(57)【要約】【課題】  高温高圧の反応容器の外部から反応容器内の固形物の濃度分布や反応状態を迅速に測定する。【解決手段】  高圧容器内状態観察装置は、固体粒子３を収容してその固体粒子３を高温かつ高圧の状態で反応させる高圧容器２に放射線１０を照射する放射線源４ａ、４ｂと、放射線源４ａ、４ｂから照射されて高圧容器２を透過した放射線１１を検出する放射線検出器５ａ、５ｂとを有する。さらに、放射線検出器５ａ、５ｂの出力に基づいて高圧容器２内の固体粒子３の濃度分布を演算するデータ処理部６を有する。データ処理部６は、高温容器２内に固体粒子３がない場合の放射線検出器５の出力を基準としてこの出力との差に基づいて濃度分布を演算する。【選択図】  図１
2006201103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体粒子を収容してその固体粒子を高温かつ高圧の状態で反応させる高圧容器に放射線を照射する放射線源と、
前記放射線源から照射されて前記高圧容器を透過した放射線を検出する放射線検出器と、
前記放射線検出器の出力に基づいて前記高圧容器内の前記固体粒子の濃度分布を演算するデータ処理部と、
を有することを特徴とする高圧容器内状態観察装置。
【請求項２】
前記データ処理部は、前記高温容器内に固体粒子がない場合の前記放射線検出器の出力を基準としてこの出力との差に基づいて前記濃度分布を演算するものであること、を特徴とする請求項１に記載の高圧容器内状態観察装置。
【請求項３】
前記放射線源および放射線検出器を同調して移動させる移動機構をさらに有すること、を特徴とする請求項１または２に記載の高圧容器内状態観察装置。
【請求項４】
固体粒子を収容してその固体粒子を高温かつ高圧の状態で反応させる高圧容器と、
前記固体容器に放射線を照射する放射線源と、
前記放射線源から照射されて前記高圧容器を透過した放射線を検出する放射線検出器と、
前記放射線検出器の出力に基づいて前記高圧容器内の前記固体粒子の濃度分布を演算するデータ処理部と、
前記データ処理部で得られた濃度分布に基づいて前記高圧容器内の反応を制御する制御部と、
を有することを特徴とする高圧固体反応装置。
【請求項５】
高温かつ高圧の状態で使用可能な高圧容器に放射線を照射する放射線源と、
前記放射線源から照射されて前記高圧容器を透過した放射線を検出する放射線検出器と、
前記高圧容器の肉厚が正常な場合の前記放射線検出器の出力を基準データとして記憶する基準データ記憶手段と、
前記放射線検出器の出力を前記基準データと比較して前記高圧容器の肉厚の異常を検出する肉厚異常検出手段と、
を有することを特徴とする高圧容器検査装置。
【請求項６】
高温かつ高圧の内部で反応が進行する高圧容器と、
前記高圧容器に放射線を照射する放射線源と、
前記放射線源から照射されて前記高圧容器を透過した放射線を検出する放射線検出器と、
前記高圧容器が正常な場合の前記放射線検出器の出力を基準データとして記憶する基準データ記憶手段と、
前記放射線検出器の出力を前記基準データと比較して前記高圧容器の肉厚の異常を検出する肉厚異常検出手段と、
前記高圧容器の肉厚の異常が検出されたときに前記反応を抑制する反応抑制手段と、
を有することを特徴とする高圧反応装置。
【請求項７】
高圧容器に固体粒子を収容してその固体粒子を高温かつ高圧の状態で反応させ、
前記高圧容器に放射線源からの放射線を照射し、
前記放射線源から照射されて前記高圧容器を透過した放射線を放射線検出器で検出し、
前記放射線検出器の出力に基づいて前記高圧容器内の前記固体粒子の濃度分布を演算すること、
を特徴とする高圧容器内状態観察方法。
【請求項８】
固体粒子を収容してその固体粒子を高温かつ高圧の状態で反応させる高圧容器に放射線源からの放射線を照射し、
前記高圧容器が正常な場合に前記放射線検出器の出力を基準データとして記憶し、
前記放射線検出器の出力を前記基準データと比較して前記高圧容器の肉厚の異常を検出すること、
を有することを特徴とする高圧容器検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線の透過量変化を利用して高圧容器内の内部状態を観察する方法および装置などに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機廃棄物の焼却処分でダイオキシンや窒素酸化物などの有害物質の発生が社会問題となっている。そのため、有害物質の発生が少ない有機物処理技術として、超臨界水雰囲気で有機物を酸素で酸化分解するプロセスが注目されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
このプロセスでは物性が異なる種々の有機物の混合物を処理することになるので、有害物質の発生を抑えながら、また完全に水と二酸化炭素まで分解するためには、反応容器の出口で気体と液体の組成を監視しながら、温度、圧力、および有機物と酸素の供給速度をフィードバック制御しながら運転する必要がある。有機物が固体である場合には、反応容器内で反応が不均一になり易く、タールやチャーの発生や固着などのため処理効率の低下が起こりやすい。そのため反応容器内の固形物が正常に反応していることを適宜確認する必要があり、一般には反応容器壁に取り付けたセラミックス製の覗き窓から観察する方法が用いられてきた。
【特許文献１】特公平１−３８５３２号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法および装置では、窓の取り付け部分は高温高圧容器であるため強度の観点から窓の大きさに制限があり、圧力バウンダリーである窓の破損による稼働率の低下が懸念され、さらに破損に備えた安全設備が必要である。また、覗き窓では光が透過することが必要不可欠であるため、有機物濃度は光が透過できる低濃度の領域の観察のみに適用可能である。固体有機物の超臨界水酸化処理の代表的な形態である流動層や固定層では、固形物を効率良く反応させることにより、有害物質の発生が抑えられ、高い処理効率が得られる。そのためには、層内の固形物の濃度分布や反応状態の検出が必要である。しかし、流動層や固定層では固形物の濃度が高く光が透過しないので、覗き窓は固形物と液体の境界面付近の観察に適用できるのみで、固形物領域の状態を観察することができないという課題があった。
【０００５】
ところで、特許文献２には、透過放射線を検出することにより高圧反応容器内の様子を監視する技術が開示されている。しかしこの特許文献２に開示された技術では、一組の放射線源と放射線検出器が用いられるため、２次元的または３次元的な濃度分布を迅速に求めるのは困難であった。また、この文献には、測定された濃度分布をフィードバック制御に用いる技術については開示されていない。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、高温高圧の反応容器の外部から反応容器内の固形物の濃度分布や反応状態を迅速に測定する装置や方法、これに関連する高圧容器の検査装置や検査方法、さらに、高温高圧の反応容器の肉厚の異常を検出する装置や方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するものであって、本発明に係る高圧容器内状態観察装置は、固体粒子を収容してその固体粒子を高温かつ高圧の状態で反応させる高圧容器に放射線を照射する放射線源と、前記放射線源から照射されて前記高圧容器を透過した放射線をそれぞれ検出する放射線検出器と、前記放射線検出器の出力に基づいて前記高圧容器内の前記固体粒子の濃度分布を演算するデータ処理部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また本発明に係る高圧固体反応装置は、固体粒子を収容してその固体粒子を高温かつ高圧の状態で反応させる高圧容器と、前記固体容器に放射線を照射する放射線源と、前記放射線源から照射されて前記高圧容器を透過した放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器の出力に基づいて前記高圧容器内の前記固体粒子の濃度分布を演算するデータ処理部と、前記データ処理部で得られた濃度分布に基づいて前記高圧容器内の反応を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また本発明に係る高圧容器検査装置は、高温かつ高圧の状態で使用可能な高圧容器に放射線を照射する放射線源と、前記放射線源から照射されて前記高圧容器を透過した放射線を検出する放射線検出器と、前記高圧容器の肉厚が正常な場合の前記放射線検出器の出力を基準データとして記憶する基準データ記憶手段と、前記放射線検出器の出力を前記基準データと比較して前記高圧容器の肉厚の異常を検出する肉厚異常検出手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また本発明に係る高圧反応装置は、高温かつ高圧の内部で反応が進行する高圧容器と、前記高圧容器に放射線を照射する放射線源と、前記放射線源から照射されて前記高圧容器を透過した放射線を検出する放射線検出器と、前記高圧容器が正常な場合の前記放射線検出器の出力を基準データとして記憶する基準データ記憶手段と、前記放射線検出器の出力を前記基準データと比較して前記高圧容器の肉厚の異常を検出する肉厚異常検出手段と、前記高圧容器の肉厚の異常が検出されたときに前記反応を抑制する反応抑制手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また本発明に係る高圧容器内状態観察方法は、高圧容器に固体粒子を収容してその固体粒子を高温かつ高圧の状態で反応させ、前記高圧容器に放射線源からの放射線を照射し、前記放射線源から照射されて前記高圧容器を透過した放射線を放射線検出器で検出し、前記放射線検出器の出力に基づいて前記高圧容器内の前記固体粒子の濃度分布を演算すること、を特徴とする。
【００１２】
また本発明に係る高圧容器検査方法は、固体粒子を収容してその固体粒子を高温かつ高圧の状態で反応させる高圧容器に放射線源からの放射線を照射し、前記高圧容器が正常な場合に前記放射線検出器の出力を基準データとして記憶し、前記放射線検出器の出力を前記基準データと比較して前記高圧容器の肉厚の異常を検出すること、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高圧容器内状態観察装置、高圧固体反応装置および高圧容器内状態観察方法によれば、高温高圧の反応容器の外部から迅速且つ簡単に、反応容器内の固形物の濃度分布や反応状態を直接測定することができる。また、本発明の高圧容器検査装置、高圧反応装置および高圧容器検査方法によれば、高圧容器の肉厚異常を外部から簡単に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の種々の実施形態を説明する。ここで、同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１５】
図１および図２は本発明に係る高圧固体反応装置の内部観察システムの一実施形態を示す模式図であって、図１は測定部を平断面図にして示す図、図２は測定部を立断面図にして示す図である。ただし、図２では２組の放射線源および放射線検出器のうちの放射線源４ａおよび放射線検出器５ａのみを示している。
【００１６】
高温高圧流体１が満たされた高圧容器２内で固体粒子３は、図２に示すように沈降して層を形成している。高圧容器２の外側には高圧容器２をはさむように、２組の放射線源４ａと放射線検出器５ａ、および放射線源４ｂと放射線検出器５ｂが、同一水平面内に配置されている。放射線検出器５ａ、５ｂの出力データを処理するデータ処理装置６、また、処理されたデータを記録するデータ記録装置７、このデータを表示するモニター８が配置され、それらが信号ケーブル９によって接続されている。
【００１７】
放射線源４ａ、４ｂから照射された放射線１０は高圧容器２を通過するときに一部が吸収されて強度が低下し、透過放射線１１となって放射線検出器５ａ、５ｂに入る。透過放射線１１の固体粒子３が無いときの強度Ｉｂおよび、透過放射線１１の固体粒子３が有るときの強度Ｉｍと、照射された放射線１０の強度Ｉ０の間に次の（１）式および（２）式の関係がある。
【００１８】
Ｉｂ＝Ｉ０ ｅｘｐ（−μｍρｍｄｍ−μｗρｗｄｗ）      ・・・（１）
Ｉｍ＝Ｉ０ ｅｘｐ｛−μｍρｍｄｍ−μｗρｗ（ｄｗ−ｄｃ）−μｃρｃｄｃ｝・・・（２）
ここで、μは物質の線吸収係数、ρは物質の密度、ｄは放射線が透過する厚さを表わす。また、添字については、ｍは配管等の構造物、ｗは高温高圧流体、ｃは固体粒子を表わす。
【００１９】
固体粒子３が有るときには透過放射線の強度ＩｍはＩｂに比べてわずかに低下するが、この変化量は高圧容器２による放射線強度の低下量に比べて非常にわずかであるため検出が困難である。そのために固体粒子が無い場合の強度Ｉｂをバックグラウンドとして、固体粒子が有る場合の強度Ｉｍを差し引くことにより、放射線吸収量の変化ΔＩを（３）式に示すように顕在化させる。
【００２０】
ΔＩ＝Ｉｂ−Ｉｍ
＝Ｉｂ〔１−ｅｘｐ｛−（μｃρｃ−μｗρｗ）ｄｃ｝〕      ・・・（３）
ここで、（μｃρｃ−μｗρｗ）ｄｃ＜＜１のとき、次の（４）式のようになる。
【００２１】
ΔＩ＝Ｉｂ（μｃρｃ−μｗρｗ）ｄｃ      ・・・（４）
データ処理装置６ではＩｂを二次元で表示したバックグラウンド画像と測定中のＩｍを二次元で表示した画像を差分処理し、結果をデータ記録装置７に保存しモニター８に画像を映し出す。
【００２２】
図３（ａ）はバックグラウンドを差し引いた固体粒子３層の上部付近の垂直方向の透過放射線強度の模式図であり、図３（ｂ）は高圧容器内部の画像のイメージである。固体粒子３の密度が高いときには強度は増加し画像は明るくなる。逆に固体粒子３の密度が低下すると強度は低下して画像は暗くなる。
【００２３】
画像の変化をモニター８によって観察することにより、高圧容器２内の反応の状況を知ることができる。固体粒子３の凝集や高圧容器２壁へのタール付着など高圧容器２内の異常を検出することも可能である。さらに、反応容器２内の様子を酸素や高温高圧流体１の流量制御へ反映させることにより、処理効率の高い運転と排気および排水中の有害物質の発生の抑制が期待できる。この方法は高温高圧に限らず反応容器内の観察方法として適用可能である。また、酸化反応に限らず反応容器内の固体の分解反応の観察にも適用可能である。なお、放射線としては、たとえばＸ線、β線、γ線、中性子線を使用できる。
【００２４】
本実施形態によれば、反応容器に破損の危険性の有る覗き窓が不要で反応容器外部から容器内を直接観察できるとともに、覗き窓では観察できない高濃度の固形物の濃度分布も直接測定することができる。また、本実施形態によれば、複数組の放射線源および放射線検出器を利用するので、迅速に固体粒子濃度分布を求めることができる。
【００２５】
本実施形態によれば、高圧容器内の固体粒子の２次元分布さらに３次元分布を短時間に測定することができ、反応の精密な制御が期待できる。
【００２６】
図４は本発明に係る高圧固体反応装置の内部観察システムの他の実施形態を示す模式図である。図１および図２の構成に加えて、放射線源４ａ、４ｂおよび放射線検出器５ａ、５ｂは、それぞれの位置を同調して調整する位置調整装置（移動装置）１２を備えている。ただし、図４には放射線源４ａおよび放射線検出器５ａとそれらの位置を調整する位置調整装置１２のみを示す。位置調整装置１２によって放射線源４ａ、４ｂと放射線検出器５ａ、５ｂを上下方向に移動することにより、高圧容器２内の広い範囲の任意の場所を測定することが可能である。
【００２７】
また、放射線源４ａ、４ｂと放射線検出器５ａ、５ｂを連続的に移動すれば高圧容器２内の測定範囲全体の固形粒子３の濃度分布を測定することが可能である。さらに、放射線源４ａ、４ｂと放射線検出器５ａ、５ｂの位置を高圧容器２に対して回転させてそれぞれ２箇所以上の位置で観察を行ない、それらのデータを処理することにより、２次元の固体粒子濃度分布を測定することができる。この操作を上下方向に移動して繰り返し行なうことにより、３次元の固体粒子濃度を測定することができる。
【００２８】
測定結果の経時変化が所定の範囲に収まるように固体粒子３や酸素の供給速度を制御することにより、処理効率の高い運転と排気および排水中の有害物質の発生の抑制が期待できる。測定結果が所定範囲を超えた場合に、装置を停止させるインターロックとしての利用も期待できる。この方法および装置は、酸化反応の他に、分解反応など容器内で固体を扱う装置に適用可能である。また、この方法は高温かつ高圧の容器に限定するものではなく、容器内で固体粒子を取り扱う装置において適用可能である。
【００２９】
本実施形態によれば、高圧容器内の広い範囲の固体粒子の濃度分布を測定することができ、容器内の固体粒子濃度の経時変化の測定も可能である。高い処理効率の維持および排気・排水中の有害物質の抑制に効果がある。圧力、温度などの他の計装器機と組み合わせたインターロックとなる安全装置としての利用も期待できる。
【００３０】
図５は本発明に係る高圧固体反応装置の内部観察方法を利用した高圧固体反応システムの一実施形態を示す模式図である。ヒータ１３で包まれた高圧容器（反応容器）２をはさむように放射線源４と放射線検出器５が配置されている。また、高圧容器２に固体有機物スラリー１５と酸素１６を供給するポンプ１７、高圧容器２内部の温度を検出する温度放射線検出器１８が配置されている。さらに、高圧容器２から流出する高温の流体を冷却する冷却器１９、圧力を制御する圧力制御弁２０、圧力が下がった流体を気体と液体に分離する気液分離器２１、気体または液体の成分を分析する気体分析装置２２および液体分析装置２３、システム全体を制御する運転制御装置２４が配置されている。
【００３１】
容器内の固体濃度分布、気体および液体の組成、計装機器からの温度や圧力などデータを運転制御装置２４で処理して、未燃焼物や有害物質の量が基準値以下になり、固体粒子の反応が効率良く行なわれ高い処理速度が得られるように、固形有機物スラリー１５と酸素１６を供給するポンプの供給速度、ヒータ１３の出力などをフィードバック制御する。反応の圧力依存が高い場合には、圧力制御弁２０のコントロールも有効である。この方式は、酸化反応システムに限定するものでなく、分解反応、合成反応など内部の観察が困難な高圧容器を用いるシステムにも有効である。
【００３２】
本実施形態によれば、プラント運転中の固体粒子の濃度分布を直接モニターしながらフィードバック制御できるので、有害物質の発生を抑制しながら処理速度の向上が期待できる。
【００３３】
なお、放射線源４と放射線検出器５は一組でもよいし、たとえば図１に示すように複数組であってもよい。
【００３４】
図６は本発明に係る高温高圧装置の容器検査システムの一実施形態の構成図である。高温高圧流体１の入った高圧容器２をはさむよう対向する位置に配置された放射線源４と放射線検出器５が、回転・位置調整テーブル２７によって保持されている。また、放射線検出器５で得られたデータを処理するデータ処理装置６、処理後のデータを保存するデータ記録装置７、観察画像を映し出すモニター８とこれらを結ぶ信号ケーブル９が配置されている。
【００３５】
高圧容器２の使用開始時に、放射線源４から放射線１０を高圧容器２に照射して透過放射線１１を放射線検出器５で画像化して初期画像としデータ記録装置７に保存する操作を、回転・位置調整テーブル２７を使って検査が必要な領域全体に行ない位置情報とともに保存する。検査時には、使用開始時の初期画像撮影時と同じように検査領域の画像を撮影し、データ記録装置７に保存してある同じ測定位置の初期画像をバックグラウンド画像として検査時の画像をデータ処理装置６で差分処理し、データ記録装置７に検査時の画像として位置情報とともに保存する。回転・位置調整テーブル２７で高圧容器２の周囲を角度を変えて複数位置で測定し、データ処理することにより、３次元の画像を得ることも可能である。この結果をモニター８に表示することにより、検査員が使用開始時からの高圧容器２の変化を直接検出することも可能である。
【００３６】
図７は３次元データから抽出したモニターに映し出される高圧容器２の断面の模式図の一例である。高圧容器使用開始時には無かった付着物２８、容器減肉２９、腐食生成物３０などの使用中に発生した変化が表示される。また、初期画像と検査中の画像の撮影位置をわずかにずらして画像の差分処理を行なうと高圧容器２の傷の検出も可能である。
【００３７】
この方法は運転中の監視装置としても有効であり、変化量が予め設定した範囲を超える場合に、装置を停止するなど、インターロックとしての利用も期待できる。この方法は、高圧容器が高温高圧状態である場合に限定するものではない。また、この方法は運転中に限定するものではなく、定期検査に利用すれば経年変化が分かり、予防保全としてのメンテナンスに有効であり、安全性が向上し装置稼働率も向上して、経済的にも有効である。
【００３８】
本実施形態によれば、運転中の高圧容器の異常の検出が容易に行なえ、安全性が向上し、稼働率および経済的効果も期待できる。定期検査に利用すれば予防保全が容易になり、装置寿命の向上による経済的効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る高圧固体反応装置の内部状態観察システムの一実施形態の模式的平面図。
【図２】図１の高圧固体反応装置の内部状態観察システムの模式的立面図。
【図３】（ａ）は本発明に係るバックグラウンド補正した高圧容器鉛直方向の放射線強度分布の例を示すグラフ、（ｂ）は画像のイメージの例を示す図。
【図４】本発明に係る高圧固体反応装置の内部状態観察システムの他の実施形態の模式的立面図。
【図５】本発明に係る高圧固体反応装置の内部状態観察システムのさらに他の実施形態の模式的構成図。
【図６】本発明に係る高温高圧装置の容器検査システムの一実施形態の模式的構成図。
【図７】本発明に係る高温高圧容器の容器検査システムで得られる検査結果の一例の模式容器水平断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１…高温高圧流体、２…高圧容器（反応容器）、３…固体粒子、４…放射線源、４ａ…放射線源、４ｂ…放射線源、５…放射線検出器、５ａ…放射線検出器、５ｂ…放射線検出器、６…データ処理装置、７…データ記録装置、８…モニター、９…信号ケーブル、１０…放射線、１１…透過放射線、１２…位置調整装置（移動装置）、１３…ヒータ、１５…固形有機物スラリー、１６…酸素、１７…ポンプ、１８…温度放射線検出器、１９…冷却器、２０…圧力制御弁、２１…気液分離器、２２…気体分析装置、２３…液体分析装置、２４…運転制御装置、２５…データ信号、２６…制御信号、２７…回転・位置調整テーブル、２８…付着物、２９…容器減肉、３０…腐食生成物
【図１】
2006201103.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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