JP5354972B2 - 気体分離設備の組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、分離カラムと該分離カラムを取り囲むケーシングとを備えた気体分離設備を組み立てる方法に関し、特に該分離カラムにはその長手方向の主軸心に沿って配管、流体送入部と送出部、弁類、又は機器類のいずれか一つ以上からなる付属部品が装着される形式の気体分離設備の組立方法に関するものである。

例えば低温空気分離設備などの気体分離設備の建設に際して、設備の組み立てには基本的に２つの選択肢があり、設備を事前に製作工場で可能な限り完璧に製作しておいてから建設現場へ移設するか、或いは設備の構成部分の組立作業を専ら建設現場で行なうかのいずれかが選ばれる。第１の選択肢では、分離カラムの寸法が大きいことを考慮すると、係る完成設備は輸送コストに関して問題が多い。第２の選択肢では、相当な作業量の組み立てを必ずしも作業条件に適していない環境下で行なうことを余儀なくされるという問題がある。この組立作業には、分離カラムを例えば断熱用コールドボックスとなるケーシングの内部に据え付けるという重要な段階も含まれる。

特許文献１には、その従来技術の一例として、製作工場内で未完成の分離カラムを水平状態で上部の開放されたケーシング内へ昇降機で導入する方法が述べられている。水平状態のままケーシング内で分離カラムを完成させ、ケーシングを閉鎖して完成した複合体は建設現場に輸送される。この方法に対して、特許文献１自体は、製作工場で分離カラムとケーシングをそれぞれ水平状態で予め別々に製作しておき、製作された分離カラムをケーシング内に水平に引き入れて設備全体を一体的なパッケージとしてから建設現場へ輸送する方法を提案している。
欧州特許第９１３６５３号明細書

また特許文献２には、開放されている一側面を上に向けて水平状態に置かれたケーシングの内部に分離カラムを装着することが述べられている。この特許文献２は、予め製作した分離カラムを建設現場へ輸送することを述べており、この輸送に際して分離カラムを上面開放状態で水平配置されたケーシングの中へ昇降機で移すことを開示しているだけである。また、この場合の分離カラムとケーシングとの組み立ては上方から操作を加えることができる形態であり、このことは、例えば配管、流体送入部と送出部、弁類、又は機器類などの付属部品を製作工場で事前に装着しておくことが肝要であるとは限らず、建設現場へ運搬した後に上部が開放されている水平状態のケーシングの内部にある分離カラムに対して上方から付属部品を直接据え付けることも可能であることを意味する。ケーシング内部で付属部品を装着し終えた分離カラムはケーシングを閉じた後に建設現場でクレーンにより直立されて縦向き姿勢に設置される。
独国実用新案第２０３１６７３１号明細書

これらの特許文献に開示されている従来技術による組立方法のいずれにおいても、ケーシングは極めて高い機械的安定性を持つように製作しておかなければならず、従ってその材料コストが無視できないという欠点がある。即ち、いずれの組立方法においても分離カラムとケーシングとを一体化してから全体を建設現場で最終的に縦向き姿勢とするので、ケーシングとその分離カラムへの結合部には、この一体化された全体を直立させて縦向き姿勢に配置する工程中に亘って分離カラムの全重量を担うことができる程度に充分な機械的強度を持たせなければならない。この機械的な安定性に関する要求は、係る設備の設置後の稼働中に必要とされる機械的安定性の条件をはるかに超えるものである。ちなみに、設置後の設備のケーシングは、稼働中の断熱遮蔽の機能を果たすことが主な役目であり、ケーシング自体は分離カラムを支持するための強度部材ではなく、単に風による荷重に耐える強度を有していればよい。いずれにせよ直立設置工程中にのみ要求される不必要に高い機械的安定性を持つケーシングを製作するには、定常の稼働条件で必要とされる機械的強度のケーシングを製作する場合よりも遙かに上回る過大な材料コストを負担しなければならない。

また、この種の気体分離設備の組み立てと建設に際しては設備の稼働時との温度の違いも考慮に入れる必要がある。組み立てと建設は比較的温暖な環境（周囲温度）で行なわれるが、設備が実際に稼働されて気体分離を行う過程では、例えば空気分離設備においては設備の或る部分は極低温（６０〜８０Ｋ）となる一方でそれより充分に暖かい環境下に置かれる部分もある。この温度の相違は各部材料の熱膨張の違いを引き起こし、これが配管や機器類、流体送入部と送出部、或いは弁類など、各種付属部品とその接続取会部に特定の影響を及ぼすことになる。従って、設備の組み立てと建設に際しては、稼働時の各部で異なる熱膨張の影響を特に各構成部分の配置に関して考慮に入れる必要があり、これもまた、特に設置後のケーシング外部から操作を加える必要のある部品類の製作と分離カラムへの装着に関してコスト増大の一因となる。

従って本発明の主な課題は、気体分離設備の建設に際して、建設現場で簡単に組み立てられることを保証するだけでなく、同時に従来技術に比べてケーシングのための材料コストと建設コストを最小に抑えることができる組立方法を提供することにある。

本発明は、分離カラムと該分離カラムを取り囲むケーシングとを備え、該分離カラムにはその長手方向の主軸心に沿って配管、流体送入部と送出部、弁類、又は機器類のいずれか一つ以上からなる付属部品が装着される形式の気体分離設備を組み立てる方法を提供するものであり、特に本発明による組立方法は、前述の課題を解決するため、
ａ）分離カラムを製作工場で事前に製作する工程と、
ｂ）付属部品を固定するための平行六面体、円筒、又は楕円筒形状の枠体からなる少なくとも一つの配管橋絡モジュールを分離カラムの外周面に取り付ける工程と、
ｃ）分離カラムをその主軸心が実質的に水平となるように気体分離設備の建設現場に置き、この水平状態のままの分離カラムの上半分の外周面上で一つ以上の配管橋絡モジュールに付属部品を少なくとも部分的に取り付ける工程と、
ｄ）建設現場においてケーシングの全高の少なくとも一部を縦向き姿勢で下部から事前構築し、ケーシングの上部は開放状態のままに残しておく工程と、
ｅ）水平状態で付属部品が取り付けられた分離カラムを縦向き姿勢に直立させ、この縦向き姿勢の分離カラムを開放状態のケーシング上部からケーシング内に導入する工程と、
ｆ）その後、ケーシングの残余部分の構築を行ってケーシング上部を閉鎖する工程とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の基本理念による組立方法は、製作工場で事前に製作した分離カラムを建設現場に輸送する段階と、例えば配管、流体送入部と送出部、弁類、又は機器類などの付属部品の取り付けを建設現場で少なくとも部分的に実施する段階とからなる。これらの付属部品は、本発明によれば分離カラムの外周面の上半分（地面と反対の方向を向く外面）に取り付けられる。本発明によれば、これらの付属部品は、平行六面体、円筒、又は楕円筒形状の枠体からなる配管橋絡モジュールに固定される。本発明によれば、これらの配管橋絡モジュールを標準化しておいて全ての付属部品の固定に用いることにより、付属部品の配置を予め特定しておくことができるだけでなく、気体分離設備に必要とされる組み立てと建設関する作業コストを大幅に削減することができる。熱膨張による個々の長さ変化の計算も配管橋絡モジュールへの固定を標準化できることから大幅に簡略化可能である。分離カラムに対する配管橋絡モジュール自体の取り付けは、該モジュールへの付属部品の取り付けと同様に、製作工場で完全又は部分的に行うことができ、或いはまた建設現場における現場作業で分離カラムに直接に取り付けてもよい。また分離カラムが水平状態にある間に付属部品を取り付けるので、実際の取付作業は実質的に高所作業ではなく地上レベルで行なうことが可能である。即ち、付属部品の取付作業に際して、水平状態の分離カラムには実質的にカラムの直径程度の高さに足場を架設すればよい。この取付作業と同時並行方式でケーシングの全高の少なくとも一部を縦向き姿勢で下部から構築することができ、ケーシングの上部は未だ開放状態のままに残しておく。その後、予め定められた段階まで付属部品の装着を終えて組み立てられた分離カラムを例えばクレーンによって縦向き姿勢に直立させ、この縦向き姿勢の分離カラムを開放状態のケーシング上部からケーシング内に導入し、基礎構造に固定する。その後、未装着又は取付作業を完了していない付属部品があれば、ケーシング内に縦向き姿勢で設置された分離カラムに対してそれらの取付作業を完了させるが、その作業は縦向き姿勢で構築されているケーシング自体の枠材に配置された作業足場を利用して行うことができる。ケーシングは断熱遮蔽用のコールドボックスを構成するものであり、最終的に分離カラム全高の外周を囲むケーシングが構築されて上部が閉じられ、その後、外部配管等の接続工事が行われることは述べるまでもない。

ここで配管橋絡モジュールに関して、平行六面体、円筒、又は楕円筒形状の枠体とは、本発明の趣旨から容易に理解されるように、実質的に矩形、円形、又は楕円形の基部を有する筒状の枠体を意味するものであり、特に平行六面体の枠体については角隅部が面取りされ、或いは丸味を付けられたものであってもよい。

本発明による気体分離設備の組立方法ではケーシングを建設現場において縦向き姿勢で構築するので、従来技術のように分離カラムとケーシングとを一体化した全体ではなく、予め製作工場で製作された分離カラムのみを建設現場へ輸送し、建設現場では付属部品等を取り付けた後の分離カラムだけをクレーン等で縦向き姿勢に直立させて別途縦向き姿勢に構築されているケーシングの上部から挿入してケーシング内に設置すればよい。従ってケーシングは、その機械的安定性を分離カラムの稼働条件に適合する必要限度に合わせて構築することができ、従来技術のように分離カラムとケーシングとを一体化した全体を輸送及び直立させると言う機械的に過酷な条件に合わせて不必要に頑丈な構造にする必要はない。また分離カラムに対する配管橋絡モジュール及び付属部品の主な取付作業は、分離カラムが水平状態のときに行うことができるので、取付作業を高所作業ではなく分離カラムの直径に相当する程度の低い足場による地上レベルで安全に行うこともでき、水平移動足場で行えば足場資材も少量で済むことになる。その結果、ケーシングの材料コストの節減だけでなく、建設現場における組み立てのための作業足場に関するコストも最小限に抑えることが可能である。

本発明の好適な一実施形態においては、分離カラムをケーシング上部からケーシング内へ導入する前に、ケーシングの全高の３分の１から２分の１に達する高さ部分が事前に構築される。この場合も、ケーシングの上部は最終的に分離カラムの設置が完了して閉鎖されるまで開放状態のまま残しておく。

本発明の別の好適な一実施形態においては、分離カラムが直立されて縦向き姿勢でケーシング内に導入される前に、水平状態の分離カラムの上半分の外周面上で前記配管、流体送入部と送出部、弁類、又は機器類のいずれか一つ以上からなる付属部品の全てが配管橋絡モジュールに完全に取り付けられる。しかる後、この付属部品等を装着し終えた分離カラムは縦向き姿勢に直立され、別途縦向き姿勢に構築されているケーシングの上部から挿入されケーシング内に設置される。

本発明の更に別の好適な一実施形態においては、分離カラムが直立されて縦向き姿勢でケーシング内に導入される前の水平状態にあるときに、分離カラムに関する圧力試験、品質検査、又は溶接シームに関するＸ線透過試験が行われる。分離カラムが水平状態にあるときは、地上レベルの低い足場の上から試験又は検査が不可欠な全ての部分に対して極めて容易に接近して作業することができ、結果として試験又は検査の作業の安全性を確保することができ、また作業コストも節減することができる。

本発明の更に別の好適な一実施形態によれば、複数の配管橋絡モジュールは分離カラムの主軸心と平行な軸線に沿って６〜８ｍの一定間隔を開けて該分離カラムの外周面に取り付けられる。この軸線は、本発明による組立方法によれば、分離カラムが水平状態のときにカラム外周面の上半分の稜線上に設定される取付基準線である。このように単一の軸線に沿って配管橋絡モジュールを配置することにより気体分離設備の建設作業を更に単純化することができる。即ち、配管橋絡モジュールは全ての付属部品の取付位置を予め特定するものであり、従って取付基準線としての単一の軸線に沿って各配管橋絡モジュールを取り付けておくことにより、分離カラムが直立されて縦向き姿勢で設置される前であっても水平状態の分離カラムに対して付属部品を適正な装着位置に取り付けることができる。

本発明において、配管橋絡モジュールを構成する枠体はクロムニッケル鋼製とすることが好ましい。この枠体は、特に立方体形状の枠体として構成すると有利であることが確認されている。

本発明の更に別の好適な一実施形態による組立方法は、配管橋絡モジュールに対し、付属部品のうちケーシング外部から操作を加えることの可能なフランジ付き部品の周囲を取り囲んで内側に断熱材で満たされない或る容積部分を形成するための隔壁を装着する工程を更に備えている。この隔壁は、ケーシングの外側から操作員が接近して操作可能なフランジ付き部品の周囲を取り囲んでケーシングと分離カラムとの間の空間に断熱材（即ちコールドボックス用断熱材：パーライト）で満たされない或る容積部分を形成する中空体であればよい。気体分離設備において、このような外部からアクセス可能なフランジ付き部品のフランジ接続部は安全上の理由により断熱材（パーライト）で囲むことが禁止されている。例えば測定機器等のフランジ取付形の付属部品に対する外部からのアクセスを可能とするために、これらの付属部品を前記隔壁によって囲んでおき、この隔壁を配管橋絡モジュールに固定しておくことが好ましい。このような隔壁を配置することによりフランジ取付形の付属部品の周囲に中空の容積部分を形成し、この中空容積部分によって断熱材の無い空洞断熱部を形成しておくとよい。

更に、対流による熱伝導を回避して外部からアクセス可能な付属部品の効果的な断熱を果たすため、前記隔壁の内部をケーシングへの気密アクセス口（例えばマンホール）の背後の堅固な領域内で好ましくは約４００ｍｍの厚みのグラスウールで満たしておくことが望ましい。

本発明の特に好適な一実施形態によれば、前記分離カラムは空気分離カラムにより形成される。これは、例えば高圧蒸留カラムと低圧蒸留カラムと主凝縮器とを備えた複塔式の空気分離カラムである。この場合、ケーシングはコールドボックスの壁部を構成し、その内部空間は設備の稼働前に粒状の断熱材（パーライト）で満たされる。

本発明によれば、特に気体分離設備の組み立てと建設が容易になると共に、分離カラムを囲むケーシングの材料コストを削減することが可能である。

本発明の好ましい実施形態を添付図面と共に説明すれば以下の通りである。

図１は、本発明の組立方法によって気体分離設備に据え付けられる分離カラム（１）を例示する斜視図である。図示の状態の分離カラム（１）は製作工場で事前に製作された後、その外周面上の４箇所に配管橋絡モジュール（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）が装着された状態のものである。製作工場で予め製作された分離カラム（１）は工場から気体分離設備の建設現場へ輸送される。建設現場では分離カラム（１）をその主軸心が実質的に水平となるように置き、この水平状態の分離カラム（１）の上半分の外周面上に対する各種部品の取付作業のための作業足場が架設される。例えば配管橋絡モジュール（２ａ〜２ｄ）の取り付けは、製作工場において部分的又は完全に行なうか、或いは専ら建設現場において行なってもよいが、建設現場で取り付ける場合はこの作業足場を利用して行えばよい。更に建設現場においては、水平状態の分離カラム（１）の上半分の外周面上で各配管橋絡モジュール（２ａ〜２ｄ）に分離カラムの各種必要付属部品、例えば配管類、流体送入部と送出部、弁類、又は機器類が少なくとも部分的に、好ましくは完全に取り付けられ、更にこれら付属部品のうちケーシング外部から操作を加える必要のあるフランジ付き部品の周囲を隔壁で取り囲んで内側に断熱材で満たされない或る容積部分を形成するための隔壁装着作業を行う。これらの付属部品の取付作業及び隔壁装着作業も前記作業足場を利用して行われ、分離カラムに対するこれらの作業は本質的に地上レベルで行なわれる。従って作業足場としては分離カラム（１）の直径相当分の高さの比較的低い足場でよく、その架設に要する足場資材は高所作業用足場よりも遙かに少量で済み、足場に要するコストを抑えることができる。水平状態の分離カラム（１）に対する付属部品の取付作業と同時並行的に、建設現場の設置位置に既に構築されている基礎構築物の上にケーシングが全高の例えば半分の高さ部分まで下部から縦向き姿勢に構築され、但しケーシング上部は未だ開放状態のままに残される。各付属部品の取付作業を終えた分離カラム（１）は、足場を解体した後にクレーンで縦向き姿勢に直立されて吊り上げられ、全高の半分の高さまで構築されているケーシングの未だ開放状態にある上部から該ケーシング内に吊り降ろされる。次いで、ケーシング内で分離カラムが基礎構築物に固定され、その後、ケーシングの残余の部分の構築を行って断熱遮蔽のために分離カラム全高の外周を囲むコールドボックスが形成される。最終的にケーシング上部が閉じられ、外部配管等の接続工事が行われて組み立てが完了する。

本発明の組立方法によって気体分離設備に据え付けられる分離カラムの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１：分離カラム
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ：配管橋絡モジュール

Claims (7)

1. 分離カラム（１）と該分離カラムを取り囲むケーシングとを備え、該分離カラム（１）にはその長手方向の主軸心に沿って配管、流体送入部と送出部、弁類、又は機器類のいずれか一つ以上からなる付属部品が装着される形式の気体分離設備の組立方法において、
   ａ）分離カラム（１）を製作工場で事前に製作する工程と、
   ｂ）前記付属部品を固定するための平行六面体、円筒、又は楕円筒形状の枠体からなる少なくとも一つの配管橋絡モジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）を分離カラムの外周面に取り付ける工程と、
   ｃ）分離カラム（１）をその主軸心が実質的に水平となるように気体分離設備の建設現場に置き、この水平状態のままの分離カラム（１）の上半分の外周面上で一つ以上の配管橋絡モジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）に前記付属部品を少なくとも部分的に取り付ける工程と、
   ｄ）前記建設現場において前記ケーシングの全高の少なくとも一部を縦向き姿勢で下部から事前構築し、該ケーシングの上部は開放状態のままに残しておく工程と、
   ｅ）水平状態で前記付属部品が取り付けられた分離カラム（１）を直立させて縦向き姿勢とし、この縦向き姿勢の分離カラムを前記開放状態のケーシング上部からケーシング内に導入する工程と、
   ｆ）その後、前記ケーシングの残余の部分の構築を行ってケーシング上部を閉鎖する工程とを備えたことを特徴とする気体分離設備の組立方法。
2. 分離カラム（１）をケーシング上部からケーシング内へ導入する前に、前記ケーシングの全高の３分の１から２分の１に達する高さ部分を事前構築し、該ケーシングの上部は開放状態のままに残しておくことを特徴とする請求項１に記載の組立方法。
3. 分離カラム（１）が直立されて縦向き姿勢でケーシング内に導入される前に、水平状態の分離カラム（１）の上半分の外周面上で前記配管、流体送入部と送出部、弁類、又は機器類のいずれか一つ以上からなる付属部品の全てを前記配管橋絡モジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）に完全に取り付けることを特徴とする請求項１又は２に記載の組立方法。
4. 分離カラム（１）が直立されて縦向き姿勢でケーシング内に導入される前の水平状態にあるときに、分離カラム（１）に関する圧力試験、品質検査、又は溶接シームに関するＸ線透過試験を行う工程を更に備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組立方法。
5. 複数の配管橋絡モジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）を分離カラム（１）の主軸心と平行な軸線に沿って６〜８ｍの一定間隔を開けて該分離カラム（１）の外周面に取り付けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組立方法。
6. 配管橋絡モジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）に対して、前記付属部品のうちケーシング外部から操作を加えることの可能なフランジ付き部品の周囲を取り囲んで内側に断熱材で満たされない容積部分を形成するための隔壁を装着する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の組立方法。
7. 分離カラム（１）を空気分離カラムによって形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の組立方法。

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