JPS6333065B2 - - 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、空気液化分離装置は少数の運転員によつ
て操作されていたため、増量、減量などの操業変
更時における操作は、非連続的であつた。したが
つて、連続して変化する酸素需要に対して、連続
した適切な操作による経済的な運転を行うことが
困難であつた。

ところで、最近のコンピユータの発達に伴い、
空気液化分離装置をコンピユータにより自動運転
させることが経済的に可能となり、このため、操
業変更の際の制御を前述の運転員による非連続的
な制御にかえてコンピユータを用いて連続監視、
連続制御を行うことにより、一層経済的な運転を
図ることが望まれている。

しかし、操業変更の際には、製品純度を維持す
るなどの要請があるため、単なる連続監視制御で
はかえつて運転が不経済になるなどの不都合があ
つた。

このような不都合としては、たとえば、コンピ
ユータの必要容量が増大して不経済になる点が挙
げられる。すなわち、操業変更を開始する際には
装置が安定状態にあるかどうかを判定する必要が
ある。従来の自動化されていない装置では多数の
プロセスデータを運転員が総合判断し、操業変更
開始の可否を判断していた。そして、自動化され
た装置で、そのような多数のプロセスデータをコ
ンピユータで総合判断すると、コンピユータの必
要容量が増大し、不経済となつてしまうのであ
る。また、製品酸素ガスや液化酸素量など各種製
品の抜出量の組合せに対して必要な原料空気量を
線図などで求めてその量に調整することにより操
業変更を行つていたが、これをそのままコンピユ
ータに組み込んだ場合線図の記憶のためにコンピ
ユータ容量が増大し、不経済である。

この発明は以上のような不都合を考慮してなさ
れたものであり、経済的な運転を安定して行える
空気液化分離装置の自動操業変更方法を提供する
ことを目的としている。

この発明の自動操業変更方法は、増量、減量お
よび保持という３種の指令のみによつて操業変更
を行うことを基本とし、従来用いていた装置や季
節ごとに異なる製品量・原料空気量の線図を使用
することがなく、単純で汎用性のある方法であ
る。さらに、この発明の自動操業変更方法は、従
来多数のプロセスデータによつて総合判断されて
いた操業変更の可否を製品の純度と時間の管理と
によつて判断し、装置が安定している範囲ででき
るだけ与えられた指令に自動追従させるようにす
るものである。

詳述すると、この発明の自動操業変更は、操
業変更における各操作量の変動速度を一定とし、
製品酸素ガス量に対する原料空気量の比を大き
くしたまま増減量を行い、酸素ガス量を固定し
たまま、原料空気量を最適量の近似量に変更固定
し、そののち、製品酸素ガス量を微調整して最
適運転状態とする運転操作を基本として、指令変
化に対する装置の安定と純度低下の防止のために
時間的制約を規定したものである。

以下、この発明の一実施例について説明する。
第１図は、この実施例の空気液化分離装置を示す
ものである。第１図において、この実施例の空気
液化分離装置は複式精留塔２、膨張タービン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。

この空気液化分離装置では、原料空気が空気圧
縮機５および可逆式熱交換器４を経てそれぞれ圧
縮および冷却されて複式精留塔２の中圧塔７の塔
底に供給される。このように供給された空気は上
昇ガスとして中圧塔７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８に達
し、ここで、凝縮器８に蓄えられた液化酸素と熱
交換する。この結果、上昇ガスは凝縮し、他方液
化酸素は気化して複式精留塔２の低圧塔９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、還流液として中圧塔７内を降下
し、中圧塔７の各棚段（図示しない）上で前述の
上昇ガスと気液接触する。こうして、中圧塔７の
塔底には酸素濃度の高い液化空気が蓄えられる。

他方、低圧塔９の中央位置には、中圧塔７の塔
底の液化空気が管１０によつて導びかれ、また中
圧塔７の空気が管１１および膨張タービン３を介
して寒冷を伴つて導びかれている。また、凝縮器
８で前述のとおり凝縮された液化窒素の一部は管
１２を介して低圧塔９の塔頂に導びかれるように
なつている。ところで、低圧塔９の塔底に蓄えら
れる液化酸素の一部は、前述のように中圧塔７の
上昇ガスと熱交換して気化し、上昇ガスとして低
圧塔９内を上昇していく。この上昇ガスは、管１
０，１２を介して低圧塔７内に導入された液化空
気や液化窒素と各棚段（図示しない）上で気液接
触する。こうして、精留が行われ、低圧塔９の塔
底に液化酸素が蓄えられ、塔頂に窒素ガスが蓄え
られる。

このような精留が行われる低圧塔９からは、製
品酸素ガスおよび窒素ガスが抜き出される。すな
わち、低圧塔９の塔底からは管１３および熱交換
器４等を介して使用先に製品酸素ガスが供給され
るようになつている。

つぎに、第１図の空気液化分離装置での操業変
更について説明する。第２図は操業変更の主なパ
ターンを示している。第２図において、時刻Ａで
は空気液化分離装置は安定な運転を継続してい
る。やがて、時刻Ｂで操業変更を判別指令するコ
ンピユータや人手によつて増量指令スイツチイが
ONされると、原料空気量とともに、製品窒素
量、還流液量、膨張タービン処理量などがそれぞ
れ一定の速度で増量される。また、これと同時
に、タイマ１００が入り、製品酸素ガス量の増量
遅延時間が計時される。やがて、このタイマ１０
０がタイムアツプすると、製品酸素ガス量も一定
の速度で増量される。そして、このタイムアツプ
の時点では、製品酸素ガス量に対する原料空気量
の比が、定常状態（ほぼ１：５）より大きな値と
され、これによつて、操業変更を十分に安定な状
態で行えるようにしている。以降、製品酸素ガス
量および原料空気量などがそれぞれ一定の速度で
増量されていく。

やがて、時刻Ｄで保持指令スイツチロがONさ
れ、増量指令スイツチイがOFFされると、これ
によつて、各量が時刻Ｄでの値に保持される。ま
た、これと同時にタイマ１０１，１０２，１０３
が入る。これらタイマ１０１は現行と異つた方向
の新たな操業変更があつた時これを受け付けない
禁止時間を、又１０２は操作量を固定し安定させ
る緩衝時間を計時するものである。また、タイマ
１０３は、操業変更の終了後に行う製品酸素ガス
量の微調整の開始を規定するものである（時刻
Ｊ，Ｖ参照）。すなわち、タイマ１０３がタイム
アツプした時点で前記微調整が開始されるのであ
る。

つぎに、時刻Ｄで開始された禁止時間中、たと
えば時刻Ｅで、現行の操業変更と逆方向の操業変
更指令、すなわち減量指令が生じ、減量指令スイ
ツチハがONし、保持指令スイツチロがOFFした
とする。この場合、時刻Ｅが禁止時間中であるか
ら、各量は減量されない。やがて、時刻Ｆでタイ
マ１０１がタイムアツプして禁止時間が終了する
と、タイマ１０２，１０３もリセツトされ、この
時点で各量が減量されていく。なお、時刻Ｆでは
製品酸素ガス量に対する原料空気量の比が十分に
大きな値のままであるから、原料空気量の減量を
遅らせる必要はない。したがつて、新たな操業変
更を迅速に行える。

このような減量の結果、時刻Ｇで製品酸素ガス
量が目標値に達すると、保持指令スイツチロが
ONされ、減量指令スイツチハがOFFされる。こ
の結果、タイマ１０１，１０２，１０３が入り、
また、各量は時刻Ｇでの値に保持される。やが
て、時刻Ｈでタイマ１０１がタイムアツプし、さ
らに時刻Ｉで緩衝時間が経過してタイマ１０２が
タイムアツプすると、プロセスは完全に安定化さ
れた状態になつている。したがつて、このときの
状態量から製品酸素ガス量に適した原料空気量の
概算量を求め、この量まで原料空気量を一定の変
動速度で減量し、以降（時刻I′以降）この量に保
持する。なお、この間、製品酸素ガス量は一定の
まま固定し、その他の量は原料空気量につれて減
量される。

以上のように、各量が保持されたのち、時刻Ｊ
でタイマ１０３がタイムアツプすると、製品酸素
ガス量のみを微調整して純度の調整を行い、装置
を最適運転状態にする。

つぎに、時刻Ｋで再び増量指令が生じたとす
る。そうすると、保持指令スイツチロがOFFし
て増量指令スイツチイがONする。時刻Ｋ〜Ｍで
は前述の時刻Ｂ〜Ｄと同様に原料空気量、製品酸
素ガス量などが増量されていく。そして、時刻Ｍ
で増量指令スイツチイがOFFされ保持指令スイ
ツチロがONされ、タイマ１０１，１０２，１０
３が入る。

ところで、このような状態にあるときに、時刻
Ｎで引き続いて現行の操業変更と同方向の増量指
令が生ずると、この時点で各タイマ１０１，１０
２，１０３はリセツトされ、同時に各量が一定の
変動速度で増量されていく。

さらに、このような増量の途中で、たとえば時
刻Ｏで、現行の操業変更と逆方向の操業変更指令
すなわち減量指令が生じると、今まで行われた増
量はその時点で終了され、かつタイマ１０１，１
０２，１０３が入る。やがて、時刻Ｐでタイマ１
０１がタイムアツプする。そして、この時点でも
減量指令が継続していると、この時点（時刻Ｐ）
から各量が同時に一定の速度で減量される。な
お、以上の増量から減量という過程では、製品酸
素ガス量に対する原料空気量の比を十分に大きく
しているため、この過程が安定にかつ迅速に行わ
れる点に着目すべきである。

また、時刻Ｐ以降の減量の途中、たとえば時刻
Ｑで製品酸素ガスの純度が低下したとする。そう
すると、製品酸素ガス量をのぞく各量はその時刻
Ｑでの値に保持され、他方、製品酸素ガス量を減
量してその純度を回復させる。すなわち、操業変
更を一旦停止して異常を回復させるのである。や
がて、時刻Ｒで製品酸素ガスの純度が所定値まで
回復すると、再び各量が減量されていく。そし
て、時刻Ｓで製品酸素ガス量が目標値に達し、減
量指令スイツチハがOFFして、保持指令スイツ
チロがONすると、以降の時刻Ｓ〜Ｗで前述の時
刻Ｇ〜Ｊと同様にして純度制御による最適運転へ
と移行していく。

以上説明したように、この発明によれば、空気
液化分離装置の自動操業変更を安定かつ経済的に
行うことができる。

即ち、この発明の操業変更によれば、第１に、
操業変更時における各操作量の変動速度をそれぞ
れ一定とし、これによつて、装置に与えられる変
化を緩慢な一定のものとし、装置を安定な状態で
操業変更させ得るとともに、操業変更指令に確実
に追従することができる。

第２に、この発明の操業変更では、製品酸素ガ
ス量に対する原料空気量の比を大きくするにあた
つて、製品酸素ガス量または原料空気量の一方の
変動開始を遅らせるという時間管理のみですみ、
単純である。そして、前記比を大きくしたまま指
令に対応して各量を増減させることにより操業変
更を安定な状態で行わせるとともに、変更途中に
おいて、安定な状態で操業変更を中止することが
できる。

第３に、この発明の操業変更では、原料空気量
を最適な近似値に変更することは、前記比を適切
な値にするための大まかな操作であるから、製品
量に対する厳密な原料空気量とする必要がない。
したがつて、酸素純度や量などの適切なデータに
基づいて簡単な方法、たとえば、製品酸素ガス量
に対する比例演算や製品酸素純度に対する比例演
算で求められる値で十分である。この結果、簡単
で汎用性がある。さらに、前記比を最適な値に
し、装置を経済的に運転するために、原料空気量
を固定して製品酸素ガス量を微調整するのである
が、大きな外乱を与える原料空気量を固定してい
るため、装置を安定した状態で運転することがで
きるのである。

第４に、この発明の操業変更では、以上の基本
的な運転操作を行うにあたつて、自動化にともな
い任意になされる指令に対処するために以下の制
御がなされる。すなわち、前記比の大きい間での
同方向の操業変更指令に対しては、ただちに追従
させ、他方、異なる方向の操業変更指令に対して
は、装置の各操作量を直ちに固定して緩衝安定操
作時間と共に操業変更の禁止時間をとることによ
つて装置の安定を監視し、禁止時間経過後対応さ
せるようにしている。そして、いずれの場合も前
記比は大きなままであるから、前記比を再度大き
くするための時間を要さず、また同方向の操業変
更指令に対しては、直ちに追従させ、装置の安定
を図りながら、新たな操業変更を迅速に実行させ
ることができる。

さらに、操業変更中における製品酸素純度の低
下などの異常に対しても、操業変更を安定な状態
で中止できるため、各操作量を固定して、直ちに
前記異常に関連する操作量を調節して早期に異常
を回復させることができる。したがつて、早期に
操業変更を再開でき、このため、操業変更指令に
追従した安定な操業変更を行うことができる。

なお、この発明では、前記３つの指令によつて
操業変更を行うのであるが、これら指令は直接与
えるかわりに、操業変更目標値を与えるようにし
てもよい。すなわち、簡単なシーケンスを追加
し、このシーケンスに目標値と現在値との比較を
行わせ、これによつて前記３つの指令を出力させ
るようにしてもよい。このように、指令でも目標
値でもよいという汎用性があるため、コンピユー
タによつて製品酸素ガスの需要を求めるなどのシ
ーケンスを組み、その指令によつて空気分離装置
を自動運転する場合において、この発明の方法に
よれば、指令を発するシーケンスの指令出力が目
標値でも、前記３つの指令でも容易に接続でき
る。また、コンピユータでなく運転員が目標値を
設定する場合にも、この発明を適用できることは
明らかである。

また、実施例では製品酸素ガスの純度が低下し
たときに異常を判別して操業変更を中断するよう
にした。しかし、空気液化分離装置では一般に酸
素、窒素、アルゴンが製品として採取されるので
あり、これら各製品の純度に異常があつたときに
も操業変更を中断するようにしてもよい。また、
窒素やアルゴンについては操業変更の中断なしに
純度回復操作を行うようにしてもよい。さらに、
還流液の純度や可逆式熱交換器や膨張タービンの
異常などにより操業変更を中断して、これらの異
常を除去するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の空気液化分離装
置を示すフローシート図、第２図はこの実施例の
制御パターンを示すタイムチヤートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気液化分離装置を操業変更するにあたり、
   製品酸素ガス量に対する原料空気量の比を定常状
   態より大きくて操業変更を安定な状態で行う空気
   液化分離装置の自動操業変更方法において、 (a) 操業変更を増量、減量、保持の各指令により
   行い、増量、減量の指令による操業変更は、製
   品酸素ガス量、原料空気量等の操作量の変動を
   各々一定の変動速度で変化せしめ、又保持指令
   では前記操作量変動を停止して操作量を安定せ
   しめる緩衝時間を設定すると共に、現行の操業
   変更と異なる方向の新たな操業変更指令を受け
   つけない禁止時間を設定し、更に緩衝時間経過
   後製品酸素ガス量を固定して原料空気量を調整
   し、ついで製品酸素ガス量の微調整を開始する
   までの調整時間をそれぞれ設定するよう構成
   し、 (b) 定常状態で増量、又は減量操業変更指令が生
   じたときには製品酸素ガス量または原料空気量
   の一方の変動開始を遅らせることにより製品酸
   素ガス量に対する原料空気量の比を定常状態よ
   り大きくし、前記比の大きいまま、かつ変動速
   度を一定にして保持指令が生じるまで、前記製
   品酸素ガス量および原料空気量等の操作量を変
   動させ、ついで保持指令にてこの時点より開始
   される所定の緩衝時間だけ各操作量を保持指令
   時の現在量に固定させ、前記比の大きいままで
   当該空気液化分離装置を安定させ、さらに前記
   緩衝時間の経過したのちに、製品酸素ガス量を
   保持指令時点の量に固定させたままで、原料空
   気量をこの固定された製品酸素ガス量にみあう
   定常状態の適量の近似量まで変動させたのち固
   定し、調整時間の経過した時点で操業変更を終
   了し、こののち、製品酸素ガス量を前記近似量
   に固定された原料空気量にみあう量に微調整し
   て、最適運転状態を得、 (c) 前記緩衝時間中に現行の操業変更と同方向の
   新たな操業変更指令が再度生じた場合にはその
   変更指令により前記緩衝時間を終了させ、直ち
   に同方向の新たな操業変更を再開させるように
   し、 (d) さらに、前記緩衝時間中現行の操業変更と異
   なる方向の新たな操業変更指令が生じた場合に
   は、緩衝時間と同時に開始された禁止時間が作
   用してこれを受け付けず、禁止時間経過後にお
   いても前記異なる方向の新たな操業変更指令が
   継続しているときには、この異なる方向の新た
   な操業変更指令を実行させ、 (e) 操業変更中の製品酸素ガス量または原料空気
   量が変動しているときに異なる方向の新たな操
   業変更指令が生じた場合には、保持指令とみな
   し、前記緩衝時間および禁止時間を開始させ、
   この禁止時間の経過後に前記異なる方向の新た
   な操業変更指令が継続しているときにこの異な
   る方向の操業変更指令を実行させ、 (f) 操業変更中に製品酸素純度低下などの操業変
   更を中断すべき異常が生じた場合には、その時
   点で各操作量を固定し、かつ前記異常に関連す
   る操作量を調節して異常を回復させ、こののち
   各操作量の固定を終了させて、指令に応じた操
   業変更を再開させる。 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。