JPS6053767B2 - 流動接触分解装置用膨張タ−ビンの停止時の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は流動接触分解装置用膨張タービンの運転制御
方法に係り、特に膨張タービン停止時の制御方法に関す
る。

〔発明の背景〕

石油分解プラントの流動接触分解装置においては、再
生塔からの廃ガス（再生ガス）を作動流体として膨張タ
ービンに導いて動力を回収する方法が行われている。

すなわち前記再生塔には石油分解に供した触媒及び圧縮
空気が供給され、触媒上の炭素を燃焼させている。その
燃焼ガスは再生塔からの廃ガスとなり、この廃ガスを膨
張タービンに作動流体として導いて動力の回収を行つて
いる。前記廃ガスには硬い触媒粒子が混入し、亜硫酸ガ
ス、塩素等も微量に含まれているため、膨張タービンの
摩耗、腐食が発生しやすく膨張タービンを停止する必要
が生じる可能性がある。ところが膨張タービンを停止さ
せると、再生塔出口廃ガス流量変動、回収動力量変動等
により再生塔内の圧力が変動して流動接触分解装置の運
転が維持できなくなる恐れがある。このため、従来は膨
張タービンの出力を徐々に低下させて補助動力に切り替
えるか、または流動接触分解装置の運転を停止させる方
法が採用されていた。

しかし、前者の方法では、膨張タービンの停止に長時間
を要するため運転員の労力が増大したり、緊急停止が不
可能であるという欠点があり、後者の方法ては流動接触
分解装置を停止しなければならない、等の欠点がある。

ところが、再生塔内の圧力を一定に保持するには、膨張
タービン側の流量とバイパス流量との和を常一定にすれ
ば良いということが明らかにされている。このことは、
米国特許第３７７７４８６号明細書及び同第３８５５７
８８号明細書においても開示されている。しかし、前記
の両特許は、いずれも定常運転時の制御方法に関したも
のであり、これを膨張タービンの停止制御に適用するこ
とは不可能である。

なぜなら、前記公知技術においては、再生塔の出口の圧
力を見て、タービン側流量とバイパス側流量の分流比を
変えるものであるため、制御系としては、クローズドル
ープを形成しており、外乱に対して、きわめてゆつくり
とした補正しか行えない。若し、この制御系において、
制御ゲインを大きくとると、ハンチングを起し、安定な
制御が行えなくなるからである。したがつて、膨張ター
ビンを停止する場合にもきわめて長い時間をかけて、徐
々にタービンの入口弁を閉じるという制御しか行えなく
、停止のための過渡運転状態が長くなる欠点があつた。

この対策として、膨張タービン側とバイパス側とに各々
流量制御系を設けて、流量設定値を変化させる方法が考
えられるが、この方法では流量制御系の増設の他に、流
量計の圧力損失により膨張タービンの出力が低下する欠
点がある。〔発明の目的〕 本発明の目的は、従来技術の諸欠点を解消し、短時間で
膨張タービンを停止させることができるとともに、再生
塔圧力の変動を所定値内に抑えることができる流動接触
分解装置用膨張タービンの停止方法を提供するにある。

・〔発明の概要〕この目的を達成するために、本発明は
膨張タービンを停止させる際に、膨張タービンの入口弁
の開度変化による廃ガス供給系の流動特性を高開度領域
と低開度領域との２つの直線特性で近似させ、入口弁を
全開から閉じ方向に低開度領域の直線特性に移る開度ま
で閉じたとき、前記バイパス弁を開かせ始め、入口弁及
びバイパス弁の開度を直線的変化させ、前記入口弁の全
閉時点と前記バイパス弁の開き動作完了時点とをほぼ一
致させるフイードフオワード制御を行うことを特徴とす
る〔発明の実施例〕以下、本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。

第１図は本発明方法を実施するための流動接触分解装置
の系統図を示している。

図において、１は蒸気タービン、２は蒸気タービン１に
直結された空気圧縮機、３はクラッチ４を介して蒸気タ
ービン１に連結された膨張タービン、５は再生塔、６は
再生塔５からの廃ガス中に含まれた微粒子を除去する集
塵器、７は蒸気タービン１の蒸気供給系統で、該系統７
には流量調節用蒸気弁（以下単に蒸気弁と称す）８が設
けられている。９は圧縮空気を再生塔５に導く圧縮空気
系統、１０は再生塔５で発生した廃ガスを作動流体とし
て膨張タービン３へ導く廃ガス供給系統で、該系統１０
には前記集塵器６及び流量調節用入口弁（以下単に入口
弁と称す）１１が、その順序に設けられている。

１２は廃ガス系統１０の集塵器６入口側から分岐して膨
張タービン３を側路するバイパス系統で、該系統１２に
は流量調節用バイパス弁（以下単にバイパス弁と称す）
１３が設けられている。

またバイパス系統１２は膨張タービン３の廃ガス出口系
統１４に接触されている。いま蒸気タービン１に蒸気が
供給されて該蒸気タービン１が回転すると、これに直結
した空気圧縮機２が回転し、圧縮空気系統９を介して圧
縮空気が再生塔５に供給される。

この圧縮空気の供給量は蒸気弁８にて蒸気タービン１へ
の供給蒸気量を加減することにより行われる。すなわち
流量制．御器１５にて圧縮空気供給系統９の空気流量を
検知し、その流量信号Ｓ１を入力すると共に、該信号Ｓ
１に応じた出力信号Ｓ２をガバナ２０に与える。そして
前記ガバナ２０からは前記出力信号Ｓ２に応じた信号Ｓ
３が出力されて前記蒸気弁８は信号Ｓ３により弁開度が
調節される。前記再生塔５で発生した廃ガスは、廃ガス
供給系統１０とバイパス系統１２とに分流する。廃ガス
供給系統１０へ導かれた廃ガスは集塵器６で微粒子が除
去された後、入口弁１１を介して膨張タービン３に供給
され、ここで仕事（膨張タービン３を回転させる）をす
る。一方バイパス系統１２へ導かれた廃ガスはバイパス
弁１３で流量制御された後、前記膨張タービン３で仕事
をした廃ガスと合流して廃ガス出口系統１４へ導かれる
。通常運転時には、膨張タービン３の出力を増大させる
ように入口弁１１は全開で運転される。また再生塔５の
圧力は、バイパス弁１３にて廃ガスのバイパス流量を加
減することにより行われる。即ち圧力制御器１７にて再
生塔５の圧力を検知し、その圧力信号Ｓ４を入力すると
共に、該信号Ｓ４に応じた出力信号Ｓ５をバイパス弁１
３に与える。このバイパス弁１３は前記信号Ｓ５により
弁開度が調節される。１８は弁開閉制御器で、該制御器
１８は、膨張タービン３を停止させるに際して膨張ター
ビン３の回転数を回転計１９の信号Ｓ６により監視しな
がら前記回転数を所定値に保ちながら、流量制御器１５
及び圧力制御器１７には弁開き信号Ｓ７，Ｓ８を夫々出
力するとともに、入口弁１１を制御する流量制御器１６
には弁閉じ信号Ｓ９を出力するようになつている。

すなわち前記弁開閉制御器１８から信号Ｓ７，Ｓ８，Ｓ
９が出力されると、制御器１６では入口弁１１を閉じて
膨張タービン３への廃ガス供給を停止させる制御を行い
、制御器１７ではバイパス弁１３を全開側に開いて廃ガ
スのバイパス量を増加させる制御を行う。また制御器１
５では蒸気弁８を全開側に開いて蒸気タービン１の出力
を増加させ、膨張タービン３の出力低下を補正させる制
御を行う。本発明は前記入口弁１１と、バイパス弁１３
とを動作させるタイミングを選んで膨張タービン３を停
止させるようにしたものである。

すなわち入口弁１１を閉じ方向に操作し、入口弁がある
開度に達した時点でバイパス弁１３を開かせ、更に入口
弁１１が全開になる時点と前記バイパス弁の開き動作完
了時点とをほぼ一致させるフイードフオワード制御を行
うものである。次に各弁のタイミング動作について第２
図を参照して説明する。

第２図は弁開度と各系統の廃ガス流量との関係を示した
もので、ＣｇＯは廃ガス供給系統の流量と入口弁１１の
開度との開係を示す特性、Ｃｂはバイパス系統の流量と
バイパス弁１３の開度との関係を示す特性である。前記
特性Ｃｂから明らかなように、バイパス系統流量特性は
バイパス弁１３の弁開度とバイパス系統の廃ガス流量と
がほぼ比例してるのに対し、廃ガス供給系統流量特性Ｃ
ｇ）は入口弁１２の弁開度の低い領域で流量の変化率が
大きく、高い領域で変化率が小さくなる特性をもつてい
る。これは通常運転時に膨張タービン出力を大きくする
目的で入口弁１１を略全開とし、再生塔圧力を膨張ター
ビン３に印加させているためである。

このため、入口弁１１の全開付近では廃ガス供給系統の
ガス流量は膨張タービンの特性で定まる値となり、入口
弁１１が全開から閉じ始めても流量はほとんど変化しな
い。そして弁開度が小になると入口弁１１の抵抗が増し
て廃ガス流量は急激にｊ減少し、全閉近傍での変化率が
大きくなる。そのため、入口弁１１が閉じ方向の動作と
、バイパス弁１３の開き方向の動作とを連動して、同一
タイミングで行なうと、入口弁１１が全開から閉じ始め
たところでは、廃ガス供給系統の流量７は、ほとんど減
少しないのに対し、バイパス弁１３が開き始めるとバイ
パス系統の流量は急激に増えるため、バイパス系統と廃
ガス供給系統との総合廃ガス流量が所定値以上となり、
再生塔圧力が低下してしまうという問題がある。そこで
、本発明方法では、入口弁１１の開度変化による廃ガス
供給系統の流量特！ｆ！ＦＣｇ）を高開度領域の特牲邊
ｇ１と低開度領域の特性Ｃｇ２との２つの直線特性で近
似させ、バイパス弁１３の開度変化によるバイパス系統
流量を前記近似特性に合わせるようにしている。

例えば、膨張タービン３の入口弁１１が閉になる場合、
該入口弁１１の高開度領域ではＣｇｌで近似させてバイ
パス弁１３及び蒸気弁８への制御を行わず、入口弁１１
が低開度領域のとき特性Ｃｇ２で近似させて、バイパス
弁１３に制御信号を与えるようにする。即ち入口弁１１
が閉じ始め、弁開度Ｖｇｌに達する時間だけ遅らせてバ
イパス弁１３に制御信号を与える。次に本発明方法によ
り膨張タービン３を停止させた場合の特性について、第
３図及び第４図を参照して説明する。

第３図に示す特性は解析により求めたもので、ケースＩ
，■，■の３つのケースについて求めている。ケースＩ
：膨張タービン３の入口弁１１を閉にし、制御器１８か
らバイパス弁１３へは制御信号を与えない。

ケース■：入口弁１１を閉にし、バイパス弁１３への制
御信号Ｓ８を入口弁１１の閉動作と同一タイミングでバ
イパス弁１３を開くように与えた。

ケース■：本発明による制御方法で、入口弁１８を閉に
しバイパス弁１３及び蒸気弁８の制御信号を入口弁１８
の弁開度が高開度領域から低開度領域に移行する時点Ｔ
１に達したとき開き信号を与え入口弁１１の全閉時点Ｔ
２と前記バイパス弁１３及び蒸気弁８の開き動作の完了
時点を一致させた。

第４図は再生塔入口空気流量と再生塔圧力とを前記の３
ケースについて比較したものである。

この図において、破線Ｃｆｌ及びＣＰｌはケースＩにお
−ける特性、一点鎖線Ｃｆ２及びＣＰ２はケニス■にお
ける特性、実線Ｃｆ３及びＣＰ３はケース■における特
性を示し、また２点鎖線Ｆｈ及びＰｈ，ＰＩは流量制限
値及び再生塔圧力上限値、圧力下限値を示している。こ
の図かられかるように、ケースＩではバイパス弁１３は
、再生塔５の圧力が上昇し、圧力信号Ｓ４によつて開き
始めるためバイパス流量の増加が遅れ、再生塔圧力はＣ
Ｐｌのように上昇して圧力上限値Ｐｈを越えてしまう。

ケースＩにおいて、入口弁１１の閉じ速度が非常にゆつ
くりしているなら、ＣＰｌの上昇は小さく抑えられる。
またケース■では第２図に示した各系統の流量特性の相
違によりバイパス系統の廓ガス流量が増加して、再生塔
圧力はＣＰ２のように低下し、圧力下限値Ｈを越える。
再生塔圧力の低下に伴い再生塔への空気流入量がＣｆ２
のように一時的に増加して、流量制御値Ｆｈを越える。
ケース■では時点Ｔ１まではケースＩと同一の特性とな
るが、時点Ｔ１〜Ｔ２間で制御が行われ、再生塔入口空
気流量はＣｆ３、再生゛塔圧力Ｃｐ，となる。このケー
ス■では、バイパス弁１３と蒸気弁８をともに入口弁１
１よりＴ１だけ遅らせて開き始めるように制御している
が、バイパス弁１３のみをＴ１だけ遅らせても再生塔の
圧力変動を許容値に抑えることができる。即ち本発明の
停止方法においては、流量及び圧力がいずれも制御値内
に制御される。尚、前記実施例においては、膨張タービ
ン３の入口弁１１を閉じ始めてから、先行制御信号を与
えるタイミングを時間で与えた例を示したが、第２図に
示す如く入口弁１１の開度Ｖｇｌで与えても同一の作用
、効果を達成てきる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば次のような効果が
得られる。

（１）流量制御系を付設することなく短時間で膨張ター
ビンを停止させても、再生塔内圧力を許容範囲内に抑え
ることができる。

（２）膨張タービンの停止の際に流動接触分解装置を停
止する必要がないので稼動率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための流動接触分解装置
の系統図、第２図は本発明方法の原理を説明するための
流量特性図、第３図及び第４図は本発明の効果を説明す
るための特性図である。 １・・・・・・蒸気タービン、２・・・・・・空気圧縮
機、３・・・・・・膨張タービン、４・・・・・・クラ
ッチ、５・・・・・・再生塔、８・・・・・・流量調節
用蒸気弁、１１・・・・・・流量調節用入口弁、１３・
・・・・・流量調節用バイパス弁、１５，１６，１７・
・・・・・制御器、１８・・・・・・弁開閉制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 空気圧縮機、空気圧縮機を駆動する駆動機、前記空
   気圧縮機からの空気を使用して廃ガスを発生する再生塔
   、廃ガスより動力を回収する膨張タービン、膨張タービ
   ンと前記空気圧縮機を結合するクラッチ、再生塔と前記
   膨調タービンとを連通する廃ガス供給系統に設けた入口
   弁、前記膨張タービンをバイパスするバイパス系統に設
   けたバイパス弁、前記入口弁及びバイパス弁の開度を制
   御する制御器とを有し、通常運転時には、前記入口弁を
   ほぼ全開として前記再生塔圧力を前記膨張タービンに印
   加する流動接触分解装置において、前記入口弁の開度変
   化による廃ガス供給系の流量特性を高開度領域と低開度
   領域との２つの直線特性で近似させ、前記膨張タービン
   を停止させる際に、前記入口弁を全開から閉じ方向に前
   記低開度領域の開度まで閉じたとき前記バイパス弁を開
   かせ始め、前記入口弁及びバイパス弁の開度を直線的に
   変化させ前記入口弁の全閉時点と前記バイパス弁の開き
   動作の完了時点とほぼ一致さるフイードフオワード制御
   を行うことを特徴とする流動接触分解装置用膨張タービ
   ンの停止時の制御方法。