JP2004317170A

JP2004317170A - 圧縮ガス供給システム

Info

Publication number: JP2004317170A
Application number: JP2003107976A
Authority: JP
Inventors: Koichi Muramatsu; 浩一村松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】原子力発電プラントなどで、負荷に乾燥圧縮空気、圧縮空気、窒素ガスなどの圧縮ガスを供給する圧縮ガス供給システムでは、各圧縮ガスの種類により個別に専用のコンプレッサおよびそれに付随した配管、バルブ、計測制御系を備えている。このため、設置スペースが大きくなり、メンテナンス性が悪く、小型でメンテナンス性の良い圧縮ガス供給システムが望まれている。
【解決手段】計装空気系Ａ、サービス空気系Ｂ、窒素ガス供給系Ｃの間で、コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃを共有設備とすると共に、圧縮ガス供給系と共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃとの間を合流配管１６で接続し、この合流配管１６に設けたバッファタンク１７内の圧力を測定するか、または合流配管１６内の圧力を測定することにより負荷９、１０、１１の変動に応じたコンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの運転制御を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮した空気と、乾燥した圧縮空気と、窒素ガスとをそれぞれプラントの負荷に供給する圧縮ガス供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、原子力発電プラント等においては、空気作動弁や調節弁およびその他の計装、制御機器などの計装空気系負荷に対して乾燥圧縮空気を供給する計装空気系と、空気圧を利用した洗浄装置および空気駆動のエア工具などのサービス空気系負荷に対して圧縮空気を供給するサービス空気系と、原子炉冷却系等において、発火防止などの安全性を考慮した窒素ガス供給系負荷に対して液体窒素を気化させたり吸着式または透過式の窒素ガス製造装置でできた窒素ガスを供給する窒素ガス供給系からなる圧縮ガス供給システム備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４に従来の圧縮ガス供給システムを示す。図４において、１Ａは負荷に圧縮空気を供給する２台のコンプレッサで、一方は常用とし、他方は予備機として設けられている。２台のコンプレッサ１Ａにはそれぞれチェッキバルブ２Ａとアイソレーション用のゲートバルブ３Ａとが設けられ、配管４Ａを介して共に計装空気系バッファタンク５Ａに接続されている。この計装空気系バッファタンク５Ａはコンプレッサ１Ａの脈動を低減するために設けられたもので、圧縮空気を貯蔵し、計装空気系バッファタンク５Ａ内の圧力を検出する圧力計ＰＴＡを備え、圧力計ＰＴＡの圧力検出出力はコンプレッサ１Ａに入力されている。
【０００４】
さらに計装空気系バッファタンク５Ａは配管６Ａを介して並列接続された２台のドライヤ７Ａに接続されている。この２台のドライヤ７Ａの一方は常用とし、他方は常用機の不具合時の予備機として設けられている。そして、このドライヤ７Ａは配管８Ａを介して複数の計装空気系負荷９に接続されて計装空気系Ａを構成している。
【０００５】
一方、前記計装空気系Ａと同様に、２台のコンプレッサ１Ｂとサービス空気系バッファタンク５Ｂとを配管４Ｂを介して接続し、さらにサービス空気系バッファタンク５Ｂを配管８Ｂを介して複数のサービス空気系負荷１０に接続してサービス空気系Ｂを構成している。
【０００６】
このサービス空気系Ｂにおいてもサービス空気系バッファタンク５Ｂ内の圧力を検出する圧力計ＰＴＢや各種バルブ類を備えている。
さらに、２台ののコンプレッサ１Ｃと、吸着式または透過式の２台の窒素ガス製造装置１２Ｃと、窒素ガス供給系バッファタンク５Ｃとを配管４Ｃ、６Ｃを介して接続し、さらに前記窒素ガス供給系バッファタンク５Ｃを配管８Ｃを介して複数の窒素ガス供給系負荷１１に接続して窒素ガス供給系Ｃを構成している。
【０００７】
この窒素ガス供給系Ｃにおいても窒素ガス供給系バッファタンク５Ｃ内の圧力を検出する圧力計ＰＴＣや各種バルブ類を備え、圧力計ＰＴＣの圧力検出出力は２台の窒素ガス製造装置１２Ｃと２台のコンプレッサ１Ｃとに接続されている。
【０００８】
さらにまた、計装空気系Ａのドライヤ７Ａの上流側とサービス空気系Ｂのサービス空気系バッファタンク５Ｂの下流側とが配管１３によって接続され、配管１３の途中にバルブ１４が設けられている。
この配管１３の途中に設けられたバルブ１４は常時は閉じられている。
【０００９】
このような従来の圧縮ガス供給システムでは、各圧縮ガス供給系は、コンプレッサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃで圧縮された空気を各々のバッファタンク５Ａ、５Ｂ、５Ｃ内に一旦貯え、配管８Ａ、８Ｂ、８Ｃを介して各々の負荷９、１０、１１に乾燥した圧縮空気と、圧縮した空気と、窒素ガスとを供給する。
【００１０】
個々のバッファタンク５Ａ、５Ｂ、５Ｃ内の圧力が規定の圧力範囲より外れるとその圧力変化を圧力計ＰＴＡ、ＰＴＢ、ＰＴＣで検出し、その信号をコンプレッサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃに送って、各コンプレッサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃのロード／アンロード制御および予備機起動の制御を行い、安定して圧縮ガスを各負荷９、１０、１１に供給する。
【００１１】
また、万一計装空気系Ａのコンプレッサ１Ａが２台とも故障した場合はバルブ１４を開き、配管１３を介してサービス空気系Ｂより計装空気系Ａのドライヤ７Ａの上流に圧縮空気を供給し、計装空気系負荷９に対し乾燥した圧縮空気を供給するようにバックアップ機能を有している。またこの逆の場合も同様にバックアップ機能を発揮する。
【００１２】
【特許文献１】
特開昭６１−９９８９２号公報（第１頁右欄８行目−第２頁上段右欄５行目、第３図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の圧縮ガス供給システムは、プラントの各負荷に供給する圧縮ガスの種類により個別に圧縮ガスを供給する専用コンプレッサ、配管系、バルブ類、バッファタンクおよび計測制御系を備えている。
【００１４】
このため、専用コンプレッサの台数が多く、そのために配管系、弁、計測制御系も複系列分有している。よって、その分の設置スペースを必要としており、更に機器、配管系、計測制御系のメンテナンスエリアの確保も必要となり、スペースユーティリティの面からも多くの設置スペースを必要としている。
【００１５】
また、メンテナンス対象となる機器の台数も多いことから、メンテナンス性に劣り、メンテナンス費用も多く必要とし、交換部品も必要台数分を確保する必要があるため、イニシャルコスト、ランニングコスト双方にて運用維持に多くの費用がかかっていた。
【００１６】
本発明は以上の課題を解決し、メンテナンス性を向上させ、設置エリアを縮小し、プラント建設時の建設コストを低減し、メンテナンス負担の軽減によりランニングコストを低減させた圧縮ガス供給システムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の発明は、乾燥した圧縮空気を負荷に供給する計装空気系と、圧縮した空気を負荷に供給するサービス空気系と、窒素ガスを負荷に供給する窒素ガス供給系と、圧縮空気を前記圧縮ガス供給系に供給する圧縮ガス供給系共有のコンプレッサと、このコンプレッサの出口側に設けられ、圧縮空気を前記圧縮ガス供給系に分岐供給する合流配管と、この合流配管に設けられた圧縮ガス供給系共通のバッファタンクとからなることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３記載の発明は、乾燥した圧縮空気を負荷に供給する計装空気系と、圧縮した空気を負荷に供給するサービス空気系と、窒素ガスを負荷に供給する窒素ガス供給系と、圧縮空気を前記圧縮ガス供給系に供給する圧縮ガス供給系共有のコンプレッサと、このコンプレッサの出口側に設けられ、圧縮空気を前記圧縮ガス供給系に分岐供給する合流配管とからなることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明において図４に示す従来の圧縮ガス供給システムと同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図で、１５ａ、１５ｂ、１５ｃは５０％容量の３台のコンプレッサで、その内の１台（例えば１５Ｃ）を予備機とし、計装空気系Ａ、サービス空気系Ｂおよび窒素ガス供給系Ｃの３つの圧縮ガス供給系に対して共有として設けている。
【００２１】
この共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの出口側には共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃからの圧縮空気を前記圧縮ガス供給系に分岐供給するための合流配管１６が設けられている。この合流配管１６には負荷変動に追従して共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの起動、停止の運転制御を実施するための共通のバッファタンク１７が設置されている。バッファタンク１７は、圧力計ＰＴを備えており、その圧力計ＰＴでバッファタンク１７内の圧力を測定し、規定の圧力範囲から外れると、待機状態にある共有コンプレッサ１５ａをロード状態にしてバッファタンク１７内に圧縮空気を供給し、バッファタンク１７内の圧力が所定の範囲の値に戻ったら共有コンプレッサ１５ａをアンロード状態とする。
【００２２】
負荷の増大により圧縮ガス使用量が多くなった場合には２台目の共有コンプレッサ１５ｂが起動し、前記と同様にバッファタンク１７内の圧力を圧力計ＰＴで監視し、ロード／アンロードの運転制御を行なう。
【００２３】
バッファタンク１７より出た圧縮空気は、乾燥した圧縮空気を供給するための計装空気系Ａと、圧縮した空気を供給するサービス空気系Ｂと、窒素ガスを供給する窒素ガス供給系Ｃとにそれぞれ分岐した配管４Ａ、４Ｂ、４Ｃを介して供給される。
【００２４】
圧縮空気の分岐後、計装空気系Ａでは、計装空気系バッファタンク５Ａおよび圧縮空気を乾燥するためのドライヤ７Ａ、７Ａに接続されて、配管８Ａを介して各計装空気系負荷９に乾燥した圧縮空気を供給する。
同じく、サービス空気系Ｂでは、サービス空気系バッファタンク５Ｂに接続され、配管８Ｂを介して各サービス空気系負荷１０に圧縮した空気を供給する。
【００２５】
同じく、窒素ガス供給系Ｃでは、圧縮空気より窒素ガスを製造する吸着式または透過式の窒素ガス製造装置１２Ｃを介して、その下流に設置される窒素ガス供給系バッファタンク５Ｃに製造された窒素ガスを貯え、その窒素ガス供給系バッファタンク５Ｃより配管８Ｃを介して各窒素ガス供給系負荷１１に対し窒素ガスを供給する。
【００２６】
以上のように本実施の形態によれば、計装空気系、サービス空気系、窒素ガス供給系の間で、コンプレッサ３台を共有設備とすることにより従来と同様の信頼性を維持しつつ、圧縮ガス系のコンプレッサ台数を従来の計６台から、３台に半減させることができる。
【００２７】
コンプレッサの台数が低減されるため、コンプレッサ台数分を必要としていた配管系、バルブ類、計測制御系も削減でき、更にコンプレッサの設置台数の低減に伴う、設置スペースの削減、メンテナンスエリアの削減が可能となる。
【００２８】
また、従来プラントで、計装空気系の専用コンプレッサが故障した場合に、サービス空気系の専用コンプレッサから計装空気系のドライヤの上流に圧縮空気を供給するためのバックアップ用の配管が不要となり、配管及びバルブの削減が可能となる。これは、バックアップ用配管設備の建設時のコストを削減し、バルブのメンテナンスを不要とし、設置スペースも削減可能となり、配管設計上も容易となる。
【００２９】
また、共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの運転制御に使用する圧力信号を計装空気系バッファタンク５Ａとサービス空気系バッファタンク５Ｂから取らずに共通のバッファタンク１７の圧力計ＰＴから取っているので、個々の計器のドリフトなどによる設定値変動が、共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの運転制御に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。
【００３０】
また、共通のバッファタンク１７を設けて圧力検出点を設けたことにより、共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃからの脈動が大きい場合でも、運転制御を妨げない様に圧力脈動を平準化することができる。
【００３１】
さらに、一般に窒素ガス製造装置１２Ｃに供給される圧縮空気の圧力によって窒素ガスの純度に影響が及ぼされるが、本実施の形態においては、計装空気系Ａやサービス空気系Ｂの負荷変動により極力圧力変動が少なくなるように、共通のバッファタンク１７から窒素ガス供給系Ｃに至る配管４Ｃを、計装空気系Ａ、サービス空気系Ｂに至る配管４Ａ、４Ｂよりも太くし、また可能な限り窒素ガス製造装置１２Ｃをバッファタンク１７に接近させて設置することにより純度の高いかつ安定した窒素ガスが製造できる。
【００３２】
更にまた、計装空気系Ａ、サービス空気系Ｂ、及び窒素ガス供給系Ｃの合流配管１６と、計装空気系及びサービス空気系のバッファタンク５Ａ、５Ｂとの間に、逆止弁を設けていないので、間欠負荷による系統内圧力の低下を計装空気系及びサービス空気系のバッファタンク５Ａ、５Ｂの合計の容量で吸収する事により極力小さくすることができる。
【００３３】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す図で、本実施の形態においては、図１に示す第１の実施の形態における計装空気系バッファタンクとサービス空気系バッファタンクを廃し、共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの出口側に設けた合流配管１６に共通のバッファタンク１８を設置し、そのバッファタンク１８に設けた圧力計ＰＴによりバッファタンク１８内の圧力を測定して共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの起動、停止の運転制御を行う。圧縮空気は、バッファタンク１８から出た後、分岐した配管４Ａ、４Ｂ、４Ｃを介して各圧縮ガス系に供給される。
【００３４】
圧縮空気の分岐後、計装空気系Ａでは、圧縮空気を乾燥するためのドライヤ７Ａに接続されて、配管８Ａを介して各計装空気系負荷９に乾燥した圧縮空気を供給する。
同じく、サービス空気系Ｂでは、配管８Ｂを介して各サービス空気系負荷１０に圧縮した空気を供給する。
【００３５】
同じく、窒素ガス供給系では、分岐後、圧縮空気より窒素ガスを製造する吸着式または透過式の窒素ガス製造装置１２Ｃを介して、その下流に設置される窒素ガス供給系バッファタンク５Ｃに製造された窒素ガスを貯え、その窒素ガス供給系バッファタンク５Ｃより配管８Ｃを介して各窒素ガス供給系負荷１１に対し窒素ガスを供給する。
【００３６】
本実施の形態によれば、共通設備となるバッファタンク１８は、請求項１に示す実施の形態より大型のバッファタンクとなるが、バッファタンクが１つとなることから、設置エリアが少なく、メンテナンス対象の機器を削減することができる。
【００３７】
図３は本発明の第３の実施の形態を示す図で、共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃ出口側に設けた合流配管１６の圧力脈動が共有コンプレッサ制御上問題ない場合の例である。
【００３８】
共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの合流配管１６内の圧力を計測する圧力計ＰＴを設け、この圧力計ＰＴで測定した圧力に基づいて共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの運転制御を行う。このため、図１、図２にて共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの起動停止を制御するために設置されたバッファタンク１７、１８が不要となる。
【００３９】
共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの合流配管１６は一旦合流した後、再び分岐し、乾燥した圧縮空気を供給するための計装空気系Ａと、圧縮した空気を供給するサービス空気系Ｂと、窒素ガスを供給する窒素ガス供給系Ｃに圧縮空気を供給する。
【００４０】
圧縮空気の分岐後、計装空気系Ａでは、計装空気系バッファタンク５Ａ及び圧縮空気を乾燥するためのドライヤ７Ａに接続されて、配管８Ａを介して各計装空気系負荷９に乾燥した圧縮空気を供給する。
同じく、サービス空気系Ｂでは、サービス空気系バッファタンク５Ｂに接続され、配管８Ｂを介して各サービス空気系負荷１０に圧縮した空気を供給する。
【００４１】
同じく、窒素ガス供給系Ｃでは、圧縮空気より窒素ガスを製造する吸着式または透過式の窒素ガス製造装置１２Ｃを介して、その下流に設置される窒素ガス供給系バッファタンク５Ｃに製造された窒素ガスを貯え、その窒素ガス供給系バッファタンク５Ｃより配管８Ｃを介して各窒素ガス供給系負荷１１に対し窒素ガスを供給する。
【００４２】
本実施の形態によれば、共有コンプレッサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの起動、停止の運転制御を、前記第１、第２の実施の形態のようにバッファタンク１７、１８内の圧力を測定せず、共有コンプレッサの合流配管１６内の圧力を測定することで、共有コンプレッサの起動停止を行うため、バッファタンク１７、１８を削減することが可能となり、バッファタンク１７、１８削減に伴う、設置スペースの削減、メンテナンスエリアの削減ができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、メンテナンス性を向上させ、設置エリアを縮小し、プラント建設時の建設コストを低減し、メンテナンス負担の軽減によりランニングコストを低減させた圧縮ガス供給システムを得ることとができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による圧縮ガス供給システムを示すブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態による圧縮ガス供給システムを示すブロック図。
【図３】本発明の第３の実施の形態による圧縮ガス供給システムを示すブロック図。
【図４】従来の圧縮ガス供給システムを示すブロック図。
【符号の説明】
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ…配管、５Ａ…計装空気系バッファタンク、５Ｂ…サービス空気系バッファタンク、５Ｃ…窒素ガス供給系バッファタンク、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ…配管、７Ａ…ドライヤ、９…計装空気系負荷、１０…サービス空気系負荷、１１…窒素ガス供給系負荷、１２Ｃ…窒素ガス製造装置、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…共有コンプレッサ、１６…合流配管、１７、１８…バッファタンク、Ａ…計装空気系、Ｂ…サービス空気系、Ｃ…窒素ガス供給系、ＰＴ…圧力計。

Claims

乾燥した圧縮空気を負荷に供給する計装空気系と、圧縮した空気を負荷に供給するサービス空気系と、窒素ガスを負荷に供給する窒素ガス供給系と、圧縮空気を前記圧縮ガス供給系に供給する圧縮ガス供給系共有のコンプレッサと、このコンプレッサの出口側に設けられ、圧縮空気を前記圧縮ガス供給系に分岐供給する合流配管と、この合流配管に設けられた圧縮ガス供給系共通のバッファタンクとからなることを特徴とする圧縮ガス供給システム。
バッファタンク内の圧力を測定することにより圧縮ガスを消費する負荷の変動に応じてコンプレッサの起動、停止の運転制御を行うことを特徴とする請求項１記載の圧縮ガス供給システム。
乾燥した圧縮空気を負荷に供給する計装空気系と、圧縮した空気を負荷に供給するサービス空気系と、窒素ガスを負荷に供給する窒素ガス供給系と、圧縮空気を前記圧縮ガス供給系に供給する圧縮ガス供給系共有のコンプレッサと、このコンプレッサの出口側に設けられ、圧縮空気を前記圧縮ガス供給系に分岐供給する合流配管とからなることを特徴とする圧縮ガス供給システム。
合流配管内の圧力を測定することにより圧縮ガスを消費する負荷の変動に応じてコンプレッサの起動、停止の運転制御を行うことを特徴とする請求項３記載の圧縮ガス供給システム。