(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイルベアリング式軸受けを有するタービンを備えるとともに、該タービンの前記軸受けに用いるオイルを冷却するためのオイルクーラーを備えた液化装置を起動するにあたり、空気液化分離装置から導出される加温された冷却水又は温排水を前記オイルクーラーに導入して前記オイルを熱交換により加温し、該加温したオイルを前記軸受けに導入して軸受けを加温した後、液化装置を起動することを特徴とする空気液化分離装置に付設した液化装置の起動方法。
【請求項２】
前記加温された冷却水又は温排水は、前記空気液化分離装置の水洗冷却塔で圧縮空気を冷却することにより昇温した冷却水又は温排水であることを特徴とする請求項１記載の空気液化分離装置に付設した液化装置の起動方法。
【請求項３】
前記加温された冷却水又は温排水は、前記空気液化分離装置の原料空気圧縮機に付属するクーラー類で圧縮空気を冷却することにより昇温した冷却水又は温排水であることを特徴とする請求項１記載の空気液化分離装置に付設した液化装置の起動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気液化分離装置に付設した液化装置の起動方法に関し、詳しくは、運転と停止とを繰り返す液化装置を停止後、再起動する際の起動時間を短縮するための液化装置の起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、一般的な液化装置付きの空気液化分離装置の一例を示す系統図である。空気ろ過器１から吸入した原料空気は、原料空気圧縮機２で約５．５ｋｇ／ｃｍ２  Ｇに圧縮されるとともに、圧縮熱により約９０℃に昇温する。この圧縮空気は、水洗冷却塔３の下部に導入され、上方から供給される冷却水と向流接触して約２０℃まで冷却された後、熱交換器４に導入される。熱交換器４で分離ガスにより液化点付近まで冷却された原料空気は、下部塔及び上部塔からなる精留塔５に導入され、該精留塔５での精留操作により、上部塔下部の配管６に取出される酸素ガスと、上部塔頂部の配管７に取出される窒素ガスと、必要に応じて生産されるアルゴンとに分離する。
【０００３】
上部塔頂部から配管７に取出された窒素ガスは、前記熱交換器４で原料空気と熱交換を行い、略常温まで昇温して配管８に導出される。この窒素ガスは、窒素圧縮機９で圧縮されてユーザーに送出される。また、上部塔下部から配管６に取出された酸素ガスは、同様に熱交換器４で略常温となった後、配管１０を通り酸素圧縮機１１で圧縮されてユーザーに送出される。
【０００４】
前記配管８を流れる窒素ガスの一部は、配管８から配管１２に分岐して液化装置１３内に導入され、配管１４を流れる循環窒素ガスと合流して循環窒素圧縮機１５により約３５ｋｇ／ｃｍ２  Ｇまで昇圧される。昇圧した窒素ガスは、フロン冷凍機１６で冷却された後、熱交換器１７及び窒素過冷器１８で冷却されて液化し、配管１９から液化窒素タンク（図示せず）に送液される。前記熱交換器１７を導出した窒素の一部は、配管２０に分岐して膨張降温後、前記窒素過冷器１８の寒冷源として用いられる。また、前記熱交換器１７の中間部から配管２１に分岐した窒素ガスは、中圧膨張タービン２２で約４．５ｋｇ／ｃｍ２  Ｇに断熱膨張し、続いて低圧膨張タービン２３で大気圧程度まで断熱膨張して寒冷を発生する。膨張後の窒素ガスは、窒素過冷器１８の寒冷源となって配管２４に導出した窒素ガスと合流し、前記熱交換器１７の寒冷源として用いられた後、配管２５を経て前記配管１４に循環する。
【０００５】
また、前記酸素圧縮機１１で圧縮された酸素ガスの一部が配管２６に分岐して液化装置１３内に導入される。この酸素ガスは、熱交換器２７及び酸素過冷器２８を経て液化し、配管２９により液化酸素タンク（図示せず）に送液される。前記熱交換器２７及び酸素過冷器２８の寒冷源には、前記配管２０の低温窒素の一部が用いられ、熱交換器２７から配管３０に導出した窒素ガスは、前記配管２５の窒素ガスと合流して前記配管１４に循環する。
【０００６】
このような液化装置付きの空気液化分離装置は、外部から配管３１や配管３２を介して液化酸素や液化窒素を系内に注入することにより、原料空気圧縮機２の電力負荷を変えずに酸素ガスの発生量を変化させることができるように形成されている。この特性を利用して夜間は原料空気量を増やして液体酸素を増産備蓄し、昼間は原料空気量を減らして液体酸素を消費する運転を行っている。また、液化装置１３は、電力料金の高い昼間は停止し、夜間のみ運転する昼夜格差運転を実施している。
【０００７】
上記液化装置１３の停止は、空気液化分離装置から供給される窒素ガス及び酸素ガスの配管１２及び配管２６を遮断するとともに、生成した液化窒素及び液化酸素をタンクに送液する配管１９及び配管２９を遮断し、循環窒素圧縮機１５，フロン冷凍機１６，中圧膨張タービン２２，低圧膨張タービン２３を止めることにより行われる。この装置停止期間中、液化装置１３内は、次の運転のために低温に保持された待機状態になっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記中圧膨張タービン２２や低圧膨張タービン２３がオイルベアリング式軸受けを採用したタービンの場合は、運転中の軸受けの温度上昇を防止するため、タービン軸受け用のオイルを軸受けとオイルクーラーとの間で循環させ、オイルクーラーで冷却したオイルで軸受けの温度上昇を防止するようにしている。このようなオイルベアリング式軸受けを有するタービンを備えた液化装置１３を停止させる場合、タービン軸受け用のオイルは、装置が停止しても軸受けとオイルクーラーとの間を循環させ、軸受け部でオイルが固化したりしないようにしている。なお、オイルクーラーの冷却源としては、通常の冷却水（クーリングタワー循環水や工業用水等）が用いられている。
【０００９】
しかし、液化装置の停止中は、タービンが停止しており、軸受けでの発熱が無いため、装置内の寒冷によって軸受けの温度が次第に低下し、これに伴って循環しているオイルの温度も低下していく。そして、冬季の冷却水の温度が低いときには、オイルや軸受けの温度も相当に低下することになる。
【００１０】
このようにオイルや軸受けが低温状態のままでタービンを運転すると、軸受けにかじりを生じたり、振動が発生したりすることがあるため、液化装置を起動する際には、オイルや軸受けを所定温度まで昇温する必要がある。
【００１１】
したがって、従来は、液化装置を起動する際にあらかじめ低負荷状態による暖気運転を行い、軸受けの温度を所定温度まで上昇させるようにしていた。この暖気運転の所要時間は、冷却水の温度、装置の停止から起動までの時間、タービンの大きさなどによって異なるが、中圧膨張タービン及び低圧膨張タービンの両者の軸受けを所定温度に上げるために合計１時間掛かることもあった。この暖気運転中は、ガスの液化は当然行うことができず、循環窒素圧縮機の運転に要する電力が無駄になるという問題があった。
【００１２】
このため、循環するオイルをヒーターで加熱することにより軸受け加温し、軸受けの温度を装置起動前にあらかじめ上昇させておくことも考えられるが、この場合は、ヒーターの設置費用やヒーター用の電力代が別途必要になってしまう。
【００１３】
そこで本発明は、空気液化分離装置に付設した液化装置を起動する際に、従来のようなタービンの暖気運転を行う必要がなく、また、別途に電力代が掛かるヒーターを用いることもなく、液化装置の起動時間を大幅に短縮することができる空気液化分離装置に付設した液化装置の起動方法を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の空気液化分離装置に付設した液化装置の起動方法は、オイルベアリング式軸受けを有するタービンを備えるとともに、該タービンの前記軸受けに用いるオイルを冷却するためのオイルクーラーを備えた液化装置を起動するにあたり、前記空気液化分離装置から導出される加温された冷却水又は温排水を前記オイルクーラーに導入して前記オイルを熱交換により加温し、該加温したオイルを前記軸受けに導入して軸受けを加温した後、液化装置を起動することを特徴としている。
【００１５】
さらに、本発明は、前記加温された冷却水又は温排水として、前記空気液化分離装置の水洗冷却塔で圧縮空気を冷却することにより昇温した冷却水又は温排水、あるいは、前記空気液化分離装置の原料空気圧縮機に付属するクーラー類で圧縮空気を冷却することにより昇温した冷却水又は温排水を用いることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明を適用した液化装置付き空気液化分離装置の要部を示すもので、図１は液化装置の系統図、図２はオイルクーラー付近の冷却水の流れを示す系統図である。なお、前記第１形態例の液化装置付き空気液化分離装置における構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００１７】
中圧膨張タービン２２及び低圧膨張タービン２３は、オイルベアリング式の軸受け５１，５２によりそれぞれ回転可能に支持されるとともに、両タービン２２，２３の回転軸には、タービン制動用の発電機５３，５４がそれぞれ連結されている。中圧膨張タービン２２の軸受け５１には、ポンプ５５，循環経路５６、５７，５８を介して中圧膨張タービン用のオイルクーラー５９が設けれらており、低圧膨張タービン２３の軸受け５２には、ポンプ６０，循環経路６１、６２，６３を介して中圧膨張タービン用のオイルクーラー６４が設けれらている。
【００１８】
オイル冷却用の冷却水は、給水主管６５から弁６６を有する給水分岐管６７及び弁６８を有する給水分岐管６９を介して各オイルクーラー５９，６４に供給され、オイルを冷却することにより昇温した冷却水は、弁７０を有する排水分岐管７１及び弁７２を有する排水分岐管７３を介して排水主管７４に排出される。
【００１９】
また、各オイルクーラー５９，６４には、空気液化分離装置の原料空気を冷却することにより昇温した水洗冷却塔３内の冷却水を導入する経路が設けられている。この昇温冷却水の経路は、昇温した冷却水を水洗冷却塔３からクーリングタワーに送る配管７５から弁７６を介して分岐した温水配管７７と、この温水配管７７から弁７８を介してオイルクーラー５９の前記給水分岐管６７に接続する分岐配管７９及び弁８０を介して前記給水分岐管６９に接続する分岐配管８１とにより形成されている。
【００２０】
液化装置１３が運転されている状態では、冷却水供給側の弁６６，６８と排水側の弁７０，７２が開いており、昇温冷却水の経路に設けた弁７６，７８，８０は閉じられている。このとき、中圧膨張タービン２２の軸受け５１には、オイルクーラー５９で冷却されたオイルがポンプ５５，循環経路５６、５７を介して供給され、軸受け５１を冷却することにより昇温したオイルが循環経路５８を通ってオイルクーラー５９に循環している。他方の低圧膨張タービン２３の軸受け５２には、オイルクーラー６４で冷却されたオイルがポンプ６０，循環経路６１、６２を介して供給され、軸受け５２を冷却することにより昇温したオイルが循環経路６３を通ってオイルクーラー６４に循環している。
【００２１】
また、水洗冷却塔３では、原料空気圧縮機２で圧縮されることにより圧縮熱で昇温した原料空気が塔下部の配管３ａから流入し、塔上部の配管３ｂから供給される冷却水により冷却されて塔頂部の配管３ｃから流出している。原料空気を冷却することにより約５０℃に昇温した冷却水は、塔底部から前記配管７５に抜き出され、クーリングタワーに送られて大気により冷却され、前記配管３ｂから水洗冷却塔３に循環する。
【００２２】
液化装置１３を停止させた状態でも、オイル循環用の前記ポンプ５５，６０は運転を継続しているが、前述のように、液化装置１３内の寒冷により中圧膨張タービン２２の軸受け５１や低圧膨張タービン２３の軸受け５２が冷却され、各軸受け５１，５２の温度低下によりオイルの温度も次第に低下していく。この温度低下により軸受け５１，５２の温度が規定値以下になったときには、液化装置１３の起動に先立って軸受け５１，５２を規定値以上に加温する必要がある。
【００２３】
この軸受け５１，５２の加温は、連続的に運転されている空気液化分離装置の水洗冷却塔３から導出する温水を前記オイルクーラー５９，６４に導入することにより行われる。
【００２４】
すなわち、オイルクーラー用冷却水を供給する給水分岐管６７，６９の弁６６，６８を閉じてオイルクーラー５９，６４への冷却水の供給を止めるとともに、水洗冷却塔３に接続する配管７７の弁７６及び各分岐配管７９，８１の弁７８，８０をそれぞれ開き、原料空気を冷却することにより約５０℃に昇温した水洗冷却塔３内の冷却水を各オイルクーラー５９，６４に導入する。この昇温した冷却水の導入量の調節は、配管７５に設けた弁８２、配管７７の弁７６、分岐配管７９，８１の弁７８，８０、排水分岐管７１，７３の弁７０，７２の開度を調節することにより行うことができる。
【００２５】
これにより、オイルクーラー５９，６４から軸受け５１，５２に循環するオイルを、水洗冷却塔３から導出する約５０℃の冷却水で３０℃以上に加温することができ、該加温されたオイルが循環することによって軸受け５１，５２が規定温度に加温されることになる。
【００２６】
上述のようにして空気液化分離装置の水洗冷却塔３から導出した冷却水の温熱を利用して軸受け５１，５２を間接的に加温することにより、簡単な配管と弁とを付加するだけでランニングコストをほとんど必要とせずに、軸受け５１，５２を加温することができる。そして、軸受け５１，５２の温度やオイルの温度、水洗冷却塔３から導出した冷却水の温度を測定し、前記弁６６，６８，７０，７２，７６，７８，８０，８２の中の必要な弁の開度を自動的に調節する制御を行うことにより、液化装置１３の起動に先立つ軸受け５１，５２の予熱から起動運転までを全自動で行うことができる。
【００２７】
このように軸受け５１，５２を規定温度に加温してから液化装置１３を起動することにより、両タービン２２，２３の定格運転を直ちに開始することができ、ガスの液化も短時間で開始できるとともに、両タービン２２，２３に連結されている発電機５３，５４の発電も開始することができ、循環窒素圧縮機１５等の電力の一部として利用することができる。
【００２８】
液化装置１３が起動して運転が開始された後は、前記各弁の開閉が切換えられ、各オイルクーラー５９，６４には給水主管６５からの冷却水が供給され、通常のオイルクーラーとして機能する。なお、オイルクーラー５９，６４から排水主管７４に排出された温水は、水洗冷却塔３から導出した温水と一緒にクーリングタワーに送られて冷却され、所定箇所を循環する。
【００２９】
図３は、オイルクーラー５９，６４に供給する温水を、原料空気圧縮機２のインタークーラー１０１及びアフタークーラー１０２から得るようにした形態例を示すものである。なお、前記図２に示した装置における構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３０】
本形態例に示す原料空気圧縮機２は、前段の低圧圧縮段２ａと後段の高圧圧縮段２ｂとを有するもので、低圧圧縮段２ａと高圧圧縮段２ｂとの間には、低圧圧縮段２ａで大気圧から中間圧に圧縮されることにより昇温した原料空気を冷却水で冷却するためのインタークーラー１０１が設けられ、高圧圧縮段２ｂの出口には、高圧圧縮段２ｂで中間圧から約５．５ｋｇ／ｃｍ２  Ｇまで圧縮されることにより昇温した原料空気を冷却水で冷却するためのアフタークーラー１０２が設けられている。
【００３１】
上記インタークーラー１０１及びアフタークーラー１０２には、給水主管６５から分岐した給水分岐管１０３，１０４がそれぞれ設けれるとともに、排水主管７４に接続する排水分岐管１０５，１０６がそれぞれ設けられている。各排水分岐管１０５，１０６には、弁１０７，１０８の上流側から分岐する温水配管１０９，１１０が設けられており、この温水配管１０９，１１０は、それぞれ弁１１１，１１２を介して一旦合流した後、配管１１３と配管１１４とに分岐している。分岐した一方の配管１１３は、弁１１５を介して前記オイルクーラー５９に冷却水を導入する給水分岐管６７に接続し、他方の配管１１４は、弁１１６を介して前記オイルクーラー６４に冷却水を導入する給水分岐管６９に接続している。
【００３２】
なお、原料空気は、空気ろ過器１から配管２ｃを通って低圧圧縮段２ａで中間圧力に圧縮された後、配管２ｄによりインタークーラー１０１に導入されて冷却水で冷却され、配管２ｅを経て高圧圧縮段２ｂで所定圧力に圧縮されて配管２ｆに導出し、アフタークーラー１０２で冷却水により冷却されて前記水洗冷却塔に至る配管３ａに導出される。
【００３３】
本形態例においても、液化装置の起動に先立って前記インタークーラー１０１やアフタークーラー１０２で原料空気を冷却することにより昇温した冷却水を、排水分岐管１０５，１０６から温水配管１０９，１１０に所定量分岐させ、配管１１３，１１４を介してオイルクーラー５９，６４に導入することにより、タービンの軸受けに循環するオイルを加温することができ、前記同様に液化装置の起動時間を大幅に短縮することができる。
【００３４】
このとき、インタークーラー１０１及びアフタークーラー１０２で加温された冷却水の両方をオイル加温用に用いてもよく、いずれか一方から導出した冷却水のみを加温用に用いるようにしてもよい。また、オイルクーラーに導入する温水の流量調節等は、前記同様に各配管に設けた弁の開度を適宜調節することにより行うことができる。
【００３５】
なお、両形態例では、液化装置が付属する空気液化分離装置で発生した温排水（昇温した冷却水を含む）をオイル加温用に用いた例について説明したが、液化装置が付属しない別の空気液化分離装置から発生する温排水を用いることも可能であり、さらに、クーリングタワー等の冷却水設備が他の装置と共用になっている場合は、他の装置で発生した温排水であっても、前記オイル加温用の熱源として利用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液化装置の起動方法によれば、空気液化分離装置で発生する温排水が有する熱エネルギーをタービンの軸受けの加温に利用するので、簡単な配管と弁とを付加するだけでランニングコストをほとんど必要とせずに軸受けを加温することができる。これにより、液化装置の起動に要する時間を大幅に短縮できるとともに、エネルギーの有効利用も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した液化装置付き空気液化分離装置の要部を示す系統図である。
【図２】オイルクーラー付近の冷却水の流れを示す系統図である。
【図３】本発明の他の形態例を示す要部の系統図である。
【図４】液化装置付きの空気液化分離装置の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
２…原料空気圧縮機、３…水洗冷却塔、１３…液化装置、１５…循環窒素圧縮機、１６…フロン冷凍機、１７…熱交換器、１８…窒素過冷器、２２…中圧膨張タービン、２３…低圧膨張タービン、２７…熱交換器、２８…酸素過冷器、５１，５２…軸受け、５９，６４…オイルクーラー、６５…給水主管、６７，６９…給水分岐管、７１，７３…排水分岐管、７７…温水配管、１０１…インタークーラー、１０２…アフタークーラー、１０９，１１０…温水配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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