JPH09303290A - 圧縮機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の圧縮機を直列や並列に配置したときサ
ージング領域の運転を抑えるようにした圧縮機の制御装
置を提供する。 【解決手段】 各圧縮機１、２の流量検出器８、１６に
よる調節計２４、２７の信号を分岐させ、一方は自己の
帰還ガス流路の調節弁１２、１９の制御信号とし、他方
は他の帰還ガス流路の調節弁１９、１２の制御信号とし
て、このうち流量低下側の信号を優先して調節弁１２、
１９の制御信号とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスパイプライン
やアンモニアプラントなどに適用されるガスを昇圧する
圧縮機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アンモニアプラントの例により従来技術
を説明する。図４は従来のアンモニアプラントの圧縮工
程を示すブロック図である。この図４においては、上流
工程から送られてきたガスを低圧側圧縮機１及び高圧側
圧縮機２によって昇圧する構造を示している。すなわ
ち、図４にて配管４、低圧側しゃ断弁５、配管６を通っ
て来たガスはサクションタンク７に入り、サクションタ
ンク７から圧縮のための低圧側圧縮機１、配管９、冷却
のためのクーラ１０に入り、冷されたガスは更に配管１
４、サクションタンク１５に入り、更に圧縮のための高
圧側圧縮機２、配管１７、２１、高圧側しゃ断弁２２、
配管２３を通って下流工程へと流れる。この場合、低圧
側圧縮機１及び高圧側圧縮機２は、例えばガスタービン
や蒸気タービンなどの駆動機３により駆動される。

【０００３】更に、各圧縮機１、２からは、帰還ガス流
路が設けられており、圧縮機１ではクーラ１０の出口か
ら配管１１、調節弁１２、配管１３を通ってサクション
タンク７にガスが循環できるように構成され、低圧側圧
縮機１の流入流量がある値以下にならないように流量検
出器８につながる流量調節計２４にて調節弁１２を操作
している。このようにして圧縮機１のサージング現象を
防止している。

【０００４】また、圧縮機２ではこの高圧側圧縮機２の
出口から配管１８、調節弁１９、配管２０を通って、ク
ーラ１０にガスが循環できるようになっており、高圧側
圧縮機２の流入流量がある値以下にならないように流量
検出器１６につながる流量調節計２７にて調節弁１９を
操作している。この場合も、高圧側圧縮機２のサージン
グ現象を防止している。

【０００５】ここで、高圧側圧縮機２の運転がサージン
グ方向に変化したときの挙動について説明する。まず、
図５にて横軸に時間、縦軸に圧力、流量、弁開度などの
状態量を示している。図５中、Ｂ点までは圧縮機１、２
は運転中であり、各圧縮機１、２の入口圧力、出口圧
力、流量、及び回転数は定格にある。このとき、各圧縮
機１、２の流量は設定値よりも大きいので流量調節弁１
２、１９の開度は全閉となっている。今、Ｂ点におい
て、高圧側圧縮機２の出口圧力が図５(a) の如く急速に
上昇したとする。この原因としては、例えば高圧側圧縮
機２の下流側のプロセスが停止したために、プロセスの
消費流量が急速に減少したにもかかわらず、圧縮機１、
２の回転数が定格一定であるために高圧側圧縮機２の出
口圧力が急速に上昇し、昇圧比も上昇した場合などがあ
げられる。このとき、高圧側圧縮機２への流入流量は図
５(c) の如く急速に減少し、図５Ｃ点にて流量調節計２
７の設定値よりも小さくなり、これ以後、流量調節計２
７により調節弁１９の弁開度が図５(e) の如く徐々に大
きくなり、帰還流量が大きくなり、流量を設定値に保持
しようとする。高圧側の帰還ガス流量が増加してくるの
で、Ｄ点にて高圧側圧縮機２の出口圧力がピークとなっ
てそれ以後、徐々に減少する。このとき、過渡的にサー
ジング領域に入るが、やがてサージング領域から離れる
ことになる。

【０００６】一方、低圧側圧縮機１側は、高圧側帰還ガ
ス流量の増加に伴い、図５(b) の如く低圧側圧縮機１の
出口圧力が徐々に上昇し、流量も図５(d) の如く徐々に
減少する。そして、図５Ｅ点にて低圧側の流量が流量調
節計２４の設定値よりも小さくなったとき、流量調節計
２４によって調節弁１２の開度が図５(f) の如く徐々に
大きくなり、低圧側帰還ガス量が増加する。そして、Ｆ
点にて低圧側圧縮機１の出口圧力が図５(b) の如くピー
クとなり以後徐々に減少する。このとき、過渡的にサー
ジングに入り、やがてサージング領域から離れていく。
こうして、流量の増加により高圧側・低圧側ともＧ点に
て流量調節計２４、２７の各設定値に保持される。

【０００７】図５Ａ点からＧ点までの以上の現象を圧縮
機の性能曲線上でみると、図６のようになる。すなわ
ち、この従来の運転方法では、一方の圧縮機がサージン
グ領域に入るような急速な流量変化があった場合、他の
一方の圧縮機もサージング領域の運転となってしまうこ
とが起こる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の高圧圧縮機２の
出口圧力が上昇した場合などでは、流量調節計２４、２
７のゲインを大きくとることができないので、流量の急
速な減少に対応できず、一台の圧縮機がサージング領域
に近づく運転となった場合、それに連動して他の圧縮機
もサージング領域に近づく運転となってしまう。この場
合、サージング領域での運転は、圧縮機の重大な破損に
つながるという問題があり、できるだけサージング領域
の運転は避けたいのであるがそれができないこと、複数
の圧縮機が連動してサージング領域に入るような運転に
なると、プロセスの運転が非常に難しくなる。

【０００９】本発明は、上述の問題に鑑み、サージング
領域での運転をできるだけ防止するようにした圧縮機の
制御装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は次の発明特定事項を有する。 (1) 複数の圧縮機を直列又は並列に配置してガスを昇
圧し、上記各圧縮機につき帰還ガス流路を備えて調節弁
にて流量を調節する圧縮機の制御装置において、上記各
圧縮機の入口流量を検出する流量検出器と、この流量検
出器の出力を制御量とする調節計と、この調節計の出力
を入力とする比例演算器と、上記調節計の出力と他の圧
縮機の比例演算器の出力を入力とする最大値選択演算器
と、この最大値選択演算器の出力を操作量として操作さ
れる上記調節弁と、を有することを特徴とする。

【００１１】サージング領域への運転となる圧縮機に係
る圧力や流量に基づいて、他の圧縮機の帰還ガス流路の
流量をも制御することにより他の圧縮機のサージング領
域の運転を防止できるようにした。

【００１２】

【発明の実施の形態】ここで、図１〜図３を参照して本
発明の実施の形態の一例を説明する。なお、図１にて図
４と同一部分には、同符号を付し、重複する説明は省略
する。本例においては、流量調節計２４、２７の出力を
それぞれ２方向に分岐させ、分岐の一方は自己の帰還ガ
ス流路に介在させた流量調節弁１２、１９を制御する最
大値選択演算器２６、２９の一入力とし、分岐の他方は
他方の最大値選択演算器２９、２６の他の入力であり、
比例演算器２８、２５を介して作成したものである。こ
こで、最大値選択演算器２６、２９は二入力のうち入力
信号の最大値を選択し選択した信号にて流量調節弁１
２、１９を制御するものであり、また比例演算器２８、
２５は入力信号に定数を乗した信号を作成するものであ
る。

【００１３】図１の例では、流量調節計２４の出力は、
比例演算器２８に送られる。比例演算器２８では、入力
された信号に定数Ｋ２を乗じた信号を出力する。また、
流量調節計２７の出力は、比例演算器２５に送られる。
比例演算器２７では、入力された信号に定数Ｋ１を乗じ
た信号を出力する。流量調節計２４の出力信号と比例演
算器２５の出力信号は、最大値選択演算器２６に送られ
る。最大値選択演算器２６では、入力された信号の中で
最大値を選択し、選択した信号が配管１１、１３に設置
された流量調節弁１２へ送られ、これを制御する。ま
た、流量調節計２７の出力信号と、比例演算器２８の出
力信号は、最大値選択演算器２９に送られる。最大値選
択演算器２９では、入力された信号の中で最大値を選択
し、選択した信号が配管１８、２０に配置された流量調
節弁１９へ送られ、これを制御する。

【００１４】ここで、図２、図３にて圧縮機２の運転が
サージング方向に変化したときの挙動について説明す
る。なお、図２は図５と同様、横軸に時間、縦軸に圧
力、流量、弁開度、制御信号の状態量を示している。
今、圧縮機１、２は運転中であり、図２中Ｂ点に到るま
では、圧縮機１、２ともに入口圧力、出口圧力、流量、
及び回転数は定格にある。このとき、圧縮機１、２の流
量は図２(b)(c)の如く流量調節計２４、２７にて設定値
よりも大きいので、流量調節弁１２、１９の開度は全閉
となっている。

【００１５】Ｂ点において図２(a) の如く圧縮機２の出
口圧力が前述の如く急速に上昇したとする。この急速な
圧力上昇により図２(c) のように流量が急速に減少す
る。このため、Ｃ点では図２(c) のように流量調節計２
７の設定値よりも圧縮機２の流量が小さくなる。このと
き、流量調節計２７は、圧縮機２の流量を増やすべく調
節弁１９の開度を大きくする信号を出力する。このとき
低圧側では、圧縮機１の流量が流量調節計２４の設定値
よりも大きいために流量調節計２４は、調節弁１２に対
し全閉信号を出力している。しかし、比例演算器２５で
は、流量調節計２７の出力を入力とし、これに定数Ｋ１
を乗じて出力する。このため、最大値選択演算器２６
は、流量調節計２４の出力と比例演算器２５の出力を入
力として、その最大値を選択する。流量調節計２４の出
力は全閉信号であるために、最大値選択演算器２６は、
比例演算器２５の出力を選択し、その出力信号により調
節弁１２の弁開度は徐々に大きくなる。

【００１６】他方、比例演算器２８は、流量調節計２４
の出力を入力とし、これに定数Ｋ２を乗じて出力する
が、流量調節計２４の出力が全閉信号であるため、比例
演算器２８の出力信号は全閉信号となる。最大値選択演
算器２９は、流量調節計２７の出力と比例演算器２８の
出力を入力として、その最大値を選択する。比例演算器
２８の出力は、全閉信号であるために、最大値選択演算
器２９は、流量調節計２７の出力を選択し、その出力信
号により調節弁１９の弁開度は徐々に大きくなる。この
結果、圧縮機２の出力圧力が急速に上昇すると、その値
に応じて低圧側、高圧側双方の最大値選択演算器２６、
２９からは、流量調節計２７による図２(c) に基づく信
号にて図２(g)(h)の制御信号が出力され、調節弁１２、
１９にて図２(e)(f)の弁開度となる。したがって、図２
(a) に示す圧縮機２の圧力上昇や図２(c) に示す圧縮機
２の流量の各変化に伴い、図１(b)(d)の如く圧縮機１の
変化をもたらす。

【００１７】その後、図２Ｄ点では圧縮機２の出口圧力
がピークとなり、サージング領域に入るが、やがて、出
口圧力が小さくなりサージングから遠ざかり、流量調節
計２７の出力信号により流量が設定値に保持されるよう
に調節弁１９が開度を調節する。また、圧縮機２とほぼ
同時に圧縮機１の出口圧力もピークとなり、やがて小さ
くなっていく。このため、圧縮機１はサージング領域に
入ることなく運転されることとなる。さらに、図２Ｅ点
にて定常となったときには、調節弁１９は流量調節計２
７の出力信号Ｘにて弁開度一定となり、調節弁１２は、
流量調節計２７の出力信号Ｘに比例演算器での定数Ｋ１
を乗じたＫ１×Ｘにて弁開度一定となる。Ａ点からＥ点
に到る圧縮機１、２の運転状態を圧縮機の性能曲線上に
示したのが図３である。図３から判明するよう圧縮機２
は、サージング領域に入るが、圧縮機１は、サージング
領域を避けて運転されている。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
１台の圧縮機がサージング領域に入ったとしても、この
圧縮機の圧力上昇、流量減少の信号にて他の圧縮機をも
帰還流量制御を行っているので、１台の圧縮機に連動し
て他の圧縮機がサージング領域に入ることなく圧縮機を
運転することができ、重大な破損や運転の困難性を回避
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の形態の一例のブロック図。

【図２】図１の各部波形図。

【図３】図１の構造での圧縮機の性能曲線図。

【図４】従来例のブロック図。

【図５】図４の各部波形図。

【図６】図４の構造での圧縮機の性能曲線図。

【符号の説明】

１ 低圧側圧縮機 ２ 高圧側圧縮機 ８、１６ 流量検出器 １２、１９ 流量調節弁 ２４、２７ 流量調節計 ２５、２８ 比例演算器 ２６、２９ 最大値選択演算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾美 靖彦 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の圧縮機を直列又は並列に配置して
   ガスを昇圧し、上記各圧縮機につき帰還ガス流路を備え
   て調節弁にて帰還流量を調節する圧縮機の制御装置にお
   いて、 上記各圧縮機の入口流量を検出する流量検出器と、 この流量検出器の出力を制御量とする調節計と、 この調節計の出力と他の圧縮機の比例演算器の出力とを
   入力とする最大値選択演算器と、 この最大値選択演算器の出力を操作量として操作される
   上記調節弁と、を有することを特徴とする圧縮機の制御
   装置。