り反射した超音波を前記振動子で受信させ、その伝幡時
間よりスラッジ堆積高さを測定する方法であって、前記
送信波のスラッジ堆積面よりの反射超音波が前記浮屋根
上で受信可能な周波数に制御すると共に、前記周波数と
の関係において振動子の寸法を所定寸法に設定すること
により、振動子より発振された送信波の指向角の広がり
を抑えた堆積スラッジ測定方法を提案する。

ここで振動子とは、例えば第１図に示すように送信器１
に組込まれた圧電現象を有するセラミック体　１ａを指
し、このセラミック体１ａからなる振動子は、必ずしも
円板状のものだけではなく、方形や楕円形、又は所定形
状に分割したものを桝目状に集合させた集合体として形
成することも可能である。

尚第４ａ図乃至第４Ｃ図は、夫々方形桝目状、円形桝目
状、及び楕円形桝目状に形成した振動子１ａの形状を示
す。

そして該振動子１ａの寸法とは、振動子１ａが円形のも
のについてはその直径Ｃ１方形のものについてはその長
辺Ａと短辺Ｂの平均寸法、楕円においてはその長径Ｃ＾
と短径ＣＢの平均寸法、又集合体で振動子を形成した場
合においては、集合体の形状により前述した方法から求
めた平均寸法をいう。

尚、第１図において２はセラミック体１ａ接触面に固設
された前面板、３はダンパ、４はセラミック体１ａに交
番電圧を印加する為の接続部、５は保護膜、６は枠体で
ある。

又これらの周波数と振動子寸法は原油油種等により前記
範囲内において種々変更することにより最適の測定精度
が得られるが、浮屋根上に振動子を配置して原油タンク
内のスラッジ堆積状況を測定する方法においては、前記
超音波の周波数を２０乃至５０（ｌＫＨｚの範囲に設定
すると共に、該周波数×超音波送信用振動子寸法が２　
Ｘ　１０３（ＫＨｚ争ｌｌ１ｆｆｉ）以上有する振動子
を用いて測定することが好ましく、又、浮屋根より原油
内に振動子を浸漬配置して原油タンク内のスラッジ堆積
状況を測定する方法においては、前記超音波の周波数を
２０乃至１０００ＫＨｚの範囲に設定すると共に、該周
波数Ｘ超音波送信用振動子寸法が２×１０３（ＫＨ２・
ｍ＋ｏ）以上有する振動子を用いて測定するのがよい。

「作用」 かかる技術手段によれば、浮屋根上より超音波を用いて
測定するよう構成した為に、浮屋根の任意個所より間接
検知が可能となり、測定が均質化し、作業工数の大幅な
低減と、安全な測定作業が可能となる。

又、前記送信波のスラッジ堆積面よりの反射超音波が前
記浮屋根上で受信可能な周波数、具体的には２０乃至１
０００ＫＨｚの範囲に制御することにより、スラッジ高
さを精度よく且つ確実に測定することが出来る。

けだし、超音波の散乱減衰率は送信周波数により影響さ
れるが、測定対象が原油の場合、送信周波数を１０００
ＫＨｚ以上にすると、超音波の散乱減衰率が大になり、
その深さが１０乃至２０ｍ程度有する原油タンク内にお
いて反射超音波が極めて小さくなる結果、該反射超音波
の受信が不可能になってしまう。

又、送信周波数が２０ＫＨｚ以下では前記減衰率は問題
ないが逆に指向角が大になり、原油タンク側面に囲設す
る側壁等より反射された不必要なノイズを検知してしま
ったり、又必要とする各測定点におけるスラッジ高さを
精度よく測定することが出来ない。

従って、原油タンク内の堆積スラッジ測定方法に最も好
ましい超音波の周波数は前述した通り。

２０乃至１０００ＫＨｚの範囲である。

次に送信波の指向角の広がりは、前記周波数のみに影響
されるものではなく、超音波を発振する振動子寸法にも
影響される。

従って本発明は、前記周波数との関係において振動子寸
法を所定の寸法に、即ち周波数Ｘ超音波送信用振動子寸
法が２　Ｘ　１０３（ＫＨｚ　＊　ｍｍ）以上になるよ
う前記振動子の寸法を決定し、振動子より発振された送
信波の指向角の広がりを抑え、原油タンク周囲に囲設さ
れた側壁よりの反射ノイズの影響を除去するようにして
いる。

けだし、前記数値が２Ｘ　１０３（ＫＨｚ　ａ　ｒａｍ
）未満では例え周波数を２０ＫＨｚ以上にしても送信周
波数の広がりが大になり、やはり精度よく測定し得ない
。

従って前記周波数と振動子寸法との関係を２×１０３（
ＫＨｚ＊　ａｍ）以上に設定した振動子を用いることに
より初めて精度よく、且つ正確な原油タンク内の堆積ス
ラッジの測定が可能となる。

「実施（実験）例」 以下本発明の詳細内容を実験結果に基づいて説明する。

受信感度レベルが任意に調整可能な超音波装置を用いて
超音波の送信周波数と散乱減衰率との関係を調べてみた
。

七の結果を下表に示す。

■ 北記表より理解される如く送信周波数を１００ＯＫＨ２
以上にした場合、散乱減衰率が１ｒｒｒ当り１３．０ｄ
Ｂ以上となり、例えばｌＯ＋ａの深さを有する原油タン
ク内の堆積スラッジを測定する場合であっても散乱減衰
が約２８０　ｄＢとなり、反射超音波の受信がほとんど
不可能である。

一方送信周波数が２０ＫＨｚ以下では前記減衰率は問題
ないが逆に超音波の拡がりが大になり、該超音波が原油
タンク両側面に囲設する側壁等にぶつかり、不必要な超
音波ノイズが反射されることとなる。

又堆積スラッジは山形状に堆積している為そのスラッジ
量を精度よく測定する為には、各測定点直下におけるス
ラッジ高さを正確に検出する必要があるが、前記送信周
波数が２０ＫＨｚ以下では　広い測定範囲のスラッジ高
さのピーク値を検出してしまい、正確なスラッジ堆積状
況の測定が不可能になる。

従って原油タンク内のスラッジ測定方法に最も好ましい
超音波の周波数は２ｏ乃至１０００ＫＨｚ　、好ましく
は２０乃至５００ＫＨｚの範囲であることが前記表より
理解出来る。

次に送信超音波の指向角の広がりは、前記周波数のみに
影響されるものではなく、超音波を送信する振動子の寸
法にも影響される。

従って本発明者は超音波の送信周波数と該超音波を送信
する振動子の寸法を種々変更した振動子を用いて両者の
関係を下記実験により調べてみた。

先づ後記する実験−１の被測定対象として第２図に示す
ような実験タンクを用いた。

即ち、実験タンクとして、実際の原油タンクより反射雑
音その他の影響が大になるように、直径が３ｍφ、高さ
が約１０．５ｍの実験タンクａを用い。

該実験タンクａ内に原油、水、及　びスラッジを入れ、
夫々表層より各境界面までの高さが、原油−水塊界面（
Ｉ）では５２０　ｃｍ、スラッジ面高さくＦ）が７５０
　ａｍ　、底面までの高さく　Ｂ　）　１０００ｃ＋ａ
、に設定した。又スラー２ジ塊面積は１００ｃ＋ａ　Ｘ
　１５０ｃｍ程度の大きさに設定する。

又本発明が浮屋根上からも測定可能ならしめる為に、前
記原油面上に、肉厚４．５ｍｍの鉄板すを疑似浮屋根と
して配置し、該鉄板すのスラッジ堆積部直上に測定穴Ｃ
を開口させておく。

かかる被測定対象を基に下記の実験を行なう。

（実験１−１） 実験１−１では、送信周波数と送信用振動子の寸法が２
０００ＫＨｚ−２４ｎ＋ｍφ、１０００ＫＨｚ−２ｔ＋
ａｍφ、５００　ＫＨｚ−３０１１ＩＩＩｌφ、　２Ｑ
ＯＫ）１ｚ−５０＋ｗｍφ、　ＬＯＯＫ）Ｉｚ−８０ｍ
ｍφ１．８０ＫＨｚ−８０ｍｍφ、３０ＫＨｚ−８０ｍ
ｍφ、２０ＫＨｚ−８０ｍｍφ及び２０Ｋ）Ｉｚ−１０
０ａ＋ａ＋φの関係を有する振動子を用い、該振動子を
測定穴Ｃより直接原油中に浸漬して測定する場合（直接
測定）と前記振動子を前記鉄板す上に当接して測定した
場合（間接一定）とに分けて実験を行なう。その結果を
表２−Ａ及び表２−Ｈに示す。

尚表中の反射超音波ピーク高さくＨ）は％表示を、又そ
のピーク位置（Ｗ）はブラウン管上に現れたスケール表
示を実際の測定値に直したものである。

表層４（句賭凋咲１ 表層ηＬ」肋ｌ咲Σ 旧記表２−Ａ及び表２−Ｂにおいて直接測定、間接測定
とも、ｆＸＤが大きくなっても小さくなっても反射超音
波高さくＨ）が低下するのは、ｆＸＤが大きい即ち送信
周波数ｆが高いと前述した通り、超音波の散乱減衰が大
きくなる為であり、又ｆＸＤが小さいと超音波の指向角
が大になりその拡がりにより、拡散減衰が大になる為で
ある。

従って送信周波数を直接測定の場合は２０乃至１０００
ＫＨｚ　、間接測定の場合は２０乃至５００ＫＨｚに設
定しても、送信周波数と送信用振動子の寸法との乗数が
２Ｘ　１０３（ＫＨｚ・ｍｍ）未満では原油タンク内の
堆積スラッジを測定し得ない場合があり、少なくとも前
記乗数を２Ｘ　１０３（ＫＨｚ　ａ　ｍ＋ｏ）以上、好
ましくは３〜２０Ｘ　１０３　（ＫＨｚ＊　ｍｍ）　（
７）範囲に設定した振動子を用いる必要がある。

又、前記表２−Ａ及び表２−Ｂ中の数値はいずれも測定
精度が±２％の範囲内で正しい測定数値を示しており、
実用上問題がない。

尚、直接測定と間接測定では間接測定の方が約２〜２０
ｄａ　（約４１５〜１／１０）反射超音波高さくＨ）が
低くなるが、前記表２−Ａ及び表２−Ｂでは同じエコー
高さくＨ）になっている。その理由は間接測定の方の受
信感度を２〜２０ｄＢ上げ、感度を高めている為である
。

従って、浮屋根上より測定する間接測定より振動子を原
油内に浸漬する直接測定の方が僅かに受信感度がよく、
測定が行ない易いが、直接接触の場合は測定場所が限定
され、正確な測定が出来にくいという欠点を有する。し
かしながら下記のようにして測定する事によりその欠点
を解消し得る。

即ち第３Ａ図乃至第３Ｂ図はいずれも直接測定の場合の
測定方法を示し、第３Ａ図の測定手段においては浮屋根
１１ｂ上の各マンホール又は検尺穴１１ｃを利用して測
定する場合で、この場合は振動子を組込んだ送受信器１
２ノｆ　Ｘ　Ｄを２〜５ｘ１０３（ＫＨ２争Ｉｎり＋）
程度の低い範囲に設定し、各検尺穴１１ノ間隔に相当す
る広い範囲のスラッジ（高さ）測定することにより所望
にスラッジ堆積状況が把握出来る。

第３Ｂ図は浮屋根２１ｂ中央部に測定用２１ｃ穴を設け
、振動子を組込んだ送受信器２２を角度偏位可能な回転
部材２３に取り付けることにより、該回転部材２３を３
６０度回転させながら、−回転毎に角度偏位させる事に
より多数点測定が可能である。

勿論このような測定データは電子計算機に入力する事に
より自動的にスラッジ堆積状況とその量を正確に把握出
来る事は既に公知である。

「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば、原油タンクの側面に
囲設する側壁等より反射された反射波や多重音波の影響
を受ける事なく、各測定点におけるスラッジ高さを精度
よく且つ正確に測定することが出来、該測定方法に基づ
いて検知し痘データを電子計算機その他と接続する事に
より自動的に堆積状況の把握が可能となる。

又本発明によれば、浮屋根上の任意の個所より間接測定
が可能である為、測定場所が限定されることなく高い測
定精度を得る事が出来る他、浮屋根上に検尺穴を開口さ
せる本なく測定することができる為、安全な測定作業が
可能となる。

更に本発明によれば、超音波測定の為測定が容易であり
、且つ従来の検尺を用いる測定方法に比較して作業工数
を大幅に低下させる事が出来る。

等の種々の著効を有す。

尚、本発明は浮屋根式の石油タンクであれば、例えば重
油、ＣＯＭ等の貯蔵タンクにも使用出来得る事は当業者
ならば自明であり、本発明の技術的範囲に当然に含まれ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる振動子を組込んだ送信器の構成
を示す断面図、第２図は本発明の実験に用いた実験タン
クの概要を示す概略断面図、第３Ａ図乃至第３Ｂ図は本
発明が適用される測定方法を示す概略図である。 第４ａ乃至第４Ｃ図は、振動子の形状例を示す概略平面
図である。 特許出願人：鹿島エンジニアリング株式会社同　　　：
非破壊検査株式会社 １図　　　　第２図 第４０図　　　　　　　　第４ｂｌｌ Ｈ−Ａ−六 第４Ｃ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）振動子を原油タンク浮屋根の所定の位置に配置し、
   該振動子より所定周波数に設定された超音波を発振させ
   て、原油タンク内の原油に伝幡させ、スラッジ堆積面よ
   り反射した超音波を前記振動子で受信させ、その伝幡時
   間よりスラッジ堆積高さを測定するスラッジ測定方法よ
   りなり、前記送信波のスラッジ堆積面よりの反射超音波
   が前記浮屋根上で受信可能な周波数に制御すると共に、
   前記周波数との関係において、振動子寸法を所定寸法に
   設定することにより、振動子より発振された送信波の指
   向角の広がりを抑えたことを特徴とする堆積スラッジ測
   定方法 ２）浮屋根上に振動子を配置して原油タンク内のスラッ
   ジ堆積状況を測定する方法において、前記超音波の周波
   数を２０乃至５００ＫＨｚの範囲に設定すると共に、該
   周波数×超音波送信用振動子寸法が２×１０＾３（ＫＨ
   ｚ・ｍｍ）以上有する振動子を用いて測定することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のスラッジ測定方法
   。 ３）浮屋根より原油内に振動子を浸漬配置して原油タン
   ク内のスラッジ堆積状況を測定する方法において、前記
   超音波の周波数を２０乃至１０００ＫＨｚの範囲に設定
   すると共に、該周波数×超音波送信用振動子寸法が２×
   １０＾３（ＫＨｚ・ｍｍ）以上有する振動子を用いて測
   定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のス
   ラッジ測定方法。