(57)【要約】      （修正有）【課題】圧縮機の運転範囲が不確定であっても異常を検知可能な採掘ガス圧縮システム並びにその異常検知装置及び方法を提供する。【解決手段】圧縮機４に流入する採掘ガスの状態量を検出するためのセンサ２１と、既知の基準状態量を有するサンプルガスに関するモータ５への供給電力と圧縮機４の出力との既知の基準相関関係を取得するための基準相関関係取得部２３と、センサ２１によって検出された採掘ガスの状態量に基づいて圧縮機４の実際出力を補正し、採掘ガスが前記基準状態量を有する場合におけるモータ５への供給電力に対応する圧縮機４の出力補正値を算出するための出力補正部２４と、モータ５への供給電力と出力補正値との関係と基準相関関係との比較結果に基づいて、採掘ガス圧縮システムの異常を検出するための異常検出部２５と、を備える採掘ガス圧縮システムの異常検知装置２０。【選択図】図１
2016176219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
採掘ガスを昇圧する圧縮機と、該圧縮機を駆動するモータと、を有する採掘ガス圧縮システムの異常検知装置であって、
前記圧縮機に流入する前記採掘ガスの状態量を検出するためのセンサと、
既知の基準状態量を有するサンプルガスに関する前記モータへの供給電力と前記圧縮機の出力との既知の基準相関関係を取得するための基準相関関係取得部と、
前記センサによって検出された前記採掘ガスの前記状態量に基づいて前記圧縮機の実際出力を補正し、前記採掘ガスが前記基準状態量を有する場合における前記モータへの供給電力に対応する前記圧縮機の出力補正値を算出するための出力補正部と、
前記モータへの供給電力と前記出力補正値との関係と前記基準相関関係との比較結果に基づいて、前記採掘ガス圧縮システムの異常を検出するための異常検出部と、
を備えることを特徴とする採掘ガス圧縮システムの異常検知装置。
【請求項２】
前記異常検出部により前記採掘ガス圧縮システムの異常が検出されたとき、前記モータへの供給電力に対応する前記モータの実際出力および設計出力値の比較結果に基づいて、前記異常の発生箇所が前記圧縮機又は前記モータの何れであるかを特定するように構成された異常箇所特定部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の採掘ガス圧縮システムの異常検知装置。
【請求項３】
前記異常検出部は、前記基準相関関係における前記モータへの供給電力に対応した前記圧縮機の基準出力と、前記出力補正部によって算出された前記出力補正値との差が第１閾値を超えたとき、前記採掘ガス圧縮システムに異常が発生したと判定するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の採掘ガス圧縮システムの異常検知装置。
【請求項４】
前記異常検出部は、前記基準相関関係における前記モータへの供給電力に対応した前記圧縮機の基準出力に対する、前記出力補正部によって算出された前記出力補正値の乖離率が第２閾値を超えたとき、前記採掘ガス圧縮システムに異常が発生したと判定するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の採掘ガス圧縮システムの異常検知装置。
【請求項５】
前記異常検出部は、前記基準相関関係における前記モータへの供給電力に対応した前記圧縮機の基準出力と、前記出力補正部によって算出された前記出力補正値との差、または、前記基準出力に対する前記出力補正値の乖離率が第３閾値を超える期間が規定時間以上継続したとき、前記採掘ガス圧縮システムに異常が発生したと判定するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の採掘ガス圧縮システムの異常検知装置。
【請求項６】
前記異常検出部は、前記基準相関関係における前記モータへの供給電力に対応した前記圧縮機の基準出力と、前記出力補正部によって算出された前記出力補正値との差、または、前記基準出力に対する前記出力補正値の乖離率の増大速度が第４閾値を超えたとき、前記採掘ガス圧縮システムに異常が発生したと判定するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の採掘ガス圧縮システムの異常検知装置。
【請求項７】
採掘ガスを昇圧するための圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するためもモータと、
請求項１乃至６の何れか一項に記載の異常検知装置と、を備えることを特徴とする採掘ガス圧縮システム。
【請求項８】
採掘ガスを昇圧する圧縮機と、該圧縮機を駆動するモータと、を有する採掘ガス圧縮システムの異常検知方法であって、
前記圧縮機に流入する前記採掘ガスの状態量を検出する状態量検出ステップと、
既知の基準状態量を有するサンプルガスに関する前記モータへの供給電力と前記圧縮機の出力との既知の基準相関関係を取得する基準相関関係取得ステップと、
前記センサによって検出された前記採掘ガスの前記状態量に基づいて前記圧縮機の実際出力を補正し、前記採掘ガスが前記基準状態量を有する場合における前記モータへの供給電力に対応する前記圧縮機の出力補正値を算出する出力補正ステップと、
前記モータへの供給電力と前記出力補正値との関係と前記基準相関関係との比較結果に基づいて、前記採掘ガス圧縮システムの異常を検出する異常検出ステップと、
を備えることを特徴とする採掘ガス圧縮システムの異常検知方法。
【請求項９】
前記異常検出ステップにおいて前記採掘ガス圧縮システムの異常が検出されたとき、前記モータへの供給電力に対応する前記モータの実際出力および設計出力値の比較結果に基づいて、前記異常の発生箇所が前記圧縮機又は前記モータの何れであるかを特定する異常箇所特定ステップをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の採掘ガス圧縮システムの異常検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、採掘ガス圧縮システム並びにその異常検知装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油や天然ガス等の海底資源の採掘において、採掘された資源に含まれる気体成分を昇圧させて陸上設備や海上の浮体式設備に圧送するために圧縮機が用いられる。
例えば、非特許文献１には、海底のガス井から気液混合状態で採掘される天然ガスを海底にて気液分離して気体成分と液体成分に分離した後、気体成分を圧縮機で昇圧させて、陸上設備に送ることが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ／Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０１４，  ｐ．１８−２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、圧縮機の仕様は、圧縮機の運転範囲（使用条件）を考慮して決定されている。具体的には、圧縮機に流入するガスの種類、流速、圧縮機回転数等に関する所定の使用条件を想定し、設計寿命に応じて圧縮機の仕様が決定される。
【０００５】
しかしながら、採掘ガス圧縮システムの場合、採掘ガスの特性が変化し得るため、圧縮機の運転範囲が不確定である。このため、採掘ガス圧縮システムの場合、圧縮機の寿命が設計寿命よりも短くなってしまう可能性がある。
【０００６】
採掘ガス圧縮システムは、海洋向けプラントに適用されることが多い。海洋向けプラントでは圧縮機が故障すると、代替機の準備に時間を要し、その間プラントの運転停止を余儀なくされる。特に、採掘現場が海底に存在する場合、圧縮機の取外し、据付け作業に多大な時間を要するため、プラントの運転停止期間がさらに延びてしまう。
【０００７】
したがって、採掘ガス圧縮システムの突然の故障を回避してガス採掘事業者の採算を改善するために、採掘ガス圧縮システムの故障の前兆としての異常を検知する手法の開発が望まれる。
この点、非特許文献１には、採掘ガス圧縮システムにおける異常検知方法について記載がない。
【０００８】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態の目的は、圧縮機の運転範囲が不確定であっても異常を検知可能な採掘ガス圧縮システム並びにその異常検知装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る採掘ガス圧縮システムの異常検知装置は、
採掘ガスを昇圧する圧縮機と、該圧縮機を駆動するモータと、を有する採掘ガス圧縮システムの異常検知装置であって、
前記圧縮機に流入する前記採掘ガスの状態量を検出するためのセンサと、
既知の基準状態量を有するサンプルガスに関する前記モータへの供給電力（モータ入力）と前記圧縮機の出力との既知の基準相関関係を取得するための基準相関関係取得部と、
前記センサによって検出された前記採掘ガスの前記状態量に基づいて前記圧縮機の実際出力を補正し、前記採掘ガスが前記基準状態量を有する場合における前記モータへの供給電力に対応する前記圧縮機の出力補正値を算出するための出力補正部と、
前記モータへの供給電力と前記出力補正値との関係と前記基準相関関係との比較結果に基づいて、前記採掘ガス圧縮システムの異常を検出するための異常検出部と、
を備える。
【００１０】
上記（１）の構成では、採掘ガスの状態量の検出結果に基づいて圧縮機の実際出力を補正することで、採掘ガスが基準状態量（サンプルガスの既知の状態量）を有する場合におけるモータ供給電力に対応する圧縮機の出力補正値を算出するようになっている。こうして得られた圧縮機の出力補正値は、サンプルガスと同一の状態量（基準状態量）を前提としているため、採掘ガスの状態量の変動の影響を受けずに、モータ供給電力と出力補正値との関係を基準相関関係と適切に比較することができる。よって、採掘ガスの状態量の変動によって圧縮機の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システムの故障の前兆としての異常を検知することができる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記採掘ガス圧縮システムの異常検知装置は、
前記異常検出部により前記採掘ガス圧縮システムの異常が検出されたとき、前記モータへの供給電力（モータ入力）に対応する前記モータの実際出力および設計出力値の比較結果に基づいて、前記異常の発生箇所が前記圧縮機又は前記モータの何れであるかを特定するように構成された異常箇所特定部をさらに備える。
【００１２】
上記（１）の構成において、異常検出部により採掘ガス圧縮システムの異常が検出されると、異常発生箇所として主に考えられるのはモータ又は圧縮機の何れかである。
そこで、上記（２）の構成では、モータ供給電力に対応するモータ実際出力および設計出力値の比較結果に基づいて、異常の発生箇所が圧縮機又はモータの何れであるかを特定するようになっている。
例えば、モータ供給電力に対応するモータ実際出力および設計出力値の差が許容範囲内である場合、異常発生箇所はモータではなく圧縮機であると考えられる。一方、モータ供給電力に対応するモータ実際出力および設計出力値の差が許容範囲を超えている場合、異常発生箇所は圧縮機ではなくモータであると考えられる。こうして、モータ供給電力に対応するモータ実際出力および設計出力値の比較結果に基づき、異常発生箇所を特定することができる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記異常検出部は、前記基準相関関係における前記モータへの供給電力に対応した前記圧縮機の基準出力と、前記出力補正部によって算出された前記出力補正値との差が第１閾値を超えたとき、前記採掘ガス圧縮システムに異常が発生したと判定するように構成される。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、基準相関関係に基づいて定まるモータ供給電力に対応した圧縮機の基準出力と、出力補正部によって算出された出力補正値との差を第１閾値と比較することで、採掘ガスの状態量の変動によって圧縮機の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システムの異常の有無を高精度に判定することができる。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記異常検出部は、前記基準相関関係における前記モータへの供給電力に対応した前記圧縮機の基準出力に対する、前記出力補正部によって算出された前記出力補正値の乖離率が第２閾値を超えたとき、前記採掘ガス圧縮システムに異常が発生したと判定するように構成される。
【００１６】
上記（４）の構成によれば、基準相関関係に基づいて定まるモータ供給電力に対応した圧縮機の基準出力に対する、出力補正部によって算出された出力補正値の乖離率を第２閾値と比較することで、採掘ガスの状態量の変動によって圧縮機の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システムの異常の有無を高精度に判定することができる。
【００１７】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記異常検出部は、前記基準相関関係における前記モータへの供給電力に対応した前記圧縮機の基準出力と、前記出力補正部によって算出された前記出力補正値との差、または、前記基準出力に対する前記出力補正値の乖離率が第３閾値を超える期間が規定時間以上継続したとき、前記採掘ガス圧縮システムに異常が発生したと判定するように構成される。
【００１８】
上記（５）の構成によれば、圧縮機の基準出力と出力補正値との差、または、基準出力に対する出力補正値の乖離率が第３閾値を超えた期間が規定時間以上であるか否かに基づいて、採掘ガスの状態量の変動によって圧縮機の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システムの異常の有無を高精度に判定することができる。
【００１９】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記異常検出部は、前記基準相関関係における前記モータへの供給電力に対応した前記圧縮機の基準出力と、前記出力補正部によって算出された前記出力補正値との差、または、前記基準出力に対する前記出力補正値の乖離率の増大速度が第４閾値を超えたとき、前記採掘ガス圧縮システムに異常が発生したと判定するように構成される。
【００２０】
上記（６）の構成によれば、圧縮機の基準出力と出力補正値との差、または、基準出力に対する出力補正値の乖離率の増大速度を第４閾値と比較することで、採掘ガスの状態量の変動によって圧縮機の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システムの異常の有無を高精度に判定することができる。
【００２１】
（７）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る採掘ガス圧縮システムは、
採掘ガスを昇圧するための圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するためもモータと、
上記（１）乃至（６）の何れかの構成の異常検知装置と、を備える。
【００２２】
上記（７）の構成によれば、上記（１）〜（６）の異常検知装置を備えることで、採掘ガスの状態量の変動によって圧縮機の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システムの故障の前兆としての異常を検知することができる。よって、採掘ガス圧縮システムの突然の故障に起因した長期にわたる運転停止を回避することができ、ガス採掘事業者の採算を改善することができる。
【００２３】
（８）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る採掘ガス圧縮システムの異常検知方法は、
採掘ガスを昇圧する圧縮機と、該圧縮機を駆動するモータと、を有する採掘ガス圧縮システムの異常検知方法であって、
前記圧縮機に流入する前記採掘ガスの状態量を検出する状態量検出ステップと、
既知の基準状態量を有するサンプルガスに関する前記モータへの供給電力と前記圧縮機の出力との既知の基準相関関係を取得する基準相関関係取得ステップと、
前記センサによって検出された前記採掘ガスの前記状態量に基づいて前記圧縮機の実際出力を補正し、前記採掘ガスが前記基準状態量を有する場合における前記モータへの供給電力に対応する前記圧縮機の出力補正値を算出する出力補正ステップと、
前記モータへの供給電力と前記出力補正値との関係と前記基準相関関係との比較結果に基づいて、前記採掘ガス圧縮システムの異常を検出する異常検出ステップと、
を備える。
【００２４】
上記（８）の方法では、採掘ガスの状態量の検出結果に基づいて圧縮機の実際出力を補正することで、採掘ガスが基準状態量（サンプルガスの既知の状態量）を有する場合におけるモータ供給電力に対応する圧縮機の出力補正値を算出するようになっている。こうして得られた圧縮機の出力補正値は、サンプルガスと同一の状態量（基準状態量）を前提としているため、採掘ガスの状態量の変動の影響を受けずに、モータ供給電力と出力補正値との関係を基準相関関係と適切に比較することができる。よって、採掘ガスの状態量の変動によって圧縮機の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システムの故障の前兆としての異常を検知することができる。
【００２５】
（９）幾つかの実施形態では、
前記採掘ガス圧縮システムの異常検知方法は、
前記異常検出ステップにおいて前記採掘ガス圧縮システムの異常が検出されたとき、前記モータへの供給電力に対応する前記モータの実際出力および設計出力値の比較結果に基づいて、前記異常の発生箇所が前記圧縮機又は前記モータの何れであるかを特定する異常箇所特定ステップをさらに備える。
【００２６】
上記（９）の方法では、モータ供給電力に対応するモータ実際出力および設計出力値の比較結果に基づいて、異常の発生箇所が圧縮機又はモータの何れであるかを特定するようになっている。
例えば、モータ供給電力に対応するモータ実際出力および設計出力値の差が許容範囲内である場合、異常発生箇所はモータではなく圧縮機であると考えられる。一方、モータ供給電力に対応するモータ実際出力および設計出力値の差が許容範囲を超えている場合、異常発生箇所は圧縮機ではなくモータであると考えられる。こうして、モータ供給電力に対応するモータ実際出力および設計出力値の比較結果に基づき、異常発生箇所を特定することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、採掘ガスの状態量の変動によって圧縮機の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システムの故障の前兆としての異常を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一実施形態に係る採掘ガス圧縮システムの概略構成を示す図である。
【図２】一実施形態に係るモータ及び圧縮機の入出力を説明するための図である。
【図３】基準相関関係に対する実測値及び補正値の一例を示すグラフである。
【図４】基準出力と出力補正値との差の時系列変化の一例を示すグラフである。
【図５】基準出力に対する出力補正値の乖離率の時系列変化の一例を示すグラフである。
【図６】他の実施形態に係るモータ及び圧縮機の入出力を説明するための図である。
【図７】モータ入力とモータ出力の関係を示すグラフである。
【図８】一実施形態に係る採掘ガス圧縮システムの異常検出方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３０】
最初に、図１を参照して、一実施形態に係る採掘ガス圧縮システム１の概略構成について説明する。
図１に示すように、採掘ガス圧縮システム１は、主として、地下や海底に存在するガス田又は油田で採掘された資源に含まれる採掘ガス５４を圧縮（昇圧）して、例えば外部の処理設備や貯蔵設備等に圧送するためのシステムである。図１に示す構成例では、採掘ガス圧縮システム１は海洋向けプラントに適用され、海底５１のガス田５２から採掘された採掘ガス５４を圧縮対象としており、海底５１に圧縮機５が設置された構成を例示している。
なお、図示しないが他の構成例では、採掘ガス圧縮システム１は、湖底や川底等の他の水底から採掘されたガスを圧縮対象としてもよいし、圧縮機５が海上や湖上等の水上、または陸上に設置された構成としてもよい。あるいは、採掘ガス圧縮システム１は、地下から採掘されたガスを圧縮対象としてもよい。
【００３１】
一実施形態において、採掘ガス圧縮システム１は、気液分離器８と、気液分離器８に接続された圧縮機５と、圧縮機５を駆動するためのモータ４と、を備える。
【００３２】
気液分離器８は、海底５１に存在するガス田５２から採掘された液分含有ガス（採掘ガス）５３から、液状成分を分離する構成となっている。通常、海底５１に埋蔵されたガスは、液状成分を含有した状態で採掘されることが多く、その場合、気液分離器８において液分含有ガス５３から液状成分を分離し、気体成分のみを含む液分分離ガス（採掘ガス）５４を圧縮機５に送るようになっている。なお、液分含有ガス５３の性状によっては、気液分離器８を設置しない構成としてもよい。
【００３３】
圧縮機５は、モータ４の出力軸６に接続され、モータ４によって駆動されて流体を昇圧させるように構成される。圧縮機５とモータ４とは、単一のケーシング３の内部に圧縮機５及びモータ４が収容されたモータ一体型圧縮機２を構成していてもよい。図示されるように海底５１に圧縮機５が設置される場合、モータ一体型圧縮機２を採用すれば、ケーシング３を気密構造とすることで圧縮機５およびモータ４を海水による腐食から容易に保護できる。あるいは図示しないが、洋上のプラットフォーム１１上に圧縮機５が設置される場合、モータ一体型圧縮機２を採用すれば、圧縮機５およびモータ４の小型化が可能であるため、スペースの限られたプラットフォーム１１における省スペース化が図れる。
【００３４】
上述の採掘ガス圧縮システム１では、海底５１のガス田５２から採掘された液分含有ガス（採掘ガス）５３は気液分離器８に導入され、気液分離器８において気体成分と液状成分とに分離される。
気液分離器８により液状成分が分離された液分分離ガス（採掘ガス）５４は、気液分離器８に接続された圧縮機５に導入されて、圧縮機５によって昇圧される。なお、気液分離器８により分離された採掘ガス５３の液状成分は、他の処理ラインに送られるため図示を省略している。
圧縮機５から排出された圧縮ガス５５は、採掘ガス圧縮システム１の外部に送られる。例えば、図示されるように、圧縮ガス５５は、海面５０に浮かぶプラットフォーム１１上に載置されたタンクに一旦貯留された後、タンカー１２によって輸送される。
【００３５】
ところで、通常、圧縮機５の仕様は、圧縮機５の運転範囲（使用条件）を考慮して決定されている。具体的には、圧縮機５に流入するガスの種類、流速、圧縮機回転数等に関する所定の使用条件を想定し、設計寿命に応じて圧縮機５の仕様が決定される。
しかしながら、上記構成を有する採掘ガス圧縮システム１の場合、採掘ガス５４の特性が変化し得るため、圧縮機５の運転範囲（使用条件）が不確定であり、圧縮機５の寿命が設計寿命よりも短くなってしまう可能性がある。特に、図１に示すような海洋向けプラントに適用される場合、圧縮機５が故障しても、代替機の準備に時間を要し、その間プラントの運転停止を余儀なくされる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、圧縮機５の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システム１の異常を精度よく検知可能な異常検知装置２０を備えている。
【００３７】
幾つかの実施形態に係る異常検知装置２０は、採掘ガス５４の状態量を検出するためのセンサ２１と、センサ２１の検出値を用いて、圧縮機５の異常を検出するための演算を行うように構成された演算処理装置２２と、を備えている。
【００３８】
以下、異常検知装置２０の各部位の具体的な構成例について説明する。
センサ２１は、圧縮機５に流入する採掘ガス５４の状態量を検出するように構成されている。具体的には、センサ２１は、気液分離器８と圧縮機５との間を接続するガスラインに設けられ、液状成分分離後の採掘ガス５４の状態量を検出するようになっている。
ここで、採掘ガス５４の状態量は、採掘ガス５４の密度、温度、圧力の少なくとも一つを含んでいてもよい。
【００３９】
演算処理装置２２は、基準相関関係取得部２３と、出力補正部２４と、異常検出部２５と、記憶部２７と、を含む。
なお、演算処理装置２２は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。この演算処理装置２２は、採掘ガス圧縮システム１から離れた遠隔地に配置されてもよい。
【００４０】
基準相関関係取得部２３は、サンプルガスに関するモータ４への供給電力と圧縮機５の出力との既知の基準相関関係を取得するように構成される。上述したように、サンプルガスは、既知の基準状態量を有するものである。基準相関関係取得部２３において、既知の基準相関関係は、記憶部２７から取得してもよいし、不図示の入力部より入力されてもよい。
【００４１】
出力補正部２４は、センサ２１によって検出された採掘ガス５４の状態量に基づいて圧縮機５の実際出力を補正し、採掘ガス５４が基準状態量を有する場合におけるモータ４への供給電力に対応する圧縮機５の出力補正値を算出するように構成される。
【００４２】
異常検出部２５は、モータ４への供給電力と出力補正値との関係と基準相関関係との比較結果に基づいて、採掘ガス圧縮システム１の異常を検出する。
【００４３】
記憶部２７は、例えば、サンプルガスに関するモータ４への供給電力と圧縮機５の出力との既知の基準相関関係を記憶している。記憶部２７では、予め取得した既知の基準相関関係を記憶するようになっている。この既知の基準相関関係は、例えば、サンプルガスを用いた実験によって取得してもよいし、シミュレーション等により取得してもよいし、経験的な過去のデータから取得してもよい。こうして取得された既知の基準相関関係は、通信回線又は記憶媒体を介して記憶部２７に記憶されてもよいし、演算処理装置２２の入力部からの入力によって記憶部２７に記憶されてもよい。
【００４４】
記憶部２７には、一種類の状態量に関して一つの基準相関関係が記憶されている。後述するように、異常検知を行う際には、基準相関関係に対応した状態量に基づいて圧縮機５の出力を補正した後、基準相関関係と圧縮機５の出力補正値とを比較するため、記憶部２７には原則として一つの基準相関関係さえ記憶されていればよい。
但し、記憶部２７には、一種類の状態量に関して複数の基準相関関係が記憶されていてもよい。例えば、状態量が密度である場合、記憶部２７には、異なる密度の基準相関関係が複数記憶される。また、記憶部２７には、複数種類の状態量に関する基準相関関係が記憶されていてもよい。例えば、記憶部２７には、状態量が密度である基準相関関係と、状態量が圧力である基準相関関係とが記憶される。
【００４５】
ここで、既知の基準相関関係について具体的に説明する。
図２は、一実施形態に係るモータ４及び圧縮機５の入出力を説明するための図である。図３は、基準相関関係１００に対する実測値及び補正値の一例を示すグラフである。
図２に示すように、モータ４は、電力（モータ入力Ｘ）が供給されることによって、圧縮機５を出力Ｙで駆動する。
図３に示すように、一例として、既知の基準状態量を有するサンプルガスに関するモータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）と圧縮機５の出力Ｙとの既知の基準相関関係は、直線１００で表される。
【００４６】
図３には、既知の基準相関関係１００とは別に、圧縮機５の実測値及び補正値もプロットしている。
圧縮機５の実測値は、モータ４への実際の供給電力（モータ入力Ｘ）に対する圧縮機５の実際の出力Ｙ１である。なお、圧縮機５の出力Ｙは、以下の式（１）によって取得できる。
【数１】
2016176219.tif 000003
ここで、Ｙは圧縮機５の出力(kW）、Ｑは圧縮前の気体体積(m３/s）、Ｐ１は圧縮前の圧力(N/m２)、Ｐ２は圧縮後の圧力(N/m２)、Ｋ，ｍは定数である。
圧縮機５の実際の出力Ｙ１を取得する場合には、各種センサ等によって、圧縮前の気体体積、圧縮前の圧力、圧縮後の圧力を検出する。
【００４７】
こうして取得された圧縮機５の実測値（モータ入力Ｘと圧縮機の実際の出力Ｙ１との関係）は、図示されるように既知の基準相関関係１００から離間していることが多い。この要因の一つとして、圧縮機５を通過する採掘ガス５４の状態量が変化することが考えられる。そのため、単に既知の基準相関関係１００と圧縮機５の実測値との比較によって異常を検知することは異常検知の精度低下に繋がってしまう。
そこで、幾つかの実施形態では、出力補正部２４において、採掘ガス５４の状態量に基づいて圧縮機５の実際の出力Ｙ１を補正した出力補正値Ｙ’を算出するようになっている。
【００４８】
圧縮機５の出力補正値Ｙ’は、例えば状態量が密度である場合、以下の式（２）によって得られる。
【数２】
2016176219.tif 000004
ここで、Ｙ’は圧縮機５の出力補正値(kW)、Ｙ１は圧縮機５の実際の出力(kW）、ρ０はサンプルガスの密度、ρはセンサ２１によって検出された採掘ガス５４の密度である。
【００４９】
こうして取得された圧縮機５の出力補正値Ｙ’と、モータ４の入力Ｘとに基づいて図中にプロットされた補正値は、モータ４又は圧縮機５に異常が存在しなければ、採掘ガス５４の状態量の変化に関わらず既知の基準相関関係１００に概ね沿った形態となる。
一方、圧縮機５の出力補正値Ｙ’のうち既知の基準相関関係１００から大きく乖離したものに関しては、異常と判定することができる。
そこで、幾つかの実施形態では、異常検出部２５において、モータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）と圧縮機５の出力補正値Ｙ’との関係と、基準相関関係１００との比較結果に基づいて、採掘ガス圧縮システム１の異常を検出するようになっている。
【００５０】
上記構成を有する異常検知装置２０によれば、採掘ガス５４の状態量の検出結果に基づいて圧縮機５の実際出力Ｙ１を補正することで、採掘ガス５４が基準状態量（サンプルガスの既知の状態量）を有する場合におけるモータ供給電力（モータ入力Ｘ）に対応する圧縮機５の出力補正値Ｙ’を算出するようになっている。こうして得られた圧縮機５の出力補正値Ｙ’は、サンプルガスと同一の状態量（基準状態量）を前提としているため、採掘ガス５４の状態量の変動の影響を受けずに、モータ供給電力と出力補正値Ｙ’との関係を基準相関関係１００と適切に比較することができる。よって、採掘ガス５４の状態量の変動によって圧縮機５の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システム１の故障の前兆としての異常を検知することができる。
【００５１】
以下、異常検出部２５における異常検出について具体的に説明する。
図４は、基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差Ｄの時系列変化の一例を示すグラフである。図５は、基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’の乖離率の時系列変化の一例を示すグラフである。なお、以下の説明では、適宜、図１及び図２に示した符号を用いている。また、図４及び図５に示すグラフにおいて、基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差の時系列変化、または、基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’の乖離率の時系列変化は、それぞれ、断続的に算出したものを模式的に曲線によって示している。
【００５２】
図４に示すように、一実施形態において異常検出部２５は、基準相関関係１００（図３参照）におけるモータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）に対応した圧縮機５の基準出力Ｙ０と、出力補正部２４によって算出された出力補正値Ｙ’との差Ｄが第１閾値を超えた時刻ｔ１において、採掘ガス圧縮システム１に異常が発生したと判定するように構成される。例えば、圧縮機５の基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差Ｄの絶対値が第１閾値を超えたとき、採掘ガス圧縮システム１に異常が発生したと判定してもよい。あるいは、絶対量が同一である正の第１閾値と負の第１閾値とを設けておき、圧縮機５の基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差Ｄが正の第１閾値を上回ったとき、又は圧縮機５の基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差Ｄが負の第１閾値を下回ったときに、採掘ガス圧縮システム１に異常が発生したと判定してもよい。
【００５３】
このように、基準相関関係１００（図３参照）に基づいて定まるモータ供給電力（モータ入力Ｘ）に対応した圧縮機５の基準出力Ｙ０と、出力補正部２４によって算出された出力補正値Ｙ’との差Ｄを第１閾値と比較することで、採掘ガス５４の状態量の変動によって圧縮機５の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システム１の異常の有無を高精度に判定することができる。
【００５４】
図５に示すように、他の実施形態において異常検出部２５は、基準相関関係１００（図３参照）におけるモータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）に対応した圧縮機５の基準出力Ｙ０に対する、出力補正部２４によって算出された出力補正値Ｙ’の乖離率が第２閾値を超えた時刻ｔ２において、採掘ガス圧縮システム１に異常が発生したと判定するように構成される。なお、出力補正値Ｙ’の乖離率とは、基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差Ｄを基準出力Ｙ０で除した値であってもよい。例えば、圧縮機５の基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’との乖離率の絶対値が第２閾値を超えたとき、採掘ガス圧縮システム１に異常が発生したと判定してもよい。あるいは、絶対量が同一である正の第２閾値と負の第２閾値とを設けておき、圧縮機５の基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’との乖離率が正の第２閾値を上回ったとき、又は圧縮機５の基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’との乖離率が負の第２閾値を下回ったときに、採掘ガス圧縮システム１に異常が発生したと判定してもよい。
【００５５】
このように、基準相関関係１００（図３参照）に基づいて定まるモータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）に対応した圧縮機５の基準出力Ｙ０に対する、出力補正部２４によって算出された出力補正値Ｙ’の乖離率を第２閾値と比較することで、採掘ガス５４の状態量の変動によって圧縮機５の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システム１の異常の有無を高精度に判定することができる。
【００５６】
さらに他の実施形態では、図４及び図５に示すように、異常検出部２５は、基準相関関係１００（図３参照）におけるモータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）に対応した圧縮機５の基準出力Ｙ０と、出力補正部２４によって算出された出力補正値Ｙ’との差、または、基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’の乖離率が第３閾値を超える期間が規定時間ｔｒｅｇ以上継続したとき、採掘ガス圧縮システム１に異常が発生したと判定するように構成される。すなわち、異常検出部２５は、圧縮機５の基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差、または、基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’の乖離率が、第３閾値を超えた時刻ｔ３からの経過時間をカウントし、経過時間が規定時間ｔｒｅｇに到達した時刻ｔ４において異常が発生したと判定する。
なお、図４に示す第１閾値と第３閾値、または、図５に示す第２閾値と第３閾値のように、２つの閾値を設けてもよい。その場合、第３閾値は、第１閾値又は第２閾値よりも小さい値とする。
【００５７】
このように、圧縮機５の基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差、または、基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’の乖離率が第３閾値を超えた期間が規定時間ｔｒｅｇ以上であるか否かに基づいて、採掘ガス５４の状態量の変動によって圧縮機５の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システム１の異常の有無を高精度に判定することができる。
【００５８】
また、異常検出部２５は、基準相関関係１００におけるモータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）に対応した圧縮機５の基準出力Ｙ０と、出力補正部２４によって算出された出力補正値Ｙ’との差、または、基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’の乖離率の増大速度が第４閾値（図示略）を超えたとき、採掘ガス圧縮システム１に異常が発生したと判定するように構成されてもよい。すなわち、異常検出部２５は、圧縮機５の基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差（図４参照）の微分値の時系列変化、または、基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’の乖離率（図５参照）の微分値の時系列変化が第４閾値を超えたとき、採掘ガス圧縮システム１に異常が発生したと判定する。
これによれば、圧縮機５の基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差、または、基準出力Ｙ０に対する出力補正値Ｙ’の乖離率の増大速度を第４閾値と比較することで、採掘ガス５４の状態量の変動によって圧縮機５の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システム１の異常の有無を高精度に判定することができる。
【００５９】
また、上述した異常検知装置２０は、さらに以下の構成を備えていてもよい。
他の実施形態において、異常検知装置２０の演算処理装置２２は、異常箇所特定部２６（図１参照）をさらに含んでいる。
異常箇所特定部２６は、異常検出部２５により採掘ガス圧縮システム１の異常が検出されたとき、モータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）に対応するモータ４の実際出力Ｚ１および設計出力値Ｚ０の比較結果に基づいて、異常の発生箇所が圧縮機５又はモータ４の何れであるかを特定するように構成される。
【００６０】
図６は、他の実施形態に係るモータ４及び圧縮機５の入出力を説明するための図である。図７は、モータ入力Ｘとモータ出力Ｚの関係を示すグラフである。
図６に示すように、モータ４は、電力（モータ入力Ｘ）が供給されることによって出力（モータ出力）Ｚで駆動する。モータ出力Ｚは、トルクＴ及び回転速度Ｎの回転エネルギとして圧縮機５に入力され、圧縮機５は出力Ｙで駆動される。
モータ出力Ｚは、例えば以下の式（３）によって算出される。
【数３】
2016176219.tif 000005
ここで、Ｚはモータ出力（ｋＷ）、Ｔはトルク［ｋｇ・ｍ（Ｎ／ｍ／９．８）］、Ｎは回転速度(ｍｉｎ−１)である。この場合、モータ４の実際出力Ｚ１を取得する場合、センサ等によって、モータ４のトルク及び回転速度を検出する。
【００６１】
図７に示すグラフにおいて、モータ４の供給電力（モータ入力Ｘ）に対するモータ４の設計出力Ｚ０を直線１０２で示している。異常箇所特定部２６では、モータ４への供給電力（モータ入力）に対応するモータ４の実際出力Ｚ１および設計出力値Ｚ０の比較結果に基づいて、異常の発生箇所が圧縮機５又はモータ４の何れであるかを特定する。
例えば、モータ供給電力に対応するモータ実際出力Ｚ１および設計出力値Ｚ０の差が許容範囲内である場合、異常発生箇所はモータ４ではなく圧縮機５であると考えられる。一方、モータ供給電力に対応するモータ実際出力Ｚ１および設計出力値Ｚ０の差が許容範囲を超えている場合、異常発生箇所は圧縮機５ではなくモータ４であると考えられる。こうして、モータ供給電力に対応するモータ実際出力Ｚ１および設計出力値Ｚ０の比較結果に基づき、異常発生箇所を特定することができる。
【００６２】
また、異常箇所特定部２６では、モータ４の実際出力Ｚ１として、この実際出力Ｚ１を状態量によって補正した出力補正値Ｚ’を用いてもよい。その場合、異常箇所特定部２６は、実際出力Ｚ１を状態量によって補正した出力補正値Ｚ’と、設計出力値Ｚ０との比較結果に基づいて、異常の発生箇所が圧縮機５又はモータ４の何れであるかを特定する。
例えば、状態量が密度である場合、モータ４の出力補正値Ｚ’は以下の式（４）によって算出される。
【数４】
2016176219.tif 000006
ここで、Ｚ’はモータ出力補正値(kW)、Ｚ１はモータの実際出力(kW)、ρ０はサンプルガスの密度、ρはセンサ２１によって検出された採掘ガス５４の密度である。
このように、モータ４の実際出力Ｚ１を状態量によって補正した出力補正値Ｚ’と、設計出力値Ｚ０との比較結果に基づいて異常の発生箇所を特定することによって、採掘ガス５４の状態量の変動に関わらず、異常箇所を高精度に特定することができる。
【００６３】
次に、図８を参照して、採掘ガス圧縮システム１の異常検知方法について説明する。なお、以下の説明では、適宜、図１乃至図７に示した符号を用いている。
図８に示すように、ステップＳ１にてモータ４及び圧縮機５が定格運転状態で稼働しているとき、ステップＳ２（状態量検出ステップ）において、圧縮機５に流入する採掘ガス５４の状態量（例えば密度）をセンサ２１により検出する。また、ステップＳ３（基準相関関係取得ステップ）において、既知の基準状態量を有するサンプルガスに関するモータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）と圧縮機５の基準出力Ｙとの既知の基準相関関係１００を取得しておく。
【００６４】
次いで、ステップＳ４（出力補正ステップ）において、センサ２１によって検出された採掘ガス５４の状態量に基づいて圧縮機５の実際出力Ｙ１を補正し、採掘ガス５４が基準状態量を有する場合におけるモータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）に対応する圧縮機５の出力補正値Ｙ’を算出する。例えば、上記式（１）によって得られた圧縮機５の実際出力Ｙ１を、上記式（２）によって補正し、圧縮機５の出力補正値Ｙ’を算出する。
【００６５】
そして、ステップＳ５〜ステップＳ７（異常検出ステップ）において、モータ４への供給電力（モータ入力Ｘ）と圧縮機５の出力補正値Ｙ’との関係と基準相関関係１００との比較結果に基づいて、採掘ガス圧縮システム１の異常を検出する．
例えば、ステップＳ５において、基準相関関係１００におけるモータ４への供給電力に対応した圧縮機５の基準出力Ｙ０と、出力補正値Ｙ’との差Ｄが第１閾値を超えたか否かを判定し、圧縮機５の基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差Ｄが第１閾値を超えていない場合にはステップＳ６において採掘ガス圧縮システム１の異常なしと判定して、ステップＳ１に戻り定格運転状態を継続する。一方、圧縮機５の基準出力Ｙ０と出力補正値Ｙ’との差Ｄが第１閾値を超えた場合には、ステップＳ７において、採掘ガス圧縮システム１の異常ありと判定する。
【００６６】
続いて、以下のステップを実施してもよい。
採掘ガス圧縮システム１の異常ありと判定された場合、ステップＳ８〜ステップＳ１０（異常箇所特定ステップ）において、モータへ４の供給電力（モータ入力Ｘ）に対応するモータ４の実際出力Ｚ１および設計出力値Ｚ０の比較結果に基づいて、異常の発生箇所が圧縮機５又はモータ４の何れであるかを特定する。
【００６７】
例えば、ステップＳ８において、モータ４の実際出力Ｚ１と設計出力値Ｚ０との差を第５閾値と比較し、モータ４の実際出力Ｚ１と設計出力値Ｚ０との差が第５閾値より小さい場合には、ステップＳ９において圧縮機５に異常ありと判定する。一方、モータ４の実際出力Ｚ１と設計出力値Ｚ０との差が第５閾値を超える場合には、ステップＳ１０においてモータ４に異常ありと判定する。あるいは、異常箇所特定ステップでは、モータ４の実際出力Ｚ１に対する設計出力値Ｚ０の乖離率と第６閾値とを比較してもよい。
【００６８】
上述したように、本発明の実施形態によれば、採掘ガス５４の状態量の変動によって圧縮機５の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システム１の故障の前兆としての異常を検知することができる。
【００６９】
また、一実施形態では、図１に示した採掘ガス圧縮システム１が、上述した異常検知装置２０を備えている。すなわち、採掘ガス圧縮システム１は、採掘ガス５４を昇圧するための圧縮機５と、圧縮機５を駆動するためもモータ４と、上述した異常検知装置２０と、を備える。
これにより、採掘ガス５４の状態量の変動によって圧縮機５の運転範囲が不確定であっても、採掘ガス圧縮システム１の故障の前兆としての異常を検知することができる。よって、採掘ガス圧縮システム１の突然の故障に起因した長期にわたる運転停止を回避することができ、ガス採掘事業者の採算を改善することができる。
【００７０】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００７１】
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００７２】
１      採掘ガス圧縮システム
２      モータ一体型圧縮機
３      ケーシング
４      圧縮機
５      モータ
６      出力軸
８      気液分離器
１１    プラットフォーム
１２    タンカー
２０    異常検知装置
２１    センサ
２２    演算処理装置
２３    基準相関関係取得部
２４    出力補正部
２５    異常検出部
２６    異常箇所特定部
２７    記憶部
５０    海面
５１    海底
５２    ガス田
【図１】
2016176219.tif 000007
【図２】
2016176219.tif 000008
【図３】
2016176219.tif 000009
【図４】
2016176219.tif 000010
【図５】
2016176219.tif 000011
【図６】
2016176219.tif 000012
【図７】
2016176219.tif 000013
【図８】
2016176219.tif 000014