Акустико-эмиссионная система и способ прогнозирования взрывов в резервуаре для растворения - RU2712383C2

Чертежи

Описание

Перекрестная ссылка на родственную заявку

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 62/252221, поданной 06 ноября 2015 г., которая во всей своей полноте включается в настоящий документ посредством ссылки.

Уровень техники, к которой относится изобретение

1. Область техники

[0002] Настоящее изобретение в общем относится к химической варке целлюлозы и, в частности, к регенерационным котлам и резервуарам для растворения, используемым в целлюлозно-бумажной промышленности.

2. Предшествующий уровень техники

[0003] Химическая варка целлюлозы преобразует лигноцеллюлозную биомассу в целлюлозные волокна различной длины. В целлюлозно-бумажной промышленности лигноцеллюлозная биомасса часто содержит древесные стружки, но лигноцеллюлозный материал может включать в себя другую биомассу на растительной основе, в которой белок лигнин тесно связан с молекулами целлюлозного сахара. В процессе обработки операторы могут выделять волокна целлюлозной массы для использования в разнообразных коммерческих приложениях, включая бумажное производство.

[0004] Когда древесина представляет собой, например, первоначальный лигноцеллюлозный материал, производство может начинаться с бревен. Корообдирочный станок очищает бревна от коры ("окоривание"), а стружечный станок измельчает бревна в мелкие стружки. В зависимости от конкретного процесса и приложения, операторы могут предварительно обрабатывать эти стружки паром и химическими реагентами, чтобы расширять поры в лигноцеллюлозной биомассе, или операторы могут направлять высушенные стружки непосредственно в устройство для химической варки. Устройства для непрерывной химической варки в общем имеют цилиндрическую форму и могут иметь высоту нескольких этажей.

[0005] Операторы устройства для варки, как правило, вводят белый щелок и пар в верхнюю секцию устройства для варки. В процессе Крафта (Kraft) "белый щелок" часто состоит из раствора гидроксида натрия и сульфида натрия. В течение нескольких часов обработанная паром биомасса перемещается через устройство для варки, когда белый щелок растворяет лигнин. Лигнин представляет собой белок, который связывает целлюлозу и гемицеллюлозу в биомассе друг с другом. Удаление лигнина позволяет операторам выделять волокна, содержащие главным образом целлюлозу и гемицеллюлозу. Когда лигнин и другие вспомогательные соединения биомассы растворяются в щелоке, этот щелок темнеет и превращается в "черный щелок".

[0006] После того, как раствор черного щелока выходит из устройства для варки, оборудование выделяет волокна целлюлозной массы от оставшегося черного щелока. В то время как белый щелок содержит гидроксид натрия и сульфид натрия, черный щелок содержит карбонат натрия и сульфат натрия, соответственно. Карбонат натрия и сульфат натрия представляют собой продукты химической реакции белого щелока с лигнином и другими соединениями в устройстве для варки. Эти продукты, карбонат натрия и сульфат натрия, в общем оказываются менее применимыми для варки лигнина.

[0007] Хотя гидроксид натрия и сульфид натрия представляют собой в общем недорогостоящие химические реагенты, приобретение новых растворов гидроксида натрия и сульфида натрия для каждой новой партии лигноцеллюлозной биомассы в общем оказывается нерентабельным. По этой причине на многих химических целлюлозных заводах используются пиролитические системы регенерации химических реагентов, которые превращают, по меньшей мере, частично карбонат натрия и сульфат натрия обратно в применимые гидроксид натрия и сульфид натрия.

[0008] Новый черный щелок из устройства для химической варки, как правило, является разбавленным и негорючим. Таким образом, чтобы подготовить черный щелок для пиролиза, операторы в общем переливают черный щелок через испарительные резервуары или другие испарительные стадии для увеличения количества твердых частиц, концентрированных в черном щелоке. Операторы затем нагревают концентрированный черный щелок перед впрыскиванием концентрированного черного щелока через распылительные сопла в химический регенерационный котел. Эти распылительные сопла создают крупные капли. Регенерационный котел испаряет оставшуюся воду из капель, и твердые соединения в черном щелоке подвергаются частичному пиролизу. Неорганические соединения, которые остаются, падают в нижнюю часть печи и накапливаются в коксовом слое. Некоторая часть углерода и монооксида углерода в коксовом слое может действовать в качестве катализатора для превращения сульфата натрия в сульфид натрия, который может затем улавливаться из отработавшего газа вблизи верхней части печи.

[0009] Оставшиеся неорганические соединения в коксовом слое, в конечном счете, плавятся и текут в форме расплава через один или более жёлобов для расплава в нижней части регенерационного котла. Охлаждающая текучая среда, обычно вода, может охлаждать жёлоба для расплава. Трубки для охлаждающей текучей среды могут встраиваться в сам жёлоб или представлять собой вспомогательную систему охлаждения. Эта вспомогательная система охлаждения часто называется термином "водяная рубашка" и может окружать наружную поверхность жёлоба. Расплав, текущий из жёлоба, падает в резервуар для растворения, и вступает в контакт с водой или разбавленным белым щелоком для выработки натронного щелока. Образующийся в результате раствор натронного щелока обычно известен под названием "зеленый щелок".

[0010] В сульфатном химическом процессе, таком как процесс Крафта, основные компоненты зеленого щелока, как правило, представляют собой сульфид натрия и карбонат натрия. Однако в других химических процессах производится зеленый щелок, содержащий другие неорганические соединения. Операторы, как правило, улавливают зеленый щелок и транспортируют зеленый щелок на установку подщелачивания, чтобы дополнительно выделить и концентрировать сульфид натрия и карбонат натрия и в результате этого репродуцировать белый щелок.

[0011] Когда расплав вступает в контакт с зеленым щелоком в резервуаре для растворения, расплав взрывается и выпускает серию громких звуков. Специалисты в данной области техники обычно называют это термином "взрыв". Расплав, текущий из жёлоба, как правило, имеет температуру около 750 градусов Цельсия (°C) - 820°C, хотя средняя температура зеленого щелока составляет около 70°C- 100°C. Кроме того, расплав в общем содержит реакционноспособные щелочные металлы, такие как натрий, которые реагируют с водой со взрывом. Без ограничения теорией считается, что большая разность температур может повышать реакционную способность расплава и зеленого щелока, и в результате этого вызвать или усилить взрыв. Если отсутствует регулирование, внезапный входящий поток расплава может взорвать резервуар для растворения и регенерационный котел, что задает серьезные риски для работающего вблизи персонала.

[0012] Чтобы управлять взрывом, традиционные резервуары для растворения в общем дезинтегрируют расплав, когда расплав падает из жёлоба. Дезинтеграторы могут представлять собой одну или более рассеивающих струй, которые разбивают падающий расплав паром или другой текучей средой при высоком давлении, образуя капли расплава. Эти капли имеют меньший объем, чем общий поток расплава, и, таким образом, взрывы в общем оказываются менее интенсивными, чем в том случае, если бы расплав вступал в контакт с зеленым щелоком как ненарушенный, неразделенный поток. Как правило, конец жёлоба для расплава поднят над уровнем зеленого щелока, и эти рассеивающие струи разрушают падающий расплав, когда расплав падает из конца жёлоба.

[0013] Время от времени расплав может преждевременно охлаждаться в регенерационном котле или жёлобе, и скорость потока расплава может уменьшаться или становиться нулевой. В этом состоянии перед затоплением жидкий расплав имеет тенденцию накапливаться позади препятствия. Если препятствие передвигается, внезапный входящий поток расплава может подавлять способность рассеивающих струй разрушать расплав на достаточно мелкие капли. Кроме того, если затопление оказывается в частности существенным, расплав может протекать по сторонам жёлоба и полностью обходить рассеивающие струи. В других сценариях рассеивающие струи могут повреждаться. В этих ситуациях увеличение объема расплава, который вступает в контакт с зеленым щелоком, значительно увеличивает взрывающую интенсивность и риск взрыва.

[0014] На многих заводах операторы обычно обходят производственное оборудование, чтобы контролировать технологические условия и выходной сигнал. Взрыв в резервуаре для растворения или регенерационном котле вызывает серьезный риск для безопасности работающего вблизи персонала, а возникающий в результате пожар вызывает серьезный риск для персонала на всей территории завода. Также такие взрывы приводят к тому, что загрязняющие вещества в нерегулируемых количествах выбрасываются в окружающую атмосферу и грунтовую воду и обуславливают значительные производственные убытки. Взрывы такого масштаба могут выводить завод из строя от нескольких недель до месяцев.

Сущность изобретения

[0015] Заявитель разработал систему, в которой акустико-эмиссионные датчики помещают внутри или вокруг резервуара для растворения. Заявитель обнаружил, что акустическая эмиссия, отфильтрованная в запрограммированном диапазоне частот более чем 20 кГц имеет тенденцию к проявлению отличительного паттерна или "предшествующего входящему потоку характерного признака" непосредственно перед тем, как возникает входящий поток расплава. Посредством выделения зарегистрированных частот акустической эмиссии в целях обнаружения предшествующего входящему потоку характерного признака становится возможным прогнозирование входящего потока расплава, прежде чем возникает этот входящий поток расплава. При обнаружении предшествующего входящему потоку характерного признака примерная система, которая раскрывается в настоящем документе, может уточнять технологические условия или удерживать входящий поток расплава и вследствие предотвращать или смягчать внештатный технологический режим, которые могут способствовать угрожающим взрывам. Согласно другим примерным вариантам осуществления операторы могут запрограммировать механизм управления расплавом, такие как дезинтеграторы или ограничительные пластины, как раскрыто в патенте США № 9206548, чтобы управлять потоком расплава. Измерение акустико-эмиссионных явлений, которые вызывает взрыв расплава в резервуаре для растворения, может дополнительно использоваться для регулирования условий внутри регенерационного котла, чтобы вследствие управлять количеством расплава, который поступает в резервуар для растворения.

[0016] Входящий поток расплава, который обнаруживается одним или более акустико-эмиссионными датчиками, расположенными вблизи дезинтегратора и жёлоба для расплава, можно подкреплять "предшествующим входящему потоку характерным признаком", содержащим увеличенную интенсивность акустической эмиссии с амплитудой, по существу (более чем на 200%) превышающей первый набор обработанных колебательных сигналов и, с частотой больше чем 20 кГц. Акустико-эмиссионная система может дополнительно содержать ответное устройство, выполненное с возможностью настройки потока расплава, когда акустико-эмиссионная система обнаруживает предшествующий входящему потоку характерный признак. Данное ответное устройство может содержать ограничение потока расплава, изменение технологических условий внутри регенерационного котла или их сочетание.

[0017] Проблема взрывов в котле смягчается посредством использования системы и способа согласно примерным вариантам осуществления, которые раскрыты в настоящем документе. Согласно примерному варианту осуществления, акустико-эмиссионная система может содержать акустико-эмиссионные датчики, выполненные с возможностью обнаружения акустической эмиссии. Акустико-эмиссионный датчик может содержать преобразователь, имеющий резонансную частоту, причем данный преобразователь выполнен с возможностью преобразования акустической волны в электрический сигнал. С преобразователем может устанавливать связь предварительный усилитель. Как правило, этот предварительный усилитель выполнен с возможностью усиления электрического сигнала. Предварительный усилитель, в свою очередь, генерирует усиленный сигнал и передает усиленный сигнал в процессор данных. Процессор данных может быть выполнен с возможностью фильтрования усиленного сигнала в запрограммированном диапазоне частот выше 20 кГц. Процессор данных может дополнительно оценивать частоты в запрограммированном диапазоне частот для обнаружения предшествующего входящему потоку характерного признака. Когда процессор данных обнаруживает предшествующий входящему потоку характерный признак, процессор данных может инициировать ответ, который может включать в себя изменение одного или более эксплуатационных условий в регенерационном котле или активацию предохранительных устройств для уменьшения или предотвращения контакта входящего потока расплава с зеленым щелоком в резервуаре для растворения.

[0018] В примерной системе многочисленные акустико-эмиссионные датчики могут располагаться внутри и вокруг резервуара для растворения. Например, акустико-эмиссионные датчики, содержащие волновод, могут располагаться в стенке резервуара для растворения. Акустический датчик может иметь считывающий конец на конце волновода и второй конец, противоположный считывающему концу, расположенный снаружи резервуара для растворения. Считывающий конец может располагаться внутри резервуара для растворения. Согласно некоторым примерным вариантам осуществления два или более акустико-эмиссионных датчиков могут иметь волноводы, проходящие в зеленый щелок. Согласно другим примерным вариантам осуществления акустико-эмиссионный датчик может иметь волновод, расположенный внутри текучей среды, которая выпускается из дезинтегратора. Согласно следующим примерным вариантам осуществления акустико-эмиссионный датчик может иметь волновод, расположенный внутри резервуара для растворения над уровнем зеленого щелока и снаружи текучей среды дезинтегратора. Согласно другим примерным вариантам осуществления акустико-эмиссионный датчик может располагаться смежно с резервуаром для растворения.

[0019] В нормальных эксплуатационных условиях дезинтеграторы диспергируют расплав, текущий из жёлоба для расплава, в капли расплава. Эти капли расплава затем вступают в контакт с зеленым щелоком и выпускает небольшие "взрывы". Этот «взрыв» содержит как слышимую акустическую эмиссию, так и акустическую эмиссию выше и ниже диапазона слуха человека. В этих нормальных эксплуатационных условиях каждую секунду могут происходить сотни мелких взрывов. Согласно примерному варианту осуществления процесса, акустико-эмиссионный датчик обнаруживает акустическую эмиссию и преобразует акустико-эмиссионные волны в электрический аналоговый сигнал. Этот сигнал может проходить через ряд стадий предварительного усиления, после которых следуют одна или более стадий фильтрования, которые пропускают высокие частоты, низкие частоты или частотные полосы в целях выделения желательных частот в диапазоне частот выше 20 кГц. Сигнал может дополнительно очищаться перед тем, как он преобразуется в цифровой сигнал. Аналого-цифровой преобразователь ("АЦП") может преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Цифровой сигнал может затем направляться в процессор данных, такой как программируемая пользователем вентильная матрица ("FPGA"), в котором может использоваться способ непрерывного счета или осуществляться преобразование Фурье (Fourier), и в результате этого цифровой сигнал упрощается. Преобразование Фурье может представлять собой быстрое преобразование Фурье ("FFT") или другое преобразование Фурье. Согласно другим примерным вариантам осуществления FPGA может использовать другие способы обработки сигналов или методы преобразования с целью проявления максимальных корреляций в каждой отдельной части процесса, и для этой цели используются, например, среднеквадратичный способ ("RMS") способ, способ среднеквадратического отклонения, способ асимметрии, способ эксцесса, способ среднего значения, способ дисперсии, или используются способы нечеткой логики, нейронные сети и другие способы обработки сигналов. Согласно следующим примерным вариантам осуществления в качестве процессора данных может присутствовать специализированная интегральная микросхема ("ASIC"). Кроме того, примерная система может анализировать сигналы, вырабатываемые многочисленными акустико-эмиссионными датчиками.

[0020] Примерная система может непрерывно контролировать резервуар для растворения в отношении входящего потока расплава, выше базовый уровень потока расплава.

[0021] Примерная система может обрабатывать и анализировать сигналы, источником которых является акустическая эмиссия в резервуаре для растворения, чтобы прогнозировать входящий поток расплава и инициировать ответ для предотвращения входящего потока расплава.

[0022] Следующая примерная система может регулировать эксплуатационные условия в регенерационном котле на основании сигналов, источником которых является акустическая эмиссия в резервуаре для растворения.

[0023] Следующая примерная система и способ могут содержать компьютеризованную систему, имеющую программное обеспечение, выполненное с возможностью контролирования резервуара для растворения на основании входящего сигнала от акустико-эмиссионных датчиков. Эта компьютеризованная система может иметь определенные условные средства предупреждения для указания, когда сигнал превышает предварительно заданное пороговое значение амплитуды.

[0024] Проблема внештатных технологических режимов в резервуаре для растворения решается посредством использования способа контролирования резервуаров для растворения, содержащего: введение одного или более акустико-эмиссионных датчиков через стенку или крышку в резервуаре для растворения; непрерывное прослушивание в целях определения количества и интенсивности ("агрессивности") взрывов в резервуаре для растворения, транслирование информации об этих взрывах в компьютерную систему, анализ данных, сравнение с технологическим состоянием резервуара для растворения и возврат выходного сигнала о том, что эти данные соответствуют запрограммированным условиям.

[0025] Отличительный признак установки согласно варианту осуществления настоящего изобретения заключается в том, что она содержит датчик для измерения акустической эмиссии, вызванной контактом расплава с зеленым щелоком. Этот датчик может содержать волновод, имеющий первый конец и второй конец, причем первый конец расположен на расстоянии внутри резервуара для растворения, а второй конец расположен снаружи резервуара для растворения. Второй конец может быть обеспечен пьезоэлектрическим датчиком, выполненным с возможностью преобразования получаемой акустической эмиссии в аналоговый электрический сигнал. Волновод может содержать неизолированную часть для приема акустической эмиссии и изолированную часть, расположенную после неизолированной части. Акустико-эмиссионный датчик может дополнительно содержать препроцессоры для обработки полученного аналогового электрического сигнала.

[0026] Примерный способ согласно настоящему изобретению содержит прием акустической эмиссии, вызванной химическими и термическими реакциями расплава и зеленого щелока во внутренней части резервуара для растворения посредством акустико-эмиссионного датчика, проходящего во внутреннюю часть резервуара для растворения. Способ может дополнительно содержать преобразование акустической эмиссии в цифровой сигнал, передачу цифрового сигнала в компьютер и графическое представление цифрового сигнала в форме частотного спектра для создания графического частотного спектра. После этого можно сравнивать построенный графически частотный спектр и сохраненный частотный спектр, указывающий на нормальные эксплуатационные условия, и генерировать ответ, когда построенный графически частотный спектр более чем на 200% превышает сохраненный частотный спектр.

[0027] Согласно еще одному примерному варианту осуществления компьютер может вырабатывать цифровой выходной сигнал, которым приводится в действие ограничительная пластина, таким образом, как описывает патент США № 9206548.

Краткое описание чертежей

[0028] Вышеизложенные факты становятся очевидными из следующего более конкретного описания примерных вариантов осуществления настоящего изобретения, которые проиллюстрированы на сопровождающих чертежах, причем на различных изображениях аналогичными условными номерами обозначаются одинаковые детали. Эти чертежи не всегда выполнены в действительном масштабе, в целях более выразительной иллюстрации описанных вариантов осуществления.

[0029] Фиг. 1 иллюстрирует в боковой проекции поперечное сечение, представляющее многочисленные акустико-эмиссионные датчики, расположенные вокруг резервуара для растворения.

[0030] Фиг. 2 иллюстрирует подробное изображение поперечного сечения акустико-эмиссионного датчика.

[0031] Фиг. 3 иллюстрирует технологическую схему, представляющую акустико-эмиссионную систему согласно примерному варианту осуществления.

[0032] Фиг. 4 иллюстрирует график схематически представляющий примерный предшествующий входящему потоку характерный признак.

[0033] Фиг. 5A иллюстрирует выходной сигнал FFT на дисплее, причем данный выходной сигнал представляет собой первый набор обработанных колебательных сигналов, представляющих базовый уровень активности.

[0034] Фиг. 5B иллюстрирует выходной сигнал FFT на дисплее, причем данный выходной сигнал представляет собой второй набор обработанных колебательных сигналов, превышающих базовую линию более чем на 200%.

Подробное описание изобретения

[0035] Следующее подробное описание предпочтительных вариантов осуществления представлено исключительно для иллюстративных и описательных целей и не предназначается в качестве исключительного или ограничивающего объем и идею настоящего изобретения. Эти варианты осуществления были выбраны и описаны в целях наилучшего разъяснения принципов настоящего изобретения и его практического применения. Обычный специалист в данной области техники понимает, что могут быть произведены многочисленные видоизменения настоящего изобретения, которое раскрыто в данном описании, без выхода за пределы объема и отклонения от идеи настоящего изобретения.

[0036] Аналогичные условные номера обозначают соответствующие части на нескольких изображениях. Хотя данные чертежи представляют разнообразные признаки и компоненты согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, эти чертежи не всегда соответствуют действительному масштабу, и размеры некоторых деталей могут оказаться преувеличенными в целях лучшей иллюстрации вариантов осуществления настоящего изобретения, и проиллюстрированные примеры не следует истолковывать в качестве ограничивающих объем настоящего изобретения в каком-либо отношении.

[0037] Встречающиеся в настоящем описании ссылки "один вариант осуществления", "вариант осуществления", "примерный вариант осуществления" и подобные выражения указывают, что описанный вариант осуществления может включать в себя конкретный признак, конструкцию или характеристику, но каждый вариант осуществления не должен обязательно включать эту конкретный признак, конструкцию или характеристику. Более того, такие выражения не обязательно должны относиться к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, когда конкретный признак, конструкция или характеристика описывается в связи с вариантом осуществления, утверждается, что специалисту в данной области техники известно, каким образом можно воздействовать на такой признак, конструкцию или характеристику в связи с другими вариантами осуществления, независимо от того, что они определенно описываются или нет.

[0038] Хотя в следующем описании в целях ясности используются определенные термины, эти термины предназначаются только для описания конкретной конструкции согласно варианту осуществления, выбранному для иллюстрации на чертежах, и не предназначаются для определения или ограничения объема настоящего изобретения.

[0039] Формы единственного числа, которым предшествуют неопределенные и определенные артикли, включают в себя также и множественное число, если другие условия четко не определяются в соответствии с контекстом. Численные значения следует понимать как включающие в себя численные значения, которые являются такими же в результате округления до такого же числа значащих цифр, и численные значения, которые отличаются от заявленных значений менее чем на экспериментальную погрешность традиционного метода измерения такого типа, который описывается в настоящей заявке для определения данного значения.

[0040] Все диапазоны, раскрытые в настоящем документе, включают указанные конечные точки и могут сочетаться независимым образом (например, диапазон "от 40 децибел ("дБ") до 60 дБ" включает конечные точки, т. е. 40 дБ и 60 дБ, а также все промежуточные значения.

[0041] При упоминании в настоящем документе выражающие приближение выражения могут применяться для уточнения любых количественных представлений, которые могут варьироваться, не приводя в результате к изменению основной функции, к которой они имеют отношение. Соответственно, значение, уточненное одним или несколькими терминами, такими как "около" и "по существу", может не ограничиваться точными значениями. Уточнение "около" следует также рассматривать как раскрывающее диапазон, определяемый абсолютными значениями двух конечных точек. Например, выражение "от около 2 до около 4" также раскрывает диапазон "от 2 до 4".

[0042] Следует отметить, что многие из терминов, которые используются в настоящем документе, представляют собой относительные термины. Например, термины "верхний" и "нижний" определяются по отношению к взаимному расположению предметов, т. е. верхний компонент располагается на более высоком уровне, чем нижний компонент в данной ориентации, но эти термины могут изменяться на противоположные, если устройство переворачивается вверх дном. Термины "впуск" и "выпуск" определяются по отношению к текучей среде, которая протекает через эти устройства данной конструкции, например, текучая среда втекает в конструкцию через впуск и вытекает из конструкции через выпуск. Термины "расположенный перед" и "расположенный после" определяются по отношению к направлению, в котором через разнообразные компоненты протекает текучая среда или передается сигнал, т. е. сигнал поступает в расположенный перед компонент перед тем, как он поступает в расположенный после компонент.

[0043] Термины "верхняя часть" и "нижняя часть" или "основание" используются, чтобы определять положения/поверхности, где верхняя часть всегда оказывается выше, чем нижняя часть/основание по отношению к абсолютному уровню, который представляет собой земную поверхность. Термины "направленный вверх" и "направленный вниз" также определяются относительно абсолютного направления; направленный вверх поток всегда направлен против силы земного притяжения.

[0044] Фиг. 1 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую резервуар 160 для растворения, имеющий акустико-эмиссионные датчики 150, которые проходят через стенки 162 и верхнюю часть 164 резервуара 160 для растворения. Хотя фиг. 1 иллюстрирует единственный жёлоб 110 для расплава и единственный резервуар 160 для растворения, следует понимать, что вокруг регенерационного котла 100 могут проходить многочисленные жёлоба 110 для расплава и резервуары 160 для растворения. Акустико-эмиссионный датчик 150 имеет считывающий конец (222, фиг. 2) и второй конец (224, фиг. 2), противоположный считывающему концу 222, расположенному снаружи резервуара 160 для растворения. Считывающий конец 222 расположен внутри резервуара 160 для растворения. Согласно другим примерным вариантам осуществления акустико-эмиссионный датчик 150 может располагаться полностью внутри резервуара 160 для растворения таким образом, что считывающий конец 222 и второй конец 224 одновременно расположены внутри резервуара 160 для растворения.

[0045] Согласно следующим примерным вариантам осуществления акустико-эмиссионный датчик 150 может располагаться полностью снаружи резервуара 160 для растворения, таким образом, что считывающий конец 222 и второй конец 224 одновременно находятся снаружи резервуара 160 для растворения. Фиг. 1 иллюстрирует многочисленные акустико-эмиссионные датчики 150, расположенные в объеме резервуара 160 для растворения. Многочисленные акустико-эмиссионные датчики 150 могут использоваться для обеспечения дополнительных подробных данных сигнала. Акустико-эмиссионный датчик 150 может приклеиваться, прикрепляться или другим способом присоединяться к верхней части 164 или стенкам 162 резервуара 160 для растворения. Согласно другим примерным вариантам осуществления акустико-эмиссионный датчик 150 может находиться в зацеплении с трубами, расположенным вблизи или находящимся в связи с резервуаром 160 для растворения. Согласно следующим примерным вариантам осуществления магниты могут зацеплять акустико-эмиссионные датчики 150 с резервуаром 160 для растворения или с трубами.

[0046] Когда капли 130 расплава вступают в контакт с зеленым щелоком 165, эти капли 130 расплава производят акустическую эмиссию 167. Проходящий мимо человек может слышать некоторые из этих акустических эмиссий 167 как слышные взрывы. Примерный акустико-эмиссионный датчик 150 может обнаруживать акустическую эмиссию 167, преобразовывать акустическую эмиссию 167 в электрический аналоговый сигнал 307 (фиг. 3) и предварительно усиливать сигнал 307 перед передачей усиленного сигнала 311 для последующей обработки. Акустическая эмиссия 167 могут представлять собой звуковые волны или другие энергетические волны, переданные через резервуар 160 для растворения.

[0047] Акустико-эмиссионные датчики 150 могут содержать пьезоэлектрический датчик, датчик на основе микроэлектромеханической системы ("MEMS") или другие акустические датчики, выполненные с возможностью обнаружения акустической эмиссии 167 и преобразования акустической эмиссии 167 в электрический сигнал 307. Кроме того, акустико-эмиссионный датчик 150 может содержать фильтр 316 (фиг. 3), такой как широкополосный акустико-эмиссионный фильтр. Согласно другим примерным вариантам осуществления акустико-эмиссионный датчик 150 может содержать узкополосный акустико-эмиссионный фильтр.

[0048] Как показано на фиг. 1, первый конец жёлоба 110 для расплава может располагаться внутри, находиться в зацеплении с или проходить в направлении регенерационного котла 100, а второй конец жёлоба 110 для расплава, противоположный первому концу жёлоба 110 для расплава, может располагаться сверху, находиться в зацеплении с или проходить в направлении резервуара 160 для растворения. Расплав 115 из регенерационного котла 100 стекает вниз по жёлобу 110 для расплава в резервуар 160 для растворения. Резервуар 160 для растворения в общем расположен под колпаком 170. Дезинтеграторы 140 выпускают текучую среду 145, которая разрушает поток расплава 115 для создания каплей 130 расплава. В общем в качестве текучей среды 145 присутствует пар. Дезинтеграторы 140 могут представлять собой рассеивающие струйные сопла.

[0049] Согласно проиллюстрированному варианту осуществления акустико-эмиссионный датчик 150' проходит в текучую среду 145, которую выпускает дезинтегратор 140. Область, в которой проходит текучая среда 145, может упоминаться как путь текучей среды из дезинтегратора 140. Волновод 125, по меньшей мере, одного из акустико-эмиссионных датчиков 150 желательно проходит в жидкость в резервуаре 160 для растворения. Согласно примерным вариантам осуществления, которые проиллюстрированы на фиг. 1, жидкость представляет собой зеленый щелок 165, но следует понимать, что в качестве жидкости может присутствовать любая жидкость, которая используется в резервуаре 160 для растворения. Волновод 125, по меньшей мере, еще одного акустико-эмиссионного датчика 150' не вступает в контакт с зеленым щелоком 165.

[0050] Акустико-эмиссионный датчик 150" выполнен с возможностью обнаружения первых знаков неравномерного потока расплава. Данный пример представляет использование акустико-эмиссионных датчиков 150, 150' и 150" в технологической конфигурации, включающей ведущий и подчиненный элементы, в которой управляющий датчик (см. 150") устанавливается вблизи рассматриваемой области (например, области, в которой расплав вступает в контакт с текучей средой) и подчиненные или предохранительные датчики (см. 150, 150') окружают ведущий датчик (см. 150") и устраняют шум, генерируемый снаружи рассматриваемой области. Например, акустико-эмиссионный датчик 150', имеющий волновод 125, расположенный на пути текучей среды из дезинтегратора 140, может непрерывно контролировать акустическую эмиссию 167, вырабатываемую на пути текучей среды из дезинтегратора 140. Система может обрабатывать сигнал, как описывается ниже, и генерировать профиль сигнала, который указывает нормальные эксплуатационные условия дезинтегратора. Процессор 336 данных (фиг. 3) может затем вычитать профиль сигнала для нормальных эксплуатационных условий дезинтегратора из сигнала, записанного ведущим датчиком (см. 150"), расположенный над областью, в которой расплав вступает в контакт с зеленым щелоком 165. Таким образом, может использоваться технология, включающая ведущий и подчиненный элементы, в целях исключения нерелевантного фонового шума из сигнала, который генерируется в ведущем датчике 150".

[0051] Согласно другим примерным вариантам осуществления предохранительные датчики (см. 150, 150') могут обнаруживать базовый уровень активности 442 (фиг. 4), представляющий первую скорость потока расплава в нормальных эксплуатационных условиях в области обнаружения предохранительного датчика. Например, акустико-эмиссионный датчик 150', имеющий волновод 125, расположенный на пути текучей среды из дезинтегратора 140, может непрерывно контролировать акустическую эмиссию 167, вырабатываемую на пути текучей среды из дезинтегратора 140. Процессор 336 данных, с которым находится в связи акустический датчик 150', может регистрировать первый набор обработанных колебательных сигналов 432 (фиг. 4), указывая базовый уровень активности 442 на пути текучей среды из дезинтегратора 140. Перед тем, как возникает входящий поток расплава, процессор 336 данных может дополнительно регистрировать второй набор обработанных колебательных сигналов 433 (фиг. 4), которые превышают базовый уровень активности 442 более чем на 200%. Второй набор обработанных колебательных сигналов 433 может представлять вторую скорость потока расплава. Согласно некоторым примерным вариантам осуществления процессор 336 данных может подкреплять первый набор обработанных колебательных сигналов 432, которые вырабатывает предохранительный датчик (см. 150, 150'), первым набором обработанных колебательных сигналов 432, которые вырабатывает ведущий датчик (см. 150"), подтверждая, что резервуар 160 для растворения работает в нормальных эксплуатационных условиях. Согласно следующим примерным вариантам осуществления процессор 336 данных может подкреплять второй набор обработанных колебательных сигналов 433, которые вырабатывают предохранительные датчики (см. 150, 150'), вторым набором обработанных колебательных сигналов, которые вырабатывает ведущим датчик (см. 150"). Посредством сравнения вторых наборов обработанных колебательных сигналов 433 процессор данных может подкреплять существование предшествующего входящему потоку характерного признака 372 (фиг. 3) и в результате этого инициировать ответ для предотвращения или сокращения входящего потока расплава.

[0052] Капли 130 расплава могут иметь среднюю температуру между 750°C и 820°C. Средняя температура зеленого щелока 165 составляет около от 70°C до 100°C. Чтобы выдерживать нагревание внутри резервуара 160 для растворения и воздействие текучей среды 145, акустико-эмиссионные датчики 150 могут иметь корпус 151, изготовленный из материала, выполненный с возможностью выдерживания высоких температур и давлений. Примеры включают в себя алюминий, двухфазную нержавеющую сталь или обыкновенную нержавеющую сталь. Кроме того, примерные акустико-эмиссионные датчики 150, имеющие электронику или преобразующие элементы, расположенные внутри резервуара 160 для растворения, могут быть выполнены с возможностью эксплуатации при температурах, достигающих и превышающих 100°C, или при температурах, достигающих и превышающих 160°C, в зависимости от средней температуры внутри резервуара 160 для растворения. Акустико-эмиссионные датчики 150 имеющие электронику или преобразующие элементы, расположенные снаружи резервуара для растворения, могут быть выполнены с возможностью эксплуатации при температурах, достигающих и превышающих 50°C.

[0053] Как иллюстрируют фиг. 1, 3, и 4, акустико-эмиссионный датчик 150 непрерывно обнаруживает акустическую эмиссию 167, и процессор 336 данных может непрерывно обрабатывать или преобразовывать цифровой сигнал в процессе подготовки к анализу сигнала (включая, например, анализ обработанного сигнала для обнаружения предшествующего входящему потоку расплава характерного признака 372). В других примерных системах акустико-эмиссионный датчик 150 может производить выборку акустической эмиссии 167 через интервалы времени, такие как, например, 10 миллисекунд ("мс"), одну секунду или шестьдесят секунд. После обработки процессор 336 данных выводит выходной сигнал O. Выходной сигнал O может передаваться в компьютер 338 и на дисплей 339. Выходной сигнал O содержит первый набор обработанных колебательных сигналов 432, представляющих первую скорость потока расплава (т. е. базовый уровень активности 442). В зависимости от масштаба дисплея 339, может оказаться, что первый набор обработанных колебательных сигналов 432 имеет по существу постоянную амплитуду. На дисплее 339 (см. фиг. 4, фиг. 5A и фиг. 5B, для выходных сигналов на дисплее) может оказаться, что первый набор колебательных сигналов 432, имеющих по существу постоянную амплитуду, соответствует по существу прямой линии, представляющей средние амплитуды первого набора колебательных сигналов 432. Дисплей 339 может дополнительно выводить плавающее пороговое значение F, которое представляет собой пороговое значение, имеющее амплитуду, установленную усредненным по времени измеряемый сигналом. На фиг. 4 плавающее пороговое значение F представляет собой средние амплитуды выходного сигнала O в течение интервала времени. Этот первый набор обработанных колебательных сигналов 432 представляет собой базовый уровень активности 442, который указывает нормальный равномерный поток расплава и поток текучей среды из дезинтегратора на основании входящих сигналов, поступающих из одного или более акустико-эмиссионных датчиков 150. Нормальный равномерный поток расплава может содержать первую скорость потока расплава. Кроме того, базовая линия 442 может дополнительно указывать номинальную активность регенерационного котла. Согласно другим примерным вариантам осуществления акустико-эмиссионные датчики 150', которые располагаются вблизи выпуска каждого жёлоба 110 для расплава, будут обнаруживать первые знаки неравномерных потоков расплава, проблемы дезинтеграторов 140 и входящий поток расплава.

[0054] Непосредственно перед внезапным входящим потоком расплава амплитуда обработанного сигнала 368 может быть по существу ниже базового уровня активности, а затем следует второй набор обработанных колебательных сигналов 433, имеющих амплитуды по существу выше базового уровня активности 442, например, на 100% выше, более чем на 150% выше, по меньшей мере, на 200% выше, более чем на 200% выше, по меньшей мере, на 300% выше, более чем на 300% выше, по меньшей мере, на 500% выше или более чем на 500% выше, чем базовый уровень активности 442. Второй набор обработанных колебательных сигналов 433 может характеризоваться одним или более пиками 461 амплитуды. Пики 461 амплитуды второго набора обработанных колебательных сигналов 433 по существу превышают средние амплитуды базового уровня активности 442, по меньшей мере, на 200%. Второй набор обработанных колебательных сигналов 433 может представлять вторую скорость потока расплава. Предшествующий входящему потоку характерный признак 372 содержит второй набор колебательных сигналов 433, которые по существу превышают базовый уровень активности 442 по меньшей мере на 200%. Согласно следующим примерным вариантам осуществления один или более пиков 461 амплитуды во втором наборе колебательных сигналов 433 может дополнительно содержать предшествующий входящему потоку характерный признак 372. Согласно следующим примерным вариантам осуществления предшествующий входящему потоку характерный признак 372 может содержать три или более пиков 461 амплитуды во втором наборе колебательных сигналов 433, которые по существу превышают базовый уровень активности 442. Согласно следующим примерным вариантам осуществления предшествующий входящему потоку характерный признак 372 может содержать, по меньшей мере, пять пиков 461 амплитуды во втором наборе колебательных сигналов 433, которые по существу превышают базовый уровень активности 442.

[0055] В условиях, которые вызывают входящий поток расплава, частота акустической эмиссии 167 может быть ниже базового уровня активности 442 в одном или более жёлобах 110 для расплава. Таким образом, после того, как осуществляется предварительная обработка и обработка, выходной сигнал O может дополнительно содержит третий набор обработанных колебательных сигналов 441, имеющих амплитуды ниже средних амплитуд базового уровня активности 442. В системах, содержащих дисплей 339 или пользовательский интерфейс, третий набор обработанных колебательных сигналов 441 не может быть представлен, или третий набор обработанных колебательных сигналов 441 может быть представлен как промежуток в первом наборе обработанных колебательных сигналов 432. Пониженная интенсивность акустической эмиссии 167 была бы независимой от технологических условий, что могло бы иным образом объяснить пониженную интенсивность акустической эмиссии 167. Примерная система 305 может сравнивать обработанные сигналы 368, источником которых является акустико-эмиссионный датчик 150', расположенный вблизи дезинтегратора 140 и жёлоба 110 для расплава, с обработанными сигналами 368, источником которых является акустико-эмиссионный датчик 150, расположенный в объеме резервуара 160 для растворения, чтобы определять, представляет ли пониженная интенсивность акустической эмиссии 167 ожидаемый результат для условий действующего резервуара для растворения или регенерационного котла. Если пониженная интенсивность акустической эмиссии 167 (и возникающий в результате третий набор обработанных колебательных сигналов 441) не представляет собой ожидаемый результат для условий действующего резервуара для растворения или регенерационного котла, то эта пониженная интенсивность акустической эмиссии 167 может указывать закупоривание жёлоба для расплава или флуктуации потока расплава в регенерационном котле 100 и может дополнительно содержать предшествующий входящему потоку характерный признак 372.

[0056] Как видно на фиг. 4, предшествующий входящему потоку характерный признак 372 может содержать первоначальный предшествующий входящему потоку характерный признак 372a, характеризуемый третьим набором обработанных колебательных сигналов 441, имеющих пониженную интенсивность акустической эмиссии 167, которая не представляет собой прогнозируемый результат технологических условий, и неизбежный предшествующий входящему потоку характерный признак 372b, который отличается вторым набором обработанных колебательных сигналов 433, имеющих один или несколько пиков 461 амплитуды, которые по своим интенсивностям превышают первый набор обработанных колебательных сигналов 432 более чем на 200%. В некоторых примерных системах процессор 336 данных может инициировать ответ, такой как сигнал тревоги, или изменять технологические условия, или инициировать задержание расплава при обнаружении первоначального предшествующего входящему потоку характерного признака 372a. В других примерных системах процессор 336 данных может запускать первый сигнал тревоги в ответ на обнаружение первоначального предшествующего входящему потоку характерного признака 372a.

[0057] Согласно другим примерным вариантам осуществления дисплей 339 может отображать первое плавающее пороговое значение 479, определяемое средними амплитудами первого набора обработанных колебательных сигналов 432, и второе плавающее пороговое значение 480, определяемое вторым набором обработанных колебательных сигналов 433. Предшествующий входящему потоку характерный признак 372 может дополнительно содержать переход (см. 372b) от первого плавающего порогового значения 479 ко второму плавающему пороговому значению 480, причем второе плавающее пороговое значение 480 превышает первое удерживающее пороговое значение 479, по меньшей мере, на 100%. Таким образом, предшествующий входящему потоку характерный признак 372 может содержать увеличение плавающего порогового значения F более чем на 100%.

[0058] Следует понимать, что преобразование акустико-эмиссионного сигнала с помощью любой формулы обработки сигналов для прогнозирования входящего потока расплава, в котором частота сигнала выше 20 кГц, и происходит от взрыва в резервуаре для растворения, рассматривается входящим в объем настоящего изобретения. Частота 20 кГц представляет верхний предел человеческого слуха. Кроме того, следует понимать, что преобразование акустико-эмиссионного сигнала с помощью любой формулы обработки сигналов для прогнозирования входящего потока расплава, в котором частота сигнала превышает 100 кГц, и происходит от взрыва в резервуаре для растворения, рассматривается входящим в объем настоящего изобретения.

[0059] Согласно другим примерным вариантам осуществления предшествующий входящему потоку характерный признак 372 может содержать предшествующий входящему потоку характерный признак снижения амплитуды 372c, в котором два или более пиков 461 амплитуды превосходят пороговое значение 483 в течение установленного периода времени. Пороговое значение 483 может представлять собой пороговое значение напряжения, плавающее пороговое значение, пороговое значение исследования системы или другое пороговое значение, которое устанавливает пользователь или прибор, и с которым может сравниваться предшествующий входящему потоку характерный признак 372. Например, когда дисплей 339 отображает выходной сигнал O при односекундном разрешении, предшествующий входящему потоку характерный признак 372c снижения амплитуды может содержать два или более пиков 461 амплитуды, которые превосходят пороговое значение 483, каждую секунду. Согласно вариантам осуществления, в которых дисплей 339 отображает выходной сигнал O при 10 мс, предшествующий входящему потоку характерный признак 372c снижения амплитуды может содержать два или более пиков 461 амплитуды, которые превосходят пороговое значение 483, каждые 10 миллисекунд. Чем дольше пики 461 амплитуды превосходят пороговое значение 483, тем больше вероятность того, что входящий поток расплава будет вызывать взрыв в резервуаре для растворения (см. 531, фиг. 5B).

[0060] Фиг. 2 иллюстрирует акустико-эмиссионный датчик 250, в котором акустические волны 167 (фиг. 1) вызывают вибрацию волновода 225. Акустико-эмиссионные датчики 250 выполнены с возможностью непрерывного обнаружения акустической эмиссии 167. Акустико-эмиссионный датчик 250 имеет волновод 225, находящийся в зацеплении с преобразователем 285. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления преобразователь 285 представляет собой пьезоэлектрический кристалл, хотя следует понимать, что может использоваться и другой преобразователь, известный в технике. Волновод 225 имеет длину L₁ и проходит от преобразователя 285 к считывающему концу 222.

[0061] Защитная оболочка 227 может защищать часть волновода длиной L₃ от брызг расплава, брызг щелока, а также от температуры и давления внутри резервуара 260 для растворения. Открытая часть волновода L₂ может быть непосредственно открытой для зеленого щелока 165 внутри резервуара 265 для растворения. Операторы могут вставлять волновод 225 через впускную муфту 229, расположенную внутри стенки 262 или верхней части 164 резервуара 260 для растворения. Изоляция 228 может герметизировать отверстие во впускной муфте 229 и изолировать волновод 225 от стенок 262 резервуара для растворения, для минимизации фоновых сигналов, нерелевантных к обнаружению взрывов.

[0062] Как показано на фиг. 2 и 3, акустические волны 167 входит в контакт с волноводом 225, волновод 225 вибрирует и механически передает акустические волны 167 в преобразователь 285. Акустико-эмиссионный датчик 250 может иметь пороговый уровень. Этот пороговый уровень представляет собой пороговое значение амплитуды, с которым сравниваются амплитуды акустической эмиссии 167. Акустико-эмиссионный датчик 250 может быть выполнен с возможностью регистрации акустической эмиссии 167, которые имеют амплитуды, составляющие более чем пороговое значение или менее чем пороговое значение. Преобразователь 285 затем преобразует акустическую эмиссию 167 выше порогового значения, в первоначальный электрический сигнал 307. Преобразователь 285 и связанная с ним электроника в общем защищены находятся внутри корпуса 220.

[0063] Предварительный усилитель 221 может затем усиливать сигнал 307. Последующие усилители (см. 313) могут дополнительно усиливать сигнал 307, прежде чем процессор 336 данных получает предварительно обработанный сигнал 318. Типичный акустико-эмиссионный датчик 250 в общем имеет предварительно установленный предварительный усилитель 221, хотя ни одно условие в настоящем изобретении не ограничивает акустико-эмиссионные датчики 250 теми, которые имеют предварительно установленные предварительные усилители 221. Предварительный усилитель 221 может усиливать сигнал 307 в общем на 40-60 децибел ("дБ"). Фильтр 316, такой как фильтр, пропускающий высокие частоты, низкие частоты или частотные полосы, может затем отфильтровывать сигнал в запрограммированном диапазоне частот выше 20 кГц. Согласно другим примерным вариантам осуществления фильтр 316 может отфильтровывать сигнал в запрограммированном диапазоне частот выше 100 кГц. Аналого-цифровой преобразователь 326 может затем преобразовывать аналоговый сигнал 307 в цифровой сигнал 312. Процессор 366 данных принимает усиленный и отфильтрованный цифровой сигнал 311, 317, 312 (т. е. предварительно обработанный сигнал 318) и осуществляет обработку или способ 356 преобразования сигнала для генерации обработанного сигнала 368. Процессор 366 данных может быть выполнен с дополнительной возможностью обнаружения предшествующего входящему потоку характерного признака 372. Акустико-эмиссионный датчик 250 может включать в себя электронику для полной обработки сигнала, которая может включать в себя усилитель 313, фильтр 316, аналого-цифровой преобразователь 326, процессор 366 данных и дисплей 339. Согласно другим примерным вариантам осуществления, в которых акустико-эмиссионный датчик 250 не содержит все эти обрабатывающие элементы, кабель 223 может передавать сигнал в следующий процессор сигналов. Согласно следующим примерным вариантам осуществления акустико-эмиссионный датчик 250 может передавать сигнал беспроводным образом.

[0064] Хотя акустико-эмиссионные датчики 250 могут быть выполнены с возможностью обнаружения акустической эмиссии в некотором диапазоне, акустико-эмиссионные датчики 250, как правило, имеют резонансную частоту. Таким образом, акустико-эмиссионный датчик 250 в общем выполнен с возможностью обеспечения определяемый с высокой четкостью электрический сигнал при резонансной частоте. Хотя акустико-эмиссионный датчик 250 может обнаруживать акустические волны 167 и передавать сигналы 307 выше или ниже резонансной частоты, характеристики этих нерезонансных сигналов оказываются относительно менее доступными, чем обнаруживаемые характеристики сигналов при резонансной частоте. В пьезоэлектрических датчиках толщина пьезоэлектрического кристалла определяет резонансную частоту датчика. Согласно примерному варианту осуществления акустико-эмиссионный датчик 250 может иметь резонансную частоту выше 20 кГц и желательно выше 100 кГц.

[0065] Также пьезоэлектрические датчики, как правило, имеют температуру, при которой пьезоэлектрический кристалл теряет свои пьезоэлектрические свойства. Согласно вариантам осуществления, в которых акустико-эмиссионный датчик 250 представляет собой пьезоэлектрический датчик, оказывается желательным выбор пьезоэлектрического датчика, выполненного с возможностью функционирования при температурах, типичных для резервуаров 260 для растворения.

[0066] Фиг. 3 иллюстрирует технологическую схему, на которой представлена примерная акустико-эмиссионная система 305 для обнаружения паттерна взрыва в резервуаре 260 для растворения. Один или более акустико-эмиссионных датчиков 250 непрерывно обнаруживают акустическую эмиссию 367. Преобразователь 385 сигнала преобразует акустическую эмиссию 367 в электрический аналоговый сигнал 307. Препроцессоры 335 затем предварительно обрабатывают сигнал 307. Последовательность, в которой сигнал 307 подвергается предварительной обработке перед применением способа 356 преобразования сигнала , не имеет существенного значения. Препроцессоры 335 могут содержать фильтр 316, усилитель 313, аналого-цифровой преобразователь 326 или компьютер 338. Предварительная обработка сигнала может содержать один или более препроцессоров 335, представляющих собой менее чем все перечисленные выше препроцессоры 335 или препроцессоры 335 множества выбранных типов. Например, предварительная обработка может содержать предварительное усиление сигнала, составляющее от 40 дБ до 60 дБ, в акустико-эмиссионном датчике 250 и дополнительное усиление сигнал в усилителе, расположенном снаружи акустико-эмиссионного датчика 250; однако как предварительный усилитель, расположенный внутри акустико-эмиссионного датчика 250, так и усилитель, расположенный снаружи акустико-эмиссионного датчика 250, рассматриваются как усилители 313 для целей предварительной обработки и препроцессоры 335.

[0067] Фильтр 316 генерирует отфильтрованный сигнал 317. Фильтр 316 может представлять собой аналоговый фильтр, пропускающий высокие частоты фильтр, пропускающий низкие частоты фильтр, пропускающий частотные полосы фильтр, цифровой фильтр или другой фильтр, используемый для обработки сигнала. Фильтр 316 отфильтровывает нежелательные низкие частоты (пропускающий высокие частоты фильтр), нежелательные высокие частоты (пропускающий низкие частоты фильтр) или одновременно нежелательные высокие частоты и низкие частоты (пропускающий частотные полосы фильтр). Операторы могут вручную выбирать желательный фильтр 316. В примерных системах, которые раскрыты в настоящем документе, операторы могут выделять частоты сигнала между 100 кГц и 300 кГц. Этот диапазон является достаточно высоким, чтобы в значительной степени предотвращался механический шум, но в то же время и достаточно низким, чтобы обнаруживалась акустическая эмиссия 167 на достаточно большом расстоянии от источника. Это может позволить операторам устанавливать акустико-эмиссионные датчики 150 в стенках 262 резервуара для растворения или вблизи резервуара 260 для растворения. Согласно другим примерным вариантам осуществления фильтр 316 может устанавливаться автоматически. Таким способом могут отфильтровываться нежелательные частоты ниже 20 кГц (например, частоты, нерелевантные для прогнозирования внезапного входящего потока расплава). Согласно другим примерным вариантам осуществления таким способом могут отфильтровываться нежелательные частоты ниже 100 кГц.

[0068] Без ограничения теорией считается, что, пропускающий высокие частоты фильтр может оказаться желательным, чтобы отфильтровывать гидравлический шум, происходящий от турбулентного потока текучих сред, кипения текучих сред и утечки. Пропускающий высокие частоты фильтр может дополнительно отфильтровывать механический шум, происходящий от механических частей, находящиеся в контакте с системой. Циклический шум, например, периодический шум от возвратно-поступательного или вращательного движения оборудования, может также отфильтровываться пропускающим высокие частоты фильтром. Пропускающий низкие частоты фильтр может представлять собой фильтр, применимый для фильтрования электромагнитного шума. Заявитель обнаружил, что частота механического шума, как правило, ниже частота акустико-эмиссионного взрыва в резервуаре для растворения 260, которая находится в диапазоне наиболее высоких частот.

[0069] Усилитель 313 усиливает амплитуду сигнала для выработки усиленного сигнала 311. Усилитель 313 может представлять собой аналоговый усилитель, предварительный усилитель, цифровой усилитель или другой усилитель, используемый в обработке сигнала. Усилитель может предварительно усиливать сигнал 307, который вырабатывает преобразователь 385 сигналов. Сигнал 307 может дополнительно усиливаться после фильтрования, и аналого-цифровой преобразователь 326 может затем преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой сигнал 312. Вариации в последовательности операций предварительной обработки рассматриваются как находящиеся в пределах объема настоящего изобретения.

[0070] Следует понимать, что некоторые или все препроцессоры 335 могут находиться в акустико-эмиссионном датчике 250 (например, внутри единого корпуса 251, на единой печатной плате и т. д.). Согласно другим примерным вариантам осуществления препроцессоры 335 могут присутствовать в системе в качестве отдельных устройств, которые располагаются снаружи акустико-эмиссионного датчика 250.

[0071] Препроцессоры 335 вырабатывают предварительно обработанный сигнал 318. Процессор 366 данных принимает предварительно обработанный сигнал и применяет способ 356 преобразования сигналов, для генерирования обработанного сигнала 368. Обработанный сигнал 368 может выводиться из процессора данных как выходной сигнал O. В качестве процессора 366 данных может присутствовать программируемая пользователем вентильная матрица ("FGPA"). Согласно следующим примерным вариантам осуществления в качестве процессора 366 данных может присутствовать специализированная заказная интегральная схема ("ASIC"). Процессор 366 данных принимает обработанный сигнал 318 и может осуществлять непрерывный счетный анализ в качестве способа 356 преобразования сигнала.

[0072] Согласно другим примерным вариантам осуществления процессор 366 данных может осуществлять быстрое преобразование Фурье ("FFT") в качестве способа 356 преобразования сигнала. В других примерных системах способ 356 преобразования сигнала может представлять собой среднеквадратичный способ ("RMS"), способ среднеквадратического отклонения, способ асимметрии, способ эксцесса, способ среднего значения, способ дисперсионного анализа, или в способе преобразования сигнала могут использоваться нечеткая логика, нейронные сети и другие способы обработки сигнала для выработки обработанного сигнала 368. Процессор 366 данных может быть выполнен с дополнительной возможностью обнаружения предшествующий входящему потоку характерного признака 372, прежде чем выдается выходной сигнал O.

[0073] Выходной сигнал O может затем посылаться в компьютер 338, который может быть выполнен с возможностью подтверждения предшествующего входящему потоку характерного признака 372 и отображения выходного сигнала O на дисплее 339 или другом пользовательском интерфейсе. В качестве примера выходной сигнал O может отображаться на дисплее как непрерывный частотный спектр, долговременная огибающая или просто отображение частей сигнала, которые превышают предварительно заданное пороговое значение (например, частей, которые превышают первый набор обработанных колебательных сигналов 432).

[0074] Согласно некоторым примерным вариантам осуществления дисплей 339 может отображать обработанный сигнал, причем данный обработанный сигнал представляет собой выпрямленный усредненный по времени акустико-эмиссионный сигнал, проиллюстрированный на линейной шкале и выраженный в вольтах. Дисплей 339 может дополнительно отображать энергию обработанного сигнала, причем данная энергия обработанного сигнала оценивается как интеграл функции квадрата напряжения по времени. отображаться может также уровень сигнала, причем данный уровень сигнала измеряется как площадь выпрямленного акустико-эмиссионного сигнала в единицах, пропорциональных вольт-секунде. Согласно следующим примерным вариантам осуществления на дисплее 339 могут отображаться только обработанные сигналы, которые превышают пороговое значение.

[0075] Пороговое значение может представлять собой регулируемое пользователем, фиксированное или плавающее пороговое значение. Плавающее пороговое значение варьируется с течением времени как функция выходного сигнала шума. Плавающее пороговое значение может использоваться, чтобы различать фоновый шум и акустико-эмиссионные события в условиях, в которых фоновый шум является высоким и варьируемым. Пороговое значение напряжения представляет собой уровень напряжения на электронном компараторе, таким образом, что будут распознаваться сигналы, у которых амплитуды больше чем данный уровень.

[0076] На дисплее 339 могут отображаться тренды счета, где разрешение составляет 10 миллисекунд ("мс"), одну секунду, 60 секунд или любой другой период времени, выбранный операторами. Все другие тренды, в том числе быстрое преобразование Фурье, среднеквадратичное преобразование и другие, желательно отображаются на дисплее с односекундным разрешением. Поскольку акустико-эмиссионные датчики 150 непрерывно обнаруживают акустическую эмиссию 167, полный временной тренд может продолжаться до тех пор, пока акустико-эмиссионные датчики 150 остаются функциональными, например, в течение периода, составляющего несколько лет.

[0077] Согласно следующим примерным вариантам осуществления, когда компьютер 338 распознает предшествующий входящему потоку характерный признак 372, компьютер 338 может инициировать ответ 353. Ответ 353 может содержать изменение технологического условия, такое как ограничение или блокирование потока расплава с помощью ограничительной пластины, таким образом, как описывается в патенте США № 9206548. Согласно другим вариантам осуществления ответ 353 может содержать регулирование технологического условия внутри регенерационного котла. Изменение технологического условий внутри регенерационного котла может включать в себя регулирование скорости горения, скорости потока черного щелока, скорости воздушного потока, пути воздушного потока, пути потока черного щелока, температуры, давления и концентрации реагирующих веществ. Изменение технологических условий может включать в себя изменение второй скорости потока расплава, которая указывает входящий поток расплава, до первой скорости потока расплава, которая указывает базовый уровень активности 442, например, посредством ограничения скорости потока расплава в жёлобе 110 для расплава или посредством предотвращения того, чтобы расплав 115 из жёлоба 110 для расплава поступал в резервуар 160 для растворения. Программное обеспечение может быть выполнено с возможностью инициирования ответа 353. Согласно следующим вариантам осуществления ответ 353 может содержать увеличение скорости текучей среды, которая выходит из дезинтегратора 140. Согласно следующим примерным вариантам осуществления ответ 353 может содержать запуск одного или нескольких сигналов тревоги. Сочетания раскрытых ответов 353 и другие обычные пути управления потоком расплава рассматриваются находящимися в пределах объема настоящего изобретения.

[0078] Согласно некоторым примерным вариантам осуществления процессор 366 данных может находиться в компьютере 338. Согласно другим примерным вариантам осуществления процессор данных, расположенный снаружи компьютера 338, может начинать обработку предварительно обработанного сигнала 318, например, посредством использования способа 356 преобразования сигнала для преобразования сигнала, а затем передавать преобразованный сигнал в компьютер 338 для обнаружения предшествующего входящему потоку характерного признака. Согласно следующим примерным вариантам осуществления компьютер 338 может содержать препроцессор 335 и осуществлять некоторые или все типы предварительной обработки сигналов. Согласно следующим примерным вариантам осуществления, компьютер 338 может применять способ 356 преобразования сигналов.

[0079] Фиг. 5A иллюстрирует FFT выходной сигнал O, который может наблюдаться на дисплее 339. Выходной сигнал O представляет собой первый набор обработанных колебательных сигналов 532, представляющий базовый уровень активности 442 (фиг. 4) в резервуаре 160 для растворения. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления предварительно обработанный сигнал 318 подвергается фильтрованию для отделения частот выше 100 кГц. Эти частоты находятся далеко за пределами диапазона человеческого слуха и микрофонов, которые обнаруживают звуковые волны, передаваемые через воздух. Пользователь может устанавливать пороговое значение 583, например, на 20. В проиллюстрированном масштабе первый набор обработанных колебательных сигналов 532 имеет случайные, статистическим образом распределенные и превосходящие пороговое значение пики 578. Кратность, с которой эти случайные, превосходящие пороговое значение пики 578' обычно превосходят пороговое значение 583, зависит от установленного порогового значения, и определенного периода времени. Например, когда дисплей 339 отображает пик 578 амплитуды каждую секунду, случайные превосходящие пороговое значение пики 578' не могут превосходить пороговое значение 583 более чем несколько раз в минуту. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления пороговое значение 583 устанавливается на 20, и разрешение дисплея устанавливается на одну секунду. В общем случайные превосходящие пороговое значение пики 578' не превосходят пороговое значение 583 в течение трех последовательных секунд. Поскольку обработанный сигнал 368 (фиг. 3) представляет собой сигнал при частоте выше 20 кГц, и фоновый шум отфильтровывается в процессе предварительной обработки 335, случайные превосходящие пороговое значение пики 578' представляют нормальный взрыв расплава или периодические незначительные входящие потоки расплава, которые не угрожают целостности конструкции резервуара для растворения. Первый набор обработанных колебательных сигналов 532 и базовый уровень активности 442 содержат эти случайные превосходящие пороговое значение пики 578'. Следует понимать, что случайный превосходящий пороговое значение пик представляет собой нормальную активность взрыва расплава. Представление этих случайных превосходящих пороговое значение пиков будет изменяться в зависимости от определенной среды в резервуаре для растворения, а также от скорости и масштаба, который выбирают пользователи для отображения выходного сигнала O. Дисплей 339 может дополнительно отображать плавающее пороговое значение F (фиг. 4), которое представляет собой средние амплитуды выходного сигнала O в течение определенного периода времени.

[0080] На фиг. 5B FFT выходной сигнал O содержит первый набор обработанных колебательных сигналов 532, который переходит во второй набор обработанных колебательных сигналов 533. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления предварительно обработанный сигнал 318 подвергается фильтрованию для отделения частот выше 100 кГц. Второй набор обработанных колебательных сигналов 533 содержит паттерн пиков 561 амплитуды, которые существенно превосходят пороговое значение 583 в течение определенного периода времени. Например, на фиг. 5B пороговое значение 583 установлено на 20 и дисплей 339 отображает пик амплитуды каждую секунду.

[0081] Предшествующий входящему потоку характерный признак 372 может содержать паттерн пиков 561 амплитуд. Кроме того, предшествующий входящему потоку характерный признак 372 может содержать циклический предшествующий входящему потоку характерный признак 372d, характеризуемый периодическим уменьшением амплитуды предшествующих входящему потоку характерных признаков (см. 372c, фиг. 4) в течение некоторого интервала времени. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления циклический предшествующий входящему потоку характерный признак 372d содержит, по меньшей мере, пять предшествующих входящему потоку характерных признаков C₁, C₂, C₃, C₄ и C₅ уменьшения амплитуды. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления циклический предшествующий входящему потоку характерный признак 372d наблюдался в течение периода, продолжительность которого составляла приблизительно три часа. Однако следует понимать, что циклический предшествующий входящему потоку характерный признак 372d может содержать, по меньшей мере, два предшествующих входящему потоку характерных признака 372c уменьшения амплитуды. Система, которая описывается в настоящем документе, может инициировать изменение технологических условий в случае обнаружения любого предшествующего входящему потоку характерного признака 372. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления система может запускать первый сигнал тревоги или изменять технологические условия при обнаружении циклического предшествующего входящему потоку характерного признака 372d, и второй сигнал тревоги или изменять технологические условия при обнаружении продолжительного предшествующего входящему потоку характерного признака 372e.

[0082] Предшествующий входящему потоку характерный признак 372 может содержать продолжительный предшествующий входящему потоку характерный признак 372e. Продолжительный предшествующий входящему потоку характерный признак 372e проиллюстрирован на фиг. 5B в течение интервала E времени. Продолжительный предшествующий входящему потоку характерный признак 372e имеет многочисленные пики 561 амплитуды в интервале разрешения и не может легко проявлять предшествующий входящему потоку характерный признак 372c уменьшения амплитуды или циклический предшествующий входящему потоку характерный признак 372d. Следует понимать, что интервал E времени может варьироваться в зависимости от конфигураций и условий конкретного резервуара 160 для растворения и частоты выборок акустико-эмиссионного датчика 150, процессора 366 данных и разрешения выходного сигнала O. В проиллюстрированном выходном сигнале O, например, интервал E времени составляет приблизительно один час сорок пять минут. Независимо от того, как продолжительный предшествующий входящему потоку характерный признак 372e проиллюстрирован или отображен, продолжительный предшествующий входящему потоку характерный признак 372e указывает, что входящий поток расплава является неизбежным или происходит в данное время. Система или компьютер в системе может инициировать немедленное изменение технологических условий или задерживать расплав в ответ на обнаружение продолжительного предшествующего входящему потоку характерного признака 372e. Если поток расплава не задерживается при обнаружении продолжительного предшествующего входящему потоку характерного признака 372e, взрыв 531 может становиться неизбежным. Когда регулируются технологические условия, или задерживается входящий поток расплава, второй набор обработанных колебательных сигналов 533 может переходить обратно в первый набор обработанных колебательных сигналов 532, что указывает базовый уровень активности 442.

[0083] Предшествующий входящему потоку характерный признак 372 может дополнительно содержать тренд счета и тренд быстрого преобразования Фурье, причем тренд счета иллюстрирует уменьшение интенсивности взрывов в резервуаре 160 для растворения перед тем, как частотные полосы в тренде быстрого преобразования Фурье превосходят первый набор обработанных колебательных сигналов 432 более чем на 300%.

[0084] Кроме того, примерный способ прогнозирования входящего потока расплава в резервуаре для растворения может содержать: обнаружение с помощью акустического датчика акустической эмиссии, происходящей в результате взрыва расплава внутри резервуара для растворения; преобразование акустической эмиссии в первоначальный электрический сигнал; усиление первоначального электрического сигнала для выработки усиленного сигнала; фильтрование усиленного сигнала в запрограммированном диапазоне частот более 20 кГц; выдача первого выходного сигнала в запрограммированном диапазоне частот, причем первый выходной сигнал представляет собой базовый уровень активности 442 внутри резервуара для растворения при отсутствии входящего потока расплава; выдача второго выходного сигнала, который по существу превышает первый выходной сигнал более чем на 200%, причем второй выходной сигнал содержит пики сигнала, и при этом три или более максимальных пиков сигнала в выходе второго сигнала содержат предшествующий входящему потоку характерный признак; уменьшение потока расплава в резервуар для растворения в ответ на предшествующий входящему потоку характерный признак.

[0085] Примерная система может содержать: резервуар для растворения, расположенный смежно с регенерационным котлом, причем жёлоб для расплава находится в сообщении по текучей среде с регенерационным котлом и резервуаром для растворения; расплав, расположенный в жёлобе для расплава, причем данный расплав перетекает из регенерационного котла через жёлоб для расплава в резервуар для растворения при первой скорости, и при этом расплав вступает в контакт с жидкостью в резервуаре для растворения, и в результате этого генерируется акустическая эмиссия; акустико-эмиссионный датчик, имеющий считывающий конец, выполненный с возможностью обнаружения акустической эмиссии, происходящей от резервуара для растворения, причем данный акустико-эмиссионный датчик имеет преобразователь, находящийся в сигнальной связи со считывающим концом, и при этом преобразователь выполнен с возможностью преобразования акустической эмиссии в первоначальный электрический сигнал; препроцессор, выполненный с возможностью усиления, фильтрования и оцифровывания первоначального электрического сигнала для выработки предварительно обработанного сигнала, у которого частота составляет более чем 20 кГц, причем данный препроцессор расположен после преобразователя; процессор данных, находящийся в сигнальной связи с предварительным процессором, причем этот процессор данных выполнен с возможностью преобразования предварительно обработанного сигнала способом преобразования для выработки выходного сигнала, причем данный выходной сигнал содержит первый набор обработанных колебательных сигналов, которыми представляется первая скорость, и второй набор колебательных сигналов, которыми представляется вторая скорость потока расплава, причем второй набор обработанных колебательных сигналов по своим пикам амплитуды превышает первый набор обработанных колебательных сигналов более чем на 200%, что представляет собой предшествующий входящему потоку характерный признак.

[0086] Следующая примерная система может содержать: резервуар для растворения, расположенный вблизи регенерационного котла, жёлоб для расплава, имеющий первый конец, вблизи регенерационного котла, и второй конец, противоположный первому концу, вблизи резервуара для растворения, причем данный жёлоб для расплава выполнен с возможностью приема расплава из регенерационного котла и перемещения расплава в резервуар для растворения; акустико-эмиссионный датчик, имеющий считывающий конец, выполненный с возможностью обнаружения акустической эмиссии, происходящей от расплава, вступающего в контакт с жидкостью в резервуаре для растворения, и при этом акустико-эмиссионный датчик имеет преобразователь, находящийся в сигнальной связи со считывающим концом, причем данный преобразователь выполнен с возможностью преобразовывать акустическую эмиссию в первоначальный электрический сигнал; препроцессор, выполненный с возможностью усиления, фильтрования и оцифровывания первоначального электрического сигнала для выработки предварительно обработанного сигнала, имеющего частоту выше 20 кГц, причем данный препроцессор расположен после преобразователя; процессор данных, находящийся в сигнальной связи с препроцессором, причем этот процессор данных выполнен с возможностью преобразования предварительно обработанного сигнала способом преобразования, в результате которого вырабатывается выходной сигнал, причем данный выходной сигнал содержит первый набор обработанных колебательных сигналов, которыми представляется первая скорость потока расплава, и второй набор колебательных сигналов, которыми представляется вторая скорость потока расплава, причем второй набор обработанных колебательных сигналов по своим пикам амплитуды превышает первый набор обработанных колебательных сигналов более чем на 200%, что представляет собой предшествующий входящему потоку характерный признак.

[0087] Хотя настоящее изобретение было подробно проиллюстрировано и описано посредством представления его примерных вариантов осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что могут быть произведены разнообразные изменения формы и деталей без выхода за пределы объема настоящего изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.

Реферат

Изобретение описывает систему для прогнозирования взрывов в резервуаре для растворения. Данная система включает в себя акустико-эмиссионные датчики, помещенные внутри или вокруг резервуара для растворения. Посредством фильтрования зарегистрированных частот до диапазона, который является наиболее чувствительным в отношении характерных признаков желаемых взрывов, становится возможным прогнозирование входящего потока расплава, прежде чем возникает входящий поток, а также программирование ответных действий в целях предотвращения угрожающих взрывов. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула