JPS59109918A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、調節計と流量調節弁によ多流体の流量を設定
値に近づけるように制御する流量制御装置に関するもの
である。

液化ガス気化設備等の負荷変動を伴うプラントの制御系
においては、液やガスの流量ｔ−Ｘ節する流量調節弁が
数多く設けられ、各流量調節弁に対して調節計が設けら
れて各流量調節弁と調節計とによシ流量制御装置が構成
される。このような制御装置を組合せて構成される負荷
変動を伴うプラントの制御系において制御ゲインを一定
とした場合、安定な制御を行なうためには調節計から得
られる弁操作信号と流量調節弁を通して流れる流体の流
量との間の関係を、負荷の全変化範囲に亘って直線的な
関係に保つことが必要である。

従来のこの種の制御装置では、調節計から得られる弁操
作信号をそのまま流量調節弁に与えて該弁操作信号に対
して弁開度を直線的に変化させ、該弁の内弁特性をあら
かじめ弁操作信号と流量が直線的になるように配慮した
設計を行っていた。

しかしながら、一般に流量調節弁を通しそ流れる流体の
流量は弁開度のみにより定まるものではなく、プロセス
の特性やポンプの特性、或いは配管のフリクションロス
等の影響を受けるため、実際に流れる流体が該弁操作信
号に対し、直線的になるようにすることは困難であり、
一般的に両者の関係は非線形になるのが通例である。し
たがって従来の制御装置を用い穴場合には、制御ゲイン
を一定とすると、上記の非線形性によシ安定な制御を行
ない得ない場合があり、特に負荷の変動範囲が広い場合
には制御ゲインを負荷に応じて適時変更する必要があっ
て面倒であった。

本発明の目的は、訓節則から出力される弁操作信号に対
して流量を直線的に変化させるようにして、広範囲の負
荷変動に対し制御ゲインを一定として安定な制御を行な
い得るようにした流量制御装置を提供することにある。

本発明は、制御すべき流体の流量を調節する流量調節弁
と、前記流量調節弁を通して流れる流体の流量の検出信
号と目標値を与える設定信咽負荷指令信号）とを入力と
して弁操作信号を出力する調節計とを備えて、前記弁操
作信号に応じて前記流量調節弁の開度を調節して前記流
量を目標値に近づける流量制御装置において、前記弁操
作信号と前記流量調節弁全通して流れる流体の流量との
間の関係を直線的な関係に保つように前記弁操作信号を
補正して前記流量調節弁の操作部に与える関数発生器を
前記調節計と流量調節弁との間に設けたことを特徴とす
るものである。

以下図面全参照して液化ガスの気化設備の制御系に設け
られる流量制御装置に本発明を適用した実施例を説明す
る。

第１図はプロパンやブタン等の液化ガスを気化する気化
設備のシステムフロー図である。実際の気化設備におい
ては、複数台の気化器が設けられるのが通例であるが、
説明を簡単にするため本実施例では気化器を１台とする
。第１図において１は液化ガスを収納した液化ガスタン
クで、このタンク１内の液は払出ポンプ２を通してサー
モサイフオン式の気化器３に供給されている。気化器３
は蒸発ドラム４と、この蒸発ドラムとの間にサーモサイ
フオン形の循環系を形成するリボイラ（熱交換器）５と
からなり、払出ポンプ２全通して供給される液化ガスは
流量調節弁ＶＬ全全通て蒸発ドラム４に導入されている
。またリボイラ５の熱媒体として温水が用いられ、温水
タンク６から温水ポンプ７全通して供給される温水が流
量調節弁ＶＷを通してリボイラ５に導入されている。リ
ボイラ５から出た温水は温水ヒータ８に戻されて再加熱
される。

蒸発ドラム４の上部から送出されたガスは過熱器９全通
して所定温度に過熱された後流量調節弁ＶＧにより減圧
されて需要元につながるガス供給配管１０に供給されて
いる。過熱器９の熱交換器には温水ポンプ７を通して供
給される温水が流量調節弁Ｖ　ｓ　ｆ介して導入され、
過熱器９から流出した温水は温水ヒータ８に戻されてい
る。

流′を調節弁ＶＬの入口側の管路には流量検出器１１が
設けられ、この検出器から蒸発ドラム４に導入される液
化ガスの流量を示す液化ガス流量検出信号ＦＬが得られ
る。また流量調節弁ＶＷの入口側管路及び流量調節弁Ｖ
Ｇの出口側管路にそれぞれ流量検出器１２及び１３が設
けられ、これらの検出器からそれぞれ温水流量検出信号
ＦＷ及びガス流量検出信号ＦＧが得られる。蒸発ドラム
４には圧力検出器１４及び液面レベル検出器１５が　５
− 設けられ、これらの検出器からそれぞれドラム内圧力検
出信号ＰＤ及び液面レベル検出信号ＬＤが得られる。ま
た過熱器９の出口側のガス配管に温度検出器１６が設け
られ、この検出器からガス温度検出信号Ｔ８Ｇが得られ
る。

タンク１の上部にはボイルオフガス（以下ＢＯＧという
。）を取出す管１７が接続され、この管はＢＯＧ圧縮機
１８に接続されている。圧縮機１８で圧縮されたＢＯＧ
は、ＢＯＧ供給配管１９を通してガス供給配管１０の途
中に供給されている。

ＢＯＧ供給配管１９には流量検出２０が設けられ、この
検出器からはＢＯＧ流量検出信号Ｆ　ＥＯＧが得られる
。

第１図においては、流量調節弁ＶＩＩ、ＶＷ。

ＶＧ及びｖｓがそれぞれ単一の弁からなるように図示さ
れているが、これらの流量調節弁は実際には、第２図に
示したように並列に接続された第１及び第２の調節弁■
１及び■２からなっておシ、各流１ｔｌＪＪ節弁に対し
て調節計が設けられて流量制御装置が構成されている。

各流量調節弁を構成する　６− 第１の調節弁Ｖｌは比較的小流量の範囲を調節する弁で
、例えば第５図に直線イで示したように、弁操作信号が
Ｏから最大値の約６０％まで変化したときに弁開度がＯ
から１００％まで変化する。第２の調節弁Ｖ２は主とし
て大流量の範囲を調節する弁で、例えば第３図に直線口
で示したように弁操作信号が約４０％から１００％まで
変化する間に弁開度が０から１００％まで変化する。即
ちこの例では、弁操作信号が０〜４０％の範囲で変化す
る場合には第１の調節弁■１のみが弁操作信号に応じて
動作するが、第２の調節弁■２は閉状態に保持される。

弁操作信号が４０〜６０％の範囲で変化する場合には、
第１の調節弁ｖＩ及び第２の調節弁■２の双方が弁操作
信号に応じて動作する。

また弁操作信号が６０〜１００チの範囲で変化する場合
には、第１の調節弁Ｖｌは全開状態に保持され、第２の
調節弁ｖ２のみが弁操作信号に応じて動作する。

第１図に示した気化設備において、タンク１内の液化ガ
スはポンプ２によシ気化器３の蒸発ドラム４に導入され
る。蒸発ドラム４に導入された液化ガスはリボイラ５に
より加熱され気化される。

気化したガスは過熱器９全通して過熱された後ガス供給
配管１０全通して火力発電所等のガス需要元に供給され
る。またタンク１内で発生し鱈ＯＧは圧縮機１８で加圧
されてガス供給配管１ｏの途中に供給される。

第４図を参照すると、第１図の気化設備を制御する制御
系の構成例が示してｌ）、第４図においてＰＩは比例積
分器を、ｆ（ｘ）は関数発生器をそれぞれ意味している
。第４図において３ｏはガス供給管１０内の圧力を制御
する単要素制御系を構成する調節計で、この調節計は減
算器３１及び比例積分器３２からなり、減算器３１には
ガス供給管１０内の圧力ＰＭがフィードバックされてい
る。

減算器３１は圧力ｐＭと設定値ＰＭ８との偏差を求めて
これを比例積分器３２に与え、比例積分器３２はガス供
給管内の圧力ｐＭと設定値ｐＭ８との偏差を零にするた
めに必要なガス供給管内のガス流量を指令するガス要求
流量指令信号を出力する１３３は加算器で、この加算器
は調節計３０から得られるガス要求流量指令信号にガス
需要元からの燃料要求流量指令信号ＦＦＤをフィードフ
ォワード信号として加えて気化器３に対する設定流量指
令信号Ｂ’ｓを出力する。この信号Ｆ８は気化器３から
送出するガスの流量を制御するガス流量制御装置５１に
設定値信号として与えられるとともに、気化器３の蒸発
ドラム４内の液面レベルを設定値に保つように蒸発ドラ
ム４内に流入する液化ガスの流量を制御する液流量制御
装置５２と、蒸発ドラム４内の圧力を設定値に保つよう
にリボイラ５に供給する温水の流量を制御する温水流量
制御装置５３とにフィードフォワード信号として与えら
ている。

ガス流量制御装置５１は、設定流量指令信号１ｉ’ｓと
ガス流量検出信号ＦＧとの偏差を算出する減算器５１ａ
と、この偏差を零にするために流量調節弁ＶＣ）の操作
部に与える必要のある弁操作信　９　− 号を出力する比例積分器５１ｂとからなる調節計５１Ａ
を備え、この調節計から得られる弁操作信号ＱＧが関数
発生器５１ｃ１及び５１ｃ２で補正された後流量調節弁
ＶＧの第１及び第２の調節弁ｖ１及び■２の操作部に与
えられている。

液流量制御装置５２は、蒸発ドラム４内の液面レベルの
設定値ＬＤＥ＋と液面レベル検出信号ＬＤとの偏差を算
出する減算器５２ａと、この偏差を零にするために流量
調節弁ｖＴ−全通して流す必要のある液流量を示す液流
量設定信号ＦＩｌＢを出力する比例積分器５２ｂとから
なる調節計５２Ａ’ｅ備えこの調節計５２Ａから得られ
る液流量設定信号ＦＬ８が調節計５２Ｂに入力されてい
る。調節計５２Ｂは液流量設定信号ＦＬ８及びフィード
フォワード信号（設定流量指令信号）Ｆ８の和と液化ガ
ス流量検出信号Ｆｌｌとの偏差を算出する加減算器５２
ｃと、この偏差を零にするために流量調節弁ＶＬの操作
部に与える必要のある弁操作信号ＱＬを出力する比例積
分器５２ｄとからなシ、弁操作信号ＱＬは関数発生器５
２ｅ　１及び５２ｅｌによシ補正さ１０− れた後流量調節弁ＶＩ、の第１の調節弁ｖ１及び第・２
の調節弁Ｖ２の操作部に与えられている。

温水流量制御装置５３は、蒸発ドラム４内の圧力の設定
値ＰＤ８とドラム内圧力検出信号ｐＩ）との偏差を算出
する減算器５３ａ及びこの偏差を零にするために流量調
節弁ＶＷを通して流す必要のある温水流量の設定信号Ｆ
ＷＥＩを出力する比例積分器５３ｂからなる調節計５３
Ａを備え、この調節計５３Ａから得られる温水流量設定
信号Ｆｗｓは加減算器５３ｃと積分器５３ｄとからなる
調節計５３Ｂに入力されている。加減算器５３ｃは前記
設定流量指令信号ｐＢを関数発生器５３ｅに通して得た
フィードフォワード信号ＦＷｆと上記温水流量設定信号
ＦＷ８と温水流量検出信号ＦＷとを入力としてフィード
フォワード信号ＦＷｆ及び温水流量設定信号ＦＷ８の和
と温水流量検出信号ＦＷとの偏差を算出し、比例積分器
５３ｄはこの偏差を零にするために流量調節弁ＶＷの操
作部に与える必要のある弁操作信号ＱＷ金出出力る。こ
の弁操作信号Ｑｗは関数発生器５３ｆ１及び５３ｆ２に
よシ補正され念後流量調節弁ＶＷの第１及び第２の調節
弁Ｖ１及び■に与えられている。

気化器３に対しては更に過熱器９の出口のガス温度を設
定値に保つように過熱器９に供給される温水の流量を制
御する温水流量制御装置５４が設けられている。この制
御装置は、減算器５４ａ及び比例積分器５４ｂからなる
調節計５４Ａを備え、減算器５４ａにはガス温度検出信
号Ｔ８Ｇとガス温度の設定値ＴＳＧＥＩ　とが入力され
ている。比例積分器５４ｂはガス温度検出信号と設定値
との偏差を零にするために流量調節弁Ｖｌｌ＋の操作部
に与える必要のある弁操作信号ＱＢを出力し、この弁操
作信号Ｑｓは関数発生器５４ｃ２により補正された後流
量調節弁ＶＳの第１及び第２の調節弁Ｖ＋及びＶｔの操
作部に入力されている。

上記の実施例において流量制御装置５１乃至５４のそれ
ぞれの制御ゲインを一定として安定な制御を行なわせる
ためには、流量調節弁ＶＧ。

ＶＬ、ＶＷ及び■８を通して流れる流体の流量とそれぞ
れの弁操作信号との間の関係を、弁操作信号の全変化範
囲に亘って直線的な関係に保つことが必要である。そこ
で本発明においては、弁操作信号を出力する調節計５１
Ａ、５２Ｂ、５３Ｂ及ヒ５４　Ａ　（！：　流量調節弁
ＶＧ　、ｖＬ、ｖｗ及びＶＳとの間にそれぞれ関数発生
器（５１ｃｔ　、　５１ｃｚ　）　＋（５２ｅｔ　＋　
５２ｅり　、　（５３ｆｌ　、　５３ｆ２　）及び（５
４Ｈ。

５４ｃ＊）’！ｒ設け、これらの関数発生器によ如、そ
れぞれの流量調節弁を通して流れる流体の流量と弁操作
信号との間の関係を直線的な関係に保つように各弁操作
信号を補正する。各弁操作信号を補正する関数は、関数
発生器を設けない場合の弁操作信号と各流量調節弁を流
れる流体の流量との間の関係を実測することによシ容易
に求めることができる。例えば液流量調節弁ＶＬに対し
て補正用の関数発生器５２ｅ１及び５２ｅ＊ｅ設けない
場合、この流量調節弁ＶＬを構成する第１及び第２の調
節弁ｖ１及びｖ２の弁開度の弁操作信号ＱＬに対する特
性はそれぞれ第５図（Ｂ）の直線ａ及びｂに示す通シで
ある。即ち第１の調節弁Ｖｌの弁開度は弁操作信号ＱＴ
−が０から６０％まで変化する間に０〜１３− １００チまで直線的に変化する。また第２の調節弁Ｖ１
の弁開度は弁操作信号ＱＬが約３７％から１００％まで
変化する間に０から１００％まで直線的に変化する。こ
のとき流量調節弁ＶＬを通して流れる液流量と弁操作信
号ＱＬとの関係は第５図（ト）の曲線イに示す通りで、
両者の関係は非線形になる。この場合は、弁操作信号Ｑ
Ｌと第１の調節弁ｖ１の弁開度との間に第５図（Ｂ）の
曲線ａ′の関係をもたせるような関数ｆ＋（ＱＬ）　’
ｅ関数発生器５２ｅ１から発生させ、また弁操作信号Ｑ
Ｌと第２の調節弁Ｖ！の弁開度との間に第５図（Ｂ）の
曲線ｂ′の関係をもたせるような関数ｆｚ（ＱＬ）　’
に関数発生器５２ｅ！から発生させることによシ、弁操
作信号ＱＬと流量調節弁ｖＬを流れる液流量との関係を
第５図（ロ）に直線口で示すような関係に保つことがで
きた。

第６図（５）、（Ｂ）は、温水の流量調節弁ＶＷについ
ての第５図囚、■）と同様の線図で、この流量調節弁ｙ
ｗの場合、関数発生器５３ｆｔ及び５３ｆ！を設けない
ときの弁操作信号Ｑｗと第１の調節弁■１及び第２の調
節弁Ｖｌの弁開度との間の関係は第６図（Ｂ）１４− の直線ａ、ｂに示す通シであった。この場合弁操作信号
Ｑｗと流ＭＥ節弁ＶＷを流れる温水の流量との間の関係
は第６図（Ａ）の曲線イに示すように非線形であった。

そこで関数発生器５３ｆ１から、弁操作信号Ｑｗと第１
の調節弁ｖ１の弁開度との間に第゛６図（Ｂ）の曲線ａ
′の関係をもたせるような関数ｆｌ（ＱＷ）ｋ発生させ
、関数発生器５３ｆ２から弁操作信号Ｑｗと第２の調節
弁Ｖ！の弁開度との間に第６図の）の直線ｂ′の関係を
もたせるような関数ｆ２（ＱＷ）ｆｆｉ発生させたとこ
ろ、弁操作信号Ｑｗと温水流量との間の関係を第６図（
５）に直線口で示したような直線的な関数に保つことが
できた。他の流量調節弁ＶＧ及びｖ８についても同様に
補正用の関数を求めることができる。

尚上記の実施例ではすべての流量調節弁を２個の調節弁
により構成しているが、流量の調節範囲が狭い流量調節
弁は単一の調節弁によ多構成することができるのは勿論
である。

以上のように、本発明によれば、調節計と流量調節弁と
の間に関数発生器を設けて、弁操作信号と流量調節弁を
通して流れる流体の流量との間の関係を直線的な関係に
保つように該弁操作信号を補正するようにしたので、制
御ゲインが一定であっても広範囲な負荷変化領域で安定
な制御を行なわせることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流量制御装置を用いるプラントの一例
として１台の気化器を備えた液化ガスの気化設備の構成
を示すシステムフロー図、第２図は流量調節弁の構成例
を示す構成図、第３図は弁操作信号に対する流量調節弁
の動作の一例を示す線図、第４図は第１図の気化設備を
制御する制御系の構成例を示す制御ロジック図、第５図
（４）は、第１図の液流量調節弁ＶＬの弁操作信号と液
流量との関係を示す線図、第５図（Ｂ）は同液流量調節
弁の弁開度の弁操作信号に対する特性を示す線図、第６
図（４）は第１図の温水流量調節弁ＶＷの弁操作信号と
液流量との関係を示す線図、第６図（Ｉ３）は同流量調
節弁の弁開度の弁操作信号に対する特性を示す線図であ
る。 ＶＧ　、ＶＬ　Ｉ　ＶＷ　、Ｖ８・・・流量調節弁、Ｖ
ｔ　−・・第１の調節弁、ｖ２・・・第２の調節弁、５
１〜５４・・・流量制御装置、５１ａ　、５２ａ　、５
３ａ　、５４ａ・・・減算器、５１ｂ　、５２ｂ　、５
３ｂ　、５４ｂ・・・比例積分器、５１Ａ、５２Ａ、５
３Ａ、５４Ａ・・・調節計、５２　ｃ　、　５３　ｃ　
・ｒ加減算器、５２ｄ、５３ｄ・・・比例積分器、５２
Ｂ、５３Ｂ・・・調節計、５１ｃ１＋５１ｃ＊＋　５２
ｅｔ＋　５２ｅｚ＋　５３ｆｔ＋　５３ｈ＋　５４ｅｓ
＋　５４ｃ１　＋＋関数発生器。 １７− ４１ホ鐸（作イ言号　ＱＬ（％〕→ 弁煉イ乍信号ＱＬ（％〕→ ｑ棟住信！ｌ２Ｗ（り 弁項作イτ号Ｑｗ（％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御すべき流体の流量を調節する流量調節弁と、前記流
   量調節弁を通して流れる流体の流量の検出信号と目標値
   を与える設定信号とを入力として弁操作信号を出力する
   調節計とを備え、前記弁操作信号に応じて前記流量調節
   弁の開度を調節して前記流量を設定値に保つ流量制御装
   置において、前記弁操作信号と前記流量調節弁を通して
   流れる流体の流量との間の関係を直線的な関係に保つよ
   うに前記弁操作信号を補正して前記流量調節弁の操作部
   に与える関数発生器を前記調節計と流量調節弁との間に
   設けたことを特徴とする流量制御装置口