JP4567358B2 - 液化ガス気化装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、液化ガス気化装置の運転方法に関し、詳しくは、低温液化ガスをスチームにより、あるいは、スチームで加温された温水により加温して気化させ、気化した製品ガスを使用先に送出する液化ガス気化装置の運転方法に関する。

一般に、比較的大量のガス、例えば酸素、窒素等のガスを使用する設備では、低温液化ガス貯槽内に充填した液化酸素や液化窒素等の低温液化ガスを液化ガス気化装置で気化させて使用している。液化ガス気化装置としては、低温液化ガスを気化させる熱源として、高温、高圧のスチームを低温液化ガスと直接熱交換させるスチーム式液化ガス気化装置や、高温、高圧のスチームで加温した温水と低温液化ガスとを熱交換させる温水式液化ガス気化装置、あるいは、これらを組み合わせた液化ガス気化装置が知られている。

これらは、通常、液化ガス気化装置で気化して送出される製品ガスの温度あるいは温水の温度を測定し、その測定温度に基づいてスチーム供給弁を開閉制御することにより、製品ガスをあらかじめ設定された温度で使用先に送出するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
実開昭５３−１９５６０号公報

上述のように、高温、高圧のスチームを直接あるいは間接的に熱源として使用するスチーム式液化ガス気化装置や温水式液化ガス気化装置では、製品ガスの送出量が極端に減量されたときや製品ガスの送出が中断されたときでも、自然放熱等による熱交換器や温水の微小な温度変化に対応するようにスチーム供給弁の弁開度が制御され、スチーム供給弁は、微開−閉を繰り返すことになる。

このため、スチーム供給弁の弁シートや弁座部にエロージョン（浸食）が発生し、弁座部が損傷して弁座漏洩を起こすことがあり、スチームの供給を遮断できず、製品ガスの温度が異常に上昇することがある。また、スチーム供給弁の弁座部に漏洩があると、蒸気ロスを引き起こし、温水式では温水温度が上昇し続け、装置の設計温度を超えて損傷するおそれもあった。

さらに、スチーム供給弁の上流側には、通常、異物による障害を防止するためのストレーナが設置されているが、スチーム供給弁の弁開度が微開−閉を繰り返している場合には、ストレーナを通過した微小な異物がスチーム供給弁の弁シートや弁座に食い込み、弁座洩れを起こす可能性もあった。

そこで本発明は、製品ガス送出量が極端に減量されたときや製品ガスの送出が中断されたときでも、安定した運転を行うことができ、スチーム供給弁の弁シートや弁座部にエロージョンが発生したり、ストレーナを通過した微小な異物が食い込んだりすることを回避できる液化ガス気化装置の運転方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、スチーム供給源からスチーム供給弁を介して供給されるスチームで加温した温水を熱源として液化ガスを気化させることにより製品ガスを送出する温水式液化ガス気化装置の運転方法において、本発明の液化ガス気化装置の第１の運転方法は、前記スチーム供給弁によるスチーム供給量の調節を、前記温水により加温されて気化した製品ガス又は供給される液化ガスの流量測定値ＦＧと、所定の流量最小値ＦＳと、前記温水の温度測定値ＨＣと、所定の水温最大値ＨＨと、所定の水温最小値ＨＬとに基づいて、ＦＧとＦＳとを比較し、ＦＧ＜ＦＳであれば、さらにＨＣとＨＬとを比較し、ＨＣ＜ＨＬであれば、前記スチーム供給弁があらかじめ規定された弁開度に開く制御を行って、一定時間待機する工程ａ１と、一定時間待機後に、ＨＣとＨＨとを比較し、ＨＣ＞ＨＨであれば、前記スチーム供給弁を全閉状態とした後、前記工程ａ１に戻す工程ｂ１と、を含むこと特徴としている。

また、本発明の液化ガス気化装置の第２の運転方法は、前記スチーム供給弁によるスチーム供給量の調節を、前記温水により加温されて気化した製品ガス又は供給される液化ガスの流量測定値ＦＧと、所定の流量最小値ＦＳと、前記製品ガス温度測定値ＨＣと、所定の製品ガス温度最大値ＨＨと、所定の製品ガス温度最小値ＨＬとに基づいて、ＦＧとＦＳとを比較し、ＦＧ＜ＦＳであれば、さらにＨＣとＨＬとを比較し、ＨＣ＜ＨＬであれば、前記スチーム供給弁があらかじめ規定された弁開度に開く制御を行って、一定時間待機する工程ａ２と、一定時間待機後に、ＨＣとＨＨとを比較し、ＨＣ＞ＨＨであれば、前記スチーム供給弁を全閉状態とした後、前記工程ａ２に戻す工程ｂ２と、を含むこと特徴としている。

さらに、本発明の液化ガス気化装置の第３の運転方法は、スチーム供給源からスチーム供給弁を介して供給されるスチームを熱源として液化ガスを気化させることにより製品ガスを送出するスチーム式液化ガス気化装置の運転方法において、前記スチーム供給弁によるスチーム供給量の調節を、前記スチームにより加温されて気化した製品ガス又は供給される液化ガスの流量測定値ＦＧと、所定の流量最小値ＦＳと、前記製品ガス温度測定値ＨＣと、所定の製品ガス温度最大値ＨＨと、所定の製品ガス温度最小値ＨＬとに基づいて、ＦＧとＦＳとを比較し、ＦＧ＜ＦＳであれば、さらにＨＣとＨＬとを比較し、ＨＣ＜ＨＬであれば、前記スチーム供給弁があらかじめ規定された弁開度に開く制御を行って、一定時間待機する工程ａ３、一定時間待機後に、ＨＣとＨＨとを比較し、ＨＣ＞ＨＨであれば、前記スチーム供給弁を全閉状態とした後、前記工程ａ３に戻す工程ｂ３と、を含むこと特徴としている。

加えて、上記各運転方法において、前記スチーム供給弁は、最小弁開度があらかじめ規定されており、その最小弁開度を下回った場合に、前記スチーム供給弁を閉じるように設定していることを特徴としている。

本発明の液化ガス気化装置の運転方法によれば、製品ガス送出量が極端に減量されたり、製品ガスの送出が中断されたりして製品ガス又は供給される液化ガスの流量測定値があらかじめ設定された流量最小値を下回ったときには、通常の温水や製品ガスの温度測定値に基づく運転制御とは異なる手順でスチーム供給弁を開閉制御するように設定することができる。

したがって、スチーム供給弁が微開−閉を繰り返すような制御を行わずに、弁シートや弁座部にエロージョンが発生したり、ストレーナを通過した微小な異物が食い込んだりすることがないようにあらかじめ規定された最小弁開度以上で弁開度を制御することにより、スチーム供給弁の弁座部に漏洩が発生することを防止できる。

図１は温水式液化ガス気化装置に本発明を適用した一形態例を示す系統図、図２は制御手順の一例を示すフローチャートである。

まず、温水式液化ガス気化装置は、温水Ｈを貯留する温水槽１１と、該温水槽１１内に気密状態で配設された熱交換部１２と、該熱交換部１２に低温液化ガスを供給する低温液化ガス供給配管１３と、熱交換部１２で気化した製品ガスを使用先に送出する製品ガス送出配管１４と、温水槽１１の温水中に高温、高圧のスチームを供給するスチーム供給配管１５と、該スチーム供給配管１５のスチーム供給量を調節するためのスチーム供給弁１６と、該スチーム供給弁１６を温水槽１１の温水Ｈの温度測定値に基づいて開閉制御する温度指示調節計（ＴＩＣ）１７と、該温度指示調節計１７の制御手順を、製品ガス送出配管１４を流れる製品ガスの流量測定値に基づいて切り替えるための信号を出力する製品ガス流量計（ＦＩＳ）１８とを備えている。

温度指示調節計１７によるスチーム供給弁１６の制御は、従来から一般に行われている通常のＰＩＤ制御、すなわち、温度指示調節計１７で測定した温水Ｈの温度測定値に基づいて温水Ｈの水温を一定乃至一定範囲内に維持するようにスチーム供給弁１６の開度を自動調節する制御と、製品ガス流量計１８で測定した流量測定値があらかじめ設定された流量最小値を下回ったときに製品ガス流量計１８から出力される信号によって切り替えられるスチーム供給弁１６の開閉（ＯＮ−ＯＦＦ）制御とで行われる。

図２において、まず、ステップ１０１で製品ガス流量計１８で測定した流量測定値ＦＧと、あらかじめ設定されている流量最小値ＦＳとの比較が行われる。このステップ１０１で流量測定値ＦＧが流量最小値ＦＳ未満と判断された場合（Ｙｅｓ）は、ステップ１０２に進み、温度指示調節計１７で測定した温度測定値ＨＣと、あらかじめ設定されている水温最小値ＨＬとの比較が行われる。

このステップ１０２で温度測定値ＨＣが水温最小値ＨＬ未満であると判断された場合（Ｙｅｓ）は、ステップ１０３に進んでスチーム供給弁１６があらかじめ規定された弁開度（規定弁開度）になるように制御され、続けてステップ１０４に進んでタイマーがスタートしてカウントを開始し、さらに、ステップ１０５でタイマーがタイムアップしたか否かが判断される。

ステップ１０５でタイマーがタイムアップしたと判断されたら（Ｙｅｓ）、ステップ１０６に進み、温度指示調節計１７で測定した温度測定値ＨＣと、あらかじめ設定されている水温最大値ＨＨとの比較が行われる。ステップ１０６で温度測定値ＨＣが水温最大値ＨＨ未満の場合は（Ｎｏ）、温度測定値ＨＣが水温最大値ＨＨ以上になるまでステップ１０６が繰り返され、温度測定値ＨＣが水温最大値ＨＨ以上になったと判断されたときに（Ｙｅｓ）、ステップ１０７に進んでスチーム供給弁１６を閉じて全閉状態とした後、最初のステップ１０１に戻る。

また、ステップ１０２で温度測定値ＨＣが水温最小値ＨＬ以上であると判断された場合（Ｎｏ）は、ステップ１０７に進み、スチーム供給弁１６を閉じた後、最初のステップ１０１に戻る。さらに、ステップ１０１で流量測定値ＦＧが流量最小値ＦＳ以上と判断された場合（Ｎｏ）は、ステップ１０８に進んで通常のＰＩＤ制御が行われ、水温が低いときにはスチーム供給弁１６を開方向に、水温が高いときにはスチーム供給弁１６を閉方向に、それぞれ調節する制御が行われてステップ１０１に戻る。

この制御における各種設定値は、装置の規模、例えば、水槽の容積、製品ガスの最大送出量、スチームの最大供給量等の条件に応じて適宜設定されるものであって、さらに、スチーム供給弁１６には、このスチーム供給弁１６における弁シートや弁座部にエロージョンが発生したり、ストレーナを通過した微小な異物が食い込んだりすることがない最小弁開度が設定されており、ＰＩＤ制御によってスチーム供給弁１６を開閉制御するときには、この最小弁開度が適用され、この最小弁開度以上に弁開度を絞る必要が生じたときには、スチーム供給弁１６を閉じるように設定している。

例えば、最小弁開度を３０％に設定したときには、弁開度が３０〜１００％の間でＰＩＤ制御を行い、温水の温度が弁開度を３０％未満にするような状態になったときには、スチーム供給弁１６を一時的に全閉状態とし、弁開度が０〜３０％の範囲にならないようにする。

ステップ１０３におけるスチーム供給弁１６の規定弁開度や、ステップ１０５におけるタイマー等のパラメーターは、系の熱収支を計算して決定され、規定弁開度は、前記最小弁開度以上で、前記ステップ１０６を繰り返す際に、水温を適当な速度で上昇させることが可能な開度に設定すればよく、例えば、５０〜６０％程度に設定しておけばよい。

このように、製品ガス流量計１８で測定した製品ガスの流量測定値ＦＧがあらかじめ設定した最小流量値ＦＳ以上のときには、温度指示調節計１７による通常のＰＩＤ制御でスチーム供給弁１６の弁開度を制御し、所定温度に加温した温水Ｈで低温液化ガスを加温するように設定することにより、今までと同様にして所定温度の製品ガスを使用先に供給することができる。このとき、前記最小弁開度以上の範囲でスチーム供給弁１６の弁開度を制御することにより、弁シートや弁座部にエロージョンが発生したり、微小な異物が食い込んだりすることも防止できる。

そして、使用先での製品ガスの使用量が極端に少なくなったり、製品ガスの使用が中断されたりして、製品ガス流量計１８で測定した製品ガスの流量測定値ＦＧがあらかじめ設定した最小流量値ＦＳを下回る状態となったときには、製品ガス流量計１８からの信号により、温度指示調節計１７のＰＩＤ制御を中断してスチーム供給弁１６の開閉制御を行う。これにより、スチーム供給弁１６が微開−閉を繰り返す状態になることを回避できるので、弁シートや弁座部にエロージョンが発生したり、微小な異物が食い込んだりすることがなくなる。

また、スチーム供給弁１６の開閉制御を行うにあたり、温水Ｈの温度測定値ＨＣが水温最小値ＨＬ以上の場合は（ステップ１０２でＮｏ）、スチーム供給弁１６を閉じてスチームの供給を遮断することにより、温水Ｈを無駄に加熱することなく、エネルギーの節約が図れる。さらに、ステップ１０２での水温最小値ＨＬをＰＩＤ制御での低温側設定値よりも低い温度に設定しておくことにより、ＰＩＤ制御から開閉制御に移行した直後は、温度測定値ＨＣが水温最小値ＨＬ以上となっているので、ステップ１０７でスチーム供給弁１６を閉じるだけの操作でよく、さらに、ステップ１０６での水温最大値ＨＨをＰＩＤ制御での高温側設定値よりも高い温度に設定しておくことにより、開閉制御からＰＩＤ制御に移行した直後は、スチーム供給弁１６が全閉状態での制御が継続されることになり、制御性を向上させることができる。しかも、開閉制御の際に、ステップ１０５でタイマーにより所定時間継続してスチーム供給弁１６を規定開度に保つようにしたことにより、スチーム供給弁１６の頻繁な開閉動作を回避することができる。

なお、本形態例では、製品ガス流量計１８で測定した製品ガスの流量に応じて制御方式を切り替えるようにしているが、図１に想像線で示すように、低温液化ガス供給配管１３に液化ガス流量計１９を設け、この液化ガス流量計１９で装置に供給される低温液化ガスの流量を測定し、この流量測定値に応じて制御方式を切り替えることもできる。

図３は温水式液化ガス気化装置に本発明を適用した他の形態例を示す系統図である。なお、以下の説明において、前記形態例で示した液化ガス気化装置における構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。

この温水式液化ガス気化装置は、温度指示調節計１７によるＰＩＤ制御を、前述の温水Ｈの温度に代えて、熱交換部１２で気化した製品ガスの温度測定値に基づいて行うようにしている。この場合も、図２に示したステップ１０８でのＰＩＤ制御の他は、製品ガス流量計１８で測定した流量測定値ＦＧに基づいて前記ステップ１０１〜１０７の開閉制御に切り替えることにより、前記同様の運転制御を行うことができる。

図４はスチーム式液化ガス気化装置に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。このスチーム式液化ガス気化装置は、スチームが導入される密閉容器２１内に熱交換部１２を設けたもので、密閉容器２１の底部にはドレン排出部２２が設けられている。

このようなスチーム式液化ガス気化装置においても、熱交換部１２で気化した製品ガスの温度測定値に基づいてＰＩＤ制御を行い、製品ガス流量計１８で測定した流量測定値ＦＧに基づいてＰＩＤ制御を前記開閉制御に切り替えることにより、前記同様の安定した運転制御を行うことができる。

なお、図３及び図４に示す形態例では、製品ガスの送出が完全に止まった場合、すなわち、製品ガス流量計１８あるいは液化ガス流量計（図示せず）の流量測定値がゼロになった場合には、スチーム供給弁１６を閉じ状態とし、装置へのスチームの供給を停止して待機状態とすればよい。

温水式液化ガス気化装置に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。 制御手順の一例を示すフローチャートである。 温水式液化ガス気化装置に本発明を適用した他の形態例を示す系統図である。 スチーム式液化ガス気化装置に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。

符号の説明

１１…温水槽、１２…熱交換部、１３…低温液化ガス供給配管、１４…製品ガス送出配管、１５…スチーム供給配管、１６…スチーム供給弁、１７…温度指示調節計、１８…製品ガス流量計、１９…液化ガス流量計、２１…密閉容器、２２…ドレン排出部

Claims (4)

1. スチーム供給源からスチーム供給弁を介して供給されるスチームで加温した温水を熱源として液化ガスを気化させることにより製品ガスを送出する温水式液化ガス気化装置の運転方法において、
   前記スチーム供給弁によるスチーム供給量の調節を、前記温水により加温されて気化した製品ガス又は供給される液化ガスの流量測定値ＦＧと、所定の流量最小値ＦＳと、前記温水の温度測定値ＨＣと、所定の水温最大値ＨＨと、所定の水温最小値ＨＬとに基づいて、
   ＦＧとＦＳとを比較し、ＦＧ＜ＦＳであれば、さらにＨＣとＨＬとを比較し、ＨＣ＜ＨＬであれば、前記スチーム供給弁があらかじめ規定された弁開度に開く制御を行って、一定時間待機する工程ａ１と、
   一定時間待機後に、ＨＣとＨＨとを比較し、ＨＣ＞ＨＨであれば、前記スチーム供給弁を全閉状態とした後、前記工程ａ１に戻す工程ｂ１と、
   を含むこと特徴とする液化ガス気化装置の運転方法。
2. スチーム供給源からスチーム供給弁を介して供給されるスチームで加温した温水を熱源として液化ガスを気化させることにより製品ガスを送出する温水式液化ガス気化装置の運転方法において、
   前記スチーム供給弁によるスチーム供給量の調節を、前記温水により加温されて気化した製品ガス又は供給される液化ガスの流量測定値ＦＧと、所定の流量最小値ＦＳと、前記製品ガス温度測定値ＨＣと、所定の製品ガス温度最大値ＨＨと、所定の製品ガス温度最小値ＨＬとに基づいて、
   ＦＧとＦＳとを比較し、ＦＧ＜ＦＳであれば、さらにＨＣとＨＬとを比較し、ＨＣ＜ＨＬであれば、前記スチーム供給弁があらかじめ規定された弁開度に開く制御を行って、一定時間待機する工程ａ２と、
   一定時間待機後に、ＨＣとＨＨとを比較し、ＨＣ＞ＨＨであれば、前記スチーム供給弁を全閉状態とした後、前記工程ａ２に戻す工程ｂ２と、
   を含むこと特徴とする液化ガス気化装置の運転方法。
3. スチーム供給源からスチーム供給弁を介して供給されるスチームを熱源として液化ガスを気化させることにより製品ガスを送出するスチーム式液化ガス気化装置の運転方法において、
   前記スチーム供給弁によるスチーム供給量の調節を、前記スチームにより加温されて気化した製品ガス又は供給される液化ガスの流量測定値ＦＧと、所定の流量最小値ＦＳと、前記製品ガス温度測定値ＨＣと、所定の製品ガス温度最大値ＨＨと、所定の製品ガス温度最小値ＨＬとに基づいて、
   ＦＧとＦＳとを比較し、ＦＧ＜ＦＳであれば、さらにＨＣとＨＬとを比較し、ＨＣ＜ＨＬであれば、前記スチーム供給弁があらかじめ規定された弁開度に開く制御を行って、一定時間待機する工程ａ３と、
   一定時間待機後に、ＨＣとＨＨとを比較し、ＨＣ＞ＨＨであれば、前記スチーム供給弁を全閉状態とした後、前記工程ａ３に戻す工程ｂ３と、
   を含むこと特徴とする液化ガス気化装置の運転方法。
4. 前記スチーム供給弁は、最小弁開度があらかじめ規定されており、その最小弁開度を下回った場合に、前記スチーム供給弁を閉じるように設定していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液化ガス気化装置の運転方法。

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