DE112015003585T5 - Zustandsüberwachungseinrichtung und Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem und Fördergaskompressionssystem - Google Patents

Zustandsüberwachungseinrichtung und Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem und Fördergaskompressionssystem Download PDF

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Minoru Matsuo
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Abstract

Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem, das einen Kompressor aufweist, der den Druck des geförderten Gases erhöht, wobei diese aufweist: einen Sensor zum Detektieren einer Zustandsgröße des geförderten Gases, das in den Kompressor strömt; eine Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit zum Berechnen eines Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases; und eine Lebensdauerermittlungseinheit zum Ermitteln einer Lebensdauer des Kompressors auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Zustandsüberwachungseinrichtung und ein Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem und ein Fördergaskompressionssystem.
  • HINTERGRUND
  • Zum Fördern von Rohstoffen aus dem Meeresboden, wie etwa Öl oder Erdgas, werden zum Erhöhen des Drucks einer Gaskomponente in dem geförderten Rohstoff und zum Transportieren der unter Druck gesetzten Gaskomponente an eine Anlage auf dem Festland oder eine schwimmende Anlage auf dem Meer Kompressoren verwendet.
  • Beispielsweise ist der folgende Aufbau im Dokument 1, das kein Patentdokument ist, beschrieben. Insbesondere wird eine Gas/Flüssig-Trennung bei Erdgas zum Trennen in eine Gaskomponente und eine Flüssigkomponente auf dem Meeresboden durchgeführt. Das Erdgas wird aus einem Gas weit unter dem Meeresboden in einem gemischten Gas/Flüssig-Zustand gefördert. Anschließend wird der Druck der Gaskomponente durch einen Kompressor erhöht, so dass das Gas an eine Anlage auf dem Festland transportiert werden kann.
  • Zitatliste
  • Nicht-Patentliteratur
    • Dokument 1, das kein Patentdokument ist: Turbomachinery International, September/Oktober 2014, Seiten 18 bis 24.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Technisches Problem
  • Der Kompressor weist eine Spezifikation auf, die auf der Basis seines Arbeitsbereichs (Einsatzbedingung) bestimmt wird. Insbesondere wird die Spezifikation des Kompressors gemäß einer konzipierten bzw. veranschlagten Lebensdauer bestimmt, basierend auf einer bestimmten erwarteten Einsatzbedingung. Die Bedingung bezieht sich auf eine Art und eine Strömungsrate des Gases, das in den Kompressor strömt, die Kompressordrehgeschwindigkeit und dergleichen.
  • Allerdings hat ein Fördergaskompressionssystem mit gefördertem Gas verschiedener Eigenschaften zu tun, und somit ist der Arbeitsbereich des Kompressors unbeständig. Beispielsweise können sich im Verlauf der Zeit die Teilchengrößen und die Härte von Fremdstoffen in dem geförderten Gas ändern. Somit kann der Kompressor eine Lebensdauer aufweisen, die kürzer als die veranschlagte Lebensdauer des Fördergaskompressionssystems ist.
  • In vielen Fällen wird das Fördergaskompressionssystem in Offshore-Anlagen verwendet. Wenn der Kompressor in der Offshore-Anlage einen Defekt hat, erfordert die Bereitstellung eines neuen Kompressors Zeit, und somit kann die Anlage während der Bereitstellung nicht betrieben werden. Insbesondere wenn die Förderung auf dem Meeresboden stattfindet, dauert das Entfernen und Installieren des Kompressors sehr lange, wodurch die Anlage für eine lange Zeit nicht betrieben werden kann.
  • Das Dokument 1, das kein Patentdokument ist, befasst sich nicht mit einem Verfahren zum Ermitteln der Lebensdauer des Kompressors in dem Fördergaskompressionssystem.
  • Eine Aufgabe wenigstens einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zustandsüberwachungseinrichtung und ein Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem und ein Fördergaskompressionssystem bereitzustellen, mit denen ein Zustand eines Kompressors auf der Basis einer Änderung einer Zustandsgröße des geförderten Gases überwacht werden kann.
  • Lösung des Problems
    • (1) Eine Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem gemäß wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist eine Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem, das einen Kompressor aufweist, der den Druck eines geförderten Gases erhöht, wobei diese aufweist: einen Sensor zum Detektieren einer Zustandsgröße des geförderten Gases, das in den Kompressor strömt; eine Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit zum Berechnen eines Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases; und eine Lebensdauerermittlungseinheit zum Ermitteln einer Lebensdauer des Kompressors auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors.
  • Gemäß der oben beschriebenen Anordnung (1) wird die Lebensdauer des Kompressors auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors ermittelt, das auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases berechnet wird. Somit kann die Lebensdauer des Kompressors geeignet ermittelt werden, als ein Teil einer Zustandsüberwachung des Fördergaskompressionssystems, selbst wenn sich die Zustandsgröße des geförderten Gases ändert.
  • Mit dieser Lebensdauer des Kompressors als ein Resultat der so erhaltenen Ermittlung kann der Wartungsplan für den Kompressor geeignet aufgestellt werden, wodurch insgesamt eine höhere Ertragsleistung der Anlage erzielt werden kann, wobei ein Zeitraum, in dem die Anlage nicht betrieben wird, verkürzt wird.
    • (2) Bei der Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem der oben beschriebenen Anordnung (1) umfasst gemäß einigen Ausführungsformen die Zustandsgröße wenigstens eine der folgenden: eine Teilchengröße eines Fremdstoffs in dem geförderten Gas; eine Konzentration des Fremdstoffs in dem geförderten Gas; und eine Härte des Fremdstoffs.
  • Gemäß der Anordnung (2) kann die Lebensdauer des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases, wie etwa der Teilchengröße, der Konzentration oder der Härte des Fremdstoffs in dem geförderten Gas, geeignet ermittelt werden.
    • (3) Bei der Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem der oben beschriebenen Anordnung (1) oder (2) ist gemäß einigen Ausführungsformen die Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit so eingerichtet, dass diese das Verschleißfortschrittsniveau sowohl auf der Basis einer Strömungsrate des geförderten Gases als auch der Zustandsgröße des geförderten Gases berechnet.
  • Gemäß der oben beschriebenen Anordnung (3) kann die Strömungsrate des geförderten Gases auf der Basis sowohl der Zustandsgröße des geförderten Gases als auch der Strömungsrate des geförderten Gases, das in den Kompressor strömt, genauer bestimmt werden.
    • (4) Die Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach einer der oben beschriebenen Anordnungen (1) bis (3) weist gemäß einigen Ausführungsformen ferner eine Betriebszustandsumschalteinheit auf, die eingerichtet ist, um einen Betriebszustand des Kompressors zwischen einem Normbetriebszustand und einem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand, der ein geringeres Verschleißfortschrittsniveau des Kompressors als der Normbetriebszustand aufweist, umzuschalten, auf der Basis eines Resultats der Ermittlung durch die Lebensdauerermittlungseinheit.
  • Gemäß der oben beschriebenen Anordnung (4) kann die Lebensdauer des Kompressors auf der Basis des Resultats der Ermittlung der Lebensdauer des Kompressors gesteuert werden, wobei der Betriebszustand des Kompressors zwischen dem Normbetriebszustand und dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand umgeschaltet wird.
    • (5) Bei der Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem der oben beschriebenen Anordnung (4) umfasst der Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand gemäß einigen Ausführungsformen eine geringere Drehgeschwindigkeit des Kompressors als der Normbetriebszustand.
  • Die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit des Kompressors ist proportional zur N-ten Potenz (N > 1) der Strömungsrate des geförderten Gases und reagiert somit empfindlich auf die Drehgeschwindigkeit des Kompressors (somit die Strömungsrate des geförderten Gases).
  • In diesem Zusammenhang wird gemäß der oben beschriebenen Anordnung (4) die Drehgeschwindigkeit des Kompressors in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand so festgelegt, dass diese kleiner als im Normbetriebszustand ist. Somit können die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit des Kompressors wirksam verringert und die Lebensdauer des Kompressors wirksam verlängert werden.
    • (6) Bei der Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem der oben beschriebenen Anordnung (4) oder (5) ist die Betriebszustandsumschalteinheit gemäß einigen Ausführungsformen so eingerichtet, dass diese eine Arbeitsbedingung in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand auf folgender Basis bestimmt: einer Differenz zwischen dem Verschleißfortschrittsniveau zu einem bestimmten Zeitpunkt und einem zulässigen Wert des Verschleißfortschrittsniveaus; und einer Restzeitdauer zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und einer nächsten regulär angesetzten Inspektion.
  • Gemäß der oben beschriebenen Anordnung (6) wird der Betriebszustand in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand auf der Basis der Restzeitdauer zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und der nächsten regulär angesetzten Inspektion bestimmt. Somit kann die Anzahl der Wartungszeitpunkte verringert werden, während unterbunden wird, dass der Betrieb des Kompressors unterbrochen wird, wodurch die anschließende Lebensdauer des Kompressors verlängert wird.
    • (7) Bei der Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem weist gemäß einigen Ausführungsformen das Fördergaskompressionssystem ferner einen Motor zum Antreiben des Kompressors auf, und wobei die Zustandsüberwachungseinrichtung ferner aufweist: eine Referenzkorrelationsbezugseinheit zum Beziehen bzw. Ermitteln einer bekannten Referenzkorrelation für ein Probengas zwischen dem Motor zugeführter Leistung und einer Ausgabe des Kompressors, wobei das Probengas eine bekannte Referenzzustandsgröße aufweist; eine Ausgabekorrektureinheit zum Korrigieren einer tatsächlichen Ausgabe des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases, detektiert von dem Sensor, um einen korrigierten Ausgabewert des Kompressors zu berechnen, welcher der dem Motor zugeführten Leistung in einem Fall entspricht, in dem das geförderte Gas die Referenzzustandsgröße aufweist; und eine Abnormalitätsdetektionseinheit zum Detektieren einer Abnormalität bzw. Unregelmäßigkeit in dem Fördergaskompressionssystem auf der Basis eines Resultats des Vergleichs einer Beziehung zwischen der dem Motor zugeführten Leistung und dem korrigierten Ausgabewert mit der Referenzkorrelation.
    • (7') Eine Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem gemäß wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, ungeachtet der Anwesenheit oder Abwesenheit der oben beschriebenen Anordnung (1), eine Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem, das einen Kompressor, der den Druck eines geförderten Gases erhöht, und einen Motor zum Antreiben des Kompressors aufweist, wobei diese aufweist: eine Referenzkorrelationsbezugseinheit zum Beziehen einer bekannten Referenzkorrelation für ein Probengas zwischen dem Motor zugeführter Leistung (Motoreingabe) und einer Ausgabe des Kompressors, wobei das Probengas eine bekannte Referenzzustandsgröße aufweist; eine Ausgabekorrektureinheit zum Korrigieren einer tatsächlichen Ausgabe des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases, detektiert von dem Sensor, um einen korrigierten Ausgabewert des Kompressors zu berechnen, welcher der dem Motor zugeführten Leistung in einem Fall entspricht, in dem das geförderte Gas die Referenzzustandsgröße aufweist; und eine Abnormalitätsdetektionseinheit zum Detektieren einer Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem auf der Basis eines Resultats des Vergleichs einer Beziehung zwischen der dem Motor zugeführten Leistung und dem korrigierten Ausgabewert mit der Referenzkorrelation.
  • Gemäß der Anordnung (7) oder (7') wird die tatsächliche Ausgabe des Kompressors auf der Basis des Resultats der Detektion der Zustandsgröße des geförderten Gases korrigiert. Somit wird der korrigierte Ausgabewert des Kompressors, welcher der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, in dem Fall berechnet, in dem das geförderte Gas die Referenzzustandsgröße aufweist (die bekannte Zustandsgröße des geförderten Gases). Der so erhaltene korrigierte Ausgabewert des Kompressors basiert auf derselben Zustandsgröße (Referenzzustandsgröße) wie das Probengas. Somit kann die Beziehung zwischen der dem Motor zugeführten Leistung und dem korrigierten Ausgabewert mit der Referenzkorrelation geeignet verglichen werden, ohne dass eine Beeinflussung durch die Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases besteht. All dies berücksichtigt kann eine Abnormalität bzw. Unregelmäßigkeit als ein Zeichen eines Fehlverhaltens bzw. Defekts in dem Fördergaskompressionssystem detektiert werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors aufgrund der Zustandsgröße des geförderten Gases unbeständig ist.
    • (8) Die Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem der oben beschriebenen Anordnung (7) oder (7') weist gemäß einigen Ausführungsformen ferner eine Abnormalitätsortungseinheit auf, die eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob die Abnormalität im Kompressor oder im Motor aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der tatsächlichen Ausgabe des Motors, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, mit einem veranschlagten bzw. konzipierten Ausgabewert, wenn die Abnormalitätsdetektionseinheit die Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem detektiert.
  • Wenn gemäß der oben beschriebenen Anordnung (7) oder (7') die Abnormalitätsdetektionseinheit eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem detektiert, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Abnormalität entweder im Kompressor oder im Motor aufgetreten ist.
  • Somit wird gemäß der oben beschriebenen Anordnung (8) ermittelt, ob die Abnormalität in dem Kompressor oder dem Motor aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs einer tatsächlichen Motorausgabe, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, mit dem veranschlagten Ausgabewert.
  • Wenn beispielsweise die Differenz zwischen der tatsächlichen Motorausgabe, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, und dem veranschlagten Ausgabewert sich innerhalb eines zulässigen Bereichs befindet, ist es wahrscheinlich, dass die Abnormalität in dem Kompressor und nicht im Motor aufgetreten ist. Wenn auf der anderen Seite die Differenz zwischen der tatsächlichen Motorausgabe, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, und dem veranschlagten Ausgabewert sich außerhalb des zulässigen Bereichs befindet, ist es wahrscheinlich, dass die Abnormalität in dem Motor und nicht im Kompressor aufgetreten ist. Auf diese Weise kann der Ort, an dem die Abnormalität aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der tatsächlichen Motorausgabe, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, mit dem veranschlagten Ausgabewert identifiziert werden.
    • (9) Bei der Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem der oben beschriebenen Anordnung (7), (7') oder (8) ist die Abnormalitätsdetektionseinheit gemäß einigen Ausführungsformen eingerichtet, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, wenn eine Differenz zwischen einer Referenzausgabe des Kompressors, die der dem Motor zugeführten Leistung in der Referenzkorrelation entspricht, und dem korrigierten Ausgabewert, berechnet von der Ausgabekorrektureinheit, einen ersten Schwellwert übersteigt.
  • Gemäß der oben beschriebenen Anordnung (9) wird die Differenz zwischen der Referenzausgabe des Kompressors, die der dem Motor zugeführten Leistung in der Referenzkorrelation entspricht, und dem korrigierten Ausgabewert, berechnet von der Ausgabekorrektureinheit, mit dem ersten Schwellwert verglichen. Ob in dem Fördergaskompressionssystem eine Abnormalität aufgetreten ist, kann somit hochpräzise bestimmt werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases unbeständig ist.
    • (10) Bei der Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem der oben beschriebenen Anordnung (7), (7') oder (8) ist die Abnormalitätsdetektionseinheit gemäß einigen Ausführungsformen eingerichtet, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, wenn ein Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts, berechnet von der Ausgabekorrektureinheit, bezüglich einer Referenzausgabe des Kompressors, die der dem Motor zugeführten Leitung in der Referenzkorrelation entspricht, einen zweiten Schwellwert übersteigt.
  • Gemäß der oben beschriebenen Anordnung (10) wird das Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts, berechnet von der Ausgabekorrektureinheit, bezüglich der Referenzausgabe des Kompressors, die der dem Motor zugeführten Leistung in der Referenzkorrelation entspricht, mit dem zweiten Schwellwert verglichen. Ob eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, kann somit hochpräzise bestimmt werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases unbeständig ist.
    • (11) Bei der Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem der oben beschriebenen Anordnung (7), (7') oder (8) ist die Abnormalitätsdetektionseinheit gemäß einigen Ausführungsformen eingerichtet, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, wenn ein Zeitraum, in der ein Abweichungsmaß des korrigierten Ausgabewerts bezüglich der Referenzausgabe oder eine Differenz zwischen einer Referenzausgabe des Kompressors, die der dem Motor zugeführten Leistung in der Referenzkorrelation entspricht, und dem korrigierten Ausgabewert, berechnet von der Ausgabekorrektureinheit, einen dritten Schwellwert übersteigt, eine bestimmte Zeitdauer oder länger andauert.
  • Gemäß der obigen Anordnung (11) kann hochpräzise bestimmt werden, ob eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases unbeständig ist, auf der Basis der Differenz zwischen dem korrigierten Ausgabewert und der Referenzausgabe des Kompressors oder auf der Basis, ob die Dauer, in der das Abweichungsmaß des korrigierten Ausgabewerts bezüglich der Referenzausgabe den dritten Schwellwert übersteigt, eine bestimmte Zeitdauer oder länger andauert.
    • (12) Bei der Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem der oben beschriebenen Anordnung (7), (7') oder (8) ist die Abnormalitätsdetektionseinheit gemäß einigen Ausführungsformen eingerichtet, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, wenn die Geschwindigkeit der Zunahme eines Abweichungsverhältnisses des korrigierten Ausgabewerts von der Referenzausgabe oder die Geschwindigkeit der Zunahme einer Differenz zwischen einer Referenzausgabe des Kompressors, die der dem Motor zugeführten Leistung in der Referenzkorrelation entspricht, und dem korrigierten Ausgabewert, berechnet von der Ausgabekorrektureinheit, einen weiteren Schwellwert übersteigt.
  • Ob eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, kann gemäß der oben beschriebenen Anordnung (12) hochpräzise bestimmt werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases unbeständig ist, durch Vergleichen der Differenz zwischen der Referenzausgabe der Ausgabe des Kompressors und des korrigierten Ausgabewerts, oder der Geschwindigkeit der Zunahme des Abweichungsverhältnisses des korrigierten Ausgabewerts von der Referenzausgabe mit dem vierten Schwellwert.
    • (13) Ein Fördergaskompressionssystem gemäß wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Kompressor zum Erhöhen des Drucks des geförderten Gases; und eine Zustandsüberwachungseinrichtung nach einem der oben beschriebenen Anordnungen (1) bis (12).
  • Gemäß der oben beschriebenen Anordnung (13) wird eine Zustandsüberwachungseinrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Anordnungen (1) bis (12) bereitgestellt. Somit kann die Lebensdauer des Kompressors geeignet ermittelt werden, wie es oben beschrieben ist, wodurch das Fördergaskompressionssystem effizient betrieben werden kann.
    • (14) Ein Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem, das einen Kompressor aufweist, der den Druck des geförderten Gases erhöht, weist gemäß wenigstens einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf: einen Zustandsgrößendetektionsschritt zum Detektieren einer Zustandsgröße des geförderten Gases, das in den Kompressor strömt; einen Verschleißfortschrittsniveauberechnungsschritt zum Berechnen eines Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases; und einen Lebensdauerermittlungsschritt zum Ermitteln einer Lebensdauer des Kompressors auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren (14) wird die Lebensdauer des Kompressors auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors, berechnet auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases, ermittelt. Somit kann die Lebensdauer des Kompressors geeignet ermittelt werden, als Teil der Zustandsüberwachung des Fördergaskompressionssystems, selbst wenn die Zustandsgröße des geförderten Gases sich ändert.
  • Mit der so erhaltenen Lebensdauer des Kompressors als ein Resultat der Ermittlung kann der Wartungsplan für den Kompressor geeignet aufgestellt werden, wodurch insgesamt eine höhere Ertragsleistung der Anlage erzielt werden kann, wobei ein Zeitraum, in der die Anlage nicht betrieben wird, verkürzt wird.
    • (15) Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach dem oben beschriebenen Verfahren (14), wobei die Zustandsgröße gemäß einigen Ausführungsformen wenigstens eine der folgenden aufweist: eine Teilchengröße eines Fremdstoffs in dem geförderten Gas; eine Konzentration des Fremdstoffs in dem geförderten Gas; und eine Härte des Fremdstoffs.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren (15) kann die Lebensdauer des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases, wie etwa der Teilchengröße, der Konzentration oder der Härte eines Fremdstoffs in dem geförderten Gas, geeignet ermittelt werden.
    • (16) Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach dem oben beschriebenen Verfahren (14) oder (15), wobei der Verschleißfortschrittsniveauberechnungsschritt gemäß einigen Ausführungsformen das Berechnen des Verschleißfortschrittsniveaus auf der Basis sowohl einer Strömungsrate des geförderten Gases als auch der Zustandsgröße des geförderten Gases aufweist.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren (16) kann die Strömungsrate des geförderten Gases genauer ermittelt werden auf der Basis sowohl der Zustandsgröße des geförderten Gases als auch der Strömungsrate des geförderten Gases, das in den Kompressor strömt.
    • (17) Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach einem der oben beschriebenen Verfahren (14) bis (16), das gemäß einigen Ausführungsformen ferner einen Betriebszustandsumschaltschritt aufweist, zum Umschalten eines Betriebszustands des Kompressors zwischen einem Normbetriebszustand und einem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand, der ein geringeres Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors als der Normbetriebszustand aufweist, auf der Basis eines Resultats der Ermittlung in dem Lebensdauerermittlungsschritt.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren (17) kann die Lebensdauer des Kompressors auf der Basis des Resultats der Ermittlung der Lebensdauer des Kompressors gesteuert werden, wobei der Betriebszustand des Kompressors zwischen dem Normbetriebszustand und dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand umgeschaltet wird.
    • (18) In dem Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach dem oben beschriebenen Verfahren (17) umfasst der Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand gemäß einigen Ausführungsformen eine geringere Drehgeschwindigkeit der Umdrehungen des Kompressors als der Normbetriebszustand.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren (18) ist die Drehgeschwindigkeit des Kompressors in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand so festgelegt, dass diese kleiner als im Normbetriebszustand ist. Somit können die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit des Kompressors wirksam verringert und die Lebensdauer des Kompressors wirksam verlängert werden.
    • (19) In dem Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach dem oben beschriebenen Verfahren (17) oder (18) weist der Betriebszustandsumschaltschritt gemäß einigen Ausführungsformen das Bestimmen einer Arbeitsbedingung in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand auf der Basis auf: einer Differenz zwischen dem Verschleißfortschrittsniveau zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt und einem zulässigen Wert des Verschleißfortschrittsniveaus; und einer Restzeitdauer zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und einer nächsten regulär angesetzten Inspektion.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren (19) wird die Arbeitsbedingung in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand auf der Basis der Restzeitdauer zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und der nächsten regulär angesetzten Inspektion bestimmt. Somit kann die Anzahl der Wartungszeiten verringert werden, während vermieden wird, dass der Betrieb des Kompressors unterbrochen wird, wobei die anschließende Lebensdauer des Kompressors verlängert wird.
    • (20) Bei dem Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach einem der oben beschriebenen Verfahren (14) bis (19) weist das Fördergaskompressionssystem gemäß einigen Ausführungsformen ferner einen Motor zum Antreiben des Kompressors auf, und wobei das Zustandsüberwachungsverfahren ferner aufweist: einen Zustandsgrößendetektionsschritt zum Detektieren einer Zustandsgröße des geförderten Gases, das in den Kompressor strömt; einen Referenzkorrelationsbezugsschritt zum Beziehen einer bekannten Referenzkorrelation für ein Probengas zwischen einer dem Motor zugeführten Leistung und einer Ausgabe des Kompressors, wobei das Probengas eine bekannte Referenzzustandsgröße aufweist; einen Ausgabekorrekturschritt zur Korrektur einer tatsächlichen Ausgabe des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases, detektiert in dem Zustandsgrößendetektionsschritt, und zum Berechnen eines korrigierten Ausgabewerts des Kompressors, welcher der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, in einem Fall, in dem das geförderte Gas die Referenzzustandsgröße aufweist; und einen Abnormalitätsdetektionsschritt zum Detektieren einer Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem auf der Basis eines Resultats des Vergleichs einer Beziehung zwischen der dem Motor zugeführten Leistung und dem korrigierten Ausgabewert mit der Referenzkorrelation.
    • (20') Ein Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem, das einen Kompressor, der den Druck des geförderten Gases erhöht, und einen Motor zum Antreiben des Kompressors aufweist, kann gemäß einigen Ausführungsformen die Schritte des Verfahrens (14) aufweisen, muss dies aber nicht, und weist auf: einen Zustandsgrößendetektionsschritt zur Detektion einer Zustandsgröße des geförderten Gases, das in den Kompressor strömt; einen Referenzkorrelationsbezugsschritt zum Beziehen einer bekannten Referenzkorrelation für ein Probengas zwischen einer dem Motor zugeführten Leistung und einer Ausgabe des Kompressors, wobei das Probengas eine bekannte Referenzzustandsgröße aufweist; einen Ausgabekorrekturschritt zur Korrektur einer tatsächlichen Ausgabe des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases, detektiert in dem Zustandsgrößendetektionsschritt, und zum Berechnen eines korrigierten Ausgabewerts des Kompressors, welcher der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, in einem Fall, in dem das geförderte Gas die Referenzzustandsgröße aufweist; und einen Abnormalitätsdetektionsschritt zur Detektion einer Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem auf der Basis eines Resultats des Vergleichs einer Beziehung zwischen der dem Motor zugeführten Leistung und dem korrigierten Ausgabewert mit der Referenzkorrelation.
  • Gemäß den Verfahren (20) und (20') wird die tatsächliche Ausgabe des Kompressors auf der Basis eines Resultats der Detektion der Zustandsgröße des geförderten Gases korrigiert. Somit wird der korrigierte Ausgabewert des Kompressors, welcher der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, in dem Fall berechnet, in dem das geförderte Gas die Referenzzustandsgröße (die bekannte Zustandsgröße des geförderten Gases) aufweist. Der so erhaltene korrigierte Ausgabewert des Kompressors basiert auf derselben Zustandsgröße (Referenzzustandsgröße) wie das Probengas. Somit kann die Beziehung zwischen der dem Motor zugeführten Leistung und dem korrigierten Ausgabewert geeignet mit der Referenzkorrelation verglichen werden, ohne Beeinflussung durch die Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases. All dies berücksichtigt kann eine Abnormalität als ein Zeichen einer Fehlfunktion bzw. eines Defekts in dem Fördergaskompressionssystem detektiert werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors aufgrund der Zustandsgröße des geförderten Gases unbeständig ist.
    • (21) Das Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach dem oben beschriebenen Verfahren (20) oder (20') weist gemäß einigen Ausführungsformen ferner einen Abnormalitätsortungsschritt zum Bestimmen auf, ob die Abnormalität in dem Kompressor oder dem Motor aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der tatsächlichen Ausgabe des Motors, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, mit einem veranschlagten Ausgabewert, wenn in dem Abnormalitätsdetektionsschritt eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem detektiert wird.
  • Ob die Abnormalität in dem Kompressor oder dem Motor aufgetreten ist, wird gemäß dem oben beschriebenen Verfahren (21) auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der tatsächlichen Motorausgabe, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, mit dem veranschlagten Ausgabewert bestimmt.
  • Wenn beispielsweise die Differenz zwischen der tatsächlichen Motorausgabe, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, und dem veranschlagten Ausgabewert sich innerhalb eines zulässigen Bereichs befindet, ist es wahrscheinlich, dass die Abnormalität im Kompressor und nicht im Motor aufgetreten ist. Wenn auf der anderen Seite die Differenz zwischen der tatsächlichen Motorausgabe, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, und dem veranschlagten Ausgabewert sich außerhalb des zulässigen Bereichs befindet, ist es wahrscheinlich, dass die Abnormalität in dem Motor und nicht in dem Kompressor aufgetreten ist. Auf diese Weise kann der Ort, an dem die Abnormalität aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der tatsächlichen Motorausgabe, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, mit dem veranschlagten Ausgabewert identifiziert werden.
  • Vorteilhafte Wirkungen
  • Gemäß wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Lebensdauer des Kompressors auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors ermittelt, das auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases berechnet wird. Somit kann die Lebensdauer des Kompressors zuverlässig ermittelt werden, als Teil der Zustandsüberwachung für das Fördergaskompressionssystem, selbst wenn die Zustandsgröße des geförderten Gases sich ändert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine graphische Darstellung, die eine schematische Anordnung eines Fördergaskompressionssystems gemäß einer Ausführungsform darstellt.
  • 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Verschleißfortschrittsniveaus zum Beschreiben einer veranschlagten Lebensdauer und einer tatsächlichen Lebensdauer darstellt.
  • 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Verschleißfortschrittsniveaus zum Beschreiben einer ermittelten Lebensdauer darstellt.
  • 4 ist ein Diagramm, das einen Normbetriebszustand und einen Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand darstellt.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem gemäß einer Ausführungsform darstellt.
  • 6 ist eine graphische Darstellung, die eine schematische Anordnung eines Fördergaskompressionssystems gemäß einer Ausführungsform darstellt.
  • 7 ist eine graphische Darstellung, die eine Eingabe und Ausgabe eines Motors und eines Kompressors gemäß einer Ausführungsform darstellt.
  • 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines tatsächlichen Messwerts und eines korrigierten Werts bezüglich einer Referenzkorrelation darstellt.
  • 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer zeitlichen Änderung einer Differenz zwischen der Referenzausgabe und dem korrigierten Ausgabewert darstellt.
  • 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer zeitlichen Änderung eines Abweichungsverhältnisses des korrigierten Ausgabewerts von der Referenzausgabe darstellt.
  • 11 ist eine graphische Darstellung, die eine Eingabe und Ausgabe eines Motors und eines Kompressors gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
  • 12 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Motoreingabe und einer Motorausgabe darstellt.
  • 13 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Detektion einer Abnormalität in einem Fördergaskompressionssystem gemäß einer Ausführungsform darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es ist hierbei beabsichtigt, dass Abmessungen, Materialien, Formen, Relativpositionen und dergleichen von Komponenten, die gemäß den Ausführungsformen beschrieben sind, lediglich als beispielhaft und nicht als beschränkend hinsichtlich des Gegenstands der vorliegenden Erfindung anzusehen sind.
  • Zunächst wird eine schematische Anordnung eines Fördergaskompressionssystems 1 gemäß einer Ausführungsform mit Bezug auf 1 beschrieben.
  • Wie es in 1 dargestellt ist, ist das Fördergaskompressionssystem 1 hauptsächlich eingerichtet, um gefördertes Gas 54 in einem Rohstoff, der aus einem Gasfeld oder Ölfeld im Boden oder unter dem Meeresboden gefördert wird, zu komprimieren (den Druck zu erhöhen) und den Rohstoff mit Druck beispielsweise an eine externe Verarbeitungsanlage, Speicheranlage oder dergleichen zu transportieren. Das Fördergaskompressionssystem 1 mit dem beispielhaften Aufbau, der in 1 dargestellt ist, wird als eine Offshore-Anlage verwendet und weist einen Kompressor 4 auf, der auf einem Meeresboden 51 installiert ist und das geförderte Gas 54 komprimiert, das aus einen Gasfeld 52 unterhalb des Meeresbodens 51 gefördert wird.
  • Wenngleich in der Figur nicht dargestellt kann das Fördergaskompressionssystem 1 andere Beispielanordnungen aufweisen, mit denen Gas aus anderen Böden, beispielsweise unter einem See oder Fluss, gefördert wird, oder in denen der Kompressor 4 oberhalb von Wasser, beispielsweise eines Meers oder Sees, oder auf dem Boden installier ist. Ferner kann das Fördergaskompressionssystem 1 Gas komprimieren, das unterirdisch gefördert wird.
  • Das Fördergaskompressionssystem 1 gemäß einer Ausführungsform weist auf: einen Gas/Flüssig-Trenner 8; den Kompressor 4, der mit dem Gas/Flüssig-Trenner 8 verbunden ist; und einen Motor 5 zum Antreiben des Kompressors 4.
  • Der Gas/Flüssig-Trenner 8 ist eingerichtet, um eine Flüssigkomponente von einem eine Flüssigkeit enthaltenden Gas (geförderten Gas) 53 zu trennen, das aus dem Gasfeld 52 unter dem Meeresboden 51 gefördert wird. In vielen Fällen wird Gas, das unter dem Meeresboden 51 liegt, in einem Zustand gefördert, in dem dieses eine flüssige Komponente enthält. In diesen Fällen trennt der Gas/Flüssig-Trenner 8 die Flüssigkomponente von dem die Flüssigkeit enthaltenden Gas 53, so dass Flüssigspaltgas (liquid cracked gas) (gefördertes Gas) 54, das ausschließlich eine Gaskomponente enthält, zum Kompressor 4 transportiert wird. Der Gas/Flüssig-Trenner 8 kann in Abhängigkeit der Eigenschaft des flüssigkeitsenthaltenden Gases 53 gegebenenfalls weggelassen werden.
  • Der Kompressor 4 ist mit einer Ausgabewelle 6 des Motors 5 verbunden und eingerichtet, um von dem Motor 5 angetrieben zu werden, so dass der Druck der Flüssigkomponente erhöht wird. Der Kompressor 4 und der Motor 5 können einen integralen Motorkompressor 2 ausbilden, bei dem ein einziges Gehäuse 3 den Kompressor 4 und den Motor 5 enthält. Der integrale Motorkompressor 2 kann das Gehäuse 3 in einer gasdichten Struktur aufweisen, wodurch ein einfacher Schutz des Kompressors 4 und des Motors 5 gegen Korrosion aufgrund des Meerwassers bereitgestellt werden kann, wenn dieser in einem Fall verwendet wird, in dem der Kompressor 4 auf dem Meeresboden 51 installiert ist, wie es in der Figur dargestellt ist. Ferner kann, wenngleich in der Figur nicht dargestellt, mit dem integralen Motorkompressor 2 eine Verkleinerung des Kompressors 4 und des Motors erzielt werden, wodurch Platz auf einer Plattform 11 mit begrenztem Platz eingespart werden kann, wenn dieser in einem Fall verwendet wird, in dem der Kompressor 4 auf der Plattform 11, die auf dem Meer schwimmt, installiert ist.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Fördergaskompressionssystem 1 wird das eine Flüssigkeit enthaltende Gas (geförderte Gas) 53, das aus dem Gasfeld 52 unter dem Meeresboden 51 gefördert wird, in den Gas/Flüssig-Trenner 8 eingebracht und anschließend in dem Gas/Flüssig-Trenner 8 in eine Gaskomponente und eine Flüssigkomponente getrennt.
  • Das Flüssigspaltgas (geförderte Gas) 54 als Folge der Trennung der Flüssigkomponente durch den Gas/Flüssig-Trenner 8 wird in den Kompressor eingegeben, der mit dem Gas/Flüssig-Trenner 8 verbunden ist, um den Druck durch den Kompressor 4 zu erhöhen. Die Flüssigkomponente, die von dem geförderten Gas 53 durch den Gas/Flüssig-Trenner 8 getrennt wurde, wird an eine andere Verarbeitungslinie transportiert und ist somit in der Figur ausgelassen.
  • Das komprimierte Gas 55, das von dem Kompressor 4 abgegeben wird, wird bezüglich des Fördergaskompressionssystems 1 nach außen gegeben. Beispielsweise wird, wie es in der Figur dargestellt ist, das komprimierte Gas 55 vorübergehend in einem Tank, der auf der Plattform 11 vorgesehen ist, die auf einer Meeresoberfläche 50 schwimmt, gespeichert und anschließend von einem Tanker 12 abtransportiert.
  • Im Allgemeinen weist der Kompressor 4 eine Spezifikation auf, die auf der Basis eines Arbeitsbereichs (Einsatzbedingung) des Kompressors 4 bestimmt wird. Insbesondere wird die Spezifikation des Kompressors 4 gemäß einer veranschlagten bzw. konzipierten Lebensdauer bestimmt, unter Berücksichtigung einer bestimmten zu erwartenden Einsatzbedingung, etwa vertreten durch eine Art und eine Strömungsrate des Gases, das in den Kompressor 4 strömt, die Kompressordrehgeschwindigkeit und dergleichen.
  • Allerdings hat das Fördergaskompressionssystem 1, das die obige Anordnung aufweist, mit gefördertem Gas 54 verschiedener Eigenschaften zu tun, und somit ist der Arbeitsbereich (Einsatzbedingung) des Kompressors 4 unbeständig. Somit kann der Kompressor 4 eine Lebensdauer aufweisen, die kürzer als die veranschlagte bzw. anvisierte Lebensdauer ist. Insbesondere in einem Fall, in dem das Fördergaskompressionssystem 1 in einer Offshore-Anlage verwendet wird, wie es in 1 dargestellt ist, erfordert – wenn der Kompressor 4 eine Fehlfunktion hat – die Bereitstellung eines neuen Kompressors Zeit, und somit kann die Anlage während der Bereitstellung nicht betrieben werden.
  • Somit wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Ermittlung der Lebensdauer des Kompressors 4 mit einer Zustandsüberwachungseinrichtung 20A als Teil der Zustandsüberwachung für das Fördergaskompressionssystem 1 durchgeführt.
  • Die Zustandsüberwachungseinrichtung 20A gemäß einer Ausführungsform weist auf: einen Sensor 21 zum Detektieren einer Zustandsgröße des geförderten Gases 54; und eine Berechnungsverarbeitungseinrichtung 22, die eingerichtet ist, um eine Berechnung zur Ermittlung der Lebensdauer des Kompressors 4 unter Verwendung eines Detektionswerts von dem Sensor 21 durchzuführen.
  • Ein spezifischer beispielhafter Aufbau jeder Komponente der Zustandsüberwachungseinrichtung 20A wird im Folgenden beschrieben.
  • Der Sensor 21 ist eingerichtet, um die Zustandsgröße des geförderten Gases 54, das in den Kompressor 4 strömt, zu detektieren. Insbesondere ist der Sensor 21 in einer Gasleitung angeordnet, die eine Verbindung zwischen dem Gas/Flüssig-Trenner 8 und dem Kompressor 4 bereitstellt, und wobei dieser die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 als ein Resultat der Trennung der Flüssigkomponente detektiert.
  • Die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 kann eine Teilchengröße eines Fremdstoffs in dem geförderten Gas 54 und/oder die Konzentration des Fremdstoffs in dem geförderten Gas und/oder die Härte des Fremdstoffs umfassen.
  • Die Berechnungsverarbeitungseinrichtung 22 weist eine Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit 23, eine Lebensdauerermittlungseinheit 24 und eine Speichereinheit 26 auf.
  • Beispielsweise weist die Berechnungsverarbeitungseinrichtung 22 einen Prozessor (CPU), einen Arbeitsspeicher (RAM), einen Lesespeicher (ROM) und/oder andere computerlesbare Aufzeichnungsmittel (nicht dargestellt) auf. Mehrere aufeinanderfolgende Verarbeitungsprozesse zur Implementierung verschiedener später beschriebener Funktionen sind in einem Aufzeichnungsmedium oder dergleichen in Form eines Programms gespeichert. Funktionen von Komponenten der Berechnungsverarbeitungseinrichtung 22 sind implementiert, wenn die CPU das Programm in den RAM oder dergleichen lädt und eine Informationsverarbeitung/Berechnungsverarbeitung ausführt. Die Berechnungsverarbeitungseinrichtung 22 kann an einem Ort entfernt von dem Fördergaskompressionssystem 1 vorgesehen sein.
  • Die Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit 23 ist eingerichtet, um ein Verschleißfortschrittsniveau des Kompressors 4 auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 zu berechnen. Wie es oben beschrieben ist, kann die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 die Teilchengröße eines Fremdstoffes in dem geförderten Gas 54 und/oder die Konzentration des Fremdstoffes in dem geförderten Gas und/oder die Härte des Fremdstoffes umfassen. Die Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit 23 kann eingerichtet sein, um das Verschleißfortschrittsniveau auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 und ferner auf der Basis einer Strömungsrate des geförderten Gases 54 zu berechnen.
  • Die Lebensdauerermittlungseinheit 24 ist eingerichtet, um die Lebensdauer des Kompressors 4 auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors 4 zu ermitteln.
  • Beispielsweise ist die Speichereinheit 26 eingerichtet, um verschiedene Arten von Daten zu speichern, wie etwa die Zustandsgröße des geförderten Gases 54, die von dem Sensor 21 detektiert wird.
  • Beispielsweise berechnet die Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit 23 die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit W für jede Zeitdauer auf der Basis der folgenden Gleichung (1), und sie berechnet das Verschleißfortschrittsniveau E, das die Kumulation bzw. Zunahme des Verschleißes bis zu einem bestimmten Zeitpunkt bezeichnet, auf der Basis der Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit W. W = K·UN·dM·HL (1)
  • In der Gleichung bezeichnet W, wie oben beschrieben, die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit (Verschleiß pro Zeiteinheit) des Kompressors und kennzeichnet somit das Verschleißfortschrittsniveau E pro Zeiteinheit. In der Gleichung bezeichnet U eine Strömungsrate des geförderten Gases 54, das in den Kompressor 4 strömt, d bezeichnet eine durchschnittliche Teilchengröße des Fremdstoffs in dem geförderten Gas 54 und H bezeichnet die Härte des Fremdstoffs in dem geförderten Gas 54. K, L, M, N sind Konstanten, die auf der Basis eines Systems, das den Kompressor 4 aufweist, bestimmt werden.
  • 2 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel des Verschleißfortschrittsniveaus darstellt, zum Beschreiben einer veranschlagten Lebensdauer und einer tatsächlichen Lebensdauer.
  • In der graphischen Darstellung zeigt eine gerade Linie 101 das Verschleißfortschrittsniveau E, das unter einer Bedingung, erwartet zur Zeit der Konzeption, ermittelt bzw. abgeschätzt wird. Unter der Annahme, dass die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 konstant ist, ist die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit W, die auf der Basis der oben beschriebenen Gleichung (1) berechnet wird, während jeder Zeitdauer konstant. Somit wird durch Kumulieren bzw. Aufaddieren von Werten des Verschleißfortschrittsniveaus E (Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit W) bezüglich jeder Zeitdauer die gerade Linie 101 erhalten.
  • Eine gekrümmte Linie 102 zeigt das Verschleißfortschrittsniveau E, das berechnet wird, während der Kompressor 4 tatsächlich betrieben wird. Dies zeigt, dass die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit W, die durch die oben beschriebene Gleichung (1) berechnet wird, bezüglich der Zeitdauern unterschiedlich ist, aufgrund der Änderung der Zustandsgröße mit der Zeit, während der Kompressor 4 tatsächlich betrieben wird. Somit wird das Verschleißfortschrittsniveau E als eine Kumulation der Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit W bezüglich jeder Zeitdauer, berechnet durch die oben beschriebene Gleichung (1), generell von der gekrümmten Linie 102 statt der geraden Linie dargestellt.
  • Die Lebensdauer des Kompressors 4 kann als eine Zeitdauer definiert werden, die erforderlich ist, bis das Verschleißfortschrittsniveau E eine Betriebsfähigkeitsgrenze WL des Kompressors 4 erreicht. In einem solchen Zustand bezeichnet die Zeit TLd, die erforderlich ist, bis die gerade Linie 101 das Verschleißfortschrittsniveau WL erreicht, die veranschlagte Lebensdauer, und die Zeit TLm, die erforderlich ist, bis die gekrümmte Linie 101 das Verschleißfortschrittsniveau WL erreicht, bezeichnet die tatsächliche Lebensdauer. In dem Diagramm, das in 2 dargestellt ist, ist die tatsächliche Lebensdauer TLm kürzer als die veranschlagte Lebensdauer TLd. Wenn der Kompressor 4 im Normbetrieb verwendet wird, bis die veranschlagte Lebensdauer TLd abläuft, kann eine Fehlfunktion auftreten. Somit muss eine Lebensdauer, die näher an der tatsächlichen Lebensdauer TLm liegt als an der veranschlagten Lebensdauer TLd, ermittelt werden, bevor die tatsächliche Lebensdauer TLm abläuft. Wenn alternativ die tatsächliche Lebensdauer TLm viel größer ist als die veranschlagte Lebensdauer TLd, kann eine regelmäßig anberaumte Inspektion in einem größeren Abstand durchgeführt werden, wodurch Wartungskosten verringert werden können.
  • Somit ermittelt die Lebensdauerermittlungseinheit 24 die Lebensdauer des Kompressors 4 auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus E des Kompressors 4.
  • 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Verschleißfortschritts zum Beschreiben der ermittelten Lebensdauer darstellt. Beispielsweise berechnet, wie es in 3 dargestellt ist, die Lebensdauerermittlungseinheit 24 eine Tangentiallinie L der gekrümmten Linie 102 an einem gegenwärtigen Zeitpunkt T1. Wenn die Steigung der Tangentiallinie L größer als die der geraden Linie 101 ist, wird die ermittelte Lebensdauer TL1 auf einen Zeitpunkt festgelegt, der einem Schnittpunkt zwischen der Tangentiallinie L und dem Verschleißfortschrittsniveau der Betriebsfähigkeitsgrenze WL entspricht (d. h. einem Zeitpunkt, an dem die Tangentiallinie L den Verschleißfortschritt WL erreicht). Die veranschlagte Lebensdauer TLd kann als ermittelte Lebensdauer verwendet werden, wenn der Zeitpunkt TL1, der dem Schnittpunkt zwischen der Tangentiallinie L und dem Verschleißfortschrittsniveau der Betriebsfähigkeitsgrenze WL entspricht, hinter dem Zeitpunkt liegt, welcher der veranschlagte Lebensdauer TLd entspricht.
  • Das Verfahren zum Ermitteln der Lebensdauer auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus E ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau wird die Ermittlung der Lebensdauer für den Kompressor 4 auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors 4 durchgeführt, das auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 berechnet wird, und diese kann somit zuverlässig durchgeführt werden, selbst wenn sich die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 ändert.
  • Mit der Lebensdauer des Kompressors 4 als Folge der Ermittlung, die auf die oben beschriebene Weise erhalten wird, kann der Wartungsplan des Kompressors 4 geeignet aufgestellt werden, wodurch insgesamt ein Ertrag der Anlage verbessert werden kann, wobei die Dauer, in der die Anlage nicht betrieben wird, verkürzt wird.
  • Die Teilchengröße eines Fremdstoffs in dem geförderten Gas 54 und/oder die Konzentration des Fremdstoffs in dem geförderten Gas und/oder die Härte des Fremdstoffs wird bzw. werden als Zustandsgröße des geförderten Gases 54 verwendet. Somit kann die Ermittlung der Lebensdauer für den Kompressor 4 auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases 54, wie etwa der Teilchengröße, der Konzentration, der Härte und dergleichen des Fremdstoffs in dem geförderten Gas 54, geeignet durchgeführt werden.
  • Die Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit 23 nutzt nicht nur die Zustandsgröße des geförderten Gases 54, sondern nutzt auch die Strömungsrate des geförderten Gases, das in dem Kompressor 4 strömt, und somit kann die Ermittlung der Lebensdauer für den Kompressor 4 genauer durchgeführt werden.
  • Die Berechnungsverarbeitungseinrichtung 22 kann ferner eine Betriebszustandsumschalteinheit 25 aufweisen.
  • Die Betriebszustandsumschalteinheit 25 ist eingerichtet, um den Betriebszustand des Kompressors 4 zwischen dem Normbetriebszustand und dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand umzuschalten, der ein geringeres Verschleißfortschrittsniveau des Kompressors 4, verglichen mit dem Normbetriebszustand, aufweist.
  • Der Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand kann erzielt werden, indem die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 4 geringer eingestellt wird als im Normbetriebszustand.
  • 4 ist ein Diagramm, das den Normbetriebszustand und den Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand darstellt. Die Figur stellt eine Beziehung zwischen dem Verschleißfortschrittsniveau E und der Strömungsrate des geförderten Gases 54 in jedem Betriebszustand des Kompressors 4 dar, wobei die durchgezogene Linie den Normbetriebszustand zeigt und die Strichpunktlinie den Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand zeigt.
  • Die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit des Kompressors 4 ist proportional zur N-ten Potenz (N > 1) der Strömungsrate des geförderten Gases 54, wie es durch die oben dargelegte Gleichung (1) gekennzeichnet ist, und diese ist somit empfindlich bezüglich der Drehgeschwindigkeit (d. h. der Strömungsrate des geförderten Gases) des Kompressors 4.
  • Somit weist der Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand die geringere Drehgeschwindigkeit des Kompressors 4 verglichen mit dem Normbetriebszustand auf, wodurch die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit des Kompressors 4 wirksam verringert wird, um die Lebensdauer des Kompressors 4 wirksam zu erhöhen. Wenn beispielsweise die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 4 um 50% herabgesetzt wird, kann die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit kleiner als 50% sein, wodurch der Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand, der einen geringeren Verschleiß beinhaltet, erzielt werden kann.
  • Der Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand kann auch durch Ändern einer Arbeitsbedingung, die sich von der Drehgeschwindigkeit unterscheidet, erzielt werden. Beispielsweise kann ein Aufbau angewendet werden, bei dem ein Filter (nicht dargestellt) zum Entfernen von Fremdstoffen auf einer Stromaufwärtsseite des Kompressors 4 vorgesehen ist. Bei einem solchen Aufbau wird der Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand unter Verwendung eines Filters mit einer höheren Filterleistung im Vergleich zu der, die in dem Normbetriebszustand verwendet wird, erzielt, um die Größe der Teilchen in dem geförderten Gas 54 zu verringern.
  • Die Betriebszustandsumschalteinheit 25 kann eingerichtet sein, um die Arbeitsbedingung in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand auf der Basis einer Differenz zwischen dem Verschleißfortschrittsniveau und einem zulässigen Wert des Verschleißfortschrittsniveaus (Verschleißfortschrittsniveau der Betriebsfähigkeitsgrenze WL) zum gegenwärtigen Zeitpunkt und der Restzeitdauer zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und einer nächsten regulär angesetzten Inspektion zu bestimmen.
  • Gemäß diesem Aufbau wird die Arbeitsbedingung in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand auf der Basis der Restzeitdauer bis zur nächsten regulär angesetzten Inspektion bestimmt. Somit kann die Anzahl der Wartungszeiten verringert werden, während verhindert wird, dass der Betrieb des Kompressors 4 unterbrochen wird, wobei die anschließende Lebensdauer des Kompressors 4 verlängert wird.
  • Beispielsweise kann die Arbeitsbedingung auf der Basis der oben dargelegten Gleichung (1) geändert werden, wenn die Restzeitdauer zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und einer nächsten regulär angesetzten Inspektion länger als die Zeit ist, die erhalten wird durch Dividieren der Differenz zwischen dem Verschleißfortschrittsniveau zum gegenwärtigen Zeitpunkt und dem Verschleißfortschrittsniveau der Betriebsfähigkeitsgrenze WL durch die Steigung der Tangentiallinie L (vgl. 3) der gekrümmten Linie 102 zum gegenwärtigen Zeitpunkt T1. Gemäß einem solchen Aufbau wird die Steigung der Tangentiallinie L (vgl. 3) der gekrümmten Linie 102 zum gegenwärtigen Zeitpunkt T1 auf der Basis des Einflusses der Änderung der Arbeitsbedingung korrigiert, und es kann eine virtuelle Linie, die das Verschleißfortschrittsniveau nach der Änderung der Arbeitsbedingung kennzeichnet, berechnet werden. Ferner kann die Arbeitsbedingung auf eine solche Weise geändert werden, dass der Zeitpunkt, der dem Schnittpunkt zwischen der virtuellen Linie und dem Verschleißfortschrittsniveau der Betriebsfähigkeitsgrenze WL entspricht, auf den nächsten regulär angesetzten Inspektionszeitpunkt oder später festgelegt wird. Wenn die Zeit, die durch Teilen der Differenz durch die Steigung der Tangentiallinie L der gekrümmten Linie 102 erhalten wird, identisch oder größer als die Restzeitdauer zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und der nächsten regulär angesetzten Inspektion ist, kann die Arbeitsbedingung, die zum gegenwärtigen Zeitpunkt angewendet wird, beibehalten werden.
  • Als Nächstes wird ein Zustandsüberwachungsverfahren für das Fördergaskompressionssystem 1 gemäß einer Ausführungsform mit Bezug auf 5 beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die Bezugszeichen, die in der Beschreibung mit Bezug auf 1 verwendet werden, sofern zweckmäßig verwendet.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist ein Zustandsüberwachungsverfahren für das Fördergaskompressionssystem 1 auf: einen Zustandsgrößendetektionsschritt (beispielsweise S2) zum Detektieren der Zustandsgröße des geförderten Gases 54, das in den Kompressor 4 strömt; einen Verschleißfortschrittsniveauberechnungsschritt (beispielsweise S3) zum Berechnen des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors 4 auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases 54; und einen Lebensdauerermittlungsschritt (beispielsweise S4) zum Ermitteln der Lebensdauer des Kompressors 4 auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors 4.
  • Insbesondere unter einer Normalbedingung wird der Kompressor 4 im Schritt S1 in dem Normbetriebszustand betrieben, und die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 wird im Schritt S2 detektiert. Beispielsweise umfasst die Zustandsgröße die Teilchengröße des Fremdstoffs in dem geförderten Gas 54 und/oder die Konzentration des Fremdstoffs in dem geförderten Gas 54 und/oder die Härte des Fremdstoffs. Anschließend wird im Schritt S3 das Verschleißfortschrittsniveau des Kompressors 4 auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 berechnet. In dem Verschleißfortschrittsniveauberechnungsschritt kann das Verschleißfortschrittsniveau auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 und ferner auf der Basis der Strömungsrate des geförderten Gases berechnet werden. Beispielsweise kann im Schritt S3 die Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit W unter Verwendung der oben dargelegten Gleichung (1) berechnet werden, und das Verschleißfortschrittsniveau E kann unter Verwendung der Verschleißfortschrittsgeschwindigkeit W berechnet werden. Anschließend wird im Schritt S4 die Lebensdauer des Kompressors 4 auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors 4 berechnet.
  • In diesem Verfahren wird die Ermittlung der Lebensdauer für den Kompressor 4 auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors 4, berechnet auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases 54, durchgeführt. Somit kann die Ermittlung der Lebensdauer für den Kompressor 4 geeignet durchgeführt werden, selbst wenn sich die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 ändert.
  • Ferner kann mit dem Resultat der Ermittlung der Lebensdauer des Kompressors 4 der Wartungsplan des Kompressors 4 geeignet aufgestellt werden. Somit kann der Ertrag der Anlage insgesamt verbessert werden, wobei die Zeitdauer, in der die Anlage nicht betrieben wird, verkürzt wird.
  • Das Zustandsüberwachungsverfahren für das Fördergaskompressionssystem 1 kann ferner einen Betriebszustandsumschaltschritt aufweisen (beispielsweise S5, S6). In diesem Schritt wird der Betriebszustand des Kompressors 4 zwischen dem Normbetriebszustand und dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand, der einen geringeren Verschleißfortschritt des Kompressors 4 als der Normbetriebszustand aufweist, umgeschaltet, auf der Basis des Resultats der Ermittlung, das durch den Lebensdauerermittlungsschritt erhalten wird. Beispielsweise wird der Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand erzielt, indem die Drehgeschwindigkeit des Kompressors 4 kleiner festgelegt wird als im Normbetriebszustand.
  • Gemäß diesem Verfahren kann die Lebensdauer des Kompressors 4 auf der Basis eines Resultats der Ermittlung der Lebensdauer des Kompressors 4 gesteuert werden, wobei der Betriebszustand des Kompressors 4 zwischen dem Normbetriebszustand und dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand umgeschaltet wird.
  • Insbesondere wird im Schritt S4 ein berechneter Wert des Verschleißfortschrittsniveaus zum gegenwärtigen Zeitpunkt mit dem zulässigen Wert des Verschleißfortschrittsniveaus (Verschleißfortschrittsniveau der Betriebsfähigkeitsgrenze WL) verglichen, wobei die resultierende Differenz und die Restzeitdauer zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und der nächsten regulär angesetzten Inspektion zum Bestimmen der Arbeitsbedingung zur Lebensdauerverlängerung verwendet werden. Ob der Kompressor 4 bis zur nächsten regulär angesetzten Inspektion verwendet werden kann, wird im Schritt S5 bestimmt. Wenn bestimmt wird, dass der Kompressor bis zur nächsten regulär angesetzten Inspektion verwendbar ist, wird der Kompressor 4 im Normbetriebszustand weiter betrieben. Wenn bestimmt wird, dass der Kompressor 4 nicht bis zur nächsten regulär angesetzten Inspektion verwendbar ist, wird der Betriebszustand im Schritt S6 umgeschaltet, und der Kompressor 4 wird im Schritt S7 in dem Betriebszustand betrieben, der in den Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand umgeschaltet ist.
  • Gemäß diesem Verfahren wird die Arbeitsbedingung in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand auf der Basis der Restzeitdauer zur nächsten regulär angesetzten Inspektion bestimmt. Somit kann die Anzahl der Wartungszeiten verringert werden, während unterbunden wird, dass der Betrieb des Kompressors 4 unterbrochen wird, wobei die anschließende Lebensdauer des Kompressors 4 verlängert wird.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Ermittlung der Lebensdauer des Kompressors 4 auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors 4, berechnet basierend auf der Zustandsgröße des geförderten Gases 54, durchgeführt. Somit kann die Ermittlung der Lebensdauer des Kompressors 4 geeignet durchgeführt werden, selbst wenn sich die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 ändert.
  • Als Nächstes werden die Zustandsüberwachungseinrichtungen und Zustandsüberwachungsverfahren für Fördergaskompressionssysteme gemäß weiteren Ausführungsformen mit Bezug auf 6 bis 13 beschrieben.
  • 6 ist eine graphische Darstellung, die einen schematischen Aufbau eines Fördergaskompressionssystems 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
  • Wie es in 6 dargestellt ist, weist das Fördergaskompressionssystem 200 auf: den Gas/Flüssig-Trenner 8; den Kompressor 4, der mit dem Gas/Flüssig-Trenner 8 verbunden ist; und den Motor 5 zum Antreiben des Kompressors 4, wie im Fall des Fördergaskompressionssystems 1. Der Gas/Flüssig-Trenner 8, der Kompressor 4 und der Motor 5 weisen jeweils den Aufbau gemäß dem oben beschriebenen Fördergaskompressionssystem 1 auf. Der Gas/Flüssig-Trenner 8 kann weggelassen werden, in Abhängigkeit der Eigenschaft des eine Flüssigkeit enthaltenden Gases 53.
  • In 6 sind die Anordnungen, die gleich denen des Fördergaskompressionssystems 1 sind, mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet. Die Anordnungen sind gleich denen, die oben beschrieben sind, und somit wird deren Beschreibung hierin ausgelassen.
  • Generell hat der Kompressor 4 eine Spezifikation, die basierend auf einem Arbeitsbereich (Einsatzbedingung) des Kompressors 4 bestimmt wird. Insbesondere wird die Spezifikation des Kompressors 4 gemäß einer veranschlagten Lebensdauer bestimmt, unter Berücksichtigung einer bestimmten zu erwartenden Einsatzbedingung, etwa vertreten durch eine Art und eine Strömungsrate des Gases, das in den Kompressor 4 strömt, die Kompressordrehgeschwindigkeit und dergleichen.
  • Allerdings hat ein Fördergaskompressionssystem 200, das den obigen Aufbau aufweist, mit gefördertem Gas 54 verschiedener Eigenschaften zu tun, und somit ist der Arbeitsbereich (Einsatzbedingung) des Kompressors 4 unbeständig. Somit kann der Kompressor 4 eine Lebensdauer aufweisen, die kleiner als die veranschlagte Lebensdauer ist. Insbesondere wenn der Kompressor 4 in dem Fördergaskompressionssystem 200, das in einer Offshore-Anlage, wie in 1 dargestellt, verwendet wird, ein Fehlverhalten aufweist, braucht die Bereitstellung eines neuen Kompressors Zeit, und die Anlage kann somit nicht betrieben werden.
  • Vor diesem Hintergrund wird eine Zustandsüberwachungseinrichtung 20B gemäß der vorliegenden Ausführungsform bereitgestellt. Die Zustandsüberwachungseinrichtung 20B kann eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 präzise detektieren, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors 4 unbeständig ist.
  • Die Zustandsüberwachungseinrichtung 20B gemäß einigen Ausführungsformen weist auf: einen Sensor 221 zum Detektieren der Zustandsgröße des geförderten Gases 54; und eine Berechnungsverarbeitungseinrichtung 220, die eingerichtet ist, um eine Berechnung zur Detektion einer Abnormalität bzw. Unregelmäßigkeit des Kompressors 4 unter Verwendung des Detektionswerts von dem Sensor 221 durchzuführen.
  • Ein spezifischer beispielhafter Aufbau jeder Komponente der Zustandsüberwachungseinrichtung 20B wird im Folgenden beschrieben.
  • Der Sensor 221 ist eingerichtet, um die Zustandsgröße des geförderten Gases 54, das in den Kompressor 4 strömt, zu detektieren. Insbesondere ist der Sensor 221 in einer Gasleitung angeordnet, die eine Verbindung zwischen dem Gas/Flüssig-Trenner 8 und dem Kompressor 4 herstellt, und er detektiert die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 als ein Resultat der Trennung der Flüssigkomponente.
  • Die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 kann die Dichte und/oder die Temperatur und/oder den Druck des geförderten Gases 54 umfassen.
  • Die Berechnungsverarbeitungseinrichtung 220 weist eine Referenzkorrelationsbezugseinheit 223, eine Ausgabekorrektureinheit 224, eine Abnormalitätsdetektionseinheit 225 und eine Speichereinheit 227 auf.
  • Beispielsweise weist die Berechnungsverarbeitungseinrichtung 220 einen Prozessor (CPU), einen Arbeitsspeicher (RAM), einen Lesespeicher (ROM) und/oder andere computerlesbare Aufzeichnungsmedien (nicht dargestellt) auf. Mehrere aufeinanderfolgende Verarbeitungsprozesse zur Implementierung verschiedener später beschriebener Funktionen sind in einem Aufzeichnungsmedium oder dergleichen in Form eines Programms gespeichert. Funktionen von Komponenten der Berechnungsverarbeitungseinrichtung 220 werden implementiert, wenn die CPU das Programm in den RAM oder dergleichen lädt und eine Informationsverarbeitung/Berechnungsverarbeitung ausführt. Die Berechnungsverarbeitungseinrichtung 220 kann an einem Ort vorgesehen sein, der von dem Fördergaskompressionssystem 200 entfernt ist.
  • Die Referenzkorrelationsbezugseinheit 223 ist eingerichtet, um eine bekannte Referenzkorrelation für Probengas zwischen der dem Motor 5 zugeführten Leistung und einer Ausgabe von dem Kompressor 4 zu beziehen bzw. zu ermitteln. Wie es oben beschrieben ist, weist das Probengas eine bekannte Referenzzustandsgröße auf. Die Referenzkorrelationsbezugseinheit 223 kann die bekannte Referenzkorrelation von der Speichereinheit 227 oder von einer Eingabeeinheit (nicht dargestellt) beziehen.
  • Die Ausgabekorrektureinheit 224 ist eingerichtet, um eine tatsächliche Ausgabe von dem Kompressor 4 basierend auf der Zustandsgröße des geförderten Gases 54, detektiert vom Sensor 221, zu korrigieren, um einen korrigierten Ausgabewert des Kompressors 4 zu berechnen, welcher der dem Motor 5 zugeführten Leistung entspricht, unter einer Bedienung, in der das geförderte Gas 54 eine Referenzzustandsgröße aufweist.
  • Die Abnormalitätsdetektionseinheit 225 detektiert die Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 auf der Basis eines Resultats des Vergleichs zwischen der Referenzkorrelation und einer Beziehung zwischen dem korrigierten Ausgabewert und der dem Motor 5 zugeführten Leistung.
  • Beispielsweise speichert die Speichereinheit 227 die bekannte Referenzkorrelation für das Probengas zwischen der dem Motor 5 zugeführten Leistung und der Ausgabe des Kompressors 4. Die Speichereinheit 227 speichert die bekannte Referenzkorrelation, die im Voraus bezogen wird.
  • Beispielsweise kann die bekannte Referenzkorrelation durch Experimente unter Verwendung des Probengases bezogen werden, aus Simulationen und dergleichen bezogen werden oder aus empirisch erhaltenen Daten der Vergangenheit bezogen werden. Die so bezogene bekannte Referenzkorrelation kann in der Speichereinheit 227 gespeichert werden, durch eine Kommunikationsleitung oder ein Speichermittel, oder durch eine Eingabe von der Eingabeeinheit der Berechnungsverarbeitungseinrichtung 22.
  • Die Speichereinheit 227 speichert wenigstens eine Referenzkorrelation. Wie es unten beschrieben ist, wird die Abnormalitätsdetektion wie folgt durchgeführt. Insbesondere wird die Ausgabe des Kompressors 4 auf der Basis der Zustandsgröße korrigiert, entsprechend der Referenzkorrelation, und anschließend wird die Referenzkorrelation mit dem korrigierten Ausgabewert des Kompressors 4 verglichen. Somit muss die Speichereinheit 227 im Wesentlichen wenigstens eine Referenzkorrelation speichern.
  • Alternativ kann die Speichereinheit 227 die bekannte Referenzkorrelation zwischen der dem Motor 5 zugeführten Leistung und der Ausgabe des Kompressors 4 speichern, basierend auf jeder einer Mehrzahl von Arten des Probengases mit unterschiedlichen Zustandsgrößen.
  • Die bekannte Referenzkorrelation wird unten im Detail beschrieben.
  • 7 ist eine graphische Darstellung, die eine Eingabe und eine Ausgabe des Motors 5 und des Kompressors 4 gemäß einer Ausführungsform darstellt. 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel tatsächlicher Messwerte und korrigierter Werte bezüglich einer Referenzkorrelation 300 darstellt.
  • Wie es in 7 dargestellt ist, treibt der Motor 5 den Kompressor 4 an, mit einer Ausgabe Y, wenn dieser mit Leistung versorgt wird (Motoreingabe X).
  • In einem Beispiel, das in 8 dargestellt ist, zeigt eine gerade Linie 300 die bekannte Referenzkorrelation zwischen der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) und der Ausgabe Y des Kompressors 4 für das Probengas, das die bekannte Zustandsgröße aufweist.
  • In 8 sind neben der bekannten Referenzkorrelation 300 ferner die tatsächlichen Messwerte und korrigierten Werte der Ausgabe des Kompressors 4 eingezeichnet.
  • Der tatsächliche Messwert der Ausgabe des Kompressors 4 ist eine tatsächliche Ausgabe Y1 des Kompressors 4, die der tatsächlichen dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) entspricht. Die Ausgabe Y des Kompressors 4 kann aus der folgenden Gleichung (1) erhalten werden: [Math. 1]
    Figure DE112015003585T5_0002
    wobei Y die Ausgabe (kW) des Kompressors 4 bezeichnet, Q ein Volumen (m3/s) des Gases vor der Kompression bezeichnet, P1 den Druck (N/m2) vor der Kompression bezeichnet, P2 den Druck (N/m2) nach der Kompression bezeichnet und K und m Konstanten sind.
  • Die tatsächliche Ausgabe Y1 des Kompressors 4 wird durch Detektieren des Volumens des Gases vor der Kompression, des Drucks vor der Kompression und des Drucks nach der Kompression mit verschiedenen Sensoren und dergleichen bezogen.
  • Wie es in der Figur dargestellt ist, unterscheidet sich der so erhaltene tatsächliche Messwert (das Verhältnis zwischen der Motoreingabe X und der tatsächlichen Ausgabe Y1 des Kompressors) des Kompressors 4 in vielen Fällen von der bekannten Referenzkorrelation 300. Ein möglicher Grund dafür besteht darin, dass sich die Zustandsgröße des geförderten Gases 54, das durch den Kompressor 4 tritt, ändert. Somit führt ein einfacher Vergleich zwischen der bekannten Referenzkorrelation 300 und dem tatsächlichen Messwert des Kompressors 4 lediglich zu einer Abnormalitätsdetektion geringer Genauigkeit.
  • Somit wird in einigen Ausführungsformen ein korrigierter Ausgabewert Y' berechnet, durch Korrigieren der tatsächlichen Ausgabe Y1 des Kompressors 4 in der Ausgabekorrektureinheit 224 auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases 54.
  • Der korrigierte Ausgabewert Y' des Kompressors 4 kann in einem Beispiel, in dem die Zustandsgröße die Dichte ist, durch die folgende Gleichung (2) erhalten werden: [Math. 2]
    Figure DE112015003585T5_0003
    wobei Y' den korrigierten Ausgabewert (kW) des Kompressors 4 bezeichnet, Y1 die tatsächliche Ausgabe (kW) des Kompressors 4 bezeichnet, ρ0 die Dichte des Probengases bezeichnet und ρ die Dichte des geförderten Gases 54, detektiert vom Sensor 221, bezeichnet.
  • Die Gleichung (2) kennzeichnet den Einfluss der Dichte als Zustandsgröße auf die Ausgabe des Kompressors 4. Gemäß anderen Ausführungsformen wird der korrigierte Ausgabewert Y' des Kompressors 4 unter Verwendung einer Gleichung oder einer Tabelle berechnet, die einen Einfluss einer anderen Zustandsgröße (beispielsweise Temperatur, Druck oder dergleichen des Fördergases 54) auf die Ausgabe des Kompressors 4 kennzeichnet, die sich ändern kann, während das Fördergaskompressionssystem 200 betrieben wird.
  • Wenn keine Abnormalität im Motor 5 oder Kompressor 4 vorliegt, werden die korrigierten Werte basierend auf dem so erhaltenen korrigierten Ausgabewert Y' des Kompressors 4 und die Eingabe X des Motors 5 näherungsweise entlang der bekannten Referenzkorrelation 300 eingezeichnet, ungeachtet der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases 54.
  • Auf der anderen Seite kann der korrigierte Ausgabewert Y' des Kompressors 4, der von der bekannten Referenzkorrelation 300 stark abweicht, als eine Abnormalität betrachtet werden.
  • Somit detektiert gemäß einigen Ausführungsformen die Abnormalitätsdetektionseinheit 225 eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der Beziehung zwischen der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) und dem korrigierten Ausgabewert Y' vom Kompressor 4 mit der Referenzkorrelation 300.
  • Gemäß der Zustandsüberwachungseinrichtung 20B, die den oben beschriebenen Aufbau aufweist, wird die tatsächliche Ausgabe Y1 vom Kompressor 4 basierend auf einem Resultat der Detektion der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 korrigiert. Somit wird der korrigierte Ausgabewert Y' des Kompressors 4, welcher der dem Motor zugeführten Leistung (Motoreingabe X) entspricht, in einem Fall berechnet, in dem das zugeführte Gas 54 die Referenzzustandsgröße aufweist (die bekannte Zustandsgröße des Probengases). Der so erhaltene korrigierte Ausgabewert Y' des Kompressors 4 basiert auf derselben Zustandsgröße (Referenzzustandsgröße) wie das Probengas. Somit können die Beziehung zwischen der dem Motor zugeführten Leistung und dem korrigierten Ausgabewert Y' und die Referenzkorrelation 300 geeignet miteinander verglichen werden, ohne eine Beeinflussung durch die Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases 54. All dies berücksichtigt kann die Abnormalität als ein Hinweis für ein Fehlverhalten des Fördergaskompressionssystems 200 detektiert werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors 4 aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 unbeständig ist.
  • Die Abnormalitätsdetektion durch die Abnormalitätsdetektionseinheit 225 wird im Folgenden im Detail beschrieben.
  • 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer zeitlichen Änderung der Differenz D zwischen der Referenzausgabe Y0 und dem korrigierten Ausgabewert Y' darstellt. 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der zeitlichen Änderung eines Abweichungsverhältnisses des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 darstellt. In der Beschreibung unten werden die Bezugszeichen aus den 6 und 7 verwendet, sofern erforderlich. In den Diagrammen, die in den 9 und 10 dargestellt sind, sind periodisch bzw. intermittierend berechnete Werte der Differenz zwischen der Referenzausgabe Y0 und dem korrigierten Ausgabewert Y' oder der zeitlichen Änderung des Abweichungsverhältnisses des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 miteinander verbunden, um gekrümmte Linien zu erhalten, die deren Änderung im Verlauf der Zeit kennzeichnen.
  • Wie es in 9 dargestellt ist, ist gemäß einer Ausführungsform die Abnormalitätsdetektionseinheit 225 eingerichtet, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität bzw. Unregelmäßigkeit in dem Fördergaskompressionssystem 200 zum Zeitpunkt t1 aufgetreten ist, an dem die Differenz D zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4, die der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) entspricht, und dem Referenzausgabewert Y', berechnet von der Ausgabekorrektureinheit 224 in der Referenzkorrelation 300 (vgl. 3), einen ersten Schwellwert übersteigt. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, wenn der Absolutwert der Differenz D zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 und dem korrigierten Ausgabewert Y' den ersten Schwellwert übersteigt. Alternativ kann ein positiver erster Schwellwert und ein negativer erster Schwellwert mit identischem Absolutwert festgelegt werden. Somit kann bestimmt werden, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, wenn der Absolutwert der Differenz D zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 und dem korrigierten Ausgabewert Y' den positiven ersten Schwellwert übersteigt, oder wenn der Absolutwert der Differenz D zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 und dem korrigierten Ausgabewert Y' unter den negativen ersten Schwellwert fällt.
  • Wie es oben beschrieben ist, wird die Differenz D zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4, die der dem Motor zugeführten Leistung (Motoreingabe X) entspricht, die auf der Basis der Referenzkorrelation 300 (vgl. 8) bestimmt wird, und dem korrigierten Ausgabewert Y', berechnet von der Ausgabekorrektureinheit 224, mit dem ersten Schwellwert verglichen. Ob eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, kann somit genau bestimmt werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors 4 aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 unbeständig ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist, wie es in 10 dargestellt ist, die Abnormalitätsdetektionseinheit 225 eingerichtet, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 zum Zeitpunkt t2 aufgetreten ist, an dem das Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts Y', berechnet von der Ausgabekorrektureinheit 224, bezüglich der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4, die der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) in der Referenzkorrelation 300 (vgl. 8) entspricht, einen zweiten Schwellwert übersteigt. Das Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts Y' kann ein Wert sein, der durch Teilen der Differenz D zwischen der Referenzausgabe Y0 und dem korrigierten Ausgabewert Y' durch die Referenzausgabe Y0 erhalten wird. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, wenn ein Absolutwert des Abweichungsverhältnisses des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 den zweiten Schwellwert übersteigt. Alternativ können ein positiver zweiter Schwellwert und ein negativer zweiter Schwellwert identischen Betrags festgelegt werden. Es kann bestimmt werden, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, wenn das Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 den positiven zweiten Schwellwert übersteigt oder wenn das Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 unter den negativen zweiten Schwellwert fällt.
  • Wie es oben beschrieben ist, wird das Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts Y', berechnet von der Ausgabekorrektureinheit 224, bezüglich der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4, die der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) entspricht und basierend auf der Referenzkorrelation 300 (vgl. 8) bestimmt wird, mit dem zweiten Schwellwert verglichen. Ob eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, kann somit genau bestimmt werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors 4 aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 unbeständig ist.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist, wie es in den 9 und 10 dargestellt ist, die Abnormalitätsdetektionseinheit 225 eingerichtet, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, wenn eine Zeitdauer, in der die Differenz zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4, die der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) in der Referenzkorrelation 300 (vgl. 8) entspricht, und dem korrigierten Ausgabewert Y', berechnet von der Ausgabekorrektureinheit 224, oder das Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 einen dritten Schwellwert übersteigt, eine bestimmte Zeitdauer treg oder länger andauert. Insbesondere zählt bzw. misst die Abnormalitätsdetektionseinheit 225 eine abgelaufene Zeit nach einem Zeitpunkt t3, der ein Zeitpunkt ist, an dem die Differenz zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 und dem korrigierten Ausgabewert Y' oder das Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 den dritten Schwellwert überstiegen hat, anschließend bestimmt die Abnormalitätsdetektionseinheit 225, dass eine Abnormalität zu einem Zeitpunkt t4 aufgetreten ist, an dem die abgelaufene Zeit die bestimmte Zeitdauer treg erreicht.
  • Ob eine Abnormalität aufgetreten ist, kann mit dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt werden, unter Verwendung zweier Arten von Schwellwerten, wie etwa des ersten Schwellwerts und des dritten Schwellwerts, dargestellt in 9, oder des zweiten Schwellwerts und des dritten Schwellwerts, dargestellt in 10. Bei einem solchen Aufbau kann der dritte Schwellwert kleiner sein als der erste Schwellwert oder der zweite Schwellwert.
  • All dies berücksichtigt, ob eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, kann genau bestimmt werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors 4 aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 unbeständig ist, basierend darauf, ob die bestimmte Zeitdauer treg gleich oder kleiner als die Zeitdauer ist, in der die Differenz zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 und dem korrigierten Ausgabewert Y' oder das Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 den dritten Schwellwert übersteigt.
  • Die Abnormalitätsdetektionseinheit 225 kann eingerichtet sein, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, wenn eine Geschwindigkeit der Zunahme der Differenz zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4, die der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) in der Referenzkorrelation 300 entspricht, und dem korrigierten Ausgabewert Y', berechnet von der Ausgabekorrektureinheit 224, oder das Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 einen vierten Schwellwert (nicht dargestellt) übersteigt. Insbesondere bestimmt die Abnormalitätsdetektionseinheit 225, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, wenn ein Wert, der durch Ableiten der Differenz (vgl. 4) zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 und dem korrigierten Ausgabewert Y' nach der Zeit erhalten wird, oder ein Wert, der durch Ableiten des Abweichungsverhältnisses (vgl. 5) des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 nach der Zeit erhalten wird, den vierten Schwellwert übersteigt.
  • Ob eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, kann somit genau bestimmt werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors 4 aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 unbeständig ist, durch Vergleichen der Geschwindigkeit der Zunahme der Differenz zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 und dem korrigierten Ausgabewert Y' oder des Abweichungsverhältnisses des korrigierten Ausgabewerts Y' bezüglich der Referenzausgabe Y0 mit dem vierten Schwellwert.
  • Die oben beschriebene Zustandsüberwachungseinrichtung 20B kann ferner den folgenden Aufbau aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Berechnungsverarbeitungseinrichtung 22 der Zustandsüberwachungseinrichtung 20B ferner eine Abnormalitätsortungseinheit 26 auf (vgl. 6).
  • Die Abnormalitätsortungseinheit 26 ist eingerichtet, um zu bestimmen, ob die Abnormalität in dem Kompressor 4 oder dem Motor 5 aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs einer tatsächlichen Ausgabe Z1, die der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) entspricht, und eines veranschlagten Ausgabewerts Z0, wenn die Abnormalitätsdetektionseinheit 225 eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 detektiert.
  • 11 ist eine graphische Darstellung, die eine Eingabe und eine Ausgabe des Motors 5 und des Kompressors 4 gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt. 12 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Motoreingabe X und der Motorausgabe Z darstellt.
  • Wie es in 11 dargestellt ist, wird der Motor 5 betrieben, in dem dieser zugeführte Leistung (Motoreingabe X) empfängt, durch eine Ausgabe (Motorausgabe) Z. Die Motorausgabe Z wird dem Kompressor 4 als Rotationsenergie mit einem Drehmoment T und der Drehgeschwindigkeit N eingegeben, und der Kompressor 4 wird von der Ausgabe Y angetrieben.
  • Beispielsweise wird die Motorausgabe Z durch die folgende Gleichung (3) berechnet:
  • [Math. 3]
    • Z = k·T·N (3) wobei Z die Motorausgabe (kW) gezeichnet, T das Drehmoment [kg·m(N/m/9,8)] bezeichnet und N die Drehgeschwindigkeit (min–1) bezeichnet. Hierbei werden zur Ermittlung einer tatsächlichen Ausgabe Z1 des Motors 5 das Drehmoment und die Drehgeschwindigkeit des Motors 5 von einem Sensor oder dergleichen detektiert.
  • In einem Diagramm in 12 zeigt eine gerade Linie 302 einen veranschlagten Ausgabewert Z0 des Motors 5, welcher der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) entspricht. Die Abnormalitätsortungseinheit 26 bestimmt, ob die Abnormalität in dem Kompressor 4 oder dem Motor 5 aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der tatsächlichen Ausgabe Z1 des Motors 5, die der dem Motor zugeführten Leistung (Motoreingabe) entspricht, und des veranschlagten Ausgabewerts Z0.
  • Wenn beispielsweise die Differenz zwischen der tatsächlichen Motorausgabe Z1, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, und dem veranschlagten Ausgabewert Z0 sich innerhalb eines zulässigen Bereichs befindet, ist es wahrscheinlich, dass die Abnormalität in dem Kompressor 4 und nicht im Motor 5 aufgetreten ist. Auf der anderen Seite, wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen Motorausgabe Z1, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, und dem veranschlagten Ausgabewert Z0 sich außerhalb des zulässigen Bereichs befindet, ist es wahrscheinlich, dass die Abnormalität in dem Motor 5 und nicht im Kompressor 4 aufgetreten ist. Auf diese Weise kann der Ort, an dem die Abnormalität aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der tatsächlichen Motorausgabe Z1, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, mit dem veranschlagten Ausgabewert Z0 identifiziert werden.
  • Die Abnormalitätsortungseinheit 26 kann einen korrigierten Ausgabewert Z', der durch Korrigieren der tatsächlichen Ausgabe Z1 mit der Zustandsgröße erhalten wird, als tatsächliche Ausgabe Z1 des Motors 5 verwenden. Gemäß diesem Aufbau bestimmt die Abnormalitätsortungseinheit 26, ob die Abnormalität in dem Kompressor 4 oder dem Motor 5 aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs des korrigierten Ausgabewerts Z', der durch Korrigieren der tatsächlichen Ausgabe Z1 mit der Zustandsgröße erhalten wird, mit dem veranschlagten Ausgabewert Z0.
  • Beispielsweise wird der korrigierte Ausgabewert Z' des Motors 5 mit der folgenden Gleichung (4) berechnet, wenn die Zustandsgröße die Dichte ist: [Math. 4]
    Figure DE112015003585T5_0004
    wobei Z' den korrigierten Motorausgabewert (kW) bezeichnet, Z1 eine tatsächliche Ausgabe des Motors (kW) bezeichnet, ρ0 die Dichte des Probengases bezeichnet und ρ die Dichte des geförderten Gases 54, detektiert vom Sensor 221, bezeichnet.
  • Indem auf diese Weise bestimmt wird, wo die Abnormalität aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs des korrigierten Ausgabewerts Z', erhalten durch Korrigieren der tatsächlichen Ausgabe Z1 des Motors 5 mit der Zustandsgröße, mit dem veranschlagten Ausgabewert Z0, kann der Ort, an dem die Abnormalität aufgetreten ist, genau bestimmt werden, ungeachtet der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases 54.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Detektion einer Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 mit Bezug auf 13 beschrieben. In der Beschreibung unten werden Bezugszeichen aus den 6 bis 12 verwendet, sofern erforderlich.
  • Wie es in 13 dargestellt ist, arbeiten im Schritt S101 der Motor 5 und der Kompressor 4 im Normbetriebszustand. Im Schritt S102 (Zustandsgrößendetektionsschritt) detektiert der Sensor 221 die Zustandsgröße des geförderten Gases 54 (beispielsweise die Dichte, Temperatur, den Druck oder dergleichen des geförderten Gases 54), das in den Kompressor 4 strömt. Im Schritt S103 (Referenzkorrelationsbezugsschritt) wird die bekannte Referenzkorrelation 300 zwischen der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) und der Referenzausgabe Y des Kompressors 4, relativ zum Probengas, das die bekannte Referenzzustandsgröße aufweist, ermittelt bzw. bezogen. Im Schritt S103 kann die bekannte Referenzkorrelation 300 beispielsweise aus der Speichereinheit 227 ausgelesen werden.
  • Anschließend wird im Schritt S104 (Ausgabekorrekturschritt) die tatsächliche Ausgabe Y1 des Kompressors 4 auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases 54, detektiert vom Sensor 221, korrigiert. Somit wird der korrigierte Ausgabewert Y' des Kompressors 4, welcher der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) entspricht, in dem Fall berechnet, in dem das geförderte Gas 54 die Referenzzustandsgröße aufweist. Beispielsweise wird der korrigierte Ausgabewert Y' des Kompressors 4 durch Korrigieren der tatsächlichen Ausgabe Y1 des Kompressors 4, erhalten durch die oben dargelegte Gleichung (1), durch die oben dargelegte Gleichung (2) erhalten.
  • Anschließend wird in den Schritten S105 bis S107 (Abnormalitätsdetektionsschritte) die Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 auf der Basis sowohl eines Resultats des Vergleichs der Beziehung zwischen der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) und dem korrigierten Ausgabewert Y' des Kompressors 4 als auch der Referenzkorrelation 300 detektiert.
  • Beispielsweise wird im Schritt S105 bestimmt, ob die Differenz D zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4, die der dem Motor 5 zugeführten Leistung bezüglich der Referenzkorrelation 300 entspricht, und dem korrigierten Ausgabewert Y' den ersten Schwellwert übersteigt. Wenn die Differenz D zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 und der korrigierte Ausgabewert Y' den ersten Schwellwert nicht übersteigt, wird im Schritt S106 bestimmt, dass das Fördergaskompressionssystem 200 keine Abnormalität aufweist. Somit kehrt die Bearbeitung zum Schritt S101 zurück, und der Normbetriebszustand wird beibehalten. Auf der anderen Seite, wenn die Differenz D zwischen der Referenzausgabe Y0 des Kompressors 4 und dem korrigierten Ausgabewert Y' den ersten Schwellwert übersteigt, wird im Schritt S107 bestimmt, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist.
  • Anschließend können die folgenden Schritte ausgeführt werden.
  • Wenn bestimmt wird, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem 200 aufgetreten ist, fährt die Verarbeitung mit den Schritten S108 bis S110 (Abnormalitätsortungsschritte) fort. Ob die Abnormalität in dem Kompressor 4 oder dem Motor 5 aufgetreten ist, wird auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der tatsächlichen Ausgabe Z1 des Motors 5, die der dem Motor 5 zugeführten Leistung (Motoreingabe X) entspricht, mit dem veranschlagten Ausgabewert Z0 bestimmt.
  • Beispielsweise wird im Schritt S108 eine Differenz zwischen der tatsächlichen Ausgabe Z1 des Motors 5 und dem veranschlagten Ausgabewert Z0 mit einem fünften Schwellwert verglichen. Wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen Ausgabe Z1 des Motors 5 und dem veranschlagten Ausgabewert Z0 kleiner als der fünfte Schwellwert ist, wird im Schritt S109 bestimmt, dass eine Abnormalität im Kompressor 4 aufgetreten ist. Auf der anderen Seite, wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen Ausgabe Z1 des Motors 5 und dem veranschlagten Ausgabewert Z0 den fünften Schwellwert übersteigt, wird im Schritt S110 bestimmt, dass die Abnormalität im Motor 5 aufgetreten ist. Alternativ kann in dem Abnormalitätsortungsschritt das Abweichungsverhältnis des veranschlagten Ausgabewerts Z0 bezüglich der tatsächlichen Ausgabe Z1 des Motors 5 mit einem sechsten Schwellwert verglichen werden.
  • Wie es oben beschrieben ist, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Abnormalität als ein Zeichen eines Fehlverhaltens des Fördergaskompressionssystems 200 detektiert werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors 4 aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 unbeständig ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Fördergaskompressionssystem 200, das in 6 dargestellt ist, die Zustandsüberwachungseinrichtung 203 auf. Insbesondere weist das Fördergaskompressionssystem 200 auf: den Kompressor 4 zur Erhöhung des Drucks des geförderten Gases 54; den Motor 5 zum Antreiben des Kompressors 4; und die oben beschriebene Zustandsüberwachungseinrichtung 203.
  • Somit kann eine Abnormalität als ein Zeichen eines Fehlverhaltens des Fördergaskompressionssystems 200 detektiert werden, selbst wenn der Arbeitsbereich des Kompressors 4 aufgrund der Änderung der Zustandsgröße des geförderten Gases 54 unbeständig ist. Somit kann verhindert werden, dass das Fördergaskompressionssystem 200 aufgrund eines plötzlichen Fehlers für lange Zeit in einen Zustand fällt, in dem dieses nicht arbeitet. Somit können Gasbohrer einen höheren Ertrag aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sie umfasst vielmehr eine Form, die durch Modifizieren der oben beschriebenen Ausführungsformen erhalten wird, und eine Form, die durch geeignetes Kombinieren der Formen erhalten wird.
  • Beispielsweise bedeuten die hierin verwendeten Ausdrücke, die eine relative oder absolute Anordnung, wie etwa ”in einer Richtung”, ”entlang einer Richtung”, ”parallel zu”, ”senkrecht auf”, ”Mitte”, ”konzentrisch” und ”koaxial” bezeichnen, nicht nur exakt, worauf sie sich beziehen, sondern beispielsweise auch einen Zustand einer relativen Verschiebung bzw. Verlagerung gemäß einem Spielraum oder um einen Winkel oder Abstand, der klein genug ist, um dasselbe Funktionalitätsniveau zu erzielen.
  • Beispielsweise bedeuten die hierin verwendeten Ausdrücke, die äquivalente Beziehungen bezeichnen, wie etwa ”gleich”, ”äquivalent” und ”gleichförmig”, nicht nur exakt äquivalente Zustände, sondern auch einen Zustand mit einem Spielraum oder einer Differenz, die klein genug ist, um dasselbe Funktionalitätsniveau zu erzielen.
  • Beispielsweise bedeuten Ausdrücke, die Formen bezeichnen, wie etwa Vierecke und Zylinder, nicht nur, worauf sie sich in einem geometrisch strikten Sinne beziehen, sondern auch Formen, die einige Ungleichmäßigkeiten aufweisen, abgekantete Abschnitte oder dergleichen, die dasselbe Funktionalitätsniveau bereitstellen können.
  • Die Ausdrücke ”aufweisen”, ”umfassen” und ”vorgesehen mit” einer Komponente sind keine exklusiven Ausdrücke, die andere Komponenten ausschließen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fördergaskompressionssystem
    2
    Integraler Motorkompressor
    3
    Gehäuse
    4
    Kompressor
    5
    Motor
    6
    Ausgabewelle
    8
    Gas/Flüssig-Trenner
    11
    Plattform
    12
    Tanker
    20 (20A, 20B)
    Zustandsüberwachungseinrichtung
    21, 221
    Sensor
    22, 220
    Berechnungsverarbeitungseinrichtung
    23
    Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit
    24
    Lebensdauerermittlungseinheit
    25
    Betriebszustandsumschalteinheit
    26
    Speichereinheit
    50
    Meeresoberfläche
    51
    Meeresboden
    52
    Gasfeld
    223
    Referenzkorrelationsbezugseinheit
    224
    Ausgabekorrektureinheit
    225
    Abnormalitätsdetektionseinheit
    226
    Abnormalitätsortungseinheit
    227
    Speichereinheit

Claims (21)

  1. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem, das einen Kompressor aufweist, der den Druck eines geförderten Gases erhöht, wobei die Zustandsüberwachungseinrichtung aufweist: einen Sensor zum Detektieren einer Zustandsgröße des geförderten Gases, das in den Kompressor strömt; eine Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit zum Berechnen eines Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases; und eine Lebensdauerermittlungseinheit zum Ermitteln einer Lebensdauer des Kompressors auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors.
  2. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 1, bei der die Zustandsgröße wenigstens eine der folgenden umfasst: eine Teilchengröße eines Fremdstoffs in dem geförderten Gas; eine Konzentration des Fremdstoffs in dem geförderten Gas; und eine Härte des Fremdstoffs.
  3. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Verschleißfortschrittsniveauberechnungseinheit eingerichtet ist, um das Verschleißfortschrittsniveau auf der Basis sowohl einer Strömungsrate des geförderten Gases als auch der Zustandsgröße des geförderten Gases zu berechnen.
  4. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner eine Betriebszustandsumschalteinheit aufweist, die eingerichtet ist, um einen Betriebszustand des Kompressors zwischen einem Normbetriebszustand und einem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand, der ein geringeres Verschleißfortschrittsniveau des Kompressors als der Normbetriebszustand aufweist, umzuschalten, auf der Basis eines Resultats der Ermittlung durch die Lebensdauerermittlungseinheit.
  5. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 4, bei welcher der Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand eine geringere Drehgeschwindigkeit des Kompressors als der Normbetriebszustand umfasst.
  6. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 4 oder 5, bei der die Betriebszustandsumschalteinheit eingerichtet ist, um eine Arbeitsbedingung in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand auf folgender Basis zu bestimmen: einer Differenz zwischen dem Verschleißfortschrittsniveau zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt und einem zulässigen Wert des Verschleißfortschrittsniveaus; und einer Restzeitdauer zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und einer nächsten regulär angesetzten Inspektion.
  7. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Fördergaskompressionssystem ferner einen Motor zum Antreiben des Kompressors aufweist, wobei die Zustandsüberwachungseinrichtung ferner aufweist: eine Referenzkorrelationsbezugseinheit zum Beziehen einer bekannten Referenzkorrelation für ein Probengas zwischen einer dem Motor zugeführten Leistung und einer Ausgabe des Kompressors, wobei das Probengas eine bekannte Referenzzustandsgröße aufweist; eine Ausgabekorrektureinheit zum Korrigieren einer tatsächlichen Ausgabe des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases, detektiert von dem Sensor, um einen korrigierten Ausgabewert des Kompressors zu berechnen, welcher der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, in einem Fall, in dem das geförderte Gas die Referenzzustandsgröße aufweist; und eine Abnormalitätsdetektionseinheit zum Detektieren einer Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem auf der Basis eines Resultats des Vergleichs einer Beziehung zwischen der dem Motor zugeführten Leistung und dem korrigierten Ausgabewert mit der Referenzkorrelation.
  8. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 7, das ferner eine Abnormalitätsortungseinheit aufweist, die eingerichtet ist, um zu bestimmen, ob die Abnormalität in dem Kompressor oder dem Motor aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der tatsächlichen Ausgabe des Motors, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, mit einem veranschlagten Ausgabewert, wenn die Abnormalitätsdetektionseinheit eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem detektiert.
  9. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Abnormalitätsdetektionseinheit eingerichtet ist, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, wenn eine Differenz zwischen einer Referenzausgabe des Kompressors, die der dem Motor zugeführten Leistung in der Referenzkorrelation entspricht, und dem korrigierten Ausgabewert, berechnet von der Ausgabekorrektureinheit, einen ersten Schwellwert übersteigt.
  10. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Abnormalitätsdetektionseinheit eingerichtet ist, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, wenn ein Abweichungsverhältnis des korrigierten Ausgabewerts, berechnet von der Ausgabekorrektureinheit, bezüglich einer Referenzausgabe des Kompressors, die der dem Motor zugeführten Leistung in der Referenzkorrelation entspricht, einen zweiten Schwellwert übersteigt.
  11. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Abnormalitätsdetektionseinheit eingerichtet ist, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, wenn ein Zeitraum, in der ein Abweichungsmaß des korrigierten Ausgabewerts bezüglich der Referenzausgabe oder eine Differenz zwischen einer Referenzausgabe des Kompressors, die der dem Motor zugeführten Leistung in der Referenzkorrelation entspricht, und dem korrigierten Ausgabewert, berechnet von der Ausgabekorrektureinheit, einen dritten Schwellwert übersteigt, eine bestimmte Zeitdauer oder länger andauert.
  12. Zustandsüberwachungseinrichtung für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Abnormalitätsdetektionseinheit eingerichtet ist, um zu bestimmen, dass eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem aufgetreten ist, wenn die Geschwindigkeit der Zunahme eines Abweichungsverhältnisses des korrigierten Ausgabewerts von der Referenzausgabe oder die Geschwindigkeit der Zunahme einer Differenz zwischen einer Referenzausgabe des Kompressors, die der dem Motor zugeführten Leistung in der Referenzkorrelation entspricht, und dem korrigierten Ausgabewert, berechnet von der Ausgabekorrektureinheit, einen vierten Schwellwert übersteigt.
  13. Fördergaskompressionssystem, das aufweist: einen Kompressor zum Erhöhen des Drucks des geförderten Gases; und die Zustandsüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem, das einen Kompressor aufweist, der den Druck des geförderten Gases erhöht, wobei das Zustandsüberwachungsverfahren aufweist: einen Zustandsgrößendetektionsschritt zum Detektieren einer Zustandsgröße des geförderten Gases, das in den Kompressor strömt; einen Verschleißfortschrittsniveauberechnungsschritt zum Berechnen eines Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases; und einen Lebensdauerermittlungsschritt zum Ermitteln einer Lebensdauer des Kompressors auf der Basis des Verschleißfortschrittsniveaus des Kompressors.
  15. Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 14, bei dem die Zustandsgröße wenigstens eine der folgenden umfasst: eine Teilchengröße eines Fremdstoffs in dem geförderten Gas; eine Konzentration des Fremdstoffs in dem geförderten Gas; und eine Härte des Fremdstoffs.
  16. Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 14 oder 15, bei dem der Verschleißfortschrittsniveauberechnungsschritt das Berechnen des Verschleißfortschrittsniveaus auf der Basis sowohl einer Strömungsrate des geförderten Gases als auch der Zustandsgröße des geförderten Gases aufweist.
  17. Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, das ferner einen Betriebszustandsumschaltschritt aufweist, zum Umschalten eines Betriebszustands des Kompressors zwischen einem Normbetriebszustand und einem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand, der ein geringeres Verschleißfortschrittsniveau des Kompressors als der Normbetriebszustand aufweist, auf der Basis eines Resultats der Ermittlung in dem Lebensdauerermittlungsschritt.
  18. Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 17, bei dem der Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand eine geringere Drehgeschwindigkeit des Kompressors als der Normbetriebszustand umfasst.
  19. Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 17 oder 18, bei dem der Betriebszustandsumschaltschritt das Bestimmen einer Arbeitsbedingung in dem Lebensdauerverlängerungsbetriebszustand aufweist auf der Basis: einer Differenz zwischen dem Verschleißfortschrittsniveau zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt und einem zulässigen Wert des Verschleißfortschrittsniveaus; und einer Restzeitdauer zwischen dem gegenwärtigen Zeitpunkt und einer nächsten regulär angesetzten Inspektion.
  20. Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem das Fördergaskompressionssystem ferner einen Motor zum Antreiben des Kompressors aufweist, wobei das Zustandsüberwachungsverfahren ferner aufweist: einen Zustandsgrößendetektionsschritt zum Detektieren einer Zustandsgröße des Fördergases, das in den Kompressor strömt; einen Referenzkorrelationsbezugsschritt zum Beziehen einer bekannten Referenzkorrelation für ein Probengas zwischen einer dem Motor zugeführten Leistung und einer Ausgabe des Kompressors, wobei das Probengas eine bekannte Zustandsgröße aufweist; einen Ausgabekorrekturschritt zur Korrektur einer tatsächlichen Ausgabe des Kompressors auf der Basis der Zustandsgröße des geförderten Gases, detektiert in dem Zustandsgrößendetektionsschritt, und zum Berechnen eines korrigierten Ausgabewerts des Kompressors, welcher der dem Motor zugeführten Leistung in einem Fall entspricht, in dem das geförderte Gas die Referenzzustandsgröße aufweist; und einen Abnormalitätsdetektionsschritt zum Detektieren einer Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem auf der Basis eines Resultats des Vergleichs einer Beziehung zwischen der dem Motor zugeführten Leistung und dem korrigierten Ausgabewert mit der Referenzkorrelation.
  21. Zustandsüberwachungsverfahren für ein Fördergaskompressionssystem nach Anspruch 20, das ferner einen Abnormalitätsortungsschritt zum Bestimmen aufweist, ob die Abnormalität in dem Kompressor oder dem Motor aufgetreten ist, auf der Basis eines Resultats des Vergleichs der tatsächlichen Ausgabe des Motors, die der dem Motor zugeführten Leistung entspricht, mit einem veranschlagten Ausgabewert, wenn in dem Abnormalitätsdetektionsschritt eine Abnormalität in dem Fördergaskompressionssystem detektiert wird.
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