JP3451453B2 - 空気液化分離装置及びその制御方法 - Google Patents

空気液化分離装置及びその制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気液化分離装置及び
その制御方法に関し、詳しくは、空気を原料として深冷
分離法により酸素，窒素，アルゴン等の製品を気体及び
／又は液体で生産する装置において、生産量の増減，運
転モードの変更等を効率よく短時間で行え、かつ、最適
な生産量を得ることのできる空気液化分離装置の制御方
法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、空気液化分離装置の各部の流
量，濃度等を製品の産出量に応じて所定の値に制御する
手段として、分散型制御装置（ＤＣＳ）が多く用いられ
ている。
【０００３】従来のＤＣＳを用いた制御においては、需
要変動に伴い製品産出目標量が増減した場合、例えば、
酸素ガスの採取量を増減する場合、変更後の酸素ガス採
取量をＤＣＳに入力すると、原料空気量，タービン流体
量，窒素採取量，その他の各部の流量が変更後の酸素量
に見合う所定の値に計算され、各部の制御ループが所定
の時間に従って計算されたセット値に到達するように制
御される。さらに、各部のガス濃度，製品の純度，熱バ
ランス等はセット値とのズレがある場合、フィードバッ
ク制御方式で修正される。即ちセットポイントコントロ
ールシステムによる制御が行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如く製品採取量に基づき単なるセット値のみを変更する
制御方法では、運転条件の変更を自動的に行うことはで
きるが、運転モードが極めて限定されたものとなり、ま
た修正後に生じる製品純度や熱バランスのズレについて
製品採取量に基づく各部の制御ループのセット値の自動
的修正を行うことはできず、変更後偽操作により該セッ
ト値を何回も修正を繰返さなければならなくなるおそれ
があり、最適な運転状態を得るために長時間を要した
り、制定の過程では収率を犠牲にした運転を行わなけれ
ばならないことがあった。従って、運転モードの変更に
あたっては、現状の運転状態を把握し、装置の減量限
界，液生産の要否等の条件を考慮し、変更目標を満足し
つつ、かつ、変更後の運転が最適になるように運転条件
を設定し、しかも、最短の時間で運転を移行するといっ
たきめ細かな判断及びこれに基づく操作を行うことが望
ましい。しかしながら、現状ではこれらの判断や操作
は、熟練した操作員の手腕に頼るところが大きく、人手
不足とともに対策が必要となってきている。
【０００５】また、精留塔の運転における最も重要な指
標であるフィードアルゴンガス（アルゴン原料ガス）中
のアルゴン濃度の制御は、従来はＰＩＤ制御で行ってい
たが、精留塔の運転制御は制御変数が多数あり、ＰＩＤ
制御における１入力１出力かつリニアな制御方法では操
業変更に伴う精留塔の乱れを制御するに際し、変更時間
の短縮等多くの困難を克服する必要があった。多変数入
出力制御を行う場合でも、需要変動の激しい鉄鋼業向け
等の装置では、ロスを発生せずに対応し得る十分な制御
方法は少ない。
【０００６】本発明は、上記に鑑みて成されたもので、
従来操作員の経験による判断を要する部分を制御規則に
して制御システムに予め記憶させておき、これを用いて
計算を行うことを自動化して多変数入出力を行って運転
精度の向上を図り、運転モードの変更を効率よく行うこ
とのできる空気液化分離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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の空気液化分離装置は，圧縮，精製，冷
却した原料空気を液化精留分離して酸素，窒素，アルゴ
ン等の製品ガス，製品液化ガス及び排ガスを導出する空
気液化分離装置において、（ａ）装置のリアルタイムの
運転状態を検知するための空気，製品，フィードアルゴ
ンガス，タービン流体，還流液等の各部の流量及び／又
はそれらの濃度（純度），液面を計測する計測手段と、
（ｂ）上記計測手段からの情報により装置の運転状態を
認識する認識手段、運転指令及び／又は外乱に応じて最
適運転条件及び短時間での運転移行操作の運転条件の設
定を行う複数の制御規則とその記憶・選択手段、計算手
段よりなるファジィ制御システムを備えた制御用電子計
算機で構成され、計算結果により上記各部の制御を指令
する制御手段と、（ｃ）該制御手段からの信号により上
記装置各部の流量等の運転諸元を制御する制御器とを備
えたことを特徴としている。
【０００８】また、本発明の空気液化分離装置は、前記
計測手段が、原料空気流量の計測制御器，製品酸素ガス
流量の計測制御器，製品窒素ガス流量の計測制御器，液
化酸素流量の計測制御器，液化窒素流量の計測制御器，
フィードアルゴンガス中のアルゴン濃度（純度）の計測
制御器，膨張タービン流体流量の計測制御器，上部塔還
流液用液化窒素量の計測制御器，上部塔導入液化空気流
量の計測制御器，下部塔底部の液面の計測制御器，排ガ
ス中の酸素濃度の分析計及び製品ガス純度分析計である
ことを特徴としている。
【０００９】また、本発明の空気液化分離装置は、前記
装置の運転状態の認識手段，記憶・選択手段，計算手段
が、セットポイントコントロールシステム及びファジィ
制御システムであることを特徴としている。
【００１０】また、本発明の空気液化分離装置は、前記
フィードアルゴンガス中のアルゴン濃度の制御用認識手
段，記憶・選択手段，計算手段が、ファジィ制御システ
ムであることを特徴としている。
【００１１】また、本発明の空気液化分離装置の制御方
法は，原料空気を圧縮，精製，冷却して精留塔に導入
し、液化精留分離により酸素，窒素，アルゴン等の製品
ガス，製品液化ガス及び排ガスを導出する空気液化分離
装置の制御方法において、前記原料空気，製品ガス，製
品液化ガス，フィードアルゴンガス，排ガス，液体空気
等の各部の流量，濃度，液面等の運転諸元に基づいて現
状の運転状態を認識するとともに，前回の運転指令と最
新の運転指令及び／又は外乱，更に装置を構成する機器
の運転能力等から，最適な運転条件を予め入力してある
複数個の制御規則から選択し、該選択に基づく最適な製
品採取量，フィードアルゴンガス中のアルゴン濃度，還
流液量，膨張タービン流量等の各部の運転諸元を計算
し、制御することをファジィ制御により行うことを特徴
としている。
【００１２】また、本発明の空気液化分離装置の制御方
法における前記最適な運転状態の認識及び選択，計算
は、セットポイントコントロールシステム及びファジィ
制御システムにより行うことを特徴としている。
【００１３】また、本発明の空気液化分離装置の上記制
御方法は、フィードアルゴンガス中のアルゴン濃度を目
標値としてファジィ制御システムにより制御することを
特徴としている。
【００１４】また、本発明の空気液化分離装置の上記制
御方法は、前記製品酸素ガス流量及び／又は製品窒素ガ
ス流量を操作量とし、この他の装置各部のガス流量，ガ
ス濃度，液面及び圧力等を検出し、これらを制御量とし
て予め入力記憶させておいた複数種の制御規則に基づき
ファジィ制御を行うことを特徴としている。
【００１５】また、本発明の空気液化分離装置の制御方
法は、前記複数種の制御規則の中に予め入力記憶させて
おく制御量としての装置各部のガス流量，ガス濃度がフ
ィードアルゴンガス中のアルゴン濃度及び排ガス中の酸
素濃度を含む各種制御量によりファジィ制御を行うこと
を特徴とする。
【００１６】また、本発明の空気液化分離装置の制御方
法は、前記製品酸素ガス流量及び／又は製品窒素ガス流
量を操作量にして、前記フィードアルゴンガス中のアル
ゴン濃度及び原料空気流量を含む各種制御量によりファ
ジィ制御を行うことを特徴としている。
【００１７】また、本発明の空気液化分離装置の上記制
御方法は、前記複数種の制御規則の中に予め入力記憶さ
せておく制御量は、原料空気流量及び前回との差分，液
空液面調節弁開度及び前回との差分，製品酸素ガス流量
及び前回との差分，製品酸素ガス収率及び前回との差
分，フィードアルゴンガス中のアルゴン濃度（純度）と
設定値及びそれとの偏差並びに前回との差分，排ガス中
の酸素濃度及び前回との差分等である各種制御量により
ファジィ制御を行うことを特徴としている。
【００１８】
【作 用】空気液化分離プロセスの制御性能が向上し、
操業変更に要する時間を短縮することができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を図に示す一実施例に基づい
て、さらに詳細に説明する。この空気液化分離装置１
は、圧縮機２，精製設備３，主熱交換器４を経て液化点
付近まで冷却された原料空気Ａを精留する複精留塔５
と、該複精留塔５の上部塔５ａに接続されたアルゴン塔
６と、上部塔５ａの底部に配置された主凝縮蒸発器７
と、下部塔５ｂの上部に分離する窒素ガスを作動流体と
する膨張タービン８とを備えている。
【００２０】上記空気液化分離装置１は、周知の如く空
気を原料として液化精留分離を行い、製品として上部塔
下部の酸素ガスＧＯ，上部塔頂部の窒素ガスＧＮ，上部
塔底部の液化酸素ＬＯ，主凝縮蒸発器７で液化した液化
窒素ＬＮ，アルゴン塔上部の粗アルゴンＡＲをそれぞれ
産出しており、また、上部塔中部からは、アルゴン塔底
部へフィードアルゴンガス（アルゴン原料ガス）ＦＡを
導出しており、上部塔上部からは排ガスＷが、下部塔上
部からは、膨張タービン８を経て窒素ガスＮが導出され
ている。
【００２１】本発明では、このように構成した空気液化
分離装置１を製品需要に応じた最適な運転状態に保持す
るために、各部に各種の制御器，計測器，分析計等を配
置するとともに、これらの各機器から得られる情報及び
予め定められた各設定値に基いて前記各計測制御器を作
動させて各部の流量を制御する制御手段９を備えてい
る。この制御手段９には、セットポイントコントロール
システム９ｂ及びファジィ制御システム９ｃを備えた制
御装置（制御用電子計算機）９ａが用いられる。尚、図
中ｄはデータ（情報）入出力を示す。
【００２２】本実施例では、上記フィードアルゴンガス
ＦＡ中のアルゴン濃度を制御目標値としての制御のみを
ファジィ制御で行うようにファジィ制御システム９ｃを
構成し、他の上記運転諸元については認識計算手段を備
えた通常のＰＩＤ制御によるセットポイントコントロー
ルによる場合について説明する。即ち、製品酸素量及び
製品窒素量等を大幅に変更する操業変更はセットポイン
トコントロールシステム９ｂにより行い、一方、それに
伴う精留塔内の状態の乱れが生じないよう運転条件の微
調整を別途ファジィ制御システム９ｃにより行う場合の
例について説明する。
【００２３】原料空気Ａを供給する管路１０には、原料
空気Ａの流量を計測する流量計３０ａとガイドベーン３
０ｂとからなる計測制御器３０が設けられている。この
計測制御器３０は、原料空気Ａの流量と共にガイドベー
ン３０ｂの開度を制御手段９に出力し、該制御手段９か
らの指示によりガイドベーン３０ｂを開閉して原料空気
Ａの供給量を制御するもので、製品酸素ガスＧＯの生産
量に応じて算定される値が設定値となる。尚、流量の制
御手段としては、上記ガイドベーン３０ｂに代えて管路
に自動弁を設けることによっても同様に行うことができ
る。
【００２４】製品酸素ガスＧＯを導出する管路１１に
は、製品酸素ガスＧＯの流量を計測する流量計３１ａと
自動弁３１ｂとからなる計測制御器３１が設けられてい
る。この計測制御器３１は、製品酸素ガスＧＯの流量と
共に自動弁３１ｂの開度を制御手段９に出力し、該制御
手段９からの指示により自動弁３１ｂを開閉して製品酸
素ガスＧＯの産出量を制御するもので、製品酸素ガスＧ
Ｏの需要量に応じてセットポイントコントロールシステ
ム９ｂにより算定される値が設定値となる。
【００２５】この酸素流量は、設定値を維持し、かつ、
フィードアルゴンガスＦＡ中のアルゴン濃度を目標値に
維持するように、後記するファジィ制御システム９ｃに
より微調整される。
【００２６】この製品酸素ガス用計測制御器３１に関連
して上部塔５ａの製品酸素ガス導出部近傍には、製品酸
素ガスＧＯの純度を計測する分析計３１ｃが設けられて
おり、該純度を制御手段９に出力している。
【００２７】また，これらの計測制御器３１，流量計３
１ａ，自動弁３１ｂ，分析計３１ｃからの信号を前記制
御手段９、即ち制御装置９ａのセットポイントコントロ
ールシステム９ｂ及びファジィ制御システム９ｃに送っ
て酸素ガス収率等が計算される。
【００２８】製品窒素ガスＧＮを導出する管路１２に
は、製品窒素ガスＧＮの流量を計測する流量計３２ａと
自動弁３２ｂとからなる計測制御器３２が設けられてい
る。この計測制御器３２は、製品窒素ガスＧＮの流量と
共に自動弁３２ｂの開度を制御手段９に出力し、該制御
手段９からの指示により自動弁３２ｂを開閉して製品窒
素ガスＧＮの産出量を制御するもので、原料空気Ａの供
給量に応じて算定される値が設定値となる。この制御は
前記セットポイントコントロールシステム９ｂにより行
われる。
【００２９】この製品窒素ガスＧＮ流量も、上記酸素ガ
スの場合と同様の微調整が後記するファジィ制御システ
ム９ｃにより行われる。
【００３０】フィードアルゴンガスＦＡを導出する導管
１３には、該フィードアルゴンガスＦＡ中のアルゴン濃
度を測定する分析計３３ａが設けられている。この計測
制御器３３は、フィードアルゴンガスＦＡ中のアルゴン
濃度を制御手段９に出し、該制御手段９からの指示によ
り後記するプロセスライン各所の流量，液面を各所の自
動弁を開閉して制御するもので、例えば製品酸素流量及
び／又は製品窒素流量を設定値とすると、原料空気Ａの
供給量がそれに応じて算定されるが、このときフィード
アルゴンガスＦＡ中のアルゴン濃度を分析計３３ｃで監
視し，粗アルゴンＡＲの生産量が最大になるという条件
を満たしつつ、得られるフィードアルゴンガスＦＡ中の
アルゴン濃度が目標値の範囲内に維持されるように後記
する排ガスＷ中の酸素濃度，製品酸素収率等の運転条件
を検出しつつ、これらに基づいて前記酸素ガス流量，窒
素ガス流量を微調整する。この微調整は、予め設定し記
憶させておいた複数個の制御規則に基づいてファジィ制
御システム９ｃにより行われる。
【００３１】粗アルゴンＡＲを導出する管路１４には、
粗アルゴンＡＲの流量を計測する流量計３４ａと自動弁
３４ｂとからなる計測制御器３４及び粗アルゴンＡＲ中
の酸素濃度を測定する分析器３４ｃが設けられている。
この計測制御器３４は、粗アルゴンＡＲの流量と共に自
動弁３４ｂの開度を制御手段９に出力し、該制御手段９
からの指示により自動弁３４ｂを開閉して粗アルゴンＡ
Ｒの産出量を制御するもので、原料空気Ａの供給量に応
じて算定される値が設定値となり、かつ、分析計３４ｃ
から得られる粗アルゴン中の酸素濃度が規定の値以下と
いう条件を満たしつつ、粗アルゴンＡＲの生産量が最大
になるように制御される。
【００３２】液化酸素ＬＯを導出する管路１５には、液
化酸素ＬＯの流量を計測する流量計３５ａと自動弁３５
ｂとからなる計測制御器３５が設けられている。この計
測制御器３５は、液化酸素ＬＯの流量と共に自動弁３５
ｂの開度を制御手段９に出力し、該制御手段９からの指
示により自動弁３５ｂを開閉して液化酸素ＬＯの産出量
を制御するもので、あらかじめ設定された値又は寒冷上
のバランスを維持するように制御される。
【００３３】また、液化窒素ＬＮを導出する管路１６に
は、液化窒素ＬＮの流量を計測する流量計３６ａと自動
弁３６ｂとからなる計測制御器３６が設けられている。
この計測制御器３６は、液化窒素ＬＮの流量と共に自動
弁３６ｂの開度を制御手段９に出力し、該制御手段９か
らの命令により自動弁３６ｂを開閉して液化窒素ＬＮの
産出量を制御するもので、予め設定された値又は寒冷上
のバランス及び純度を維持するように制御され、さら
に、下部塔５ｂの還流液化窒素の純度を維持できるよう
に、膨張タービン流体の流量との関連において制御され
る。
【００３４】膨張タービン８に窒素ガスＮを導入する管
路１７には、該窒素ガスＮの流量を計測する流量計３７
ａと自動弁３７ｂとからなる計測制御器３７が設けられ
ている。この計測制御器３７は、窒素ガスＮの流量と共
に自動弁３７ｂの開度を制御手段９に出力し、該制御手
段９からの指示により自動弁３７ｂを開閉して膨張ター
ビン導入流体量を制御するもので、原料空気量から算出
された値が設定値となり制御されるが、寒冷上のバラン
スや運転目的に応じた還流液化窒素流量との関連におい
て設定された値により調整される。
【００３５】上部塔５ａに還流液を導入する管路１８に
は、該管路１８内の液化窒素の流量を計測する流量計３
８ａと自動弁３８ｂとからなる計測制御器３８が設けら
れている。この計測制御器３８は、液化窒素の流量と共
に自動弁３８ｂの開度を制御手段９に出力し、該制御手
段９からの指示により自動弁３８ｂを開閉して還流液量
を制御するもので、原料空気量から算出された値が設定
値となり制御される。
【００３６】下部塔５ｂの底部の液化空気を上部塔５ａ
に導入する管路１９には、液化空気の流量を制御する自
動弁３９ｂが設けられるとともに、下部塔底部には、該
底部の液化空気の液面高さを計測する液面計３９ｃが設
けられている。この自動弁３９ｂと液面計３９ｃとから
なる計測制御器３９は、下部塔底部の液化空気の液面高
さに応じて自動弁３９ｂの開度を制御し、下部塔底部の
液面が一定になるように制御される。
【００３７】また、下部塔底部の液化空気を粗アルゴン
塔６の凝縮器６ａに導入する管路２０には、液化空気の
流量を計測する流量計４０ａと自動弁４０ｂとからなる
計測制御器４０が設けられている。この計測制御器４０
は、凝縮器６ａに導入する液化空気の流量と共に自動弁
４０ｂの開度を制御手段９に出力し、該制御手段９から
の指示により自動弁４０ｂを開閉して液化空気量を制御
するもので、原料空気量から算出された値が設定値とな
り制御される。
【００３８】上部塔上部から排ガスＷを排出する管路２
１には、排ガスＷの流量を制御する流量計４１ａと自動
弁４１ｂとからなる計測制御器４１が設けられている。
さらに、該管路２１には、排ガス中の酸素濃度を計測す
る分析計４１ｃが設けられており、該管路２１内の排ガ
ス中に含まれる酸素濃度を制御手段９に出力する。この
排ガス中に含まれる酸素濃度を示す信号は、ファジィ制
御システム９ｃに入り、後記するようにフィードアルゴ
ンガスＦＡ中のアルゴン濃度の制御の制御量となる。
【００３９】そして、前記制御手段９は、制御装置９ａ
と、従来と同様のＰＩＤ制御を行うセットポイントコン
トロールシステム９ｂと、認識手段，予め定めた多複数
個の制御規則及びその記憶・選択手段，計算手段を含む
ファジィ制御器からなるファジィ制御システム９ｃとに
より構成されている。制御装置９ａは、前述の各種機器
から得られる流量や濃度，圧力，液面，温度及び製品採
取目標値等の各種入力情報を、前記セットポイントコン
トロールシステム９ｂ及びファジィ制御システム９ｃに
供給するとともに、該セットポイントコントロールシス
テム９ｂ及びファジィ制御システム９ｃから出力される
各部の流量等の設定値に基づいて前記各制御器を作動さ
せる。セットポイントコントロールシステム９ｂ及びフ
ァジィ制御システム９ｃは、制御装置９ａから受け取る
各種情報を元にして現状の運転条件を認識するととも
に、前回の運転指令と最新の運転指令及び装置を構成す
る機器の運転能力や予め定め記憶させてある制御規則に
基づき最適な運転条件を選択計算し、該計算に基づいて
最適な製品採取量，還流液量，フィードアルゴンガス
量，膨張タービン流量等の各部の運転諸元を算出し制御
する。即ち、制御装置９ａは、セットポイントコントロ
ールシステム９ｂ及びファジィ制御システム９ｃの認
識，選択，計算に必要なデータをセットポイントコント
ロールシステム９ｂ及びファジィ制御システム９ｃにそ
れぞれ与え、セットポイントコントロールシステム９ｂ
及びファジィ制御システム９ｃから受け取るデータを元
にして各部の制御を行うように構成されている。
【００４０】ここで、フィードアルゴンガスＦＡ中のア
ルゴン濃度を制御目標値として設定した場合のファジィ
制御システム９ｃの作動内容を更に詳細に説明する。即
ち、運転モード変更時又は精留塔に何らかの外乱があっ
た場合の上記ファジィ制御システム９ｃの動作を説明す
る。
【００４１】まず、このフィードアルゴンガスＦＡ中の
アルゴン濃度の制御のために必要な制御量（前記各計測
手段による計測値）として下記の８個の入力を定める。
また、操作量として下記の２個の出力（設定値）を定め
る。このフィードアルゴンガスＦＡ中のアルゴン濃度の
制御のために必要な熟練運転員の経験を基にして予め定
め記憶させてある制御規則は約３０個である。これらを
表１及び表２に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】即ち、フィードアルゴンガスＦＡ中のアル
ゴン濃度の制御のために必要な制御量は、フィードアル
ゴンガス中のアルゴン濃度（純度）の目標値との偏差，
フィードアルゴンガス中のアルゴン濃度（純度）差分，
排ガス中の酸素濃度（純度）差分，製品酸素ガス流量の
前回測定値との差分，原料空気流量の前回測定値と差
分，液空液面調節弁開度の前回測定値との差分，製品酸
素ガス収率及び製品酸素ガス収率の前回測定値との差分
である。
【００４４】また、操作量は、製品酸素ガス流量設定値
の補正及び製品窒素ガス流量設定値の補正である。これ
らの制御量の検出を行い操作量を操作する推論周期は５
〜１０分である。
【００４５】
【表２】
【００４６】セットポイントコントロールシステム９ｂ
は、前記制御装置９ａから受け取る各部の流量等の運転
諸元と、予め設定されている各運転条件における最適流
量とを上記制御規則に基づき比較して現在の運転状態を
認識し、新しい指令による運転に移行後、前回の指令に
よる運転を続行できるか否か、又は変更すべきか否かを
計算する。
【００４７】フィードアルゴンガス中のアルゴン濃度を
任意の目標値にするための制御規則によるファジィ制御
は次のように行われる。
【００４８】前記上部塔においては、製品酸素流量を減
らすとフィードアルゴンガス中のアルゴン濃度が低くな
り、製品酸素流量を増やすとフィードアルゴンガス中の
アルゴン濃度が高くなるという関係がある。これを規則
として定めておき、その大小により、ファジィ制御シス
テム９ｃが製品酸素流量を操作してフィードアルゴンガ
ス中のアルゴン濃度を制御する。但し、フィードアルゴ
ンガス中のアルゴン濃度が高くても、現在急激に低下中
であれば、近い将来フィードアルゴンガス中のアルゴン
濃度が低くなることが予想されるので、製品酸素流量を
減らせという規則が働いて制御を行う。
【００４９】即ち、フィードアルゴンガス中のアルゴン
濃度の制御は現在値（設定値との偏差）と近い将来を予
想するための変化値（前回値との差分）の双方を見て操
作量（製品ガス）の制御（補正）を行う。
【００５０】また、操業変更中は、精留塔内の状態が大
きく変動する過渡状態にあるので、この間は他の操作を
しないようにするため、操業変更中であるかないかを、
原料空気量が変化しているかいないかで判断している。
即ち、原料空気量差分のない時のみ前記制御が成立する
ように規則を定めておき、これに従って制御が行われ
る。
【００５１】同様に、酸素ガス流量の大小によるフィー
ドバック制御の補償制御についての規則，排ガス中の酸
素濃度に関する補償制御についての規則，原料空気流量
変動についての規則，液空液面調節弁開度による補償制
御についての規則，窒素流量の大小によるフィードバッ
ク制御の補償制御についての規則等を表２に示す如く予
め複数個定めて入力しておき、これに従って制御が行わ
れる。
【００５２】例えば、酸素ガスの減量が指令され、前回
の指令が液化窒素採取運転であった場合、原料空気量を
酸素ガス採取量に応じて減らしたときに確保すべき窒素
ガス量や空気圧縮機の減量限界等から採取する液化窒素
量及び還流液量，膨張タービン流量等、各部の流量を推
論する。この結果、各部の流量がそれぞれの推論周期で
セットされた値に到達するようにセットポイントコント
ロールシステム９ｂにより予め設定された変更速度で変
更が開始される。
【００５３】その際に、生ずる製品純度や熱バランスの
ズレをセットポイントコントロールシステム９ｂにより
変更している多数の変数の中の製品酸素製品窒素流量に
対して、これらの制御に伴って同時に前記のようにファ
ジィ制御で推論周期毎に補正をかけ、フィードアルゴン
ガス中のアルゴン濃度を制御して安定な状態に戻す。
【００５４】そして、上記フィードアルゴンガス中のア
ルゴン濃度の制御は、これらの制御に伴って同時に前記
のようなファジィ制御が行われ、各制御量，操作量の微
調整が行われる。この結果、精留塔内は、各モードの操
業条件において、最適で安定状態であるように精留状態
が維持される。
【００５５】上記説明は、前記複数種の制御規則の中に
予め入力記憶させておく制御量としての装置各部のガス
流量，ガス濃度が８種類の場合について説明を行った
が、制御量は、この８種に限られるものではなく、例え
ば、フィードアルゴンガス中のアルゴン濃度及び排ガス
中の酸素濃度であっても良い。また、フィードアルゴン
ガス中のアルゴン濃度及び原料空気流量を制御量として
もよく，これらの２種に任意の若干数の制御量を加えた
各種制御量によりファジィ制御を行ってもよい。
【００５６】このようにして各部の流量，濃度等の運転
諸元を制御することにより、各種製品を効率よく採取す
ることが可能となり、最適な運転状態への切り替えも短
時間で行うことが可能となる。操業変更速度は、定格製
品量を１００％とするとＰＩＤ制御の場合は１％／ｍｉ
ｎ、ファジィ制御の場合は３％／ｍｉｎである。従っ
て、操業変更に要する時間は、１００％運転から７５％
運転に変更する場合、ＰＩＤの場合は２５分、ファジィ
制御の場合８．３分である。また、装置運転時における
運転モードの変更だけでなく、装置起動時の各部の流量
等の諸元の制御も同様に行うことができ、起動時間の短
縮を図れ、空気液化分離装置の生産効率を大幅に向上さ
せることができる。
【００５７】尚、装置各部の気液の流れについては、一
般の空気液化分離装置と同様のため詳細な説明は省略す
る。また、空気液化分離装置の構成は、上記実施例に限
らず、従来から用いられている各種能力向上設備を備え
たものにも、本発明を適用することが可能であり、最近
採用されている充填塔式精留塔を用いた装置でもよい。
【００５８】特に、アルゴン塔は、段数を従来装置の段
数に限定されるものではなく、最近提案されている２０
０段程度の段数を有するものを含む。また、製品は、実
施例で挙げた製品を全て併産するものに限るものでもな
い。
【００５９】また、運転諸元も流量，濃度，液面のみな
らず、温度，圧力をも対象として制御することも可能で
あることは言う迄もない。
【００６０】さらに、本発明の制御方法は、上記のよう
にＰＩＤ制御によるセットポイントコントロールシステ
ムとファジィ制御システムとの併用の場合、ファジィ制
御のみの場合の双方を含むものであるが，さらにファジ
ィ制御システムとエキスパートシステムとの併用でもよ
い。空気液化分離装置の操業変更制御システムを含むプ
ロセス全体の制御をファジィ制御のみで行うことも本発
明の範囲内であり、この場合は、上記のような制御規則
をプロセス全体の運転諸元について作成しておく。制御
用電子計算機もＤＣＳに限るものではない。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ファジ
ィ制御システムを採用したことにより、装置各部の気液
の流量や濃度等を基にして現状の運転状態を認識し、こ
れに基づいて各部の最適運転諸元を予め入力しておいた
制御規則より選択し、計算して制御するから、各運転パ
ターンにおける最適な運転状態に短時間に移行して安定
して各製品を製出することができ、各製品の収率を向上
することができる。また、外乱に対応して精留塔内を最
適かつ安定状態に維持する。特に、製品需要の変動に伴
う操業変更，運転モードの移行を迅速に行え、従来操作
員の熟練度に頼っていた複雑な運転条件の設定を代行で
きる。制御性能が向上し、操業変更時間及び変更後の整
定時間が短縮できることにより、煩雑かつ大幅で急激な
操業変更を必要とする鉄鋼業向け装置等に採用して効果
があり、その際の生産ロスを低減することが実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す空気液化分離装置の
系統図である。
【符号の説明】
１…空気液化分離装置、２…圧縮機、３…精製設備、４
…主熱交換器、５…複精留塔、６…アルゴン塔、７…主
凝縮蒸発器、８…膨張タービン、９…制御手段、９ａ…
制御装置、９ｂ…セットポイントコントロールシステ
ム、９ｃ…ファジィ制御システム、３０，３１，３２，
３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９，４０，４
１…計測制御器、３１ｃ，３３ｃ，３４ｃ，４２ｃ…分
析計、Ａ…原料空気、ＡＲ…粗アルゴン、ＧＯ…酸素ガ
ス、ＧＮ…窒素ガス、ＬＯ…液化酸素、ＬＮ…液化窒
素、ＦＡ…フィードアルゴンガス、Ｗ…排ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−282182（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−282183（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25J 1/00 - 5/00

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮，精製，冷却した原料空気を液化精
    留分離して酸素，窒素，アルゴン等の製品ガス，製品液
    化ガス及び排ガスを導出する空気液化分離装置におい
    て、（ａ）装置のリアルタイムの運転状態を検知するた
    めの原料空気，液体空気，各製品ガス及び液，フィード
    アルゴンガス，タービン流体，還流液等の各部の流量及
    び／又はそれらの濃度，液面を計測する計測手段と、
    （ｂ）上記計測手段からの情報により装置の運転状態を
    認識する認識手段、運転指令及び／又は外乱に応じて最
    適運転条件及び短時間での運転移行操作の運転条件の設
    定を行う複数の制御規則とその記憶・選択手段、計算手
    段よりなるファジィ制御システムを備えた制御用電子計
    算機で構成され、計算結果に基づいて上記各部の制御を
    指令する制御手段と、（ｃ）該制御手段からの信号によ
    り上記装置各部の流量等の運転諸元を制御する制御器と
    を備えたことを特徴とする空気液化分離装置。
  2. 【請求項２】 前記計測手段が、原料空気流量の計測制
    御器，製品酸素ガス流量の計測制御器，製品窒素ガス流
    量の計測制御器，液化酸素流量の計測制御器，液化窒素
    流量の計測制御器，フィードアルゴンガス中のアルゴン
    濃度の計測制御器，膨張タービン流体流量の計測制御
    器，上部塔還流液用液化窒素量の計測制御器，上部塔導
    入液化空気流量の計測制御器，下部塔底部の液面の計測
    制御器，排ガス中の酸素濃度の分析計及び製品ガス純度
    分析計であることを特徴とする請求項１記載の空気液化
    分離装置。
  3. 【請求項３】 前記装置の運転状態の認識手段，記憶・
    選択手段，計算手段は、セットポイントコントロールシ
    ステム及びファジィ制御システムであることを特徴とす
    る請求項１又は２記載の空気液化分離装置。
  4. 【請求項４】 前記フィードアルゴンガス中のアルゴン
    濃度の制御用認識手段，記憶・選択手段，計算手段が、
    ファジィ制御システムであることを特徴とする請求項３
    記載の空気液化分離装置。
  5. 【請求項５】 原料空気を圧縮，精製，冷却して精留塔
    に導入し、液化精留分離により酸素，窒素，アルゴン等
    の製品ガス，製品液化ガス及び排ガスを導出する空気液
    化分離装置の制御方法において、前記原料空気，製品ガ
    ス，製品液化ガス，フィードアルゴンガス，排ガス，液
    体空気等の各部の流量，濃度，液面等の運転諸元に基づ
    いて現状の運転状態を認識するとともに、前回の運転指
    令と最新の運転指令及び／又は外乱等から、最適な運転
    条件を予め入力してある複数個の制御規則から選択し、
    該選択に基づく最適な製品採取量，フィードアルゴンガ
    ス中のアルゴン濃度，還流液量，膨張タービン流量等の
    各部の運転諸元を計算し、制御することをファジィ制御
    により行うことを特徴とする空気液化分離装置の制御方
    法。
  6. 【請求項６】 前記最適な運転状態の認識及び選択，計
    算は，セットポイントコントロールシステム及びファジ
    ィ制御システムにより行うことを特徴とする請求項５記
    載の空気液化分離装置の制御方法。
  7. 【請求項７】 前記フィードアルゴンガス中のアルゴン
    濃度をファジィ制御システムにより制御することを特徴
    とする請求項６記載の空気液化分離装置の制御方法。
  8. 【請求項８】 前記製品酸素ガス流量及び／又は製品窒
    素ガス流量を操作量とし，この他の装置各部のガス流
    量，ガス濃度，液面及び圧力等を検出し，これらを制御
    量として予め入力記憶させておいた複数種の制御規則に
    基づきファジィ制御を行うことを特徴とする請求項５乃
    至７のいずれかに記載の空気液化分離装置の制御方法。
  9. 【請求項９】 前記複数種の制御規則の中に予め入力記
    憶させておく制御量は、原料空気流量及び前回との差
    分，液空液面調節弁開度及び前回との差分，製品酸素ガ
    ス流量及び前回との差分，製品酸素ガス収率及び前回と
    の差分，フィードアルゴンガス中のアルゴン濃度と設定
    値及びそれとの偏差並びに前回との差分，排ガス中の酸
    素濃度及び前回との差分等である各種制御量によりファ
    ジィ制御を行うことことを特徴とする請求項５乃至８の
    いずれかに記載の空気液化分離装置の制御方法。
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