(57)【要約】  【課題】  切替弁の作動速度を常時監視することが可能であり、かつ切替弁の作動速度の遅延を知らせるアラーム機能を備えた切替弁の異常検出装置および切替弁試験装置を提供することである。  【解決手段】  切替弁１を作動させるための電磁弁２と、前記切替弁１の作動位置を検出する開側リミットスイッチ３および閉側リミットスイッチ４と、前記切替弁１の開閉を制御する制御手段６と、電磁弁リレーへの作動信号でタイマーをスタートさせリミットスイッチ３，４からの位置検出信号でタイマーをストップさせて切替弁１の作動時間を計測する計時手段９とを備え、この計時手段９からの信号に基づいて、制御手段６が、切替弁１の作動時間が設定値より低下した場合にアラーム手段８を作動させるようにした切替弁の異常検出装置である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切替弁を作動させるための電磁弁と、前記切替弁の作動位置を検出する位置検出手段と、前記切替弁の開閉を制御する制御手段と、切替弁の作動速度の遅延を知らせるアラーム手段と、電磁弁リレーへの作動信号でタイマーをスタートさせ前記位置検出手段からの位置検出信号でタイマーをストップさせて前記切替弁の作動時間を計測する計時手段とを備え、
この計時手段からの信号に基づいて、前記制御手段が、前記切替弁の作動時間が設定値より低下した場合に前記アラーム手段を作動させるようにしたことを特徴とする切替弁の異常検出装置。
【請求項２】
前記切替弁の作動時間が１／１００秒単位で計測される請求項１に記載の切替弁の異常検出装置。
【請求項３】
前記制御手段に、前記切替弁の作動時間の経時変化を示すデータを収集・保管する記録手段が接続されている請求項１または２に記載の切替弁の異常検出装置。
【請求項４】
前記計時手段が、前記切替弁の作動時間を表示する表示手段を有する請求項１〜３のいずれかに記載の切替弁の異常検出装置。
【請求項５】
前記切替弁が、深冷空気分離プロセスにおいて切替式熱交換器のガス流路を切替えるために設けた複数のライン切替用弁である請求項１〜４のいずれかに記載の切替弁の異常検出装置。
【請求項６】
前記複数のライン切替用弁が、所定の間隔で開閉動作を行ってライン切替が繰り返されると共に、ライン切替時に、いずれかの切替弁が設定時間内に作動しない場合には前記アラーム手段が作動するように設定された請求項１〜５のいずれかに記載の切替弁の異常検出装置。
【請求項７】
切替弁を作動させるための電磁弁と、前記切替弁に付設された位置検出手段とがそれぞれ試験用制御手段に接続され、この試験用制御手段は、電磁弁リレーへの作動信号でタイマーをスタートさせ前記位置検出手段からの位置検出信号でタイマーをストップさせて前記切替弁の作動時間を計測する計時手段を有していることを特徴とする切替弁試験装置。
【請求項８】
前記試験用制御手段が、前記切替弁の開閉を所定の間隔で繰り返す自動開閉機構を有する請求項７に記載の切替弁試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切替弁の開→閉または閉→開の作動時間を計測して異常を検出する切替弁の異常検出装置および切替弁の信頼性を向上させるための切替弁試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素、窒素、アルゴン等を製造するための深冷空気分離プロセスでは、通常、図５に示すように、圧縮、洗浄された原料空気５３を、熱交換器５１で空気の液化温度近くまで冷却し、ついで蒸留工程５２で順次蒸留し、液体製品５４（液体酸素、液体窒素、液体アルゴン）、ガス製品５５（酸素ガス、窒素ガス等）、廃ガス５６を分離している。ガス製品５５および廃ガス５６は熱交換器５１で原料空気５３の冷却に使用された後、取り出される。
【０００３】
原料空気には、水、二酸化炭素、炭化水素等（不純物）が含有されており、熱交換器５１のチューブ内に凝縮、固化される。熱交換器としては切替式熱交換器（リバーシング熱交換器）が用いられ、周期的にガス流路を瞬時に切替えて、固化した不純物を振り落とすと共に、廃ガスで昇華し、大気へ排出している。
【０００４】
これは、図６に示すように、熱交換器５１には、例えば、切替弁Ｖ１〜Ｖ６（通常、バタフライ弁）がそれぞれ設置されており、例えば１５分に１回の割合でこれらの切替弁Ｖ１〜Ｖ６を所定の順番で動作させることによって行なわれている。
例えば、弁Ｖ１開、Ｖ２閉、Ｖ３閉、Ｖ４開、Ｖ５閉、Ｖ６開の状態で、圧縮された原料空気がＶ１を経由して熱交換器５１で冷却され蒸留工程５２に供給されている。もう一方の流路には、分離された廃ガスが蒸留工程５２から流れ込み、Ｖ４，Ｖ６を経由して大気へ排出している。このとき、チューブ内で固化した不純物は昇華し、廃ガスと共に大気へ排出されている。この状態から流路の切替が行なわれる。まず、Ｖ５が開、Ｖ６が閉になり始め、引き続きＶ１，Ｖ４が閉になり始め、Ｖ５が開、Ｖ６が閉、Ｖ１，Ｖ４が閉になった後、Ｖ２，Ｖ３が開になる。Ｖ１が閉、Ｖ３が開になることにより、原料空気が供給されていた流路の圧力が下がり、蒸留工程において流路が切替わり、廃ガスが逆に流れ込む。廃ガスはＶ５から大気へ排出される。Ｖ５は瞬時に逆流する大量の廃ガスを処理するためのものである。Ｖ２が開、Ｖ４が閉になることにより、廃ガスより圧力の高い原料空気が供給され、蒸留工程において流路が切り替わり、廃ガスの流れ込みが停止し、この流路から原料空気が蒸留工程５２に供給される。次にＶ６が開になると共にＶ５が閉になり、定常状態になる。これらの切替が瞬時に行なわれる。
【０００５】
なお、切替弁の開閉は、図７に示すように、弁に一体に設けられているエアーシリンダーからなるアクチュエータ６３に電磁弁６４を介して空気源６５から空気を供給して行なわれる。電磁弁６４を作動させることによって空気の流れ方向が変わり、アクチュエータ６３が作動して軸６２が回転し弁体６１が開閉する。弁にはリミットスイッチ６６が付設されており、軸６２の回転によって接触し、弁体６１の開閉が検知される。
【０００６】
このとき、切替弁Ｖ１〜Ｖ６の１台でも不具合があって、弁の開閉に時間がかかりすぎると、切替弁の切り替えが円滑に行なわれなくなり、その結果、ラインが詰まって、空気圧縮機がサージングに突入し、プラントは停止してしまうという事態になる。このようなプラント停止状態が続くと、分離される酸素ガス、窒素ガス等を利用する他のプラントも停止しなければならなくなる。
【０００７】
そのため、従来から、切替弁Ｖ１〜Ｖ６をＤＣＳ（分散型制御システム）バルブモニターで監視していた。そして、操作出力に対して、２秒以内に切替弁が動作しない場合には、オペレーション・ガイドメッセージを表示し、オペレータの判断で対応していた。
【０００８】
一方、切替弁のメンテナンスでは、新しい切替弁に交換した後、切替弁に付設された開リミットスイッチおよび閉リミットスイッチの当りを調整し、ついで作業者が切替弁の作動速度を計測していた。このとき、弁の開閉は目視にて判断していた。そして、操作中は、弁の異常を知らせるオペレーション・ガイドメッセージが表示されてから、レコーダーに記録し異常発生原因を解析していた。
しかし、この解析は、レコーダーへの記録から手計算で切替弁の作動速度を求め、その数値をグラフ化して行っていた。従って、切替弁の異常解析に多大な手間と時間がかかっていた。
【０００９】
そのため、切替弁の作動速度を常時監視することが望まれていた。また、切替弁の異常を事前に知らせるアラーム機能を設置することが望まれていた。さらに、長期間にわたって切替弁の作動速度を記録しておくことができれば、切替弁の経年劣化等の劣化診断や故障原因の解析に役立つことが期待される。
【００１０】
切替弁の異常検出装置としては、例えば特許文献１，２に記載のように、従来からいろいろな提案がなされている。しかし、上記のように切替弁の作動速度を常時監視・記録し、かつ切替弁の作動速度の遅延を事前に知らせるアラーム機能を備えたものは知られていない。
【００１１】
また、プラントの定期修理前に、取替え用の切替弁の作動速度を検出し、作動速度および弁の作動状態に異常（遅延）がないことを事前に確認できれば、弁の信頼性を向上させることができる。また、プラントに取付ける前に事前に切替弁の慣らし運転がすることができれば、弁の信頼性をより向上させることができる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−６７０２０号公報
【特許文献２】特開２００２−７９５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の主たる課題は、切替弁の作動速度を常時監視することが可能であり、かつ切替弁の作動速度の遅延を知らせるアラーム機能を備えた切替弁の異常検出装置を提供することである。
【００１４】
本発明の他の課題は、事前に新しい切替弁または整備済みの切替弁を作動させて、作動速度に異常がないことを確認することができる切替弁試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する本発明に係る切替弁の異常検出装置は、切替弁を作動させるための電磁弁と、前記切替弁の作動位置を検出する位置検出手段と、前記切替弁の開閉を制御し且つ切替弁の作動速度の遅延を知らせるアラーム手段を有する制御手段と、電磁弁リレーへの作動信号でタイマーをスタートさせ前記位置検出手段からの位置検出信号でタイマーをストップさせて前記切替弁の作動時間を計測する計時手段とを備え、この計時手段からの信号に基づいて、前記制御手段が、前記切替弁の作動時間が設定値より低下した場合に前記アラーム手段を作動させるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る切替弁試験装置は、切替弁を作動させるための電磁弁と、前記切替弁に付設された位置検出手段とがそれぞれ試験用制御手段に接続され、この試験用制御手段は、電磁弁リレーへの作動信号でタイマーをスタートさせ前記位置検出手段からの位置検出信号でタイマーをストップさせて前記切替弁の作動時間を計測する計時手段を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る切替弁の異常検出装置によれば、切替弁の作動毎に切替弁の作動時間を計測できるので、切替弁の作動状態を常時監視することができ、そのため異常が発生する前に切替弁の作動時間の遅延をアラーム機能で検知することが可能となり、予備の切替弁の準備など、事前に対策を講じることができるという効果がある。
【００１８】
本発明に係る切替弁試験装置によれば、事前に新しい切替弁または整備済みの切替弁を作動させて、作動速度に異常がないことを確認することができるので、弁の信頼性が向上するという効果がある。また、あらかじめ切替弁の慣らし運転することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に係る切替弁の異常検出装置を図１に基づいて説明する。図１に示すように、切替弁１（例えばバタフライ弁）には、この切替弁１を作動させる電磁弁２と、弁１の位置検出を行なう開側リミットスイッチ３（位置検出手段）および閉側リミットスイッチ４（位置検出手段）とが付設されている。
【００２０】
電磁弁２および各リミットスイッチ３、４は、それぞれリレー盤５に接続されており、電磁弁２はリレー盤５からのリレー作動信号に基づいて作動するように構成される。
【００２１】
リレー盤５は制御手段６に接続されている。制御手段６としては、例えば分散型制御システム（ＤＣＳ）が挙げられる。この制御手段６は、電磁弁２の作動指令、切替弁１の開閉表示、開閉速度指示を行なう機能を有する。制御手段６には、切替弁１の開閉作動時間が遅延した場合（すなわち、設定時間よりも低下した場合）に、作動するアラーム手段７が設けられる。アラーム手段７は、モニター表示（例えば後述する表示手段１０に表示）でもよく、あるいは警報、警告灯の点滅などであってもよい。
【００２２】
また、リレー盤５には、切替弁１の作動時間を計測する計時手段９が接続される。計測した切替弁１の作動時間は、計時手段９から制御手段６に送られ、ここで予め設定した設定時間と比較され、設定時間を超えると、アラーム手段７が作動するように構成される。設定時間は、これを超えると、切替弁１や電磁弁２あるいはリミットスイッチ３に異常が発生するおそれがあることを意味する。従って、切替弁１の異常をアラーム手段７によって事前に自動判定できる。
【００２３】
計時手段９としては、例えばシーケンサーが挙げられ、キーエンス社製のものが好ましく用いられる。計時手段９には、表示手段１０、例えば液晶ディスプレイ等が接続されている。この表示手段１０には、切替弁１の作動時間が表示されるので、これにより弁の作動状況を常時監視できる。また、表示手段１０には、切替弁１の開閉表示の他、切替弁１の開→閉および閉→開の各作動時間計測値と設定値とが各弁ごとに表示され、さらに開速度および閉速度の遅延アラームが表示されるようになっている。
【００２４】
この場合、作動時間の計測値は１／１００秒単位で出力でき、設定値も１／１００秒単位で設定できるようになっている。そのため、１〜２秒単位でしか監視できなかった従来方式と比べて、格段に精密な監視が可能となる。設定値は、使用する切替弁の径などによって異なるが、例えば径が５００ｍｍのバタフライ弁で約１．２〜１．５秒、径が６５０ｍｍのバタフライ弁で約１．５〜１．９秒であるのが適当であり、開→閉と閉→開とで作動時間が異なっていてもよい。
【００２５】
さらに、制御手段６には、切替弁１の作動時間の経時変化を示すデータを収集・保管する記録手段８が接続されている。記録手段８としては、例えばプラント・インフォメーション・システム（ＰＩシステム）が挙げられる。これにより、長期間にわたるデータが記録される。
【００２６】
次に、切替弁１の作動時間測定方法を図２に基づいて説明する。図２は、一例として、切替弁１を開→閉に作動させる一連の動作を示している。図２に示すように、切替弁１を閉じるには、まず、制御手段６からリレー盤５に閉指令信号が送られ、これにより電磁弁リレーが作動して、電磁弁２が作動し、切替弁１が閉位置へ動作し、閉側リミットスイッチ４がオンになり、閉側リミットスイッチ４のリレーが作動し、リレー盤５で信号が増幅し、最後に制御手段６および計時手段９を経由して表示手段１０で閉表示がなされる。
【００２７】
このとき、計時手段９では、リレー盤５から送られた電磁弁リレー作動信号でタイマーがスタートし、閉側リミットスイッチ４のリレー作動信号でタイマーがストップするように構成されている。これにより、切替弁１の作動時間が計測される。計測された作動時間は、制御手段１に送信される。切替弁１を閉→開に作動させる場合も同様にして行なわれる。
なお、開側リミットスイッチ３のリレー作動信号でタイマーがスタートするようにしてもよいが、弁体の動きよりもリレー作動信号が遅くなるので、好ましくない。
【００２８】
制御手段６では、送信された作動時間に基づいて、切替弁１の作動速度指示を行なうと共に、速度遅延の場合のアラーム表示、さらに記録手段８への記録指示を行なう。
【００２９】
この実施形態に係る切替弁１は、図５に示すような深冷空気分離プロセスにおいて、図６に示すような切替式熱交換器式に使用される６つのライン切替弁を所定の順番で動作させる場合において、各弁の作動時間を１／１００秒単位で管理し、１つの弁に異常（速度遅延）が生じた場合には、直ちにアラーム表示を行い、予備の切替弁の準備など、事前に対策をとることができる。また、記録手段８によって弁の作動についての長期にわたる記録が蓄積されるので、経年劣化等の劣化診断が可能となる。また、突発事故が生じた場合の事故原因の解析にも役立つ。
【００３０】
次に、切替弁の試験装置を説明する。この試験装置は、図３に示すように、試験対象となる切替弁１１を作動させるための電磁弁１２と、前記切替弁１１に付設された開側および閉側リミットスイッチ１３，１４（位置検出手段）とがそれぞれ試験用制御手段１５に接続されている。この試験用制御手段１５は、内部に電磁弁１２を作動させるためのリレー（図示せず）および両リミットスイッチ１３，１４からの作動信号を受けるリレー（図示せず）、さらに前記したと同様な計時手段を有する。また、試験用制御手段１５には、自動／手動切替スイッチ、手動開閉スイッチ、切替弁１１の作動時間表示部などを備えている。
また、電磁弁１２には、バッファタンク１６にて所定圧力に調整された空気を送る空気流路１７が接続されている。
【００３１】
以下、切替弁１１の試験方法を図４に基づいて説明する。図４は、一例として、切替弁１１を開→閉に作動させる場合の作動時間の計測方法を示している。図４に示すように、切替弁１１を閉じるには、まず、試験用制御手段１５における閉指令によって電磁弁リレーが作動し、これによって電磁弁１２が作動し、切替弁１１が閉位置へ動作し、閉側リミットスイッチ１４がオンになり、閉側リミットスイッチ１４のリレーが作動する。
【００３２】
このとき、計時手段では、電磁弁リレー作動信号でタイマーがスタートし、閉側リミットスイッチ１４のリレー作動信号でタイマーがストップするように構成されている。これにより、切替弁１１の作動時間が計測される。計測された作動時間は、試験用制御手段１５の表示部に表示される。切替弁１１を閉→開に作動させる場合も同様にして作動時間が計測される。計測された作動時間は、１／１００秒単位で試験用制御手段１５の表示部に表示することができる。
【００３３】
このようにして、切替弁の更新時や整備後、プラントへの取付け前に、事前に弁の動きを調べ、前記した切替弁の作動時間を正確に知ることができるので、例えば切替式熱交換器式に使用されるライン切替弁として取付け後の作動信頼性を向上させることができる。また、自動運転させると、前記切替弁の開閉を所定の間隔で繰り返す自動開閉機構によって、弁の慣らし運転が可能になる。さらに、前記したような記録手段８やアラーム手段７を取付けるようにしてもよい。
【００３４】
なお、本試験装置は、各種切替弁の性能試験や開閉速度の測定や、電磁弁の性能試験などにも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る切替弁の異常検出装置の一実施形態を示す概略説明図である。
【図２】図１に示す異常検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の切替弁試験装置の一実施形態を示す概略説明図である。
【図４】図３に示す切替弁試験装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】深冷空気分離プロセスを示すブロック図である。
【図６】深冷空気分離プロセスにおける切替式熱交換器周りの切替弁の配置を示す概略図である。
【図７】切替弁の開閉機構の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    切替弁
２    電磁弁
３    開側リミットスイッチ（位置検出手段）
４    閉側リミットスイッチ（位置検出手段）
６    制御手段
７    アラーム手段
８    記録手段
９    計時手段
１０    表示手段
１１    切替弁
１５    試験用制御手段
【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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【図７】
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