JPH08189759A - 空気分離装置の酸素ガス発生量決定方法 - Google Patents
空気分離装置の酸素ガス発生量決定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 製品ガス需要の急激な変化に対しても柔軟に
対処できるようにし、更に、需要予測の経時変化及び空
気分離装置の再起動時間を考慮する。 【構成】 現時点における製品ガスの需要予測を満た
し、且つ、酸素工場全体の電力使用量が最小となるよう
な各空気分離装置の酸素ガス発生量を、電力使用量と共
に、その後の酸素発生量変更幅を目的関数に加えたもの
を最小化するように決定する。又、現在以降一定時間に
おける製品ガスの需要予測を満たし、且つ、その時間内
における酸素工場全体の電力使用量の時間合計が最小と
なるような稼働空気分離装置の組合せ及び各空気分離装
置の酸素ガス発生量を、需要予測の経時変化及び再起動
時間を考慮して決定する。
対処できるようにし、更に、需要予測の経時変化及び空
気分離装置の再起動時間を考慮する。 【構成】 現時点における製品ガスの需要予測を満た
し、且つ、酸素工場全体の電力使用量が最小となるよう
な各空気分離装置の酸素ガス発生量を、電力使用量と共
に、その後の酸素発生量変更幅を目的関数に加えたもの
を最小化するように決定する。又、現在以降一定時間に
おける製品ガスの需要予測を満たし、且つ、その時間内
における酸素工場全体の電力使用量の時間合計が最小と
なるような稼働空気分離装置の組合せ及び各空気分離装
置の酸素ガス発生量を、需要予測の経時変化及び再起動
時間を考慮して決定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の空気分離装置が
備えられた酸素工場で、各空気分離装置からの酸素ガ
ス、窒素ガス、アルゴンガスの発生量を決定する際に、
製品ガスの需要予測に見合うように、稼働空気分離装置
及び、その酸素ガス発生量を決定するための、空気分離
装置の酸素ガス発生量決定方法に関するものである。
備えられた酸素工場で、各空気分離装置からの酸素ガ
ス、窒素ガス、アルゴンガスの発生量を決定する際に、
製品ガスの需要予測に見合うように、稼働空気分離装置
及び、その酸素ガス発生量を決定するための、空気分離
装置の酸素ガス発生量決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、酸素ガスを使用する製鉄工業や
化学工業では、大型の空気液化分離装置を設置して酸素
ガスを供給しているが、酸素ガスの需要は、操業計画、
操業状態、曜日、時間帯等により大きく変動する。
化学工業では、大型の空気液化分離装置を設置して酸素
ガスを供給しているが、酸素ガスの需要は、操業計画、
操業状態、曜日、時間帯等により大きく変動する。
【０００３】このような酸素ガスの需要変動に対応する
ため、例えば特公昭４９−４５９９７、同４９−４５９
９８、特開昭６１−２３１３８０、特開平３−６７９８
３等に示されるように、製品酸素ガスの一部（余剰分）
を液化窒素又は液化空気と熱交換させて液化する酸素ガ
ス液化部と、液化した酸素を貯留する液化酸素貯槽と、
液化窒素貯槽又は液化空気貯槽とを設け、酸素ガスの需
要変動に応じて余剰となる酸素ガスを液化するようにし
たものが開発されている。
ため、例えば特公昭４９−４５９９７、同４９−４５９
９８、特開昭６１−２３１３８０、特開平３−６７９８
３等に示されるように、製品酸素ガスの一部（余剰分）
を液化窒素又は液化空気と熱交換させて液化する酸素ガ
ス液化部と、液化した酸素を貯留する液化酸素貯槽と、
液化窒素貯槽又は液化空気貯槽とを設け、酸素ガスの需
要変動に応じて余剰となる酸素ガスを液化するようにし
たものが開発されている。
【０００４】又、特開平５−３４０６１には、酸素ガス
需要の一時的及び／又は間欠的なアンバランスによって
生じる余剰酸素ガスを原料空気コンプレッサの出側へ混
入すると共に、原料空気と混入酸素ガスの合計流量の急
激な変化を防止するために、過剰酸素ガス混入流量に基
づいて原料空気吸入流量を制御し、且つ原料空気吸入流
量実測値と混入酸素流量実測値とから、冷熱バランスの
崩れを予防しつつ、従来放出を余儀なくされていた酸素
ガスを効率良く安定的に回収するようにしたものも開発
されている。
需要の一時的及び／又は間欠的なアンバランスによって
生じる余剰酸素ガスを原料空気コンプレッサの出側へ混
入すると共に、原料空気と混入酸素ガスの合計流量の急
激な変化を防止するために、過剰酸素ガス混入流量に基
づいて原料空気吸入流量を制御し、且つ原料空気吸入流
量実測値と混入酸素流量実測値とから、冷熱バランスの
崩れを予防しつつ、従来放出を余儀なくされていた酸素
ガスを効率良く安定的に回収するようにしたものも開発
されている。
【０００５】このような従来の空気液化分離装置の運転
においては、酸素ガス使用側の長期的な操業計画に基づ
き、酸素ガス需要量の計画を行った上で、計画した需要
量に見合う酸素ガス供給量を算出し、装置がその供給量
とバランスするように各部分のプロセス量を決定・調整
するという、長期間の需給量のバランス調整運転をして
いた。
においては、酸素ガス使用側の長期的な操業計画に基づ
き、酸素ガス需要量の計画を行った上で、計画した需要
量に見合う酸素ガス供給量を算出し、装置がその供給量
とバランスするように各部分のプロセス量を決定・調整
するという、長期間の需給量のバランス調整運転をして
いた。
【０００６】又、特開平６−２２９６６７に示されるよ
うに、製品需要量の変化を短期間の変化と長期間の変化
に分類し、長期的な酸素ガス需要量に対しては、第１演
算器が空気分離部や酸素ガス流量を制御して最適な条件
での運転を行うようにし、短期的な需要変動に対して
は、第２演算器が酸素ガス分岐量（液化量）を制御し
て、空気分離部が最適な条件での運転を継続できるよう
にすることも提案されている。
うに、製品需要量の変化を短期間の変化と長期間の変化
に分類し、長期的な酸素ガス需要量に対しては、第１演
算器が空気分離部や酸素ガス流量を制御して最適な条件
での運転を行うようにし、短期的な需要変動に対して
は、第２演算器が酸素ガス分岐量（液化量）を制御し
て、空気分離部が最適な条件での運転を継続できるよう
にすることも提案されている。
【０００７】更に、特開昭５５−６５８７７に示される
ように、空気分離装置と使用先とを結ぶラインに設けら
れた酸素ホルダの圧力を検出し、該ホルダ内の圧力変化
によって現時点での酸素需給バランスを判断すると共
に、使用先における今後の使用量を予測することによっ
て、必要な酸素製造量を算定することも提案されてい
る。
ように、空気分離装置と使用先とを結ぶラインに設けら
れた酸素ホルダの圧力を検出し、該ホルダ内の圧力変化
によって現時点での酸素需給バランスを判断すると共
に、使用先における今後の使用量を予測することによっ
て、必要な酸素製造量を算定することも提案されてい
る。
【０００８】更に、特開平３−１９９８８１に示される
ように、計算機システムに、空気液化分離装置の運転に
ついて経験豊富な熟練オペレータから得た専門知識をル
ール形式で表現した知識ベースと、監視項目と設定値よ
り算出した操作項目とから増減操作の可否を判定するテ
ーブルとを設け、増減操作指示が与えられたときは、そ
の可否を前記テーブルを用いて判断し、増減操作可能と
判定されたときは、外部から取り込まれたデータと前記
知識ベースとに基づいて最適な操作端及び操作量を決定
し、増減操作不可能と判定されたときは、その旨をオペ
レータに通知する一方、増減操作に異常が出たときは、
その異常を回復するための調整を実行しつつ、操業変更
を継続することが提案されている。
ように、計算機システムに、空気液化分離装置の運転に
ついて経験豊富な熟練オペレータから得た専門知識をル
ール形式で表現した知識ベースと、監視項目と設定値よ
り算出した操作項目とから増減操作の可否を判定するテ
ーブルとを設け、増減操作指示が与えられたときは、そ
の可否を前記テーブルを用いて判断し、増減操作可能と
判定されたときは、外部から取り込まれたデータと前記
知識ベースとに基づいて最適な操作端及び操作量を決定
し、増減操作不可能と判定されたときは、その旨をオペ
レータに通知する一方、増減操作に異常が出たときは、
その異常を回復するための調整を実行しつつ、操業変更
を継続することが提案されている。
【０００９】いずれにしても、複数の空気分離装置より
構成される酸素工場の最適運転計画を決定する必要があ
り、例えば、製品ガス発生量が現時刻の需要を満たし、
各空気分離装置の能力に上下限が存在するという制約の
下で、酸素工場全体の使用電力量が最小になるような、
各空気分離装置の酸素ガス発生量を数理計画法により決
定している。
構成される酸素工場の最適運転計画を決定する必要があ
り、例えば、製品ガス発生量が現時刻の需要を満たし、
各空気分離装置の能力に上下限が存在するという制約の
下で、酸素工場全体の使用電力量が最小になるような、
各空気分離装置の酸素ガス発生量を数理計画法により決
定している。
【００１０】このとき用いられる数理計画法には、特公
平１−２８３１３に示されるように、使用電力量及び窒
素発生量を、酸素発生量の一次式（又は非線形式）で与
え、将来の各時刻における製品ガス発生量が、その時刻
における需要予測を満たし、各空気分離装置の能力に上
下限が存在するという制約の下で、酸素工場全体の電力
使用量を目的関数として、線形計画法（又は非線形計画
法）により、酸素発生量を決定する方法がある。又、稼
働空気分離装置及び休止空気分離装置を選定する際に
は、考えられる全ての組合せについて、上記数理計画法
を解き、その中で、目的関数値が最も小さくなる組合せ
を選び出すことになる。
平１−２８３１３に示されるように、使用電力量及び窒
素発生量を、酸素発生量の一次式（又は非線形式）で与
え、将来の各時刻における製品ガス発生量が、その時刻
における需要予測を満たし、各空気分離装置の能力に上
下限が存在するという制約の下で、酸素工場全体の電力
使用量を目的関数として、線形計画法（又は非線形計画
法）により、酸素発生量を決定する方法がある。又、稼
働空気分離装置及び休止空気分離装置を選定する際に
は、考えられる全ての組合せについて、上記数理計画法
を解き、その中で、目的関数値が最も小さくなる組合せ
を選び出すことになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来は、
その後の酸素発生量の変更の余裕代を考慮せずに、目的
関数である電力使用量が最小になる酸素発生量を決定し
ていたため、その後の酸素使用量が急激に変化した場合
には、それに対処するだけの酸素発生量調整代が存在し
ないという問題があった。
その後の酸素発生量の変更の余裕代を考慮せずに、目的
関数である電力使用量が最小になる酸素発生量を決定し
ていたため、その後の酸素使用量が急激に変化した場合
には、それに対処するだけの酸素発生量調整代が存在し
ないという問題があった。
【００１２】極端な例を挙げれば、従来の方法では、稼
働空気分離装置の全てを最大発生量で運転するという解
が得られ、その１時間後に需要が急増した場合には、新
たに他の空気分離装置を稼働するのに３時間以上かかる
ため、その間需要が満たせないという事態が生じる。
働空気分離装置の全てを最大発生量で運転するという解
が得られ、その１時間後に需要が急増した場合には、新
たに他の空気分離装置を稼働するのに３時間以上かかる
ため、その間需要が満たせないという事態が生じる。
【００１３】例えば、図１に示す如く、４台の空気分離
装置１０−１〜１０−４を備えた酸素工場における酸素
ガスの需要予測が、図２に破線Ａに示す如くであり、こ
れに対して、特公平１−２８３１３に示された方法で得
られた稼働空気分離装置及びその酸素発生量の組合せ
が、図２中に示した如くであったとき、３時間後の実際
の酸素ガス需要が実線Ｂで示す如く急増した場合には、
休止中の他の空気分離装置（この場合は１０−２）を稼
働するのに３時間以上かかるため、酸素ガス発生量が３
時間後の酸素ガス需要を満たすことができず、空気分離
装置１０−２が稼働するまで、斜線部Ｃに示すような不
足が生じる。
装置１０−１〜１０−４を備えた酸素工場における酸素
ガスの需要予測が、図２に破線Ａに示す如くであり、こ
れに対して、特公平１−２８３１３に示された方法で得
られた稼働空気分離装置及びその酸素発生量の組合せ
が、図２中に示した如くであったとき、３時間後の実際
の酸素ガス需要が実線Ｂで示す如く急増した場合には、
休止中の他の空気分離装置（この場合は１０−２）を稼
働するのに３時間以上かかるため、酸素ガス発生量が３
時間後の酸素ガス需要を満たすことができず、空気分離
装置１０−２が稼働するまで、斜線部Ｃに示すような不
足が生じる。
【００１４】図１において、１２−１〜１２−４は、吸
入空気を圧縮して各空気分離装置１０−１〜１０−４に
供給するための空気コンプレッサ、１４−１、１４−
２、・・・は、各空気分離装置１０−１〜１０−４で分
離された酸素ガスを圧縮するための酸素ガスコンプレッ
サ、１６−１、１６−２、・・・は、分離された窒素ガ
スを圧縮するための窒素ガスコンプレッサ、１８は、各
酸素ガスコンプレッサ１４−１、１４−２、・・・から
送られてくるガスを集める酸素ガスヘッダ、２０は、各
窒素ガスコンプレッサ１６−１、１６−２、・・・から
送られてくる窒素ガスを集める窒素ガスヘッダ、２２−
１、２２−２、・・・は、各需要先（例えば転炉）毎に
設けられた酸素ガスホルダ、２４−１、２４−２、・・
・は、同じく窒素ガスホルダ、２６は、各空気分離装置
１０−１〜１０−４から送られてくる液体酸素を蓄える
ための液体酸素タンクである。
入空気を圧縮して各空気分離装置１０−１〜１０−４に
供給するための空気コンプレッサ、１４−１、１４−
２、・・・は、各空気分離装置１０−１〜１０−４で分
離された酸素ガスを圧縮するための酸素ガスコンプレッ
サ、１６−１、１６−２、・・・は、分離された窒素ガ
スを圧縮するための窒素ガスコンプレッサ、１８は、各
酸素ガスコンプレッサ１４−１、１４−２、・・・から
送られてくるガスを集める酸素ガスヘッダ、２０は、各
窒素ガスコンプレッサ１６−１、１６−２、・・・から
送られてくる窒素ガスを集める窒素ガスヘッダ、２２−
１、２２−２、・・・は、各需要先（例えば転炉）毎に
設けられた酸素ガスホルダ、２４−１、２４−２、・・
・は、同じく窒素ガスホルダ、２６は、各空気分離装置
１０−１〜１０−４から送られてくる液体酸素を蓄える
ための液体酸素タンクである。
【００１５】又、従来の方法では、将来各時刻における
最適な各空気分離装置の酸素発生量を、時刻毎に独立し
て求めているため、製品ガスのうち、特に変動の大きい
酸素ガス需要の経時的な変化や、一度停止した空気分離
装置を再起動するために用する時間（再起動時間）が考
慮されていない。このため、従来の方法により得られ
た、将来のある時刻における最適な稼動空気分離装置
が、実際には稼動不可能であったり、現時刻における最
適な解が、更に将来の時刻における最適解の制約となっ
て、長い時間で見ると電力使用量が最小とならないこと
があった。
最適な各空気分離装置の酸素発生量を、時刻毎に独立し
て求めているため、製品ガスのうち、特に変動の大きい
酸素ガス需要の経時的な変化や、一度停止した空気分離
装置を再起動するために用する時間（再起動時間）が考
慮されていない。このため、従来の方法により得られ
た、将来のある時刻における最適な稼動空気分離装置
が、実際には稼動不可能であったり、現時刻における最
適な解が、更に将来の時刻における最適解の制約となっ
て、長い時間で見ると電力使用量が最小とならないこと
があった。
【００１６】例えば、図３に示す如く、現在４台の空気
分離装置１０−１〜１０−４が稼働中であり、従来の方
法により得られた次時刻（図では１時間後）における最
適な空気分離装置の組合せが、１０−１、１０−３、１
０−４の３台で、次々時刻（同２時間後）における最適
な空気分離装置の組合せが１０−１、１０−３の２台
で、その次の時刻（同３時間後）における最適な空気分
離装置の組合せが１０−１、１０−２、１０−４の３台
で、更にその次の時刻（同４時間後）における最適な空
気分離装置の組合せが１０−１、１０−３、１０−４の
３台であったとしても、２時間後に空気分離装置１０−
４を停止してしまい、更に、空気分離装置１０−２は休
止中であったため、３時間後に空気分離装置１０−２、
１０−４を再起動できず、空気分離装置１０−１を継続
運転するしかないという状況に陥る。更に、４時間後に
おいても、３時間後の時点で空気分離装置１０−３の運
転を停止したため、１０−３の再起動もできず、やはり
空気分離装置１０−１のみで運転を継続するしかないと
いう状況に陥る。
分離装置１０−１〜１０−４が稼働中であり、従来の方
法により得られた次時刻（図では１時間後）における最
適な空気分離装置の組合せが、１０−１、１０−３、１
０−４の３台で、次々時刻（同２時間後）における最適
な空気分離装置の組合せが１０−１、１０−３の２台
で、その次の時刻（同３時間後）における最適な空気分
離装置の組合せが１０−１、１０−２、１０−４の３台
で、更にその次の時刻（同４時間後）における最適な空
気分離装置の組合せが１０−１、１０−３、１０−４の
３台であったとしても、２時間後に空気分離装置１０−
４を停止してしまい、更に、空気分離装置１０−２は休
止中であったため、３時間後に空気分離装置１０−２、
１０−４を再起動できず、空気分離装置１０−１を継続
運転するしかないという状況に陥る。更に、４時間後に
おいても、３時間後の時点で空気分離装置１０−３の運
転を停止したため、１０−３の再起動もできず、やはり
空気分離装置１０−１のみで運転を継続するしかないと
いう状況に陥る。
【００１７】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、製品ガス需要の不測の変化に対して
も、柔軟に対処可能な、空気分離装置の酸素ガス発生量
決定方法を提供することを第１の目的とする。
くなされたもので、製品ガス需要の不測の変化に対して
も、柔軟に対処可能な、空気分離装置の酸素ガス発生量
決定方法を提供することを第１の目的とする。
【００１８】本発明は、又、需要予測の経時変化及び空
気分離装置の再起動時間を考慮しつつ、電力使用量を最
小化することが可能な、空気分離装置の酸素ガス発生量
決定方法を提供することを第２の目的とする。
気分離装置の再起動時間を考慮しつつ、電力使用量を最
小化することが可能な、空気分離装置の酸素ガス発生量
決定方法を提供することを第２の目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の空気分
離装置が備えられた酸素工場で、各空気分離装置からの
酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガスの発生量を決定する
際に、現時点における製品ガスの需要予測を満たし、且
つ、酸素工場全体の電力使用量が最小となるような各空
気分離装置の酸素ガス発生量を、電力使用量と共に、そ
の後の酸素発生量変更幅を目的関数に加えたものを最小
化するように決定することにより、製品ガス需要の不測
な急激な変化に対しても、柔軟に対処できるようにし
て、前記第１の目的を達成したものである。
離装置が備えられた酸素工場で、各空気分離装置からの
酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガスの発生量を決定する
際に、現時点における製品ガスの需要予測を満たし、且
つ、酸素工場全体の電力使用量が最小となるような各空
気分離装置の酸素ガス発生量を、電力使用量と共に、そ
の後の酸素発生量変更幅を目的関数に加えたものを最小
化するように決定することにより、製品ガス需要の不測
な急激な変化に対しても、柔軟に対処できるようにし
て、前記第１の目的を達成したものである。
【００２０】本発明は、又、現在以降一定時間における
製品ガスの需要予測を満たし、且つ、その時間内におけ
る酸素工場全体の電力使用量の時間合計が最小となるよ
うな稼動空気分離装置の組合せ、及び各空気分離装置の
酸素ガス発生量を、需要予測の経時変化及び再起動時間
を考慮して決定することにより、酸素工場の将来一定時
間の電力使用量を最小化するようにして、前記第２の目
的を達成したものである。
製品ガスの需要予測を満たし、且つ、その時間内におけ
る酸素工場全体の電力使用量の時間合計が最小となるよ
うな稼動空気分離装置の組合せ、及び各空気分離装置の
酸素ガス発生量を、需要予測の経時変化及び再起動時間
を考慮して決定することにより、酸素工場の将来一定時
間の電力使用量を最小化するようにして、前記第２の目
的を達成したものである。
【００２１】
【作用】空気分離装置の台数をｎ、時刻ｊにおける各空
気分離装置の酸素ガス発生量を、 ｘ1j、ｘ2j、・・・、ｘnj として、窒素ガス発生量Ｎｉｊ（ｘij）、アルゴンガス
発生量Ａｉｊ（ｘij）、電力使用量Ｗｉｊ（ｘij）を、
次の一次線形式で近似する。
気分離装置の酸素ガス発生量を、 ｘ1j、ｘ2j、・・・、ｘnj として、窒素ガス発生量Ｎｉｊ（ｘij）、アルゴンガス
発生量Ａｉｊ（ｘij）、電力使用量Ｗｉｊ（ｘij）を、
次の一次線形式で近似する。
【００２２】 Ｎｉｊ（ｘij）＝ａij・ｘij＋ｂij …（１） Ａｉｊ（ｘij）＝ｃij・ｘij＋ｄij …（２） Ｗｉｊ（ｘij）＝ｅij・ｘij＋ｆij …（３）
【００２３】このとき、第１発明により、製品ガス需要
の不測の急激な変化に対しても柔軟に対処できるよう
に、現在以降における酸素工場の電力使用量を最小化す
る稼働空気分離装置及び酸素ガス発生量を求める数理計
画問題は、次のように書ける。なお、簡単のため、以下
の第１発明の説明では、時刻を示す添字ｊを省略する。
の不測の急激な変化に対しても柔軟に対処できるよう
に、現在以降における酸素工場の電力使用量を最小化す
る稼働空気分離装置及び酸素ガス発生量を求める数理計
画問題は、次のように書ける。なお、簡単のため、以下
の第１発明の説明では、時刻を示す添字ｊを省略する。
【００２４】
【数１】 ここで、 ｘiLO ：第ｉ空気分離装置１０−ｉの下限 ｘiHI ：第ｉ空気分離装置１０−ｉの上限 α：上限迄の余裕幅を調整するためのパラメータ β：下限迄の余裕幅を調整するためのパラメータ である。
【００２５】この線形計画問題は、（７）式で示される
離散的な制約を含んでいるので、まず、全ての空気分離
装置の組合せについて、電力使用量を最小化する空気分
離装置の酸素ガス発生量を数理計画法で求め、その中
で、上記目的関数ｆ1 が最も小さくなる組合せを求める
必要がある。このとき、（２n −１）回の線形計画法を
解く必要がある。
離散的な制約を含んでいるので、まず、全ての空気分離
装置の組合せについて、電力使用量を最小化する空気分
離装置の酸素ガス発生量を数理計画法で求め、その中
で、上記目的関数ｆ1 が最も小さくなる組合せを求める
必要がある。このとき、（２n −１）回の線形計画法を
解く必要がある。
【００２６】上記目的関数ｆ1 において、α及びβは、
発生量変更の柔軟性、及び増量の柔軟性と減量の柔軟性
を両立させるための正のパラメータである。
発生量変更の柔軟性、及び増量の柔軟性と減量の柔軟性
を両立させるための正のパラメータである。
【００２７】パラメータα及びβの絶対値を共に大きく
すると、電力使用量よりも、発生量変更の柔軟性を重視
した解が得られる。又、パラメータαをβに対して相対
的に大きくすると、減量の柔軟性よりも増量の柔軟性を
重視した解が得られ、酸素ガス発生量の増量幅が大きく
なる。逆に、パラメータβをαに対して相対的に大きく
すると、増量の柔軟性よりも減量の柔軟性を重視した解
が得られる。
すると、電力使用量よりも、発生量変更の柔軟性を重視
した解が得られる。又、パラメータαをβに対して相対
的に大きくすると、減量の柔軟性よりも増量の柔軟性を
重視した解が得られ、酸素ガス発生量の増量幅が大きく
なる。逆に、パラメータβをαに対して相対的に大きく
すると、増量の柔軟性よりも減量の柔軟性を重視した解
が得られる。
【００２８】又、第２発明により、需要予測の経時変化
及び再起動時間を考慮して、現在以降ｍ時間における酸
素工場の電力使用量を最小化する稼働空気分離装置及び
酸素ガス発生量を求める数理計画問題は、次のように書
ける。
及び再起動時間を考慮して、現在以降ｍ時間における酸
素工場の電力使用量を最小化する稼働空気分離装置及び
酸素ガス発生量を求める数理計画問題は、次のように書
ける。
【００２９】
【数２】 ここで、 ｘiLO ：第ｉ空気分離装置１０−ｉの下限 ｘiHI ：第ｉ空気分離装置１０−ｉの上限 ｄi ：第ｉ空気分離装置１０−ｉの再起動時間 である。
【００３０】この線形計画問題は、（１２）式及び（１
３）式の２つの離散的な制約を含んでいるので、これら
２つの制約を満たす将来ｍ時間における稼働空気分離装
置の組合せをまず求め、その各組合せのうち、上記目的
関数を最小化する組合せ及び酸素発生量を求める。
３）式の２つの離散的な制約を含んでいるので、これら
２つの制約を満たす将来ｍ時間における稼働空気分離装
置の組合せをまず求め、その各組合せのうち、上記目的
関数を最小化する組合せ及び酸素発生量を求める。
【００３１】図４に、第２発明における運転計画の具体
的な手順の例を示す。
的な手順の例を示す。
【００３２】まず、ステップ１００において、各時刻に
おける全ての組合せについて、電力使用量が最小となる
空気分離装置の酸素ガス発生量を数理計画法により求め
る。このとき、（２n −１）ｍ回の線形計画法を解く必
要がある。
おける全ての組合せについて、電力使用量が最小となる
空気分離装置の酸素ガス発生量を数理計画法により求め
る。このとき、（２n −１）ｍ回の線形計画法を解く必
要がある。
【００３３】次いで、ステップ１０２乃至１１４で、再
起動時間の制約を考慮して、ｍ時間分の組合せを求め、
ステップ１１６で、ｍ時間分の合計電力使用量が最小と
なる空気分離装置の組合せを求める。ここで、空気分離
装置の負荷変動を少なく抑え、又線形計画法を解く回数
を減らすために、各空気分離装置は１回の起動停止のみ
可能とすることができる。即ち、ｍ時間以内において２
回以上の起動あるいは２回以上の停止は行わないように
することができる。又、このような条件を用いても、運
転計画上問題の無いｍを選ぶ。
起動時間の制約を考慮して、ｍ時間分の組合せを求め、
ステップ１１６で、ｍ時間分の合計電力使用量が最小と
なる空気分離装置の組合せを求める。ここで、空気分離
装置の負荷変動を少なく抑え、又線形計画法を解く回数
を減らすために、各空気分離装置は１回の起動停止のみ
可能とすることができる。即ち、ｍ時間以内において２
回以上の起動あるいは２回以上の停止は行わないように
することができる。又、このような条件を用いても、運
転計画上問題の無いｍを選ぶ。
【００３４】図５に示すように、第ｉ空気分離装置が現
在停止中でないとすると、その組合せは、
在停止中でないとすると、その組合せは、
【数３】 通りであるから、ｎ台の空気分離装置に対する組合せは
【数４】 通りとなる。又、第ｉ空気分離装置が現在停止中又は再
起動中であり、最短でｚ i 時間後に起動可能な場合は、
起動中であり、最短でｚ i 時間後に起動可能な場合は、
【数５】 とすればよい。
【００３５】このようにして得られた各組合せに対し
て、前出ステップ１００で最小化された時間毎の電力使
用量をｍ時間分足し合わせたもの（前記目的関数ｆ2 ）
を求めて、ステップ１１６で、それが最小となる組合せ
を探す。このとき得られた組合せが、酸素ガス需要予測
の経時変化及び空気分離装置の再起動時間を考慮して、
現在以降ｍ時間の電力使用量を最小化する起動空気分離
装置の組合せであり、そのときの酸素ガス発生量はステ
ップ１００で求められている。
て、前出ステップ１００で最小化された時間毎の電力使
用量をｍ時間分足し合わせたもの（前記目的関数ｆ2 ）
を求めて、ステップ１１６で、それが最小となる組合せ
を探す。このとき得られた組合せが、酸素ガス需要予測
の経時変化及び空気分離装置の再起動時間を考慮して、
現在以降ｍ時間の電力使用量を最小化する起動空気分離
装置の組合せであり、そのときの酸素ガス発生量はステ
ップ１００で求められている。
【００３６】
【実施例】以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００３７】図６は、第１発明の実施例を示したもので
ある。ここでは、４台の空気分離装置１０−１〜１０−
４を備えた酸素工場において、現在以降５時間における
酸素ガス需要変動予測（破線Ａ）に対して、最適な稼働
空気分離装置及び酸素発生量を決定している。酸素ガス
の需要予測には、１時間平均値を用いている。
ある。ここでは、４台の空気分離装置１０−１〜１０−
４を備えた酸素工場において、現在以降５時間における
酸素ガス需要変動予測（破線Ａ）に対して、最適な稼働
空気分離装置及び酸素発生量を決定している。酸素ガス
の需要予測には、１時間平均値を用いている。
【００３８】又、線形計画法を実行する回数を減らすた
めに、まずその組合せにおける最大製品ガス発生量及び
最小製品ガス発生量を求め、需要予測の１時間平均値が
その範囲にない場合には、その組合せに対して線形計画
法は行わないようにしている。この例では、２８回線形
計画法を解くことにより最適解が得られた。
めに、まずその組合せにおける最大製品ガス発生量及び
最小製品ガス発生量を求め、需要予測の１時間平均値が
その範囲にない場合には、その組合せに対して線形計画
法は行わないようにしている。この例では、２８回線形
計画法を解くことにより最適解が得られた。
【００３９】ここで、柔軟性を調整するパラメータα、
βは、（１）酸素ガス余剰（大気放散）よりも酸素ガス
不足（転炉吹練延期）の方が損失が大きい、（２）空気
分離装置の停止による減量は、遅れ時間無く実現でき
る、ことを考慮して、増量幅を大きくするように、パラ
メータαを大きくした。又、パラメータα及びβの絶対
値は、稼働する空気分離装置の数が、不測の需要変動を
考慮しない場合に比べて多くならないように調整した。
βは、（１）酸素ガス余剰（大気放散）よりも酸素ガス
不足（転炉吹練延期）の方が損失が大きい、（２）空気
分離装置の停止による減量は、遅れ時間無く実現でき
る、ことを考慮して、増量幅を大きくするように、パラ
メータαを大きくした。又、パラメータα及びβの絶対
値は、稼働する空気分離装置の数が、不測の需要変動を
考慮しない場合に比べて多くならないように調整した。
【００４０】第１発明による図６、及び、特公平１−２
８３１３に示された方法で最適解を求めた、図２に示し
た従来例を比較すれば判るように、従来の方法では、３
時間後の不測な需要変動に、酸素ガス発生量が対応でき
ない状況が生じている（他の空気分離装置を稼働するに
は３時間以上かかるため）のに対して、第１発明の方法
によれば、予め酸素発生量増量幅の大きな組合せで運転
しているため、酸素需要の急激な増加に対しても、制約
範囲内で需要を満たしている。
８３１３に示された方法で最適解を求めた、図２に示し
た従来例を比較すれば判るように、従来の方法では、３
時間後の不測な需要変動に、酸素ガス発生量が対応でき
ない状況が生じている（他の空気分離装置を稼働するに
は３時間以上かかるため）のに対して、第１発明の方法
によれば、予め酸素発生量増量幅の大きな組合せで運転
しているため、酸素需要の急激な増加に対しても、制約
範囲内で需要を満たしている。
【００４１】図７は、第２発明の実施例を示したもので
ある。ここでは、４台の空気分離装置１０−１〜１０−
４から構成される酸素工場において、現在以降５時間に
おける酸素ガス需要変動予測（実線Ａ）に対して、最適
な稼働空気分離装置及び酸素発生量を決定した。現時刻
においては、４台全ての空気分離装置が稼働しており、
各空気分離装置の再起動時間は３時間であるとした。酸
素ガスの需要予測には、１時間平均値を用いている。
ある。ここでは、４台の空気分離装置１０−１〜１０−
４から構成される酸素工場において、現在以降５時間に
おける酸素ガス需要変動予測（実線Ａ）に対して、最適
な稼働空気分離装置及び酸素発生量を決定した。現時刻
においては、４台全ての空気分離装置が稼働しており、
各空気分離装置の再起動時間は３時間であるとした。酸
素ガスの需要予測には、１時間平均値を用いている。
【００４２】又、線形計画法を実行する回数を減らすた
めに、まずその組合せにおける最大製品ガス発生量及び
最小製品ガス発生量を求め、需要予測の１時間平均値
が、その範囲に無い場合には、その組合せに対する線形
計画法は行わないようにしている。
めに、まずその組合せにおける最大製品ガス発生量及び
最小製品ガス発生量を求め、需要予測の１時間平均値
が、その範囲に無い場合には、その組合せに対する線形
計画法は行わないようにしている。
【００４３】この例では、線形計画法を４８回解くこと
により最適解が得られた。
により最適解が得られた。
【００４４】特公平１−２８３１３に示された方法で最
適解を求めた、図３に示した従来例と比較すれば判るよ
うに、従来の方法では、３時間後に再起動不可能な空気
分離装置１０−２、１０−４が生じており、そのとき４
時間後において停止するという解が得られた空気分離装
置１０−３の停止を取り止めても、酸素ガス発生量が需
要予測を下回るという事態が発生している。これに対し
て、第２発明の方法では、それは解消されており、１時
間後に空気分離装置１０−２ではなく１０−３を停止す
ることにより、稼働に不可能な組合せを生じることがな
く、又、空気分離装置１０−３を止めた直後から、４時
間後の再起動へ向けての準備が可能である。
適解を求めた、図３に示した従来例と比較すれば判るよ
うに、従来の方法では、３時間後に再起動不可能な空気
分離装置１０−２、１０−４が生じており、そのとき４
時間後において停止するという解が得られた空気分離装
置１０−３の停止を取り止めても、酸素ガス発生量が需
要予測を下回るという事態が発生している。これに対し
て、第２発明の方法では、それは解消されており、１時
間後に空気分離装置１０−２ではなく１０−３を停止す
ることにより、稼働に不可能な組合せを生じることがな
く、又、空気分離装置１０−３を止めた直後から、４時
間後の再起動へ向けての準備が可能である。
【００４５】なお、前記実施例においては、第１発明と
第２発明が独立して行われていたが、第１発明と第２発
明を併用して、更に効果を高めることも可能である。
第２発明が独立して行われていたが、第１発明と第２発
明を併用して、更に効果を高めることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したとおり、第１発明によれ
ば、製品ガス需要の不測な急激な変化に対して柔軟に対
処が可能となり、又、第２発明によれば、再起動時間を
考慮することによって、各時刻における空気分離装置の
組合せが最適であっても、得られた空気分離装置の組合
せが実現できないという問題を解決することができ、い
ずれにしても、少ない電力量で酸素工場を運転すること
が可能となる。
ば、製品ガス需要の不測な急激な変化に対して柔軟に対
処が可能となり、又、第２発明によれば、再起動時間を
考慮することによって、各時刻における空気分離装置の
組合せが最適であっても、得られた空気分離装置の組合
せが実現できないという問題を解決することができ、い
ずれにしても、少ない電力量で酸素工場を運転すること
が可能となる。
【図１】空気分離装置を備えた酸素工場の構成例を示す
管路図
管路図
【図２】特公平１−２８３１３に示された方法で最適解
を求めた場合の従来例の酸素ガス需要予測と実際の需
要、及び空気分離装置の運転状態及び酸素発生量の関係
の例を示す線図
を求めた場合の従来例の酸素ガス需要予測と実際の需
要、及び空気分離装置の運転状態及び酸素発生量の関係
の例を示す線図
【図３】同じく特公平１−２８３１３に示された方法で
最適解を求めた場合の従来例における酸素ガス需要予測
の他の例の場合を示す線図
最適解を求めた場合の従来例における酸素ガス需要予測
の他の例の場合を示す線図
【図４】本発明の第２発明の具体的な実施手順の例を示
す線図
す線図
【図５】同じく第２発明のｍ時間における空気分離装置
の組合せ方法を示す線図
の組合せ方法を示す線図
【図６】本発明の第１発明における酸素ガス需要の変動
に対する酸素発生量の関係の例を示す線図
に対する酸素発生量の関係の例を示す線図
【図７】本発明の第２発明における酸素ガス需要の変動
に対する酸素発生量の変化の例を示す線図
に対する酸素発生量の変化の例を示す線図
１０−１〜１０−４…空気分離装置 ｘij…酸素ガス発生量 Ｗｉｊ（ｘij）…電力使用量 ｆ1 、ｆ2 …目的関数 ｄi …再起動時間
Claims (2)
- 【請求項１】複数の空気分離装置が備えられた酸素工場
で、各空気分離装置からの酸素ガス、窒素ガス、アルゴ
ンガスの発生量を決定する際に、 現時点における製品ガスの需要予測を満たし、且つ、酸
素工場全体の電力使用量が最小となるような各空気分離
装置の酸素ガス発生量を、電力使用量と共に、その後の
酸素発生量変更幅を目的関数に加えたものを最小化する
ように決定することにより、 製品ガス需要の不測な急激な変化に対しても、柔軟に対
処できるようにしたことを特徴とする空気分離装置の酸
素ガス発生量決定方法。 - 【請求項２】複数の空気分離装置が備えられた酸素工場
で、各空気分離装置からの酸素ガス、窒素ガス、アルゴ
ンガスの発生量を決定する際に、 現在以降一定時間における製品ガスの需要予測を満た
し、且つ、その時間内における酸素工場全体の電力使用
量の時間合計が最小となるような稼動空気分離装置の組
合せ、及び各空気分離装置の酸素ガス発生量を、需要予
測の経時変化及び再起動時間を考慮して決定することに
より、 酸素工場の将来一定時間の電力使用量を最小化すること
を特徴とする空気分離装置の酸素ガス発生量決定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP106995A JPH08189759A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 空気分離装置の酸素ガス発生量決定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP106995A JPH08189759A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 空気分離装置の酸素ガス発生量決定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08189759A true JPH08189759A (ja) | 1996-07-23 |
Family
ID=11491246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP106995A Pending JPH08189759A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 空気分離装置の酸素ガス発生量決定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08189759A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003168187A (ja) * | 2001-12-03 | 2003-06-13 | Hitachi Sanso Kk | バルクガス配送システムおよび配送方法、並びにバルクガスローリー車の配車方法 |
| JP2006522307A (ja) * | 2003-04-02 | 2006-09-28 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・ア・ディレクトワール・エ・コンセイユ・ドゥ・スールベイランス・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 加圧下でのガスの供給のための方法および装置 |
| FR2949845A1 (fr) * | 2009-09-09 | 2011-03-11 | Air Liquide | Procede d'operation d'au moins un appareil de separation d'air et d'une unite de combustion de combustibles carbones |
-
1995
- 1995-01-09 JP JP106995A patent/JPH08189759A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003168187A (ja) * | 2001-12-03 | 2003-06-13 | Hitachi Sanso Kk | バルクガス配送システムおよび配送方法、並びにバルクガスローリー車の配車方法 |
| JP2006522307A (ja) * | 2003-04-02 | 2006-09-28 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・ア・ディレクトワール・エ・コンセイユ・ドゥ・スールベイランス・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 加圧下でのガスの供給のための方法および装置 |
| FR2949845A1 (fr) * | 2009-09-09 | 2011-03-11 | Air Liquide | Procede d'operation d'au moins un appareil de separation d'air et d'une unite de combustion de combustibles carbones |
| CN102483301A (zh) * | 2009-09-09 | 2012-05-30 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 用于操作至少一个空气分离设备和氧消耗单元的方法 |
| US20120174624A1 (en) * | 2009-09-09 | 2012-07-12 | Alain Guillard | Method for operating at least one air separation apparatus and oxygen consumption unit |
| WO2011030035A3 (fr) * | 2009-09-09 | 2013-12-19 | L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Procédé d'opération d'au moins un appareil de séparation d'air et d'une unité de consommation d'oxygène |
| AU2010294078B2 (en) * | 2009-09-09 | 2014-09-18 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method for operating at least one air separation apparatus and oxygen consumption unit |
| CN102483301B (zh) * | 2009-09-09 | 2015-11-25 | 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 | 用于操作至少一个空气分离设备和氧消耗单元的方法 |
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