JP5018264B2 - 窒素及び／又は酸素並びに圧縮空気の製造・供給方法 - Google Patents

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Description

本発明は、窒素及び／又は酸素並びに圧縮空気の製造・供給方法に関し、詳しくは、製鉄所などの製造産業において、窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気を安定かつ効率的に製造・供給するための方法に関する。
製鉄所などの製造産業においては、空気を原料として製造される窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気が原料やユーティリティとして使用されている。
その際、通常、圧縮空気は空気を圧縮機（一般空気圧縮機）で圧縮することによって製造され、窒素ガス及び酸素ガスは空気を圧縮機（原料空気圧縮機）で圧縮した後、空気液化分離器で液化分離することによって製造されている。
そして、これらのガスについては、需要先の使用量の変動に対応して、安定供給することが求められている。
そこで、従来、需要先の使用量の増加や設備故障による供給停止によって、圧縮空気の供給量が不足しそうになった場合に対処できるように、一般空気圧縮機の予備機を設置している。
また、特許文献１では、圧縮空気の需要量の増加や製造量の低減に応じて、原料空気圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を一般空気圧縮機で製造された圧縮空気に合流させて需要先に供給するようにしている。
特開平１１−２２１４２０号公報
しかし、上記のように、一般空気圧縮機の予備機を設置するのは、初期投資がかかるという問題や、需要量の増加等に対応して予備機を起動させても、最大出力に到達するにも１０分程度かかり、機動性に欠けるという問題がある。
また、特許文献１の技術も含めて上記の技術では、圧縮空気の製造量が不足する場合に対処しようとするものであり、圧縮空気の製造量が過剰になった場合の対応については考慮されていない。ちなみに、従来、圧縮空気が供給過剰な場合は、空気圧縮機の電力原単位の悪化や圧縮空気配管内の圧力上昇による配管損傷を回避するために、大気放散を余儀なくされている。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製鉄所などの製造産業において、使用する窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気を効率的に製造・供給することができる窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気の製造・供給方法を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
［１］ 空気を第１の圧縮機で圧縮することによって圧縮空気を製造して供給するとともに、空気を第２の圧縮機で圧縮した後、空気液化分離器で液化分離することによって窒素ガス及び／又は酸素ガスを製造して供給するに際して、窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気の需給量に応じて、第１の圧縮機で圧縮された圧縮空気と第２の圧縮機で圧縮された圧縮空気を融通することとし、第１の圧縮機の出側で分岐して第２の圧縮機の出側に合流する第１の分岐配管と、第２の圧縮機の出側で分岐して第１の圧縮機の出側に合流する第２の分岐配管を設置し、第１の分岐配管には流量調整減圧弁を設け、第２の分岐配管には流量調整弁と第３の圧縮機を設け、第１の圧縮機で圧縮される圧縮空気の量が不足気味の場合あるいは第２の圧縮機で圧縮される圧縮空気の量が余剰気味の場合は、前記流量調整弁を開放し、前記流量調整減圧弁を閉鎖して、第２の圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を第３の圧縮機に供給し、第３の空気圧縮機で昇圧した後、第１の圧縮機で圧縮された圧縮空気に合流させ、第２の圧縮機で圧縮された圧縮空気の量が不足気味の場合は、前記流量調整減圧弁を開放し、前記流量調整弁を閉鎖して、第１の圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を前記流量調整減圧弁で減圧した後、第２の圧縮機で圧縮された圧縮空気に合流させることを特徴とする窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気の製造・供給方法。
本発明においては、供給すべきガスの需給量（需給バランス）に応じて、第１の圧縮機で圧縮された圧縮空気と第２の圧縮機で圧縮された圧縮空気を融通するようにしているので、窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気を効率的に製造・供給することができる。
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における窒素ガス及び酸素ガス並びに圧縮空気の製造・供給フローを示す図である。
図１に示すように、この実施形態は、圧縮空気を製造して需要先に供給するための圧縮空気製造・供給系統Ａと、窒素ガス及び酸素ガスを製造して需要先に供給するための窒素ガス及び酸素ガス製造・供給系統Ｂからなっている。
そして、圧縮空気製造・供給系統Ａには、第１の圧縮機（一般空気圧縮機）１からなる圧縮空気製造設備が設けられており、窒素ガス及び酸素ガス製造・供給系統Ｂには、第２の圧縮機（原料空気圧縮機）１１と前処理器１２と空気液化分離器１３とからなる空気液化分離設備が設けられている。
これにより、空気を一般空気圧縮機１で圧縮することによって圧縮空気を製造して需要先に供給するとともに、空気（原料空気）を原料空気圧縮機１１で圧縮した後、前処理器１２で前処理し、空気液化分離器１３で液化分離することによって窒素ガス及び酸素ガスを製造して需要先に供給するようになっている。
そして、その上で、この実施形態においては、一般空気圧縮機１の出側で分岐して原料空気圧縮機１１の出側に合流する配管２１と、原料空気圧縮機１１の出側で分岐して一般空気圧縮機１の出側に合流する配管２２を備えている。なお、配管２１には、流量調整減圧弁２が設けられており、配管２２には、流量調整弁３と昇圧用空気圧縮機４が設けられている。
これにより、窒素ガス及び酸素ガス並びに圧縮空気の需給量（需給バランス）に応じて、一般空気圧縮機１で圧縮された圧縮空気（比較的高圧）と原料空気圧縮機１１で圧縮された圧縮空気（比較的低圧）を融通する（送受給する）ことができるようになっている。
すなわち、圧縮空気の需給が逼迫した際には、流量調整弁３を開放・調整（流量調整減圧弁２は閉鎖）して、原料空気圧縮機１１で圧縮された圧縮空気の一部を昇圧用空気圧縮機４に供給し、昇圧用空気圧縮機４で所定の圧力に昇圧した後、一般空気圧縮機１で圧縮された圧縮空気に合流させる。
また、酸素ガスあるいは窒素ガスの需要が低くて、原料空気圧縮機１１で圧縮された圧縮空気の量が余剰気味の場合は、流量調整弁３を開放・調整（流量調整減圧弁２は閉鎖）して、必要量の圧縮空気だけを前処理機１２へ供給し、残りの圧縮空気を昇圧用空気圧縮機４で所定の圧力に昇圧した後、一般空気圧縮機１で圧縮された圧縮空気に合流させる。
一方、酸素ガスあるいは窒素ガスの需要が高くて、原料空気圧縮機１１で圧縮される圧縮空気の量が不足気味の場合は、流量調整減圧弁２を開放・調整（流量調整弁３は閉鎖）して、一般空気圧縮機１で圧縮された圧縮空気の一部を流量調整減圧弁２で所定の圧力に減圧した後、原料空気圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に合流させる。
このようにして、この実施形態においては、供給すべきガスの需給量（需給バランス）に応じて、一般空気圧縮機１で圧縮された圧縮空気と原料空気圧縮機１１で圧縮された圧縮空気を遣り取りするようにしているので、折角製造した圧縮空気を無駄に大気放散させることが回避されて、窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気を効率的に製造・供給することができる。
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態における窒素ガス及び酸素ガス並びに圧縮空気の製造・供給フローを示す図である。
図２に示すように、この実施形態は、前述の第１の実施形態と同様に、圧縮空気を製造して需要先に供給するための圧縮空気製造・供給系統Ａと、窒素ガス及び酸素ガスを製造して需要先に供給するための窒素ガス及び酸素ガス製造・供給系統Ｂからなっている。
そして、この実施形態では、圧縮空気製造・供給系統Ａには、複数台（ここでは３台）の一般空気圧縮機１（１ａ、１ｂ、１ｃ）からなる圧縮空気製造設備が設けられており、窒素ガス及び酸素ガス製造・供給系統Ｂには、複数台（ここでは各３台）の原料空気圧縮機１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）と前処理器１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）と空気液化分離器１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）とからなる空気液化分離設備が設けられている。
これにより、空気を一般空気圧縮機１ａ〜１ｃで圧縮することによって圧縮空気を製造して需要先に供給するとともに、空気（原料空気）を原料空気圧縮機１１ａ〜１１ｃで圧縮した後、前処理器１２ａ〜１２ｃで前処理し、空気液化分離器１３ａ〜１３ｃで液化分離することによって窒素ガス及び酸素ガスを製造して需要先に供給するようになっている。
そして、その上で、この実施形態においては、一般空気圧縮機１ａ〜１ｃの出側で分岐して原料空気圧縮機１１ａ〜１１ｃのそれぞれの出側に合流する配管２１と、原料空気圧縮機１１ａ〜１１ｃのそれぞれの出側で分岐して一般空気圧縮機１ａ〜１ｃの出側に合流する配管２２を備えている。なお、配管２１には、原料空気圧縮機１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対応して、それぞれ流量調整減圧弁２ａ、２ｂ、２ｃが設けられており、配管２２には、原料空気圧縮機１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対応して、それぞれ流量調整弁３ａ、３ｂ、３ｃと、昇圧用空気圧縮機４が設けられている。
これにより、前述の第１の実施形態と同様に、窒素ガス及び酸素ガス並びに圧縮空気の需給量に応じて、一般空気圧縮機１ａ〜１ｃで圧縮された圧縮空気と原料空気圧縮機１１ａ〜１１ｃで圧縮された圧縮空気を融通することができるようになっている。
そして、その際に、この実施形態においては、可能な限り、３台ある一般空気圧縮機１ａ〜１ｃおよび３台ある原料空気圧縮機１１ａ〜１１ｃの運転台数を減らすようにしている。
すなわち、酸素ガスあるいは窒素ガスの需要が低くて、原料空気圧縮機１１ａ〜１１ｃで圧縮された圧縮空気の量が余剰気味の場合は、流量調整弁３ａ〜３ｃを開放・調整して、原料空気圧縮機１１ａ〜１１ｃで圧縮された圧縮空気の一部を一般空気圧縮機１ａ〜１ｃで圧縮された圧縮空気に合流させることになるが、その際に、可能であれば、原料空気の圧縮を一部の原料空気圧縮機（例えば、原料空気圧縮機１１ａ、１１ｂ）に集約して、残りの原料空気圧縮機（例えば、原料空気圧縮機１１ｃ）の運転を停止する。
また、圧縮空気の需要が低くて、一般空気圧縮機１ａ〜１ｃで圧縮された圧縮空気の量が余剰気味の場合は、流量調整減圧弁２ａ〜２ｃを開放・調整して、一般空気圧縮機１ａ〜１ｃで圧縮された圧縮空気を原料空気圧縮機１１ａ〜１１ｃで圧縮された圧縮空気に合流させることになるが、その際に、可能であれば、空気の圧縮を一部の一般空気圧縮機（例えば、一般空気圧縮機１ａ、１ｂ）に集約し、残りの一般空気圧縮機（例えば、一般空気圧縮機１ｃ）の運転を停止する。
このようにして、この実施形態においては、前述の第１の実施形態に加えて、供給すべきガスの需給バランスに応じて、一般空気圧縮機１ａ〜１ｃおよび原料空気圧縮機１１ａ〜１１ｃの運転台数を減らすようにしているので、圧縮機の運転における電力原単位を低減することができるようになり、窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気を一層効率的に製造・供給することができる。
なお、第２の実施形態は、一般空気圧縮機と原料空気圧縮機の両方が複数台の場合であったが、いずれか一方のみが複数台の場合でも適用することができる。
本発明の第１の実施形態を説明するためのフロー図である。 本発明の第２の実施形態を説明するためのフロー図である。
符号の説明
Ａ 圧縮空気製造・供給系統
Ｂ 窒素ガス及び酸素ガス製造・供給系統
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 一般空気圧縮機
２、２ａ、２ｂ、２ｃ 流量調整減圧弁
３、３ａ、３ｂ、３ｃ 流量調整弁
４ 昇圧用空気圧縮機
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 原料空気圧縮機
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 前処理器
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 空気液化分離器
２１ 配管
２２ 配管

Claims (1)

  1. 空気を第１の圧縮機で圧縮することによって圧縮空気を製造して供給するとともに、空気を第２の圧縮機で圧縮した後、空気液化分離器で液化分離することによって窒素ガス及び／又は酸素ガスを製造して供給するに際して、窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気の需給量に応じて、第１の圧縮機で圧縮された圧縮空気と第２の圧縮機で圧縮された圧縮空気を融通することとし、第１の圧縮機の出側で分岐して第２の圧縮機の出側に合流する第１の分岐配管と、第２の圧縮機の出側で分岐して第１の圧縮機の出側に合流する第２の分岐配管を設置し、第１の分岐配管には流量調整減圧弁を設け、第２の分岐配管には流量調整弁と第３の圧縮機を設け、第１の圧縮機で圧縮される圧縮空気の量が不足気味の場合あるいは第２の圧縮機で圧縮される圧縮空気の量が余剰気味の場合は、前記流量調整弁を開放し、前記流量調整減圧弁を閉鎖して、第２の圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を第３の圧縮機に供給し、第３の空気圧縮機で昇圧した後、第１の圧縮機で圧縮された圧縮空気に合流させ、第２の圧縮機で圧縮された圧縮空気の量が不足気味の場合は、前記流量調整減圧弁を開放し、前記流量調整弁を閉鎖して、第１の圧縮機で圧縮された圧縮空気の一部を前記流量調整減圧弁で減圧した後、第２の圧縮機で圧縮された圧縮空気に合流させることを特徴とする窒素ガス及び／又は酸素ガス並びに圧縮空気の製造・供給方法。
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