遠心圧縮機及び遠心圧縮機の運転方法
【課題】腐食成分が含まれた流体が供給された場合に、インペラにおける腐食や応力腐食割れの発生を確実に防止することが可能な遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】遠心圧縮機１は、インペラを回転させることで、供給された流体Ｇを圧縮して排出するもので、供給された流体Ｇのインペラを形成するインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出する検出手段４と、検出手段４によって検出された特性値が、インペラ材料によって決定され、予め設定されている条件を満たすか否かを判定する判定手段５とを備える。
【解決手段】遠心圧縮機１は、インペラを回転させることで、供給された流体Ｇを圧縮して排出するもので、供給された流体Ｇのインペラを形成するインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出する検出手段４と、検出手段４によって検出された特性値が、インペラ材料によって決定され、予め設定されている条件を満たすか否かを判定する判定手段５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラを回転させることで、供給された流体を圧縮して排出する遠心圧縮機及び遠心圧縮機の運転方法に関し、特に、流体中にインペラの腐食を促進させる成分が含まれるような使用環境で使用されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、遠心圧縮機は、例えば、ガスタービンにおけるタービンへのガスの供給や、油田において原油を取り出すのにガスを注入するためなどに使用される。ここで、駆動時においてインペラには大きな負荷が作用するため、インペラを形成する材質としては、高強度の金属材料が選択される。一方、油井環境など使用される遠心圧縮機では、供給される流体であるプロセスガス中に、金属材料の腐食を促進させる成分、例えば、硫化水素、二酸化炭素あるいは塩素などが多く含まれている。このため、駆動時において、大きな負荷が掛かるインペラでは、このような腐食成分により腐食が生じ、また、応力腐食割れが発生して破断に至るおそれがあるため、インペラを形成する金属材料としては耐食性を有するＳＵＳ３２Ｊ４Ｌに類似する材料などの採用が試みられている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Ｆｒａｎｃｏｉｓ Ｍｉｌｌｅｔ 他、ＳＵＰＥＲＤＵＰＬＥＸ ＳＴＡＩＮＬＥＳＳ ＳＴＥＥＬ ＵＳＥ ＩＮ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＨＩＧＨＬＹ ＳＯＵＲ ＧＡＳ ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＡＬ ＣＯＭＰＲＥＳＳＯＲＳ、「ＴＨＥ ＡＭＥＲＩＣＡＮ ＳＯＣＩＥＴＹ ＯＦ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＳ」、アメリカ合衆国、１９９６年、９６−ＧＴ−２７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の非特許文献１に記載されたような材料を用いたとしても、流体中に含まれる腐食成分の割合が高くなれば、腐食や応力腐食割れは発生してしまうおそれがあり、高濃度の腐食成分を含む流体が供給された時の対策が求められていた。
【０００４】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、腐食成分が含まれた流体が供給された場合に、インペラにおける腐食や応力腐食割れの発生を確実に防止することが可能な遠心圧縮機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の遠心圧縮機は、インペラを回転させることで、供給された流体を圧縮して排出する遠心圧縮機であって、供給された前記流体の前記インペラを形成するインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出する検出手段と、該検出手段によって検出された前記特性値が、前記インペラ材料によって決定され、予め設定されている条件を満たすか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の遠心圧縮機の運転方法は、インペラを回転させることで、供給された流体を圧縮して排出する遠心圧縮機の運転方法であって、供給された前記流体の前記インペラを形成するインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出し、検出された該特性値が、前記インペラ材料によって決定され、予め設定されている条件を満たすか否かを判定し、該判定の結果に基づいて前記遠心圧縮機の駆動を制御することを特徴としている。
【０００７】
この構成及び方法によれば、検出手段によって供給された流体のインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出し、判定手段によってこの特性値が、インペラ材料によって決定されて予め設定されている条件、すなわち、腐食が促進されてしまうような当該特性値に係る条件を満たしているか判定することができる。このため、判定に基づいて現在供給された流体により腐食や応力腐食割れが発生するおそれがある時を判断することができ、発生するおそれがある時には、装置の停止等適切な対応をとることができる。
【０００８】
また、上記の遠心圧縮機において、前記検出手段は、前記特性値を複数検出し、前記判定手段は、複数の前記特性値が予め設定された関係を満たすか否かを判定することがより好ましい。
【０００９】
また、上記の遠心圧縮機の運転方法において、前記流体の前記特性値を複数検出し、複数の該特性値が前記条件として予め設定された関係を満たすか否かを判定することがより好ましい。
【００１０】
この構成及び方法によれば、検出手段によって特性値を複数検出して、判定手段では、複数の特性値が予め設定された関係を満たすか否かを判定することで、複数の特性値が複合的に作用して腐食や応力腐食割れを発生させてしまう影響を正確に考慮して判定することができる。
【００１１】
また、上記の遠心圧縮機において、前記検出手段は、前記特性値として、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出することがより好ましい。
【００１２】
また、上記の遠心圧縮機の運転方法において、前記流体の前記特性値として、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出することがより好ましい。
【００１３】
この構成及び方法によれば、特性値として塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出し、判定手段はこれらに基づいて判定することで、これらの特性値の腐食や応力腐食割れに対する影響を特に考慮して判定することができる。
【００１４】
また、上記の遠心圧縮機において、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧のいずれか一つを第一の特性値とし、他の二つをそれぞれ第二の特性値及び第三の特性値として、前記第一の特性値による区分毎に、前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係が記憶された記憶手段を備え、前記判定手段は、前記検出手段で検出された前記第一の特性値に基づいて、前記記憶手段から対応する区分となる前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を参照して、前記検出手段で検出された前記第二の特性値と前記第三の特性値とが参照した関係を満たすか否かを判定することがより好ましい。
【００１５】
また、上記の遠心圧縮機の運転方法において、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧のいずれか一つを第一の特性値とし、他の二つをそれぞれ第二の特性値及び第三の特性値として、前記第一の特性値による区分毎に、前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を記録しておき、検出された前記第一の特性値に基づいて、記録された中から対応する区分となる前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を参照して、検出された前記第二の特性値と前記第三の特性値とが参照した関係を満たすか否かを判定することがより好ましい。
【００１６】
この構成及び方法によれば、判定手段は、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧の内の第一の特性値に基づいて、記憶手段から第一の特性値の対応する区分における第二の特性値と第三との特性値との関係を参照して、残りの二つの第二の特性値と第三の特性値とが当該関係を満たすか否か判定することで、三つの特性値の複合的な影響を考慮して判定することができる。
【００１７】
また、上記の遠心圧縮機において、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記インペラを回転させる駆動部を制御する制御手段を備えることがより好ましい。
【００１８】
また、上記の遠心圧縮機の運転方法において、前記判定の結果が予め設定された条件を満たすとの判定の場合は、前記インペラを回転させる駆動部の駆動を継続させ、予め設定された条件を満たさないとの判定の場合は、前記駆動部を停止させることがより好ましい。
【００１９】
この構成及び方法によれば、判定手段による判定結果に基づいて制御手段の制御により、現在供給された流体により腐食や応力腐食割れが発生するおそれが無い時は、駆動部を駆動させて流体を好適に圧縮することができる。また、現在供給された流体により腐食や応力腐食割れが発生するおそれがある時は、駆動部を停止させて、流体によってインペラに腐食や応力腐食割れが発生してしまうのを確実に防止することができる。
【００２０】
また、上記の遠心圧縮機において、前記流体の有する前記特性値を調整可能な調整手段と、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記調整手段を制御する制御手段とを備えることがより好ましい。
【００２１】
また、上記の遠心圧縮機の運転方法において、前記判定の結果が予め設定された条件を満たさないとの判定の場合は、前記流体の特性値が前記条件を満たすように調整を行うことがより好ましい。
【００２２】
この構成及び方法によれば、判定手段による判定結果に基づいて制御手段の制御により、現在供給された流体により腐食や応力腐食割れが発生するおそれがある時は、調整手段を駆動させる。これにより、特性値が判定手段における条件を満たすように調整することができるので、流体によってインペラに腐食や応力腐食割れが発生してしまうのを確実に防止ししつつ連続的に運転を行うことができる。
【００２３】
また、上記の遠心圧縮機において、前記インペラが二相ステンレス鋼で形成されていることがより好ましい。
【００２４】
この構成によれば、インペラが二相ステンレス鋼で形成されていることで、流体圧縮時に作用する負荷に対応して必要な強度を確保することができるとともに、流体に含まれる腐食成分に対する耐食性を付与することができる。そして、判定手段により当該二相ステンレス鋼に基づいて決定された条件に基づいて判定を行うことで、流体に含まれる腐食成分によるインペラの腐食や応力腐食割れをより確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の遠心圧縮機では、検出手段と判定手段とを備えることにより、腐食成分を含む流体が供給された場合でもインペラにおける腐食や応力腐食割れの発生を確実に防止することができる。
本発明の遠心圧縮機の運転方法では、流体の特性値を検出し、これに基づいて判定し遠心圧縮機を制御することで、腐食成分を含む流体が供給された場合でもインペラにおける腐食や応力腐食割れの発生を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図５に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の遠心圧縮機１は、流体であるプロセスガスＧを圧縮する圧縮機本体２と、圧縮機本体２を駆動させる駆動部３と、プロセスガスＧの特性値を検出する検出手段であるプロセスガス分析装置４と、プロセスガス分析装置４での検出結果に基づいてプロセスガスＧの状態の判定を行う判定手段５と、判定手段５が参照するデータが記憶されている記憶手段６と、駆動部３を制御する制御手段７とを備える。駆動部３は、電動モータや、タービンなど、用途により様々なものが選択可能である。図２に示すように、圧縮機本体２は、外郭をなすケーシング１０と、ケーシング１０に回転可能に支持されて駆動部３により回転するロータ１１と、ケーシング１０内部でロータ１１に同軸に取り付けられた複数のインペラ１２とを備える。
【００２７】
インペラ１２は、略円盤状の本体部１２ａに複数の羽根１２ｂが放射状に立設され、該羽根１２ｂの先端にシュラウド１２ｃが取り付けられて構成されている。そして、本体部１２ａと、シュラウド１２ｃと、隣り合う羽根１２ｂ同士とにより形成される流路１２ｄによって、圧縮する対象となる流体であるプロセスガスＧを、径方向内側で軸方向に流入させ、径方向外側に向かって排出することが可能となっている。ここで、インペラ１２を形成するインペラ材料としては、プロセスガスＧを圧縮する際に大きな負荷が作用するため、高強度の金属材料が選択される。また、プロセスガスＧとして後述するようにインペラ材料を腐食させる腐食成分が含まれているような使用環境化で使用する場合には、二相ステンレス鋼や析出硬化Ｎｉ基合金など耐食性の高い材料であることが好ましく、特に二相ステンレス鋼が強度及び耐食性の両方を考慮した上で好ましい。なお、二相ステンレス鋼としては、例えばＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌなどが、析出硬化Ｎｉ基合金としては、例えばＩｎｃｏｎｅｌ７１８（登録商標）などがある。
【００２８】
ケーシング１０には、両側にそれぞれジャーナル軸受１０ａ及びスラスト軸受１０ｂが設けられており、ロータ１１の回転軸１１ａは、これらジャーナル軸受１０ａ及びスラスト軸受１０ｂに回転可能に支持されている。また、ケーシング１０は、ロータ１１及びインペラ１２の周囲に各インペラ１２との間に連続した複数の作動室１０ｃを形成するとともに、両側には作動室１０ｃと連通するようにしてプロセスガスＧが流入する吸込口１０ｄと、流出する吐出口１０ｅとが設けられている。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態では、プロセスガス分析装置４は、吸込口１０ｄから流入したプロセスガスＧの一部を採取して、採取したプロセスガスＧの分析を行うもので、プロセスガスＧのインペラ材料の腐食に関係する特性値として、塩素濃度、ＰＨ値Ｘ及び硫化水素分圧を検出し、判定手段５に出力することが可能となっている。
【００３０】
記憶手段６には、判定手段５によって判定を行うための条件として、特性値である塩素濃度、ＰＨ値Ｘ及び硫化水素分圧の相関関係が記憶されている。そして、判定手段５は、記憶手段６を参照して検出された塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が当該関係を満たすか否かにより、プロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生するおそれがあるか否か判定する。また、制御手段７は、判定手段５の判定結果により塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が当該関係を満たす場合には、駆動部３を駆動させるとともに、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が当該関係を満たさない場合には、駆動部３を停止させる制御を行う。
【００３１】
ここで、記憶手段６に記憶され、判定手段５によって参照されて判定を行う条件となる塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧の関係について詳細に説明する。＜表１＞は、インペラ材料として選択される二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌについて、低ひずみ速度引張試験を、腐食環境で行った時の実験結果である。腐食環境としては、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を＜表１＞のようにそれぞれ変化させて、各環境下において試験を行った。＜表１＞に示すように、塩素濃度が高くなると、応力腐食割れによって脆性破壊に至るＰＨ値が高くなり、また、硫化水素分圧が低くなることが分かった。この関係は、ＰＨ値または硫化水素を基準としても同様の傾向を示す。すなわち、ＰＨ値を基準としてＰＨ値が低くなると、応力腐食割れによって脆性破壊に至る塩素濃度及び硫化水素分圧が低くなり、また、硫化水素分圧を基準として硫化水素分圧が高くなると、応力腐食割れによって脆性破壊に至る塩素濃度が低くなり、また、ＰＨ値が高くなる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
以上の結果から、インペラ材料に発生する腐食や応力腐食割れは、プロセスガスＧの腐食に関する複数の特性値が当該インペラ材料に基づいて決定される所定の相関関係を満たしているか否かによって判断可能であることがわかる。すなわち、塩素濃度をＺ（％）、ＰＨ値をＸ、硫化水素分圧をＹ（ａｔｍ）とし、所定の相関関係を［Ｆ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝Ｐ］（Ｐ：定数）とすれば、［Ｆ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＜Ｐ］の関係を満たしているか判定することにより、供給されるプロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生するか否かを判定することができる。
【００３４】
より具体的には、塩素濃度Ｚ（％）、ＰＨ値Ｘ及び硫化水素分圧Ｙ（ａｔｍ）をそれぞれ変化させて様々の条件で低ひずみ速度引張試験を行い、破断に至る値をプロットする。そして、プロットされた結果から三者の相関関係を求める。図３は、三者の相関関係を平面式［ａ・Ｘ＋ｂ・Ｙ＋ｃ・Ｚ＝Ｐ］（ａ、ｂ、ｃ：定数）で近似したものであり、この場合には、満たすべき関係は、［ａ・Ｘ＋ｂ・Ｙ＋ｃ・Ｚ＜Ｐ］となる。なお、図３において、ＰＨ値を示すＸ軸は、＋側にいくに従って小さな値を示すようになっている。
【００３５】
また、使用する相関関係としては、三つの特性値を一つの式で関係づけるものではなく、ある一つの特性値を第一の特性値とし、他の二つを第二の特性値及び第三の特性値とし、第一の特性値の区分毎に、第二の特性値と第三の特性値との関係を設定するものとしても良い。具体的には、例えば、図３及び図４に示すように、塩素濃度Ｚ（％）を第一の特性値とし、Ｚ１（％）、Ｚ２（％）、Ｚ３（％）、Ｚ４（％）（但し、Ｚ１≦Ｚ２≦Ｚ３≦Ｚ４）とそれぞれ変化させて、各濃度において、破断に至る第二の特性値及び第三の特性値となるＰＨ値Ｘと硫化水素分圧Ｙ（ａｔｍ）をプロットする。そして、図４に示すように、各濃度において、プロットされた結果から二者の相関関係を求め、例えば直線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のように直線近似して求める。
【００３６】
そして、検出された塩素濃度ＺがＺ１（％）未満である場合には濃度Ｚ１（％）における直線Ｒ１［ｓ１・Ｘ＋ｔ１・Ｙ＝ｕ１］（ｓ１、ｔ１、ｕ１：定数）を選択し、［ｓ１・Ｘ＋ｔ１・Ｙ＜ｕ１］を満たすか否か判定する。同様に、Ｚ１（％）以上Ｚ２（％）未満である場合には濃度Ｚ２（％）における直線Ｒ２［ｓ２・Ｘ＋ｔ２・Ｙ＝ｕ２］（ｓ２、ｔ２、ｕ２：定数）を選択し、また、Ｚ２（％）以上Ｚ３（％）未満である場合には濃度Ｚ３（％）における直線Ｒ３［ｓ３・Ｘ＋ｔ３・Ｙ＝ｕ３］（ｓ３、ｔ３、ｕ３：定数）を選択し、また、Ｚ３（％）以上Ｚ４（％）未満である場合には濃度Ｚ４（％）における直線Ｒ４［ｓ４・Ｘ＋ｔ４・Ｙ＝ｕ４］（ｓ４、ｔ４、ｕ４：定数）を選択して、それぞれ対応する直線に基づく関係を満たすか否かを判定しても良い。なお、塩素濃度ＺがＺ４（％）以上の場合には、ＰＨ値Ｘ及び硫化水素分圧Ｙ（ａｔｍ）に係らず関係を満たさないと判定される。このように第一の特性値の区分毎に区分の最大値で得られた第二の特性値と第三の特性値との関係で判定することで、安全側で判定することができる。
【００３７】
さらに、上記第二の特性値及び第三の特性値の相関関係を図５に示す関係Ｑ１〜Ｑ４のように、簡略化するものとしても良い。すなわち、図５では、直線Ｒ１に対応する関係Ｑ１を、当該直線Ｒ１上の任意の点（Ｘ１、Ｙ２）を基準とし、［Ｘ＜Ｘ１］と［Ｙ＜Ｙ２］との論理積としている。他の直線Ｒ２〜Ｒ４と対応する関係Ｑ２〜Ｑ４についても同様である。このようにすることで、ＰＨ値Ｘと硫化水素分圧Ｙとをそれぞれ独立して評価して両者が関係を満たすか否かを判定することができ、安全側においてより容易に判定を行うことができる。
【００３８】
次に、この実施形態の遠心圧縮機１の作用並びに遠心圧縮機１の運転方法の詳細について説明する。なお、記憶手段６に記憶されている塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧の相関関係については図５に示すものが記憶されているものとして説明する。図１及び図２に示すように、制御手段７により駆動部３が駆動すると、ロータ１１及びインペラ１２は回転し、吸込口１０ｄから供給されたプロセスガスＧは、作動室１０ｃ内において、各インペラ１２の流路１２ｄを通過しながら圧縮され、吐出口１０ｅから排出することとなる。ここで、吸込口１０ｄから供給されたプロセスガスＧの一部は、上記のとおりプロセスガス分析装置４に抽出されて塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が検出され、当該検出結果は判定手段５に出力される。判定手段５では、入力された塩素濃度がいずれの区分（Ｚ＜Ｚ１、Ｚ１≦Ｚ＜Ｚ２、Ｚ２≦Ｚ＜Ｚ３、Ｚ３≦Ｚ＜Ｚ４、Ｚ４≦Ｚ）に属するかを判断し、対応する区分におけるＰＨ値と硫化水素分圧との関係Ｑ１〜Ｑ４のいずれかを参照する。ここでは、検出された塩素濃度Ｚａ（％）が、［Ｚ１≦Ｚａ＜Ｚ２］であったとする。このため、判定手段５は、対応する関係Ｑ２［Ｘ≦Ｘ２、かつ、Ｙ≦Ｙ２］を参照し、検出されたＰＨ値Ｘａ及び硫化水素分圧Ｙａ（ａｔｍ）が関係Ｑ２を満たすか否かを判定する。すなわち、Ｘａ≦Ｘ２、かつ、Ｙａ≦Ｙ２であった場合には、関係Ｑ２を満たし、プロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生しないと判定する。また、Ｘａ＞Ｘ２、または、Ｙａ＞Ｙ２であった場合には、関係Ｑ２を満たさず、プロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生するおそれがあると判定する。
【００３９】
そして、制御手段７は、判定手段５によって、プロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生しないと判定された場合には、駆動部３の駆動を継続してプロセスガスＧの圧縮を引き続き行わせる。一方、制御手段７は、判定手段５によって、プロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生するおそれがあると判定された場合には、駆動部３の駆動を停止させる。
【００４０】
以上のように、本実施形態の遠心圧縮機１では、プロセスガス分析装置４によってプロセスガスＧの特性値を検出し、判定手段５によってこの特性値が予め設定されている条件を満たしているか判定し、当該判定に基づいて制御手段７により駆動部３を制御するものとし、現在供給された流体により腐食や応力腐食割れが発生するおそれがある時は駆動部３を停止させることで、プロセスガスＧによってインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生してしまうのを確実に防止することができる。特に、本実施形態では、特性値を複数検出し、これらに基づいて判定手段５によって判定を行っているので、複数の特性値が複合的に作用して腐食や応力腐食割れを発生させてしまう影響を正確に考慮して判定することができる。さらに、複数の特性値として、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出し、判定手段５はこれらに基づいて判定することで、これらの特性値の腐食や応力腐食割れに対する影響を特に考慮して判定することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、インペラ材料として二相ステンレス鋼を使用していることで、プロセスガスＧの圧縮時に作用する負荷に対応して必要な強度を確保することができるとともに、プロセスガスＧに含まれる腐食成分に対する耐食性を好適に付与することができる。そして、判定手段５により当該二相ステンレス鋼に基づいて決定された条件に基づいて判定を行うことで、プロセスガスＧに含まれる腐食成分によるインペラ１２の腐食や応力腐食割れをより確実に防止することができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態を示したものである。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４３】
図６に示すように、この実施形態の遠心圧縮機２０は、プロセスガスＧの特性値を調整する調整手段２１として、プロセスガスＧに窒素ガスを供給するガス供給手段２２と、インペラ１２を洗浄する洗浄手段２３とを備える。ガス供給手段２２は、窒素ガスが貯留され、配管により吸込口１０ｄに接続されているガス貯留部２２ａと、該配管に設けられて制御手段７によって駆動して開閉可能なバルブ２２ｂとを有する。そして、制御手段７による制御のもとバルブ２２ｂを駆動させることにより、所望の量の窒素ガスを吸込口１０ｄから供給されるプロセスガスＧに混合させることが可能となっている。また、洗浄手段２３は、洗浄液が貯留される洗浄液貯留部２３ａと、制御手段７によって駆動して洗浄液貯留部２３ａの洗浄液をインペラ１２に向かって圧送する洗浄液供給部２３ｂとを有する。洗浄液としては、水や、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液が選択される。そして、制御手段７による制御のもと洗浄液供給部２３ｂを駆動させることにより、所望の量の洗浄液をインペラ１２に吐出させ、洗浄することが可能となっている。
【００４４】
次に、この実施形態の遠心圧縮機２０の作用並びに遠心圧縮機２０の運転方法の詳細について説明する。図６に示すように、制御手段７によって駆動部３を駆動させることで、プロセスガスＧを圧縮させつつ、吸込口１０ｄから供給されたプロセスガスＧの一部がプロセスガス分析装置４に抽出されて塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が検出され、当該検出結果が判定手段５に出力される。そして、判定手段５によって、検出された塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が予め設定された関係を満たしていないと判定され、現在供給されたプロセスガスＧにより腐食や応力腐食割れが発生するおそれがある場合には、制御手段７は、当該判定結果に基づいてガス供給手段２２及び洗浄手段２３を駆動させる。そして、ガス供給手段２２を駆動させてプロセスガスＧに窒素ガスを供給することで、硫化水素分圧を低下させることができる。また、洗浄手段２３によって洗浄液として水を供給すれば、塩素濃度を低下させることができる。また、洗浄手段２３によって洗浄液としてアルカリ水溶液を供給すれば、塩素濃度を低下させるとともに、さらにプロセスガスＧのＰＨ値を上げることができる。このため、ガス供給手段２２及び洗浄手段２３により、プロセスガスＧの特性値である塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を予め設定された関係を満たすように調整することができ、プロセスガスＧよってインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生してしまうのを確実に防止ししつつ連続的に運転を行うことができる。
【００４５】
なお、上記では、ガス供給手段２２と洗浄手段２３の両方を駆動させるものとしたが、これに限るものではなく、いずれか一方のみを駆動させるものとしても良い。例えば、ガス供給手段２２のみを駆動して塩素濃度のみを低下させるようにしても、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧は、図３から図５の例に示すように、一つの特性値を調整することにより、他の特性値の閾値を変化させて、調整しなくても、予め設定された条件を満たすようにすることができる。しかしながら、ガス供給手段２２及び洗浄手段２３の両方を駆動させて、あるいは、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧の検出結果に基づいてガス供給手段２２及び洗浄手段２３のいずれか一方、または両方を選択するようにすることで、より効率良くプロセスガスＧの特性値の調整を行うことができる。
【００４６】
また、上記本実施形態では、プロセスガス分析装置は、吸込口１０ｄで供給されるプロセスガスＧの一部を抽出し、特性値である塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出するものとしたが、これに限るものではない。図７は、この実施形態の変形例を示している。図７に示すように、この変形例の遠心圧縮機２５では、プロセスガス分析装置４は、作動室１０ｃ（図２参照）内のプロセスガスＧを抽出している。このようにすることで、インペラ１２が接している環境におけるプロセスガスＧの特性値を直接検出し、また、判定手段５によって判定することができるため、プロセスガスＧによるインペラ１２の腐食及び応力腐食割れに対する影響をより正確に評価することができ、信頼性を向上させることができる。特に、最も腐食環境の厳しい、最上流側のインペラ１２Ａ（図２参照）近傍に流れるプロセスガスＧを抽出することで、より信頼性を向上することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４８】
なお、上記各実施形態では、プロセスガスＧの特性値として塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出するものとしたが、これに限るものではない。インペラ材料の腐食に関係するものであれば良く、例えば、二酸化炭素分圧などを選択しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態の遠心圧縮機の概要を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の遠心圧縮機の圧縮機本体の詳細を示した断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の遠心圧縮機において、記憶手段に記憶された複数の特性値の関係の第１の例を示したグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態の遠心圧縮機において、記憶手段に記憶された複数の特性値の関係の第２の例を示したグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態の遠心圧縮機において、記憶手段に記憶された複数の特性値の関係の第３の例を示したグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態の遠心圧縮機の概要を示したブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の変形例の遠心圧縮機の概要を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、 ２０、２５ 遠心圧縮機
３ 駆動部
４ プロセスガス分析装置（検出手段）
５ 判定手段
６ 記憶手段
７ 制御手段
１２ インペラ
２１ 調整手段
２２ ガス供給手段
２３ 洗浄手段
Ｇ プロセスガス（流体）
Ｘ ＰＨ値（特性値）
Ｙ 硫化水素分圧（特性値）
Ｚ 塩素濃度（特性値）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラを回転させることで、供給された流体を圧縮して排出する遠心圧縮機及び遠心圧縮機の運転方法に関し、特に、流体中にインペラの腐食を促進させる成分が含まれるような使用環境で使用されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、遠心圧縮機は、例えば、ガスタービンにおけるタービンへのガスの供給や、油田において原油を取り出すのにガスを注入するためなどに使用される。ここで、駆動時においてインペラには大きな負荷が作用するため、インペラを形成する材質としては、高強度の金属材料が選択される。一方、油井環境など使用される遠心圧縮機では、供給される流体であるプロセスガス中に、金属材料の腐食を促進させる成分、例えば、硫化水素、二酸化炭素あるいは塩素などが多く含まれている。このため、駆動時において、大きな負荷が掛かるインペラでは、このような腐食成分により腐食が生じ、また、応力腐食割れが発生して破断に至るおそれがあるため、インペラを形成する金属材料としては耐食性を有するＳＵＳ３２Ｊ４Ｌに類似する材料などの採用が試みられている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Ｆｒａｎｃｏｉｓ Ｍｉｌｌｅｔ 他、ＳＵＰＥＲＤＵＰＬＥＸ ＳＴＡＩＮＬＥＳＳ ＳＴＥＥＬ ＵＳＥ ＩＮ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＨＩＧＨＬＹ ＳＯＵＲ ＧＡＳ ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＡＬ ＣＯＭＰＲＥＳＳＯＲＳ、「ＴＨＥ ＡＭＥＲＩＣＡＮ ＳＯＣＩＥＴＹ ＯＦ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＳ」、アメリカ合衆国、１９９６年、９６−ＧＴ−２７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の非特許文献１に記載されたような材料を用いたとしても、流体中に含まれる腐食成分の割合が高くなれば、腐食や応力腐食割れは発生してしまうおそれがあり、高濃度の腐食成分を含む流体が供給された時の対策が求められていた。
【０００４】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、腐食成分が含まれた流体が供給された場合に、インペラにおける腐食や応力腐食割れの発生を確実に防止することが可能な遠心圧縮機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の遠心圧縮機は、インペラを回転させることで、供給された流体を圧縮して排出する遠心圧縮機であって、供給された前記流体の前記インペラを形成するインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出する検出手段と、該検出手段によって検出された前記特性値が、前記インペラ材料によって決定され、予め設定されている条件を満たすか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の遠心圧縮機の運転方法は、インペラを回転させることで、供給された流体を圧縮して排出する遠心圧縮機の運転方法であって、供給された前記流体の前記インペラを形成するインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出し、検出された該特性値が、前記インペラ材料によって決定され、予め設定されている条件を満たすか否かを判定し、該判定の結果に基づいて前記遠心圧縮機の駆動を制御することを特徴としている。
【０００７】
この構成及び方法によれば、検出手段によって供給された流体のインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出し、判定手段によってこの特性値が、インペラ材料によって決定されて予め設定されている条件、すなわち、腐食が促進されてしまうような当該特性値に係る条件を満たしているか判定することができる。このため、判定に基づいて現在供給された流体により腐食や応力腐食割れが発生するおそれがある時を判断することができ、発生するおそれがある時には、装置の停止等適切な対応をとることができる。
【０００８】
また、上記の遠心圧縮機において、前記検出手段は、前記特性値を複数検出し、前記判定手段は、複数の前記特性値が予め設定された関係を満たすか否かを判定することがより好ましい。
【０００９】
また、上記の遠心圧縮機の運転方法において、前記流体の前記特性値を複数検出し、複数の該特性値が前記条件として予め設定された関係を満たすか否かを判定することがより好ましい。
【００１０】
この構成及び方法によれば、検出手段によって特性値を複数検出して、判定手段では、複数の特性値が予め設定された関係を満たすか否かを判定することで、複数の特性値が複合的に作用して腐食や応力腐食割れを発生させてしまう影響を正確に考慮して判定することができる。
【００１１】
また、上記の遠心圧縮機において、前記検出手段は、前記特性値として、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出することがより好ましい。
【００１２】
また、上記の遠心圧縮機の運転方法において、前記流体の前記特性値として、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出することがより好ましい。
【００１３】
この構成及び方法によれば、特性値として塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出し、判定手段はこれらに基づいて判定することで、これらの特性値の腐食や応力腐食割れに対する影響を特に考慮して判定することができる。
【００１４】
また、上記の遠心圧縮機において、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧のいずれか一つを第一の特性値とし、他の二つをそれぞれ第二の特性値及び第三の特性値として、前記第一の特性値による区分毎に、前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係が記憶された記憶手段を備え、前記判定手段は、前記検出手段で検出された前記第一の特性値に基づいて、前記記憶手段から対応する区分となる前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を参照して、前記検出手段で検出された前記第二の特性値と前記第三の特性値とが参照した関係を満たすか否かを判定することがより好ましい。
【００１５】
また、上記の遠心圧縮機の運転方法において、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧のいずれか一つを第一の特性値とし、他の二つをそれぞれ第二の特性値及び第三の特性値として、前記第一の特性値による区分毎に、前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を記録しておき、検出された前記第一の特性値に基づいて、記録された中から対応する区分となる前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を参照して、検出された前記第二の特性値と前記第三の特性値とが参照した関係を満たすか否かを判定することがより好ましい。
【００１６】
この構成及び方法によれば、判定手段は、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧の内の第一の特性値に基づいて、記憶手段から第一の特性値の対応する区分における第二の特性値と第三との特性値との関係を参照して、残りの二つの第二の特性値と第三の特性値とが当該関係を満たすか否か判定することで、三つの特性値の複合的な影響を考慮して判定することができる。
【００１７】
また、上記の遠心圧縮機において、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記インペラを回転させる駆動部を制御する制御手段を備えることがより好ましい。
【００１８】
また、上記の遠心圧縮機の運転方法において、前記判定の結果が予め設定された条件を満たすとの判定の場合は、前記インペラを回転させる駆動部の駆動を継続させ、予め設定された条件を満たさないとの判定の場合は、前記駆動部を停止させることがより好ましい。
【００１９】
この構成及び方法によれば、判定手段による判定結果に基づいて制御手段の制御により、現在供給された流体により腐食や応力腐食割れが発生するおそれが無い時は、駆動部を駆動させて流体を好適に圧縮することができる。また、現在供給された流体により腐食や応力腐食割れが発生するおそれがある時は、駆動部を停止させて、流体によってインペラに腐食や応力腐食割れが発生してしまうのを確実に防止することができる。
【００２０】
また、上記の遠心圧縮機において、前記流体の有する前記特性値を調整可能な調整手段と、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記調整手段を制御する制御手段とを備えることがより好ましい。
【００２１】
また、上記の遠心圧縮機の運転方法において、前記判定の結果が予め設定された条件を満たさないとの判定の場合は、前記流体の特性値が前記条件を満たすように調整を行うことがより好ましい。
【００２２】
この構成及び方法によれば、判定手段による判定結果に基づいて制御手段の制御により、現在供給された流体により腐食や応力腐食割れが発生するおそれがある時は、調整手段を駆動させる。これにより、特性値が判定手段における条件を満たすように調整することができるので、流体によってインペラに腐食や応力腐食割れが発生してしまうのを確実に防止ししつつ連続的に運転を行うことができる。
【００２３】
また、上記の遠心圧縮機において、前記インペラが二相ステンレス鋼で形成されていることがより好ましい。
【００２４】
この構成によれば、インペラが二相ステンレス鋼で形成されていることで、流体圧縮時に作用する負荷に対応して必要な強度を確保することができるとともに、流体に含まれる腐食成分に対する耐食性を付与することができる。そして、判定手段により当該二相ステンレス鋼に基づいて決定された条件に基づいて判定を行うことで、流体に含まれる腐食成分によるインペラの腐食や応力腐食割れをより確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の遠心圧縮機では、検出手段と判定手段とを備えることにより、腐食成分を含む流体が供給された場合でもインペラにおける腐食や応力腐食割れの発生を確実に防止することができる。
本発明の遠心圧縮機の運転方法では、流体の特性値を検出し、これに基づいて判定し遠心圧縮機を制御することで、腐食成分を含む流体が供給された場合でもインペラにおける腐食や応力腐食割れの発生を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図５に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の遠心圧縮機１は、流体であるプロセスガスＧを圧縮する圧縮機本体２と、圧縮機本体２を駆動させる駆動部３と、プロセスガスＧの特性値を検出する検出手段であるプロセスガス分析装置４と、プロセスガス分析装置４での検出結果に基づいてプロセスガスＧの状態の判定を行う判定手段５と、判定手段５が参照するデータが記憶されている記憶手段６と、駆動部３を制御する制御手段７とを備える。駆動部３は、電動モータや、タービンなど、用途により様々なものが選択可能である。図２に示すように、圧縮機本体２は、外郭をなすケーシング１０と、ケーシング１０に回転可能に支持されて駆動部３により回転するロータ１１と、ケーシング１０内部でロータ１１に同軸に取り付けられた複数のインペラ１２とを備える。
【００２７】
インペラ１２は、略円盤状の本体部１２ａに複数の羽根１２ｂが放射状に立設され、該羽根１２ｂの先端にシュラウド１２ｃが取り付けられて構成されている。そして、本体部１２ａと、シュラウド１２ｃと、隣り合う羽根１２ｂ同士とにより形成される流路１２ｄによって、圧縮する対象となる流体であるプロセスガスＧを、径方向内側で軸方向に流入させ、径方向外側に向かって排出することが可能となっている。ここで、インペラ１２を形成するインペラ材料としては、プロセスガスＧを圧縮する際に大きな負荷が作用するため、高強度の金属材料が選択される。また、プロセスガスＧとして後述するようにインペラ材料を腐食させる腐食成分が含まれているような使用環境化で使用する場合には、二相ステンレス鋼や析出硬化Ｎｉ基合金など耐食性の高い材料であることが好ましく、特に二相ステンレス鋼が強度及び耐食性の両方を考慮した上で好ましい。なお、二相ステンレス鋼としては、例えばＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌなどが、析出硬化Ｎｉ基合金としては、例えばＩｎｃｏｎｅｌ７１８（登録商標）などがある。
【００２８】
ケーシング１０には、両側にそれぞれジャーナル軸受１０ａ及びスラスト軸受１０ｂが設けられており、ロータ１１の回転軸１１ａは、これらジャーナル軸受１０ａ及びスラスト軸受１０ｂに回転可能に支持されている。また、ケーシング１０は、ロータ１１及びインペラ１２の周囲に各インペラ１２との間に連続した複数の作動室１０ｃを形成するとともに、両側には作動室１０ｃと連通するようにしてプロセスガスＧが流入する吸込口１０ｄと、流出する吐出口１０ｅとが設けられている。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態では、プロセスガス分析装置４は、吸込口１０ｄから流入したプロセスガスＧの一部を採取して、採取したプロセスガスＧの分析を行うもので、プロセスガスＧのインペラ材料の腐食に関係する特性値として、塩素濃度、ＰＨ値Ｘ及び硫化水素分圧を検出し、判定手段５に出力することが可能となっている。
【００３０】
記憶手段６には、判定手段５によって判定を行うための条件として、特性値である塩素濃度、ＰＨ値Ｘ及び硫化水素分圧の相関関係が記憶されている。そして、判定手段５は、記憶手段６を参照して検出された塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が当該関係を満たすか否かにより、プロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生するおそれがあるか否か判定する。また、制御手段７は、判定手段５の判定結果により塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が当該関係を満たす場合には、駆動部３を駆動させるとともに、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が当該関係を満たさない場合には、駆動部３を停止させる制御を行う。
【００３１】
ここで、記憶手段６に記憶され、判定手段５によって参照されて判定を行う条件となる塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧の関係について詳細に説明する。＜表１＞は、インペラ材料として選択される二相ステンレス鋼ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌについて、低ひずみ速度引張試験を、腐食環境で行った時の実験結果である。腐食環境としては、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を＜表１＞のようにそれぞれ変化させて、各環境下において試験を行った。＜表１＞に示すように、塩素濃度が高くなると、応力腐食割れによって脆性破壊に至るＰＨ値が高くなり、また、硫化水素分圧が低くなることが分かった。この関係は、ＰＨ値または硫化水素を基準としても同様の傾向を示す。すなわち、ＰＨ値を基準としてＰＨ値が低くなると、応力腐食割れによって脆性破壊に至る塩素濃度及び硫化水素分圧が低くなり、また、硫化水素分圧を基準として硫化水素分圧が高くなると、応力腐食割れによって脆性破壊に至る塩素濃度が低くなり、また、ＰＨ値が高くなる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
以上の結果から、インペラ材料に発生する腐食や応力腐食割れは、プロセスガスＧの腐食に関する複数の特性値が当該インペラ材料に基づいて決定される所定の相関関係を満たしているか否かによって判断可能であることがわかる。すなわち、塩素濃度をＺ（％）、ＰＨ値をＸ、硫化水素分圧をＹ（ａｔｍ）とし、所定の相関関係を［Ｆ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＝Ｐ］（Ｐ：定数）とすれば、［Ｆ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）＜Ｐ］の関係を満たしているか判定することにより、供給されるプロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生するか否かを判定することができる。
【００３４】
より具体的には、塩素濃度Ｚ（％）、ＰＨ値Ｘ及び硫化水素分圧Ｙ（ａｔｍ）をそれぞれ変化させて様々の条件で低ひずみ速度引張試験を行い、破断に至る値をプロットする。そして、プロットされた結果から三者の相関関係を求める。図３は、三者の相関関係を平面式［ａ・Ｘ＋ｂ・Ｙ＋ｃ・Ｚ＝Ｐ］（ａ、ｂ、ｃ：定数）で近似したものであり、この場合には、満たすべき関係は、［ａ・Ｘ＋ｂ・Ｙ＋ｃ・Ｚ＜Ｐ］となる。なお、図３において、ＰＨ値を示すＸ軸は、＋側にいくに従って小さな値を示すようになっている。
【００３５】
また、使用する相関関係としては、三つの特性値を一つの式で関係づけるものではなく、ある一つの特性値を第一の特性値とし、他の二つを第二の特性値及び第三の特性値とし、第一の特性値の区分毎に、第二の特性値と第三の特性値との関係を設定するものとしても良い。具体的には、例えば、図３及び図４に示すように、塩素濃度Ｚ（％）を第一の特性値とし、Ｚ１（％）、Ｚ２（％）、Ｚ３（％）、Ｚ４（％）（但し、Ｚ１≦Ｚ２≦Ｚ３≦Ｚ４）とそれぞれ変化させて、各濃度において、破断に至る第二の特性値及び第三の特性値となるＰＨ値Ｘと硫化水素分圧Ｙ（ａｔｍ）をプロットする。そして、図４に示すように、各濃度において、プロットされた結果から二者の相関関係を求め、例えば直線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のように直線近似して求める。
【００３６】
そして、検出された塩素濃度ＺがＺ１（％）未満である場合には濃度Ｚ１（％）における直線Ｒ１［ｓ１・Ｘ＋ｔ１・Ｙ＝ｕ１］（ｓ１、ｔ１、ｕ１：定数）を選択し、［ｓ１・Ｘ＋ｔ１・Ｙ＜ｕ１］を満たすか否か判定する。同様に、Ｚ１（％）以上Ｚ２（％）未満である場合には濃度Ｚ２（％）における直線Ｒ２［ｓ２・Ｘ＋ｔ２・Ｙ＝ｕ２］（ｓ２、ｔ２、ｕ２：定数）を選択し、また、Ｚ２（％）以上Ｚ３（％）未満である場合には濃度Ｚ３（％）における直線Ｒ３［ｓ３・Ｘ＋ｔ３・Ｙ＝ｕ３］（ｓ３、ｔ３、ｕ３：定数）を選択し、また、Ｚ３（％）以上Ｚ４（％）未満である場合には濃度Ｚ４（％）における直線Ｒ４［ｓ４・Ｘ＋ｔ４・Ｙ＝ｕ４］（ｓ４、ｔ４、ｕ４：定数）を選択して、それぞれ対応する直線に基づく関係を満たすか否かを判定しても良い。なお、塩素濃度ＺがＺ４（％）以上の場合には、ＰＨ値Ｘ及び硫化水素分圧Ｙ（ａｔｍ）に係らず関係を満たさないと判定される。このように第一の特性値の区分毎に区分の最大値で得られた第二の特性値と第三の特性値との関係で判定することで、安全側で判定することができる。
【００３７】
さらに、上記第二の特性値及び第三の特性値の相関関係を図５に示す関係Ｑ１〜Ｑ４のように、簡略化するものとしても良い。すなわち、図５では、直線Ｒ１に対応する関係Ｑ１を、当該直線Ｒ１上の任意の点（Ｘ１、Ｙ２）を基準とし、［Ｘ＜Ｘ１］と［Ｙ＜Ｙ２］との論理積としている。他の直線Ｒ２〜Ｒ４と対応する関係Ｑ２〜Ｑ４についても同様である。このようにすることで、ＰＨ値Ｘと硫化水素分圧Ｙとをそれぞれ独立して評価して両者が関係を満たすか否かを判定することができ、安全側においてより容易に判定を行うことができる。
【００３８】
次に、この実施形態の遠心圧縮機１の作用並びに遠心圧縮機１の運転方法の詳細について説明する。なお、記憶手段６に記憶されている塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧の相関関係については図５に示すものが記憶されているものとして説明する。図１及び図２に示すように、制御手段７により駆動部３が駆動すると、ロータ１１及びインペラ１２は回転し、吸込口１０ｄから供給されたプロセスガスＧは、作動室１０ｃ内において、各インペラ１２の流路１２ｄを通過しながら圧縮され、吐出口１０ｅから排出することとなる。ここで、吸込口１０ｄから供給されたプロセスガスＧの一部は、上記のとおりプロセスガス分析装置４に抽出されて塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が検出され、当該検出結果は判定手段５に出力される。判定手段５では、入力された塩素濃度がいずれの区分（Ｚ＜Ｚ１、Ｚ１≦Ｚ＜Ｚ２、Ｚ２≦Ｚ＜Ｚ３、Ｚ３≦Ｚ＜Ｚ４、Ｚ４≦Ｚ）に属するかを判断し、対応する区分におけるＰＨ値と硫化水素分圧との関係Ｑ１〜Ｑ４のいずれかを参照する。ここでは、検出された塩素濃度Ｚａ（％）が、［Ｚ１≦Ｚａ＜Ｚ２］であったとする。このため、判定手段５は、対応する関係Ｑ２［Ｘ≦Ｘ２、かつ、Ｙ≦Ｙ２］を参照し、検出されたＰＨ値Ｘａ及び硫化水素分圧Ｙａ（ａｔｍ）が関係Ｑ２を満たすか否かを判定する。すなわち、Ｘａ≦Ｘ２、かつ、Ｙａ≦Ｙ２であった場合には、関係Ｑ２を満たし、プロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生しないと判定する。また、Ｘａ＞Ｘ２、または、Ｙａ＞Ｙ２であった場合には、関係Ｑ２を満たさず、プロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生するおそれがあると判定する。
【００３９】
そして、制御手段７は、判定手段５によって、プロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生しないと判定された場合には、駆動部３の駆動を継続してプロセスガスＧの圧縮を引き続き行わせる。一方、制御手段７は、判定手段５によって、プロセスガスＧによりインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生するおそれがあると判定された場合には、駆動部３の駆動を停止させる。
【００４０】
以上のように、本実施形態の遠心圧縮機１では、プロセスガス分析装置４によってプロセスガスＧの特性値を検出し、判定手段５によってこの特性値が予め設定されている条件を満たしているか判定し、当該判定に基づいて制御手段７により駆動部３を制御するものとし、現在供給された流体により腐食や応力腐食割れが発生するおそれがある時は駆動部３を停止させることで、プロセスガスＧによってインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生してしまうのを確実に防止することができる。特に、本実施形態では、特性値を複数検出し、これらに基づいて判定手段５によって判定を行っているので、複数の特性値が複合的に作用して腐食や応力腐食割れを発生させてしまう影響を正確に考慮して判定することができる。さらに、複数の特性値として、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出し、判定手段５はこれらに基づいて判定することで、これらの特性値の腐食や応力腐食割れに対する影響を特に考慮して判定することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、インペラ材料として二相ステンレス鋼を使用していることで、プロセスガスＧの圧縮時に作用する負荷に対応して必要な強度を確保することができるとともに、プロセスガスＧに含まれる腐食成分に対する耐食性を好適に付与することができる。そして、判定手段５により当該二相ステンレス鋼に基づいて決定された条件に基づいて判定を行うことで、プロセスガスＧに含まれる腐食成分によるインペラ１２の腐食や応力腐食割れをより確実に防止することができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態を示したものである。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４３】
図６に示すように、この実施形態の遠心圧縮機２０は、プロセスガスＧの特性値を調整する調整手段２１として、プロセスガスＧに窒素ガスを供給するガス供給手段２２と、インペラ１２を洗浄する洗浄手段２３とを備える。ガス供給手段２２は、窒素ガスが貯留され、配管により吸込口１０ｄに接続されているガス貯留部２２ａと、該配管に設けられて制御手段７によって駆動して開閉可能なバルブ２２ｂとを有する。そして、制御手段７による制御のもとバルブ２２ｂを駆動させることにより、所望の量の窒素ガスを吸込口１０ｄから供給されるプロセスガスＧに混合させることが可能となっている。また、洗浄手段２３は、洗浄液が貯留される洗浄液貯留部２３ａと、制御手段７によって駆動して洗浄液貯留部２３ａの洗浄液をインペラ１２に向かって圧送する洗浄液供給部２３ｂとを有する。洗浄液としては、水や、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液が選択される。そして、制御手段７による制御のもと洗浄液供給部２３ｂを駆動させることにより、所望の量の洗浄液をインペラ１２に吐出させ、洗浄することが可能となっている。
【００４４】
次に、この実施形態の遠心圧縮機２０の作用並びに遠心圧縮機２０の運転方法の詳細について説明する。図６に示すように、制御手段７によって駆動部３を駆動させることで、プロセスガスＧを圧縮させつつ、吸込口１０ｄから供給されたプロセスガスＧの一部がプロセスガス分析装置４に抽出されて塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が検出され、当該検出結果が判定手段５に出力される。そして、判定手段５によって、検出された塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧が予め設定された関係を満たしていないと判定され、現在供給されたプロセスガスＧにより腐食や応力腐食割れが発生するおそれがある場合には、制御手段７は、当該判定結果に基づいてガス供給手段２２及び洗浄手段２３を駆動させる。そして、ガス供給手段２２を駆動させてプロセスガスＧに窒素ガスを供給することで、硫化水素分圧を低下させることができる。また、洗浄手段２３によって洗浄液として水を供給すれば、塩素濃度を低下させることができる。また、洗浄手段２３によって洗浄液としてアルカリ水溶液を供給すれば、塩素濃度を低下させるとともに、さらにプロセスガスＧのＰＨ値を上げることができる。このため、ガス供給手段２２及び洗浄手段２３により、プロセスガスＧの特性値である塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を予め設定された関係を満たすように調整することができ、プロセスガスＧよってインペラ１２に腐食や応力腐食割れが発生してしまうのを確実に防止ししつつ連続的に運転を行うことができる。
【００４５】
なお、上記では、ガス供給手段２２と洗浄手段２３の両方を駆動させるものとしたが、これに限るものではなく、いずれか一方のみを駆動させるものとしても良い。例えば、ガス供給手段２２のみを駆動して塩素濃度のみを低下させるようにしても、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧は、図３から図５の例に示すように、一つの特性値を調整することにより、他の特性値の閾値を変化させて、調整しなくても、予め設定された条件を満たすようにすることができる。しかしながら、ガス供給手段２２及び洗浄手段２３の両方を駆動させて、あるいは、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧の検出結果に基づいてガス供給手段２２及び洗浄手段２３のいずれか一方、または両方を選択するようにすることで、より効率良くプロセスガスＧの特性値の調整を行うことができる。
【００４６】
また、上記本実施形態では、プロセスガス分析装置は、吸込口１０ｄで供給されるプロセスガスＧの一部を抽出し、特性値である塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出するものとしたが、これに限るものではない。図７は、この実施形態の変形例を示している。図７に示すように、この変形例の遠心圧縮機２５では、プロセスガス分析装置４は、作動室１０ｃ（図２参照）内のプロセスガスＧを抽出している。このようにすることで、インペラ１２が接している環境におけるプロセスガスＧの特性値を直接検出し、また、判定手段５によって判定することができるため、プロセスガスＧによるインペラ１２の腐食及び応力腐食割れに対する影響をより正確に評価することができ、信頼性を向上させることができる。特に、最も腐食環境の厳しい、最上流側のインペラ１２Ａ（図２参照）近傍に流れるプロセスガスＧを抽出することで、より信頼性を向上することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４８】
なお、上記各実施形態では、プロセスガスＧの特性値として塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出するものとしたが、これに限るものではない。インペラ材料の腐食に関係するものであれば良く、例えば、二酸化炭素分圧などを選択しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態の遠心圧縮機の概要を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の遠心圧縮機の圧縮機本体の詳細を示した断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の遠心圧縮機において、記憶手段に記憶された複数の特性値の関係の第１の例を示したグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態の遠心圧縮機において、記憶手段に記憶された複数の特性値の関係の第２の例を示したグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態の遠心圧縮機において、記憶手段に記憶された複数の特性値の関係の第３の例を示したグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態の遠心圧縮機の概要を示したブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の変形例の遠心圧縮機の概要を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、 ２０、２５ 遠心圧縮機
３ 駆動部
４ プロセスガス分析装置（検出手段）
５ 判定手段
６ 記憶手段
７ 制御手段
１２ インペラ
２１ 調整手段
２２ ガス供給手段
２３ 洗浄手段
Ｇ プロセスガス（流体）
Ｘ ＰＨ値（特性値）
Ｙ 硫化水素分圧（特性値）
Ｚ 塩素濃度（特性値）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラを回転させることで、供給された流体を圧縮して排出する遠心圧縮機であって、
供給された前記流体の前記インペラを形成するインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された前記特性値が、前記インペラ材料によって決定され、予め設定されている条件を満たすか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心圧縮機において、
前記検出手段は、前記特性値を複数検出し、
前記判定手段は、複数の前記特性値が予め設定された関係を満たすか否かを判定することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の遠心圧縮機において、
前記検出手段は、前記特性値として、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項４】
請求項３に記載の遠心圧縮機において、
塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧のいずれか一つを第一の特性値とし、他の二つをそれぞれ第二の特性値及び第三の特性値として、前記第一の特性値による区分毎に、前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係が記憶された記憶手段を備え、
前記判定手段は、前記検出手段で検出された前記第一の特性値に基づいて、前記記憶手段から対応する区分となる前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を参照して、前記検出手段で検出された前記第二の特性値と前記第三の特性値とが参照した関係を満たすか否かを判定することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の遠心圧縮機において、
前記判定手段による判定結果に基づいて、前記インペラを回転させる駆動部を制御する制御手段を備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の遠心圧縮機において、
前記流体の有する前記特性値を調整可能な調整手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて、前記調整手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の遠心圧縮機において、
前記インペラが二相ステンレス鋼で形成されていることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項８】
インペラを回転させることで、供給された流体を圧縮して排出する遠心圧縮機の運転方法であって、
供給された前記流体の前記インペラを形成するインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出し、
検出された該特性値が、前記インペラ材料によって決定され、予め設定されている条件を満たすか否かを判定し、
該判定の結果に基づいて前記遠心圧縮機の駆動を制御することを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項９】
請求項８に記載の遠心圧縮機の運転方法において、
前記流体の前記特性値を複数検出し、複数の該特性値が前記条件として予め設定された関係を満たすか否かを判定することを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の遠心圧縮機の運転方法において、
前記流体の前記特性値として、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出することを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の遠心圧縮機の運転方法において、
塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧のいずれか一つを第一の特性値とし、他の二つをそれぞれ第二の特性値及び第三の特性値として、前記第一の特性値による区分毎に、前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を記録しておき、
検出された前記第一の特性値に基づいて、記録された中から対応する区分となる前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を参照して、検出された前記第二の特性値と前記第三の特性値とが参照した関係を満たすか否かを判定することを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の遠心圧縮機の運転方法において、
前記判定の結果が予め設定された条件を満たすとの判定の場合は、前記インペラを回転させる駆動部の駆動を継続させ、予め設定された条件を満たさないとの判定の場合は、前記駆動部を停止させることを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項１３】
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の遠心圧縮機の運転方法において、
前記判定の結果が予め設定された条件を満たさないとの判定の場合は、前記流体の特性値が前記条件を満たすように調整を行うことを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項１】
インペラを回転させることで、供給された流体を圧縮して排出する遠心圧縮機であって、
供給された前記流体の前記インペラを形成するインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された前記特性値が、前記インペラ材料によって決定され、予め設定されている条件を満たすか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心圧縮機において、
前記検出手段は、前記特性値を複数検出し、
前記判定手段は、複数の前記特性値が予め設定された関係を満たすか否かを判定することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載の遠心圧縮機において、
前記検出手段は、前記特性値として、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項４】
請求項３に記載の遠心圧縮機において、
塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧のいずれか一つを第一の特性値とし、他の二つをそれぞれ第二の特性値及び第三の特性値として、前記第一の特性値による区分毎に、前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係が記憶された記憶手段を備え、
前記判定手段は、前記検出手段で検出された前記第一の特性値に基づいて、前記記憶手段から対応する区分となる前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を参照して、前記検出手段で検出された前記第二の特性値と前記第三の特性値とが参照した関係を満たすか否かを判定することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の遠心圧縮機において、
前記判定手段による判定結果に基づいて、前記インペラを回転させる駆動部を制御する制御手段を備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の遠心圧縮機において、
前記流体の有する前記特性値を調整可能な調整手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて、前記調整手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の遠心圧縮機において、
前記インペラが二相ステンレス鋼で形成されていることを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項８】
インペラを回転させることで、供給された流体を圧縮して排出する遠心圧縮機の運転方法であって、
供給された前記流体の前記インペラを形成するインペラ材料の腐食に関係する特性値を検出し、
検出された該特性値が、前記インペラ材料によって決定され、予め設定されている条件を満たすか否かを判定し、
該判定の結果に基づいて前記遠心圧縮機の駆動を制御することを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項９】
請求項８に記載の遠心圧縮機の運転方法において、
前記流体の前記特性値を複数検出し、複数の該特性値が前記条件として予め設定された関係を満たすか否かを判定することを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の遠心圧縮機の運転方法において、
前記流体の前記特性値として、塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧を検出することを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の遠心圧縮機の運転方法において、
塩素濃度、ＰＨ値及び硫化水素分圧のいずれか一つを第一の特性値とし、他の二つをそれぞれ第二の特性値及び第三の特性値として、前記第一の特性値による区分毎に、前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を記録しておき、
検出された前記第一の特性値に基づいて、記録された中から対応する区分となる前記第二の特性値と前記第三の特性値との関係を参照して、検出された前記第二の特性値と前記第三の特性値とが参照した関係を満たすか否かを判定することを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の遠心圧縮機の運転方法において、
前記判定の結果が予め設定された条件を満たすとの判定の場合は、前記インペラを回転させる駆動部の駆動を継続させ、予め設定された条件を満たさないとの判定の場合は、前記駆動部を停止させることを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【請求項１３】
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の遠心圧縮機の運転方法において、
前記判定の結果が予め設定された条件を満たさないとの判定の場合は、前記流体の特性値が前記条件を満たすように調整を行うことを特徴とする遠心圧縮機の運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１１６８７３（Ｐ２０１０−１１６８７３Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９１４０５（Ｐ２００８−２９１４０５）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【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２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【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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