JPH0228633B2

JPH0228633B2 -

Info

Publication number: JPH0228633B2
Application number: JP60064807A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Iwatani; Katsuaki Fukusada; Michihiro Shibata
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Maruzen Oil Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Cosmo Oil Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-03-28
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1990-06-25
Also published as: JPS61223090A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、都市ガス製造設備に関するものであ
る。

都市ガスというものは、その製造方法、原料等
の差により種々の成分のものが存在する。例えば
天然ガス、LPG（液化石油ガス）とエアーの混合
ガス、その他石油分解系ガス等である。

都市ガスの場合、それに含まれる成分も多く、
かつ製造方法も多種にわたりその種類も多い。

このような都市ガスを製造若しくは入手が容易
で安価なガスに変更することが簡単にできれば問
題はないが、それはガスの燃焼範囲が異なるため
に通常は不可能である。この燃焼範囲というもの
は、ガスの性状によつて決定されるもので、その
ガスの燃焼速度や比重等の影響を受けるものであ
る。この燃焼範囲がガス器具と合わない場合は、
適正な燃焼をせず非常に危険である。よつて、近
時大手のガス会社で行われているガス転換（燃焼
範囲の変更）には、各家庭のガス器具すべてを変
更後の燃焼範囲に合わせるよう改良する作業が伴
われている。しかし、このようなことは特別の会
社においてのみ可能であり、通常の数多くのガス
会社においては不可能である。よつて、都市ガス
を供給している所は、その燃焼範囲を変更するこ
とはないと言つて過言ではない。

この都市ガスの性状は、水素や二酸化炭素、一
酸化炭素等から成るものが多い。これは、ガス供
給の創世期には石炭からガスを製造していたが、
その組成がこのようなものであつたため、それが
そのまま現在原料が石油系に替わつた後にも受け
継がれているためである。

また最近では、従来のガスに燃焼範囲の許す限
り多量のLPGを混入して増熱し、エアーにて希
釈し、効率向上を図つている。これは、都市ガス
の製造原価を下げることを目的としたもので、こ
の用途の設備を熱量調節装置という。

以下、従来技術を第３図に基づいて説明する。

都市ガス製造設備１は、熱量調節装置２と、低
圧有水ホルダー３と、往復式圧縮機４の圧送装置
並びにそれらを接続する配管系とから構成されて
おり、前記圧送装置の圧縮機４の下流に逆止弁５
を介して都市ガス貯蔵用タンクである高圧球型ホ
ルダー６が設けられている。

上記構成からなる都市ガス製造設備においては
まず原料ガスがブロア７によつて熱量調節装置２
の混合器８に導びかれ、該混合器８には低圧有水
ホルダー３の上流に検出部を有する熱量調節計１
０からの信号に基づいて、流量調節計９を介し
て、配管中に介装した制御弁Ｖ３を制御して、都
市ガスとして所定の熱量を満足する範囲内で
LPGとエアーとが適量導入され、ほぼ均一な所
謂都市ガスの状態となつて、その混合ガスが上記
有水ホルダー３に送出されて一時的に貯溜され、
そのガスが上記圧送送置４によつて高圧球型ホル
ダー６に圧入される。これが一般的な方法であつ
て詳細は異なつても基本的にはどこもこの方式を
採用している。

この場合、中間に低圧有水ホルダー３を設けて
いる理由は、熱量調節装置２からのガス量とコン
プレツサー４の圧送量との間において、流量のバ
ランスを保つために、有水ホルダー３内のガス量
をレベルスイツチLSで検出して、そのレベルが
一定範囲内になるようコンプレツサー４の容量調
節弁Ｖ４を制御するためであり、コンプレツサー
４の脈動が低圧の熱量調節装置側へ影響しない様
にするためでもある。

また、この有水ホルダー３が設けられていない
と、コンプレツサーの吸引が強すぎると、負圧に
なり水封器等から水又は空気を吸引することとな
る。また逆に、コンプレツサーの吸引が不足する
と、低圧側の圧が上がり水封を切つてガスが系外
に漏洩することともなる。特に可燃物の場合は、
空気を吸引すると爆鳴気を構成し、また系外にで
ると火災等の危険の原因となる。

都市ガスの需要量は一日の内で大きく変動する
ため、それに対応した運転容量の調節が必要であ
るが、前記圧送装置である圧縮機４が往復動式圧
縮機であるため、その容量調節が段階的にしかで
きないので、各段階の境界に瞬間的圧力変動を生
じる他、前述したように往復動式固有の脈動に伴
う圧力変動が生じる。

これらの圧力変動は、前記熱量調節装置２に設
けられている熱量調節計が圧力変動には極めて過
敏であるため、熱量調節装置からのガスの熱量の
維持に著しい悪影響を及ぼす。

従つて、一般的には有水ホルダーは設備能力の
約20分間分の容量が必要とされており、10000
m³／ｈの都市ガス製造設備においては、通常3000
m³程度の極めて巨大なものとなつてしまう。

かような低圧有水ホルダー３（以下中間ガスホ
ルダーという。）は、その製造コストが高価であ
り、広大な敷地占有面積を要する。

従つて、かような中間ガスホルダー３を省略す
ることが強く希求されていた。

一方、製鉄所においては、多量に発生するオフ
ガス（副生ガス）を自社における単なる燃料等と
して利用するのではなく、付加価値の高いものと
したいという要望があつた。

製鉄所では、すでにオフガス中の水素や一酸化
炭素を分離し、高付加価値化学原料として供して
きているが、これらの需要量は必然的に少ない。
また、大消費地に隣接している製鉄所の様に立地
条件の恵まれている場合は、その燃料用途の内相
当量を都市ガス会社に販売してきている。

それは、製鉄所のオフガスとして代表されるコ
ークス炉ガスが、石炭を乾溜しコークスを製造す
る時に副生するガスで、カロリーが高く、燃焼性
の上からも都市ガスとして使用できるため、都市
ガス会社としてはこれを購入する利点がある事に
よる。

製鉄所のオフガスにはもう１つ高炉ガスがあり
これはカロリーが700Kcal／Ｎm³程度と低い上一
酸化炭素濃度も高く利用価値の低いガスでありこ
のガスの有効利用が製鉄所において大きな要望で
あつた。

そこで、本発明者等は、原料ガスの内１種以上
の原料ガスの当該設備への供給量が一定でない都
市ガス製造設備における、上記中間ガスホルダー
３を省略するということを技術的課題として、こ
の課題を達成する技術的手段として、ガス製造装
置とコンプレツサー４とにおいて、連繋のある計
装化を行い、各々のガス流量がバランスする様に
流量制御することを着想した。

即ち、往復動コンプレツサー固有の問題である
脈動と段階的容量調節とによる少なからぬ圧力変
動の解決のために、昇圧機として脈動のないスク
リユー圧縮機やターボ圧縮機に代表される回転式
圧縮機を採用することが考えられる。

ところで、都市ガスの需要は一日の内で大きく
変動するため、それに対応して一日の運転容量が
予め設定されており、それと合わせるために容量
の調節が必要である。その容量調節方式として
は、スクリユー圧縮機を採用する場合には、バイ
パス制御、吸込絞り弁制御、スライド弁制御があ
り、ターボ圧縮機を採用する場合には、前二者の
他スライド弁制御に対応した吸込ベーン制御があ
るが、滑らかな連続容量制御と流量負荷に応じた
動力の削滅の効果が最も大きいのは、スクリユー
圧縮機を採用した場合のスライド弁式である。

第２図は、この考え方に従つて、スライド弁式
容量調節装置付のスクリユーコンプレツサー１４
を採用することによつて、中間ガスホルダーをな
くした場合のフローを示す。

ところが、昇圧機をスライド弁式容量調節装置
付のスクリユーコンプレツサーにしても、昇圧ガ
ス流量は20〜30％から100％までは連続的に容量
調節できるが、０から20〜30％の範囲は制御でき
ないため、バイパス制御弁１１を有するバイパス
配管１２を設けて、それを補つている。即ち、連
続的になめらかに制御できる最小量である20〜30
％容量まではスライド弁１３で容量調節し、それ
以下の容量はバイパス制御弁１１を開き、バイパ
スによつて容量調節するのである。

スクリユーコンプレツサー１４の起動時は、無
負荷起動をするためにスライド弁１３を全開とし
かつ、バイパス弁１１も全開として起動させ、
徐々にバイパス弁１１、スライド弁１３を閉じて
いくこととなる。

動作を説明すると、製造ガス流量が０から増加
を始める少し前に、コンプレツサー１４はすでに
起動し、最大吐出量の20〜30％分吐出している。
当然、この時のスライド弁１３の開度は最大であ
る。この場合圧送量はまだ０であるため、バイパ
ス弁１１は全開である。換言すると、20〜30％分
の吐出量をすべてバイパスできるようバイパス配
管１２及びバイパス弁１１は設計されているとい
うことである。

そして、圧送量（圧送を要するガス量）を増加
していく場合、このバイパス弁１１を徐々に閉じ
ていくこととなる。また、バイパス弁１１が全閉
になれば、それ以後の増加は、スライド弁１３の
開度を減じればよいのである。この場合、スライ
ド弁１３は、低圧側ライン圧によつて制御されて
いるため、低圧側ライン１５にガスが多量に導入
されると、その圧が上がり、自動的にスライド弁
１３の開度が減少し、コンプレツサー１４の吐出
量が増加することとなる。即ち、コンプレツサー
の吸込圧を一定とする様にコンプレツサーの吸込
容量を調節することで、製造ガスと圧送ガスとの
量バランスをとつているのである。

なお、上記スクリユー圧縮機に替えて、ターボ
圧縮機を採用する際には、スライド弁が吸込ベー
ンに替わり、その容量調節範囲が70〜100％とな
るので、０〜70％部分をバイパス弁で補うかたち
となるだけで、実質的に同一である。

しかし、これまで現実的に中間ガスホルダー３
を省略したケースを見聞したことがない。そのも
う１つの理由は、コンプレツサーの起動時に避け
られない低圧側への無視しえない圧力シヨツクが
生じることにあつた。

これは、起動時にコンプレツサー吐出側の昇圧
されたガスがバイパス配管１２を通つて吸込側に
戻るには、吐出側に一定圧以上充圧されることが
必要でその時間的な遅れがあるため、コンプレツ
サーの吸込側は、数秒間は圧が減少することとな
る。この圧の減少は、圧力シヨツクと呼ぶに等し
いもので、吸込圧力制御では追従しえない性格の
ものである。

このような圧力シヨツクは一種の圧力変動であ
り、これは前述した様に熱量調節系に著しい悪影
響を及ぼすので、これを回避しない限り中間ガス
ホルダー３の省略という本発明の技術的課題を達
成することはできない。

以上、詳述した状況に鑑み、本発明者等は更に
鋭意研究の結果、巨大な中間ガスホルダーを省略
した極めて画期的な都市ガス製造設備を完成させ
たものであつて、その特徴とするところは、複数
の原料ガスを混合する都市ガス製造設備であつ
て、都市ガスとしてのガス特性となるよう熱量調
節計により、流量調節計を介してLPG又はエア
ーの流量制御弁を調節する熱量調節系を有する熱
量調節装置と、該熱量調節装置からのガスを貯蔵
タンクに圧送する圧送装置とから構成し、前記圧
送装置は前記熱量調節装置と貯蔵タンクとを結ぶ
ガスライン途中に設けられた回転式圧縮機と、該
回転式圧縮機の下流に介設された逆止弁の更に下
流から該圧縮機の吸込側に接続される開閉弁を介
設したリターン配管とから構成すると共に、前記
回転式圧縮機の吸込容量を圧縮機の吸込圧で制御
するように構成した点にある。

以下本発明を、製鉄所におけるオフガスを原料
とし、回転式圧縮機としてスクリユー圧縮機を採
用した実施例につき、図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は、本発明の１実施例を示す概略フロー
シートである。熱量調節前の原料ガスとして、製
鉄所のオフガスであるコークス炉ガス及び高炉ガ
スの２種を使用している。

フローとしては、コークス炉ガスライン１７及
び高炉ガスライン１８から、それぞれのガスをブ
ロア７で吸引し、熱量調節工程たる混合器８に導
入する。この混合器８には、その量を調整された
LPG及びエアーが導入される。これによつて、
所謂都市ガスが製造される。この混合器８から、
コンプレツサーによつて高圧球型ホルダー６に圧
入されるのである。この昇圧機としてスクリユー
コンプレツサー１４を採用し、該コンプレツサー
１４には、スライド弁１３及びバイパス弁１１が
設けられ、それらはコンプレツサーの吸込容量を
圧力調節計１９によつて低圧ライン１５側のライ
ン圧が一定になるように制御されている。かつリ
ターン配管２０が逆止弁５より下流の高圧ライン
１６から低圧ライン１５に接続するよう設けられ
ている。このリターン配管２０の低圧ライン中に
は、リターン弁２１が設けられている。このリタ
ーン弁２１の開閉は、スクリユーコンプレツサー
１４の起動と時間的に連動される。

本発明では、スクリユーコンプレツサー１４を
起動させると、それと同時にリターン弁２１が開
くようにセツトされている。このようにすると、
スクリユーコンプレツサー１４が吸引することに
よる低圧ライン１５側の減圧の問題は生じない。
なぜならば、リターン弁２１が開くと同時に高圧
側ライン１６からのラインガスが低圧側ライン１
５に流れるため、前記したバイパス配管１２から
流れるガスの時間的な遅れという問題は生じな
い。また、コンプレツサーが定常状態に向かうに
従い、そのままリターン弁２１を開いておくと、
低圧側ライン圧が上がるため、それを防止し一定
圧を保つため、吸込圧を検知して閉じるような制
御弁としている。

よつて、スクリユーコンプレツサー１４起動時
においても、低圧側での圧力の変動というものは
生じず、かつスクリユーコンプレツサーであるが
ゆえに、脈動もないため、上流側の系の圧力を一
定に保つためのいわゆるクツシヨンタンクとして
の中間ガスホルダーは不要である。

勿論、わずかの容量のものを設けること自体は
設備費的にも所要面積的にも負担は少なく、問題
はない。

これによつて、脈動しないという回転式圧縮機
の利点が真に生かされたとも考えられる。即ち、
このような利点を従来では、ホルダーの不要化と
いう大きなメリツトに結びつけられなかつたとい
うか、そのような発想すら思いつかなかつたとい
うことである。

また、製鉄所にとつては、高炉ガスとコークス
炉ガスを混合することによつて、高炉ガスにも付
加価値を与えたという利点もある。

都市ガスの原料費の面においても、製鉄所のオ
フガス、特に高炉ガスをも含めて使用するため、
通常のナフサやLPGから製造されたガスに比し
て安価になる。

この例のバイパス配管１２は、もしスクリユー
コンプレツサー１４が、０〜100％の連続流量制
御ができれば、必要のないものである。また、リ
ターン弁２１も、圧力シヨツク対策としては、低
圧ライン１５の圧力を検知せず、一定時間後自動
的に一定のパターンで閉じるものでもよい。この
パターンは、スクリユーコンプレツサーの起動時
の数秒間の圧の変動特性から計算できるものであ
る。

また、リターン弁２１は、吸込圧を検知して、
一定圧以下になると自動的に開くよう制御されて
いるものでもよい。

本実施例においては、上記以外の計器や弁等は
便宜上説明していないが、必要なものは設けても
よく、またそのようなものを設けることは、本発
明の本質とは無関係のものである。また、原料ガ
スもオフガスに特定されるものではなく、圧縮機
についても回転式圧縮機であればよく、実施例に
特定されるものではないことも勿論である。

以上、説明したように本発明は、前記大容量の
中間ガスホルダーをまつたく不要にした画期的な
装置であると共に、製鉄所にとつては高炉ガスを
も付加価値の高いものにし、都市ガス供給会社に
とつては原料費の低減及び設備費の大きな軽減と
なる等非常に有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第３図は従来の例を示す概略フローシート、第
２図は改良着想案を示す概略フローシート、第１
図は本発明の実施例を示す概略フローシートであ
る。１…ガス製造装置、２…熱量調節装置、３…低
圧有水ホルダー、４…コンプレツサー、５…逆止
弁、６…高圧球型ホルダー、７…ブロア、８…混
合器、９…流量調節計、１０…熱量調節計、１１
…バイパス弁、１２…バイパス配管、１３…スラ
イド弁、２０…リターン配管、２１…リターン
弁。

Claims

【特許請求の範囲】１複数の原料ガスを混合する都市ガス製造設備
であつて、都市ガスとしてのガス特性となるよう
熱量調節計により、流量調節計を介してLPG又
はエアーの流量制御弁を調節する熱量調節系を有
する熱量調節装置と、該熱量調節装置からのガス
を貯蔵タンクに圧送する圧送装置とから構成し、
前記圧送装置は前記熱量調節装置と貯蔵タンクと
を結ぶガスライン途中に設けられた回転式圧縮機
と、該回転式圧縮機の下流に介設された逆止弁の
更に下流から該圧縮機の吸込側に接続される開閉
弁を介設したリターン配管とから構成すると共
に、前記回転式圧縮機の吸込容量を圧縮機の吸込
圧で制御するように構成したことを特徴とする都
市ガス製造設備。２原料ガスの一部として、高炉ガスとコークス
炉ガスを利用するものである特許請求の範囲第１
項記載の都市ガス製造設備。