JP3213848B2 - 窒素製造装置及びその制御方法 - Google Patents
窒素製造装置及びその制御方法Info
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- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
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- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25J2280/02—Control in general, load changes, different modes ("runs"), measurements
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒素製造装置及びその
運転方法に関し、詳しくは製品窒素ガスの需要変動に効
率よく対応できる窒素製造装置及びその制御方法に関す
る。
運転方法に関し、詳しくは製品窒素ガスの需要変動に効
率よく対応できる窒素製造装置及びその制御方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図２は
従来の一般的な窒素製造装置を示すもので、原料空気Ａ
は、圧縮機１で圧縮され、吸着除去設備２で水分や二酸
化炭素等の不純物を除去されて精製された後に、熱交換
器３ａ，３ｂに導入されて冷却される。冷却された原料
空気Ａは、精留塔４の下部に導入されて精留塔４の内部
で精留分離され、精留塔４上部の窒素ガスと下部の酸素
に富んだ液化空気とに分離する。
従来の一般的な窒素製造装置を示すもので、原料空気Ａ
は、圧縮機１で圧縮され、吸着除去設備２で水分や二酸
化炭素等の不純物を除去されて精製された後に、熱交換
器３ａ，３ｂに導入されて冷却される。冷却された原料
空気Ａは、精留塔４の下部に導入されて精留塔４の内部
で精留分離され、精留塔４上部の窒素ガスと下部の酸素
に富んだ液化空気とに分離する。
【０００３】窒素ガスＧＮは、精留塔４の頂部から導出
されて分岐し、一方の分岐流が熱交換器３ａで原料空気
Ａと熱交換して温度回復後に製品窒素ガスＰＮとして採
取され、他方の分岐流が、凝縮器５に導入されて液化
し、液化窒素ＬＮとなってさらに分岐し、一方が液化窒
素弁６を通して導出され、他方の液化窒素ＬＮが精留塔
４の上部に導入されて還流液となる。
されて分岐し、一方の分岐流が熱交換器３ａで原料空気
Ａと熱交換して温度回復後に製品窒素ガスＰＮとして採
取され、他方の分岐流が、凝縮器５に導入されて液化
し、液化窒素ＬＮとなってさらに分岐し、一方が液化窒
素弁６を通して導出され、他方の液化窒素ＬＮが精留塔
４の上部に導入されて還流液となる。
【０００４】一方精留塔４の下部から導出された液化空
気ＬＡは、導管７、液化空気弁８を経て凝縮器５に導入
され、前記窒素ガスＧＮと熱交換を行ない窒素ガスＧＮ
を液化させて自身は気化し、排ガスＷとなって熱交換器
３ｂに導入される。熱交換器３ｂで原料空気Ａと熱交換
を行なって適当温度まで昇温した排ガスＷは、一部が膨
張タ―ビン９に導入されて膨張し、寒冷を発生して再び
熱交換器３ｂ，３ａに導入され、原料空気Ａの冷却を行
なう。
気ＬＡは、導管７、液化空気弁８を経て凝縮器５に導入
され、前記窒素ガスＧＮと熱交換を行ない窒素ガスＧＮ
を液化させて自身は気化し、排ガスＷとなって熱交換器
３ｂに導入される。熱交換器３ｂで原料空気Ａと熱交換
を行なって適当温度まで昇温した排ガスＷは、一部が膨
張タ―ビン９に導入されて膨張し、寒冷を発生して再び
熱交換器３ｂ，３ａに導入され、原料空気Ａの冷却を行
なう。
【０００５】そして前記製品窒素ガスＰＮの導管１０に
は、圧力指示調節計（ＰＩＣ）１１が設けられ、該圧力
指示調節計１１の検出値により製品供給弁１２の開度が
制御され、系内を所定の圧力に保つようにしている。
は、圧力指示調節計（ＰＩＣ）１１が設けられ、該圧力
指示調節計１１の検出値により製品供給弁１２の開度が
制御され、系内を所定の圧力に保つようにしている。
【０００６】また精留塔４の底部から凝縮器５に向かう
前記導管７には、流量指示調節計（ＦＩＣ）１３が設け
られ、該流量指示調節計１３により液化空気弁８の開閉
が制御され、精留塔４から凝縮器５に導入される液化空
気ＬＡが所定の量に保たれている。
前記導管７には、流量指示調節計（ＦＩＣ）１３が設け
られ、該流量指示調節計１３により液化空気弁８の開閉
が制御され、精留塔４から凝縮器５に導入される液化空
気ＬＡが所定の量に保たれている。
【０００７】さらに精留塔４の底部には、該底部に溜る
液化空気ＬＡの液面を計測する液面指示調節計（ＬＩ
Ｃ）１４が設けられ、該液面指示調節計１４の検出値に
より、前記液化窒素弁６を制御して液化窒素ＬＮの導出
量を調節し、同時に／又は該検出値により、排ガスＷの
膨張タ―ビン９への導入量を調整するバイパス弁１５を
制御して排ガスＷによる寒冷発生量を調節し、精留塔４
の底部に溜る液化空気ＬＡを所定の量に保っている。
液化空気ＬＡの液面を計測する液面指示調節計（ＬＩ
Ｃ）１４が設けられ、該液面指示調節計１４の検出値に
より、前記液化窒素弁６を制御して液化窒素ＬＮの導出
量を調節し、同時に／又は該検出値により、排ガスＷの
膨張タ―ビン９への導入量を調整するバイパス弁１５を
制御して排ガスＷによる寒冷発生量を調節し、精留塔４
の底部に溜る液化空気ＬＡを所定の量に保っている。
【０００８】このような窒素製造装置においては、製品
窒素ガスＰＮの需要変動に対応するために、圧縮機１か
ら精留塔４に供給する原料空気量を調節することが行わ
れている。即ち、圧縮機１には、原料空気吐出管１ａ内
の圧力を検出してガイドベーン１６を制御する圧力指示
調節計１７と、原料空気吐出管１ａ内の流量を検出して
放出弁１８を制御する流量指示調節計１９とが設けられ
おり、製品窒素ガスＰＮの需要変動により生じる原料空
気吐出管１ａ内の圧力及び流量変化に応じて原料空気供
給量を調節している。
窒素ガスＰＮの需要変動に対応するために、圧縮機１か
ら精留塔４に供給する原料空気量を調節することが行わ
れている。即ち、圧縮機１には、原料空気吐出管１ａ内
の圧力を検出してガイドベーン１６を制御する圧力指示
調節計１７と、原料空気吐出管１ａ内の流量を検出して
放出弁１８を制御する流量指示調節計１９とが設けられ
おり、製品窒素ガスＰＮの需要変動により生じる原料空
気吐出管１ａ内の圧力及び流量変化に応じて原料空気供
給量を調節している。
【０００９】例えば、製品窒素ガスＰＮの需要が減少す
ると、これに伴い原料空気吐出管１ａ内の圧力が上昇す
るので、圧力指示調節計１７が作動してガイドベーン１
６を絞り、圧縮機１の吐出量を減少させる。さらに需要
が減少して原料空気吐出管１ａ内の流量が減少し、圧縮
機１のサージラインに近付くと、流量指示調節計１９
が、これを検出して放出弁１８を開いて圧縮空気の一部
を放出し、圧縮機１における流量をサージライン以上に
保ちながら、精留塔４に供給する原料空気量を、製品需
要に見合うように減少させる。
ると、これに伴い原料空気吐出管１ａ内の圧力が上昇す
るので、圧力指示調節計１７が作動してガイドベーン１
６を絞り、圧縮機１の吐出量を減少させる。さらに需要
が減少して原料空気吐出管１ａ内の流量が減少し、圧縮
機１のサージラインに近付くと、流量指示調節計１９
が、これを検出して放出弁１８を開いて圧縮空気の一部
を放出し、圧縮機１における流量をサージライン以上に
保ちながら、精留塔４に供給する原料空気量を、製品需
要に見合うように減少させる。
【００１０】従って、装置の減量幅が大きい場合には、
放出弁１８から放出される圧縮空気量が多くなり、圧縮
機１の動力費が無駄に消費されることとなる。
放出弁１８から放出される圧縮空気量が多くなり、圧縮
機１の動力費が無駄に消費されることとなる。
【００１１】一方、図３に示す窒素製造装置は、製品窒
素ガスの需要が減少したときに、その減少分を液化して
液化窒素として得るようにしたものである。尚、上記装
置と同一要素のものには同一符号を付して、その詳細な
説明は省略する。
素ガスの需要が減少したときに、その減少分を液化して
液化窒素として得るようにしたものである。尚、上記装
置と同一要素のものには同一符号を付して、その詳細な
説明は省略する。
【００１２】この窒素製造装置は、製品窒素ガスＰＮの
導管１０内の圧力を検出する圧力指示調節計１１の出力
を、精留塔４の底部から液化空気を導出する導管７に設
けた流量指示調節計１３に入力して液化空気導出量を調
節し、さらに、該精留塔４底部の液化空気量を、液面指
示調節計１４で検出して前記液化窒素弁６を制御し、液
化窒素ＬＮの導出量を調節するとともに、該検出値によ
り、前記膨張タ―ビン９のバイパス弁１５を制御して寒
冷発生量を調節し、精留塔４の底部に溜る液化空気ＬＡ
を所定の量に保つようにしている。
導管１０内の圧力を検出する圧力指示調節計１１の出力
を、精留塔４の底部から液化空気を導出する導管７に設
けた流量指示調節計１３に入力して液化空気導出量を調
節し、さらに、該精留塔４底部の液化空気量を、液面指
示調節計１４で検出して前記液化窒素弁６を制御し、液
化窒素ＬＮの導出量を調節するとともに、該検出値によ
り、前記膨張タ―ビン９のバイパス弁１５を制御して寒
冷発生量を調節し、精留塔４の底部に溜る液化空気ＬＡ
を所定の量に保つようにしている。
【００１３】即ち、この窒素製造装置は、製品窒素ガス
ＰＮの需要が少なくなり、導管１０内の圧力が高くなる
と、窒素ガス採取弁１２が絞られ、それに応じて流量指
示調節計１３が作動して液化空気弁８を開き、凝縮器５
に導入する液化空気ＬＡの量を多くして余剰分の窒素ガ
スＧＮを液化するようにしたもので、凝縮器５で液化し
た液化窒素ＬＮを液化窒素貯槽２０に貯留するようにし
たものである。
ＰＮの需要が少なくなり、導管１０内の圧力が高くなる
と、窒素ガス採取弁１２が絞られ、それに応じて流量指
示調節計１３が作動して液化空気弁８を開き、凝縮器５
に導入する液化空気ＬＡの量を多くして余剰分の窒素ガ
スＧＮを液化するようにしたもので、凝縮器５で液化し
た液化窒素ＬＮを液化窒素貯槽２０に貯留するようにし
たものである。
【００１４】しかしながら、上記装置では、装置の液化
ガス製造能力を超える液化ガス量は採取できず、さらに
製品窒素ガスの需要量が減少する場合は、空気圧縮機の
吐出量を制御し、あるいは大気放風を行う必要がある。
また、長期間にわたり、製品窒素ガスの需要量が減少す
る場合、液化窒素貯槽に採取した液化窒素が十分に溜ま
り、そのため、空気圧縮機の吐出量を制御し、あるいは
大気放風を行う必要がある。
ガス製造能力を超える液化ガス量は採取できず、さらに
製品窒素ガスの需要量が減少する場合は、空気圧縮機の
吐出量を制御し、あるいは大気放風を行う必要がある。
また、長期間にわたり、製品窒素ガスの需要量が減少す
る場合、液化窒素貯槽に採取した液化窒素が十分に溜ま
り、そのため、空気圧縮機の吐出量を制御し、あるいは
大気放風を行う必要がある。
【００１５】そして、このような窒素製造装置において
も、圧力指示調節計１１による流量指示調節計１３の制
御をさらに精度良く行うことが求めらている。また、膨
張タービン９の処理量も、より正確な制御が求められて
いる。
も、圧力指示調節計１１による流量指示調節計１３の制
御をさらに精度良く行うことが求めらている。また、膨
張タービン９の処理量も、より正確な制御が求められて
いる。
【００１６】そこで本発明は、製品窒素ガスの需要が減
少した場合の運転状態を、原料空気量を減量する減量運
転と、液化窒素を製造する振替え運転とに切換えて、動
力費の無駄や過剰な液化窒素の採取を無くすことができ
る窒素製造装置及びその制御方法を提供することを目的
としている。
少した場合の運転状態を、原料空気量を減量する減量運
転と、液化窒素を製造する振替え運転とに切換えて、動
力費の無駄や過剰な液化窒素の採取を無くすことができ
る窒素製造装置及びその制御方法を提供することを目的
としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、原料空気を圧縮，精製，冷却して精留塔に導入
し、液化精留分離を行い窒素ガス及び／又は液化窒素を
製造する本発明の窒素製造装置は、製品窒素ガスの需要
変動によって生じる原料空気吐出管内の圧力変化により
作動して圧縮機の吸入量を制御する吸入量制御手段と、
製品窒素ガスの圧力を検出して製品供給量を制御する手
段と、該製品窒素ガスの流量を測定する窒素流量検出器
と、該窒素流量検出器の測定値に応じて精留塔下部から
導出して凝縮器で窒素ガスと熱交換する液化空気の抜出
し量を制御する液化空気流量制御手段と、該液化空気流
量制御手段により制御された液化空気の流量に応じて膨
張タービンに導入するタービン流体量を制御するタービ
ンバイパス弁とを備え、前記原料空気吐出管内の流量が
あらかじめ設定された値となったときに、前記窒素流量
検出器からの信号が前記液化空気流量制御手段を作動さ
せるよう構成されていることを特徴とし、さらに、製品
窒素ガスの需要変動に対応するために液化窒素を製造す
るとき、製品液化窒素貯槽の液面を検出して前記タービ
ン流量制御手段に制御指示する液面指示調節計を備えた
ことを特徴としている。
ため、原料空気を圧縮，精製，冷却して精留塔に導入
し、液化精留分離を行い窒素ガス及び／又は液化窒素を
製造する本発明の窒素製造装置は、製品窒素ガスの需要
変動によって生じる原料空気吐出管内の圧力変化により
作動して圧縮機の吸入量を制御する吸入量制御手段と、
製品窒素ガスの圧力を検出して製品供給量を制御する手
段と、該製品窒素ガスの流量を測定する窒素流量検出器
と、該窒素流量検出器の測定値に応じて精留塔下部から
導出して凝縮器で窒素ガスと熱交換する液化空気の抜出
し量を制御する液化空気流量制御手段と、該液化空気流
量制御手段により制御された液化空気の流量に応じて膨
張タービンに導入するタービン流体量を制御するタービ
ンバイパス弁とを備え、前記原料空気吐出管内の流量が
あらかじめ設定された値となったときに、前記窒素流量
検出器からの信号が前記液化空気流量制御手段を作動さ
せるよう構成されていることを特徴とし、さらに、製品
窒素ガスの需要変動に対応するために液化窒素を製造す
るとき、製品液化窒素貯槽の液面を検出して前記タービ
ン流量制御手段に制御指示する液面指示調節計を備えた
ことを特徴としている。
【００１８】また、原料空気を圧縮，精製，冷却して精
留塔に導入し、液化精留分離を行い窒素ガス及び／又は
液化窒素を製造する本発明の窒素製造方法は、製品窒素
ガスの需要変動によって生じる原料空気吐出管内の圧力
変化により圧縮機の吸入量を制御するとともに製品窒素
ガスの圧力の変化を検出して製品供給量を制御し、か
つ、該製品窒素ガスの流量を検出して精留塔底部から凝
縮器へ導入する液化空気量及び膨張タービンに導入する
タービン流体量を制御することを特徴とし、さらに、製
品窒素ガスの需要変動に対応するために液化窒素を製造
するとき、製品液化窒素貯槽の液面を検出して膨張ター
ビンに導入するタービン流体量を制御することを特徴と
している。
留塔に導入し、液化精留分離を行い窒素ガス及び／又は
液化窒素を製造する本発明の窒素製造方法は、製品窒素
ガスの需要変動によって生じる原料空気吐出管内の圧力
変化により圧縮機の吸入量を制御するとともに製品窒素
ガスの圧力の変化を検出して製品供給量を制御し、か
つ、該製品窒素ガスの流量を検出して精留塔底部から凝
縮器へ導入する液化空気量及び膨張タービンに導入する
タービン流体量を制御することを特徴とし、さらに、製
品窒素ガスの需要変動に対応するために液化窒素を製造
するとき、製品液化窒素貯槽の液面を検出して膨張ター
ビンに導入するタービン流体量を制御することを特徴と
している。
【００１９】
【作 用】上記構成によれば、製品窒素ガスの需要減少
が、圧縮機の吸入量調節で賄える間は圧縮機の吸入空気
量を減少させる減量運転を行い、これよりも製品窒素ガ
スの需要が減少したときには、圧縮機の吸入空気量をそ
のままとし、かつ放出すること無く、原料空気余剰分を
液化窒素とする振替え運転を行えるので、圧縮空気の放
出や過剰な液化窒素の生産を行うこと無く、効率の良い
減量運転を行うことができる。また、製品窒素ガスの需
要変動に対応してプロセス系内の制御を正確に行うこと
ができる。
が、圧縮機の吸入量調節で賄える間は圧縮機の吸入空気
量を減少させる減量運転を行い、これよりも製品窒素ガ
スの需要が減少したときには、圧縮機の吸入空気量をそ
のままとし、かつ放出すること無く、原料空気余剰分を
液化窒素とする振替え運転を行えるので、圧縮空気の放
出や過剰な液化窒素の生産を行うこと無く、効率の良い
減量運転を行うことができる。また、製品窒素ガスの需
要変動に対応してプロセス系内の制御を正確に行うこと
ができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を、図１に示す一実施例に基づ
いて、さらに詳細に説明する。尚、前記従来例と同一要
素のものには同一符号を付して、その詳細な説明は省略
する。
いて、さらに詳細に説明する。尚、前記従来例と同一要
素のものには同一符号を付して、その詳細な説明は省略
する。
【００２１】この窒素製造装置は、前記図２に示した窒
素製造装置に、減量運転制御用として、製品窒素ガスＰ
Ｎの流量を測定する窒素流量検出器（流量演算器ＦＹ）
２１と、液化空気流量制御手段で、前記流量演算器２１
からの信号及び／又は後記する貯槽液面指示調節計から
の信号により作動する流量指示調節計１３と、該流量指
示調節計１３により制御された液化空気の流量を演算
し、該演算結果に基づいてタービンバイパス弁１５を制
御する流量演算器２２と、液化窒素貯槽２０内の液化窒
素量を検出する液面指示調節計２３を設け、これらと、
前述の圧縮機１における圧力指示調節計１７と流量指示
調節計１９、精留塔４底部の液化空気ＬＡの液面を計測
して液化窒素弁６を制御する液面指示調節計１４、前記
流量指示調節計１３、製品窒素ガスＰＮの導管１０の圧
力を検出して製品供給弁１２の開度を制御する圧力指示
調節計１１とにより、製品窒素ガスＰＮの需要変動に対
応した制御を行うようにしたものである。
素製造装置に、減量運転制御用として、製品窒素ガスＰ
Ｎの流量を測定する窒素流量検出器（流量演算器ＦＹ）
２１と、液化空気流量制御手段で、前記流量演算器２１
からの信号及び／又は後記する貯槽液面指示調節計から
の信号により作動する流量指示調節計１３と、該流量指
示調節計１３により制御された液化空気の流量を演算
し、該演算結果に基づいてタービンバイパス弁１５を制
御する流量演算器２２と、液化窒素貯槽２０内の液化窒
素量を検出する液面指示調節計２３を設け、これらと、
前述の圧縮機１における圧力指示調節計１７と流量指示
調節計１９、精留塔４底部の液化空気ＬＡの液面を計測
して液化窒素弁６を制御する液面指示調節計１４、前記
流量指示調節計１３、製品窒素ガスＰＮの導管１０の圧
力を検出して製品供給弁１２の開度を制御する圧力指示
調節計１１とにより、製品窒素ガスＰＮの需要変動に対
応した制御を行うようにしたものである。
【００２２】製品窒素ガスＰＮの需要量が減少して導管
１０内の圧力が高まると、圧力指示調節計１１が作動し
て製品供給弁１２を絞り、製品流量を少なくするととも
に系内の圧力を最適な状態に保持する。即ち、製品窒素
ガス系の圧力上昇に伴う原料空気供給系の圧力上昇を圧
力指示調節計１７が検出してガイドベーン１６を絞り、
原料空気供給量を製品需要に見合うように減らし、かつ
系内の運転圧力を保持するようにする。このとき、流量
演算器２１からの信号により流量指示調節計１３が作動
して液化空気流量制御手段である液化空気弁８及びター
ビン流量制御手段であるタービンバイパス弁１５を開閉
し、系内のバランスを制御する。
１０内の圧力が高まると、圧力指示調節計１１が作動し
て製品供給弁１２を絞り、製品流量を少なくするととも
に系内の圧力を最適な状態に保持する。即ち、製品窒素
ガス系の圧力上昇に伴う原料空気供給系の圧力上昇を圧
力指示調節計１７が検出してガイドベーン１６を絞り、
原料空気供給量を製品需要に見合うように減らし、かつ
系内の運転圧力を保持するようにする。このとき、流量
演算器２１からの信号により流量指示調節計１３が作動
して液化空気流量制御手段である液化空気弁８及びター
ビン流量制御手段であるタービンバイパス弁１５を開閉
し、系内のバランスを制御する。
【００２３】製品窒素ガスＰＮの需要量がさらに減少
し、導管１０内の流量が少なくなり、該流量に対応する
原料空気供給量が圧縮機１のサージラインに近付くと、
流量演算器２１がこれを検出して流量指示調節計１３に
信号を送り、液化空気弁８を開いて精留塔４からの液化
空気の導出量を多くするとともに、該信号に連動して流
量演算器２２がバイパス弁１５を絞って膨張タービン９
の処理量を増すようにする。即ち、凝縮器５に導入する
液化空気量を増大させて該凝縮器５で製品として余剰の
窒素ガスを液化するとともに、膨張タービン９の処理量
を増大させて窒素ガス液化量増大に見合う寒冷量を発生
させ、さらに精留塔底部の液化空気量に対応して液面指
示調節計１４が液化窒素弁６を開き、生成した液化窒素
を液化窒素貯槽等に取り出す。
し、導管１０内の流量が少なくなり、該流量に対応する
原料空気供給量が圧縮機１のサージラインに近付くと、
流量演算器２１がこれを検出して流量指示調節計１３に
信号を送り、液化空気弁８を開いて精留塔４からの液化
空気の導出量を多くするとともに、該信号に連動して流
量演算器２２がバイパス弁１５を絞って膨張タービン９
の処理量を増すようにする。即ち、凝縮器５に導入する
液化空気量を増大させて該凝縮器５で製品として余剰の
窒素ガスを液化するとともに、膨張タービン９の処理量
を増大させて窒素ガス液化量増大に見合う寒冷量を発生
させ、さらに精留塔底部の液化空気量に対応して液面指
示調節計１４が液化窒素弁６を開き、生成した液化窒素
を液化窒素貯槽等に取り出す。
【００２４】上記のように、圧縮機１の吸入量制御で減
量運転が賄える間は、圧縮機１の吐出量を制御して製品
減量に対応し、製品窒素ガスＰＮの需要減少量が圧縮機
１の吸入量制御で賄えなくなったときに、圧縮空気の放
出を行うことなく吐出量をその状態に保ちながら、余剰
窒素ガスを液化するようにして製品減量に対応するよう
にすることにより、圧縮空気放出による圧縮機１の無駄
な運転や、過剰の液化窒素製造という無駄を無くすこと
ができ、製品窒素ガスの動力原単位を低減することがで
きる。
量運転が賄える間は、圧縮機１の吐出量を制御して製品
減量に対応し、製品窒素ガスＰＮの需要減少量が圧縮機
１の吸入量制御で賄えなくなったときに、圧縮空気の放
出を行うことなく吐出量をその状態に保ちながら、余剰
窒素ガスを液化するようにして製品減量に対応するよう
にすることにより、圧縮空気放出による圧縮機１の無駄
な運転や、過剰の液化窒素製造という無駄を無くすこと
ができ、製品窒素ガスの動力原単位を低減することがで
きる。
【００２５】なお、上記液化窒素振替え運転中に、さら
に製品窒素ガスの需要が減少した場合には、従来と同様
に流量指示調節計１９が作動し、放出弁１８を開いて圧
縮空気の放出を開始するので、より広い変動幅に対応す
ることが可能である。
に製品窒素ガスの需要が減少した場合には、従来と同様
に流量指示調節計１９が作動し、放出弁１８を開いて圧
縮空気の放出を開始するので、より広い変動幅に対応す
ることが可能である。
【００２６】また、液化窒素貯槽２０の液化窒素量を液
面指示調節計２３で検出して、該液化窒素量が少ない場
合や、液化窒素の需要が見込まれる場合には、該液面指
示調節計２３の信号と、前記流量演算器２１による製品
窒素ガス量の減少信号とに基づいて流量指示調節計１３
が作動し、凝縮器５に導入する液化空気量を多くし、上
記圧縮機１による減量運転を行わずに、製品窒素ガスの
需要低下と同時に液化窒素振替え運転を開始することに
より、液化窒素の貯留を行うことができる。
面指示調節計２３で検出して、該液化窒素量が少ない場
合や、液化窒素の需要が見込まれる場合には、該液面指
示調節計２３の信号と、前記流量演算器２１による製品
窒素ガス量の減少信号とに基づいて流量指示調節計１３
が作動し、凝縮器５に導入する液化空気量を多くし、上
記圧縮機１による減量運転を行わずに、製品窒素ガスの
需要低下と同時に液化窒素振替え運転を開始することに
より、液化窒素の貯留を行うことができる。
【００２７】次に、具体的な数値を挙げて説明する。
【００２８】例えば、原料空気（Ａ）３０００Ｎｍ3 ／
ｈを、圧縮機１で８．５kg／cm2 Ｇまで昇圧し、吸着除
去設備２，熱交換器３ａ，３ｂを介して精製冷却した
後、精留塔４底部に導入する。この原料空気は、前述の
ように、精留されて精留塔４上部の窒素ガスＧＮと下部
の液化空気ＬＡとに分離する。
ｈを、圧縮機１で８．５kg／cm2 Ｇまで昇圧し、吸着除
去設備２，熱交換器３ａ，３ｂを介して精製冷却した
後、精留塔４底部に導入する。この原料空気は、前述の
ように、精留されて精留塔４上部の窒素ガスＧＮと下部
の液化空気ＬＡとに分離する。
【００２９】精留塔４上部の窒素ガスＧＮは、その一部
が凝縮器５で凝縮して精留塔４の還流液となり、残りの
窒素ガス１２００Ｎｍ3 ／ｈが、熱交換器３ａ，３ｂ，
導管１０，製品供給弁１２を経て製品窒素ガスＰＮとし
て採取される。このとき液化窒素ＬＮの採取量は零であ
り、製品窒素ガスＰＮは最大採取量となっている。
が凝縮器５で凝縮して精留塔４の還流液となり、残りの
窒素ガス１２００Ｎｍ3 ／ｈが、熱交換器３ａ，３ｂ，
導管１０，製品供給弁１２を経て製品窒素ガスＰＮとし
て採取される。このとき液化窒素ＬＮの採取量は零であ
り、製品窒素ガスＰＮは最大採取量となっている。
【００３０】一方、精留塔４下部の液化空気ＬＡは、液
化空気弁８で流量を調節されて導管７に導出され、凝縮
器５で前記窒素ガスと熱交換して気化し、排ガスＷとな
って熱交換器３ｂに導入され、一部が分岐して膨張タ―
ビン９を経て再び合流した後、熱交換器３ａを経て排出
される。
化空気弁８で流量を調節されて導管７に導出され、凝縮
器５で前記窒素ガスと熱交換して気化し、排ガスＷとな
って熱交換器３ｂに導入され、一部が分岐して膨張タ―
ビン９を経て再び合流した後、熱交換器３ａを経て排出
される。
【００３１】ここで製品窒素ガスの需要量が７５０Ｎｍ
3 ／ｈに減少（−４５０Ｎｍ3 ／ｈ）した場合、まず、
液化窒素が不要なときには、圧縮機１の原料空気吐出管
１ａ内の圧力上昇を圧力指示調節計１７が検出してガイ
ドベーン１６を閉じ、原料空気量を４５０Ｎｍ3 ／ｈ減
らして２５５０Ｎｍ3 ／ｈにする。一方、液化窒素を必
要とするときには、原料空気量を３０００Ｎｍ3 ／ｈと
したまま、凝縮器５に導入する液化空気量を多くして余
剰分の窒素ガスを液化するとともに、膨張タービン９の
処理流体量を増すことにより、液化した窒素ガスの一部
の１２０Ｎｍ3 ／ｈを液化窒素として取り出すことがで
きる。なお、前記図３に示した装置では、液化窒素が不
要の場合でも１２０Ｎｍ3 ／ｈの液化窒素が生成するた
め、これに対応する貯留設備などを設けておく必要があ
る。
3 ／ｈに減少（−４５０Ｎｍ3 ／ｈ）した場合、まず、
液化窒素が不要なときには、圧縮機１の原料空気吐出管
１ａ内の圧力上昇を圧力指示調節計１７が検出してガイ
ドベーン１６を閉じ、原料空気量を４５０Ｎｍ3 ／ｈ減
らして２５５０Ｎｍ3 ／ｈにする。一方、液化窒素を必
要とするときには、原料空気量を３０００Ｎｍ3 ／ｈと
したまま、凝縮器５に導入する液化空気量を多くして余
剰分の窒素ガスを液化するとともに、膨張タービン９の
処理流体量を増すことにより、液化した窒素ガスの一部
の１２０Ｎｍ3 ／ｈを液化窒素として取り出すことがで
きる。なお、前記図３に示した装置では、液化窒素が不
要の場合でも１２０Ｎｍ3 ／ｈの液化窒素が生成するた
め、これに対応する貯留設備などを設けておく必要があ
る。
【００３２】さらに製品窒素ガスの需要量が６００Ｎｍ
3 ／ｈに減少した場合、余剰となる窒素ガス１５０Ｎｍ
3 ／ｈ相当分を液化窒素として抜き出さないと、これに
相当する圧縮空気を放出しなければならないが、上記の
ように凝縮器導入液化空気量及び膨張タービン処理流体
量を増して４０Ｎｍ3 ／ｈの液化窒素を抜き出すことに
より、圧縮空気を放出することなく運転を行うことがで
きる。なお、圧縮機をこれ以上減量運転して吐出量を２
５５０Ｎｍ3 ／ｈ以下にすると、サージングが発生して
安定運転を行えなくなる。
3 ／ｈに減少した場合、余剰となる窒素ガス１５０Ｎｍ
3 ／ｈ相当分を液化窒素として抜き出さないと、これに
相当する圧縮空気を放出しなければならないが、上記の
ように凝縮器導入液化空気量及び膨張タービン処理流体
量を増して４０Ｎｍ3 ／ｈの液化窒素を抜き出すことに
より、圧縮空気を放出することなく運転を行うことがで
きる。なお、圧縮機をこれ以上減量運転して吐出量を２
５５０Ｎｍ3 ／ｈ以下にすると、サージングが発生して
安定運転を行えなくなる。
【００３３】例えば、製品窒素ガスの需要量が零になっ
た場合、図２に示した装置では、製品窒素ガスの放出を
行う必要が出てくるが、本実施例装置の場合は、２００
Ｎｍ3 ／ｈの液化窒素を抜き出すことにより、圧縮空気
を放出することなく安定運転を継続することができる。
また、図３の装置では、同様に約２００Ｎｍ3 ／ｈの液
化窒素を抜き出すことになるが、それ以上は放出しなけ
ればならない。
た場合、図２に示した装置では、製品窒素ガスの放出を
行う必要が出てくるが、本実施例装置の場合は、２００
Ｎｍ3 ／ｈの液化窒素を抜き出すことにより、圧縮空気
を放出することなく安定運転を継続することができる。
また、図３の装置では、同様に約２００Ｎｍ3 ／ｈの液
化窒素を抜き出すことになるが、それ以上は放出しなけ
ればならない。
【００３４】即ち、装置各部を略同じ条件で設計した場
合、図２に示す装置では、製品窒素ガスの需要量が７５
０Ｎｍ3 ／ｈ以下になると圧縮空気の放出による動力費
の無駄を生じ、図３に示す装置では、本実施例よりも減
量に対する対応可能の幅が狭い。
合、図２に示す装置では、製品窒素ガスの需要量が７５
０Ｎｍ3 ／ｈ以下になると圧縮空気の放出による動力費
の無駄を生じ、図３に示す装置では、本実施例よりも減
量に対する対応可能の幅が狭い。
【００３５】一方、本発明においては、製品窒素ガスの
需要量が１２００Ｎｍ３／ｈから零まで需要変動に対し
て幅広く対応でき、しかも減量運転の初期には液化窒素
採取の有無の選択も可能であり、様々な運転状況に対応
して幅広く安定運転を行うことが可能である。
需要量が１２００Ｎｍ３／ｈから零まで需要変動に対し
て幅広く対応でき、しかも減量運転の初期には液化窒素
採取の有無の選択も可能であり、様々な運転状況に対応
して幅広く安定運転を行うことが可能である。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
窒素製造装置における製品窒素ガスの幅広い需要変動に
無駄無く対応でき、運転コストの低減が図れる。
窒素製造装置における製品窒素ガスの幅広い需要変動に
無駄無く対応でき、運転コストの低減が図れる。
【００３７】また、製品窒素の流量を検出して各部を制
御するので、圧力制御のみの場合に比べて正確性に優
れ、安定運転を行うことができ、運転条件の変化の対応
に際して純度低下等のトラブル発生の心配がない。
御するので、圧力制御のみの場合に比べて正確性に優
れ、安定運転を行うことができ、運転条件の変化の対応
に際して純度低下等のトラブル発生の心配がない。
【図１】 本発明の一実施例を示す窒素製造装置の系統
図である。
図である。
【図２】 従来の窒素製造装置の一例を示す系統図であ
る。
る。
【図３】 従来の窒素製造装置の他の例を示す系統図で
ある。
ある。
１…圧縮機 ４…精留塔 ５…凝縮器 ６…液化
窒素弁 ８…液化空気弁 ９…膨張タービン １
１…圧力指示調節計 １２…製品供給弁１３…流量指
示調節計 １４…液面指示調節計 １５…バイパス
弁 １６…ガイドベーン １７…圧力指示調節計
１８…放出弁 １９…流量指示調節計２０…液化窒
素貯槽 ２１，２２…流量演算器 ２３…液面指示
調節計 ＬＡ…液化空気 ＰＮ…製品窒素ガス
窒素弁 ８…液化空気弁 ９…膨張タービン １
１…圧力指示調節計 １２…製品供給弁１３…流量指
示調節計 １４…液面指示調節計 １５…バイパス
弁 １６…ガイドベーン １７…圧力指示調節計
１８…放出弁 １９…流量指示調節計２０…液化窒
素貯槽 ２１，２２…流量演算器 ２３…液面指示
調節計 ＬＡ…液化空気 ＰＮ…製品窒素ガス
Claims (4)
- 【請求項１】 原料空気を圧縮，精製，冷却して精留塔
に導入し、液化精留分離を行い窒素ガス及び／又は液化
窒素を製造する窒素製造装置において、製品窒素ガスの
需要変動によって生じる原料空気吐出管内の圧力変化に
より作動して圧縮機の吸入量を制御する吸入量制御手段
と、製品窒素ガスの圧力を検出して製品供給量を制御す
る手段と、該製品窒素ガスの流量を測定する窒素流量検
出器と、該窒素流量検出器の測定値に応じて精留塔下部
から導出して凝縮器で窒素ガスと熱交換する液化空気の
抜出し量を制御する液化空気流量制御手段と、該液化空
気流量制御手段により制御された液化空気の流量に応じ
て膨張タービンに導入するタービン流体量を制御するタ
ービンバイパス弁とを備え、前記原料空気吐出管内の流
量があらかじめ設定された値となったときに、前記窒素
流量検出器からの信号が前記液化空気流量制御手段を作
動させるよう構成されていることを特徴とする窒素製造
装置。 - 【請求項２】 製品窒素ガスの需要変動に対応するため
に液化窒素を製造するとき、製品液化窒素貯槽の液面を
検出して前記タービン流量制御手段に制御指示する液面
指示調節計を備えたことを特徴とする請求項１記載の窒
素製造装置。 - 【請求項３】 原料空気を圧縮，精製，冷却して精留塔
に導入し、液化精留分離を行い窒素ガス及び／又は液化
窒素を製造する窒素製造方法において、製品窒素ガスの
需要変動によって生じる原料空気吐出管内の圧力変化に
より圧縮機の吸入量を制御するとともに製品窒素ガスの
圧力の変化を検出して製品供給量を制御し、かつ、該製
品窒素ガスの流量を検出して精留塔底部から凝縮器へ導
入する液化空気量及び膨張タービンに導入するタービン
流体量を制御することを特徴とする窒素製造装置の制御
方法。 - 【請求項４】 製品窒素ガスの需要変動に対応するため
に液化窒素を製造するとき、製品液化窒素貯槽の液面を
検出して膨張タービンに導入するタービン流体量を制御
することを特徴とする請求項３記載の窒素製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06747691A JP3213848B2 (ja) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | 窒素製造装置及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06747691A JP3213848B2 (ja) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | 窒素製造装置及びその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04302987A JPH04302987A (ja) | 1992-10-26 |
| JP3213848B2 true JP3213848B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=13346058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06747691A Expired - Fee Related JP3213848B2 (ja) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | 窒素製造装置及びその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3213848B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110015639B (zh) * | 2018-01-10 | 2022-05-13 | 欧姆龙健康医疗(中国)有限公司 | 制氧机 |
-
1991
- 1991-03-30 JP JP06747691A patent/JP3213848B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04302987A (ja) | 1992-10-26 |
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