JPH11117894A - ガス圧縮設備及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部分負荷運転時の運転動力低減と急激な需要
量変動に対する高い追従性を同時に満たし、優れた性能
を有するガス圧縮設備及びその運転方法を提供する。 【解決手段】 圧力系１３により検出された圧縮機吐出
圧力は、圧力調節計２１に入力され、吐出圧力設定値と
の偏差が演算される。圧力調節計２１は、この偏差をゼ
ロにするような指令を吸込絞り弁３に与える。この調節
動作により、圧縮機吐出圧力は設定値に維持される。吸
込絞り弁３の開度は、吸込絞り弁開度計１４により検出
され、弁開度調節計２２に入力され、弁開度設定値との
偏差が演算される。弁開度調節計２２は、この偏差をゼ
ロにするような回転数指令を回転数制御装置付き駆動機
２に与える。この調節動作により、過渡的に設定値より
離脱した吸込絞り弁３の開度は設定値に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧の燃料ガスを
必要とするガスタービン発電設備のような高圧ガス消費
設備に付設され、一定圧力のガスを供給するためのガス
圧縮設備及びその運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス圧縮設備においては、ガスの需要量
に係らず常に一定範囲の圧力でガスを供給する必要があ
る。よって、ターボ式圧縮機の場合には、回転数制御装
置、吸込絞り弁、インレットガイドベーン等、またスク
リュー式圧縮機の場合には、回転数制御装置、スライド
ベーン等の容量制御手段を備え、ガス圧縮機から吐出さ
れる流量を調節することにより、供給ガス圧力を一定に
するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このうち、本発明が主
として対象とするターボ式圧縮機においては、回転数制
御装置または吸込絞り弁を設置する方法が使用されるこ
とが多い。

【０００４】回転数制御による方法では、圧縮ヘッドあ
るいは流量が定格値より小さい部分負荷運転時に、常に
必要最小限の圧縮仕事を行うだけで済み、運転動力が低
減できるという利点がある。しかしながら、回転数変化
速度の制約から、急激な需要量変動に対する応答性はそ
れほど良くない。ここで、回転数制御装置としては、ガ
スタービン、ＶＶＶＦ電動機、可変速流体継手などが用
いられ、一般に回転数変化速度は定格回転数を１００％
として１％／秒程度が上限となる。

【０００５】一方、吸込絞り弁による方法では、圧縮機
吸込側に設置した弁を開閉することにより圧縮機吸込圧
力を変化させ、吐出圧力及び流量を調節することから、
弁の圧力損失分だけ圧縮動力を余分に必要とする。その
代わり、全開〜全閉動作時間１０秒以内の開閉時間の速
い弁を選定すれば、急激な需要量変動に対して高い追従
性が得られる。

【０００６】以上のように、回転数制御による方法と吸
込絞り弁による方法とでは、運転動力と需要量変動追従
性の２つの特性面で表裏の関係にある。従来、ガス圧縮
設備を計画する場合には、適用先によって運転動力と需
要量変動追従性のどちらを優先すべきかを考慮し、どの
容量制御手段を採用するかを決定していた。また、回転
数制御による方法と吸込絞り弁による方法を併用するこ
とは容易に着想されるが、それぞれの制御系が相互に干
渉しあい、うまく制御できないことから、実際に使用さ
れることはほとんどなかった。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、ガス圧縮機の２つの容量制御手段、すなわち
回転数制御と吸込絞り弁を併用し、部分負荷運転時の運
転動力低減と急激な需要量変動に対する高い追従性とい
うそれぞれの特徴を同時に満たし、優れた性能を有する
ガス圧縮設備及びその運転方法を提供することを課題と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の第１の手段は、一定圧力のガスを供給するガス圧縮設
備の運転方法であって、ガス圧縮機の回転数を制御する
手段と、ガス圧縮機の入口側ガス流路の絞り手段とを設
け、吐出圧力を一定範囲内に維持するように絞り手段を
開閉し、それと同時に絞り手段の開度を一定範囲内に維
持するようにガス圧縮機の回転数を調節することを特徴
とするガス圧縮設備の運転方法（請求項１）である。

【０００９】この手段においては、応答の速い絞り手段
により吐出圧力が一定範囲内に維持されるので、急激な
負荷変動に対しても応答性のよい制御が行われる。それ
と同時に、絞り手段の開度を一定範囲内に維持するよう
にガス圧縮機の回転数が調節されるので、最終的には、
吐出圧力はガス圧縮機の回転数により制御されることに
なり、運転動力を低減した状態で制御が可能となる。

【００１０】なお、このとき、絞り手段の開度の調節目
標は、全開状態の８０％〜９５％程度の大きめの値に設
定しておくことが運転動力低減と制御性の面から好まし
い。

【００１１】例えばガス需要量が低下した場合を例にと
って、本発明によるガス圧縮設備の動作を説明する。ガ
ス需要量が低下すると、変化前のガス圧縮機の運転状態
のままでは吐出圧力が上昇することから、まず吸込側の
絞り手段の開度を小さくして、ガス圧縮機の圧縮ヘッド
を大きくし、吐出流量を減少させる。次に絞り手段の開
度をもとの値に戻すようにガス圧縮機の回転数を低下さ
せる。これにより吐出流量はさらに減少し、そのままで
は吐出圧力が低下することから、絞り手段の開度が大き
くなるように制御が行われる。以上の制御サイクルによ
り、低下したガス需要量に対する新たな平衡状態に到達
する。このとき、絞り手段の開度は過渡的に小さくなる
ものの、結果的には大きめの一定の値に維持されるた
め、無駄な圧縮動力を費やさずに済む。また、ガス需要
量の変化速度が大きい場合でも、制御応答性に優れた吸
込側絞り手段の働きにより、吐出圧力の変動を最小限に
維持できる。

【００１２】前記課題を解決するための第２の手段は、
一定圧力のガスを供給するガス圧縮設備の運転方法であ
って、ガス圧縮機の回転数を制御する手段と、ガス圧縮
機の入口側ガス流路の絞り手段とを設け、吐出圧力を一
定範囲内に維持するように絞り手段を開閉し、絞り手段
の開閉動作から所定の遅延時間後に、絞り手段の開度を
一定範囲内に維持するようにガス圧縮機の回転数を調節
することを特徴とするガス圧縮設備の運転方法（請求項
２）である。

【００１３】この第２の手段の前記第１の手段との違い
は、第２の手段においては、絞り手段の開度を一定範囲
内に維持するためのガス圧縮機の回転数の調節が、絞り
手段の開閉動作から所定時間遅延して行われることであ
る。これにより、絞り手段の動作と回転数の変動との干
渉を防止し、さらに安定な制御を行うことができる。

【００１４】ガス圧縮機の回転数の調節を所定時間遅延
させる方法としては、回転数を調節する手段へ伝達され
る絞り手段の開度信号に一次遅れを持たせたり、無駄時
間を持たせたりすること、絞り手段の開度と設定値の偏
差の信号に一次遅れを持たせたり、無駄時間を持たせた
りすること等の種々の方法が考えられる。

【００１５】前記課題を解決するための第３の手段は、
吐出圧力現在値と設定値との偏差をゼロにするように作
動する第１の調節計と、第１の調節計の出力に応じて開
度を調整される、ガス圧縮機入口側ガス流路の絞り手段
と、前記絞り手段の開度の現在値と設定値の偏差をゼロ
にするように作動する第２の調節計と、第２の調節計の
出力に応じて目標回転数を調整されるガス圧縮機回転数
制御手段を有してなることを特徴とするガス圧縮設備
（請求項３）である。

【００１６】この手段においては、第１の調節計により
ガス圧縮機入口側ガス流路の絞り手段が操作され、それ
により吐出圧力現在値と設定値との偏差がゼロになるよ
うに調節される。この制御系の応答は速いので、急激な
吐出圧の変動に対しても追随が可能であり、良好な制御
が行われる。これと同時に、第２の調節計により、ガス
圧縮機回転数制御手段の目標回転数が変えられ、それに
より前記絞り手段の開度と設定値の偏差がゼロになるよ
うに調節される。よって、最終的には、吐出圧力はガス
圧縮機の回転数により制御されることになり、運転動力
を低減した状態で制御が可能となる。

【００１７】前記課題を解決するための第４の手段は、
吐出圧力現在値と設定値との偏差をゼロにするように作
動する第１の調節計と、第１の調節計の出力に応じて開
度を調整される、ガス圧縮機入口側ガス流路の絞り手段
と、絞り手段の開閉動作から所定の遅延時間後に、前記
絞り手段の開度の現在値と設定値の偏差をゼロにするよ
うに作動する第２の調節計と、第２の調節計の出力に応
じて目標回転数を調整されるガス圧縮機回転数制御手段
を有してなることを特徴とするガス圧縮設備（請求項
４）である。

【００１８】第４の手段と前記第３の手段との違いは、
第４の手段においては、第２の調節計が、絞り手段の開
閉動作から所定の時間後に、絞り手段の開度の現在値と
設定値の偏差をゼロにするように作動するように作動す
ることである。これにより、絞り手段の動作と回転数の
変動との干渉を防止し、さらに安定な制御を行うことが
できる。

【００１９】第２の調節計の動作を所定時間遅延させる
方法としては、第２の調節計へ伝達される絞り手段の開
度信号に一次遅れを持たせたり、無駄時間を持たせたり
すること、絞り手段の開度と設定値の偏差の信号に一次
遅れを持たせたり、無駄時間を持たせたりすること等の
種々の方法が考えられる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態である
ガス圧縮設備の例を、図面を用いて説明する。図１は本
発明の実施の形態であるガス圧縮設備の１例の構成図、
図２はその制御ブロック図、図３はガス圧縮機の性能線
図上に運転点の変化を描いた図である。図１において、
１はガス圧縮機、２は回転数制御装置付き駆動機、３は
吸込絞り弁、４はサージ防止弁、５は逆止弁、６はガス
消費設備、１１〜１３は圧力計、１４は吸込絞り弁開度
計、１５は流量計、２１は圧力調節計、２２は弁開度調
節計である。

【００２１】図１の向かって左側から供給されたガス
は、吸込絞り弁３を通り、ガス圧縮機１で昇圧される。
昇圧後のガスは、ガス消費設備６で消費される。このと
き、圧力計１３で測定される圧縮機吐出圧力は、圧力計
１１で測定されるガス圧縮設備入口圧力、ガス消費設備
６の需要流量、吸込絞り弁３の開度、ガス圧縮機の回転
数制御装置２によって調節される回転数の４つの因子に
よって変化する。またこのほか、圧縮機のサージ発生防
止のためにサージ防止弁４が開いている場合には、そこ
を流れる流量によっても吐出圧力は変化する。

【００２２】圧力計１３により検出された圧縮機吐出圧
力は、圧力調節計２１に入力され、吐出圧力設定値との
偏差が演算される。圧力調節計２１は、この偏差にＰＩ
Ｄ演算等を行い、この偏差をゼロにするような指令を吸
込絞り弁３に与える。この調節動作により、圧縮機吐出
圧力は設定値に維持される。吸込絞り弁３の応答は速い
ので、この制御は迅速に行われる。

【００２３】吸込絞り弁３の開度は、吸込絞り弁開度計
１４により検出され、弁開度調節計２２に入力され、弁
開度設定値との偏差が演算される。弁開度調節計２２
は、この偏差にＰＩＤ演算等を行い、この偏差をゼロに
するような回転数指令を回転数制御装置付き駆動機２に
与える。この調節動作により、過渡的に設定値より離脱
した吸込絞り弁３の開度は設定値に維持される。

【００２４】具体的には、例えば、ガス消費設備の流量
低下という外乱により、吐出圧力現在値が設定値より高
めになった場合には、その偏差を是正するように圧力調
節計２１の出力である弁開度指令値が小さめに変化し、
吸込絞り弁３の開度を調節する。その結果、ガス圧縮機
１の吸込圧力が低下することによって、吐出圧力がもと
の値に戻る方向に低下する。

【００２５】一方、吸込絞り弁３の開度の現在値と設定
値の間に偏差が生じることから、もう１つの調節計であ
る弁開度調節計２２の出力が小さめに変化し、回転数制
御装置によりガス圧縮機の回転数現在値が低下する。こ
の回転数の低下によってガス流れ状態が影響を受け、吐
出圧力はさらに低下に向かう。この回転数制御装置の挙
動により、こんどは圧力調節計２１が吸込絞り弁３の開
度を大きくする方向に出力を変化させ、最終的にはもと
どおりの開度に安定し、回転数だけが低下した新たな定
常状態に到達する。

【００２６】図３はこのときのガス圧縮機の運転点を性
能線図上に表したもので、は変化前の状態、はガス
消費設備の流量が低下した状態、は吸込絞り弁の開度
が一時的に低下した状態、は変化後の定常状態、すな
わち回転数が低下し、吸込絞り弁の開度はもとどおりに
復帰した状態を示している。

【００２７】このように吸込絞り弁３と回転数制御装置
の２つのフィードバック制御系を組み合わせることによ
り、吸込絞り弁３を過度に絞りこまないようにしなが
ら、吐出圧力を一定に制御できる。

【００２８】本制御方式が有効に作用する条件として、
２つの調節計のゲイン、積分時間などのパラメータを適
切に設定することが必要である。一般に、弁開度調節計
２２の方を、ゲインは緩めに、積分時間は大きめに設定
して制御動作を緩慢にした方が、圧力調節計２１との干
渉を防止することができ、全体の制御が安定する。

【００２９】２つのフィードバック制御系が干渉する場
合には、吸込絞り弁開度計１４から弁開度調節計２２へ
の信号の伝達経路に一次遅れ要素や無駄時間要素を入れ
て、弁開度調節計２２の動作を所定時間遅らせ、吸込絞
り弁３の開度が整定してから弁開度調節計２２が働くよ
うにすることにより、干渉を防止することができる。一
次遅れ要素や無駄時間要素は、弁開度調節計２２におけ
る、弁開度設定値と実際値の偏差に対して入れてもよ
い。

【００３０】また、ガス消費設備の流量指令値を先行信
号として取込み、それを弁開度に換算して圧力調節計２
１の出力に加算するといった先行制御系を加えることも
できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したとおり、請求項１の発明
は、一定圧力のガスを供給するガス圧縮設備の運転方法
であって、ガス圧縮機の回転数を制御する手段と、ガス
圧縮機の入口側ガス流路の絞り手段とを設け、吐出圧力
を一定範囲内に維持するように絞り手段を開閉し、それ
と同時に絞り手段の開度を一定範囲内に維持するように
ガス圧縮機の回転数を調節することを特徴とするガス圧
縮設備の運転方法であるので、吐出圧力の変動を最小限
に抑え、かつ無駄な運転動力のかからないガス圧縮設備
の運転方法を提供することができる。

【００３２】請求項２の発明は、一定圧力のガスを供給
するガス圧縮設備の運転方法であって、ガス圧縮機の回
転数を制御する手段と、ガス圧縮機の入口側ガス流路の
絞り手段とを設け、吐出圧力を一定範囲内に維持するよ
うに絞り手段を開閉し、絞り手段の開閉動作から所定の
遅延時間後に、絞り手段の開度を一定範囲内に維持する
ようにガス圧縮機の回転数を調節することを特徴とする
ガス圧縮設備の運転方法であるので、請求項１の発明の
効果に加え、絞り手段の動作と回転数の変動との干渉を
防止し、さらに安定な制御を行うことができる。

【００３３】請求項３の発明は、吐出圧力現在値と設定
値との偏差をゼロにするように作動する第１の調節計
と、第１の調節計の出力に応じて開度を調整される、ガ
ス圧縮機入口側ガス流路の絞り手段と、前記絞り手段の
開度の現在値と設定値の偏差をゼロにするように作動す
る第２の調節計と、第２の調節計の出力に応じて目標回
転数を調整されるガス圧縮機回転数制御手段を有してな
ることを特徴とするガス圧縮設備であるので、請求項１
の発明と同様の効果を有する。

【００３４】請求項４の発明は、吐出圧力現在値と設定
値との偏差をゼロにするように作動する第１の調節計
と、第１の調節計の出力に応じて開度を調整される、ガ
ス圧縮機入口側ガス流路の絞り手段と、絞り手段の開閉
動作から所定の遅延時間後に、前記絞り手段の開度の現
在値と設定値の偏差をゼロにするように作動する第２の
調節計と、第２の調節計の出力に応じて目標回転数を調
整されるガス圧縮機回転数制御手段を有してなることを
特徴とするガス圧縮設備であるので、請求項２の発明と
同様の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態であるガス圧縮設備の１例
を示す構成図である。

【図２】図１の設備に関する制御ブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態におけるガス圧縮機性能線
図上の運転点の変化の例を表す図である。

【符号の説明】

１：ガス圧縮機 ２：回転数制御装置付き駆動機 ３：吸込絞り弁 ４：サージ防止弁 ５：逆止弁 ６：ガス消費設備 １１〜１３：圧力計 １４：吸込絞り弁開度計 １５：流量計 ２１：圧力調節計 ２２：弁開度調節計

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定圧力のガスを供給するガス圧縮設備
   の運転方法であって、ガス圧縮機の回転数を制御する手
   段と、ガス圧縮機の入口側ガス流路の絞り手段とを設
   け、吐出圧力を一定範囲内に維持するように絞り手段を
   開閉し、それと同時に絞り手段の開度を一定範囲内に維
   持するようにガス圧縮機の回転数を調節することを特徴
   とするガス圧縮設備の運転方法。
2. 【請求項２】 一定圧力のガスを供給するガス圧縮設備
   の運転方法であって、ガス圧縮機の回転数を制御する手
   段と、ガス圧縮機の入口側ガス流路の絞り手段とを設
   け、吐出圧力を一定範囲内に維持するように絞り手段を
   開閉し、絞り手段の開閉動作から所定の遅延時間後に、
   絞り手段の開度を一定範囲内に維持するようにガス圧縮
   機の回転数を調節することを特徴とするガス圧縮設備の
   運転方法。
3. 【請求項３】 吐出圧力現在値と設定値との偏差をゼロ
   にするように作動する第１の調節計と、第１の調節計の
   出力に応じて開度を調整される、ガス圧縮機入口側ガス
   流路の絞り手段と、前記絞り手段の開度の現在値と設定
   値の偏差をゼロにするように作動する第２の調節計と、
   第２の調節計の出力に応じて目標回転数を調整されるガ
   ス圧縮機回転数制御手段を有してなることを特徴とする
   ガス圧縮設備。
4. 【請求項４】 吐出圧力現在値と設定値との偏差をゼロ
   にするように作動する第１の調節計と、第１の調節計の
   出力に応じて開度を調整される、ガス圧縮機入口側ガス
   流路の絞り手段と、絞り手段の開閉動作から所定の遅延
   時間後に、前記絞り手段の開度の現在値と設定値の偏差
   をゼロにするように作動する第２の調節計と、第２の調
   節計の出力に応じて目標回転数を調整されるガス圧縮機
   回転数制御手段を有してなることを特徴とするガス圧縮
   設備。