(57)【要約】      （修正有）【課題】溶解タンクにおける爆発を予測し、危険な爆発を防ぐことが可能なシステムを提供する。【解決手段】溶解タンク１６０内又は溶解タンク１６０の周辺に設置されたアコースティックエミッションセンサー１５０を含み、発生したアコースティックエミッション１６７の記録された周波数を、所望の、爆発「フィンガープリント」を最もよく表す範囲にフィルターすることによって、スメルト流入が起こる前のスメルト流入を予測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回収ボイラーに隣接する溶解タンク；
回収ボイラーに近接する第１端と、第１端と反対の、溶解タンクに近接する第２端とを有するスメルト流路；
溶解タンクにおいて液体に接触するスメルトから発生するアコースティックエミッションを検出するように構成された、読み取り端を有するアコースティックエミッションセンサー；
最初の電気シグナルを増幅、フィルター及びデジタル化し、２０ＫＨｚより大きい周波数を有する前処理済みシグナルを生成するように構成されたプレプロセッサー；
プレプロセッサーとシグナル連通状態にあるデータプロセッサー
を含み、
前記スメルト流路は回収ボイラーからのスメルトを受け入れ、スメルトを溶解タンクに運ぶように構成されており、
前記アコースティックエミッションセンサーは、読み取り端とシグナル連通状態にあるトランスデューサーを有しており、
該トランスデューサーは、アコースティックエミッションを最初の電気シグナルに変換するように構成されており、
前記プレプロセッサーは、トランスデューサーの下流に配置されており、
前記データプロセッサーは、前処理済みシグナルを変換法で変換し、出力シグナルを生成するように構成されており、
該出力シグナルは、スメルト流の第１の量を代表する処理済み波形の第１セット及びスメルト流の第２の量を代表する波形の第２セットを含み、
該処理済み波形の第２セットは、処理済み波形の第１セットを２００％より大きく超える振幅ピークを有し、流入前フィンガープリントを含む
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
スメルト流路に配置されたスメルトをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
アコースティックエミッションセンサーが、溶解タンク内、溶解タンクの壁内、溶解タンクの屋根内、溶解タンクの基部内に配置されているか、又は溶解タンクに隣接している、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
スメルト流路の第１端が回収ボイラー内に配置されているか、回収ボイラーに係合されているか、又は回収ボイラーに向かって延びており、スメルト流路の第２端が溶解タンク上に配置されているか、溶解タンクに係合されているか、又は溶解タンクに向かって延びている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
コンピューターをさらに含み、該コンピューターが流入前フィンガープリントを検出するように構成され、流入前フィンガープリントを検出した後に溶解タンクへのスメルト流を制限するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
コンピューターが、流入前フィンガープリントを検出することに応答して、プロセス条件を変化させる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
流入前フィンガープリントが、処理済み波形の第１セットの平均振幅より低い振幅を有する処理済み波形の第３セットをさらに含み、コンピューターが、処理済み波形の第３セットを検出すると応答を開始する、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
データプロセッサーがＦＧＰＡプロセッサーであり、該ＦＧＰＡプロセッサーは前処理済みシグナルを変換し、波形の第２セットにおける選択された周波数バンドの強度を連続的に表示する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
流入前フィンガープリントが、予め規定された時間間隔内で少なくとも３００％だけ、波形の第１セットの平均振幅を超えている波形の第２セットの少なくとも２つの振幅ピークをさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前処理済みシグナルが１００ＫＨｚより大きい周波数を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
変換法が、連続カウント法、高速フーリエ変換、二乗平均平方根法、標準偏差法、歪度法、尖度法、平均法、分散法、ファジー理論法、及びニューラルネットワーク法からなる群から選ばれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
アコースティックエミッションセンサーが、圧電センサー、ＭＥＭＳセンサー又は他のアコースティックエミッションセンサーからなる群から選ばれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
複数のアコースティックエミッションセンサーをさらに含み、それぞれのアコースティックエミッションセンサーがウェーブガイドをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
データプロセッサーが、複数のアコースティックエミッションセンサーによって生成された前処理済みシグナルを変換する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
ウェーブガイドが溶解タンクにおける液体へ延びており、第２アコースティックセンサーにおけるウェーブガイドが分断装置から放出された流体に延びている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
複数のアコースティックエミッションセンサーの内のアコースティックエミッションセンサーが、溶解タンクの壁又は溶解タンクの頂部を通って延びている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
複数のアコースティックエミッションセンサーの内のアコースティックエミッションセンサーが溶解タンクに近接して、溶解タンクの外部に配置されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
波形の第１セットが、波形の第１セットの平均振幅を示す水平ラインを描き、該水平ラインは活動度のベースラインレベルである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
ディスプレーをさらに含み、該ディスプレーが、出力シグナルを連続的な周波数スペクトルディスプレー又は長時間エンベロープとして表示するか、又は処理済み波形の第１セットにおけるシグナルの部分を単に表示することによって表示する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
流入前フィンガープリントがカウントトレンド及び高速フーリエ変換トレンドをさらに含み、該カウントトレンドは、処理済み波形の第１セットを３００％より大きく上回る高速フーリエ変換トレンドにおける周波数バンドに先立つ、溶解タンクにおける減少するバンギング強度を示す、請求項１に記載のシステム。  
【請求項２１】
流入前フィンガープリントが、繰り返しの振幅崩壊−流入前フィンガープリントを有する周期的な流入前フィンガープリントをさらに含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項２２】
コンピューターが、流入前フィンガープリントを検出した後に応答を開始する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
流入前フィンガープリントが長期の流入前フィンガープリントをさらに含み、コンピューターが、長期の流入前フィンガープリントを検出した後に応答を開始する、請求項５に記載のシステム。
【請求項２４】
流入前フィンガープリントが、予め規定された時間間隔内の閾値を上回る処理済み波形の第２セットにおいて２つ又はそれ以上の振幅ピークをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
処理済み波形の第１セットの平均振幅によって規定された第１浮遊閾値、及び処理済み波形の第２セットによって規定された第２浮遊閾値をさらに含み、流入前フィンガープリントが第１浮遊閾値から第２浮遊閾値までの遷移をさらに含み、第２浮遊閾値が第１持続閾値を少なくとも１００％だけ超える、請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
溶解タンク中の液体が緑液である、請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
溶解タンクにおけるスメルト流入を予測するための方法であって、この方法は、
溶解タンクにおけるスメルトバンギングから発生するアコースティックエミッションをアコースティックエミッションセンサーで検出すること；
アコースティックエミッションを示す最初の電気シグナルを発生させること；
最初の電気シグナルを増幅し、増幅されたシグナルを生成すること；
最初の電気シグナルを２０ＫＨｚを超える周波数範囲にフィルターし、フィルターされたシグナルを生成すること；
最初のシグナルをアナログシグナルから変換し、デジタルシグナルを生成すること；
前処理済みシグナルをデータプロセッサーで変換すること；
出力シグナルを出力すること
を含み、
前記前処理済みシグナルは、増幅されたシグナル、フィルターされたシグナル及びデジタルシグナルを含み、
前記データプロセッサーは、前処理済みシグナルを変換法で変換し、該変換された前処理済みシグナルは出力シグナルであり、
前記出力シグナルは、スメルト流の第１の量を示す処理済み波形の第１セット、及びスメルト流の第２の量を示す波形の第２セットを含み、処理済み波形の第２セットは、処理済み波形の第１セットを２００％より大きく超える振幅ピークを有し、処理済み波形の第１セット及び処理済み波形の第２セットは流入前フィンガープリントを含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
複数のアコースティックエミッションセンサーからの、プログラムされた周波数範囲における複数の前処理済みシグナルを比較することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
出力シグナルをコンピューターに伝達すること、及びコンピューターが流入前フィンガープリントを検出した後に溶解タンクへのスメルト流を制限することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
出力シグナルをコンピューターに伝達すること、及びコンピューターが流入前フィンガープリントを検出した後にプロセス条件を変化させることをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
流入前フィンガープリントが、処理済み波形の第１セットの平均振幅より低い振幅を有する処理済み波形の第３セットをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
変換法が、連続カウント法、高速フーリエ変換、二乗平均平方根法、標準偏差法、歪度法、尖度法、平均法、分散法、ファジー理論法、及びニューラルネットワーク法からなる群から選ばれる、請求項２７に記載の方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はケミカルパルプ化に一般に関し、紙・パルプ産業において使用される回収ボイラー及び溶解タンクに特に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケミカルパルプ化は、リグノセルロース系バイオマスを種々の長さのパルプ繊維に変換するものである。紙・パルプ産業において、リグノセルロース系バイオマスは木材チップを含むことが多いが、リグノセルロース系材料は、プロテインリグニンがセルロース系糖分子に密接に結び付いた他の植物ベースのバイオマスを含むことがある。処理に伴なって、運転員は、製紙を含む種々の商業的用途に使用するためのセロルース系パルプ繊維を単離している。
【０００３】
例えば、木材が主要なリグノセルロース系材料であるとき、パルプ製造は丸太から始まる。皮剥機によって、樹皮を丸太から取り除き（又は「皮剥ぎし」）、チッパーによって、丸太を小さなチップに細砕する。特定のプロセス及び用途に依存して、運転員は、これらのチップをスチーム及び化学品で前処理し、リグノセルロース系バイオマス中の細孔を広げるか、又は運転員は乾燥したチップを化学蒸解缶へ直接送る。連続化学蒸解缶は一般的に円筒状であり、数階建の高さであることがある。
【０００４】
蒸解缶において、運転員は白液及びスチームを蒸解缶の上部セクションに導入するのが通常である。クラフトプロセスにおいて、「白液」は水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムの溶液からなることが多い。数時間にわたって、白液がリグニンを溶解しながら、スチーム処理済みバイオマスが蒸解缶を移動する。リグニンは、バイオマス中のセルロース及びヘミセルロースを結合させるタンパク質である。リグニンの除去によって、運転員はセルロース及びヘミセルロースを主に含む繊維を単離することができる。リグニン及び他の副次的なバイオマス化合物が白液に溶解するにつれて、白液は黒くなり、「黒液」になる。
【０００５】
黒液溶液が蒸解缶を出た後に、所定の設備（equipment）によってセルロース系パルプ繊維が残りの黒液から単離される。白液は水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムを含むのに対して、黒液は炭酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムを含む。炭酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムは、白液と蒸解缶中のリグニン及び他の化合物との化学反応生成物である。この生成物、炭酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムは、リグニンを蒸解するためには一般に有用ではない。
【０００６】
水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムは一般に安価な化学品であるが、水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムの新しい溶液を、リグノセルロース系バイオマスの新たなバッチごとに購入することは一般に費用が掛かりすぎる。この理由のために、多くのケミカルパルプ工場は、熱分解化学品回収システムを使用し、炭酸ナトリウム及び硫酸ナトリウムの少なくとも一部を有用な水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムに変換している。
【０００７】
化学蒸解缶からの新しい黒液は一般に希薄であり、不燃性である。それ故、熱分解のための黒液を調製するために、運転員は、黒液をフラッシュタンク又は他の蒸発ステップに一般に投入し、黒液中の濃縮された固体粒子の量を増加させる。運転員は、次に、濃縮された黒液をスプレーノズルで化学品回収ボイラーへ注入する前に、濃縮された黒液を加熱する。スプレーノズルは粗い液滴を作り出す。回収ボイラーは残存している水を液滴から蒸発させ、黒液中の固体化合物に部分的な熱分解を行う。残りの無機化合物は炉の底部に落ち、炭素床（char bed）に蓄積する。炭素床中の炭素及び一酸化炭素のいくらかは触媒として作用し、硫酸ナトリウムを硫化ナトリウムに変換し、硫化ナトリウムは次に炉の頂部近傍において煙道ガスから回収される。
【０００８】
炭素床における残りの無機化合物は最終的には融解し、回収ボイラーの底部における、１つ又はそれ以上のスメルト流路をスメルトとして流れる。冷却剤、通常は水が、スメルト流路を冷却する。冷却チューブは、流路そのものに組み込まれるか、又は補助的な冷却システムである。補助的な冷却システムは“水ジャケット”と呼ばれることが多く、流路の外部を囲んでいる。流路から流れるスメルトは溶解タンクに落ち、水又は弱い白液に接触し、ソーダライ（soda lye）を生成する。生じたソーダライ溶液は、通常、「緑液」として知られている。
【０００９】
サルフェートケミカルプロセス、例えばクラフトプロセスにおいて、緑液の主成分は、典型的には、硫化ナトリウム及び炭酸ナトリウムである。しかしながら、ケミカルプロセスが異なれば、異なる無機化合物を有する緑液が生成される。運転員は、典型的には緑液を回収し、緑液を苛性化プラントに搬送し、硫化ナトリウム及び炭酸ナトリウムをさらに単離及び濃縮し、それによって白液を再生産する。
【００１０】
スメルトが溶解タンクにおいて緑液に接触すると、スメルトは爆発し、一連の可聴ノイズを発する。これは、当業界人には、「バンギング」（banging）として一般に知られている。流路から流れるスメルトは典型的には７５０摂氏度（℃）〜８２０℃の間であり、一方、緑液の平均温度は約７０℃〜１００℃である。さらにスメルトは反応性のアルカリ金属、例えばナトリウムを一般に含み、アルカリ金属は水と爆発的に反応する。理論に拘束されるものではないが、大きな温度差はスメルトと緑液との反応性を増加させ、それによってバンギングを引き起こすか又はバンギングの一因となる。もし制御されないままであれば、スメルトの突然の流入が溶解タンク及び回収ボイラーを噴き上げ、これが深刻なリスクを近くに居る運転員にもたらす。
【００１１】
バンギングを管理するために、従来の溶解タンクは、スメルトが流路から落ちるときにスメルトを一般に分断している。分断装置は１つ又はそれ以上の粉砕ジェット（shatter jets）であり、粉砕ジェットは、落下しているスメルトに、高圧のスチーム又は他の流体を吹きつけ、スメルト液滴を作り出す。これらの液滴は、スメルトの全体の流れよりも少ない体積であり、それ故、スメルトが連続して、途切れず、分断されない流れとして緑液と接触した場合よりも爆発が一般に激しくない。典型的には、スメルト流路の末端は緑液の液位を越える高さに位置にされ、これらの粉砕ジェットは、スメルトが流路端から落下するとき、落下しているスメルトを分断する。
【００１２】
時折、スメルトは回収ボイラー又は流路において早々に冷却し、スメルト流速を減少させるか、又はスメルトの流れを止めることがある。大洪水前の状態（antediluvian state）において、液体スメルトは障害物（obstruction）の後ろに蓄積する傾向がある。障害物が除去されれば、突然のスメルトの流入が、スメルトを十分に小さい液滴に分断する粉砕ジェットの能力をはるかに上回ることがある。さらに大洪水のようなスメルトの流れが特に相当なものであれば、スメルトは流路のサイドを越えて流れ出し、粉砕ジェットを完全に回避することになる。他のシナリオにおいて、粉砕ジェットが機能しないことがある。これらの状況において、緑液に接触するスメルトの体積が増加することによって、バンギングの爆発強度及び爆発のリスクが劇的に増加する。
【００１３】
多くの工場において、運転員は、通常、処理設備内および処理設備間を移動し、処理状況及び出力を監視している。溶解タンク又は回収ボイラーにおける爆発は、重大な安全上のリスクを直近の運転員にもたらし、生じる火災は重大なリスクを工場のそれ以外の場所に居る運転員にもたらす。そのような爆発は、制御されない量の汚染物質をも生じさせ、これらの汚染物質は大気及び地下水に入り、また著しい生産損失のもとになる。この規模の爆発は、工場を数週から数ヶ月の間、停止させることがある。
【発明の概要】
【００１４】
出願人は、アコースティックエミッションセンサーが溶解タンク内又は溶解タンクの周辺に設置されるシステムを発明した。出願人は、２０ＫＨｚより大きい、プログラムされた周波数範囲にフィルターされたアコースティックエミッションが、スメルト流入が起こる直前に特徴的なパターン、すなわち「流入前フィンガープリント」（流入前指紋）を示す傾向があることを見出した。アコースティックエミッションの記録された周波数を単離し、流入前フィンガープリントを検出することによって、スメルト流入が起こる前にスメルト流入を予測することが可能である。本明細書に開示された例示的なシステムは、流入前フィンガープリントを検出すると、プロセス条件を修正したり、又はスメルト流入を抑制し、それにより、危険な爆発をもたらし得る混乱状況を防止又は緩和することができる。他の例示的な実施態様において、運転員は、例えば米国特許第９，２０６，５４８号明細書に開示された分断装置（disruptors）又は制限部材プレート（restrictor plate）のようなスメルトコントロールメカニズムをプログラムし、スメルトの流れを調節することができる。溶解タンクにおけるスメルトバンギングからのアコースティックエミッション事象を計測することが、回収ボイラーの内部の条件を制御するためにさらに使用され、それによって溶解タンクに入るスメルトの量を調節することができる。
【００１５】
分断装置及びスメルト流路の近くに配置された１つ又はそれ以上のアコースティックエミッションセンサーによって検出されたスメルト流入は、「流入前フィンガープリント」によって裏付けられる（corroborated）が、この流入前フィンガープリントは、処理済み波形の第1セットを２００％以上も実質的に超える振幅を有し、かつ２０ＫＨｚより大きい周波数を有するアコースティックエミッションの増加した量を含む。アコースティックエミッションシステムは、アコースティックエミッションシステムが流入前フィンガープリントを検出したとき、スメルト流を調節するように構成された応答をさらに含み得る。応答は、スメルト流を制限すること、回収ボイラー内のプロセス条件を変化させること、又はこれらの組合せを含み得る。
【００１６】
ボイラー爆発の問題は、本明細書に開示されたシステム及び方法の例示的な態様を実施することによって軽減される。例示的な実施態様において、アコースティックエミッションシステムは、アコースティックエミッションを検出するように構成されたアコースティックエミッションセンサーを含む。アコースティックエミッションセンサーは、共鳴周波数を有するトランスデューサーを含み、トランスデューサーはアコースティック波を電気シグナルに変換するように構成されている。プレアンプリファイヤーはトランスデューサーと連通している。プレアンプリファイヤーは電気シグナルを増幅するように典型的には構成されている。プレアンプリファイヤーは、次々に増幅されたシグナルを発生させ、増幅されたシグナルをデータプロセッサーに伝達する。データプロセッサーは、増幅されたシグナルを、２０ＫＨｚを超えるプログラムされた周波数範囲にフィルターするように構成され得る。データプロセッサーは、プログラムされた周波数範囲における周波数をさらに評価し、流入前フィンガープリントを検出する。一旦、データプロセッサーが流入前フィンガープリントを検出すると、データプロセッサーは応答を開始するが、この応答は回収ボイラーにおける１つ又はそれ以上の運転条件を変化させること、又は安全装置を稼働させ、スメルト流入が溶解タンクにおける緑液に接触することを減少させるか又は防ぐことを含む。
【００１７】
ある例示的なシステムにおいて、複数のアコースティックエミッションセンサーが溶解タンク内と溶解タンクの周辺に配置される。例えば、ウェーブガイドを含むアコースティックエミッションセンサーが溶解タンクの壁に配置される。アコースティックセンサーは、ウェーブガイドの末端における読み取り端と、溶解タンクの外部に配置された、読み取り端と反対の第２端とを有する。読み取り端は溶解タンク内に配置させてもよい。ある例示的な実施態様において、２つ又はそれ以上のアコースティックエミッションセンサーは緑液中に延びているウェーブガイドを有する。他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサーは、分断装置から放出された流体内に配置されたウェーブガイドを有する。また他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサーは、溶解タンクの内部で、緑液の液位を越え、分断流体の外に配置されたウェーブガイドを有することがある。他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサーは溶解タンクに隣接して配置される。
【００１８】
通常の運転条件下において、分断装置は、スメルト流路から流れ落ちるスメルトをスメルト液滴へ分散させる。スメルト液滴は次に緑液に接触し、小さい「バング（bang）」を発する。「バング」は、可聴のアコースティックエミッションと、人間の聴覚の範囲を上回るアコースティックエミッション及び下回るアコースティックエミッションとの両方を含む。これらの通常の運転条件下において、何百もの小さいバングが毎秒起こっている。本プロセスのある例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサーがアコースティックエミッションを検出し、アコースティックエミッション波を電気アナログシグナルに変換する。このシグナルは、一連の前置増幅ステージ（pre-amplification stage）に進み、１つ又はそれ以上のハイパスフィルターステージ、ローパスフィルターステージ、又はバンドパスフィルターステージが次に続き、２０ＫＨｚを超える周波数範囲にある望ましい周波数を単離する。上記シグナルは、デジタルシグナルに変換される前にさらに精製（リファイニング）されることがある。アナログ−デジタル（「Ａ／Ｄ」）コンバーターが、アナログシグナルをデジタルシグナルに変換する。デジタルシグナルは、次にデータプロセッサー、例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）に送られるが、これは、処理するために連続カウント法を利用するか又はフーリエ変換を行い、それによってデジタルシグナルを単純化するものである。フーリエ変換は、高速フーリエ変換（「ＦＦＴ」）又は他のフーリエ変換である。他の例示的な実施態様において、ＦＰＧＡは、それぞれの個々のプロセスパートにおいて最大相関を示すために、他のシグナル処理方法又は変換方法を利用することがあり、これは例えば、二乗平均平方根（「ＲＭＳ」）法、標準偏差法、歪度法（skewness method）、尖度法（kurtosis  method）、平均法、分散法を使用すること、又はファジー理論、ニューラルネットワーク及び他のシグナル処理方法を利用することによる。また他の例示的な実施態様において、データプロセッサーは特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」  application-specific integrated circuit）である。さらにある例示的なシステムは、複数のアコースティックエミッションセンサーによって生成されたシグナルを分析することである。
【００１９】
ある例示的なシステムは、スメルト流のベースラインレベルを超えるスメルト流入のために、溶解タンクを連続的に監視することである。
【００２０】
ある例示的なシステムは、溶解タンクにおけるアコースティックエミッションに由来するシグナルを処理及び分析し、スメルト流入を予測し、応答を開始して、スメルト流入を防止することである。
【００２１】
さらなる例示的なシステムは、溶解タンクにおけるアコースティックエミッションに由来するシグナルに基づいて、回収ボイラーにおける運転条件を制御することである。
【００２２】
さらにもう１つの例示的なシステム及び方法は、アコースティックエミッションセンサーからのシグナル入力に基づいて、溶解タンクを監視するように構成されたソフトウェアを有するコンピューターベースのシステムを含むことである。コンピューターベースのシステムは、シグナルが予め定められたシグナル振幅閾値を超えたときを指示するために規定された条件警報（defined condition alerts）を有することである。
【００２３】
溶解タンクにおける混乱状況の問題は、溶解タンクを監視する方法を用いることによって解決され、この方法は、１つ又はそれ以上のアコースティックエミッションセンサーを溶解タンクにおける壁又は屋根を通して挿入すること；溶解タンクにおけるバンギングの量及び強度(「攻撃度」)を連続的に聴取し、このバンギングをコンピューターシステムにリレーし、データを分析し、溶解タンクのプロセス状況と比較し、そしてデータがプログラムされた条件に合致すれば出力を戻すこと（returning an output）を含む。
【００２４】
本開示の実施態様に従う構成の特徴は、本開示が、緑液に接触するスメルトによって引き起こされるアコースティックエミッションを測定するためのセンサーを含むことである。このセンサーは、第１端と第２端とを有するウェーブガイドを含み、第１端は溶解タンク内部にある距離を置いて配置され、第２端は溶解タンクの外部に位置されている。第２端は、受け取ったアコースティックエミッションをアナログ電気シグナルに変換するように構成された圧電センサーを備えている。ウェーブガイドは、アコースティックエミッションを受け取るための被覆されていない（uninsulated）部分と、被覆されていない部分の下流に配置された被覆された（insulated）部分とを含む。アコースティックエミッションセンサーは、受け取ったアナログ電気シグナルを処理するためのプレプロセッサーをさらに含み得る。
【００２５】
本開示に従う例示的な方法は、溶解タンクの内部におけるスメルトと緑液との化学的及び熱的反応によって引き起こされたアコースティックエミッションを、溶解タンクの内部に延びているアコースティックエミッションセンサーを通じて受け取ることを含む。この方法は、アコースティックエミッションをデジタルシグナルに変換し、デジタルシグナルをコンピューターに伝達し、デジタルシグナルを周波数スペクトル上にグラフ化し、グラフ周波数スペクトルを作り出すことをさらに含むことがある。これは、次に、グラフ化された周波数スペクトルを通常の運転条件を示す、保存されている周波数スペクトルと比較し、グラフ化された周波数スペクトルが保存されている周波数スペクトルを２００％より大きく超えるとき応答を発生させる。
【００２６】
もう１つの例示的な実施態様において、コンピューターが、米国特許第９，２０６，５４８号明細書に記載されたもののような制限部材プレートを作動するデジタル出力シグナルを生成する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
前述のことは、異なる図面にわたって類似の参照記号が同様の部材を意味している添付の図面に示されているように、本開示の例示的な実施態様の以下のより詳細な記載から明らかとなる。図面は必ずしも縮尺を表しているものではなく、開示された実施態様を図示することに重点が置かれている。
【００２８】
【図１】は、溶解タンクの周辺に配置された複数のアコースティックエミッションセンサーの側断面図である。
【００２９】
【図２】は、アコースティックエミッションセンサーの詳細な断面図である。
【００３０】
【図３】は、アコースティックエミッションシステムの例示的な実施態様を示すフローチャートである。
【００３１】
【図４】は、例示的な流入前フィンガープリントを概略的に示すグラフである。
【００３２】
【図５Ａ】は、ディスプレー上のＦＦＴ出力を示し、図中、出力は活動度（activity）のベースラインレベルを示す処理済み波形の第１セットである。
【００３３】
【図５Ｂ】は、ディスプレー上のＦＦＴ出力を示し、図中、出力はベースラインを２００％より大きく超えている処理済み波形の第２セットを有する。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
好ましい実施態様についての以下の詳細な説明は、図示及び説明の目的のためだけに提示されているものであり、包括的であること又は本発明の範囲及び要旨を制限することを意図するものではない。実施態様は、本発明の原理及び本発明の実用的な応用を最もよく説明するために選ばれ、記載されたものである。当業者は、本明細書に開示された発明についての多くの変更が、発明の範囲及び要旨から逸脱することなくなされ得ることを認識するであろう。
【００３５】
対応する参照記号は、いくつかの図面にわたって対応する部材を示す。図面は、本開示に従う種々の特徴及び構成要素の実施態様を示すが、図面は必ずしも縮尺を表しているものではなく、ある特徴はよりよく本開示の実施態様を図示するために強調されることがあり、そのような例示は、いかなる態様においても本開示の範囲を制限するように解釈されるべきではない。
【００３６】
本明細書における「１つの実施態様」、「ある実施態様」、「例示的な実施態様」等の言い方は、記載された実施態様が特定の特徴、構造又は特性を含むことがあることを示すが、すべての実施態様が特定の特徴、構造又は特性を必ずしも含むものではないことを示している。さらにそのような言い方は、必ずしも同じ実施態様に関するものではない。さらに特定の特徴、構造又は特性がある実施態様との関係で記載されたとき、そのような特徴、構造又は特性を、明示的に記載されているか否かに拘らず、他の実施態様との関係で適用することは当業者の知識の範囲内であると考えられる。
【００３７】
特定の用語が明確性のために以下の記載において使用されるが、これらの用語は、選ばれた実施態様の特定の構造を図面に示すことのみを意図しており、本開示の範囲を規定又は限定することを意図していない。
【００３８】
単数形の形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が特に明確に示さない限り、複数のものを含む。数値は、有効数字の同じ数に減少させたときに同じである数値と、数値を決定するために本明細書において記載されたタイプの従来の測定技術の実験誤差より小さい状態値（states value）と異なる数値とを含むことを理解されたい。
【００３９】
本明細書に記載されたすべての範囲は、記載された端点を含み、独立に組合せ可能である（例えば範囲「４０デシベル（「ｄｂ」）〜６０ｄｂ」は、端点、４０ｄＢ及び端点、６０ｄＢと、すべての中間値とを含む）。
【００４０】
本明細書に使用されているように、「おおよそ」を表す言葉が、関係する基本的な機能に変化をもたらすことなく、任意の定量的表現を修飾するために適用されることがある。従って、例えば「約」及び「実質的に」のような用語又は複数の用語によって修飾された数値は特定された数値そのものに限定されない。修飾語「約」は、２つの端点の絶対的な数値によって規定された範囲を開示しているとも考えられるべきである。例えば「約２から約４まで」という表現は、範囲「２から４まで」も開示している。
【００４１】
本明細書に使用される用語の多くは相対的な用語であることに留意されたい。例えば、用語「上部」及び「下部」は位置において互いに相対的であり、すなわち、所与の配向において、上部構成要素は下部構成要素より高い高さに位置されるが、これらの用語は装置がひっくり返されれば変わり得る。用語「入口」及び「出口」は、所与の構造物に関して、それらを通って流れる流体に関するものであり、例えば、流体は入口を通って構造物に流入し、出口を通って構造物から流出する。用語「上流」及び「下流」は、種々の構成要素を通って、流体が流れるか又はシグナルが移動する方向に関するものであり、すなわち、シグナルは、下流の構成要素に出会うに先立って、上流の構成要素に出会う。
【００４２】
用語「頂部」及び「底部」又は「基部」は、絶対的な基準、すなわち地表面に対して、頂部が底部／基部より常に高いという位置／表面を意味するために使用される。用語「上方」及び「下方」も絶対的な基準に対するものであり、上方流は地球の重力に常に逆らう。
【００４３】
図１は、溶解タンク１６０の壁１６２及び頂部１６４を通って延びているアコースティックエミッションセンサー１５０を有する溶解タンク１６０を示す概略図である。図１は、単一のスメルト流路１１０及び単一の溶解タンク１６０を示すが、複数のスメルト流路１１０及び溶解タンク１６０が回収ボイラー１００の周辺に延びていることがあることを理解されたい。アコースティックエミッションセンサー１５０は読み取り端（２２２、図２）と、溶解タンク１６０の外部に配置された、読み取り端２２２の反対の第２端（２２４、図２）とを有する。読み取り端２２２は溶解タンク１６０内に配置されている。他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー１５０は、読み取り端２２２及び第２端２２４の両方が溶解タンク１６０内に配置されるように、溶解タンク１６０の内に全体的に配置される。
【００４４】
また他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー１５０は、読み取り端２２２及び第２端２２４の両方が溶解タンク１６０の外部に配置されるように、溶解タンク１６０の外部に全体的に配置される。図１は、溶解タンク１６０を通って配置された複数のアコースティックエミッションセンサー１５０を示す。複数のアコースティックエミッションセンサー１５０は、追加的な詳細なシグナルデータを提供するために使用することができる。アコースティックエミッションセンサー１５０は、溶解タンク１６０の頂部１６４又は壁１６２に接着されるか、締結されるか、あるいは他の手段で取り付けられる。他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー１５０は、溶解タンク１６０に近接するか又は連通しているパイプに係合される。また他の例示的な実施態様において、磁石が、アコースティックエミッションセンサー１５０を溶解タンク１６０又はパイプに係合させる。
【００４５】
スメルト液滴１３０が緑液１６５に接触すると、スメルト液滴１３０はアコースティックエミッション１６７を発生する。通りがかりの運転員が、これらのアコースティックエミッション１６７の一部を可聴バングとして聴取し得る。例示のアコースティックエミッションセンサー１５０は、アコースティックエミッション１６７を検出し、アコースティックエミッション１６７を電気アナログシグナル３０７（図３）に変換し、シグナル３０７を前置増幅した後に増幅済みシグナル３１１をさらなる処理のために伝達する。アコースティックエミッション１６７は、溶解タンク１６０を通って伝達された音波又は他のエネルギー波である。
【００４６】
アコースティックエミッションセンサー１５０は、圧電センサー、マイクロエレクトロメカニカルシステム（「MEMS」）センサー、又はアコースティックエミッション１６７を検出してアコースティックエミッション１６７を電気シグナル３０７に変換するように構成された他のアコースティックセンサーを含む。さらに、アコースティックエミッションセンサー１５０は、フィルター３１６（図３）、例えばブロードバンドアコースティックエミッションフィルターを含む。他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー１５０は、ナローバンドアコースティックエミッションフィルターを含む。
【００４７】
図１に示すように、スメルト流路１１０の第１末端は、回収ボイラー１００内に配置されるか、回収ボイラー１００に係合されるか、又は回収ボイラー１００に向かって延びており、スメルト流路１１０の第１末端の反対の、スメルト流路１１０の第２末端は、溶解タンク１６０を超えた上に配置されるか、溶解タンク１６０に係合されるか、又は溶解タンク１６０に向かって延びている。回収ボイラー１００からのスメルト１１５は、スメルト流路１１０を流下し、溶解タンク１６０に入る。溶解タンク１６０は、フード１７０の下に一般に配置されている。分断装置１４０は、スメルト１１５の流れを分断する流体１４５を放出し、スメルト液滴１３０を作り出す。流体１４５は一般にスチームである。分断装置１４０は粉砕ジェットノズルである。
【００４８】
図示された実施態様において、アコースティックエミッションセンサー１５０’は、分断装置１４０によって放出された流体１４５に延びている。流体１４５が広がるエリアは、分断装置１４０の流体路として知られている。少なくとも１つのアコースティックエミッションセンサー１５０のウェーブガイド１２５は、溶解タンク１６０における液体に延びていることが望ましい。図１に示された例示的な実施態様において、液体は緑液１６５であるが、液体は溶解タンク１６０において使用される任意の液体でよいことが理解される。少なくとも１つの他のアコースティックエミッションセンサー１５０’のウェーブガイド１２５は、緑液１６５に接触していない。
【００４９】
アコースティックエミッションセンサー１５０”は、不均一なスメルト流の第１のサインを検出するように構成されている。これは、マスター-スレーブ処理構成においてアコースティックエミッションセンサー１５０、１５０’及び１５０”を使用する例であり、マスター−スレーブ処理構成においては、マスターセンサー（１５０”参照）が対象のエリア（例えば、スメルトが流体に接触するエリア）の近くに備え付けられ、スレーブセンサー又はガードセンサー（１５０、１５０’参照）がマスターセンサー（１５０”参照）を囲み、対象のエリアの外部から発生したノイズを除去する。例えば、分断装置１４０の流体路に配置されたウェーブガイド１２５を有するアコースティックエミッションセンサー１５０’は、分断装置１４０の流体路において生成されたアコースティックエミッション１６７を連続的にモニターする。このシステムは、後述するように、シグナルを処理し、分断装置の通常の運転条件を示すシグナルプロファイルを発生させる。データプロセッサー３３６（図３）は、次に、分断装置の通常の運転条件のシグナルプロファイルを、スメルトが緑液１６５に接触するエリアの上に位置されたマスターセンサー（１５０”参照）によって記録されたシグナルから差し引く。このようにして、マスター-スレーブ技術を使用することにより、無関係なバックグラウンドノイズを、マスターセンサー１５０”において発生したシグナルから除去することができる。
【００５０】
他の例示的な実施態様において、ガードセンサー（１５０、１５０’参照）は、ガードセンサーの検出エリアにおける通常運転条件でのスメルト流の第１の量（a first rate of smelt flow）を代表する活動度のベースラインレベル４４２（図４）を検出する。例えば、分断装置１４０の流体路に配置されたウェーブガイド１２５を有するアコースティックエミッションセンサー１５０’は、分断装置１４０の流体路において生成したアコースティックエミッション１６７を連続的にモニターする。アコースティックセンサー１５０’に連通しているデータプロセッサー３３６は、分断装置１４０の流体路における活動度のベースラインレベル４４２を示す処理済み波形の第１セット４３２（図４）を記録する。スメルト流入が起こる前に、データプロセッサー３３６は、活動度のベースラインレベル４４２を２００％より大きく超える処理済み波形の第２セット４３３（図４）をさらに記録する。処理済み波形の第２セット４３３は、スメルト流の第２の量（a second rate of smelt flow）を代表する。ある例示的な実施態様において、データプロセッサー３３６は、ガードセンサー（１５０、１５０’参照）から生成した処理済み波形の第１セット４３２を、マスターセンサー（１５０”）から生成された処理済み波形の第１セット４３２で裏付けし、溶解タンク１６０が通常運転条件で運転していることを確認する。また、さらなる例示的な実施態様において、データプロセッサー３３６は、ガードセンサー（１５０、１５０’参照）によって生成された処理済み波形の第２セット４３３を、マスターセンサー（１５０”参照）によって生成された処理済み波形の第２セットで裏付けする。処理済み波形の第２セット４３３同士を比較することによって、データプロセッサーは流入前フィンガープリント３７２（図３）の存在を確認し、それによって応答を開始して、スメルト流入を防止又は抑制する。
【００５１】
スメルト液滴１３０は、７５０℃〜８２０℃の間の平均温度を有する。緑液１６５の平均温度は約７０℃〜１００℃である。溶解タンク１６０内の熱及び流体１４５への暴露に耐えるために、アコースティックエミッションセンサー１５０は、高温及び高圧に耐えるように構成された金属で作製されたハウジング１５１を有する。金属の例としては、アルミニウム、二相（duplex）ステンレス鋼、又は通常のステンレス鋼を含む。さらに、溶解タンク１６０内に配置された電子機器又は変換エレメントを有する例示のアコースティックエミッションセンサー１５０は、溶解タンク１６０内の平均温度に依存して、１００℃までや１００℃を超える温度、又は１６０℃までや１６０℃を超える温度で動作するように構成されている。溶解タンクの外部に配置された電子機器又は変換エレメントを有するアコースティックエミッションセンサー１５０は、５０℃までや５０℃を超える温度で動作するように構成されている。
【００５２】
図１、図３及び図４について、アコースティックエミッションセンサー１５０は、アコースティックエミッション１６７を連続的に検出し、データプロセッサー３３６は、シグナル分析の準備のためにデジタルシグナルを連続的に処理又は変換する（例えば、処理されたシグナルを分析し、スメルト流入前フィンガープリント３７２を検出する）。他の例示的なシステムにおいて、アコースティックエミッションセンサー１５０は、１０ミリ秒（「ｍｓ」）、1秒、又は６０秒のような時間間隔で、アコースティックエミッション１６７をサンプリングする。一旦処理されると、データプロセッサー３３６は出力シグナルＯを出力する。出力シグナルＯは、コンピューター３３８及びディスプレー３３９に伝達される。出力シグナルＯは、スメルト流の第１の量（すなわち、活動度のベースラインレベル４４２）を示す処理済み波形の第１セット４３２を含む。ディスプレー３３９のスケールに依存して、処理済み波形の第１セット４３２は実質的に一定の振幅を有するように見える。ディスプレー３３９（ディスプレー出力のための図４、図５Ａ及び図５Ｂ参照）上において、実質的に一定の振幅を有する波形の第１セット４３２は、波形の第１セット４３２の平均振幅を示す実質的な直線を描く（map to a substantially straight line）ように見える。ディスプレー３３９は浮遊閾値（floating threshold）Ｆをさらに出力し、この浮遊閾値はシグナルの時間平均測定によって確定された振幅を有している閾値である。図４において、浮遊閾値Ｆは、ある時間間隔の間における出力シグナルＯの平均振幅を示す。処理済み波形のこの第１セット４３２は、通常の均一なスメルト流、及び１つ又はそれ以上のアコースティックエミッションセンサー１５０からの入力に基づく分断装置の流体流を示す活動度のベースラインレベル４４２を示す。通常の均一なスメルト流は、スメルト流の第１の量を含む。ベースライン４４２は、わずかに回収ボイラー活動度をさらに示すことがある。他の例示的な実施態様において、それぞれのスメルト流路１１０の出口の近くに設置されたアコースティックエミッションセンサー１５０’は、不均一なスメルト流、分断装置１４０に関する問題及びスメルト流入の第１のサインを検出する。 
【００５３】
突然のスメルト流入の直前に、処理済みシグナル３６８の振幅が活動度のベースラインレベルより実質的に低いことがあり、活動度のベースラインレベル４４２より実質的に高い振幅を有する処理済み波形の第２セット４３３が次に続くが、「実質的に高い」とは、例えば、活動度のベースラインレベル４４２より１００％高いか、１５０％を超えて高いか、少なくとも２００％高いか、２００％を超えて高いか、少なくとも３００％高いか、３００％を超えて高いか、少なくとも５００％高いか、又は５００％を超えて高いことを意味する。処理済み波形の第２セット４３３は、１つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１によって特徴づけられる。処理済み波形の第２セット４３３の振幅ピーク４６１は、活動度のベースラインレベル４４２の平均振幅を少なくとも２００％実質的に超えている。処理済み波形の第２セット４３３は、スメルト流の第２の量を示す。流入前フィンガープリント３７２は、活動度のベースラインレベル４４２を少なくとも２００％実質的に超えている波形の第２セット４３３を含む。また他の例示的な実施態様において、波形の第２セット４３３における１つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１は流入前フィンガープリント３７２をさらに含む。また他の例示的な実施態様において、流入前フィンガープリント３７２は、活動度のベースラインレベル４４２を実質的に超えている波形の第２セット４３３における３つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１を含む。また他の例示的な実施態様において、流入前フィンガープリント３７２は、活動度のベースラインレベル４４２を実質的に超えている波形の第２セット４３３における少なくとも５つの振幅ピーク４６１を含む。
【００５４】
スメルト流入に至るまでの条件において、アコースティックエミッション１６７の周波数は、１つ又はそれ以上のスメルト流路１１０において、活動度のベースラインレベル４４２より低いことがある。すなわち、前処理及び処理されると、出力シグナルＯは、活動度のベースラインレベル４４２の平均振幅より低い振幅を有する処理済み波形の第３セット４４１をさらに含む。ディスプレー３３９又はユーザーインターフェースを含むシステムにおいて、処理済み波形の第３セット４４１は示されないか、又は処理済み波形の第３セット４４１は処理済み波形の第１セット４３２におけるギャップとして示される。アコースティックエミッション１６７のより低い量はプロセス条件に依存するものではないが、プロセス条件がアコースティックエミッション１６７のより低い量の主要因となり得る。例示的なシステム３０５は、分断装置１４０及びスメルト流路１１０の近傍に配置されたアコースティックエミッションセンサー１５０’に由来する処理済みシグナル３６８を、溶解タンク１６０中にわたって配置されたアコースティックエミッションセンサー１５０に由来する処理済みシグナル３６８と比較し、アコースティックエミッション１６７のより低い量が、溶解タンク又は回収ボイラーの現在の条件の予期される結果であるか否かを決定する。アコースティックエミッション１６７のより低い量（及び生ずる処理済み波形の第３セット４４１）が溶解タンク又は回収ボイラーの現在の条件の予期される結果でなければ、アコースティックエミッション１６７の低い量は、スメルト流路の遮断を示すものであるか、あるいは、回収ボイラー１００における変動するスメルト流を示すものであり、流入前フィンガープリント３７２をさらに含む。
【００５５】
図４に見られるように、流入前フィンガープリント３７２は、プロセス条件の期待された結果でない、アコースティックエミッション１６７のより低い量を有する処理済み波形の第３セット４４１によって特徴づけられた最初の流入前フィンガープリント３７２ａと、処理済み波形の第１セット４３２を２００％より大きく超える１つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１を有する処理済み波形の第２セット４３３によって特徴づけられた差し迫った流入前フィンガープリント３７２ｂとを含む。ある例示的なシステムにおいて、データプロセッサー３３６は、応答、例えばアラーム又はプロセス条件の変更を開始するか、又は最初の流入前フィンガープリント３７２ａの検出をすると、スメルト抑制を開始する。他の例示的なシステムにおいて、データプロセッサー３３６は、最初の流入前フィンガープリント３７２ａを検出することに応じて第１アラームを始動させる。
【００５６】
他の例示的な実施態様において、ディスプレー３３９は、処理済み波形の第１セット４３２の平均振幅によって規定された第１浮遊閾値４７９、及び処理済み波形の第２セット４３３によって規定された第２浮遊閾値４８０を表示する。流入前フィンガープリント３７２は、第１浮遊閾値４７９から第２浮遊閾値４８０までの遷移（３７２ｂ参照）をさらに含み、第２浮遊閾値４８０は、少なくとも１００％、第１持続閾値４７９を超えている。すなわち、流入前フィンガープリント３７２は、浮動閾値Ｆが１００%よりも大きい増加分を含む。
【００５７】
２０ＫＨｚを超える、溶解タンクにおけるバンギングから発生するアコースティックエミッションシグナルを任意のシグナル処理式で変換し、スメルト流入を予測することは本開示の範囲内であると考えられることが理解される。２０ＫＨｚの周波数は、人間の聴覚の上限を示す。１００ＫＨｚを超える、溶解タンクにおけるバンギングから発生するアコースティックエミッションシグナルを任意のシグナル処理式で変換し、スメルト流入を予測することは、本開示の範囲内であると考えられることがさらに理解される。
【００５８】
他の例示的な実施態様において、流入前フィンガープリント３７２は、２つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１が、時間のセット単位内で閾値４８３を上回っている振幅減衰−流入前フィンガープリント３７２ｃを含む。閾値４８３は電圧閾値、浮遊閾値、システム検査閾値、又は使用者若しくは機器によって設定された他の閾値であり、これらの閾値に対して、流入前フィンガープリント３７２が比較される。例えば、ディスプレー３３９が１秒の分解能で出力シグナルＯを表示するとき、振幅減衰−流入前フィンガープリント３７２ｃは、１秒毎に閾値４８３を上回る２つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１を含む。ディスプレー３３９が出力シグナルＯを１０ｍｓで表示する実施態様において、 振幅減衰−流入前フィンガープリント３７２ｃは、１０ミリ秒毎に閾値４８３を上回る２つ又はそれ以上の振幅ピーク４６１を含む。振幅ピーク４６１が閾値４８３をより長く上回ると、スメルト流入が溶解タンクを爆発させることをより引き起こしやすくする（図５Ｂの５３１参照）。
【００５９】
図２は、アコースティック波１６７（図１）がウェーブガイド２２５を振動させるアコースティックエミッションセンサー２５０を示す。アコースティックエミッションセンサー２５０は、アコースティックエミッション１６７を連続的に検出するように構成されている。アコースティックエミッションセンサー２５０は、トランスデューサー２８５に係合したウェーブガイド２２５を有する。図示された実施態様において、トランスデューサー２８５は圧電性結晶であるが、当該技術分野で知られている他のトランスデューサーが使用されることがあることを理解されたい。ウェーブガイド２２５は、トランスデューサー２８５から読み取り端２２２まで延びている長さＬ１を有する。
【００６０】
保護スリーブ２２７が、ウェーブガイドの長さＬ３の部分を、スメルト飛沫、薬液飛沫、並びに溶解タンク２６０の内部の温度及び圧力からシールドしている。ウェーブガイドのむき出しの部分Ｌ２は、溶解タンク２６５内の緑液１６５に直接晒される。運転員は、ウェーブガイド２２５を、溶解タンク２６０の壁２６２又は頂部１６４内に配置された入口スリーブ２２９に挿入する。絶縁材２２８が入口スリーブ２２９における開口をシールし、ウェーブガイド２２５を溶解タンク壁２６２及びスリーブ２２９から隔離させ、バンギング検出と無関係のバックグラウンドシグナルを最小化する。
【００６１】
図２及び図３に示すように、アコースティック波１６７はウェーブガイド２２５に接触し、ウェーブガイド２２５は振動し、アコースティック波１６７をトランスデューサー２８５に機械的に伝達する。アコースティックエミッションセンサー２５０は閾値レベルを有する。この閾値レベルは、アコースティックエミッション１６７の振幅が比較される閾値振幅である。アコースティックエミッションセンサー２５０は、閾値レベルより大きいか又は閾値レベルより小さい振幅を有するアコースティックエミッション１６７を記録するように構成されている。トランスデューサー２８５は、次に、閾値レベルを超えるアコースティックエミッション１６７を最初の電気シグナル３０７に変換する。トランスデューサー２８５及び関連する電子機器はハウジング２２０内で一般に保護されている。
【００６２】
プレアンプリファイヤー２２１は、次に、シグナル３０７を増幅する。後続のアンプリファイヤー（３１３参照）は、データプロセッサー３３６が前処理済みシグナル３１８を受け取る前に、シグナル３０７をさらに増幅することがある。典型的なアコースティックエミッションセンサー２５０は、予め取り付けられたプレアンプリファイヤー２２１を一般に有するが、本開示は、アコースティックエミッションセンサー２５０が予め取り付けられたプレアンプリファイヤー２２１を有するものと限定するものではない。プレアンプリファイヤー２２１は、一般に４０〜６０デシベル（「ｄＢ」）だけシグナル３０７を増幅する。次に、フィルター３１６、例えばハイパスフィルター、ローパスフィルター又はバンドパスフィルターは、シグナルを２０ＫＨｚを超えるプログラムされた周波数範囲にフィルターする。他の例示的な実施態様において、フィルター３１６はシグナルを１００Ｈｚ超のプログラムされた周波数範囲にフィルターする。次に、Ａ／Ｄコンバーター３２６が、アナログシグナル３０７をデジタルシグナル３１２に変換する。データプロセッサー３６６は、増幅され、フィルターされたデジタルシグナル３１１、３１７、３１２（すなわち、前処理済みシグナル３１８）を受け取り、処理又はシグナル変換法３５６を行い、処理済みシグナル３６８を発生させる。データプロセッサー３６６は、流入前フィンガープリント３７２を検出するようにさらに構成されている。アコースティックエミッションセンサー２５０は、完全なシグナル処理のための電子機器を含み、これらの電子機器にはアンプリファイヤー３１３、フィルター３１６、Ａ／Ｄコンバーター３２６、データプロセッサー３６６及びディスプレー３３９が含まれる。アコースティックエミッションセンサー２５０がすべての処理エレメントを含まない他の例示的な実施態様において、ケーブル２２３がシグナルを次のシグナルプロセッサーに伝達する。また他の例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー２５０はシグナルをワイヤレスで伝達する。
【００６３】
アコースティックエミッションセンサー２５０は、ある範囲のアコースティックエミッションを検出するように構成されているが、アコースティックエミッションセンサー２５０は、典型的には共鳴周波数を有する。すなわち、アコースティックエミッションセンサー２５０は、共鳴周波数において高度に規定された電気シグナルを提供するように一般に構成されている。アコースティックエミッションセンサー２５０は、アコースティック波１６７を検出し、共鳴周波数を超えるか又は共鳴周波数より低いシグナル３０７を伝達するが、これらの非共鳴シグナルのディーテイル（detail）は、共鳴周波数において検出されたディーテイルよりも比較的に少ない。圧電センサーにおいて、圧電結晶の厚さがセンサーの共鳴周波数を規定する。ある例示的な実施態様において、アコースティックエミッションセンサー２５０は、２０ＫＨｚを超える共鳴周波数を有し、そして望ましくは１００ＫＨｚを超える共鳴周波数を有する。
【００６４】
圧電センサーは、圧電結晶がその圧電特性を失う温度を典型的には有するのが通常である。アコースティックエミッションセンサー２５０が圧電センサーである実施態様において、溶解タンク２６０に典型的な温度で機能するように構成された圧電センサーを選択することが望ましい。
【００６５】
図３は、溶解タンク２６０におけるバンギングのパターンを検出するための例示的なアコースティックエミッションシステム３０５を示すフローチャートである。１つ又はそれ以上のアコースティックエミッションセンサー２５０が、アコースティックエミッション３６７を連続的に検出する。シグナルトランスデューサー３８５は、アコースティックエミッション３６７を電気アナログシグナル３０７に変換する。次に、プレプロセッサー３３５が、シグナル３０７を前処理する。シグナル３０７が、シグナル変換法３５６の適用に先立って前処理を受ける順序は重要ではない。プレプロセッサー３３５は、フィルター３１６、アンプリファイヤー３１３、Ａ／Ｄコンバーター３２６又はコンピューター３３８を含む。シグナル前処理は、図中リストされたすべてのプレプロセッサー３３５より少ない、１つ又はそれ以上のプレプロセッサー３３５を含むか、又はマルチプルタイプのセレクトプレ-プロセッサー３３５を含む。例えば、前処理は、アコースティックエミッションセンサー２５０において４０ｄＢ〜６０ｄＢだけシグナルを前置増幅すること及びアコースティックエミッションセンサー２５０の外部に配置されたアンプリファイヤーにおいてシグナルをさらに増幅することの両方を含むが、アコースティックエミッションセンサー２５０の内部に配置されたプレアンプリファイヤー及びアコースティックエミッションセンサー２５０の外部に配置されたアンプリファイヤーの両方が、前処理及びプレプロセッサー３３５の目的のためのアンプリファイヤー３１３であると考えられる。
【００６６】
フィルター３１６は、フィルターされたシグナル３１７を発生させる。フィルター３１６は、アナログフィルター、ハイパスフィルター、ローパスフィルター、バンドパスフィルター、デジタルフィルター又はシグナル処理において使用される他のフィルターである。フィルター３１６は、望ましくない低周波数をフィルター除去し（ハイパスフィルター）、望ましくない高周波数をフィルター除去し（ローパスフィルター）、又は望ましくない高周波数及び低周波数の両方をフィルター除去する（バンドパスフィルター）。運転員は所望のフィルター３１６を手動で選択する。本明細書において開示された例示的なシステムにおいて、運転員は１００ＫＨｚと３００ＫＨｚとの間のシグナル周波数を単離する。この範囲は、ほとんどのメカニカルノイズを免れるために十分に高いが、発生源から十分に遠いアコースティックエミッション１６７を検出するために十分に低くもある。これは、運転者がアコースティックエミッションセンサー１５０を溶解タンク壁２６２に設置するか又は溶解タンク２６０に近接して設置することを可能にする。他の例示的な実施態様において、フィルター３１６は自動的にセットされる。２０ＫＨｚより低い望ましくない周波数（例えば、突然のスメルト流入を予測するために無関係な周波数）は、このようにしてフィルター除去される。他の例示的な実施態様において、１００ＫＨｚより低い望ましくない周波数が、このようにしてフィルター除去される。
【００６７】
理論に拘束されるものではないが、ハイパスフィルターは、流体の乱流、流体の沸騰及び漏洩から生じることがある液圧ノイズ（hydraulic noise）をフィルター除去するために望ましい。ハイパスフィルターは、システムに接触しているメカニカルパーツから生じるメカニカルノイズをさらにフィルター除去する。周期的なノイズ、例えば、往復運動するか又は回転する機械からの繰り返しノイズもハイパスフィルターでフィルター除去される。ローパスフィルターは、電磁気ノイズをフィルタリング除去するために役に立つ。出願人は、メカニカルノイズの周波数が溶解タンク２６０におけるバンギングの最も高い周波数範囲からのアコースティックエミッションバーストより通常低いことを見出した。
【００６８】
アンプリファイヤー３１３は、シグナルの振幅を増幅させ、増幅されたシグナル３１１を生成する。 アンプリファイヤー３１３は、アナログアンプリファイヤー、プレアンプリファイヤー、デジタルアンプリファイヤー、又はシグナル処理において使用される他のアンプリファイヤーである。アンプリファイヤーは、シグナルトランスデューサー３８５から生成されたシグナル３０７を前置増幅する。シグナル３０７は、フィルタリング後にさらに増幅され、次いで、Ａ／Ｄコンバーター３２６が、アナログシグナルをデジタルシグナル３１２に変換する。前処理の順序を変更することは、本開示の範囲内であると考えられる。
【００６９】
プレプロセッサー３３５のいくつか又はすべては、アコースティックエミッションセンサー２５０（例えば、単一のハウジング２５１内、単一の回路基板上等）に存在することを理解されたい。他の例示的な実施態様において、プレプロセッサー３３５は、アコースティックエミッションセンサー２５０の外部の分離した装置としてシステムに存在する。
【００７０】
プレプロセッサー３３５は前処理済みシグナル３１８を生成する。データプロセッサー３６６は、前処理済みシグナルを受け取り、シグナル変換法３５６を適用し、処理済みシグナル３６８を発生させる。処理済みシグナル３６８は、データプロセッサーから出力シグナルＯとして出力される。データプロセッサー３６６は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＧＰＡ」）である。また他の例示的な実施態様において、データプロセッサー３６６は特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）である。データプロセッサー３６６は処理済みシグナル３１８を受け取り、シグナル変換法３５６として連続カウント分析（continuous counting analysis）を行う。
【００７１】
他の例示的な実施態様において、データプロセッサー３６６は、シグナル変換法３５６として高速フーリエ変換（「ＦＦＴ」） を行う。他の例示的なシステムにおいて、シグナル変換法３５６は、二乗平均平方根（「ＲＭＳ」）法、標準偏差法、歪度法、尖度法、平均法、分散法を含み、またはシグナル変換法は、ファジー理論、ニューラルネットワーク及び他のシグナル処理法を使用して、処理済みシグナル３６８を生成する。データプロセッサー３６６は、出力シグナルＯを出力する前に、流入前フィンガープリント３７２を検出するようにさらに構成されている。
【００７２】
出力シグナルＯは、次に、コンピューター３３８に送られるが、コンピューターは流入前フィンガープリント３７２を確認し、ディスプレー３３９又は他のユーザーインターフェース上に出力シグナルＯを表示するように構成されている。例として、出力シグナルＯは、連続周波数スペクトルディスプレー、長時間エンベロープとして表示されるか、又は所定の閾値を超えるシグナルの部分（例えば、処理済み波形の第１セット４３２を超える部分）を単に表示することによって表示される。
【００７３】
ある例示的な実施態様において、ディスプレー３３９は、均等目盛り（linear scale）で示され、電位で報告された、整流され、時間平均されたアコースティックエミッションシグナルである処理済みシグナルを表示する。ディスプレー３３９は、処理済みシグナルのエネルギーをさらに表示し、処理済みシグナルのエネルギーは、時間経過に対する電位平方関数の積分として評価される。シグナル強度も、ボルト-秒に比例する単位において、整流されたアコースティックエミッションシグナルのエリアとして測定され、表示される。また他の例示的な実施態様において、ディスプレー３３９は閾値を超える処理済みシグナルのみを表示する。
【００７４】
閾値は、使用者が調節可能であるか、固定であるか、又は浮遊閾値である。浮遊閾値は、ノイズ出力の関数として時間と共に変動する。浮遊閾値は、バックグラウンドノイズが高く且つ変動している条件において、バックグラウンドノイズとアコースティックエミッション事象との間を区別するために使用される。電圧閾値は、電子コンパレーター上の電圧レベルであり、このレベルより大きい振幅を有するシグナルが認識される。
【００７５】
ディスプレー３３９は、１０ミリ秒（「ｍｓ」）、１秒、６０秒、又は運転員によって選択された任意の他の時間間隔におけるカウントトレンド分解能を表示する。すべての他のトレンド（高速フーリエ変換、二乗平均平方根など）は、１秒の分解能で望ましく表示される。アコースティックエミッションセンサー１５０はアコースティックエミッション１６７を連続的に検出するので、総時間トレンドは、アコースティックエミッションセンサー１５０が機能し続ける限り、例えば何年もの間続き得る。
【００７６】
さらなる例示的な実施態様において、コンピューター３３８が流入前フィンガープリント３７２を認識するとき、コンピューター３３８が応答３５３を開始する。応答３５３は、プロセス条件を変化させること、例えば、米国特許第９，２０６，５４８号明細書に開示されたもののような、制限部材プレートでスメルト流を制限又は遮断することを含む。他の実施態様において、応答３５３は、回収ボイラー内のプロセス条件を調節することを含む。回収ボイラー内のプロセス条件を変化させることは、燃焼率、黒液流の量、エアーフローの量、エアーフロー路、黒液流路、温度、圧力、及び反応物の濃度を調節することを含む。プロセス条件を変化させることは、スメルト流入を示すスメルト流の第２の量を、活動度のベースラインレベル４４２を示すスメルト流の第１の量へ変化させることを含むが、これは、スメルト流路１１０におけるスメルト流の量を制限するか又はスメルト流路１１０におけるスメルト１１５が溶解タンク１６０に入ることを防ぐことによる。ソフトウェアは、応答３５３を開始するように構成されている。また他の実施態様において、応答３５３は、分断装置１４０を出る流体の量を増加させることを含む。また他の例示的な実施態様において、応答３５３は、１つ又はそれ以上のアラームを始動させることを含む。開示された応答３５３を、スメルト流を調節するための他の通常の方法と組み合わせることは、本開示の範囲内であると考えられる。
【００７７】
ある例示的な実施態様において、データプロセッサー３６６はコンピューター３３８内に存在する。他の例示的な実施態様において、コンピューター３３８の外部に配置されたデータプロセッサーは、例えば、シグナルを変換するためのシグナル変換法３５６を使用することによって、前処理済みシグナル３１８を処理し始め、次に、変換したシグナルを流入前フィンガープリント検出のためにコンピューター３３８に伝達する。また他の例示的な実施態様において、コンピューター３３８はプレプロセッサー３３５を含み、シグナル前処理のいくらか又はすべてを行う。また他の例示的な実施態様において、コンピューター３３８はシグナル変換法３５６を適用する。
【００７８】
図５Ａは、ディスプレー３３９上で見られ得るＦＦＴ出力シグナルＯを示す。出力シグナルＯは、溶解タンク１６０における活動度のベースラインレベル４４２（図４）を示す処理済み波形の第１セット５３２である。図示された実施態様において、前処理済みシグナル３１８は１００ＫＨｚ超にフィルターされている。これは人間の聴覚の範囲及び空気中を伝達されるオーディオ波を検出するマイクロホンの範囲を優に超えている。使用者は、閾値５８３を例えば２０にセットする。図示されたスケールにおいて、処理済み波形の第１セット５３２は、時折の、ランダムに分布した、閾値を上回るピーク５７８を有する。これらの時折の閾値超ピーク５７８´が閾値５８３を一般に上回る回数の総量は、閾値がどこにセットされるか及び特定された時間間隔に依存する。例えば、ディスプレー３３９が振幅ピーク５７８を１秒毎に表示しているとき、時折の閾値超ピーク５７８’は１分につき数回より多くは閾値５８３を上回らない。図示された実施態様において、閾値５８３は２０にセットされ、ディスプレー分解能は１秒にセットされている。一般に、時折の閾値超ピーク５７８’は、連続して３秒で閾値５８３を上回らない。処理済みシグナル３６８（図３）は２０ＫＨｚを超えるシグナルであり、バックグラウンドノイズは前処理３３５の間にフィルター除去されるので、時折の閾値超ピーク５７８’は通常のスメルトバンギングを示すか、又は溶解タンクの構造的完全性を損なわない、周期的で小規模なスメルト流入を示す。処理済み波形の第１セット５３２及び活動度のベースラインレベル４４２は、これらの時折の閾値超ピーク５７８’を含む。時折の閾値超ピークは、通常のスメルトバンギング活動を示すことが理解される。これらの時折の閾値超ピークの図示は、特定の溶解タンク環境、並びに使用者が出力Ｏを表示するために選択した量及びスケールに依存して変化する。ディスプレー３３９は浮遊閾値Ｆ（図４）をさらに表示し、これは特定の時間間隔中における出力シグナルＯの平均振幅を示す。
【００７９】
図５Ｂにおいて、ＦＦＴ出力シグナルＯは、処理済み波形の第２セット５３３に遷移する処理済み波形の第１セット５３２を含む。図示された実施態様において、前処理済みシグナル３１８は１００ＫＨｚ超にフィルターされている。処理済み波形の第２セット５３３は、特定された時間間隔にわたって閾値５８３を一貫して上回っている振幅ピークのパターン５６１を含む。例えば、図５Ｂにおいて、閾値５８３は２０にセットされ、ディスプレー３３９は1秒毎に振幅ピークを表示する。
【００８０】
流入前フィンガープリント３７２は、振幅ピークのパターン５６１を含む。さらに流入前フィンガープリント３７２は、ある時間間隔にわたって、振幅減衰−流入前フィンガープリント（図４、３７２ｃ参照）を繰り返すことによって特徴づけられる周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄを含む。図示された実施態様において、周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄは、少なくとも５つの振幅減衰−流入前フィンガープリントＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４及びＣ５を含む。図示された実施態様において、周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄは約３時間の期間にわたって起こっている。しかしながら、周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄは、少なくとも２つの振幅減衰−流入前フィンガープリント３７２ｃを含み得ることが理解される。本明細書に記載されたシステムは、任意の流入前フィンガープリント３７２を検出すると、プロセス条件を変化させることを開始する。図示された実施態様において、システムは、周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄを検出すると、第１アラーム又はプロセス条件を変化させることを始動させ、長期の流入前フィンガープリント３７２ｅを検出すると、第２アラーム又はプロセス条件を変化させることを始動させる。
【００８１】
流入前フィンガープリント３７２は、長期の流入前フィンガープリント３７２ｅを含むことがある。長期の流入前フィンガープリント３７２ｅは、図５Ｂにおいて、時間間隔Ｅにわたって示されている。長期の流入前フィンガープリント３７２ｅは、分解能間隔にわたって複数の振幅ピーク５６１を有し、振幅崩壊−流入前フィンガープリント３７２ｃ又は周期的な流入前フィンガープリント３７２ｄを直ちに示さない。時間間隔Ｅは、特定の溶解タンク１６０の構造及び条件並びにアコースティックエミッションセンサー１５０のサンプリング周波数、データプロセッサー３６６及び出力シグナルＯの分解能に依存して変化することがあることが理解される。図示された出力シグナルＯにおいて、例えば、時間間隔Ｅは約1時間４５分にわたって起こっている。長期の流入前フィンガープリント３７２ｅがどのように図示又は表示されるかに拘らず、長期の流入前フィンガープリント３７２ｅは、スメルト流入が差し迫っているか又は現在起こっていることを示す。システム又はシステムにおけるコンピューターは、長期の流入前フィンガープリント３７２ｅを検出することに応答して、プロセス条件を直ちに変化させることを開始するか又はスメルトを抑制する。長期の流入前フィンガープリント３７２ｅを検出してもスメルト流が抑制されなければ、爆発５３１が差し迫ることがある。プロセス条件の調節又はスメルト流入の抑制をすれば、処理済み波形の第２セット５３３は、活動度のベースラインレベル４４２を示す処理済み波形の第１セット５３２に遷移して戻る。
【００８２】
流入前フィンガープリント３７２は、カウントトレンド及び高速フーリエ変換トレンドをさらに含むことがあり、このカウントトレンドは、処理済み波形の第１セット４３２を３００％より大きく上回る高速フーリエ変換トレンドにおける周波数バンドに先立つ、溶解タンク１６０における減少するバンギング強度を示す。
【００８３】
さらに、溶解タンクにおけるスメルト流入を予測する例示的な方法は、
溶解タンク内のスメルトバンギングから生じるアコースティックエミッションをアコースティックセンサーで検出すること；
アコースティックエミッションを最初の電気シグナルに変換すること；
最初の電気シグナルを増幅し、増幅されたシグナルを生成すること；
増幅されたシグナルを２０ＫＨｚより大きい、プログラムされた周波数範囲にフィルターすること；
プログラムされた周波数範囲にある第１出力シグナルを出力すること；
第１出力シグナルを２００％より大きく実質的に超えている第２出力シグナルを出力すること；
溶解タンクへのスメルト流を流入前フィンガープリントに応答して減少させること
を含み、
前記第１出力は、スメルト流入がないときの溶解タンク内の活動度のベースラインレベル４４２を示し、
前記第２出力シグナルはシグナルピークを含み、第２シグナル出力における３つ又はそれ以上のシグナルピークは、流入前フィンガープリントを含むものである。
【００８４】
例示的なシステムは、
回収ボイラーに隣接する溶解タンク；
スメルト流路に配置されたスメルト；
溶解タンクから生じるアコースティックエミッションを検出するように配向された読み取り端を有するアコースティックエミッションセンサー；
最初の電気シグナルを増幅、フィルター及びデジタル化し、２０ＫＨｚより大きい周波数を有する前処理済みシグナルを生成するように構成されたプレプロセッサー；
プレプロセッサーとシグナル連通状態にあるデータプロセッサー
を含み、
前記スメルト流路は回収ボイラー及び溶解タンクと流体連通状態にあり、
前記スメルトは、回収ボイラーからスメルト流路を通って溶解タンクへ第１の量で流れ、
前記スメルトは溶解タンクにおける液体に接触し、それによってアコースティックエミッションを発生させ、
前記アコースティックエミッションセンサーは、読み取り端とシグナル連通状態にあるトランスデューサーを有し、
該トランスデューサーは、アコースティックエミッションを最初の電気シグナルに変換するように構成されており、
前記プレプロセッサーはトランスデューサーの下流に配置されており、
前記データプロセッサーは、前処理済みシグナルを変換法で変換し、出力シグナルを生成するように構成されており、
該出力シグナルは、第１の量を代表する処理済み波形の第１セット及びスメルト流の第２の量を代表する波形の第２セットを含み、
処理済み波形の第２セットは、処理済み波形の第１セットを２００％より大きく超える振幅ピークを有し、流入前フィンガープリントを含むものである。
【００８５】
さらなる例示的なシステムは、
回収ボイラーに隣接する溶解タンク、
回収ボイラーに近接する第１端と、溶解タンクに近接する、第１端と反対の第２端とを有するスメルト流路、
溶解タンクにおいて液体と接触するスメルトから生じるアコースティックエミッションを検出するように構成された読み取り端を有するアコースティックエミッションセンサー、
最初の電気シグナルを増幅、フィルター及びデジタル化し、２０ＫＨｚより大きい周波数を有する前処理済みシグナルを生成するように構成されたプレプロセッサー、
プレプロセッサーとシグナル連通状態にあるデータプロセッサー
を含み、
前記スメルト流路はスメルトを回収ボイラーから受け入れ、スメルトを溶解タンクに運ぶように構成されており、
前記アコースティックエミッションセンサーは、読み取り端とシグナル連通状態にあるトランスデューサーを有しており、
該トランスデューサーは、アコースティックエミッションを最初の電気シグナルに変換するように構成されており、
前記プレプロセッサーは、トランスデューサーの下流に配置されており、
前記データプロセッサーは、前処理済みシグナルを変換法で変換し、出力シグナルを生成するように構成されており、
該出力シグナルは、スメルト流の第１の量を代表する処理済み波形の第１セット及びスメルト流の第２の量を代表する波形の第２セットを含み、
処理済み波形の第２セットは、処理済み波形の第１セットを２００％以上も超える振幅ピークを有し、流入前フィンガープリントを含むものである。
【００８６】
本発明は、それらの例示的な実施態様を参照して特に示され説明されたが、当業者は、外形及び細部における種々の変更が添付の特許請求の範囲によって示された発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解するであろう。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【外国語明細書】
【TITLE OF INVENTION】ACOUSTIC EMISSION SYSTEM AND METHOD FOR PREDICTING EXPLOSIONS IN DISSOLVING TANK
【TECHNICAL FIELD】
【０００１】The present disclosure relates generally to chemical pulping and particularly to recovery boilers and dissolving tanks used in the pulp and paper industry.  
【BACKGROUND ART】
【０００２】Chemical pulping converts lignocellulosic biomass to pulp fibers of various lengths.  In the pulp and paper industry, the lignocellulosic biomass often comprises wood chips; but lignocellulosic material may include other plant-based biomass in which the protein lignin is closely associated with cellulosic sugar molecules.  With processing, operators can isolate cellulosic pulp fibers for use in a variety of commercial applications, including paper manufacturing. 
【０００３】When wood is the primary lignocellulosic material for example, production may begin with a log.  A debarker removes the bark from (or “debarks”) logs, and a chipper comminutes the logs into small chips.  Depending on the particular process and application, operators may pretreat these chips with steam and chemicals to expand pores in the lignocellulosic biomass, or operators may send dried chips directly into a chemical digester.  Continuous chemical digesters are generally cylindrical and may be several stories high.  
【０００４】In the digester, operators typically introduce white liquor and steam into the digester’s upper section.  In the Kraft process, the “white liquor” often consists of a sodium hydroxide and sodium sulfide solution.  Over the course of several hours, the steamed biomass moves through the digester as white liquor dissolves the lignin.  Lignin is a protein that binds the cellulose and hemicellulose in the biomass together.  Removal of lignin permits operators to isolate fibers comprising mainly cellulose and hemicellulose.  As the lignin and other ancillary biomass compounds dissolve into the liquor, the liquor darkens and becomes “black liquor”. 
【０００５】After the black liquor solution exits the digester, equipment isolates the cellulosic pulp fibers from the remaining black liquor.  Whereas white liquor contains sodium hydroxide and sodium sulfide, the black liquor contains sodium carbonate and sodium sulfate respectively.  Sodium carbonate and sodium sulfate are the products of the white liquor’s chemical reaction with the lignin and other compounds in the digester.  The products, sodium carbonate and sodium sulfate, are generally less useful for digesting lignin.  
【０００６】While sodium hydroxide and sodium sulfide are generally inexpensive chemicals, purchasing new solutions of sodium hydroxide and sodium sulfide for every new batch of lignocellulosic biomass is generally cost prohibitive.  For this reason, many chemical pulp mills use pyrolytic chemical recovery systems to convert at least a portion of the sodium carbonate and sodium sulfate back into useful sodium hydroxide and sodium sulfide.  
【０００７】New black liquor from a chemical digester is generally dilute and non-combustible.  Therefore, to prepare black liquor for pyrolysis, operators generally funnel the black liquor through flash tanks or other evaporation steps to increase the amount of solid particles concentrated in the black liquor.  Operators then heat the concentrated black liquor before injecting the concentrated black liquor through spray nozzles into a chemical recovery boiler.  The spray nozzles create coarse droplets.  The recovery boiler evaporates the remaining water from the droplets and the solid compounds in the black liquor undergo partial pyrolysis.  The inorganic compounds that remain fall to the bottom the furnace and accumulate in a char bed.  Some of the carbon and carbon monoxide in the char bed can act as catalysts to convert sodium sulfate into sodium sulfide, which can then be collected from flue gas near the top of the furnace.  
【０００８】The remaining inorganic compounds in the char bed eventually melt and flow as a smelt through one or more smelt spouts at the bottom of the recovery boiler.  Coolant, usually water, may cool the smelt spouts.  Coolant tubes may either be integrated into the spout itself, or an ancillary cooling system.  The ancillary cooling system is often called a “water jacket” and may surround the outside of the spout.  The smelt flowing from the spout falls into a dissolving tank and contacts water or weak white liquor to produce soda lye.  The resulting soda lye solution is commonly known as “green liquor.”  
【０００９】In a sulfate chemical process, such as the Kraft process, the main component of the green liquor is typically sodium sulfide and sodium carbonate.  However, different chemical processes produce green liquor with different inorganic compounds.  Operators typically collect the green liquor and transport the green liquor to a causticizing plant to further isolate and concentrate the sodium sulfide and sodium carbonate and thereby reproduce white liquor.  
【００１０】As the smelt contacts the green liquor in the dissolving tank, the smelt explodes and emits a series of audible noises.  This is generally known as “banging” by those in the industry.  The smelt flowing from the spout is typically between 750 degrees Celsius (oC) to 820 oC, while the average temperature of the green liquor is about 70 oC to 100 oC.  Moreover, the smelt generally contains reactive alkali metals such as sodium, which reacts explosively with water.  Without being bounded by theory, the large temperature differential may increase the reactivity of the smelt and green liquor and thereby cause or contribute to banging.  If left unregulated, a sudden influx of smelt may blow up the dissolving tank and recovery boiler, which poses grave risks to nearby operating personnel.  
【００１１】To manage banging, conventional dissolving tanks generally disrupt the smelt as the smelt falls from the spout.  Disruptors may be one or more shatter jets, which blast the falling smelt with steam or other fluid at high pressure to create smelt droplets.  These droplets have a smaller volume than the overall flow of smelt and therefore, the explosions are generally less intense than they would be if the smelt contacted the green liquor as a continuous, uninterrupted, undisrupted flow.  Typically, the end of the smelt spout is elevated above the level of green liquor and these shatter jets disrupt falling smelt as the smelt falls from the spout end.  
【００１２】Occasionally, smelt may cool prematurely in the recovery boiler or spout and decrease or eliminate the smelt flow rate.  In this antediluvian state, liquid smelt tends to accumulate behind the obstruction.  If the obstruction becomes dislodged, the sudden smelt influx may overwhelm the shatter jet’s ability to disrupt the smelt into sufficiently small droplets.  Moreover, if the deluge is particularly substantial, the smelt may flow over the sides of the spout and bypass the shatter jets entirely.  In other scenarios, a shatter jet may fail.  In these situations, the increased volume of smelt contacting the green liquor drastically increases the banging’s explosive intensity and risk of explosion.  
【００１３】In many mills, operators commonly move in and amongst the processing equipment to monitor process conditions and output.  An explosion in the dissolving tank or recovery boiler poses a serious safety risk to personnel in the immediate vicinity, and the resulting fire poses a serious risk to personnel in the rest of the mill.  Such explosions also cause an unregulated amount of pollutants to enter the air and groundwater and predicate significant production loss.  Explosions of this scale can inactivate a mill for weeks to months.
【BRIEF SUMMARY OF INVENTION】
【００１４】Applicant conceived a system in which acoustic emission sensors are placed in or around the dissolving tank.  Applicant has discovered that the acoustic emissions filtered to a programmed frequency range of greater than 20 KHz tend to exhibit a distinctive pattern or “pre-influx fingerprint” closely before a smelt influx occurs.  By isolating the recorded frequencies of acoustic emissions to detect a pre-influx fingerprint, it is possible to predict a smelt influx before the smelt influx occurs.  Upon detection of a pre-influx fingerprint, an exemplary system disclosed herein may modify a process condition or contain the smelt influx and thereby prevent or mitigate upset conditions, which can contribute to compromising explosions.  In other exemplary embodiments, operators may program a smelt control mechanism such as the disruptors or the restrictor plate disclosed in U.S. Pat. No. 9,206,548 to control smelt flow.  Measuring acoustic emission events from smelt banging in a dissolving tank may be further used to regulate conditions inside the recovery boiler to thereby control the amount of smelt entering the dissolving tank.  
【００１５】A smelt influx detected by one of more acoustic emission sensorsdisposed near the disruptor and smelt spout can be corroborated by a “pre-influx fingerprint” comprising an increased rate of acoustic emissions having amplitudes substantially exceeding a first set of processed waveforms by more than 200% and having a frequency of greater than 20 KHz.  The acoustic emission system may further comprise a response configured to adjust smelt flow when the acoustic emission system detects a pre-influx fingerprint.  The response may comprise restricting smelt flow, changing process conditions within the recovery boiler, or a combination thereof. 
【００１６】The problem of boiler explosions is mitigated by using exemplary embodiments of the system and method disclosed herein.  In an exemplary embodiment, the acoustic emission system may comprise acoustic emission sensors configured to detect acoustic emissions.   An acoustic emission sensor may comprise a transducer having a resonant frequency, wherein the transducer is configured to convert an acoustic wave into an electric signal.  A preamplifier may communicate with the transducer.  The pre-amplifier is typically configured to amplify an electric signal.  The pre-amplifier generates an amplified signal in turn, and transfers the amplified signal to a data processor.  The data processor can be configured to filter the amplified signal to a programmed frequency range above 20 KHz.  The data processor may further evaluate frequencies in the programmed frequency range to detect the pre-influx fingerprint.  Once the data processor detects the pre-influx fingerprint, the data processor may initiate a response, which may include changing one or more operating conditions in the recovery boiler or activating safety devices to reduce or prevent the smelt influx from contacting the green liquor in the dissolving tank.  
【００１７】In an exemplary system, multiple acoustic emission sensors may be disposed in and around the dissolving tank.  For example, acoustic emission sensors comprising a wave guide may be disposed in the wall of the dissolving tank.  The acoustic sensor may have a reading end at the end of the wave guide and a second end, opposite the reading end, disposed outside of the dissolving tank.  The reading end may be disposed within the dissolving tank.  In certain exemplary embodiments, two or more acoustic emission sensors may have wave guides extending into the green liquor.  In other exemplary embodiments, an acoustic emission sensor may have a wave guide disposed within the fluid emitted from the disruptor.  In still other exemplary embodiments, an acoustic emission sensor may have a wave guide disposed within the dissolving tank above the green liquor level and outside of the disruptor fluid.  In other exemplary embodiments, an acoustic emission sensor may be disposed adjacent to the dissolving tank.  
【００１８】Under normal operating conditions the disruptors disperse the smelt flowing off of the smelt spout into smelt droplets.  The smelt droplets then contact the green liquor and emit a small “bang.”  The “bang” comprises both audible acoustic emissions and as acoustic emissions above and below the range of human hearing.  Under these normal operating conditions, hundreds of small bangs may occur every second.  In an exemplary embodiment of the process, the acoustic emission sensor detects the acoustic emissions and transduces the acoustic emission waves into an electric analog signal.  The signal may proceed to a series of pre-amplification stages followed by one or more high pass, low pass or bandpass filter stages to isolate desirable frequencies in a frequency range above 20 KHz.  The signal may be further refined before being converted into a digital signal.  An analog-to-digital (“A/D”) converter may convert the analog signal to a digital signal.  The digital signal may then be sent to a data processor such as a field-programmable gate array (“FPGA”), which may utilize either the continuous count method or conduct Fourier Transformation to process and thereby simplify the digital signal.  The Fourier Transform may be a Fast Fourier Transform (“FFT”), or other Fourier Transform.  In other exemplary embodiments, the FPGA may utilize other signal processing or transformation methods to show maximum correlations on each individual process part e.g. by using the root mean square (“RMS”) method, standard deviation method, skewness method, kurtosis method, mean method, variance method, or by utilizing fuzzy logic, neural networks, and other  signal processing methods.  In still other exemplary embodiments, the data processor may be an application-specific integrated circuit (“ASIC”).  Furthermore, an exemplary system may analyze signals produced by the multiple acoustic emission sensors. 
【００１９】An exemplary system may continuously monitor the dissolving tank for smelt influx above a baseline level of smelt flow.
【００２０】An exemplary system may process and analyze the signals derived from acoustic emissions in the dissolving tank to predict a smelt influx and initiate a response to prevent smelt influx. 
【００２１】A further exemplary system may regulate the operating conditions in the recovery boiler based upon signals derived from acoustic emissions in the dissolving tank. 
【００２２】Yet another exemplary system and method may comprise a computer-based system having software configured to monitor the dissolving tank based on signal input from the acoustic emission sensors.  The computer-based system may have defined condition alerts to indicate when a signal exceeds a predetermined signal amplitude threshold.  
【００２３】The problem of upset conditions in dissolving tanks is solved by using a method of monitoring the dissolving tanks comprising: inserting one or more acoustic emission sensors through a wall or roof in the dissolving tank; continuously listening to the amount and intensity (“aggressivity”) of banging in the dissolving tank, relaying this banging to a computer system, analyzing the data, comparing with dissolving tank process status and returning an output once the data meets programmed conditions. 
【００２４】A characteristic feature of the arrangement according to an embodiment of the present disclosure is that the present disclosure comprises: a sensor for measuring the acoustic emission caused by the smelt contacting the green liquor.  The sensor may comprise a wave guide having a first end and a second end, wherein the first end is disposed at a distance inside the dissolving tank and the second end is located outside of the dissolving tank.  The second end may be provided with a piezoelectric sensor configured to convert a received acoustic emission into an analog electric signal.  The wave guide may comprise an uninsulated portion for receiving the acoustic emission and an insulated portion disposed downstream of the uninsulated portion.  The acoustic emission sensor may further comprise pre-processors for processing the received analog electric signal. 
【００２５】An exemplary method according to the present disclosure comprises: receiving acoustic emission caused by the chemical and thermal reactions of smelt and green liquor in an interior of a dissolving tank through an acoustic emission sensor extending into the interior of the dissolving tank.  The method may further comprise converting the acoustic emission into a digital signal, transmitting the digital signal to a computer, and graphing the digital signal on a frequency spectrum to create a graph frequency spectrum.  One may then compare the graphed frequency spectrum to a stored frequency spectrum indicative of a normal operating condition, and generate a response when the graphed frequency spectrum exceeds the stored frequency spectrum by more than 200%.  
【００２６】In another exemplary embodiment, the computer may produce a digital output signal that deploys a restrictor plate such as the one described in U.S. Pat. No. 9,206,548.  
【BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS】
【００２７】The foregoing will be apparent from the following more particular description of exemplary embodiments of the disclosure, as illustrated in the accompanying drawings in which like reference characters refer to the same parts throughout the different views.  The drawings are not necessarily to scale, with emphasis instead being placed upon illustrating the disclosed embodiments.
【００２８】FIG. 1 is a cross sectional side view multiple acoustic emission sensors disposed around a dissolving tank. 
【００２９】FIG. 2 is detailed cross sectional view of acoustic emission sensor. 
【００３０】FIG. 3 is a flow chart depicting an exemplary embodiment of the acoustic emission system. 
【００３１】FIG. 4 is a graph schematically representing an exemplary pre-influx fingerprint. 
【００３２】FIG. 5A is depicts an FFT output on a display, wherein the output is a first set of processed waveforms representing a baseline level of activity. 
【００３３】FIG. 5B depicts an FFT output on a display, wherein the output has a second set of processed waveforms exceeding the baseline by more than 200%.
【MODE FOR CARRYING OUT INVENTION】
【００３４】The following detailed description of the preferred embodiments is presented only for illustrative and descriptive purposes and is not intended to be exhaustive or to limit the scope and spirit of the invention.  The embodiments were selected and described to best explain the principles of the invention and its practical application.  One of ordinary skill in the art will recognize that many variations can be made to the invention disclosed in this specification without departing from the scope and spirit of the invention.  
【００３５】Corresponding reference characters indicate corresponding parts throughout the several views.  Although the drawings represent embodiments of various features and components according to the present disclosure, the drawings are not necessarily to scale and certain features may be exaggerated in order to better illustrate embodiments of the present disclosure, and such exemplifications are not to be construed as limiting the scope of the present disclosure in any manner.
【００３６】References in the specification to “one embodiment”, “an embodiment”, “an exemplary embodiment”, etc., indicate that the embodiment described may include a particular feature, structure, or characteristic, but every embodiment may not necessarily include the particular feature, structure, or characteristic.  Moreover, such phrases are not necessarily referring to the same embodiment.  Further, when a particular feature, structure, or characteristic is described in connection with an embodiment, it is submitted that it is within the knowledge of one skilled in the art to affect such feature, structure, or characteristic in connection with other embodiments whether or not explicitly described.
【００３７】Although specific terms are used in the following description for the sake of clarity, these terms are intended to refer only to the particular structure of the embodiment selected for illustration in the drawings, and are not intended to define or limit the scope of the disclosure.  
【００３８】The singular forms “a,” “an,” and “the” include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.  Numerical values should be understood to include numerical values which are the same when reduced to the same number of significant figures and numerical values which differ from the states value by less than the experimental error of conventional measurement technique of the type described in the present application to determine the value. 
【００３９】All ranges disclosed herein are inclusive of the recited endpoint and are independently combinable (for example, the range “40 decibels (‘dB’) to 60 dB” is inclusive of the endpoints, 40 dB and 60 dB, and all intermediate values. 
【００４０】As used herein, approximating language may be applied to modify any quantitative representation that may vary without resulting in a change in the basic function to which it is related.  Accordingly, a value modified by a term or terms, such as “about” and “substantially,” may not be limited to the precise values specified.  The modifier “about” should also be considered as disclosing the range defined by the absolute values of the two endpoints.  For example the expression “from about 2 to about 4” also discloses the range “from 2 to 4.”
【００４１】It should be noted that many of the terms used herein are relative terms.  For example, the terms “upper” and “lower” are relative to each other in location, i.e. an upper component is located at a higher elevation than a lower component in a given orientation, but these terms can change if the device is flipped.  The terms “inlet’ and “outlet” are relative to a fluid flowing through them with respect to a given structure, e.g. a fluid flows through the inlet into the structure and flows through the outlet out of the structure.  The terms “upstream” and “downstream” are relative to the direction in which a fluid flows or a signal moves through various components, i.e.the signal encounters an upstream component prior to encountering the downstream component. 
【００４２】The terms “top” and “bottom” or “base” are used to refer to locations/surfaces where the top is always higher than the bottom/base relative to an absolute reference, i.e. the surface of the Earth.  The terms “upwards” and “downwards” are also relative to an absolute reference; an upwards flow is always against the gravity of the Earth.
【００４３】FIG. 1 is a schematic diagram depicting a dissolving tank 160 having acoustic emission sensors 150 extending through walls 162 and a top 164 of the dissolving tank 160.  Although FIG. 1 depicts a single smelt spout 110 and a single dissolving tank 160, it will be understood that multiple smelt spouts 110 and dissolving tanks 160 may extend around the recovery boiler 100.  The acoustic emission sensor 150 has a reading end (222, FIG. 2) and a second end (224, FIG. 2), opposite the reading end 222 disposed outside of the dissolving tank 160.  The reading end 222 is disposed within the dissolving tank 160.  In other exemplary embodiments, an acoustic emission sensor 150 may be disposed entirely within the dissolving tank 160 such that both the reading end 222 and the second end 224are disposed within the dissolving tank 160.  
【００４４】In still other exemplary embodiments, an acoustic emission sensor 150may be disposed entirely outside of the dissolving tank 160 such that both the reading end 222 and the second end 224 are disposed outside of the dissolving tank 160.  FIG. 1 depicts multiple acoustic emission sensors 150 disposed through the dissolving tank 160.  Multiple acoustic emission sensors 150 can be used to provide additional detailed signal data.  An acoustic emission sensor 150 may be glued, fastened, or otherwise attached to the top 164 or walls 162 of the dissolving tank 160.  In other exemplary embodiments, an acoustic emission sensor 150 may be engaged to pipes proximate to or communicating with the dissolving tank 160.  In still other exemplary embodiments, magnets may engage the acoustic emission sensors 150 to the dissolving tank 160 or to pipes.  
【００４５】As the smelt droplets 130 contact the green liquor 165, the smelt droplets 130 emit acoustic emissions 167.  A passerby may hear some of these acoustic emissions 167 as an audible bang.  An example acoustic emission sensor 150 may detect the acoustic emissions 167, transduce the acoustic emissions 167 into an electric analog signal 307 (FIG. 3), and pre-amplify the signal 307 before transmitting the amplified signal 311 for further processing.  The acoustic emissions 167may be sound waves or other energetic waves transmitted through the dissolving tank 160.  
【００４６】The acoustic emission sensors 150 may comprise a piezoelectric sensor, a micro-electro-mechanical system (“MEMS”) sensor, or other acoustic sensors configured to detect acoustic emissions 167 and transduce the acoustic emissions 167 into an electric signal 307.  Furthermore, an acoustic emission sensor 150 may comprise a filter 316 (FIG. 3) such as a broad band acoustic emission filter.  In other exemplary embodiments, an acoustic emission sensor 150 may comprise a narrow band acoustic emission filter.  
【００４７】As shown in FIG. 1, a first end of the smelt spout 110 may be disposed in, engaged to, or extend toward the recovery boiler 100 and the second end of the smelt spout 110, opposite the first end of the smelt spout 110 can be, disposed over, engaged to, or extend toward a dissolving tank 160.  Smelt 115 from a recovery boiler 100 flows down a smelt spout 110 into the dissolving tank 160.  The dissolving tank 160 is generally disposed under a hood 170.  Disruptors 140 emit fluid 145 that disrupts the flow of smelt 115 to create smelt droplets 130.  The fluid 145 is generally steam.  The disruptors 140 may be shatter jet nozzles. 
【００４８】In the depicted embodiment, an acoustic emission sensor 150’ extends into the fluid 145 emitted by the disruptor 140.  The area in which the fluid 145 extends may be known as the fluid path of the disruptor 140.  A wave guide 125 of at least one of the acoustic emission sensors 150 desirably extends into the liquid in the dissolving tank 160.  In exemplary embodiments depicted in FIG. 1, the liquid is green liquor 165, but it will be understood that the liquid may be any liquid used in dissolving tanks 160.  A wave guide 125 of at least one other acoustic emission sensor 150’ does not contact the green liquor 165.  
【００４９】Acoustic emission sensor 150” is configured to detect the first signs of uneven smelt flow.  This is an example of using the acoustic emission sensors 150, 150’ and 150” in a master-slave processing configuration, wherein a master sensor (see 150”) is mounted near an area of interest (e.g. the area in which the smelt contacts the fluid) and slave or guard sensors (see 150, 150’) surround the master sensor (see 150”) and eliminate noise generated from outside the area of interest.  For example, the acoustic emission sensor 150’having a waveguide 125 disposed in the fluid path of the disruptor 140, may continuously monitor the acoustic emissions 167 produced in the fluid path of the disruptor 140.  The system may process the signal as described below and generate a signal profile indicative of normal disruptor operating conditions.  A data processor 336 (FIG. 3) may then subtract the signal profile of the normal disruptor operating conditions from the signal recorded by the master sensor (see 150”) positioned over the area in which the smelt contacts the green liquor 165.  In this manner, one may use the master-slave technique to eliminate irrelevant background noise from the signal generated at the master sensor 150”.   
【００５０】In other exemplary embodiments, the guard sensors (see 150, 150’) may detect a baseline level of activity 442 (FIG. 4) representative of a first rate of smelt flow at normal operating conditions in a guard sensor’s detection area.  For example, the acoustic emission sensor 150’having a waveguide 125 disposed in the fluid path of the disruptor 140, may continuously monitor the acoustic emissions 167 produced in the fluid path of the disruptor 140.  A data processor 336 communicating with the acoustic sensor 150’ may register a first set of processed waveforms 432 (FIG. 4) indicative of a baseline level of activity 442 in the fluid path of the disruptor 140.  Before a smelt influx occurs, the data processor 336 may further register a second set of processed waveforms 433 (FIG. 4) that exceeds the baseline level of activity 442 by more than 200%.  The second set of processed waveforms 433 can be representative of a second rate of smelt flow.  In certain exemplary embodiments, the data processor 336 may corroborate the first set of processed waveforms 432 produced from a guard sensor (see 150, 150’) with a first set of processed waveforms 432 produced from a master sensor (see 150”) to confirm that the dissolving tank 160 is operating at normal operating conditions.  In still further exemplary embodiments, the data processor 336 may corroborate the second set of processed waveforms 433 produced by the guard sensors (see 150, 150’) with the second set of processed waveforms produced by the master sensor (see 150”).  By comparing the second sets of processed waveforms 433, the data processor may confirm the existence of a pre-influx fingerprint 372 (FIG. 3) and thereby initiate a response to prevent or contain the smelt influx.
【００５１】Smelt droplets 130 may have an average temperature between 750 oC to 820 oC.  The average temperature of the green liquor 165is about 70 oC to 100 oC.  To withstand the heat within the dissolving tank 160 and exposure to the fluid 145, the acoustic emission sensors 150 may have a housing 151 made of a material configured to withstand the high temperatures and pressures.  Examples include aluminum, duplex stainless steel, or regular stainless steel.  Furthermore, example acoustic emission sensors 150 having electronics or transducing elements disposed within the dissolving tank 160 may be configured to operate temperatures up to and above 100 oC or at temperatures up to and above 160 oC depending on the average temperature within the dissolving tank 160.  Acoustic emission sensors 150 having electronics or transducing elements disposed outside of the dissolving tank may be configured to operate at temperatures up to and above 50 oC. 
【００５２】Referring to FIGS. 1, 3, and 4, the acoustic emission sensor 150 detects acoustic emissions 167 continuously and the data processor 336 may continuously process or transform the digital signal in preparation for signal analysis (e.g. analyzing the processed signal to detect a pre-smelt influx fingerprint 372).  In other exemplary systems, the acoustic emission sensor 150 may sample the acoustic emissions 167 at time intervals, such as, for example, at 10 milliseconds (“ms”), one second, or sixty seconds.  Once processed, the data processor 336 outputs an output signal O.  The output signal O may be transmitted to a computer 338 and a display 339.  The output signal O comprises a first set of processed waveforms 432 representing a first rate of smelt flow (i.e. a baseline level of activity 442).  Depending on the scale of the display 339, the first set of processed waveforms 432 may appear to have a substantially constant amplitude.  On a display 339  (see FIG. 4, FIG. 5A, and FIG. 5B for display outputs), the first set of waveforms 432 having a substantially constant amplitude may appear to map to a substantially straight line representing the average amplitudes of the first set of waveforms 432.  The display 339 may further output a floating threshold F, which is a threshold having an amplitude established by the time average measure of the signal.  In FIG. 4, the floating threshold F represents the average amplitudes of the output signal O during a time interval.  This first set of processed waveforms 432 represents a baseline level of activity 442 indicative of normal, even smelt flow and disruptor fluid flow based on inputs from one or more acoustic emission sensors 150.  Normal even smelt flow may comprise a first rate of smelt flow.  The baseline 442 may further indicate nominal recovery boiler activity.  In other exemplary embodiments, acoustic emission sensors 150’ placed near the outlet of each smelt spout 110 will detect the first signs of uneven smelt flows, problems with disruptors 140, and smelt influx.  
【００５３】Just before a sudden smelt influx, the amplitude of the processed signal 368 may be substantially lower than the baseline level of activity followed by a second set of processed waveforms 433 having amplitudes that are substantially higher than the baseline level of activity 442, such as 100% higher, more than 150% higher, at least 200%, more than 200% higher, at least 300%, more than 300% higher, at least 500%, or more than 500% higher than the baseline level of activity 442.  The second set of processed waveforms 433 may be characterized by one or more amplitude peaks 461.  The amplitude peaks 461 of the second set of processed waveforms 433 substantially exceed the average amplitudes of baseline level of activity 442 by at least 200%.  The second set of processed waveforms 433 can represent a second rate of smelt flow.  The pre-influx fingerprint 372 comprises the second set of waveforms 433 substantially exceeding the baseline level of activity 442 by at least 200%.  In still other exemplary embodiments, one or more amplitudes peaks 461 in the second set of waveforms 433 may further comprise the pre-influx fingerprint 372.  In still other exemplary embodiments, the pre-influx fingerprint 372 may comprise three or more amplitude peaks 461 in the second set of waveforms 433substantially exceeding the baseline level of activity 442.  In still other exemplary embodiments, the pre-influx fingerprint 372 may comprise at least five amplitude peaks 461 in the second set of waveforms 433 substantially exceeding the baseline level of activity 442. 
【００５４】In the conditions leading up to a smelt influx, the frequency of acoustic emissions 167 may be lower than the baseline level of activity 442 at one or more of the smelt spouts 110.  That is, once pre-processed and processed, the output signal O may further comprise a third set of processed waveforms 441 having amplitudes below the average amplitudes of the baseline level of activity 442.  In systems comprising a display 339 or user interface, the third set of processed waveforms 441 may not be depicted, or the third set of processed waveforms 441 may be represented as a gap in the first set of processed waveforms 432.  The lower rate of acoustic emissions 167 would be independent of process conditions that would otherwise account for a lower rate of acoustic emissions 167.  An exemplary system 305 may compare processed signals 368 derived from the acoustic emission sensor 150’ disposed near the disruptor 140 and smelt spout 110 with processed signals 368 derived from the acoustic emission sensor 150 disposed throughout the dissolving tank 160 to determine whether a lower rate of acoustic emissions 167 is an expected outcome of current dissolving tank or recovery boiler conditions.  If the lower rate of acoustic emissions 167 (and resulting third set of processed waveforms441) is not an expected outcome of current dissolving tank or recovery boiler conditions, a low rate of acoustic emissions 167 can be indicative of smelt spout blockage, or indicate fluctuating smelt flow in the recovery boiler 100 and may further comprise the pre-influx fingerprint 372.
【００５５】As seen in FIG. 4, the pre-influx fingerprint 372 may comprise an initial pre-influx fingerprint 372a characterized by the third set of processed waveforms 441having a lower rate of acoustic emissions 167 that is not an expected outcome of process conditions and an imminent pre-influx fingerprint 372bcharacterized by a second set of processed waveforms 433 having one or more amplitude peaks 461 exceeding the first set of processed waveforms 432 by more than 200%.  In certain exemplary systems, the data processor 336 may initiate a response, such as an alarm, or a change in process condition, or initiate smelt containment upon detection of the initial pre-influx fingerprint 372a.  In other exemplary systems, the data processor 336 may trigger a first alarm in response to detecting an initial pre-influx fingerprint 372-a.  
【００５６】In other exemplary embodiments, the display 339 may display a first floating threshold 479 defined by the average amplitudes of the first set of processed waveforms 432 and a second floating threshold 480 defined by the second set of processed waveforms 433.  The pre-influx fingerprint 372 may further comprise a transition (see 372b) from the first floating threshold 479 to the second floating threshold 480, wherein the second floating threshold 480 exceeds the first holding threshold 479 by at least 100%.  That is, the pre-influx fingerprint 372 may comprise an increase in the floating threshold Fby more than 100%.  
【００５７】It will be appreciated that transforming an acoustic emission signal with any signal processing formula to predict a smelt influx, wherein the signal is above 20 KHz, and emanates from banging in a dissolving tank is considered to be within the scope of this disclosure.  The 20 KHz frequency represents the upper limit of human hearing.  It will be further appreciated that transforming an acoustic emission signal with any signal processing formula to predict a smelt influx, wherein the signal is above 100 KHz, and emanates from banging in a dissolving tank is considered to be within the scope of this disclosure.  
【００５８】In other exemplary embodiments, the pre-influx fingerprint 372may comprise an amplitude decay pre-influx fingerprint 372c in which two or more amplitude peaks 461 surpass the threshold 483 within a set unit of time.  The threshold 483 may be a voltage threshold, floating threshold, system examination threshold, or other threshold set by the user or instrument against which the pre-influx fingerprint 372 may be compared.  For example, when the display 339 displays an output signal O at a one second resolution, the amplitude decay pre-influx fingerprint 372cmay comprise two or more amplitude peaks 461 surpassing the threshold 483 every second.  In embodiments in which the display 339 displays an output signal O at 10 ms, the amplitude decay pre-influx fingerprint 372cmay comprise two or more amplitude peaks 461surpassing the threshold 483 every 10 milliseconds.  The longer the amplitude peaks 461 surpass the threshold 483, the more likely the smelt influx will cause the dissolving tank to explode (see 531, FIG. 5B).  
【００５９】FIG. 2 depicts acoustic emission sensor 250 wherein the acoustic waves 167 (FIG. 1) vibrate the wave guide 225.  The acoustic emission sensors 250 are configured to detect acoustic emissions 167 continuously.  The acoustic emission sensor 250 has a wave guide 225 engaged to a transducer 285.  In the depicted embodiment, the transducer 285 is a piezoelectric crystal, although it will be understood that other transducer known in the art may be used.  The wave guide 225 has a length L1 extending from the transducer 285 to a reading end 222.  
【００６０】A protective sleeve 227 may shield a portion of the wave guide length L3 from smelt splashes, liquor splashes, and the temperature and pressure inside the dissolving tank 260.    An exposed portion of the wave guide L2 may be directly exposed to the green liquor 165 within a dissolving tank 265.  Operators may insert the wave guide 225 through an inlet sleeve 229 disposed within the wall 262 or top 164 of the dissolving tank 260.  Insulation 228 may seal the opening in the inlet sleeve 229 and isolate the wave guide 225 from dissolving tank walls 262and sleeve 229 to minimize background signals, not relevant to banging detection.  
【００６１】As shown in FIGS. 2 and 3, acoustic waves 167contact the wave guide 225, the wave guide 225 vibrates and mechanically transfers the acoustic wave 167 to the transducer 285.  The acoustic emission sensor 250 may have a threshold level.  The threshold level is a threshold amplitude against which the amplitudes of the acoustic emissions 167 are compared.  The acoustic emission sensor 250 may be configured to register acoustic emissions 167 that have amplitudes greater than the threshold level or less than the threshold level.  The transducer 285 then transduces the acoustic emissions 167 above the threshold level into an initial electric signal 307.  The transducer 285 and associated electronics are generally protected within a housing 220. 
【００６２】A pre-amplifier 221 can then amplify the signal 307.  Subsequent amplifiers (see 313) may further amplify the signal 307 before the data processor 336 receives the pre-processed signal 318.  A typical acoustic emission sensor 250 generally has a pre-installed preamplifier 221, although nothing in this disclosure limits the acoustic emission sensors 250 to having pre-installed preamplifiers 221.  The preamplifier 221 may amplify the signal 307 by generally 40 to 60 decibels (“dB”).  A filter 316, such as a high pass, low pass, or band pass filter may then filter the signal to a programmed frequency range above 20 KHz.  In other exemplary embodiments, the filter 316 may filter the signal to a programmed frequency range of above 100 KHz.  An A/D converter 326 may then convert the analog signal 307 to a digital signal 312.  The data processor 366 receives the amplified and filtered digital signal 311, 317, 312 (i.e. the pre-processed signal 318) and performs a processing or signal transformation method 356 to generate a processed signal 368.  The data processor 366 may further be configured to detect a pre-influx fingerprint 372.  An acoustic emission sensor 250 may include electronics for complete signal processing, which may include an amplifier 313, filter 316, A/D converter 326, data processor 366, and display 339.  In other exemplary embodiments in which the acoustic emission sensor 250does not contain all processing elements, the cable 223 may transmit the signal to the next signal processor.  In still other exemplary embodiments, the acoustic emission sensor 250 may transmit the signal wirelessly. 
【００６３】Although acoustic emission sensors 250 may be configured to detect a range of acoustic emissions, acoustic emission sensors 250 typically have a resonant frequency.  That is, the acoustic emission sensor 250 is generally configured to provide a highly defined electric signal at the resonant frequency.  While the acoustic emission sensor 250 may detect acoustic waves 167 and transmit signals 307 above or below the resonant frequency, the detail of these non-resonant signals is comparatively less than the detail detected at the resonant frequency.  In piezoelectric sensors, the thickness of the piezoelectric crystal defines the resonant frequency of the sensor.  In an exemplary embodiment, the acoustic emission sensor 250 may have a resonant frequency above 20 KHz and desirably above 100 KHz.
【００６４】Piezoelectric sensors also typically have a temperature at which the piezoelectric crystal loses its piezoelectric properties.  In embodiments where the acoustic emission sensor 250 is a piezoelectric sensor it is desirable to select a piezoelectric sensor configured to function at temperatures typical to dissolving tanks 260.  
【００６５】FIG. 3 is a flow chat representing an exemplary acoustic emission system 305 for detecting a pattern of banging in a dissolving tank 260.  One or more acoustic emission sensors 250 detect acoustic emissions 367 continuously. The signal transducer 385 transduces the acoustic emissions 367 to an electric analog signal 307.  Pre-processors 335 then pre-process the signal 307.  The order in which the signal 307 undergoes pre-processing prior to the application of the signal transformation method 356 is immaterial.  The pre-processors 335 may comprise a filter 316, an amplifier 313, an A/D Converter 326, or a computer 338.  Signal pre-processing may comprise one or more pre-processors 335, less than all listed pre-processors 335, or multiple types of select pre-processors 335. For example, pre-processing may comprise both pre-amplifying the signal by 40 dB to 60 dB in the acoustic emission sensor 250 and further amplifying the signal in an amplifier disposed outside of the acoustic emission sensor 250; however, both the pre-amplifier disposed inside the acoustic emission sensor 250 and the amplifier disposed outside of the acoustic emission sensor 250are considered amplifiers 313 for purposes of pre-processing and pre-processors 335.  
【００６６】The filter 316 generates a filtered signal 317.  The filter 316 may be an analog filter, high pass filter, low pass filter, band pass filter, digital filter or other filter used in signal processing.  The filter 316 filters out undesirable low frequencies (high pass filter), undesirable high frequencies (low pass filter), or both undesirable high frequencies and low frequencies (band pass filter).  Operators may select the desired filter 316 manually.  In the exemplary systems disclosed herein, operators may isolate signal frequencies between 100 KHz and 300 KHz.  This range is sufficiently high to escape most mechanical noise, but is also low enough to detect acoustic emissions 167 sufficiently far from the source.  This can allow the operators to place the acoustic emission sensors 150 in the dissolving tank walls 262 or proximate to the dissolving tank 260.  In other exemplary embodiments, the filter 316 may be set automatically.  Undesirable frequencies below 20 KHz (e.g.frequencies irrelevant to predicting sudden smelt influx) can be filtered out in this manner.  In other exemplary embodiments, undesirable frequencies below 100 KHz may be filtered out in this manner. 
【００６７】Without being bounded by theory, a high pass filter may be desirable to filter out hydraulic noise, which may emanate from turbulent flow of fluids, boiling of fluids, and leaks.  The high pass filter may further filter out mechanical noise emanating from mechanical parts in contact with the system.  Cyclic noise, e.g. repetitive noise from reciprocating or rotary machinery, may also be filtered out with a high pass filter.  A low pass filter may be useful for filtering out electro-magnetic noise.  Applicant has discovered that the frequency of mechanical noise is usually lower than an acoustic emission burst from the highest frequency range of banging in the dissolving tank 260. 
【００６８】The amplifier 313 amplifies the amplitude of the signal to produce an amplified signal 311.  An amplifier 313 may be an analog amplifier, pre-amplifier, digital amplifier, or other amplifier used in signal processing.  An amplifier may pre-amplify the signal 307 produced from the signal transducer 385.  The signal 307 may be further amplified after filtering and an A/D converter 326 may then convert the analog signal to a digital signal 312.  Variations in the order of pre-processing are considered to be within the scope of this disclosure. 
【００６９】It will be understood that some or all of the pre-processors 335 may reside in the acoustic emission sensor 250, (e.g. within a single housing 251, on a single circuit board, etc.).  In other exemplary embodiments pre-processors 335 may reside in the system as separate devices outside of the acoustic emission sensor 250. 
【００７０】The pre-processors 335 produce a pre-processed signal 318.   A data processor 366 receives the pre-processed signal and applies a signal transformation method 356 to generate a processed signal 368.  The processed signal 368 may be output from the data processor as the output signal O.  The data processor 366 may be a field programmable gate array (“FGPA”).  In still other exemplary embodiments, the data processor 366 may be an application-specific integrated circuit (“ASIC”).  The data processor 366 receives the processed signal 318 and may perform continuous counting analysis as the signal transformation method 356.  
【００７１】In other exemplary embodiments, the data processor 366may conduct a Fast Fourier Transform (“FFT”) as the signal transformation method 356.  In other exemplary systems, the signal transformation method 356 may comprise the root mean square (“RMS”) method, standard deviation method, skewness method, kurtosis method, mean method, variance method, or the signal transformation method may use fuzzy logic, neural networks, and other signal processing methods to produce a processed signal 368.  The data processor 366 may be further configured to detect a pre-influx fingerprint 372 before outputting an output signal O.  
【００７２】The output signal O may then be sent to a computer 338, which may be configured to confirm the pre-influx fingerprint 372 and display the output signal O on a display 339 or other user interface.  By way of example, the output signal O may be displayed as a continuous frequency spectrum display, a long-time envelope, or by displaying merely portions of the signal that exceed predetermined thresholds (e.g. the portions that exceed the first set of processed waveforms 432).
【００７３】In certain exemplary embodiments, the display 339 may display the processed signal in which the processed signal is a rectified, time averaged acoustic emission signal depicted on a linear scale and reported in volts.  The display 339 may further display the energy of the processed signal, wherein the energy of the processed signal is evaluated as the integral of the volt-squared function over time.  The signal strength may also be displayed in which the signal strength is measured as the areas of the rectified acoustic emission signal in units proportional to volt-seconds.  In still other exemplary embodiments, the display 339 may display only processed signals that exceed a threshold.  
【００７４】The threshold may be user-adjustable, fixed, or a floating threshold.  The floating threshold varies with time as a function of noise output.  A floating threshold can be used to distinguish between background noise and acoustic emission events in conditions in which the background noise is high and varying.  A voltage threshold is a voltage level on an electronic comparator such that signals with amplitudes larger than this level will be recognized. 
【００７５】The display 339 may display count trend resolutions at 10 milliseconds (“ms”), one second, 60 seconds, or any other time interval selected by the operators.  All other trends (Fast Fournier Transform, root mean square, etc. are desirably displayed at a one second resolution.  Because the acoustic emission sensors 150 detect acoustic emissions 167 continuously, the total time trend can last for as long as the acoustic emission sensors 150 remain functional, such as for a period of years. 
【００７６】In further exemplary embodiments, when the computer 338 recognizes the pre-influx fingerprint 372, the computer 338 may initiate a response 353.  The response 353 may comprise changing a process condition, such as restricting or blocking smelt flow with a restrictor plate such as the one disclosed in U.S. Pat. No. 9,206,548.  In other embodiments, the response 353 may comprise adjusting a process condition within the recovery boiler.  Changing a process condition within the recovery boiler may include adjusting the combustion rate, rate of black liquor flow, rate of air flow, air flow path, black liquor flow path, temperature, pressure, and concentration of reactants.  Changing process condition may include changing a second rate of smelt flow indicative of a smelt influx into a first rate of smelt flow indicative of a baseline level of activity 442, such as by restricting the rate of smelt flow in the smelt spout 110 or by preventing the smelt 115 in the smelt spout 110 from entering the dissolving tank 160.  Software may be configured to initiate the response 353.  In yet other embodiments, the response 353 may comprise, increasing the rate of fluid exiting the disruptor 140.  In still other exemplary embodiments, the response 353 may comprise triggering one or more alarms.  Combinations of the disclosed responses 353and other common ways to control smelt flow are considered to be within the scope of this disclosure.  
【００７７】In certain exemplary embodiments, the data processor 366 may reside in the computer 338.  In other exemplary embodiments, a data process disposed outside of the computer 338 may begin processing the pre-processed signal 318 such as by using a signal transformation method 356 to transform the signal and then transmit the transformed signal to the computer 338 for pre-influx fingerprint detection.  In still other exemplary embodiments, a computer 338 may comprise a pre-processor 335 and perform some or all of the signal pre-processing.  In still other exemplary embodiments, a computer 338 may apply a signal transformation method 356.
【００７８】FIG. 5A depicts an FFT output signal O that may be seen on a display 339.  The output signal O is a first set of processed waveforms 532 representing a baseline level of activity 442 (FIG. 4) in a dissolving tank 160.  In the depicted embodiment the pre-processed signal 318 has been filtered to above 100 KHz.  This is well beyond the range of human hearing and microphones that detect audio waves transmitted through air.  A user may set a threshold 583 at for example, at 20.  In the depicted scale, the first set of processed waveforms 532 has occasional, randomly distributed, threshold-surpassing peaks 578.  The amount of times these occasional threshold-surpassing peaks 578’ generally surpass the threshold 583 depends on where the threshold is set and the specified period of time.  For example, when the display 339 is displaying an amplitude peak 578 every second, the occasional threshold-surpassing peaks 578’ may not surpass the threshold 583 more than a few times per minute.  In the depicted embodiment, the threshold 583 is set at 20 and the display resolution is set to one second.  Generally, occasional threshold-surpassing peaks 578’ do not surpass the threshold 583 at three consecutive seconds.  Because the processed signal 368 (FIG. 3) is a signal above 20 KHZ and the background noise has been filtered out during pre-processing 335, the occasional threshold-surpassing peaks 578’represent normal smelt banging, or periodic minor smelt influxes that do not jeopardize the structural integrity of the dissolving tank.  The first set of processed waveforms 532 and baseline level of activity 442 comprise these occasional threshold-surpassing peaks 578’.  It will be understood that the occasional threshold-surpassing peak represent normal smelt banging activity.  The depiction of these occasional threshold-surpassing peaks will vary depending on a specific dissolving tank environment and the rate and scale at which users choose to display the output O.  The display 339 may further display a floating threshold F (FIG. 4), which represents the average amplitudes of the output signal O during a specified time interval.
【００７９】In FIG. 5B, the FFT output signal Ocomprises a first set of processed waveforms 532 transitioning into a second set of processed waveforms 533.  In the depicted embodiment the pre-processed signal 318 has been filtered to above 100 KHz. The second set of processed waveforms 533 comprises a pattern of amplitude peaks 561 that consistently surpass the threshold 583 over a specified period of time.  For example, in FIG. 5B, the threshold 583 is set at 20 and the display 339 displays an amplitude peak every second.  
【００８０】The pre-influx-fingerprint 372 may comprise the pattern of amplitude peaks 561.  Furthermore, the pre-influx fingerprint 372 may comprise a cyclic pre-influx fingerprint 372dcharacterized by repeating amplitude decay pre-influx fingerprints (see 372c, FIG. 4) over a time interval.  In the depicted embodiment, the cyclic pre-influx fingerprint 372d comprises at least five amplitude decay pre-influx fingerprints C1, C2, C3, C4, and C5.  In the depicted embodiment, the cyclic pre-influx fingerprint 372doccurred over a period of approximately three hours.  It will be understood however, that a cyclic pre-influx fingerprint 372dmay comprise at least two amplitude decay pre-influx fingerprints 372c.  The system described herein may initiate a change in process condition upon detection of any pre-influx fingerprint 372.  In the depicted embodiment, the system may trigger a first alarm or change in process condition upon detection of the cyclic pre-influx fingerprint 372dand a second alarm or change in process condition upon detection of a prolonged pre-influx fingerprint 372e. 
【００８１】The pre-influx fingerprint 372 may comprise a prolonged pre-influx fingerprint 372e.  A prolonged pre-influx fingerprint 372e is shown in FIG. 5B, over time interval E.  A prolonged pre-influx fingerprint 372ehas multiple amplitude peaks 561over the resolution interval and may not readily exhibit the amplitude decay pre-influx fingerprint 372c.or the cyclic pre-influx fingerprint 372d.  It will be understood that the time interval E may vary depending upon the configurations and conditions of a particular dissolving tank 160 and the sampling frequency of the acoustic emission sensor 150, data processor 366 and resolution of the output signal O.  In the depicted output signal O for example, the time interval E occurred over approximately one hour and forty five minutes.  Regardless of how the prolonged pre-influx fingerprint 372e is depicted or displayed, the prolonged pre-influx fingerprint 372eindicates that a smelt influx is imminent or presently occurring.  The system, or a computer in the system, may initiate an immediate change in process conditions or contain the smelt in response to detecting a prolonged pre-influx fingerprint 372e.  If smelt flow is not contained upon detection of a prolonged pre-influx fingerprint 372e an explosion 531 may be imminent.  Upon adjustment of a process condition or containment of the smelt influx, the second set of processed waveforms 533 may transition back into the first set of processed waveforms 532indicative of a baseline level of activity 442.  
【００８２】The pre-influx fingerprint 372 may further comprise a count trend and a Fast Fourier Transform trend, wherein the count trend depicts decreasing banging intensity in the dissolving tank 160 prior to frequency bands in the Fast Fourier Transform trend surpassing the first set of processed waveforms 432 by more than 300%.
【００８３】Furthermore, an exemplary method of predicting a smelt influx in a dissolving tank may comprise: detecting acoustic emissions emanating from smelt banging within the dissolving tank with an acoustic sensor; converting the acoustic emissions into an initial electric signal; amplifying the initial electric signal to produce an amplified signal; filtering the amplified signal to a programmed frequency range of greater than 20 KHz; outputting a first output signal in the programmed frequency range, wherein the first output represents a baseline level of activity 442 within the dissolving tank in the absence of a smelt influx; outputting a second output signal substantially exceeding the first output signal by more than 200%, wherein the second output signal comprises signal peaks, and wherein three or more signal peaks in the second signal output comprise the pre-influx fingerprint; reducing smelt flow into the dissolving tank in response to the pre-influx fingerprint. 
【００８４】An exemplary system may comprise: a dissolving tank adjacent to a recovery boiler, wherein a smelt spout is in fluid communication with the recovery boiler and the dissolving tank; smelt disposed in the smelt spout, wherein the smelt flows from the recovery boiler through the smelt spout into the dissolving tank at a first rate, and wherein the smelt contacts a liquid in the dissolving tank and thereby generates acoustic emissions; an acoustic emission sensor having a reading end oriented to detect the acoustic emissions emanating from the dissolving tank, wherein the acoustic emission sensor has a transducer in signal communication with the reading end, and wherein the transducer is configured to transduce the acoustic emissions into an initial electric signal; a pre-processor configured amplify, filter, and digitize the initial electric signal to produce a pre-processed signal having a frequency of greater than 20 KHz, wherein the pre-processor is disposed downstream of the transducer; a data processor in signal communication with the pre-processor, wherein the data processor is configured to transform the pre-processed signal with a transformation method to produce an output signal, wherein the output signal comprises a first set of processed waveforms representative of the first rate, and a second set of waveforms representative of a second rate of smelt flow, the second set of processed waveforms having amplitude peaks exceeding the first set of processed waveforms by more than 200% to comprise a pre-influx fingerprint.
【００８５】A further exemplary system may comprise: a dissolving tank adjacent to a recovery boiler, a smelt spout having a first end proximate a recovery boiler and a second end opposite the first end proximate a dissolving tank, wherein the smelt spout is configured to receive a smelt from the recovery boiler and convey the smelt to the dissolving tank; an acoustic emission sensor having a reading end configured to detect acoustic emissions emanating from the smelt contacting a liquid in the dissolving tank, and wherein the acoustic emission sensor has a transducer in signal communication with the reading end, and wherein the transducer is configured to transduce the acoustic emissions into an initial electric signal; a pre-processor configured amplify, filter, and digitize the initial electric signal to produce a pre-processed signal having a frequency of greater than 20 KHz, wherein the pre-processor is disposed downstream of the transducer; a data processor in signal communication with the pre-processor, wherein the data processor is configured to transform the pre-processed signal with a transformation method to produce an output signal, wherein the output signal comprises a first set of processed waveforms representative of a first rate of smelt flow, and a second set of waveforms representative of a second rate of smelt flow, the second set of processed waveforms having amplitude peaks exceeding the first set of processed waveforms by more than 200% to comprise a pre-influx fingerprint.
【００８６】While this invention has been particularly shown and described with references to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the invention encompassed by the appended claims.
1.   A system comprising:
a dissolving tank adjacent to a recovery boiler, 
a smelt spout having a first end proximate a recovery boiler and a second end opposite the first end, the second end being proximate a dissolving tank, wherein the smelt spout is configured to receive a smelt from the recovery boiler and convey the smelt to the dissolving tank;
an acoustic emission sensor having a reading end configured to detect acoustic emissions emanating from the smelt contacting a liquid in the dissolving tank, and wherein the acoustic emission sensor has a transducer in signal communication with the reading end, and wherein the transducer is configured to transduce the acoustic emissions into an initial electric signal;
a pre-processor configured amplify, filter, and digitize the initial electric signal to produce a pre-processed signal having a frequency of greater than 20 KHz, wherein the pre-processor is disposed downstream of the transducer;
a data processor in signal communication with the pre-processor, wherein the data processor is configured to transform the pre-processed signal with a transformation method to produce an output signal, wherein the output signal comprises a first set of processed waveforms representative of a first rate of smelt flow, and a second set of waveforms representative of a second rate of smelt flow, the second set of processed waveforms having amplitude peaks exceeding the first set of processed waveforms by more than 200% to comprise a pre-influx fingerprint.
2.   The system of claim 1 further comprising the smelt disposed in the smelt spout.
3.   The system of claim 1, wherein the acoustic emission sensor is disposed within the dissolving tank, within a wall of the dissolving tank, within a roof of the dissolving tank, within a base of the dissolving tank, or adjacent to the dissolving tank.
4.   The system of claim 1, wherein the first end of the smelt spout is disposed in, engaged to, or extending toward the recovery boiler and the second end of the smelt spout is, disposed over, engaged to, or extending toward a dissolving tank.
5.   The system of claim 1 further comprising a computer, wherein the computer is configured to detect the pre-influx fingerprint and restrict smelt flow into the dissolving tank after detecting the pre-influx fingerprint.
6.   The system of claim 5, wherein the computer changes a process condition in response to detecting the pre-influx fingerprint. 
7.   The system of claim 5, wherein the pre-influx fingerprint further comprises a third set of processed waveforms having amplitudes below average amplitudes of the first set of processed waveforms, and wherein the computer initiates a response upon detection of the third set of processed waveforms.
8.   The system of claim 1, wherein the data processor is an FPGA processor, wherein the FPGA processor transforms the pre-processed signal and continuously displays an intensity of chosen frequency bands in the second set of wave forms.
9.   The system of claim 8, wherein the pre-influx fingerprint further comprises at least two amplitude peaks of the second set of waveforms exceeding the average amplitude of the first set of waveforms by at least 300% within a pre-defined time interval.
10.  The system of claim 1, wherein the pre-processed signal has a frequency of greater than 100 KHz.
11.  The system of claim 1, wherein the transformation method is selected from the group consisting of a continuous counting method, a Fast Fourier Transform, a root mean square method, a standard deviation method, a skewness method, a kurtosis method, a mean method, a variance method, a fuzzy logic method, and a neural network method.
12.  The system of claim 1, wherein the acoustic emission sensor is selected from the group consisting of a piezoelectric sensor, an MEMS sensor or other acoustic emission sensor.
13.  The system of claim 1, further comprising multiple acoustic emission sensors, and wherein each acoustic emission sensor further comprises a wave guide.
14.  The system of claim 13, wherein the data processor transforms pre-processed signals produced by the multiple acoustic emission sensors. 
15.  The system of claim 13, wherein a wave guide extends into the liquid in the dissolving tank and a wave guide on a second acoustic sensor extends into a fluid emitted from the disruptor.
16.  The system of claim 13, wherein an acoustic emission sensor of the multiple acoustic emission sensors extends through a wall of the dissolving tank or a top of the dissolving tank.
17.  The system of claim 13, wherein an acoustic emission sensor of the multiple acoustic emission sensors is disposed proximate to the dissolving tank and outside of the dissolving tank. 
18.  The system of claim 1, wherein the first set of waveforms maps to a horizontal line representing the average amplitude of the first set of waveforms and wherein the horizontal line is a baseline level of activity. 
19.  The system of claim 1 further comprising a display, wherein the display displays the output signal as a continuous frequency spectrum display, a long-time envelope, or by displaying merely portions of the signal in the first set of processed waveforms.
20.  The system of claim 1, wherein the pre-influx fingerprint further comprises a count trend and a Fast Fourier Transform trend, wherein the count trend depicts decreasing banging intensity in the dissolving tank prior to frequency bands in the Fast Fourier Transform trend surpassing the first set of processed waveforms by more than 300%.
21.  The system of claim 5, wherein the pre-influx fingerprint further comprises a cyclic pre-influx fingerprint having repeating amplitude decay pre-influx fingerprints. 
22.  The system of claim 21, wherein the computer initiates a response after detecting the pre-influx fingerprint.
23.  The system of claim 5, wherein the pre-influx fingerprint further comprises a prolonged pre-influx fingerprint and wherein the computer initiates a response after detecting the prolonged pre-influx fingerprint.
24.  The system of claim 1, wherein the pre-influx fingerprint further comprises two or more amplitude peaks in the second set of processed waveforms surpassing a threshold within a pre-defined time interval. 
25.  The system of claim 1 further comprising a first floating threshold defined by the average amplitudes of the first set of processed waveforms and a second floating threshold defined by the second set of processed waveforms, wherein the pre-influx fingerprint further comprises a transition from the first floating threshold to the second floating threshold, wherein the second floating threshold exceeds the first holding threshold by at least 100%. 
26.  The system of claim 1, wherein the liquid in the dissolving tank is green liquor. 
27.  A method for predicting a smelt influx in a dissolving tank comprising:
detecting acoustic emissions emanating from smelt banging in a dissolving tank with an acoustic emission sensor;
generating an initial electric signal representing the acoustic emissions;
amplifying the initial electric signal to produce an amplified signal;
filtering the initial electric signal to a frequency range above 20 KHz to produce a filtered signal;
converting the initial signal from an analog signal to produce a digital signal, wherein a pre-processed signal comprises the amplified signal, filtered signal, and digital  signal;
transforming the pre-processed signal with a data processor, wherein the data processor transforms the pre-processed signal with a transformation method, wherein the transformed pre-processed signal is an output signal;
outputting the output signal, wherein the output signal comprises a first set of processed waveforms representing a first rate of smelt flow, and a second set of waveforms representing a second rate of smelt flow, the second set of processed waveforms have having amplitude peaks exceeding the first set of processed waveforms by more than 200%, and wherein the first set of processed waveforms and the second set of processed waveforms comprise a pre-influx fingerprint.
28.    The method of claim 27 further comprising comparing multiple pre-processed signals in a programmed frequency range from multiple acoustic emission sensors. 
29.    The method of claim 27 further comprising transmitting the output signal to a computer and restricting smelt flow into the dissolving tank after a computer detects a pre-influx fingerprint.
30.    The method of claim 27 further comprising transmitting the output signal to a computer and changing a process condition after the computer detects a pre-influx fingerprint.
31.    The method of claim 30, wherein the pre-influx fingerprint further comprises a third set of processed waveforms having amplitudes below the average amplitudes of the first set of processed waveforms.
32.    The method of claim 27, wherein the transformation method is selected from the group consisting of a continuous counting method, a Fast Fourier Transform, a root mean square method, a standard deviation method, a skewness method, a kurtosis method, a mean method, a variance method, a fuzzy logic method, and a neural network method.
1. ABSTRACT
The present disclosure describes a system for predicting explosions in a dissolving tank. The system includes acoustic emission sensors placed in or around the dissolving tank.  By filtering the recorded frequencies to the range which is most sensitive for desired explosions “fingerprints,” it is possible to predict a smelt influx before the smelt influx occurs as well as program response actions to prevent compromising explosions.
2. SELECTED DRAWING
FIG.1
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