JP4693417B2 - 往復圧縮機を監視する方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、往復圧縮機を監視する方法及びシステムに関する。特に、本発明は、圧縮機の障害及び誤動作をリアルタイムで予測診断することを可能にするような、往復圧縮機を監視する方法及びシステムに関する。

ガスを圧縮するには、往復圧縮機並びにそれに対応する取り付け装置、付属品及び動作システムを含めて、様々な種類の機械が必要である。往復機械は、動作の効率が高く、融通性に優れているという利点を有する。

周知のように、往復圧縮機は、圧縮自在の流体（ガス）を受け入れたときの圧力より高い圧力で流体を出力する処理機械である。

往復圧縮機は、少なくとも１つのシリンダによって動作する。シリンダは、適切な時点で、吐き出し環境又は吸い込み環境と連通するように構成される。流体は、吸い込み環境から引き込まれた後に圧縮され、最後に、外部へ排出される。

特に、往復圧縮機は、円筒形の空洞の母線に沿って剛性本体が直線運動することにより得られる作業チャンバの容積の変化によって動作する。往復圧縮機は、一般に電動機及び熱モータにより提供されるような連続円形運動を、この特定の状況で必要とされるような往復運動に変換するクランク機構によって動作可能である。

往復圧縮機の一例は、本出願と同一の出願人により出願された特許文献１の中に記載される。

現在、使用される材料、設計方法及びシミュレーション方法の向上や、プラント自動化システム及びプラント制御システムの改善によって、往復圧縮機が、極めて高いレベルの利用度をもたらすことが知られている。

最近の自動化システムは、機械装置の安全性、操作性及び効率監視に関して、新たな装置の設置及び既存のシステムの改造に相当大きく貢献し、化学、石油化学及び一般工業の各分野で、競争力を生み出している。

２００２年９月に刊行された雑誌「Manutenzione tecnica e management」に掲載された表題「Controllo e diagnostica dei compressori alternativi（往復圧縮機の監視及び診断）」による論文（非特許文献１）は、診断システムが、動作効率及び利用度の改善に現実にどのように寄与するかを説明する。

出願人は、周知の監視システムにおいて、圧縮機のプロセス変数を測定することにより、データが収集され、そのデータが単純に一定の基準値と比較されることを認めた。

出願人は、往復圧縮機の正しい動作を監視するために、圧縮機の動作中に収集されるデータから得られる情報の重要度を向上するという問題に取り組んだ。

出願人は、往復圧縮機を監視するためのシステム及び方法を提供した。そのシステム及び方法においては、測定データが処理され、その後、圧縮機の動作状態に関連するパラメータの臨界値を含む行列として、事前に判定された異常と相関させて、事前に格納されていたデータと処理後の測定データとが比較される。従って、比較を実行することにより、発見されたパラメータの変化の解析によって異常が検出されるため、より高い確率で異常が識別可能となる。この目的のために、本発明によるシステムは、誤動作の原因を適切な方法により表示する。
特開２００２−１９５１６６号 「Controllo e diagnostica dei compressori alternativi」（雑誌「Manutenzione tecnica e management」（２００２年９月）に掲載）

本発明の第１の面は、往復圧縮機を監視する方法において、前記圧縮機の動作状態に関連するパラメータに対応する複数の信号を受信する過程と、前記パラメータの測定値を、データベースに含まれる臨界値と比較する過程と、前記測定値と前記臨界値との整合に従って、前記圧縮機の動作状態の異常を表す信号を送信する過程とから成る方法に関する。

本発明の別の面は、往復圧縮機を監視するシステムにおいて、前記圧縮機の動作状態に関連するパラメータを測定する測定装置と、処理装置であって、前記パラメータの測定値を、前記処理装置と関連するデータベースに含まれる臨界値と比較し、前記測定値と前記臨界値との整合に従って、前記圧縮機の動作状態の異常を表す信号を送信する処理装置とを具備するシステムに関する。

本発明による監視方法及び監視システムの特徴及び利点は、添付の図面を参照し、本発明を限定することなく、単に一例として提供される以下の一実施形態の説明により、更に明らかになるであろう。

図面を参照すると、本発明によるシステムは、測定装置３を具備する。測定装置３は、往復圧縮機２と関連する複数のセンサからの信号を受信する。

センサからの信号及び手動操作により入力されるデータは、圧縮機の動作状態に関連するパラメータを表す。

システムは、前記測定装置と通信する処理装置４と、前記処理装置と関連する表示装置５とを更に具備する。

前記処理装置は、マイクロプロセッサと、少なくとも１つの記憶装置とを具備する。

この処理装置は、圧縮機のデザインパラメータを含むデザインデータベースを更に内蔵する。それらのデザインパラメータは、例えば、往復圧縮機を設計するためのプログラムによって実行される処理により獲得される。

本発明によるシステムは、圧縮機の動作状態に関連するそれらのパラメータを監視するための少なくとも１つのプログラムと、収集されたデータに基づいて、圧縮機の動作の異常状態を検出する少なくとも１つの診断プログラムとを具備する。

前記監視プログラムは、センサによって圧縮機から測定されるパラメータ、オペレータにより手動操作で入力されるパラメータ、及び前記データベースに含まれるデザインパラメータを判定するように、測定装置を制御する。

前記処理装置は、事前に格納されたデータから成る行列の形態で配列されるのが好ましい少なくとも１つのデータベースを具備する。

この行列は、識別可能な複数の異常に関連する。それらの異常の各々は、行列の１つの行と関連し、行列の列は、圧縮機の動作状態に関連するパラメータを表す。

特に、行列の各行は、それらのパラメータの所定の臨界値により識別される特定の１つの異常に関連する。

診断プログラムは、次のように動作する。

センサにより測定されたパラメータ及びオペレータにより手動操作で入力されたパラメータが前記監視プログラムによって受信された後、測定パラメータと、異常の行列の各々の行に含まれる臨界パラメータの対応する値とが比較される。

図２は、本発明によるシステムの処理装置において実行される動作のブロック図である。

特に、それらの動作は、必要な全てのデータを読み取ることを含む。この読み取りは、前記測定装置３により実行され、往復圧縮機と関連するセンサからデータを読み取る第１のステップ３１と、手動操作で入力されたデータを読み取る第２のステップ３２と、前記処理装置に格納された基準パラメータを読み取る第３のステップ３３とを含む。

更に、比較されるべき他のデータは、圧縮機の設計仕様３４から獲得され、予備比較ステップ３５において、センサにより測定されたデータ３１と比較される。

測定データ及び設計仕様に基づいて、デザインプログラムは、このステップにおいて、設計条件との一致が存在するか否かを判定し、その結果が肯定であれば、診断プログラムへ進む。結果が否定である場合には、デザインプログラムは、設計仕様と一致しなかったことに関連する第１の表示メッセージ３９を送信する。この予備比較の結果は、往復圧縮機のデザインプログラム３６に対する入力として使用される。このデザインプログラムの出力は、更に別の比較パラメータを形成する。

全てのデータを読み取るステップの後、比較のステップが実行される。このステップは、センサにより測定されたデータ３１と、手動操作で入力されたデータ３２と、デザインプログラム３６により処理されたデータと、基準パラメータ３３との間で実行される第１の比較３７と、手動操作で入力されたデータ３２と絶対値３３との間で実行される第２の比較３８とを含む。

前記第１の比較３７は、デザインプログラムにより処理されたデータ及びセンサにより測定されたデータに関して、基準パラメータを解析し、更に、手動操作で入力されたデータを前記基準パラメータに関して解析する。

前記第２の比較３８は、センサにより測定されたデータ及び手動操作で入力されたデータに関して、基準パラメータを解析する。

動作が正しい場合、２つの比較の結果として、動作が正しいことを示す単純なメッセージが送信されるのが好ましい。

例えば、いずれかの測定データが基準パラメータから余りにも大きく外れているなどの理由により、異常が検出された場合には、前記異常の行列４０において、処理された条件に適合する行が発見されるまで、検索４１が実行される。行が発見された時点で、診断プログラムは、発見された異常の特性を示すメッセージ４２を生成するのが好都合である。

本発明による往復圧縮機の動作状態に関連するパラメータの例は、圧縮機の第１段の吸い込み圧力、各段の吸い込み温度、最終段の吐き出し圧力、ガスの組成、周囲温度、圧縮機の回転速度、並びに圧縮機シリンダの入口及び出口における冷却流体の温度である。

監視すべき機械を、最良の方法で（ロッド長さ、孔、行程など）シミュレートできる機械的パラメータも測定されるのが好ましい。

機械的パラメータを除いて、上述のパラメータは、ガス流量、最終段を除く各段の吐き出し圧力、各段の吐き出し温度、消費電力及びクランク機構に作用する力などの動作パラメータを生成するために、デザインプログラムにより処理されるのが好都合である。

これらの結果を、（前述の基準パラメータ、又は数学的関係式により求められた値、又は現場で測定された対応する値と）適切に比較することにより、機械が設計条件又は安全条件の下で動作しているか否かを判定できる。

この比較により、動作パラメータにおいて発見された変化が、「生理学的」現象によるものであるか、換言すれば、入力要因に起因する変化であるか、又は「病理学的」現象によるものであるか、換言すれば、異常に起因する変化であるかを判定できる。

従って、「病理学的」現象による変化が「選択」された場合、プログラムは、前述の事前定義済み異常行列を「埋める」。

例えば、行列は、行には、弁の破損、ピストンリングの磨耗などの約６０種類の異常又は障害の原因を示し、列（列の数は、監視されるべきパラメータの数と等しい）には、パラメータの変化を示す。

変化が起こるたびに、その変化を引き起こした可能性がある異常又は原因に対応する行が、「フラグ付け」される。

その後、前述の行列の行を検査することにより、発見されたパラメータの変化を引き起こしたと思われる異常を、より高い確率で識別できる。

行列は、弁カバーの温度、主軸受の温度などのパラメータの変化を更に含む。それらの変化は、デザインプログラムにより処理されないが、異常の結果である。

その後、発見された異常は、システムの表示装置に表示される。

往復圧縮機に適用される本発明による監視システムのブロック図。 本発明によるシステムの処理装置において実行される動作のブロック図。

符号の説明

２…往復圧縮機、３…測定装置、４…処理装置、５…表示装置

Claims (8)

1. 往復圧縮機を監視する方法において、
   前記圧縮機の動作状態に関連するパラメータに対応する複数の信号を受信する過程と、
   前記パラメータの測定値を、特定の異常と関連する前記圧縮機の動作状態に関連する前記パラメータの臨界値を各行が表すような行列を具備するデータベースに含まれる臨界値と比較する過程と、
   前記測定値と前記臨界値との整合に従って、前記圧縮機の動作状態の異常を表す信号を送信する過程と
   を含み、
   前記方法は、
   前記往復圧縮機に関し、該往復圧縮機の動作状態に関係する測定パラメータについてのデータをセンサから読み取る過程と、
   前記往復圧縮機の動作状態に関係する手動で入力されたパラメータである手動入力データを読み取る過程と、
   前記往復圧縮機の動作状態に関係する基準パラメータを前記データベースから読み取る過程と、
   デザインプログラムによって得られた前記往復圧縮機の動作パラメータを読み取る過程と、
   をさらに含み、
   前記比較する過程は、
   前記測定パラメータ、前記手動入力パラメータ、基準パラメータ及び動作パラメータを比較する第１の比較を実行する過程と、
   前記測定パラメータ、前記手動入力パラメータ及び前記データベースに含まれる基準パラメータを比較する第２の比較を実行する過程と、
   前記第１及び第２の比較に基づいて異常の有無を検出する過程と、
   前記第１及び第２の比較において異常が検出された場合には、前記行列を検索して前記異常の特性に関連する行を検索する過程と
   を更に含み、
   前記往復圧縮機の動作状態に関連する前記測定パラメータ及び前記手動入力パラメータは、前記往復圧縮機の第１段の吸い込み圧力、各段の吸い込み温度、最終段の吐き出し圧力、ガスの組成、周囲温度、前記往復圧縮機の回転速度、並びに圧縮機シリンダの入口及び出口における冷却流体の温度の少なくとも１つであり、
   前記動作パラメータは、ガス流量、前記往復圧縮機の最終段を除く各段の吐き出し圧力、各段の吐き出し温度、消費電力及び前記往復圧縮機に作用する力の少なくとも１つであり、該動作パラメータは、前記往復圧縮機の動作状態に関連する前記測定パラメータ及び手動入力パラメータに基づいて前記デザインプログラムで得られるものである
   ことを特徴とする、方法。
2. 往復圧縮機を監視するシステムにおいて、
   前記圧縮機の動作状態に関連するパラメータを測定する測定装置と、
   特定の異常と関連する前記圧縮機の動作状態に関連する前記パラメータの臨界値を各行が表すような行列を具備するデータベースを有する処理装置であって、前記パラメータの測定値を、前記処理装置と関連するデータベースに含まれる臨界値と比較し、前記測定値と前記臨界値との整合に従って、前記圧縮機の動作状態の異常を表す信号を送信する処理装置と
   を具備し、
   前記処理装置は、前記測定装置からの前記測定パラメータについてのデータ、データベースからの標準パラメータ、手動で入力されたパラメータに対応する手動入力データ、及びデザインプログラムからの動作パラメータを読み取り、
   前記測定パラメータ、前記手動入力パラメータ、基準パラメータ及び動作パラメータを比較する第１の比較を実行し、
   前記測定パラメータ、前記手動入力パラメータ及び前記データベースに含まれる基準パラメータを比較する第２の比較を実行し、
   前記第１及び第２の比較に基づいて異常の有無を検出し、
   前記第１及び第２の比較において異常が検出された場合には、前記行列を検索して前記異常の特性に関連する行を検索し、
   前記検索の結果に基づいて、前記検出された前記往復圧縮機の動作状態の異常の特性を示す信号を送信する
   ように構成されており、
   前記往復圧縮機の動作状態に関連する前記測定パラメータ及び前記手動入力パラメータは、前記往復圧縮機の第１段の吸い込み圧力、各段の吸い込み温度、最終段の吐き出し圧力、ガスの組成、周囲温度、前記往復圧縮機の回転速度、並びに圧縮機シリンダの入口及び出口における冷却流体の温度の少なくとも１つであり、
   前記動作パラメータは、ガス流量、前記往復圧縮機の最終段を除く各段の吐き出し圧力、各段の吐き出し温度、消費電力及び前記往復圧縮機に作用する力の少なくとも１つであり、該動作パラメータは、前記往復圧縮機の動作状態に関連する前記測定パラメータ及び手動入力パラメータに基づいて前記デザインプログラムで得られるものである
   ことを特徴とする、システム。
3. 前記測定装置は、前記圧縮機の動作状態に関連する前記パラメータのうちの少なくとも１つを感知する少なくとも１つのセンサを具備する請求項２記載のシステム。
   詳細な説明
4. 前記往復圧縮機の設計仕様からデータを取得する工程と、
   前記センサからのデータを前記設計仕様からのデータと比較する第３の比較を実行して前記設計仕様との一致が存在するか否かを判定する過程と
   を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記第１及び第２の比較は個別に実行されることを特徴とする請求項１又は４に記載の方法。
6. 前記処理装置は、前記往復圧縮機の設計仕様からデータを取得し、
   前記センサからのデータを前記設計仕様からのデータと比較する第３の比較を実行して前記設計仕様との一致が存在するか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
7. 前記第３の比較に基づいて、前記往復圧縮機の少なくとも１つのパラメータの前記設計仕様との不一致を表示することを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. 前記処理装置は前記第１及び第２の比較は個別に実行することを特徴とする請求項２に記載のシステム。

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