(57)【要約】【課題】仕切弁を最も好ましい条件が整った時に開とし、プロセスの安全性を確保できるようにした、高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法を提供する。【解決手段】高圧流体を扱うプロセスの配管に設けられた仕切弁を制御する方法であって、その仕切弁を開にするタイミングをその仕切弁の前後の差圧を検出する差圧計の出力に基づいて制御することを特徴とする、高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法。【選択図】図２
2006007133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧流体を扱うプロセスの配管に設けられた仕切弁を制御する方法であって、その仕切弁を開にするタイミングをその仕切弁の前後の差圧を検出する差圧計の出力に基づいて制御することを特徴とする、高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法。
【請求項２】
高圧流体が超臨界水または亜臨界水である、請求項１の高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法。
【請求項３】
仕切弁の開動作を許容するための前記差圧計の出力の正常範囲を設定し、該正常範囲を外れている場合には、仕切弁の開動作を禁止するインターロックを設ける、請求項１または２の高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法に関し、とくに、水熱反応プロセス等の高温高圧流体を扱うプロセスに好適な仕切弁の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧流体が流れるプラントにおいて、その定常運転時には、配管で接続された各部分（圧縮機やポンプ、反応器など）はほぼ等圧力で運用されることが多い。しかしプラント起動時には、プラントを構成する圧縮機やポンプ、反応器などの圧力は同一ではなく、仕切弁によって区切られた各部分を個々に昇圧し、圧力がほぼ同一になったときに仕切弁を開にする工程が行なわれる場合がある。その開とするタイミングについては、仕切弁前後に圧力計を設置しその指示値がほぼ同一になるのを待つ方法が行なわれていた。
【０００３】
例えば一例を図３に示す。図３において、反応器６は高圧反応器であって、反応器に充填される溶媒はポンプ５により供給される。図示しないものの、ポンプ５の供給混合位置と同じ位置に、反応に寄与する気体を供給する圧縮機が単独、若しくはポンプと並列に設置され、反応器６に供給する場合も含まれる。
【０００４】
反応の原料はタンク１から、ポンプ２を経て反応器６へ供給される。ここで、図示しないものの、ポンプ２の供給混合位置と同じ位置に、反応に寄与する気体を供給する圧縮機が単独、若しくはポンプと並列に設置され、供給する場合も含まれる。反応器６の圧力は圧力調節弁８により制御される。この装置の起動時には、まず仕切弁４を閉じた状態でポンプ５、若しくは図示しない反応寄与流体を供給する圧縮機のいずれか、若しくは両方を用いて反応器６の反応準備を行なう。その後原料ポンプ２、若しくは図示しない反応寄与流体を供給する圧縮機のいずれか、若しくは両方を起動して原料を昇圧し反応器６に送り込むが、原料の注入をスムーズに開始するためには、圧力計３により検出される原料の供給圧力と圧力計７により検出される反応器圧力を監視して両者がほぼ同一になった時点で仕切弁４を開ける必要がある。
【０００５】
別の例を図４に示す。図４において、反応器９および反応器６は高圧反応器であって、それぞれに接続されたポンプ１０とポンプ５、図示しないがそれぞれのポンプと並列の位置に反応寄与流体を供給する圧縮機のいずれか、若しくは両方により、原料や溶媒が供給され、それぞれ昇圧される。反応器６の圧力は圧力調節弁８により制御される。
【０００６】
昇圧の速度が異なるなどの理由で仕切弁４を閉じて反応器９および反応器６を個別に昇圧しなければならない場合がある。そのような場合、仕切弁４を開けて定常運転状態に移行するタイミングは、圧力計３と圧力計７により検出される圧力がほぼ同一になった時期でなければならない。
【０００７】
従来は、仕切弁４前後それぞれの圧力計指示値の上昇下降を監視し、両者の指示値が近くなったときに、手動あるいは自動で仕切弁４を開にする方法が採られていた。仕切弁４を開けるタイミングを誤ると、プロセスの配管中の流れが急激に変化し、水撃作用などにより装置の耐久性を低下させるおそれがある。仕切弁４前後の圧力は、プラントの性質にもよるが、急激に上昇または下降する場合もあるので、適切なタイミングで仕切弁４を開にすることは、必ずしも容易ではない。そのため、図３や図４のようなプラントにおいては、仕切弁４を開く工程が、起動時の工程のうちで最も注意を要する工程の一つとなっている。
【０００８】
例えば、図４を参照して、特許文献１に記載されているような有機固形廃棄物を亜臨界水、超臨界水を用いて処理するプロセスを例に挙げて説明する。図４における反応器９は固形物を充填して亜臨界水、超臨界水処理を行うバッチ式反応器で、反応器６は反応器９の処理流体を超臨界水酸化により完全分解する連続型反応器である。
【０００９】
反応器６は、その構造については特定されるものではないが、例えばチューブ型反応器を採用することができる。この場合、チューブ型反応器６は、仕切弁４を閉じた状態でポンプ５、若しくは図示しない空気圧縮機により高圧流体が供給されて昇圧され、超臨界水酸化処理される温度、圧力に調節される。
【００１０】
その後、仕切弁４により圧力を隔離されていた反応器９では、任意のタイミングで被処理物を充填し、亜臨界水処理が行われる。その後、反応器９内部の亜臨界水処理流体をポンプ１０を用いて反応器６に徐々に導入する。その際、仕切弁４を開けるタイミングは圧力計３、７の値がほぼ同じ圧力になって時点である必要がある。
【特許文献１】特開２００３−３４０２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のような従来のプロセスにおいては、仕切弁を開にするタイミングを決めたり、仕切弁の開閉をインターロックで制御するために、仕切弁前後の圧力をそれぞれ圧力計で監視する運転方法や反応装置が用いられていた。しかしながら、例えば水熱酸化反応などに用いられる１０ＭＰａ程度以上の高圧においては、個々の圧力計の精度の問題により仕切弁前後の圧力差は十分な精度で得られない場合がある。
【００１２】
例えば圧力センサーの測定精度が１％で、プロセス流体の圧力が２２ＭＰａである場合、仕切弁圧力の前後の圧力差の測定誤差は０．２ＭＰａにも上る。プラントの性質にもよるが、０．２ＭＰａの圧力差下で仕切弁を開にした際、配管中の流れが急激に変化し反応プロセスや装置の耐久性に問題の生じることがある。
【００１３】
例えば、上述の特許文献１に記載されているような有機固形廃棄物を亜臨界水、超臨界水を用いて処理するプロセスにおいて、反応器６は超臨界水酸化できる状態で、超臨界水、酸化剤の空気を連続供給して待機している。反応器９は有機物を多量充填して亜臨界水処理を行い、有機性固形物を無酸素状態で加水分解して液状化させている。ここで、反応器９の亜臨界水処理流体を反応器６に供給する際、圧力計３、７の圧力がほぼ同じ値になったときに仕切弁４を開ける必要がある。圧力計３での圧力の方が圧力計７での圧力よりも高い状態で仕切弁４を開けた場合、反応器９内部の有機物液状化流体がその圧力差分、想定流量よりも多く流れる。その結果、反応器６に供給している酸化剤が不足したり、反応器６の滞留時間が減少し、未反応物が排出されるなどの危険性がある。
【００１４】
また、圧力計７により検出される圧力の方が圧力計３により検出される圧力よりも高い状態で仕切弁４を開けた場合、反応器６に供給する水を超臨界水に加熱する加熱器がポンプ５の出口に設置してある場合、加熱された超臨界水が仕切弁４を経て反応器９内部に逆流するおそれがある。このような超臨界水の逆流が生じた場合、反応器９内部の温度は想定外の温度にまで上昇する可能性がある。加えて、図示しない空気圧縮機がポンプ５と並列で設置され、酸化剤の空気が反応器６に供給されている場合、その空気も仕切弁４を経て、有機物が多量に充填されている反応器９内部に逆流する可能性がある。反応器９は当初多量の有機物を充填して、無酸素の雰囲気で加水分解、液状化処理を行い、ほとんどの有機物を排出した後でなければ、酸素を供給できない。なぜなら、有機物が多量に存在する系で酸素が供給されると、酸化反応が生じて、想定以上の温度に上昇する危険性があるからである。
【００１５】
そこで本発明の課題は、上記のような不具合の発生のおそれを除去するために、仕切弁を最も好ましい条件が整った時に開とし、プロセスの安全性を確保できるようにした、高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明に係る高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法は、高圧流体を扱うプロセスの配管に設けられた仕切弁を制御する方法であって、その仕切弁を開にするタイミングをその仕切弁の前後の差圧を検出する差圧計の出力に基づいて制御することを特徴とする方法からなる。
【００１７】
すなわち、仕切弁の前後それぞれに設置した圧力計の指示値の差を監視する代わりに、仕切弁の前後の差圧計の出力値に基づいて、仕切弁開のタイミングを、高精度の圧力差で、例えば０．０１ＭＰａ程度の精度で制御できるようにしたものである。この制御は、差圧計の指示値を監視して手動で行うことも可能であるが、差圧計の出力値に基づいて自動で行うことがより好ましい。
【００１８】
この制御方法は、例えば、高圧流体として超臨界水または亜臨界水を使用するプロセスに好適なものである。本発明において、超臨界水とは温度３７４℃以上で圧力２２ＭＰａ以上の状態にある水をいい、亜臨界水とは温度１８０℃以上で圧力１ＭＰａ以上の状態の水をいう。超臨界水や亜臨界水は高圧力であるため、圧力の測定誤差の絶対値が大きくなることがある。例えば、圧力センサーの測定精度が１％で、プロセス流体の圧力が２２ＭＰａの場合，誤差の絶対値は０．２ＭＰａにも上る。それゆえ仕切弁の前後に設置した圧力計の差を計算する代わりに、差圧計の指示値を読み取る方法に置き換えることによって、得られる精度は大幅に向上される。さらに、高温高圧流体であるがゆえに、流れが急激に変化したときに装置内の圧力分布だけでなく温度分布も乱れるおそれがあるので、仕切弁を開にするタイミングを精密に制御することの必要性は大きく、本発明の効果は大きい。
【００１９】
また、上記制御方法では、仕切弁の開動作を許容するための前記差圧計の出力の正常範囲を設定し、該正常範囲を外れている場合には、仕切弁の開動作を禁止するインターロックを設けることもできる。このように、インターロックを、２個の圧力計の指示値の差ではなく差圧計の出力に対し動作するよう設定することにより、運転の不良をより確実に検出し、さらにインターロックによって誤った発動を防ぐことができるようになる。
【００２０】
加えて、仕切弁インナーニードル部分等においてプロセス内部リークが生じた場合、仕切弁前後の圧力制御が定常状態に達している場合でも、差圧が不定期に変動したりする場合には、若しくは仕切弁前後の供給流体を停止させても差圧が変動する場合には、差圧を監視することにより仕切弁の内部リークを検知することも可能になる。
【００２１】
また、仕切弁が開いている状態で、仕切弁上流のプロセスの一部、例えば継手などから系外へリークが生じた場合、本来上流から下流に流れる場合に生じる圧力差圧と逆側の圧力差圧が生じる。例えば、上流から下流に流れる場合を正値と設定している場合、仕切弁上流から系外にリークが生じて仕切弁をプロセス流体が逆流する場合、差圧は負側に変化する。さらに、仕切弁が開いている状態で、仕切弁下流のプロセスの一部、例えば継手などから系外へリークが生じた場合、リークが無い場合に測定される仕切弁前後差圧よりもさらに大きな差圧が生じる。同じ温度、圧力、流量条件下で生じている差圧よりも値が大きく変化した場合は、プロセスラインからの系外リークの可能性がある。これらが生じた場合にあっても、仕切弁前後差圧が正常範囲にあることを監視することで、リーク検知が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、プロセス流体を逐次処理するための複数の圧縮機や高圧反応装置が連結され、かつその間を接続する配管に仕切弁が設置されている場合に、その仕切弁を開にするタイミングを、容易にかつ精度良く、最適なタイミングに定めることができる。その結果、プロセス流体に急激な圧力変動が発生することによるプラントへの負荷を最小限にとどめることができ、プラントの耐久性を高めることができる。特に、本発明を、圧力変動を抑えることの必要性が高い超臨界水または亜臨界水をプラント流体とするプロセスに適用することにより、プロセスを望ましい状態で、起動、運転することができるという効果が得られる。さらに本発明による仕切弁前後差圧をインターロックの作動条件の適正範囲設定に適用することにより、運転不良等をより確実に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施態様に係る高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法を適用したプロセスを示しており、前述の図３に対応するプロセスに本発明を適用した場合を示している。図１に示すプロセスは、図３に示したプロセスと同様のフローに構成されているが、仕切弁４の前後の圧力を差圧として検出する差圧計１１が設けられている。つまり、圧力計３、７を監視する代わりに、差圧計１１の指示値を監視することによって、望ましくは、差圧計１１の出力に基づいて制御装置１２により、仕切弁４の開のタイミングが、容易に高精度で、例えば０．０１ＭＰａの精度で、制御されるようになっている。差圧計１１の出力により仕切弁４を開にする方法は，手動の場合と自動の場合が考えられるが、どちらの場合でも、圧力差が高精度で測定できることから、目標とする仕切弁４の制御を容易に行うことができる。
【００２４】
図２は、本発明の第２実施態様に係る高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法を適用したプロセスを示しており、前述の図４に対応するプロセスに本発明を適用した場合を示している。図２に示すプロセスでは、第１反応器９と第２反応器６との間に設置された仕切弁４に対して、上記同様、仕切弁４の前後の圧力を指示する差圧計１１が設けられており、かつ、差圧計１１の出力に基づいて仕切弁４の開のタイミングを制御する制御装置１２が設けられている。この場合にも、差圧計１１の出力に基づき、仕切弁４の開のタイミングが、容易に高精度で、例えば０．０１ＭＰａの精度で、制御される。
【００２５】
このように、図１、図２に示した両実施態様とも、仕切弁４前後の差圧が実質的に零あるいはそれに近くなる最適なタイミングで、確実に、仕切弁４の開動作を行わせることができ、従来の圧力計３、７を監視して開動作のタイミングを定めていた際に生じるおそれのあった不具合を完全に解消することが可能になる。
【００２６】
また、仕切弁４前後の差圧に基づいて仕切弁４の開動作を制御することにより、様々な利点がある。ここで、図２を用いてプロセス圧力の系外リークの検知方法について説明する。例えば、プロセスからのリークも無く、通常通りの運転を行っている場合、仕切弁４の前後差圧は上流側が高く、下流側が低い。その圧力差は仕切弁４の抵抗係数と、そこを流れる流体の体積流量によって決まる。水熱反応装置において実際の通常運転を行った際の、差圧は０．０２ＭＰａであった。
【００２７】
仕切弁４の上流に設けてある第１反応器９の下流の配管継手から系外リークが生じた場合、仕切弁４が開の場合は仕切弁４下流の流体は仕切弁４を経て逆流するおそれがある。従って、仕切弁４の前後差圧は正常値０．０２ＭＰａから減少して負の値を示す。これにより、通常運転時における正常範囲から外れた値となるため、この部分で系外リークが生じていることを検知できる。
【００２８】
さらに、仕切弁４の下流側で系外リークが生じた場合、通常運転時の供給流量に、内部圧力流体がリーク場所から系外に流出する流量が加算されるため、仕切弁４前後の通常差圧０．０２ＭＰａに対して、差圧はより正側に変化する。これを検知することにより、この部分で系外リークが生じていることを検知できる。
【００２９】
仕切弁４の前後差圧の正常範囲を任意の適切な幅に設定し、その範囲を超過して負側、あるいは正側に変化が生じる場合、リークの可能性を検知することができ、適切な処置を講じることができる。例えば、運転員が認識してその時の状態を判断したり、さらに最大異常値を設定しておくことにより、プロセスの強制非常停止をかけることも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係る高圧流体を扱うプロセスにおける仕切弁の制御方法は、プロセスの配管中に仕切弁を備えたあらゆる高圧流体を扱うプロセスに適用可能であり、とくに、亜臨界水、超臨界水等の高温高圧流体を扱う水熱反応プロセス等に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施態様に係る仕切弁の制御方法を適用したプロセスの概略機器系統図である。
【図２】本発明の第２実施態様に係る仕切弁の制御方法を適用したプロセスの概略機器系統図である。
【図３】従来の仕切弁を備えたプロセスの概略機器系統図である。
【図４】従来の仕切弁を備えた別のプロセスの概略機器系統図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  タンク
２、５、１０  ポンプ
３、７  圧力計
４  仕切弁
６  反応器（第２反応器）
８  圧力調節弁
９  第１反応器
１１  差圧計
１２  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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