(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液体を圧縮対象ガスに対し噴霧することで圧縮対象ガスの温度を制御する、圧縮機におけるガス温度制御方法において、圧縮機の前段の羽根車と次段の羽根車の間をリターンコーナを介して接続する戻り流路に設けた蒸気量センサにより前記冷却液体の圧縮対象ガス中での蒸気量を測定し、この測定結果に基づいて前記蒸気量センサに直接かからないよう前記前段側羽根車の下流部に設けられたディフューザ側へ噴霧する前記冷却液体の噴霧量を制御できるようにしたことを特徴とするガス温度制御方法。
【請求項２】
冷却液体を圧縮対象ガスに対し噴霧することで圧縮対象ガスの温度を制御するようになっている圧縮機において、圧縮機の前段の羽根車と次段の羽根車の間をリターンコーナを介して接続する戻り流路に設けられた蒸気量センサと、前記リターンコーナに設けられ、かつ前記蒸気量センサに直接かからないよう前記前段側羽根車の下流部に設けられたディフューザ側へ前記冷却液体を噴霧する噴霧ノズルと、前記蒸気量センサにより測定した前記冷却液体の圧縮対象ガス中での蒸気量に基づいて前記噴霧ノズルより噴霧する前記冷却液体の噴霧量を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする圧縮機。
【請求項３】
冷却液体を圧縮対象ガスに対し噴霧することで圧縮対象ガスの温度を制御するようになっている圧縮機において、圧縮機の前段の羽根車と次段の羽根車の間をリターンコーナを介して接続する戻り流路に設けられた蒸気量センサと、前記リターンコーナに設けられ、かつ前記蒸気量センサに直接かからないよう前記前段側羽根車の下流部に設けられたディフューザ側へ前記冷却液体を噴霧する噴霧ノズルと、前記戻り流路に溜まる冷却液体の液量を測定するための液量センサと、前記噴霧ノズルの上流側と下流側で前記圧縮対象ガスの温度差を計測する温度センサと、前記蒸気量センサにより測定した前記冷却液体の圧縮対象ガス中での蒸気量と前記液量センサが測定した前記戻り流路に溜まる冷却液体の液量及び前記温度センサが計測した前記圧縮対象ガスの温度差に基づいて前記噴霧ノズルより噴霧する前記冷却液体の噴霧量と噴霧の要否を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエチレンプラント用分解ガス圧縮機やブタジエンプラント用プロセスガス圧縮機などとして各種の化学プラントに用いたり、あるいは各種冷凍サイクル用圧縮機や空気圧縮機などとして用いることのできる圧縮機に関し、特に圧縮対象ガスに対し冷却液体を噴霧することで圧縮対象ガスの温度を制御できるようにしてある圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスを圧縮するための圧縮機の代表的な一つである遠心圧縮機は、回転軸に多段的に固設してある羽根車を回転させながら吸込配管から圧縮対象ガスを取り込むと共に、この圧縮対象ガスに羽根車の回転により圧縮用のエネルギを加えることで圧縮対象ガスの圧縮を行なうようになっている。このような圧縮機では圧縮に伴って圧縮対象ガスの温度が上昇するのを避け難い。
【０００３】
例えばエチレンプラント用分解ガス圧縮機として遠心圧縮機を用いた場合、圧縮対象ガスの温度が上昇して一定以上の温度になると、分解ガスの重合により高粘度のポリマーが生成し、これが羽根車や圧縮対象ガスの流路である戻り流路の壁面に付着する。そしてこの結果、圧縮対象ガスの流路面積が狭くなり、圧縮効率の低下などとして性能の低下を招くことになる。このため、圧縮機では圧縮対象ガスに対し冷却液体を噴霧することで圧縮対象ガスの温度を制御できるようにしてあるのが一般である。
【０００４】
そのような温度制御のための従来の一般的な構成は以下のようになっていた。すなわち、戻り流路に冷却液体の噴霧手段を設け、これを制御手段で制御しつつ、必要量の冷却液体を圧縮対象ガスに対し噴霧するようになっている。そして制御手段による噴霧量制御の基準として、吸込配管においてガス重量計により計測したガス重量流量を用い、通常はガス重量流量の最大３ｗｔ％程度を目安にして制御がなされていた。つまり冷却液体の必要量を、圧縮機が実際に取り込んだ圧縮対象ガス量に応じて所定の重量比率で制御していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の制御は、圧縮機が実際に取り込む圧縮対象ガス量のみを指標とする理論的な推測に基づいて冷却液体の噴霧量を制御するものである。このため圧縮機の実際の運転状態によっては、冷却液体の噴霧量が過剰になって冷却液体の完全な気化がなされない場合を生じており、これに伴って以下のような問題を招いていた。すなわち、気化し得なかった冷却液体が戻り流路を気液混合の状態で流れることにより、羽根車にエロージョンを発生させるおそれが高くなる。また気液混合体が流れることにより、戻り流路に不均一な流れを発生させ、これが羽根車への加振源となって不安定振動、さらには破損までを発生させることがある。また冷却液体に非気化分があると、ドレンの発生量が多くなり、このドレンが戻り流路の下部に溜まることで、圧縮対象ガスの流路面積を狭くして性能低下を引き起こすことになる。
【０００６】
このような従来の技術における問題点については、これを解決するための努力も、例えば特開平１０−０１８９７６号公報に見られるように、既になされている。特開平１０−０１８９７６号公報の技術は、圧縮対象ガスの取り込み量だけでなく、冷却液体を噴霧する部位の理論飽和量も計算的に求め、これらの指標に基づいて冷却液体の噴霧量を制御することで、不完全気化を防止するようにしている。しかし、この技術も基本的には理論的な推測に基づくものであり、圧縮機の実際の運転状態下において最適となるような冷却液体の噴霧量制御としては不十分なものがある。
【０００７】
また上記のように戻り流路にドレンが過剰に溜まることも圧縮機の性能低下に結びつくことになるが、従来技術は何れもこの問題に対する配慮をなしていない。
【０００８】
本発明は、上記のような従来の事情を背景になされたものであり、圧縮対象ガスの温度制御を行なうようになっている圧縮機について、実際の運転状態の下で常に冷却液体の完全的な気化を可能とするようなガス温度制御方法の提供を目的とし、またこのようなガス温度制御方法を実行することのできる圧縮機の提供を目的とし、またドレンの過剰貯留にも対処できる圧縮機の提供を目的としている。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、冷却液体を圧縮対象ガスに対し噴霧することで圧縮対象ガスの温度を制御する、圧縮機におけるガス温度制御方法において、圧縮機の前段の羽根車と次段の羽根車の間をリターンコーナを介して接続する戻り流路に設けた蒸気量センサにより前記冷却液体の圧縮対象ガス中での蒸気量を測定し、この測定結果に基づいて前記蒸気量センサに直接かからないよう前記前段側羽根車の下流部に設けられたディフューザ側へ噴霧する前記冷却液体の噴霧量を制御できるようにしたことを特徴としている。
【００１０】
また上記目的を達成するために本発明は、冷却液体を圧縮対象ガスに対し噴霧することで圧縮対象ガスの温度を制御するようになっている圧縮機において、圧縮機の前段の羽根車と次段の羽根車の間をリターンコーナを介して接続する戻り流路に設けられた蒸気量センサと、前記リターンコーナに設けられ、かつ前記蒸気量センサに直接かからないよう前記前段側羽根車の下流部に設けられたディフューザ側へ前記冷却液体を噴霧する噴霧ノズルと、前記蒸気量センサにより測定した前記冷却液体の圧縮対象ガス中での蒸気量に基づいて前記噴霧ノズルより噴霧する前記冷却液体の噴霧量を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
また上記目的を達成するために本発明は、冷却液体を圧縮対象ガスに対し噴霧することで圧縮対象ガスの温度を制御するようになっている圧縮機において、圧縮機の前段の羽根車と次段の羽根車の間をリターンコーナを介して接続する戻り流路に設けられた蒸気量センサと、前記リターンコーナに設けられ、かつ前記蒸気量センサに直接かからないよう前記前段側羽根車の下流部に設けられたディフューザ側へ前記冷却液体を噴霧する噴霧ノズルと、前記戻り流路に溜まる冷却液体の液量を測定するための液量センサと、前記噴霧ノズルの上流側と下流側で前記圧縮対象ガスの温度差を計測する温度センサと、前記蒸気量センサにより測定した前記冷却液体の圧縮対象ガス中での蒸気量と前記液量センサが測定した前記戻り流路に溜まる冷却液体の液量及び前記温度センサが計測した前記圧縮対象ガスの温度差に基づいて前記噴霧ノズルより噴霧する前記冷却液体の噴霧量と噴霧の要否を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明におけるガス温度制御方法や圧縮機によれば、冷却液体の気化状態を戻り流路において蒸気量センサにより直接に検出し、これに基づいて冷却液体の噴霧量を制御するようにしているので、実際の運転状態の下でも冷却液体に不完全気化を生じるようなことを実質上なくすことができ、冷却液体の不完全気化に起因する上記のような種々の不具合の発生を効果的に避けることができる。
【００１４】
また本発明における圧縮機によれば、戻り流路に溜まる冷却液体の液量を液量センサにより直接に検出することができるので、たとえドレンが過剰に溜まるようなことがあっても、この状態を確実に検出し、もし必要ならば圧縮機の運転を一時的に停止するなどして過剰ドレンを抜き取るなどの対処を迅速にとることができ、ドレンの過剰貯留による性能低下を効果的に避けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について添付の図を参照しながら説明する。図１とその一部を拡大した図２は本発明の一実施形態による圧縮機の要部を示している。図１に見られるように本実施形態による圧縮機は、一軸多段遠心圧縮機であり、圧縮機ケーシング１に支持された回転軸２にその軸芯方向で複数の圧縮段を形成するように複数個（図の例では４個）の羽根車３（３ａ〜３ｄ）が固定的に設けられている。各羽根車３はその先端が圧縮対象ガスの流路である戻り流路４（４ａ〜４ｄ）に臨むようにされている。戻り流路４は、羽根車３の下流部となるディフューザ５、このディフューザ５の下流部であるリターンコーナ６、及びこのリターンコーナ６の下流部であり、ガス流を最適な流れに整流して次段の羽根車に流入させるリターンベーン７からなり、ステージラビリンス８やインペラアイラビリンス９によりその気密性を保てるようにされている。
【００１６】
吸い込み配管１１を介して流入した圧縮対象ガスは、最前段の羽根車３ａの回転により昇圧され、そこから吐出される。羽根車３ａから吐出された圧縮対象ガスは、ディフューザ５に流入し、リターンコーナ６を経てリターンベーン７に至り、そこから次段の羽根車３ｂに流入する。羽根車３ｂ以降でも同様のことが繰り返され、その度に、動的である羽根車３に対し静止側である戻り流路４におけるガス流の変化により、圧縮対象ガスの速度エネルギーが圧力エネルギーに変えられることで圧縮がなされる。
【００１７】
この過程で圧縮対象ガスの温度は上昇することになるが、それが一定以上を越えることのないように、冷却液体を噴霧して圧縮対象ガスを冷却する。そのために、例えば水などのように圧縮対象ガスにおける通常の温度状態で蒸発可能な冷却液体で圧縮対象ガスを冷却するための温度制御系を設けている。
【００１８】
この温度制御系は、図１及び図２に見られるように、戻り流路４において冷却液体を圧縮対象ガスに噴霧する噴霧ノズル１２、この噴霧ノズル１２への冷却液体の供給量を制御するコントロール弁１３、このコントロール弁１３を制御する流量コントローラ１４、冷却液体供給タンク１５、噴霧ノズル１２による冷却液体の噴霧位置より下流側で且つ次段の羽根車３に至る手前で戻り流路４における圧縮対象ガスの温度を検出する温度センサ１６、噴霧ノズル１２による冷却液体の噴霧位置より下流側で且つ次段の羽根車３に至る手前で戻り流路４における圧縮対象ガス中の冷却液体の蒸気量を検出する蒸気量センサ１７、戻り流路４の底に溜まるドレン量を検出する液量センサ１８、及び吸い込み配管１１から流入する圧縮対象ガスの重量流量を計測するガス重量計１９を含んでなる。
【００１９】
上記の各センサの何れにも市販のセンサを使用することができるが、例えば蒸気量センサ１７については、冷却液体として水を用いる場合であれば、高分子膜感湿素子を使用したプローブタイプのセンサで、各種ガス雰囲気下で１０〜９０％ｐｈの湿度を電気信号に変換して出力することのできるセンサを用いるのが好ましい。また蒸気量センサ１７と噴霧ノズル１２の関係は、噴霧された冷却液体が蒸気量センサ１７に直接かかることのないようにすることが望ましく、そのためにはリターンコーナ６の上部のディフューザ５の側にやや寄った位置に冷却液体が噴霧されるように噴霧ノズル１２を設けるのがよい。
【００２０】
このような温度制御系にあっては、温度センサ１６で得られる圧縮対象ガスに関する温度情報、蒸気量センサ１７で得られる圧縮対象ガス中における冷却液体の蒸気量情報、液量センサ１８で得られる戻り流路４におけるドレン量情報、及びガス重量計１９で得られる圧縮対象ガスの重量流量情報が流量コントローラ１４に提供される。そして流量コントローラ１４は、これらの情報に基づいて冷却液体の必要な噴霧量や噴霧の要否を求め、これによりコントロール弁１３を制御する。
【００２１】
以下、この制御の詳細を図３に一例として示すフローチャートを参照して説明する。先ず液量センサ１８により戻り流路４におけるリターンコーナ６の底部に溜まっているドレン量を測定すると共に、温度センサ１６により圧縮対象ガスの温度を測定する。次に液量センサ１８により計測したドレン量Ｌが所定量（例えば１０-5ｍ3 ）を越えていないか否かを求める。それと同時に、温度センサ１６で計測した圧縮対象ガスの温度と噴霧ノズル１２よりも上流側での圧縮対象ガスの温度との温度差ΔＴが所定値以上（例えば１０℃以上）であるか否か、または温度センサ１６で計測した圧縮対象ガスの温度が所定の温度以上であるか否かを求める。前者の場合には、噴霧ノズル１２の上流側で圧縮対象ガスの温度を検出するために温度センサ１６とは別に設ける温度センサからの情報も利用する。
【００２２】
そして、ドレン量が過剰であった場合には冷却液体の噴霧を行なわないか（イニシャルスタートの場合）、または既に行なっていた場合にはそれを停止する。この場合、必要に応じて圧縮機の運転を停止するなどしてドレン抜きなどを行なうのが望ましい。またドレン量が過剰でなくとも、温度差ΔＴが所定値以上であった場合（または圧縮対象ガスの温度が所定の温度以下であった場合）、つまり圧縮対象ガスが例えばポリマーの発生などの危険を伴う温度となっていない場合には、同じく冷却液体の噴霧を行なわないか、または既に行なっていた場合にはそれを停止する。
【００２３】
逆に、ドレン量が過剰でなく、温度差ΔＴも所定値以下である場合（または圧縮対象ガスの温度が所定値以上である場合）には、Ａレベルでの冷却液体の噴霧を行なう。このＡレベルでは、通常、圧縮機に取り込まれている圧縮対象ガスの重量流量の例えば３ｗｔ％となる量で冷却液体を噴霧する。
【００２４】
この状態で運転を継続している間は蒸気量センサ１７により圧縮対象ガス中における冷却液体の蒸気量を測定し、その結果が所定量以下（例えば８５％以下）であるか否かを求める。蒸気量が所定量以下であれば、そのままＡレベルでの冷却液体の噴霧を継続する。一方、蒸気量が所定量以上となっていた場合には、冷却液体の不完全気化を生じる可能性が高くなるので、Ａレベルでの冷却液体噴霧量よりも減らしたレベルでの冷却液体噴霧量（例えばＡレベルの９０％とか、あるいはそれ以下）に切り換える。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮対象ガスの温度を制御するようになっている圧縮機について、圧縮対象ガスの冷却のために噴霧する冷却液体を圧縮機の運転状態の如何にかかわらず常に完全気化させることが可能となり、冷却液体の不完全気化に伴う種々の不具合を効果的に避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧縮機の要部についての構成図である。
【図２】図１の一部についての拡大図である。
【図３】図１の圧縮機における温度制御に関するフローチャート図である。
【符号の説明】
４  戻り流路
１４  流量コントローラ（制御手段）
１７  蒸気量センサ
１８  液量センサ
【図１】
0003887972.tif 000002
【図２】
0003887972.tif 000003
【図３】
0003887972.tif 000004