JP2865282B1

JP2865282B1 - 導圧配管パージ装置

Info

Publication number: JP2865282B1
Application number: JP16369198A
Authority: JP
Inventors: 俊郎伊藤; 健一佐々木; 紘明大野
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 1999-03-08
Anticipated expiration: 2018-06-11
Also published as: JPH11281512A

Abstract

【要約】【課題】圧力が変化してもその時点でパージ効果を呈
する分量だけのパージガスを供給して導圧管の閉塞を防
止するようにした連続パージ装置を提供することであ
り、特に、高圧力高粉塵雰囲気下で圧力や差圧を測定す
るための発信器用検出配管中に粉塵が侵入することを防
止する加圧型連続パージ装置を提供することである。【解決手段】パージガスの供給配管１１中に絞り１２
を設け、この絞りの上流における圧力と導圧配管におけ
る圧力の差圧が一定になるように絞り上流のパージガス
圧力Ｐ２を調整するもので、絞りの下流で導圧管におけ
る圧力を測定する圧力検出器１４と検出圧力に所定のバ
イアスを加える演算器１６とその演算器の出力に基づい
て絞り上流のパージガス圧力を調整する調整弁を備える
ものであってもよい。特に、電空レギュレータ１９を用
いて調整弁とするものが構成を簡易にして経済的効果が
大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定器用導圧管の
閉塞を防止するために用いるパージ装置に関し、特に、
高圧力高粉塵雰囲気下で圧力や差圧を測定するための検
出配管中に粉塵が侵入することを防止する加圧型連続パ
ージ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油資源の枯渇や生活水準の向
上、人口の増加などによる電力需要量の増加に伴い、石
炭利用の高効率発電システムの開発が急務になってい
る。石炭発電システムは環境保全の観点から環境汚染を
抑制したものでなければならないことはいうまでもな
い。このような条件に適合するものとして、石炭直接燃
焼ガスタービン複合発電システムの開発が進められてい
る。

【０００３】石炭直接燃焼ガスタービン複合発電システ
ムは、加圧石炭部分燃焼炉とガス精製装置と高効率ガス
タービンと蒸気タービンを備え、加圧石炭部分燃焼炉で
例えば絶対圧力２ＭＰａ程度の加圧下で空燃比０．５程
度の酸素不足雰囲気中で石炭粉を部分燃焼し石炭の成分
の大部分を溶融分離してガス化した後、生成ガスからダ
ストを分離して予備燃焼室で高温にし高効率ガスタービ
ンを回転させて発電する。さらに高効率ガスタービンを
駆動した後のガスタービン排ガスから熱エネルギーを回
収し蒸気タービンを駆動して発電するものである。従っ
て、工程中には粉塵化した石炭やチャーあるいは石炭灰
を高い粉塵濃度で含有した燃焼ガスが充満している。

【０００４】プラントの運転を適切に管理するために
は、各所の圧力や圧力差さらには流量検出用の差圧など
を測定する必要がある。しかし、これら測定器に圧力を
伝達するための発信器用導圧管は、プラントの運転を開
始すると直ちにその内壁にダストが沈積を開始し、時間
が経過すると閉塞して正確な圧力測定をすることが出来
なくなる。したがって、発信器用検出配管には閉塞を防
止するため適当なガスでパージを行う必要がある。長期
にわたり安定して測定するためには、連続パージをする
方式が好ましい。通常の条件で運転されるプラントにお
いて適当なパージを連続的に行うために使用できるパー
ジセットが市販されている。この従来方式のパージセッ
トは、一定の流量を常時流すようにセットするもので、
プロセス圧力が変化してもプロセス内に流入するパージ
ガス量が変らない。

【０００５】しかし、上記の石炭直接燃焼ガスタービン
複合発電システムでは、プラント運転のために最適なプ
ロセス内雰囲気の成分、特に酸素濃度が決まっており、
プラントにとって適切な雰囲気成分を乱すほどのパージ
ガスを添加することは避けなければならない。従来方式
のパージセットでは、定常状態で閉塞を防止するのに必
要なパージ流量に設定すると、プロセスの圧力が低い時
には余分なパージガスがプロセス中に流入することにな
る。このため、適正反応雰囲気に対する量的な管理が困
難なパージガスの混入が生じて不都合であるが、特に反
応特性やプラント性能の検討などのためにプラントの運
転条件を変化させて測定する場合に真に都合が悪い。

【０００６】さらに、この従来方式のパージセットは常
圧付近で使用するもので高圧条件には適用できない。し
たがって、上記プラントにおけるような高圧で流体圧力
を測定する発信器用導圧管には使用できない。このた
め、上記プラントにおけるような高圧で高粉塵密度の流
体圧力を測定するためには、測定の合間に間欠的にパー
ジして検出配管内の堆積物を除去するようにしていた。
ところが、間欠パージ方式であるとパージによるガス混
入量はさらに不確定になる上、パージするタイミングを
管理することが難しく閉塞事故を完全に防ぐことが出来
ない。そこで実際に検出配管が閉塞してから手動でパー
ジ操作をするのが実体であった。また、間欠パージ方式
ではパージする間の測定値は正確でないため連続測定が
できないという問題があった。

【０００７】このような問題は、石炭直接燃焼ガスター
ビン複合発電システムにおける発信器用導圧管に限ら
ず、例えば流動床装置など高粉塵流体を取り扱うものや
粒状物を含む流体を扱う化学プラントなど導圧管を閉塞
する物質を含むプラント内雰囲気を管理しなければなら
ない他の種類の装置においても存在し、さらにこれら装
置における覗窓用の配管や炉内試料の取出し配管など各
種側管等においても見られる問題でもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、圧力が変化してもその時点でパー
ジ効果を呈する分量だけのパージガスを供給して導圧管
の閉塞を防止するようにした連続パージ装置を提供する
ことであり、特に、高圧力高粉塵雰囲気下で圧力や差圧
を測定するための発信器用検出配管中に粉塵が侵入する
ことを防止する加圧型連続パージ装置を提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の導圧配管パージ装置は、パージガスの供給
配管中に絞りを設け、この絞りの上流における圧力と導
圧配管における圧力の差圧が一定になるように絞り上流
のパージガス圧力を調整することを特徴とする。また、
パージガスの供給配管中に設けた絞りの下流で導圧管に
おける圧力を測定する圧力検出器と検出圧力に所定のバ
イアスを加える演算器とその演算器の出力に基づいて絞
り上流のパージガス圧力を調整する調整弁を備えること
を特徴とするものであってもよい。

【００１０】なお、上記の調整弁は電空レギュレータで
あってもよい。また、上記のバイアスを加算する演算器
の機能は圧力発信器もしくは電空レギュレータの調整に
より代用することもできる。さらに、パージガス供給配
管中にガス流量計を備えることが好ましい。なお、上記
の導圧配管パージ装置のパージガスは、石炭直接燃焼ガ
スタービン複合発電システムにおけるプロセス機器に設
けられた発信器用検出配管をパージするものであっても
よい。

【００１１】本発明の導圧配管パージ装置によれば、プ
ロセス条件によらずプロセス流体中に浮遊するダストを
押し戻すのに必要なパージガス風量を設定することが出
来るので、プロセス条件が広い範囲に亘って変化する場
合にもその条件に対応して設定を変更しないでプロセス
流体中のダストなどが導圧管中に侵入しない程度のパー
ジ風量を供給することができる。また、プロセス条件が
変化する場合にも最小のパージ量でダスト等の侵入抑制
効果を得るようにすることが出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】一般に導圧管のパージを一定流速
で行うという思想に基づいてパージ装置を設計すると、
プロセスの条件によりパージガスの質量流量は変化し、
例えば２ＭＰａにおけるパージガスのプロセス内流入量
は大気圧（約０．１ＭＰａ）におけるものの約２０倍に
達することになる。従って、導圧管内で生じる圧力降下
も変化し計測誤差が生じる場合があり、さらに例えば上
記の加圧石炭部分燃焼炉において窒素パージを行うとす
ると流入する窒素が炉内の酸素濃度に与える影響を無視
できないようになる。特に燃焼試験を行うときなどでは
データの信頼性に問題が生ずる場合がある。

【００１３】ところで、パージガスを導圧管中のダスト
等の粉体を搬送する気流搬送源と見なすことが出来る。
すると、導圧管が反応槽や配管などプラント機器に垂直
下方に取り付けられている最も厳しい条件の時でも、パ
ージガスは自由沈降する粉塵等を支えるだけの搬送エネ
ルギーを持てばよいことになる。こういう観点からする
と、従来技術のようにパージ流量を一定に管理する必要
はなく、この搬送エネルギーが所定の値になるようにパ
ージ風量をコントロールすればよい。本発明のパージ装
置は、搬送エネルギーが常圧から加圧状態にかけて一定
となるようにパージ風量をコントロールするようにした
ものである。このようにすることにより、プロセス圧力
が変化してもその条件下で必要十分なパージガスを供給
するようにして、プロセス内の雰囲気に過剰な外乱を与
えないようにすることが出来た。

【００１４】気流搬送のエネルギーは流速の２乗に比例
し流体の密度に比例する。すなわち、気体分子１個当た
りの運動エネルギーＷは、Ｗ＝ｍｖ^２／２と表される。
ここで、ｍは気体１個当たりの質量、ｖは気体分子の速
度である。流路面積Ｓを質量流量Ｑｍで流れている流体
の流速ｖ_０は、ｖ_０＝Ｑｍ／ρＳと表わされ、流速ｖ_０
で流れている流体の単位体積当たりの運動エネルギーＷ
_０は、Ｗ_０＝ρｖ_０ ^２／２と表すことが出来る。ここ
で、ρは気体の密度である。ミクロ的に考えて微小粉体
の侵入を防ごうとした場合、パージ流体の分子が上記の
運動エネルギーをもって粉体に衝突することにより粉体
を押し返すと考えることが出来る。この関係は粉体の自
由沈降速度に基づくもので、雰囲気の条件に左右されな
い。

【００１５】一方、流路面積Ｓを流れる質量流量Ｑｍと
流路中に設けられた固定絞りの両端間に発生する差圧Δ
Ｐの間には連続の式とベルヌーイの式から導かれた、Ｑ
ｍ＝ｋ（ρΔＰ）^１／２の関係がある。ここで、ｋは定
数である。ただし温度は変わらないとした。従って、流
体の単位体積当たりの運動エネルギーＷ_０は、Ｗ_０＝ρｖ_０ ^２／２＝Ｑｍ^２／２ρＳ^２＝ｋ^２ρΔＰ／２ρＳ^２＝ＫΔＰと表すことが出来、固定絞りの両端間に生ずる差圧に比
例することがわかる。

【００１６】従って、パージ供給配管中に設けた固定絞
りの両端間に発生する差圧を一定にすることにより、パ
ージエネルギーを一定化することが出来る。なお、パー
ジ流量は多いほどダスト侵入抑制効果が大きいが、導圧
管中に発生する圧損が計測誤差の原因になると共に、プ
ロセス中のガス組成に影響を与えるため、できるだけパ
ージ流量を抑制するようにすることが好ましい。本発明
のパージ装置は、パージ配管中に調整可能な固定絞りを
設け、固定絞りを挟む差圧を一定に保持してパージエネ
ルギーを必要な所定量に管理するもので、加圧状態下で
もダスト侵入抑制効果を損なうことなくパージガス流量
を最小にすることが出来る。

【００１７】本発明のパージ装置は固定絞りの下流の圧
力に基づいて上流圧力を制御する機構になっているた
め、万一導圧管が閉塞した場合にはパージガスの供給に
より導圧管内の圧力が上昇しこれに伴って固定絞りの上
流側圧力も上昇する現象が生じる。そこで、各所の圧力
関係を監視して導圧管の閉塞を検知するようにしてもよ
いが、パージガスの流量を測定する流量計を設けて導圧
管の閉塞を直接監視できるようにすることが好ましい。
流量計には異常を検知して警報を発生する機構を付属す
るとさらに好ましい。

【００１８】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明に係る導圧配
管パージ装置を詳細に説明する。図１は、本発明の導圧
配管パージ装置の１実施例を説明するブロック図であ
る。図１に示すように、被測定機器１から引き出された
導圧管２の先にストップ弁３を介して圧力発信器４が設
置されている。実施例の対象となった被測定機器１は約
２ＭＰａの内圧を有し、２０〜３０ｇ／ｍ^３の粉塵が含
まれた気体で充満している。従って、適切なパージ操作
がなければ導圧管２は短時間で閉塞して圧力発信器４に
正しい圧力が伝達しなくなる。圧力発信器４の測定出力
は中央制御室に伝送されて、プラント制御や管理に用い
る情報となる。

【００１９】本実施例の導圧配管パージ装置は、この導
圧管２に逆流防止弁５を介してパージガスを供給するも
のである。なお、逆流防止弁５は何かの異常が生じても
プロセス内の流体がパージガスは如何に逆流したり外部
に噴出することがないようにして安全を確保するための
ものである。導圧配管パージ装置１０は、測定対象Ｐ_０
より十分高い圧力を有する窒素ガス源に接続されたパー
ジガス供給配管１１に設けられる固定絞り１２と圧力制
御弁１３、固定絞り１２の下流の圧力を検出する第１の
圧力変換器１４と上流の圧力を検出する第２の圧力変換
器１５、および第１圧力変換器１４の出力に一定のバイ
アスを加える加算演算器１６と加算演算器１６の出力を
設定値とし第２圧力変換器１５の出力を入力として圧力
制御弁１３を制御する制御器１７とからなる。固定絞り
１２にはニードル弁を用いて運転条件により絞り面積を
調整することが出来るようにしてある。

【００２０】固定絞り１２の下流で測定した圧力Ｐ１は
第１圧力変換器１４で対応する電気信号に変換されて加
算演算器１６に送られ、ここで所定のバイアスΔＰを加
えたＰ１＋ΔＰに対応する信号として制御器１７の設定
入力ポートに入力される。制御器１７は第２圧力変換器
１５で電気信号に変換された固定絞り１２の上流の圧力
Ｐ２を入力して設定値と比較しこれが合致するように圧
力制御弁１３を調整する。このようにして、固定絞り１
２の上流と下流の間の差圧が常に所定の値ΔＰを保持す
るように制御することが出来る。

【００２１】なお、パージ装置が正常に稼働している場
合には導圧管の閉塞は余り起こらないはずであるが、異
常に大きなダストが侵入した場合やプロセス状態が予想
外の変化を起こした場合などには、予期しない閉塞が生
じて正確な測定が出来なくなるおそれがある。このよう
な閉塞を確実に検出するためには、パージガスの流量を
直接に測定する流量計を設備しておくと良い。また、異
常な流量低下があるときに警報を発するような機構を備
えれば、中央管理が可能になり操作員による定期巡回の
必要が無くなる。

【００２２】図２は、本発明の導圧配管パージ装置の実
施例の第２の態様を説明するブロック図である。先に説
明した図１における態様と異なるのは、加算演算器によ
り固定絞りの下流の圧力に所定の差圧を加算する代わり
に、制御器に固定絞りの上流と下流の圧力の２つの検出
信号を入力して差圧を直接制御するように構成した点で
ある。従って図中、図１に示すと同じ機能を有する要素
については同じ参照番号を付することにより説明を簡約
にして理解を容易にした。図２に示すように、被測定機
器１に接続された導圧管２の先に圧力発信器４が設置さ
れている。

【００２３】本態様の導圧配管パージ装置１０は、導圧
管２に逆流防止弁５を介して接続されている。導圧配管
パージ装置１０は、パージガス供給配管１１に設けられ
る固定絞り１２と圧力制御弁１３、固定絞り１２の下流
の圧力を検出する第１圧力変換器１４と上流の圧力を検
出する第２圧力変換器１５、および第１圧力変換器１４
の出力と第２圧力変換器１５の出力を入力として、両者
の差が所定の値ΔＰになるように圧力制御弁１３を制御
する差圧制御器１８とからなる。このように構成するこ
とにより、図１におけると同じ作用効果を呈する導圧管
パージ装置を得ることが出来る。

【００２４】図３は、本発明の導圧配管パージ装置の実
施例の第３の態様を説明するブロック図である。先に説
明した図１における態様と異なるのは、制御器と圧力制
御弁を電空レギュレータで代用する点である。電空レギ
ュレータは、入力電気信号に比例する空気圧を出力する
機構を持っている。したがって、加算演算器の出力を設
定入力として作動させれば電空レギュレータの出力圧力
は固定絞りの下流の圧力に所定の差圧を加えた値にコン
トロールされることになる。このような素子を利用する
ことにより本発明のパージ装置が簡単に構成できる。

【００２５】以下、図３を用いて本態様の構成を説明す
る。図３では、図１に示すと同じ機能を有する要素につ
いては同じ参照番号を付することにより説明を簡約にし
て理解を容易にした。また、図３との差異は逆流防止弁
５の上流部分にのみ存在するので、その部分についての
み説明を行う。導圧配管パージ装置１０は、パージガス
供給配管１１に設けられる固定絞り１２と電空レギュレ
ータ１９、パージガス量を測定する流量計２０、固定絞
り１２の下流における圧力を検出する圧力変換器１４、
および圧力変換器１４の出力を入力して所定の値ΔＰを
加える加算演算器１６とからなる。このように構成する
ことにより、図１におけると同じ作用効果を呈する導圧
管パージ装置を得ることが出来る。

【００２６】固定絞り１２の下流の圧力Ｐ１は圧力変換
器１４で電気信号に変換されて加算演算器１６に送ら
れ、ここで所定のバイアスΔＰを加えたＰ１＋ΔＰに対
応する電気信号として電空レギュレータ１９の設定ポー
トに入力される。電空レギュレータ１９は出力圧力Ｐ２
が設定値Ｐ１＋ΔＰとなるように圧力調節機構を操作し
て、固定絞り１２の上流と下流の間の差圧が常に所定の
値ΔＰを保持するように制御する。このように、電空レ
ギュレータ１９を活用することにより、パージ装置１０
の全体構成が極めて単純になる利点がある。

【００２７】なお、図３では、パージガス供給配管１１
中に流量計２０が挿入されていて、パージ流量の低下を
監視して導圧管が閉塞したことを知ることが出来るよう
になっている。流量計２０には流量低下を自動的に検出
する警報機構を付属して警報信号を中央管理室に伝送す
るようにしても良い。このような流量計は先に述べた図
１あるいは図２の態様においても利用できることはいう
までもない。

【００２８】なお、上記電空レギュレータ１９の入力値
に始めからバイアスを与えるように校正することによ
り、加算演算器１６を省略することも可能である。図１
における態様においても、制御器１７の入力値あるいは
出力値に所定のバイアスを与えるようにすることで加算
演算器１６を省略してもよい。また、図１から図３にお
ける、加算演算器１６、制御器１７、差圧制御器１８等
は、独立の機能を有する機器によってもよいが、これら
機能を計算機システムにより達成することが出来ること
はいうまでもない。この場合はプロセス量を一旦電気信
号に変換した後は、入出力インターフェースを介して計
算機システムに取り込んで、システムの演算機能により
目的の演算を行って操作機を駆動する信号として出力
し、制御するようにすればよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の導圧管パー
ジ装置は、固定絞りを設けてその上流におけるパージガ
スの圧力を導圧管内の圧力に対して所定の偏差を有する
ように管理することにより、プロセスの運転条件が変化
してもダスト等が導圧管に侵入しないだけの搬送エネル
ギーを供給するパージガス量を無駄なく供給する。ま
た、本発明の導圧管パージ装置は、プロセス内圧力が高
い場合にも、高圧のパージガスを供給することが出来
る。このため、例えば石炭直接燃焼ガスタービン複合発
電システムにおける加圧石炭部分燃焼炉など高圧力高粉
塵雰囲気下で圧力や差圧を検出するための導圧管に適用
して正確な測定を行うようにすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導圧管パージ装置の１実施例を説明す
るブロック図である。

【図２】本実施例における第２の態様を示すブロック図
である。

【図３】本実施例における第３の態様を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１被測定機器２導圧管３ストップ弁４圧力発信器５逆流防止弁１０導圧配管パージ装置１１パージガス供給配管１２固定絞り１３圧力制御弁１４第１圧力変換器１５第２圧力変換器１６加算演算器１７制御器１８差圧制御器１９電空レギュレータ２０流量計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭52−116705（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−206424（ＪＰ，Ａ) 特開平１−144821（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−145065（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01L 19/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導圧配管にパージガスを供給する供給配
管中に絞りを設け、該絞りの上流におけるパージガス圧
力が導圧配管における圧力に所定の一定値を加えた値に
なるように調整することを特徴とする導圧配管パージ装
置。
【請求項２】導圧配管にパージガスを供給する供給配
管中に絞りを設け、該導圧配管における圧力を測定する
圧力検出器とその検出圧力に所定のバイアスを加える演
算器と該演算器の出力に基づいて前記絞りの上流におけ
るパージガス供給圧力を調整する調整弁を備えることを
特徴とする導圧配管パージ装置。
【請求項３】前記調整弁が電空レギュレータであるこ
とを特徴とする請求項２記載の導圧配管パージ装置。
【請求項４】前記のバイアスを加算する演算器が前記
圧力発信器もしくは前記電空レギュレータの調整により
代用されることを特徴とする請求項２または３記載の導
圧配管パージ装置。
【請求項５】前記パージガス供給配管中にガス流量計
をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいず
れかに記載の導圧配管パージ装置。
【請求項６】前記パージガスが石炭直接燃焼ガスター
ビン複合発電システムにおけるプロセス機器の発信器用
検出配管をパージするものであることを特徴とする請求
項１から５のいずれかに記載の導圧配管パージ装置。
【請求項７】前記パージガスが加圧石炭部分燃焼炉も
しくは加圧流動床ボイラプラントにおける発信器用検出
配管をパージするものであることを特徴とする請求項１
から５のいずれかに記載の導圧配管パージ装置。