(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
封入手段内の温度制御液体には給水が補充され且つその温度制御液体が吹出し水、主蒸気及びスートブロア蒸気として除去される、自動的な液位制御機構を有するボイラー内の漏洩を検知する方法において、
ａ）前記給水の補充分と関係した量を測定してデータを得ることと；
ｂ）前記吹出し水、主蒸気、及びスートブロア蒸気の除去量と関係した量を測定してデータを得ることと；
ｃ）前記補充手段と前記除去手段との間の時間及び流量計に関するずれを決定することと；
ｄ）以下の数式
Ｕ（ｉ）＝Ｉ（ｉ−ｂ／Δｔ）−ａ＊Ｏ（ｉ）−ｃ
ここで、
Ｕ＝未計算の水量；
ｉ＝時間の指数；
Ｉ＝水の供給量；
ｂ＝決定可能な定数；
ａ＝決定可能な定数；
Ｏ＝水の排出量；及び
ｃ＝決定可能な定数
により、未計算の水量を決定することと；
ｅ）前記未計算の水量を零と比較することと；
ｆ）前記未計算の水量が零以上であるならば、漏洩状態を表示することと；
を備える、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、ステップ（ａ）及び（ｂ）における前記量が単位時間当たりの重量である、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記ボイラーが黒液回収ボイラーである、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記漏洩状態が電子的手段により表示される、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、ステップ（ａ）及び（ｂ）における前記測定が流量計によるものである、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、ステップ（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）における前記決定がコンピュータによって行われる、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、時間及び流量計に関するずれの決定が時間の指数及び／又は流れ信号の大きさに対するものである、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、時間の指数に対してｂが調整される、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、前記未計算の水量と零との間の相違が正の値であることに応答して前記ボイラーを物理的に分析することを更に含む、方法。
【請求項１０】
封入手段内の温度制御液体には給水が補充され且つその温度制御液体が吹出し水、主蒸気及びスートブロア蒸気として除去される、自動的な液位制御機構を有するボイラー内の漏洩を検知する装置において、
前記給水の補充分と関係した量を測定し得るように前記給水補充手段と連通した測定手段と、
前記吹出し水、主蒸気及びスートブロア蒸気の除去手段による除去と関係した量を監視すべく、前記封入手段と連通した測定手段と、
水の供給量と水の排出量との間の時間及び流量計に関するずれの程度を決定して、較正不一致と時間遅れを補正すべく、前記給水補充手段及び前記除去手段と連通した補正手段と、
以下の数式
Ｕ（ｉ）＝Ｉ（ｉ−ｂ／Δｔ）−ａ＊Ｏ（ｉ）−ｃ
ここで、
Ｕ＝未計算の水量；
ｉ＝時間の指数；
Ｉ＝水の供給量；
ｂ＝決定可能な定数；
ａ＝決定可能な定数；
Ｏ＝水の排出量；及び
ｃ＝決定可能な定数
により、未計算の水量を決定すべく、前記補充量及び前記除去量の測定手段並びに前記補正手段と連通した決定手段と、
前記量の決定手段を零と比較すべく前記未計算の水量の決定手段と連通した比較手段とを備える、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記測定手段が前記給水補充手段及び前記封入手段と電気的に連通している、装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の装置において、前記決定手段がコンピュータを備える、装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の装置において、前記比較手段がコンピュータを備える、装置。
【請求項１４】
封入手段内の温度制御液体には給水が補充され且つ該温度制御液体が吹出し水、主蒸気、スートブロア蒸気として除去される自動的な液位制御機構を有する蒸気発生装置内の漏洩を検知する改良に係る方法において、
ａ）前記給水の補充分と関係した量を測定してデータを得ることと；
ｂ）前記吹出し水、主蒸気、及びスートブロア蒸気の除去量と関係した量を測定してデータを得ることと；
ｃ）補充手段と除去手段との間の時間及び流量計に関するずれを決定することと；
ｄ）以下の数式
Ｕ（ｉ）＝Ｉ（ｉ−ｂ／Δｔ）−ａ＊Ｏ（ｉ）−ｃ
ここで、
Ｕ＝未計算の水量；
ｉ＝時間の指数；
Ｉ＝水の供給量；
ｂ＝決定可能な定数；
ａ＝決定可能な定数；
Ｏ＝水の排出量；及び
ｃ＝決定可能な定数
により、未計算の水量を決定することと；
ｅ）前記未計算の水量を零と比較することと；
ｆ）前記未計算の水量が零以上であるならば、漏洩状態を表示することと；
を備え、
前記補充手段と前記除去手段との間のずれの程度を補正することを更に含む、方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法において、ｂは負の数である、方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、未計算の水量を決定することにより、較正不一致及び時間遅れの補正を行う、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、１９９７年２月１３日付けで出願された米国特許出願第０８／８００，１１０号の一部継続出願である、１９９７年９月２６日付けで出願された米国特許出願第０８／９３８，４１９号の一部継続出願である。
【０００２】
【発明の分野】
本発明は、工業用の水プロセス装置を監視する方法及びその装置に関する。より具体的には、本発明は、黒液回収ボイラーのような水プロセス装置内の漏洩を検出することに関する。
【０００３】
【発明の背景】
ボイラーは、補充水が加えられ又はそこから吹出し水（ｂｌｏｗｄｏｗｎ）が除去される水又はその他の水の温度制御液体が加熱炉又は熱発生プロセス装置からの熱を付与することにより蒸発される装置である。殆どの場合、温度制御液体は、熱伝導を促進するため、プロセス装置と緊密に且つ間接的に接触するようにされる。ボイラー内の漏洩は、温度制御液体及びプロセス装置を汚染させるのみならず、望ましくない物理的な反応を生じさせる。このことは、多くの製紙工場で使用されている黒液回収ボイラーについて当て嵌まることである。黒液回収ボイラーにおいて、ボイラーのいわゆる「水側」から水の温度制御液体が高温で且つ極めて苛性の「火側」に逃げたり又は漏洩する結果、激しい爆発が生じる可能性がある。
【０００４】
従来の技術は、黒液回収ボイラー及び他のボイラー装置内での漏洩を監視し且つ制御する多数の技術を提供する。例えば、米国特許第５，３２０，９６７号（アバロン（Ａｖａｌｌｏｎｅ）及びその他の者）には、給水に対し公知の且つ均一な比率にて不活性なトレーサをボイラーに導入することと、ボイラー内のトレーサの特徴を安定状態にて検知することと、温度制御液体中のトレーサの濃度に等しい値に検知した特徴を変換することと、トレーサの濃度が過度に変化したとき、信号を作動させることとを含む、ボイラー装置の漏洩検知方法が開示されている。しかしながら、アバロン及びその他の者により開示された方法は、ボイラー内のトレーサの濃度、吹出し量、給水量、ボイラーへのトレーサの供給量、ボイラーの漏洩が存在しないときの蒸発量のようなプロセスパラメータの何れかが顕著に変化しないときにのみ生ずるといわれる、安定状態にボイラーがあるときにトレーサを検知（感知）しなければならないという条件によって制約が課される。
【０００５】
更なる制約は、トレーサ化学薬剤のコスト及びトレーサ化学薬剤を導入し且つ吹出し水を分析する双方のための測定装置のコストを含む。
【０００６】
ネブラス（Ｎｅｖｒｕｚ）の米国特許第５，３６３，６９３号は、化学品回収ボイラー装置からの漏洩を検知する方法及びその装置を教示する。この方法は、回収ボイラーの供給及び排出容積を測定することと、体積流量のドラムバランス（ｄｒｕｍ  ｂａｌａｎｃｅ）に関して長期間及び短期間の統計データを計算することとを利用する。これらの計算値から、ボイラーの漏洩が生じていることを示すドラムバランスの長期間及び短期間の移動平均値の双方が著しく相違するか否かを確認するためｔ試験の関数が計算される。この方法は、流れセンサのドリフト及びオフセットに起因するセンサの入力を補正するが、この方法は、依然として、プロセスパラメータが変化する間、すなわち蒸発量が変化する間に、漏洩検知信号が著しくずれるという欠点がある。
【０００７】
従って、安定状態にない、すなわち１つ以上のプロセスパラメータが変化するボイラー装置内にて採用することのできる、より自由度のある漏洩検知方法が当該技術分野にて必要とされている。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、温度制御液体を添加し且つそこから液体が除去されるボイラー内の漏洩を検知する方法及び装置を提供するものである。１つの好適な実施の形態において、温度制御液体は給水にて補充され、この補充量を測定する。また、温度制御液体は、吹出し水、主蒸気及びスートブロア蒸気としても除去され、これらの除去量も測定する。ボイラーの供給量と排水量との間の関係は、補充量及び除去量に基づいて決定される。過熱低減器を有するこれらのボイラー内において、この補充分は、過熱低減器及び給水からの補充分の双方を含むことになる。
【０００９】
水の供給量と排水量との間のずれの程度が決定され且つ補正される。従って、既知の補充量及び除去量を利用して、未計算の水量を決定することができる。この求められた量を零と比較すると（すなわち、未計算の水量は零以上）、ボイラー内に漏洩状態が存在することが分かる。
【００１０】
本発明は、封入手段内の温度制御液体には給水が補充され且つその温度制御液体が吹出し水、主蒸気及びスートブロア蒸気として除去される、自動的な液位制御機構を有するボイラー内の漏洩を検知する方法及びその装置を提供するものである。この方法は、
ａ）上記給水の補充分と関係した量を測定してデータを得ることと；
ｂ）上記吹出し水、主蒸気、及びスートブロア蒸気の除去量と関係した量を測定してデータを得ることと；
ｃ）上記の補充手段と上記の除去手段との間のずれの程度を補正することと；
ｄ）ステップ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にて得られたデータから未計算の水量を決定することと；
ｅ）上記未計算の水量を零と比較することと；
ｆ）上記未計算の水量が零以上であるならば、漏洩状態を表示することとを備えている。
【００１１】
本発明は、ボイラー内の漏洩を表示するのに適した装置をも提供するものである。本発明による装置は、給水の補充手段と連通した測定手段と、吹出し水、スートブロア蒸気及び主蒸気の除去手段と接触した測定手段と、補充量及び除去量に基づいて水の供給量と水の排出量との間のずれの程度を決定する補正手段と、未計算の水量に求める計算手段と、漏洩状態が存在するか否かを決定する比較手段とを備えている。
【００１２】
本発明の方法及び装置は、液体が補充され且つそこから液体が除去され且つ自動的な水位制御機構を使用する実質的に任意の型式の装置を監視するために使用することができる。本発明の方法及び装置は、ボイラー特に、黒液回収ボイラー内の漏洩を監視し且つ検知するために使用されることが好ましい。典型的なボイラーは、ネルソン（Ｎｅｌｓｏｎ）及びその他の者の米国特許第３，４４７，８９５号、ラーソン（Ｌａｒｓｏｎ）の米国特許第４，４６２，３１９号、パザサラセイ（Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ）の米国特許第４，４９８，３３３号、テロ（Ｔｅｒｏ）の米国特許第４，５０２，３２２号に開示されており、これら特許の内容は、参考として引用し、本明細書に含めてある。
【００１３】
本発明の一例としての監視装置が図１に図示されており、この場合、温度制御液体１２を保持する「ボイラー」１０の第一の「水側」封入手段は、典型的に、高温蒸気及び溶融した精錬床を保持する第二の「火側」封入手段１４に隣接し且つ該第二の「火側」封入手段１４と連通している。ボイラー１０は、吹出し水を排出ポート２０に排出するため吹出し水の管１８と流体的に連通し、また、蒸気を凝縮手段２４に排出するため蒸気管２２と流体的に連通している。吹出し水の排出は、吹出し水の弁２６を通じて制御される。該吹出し水の弁２６は、手動で又は外部コンピュータ又は何らかの他の処理手段（図示せず）の制御によって作動させることができる。吹出し水の弁は本発明の装置による制御又は監視下にある必要はない。ボイラー１０と弁２６との間にて、吹出し水の管１８は、監視手段３４と流体的に連通し、吹出し水の流量についての情報を提供する。一方、測定手段３２、３４は、処理手段２８と電気的に連通している。ボイラー１０は、また、給水管３８を介して給水源３６と流体的に連通している。
【００１４】
通常の作動中、ボイラー１０への給水の補充を制御することは、吹出し水及び蒸気の除去分を補償し、ボイラー１０内にて所望の量の温度制御液体１２を保つ。ボイラー内にて蒸気が発生する必然的な結果として、流入する不揮発性の成分が凝縮する。この「サイクリングアップ」効果を制御するため、相対的に濃縮した温度制御液体の１つ以上の容積が吹出し水としてボイラーから除去され、相対的に希釈した給水の対応する容積が追加される。本発明によれば、吹出し水は、規則的又は不規則的な間隔にて測定されるか、又は連続的に監視して吹出し水として除去された水の重量を決定する。
【００１５】
本発明の方法は、自動的な水位制御機構を有するこれらの封入手段に対して特に効果的である。こうした機構は、ボイラーにて見られ且つボイラー内に存在する水量の変化を検知することにより機能する。水がボイラーから出ると、センサは、水位が降下したことを表示し且つ水を自動的に補正することができるように信号を送る。
【００１６】
自動的な水位制御機構を有するボイラー装置において、ボイラーの経歴的データに関して最小自乗法を使用して係数ａ、ｂ、ｃを計算することができる。この「経歴的」データは、本発明の方法及び装置を適用する前に、約１ヶ月の間に集めたものとすることができる。最小自乗法は、関係した一組みの観察結果から意義を抽出すべく、広く使用されているメカニズムである。ボイラーの場合、ａ、ｂ、ｃは、最小自乗法のメカニズムを使用して、ボイラーに入り且つボイラーから出る液体の流れのデータを観察し且つ集めたものから計算することができる。また、このデータを集めることは、測定された色々な値に関して本発明のステップにも適合するものである。係数ａ、ｂ、ｃは、各ボイラーに特定的なものであり、同一型式及び製造メーカによる異なるボイラー毎に相違することさえもある。
【００１７】
ボイラーのような封入手段内の水の容積の基本的な等式は次の通りである。
【００１８】
【数１】
0004371575.tif 000002
【００１９】
ここで、
Ｍ＝封入された水容積
Ｉ＝水の供給量（給水として）
Ｏ＝水の排出量（吹出し水、主蒸気、及びスートブロア蒸気として）
Ｕ＝未計算の水量（漏洩量として）
ｔ＝時間
理想的な状況において、封入された容積が変化せず、また、未計算の水量が存在しないとき（ｄＭ／ｄｔ及びＵの双方が零のとき）、水の供給量は、水の排出量に等しくなければならない（Ｉ＝Ｏ）。しかしながら、メータ間の較正不一致によって、ＩとＯとの関係は、全体として次式のようになる。
【００２０】
【数２】
0004371575.tif 000003
【００２１】
ここで、ａ、ｃは、決定可能な定数、すなわちボイラーに依存するパラメータである。ａ、ｃの重要性は、従来の較正技術を行うことを不要にしつつ、較正不一致を修正することである。各個々のメータを定期的に較正することに代えて、ａ及びｃを再計算するという、より容易な作業のみを行えばよい。
【００２２】
これらの項を計算式に代入すると、水の容積の平衡等式は、次式のようになる。
【００２３】
【数３】
0004371575.tif 000004
【００２４】
Ｉ及びＯは測定可能であるから、Ｕを計算するためには、ｄＭ／ｄｔを計算しなければならない。自動的な水位制御機構を有するボイラー装置において、観察の結果、ｄＭ／ｄｔはｄＩ／ｄｔに比例する、すなわち
【００２５】
【数４】
0004371575.tif 000005
【００２６】
ここで、ｂは、例えば、有意義な１ヶ月のデータのようなボイラーの経歴的データに関して最小自乗法を使用して計算することのできる、ａ、ｃのような測定可能な定数である。ｄＭ／ｄｔを計算するときのｂ項の重要性は、供給量（Ｉ）と排出量（Ｏ）との間の時間的遅れを解消することである。
【００２７】
等式（３）、（４）を組み合わせると、次式の関係となる。
【００２８】
【数５】
0004371575.tif 000006
【００２９】
未計算の水量（Ｕ）が零以上であるならば（統計的に有意義な偏差の範囲内）、漏洩状態であることが示される。このため、Ｕが正数であるならば、ボイラー運転者は可能な原因の点検を開始することになる。このことは、典型的に、ボイラーの物理的及び／又は音響的検査を伴い、また、その偏差の程度に依存して、ボイラーを完全に運転停止させることを含む。
【００３０】
数学的に、ｉ番目のデータ点における任意の変数Ｖの値である、Ｖ（ｉ）は次のように書き表すことができる。
【００３１】
【数６】
0004371575.tif 000007
【００３２】
同様に、
【００３３】
【数７】
0004371575.tif 000008
【００３４】
一般に、
【００３５】
【数８】
0004371575.tif 000009
【００３６】
又は
【００３７】
【数９】
0004371575.tif 000010
【００３８】
このように、繰り返えし段階（ｉ）における等式（５）は次の通りとなる。
【００３９】
【数１０】
0004371575.tif 000011
【００４０】
等式（５）から項、すなわちｂ＊（ｄＩ／ｄｔ）
は、供給量（Ｉ）と排出量（Ｏ）との間の時間的遅れを解消することを目的としている。この項及び等式に等式（９）を適用することにより、ある漏洩量を計算し且つ決定する改良された手段が実現される。この改良点は、漏洩を検出するときの信号対雑音比を著しく向上させることになる。このように、時間の指数及び／又は流れ信号の大きさについてずれの程度を補正することが可能である。
【００４１】
この改良点は、次の計算により決定することができる。この計算を簡略化するため、５つの仮定が為される。すなわち、１）漏洩が全く存在しないこと；２）負荷の変動が生じないが、供給量（Ｉ）及び排出量（Ｏ）が乱変数であり、これらは相互に関係していないこと；３）Ｉ及びＯの双方は同一の雑音レベルを有する、すなわち、その双方のＳｔｄｅｖ＝σであること；４）ａが１に近いため、ａは１として仮定すること；５）ｃは雑音レベルに影響しないため、零であることである。
【００４２】
従って、統計的に、等式（５）は次のように書き表すことができる。
【００４３】
【数１１】
0004371575.tif 000012
【００４４】
等式（１０）は次のように書き表すことができる。
【００４５】
【数１２】
0004371575.tif 000013
【００４６】
上記の仮定及び標準的な計算により次式が与えられる。
【００４７】
【数１３】
0004371575.tif 000014
【００４８】
及び
【００４９】
【数１４】
0004371575.tif 000015
【００５０】
このことは、σNoise1は、略（１−ｂ＋ｂ2）の平方根へσNoise2を掛けた大きさであることを意味する。ｂの典型的値は−３である。従って、σNoise1は、略３．５σNoise2の大きさである。
【００５１】
運転時点にて、将来のデータを使用することができ、ｂは、通常、整数でないため、等式（１０）は次のように修正する。
【００５２】
【数１５】
0004371575.tif 000016
【００５３】
ここで、
β＝ｂ−Ｆｌｏｏｒ（ｂ）
α＝１−β
γ＝ａｂｓ（Ｆｌｏｏｒ（ｂ））
従って、ｂ＝−３．７であるならば、次のようになる。
【００５４】
β＝ｂ−Ｆｌｏｏｒ（ｂ）＝−３．７−Ｆｌｏｏｒ（−３．７）＝−３．７−（−４）＝０．３
α＝１−β＝１−０．３＝０．７、及び
γ＝ａｂｓ（Ｆｌｏｏｒ（ｂ））＝ａｂｓ（Ｆｌｏｏｒ（−３．７））＝ａｂｓ（−４）＝４
【００５５】
【実施例】
データは、５０時間に亙って北東部の工業用ボイラーから集めたものである。この時間の間、給水量、蒸気量、吹出し水の量を測定した。
【００５６】
この５０時間の前に集めた経歴的データに対する最小自乗法を使用して、蒸気の負荷の変動パラメイタｂ、及び流量計の較生不一致を補正するパラメイタ、ａ、ｃを計算した。これら値は、ａ＝０．８９、ｂ＝−４、ｃ＝−２であった。
【００５７】
等式（１）を採用するとき、このボイラーの顕著な負荷の変動により、負荷の変動の時点にて漏洩が存在すると考えられる。しかしながら、負荷が変動した後、等式（１）を使用すると、見掛けの「漏洩」が消滅することが分かった。上記に詳細に説明した方法をボイラーに依存する計算パラメ−タ、ａ、ｂ、ｃと共に適用すると、漏洩が全く存在しないことが分かった。本発明の方法は、従来の方策よりもより優れた精度を提供する。
【００５８】
本発明は、その特定の実施の形態に関して説明したが、本発明の多数のその他の形態及び改変例が当業者に明らかであることは容易に理解される。特許請求の範囲及び本発明は、全体として、本発明の真の精神及び範囲に属するかかる明らかな全ての形態及び改変例を包含するものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるボイラーの監視装置の概略図である。
【図１】
0004371575.tif 000017