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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-06
(45)【発行日】2023-02-14
(54)【発明の名称】プロセス容器断熱材モニタリング
(51)【国際特許分類】
G01K 1/14 20210101AFI20230207BHJP
G01K 7/32 20060101ALI20230207BHJP
G01K 7/16 20060101ALI20230207BHJP
【ＦＩ】
G01K1/14 L
G01K7/32 S
G01K7/16 C
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2021507951
(86)(22)【出願日】2019-06-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-12-16
(86)【国際出願番号】 US2019037701
(87)【国際公開番号】W WO2020060601
(87)【国際公開日】2020-03-26
【審査請求日】2021-02-24
(31)【優先権主張番号】16/134,243
(32)【優先日】2018-09-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】597115727
【氏名又は名称】ローズマウント インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100092772
【弁理士】
【氏名又は名称】阪本 清孝
(74)【代理人】
【識別番号】100119688
【弁理士】
【氏名又は名称】田邉 壽二
(72)【発明者】
【氏名】カーシュニア，ロバート ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】シュナーレ，セオドア ヘンリー
【審査官】吉田 久
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４５４１２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１２／０８４３５６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－０４８６２８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｋ １／００－１９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プロセス材料を入れるプロセス容器の断熱区画をモニタリングするための工業プロセス容器断熱材モニタリングシステムであって、前記システムは、温度、湿度、水分レベルおよび化学組成からなる、前記断熱区画またはその内部の少なくとも１つの環境状態を検知するように構成されている１つまたは複数の状態センサであって、前記１つまたは複数の状態センサのそれぞれは対応する検知状態を示す状態出力を生成するように構成されている、１つまたは複数の状態センサと、
前記断熱区画の断熱材の熱抵抗を前記断熱区画に関する区画状態として前記状態出力に基づいて検出し、前記少なくとも１つの検出された区画状態に関する状態情報を生成するように構成されているコントローラと、
を備えるシステム。
【請求項2】
前記システムは、前記状態出力を受信し、前記状態出力に基づく区画情報を外部制御ユニットに送信するように構成されているトランスミッタを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記１つまたは複数の状態センサは、前記プロセス容器の外部と前記断熱材との間の境界面、前記断熱材内、および前記断熱材の外面への装着からなる群から選択される場所に、１つまたは複数の温度センサを含み、前記１つまたは複数の温度センサはそれぞれ、前記対応する検知温度を示す温度出力を生成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4】
前記１つまたは複数の温度センサは、前記プロセス容器の長手軸に沿って互いにずれている複数の温度センサを備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記コントローラは、前記複数の温度センサの温度出力によって示される温度の平均に基づいて、前記少なくとも１つの区画状態を検出する、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記１つまたは複数の温度センサは前記プロセス容器と前記断熱材との間の境界面に少なくとも１つの境界面温度センサを含み、前記少なくとも１つの境界面温度センサは前記境界面の温度を示す境界面温度出力を生成するように構成されており、前記コントローラは前記境界面温度出力に基づいて前記少なくとも１つの区画状態を検出するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項7】
前記システムは前記プロセス容器に入れられているプロセス材料の温度を示すプロセス温度出力を生成するように構成されているプロセス温度センサを含み、前記コントローラは前記プロセス温度出力に基づいて前記少なくとも１つの区画状態を検出するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記コントローラは、閾値と、前記プロセス材料と前記境界面との温度差の比較に基づいて、前記少なくとも１つの区画状態を検出するように構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記１つまたは複数の温度センサは、前記プロセス容器と前記断熱材との境界面から前記断熱材の外面まで延びている軸に沿って互いにずれている少なくとも２つの温度センサを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項10】
前記１つまたは複数の温度センサはそれぞれ、抵抗温度検出器、負温度係数サーミスタ、熱電対、および半導体ベースの温度センサからなる群から選択される、請求項３に記載のシステム。
【請求項11】
前記１つまたは複数の状態センサは、無線周波励振器および少なくとも１つの弾性表面波センサを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
前記システムは、前記断熱材の外側の雰囲気温度を示す雰囲気温度出力を生成するように構成されている雰囲気温度センサを備え、前記コントローラは前記雰囲気温度出力に基づいて前記少なくとも１つの区画状態を検出するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項13】
前記１つまたは複数の状態センサは、水分レベルを検知し、前記水分レベルを示す水分出力を生成するように構成されている水分センサを含み、前記コントローラは前記水分出力に基づいて前記少なくとも１つの区画状態を検出するように構成されており、
前記少なくとも１つの区画状態は前記断熱材への水分の侵入を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項14】
前記水分センサは前記断熱材に装着されている水分検出ケーブルを含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項15】
前記少なくとも１つの境界面温度センサは前記プロセス容器の長手軸に沿って互いにずれている複数の境界面温度センサを含み、前記１つまたは複数の温度センサは、前記断熱材の外面に装着され、前記長手軸に沿って互いにずれて、前記断熱材の前記外面の温度を示す外部温度出力を生成するように構成されている複数の外部温度センサを含み、
前記システムは、前記断熱材に装着されて、水分レベルを検知し、前記水分レベルを示す水分出力を生成するように構成されている水分センサを含み、
前記コントローラは前記境界面温度出力、前記外部温度出力および前記水分出力に基づいて、前記少なくとも１つの区画状態を検出するように構成されており、
前記少なくとも１つの区画状態は、水分侵入状態を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項16】
プロセス材料を入れるプロセス容器の断熱区画をモニタリングするための工業プロセス容器断熱材モニタリング機器であって、断熱材の区画と、
前記断熱材に装着されて、温度、湿度、水分レベルおよび化学組成からなる、前記断熱材の区画またはその内部で少なくとも１つの環境状態を検知するように構成されている複数の状態センサであって、前記複数の状態センサのそれぞれは対応する検知状態を示す状態出力を生成するように構成されている、複数の状態センサと、を備え、
前記複数の状態センサは、前記断熱材の区画の内部に装着されている１つまたは複数の温度センサを含み、前記１つまたは複数の温度センサはそれぞれ対応する検知温度を示す温度出力を生成するように構成される一方、
前記複数の状態センサを使用して、前記対応する検知状態をそれぞれ示す状態出力を生成し、前記状態出力に基づいて、前記区画の断熱材の熱抵抗を前記断熱材の区画および前記プロセス容器に関する少なくとも１つの区画状態として検出し、前記少なくとも１つの検出された区画状態に関する状態情報を生成する工業プロセス容器断熱材モニタリング機器。
【請求項17】
前記１つまたは複数の温度センサは、前記断熱材の内面に装着された複数の温度センサ、および前記断熱材の外面に装着された複数の温度センサを備える、請求項１６に記載の機器。
【請求項18】
前記複数の状態センサは、水分レベルを検知し、前記検知された水分レベルを示す水分出力を生成するように構成されている水分センサを含む、請求項１７に記載の機器。
【請求項19】
断熱されたプロセス容器をモニタリングする方法であって、前記プロセス容器に装着されている断熱材の区画と、
前記断熱材に装着されて、温度、湿度、水分レベルおよび化学組成からなる、前記断熱材の区画またはその内部の少なくとも１つの環境状態を検知するように構成されている複数の状態センサであって、前記複数の状態センサのそれぞれは対応する検知状態を示す状態出力を生成するように構成されている、複数の状態センサと、
を備える工業プロセス断熱材モニタリング機器を提供するステップと、
前記複数の状態センサを使用して、前記対応する検知状態をそれぞれ示す状態出力を生成するステップと、
コントローラを使用して、前記状態出力に基づいて、前記区画の断熱材の熱抵抗を前記断熱材の区画および前記プロセス容器に関する少なくとも１つの区画状態として検出するステップと、
前記コントローラを使用して、前記少なくとも１つの検出された区画状態に関する状態情報を生成するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態は工業プラントの工業プロセス制御システムに関する。より具体的には、本開示の実施形態はプロセス容器断熱材の健全性のモニタリングに関する。
【背景技術】
【0002】
工業環境では、工業プロセスおよび化学プロセスの在庫、および同様なものをモニタリングして制御するために、制御システムが使用される。断熱システムは、例えば、石油精製所、化学プラントおよび飲食料生産施設など、典型的な工業プラント内の極めて重要な資産である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
このようなシステムは通例、プロセス容器（例えば、パイプ、導管、またはタンク）を取り囲む断熱性材料を利用し、プロセス容器内のプロセス材料と周囲の環境との間の熱伝達を減らす。物理的な損傷または環境の影響のために損なわれる断熱システムは、動作効率および製品品質の低下をもたらす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本開示の実施形態は、プロセス材料を入れるプロセス容器の断熱区画をモニタリングするための工業プロセス容器断熱材モニタリングシステム、工業プロセス容器断熱材モニタリング機器、および断熱されたプロセス容器をモニタリングする方法が指示される。システムの一実施形態は、１つまたは複数の状態センサとコントローラとを含む。１つまたは複数の状態センサは、温度、湿度、水分レベル、および／または化学組成など、プロセス容器の断熱区画、またはその内部の少なくとも１つの環境状態を検知するように構成されている。１つまたは複数の状態センサはそれぞれ、対応する検知状態を示す状態出力を生成するように構成されている。コントローラは状態出力に基づいて断熱区画に関する少なくとも１つの区画状態を検出し、１つまたは複数の検出された区画状態に関する状態情報を生成するように構成されている。区画状態の例には、断熱区画の断熱材の熱抵抗、断熱区画の断熱材の損傷または劣化、断熱区画のプロセス容器の腐食、プロセス容器の腐食を促進させる状態、および断熱材への水分の侵入が含まれる。
【0005】
工業プロセス容器断熱材モニタリング機器の一実施形態は、断熱材の区画と、断熱材に装着されている複数の状態センサとを含む。複数の状態センサは断熱材の区画、またはその内部の少なくとも１つの環境状態を検知するように構成されている。環境状態の例には、温度、湿度、水分レベルおよび／または化学組成が含まれる。複数の状態センサのそれぞれは、対応する検知状態を示す状態出力を生成するように構成されている。
【0006】
断熱性プロセス容器をモニタリングする方法の一実施形態において、前述した断熱材モニタリング機器が提供される。複数の状態センサを使用する状態出力は、複数の状態センサを使用して生成される。各状態出力は対応する検知状態を示す。断熱材の区画およびプロセス容器に関する少なくとも１つの区画状態が、コントローラを使用して状態出力に基づいて検出される。区画状態の例には、断熱区画の断熱材の熱抵抗、断熱区画の断熱材の損傷または劣化、断熱区画のプロセス容器の腐食、プロセス容器の腐食を促進させる状態、および断熱材への水分の侵入が含まれる。少なくとも１つの検出された区画状態に関する状態情報がコントローラを使用して生成される。
【0007】
本概要は、以下の詳細な説明で詳しく説明する概念の抜粋を簡潔な形で紹介するために提供される。本概要は請求項に係る発明の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものでも、請求項に係る発明の範囲を決定する一助として使用されることを意図するものでもない。請求項に係る発明は、背景に記載されるいずれかの、または全部の欠点を解決する実施態様に制限されない。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本開示の実施形態による、例示的な工業プロセス測定または制御システム１００の簡略図である。
【図2】本開示の実施形態による、例示的な断熱モニタリング機器の簡略断面図である。
【図4】本開示の実施形態による、時間に沿って測定された境界面温度およびプロセス温度の例、境界面温度とプロセス温度との差、ならびに閾値温度差のプロットを含むチャートである。
【図5】本開示の実施形態による、例示的な断熱材モニタリング機器の簡略側断面図である。
【図6】本開示の実施形態による、断熱されたプロセス容器を、断熱材モニタリング機器を使用してモニタリングする例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本開示の実施形態を、添付の図面を参照して以下でより詳細に説明する。同じまたは同様な参照文字を使用して識別される要素は、同じまたは同様な要素を示す。本開示のさまざまな実施形態は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載される特定の実施形態に制限されると解釈してはならない。むしろ、これらの実施形態は本開示を徹底した完全なものとし、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。
【0010】
図１は、本開示の実施形態による、例示的な工業プロセス測定または制御システム１００の簡略図である。システム１００は、流体（すなわち、液体または気体）、固体（すなわち、粒状または粉状の材料）、スラリー等のプロセス材料１０２の加工で、材料を価値が低い状態から、石油、化学品、紙、食品等、より価値が高く有用な製品に変えるために使用することができる。例えば、石油精製所は原油をガソリン、燃料油、およびその他石油化学製品に加工できる工業プロセスを行う。
【0011】
プロセス材料１０２は、タンク、パイプ、または別のプロセス容器などのプロセス容器１０４に入れる、またはプロセス容器１０４で搬送することができる。プロセス容器１０４は、図１に図示するように、適切な断熱材１０６を使用して断熱することができる。上記述べたように、断熱材１０６は経時的に劣化することがあり、それが断熱材１０６の熱抵抗（すなわち、Ｒ値）に影響を与える可能性がある。加えて、断熱材１０６の劣化が容器１０４自体の健全性に影響を与える可能性がある。例えば、断熱材１０６の劣化により、プロセス容器１０４の外面と断熱材１０６の内面との間の境界面に水分が発生する可能性があり、容器１０４の外面に断熱材下腐食（ＣＵＩ）状態をもたらす可能性がある。
【0012】
本開示の実施形態は、断熱材１０６の熱抵抗、ＣＵＩ状態、水分の侵入、ならびに／または容器１０４および／もしくは断熱材１０６に関する他の状態など、プロセス容器１０４および／または断熱材１０６に関する１つまたは複数の状態をモニタリングおよび／または検出するように構成されているプロセス容器断熱材モニタリングシステム１１０が指示される。
【0013】
モニタリングシステム１１０のいくつかの実施形態は、全体を１１２で表される１つまたは複数の状態センサ１１２と、コントローラ１１４とを含む。いくつかの実施形態では、モニタリングシステム１１０のセンサ１１２は断熱材１０６およびプロセス容器１０４に関する断熱区画１１６の状態を検知して、全体を１１８で表される、検知状態を示す１つまたは複数の出力を生成する１つまたは複数のセンサを含む。
【0014】
いくつかの実施形態において、センサ１１２は、温度出力１１８Ａを有する１つまたは複数の温度センサ１１２Ａ、水分レベル出力１１８Ｂを有する１つまたは複数の水分レベルセンサ１１２Ｂ、化学組成出力１１８Ｃを有する１つまたは複数の化学組成センサ１１２Ｃ、湿度出力を有する１つまたは複数の湿度センサ１１２Ｄ、および／または断熱区画１１６の他の環境状態をモニタリングするように構成されているセンサ１１２を含むことができる。このように、１つまたは複数の状態センサ１１２は容器１０４の断熱区画１１６に関する温度、水分、湿度、化学組成、および／または他の環境状態を検知し、検知状態を示す１つまたは複数の状態出力１１８を生成するように構成することができる。コントローラ１１４は、状態出力１１８が示す１つまたは複数の検知された環境状態に基づいて、プロセス容器断熱材１０６に関する１つまたは複数の状態を検出する。
【0015】
１つまたは複数の温度センサ１１２Ａはプロセス容器１０４の断熱区画１１６に関連する温度をモニタリングし、検知した温度に関する温度出力１１８Ａを生成するように構成することができる。以下でより詳細に述べるように、温度センサ出力１１８Ａをコントローラ１１４が使用して、断熱材１０６の熱抵抗を測定し、断熱材１０６の欠落、損傷または劣化を検出し、例えば、ＣＵＩ状態を示す、またはＣＵＩ状態につながりうる状態を検出することができる。１つまたは複数の温度センサ１１２Ａは、抵抗温度検出器、負温度係数サーミスタ、熱電対、半導体ベースの温度センサ、または他の適切な温度センサなど、任意の適切な温度センサを利用することができる。
【0016】
１つまたは複数の水分レベルセンサ１１２Ｂはプロセス容器１０４の断熱区画１１６に関連する水分レベルをモニタリングし、検出した水分レベルに関する水分レベル出力１１８Ｂを生成するように構成される。水分レベル出力１１８Ｂをコントローラ１１４が使用して、ＣＵＩ状態につながりうる状態、断熱材１０６の損傷、および断熱区画１１６の他の状態を検出することができる。１つまたは複数の水分レベルセンサ１１２Ｂは水分検出ケーブルまたは他の適切な水分センサを含むことができる。
【0017】
１つまたは複数の化学組成センサ１１２Ｃは、酸、アルカリ、および／もしくは塩、ならびに／または金属酸化物などの腐食副産物など、腐食性化学物質の存在を検出し、当該腐食副産物の検出を示す化学組成出力１１８Ｃを生成するために使用することができる。そのため、化学組成出力１１８Ｃをコントローラ１１４が使用して、例えば、ＣＵＩ状態を検出することができる。１つまたは複数の化学組成センサ１１２Ｃは任意の適切な形態を取ることができる。例示的なセンサ１１２Ｃは、ｐＨセンサ、酸素還元電位センサ、導電率センサ、および絶縁抵抗センサを含む。
【0018】
１つまたは複数の湿度センサ１１２Ｄは湿度レベルを検知して、検知した湿度レベルを示す湿度レベル出力１１８Ｄを生成するために使用することができる。そのため、湿度レベル出力１１８Ｄをコントローラ１１４が使用して、例えば、ＣＵＩ状態を促進させうる状態を検出することができる。１つまたは複数の湿度センサ１１２Ｄは任意の適切な形態を取ることができる。
【0019】
モニタリングシステム１１０はプロセス温度センサ１２０も含むことができ、これはプロセス材料１０２の温度を検出し、検知された温度を示すプロセス温度出力１２２を生成するように構成される。プロセス温度センサ１２０は、図１に図示するように、プロセスに連結されているフィールド機器１２４の構成要素とすることができる。プロセス温度出力１２２をコントローラ１１４が使用して、例えば、断熱材の熱抵抗および断熱区画１１６の他の状態を検出することができる。
【0020】
モニタリングシステム１１０は雰囲気温度センサ１２６も含むことができ、これはプロセス容器１０４の断熱区画１１６、またはその付近の環境の温度を検出し、検知された温度に基づいて雰囲気温度出力１２８を生成するように構成される。コントローラ１１４は、例えば、断熱材１０６の熱抵抗または断熱材１０６の損傷など、断熱区画１１６の状態の評価または検出に、雰囲気温度出力１２８を使用することができる。
【0021】
いくつかの実施形態において、モニタリングシステム１１０は出力信号（例えば、状態出力１１８、プロセス温度出力１１２、および雰囲気温度出力１２８）を１つまたは複数のセンサから受信して、出力信号に基づく区画情報を制御ユニット１３２に送信するように構成されているトランスミッタ１３０を含む。制御ユニット１３２は、図１に図示するように、例えば、制御室１３４内のトランスミッタから遠隔に配置することができる。制御ユニット１３２は、２線式制御ループ１３６などの適切な物理的通信リンク、または無線通信リンクでトランスミッタ１３０に通信可能に連結することができる。制御ユニット１３２とトランスミッタ１３０との通信は、従来のアナログおよび／またはデジタル通信プロトコルに従って、制御ループ１３６で行うことができる。
【0022】
いくつかの実施形態において、制御ループ１３６は４～２０ミリアンペアの制御ループを含み、１つまたは複数のセンサ出力（例えば、状態出力１１８、プロセス温度出力１２２、および雰囲気温度出力１２８）を制御ループ１３６に流れるループ電流Ｉのレベルによって表すことができる。例示的なデジタル通信プロトコルは、ＨＡＲＴ（登録商標）通信規格によるものなど、デジタル信号の２線式制御ループ１３６のアナログ電流レベルへの変調を含む。フィールドバスおよびプロフィバス通信プロトコルを含め、他の純粋なデジタル手法も採用することができる。
【0023】
トランスミッタ１３０は従来の無線通信プロトコルを使用して制御ユニット１３２と無線で通信するように構成することもできる。例えば、トランスミッタ１３０は、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）（ＩＥＣ ６２５９１）またはＩＳＡ １００．１１ａ（ＩＥＣ ６２７３４）などの無線メッシュネットワークプロトコル、またはＷｉＦｉ、ＬｏＲａ、Ｓｉｇｆｏｘ、ＢＬＥなどの別の無線通信プロトコル、または任意の他の適切なプロトコルを実装するように構成することができる。
【0024】
任意の適切な電源から電力をトランスミッタ１３０に供給することができる。例えば、トランスミッタは制御ループ１３６に流れる電流Ｉから完全に電力供給されることができる。内部バッテリまたは外部バッテリなど、適切な電源もトランスミッタ１３０に電力を供給するために利用することができる。トランスミッタ１３０に電力を供給し、および／またはトランスミッタ１３０の内部バッテリ源もしくは外部バッテリ源を充電するために、発電機（例えば、ソーラーパネル、風力発電機等）を使用することもできる。
【0025】
コントローラ１１４は、図１に図示するように、トランスミッタおよび／または制御ユニットの構成要素を表すこともできる。コントローラ１１４は指示の実行に応答して本明細書で説明される１つまたは複数の機能を行う１つまたは複数のプロセッサ（すなわち、マイクロプロセッサ、中央処理装置等）を含み、該指示は、例えば、非一時的なコンピュータ可読媒体またはメモリ１３８などの制御ユニットのメモリ、またはトランスミッタのメモリにローカルに格納することができる。いくつかの実施形態において、コントローラ１１４のプロセッサは、制御ユニット１３２など、１つまたは複数のコンピュータベースのシステムの構成要素である。コントローラ１１４は１つまたは複数の制御回路、マイクロプロセッサベースのエンジン制御システム、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つまたは複数のプログラマブルハードウェアコンポーネントを含むことができ、これらを使用してモニタリングシステム１１０の構成要素を制御し、および／または本明細書で説明する１つまたは複数の機能を行う。コントローラ１１４は他の従来の工業プロセストランスミッタまたは制御ユニット回路装置を表すこともできる。
【0026】
いくつかの実施形態において、コントローラ１１４は、センサ１１２からの状態出力１１８のうちの１つまたは複数に基づいて、プロセス容器１０４の断熱区画１１６に関する１つまたは複数の状態を検出する。加えて、コントローラ１１４はプロセス容器１０４の区画１１６の１つまたは複数の検出された状態に関する状態情報１４０を生成するように構成されている。
【0027】
コントローラ１１４がトランスミッタ１３０内に全体または一部収容されている場合、トランスミッタ１３０は状態情報１４０を前述した送信される区画情報として制御ユニット１３２に通信することができる。あるいは、状態出力１１８に関してトランスミッタ１３０が送信する区画情報を制御ユニット１３２のコントローラ１１４が使用して、状態情報１４０を生成してもよい。
【0028】
いくつかの実施形態において、状態情報１４０は、一般的に、例えば、検出された状態の識別、検出された状態に関する検知状態の値（例えば、温度測定値、湿度測定値、水分レベル測定値、化学組成測定値等）、および／または他の情報など、検出された各状態に関する情報を含む。状態情報１４０は、図１に示すように、システム１１０のメモリに記録することも、または、例えば、所望のデータ格納システムもしくはコンピューティング機器に通信することもできる。コントローラ１１４は、制御ユニット１３２のディスプレイ１４２または別のディスプレイなどのディスプレイに状態情報１４０を表示すること、アラームを作動させること、および／または別の種類の通知を提供することを含め、状態情報１４０に関する通知を出すことができる。
【0029】
工業プロセス容器断熱材モニタリングシステム１１０のいくつかの実施形態は、図１に図示されるように、一般的に断熱材１０６の区画１５２と、断熱区画１５２に装着されている前述の状態センサ１１２のうちの１つまたは複数とを含む工業プロセス容器断熱材モニタリング機器１５０を含む。断熱材モニタリング機器１５０の例示的な実施形態を、図２および図３を参照して説明する。図２は本開示の実施形態による例示的な断熱モニタリング機器１５０の簡略断面図であり、図３は大略的に線３－３に沿って切断した図２の機器１５０の簡略断面図である。
【0030】
いくつかの実施形態において、断熱材区画１５２は、図２に図示するように、プロセス容器１０４（例えば、パイプ）を完全に取り囲む断熱材１０６のスリーブを備えることができる。例えば、断熱材区画１５２をプロセス容器１０４に巻き付けるように構成することができる。あるいは、断熱材区画１５２はプロセス容器１０４を断熱する断熱材１０６の一部のみを形成してもよい。
【0031】
機器１５０は、プロセス容器１０４の外面１５４と断熱材区画１５２の外面１５６との間のさまざまな場所に温度センサ１１２Ａのうちの１つまたは複数を含むことができる。例えば、図２および図３に図示するように、機器１５０は断熱材区画１５２とプロセス容器１０４の外面１５４との間の境界面１５８に１つまたは複数の境界面温度センサ１１２Ａ－１を、断熱材区画１５２内に１つまたは複数の埋込温度センサ１１２Ａ－２を、および／または断熱材区画１５２の外面１５６に１つまたは複数の外部温度センサ１１２Ａ－３を含むことができる。断熱材区画１５２がプロセス容器１０４に設けられている場合には、境界面温度センサ１１２Ａ－１は断熱材区画１５２の内面１６０に装着しても、または断熱材区画１５２の内面１６０とプロセス容器１０４の外面１５４との間に位置付けてもよい。外部温度センサ１１２Ａ－３は、任意の適切な手法を使用して断熱材区画１５２の外面１５６に装着しても、または断熱材区画１５２の外面１５６に埋め込んでもよい。したがって、いくつかの実施形態において、１つまたは複数の温度センサ１１２Ａは、図２に図示するように、プロセス容器１０４の長手軸１６２または断熱材区画１５２から異なる半径方向の距離に位置付けられている少なくとも２つの温度センサを含む。
【0032】
いくつかの実施形態において、境界面温度センサ１１２Ａ－１はＣＵＩ状態を促進させる温度を検出するために使用される。例えば、境界面温度センサ１１２Ａ－１の出力１１８Ａ－１によって示される境界面温度がプロセス容器１０４の腐食を促進させる温度範囲内にある場合、コントローラ１１４は、例えば、ＣＵＩ状態の存在またはその発展の可能性を示す通知など、検出に関する状態情報を生成することができる。
【0033】
境界面温度センサ１１２Ａ－１は断熱材区画１５２の損傷または劣化を検出するためにも使用することができる。いくつかの実施形態において、コントローラ１１４は出力１１８Ａ－１によって示される温度を、境界面温度センサ１１２Ａ－１によって検出することが見込まれる予想温度または温度範囲と比較し、検出された境界面温度と予想境界面温度または温度範囲との差が、例えば、制御ユニット１３２のメモリ１３８（図１）に格納することのできる対応する閾値１６４を超える場合、断熱材区画１５２の損傷を検出する。コントローラ１１４は断熱材区画１５２の検出された損傷または劣化に関する状態情報１４０を生成することができ、これは断熱材区画１５２の劣化した状態の通知を含むことができる。いくつかの実施形態において、コントローラ１１４はプロセス温度センサ１２０によって検知されるプロセス温度、および／または雰囲気温度センサ１２６によって検知される雰囲気温度に基づいて予想境界面温度を設定する。
【0034】
断熱材区画１５２が実質的に無傷の場合、境界面温度とプロセス温度との差は小さいが、断熱材区画１５２が損傷してくると、その断熱性能は低下し、境界面温度とプロセス温度との差が大きくなる。このことが図４のチャートで大略的に例示されており、図４は本開示の実施形態による、時間に沿って測定された境界面温度（Ｔｉ）およびプロセス温度（Ｔｐ）の例、境界面温度とプロセス温度との差（Ｔｄ）、ならびに閾値温度差値（Ｔｔｈ）のプロットを含む。閾値１６４の１つ（図１）として格納することのできる閾値温度差値を使用して、断熱材区画１５２の状態を評価する。いくつかの実施形態において、断熱材区画１５２がそれ以上所望レベルの断熱を提供しなくなる時を示すように、閾値温度差値が選択される。図４のチャートに図示される例では、境界面温度とプロセス温度との温度差は、閾値温度差未満から約１４時間のところで閾値温度差を上回るまで推移し、それによって断熱材区画１５２はその時点のあたりで損傷したおそれがあり、修理または交換が必要であることを示す。このように、コントローラ１１４は境界面温度とプロセス温度との差に基づいて断熱材区画１５２のこの損傷または劣化した状態を検出し、この状態の検出に応答して状態情報１４０（例えば、通知）を生成する。
【0035】
前述したように、このプロセス温度に対する境界面温度のモニタリングは、予想境界面温度がいくらか依存する雰囲気温度状態の補償を含むことができる。具体的には、閾値温度差は、雰囲気温度センサ１２６が示す雰囲気温度と図１に図示されるプロセス温度センサ１２０が示すプロセス温度との差に基づいて調整することができる。例えば、雰囲気温度とプロセス温度との差が小さい場合、プロセス容器１０４と周囲環境との間の熱伝達が低めであると予想されるため、閾値温度差値を減少させることができ、雰囲気温度とプロセス温度との差が大きい場合、プロセス容器１０４と周囲環境との間の熱伝達が高めであると予想されるため、閾値温度差値を増加させることができる。このように、閾値温度差値は、センサ１２６が検知または測定する雰囲気温度を用いてコントローラ１１４によって動的に調整することができる。
【0036】
いくつかの実施形態において、１つまたは複数の温度センサ１１２をコントローラ１１４が使用して、断熱材区画１５２を通る直熱流量および／または断熱材区画１５２の熱抵抗（Ｒ値）を測定する。例えば、コントローラ１１４は１つまたは複数の境界面温度センサ１１２Ａ－１による境界面温度出力１１８Ａ－１と、１つまたは複数の埋込温度センサ１１２Ａ－２からの埋込温度出力１１８Ａ－２および／または１つまたは複数の外部温度センサ１１２Ａ－３による外部温度出力１１８Ａ－３との差を使用して、断熱材区画１５２を通る熱流量、および／または断熱材区画１５２の熱抵抗を従来の手法を使用して計算することができる。コントローラ１１４は雰囲気温度センサ１２６（図１）からの雰囲気温度出力１２８に基づいて熱伝達または熱抵抗のこれら測定値を補償することができる。コントローラ１１４は状態情報１４０を生成し、これは断熱材区画１５２を通る測定された熱流量および／または断熱材区画１５２の熱抵抗を示すことができる。
【0037】
いくつかの実施形態において、コントローラ１１４はそれぞれ計算された熱流量および／または熱抵抗を、閾値１６４の１つとしてメモリ１３８に格納することのできる対応する閾値熱流量または熱抵抗値と比較して、断熱材区画１５２が所望レベルの断熱を提供しているかどうかを確定する。コントローラ１１４が生成する状態情報１４０は断熱材区画１５２を通る熱流量および／または断熱材区画１５２の熱抵抗が閾値に基づいて所望の基準を満たしているかどうかを示すことができる。
【0038】
モニタリング機器１５０のいくつかの実施形態は、前述したように、図２および図３に図示する水分検出ケーブルを含むことのできる１つまたは複数の水分センサ１１２Ｂを含む。水分検出センサ１１２Ｂは断熱材１０６内に埋め込んで、検出された水分レベルに関する水分レベル出力１１８Ｂを生成することができる。これにより、コントローラ１１４は、断熱材区画１５２の劣化とＣＵＩ状態のいずれももたらす可能性がある断熱区画１５２への水分の侵入を直接モニタリングすることが可能となる。いくつかの実施形態において、コントローラ１１４は検出された水分レベルを、閾値１６４（図１）の１つとして格納することのできる閾値水分レベル値と比較する。コントローラ１１４は水分レベル出力１１８Ｂ、および／または検出された水分レベルと閾値水分レベル値との比較に基づいて、状態情報１４０を生成することができ、これは検出された水分レベルおよび他の関連情報を含むことができる。加えて、検出された水分レベルが水分レベルの閾値を超える場合、状態情報１４０は断熱材区画１５２の損傷もしくは劣化の可能性の通知、および／または、例えば、ＣＵＩ状態をもたらしうる状態が存在することを示す通知を含むことができる。
【0039】
モニタリング機器１５０が化学組成センサ１１２Ｃのうちの１つまたは複数を含む場合、コントローラ１１４は対応する出力１１８Ｃが示す化学組成を使用して、ＣＵＩ状態、またはＣＵＩ状態をもたらしうる状態を検出することができる。コントローラが生成する状態情報１４０は、検出された組成の識別（例えば、酸化鉄）、検出された組成の濃度、および他の情報など、検出された化学組成に関する情報を含むことができる。いくつかの実施形態において、コントローラ１１４は検出された組成の濃度を、閾値１６４（図１）の１つとして格納することのできる閾値濃度値と比較するように構成されている。検出された濃度レベルが閾値濃度値を超える場合、状態情報１４０は、例えば、プロセス容器１０４の損傷もしくは劣化の可能性の通知、断熱材区画１５２の損傷もしくは劣化の可能性の通知、および／またはＣＵＩ状態が存在する、もしくは存在しうることを示す通知を含むことができる。
【0040】
上記述べたように、モニタリング機器１５０のいくつかの実施形態は１つまたは複数の湿度センサ１１２Ｄを含む。１つまたは複数の湿度センサ１１２Ｄは検出された湿度レベルに関する湿度レベル出力１１８Ｄを生成し、これをコントローラ１１４が使用して、ＣＵＩ状態をもたらす可能性のある状態を直接モニタリングすることができる。いくつかの実施形態において、コントローラ１１４は検出された湿度レベルを、閾値１６４（図１）の１つとして格納することのできる閾値湿度レベル値と比較する。コントローラ１１４は湿度レベル出力１１８Ｄ、および／または検出された湿度レベルと閾値湿度レベル値との比較に基づいて状態情報１４０を生成することができ、これは検出された湿度を含むことができる。加えて、検出された湿度レベルが湿度レベル閾値を超える場合、状態情報１４０は、例えば、断熱材区画１５２の損傷もしくは劣化の可能性の通知、および／またはＣＵＩ状態をもたらしうる状態が存在することを示す通知を含むことができる。
【0041】
前述したように、状態センサ１１２は複数のセンサ１１２を利用して、温度などの特定の状態を検知することができる。したがって、例えば、温度センサ１１２Ａはさまざまな場所で個別の温度測定を行うためにそれぞれ使用される複数の温度センサ１１２Ａを含むことができる。例えば、図３に図示するように、境界面温度センサ１１２Ａ－１、埋込温度センサ１１２Ａ－２、および／または外部温度センサ１１２Ａ－３はそれぞれ、プロセス容器１０４の長手軸１６２または断熱材区画１５２に沿って互いにずれている複数の温度センサを含むことができる。
【0042】
個々の温度センサ１１２Ａのそれぞれが検知する温度をコントローラが処理して、平均温度測定値を判定することができる。このように、境界面温度センサ１１２Ａ－１が検知する温度を処理して平均境界面温度を判定することができ、埋込温度センサ１１２Ａ－２が検知する温度を処理して、平均埋込温度を判定することができ、外部温度センサ１１２Ａ－３が検知する温度を処理して、平均外部温度を判定することができる。コントローラ１１４はこれらの平均温度のうちの１つまたは複数を使用して、断熱材区画１５２に関する１つまたは複数の状態を検出することができる。同様に、コントローラは複数の状態センサ１１２からの測定値を平均化することによって、他の環境状態（例えば、湿度、水分レベル、化学組成等）の平均測定値を判定することができる。
【0043】
状態センサ１１２は任意の適切な形態を取ることができ、生成された状態出力を伝達するために、トランスミッタ１３０への有線接続を含むことができる。この構成に代わる１つの代替例は、本開示の実施形態による、例示的な断熱材モニタリング機器１５０の簡略側断面図である図５に大略的に図示するように、パッシブ弾性表面波センサ１１２ＡＷを無線周波励振器・リーダ１７０と組み合わせて使用することを含む。弾性表面波センサ１１２ＡＷはそれぞれ、トランスミッタ１３０によって電力を供給することのできる無線周波励振器・リーダ１７０からエネルギを受け取り、それに応答して、測定されるパラメータの関数である位相角変化または周波数もしくは振幅など別の検出可能な無線周波特性変化を有する無線周波信号を生成する。励振器・リーダ１７０は弾性表面波センサ１１２ＡＷから信号を受信し、状態出力１１８ＡＷをトランスミッタ１３０（図１）に送る。したがって、１つまたは複数の温度センサ１１２Ａ、水分レベルセンサ１１２Ｂ、化学組成センサ１１２Ｃおよび湿度センサ１１２Ｄを適切な弾性表面波センサ１１２ＡＷに取り替えることによって、センサそれぞれへの有線接続の必要性をなくすことができる。あるいは、埋込測定機器は、トランスミッタ１３０によって電力を供給することのできるＲＦＩＤリーダによって付勢されて読み取られるパッシブＲＦＩＤセンサの形態を取ることもできるであろう。
【0044】
本開示の追加の実施形態は、断熱材モニタリング機器１５０を使用して断熱されたプロセス容器１０４をモニタリングする方法が指示される。図６は本開示の実施形態による方法の例を図示するフローチャートである。方法の１８０で、上記説明した１つまたは複数の実施形態により作られる工業プロセス断熱材モニタリング機器１５０が提供される。いくつかの実施形態において、機器１５０はプロセス容器１０４に装着されている断熱材区画１５２と、断熱材区画１５２に装着されている複数の状態センサ１１２とを含む。状態センサ１１２はそれぞれ、例えば、温度、湿度、水分レベル、および／または化学組成など、断熱材区画１５２、またはその内部の少なくとも１つの環境状態を検知するように構成されている。状態センサ１１２は、図１に図示するように、温度出力１１８Ａ、水分レベル出力１１８Ｂ、化学組成出力１１８Ｃ、および／または湿度出力１１８Ｄなど、対応する検知状態を示す状態出力１１８を生成するように構成されている。
【0045】
方法の１８２で、対応する検知状態を示す状態出力１１８が、複数の状態センサ１１２を使用して生成される。次に、ステップ１８４で、コントローラ１１４を使用し、状態出力１１８に基づいて、断熱材区画１５２に関する少なくとも１つの状態が検出される。例えば、上記述べたように、コントローラ１１４は断熱材区画１５２の熱抵抗、断熱材区画１５２の損傷（すなわち、劣化）、プロセス容器１０４の腐食もしくはプロセス容器１０４の腐食につながる状態、および／または断熱材区画１５２への水分の侵入を、状態センサ１１２からの状態出力に基づいて検出することができる。
【0046】
方法の１８６で、コントローラ１１４を使用して少なくとも１つの検出された区画状態に関する状態情報１４０が生成される。上記述べたように、状態情報１４０は検出された状態を識別し、検出された状態に関する検知パラメータ、検出された状態に関する通知、および／または検出された状態に関する他の情報を含むことができる。方法のいくつかの実施形態において、状態情報１４０は、制御ユニット１３２（図１）のディスプレイ１４２などにより、ユーザに通信される。状態情報１４０は、アラームなど、検出された状態をユーザに通知する通知を含むこともできる。
【0047】
本開示の実施形態を好適な実施形態を参照して説明してきたが、当該技術分野における当業者は、本開示の主旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において変更がなされ得ることを認識するであろう。
【符号の説明】
【0048】
１００ 制御システム
１０２ プロセス材料
１０４ プロセス容器
１０６ 断熱材
１１０ プロセス容器断熱材モニタリングシステム
１１２ 状態センサ
１１４ コントローラ
１１６ 断熱区画
１１８ 状態出力
１０２ プロセス材料
１０４ プロセス容器
１０６ 断熱材
１１０ プロセス容器断熱材モニタリングシステム
１１２ 状態センサ
１１４ コントローラ
１１６ 断熱区画
１１８ 状態出力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】