JP4266198B2 - 流量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス焚きボイラ装置などの燃料ガスを管路により圧送するための圧力変動する系統において、その流量を制御する装置または方法に関するものである。

図２は、従来のガス焚きボイラ装置に用いられる燃料ガスの管路系統を示している。この系統で供給される燃料ガス１２は、管路１１(母管、母管側管路)を経由してＬＮＧ基地１０側からバーナー１３側へと導かれる。この管路１１(母管)上には、ガスが供給されていく方向のバーナー１３側（図２の左方向）に向けて、上流側には圧力調節弁１５が、また下流側には流量調節弁１７がそれぞれ直列に配設されている。そして、この圧力調節弁１５の出口側には圧力計(ＰＸ)１６が備えられており、また、流量調節弁１７の入口側には流量計(ＦＸ)１８が備えられて、この管路の系統は構成されている。

図２に示した従来の系統では、常に一定の圧力でＬＮＧ基地１０側から燃料ガスが供給されているわけではなく、実際には、他設備での燃料ガスの使用量や、燃料ガスの発生プロセス側の稼動状況、気温などの気象状況などによって、ＬＮＧ基地１０側からのガス供給圧は変動している。この図２において、ＬＮＧ基地１０側の管路１１(母管側)から分岐される分岐管１４(他社へのガス供給などのための枝管)があるときには、その取合点付近(１１ａ)の圧力は安定していないため、その圧力変動が流量調節の制御系に対して乱れを生じさせるという問題があった。このため、図２のような従来の系統では、流量調節弁１７のほかに圧力調節弁１５を具備してシステムの連携を取り合うようにし、他の系統への流量が増加または減少したりする際にガス圧が大きく変動したときにおいても、流量をほぼ一定に保つことのできるシステム構成としている。

ここで図２の従来の系統について述べれば、より詳しく述べれば、次のとおりである。
まず、管路１１(母管)上で、バーナー１３(下流)側に設けられた流量調節弁１７は、流量計１８により検出される燃料ガス１２の入口の流量を監視しながら、ガス焚きボイラ装置の負荷変動に応じて与えられる開度指令により開度調節されるように構成されている。また、管路１１上のＬＮＧ基地１０(上流)側に設けられた圧力調節弁１５は、流量調節弁１７の入口圧力が一定となるように、圧力調節弁１５の出口にある圧力計１６での圧力検出によるフィードバック制御で、開度補正がなされるように構成されている。

つぎに、図２における流量調節弁１７による燃料ガス１２の流量調節制御について述べる。この流量調節弁１７を含む流量調節制御にかかわる構成によれば、流量計１８からの検出信号１８’が引算器２０に入力されて規定の流量設定値１９との偏差が求められ、その偏差が流量偏差信号２０’として比例積分器２１へと出力される。すると、この比例積分器２１において、流量調節弁１７の出口流量が規定の流量設定値１９で確保されるようにして、流量偏差相当分の開度増減信号２１’が求められ、これを流量調節弁１７に出力するよう構成されている。

このように、図２のような従来の系統では、ガス圧力が常時変動するということを前提としてその流量を制御しなければならず、このため、供給側からのガス母管圧力を均一するために必要な圧力調節弁１５を、流量調節弁１７の上流に設置させることが必須であった。しかしながら、流量調節弁１７に合わせて圧力調節弁１５を配備して管路の流量調節の制御動作を行うにあたっては、圧力調節弁１５や流量調節弁１７などの多くの構成部材とシステム上で確実な接続連携を取る必要があるので、系統が複雑化して非効率的な構造になり易く、ガス圧力が頻繁に変動すると流量の調整への対応が難しくなり、コスト的にも高くつく、という問題点があった。
なお、本願発明に関連する分野の特許文献としては、例えば次のようなものがある。
特開平１０−９６５０１号公報

本発明は前述の問題点に鑑みてなされたものであり、ガス焚きボイラ装置などの燃料ガスを管路により圧送するための圧力変動する系統において、従来用いられている圧力調節弁を省略でき、その圧力調節弁がなくとも管路の流量調節の制御を容易に行うことができる流量制御装置を提供し、また、系統システムの簡素化・効率化・低コスト化などにも寄与する流量制御装置またはその方法を提供することをその目的とする。

（１）燃料ガスを管路によって圧送して供給する系統において、この管路中の燃料ガスの流量を制御する流量制御装置であって、
前記管路は、燃料ガスを圧送するための母管側管路と、この管路の所定の分岐位置から分岐される分岐側管路とを備え、
前記母管側管路は、前記分岐位置の下流側にそこを流れる流量を調節するための流量調節弁を備えるとともに、この流量調節弁の入口側にそこの流量を測定するための母管側流量計を備え、
前記分岐側管路は、そこを流れる流量を測定するための分岐側流量計を備え、
前記母管側流量計と前記分岐側流量計とによる検出信号を補正信号として流量制御回路に組み入れて演算を行い、これにより前記流量調節弁へ動作指令信号を出力してその動作を調節し、管路における流量の制御を行う流量制御装置、とした。
（２）(１)の流量制御装置において、
前記流量制御回路は、
母管側流量計および分岐側流量計からの検出信号を入力してこれを加算して出力する加算器(Σ)、
母管側流量計からの検出信号と既定の流量設定値との偏差を求めてこれを出力する引算器(△)、
前記加算器(Σ)からの信号を入力してゲインを出力する関数発生器(ＦＧ)、
前記引算器(△)からの信号と前記ゲインとを掛け合わせて、これを補正信号として出力する掛算器(×)、
前記掛算器(×)からの前記補正信号と前記分岐側流量計からの検出信号とを入力して演算を行い、流量調節弁に対して動作指令信号を出力する補正制御器、
を備えて構成される。

本発明による流量制御装置またはその方法によれば、圧力調節弁を用いなくとも流量調節の制御を容易に行うことができる管路系統が提供でき、また、システムの簡素化・効率化・低コスト化が可能になり、管理や保守など面でも大きく貢献できる管路系統が提供できる。

以下に、本発明による流量制御装置にかかる好適な実施形態について、添付の図１及び図３に基づいて説明する。

図１は本発明による流量制御装置の一実施形態である管路の系統図であり、ガス焚きボイラ装置における燃料ガスの管路系統の構成を示している。この図１の系統図では、供給側から圧送されてくる燃料ガス５２は、第一の管路５１(母管)に従ってＬＮＧ基地５０側からバーナー５３側へと導かれており、また、ＬＮＧ基地５０側にある第一の管路５１(母管)の所定位置には、他社へのガス供給のための分岐管５４(第二の管路、枝管)が配管されており、分岐管５４の流量が変動する際には、その分岐地点である取合点(５１ａ)付近では圧力変動が生じている。

この取合点(５１ａ)より下流側にある第一の管路５１上には、流量調節弁５７が配設されており、この流量調節弁１７の入口側には、燃料ガス５２の入流量を測定するための流量計(ＦＸ)５８(第一の流量計)が備えられている。また、この取合点(５１ａ)から分岐される分岐管５４(第二の管路)にも、流量計(ＦＸ)５５(第二の流量計)が備えられており、分岐管５４(第二の管路)における燃料ガスの入流量を測定して、これを検出信号５６として、第一の管路５１上の流量調節弁５７に連携接続されるように配備された流量制御回路１００へ送信する。この検出信号５６は、第一の管路５１の流量を補正するための補正信号となり、流量調節弁５７側にある流量制御回路１００に組み込まれて、流量調節弁５７を先行動作させることとなる。こうして、従来の設備では必須であった圧力調節弁(図２参照)を設置することなく、第一の管路５１における流量制御が可能となる。

本発明による一実施形態である図１の系統図において、第一の管路５１(母管)は、ＬＮＧ基地５０からバーナー５３へと燃料ガス５２を圧送して供給する管路である。第一の管路５１上に配設された流量調節弁５７に与えられる制御指令は、上流側の取合点５１ａから分岐される第二の管路５４(分岐管)の流量計(ＦＸ)５５においてそこを流れる燃料ガスの入流量が測定され、これの検出信号５６が補正のための信号５６ａとして、第一の管路５１(母管)上にある流量調節弁５７に接続される流量制御回路１００側へ送信されることによって行われる。流量制御回路１００からは流量調節弁５７に動作指令信号が出力され、流量調節弁５７の開度／開閉／開き時間など動作が調節されて制御され、燃料ガスの流量の制御を行うことができる。

この図１の系統図では、母管である第一の管路５１では、取合点５１ａから分岐する第二の管路５４(分岐管)を備え、取合点５１ａからバーナー５３側の第一の管路５１上には流量調節弁５７を設けてあり、その入口側の流量を検出するための流量計５８(ＦＸ)を備える。また、分岐管である第二の管路５４には、その流量を測定するための流量計５５(ＦＸ)を設けておき、この流量計５５による検出信号５６は、母管５１側に配設された流量制御回路１００中の加算器(Σ)５９と補正制御器６４とに同時に入力される。

また、第一の管路５１(母管)の上流にある流量計(ＦＸ)５８から出力された検出信号５８’は、流量制御回路１００中にある加算器(Σ)５９および引算器(△)６１に同時に入力される。
この加算器(Σ)５９においては、第一の管路５１上の流量計(ＦＸ)５８からの検出信号５８’と、第二の管路５４上の流量計(ＦＸ)５５から導かれた検出信号５６とが入力されて、これらが加算される。そして、この加算器(Σ)５９から信号５９’が出力されて関数発生器(ＦＧ)６３に入力されると、信号補正のためのゲイン６３’が掛算器(×)６２に向けて送信される。

また、引算器(△)６１においても、第一の管路５１上の流量計(ＦＸ)５８からの検出信号５８’が入力され、ここでは、流量設定値６０と検出信号５８’との偏差を求めて、これを偏差信号６１’として掛算器(×)６２に出力する。そして、この掛算器(×)６２では、出力された偏差信号５８’に対して、関数発生器(ＦＧ)６３からのゲイン６３’を掛け合わせて補正し、これを偏差信号６２’として出力して、補正制御器６４に入力する。この補正制御器６４では、第一の管路５１および第二の管路５４の流量データを含む偏差信号６２’と、第二の管路５４の流量データを含む検出信号５６ａとによる補正信号に基づいて演算することにより、流量調節弁５７に対して動作指令信号６４’を出力して、この流量調節弁５７の動作の制御を行う。

本発明による上記の実施形態によれば、第一の管路５１(母管)側の流量計５８から出力される検出信号５８’と、第二の管路５４(分岐管)側の流量計５５から出力される検出信号５６を得て、これらを流量調節弁５７の制御するため流量制御回路１００に出力して、各種の補正を加えたのちに、流量調節弁５７の動作指令信号６４’として出力する。このように、本発明による流量制御装置によれば、母管５１に対する分岐管５４の取合点５１ａ付近の圧力が変動したとしても、母管５１側の検出信号５８’と分岐管５４側の検出信号５８’とによって、流量調節弁５７の開閉動作が適切に調節されて制御されるので、安定した燃料ガスの流量制御を行うことができる。

図３は、本発明による流量制御装置にかかる他の実施形態を示す系統図である。基本的な構成は図１の系統図と同じであるので、異なる構成を主に説明する。
図３の系統図は、やはりガス焚きボイラ装置における燃料ガスの管路系統の構成を示しており、供給側のＬＮＧ基地７０から圧送して供給されてくる燃料ガス７２は、第一の管路７１(母管)に従ってバーナー７３側へと導かれており、また、第一の管路７１(母管)の所定位置には、他社等へのガス供給のための２つの分岐管である７４Ａ(第二の管路)と７４Ｂ(第三の管路)とが配管されており、分岐管７４Ａ，７４Ｂの流量が変動する際には、その２つの分岐地点である取合点(７１ａと７１ｂ)では圧力変動が生じている。

これらの取合点(７１ａと７１ｂ)より下流側にある第一の管路７１上には、流量調節弁７７が配設されており、この流量調節弁７７の入口側には流量計(ＦＸ)７８(第一の流量計)が備えられている。また、この取合点(７１ａと７１ｂ)から分岐される７４Ａ(第二の管路)と７４Ｂ(第三の管路)にも、流量計７５Ａと流量計７５Ｂとが備えられており、燃料ガスの入流量を測定する。そして、これを検出すると検出信号(７６Ａと７６Ｂ)は補正信号(７６Ａと７６Ｂ)となり、加算器(Σ)８６を介して、第一の管路７１上の流量調節弁７７に接続される流量制御回路２００へ送信される。

この図３の系統図では、第一の管路７１(母管)上には流量調節弁７７が設けてあり、その入口側の流量を検出するための流量計(ＦＸ)７８を備えている。そしてさらに、その上流側には、圧力計(ＰＸ)８７と温度計(ＴＸ)９０と熱量計(Ｃａｌ)９３とが直列的に配置されている。圧力計(ＰＸ)８７からの検出信号は、関数発生器(ＦＧ)８８−掛算器(Ｘ)８９を介して、流量計(ＦＸ)７８からの検出信号ラインに入力される。同様に、温度計(ＴＥ)９０からの検出信号は、関数発生器(ＦＧ)９１−掛算器(Ｘ)９２を介して、流量計(ＦＸ)７８からの検出信号ラインに入力される。さらに、熱量計(Ｃａｌ)９３からのは検出信号は、引算器(△)９４−関数発生器(ＦＧ)９５−掛算器(Ｘ)９６を介して、流量計(ＦＸ)７８からの検出信号ラインに入力される。

また、引算器(△)８１に、第一の管路７１上の流量計(ＦＸ)７８からの検出信号７８’が入力されると、ここでは、ＦＲＤ(８０Ａ)からのガス流量要求値８０と、検出信号７８’との偏差を求めて、これを偏差信号８１’として掛算器(Ｘ)８２に出力する。そして、この掛算器(Ｘ)８２では、出力された偏差信号８１’に対して、関数発生器(ＦＧ)６３からのゲイン６３’を掛け合わせて補正し、これを補正信号８２’として出力して、補正制御器６４に入力する。

この補正制御器８４では、第一の管路７１からの流量データ、第二の管路７４Ａからの流量データおよび第三の管路７４Ｂからの流量データを含んだ掛算器(Ｘ)８２からの補正信号８２’と、第二の管路７４Ａと第三の管路７４Ｂとの流量データが加算された加算器(Σ)８６を介した検出信号８６’と、の２種類の信号に基づいて演算を行うことにより、変換器(Ｅ/Ａ)８５を介して流量調節弁７７に動作指令信号８４’’を出力して、この流量調節弁７７の開閉に係わる動作についての制御を行う。

本発明による流量制御装置は、例えば、天然ガスを燃料とするガスタービンを用いて発電するプラントにおける流量制御システムとして広く適用することができ、産業上の利用可能性は極めて大きく、圧力変動が大きい管路系統であったとしても、システム中に圧力調節弁を設置することなく燃料ガスの流量を適正に安定的に制御することができる。

本発明による流量制御装置の一実施形態を示す管路の系統図である。 従来の流量制御装置を示すための管路の系統図である。 本発明による流量制御装置の別の実施形態を示す管路の系統図である。

符号の説明

５０ ＬＮＧ基地
５１ 第一の管路(母管)
５１ａ 取合点(分岐点)
５２ 燃料ガス
５３ バーナー
５４ 分岐管(第二の管路、枝管)
５５ 分岐管側の流量計(ＦＸ)(第二の流量計)
５６ 分岐管側からの検出信号
５７ 流量調節弁
５８ 母管側の流量計(ＦＸ)(第一の流量計)
５９ 加算器(Σ)
６０ 流量設定値
６１ 引算器(△)
６２ 掛算器(×)
６３ 関数発生器(ＦＧ)
６３’ ゲイン
６４ 補正制御器
６４’ 動作指令信号
１００ 流量制御回路

Claims (2)

1. 燃料ガスを管路によって圧送して供給する系統において、この管路中の燃料ガスの流量を制御する流量制御装置であって、
   前記管路は、燃料ガスを圧送するための母管側管路と、この管路の所定の分岐位置から分岐される分岐側管路とを備え、
   前記母管側管路は、前記分岐位置の下流側にそこを流れる流量を調節するための流量調節弁を備えるとともに、この流量調節弁の入口側にそこの流量を測定するための母管側流量計を備え、
   前記分岐側管路は、そこを流れる流量を測定するための分岐側流量計を備え、
   前記母管側流量計と前記分岐側流量計とによる検出信号を補正信号として流量制御回路に組み入れて演算を行い、これにより前記流量調節弁へ動作指令信号を出力してその動作を調節し、管路における流量の制御を行う、ことを特徴とする流量制御装置。
2. 請求項１に記載の流量制御装置において、
   前記流量制御回路は、
   母管側流量計および分岐側流量計からの検出信号を入力して加算し、これを出力する加算器(Σ)、
   母管側流量計からの検出信号と既定の流量設定値との偏差を求めて、これを出力する引算器(△)、
   前記加算器(Σ)からの信号を入力してゲインを出力する関数発生器(ＦＧ)、
   前記引算器(△)からの信号と前記ゲインとを掛け合わせて、これを補正信号として出力する掛算器(×)、
   前記掛算器(×)からの前記補正信号と前記分岐側流量計からの検出信号とを入力して演算を行い、前記流量調節弁に対して動作指令信号を出力する補正制御器、
   を備えて構成される、ことを特徴とする流量制御装置。

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