JP4412007B2 - 流量制御装置の異常診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、流量制御装置の異常診断方法に係わり、特に、ガスを利用して所謂「回分方式」で金属精錬を行う転炉等の設備へ供給するガスの流量制御装置に備えられた流量計の校正及び流量調節弁の調整の必要性を診断する技術に関する。

一般に、ガスの流量制御装置においては、差圧式発信器である流量計の指示値と目標値との差を解消する方向に該流量調節弁の開度を調整し、ガス流量（目標値）を制御している（例えば、特許文献１参照）。この場合、流量計の指示値と真の流量のずれ（制御によって定常状態になった時のずれ）や弁開度の指示値と真の弁開度とのずれは、通常、下流側に存在するガス供給先の設備が停止した時に診断して、流量計の検定や弁開度の調整を実施するようにしているのが現状である。なお、以下では、「指示値と真の値とのずれ」を単に「ずれ」と略記する。

ところが、実際のガス供給中において、前記流量計に前記したようなずれが発生すると、所定量のガスを供給できなくなり、ガス供給先設備のトラブルを起こしたり、あるいは製品品質に好ましくない影響を与える可能性がある。例えば、冷却ガスの供給量が足りずに設備を壊したり、冶金反応をさせるためのガスであれば、溶製される金属の成分調整が不十分になる。また、弁開度がずれると、最大流量が供給でなきなくなったり、あるいはフィードフォワード的に絶対開度を調整する場合には、過渡応答に制御誤差が生じる等の問題が発生する。
特開平５−２６４３０６号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、ガスの供給中であっても、流量計のずれや調節弁開度のずれが許容値を超えたかどうかを判断可能なガス流量制御装置の異常診断方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため、ガス供給中、つまりガス供給先設備の操業中にオンラインで、流量計や調節弁開度のずれを見出すことに鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、ガス発生源から供給されるガスを流量調整して供給する流量調整装置の異常診断方法であって、該流量制御装置は、流量計、流量調節弁、該流量計の指示値（ｆ（ｍ³／ｈｒ））と目標値の差を解消するように前記流量調節弁の開度を調整する弁開度調整器を備えた流量制御装置であって、前記流量制御装置の異常診断方法は、上流側ガス圧力（Ｐ₀（Ｐａ））、下流側ガス圧力（Ｐ₁（Ｐａ））、前記流量計指示値（ｆ）、弁体定格値がＣｖ（ｍ⁴／Ｎ^1/2ｈｒ）である流量調節弁の弁開度指示値（Ｍｖ）を、流量の異なる２つの時点で測定して，下記（１）、（２）及び（３）式に代入し、合計６つの式を連立させて、前記流量計指示値と流量の真値（Ｆ（ｍ³／ｈｒ））とのずれ（δｆ（ｍ³／ｈｒ）並びに前記弁開度指示値と弁開度の真値（Ｓ）とのずれ（δｍ）を演算し、演算で得たずれ（δｆ）及びずれ（δｍ）とそれぞれの許容値とを比較することを特徴とする流量制御装置の異常診断方法である。

Ｆ＝Ｃｖ×（Ｓ／１００）²×√（Ｐ₀―Ｐ₁） （１）
Ｆ＝ｆ―δｆ （２）
Ｓ＝Ｍｖ―δｍ （３）

本発明によれば、ガス供給中の測定情報を基に、流量計及び流量調節弁の開度ずれをオンラインで診断し、ずれが許容値を超えた段階で異常情報を発信できるようになる。さらに、これらのずれをオンラインで直ちに修正できるようになるので、ガス供給先の設備で生じる操業トラブルや製品品質に好ましくない影響を与える等の問題を防止できるようになる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

まず、本発明の対象とする流量制御装置２１及びその上下流の配置は、図１に示すような構成である。すなわち、ガス発生源１からのガス２を、下流に設けた該ガスの利用設備３（図示の例では転炉）まで送る配管４に、該ガスの圧力計５及び流量計６と、流量調節弁７と、該流量計６での測定値と目標値を比較し、その差に基づき該流量調節弁７の開度を調整する弁開度調節器８とが配置されている。

ここで、ガス発生源１は、該ガスを利用する設備に応じて変化する。例えば、ガス利用先の設備が、図１に示すように、溶銑を原料として溶鋼を溶製する底吹き転炉３であれば、底吹き羽口９を介して炉内の溶鋼１０中に吹き込まれる酸素ガスや、あるいは羽口９の冷却に有効な炭化水素ガス（具体的には、プロパンガス等）の発生装置である。また、ガスの圧力計５は、流量計６の上流側（一次側）及び流量調節弁の下流側（二次側）に配置してある。流量制御装置２１を構成する弁開度調節器８は、前記圧力計５による圧力測定値、流量計６の指示値等をもとに、流量計６の指示値と目標値の差を解消するように、前記流量調節弁７の開度を調節することで供給するガスの流量を調整する。

ところで、前記した流量計のずれや弁開度のずれは、通常、下流側に存在するガス供給先の設備が停止した時に、流量計の検定や弁開度の調整を実施し、修正するようにしている。そのため、実際にガス供給中において、前記流量計及び流量調節弁の開度に前記ずれや開度のずれが発生すると、所定量のガスを供給できなくなり、ガス供給先設備のトラブルを起こしたり、あるいは製品品質に好ましくない影響を与えるという問題が起きる。

そこで、発明者は、前記した流量計のずれや流量調節弁開度のずれの発見とその修正とがオンラインで直ちに行えれば良いと考え、その手段を以下のようにしたのである。

流量制御装置の上流側、下流側のガス圧力が、それぞれＰ₀及びＰ₁である時、ガスの流量の真値Ｆは、流量調節弁の弁体定格値Ｃｖ及び開度の真値Ｓを用いて、（１）式で表される。

Ｆ＝Ｃｖ×（Ｓ／１００）²×√（Ｐ₀―Ｐ₁） （１）
しかしながら、実際には流量計や流量調節弁開度の「ずれ」が生じることがあるので、それら流量計の「ずれ」をδｆ、弁開度の「ずれ」をδｍとすると、流量及び弁開度の真値Ｆ，Ｓは、下記（２）式及び（３）式で表される。

Ｆ＝ｆ―δｆ （２）
Ｓ＝Ｍｖ―δｍ （３）
なお、上記（１）式のＳの単位は規格化された長さ（無次元）であり、（Ｓ／１００）²は、流量調節弁の開口部の面積率を表している。

したがって、ガス供給中の二つの異なる時点、例えば、ガス利用先での必要流量が変化した前後で２種類のｆ及びＭ_Vを、上記（１）〜（３）式に代入して得られ、未知数が２種類のｆ及びＭ_V，δｆ、δｍである合計６つ式の連立方程式として解けば、未知数である前記流量計及び弁開度の「ずれ」δｆ、δｍを求めることが可能となる。

そして、このように、流量計及び弁開度の「ずれ」が求まれば、それらの値が許容値を超えた場合を異常と判断し、オンラインで流量計の校正、弁開度の調整の処置を実施する。つまり、流量制御装置２１を構成する弁開度調節器８は、前記圧力計５による圧力測定値、流量計６の指示値等を基に、流量計６の指示値と目標値の差を解消するように、前記流量調節弁７の開度を調整することで供給するガスの流量を調節するにあたり、上記で求めた「ずれ」δｆ及びδｍを考慮するのである。なお、ここで言うオンラインでの校正や調整は、計算機内の処理に関するものである。流量制御装置の実物の流量計や流量調整弁は、下流側のガス供給先設備の停止時等に、校正や調整を実施するのが好ましい。

生産能力２５０トン／チャージの底吹き転炉を用いて、酸素吹錬により普通炭素溶鋼を溶製した。その実施に際し、炉底に設けた羽口より吹き込むガスの供給に、図１に示した流量制御装置を用い、その運転状態を本発明に係る異常診断方法で判断した。

ガス（酸素ガス）は、吹錬当初、流量計の指示値で７００ｍ³（標準状態）／分の流量で供給し、脱炭反応の起きる程度が少なくなる吹錬末期には、該酸素ガスの流量を流量計の指示値で３／４に減らすようにした。そこで、この酸素ガスの流量変更を行う前に、流量制御装置の上流側ガス圧力（Ｐ₀）、下流側ガス圧力（Ｐ₁）、流量計でのガス流量（ｆ）、弁体定格値Ｃｖの弁開度の調整量（Ｍｖ）を測定し、流量を変更してから、再び同項目を測定した。そして、それら測定値をプロセスコンピュータに記憶してある前記（１）〜（３）式に代入して合計６つの式を導き、それらを連立させて前記流量計のずれ（δｆ）及び前記弁開度のずれ（δｍ）を演算した。その演算値を許容値（例えば、δｆに対しては、２５ｍ³（標準状態），δｍに対しては２％とする）と比較したところ、流量計のずれ（δｆ）及び弁開度のずれ（δｍ）ともこれらの許容値を超えていたので、該ガス流量制御装置は異常状態にあると判定し、警報を出すと共に、直ちにオンラインで流量計の校正及び弁開度の調整を行った。

その結果、転炉はトラブルを起こすことなく、円滑に操業でき、且つ得られた溶鋼も所望の化学組成を達成できた。

本発明に係る流量制御装置の異常診断方法を説明する図である。

符号の説明

１ ガス発生源
２ ガス
３ ガスの利用設備（転炉）
４ 配管
５ 圧力計
６ 流量計
７ 流量調節弁
８ 弁開度調節器
９ 羽口
１０ 溶鋼
１１ 遮断弁
２１ 流量制御装置

Claims (1)

1. ガス発生源から供給されるガスを流量調整して供給する流量調整装置の異常診断方法であって、該流量制御装置は、流量計、流量調節弁、該流量計の指示値（ｆ（ｍ³／ｈｒ））と目標値の差を解消するように前記流量調節弁の開度を調整する弁開度調整器を備えた流量制御装置であって、
   前記流量制御装置の異常診断方法は、上流側ガス圧力（Ｐ₀（Ｐａ））、下流側ガス圧力（Ｐ₁（Ｐａ））、前記流量計指示値（ｆ）、弁体定格値がＣｖ（ｍ⁴／Ｎ^1/2ｈｒ）である流量調節弁の弁開度指示値（Ｍｖ）を、流量の異なる２つの時点で測定して，下記（１）、（２）及び（３）式に代入し、合計６つの式を連立させて、前記流量計指示値と流量の真値（Ｆ（ｍ³／ｈｒ））とのずれ（δｆ（ｍ³／ｈｒ）並びに前記弁開度指示値と弁開度の真値（Ｓ）とのずれ（δｍ）を演算し、演算で得たずれ（δｆ）及びずれ（δｍ）とそれぞれの許容値とを比較することを特徴とする流量制御装置の異常診断方法。
   Ｆ＝Ｃｖ×（Ｓ／１００）²×√（Ｐ₀―Ｐ₁） （１）
   Ｆ＝ｆ―δｆ （２）
   Ｓ＝Ｍｖ―δｍ （３）

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