(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧縮機を直列又は並列に配置してガスを昇圧し、上記各圧縮機につき帰還ガス流路を備えて調節弁にて帰還流量を各々調節する圧縮機の制御装置において、
上記各圧縮機の入口流量を各々検出する流量検出器と、
上記各流量検出器で検出された上記各圧縮機の入口流量が設定値より小さいときは、弁開度を大きくするように各々出力し、上記各圧縮機の入口流量が設定値より大きいときは、弁開度を全閉となるように各々出力する調節計と、
上記各調節計の出力に定数を乗じて各々出力する比例演算器と、
上記調節計の一方の出力と上記比例演算器にて上記定数を乗じられた上記調節計の他方の出力とを入力して何れかを最大値として選択して出力する最大値選択演算器と、
上記調節計の他方の出力と上記比例演算器にて上記定数を乗じられた上記調節計の一方の出力とを入力して何れかを最大値として選択して出力する最大値選択演算器と、
上記各最大値選択演算器の出力を操作量として各々操作される上記各調節弁と、
を有することを特徴とする圧縮機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスパイプラインやアンモニアプラントなどに適用されるガスを昇圧する圧縮機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンモニアプラントの例により従来技術を説明する。図４は従来のアンモニアプラントの圧縮工程を示すブロック図である。この図４においては、上流工程から送られてきたガスを低圧側圧縮機１及び高圧側圧縮機２によって昇圧する構造を示している。すなわち、図４にて配管４、低圧側しゃ断弁５、配管６を通って来たガスはサクションタンク７に入り、サクションタンク７から圧縮のための低圧側圧縮機１、配管９、冷却のためのクーラ１０に入り、冷されたガスは更に配管１４、サクションタンク１５に入り、更に圧縮のための高圧側圧縮機２、配管１７、２１、高圧側しゃ断弁２２、配管２３を通って下流工程へと流れる。この場合、低圧側圧縮機１及び高圧側圧縮機２は、例えばガスタービンや蒸気タービンなどの駆動機３により駆動される。
【０００３】
更に、各圧縮機１、２からは、帰還ガス流路が設けられており、圧縮機１ではクーラ１０の出口から配管１１、調節弁１２、配管１３を通ってサクションタンク７にガスが循環できるように構成され、低圧側圧縮機１の流入流量がある値以下にならないように流量検出器８につながる流量調節計２４にて調節弁１２を操作している。このようにして圧縮機１のサージング現象を防止している。
【０００４】
また、圧縮機２ではこの高圧側圧縮機２の出口から配管１８、調節弁１９、配管２０を通って、クーラ１０にガスが循環できるようになっており、高圧側圧縮機２の流入流量がある値以下にならないように流量検出器１６につながる流量調節計２７にて調節弁１９を操作している。この場合も、高圧側圧縮機２のサージング現象を防止している。
【０００５】
ここで、高圧側圧縮機２の運転がサージング方向に変化したときの挙動について説明する。まず、図５にて横軸に時間、縦軸に圧力、流量、弁開度などの状態量を示している。図５中、Ｂ点までは圧縮機１、２は運転中であり、各圧縮機１、２の入口圧力、出口圧力、流量、及び回転数は定格にある。このとき、各圧縮機１、２の流量は設定値よりも大きいので流量調節弁１２、１９の開度は全閉となっている。
今、Ｂ点において、高圧側圧縮機２の出口圧力が図５(a) の如く急速に上昇したとする。この原因としては、例えば高圧側圧縮機２の下流側のプロセスが停止したために、プロセスの消費流量が急速に減少したにもかかわらず、圧縮機１、２の回転数が定格一定であるために高圧側圧縮機２の出口圧力が急速に上昇し、昇圧比も上昇した場合などがあげられる。
このとき、高圧側圧縮機２への流入流量は図５(c) の如く急速に減少し、図５Ｃ点にて流量調節計２７の設定値よりも小さくなり、これ以後、流量調節計２７により調節弁１９の弁開度が図５(e) の如く徐々に大きくなり、帰還流量が大きくなり、流量を設定値に保持しようとする。高圧側の帰還ガス流量が増加してくるので、Ｄ点にて高圧側圧縮機２の出口圧力がピークとなってそれ以後、徐々に減少する。このとき、過渡的にサージング領域に入るが、やがてサージング領域から離れることになる。
【０００６】
一方、低圧側圧縮機１側は、高圧側帰還ガス流量の増加に伴い、図５(b) の如く低圧側圧縮機１の出口圧力が徐々に上昇し、流量も図５(d) の如く徐々に減少する。そして、図５Ｅ点にて低圧側の流量が流量調節計２４の設定値よりも小さくなったとき、流量調節計２４によって調節弁１２の開度が図５(f) の如く徐々に大きくなり、低圧側帰還ガス量が増加する。そして、Ｆ点にて低圧側圧縮機１の出口圧力が図５(b) の如くピークとなり以後徐々に減少する。このとき、過渡的にサージングに入り、やがてサージング領域から離れていく。
こうして、流量の増加により高圧側・低圧側ともＧ点にて流量調節計２４、２７の各設定値に保持される。
【０００７】
図５Ａ点からＧ点までの以上の現象を圧縮機の性能曲線上でみると、図６のようになる。すなわち、この従来の運転方法では、一方の圧縮機がサージング領域に入るような急速な流量変化があった場合、他の一方の圧縮機もサージング領域の運転となってしまうことが起こる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の高圧圧縮機２の出口圧力が上昇した場合などでは、流量調節計２４、２７のゲインを大きくとることができないので、流量の急速な減少に対応できず、一台の圧縮機がサージング領域に近づく運転となった場合、それに連動して他の圧縮機もサージング領域に近づく運転となってしまう。この場合、サージング領域での運転は、圧縮機の重大な破損につながるという問題があり、できるだけサージング領域の運転は避けたいのであるがそれができないこと、複数の圧縮機が連動してサージング領域に入るような運転になると、プロセスの運転が非常に難しくなる。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑み、サージング領域での運転をできるだけ防止するようにした圧縮機の制御装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する本発明は次の発明特定事項を有する。
(1) 複数の圧縮機を直列又は並列に配置してガスを昇圧し、上記各圧縮機につき帰還ガス流路を備えて調節弁にて帰還流量を各々調節する圧縮機の制御装置において、上記各圧縮機の入口流量を各々検出する流量検出器と、上記各流量検出器で検出された上記各圧縮機の入口流量が設定値より小さいときは、弁開度を大きくするように各々出力し、上記各圧縮機の入口流量が設定値より大きいときは、弁開度を全閉となるように各々出力する調節計と、上記各調節計の出力に定数を乗じて各々出力する比例演算器と、上記調節計の一方の出力と上記比例演算器にて上記定数を乗じられた上記調節計の他方の出力とを入力して何れかを最大値として選択して出力する最大値選択演算器と、上記調節計の他方の出力と上記比例演算器にて上記定数を乗じられた上記調節計の一方の出力とを入力して何れかを最大値として選択して出力する最大値選択演算器と、上記各最大値選択演算器の出力を操作量として各々操作される上記各調節弁と、を有することを特徴とする。
【００１１】
サージング領域への運転となる圧縮機に係る圧力や流量に基づいて、他の圧縮機の帰還ガス流路の流量をも制御することにより他の圧縮機のサージング領域の運転を防止できるようにした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、図１〜図３を参照して本発明の実施の形態の一例を説明する。なお、図１にて図４と同一部分には、同符号を付し、重複する説明は省略する。
本例においては、流量調節計２４、２７の出力をそれぞれ２方向に分岐させ、分岐の一方は自己の帰還ガス流路に介在させた流量調節弁１２、１９を制御する最大値選択演算器２６、２９の一入力とし、分岐の他方は他方の最大値選択演算器２９、２６の他の入力であり、比例演算器２８、２５を介して作成したものである。ここで、最大値選択演算器２６、２９は二入力のうち入力信号の最大値を選択し選択した信号にて流量調節弁１２、１９を制御するものであり、また比例演算器２８、２５は入力信号に定数を乗した信号を作成するものである。
【００１３】
図１の例では、流量調節計２４の出力は、比例演算器２８に送られる。比例演算器２８では、入力された信号に定数Ｋ２を乗じた信号を出力する。また、流量調節計２７の出力は、比例演算器２５に送られる。比例演算器２７では、入力された信号に定数Ｋ１を乗じた信号を出力する。流量調節計２４の出力信号と比例演算器２５の出力信号は、最大値選択演算器２６に送られる。最大値選択演算器２６では、入力された信号の中で最大値を選択し、選択した信号が配管１１、１３に設置された流量調節弁１２へ送られ、これを制御する。また、流量調節計２７の出力信号と、比例演算器２８の出力信号は、最大値選択演算器２９に送られる。最大値選択演算器２９では、入力された信号の中で最大値を選択し、選択した信号が配管１８、２０に配置された流量調節弁１９へ送られ、これを制御する。
【００１４】
ここで、図２、図３にて圧縮機２の運転がサージング方向に変化したときの挙動について説明する。なお、図２は図５と同様、横軸に時間、縦軸に圧力、流量、弁開度、制御信号の状態量を示している。今、圧縮機１、２は運転中であり、図２中Ｂ点に到るまでは、圧縮機１、２ともに入口圧力、出口圧力、流量、及び回転数は定格にある。このとき、圧縮機１、２の流量は図２(b)(c)の如く流量調節計２４、２７にて設定値よりも大きいので、流量調節弁１２、１９の開度は全閉となっている。
【００１５】
Ｂ点において図２(a) の如く圧縮機２の出口圧力が前述の如く急速に上昇したとする。この急速な圧力上昇により図２(c) のように流量が急速に減少する。このため、Ｃ点では図２(c) のように流量調節計２７の設定値よりも圧縮機２の流量が小さくなる。このとき、流量調節計２７は、圧縮機２の流量を増やすべく調節弁１９の開度を大きくする信号を出力する。このとき低圧側では、圧縮機１の流量が流量調節計２４の設定値よりも大きいために流量調節計２４は、調節弁１２に対し全閉信号を出力している。しかし、比例演算器２５では、流量調節計２７の出力を入力とし、これに定数Ｋ１を乗じて出力する。このため、最大値選択演算器２６は、流量調節計２４の出力と比例演算器２５の出力を入力として、その最大値を選択する。流量調節計２４の出力は全閉信号であるために、最大値選択演算器２６は、比例演算器２５の出力を選択し、その出力信号により調節弁１２の弁開度は徐々に大きくなる。
【００１６】
他方、比例演算器２８は、流量調節計２４の出力を入力とし、これに定数Ｋ２を乗じて出力するが、流量調節計２４の出力が全閉信号であるため、比例演算器２８の出力信号は全閉信号となる。最大値選択演算器２９は、流量調節計２７の出力と比例演算器２８の出力を入力として、その最大値を選択する。比例演算器２８の出力は、全閉信号であるために、最大値選択演算器２９は、流量調節計２７の出力を選択し、その出力信号により調節弁１９の弁開度は徐々に大きくなる。
この結果、圧縮機２の出力圧力が急速に上昇すると、その値に応じて低圧側、高圧側双方の最大値選択演算器２６、２９からは、流量調節計２７による図２(c) に基づく信号にて図２(g)(h)の制御信号が出力され、調節弁１２、１９にて図２(e)(f)の弁開度となる。したがって、図２(a) に示す圧縮機２の圧力上昇や図２(c) に示す圧縮機２の流量の各変化に伴い、図１(b)(d)の如く圧縮機１の変化
をもたらす。
【００１７】
その後、図２Ｄ点では圧縮機２の出口圧力がピークとなり、サージング領域に入るが、やがて、出口圧力が小さくなりサージングから遠ざかり、流量調節計２７の出力信号により流量が設定値に保持されるように調節弁１９が開度を調節する。また、圧縮機２とほぼ同時に圧縮機１の出口圧力もピークとなり、やがて小さくなっていく。このため、圧縮機１はサージング領域に入ることなく運転されることとなる。
さらに、図２Ｅ点にて定常となったときには、調節弁１９は流量調節計２７の出力信号Ｘにて弁開度一定となり、調節弁１２は、流量調節計２７の出力信号Ｘに比例演算器での定数Ｋ１を乗じたＫ１×Ｘにて弁開度一定となる。
Ａ点からＥ点に到る圧縮機１、２の運転状態を圧縮機の性能曲線上に示したのが図３である。図３から判明するよう圧縮機２は、サージング領域に入るが、圧縮機１は、サージング領域を避けて運転されている。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、１台の圧縮機がサージング領域に入ったとしても、この圧縮機の圧力上昇、流量減少の信号にて他の圧縮機をも帰還流量制御を行っているので、１台の圧縮機に連動して他の圧縮機がサージング領域に入ることなく圧縮機を運転することができ、重大な破損や運転の困難性を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態の一例のブロック図。
【図２】図１の各部波形図。
【図３】図１の構造での圧縮機の性能曲線図。
【図４】従来例のブロック図。
【図５】図４の各部波形図。
【図６】図４の構造での圧縮機の性能曲線図。
【符号の説明】
１  低圧側圧縮機
２  高圧側圧縮機
８、１６  流量検出器
１２、１９  流量調節弁
２４、２７  流量調節計
２５、２８  比例演算器
２６、２９  最大値選択演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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