JP2008065812A - 制御弁の性能を評価するための方法およびそのためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の問題点を解決する。
【解決手段】本発明はプロセスの運転中に制御弁性能を確定するシステムを提供する方法に関するものであり、当該方法は、制御弁の上流および下流側位置間の差圧を測定すると共に式：Q＝C_v×φ(x)×√(ΔP/G)を用いて制御弁の期待流量を確定すること、制御弁を通る実際の流量を測定すること、実際の流量と期待流量との間の値の差を特定するために実際の流量を期待流量と比較すること、期待流量との差が許容し得る値の範囲内にあるかどうかを特定すること、そして制御弁の性能を確定することを具備する。本発明はまた制御弁の性能を確定するためのシステムに関し、当該システムは、制御弁を通過する実際の流量を測定する流量計と、少なくとも制御弁に関する期待流量を所有するデータベースと、制御弁の性能を確定するために実際の流量と期待流量とを比較する比較器とを具備してなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、制御弁の性能評価に関するものである。

制御弁は、プロセス要求を満たすよう管路を通過する流体の流量を調整するためにプロセス運転の至るところに使用されている。制御弁は、要求に応じてプロセスへの流体の供給を調整するために、制御システムからの信号に対応して作動する。特に供給量の僅かな変化がプロセスの出力に影響を及ぼし得る敏感なプロセスにおいては、各制御弁の性能を常時チェックすることは必須である。

現在のところ、プロセスモニタリングおよび制御機能の一部として、プロセスの適切な知的モデルを構築するために、オペレーターは制御システムから膨大な量のデータを引き出し、そしてそれを相互に関係付けている。オペレーターは、制御弁およびループ性能を予防的に診断し、これによって制御弁の性能を評価するために、こうした知的モデルに頼っている。オペレーターの経験が、これら知的モデルの堅牢さに重要な役割を果たしている。

オペレーターが違えば知的モデルも異なるであろうが、知的モデルは特定の制御弁に関する長年の経験を経て形成される。制御弁およびループ性能の診断および測定の際には、(特に熟練オペレーターと経験の浅いオペレーターとの間には)一貫性は存在しないであろう。

運転統計値を製造業者が提供する統計値と比較するのは理想ではない。なぜなら、製造業者提供データは、弁の組込み特性を考慮していないからである。

現在のところ、オフラインストローク試験が、制御弁の性能を評価するために実施されている。これは好ましいものではない。なぜなら、オフラインストローク試験の間中、プロセスは休止することにより不利な影響を受けるからである。

その一方で、制御弁の性能は絶えず点検しなければならない。なぜなら、制御弁の性能変化が、漏れおよび／またはバイパス開放状況によって引き起こされることがあるからである。こうした状況を早期に阻止しなければ、プロセスに生じる損害の程度が甚大なものとなる。

本発明の目的は、上記問題の一つ以上を解決するか、あるいはそれに取り組むことである。

本発明の第１の態様によれば、所定の弁流量係数を有する制御弁を通過する期待流量を確定するための方法が提供されるが、当該方法は、制御弁の上流側位置および下流側位置における圧力を測定するステップと、制御弁の上流側位置と下流側位置との間の差圧値を特定するステップと、次の流量式を用いて期待流量を確定するステップとを具備する。

ここで、Ｑは流量、Ｃ_ｖは弁流量係数、ΔＰは制御弁の上流側位置と下流側位置との間の差圧値、Ｇは流体の比重、φ(ｘ)は弁の固有特性値である。

好ましくは、上記固有特性値がφ(ｘ)＝ｘの関係(ここで、ｘは弁開度の大きさである)を伴って弁開度あるいは制御弁リフト量に直接関係する線形の特性をもつ弁の期待流量が確定される。

したがって線形の特性をもつ弁に関しては、期待流量は次の流量式を用いて得られる。

好ましくは、上記固有特性値φ(ｘ)がφ(ｘ)＝Ｒ^{−(１−ｘ)}の関係(ここで、Ｒはレンジアビリティ、ｘは弁開度の大きさである)を満たす等比率の特性をもつ弁の期待流量が確定される。

したがって等比率の特性をもつ弁に関しては、期待流量は次の流量式を用いて得られる。

上記方法を用いることで、制御弁を通過するリアルタイム流量を、影響を与えない手法で得ることができる。作成された比較のためのベースラインとして、測定された期待流量を用いて、制御弁の性能を推定可能であることは好ましい。

本発明の第２の態様によれば、プロセスの運転中に制御弁性能を確定するためのシステムを提供するための方法が提供されるが、これは、関心のある制御弁の上流側位置と下流側位置との間の差圧を測定すると共に以下の式を用いて制御弁に関する期待流量を確定することと、制御弁を通過する実際の流量を測定することと、実際の流量と期待流量とを比較し、実際の流量と期待流量との間の値の差を特定することと、期待流量との差が許容し得る値の範囲内にあるかどうかを判定することと、制御弁の性能を確定することとを具備する。

上記方法によって、制御弁に関する事前の経験を要さずに、ユーザーは制御弁の性能を確定することができる。

好ましくは、制御弁の性能を確定する上記ステップはさらに、その中に収まっていれば制御弁の性能は許容できるものである許容(公差)範囲を提供することを含む。

さらに好ましくは、性能を確定する上記ステップはさらに、制御弁の性能に関する成績を提供することを含み、ここでは、実際の流量値と期待流量値との差が許容範囲内にある場合には制御弁の性能は許容し得るものであるとし、かつ、測定流量値と期待流量値との差が許容範囲外にある場合には性能は許容し得ないものであるとする。

本発明の第３の態様によれば、プロセスの運転中に制御弁の性能を確定するためのシステムを提供するための方法が提供されるが、当該方法では、プロセスの運転中に使用される複数の制御弁に関する期待流量を確定し、プロセスの運転中に使用される複数の制御弁のそれぞれに関する複数の制御弁開度についての期待流量値を作表し、制御弁を通過する測定された流量に関する入力値を受けるための入力手段を提供し、測定された流量の入力値を制御弁に関する作表された期待流量値と比較し、制御弁の性能が許容し得るものであるかどうかを確定する。

好ましくは、性能を確定する上記ステップはさらに、その中に収まっていれば制御弁の性能は許容できるものである許容範囲を提供することを含む。

さらに好ましくは、性能を確定する上記ステップはさらに、制御弁の性能に関する成績を提供することを含み、ここでは、入力流量値と期待流量値との差が許容範囲内にある場合には制御弁の性能は許容し得るものであるとし、かつ、測定流量値と期待流量値との差が許容範囲外にある場合には性能は許容し得ないものであるとする。

本発明の第４の態様によれば、制御弁の性能を確定するためのシステムが提供されるが、このものは、制御弁を通過する実際の流量を測定するための流量計と、少なくとも制御弁に関する期待流量を所有するデータベースと、制御弁の性能を確定するために実際の流量と期待流量とを比較するための比較器とを具備してなる。

好ましくは、上記システムはさらに、制御弁を通過する実際の流量に関する入力値を受けるための入力手段を具備してなる。

さらに好ましくは、上記システムはさらに、その中に収まっていれば制御弁の性能は許容し得るものである許容範囲を所有するデータベースを具備してなる。

さらに好ましくは、上記システムはさらに、制御弁の性能を示す出力手段を具備してなる。

好ましくは、上記出力手段は、制御弁の性能を表示するディスプレイである。

本発明の第５の態様によれば、本発明に係るシステムを使用する方法が提供されるが、当該方法は、制御弁を通過する実際の流量に関する値を取得するステップと、測定された実際の流量に関する値をシステムに入力するステップと、実際の流量と期待流量との間の出力された値の差を受け取るステップと、制御弁の性能に関する情報を受け取るステップとを具備する。

本発明の第６の態様によれば、本発明に係るシステムを使用する方法が提供されるが、当該方法は、関心のある制御弁の型式(この型式には線形の特性をもつ弁および等比率の特性をもつ弁が含まれる)あるいは弁の位置を識別するステップと、制御弁を通過する実際の流量の値を取得するステップと、実際の流量の値をシステムに入力するステップと、実際の流量と期待流量との間の出力された値の差を受け取るステップと、制御弁の性能に関する情報を受け取るステップとを具備する。

本発明のさらに完全な理解のために、一例として、その実施形態について添付図面を参照して説明する。

各態様ならびに変形例に関しては、単に説明を容易に理解できるようにするために、同じ参照数字を類似の構成要素に関して使用している。

以下、本発明の好ましい実施形態について詳しく説明するが、その例は添付図面に示すとおりである。好ましい実施形態と共に本発明を説明するが、本発明がこれらの実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。それどころか本発明は、代替物、改変物および等価物(これらは請求項の記載によって規定される本発明の趣旨および範囲に含まれ得る)を包含することを意図している。さらに、本発明に関する以下の詳細な説明では、本発明の十分な理解のために、さまざまな具体的細部について説明する。だが当業者には、こうした具体的細部を要さずに本発明が実施可能であることは明白であろう。他の例では、本発明の態様を不必要に分かりにくくしないように、公知の方法、手順、構成要素および特徴について詳しくは説明していない。

図１に示す本発明の第１の態様によれば、所定の弁流量係数を有する制御弁を通る流体の期待流量を確定する方法が提供される。当該方法は、関心のある制御弁の上流側位置および下流側位置における圧力を測定するステップと、上流側位置と下流側位置との間の差圧を特定するステップと、制御弁を通過する期待流量を確定するステップとを含む。期待流量は次の流量式を用いて確定される。

ここで、Ｑは流量、Ｃ_ｖは弁流量係数、ΔＰは制御弁の上流側位置と下流側位置との間の差圧値、Ｇは流体の比重、φ(ｘ)は弁の固有特性値である。

製造業者から提供される性能値は、「組み込み」弁特性を考慮に入れていない(この特性は制御弁を通過する実際の、あるいは期待流量に関係がある)。それゆえ、制御弁の指標または性能は、製造業者のデータシートからは得られないことがある。

概して二つの異なる種類の制御弁(線形の特性をもつ弁と等比率の特性をもつ弁)が存在する。期待流量の確定は異なる。線形の特性をもつ弁に関して、期待流量Ｑは、記号φ(ｘ)を弁開度の値で置き換えることによって得られる。それゆえ、例を挙げると、弁が半開状態(すなわち０.５)のとき、φ(ｘ)はそれゆえ０.５となり、そしてこの値が上記の式に入力される。

等比率の特性をもつ弁に関して、期待流量Ｑは、記号φ(ｘ)を、φ(ｘ)＝Ｒ^{−(１−ｘ)}の関係(ここでＲはレンジアビリティ、ｘは弁開度の大きさである)が存在する相当量で置き換えることによって得られる。

したがって、例を挙げると、等比率の特性をもつ弁がＲ＝３０で使用され、かつ弁が半開状態(すなわちｘ＝０.５)のとき、上記の式からφ(ｘ)は０.１８となり、そしてこの値が式に入力される。

上記方法に従って、さまざまな弁開度における期待流量を得ることができるが、これは、制御弁の性能を確定するために特定の弁開度において実際の流量と期待流量とを比較する際に、比較の基準として役立つ。この方法では、制御弁の性能の確定は影響を与えないものであって、制御弁の不稼働時間を必要とせず、したがって処理ラインが影響を受けることはない。

図２に示す本発明の第２の態様によれば、本方法は、上記方法を用いて特定の弁開度における制御弁の期待流量を確定し、制御弁を通過する実際の流量を測定し、この実際の流量と期待流量との間の差を特定するために二つの値を比較し、期待流量との差が許容可能な値の範囲内に収まっているかどうかを特定し、これによって制御弁の性能を確定するものである。

期待流量と実際の流量との間の差の許容可能な範囲は、説明のための許容(公差)範囲として知られている。この範囲は、予め決定された許容可能な範囲であるが、これは、特定の弁開度における流量のパーセンテージとして、たとえば特定の弁開度における期待流量に基づく１０％値として計算されてもよく、あるいは、それは、ユーザーの要望に応じて、期待流量に基づく絶対値、たとえば±１０ｐｖ、あるいは＋１０ｐｖ、あるいは−１０ｐｖであってもよい。

変形例においては、許容可能な範囲は下位範囲へと、さらに分割でき、たとえば、差が±１ｐｖである場合に制御弁の性能は「優秀」と判定され、差が±１ｐｖないし±５.０ｐｖである場合、制御弁は「たいへん良好」と判定され、そして差が±５.１ｐｖないし±１０.０ｐｖである場合、制御弁は「良好」と判定される。言うまでもなく、実際の流量が所定の許容範囲を超過した場合、制御弁は「不合格」と判定され、そして不完全な状況を回避するべく調査または修正活動のために目印を付けられることになる。小分割された帯域が存在すれば、それはまた、次回の実際の流量の測定をいつ実施する必要があるかについての目安として役立つであろう。たとえば、制御弁が「優秀」と判定された場合、次に測定が実施されるのは四週間後となり、そして「良好」と判定された場合、次の測定は一週間後となる。

図３に示す本願の第３の態様では、本発明は、制御弁の性能を確定するためのシステムを実現する方法を提供する。当該方法は、制御弁の型式が線形の特性をもつ弁または等比率の特性をもつ弁であっても、プロセスの運転において使用される複数の制御弁に関する、そしてさまざまな弁開度における期待流量値を確定するステップを含む。期待流量は続いて、その後に参照するためのデータベースのテーブル内で作表される。入力手段が、制御弁を通過する測定された流量に関する入力値を受けるために設けられる。この入力手段は、キーボード、キーパッドあるいはその他の利用可能な入力デバイスの形態とすることができる。検討される場合に確定のために入力された流量および作表された期待流量を比較するために比較器が設けられ、許容範囲を基準として使用して、性能が許容できるものであるか、あるいは許容できないものであるかを確定することが可能である。許容範囲は、期待流量からパーセンテージとして、あるいは期待流量から絶対値として計算されてもよい。許容範囲は異なる制御弁に関して異なることがあり、あるいはそれは処理過程の異なる部分において使用される制御弁に関して異なることがあるということもまた予見され、たとえば流量偏差に対する感度が高い処理においては許容範囲が狭くなり、逆の場合も同様である。

変形例に関して、本方法はさらに、ユーザーが、制御弁の型式に関する識別コードを、あるいは制御弁の型式および位置を入力できるようにするための第２の入力手段を備えていてもよく、これによって、制御弁の性能を確定するべく、比較の実施のために正確な期待流量および／または許容範囲を得ることが可能となる。

図４には本発明の第４の態様を示すが、これは制御弁の性能を確定するためのシステムを示すものである。図４に示すように、システム１００は、制御弁を通過する実際の流量を測定するために流量計１０(同図には、関心のある制御弁２０を通過する実際の流量を測定するための第１の圧力ゲージ１１および第２の圧力ゲージ１２として示す)を含む。本システムはさらに、制御弁の期待流量を作表するためのデータベースすなわちテーブル３０と、制御弁の性能を確定するべく測定された流量と作表された期待流量との比較を可能とする比較器４０とを含む。

代替例においては、本システムはさらに、比較の実施のために、関心のある制御弁を通過する実際の流量に関するユーザーの入力を受けるための第１の入力手段を備える。別な代替例では、本システムはさらに、比較を行えるようにするために、ユーザーが制御弁の同一性(アイデンティティ)あるいは制御弁の位置を入力できるようにするための第２の入力手段を備える。上記説明から分かるように、制御弁が許容し得る状態にあるかあるいは許容し得ない状態にあるかを判定するための許容範囲は、制御弁の型式および／または制御弁の位置に依存するであろう。先に説明したように、許容範囲は、制御弁が支える処理の感度および鋭敏度に応じて異なることがある。

さらなる代替例では、上記システムはさらに、制御弁の確定された性能を表示するための表示手段を具備してなる。

本発明の実施形態を例としてのみ提示したが、請求項の記載によって規定される本発明の範囲内での変更は可能である。

本発明の第１の態様を示す図であり、制御弁を通過する期待流量を確定するための方法ステップを示している。 本発明の第２の態様を示す図であり、制御弁の性能を確定するための方法ステップを示している。 本発明の第３の態様を示す図であり、制御弁の性能を確定するためのシステムの提供に係る方法ステップを示している。 本発明の第４の態様を示す図であり、制御弁の性能を確定するためのシステムを示している。

符号の説明

１０ 流量計
１１ 第１の圧力ゲージ
１２ 第２の圧力ゲージ
２０ 制御弁
３０ テーブル
４０ 比較器
１００ システム

Claims (16)

1. 所定の弁流量係数をもつ制御弁を通過する期待流量を確定するための方法であって、
   前記制御弁の上流側位置および下流側位置における圧力を測定するステップと、
   前記制御弁の前記上流側位置と前記下流側位置との間の差圧値を特定するステップと、
   次の流量式、
   

   

   (ここで、Ｑは流量、Ｃ_ｖは弁流量係数、ΔＰは制御弁の上流側位置と下流側位置との間の差圧値、Ｇは流体の比重、φ(ｘ)は弁の固有特性値である)を用いて、期待流量を確定するステップと、
   を具備することを特徴とする方法。
2. 前記固有特性値が、φ(ｘ)＝ｘの関係(ここでｘは弁開度の大きさである)を伴って弁開度あるいは制御弁リフト量に直接関連付けられる線形の特性をもつ弁の期待流量を確定するものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記固有特性値φ(ｘ)が、φ(ｘ)＝Ｒ^{−(１−ｘ)}の関係(ここでＲはレンジアビリティであり、ｘは弁開度の大きさである)を満たす等比率の特性をもつ弁の期待流量を確定するものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. プロセスの運転中に制御弁性能を確定するためのシステムを提供するための方法であって、
   請求項１に記載の方法を用いて制御弁に関する期待流量を確定することと、
   前記制御弁を通過する実際の流量を測定することと、
   前記実際の流量と前記期待流量との間の値の差を特定するために、前記実際の流量と前記期待流量とを比較することと、
   前記期待流量との差が許容可能な値の範囲内に収まっているかどうかを判定することと、
   前記制御弁の性能を確定することと、
   を具備することを特徴とする方法。
5. 前記制御弁の性能を確定する前記ステップはさらに、前記制御弁の性能が許容し得るものであると判定される許容範囲を提供することを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 性能を確定する前記ステップはさらに、前記制御弁の性能に関する成績を提供することを含み、ここでは、
   前記実際の流量値と前記期待流量値との差が許容範囲内にある場合には、前記制御弁の性能を許容し得るものであるとし、かつ
   前記測定流量値と前記期待流量値との差が許容範囲外にある場合には、前記制御弁の性能を許容し得ないものであるとすることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. プロセスの運転中に制御弁の性能を確定するためのシステムを提供するための方法であって、
   プロセスの運転中に使用される複数の制御弁に関する期待流量を確定し、
   プロセスの運転中に使用される複数の制御弁のそれぞれに関する複数の制御弁開度に関する前記期待流量値を作表し、
   前記制御弁を通過する測定された実際の流量に関する入力値を受けるための入力手段を提供し、
   測定された流量の実際の値を、前記制御弁に関する前記作表された期待流量値と比較するための比較器を提供し、
   前記制御弁の性能が許容し得るものであるかどうかを確定することを特徴とする制御弁の性能を確定するためのシステムを提供するための方法。
8. 前記制御弁の性能を確定する前記ステップはさらに、前記制御弁の性能が許容し得ると判定される許容範囲を提供することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 性能を確定する前記ステップはさらに、前記制御弁の性能に関する成績を提供することを含み、ここでは、
   前記入力流量値と前記期待流量値との差が許容範囲内にある場合には、前記制御弁の性能を許容し得るものであると判定し、かつ
   前記測定流量値と前記期待流量値との差が許容範囲外にある場合には、性能を許容し得ないものであると判定することを特徴とする請求項８に記載のシステムを提供するための方法。
10. 制御弁の性能を確定するためのシステムであって、
    前記制御弁を通過する実際の流量を測定するための流量計と、
    少なくとも前記制御弁に関する期待流量を格納するデータベースと、
    前記制御弁の性能を確定するために前記実際の流量値と前記期待流量値とを比較するための比較器と、
    を具備してなることを特徴とするシステム。
11. 前記制御弁を通過する前記実際の流量の入力値を受ける入力手段をさらに具備してなることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記制御弁の性能が許容し得るものであると判定される許容範囲を所有するデータベースをさらに具備してなることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 前記制御弁の性能を表示するための出力手段をさらに具備してなることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 前記出力手段は、前記制御弁の性能を表示するディスプレイであることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
15. 請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載のシステムを使用する方法であって、
    前記制御弁を通過する実際の流量の値を取得するステップと、
    前記実際の流量の値を前記システムに入力するステップと、
    前記実際の流量と前記期待流量との間の、出力された値の差を受け取るステップと、
    前記制御弁の性能に関する情報を受け取るステップと、
    を具備することを特徴とする方法。
16. 請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載のシステムを使用する方法であって、
    関心のある制御弁の型式を識別するステップであって、前記型式は線形の特性をもつ弁および等比率の特性をもつ弁を含むものであるようなステップと、
    前記制御弁を通過する実際の流量の値を取得するステップと、
    前記実際の流量の値を前記システムに入力するステップと、
    前記実際の流量と前記期待流量との間の、出力された値の差を受け取るステップと、
    前記制御弁の性能に関する情報を受け取るステップと、
    を具備することを特徴とする方法。

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