空分装置の運転状態の調整

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空気分離装置が通常運転している際の主な生産コストは電力消費量です。無効電力の発生を減らし、酸素の放出率を下げることは、電力消費を節約するための重要な対策です。酸素などの製品を削減する必要がある場合、運転条件を変更する操作が必要となり、これには主に以下の方法があります。すなわち、主に生産される気体製品を、液酸や液窒素といった液体製品に切り替えてより多く生産することです；あるいは負荷を下げて、ガス製品の生産量を減らすなどです。 1. ガス製品の負荷変動運転の増減　酸素などの製品の需要が減少するため、酸素配管網の圧力が上昇します。排出量を減らし、エネルギー消費を節約するために、酸素の生産量を削減することが求められます。具体的な手順は以下の通りです：1）まず酸素製品の出力量を減らし、同時に窒素製品の量も比例して減らします。通常、汚染窒素ガスの量は、汚染窒素ガス出口の冷却箱用主管の圧力が自動的に制御される状態にあります。 2）減少した酸素量に応じて、冷却箱への空気量を5倍以上の割合で削減する。つまり、エアコンプレッサーのガイドベーンの開度を小さくする。 3）下部タワーの純窒素リフラックスバルブを調整（微閉）することにより、下部タワー底部の圧力をほぼ一定に保つ。 4）純粋な液体窒素を上塔に供給するバルブを調整することで、下塔の液空の酸素含有量を一定に保つ。 5）主冷却用液体酸素の液面レベルおよび液体酸素製品量の需要状況に応じて、膨張空気量を調整できる。主冷却用液体酸素の液面が高すぎ、かつ液体酸素製品の特別な需要がない場合は、膨張空気量を適切に減らすべきである。 6）粗アルゴン凝縮器の液空液面を適切に下げ、粗アルゴン凝縮器の負荷を軽減すると同時に、粗アルゴン製品の出力量も減らす。 2. 酸素生成量を増やす操作 酸素生成量を増やす操作は、実際には負荷を減らす操作の逆であるため、その手順は以下の通りです：1）エアコンプレッサーのガイドベーンを適切に開き、空気量を増やす。 2）下部タワーの純窒素リフラックスバルブを調整することで下部タワー底部の圧力を制御し、その圧力を一定に保つ。 3）上塔調整弁に液体窒素を調整し、下塔の液体酸素中の酸素含有量に注意する。 4）酸素の生成量をゆっくりと増加させる。 5）窒素の生産量も同率で増加させる。 6）主冷却用液体酸素の液面状況に応じて、膨張空気量を適宜増加させることができる。 3. 液体製品量を増加させる変動負荷運転 酸素の需要が減少した場合、膨張空気量を増やすことで液体酸素製品を多く生産することができる。その操作手順は以下の通りである：1）酸素出力バルブを絞って、酸素の生産量を減らす。 2）膨張空気量をゆっくりと増加させ、必要であればもう1台の膨張機を追加で起動することができるが、その際はまずもう1台の膨張機の負荷を下げてから、2台の膨張機で徐々に負荷を増やしていかなければならない。膨張空気量の増加は緩やかに行わなければならず、同時に増加した膨張空気量はバイパスバルブを通してバイパスされる。 3）タワー下部の純窒素リフラックスバルブをゆっくりと閉じ、タワー下部の圧力を一定に保つ。 4）下塔の液体窒素調整バルブを調整し、下塔の液体酸素の純度を一定に保つ。 5）粗アルゴン凝縮器の液空液面を適切に下げて粗アルゴン塔の負荷を低下させ、同時に粗アルゴン製品の出力を減らす。 4. 手動変負荷操作において注意すべき点 手動変負荷の操作方法を用いる場合、まず空気分離装置全体の性能特性を完全に把握した上で、操作者は関連する各パラメータの変動範囲、生じ得る誤差、およびそれらの相互関係を十分に理解し、装置を熟練して操作し、さまざまな異常状況や故障に即座に対処できる必要がある。また、変負荷の基本原理や操作方法、手順を理解していなければ、手動変負荷操作を行ってはならない。変負荷運転時には、以下の主な問題に注意する必要がある：1）手動での変負荷運転の過程においては、「安定の中で変化を図り、変化の中で安定を保つ」という原則に従わなければならない。私たちが知っているように、空気分離のプロセス自体は、ガスが流入し製品が流出するという変動の過程です。ガスや液体の流れの量は、一連のバルブの開度を変えることによって制御され、各配管内の瞬間的な流速が調整・管理されます。これにより、絶えず変化するプロセスを制御することができるのです。したがって、負荷変動運転においては、上記の原則に従って機器を操作し、各制御パラメータを調整することが非常に重要です。手動で負荷を変更する際には、負荷を増加させるときはまず加工用空気量を増やすことから始め、一連の流れに沿って関連するパラメータの設定値を順番に変更していく必要がある点にも特に注意しなければならない。各変更幅は酸素生成量の0.5％を超えてはならない。通常、設定値を最初から最後まで一度変更する周期は10分です。逆に、負荷を減らす場合は、まず冷却箱からの酸素流量を減らすことから始め、逆順に各設定値を変更し、酸素生成量の削減幅は空気量の削減幅よりも大きくすべきである。 空気分離装置の運転状態は安定しており、表示される各主要パラメータの数値も正確で、偽の数値であってはならず、さらに物質収支の原理および冷量収支の原理にも基本的に合致している。 2）負荷変動範囲の技術的制限。実際の運用において、負荷変動時に最も影響を受けやすいのは粗アルゴン塔の生産であることがわかった。粗アルゴンの抽出は、上塔の下部から抽出されるアルゴン分留ガスを原料として行われる。上塔の精留状態の良し悪しは、粗アルゴン塔の精留状態に直接的な影響を与える。特に酸素や窒素の製品純度が損なわれず、上塔の精留状態が正常であっても、粗アルゴン塔の精留状態は逆に乱れてしまうのである。分析の結果、これは上塔から上昇する蒸気と下流の液体の上下方向の濃度勾配分布が変化したことに起因していることがわかりました。例えば、上塔での昇華蒸気の濃度勾配が変化すると、アルゴン分留物の純度に影響を与えやすくなります。特にアルゴン分留物中の窒素含有量が増加すると、不凝縮ガス（窒素ガス）が粗アルゴン塔の凝縮器内に急激に蓄積し、熱交換の温度差が小さくなります。その結果、粗アルゴン凝縮器の熱交換効率が低下し、粗アルゴン塔のリフラックス液量が急減し、粗アルゴン中の酸素含有量が上昇します。これに伴い、粗アルゴン中の酸素および窒素の含有量が同時に増加します。単に粗アルゴンの酸素含有量が高いことだけを基準にして、アルゴン分留物中の酸素含有量を調整または低下させると、状況はさらに悪化する。 したがって、アルゴンを使用しない空気分離装置では負荷変更が比較的簡単で、上塔の上部にある窒素の純度と下部にある酸素の純度だけを考慮すればよく、さらに負荷変更の過程においても酸素や窒素の製品純度を容易に保つことができる。しかし、アルゴンガスを使用して製造する空気分離装置では、塔内の各段における濃度勾配の分布も考慮しなければならず、そうでなければアルゴンシステムの正常な運転は保証できない。変動負荷の過程において、上塔の濃度勾配が変わらないように保つことは非常に困難であることがわかっています。低負荷での生産では、各塔板の精留効率が低下し、濃度勾配は必ず変化してしまい、アルゴンシステムの正常な運転は保証されなくなります。したがって、アルゴンガスの生産に影響を与えないという前提のもとでは、負荷変動の範囲に制限が生じます。生産現場での実践において、空気分離装置の負荷が80％未満の場合、アルゴンガスシステムの動作が破壊される事象が発生することがあるが、酸素や窒素製品の純度や生産量には影響が出ないことがわかった。 3）手動で負荷を変更する際は、分子ふるいの均圧開始の10分前から均圧終了後の10分間は、他の外部要因の影響をできるだけ避けるようにしなければならない。 :):):):):):):):):):):):)