JPS61241624A - 高圧液の減圧移送装置の液面検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧力容器、特に石炭液化プラントにおける石
炭液化生成物溶液のように、固形物粒子及び溶解ガスを
含有する高圧液を取り扱う化学プラントやスラリー輸送
装置における高圧液の減圧移送装置に適した液面検出方
法に関する。

（従来の技術） 一般に、化学プラントにおいて、塔内への液体の供給量
あるいは塔外への液体の排出量を制御するのに塔内の液
面を検出し、その検出された液面の変動量を利用するこ
とが行なわれる。例えば、石炭液化プラントにおいては
、溶解ガスおよび触媒その他の固形物粒子を含有した高
温高圧の石炭液化生成物溶液を気液分離塔に供給し、そ
こで気液分離して次工程に移送することが行なわれるが
、その移送量は、気液分離塔内の液面変動量を検出し、
その検出信号により制御されている。

液面の検出方法としては、一般に、液面にフロートを浮
かべ、そのフロートの変位を測定するフロート式、超音
波を発射してから液面で反射されてくるまでの時間を測
定して液面の高さを求める超音波式、液面の高さを対向
する電極間の静電容量の大きさに変換し、その静電容量
を測定することにより液面の高さを求める静電容量式、
タンク内の気相の圧力を検出し、液体底部の圧力との差
を測定して液面を求める差圧式など種々実用化されてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前記石炭液化生成物溶液のように高温高
圧で固形物粒子を含む液体の液面を検出する場合、フロ
ート式や超音波式は使用不能であり、静電容量式や差圧
式では液に触れる部分てコーキングが発生したり、付着
物が堆積するなどの問題がある。

例えば、差圧式液面計による液面検出方法は、圧力容器
の上端および下端に受圧ダイヤフラムを設け、各ダイヤ
フラムの受けるガスおよび液体の圧力の変化を、差圧検
出器に接続されたキャピラリーチューブ内の圧力伝播媒
体を介して、差圧検出器の感圧ダイヤフラムの動きに替
え、その両側に設けた固定電極の静電容量の変化として
検出して容器内の液面を求めるものであるが、この方法
は気液の密度変化によって検出精度が大きく影響を受け
るため、温度、圧力による補正が正確に行なえなければ
、基準液面若しくは絶対液面との差を検出できず、また
、液側からの伝導熱のためキャピラリーチューブ内の圧
力伝播媒体が劣化あるいは硬化したり、固形物粒子の流
動による受圧ダイヤフラムの摩耗や液体の流動による圧
力変動をさけるため、あるいは受圧ダイヤフラム面積に
応じた受圧部を確保するため、配管ラインより引込んだ
部分に受圧ダイヤフラムを配設すると、液流の低下や滞
流を生じ、固形物粒子が沈降したリコーキングが発生す
るなどの問題点があった。

他方、直接液体に触れずに検出する方法として放射線液
面計を用いる方法があるが、石炭液化生成物溶液の液面
検出に適用する場合、高圧であるため圧力容器の直径に
比例してその肉厚も厚くなり、透過減衰量が大きくなる
ため、圧力容器に凹状の取付穴を穿設し、放射線源およ
び検出器を埋込むか、あるいは肉厚に応じた放射線量と
するなどの対策が必要となる。しかも、このような対策
を施した場合、前者では凹状取付穴に応力集中を起し、
圧力容器にクラックを生じる恐れがあり、後者では放射
線量が増大する分だけ危険度が増加し、法的規制や保守
上の対策が困難となる他どの方法も信頼性に欠けるため
、他の液面計との併設を余儀なくされ、価格的にも高価
となるなどの問題がある。

本発明は、斯る問題点に鑑みてなされたもので、温度、
圧力の変化に影響されず、また放射線等の危険物を使用
することなく、真の液面が検出可能な圧力容器の液面検
出方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決するため、本発明は、内部を減圧する
ことにより給液を行なう圧力容器の液面検出方法であっ
て、一端が圧力容器の液面検出レベルに位置し、他端が
低圧側に連通ずる管路に設けたオリフィスの前後の差圧
を検出して、その差圧変動により液面が液面検出レベル
に上昇したことを検知するものである。

（作用） 本発明に係る圧力容器の液面検出方法に使用するオリフ
ィスは以下のように作用する。

オリフィスを通過した流体は収縮し縮流となって流出す
るが、亜音速域では圧力が低下し速度は増加する。この
ときの圧力差は、ベルヌーイの定−４＝ 理により密度に比例し、速度の２乗に比例するので、流
体がガスの場合と気液混合流体あるいは液の場合とでは
圧力差が異なることになる。

従って、一端が圧力容器の液面検出レベルに位置し、他
端が低圧側に連通し、かつオリフィスを設けた管路を有
する圧力容器において、該管路を介して内部ガスを低圧
側に放出することにより減圧して他管路より液を導入す
る場合、オリフィス前後の差圧を検出しておくことによ
り、液面が液面検出レベルに達したかどうかを検知する
ことが可能となる。すなわち、液面検出レベルに達する
直前あるいはその瞬間にオリフィスを通過する流体が、
ガスから気液混合流体あるいは液に変化し、オリフィス
の前後の差圧が急激に変動するので、この差圧変動によ
り液面が液面検出レベルまで上昇したことが検知される
。

（実施例） 次？こ、本発明の一実施例を添付図面に従って説明する
。

第１図は、本発明（ど係る方法を使用する高圧液の減圧
移送装置を示し、高圧液をラインａを介し受は入れて気
液分離する高圧塔ｌと減圧塔２と低圧塔３とが配置しで
ある。

減圧塔２は上部に高圧ガス給排弁４及びこれに併設した
高圧ガス流量調節弁（以下、単に高圧ガス流調弁という
）５と第１開閉弁ＩＯと、低圧ガス給排弁６及びこれに
併設した低圧ガス流量調節弁（以下、単に低圧ガス流調
弁という）７と第２開閉弁Ｉ＋と、下部に高圧液供給弁
８と低圧液排出弁９をそれぞれ備えている。そして、高
圧塔Ｉの気相部より延設した高圧ガスラインｂと減圧塔
２の−に部を高圧ガス給排弁４及び高圧ガス流調弁５を
介して連通オろ高圧ガスラインＣと、高圧塔１の液相部
と減圧塔２の下部を高圧液供給弁８を介して連通ずる高
圧液供給ガスラインｄと、低圧塔３の気相部より延設し
た低圧カスラインｅと減圧塔２の上部を低圧ガス給排弁
６及び低圧ガス流調弁７を介して連通ずる低圧ガスライ
ンｆと、減圧塔２の下部と低圧塔３を低圧液排出弁９を
介して連通ずる低圧液排出ラインｇと、低圧塔３の液相
部より所定場所に連通ずる低圧液移送ラインｈとが配さ
れている。

さらに、一端が減圧塔２の給液量レベルに他端か低圧塔
３の気相部に位置し、かっ、これらを気液流調弁１３及
び第３開閉弁Ｉ４を介して連通ずる差圧付加ライン１が
配されている。この差圧付加ライン１の減圧塔２からの
垂直立ち上り部には第２図に示すようなオリフィス１２
が設けられ、その前後の差圧が検出可能になっている。

なお、このオリフィス１２の前後の圧力を検出するのに
、液が進入しても問題にならないよう気液両用の隔膜式
圧力発信器が用いられる。そして、オリフィス１２はカ
スの流動を検出オろだ（」のものであるから、多少の摩
耗が生しても検出精度には影響はなく、また配管よりも
２〜３ｍｍ程度小さい内径にしておけば十分である。ま
た、ＷＣ１セラミック等の超硬部材のオリフィス板をフ
ランジにて挾持する分割構造としてもよい。

以上の構成からなる減圧装置は、減圧塔２における圧縮
（昇圧用、給液■、膨張（減圧）■、排液−７＝ ■の４行程を１サイクルとする動作により、高圧液の減
圧、移送が行なわれる。

そして、これらの行程からなる動作サイクルは以下のよ
うに操作される。

第３図は減圧塔２内の各行程１〜■における液の圧力容
積指線図であり、図において記号Ａ−Ｄは、下記を示す
。

Ａ：排液状態での圧縮限 Ｂ；給液量 Ｃ：給液状態での膨張限 Ｄ；排液限 Ｄｏ；排液限制御点 ＰＨ：高圧塔内圧力 ＰＬ；低圧塔内圧力 第４図は各行程１〜■における系内各弁動作状態を示す
タイムチャート（斜線部は６弁の開状態を示す）、減圧
塔内圧力（実線で示す）及び減圧塔内液面レベル（破線
で示す）を示したものである。

まず、圧縮行程Ｉにおいて、第１開閉弁ｌＯのみを開と
し、高圧ガス流調弁５を徐々に開くと、高圧ガスライン
ｂ、ｃを経て高圧塔ｌ内の高圧ガスが減圧塔２に流入し
、減圧塔２内圧力はＰＬから次第に昇圧する。最後に第
１開閉弁ＩＯ及び高圧ガス流調弁５を閉じて高圧ガス給
排弁４を開くことにより、減圧塔２の圧力は高圧塔１内
の圧力Ｐｌ（と平衡するとともに、液面レベルは排液限
りからＡに下降する。

ここで、後述するように、減圧塔２内の液は前サイクル
において全量排出されており、この行程では液面は存在
しないが、弁宜上排液量り、圧縮限Ａを想定しである。

この状態から高圧ガス給排弁４を閉じて高圧液供給弁８
を開くと同時に、第３開閉弁１４を開いて気液流調弁１
３をチョコ開し、給液行程Ｈに入る。この時、高圧塔ｌ
と減圧塔２のそれぞれの液面レベルのヘッド差に、気液
流調弁１３のチョコ開により減圧塔２内が減圧された結
果生じる圧力差が付加されて、高圧塔１より高圧液が高
圧液供給ラインｄを経て減圧塔２に供給され、液面レベ
ルは上昇する。この気液流調弁Ｉ３のチョコ開によって
減圧塔２内の圧力は徐々に降下するため、差圧付加ライ
ンｉの管路抵抗による遅れは生じるものの、放出された
ガス量にほぼ等しい量の高圧液が流入する。そして、液
面レベルが給液限Ｂに達する前あるいはその瞬間、液滴
が混入したガスあるいは液がオリフィス１２を通過する
際に生じるオリフィス１２の前後の差圧変動により、液
面レベルが給液限Ｂに達したことが検知され、高圧液供
給弁８．気液流調弁１３及び第３開閉弁１４が閉じられ
る。

高圧液の減圧塔２内への流入速度は、気液流調弁１３の
チョコ開度によって任意にコントロール可能であるが、
摩耗を押さえるために管路内でｌｍ７ｓｅｃ以下にコン
トロールする。そこで、仮に差圧付加ラインｉと高圧液
供給ラインｄを同径とし、かつ、オリフィス１２と気液
流調弁１３との間の距離を５ｍとしておけば、液滴が混
入したガスあるいは液がオリフィス１２を通過して気液
流調弁１３に達するまでの時間は５秒となるので、この
間に十分気液流調弁１３を閉とすることができる。

また、仮に給液行程Ｈにおいて何らかの誤動作により液
面レベルが給液限Ｂを越えたとしても、液は差圧付加ラ
インｉを通って低圧塔３に流入するので、減圧塔２の気
相部は一定容量に維持される。この減圧塔２内における
気相部の容量は差圧付加ラインｉの管端の位置によって
決定されるが、次の膨張行程■におけるフラッシュ蒸発
による気泡混入による液面レベルの」−昇分を見込んで
余裕を持たせておけば、次の膨張行程■においてガスラ
インに液が吹き込むことがない。

給液が完了し、待ち時間Ｘにおいて平衡に達ケるのを待
って、次の膨張行程■に移る。

膨張行程■において、第２開閉弁ＩＩを開いて低圧ガス
流調弁７を徐々に開くと、減圧塔２の気相部のガスが、
低圧ガスラインｆを経て低圧ガスラインｅに流出し、減
圧塔２内の圧力はＰＨからＰＬに減圧する。最後に第２
開閉弁１１及び低圧ガス流調弁７を閉じて低圧ガス給排
弁６を開くことにより減圧塔２の圧力は低圧ガスライン
ｅ又は低圧塔３内の圧力ＰＬと平衡する。このとき、減
圧塔２内の一部の高圧液は、減圧される過程においてフ
ラッシュ蒸発し、気泡混入によって液面レベルがＢから
Ｃまで上昇する。また、前行程においてオリフィス１２
内に流入して残留していた液は、急激な減圧によって減
圧塔２へ吐出される。

この状態から低圧ガス給排弁６を閉じて低圧液排出弁９
を開くと同時に、第１開閉弁１０を開いて高圧ガス給排
弁５をチョコ開し、排出行程■に入る。この時、減圧塔
２と低圧塔３のそれぞれの液面レベルのヘッド差に、高
圧ガス給排弁５のチョコ開により減圧塔２内が加圧され
た結果生じる圧力差が付加されて、減圧塔２より減圧さ
れた低圧液が、低圧液排出ラインｇを経て低圧塔３に全
量排出され、液面レベルはＣからＤに降下する。

次に、排液が完了すると、低圧液排出弁９．高圧ガス給
排弁５及び第１開閉弁１０を閉じ、低圧塔３内の圧力が
平衡に達するまでの待ち時間Ｙが経過してｌサイクルが
終了し、次のサイクルの圧縮行程に移るという動作を繰
り返す。

以上の動作サイクルでは、オリフィスＩ２を設けないで
、サイクルタイムの設定のみで操作することも可能であ
るが、この場合、累積誤差等により給液行程■において
高圧液が給液限Ｂをオーバーフローして気液流調弁１３
を通過する可能性が大となる。これに対し、本発明によ
れば、液面レベルは給液限Ｂを越えない蓋然性が高く、
液が気液流調弁１３を通過する可能性がないので、気液
流調弁１３の寿命が増大する。

（発明の効果） 以下の説明から明らかなように、本発明によれば、圧力
容器内の温度、圧力の変化に無関係に、真の液面の検出
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る液面検出方法を適用する高圧液
の減圧移送装置の系統図、第２図は、その系内の減圧塔
の液面検出に用いるオリフィスの縦断面図、第３図は、
その系内の減圧塔の圧力容積指線図、第４図は、その系
内の各行程における各弁動作状態と減圧塔内圧力及び液
面レベルを示す図である。 ２・・減圧塔、１２・・・オリフィス、ｄ・・・高圧液
供給ライン、ｅ、ｆ・・・高圧ガスライン、ｆ・・・差
圧付加ライン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部を減圧することにより給液を行なう圧力容器
   の液面検出方法であって、一端が圧力容器の液面検出レ
   ベルに位置し、他端が低圧側に連通する管路に設けたオ
   リフィスの前後の差圧を検出して、その差圧変動により
   液面が液面検出レベルに上昇したことを検知することを
   特徴とする圧力容器の液面検出方法。