JP5065932B2

JP5065932B2 - スチーム供給装置、及び、このスチーム供給装置における圧力制御方法

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Publication number: JP5065932B2
Application number: JP2008037274A
Authority: JP
Inventors: 康晃平石; 誠司吉村; 次雄馬場; 輝行秋本
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2028-02-19
Also published as: JP2009198024A

Description

本発明は、プラント等における蒸気ヘッダのヘッダ圧力を制御し、安定した圧力の蒸気を提供することができる、スチーム供給装置及びこのスチーム供給装置における圧力制御方法に関する。

従来より、石油化学コンビナートなどの各種プラントにおいては、様々な蒸気（スチーム）発生源を有し、この蒸気発生源から発生する蒸気は様々な装置において利用されている。この蒸気発生源としては、ボイラ等の意図的に蒸気を発生させるものもあれば、副次的に蒸気が発生するものもある。各種プラントにおいては、これら複数の蒸気発生源からの蒸気を、例えば、発電機、暖房設備など蒸気を必要とする種々の装置等に分配し有効利用が図られている。蒸気を利用する各種装置においては、蒸気発生源で発生された高圧のままで利用されるほか、利用に適した低圧、すなわち蒸気発生源よりも低い圧力に減圧されて供給される。

ところで、複数の蒸気を利用する装置が接続されると、各装置における蒸気の利用量に応じて、必要となる蒸気の供給量も変化する。そこで、この利用量が変化しても圧力が一定となるように、複数の蒸気発生源と各種装置との間に１台の圧力コントローラを設け、この圧力コントローラにより、いずれか１つの蒸気発生源からの供給量を制御し、残りの蒸気発生源は供給量一定としていた。しかし、上記１つの蒸気発生源からの供給量のコントロールでは、圧力一定となるように各装置で必要とするスチームを過不足なく供給することが難しい。

特開平０４−１２８５０５号公報

そこで本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、蒸気の供給元が蒸気発生最大量を大幅に変更した場合であっても、後段の蒸気を使用する機器に安定した圧力の蒸気を供給することができるスチーム供給装置及びこのスチーム供給装置における圧力制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係るスチーム供給装置は、第１のスチーム源から第１のスチーム及び第２のスチーム源から第２のスチームが供給され、該第１及び第２のスチームを蓄え、蓄えられたスチームを外部に供給する圧力ヘッダと、上記第１のスチーム源から供給可能な最大量を設定でき、該設定された第１のスチーム源から供給可能な最大量設定値を送信することが可能な最大量設定値決定部と、上記第１のスチームの供給量を調整する第１のスチーム調整手段と、上記第２のスチームの供給量を調整する第２のスチーム調整手段と、上記圧力ヘッダの圧力を検出するヘッダ圧力検出手段と、上記ヘッダ圧力検出手段により検出された圧力に基づき、上記第１のスチームの供給量を指示する第１のスチーム指示値と、上記第２のスチームの供給量を指示する第２のスチーム指示値とを決定し、該第１のスチーム指示値により上記第１のスチーム調整手段を制御するとともに、該第２のスチーム指示値により上記第２のスチーム調整手段を制御するヘッダ圧力制御部とを備える。そして、上記ヘッダ圧力制御部は、上記ヘッダ圧力検出手段により検出された圧力に基づいて上記圧力ヘッダへのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値を算出し、該算出された全スチーム指示値が、上記第１のスチーム源から供給可能な最大量設定値が変化した場合、該変化した最大量設定値に応じて、全スチーム指示値から上記第１のスチーム指示値を算出するための目標値パターンが変更されるとともに、変更された目標値パターンに基づき、上記第１及び第２のスチーム指示値を決定し、該新たな第１のスチーム指示値により上記第１のスチーム調整手段を制御することを特徴とする。

また、本発明に係る圧力制御方法は、第１のスチーム源から第１のスチーム及び第２のスチーム源から第２のスチームが供給され、該第１及び第２のスチームを蓄え、蓄えられたスチームを外部に供給する圧力ヘッダと、該第１のスチーム源から供給可能な最大量を設定でき、該設定された第１のスチーム源から供給可能な最大量設定値を送信することが可能な最大量設定値決定部と、該第１のスチームの供給量を調整する第１のスチーム調整手段と、該第２のスチームの供給量を調整する第２のスチーム調整手段と、該圧力ヘッダの圧力を検出するヘッダ圧力検出手段と、該ヘッダ圧力検出手段により検出された圧力に基づき、該第１のスチームの供給量を指示する第１のスチーム指示値と、該第２のスチームの供給量を指示する第２のスチーム指示値とを決定し、該第１のスチーム指示値により上記第１のスチーム調整手段を制御するとともに、該第２のスチーム指示値により上記第２のスチーム調整手段を制御するヘッダ圧力制御部とを備えるスチーム供給装置における圧力制御方法において、上記ヘッダ圧力検出手段により検出された圧力に基づいて上記圧力ヘッダへのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値を算出する全スチーム指示値算出ステップと、上記第１のスチーム源から供給可能な最大量設定値が変化したか否かを判断する判断ステップと、上記判断ステップにより上記最大量設定値が変化したと判断された場合に、該変化した最大量設定値に応じて、上記全スチーム指示値から上記第１のスチーム指示値を算出するための目標値パターンを変更する目標値パターン変更ステップと、上記目標値パターン変更ステップにより変更された目標値パターンに基づき、上記第１及び第２のスチーム指示値を決定し、該新たな第１のスチーム指示値により上記第１のスチーム調整手段を制御する制御ステップとを有する。

本発明によれば、第１のスチーム源からの第１のスチームの供給可能な最大量設定値が変化した場合であっても、最大量設定値に応じて、目標値パターンを決定し、その目標値パターンに基づいて新たなスチーム供給量指示値を決定し第１及び第２のスチーム調整手段を制御するので、スチーム供給源の供給量変動に対しても、圧力ヘッダの圧力を一定に維持することができ、蒸気使用機器に蒸気を安定して供給できる。

以下、本発明を適用したスチーム供給装置について図面を参照して詳細に説明をする。図１は、本発明の実施の形態の構成図を示す。本発明に係るスチーム供給装置１は、第１のスチーム源１１からの第１のスチームＳ１及び第２のスチーム源であるボイラ１２からのスチームＳ２が供給され、供給された各スチームを複数の蒸気使用機器２に供給する圧力ヘッダ１３と、第１のスチーム源１１から供給される第１のスチームＳ１の供給量を調整する第１のスチーム調整手段１４と、ボイラ１２から供給されるスチームＳ２の供給量を調整するボイラ調整手段１５と、圧力ヘッダ１３の圧力を検出するヘッダ圧力検出手段１６と、第１のスチーム調整手段１４及びボイラ調整手段１５を制御するヘッダ圧力制御部１７と、第１のスチーム源１１から供給可能な最大量を設定できる最大量設定値決定部１８とを備える。

スチーム供給装置１における第１のスチーム源１１は、各種プラント内で発生する蒸気の発生源であり、例えば、大型のボイラである。第１のスチーム源１１は、発生するスチームを後段の圧力ヘッダ１３に供給する。このとき、第１のスチーム源１１から供給されるスチームを説明上、第１のスチームＳ１とする。第１のスチーム源１１には、第１のスチーム源１１から供給可能な最大量を設定できる最大量設定値決定部１８が設けられている。最大量設定値決定部１８は、第１のスチーム源１１が圧力ヘッダ１３に対して供給できる最大蒸気量を決定する。この最大蒸気量は、図示しない入力手段により、最大量設定値が第１のスチーム源１１の供給能力を超えない範囲で任意に変更できる。最大量設定値決定部１８で決定された最大量設定値は、ヘッダ圧力制御部１７に出力される。

第１のスチーム源１１の後段には、第１のスチームＳ１の供給量を調整する第１のスチーム調整手段１４が設けられている。第１のスチーム調整手段１４は、第１のスチームＳ１の供給量を加減する蒸気加減弁である。第１のスチーム調整手段１４は、ヘッダ圧力制御部１７に接続され、このヘッダ圧力制御部１７により弁の開閉量が制御される。

なお、第１のスチーム調整手段１４は、上述のように蒸気加減弁に限らず、第１のスチーム源１１と圧力ヘッダ１３との間に配設され、第１のスチーム源１１からの蒸気の供給量を調整できるものであれば、いかなるものであってもよい。

ボイラ１２は、スチーム供給装置１における第２のスチーム源であり、第１のスチーム源１１と同様の蒸気の発生源であるボイラである。ボイラ１２は、発生するスチームを後段の圧力ヘッダ１３に供給する。このとき、ボイラ１２から供給されるスチームを説明上、スチームＳ２とする。

ボイラ１２への燃料供給配管中には、ボイラ１２の蒸気発生量を調整し、ボイラ１２からの蒸気供給量を調整するボイラ調整手段１５が設けられている。ボイラ調整手段１５は、ボイラ１２の運転のために必要な燃料の供給配管中に設けられる燃料供給量を調整する弁である。ボイラ調整手段１５は、ボイラ１２に供給する燃料を加減することにより、蒸気の発生量を調整し、圧力ヘッダ１３に供給する蒸気供給量を調整する。ボイラ調整手段１５は、ヘッダ圧力制御部１７に接続され、このヘッダ圧力制御部１７により弁の開閉量が制御される。

なお、ボイラ調整手段１５は、上述のように燃料の供給量を調整する加減弁に限らず、ボイラ１２と圧力ヘッダ１３との間に配設され、ボイラ１２からの蒸気の供給量を調整できるものであれば、いかなるものであってもよい。

また、ボイラ調整手段１５は、完全に燃料供給を停止するのではなく、ボイラの運転が停止しない最低量の燃料供給が行われている。ボイラ１２は、この最低限のボイラの運転により最低発生スチームＳ２_ｍｉｎが発生する。この最低発生スチームＳ２_ｍｉｎは、最低量の燃料供給に伴うボイラの運転状態が維持されることにより発生する蒸気であり、ボイラの運転状態を維持することで、ボイラの着火、予熱に係る時間をなくすことができ、応答性を維持することができる。なお、ボイラ１２は、上述のように、最低限の運転状態を維持することに限らず、燃料供給を停止し、完全に運転停止するようにしてもよい。

圧力ヘッダ１３は、第１のスチーム源１１及びボイラ１２からのスチームＳ１、Ｓ２が供給され、供給されたスチームＳ１、Ｓ２を低圧スチームとして蓄え、後段の複数の蒸気使用機器２に供給する。圧力ヘッダ１３には、圧力ヘッダ１３の蒸気圧力を検出するヘッダ圧力検出手段１６が設けられている。なお、ここでいう低圧スチームとは、蒸気発生源である第１のスチーム源１１及びボイラ１２よりも低圧なスチームのことをいう。

ヘッダ圧力制御部１７は、スチーム供給装置１の全体を制御する制御手段であり、第１のスチーム調整手段１４、ボイラ調整手段１５、圧力ヘッダ１３、ヘッダ圧力検出手段１６、最大量設定値決定部１８と接続され、各機器からの検出値等が供給され、各機器に対して制御信号を供給する。具体的には、ヘッダ圧力制御部１７は、図２に示すように、ヘッダ圧力検出手段１６からのヘッダ圧力値が入力され、ユーザからの入力により設定される目標圧力設定部２１からの設定値が供給され、この設定値と上記ヘッダ圧力値との偏差を算出する偏差演算部２２と、偏差演算部２２により算出された偏差が入力され、全スチーム指示値Ｍｃを算出する全スチーム指示値演算部２３と、全スチーム指示値Ｍｃに基づいて第１のスチーム調整手段１４とボイラ調整手段１５を制御する制御信号を生成する蒸気供給バランス決定部２４と、全スチーム指示値Ｍｃに基づいて全スチーム指示値Ｍｃを算出するためのパラメータを決定する制御パラメータ決定部２５とから構成されている。

目標圧力設定部２１は、図示しない入力手段を有し、この入力手段を介してユーザにより入力される設定圧力値を記憶し、その設定圧力値を偏差演算部２２に出力する。

偏差演算部２２は、ヘッダ圧力検出手段１６からのヘッダ圧力値と、目標圧力設定部２１からの設定圧力値との偏差を算出し、全スチーム指示値演算部２３に出力する。

全スチーム指示値演算部２３は、偏差演算部２２からの偏差等が入力され、この値に基づいて制御演算することで、スチームの全供給量を指示する全スチーム指示値Ｍｃを算出し、全スチーム指示値Ｍｃを蒸気供給バランス決定部２４に出力する。

蒸気供給バランス決定部２４は、全スチーム指示値演算部２３で算出された全スチーム指示値Ｍｃに基づいて、第１のスチーム調整手段１４を制御する制御信号、ボイラ調整手段１５を制御する制御信号を生成し、これらの制御信号ＭＶ１、ＭＶ２を各機器に出力する。

制御パラメータ決定部２５は、第１のスチーム調整手段１４を制御するのに適した制御パラメータとボイラ調整手段１５を制御するのに適した制御パラメータとを記憶し、全スチーム指示値演算部２３で算出された全スチーム指示値Ｍｃと第１のスチーム源１１から供給可能な最大量とボイラ１２からの最小供給量との合計量Ｓとを比較する機構を有し、全スチーム指示値Ｍｃが合計量Ｓ未満であるときには第１のスチーム調整手段１４を制御するのに適した制御パラメータを、全スチーム指示値が合計量Ｓ以上であるときにはボイラ調整手段１５を制御するのに適した制御パラメータを、全スチーム指示値演算部２３に出力する。制御パラメータ決定部２５に記憶されている制御パラメータは、図示しない入力手段を用いて変更することは可能である。

次に、スチーム供給装置１の運転方法について説明をする。

図３は、横軸にヘッダ圧力制御部１７から出力される全スチーム指示値Ｍｃを示し、縦軸にその全スチーム指示値Ｍｃに応じて、供給される第１のスチーム源１１からのスチームＳ１を指示する第１のスチーム指示値ＭＶ１及びボイラ１２からのスチームＳ２を指示する第２のスチーム指示値ＭＶ２を示している。なお、図３に示す相関図は、蒸気供給バランス決定部２４に予め記憶されているものであるが、これに代えて、ユーザの入力により適宜変更することができるものであってもよい。

図３に示すように、第１のスチーム源１１は、最大量設定値決定部１８により、第１のスチームＳ１の供給可能な最大量である最大スチームＳＶ_ｍａｘが規定されている。また、ボイラ１２は、ボイラ調整手段１５による燃料供給が完全に停止されるのではなく、最低限の運転状態を維持できる最低量の燃料が供給され、最低発生スチームＳ２_ｍｉｎが発生するような供給量が規定されている。

ヘッダ圧力制御部１７は、所望とする圧力ヘッダ１３へのスチーム供給量である全スチーム指示値Ｍｃを算出し、この全スチーム指示値Ｍｃが最大スチームＳＶ_ｍａｘとボイラ１２の最小供給量である最低発生スチームＳ２_ｍｉｎとの合計量よりも少ない場合、すなわち、最低限のボイラ１２の運転状態と第１のスチーム源１１のみにより、圧力ヘッダ１３へのスチーム供給量を賄える状態にある場合には、ボイラ１２のスチームの供給量の第２のスチーム指示値ＭＶ２を最低発生スチームＳ２_ｍｉｎとなるようにするとともに、第１のスチーム源１１からの供給量の第１のスチーム指示値ＭＶ１を調整するように、全スチーム指示値Ｍｃに応じて、第１のスチーム指示値ＭＶ１及び第２のスチーム指示値ＭＶ２を決定する。ただし、このとき、ヘッダ圧力制御部１７は、ボイラ１２に対しては、スチームＳ２が最低発生スチームＳ２_ｍｉｎとなるように、ボイラ調整手段１５を制御する。また、第１のスチーム源１１からのスチームＳ１は、全スチーム指示値Ｍｃから、最低発生スチームＳ２_ｍｉｎである第２のスチーム指示値ＭＶ２を差し引いた量となるように制御される。

また、ヘッダ圧力制御部１７は、所望とする圧力ヘッダ１３へのスチーム供給量が、最大スチームＳＶ_ｍａｘとボイラ１２の最小供給量である最低発生スチームＳ２_ｍｉｎとの合計量以上の場合には、すなわち、最低限のボイラ１２の運転状態と第１のスチーム源１１のみにより、圧力ヘッダ１３へのスチーム供給量を賄うことができない状態にある場合には、第１のスチーム源１１からの供給量を指示する第１のスチーム指示値ＭＶ１を最大スチームＳＶ_ｍａｘとなるようにし、圧力ヘッダ１３への全スチーム指示値Ｍｃと第１のスチーム指示値ＭＶ１を最大スチームＳＶ_ｍａｘとした値との差分に応じて、ボイラ１２からのスチーム供給量を調整するように、ボイラ調整手段１５を制御する第２のスチーム指示値ＭＶ２を決定する。

図４は、本発明に係る圧力制御方法を示したフローチャートである。ステップＳ１１において、ヘッダ圧力制御部１７は、ヘッダ圧力検出手段１６により検出された圧力値に基づいて圧力ヘッダ１３への蒸気の全供給量を指示する全スチーム指示値Ｍｃを算出する。

次に、ステップＳ１２において、ヘッダ圧力制御部１７は、算出された全スチーム指示値Ｍｃと、第１のスチーム源１１から供給可能な最大量を指示する最大スチームＳＶ_ｍａｘとボイラ１２の最小供給量を指示する最低発生スチームＳ２_ｍｉｎとの合計量とを比較する。全スチーム指示値Ｍｃが、この合計量未満のときは、ステップＳ１３に進み、当該合計量以上のときは、ステップＳ１４に進む。

次に、ステップＳ１３において、ヘッダ圧力制御部１７は、ヘッダ圧力検出手段１６により検出されたヘッダ圧力値に基づいて算出される圧力ヘッダ１３への蒸気の全供給量を指示する全スチーム指示値Ｍｃが、最大スチームＳＶ_ｍａｘと最低発生スチームＳ２_ｍｉｎとの合計量未満と判断し、全スチーム指示値Ｍｃを、図３に示すように、ボイラ１２においては、最低発生スチームＳ２_ｍｉｎとなるようにボイラ１２を制御する値とするとともに、第１のスチーム源１１においては、第１のスチーム源１１からのスチーム供給量を、算出された圧力ヘッダ１３への蒸気の全供給量から最低発生スチームＳ２_ｍｉｎを差し引いた値となるように第１のスチーム源１１を制御する値とし、第１のスチーム源１１の第１のスチーム調整手段１４及びボイラ１２のボイラ調整手段１５に制御信号ＭＶ１、ＭＶ２を出力する。すなわち、制御信号ＭＶ２はＳ２_ｍｉｎであり、制御信号ＭＶ１は、（Ｍｃ−Ｓ２_ｍｉｎ）である。

次に、ステップＳ１４において、ヘッダ圧力制御部１７は、ヘッダ圧力検出手段１６により検出されたヘッダ圧力値に基づいて算出される圧力ヘッダ１３への蒸気の全供給量を指示する全スチーム指示値Ｍｃが、最大スチームＳＶ_ｍａｘと最低発生スチームＳ２_ｍｉｎとの合計量以上と判断し、全スチーム指示値Ｍｃを、図３に示すように、第１のスチーム源１１においては、最大スチームＳＶ_ｍａｘとなるように第１のスチーム源１１を制御するとともに、ボイラ１２においては、算出された圧力ヘッダ１３への蒸気の全供給量から最大スチームＳＶ_ｍａｘを差し引いた値となるようにボイラ１２を制御する値とし、第１のスチーム源１１の第１のスチーム調整手段１４及びボイラ１２のボイラ調整手段１５に制御信号ＭＶ１、ＭＶ２を出力する。すなわち、制御信号ＭＶ１はＳＶ_ｍａｘであり、制御信号ＭＶ２は、（Ｍｃ−ＳＶ_ｍａｘ）である。

続いて、上述のように、圧力ヘッダ１３の圧力を一定に制御している状態で、第１のスチーム源１１から供給される蒸気が大幅に変化した場合における蒸気供給バランス決定部２４の目標値パターンの変更方法について図５及び図６を用いて説明をする。

図５は、横軸に、全スチーム指示値演算部２３から出力される全スチーム指示値Ｍｃを示し、縦軸に、その全スチーム指示値Ｍｃに応じて、供給される第１のスチーム源１１からのスチームＳ１及びボイラ１２からのスチームＳ２を示している。この全スチーム指示値Ｍｃと第１のスチーム源１１及びボイラ１２の供給量との相関図は、ヘッダ圧力制御部１７の蒸気供給バランス決定部２４に予め記憶されている。

図５に示すように、この相関図は、全スチーム指示値Ｍｃに対応する第１のスチーム源１１に対する関係が、第１のスチーム源１１から供給可能な最大量設定値、すなわち、第１のスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘに応じて複数パターン（図５中Ｌ１〜Ｌ７）用意されている。なお、このパターンＬ１〜Ｌ７は、上述に限らず、その都度算出するようにしてもよい。このパターンＬ１〜Ｌ７は、第１のスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘに応じて規定された目標値である。具体的には、パターンＬ１は、第１のスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘが、３０［ｔ／ｈ］のときの目標値を示し、パターンＬ２は、第１のスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘが、３２［ｔ／ｈ］のときの目標値を示し、パターンＬ３は、第１のスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘが、３４［ｔ／ｈ］のときの目標値を示し、パターンＬ４は、第１のスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘが、３６［ｔ／ｈ］のときの目標値を示し、パターンＬ５は、第１のスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘが、３８［ｔ／ｈ］のときの目標値を示し、パターンＬ６は、第１のスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘが、４０［ｔ／ｈ］のときの目標値を示し、パターンＬ７は、第１のスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘが、５０［ｔ／ｈ］のときの目標値を示している。なお、図５のパターンＬ１〜Ｌ７は、一例であり、この限りではない。

ヘッダ圧力制御部１７は、ステップＳ２１において、最大量設定値決定部１８で設定された最大量設定値に変化があったか否かを判断する。ステップＳ２１において、最大量設定値ＳＶ_ｍａｘに変動があったと判断した場合には、ステップＳ２２に進み、最大量設定値ＳＶ_ｍａｘに変動がなかったと判断した場合には、ステップＳ２１を繰り返す。

ステップＳ２２においては、ヘッダ圧力制御部１７は、最大量設定値に応じて、図５に示す目標値パターンを変更する。

このように、ヘッダ圧力制御部１７は、最大量設定値決定部１８で設定された最大量設定値に応じて、目標値パターンを変動するようにし、その変更された目標値パターンに基づいて、第１及び第２のスチーム調整手段１４、１５を制御するため、第１のスチーム源１１から供給されるスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘが変動した場合であっても、上述の圧力ヘッダ１３の圧力を一定に制御し続けることができる。

ヘッダ圧力制御部１７は、例えば、第１のスチームＳ１の最大スチームＳＶ_ｍａｘが３０［ｔ／ｈ］で、所望とする圧力ヘッダ１３へのスチーム供給量が４６［ｔ／ｈ］とした場合、まず、全スチーム指示値Ｍｃは、８０［％］を出力しており、この値に基づいて、第１のスチーム調整手段１４及びボイラ調整手段１５が制御されている（図５中状態１）。このとき、ヘッダ圧力制御部１７は、第１のスチーム調整手段１４が、図５中目標値パターンＬ１に相当する状態であり、第１のスチーム調整手段１４が最大スチームＳＶ_ｍａｘである３０［ｔ／ｈ］、ボイラ調整手段１５が１６［ｔ／ｈ］となるように、制御している。ここで、ヘッダ圧力制御部１７は、最大スチームＳＶ_ｍａｘが５０［ｔ／ｈ］に上昇したと判断した場合には、目標値パターンをＬ１から順にＬ２、Ｌ３、・・・Ｌ７となるように切り替える。このようにすると、ヘッダ圧力制御部１７は、全スチーム指示値Ｍｃが、４０［％］を出力するようになり、第１のスチーム調整手段１４においては３６［ｔ／ｈ］、ボイラ調整手段１５においては最小スチームＳ２_ｍｉｎである１０［ｔ／ｈ］を供給するように制御している（図５中状態２）。

このように、スチーム供給装置１は、最大量設定値に応じて目標値パターンを変更するので、第１のスチーム源１１の最大スチームＳＶ_ｍａｘが変動した場合であっても、圧力ヘッダ１３の圧力を一定に保つことができる。

なお、目標値パターンＬ１〜Ｌ７は、上述のように７つのパターンである必要はなく、第１のスチーム源１１の最大スチームＳＶ_ｍａｘの変動速度に応じて、すなわち、変動速度が遅い場合には、さらに複数の目標値パターンを用意して細分化するようにしてもよく、また、変動速度が早い場合には、目標値パターンの数を減らすようにしてもよい。また、最大量設定値が変更されるたびに、目標値パターンを算出するようにしてもよい。

次に、スチーム供給装置１における最大量設定値ＳＶ_ｍａｘが変動した場合における圧力制御をシミュレーションした結果を示す。図７に、スチーム供給装置１の第１のスチーム源１１のスチーム供給量が上昇、すなわち、最大量設定値ＳＶ_ｍａｘが上方に設定された場合のシミュレーション結果を示し、図８に、比較対象のため、最大スチーム供給量が上昇した場合の従来の制御を行った場合におけるシミュレーション結果を示す。さらに、図９に、スチーム供給装置１の第１のスチーム源１１のスチーム供給量が降下、すなわち、最大量設定値ＳＶ_ｍａｘが下方に設定された場合のシミュレーション結果を示し、図１０に、比較対象のため、最大スチーム供給量が降下した場合の従来の制御を行った場合におけるシミュレーション結果を示す。

図７及び図８を比較検討すると、スチーム供給装置１の圧力ヘッダ１３における圧力上昇は、ほとんどみられず、最大量設定値ＳＶ_ｍａｘが上方に設定された場合であっても、一定圧力を維持することができることが分かる。また、図９及び図１０を比較検討すると、スチーム供給装置１の圧力ヘッダ１３における圧力降下は、ほとんどみられず、最大量設定値ＳＶ_ｍａｘが下方に設定された場合であっても、圧力を一定に維持できることが分かる。

以上のように、本発明のスチーム供給装置１は、ヘッダ圧力制御部１７が、ヘッダ圧力検出手段１６により検出された圧力値に基づいて、全スチーム指示値Ｍｃを決定し、第１のスチーム調整手段１４及びボイラ調整手段１５を制御する。スチーム供給装置１は、このように、１つの制御信号により、第１のスチーム源１１からのスチーム供給量と、ボイラ１２からのスチーム供給量とを制御することができる。また、スチーム供給装置１は、第１のスチーム源１１を主とし、第１のスチーム源１１のみにより圧力ヘッダ１３内の圧力を制御できる場合には、そのようにし、制御できない場合には、ボイラ１２を用いて補助的に、スチームを圧力ヘッダ１３に供給し、圧力ヘッダ１３内を所定の圧力となるように制御することができる。このように、スチーム供給装置１は、簡易な構成で、第１のスチーム源１１及びボイラ１２を制御し、圧力ヘッダ１３内の圧力を一定に保持することができる。

また、スチーム供給装置１は、最大量設定値ＳＶ_ｍａｘが変動した場合であっても、その最大量設定値に応じて、第１及び第２のスチーム指示値を算出する目標値パターンを変更する。すなわち、最大スチームＳＶ_ｍａｘに応じた目標値パターンを決定し、その目標値パターンに基づいて第１のスチーム調整手段１４及びボイラ調整手段１５を制御するので、スチーム供給源における圧力変動に対しても、圧力ヘッダ１３の圧力を一定に維持することができる。

なお、スチーム供給装置１は、上述のように、蒸気発生源として、第１のスチーム源１１とボイラ１２のみを設けることに限らず、例えば、ボイラ１２を複数備えるものであってもよい。

本発明を適用したスチーム供給装置のブロック図である。本発明を適用したスチーム供給装置のヘッダ圧力制御部のブロック図である。蒸気供給バランス決定部に記憶された全スチーム指示値と各機器を制御するための流量に相当する制御信号との相関図である。本発明を適用した圧力制御方法のフローチャートである。全スチーム指示値演算部から出力される全スチーム指示値Ｍｃと各機器を制御するための流量に相当する制御信号との概略の相関図である。スチーム供給量指示値の目標値パターンを変更する手順を説明するためのフローチャートである。本発明を適用したスチーム供給装置の第１のスチーム源からの供給可能量設定値を上方に設定した場合の圧力制御シミュレーション結果を示したグラフである。従来のスチーム供給装置の第１のスチーム源からの供給可能量最大値を上方に設定した場合の圧力制御シミュレーション結果を示したグラフである。本発明を適用したスチーム供給装置の第１のスチーム源からの供給可能量設定値を下方に設定した場合の圧力制御シミュレーション結果を示したグラフである。従来のスチーム供給装置の第１のスチーム源からの供給可能量最大値を下方に設定した場合の圧力制御シミュレーション結果を示したグラフである。

符号の説明

１スチーム供給装置、２蒸気使用機器、１１第１のスチーム源、１２ボイラ、１３圧力ヘッダ、１４スチーム調整手段、１５ボイラ調整手段、１６ヘッダ圧力検出手段、１７ヘッダ圧力制御部、１８最大量設定値決定部、２１目標圧力設定部、２２偏差演算部、２３全スチーム指示値演算部、２４蒸気供給バランス決定部、２５制御パラメータ決定部

Claims

第１のスチーム源から第１のスチーム及び第２のスチーム源から第２のスチームが供給され、該第１及び第２のスチームを蓄え、蓄えられたスチームを外部に供給する圧力ヘッダと、
上記第１のスチーム源から供給可能な最大量を設定でき、該設定された第１のスチーム源から供給可能な最大量設定値を送信することが可能な最大量設定値決定部と、
上記第１のスチームの供給量を調整する第１のスチーム調整手段と、
上記第２のスチームの供給量を調整する第２のスチーム調整手段と、
上記圧力ヘッダの圧力を検出するヘッダ圧力検出手段と、
上記ヘッダ圧力検出手段により検出された圧力に基づき、上記第１のスチームの供給量を指示する第１のスチーム指示値と、上記第２のスチームの供給量を指示する第２のスチーム指示値とを決定し、該第１のスチーム指示値により上記第１のスチーム調整手段を制御するとともに、該第２のスチーム指示値により上記第２のスチーム調整手段を制御するヘッダ圧力制御部とを備え、
上記ヘッダ圧力制御部は、
上記ヘッダ圧力検出手段により検出された圧力に基づいて上記圧力ヘッダへのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値を算出し、該算出された全スチーム指示値が、上記第１のスチーム源から供給可能な最大量設定値が変化した場合、該変化した最大量設定値に応じて、全スチーム指示値から上記第１のスチーム指示値を算出するための目標値パターンが変更されるとともに、変更された目標値パターンに基づき、上記第１及び第２のスチーム指示値を決定し、該新たな第１のスチーム指示値により上記第１のスチーム調整手段を制御することを特徴とするスチーム供給装置。
上記ヘッダ圧力制御部は、
予め上記第２のスチームの最小供給量が０以上の範囲で設けられ、
上記全スチーム指示値が、上記第１のスチーム源から供給可能な最大量と上記第２のスチームの最小供給量との合計量未満に相当するときは、上記第２のスチームの供給量が該最小供給量となり、上記第１のスチームの供給量が該全スチーム指示値に応じた供給量となるように第１のスチーム指示値及び第２のスチーム指示値を決定し、
上記全スチーム指示値が、上記第１のスチーム源から供給可能な最大量と上記第２のスチームの最小供給量との合計量以上に相当するときは、該第１のスチームの供給量が上記第１のスチーム源から供給可能な最大量となる上記第１のスチーム指示値を決定するとともに、上記第２のスチームの供給量が、該全スチーム指示値と該第１のスチーム源から供給可能な最大量との差分に応じた第２のスチーム指示値を決定することを特徴とする請求項１に記載のスチーム供給装置。
上記ヘッダ圧力制御部は、
上記算出された全スチーム指示値が上記第１のスチーム源から供給可能な最大量と上記第２のスチームの最小供給量との合計量未満に相当するときは、上記第１のスチームの供給量と上記全スチーム指示値との関係に基づき予め設定されたＰＩＤパラメータに基づくＰＩＤ演算により第１のスチーム指示値を決定し、
上記算出された全スチーム指示値が、上記第１のスチーム源から供給可能な最大量と上記第２のスチームの最小供給量との合計量以上に相当するときは、上記第２のスチームの供給量と上記差分との関係に基づき予め設定されたＰＩＤパラメータに基づくＰＩＤ演算により上記第２のスチーム指示値を決定することを特徴とする請求項１記載のスチーム供給装置。
上記第２のスチーム源は、スチームボイラであることを特徴とする請求項１に記載のスチーム供給装置。
第１のスチーム源から第１のスチーム及び第２のスチーム源から第２のスチームが供給され、該第１及び第２のスチームを蓄え、蓄えられたスチームを外部に供給する圧力ヘッダと、該第１のスチーム源から供給可能な最大量を設定でき、該設定された第１のスチーム源から供給可能な最大量設定値を送信することが可能な最大量設定値決定部と、該第１のスチームの供給量を調整する第１のスチーム調整手段と、該第２のスチームの供給量を調整する第２のスチーム調整手段と、該圧力ヘッダの圧力を検出するヘッダ圧力検出手段と、該ヘッダ圧力検出手段により検出された圧力に基づき、該第１のスチームの供給量を指示する第１のスチーム指示値と、該第２のスチームの供給量を指示する第２のスチーム指示値とを決定し、該第１のスチーム指示値により上記第１のスチーム調整手段を制御するとともに、該第２のスチーム指示値により上記第２のスチーム調整手段を制御するヘッダ圧力制御部とを備えるスチーム供給装置における圧力制御方法において、
上記ヘッダ圧力検出手段により検出された圧力に基づいて上記圧力ヘッダへのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値を算出する全スチーム指示値算出ステップと、
上記第１のスチーム源から供給可能な最大量設定値が変化したか否かを判断する判断ステップと、
上記判断ステップにより上記最大量設定値が変化したと判断された場合に、該変化した最大量設定値に応じて、上記全スチーム指示値から上記第１のスチーム指示値を算出するための目標値パターンを変更する目標値パターン変更ステップと、
上記目標値パターン変更ステップにより変更された目標値パターンに基づき、上記第１及び第２のスチーム指示値を決定し、該新たな第１のスチーム指示値により上記第１のスチーム調整手段を制御する制御ステップとを有する圧力制御方法。