(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス貯蔵能力に無駄を生じさせることなく、ガス供給ラインにおけるガス貯蔵能力の最適化を実現する。【解決手段】低圧ガスホルダ９の圧力と高圧ガスホルダ７の圧力の関係が、（低圧ガスホルダの圧力）＞（高圧ガスホルダの圧力）であり、かつ、低圧ガスホルダの圧力が下限設定値以上であるときは、流量調節弁８を開として、低圧ガスホルダのガスを高圧ガスホルダにも送給し、（低圧ガスホルダの圧力）≦（高圧ガスホルダの圧力）であり、かつ、低圧ガスホルダの圧力が下限設定値以上であり、高圧ガスホルダの圧力が上限設定値未満であるときは、前記流量調節弁を閉として、低圧ガスホルダのガスを低圧ガス使用設備１２にのみ送給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧したガスを、高圧ガスホルダを介して高圧ガス使用設備に供給し、かつ、ガス入側にガスの流量を調節する流量調節弁を有する低圧ガスホルダを介して低圧ガス使用設備に供給するガス供給方法であって、
前記の低圧ガスホルダの圧力と高圧ガスホルダの圧力の関係が、
（低圧ガスホルダの圧力）＞（高圧ガスホルダの圧力）であり、かつ、低圧ガスホルダの圧力が下限設定値以上であるときは、前記流量調節弁を開として、低圧ガスホルダのガスを高圧ガスホルダにも送給し、
（低圧ガスホルダの圧力）≦（高圧ガスホルダの圧力）であり、かつ、低圧ガスホルダの圧力が下限設定値以上であり、高圧ガスホルダの圧力が上限設定値未満であるときは、前記流量調節弁を閉として、低圧ガスホルダのガスを低圧ガス使用設備にのみ送給するようにしたことを特徴とするガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガス使用設備用の高圧ガスホルダと低圧ガス使用設備用の低圧ガスホルダを介してそれぞれの設備にガスの供給を行うガス供給ラインにおけるガス供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一貫製鉄所においては、種々のガスが利用されているが、例えば、多量の酸素ガスが高炉、転炉等での生産に使用されている。
一貫製鉄所において使用される酸素ガスの供給ラインの例を図１に模式的に示す。
大気中から取り込んだ空気は、空気圧縮機１で圧縮を行い、水洗冷却塔２で冷却した後、モリキュラシーブス吸着器３で分子ふるいにかけ、コールドボックス４内の精留塔で精留して最終的に酸素を分離する。そして、酸素圧縮機５で昇圧（圧縮）して所要の圧力の圧縮酸素ガスを得る。
【０００３】
ここで得られた圧縮酸素ガスは、供給先の使用圧力に応じて、高圧と低圧の２つのホルダ（ガスタンク）に供給されて貯蔵される。
高炉に代表される低圧ガス使用設備12に対しては、低圧ガスホルダ９から酸素ガスが供給され、転炉に代表される高圧ガス使用設備13に対しては、高圧ガスホルダ７から酸素ガスが供給される。そして、これら低圧ガスホルダ９と高圧ガスホルダ７で上述の圧縮された酸素が各ガス使用設備において必要な圧力に調整される。ここで、低圧ガスホルダ９の入側部には流量調節弁８が付設されている。なお、６は酸素放散弁である。シーケンス制御装置11には、圧力計10a 、10b で計測された低圧ガスホルダ９と高圧ガスホルダ７の圧力値が入力され、それらの圧力値を基にして流量調節弁８と酸素放散弁６の制御が行われる。
【０００４】
圧縮酸素ガス量は、常に使用設備の稼動に合わせて最適となるように制御が行われ生産されており、例えば、使用設備のいずれかが停止する際には、その状況に合わせ、精留塔の稼動基数を削減する等して、電力消費のコストがミニマムとなるように調節を行う。
ただし、精留塔は、塔内の精留板上での液と蒸気の平衡バランスを厳密に管理しながら空気の分離を行う装置であり、精留塔内の液・蒸気バランスを安定させるためには最低でも３時間程度を必要とする。そのため、使用設備側の短時間停止（例えば、30分から180 分程度）のために精留塔を一時停止したり、負荷変更を行ったりすることは実際上不可能である。
【０００５】
また、精留した酸素ガスを酸素圧縮機５で圧縮し、所要のガス圧として供給を行うが、精留した酸素ガスは連続的に発生するのに対し、ガス使用設備側では、転炉に代表されるように、非連続的な操業が行われるのが通常である。
そのため、工場の操業停止時や負荷変更時のバッファを確保し、安定的な供給を行うため、ガス供給ライン上にガスホルダを設けるのである。
【０００６】
このガスホルダとしては、既に説明したように、ガス使用設備に対応して低圧ガスホルダ９と高圧ガスホルダ７の２通りのタイプを設ける。
転炉等の高圧ガス使用設備13側に設ける高圧ガスホルダ７は、例えば、上限設定値2.16ＭPa、下限設定値1.57ＭPaの高圧領域での運用が行われ、酸素圧縮機５から圧縮酸素ガスが、通常、連続的に供給され、ホルダ圧は常に高圧状態とされる。
【０００７】
一方、高炉等の低圧ガス使用設備12側に設ける低圧ガスホルダ９には、その入口側に流量調節弁８が配置されている。そして、その運用は、ホルダ圧が下限設定値を下回るような緊急時を除いた通常状態では流量調節弁８を閉とし、低圧ガスホルダ９に貯蔵したガスを低圧ガス使用設備12側にのみ供給するようにし、圧力を常に低圧側に下げるような操業を行う。低圧ガスホルダ９は、例えば、上限設定値1.86ＭPa、下限設定値0.98ＭPaの範囲での運用が行われる。なお、ガスホルダそのものの規格は、通常、低圧ガスホルダも高圧ガスホルダも同一仕様であり、規格上の耐圧である最上限設定値は、いずれも2.35ＭPa程度とされる。
【０００８】
ここで、高圧ガスホルダ７が満杯となり、最上限設定値以上となった場合、低圧ガスホルダ９を高圧ガスホルダ７のバックアップとして用い、流量調節弁８を開として高圧ガスホルダ内の余剰ガスの回収を行う。これを放散回収とよぶ。そして、低圧ガスホルダ９と高圧ガスホルダ７のいずれもが満杯となったときには酸素放散弁６から大気放散を行う。
低圧ガスホルダ９は、高圧ガスホルダ７と比較して圧力運用幅が広いことを特徴とする。つまり、圧縮性ガスの貯蔵可能容量は（圧力幅ΔＰ×ガスホルダ容積Ｖ）で決まることから、最上限設定値までの圧力幅の広い低圧ガスホルダ９の方が高圧ガスホルダ７に比べ、より多量のガスを貯蔵することができる。
【０００９】
一貫製鉄所において従来から行われてきた酸素ガス供給方法を、図４に基づき説明する。
図４（ａ）は、高圧ガス使用設備である転炉、溶融還元炉、脱炭炉等での操業のトレンド、すなわち、酸素消費のトレンドを示すグラフである。図４（ａ）の縦軸は、それぞれの炉での酸素消費量を示す。なお、低圧ガス使用設備である高炉は、常時ほぼ一定量の酸素ガスを消費する。
【００１０】
図４（ｂ）は、上記操業状態における高圧ガスホルダと低圧ガスホルダのホルダ圧力のトレンドを示す。ここで、ガスホルダの耐圧上限は、いずれのホルダも2.35ＭPaである。また、高圧ガスホルダ圧下限は1.57ＭPaと、低圧ガスホルダ圧下限は0.69ＭPaと規定される。
高圧ガスホルダ圧は、転炉等の操業に応じて大きく変動し、操業負荷が軽くなると耐圧上限にまで上昇する。ここで、高圧ガスホルダ圧が耐圧上限となると、低圧ガスホルダ入側の流量調節弁が開とされ、低圧ガスホルダへの放散回収が行われる。そして、高圧ガスホルダと低圧ガスホルダの両方が満杯となると、酸素放散弁が開とされ、大気放散が行われるのである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来のガス供給方法では、図４（ｂ）に（＊）で示すように、低圧ガスホルダ圧の方が高圧ガスホルダ圧よりも高くなってしまう場合が多々発生するという問題がある。
このような状態は、活用されない余分のガスが低圧ガスホルダに貯蔵されていることであり、ガス供給ライン全体としてのガス貯蔵能力に大きな無駄が生じていることになる。
【００１２】
本発明は、ガス貯蔵能力にこのような無駄を生じさせることなく、ガス供給ラインにおけるガス貯蔵能力の最適化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、昇圧したガスを、高圧ガスホルダを介して高圧ガス使用設備に供給し、かつ、ガス入側にガスの流量を調節する流量調節弁を有する低圧ガスホルダを介して低圧ガス使用設備に供給するガス供給方法であって、前記の低圧ガスホルダの圧力と高圧ガスホルダの圧力の関係が、（低圧ガスホルダの圧力）＞（高圧ガスホルダの圧力）であり、かつ、低圧ガスホルダの圧力が下限設定値以上であるときは、前記流量調節弁を開として、低圧ガスホルダのガスを高圧ガスホルダにも送給し、（低圧ガスホルダの圧力）≦（高圧ガスホルダの圧力）であり、かつ、低圧ガスホルダの圧力が下限設定値以上であり、高圧ガスホルダの圧力が上限設定値未満であるときは、前記流量調節弁を閉として、低圧ガスホルダのガスを低圧ガス使用設備にのみ送給するようにしたことを特徴とするガス供給方法によって上記課題を解決したのである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によって、従来ピーク使用時において逼迫していた高圧側のガスバランスを緩和することが可能となり、また、低圧ガスホルダ圧を下限近くまで下げての運用が可能となった。その結果、低圧ガスホルダの能力を十分に発揮させることができるようになり、圧力運用幅を広げた操業が可能となり、大気中への無用のガス放散を大幅に削減できるようになり、ひいては、酸素プラントの消費電力を大幅に削減することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用するのに好適なガス供給ラインの一例を示す模式図である。
【図２】本発明を適用した場合の高圧ガスホルダと低圧ガスホルダのそれぞれのホルダ圧の推移を示すグラフである。
【図３】本発明を適用した場合の各状態におけるガス供給ラインのガスの流れを説明するための模式図である。
【図４】従来の高圧ガスホルダと低圧ガスホルダのそれぞれのホルダ圧の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のガス供給方法の好適な実施の形態を表１に基づき説明する。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１は、図１に示した一貫製鉄所における酸素ガス供給ラインにおいて適用される本発明のガス供給方法をマトリックス化して示した表である。
表の横方向には低圧ガスホルダの圧力をとり、縦方向には高圧ガスホルダの圧力をとって層別を行っている。ここで、HHは最上限設定値（ガスホルダ耐圧上限）、PHは上限設定値、PLは下限設定値を示す。表中には、それらの具体的な数値例をＭPa単位で併記している。
【００１９】
高圧ガスホルダ圧力現在値（PV）がPH以上、つまり、2.16ＭPa以上の場合、流量調節弁は常に開とされ、無条件で低圧ガスホルダへの放散回収が行われる。ただし、表には示していないが、高圧ガスホルダ圧力現在値（PV）と低圧ガスホルダ圧力現在値（PV）のいずれもがHH以上、つまり、2.35ＭPa以上となった場合には、大気放散が行われることになる。なお、本発明には直接関係しないが、高圧ガスホルダ圧力現在値（PV）がPH以上であってもHH未満（2.35ＭPa未満）の場合には、ゆっくりと放散が行われ、高圧ガスホルダ圧力現在値（PV）がHH以上ではそれ以上に圧力が上がらないように一気に放散が行われる。
【００２０】
次に、高圧ガスホルダ圧力現在値（PV）がPH未満PL以上の場合は、低圧ガスホルダ圧と高圧ガスホルダ圧の大小比較を行い、（低圧ガスホルダ圧）＞（高圧ガスホルダ圧）の場合には、流量調節弁を開として低圧ガスホルダから高圧ガスホルダと低圧ガス使用設備の両方にガスの送給を行うようにする。なお、表には示していないが、低圧ガスホルダ圧がHH以上の場合も流量調整弁を開とする。一方、（低圧ガスホルダ圧）≦（高圧ガスホルダ圧）の場合は、流量調節弁を閉として低圧ガスホルダからは低圧ガス使用設備のみにガスの送給を行うようにする。ただし、低圧ガスホルダ圧がPL未満、すなわち、0.69ＭPa未満の場合には、流量調節弁を開とし、緊急バックアップとして低圧ガスホルダへの酸素ガスの導入、貯蔵を行う。
【００２１】
高圧ガスホルダ圧力現在値（PV）がPL未満の場合は、酸素圧縮機からの圧縮酸素を供給するとともに、低圧ガスホルダ圧と高圧ガスホルダ圧の大小の比較を行い、（低圧ガスホルダ圧）＞（高圧ガスホルダ圧）の場合には、流量調節弁を開として、低圧ガスホルダから高圧ガスホルダと低圧ガス使用設備の両方にガスの供給を行うようにする。なお、表には示していないが、低圧ガスホルダ圧がHH以上の場合も流量調整弁を開とする。一方、（低圧ガスホルダ圧）≦（高圧ガスホルダ圧）の場合は、流量調節弁を閉として低圧ガスホルダからは低圧ガス使用設備のみにガスの送給を行うようにする。ただし、低圧ガスホルダ圧がPL未満、すなわち、0.69ＭPa未満の場合には、流量調節弁を開とし、緊急バックアップとして低圧ガスホルダへの酸素ガスの導入、貯蔵を行う。
【００２２】
すなわち、本発明のガス供給方法では、低圧ガスホルダの圧力がその下限設定値未満のときは、ガスの流量調節弁を開として低圧ガスホルダへのガスの充填を行い、低圧ガスホルダの圧力（低圧ガスホルダ圧）と高圧ガスホルダの圧力（高圧ガスホルダ圧）の関係が、
（低圧ガスホルダ圧）＞（高圧ガスホルダ圧）であり、かつ、低圧ガスホルダの圧力が下限設定値以上であるとき、流量調節弁を開とし、低圧ガスホルダのガスを高圧ガスホルダにも供給するようにし、高圧ガスホルダと低圧ガス使用設備の両方にガスを送給し、
（低圧ガスホルダ圧）≦（高圧ガスホルダ圧）であり、かつ、低圧ガスホルダ圧が下限設定値以上であるときは、流量調節弁を閉とし、ガスを低圧ガス使用設備にのみ送給するようにしたことを特徴とする。
【実施例】
【００２３】
図１に示す一貫製鉄所における酸素供給ラインに、本発明のガス供給方法を適用した。なお、図中には表示していないが、酸素圧縮機の出口近傍に逆止弁を設けている。
すなわち、低圧ガスホルダの圧力がその下限設定値未満のときは、ガスの流量調節弁を開としてガスの充填を行い、
低圧ガスホルダの圧力（低圧ガスホルダ圧）と高圧ガスホルダの圧力（高圧ガスホルダ圧）の関係が、（低圧ガスホルダ圧）＞（高圧ガスホルダ圧）であり、かつ、低圧ガスホルダ圧が下限設定値以上であるとき、流量調節弁を開とし、低圧ガスホルダのガスを高圧ガスホルダにも供給するようにし、高圧ガスホルダと低圧ガス使用設備の両方にガスを送給し、
（低圧ガスホルダ圧）≦（高圧ガスホルダ圧）であり、かつ、低圧ガスホルダ圧が下限設定値以上であり、高圧ガスホルダの圧力が上限設定値未満であるときは、流量調節弁を閉とし、ガスを低圧ガス使用設備にのみ送給するようにした。
【００２４】
なお、その際の高圧ガスホルダ圧と低圧ガスホルダ圧のトレンド例を図２に示す。図２は、従来のガス供給方法としてすでに説明した図４に対応して記載している。
図２から明らかなように、本発明によって、従来では問題となっていた低圧ガスホルダ圧の方が高圧ガスホルダ圧よりも高くなってしまう現象がほぼ解消されていることがわかる。
【００２５】
次に、図３に基づき、酸素ガス供給ラインにおける幾つかの具体的な供給状態の例を挙げ、酸素ガス供給をどのように行っているかを説明する。
図３は、図２（ｂ）で示すトレンドにおいてａ、ｂ、ｃの矢印で示す各時点での酸素ガス供給状態を説明する模式図である。このａ、ｂ、ｃは、図３における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応させている。
【００２６】
図３（ａ）のピーク吹錬中では、流量調節弁８が開とされ、高圧ガス使用設備（転炉、溶融還元炉、脱炭炉）13での酸素ガス不足分を低圧ガスホルダ９から払い出すようにする。
図３（ｂ）のピーク吹錬終了後では、流量調節弁８を閉とし、高圧ガスホルダ７のみに酸素ガスを供給する。
【００２７】
また、図３（ｃ）の吹錬の切れ間では、高圧ガスホルダ７の圧力が上限となった時点で流量調節弁８を開とし、低圧ガスホルダ９に酸素ガスの放散回収を行うようにする。
一方、従来例のガス供給方法については、従来の技術として図４に基づいて説明したとおりである。
本発明例においては、従来例よりも酸素ガスを大気放散した割合が約2.5 ％削減することができた。そして、その結果、本発明例では酸素プラントの消費電力を従来例から約795KWH／Hr削減することができた。
【００２８】
なお、高圧ガスホルダには、高圧ガス使用設備のみを接続した例を示したが、低圧ガス使用設備も接続されていてもよい。
また、低圧ガスホルダには、複数の低圧ガス使用設備が接続されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、低圧ガスホルダの能力を十分に発揮させることができるようになり、圧力運用幅を広げた操業が可能となり、大気中への無用のガス放散を大幅に削減できるようになり、ひいては、酸素プラントの消費電力を大幅に削減することができるという多大な効果が得られる。
【符号の説明】
【００３０】
１    空気圧縮機
２    水洗冷却塔
３    モリキュラシーブス吸着器
４    コールドボックス（精留塔、主熱交換器等）
５    酸素圧縮機
６    酸素放散弁
７    高圧ガスホルダ
８    流量調節弁
９    低圧ガスホルダ
10a 、10b   圧力計
11    シーケンス制御装置
12    高炉（低圧ガス使用設備）
13    転炉（高圧ガス使用設備）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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