KR20190028303A - 압력 기반 서브시스템을 갖는 컴프레서에 대한 제어 시스템, 합성 플랜트 및 제어 방법 - Google Patents

압력 기반 서브시스템을 갖는 컴프레서에 대한 제어 시스템, 합성 플랜트 및 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190028303A
KR20190028303A KR1020180103654A KR20180103654A KR20190028303A KR 20190028303 A KR20190028303 A KR 20190028303A KR 1020180103654 A KR1020180103654 A KR 1020180103654A KR 20180103654 A KR20180103654 A KR 20180103654A KR 20190028303 A KR20190028303 A KR 20190028303A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
control
signal
compressor
performance
control signal
Prior art date
Application number
KR1020180103654A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102575942B1 (ko
Inventor
미르코 칼로시
안나마리아 시그노리니
마우라 파스쿼티
파스콸레 지안루카 모스카텔리
마르코 리젤리
마르코 페렐라
Original Assignee
누보 피그노네 테크놀로지 에스알엘
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 누보 피그노네 테크놀로지 에스알엘 filed Critical 누보 피그노네 테크놀로지 에스알엘
Publication of KR20190028303A publication Critical patent/KR20190028303A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102575942B1 publication Critical patent/KR102575942B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/004—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by varying driving speed
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/041—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a variable is automatically adjusted to optimise the performance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/08—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by varying the rotational speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/08—Adaptations for driving, or combinations with, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/28—Safety arrangements; Monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid-driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0261—Surge control by varying driving speed
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P.I., P.I.D.
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2066—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using controlling means acting on the pressure source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301—Pressure
    • F05D2270/3011—Inlet pressure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)

Abstract

제어 시스템(200)은, 회전식 엔진에 의해 구동되는 회전식 컴프레서에 대해 배열되고, 제 1 제어 서브시스템(210), 제 2 제어 서브시스템(220) 및 선택기(230)를 포함하며, 제 1 제어 서브시스템(210)은 컴프레서의 성능(21) 및 속도(23)의 함수로서 제 1 제어 신호(26)를 제공하도록 배열되고, 제 2 제어 서브시스템(220)은 컴프레서의 성능(22)의 함수로서 제 2 제어 신호(27)를 제공하도록 배열되며, 선택기(230)는 엔진의 전력 제어 입력부에 제공될 제 3 제어 신호(24)로서 제 1 제어 신호(26) 또는 제 2 제어 신호(27)를 선택하도록 배열된다.

Description

압력 기반 서브시스템을 갖는 컴프레서에 대한 제어 시스템, 합성 플랜트 및 제어 방법{CONTROL SYSTEM FOR A COMPRESSOR WITH PRESSURE-BASED SUBSYSTEM, SYNTHESIS PLANT AND CONTROL METHOD}
본원에서 개시되는 발명내용의 실시예들은 회전식(rotary) 엔진에 의해 구동되는 회적식 컴프레서에 대한 제어 시스템들, 합성 플랜트(synthesis plant)들 및 제어 방법들에 대응한다.
엔진에 의해 구동되는 컴프레서를 포함하는 트레인(train)들은 특히 “오일 및 가스” 분야에서 매우 보편적이다.
첨부된 도 1에 도시된 시스템(100)과 같은, 그러한 트레인들에 대한 일반적인 제어 시스템은 컴프레서의 (검출된) 흡입 압력(suction pressure, 101)에 기반하여 부하 요구(load demand, 103)를 결정하고[블록(102)], 이어서 이전에 결정된 부하 요구(103)에 기반하여 속도 세트포인트(105)를 결정하고[블록(104)], 최종적으로 컴프레서의 (검출된) 회전 속도(107) 및 이전에 결정된 속도 세트포인트(105)에 기반하여 제어 신호(108)를 결정하며[블록(106)], 이와 같이 결정된 제어 신호(108)가 엔진의 제어 입력부에 제공된다. 이 유형의 제어 시스템은, 예를 들어 미국 특허 n° 3,979,655에 개시된다.
그러한 일반적인 제어 시스템은, 컴프레서의 상류(upstream) 또는 하류(downstream)에 있는 유닛들로부터 오는 교란(disturbances)의 영향, 또는 컴프레서 속도에 대한 그리고/또는 제어되는 성능 변수들에 대한 컴프레서와 전술한 유닛들 간의 상호작용의 영향이 일정하면 잘 작동하고, 이는, 예를 들어 컴프레서의 유입구(inlet)에서의 가스 혼합물의 조성(composition)이 절대적으로 일정하거나 또는, 적어도 매우 일정하게 유지되면 적용된다.
위에서 언급된 트레인들은, 예를 들어 암모니아의 생산을 위한 합성 플랜트에서 사용된다. 암모니아를 생산하기 위한 공지된 프로세스의 예시는, 다음의 “KBR 프로세스”에서 지칭될 KBR로부터 허가될 수 있는 것이 일례이다.
합성 플랜트에서, 예를 들어, 컴프레서에 의해 프로세싱될 (수소 및/또는 질소 및/또는 일산화탄소를 종종 포함하는) 가스 혼합물을 준비하도록 배열되는 유닛들이 컴프레서의 상류에 있다. 플랜트가 가스 혼합물의 조성을 일정하게 유지하도록 설계되지만, 이들 유닛들 중 하나 이상이 어떤 동작 조건들에서 조성에 악영향을 줄 수 있다. 예를 들어, “KBR 프로세스”를 구현하는 암모니아 플랜트에서, 가스 혼합물의 조성에서의 변화들을 유발할 수 있는 (2개의 컴프레서들을 포함하는) 컴프레서 시스템의 상류에 [응축 개질기(condensation reformer)를 포함하는] 소위 “정화 장치(purifier)”가 있다.
그러한 합성 플랜트들에서, 가스 혼합물의 조성에서의 (실질적) 변화 및 컴프레서의 회전 속도에 있어서의 결과적인 (실질적) 변화로 인해, 일반적인 제어 시스템은 교란을 제거하기 위해 반대 방향으로 제어 액션을 구현한다. 이 이유로, 제어 시스템은, 업셋(upset)을 증폭시켜 불안정한 상태에 도달하는 것을 회피하기 위해, “자동 모드” 또는 “자동 제어”로부터 “수동 모드” 또는 “수동 제어”로 스위칭되어야 하고, 얼마 후 제어 시스템은 “자동 모드” 또는 “자동 제어”로 다시 스위칭된다. 이는, 제어 시스템이 반자동인 것을 의미한다.
컴프레서의 유입구에서의 가스 혼합물의 조성에서의 변화들을 보상하기 위해 컴프레서의 회전 속도를 조정하는 전자동 제어 시스템을 갖는 것이 바람직할 것이다.
본원에서 개시되는 발명내용의 제 1 실시예는 회전식 엔진에 의해 구동되는 회전식 컴프레서에 대한 제어 시스템에 관한 것이다.
그러한 제 1 실시예에 따르면, 회전식 엔진에 의해 구동되는 회전식 컴프레서에 대한 제어 시스템은, 제 1 제어 서브시스템, 제 2 제어 서브시스템, 및 선택기를 포함하고, 제 1 제어 서브시스템은,
전술한 회전식 컴프레서의 성능을 나타내는 제 1 측정 신호를 수신하도록 배열되는 성능 입력부, 전술한 회전식 컴프레서 또는 전술한 회전식 엔진의 회전 속도를 나타내는 제 2 측정 신호를 수신하도록 배열되는 속도 입력부, 및 제 1 측정 신호 및 제 2 측정 신호의 함수로서 제 1 제어 신호를 제공하도록 배열되는 제 1 제어 출력부를 포함하고, 제 2 제어 서브시스템은, 전술한 회전식 컴프레서의 성능을 나타내는 제 3 측정 신호를 수신하도록 배열되는 성능 입력부, 및 전술한 제 3 측정 신호의 함수로서 제 2 제어 신호를 제공하도록 배열되는 제 2 제어 출력부를 포함하고, 선택기는, 전술한 제 1 제어 출력부에 전기적으로 연결되는 제 1 입력부, 전술한 제 2 제어 출력부에 전기적으로 연결되는 제 2 입력부, 및 전술한 회전식 엔진의 전력 제어 입력부에 제 3 제어 신호를 제공하도록 배열되는 제 3 제어 출력부를 포함하며, 전술한 선택기는, 전술한 제 1 제어 신호 또는 전술한 제 2 제어 신호를 전술한 제 3 제어 출력부에 제공될 전술한 제 3 제어 신호로서 선택하도록 배열된다.
본원에서 개시되는 발명내용의 제 2 실시예는 합성 플랜트에 관한 것이다.
그러한 제 2 실시예에 따르면, 합성 플랜트는 유입구 - 전술한 유입구는 가스 혼합물을 수용하도록 배열됨 - 및 유출구(outlet)를 포함하는 회전식 컴프레서, 전술한 회전식 컴프레서를 구동하는 회전식 엔진; 및 전술한 바와 같이 설정되는 제어 시스템을 포함한다.
본원에서 개시되는 발명내용의 제 3 실시예는 회전식 엔진에 의해 구동되는 회전식 컴프레서를 제어하는 방법에 관한 것이다.
그러한 제 3 실시예에 따르면, 방법은, 전술한 회전식 컴프레서의 파라미터 - 전술한 파라미터는 전술한 회전식 컴프레서의 성능을 나타냄 - 를 측정하는 단계, 전술한 회전식 컴프레서 또는 전술한 회전식 엔진의 회전 속도를 측정하는 단계, 전술한 파라미터 및 전술한 회전 속도의 함수로서 제 1 제어 신호를 생성하는 단계, 전술한 제 1 제어 신호와 전술한 제 2 제어 신호 사이에서 선택함으로써 제 3 제어 신호를 생성하는 단계, 및 전술한 제 3 제어 신호를 전술한 회전식 엔진의 제어 입력 단자들에 제공하는 단계를 포함한다.
본원에 통합되며 본 명세서의 필수 부분을 구성하는 첨부된 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 이 실시예들을 설명한다. 도면들에서,
도 1은 종래 기술에 따른 제어 시스템의 블록도를 도시하고,
도 2는 제어 시스템의 몇몇 실시예들에 적용가능한 일반적인 블록도를 도시하고,
도 3은 합성 플랜트의 몇몇 실시예들에 적용가능한 일반적인 블록도를 도시하고,
도 4는 제어 시스템의 제 1 실시예들의 상세한 블록도를 도시하고,
도 5는 제어 시스템의 제 2 실시예들의 상세한 블록도를 도시하며,
도 6은 제어 방법의 실시예의 흐름도를 도시한다.
예시적인 실시예들의 다음의 설명은 첨부된 도면들을 참조한다.
다음의 설명은 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 대신, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 규정된다.
"일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 본 명세서 전반에 걸친 참조는, 실시예와 연관하여 설명되는 특정 피처, 구조물, 또는 특징이, 개시되는 발명내용의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 위치들에서의 문구들 "일 실시예에서” 또는 “실시예에서”의 등장은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 피처들, 구조물들, 또는 특징들은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
이하에서, 본원에서 개시되는 발명내용의 실시예들은, “제어 이론”의 분야에서 통상적인 관행이듯이 블록들에 들어가고 블록들을 빠져나오는 라인들에 의해 연결되는 블록들로 이루어진 블록도들을 통해 설명될 것이다.
그러한 블록도들이 하드웨어의 일부 및 소프트웨어의 일부의 다양한 가능한 조합들을 통해 많은 상이한 방식들로 구현될 수 있다는 점에 유념해야 한다.
따라서, 명세서(즉, 설명, 청구범위 및 요약) 및 도면들 전반에 걸쳐, “블록”은 하드웨어의 일부 또는 (하드웨어의 일부 상에서 실행되는) 소프트웨어의 일부를 지칭할 수 있고, “입력부” 또는 “출력부”는 전기 단자들 또는 (예를 들어, PLC에 대해 내부에 있을 수 있는) 컴퓨터 메모리 내에 저장되는 데이터의 일부를 지칭할 수 있고, 표현 “신호를 수신한다”는 “전기 신호를 전기 단자들로 흐르게 한다” 또는 “메모리로부터 데이터의 일부를 판독한다”를 의미할 수 있고, 표현 “출력을 제공한다”는 “전기 신호를 전기 단자들 외부로 흐르게 한다” 또는 “메모리에 데이터의 일부를 기록한다”를 의미할 수 있으며, (예를 들어, 블록들로 참조될 때) 표현 “전기적으로 연결된다”는, 블록의 전기 단자들과 다른 블록의 전기 단자들 간에 전기 와이어들을 갖는 것, 또는 메모리에 데이터의 일부를 기록하는 블록 및 동일한 메모리로부터 데이터의 동일한 일부를 판독하는 다른 블록을 갖는 것에 대응할 수 있다.
일반적인 구현예에 따르면, 예를 들어 단일 PLC(Programmable Logic Controller) 및 하나 이상의 소프트웨어의 일부를 통해 새롭고 독창적인 전자동 제어 시스템이 구현될 수 있고, 이 경우, 특히 블록은 소프트웨어의 일부, 즉 소프트웨어 프로그램 또는 소프트웨어 서브루틴에 대응할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 4, 및 도 5는 컴프레서의 유입구에서의 가스 혼합물의 조성에서의 변화들과 같은(이에 제한되는 것은 아님) 교란에 응답하여 컴프레서의 회전 속도를 조정하는 새롭고 독창적인 전자동 제어 시스템의 실시예들을 예시한다. 가스 혼합물은 수소 및/또는 질소 및/또는 일산화탄소를 종종 포함하는 소위 “합성 가스”를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 회전식 컴프레서 및 엔진을 포함하는 제어되는 트레인과 함께 가스 혼합물로부터 암모니아를 합성하기 위해 플랜트 내에서 사용될 수 있다. 회전식 컴프레서는 엔진에 의해 구동될 수 있다.
새로운 전자동 제어 시스템은 하나가 아닌 적어도 2개의 제어 서브시스템들을 포함한다는 점에서 종래의 제어 시스템들과 상이하다. 제 1 제어 서브시스템은, 바람직하게 컴프레서의 성능 파라미터, 특히 엔진 또는 컴프레서의 흡입 압력, 및 회전 속도에만 기반하여 제어를 수행한다. 제 2 제어 서브시스템은, 바람직하게 컴프레서의 성능 파라미터, 특히 흡입 압력에만 기반하여 제어를 수행한다. 제 2 제어 서브시스템은, 예를 들어 컴프레서의 흡입 압력이 매우 높을 때(즉, 설계로부터 예측된 것보다 훨씬 높을 때) 그리고/또는 컴프레서의 흡입 압력이 매우 빠르게 변화할 때(즉, 설계로부터 예측된 것보다 훨씬 빠를 때) 사용되고, 이는, 예를 들어 컴프레서의 유입구에서의 가스 혼합물의 조성이 예측된 조성을 벗어난다는 것을 의미하며, 그렇지 않으면 제 1 제어 서브시스템이 사용된다. 따라서, 사람 개입이 필수적이지 않다.
도 2를 참조하면, 회전식 엔진에 의해 구동되는 회전식 컴프레서를 제어하기 위한 새로운 제어 시스템(200)이 배열된다.
제어 시스템(200)은, 제 1 제어 서브시스템(210), 제 2 제어 서브시스템(220) 및 선택기(230)를 포함할 수 있다.
제어 서브시스템이 하드웨어의 일부 및 소프트웨어의 일부의 다양한 가능한 조합들을 통해 많은 상이한 방식들로 구현될 수 있다는 점에 유념해야 한다. 예를 들어 제어 시스템이 단일 PLC를 통해 구현되면, 제어 서브시스템들 각각 또는 제어 서브시스템들 중 임의의 제어 서브시스템은 소위 “소프트웨어 모듈”, 즉 PLC 상에서 실행되는, 특수 목적을 위해 함께 동작하는 한 세트의 소프트웨어 프로그램들 또는 소프트웨어 서브루틴들을 통해 구현될 수 있다.
제어 서브시스템(200)은 제 1 입력부(201), 제 2 입력부(202), 제 3 입력부(203) 및 출력부(204)를 갖는다.
제 1 제어 서브시스템(210)은, 회전식 컴프레서의 성능을 나타내는 제 1 측정 신호(21)를 수신하도록 배열되는 성능 입력부(211), 회전식 컴프레서 또는 회전식 엔진의 회전 속도(보통 2개의 회전 속도들이 동일하거나 고정 비율에 있음)를 나타내는 제 2 측정 신호(23)를 수신하도록 배열되는 속도 입력부(213), 및 신호(21) 및 신호(23)의 함수로서 제 1 제어 신호(26)를 제공하도록 배열되는 제 1 제어 출력부(212)를 포함한다. 일반적으로, 제 1 측정 신호(21)는 회전식 컴프레서의 흡입 압력를 나타내고, 대안적으로, 제 1 측정 신호(21)는 예를 들어 컴프레서의 배출(discharge) 압력 또는 컴프레서에 의해 프로세싱된 순(net) 가스(질량 또는 체적) 유량(flow rate)과 같은 컴프레서의 다른 성능 변수를 나타낸다. 일반적으로, 제어 신호(26)는 전력 제어 신호, 특히 (엔진에 의해 생성되는 전력과 속도 사이의 직접 관계가 있는 경우) 속도 제어 신호이다. 일반적으로, 제 1 제어 신호(26)는 신호들(21 및 23)만의(그러나 또한 다른 파라미터들 및 상수들의) 함수이다.
제 2 제어 서브시스템(220)은, 회전식 컴프레서의 성능을 나타내는 제 3 측정 신호(22)를 수신하도록 배열되는 성능 입력부(221), 및 신호(22)의 함수로서 제 2 제어 신호(27)를 제공하도록 배열되는 제 2 제어 출력부(222)를 포함한다. 일반적으로, 제 1 측정 신호(22)는 회전식 컴프레서의 흡입 압력를 나타내고, 대안적으로, 제 1 측정 신호(22)는 예를 들어 컴프레서의 배출 압력 또는 컴프레서에 의해 프로세싱된 순 가스(질량 또는 체적) 유량과 같은 컴프레서의 다른 성능 변수를 나타낸다. 일반적으로, 제어 신호(27)는 전력 제어 신호, 특히 (엔진에 의해 생성되는 전력과 속도 사이의 직접 관계가 있는 경우) 속도 제어 신호이다. 일반적으로, 제 2 제어 신호(27)는 신호(22)만의(그러나 또한 다른 파라미터들 및 상수들의) 함수이다.
이하에서, 컴프레서의 흡입 압력은 이전의 일반성을 제한하지 않고 컴프레서의 성능 변수로 고려될 것이다.
도 2의 실시예에서, 신호(21) 및 신호(22)는 회전식 컴프레서의 흡입 압력을 나타내는 동일한 신호(20)에 대응한다.
선택기(230)는, 제 2 제어 출력부(212)에 전기적으로 연결되는 제 1 입력부(231), 제 2 제어 입력부(222)에 전기적으로 연결되는 제 2 입력부(232), 및 회전식 엔진의 제어 입력부에 제 3 제어 신호(24)를 제공하도록 배열되는 제 3 제어 출력부(234)를 포함한다.
일반적으로, 제어 신호(24)는 전력 제어 신호, 특히 (엔진에 의해 생성되는 전력과 속도 사이의 직접 관계가 있는 경우) 속도 제어 신호이다. 예를 들어, 엔진이 증기 터빈이면, 제어 신호(24)는 증기 밸브의 개방 정도를 나타내는 신호일 수 있고, 더 구체적으로 개방 정도는 이 밸브의 개방 퍼센티지이다.
선택기(230)는 제어 신호(26) 또는 제어 신호(27)를 제어 출력부(234)에 제공될 제어 신호(24)로서 선택하도록 배열된다.
입력부(211)는 제어 시스템(200)의 입력부(201)에 전기적으로 연결되고, 입력부(221)는 제어 시스템(200)의 입력부(202)에 전기적으로 연결되고, 입력부(213)는 제어 시스템(200)의 입력부(203)에 전기적으로 연결되며, 출력부(234)는 제어 시스템(200)의 출력부(204)에 전기적으로 연결된다.
선택기(230)는, 하나 이상의 미리결정된 선택 기준들(criteria), 예를 들어 적어도 다음의 기준들 중 하나 이상에 따라 (제 1 제어 서브시스템으로부터 오는 입력 신호 대신에) 제 2 제어 서브시스템으로부터 오는 입력 신호의 선택을 실행할 수 있다:
A) 흡입 압력 측정 신호(21)와 흡입 압력 세트포인트 간의 차이의 절대값이 제 1 임계값을 초과함,
B) 흡입 압력 측정 신호(21)와 흡입 압력 세트포인트 간의 차이의 미분(derivative)의 절대값이 제 2 임계값을 초과함.
기준(A)은 컴프레서의 흡입 압력이 매우 높다는 것을 의미한다.
기준(B)은 컴프레서의 흡입 압력이 매우 빠르게 변화한다는 것을 의미한다.
선택기(230)가 (제 2 제어 서브시스템으로부터 오는 입력 신호 대신에) 제 1 제어 서브시스템으로부터 오는 입력 신호를 선택하게 하는 추가적인 선택 기준들은, 예를 들어 적어도 다음의 기준들 중 하나 이상일 수 있다:
C) 엔진 및/또는 컴프레서의 회전 속도가 하한보다 낮음,
D) 엔진 및/또는 컴프레서의 회전 속도가 상한보다 높음,
E) 제 1 제어 서브시스템이 서지 방지(anti-surge) 제어에 기여함.
바람직하게, 하한 및/또는 상한이 미리결정된 값이 아니라는 점에 유념해야 한다. 예를 들어, 전류 회전 속도가 주어지면, 하한은 1% 또는 3% 또는 10%의 감산된 퍼센티지를 갖는 전류 속도일 수 있고, 상한은 1% 또는 3% 또는 10%의 가산된 퍼센티지를 갖는 전류 속도일 수 있고, 감산된 퍼센티지 및 가산된 퍼센티지는 서로 간에 상이할 수 있으며, 감산된 퍼센티지 및/또는 가산된 퍼센티지는 예를 들어 전류 속도에 의존할 수 있다.
제 2 제어 서브시스템(220)은 흡입 압력 신호(22)에만(그리고 또한 다른 파라미터들 및 상수들에) 기반하여 제어 신호(27)를 결정하도록 배열되는 PID 제어기를 포함하거나 PID 제어기에 대응할 수 있고, 바람직하게는 P항 및 I항만이 사용되며, 이 경우 제어기는 PI 제어기로 규정될 수 있다.
도 4의 실시예, 즉 제어 시스템(400)이 이제 고려될 것이다.
제어 시스템(400)은, 제 1 제어 서브시스템, 제 2 제어 서브시스템 및 선택기를 포함한다. 제 1 제어 서브시스템은 블록들(405, 412, 414, 416 및 418)에 대응한다. 제 2 제어 서브시스템은 블록들(405 및 422)에 대응한다. 선택기는 선택기(430)에 대응한다. 블록(405)은 제 1 제어 서브시스템과 제 2 제어 서브시스템 간에 공유된다.
도 4의 실시예의 제 2 제어 서브시스템은 흡입 압력 에러 신호(43)에 기반하여 제 2 제어 신호(48-2)를 결정하도록 배열되는 PID 제어기(422)를 포함하고, 바람직하게는 P항 및 I항만 사용되며, 이 경우 제어기(422)는 PI 제어기로 규정될 수 있다.
도 4의 실시예의 제 2 제어 서브시스템은, 예를 들어 감산기(405)를 통해 흡입 압력 세트포인트(41)와 흡입 압력 측정 신호(42) 간의 차이로서 흡입 압력 에러 신호(43)를 계산하도록 배열된다.
도 4의 실시예의 제 1 제어 서브시스템은, 예를 들어 감산기(405)를 통해 흡입 압력 세트포인트(41)와 흡입 압력 측정 신호(42) 간의 차이로서 흡입 압력 에러 신호(43)를, 그리고 예를 들어 감산기(416)를 통해 회전 속도 세트포인트(45)와 회전 속도 측정 신호(46) 간의 차이로서 회전 속도 에러 신호(47)를 계산하도록 배열된다.
도 4의 실시예의 제 1 제어 서브시스템은 흡입 압력 에러 신호(43)에 기반하여 부하 요구(44)를 결정하도록 배열되는 부하 제어기(412)를 포함하고, 제어기(412)는 바람직하게 PID 제어기이다.
도 4의 실시예의 제 1 제어 서브시스템은 부하 요구(44)에 기반하여 회전 속도 세트포인트(45)를 결정하도록 배열되는 컨버터(414)를 포함한다.
컨버터(414)는, 특히 분할(split) 컨버터이고 회전 속도 세트포인트(45) 및 서지 방지 제어 신호(93)를 대안적으로 제공하도록 배열된다. 컨버터(414)는 컴프레서 동작 상태, 더 구체적으로 컴프레서 엔벨로프 맵(envelop map)(예를 들어, 압력 비율 대 흡입 체적 유량) 상의 컴프레서 동작 포인트에 의존하여 하나의 또는 다른 신호를 선택하여 제공할 수 있다.
도 4의 실시예의 제 1 제어 서브시스템은 속도 에러 신호(47)에 기반하여 제 1 제어 신호(48-1)를 결정하도록 배열되는 속도 조속기(governor, 418)를 포함하고, 조속기(418)는 바람직하게 PID 제어기이다. 일반적으로, 조속기(418)는 엔진 및/또는 컴프레서의 최대 허용가능 회전 속도 및/또는 최소 허용가능 회전 속도를 인지한다.
선택기(430)는 회전식 엔진의 전력 제어 입력부에 제 3 제어 신호(49)를 제공하기 위해, 제 1 제어 입력(48-1) 및 제 2 제어 입력(48-2)을 수신하도록 배열된다. 선택기(430)는 하나 이상의 미리결정된 선택 기준들, 예를 들어 선택기(230)와 연관하여 이전에 언급된 기준들(A, B, C, D 및 E) 중 하나 이상에 따라 입력 신호들의 선택을 실행할 수 있다.
도 4의 실시예(400) 및 이후에 설명될 도 5의 실시예(500) 둘 다는 서지 방지 제어 서브시스템을 포함한다.
서지 방지 제어 서브시스템은 제어기(902) 및 선택기(904)를 포함한다.
제어기(902)는 한 세트의 파라미터들(91)에 기반하여 서지 방지 제어 신호(92)를 결정하고, 이 한 세트의 파라미터들(91)은 특히 컴프레서의 유입구에서의 압력 및 온도, 컴프레서의 유출구에서의 압력 및 온도, 및 컴프레서에 의해 프로세싱된 체적 유량을 포함한다. 그러한 제어기는 공지된 방식으로 서지 방지 제어 신호를 결정할 수 있다.
선택기(904)는, 서지 방지 제어 신호(92) 및 다른 서지 방지 제어 신호(93)를 수신하고, 컴프레서의 서지 방지 밸브에 제공될 서지 방지 제어 신호(94)로서 서지 방지 제어 신호(92) 및 다른 서지 방지 제어 신호(93) 중 하나를 선택하도록 배열되며, 제어 신호(94)는 서지 방지 밸브의 개방 정도, 더 구체적으로 밸브의 개방 퍼센티지를 나타내는 신호일 수 있다. 선택기(904)는, 예를 들어 더 높은 값을 갖는 서지 방지 제어 신호를 선택할 수 있다.
도 4의 실시예에서, 분할 컨버터(414)에 의해 서지 방지 제어 신호(93)가 제공된다.
도 5의 실시예에서, 분할 컨버터(514)에 의해 서지 방지 제어 신호(93)가 제공된다.
도 5의 실시예(500)는, 감산기(516)가 회전 속도 세트포인트(55)와 보정된 신호(56C) 간의 차이로서 속도 에러 신호(57)를 결정한다는 점에서만 도 4의 실시예(400)와 상이하고, 도 4와 도 5 간의 유사점은 명백하며 유사한 참조 번호들은 실시예들의 유사한/동일한 컴포넌트들과 연관된다.
보정된 신호(56C)는, 제어 시스템(500)에 의해 제어되고 있는 회전식 컴프레서 또는 회전식 엔진의 회전 속도를 나타내는 속도 측정 신호(56)를 보정하는 것으로부터 유도된다.
신호(56C)의 결정은 보정기(517)에 의해 실행된다.
공지된 바와 같이, 컴프레서의 “보정된 속도”는, 컴프레서에 의해 프로세싱된 실제 가스 흐름에서의 컴프레서 성능 맵으로부터 계산된 압력 비율이 컴프레서의 의해 전달된 실제 압력 비율과 동일한 속도이다.
“보정된 속도”는, 컴프레서의 유입구에서의 가스 혼합물의 실제 상태가 컴프레서의 유입구에서의 가스 혼합물의 설계 상태와 동일하면 실제 속도(즉, 측정된 속도)와 동일하다.
보정기(517)는 측정된 속도(56) 및 한 세트의 파라미터들(91)에 기반하여 보정된 속도(56C)를 결정하고, 이 한 세트의 파라미터들(91)은 특히 컴프레서의 유입구에서의 압력 및 온도, 컴프레서의 유출구에서의 압력 및 온도, 및 컴프레서에 의해 프로세싱된 체적 유량을 포함한다.
도 5의 실시예에서, 동일한 한 세트의 파라미터들이 블록(902) 및 블록(517)에의 입력이라는 점에 유념해야 한다.
컴프레서에 대한 보정된 속도(56C)는 바람직하게 다음과 같이 계산된다.
보정된 회전 속도는 다음의 식
Figure pat00001
으로부터 유도되고,
여기서
Figure pat00002
는 컴프레서의 유출구 섹션에서의 컴프레서의 임펠러(impeller)의 보정된 주변(peripheral) 속도이고,
Figure pat00003
는 임펠러의 기하학적 파라미터(외경)이다.
보정된 주변 속도는 다음의 식
Figure pat00004
으로부터 유도되고,
여기서
Figure pat00005
는 폴리트로프 헤드(polytropic head)이고
Figure pat00006
는 무차원(dimensionless) 폴리트로프 헤드이다.
폴리트로프 헤드는 다음의 식으로부터 유도되고:
Figure pat00007
여기서
Figure pat00008
는 무차원 체적 흐름
Figure pat00009
및 마하수(mach number)
Figure pat00010
의 함수로서 컴프레서 맵에 주어진 컴프레서의 폴리트로프 효율이고,
Figure pat00011
은 컴프레서의 실제 압력 비율, 즉 컴프레서의 유출구에서의 가스 압력과 컴프레서의 유입구에서의 가스 압력 간의 비율이고
Figure pat00012
,
Figure pat00013
는 컴프레서의 유입구에서의 가스의 일정 압력에서의 특정 열용량(heat capacity)과 컴프레서의 유입구에서의 가스의 일정 체적에서의 특정 열용량 간의 비율이고
Figure pat00014
,
Figure pat00015
는 컴프레서의 유입구에서의 가스의 압축 인자이고,
Figure pat00016
은 컴프레서에 의해 프로세싱된 가스의 특정 상수이며,
Figure pat00017
는 컴프레서의 유입구에서의 가스의 온도이다.
무차원 체적 흐름은 다음의 식
Figure pat00018
으로부터 유도되고,
여기서
Figure pat00019
은 컴프레서에 의해 프로세싱된 가스의 질량 흐름이고,
Figure pat00020
는 컴프레서의 유입구 상태들에서의 가스의 밀도이고,
Figure pat00021
는 가스 흐름 면적이고,
Figure pat00022
는 컴프레서의 유출구 섹션에서의 컴프레서의 임펠러의 주변 속도이며(즉,
Figure pat00023
여기서
Figure pat00024
는 컴프레서의 실제 회전 속도)
Figure pat00025
은 컴프레서의 임펠러의 기하학적 파라미터[임펠러 군(family) 직경]이다 무차원 체적 흐름의 위의 식이 컴프레서에 의해 프로세싱된 가스의 체적 흐름
Figure pat00026
의 컴포넌트들을 포함한다는 점에 유념해야 한다.
마하수는 다음의 식
Figure pat00027
으로부터 유도되고,
여기서
Figure pat00028
는
Figure pat00029
로서 계산되는 음속이다.
무차원 폴리트로프 헤드는 다음의 식
Figure pat00030
으로부터 유도된다.
특정 가스 상수는 다음의 식
Figure pat00031
으로부터 유도되고,
여기서
Figure pat00032
는 가스 상수(
Figure pat00033
)이고
Figure pat00034
는 컴프레서에 의해 프로세싱된 가스의 분자량이다.
컴프레서에 의해 프로세싱된 가스의 분자량은 다음의 식을 통해 컴프레서 성능 맵들로부터 추정될 수 있다:
Figure pat00035
도 3은 향상된 합성 플랜트, 특히 향상된 암모니아 합성 플랜트의 몇몇 실시예들에 적용가능한 일반적인 블록도를 도시한다.
플랜트(1000)는 회전식 컴프레서(350), 회전식 컴프레서(350)를 구동하는 회전식 엔진(360), 및 제어 시스템(300)을 포함한다.
제어 시스템(300)은, 예를 들어 도 2에 도시된 것과 같은 제 1 제어 서브시스템 및 제 2 제어 서브시스템을 포함하는 유형이다.
도 3의 실시예에서, 회전식 엔진(360)의 축(361)은 회전식 컴프레서(350)의 축(351)에 기계적으로 직접 연결된다.
컴프레서(350)는 압축되지 않은 가스 혼합물 흐름(38)을 수용하기 위한 유입구(352) 및 압축되지 않은 가스 혼합물 흐름(39)을 제공하기 위한 유출구(353)를 갖는다.
제어 시스템(300)은 흡입 압력 측정 신호(31)를 수신하기 위한 제 1 입력부(301), 회전 속도 측정 신호(32)를 수신하기 위한 제 2 입력부(302), 및 전력 제어 신호(34)를 제공하기 위한 출력부(304)를 갖는다.
출력부(304)는 엔진(360)의 전력 제어 입력부인 입력부(362)에 전기적으로 연결되고, 일반적으로 전력을 변화시킴으로써, 또한 회전 속도가 변화하며, 따라서 엔진(360)은 가변 속도 회전 엔진이다.
압축되지 않은 가스 혼합물 흐름(38)을 모니터링하도록 위치되고 구성되며 입력부(301)에 전기적으로 연결되는 압력 센서(381)가 있다.
축(351)을 모니터링하도록 위치되고 구성되며 입력부(302)에 전기적으로 연결되는 회전 속도 센서(382)가 있다.
엔진(360)은 바람직하게 증기 터빈이며, 대안적으로, 엔진(360)은 예를 들어 가스 터빈 또는 전기 모터와 같은 (가변 속도) 모터일 수 있다. 증기 터빈의 사용은, 합성 플랜트에서 열이 생성되고 증기 터빈이 이 생성된 열 중 일부를 유용한 목적, 즉 컴프레서를 회전시키기 위해 재순환시키는 것을 가능하게 하므로 바람직하다.
합성 플랜트(1000)는 하나 이상의 추가 컴프레서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 컴프레서들이 직렬로 유체 연결될 수 있고, 동일한 제어 신호를 통해 또는 동일한 측정 신호들을 통해 동일한 제어 시스템(300)에 의해 제어될 수 있다.
컴프레서(350)의 상류에 유닛(370), 예를 들어 개질기(특히 응축 개질기)가 있다. 도 3의 실시예에서, 유닛(370)의 유출구(371)는 컴프레서(350)의 유입구(352)에 유체 및 직접 연결된다.
유닛(370)의 존재로 인해, 가스 혼합물(38)이 종종 조성이 변화할 수 있다는 점에 유념해야 한다. 이는 유닛(370)이 응축 개질기인 경우 특히 그러하다.
합성 플랜트(1000)는 바람직하게 암모니아를 생산하기 위한 플랜트이다. 합성 플랜트(1000)가 KBR 암모니아 프로세스를 수행하도록 허가되었으면, 일반적으로, 응축 개질기를 포함하는 정화 장치가 합성 가스 컴프레서 장치 상류에 위치된다. 정화 장치가 출력 가스 혼합물의 조성을 일정하게 유지하도록 구성될 것이지만, 이는 합성 플랜트(1000)가 본원에서 설명되고, 도시되며 청구된 새로운 2개의 서브시스템 제어 시스템의 실시예를 포함하도록 구축되거나 업그레이드되지 않는 한, 어느 정도만 가능하며 플랜트의 임의의 동작 조건에 대해 항상 가능하지는 않다.
소위 “합성가스(syngas)”의 압축은, 예를 들어 암모니아, 메탄올 등을 합성하기 위해 몇몇 합성 프로세스들에서 사용될 수 있다는 점에 유념해야 한다.
도 6은, 예를 들어 도 3 내의 증기 터빈(360)과 같은 회전식 엔진에 의해 구동되는 예를 들어 도 3 내의 컴프레서(350)와 같은 회전식 컴프레서를 제어하는 방법의 실시예의 흐름도(600)를 도시한다.
블록(601)은 제어 프로세스의 시작에 대응한다.
블록(608)은 제어 프로세스의 종료에 대응한다.
블록(602 내지 607)에 대응하는 활동들은 주기적으로 반복된다.
블록(602)은 회전식 컴프레서의 성능을 나타내는 회전식 컴프레서의 파라미터를 측정하는 것에 대응하며, 예를 들어 도 3의 실시예에서, 센서(381)가 컴프레서(350)의 흡입 압력을 측정한다.
블록(603)은 회전식 컴프레서 또는 회전식 엔진의 회전 속도를 측정하는 것에 대응하며, 예를 들어 도 3의 실시예에서, 센서(382)가 증기 터빈(360)의 축(361) 및 컴프레서(350)의 축(351) 둘 다인 단일 축의 회전 속도를 측정한다.
블록(604)은 성능 파라미터 및 회전 속도의 함수로서 제 1 제어 신호를 생성하는 것에 대응하며, 예를 들어 도 3의 실시예에서, 이 활동은 내부적으로 제어 시스템(300)에 의해 실행된다(예를 들어, 도 2를 보라).
블록(605)은 성능 파라미터의 함수로서 제 2 제어 신호를 생성하는 것에 대응하며, 예를 들어 도 3의 실시예에서, 이 활동은 내부적으로 제어 시스템(300)에 의해 실행된다(예를 들어, 도 2를 보라).
블록(606)은 제 1 제어 신호와 제 2 제어 신호 사이에서 선택함으로써 제 3 제어 신호를 생성하는 것에 대응하며, 예를 들어 도 3의 실시예에서, 이 활동은 내부적으로 제어 시스템(300)에 의해 실행된다(예를 들어, 도 2를 보라).
블록(607)은 회전식 엔진의 제어 입력 단자들에 제 3 제어 신호를 제공하는 것에 대응하며, 예를 들어 도 3의 실시예에서, 이 활동은 제어 시스템(300)의 출력 단자들(304)을 증기 터빈(360)의 제어 단자들(362)에 전기적으로 연결하는 것에 대응한다.
이전에 설명된 바와 같이, 제 2 제어 신호는 적어도 다음의 기준들 중 하나 이상에 기반하여 선택될 수 있다:
- 전술한 제 1 측정 신호와 성능 세트포인트 간의 차이의 절대값이 제 1 임계값을 초과함,
- 전술한 제 1 측정 신호와 성능 세트포인트 간의 차이의 미분의 절대값이 제 2 임계값을 초과함,
신규하고 독창적인 제어 방법의 다른 바람직한 기능들은, 신규하고 독창적인 제어 시스템의 바람직한 컴포넌트들에 대응한다.

Claims (16)

  1. 회전식(rotary) 엔진에 의해 구동되는 회전식 컴프레서에 대한 제어 시스템(200)에 있어서,
    A) 제 1 제어 서브시스템(210)으로서,
    - 상기 회전식 컴프레서의 성능을 나타내는 제 1 측정 신호(21)를 수신하도록 배열되는 성능 입력부(211),
    - 상기 회전식 컴프레서 또는 상기 회전식 엔진의 회전 속도를 나타내는 제 2 측정 신호(23)를 수신하도록 배열되는 속도 입력부(213), 및
    - 상기 제 1 측정 신호(21) 및 상기 제 2 측정 신호(23)의 함수로서 제 1 제어 신호(26)를 제공하도록 배열되는 제 1 제어 출력부(212)를 포함하는, 상기 제 1 제어 서브시스템(210);
    B) 제 2 제어 서브시스템(220)으로서,
    - 상기 회전식 컴프레서의 성능을 나타내는 제 3 측정 신호(22)를 수신하도록 배열되는 성능 입력부(221), 및
    - 상기 제 3 측정 신호(22)의 함수로서 제 2 제어 신호(27)를 제공하도록 배열되는 제 2 제어 출력부(222)를 포함하는, 상기 제 2 제어 서브시스템(220);
    C) 선택기(230)로서,
    - 상기 제 1 제어 출력부(212)에 전기적으로 연결되는 제 1 입력부(231),
    - 상기 제 2 제어 출력부(222)에 전기적으로 연결되는 제 2 입력부(232), 및
    - 상기 회전식 엔진의 전력 제어 입력부에 제 3 제어 신호(24)를 제공하도록 배열되는 제 3 제어 출력부(234)를 포함하는, 상기 선택기(230)를 포함하고,
    상기 선택기(230)는, 상기 제 1 제어 신호(26) 또는 상기 제 2 제어 신호(27)를 상기 제 3 제어 출력부(234)에 제공될 상기 제 3 제어 신호(24)로서 선택하도록 배열되는 것인, 회전식 컴프레서에 대한 제어 시스템(200).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 선택기(230)는, 적어도 다음의 기준들 중 하나 이상에 기반하여 상기 제 2 제어 신호(27)를 선택하도록 배열되는 것인, 제어 시스템(200).
    A) 상기 제 1 측정 신호(21)와 성능 세트포인트 간의 차이의 절대값이 제 1 임계값을 초과함,
    B) 상기 제 1 측정 신호(21)와 성능 세트포인트 간의 차이의 미분(derivative)의 절대값이 제 2 임계값을 초과함.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 제어 서브시스템은 PID 제어기(422, 522)를 포함하고, 바람직하게 P항 및 I항만이 사용되는 것인, 제어 시스템(400, 500).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 제어 서브시스템은, 성능 세트포인트(41, 51)와 상기 제 3 측정 신호(42, 52) 간의 차이로서 성능 에러 신호(43, 53)를 계산하도록 배열되는 것인, 제어 시스템(400, 500).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제어 서브시스템은, 성능 세트포인트(41)와 상기 제 1 측정 신호(42) 간의 차이로서 성능 에러 신호(43)를, 그리고 속도 세트포인트(45)와 상기 제 2 측정 신호(46) 간의 차이로서 속도 에러 신호(47)를 계산하도록 배열되는 것인, 제어 시스템(400).
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제어 서브시스템은, 성능 세트포인트(51)와 상기 제 1 측정 신호(52) 간의 차이로서 성능 에러 신호(53)를, 그리고 속도 세트포인트(55)와 보정된 신호(56C) 간의 차이로서 속도 에러 신호(57)를 계산하도록 배열되고, 상기 보정된 신호(56C)는 상기 제 2 측정 신호(56)를 보정하는 것으로부터 유도되는 것인, 제어 시스템(500).
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 제어 서브시스템은, 상기 성능 에러 신호(43, 53)에 기반하여 부하 요구(load demand, 44, 54)를 결정하도록 배열되는 부하 제어기(412, 512)를 포함하는 것인, 제어 시스템(400, 500).
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 제어 서브시스템은, 상기 부하 요구(44, 54)에 기반하여 속도 세트포인트(45, 55)를 결정하도록 배열되는 컨버터(414, 514)를 포함하는 것인, 제어 시스템(400, 500).
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 컨버터(414, 514)는 분할(split) 컨버터이고, 대안적으로 속도 세트포인트(45, 55) 및 서지 방지(anti-surge) 제어 신호(93)를 제공하도록 배열되는 것인, 제어 시스템(400, 500).
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제어 서브시스템은, 상기 속도 에러 신호(47, 57)에 기반하여 상기 제 1 제어 신호(48-1, 58-1)를 결정하도록 배열되는 속도 조속기(speed governor, 418, 518)를 포함하는 것인, 제어 시스템(400, 500).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 서브시스템(210) 및/또는 상기 제 2 서브시스템(220)의 상기 성능 입력부(211, 221)는, 상기 회전식 컴프레서의 흡입 압력(suction pressure)을 나타내는 측정 신호(21, 22)를 수신하도록 배열되는 것인, 제어 시스템(400, 500).
  12. 합성 플랜트(synthesis plant, 1000)에 있어서,
    - 유입구(inlet, 352) 및 유출구(outlet, 353)를 포함하는 회전식 컴프레서(350)로서, 상기 유입구(352)는 가스 혼합물(38)을 수용하도록 배열되는 것인, 상기 회전식 컴프레서(350);
    - 상기 회전식 컴프레서(350)를 구동하는 회전식 엔진(360); 및
    - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 제어 시스템(300)를 포함하는, 합성 플랜트(1000).
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 회전식 엔진(360)은 증기 터빈인 것인, 합성 플랜트(1000).
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 회전식 컴프레서(350)의 상류에 개질기(reformer, 370)를 포함하고, 상기 개질기(370)는 상기 회전식 컴프레서(350)의 상기 유입구(352)에 유체 연결되는 유출구(371)를 포함하는 것인, 합성 플랜트(1000).
  15. 회전식 엔진에 의해 구동되는 회전식 컴프레서를 제어하는 방법(600)에 있어서,
    A) 상기 회전식 컴프레서의 파라미터 - 상기 파라미터는 상기 회전식 컴프레서의 성능을 나타냄 - 를 측정하는 단계(602),
    B) 상기 회전식 컴프레서 또는 상기 회전식 엔진의 회전 속도를 측정하는 단계(603),
    C) 상기 파라미터 및 상기 회전 속도의 함수로서 제 1 제어 신호를 생성하는 단계(604),
    D) 상기 파라미터의 함수로서 제 2 제어 신호를 생성하는 단계(605),
    E) 상기 제 1 제어 신호와 상기 제 2 제어 신호 사이에서 선택함으로써 제 3 제어 신호를 생성하는 단계(606), 및
    F) 상기 제 3 제어 신호를 상기 회전식 엔진의 제어 입력 단자들에 제공하는 단계(607)를 포함하는, 회전식 컴프레서를 제어하는 방법(600).
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 제어 신호는, 적어도 다음의 기준들 중 하나 이상에 기반하여 선택되는 것인, 방법(600).
    - 상기 제 1 측정 신호와 성능 세트포인트 간의 차이의 절대값이 제 1 임계값을 초과함,
    - 상기 제 1 측정 신호와 성능 세트포인트 간의 차이의 미분의 절대값이 제 2 임계값을 초과함.
KR1020180103654A 2017-09-08 2018-08-31 압력 기반 서브시스템을 갖는 컴프레서에 대한 제어 시스템, 합성 플랜트 및 제어 방법 KR102575942B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102017000100704 2017-09-08
IT102017000100704A IT201700100704A1 (it) 2017-09-08 2017-09-08 Sistema di controllo per un compressore con sottosistema basato sulla pressione, impianto di sintesi e metodo di controllo / control system for a compressor with pressure-based subsystem, synthesis plant and control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190028303A true KR20190028303A (ko) 2019-03-18
KR102575942B1 KR102575942B1 (ko) 2023-09-06

Family

ID=60813897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180103654A KR102575942B1 (ko) 2017-09-08 2018-08-31 압력 기반 서브시스템을 갖는 컴프레서에 대한 제어 시스템, 합성 플랜트 및 제어 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20190078574A1 (ko)
EP (1) EP3454163B1 (ko)
JP (1) JP7212481B2 (ko)
KR (1) KR102575942B1 (ko)
CN (1) CN109469612B (ko)
IT (1) IT201700100704A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201600070842A1 (it) * 2016-07-07 2018-01-07 Nuovo Pignone Tecnologie Srl Metodo e sistema di controllo anti-pompaggio adattivo
CN111180769B (zh) * 2019-12-31 2021-05-18 潍柴动力股份有限公司 空压机的防喘振控制方法及系统
CN112414720A (zh) * 2020-11-23 2021-02-26 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种燃气轮机二次空气系统旋转试验装置及试验方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006316773A (ja) * 2005-05-16 2006-11-24 Honda Motor Co Ltd 航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置
JP2011043135A (ja) * 2009-08-24 2011-03-03 Honda Motor Co Ltd 航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置
JP2015193571A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 三菱重工業株式会社 芳香族化合物の製造システム及びその製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5032886B2 (ko) * 1972-03-31 1975-10-25
US3979655A (en) * 1975-03-31 1976-09-07 Compressor Controls Corporation Control system for controlling a dynamic compressor
US4102604A (en) * 1977-05-04 1978-07-25 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for noninteracting control of a dynamic compressor having rotating vanes
US4218191A (en) * 1978-11-29 1980-08-19 Phillips Petroleum Company Multi-constraint control of a compression system
JPS5823233A (ja) * 1981-08-04 1983-02-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタ−ビンの加減速性能補償回路
US5709526A (en) * 1996-01-02 1998-01-20 Woodward Governor Company Surge recurrence prevention control system for dynamic compressors
CA2231443C (en) * 1996-01-02 2002-03-26 Woodward Governor Company Surge prevention control system for dynamic compressors
JP2001107742A (ja) * 1999-10-13 2001-04-17 Toshiba Corp ガス化発電プラントの制御装置
JP2002364312A (ja) * 2001-06-01 2002-12-18 Hitachi Ltd 石炭ガス化燃料電池複合発電プラントおよびその運転方法
JP4305949B2 (ja) * 2003-07-18 2009-07-29 株式会社Ｉｈｉ ガスタービン発電装置の制御モード切替方法
JP4458085B2 (ja) * 2006-11-30 2010-04-28 東京電力株式会社 ガスタービン制御装置
US8047809B2 (en) * 2007-04-30 2011-11-01 General Electric Company Modular air compression apparatus with separate platform arrangement
JP5721317B2 (ja) * 2009-06-12 2015-05-20 三菱日立パワーシステムズ株式会社 石炭ガス化炉設備及びその制御方法並びにプログラム、及びこれを備えた石炭ガス化複合発電装置
JP5909397B2 (ja) * 2012-03-28 2016-04-26 月島機械株式会社 加圧流動炉設備の調節弁制御装置、加圧流動炉設備の調節弁制御方法
US10234830B2 (en) * 2014-08-08 2019-03-19 Toyo System Co., Ltd. Feedback control device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006316773A (ja) * 2005-05-16 2006-11-24 Honda Motor Co Ltd 航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置
JP2011043135A (ja) * 2009-08-24 2011-03-03 Honda Motor Co Ltd 航空機用ガスタービン・エンジンの制御装置
JP2015193571A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 三菱重工業株式会社 芳香族化合物の製造システム及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
IT201700100704A1 (it) 2019-03-08
EP3454163A1 (en) 2019-03-13
CN109469612A (zh) 2019-03-15
JP7212481B2 (ja) 2023-01-25
KR102575942B1 (ko) 2023-09-06
EP3454163B1 (en) 2020-07-08
US20190078574A1 (en) 2019-03-14
JP2019070383A (ja) 2019-05-09
CN109469612B (zh) 2022-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20190028303A (ko) 압력 기반 서브시스템을 갖는 컴프레서에 대한 제어 시스템, 합성 플랜트 및 제어 방법
KR102120617B1 (ko) 전기 구동형 컴프레서의 컴프레서 서지 검출 방법, 및 전기 구동형 컴프레서와 상기 방법을 실시하기 위한 제어 장치를 포함한 연료 전지 시스템
US20230022473A1 (en) Fuel control device, combustor, gas turbine, control method, and program
US9574489B2 (en) Multi-stage turbo with continuous feedback control
JP4831820B2 (ja) ガスタービン出力学習回路及びこれを備えたガスタービンの燃焼制御装置
JP6427841B2 (ja) 燃料制御装置、燃焼器、ガスタービン、制御方法及びプログラム
AU2007347705B2 (en) Anti-bogdown control system for turbine/compressor systems
US6155050A (en) System and method for protecting a turbocharger in the event of a wastegate failure
CN101105152B (zh) 用于对内燃机进行增压调节的方法
US11333081B2 (en) Rotating machine control device, rotating machine equipment, rotating machine control method, and rotating machine control program
US9470141B2 (en) Method for regulating a boost pressure of an engine
KR102542737B1 (ko) 속도 기반 서브시스템을 갖는 컴프레서용 제어 시스템, 합성 플랜트, 및 제어 방법
JP2013160154A (ja) ガスタービン制御装置及び方法並びにプログラム、それを用いた発電プラント
JP2015113838A (ja) エンジンシステムの排気ガス温度を制御するシステムおよびプログラム製品
JP2015102071A (ja) 燃料調整器、燃焼器、ガスタービン、ガスタービンシステム、燃料調整器制御方法、及びプログラム
WO2012020509A1 (ja) 内燃機関の制御装置
JP7206143B2 (ja) １軸式ガスタービンの運転制御装置、運転制御方法及びプログラム
KR20030084959A (ko) 엔진 제어 방법 및 장치
KR102102071B1 (ko) 연료 제어 장치, 연소기, 가스 터빈, 연료 제어 방법 및 프로그램
US10400774B2 (en) Multi-stage compression system, control device, control method, and program
CN116753041A (zh) 燃气轮机进口导叶开度控制方法及装置
KR20210038672A (ko) 가스 터빈의 제어 장치, 가스 터빈 설비, 가스 터빈의 제어 방법, 및 가스 터빈의 제어 프로그램

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant