(57)【要約】  例えば、エチレン製造装置又は他の用途における圧縮機内のファウリング形成程度を特定するシステム及び方法を提供する。圧縮機の動作に関連のあるデータが収集される。収集したデータに基づいて、圧縮機のポリトロープ効率が算出される。推定ポリトロープ効率は、推定値がファウリング程度のより適切な指標となるように正規化される。【選択図】図２
2014534370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機内のファイリング形成程度を特定する方法であって、
前記圧縮機の動作に関連のあるデータを収集し、
前記収集したデータを利用して、前記圧縮機の一つ以上のステージのポリトロープ効率を推定し、
前記推定ポリトロープ効率を正規化し、
前記正規化された推定ポリトロープ効率に基づいて、前記圧縮機内のファウリング形成程度を特定することを含む方法。
【請求項２】
前記データを収集するステップは、複数の異なるステージの圧力、温度、及びガス密度に関連のあるデータを圧縮機又は圧縮機トレインから取得することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリトロープ効率ηを推定するステップは、理想ガス状態について、
η＝（ｋ−１）／ｋ＊ｌｎ（Ｐ２／Ｐ１）／ｌｎ（Ｔ２／Ｔ１）
上式において、ｋは、定圧比熱と定積比熱の比、Ｔ１及びＴ２は、それぞれ吸込温度及び吐出温度、Ｐ１及びＰ２は、それぞれ吸込圧力及び吐出圧力である式を計算するか、又は、非理想ガス状態についての上式の変形式を計算することを更に含む、請求項１〜２に記載の方法。
【請求項４】
ｋの値は、ガスクロマトグラフを利用して、圧縮機の特定のステージから直接測定される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
Ｐ１及びＰ２の値は、圧力計を利用して、圧縮機の吸込区画及び吐出区画から直接測定される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
Ｔ１及びＴ２の値は、温度計を利用して、圧縮機の吸込区画及び吐出区画から直接測定される、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
ｋの値は、前記収集したデータから取得される測定ガス密度に基づいて推定される、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
圧縮機内の少なくとも一つのステージからガス密度を測定する光センサを設けることを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
圧縮機内のファウリング形成程度を特定するシステムであって、
前記圧縮機の動作に関連のあるデータを収集するように構成されたインターフェースと、
前記収集したデータを利用して、前記圧縮機の少なくとも一つのステージのポリトロープ効率を推定し、前記推定ポリトロープ効率を正規化し、前記正規化された推定ポリトロープ効率に基づいて、前記圧縮機内のファウリング形成程度を特定するように構成されたプロセッサとを含むシステム。
【請求項１０】
チャージガス圧縮機トレインのポリトロープ効率を特定するチャージガス圧縮機監視システムにおいて、前記チャージガス圧縮機トレインは、直列に流体接続された複数の圧縮機ステージと、隣接する圧縮機ステージ間に配置されたステージ間冷却器とを有し、前記チャージガス圧縮器監視システムは、
各検出モジュールが各圧縮機ステージの入口又は出口に隣接して配置される複数の光学式検出モジュールであって、各検出モジュールは、ハウジング内に配置されて、対応する圧縮機ステージについての動作パラメータを測定する少なくとも一つのファイバブラッググレーティングセンサを含み、前記ファイバブラッググレーティングセンサは、それぞれ温度、圧力、ガス密度、流量、又は力学的事象に反応するように機能設定される、光学式検出モジュールと、
前記光学式検出モジュールに動作接続された制御装置であって、各圧縮機ステージに対応する推定ポリトロープ効率を特定し、且つ各圧縮機ステージに対応する正規化されたポリトロープ効率の指標を出力するプロセッサを含む制御装置とを含む、チャージガス圧縮機監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して圧縮機内のファウリングを特定するシステム及び方法に関し、具体的には、動作中の一つ以上の圧縮機ステージのファウリングレベルを特定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、エチレン製造装置において、ファウリングは、チャージガス圧縮機の性能を大幅に制限して、ステージ間冷却器ひいてはエチレン製造装置全体の動作に影響を与え得る現象である。全般的に、ファウリングは、圧縮機内の圧力及び温度の組み合わせにより、圧縮機内部の様々な表面に材料が堆積し得る各種の圧縮機用途において生じる可能性がある。したがって、エチレン製造プラントは、本明細書において説明のための例示として記載される。
【０００３】
エチレン製造プラントにおいて使用される分解ガス圧縮機は、４０ＭＷから９０ＭＷの範囲の吸収電力を有する非常に大容量の遠心圧縮機である。これらの圧縮機は、設計、製造、及び動作に多くの特異的特性があり得、他の用途にはほとんど適合しないという問題がある。現在、プロセス要件により、この機械の設計及び動作に新たな進歩及び手法をもたらすことが強いられている。ほとんどの進歩は、完全な抑制ではなくてもファウリング現象を削減することを目標としている。分解ガス圧縮機の設計段階で行われる選択及び動作慣例は、後に圧縮機のファウリング率、ひいてはプラント全体の運用性に大きな影響を与える。
【０００４】
エチレンプラントの分解ガス圧縮機のファウリングは、通常、重合反応によって形成される有機物質の堆積によって引き起こされる。重合反応は、熱によって開始されて、過酸化物、及び鉄イオン等の微量金属粒子による触媒作用を受ける。これらの慣性及び重量により、重合鎖は、プロセスガス圧縮機内を流動しながら、金属製の内部表面に張り付いて堆積物となり、チャンネルの空気力学を変化させてロータ部品に干渉し、更には、重合された有機物質の堆積物の脱水素化現象によって形成されたコークス様硬質材料によって腐食問題を生じる。重合速度は、酸素及び微量金属が存在することによって増大し、主としてガスの温度による影響を受ける。したがって、圧縮効率が低下すると、結果的に出口温度が上昇し、この上昇によりファウリング率が更に増大する。
【０００５】
最終的な結果として、ポリトロープ効率が低減し、処理量の低下及び吸気圧力の上昇が生じ、その後、炉内圧力が所望の値よりも高くなる。このことは、折り返し時間間隔に対する選択性及び調整に影響を与えるため、運用コストを大幅に上昇させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許公開特許第２００８／００２７６１６号明細書
【発明の概要】
【０００７】
したがって、圧縮機内でファウリングのレベルを高速且つ精密に特定でき、その情報を利用して、例えば、状態に基づいたファウリング防止点検を圧縮機に提供できることが求められている。
【０００８】
本発明の一態様によれば、圧縮機内のファウリング形成程度を特定する方法は、圧縮機の動作に関連のあるデータを収集するステップと、収集したデータを利用して、圧縮機の少なくとも一つのステージのポリトロープ効率を推定するステップと、推定ポリトロープ効率を正規化するステップと、正規化された推定ポリトロープ効率に基づいて、圧縮機内のファウリング形成程度を特定するステップとを含む。
【０００９】
他の実施形態によれば、圧縮機内のファウリング形成程度を特定するシステムは、圧縮機の動作に関連のあるデータを収集するように構成されたインターフェースと、プロセッサとを含み、前記プロセッサは、収集したデータを利用して、圧縮機の少なくとも一つのステージのポリトロープ効率を推定し、推定ポリトロープ効率を正規化し、正規化された推定ポリトロープ効率に基づいて、圧縮機内のファウリング形成程度を特定するように構成される。
【００１０】
他の実施形態によれば、チャージガス圧縮機トレインのポリトロープ効率を特定するチャージガス圧縮機監視システムにおいて、チャージガス圧縮機トレインは、直列に流体接続された複数の圧縮機ステージと、隣接する圧縮機ステージ間に配置されたステージ間冷却器とを有し、前記チャージガス圧縮機監視システムは、複数の光学式検出モジュールを含み、前記検出モジュールは、各圧縮機ステージの入口又は出口に隣接してそれぞれ配置され、各検出モジュールは、ハウジング内に配置されて、対応する圧縮機ステージの動作パラメータを測定する少なくとも一つのファイバブラッググレーティングセンサを含み、各ファイバブラッググレーティングセンサは、温度、圧力、ガス密度、流量、又は力学現象に反応するように機能設定される。前記チャージガス圧縮機監視システムは、前記光学式検出モジュールに動作接続された制御装置を更に含み、前記制御装置は、各圧縮機ステージに対応する推定ポリトロープ効率を特定して、各圧縮機ステージに対応する正規化ポリトロープ効率の指標を出力するプロセッサを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の前述した特徴及び他の特徴、並びにその利点は、下記において例として記載する本発明の実施形態において、付属の図面を参照しながら具体的に説明される。図面は次のとおりである。
【図１】一実施形態に係る圧縮機のファウリング程度を特定する方法を表すフローチャートである。
【図２】一実施形態に係る圧縮機のファウリング程度を特定するシステの模式図である。
【図３】一実施形態に係るチャージガス圧縮機監視システムの模式図である。
【図４（ａ）】センサモジュールの一実施形態を示す図である。
【図４（ｂ）】センサモジュールの他の例示的実施形態を示す図である。
【図４（ｃ）】図４（ｂ）の実施形態に対応する波長を示す図である。
【図５（ａ）】一実施形態に係る、ｋ及びガスの分子量の関係を示すグラフである。
【図５（ｂ）】一実施形態に係る、ｋ及びガスの分子量の関係を示すグラフである。
【図６（ａ）】一実施形態に係る推定ポリトロープ効率の正規化処理を示すグラフである。
【図６（ｂ）】一実施形態に係る推定ポリトロープ効率の正規化処理を示すグラフである。
【図７】一実施形態に係る監視システムの一部を示す模式図である。
【００１２】
全ての図面は模式化されており、原寸に比例したものではないことに留意されたい。図の各部の相対寸法及び比率は、図面の明瞭化及び便宜上の理由によりそのサイズが誇張又は縮小されて図示されている。同じ参照番号は、概して、異なる実施形態における対応する特徴物又は同様の特徴物を表すために用いられる。したがって、図面及び説明は、本質的に例示として見なされるべきであり、限定するためのものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
例示的実施形態についての下記の詳細な説明では、付属の図面が参照される。異なる図面における同一参照番号は、同一又は同様の要素を表す。また、下記の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、付属の請求項によって定義される。
【００１４】
明細書全体を通じて、「一実施形態」又は「実施形態」についての言及は、実施形態に関連して記載された特定の特性、構造、又は特徴が、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、明細書全体の様々な個所に現れる「一実施形態において」又は「実施形態において」という表現は、必ずしも全てが同一の実施形態を表すわけではない。また、特定の特性、構造、又は特徴は、一つ以上の実施形態において任意の適切な方式で組み合わされてよい。
【００１５】
本明細書に記載する実施形態によれば、圧縮機のファウリング形成レベルを特定する統合的手法が提供され、この情報を利用して、例えば、圧縮機の性能に影響する各種の状況についての知見に基づいたファウリング制御を実現できる。一実施形態に係る、圧縮機の一つ以上のステージにおけるファウリングレベルを特定する概括的方法を図１のフローチャートに示す。本実施形態において、圧縮機の動作に関連のある各種のデータがステップ１００において収集され、例えば、動作速度、プロセスガスの流量、圧力、温度、及びガス組成等のパラメータに関するデータが収集される。ステップ１０２において、収集されたデータを用いて、圧縮機に関連のある一つ以上のポリトロープ効率値を推定する。ステップ１０４において、推定ポリトロープ効率値を正規化して、例えば、ファウリング以外の性能変動の影響を除外する。次に、ステップ１０６において、正規化されたポリトロープ効率値を出力する。出力しない場合は、正規化されたポリトロープ値を利用して、対応する圧縮機若しく圧縮機のステージのファウリング程度を特定又は提示する。図１に示した各ステップについて、次に、各種の実施形態に従ってより詳細に説明する。
データ収集（ステップ１００）
図２に、データが実地監視（ＯＳＭ：Ｏｎ−Ｓｉｔｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）システム２００によって収集される概括的実施形態を示す。本実施形態において、ＯＳＭシステム２００によって収集されるデータは、例えば、（一つ以上の）圧縮機ステージ（この例については図３を参照して後述）から手動及び／又は自動で収集された圧縮機データ２０２、プロセスデータ２０３、静的データ２０４及び動的データ２０６を含んでよい。圧縮機データ２０２は、例えば、圧縮機の振動に関するデータ、及び性能に関与し得る他の機械の機械的要因を含むことができる。ＯＳＭ２００によって（一つ以上の）圧縮機ステージから収集されるプロセスデータ２０３は、例えば、プロセスガスの流量に関するデータ、ガス組成に関するデータ（例えば、プロセスガスの分子量）、（一つ以上の）圧縮機ステージ内の各種のポイントにおけるプロセスガスの圧力に関するデータ、及び／又は（一つ以上の）圧縮機ステージのうちの各種ステージにおけるプロセスガスの温度に関するデータを含むことができる。静的データ２０４は、（一つ以上の）圧縮機ステージの動作に応じて変動することがないデータ、例えば、特定の（一つ以上の）圧縮機ステージに関連のある性能曲線を含むことができ、このデータは、例えば、エチレン製造プラント又は他の用途において実際に稼働される前、例えば、（一つ以上の）圧縮機ステージの検査中に収集されたものである。動的データ２０６は、（一つ以上の）圧縮機ステージの動作に応じて変動し得る、プロセスデータ以外のデータを含むことができ、このデータとしては、例えば、圧縮機の速度（トレイン速度）及び／又はバルブ状態（開／閉）に関するデータが挙げられる。
【００１６】
既に説明したように、圧縮機又は一つ以上の圧縮機ステージのファウリング程度を特定することに利用できるデータは、手動で収集されても、自動的に収集されても、又は、手動プロセスと自動プロセスを組み合わせて収集されてもよい。図１の実施形態のステップ１０２において推定された圧縮機のポリトロープ効率は、主に、分解ガス密度、流量、吸込／吐出温度、吸込／吐出圧力、及びファウリング深刻度に応じて変化する。したがって、圧縮機内に温度センサ、圧力センサ、及び流量センサを配置して、各センサのパラメータ値の指標を提示する。この値を手動で特定して記録し、ポリトロープ効率を推定する後の用途に提供してもよい。また、利用可能であれば、ステップ１００は、ガスクロマトグラフ又は同様の装置を利用して圧縮機内のガス組成に関するデータを収集することによって（部分的に）実行されてもよい。これに代えて、一つ以上の自動データ収集システム及びセンサを利用して、一つ以上のパラメータの測定（及びそのデータの収集）を行ってもよい。次に、プロセスデータを収集する自動システムの例について、図３を参照しながら説明する。
【００１７】
図３を参照すると、例示的自動監視システム３００の模式図が示されており、このシステム３００は、例えば、エチレン処理装置や、例えば、分解ガス又はプロピレンの製造等の他の用途に利用される圧縮機のポリトロープ効率の利用可能なパラメータに関するデータを監視及び収集する。図３には、ステージ１からステージ５までを有する５ステージ圧縮機システム３０２が図示され、これについて下記で説明するが、本明細書に記載した概念及びシステムと組み合わせて任意の数のステージを利用できることは、当業者であれば理解されよう。したがって、図３において、圧縮機３０２は、各ステージが直列に流体接続された複数の圧縮機ステージ３０４を有する圧縮機トレインである。左（吸込）側から入って各ステージ３０４で処理されるプロセスガスの圧縮により、プロセスガスの温度が上昇するため、各圧縮機ステージ間（１−２，２−３，３−４，４−５）にステージ間冷却器３０６を配置して、ガスがステージ間を移動するときにガスの温度を実質的に一定に維持することで、プロセス全体を略断熱性にする。
【００１８】
圧縮機３０２の各ステージ３０４は、動作状態が悪化していくため、各ステージで圧縮機３０２の動作状態をリアルタイムで監視することが重要になり得る。ただし、本発明は、圧縮機３０２の各ステージ３０４を監視すること（各ステージ３０４からプロセスデータを収集すること）に限定されず、これに代えて一つ以上のステージを監視することもできる。いずれにしても、この純粋に説明のための例示的実施形態によれば、圧縮機監視システム３００は、圧縮機の各ステージに関する動作パラメータを監視して、後述するように、各ステージのポリトロープ効率の推定に利用できるデータを収集するように構成される。
【００１９】
複数の検出モジュール３０８をガス流内又はガス流の近くに配置して、動作状態、又は近くを通るガスのパラメータを測定する。具体的に、但し純粋に例示的実施形態として述べると、センサモジュール３０８を圧縮機トレインに沿って配置して、各圧縮機ステージ３０４の入口（吸込部）及び出口（吐出部）における動作パラメータを測定することができる。本実施形態に係る各検出モジュール３０８は、後述するように、少なくとも一つのファイバブラッググレーティングセンサを含むが、前述したように他のタイプのセンサを代用できることは理解されよう。各検出モジュール３０８は、例えば、接続箱又は他の介在ノードを介してＯＳＭ２００に動作接続され、そこで各検出モジュール３０８からの信号が受信される。ＯＳＭ２００によって取得されたデータは、次に、圧縮機３０２の各ステージ３０４のファウリングレベルを特定するために、下記で説明するように処理される。
【００２０】
前述したように本例示的圧縮機監視システム３００は、ファイバブラッググレーティングに基づく（ＦＢＧベースの）検出モジュール３０８を含み、このモジュールを用いて、ガスチャージ圧縮機トレインの所定の動作パラメータを監視することができる。複数の検出モジュールによって、圧縮機３０２の各圧縮機ステージの入力部及び出力部に設けられた複数のセンサから複数のデータ（例えば、温度、圧力、フロー、ガス組成、振動等）を同時に検出できる。各センサ又は検出モジュールは、少なくとも一つの状態を監視するように構成され、前記状態は、温度、圧力、流量、ガス密度、熱力学事象、及び機械力学事象を含むがこれらには限定されない。検出モジュール３０８は、例えば、イーサネット、光ファイバケーブル、アナログ送信機、又は無線によってＯＳＭ２００と相互接続される。
【００２１】
各種の検出モジュール３０８を利用して、複数ステージ圧縮機３０２の各ステージにおいて一つ以上の動作状態を監視することができる。特に、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサ等の光ファイバセンサは、センサモジュールに内蔵されて、所定の圧縮機パラメータが測定されるべき各位置に設置される。ＦＢＧベースの検出モジュールは、パッケージ化されると共に、特定の外部パラメータ又は異なる複数種類の外部パラメータに反応するように機能設定される。例えば、一実施形態において、ＦＢＧベースの検出モジュールは、温度、圧力、及び流量を同時に測定できる多機能物理的検出モジュールである。このＦＢＧベースの検出モジュールは、ボルトのような構造体内にパッケージ化される。他の実施形態において、ＦＢＧベースの検出モジュールは、多機能化学的ガス検出用に構成されて、ガスの密度、温度、及び流量を同時に測定することができる。この検出モジュールは、熱コンデンサのようなパッケージ内に封止された熱的に機能するＦＢＧベースのセンサで構成される。ガス密度は、圧縮されたガスが熱コンデンサセル内を流れるときに検出され、このセルが、ＦＢＧベースの熱センサによって測定される。各光ファイバセンサの相対波長シフトは、圧縮機のポリトロープ効率に関連のある、等価ガス分子量に相関されて変換される。これらの各検出モジュールは、定常状態モード又は動的状態モードのいずれにおいても動作できる。
【００２２】
図４（ａ）に、ＦＢＧセンサモジュール３０８の例示的実施形態を示すが、他の構成も利用可能であることは理解されるであろう。センサモジュール３０８は、ボルト締め若しくは他の方式で圧縮機又はパイプ壁面４００に取り付けられ、少なくともその一部が圧縮機３０２を通るガスフローの流れの中に延びる。センサモジュール３０８は、モジュールの長さ方向に沿って延びる光ファイバ４０２を含み、光は、この光ファイバ４０２に沿って接続箱に送受信される。光ファイバ４０２は、炭化水素を含むガスに対して実質的に不活性である二酸化シリコン材料で形成することができる。センサモジュール３０８は、単一の光ファイバ４０２上に形成された複数のファイバブラッググレーティングセンサ４０４を含んでよい。図示した実施形態において、センサモジュール３０８は、第１ファイバブラッググレーティングセンサ４０４ａ、第２ファイバブラッググレーティングセンサ４０４ｂ、並びに２つのＦＢＧセンサペアの組を形成する第３及び第４ファイバブラッググレーティングセンサ４０４ｃを含む。これらのセンサの一つは、圧力又は温度に利用される。２つを組み合わせて、流量及び温度を測定することができる。例えば、４０４ｃは、２つのＦＢＧセンサペアを備えてよく、このペアは、図４（ｂ）に示すように偏向ビームの反対側に連結される。流動誘起力は、ビームを曲げて、前面側のＦＢＧ２センサに引張り歪み、後方側のＦＢＧ１センサに圧縮歪みをもたらす。図４（ｃ）に示すように、中心波形λｃ（ｔ）は温度に比例する。２つのＦＢＧセンサ間の差異は、ガス流量を基準に直接較正することができる。例示したセンサモジュール３０８には４つのセンサ４０４のみが示されているが、光ファイバ４０２の長さ方向に沿って任意の数のセンサを配置できることは、当業者であれば理解されよう。
【００２３】
各センサ４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃは、光ファイバ４０２上に形成されたファイバブラッググレーティング部を含み、また、各センサ４０４ａ，４０４ｂ、４０４ｃは、光ファイバ４０２を通るピーク波長のうち、他のセンサのピーク波長と異なる固有のピーク波長を反射するように構成される。図示した実施形態において、第１センサ４０４ａは、局部温度を測定するように構成され、第２センサ４０４ｂは、局部圧力を測定するように構成され、第３及び第４センサペア４０４ｃは、局部流量を測定するように構成される。光ファイバ４０２及びファイバブラッググレーティングセンサ４０４は、壁面４００に固定されたハウジング４０６内に配置される。センサモジュール３０８は、接続箱（図示せず）に動作接続され、接続箱は、光ファイバ４０２から各ファイバブラッググレーティングセンサ４０４に光を供給するように構成されると共に、ファイバブラッググレーティングセンサ４０４から反射された光を受け取るように構成される。測定対象である特定の動作パラメータは、反射して接続箱に戻される光の波長のピークを変化させるか、又はファイバブラッググレーティングセンサによって生成される波長をシフトさせる。図４（ａ）又は図４（ｂ）に示したセンサモジュール３０８は、局部振動量を測定する追加のセンサを含んでもよい。この場合、センサモジュール３０８内の４つのセンサからの信号は、圧縮機、ロータ、又はブレードの動的応答、及びサージ状態に関わりのある高周波成分を含んでもよい。
ポリトロープ効率の推定（ステップ１０２）
データが収集される方式、例えば、手動及び／又は自動（例えば、図３〜図４のシステムを利用）のいずれであるかに関わらず、図１の方法において、圧縮機のファウリングレベルを特定する次のステップは、一つ以上（又は全て）のステージ３０４のポリトロープ効率を特定又は推定するステップである。本例では、判り易くするために、ポリトロープ効率の計算は、完全なガス状態が存在すると仮定することによって複雑な系を簡略化して例示される。当業者であれば、これに代えて、実際のガス状態に対応するより複雑な数学モデルを利用できることは理解されるであろう。この点を念頭において、本ステップは、圧縮機３０２のステージ３０４のポリトロープ効率ηを次式で計算することによって実行されてよい。
η＝（ｋ−１）／ｋ＊ｌｎ（Ｐ２／Ｐ１）／ｌｎ（Ｔ２／Ｔ１）            （１）
上式において、ｋ＝Ｃｐ／Ｃｖ、すなわち、ｋは、定圧比熱と定積比熱の比である。Ｔ１及びＴ２はそれぞれステージ３０４における吸込温度及び吐出温度、Ｐ１及びＰ２はそれぞれステージ３０４における吸込圧力及び吐出圧力である。前述したように、式（１）は理想ガス状態について有効である。非理想ガス状態が存在する実施例において、当業者は、その非理想状態に式（１）を適応させた数式を用いてポリトロープ効率を算出することができる。これについては、例えば、ジョンＭシュルツ（Ｊｏｈｎ  Ｍ．Ｓｃｈｕｌｚ）による論文「Ｔｈｅ  Ｐｏｌｙｔｒｏｐｉｃ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ（遠心圧縮機のポリトロープ解析）」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（電子工学ジャーナル）１９６２年１月、ｐｐ．６９−８２に記載される通りであり、この論文を本明細書の一部として援用する。本明細書に記載した実施形態は、ポリトロープ効率を算出する数式におけるこのような全ての変形を包含することが意図される。
【００２４】
いくつかの圧縮機実施例において、これら全ての値は、ＯＳＭ２００のプロセッサに上記の計算を実行させる目的で容易に入手できる場合がある。例えば、圧縮機が圧力センサ、熱電対、及び付属ガスクロマトグラフ（等）を含む実施例において、温度及び圧力の値を把握するのみでなく、ガス組成を直接測定して、式（１）におけるｋの正確な値を提供することが可能である場合もある。ただし、他の実施例において、例えば、ポリトロープ効率の推定に利用するガス組成に関するデータを入手できない場合、すなわち、プラントにおいて、圧縮機ガス組成を監視するガスクロマトグラフを利用しない場合もあり得る。
【００２５】
この問題を解決する一つの手法は、ｋの標準設計値、すなわち一定のガス組成を代わりに利用してポリトロープ効率を算出することである。ただし、標準ｋ値を利用すると、実際のポリトロープ効率の計算に大きな誤差が含まれることになる。したがって、本明細書に記載した例示的実施形態では、少なくとも圧縮機実施例毎に、プロセスガスの分子量とｋの間に強い相関性がある点も認識している。この相関性についての実験データに基づいた例を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す。すなわち、例えば、図３〜図４を参照して前述したようなセンサを用いてプロセスガス密度に関するデータを測定及び収集することによって、推定ポリトロープ効率の精度を大きく改善できる。実際、標準分子量を用いる場合に、プロセスガスの分子量を考慮せずにｋを推定する際の平均誤差は、分子量から始めてｋを推定する場合よりも少なくとも４倍は大きくなる。ｋの推定における１％の誤差は、ポリトロープ効率の計算で３％の誤差になることを考えると、本実施形態に係る方法は、誤差を大幅に抑制できることが判る。
推定ポリトロープ効率の正規化（ステップ１０４）
機械ファウリングの主な作用はポリトロープ効率を低下させるという点は真理であるが、ポリトロープ効率の実際値のみでは、圧縮機又は圧縮機ステージのファウリング程度を直接特定するための、圧縮機の実際の状態についての十分な情報を提供しない。むしろ、圧縮機ポリトロープ効率の変動は、増大したファウリングのみが原因で生じるのではなく、圧力、温度、流量、及びガス組成等の入力状態の変化、並びに機械速度等の動作状態の変化によっても生じ得る。ガス組成は、ファウリング深刻度の評価における最も重要な要素の一つになりつつある。例えば、原材料の柔軟性とクラッキング深刻度の増大、上流の統合精錬装置とは異なるストリームの利用可能性、及び下流プラントからのストリームの再生利用は、同一プラントの分解ガス組成の変動を非常に増大させて、ファウリング現象及びその現象についての判断をより複雑なものにする。
【００２６】
したがって、ステップ１０２で算出した推定ポリトロープ効率を正規化又は標準化して、他の可変パラメータの影響を推定ポリトロープ効率から除外すると有用であり、これにより、ファウリングの程度をより直接的に把握することができる。推定ポリトロープ効率の正規化については様々な選択肢がある。一つの選択肢として、収集したデータを用いて算出した推定ポリトロープ効率と、動作している圧縮機の測定パラメータが提示すべき圧縮機のポリトロープ効率の統計モデルとを比較することである。この正規化プロセスの例を図６（ａ）のグラフに示す。
【００２７】
実施形態に係る正規化の他の選択肢は、収集したデータを用いて算出した推定ポリトロープ効率と、動作している圧縮機の測定パラメータが提示すべきものとして、その特定の圧縮機の設計値から示されるポリトロープ効率とを比較することである。図６（ａ）と同じ測定パラメータデータについてのこの正規化プロセスの例を図６（ｂ）のグラフに示す。図６（ａ）における正規化された推定効率は、効率の悪化に因るファウリングの明瞭な根拠を提示しないが、図６（ｂ）における正規化された効率の関数は、評価期間の最後に向かって移動平均を下回る１１個のポイントをより明瞭に示しており、ファウリングの発生を示していることが判る。したがって、少なくともいくつかの実施例では、統計モデリングではなく設計値を利用して推定ポリトロープ効率の正規化を実行すると、機械内のファウリング問題をより迅速に発見できる。特に、図６（ｂ）に関連して上記に説明した設計値手法は、例えば、異なる変数（例えば、圧力、温度、流量、ガス組成、圧縮機トレインの回転速度、実際の圧縮機特性曲線）の測定値において実際のポリトロープ効率を算出し、異なる変数の値における予想ポリトロープ効率を推定（設計段階で用いたものと同じ数学ツール及び数学モデルと、機械の工場試験中に特定の機械に実行されたモデルに対する補正とを利用して推定）し、実際のポリトロープ効率と予想ポリトロープ効率の差として、圧縮機のファウリング程度を特定することを含んでよい。
正規化された推定ポリトロープ効率に基づくファウリング程度の特定（ステップ１０６）
上記に例示したように、圧縮機の正規化された推定ポリトロープ効率を利用して、機械のファウリング程度を特定することができ、これは、例えば、限界値、移動平均、又は他の統計的に意味のある比較要素に対して正規化関数を提示するグラフを表示することによって為される。ここで、ステップ１０６は、ファウリング問題を識別するための、正規化されたポリトロープ効率値の用途を大まかに説明するものであると見なされるべきであり、このような用途は、限定ではないが、値の表示、警告の出力、他の方式でのファウリングレベルの提示、ファウリングが認識された圧縮機内の場所（ステージ）の特定、及び／又はファウリング対策を行うように提示すること等を含む。
【００２８】
いくつかの実施形態によれば、プロセスの一部の局面は手動で実行できるが、ステップの一部又は全てが、コンピュータ、若しくは図７に示すようなＯＳＭ２００の一部であるプロセッサ７００を用いて実行されてもよい。ＯＳＭ２００は、図７に示した構造及び要素、又は他の要素を利用して、前述した一つ以上の実施形態に記載されたファウリング程度を特定する方法を実行することができる。プロセッサ７００は、例えば、センサモジュール３０８から各圧縮機ステージに測定された動作パラメータをネットワークインターフェースコントローラ（ＮＩＣ）７０２を介して継続的に収集し、収集した測定値をリアルタイムでメモリ７０４に保存することができる。データの取得は、連続して、例えば、データ供給源に許容される最大サンプリング速度で実行でき、これにより、過渡運転中であっても機械状態の正確な評価を確実に行うことができる。一般的なデータ収集頻度は、毎秒１サンプルから毎分１サンプルまでである。データはローカルデータベースに格納される。ＯＳＭ２００は、前述したように、実際の性能曲線に基づいて、圧力、温度、及び流量（利用可能な場合）の現在のプロセス状態、並びに想定効率の評価に応じたポリトロープ効率の計算とその正規化処理を実行できる。
【００２９】
グラフィカルユーザインターフェースを利用して、任意の所望の形式で入出力７０６を表示して、検出モジュールから受け取る測定されたシステム動作状態、圧縮機効率等をユーザに通知できると共に、圧縮機の動作を制御して最適化することができる。ユーザは、この情報を任意の所望の方式で利用してファウリング防止対策を取ることができる。これに代えて、ファウリング防止手段は、（ａ）水の注入（温度を下げることでファウリングに繋がる重合を抑制するための処理）、（ｂ）重合体を可溶化するための洗浄油液の注入、及び／又は（ｃ）重合を停止させる独自開発されたファウリング防止配合剤の注入を含み、これらの手段が、ユーザインターフェースを介してＯＳＭ２００によって提示されても、又は所定の注入ポイントにおいてシステム内で自動的に実行されてもよい。
【００３０】
本発明の例示的実施形態に係るデータ処理システム及び方法は、メモリ装置に格納された命令のシーケンスを実行する一つ以上のプロセッサを用いて実行することができる。このような命令は、二次データ格納装置等、他のコンピュータ可読媒体からメモリ装置に読み込まれてよい。メモリ装置に格納された命令のシーケンスが実行されると、プロセッサは、例えば上記で説明したように動作する。代替の実施形態において、ソフトウエア命令の代わりに、又はソフトウエア命令と組み合わせて配線接続回路を利用して本発明を実施することもできる。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は記載した実施形態に限定されず、本発明から逸脱せずに変更できることは理解されよう。本発明の範囲は付属の請求項によって定義され、文言通りに又は等価物として請求項の意味に含まれる全ての装置、プロセス、及び方法は、請求項に包含されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７】
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【国際調査報告】
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