WO2010061671A1 - スチームシステム及びその制御方法 - Google Patents

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steam
pressure
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low
power failure
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Inventor
直彦 石橋
修一 宮本
雅浩 原田
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers

Definitions

  • the present invention relates to a steam system and a control method thereof.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2001-263004 discloses a boiler / turbine steam line system that ensures safety without operating a safety valve when a turbine trips and prevents pressure fluctuations in the main steam system.
  • An object of the present invention is to provide a steam system and its control method in which pressure fluctuation at the time of system power failure is suppressed.
  • a steam system includes a high-pressure header, a boiler that supplies steam to the high-pressure header, a low-pressure header, and a turbine provided between the high-pressure header and the low-pressure header. And an auxiliary boiler that supplies steam to the low-pressure header, and an auxiliary boiler controller that controls the amount of steam supplied by the auxiliary boiler to the low-pressure header.
  • the auxiliary boiler controller includes a pressure controller that outputs a first operation amount signal based on the pressure of the low-pressure header and a pressure setting value, and a value of the first operation amount signal when the system power failure occurs.
  • a cage for outputting a second manipulated variable signal indicating an operation amount value at the time of power failure occurrence, and an addition for outputting a third manipulated variable signal indicating a sum of the manipulated variable value at the time of the power failure occurrence and an operation amount corresponding to the steam increase amount
  • the first operation amount signal is output as a fourth operation amount signal
  • the third operation amount signal is output as the fourth operation amount signal for a predetermined time after the occurrence of the system power failure.
  • a signal switch for outputting the first operation amount signal as the fourth operation amount signal after the predetermined time has elapsed since the occurrence of the system power failure.
  • the auxiliary boiler controller controls the supply amount based on the fourth operation amount signal.
  • the pressure controller tracks the first operation amount signal using the fourth operation amount signal for the predetermined time after the occurrence of the system power failure.
  • the predetermined time is set such that the increase in the supply amount after the occurrence of the system power failure reaches the steam increase amount before the predetermined time elapses from the occurrence of the system power failure.
  • the steam system generates power using a supply valve that controls the flow rate of steam supplied from the low-pressure header to the outside to a set flow rate and steam supplied from the low-pressure header, and supplies the steam to the outside.
  • a steam turbine generator for supplying power to the equipment.
  • the boiler generates steam using the exhaust heat from the chemical plant manufacturing system.
  • the turbine drives a compressor of the manufacturing system.
  • the outside is the manufacturing system.
  • the steam supplied from the low-pressure header to the outside is supplied as process steam.
  • the steam system control method includes a step in which a boiler generates steam supplied to a high-pressure header, a step of driving a turbine by steam flowing from the high-pressure header to the low-pressure header, A step of generating steam supplied to the low-pressure header by the auxiliary boiler; and a step of controlling a supply amount of steam supplied to the low-pressure header by the auxiliary boiler.
  • the step of controlling the supply amount includes a step of outputting a first operation amount signal based on a pressure of the low-pressure header and a pressure set value, and a value of the first operation amount signal when the system power failure occurs A step of outputting a second manipulated variable signal indicating an operation amount value at the time of a power failure and a third manipulated variable signal indicating a sum of the manipulated variable value at the time of the power failure and an operation amount corresponding to the steam increase amount A step of outputting the first manipulated variable signal as a fourth manipulated variable signal before the occurrence of the system power failure, and the third manipulated variable signal until the predetermined time has elapsed since the occurrence of the system power failure.
  • the first manipulated variable signal is tracked using the fourth manipulated variable signal for the predetermined time after the occurrence of the system power failure.
  • the steam system control method sets the predetermined time so that an increase in the supply amount after the occurrence of the system power failure reaches the steam increase amount before the predetermined time elapses from the occurrence of the system power failure.
  • the method further includes the step of:
  • the steam system control method includes a step of controlling a flow rate of steam supplied to the outside from the low-pressure header to a set flow rate, and steam generated from the steam supplied from the low-pressure header to the outside. And supplying to a device for supply.
  • the steam system control method further includes a step in which the boiler generates steam using exhaust heat from a chemical plant manufacturing system, and a step in which the turbine drives a compressor of the manufacturing system.
  • the outside is the manufacturing system.
  • the steam supplied to the outside from the low-pressure header is supplied as process steam.
  • a steam system and a control method therefor in which pressure fluctuation when a system power failure occurs is suppressed.
  • FIG. 1 is a block diagram of a chemical plant to which a steam system according to a first embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram of the steam system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows an auxiliary boiler controller according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a timing chart for explaining the control method of the steam system according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the pressure change of the low-pressure header.
  • FIG. 6 is a graph showing the pressure change of the low-pressure header.
  • the steam system according to the first embodiment of the present invention includes a steam system 20A.
  • Steam system 20A is provided corresponding to methanol manufacturing plant 10A.
  • a methanol production plant 10A as an outside of the steam system includes a reaction device 11A, a cooler 12A, a purification device 13A, a compressor 14A, and a synthesis device 15A.
  • the steam system 20A supplies steam A as process steam to the reactor 11A.
  • Steam A needs to be supplied to the reactor 11A to protect the plant 10A even when the methanol production plant 10A is stopped.
  • Natural gas that has undergone the necessary pretreatment is supplied to the reactor 11A.
  • the reactor 11A burns a part of natural gas. This heat converts the natural gas into a product gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide.
  • the product gas is cooled by the cooler 12A and then supplied to the compressor 14A.
  • the cooler 12A supplies the heat A taken from the generated gas during the cooling process to the steam system 20A.
  • Heat A is exhaust heat from the methanol manufacturing plant 10A.
  • the compressor 14A receives work A from the steam system 20A, boosts the generated gas, and supplies it to the synthesizer 15A.
  • the synthesizer 15A synthesizes methanol from the product gas.
  • the purifier 13A purifies the synthesized methanol into higher purity methanol.
  • the steam system 20A will be described with reference to FIG.
  • the steam system 20A includes a high-pressure header 21A, a low-pressure header 22A, an exhaust heat boiler 23A, a turbine 24A provided between the high-pressure header 21A and the low-pressure header 22A, a turbine bypass line 25A, and a bypass valve.
  • the exhaust heat boiler 23A generates heat using the heat A and supplies the generated steam to the high-pressure header 21A.
  • the turbine 24A is driven by steam supplied from the high-pressure header 21A, and provides work A for driving the compressor 14A.
  • the turbine valve 36A controls the flow rate of steam supplied from the high-pressure header 21A to the turbine 24A.
  • the turbine controller 66A controls the opening degree of the turbine valve 36A based on the pressure of the high-pressure header 21A and the high-pressure header pressure setting value. Part of the steam used to drive the turbine 24A is sent to a condenser (not shown). The remaining steam flows into the low-pressure header 22A through the desuperheater 29A.
  • the turbine bypass line 25A is provided to have a parallel relationship with the turbine 24A and connects the high-pressure header 21A and the low-pressure header 22A.
  • the bypass valve 27A and the bypass valve 28A are provided in the turbine bypass line 25A so as to have a parallel relationship with each other.
  • the bypass valves 27A and 28A bypass the turbine 24A and control the flow rate of steam flowing from the high-pressure header 21A to the low-pressure header 22A.
  • the bypass valve controller 67A automatically controls the opening degree of the bypass valves 27A and 28A based on the pressure of the high-pressure header 21A and the pressure of the low-pressure header 22A.
  • the bypass valve controller 67A is based on the pressure of the high pressure side header 21A and the bypass control high pressure side pressure setting value, and on the basis of the pressure of the low pressure side header 22A and the bypass control low pressure side pressure setting value. Automatically controls the opening of the. For example, the bypass valve controller 67A obtains the opening operation amount based on the pressure of the high-pressure header 21A and the bypass control high-pressure setting value, and based on the pressure of the low-pressure header 22A and the bypass control low-pressure setting value. Then, the opening operation amount is obtained, and the opening amounts of the bypass valve 27A and the bypass valve 28A are controlled based on the larger one of these opening operation amounts.
  • the ventilating valve 34A controls the flow rate of steam flowing out from the low-pressure header 22A.
  • the discharge valve controller 64A automatically controls the opening degree of the discharge valve 34A based on the pressure of the low-pressure header 22A and the low-pressure header discharge valve pressure setting value.
  • the steam supply valve 33A controls the flow rate of the steam A supplied from the low-pressure header 22A to the reactor 11A.
  • the steam supply valve controller 63A automatically controls the opening of the steam supply valve 33A so that the flow rate of the steam A becomes the steam A flow rate set value.
  • the auxiliary boiler 30 generates steam to be supplied to the low-pressure header 22A.
  • the auxiliary boiler 30 supplies steam to the low-pressure header 22A.
  • the auxiliary boiler 30 does not depend on the heat A and generates steam.
  • the auxiliary boiler controller 60 adjusts the amount of steam supplied from the auxiliary boiler 30 to the low pressure side header 22A so that the pressure of the low pressure side header 22A becomes the auxiliary boiler control pressure set value SV81. Automatic control by feedback control using a meter.
  • the steam turbine generator 90 generates power using steam supplied from the low-pressure header 22A, and supplies power to equipment necessary for continuing the operation of the methanol manufacturing system 10A.
  • a device necessary for continuing the operation of the methanol production system 10 ⁇ / b> A is, for example, a pump 38 that supplies water to the auxiliary boiler 30.
  • the pump 38 is a device for supplying the steam A to the methanol production system 10A.
  • a power failure monitoring signal generator (not shown) monitors a system power supply, a power failure monitoring signal PSD indicating the presence or absence of a system power failure, and a turbine controller 66A, a bypass valve controller 67A, a discharge valve controller 64A, and an auxiliary Output to boiler controller 60.
  • the auxiliary boiler controller 60 includes a pressure controller 81, a retainer 82, an adder 83, a signal switch 84, and a control mode setting unit 86.
  • the control mode setting unit 86 outputs a control mode switching signal A based on the power failure monitoring signal PSD.
  • the pressure controller 81 outputs an operation amount signal MV81 based on the pressure detection value PV81 of the low-pressure header 22A and the auxiliary boiler control pressure set value SV81.
  • the retainer 82 outputs an operation amount signal MV82 indicating an operation amount value at the time of power failure as a value of the operation amount signal MV81 at the time of occurrence of a system power failure.
  • the adder 83 outputs an operation amount signal MV83 indicating the sum of the operation amount value at the time of power failure and the operation amount ⁇ MV corresponding to the steam increase amount ⁇ Q.
  • the operation amount ⁇ MV corresponding to the steam increase amount ⁇ Q indicates an increase amount of steam corresponding to the steam flow rate to be supplied to the steam turbine generator 90 and the reactor 11A after the occurrence of a system power failure.
  • the signal switch 84 Based on the control mode switching signal A, the signal switch 84 outputs one of the operation amount signals MV81 and MV83 as the operation amount signal MV84.
  • the auxiliary boiler controller 60 controls the amount of steam supplied from the auxiliary boiler 30 to the low-pressure header 22A based on the operation amount signal MV84.
  • the control of the steam system when a system power failure occurs will be described.
  • the power failure monitoring signal PSD changes from a state indicating no system power failure to a state indicating the presence of a system power failure
  • the turbine 24A stops, and the turbine controller 66A closes the turbine valve 36A regardless of the pressure of the high-pressure header 21A.
  • the turbine 24A stops the generation of steam by the exhaust heat boiler 23A stops.
  • the turbine 24A and the exhaust heat boiler 23A are stopped.
  • the control mode of the bypass valve controller 67A and the discharge valve controller 64A transitions from the automatic control mode for executing the automatic control to the manual control mode.
  • the bypass valve controller 67A controls the opening degree of at least one of the bypass valve 27A and the bypass valve 28A to be fully open in the manual control mode.
  • the discharge valve controller 64A controls the opening degree of the discharge valve 34A to be fully open. Thereby, the pressure rise of the high-pressure header 21A and the low-pressure header 22A is suppressed, and the safety valve 31A and the safety valve 32A are prevented from operating.
  • the manual control mode of the bypass valve controller 67A ends at time T1, and the bypass valve controller 67A returns to the automatic control mode.
  • the manual control mode of the discharge valve controller 64A ends at time T2, and the discharge valve controller 64A returns to the automatic control mode.
  • the control mode switching signal A changes from the state indicating the automatic control mode to the state indicating the manual control mode in response to the occurrence of the system power failure, and returns to the state indicating the automatic control mode after the elapse of time T3 from the generation of the system power supply. To do.
  • the pressure controller 81, the retainer 82, and the signal switch 84 operate based on the control mode switching signal A.
  • the holder 82 outputs an operation amount signal MV82 indicating the current value of the operation amount signal MV81 while the control mode switching signal A indicates the automatic control mode. While the control mode switching signal A indicates the manual control mode, the retainer 82 outputs an operation amount signal MV82 indicating an operation amount value at the time of power failure. Therefore, the retainer 82 outputs the operation amount signal MV82 indicating a constant value while the control mode switching signal A indicates the manual control mode.
  • the signal switch 84 outputs the operation amount signal MV81 as the operation amount signal MV84 while the control mode switching signal A indicates the automatic control mode.
  • the signal switch 84 outputs the operation amount signal MV83 as the operation amount signal MV84 while the control mode switching signal A indicates the manual control mode.
  • the pressure controller 81 tracks the operation amount signal MV81 using the operation amount signal MV84 while the control mode switching signal A indicates the manual control mode. Thereby, when the control mode switching signal A returns to the state indicating the automatic control mode, the manipulated variable signal MV84 is prevented from changing suddenly.
  • the steam supply amount Q that the auxiliary boiler 30 supplies to the low-pressure header 22A before the occurrence of a system blackout is automatically controlled so that the pressure of the low-pressure header 22A becomes the auxiliary boiler control pressure set value SV81 ( Change according to feedback control).
  • the steam supply amount Q supplied to the low-pressure header 22A by the auxiliary boiler 30 cannot be changed sharply. It begins to increase at the rate of change. Then, the steam supply amount Q reaches the total supply amount of the steam supply amount and the steam increment ⁇ Q at the time of the occurrence of the system power failure over time T4, and then is kept constant until the time T3 has elapsed since the occurrence of the system power failure. Be drunk.
  • the steam supply amount Q that the auxiliary boiler 30 supplies to the low-pressure header 22A after the elapse of time T3 from the occurrence of the system power failure is executed so that the pressure of the low-pressure header 22A becomes the auxiliary boiler control pressure set value SV81. Changes according to automatic control (feedback control).
  • the time T3 is preferably set so that the increase in the steam supply amount Q after the occurrence of the system power failure reaches the steam increase ⁇ Q before the time T3 elapses from the occurrence of the system power failure.
  • the time T3 is made longer than the quotient (time T4) obtained by dividing the steam increase amount ⁇ Q by a constant change speed specific to the auxiliary boiler 30.
  • Simulation result Simulation results for the steam system according to the present embodiment will be described below.
  • FIG. 5 is a graph showing the pressure change of the low-pressure header 22A after the occurrence of a system power failure when both the time T3 and the time T4 are 4 minutes.
  • the occurrence time of the system power failure is 1002 seconds. From the occurrence of the system power failure to the time of about 1120 seconds, the pressure of the low-pressure header 22A is reduced due to the suspension of the turbine 24A and the exhaust heat boiler 23A and the temporary manual control by the bypass valve controller 67A and the discharge valve controller 64A. Fluctuates up and down.
  • the pressure in the low-pressure header 22A rises due to the influence of manual control by the auxiliary boiler valve controller 60 and reaches a maximum value (about the auxiliary boiler control pressure set value SV81 + 1K / G) from the occurrence of the system power failure to time T4.
  • K / G means “kg / cm 2 G”.
  • the pressure in the low-pressure header 22A once decreases to a minimum value (auxiliary boiler control pressure set value SV81-0.5 K / G) and then increases to increase the auxiliary boiler control pressure as the set pressure in the low-pressure header 22A.
  • the set value is maintained at about SV81. In this way, the pressure fluctuation of the low-pressure header 22A is suppressed to an allowable range.
  • FIG. 6 is a graph showing the pressure change of the low-pressure header 22A after the occurrence of a system power failure when the time T3 is 5 minutes and the time T4 is 4 minutes. Also in this case, the pressure fluctuation of the low-pressure header 22A is suppressed to an allowable range. Further, paying attention to the minimum value of the pressure of the low-pressure header 22A after the time T4 has elapsed since the occurrence of the system power failure, the minimum value in the case of FIG. 6 is larger than the minimum value in the case of FIG. By setting the time T3 longer than the time T4, the pressure drop of the low-pressure header 22A is further suppressed.
  • the vertical relationship between the above pressure set values is, for example, that the high pressure side header pressure set value is lower than the bypass control high pressure side pressure set value, the low pressure side header vent valve pressure set value is lower than the high pressure side header pressure set value, and the low pressure
  • the auxiliary boiler control pressure set value SV81 is lower than the side header discharge valve pressure set value, and the bypass control low pressure side pressure set value is lower than the auxiliary boiler control pressure set value SV81.
  • the pressure set value can be appropriately changed within a range in which there is no contradiction in the vertical relationship.
  • the steam system according to the above embodiment can be applied to a chemical plant other than a methanol plant.
  • the steam system according to the above embodiment can also be applied to a power plant.

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Abstract

　スチームシステムは、高圧側ヘッダにスチームを供給するボイラと、高圧側ヘッダと低圧側ヘッダの間に設けられたタービンと、補助ボイラと、制御器とを具備する。制御器は、低圧側ヘッダの圧力と圧力設定値とに基づいて第１操作量信号を出力し、系統停電の発生時の第１操作量信号の値としての停電発生時値を示す第２操作量信号を出力し、停電発生時値とスチーム増量分に相当する操作量の和を示す第３操作量信号を出力し、系統停電の発生前は第１操作量信号を第４操作量信号として出力し、系統停電の発生から所定時間は第３操作量信号を第４操作量信号として出力し、系統停電の発生から所定時間が経過した後は第１操作量信号を第４操作量信号として出力し、第４操作量信号に基づいて補助ボイラが低圧側ヘッダに供給するスチームの供給量を制御する。スチームシステムによれば、系統停電発生時の圧力変動が抑制される。

Description

スチームシステム及びその制御方法
　本発明は、スチームシステム及びその制御方法に関する。
　特開２００１－２６３００４号公報は、タービンがトリップしたときに、安全弁を作動させることなく安全性の確保を図り、主蒸気系の圧力変動を防止するボイラ・タービン蒸気ラインシステムを開示している。
特開２００１－２６３００４号公報
　本発明の目的は、系統停電発生時の圧力変動が抑制されるスチームシステム及びその制御方法を提供することである。
　本発明の第１の観点によるスチームシステムは、高圧側ヘッダと、前記高圧側ヘッダにスチームを供給するボイラと、低圧側ヘッダと、前記高圧側ヘッダと前記低圧側ヘッダの間に設けられたタービンと、前記低圧側ヘッダにスチームを供給する補助ボイラと、前記補助ボイラが前記低圧側ヘッダに供給するスチームの供給量を制御する補助ボイラ制御器とを具備する。前記補助ボイラ制御器は、前記低圧側ヘッダの圧力と圧力設定値とに基づいて第１操作量信号を出力する圧力制御器と、前記系統停電の発生時の前記第１操作量信号の値としての停電発生時操作量値を示す第２操作量信号を出力する保持器と、前記停電発生時操作量値とスチーム増量分に相当する操作量の和を示す第３操作量信号を出力する加算器と、前記系統停電の発生前は前記第１操作量信号を第４操作量信号として出力し、前記系統停電の発生から所定時間は前記第３操作量信号を前記第４操作量信号として出力し、前記系統停電の発生から前記所定時間が経過した後は前記第１操作量信号を前記第４操作量信号として出力する信号切り替え器とを備える。前記補助ボイラ制御器は、前記第４操作量信号に基づいて前記供給量を制御する。
　前記圧力制御器は、前記系統停電の発生から前記所定時間、前記第４操作量信号を用いて前記第１操作量信号をトラッキングする。
　前記所定時間は、前記系統停電の発生から前記所定時間が経過する前に前記系統停電の発生後の前記供給量の増加が前記スチーム増量分に到達しているように設定される。
　スチームシステムは、前記低圧側ヘッダから外部に供給されるスチームの流量を設定流量に制御する供給弁と、前記低圧側ヘッダから供給されるスチームを用いて発電し、前記外部にスチームを供給するための機器に電力を供給するスチームタービン発電機とを更に具備する。
　前記ボイラは、化学プラントの製造システムからの排熱を利用してスチームを発生する。前記タービンは、前記製造システムのコンプレッサを駆動する。前記外部は、前記製造システムである。前記低圧側ヘッダから前記外部に供給されるスチームは、プロセススチームとして供給される。
　本発明の第２の観点によるスチームシステムの制御方法は、ボイラが高圧側ヘッダに供給されるスチームを発生するステップと、前記高圧側ヘッダから低圧側ヘッダに流れるスチームによりタービンを駆動するステップと、補助ボイラが前記低圧側ヘッダに供給されるスチームを発生するステップと、前記補助ボイラが前記低圧側ヘッダに供給するスチームの供給量を制御するステップとを具備する。前記供給量を制御する前記ステップは、　前記低圧側ヘッダの圧力と圧力設定値とに基づいて第１操作量信号を出力するステップと、前記系統停電の発生時の前記第１操作量信号の値としての停電発生時操作量値を示す第２操作量信号を出力するするステップと、前記停電発生時操作量値とスチーム増量分に相当する操作量の和を示す第３操作量信号を出力するステップと、前記系統停電の発生前に前記第１操作量信号を第４操作量信号として出力するステップと、前記系統停電の発生から所定時間が経過するまで前記第３操作量信号を前記第４操作量信号として出力するステップと、前記系統停電の発生から前記所定時間が経過した後に前記第１操作量信号を前記第４操作量信号として出力するステップと、前記供給量を前記第４操作量信号に基づいて制御するステップとを備える。
　前記第１操作量信号は、前記系統停電の発生から前記所定時間、前記第４操作量信号を用いてトラッキングされる。
　スチームシステムの制御方法は、前記系統停電の発生から前記所定時間が経過する前に前記系統停電の発生後の前記供給量の増加が前記スチーム増量分に到達しているように前記所定時間を設定するステップを更に具備する。
　スチームシステムの制御方法は、前記低圧側ヘッダから外部に供給されるスチームの流量を設定流量に制御するステップと、前記低圧側ヘッダから供給されるスチームを用いて発電した電力を前記外部にスチームを供給するための機器に供給するステップとを更に具備する。
　スチームシステムの制御方法は、前記ボイラが化学プラントの製造システムからの排熱を利用してスチームを発生するステップと、前記タービンが前記製造システムのコンプレッサを駆動するステップとを更に具備する。前記外部は前記製造システムである。記低圧側ヘッダから前記外部に供給されるスチームは、プロセススチームとして供給される。
　本発明によれば、系統停電発生時の圧力変動が抑制されるスチームシステム及びその制御方法が提供される。
　本発明の上記目的、他の目的、効果、及び特徴は、添付される図面と連携して実施の形態の記述から、より明らかになる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスチームシステムが適用される化学プラントのブロック図である。 図２は、第１の実施形態に係るスチームシステムのブロック図である。 図３は、第１の実施形態に係る補助ボイラ制御器を示す。 図４は、第１の実施形態に係るスチームシステムの制御方法を説明するタイミングチャートである。 図５は、低圧側ヘッダの圧力変化を示すグラフである。 図６は、低圧側ヘッダの圧力変化を示すグラフである。
　添付図面を参照して、本発明によるスチームシステム及びその制御方法を実施するための形態を以下に説明する。
　（第１の実施形態）
　図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係るスチームシステムは、スチームシステム２０Ａを備える。
　スチームシステム２０Ａはメタノール製造プラント１０Ａに対応して設けられている。スチームシステムの外部としてのメタノール製造プラント１０Ａは、反応装置１１Ａと、冷却器１２Ａと、精製装置１３Ａと、コンプレッサ１４Ａと、合成装置１５Ａとを備える。スチームシステム２０Ａは、プロセススチームとしてのスチームＡを反応装置１１Ａに供給する。スチームＡは、メタノール製造プラント１０Ａが停止している場合も、プラント１０Ａを保護するために反応装置１１Ａに供給する必要がある。必要な前処理が行われた天然ガスが反応装置１１Ａに供給される。反応装置１１Ａは、天然ガスの一部を燃焼する。この熱により天然ガスが水素及び一酸化炭素を主成分とする生成ガスに転換される。生成ガスは、冷却器１２Ａによって冷却された後、コンプレッサ１４Ａに供給される。冷却器１２Ａは、冷却過程で生成ガスから奪った熱Ａをスチームシステム２０Ａに供給する。熱Ａは、メタノール製造プラント１０Ａからの排熱である。コンプレッサ１４Ａは、スチームシステム２０Ａから仕事Ａの提供を受けて、生成ガスを昇圧して合成装置１５Ａに供給する。合成装置１５Ａは、生成ガスからメタノールを合成する。精製装置１３Ａは、合成されたメタノールをより純度の高いメタノールに精製する。
　図２を参照して、スチームシステム２０Ａを説明する。
　スチームシステム２０Ａは、高圧側ヘッダ２１Ａと、低圧側ヘッダ２２Ａと、排熱ボイラ２３Ａと、高圧側ヘッダ２１Ａ及び低圧側ヘッダ２２Ａの間に設けられたタービン２４Ａと、タービンバイパスライン２５Ａと、バイパス弁２７Ａと、バイパス弁２８Ａと、バイパス弁制御器６７Ａと、タービン弁３６Ａと、タービン制御器６６Ａと、デスーパーヒータ２９Ａと、放風弁３４Ａと、放風弁制御器６４Ａと、スチーム供給弁３３Ａと、スチーム供給弁制御器６３Ａと、高圧側ヘッダ２１Ａに設けられた安全弁３１Ａと、低圧側ヘッダ２２Ａに設けられた安全弁３２Ａと、補助ボイラ３０と、補助ボイラ制御器６０と、スチームタービン発電機９０を備える。
　排熱ボイラ２３Ａは、熱Ａを利用してスチームを発生し、発生したスチームを高圧側ヘッダ２１Ａに供給する。タービン２４Ａは、高圧側ヘッダ２１Ａから供給されるスチームにより駆動され、コンプレッサ１４Ａを駆動するための仕事Ａを提供する。タービン弁３６Ａは、高圧側ヘッダ２１Ａからタービン２４Ａに供給されるスチームの流量を制御する。タービン制御器６６Ａは、高圧側ヘッダ２１Ａの圧力と高圧側ヘッダ圧力設定値とに基づいてタービン弁３６Ａの開度を制御する。タービン２４Ａの駆動に利用されたスチームの一部は、図示されない復水器に送られる。残りのスチームは、デスーパーヒータ２９Ａを介して低圧側ヘッダ２２Ａに流入する。
　タービンバイパスライン２５Ａは、タービン２４Ａと並列関係を有するように設けられ、高圧側ヘッダ２１Ａと低圧側ヘッダ２２Ａを接続する。バイパス弁２７Ａ及びバイパス弁２８Ａは、互いに並列関係を有するように、タービンバイパスライン２５Ａに設けられている。バイパス弁２７Ａ及び２８Ａは、タービン２４Ａをバイパスして高圧側ヘッダ２１Ａから低圧側ヘッダ２２Ａに流れるスチームの流量を制御する。バイパス弁制御器６７Ａは、高圧側ヘッダ２１Ａの圧力と低圧側ヘッダ２２Ａの圧力とに基づいて、バイパス弁２７Ａ及び２８Ａの開度を自動制御する。バイパス弁制御器６７Ａは、高圧側ヘッダ２１Ａの圧力とバイパス制御高圧側圧力設定値に基づいて、且つ、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力とバイパス制御低圧側圧力設定値に基づいて、バイパス弁２７Ａ及び２８Ａの開度を自動制御する。例えば、バイパス弁制御器６７Ａは、高圧側ヘッダ２１Ａの圧力とバイパス制御高圧側圧力設定値とに基づいて開度操作量を求め、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力とバイパス制御低圧側圧力設定値に基づいて開度操作量を求め、これらの開度操作量のうち大きい開度を示す方に基づいてバイパス弁２７Ａ及びバイパス弁２８Ａの開度を制御する。
　放風弁３４Ａは、低圧側ヘッダ２２Ａから流出するスチームの流量を制御する。放風弁制御器６４Ａは、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力と低圧側ヘッダ放風弁圧力設定値に基づいて、放風弁３４Ａの開度を自動制御する。
　スチーム供給弁３３Ａは、低圧側ヘッダ２２Ａから反応装置１１Ａに供給されるスチームＡの流量を制御する。スチーム供給弁制御器６３Ａは、スチームＡの流量がスチームＡ流量設定値になるようにスチーム供給弁３３Ａの開度を自動制御する。
　補助ボイラ３０は、低圧側ヘッダ２２Ａに供給するスチームを発生する。補助ボイラ３０は、低圧側ヘッダ２２Ａにスチームを供給する。補助ボイラ３０は、熱Ａに依存しないで、スチームを発生する。補助ボイラ制御器６０は、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力が補助ボイラ制御圧力設定値ＳＶ８１になるように、補助ボイラ３０から低圧側ヘッダ２２Ａに供給されるスチームの供給量をＰＩ調節計（比例積分調節計）を用いたフィードバック制御により自動制御する。
　スチームタービン発電機９０は、低圧側ヘッダ２２Ａから供給されるスチームを用いて発電し、メタノール製造システム１０Ａの運転継続に必要な機器に電力を供給する。メタノール製造システム１０Ａの運転継続に必要な機器は、例えば、補助ボイラ３０に水を供給するポンプ３８である。ポンプ３８は、スチームＡをメタノール製造システム１０Ａに供給するための機器である。
　停電監視信号発生器（不図示）は、系統電源を監視し、系統停電の有無を示す停電監視信号ＰＳＤをタービン制御器６６Ａと、バイパス弁制御器６７Ａと、放風弁制御器６４Ａと、補助ボイラ制御器６０に出力する。
　図３を参照して、補助ボイラ制御器６０は、圧力制御器８１と、保持器８２と、加算器８３と、信号切り替え器８４と、制御モード設定器８６を備える。制御モード設定器８６は、停電監視信号ＰＳＤに基づいて、制御モード切り替え信号Ａを出力する。圧力制御器８１は、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力の検出値ＰＶ８１と、補助ボイラ制御圧力設定値ＳＶ８１とに基づいて、操作量信号ＭＶ８１を出力する。保持器８２は、系統停電の発生時の操作量信号ＭＶ８１の値としての停電発生時操作量値を示す操作量信号ＭＶ８２を出力する。加算器８３は、停電発生時操作量値とスチーム増量分ΔＱに相当する操作量ΔＭＶの和を示す操作量信号ＭＶ８３を出力する。ここで、スチーム増量分ΔＱに相当する操作量ΔＭＶは、系統停電の発生後においてスチームタービン発電機９０及び反応装置１１Ａに供給すべきスチームの流量に対応するスチームの増加量を示す。なお、系統停電が発生すると、スチームＡを供給するための機器に電力を供給する電源が系統電源からスチームタービン発電機９０に切り替わる。そのため、系統停電の発生により、スチームタービン発電機９０の負荷が増加する。信号切り替え器８４は、制御モード切り替え信号Ａに基づいて、操作量信号ＭＶ８１及びＭＶ８３の一方を操作量信号ＭＶ８４として出力する。補助ボイラ制御器６０は、補助ボイラ３０が低圧側ヘッダ２２Ａに供給するスチームの供給量を操作量信号ＭＶ８４に基づいて制御する。
　図４を参照して、系統停電が発生した場合のスチームシステムの制御を説明する。停電監視信号ＰＳＤが系統停電無を示す状態から系統停電有を示す状態に変化すると、タービン２４Ａが停止し、タービン制御器６６Ａは高圧側ヘッダ２１Ａの圧力とは無関係にタービン弁３６Ａを閉じる。タービン２４Ａが停止すると、排熱ボイラ２３Ａによるスチームの発生が停止する。系統停電の発生に応答して、タービン２４Ａ及び排熱ボイラ２３Ａが停止する。
　系統停電の発生に応答して、バイパス弁制御器６７Ａ及び放風弁制御器６４Ａの制御モードが上記自動制御を実行する自動制御モードから手動制御モードに遷移する。バイパス弁制御器６７Ａは、手動制御モードにおいて、バイパス弁２７Ａ及びバイパス弁２８Ａの少なくとも一方の開度を全開に制御する。放風弁制御器６４Ａは、放風弁３４Ａの開度を全開に制御する。これにより、高圧側ヘッダ２１Ａ及び低圧側ヘッダ２２Ａの圧力の上昇が抑制され、安全弁３１Ａ及び安全弁３２Ａが作動することが防がれる。バイパス弁制御器６７Ａの手動制御モードは時間Ｔ１で終了し、バイパス弁制御器６７Ａは自動制御モードに復帰する。放風弁制御器６４Ａの手動制御モードは時間Ｔ２で終了し、放風弁制御器６４Ａは自動制御モードに復帰する。
　制御モード切り替え信号Ａは、系統停電の発生に応答して自動制御モードを示す状態から手動制御モードを示す状態に遷移し、系統電源の発生から時間Ｔ３の経過後に自動制御モードを示す状態に復帰する。圧力制御器８１、保持器８２、信号切り替え器８４は、制御モード切り替え信号Ａに基づいて動作する。
　保持器８２は、制御モード切り替え信号Ａが自動制御モードを示している間、操作量信号ＭＶ８１の現在の値を示す操作量信号ＭＶ８２を出力する。保持器８２は、制御モード切り替え信号Ａが手動制御モードを示している間、停電発生時操作量値を示す操作量信号ＭＶ８２を出力する。したがって、保持器８２は、制御モード切り替え信号Ａが手動制御モードを示している間、一定値を示す操作量信号ＭＶ８２を出力する。
　信号切り替え器８４は、制御モード切り替え信号Ａが自動制御モードを示している間、操作量信号ＭＶ８１を操作量信号ＭＶ８４として出力する。信号切り替え器８４は、制御モード切り替え信号Ａが手動制御モードを示している間、操作量信号ＭＶ８３を操作量信号ＭＶ８４として出力する。
　圧力制御器８１は、制御モード切り替え信号Ａが手動制御モードを示している間、操作量信号ＭＶ８４を用いて操作量信号ＭＶ８１をトラッキングする。これにより、制御モード切り替え信号Ａが自動制御モードを示す状態に復帰したときに、操作量信号ＭＶ８４が急に変化することが防がれる。
　したがって、系統停電の発生前、補助ボイラ３０が低圧側ヘッダ２２Ａに供給するスチームの供給量Ｑは、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力が補助ボイラ制御圧力設定値ＳＶ８１になるように実行される自動制御（フィードバック制御）に従って変化する。系統停電の発生に応答して、補助ボイラ３０が低圧側ヘッダ２２Ａに供給するスチームの供給量Ｑは、補助ボイラ３０は急峻にはそのスチーム発生量を変化できないので、補助ボイラ３０特有の一定の変化速度で増加しはじめる。そしてスチームの供給量Ｑは、時間Ｔ４をかけて系統停電の発生時のスチーム供給量とスチーム増量分ΔＱとの合計供給量に達し、その後系統停電の発生から時間Ｔ３が経過するまで一定に保たれる。系統停電の発生から時間Ｔ３が経過後、補助ボイラ３０が低圧側ヘッダ２２Ａに供給するスチームの供給量Ｑは、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力が補助ボイラ制御圧力設定値ＳＶ８１になるように実行される自動制御（フィードバック制御）に従って変化する。
　このように、タービン２４Ａ及び排熱ボイラ２３Ａの停止によって低圧側ヘッダ２２Ａの圧力が変化する前に補助ボイラ３０が低圧側ヘッダ２２Ａに供給するスチームの供給量Ｑを手動制御で増加させることにより、補助ボイラ３０の追従速度が遅い場合であっても低圧側ヘッダ２２Ａの圧力低下が抑制される。そのため、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力低下を原因とするスチームタービン発電機９０のトリップが防がれる。その結果、系統停電時にも、スチームＡを製造システム１０Ａに確実に供給できる。
　なお、時間Ｔ３は、系統停電の発生から時間Ｔ３が経過する前に系統停電の発生後のスチーム供給量Ｑの増加がスチーム増量分ΔＱに到達しているように設定されることが好ましい。例えば、スチーム増量分ΔＱを補助ボイラ３０特有の一定の変化速度で除した商（時間Ｔ４）よりも時間Ｔ３を大きくする。このようにすることで、さらに低圧側ヘッダ２２Ａの圧力低下が抑制される。
（シミュレーション結果）
　本実施形態に係るスチームシステムについてのシミュレーション結果を以下に説明する。
　図５は、時間Ｔ３及び時間Ｔ４が両方とも４分である場合の系統停電発生後の低圧側ヘッダ２２Ａの圧力変化を示すグラフである。系統停電の発生時刻は、１００２秒である。系統停電の発生から時刻１１２０秒ぐらいまでは、タービン２４Ａ及び排熱ボイラ２３Ａの停止とバイパス弁制御器６７Ａ及び放風弁制御器６４Ａによる一時的な手動制御の影響により低圧側ヘッダ２２Ａの圧力が上下に変動する。その後、系統停電発生から時間Ｔ４後まで、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力は補助ボイラ弁制御器６０による手動制御の影響により上昇して極大値（補助ボイラ制御圧力設定値ＳＶ８１＋１Ｋ／Ｇ程度）に達する。ここで、「Ｋ／Ｇ」は「ｋｇ／ｃｍ２Ｇ」を意味する。その後、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力は、一旦極小値（補助ボイラ制御圧力設定値ＳＶ８１－０．５Ｋ／Ｇ程度）まで低下してから上昇して低圧側ヘッダ２２Ａの設定圧力としての補助ボイラ制御圧力設定値ＳＶ８１程度に維持される。このように、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力の変動が許容できる範囲に抑制される。
　図６は、時間Ｔ３が５分、時間Ｔ４が４分である場合の系統停電発生後の低圧側ヘッダ２２Ａの圧力変化を示すグラフである。この場合も、低圧側ヘッダ２２Ａの圧力の変動が許容できる範囲に抑制される。さらに、系統停電発生から時間Ｔ４が経過した後の低圧側ヘッダ２２Ａの圧力の極小値に注目すると、図６の場合の極小値は図５の場合の極小値より大きい。時間Ｔ３を時間Ｔ４より長く設定することにより、更に低圧側ヘッダ２２Ａの圧力低下が抑制される。
　上記圧力設定値の間の上下関係は、例えば、バイパス制御高圧側圧力設定値より高圧側ヘッダ圧力設定値が低く、高圧側ヘッダ圧力設定値より低圧側ヘッダ放風弁圧力設定値が低く、低圧側ヘッダ放風弁圧力設定値より補助ボイラ制御圧力設定値ＳＶ８１が低く、補助ボイラ制御圧力設定値ＳＶ８１よりバイパス制御低圧側圧力設定値が低い。上記圧力設定値は、この上下関係に矛盾が生じない範囲で適宜変更することが可能である。
　上記実施形態に係るスチームシステムは、メタノールプラント以外の化学プラントにも適用できる。上記実施形態に係るスチームシステムは、発電プラントにも適用できる。
　以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態に様々な変更を行うことが可能である。
　この出願は、２００８年１１月２６日に出願された日本出願特願２００８－３０１６９３号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (10)

  1. 　高圧側ヘッダと、
    　前記高圧側ヘッダにスチームを供給するボイラと、
    　低圧側ヘッダと、
    　前記高圧側ヘッダと前記低圧側ヘッダの間に設けられたタービンと、
    　前記低圧側ヘッダにスチームを供給する補助ボイラと、
    　前記補助ボイラが前記低圧側ヘッダに供給するスチームの供給量を制御する補助ボイラ制御器と
    を具備し、
    　前記補助ボイラ制御器は、
    　前記低圧側ヘッダの圧力と圧力設定値とに基づいて第１操作量信号を出力する圧力制御器と、
    　系統停電の発生時の前記第１操作量信号の値としての停電発生時操作量値を示す第２操作量信号を出力する保持器と、
    　前記停電発生時操作量値とスチーム増量分に相当する操作量の和を示す第３操作量信号を出力する加算器と、
    　前記系統停電の発生前は前記第１操作量信号を第４操作量信号として出力し、前記系統停電の発生から所定時間は前記第３操作量信号を前記第４操作量信号として出力し、前記系統停電の発生から前記所定時間が経過した後は前記第１操作量信号を前記第４操作量信号として出力する信号切り替え器と
    を備え、
    　前記補助ボイラ制御器は、前記第４操作量信号に基づいて前記供給量を制御する
    　スチームシステム。
  2. 　前記圧力制御器は、前記系統停電の発生から前記所定時間、前記第４操作量信号を用いて前記第１操作量信号をトラッキングする
    　請求の範囲１のスチームシステム。
  3. 　前記所定時間は、前記系統停電の発生から前記所定時間が経過する前に前記系統停電の発生後の前記供給量の増加が前記スチーム増量分に到達しているように設定されている
    　請求の範囲１又は２のスチームシステム。
  4. 　前記低圧側ヘッダから外部に供給されるスチームの流量を設定流量に制御する供給弁と、
    　前記低圧側ヘッダから供給されるスチームを用いて発電し、前記外部にスチームを供給するための機器に電力を供給するスチームタービン発電機と
    を更に具備する
    　請求の範囲１乃至３のいずれかに記載のスチームシステム。
  5. 　前記ボイラは、化学プラントの製造システムからの排熱を利用してスチームを発生し、
    　前記タービンは、前記製造システムのコンプレッサを駆動し、
    　前記外部は、前記製造システムであり、
    　前記低圧側ヘッダから前記外部に供給されるスチームは、プロセススチームとして供給される
    　請求の範囲４のスチームシステム。
  6. 　ボイラが高圧側ヘッダに供給されるスチームを発生するステップと、
    　前記高圧側ヘッダから低圧側ヘッダに流れるスチームによりタービンを駆動するステップと、
    　補助ボイラが前記低圧側ヘッダに供給されるスチームを発生するステップと、
    　前記補助ボイラが前記低圧側ヘッダに供給するスチームの供給量を制御するステップとを具備し、
    　前記供給量を制御する前記ステップは、
    　前記低圧側ヘッダの圧力と圧力設定値とに基づいて第１操作量信号を出力するステップと、
    　前記系統停電の発生時の前記第１操作量信号の値としての停電発生時操作量値を示す第２操作量信号を出力するするステップと、
    　前記停電発生時操作量値とスチーム増量分に相当する操作量の和を示す第３操作量信号を出力するステップと、
    　前記系統停電の発生前に前記第１操作量信号を第４操作量信号として出力するステップと、
    　前記系統停電の発生から所定時間が経過するまで前記第３操作量信号を前記第４操作量信号として出力するステップと、
    　前記系統停電の発生から前記所定時間が経過した後に前記第１操作量信号を前記第４操作量信号として出力するステップと、
    　前記供給量を前記第４操作量信号に基づいて制御するステップと
    を備えた
    　スチームシステムの制御方法。
  7. 　前記第１操作量信号は、前記系統停電の発生から前記所定時間、前記第４操作量信号を用いてトラッキングされる
    　請求の範囲６のスチームシステムの制御方法。
  8. 　前記系統停電の発生から前記所定時間が経過する前に前記系統停電の発生後の前記供給量の増加が前記スチーム増量分に到達しているように前記所定時間を設定するステップを
    更に具備する
    　請求の範囲６又は７のスチームシステムの制御方法。
  9. 　前記低圧側ヘッダから外部に供給されるスチームの流量を設定流量に制御するステップと、
    　前記低圧側ヘッダから供給されるスチームを用いて発電した電力を前記外部にスチームを供給するための機器に供給するステップと
    を更に具備する
    　請求の範囲６乃至８のいずれかに記載のスチームシステムの制御方法。
  10. 　前記ボイラが化学プラントの製造システムからの排熱を利用してスチームを発生するステップと、
    　前記タービンが前記製造システムのコンプレッサを駆動するステップと
    を更に具備し、
    　前記外部は前記製造システムであり、
    　記低圧側ヘッダから前記外部に供給されるスチームは、プロセススチームとして供給される
    　請求の範囲９のスチームシステムの制御方法。
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