JPH03243694A - 気液混相流体の多分岐制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、石油精製工場等に設置されている水素化脱硫
装置、水素化精製装置等で使用される気液混相流体の加
熱炉における気液混相流体の多分岐制御方法に関するも
のである。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題３石油精
製工場等においては、水素化脱硫装置、水素化精製装置
等のように炭化水素を主成分とする石油溜分を水素等で
処理する装置が多数設置されている。

このような装置においては、通常、反応塔の前に加熱炉
を設置し、炭化水素を主成分とする石油溜置と、水素等
の気体とから成る気液混相流体を加熱炉において反応温
度まで界層している。

加熱炉で流体を加熱する場合、加熱管の大きさの制限等
のために、流体の流路を分岐して加熱炉内部では複数の
波路とする場合があるが、分岐流路数が三辺上の場合は
該流路を構成する加熱配管の破損等につながるおそれの
ある偏流が発生する危険性がある。

特に気液混相流体の場合には、物性の極端に異なる気体
と液体とが混在する流体を制御しなくてはならないため
、その制御方法に難がある。

このため、気液混相液体を多分岐制御する必要がある場
合は、通常、気体と液体とをそれぞれ別々に分岐制御し
た後、混合し加熱する方法が採用される。

しかしながら、この方法では、分岐された気体および液
体を別々に制御する必要があり、制御方法が複雑となり
がちである。

これに対して、気液混相流体を一流路から三流路に分岐
する方法も、従来知られている。この方法では、気液混
相流体は比較的均等に流れやすく、偏流の危険は少ない
。

従って、気液混相流体を分岐する必要がある場合には、
一流路を三流路に分岐した後、分岐したそれぞれの流路
をさらにさらに三流路に分岐するいわゆるトーナメント
方式が用いられる場合が多い。

しかしながら、この方法においても、偏流の防止には十
分でなく、一流路から三流路に分岐した場所からそれぞ
れの流路をさらに三流路に分岐する場所まで一定以上の
距離を設けておく必要がある。またトーナメント方式で
は、流路数が二、四へ等、特定の流路数にしか設定でき
ないという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するために提案されたもの
であって、一流路の気液混相流体を少なくとも三流路に
分岐させ、加熱炉で加熱した後、一流路に統合する気液
混相流体の多分岐制御方法において、比較的簡易な手段
により、分岐流路に生ずる偏流を防止し或いは該偏流が
生した場合であっても速やかに該偏流を解消し、加熱炉
内における分岐流路を構成する加熱管の破壊を防止する
と共に、設置面積が広大とならない気液混相流体の多分
岐制御方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明者等は、前記の問題点を解決すべく種々検討を重
ねた結果、偏流の発生は液体供給量、流路の分岐前と統
合後とにおける圧力差に大きく依存し、かつ偏流発生は
各分岐流路の加熱炉出口温度偏差の監視により検知でき
ることに着目し、特定の制御方法の組合せにより気液混
相液体を多分岐制御できることを見出し、本発明を完成
した。

すなわち、本発明は、一流路の気液混相流体を少なくと
も三流路に分岐させ、加熱炉で加熱した後、一流路に統
合する気液混相流体の多分岐制御方法において、 前記液体の供給量、前記流路の分岐前と統合後との差圧
及び加熱炉出口における各分岐流路温度をそれぞれ測定
し、 前記差圧が設定範囲内にあるときは、前記液体供給量に
基づき各分岐流路の前記加熱炉入口側にそれぞれ設置し
た各分岐流路制御弁を一括して制御し、 前記差圧が設定範囲外に変動したときは、該差圧に基づ
き前記各分岐流路制御弁を一括して制御し、 前記各分岐流路の何れか−の波路と該−の流路を除く他
の流路との温度偏差が設定値を超えるときは、前記各分
岐流路制御弁をそれぞれ単独に制御することを特徴とし
く第１発明）、 また、分岐流路制御弁を液体供給量または流路差圧に基
づき一括して制御する場合或いは単独に制御する場合に
おいて、各分岐流路制御弁に与える操作量に、各分岐流
路の加熱炉出口温度に基づいて決定される操作量を重み
として加えて前記各分岐流路制御弁を制御することを特
徴とする（第２発明）。

〔作用〕

本第１発明においては、一流路の気液混相流体は、少な
（とも三流路に分岐され、各分岐流路の前記加熱炉入口
側にそれぞれ設置された分岐流路制御弁を経て、加熱炉
で加熱され、この後、分岐流路は一流路に統合される。

一方、前記気液７昆相流体を形成する液体の供給量、前
記流路の分岐前と統合後との差圧（流路差圧）及び加熱
炉出口における各分岐流路温度がそれぞれ測定されてい
る。

そして、上記流路差圧が設定範囲にある場合には、各分
岐流路制御弁は、液体供給量に基づき一括して制御され
る（以下この制御を「液体供給量制御１と言う）。

この液体供給量制御を行う調節計は、液体供給量の関数
を目標値として人力し、各分岐流路制御弁に同一操作量
を出力する。これにより、各制御弁は一括して制御され
、液体供給量の変動に基づく偏流が防止される。

ここで、上記液体供給量の関数は液体及び気体の物性、
設備、運転条件等を考慮し、たとえばシミュレーション
を行うことにより決定されるが、通常は、液体供給量を
変数とする一次関数で表される。

ところで、流路の分岐前と統合後との流路差圧が小さく
なると、偏流が生し易くなり、大きすぎるとプロセスに
影響を与える。

そこで、流路差圧が設定範囲外に変動したときは、各分
岐流路制御弁を、流路差正に基づき一括して制御する（
以下、この制御を「流路差圧制御」と言う）。

すなわち、流路差圧が所望の設定範囲内から設定範囲外
に変動した場合には、各分岐流路制御弁の制御は、液体
供給量に基づく制御から流路差圧に基づく制御に切り替
えられる。この結果、流路差圧が予め設定しておいた設
定値となるよう、各分岐流路制御弁が制御され、流路差
圧に起因する偏流の発生を防止することができ、偏流が
生しても該偏流は速やかに解消される。

なお、上記流路差圧の設定範囲は、液体及び気体の物性
、設備、運転条件等を考慮し、たとえばシミュレーショ
ンを行うことにより決定される。

更に、偏流が発生した場７合、各分岐流路の加熱炉出口
温度の温度差が大きくなり、温度偏差が増加する。

したがって、該温度偏差を監視し該温度偏差が設定値を
超えるときには、各分岐流路制御弁をそれぞれ単独に制
御する（以下、この制御を「単独制御」と言う）。

この場合、−の流路の加熱炉出口温度と該流路を除く他
の波路との温度が、各分岐流路についてそれぞれ比較さ
れている。

そして、各分岐流路制御弁の制御を流体供給量或いは流
路差圧に基づいて一括して制御している場合において、
各流路についての上記比較結果（すなわち、温度偏差）
の何れかが設定値を超えた場合には、各分岐流路制御弁
の制御は、流体供給量、流路差圧に基づく一括した制御
から、上記各分岐流路制御弁単独の制御に切り替えられ
る。

ここで、上記各温度偏差は、一般には、分岐流路のうち
、−の流路の加熱炉出口温度と、該一の流路を除く他の
流路の加熱炉出口温度平均値との差でそれぞれ表される
。また、温度偏差の上記設定値は、液体及び気体の物性
、設備、運転条件等を考慮し、たとえばシミュレーショ
ンを行うことにより決定される。

この結果、偏流が発生しても各分岐流路制御弁を単独に
制御することにより該偏流を速やかに解消することがで
きる。

したがって、第１発明においては、液体供給量、或いは
流路の分岐前と統合後における圧力差の各要素の変化に
より、偏流が生し易い方向に推移しても、偏流の原因と
なる要素（液体供給量変動、流路差圧）に応じて制御し
、偏流が発生した場合は即座に単独制御に切り替えられ
るので、該偏流の防止が実現されると共に、仮に偏流が
生しても速やかに解消される。

このように、通常の多分岐制御においては、前記液体供
給量制御及び流路差圧制御において、各分岐流路制御弁
を一括して制御することにより、制御系全体としてはバ
ランスの良好な制御が行われ、また温度偏差の監視およ
び単独制御への切り替えにより偏流が発生した場合に早
期発見し、該偏流を速やかに解消することができる。

ところで、例えば、加熱炉でのバーナーの燃焼状況、そ
の他設備、運転条件等によっては、上記液体供給量制御
や流路差圧制御により、各分岐流路制御弁を一括して制
御している場合に分岐流路の加熱炉出口温度の温度差が
発生することもあり得る。

そこで、本第２発明においては、分岐流路制御弁を順体
供給星または流路差圧に基づき一括して制御している場
合或いは単独に制御している場合において、各分岐流路
の加熱炉出口温度をも加味した制御を行う。

すなわち、第２発明においては、第１発明の液体供給量
制御や流路差圧制御において、それぞれの操作量に、各
分岐流路の加熱炉出口温度に基づき決定される操作量（
バイアス値）を重みとして加えている。

したがって、設備、運転条件等に起因して各分岐流路の
加熱炉出口塩度のバラツキが発生するような場合、各分
岐流路温度と各分岐流路温度の平均値等とから決定され
る各バイアス値が、市１記液体供給量制御や流路差圧制
御の際における操作量にそれぞれ加えられることになる
。

なお、上記各バイアス値は、各流路出口温度が各分岐流
路の加熱炉出口温度の平均値等に収束するような操作量
の関数として表され、この関数は、液体及び気体の物性
、設備、運転条件等を考慮し、たとえばシミュレーショ
ンを行うことにより決定される。

また、前記バイアス値を重みとして加える制御は、前記
単独制御に切り替えられた後も継続して行うこともでき
る。この場合にも各分岐流路制御弁は、各分岐流路の加
熱炉出口温度の平均値に収束するように制御される。す
なわち、偏流の発生等により単独制御に切り替えられた
場合、各制御弁は、マニュアル操作により偏流を解消し
てもよいし、前記バイアス値を重みとして加える制御で
自動的に解消することもできる。

このように、第２発明においては、第１発明における液
体供給量制御や流路差圧制御による一括した制御を行っ
ている場合或いは単独に制御している場合に、各分岐流
路間で加熱炉出口温度にバラツキがあるときは、各分岐
流路制御弁に与えられる操作量に、加熱炉出口温度に基
づく個別な操作量が加味される。

したがって、たとえば、分岐流路数が多数である場合等
において、液体供給量変動、流路差圧により偏流が複合
的に生し易い場合であっても、該偏流は速やかに解消す
る方向に推移して信頼性の高い偏流の防止が遠戚され、
或いは該偏流が生したとしても、偏流の解消が速やかに
行われる。

（実施例〕 以下実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。これ
らは単に例示の目的で掲げるものであって、本発明はこ
れら実施例に限定されるものではない。

第１図に灯油水添脱硫装置における本発明のフロー系統
図を説明する。

原料ポンプ１により昇圧された未脱硫灯油は、流量制御
弁２で流量制御され、熱交換器３で昇温された後、コン
プレッサ４，４′により昇圧された水素を主成分とする
気体と准合される。

この混合された気液混相流体は、さらに熱交換器５によ
り昇温された後、四流路１　＋、　１２＋　１：＋、　
ｌａに分岐され、それぞれ制御弁６，７，８．９を経て
加熱炉１１で昇温される。

加熱炉１１で昇温された気液混相流体は、一流路に統合
された後、反応塔１２で水添脱硫反応され、熱交換器５
を経て高温分離槽１３へ送られる。

以後、一般的な灯油水添脱硫装置のフローにより処理さ
れる。

すなわち、高温分離槽１３で分離された水素等の気体は
、冷却器１４、コンデンサ１５及び低温分離槽１６を経
て前記コンプレッサ４に送られ、また、高温分離槽１３
で分離された脱硫灯油は弁１７を経て次工程へ送られる
。

第２図に第１図に示す灯油水添脱硫装置のフローにおけ
る本発明の制御系統図を示す。

オリフィス流量計２１の液体供給量を示す信号に基づき
、流量制御弁２により設定流量に制御された未脱硫灯油
は、気層混合部２２において水素を主成分とする気体と
混合され、気液混相流体となる。

この気液混相流体は、圧力検知器２３を経て、回流路！
！、〜２４に分岐され、各分岐流路制御弁すなわち各分
岐流路に設置された制御弁６，７，８．９を経て加熱炉
１１で加熱される。

加熱炉１１を出た気液混相流体は、それぞれ塩度検知器
２５．２６．２７．２８を経て一流路に統合された後、
圧力検知器２４を経て次工程へ送られる。

また、上記の圧力検知器２３．２４で検知された圧力は
圧力指示計２９．３０で、また上記の塩度検知器２５．
２６，２７．２８で検知された塩度は温度指示計３１，
３２３３．３４でそれぞれ表示される。

制御弁６〜９は、それぞれ単独に開度を制御することも
可能であるが、通常は上位調節計３７により同−開度に
制御される。

すなわち、上記のオリフィス流量計２１の信号に基づく
流量制御弁調節計３５からの液体供給量を示す出力信号
が、演算回路３６に人力され、この演算結果に基づき上
位調節計３７により、制御弁６〜９の開度が制御される
ことにより、液体供給量制御が行われる。

本実施例においては、演算回路３６の／ｊｉ算は次の一
次式に基づき行った。

開度（％）−へ×灯油供給量（にｌ／旧十ＢＡ：原料、
設備、運転条件等により設定する定数（例えば、Ａ＝０
．１５１） Ｂ：原料、設備、運転条件等により設定する定数（例え
ば、Ｂ＝２８） ここで、上記定数Ａ、Ｂは、例えば、シミュレション等
による周知の方法で決定する。

一方、加熱炉１１の入口圧ｐ、と出口圧ｐ。との差（ｐ
ｉ−ｐｏ）が設定範囲外となった場合、自動的に制御切
替器３８が作動し、前記演算回路３６に基づく同−開度
制御（液体供給置割ａｌｌ）から、上記差圧（ｐ；−ｐ
ｏ）に基づく同−開度制御（流路差圧制御）に切り替わ
る。

すなわち、加熱炉１１の入口の圧力ｐ、を圧力検知器２
３により、また出口の圧力ｐ０を圧力検知器２４により
それぞれ測定し、その差圧（ｐ；　　ｐｏ）が一定範囲
、例えば３〜５　ｋｇ／ｄの範囲から外れると制御切替
器３８が切り替わり、差圧調節計３９からの出力信号に
基づき前記差圧（ｐ；　　ｐｏ）が一定値、例えば３　
ｋｇ／Ｃ′！１あるいは５　ｋｇ／ｃｄになるよう上位
調節計３７により同−開度に調節する。

上記のように、各制御弁６〜９の制御が、差圧（ｐ；−
ｐ、）に基づく同−開度制御すなわち流路差圧制御に切
り替わった場合は、自動的に警報が出され、運転員が確
認して、差圧制御に切り替わる差圧範囲の変更および差
圧制御の設定値の変更等、必要な措置を講することがで
きる。

偏流の発生または計器等の故障を早期に発見して是正す
るために、分岐した各分岐流路１１〜１４の加熱炉１１
の出口に温度検知器２５，２６，２７．２８を設置し、
常時、各分岐流路１１〜ｆ、の内の−の分岐流路の加熱
炉１１の出口温度と該−の分岐流路以外の分岐流路の加
熱炉１１の出口温度との偏差をそれぞれ監視している。

各塩度偏差は、演算回路４５により演算され、その演算
式は液体及び気体の物性、設備、運転条件等により異な
るが、通常は、例えば次の演算式に基づき演算される。

ｄＴ＋＝Ｔ＋−（Ｔｚ＋Ｔ：＋＋Ｔ４）／３ｄＴｚ＝Ｔ
ｚ−（Ｔ３＋Ｔ、＋Ｔ＋）／３ｄＴ：＋＝Ｔ３−（Ｔ、
＋Ｔ、＋Ｔｚ）／３ｄＴ４＝Ｔ４−（Ｔ、＋Ｔｚ＋Ｔ３
）／３Ｔ、、Ｔ２．Ｔ、、Ｔ、：各分岐流路ｐ、−ｐ、
の加熱炉１１の出口温度。

ｄ　Ｔ　＋　、　ｄ　Ｔ　２　、　ｄ　Ｔ　３　、　ｄ
　Ｔ　４：各分岐流路ｌ、〜１４の加熱路１１の出口塩
度の各偏差ｄＴ。

塩度偏差ｄＴ　Ｉ　”＝　ｄＴ　４の何れかが一定範囲
、例えば±１０°Ｃを超えると自動的に上位調節計３７
による同−開度制御（液体供給量制御または流路差圧制
御）は中止され、各制御弁６〜９は単独の制御に切り替
わる。

この場合に、各制御弁６〜９の開度は、各制御弁調節計
４１．４２，４３．４４でそれぞれ単独に制御される。

ところで、上位調節計３７による同−開度制御において
は、設備の構造上あるいはバーナーの燃焼状況等に起因
する各分岐流路２．〜１４の加熱炉１１の出口塩度Ｔ１
〜Ｔ４のバラツキが発生する可能性がある。

そこで、第２発明においては、上記出口温度Ｔ〜Ｔ４の
バラツキを防止する目的で加熱炉出口温度の均一化制御
を取り入れる。

すなわち、例えば、各分岐流路Ａ、〜ｌ、の加熱炉１１
の出口温度Ｔ、−Ｔ、の平均温度Ｔａｖ、、（（Ｔ（−
Ｔｚ＋Ｔ３＋Ｔａ）／４　）を設定値とし、第３図に示
すよう↓こ、各分岐流路１１〜１４の出口温度Ｔ１〜Ｔ
４をプロセス変数とする温度調節計４６〜４９により制
御弁調節計４１〜４４に次式に例示するバイアスをそれ
ぞれ加え、各制御弁６〜９の開度が微調整される。

ハアイアス値 −［温度調節計出力（％）−５０］Ｘ０．１上記層度調
節計出力は、各塩度調節計４６．４７．４８４９の弁開
度１００％となるような塩度調節計の出力を基準として
百分率で表示したものである。

また、加熱炉において分岐流路を構成する各加熱管の管
表面の温度を検知し、各加熱管と他の加熱管との温度偏
差（すなわち、各分岐流路間の管表面温度偏差）を監視
することにより、この温度偏差が設定値を超えると警報
を発して、異常を知らせる機能も合わせて設置した。

前記の方法により、ユニオン弐水添脱硫装置（設計処理
量５０．０００７ｉ−ｂｇ／日）において灯油処理量１
３．０００６−ｔ４／日で運転開始し、５０，０００　
Ｊ：−レｈ／日までテスト運転を実施したところ良好な
制御結果が得られた。

〔発明の効果〕

第１発明においては、液体供給量、或いは流路の分岐前
と統合後における圧力差の各要素の変化により、偏流が
生じ易い方向に推移しても、偏流の原因となる要素（液
体供給量変動、流路差圧）に応して制御し、偏差が発生
した場合は即座に単独制御に切り替えられるので、該偏
流の防止が実現されると共に、仮に偏流が生じても速や
かに解消される。

また、第２発明においては、第１発明における液体供給
量制御や流路差圧制御による一括した制御を行っている
場合に、加熱炉のバーナーの燃焼状況等により、加熱炉
出口温度にバラツキが生じるように推移しても、各分岐
流路制御弁に与えられる操作量に、加熱炉出口温度に基
づく個別な操作量を加味することにしたので、液体供給
量変動、流路差圧により偏流が複合的に生し易い場合で
あっても、該偏流は速やかに解消する方向に推移して信
頼性の高い偏流の防止が達成され、或いは該偏流が生し
たとしても、偏流の解消が速やかに行われる。

従って、加熱管の破損等が生ずることはなく、制御系の
信頼性が向上する。

また、本発明制御方法は、気体と液体とをそれぞれ別々
に分岐制御した後、混合し加熱する方法ではないので、
制御方法が複雑とはならず、信頼性の高い簡易な制御系
を実現できる。

更に、いわゆるトーナメント方式を採用する必要もなの
で、一流路から二流路に分岐した場所からそれぞれの分
岐流路をさらに二流路に分岐する場所まで一定以上の距
離を設けておく必要がない。

従って、システム全体の設置面積が広大となることもな
いため、敷地面積の有効利用を図ることができ、またト
ーナメント方式のように、流路数が二、四、八等、特定
の分岐流路数にしか設定できないという問題もなく、分
岐流路数を任意に選択できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は灯油水添脱硫装置における本発明のフロー系統
図、第２図は第１図に示す灯油水添脱硫装置のフローに
おける第１発明の制御系統図、第３図は同しく第２発明
の制御系統図である。 １１・・・加熱炉 ６．７．８．９・・１分岐流路制御弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一流路の気液混相流体を少なくとも三流路に分岐
   させ、加熱炉で加熱した後、一流路に統合する気液混相
   流体の多分岐制御方法において、前記液体の供給量、前
   記流路の分岐前と統合後との差圧及び加熱炉出口におけ
   る各分岐流路温度をそれぞれ測定し、 前記差圧が設定範囲内にあるときは、前記液体供給量に
   基づき各分岐流路の前記加熱炉入口側にそれぞれ設置し
   た各分岐流路制御弁を一括して制御し、 前記差圧が設定範囲外に変動したきは、該差圧に基づき
   前記各分岐流路制御弁を一括して制御し、前記各分岐流
   路の何れか一の流路と該一の流路を除く他の流路との温
   度偏差が設定値を超えるときは、前記各分岐流路制御弁
   をそれぞれ単独に制御することを特徴とする気液混相流
   体の多分岐制御方法。
2. （２）分岐流路制御弁を液体供給量または流路差圧に基
   づき一括して制御する場合或いは単独に制御する場合に
   おいて、各分岐流路制御弁に与える操作量に、各分岐流
   路の加熱炉出口温度に基づいて決定される操作量を重み
   として加えて前記各分岐流路制御弁を制御することを特
   徴とする第１請求項記載の気液混相流体の多分岐制御方
   法。