JPH0115790B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は空気液化分離装置の自動操業変更方
法に関し、特にプロセスコンピユータを用いて空
気液化分離装置を自動運転させる際に最適な自動
操業変更方法に関する。

従来からコンピユータを用いて空気液化分離装
置の自動操業変更方法を行うことがなされている
が、次のような問題があつた。空気液化分離装
置の操業状態の安定性をプロセス量でなく時間の
計時により判定しているため、空気液化分離装置
が安定しているのに時間が経過しないため操業変
更を禁止したり、安定していないのに時間が経過
したことにより操業変更を行なうなどの不都合が
あつた。操業変更において原料空気量と製品酸
素量の比（以下、Ａ／Ｏ比と略す）を大きくした
のち操業変更を行つており、Ａ／Ｏ比を大きくす
るのも変更開始時間をずらす時間管理であつた。
このＡ／Ｏ比を大きくすることは製品収率を低下
させることになり、操業上、大きな損失となつて
いる。製品酸素ガスの純度はたとえ操業変更中
といえども規定の純度を保つ必要があるが、従来
の自動操業変更方法においては操業変更中に酸素
ガス純度を制御せず監視するだけであり、ガス純
度が低下すれば操業変更を中止するだけであり、
このため酸素ガス純度を回復させる操作が遅れる
欠点があつた。

本発明は上記不都合を解消した空気液化分離装
置の自動操業変更方法を提供することを目的とし
たものでその特徴の第１は低圧精留塔の下部棚段
の流体の純度が、空気液化分離装置の安定状態に
敏感であり、この純度指示の安定状態により装置
の全体の安定状態を判断できることを見出し、従
来の時間管理によらずプロセス量である前記流体
純度により判断するようにしたことにある。特徴
の第２は操業変更においてＡ／Ｏ比をあらかじめ
大きくする必要はなく、特に増量時においてはこ
のＡ／Ｏ比を大きくする必要がないこと、即ち、
Ａ／Ｏ比が変化するのは操業変更を開始して10〜
15分後に生ずる酸素純度の乱れに対応して酸素ガ
ス量の調節を行う必要がある場合であり、従来の
ように操業変更前にＡ／Ｏ比を大きくすることは
それほど有効ではないことを見出し、Ａ／Ｏ比の
大小に関係なく空気量と酸素量を同時に変更開始
するようにしたことある。特徴の第３は、前記低
圧精留塔下部の流体純度を制御することにより間
接的に製品酸素純度を制御できることを見出し前
記第１の特徴と共に、操業変更による酸素ガス変
化量に純度制御による酸素ガス変化量を加えた量
だけ酸素ガス量を変更するように構成し、操業変
更中も低圧精留塔下部棚段の流体純度あるいは製
品酸素ガス純度を制御目標量として操業変更中も
酸素ガス純度制御を行なうようにしたことにあ
る。

以下、この発明の自動操業変更法の一実施例に
ついて説明する。第１図はこの発明を実施するた
めの空気液化分離装置の一例を示すものである。
第１図において、空気液化分離装置は低圧精留塔
１、中圧精留塔２、膨脹タービン３、可逆式熱交
換器４、および空気圧縮機５等からなつている。
原料空気は圧縮器５および可逆式熱交換器４を経
て、それぞれ圧縮および冷却・精製されて中圧精
留塔２の塔底に供給される。このように供給され
た空気は上昇ガスとして中圧精留塔２内を上昇す
る間に気液接触し窒素純度を高めて窒素となり凝
縮器６に達し、凝縮器６で液化酸素と熱交換す
る。この結果、窒素ガスは凝縮し他方液化酸素は
気化して低圧精留塔１内を上昇ガスとして上昇し
ていく。このように凝縮した窒素の一部は還流液
として中圧精留塔２内を流化し、中圧精留塔２内
の各棚段上で前述の上昇ガスと気液接触する。こ
うして中圧精留塔２の塔底には酸素濃度の高い液
化空気が蓄えられ、管７により抜出される。

他方、低圧精留塔１の中央位置には中圧精留塔
２の塔底の液化空気が管７によつて導びかれ、ま
た中圧精留塔２が空気が管８および膨脹タービン
３を介して導びかれている。また凝縮器６で前述
のとおり凝縮された液化窒素の一部は管９を介し
て低圧精留塔１の塔項に導びかれるようになつて
いる。ところで凝縮器６で気化した酸素ガスの一
部は前述のように上昇ガスとして低圧精留塔１内
を上昇してゆく。この上昇ガスは管７，９を介し
て低圧精留塔１内に導入された液化空気や液化窒
素と各棚段上で気液接触する。こうして精留が行
なわれ低圧精留塔１の塔底に酸素が、塔頂に窒素
が得られ各々管１０，管１１を介して抜出され、
可逆式熱交換器４で原料空気を冷却し自らは常温
となる。常温となつた酸素ガスは必要に応じて酸
素圧縮機（図示せず）等によつて使用先に供給さ
れるようになつている。そして、この製品酸素ガ
スの純度が酸素純度計Ａ２００で測定され、その
測定信号が中央処理装置（CPU）１３に送られ
るようになつている。また、低圧精留塔１の下部
より３段目の棚段１２にここを流れる流体の純度
を測定する純度計Ａ１００がもうけられ、この純
度計Ａ１００の測定信号も中央処理装置１３にお
くられる。

この中央処理装置１３は第２図のフローチヤー
トで示される酸素ガス流量を制御することにより
酸素ガス純度を規定値に保つ機構からなつてい
る。第２図において、純度調節計Ｃ３００はPID
機能等を持つ調節計で、純度計Ａ１００からの指
示純度を入力値としPID機能により出力値や出力
変化量（△M300）を出力するものである。演算
器Ｂ４００は操業変更によつて変更すべき変化量
（△M400）を増量時あるいは減量時に算出するも
のであり、演算器Ｂ５００は純度調節計Ｃ３００
の出力変化量（△M300）と演算器Ｂ４００の変
化量（△M400）を現在量（MVo）に加えて酸素
流量調節計Ｆ６００の設定値（Sv）として与え
るものである。酸素流量調節計Ｆ６００は演算器
Ｂ５００により設定された設定値に実際流量が一
致するように酸素ガス流量調整弁Ｖ７００を操作
するものである。このように構成された酸素ガス
流量調節機構は操業変更のない場合は純度計Ａ１
００の指示純度のみによつて酸素ガス流量を調節
して酸素ガス純度を維持し、操業変更中は純度計
Ａ１００と演算器Ｂ４００によつて酸素ガス純度
を維持するように機能する。

次にこの発明の自動操業変更方法を上記のよう
に構成された空気液化分離装置により実施する場
合について第３図を参照して説明する。第３図に
おいて、時刻Ａで空気液化分離装置は安定な運転
を継続しており、純度計Ａ１００の指示もある上
限および下限値で規定された規定値内で安定して
いる。時刻Ｂで増量が開始されると空気量と酸素
量も同時に変更目標値に向つて増量される。増量
途中、時刻Ｃで純度計Ａ１００の指示が乱れる
と、酸素ガス量は前記中央処理装置１３内の制御
機構によりその純度が調節されながら増量を続け
る。時刻Ｄで空気量が変更目標値に到達すると、
演算器Ｂ４００の変化量（△M400）は零となり
酸素ガス量は純度のみにより制御される。

時刻Ｄにおいて純度計Ａ１００の指示が安定し
ておらず、時刻Ｅにおいて純度計Ａ１００の指示
が規定された純度に安定したとすれば時刻Ｄから
Ｅを操業変更禁止の時間帯とし、新たな操業変更
を受けつけないようにする。操業変更禁止の時間
帯は操業変更の程度等により純度計Ａ１００の指
示が安定する時間、即ち空気分離装置が安定する
時間が異なることから一定ではない。よつて、確
実に空気液化分離装置の安定している時のみ操業
変更を受けつけ、かつ必要以上に操業変更を禁止
することはない。

時刻Ｅ以降は空気液化分離装置が安定して運転
されるが、時刻Ｆにおいて操業変更以外の外乱に
より装置が不安定となると純度計Ａ１００の指示
も不安定となり、操業変更を禁止することから操
業変更以外の外乱の判定も行うことができる。な
お、上記説明は増量の場合のものであるが減量の
場合も同様に行なうことができる。

上記の説明から明らかなように、操業変更の禁
止は操業変更の開始時点における空気分離装置の
安定状態によつてのみ行なわれ、操業変更途中に
不安定となつても変更を継続するようになつてい
る。しかしながら、操業変更中といえども製品純
度を規定値に保つ必要があるので、操業変更中に
おける酸素ガス純度の低下等の異常時においては
操業変更を中止する。また、空気量や酸素量の操
業変更形式、即ち、変更目標値まで直線的に変更
するか、あるいは曲線的に変更するかは関係なく
どんな形式でも変更することができる。更に変更
目標値を運転員が設定してもよいし、指令スイツ
チによつて変更を指令してもよい。

以上説明したようにこの発明の自動操業変更方
法は空気液化分離装置の安定状態を低圧精留塔下
部棚段のガス流体の純度により判断し、原料空気
量と製品酸素ガスとの比（Ａ／Ｏ比）の大小に関
係なく原料空気量と酸素量を同時に変更開始する
ようにし、更に操業変更による酸素ガス変化量に
純度制御による酸素ガス変化量を加えた量だけ酸
素ガス量を変更するように、操業変更中も低圧精
留塔下部棚段の流体純度あるいは製品酸素ガス純
度を制御目標量として操業変更中も酸素ガス純度
制御を行うようにしたものであるので、空気分
離装置の安定状態を常時把握しているので、安定
状態に応じて、すみやかに確実に操業変更がで
き、Ａ／Ｏ比を従来法のように大きくする必要
がないので、空気量と酸素量を適切な比のまま操
業変更できるので、変更時の収率低下が少なく、
操業変更中といえども酸素ガス純度を常に制御
していることから、酸素ガス純度を規定値に保つ
ことができ、安心して自動操業変更ができるなど
の利点を有するものである。なお、低圧精留塔下
部棚段の流体純度程度敏感ではないが、製品酸素
純度によつても無駄時間機能を有する調節計を用
いることにより同様な制御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の自動操業変更法を実施した
空気液化分離装置の１例のフロートシート図、第
２図はこの実施例の酸素ガス濃度制御機構を示す
フローチヤート図、第３図はこの実施例の操業変
更の制御パターンを示すタイミングチヤート図で
ある。 １……低圧精留塔、１２……棚段、１３……中
央処理装置、Ａ１００……純度計、Ａ２００……
酸素純度計、Ｃ３００……純度調節計、Ｂ４０
０，Ｂ５００……演算器、Ｆ６００……酸素流量
調節計、Ｖ７００……酸素流量調節弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気液化分離装置の自動操業変更方法におい
   て、低圧精留塔下部の流体純度を計測し、その指
   示純度が安定していることを操業変更開始の条件
   とすると共に、操業変更による製品酸素ガス変化
   量に純度制御による酸素ガス変化量を加えた量だ
   け製品酸素ガス量を変更するようにし、かつ操業
   変更中も前記低圧精留塔下部の流体純度あるいは
   製品酸素ガス純度を制御目標量として酸素ガス純
   度制御を行うことを特徴とする空気液化分離装置
   の自動操業変更方法。 ２ 空気液化分離装置の自動操業変更方法におい
   て、低圧精留塔下部の流体純度を計測し、その指
   示純度が安定していることを操業変更開始の条件
   とし、操業変更による製品酸素ガス変化量に純度
   制御による酸素ガス変化量を加えた量だけ製品酸
   素ガス量を変更するようにし、操業変更中も前記
   低圧精留塔下部の流体純度あるいは製品酸素ガス
   純度を制御目標量として酸素ガス純度制御を行
   い、かつ操業変更時における原料空気量と酸素ガ
   ス量の変更開始をほぼ同時に行うことを特徴とす
   る空気液化分離装置の自動操業変更方法。