(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱が必要な流体を移送するための配管装置と、
前記配管装置に巻き付けられたガラス粘着テープにより前記配管装置の一部で保持されるとともに、アルミ接着テープにより前記配管装置に沿って圧接されつつ配置された電熱線からなる、前記配管装置を加熱するための複数の加熱手段と、
アルミ接着テープにより前記配管装置に沿って圧接されつつ配置された光ファイバ温度センサーと、
前記センサーにより計測される配管装置全長にわたる温度分布を算出する第１の手段と、
前記第１の手段から出力される配管装置全長の温度分布に関する情報と、管理すべき温度範囲の上限及び下限に関する情報と、に基づいて、配管装置全長にわたる温度が前記温度範囲内に維持されるよう、前記複数の加熱手段による配管装置の加熱の有無、または加熱状態を制御する第２の手段と、
を備える
ことを特徴とする配管装置の加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業プラント等において配管装置を加熱するシステムに関するもので、例えば、配管が接続された貯蔵タンク、ポンプ設備、フィルター、流量計、バルブ等を含む配管装置を加熱するシステムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業プラント等において、フェノール、アスファルトまたは硫黄等の材料を配管装置によって、所定の場所から他の所定の場所へと移送させようとする場合、これらの材料が固化しないように配管装置を所定の温度に加熱する必要がある。例えば、フェノールであれば融点が４１℃であるので、配管装置をまんべんなく５０℃〜６０℃の温度に保つ必要がある。
そのために、配管装置の全体（その長さは最大で１ｋｍ以上に及ぶ）に電熱線ヒータを沿わせ、さらに断熱材で保温する等の工夫がされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に配管装置は水平にまっすぐに敷設されているわけではなく、上下左右に曲がりくねって敷設されていたり、途中で分岐したり、バルブ、フィルター、流量計のような付属機器が配置されていたり、貯蔵タンクが配置されていたりする。
前述した所定の温度に加熱され、流動性を発現した流体がこのような曲がりくねった配管装置中を流れると、部分的に配管装置の一部において温度が低下してしまう事態が発生する。
これは、配管装置の全長が全て同じ環境下に置かれていないことや、ヒータから伝達される熱量が部分的に少なくなってしまっていること、さらには、配管装置の支持架台部分やバルブ等の付属機器が配置されている部分において保温効果が低下し、保温が不均一になっている、といった問題が複合化することによって発生する。特に野外に配設された配管装置では、これらの要因に加えて、雨風の影響や保温構造の経時変化があり、この問題はさらに顕在化してしまう。
【０００４】
上記問題を解決するには、できるだけ細かく各所に温度センサーを配置し、さらにそれに対応させてヒータを細かく配置していけば良い。しかし、それでは配線が複雑になり、コスト的および信頼性の点において現実的ではない。
そこで、実際には、数カ所において配管装置の温度を測定し、さらに適当に分割配置したヒータに適時通電することで、上述した問題に対処している。
しかし、これでは、配管装置のどこかで温度低下があり、そのためそこで配管装置内部で移送物が固化し詰まってしまったり流れが悪くなってしまった場合、それを検出できない問題が生じる（数少ない温度センサーを配置した部分で温度低下が発生するとは限らない）。
また、上記移送物が詰まってしまったり、流れが悪くなった部分を特定せずに、配管装置全体を加熱することは、場所によっては、不必要に過剰な加熱をしてしまう危険がある。過剰な加熱をすると、移送材料によっては、爆発的な体積膨張や気化が発生し、事故が発生する危険性がある。
【０００５】
本発明は、上述した諸問題をよりシンプルなシステムで、しかも低コストで解決できる配管装置の加熱システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、配管装置を加熱するシステムにおいて、配管装置に沿って光ファイバ温度センサーを敷設し、前記センサーによりリアルタイムで配管装置全長にわたる温度分布および所定位置における温度の時間的変化を計測し、これらの情報から配管装置の各部分に応じた加熱および昇温速度を制御した加熱を行うシステムに関する。
【０００７】
即ち、請求項１の発明による配管装置の加熱システムは、加熱が必要な流体を移送するための配管装置と、前記配管装置に巻き付けられたガラス粘着テープにより前記配管装置の一部で保持されるとともに、アルミ接着テープにより前記配管装置に沿って圧接されつつ配置された電熱線からなる、前記配管装置を加熱するための複数の加熱手段と、アルミ接着テープにより前記配管装置に沿って圧接されつつ配置された光ファイバ温度センサーと、前記センサーにより計測される配管装置全長にわたる温度分布を算出する第１の手段と、前記第１の手段から出力される配管装置全長の温度分布に関する情報と、管理すべき温度範囲の上限及び下限に関する情報と、に基づいて、配管装置全長にわたる温度が前記温度範囲内に維持されるよう、前記複数の加熱手段による配管装置の加熱の有無、または加熱状態を制御する第２の手段と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
ここで、前記配管装置とは、配管、配管が接続された貯蔵タンク、配管を介して移送物を移送するためのポンプ設備、移送物中から塵や不純物を除去するためのフィルター、移送物の流量を計測するための流量計、移送物の流れを制御するバルブ等を含めたものをいう。勿論、配管装置としては、これら構成要素を全て備えている必要はなく、その少なくとも１つを備えていればよい。請求項１の発明によれば、配管装置の全長にわたってリアルタイムに得られる温度分布に基づいて、必要な箇所を選択的に加熱することができる。こうすることで、無駄なエネルギーを使うことなく、また加熱が必要でない部分を過剰に加熱することが防げる。
【０００９】
なお、参考技術として、第１の手段から出力される配管装置全長の温度分布に関する情報に基づいて、第２の手段は複数の加熱手段への通電を適宜選択し、所定の温度以下となった配管装置部分を選択的に加熱することもできる。こうすれば、移送物が部分的に配管装置内に詰まる原因となる配管装置の部分的な温度低下をリアルタイムで検出し、しかもその部分を選択的に加熱することができる。こうすることで、不必要な加熱を行うことなく効率よく配管装置における部分的な詰まりを防止することができる。
【００１０】
また、他の参考技術として、第１の手段から出力される配管装置の所定位置における温度の時間的変化に関する情報に基づいて、第２の手段は前記所定の位置またはその近傍の加熱手段への通電状態を制御し、前記所定の位置の昇温速度を制御することもできる。こうすれば、各部分に要求される昇温状態を適宜選択でき、ある部分では昇温が速く、他部分では昇温が遅いといった不具合を解消することができる。また、急激な昇温により、移送材料が急激に膨張したりする問題の発生を防止できる。また、任意の場所の昇温プロファイルを予め知ることが容易にできるので、このデータをコンピュータに記憶させておくことで、移送物を移送しない状況においては、省エネルギーのために加熱を行わず、移送物を移送させる場合にのみ、効率的に無駄なく必要な箇所を適切に加熱昇温させることが容易に行える。
【００１１】
本発明において用いる光ファイバ温度センサーとは、光ファイバにレーザーパルスを入射すると、その一部が後方散乱光として入射側に戻ってくる現象を利用したもので、一般に分布型光ファイバ温度センサーと呼称されているものである。この方式では、後方散乱光の戻ってくる時間から光ファイバ中のどの位置からの後方散乱光であるかが算出され、また後方散乱光中に含まれるラマン散乱光強度が散乱場所の光ファイバの温度に依存していることから、ラマン散乱光強度から任意の場所の温度を算出することができる。こうして、光ファイバの任意の位置における温度をリアルタイム（算出に数十秒〜数分を要するが実用上リアルタイムといえる）に得ることができる。これらの情報は電算処理され、光ファイバの全長にわたる温度分布が得られる。この温度分布は、ディスプレイ上に表示することもできるし、場所毎の温度情報に基づく制御信号を外部に出力することもできる。また、特定の場所の温度変化に関する情報も得られ、その情報に基づく制御信号を外部に出力することもできる。本発明においては、光ファイバを配管装置に沿わせて配置するだけで、配管装置の温度を計測することができ、温度計測のための配線をシンプル化できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態としては、図１に示すように、水平管部１ａと、その一端から折れ曲がる起立管部１ｂと、その上端から更に折れ曲がる水平管部１ｃと、前記水平管部１ａに設けたバルブ２とから成る配管装置において、前記管部１ａ〜１ｃの所定部位に複数のヒータ３ａ，３ｂ，３ｃを加熱手段としてそれぞれ設け、かつ前記管部１ａ〜１ｃに沿って１本の光ファイバ４を温度センサーとして設け、前記光ファイバ温度センサーにより計測される配管装置全長にわたる温度分布および配管の所定部位における温度の時間的変化を算出する第１手段および前記手段からの出力により前記複数のヒータによる配管装置の加熱の有無、または加熱状態を制御する第２の手段を備えた構成とする。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１に示すのは、配管装置の敷設例である。この敷設例での配管装置は、水平管部１ａと、その一端から折れ曲がる起立管部１ｂと、その上端から折れ曲がる水平管部１ｃと、前記水平管部１ａに設けたバルブ２とから成る。矢印Ｐは配管内において、フェノール等の加熱が必要な液状材料が移送される方向を示したものである。
前記水平管部１ａ〜起立管部１ｂ、起立管部１ｂ〜水平管部１ｃおよびバルブ２を含む管部分には、被覆電熱線からなるヒータ３ａ，３ｂ，３ｃが密接状に配置されている。
また、水平管部１ａ〜起立管部１ｂ〜水平管部１ｃには１本の光ファイバ４が密接状に這わせてある。この光ファイバ４は、分布型光ファイバ温度センサーの測温部として機能するもので、配管装置の全体にわたって配置されているのが望ましい。
【００１４】
前記ヒータ３ａ，３ｂ，３ｃは公知の抵抗加熱式のものや、表皮電流効果により配管を直接ジュール熱によって加熱する加熱管方式のものが単独で、あるいはそれらを適時組み合わせて利用される。抵抗加熱式のものとしては、例えばＰＴＣ特性を有する平行２線式のものを用いることができる。
配管に配置されるヒータは、各部分の加熱昇温特性に合わせて適時付加され、配管全長における温度状態を計測できる分布型光ファイバ温度センサーの性能と相俟って、配管全長における均一で高精度な温度管理が行えるシステムが構築される。
【００１５】
なお、図１では記載を省いているが、配管の管部１ａ〜１ｃは、図２に示すように保温されており、その保温構造の内側に前記ヒータ３ａ，３ｂ，３ｃと光ファイバ４が配置され、光ファイバは配管自体の温度を測温し易く、またヒータは配管を効率的に加熱できるようになっている。
図２において、５はヒータ３ａを管部１ａの一部で保持するガラス粘着テープ、６はヒータ３ａを全長にわたって圧接するためのアルミ接着テープ、７は光ファイバ４を管部の全長にわたって圧接するためのアルミ接着テープである。８はケイ酸カルシウム保温筒、９はアルミガラスクロス製防水防湿シート、１０は外装鉄板である。
【００１６】
前記光ファイバ４の一端は、図３に示す光スイッチ１１、レーザーパルス発振器１２、光ファイバの後方散乱光（反射光）の光検出器１３および信号処理装置１４を備えた計測装置Ａに接続されている。
【００１７】
また、計測装置Ａからは、処理した情報をディスプレイ１５に表示でき、さらにその情報を制御信号として出力し、ヒータ制御装置１６により前記ヒータ１ａ〜１ｃの選択や制御を行うことができるようになっている。
光ファイバは前記光スイッチ１１に複数接続することができ、適宜光スイッチ１１により切り替えることにより、複数の配管装置の温度計測および加熱をまとめて行えるようになっている。
【００１８】
前記光ファイバの他端はオープンとしてもよいし、ループさせ、その両端を光スイッチ１１に接続させてもよい。この場合、光スイッチによって交互にレーザーパルスを入射させることで、温度検出動作を両方向から行い、温度計測精度を高めることができる。また、何らかの理由により、光ファイバが断線した場合、断線箇所を容易に検出できる。さらに断線してもそれが一箇所ならば、光ファイバの両端からレーザーパルスを入射させることで、断線にかかわらず、全長にわたる温度計測を行うことができる。
計測装置Ａから出力される画像情報は、例えば、図４に示すような配管装置の所定の長さにわたる温度分布や、図５に示す配管装置の特定部分における温度上昇プロファイルである。また、管理すべき温度範囲の上限Ｔ1および下限Ｔ2を画面上に表示しておけば、監視が行いやすくなる。
ヒータ制御装置１６は、サイリスタ等の通電の切り替えのみならず供給電力の制御が行えるスイッチング素子を備え、ヒータのＯＮ／ＯＦＦとヒータの発熱量の制御ができる構成となっている。勿論サイリスタを用いる以外に他の公知の手段によりヒータ制御装置を構成することができる。
また、図３では、ヒータ制御装置１６を計測装置Ａと一体なものとして記載しているが、広範囲にヒータが分散配置されている場合には、適当な位置にヒータ制御装置も分散配置される。
【００１９】
図１に示す配管装置の敷設例では、ヒータ３ａに平行してＬの管部分でヒータ３ｃを配置している。
これは、バルブ２で流量調整を行った場合に、バルブ２の部分で移送材料の温度が低下し易く、またバルブを絞った場合にその手前で移送材料が詰まりやすいという問題を解決するためである。
バルブ２は保温されているとはいえ、ハンドルは外気に触れており、保温状態は他の部分より悪いものとなっているので、この部分で移送物の温度が低下し易い。また、バルブ２を絞った場合、前述の温度低下と相俟って、流れが悪くなることがある。
この例では、補助加熱手段としてヒータ３ｃを配管の管部分Ｌに配置し、管部分Ｌを選択的に加熱することで、上記の問題を解決するようになっている。
【００２０】
水平管部１ａの温度（そこには当然バルブ２付近の温度も含まれる）分布は、光ファイバ４を用いた分布型光ファイバ温度センサーシステムによって図４に示すようなものがリアルタイム（数十秒〜数分のタイムラグはある）に得られる。したがって、管部１ａ〜１ｃのどの部分の温度が低下してしまっているかは、ほぼリアルタイムにわかる。
【００２１】
本実施例では、配管装置の温度が低下し易い管部分Ｌに補助ヒータ３ｃを配置しておき、そこの温度が所定の温度以下となると、図４に示すような温度分布情報に基づく制御信号が図３に示すヒータ制御装置１６に計測装置Ａから送られ、ヒータ３ｃに通電するように設定しておく。
こうすることで、配管の管部分Ｌの温度低下が生じても、その部分を選択的に加熱することができる。また、配管装置全体にわたって温度分布を計測できるので、どこかで異常な温度上昇があった場合に、この加熱状態を制御し、管部分Ｌを加熱したがためにその影響で他の管部分が異常加熱されてしまうようなことを防ぐようにできる。
【００２２】
また、図１のＭで示されるような配管が上方に曲がって配設されているような場合、下方管部分ＮよりＭで示される上方管部分が対流により温度上昇しやすく、そのため過剰に加熱されやすくなる。
このような場合は、下方管部分Ｎの加熱を行うヒータ３ａと上方管部分Ｍの加熱を行うヒータ３ｂを別とし、それらを独立に制御する構造とする。
この場合、上方管部分Ｍが所定の設定温度以上となった場合、ヒータ制御装置１６に制御信号が送られ、ヒータ制御装置１６によってヒータ３ｂの発熱量が減じられるような設定とすればよい。
【００２３】
また、配管装置の加熱を行い始めた初期（例えば、移送物の移送を行い始めた時）において、加熱状態の温度プロファイルは図５のようなものとなるが、図１のバルブ２があるような部分と、そうでない部分とは、熱容量や保温状態が異なることから、温度上昇プロファイルが異なるものとなる。
この温度上昇プロファイルが配管の各場所で大きく異なると、移送物の膨張等によって装置が一部破損したり、移送の初期において流れが不均一になったりする問題が発生する。
このような場合は、配管の各部における温度上昇プロファイルが極端に違わないように加熱状態を調整する必要がある。
【００２４】
本実施例の構成によれば、任意の箇所における温度上昇プロファイルを算出し、その情報に基づいて配管の各所に配置されたヒータの発熱量をヒータ制御装置で制御することで、配管の全体にわたって極端に温度上昇プロファイルが違わないような構成とできる。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、配管装置に光ファイバを沿わすだけの簡単で低コストな配線で、配管装置全体にわたる温度分布および所定部分の温度変化に基づいて、ヒータを制御し、効率良くしかも加熱のし過ぎやアンバランスな加熱が行われない加熱システムを構築することができる。また、システム全体を容易に自動化でき、また温度センサーの配線を簡単にできるので、高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す配管装置の斜視構成図である。
【図２】配管の保温構造例を示す斜視図である。
【図３】分布型光ファイバ温度センサーからの信号を処理する装置の概略を示すブロック図である。
【図４】ディスプレイに表示される配管の温度分布例を示すグラフである。
【図５】ディスプレイに表示される所定の配管部分における温度上昇プロファイル例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ  水平管部
１ｂ  起立管部
１ｃ  水平管部
２  バルブ
３ａ，３ｂ，３ｃ  ヒータ
４  光ファイバ
５  ガラス粘着テープ
６  アルミ接着テープ
７  アルミ接着テープ
８  保温筒
９  防水防湿シート
１０  外装鉄板
Ａ  計測装置
１１  光スイッチ
１２  レーザーパルス発振器
１３  光検出器
１４  信号処理装置
１５  ディスプレイ
１６  ヒータ制御装置
Ｌ  移送物の詰まりが生じ易い管部分
Ｍ  温度上昇が生じ易い管部分
Ｎ  上方に折れ曲がって配置された配管の下方管部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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