(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮機の回転速度を調節して圧縮機の入口におけるガス混合物の組成の変化を補償する全自動制御システムを提供する。【解決手段】本制御システム（２００）は、回転エンジンによって駆動される回転圧縮機のために構成され、第１の制御サブシステム（２１０）と、第２の制御サブシステム（２２０）と、選択器（２３０）とを備える。第１の制御サブシステム（２１０）は、圧縮機の性能（２１）および速度（２３）の関数として第１の制御信号（２６）を与えるように構成される。第２の制御サブシステム（２２０）は、圧縮機の性能（２２）の関数として第２の制御信号（２７）を与えるように構成される。選択器（２３０）は、第３の制御信号（２４）として第１の制御信号（２６）または第２の制御信号（２７）を選択してエンジンの動力制御入力に与えるように構成される。【選択図】図２
2019070383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転エンジンによって駆動される回転圧縮機のための制御システム（２００）であって、
Ａ）第１の制御サブシステム（２１０）であって、
−  前記回転圧縮機の性能を示す第１の測定信号（２１）を受け取るように構成された性能入力（２１１）と、
−  前記回転圧縮機または前記回転エンジンの回転速度を示す第２の測定信号（２３）を受け取るように構成された速度入力（２１３）と、
−  前記第１の測定信号（２１）および前記第２の測定信号（２３）の関数として第１の制御信号（２６）を与えるように構成された第１の制御出力（２１２）と
を備える第１の制御サブシステム（２１０）と、
Ｂ）第２の制御サブシステム（２２０）であって、
−  前記回転圧縮機の性能を示す第３の測定信号（２２）を受け取るように構成された性能入力（２２１）と、
−  前記第３の測定信号（２２）の関数として第２の制御信号（２７）を与えるように構成された第２の制御出力（２２２）と
を備える第２の制御サブシステム（２２０）と、
Ｃ）選択器（２３０）であって、
−  前記第１の制御出力（２１２）に電気的に接続された第１の入力（２３１）と、
−  前記第２の制御出力（２２２）に電気的に接続された第２の入力（２３２）と、
−  前記回転エンジンの動力制御入力に第３の制御信号（２４）を与えるように構成された第３の制御出力（２３４）と
を備え、前記第３の制御信号（２４）として前記第１の制御信号（２６）または前記第２の制御信号（２７）を選択して前記第３の制御出力（２３４）で与えるように構成された選択器（２３０）と
を備える制御システム（２００）。
【請求項２】
前記選択器（２３０）が、少なくとも次の基準
Ａ）前記第１の測定信号（２１）と性能設定値との間の差の絶対値が第１の閾値を超える
Ｂ）前記第１の測定信号（２１）と性能設定値との間の差の微係数の絶対値が第２の閾値を超える
のうちの１つまたは複数の基準に基づいて前記第２の制御信号（２７）を選択するように構成された、請求項１記載の制御システム（２００）。
【請求項３】
前記第２の制御サブシステムがＰＩＤ制御器（４２２、５２２）を備え、Ｐ項およびＩ項のみを使用することが好ましい、請求項１または２記載の制御システム（４００、５００）。
【請求項４】
前記第２の制御サブシステムが、性能設定点（４１、５１）と前記第３の測定信号（４２、５２）との間の差として性能誤差信号（４３、５３）を計算するように構成された、請求項１または２または３記載の制御システム（４００、５００）。
【請求項５】
前記第１の制御サブシステムが、性能設定点（４１）と前記第３の測定信号（４２）との間の差として性能誤差信号（４３）を計算し、速度設定点（４５）と前記第２の測定信号（４６）との間の差として速度誤差信号（４７）を計算するように構成された、請求項１乃至４のいずれか１項記載の制御システム（４００）。
【請求項６】
前記第１の制御サブシステムが、性能設定点（５１）と前記第３の測定信号（５２）との間の差として性能誤差信号（５３）を計算し、速度設定点（５５）と修正信号（５６Ｃ）との間の差として速度誤差信号（５７）を計算するように構成され、前記修正信号（５６Ｃ）が、前記第２の測定信号（５６）を修正することから得られる、請求項１乃至４のいずれか１項記載の制御システム（５００）。
【請求項７】
前記第１の制御サブシステムが、前記性能誤差信号（４３、５３）に基づいて負荷要求（４４、５４）を決定するように構成された負荷制御器（４１２、５１２）を備える、請求項５または６記載の制御システム（４００、５００）。
【請求項８】
前記第１の制御サブシステムが、前記負荷要求（４４、５４）に基づいて速度設定点（４５、５５）を決定するように構成された変換器（４１４、５１４）を備える、請求項７記載の制御システム（４００、５００）。
【請求項９】
前記変換器（４１４、５１４）がスプリット変換器であり、速度設定点（４５、５５）およびアンチサージ制御信号（９３）を二者択一的に与えるように構成された、請求項８記載の制御システム（４００、５００）。
【請求項１０】
前記第１の制御サブシステムが、前記速度誤差信号（４７、５７）に基づいて前記第１の制御信号（４８−１、５８−１）を決定するように構成された調速機（４１８、５１８）を備える、請求項５または６または７または８または９記載の制御システム（４００、５００）。
【請求項１１】
前記第１および／または第２のサブシステム（２１０、２２０）の前記性能入力（２１１、２２１）が、前記回転圧縮機の吸入圧力を示す測定信号（２１、２２）を受け取るように構成された、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の制御システム（４００、５００）。
【請求項１２】
−  入口（３５２）および出口（３５３）を備え、前記入口（３５２）がガス混合物（３８）を受け入れるように構成された、回転圧縮機（３５０）と、
−  前記回転圧縮機（３５０）を駆動する回転エンジン（３６０）と、
−  請求項１乃至１１のいずれか１項記載の制御システム（３００）と
を備える合成プラント（１０００）。
【請求項１３】
前記回転エンジン（３６０）が蒸気タービンである、請求項１２記載のプラント（１０００）。
【請求項１４】
前記回転圧縮機（３５０）の上流に改質器（３７０）を備え、前記改質器（３７０）が、前記回転圧縮機（３５０）の前記入口（３５２）に流体接続された出口（３７１）を備える、請求項１２または１３記載のプラント（１０００）。
【請求項１５】
回転エンジンによって駆動される回転圧縮機を制御する方法（６００）であって、
Ａ）前記回転圧縮機のパラメータを測定するステップ（６０２）であって、前記パラメータが前記回転圧縮機の性能を示す、ステップ（６０２）と、
Ｂ）前記回転圧縮機または前記回転エンジンの回転速度を測定するステップ（６０３）と、
Ｃ）前記パラメータおよび前記回転速度の関数として第１の制御信号を発生させるステップ（６０４）と、
Ｄ）前記パラメータの関数として第２の制御信号を発生させるステップ（６０５）と、
Ｅ）前記第１の制御信号と前記第２の制御信号との間で選択することによって第３の制御信号を発生させるステップ（６０６）と、
Ｆ）前記第３の制御信号を前記回転エンジンの制御入力端子に与えるステップ（６０７）と
を含む方法（６００）。
【請求項１６】
前記第２の制御信号が、少なくとも次の基準
−  前記第１の測定信号と性能設定値との間の差の絶対値が第１の閾値を超える
−  前記第１の測定信号と性能設定値との間の差の微係数の絶対値が第２の閾値を超える
のうちの１つまたは複数の基準に基づいて選択される、請求項１５記載の方法（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題の実施形態は、回転エンジンによって駆動される回転圧縮機のための制御システム、合成プラント、および制御方法に相当する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンによって駆動される圧縮機を備える系列は、特に「オイル＆ガス」の分野では極めて一般的である。
【０００３】
添付の図１に示すシステム１００など、このような系列に対する典型的な制御システムは、圧縮機の（検出された）吸入圧力１０１に基づいて負荷要求１０３を決定し（ブロック１０２）、次いで、先に決定された負荷要求１０３に基づいて速度設定点１０５を決定し（ブロック１０４）、最後に、先に決定された速度設定点１０５および圧縮機の（検出された）回転速度１０７に基づいて制御信号１０８を決定する（ブロック１０６）。このようにして決定された制御信号１０８はエンジンの制御入力に与えられる。このタイプの制御システムは、例えば、米国特許第３，９７９，６５５号に開示されている。
【０００４】
このような典型的な制御システムは、圧縮機の速度および／または制御される性能変数への圧縮機の上流または下流の装置からの外乱の影響、または圧縮機と前記装置との間の相互作用の影響が変化しなければうまく働く。例えば、圧縮機の入口におけるガス混合物の組成が絶対的に一定のままである、または、少なくとも極めて一定である場合には、このことがあてはまる。
【０００５】
上記の系列は、例えば、アンモニア製造用の合成プラントに使用される。アンモニア製造の公知のプロセスの例として、以下で「ＫＢＲプロセス」と呼ぶＫＢＲからライセンスを受けることができるプロセスがある。
【０００６】
合成プラントでは、例えば、圧縮機によって処理されるようにガス混合物（しばしば、水素および／または窒素および／または一酸化炭素を含む）を用意する装置が圧縮機の上流に配置される。プラントは、ガス混合物の組成を一定に保つように設計されているが、これらの装置のうちの１つまたは複数は、特定の作動条件では組成に悪影響を及ぼす。例えば、「ＫＢＲプロセス」を実施するアンモニアプラントでは、圧縮機システム（２つの圧縮機を含む）の上流に、ガス混合物の組成に変化を与えることがある、いわゆる「清浄器」（凝縮改質器を含む）がある。
【０００７】
このような合成プラントでは、典型的な制御システムは、ガス混合物の組成の（実質的な）変化、およびその結果生じる圧縮機の回転速度の（実質的な）変化により、逆方向の制御動作をしてその外乱を除く。このため、制御システムは、擾乱を増幅して不安定な状態になるのを避けるために、「自動モード」または「自動制御」から「手動モード」または「手動制御」に切り替えなければならない。しばらくしてから、制御システムは、「自動モード」または「自動制御」に戻すように切り替えられる。これは、この制御システムが半自動であることを意味する。
【０００８】
圧縮機の回転速度を調節して圧縮機の入口におけるガス混合物の組成の変化を補償する全自動制御システムを有することが望ましい。
【発明の概要】
【０００９】
本明細書で開示する本主題の第１の実施形態は、回転エンジンによって駆動される回転圧縮機のための制御システムに関する。
【００１０】
このような第１の実施形態によれば、回転エンジンによって駆動される回転圧縮機のための制御システムは、第１の制御サブシステムと、第２の制御サブシステムと、選択器とを備える。第１の制御サブシステムは、前記回転圧縮機の性能を示す第１の測定信号を受け取るように構成された性能入力と、前記回転圧縮機または前記回転エンジンの回転速度を示す第２の測定信号を受け取るように構成された速度入力と、前記第１の測定信号および前記第２の測定信号の関数として第１の制御信号を与えるように構成された第１の制御出力とを備える。第２の制御サブシステムは、前記回転圧縮機の性能を示す第３の測定信号を受け取るように構成された性能入力と、前記第３の測定信号の関数として第２の制御信号を与えるように構成された第２の制御出力とを備える。選択器は、前記第１の制御出力に電気的に接続された第１の入力と、前記第２の制御出力に電気的に接続された第２の入力と、前記回転エンジンの動力制御入力に第３の制御信号を与えるように構成された第３の制御出力とを備える。前記選択器は、前記第３の制御信号として前記第１の制御信号または前記第２の制御信号を選択して前記第３の制御出力で与えるように構成される。
【００１１】
本明細書で開示する本主題の第２の実施形態は、合成プラントに関する。
【００１２】
このような第２の実施形態によれば、合成プラントは、入口および出口を備え、前記入口がガス混合物を受け入れるように構成された、回転圧縮機と、前記回転圧縮機を駆動する回転エンジンと、上記の制御システムとを備える。
【００１３】
本明細書で開示する本主題の第３の実施形態は、回転エンジンによって駆動される回転圧縮機を制御する方法に関する。
【００１４】
このような第３の実施形態によれば、本方法は、前記回転圧縮機のパラメータを測定するステップであって、前記パラメータが前記回転圧縮機の性能を示す、ステップと、前記回転圧縮機または前記回転エンジンの回転速度を測定するステップと、前記パラメータおよび前記回転速度の関数として第１の制御信号を発生させるステップと、前記パラメータの関数として第２の制御信号を発生させるステップと、前記第１の制御信号と前記第２の制御信号との間で選択することによって第３の制御信号を発生させるステップと、前記第３の制御信号を前記回転エンジンの制御入力端子に与えるステップとを含む。
【００１５】
本明細書に組み入れられ、本明細書と一体の部分を構成する添付の図面は、本発明の例示的な実施形態を示し、発明を実施するための形態とともにこれらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術による制御システムのブロック図である。
【図２】制御システムのいくつかの実施形態に適用可能な全体的なブロック図である。
【図３】合成プラントのいくつかの実施形態に適用可能な全体的なブロック図である。
【図４】制御システムの第１の実施形態の詳細なブロック図である。
【図５】制御システムの第２の実施形態の詳細なブロック図である。
【図６】制御方法の実施形態のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の例示的な実施形態の説明は添付の図面を参照する。
【００１８】
以下の説明は、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００１９】
本明細書を通して「一実施形態」または「実施形態」として言及することは、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、開示する主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な箇所で「一実施形態では」または「実施形態では」という表現が現れるが、これらは、必ずしも同じ実施形態について言及している訳ではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な様態で組み合わせることができる。
【００２０】
以下では、本明細書で開示される主題の実施形態は、「制御理論」の分野の慣行のように、出入りする線によって接続されるブロックよりなるブロック図を通して説明される。
【００２１】
このようなブロック図は、いくつかのハードウェアおよびいくつかのソフトウェアとの様々な可能な組合せによって多くの異なる方法で実行することができることに留意されたい。
【００２２】
したがって、本明細書（すなわち、明細書本文、特許請求の範囲、および要約）および図面を通じて、「ブロック」はいくつかのハードウェアまたは（いくつかのハードウェア上を走る）いくつかのソフトウェアを指すことがあり、「入力」または「出力」は電気端子または（例えば、ＰＬＣ内部の場合がある）コンピュータのメモリに記憶された一片のデータを指すことがあり、「信号を受け取る」という表現は、「電気信号を電気端子に流す」、あるいは「メモリから一片のデータを読む」ことを意味することがあり、「出力する」という表現は、「電気信号を電気端子から流す」または「メモリに一片のデータを書き込む」ことを意味することがあり、（例えば、ブロックを参照するとき）「電気接続された」という表現は、あるブロックの電気端子と別のブロックの電気端子との間に電線を有する、またはメモリに一片のデータを書き込むブロックと同じメモリから同じ一片のデータを読む別のブロックとを有することに相当することがある。
【００２３】
典型的な実施形態によれば、新しくて独創的な全自動制御システムが、例えば、単一のＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）と１つまたは複数のソフトウェアによって具現化することができる。この場合、詳細には、ブロックはソフトウェア、すなわち、ソフトウェアプログラムまたはソフトウェアサブルーチンに相当することがある。
【００２４】
図２、３、４、および５は、例えば、限定するものではないが、圧縮機の入口におけるガス混合物の組成の変化などの外乱に応じて圧縮機の回転速度を調節する新しくて独創的な全自動制御システムの実施形態を示す。ガス混合物は、しばしば、水素および／または窒素および／または一酸化炭素を含むいわゆる「合成ガス」を含むことがある。制御システムは、ガス混合物からアンモニアを合成するために、回転圧縮機およびエンジンを含む制御される系列とともにプラント内で使用することができる。回転圧縮機はエンジンによって駆動することができる。
【００２５】
新しい全自動制御システムは、１つではなく少なくとも２つの制御サブシステムを含むという点で従来の制御システムとは異なる。第１の制御サブシステムは、好ましくは、圧縮機の性能パラメータ、具体的には吸入圧力、およびエンジンまたは圧縮機の回転速度のみに基づいて制御を実行する。第２の制御サブシステムは、好ましくは、圧縮機の性能パラメータ、具体的には吸入圧力のみに基づいて制御を実行する。第２の制御サブシステムは、例えば、圧縮機の吸入圧力が非常に高い（すなわち、設計から予想される圧力よりもかなり高い）とき、かつ／または、圧縮機の吸入圧力が非常に急速に（すなわち、設計から予想されるよりかなり急速に）変化するときに使用される。これは、例えば、圧縮機の入口におけるガス混合物の組成が予想されるものからかけ離れていることを意味する。これ以外では、第１の制御システムが使用される。したがって、人の介在は必要なくなる。
【００２６】
図２を参照すると、新しい制御システム２００が、回転エンジンによって駆動される回転圧縮機を制御するために構成されている。
【００２７】
制御システム２００は、第１の制御サブシステム２１０と、第２の制御サブシステム２２０と、選択器２３０とを含むことができる。
【００２８】
制御サブシステムは、いくつかのハードウェアといくつかのソフトウェアとの様々な可能な組合せを通じて多くの異なる方法で具現化することができることに留意されたい。例えば、制御システムが単一のＰＬＣによって具現化される場合、制御サブシステムのそれぞれまたはいずれかは、ＰＬＣを走る、いわゆる「ソフトウェアモジュール」、すなわち、特定の目的のために協働する一組のソフトウェアプログラムまたはソフトウェアサブルーチンを通じて具現化することができる。
【００２９】
制御システム２００は、第１の入力２０１と、第２の入力２０２と、第３の入力２０３と、出力２０４とを有する。
【００３０】
第１の制御サブシステム２１０は、回転圧縮機の性能を示す第１の測定信号２１を受け取るように構成された性能入力２１１と、回転圧縮機または回転エンジンの回転速度（通常、これらの２つの回転速度は等しいか、または固定された比である）を示す第２の測定信号２３を受け取るように構成された速度入力２１３と、信号２１および信号２３の関数として第１の制御信号２６を与えるように構成された第１の制御出力２１２とを備える。典型的には、第１の測定信号２１は、回転圧縮機の吸入圧力を示す、あるいは、例えば、圧縮機の吐出圧力、または圧縮機によって処理される正味ガス（質量または体積）流量などの圧縮機の別の性能変数を示す。典型的には、制御信号２６は動力制御信号である、具体的には、速度制御信号（速度とエンジンによって発生させられる動力とが直接関係する場合）である。典型的には、第１の制御信号２６は、信号２１および２３のみの関数である（が、他のパラメータおよび定数の関数でもある）。
【００３１】
第２の制御サブシステム２２０は、回転圧縮機の性能を示す第３の測定信号２２を受け取るように構成された性能入力２２１と、信号２２の関数として第２の制御信号２７を与えるように構成された第２の制御出力２２２とを備える。典型的には、第３の測定信号２２は、回転圧縮機の吸入圧力を示す、あるいは、例えば、圧縮機の吐出圧力、または圧縮機によって処理される正味ガス（質量または体積）流量などの圧縮機の別の性能変数を示す。典型的には、制御信号２７は動力制御信号である、具合的には、速度制御信号（速度とエンジンによって発生させられる動力とが直接関係する場合）である。典型的には、第２の制御信号２７は、信号２２のみの関数である（が、他のパラメータおよび定数の関数でもある）。
【００３２】
以下では、圧縮機の吸入圧力は、前記の一般事項を限定することなく圧縮機の性能変数であるとみなされる。
【００３３】
図２の実施形態では、信号２１および信号２２は、回転圧縮機の吸入圧力を示す同じ信号２０に相当する。
【００３４】
選択器２３０は、第１の制御出力２１２に電気的に接続された第１の入力２３１と、第２の制御出力２２２に電気的に接続された第２の入力２３２と、第３の制御信号２４を回転エンジンの制御入力に与えるように構成された第３の制御出力２３４とを備える。
【００３５】
典型的には、制御信号２４は動力制御信号である、具体的には、速度制御信号（速度とエンジンによって発生させられる動力とが直接関係する場合）である。例えば、エンジンが蒸気タービンの場合、制御信号２４は蒸気弁の開度を示す信号とすることができる、より具体的には、それはこの弁の開度率である。
【００３６】
選択器２３０は、制御出力２３４において与えるべき制御信号２４として、制御信号２６または制御信号２７を選択するように構成される。
【００３７】
入力２１１は、制御システム２００の入力２０１に電気的に接続され、入力２２１は、制御システム２００の入力２０２に電気的に接続され、入力２１３は、制御システム２００の入力２０３に電気的に接続され、出力２３４は、制御システム２００の出力２０４に電気的に接続される。
【００３８】
選択器２３０は、１つまたは複数の所定の選択基準、例えば、少なくとも次の基準
Ａ）吸入圧力測定信号２１と吸入圧力設定点との間の差の絶対値が第１の閾値を超える
Ｂ）吸入圧力測定信号２１と吸入圧力設定点との間の差の微係数の絶対値が第２の閾値を超える
のうちの１つまたは複数の基準に従って、（第１の制御サブシステムから来る入力信号ではなく）第２の制御サブシステムから来る入力信号の選択を実行することができる。
【００３９】
基準Ａは、圧縮機の吸入圧力が非常に高いことを意味する。
【００４０】
基準Ｂは、圧縮機の吸入圧力が非常に急速に変化していることを意味する。
【００４１】
（第２の制御サブシステムから来る入力信号ではなく）第１の制御サブシステムから来る入力信号を選択器２３０に選択させる追加の選択基準は、例えば、少なくとも次の基準
Ｃ）エンジンおよび／または圧縮機の回転速度が下限より低い
Ｄ）エンジンおよび／または圧縮機の回転速度が上限より高い
Ｅ）第１の制御サブシステムがアンチサージ制御に関係する
のうちの１つまたは複数の基準とすることができる。
【００４２】
下限および／または上限が所定の値でないことが好都合であることに留意されたい。例えば、ある時点の回転速度が与えられると、下限は、その時点の速度から、例えば、１または３または１０％差し引いた速度とすることができ、上限は、その時点の速度に、例えば、１または３または１０％加えた速度とすることができる。差し引くパーセントと加えるパーセントは互いに異なってもよい。差し引くパーセントおよび／または加えるパーセントは、例えば、その時点の速度に依存してもよい。
【００４３】
第２の制御サブシステム２２０は、吸入圧力信号２２のみに基づ（くが、他のパラメータおよび定数にも基づ）いて制御信号２７を決定するように構成されたＰＩＤ制御器を備える、またはＰＩＤ制御器に相当することができる。Ｐ項およびＩ項のみを使用することが好ましく、この場合は、制御器はＰＩ制御器と定義することができる。
【００４４】
次に、図４の実施形態、すなわち制御システム４００を検討する。
【００４５】
制御システム４００は、第１の制御サブシステムと、第２の制御サブシステムと、選択器とを備える。第１の制御サブシステムはブロック４０５、４１２、４１４、４１６、および４１８に相当する。第２の制御サブシステムはブロック４０５および４２２に相当する。選択器は選択器４３０に相当する。ブロック４０５は、第１の制御サブシステムと第２の制御サブシステムとの間で共有される。
【００４６】
図４の実施形態の第２の制御サブシステムは、吸入圧力誤差信号４３に基づいて第２の制御信号４８−２を決定するように構成されたＰＩＤ制御器４２２を備える。Ｐ項およびＩ項のみを使用することが好ましく、この場合は、制御器４２２はＰＩ制御器と定義することができる。
【００４７】
図４の実施形態の第２の制御サブシステムは、例えば、減算器４０５によって、吸入圧力誤差信号４３を吸入圧力設定点４１と吸入圧力測定信号４２との間の差として計算するように構成される。
【００４８】
図４の実施形態の第１の制御サブシステムは、例えば、減算器４０５によって、吸入圧力誤差信号４３を吸入圧力設定点４１と吸入圧力測定信号４２との間の差として計算し、例えば、減算器４１６によって、回転速度誤差信号４７を回転速度設定点４５と回転速度測定信号４６との間の差として計算するように構成される。
【００４９】
図４の実施形態の第１の制御サブシステムは、吸入圧力誤差信号４３に基づいて負荷要求４４を決定するように構成された負荷制御器４１２を備える。制御器４１２はＰＩＤ制御器であることが好都合である。
【００５０】
図４の実施形態の第１の制御サブシステムは、負荷要求４４に基づいて回転速度設定点４５を決定するように構成された変換器４１４を備える。
【００５１】
変換器４１４は、具体的には、スプリット変換器であり、回転速度設定点４５およびアンチサージ制御信号９３を二者択一的に与えるように構成される。変換器４１４は、圧縮機作動状態に応じて、より具体的には、圧縮機包絡マップ（例えば、圧力比対吸入体積流量）上の圧縮機作動点に応じてどちらかの信号を与えるように選ぶことができる。
【００５２】
図４の実施形態の第１の制御サブシステムは、速度誤差信号４７に基づいて第１の制御信号４８−１を決定するように構成された調速機４１８を備える。調速機４１８はＰＩＤ制御器であることが好都合である。典型的には、調速機４１８は、エンジンおよび／または圧縮機の最高許容回転速度および／または最低許容回転速度を認識している。
【００５３】
選択器４３０は、第１の制御入力４８−１および第２の制御入力４８−２を受け取って第３の制御信号４９を回転エンジンの動力制御入力に与えるように構成される。選択器４３０は、１つまたは複数の所定の選択基準、例えば、選択器２３０に関して前述した基準Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥのうちの１つまたは複数の基準に従って入力信号の選択を実行することができる。
【００５４】
図４の実施形態４００、および後で説明する図５の実施形態５００は両方とも、アンチサージ制御サブシステムを備える。
【００５５】
アンチサージ制御サブシステムは、制御器９０２と選択器９０４とを備える。
【００５６】
制御器９０２は、一組のパラメータ９１に基づいてアンチサージ制御信号９２を決定する。このパラメータの組は、具体的には、圧縮機の入口における圧力および温度と、圧縮機の出口における圧力および温度と、圧縮機によって処理される体積流量とを含む。このような制御器は、公知の方法でアンチサージ制御信号を決定することができる。
【００５７】
選択器９０４は、アンチサージ制御信号９２および別のアンチサージ制御信号９３を受け取り、そのうちの一方をアンチサージ制御信号９４として選択して、圧縮機のアンチサージ弁に与えられるように構成される。制御信号９４は、アンチサージ弁の開度、より具体的には、開度率を示す信号とすることができる。選択器９０４は、例えば、より高い値を有するアンチサージ制御信号を選択することができる。
【００５８】
図４の実施形態では、アンチサージ制御信号９３はスプリット変換器４１４によって与えられる。
【００５９】
図５の実施形態では、アンチサージ制御信号９３はスプリット変換器５１４によって与えられる。
【００６０】
図５の実施形態５００は、減算器５１６が、速度誤差信号５７を回転速度設定点５５と（測定信号ではなく）修正信号５６Ｃとの間の差として決定するという点でのみ図４の実施形態４００と異なる。図４と図５との間の類似性は明らかであり、同様な参照符号は、実施形態の同様／同一の構成部品に関係付けられる。
【００６１】
修正信号５６Ｃは、制御システム５００によって制御される回転圧縮機または回転エンジンの回転速度を示す速度測定信号５６を修正することから得られる。
【００６２】
信号５６Ｃの決定は修正器５１７によって実行される。
【００６３】
公知のように、圧縮機の「修正速度」は、圧縮機によって処理される実際のガス流量において圧縮機性能マップから計算される圧力比が、圧縮機によって与えられた実際の圧力比に等しいときの速度である。
【００６４】
圧縮機の入口におけるガス混合物の実際の状態が、圧縮機の入口におけるガス混合物の設計条件に等しい場合に、「修正速度」は実際の速度（すなわち、測定された速度）に等しい。
【００６５】
修正器５１７は、測定された速度５６および一組のパラメータ９１に基づいて修正速度５６Ｃを決定する。このパラメータの組は、具体的には、圧縮機の入口における圧力および温度と、圧縮機の出口における圧力および温度と、圧縮機によって処理される体積流量とを含む。
【００６６】
図５の場合、この実施形態では、同じパラメータの組がブロック９０２およびブロック５１７に入力されることに留意されたい。
【００６７】
圧縮機に対する修正速度５６Ｃを、以下のように計算することが好都合である。
【００６８】
修正回転速度は次の式から得られる。
【００６９】
【数１】
2019070383.tif 000003
ここで、ｕ２，ｃｏｒｒは圧縮機のインペラの出口部における修正周速度、Ｄ２はインペラの幾何学的パラメータ（外径）である。
【００７０】
修正周速度は次の式から得られる。
【００７１】
【数２】
2019070383.tif 000004
ここで、ＨＰはポリトロープヘッド、Ψは無次元ポリトロープヘッドである。
【００７２】
ポリトロープヘッドは次の式から得られる。
【００７３】
【数３】
2019070383.tif 000005
ここで、ηは、圧縮機マップによって無次元体積流量φおよびマッハ数Ｍｕの関数として与えられる圧縮機のポリトロープ効率、ｒは圧縮機の実際の圧力比、すなわち、圧縮機の出口におけるガス圧力と圧縮機の入口におけるガス圧力との比
【００７４】
【数４】
2019070383.tif 000006
、κは圧縮機の入口におけるガスの定圧比熱と圧縮機の入口におけるガスの定容比熱との比
【００７５】
【数５】
2019070383.tif 000007
、Ｚ１は圧縮機入口におけるガスの圧縮係数、Ｒは圧縮機によって処理されるガスの比定数、Ｔ１は圧縮機入口におけるガスの温度である。
【００７６】
無次元体積流量は次の式から得られる。
【００７７】
【数６】
2019070383.tif 000008
ここで、ｍは圧縮機によって処理されるガスの質量流量、ρ１は圧縮機の入口状態でのガスの密度、ＡＣはガス流路面積、ｕ２は圧縮機のインペラの出口部における周速度（すなわち、
【００７８】
【数７】
2019070383.tif 000009
、ここで、ωは圧縮機の実際の回転速度）、ＤＭは圧縮機のインペラの幾何学的パラメータ（インペラ類の直径）である。無次元体積流量の上の式は、圧縮機によって処理されるガスの体積流量Ｑの成分を含むことに留意されたい。
【００７９】
マッハ数は次の式から得られる。
【００８０】
【数８】
2019070383.tif 000010
ここで、ｃは
【００８１】
【数９】
2019070383.tif 000011
として計算される音速である。
【００８２】
無次元ポリトロープヘッドは次の式から得られる。
【００８３】
【数１０】
2019070383.tif 000012
比ガス定数は次の式から得られる。
【００８４】
【数１１】
2019070383.tif 000013
ここで、
【００８５】
【数１２】
2019070383.tif 000014
はガス定数（８．３１４Ｊ・Ｋ−１・ｍｏｌ−１）、ＭＷは圧縮機によって処理されるガスの分子量である。
【００８６】
圧縮機によって処理されるガスの分子量は、次の式によって圧縮機性能マップから見積もることができる。
【００８７】
【数１３】
2019070383.tif 000015
図３は、改善された合成プラントのいくつかの実施形態、具合的には、改善されたアンモニア合成プラントに適用可能な全体的なブロック図を示す。
【００８８】
プラント１０００は、回転圧縮機３５０と、回転圧縮機３５０を駆動する回転エンジン３６０と、制御システム３００とを備える。
【００８９】
制御システム３００は、例えば、図２に示したような、第１の制御サブシステムおよび第２の制御サブシステムを備えるタイプのシステムである。
【００９０】
図３の実施形態では、回転エンジン３６０のシャフト３６１は、回転圧縮機３５０のシャフト３５１に直接機械的に接続されている。
【００９１】
圧縮機３５０は、圧縮されていないガス混合物流れ３８を受け入れるための入口３５２と、圧縮されたガス混合物流れ３９を供給するための出口３５３とを有する。
【００９２】
制御システム３００は、吸入圧力測定信号３１を受け取るための第１の入力３０１と、回転速度測定信号３２を受け取るための第２の入力３０２と、動力制御信号３４を与えるための出力３０４とを有する。
【００９３】
出力３０４は、エンジン３６０の動力制御入力である入力３６２に電気的に接続される。典型的には、動力を変えることによって、回転速度も変わり、したがって、エンジン３６０は可変速度回転エンジンである。
【００９４】
圧縮されていないガス混合物流れ３８を監視するように配置および構成され、入力３０１に電気的に接続された圧力センサ３８１がある。
【００９５】
シャフト３５１を監視するように配置および構成され、入力３０２に電気的に接続された回転速度センサ３８２がある。
【００９６】
エンジン３６０は蒸気タービンが好都合である。あるいは、例えば、ガスタービン、または電動機などの（可変速）モータであってもよい。蒸気タービンの使用は、合成プラントでは熱を発生するので好都合であり、蒸気タービンによって、この発生した熱のいくらかを有用な目的に再生利用することができる、すなわち圧縮機を回転させることができる。
【００９７】
合成プラント１０００は１つまたは複数のさらなる圧縮機を備えることがある。例えば、２つの圧縮機が直列に流体接続されて、同じ制御信号を通じて、または同じ測定信号を通じて同じ制御システム３００によって制御することができる。
【００９８】
圧縮機３５０の上流には、装置３７０、例えば、改質器（具体的には、凝縮改質器）がある。図３の実施形態では、装置３７０の出口３７１は、圧縮機３５０の入口３５２に直接流体接続されている。
【００９９】
装置３７０の存在によって、ガス混合物３８はときどきその組成を変えることがあることに留意されたい。これは、装置３７０が凝縮改質器の場合には特にあてはまる。
【０１００】
合成プラント１０００は、アンモニア製造のためのプラントが好都合である。合成プラント１０００がランセンスを受けてＫＢＲアンモニアプロセスを実施する場合、凝縮改質器を含む清浄器装置は、典型的には、合成ガス圧縮機装置の上流に配置される。清浄器装置は、出力のガス混合物の組成を一定に保つように構成されるが、本明細書で説明され、示され、かつ特許請求される新しい２サブシステム制御システムの実施形態を含むように合成プラント１０００が作られていなければ、またはそのように改良されていなければ、このことはある程度そうであるに過ぎず、プラントのいかなる作動条件に対しても常にそうなるとは限らない。
【０１０１】
いわゆる「合成ガス」の圧縮は、いくつかの合成プロセスにおいて、例えば、アンモニア、メタノールなどを合成するために使用することができることに留意されたい。
【０１０２】
図６は、例えば、図３の蒸気タービン３６０などの回転エンジンによって駆動される、例えば、図３の圧縮機３５０などの回転圧縮機を制御する方法の実施形態のフロー図６００を示す。
【０１０３】
ブロック６０１は、制御プロセスの開始に相当する。
【０１０４】
ブロック６０８は、制御プロセスの終了に相当する。
【０１０５】
６０２から６０７までのブロックに相当する動作は周期的に繰り返される。
【０１０６】
ブロック６０２は、回転圧縮機の性能を示す回転圧縮機のパラメータを測定するステップに相当し、例えば、図３の実施形態では、センサ３８１が圧縮機３５０の吸入圧力を測定する。
【０１０７】
ブロック６０３は、回転圧縮機または回転エンジンの回転速度を測定するステップに相当し、例えば、図３の実施形態では、センサ３８２が、蒸気タービン３６０のシャフト３６１および圧縮機３５０のシャフト３５１の両方である単一のシャフトの回転速度を測定する。
【０１０８】
ブロック６０４は、性能パラメータおよび回転速度の関数として第１の制御信号を発生させるステップに相当し、例えば、図３の実施形態では、この動作は、制御システム３００によって内部的に実行される（例えば、図２参照のこと）。
【０１０９】
ブロック６０５は、性能パラメータの関数として第２の制御信号を発生させるステップに相当し、例えば、図３の実施形態では、この動作は、制御システム３００によって内部的に実行される（例えば、図２参照のこと）。
【０１１０】
ブロック６０６は、第１の制御信号と第２の制御信号との間で選択することによって第３の制御信号を発生させるステップに相当し、例えば、図３の実施形態では、この動作は、制御システム３００によって内部的に実行される（例えば、図２参照のこと）。
【０１１１】
ブロック６０７は、第３の制御信号を回転エンジンの制御入力端子に与えるステップに相当し、例えば、図３の実施形態では、この動作は、制御システム３００の出力端子３０４を蒸気タービン３６０の制御端子３６２に電気的に接続するステップに相当する。
【０１１２】
前述したように、第２の制御信号は、少なくとも次の基準
−  前記第１の測定信号と性能設定点との間の差の絶対値が第１の閾値を超える
−  前記第１の測定信号と性能設定点との間の差の微係数の絶対値が第２の閾値を超える
のうちの１つまたは複数の基準に基づいて選択することができる。
【０１１３】
新奇で独創的な制御方法の他の好都合な機能は、新奇で独創的な制御システムの好都合な構成部品に対応する。
【符号の説明】
【０１１４】
２０  信号
２１  第１の測定信号
２２  第３の測定信号
２３  第２の測定信号
２４  第３の制御信号
２６  第１の制御信号
２７  第２の制御信号
３１  吸入圧力測定信号
３２  回転速度測定信号
３４  動力制御信号
３８  圧縮されていないガス混合物
３９  圧縮されたガス混合物
４１  性能設定点
４２  第３の測定信号
４３  性能誤差信号
４４  負荷要求
４５  回転速度設定点
４６  第２の測定信号
４７  速度誤差信号
４８−１  第１の制御信号
４８−２  第２の制御信号
４９  第３の制御信号
５１  性能設定点
５２  第３の測定信号
５３  性能誤差信号
５４  負荷要求
５５  回転速度設定点
５６  第２の測定信号
５６Ｃ  修正信号
５７  速度誤差信号
５８−１  第１の制御信号
９１  一組のパラメータ
９２  アンチサージ制御信号
９３  アンチサージ制御信号
９４  アンチサージ制御信号
１００  システム
１０１  吸入圧力
１０２  ブロック
１０３  負荷要求
１０４  ブロック
１０５  速度設定点
１０６  ブロック
１０７  回転速度
１０８  制御信号
２００  制御システム
２０１  第１の入力
２０２  第２の入力
２０３  第３の入力
２０４  出力
２１０  第１の制御サブシステム
２１１  性能入力
２１２  第１の制御出力
２１３  速度入力
２２０  第２の制御サブシステム
２２１  性能入力
２２２  第２の制御出力
２３０  選択器
２３１  第１の入力
２３２  第２の入力
２３４  第３の制御出力
３００  制御システム
３０１  第１の入力
３０２  第２の入力
３０４  出力
３５０  回転圧縮機
３５１  シャフト
３５２  入口
３５３  出口
３６０  回転エンジン
３６１  シャフト
３６２  入力
３７０  改質器
３７１  出口
３８１  圧力センサ
３８２  回転速度センサ
４０５  減算器
４１２  負荷制御器
４１４  変換器
４１６  減算器
４１８  調速機
４２２  ＰＩＤ制御器
４３０  選択器
５００  制御システム
５１２  負荷制御器
５１４  変換器
５１６  減算器
５１７  修正器
５１８  調速機
５２２  ＰＩＤ制御器
６００  方法
６０１  開始
６０２  ステップ
６０３  ステップ
６０４  ステップ
６０５  ステップ
６０６  ステップ
６０７  ステップ
６０８  終了
９０２  制御器
９０４  選択器
１０００  合成プラント
【図１】
2019070383.tif 000016
【図２】
2019070383.tif 000017
【図３】
2019070383.tif 000018
【図４】
2019070383.tif 000019
【図５】
2019070383.tif 000020
【図６】
2019070383.tif 000021
【外国語明細書】
2019070383000001.pdf