(57)【要約】【課題】汚れの付着量を定量的に示すことができるとともに、その付着状況が把握しやすく、僅かな汚れでも測定可能な汚れ測定装置及び汚れ測定方法を提供する。【解決手段】試料台１１の上面両端には一対のＶブロック１２ａ、１２ｂが固定されており、試験部材としての加熱管１が載置可能とされている。試料台１１はモータ１０ａの駆動により左右に移動可能とされている。アーム１４の先端の裏側には、赤外線半導体レーザ１７ａと赤外線センサ１７ｂとが、加熱管１を挟んで互いに対面するように取付けられている。  【００３３】【選択図】図３
2006105781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中に存在させることによって汚れが付着した試験部材の汚れ量を測定するための汚れ測定装置において、
前記試験部材の幅より大きい幅の平行光線を該試験部材に向けて照射するための光照射手段と、
該試験部材に対して該光照射手段側と反対側に位置し、該光照射手段から照射された光を受光する光センサと、
該光センサからの信号に基づいて受光した光の強さを測定する測定手段とが設けられていることを特徴とする汚れ測定装置。
【請求項２】
光照射手段及び光センサと、試験部材と、を相対的に移動させる移動手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の汚れ測定装置。
【請求項３】
流体中に存在させることにより汚れが付着した試験部材の汚れ量を測定するための汚れ測定方法において、
光照射手段から前記試験部材の幅より大きい幅の平行光線を該試験部材に向けて照射し、該試験部材に対して光照射手段側と反対側に位置する光センサによって受光し、該光センサからの信号に基づいて受光した光の強さを測定することを特徴とする汚れ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中に存在させておいた試験部材に付着した汚れの量を測定するための汚れ測定装置及びそれを用いた汚れ測定法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば石油精製プロセスにおいては、精製された各種溜分の熱安定性のチェックをするため、試験しようとする溜分の流れの中にテストチューブを存在させておき、所定時間経過後に取り出して、テストチューブに付着した汚れを測定することが行われている（ＪＩＳ  Ｋ２２７６  熱安定度試験法）。また、各種プラントの冷却水中に試験部材を存在させておき、所定期間の間に試験部材に付着した汚れを測定することにより、冷却水中におけるスライム等による汚れを測定することが知られている(例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−２３６５４６号公報
【０００３】
このように、様々な産業分野において、流体中に存在させておいた試験部材に付着した汚れの量を測定することが必要とされており、そのための方法として従来、以下のような方法が知られている。
【０００４】
（目視による汚れ判定）
試験部材に付着した汚れの程度を目視によって判定する方法である。この方法は、判定を行うための特別な装置が必要とされず、汚れを直感的に把握することができるという利点がある。
【０００５】
（熱伝達の変化による汚れ判定）
試験部材に付着した汚れによって熱が伝わり難くなることを利用し、試験部材の一面側を一定の温度に保ち、試験部材の他面側の表面温度を測定することによって熱伝達の変化を知り、その変化から汚れの量を推測することも行われている。
【０００６】
（圧力損失の測定による汚れ判定）
管の内壁に付着した汚れによって流体が流れ難くなることを利用し、管状の試験部材上流側と下流側の圧力損失を測定し、汚れの度合いを測定することも知られている。
【０００７】
（反射率の変化による汚れ判定）
試験部材に光を照射し、反射する光を測定し、その反射率から汚れの程度を測定する方法も知られている（ＪＩＳ  Ｋ２２７６  チューブデポジットレータ）。
【０００８】
（光の透過率の変化による汚れ判定）
また、上記特許文献１に記載されているように、透明な試験部材を水中に存在させておき、試験部材に対する光の透過率の変化によって、汚れの付着量を測定することも公知である。この方法によれば、汚れの程度を連続的に測定することが可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記目視による汚れ判定では、付着量を定量的に数値化して表わすことができず、客観性に欠けるという欠点がある。このため、判定結果を示すためには、試験によって汚れた試験部材そのものを提示したり、写真に撮って表示したりする必要があり、極めて不便である。また、上記熱伝達の変化や圧力損失による汚れ判定では、汚れが僅かな場合には温度や圧力損失の変化が小さすぎて汚れの測定が困難となる。また、汚れの程度を定量的に表わすことも難しい。さらに、上記反射率や透過率の変化による汚れ判定では、反射率や透過率と汚れの付着量とを単純な数式で表わすことはできないため、汚れの程度を定量的に示すことができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、汚れの付着量を定量的に示すことができ、僅かな汚れでも測定可能な汚れ測定装置及び汚れ測定方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の汚れ測定装置は、流体中に存在させることによって汚れが付着した試験部材の汚れ量を測定するための汚れ測定装置において、前記試験部材の幅より大きい幅の平行光線を該試験部材に向けて照射するための光照射手段と、該試験部材に対して該光照射手段側と反対側に位置し、該光照射手段から照射された光を受光する光センサと、該光センサからの信号に基づいて受光した光の強さを測定する測定手段とが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の汚れ測定装置において測定対象となるのは、流体中に存在させておくことにより汚れが付着した試験部材である。流体の種類については特に限定はないが、例えば、石油精製業では原油及び原油から得られたナフサ、軽油、オレフィン類（例えば、炭素数１０以下のエチレン、プロピレン、イソプレン、ブタジエン、スチレン等）が対象となる。原油は処理される際に予熱交（予熱交換器）で一旦加熱されために予熱交配管およびその後工程の装置や配管に原油成分由来の汚れが付着するため、これらの中に存在させておいた試験部材への汚れ付着量の測定が必要となる。また、ナフサ、軽油、オレフィン類の処理工程においても、リボイラーや予熱交による加熱でリボイラー配管、予熱交配管およびその後工程の装置や配管にナフサ、軽油、オレフィン類等に含まれる重合性モノマーの重合物によって生じた汚れが付着するため、同様に試験部材への汚れ付着量の測定が必要とされる。また、一般の工業冷却水系においては、冷却水が対象となる流体である。一般の工業冷却水系では、通常、開放下で冷却水を循環使用するために冷却水は濃縮されるために溶解塩類濃度が高くなり、冷却水路や冷却水循環ポンプ等の付帯設備にスライムやスケール等が汚れとなって付着するため、試験部材への汚れ付着量の測定が必要とされる。さらには、紙パルプ製造業では、種々の紙パルプ製造工程の工程水が対象となる流体である。紙パルプ製造業では、パルプ製造工程から抄紙工程、さらに廃水回収工程に至る各工程で大量の工程水があり、各工程で種々の薬品が使用されている。例えば、抄紙工程ではサイズ剤、填料、消泡剤、歩留向上剤、粘剤等の多種多様な添加薬品が用いられ、さらに工程水は回収、再生して再使用するためにマシンチェスト、種箱、ミキシングチェスト、ストックインレット、ワイヤー等にスケールやピッチが汚れとして付着するため、試験部材への汚れ付着量の測定が必要とされる。
【００１３】
本発明の汚れ測定装置では、試験部材の幅より大きい幅の平行光線を試験部材に向けて照射するための光照射手段と、光照射手段から照射された光を受光する光センサとが設けられており、光センサは試験部材に対して光照射手段側と反対側に位置している。このため、光照射手段から試験部材に照射された平行光線は、試験部材によって遮られて影が形成され、試験部材によって遮られなかった光のみが光センサに届くこととなる。試験部材の表面に汚れが付着している場合には、その汚れの厚さ分だけ影の部分が増大することとなり、光センサに届く光は試験部材に付着した汚れの厚さに反比例して強度が低下することとなる。そこで、測定手段によって光センサが受光した光の強さを測定すれば、その部分の汚れの厚さを知ることができる。発明者らの試験結果によれば、汚れの厚さが１μｍ以上あれば確実のその汚れを検出することができる。
【００１４】
したがって、本発明の汚れ測定装置によれば、汚れの付着量を定量的に示すことができ、僅かな汚れでも測定することができる。なお、試験部材は光に対して実質的に不透明とされていることが好ましい。こうであれば、試験部材を透過した光線を考慮する必要がなくなり、汚れの厚さ測定の精度を良くすることができる。
【００１５】
本発明の汚れ測定装置では、光照射手段及び光センサと、試験部材と、を相対的に移動させる移動手段を設けることができる。こうであれば、試験部材のいろいろな場所における汚れの付着状況を把握することができる。この場合において、試験部材は丸棒形状又は円管形状とされており、移動手段は光照射手段及び光センサと該試験部材とを該試験部材の軸方向に相対移動可能とされていることができる。こうであれば、汚れが付着していないときは、たとえ移動手段によって光照射手段及び光センサと該試験部材との相対移動を行ったとしても、試験部材によって形成される影の面積は絶えず一定となる。このため、測定手段によって測定された光の強度の変化が汚れの厚さに直接反映することとなり、汚れの付着量の把握がさらに容易となる。また、この場合において、試験部材を軸心まわりに回転させる回転手段を設けてもよい。こうであれば、回転手段によって試験部材を回転させながら汚れを測定することによって、試験部材の周面の平均的な汚れの厚みを測定することが可能となり、周方向における測定場所による測定値の違いを平均化することができる。
【００１６】
本発明の汚れ測定装置において、光照射手段から照射される光は可視光線のみならず、赤外線や紫外線も含まれる。光照射手段として具体的には、赤外線半導体レーザ、可視光半導体レーザ、紫外線半導体レーザ等が挙げられる。また、光センサとしては、光照射手段から照射される光を感知可能であれば特に限定はないが、例えば、焦電型光センサ、半導体型光センサ、熱電対型赤外線センサ、抵抗変化型光センサ、光電管型光センサ等を用いることができる。発明者らは、光照射手段として赤外線半導体レーザを用いることにより、試験部材の汚れを高感度で検出することができることを確認している。
【００１７】
また、本発明の汚れ測定装置において、測定手段は測定されたデータ間の差を出力することが可能とされていることが好ましい。こうであれば、例えば試験部材を流体中に存在させる前に測定手段によって測定されたデータと、所定の期間流体中に存在させておいた後のデータとの差を出力させることにより、汚れの影響のみを顕在化することが可能となり、汚れの付着状況をより明確化することができる。
【００１８】
本発明の汚れ測定装置を用いて、本発明の汚れ測定方法を行うことができる。すなわち、本発明の汚れ測定方法は、流体中に存在させることにより汚れが付着した試験部材の汚れ量を測定するための汚れ測定方法において、光照射手段から前記試験部材の幅より大きい幅の平行光線を該試験部材に向けて照射し、該試験部材に対して光照射手段側と反対側に位置する光センサによって受光し、該光センサからの信号に基づいて受光した光の強さを測定することを特徴とする。この汚れ測定方法では、本発明の汚れ測定装置と同様、汚れの付着量を定量的に示すことができ、僅かな汚れでも測定することができる。
【００１９】
本発明の汚れ測定方法を用いて、流体による汚れを防止するための汚れ防止剤の管理を行うことができる。例えば、石油精製プロセスにおいては、配管の汚れや詰まりを防止するため、ポリイソブテニルコハク酸エステル、Ｎ,Ｎ‘−ジサリチリデン−１，２−ジアミノプロパン、ピペリジン−Ｎ−オキシル化合物、ジエチルヒドロキシルアミン（ＤＥＨＡ）、ｔｅｒｔ−ブチルカテコール、フェニレンジアミン化合物類等の汚れ防止剤が使用されている。このため、例えば試験しようとする溜分の流れの中にテストチューブを存在させておき、所定時間経過後に取り出して、その汚れを本発明の汚れ測定方法を用いて測定することにより、これらの汚れ防止剤の効果を把握することができ、ひいては汚れ防止剤の管理を行うことが可能となる。また、冷却水や工程水に添加される各種水処理剤の管理においても、同様に本発明の汚れ測定方法を利用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した実施例及び比較例を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
＜実施例１＞
（汚れ付着試験）
重質ナフサに添加される汚れ防止剤の効果を調べるため、汚れ付着試験を行った。この汚れ付着試験では、汚れを付着させるための試験部材として、図１に示す加熱管１を用いた。この加熱管１は、ＪＩＳ  Ｋ２２７６に規定されたチューブデポジットレータに使用されるものであり、ステンレス製で端部１ａ、１ｂが大径とされ、中間部１ｃが小径とされた、くびれた管形状をなしており、下端は閉じられている。この加熱管１は、使用時において図２に示すように、管形状の加熱管保持器２の中へ挿入される。加熱管保持器２の上部及び下部には流入管３ａと流出管３ｂとが接続されており、加熱管１の中間部１ｃと加熱保持器２との間に液体を注入することが可能とされている。加熱管１の中央部には熱電対４が挿入されており、熱電対４は図示しない温度調節器に接続されている。温度調節機は熱電対４によって感知される温度が所定の温度となるように、加熱管１の両部１ａ、１ｂから電流を流すことが可能とされている。
【００２２】
以上のように構成された汚れ試験装置を用いて、以下に示す汚れ付着試験を行った。すなわち、温度調節機によって熱電対４によって感知される温度を３００°Ｃに制御しながら、流入管３ａから重質ナフサを注入し、重質ナフサを加熱管１の中間部１ｃ表面に接触させ、さらに流出管３ｂから流出させた。重質ナフサには汚れ防止剤として、ポリイソブテニルコハク酸エステル（分子量１，０００）０．５ｐｐｍ（対重質ナフサ）及びＮ,Ｎ‘−ジサリチリデン−１，２−ジアミノプロパン０．５ｐｐｍ（対重質ナフサ）を添加した。重質ナフサの流入の圧力は2.0MPaとし、流量は1.0mL/min.とした。流入開始から所定の時間が経過後、重質ナフサの注入を停止し、加熱管１を取り出し、溶剤で洗浄後、以下の汚れ測定装置によって、加熱管１の表面に付着した汚れの量を測定した。
【００２３】
（汚れ付着量測定）
加熱管１の汚れ量の測定には、次の汚れ測定装置を使用した。この汚れ測定装置は、図３及び図４に示すように、基台１０上に試料台１１が設けられている。基台１０の内部にはモータ１０ａ及び減速ギア１０ｂが設けられており、減速ギア１０ｂは試料台１１の裏側に設けられたラックギア１１ａと噛合し、モータ１０ａの駆動により試料台１１が左右に移動可能とされている。試料台１１の上面両端には一対のＶブロック１２ａ、１２ｂが固定されており、加熱管１が載置可能とされている。
【００２４】
基台１０の一端側には、幅方向に延在する固定冶具１３が基台１０の上方でボルト止めされている。固定冶具１３には、固定治具１３の中央部から基台１３の長さ方向に延在するアーム１４が蝶番１５を介して取り付けられている。アーム１４の先端は幅方向左右に広がって基台１０の幅方向の両端に立設された受台１６ａ、１６ｂの上面と当接するようになっている。アーム１４の先端の裏側には、赤外線半導体レーザ１７ａと赤外線センサ１７ｂとが、固定治具１３に載置された加熱管１を挟んで互いに対面するように取付けられている（図５参照）。赤外線半導体レーザ１７ａ及び赤外線センサ１７ｂはオムロン株式会社のＺ４ＬＡ−１０３０であり、それらは固定治具１３に隣接する電源１８に接続されている。赤外線センサ１７ｂは、図６に示すように、幅１ｍｍ、長さ１０ｍｍのスリット１８が上下方向に設けられており、赤外線センサ１７ｂの出力端子は図示しない記録計（株式会社ＫＥＹＥＮＣＥ製  ＮＲ１０００）に接続されている。
【００２５】
以上のように構成された汚れ測定装置を用い、次のようにして汚れ付着量の測定を行った。まず、図３及び図４に示すアーム１４を上方に持ち上げ、試料台１１を基台１０から外し、試料台１１が固定治具１３から最も遠くなるようにラックギア１１ａと減速ギア１０ｂとを噛合させるようにして、再び試料台１１を基台１０に置く。そして、加熱管１をＶブロック１２ａ、１２ｂ上に載置し、再びアーム１４を受台１６ａ、１６ｂに載せる。このとき、加熱管１の載置位置は、赤外線半導体レーザ１７ａからの赤外線の照射位置が端部１ｂとなるようにし、たえず同じ面が上を向くようにセットする。そして、赤外線半導体レーザ１７ａ及び赤外線センサ１７ｂを作動させながら、モータ１０ａを駆動し、試料台１１を固定治具１３の方向にゆっくり移動させる。そして、赤外線センサ１７ａの感知位置が端部１ａから中間部１ｃへ移る際に、赤外線センサ１７ａからの出力のギャップが生じることによって記録計のトリガーを作動させて測定を開始させる。測定中は、図５に示すように、赤外線半導体レーザ１７ａからの赤外線が加熱管１の中間部１ｃに照射されて赤外線センサ１７ｂ側に影ができる。この影は、中間部１ｃの表面に汚れが付着しているほど広くなるため、汚れの厚さに応じて赤外線センサ１７ｂからの出力が変化することとなる。また、赤外線センサ１７ｂには、図６に示すように幅１ｍｍのスリット１８が設けられているため、加熱管１の長さ方向の極めて短い部分に限定してセンシングを行うことが可能となり、長さ方向の分解能も良好となる。そして、試料台１１が移動するにしたがって、厚さの長さ方向における汚れの厚さの変化が測定される。
【００２６】
（結果）
汚れ付着量試験の結果を図７に示す。この図は、試験開始時と汚れ試験開始後の赤外線１７ａの出力の差と、加熱管１の長さ方向の位置との関係を示すものであり、汚れの厚さに対応させることができる。図７から、加熱管１の長さ方向の汚れの厚さ分布を定量的に表わすことができることが分かる。また、１μｍ程度の汚れ厚さであっても充分検出可能であり、さらには、汚れ付着量が経時的に増加していく状況を把握できることが分かる。
【００２７】
なお、上記汚れ測定装置において、加熱管１をＶブロック１２ａ、１２ｂに載置する替わりに、加熱管１を回転手段で軸心周りに回転させながら汚れ量を測定することも可能である。こうであれば、試験部材の周面の平均的な汚れの厚みを測定することが可能となり、周方向における測定場所による測定値の違いを平均化することができる。
【００２８】
＜比較例１＞
実施例１と同様の汚れの温度付着試験を行い、流出管３ｂから流出する重質ナフサの温度の経時変化を測定した。その結果、図８に示すように、加熱時間が４０分以下においては、測定開始時との温度差が認められなかった。これに対し、実施例１では加熱時間が４０分以下であっても汚れ付着量を明確に把握されており、目視による加熱管１の観察でも汚れの付着が認められた。このことから、比較例１の汚れ測定方法は、実施例1の汚れ測定方法に比べて、感度が劣ることが分かった。
【００２９】
＜比較例２＞
実施例１と同様の汚れ付着試験を行った後の加熱管１の外周表面の反射率を、チューブデポジットレータ（ＴＤＲ）によって測定した。その結果、図９に示すように、重質ナフサの出口側である加熱管１の端部１ｂに近づくにしたがって、ＴＤＲの測定値が一定になることが認められた。これに対し、実施例１ではそのような現象は認められなかった。また、図１０に示すように、反射率の積算値においても、比較例２では一定以上の加熱時間で一定の値となった。これに対し、実施例１では加熱時間とともに汚れ付着量が増加しており、目視による観察を支持する結果となった。以上の結果から、ＴＤＲによる反射率の測定では、汚れの量を正確に測定することはできないことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は試験部材に付着した汚れの量を定量的かつ正確に測定することができることから、例えば、石油精製プロセスにおける精製された各種溜分の精製度のチェックや、各種プラントの冷却水中におけるスライム等による汚れを測定等、様々な産業分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】加熱管の断面図である。
【図２】加熱管を加熱管保持器に挿入した状態の断面図である。
【図３】実施例１の汚れ測定装置の正面図である。
【図４】実施例１の汚れ測定装置の平面図である。
【図５】実施例１の汚れ測定装置の赤外線センサ付近の断面図である。
【図６】赤外線センサの正面図である。
【図７】実施例１における汚れ付着の厚さの長さ方向の分布を示すグラフである。
【図８】実施例１及び比較例１における加熱時間と測定値との関係を示すグラフである。
【図９】実施例１及び比較例２における測定位置と測定値との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例１及び比較例２における加熱時間と測定値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１…試験部材（加熱管）
１７ａ…光照射手段（赤外線半導体レーザ）
１７ｂ…光センサ（赤外線センサ）
１０ａ、１０ｂ、１１ａ…移動手段（１０ａ…モータ、１０ｂ…減速ギア、１１ａ…ラックギア）
【図１】
2006105781.tif 000003
【図２】
2006105781.tif 000004
【図３】
2006105781.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006105781.tif 000007
【図６】
2006105781.tif 000008
【図７】
2006105781.tif 000009
【図８】
2006105781.tif 000010
【図９】
2006105781.tif 000011
【図１０】
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