JP6919545B2 - オートクレーブ供給用の高圧蒸気の温度制御装置及びこれを用いた温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、オートクレーブに供給する高圧蒸気の温度制御装置及びこれを用いた温度制御方法に関する。

ニッケル製錬プラントにおいて、高圧硫酸浸出（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈ、以下ＨＰＡＬとも称する）を行うオートクレーブ（以下ＡＣとも称する）では、高圧蒸気を大量に使用した高温・高圧雰囲気下において低品位ニッケル酸化鉱に硫酸を添加することでニッケル（Ｎｉ）の浸出反応を行っている。ＡＣ内はこのように厳しい腐食条件に晒されるため、ＡＣに接続している高圧蒸気供給ラインも反応液の逆流を想定してチタンや２相ステンレス等の耐食性の高い材料が使用されている。これら耐食性材料の使用可能な上限温度は２９０〜３００℃程度であるのに対して、使用する高圧蒸気は温度２７５〜２８０℃、圧力５.０ＭＰａであるため上記の耐食性材料の上限温度に近く、よって高圧蒸気には適切な温度管理が必要となる。

上記の高圧蒸気には、通常はニッケル製錬プラント内に設置されている多段抽気式蒸気タービンから発生する過熱蒸気からなる抽気蒸気が使用され、この抽気蒸気をデスーパーヒーター（以下、減温器とも称する）に導入して温度調整をした後、ＡＣに供給している。上記の減温器では、抽気蒸気に対して注水（噴霧）ノズルを用いて噴霧化したボイラー給水を供給することで温度調整を行っている。このボイラー給水の減温器への供給量は、例えば特許文献１に記載されているように、該減温器の下流に設置されている温度計の測定値に基づいてボイラー給水ラインに設置されている自動弁の開度を制御することで適量に調整されている。

特開平５−２８０７０７号公報

上記のＡＣでは、ＨＰＡＬプロセスの処理条件に応じて高圧蒸気の供給量を増減させることが必要になる場合があるが、例えば高圧蒸気の供給量を設計流量の半分程度まで減らすと、高圧蒸気の温度を安定的に制御するのが困難になり、所望の処理条件でＨＰＡＬプロセスが行われなくなって製品に品質上の問題が生じることがあった。

本発明は上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、高圧蒸気ラインのうち減温器の注水ノズルよりも下流側に測定方式の異なる複数の温度計を設置し、これらの温度計の測定値の中から減温器の温度制御に使用するものを状況に応じて適宜選択することで、高圧蒸気の供給量を増減させる場合においても高圧蒸気の温度を安定的に制御できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係るオートクレーブ用高圧蒸気の温度制御方法は、減温器を備えた蒸気供給ラインを介してオートクレーブに供給する高圧蒸気の温度制御方法であって、前記蒸気供給ラインにおいて前記減温器の注水ノズルから下流側に２０ｍ以上１００ｍ以下の範囲内に差込型温度計及び接触式表面温度計を設置し、前記高圧蒸気の供給量が前記減温器の設計流量の５０％以下の低負荷運転の場合は前記差込型温度計を使用し、前記高圧蒸気の供給量が該設計流量の５０％を超える高負荷運転の場合は前記接触式表面温度計を使用することを特徴とする。

また、本発明に係るオートクレーブ用高圧蒸気の温度制御装置は、減温器を備えた蒸気供給ラインを介してオートクレーブに供給する高圧蒸気の温度制御装置であって、前記蒸気供給ラインにおいて前記減温器の注水ノズルから下流側に２０ｍ以上１００ｍ以下の範囲内に設けられた差込型温度計及び接触式表面温度計と、これら温度計の測定値のうちいずれか一方を選択する選択手段と、前記選択手段で選択された測定値に基づいて前記注水ノズルに供給する水の流量調節弁の開度を計算する演算手段とを有し、前記選択手段は前記高圧蒸気の供給量が前記減温器の設計流量の５０％以下の低負荷運転の場合は前記差込型温度計を使用し、前記高圧蒸気の供給量が該設計流量の５０％を超える高負荷運転の場合は前記接触式表面温度計を使用することを特徴としている。

本発明によれば、ＡＣにおける処理条件に応じて高圧蒸気の供給量を増減させる場合においても、当該ＡＣでの処理を安定的に継続することが可能になる。

本発明の実施形態の温度制御装置を備えたＡＣ供給用高圧蒸気系のフロー図である。

以下、図１を参照しながら本発明に係るオートクレーブ供給用の高圧蒸気の温度制御装置及びこれを用いた温度制御方法の実施形態について説明する。本発明の実施形態の温度制御装置が好適に適用されるＡＣ供給用の高圧蒸気系には、高圧蒸気ライン１に対して、減温器を構成する注水ノズル２が好適にはその噴霧方向が高圧蒸気ラインの下流側を向くようにして設けられている。この注水ノズル２には供給ライン３を介してボイラー給水が供給されており、この供給ライン３には、注水ノズル２へのボイラー給水の供給量を調整する流量制御弁４が設けられている。また、供給ライン３において上記流量制御弁４の前後には、それぞれ一次側及び二次側手動弁５ａ、５ｂが設けられている。

本発明の実施形態の温度制御装置は、上記高圧蒸気ライン１において注水ノズル２から下流側に２０ｍ以上１００ｍ以下の範囲内に、好ましくは２５ｍ以上７０ｍ以下の範囲内に、より好ましくは３０ｍ以上５０ｍ以下の範囲内に測定方式が異なる複数の温度計が設けられている。これら複数の温度計は、高圧蒸気の流れ方向に離間して設けられているのが好ましい。図１では、差込型温度計６及び接触式表面温度計７がこの順に高圧蒸気ライン１の流れ方向に沿って互いに離間して設けられている。なお、差込型温度計とは熱電対などの測温手段の温度検出部を金属製の保護管（シース）に収めて配管内に突出するように設けて流体温度を測定する方式の温度計であり、接触式表面温度計とは、配管外表面に温度検出部を当接させて配管内部の流体の温度を測定する方式の温度計である。

上記の２個の温度計６及び７で測定した温度測定値はプログラムロジックコントローラ（以下、ＰＬＣと称する）や分散制御システム（以下、ＤＣＳと称する）などの制御手段１０に送られる。制御手段１０は、これら２個の温度計６及び７からの温度測定値のうちの１つを選択する選択手段１１と、該選択手段１１で選択された温度測定値に基づいて流量制御弁４の開度を計算する演算手段１２とを有しており、該演算手段１２から出力される信号によって流量制御弁４の開度が調節される。これにより、減温器の下流側で測定した高圧蒸気の温度に応じた適量のボイラー給水が減温器の注水ノズル２に供給される。

上記の選択手段１１では、ＡＣに供給する高圧蒸気の供給量が減温器の設計流量の５０％以下の低負荷の場合は差込型温度計６を使用し、該高圧蒸気の供給量が減温器の設計流量の５０％を超える場合は接触式表面温度計７を使用するように選択が行われる。これにより、例えばＡＣでの処理量が減って該ＡＣに供給する高圧蒸気の供給量が減温器の設計条件の５０％を下回るような場合においても、高圧蒸気を安定的にＡＣに供給することが可能になる。

このように高圧蒸気を安定的に供給できるのは、以下の理由によるものである。すなわち、差込型温度計を用いた温度制御では、減温器の高圧蒸気流量が設計能力の５０％以下のように低負荷運転において注水ノズルからの注水量に応じた良好な応答が得られるが、この設計能力が５０％を超えると注水ノズルから噴霧された水の保護管への付着が顕著になり、常時飽和蒸気温度（２６６℃）に近い温度が表示される状態になって応答性が低下する。一方、接触式表面温度計を用いた温度制御では、上記減温器の設計能力の５０％以下では実際の高圧蒸気の温度より常時低い温度が測定値として出力されるため、正確な温度制御を行うのが困難になるが、該設計能力が５０％を超えると注水ノズルからの注水量に応じた良好な応答が得られる。

本発明の実施形態の温度制御装置は、上記のように測定方式の異なる複数の温度計で蒸気温度をモニタリングしており、その際、これら複数の温度計の測定値のトレンドを流量制御弁４の開度のトレンドと共に比較することで、温度計の不具合や減温器の注水ノズル２の噴霧化能力の低下が発生しているのを推測することが可能になる。すなわち、差込型温度計６の測定値に基づいて流量制御弁４の開度を調節している場合、仮に接触式表面温度計７に不具合が生じて異常な温度を表示しても、流量制御弁４の開度及び差込型温度計６が該接触式表面温度計７の表示に関係なく安定的に温度制御されているのであれば、該接触式表面温度計７に不具合が生じていると推測することができる。この場合は、例えば次回の定期修理の際に点検すればよい。

一方、差込型温度計６の測定値に基づいて流量制御弁４の開度を調節している場合に該差込型温度計６に不具合が生じて異常な温度を表示した場合、この差込型温度計６の測定値に基づいて流量制御弁４の開度が開閉するため、実際の高圧蒸気の温度が変動してこの実際の高圧蒸気の温度の変動を接触式表面温度計７が表示し、これとは無関係に表示される差込型温度計６の温度によって流量制御弁４が調節され続けるため、該接触式表面温度計７の値は所望の設定値に戻ることはなく異常な温度を表示し続けることになるので、差込型温度計６が故障していると推定できる。この場合は、流量制御弁４の制御に用いる温度測定値を差込型温度計６から接触式表面温度計７に切り替え、次回の定期修理時に差込型温度計６を点検すればよい。

また、注水ノズル２の霧化性能が低下した場合、差込型温度計６には蒸気中に噴霧された水滴が温度検出部の保護管により多く付着し、そこで蒸発することになるため、飽和蒸気温度に近い温度が常時表示されることになる。一方、接触式表面温度計７では注水ノズル２の霧化性能が低下しても水滴が付着しにくいので、実際の高圧蒸気の温度が表示される。よって、これら２個の温度測定値を比較し、必要に応じて過去に霧化性能が低下した時のこれら温度計の温度トレンドや流量制御弁４の開度のトレンドを参考にすることで、注水ノズルの霧化性能が低下の発生をある程度推測することができる。次に本発明の実施例について説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

［実施例］
減温器を備えたＡＣ供給用高圧蒸気ラインに減温器メーカーの推奨距離の３倍に相当する注水ノズルから下流側に３０ｍ離間した位置に、ＴＳＳＰＬ社製の差込型温度計（型番ＲＴＤ−ｐｔ-１００）を設置し、更に減温器メーカーの推奨距離の５倍に相当する注水ノズルから下流側に５０ｍ離間した位置に、株式会社岡崎製作所製の接触式表面温度計（型番ＦＰＮ(Ｒ４９Ｎ-ＥＣ)）を設置した。これら両温度計から温度制御に使用する測定値を選択できるようにＤＣＳのアルゴリズムを構築した。

そして減温器の設計能力が５０％以下の低負荷時には差込型温度計の測定値を使用し、該設計能力が５０％を超える高負荷時には接触式表面温度計の測定値を使用して減温器の注水ノズルに供給するボイラー給水の供給ラインに設けた流量制御弁の開度を制御した。なお、使用した減温器の設計能力、すなわち高圧蒸気の最大設計流量は１１０ｔ／ｈｒであり、よって設計能力の５０％は５５ｔ／ｈｒの高圧蒸気流量となる。上記の温度制御を行いながら高圧蒸気流量を５０〜１１０ｔ／ｈｒの範囲内で変動させてＡＣの運転を行ったところ、常時目標とする管理値（２７５℃）±５℃の良好な蒸気温度の制御が可能となった。

［比較例１］
減温器メーカーの推奨距離である注水ノズルから下流側に１０ｍ離間した位置に差込型温度計を設置し、温度制御にその温度計の測定値のみを用いるようにＤＣＳのアルゴリズムを変更した以外は上記の実施例と同様にしてＡＣの運転を行った。その結果、高圧蒸気流量１１０ｔ／ｈｒの高負荷運転の時に飽和蒸気温度の２６６℃に近い温度が常時表示され、良好に温度制御を行うことができなかった。

［比較例２］
ＡＣに差込型温度計を設け、温度制御にその温度計の測定値のみを用いるようにＤＣＳのアルゴリズムを変更した以外は上記の実施例と同様にしてＡＣの運転を行った。その結果、ＡＣは減温器の注水ノズルから約３００ｍ下流側に位置しているため、蒸気使用量が増加した際に注水量の応答が遅れ、管理値の２７５℃に対して２０℃も蒸気温度が上昇する状態が発生し、適切に蒸気温度を調整することができなかった。

１ 高圧蒸気ライン
２ 減温器の注水ノズル
３ ボイラー給水ライン
４ 流量制御弁（自動）
５ａ 一次側手動弁
５ｂ 二次側手動弁
６ 差込型温度計
７ 接触式表面温度計
１０ 制御手段
１１ 選択手段
１２ 演算手段

Claims (3)

1. 減温器を備えた蒸気供給ラインを介してオートクレーブに供給する高圧蒸気の温度制御方法であって、前記蒸気供給ラインにおいて前記減温器の注水ノズルから下流側に２０ｍ以上１００ｍ以下の範囲内に差込型温度計及び接触式表面温度計を設置し、前記高圧蒸気の供給量が前記減温器の設計流量の５０％以下の低負荷運転の場合は前記差込型温度計を使用し、前記高圧蒸気の供給量が該設計流量の５０％を超える高負荷運転の場合は前記接触式表面温度計を使用することを特徴とする高圧蒸気の温度制御方法。
2. 前記差込型温度計又は前記接触式表面温度計で測定した高圧蒸気の温度に基づいて、前記減温器の注水ノズルから供給する水の供給量を調整することを特徴とする、請求項１に記載の高圧蒸気の温度制御方法。
3. 減温器を備えた蒸気供給ラインを介してオートクレーブに供給する高圧蒸気の温度制御装置であって、前記蒸気供給ラインにおいて前記減温器の注水ノズルから下流側に２０ｍ以上１００ｍ以下の範囲内に設けられた差込型温度計及び接触式表面温度計と、これら両温度計の測定値のうちいずれか一方を選択する選択手段と、前記選択手段で選択された測定値に基づいて前記注水ノズルに供給する水の流量調節弁の開度を算出する演算手段とを有し、前記選択手段は前記高圧蒸気の供給量が前記減温器の設計流量の５０％以下の低負荷運転の場合は、前記差込型温度計を使用し、前記高圧蒸気の供給量が該設計流量の５０％を超える通常負荷運転の場合は、前記接触式表面温度計を使用することを特徴とする高圧蒸気の温度制御装置。

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