(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプラントからなるコンビナートにおける蒸気ヘッダ圧力制御装置であって、
複数のプラントの蒸気圧や蒸気弁開度などの時々刻々と変化する各プラントの状態量を入力するプロセス入力部と、
上記各プラントの制約条件について固定の制約条件を予め設定し、また可変の制約条件を入力されて設定する制約条件設定部と、
上記プロセス入力部に時々刻々と入力される各プラントの状態量と上記固定の制約条件とに基づいて、上記可変の制約条件の制約値を演算して上記制約条件設定部に供給する可変制約値演算部と、
上記各プラントの状態量と上記固定及び可変の制約条件とを入力として、コンビナート全体が効率的運転状態となるような適正な蒸気ヘッダ圧力の設定値を多変数モデルを用いた予測制御により演算する多変数モデル予測制御部と、
演算結果の蒸気ヘッダ圧力の設定値を、蒸気ヘッダ圧力を制御する下位制御装置へ出力する蒸気ヘッダ圧力設定値出力部と、
を備え、
上記可変制約値演算部は、上記プロセス入力部に時々刻々と入力される各プラントの状態量と上記固定の制約条件とに基づいて、状態量の制御に余裕があるかどうかを判断し、状態量の制御に余裕があると判断された場合は、状態量制御の余裕を低下させる方向に上記可変の制約条件の制約値を演算し、また状態量の制御に余裕がないと判断された場合は、状態量制御の余裕を上昇させる方向に上記可変の制約条件の制約値を演算することを特徴とする蒸気ヘッダ圧力制御装置において、ＭＶは蒸気調節弁の弁開度、ＭＶＨは弁開度ＭＶの上限制約値、ΔＰは状態量制御の余裕度、Ｋは余裕度ΔＰを算出するための係数として、余裕度ΔＰを次式
ΔＰ＝Ｋ×（ＭＶＨ−ＭＶ）
で表わし、またＶＰＬはプラントの蒸気受入圧力に対する可変下限制約値、ＶＰＬの添字ｔ，ｔ＋１はそれぞれ現在の値と次回演算される値として、
上記可変制約値演算部は、上式により余裕度ΔＰを算出して、ΔＰが正の数ならば、ＶＰＬt+1の値を、（ＶＰＬt−ΔＰ）の値とＰＬの値のいずれか大きい方の値とし、またΔＰが負の数が零ならば、ＶＰＬt+1の値を、（ＶＰＬt−ΔＰ）の値とするように演算して、上記制約条件設定部に供給することを特徴とする蒸気ヘッダ圧力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のプラントからなるコンビナートにおいて、各プラントに対する蒸気の集中的な供給源となる動力プラントにおける蒸気ヘッダ圧力を適正に制御するための蒸気ヘッダ圧力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気ヘッダ圧力の制御方法として、従来は、▲１▼動力プラントにおける送出しの蒸気圧力を常に一定とする方法、▲２▼他プラントからの連絡により運転員が手動で動力プラントにおける送出しの蒸気圧力を調整する方法、▲３▼重要と考えられるある一点のプラントの圧力を入力として制御演算を施すことにより動力プラントにおける送出しの蒸気圧力を制御する方法などがとられている。
【０００３】
ところが、▲１▼、▲２▼の方法では、実際にはプラントの運転状況の変化等で蒸気配管における圧力損失が変化するため、末端プラントの蒸気圧力を考慮して常に適正な蒸気ヘッダ圧力に保持することは困難であった。▲３▼の方法でも、実際にはプラントの運転状況の変化等で着目しなければならないプラントは複数存在したり、経時的な機器の汚れの進行に伴い蒸気圧力の制約値が変化することがあるため、蒸気ヘッダ圧力が低すぎるとプラントの運転に支障を与えることから蒸気ヘッダ圧力が高めの運転になっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、複数のプラントから成るコンビナートにおいては、各プラントの蒸気需要および各プラントの運転状況は時々刻々と変化するのに対し、動力プラントにおける蒸気ヘッダ圧力を一定にしておくと非効率的運転となったり、プラントの安定運転を阻害する要因となっていた。また、複数プラントに運転員を配置し互いに連絡をとりながら運転員が蒸気ヘッダ圧力を頻繁に調整することは、精神的疲労が大き過ぎ現実的ではなかった。また、ある一点のプラントの圧力を入力として制御演算を施すことにより蒸気ヘッダ圧力を制御する方法でも、実際には各プラントの運転状況の変化等でその他のプラントの状態量が制約となることもあること、また、単一プラントに着目しても、経時的な機器の汚れの進行に伴い、蒸気圧力の制約値が変化することがあるため、蒸気ヘッダ圧力を高めとする非効率な運転となっていた。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、複数のプラントから成るコンビナートにおける蒸気ヘッダ圧力を各プラントの安全、安定運転に支障の無い値に保持し、かつ全体として効率的運転を行うための蒸気ヘッダ圧力の制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本願発明は、複数のプラントからなるコンビナートにおける蒸気ヘッダ圧力制御装置であって、
複数のプラントの蒸気圧や蒸気弁開度などの時々刻々と変化する各プラントの状態量を入力するプロセス入力部と、
上記各プラントの制約条件について固定の制約条件を予め設定し、また可変の制約条件を入力されて設定する制約条件設定部と、
上記プロセス入力部に時々刻々と入力される各プラントの状態量と上記固定の制約条件とに基づいて、上記可変の制約条件の制約値を演算して上記制約条件設定部に供給する可変制約値演算部と、
上記各プラントの状態量と上記固定及び可変の制約条件とを入力として、コンビナート全体が効率的運転状態となるような適正な蒸気ヘッダ圧力の設定値を多変数モデルを用いた予測制御により演算する多変数モデル予測制御部と、
演算結果の蒸気ヘッダ圧力の設定値を、蒸気ヘッダ圧力を制御する下位制御装置へ出力する蒸気ヘッダ圧力設定値出力部と、
を備え、
上記可変制約値演算部は、上記プロセス入力部に時々刻々と入力される各プラントの状態量と上記固定の制約条件とに基づいて、状態量の制御に余裕があるかどうかを判断し、状態量の制御に余裕があると判断された場合は、状態量制御の余裕を低下させる方向に上記可変の制約条件の制約値を演算し、また状態量の制御に余裕がないと判断された場合は、状態量制御の余裕を上昇させる方向に上記可変の制約条件の制約値を演算することを特徴とする蒸気ヘッダ圧力制御装置において、ＭＶは蒸気調節弁の弁開度、ＭＶＨは弁開度ＭＶの上限制約値、ΔＰは状態量制御の余裕度、Ｋは余裕度ΔＰを算出するための係数として、余裕度ΔＰを次式
ΔＰ＝Ｋ×（ＭＶＨ−ＭＶ）
で表わし、またＶＰＬはプラントの蒸気受入圧力に対する可変下限制約値、ＶＰＬの添字ｔ，ｔ＋１はそれぞれ現在の値と次回演算される値として、
上記可変制約値演算部は、上式により余裕度ΔＰを算出して、ΔＰが正の数ならば、ＶＰＬt+1の値を、（ＶＰＬt−ΔＰ）の値とＰＬの値のいずれか大きい方の値とし、またΔＰが負の数が零ならば、ＶＰＬt+1の値を、（ＶＰＬt−ΔＰ）の値とするように演算して、上記制約条件設定部に供給することを特徴とする蒸気ヘッダ圧力制御装置を要旨とするものである。
【０００７】
【作用】
本発明においては、時々刻々と変化する複数プラントの状態量をオンラインで取込み自動的な制御を行うので、運転員の能力に左右されることなく、プラントの運転状態に応じた蒸気ヘッダ圧力の最適運用が可能となる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例を示す蒸気ヘッダ圧力制御装置の概略構成図で、同図において、蒸気ヘッダ圧力制御装置１は、プロセス入力部２、可変制約値演算部３、制約条件設定部４、制御演算部５、設定値出力部６を備えている。またＡプラント７ａ、Ｂプラント７ｂ、Ｃプラント７ｃ、動力プラント７ｄからなる複数のプラントがコンビナートを構成しており、図示の例では、動力プラント７ｄからＡ，Ｂ，Ｃの各プラント７ａ〜７ｃに対して蒸気が供給されている。動力プラント７ｄの蒸気ヘッダ圧力は、下位制御装置８を介して蒸気ヘッダ圧力制御装置１により制御される。
【０００９】
プロセス入力部２は、入力群７から各プラントの蒸気受入圧力や弁開度などの状態量を入力するためのもので、可変制約値演算部３および制御演算部５に供給される。
可変制約値演算部３は、プラントの運転状況の変化により、蒸気受入圧力の制約値が変化する場合の制約値を演算するためのもので、制約条件設定部４より固定制約条件の制約値を入力し、可変制約値を演算し、その演算結果は制約条件設定部４に供給される。
【００１０】
制約条件設定部４は、各プラント７ａ，７ｂ，７ｃにおける蒸気受入圧力や弁開度などの制約条件を設定するためのもので、制約条件は運転員が手動で値を設定するものと、可変制約値演算部３から供給されるものからなり、制御演算部５に供給される。
制御演算部５は、プロセス入力部２および制約条件設定部４から供給されたデータをもとに蒸気ヘッダ圧力の適切な設定値を演算するためのもので、この制御演算部５で得られた演算結果は設定値出力部６に供給される。
【００１１】
ここで、固定制約条件としては、各プラントにおける弁開度上限制約値や各プラント受入圧力の下限制約値などがある。また可変制約条件は、弁開度や圧力などのプラントの運転状況と固定制約条件の制約値とから求められる。
設定値出力部６は、制御演算部５からの出力信号を受け取り、下位制御装置８の設定を変更するためのものである。
【００１２】
図２は図１に示した蒸気ヘッダ圧力制御装置１を動力プラント及び複数プラント（ここではＡプラント、Ｂプラント、Ｃプラント）から成るコンビナートに適用した場合の細部構成を示す図である。同図において、９は動力プラントにおける圧力検出器、１０は圧力調整操作端、１１ａ〜１１ｃは各プラントにおける圧力検出器、１２はＡプラントにおける蒸気の調整弁、１３は弁開度検出器、１４は蒸気ヘッダ配管である。
【００１３】
次にこのように構成される本実施例の作用について説明する。
図２に示すような構成によると、コンビナート内各プラントに蒸気を供給する動力プラントの送出しの蒸気圧力は圧力検出器９によって検出され、検出された信号は下位制御装置８に入力され、下位制御装置８で蒸気圧力を設定値に保持するための制御演算が行われる。該演算結果は圧力調整操作端１０に出力されることにより蒸気圧力が制御される。
各プラントの蒸気受入圧力は圧力検出器１１ａ〜１１ｃによって検出され、また、一例としてＡプラントにおいて使用される蒸気の調整弁１２の弁開度は弁開度検出器１３によって検出され、これらの検出器１１ａ〜１１ｃおよび１３にて検出された信号は蒸気ヘッダ圧力制御装置１のプロセス入力部２に供給される。
【００１４】
プロセス入力部２におけるプロセス状態量は制御演算部５に入力され、またプラントの運転条件の変化に応じ自動的に変更する必要のある制約値に関連する状態量は可変制約値演算部３に入力され、可変制約値演算部３において制約値が算出される。
一例として、Ａプラント内の機器の経時的な汚れの進行に伴い蒸気調整弁１２の弁開度が全開に近くなり制御不能の状態になる場合は蒸気ヘッダ圧力を上昇させる必要がある。すなわち、例えば可変制約値は以下のようにして算出される。
【００１５】
まず、蒸気調節弁の弁開度に対して次式で表わされる余裕度ΔＰを定義する。
ΔＰ＝Ｋ×（ＭＶＨ−ＭＶ）
ここで、ＭＶは弁開度、ＭＶＨは弁開度の上限制約値、Ｋは余裕度ΔＰを算出するための係数である。
プラントの蒸気受入圧力に対する可変下限制約値は以下の式で算出される。
ΔＰが正の数ならば、
ＶＰＬt+1＝max｛（ＶＰＬt−ΔＰ），ＰＬ｝
ΔＰが負の数または零ならば、
ＶＰＬt+1＝ＶＰＬt−ΔＰ
但し、ＶＰＬはプラントの蒸気受入圧力に対する可変下限制約値であり、添字ｔ，ｔ＋１はそれぞれ現在の値、次回演算される値を示す。ＰＬはプラントの蒸気受入圧力に対する固定下限制約値である。
また、max｛Ｚ１，Ｚ２｝は数値Ｚ１およびＺ２のうち大きい方の値を選択する関数である。
【００１６】
このようにして算出された可変制約値は、制約条件設定部４に供給される。
制約条件設定部４では、固定の制約条件および可変制約値演算部３で算出された可変の制約条件を制御演算部５に供給する。
制御演算部５では、プロセス入力部２よりプロセス状態量を取込み、制約条件設定部４より制約条件を取込み、制御演算により動力プラントにおける送出しの蒸気圧力の設定値を算出し、設定値出力部６に供給する。制御演算には多変数モデル予測制御を用いた。
【００１７】
上記設定値出力部６は、制御演算部５からの出力信号を受け取り、下位制御装置の設定を変更する。
このように本実施例においては、時々刻々と変化する複数プラントの状態量をオンラインで取込み制御を行うので、運転員の能力に左右されることなく、プラントの運転状態に応じた蒸気ヘッダ圧力の最適運用が可能となる。
【００１８】
図３は、図２のコンビナートに適用された本発明の蒸気ヘッダ圧力制御装置における、上述した弁開度に関する式に基づく可変制約値演算処理をフローで示したものである。
図２の例の構成では、弁開度はＡプラントでのみ検出されているが、任意のプラントで検出されてもよい。まず検出されたプラントの弁開度ＭＶと固定制約条件の弁開度上限値ＭＶＨを用いて、式ΔＰ＝Ｋ（ＭＶＨ−ＭＶ）により余裕度ΔＰを算出する。
【００１９】
次に、この余裕度ΔＰが正か負かに従い、各プラントにおける現在の可変下限制約値ＶＰＬtと、固定下限制約値ＰＬと、余裕度ΔＰとを用いて、可変下限制約値の修正値ＶＰＬt+1を以下のように求める。
（１）ΔＰ＞０の場合は、（ＶＰＬt−ΔＰ）とＰＬを比較し、大きい方を修正値ＶＰＬt+1として出力する。
（２）ΔＰ≦０の場合は、（ＶＰＬt−ΔＰ）を算出して、修正値ＶＰＬt+1として出力する。
【００２０】
（１）は、弁開度から判断してプラント受入圧力に余裕がある場合であり、前回の可変制約値からさらに、その余裕ΔＰ（正の数）だけ蒸気ヘッダ圧力を低下させるが、プラントの蒸気受入圧力の下限値未満にはしないように制御が行われる。
（２）は、弁開度から判断してプラント受入圧力に余裕が無い場合であり、前回の可変制約値からさらに、その余裕ΔＰ（負の数又は零）を差し引く。つまり、圧力を上昇させるように制御が行われる。
【００２１】
なお、本発明の蒸気ヘッダ圧力制御装置は、図２に示したプラント以外についても適用可能であり、一般にコンビナートでは高圧、中圧、低圧などの種々の蒸気レベルを有するが、それぞれの蒸気ヘッダについて適用可能であることは勿論である。また、蒸気圧力の可変制約値について一例を述べたが、制約値が変化する要因はプラントの事情に応じて千差万別であり、本発明はこれ以外の例にも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、時々刻々と変化する複数プラントの状態量をオンラインで取込み制御を行うので、運転員の能力に左右されることなく、プラントの運転状態に応じた蒸気ヘッダ圧力の最適運用が可能となり、プラントの安全、安定運転のもとに省エネルギ化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を示す蒸気ヘッダ圧力制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明の蒸気ヘッダ圧力制御装置を適用したコンビナートの細部構成図である。
【図３】可変制約値演算処理のフローである。
【符号の説明】
１    蒸気ヘッダ圧力制御装置
２    プロセス入力部
３    可変制約値演算部
４    制約条件設定部
５    制御演算部
６    設定値出力部
７ａ〜７ｄ    プラント
８    下位制御装置
【図１】
0003628884.tif 000002
【図２】
0003628884.tif 000003
【図３】
0003628884.tif 000004