蒸気システムとその制御システム及び制御方法
【課題】蒸気システムのタービントリップ時の制御の安定性を向上させる。
【解決手段】高圧側ヘッダから低圧側ヘッダに供給される蒸気によって駆動するタービンを備えた蒸気システムにおいて、通常制御時、低圧側ヘッダの圧力が下がったときにタービンバイパス弁が開かれ、高圧側の蒸気が低圧側ヘッダに供給される。タービントリップ時、バイパスを介して低圧側ヘッダに蒸気が急速に流入し、一時的に圧力が高くなり、低圧側ヘッダの蒸気が放出弁を介して放出される。その後、低圧側ヘッダから他のプロセスへの蒸気供給が増加すると、放出弁が閉じられる。放出弁が全閉になった後、低圧側ヘッダの蒸気量が過小とならないように、タービンバイパス弁の開度が通常制御よりも早いタイミングで大きくなるトリップ後制御が実行される。
【解決手段】高圧側ヘッダから低圧側ヘッダに供給される蒸気によって駆動するタービンを備えた蒸気システムにおいて、通常制御時、低圧側ヘッダの圧力が下がったときにタービンバイパス弁が開かれ、高圧側の蒸気が低圧側ヘッダに供給される。タービントリップ時、バイパスを介して低圧側ヘッダに蒸気が急速に流入し、一時的に圧力が高くなり、低圧側ヘッダの蒸気が放出弁を介して放出される。その後、低圧側ヘッダから他のプロセスへの蒸気供給が増加すると、放出弁が閉じられる。放出弁が全閉になった後、低圧側ヘッダの蒸気量が過小とならないように、タービンバイパス弁の開度が通常制御よりも早いタイミングで大きくなるトリップ後制御が実行される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気システムの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタノールプラント、アンモニア（尿素含む）プラントなどの化学プラントにおいて、高温高圧の蒸気が用いられる。図１は、そうした蒸気を制御する蒸気システムの一例を示す。
【０００３】
蒸気システム２は、内部に高圧蒸気が蓄積される高圧側ヘッダ４と、高圧蒸気よりも圧力の低い低圧蒸気が蓄積される低圧側ヘッダ６とを備える。プラントによっては、図１の低圧側ヘッダ６に相当するものに中圧側ヘッダという名称が与えられることもある。
【０００４】
高圧側ヘッダ４は、廃熱ボイラ８に接続される。廃熱ボイラ８は、高圧側ヘッダ４に高圧の蒸気を供給する。廃熱ボイラ８の供給系統は、安全弁１０と放出弁１２とを備える。放出弁１２のコントローラは、供給系統の蒸気圧力が第１の所定の圧力を超えると、通常時に全閉に設定されている弁の開度を徐々に大きくして蒸気を系統の外部に逃がす。安全弁１０は、供給系統の圧力が第１の所定の圧力よりも大きく設定された第２の所定の圧力を超えると蒸気の圧力に応じて開かれ、蒸気を系統の外部に逃がす。高圧側ヘッダ４は更に、補助ボイラ１４に接続されている。補助ボイラ１４は、補助ボイラ（パッケージボイラ）が発生する高圧の蒸気を高圧側ヘッダ４に供給する。廃熱ボイラ８が供給する蒸気の圧力は、補助ボイラ１４が供給する蒸気の圧力よりも高い。
【０００５】
低圧側ヘッダ６は放出弁３０を備える。放出弁３０のコントローラ３２は、低圧側ヘッダ６の蒸気の圧力が所定の放出弁制御開始圧力を超えると通常時に全閉に設定されている弁の開度を徐々に大きくして蒸気を系統の外部に逃がす。この制御は、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力の測定値ＰＶと、通常時の低圧側ヘッダの蒸気圧力の目標値よりも少し大きい値に設定された放出弁ＭＶとの偏差によるＰＩ調節計で行われる。放出弁３０のコントローラ３２の圧力設定値は、後述のタービンバイパス弁２３の低圧側コントローラ２７の圧力設定値よりも大きい。
【０００６】
低圧側ヘッダ６は更に、安全弁２８を備える。安全弁２８は放出弁制御開始圧力よりも大きく設定された安全弁制御開始圧力を超えると蒸気の圧力に応じて開かれ、蒸気を系統の外部に逃がす。低圧側ヘッダ６は更に、他のプロセス３４に低圧蒸気を供給する。
【０００７】
高圧側ヘッダ４はタービン１６に接続される。高圧側ヘッダ４の高圧蒸気は、タービン入口側配管１８を介してタービン１６に導入される。タービン１６は高圧蒸気によって駆動され、図示しない外部装置に力学的エネルギーを供給し、圧力の低下した蒸気を吐出する。吐出された蒸気の一部はタービン出口側配管２０を介して低圧側ヘッダ６に供給される。他の一部は、図示しない復水器などに供給される。
【０００８】
蒸気システム２は更に、高圧側ヘッダ４と低圧側ヘッダ６とを接続するタービンバイパスライン２２を備える。タービンバイパスライン２２は、内部を流れる蒸気の流量を制御するためのタービンバイパス弁２３を備える。タービンバイパス弁２３が開かれると、高圧側ヘッダ４の高圧蒸気はタービン１６を迂回し、タービンバイパスライン２２を介して低圧側ヘッダ６に供給される。
【０００９】
タービンバイパス弁２３は、制御部２４から送信される制御信号によってソレノイドを動作させることにより制御される。高圧側コントローラ２５と低圧側コントローラ２７と高位選択器２６とを備える。
【００１０】
高圧側コントローラ２５は、高圧ヘッダ４の高圧蒸気の圧力を測定して得られたプラント値である高圧側圧力を入力する。高圧側コントローラ２５は、予め記憶している基準に基づいて、入力した高圧側圧力からタービンバイパス弁２３の開度を指令するための高圧側ＭＶを生成して出力する。高圧側ＭＶは、例えば高圧側圧力と高圧側圧力設定値との偏差に基づくＰＩ制御によって生成される。高圧側コントローラ２５の圧力設定値は、廃熱ボイラ８の供給する蒸気の圧力よりも小さく、補助ボイラ１３の供給する蒸気の圧力よりも大きい。
【００１１】
低圧側コントローラ２７は、低圧ヘッダ６の低圧蒸気の圧力を測定して得られたプラント値である低圧側圧力を入力する。低圧側コントローラ２７は、予め記憶している基準に基づいて、入力した低圧側圧力からタービンバイパス弁２３の開度を指令するための低圧側ＭＶを生成して出力する。低圧側ＭＶは、例えば低圧側圧力と低圧側圧力設定値との偏差に基づくＰＩ制御によって生成される。
【００１２】
高位選択器２６は、高圧側ＭＶと低圧側ＭＶとを入力して大きい方の値を制御用のＭＶとして選択してタービンバイパス弁２３を制御して、制御された量の蒸気を高圧側ヘッダ４から低圧側ヘッダ６に送る。こうした制御により、高圧側ヘッダ４の蒸気圧力が所定の基準よりも高くなった場合に、高圧側ヘッダ４の蒸気圧力を下げることができる。更に、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力が所定の基準よりも低くなった場合に、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力を上げることができる。
【００１３】
低圧側ヘッダ６には更に、図示しない低圧蒸気供給系統が接続されている。低圧蒸気供給系統は、低圧側ヘッダ６に低圧蒸気を供給する。低圧蒸気供給系統は、低圧側流入量制御ＳＶを予め記憶している制御装置によって制御されている。低圧側ヘッダ６の圧力がその低圧側流入量制御ＳＶを超えると、低圧蒸気供給系統が低圧側ヘッダ６に供給する蒸気の量が減らされる。
【００１４】
特許文献１には、蒸気タービンが故障（トリップ時）により緊急停止した場合、タービン側で使用していた蒸気をスムーズに高圧蒸気復水器に逃がす蒸気タービン蒸気バイパス装置に関する発明が記載されている。
【００１５】
特許文献２には、蒸気タービン入口に接続されタービンバイパス弁を具えたタービンバイパスと、同タービンバイパス弁を制御するタービンガバナとを有するコンバインドプラントにおいて、前記タービンガバナが前記タービンバイパス弁の自動制御を停止した時、その時の蒸気圧力より所定値だけ高い圧力を設定圧力として前記タービンバイパス弁を制御することを特徴とするコンバインドプラントのタービンバイパス制御方法が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２５７０１８号公報
【特許文献２】特開平７−２２９４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
発明者は、上記のような蒸気システムにおいて、以下のような制御の不安定が発生する可能性があることを発見した。蒸気システム２の運転中に、タービン１６がトリップすることがある。タービン１６がトリップした状態において、他のプロセス３４で消費される蒸気量が増加し、低圧側ヘッダ６から他のプロセス３４に供給される蒸気流量Ｆ５が増加することがある。
【００１７】
タービン１６がトリップすると、上記の制御によりバイパス弁が急速に開けられ、一時的に高圧側ヘッダ４の圧力が急速に低下し、低圧側ヘッダの圧力が急速に増大する。その後、低圧側ヘッダ６の圧力は、放出弁３０から蒸気が外部に放出されることによって一旦５２ＫＧ（ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）以下に低下してから、徐々に５２ＫＧに近づくように上昇する。高圧側ヘッダ４の圧力は、制御部２４がタービンバイパス弁２３の開度を小さくする制御を行うことにより、徐々に１０７ＫＧに近づく。
【００１８】
こうした状態以降のプラント状態の推移が図２（ａ）〜（ｄ）に示されている。図２（ｄ）において、時刻ｔ１０より前においては、他のプロセス３４に供給される蒸気流量Ｆ５が廃熱ボイラ８から高圧側ヘッダ１に供給される蒸気流量Ｆ１よりも少ないものとする。時刻ｔ１０で蒸気流量Ｆ５が増加し始める。
【００１９】
廃熱ボイラ８が高圧側ヘッダ４に供給する蒸気流量Ｆ１は、廃熱ボイラ８が外部システムの廃熱を利用して蒸気を発生しているために、蒸気流量Ｆ１は外部システムの条件によって概ね決まっていて、任意に制御することができない。結果として、タービントリップ時に高圧側ヘッダ４から低圧側ヘッダ６に供給される蒸気流量Ｆ３は変化せずに蒸気流量Ｆ５が増加する。
【００２０】
したがって時刻ｔ１０以降、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力が低下する傾向が発生する。放出弁３０のコントローラ３２は、ＰＶ値とＳＶ値の偏差が大きくなるため、放出弁３０の開度を小さくするようなＭＶ値を生成する。放出弁３０の開度が徐々に小さくなり、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力の低下が抑制される。
【００２１】
時刻ｔ１１において、放出弁３０が全閉する。図２（ｃ）に示されるように、時刻ｔ１１以降、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力はコントローラ３２のＳＶ値５２ＫＧから低下する。蒸気圧力は時刻ｔ１２で制御部２４の低圧側コントローラ２７のＳＶ値４８．５ＫＧとなり、さらに低下する。
【００２２】
低圧側コントローラ２７は時刻ｔ１２以降、タービンバイパス弁２３の開度を大きくするようにＭＶ値を生成して高位選択器２６に送信する。しかし図２（ａ）に示されるように、この時点では高圧側ヘッダ４の圧力は高い（１０７ＫＧ）。そのため、高圧側コントローラ２４はタービンバイパス弁２３の開度を小さくするようにＭＶ値を生成して高位選択器２６に送信する。時刻ｔ１１の後しばらくの間、高位選択器２６は高圧側コントローラ２４のＭＶ値を選択してタービンバイパス弁２３の制御に用いる。タービンバイパス弁２３の開度は小さくなり、低圧側ヘッダ６の圧力はさらに低下する。低圧側ヘッダ６の圧力が異常低下する。この現象は、蒸気システム２の運転の安定性にとって好ましくない。
【００２３】
低圧側ヘッダ６の圧力がある程度を超えて低下すると、低圧側コントローラ２７のＭＶ値が大きくなり、高位選択器２６が低圧側コントローラ２７のＭＶ値を制御信号として選択するようになる。タービンバイパス弁２３の開度は、この時点以前は減少していたが、この時点以降は増加に転じる。図２（ｄ）に示されるようにタービンバイパスライン２２の蒸気流量Ｆ３が増加し、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力も増加する。但し、一旦は蒸気圧力が以上低下しているため、やや大きいハンチングが発生する可能性がある。
【００２４】
蒸気流量Ｆ３が大きくなると、高圧側ヘッダ４の蒸気圧力が低下する。時刻ｔ１３において蒸気圧力が補助ボイラ１３のコントローラ１５のＳＶ値１０５ＫＧを下回ると、図２（ｂ）に示されるように、補助ボイラ１３が高圧側ヘッダ４に供給する蒸気の流量Ｆ２が増加する。
【００２５】
しかし、補助ボイラ１３は高圧側ヘッダ４の圧力変化を埋め合わせるほどの即応性を有していない場合がある。そのような場合、図２（ａ）に示されるように高圧側ヘッダ４の圧力が異常低下する可能性がある。さらに、高圧側ヘッダ４の圧力が正常に戻るまでに大きめのハンチングが発生する可能性がある。
【００２６】
このような不安定性は、タービントリップ時以外にも発生する可能性がある。低圧側ヘッダ６の蒸気圧力が放出弁３０の開度によって制御されている状態において、他のプロセス３４に供給される蒸気流量Ｆ５が増大すると、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力が低下する。このような場合、放出弁３０を全閉しても圧力の低下が止まらないと、タービンバイパス弁２３が開けられ、その開度の制御によって低圧側ヘッダ６に蒸気を供給する制御が実行される。こうした場合にも、上記のタービントリップ時と類似の不安定な挙動が発生する可能性がある。
【００２７】
そこで本発明の目的は、タービントリップ時における蒸気システムの制御の安定性を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２９】
本発明による蒸気システム（２）は、高圧蒸気を蓄積する高圧側ヘッダ（４）と、高圧側ヘッダ（４）から供給される高圧蒸気によって駆動されるタービン（１６）と、タービン（１６）が吐出する蒸気を低圧蒸気として蓄積する低圧側ヘッダ（６）と、低圧蒸気を低圧側ヘッダ（６）の外部に放出する放出弁（３０）と、低圧蒸気の圧力が放出弁圧力設定値よりも大きいとき、低圧蒸気の圧力が低下するように放出弁（３０）の開度を制御する放出弁コントローラ（３２）と、高圧側ヘッダ（４）からタービン（１６）を迂回して低圧側ヘッダ（６）に蒸気を導くバイパス（２２）と、バイパス（２２）の蒸気流量を制御するバイパス弁（２３）と、タービン（１６）が駆動しているとき、低圧蒸気の圧力のプラント値を用いてバイパス弁（２３）の開度を制御する通常制御を行うバイパス弁コントローラ（２４）と、タービン（１６）がトリップしたことを示すトリップ信号に応答して、高圧側ヘッダ（４）からタービン（１６）を迂回して低圧側ヘッダ（６）に蒸気を供給するトリップ時制御を行うトリップ時制御部とを備える。バイパス弁コントローラ（２４）は、トリップ時制御の後且つタービン（１６）がトリップしているとき、通常制御よりもバイパス弁（２３）の開度を大きくするトリップ後制御を行う。
【００３０】
本発明による蒸気システム（２）において、バイパス弁コントローラ（２４）は、放出弁（３０）の開度が所定値以下になったときトリップ後制御を開始する。
【００３１】
本発明による蒸気システム（２）において、バイパス弁コントローラ（２４）は、低圧側ヘッダ（６）の蒸気圧力が放出弁圧力設定値に対して所定量以上低下したときにトリップ後制御を開始する。
【００３２】
本発明による蒸気システム（２）において、バイパス弁コントローラ（２４）は、低圧蒸気の圧力のプラント値が低圧側圧力設定値に近づくようにバイパス弁（２３）を制御するための低圧側制御値を生成する低圧側バイパス弁コントローラ（２７）を備える。
【００３３】
本発明による蒸気システム（２）において、低圧側バイパス弁コントローラ（２７）は、低圧蒸気の圧力のプラント値と低圧側圧力設定値との偏差に基づいて低圧側制御値を生成する。
【００３４】
本発明による蒸気システム（２）において、低圧側圧力設定値は、放出弁圧力設定値よりも小さい。
【００３５】
本発明による蒸気システム（２）において、バイパス弁コントローラ（２４）は更に、高圧蒸気の圧力が高圧側圧力設定値に近づくようにバイパス弁（２３）を制御するための高圧側制御値を生成する高圧側バイパス弁コントローラ（２５）と、通常制御において、低圧側制御値と高圧側制御値の大きい方をバイパス弁（２３）の開度を制御する制御値として選択する選択器（２６）とを備える。
【００３６】
本発明による蒸気システム（２）は更に、高圧側ヘッダ（４）に第１圧力の蒸気を供給する廃熱ボイラ（８）と、第１圧力より小さい第２圧力の蒸気を供給する補助ボイラ（１３）とを備える。高圧側圧力設定値は、第１圧力よりも小さく第２圧力よりも大きい。
【００３７】
本発明による蒸気システム（２）において、バイパス弁コントローラ（２４）は、トリップ後制御を開始するとき、低圧側圧力設定値を通常制御におけるよりも大きいトリップ時低圧側圧力設定値に設定する。
【００３８】
本発明による蒸気システム（２）において、トリップ時低圧側圧力設定値は、トリップ後制御を開始するとき、低圧蒸気のプラント値に設定される。
【００３９】
本発明による蒸気システム（２）において、トリップ時低圧側圧力設定値は、トリップ後動作を開始するとき、所定の変化速度で通常制御における低圧側圧力設定値に戻される。
【００４０】
本発明による蒸気システム（２）において、トリップ後制御は、低圧蒸気の圧力がトリップ時低圧側圧力設定値を下回った時点で開始される。
【００４１】
本発明による蒸気システム（２）において、トリップ後制御は、通常制御におけるバイパス弁（２３）の開度指令値に対して徐々に増加する上乗せ値を足すことにより実行される。
【発明の効果】
【００４２】
本発明により、タービントリップ時における蒸気システムの制御の安定性が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。本実施の形態における制御装置及び制御方法は、図１を参照して説明された蒸気システム２において、放出弁３０のコントローラ３２と制御部２４にタービントリップ時の機能が追加されることによって実現される。以下においては、図１を参照して、コントローラ３２に追加される機能に関して説明される。通常運転時における制御は既述の説明と同じであり省略する。
【００４４】
図３を参照して、タービントリップ後にコントローラ３２が実行する動作について説明する。図３（ａ）に示されるように、放出弁開度が徐々に低下し、時刻ｔ２において全閉する。これは図２（ｄ）の時刻ｔ１１に対応する。このとき、コントローラ３２は放出弁３０が全閉になったことを示すトリガを生成して制御部２４に送信する。プラントの条件によっては、このトリガは放出弁３０の開度が所定値以下となったタイミングで生成されてもよい。
【００４５】
時刻ｔ２において制御部２４がトリガを受信するとトリップ後制御が開始される。低圧側コントローラ２７がマニュアル操作に設定され、設定値が通常制御におけるよりも大きいトリップ時低圧側圧力設定値に自動的に設定される。具体的には、制御部２４は、低圧側コントローラ２７のＳＶ値を、その時点における低圧側ヘッダ６の蒸気圧力のプラント値（図３（ｃ）のＭＰ２）に設定する。時刻ｔ２以後、制御部２４は低圧側コントローラ２７のＳＶ値を、時刻ｔ５において通常制御時のＳＶ値４８．５ＫＧに戻るまで所定の変化率で下げる。
【００４６】
次に、上記の制御が適用される蒸気システムの状態のタービントリップ後の推移について説明する。タービン１６がトリップすると、上記の制御によりバイパス弁が急速に開けられ、一時的に高圧側ヘッダ４の圧力が急速に低下し、低圧側ヘッダの圧力が急速に増大する。その後、低圧側ヘッダ６の圧力は、放出弁３０が開けられることによって一旦５２ＫＧ以下に低下してから、徐々に５２ＫＧに近づくように上昇する。高圧側ヘッダ４の圧力は、制御部２４がタービンバイパス弁２３の開度を小さくする制御を行うことにより、徐々に１０７ＫＧに近づく。
【００４７】
こうした状態以降のプラント状態の推移が図４に示されている。図３（ｄ）の時刻ｔ１０について説明したのと同様に、時刻ｔ１において蒸気流量Ｆ５が増加しはじめる。それに伴う蒸気圧力の低下により、コントローラ３２は放出弁３０の開度を小さくする制御を行い、蒸気流量Ｆ４が次第に減少する。時刻ｔ２において、放出弁３０が全閉となる。
【００４８】
図４（ｃ）を参照して、時刻ｔ２おいて放出弁３０が全閉されるとトリガがＯＮになり、低圧側コントローラ２７のＳＶ値が通常制御時の４８．５ＫＧから時刻ｔ２における低圧側ヘッダ６の蒸気圧力（図４（ｃ）の５２ＫＧ）に設定される。このＳＶ値（トリップ時低圧側圧力設定値）は所定の変化率で通常制御におけるＳＶ値にまで低下する。
【００４９】
トリップ時圧力設定値は通常制御におけるＳＶ値よりも大きいため、時刻ｔ２以降、短時間のうちに低圧側ヘッダ６の蒸気圧力がトリップ時低圧側圧力設定値を下回る。この時刻が図４にｔ３で示されている。時刻ｔ３以降、低圧側コントローラ２７はタービンバイパス弁２３の開度を大きくするように開度指令ＭＶ値を生成する。この制御により、制御部２４は、放出弁３０が閉じてから短時間のうちにタービンバイパス弁２３の開度を大きくする制御を行う。
【００５０】
その結果、低圧側ヘッダ６に速やかに蒸気が供給され、図３（ｃ）に示されるように、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力の異常低下が回避される。トリップ時低圧側圧力設定値が徐々に通常制御時のＳＶ値に戻されるため、ハンチングが小さく抑えられる。
【００５１】
時刻ｔ３以降、高圧側ヘッダ４の蒸気圧力が低下する。時刻ｔ４において高圧側ヘッダ４の蒸気圧力が補助ボイラ系のコントローラ１５のＳＶ値を下回る。するとコントローラ１５は補助ボイラ蒸気流量制御弁１４の開度を大きくし、蒸気流量Ｆ２が増大する。この制御により、放出弁３０が全閉になってから短時間のうちに補助ボイラ１３の蒸気が高圧側ヘッダ４に供給される。その結果、図４（ａ）に示されるように高圧側ヘッダ４の蒸気圧力の異常低下が回避される。さらに、蒸気圧力のハンチングも抑制される。そのため、図４（ｂ）に示されるように、タービンバイパスライン２２の蒸気流量Ｆ３が放出弁３０の全閉から短時間のうちに、滑らかに増大する。
【００５２】
以上に示されたように、本実施の形態においては、放出弁３０が全閉になり放出弁３０による低圧側ヘッダ６の圧力制御が効かなくなったときに、タービンバイパス弁２３の低圧側設定値がより大きい圧力に設定される。そのため、まだ低圧側ヘッダ６の蒸気圧力があまり低下していないうちに低圧側ヘッダ６に追加の蒸気が供給されて、蒸気圧力の異常低下が回避される。その結果、タービントリップ後の制御の安定性が向上する。
【００５３】
本実施の形態では、放出弁３０の全閉をトリガとしてトリップ後制御が開始された。このような制御に代えて、放出弁３０のコントローラ３２が、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力がコントローラ３２のＳＶ値（５２ＫＧ）に対して所定幅低下したタイミングでトリガを生成するという制御によって、同様の効果を達成することが可能である。
【００５４】
また、トリガが発生した後の制御について、本実施の形態とは異なる手段でタービンバイパスライン２２の蒸気流量Ｆ３を増加させることが可能である。例えば、トリガが発生してから所定時間の間、選択器２６が出力する開度指令値にランプ（ｒａｍｐ）状に徐々に増加する上乗せ値を足す加算器を追加し、加算器の出力によってタービンバイパス弁２３を制御することにより、蒸気流量Ｆ３が増加し、本実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、蒸気システムの構成を示す。
【図２】図２は、タービントリップ後のプラント状態の推移を示す。
【図３】図３は、タービントリップ後のコントローラの動作を示す。
【図４】図４は、タービントリップ後のプラント状態の推移を示す。
【符号の説明】
【００５６】
２…蒸気システム
４…高圧側ヘッダ
６…低圧側ヘッダ
８…廃熱ボイラ
１０…安全弁
１２…放出弁
１３…補助ボイラ
１４…補助ボイラ蒸気流量制御弁
１５…コントローラ
１６…タービン
１８…タービン入口側配管
２０…タービン出口側配管
２２…タービンバイパスライン
２３…タービンバイパス弁
２４…制御部
２５…高圧側コントローラ
２６…高位選択器
２７…低圧側コントローラ
２８…安全弁
３０…放出弁
３２…コントローラ
３４…他のプロセス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気システムの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタノールプラント、アンモニア（尿素含む）プラントなどの化学プラントにおいて、高温高圧の蒸気が用いられる。図１は、そうした蒸気を制御する蒸気システムの一例を示す。
【０００３】
蒸気システム２は、内部に高圧蒸気が蓄積される高圧側ヘッダ４と、高圧蒸気よりも圧力の低い低圧蒸気が蓄積される低圧側ヘッダ６とを備える。プラントによっては、図１の低圧側ヘッダ６に相当するものに中圧側ヘッダという名称が与えられることもある。
【０００４】
高圧側ヘッダ４は、廃熱ボイラ８に接続される。廃熱ボイラ８は、高圧側ヘッダ４に高圧の蒸気を供給する。廃熱ボイラ８の供給系統は、安全弁１０と放出弁１２とを備える。放出弁１２のコントローラは、供給系統の蒸気圧力が第１の所定の圧力を超えると、通常時に全閉に設定されている弁の開度を徐々に大きくして蒸気を系統の外部に逃がす。安全弁１０は、供給系統の圧力が第１の所定の圧力よりも大きく設定された第２の所定の圧力を超えると蒸気の圧力に応じて開かれ、蒸気を系統の外部に逃がす。高圧側ヘッダ４は更に、補助ボイラ１４に接続されている。補助ボイラ１４は、補助ボイラ（パッケージボイラ）が発生する高圧の蒸気を高圧側ヘッダ４に供給する。廃熱ボイラ８が供給する蒸気の圧力は、補助ボイラ１４が供給する蒸気の圧力よりも高い。
【０００５】
低圧側ヘッダ６は放出弁３０を備える。放出弁３０のコントローラ３２は、低圧側ヘッダ６の蒸気の圧力が所定の放出弁制御開始圧力を超えると通常時に全閉に設定されている弁の開度を徐々に大きくして蒸気を系統の外部に逃がす。この制御は、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力の測定値ＰＶと、通常時の低圧側ヘッダの蒸気圧力の目標値よりも少し大きい値に設定された放出弁ＭＶとの偏差によるＰＩ調節計で行われる。放出弁３０のコントローラ３２の圧力設定値は、後述のタービンバイパス弁２３の低圧側コントローラ２７の圧力設定値よりも大きい。
【０００６】
低圧側ヘッダ６は更に、安全弁２８を備える。安全弁２８は放出弁制御開始圧力よりも大きく設定された安全弁制御開始圧力を超えると蒸気の圧力に応じて開かれ、蒸気を系統の外部に逃がす。低圧側ヘッダ６は更に、他のプロセス３４に低圧蒸気を供給する。
【０００７】
高圧側ヘッダ４はタービン１６に接続される。高圧側ヘッダ４の高圧蒸気は、タービン入口側配管１８を介してタービン１６に導入される。タービン１６は高圧蒸気によって駆動され、図示しない外部装置に力学的エネルギーを供給し、圧力の低下した蒸気を吐出する。吐出された蒸気の一部はタービン出口側配管２０を介して低圧側ヘッダ６に供給される。他の一部は、図示しない復水器などに供給される。
【０００８】
蒸気システム２は更に、高圧側ヘッダ４と低圧側ヘッダ６とを接続するタービンバイパスライン２２を備える。タービンバイパスライン２２は、内部を流れる蒸気の流量を制御するためのタービンバイパス弁２３を備える。タービンバイパス弁２３が開かれると、高圧側ヘッダ４の高圧蒸気はタービン１６を迂回し、タービンバイパスライン２２を介して低圧側ヘッダ６に供給される。
【０００９】
タービンバイパス弁２３は、制御部２４から送信される制御信号によってソレノイドを動作させることにより制御される。高圧側コントローラ２５と低圧側コントローラ２７と高位選択器２６とを備える。
【００１０】
高圧側コントローラ２５は、高圧ヘッダ４の高圧蒸気の圧力を測定して得られたプラント値である高圧側圧力を入力する。高圧側コントローラ２５は、予め記憶している基準に基づいて、入力した高圧側圧力からタービンバイパス弁２３の開度を指令するための高圧側ＭＶを生成して出力する。高圧側ＭＶは、例えば高圧側圧力と高圧側圧力設定値との偏差に基づくＰＩ制御によって生成される。高圧側コントローラ２５の圧力設定値は、廃熱ボイラ８の供給する蒸気の圧力よりも小さく、補助ボイラ１３の供給する蒸気の圧力よりも大きい。
【００１１】
低圧側コントローラ２７は、低圧ヘッダ６の低圧蒸気の圧力を測定して得られたプラント値である低圧側圧力を入力する。低圧側コントローラ２７は、予め記憶している基準に基づいて、入力した低圧側圧力からタービンバイパス弁２３の開度を指令するための低圧側ＭＶを生成して出力する。低圧側ＭＶは、例えば低圧側圧力と低圧側圧力設定値との偏差に基づくＰＩ制御によって生成される。
【００１２】
高位選択器２６は、高圧側ＭＶと低圧側ＭＶとを入力して大きい方の値を制御用のＭＶとして選択してタービンバイパス弁２３を制御して、制御された量の蒸気を高圧側ヘッダ４から低圧側ヘッダ６に送る。こうした制御により、高圧側ヘッダ４の蒸気圧力が所定の基準よりも高くなった場合に、高圧側ヘッダ４の蒸気圧力を下げることができる。更に、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力が所定の基準よりも低くなった場合に、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力を上げることができる。
【００１３】
低圧側ヘッダ６には更に、図示しない低圧蒸気供給系統が接続されている。低圧蒸気供給系統は、低圧側ヘッダ６に低圧蒸気を供給する。低圧蒸気供給系統は、低圧側流入量制御ＳＶを予め記憶している制御装置によって制御されている。低圧側ヘッダ６の圧力がその低圧側流入量制御ＳＶを超えると、低圧蒸気供給系統が低圧側ヘッダ６に供給する蒸気の量が減らされる。
【００１４】
特許文献１には、蒸気タービンが故障（トリップ時）により緊急停止した場合、タービン側で使用していた蒸気をスムーズに高圧蒸気復水器に逃がす蒸気タービン蒸気バイパス装置に関する発明が記載されている。
【００１５】
特許文献２には、蒸気タービン入口に接続されタービンバイパス弁を具えたタービンバイパスと、同タービンバイパス弁を制御するタービンガバナとを有するコンバインドプラントにおいて、前記タービンガバナが前記タービンバイパス弁の自動制御を停止した時、その時の蒸気圧力より所定値だけ高い圧力を設定圧力として前記タービンバイパス弁を制御することを特徴とするコンバインドプラントのタービンバイパス制御方法が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２５７０１８号公報
【特許文献２】特開平７−２２９４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
発明者は、上記のような蒸気システムにおいて、以下のような制御の不安定が発生する可能性があることを発見した。蒸気システム２の運転中に、タービン１６がトリップすることがある。タービン１６がトリップした状態において、他のプロセス３４で消費される蒸気量が増加し、低圧側ヘッダ６から他のプロセス３４に供給される蒸気流量Ｆ５が増加することがある。
【００１７】
タービン１６がトリップすると、上記の制御によりバイパス弁が急速に開けられ、一時的に高圧側ヘッダ４の圧力が急速に低下し、低圧側ヘッダの圧力が急速に増大する。その後、低圧側ヘッダ６の圧力は、放出弁３０から蒸気が外部に放出されることによって一旦５２ＫＧ（ｋｇ／ｃｍ２Ｇ）以下に低下してから、徐々に５２ＫＧに近づくように上昇する。高圧側ヘッダ４の圧力は、制御部２４がタービンバイパス弁２３の開度を小さくする制御を行うことにより、徐々に１０７ＫＧに近づく。
【００１８】
こうした状態以降のプラント状態の推移が図２（ａ）〜（ｄ）に示されている。図２（ｄ）において、時刻ｔ１０より前においては、他のプロセス３４に供給される蒸気流量Ｆ５が廃熱ボイラ８から高圧側ヘッダ１に供給される蒸気流量Ｆ１よりも少ないものとする。時刻ｔ１０で蒸気流量Ｆ５が増加し始める。
【００１９】
廃熱ボイラ８が高圧側ヘッダ４に供給する蒸気流量Ｆ１は、廃熱ボイラ８が外部システムの廃熱を利用して蒸気を発生しているために、蒸気流量Ｆ１は外部システムの条件によって概ね決まっていて、任意に制御することができない。結果として、タービントリップ時に高圧側ヘッダ４から低圧側ヘッダ６に供給される蒸気流量Ｆ３は変化せずに蒸気流量Ｆ５が増加する。
【００２０】
したがって時刻ｔ１０以降、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力が低下する傾向が発生する。放出弁３０のコントローラ３２は、ＰＶ値とＳＶ値の偏差が大きくなるため、放出弁３０の開度を小さくするようなＭＶ値を生成する。放出弁３０の開度が徐々に小さくなり、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力の低下が抑制される。
【００２１】
時刻ｔ１１において、放出弁３０が全閉する。図２（ｃ）に示されるように、時刻ｔ１１以降、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力はコントローラ３２のＳＶ値５２ＫＧから低下する。蒸気圧力は時刻ｔ１２で制御部２４の低圧側コントローラ２７のＳＶ値４８．５ＫＧとなり、さらに低下する。
【００２２】
低圧側コントローラ２７は時刻ｔ１２以降、タービンバイパス弁２３の開度を大きくするようにＭＶ値を生成して高位選択器２６に送信する。しかし図２（ａ）に示されるように、この時点では高圧側ヘッダ４の圧力は高い（１０７ＫＧ）。そのため、高圧側コントローラ２４はタービンバイパス弁２３の開度を小さくするようにＭＶ値を生成して高位選択器２６に送信する。時刻ｔ１１の後しばらくの間、高位選択器２６は高圧側コントローラ２４のＭＶ値を選択してタービンバイパス弁２３の制御に用いる。タービンバイパス弁２３の開度は小さくなり、低圧側ヘッダ６の圧力はさらに低下する。低圧側ヘッダ６の圧力が異常低下する。この現象は、蒸気システム２の運転の安定性にとって好ましくない。
【００２３】
低圧側ヘッダ６の圧力がある程度を超えて低下すると、低圧側コントローラ２７のＭＶ値が大きくなり、高位選択器２６が低圧側コントローラ２７のＭＶ値を制御信号として選択するようになる。タービンバイパス弁２３の開度は、この時点以前は減少していたが、この時点以降は増加に転じる。図２（ｄ）に示されるようにタービンバイパスライン２２の蒸気流量Ｆ３が増加し、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力も増加する。但し、一旦は蒸気圧力が以上低下しているため、やや大きいハンチングが発生する可能性がある。
【００２４】
蒸気流量Ｆ３が大きくなると、高圧側ヘッダ４の蒸気圧力が低下する。時刻ｔ１３において蒸気圧力が補助ボイラ１３のコントローラ１５のＳＶ値１０５ＫＧを下回ると、図２（ｂ）に示されるように、補助ボイラ１３が高圧側ヘッダ４に供給する蒸気の流量Ｆ２が増加する。
【００２５】
しかし、補助ボイラ１３は高圧側ヘッダ４の圧力変化を埋め合わせるほどの即応性を有していない場合がある。そのような場合、図２（ａ）に示されるように高圧側ヘッダ４の圧力が異常低下する可能性がある。さらに、高圧側ヘッダ４の圧力が正常に戻るまでに大きめのハンチングが発生する可能性がある。
【００２６】
このような不安定性は、タービントリップ時以外にも発生する可能性がある。低圧側ヘッダ６の蒸気圧力が放出弁３０の開度によって制御されている状態において、他のプロセス３４に供給される蒸気流量Ｆ５が増大すると、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力が低下する。このような場合、放出弁３０を全閉しても圧力の低下が止まらないと、タービンバイパス弁２３が開けられ、その開度の制御によって低圧側ヘッダ６に蒸気を供給する制御が実行される。こうした場合にも、上記のタービントリップ時と類似の不安定な挙動が発生する可能性がある。
【００２７】
そこで本発明の目的は、タービントリップ時における蒸気システムの制御の安定性を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２９】
本発明による蒸気システム（２）は、高圧蒸気を蓄積する高圧側ヘッダ（４）と、高圧側ヘッダ（４）から供給される高圧蒸気によって駆動されるタービン（１６）と、タービン（１６）が吐出する蒸気を低圧蒸気として蓄積する低圧側ヘッダ（６）と、低圧蒸気を低圧側ヘッダ（６）の外部に放出する放出弁（３０）と、低圧蒸気の圧力が放出弁圧力設定値よりも大きいとき、低圧蒸気の圧力が低下するように放出弁（３０）の開度を制御する放出弁コントローラ（３２）と、高圧側ヘッダ（４）からタービン（１６）を迂回して低圧側ヘッダ（６）に蒸気を導くバイパス（２２）と、バイパス（２２）の蒸気流量を制御するバイパス弁（２３）と、タービン（１６）が駆動しているとき、低圧蒸気の圧力のプラント値を用いてバイパス弁（２３）の開度を制御する通常制御を行うバイパス弁コントローラ（２４）と、タービン（１６）がトリップしたことを示すトリップ信号に応答して、高圧側ヘッダ（４）からタービン（１６）を迂回して低圧側ヘッダ（６）に蒸気を供給するトリップ時制御を行うトリップ時制御部とを備える。バイパス弁コントローラ（２４）は、トリップ時制御の後且つタービン（１６）がトリップしているとき、通常制御よりもバイパス弁（２３）の開度を大きくするトリップ後制御を行う。
【００３０】
本発明による蒸気システム（２）において、バイパス弁コントローラ（２４）は、放出弁（３０）の開度が所定値以下になったときトリップ後制御を開始する。
【００３１】
本発明による蒸気システム（２）において、バイパス弁コントローラ（２４）は、低圧側ヘッダ（６）の蒸気圧力が放出弁圧力設定値に対して所定量以上低下したときにトリップ後制御を開始する。
【００３２】
本発明による蒸気システム（２）において、バイパス弁コントローラ（２４）は、低圧蒸気の圧力のプラント値が低圧側圧力設定値に近づくようにバイパス弁（２３）を制御するための低圧側制御値を生成する低圧側バイパス弁コントローラ（２７）を備える。
【００３３】
本発明による蒸気システム（２）において、低圧側バイパス弁コントローラ（２７）は、低圧蒸気の圧力のプラント値と低圧側圧力設定値との偏差に基づいて低圧側制御値を生成する。
【００３４】
本発明による蒸気システム（２）において、低圧側圧力設定値は、放出弁圧力設定値よりも小さい。
【００３５】
本発明による蒸気システム（２）において、バイパス弁コントローラ（２４）は更に、高圧蒸気の圧力が高圧側圧力設定値に近づくようにバイパス弁（２３）を制御するための高圧側制御値を生成する高圧側バイパス弁コントローラ（２５）と、通常制御において、低圧側制御値と高圧側制御値の大きい方をバイパス弁（２３）の開度を制御する制御値として選択する選択器（２６）とを備える。
【００３６】
本発明による蒸気システム（２）は更に、高圧側ヘッダ（４）に第１圧力の蒸気を供給する廃熱ボイラ（８）と、第１圧力より小さい第２圧力の蒸気を供給する補助ボイラ（１３）とを備える。高圧側圧力設定値は、第１圧力よりも小さく第２圧力よりも大きい。
【００３７】
本発明による蒸気システム（２）において、バイパス弁コントローラ（２４）は、トリップ後制御を開始するとき、低圧側圧力設定値を通常制御におけるよりも大きいトリップ時低圧側圧力設定値に設定する。
【００３８】
本発明による蒸気システム（２）において、トリップ時低圧側圧力設定値は、トリップ後制御を開始するとき、低圧蒸気のプラント値に設定される。
【００３９】
本発明による蒸気システム（２）において、トリップ時低圧側圧力設定値は、トリップ後動作を開始するとき、所定の変化速度で通常制御における低圧側圧力設定値に戻される。
【００４０】
本発明による蒸気システム（２）において、トリップ後制御は、低圧蒸気の圧力がトリップ時低圧側圧力設定値を下回った時点で開始される。
【００４１】
本発明による蒸気システム（２）において、トリップ後制御は、通常制御におけるバイパス弁（２３）の開度指令値に対して徐々に増加する上乗せ値を足すことにより実行される。
【発明の効果】
【００４２】
本発明により、タービントリップ時における蒸気システムの制御の安定性が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。本実施の形態における制御装置及び制御方法は、図１を参照して説明された蒸気システム２において、放出弁３０のコントローラ３２と制御部２４にタービントリップ時の機能が追加されることによって実現される。以下においては、図１を参照して、コントローラ３２に追加される機能に関して説明される。通常運転時における制御は既述の説明と同じであり省略する。
【００４４】
図３を参照して、タービントリップ後にコントローラ３２が実行する動作について説明する。図３（ａ）に示されるように、放出弁開度が徐々に低下し、時刻ｔ２において全閉する。これは図２（ｄ）の時刻ｔ１１に対応する。このとき、コントローラ３２は放出弁３０が全閉になったことを示すトリガを生成して制御部２４に送信する。プラントの条件によっては、このトリガは放出弁３０の開度が所定値以下となったタイミングで生成されてもよい。
【００４５】
時刻ｔ２において制御部２４がトリガを受信するとトリップ後制御が開始される。低圧側コントローラ２７がマニュアル操作に設定され、設定値が通常制御におけるよりも大きいトリップ時低圧側圧力設定値に自動的に設定される。具体的には、制御部２４は、低圧側コントローラ２７のＳＶ値を、その時点における低圧側ヘッダ６の蒸気圧力のプラント値（図３（ｃ）のＭＰ２）に設定する。時刻ｔ２以後、制御部２４は低圧側コントローラ２７のＳＶ値を、時刻ｔ５において通常制御時のＳＶ値４８．５ＫＧに戻るまで所定の変化率で下げる。
【００４６】
次に、上記の制御が適用される蒸気システムの状態のタービントリップ後の推移について説明する。タービン１６がトリップすると、上記の制御によりバイパス弁が急速に開けられ、一時的に高圧側ヘッダ４の圧力が急速に低下し、低圧側ヘッダの圧力が急速に増大する。その後、低圧側ヘッダ６の圧力は、放出弁３０が開けられることによって一旦５２ＫＧ以下に低下してから、徐々に５２ＫＧに近づくように上昇する。高圧側ヘッダ４の圧力は、制御部２４がタービンバイパス弁２３の開度を小さくする制御を行うことにより、徐々に１０７ＫＧに近づく。
【００４７】
こうした状態以降のプラント状態の推移が図４に示されている。図３（ｄ）の時刻ｔ１０について説明したのと同様に、時刻ｔ１において蒸気流量Ｆ５が増加しはじめる。それに伴う蒸気圧力の低下により、コントローラ３２は放出弁３０の開度を小さくする制御を行い、蒸気流量Ｆ４が次第に減少する。時刻ｔ２において、放出弁３０が全閉となる。
【００４８】
図４（ｃ）を参照して、時刻ｔ２おいて放出弁３０が全閉されるとトリガがＯＮになり、低圧側コントローラ２７のＳＶ値が通常制御時の４８．５ＫＧから時刻ｔ２における低圧側ヘッダ６の蒸気圧力（図４（ｃ）の５２ＫＧ）に設定される。このＳＶ値（トリップ時低圧側圧力設定値）は所定の変化率で通常制御におけるＳＶ値にまで低下する。
【００４９】
トリップ時圧力設定値は通常制御におけるＳＶ値よりも大きいため、時刻ｔ２以降、短時間のうちに低圧側ヘッダ６の蒸気圧力がトリップ時低圧側圧力設定値を下回る。この時刻が図４にｔ３で示されている。時刻ｔ３以降、低圧側コントローラ２７はタービンバイパス弁２３の開度を大きくするように開度指令ＭＶ値を生成する。この制御により、制御部２４は、放出弁３０が閉じてから短時間のうちにタービンバイパス弁２３の開度を大きくする制御を行う。
【００５０】
その結果、低圧側ヘッダ６に速やかに蒸気が供給され、図３（ｃ）に示されるように、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力の異常低下が回避される。トリップ時低圧側圧力設定値が徐々に通常制御時のＳＶ値に戻されるため、ハンチングが小さく抑えられる。
【００５１】
時刻ｔ３以降、高圧側ヘッダ４の蒸気圧力が低下する。時刻ｔ４において高圧側ヘッダ４の蒸気圧力が補助ボイラ系のコントローラ１５のＳＶ値を下回る。するとコントローラ１５は補助ボイラ蒸気流量制御弁１４の開度を大きくし、蒸気流量Ｆ２が増大する。この制御により、放出弁３０が全閉になってから短時間のうちに補助ボイラ１３の蒸気が高圧側ヘッダ４に供給される。その結果、図４（ａ）に示されるように高圧側ヘッダ４の蒸気圧力の異常低下が回避される。さらに、蒸気圧力のハンチングも抑制される。そのため、図４（ｂ）に示されるように、タービンバイパスライン２２の蒸気流量Ｆ３が放出弁３０の全閉から短時間のうちに、滑らかに増大する。
【００５２】
以上に示されたように、本実施の形態においては、放出弁３０が全閉になり放出弁３０による低圧側ヘッダ６の圧力制御が効かなくなったときに、タービンバイパス弁２３の低圧側設定値がより大きい圧力に設定される。そのため、まだ低圧側ヘッダ６の蒸気圧力があまり低下していないうちに低圧側ヘッダ６に追加の蒸気が供給されて、蒸気圧力の異常低下が回避される。その結果、タービントリップ後の制御の安定性が向上する。
【００５３】
本実施の形態では、放出弁３０の全閉をトリガとしてトリップ後制御が開始された。このような制御に代えて、放出弁３０のコントローラ３２が、低圧側ヘッダ６の蒸気圧力がコントローラ３２のＳＶ値（５２ＫＧ）に対して所定幅低下したタイミングでトリガを生成するという制御によって、同様の効果を達成することが可能である。
【００５４】
また、トリガが発生した後の制御について、本実施の形態とは異なる手段でタービンバイパスライン２２の蒸気流量Ｆ３を増加させることが可能である。例えば、トリガが発生してから所定時間の間、選択器２６が出力する開度指令値にランプ（ｒａｍｐ）状に徐々に増加する上乗せ値を足す加算器を追加し、加算器の出力によってタービンバイパス弁２３を制御することにより、蒸気流量Ｆ３が増加し、本実施の形態と同様の効果を奏することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、蒸気システムの構成を示す。
【図２】図２は、タービントリップ後のプラント状態の推移を示す。
【図３】図３は、タービントリップ後のコントローラの動作を示す。
【図４】図４は、タービントリップ後のプラント状態の推移を示す。
【符号の説明】
【００５６】
２…蒸気システム
４…高圧側ヘッダ
６…低圧側ヘッダ
８…廃熱ボイラ
１０…安全弁
１２…放出弁
１３…補助ボイラ
１４…補助ボイラ蒸気流量制御弁
１５…コントローラ
１６…タービン
１８…タービン入口側配管
２０…タービン出口側配管
２２…タービンバイパスライン
２３…タービンバイパス弁
２４…制御部
２５…高圧側コントローラ
２６…高位選択器
２７…低圧側コントローラ
２８…安全弁
３０…放出弁
３２…コントローラ
３４…他のプロセス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧蒸気を蓄積する高圧側ヘッダと、
前記高圧側ヘッダから供給される前記高圧蒸気によって駆動されるタービンと、
前記タービンが吐出する蒸気を低圧蒸気として蓄積する低圧側ヘッダと、
前記低圧蒸気を前記低圧側ヘッダの外部に放出する放出弁と、
前記低圧蒸気の圧力が放出弁圧力設定値よりも大きいとき、前記低圧蒸気の圧力が低下するように前記放出弁の開度を制御する放出弁コントローラと、
前記高圧側ヘッダから前記タービンを迂回して前記低圧側ヘッダに蒸気を導くバイパスと、
前記バイパスの蒸気流量を制御するバイパス弁と、
前記タービンが駆動しているとき、前記低圧蒸気の圧力のプラント値を用いて前記バイパス弁の開度を制御する通常制御を行うバイパス弁コントローラと、
前記タービンがトリップしたことを示すトリップ信号に応答して、前記高圧側ヘッダから前記タービンを迂回して前記低圧側ヘッダに蒸気を供給するトリップ時制御を行うトリップ時制御部
とを具備し、
前記バイパス弁コントローラは、前記トリップ時制御の後且つ前記タービンがトリップしているとき、前記通常制御よりも前記バイパス弁の開度を大きくするトリップ後制御を行う
蒸気システム。
【請求項２】
請求項１に記載された蒸気システムであって、
前記バイパス弁コントローラは、前記放出弁の開度が所定値以下になったとき前記トリップ後制御を開始する
蒸気システム。
【請求項３】
請求項１に記載された蒸気システムであって、
前記バイパス弁コントローラは、前記前記低圧側ヘッダの蒸気圧力が前記放出弁圧力設定値に対して所定量以上低下したときに前記トリップ後制御を開始する
蒸気システム。
【請求項４】
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載された蒸気システムであって、
前記バイパス弁コントローラは、前記低圧蒸気の圧力のプラント値が低圧側圧力設定値に近づくように前記バイパス弁を制御するための低圧側制御値を生成する低圧側バイパス弁コントローラを備える
蒸気システム。
【請求項５】
請求項４に記載された蒸気システムであって、
前記低圧側バイパス弁コントローラは、前記低圧蒸気の圧力のプラント値と前記低圧側圧力設定値との偏差に基づいて前記低圧側制御値を生成する
蒸気システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載された蒸気システムであって、
前記低圧側圧力設定値は、前記放出弁圧力設定値よりも小さい
蒸気システム。
【請求項７】
請求項４から６のうちのいずれか１項に記載された蒸気システムであって、
前記バイパス弁コントローラは更に、前記高圧蒸気の圧力が高圧側圧力設定値に近づくように前記バイパス弁を制御するための高圧側制御値を生成する高圧側バイパス弁コントローラと、
前記通常制御において、前記低圧側制御値と前記高圧側制御値の大きい方を前記バイパス弁の開度を制御する制御値として選択する選択器
とを備える蒸気システム。
【請求項８】
請求項７に記載された蒸気システムであって、
更に、前記高圧側ヘッダに第１圧力の蒸気を供給する廃熱ボイラと、
前記第１圧力より小さい第２圧力の蒸気を供給する補助ボイラ
とを具備し、
前記高圧側圧力設定値は、前記第１圧力よりも小さく前記第２圧力よりも大きい
蒸気システム。
【請求項９】
請求項４から８のうちのいずれか１項に記載された蒸気システムであって、
前記バイパス弁コントローラは、前記トリップ後制御を開始するとき、前記低圧側圧力設定値を前記通常制御におけるよりも大きいトリップ時低圧側圧力設定値に設定する
蒸気システム。
【請求項１０】
請求項９に記載された蒸気システムであって、
前記トリップ時低圧側圧力設定値は、前記トリップ後制御が開始された時に前記低圧蒸気のプラント値に設定される
蒸気システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載された蒸気システムであって、
前記トリップ時低圧側圧力設定値は、前記トリップ後制御が開始された後、所定の変化速度で前記通常制御における前記低圧側圧力設定値に戻される
蒸気システム。
【請求項１２】
請求項９から１１のうちのいずれか１項に記載された蒸気システムであって、
前記トリップ後制御は、前記低圧蒸気の圧力が前記トリップ時低圧側圧力設定値を下回った時点で開始される
蒸気システム。
【請求項１３】
請求項１から８のうちのいずれか１項に記載された蒸気システムであって、
前記トリップ後制御は、前記通常制御における前記バイパス弁の開度指令値に対して徐々に増加する上乗せ値を足すことにより実行される
蒸気システム。
【請求項１４】
低圧側ヘッダに蓄積された低圧蒸気の圧力が放出弁圧力設定値よりも大きいとき、前記低圧蒸気を前記低圧側ヘッダの外部に放出する放出弁の開度を、前記低圧蒸気の圧力が低下するように制御する放出弁コントローラと、
高圧蒸気を蓄積する高圧側ヘッダから前記低圧側ヘッダに送られる蒸気から仕事を取り出すタービンが駆動しているとき、前記タービンを迂回して前記高圧側ヘッダから前記低圧側ヘッダに蒸気を導くバイパスの蒸気流量を制御するバイパス弁の開度を前記低圧蒸気の圧力のプラント値を用いて制御する通常制御を行うバイパス弁コントローラと、
前記タービンがトリップしたことを示すトリップ信号に応答して、前記高圧側ヘッダから前記タービンを迂回して前記低圧側ヘッダに蒸気を供給するトリップ時制御を行うトリップ時制御部
とを具備し、
前記バイパス弁コントローラは、前記トリップ時制御の後且つ前記タービンがトリップしているとき、前記通常制御よりも前記バイパス弁の開度を大きくするトリップ後制御を行う
蒸気システム制御システム。
【請求項１５】
低圧側ヘッダに蓄積された低圧蒸気の圧力が放出弁圧力設定値よりも大きいとき、前記低圧蒸気を前記低圧側ヘッダの外部に放出する放出弁の開度を、前記低圧蒸気の圧力が低下するように制御する放出弁制御ステップと、
高圧蒸気を蓄積する高圧側ヘッダから前記低圧側ヘッダに送られる蒸気から仕事を取り出すタービンが駆動しているとき、前記タービンを迂回して前記高圧側ヘッダから前記低圧側ヘッダに蒸気を導くバイパスの蒸気流量を制御するバイパス弁の開度を前記低圧蒸気の圧力のプラント値を用いて制御する通常制御を行うバイパス弁制御ステップと、
前記タービンがトリップしたことを示すトリップ信号に応答して、前記高圧側ヘッダから前記タービンを迂回して前記低圧側ヘッダに蒸気を供給するトリップ時制御を行うトリップ時制御ステップ
とを具備し、
前記バイパス弁制御ステップは、前記トリップ時制御の後且つ前記タービンがトリップしているとき、前記通常制御よりも前記バイパス弁の開度を大きくするトリップ後制御ステップを含む
蒸気システム制御方法。
【請求項１】
高圧蒸気を蓄積する高圧側ヘッダと、
前記高圧側ヘッダから供給される前記高圧蒸気によって駆動されるタービンと、
前記タービンが吐出する蒸気を低圧蒸気として蓄積する低圧側ヘッダと、
前記低圧蒸気を前記低圧側ヘッダの外部に放出する放出弁と、
前記低圧蒸気の圧力が放出弁圧力設定値よりも大きいとき、前記低圧蒸気の圧力が低下するように前記放出弁の開度を制御する放出弁コントローラと、
前記高圧側ヘッダから前記タービンを迂回して前記低圧側ヘッダに蒸気を導くバイパスと、
前記バイパスの蒸気流量を制御するバイパス弁と、
前記タービンが駆動しているとき、前記低圧蒸気の圧力のプラント値を用いて前記バイパス弁の開度を制御する通常制御を行うバイパス弁コントローラと、
前記タービンがトリップしたことを示すトリップ信号に応答して、前記高圧側ヘッダから前記タービンを迂回して前記低圧側ヘッダに蒸気を供給するトリップ時制御を行うトリップ時制御部
とを具備し、
前記バイパス弁コントローラは、前記トリップ時制御の後且つ前記タービンがトリップしているとき、前記通常制御よりも前記バイパス弁の開度を大きくするトリップ後制御を行う
蒸気システム。
【請求項２】
請求項１に記載された蒸気システムであって、
前記バイパス弁コントローラは、前記放出弁の開度が所定値以下になったとき前記トリップ後制御を開始する
蒸気システム。
【請求項３】
請求項１に記載された蒸気システムであって、
前記バイパス弁コントローラは、前記前記低圧側ヘッダの蒸気圧力が前記放出弁圧力設定値に対して所定量以上低下したときに前記トリップ後制御を開始する
蒸気システム。
【請求項４】
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載された蒸気システムであって、
前記バイパス弁コントローラは、前記低圧蒸気の圧力のプラント値が低圧側圧力設定値に近づくように前記バイパス弁を制御するための低圧側制御値を生成する低圧側バイパス弁コントローラを備える
蒸気システム。
【請求項５】
請求項４に記載された蒸気システムであって、
前記低圧側バイパス弁コントローラは、前記低圧蒸気の圧力のプラント値と前記低圧側圧力設定値との偏差に基づいて前記低圧側制御値を生成する
蒸気システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載された蒸気システムであって、
前記低圧側圧力設定値は、前記放出弁圧力設定値よりも小さい
蒸気システム。
【請求項７】
請求項４から６のうちのいずれか１項に記載された蒸気システムであって、
前記バイパス弁コントローラは更に、前記高圧蒸気の圧力が高圧側圧力設定値に近づくように前記バイパス弁を制御するための高圧側制御値を生成する高圧側バイパス弁コントローラと、
前記通常制御において、前記低圧側制御値と前記高圧側制御値の大きい方を前記バイパス弁の開度を制御する制御値として選択する選択器
とを備える蒸気システム。
【請求項８】
請求項７に記載された蒸気システムであって、
更に、前記高圧側ヘッダに第１圧力の蒸気を供給する廃熱ボイラと、
前記第１圧力より小さい第２圧力の蒸気を供給する補助ボイラ
とを具備し、
前記高圧側圧力設定値は、前記第１圧力よりも小さく前記第２圧力よりも大きい
蒸気システム。
【請求項９】
請求項４から８のうちのいずれか１項に記載された蒸気システムであって、
前記バイパス弁コントローラは、前記トリップ後制御を開始するとき、前記低圧側圧力設定値を前記通常制御におけるよりも大きいトリップ時低圧側圧力設定値に設定する
蒸気システム。
【請求項１０】
請求項９に記載された蒸気システムであって、
前記トリップ時低圧側圧力設定値は、前記トリップ後制御が開始された時に前記低圧蒸気のプラント値に設定される
蒸気システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載された蒸気システムであって、
前記トリップ時低圧側圧力設定値は、前記トリップ後制御が開始された後、所定の変化速度で前記通常制御における前記低圧側圧力設定値に戻される
蒸気システム。
【請求項１２】
請求項９から１１のうちのいずれか１項に記載された蒸気システムであって、
前記トリップ後制御は、前記低圧蒸気の圧力が前記トリップ時低圧側圧力設定値を下回った時点で開始される
蒸気システム。
【請求項１３】
請求項１から８のうちのいずれか１項に記載された蒸気システムであって、
前記トリップ後制御は、前記通常制御における前記バイパス弁の開度指令値に対して徐々に増加する上乗せ値を足すことにより実行される
蒸気システム。
【請求項１４】
低圧側ヘッダに蓄積された低圧蒸気の圧力が放出弁圧力設定値よりも大きいとき、前記低圧蒸気を前記低圧側ヘッダの外部に放出する放出弁の開度を、前記低圧蒸気の圧力が低下するように制御する放出弁コントローラと、
高圧蒸気を蓄積する高圧側ヘッダから前記低圧側ヘッダに送られる蒸気から仕事を取り出すタービンが駆動しているとき、前記タービンを迂回して前記高圧側ヘッダから前記低圧側ヘッダに蒸気を導くバイパスの蒸気流量を制御するバイパス弁の開度を前記低圧蒸気の圧力のプラント値を用いて制御する通常制御を行うバイパス弁コントローラと、
前記タービンがトリップしたことを示すトリップ信号に応答して、前記高圧側ヘッダから前記タービンを迂回して前記低圧側ヘッダに蒸気を供給するトリップ時制御を行うトリップ時制御部
とを具備し、
前記バイパス弁コントローラは、前記トリップ時制御の後且つ前記タービンがトリップしているとき、前記通常制御よりも前記バイパス弁の開度を大きくするトリップ後制御を行う
蒸気システム制御システム。
【請求項１５】
低圧側ヘッダに蓄積された低圧蒸気の圧力が放出弁圧力設定値よりも大きいとき、前記低圧蒸気を前記低圧側ヘッダの外部に放出する放出弁の開度を、前記低圧蒸気の圧力が低下するように制御する放出弁制御ステップと、
高圧蒸気を蓄積する高圧側ヘッダから前記低圧側ヘッダに送られる蒸気から仕事を取り出すタービンが駆動しているとき、前記タービンを迂回して前記高圧側ヘッダから前記低圧側ヘッダに蒸気を導くバイパスの蒸気流量を制御するバイパス弁の開度を前記低圧蒸気の圧力のプラント値を用いて制御する通常制御を行うバイパス弁制御ステップと、
前記タービンがトリップしたことを示すトリップ信号に応答して、前記高圧側ヘッダから前記タービンを迂回して前記低圧側ヘッダに蒸気を供給するトリップ時制御を行うトリップ時制御ステップ
とを具備し、
前記バイパス弁制御ステップは、前記トリップ時制御の後且つ前記タービンがトリップしているとき、前記通常制御よりも前記バイパス弁の開度を大きくするトリップ後制御ステップを含む
蒸気システム制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２０２４３２（Ｐ２００８−２０２４３２Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３６８２５（Ｐ２００７−３６８２５）
【出願日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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