JPH0248802B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えば原子力プラントの蒸発濃縮器や
製品（例えば砂糖等）の濃縮に好適な蒸発発生器
の液位制御装置に係り、特に設定値の変更に対し
ても外乱に強くする蒸発発生器の液位制御装置に
関する。

化学プラントはもとより、原子力プラント等に
おいては蒸発濃縮器（以下、濃縮器と指称する）
は高い浄化効率及び除染効率が得られる水処理装
置として重要である。特に、原子力発電所の廃棄
物処理系に於ては各種廃液処理の要として、主要
な地位を占めている。しかしながら、現状では運
転員の経験にもとづく手動操作に依存しているた
め安定な運転を行なうことができない。特に、手
動操作は最近のように単機当りの出力容量の増加
された原子力発電所では、廃棄物処理設備の運転
効率の点で問題となつている。

そこで、濃縮器の全自動運転化が必要となるわ
けであるが、この場合の全自動運転化は、水張
り、暖気等の起動操作から蒸発濃縮、高温待機、
排出、停止までの一連の処理工程を通じて沸騰液
面を一定に制御し、安定な運転状態としなければ
ならない。ここで蒸発液面の一定制御は、濃縮器
の降染効率の維持（処理廃液と蒸留れとの汚染度
の比）及びオーバーフロー、空焚き等の異常防止
のため重要である。ところが、濃縮器の沸騰液面
は加熱部に多量に発生するボイドによる影響があ
り、この動特性が水量の変化とは逆の特性を持つ
ているため制御が不安定になりがちであり、運転
を難しくする原因にもなつている。この傾向は処
理効率を上げた、２胴式循環形濃縮器の場合に特
に著しいものがある。

以下、従来装置について説明するにあたり、先
ず濃縮器の沸騰面液位の特性につき第１図を参照
して説明する。濃縮器の沸騰面液位は給液流量
（処理量）に見合つた蒸発流量を得るために、加
熱蒸気流量をバランスさせて、一定に保たれてい
ることが必要である。今第１図ａ，ｂのように加
熱蒸気流量ａと給液流量ｂとはバランスしてお
り、液面ｄは安定に保たれているものとする。の
状態において給液流量ｂの設定値がb′に変更され
たとすると、濃縮器内の液量としては、ａとb′の
偏差量Ｃの時間積分で増加し、これにより第１図
ｃで示す沸騰面液位曲線１となるはずである。と
ころが、給液流量b′の増加に伴なつて濃縮器内の
ボイド発生量も変化する。つまり、給液の増加に
よりボイド量は減る。このため、実際の液位とし
ては、液位曲線２に示されるように、給液変更と
同時にボイドの消滅によりｆ期間で一端下降し、
ボイド発生量の変化がなくなつた時点で上昇し始
める。この特性は、加熱蒸気流量の変化について
も極性が反対となるだけで、同じことが云える。
このように濃縮器の沸騰液位面は濃縮器内の液量
＋気泡（ボイド）量の和に比例し、第１図に示す
様な非線形特性をもつている。この様な、入力変
化に対して正、負の両方向の変化を示すプロセス
では、単に一方向についてだけのフイードバツク
制御を施すと、制御率に正帰環がかかり、不安定
で暴走しやすい状態を呈する。

次に、従来装置について第２図を参照して説明
する。即ち、この装置にあつては、給路を通過す
る処理液を給液流量検出器３で検出し、これを給
液流量調節計４で設定値Ｓ２と演算し、これに基
づいて給液流量調節弁５を制御しながら処理液を
蒸発発生器６に給液する。一方、液位調節計７
は、設定値Ｓ１と液位検出器８の検出液位とを受
けて演算しこの演算値に基づいて加熱蒸気流量調
節弁９を制御しつつ加熱蒸気を加熱器１０の加熱
管１１を介して循環させ、これにより蒸発発生器
６内の処理液を蒸発生させて同蒸発発生器６の液
位が設定値となるように定値制御している。１２
は循環ポンプである。

しかし、この装置において給液流量の設定値Ｓ
２を変更すると、蒸発発生器６の沸騰面液位は第
３図ｃのような液位変化特性をとる。今、第３図
において、第１図と同様に加熱蒸気流量ａ（第３
図ａ参照）と給液流量ｂ（第３図ｂ参照）とはバ
ランスし、沸騰面液位ｄは一定に保たれていると
する。ここで、給液流量ｂをｃだけ正の方向に増
加させてb′とすると、沸騰面液位ｄはボイドの影
響により下降し、設定値Ｓ１とに負の偏差を生じ
る。このため、見かけ上液位ｄが下がるため、液
位調節計７は液量を増加させるべく加熱蒸気流量
調節弁９を絞ろうとする。すると、ますます蒸発
発生器６内のボイド量が減少してくるため、液位
ｄは下降し、下限値まで達する。そのうち、給液
の増加により液位ｄが上昇方向になると、調節計
７の出力は加熱蒸気流量調節弁９の開度を100％
まで上昇させる方向に作用し、これにより加熱蒸
気流量は上限値まで達する。この様に、沸騰面液
位Ｓ１の変化を液量の変化だけとしてとらえて単
一方向の制御ループを組むと、気泡変化により逆
の特性を示す液位状態で正のフイードバークがか
かり、制御率を不安定にし、極端な場合には加熱
蒸気流量２１と液位２２は第３図に示すように発
散状態を呈する。

第４図は同じく従来装置であるが、この装置は
加熱蒸気流量検出器１５の流量検出値と設定値Ｓ
３とを用いて加熱蒸気流量調節計１６が加熱蒸気
流量を調節することおよび蒸気発生器６の液位と
設定値Ｓ１とから液位調節計７が給液流量調節弁
５を調節する構成である。

しかし、この装置にあつても一方向だけの制御
系であるため、第２図の場合と同様の液位特性と
なる。従つて、従来装置は設定値の変更に伴なつ
て発散状態を呈するので、給液流量および加熱蒸
気流量の設定変更を緩やかに行なう必要があり、
それだけ制御性が悪くなる。また、濃縮液の引抜
き速度は液位変動を抑えるために低下せざるを得
ない。また、設定値の変更によつて液位が発散す
ることは自動運転化には不向きである等の欠点が
ある。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもの
で、その目的とするところは、沸騰面液位の挙動
に関して支配的な因子であるボイド発生量の影響
を抑制し制御系の安定性の向上を図り、また計算
機の活用によるプラントの全自動運転を可能なら
しめ処理系の運転効率を高める蒸発発生器の液位
制御装置を提供するものである。

以下、本発明の一実施例について第５図を参照
して説明する。なお、同図において第１図と同一
部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略
する。本装置において従来装置と特に異なる点を
述べると、液位設定値Ｓ１と検出液位との偏差か
ら補償要素を求める補償要素演算部２１を設けた
こと、また同補償要素と給液流量調節計４の操作
出力とを加算して給液流量調節弁５の制御信号を
得る加算器２２を設けた点にある。なお、３は給
液流量検出器、４は給液流量調節計、５は給液流
量調節弁、６は蒸発発生器、７は液位調節計、８
は蒸発発生器６の沸騰面液位を検出する液位検出
器、９は液位調節計７の操作出力で開度制御され
る加熱蒸気流量調節弁、１０は供給せる加熱蒸気
を加熱管１１をもつて循環させて蒸発発生器６の
処理液を蒸発させる加熱器である。

次に、以上のように構成せる装置の作用を説明
する。今、加熱蒸気流量ａ（第６図ａ参照）と給
液流量ｂ（第６図ｂ参照）とがバランスし蒸発発
生器６の液位ｄは第６図ｅのようにｄなる一定値
に保持されている。ここで、給液流量設定値Ｓ２
をＣだけ増加させてb′に設定変更すると、沸騰面
液位はボイドの影響により下がつて設定値Ｓ１よ
り降下する。この結果、検出器８の検出液位と設
定値Ｓ１との間に第６図ｆに示すような偏差を生
ずるが、この偏差を液位調節計７との外に補償要
素演算部２１で求めて補償要素の演算を行なう。
この補償要素演算部２１は、比例−進み要素から
なり、下記の演算式に基づいて演算を行なう。

Ｇ＝Kp（１＋Td・Ｓ）・Δe 但し、上式においてKpは比例係数、Tdは微分
係数、Δeは偏差、Ｓはラプラス変換素数である。
ここで、各演算要素の間には、Kp＞0.Td＜0.Δe
＝S1−Ｌの関係が存ずる。Ｌは検出液位である。
そこで、補償要素演算部２１は、偏差Δeを得た
後、上式の如く負の微分係数の演算を行なつて第
６図ｃのような補償出力を得、これを加算器２２
に供給する。ここで、加算器２２は補償出力と給
液流量調節計４の操作出力とを加算し第６図ｄの
ような信号を得、これに基づいて給液流量調節弁
５を制御する。ここに、補償出力は負の波形を持
つているため、加算器２２による加算後の弁制御
出力は、設定値Ｓ２の上昇にも拘らず一端下がる
特性を有することになる。なお、上記演算式にお
いて負の微分係数を用いたのは次のような理由に
よる。本来、負の液位変化による定常偏差に対し
ては調節弁５の開度を上げて給液流量を増す方が
良い。ところが、この液位変化による過渡偏差発
生時に、比例要素だけで制御すると逆応答によ
り、益々偏差の増す方向に作用する。従つて、上
式の負の微分係数を施すことの意味は、液位の変
化成分を、定常偏差分と変化率とに分け、前者に
対しては、正方向で比例制御し、後者に対して
は、逆応答を利用して負の変化率で制御して、両
者を組み合せることにある。つまり、負の微分係
数の要素は定常的には偏差を助長するが、過渡的
には逆応答となるためにこの点を逆利用して、偏
差を縮める方向に制御するものである。

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、第７図に示すように設定値Ｓ１
と検出液位との偏差Δeに基づいて補償要素を求
め、これを加熱蒸気流量調節計１６の操作出力と
加算し蒸気流量の制御を行なうようにしてもよ
い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施できる。

以上詳記したように本発明によれば、定常偏差
はもとより、過渡変化に対してもオーバーシユー
トおよびハンチング現象を起すことなく収束の早
い安定な制御を行なえ、これにより急激な外乱に
対して強い制御が実現できる。従つて、給液流量
や加熱蒸気流量の設定変更が容易になり、かつ変
更時間も短縮できるので、濃縮器の自動運転化に
非常に有利となる。また、補償出力は積分要素を
含まないために加算後の制御信号は初期設定変更
値Ｃに対しオフセツトを残さない。また、制御系
の安定化が図れれば、プラントの安全性にも貢献
する蒸発発生器の液位制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｃは液位制御の一般的な特性を示す
図、第２図は従来装置の構成図、第３図ａ〜ｃは
第２図に示す装置の液位制御特性図、第４図は従
来装置の他の例を示す構成図、第５図は本発明装
置の一実施例を示す構成図、第６図ａ〜ｆは第５
図に示す装置の液位制御特性図、第７図は本発明
装置の他の例を示す構成図である。 ３……給液流量検出器、４……給液流量調節
計、５……給液流量調節弁、６……蒸発発生器、
７……液位調節計、８……液位検出器、９……加
熱蒸気流量調節計、１０……加熱器、１２……循
環ポンプ、１５……加熱蒸気流量検出器、２１…
…補償要素演算部、２２……加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸発発生器に給液する給液流量および蒸発発
   生器内の給液を加熱して蒸発させる加熱蒸気流量
   のうち何れか一方の流量を一定値に保持し、他方
   の流量を設定変更して弁操作出力を得る蒸発発生
   器の液位制御装置において、前記他方の流量の設
   定値変更に伴つて変化する前記一方の流量の設定
   値と前記蒸発発生器の検出液位値との過度的な偏
   差に対して負の微分係数による演算を行つて補償
   要素出力を求める補償要素演算手段と、この補償
   要素演算手段によつて得られた補償要素出力を他
   方の流量調節出力に加算して前記弁操作出力とす
   る加算手段とを備え、前記他方の流量設定値の上
   昇変更に伴つて変化する前記蒸発発生器の液位の
   低下を抑制することを特徴とする蒸発発生器の液
   位制御装置。