JP2003015745A - ガス供給ラインの圧力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下流側設備におけるガス使用量の急変に伴う
下流側圧力の一時的な低下を抑制する。 【解決手段】 圧力計２の圧力検出値ＰＶをデータ蓄積
ファイルＦに蓄積し、単位時間あたりの圧力検出値ＰＶ
の変化量に基づいて、圧力検出値ＰＶの低下度合を検出
する。圧力検出値ＰＶの低下度合がしきい値を越えると
き、その低下度合に応じた規定開度値を特定し、定値制
御に替えて、圧力調節弁１の開度が規定開度値となるよ
うに調整する。前記規定開度値として、圧力検出値ＰＶ
の低下を抑制し且つ速やかに圧力設定値Ｐ_S に復帰し得
る開度を予め検出してこれを設定するようにすれば、圧
力調節弁１の開度を規定開度値に制御することによっ
て、下流側圧力の低下が抑制され、下流側圧力は、速や
かに圧力設定値Ｐ_S に復帰する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧力制御弁の下
流側圧力が、所定圧となるように圧力制御弁の開度調整
を行うようにしたガス供給ラインの圧力制御方法に関
し、特に、圧力制御弁の下流側でのガス使用量の変化に
伴って、圧力制御弁の下流側圧力が急変することを防止
することの可能なガス供給ラインの圧力制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガス供給ラインに介挿されてい
る圧力制御弁の下流側に接続された下流側設備にガスを
供給する場合には、圧力制御弁の下流側圧力を、下流側
設備の停止等を引き起こすことのない補償圧以上に維持
することが重要である。このため、従来、圧力制御弁の
上流側に圧力計を設け、この圧力計で検出される圧力制
御弁の上流側圧力が、前記補償圧に応じた上流側補償圧
以上となるように圧力制御弁の開度制御を行う定値制御
を行ったり、或いは、圧力制御弁の下流側設備における
ガス使用状況を検出し、このガス使用状況に応じて圧力
制御弁の開度をフィードフォワード制御する方法等が知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧力計
で検出された圧力制御弁の上流側圧力が設定圧となるよ
うに圧力制御弁の開度制御を行う定値制御では、下流側
設備におけるガスの使用量が急激に増加した場合、定値
制御はフィードバック制御であるため、圧力制御弁の開
度がガスの使用量に応じた必要開度となるまでに時間が
かかり、下流側圧力が一時的に低下する場合がある。こ
のように、下流側圧力が低下しこれが補償圧を下回ると
下流側設備に安定したガス供給を行うことができない状
態が発生する。このため、これを回避するために、この
一時的な圧力の低下を見込んで、上流側圧力の設定値と
して、上流側補償圧よりも高い値を設定する必要があ
る。

【０００４】また、下流側設備のガス使用状況を検出し
てフィードフォワード制御を行う方法においては、下流
側設備のガス使用状況を把握することは煩雑であり、ま
たガス使用状況を全て把握することは困難である。ま
た、下流側設備のガス使用状況から圧力制御弁の必要な
開度を予測して圧力制御弁の開度を制御することになる
が、ガス使用状況に応じてフィードフォワード制御に移
行し、これに応じて圧力制御弁の開度調整が行われるま
でに時間がかかるため、場合によっては、下流側圧力を
必要な補償圧に維持することができず、安定したガス供
給を行うことができないという問題がある。

【０００５】そこで、この発明は、上記従来の未解決の
課題に着目してなされたものであり、ガス使用量の変化
に係わらず圧力制御弁の下流側圧力を補償圧以上の圧力
に、確実に維持することの可能なガス供給ラインの圧力
制御方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係るガス供給ラインの圧力制御
方法は、ガス供給ラインに介挿された圧力制御弁の下流
側圧力が所定圧となるように、前記圧力制御弁の開度を
制御するようにしたガス供給ラインの圧力制御方法にお
いて、前記圧力制御弁の下流側圧力を圧力検出手段で検
出し、当該圧力検出手段の検出値が前記所定圧となるよ
うに前記圧力制御弁の開度を定値制御すると共に、前記
圧力検出手段の検出値に基づいて前記下流側圧力の変化
傾向を検出し、当該下流側圧力の変化傾向に応じて、前
記圧力制御弁の開度を前記定値制御に替えて所定時間規
定開度に制御するようにしたことを特徴としている。

【０００７】この請求項１に係る発明では、ガス供給ラ
インに介挿された圧力制御弁の下流側圧力が、所定圧と
なるように圧力制御弁の開度が定値制御される。つま
り、例えば、圧力制御弁の下流側に接続された下流側設
備の停止等を引き起こすことのない補償圧以上の圧力と
なるように定値制御される。このとき、これと共に、圧
力検出手段で検出される圧力制御弁の下流側圧力に基づ
いて下流側圧力の変化傾向が検出され、この変化傾向に
応じて、圧力制御弁の開度が定値制御に替えて所定時間
規定開度に制御される。

【０００８】したがって、例えば圧力制御弁の下流側圧
力の変化傾向から、下流側圧力が急変する傾向にあると
予測されるときには、圧力制御弁の開度を、定置制御に
替えて、予測される下流側圧力の急変を抑制することの
可能な規定開度に制御することによって、下流側圧力の
急変を抑制することが可能となる。また、請求項２に係
るガス供給ラインの圧力制御方法は、前記下流側圧力の
変化傾向として前記下流側圧力の低下度合を検出し、当
該低下度合が予め設定した低下度合のしきい値を越えて
変化するとき、前記圧力制御弁の開度を前記規定開度に
制御するようにしたことを特徴としている。

【０００９】この請求項２に係る発明では、圧力制御弁
の下流側圧力の低下度合が検出され、この低下度合が予
め設定した低下度合のしきい値を越えて変化するとき
に、圧力制御弁の開度が規定開度に制御される。よっ
て、下流側圧力が、しきい値を越える割合で低下すると
きに規定開度に制御されることになる。さらに、請求項
３に係るガス供給ラインの圧力制御方法は、前記低下度
合に応じた開度を前記規定開度として設定するようにな
っていることを特徴としている。

【００１０】この請求項３に係る発明では、圧力制御弁
の下流側圧力の低下度合に応じた開度が規定開度として
設定されるから、下流側圧力の低下度合に応じて的確に
圧力制御弁の開度を調整することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。図１は、本発明におけるガス供給ラインの圧力
制御方法を適用した制御装置の構成を示すブロック図で
ある。図１に示すようにガス供給ラインＬには、このガ
ス供給ラインＬの下流に接続された下流側設備へのガス
の供給圧を調整するための圧力調節弁（圧力制御弁）１
が介挿され、この圧力調節弁１の下流側に、圧力調節弁
１の下流側圧力を検出するための圧力検出手段としての
圧力計２が設けられている。

【００１２】この圧力計２で検出された圧力検出値ＰＶ
は制御装置１０に入力され、制御装置１０では、この圧
力検出値ＰＶに基づいて予め設定された所定周期で圧力
調節弁１を調整するようになっている。前記制御装置１
０は、図１に示すように、圧力調節弁１の下流側圧力
が、予め設定された圧力設定値Ｐ_S となるように、圧力
検出値ＰＶに基づいて圧力調節弁１の開度調整を行うＰ
ＩＤ定値圧力制御部１２と、所定周期で入力される圧力
検出値ＰＶを、データ蓄積ファイルＦに順次格納し、予
め設定した所定数のデータをＦＩＦＯ方式で蓄積する圧
力データ蓄積処理部１４と、圧力データ蓄積処理部１４
で蓄積した圧力検出値ＰＶをもとに、圧力検出値ＰＶの
変化傾向を検出する変化傾向検出部１６と、当該変化傾
向検出部１６で検出した変化傾向に基づいて規定開度制
御を行う必要があるかどうかを検出し変化傾向に応じた
規定開度値を選択すると共に、圧力検出値ＰＶが予め設
定したバックアップ用のしきい値を下回るかどうかを判
定し、バックアップ用のしきい値を下回るときには、バ
ックアップ用の規定開度を最適規定開度として選択する
規定開度処理部１８と、規定開度処理部１８で選択され
た規定開度に応じた開度設定値をＰＩＤ定値圧力制御部
１２に通知する最適規定開度値選択処理部２０と、を備
えている。

【００１３】そして、ＰＩＤ定値圧力制御部１２では、
予め設定した所定周期で圧力計２から圧力検出値ＰＶを
入力し、この圧力検出値ＰＶが、前記下流側設備のガス
使用状況等に応じて設定される前記圧力設定値Ｐ_S とな
るように、圧力調節弁１の開度を定値制御する。前記圧
力設定値Ｐ_S は、例えば、下流側設備の停止等を引き起
こすことのない補償圧以上の値に設定される。また、規
定開度処理部１８から規定開度指令が通知されたときに
は、最適規定開度値選択処理部２０から通知された規定
開度値となるように圧力調節弁１の開度調整を行う。

【００１４】このとき、通知された規定開度値がバック
アップ用の規定開度でないときには予め設定した規定開
度時間の間、前記圧力調節弁１の開度を規定開度に調整
する。また、バックアップ用の規定開度が通知されたと
きには、予め設定したバックアップ用の規定開度時間の
間、前記圧力調節弁１の開度をバックアップ用の規定開
度に調整する。そして、圧力調節弁１の開度を、規定開
度時間又はバックアップ用の規定開度時間の間、規定開
度に調整した後、前記定値制御を再開する。なお、前記
規定開度時間及びバックアップ用の規定開度時間は、予
め実験等によって求められ、下流側圧力が前記定値制御
における圧力設定値Ｐ_S に回復するのに要する時間以上
であり、且つ、下流側圧力のオーバーシュートを低減す
ることの可能な時間に設定される。

【００１５】前記変化傾向検出部１６では、データ蓄積
ファイルＦに格納した圧力検出値ＰＶをもとに、圧力検
出値ＰＶの変化傾向を検出する。例えば、圧力検出値Ｐ
Ｖが継続して低下している間の、予め設定した任意の単
位時間毎の変化量を検出する。前記単位時間は、例えば
１秒毎、６秒毎等複数設定され、例えば、１秒間におけ
る変化量がしきい値ＴＨよりも大きい場合には、圧力検
出値ＰＶが急激に低下していると判定することができ、
また、６秒間における変化量が前記しきい値ＴＨよりも
小さい場合には、圧力検出値ＰＶは緩やかに低下してい
ると判定することができる。したがって、単位時間は、
圧力検出値ＰＶの低下度合を何段階にわけて検出するか
に応じて設定するようにすればよく、圧力検出値ＰＶを
多数段階にわけて検出したい場合には、単位時間をその
段階数に応じて多数設定すればよい。

【００１６】そして、このようにして検出した単位時間
毎の圧力検出値ＰＶの変化量を変化傾向情報として規定
開度処理部１８に通知する。この規定開度処理部１８で
は、変化傾向検出部１６から通知される圧力検出値ＰＶ
の変化傾向情報に基づき、規定開度タイミングの検出を
行う。つまり、変化傾向検出部１６から通知される、単
位時間毎の圧力検出値ＰＶの変化量のうち、しきい値Ｔ
Ｈを越え、且つその単位時間が最も短いものに基づいて
その低下度合を推定する。つまり、しきい値ＴＨに達す
るまでの所要時間が短いほど圧力検出値ＰＶは急激に低
下する傾向にあると判定する。そして、低下度合の推定
に用いた単位時間に応じて、予め設定したテーブルに基
づいて、推定した低下度合に応じた規定開度値を特定す
る。この規定開度値は、ガス供給ラインＬに接続された
下流側設備の接続状況等に応じて、実験等によって設定
される開度であり、下流側圧力の低下を抑制し且つ速や
かに圧力設定値Ｐ_S に復帰させることの可能な開度に設
定され、例えば、下流側圧力が速やかに圧力設定値Ｐ_S
に復帰するように、圧力検出値ＰＶの低下度合が大きい
ほど、規定開度値が大きな値となるように設定される。

【００１７】そして、規定開度処理部１８では、このよ
うにして設定した規定開度値を特定するための選択指令
を最適規定開度値選択処理部２０に通知すると共に、Ｐ
ＩＤ定値圧力制御部１２に規定開度指令を通知する。な
お、単位時間毎の圧力検出値ＰＶの変化量がいずれもし
きい値をこえない場合には、選択指令の通知は行わず、
また規定開度指令の通知も行わない。

【００１８】また、規定開度処理部１８では、圧力計２
の圧力検出値ＰＶが、下流側圧力の最下限圧である補償
圧を維持するための予め設定したバックアップ用のしき
い値を下回っていないかどうかを監視しており、圧力検
出値ＰＶがバックアップ用のしきい値を下回るときに
は、圧力検出値ＰＶの低下度合に応じて設定される規定
開度値に替えて、この規定開度値よりも開度の大きい、
バックアップ用の規定開度値を指定する選択指令を最適
規定開度値選択処理部２０に通知すると共に、規定開度
指令を通知する。

【００１９】なお、前記バックアップ用の規定開度値
は、圧力検出値ＰＶがバックアップ用のしきい値を下回
ったときに、圧力検出値ＰＶを速やかに圧力設定値Ｐ_S
に復帰させることの可能な値に設定される。前記最適規
定開度値選択処理部２０は、規定開度処理部１８から通
知される選択指令に基づいて、通知された選択指令で特
定される最適規定開度値を特定し、この最適規定開度値
をＰＩＤ定値圧力制御部１２に通知する。

【００２０】次に、上記実施の形態の動作を図２を伴っ
て説明する。なお、図２（ａ）及び（ｂ）において、実
線ａは圧力調節弁１の下流側へのガス供給量の実績値で
ある下流側流量実績を表したものであり、Ｙ軸方向に進
むほど流量が多いことを表す。また、破線ｂは圧力調節
弁１の開度を表したものであり、Ｙ軸方向に進むほど開
度が大きいことを表す。さらに、破線ｃは圧力調節弁１
の下流側圧力の実績値である下流側圧力実績を示したも
のであり、Ｙ軸方向に進むほど圧力が大きいことを表
す。

【００２１】制御装置１０では、圧力計２の圧力検出値
ＰＶを定期的に読み込み、ＰＩＤ定値圧力制御部１２で
は、この圧力検出値ＰＶが予め設定した圧力設定値Ｐ_S
となるように圧力調節弁１の開度調整を行う。また、圧
力データ蓄積処理部１４では、読み込まれた圧力検出値
ＰＶを順次データ蓄積ファイルＦに格納し、所定時間数
分の圧力検出値ＰＶを保存する。

【００２２】例えば、図２（ａ）に示すように、時点ｔ
₁ で、下流側設備の制御が開始され、下流側設備でのガ
ス使用量が増加すると、これに伴って、圧力調節弁１の
下流側圧力が一時的に低下する。この下流側圧力の低下
に伴って圧力検出値ＰＶが低下し、その低下度合に応じ
て単位時間あたりの圧力検出値ＰＶの変化量が増加す
る。図２（ａ）の場合、下流側設備のガス使用量の急激
な増加に伴って、下流側圧力は急激に低下している。そ
して、予め設定した単位時間毎の圧力検出値ＰＶの変化
量がしきい値ＴＨを越えると、規定開度処理部１８で規
定開度に切り替える必要があると判定され、規定開度指
令がＰＩＤ定値圧力制御部１２に通知される。また、単
位時間あたりの変化量に応じた選択指令が最適規定開度
値選択処理部２０に通知されて、圧力検出値ＰＶの低下
度合に応じた規定開度値がＰＩＤ定値圧力制御部１２に
通知される。

【００２３】つまり、圧力検出値ＰＶの単位時間あたり
の変化量がしきい値ＴＨを越えたもののうち単位時間が
最も短いもの、すなわち、変化量がしきい値ＴＨを越え
るまでの所要時間が最も短いものが選択され、この圧力
検出値ＰＶの低下度合に応じた規定開度値が特定され、
最適規定開度値選択処理部２０において、低下度合に応
じた規定開度設定値が選択されてＰＩＤ定値圧力制御部
１２に通知される。

【００２４】このＰＩＤ定値圧力制御部１２では、規定
開度指令が通知されたことから、定値制御に替えて、通
知された規定開度値となるように圧力調節弁１の開度を
調整する。これによって、圧力調節弁１の開度が規定開
度となるように調整される。ここで、この規定開度は、
下流側圧力の低下を抑制し且つ速やかに圧力設定値Ｐ _S
に復帰させることの可能な開度に設定されているから、
圧力調節弁１の開度が規定開度に制御されることにより
下流側圧力は増加することになって、下流側圧力の低下
が抑制される。そして、予め設定した規定開度時間が経
過した時点ｔ₂で圧力調節弁１の開度は、再度ＰＩＤ定
値圧力制御部１２における定値制御による開度に切り替
えられる。

【００２５】そして、以後、ＰＩＤ定値圧力制御によっ
て制御され、下流側へのガスの供給量の変動に伴って下
流側圧力が変動すると、これに応じてＰＩＤ定値圧力制
御部１２において圧力調節弁１の開度が調整され、図２
（ａ）に示すように、下流側圧力は圧力設定値Ｐ_S に維
持されてその圧力変動が抑制される。また、何らかの原
因によって、圧力検出値ＰＶがバックアップ用のしきい
値を下回った場合には、規定開度処理部１８において最
適規定開度値としてバックアップ用の規定開度が選択さ
れ、最適規定開度値選択処理部２０において、このバッ
クアップ用の規定開度がＰＩＤ定値圧力制御部１２に通
知されて、圧力調節弁１の開度調整が行われる。このバ
ックアップ用の規定開度は、下流側圧力を圧力設定値Ｐ
_S に速やかに復帰させることの可能な値に設定されてい
るから、下流側圧力は速やかに圧力設定値Ｐ_S に復帰す
ることになる。

【００２６】このように、下流側圧力の低下度合が大き
いときには、定値制御に替えて、下流側圧力の低下度合
に応じたこの圧力低下を抑制し且つ速やかに圧力設定値
Ｐ_Sに回復し得る規定開度に切り替えるようにしてい
る。つまり、下流側圧力の低下傾向を検出した時点で規
定開度に切り替え、圧力調節弁１の開度調整を開始して
いるから、下流側圧力の大幅な圧力低下を抑制し、速や
かに回復させて圧力設定値Ｐ_S を維持することができ
る。

【００２７】また、このとき、下流側圧力の低下度合に
応じた規定開度を設定するようにしているから、圧力調
節弁１を、下流側圧力の低下度合に応じた的確な開度に
制御することができ、下流側圧力を速やかに回復させる
ことができる。図２（ｂ）は、従来のＰＩＤ定値圧力制
御を行った場合の、下流側流量実績（実線ａ）及び下流
側圧力の実績値（破線ｃ）を表したものである。図２
（ｂ）に示すように、ＰＩＤ定値圧力制御にあっては、
時点ｔ₁ で下流側設備の制御が開始されたとき、下流側
流量実績の増加に伴って下流側圧力が大きく低下した時
点で、その下流側圧力が圧力設定値Ｐ_S となるように圧
力調節弁１の開度がフィードバック制御される。

【００２８】ここで、図２（ａ）に示すように、例えば
下流側設備の制御開始時点での下流側圧力の実績値の最
小値をＰ_L とし、図２（ｂ）に示すように、従来の下流
側設備の制御開始時点における下流側圧力の実績値の最
小値をＰ_L ′として、これらを比較したところ、図２
（ｂ）に示すように、上述の本発明を用いることによっ
て、下流側設備の制御開始時点での下流側圧力の低下を
大幅に抑制することが確認できた。

【００２９】また、このように、本発明を用いることに
よって、下流側圧力の変動を抑制することができるか
ら、下流側圧力の変動分を見込んで圧力設定値Ｐ_S を設
定する必要はなく、この圧力設定値Ｐ_S を低めに設定す
ることができるから、その分消費エネルギの削減を図る
ことができる。また、下流側圧力に基づいて下流側設備
におけるガス使用量の変動を推測し、これに基づいて開
度調節を行うようにしているから、下流側設備における
ガス使用量を把握する必要はなく、容易的確に圧力制御
を行うことができる。また、下流側設備におけるガス使
用量を把握する必要がないから、例えば下流側設備の機
器構成の追加等の変更、或いは下流側設備におけるガス
使用量の仕様変更等が生じた場合であっても、大幅な仕
様変更等を伴うことはなく容易に対応することができ
る。

【００３０】また、圧力検出値ＰＶがバックアップ用の
しきい値を下回るときには、規定開度値をバックアップ
用の規定開度値に切り替えるようにしているから、下流
側圧力がバックアップ用のしきい値を下回った場合に
は、従来に比較して下流側圧力を圧力設定値Ｐ_S に速や
かに復帰させることができ、下流側圧力の低下に伴って
下流側設備の停止等を引き起こすことをより確実に防止
することができる。

【００３１】なお、上記実施の形態においては、圧力検
出値の低下量があるしきい値ＴＨを越えるまでに要する
時間に基づいて圧力検出値ＰＶの低下度合を設定するよ
うにした場合について説明しているが、前記しきい値
は、任意に設定することができる。つまり、単位時間と
しきい値とによって、圧力検出値ＰＶの低下度合が設定
されるから、所望の低下度合に応じてしきい値及び単位
時間を設定するようにすればよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係るガス供給ラインの圧力制御方法によれば、圧力制
御弁の下流側圧力の変化傾向に応じて、圧力制御弁の開
度を所定時間規定開度に制御するようにしたから、下流
側圧力を速やかに所定圧に回復させることができる。

【００３３】また、請求項２に係るガス供給ラインの圧
力制御方法によれば、下流側圧力の低下度合が予め設定
した低下度合のしきい値を越えて変化するとき、圧力制
御弁の開度を規定開度に制御するようにしたから、低下
度合に応じた適切なタイミングで規定開度に制御するこ
とができる。さらに、請求項３に係るガス供給ラインの
圧力制御方法によれば、低下度合に応じた開度を規定開
度として設定するようにしたから、低下度合に応じて適
切な規定開度に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したガス供給ラインの圧力制御装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の動作説明に供するトレンドグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 圧力調節弁 ２ 圧力計 １０ 制御装置 １２ ＰＩＤ定値圧力制御部 １４ 圧力データ蓄積処理部 １６ 変化傾向検出部 １８ 規定開度処理部 ２０ 最適規定開度値選択処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千田 未顕 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 Ｆターム(参考） 3J071 AA02 BB11 CC25 DD14 EE02 EE05 EE24 FF03 5H316 AA11 BB05 DD03 DD07 EE02 FF01 HH04 HH08 HH12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス供給ラインに介挿された圧力制御弁
   の下流側圧力が所定圧となるように、前記圧力制御弁の
   開度を制御するようにしたガス供給ラインの圧力制御方
   法において、 前記圧力制御弁の下流側圧力を圧力検出手段で検出し、
   当該圧力検出手段の検出値が前記所定圧となるように前
   記圧力制御弁の開度を定値制御すると共に、前記圧力検
   出手段の検出値に基づいて前記下流側圧力の変化傾向を
   検出し、 当該下流側圧力の変化傾向に応じて、前記圧力制御弁の
   開度を前記定値制御に替えて所定時間規定開度に制御す
   るようにしたことを特徴とするガス供給ラインの圧力制
   御方法。
2. 【請求項２】 前記下流側圧力の変化傾向として前記下
   流側圧力の低下度合を検出し、当該低下度合が予め設定
   した低下度合のしきい値を越えて変化するとき、前記圧
   力制御弁の開度を前記規定開度に制御するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１記載のガス供給ラインの圧力制
   御方法。
3. 【請求項３】 前記低下度合に応じた開度を前記規定開
   度として設定するようになっていることを特徴とする請
   求項１又は２記載のガス供給ラインの圧力制御方法。