(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスのパージ過程中該ガス中の音速を燃料ガス供給配管内において測定し、該音速が該燃料ガスの爆発限界組成における音速となった時点をもってパージ完了と判定する配管内燃料ガスのパージ完了検出方法。
【請求項２】
燃料ガスの配管内に設けられた１対の超音波発信装置および超音波受信装置と、該超音波発信装置および超音波受信装置から発信される信号を処理して音速としてアウトプットする信号変換器とを有して成ることを特徴とする配管内燃料ガスのパージ完了検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管内燃料ガスのパージ完了検出方法および装置に係り、特にコークスガス燃焼バーナの燃焼停止時に、ガス爆発防止のためにコークスガス供給配管内を窒素により置換パージする場合の窒素置換完了を検出する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コークスガスは石炭乾留時に発生する燃料ガスであり、製鉄所など加熱設備を有する工場においてはガスバーナの燃料として広く使用されている。
このような燃料ガスをガスバーナに供給すると、燃焼開始時あるいは燃焼停止時などの非定常な燃焼条件においては、バーナ内部に残留するガスが異常燃焼してガス爆発を誘発するおそれがあり、そのため燃焼開始あるいは燃焼終了後、プリパージあるいはポストパージとしてガス供給配管内の燃料ガスを窒素などの不活性ガスに置換する。
【０００３】
かかる配管内燃料ガスの置換完了の判定は配管内のガス組成を連続的に測定して行うことが望ましいが、そのためにはガスクロマトグラフィーやガス検知機を配管毎に設置し常時使用せざるを得なくなる。しかしながらかかる手段は設備コスト的が非常に高額になり到底採用できない。
ところで、一般の燃焼設備におけるバーナの燃焼開始・停止に際しては、微量の燃料ガスが残留しても、爆発限界以下に希釈されれば、異常燃焼は防止できるので配管内の燃料ガスを完全に窒素で置換する必要はない。そのため一般には、タイマーを組み込んだ自動シーケンスにより一定時間パージを行う方法が採られている。
【０００４】
しかしながら、上記手段を採用する場合、置換用の窒素ガスの供給圧力が変動すると上記一定時間の窒素パージでは十分な窒素ガス量が供給されず、パージ不足となり、異常燃焼が発生する危険がある。
かかる危険を回避するために、窒素供給圧力の変動なども考慮しながら実機により調整して窒素置換時間を慎重に決定するが、この窒素置換時間は必要以上に長時間とならざるを得ない。
かかるパージを速やかに行う方法として、例えば特開平４−５５６１７号公報には、点火時のパージ時間と失火後のパージ時間を異なる時間に設定することにより、点火動作を速やかにする方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる手段では配管内のガス組成が直接分析されていないので、パージガス（窒素）の供給圧力が低下した場合は、従来技術と同様に、ガス置換が完全には行われない場合が生ずる。かかる事態は製鉄所などの大規模生産工場における大容量バーナーにおいては重大な爆発事故を誘発する原因になる可能性があるため、パージ不良による異常燃焼は絶対に回避しなければならない。
【０００６】
本発明は、パージ不良による異常燃焼を回避するための手段を提供することを目的とし、従来のパージガスの置換時間を設定する方法によらず、より簡便で確実な手段によりガス供給配管内のパージが完了したことを検知しうる手段を提供することを目的とし、特にコークスガスを燃料とし、窒素ガスで置換する場合の燃焼開始及び停止時における異常燃焼を確実に回避しうる手段を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はガス中の音の伝播速度（以下単に音速という）が燃料ガスと置換ガスとの間で異なること、特にコークスガスの主成分たる水素と窒素の音速が３倍以上相違するという事実に基づき、これを利用して完成されたものである。
すなわち本発明は、配管内燃料ガスのパージ完了検出方法を、燃料ガスのパージ過程中該ガス中の音速を燃料ガス供給配管内において測定し、該音速が該燃料ガスの爆発限界組成における音速となった時点をもってパージ完了と判定するものであり、また上記方法を実施する装置としてパージ完了検出装置を、燃料ガスの配管内に設けられた１対の超音波発信装置および超音波受信装置と、該超音波発信装置および超音波受信装置から発信される信号を処理して音速としてアウトプットする信号変換器とを有して成るものとするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下製鉄所におけるコークスガスを燃焼炉に利用する場合を例にとって本発明の実施の態様を詳細に説明する。
コークスガスの代表的な組成は通常、容量比でほぼメタン２６％、一酸化炭素７％、水素５５％、炭化水素および窒素等のその他ガス１２％からなる。このガスの主成分であるメタン、一酸化炭素および水素のガス中の音速は、０℃、１気圧においてメタン４３０ｍ／ｓ、一酸化炭素３３７ｍ／ｓ、水素１２７０ｍ／ｓであり、この値はガスの圧力にほとんど依存しない。これらの値を基にコークスガス中の音速を算定すると約８３０ｍ／ｓとなる。
一方パージに用いる窒素中の音速は０℃、１気圧で３３７ｍ／ｓである。従ってコークスガスを窒素で置換していくとガス中の音速は低下していく。
本発明はこの現象を利用したものであって、ガス配管内にガスの音速を測定する手段を設け、音速の変化から配管内の窒素置換が爆発限界を下回る程度に進行したか否かを判定するものである。
【０００９】
具体的に示すと、コークスガス中の水素ガスの爆発限界（空気中では４％未満である）以下に窒素で希釈するためには、窒素を９３％以上にすればよい。この場合、コークスガス７％、窒素９３％の組成では音速は約３７０ｍ／ｓになる。従って、配管中の音速を連続測定してその値が３７０ｍ／ｓ以下に低下した時点で窒素置換が十分進行したと判定できることになる。
上記しきい値は、コークスガスの爆発限界として定めたものであるが、必ずしもこの値に拘泥せず、設備の重要性、ガス組成の変化などにより適宜修正しうることは当然である。
なお、前述したようにガス中の音速は圧力にほとんど依存しないため、置換用の窒素ガス圧力が多少変動しても音速への影響は無視できるので、窒素置換完了の判定基準とする音速のしきい値を窒素ガスの圧力変化に応じて変更する必要はない。
【００１０】
本発明の判定方法を実施するに当たっては、図１に示すように、燃料ガス配管１内に１対の超音波発信装置２および超音波受信装置３を設ける。超音波発信装置２としては超音波スピーカを、超音波受信装置３としては超音波マイクを使用すればよい。これらを燃料ガス配管１内においてその直径を挟んで対向して固定、配置し、この間の音速を測定することができるようにする。そのため上記超音波発信装置（スピーカ）２および超音波受信装置（マイク）３を、これらから発信される信号を処理して音速としてアウトプットする信号変換器４に接続し、配管内ガスの音速を表示させるようにする。なお、音速の測定には周波数変調法や、パルス波の応答時間の測定による方法など、種々の方法が使用可能である。
【００１１】
【実施例】
本発明を取鍋保温用のコークスガスバーナー（２４０万ｋｃａｌ／ｈ）において実施した。本発明の適用対象は取鍋保温用バーナは外径１５０ｍｍの主配管から３本の分岐管を経由してバーナーにコークスガスを供給し取鍋内において燃料を燃焼させ取鍋内耐火れんがを所定の温度に保温するようになっており、前記、１５０ｍｍ径の主配管の末端部に図１に示すように超音波発信装置１とし超音波スピーカーを、超音波受信装置２として超音波マイクを設置し、信号変換器４を経てバーナーの燃焼制御装置へ信号を送るように構成されている。
上記設備において操業中の取鍋保温バーナーを一旦停止し、コークスガスの主配管中を窒素ガスで置換しながら、周波数変調法により主配管中のガスの音速を連続測定した。図２にその結果を示す。窒素置換開始後窒素濃度の上昇と配管内ガス中の音速の低下が見られ、窒素置換開始後４分後には配管内ガス中の音速は３７０ｍ／ｓ程度に低下した。
比較のために上記音速測定個所と同一部位から同時に配管内の音速測定と同じ部位から配管内のガスを抜き出し、ガスクロマトグラフィーにより窒素濃度の測定を行った。窒素置換開始後４分後には窒素濃度も爆発限界以下である９３％以上になっており、両者は非常に良好な対応を示していた。
【００１２】
以上本発明の実施の形態を製鉄所におけるコークス炉ガスの場合を例にとって説明したが、本発明の利用はこれに限られるものではなく、コークス炉ガス以外のたとえば天然ガス、ＬＮＧにも適用できるものである。また、パージガスも窒素以外のものが使用できることはいうまでもない。
【００１３】
【発明の効果】
本発明では燃焼ガスの置換（パージ）の完了を音速の変化により判定できるように構成したので、配管内のパージの進行を連続的に監視でき、パージガスの供給圧力の変動に影響されずにパージの完了の判定を確実に行ないうる。また本発明により、高価な分析計を用いずに上記作業が可能となり、燃焼設備の設備費の低減にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施にかかる装置の全体構成を示す概念図である。
【図２】本発明を用いて配管内の窒素置換を行なった際の配管内ガス流速の変化経過時間と音速との関係図である。
【図３】本発明を用いて配管内の窒素置換を行なった際の配管内ガス流速の変化経過時間とガス中の窒素濃度との関係図である。
【符号の説明】
１：燃料ガス配管
２：超音波発信装置
３：超音波受診装置
４：信号変換器
【図１】
0003865012.tif 000002
【図２】
0003865012.tif 000003
【図３】
0003865012.tif 000004