JPH0323832B2 - - Google Patents
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- JPH0323832B2 JPH0323832B2 JP18132683A JP18132683A JPH0323832B2 JP H0323832 B2 JPH0323832 B2 JP H0323832B2 JP 18132683 A JP18132683 A JP 18132683A JP 18132683 A JP18132683 A JP 18132683A JP H0323832 B2 JPH0323832 B2 JP H0323832B2
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- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は気体軸受式膨張タービンを備えた空気
液化分離装置に関する。
液化分離装置に関する。
空気液化分離装置には寒冷発生用として通常膨
張タービンが備えられているが、この膨張タービ
ンは油潤滑式と気体潤滑式とがあり、コストおよ
び保守の面から気体潤滑式が優れているため近時
この方式が多く採用される傾向にある。そしてこ
の潤滑用気体としては不純物を含まず供給圧力が
安定している分離窒素ガス等が主として使用され
る。不純物のため潤滑用気体の噴出孔が閉塞した
り供給圧力が変動すると軸受部にカジリ現象を起
すからである。しかし潤滑用気体の供給が満足で
あつても一方に於て、膨張タービンへの供給ガス
の圧力および吐出圧が変動すると同様にカジリ現
象を起す。特に吐出圧については膨張タービンの
吐出ガスが下部塔に導入される型式の空気分離装
置の場合、主凝縮器蒸発側および凝縮側の液面の
高低によつて下部塔内の圧が変動し、これに連動
して上記膨張タービンの吐出圧が変動する。従つ
て特に起動時または再起動時気体潤滑式膨張ター
ビンのバランスがくずれ軸受部に再三にわたつて
カジリ現象が発生することを見出した。これを従
来の気体潤滑式膨張タービンを用いた空気液化分
離装置の一例を示した第１図により説明すると管
１より導入された加圧原料空気は熱交換器２に導
入され帰還ガスと熱交換して液化点附近まで冷却
され膨張弁３により膨張液化して主精溜塔下部塔
４に導入される。下部塔４で精溜が行なわれ該塔
４底部に液体空気が溜るのがこの液体空気は管５
を経て上部塔６に送られる。一方下部塔上部に分
離された窒素ガスは管７を経て凝縮管８に入り上
部塔６下部に溜出している液体酸素と熱交換して
液化し、管９を流下して下部塔４上部に戻り、該
塔４の還流液として塔内を流下する。管９は途中
より管１０を分岐し該管１０内を流れる液体窒素
は上部塔６頂部へ導入され該塔６内を流下する還
流液となる。上部塔６では最終的精溜が行なわれ
該塔６下部には液体酸素が溜り、前記凝縮器８の
凝縮側の窒素を液化させ自身は気化し管１１より
導出した後、前記熱交換器２で寒冷を回収されほ
ぼ常温となつて管１２より使用先に送られる。一
方上部塔６上部からは管１３を経て窒素ガスが導
出され同様に前記熱交換器２で寒冷を回収されほ
ぼ常温となつて管１４より使用先へ供給される。
張タービンが備えられているが、この膨張タービ
ンは油潤滑式と気体潤滑式とがあり、コストおよ
び保守の面から気体潤滑式が優れているため近時
この方式が多く採用される傾向にある。そしてこ
の潤滑用気体としては不純物を含まず供給圧力が
安定している分離窒素ガス等が主として使用され
る。不純物のため潤滑用気体の噴出孔が閉塞した
り供給圧力が変動すると軸受部にカジリ現象を起
すからである。しかし潤滑用気体の供給が満足で
あつても一方に於て、膨張タービンへの供給ガス
の圧力および吐出圧が変動すると同様にカジリ現
象を起す。特に吐出圧については膨張タービンの
吐出ガスが下部塔に導入される型式の空気分離装
置の場合、主凝縮器蒸発側および凝縮側の液面の
高低によつて下部塔内の圧が変動し、これに連動
して上記膨張タービンの吐出圧が変動する。従つ
て特に起動時または再起動時気体潤滑式膨張ター
ビンのバランスがくずれ軸受部に再三にわたつて
カジリ現象が発生することを見出した。これを従
来の気体潤滑式膨張タービンを用いた空気液化分
離装置の一例を示した第１図により説明すると管
１より導入された加圧原料空気は熱交換器２に導
入され帰還ガスと熱交換して液化点附近まで冷却
され膨張弁３により膨張液化して主精溜塔下部塔
４に導入される。下部塔４で精溜が行なわれ該塔
４底部に液体空気が溜るのがこの液体空気は管５
を経て上部塔６に送られる。一方下部塔上部に分
離された窒素ガスは管７を経て凝縮管８に入り上
部塔６下部に溜出している液体酸素と熱交換して
液化し、管９を流下して下部塔４上部に戻り、該
塔４の還流液として塔内を流下する。管９は途中
より管１０を分岐し該管１０内を流れる液体窒素
は上部塔６頂部へ導入され該塔６内を流下する還
流液となる。上部塔６では最終的精溜が行なわれ
該塔６下部には液体酸素が溜り、前記凝縮器８の
凝縮側の窒素を液化させ自身は気化し管１１より
導出した後、前記熱交換器２で寒冷を回収されほ
ぼ常温となつて管１２より使用先に送られる。一
方上部塔６上部からは管１３を経て窒素ガスが導
出され同様に前記熱交換器２で寒冷を回収されほ
ぼ常温となつて管１４より使用先へ供給される。
次に前記した熱交換器２で冷却される加圧原料
空気の一部は該熱交換器２中で分岐管１５より膨
張タービン１６に入り膨張、降圧、降温して管１
７より下部塔４下部に入る。膨張タービン１６で
得られた動力は軸１８を介して発電機１９を駆動
し電気に変換することにより回収する。この軸１
８には前記したように気体潤滑による軸受が採用
されるが、軸受用気体として製品窒素等が管２０
より一定且つ安定した圧で供給される。
空気の一部は該熱交換器２中で分岐管１５より膨
張タービン１６に入り膨張、降圧、降温して管１
７より下部塔４下部に入る。膨張タービン１６で
得られた動力は軸１８を介して発電機１９を駆動
し電気に変換することにより回収する。この軸１
８には前記したように気体潤滑による軸受が採用
されるが、軸受用気体として製品窒素等が管２０
より一定且つ安定した圧で供給される。
この様に構成された空気分離装置に於て例えば
凝縮器蒸発側の液量が多いと伝熱有効面積が大き
いため下部塔の上昇ガス（窒素ガス）が液化され
易く従つて下部塔の圧が低くなり、反対に蒸発側
液量が少ないと伝熱有効面積が小さいため下部塔
より窒素ガスが液化されにくく従つて下部塔の圧
が高くなる。そして膨張タービン吐出圧は上記下
部塔圧に規制されるため蒸発器蒸発側の液量によ
つて膨張タービン吐出圧が変化し、このため膨張
タービン軸受部のバランスがくずれカジリ現象が
発生する。従つてこのカジリ現象は定常運転時で
も凝縮器の液面が変動すると発生するが運転条件
が安定している場合は一般にこの虞れは少なく、
起動時、再起動時の運転条件が変化している場合
に発生しやすい。特に再起動時、液酸液面が高く
且つ液酸純度が低い場合は膨張タービンの吐出圧
力が低くなる。即ち、 凝縮器の交換熱量 Ｑ〔Kcal／ｈ〕 凝縮器伝熱面積 Ａ〔m2〕 平均温度差 △Tm〔℃〕 総括伝熱係数 Ｕ〔Kcal／m2ｈ℃〕 に於て Ｑ＝UA△Tm なる関係があるが、上記の様に液酸液面が高いと
Ａが大となる且つ液酸純度が低いと△Tmが大と
なつてＱが大となり窒素凝縮量が大となりタービ
ン吐出圧が低くなる。
凝縮器蒸発側の液量が多いと伝熱有効面積が大き
いため下部塔の上昇ガス（窒素ガス）が液化され
易く従つて下部塔の圧が低くなり、反対に蒸発側
液量が少ないと伝熱有効面積が小さいため下部塔
より窒素ガスが液化されにくく従つて下部塔の圧
が高くなる。そして膨張タービン吐出圧は上記下
部塔圧に規制されるため蒸発器蒸発側の液量によ
つて膨張タービン吐出圧が変化し、このため膨張
タービン軸受部のバランスがくずれカジリ現象が
発生する。従つてこのカジリ現象は定常運転時で
も凝縮器の液面が変動すると発生するが運転条件
が安定している場合は一般にこの虞れは少なく、
起動時、再起動時の運転条件が変化している場合
に発生しやすい。特に再起動時、液酸液面が高く
且つ液酸純度が低い場合は膨張タービンの吐出圧
力が低くなる。即ち、 凝縮器の交換熱量 Ｑ〔Kcal／ｈ〕 凝縮器伝熱面積 Ａ〔m2〕 平均温度差 △Tm〔℃〕 総括伝熱係数 Ｕ〔Kcal／m2ｈ℃〕 に於て Ｑ＝UA△Tm なる関係があるが、上記の様に液酸液面が高いと
Ａが大となる且つ液酸純度が低いと△Tmが大と
なつてＱが大となり窒素凝縮量が大となりタービ
ン吐出圧が低くなる。
この様に膨張タービンに気体潤滑方式を採用し
吐出ガスを下部塔に導入する型式の空気分離装置
に於ては膨張タービンの動バランスをとるためそ
の吐出圧力を一定にする必要があるが、膨張ター
ビン吐出圧力は上記の如く凝縮器伝熱面積に左右
され、有効伝熱面積は更に凝縮器凝縮側の液面の
高さによつても変化するので、この液体窒素の液
高さを制御することにより膨張タービン吐出圧力
を一定に保持することが出来る。即ち第２図に示
す如く凝縮器８より液体窒素を導出する管９に弁
Ｖを設けてこの弁を絞れば液体窒素の液面Ｌが高
くなり前記伝熱面積Ａが小さくなつて凝縮器の能
力が減少し、弁Ｖを開ければこの逆となる。
吐出ガスを下部塔に導入する型式の空気分離装置
に於ては膨張タービンの動バランスをとるためそ
の吐出圧力を一定にする必要があるが、膨張ター
ビン吐出圧力は上記の如く凝縮器伝熱面積に左右
され、有効伝熱面積は更に凝縮器凝縮側の液面の
高さによつても変化するので、この液体窒素の液
高さを制御することにより膨張タービン吐出圧力
を一定に保持することが出来る。即ち第２図に示
す如く凝縮器８より液体窒素を導出する管９に弁
Ｖを設けてこの弁を絞れば液体窒素の液面Ｌが高
くなり前記伝熱面積Ａが小さくなつて凝縮器の能
力が減少し、弁Ｖを開ければこの逆となる。
本発明はこの様なことから、気体潤滑式膨張タ
ービンを備えた空気分離装置に於て定常運転時は
勿論、特に起動時、再起動時、凝縮器中の液体の
多少に拘らず膨張タービン吐出圧力を一定にして
膨張タービンを安定して運転出来る様にしたもの
である。即ち気体潤滑式膨張タービンを使用した
空気液化分離装置に於て凝縮器還流液体窒素戻り
弁を自動圧力調節弁とし、下部塔圧または膨張タ
ービン吐出圧を検出してこれによつて該自動圧力
調節弁を開閉することによりタービン出口圧力を
一定とする様に構成した空気液化分離装置であ
る。以下本発明を図によつて詳細に説明する。第
３図は本発明による空気液化分離装置の一実施例
を示す図で第１図の従来装置と共通部分は同一記
号で示し説明を省略する。２３は前記理由により
凝縮器８を凝縮側で変化し、管９を経て導出する
液体窒素量を制御するため該管９に設けた自動圧
力調節弁であり、該弁２３の制御端２４には線又
は管２５を介して調節計２６が連結され、該調節
計２６は更に管２７を介して下部塔４に接続され
ている。これによつて調節計２６は膨張タービン
１６の吐出圧または下部塔４の圧を検出してこれ
を信号に変え線又は管２５によつてこれを自動圧
力調節弁２３の制御弁２４に伝え該弁２３の開閉
を制御する。従つて例えば前記の如く再起動の際
凝縮器８蒸発側に液酸が多くあり更に定常運転に
比較して液酸純度が低い場合は膨張タービンの吐
出圧力は低くなるが、これを検出した調節計２６
の信号により自動圧力調節弁２３が閉方向に作動
し、その結果凝縮器８の凝縮側液体窒素の液面が
上昇し、有効伝熱面積が減少し、窒素ガスの液化
量が減少し下部塔６の圧即ち膨張タービン１６の
吐出圧が上昇する。この様に自動圧力調節弁２３
を設けたことにより凝縮器８の蒸発液体の液面高
さおよび液組成が変化しても伝熱面積を自動的に
調節して凝縮側圧力を一定にするので膨張タービ
ン１６の吐出圧力は一定となるため該タービン１
６の動バランスがくずれることが無く安定して運
転することが出来る。
ービンを備えた空気分離装置に於て定常運転時は
勿論、特に起動時、再起動時、凝縮器中の液体の
多少に拘らず膨張タービン吐出圧力を一定にして
膨張タービンを安定して運転出来る様にしたもの
である。即ち気体潤滑式膨張タービンを使用した
空気液化分離装置に於て凝縮器還流液体窒素戻り
弁を自動圧力調節弁とし、下部塔圧または膨張タ
ービン吐出圧を検出してこれによつて該自動圧力
調節弁を開閉することによりタービン出口圧力を
一定とする様に構成した空気液化分離装置であ
る。以下本発明を図によつて詳細に説明する。第
３図は本発明による空気液化分離装置の一実施例
を示す図で第１図の従来装置と共通部分は同一記
号で示し説明を省略する。２３は前記理由により
凝縮器８を凝縮側で変化し、管９を経て導出する
液体窒素量を制御するため該管９に設けた自動圧
力調節弁であり、該弁２３の制御端２４には線又
は管２５を介して調節計２６が連結され、該調節
計２６は更に管２７を介して下部塔４に接続され
ている。これによつて調節計２６は膨張タービン
１６の吐出圧または下部塔４の圧を検出してこれ
を信号に変え線又は管２５によつてこれを自動圧
力調節弁２３の制御弁２４に伝え該弁２３の開閉
を制御する。従つて例えば前記の如く再起動の際
凝縮器８蒸発側に液酸が多くあり更に定常運転に
比較して液酸純度が低い場合は膨張タービンの吐
出圧力は低くなるが、これを検出した調節計２６
の信号により自動圧力調節弁２３が閉方向に作動
し、その結果凝縮器８の凝縮側液体窒素の液面が
上昇し、有効伝熱面積が減少し、窒素ガスの液化
量が減少し下部塔６の圧即ち膨張タービン１６の
吐出圧が上昇する。この様に自動圧力調節弁２３
を設けたことにより凝縮器８の蒸発液体の液面高
さおよび液組成が変化しても伝熱面積を自動的に
調節して凝縮側圧力を一定にするので膨張タービ
ン１６の吐出圧力は一定となるため該タービン１
６の動バランスがくずれることが無く安定して運
転することが出来る。
上記本発明による下部塔圧力自動制御機構とし
て原料空気量1950Nm3／ｈ、製品酸素量50Nm3／
ｈ、製品ガス窒素量243Nm3／ｈ、同液体窒素量
49Nm3／ｈ、製品アルゴン量7Nm3／ｈの空気分
離操作に於ける前記弁２３に口径50φの空気圧式
自動調節弁を、調節計２６にPIC（空気圧式指示
調節計）を第３図の系統通り装着し、再起動運転
および定常運転を行つた所、膨張タービン１６の
カジリ現象は全く発生しなかつた。
て原料空気量1950Nm3／ｈ、製品酸素量50Nm3／
ｈ、製品ガス窒素量243Nm3／ｈ、同液体窒素量
49Nm3／ｈ、製品アルゴン量7Nm3／ｈの空気分
離操作に於ける前記弁２３に口径50φの空気圧式
自動調節弁を、調節計２６にPIC（空気圧式指示
調節計）を第３図の系統通り装着し、再起動運転
および定常運転を行つた所、膨張タービン１６の
カジリ現象は全く発生しなかつた。
本発明は以上の様に気体潤滑式膨張タービンを
使用した空気分離装置に於て凝縮器還流液体窒素
戻り経路に調節弁を設けこれの開閉を自動制御す
ることによつて下部塔圧即ち膨張タービン出口圧
を一定に保ちつつ装置運転を行う様にしたもの
で、これによつて膨張タービンの動バランスを一
定として安定運転を可能にし特に起動時、再起動
時に発生しやすいカジリ現象を皆無にした。従つ
て膨張タービンの高効率運転が可能になると共に
再起動時間の短縮も可能になつた。
使用した空気分離装置に於て凝縮器還流液体窒素
戻り経路に調節弁を設けこれの開閉を自動制御す
ることによつて下部塔圧即ち膨張タービン出口圧
を一定に保ちつつ装置運転を行う様にしたもの
で、これによつて膨張タービンの動バランスを一
定として安定運転を可能にし特に起動時、再起動
時に発生しやすいカジリ現象を皆無にした。従つ
て膨張タービンの高効率運転が可能になると共に
再起動時間の短縮も可能になつた。
第１図は従来の気体潤滑式膨張タービンを用い
た空気液化分離装置の一例を示す系統図、第２図
は凝縮器の断面図、第３図は本発明による空気液
化分離装置の一実施例を示す系統図である。 ４は下部塔、６は上部塔、８は凝縮器、９は液
体窒素導出管、１６は膨張タービン、２３は自動
圧力調節弁、２６は調節計である。
た空気液化分離装置の一例を示す系統図、第２図
は凝縮器の断面図、第３図は本発明による空気液
化分離装置の一実施例を示す系統図である。 ４は下部塔、６は上部塔、８は凝縮器、９は液
体窒素導出管、１６は膨張タービン、２３は自動
圧力調節弁、２６は調節計である。
Claims (1)
- １ 気体軸受式膨張タービンを使用した空気分離
装置に於て主精溜塔凝縮器下部と下部塔上部とを
結ぶ液体窒素導出管に自動圧力調節弁を設けると
共に下部塔圧力または膨張タービン出口圧力を検
出し該検出信号を調節計を介して前記自動圧力調
節弁の開度制御端に入力せしめる様構成したこと
を特徴とする気体軸受式膨張タービンを使用した
空気分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18132683A JPS6071882A (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 気体軸受式膨張タ−ビンを使用した空気分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18132683A JPS6071882A (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 気体軸受式膨張タ−ビンを使用した空気分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6071882A JPS6071882A (ja) | 1985-04-23 |
| JPH0323832B2 true JPH0323832B2 (ja) | 1991-03-29 |
Family
ID=16098730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18132683A Granted JPS6071882A (ja) | 1983-09-29 | 1983-09-29 | 気体軸受式膨張タ−ビンを使用した空気分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6071882A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2860576A1 (fr) * | 2003-10-01 | 2005-04-08 | Air Liquide | Appareil et procede de separation d'un melange gazeux par distillation cryogenique |
| JP2008107026A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ３重管式熱交換器 |
-
1983
- 1983-09-29 JP JP18132683A patent/JPS6071882A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6071882A (ja) | 1985-04-23 |
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