JP2024024276A - 圧縮機の減圧装置および圧縮機の減圧方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】放出配管およびその仕切弁を小さいサイズの設計にしたとしても、圧縮機の通常運転の場合および圧縮機が全負荷から突然停止した場合の両方において、圧縮機の減圧を安全に行える、圧縮機の減圧装置を提供する。
【解決手段】圧縮機Ｃ１の減圧装置１は、圧縮機Ｃ１の吸込側のガス圧力を測定する吸込圧力測定部Ｐ１と、圧縮機Ｃ１の吐出側のガス圧力を測定する吐出圧力測定部Ｐ２と、圧縮機Ｃ１の吐出側からガスを放出する吐出側放出配管Ｌ３１と、吐出側放出配管Ｌ３１に設けられる吐出側放出弁ＰＶ３と、吸込圧力測定部Ｐ１で測定される吸込側ガス圧力と、吐出圧力測定部Ｐ２で測定される吸込側ガス圧力に基づいて吐出側放出弁ＰＶ３を調整し放出量を制御する吐出側放出量制御部１０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機の減圧装置および圧縮機の減圧方法に関し、例えば、空気分離装置、ガスの液化システムに使用される圧縮機の停止時の減圧方法に関する。
一般的には、圧縮機の吐出口にベントバルブは設けられていない。日本の高圧ガス保安法では、過圧を回避できる設備を設置する必要がある。
空気分離装置から取り出されたガス（例えば、高純度窒素、高純度酸素など）を圧縮する圧縮機は、定常運転あるいは停止時の負荷低減をスムーズに行うために、圧縮機の吸込配管側に吸込ガスを放出するための放出配管と仕切弁が設けられ、圧縮機の吐出配管から吸引配管へ接続される戻り配管と仕切弁が設けられている。通常、放出配管と仕切弁は、定常運転時と停止時の両方において想定される最大量を制御できるように大きなサイズである。
圧縮機が、サージを検出した場合、機械の破損を防ぐために戻り配管の仕切弁を開ける。
圧縮機が停止すると、吐出側締切弁が自動的に全閉するため、上流からのプロセスガスは圧縮機吸込側へ流入しなくなる。そして、戻り配管の仕切弁が開き、圧縮機吐出側（高圧側）から吸込側（低圧側）へプロセスガスが戻る。これらにより、圧縮機吸込側圧力が急激に上昇し、この圧力上昇を緩和するために、圧縮機吸込側の放出配管の仕切弁が開き、上流側からのプロセスガスならびに圧縮機からの戻りガスが放出される。
放出配管の仕切弁は、ガス流れ全体が吸込側に戻っても安全に圧力上昇を制御できるように設計する必要がある。この場合、前記放出用配管の仕切弁には大型の弁を選択し、全負荷から圧縮機を急停止したときに圧縮機吸込側の圧力上昇を解消すべく大型の弁を開けて対応していたが、通常の操作中のこの仕切弁の制御では、小型の弁による少量の放出では制御が難しくなっていた。
特許文献１は、１台以上の永久ガス用圧縮機と、１台以上の永久ガス用膨張タービンと、永久ガスと液化天然ガスとを熱交換させる熱交換器とを備えた液化プロセスを開示している。
特開平５－４５０５０号公報
そこで、本開示は、放出配管およびその仕切弁を小さいサイズの設計にしたとしても、圧縮機の通常運転の場合および圧縮機が全負荷から突然停止した場合の両方において、圧縮機の減圧を安全に行える、圧縮機の減圧装置および圧縮機の減圧方法を提供する。
例えば、空気分離装置（Ａ）から提供される製品ガスを液化する液化システム（１００）において使用される圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）の減圧装置（１、２）であって、
前記圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）の吸込側のガス圧力を測定する吸込圧力測定部（Ｐ１、Ｐ２１）と、
前記圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）の吐出側のガス圧力を測定する吐出圧力測定部（Ｐ２、Ｐ２２）と、
前記圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）の吐出側からガスを放出する吐出側放出配管（Ｌ３１、Ｌ２３１）と、
前記吐出側放出配管（Ｌ３１、Ｌ２３１）に設けられる吐出側放出弁（ＰＶ３、ＰＶ２３）と、
前記吸込圧力測定部（Ｐ１、Ｐ２１）で測定される吸込側ガス圧力（配管内圧力）と、前記吐出圧力測定部（Ｐ２、Ｐ２２）で測定される吸込側ガス圧力（配管内圧力）に基づいて（例えば、大きい圧力値あるいは小さい圧力値、またはその両者の圧力差のいずれかに基づいて）、前記吐出側放出弁（ＰＶ３、ＰＶ２３）（の開閉（開度を含む））を調整し放出量を制御する吐出側放出量制御部（１０、２０）と、
を備える。
前記吐出側放出量制御部（１０、２０）は、
前記圧縮機の定常運転時、および停止時に、前記大きい圧力値あるいは小さい圧力値、またはその両者の圧力差に基づいて前記吐出側放出弁（ＰＶ３、ＰＶ２３）の開閉（開度を含む）を調整し放出量を制御してもよい。
前記吐出側放出量制御部（１０、２０）は、前記圧縮機の停止時に、前記吸込側ガス圧力と前記吸込側ガス圧力（配管内圧力）とのうち、大きい圧力値の増加に対応し、前記吐出側放出弁（ＰＶ３、ＰＶ２３）（の開閉（開度を含む））を調整し放出量を増加するように制御してもよい。
前記減圧装置（１、２）は、
前記圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）の吐出側から吸込側へガスを戻すバイパス配管（Ｌ３、Ｌ２３）およびバイパス配管に設けられるバイパス弁（ＰＶ２、ＰＶ２２）を備えていてもよい。
前記吐出圧力測定部で測定された吐出側ガス圧力（配管内圧力）に基づいて（例えば、圧力値が閾値を超えた場合）、前記バイパス弁の開閉（開度を含む）を調整し戻り量を制御する戻り量制御部を備えていてもよい。
前記戻り量制御部は、圧縮機の定常運転時、および停止時に、前記吐出圧力測定部で測定された吐出側ガス圧力（配管内圧力）に基づいて（例えば、圧力値が閾値を超えた場合）、前記バイパス弁（の開閉（開度を含む））を調整し戻り量を制御してもよい。
前記減圧装置（１、２）は、
前記圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）の吸込側で、ガスを放出する吸込側放出配管（Ｌ１１、Ｌ２１）および吸込側放出配管に設けられる吸込側放出弁（ＰＶ１、ＰＶ２１）を備えていてもよい。
前記吸込圧力測定部で測定された吸込側ガス圧力（配管内圧力）に基づいて（例えば、圧力値が閾値を超えた場合）、前記吸込側放出弁の開閉（開度を含む）を調整し放出量を制御する吸込側放出量制御部を備えていてもよい。
前記吸込側放出量制御部は、圧縮機の定常運転時、および停止時に、前記吸込圧力測定部で測定された吸込側ガス圧力（配管内圧力）に基づいて（例えば、圧力値が閾値を超えた場合）、前記吸込側放出弁の開閉（開度を含む）を調整し放出量を制御してもよい。
他の開示は、空気分離装置（Ａ）から提供される製品ガスを液化する液化システム（１００）において使用される圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）の減圧方法であって、
前記圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）の吸込側のガス圧力と、前記圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）の吐出側のガス圧力に基づいて（例えば、大きい圧力値あるいは小さい圧力値、またはその両者の圧力差のいずれかに基づいて）、前記圧縮機（Ｃ１、Ｃ２）の吐出側から放出する吐出側放出配管（Ｌ３１、Ｌ２３１）に設けられる吐出側放出弁（ＰＶ３、ＰＶ２３）（の開閉（開度を含む））を調整しガスの放出量を制御する吐出側放出量制御ステップと、を含む。
前記吐出側放出量制御ステップは、
前記圧縮機の定常運転時、および停止時に、前記大きい圧力値あるいは小さい圧力値、またはその両者の圧力差に基づいて前記吐出側放出弁（ＰＶ３、ＰＶ２３）の開閉（開度を含む）を調整し放出量を制御してもよい。
前記吐出側放出量制御ステップは、
前記圧縮機の停止時に、前記吸込側ガス圧力と前記吸込側ガス圧力（配管内圧力）とのうち、大きい圧力値の増加に対応し、前記吐出側放出弁（ＰＶ３、ＰＶ２３）（の開閉（開度を含む））を調整し放出量を増加するように制御してもよい。
前記減圧方法は、
前記圧縮機の停止時に、バイパス配管のバイパス弁の開閉（開度を含む）を調整し戻り量を制御する戻り量制御ステップと、
前記圧縮機の停止時に、吸込側ガス圧力に基づいて、吸込側放出配管（Ｌ１１、Ｌ２１）の吸込側放出弁の開閉（開度を含む）を調整し放出量を制御する吸込側放出量制御ステップと、を含んでいてもよい。
（作用効果）
（１）圧縮機の吸込側の放出配管と、その弁のサイズを小さくすることができる。
（２）圧縮機の通常運転時の吸込圧力の制御性を向上することができる。通常運転時に、吸込側のガス圧が上昇したときに、吸込側放出弁を制御してガス圧を減少させることができる。
（３）圧縮機の停止運転中の吸込時の過圧減圧のリスクを回避できる。停止時にバイパス弁を開けたときに、吸込側の圧力の過圧が急激に生じることを、吐出側放出弁を制御して放出できるで、吸込側への戻り量を減少できる。
実施形態１の液化システムおよび減圧装置を示す図である。
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお、以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。
（実施形態１）
実施形態１の液化システム１００における減圧装置１、２について図１を用いて説明する。
液化システム１００は、空気分離装置Ａから提供された所定の製品ガス、例えば、富化窒素ガス、富化酸素ガス、富化アルゴンガスなどを、液化サイクルを利用して液化する。
本実施形態の液化システム１００は、第一、第二圧縮機Ｃ１、Ｃ２と、第一、第二エキスパンダーコンプレッサーＥＴ１、ＥＴ２と、第一、第二熱交換器Ｅ２０、Ｅ２１、第一、第二セパレータ部Ｖ２０、Ｖ２１、液化ガスタンク（ＬＩＮ ＴＡＮＫ）を備える。
空気分離装置Ａから送られた富化窒素ガスが、配管Ｌ１を介して、第一圧縮機Ｃ１で圧縮され、次いで第二圧縮機Ｃ２で圧縮される。これら圧縮機の減圧方法は後述する。
第二圧縮機Ｃ２で圧縮された窒素ガスの一部は、配管Ｌ４から分岐した第一分岐配管Ｌ４１を介して、第一エキスパンダーコンプレッサーＥＴ１のコンプレッサーＥＴ１１へ送られ、次いで配管Ｌ４１１を介して第二エキスパンダーコンプレッサーＥＴ２のコンプレッサーＥＴ２１へ送られ、次いで配管Ｌ４１２を介して第一熱交換器Ｅ２０に送られて冷却され、その一部は、第一セパレータ部Ｖ２０に至る。その残部は、第一熱交換器Ｅ２０の途中に配管Ｌ４１２から分岐した分岐配管Ｌ４１２１を介して、第二エキスパンダーコンプレッサーＥＴ２のエキスパンダーＥＴ２２へ送られ、次いで配管Ｌ４１２２を介して第一セパレータ部Ｖ２０へ送られる。第一セパレータ部Ｖ２０の頂部から導出されるガス成分は、配管Ｌ６を介して第二熱交換器Ｅ２０を通過し、第二圧縮機Ｃ２の吸込側の配管Ｌ２へ送られる。
第一セパレータ部Ｖ２０の底部から導出された液化窒素ガスは、配管Ｌ５を介して第二熱交換器Ｅ２１の一部を通過して冷却されたのちに、一部は液化ガスタンク（ＬＩＮ ＴＡＮＫ）へ送られる。その残部は、配管Ｌ５１を介して第二セパレータ部Ｖ２１に送られる。第二セパレータ部Ｖ２１の頂部から導出されるガス成分は配管Ｌ５２を介して第二熱交換器Ｅ２１へ送られてから第二セパレータ部Ｖ２１へ戻る。第二セパレータ部Ｖ２１の底部から液成分は配管Ｌ５３を介して第二熱交換器Ｅ２１で寒冷として機能し、次いで第一熱交換器Ｅ２０で寒冷として機能し、第一圧縮機Ｃ１の吸込側の配管Ｌ１へ送られる。
第二圧縮機Ｃ２で圧縮された窒素ガスの残部は、配管Ｌ４から分岐した第二分岐配管Ｌ４２を介して、第一熱交換器Ｅ２０の一部を通過し、第一エキスパンダーコンプレッサーＥＴ１のエキスパンダーＥＴ１２へ送られ、次いで配管Ｌ４２１を介して第一熱交換器Ｅ２０の途中へ送られ、配管Ｌ６と合流する。
第一圧縮機Ｃ１の吸込側で、配管Ｌ１から分岐して、ガスを放出する第一吸込側放出配管Ｌ１１と、その第一吸込側放出配管Ｌ１１に第一吸込側放出弁ＰＶ１が設けられる。第二圧縮機Ｃ２の吸込側で、配管Ｌ２から分岐して、ガスを放出する第二吸込側放出配管Ｌ２１と、その第二吸込側放出配管Ｌ２１に第二吸込側放出弁ＰＶ２１が設けられる。これらは、通常よりも小さいサイズの弁、配管が使用される。例えば、通常のサイズの０．１から０．６倍のサイズに設定する。
第一圧縮機Ｃ１の吐出側から吸込側へガスを戻す第一バイパス配管Ｌ３と、その第一バイパス配管Ｌ３に第一バイパス弁ＰＶ２が設けられる。第二圧縮機Ｃ２の吐出側から吸込側へガスを戻す第二バイパス配管Ｌ２３と、その第二バイパス配管Ｌ２３に第二バイパス弁ＰＶ２２が設けられる。
第一圧縮機Ｃ１の吸込側のガス圧力を測定する第一吸込圧力測定部Ｐ１と、第一圧縮機Ｃ１の吐出側のガス圧力を測定する第一吐出圧力測定部Ｐ２とが設けられる。第一圧縮機Ｃ１の吐出側からガスを放出する第一吐出側放出配管Ｌ３１が設けられる。第一吐出側放出配管Ｌ３１に設けられる第一吐出側放出弁ＰＶ３が設けられる。本実施形態では第一吐出側放出配管Ｌ３１は第一バイパス配管Ｌ３から分岐している。
第二圧縮機Ｃ２の吸込側のガス圧力を測定する第二吸込圧力測定部Ｐ２１と、第二圧縮機Ｃ１２吐出側のガス圧力を測定する第二吐出圧力測定部Ｐ２２とが設けられる。第二圧縮機Ｃ２の吐出側からガスを放出する第二吐出側放出配管Ｌ２３１が設けられる。第二吐出側放出配管Ｌ２３１に設けられる第二吐出側放出弁ＰＶ２３が設けられる。本実施形態では第二吐出側放出配管Ｌ２３１は第二バイパス配管Ｌ２３から分岐している。
（第一減圧装置の減圧制御：停止時）
第一減圧装置１は、第一吐出側放出量制御部１０、第一吸込圧力測定部Ｐ１、第一吐出圧力測定部Ｐ２、第一吐出側放出配管Ｌ３１、第一吐出側放出弁ＰＶ３を備える。
第一戻り量制御部（不図示）は、第一圧縮機Ｃ１の停止時に、第一バイパス弁ＰＶ２を開け第一バイパス配管Ｌ３を介して吐出側のガスを吸込側へ戻す。また、第一吸込側放出量制御部（不図示）は、第一圧縮機Ｃ１の停止時に、第一吸込側放出弁ＰＶ１を開け第一吸込側放出配管Ｌ１１を介して吸込側のガスを放出する。第一吸込側放出弁ＰＶ１および第一吸込側放出配管Ｌ１１が、従来よりも小さいサイズであることからガス放出に時間が掛かる。この点を本発明では以下方法で解決する。
本実施形態において、第一吐出側放出量制御部１０は、第一圧縮機Ｃ１を停止した場合に、第一吸込圧力測定部Ｐ１で測定される吸込側ガス圧力と、第一吐出圧力測定部Ｐ２で測定される吸込側ガス圧力とのうち、大きい方の圧力値の値に比例して第一吐出側放出弁ＰＶ３の開度を増加させるように調整し放出量を制御する。第一圧縮機Ｃ１の停止直後は、吐出側ガス圧が吸込側ガス圧より大きく、第一吐出側放出弁ＰＶ３の開度を圧力値に比例して開度を調整し、第一吐出側放出配管Ｌ３１からガスを放出する。時間経過に従い、両者の圧力差がなくなると第一吐出側放出弁ＰＶ３は閉じられる。
第一吸込側放出量制御部（不図示）は、第一吸込圧力測定部Ｐ１で測定された吸込側ガス圧力が閾値以下になった場合、あるいは停止から所定時間経過後に、第一吸込側放出弁ＰＶ１を閉じ第一吸込側放出配管Ｌ１１からのガス放出を停止してもよい。第一戻り量制御部（不図示）は、第一吐出圧力測定部Ｐ２で測定された吐出側ガス圧力が閾値以下になった場合、あるいは停止から所定時間経過後に、第一バイパス弁ＰＶ２を閉じ第一バイパス配管Ｌ３を介してのガス戻りを停止してもよい。
（第二減圧装置の減圧制御：停止時）
第二減圧装置２は、第二吐出側放出量制御部２０、第二吸込圧力測定部Ｐ２１、第二吐出圧力測定部Ｐ２２、第二吐出側放出配管Ｌ２３１、第二吐出側放出弁ＰＶ２３を備える。
第二戻り量制御部（不図示）は、第二圧縮機Ｃ２の停止時に、第二バイパス弁ＰＶ２２を開け第二バイパス配管Ｌ２３を介して吐出側のガスを吸込側へ戻す。また、第二吸込側放出量制御部（不図示）は、第二圧縮機Ｃ２の停止時に、第二吸込側放出弁ＰＶ２１を開け第二吸込側放出配管Ｌ２１を介して吸込側のガスを放出する。第二吸込側放出弁ＰＶ２１および第二吸込側放出配管Ｌ２１が、従来よりも小さいサイズであることからガス放出に時間が掛かる。この点を本発明では以下方法で解決する。
本実施形態において、第二吐出側放出量制御部２０は、第二圧縮機Ｃ２を停止した場合に、第二吸込圧力測定部Ｐ２１で測定される吸込側ガス圧力と、第二吐出圧力測定部Ｐ２２で測定される吸込側ガス圧力とのうち、大きい方の圧力値の値に比例して第二吐出側放出弁ＰＶ２３の開度を増加させるように調整し放出量を制御する。第二圧縮機Ｃ２の停止直後は、吐出側ガス圧が吸込側ガス圧より大きく、第二吐出側放出弁ＰＶ２３の開度を圧力値に比例して開度を調整し、第二吐出側放出配管Ｌ２３１からガスを放出する。時間経過に従い、両者の圧力差がなくなると第二吐出側放出弁ＰＶ２３は閉じられる。
第二吸込側放出量制御部（不図示）は、第二吸込圧力測定部Ｐ２１で測定された吸込側ガス圧力が閾値以下になった場合、あるいは停止から所定時間経過後に、第二吸込側放出弁ＰＶ２１を閉じ第二吸込側放出配管Ｌ２１からのガス放出を停止してもよい。第二戻り量制御部（不図示）は、第二吐出圧力測定部Ｐ２２で測定された吐出側ガス圧力が閾値以下になった場合、あるいは停止から所定時間経過後に、第二バイパス弁ＰＶ２２を閉じ第二バイパス配管Ｌ２３を介してのガス戻りを停止してもよい。
通常運転時において、第一、第二吸込側放出弁ＰＶ１、ＰＶ２１および第一、第二吸込側放出配管Ｌ１１、Ｌ２１が、従来よりも小さいサイズであることから、放出量を少なくできることで、定常状態からの変動に対しても少ない放出量で対応が可能となる。
（別実施形態）
（１）第一吐出側放出配管Ｌ３１は、第一バイパス配管Ｌ３からの分岐配管に限定されず、配管Ｌ２から導出されてもよい。第二吐出側放出配管Ｌ２３１は、第二バイパス配管Ｌ２３からの分岐配管に限定されず、配管Ｌ４から導出されてもよい。
（２）第一減圧装置と第二減圧装置の両方を説明したが、いずれか一方のみでもよい。また、追加の圧縮機が備わる場合にも同様の減圧装置を設けてもよい。
（３）第一吐出側放出量制御部１０と第二吐出側放出量制御部２０は、同じ制御部で構成されていてもよい。第一戻り量制御部と第二戻り制御部は、同じ制御部で構成されていてもよい。第一吸込側放出量制御部と第二吸込側放出量制御部は、同じ制御部で構成されていてもよい。これら４つの各制御部は同じ制御部で構成されていてもよい。
（４）各制御部は、情報処理装置、専用回路、一つ以上のプロセッサーとプロセッサーを動作させる制御プログラム格納するメモリを有する構成、ファームウエア、サーバ、ハイセレクタ、ローセレクタなどの１種以上の組み合わせで構成されていてもよい。
（５）空気分離装置の液化システム以外の圧縮機の停止時の減圧方法に適用されてもよい。
（６）液化システム１００は、実施形態１の構成に限定されず、他の構成要素が追加されていてもよい。また、各種計測器、他の配管などが備わっていてもよい。
１ 第一減圧装置
２ 第二減圧装置
１０ 第一吐出側放出量制御部
２０ 第二吐出側放出量制御部
Ａ 空気分離装置
Ｃ１ 第一圧縮機
Ｃ２ 第二圧縮機
Ｐ１ 第一吸込圧力測定部
Ｐ２ 第一吐出圧力測定部
Ｐ２１ 第二吸込圧力測定部
Ｐ２２ 第二吐出圧力測定部
Ｌ３１ 第一吐出側放出配管
ＰＶ３ 第一吐出側放出弁
Ｌ２３１ 第二吐出側放出配管
ＰＶ２３ 第二吐出側放出弁

Claims (4)

  1. 空気分離装置から提供される製品ガスを液化する液化システムにおいて使用される圧縮機の減圧装置であって、
    前記圧縮機の吸込側のガス圧力を測定する吸込圧力測定部と、
    前記圧縮機の吐出側のガス圧力を測定する吐出圧力測定部と、
    前記圧縮機の吐出側からガスを放出する吐出側放出配管と、
    前記吐出側放出配管に設けられる吐出側放出弁と、
    前記吸込圧力測定部で測定される吸込側ガス圧力と、前記吐出圧力測定部で測定される吸込側ガス圧力に基づいて前記吐出側放出弁を調整し放出量を制御する吐出側放出量制御部と、
    を備える、減圧装置。
  2. 前記吐出側放出量制御部は、前記圧縮機の停止時に、前記吸込側ガス圧力と前記吸込側ガス圧力とのうち、大きい圧力値の増加に対応し、前記吐出側放出弁を調整し放出量を増加するように制御する、請求項１に記載の減圧装置。
  3. 空気分離装置から提供される製品ガスを液化する液化システムにおいて使用される圧縮機の減圧方法であって、
    前記圧縮機の吸込側のガス圧力と、前記圧縮機の吐出側のガス圧力に基づいて、前記圧縮機の吐出側から放出する吐出側放出配管に設けられる吐出側放出弁を調整しガスの放出量を制御する吐出側放出量制御ステップと、を含む、減圧方法。
  4. 前記吐出側放出量制御ステップは、前記圧縮機の停止時に、前記吸込側ガス圧力と前記吸込側ガス圧力とのうち、大きい圧力値の増加に対応し、前記吐出側放出弁を調整し放出量を増加するように制御する、請求項２に記載の減圧方法。
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