(57)【要約】【課題】石油精製や石油化学プラント等における様々な材質や形状の容器や配管等の被測定対象内における液面の高さを、測定センサを被測定対象内に挿入することなく正確に測定することができる液面計及び液面の測定方法を提供する。【解決手段】高速中性子を放出する中性子線源２４と、中性子線源２４に近接して設けられ、熱中性子を検出して計数する熱中性子検出器２６とを有する測定部２２を備えた液面計２０を用い、容器や配管等の被測定対象１０内の液面１２の高さ１２ａを測定する。測定部２２を被測定対象１０外壁に近接させ、中性子線源２４により被測定対象１０外部から高速中性子を注入し、被測定対象１０外部から放出される熱中性子を熱中性子検出器２６により計数して熱中性子計数値を測定し、測定部２２の近接位置における熱中性子計数値に基づいて、被測定対象１０内部の液面１２の高さ１２ａを求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象内の液面の高さを測定する液面計において、
高速中性子を放出する中性子線源と、熱中性子を検出して計数する熱中性子検出器とが近接して設けられた測定部を有し、
前記測定部を前記被測定対象外壁に近接させることにより、前記被測定対象内部の液面の高さを測定することを特徴とする液面計。
【請求項２】
高速中性子を放出する中性子線源と、前記中性子線源に近接して設けられ、熱中性子を検出して計数する熱中性子検出器とを有する測定部を備えた液面計を用い、被測定対象内の液面の高さを測定する液面の測定方法であって、
前記測定部を前記被測定対象外壁に近接させ、前記中性子線源により前記被測定対象外部から高速中性子を注入し、前記被測定対象外部から放出される熱中性子を前記熱中性子検出器により計数して熱中性子計数値を測定する工程と、
前記測定部の近接位置における熱中性子計数値に基づいて、前記被測定対象内部の液面の高さを求める工程と
を有することを特徴とする液面の測定方法。
【請求項３】
高速中性子を放出する中性子線源と、前記中性子線源に近接して設けられ、熱中性子を検出して計数する熱中性子検出器とを有する測定部を備えた液面計を用い、被測定対象内の液面の高さを測定する液面の測定方法であって、
前記測定部を前記被測定対象外壁に近接させ、前記中性子線源により前記被測定対象外部から高速中性子を注入し、前記被測定対象外部から放出される熱中性子を前記熱中性子検出器により計数して熱中性子計数値を測定する工程と、
前記測定部を前記被測定対象外壁に沿って移動する工程と、
前記移動する工程で移動した各位置について前記熱中性子計数値を測定する工程を実行し、各位置における熱中性子計数値に基づいて、前記被測定対象内部の液面の高さを求める工程と
を有することを特徴とする液面の測定方法。
【請求項４】
高速中性子を放出する中性子線源と、前記中性子線源に近接して設けられ、熱中性子を検出して計数する熱中性子検出器とを有する測定部を備えた液面計を用い、被測定対象内の液面の高さを測定する液面の測定方法であって、
前記測定部を前記被測定対象外壁の所定位置に固定し、前記中性子線源により前記被測定対象外部から高速中性子を注入し、前記被測定対象外部から放出される熱中性子を前記熱中性子検出器により計数して熱中性子計数値を測定する工程と、
前記測定部の熱中性子計数値に基づいて、前記被測定対象内部の液面の高さが前記所定位置であるか否かを判定する工程と
を有することを特徴とする液面の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は容器や配管等の被測定対象内の液面の高さを測定する液面計及び液面の測定方法に関する。特に、石油精製や石油化学プラント等に設置されている塔、槽、熱交換器、タンク等の容器や、各種プラントの配管等の被測定対象の内部に貯蔵、貯留されている液面の高さを測定する液面計及び液面の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油精製や石油化学プラント等に設置されている塔、槽、熱交換器、タンク等の容器や、各種プラントの配管等の内部に液体が貯蔵、貯留されている部位において、貯蔵、貯溜している液面を測定する必要のあることが多い。
【０００３】
この場合、液体を貯溜している容器や配管等の被測定対象内に測定センサを挿入出来る場合は、液面レベルの測定は容易である。
【０００４】
しかしながら、石油精製や石油化学プラント等における測定部位では、構造上、液面を測定するための測定センサを挿入することができない場合が多い。例えば、蒸留塔等の容器内部にトレイ等が存在する複雑な容器においては、測定することが難しかった。また、石油精製や石油化学プラント等が連続稼動している場合には、構造上、測定センサを挿入できたとしても、稼働中に測定することは困難である。
【０００５】
このため、液体を貯溜している容器や配管等の被測定対象内に測定用センサを挿入することなく液面を測定する方法が求められている。容器や配管等の被測定対象内に測定用センサを挿入することなく液面を測定する方法として、超音波探触子を容器に当てることにより液面を測定する方法（特許文献１参照）や、中性子を用いて被測定対象内の液面を測定する方法（特許文献２参照）が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−００５７２５号公報
【特許文献２】特開平３−２７４４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような超音波接触子を用いる測定方法は、被測定対象の材質や形状等が異なると正確に液面の位置を測定することが困難であり、石油精製や石油化学プラント等における様々な測定部位における液面の高さを測定するには適していない。
【０００７】
また、特許文献２における中性子を利用する方法は、液体を貯溜した密集管群において、液体貯留管を挟んで、中性子線源管と中性子計数管を挿入し、中性子線源管と中性子計数管とを同時に同レベルで気体管内を上下させ、液体貯溜管の液面レベルを測定するものである。特許文献２の方法では、中性子線源管と中性子計数管との間の距離による制限があり、被測定対象である液体貯留管の大きさや管径が限定される。また、中性子線源管と中性子計数管において、中性子線源と検出器とを同時に移動させるための工夫が必要である。このため、石油精製や石油化学プラント等における様々な測定部位における液面の高さを測定するには適していない。
【０００８】
本発明の目的は、石油精製や石油化学プラント等における様々な材質や形状の容器や配管等の被測定対象内における液面の高さを、測定センサを被測定対象内に挿入することなく正確に測定することができる液面計及び液面の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、容器や配管等の被測定対象内の液面の高さを測定する液面計において、高速中性子を放出する中性子線源と、熱中性子を検出して計数する熱中性子検出器とが近接して設けられた測定部を有し、前記測定部を前記被測定対象外壁に近接させることにより、前記被測定対象内部の液面の高さを測定することを特徴とする液面計によって達成される。
【００１０】
上記目的は、高速中性子を放出する中性子線源と、前記中性子線源に近接して設けられ、熱中性子を検出して計数する熱中性子検出器とを有する測定部を備えた液面計を用い、被測定対象内の液面の高さを測定する液面の測定方法であって、前記測定部を前記被測定対象外壁に近接させ、前記中性子線源により前記被測定対象外部から高速中性子を注入し、前記被測定対象外部から放出される熱中性子を前記熱中性子検出器により計数して熱中性子計数値を測定する工程と、前記測定部の近接位置における熱中性子計数値に基づいて、前記被測定対象内部の液面の高さを求める工程とを有することを特徴とする液面の測定方法によって達成される。
【００１１】
上記目的は、高速中性子を放出する中性子線源と、前記中性子線源に近接して設けられ、熱中性子を検出して計数する熱中性子検出器とを有する測定部を備えた液面計を用い、被測定対象内の液面の高さを測定する液面の測定方法であって、前記測定部を前記被測定対象外壁に近接させ、前記中性子線源により前記被測定対象外部から高速中性子を注入し、前記被測定対象外部から放出される熱中性子を前記熱中性子検出器により計数して熱中性子計数値を測定する工程と、前記測定部を前記被測定対象外壁に沿って移動する工程と、前記移動する工程で移動した各位置について前記熱中性子計数値を測定する工程を実行し、各位置における熱中性子計数値に基づいて、前記被測定対象内部の液面の高さを求める工程とを有することを特徴とする液面の測定方法によって達成される。
【００１２】
上記目的は、高速中性子を放出する中性子線源と、前記中性子線源に近接して設けられ、熱中性子を検出して計数する熱中性子検出器とを有する測定部を備えた液面計を用い、被測定対象内の液面の高さを測定する液面の測定方法であって、前記測定部を前記被測定対象外壁の所定位置に固定し、前記中性子線源により前記被測定対象外部から高速中性子を注入し、前記被測定対象外部から放出される熱中性子を前記熱中性子検出器により計数して熱中性子計数値を測定する工程と、前記測定部の熱中性子計数値に基づいて、前記被測定対象内部の液面の高さが前記所定位置であるか否かを判定する工程とを有することを特徴とする液面の測定方法によって達成される。
【発明の効果】
【００１３】
以上の通り、本発明によれば、高速中性子を放出する中性子線源と、中性子線源に近接して設けられ、熱中性子を検出して計数する熱中性子検出器とを有する測定部を備えた液面計を用い、測定部を被測定対象外壁に接触させ、中性子線源により被測定対象外部から高速中性子を注入し、被測定対象外部から放出される熱中性子を熱中性子検出器により計数して熱中性子計数値を測定し、測定部の接触位置における熱中性子計数値に基づいて、被測定対象内部の液面の高さを求めるようにしたので、石油精製や石油化学プラント等における様々な材質や形状の被測定対象内における液面の高さを、測定センサを被測定対象内に挿入することなく正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態による液面の測定方法は、石油精製や石油化学プラント等に設置されている塔、槽、熱交換器、タンク等の容器や、各種プラントの配管等の被測定対象の内部に貯蔵、貯留されている液面の高さを測定するものである。本実施形態の液面の測定方法では、中性子線源から放出される高速中性子が水素原子と衝突したとき、反射による減速で熱中性子に変化する性質を利用する。
【００１５】
従って、被測定対象内部にある液体は、分子内に水素原子を持つ化合物を含んでいれば測定可能であり、単一化合物でもそれらの混合物でも構わない。このような液体としては、石油留分や石油化学品原料等の炭化水素、アルコール、エーテル、水等の化合物が挙げられる。
【００１６】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による液面の測定方法について図１乃至図３を用いて説明する。
【００１７】
本実施形態では、被測定対象としてタンク１０について説明するが、他の容器や配管等でも同様である。被測定対象であるタンク１０に液体１２が貯蔵されており、この液体１２の液面１２ａの高さを測定する。
【００１８】
液面計２０は、図１（ａ）に示すように、被測定対象であるタンク１０外壁に近接させる。液面計２０には、液面計２０をタンク１０外壁に近接させながら上下に移動するための移動手段４０が設けられている。
【００１９】
移動手段４０としては、液面計２０を移動するものであればどのような構成でもよいが、例えば、次のような構成がある。
（ａ）クレーン（図示せず）のように液面計２０を載せて上下に移動するような構成
（ｂ）タンク１０外壁にレール（図示せず）を設け、そのレールに液面計２０を載せて移動するような構成
（ｃ）タンク１０外壁に多数箇所に係止部材（図示せず）を設け、その係止部材に液面計２０を係止するような構成
（ｄ）液面計２０を指示する治具（例えば支持棒）を液面計に取り付け、支持する治具を移動するような構成
液面計２０には、図１（ｂ）に示すように、測定部２２が設けられている。測定部２２は、タンク１０の外壁に適合する直方体形状をしている。測定部２２のタンク１０側の測定面中央には、高速中性子を放出する中性子線源２４が設けられている。中性子線源２４は２５２Ｃｆから構成されている。中性子線源２４の上下方向の両側には、熱中性子を検出する熱中性子検出器２６が設けられている。熱中性子検出器２６はＢＦ３から構成されている。
【００２０】
液面計２０を制御するために、制御部３０と記憶部３２と表示部３４が設けられている。液面計２０の中性子線源２４と熱中性子検出器２６は、制御部３０に接続されている。
【００２１】
制御部３０は、記憶部３２に記憶されたデータベースに基づいて、液面計２０の中性子線源２４と熱中性子検出器２６を制御する。検査結果は、表示部３４に表示されると共に記憶部３２のデータベースに記憶される。
【００２２】
制御部３０や、記憶部３２、表示部３４を、液面計２０専用の装置として構成してもよいが、測定部２２とは別に汎用のパソコン等を用意して、制御部３０や、記憶部３２、表示部３４を構成してもよい。
【００２３】
液面計２０の測定原理について、図１（ｂ）及び図２を用いて説明する。図１（ｂ）は、図１（ａ）の測定部分を拡大して示した断面図である。
【００２４】
測定部２２の内側中央に設けられた中性子線源２４から高速中性子が放出される。放出された高速中性子は、タンク１０内に貯留された液体の原子に衝突する。高速中性子が水素原子に衝突すると、図２（ａ）に示すように、衝突した高速中性子は熱中性子となって反射される。高速中性子が水素原子以外の原子に衝突すると、図２（ｂ）に示すように、衝突した高速中性子は熱中性子に変化せず高速中性子のまま反射される。
【００２５】
したがって、熱中性子検出器２６により熱中性子を計数すれば、タンク１０内にある水素原子を定量的に検出できる。タンク１０の測定箇所の内側に液体１２があると、液体１２には、炭化水素、水（Ｈ２Ｏ）等の水素原子を含む物質が含まれているので、水素原子の検出を介して液体１２の有無が検出できる。
【００２６】
中性子線源２４から放出された高速中性子は所定距離（例えば、１５０ｍｍ）まで到達するので、タンク１０の外壁の厚さが所定距離（例えば、１５０ｍｍ）以上でない限り、タンク１０内の液体１２の有無を検出できる。
【００２７】
高速中性子の到達距離は、中性子線源の強度により異なるが、例えば、線源強度１．１ベクレル（Ｂｑ）の２５２Ｃｆを使用した場合、測定範囲は中性子線源を中心として半径１５０ｍｍの範囲内である。
【００２８】
なお、タンク１０外壁が保温材（図示せず）等の被覆材により覆われている場合には、被覆材に近接して測定部２２を設ける。このため、被覆材中に水分が含まれている場合には、熱中性子検出器２６による検出結果には、その水分による検出値も含まれることになるので、液面の高さの決定においては、その部分を考慮する必要がある。
【００２９】
本実施形態による液面の測定方法について説明する。
【００３０】
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、液面計２０を最初はタンク１０の底部に位置させ、そこで液面計２０の測定部２２により熱中性子計数値を求め、移動手段４０により液面計２０を上方向に移動させ、移動した各位置において、液面計２０の測定部２２により熱中性カウント数を測定する。
【００３１】
そのようにしてタンク１０の高さの異なる位置で測定した熱中性子カウント数を図３に示す。図３に示すように、熱中性子カウント数は、タンク１０の底部では多く計測される。測定位置をタンク底部から上部へと移動していくと、液体が満たされている領域のタンク１０外壁での測定では、熱中性子カウント数はほぼ一定である。しかし、液面付近のタンク１０外壁においては、熱中性子カウント数は急激に減少し、その後、測定位置を上部に移動しても、熱中性子カウント数はほぼ一定値となる。
【００３２】
タンク１０内に液体が存在する液相部では液体の分子の数が多く、熱中性子カウント数が多くなる。タンク１０内に液体が存在しない気相部では、液体の蒸気圧分の分子は存在するものの、その数は少なく、熱中性子カウント数は少なくなる。液相部と気相部の間では熱中性子カウント数が大きく変化するので、その変化する位置を液面として求める。
【００３３】
液面計２０の測定開始時の位置としては、最初にタンク１０の底部に液面計２０を位置させるのではなく、最初はタンク１０の頂部に位置させ、そこで液面計２０の測定部２２により熱中性子計数値を求め、移動手段４０により液面計２０を下方向に移動させ、移動した各位置において、液面計２０の測定部２２により熱中性カウント数を測定するようにしてもよい。
【００３４】
タンク１０内の液面の高さが、他の手段により概ね推測できる場合には、その推測された液面の高さから上下一定の範囲内で、液面計２０を移動させ、移動した各位置において、液面計２０の測定部２２により熱中性カウント数を測定するようにしてもよい。
【００３５】
液面計２０の測定部２２の中性子線源２４と熱中性子検出器２６の配置としては、図１（ｂ）では、中性子線源２４を測定部２２中央に設け、その上下方向の両側に熱中性子検出器２６を設けたが、図１（ｃ）に示すように、測定部２２の中央に中性子線源２４を設け、その左右両側に熱中性子検出器２６を設けるようにしてもよい。タンク１０内の液体１２の有無をより正確に検出することができる。
【００３６】
なお、図１（ｂ）及び図１（ｃ）では、熱中性子検出器２６を中性子線源２４の上下方向又は左右方向の両側に設けたが、片側だけにひとつの熱中性子検出器２６を設けてもよい。逆に、図１（ｂ）と図１（ｃ）の両方の配置を合体させて、中性子線源２４を中心とした上下左右に近接位置に４つの熱中性子検出器２６を設けるようにしてもよい。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、石油精製や石油化学プラント等における様々な材質や形状の容器や配管等の被測定対象内における液面の高さを、測定センサを被測定対象内に挿入することなく正確に測定することができる。
【００３８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による液面の測定方法について図４及び図５を用いて説明する。図１乃至図３に示す第１実施形態による液面の測定方法と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略又は簡略にする。
【００３９】
本発明の第１実施形態による液面の測定方法では、液面計２０を移動手段４０によりタンク１０の外壁に沿って上下に移動させたが、本実施形態による液面の測定方法では、液面計２０をタンク１０の外壁の特定位置に固定し、タンク１０内の液面１２ａが、その特定位置に位置しているかを測定することができる。タンク１０内の液体が時間的に増加又は減少する場合には、増加又は減少する液体の液面１２ａが特定位置に到達する時点を測定することができる。
【００４０】
液面計２０は、図４（ｂ）に示すように、被測定対象であるタンク１０外壁の特定位置に、例えば、固定金具２８により固定される。
【００４１】
液面計２０には測定部２２が設けられている。測定部２２は、タンク１０の外壁に適合する直方体形状をしている。測定部２２のタンク１０側の測定面中央には、高速中性子を放出する中性子線源２４が設けられている。中性子線源２４の上下方向の両側には、熱中性子を検出する熱中性子検出器２６が設けられている。
【００４２】
液面計２０を制御するために、制御部３０と記憶部３２と表示部３４が設けられている。液面計２０の中性子線源２４と熱中性子検出器２６は、制御部３０に接続されている。
【００４３】
本実施形態においても、図４（ｃ）に示すように、測定部２２の中央に中性子線源２４を設け、その左右両側に熱中性子検出器２６を設けるようにしてもよい。タンク１０内の液体１２の有無をより正確に検出することができる。
【００４４】
本実施形態による液面の測定方法について説明する。
【００４５】
本実施形態では、一定時間毎に、液面計２０の測定部２２により熱中性子計数値を求めて、その熱中性子計数値の変化から、液面１２ａが液面計２０の固定位置に達した時点を求めることができる。
【００４６】
図５（ａ）、図５（ｂ）は測定結果の一例である。
【００４７】
図５（ａ）は、測定開始時には、タンク１０内の液体１２の液面１２ａが、液面計２０の固定位置より上方にあったが、液体１２が時間と共に減少して、固定位置より下方となったことを示している。図５（ａ）の時刻Ｔ１が、タンク１０内の液体１２の液面１２ａが液面計２０の固定位置を通過した時刻である。
【００４８】
図５（ｂ）は、測定開始時には、タンク１０内の液体１２の液面１２ａが、液面計２０の固定位置より下方にあったが、液体１２が時間と共に増加して、固定位置より上方となったことを示している。図５（ｂ）の時刻Ｔ２が、タンク１０内の液体１２の液面１２ａが液面計２０の固定位置を通過した時刻である。
【００４９】
図４では、タンク１０外壁にひとつの液面計２０を固定したが、複数の液面計２０をタンク１０外壁の様々な位置に固定し、複数の液面計２０の固定位置に液面１２ａが位置しているか、又は、複数の液面計２０の固定位置を液面１２ａが到達したかを、測定するようにしてもよい。
【００５０】
このように、本実施形態によれば、石油精製や石油化学プラント等における様々な材質や形状の容器や配管等の被測定対象内における液面の高さを、測定センサを被測定対象内に挿入することなく正確に測定することができる。また、被測定対象として配管内の液面を本実施形態により測定すれば、配管内の流体を状況を短時間に把握でき、装置運転時の異常を容易に発見でき、装置運転条件の変更等に寄与することができる。
【００５１】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、被測定対象がタンクの場合について説明したが、石油精製や石油化学プラント等に設置されているタンク以外の塔、槽、熱交換器等の容器や、各種プラントの配管等の液面の測定にも本発明を適用することができる。
【実施例】
【００５３】
直径３２００ｍｍ、板厚２７ｍｍのタンク１０内に炭化水素油を入れ、タンク１０外壁に液面計２０を近接させながら移動手段４０により上下に移動して、移動した各位置について熱中性子計数値を測定した。液面計２０の中性子線源２４としては、２５２Ｃｆを用い、線源強度１．１ＭＢｑで測定した。
【００５４】
測定結果を図６に示す。液面計２０をタンク１０外壁の高さ１７００ｍｍから高さ１００００ｍｍの範囲内の各位置について測定した。
【００５５】
高さ１７００ｍｍから１３００ｍｍの範囲では、熱中性子計数値は１４００から２５００の範囲内であったが、高さ１３００ｍｍより低くなると、熱中性子計数値は２５００から急激に増加し、高さ１１４０ｍｍにおいて熱中性子計数値は８８００に達した。高さ１１４０ｍｍより低くなると熱中性子計数値は増加しなくなり、高さ１１４０ｍｍから１０００ｍｍの範囲では、熱中性子計数値は８８００から９３００の範囲内であった。
【００５６】
図６の測定結果から、タンク１０内の液面１２の高さ１２ａは、熱中性子計数値は１４００から２５００と低い範囲内の下限値である高さ１３００ｍｍと、熱中性子計数値は８８００から９３００と高い範囲内の上限値である高さ１１４０ｍｍとのほぼ中間である高さ１２２０ｍｍであることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態による液面の測定方法を説明するための図である。
【図２】本発明の第１実施形態による液面の測定方法の測定原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態による液面の測定方法の測定結果を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態による液面の測定方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態による液面の測定方法の測定結果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例による液面の測定方法の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１０…タンク
１２…液体
１２ａ…液面
２０…液面計
２２…測定部
２４…中性子線源
２６…熱中性子検出器
２８…固定金具
３０…制御部
３２…記憶部
３４…表示部
４０…移動手段
【図１】
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【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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