JPH11316079A - Operating method for nitrogen generator - Google Patents

Operating method for nitrogen generator

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JPH11316079A
JPH11316079A JP954399A JP954399A JPH11316079A JP H11316079 A JPH11316079 A JP H11316079A JP 954399 A JP954399 A JP 954399A JP 954399 A JP954399 A JP 954399A JP H11316079 A JPH11316079 A JP H11316079A
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liquid
air
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Kanji Fujimori
幹治 藤森
Toshiaki Yanagii
利昭 楊井
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operating method for a nitrogen generator capable of preferably meeting various kinds of operating conditions requested by a user. SOLUTION: A nitrogen generator comprises a rectifying tower 5 for applying a low temperature separation to feed air to produce liquid nitrogen and gas nitrogen, a feed air inlet valve 8 for adjusting the quantity of the feed air supplied to the rectifying tower 5 and a microcomputer 17 in which various data D1 to D15 for operating the device is stored. To the microcomputer 17, the extract data D16 and D17 of liquid nitrogen and gas nitrogen are inputted. The feed air inlet valve 8 is controlled depending on the calculated result based on the extract data D16 and D17 and the various kinds of data D1 to D15.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、深冷分離法による
窒素発生装置の運転方法に関する。
The present invention relates to a method for operating a nitrogen generator by a cryogenic separation method.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の窒素発生装置において、装置各
部の条件と設定された製品ガス窒素発生量および製品液
体窒素発生量をマイクロコンピュータに入力して必要な
原料空気量を演算し、これを原料空気量調節器の設定値
として出力することにより、自動的に運転する方法が、
例えば特開昭62−123279号公報に見られるよう
に知られている。
2. Description of the Related Art In this type of nitrogen generating apparatus, the conditions of each part of the apparatus and the set product gas nitrogen generation amount and product liquid nitrogen generation amount are input to a microcomputer to calculate a necessary raw material air amount. The method of automatically operating by outputting as the set value of the raw material air amount controller,
For example, it is known as seen in JP-A-62-123279.

【0003】この自動運転方法は、製品窒素純度をほぼ
一定にする純度優先モードで運転され、また、製品ガス
窒素と製品液体窒素の併産時における原料空気の液化量
を製品液化窒素量と同量として扱っていた。
This automatic operation method is operated in a purity priority mode in which the purity of product nitrogen is almost constant, and the amount of liquefied raw material air during the simultaneous production of product gas nitrogen and product liquid nitrogen is the same as the amount of product liquefied nitrogen. Was treated as a quantity.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の自動運転方法
は、上記したように、純度優先モードのみで運転され、
また製品ガス窒素、液体窒素併産時における原料空気の
液化率の変化を考慮していなかった等のため、ユーザか
ら要求される各種運転条件に好適に対応できないという
問題があった。
As described above, the conventional automatic operation method operates only in the purity priority mode,
In addition, since the change in the liquefaction rate of the raw material air during the simultaneous production of product gas nitrogen and liquid nitrogen was not taken into account, there was a problem that it was not possible to suitably cope with various operating conditions required by the user.

【0005】したがって、本発明の目的は、ユーザから
要求される各種運転条件に好適に対応し得る窒素発生装
置の運転方法を提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for operating a nitrogen generator which can suitably cope with various operating conditions required by a user.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、精留塔からの廃ガスによって駆動される
膨張タービンによって寒冷が与えられた原料空気を精留
塔内に供給し深冷分離法により製品ガス窒素および製品
液体窒素を発生する窒素発生装置であって、この装置各
部の条件と設定された製品ガス窒素発生量および製品液
体窒素発生量とを用いて必要な原料空気量を演算し、こ
れを原料空気量調節器の設定値として出力する窒素発生
装置の運転方法において、下記(a)〜(g)の各方法
のいずれかを実施することを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method of supplying raw material air cooled by an expansion turbine driven by waste gas from a rectification tower to the rectification tower, A nitrogen generator that generates product gas nitrogen and product liquid nitrogen by a cold separation method. The amount of raw material air required by using the conditions of each part of the device and the set product gas nitrogen generation amount and product liquid nitrogen generation amount And operating the nitrogen generator to output the set value as a set value of the raw material air regulator, wherein one of the following methods (a) to (g) is performed. .

【0007】(a)製品窒素純度をほぼ一定にする純度
優先モード時に、採取する製品ガス窒素量および製品液
体窒素量によって変化する原料空気の液化率に応じて上
記原料空気量を自動的に補正する。
(A) In the purity priority mode in which the purity of the product nitrogen is substantially constant, the amount of the raw material air is automatically corrected in accordance with the liquefaction rate of the raw material air which changes depending on the amount of the product gas nitrogen to be collected and the amount of the product liquid nitrogen. I do.

【0008】(b)原料空気に与えられる寒冷量に依存
した製品液体窒素採取量を主体とする液体窒素採取量優
先モード特性に従って上記原料空気量を演算する。
(B) Calculating the raw material air amount according to the liquid nitrogen collection amount priority mode characteristic mainly based on the product liquid nitrogen collection amount depending on the amount of cold applied to the raw material air.

【0009】(c)上記純度優先モード特性および液体
窒素採取優先モード特性に従って上記原料空気量を演算
する。
(C) Calculating the raw material air amount according to the purity priority mode characteristic and the liquid nitrogen collection priority mode characteristic.

【0010】(d)上記設定された製品ガス窒素発生量
と製品液体窒素発生量で与えられる1点が上記両モード
特性のいずれの特性に属するかを判定し、判定されたモ
ード特性に従って上記原料空気量を演算する。
(D) It is determined whether one point given by the set product gas nitrogen generation amount and the product liquid nitrogen generation amount belongs to one of the two mode characteristics, and the raw material is determined according to the determined mode characteristic. Calculate the air volume.

【0011】(e)精留塔に備えた窒素凝縮器に供給さ
れる液体空気の圧力を設定された液体空気圧力に従って
製品窒素圧力がほぼ一定となるように自動的に制御す
る。
(E) The pressure of the liquid air supplied to the nitrogen condenser provided in the rectification column is automatically controlled according to the set liquid air pressure so that the product nitrogen pressure becomes substantially constant.

【0012】(f)装置の初期運転時に得られる製品ガ
ス窒素発生量および製品液体窒素発生量の少なくとも2
点のデータから運転特性線、例えば定格運転時、減量運
転時あるいは増量運転時の運転特性線を求め、また純度
優先モード特性線上の1点と、液体窒素採取優先モード
特性線の1点と、両モード特性線の分岐点である1点と
の少なくとも3点のデータから純度優先モード特性線と
液体窒素採取優先モード特性線からなる運転特性線を求
め、この運転特性線に従って上記原料空気量を演算し、
あるいはまた2つの運転特性線における両モード特性線
の分岐点である2点から両モード領域を区分するモード
区分特性線を求め、このモード区分特性線を用いて上記
設定された製品ガス窒素発生量と製品液体窒素発生量で
与えられる点が両モード領域のいずれの領域にあるかを
判定し、判定された領域のモード特性に従って上記原料
空気量を演算する。
(F) At least two of the product gas nitrogen generation amount and the product liquid nitrogen generation amount obtained during the initial operation of the apparatus.
From the point data, an operation characteristic line, for example, an operation characteristic line at the time of rated operation, at the time of reduction operation or at the time of increase operation is obtained, and one point on the characteristic line of the purity priority mode and one point of the characteristic line of the liquid nitrogen collection priority mode, An operation characteristic line composed of a purity priority mode characteristic line and a liquid nitrogen collection priority mode characteristic line is obtained from data of at least three points, that is, one point which is a branch point of both mode characteristic lines, and the raw material air amount is determined according to the operation characteristic line. Calculate,
Alternatively, a mode division characteristic line that divides both mode regions is obtained from two points, which are branch points of both mode characteristic lines in the two operation characteristic lines, and the product gas nitrogen generation amount set above is determined using the mode division characteristic line. It is determined in which of the two modes the point given by the product liquid nitrogen generation amount is, and the amount of the raw material air is calculated according to the mode characteristics of the determined area.

【0013】(g)製品窒素純度、寒冷量および製品窒
素圧力のいずれかを検出し、この検出値が該当する製品
窒素純度範囲、寒冷量範囲および製品窒素圧力範囲のい
ずれかからはずれたときには、検出された製品窒素純
度、寒冷量および製品窒素圧力のいずれかが該当する製
品窒素純度範囲内、寒冷量範囲内および製品窒素圧力範
囲内のいずれかに入るように、製品窒素純度と寒冷量に
ついては上記原料空気量を、また製品窒素圧力について
は上記設定された液体空気圧力をそれぞれ自動的に補正
する。
(G) detecting any one of the product nitrogen purity, the cooling amount, and the product nitrogen pressure, and when the detected value is out of any of the corresponding product nitrogen purity range, the cooling amount range, and the product nitrogen pressure range, Product nitrogen purity and refrigeration volume so that any of the detected product nitrogen purity, refrigeration amount, and product nitrogen pressure fall within the applicable product nitrogen purity range, refrigeration range, and product nitrogen pressure range. Automatically corrects the raw material air amount and the liquid nitrogen pressure set for the product nitrogen pressure.

【0014】本発明は上述の如く構成したので、次の如
く作用する。すなわち、上記(a)の構成により、製品
窒素純度は常時一定の値となるため、原料空気量の過多
による消費動力の無駄や、原料空気量の不足による製品
窒素純度の悪化を防ぐことができる。
Since the present invention is constructed as described above, it operates as follows. That is, according to the above configuration (a), the purity of the product nitrogen is always a constant value, so that it is possible to prevent waste of power consumption due to an excessive amount of the raw material air and deterioration of the purity of the product nitrogen due to a shortage of the raw material air. .

【0015】また上記(b)の構成により、必要とする
製品液体窒素量に応じて製品ガス窒素量を調整し、その
分を膨張タービンに供給して寒冷量を増加し、採取する
製品液体窒素量を増加することができる。
According to the configuration (b), the amount of product gas nitrogen is adjusted according to the required amount of product liquid nitrogen, and the amount is supplied to an expansion turbine to increase the amount of refrigeration, thereby obtaining product liquid nitrogen. The amount can be increased.

【0016】また上記(c)の構成により、採取しよう
とする製品ガス窒素量および製品液体窒素量に好適な各
モード特性で運転することができる。
Further, with the configuration (c), the operation can be performed with each mode characteristic suitable for the product gas nitrogen amount and the product liquid nitrogen amount to be collected.

【0017】また上記(d)の構成により、誤ったモー
ド特性で運転することがなくなる。
According to the configuration (d), operation with incorrect mode characteristics can be prevented.

【0018】また上記(e)の構成により、窒素凝縮器
に供給される液体空気の圧力の変化にかかわらず製品窒
素圧力がほぼ一定の状態で運転することができる。
[0018] Further, according to the above configuration (e), the operation can be performed in a state where the product nitrogen pressure is substantially constant irrespective of a change in the pressure of the liquid air supplied to the nitrogen condenser.

【0019】また上記(f)の構成により、設計時にお
ける製品ガス窒素発生量および製品液体窒素発生量を初
期運転時に得られた実際の製品ガス窒素発生量および製
品液体窒素発生量データで修正し、好適な運転を行なう
ことができる。
Further, according to the configuration (f), the product gas nitrogen generation amount and the product liquid nitrogen generation amount at the time of design are corrected with the actual product gas nitrogen generation amount and product liquid nitrogen generation amount data obtained during the initial operation. , Suitable operation can be performed.

【0020】さらにまた上記(g)の構成により、運転
時の外部条件、経年変化などによって製品窒素純度、寒
冷量および製品窒素圧力が変化しても、これらに対応す
る指令値をフィードバック制御して自動的に補正し、常
に好適な運転を行なうことができる。
Further, according to the configuration (g), even if the product nitrogen purity, the cooling amount, and the product nitrogen pressure change due to external conditions during operation, aging, etc., the command values corresponding to these are feedback-controlled. Correction is made automatically, and a suitable operation can always be performed.

【0021】したがって、ユーザから要求される各種運
転条件に対応した好適な運転を行なうことができる。
Accordingly, it is possible to perform a suitable operation corresponding to various operation conditions required by the user.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
〜図7について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
7 will be described.

【0023】図2は本発明が適用される窒素発生装置の
一例を示す系統図である。
FIG. 2 is a system diagram showing an example of a nitrogen generator to which the present invention is applied.

【0024】この図において、1は原料空気圧縮機、2
は吸着塔、3は膨張タービン、4は空気熱交換器、5は
精留塔、5a,5bはその精留皿と液体空気溜め部、6
は窒素凝縮器、7は液体窒素タンク、8は原料空気入口
弁、9はタービン入口弁、10はバイパス弁、11は減
圧弁、12は純度計、13は圧力計、14は液面計、1
5はバイパス弁開度検出器であり、これらのうち膨張タ
ービン3の一部と空気熱交換器4、精留塔5、窒素凝縮
器6、タービン入口弁9、バイパス弁10、減圧弁1
1、液面計14およびバイパス弁開度検出器15は保冷
槽16内に収納されている。また、17はマイクロコン
ピュータ、18,19はその入力インターフェースおよ
び入出力インターフェースである。
In this figure, 1 is a raw material air compressor, 2
Is an adsorption tower, 3 is an expansion turbine, 4 is an air heat exchanger, 5 is a rectification tower, 5a and 5b are rectification plates and a liquid air reservoir, 6
Is a nitrogen condenser, 7 is a liquid nitrogen tank, 8 is a raw air inlet valve, 9 is a turbine inlet valve, 10 is a bypass valve, 11 is a pressure reducing valve, 12 is a purity meter, 13 is a pressure gauge, 14 is a liquid level gauge, 1
Reference numeral 5 denotes a bypass valve opening detector, of which a part of the expansion turbine 3 and the air heat exchanger 4, the rectification tower 5, the nitrogen condenser 6, the turbine inlet valve 9, the bypass valve 10, and the pressure reducing valve 1
1. The liquid level gauge 14 and the bypass valve opening detector 15 are housed in a cool tank 16. Reference numeral 17 denotes a microcomputer, and reference numerals 18 and 19 denote input interfaces and input / output interfaces.

【0025】このような構成の窒素発生装置において、
原料空気圧縮機1により7〜9kg/cm2Gに昇圧さ
れた原料空気は、吸着塔2に入り、冷却時に液化、固化
して空気熱交換器4などを閉塞する原因となる炭酸ガ
ス、水分などが除去された後に保冷槽16内に入る。保
冷槽16内に入った原料空気は空気熱交換器4で精留塔
5からの製品窒素ガスおよび膨張タービン3からの廃ガ
スと熱交換され、−165〜−175℃程度まで冷却さ
れて一部が液化した状態で精留塔5に入る。ここで、ガ
ス状の原料空気は精留塔5内を上昇し、精留塔5内に数
十段設けられている精留皿5a上で下降液と気液接触し
て窒素リッチとなってゆき、窒素純度が規定値以下とな
った製品窒素が精留塔5上部から採取される。ガス状で
採取された製品窒素は空気熱交換器4に入り、ここで常
温まで温度回復された後、使用場所へ供給される。ま
た、液状で採取された製品窒素は液体窒素タンク7に貯
蔵される。一方、精留塔5で下降液となり、その下部に
落ちてくる酸素リッチの液体空気は、精留塔5から取り
出され、減圧弁11により3〜4kg/cm2Gに減圧
されて7℃程度温度が低下し、精留塔5上部に設置され
ている液体空気溜め部5bに供給される。この液体空気
は窒素凝縮器6で製品窒素ガスの一部と熱交換され、ガ
ス状となって空気熱交換器4に入り、−140〜−15
0℃程度に温度回復された後、膨張タービン3に入り、
保冷槽16内で消費される熱量、すなわち保冷損失、液
体窒素発生などに見合う寒冷量をその断熱膨張によって
作り出す。膨張タービン3から排出されるガスは空気熱
交換器4に入り、原料空気と熱交換されて常温まで温度
回復された後、吸着塔2の再生ガス、すなわち炭酸ガ
ス、水分などの除去用ガスとして利用されてから大気中
に放出される。
In the nitrogen generator having such a configuration,
The raw material air, which has been pressurized to 7 to 9 kg / cm 2 G by the raw material air compressor 1, enters the adsorption tower 2 and liquefies and solidifies during cooling, causing carbon dioxide gas and moisture which cause clogging of the air heat exchanger 4 and the like. After it is removed, it enters the cooling tank 16. The raw material air entering the cold storage tank 16 is heat-exchanged with the product nitrogen gas from the rectification tower 5 and the waste gas from the expansion turbine 3 by the air heat exchanger 4, and cooled to about -165 to -175 ° C. The part enters the rectification column 5 in a liquefied state. Here, the gaseous raw material air rises in the rectification tower 5, and comes into gas-liquid contact with the descending liquid on the rectification plate 5a provided in the rectification tower 5 to become nitrogen-rich. Then, product nitrogen having a nitrogen purity equal to or lower than a specified value is collected from the upper portion of the rectification column 5. The product nitrogen collected in a gaseous state enters the air heat exchanger 4, where the temperature is restored to room temperature, and then supplied to the place of use. The product nitrogen collected in a liquid state is stored in a liquid nitrogen tank 7. On the other hand, the oxygen-rich liquid air which becomes a descending liquid in the rectification tower 5 and falls below the rectification tower 5 is taken out from the rectification tower 5 and decompressed to 3 to 4 kg / cm 2 G by the pressure reducing valve 11 to about 7 ° C. The temperature is lowered, and is supplied to the liquid air reservoir 5b installed above the rectification tower 5. This liquid air is heat-exchanged with a part of the product nitrogen gas in the nitrogen condenser 6, becomes gaseous, enters the air heat exchanger 4, and has a temperature of −140 to −15.
After the temperature is recovered to about 0 ° C, it enters the expansion turbine 3 and
The amount of heat consumed in the cold storage tank 16, that is, the amount of cold corresponding to the cooling loss, the generation of liquid nitrogen, and the like is generated by the adiabatic expansion. The gas discharged from the expansion turbine 3 enters the air heat exchanger 4 and exchanges heat with the raw material air to recover the temperature to room temperature. Then, the gas is used as a regeneration gas for the adsorption tower 2, that is, as a gas for removing carbon dioxide gas, moisture and the like. It is released into the atmosphere after being used.

【0026】図1は窒素発生装置で発生するガス窒素量
と液体窒素量の関係を示す運転特性図であり、QAF,
QAMAX,QARは原料空気量が定格時、増量時、減
量時の各特性線である。また、斜線で示す(A),
(B),(C)はガス窒素の最大採取量GNMAXを超
えた領域、液体窒素の最大採取量LNMAXを超えた領
域、ガス窒素の最小採取量GNMINに達しない領域で
ある。
FIG. 1 is an operation characteristic diagram showing the relationship between the amount of gas nitrogen generated by the nitrogen generator and the amount of liquid nitrogen.
QAMAX and QAR are characteristic lines when the raw material air amount is rated, increased, and decreased. (A), which are indicated by oblique lines,
(B) and (C) are a region where the maximum collection amount of gas nitrogen exceeds GNMAX, a region where the maximum collection amount of liquid nitrogen exceeds LNMAX, and a region where the minimum collection amount of gas nitrogen GNMIN is not reached.

【0027】まず、原料空気量が定格時の特性線QAG
について説明する。この特性線QAFは、第1の点(G
NB1,LNB1)と第2の点(GNB2,LNB2)
を結ぶ直線f(GAST1)と、第2の点(GNB2,
LNB2)と第3の点(GNB3,LNB3)を結ぶ直
線f(GAST2)からなっている。第1の点(GNB
1,LNB1(=0))は、例えば液体窒素タンク7が
満杯などで窒素ガスのみを採取する運転で、液体窒素を
採取する必要がないので、膨張タービン3へ供給する廃
ガス量を最大限絞り、寒冷量を減らした状態にある。こ
の第1の点のガス窒素量GNB1は窒素純度が規定値に
なるような値に決められている。すなわち、窒素純度優
先モードである。膨張タービン3に供給可能なガス量は
保冷槽16に供給される原料空気量から製品ガス窒素量
および製品液体窒素量を差し引いた量、すなわち廃ガス
量であるが、このガス窒素のみの採取時には、その一部
しか使用する必要がない。
First, the characteristic line QAG when the raw material air amount is rated
Will be described. This characteristic line QAF corresponds to the first point (G
NB1, LNB1) and a second point (GNB2, LNB2)
F (GAST1) connecting the second point (GNB2,
LNB2) and a straight line f (GAST2) connecting the third point (GNB3, LNB3). The first point (GNB
1, LNB1 (= 0)) is an operation for collecting only nitrogen gas when the liquid nitrogen tank 7 is full, for example, and it is not necessary to collect liquid nitrogen. The squeezing and the amount of cold have been reduced. The gas nitrogen amount GND1 at this first point is determined to a value such that the nitrogen purity becomes a specified value. That is, it is the nitrogen purity priority mode. The amount of gas that can be supplied to the expansion turbine 3 is the amount obtained by subtracting the amount of product gas nitrogen and the amount of product liquid nitrogen from the amount of raw material air supplied to the cool tank 16, that is, the amount of waste gas. , You only need to use some of them.

【0028】ガス窒素の採取のみでなく液体窒素の採取
も必要となってきたときには、膨張タービン3に供給す
る廃ガス量をガス窒素のみの採取時よりも増加させてゆ
く。この際、後述するように原料空気の液化率を考慮す
る必要はあるが、窒素純度をほぼ一定にする純度優先モ
ードとするために、ガス窒素量と液体窒素量を加えたも
のがほぼ一定となるように膨張タービン3に廃ガスを供
給してゆく。しかし、膨張タービン3に供給可能なガス
量は前述したように保冷槽16に供給される原料空気量
から製品ガス窒素量および製品液体窒素量を差し引いた
量、すなわち廃ガス量であるから、最大量としてこの廃
ガス量までしか膨張タービン3に供給することができな
い。純度優先モードにおいて、この廃ガス量まで膨張タ
ービン3に供給したときに得られるガス窒素量と液体窒
素量が第2の点のGNB2とLNB2である。そして、
されに液体窒素量を増加しようとする場合には、純度優
先モードはやめ、ガス窒素量の割合を減らして廃ガス量
を増加し、その分膨張タービン3の負荷、つまり寒冷量
を増加する液体窒素採取優先モードにする。このときの
ガス窒素量と液体窒素量が第3の点のGNB3とLNB
3である。
When it becomes necessary to collect not only gaseous nitrogen but also liquid nitrogen, the amount of waste gas supplied to the expansion turbine 3 is increased as compared with the case of collecting only gaseous nitrogen. At this time, it is necessary to consider the liquefaction rate of the raw material air as described later, but in order to set the purity priority mode in which the nitrogen purity is almost constant, the sum of the gas nitrogen amount and the liquid nitrogen amount is substantially constant. Thus, the waste gas is supplied to the expansion turbine 3. However, the amount of gas that can be supplied to the expansion turbine 3 is the amount obtained by subtracting the amount of product gas nitrogen and the amount of product liquid nitrogen from the amount of raw material air supplied to the cool tank 16 as described above, that is, the amount of waste gas. Only a large amount of the waste gas can be supplied to the expansion turbine 3 as a large amount. In the purity priority mode, the gas nitrogen amount and the liquid nitrogen amount obtained when the exhaust gas amount is supplied to the expansion turbine 3 are the second points, GNB2 and LNB2. And
When the amount of liquid nitrogen is to be increased, the purity priority mode is stopped, the amount of gas nitrogen is reduced, the amount of waste gas is increased, and the load on the expansion turbine 3, that is, the amount of liquid nitrogen, is increased. Set to collection priority mode. At this time, the amounts of gas nitrogen and liquid nitrogen are the third points of GNB3 and LNB.
3.

【0029】以上をまとめると、第1の点(GNB1,
LNB1)と第2の点(GNB2,LNB2)を結ぶ直
線f(GAST1)は窒素純度をほぼ一定にする純度優
先モード特性線、第2の点(GNB2,LNB2)と第
3の点(GNB3,LNB3)を結ぶ直線f(GAST
2)は膨張タービンの寒冷量に依存する液体窒素採取優
先モード特性線であり、これら両特性線の分岐点が第2
の点(GNB2,LNB2)となる。
To summarize the above, the first point (GNB1,
A straight line f (GAST1) connecting the second point (GNB2, LNB2) and the second point (GNB2, LNB2) is a purity priority mode characteristic line that makes nitrogen purity substantially constant, and a second point (GNB2, LNB2) and a third point (GNB3, LNB2). LNB3) connecting straight line f (GAST
2) is a liquid nitrogen sampling priority mode characteristic line depending on the amount of cooling of the expansion turbine, and the branch point between these characteristic lines is the second characteristic line.
(GNB2, LNB2).

【0030】純度優先モード特性線f(GAMAX1)
と液体窒素採取優先モード特性線f(GAMAX2)か
らなる増量時の運転特性線QAMAX、および純度優先
モード特性線f(GARE1)と液体窒素採取優先モー
ド特性線f(GARE2)からなる減量時の運転特性線
QARも上記した定格時の運転特性線QAFと同様に描
くことができる。また、両運転特性線の分岐点、例えば
第2の点(GNB2,LNB2)と第4の点(GNB
4,LNB4)を結ぶことにより、両モード領域を区分
するモード区分特性線f(SP)を得ることができる。
Purity priority mode characteristic line f (GAMAX1)
And a liquid nitrogen collection priority mode characteristic line f (GAMAX2), and an operation characteristic line QAMAX at the time of increase, and a purity priority mode characteristic line f (GARE1) and a liquid nitrogen collection priority mode characteristic line f (GARE2). The characteristic line QAR can be drawn in the same manner as the rated operation characteristic line QAF described above. In addition, a branch point of both operation characteristic lines, for example, a second point (GNB2, LNB2) and a fourth point (GNB2)
4, LNB4), a mode segmentation characteristic line f (SP) for segmenting both mode regions can be obtained.

【0031】次に、原料空気の液化率について説明す
る。上記したように、第1の点と第2の点を結ぶ直線f
(GAST1)上は純度優先モードである。窒素純度は
精留塔5内における下降液L2と原料空気の上昇ガスV
との比(L2/V)で決まる。精留塔内に原料空気が供
給されるとき、上記したように、その一部は液化して液
体空気L1となっている。この液化量は膨張タービン3
の負荷、すなわち寒冷量によって決まるので、純度優先
モードで採取する液体窒素量を増加すれば、膨張タービ
ン3の寒冷量も増加し、上記液化量も増加する。この液
化量の増加分をαとし、ガス窒素量と液体窒素量を加え
た量を一定とすると、上記下降液L2と上昇ガスVの比
は(L2−α)/(V−α)となり、液化率を考慮しな
い場合の比(L2/V)よりも小となるので、窒素純度
は悪くなる。したがって、純度優先モードにおいて、ガ
ス窒素のみでなく液体窒素も併せて採取するガス窒素、
液体窒素併産時には、原料空気の液化量の変化を考慮し
て窒素の回収率を落とす必要がある。すなわち、第1の
点における(GNB1+LNB1)よりも第2の点にお
ける(GNB2+LNB2)の方が小となる。
Next, the liquefaction rate of the raw air will be described. As described above, the straight line f connecting the first point and the second point
(GAST1) Above is the purity priority mode. Nitrogen purity is determined by the descending liquid L 2 and the rising gas V
(L 2 / V). When feed air into the rectification column is supplied, as described above, some of which become liquefied and the liquid air L 1. This liquefaction amount is the expansion turbine 3
, That is, the amount of cooling, the amount of liquid nitrogen collected in the purity priority mode increases, the amount of cooling of the expansion turbine 3 also increases, and the amount of liquefaction also increases. The increase in the liquefied amount is alpha, when a constant amount of added liquid nitrogen content gas nitrogen content, the ratio of rising gas V and the descending liquid L 2 is (L 2 -α) / (V -α) , And is smaller than the ratio (L 2 / V) when the liquefaction rate is not considered, so that the nitrogen purity is deteriorated. Therefore, in the purity priority mode, gas nitrogen that collects not only gas nitrogen but also liquid nitrogen,
When co-producing liquid nitrogen, it is necessary to reduce the nitrogen recovery rate in consideration of changes in the amount of liquefied raw material air. That is, (GNB2 + LNB2) at the second point is smaller than (GNB1 + LNB1) at the first point.

【0032】図3〜図6は本発明の運転プロセスの一例
を示すフローチャートである。
FIGS. 3 to 6 are flowcharts showing one example of the operation process of the present invention.

【0033】まずプロセス1では、各入力データD1
17を入力インターフェース18を介してマイクロコン
ピュータ17に入力する。各入力データのうち、D1
15は試験運転などの初期運転時に得られたデータや計
画時の設定データなどで、初期設定時に入力しておくも
のであり、通常時、ユーザとしてはD16,D17のみを入
力すればよいようになっている。
First, in process 1, each of the input data D 1 to
D 17 is input to the microcomputer 17 via the input interface 18. Among the input data, D 1 to
D 15 is such as configuration data The data and programs during that obtained during the initial operation of such test runs, is intended to be entered during the initial setup, the normal, as the user by entering only D 16, D 17 It looks good.

【0034】これらの各入力データについて説明する。
1は原料空気量の最大値QAMAXで、プラント側で
吸込める最大量、原料空気圧縮機1の能力などから決ま
る値である。D2は原料空気圧縮機1の定常運転時にお
ける原料空気量の最小値QAMINで、プラントまたは
原料空気圧縮機1の減量限界から決まる値である。D3
は雑空気量QBGで、保冷槽16に入る前に計測装置、
吸着塔2、膨張タービン3などに供給される空気量の合
計値である。D4は図1の領域(C)を決めるガス窒素
量の最小値GNMINで、ガス窒素採取量を減らし過ぎ
てフラッティングなどになることを防ぐために設定され
る値である。D5は図1の領域(B)を決める液体窒素
量の最大採取量LNMAXで、膨張タービン3の能力か
ら決まる値である。D6〜D9およびD10〜D13は図1の
上記第1〜第4の点における各ガス窒素量と各液体窒素
量の値である。D14は定格時、すなわち図1の運転特性
線QAF上の第1〜第3の点(GNB1〜GNB3,L
NB1〜LNB3)における原料空気量の値であり、ま
たD15は減量時、すなわち図1の運転特性線QARの分
岐点である第4の点(GNB4,LNB4)における原
料空気量の値である。D16,D17は採取しようとするガ
ス窒素量および液体窒素量の各値GNINP,LNIN
Pで、上記したようにユーザが運転時に入力するデータ
である。
The respective input data will be described.
D 1 is the maximum value QAMAX feed air quantity, the maximum amount that Suikome the plant side, which is a value determined from such as the ability of the feed air compressor 1. D 2 is the minimum value QAMIN the feed air amount at the time of steady operation of the feed air compressor 1, which is a value determined from the weight loss limit of plant or feed air compressor 1. D 3
Is a miscellaneous air volume QBG, a measuring device before entering the cold storage tank 16,
This is the total value of the amount of air supplied to the adsorption tower 2, the expansion turbine 3, and the like. D 4 is the minimum value GNMIN gas nitrogen content to determine the area (C) of FIG. 1 is a value set to prevent become like flooding too reducing gas nitrogen collection amount. D 5 is the largest collection amount LNMAX liquid nitrogen quantity to determine the region (B) of FIG. 1 is a value determined from the ability of the expansion turbine 3. D 6 to D 9 and D 10 to D 13 is the value of each gas nitrogen content and the liquid nitrogen amount in the first to fourth points of FIG. D 14 is at the rated, i.e. the first to third point on the operation characteristic line QAF in FIG 1 (GNB1~GNB3, L
Is the value of the feed air amount in NB1~LNB3), also D 15 is a weight loss upon, that is, the value of the feed air volume in the fourth point (GNB4, LNB4) is a branch point of the operating characteristic curve QAR in FIG . D 16 and D 17 are the values of the amount of gas nitrogen and the amount of liquid nitrogen GNINP and LNIN to be collected.
P is data input by the user during driving as described above.

【0035】これらの各データD1〜D17がマイクロコ
ンピュータ16に入力されると、プロセス2として、第
1の点(GNB1,LNB1)でのガス窒素のみの採取
時における廃ガス濃度CB1を下記(1)式により計算
する。
When these data D 1 to D 17 are input to the microcomputer 16, as a process 2, the waste gas concentration CB 1 at the time of collecting only the gas nitrogen at the first point (GNB 1, LNB 1) is determined as follows. It is calculated by equation (1).

【0036】 CB1={(QAF−QBG)×0.2095}÷{(QAF−QBG)−(GN B1+LNB1)} ……(1) プロセス3では、この廃ガス濃度CB1を用いて下記
(2)式により増量時、すなわち運転特性線QAMAX
におけるガス窒素の最大採取量GNMAXを算出する。
CB1 = {(QAF−QBG) × 0.2095 {(QAF−QBG) − (GNB1 + LNB1)} (1) In process 3, using this waste gas concentration CB1, the following (2) According to the equation, when the amount is increased, that is, the operation characteristic line QAMAX
GNMAX is calculated as the maximum amount of gaseous nitrogen collected in the step (a).

【0037】 GNMAX={(QAMAX−QBG)×(CB1−0.2095)}÷CB1 ……(2) その後、プロセス4で、ユーザが入力したデータD16
17、すなわち採取しようとするガス窒素量の値GNI
NPと液体窒素量の値LNINPが図1における領域
(A)〜(C)の内側に入っているか否かを判定し、内
側に入っていない場合には、各値GNINP,LNIN
Pが内側に来るように、GNINPをGNMAXあるい
はGNMINに、またLNINPをLNMAXに自動的
に修正する。
GNMAX = {(QAMAX−QBG) × (CB1−0.2095)} CB1 (2) Then, in process 4, the data D 16 ,
D 17 , the value of the amount of gas nitrogen to be collected GNI
It is determined whether or not the value of NP and the value of liquid nitrogen LNINP are inside the regions (A) to (C) in FIG. 1. If not, the values GNINP and LNIN are not included.
Automatically correct GINNP to GNMAX or GNMIN and LNINP to LNMAX so that P is inside.

【0038】次いで、プロセス5では、データD16,D
17がさらに図1における純度優先モード領域(破線の上
側)と液体窒素採取優先モード領域(破線の下側)のど
ちらの領域にあるかを判定する。すなわち、原料空気量
が増量時の運転特性線QAMAXの純度優先モード特性
線f(GAMAX1)とモード区分特性線f(SP)の
交点のガス窒素量GNSPを、f(GAMAX1)=f
(SP)として、算出し、データD16であるGNINP
がこのGNSPより大きいか否かを調べ、さらにGNI
NPがf(SP)の上側にあるか否か、すなわちf(S
P)上のLNINPに対応するガス窒素量を求め、GN
INPがこのガス窒素量より大きいか否かを調べて、G
NSPより大きいか、あるいはf(SP)上のガス窒素
量より大きいときには、純度優先モード領域にあると判
定して純度優先モード時の計算へ移行し、それ以外のと
きには液体窒素採取優先モード領域にあると判定して液
体窒素採取優先モード時の計算へ移行する。
Next, in process 5, the data D 16 , D
It is further determined which of 17 is the purity priority mode area (above the broken line) or the liquid nitrogen collection priority mode area (below the broken line) in FIG. That is, the gas nitrogen amount GNSP at the intersection of the purity priority mode characteristic line f (GAMAX1) and the mode classification characteristic line f (SP) of the operation characteristic line QAMAX when the raw material air amount is increased is expressed as f (GAMAX1) = f
As (SP), calculated is the data D 16 GNINP
Is greater than or equal to this GNSP.
Whether NP is above f (SP), that is, f (S
P) Obtain the gas nitrogen amount corresponding to LNINP above, and
Check if INP is greater than this gas nitrogen amount,
If it is larger than NSP or larger than the gas nitrogen amount on f (SP), it is determined that the gas is in the purity priority mode area, and the flow proceeds to the calculation in the purity priority mode. It is determined that there is, and the processing shifts to the calculation in the liquid nitrogen collection priority mode.

【0039】プロセス6は、LNINPを再判定するプ
ロセスで、プロセル5で純度優先モード領域にあると判
定されたときにはLNINPが特性線f(GAMAX
1)の内側にあること、すなわちf(GAMAX1)上
のGNINPに対応する液体窒素量よりLNINPが小
さいことを確認し、また液体窒素採取優先モード領域に
あると判定されたときにはLNINPが特性線f(GA
MAX2)の内側にあること、すなわちf(GAMAX
2)上のGNINPに対応する液体窒素量よりLNIN
Pが小さいことを確認する。もし両特性線の外側にある
ときにはLNINPを両特性線上のGNINPに対応す
る液体窒素量となるように自動的に修正する。
Process 6 is a process for re-determining LNINP. When it is determined in process 5 that LNINP is in the purity priority mode area, LNINP is changed to the characteristic line f (GAMAX).
1), that is, LNINP is smaller than the amount of liquid nitrogen corresponding to GNINP on f (GAMAX1). If it is determined that LNINP is in the liquid nitrogen collection priority mode area, LNINP is changed to the characteristic line f. (GA
MAX2), that is, f (GAMAX)
2) From the amount of liquid nitrogen corresponding to GINNP above, LNIN
Check that P is small. If it is outside of both characteristic lines, LNINP is automatically corrected to be the liquid nitrogen amount corresponding to GNINP on both characteristic lines.

【0040】次のプロセス7では、上記両モード別に最
適な原料空気量QAの計算を行なう。この際、純度優先
モード時には、前述したように、原料空気の液化量変化
による補正係数εを下記(3)式により算出し、この係
数εを用いて最適な原料空気量QAを下記(4)式によ
り計算する。
In the next process 7, the optimum raw material air amount QA is calculated for each of the two modes. At this time, in the purity priority mode, as described above, the correction coefficient ε due to the change in the liquefied amount of the raw air is calculated by the following equation (3), and the optimum raw air quantity QA is calculated using the coefficient ε as shown in the following (4). It is calculated by the formula.

【0041】 ε={(GNB1+LNB1)−GNB2}÷LNB2 ……(3) QA=(GNINP+ε×LNINP)×{CB1÷(CB1−0.2095) }+QBG ……(4) また、液体窒素採取優先モード時には、GNB2〜GN
B4およびLNB2〜LNB4、すなわち図1における
第2〜第4の点のガス窒素量および液体窒素量を用いて
係数k1〜k3を下記(5)から(7)により算出し、こ
れらの係数k1〜k3を用いて最適な原料空気量QAを下
記(8)式により計算する。
Ε = {(GNB1 + LNB1) −GNB2} ÷ LNB2 (3) QA = (GNINP + ε × LNINP) × {CB1 ÷ (CB1-0.2095)} + QBG (4) Also, liquid nitrogen collection priority In the mode, GNB2 to GN
B4 and LNB2~LNB4, i.e. calculated by the coefficient k 1 to k 3 using the second to fourth gas nitrogen content of points and liquid nitrogen level in FIG. 1 from the following (5) (7), these coefficients Using k 1 to k 3 , the optimum raw material air amount QA is calculated by the following equation (8).

【0042】 QAF=k1×GNB2+k2×LNB2+k3 ……(5) QAF=k1×GNB3+k3×LNB3+k3 ……(6) QAF=k1×GNB4+k3×LNB4+k3 ……(7) QA=k1×GNINP+k2×LNINP+k3 ……(8) そして、計算された最適な原料空気量QAとデータD2
であるQAMINの大小関係を判定し、QAの方が小さ
いときにはQAMINをQAとする。
[0042] QAF = k 1 × GNB2 + k 2 × LNB2 + k 3 ...... (5) QAF = k 1 × GNB3 + k 3 × LNB3 + k 3 ...... (6) QAF = k 1 × GNB4 + k 3 × LNB4 + k 3 ...... (7) QA = k 1 × GNINP + k 2 × LNINP + k 3 (8) Then, the calculated optimum raw material air amount QA and data D 2
Is determined, and when QA is smaller, QAMIN is defined as QA.

【0043】このように設定されたガス窒素量GNIN
Pおよび液体窒素量LNINPに応じて最適な原料空気
量QAは決定されるが、原料空気量は経年変化、外的条
件などによって窒素純度や寒冷量が所定の許容範囲から
はずれたときには、これらが所定の許容範囲内に入るよ
うに原料空気量を補正する必要がある。
The gas nitrogen amount GNIN thus set
The optimum raw material air amount QA is determined according to P and the liquid nitrogen amount LNINP. However, when the raw material air amount is out of a predetermined allowable range due to aging, external conditions, etc. It is necessary to correct the raw material air amount so as to fall within a predetermined allowable range.

【0044】プロセス8はこのような補正を行なうため
のフィードバック制御プロセスである。純度計12で検
出された窒素純度A0を入出力インターフェース19を
介してマイクロコンピュータ17に取り込み、これを予
め設定された窒素純度範囲の上限値AHおよび下限値AL
と比較し、A0がAHを超えたとき、すなわち純度が悪化
したときには、所定の補正係数βを用いて原料空気量Q
Aを増加し、またA0がALより低くなったとき、すなわ
ち純度が良くなりすぎたときには、補正係数βを用いて
原料空気量QAを減少し、窒素純度A0が設定された窒
素純度範囲内に入るようにする。また、寒冷量の変化は
精留塔5の液体空気溜め部5bにおける液体空気の液面
の変化またはバイパス弁10の開度の変化として検出す
ることができる。すなわち、寒冷量が不足すると、液体
空気の液面が低下する。また寒冷量が過多であると、液
体空気の液面が上昇しようとするが、タービン入口弁9
を絞ってこれを抑えるため、バイパス弁10の開度が大
きくなる。そこで、バイパス弁開度検出器15で検出さ
れたバイパス弁開度OS0および液面計14で検出され
た液面レベルL0を予め設定されたバイパス弁開度の上
限値OSHおよび液面レベルの下限値LLと比較し、OS
0がOSHを超えたとき、すなわち寒冷量が過多のときに
は、所定の補正係数γを用いて原料空気量QAを減少
し、またL0がLLより低くなったとき、すなわち寒冷量
が不足したときには、補正係数γを用いて原料空気量Q
Aを増大し、バイパス弁開度OS0が設定されたバイパ
ス弁開度の上限値OSHより小さくなるように、また液
面レベルL0が設定された液面レベルの下限値LLより大
きくなるように、すなわち寒冷量が設定された寒冷量範
囲内に入るようにする。
Process 8 is a feedback control process for performing such a correction. Taken into the microcomputer 17 nitrogen purity A 0 detected by the purity meter 12 through the input-output interface 19, an upper limit A H and the lower limit value A L of the preset nitrogen purity range this
When A 0 exceeds A H , that is, when the purity is deteriorated, the raw air amount Q is calculated using a predetermined correction coefficient β.
When A is increased and A 0 becomes lower than A L , that is, when the purity becomes too good, the raw material air amount QA is reduced using the correction coefficient β, and the nitrogen purity A 0 is set to the set nitrogen purity. Be within the range. Further, the change in the amount of cold can be detected as a change in the liquid level of the liquid air in the liquid air reservoir 5b of the rectification tower 5 or a change in the opening of the bypass valve 10. That is, if the amount of cold is insufficient, the liquid level of the liquid air drops. If the amount of cooling is excessive, the liquid level of the liquid air tends to rise.
In order to suppress this, the opening of the bypass valve 10 increases. Therefore, the bypass valve opening OS 0 detected by the bypass valve opening detector 15 and the liquid level L 0 detected by the liquid level gauge 14 are set to the preset upper limit value OS H of the bypass valve opening and the liquid level. Compare with the lower limit of the level L L
When 0 exceeds OS H, that is, when cold amount is excessive decreases the feed air amount QA using a predetermined correction coefficient gamma, also when L 0 is lower than L L, i.e. insufficient cold quantity Is corrected, the raw material air amount Q is calculated using the correction coefficient γ.
Increasing the A, so that the bypass valve opening OS 0 is smaller than the upper limit value OS H of the bypass valve opening degree is set, also larger than the lower limit value L L of the liquid surface level set liquid surface level L 0 That is, the amount of cold is set to fall within the set amount of cold.

【0045】このようなフィードバック制御により、純
度優先モード、液体窒素採取優先モードの両モードにお
いて初期設定されたガス窒素量GNINPおよび液体窒
素量LNINPによって計算された最適な原料空気量Q
Aは、修正が加えられた上、入出力インターフェース1
9を介して原料空気入口弁8に対する設定値として出力
される。
By such feedback control, the optimum raw material air amount Q calculated based on the gas nitrogen amount GNINP and the liquid nitrogen amount LNINP initially set in both the purity priority mode and the liquid nitrogen collection priority mode.
A shows the input / output interface 1
It is output as a set value for the raw material air inlet valve 8 via 9.

【0046】次に、窒素凝縮器6に供給される液体空気
溜め部5bの液体空気の圧力制御について図7のフロー
チャートを用いて説明する。
Next, the control of the pressure of the liquid air in the liquid air reservoir 5b supplied to the nitrogen condenser 6 will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0047】液体窒素採取優先モード時は、前述したよ
うにガス窒素量を減少させるため、廃ガスの酸素濃度は
空気中の酸素濃度(20.95%)に近付いてきて25
%付近となるが、ガス窒素のみの採取時には、廃ガスの
酸素濃度は35%付近であるため、液体空気溜め部5b
の液体空気圧力を一定とした場合、この酸素濃度の違い
から液化点が変化し、原料空気の圧力、ガス窒素の圧力
が変化する。したがって、廃ガスの酸素濃度が変化した
場合には、上記液体空気圧力を変えて原料空気の圧力、
ガス窒素の圧力を一定にする必要がある。
In the liquid nitrogen collection priority mode, the oxygen concentration of the waste gas approaches the oxygen concentration in the air (20.95%) in order to reduce the gas nitrogen amount as described above.
% When collecting only gas nitrogen, since the oxygen concentration of the waste gas is around 35%, the liquid air reservoir 5b
When the liquid air pressure is constant, the liquefaction point changes due to the difference in oxygen concentration, and the pressure of the raw air and the pressure of gas nitrogen change. Therefore, when the oxygen concentration of the waste gas changes, the liquid air pressure is changed to change the pressure of the raw air,
It is necessary to keep the gas nitrogen pressure constant.

【0048】そこで、試運転などの初期運転時に、図1
の第1の点(GNB1,LNB1)と第3の点(GNB
3,LNB3)における最適な液体空気圧力PB1,P
B3を調べておき、プロセス1で、これらをデータ
18,D19として上記各データD 1〜D17に加え入力イ
ンターフェース18を介してマイクロコンピュータ17
に入力し、次のプロセス2で、第1の点(GNB1,L
NB1)と第3の点(GNB3,LNB3)および設定
された点(GNINP,LNINP)における各廃ガス
の酸素濃度CB1,CB3,CBINPをそれぞれ下記
(9)〜(11)式により算出する。
Therefore, at the time of initial operation such as test operation, FIG.
The first point (GNB1, LNB1) and the third point (GNB1,
3, LNB3) optimal liquid air pressure PB1, PB
Investigate B3, and in process 1
D18, D19Each data D 1~ D17Input
Microcomputer 17 via the interface 18
, And in the next process 2, the first point (GNB1, LNB
NB1) and third point (GNB3, LNB3) and setting
Waste gas at the specified points (GNINP, LNINP)
The oxygen concentrations CB1, CB3 and CBINP of
It is calculated by the equations (9) to (11).

【0049】 CB1={(QAF−QBG)×0.2095}÷{(QAF−QBG)−(GN B1+LNB1)} ……(9) CB3={(QAF−QBG)×0.2095}÷{(QAF−QBG)−(GN B3+LNB3)} ……(10) CBINP={(QAF−QBG)×0.2095}÷{(QA−QBG)−(G NINP+LNINP)} ……(11) プロセス3では、プロセス2で得られたこれらの各値C
B1,CB3,CBINPを用いて設定された点(GN
INP,LNINP)における最適な液体空気圧力PB
INPを下記(12)式により計算する。
CB1 = {(QAF−QBG) × 0.2095} (QAF−QBG) − (GNB1 + LNB1)} (9) CB3 = {(QAF−QBG) × 0.2095} ( QAF-QBG)-(GNB3 + LNB3)} (10) CBINP = {(QAF-QBG) × 0.2095} (QA-QBG)-(GNINP + LNINP)} (11) In process 3, Each of these values C obtained in process 2
Points set using B1, CB3 and CBINP (GN
INP, LNINP)
INP is calculated by the following equation (12).

【0050】 PBINP={(CBINP−CB3)÷(CB1−CB3)}×(PB1−PB 3)+PB3 ……(12) このようにして原料空気の圧力、ガス窒素の圧力を一定
にするに最適な液体空気圧力PBINPは決定される
が、ガス窒素の圧力などは経年変化、外的条件などによ
って変化するので、これらの圧力が所定の許容範囲から
はずれたときには、これらの圧力が所定の許容範囲内に
入るように、液体空気圧力を補正する必要がある。
PBINP = {(CBINP-CB3) ÷ (CB1-CB3)} × (PB1-PB3) + PB3 (12) In this manner, the pressure of the raw material air and the pressure of the gas nitrogen are optimal to be constant. Although the liquid air pressure PBINP is determined, since the pressure of gas nitrogen changes due to aging, external conditions, and the like, when these pressures deviate from a predetermined allowable range, these pressures fall within a predetermined allowable range. It is necessary to correct the liquid air pressure to fall within.

【0051】プロセス4はこのような補正を行なうため
のフィードバック制御プロセスである。圧力計13で検
出されたガス窒素圧力P0を入出力インターフェース1
9を介してマイクロコンピュータ17に取り込み、これ
を予め設定されたガス窒素圧力範囲の上限値PHおよび
下限値PLと比較し、P0がPHを超えたとき、すなわち
ガス窒素圧力が高過ぎたときには、補正係数δを用いて
液体空気圧力PBINPを下げ、またP0がPLより低く
なったとき、すなわちガス窒素圧力が低過ぎたときに
は、補正係数δを用いて液体空気圧力BPINPを上げ
て、ガス窒素圧力P0が設定されたガス窒素圧力範囲内
に入るように、液体空気圧力PBINPを補正する。
Process 4 is a feedback control process for performing such a correction. The gas nitrogen pressure P 0 detected by the pressure gauge 13 is input / output interface 1
Taken into the microcomputer 17 via the 9, which is compared with the upper limit value P H and the lower limit value P L of a preset gas nitrogen pressure range, when the P 0 exceeds P H, i.e. gas nitrogen pressure high If it is too long, the liquid air pressure PBINP is lowered using the correction coefficient δ, and if P 0 becomes lower than P L , that is, if the gas nitrogen pressure is too low, the liquid air pressure BPIMP is corrected using the correction coefficient δ. Then, the liquid air pressure PBINP is corrected so that the gas nitrogen pressure P 0 falls within the set gas nitrogen pressure range.

【0052】このようなフィードバック制御により、初
期設定されたガス窒素量GNINPおよび液体窒素量L
NINPにより計算された最適な液体空気圧力PBIN
Pは、修正が加えられた上、入出力インターフェース1
9を介してバイパス弁10に対する設定値として出力さ
れる。
By such feedback control, the initially set gas nitrogen amount GNIMP and liquid nitrogen amount L
Optimal liquid air pressure PBIN calculated by NINP
P is input / output interface 1 after modification
9 is output as a set value for the bypass valve 10.

【0053】なお、上記(1)〜(12)式、上記各上
限値、下限値、上記各補正係数などは、予めマイクロコ
ンピュータ17に記憶しておくものである。
The equations (1) to (12), the upper limit, the lower limit, and the correction coefficients are stored in the microcomputer 17 in advance.

【0054】また、特に図示説明していないが、指令値
として設定された原料空気量QAや液体空気圧力PBI
NPと、流量計、圧力計などによって検出された実際の
原料空気量や液体空気圧力との偏差を求めて、この偏差
が零となるようにマイクロコンピュータ17により原料
空気入口弁8やバイパス弁10をフィードバック制御す
ることもできる。
Although not specifically illustrated, the raw air amount QA and the liquid air pressure PBI set as command values are set.
The deviation between the NP and the actual amount of the raw material air or the liquid air pressure detected by a flow meter, a pressure gauge, or the like is obtained, and the microcomputer 17 controls the raw material air inlet valve 8 or the bypass valve 10 so that the deviation becomes zero. Can be feedback controlled.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原料空気の液化率の変化にかかわらず、製品窒素純度は
常時ほぼ一定となるため、原料空気量過多による消費動
力の無駄や原料空気量の不足による製品窒素純度の悪化
を防ぐことができ、また液体窒素採取優先モード特性で
運転することにより、採取する製品液体窒素量を増大す
ることができ、また採取しようとする製品ガス窒素量お
よび製品液体窒素量に好適な各モード特性で運転するこ
とができ、また両モード特性のいずれに属するかを判定
するので、誤ったモード特性で運転することがなくな
り、また窒素凝縮器に供給される液体空気の圧力を変化
させて製品窒素圧力がほぼ一定の状態で運転することが
でき、また設計時における製品ガス窒素発生量および製
品液体窒素発生量を初期運転時に得られた実際の製品ガ
ス窒素発生量および製品液体窒素発生量データで修正し
て好適な運転を行なうことができ、さらにまた、運転時
の外部条件、経年変化などによって製品窒素純度、寒冷
量および製品窒素圧力が変化しても、これらに対応する
指令値をフィードバック制御して自動的に補正し、常に
好適な運転を行なうことができる。その結果、ユーザか
ら要求される各種運転条件に対応した好適な運転をする
ことができる。
As described above, according to the present invention,
Regardless of the change in the liquefaction rate of the raw air, the purity of the product nitrogen is almost constant at all times, so that it is possible to prevent waste of power consumption due to an excessive amount of the raw air and deterioration of the purity of the product nitrogen due to shortage of the raw air. By operating in the liquid nitrogen collection priority mode characteristic, it is possible to increase the amount of product liquid nitrogen to be collected, and to operate in each mode characteristic suitable for the product gas nitrogen amount and the product liquid nitrogen amount to be collected. It is possible to determine whether the mode belongs to either of the two mode characteristics.Therefore, it is possible to prevent the operation with the wrong mode characteristic and to change the pressure of the liquid air supplied to the nitrogen condenser so that the product nitrogen pressure is almost constant. The product gas nitrogen generation amount and the product liquid nitrogen generation amount at the time of design can be adjusted to the actual product gas nitrogen generation amount obtained during the initial operation. Correct operation can be performed by correcting the product liquid nitrogen generation data, and even if the product nitrogen purity, cooling amount and product nitrogen pressure change due to external conditions during operation, aging, etc. The corresponding command value is automatically corrected by feedback control, so that a suitable operation can always be performed. As a result, it is possible to perform a suitable operation corresponding to various operating conditions required by the user.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ガス窒素量と液体窒素量の関係を示す本発明の
運転特性図である。
FIG. 1 is an operation characteristic diagram of the present invention showing a relationship between a gas nitrogen amount and a liquid nitrogen amount.

【図2】本発明が適用される窒素発生装置の一例を示す
系統図である。
FIG. 2 is a system diagram showing an example of a nitrogen generator to which the present invention is applied.

【図3】本発明の運転プロセスの一例を示すフローチャ
ートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of an operation process of the present invention.

【図4】本発明の運転プロセスの一例を示すフローチャ
ートである。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of an operation process of the present invention.

【図5】本発明の運転プロセスの一例を示すフローチャ
ートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of an operation process according to the present invention.

【図6】本発明の運転プロセスの一例を示すフローチャ
ートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of an operation process of the present invention.

【図7】本発明の液体空気の圧力制御プロセスの一例を
示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a liquid air pressure control process according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 原料空気圧縮機 3 膨張タービン 4 空気熱交換器 5 精留塔 6 窒素凝縮器 QAF 定格時運転特性線 QAMAX 増量時運転特性線 QAR 減量時運転特性線 f(GAST1),f(GAMAX1),f(GARE1)
純度優先モード特性線 f(GAST2),f(GAMAX2),f(GARE2)
液体窒素採取優先モード特性線 f(SP) モード区分特性線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material air compressor 3 Expansion turbine 4 Air heat exchanger 5 Rectification tower 6 Nitrogen condenser QAF Rated operation characteristic line QAMAX Increased operation characteristic line QAR Decreased operation characteristic line f (GAST1), f (GAMAX1), f (GARE1)
Purity priority mode characteristic line f (GAST2), f (GAMAX2), f (GARE2)
Liquid nitrogen sampling priority mode characteristic line f (SP) mode classification characteristic line

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料空気を深冷分離して液体窒素および
ガス窒素を発生する精留塔と、この精留塔に供給される
上記原料空気の量を調整する調整手段と、装置運転のた
めの各種データが記憶されたマイクロコンピュータとを
備えた窒素発生装置において、 上記マイクロコンピュータは上記液体窒素およびガス窒
素の採取量データが入力され、この採取量データと上記
各種データとに基づいた演算結果に応じて上記調整手段
を制御することを特徴とする窒素発生装置の運転方法。
1. A rectification column for producing liquid nitrogen and gaseous nitrogen by cryogenically separating raw air, an adjusting means for adjusting the amount of the raw air supplied to the rectification column, and an apparatus for operating the apparatus. A microcomputer in which various data are stored, wherein the microcomputer receives the collected data of the liquid nitrogen and the gas nitrogen, and calculates a calculation result based on the collected data and the various data. A method for operating the nitrogen generator, wherein the adjusting means is controlled in accordance with the following.
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