JPH11132400A - 流動媒体を制御分配するための管路系並びに該管路系の運転法 - Google Patents

流動媒体を制御分配するための管路系並びに該管路系の運転法

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JPH11132400A
JPH11132400A JP10228868A JP22886898A JPH11132400A JP H11132400 A JPH11132400 A JP H11132400A JP 10228868 A JP10228868 A JP 10228868A JP 22886898 A JP22886898 A JP 22886898A JP H11132400 A JPH11132400 A JP H11132400A
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pressure
branch
pressure measuring
measuring device
measurement
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JP10228868A
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Stephan Dr Hepner
ヘプナー シュテファン
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00Pipe-line systems
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    • F17D1/04Pipe-line systems for gases or vapours for distribution of gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D3/00Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F17D3/18Arrangements for supervising or controlling working operations for measuring the quantity of conveyed product

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  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pipeline Systems (AREA)
  • Flow Control (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流動媒体を制御分配するための管路系を改良
して、測定値検出時のエラー許容限度を高めると共に付
加経費を比較的僅かにする。 【解決手段】 少なくとも2本の分枝導管13,14;
13,15;14,15間における圧力測定の冗長性を
得るために、流動方向で見て絞り部V1,V2;V1,
V3;V2,V3の下流側に、各分枝導管13,14;
13,15;14,15間の差圧を測定するための第2
圧力測定装置 PM10;PM11;PM12が配置さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、1つの分岐点で複
数の分枝導管へ分岐する主導管と、各分枝導管内に配置
されていて各分枝導管内の質量流を調整可能な可変の絞
り部と、各絞り部毎に配置されていて該絞り部における
流動媒体の圧力低下を測定する第1圧力測定装置とから
成る、流動媒体を制御分配するための管路系に関する。
【0002】更に本発明は、前記のような管路系の運転
法にも係わるものである。
【0003】
【従来の技術】発電所技術分野又はその他の適用分野に
おいて頻繁に出現する仕事は、圧縮性媒体又は非圧縮性
媒体(例えば冷却水、蒸気、オイルなど)の質量流を多
数の消費器に供給することである。このために使用され
る供給系は典型的には、1本の主導管(媒体の主流)
を、個々の消費器又は消費器群へ通じる2本以上の分枝
導管(2つ以上の分岐流)へ分岐させる複数の分岐点
(接合点)を顕著な特色とする管路網から成っている。
その場合大抵は、個々の各分枝導管内の質量流を、単数
又は複数の消費器の要求に応じて制御することが必要で
ある。そのために例えば分枝導管内には制御弁を配置し
ておくことが可能であり、該制御弁の弁揚程は、所望の
質量流が該制御弁を通流するように設定されている。
【0004】媒体の質量流を制御弁によって制御するた
めの単純な方式は、所定の質量流を実現するために必要
とされる弁揚程を算出する点にある。弁揚程の算出は典
型的には、制御弁で測定された圧力損失(圧力低下)と
弁特性曲線と媒体特性とを基礎とする。その場合最も単
純な例では、図1に示したような(例えば工業用ガスタ
ービンの燃料供給系用の)管路系が生じる。図1の管路
系10では主導管11は1つの分岐点12において(例
えば)3本の分枝導管13,14,15に分岐してい
る。各分枝導管13,14,15内には夫々1つの弁V
1,V2,V3が設けられており、該弁によって、各分
枝導管を通流する質量流が調整(制御)される。前記弁
V1,V2,V3に対して並列に夫々1つの圧力測定装
置PM1,PM2,PM3が配置されていて、各弁にお
ける圧力低下を測定する。
【0005】弁V1,V2,V3の弁揚程をhで表せ
ば、hは弁特性曲線Kvの関数である。すなわち次式
(1)の通りである: (1) h=h(Kv) 可縮性の流動媒体(例えばガスタービン用の燃料ガス)
の場合、亜臨界(sub-critical)流動条件のための量K
vは次の等式(2)で得られる。すなわち: (2) Kv=α(dm/dt)[TM/(pM−Δ
p)]1/2[1/Δp ]1/2 但し式中:αは定数、dm/dtは質量流、pMは分岐
点12における又は主導管11内の圧力、TMは分岐点
12における又は主導管11内の温度、Δpは弁におけ
る圧力低下分である。予め規定された質量流dm/dt
のための量Kvは、測定された量TM,pM及びΔpに基
づいて等式(2)に従って決定される。予め規定された
弁特性曲線Kv(h)から弁揚程を算出することができ
る。非圧縮性の媒体についても、対比可能な決定を行う
ことが可能である。
【0006】弁揚程を算出するために最も重要な量は、
弁V1,V2,V3において測定された圧力低下分であ
る。この測定にエラーが在る場合、これは供給系に許容
不能の由由しい結果を惹起し(かつガスタービンの場合
には緊急運転停止に至らしめ)、或いは(例えば冷却水
系の場合には)保安上のリスクすらも惹起することにな
る。それ故に多くの場合、弁V1,V2,V3における
圧力低下の測定を冗長的に(つまり重複的又は余分に)
実施し、こうして圧力低下分Δpの個々の測定における
エラーが、プラントの連続的な安全操業に不都合な影響
を及ぼすことのないようにすることが所望されている
(有用性の要件=Availability Requirement=AR)。
【0007】冗長性構想の目的は2つある:つまり
(1)測定エラーの発生を認識し、かつ欠陥の在る測定
装置もしくは欠陥の在る測定通路を識別しようとする。
(2)使用「不」能の測定値を、冗長的に検出された測
定値によって代替しようとする。
【0008】その場合2種の基本的なエラー種が考慮さ
れねばならない。すなわち: [1]通報されたエラー(Notified Failure=NF):こ
のエラー種は、送信器又は他のI/O装置からBDQ
(Bad-Data-Quality)信号によって制御系へ通報される
全てのエラーを含む。BDQ信号に基づいて制御系は、
圧力低下分Δpにどのようなエラーが在るかを識る。こ
れは典型的には、測定導線が中断されている場合、或い
はエラーが測定系列内の1構成要素において発生する場
合に生じる。
【0009】[2]測定におけるドリフト:このエラー
種は、測定信号の潜動的劣化を表し、従って伝達された
情報は、もはや圧力低下分の妥当な測定ではない。この
ような測定信号の潜動的劣化は検出できず、従って制御
系に通報されることもない。それ故に、このエラー種を
処理するためには別途の方策が講じられねばならない。
【0010】圧力低下分の冗長的測定は、図2によれば
二重の冗長性をもって実施することができる。二重の冗
長性の場合、既存の圧力測定装置PM1,PM2,PM
3以外に各弁毎にそれぞれ1つの第2圧力測定装置PM
4,PM5,PM6が並列に配置されている。各弁当り
2つの圧力測定装置の内の一方にエラーが在る場合、他
方の圧力測定装置に切換えることが可能である。しかし
ながらこの切換えは、エラーの在る測定をBDQ信号に
よって検出できるような、通報されたエラーの場合に限
り可能である。これに対して測定のドリフトは、二重の
冗長的測定によっては克服することができない。それと
いうのは各弁当りただ2つの独立した圧力測定装置の場
合、両圧力測定装置の何れに障害が在るのか(或いはド
リフトされているのか)決定できないからである。
【0011】このような問題を克服するために、図3に
よれば圧力低下分の冗長的測定を三重の冗長性をもって
実施することが可能である。三重の冗長性の場合、各弁
当り既存の圧力測定装置PM1,PM2,PM3以外に
夫々、1つの第2圧力測定装置PM4,PM5,PM6
と1つの第3圧力測定装置PM7,PM8,PM9が並
列に配置されている。ドリフトによってエラーの生じた
測定を決定するために2 of 3選択原理が適用される。
2 of 3選択原理の場合、3つの内の2つの測定通路が
同一の測定値を供給し、この2つの測定通路がエラー無
く稼働しているのに対して、第3の測定通路には欠陥が
在るものと仮定される。
【0012】図2に示した二重の冗長性の場合も、図3
に示した特に三重の冗長性の場合も共に、著しく多数の
独立した圧力測定装置PM1〜PM6;PM1〜PM9
を使用しなければならず、各分枝導管毎に3つの圧力測
定装置を採用する三重の冗長的測定の場合には特に、著
しい経費が惹起するという欠点が生じる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の管路系を改良して、測定値検出時のエラ
ー許容限度を高めると共に付加経費を比較的僅かにする
ことである。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の構成手段は、少なくとも2本の分枝導管間に
おける圧力測定の冗長性を得るために、流動方向で見て
絞り部の下流側に、各分枝導管間の差圧を測定するため
の第2圧力測定装置が配置されている点にある。前記の
方式で第2圧力測定装置を付加することによって、関わ
り合った両分枝導管の絞り部における圧力低下分を測定
するために2重の冗長性が得られる。3つの第2圧力測
定装置は、全部で3つの圧力(主導管内の圧力と絞り部
の下流側における両分枝導管内の圧力)間の差圧を測定
し、その場合、3つの圧力の各々はそれぞれ2つの圧力
測定装置によって基準値と見做される。それ故にエラー
のない測定の場合には、3つの圧力測定装置の3つの測
定値は一次関係にある。すなわち:測定値の和は(±符
号の選択が正しければ)零に等しくなければならない。
それ故に1本の分枝導管のための各圧力測定値は2種の
異なった形式で(二重冗長式に)すなわち:一方では当
該分枝導管に所属する第1圧力測定装置の直接的な測定
値として求めることができ、また他方では他の2つの圧
力測定装置の測定値の和から求めることができる。従っ
て本発明では、2本の分枝導管のために3つの圧力測定
装置を用いて二重の冗長性を実現することができるのに
対して、図2に示した構成を使用する場合には4つの圧
力測定装置が必要になる。
【0015】全ての分枝導管のために二重の冗長性を実
現しようとする場合には、本発明の第1の有利な実施形
態によれば、各分枝導管と夫々1本の他の分枝導管との
間に、相当する両分枝導管間の差圧を測定するための1
つの第2圧力測定装置が配置されている。こうして分枝
導管がn本の場合には、n−1個の圧力測定装置が必要
になる。
【0016】本発明の原理を用いて三重の冗長性を得よ
うとすれば、本発明による資材節減、ひいては経費削減
がなお一層顕著になる。本発明の第2の有利な実施形態
によれば、各分枝導管と夫々2本の他の分枝導管との間
に、相当する分枝導管間の差圧を測定するための夫々1
つの第2圧力測定装置が配置されている。
【0017】前記管路系を運転するための本発明の方法
は、各対の分枝導管のために、所属の第1圧力測定装置
と、前記分枝導管対の間に配置された第2圧力測定装置
とを、夫々1つの圧力装置群として纏め、しかも前記圧
力測定装置の正しい機能時には、各圧力装置群の圧力測
定値の和が零に等しく、かつ1つの圧力測定装置群内で
第1圧力測定装置の1つが欠落した場合には、これに関
連した圧力測定値を、当該圧力測定値群の他の2つの圧
力測定装置から決定することを特徴としている。
【0018】本発明の運転法の有利な構成手段では、各
第1圧力測定装置(PM1,PM2,PM3)が夫々2
群の圧力測定装置群において代行されており、かつ、両
圧力測定装置群各々の他の2つの圧力測定装置によって
決定された所属の圧力測定値が相互間では一致している
が、第1圧力測定装置から送出された圧力測定値とは一
致していない場合には第1圧力測定装置からの圧力測定
値がエラーとして処理される。
【0019】その他の有利な構成手段は、請求の範囲の
請求項の記載から明らかである。
【0020】
【発明の実施の形態】次に図面に基づいて本発明の実施
例を詳説する。
【0021】図4に示した本発明の有利な実施例による
管路系は、1本の主導管と3本の分枝導管と共に僅か3
つの付加的な圧力測定装置によって3重の冗長性(redu
ndancy)を可能にする。管路系10は、分岐点12で3
本の分枝導管13,14,15に分岐する主導管11か
ら成っている。各分枝導管内には、制御可能な絞り部と
して弁V1,V2及びV3が組込まれている。前記弁V
1,V2,V3における圧力低下分(圧力損失)は先
ず、前記弁に対して並列に配置された第1圧力測定装置
PM1,PM2,PM3によって直接計測される。この
計測のために、図示したように弁の両側で分枝導管を起
点とする管路が圧力測定装置に達することができる。し
かし又、圧力センサを弁の上流側及び下流側で分枝導管
に直接配置して前記圧力センサから信号導線を本来の圧
力測定装置へ導くことも同じく考えることができる。そ
の限りでは図4に示した管路系は、図1に示した管路系
と直接対比することができる。
【0022】図4に示した実施例では、図1とは異なっ
て(また図3とも異なって)3つの第2圧力測定装置P
M10,PM11,PM12が設けられており、各第2
圧力測定装置は弁V1,V2,V3の下流側で分枝導管
間にそれぞれ配置されており、かつ夫々2本の分枝導管
13,14,15間の圧力差を計測する。要するに第1
圧力測定装置PM1,PM2,PM3は、弁V1,V
2,V3における圧力低下分Δp1,Δp2,Δp3を
計測し、また第2圧力測定装置PM10,PM11,P
M12は、分枝導管対13/14,13/15,14/
15間の差圧Δp10,Δp11,Δp12を計測する
訳である。弁V1,V2,V3の上流側圧力は全ての分
枝導管において等しいに違いないので、差圧は一次曲線
的に独立せず、(電気回路網におけるキルヒホッフの第
1と第2の法則に相応して)次の等式を満たさねばなら
ない。すなわち: (3) c1=Δp1+Δp10−Δp2=0 (4) c2=Δp2+Δp12−Δp3=0 (5) c3=Δp3−Δp11−Δp1=0 (6) c4=Δp11−Δp10−Δp12=0 前記の等式は、冗長的な圧力情報を導出することのでき
る条件(拘束条件c1〜c4)を規定する。例えば分枝
導管13内の弁V1における圧力差(圧力低下分)Δp
1は3種の異なった形式で互いに独立して、つまり
(i)圧力測定装置PM1によって直接に、(ii)等
式(3)を介して圧力測定装置PM2及びPM10によ
って間接的に、(iii)等式(5)を介して圧力測定
装置PM3及びPM11によって間接的に、決定するこ
とができる。同等のことは、その他の弁V2及びV3に
おける圧力低下分についても当て嵌まる。
【0023】圧力測定装置と所属の通路が正しく作動し
ている限り、前記の等式(3)〜(6)及びこれに伴う
条件は満たされている。すなわち:c1=c2=c3=
c4=0となる。圧力測定にエラーが生じると即座に、
単数又は複数の拘束条件はc1〜c4≠0となり、その
付随条件も犯されることになる。例えばΔp1の圧力測
定にエラーがあると、c1≠0及びc3≠0が成り立
つ。エラーのある圧力測定が所定の条件を犯すことにな
る種々の事例のために、次の組織的な論理表を作成する
ことができる:
【0024】
【表1】
【0025】各条件ci(i=1,2,3,4)は行列
の列を規定し、かつ各圧力測定Δpj(j=1,2,
3,10,11,12)は前記行列の行を規定する。圧
力測定Δpjにエラーがある場合、条件ciの侵害は、
j番目の行及びi番目の列における行列要素「1」によ
って表示されている。侵害されていない条件は、従って
行列要素「0」によって表示される。上記例におけるよ
うにΔp1の測定にエラーがあると、表に従って条件c
1及びc3が侵害される(行列要素は「1」)。条件c
2及びc4は前記のエラーによって影響を受けていない
(行列要素は「0」)。
【0026】記載した表は逆に、侵害された条件から圧
力測定のエラーを推定することを可能にする。その場
合、測定エラーは、別の圧力測定から関係等式の解によ
って導出することができる。
【0027】例:測定によって条件c2及び条件c3が
満たされていないこと(c2≠0;c3≠0)が明らか
になる。上記表に基づいて、Δp3の圧力測定にエラー
があること(Δp3に関係した行における行列値
「1」)を導出することが可能である。ここでΔp3に
ついてのエラー測定値は、Δp2及びΔp12の測定か
ら等式(4)を介して、或いはΔp1及びΔp11の測
定から等式(5)を介して導出することができる。
【0028】説明した処置態様は、1つの圧力測定だけ
にエラーがある場合に適用することができる。複数(2
つ又はそれ以上)の圧力測定にエラーがある場合は、事
態は異なっている。その場合は上記表の形で編成したよ
うな対応関係はもはや一義的ではない。成る程(条件c
1〜c4の侵害に基づいて)圧力測定にエラーが在るこ
とは確認できるものの、どの圧力測定にエラーが在るの
か一義的に決定することはできない。
【0029】例:条件c1,c2及びc3が侵害されて
いる(c1≠0; c2≠0;c3≠0)場合、Δp1
及びΔp2の測定、又はΔp2及びΔp3の測定、又は
Δp1及びΔp3の測定、又はΔp1,Δp2及びΔp
3の測定にはエラーが在ることがある。2つの測定だけ
にエラーがあり、かつ例えばΔp1及びΔp3について
の測定が相応のBDQ信号によってエラーと識別される
得る場合には、Δp1はΔp10及びΔp2から等式
(3)の解によって、或いはΔp3はΔp2及び12か
ら等式(4)の解によって算定することができる。
【0030】同時に3つの圧力測定にエラーがある場合
には、弁V1,V2及びV3における圧力測定エラー
は、圧力測定Δp1,Δp2及びΔp3の少なくとも1
つにエラーが無い場合に限り復旧(再構成)することが
できる。
【0031】例:Δp1,Δp2及びΔp10の圧力測
定にエラーがある場合、Δp1はΔp3及びΔp11か
ら等式(5)を使用して、またΔp2はΔp3及びΔp
12から等式(4)を使用して算定することができる。
【0032】Δp1,Δp2及びΔp3に同時にエラー
が在る場合だけは、これらの値は別の測定値から算定す
ることができない。それというのは、この場合は等式
(3)〜(6)のシステムが特異(singular)だからで
ある。これは、3本の分枝導管13,14,15相互間
の差圧が、それぞれ単独で見れば、弁V1,V2及びV
3における圧力低下についての如何なる情報も含まない
という(物理的)状況に対応している。
【0033】全体的に見て図4に示した管路系は次の修
正を可能にする。すなわち: (a)ドリフトによって個々の圧力測定にエラーが生じ
る場合、エラーのある圧力測定を検出及び識別し、かつ
正しい測定値を導出すること; (b)2つの任意の測定に同時にエラーが在る場合、エ
ラーの在る圧力測定を検出し、かつ例えばBDQ信号に
よってエラーの在る測定を識別した後に正しい測定値を
導出すること;かつ (c)3つの任意の測定に同時にエラーが在る場合、エ
ラーの在る圧力測定を検出し、かつ例えばBDQ信号に
よってエラーの在る測定を識別した後に正しい測定値を
導出すること;但しこの場合、3つの圧力測定全てに同
時にエラーが在る特殊ケースは排除されている。
【0034】以上論究した3本の分枝導管の例では、図
3に示した管路系の場合と同一の冗長性を実質的に維持
するためには3つの付加的な圧力測定装置PM10,P
M11及びPM12を設ければ充分である。別の分枝導
管が更に加わる場合には、付加的な各分枝導管毎に2つ
の付加的な圧力測定装置が必要になり、付加的な両圧力
測定装置は、付加的な分枝導管と、2本の任意な別の分
枝導管との間に配置される。その場合、図3に示した配
置形式に対比して圧力測定装置の最大限の節減は3本の
分枝導管の場合に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】各絞り部(各弁)毎に1つの圧力測定装置を備
えた従来技術による3本の分枝導管を有する管路系の概
略的な基礎構造図である。
【図2】2重の冗長性を得るために各絞り部(各弁)毎
に2つの圧力測定装置を備えた従来技術による図1に示
した3本の分枝導管を有する管路系の概略図である。
【図3】3重の冗長性を得るために各絞り部(各弁)毎
に3つの圧力測定装置を備えた従来技術による図1に示
した3本の分枝導管を有する管路系の概略図である。
【図4】図1に示した管路系を基礎構造としかつ図3と
は異なって分枝導管間に設けた「少数の」付加的な圧力
測定装置によって3重の冗長性を得る本発明の有利な実
施例の概略図である。
【符号の説明】
10 管路系、 11 主導管、 12 分岐
点、 13,14,15分枝導管、 V1,V2,V3
弁、 PM1,PM2,PM3,PM4,PM5,
PM6,PM7,PM8,PM9 公知の測定装置、
PM10,PM11,PM12 本発明の第2圧力
測定装置

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1つの分岐点(12)で複数の分枝導管
    (13,14,15)へ分岐する主導管(11)と、各
    分枝導管(13,14,15)内に配置されていて各分
    枝導管(13,14,15)内の質量流を調整可能な可
    変の絞り部(V1,V2,V3)と、各絞り部(V1,
    V2,V3)毎に配置されていて該絞り部(V1,V
    2,V3)における流動媒体の圧力低下を測定する第1
    圧力測定装置(PM1,PM2,PM3)とから成る、
    流動媒体を制御分配するための管路系において、少なく
    とも2本の分枝導管(13,14;13,15;14,
    15)間における圧力測定の冗長性を得るために、流動
    方向で見て絞り部(V1,V2;V1,V3;V2,V
    3)の下流側に、各分枝導管(13,14;13,1
    5;14,15)間の差圧を測定するための第2圧力測
    定装置( PM10;PM11;PM12)が配置され
    ていることを特徴とする、流動媒体を制御分配するため
    の管路系。
  2. 【請求項2】 各分枝導管(13,14,15)と夫々
    1本の他の分枝導管(14;13;14)との間に、相
    当する両分枝導管(13,14;14,13;15,1
    4)間の差圧を測定するための1つの第2圧力測定装置
    (PM10;PM12)が配置されている、請求項1記
    載の管路系。
  3. 【請求項3】 各分枝導管(13,14,15)と夫々
    2本の他の分枝導管(14,15;13,15;13,
    14)との間に、相当する分枝導管(13,14,1
    5)間の差圧を測定するための夫々1つの第2圧力測定
    装置(PM10,PM11;PM10,PM12;PM
    11,PM12)が配置されている、請求項2記載の管
    路系。
  4. 【請求項4】 絞り部が弁(V1,V2,V3)として
    構成されている、請求項1から3までのいずれか1項記
    載の管路系。
  5. 【請求項5】 3本の分枝導管(13,14,15)が
    使用される、請求項1から4までのいずれか1項記載の
    管路系。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の管路系の運転法におい
    て、分枝導管(13,14;14,15;13,15)
    の各対のために、所属の第1圧力測定装置(PM1,P
    M2;PM2,PM3;PM1,PM3)と、前記分枝
    導管対の間に配置された第2圧力測定装置(PM10,
    PM12,PM11)とを、夫々1つの圧力装置群とし
    て纏め、しかも前記圧力測定装置の正しい機能時には、
    各圧力装置群の圧力測定値の和が零に等しく、かつ1つ
    の圧力測定装置群内で第1圧力測定装置の1つ(PM1
    又はPM2;PM2又はPM3;PM1又はPM3)が
    欠落した場合には、これに関連した圧力測定値を、当該
    圧力測定値群の他の2つの圧力測定装置から決定するこ
    とを特徴とする、管路系の運転法。
  7. 【請求項7】 各第1圧力測定装置(PM1,PM2,
    PM3)を夫々2群の圧力測定装置群に代行させ、か
    つ、両圧力測定装置群各々の他の2つの圧力測定装置に
    よって決定された所属の圧力測定値が相互間では一致し
    ているが、第1圧力測定装置から送出された圧力測定値
    とは一致していない場合には第1圧力測定装置からの圧
    力測定値をエラーとして処理する、請求項6記載の運転
    法。
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