JP2017141698A - 圧縮機のサージ発生防止装置および圧縮機システム - Google Patents

Abstract

【課題】吐出側の流量から吸込側の流量を高い精度で求めることができる圧縮機のサージ発生防止装置を提供すること。
【解決手段】サージ発生防止装置２０は、ガスＧを圧縮する圧縮機の吸込側圧力Ｐｓと吸込側温度Ｔｓと吐出側圧力Ｐｄと吐出側温度Ｔｄと吐出側流量Ｑｄの各情報を取得し、ガスＧの吸込側圧縮係数Ｚｓとガスの吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する圧縮係数特定部２１と、吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄが特定されると、吸込側流量Ｑｓ・ｃａｌｃを下記の式（２）に基づいて算出する流量算出部２３と、算出されたＱｓ・ｃａｌｃに基づいて、アンチサージ弁の開度を制御すると、を備える。圧縮係数特定部２１は、水分濃度が富化された条件における吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定することを特徴とする。
Ｑｓ・ｃａｌｃ ＝ Ｑｄ×Ｐｄ／Ｐｓ×Ｔｓ／Ｔｄ×Ｚｓ／Ｚｄ … （２）
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機、特に複数段の圧縮機を備える場合にサージの発生を防止する装置およびこれを備える圧縮機システムに関する。

上流に位置するプラントの負荷変化や圧縮機のトリップなどの現象が起きた際に、圧縮機への流量が少なくなると、周期的な強い圧力変動が生じる現象、すなわちサージ現象が発生して圧縮機が損傷する可能性がある。サージを防ぐために、緊急時にも圧縮機へと最低限の流量の流体を流すべく、圧縮機の吸込側と吐出側を接続したバイパス流路を設けるとともに、バイパス流路に流量を制御するアンチサージ弁を設ける。そして、サージの発生が予想されると、アンチサージ弁を開いて、吐出側のガスを吸込側へ戻して、吸込流量を増加させる。または、通常運転時から、圧縮機への流量が少なくなりすぎないよう、アンチサージ弁の開度を制御するアンチサージ制御が行われる。

圧縮機におけるサージ発生防止について、特許文献１は、圧縮機の吸込側流量Ｑｓと吸込側圧力Ｐｓと吸込側温度Ｔｓと吐出側圧力Ｐｄと吐出側温度Ｔｄの各情報を取得し、ポリトロープヘッドを算出し、算出されたポリトロープヘッド値を基にガスの分子量を推定するなどして、サージが発生するか否かを判定することを提案している。

特開２０１４−４３７９５号公報

ここで、ガスの流量は、特許文献１のように圧縮機の吸込側で測定できるが、吐出側で測定することもできる。吐出側は吸込側に比べてガスが圧縮されているので、小さいサイズの流量計を用いることができるので、コスト的に有利である。コスト面から考えると、流量計はガスが圧縮され、小さいサイズを選択できる吐出側に設置することが好ましい。なお、吐出側で測定したガスの流量から吸込側のガスの流量(Ｑｓ・ｃａｌｃ)を求めるには、吐出側のガスの流量(Ｑｄ)、圧力(Ｐｄ)、温度(Ｔｄ)、及び、吸込側の流体の圧力(Ｐｓ)、温度(Ｔｓ)を測定しておき、下記の式（１）を用いて計算する。
Ｑｓ・ｃａｌｃ ＝ Ｑｄ×Ｐｄ／Ｐｓ×Ｔｓ／Ｔｄ… （１）

しかし、式（１）により求められるＱｓ・ｃａｌｃは、圧縮機を複数備える多段圧縮機構において、以下の問題がある。つまり、多段の圧縮機を順番に経る度に吐出側のガスに含まれる水分の量が減少するので、吐出側のガスの水分量は吸込側のガスの水分量に比べて少なくなる。また、多段の圧縮機を順番に経ることでガスが高圧になるにつれて、吐出側のガスの圧縮係数が吸込側のガスの圧縮係数からずれてしまう。これらの理由により、式（１）を用いて吐出側の流量から吸込側の流量（Ｑｓ_・ｃａｌｃ）を計算すると、実際の流量からずれた値になってしまう。

以上より、本発明は、吐出側の流量から吸込側の流量（Ｑｓ・ｃａｌｃ）を高い精度で求めることができる圧縮機のサージ発生防止装置を提供することを目的とする。また、本発明は、そのようなサージ発生防止装置を備えることで、サージの発生を高い精度で防止できる多段の圧縮機を備える圧縮機システム提供することを目的とする。

本発明のサージ発生防止装置は、ガスを圧縮する圧縮機の吸込側圧力Ｐｓと吸込側温度Ｔｓと吐出側圧力Ｐｄと吐出側温度Ｔｄと吐出側流量Ｑｄの各情報を取得し、ガスの吸込側圧縮係数Ｚｓとガスの吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する圧縮係数特定部と、吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄが特定されると、吸込側流量Ｑｓ・ｃａｌｃを下記の式（２）に基づいて算出する流量算出部と、算出された吸込側流量Ｑｓ・ｃａｌｃに基づいて、アンチサージ弁の開度を制御する開度制御部と、を備え、圧縮係数特定部は、水分濃度が富化された条件における吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する、ことを特徴とする。
Ｑｓ・ｃａｌｃ ＝ Ｑｄ×Ｐｄ／Ｐｓ×Ｔｓ／Ｔｄ×Ｚｓ／Ｚｄ … （２）

本発明のサージ発生防止装置において、吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する形態を、少なくとも二つ含む。
一つ目の形態による圧縮係数特定部は、水分が飽和状態における吸込側圧力Ｐｓ及び吸込側温度Ｔｓに対応する吸込側圧縮係数Ｚｓと、水分が飽和状態における吐出側圧力Ｐｄ及び吐出側温度Ｔｄに対応する吐出側圧縮係数Ｚｄと、を特定するというものである。
一つ目の形態は、飽和水蒸気量を含む状態のガスにおける圧力と温度と圧縮係数とを対応付けた情報である第一対応情報を記憶する記憶部を備え、圧縮係数特定部が、吸込側圧力Ｐｓ、吸込側温度Ｔｓ、吐出側圧力Ｐｄ及び吐出側温度Ｔｄを取得すると、第一対応情報に照合することで、吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する、ことができる。

二つ目の形態による圧縮係数特定部は、一定値の水分濃度に基づいて吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する、と言うものである。
二つ目の形態は、ガスにおける基準値との偏差が最も大きい圧縮係数である第二対応情報を記憶する記憶部を備え、圧縮係数特定部は、基準値との偏差が最も大きい圧縮係数を、吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄに特定する、ことができる。

本発明のサージ発生防止装置は、ガスを圧縮する複数段の圧縮機を備える圧縮機構を備える圧縮機システムに好適に適用される。この圧縮機構は、最も上流側に位置する圧縮機にガスを供給する吸込管路と、最も下流側に位置する圧縮機からのガスが吐出される吐出管路と、吸込管路と吐出管路との間に接続され、吐出管路を流れるガスの一部を吸込管路に戻すバイパス管路と、バイパス管路に設けられ、吐出管路に戻されるガスの流量を調整するアンチサージ弁と、を備える。そして、このアンチサージ弁は、本発明によるサージ発生防止装置によりその開度が制御されることを特徴とする。

本発明のサージ発生防止装置によれば、アンチサージ制御を安全サイドに機能させることを考慮し、吸込側ガスは水分が富化された状態と仮定して吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する。これにより、アンチサージ制御における流量の計算値の精度は保ちつつ、実際の流量に近い流量を算出できる。

本発明の実施形態に係る多段の圧縮機を備える圧縮機システムの概略構成を示す図である。 図１のシステムが備えるサージ発生防止装置の構成を示す図である。 図２のサージ発生防止装置によるアンチサージ制御の手順を示すフローチャートである。 図２のサージ発生防止装置が備える、水分が飽和状態のガスの圧力及び温度と圧縮係数とが対応付けられた第一対応情報を示すグラフである。 図２のサージ発生防止装置によるアンチサージ弁の制御量を特定する手順を示す図である。 ガスの圧力及び温度と圧縮係数とが対応付られたテーブル形式の情報を示す表である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るサージ発生防止装置２０を適用した圧縮機システム１ついて説明する。
圧縮機システム１は、図１に示すように、ガスＧを圧縮する複数段の圧縮機を備える圧縮機構１０と、圧縮機構１０のサージの発生を抑制するサージ発生防止装置２０と、を備えている。なお、圧縮機システム１において、圧縮の対象となるガスＧが流れる向きを基準にして、上流及び下流が定義される。

［圧縮機構１０］
圧縮機構１０は、第一段圧縮機１１、第二段圧縮機１２、第三段圧縮機１３及び第四段圧縮機１４と、複数段の圧縮機を備える。それぞれの圧縮機は例えば遠心圧縮機からなり、ガスＧは、最も上流側に配置される第一段圧縮機１１から第二段圧縮機１２、第三段圧縮機１３及び第四段圧縮機１４の順に所望される圧力まで昇圧される。
第一段圧縮機１１、第二段圧縮機１２及び第三段圧縮機１３のそれぞれのガスＧの上流側、つまり吸込側には、ガスＧの吸込量を調整する吸込調整弁１５が設けられている。

最も上流側の第一段圧縮機１１に付属する吸込調整弁１５の吸込側には、ガスＧを吸込むための吸込管路Ｌ１が接続されている。吸込管路Ｌ１は、ガスＧの供給源である例えばプラント設備からガスＧが送り込まれる。また、最も下流側の第四段圧縮機１４には吐出管路Ｌ２が接続されている。吐出管路Ｌ２は、昇圧されたガスＧを利用する例えばプラント設備に向けてガスＧを送り出す。

吸込管路Ｌ１には、吸込側圧力計３と吸込側温度計４が設置されている。吸込側圧力計３と吸込側温度計４とは、それぞれ吸込管路Ｌ１を流れるガスＧの吸込側圧力Ｐｓと吸込側温度Ｔｓとを継続して測定する。
吐出管路Ｌ２には、吐出側圧力計６、吐出側温度計７及び吐出側流量計８が設置されている。吐出側圧力計６、吐出側温度計７及び吐出側流量計８は、それぞれ吐出管路Ｌ２を流れるガスＧの吐出側圧力Ｐｄ、吐出側温度Ｔｄ及び吐出側流量Ｑｄを継続して測定する。
測定された吸込側の圧力Ｐｓ、温度Ｔｓに関する情報と、吐出側の圧力Ｐｄ、温度Ｔｄ及び流量Ｑｄに関する情報は、電気信号としてサージ発生防止装置２０に送られる。

第一段圧縮機１１と第二段圧縮機１２は第一接続管路Ｌ１２で接続され、第二段圧縮機１２と第三段圧縮機１３は第二接続管路Ｌ２３で接続され、第三段圧縮機１３と第四段圧縮機１４は、第三接続管路Ｌ３４で接続されている。第一段圧縮機１１で圧縮されたガスＧは、第一接続管路Ｌ１２を通って第二段圧縮機１２に吸込まれ、第二段圧縮機１２で圧縮されたガスＧは、第二接続管路Ｌ２３を通って第三段圧縮機１３に吸込まれ、第三段圧縮機１３で圧縮されたガスＧは、第三接続管路Ｌ３４を通って第四段圧縮機１４に吸込まれる。

第一接続管路Ｌ１２、第二接続管路Ｌ２３及び第三接続管路Ｌ３４のそれぞれには、冷却機能及び除湿機能を備えるドレインセパレータ１７が設けられている。第一段圧縮機１１、第二段圧縮機１２、第三段圧縮機１３で圧縮されたガスＧは、圧縮により生じた熱がこのドレインセパレータ１７を通過することで冷却され、さらにこの冷却によって結露した水分がドレイン（drain）として外部に排出される。なお、ここでは冷却機能及び除湿機能を備えるドレインセパレータ１７を用いているが、冷却機能と除湿機能のそれぞれを備える機器を独立して設けることもできる。

吸込管路Ｌ１と吐出管路Ｌ２との間には、サージの発生を予防または抑制するために、圧縮機構１０から吐出されるガスＧの一部を吸込側に戻すバイパス管路Ｌ３が接続されている。バイパス管路Ｌ３には、サージの発生を予防または抑制する際に開かれる制御弁であるアンチサージ弁１８が設けられている。アンチサージ弁１８は、常時は閉じられているが、サージの発生を予防する必要があるときに開かれるものとする。

［サージ発生防止装置２０］
サージ発生防止装置２０は、吸込側圧力計３、吸込側温度計４、吐出側圧力計６、吐出側温度計７及び吐出側流量計８で測定された吸込側圧力Ｐｓ、吸込側温度Ｔｓ、吐出側圧力Ｐｄ、吐出側温度Ｔｄ及び吐出側流量Ｑｄを用いて、吸込側のガスＧの流量Ｑｓ・ｃａｌｃを算出により求める。次いで、サージ発生防止装置２０は、流量Ｑｓ・ｃａｌｃに基づいて、アンチサージ弁１８の制御量を特定し、特定された制御量でアンチサージ弁１８を動作させる。この手順を行うために、サージ発生防止装置２０は以下の構成を備える。
なお、サージ発生防止装置２０は、処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ手段と、を含むコンピュータ装置によって実現される。

サージ発生防止装置２０は、図２に示すように、圧縮係数特定部２１、流量算出部２３、制御量特定部２５及びデータ記憶部２７と、を備えている。これら圧縮係数特定部２１、流量算出部２３、制御量特定部２５及びデータ記憶部２７の各機能は、ソフトウェアによって具現化できる。

圧縮係数特定部２１は、圧縮機構１０で圧縮されるガスＧの吸込側の圧縮係数Ｚｓと吐出側の圧縮係数Ｚｄを特定する（図３ Ｓ１０１）。
圧縮係数特定部２１は、吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを求めるのに、吸込側圧力計３、吸込側温度計４、吐出側圧力計６、吐出側温度計７及び吐出側流量計８で測定された吸込側圧力Ｐｓ、吸込側温度Ｔｓ、吐出側圧力Ｐｄ及び吐出側温度Ｔｄに関する情報を取得する。圧縮係数特定部２１は、取得した吸込側圧力Ｐｓ、吸込側温度Ｔｓ、吐出側圧力Ｐｄ及び吐出側温度Ｔｄを、第一対応情報に照合することで、吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを求める。

第一対応情報は、データ記憶部２７に記憶されており、圧縮係数特定部２１は吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを求める際に、データ記憶部２７から第一対応情報を読み出す。
ここで、本実施形態における第一対応情報は、飽和水蒸気量を含み水分が飽和状態のガスＧにおける圧力と温度及と圧縮係数とが対応付けられた情報である。一例を図４に示すが、この第一対応情報は、横軸が圧力Ｐで縦軸が圧縮係数Ｚの二次元座標上に、温度をプロットした形態を有している。つまり、温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５ごとに対応する圧力Ｐと圧縮係数Ｚの関係が線図として表されている。なお、ここでは二次元座標上に第一対応情報を表してしているが、テーブル形式の第一対応情報でもよい。また、第一対応情報は、関数式であってもよい。

第一対応情報は、圧縮の対象となるガスＧの種類ごとに用意され、図４の例では、ガス種別Ａ，Ｂ，Ｃの三種類を含んでいる。圧縮係数特定部２１は、圧縮の対象となっているガスＧの種別に応じて、第一対応情報を読み出す。ガスＧの種別は、コンピュータ装置の入力手段であるキーボードからあらかじめ圧縮係数特定部２１に指示しておき、圧縮係数特定部２１はこの指示に従って、ガスＧの種別に応じた第一対応情報を読み出すことができる。

圧縮係数特定部２１は、読み出した第一対応情報に、吸込側圧力Ｐｓ、吸込側温度Ｔｓ、吐出側圧力Ｐｄ及び吐出側温度Ｔｄを照合する。例えば、図４において、吸込側圧力Ｐｓと吸込側温度Ｔｓ（＝Ｔ）に対応する線図上の吸込側圧縮係数Ｚｓが特定される（図３ Ｓ１０３）。同様にして、吐出側圧力Ｐｄ及び吐出側温度Ｔｄに対応する線図上の吐出側圧縮係数Ｚｄが特定される。

吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄが特定されると、この情報は電気信号として、圧縮係数特定部２１から流量算出部２３に送られる。そうすると、流量算出部２３は、式（２）を用いて流量Ｑｓ・ｃａｌｃを算出する（図３ Ｓ１０５）。
Ｑｓ・ｃａｌｃ ＝ Ｑｄ×Ｐｄ／Ｐｓ×Ｔｓ／Ｔｄ×Ｚｓ／Ｚｄ … （２）

ここで、第一対応情報における圧縮係数Ｚは、水分が飽和状態、つまり水分が富化されたガスの圧力・温度の関数で表されている。したがって、圧縮係数特定部２１で特定された吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを用いて算出された流量Ｑｓ・ｃａｌｃは、ガスＧに含まれる水分量の最大値を考慮しているため、アンチサージ制御における流量の計算値の精度は保ちつつ、実際に近い流量が計算できる。

流量Ｑｓ・ｃａｌｃが算出されると、この情報は電気信号として、流量算出部２３から制御量特定部２５に送られる。そうすると、制御量特定部２５は、例えば図５に示されるガスＧの流量Ｑと圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）で特定される性能曲線に流量Ｑｓ・ｃａｌｃを照合し、運転点ＯＰを求める。この際に、コントロールラインＣＬを考慮する。つまり、閾値であるコントロールラインＣＬより左の領域ではサージが発生し、コントロールラインＣＬを含みそれよりも右の領域だとサージが発生しないものとすると、コントロールラインＣＬ、つまりサージが発生しない最小の吸込み側の流量にマージンＭを設定して運転点ＯＰを特定する。

制御量特定部２５は、特定された運転点ＯＰが得られるアンチサージ弁１８の制御量を算出し、算出された制御量に基づいて、アンチサージ弁１８の開閉及び開く場合の開度を調整するように指令する。

［圧縮機システム１の動作］
次に、圧縮機システム１の動作について、図１〜図３を用いて説明する。
上流に位置するプラントからガスＧが吸込管路Ｌ１に供給されると、ガスＧは第一段圧縮機１１、第二段圧縮機１２、第三段圧縮機１３及び第四段圧縮機１４の順に圧縮されてから吐出管路Ｌ２に吐出される。この過程において、第一接続管路Ｌ１２、第二接続管路Ｌ２３及び第三接続管路Ｌ３４のそれぞれに設けられるドレインセパレータ１７によって、ガスＧから水分がドレインとして除去されるので、第四段圧縮機１４から吐出されるガスＧの水分は第一段圧縮機１１に吸込まれるガスＧに比べて少ない。

以上のガスＧの圧縮を継続している間に、吸込管路Ｌ１に設けられ吸込側圧力計３及び吸込側温度計４により、吸込管路Ｌ１を流れるガスＧの吸込側圧力Ｐｓ及び吸込側温度Ｔｓが測定される。また、吐出管路Ｌ２に設けられている吐出側圧力計６、吐出側温度計７及び吐出側流量計８により、吐出管路Ｌ２を流れるガスＧの吐出側圧力Ｐｄ、吐出側温度Ｔｄ及び吐出側流量Ｑｄが測定される。測定された吸込側圧力Ｐｓ、吸込側温度Ｔｓ、吐出側圧力Ｐｄ、吐出側温度Ｔｄ及び吐出側流量Ｑｄに関する情報（以下、プロセス値情報ということがある）は、サージ発生防止装置２０の圧縮係数特定部２１に継続的に送られる（図３ Ｓ１０１）。

圧縮係数特定部２１は、プロセス値情報を取得すると、データ記憶部２７に記憶されている第一対応情報を読み出し、プロセス値情報（吐出側流量Ｑｄを除く）を第一対応情報に照合する。これにより、圧縮係数特定部２１は吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する（図３ Ｓ１０３）。

吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄは流量算出部２３に送られ、流量算出部２３は、取得した吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを式（２）に代入することで、流量を算出する（図３ Ｓ１０３）。流量Ｑｓ・ｃａｌｃは、制御量特定部２５に送られる。
Ｑｓ・ｃａｌｃ ＝ Ｑｄ×Ｐｄ／Ｐｓ×Ｔｓ／Ｔｄ×Ｚｓ／Ｚｄ … （２）

制御量特定部２５は、流量Ｑｓ・ｃａｌｃを性能曲線（図５）に照合することで、制御量を特定する（図３ Ｓ１０７）。制御量特定部（開度制御部）２５は、制御量に応じてアンチサージ弁１８の開度を制御するように指令を出す（図３ Ｓ１０９）。
サージ発生防止装置２０は、以上の一連の手順を、圧縮機構１０が運転されている間に、継続して行う。

［圧縮機システム１の効果］
次に、圧縮機システム１のサージ発生防止装置２０による効果を説明する。
圧縮機システム１は、水分が飽和状態、水分が富化された条件として、水分が飽和状態における吸込側圧力Ｐｓ及び吸込側温度Ｔｓに対応する吸込側圧縮係数Ｚｓと、水分が飽和状態における吐出側圧力Ｐｄ及び吐出側温度Ｔｄに対応する吐出側圧縮係数Ｚｄを用いて吸込側流量Ｑｓ・ｃａｌｃを求める。そして、このガスＧに含まれる水分量の最大値を考慮した吸込側流量Ｑｓ・ｃａｌｃに基づいてアンチサージ弁１８の開度を制御するので、アンチサージ制御における流量の計算値の精度は保ちつつ、サージの発生を高い精度で防止できる。
また、圧縮機システム１によれば、計算した吸込側流量Ｑｓ・ｃａｌｃのずれが小さくなるため、負荷が下がりアンチサージ制御が働く状況になっても、余分な動力を消費せずに、圧縮機を運転できる。

また、圧縮機システム１は、ガスＧの吐出側に設けられた吐出側流量計８により流量Ｑを測定するのが、吸込側で測定するのに比べて、流量計のサイズを小さくできる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
以上の形態は、第一段圧縮機１１に吸込まれるガスＧの水分が飽和水蒸気量に達しているものと仮定して吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを特定した。しかし、本発明における水分が富化かされた条件とはこれに限らず、ガスＧの水分濃度を一定値として吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを特定することもできる。水分濃度が富化された条件においてこの一定と仮定する水分濃度は、圧縮機システム１の運転範囲内で圧縮係数が最もずれた値に設定される。例えば、図６のテーブル形式の圧力−温度−圧縮係数対応情報において、上段のテーブルにおいては、基準となる「１．０」から最もずれの大きい、つまり基準値との偏差が最も大きい圧縮係数Ｚである「０．９７」を吸込側圧縮係数Ｚｓ又は吐出側圧縮係数Ｚｄとして採用する。同様に、中段のテーブルにおいて、基準値である「１．０」との偏差が最も大きい圧縮係数Ｚである「０．９５」を吐出側圧縮係数Ｚｄ又は吐出側圧縮係数Ｚｄとして採用する。さらに、下段のテーブルにおいて、基準値である「１．０」との偏差が最も大きい圧縮係数Ｚである「１．０４」を吐出側圧縮係数Ｚｄ又は吐出側圧縮係数Ｚｄとして採用する。
この吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄの特定手法は、水分の飽和状態を考慮せず、一定値を用いるために演算を簡略化できる。

ここで、以上のガスＧの水分濃度を一定値として吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する手法の場合には、データ記憶部２７に記憶される情報は以下の通りである。つまり、図６に示すテーブル形式の圧力−温度−圧縮係数対応情報の中で、基準値との偏差が最も大きい圧縮係数Ｚｄがガス種と対応付けた情報（第二対応情報）としてデータ記憶部２７に記憶される。例えば、図６において、ガス種Ａの場合、ガス種Ａと圧縮係数Ｚ「０．９」とが対応付けてデータ記憶部２７に記憶される。
この場合、ガス種Ａが、上述した手順で圧縮係数特定部２１に指示されると、圧縮係数特定部２１はこの指示に従って圧縮係数Ｚ「０．９」を読み出し、吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄとして流量算出部２３に送る。流量算出部２３は、取得した吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを前述した式（２）に代入することで流量を算出するとともに、制御量特定部２５に送る。制御量特定部２５は、上述した手順により、アンチサージ弁１８の開閉及び開く場合の開度を調整する。

また、アンチサージ制御については、アンチサージ弁が常時開かれており、その開度を調整するという方式を採用することもできる。この方式を含めて、本発明はアンチサージ弁の開度を制御するという。

１ 圧縮機システム
３ 吸込側圧力計
４ 吸込側温度計
６ 吐出側圧力計
７ 吐出側温度計
８ 吐出側流量計
１０ 圧縮機構
１１ 第一段圧縮機
１２ 第二段圧縮機
１３ 第三段圧縮機
１４ 第四段圧縮機
１５ 吸込調整弁
１７ ドレインセパレータ
１８ アンチサージ弁
２０ サージ発生防止装置
２１ 圧縮係数特定部
２３ 流量算出部
２５ 制御量特定部
２７ データ記憶部
Ｇ ガス

本発明は、圧縮機、特に複数段の圧縮機を備える場合にサージの発生を防止する装置およびこれを備える圧縮機システムに関する。

上流に位置するプラントの負荷変化や圧縮機のトリップなどの現象が起きた際に、圧縮機への流量が少なくなると、周期的な強い圧力変動が生じる現象、すなわちサージ現象が発生して圧縮機が損傷する可能性がある。サージを防ぐために、緊急時にも圧縮機へと最低限の流量の流体を流すべく、圧縮機の吸込側と吐出側を接続したバイパス流路を設けるとともに、バイパス流路に流量を制御するアンチサージ弁を設ける。そして、サージの発生が予想されると、アンチサージ弁を開いて、吐出側のガスを吸込側へ戻して、吸込流量を増加させる。または、通常運転時から、圧縮機への流量が少なくなりすぎないよう、アンチサージ弁の開度を制御するアンチサージ制御が行われる。

圧縮機におけるサージ発生防止について、特許文献１は、圧縮機の吸込側流量Ｑｓと吸込側圧力Ｐｓと吸込側温度Ｔｓと吐出側圧力Ｐｄと吐出側温度Ｔｄの各情報を取得し、ポリトロープヘッドを算出し、算出されたポリトロープヘッド値を基にガスの分子量を推定するなどして、サージが発生するか否かを判定することを提案している。

特開２０１４−４３７９５号公報

ここで、ガスの流量は、特許文献１のように圧縮機の吸込側で測定できるが、吐出側で測定することもできる。吐出側は吸込側に比べてガスが圧縮されているので、小さいサイズの流量計を用いることができるので、コスト的に有利である。コスト面から考えると、流量計はガスが圧縮され、小さいサイズを選択できる吐出側に設置することが好ましい。なお、吐出側で測定したガスの流量から吸込側のガスの流量(Ｑｓ・ｃａｌｃ)を求めるには、吐出側のガスの流量(Ｑｄ)、圧力(Ｐｄ)、温度(Ｔｄ)、及び、吸込側の流体の圧力(Ｐｓ)、温度(Ｔｓ)を測定しておき、下記の式（１）を用いて計算する。
Ｑｓ・ｃａｌｃ ＝ Ｑｄ×Ｐｄ／Ｐｓ×Ｔｓ／Ｔｄ… （１）

しかし、式（１）により求められるＱｓ・ｃａｌｃは、圧縮機を複数備える多段圧縮機構において、以下の問題がある。つまり、多段の圧縮機を順番に経る度に吐出側のガスに含まれる水分の量が減少するので、吐出側のガスの水分量は吸込側のガスの水分量に比べて少なくなる。また、多段の圧縮機を順番に経ることでガスが高圧になるにつれて、吐出側のガスの圧縮係数が吸込側のガスの圧縮係数からずれてしまう。これらの理由により、式（１）を用いて吐出側の流量から吸込側の流量（Ｑｓ・ｃａｌｃ）を計算すると、実際の流量からずれた値になってしまう。

以上より、本発明は、吐出側の流量から吸込側の流量（Ｑｓ・ｃａｌｃ）を高い精度で求めることができる圧縮機のサージ発生防止装置を提供することを目的とする。また、本発明は、そのようなサージ発生防止装置を備えることで、サージの発生を高い精度で防止できる多段の圧縮機を備える圧縮機システム提供することを目的とする。

本発明のサージ発生防止装置は、ガスを圧縮する圧縮機の吸込側ガス圧力Ｐｓと吸込側ガス温度Ｔｓと吐出側ガス圧力Ｐｄと吐出側ガス温度Ｔｄと吐出側ガス流量Ｑｄの各情報を取得し、ガスの吸込側圧縮係数Ｚｓとガスの吐出側圧縮係数Ｚｄを特定するように構成される圧縮係数特定部と、吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄが特定されると、吸込側ガス流量Ｑｓ・ｃａｌｃを下記の式（２）に基づいて算出するように構成される流量算出部と、算出された吸込側ガス流量Ｑｓ・ｃａｌｃに基づいて、アンチサージ弁の開度を制御するように構成される開度制御部と、を備え、圧縮係数特定部は、水分濃度が富化された条件における吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する、ことを特徴とする。
Ｑｓ・ｃａｌｃ ＝ Ｑｄ×Ｐｄ／Ｐｓ×Ｔｓ／Ｔｄ×Ｚｓ／Ｚｄ … （２）

本発明のサージ発生防止装置において、吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する形態を、少なくとも二つ含む。
一つ目の形態による圧縮係数特定部は、水分が飽和状態における吸込側ガス圧力Ｐｓ及び吸込側ガス温度Ｔｓに対応する吸込側圧縮係数Ｚｓと、水分が飽和状態における吐出側ガス圧力Ｐｄ及び吐出側ガス温度Ｔｄに対応する吐出側圧縮係数Ｚｄと、を特定するというものである。
一つ目の形態は、水分が飽和状態のガスにおける圧力と温度と圧縮係数とが対応付けられた情報である第一対応情報を記憶する記憶部を備え、圧縮係数特定部が、吸込側ガス圧力Ｐｓ、吸込側ガス温度Ｔｓ、吐出側ガス圧力Ｐｄ及び吐出側ガス温度Ｔｄを取得すると、第一対応情報と照合することで、ガスの吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する、ことができる。

二つ目の形態による圧縮係数特定部は、一定値の水分濃度に基づいてガスの吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する、と言うものである。
二つ目の形態は、ガスにおける基準値との偏差が最も大きい圧縮係数である第二対応情報を記憶する記憶部を備え、圧縮係数特定部は、基準値との偏差が最も大きい圧縮係数を、吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄに特定する、ことができる。

本発明のサージ発生防止装置は、ガスを圧縮する複数段の圧縮機を備える圧縮機構を備える圧縮機システムに好適に適用される。この圧縮機構は、最も上流側に位置する圧縮機にガスを供給する吸込管路と、最も下流側に位置する圧縮機からのガスが吐出される吐出管路と、吸込管路と吐出管路との間に接続され、吐出管路を流れるガスの一部を吸込管路に戻すバイパス管路と、バイパス管路に設けられ、吸込管路に戻されるガスの流量を調整するアンチサージ弁と、を備える。そして、このアンチサージ弁は、本発明によるサージ発生防止装置によりその開度が制御されることを特徴とする。

本発明のサージ発生防止装置によれば、アンチサージ制御を安全サイドに機能させることを考慮し、吸込側ガスは水分が富化された状態と仮定して吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する。これにより、アンチサージ制御における流量の計算値の精度は保ちつつ、実際の流量に近い吸込側ガス流量Ｑｓ・ｃａｌｃを算出できる。

本発明の実施形態に係る多段の圧縮機を備える圧縮機システムの概略構成を示す図である。 図１のシステムが備えるサージ発生防止装置の構成を示す図である。 図２のサージ発生防止装置によるアンチサージ制御の手順を示すフローチャートである。 図２のサージ発生防止装置が備える、水分が飽和状態のガスの圧力及び温度と圧縮係数とが対応付けられた第一対応情報を示すグラフである。 図２のサージ発生防止装置によるアンチサージ弁の制御量を特定する手順を示す図である。 ガスの圧力及び温度と圧縮係数とが対応付けられたテーブル形式の情報を示す表である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るサージ発生防止装置２０を適用した圧縮機システム１について説明する。
圧縮機システム１は、図１に示すように、ガスＧを圧縮する複数段の圧縮機を備える圧縮機構１０と、圧縮機構１０のサージの発生を抑制するサージ発生防止装置２０と、を備えている。なお、圧縮機システム１において、圧縮の対象となるガスＧが流れる向きを基準にして、上流及び下流が定義される。

［圧縮機構１０］
圧縮機構１０は、第一段圧縮機１１、第二段圧縮機１２、第三段圧縮機１３及び第四段圧縮機１４と、複数段の圧縮機を備える。それぞれの圧縮機は例えば遠心圧縮機からなり、ガスＧは、最も上流側に配置される第一段圧縮機１１から第二段圧縮機１２、第三段圧縮機１３及び第四段圧縮機１４の順に所望される圧力まで昇圧される。
第一段圧縮機１１、第二段圧縮機１２及び第三段圧縮機１３のそれぞれのガスＧの上流側、つまり吸込側には、ガスＧの吸込量を調整する吸込調整弁１５が設けられている。

最も上流側の第一段圧縮機１１に付属する吸込調整弁１５の吸込側には、ガスＧを吸込むための吸込管路Ｌ１が接続されている。吸込管路Ｌ１には、ガスＧの供給源である例えばプラント設備からガスＧが送り込まれる。また、最も下流側の第四段圧縮機１４には吐出管路Ｌ２が接続されている。吐出管路Ｌ２は、昇圧されたガスＧを利用する例えばプラント設備に向けてガスＧを送り出す。

吸込管路Ｌ１には、吸込側圧力計３と吸込側温度計４が設置されている。吸込側圧力計３と吸込側温度計４とは、それぞれ吸込管路Ｌ１を流れるガスＧの吸込側圧力Ｐｓと吸込側温度Ｔｓとを継続して測定する。
吐出管路Ｌ２には、吐出側圧力計６、吐出側温度計７及び吐出側流量計８が設置されている。吐出側圧力計６、吐出側温度計７及び吐出側流量計８は、それぞれ吐出管路Ｌ２を流れるガスＧの吐出側ガス圧力Ｐｄ、吐出側ガス温度Ｔｄ及び吐出側ガス流量Ｑｄを継続して測定する。
測定された吸込側の圧力Ｐｓ、温度Ｔｓに関する情報と、測定された吐出側の圧力Ｐｄ、温度Ｔｄ及び流量Ｑｄに関する情報は、電気信号としてサージ発生防止装置２０に送られる。

第一段圧縮機１１と第二段圧縮機１２は第一接続管路Ｌ１２で接続され、第二段圧縮機１２と第三段圧縮機１３は第二接続管路Ｌ２３で接続され、第三段圧縮機１３と第四段圧縮機１４は、第三接続管路Ｌ３４で接続されている。第一段圧縮機１１で圧縮されたガスＧは、第一接続管路Ｌ１２を通って第二段圧縮機１２に吸込まれ、第二段圧縮機１２で圧縮されたガスＧは、第二接続管路Ｌ２３を通って第三段圧縮機１３に吸込まれ、第三段圧縮機１３で圧縮されたガスＧは、第三接続管路Ｌ３４を通って第四段圧縮機１４に吸込まれる。

第一接続管路Ｌ１２、第二接続管路Ｌ２３及び第三接続管路Ｌ３４のそれぞれには、冷却機能及び除湿機能を備えるドレインセパレータ１７が設けられている。第一段圧縮機１１、第二段圧縮機１２、第三段圧縮機１３で圧縮されたガスＧは、圧縮により生じた熱がこのドレインセパレータ１７を通過することで冷却され、さらにこの冷却によって結露した水分がドレイン（drain）として外部に排出される。なお、ここでは冷却機能及び除湿機能を備えるドレインセパレータ１７を用いているが、冷却機能を備える機器と除湿機能を備える機器を独立して設けることもできる。

吸込管路Ｌ１と吐出管路Ｌ２との間には、サージの発生を予防または抑制するために、圧縮機構１０から吐出されるガスＧの一部を吸込側に戻すバイパス管路Ｌ３が接続されている。バイパス管路Ｌ３には、サージの発生を予防または抑制する際に開かれる制御弁であるアンチサージ弁１８が設けられている。アンチサージ弁１８は、常時は閉じられているが、サージの発生を予防する必要があるときに開かれるものとする。

［サージ発生防止装置２０］
サージ発生防止装置２０は、吸込側圧力計３、吸込側温度計４、吐出側圧力計６、吐出側温度計７及び吐出側流量計８で測定された吸込側ガス圧力Ｐｓ、吸込側ガス温度Ｔｓ、吐出側ガス圧力Ｐｄ、吐出側ガス温度Ｔｄ及び吐出側ガス流量Ｑｄを用いて、吸込側のガスＧの流量Ｑｓ・ｃａｌｃを算出により求める。次いで、サージ発生防止装置２０は、流量Ｑｓ・ｃａｌｃに基づいて、アンチサージ弁１８の制御量を特定し、特定された制御量でアンチサージ弁１８を動作させる。この手順を行うために、サージ発生防止装置２０は以下の構成を備える。
なお、サージ発生防止装置２０は、処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ手段と、を含むコンピュータ装置によって実現される。

サージ発生防止装置２０は、図２に示すように、圧縮係数特定部２１、流量算出部２３、制御量特定部２５及びデータ記憶部２７と、を備えている。これら圧縮係数特定部２１、流量算出部２３、制御量特定部２５及びデータ記憶部２７の各機能は、ソフトウェアによって具現化できる。

圧縮係数特定部２１は、圧縮機構１０で圧縮されるガスＧの吸込側の圧縮係数Ｚｓと吐出側の圧縮係数Ｚｄを特定する（図３ Ｓ１０１）。
圧縮係数特定部２１は、吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを求めるのに、吸込側圧力計３、吸込側温度計４、吐出側圧力計６、吐出側温度計７及び吐出側流量計８で測定された吸込側ガス圧力Ｐｓ、吸込側ガス温度Ｔｓ、吐出側ガス圧力Ｐｄ及び吐出側ガス温度Ｔｄに関する情報を取得する。圧縮係数特定部２１は、取得した吸込側ガス圧力Ｐｓ、吸込側ガス温度Ｔｓ、吐出側ガス圧力Ｐｄ及び吐出側ガス温度Ｔｄを、第一対応情報と照合することで、吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを求める。

第一対応情報は、データ記憶部２７に記憶されており、圧縮係数特定部２１は吸込側圧縮係数Ｚｓと吐出側圧縮係数Ｚｄを求める際に、データ記憶部２７から第一対応情報を読み出す。
ここで、本実施形態における第一対応情報は、飽和水蒸気量を含み水分が飽和状態のガスＧにおける圧力と温度と圧縮係数とが対応付けられた情報である。一例を図４に示すが、この第一対応情報は、横軸が圧力Ｐで縦軸が圧縮係数Ｚの二次元座標上に、温度をプロットした形態を有している。つまり、温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５ごとに対応する圧力Ｐと圧縮係数Ｚの関係が線図として表されている。なお、ここでは二次元座標上に第一対応情報を表してしているが、テーブル形式の第一対応情報でもよい。また、第一対応情報は、関数式であってもよい。

第一対応情報は、圧縮の対象となるガスＧの種類ごとに用意され、図４の例では、ガス種別Ａ，Ｂ，Ｃの三種類を含んでいる。圧縮係数特定部２１は、圧縮の対象となっているガスＧの種別に応じて、第一対応情報を読み出す。ガスＧの種別は、コンピュータ装置の入力手段であるキーボードからあらかじめ圧縮係数特定部２１に指示しておき、圧縮係数特定部２１はこの指示に従って、ガスＧの種別に応じた第一対応情報を読み出すことができる。

圧縮係数特定部２１は、読み出した第一対応情報と、取得した吸込側ガス圧力Ｐｓ、吸込側ガス温度Ｔｓ、吐出側ガス圧力Ｐｄ及び吐出側ガス温度Ｔｄを照合する。例えば、図４において、吸込側ガス圧力Ｐｓと吸込側ガス温度Ｔｓ（＝Ｔ）に対応する線図上の吸込側圧縮係数Ｚｓが特定される（図３ Ｓ１０３）。同様にして、吐出側ガス圧力Ｐｄ及び吐出側ガス温度Ｔｄに対応する線図上の吐出側圧縮係数Ｚｄが特定される。

吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄが特定されると、この情報は電気信号として、圧縮係数特定部２１から流量算出部２３に送られる。そうすると、流量算出部２３は、式（２）を用いて流量Ｑｓ・ｃａｌｃを算出する（図３ Ｓ１０５）。
Ｑｓ・ｃａｌｃ ＝ Ｑｄ×Ｐｄ／Ｐｓ×Ｔｓ／Ｔｄ×Ｚｓ／Ｚｄ … （２）

ここで、第一対応情報における圧縮係数Ｚは、水分が飽和状態、つまり水分が富化されたガスの圧力・温度の関数で表されている。したがって、圧縮係数特定部２１で特定された吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを用いて算出された流量Ｑｓ・ｃａｌｃは、ガスＧに含まれる水分量の最大値を考慮しているため、アンチサージ制御における流量の計算値の精度は保ちつつ、実際に近い流量Ｑｓ・ｃａｌｃが計算できる。

流量Ｑｓ・ｃａｌｃが算出されると、この情報は電気信号として、流量算出部２３から制御量特定部２５に送られる。そうすると、制御量特定部２５は、例えば図５に示されるガスＧの流量Ｑと圧力比（Ｐｄ／Ｐｓ）で特定される性能曲線に流量Ｑｓ・ｃａｌｃを照合し、運転点ＯＰを求める。この際に、コントロールラインＣＬを考慮する。つまり、閾値であるコントロールラインＣＬより左の領域ではサージが発生し、コントロールラインＣＬを含みそれよりも右の領域だとサージが発生しないものとすると、コントロールラインＣＬ、つまりサージが発生しない最小の吸込み側の流量にマージンＭを設定して運転点ＯＰを特定する。

制御量特定部２５は、特定された運転点ＯＰが得られるアンチサージ弁１８の制御量を算出し、算出された制御量に基づいて、アンチサージ弁１８の開閉及び開く場合の開度を調整するように指令する。

［圧縮機システム１の動作］
次に、圧縮機システム１の動作について、図１〜図３を用いて説明する。
上流に位置するプラントからガスＧが吸込管路Ｌ１に供給されると、ガスＧは第一段圧縮機１１、第二段圧縮機１２、第三段圧縮機１３及び第四段圧縮機１４の順に圧縮されてから吐出管路Ｌ２に吐出される。この過程において、第一接続管路Ｌ１２、第二接続管路Ｌ２３及び第三接続管路Ｌ３４のそれぞれに設けられるドレインセパレータ１７によって、ガスＧから水分がドレインとして除去されるので、第四段圧縮機１４から吐出されるガスＧの水分は第一段圧縮機１１に吸込まれるガスＧに比べて少ない。

以上のガスＧの圧縮を継続している間に、吸込管路Ｌ１に設けられ吸込側圧力計３及び吸込側温度計４により、吸込管路Ｌ１を流れるガスＧの吸込側ガス圧力Ｐｓ及び吸込側ガス温度Ｔｓが測定される。また、吐出管路Ｌ２に設けられている吐出側圧力計６、吐出側温度計７及び吐出側流量計８により、吐出管路Ｌ２を流れるガスＧの吐出側ガス圧力Ｐｄ、吐出側ガス温度Ｔｄ及び吐出側ガス流量Ｑｄが測定される。測定された吸込側ガス圧力Ｐｓ、吸込側ガス温度Ｔｓ、吐出側ガス圧力Ｐｄ、吐出側ガス温度Ｔｄ及び吐出側ガス流量Ｑｄに関する情報（以下、プロセス値情報ということがある）は、サージ発生防止装置２０の圧縮係数特定部２１に継続的に送られる（図３ Ｓ１０１）。

圧縮係数特定部２１は、プロセス値情報を取得すると、データ記憶部２７に記憶されている第一対応情報を読み出し、プロセス値情報（吐出側ガス流量Ｑｄを除く）を第一対応情報と照合する。これにより、圧縮係数特定部２１は吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する（図３ Ｓ１０３）。

吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄは流量算出部２３に送られ、流量算出部２３は、取得した吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを式（２）に代入することで、流量を算出する（図３ Ｓ１０５）。流量Ｑｓ・ｃａｌｃは、制御量特定部２５に送られる。
Ｑｓ・ｃａｌｃ ＝ Ｑｄ×Ｐｄ／Ｐｓ×Ｔｓ／Ｔｄ×Ｚｓ／Ｚｄ … （２）

制御量特定部２５は、流量Ｑｓ・ｃａｌｃを性能曲線（図５）と照合することで、制御量を特定する（図３ Ｓ１０７）。制御量特定部（開度制御部）２５は、制御量に応じてアンチサージ弁１８の開度を制御するように指令を出す（図３ Ｓ１０９）。
サージ発生防止装置２０は、以上の一連の手順を、圧縮機構１０が運転されている間に、継続して行う。

［圧縮機システム１の効果］
次に、圧縮機システム１のサージ発生防止装置２０による効果を説明する。
圧縮機システム１は、水分が飽和状態、水分が富化された条件として、水分が飽和状態における吸込側ガス圧力Ｐｓ及び吸込側ガス温度Ｔｓに対応する吸込側圧縮係数Ｚｓと、水分が飽和状態における吐出側ガス圧力Ｐｄ及び吐出側ガス温度Ｔｄに対応する吐出側圧縮係数Ｚｄを用いて吸込側ガス流量Ｑｓ・ｃａｌｃを求める。そして、このガスＧに含まれる水分量の最大値を考慮した吸込側流量Ｑｓ・ｃａｌｃに基づいてアンチサージ弁１８の開度を制御するので、アンチサージ制御における流量の計算値の精度は保ちつつ、サージの発生を高い精度で防止できる。
また、圧縮機システム１によれば、計算した吸込側ガス流量Ｑｓ・ｃａｌｃのずれが小さくなるため、負荷が下がりアンチサージ制御が働く状況になっても、余分な動力を消費せずに、圧縮機を運転できる。

また、圧縮機システム１は、ガスＧの吐出側に設けられた吐出側流量計８により流量Ｑを測定するので、吸込側で測定するのに比べて、流量計のサイズを小さくできる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
以上の形態は、第一段圧縮機１１に吸込まれるガスＧの水分が飽和水蒸気量に達しているものと仮定して吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを特定した。しかし、本発明における水分が富化された条件とはこれに限らず、ガスＧの水分濃度を一定値として吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを特定することもできる。水分濃度が富化された条件においてこの一定と仮定する水分濃度は、圧縮機システム１の運転範囲内で圧縮係数が最もずれた値に設定される。例えば、図６のテーブル形式の圧力−温度−圧縮係数対応情報において、上段のテーブルにおいては、基準となる「１．０」から最もずれの大きい、つまり基準値との偏差が最も大きい圧縮係数Ｚである「０．９７」を吸込側圧縮係数Ｚｓ又は吐出側圧縮係数Ｚｄとして採用する。同様に、中段のテーブルにおいて、基準値である「１．０」との偏差が最も大きい圧縮係数Ｚである「０．９５」を吸込側圧縮係数Ｚｓ又は吐出側圧縮係数Ｚｄとして採用する。さらに、下段のテーブルにおいて、基準値である「１．０」との偏差が最も大きい圧縮係数Ｚである「１．０４」を吸込側圧縮係数Ｚｓ又は吐出側圧縮係数Ｚｄとして採用する。
この吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄの特定手法は、水分の飽和状態を考慮せず、一定値を用いるために演算を簡略化できる。

ここで、ガスＧの水分濃度を一定値として吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する手法の場合には、データ記憶部２７に記憶される情報は以下の通りである。つまり、図６に示すテーブル形式の圧力−温度−圧縮係数対応情報の中で、基準値との偏差が最も大きい圧縮係数Ｚｄがガス種と対応付けた情報（第二対応情報）としてデータ記憶部２７に記憶される。例えば、図６において、ガス種Ａの場合、ガス種Ａと圧縮係数Ｚ「０．９７」とが対応付けられてデータ記憶部２７に記憶される。
この場合、ガス種Ａが、上述した手順で圧縮係数特定部２１に指示されると、圧縮係数特定部２１はこの指示に従って圧縮係数Ｚ「０．９７」を読み出し、吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄとして流量算出部２３に送る。流量算出部２３は、取得した吸込側圧縮係数Ｚｓ及び吐出側圧縮係数Ｚｄを前述した式（２）に代入することで流量を算出するとともに、制御量特定部２５に送る。制御量特定部２５は、上述した手順により、アンチサージ弁１８の開閉及び開く場合の開度を調整する。

また、アンチサージ制御については、アンチサージ弁が常時開かれており、その開度を調整するという方式を採用することもできる。この方式を含めて、本発明はアンチサージ弁の開度を制御するという。

１ 圧縮機システム
３ 吸込側圧力計
４ 吸込側温度計
６ 吐出側圧力計
７ 吐出側温度計
８ 吐出側流量計
１０ 圧縮機構
１１ 第一段圧縮機
１２ 第二段圧縮機
１３ 第三段圧縮機
１４ 第四段圧縮機
１５ 吸込調整弁
１７ ドレインセパレータ
１８ アンチサージ弁
２０ サージ発生防止装置
２１ 圧縮係数特定部
２３ 流量算出部
２５ 制御量特定部
２７ データ記憶部
Ｇ ガス

Claims (6)

1. ガスを圧縮する圧縮機の吸込側圧力Ｐｓと吸込側温度Ｔｓと吐出側圧力Ｐｄと吐出側温度Ｔｄと吐出側流量Ｑｄの各情報を取得し、前記ガスの吸込側圧縮係数Ｚｓと前記ガスの吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する圧縮係数特定部と、
   前記吸込側圧縮係数Ｚｓ及び前記吐出側圧縮係数Ｚｄが特定されると、吸込側流量Ｑｓ・ｃａｌｃを下記の式（２）に基づいて算出する流量算出部と、
   算出された前記吸込側流量Ｑｓ・ｃａｌｃに基づいて、アンチサージ弁の開度を制御する開度制御部と、を備え、
   前記圧縮係数特定部は、
   水分濃度が富化された条件における前記吸込側圧縮係数Ｚｓと前記吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する、ことを特徴とするサージ発生防止装置。
   Ｑｓ・ｃａｌｃ ＝ Ｑｄ×Ｐｄ／Ｐｓ×Ｔｓ／Ｔｄ×Ｚｓ／Ｚｄ … （２）
2. 前記圧縮係数特定部は、
   水分が飽和状態における前記吸込側圧力Ｐｓ及び前記吸込側温度Ｔｓに対応する前記吸込側圧縮係数Ｚｓと、
   水分が飽和状態における前記吐出側圧力Ｐｄ及び前記吐出側温度Ｔｄに対応する前記吐出側圧縮係数Ｚｄと、を特定する、
   請求項１に記載のサージ発生防止装置。
3. 水分が飽和状態の前記ガスにおける圧力と温度と圧縮係数とが対応付けられた情報である第一対応情報を記憶する記憶部を備え、
   前記圧縮係数特定部は、
   前記吸込側圧力Ｐｓ、前記吸込側温度Ｔｓ、前記吐出側圧力Ｐｄ及び前記吐出側温度Ｔｄを取得すると、前記第一対応情報に照合することで、前記吸込側圧縮係数Ｚｓと前記吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する、
   請求項２に記載のサージ発生防止装置。
4. 前記圧縮係数特定部は、
   一定値の水分濃度に基づいて前記吸込側圧縮係数Ｚｓと前記吐出側圧縮係数Ｚｄを特定する、
   請求項１に記載のサージ発生防止装置。
5. 前記ガスにおける基準値との偏差が最も大きい圧縮係数である第二対応情報を記憶する記憶部を備え、
   前記圧縮係数特定部は、
   基準値との偏差が最も大きい前記圧縮係数を、前記吸込側圧縮係数Ｚｓと前記吐出側圧縮係数Ｚｄとして特定する、
   請求項４に記載のサージ発生防止装置。
6. ガスを圧縮する複数段の圧縮機を備える圧縮機構と、
   前記圧縮機構のサージの発生を抑制する、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のサージ発生防止装置と、を備える圧縮機システムであって、
   前記圧縮機構は、
   最も上流側に位置する前記圧縮機に前記ガスを供給する吸込管路と、
   最も下流側に位置する前記圧縮機からの前記ガスが吐出される吐出管路と、
   前記吸込管路と前記吐出管路との間に接続され、前記吐出管路を流れる前記ガスの一部を前記吸込管路に戻すバイパス管路と、
   前記バイパス管路に設けられ、前記吐出管路に戻される前記ガスの流量を調整するアンチサージ弁と、を備え、
   前記アンチサージ弁の開度が、前記サージ発生防止装置により制御される
   ことを特徴とする圧縮機システム。

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