(57)【要約】【課題】例えば海洋油田等の設置スペースが限定的な場所であっても、高効率に脱酸素可能な圧入水の脱酸素システムを提供する。【解決手段】減圧することで水中の溶存酸素を除去する膜脱気モジュール３１と、膜脱気モジュール３１の後段に備えられ、膜脱気モジュール３１により脱気された水に対して脱酸素剤を添加することで水中の溶存酸素を除去する処理水タンク６１、脱酸素剤タンク６２、脱酸素剤供給ポンプ６３と、を備え、膜脱気モジュール３１は、膜脱気モジュール３１に供給される水中の溶存酸素のうちの７５％〜９０％の溶存酸素が除去されるように構成されている圧入水の脱酸素システム１００とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧することで水中の溶存酸素を除去する減圧脱気装置と、
前記減圧脱気装置の後段に備えられ、前記減圧脱気装置により脱気された水に対して脱酸素剤を添加することで水中の溶存酸素を除去する脱酸素剤添加装置と、を備え、
前記減圧脱気装置は、前記減圧脱気装置に供給される水中の溶存酸素のうちの７５％〜９０％の溶存酸素が除去されるように構成されていることを特徴とする、圧入水の脱酸素システム。
【請求項２】
前記減圧脱気装置は、気体を透過させて脱気する高分子膜を備えることを特徴とする、請求項１に記載の圧入水の脱酸素システム。
【請求項３】
前記減圧脱気装置と前記脱酸素剤添加装置との間に備えられる第一溶存酸素濃度測定装置と、
前記第一溶存酸素濃度測定装置により測定された値に基づいて、前記減圧脱気装置の稼働率、及び、前記脱酸素剤添加装置における脱酸素剤の添加量、のうちの少なくとも一方を制御する第一演算制御装置と、を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧入水の脱酸素システム。
【請求項４】
前記脱酸素剤添加装置の後段に備えられる第二溶存酸素濃度測定装置と、
前記第二溶存酸素濃度測定装置により測定された値に基づいて、前記脱酸素剤添加装置における脱酸素剤の添加量を制御する第二演算制御装置と、を備えることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の圧入水の脱酸素システム。
【請求項５】
前記減圧脱気装置の前段に備えられる第三溶存酸素濃度測定装置と、
前記第三溶存酸素濃度測定装置により測定された値に基づいて、前記減圧脱気装置の稼働率、及び、前記脱酸素剤添加装置における脱酸素剤の添加量、のうちの少なくとも一方を制御する第三演算制御装置と、を備えることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の圧入水の脱酸素システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧入水の脱酸素システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地中の油層から原油を採取する方法の分類には、一次採取法、二次採取法、三次採取法等がある。一次採取法は、自然の排油エネルギを利用して原油を生産する方法である。一次採取法の具体例としては、自噴採油と人工採油（ポンプ採油等）が該当する。また、二次採取法は、油層に人工的に排油エネルギを付与して採取する方法である。二次採取法の具体例としては、一次採取法による生産の減退後、水を圧入して油層圧の回復、産油量の増加を図る水攻法が該当する。さらに、三次採取法は、一般的に、二次採取後に適用される採取法である。三次採取法の具体例としては、ケミカル攻法や熱攻法等が該当する。
【０００３】
これらの採取法のうち、水攻法において用いられる、圧入される水（圧入水）は、海水や河川水に由来する場合が多く、大気と接触している。それゆえ、圧入水には、通常７０００ｐｐｂ〜９０００ｐｐｂ程度の溶存酸素が含まれている。溶存酸素は、金属材料に対して酸化剤として働き、酸化反応を促進する作用がある。そのため、圧入配管を構成する金属の腐食は、酸化反応の促進に伴って加速することになる。
【０００４】
しかしながら、圧入水から脱酸素を行うことにより、腐食は抑制される。そこで、圧入水の溶存酸素濃度には上限が設けられている。この上限値は、石油採掘会社により異なるが、一般的に数十ｐｐｂ以下に設定されている。この観点から、圧入水から効率的に脱酸素を行うことが可能な方法が検討されている。
【０００５】
例えば、圧入水等の液体に接する気体の酸素分圧を下げることで、液体中の溶存酸素濃度を低下させる、減圧脱気方法が知られている。そして、この減圧脱気方法の一例として、気体のみが透過する微細孔を有する高分子膜を介して減圧し、液中の気体成分を除去する膜脱気方法が知られている。このとき、減圧に代えて、又は減圧とともに、酸素分圧を低下させるために、窒素等の他のガスを吹き込むことがある。さらには、沸騰により水溶液中の溶解度を低下させる沸騰脱気方法が知られている。
【０００６】
また、脱酸素の方法としては、ヒドラジンや亜硫酸ナトリウムを主成分としてコバルト等の触媒を含有した脱酸素剤を添加することで、水溶液中の酸素を消費させる方法もある。この方法は、溶存酸素を水溶液中から脱離させるものではないため、厳密には「脱酸素」ではないが、溶存酸素を消費して溶存酸素濃度を低下させるという点で脱酸素と機能が同じである。そのため、以下の記載では、この方法も脱酸素方法の一例として取り扱うものとする。
【０００７】
これらの他にも、圧入水中の溶存酸素に注目した技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、海水中に最初に溶解している酸素と比較して酸素含量が低い海底石油掘削水を生産することを目的として、海洋プラットフォーム又は船舶上に設置される施設において海水を処理する方法が記載されている。この技術では、膜脱気と脱酸素剤による脱酸素とを組み合わせた脱酸素が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０１２−５０３７２４号公報（特に、図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
膜脱気等の減圧脱気は、例えば小さなスペースでの洋上の石油採掘リグ等、設置スペースが限定された石油採掘現場での使用では好適である。しかし、装置の連続運転が基本の石油関連設備では、メンテナンス時等の定期的な膜の交換を考慮すると、予備の脱気膜を事前に設備として保有しておくことが好ましい。そのため、予備の脱気膜を保管しておくためのスペースが必要となり、設置スペースの少ない石油採掘現場では利用しにくい。
【００１０】
また、沸騰脱気では、設備設置スペースが膨大で、洋上の石油採掘リグ等では設置困難である。さらには、定期的な設備のメンテナンスを考慮すると、膜脱気と同様に予備の設備を保有することが好ましいものの、設置スペースの観点から限界がある。さらには、例えば脱酸素剤の使用に比べ、装置運転条件の調節による溶存酸素の除去性能の制御が原理的に困難で、被処理水の溶存酸素濃度の予見される最大値に対応して設計すると、過剰設備となりやすい。
【００１１】
そこで、脱酸素剤を用いた脱酸素方法が考えられる。脱酸素剤を用いた脱酸素方法は、薬品の注入率の変更で、容易に溶存酸素濃度の調整が可能であり、しかも、機械設備が小さくなるという利点がある。しかし、全ての溶存酸素を薬品で処理する場合、大型の反応槽が必要になることがある。また、脱酸素剤を長期保存すると、脱酸素剤は空気中でも徐々に自己酸化するため、ハンドリングの悪さが課題となっている。
【００１２】
本発明はこれらの課題に鑑みて成されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、例えば海洋油田等の設置スペースが限定的な場所であっても、高効率に脱酸素可能な圧入水の脱酸素システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは前記課題を解決するべく鋭意検討を行った。その結果、減圧脱気によって所定の溶存酸素濃度以下になるように溶存酸素を除去した後に、脱酸素剤によって溶存酸素の除去を行うことで、前記の課題を解決できることを見出した。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、例えば海洋油田等の設置スペースが限定的な場所であっても、高効率に脱酸素可能な圧入水の脱酸素システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の圧入水の脱酸素システムの系統図である。
【図２】第１実施形態の圧入水の脱酸素システムにおいて行われる制御フローである。
【図３】第２実施形態の圧入水の脱酸素システムの系統図である。
【図４】第２実施形態の圧入水の脱酸素システムにおいて行われる制御フローである。
【図５】第３実施形態の圧入水の脱酸素システムの系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明する。なお、以下の記載では、説明の簡略化のために、「圧入水の脱酸素システム」のことを、単に「脱酸素システム」ということがある。
【００１７】
［１．第１実施形態］
図１は、第１実施形態の圧入水の脱酸素システム１００の系統図である。脱酸素システム１００は、海洋から汲み上げられた海水を淡水にした後、その淡水を、油田で用いられる圧入水として調製するものである。そして、脱酸素システム１００では、一例として、得られた淡水に対して脱酸素が行われることで、圧入水が調製されている。
【００１８】
脱酸素システム１００は、主に、海水を淡水に変換するＲＯ膜（逆浸透膜）５１と、淡水中の溶存酸素を脱気する膜脱気モジュール３１と、淡水に供給する脱酸素剤が貯留される脱酸素剤タンク６２及び処理水タンク６１とを備えている。また、脱酸素システム１００は、膜脱気後の淡水中の溶存酸素濃度（ＤＯ）を測定するＤＯセンサ５と、脱酸素剤を添加して脱酸素した後の淡水中のＤＯを測定するＤＯセンサ８と、を備えている。
【００１９】
ＲＯ膜５１は、フィルタ２により異物が除去された海水を、淡水にするものである。具体的には、フィルタ２により異物が除去された海水は、高圧ポンプ（図示しない）によってＲＯ膜５１を透過し、これにより、淡水が得られる。得られた淡水は、淡水タンク５２に一時貯留された後、脱酸素フィードポンプ４により、膜脱気モジュール３１に導かれる。
【００２０】
膜脱気モジュール３１は、ＲＯ膜５１によって脱塩された淡水中の溶存酸素を除去するものである。膜脱気モジュール３１により処理された淡水は、処理水タンク６１に貯留される。膜脱気モジュール３１では、淡水中の溶存酸素が「粗取り」されることになる。具体的には、膜脱気モジュール３１では、淡水中の溶存酸素をできるだけ除去しようとするのではなく、除去前の淡水中の７５％〜９０％（好ましくは８０％〜９０％）の溶存酸素が除去される。即ち、膜脱気モジュール３１では、除去後の溶存酸素の量として、除去前の濃度の１０％〜２５％（好ましくは１０％〜２０％）になるまで、溶存酸素が除去される。例えば、２０℃〜３０℃程度の海水では、大気に接触しているため、溶存酸素濃度は通常は７０００ｐｐｂ〜９０００ｐｐｂ程度である。そのため、膜脱気モジュール３１では、このような海水から溶存酸素が除去された後の濃度として、１０００ｐｐｂ〜２０００ｐｐｂ程度になるように、溶存酸素が除去される。
【００２１】
膜脱気モジュール３１では、例えば、気体のみを透過する膜を介して、ＲＯ膜５１によって脱塩された淡水中から、酸素分圧の低い気体（例えば窒素ガス）と溶存酸素が除去される。具体的には、通流する気体の酸素分圧や流量を変えることで、淡水から除去される溶存酸素の量が制御可能である。本実施形態では、インバータ制御される減圧ポンプ３５の回転速度を速くすることで膜脱気モジュール内の圧力がより低くなるように減圧して、酸素の除去量を多くしている。これにより、膜脱気モジュール３１の稼働率は高くなることになる。一方で、減圧ポンプ３５の回転速度を遅くすることで減圧が抑えられることになり、酸素の除去量が少なくなる。これにより、膜脱気モジュール３１の稼働率は低くなることになる。
【００２２】
処理水タンク６１は、脱酸素剤タンク６２からの脱酸素剤が供給されるものである。即ち、処理水タンク６１に貯留された淡水には、淡水中の溶存酸素を除去する脱酸素剤が添加される。脱酸素剤としては亜硫酸ナトリウムや重亜硫酸ソーダ、ヒドラジン等を用いることができる。脱酸素剤タンク６２には脱酸素剤供給ポンプ６３が設けられ、インバータ制御される脱酸素剤供給ポンプ６３の回転速度を変えることで、添加量が制御可能である。添加量は特に制限されないが、例えば、添加後の溶存酸素濃度として数十ｐｐｂ程度、具体的には２０ｐｐｂ以下になるような添加量が好適である。
脱酸素剤が添加された後の淡水は、インジェクションポンプ７により、地層中に圧入水として圧入される。
【００２３】
演算制御装置１１は、ＤＯセンサ５，８により測定された溶存酸素濃度に基づいて、減圧ポンプ３５や脱酸素剤供給ポンプ６３等の各装置を制御するものである。演算制御装置１１は、図１において破線で示すように、原水供給ポンプ１、減圧ポンプ３５、脱酸素フィードポンプ４、ＤＯセンサ５、脱酸素剤供給ポンプ６３と、インジェクションポンプ７と、ＤＯセンサ８とに接続されている。
【００２４】
演算制御装置１１は、一定量の圧入水を油層に圧入し続ける観点から、圧入水のインジェクションポンプ７（インバータ制御される）の回転速度又は流量を一定に維持するようになっている。従って、脱酸素システム１００内を通流する海水及び淡水の流量は、定常運転中は一定になっている。この定常運転中、演算制御装置１１は、ＤＯセンサ５，８により測定される溶存酸素濃度を測定している。そして、演算制御装置１１は、圧入水の溶存酸素濃度が所望のものになるように、減圧ポンプ３５及び脱酸素剤供給ポンプ６３の回転速度を制御している。
なお、本実施形態では、減圧ポンプ３５及び脱酸素剤供給ポンプ６３をインバータ制御する例について説明したが、配管に流量調整弁（図に記載しない）を設け、流量調整弁を制御しても良い。
【００２５】
ちなみに、演算制御装置１１は、いずれも図示しないが、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、ＨＤＤと、Ｉ／Ｆと、モニタとを備えている。そして、ＲＯＭやＨＤＤに記録されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで、脱酸素システムが具現化されることになる。
【００２６】
図２は、第１実施形態の圧入水の脱酸素システム１００において行われる制御フローである。脱酸素システム１００では、ＤＯセンサ５，８等を用いて、脱酸素剤の添加量についてのフィードバック制御が行われる。図２に示すフローは、特に指定しない限り、演算制御装置１１によって行われる。なお、図２では、説明の都合上、ＤＯセンサ５，８を用いた制御とは直接関係しないステップが含まれている。
【００２７】
まず、海洋から汲み上げられ、ＲＯ膜５１により脱塩された淡水は、膜脱気モジュール３１により膜脱気される（ステップＳ１０１）。そして、膜脱気後の淡水に対して、ＤＯセンサ５により、溶存酸素濃度が測定される（ステップＳ１０２）。そして、演算制御装置１１は、測定された溶存酸素濃度から予め定められた目標濃度まで溶存酸素濃度を低下させるために必要な、脱酸素剤の量を算出する（ステップＳ１０３）。
【００２８】
ここでいう「目標濃度」は、本実施形態では、２０ｐｐｂである。従って、例えば、前記のステップＳ１０２で測定された濃度が１５００ｐｐｂである場合、演算制御装置１１は、溶存酸素濃度を１５００ｐｐｂから２０ｐｐｂまで低下させるために必要な、脱酸素剤の量を算出することになる。この算出は、例えば、演算制御装置１１に予め記録された、脱酸素剤の量と除去される脱酸素剤の量との関係式や表等に基づいて行われる。
なお、本実施形態では、この時点では、脱酸素剤の量の制御は行われない。
【００２９】
次いで、演算制御装置１１は、ＤＯセンサ８により、処理水タンク６１で脱酸素剤が添加された後の淡水の溶存酸素濃度を測定する（ステップＳ１０４）。そして、演算制御装置１１は、この測定された溶存酸素濃度（測定値）が、前記の目標濃度（２０ｐｐｂ）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。
【００３０】
判定の結果、測定値が目標濃度未満である場合（Ｙｅｓ方向）、溶存酸素濃度が所望のように制御できているため、前記のステップＳ１０３で算出された脱酸素剤の量を、処理水タンク６１に添加する量として決定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０３で算出された量の脱酸素剤を添加することで、溶存酸素濃度を確実に目標濃度以下まで低下させることができるからである。
【００３１】
一方で、測定値が目標濃度以上である場合（Ｎｏ方向）、例えば、脱酸素剤タンク６２に貯留されている脱酸素剤の劣化によって、脱酸素性能が低下した等の原因が考えられる。そこで、このような場合には、溶存酸素濃度が所望のように制御できていないため、まず、アラームが発報される（ステップＳ１０７）。これにより、作業員に注意が促される。次いで、前記のステップＳ１０３で算出された脱酸素剤の量に、所定量を追加した量を、処理水タンク６１に添加する量として決定する（ステップＳ１０８）。ここでいう「所定量」とは、本実施形態では、例えば５ｍｇ／淡水１Ｌ等の絶対量である。
【００３２】
そして、前記ステップＳ１０６又はステップＳ１０８で決定された添加量になるように脱酸素剤供給ポンプ６３が駆動され、所定量の脱酸素剤が処理水タンク６１に供給される（ステップＳ１０９）。その後は、所定時間経過ごとに図２のフローが行われ、その都度、脱酸素剤の添加量が制御される。
【００３３】
このように、脱酸素システム１００では、脱酸素剤を添加した後であって圧入する前の淡水の溶存酸素濃度に基づいて、脱酸素剤の添加量についてフィードバック制御が行われている。これにより、溶存酸素濃度が安定して低濃度に維持された圧入水が得られ、配管の腐食等が抑制される。
【００３４】
また、膜脱気によって溶存酸素が予め「粗取り」された淡水に対し、脱酸素剤による処理が行われるため、脱酸素剤の使用量が大幅に削減される。さらには、処理水タンク６１の容積も大幅に低減される。また、膜脱気モジュール３１を構成する膜の交換等のメンテナンス時のような、膜脱気を行うことができない場合には、緊急措置として脱酸素剤の量を増加させればよいので、設備を停止することなく、運転を継続できる。さらには、膜脱気設備を過剰に設置する必要もなく、脱酸素剤の添加量を調節するだけで済む。
【００３５】
［２．第２実施形態］
次に、図３及び図４を参照しながら、第２実施形態の脱酸素システム２００について説明する。
【００３６】
図３は、第２実施形態の圧入水の脱酸素システム２００の系統図である。図３では、前記の脱酸素システム１００（図１参照）と同じものについては同じ符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
図３の脱酸素システム２００では、ＲＯ膜５１によって得られた淡水について、膜脱気前の溶存酸素濃度が測定される。そして、測定された溶存酸素濃度に応じて、膜脱気を行うか否かが判断される。
【００３８】
脱酸素システム２００は、ＲＯ膜５１によって脱塩された淡水中の溶存酸素濃度を測定するＤＯセンサ１２と、膜脱気モジュール３１を通流せずに制御される弁１４と、を備えている。そして、通常時には、ＤＯセンサ１２と膜脱気モジュール３１との間に設けられた弁１３は開いているが、バイパス運転時には、この弁１３が閉じられるとともに、弁１４が開くようになっている。
【００３９】
図４は、第２実施形態の圧入水の脱酸素システム２００において行われる制御フローである。脱酸素システム２００では、ＤＯセンサ１２，５等を用いたフィードフォワード制御が行われる。なお、図４に示す制御フローは、特に指定しない限り、図２に示した制御フローと同様に演算制御装置１１によって行われる。
【００４０】
まず、演算制御装置１１は、ＤＯセンサ１２により、ＲＯ膜５１によって脱塩された淡水の溶存酸素濃度を測定する（ステップＳ２０１）。そして、演算制御装置１１は、ＤＯセンサ１２による測定値が、管理上限溶存酸素濃度未満であるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。ここでいう「管理上限溶存酸素濃度」とは、膜脱気を行うかどうかを判断する閾値になる濃度である。即ち、例えば２０℃〜３０℃程度の海水に対しては、前記のように１０００ｐｐｂ〜２０００ｐｐｂ程度になるように膜脱気が行われるが、もし、汲み上げられた海水の溶存酸素濃度が既に２０００ｐｐｂ以下であれば、これ以上脱気しなくてもよい。そこで、脱酸素システム２００では、「管理上限溶存酸素濃度」が２０００ｐｐｂであるとして、膜脱気の必要性が判断される。
【００４１】
ステップＳ２０２において、測定値が管理上限溶存酸素濃度未満（例えば２０００ｐｐｂ未満）であると判断された場合（Ｙｅｓ方向）、膜脱気を行わず、バイパス運転が行われる（ステップＳ２０３）。具体的には、弁１３が閉じられるとともに、弁１４が開けられる。これは、膜脱気を行わないことから、膜脱気モジュール３１の稼働率がゼロと考えることができる。これにより、ＲＯ膜５１によって脱塩された淡水は、膜脱気モジュール３１を経由せずに、処理水タンク６１に供給される。その後は、予め定められた量の脱酸素剤が処理水タンク６１に添加され（ステップＳ２０４）、脱酸素剤による脱酸素が行われる。
【００４２】
一方、ステップＳ２０２において、測定値が管理上限溶存酸素濃度以上（例えば２０００ｐｐｂ以上）であると判断された場合（Ｎｏ方向）、膜脱気が行われることになる。即ち、弁１４が閉じられるとともに、弁１３が開けられることで、ＲＯ膜５１によって脱塩された淡水が、膜脱気モジュール３１に供給される。
【００４３】
そして、膜脱気後の淡水の溶存酸素濃度が、ＤＯセンサ５により測定される（ステップＳ２０５）。次いで、演算制御装置１１は、ＤＯセンサ５による測定値が、管理上限溶存酸素濃度未満（例えば２０００ｐｐｂ未満）であるか否かを判断する（ステップＳ２０６）。測定値が管理上限溶存酸素濃度以上（例えば２０００ｐｐｂ以上）であると判断された場合（Ｎｏ方向）、膜脱気が不十分であるとして、前記のステップＳ１０７と同様に、アラームが発報される（ステップＳ２０８）。そして、減圧ポンプ３５の運転効率が最大（即ち、膜脱気モジュール３１の稼働率を最大）に変更されて運転され、膜脱気が行われる（ステップＳ２０９）。
【００４４】
一方、ステップＳ２０６において、測定値が管理上限溶存酸素濃度未満（例えば２０００ｐｐｂ未満）であると判断された場合（Ｙｅｓ方向）、その測定値が、管理下限溶存酸素濃度未満（例えば１０００ｐｐｂ未満）であるかを判断する（ステップＳ２１０）。この判断の結果、測定値が管理下限溶存酸素濃度未満（例えば１０００ｐｐｂ未満）であると判断された場合（Ｙｅｓ方向）、膜脱気が過剰になっているとして、減圧ポンプ３５の回転速度を遅く変更して、膜脱気が行われる（ステップＳ２１１）。一方で、測定値が管理下限溶存酸素濃度以上（例えば１０００ｐｐｂ以上）であると判断された場合（Ｙｅｓ方向）、膜脱気は適正に行われているとして、減圧ポンプ３５の定常運転で膜脱気が行われる（ステップＳ２１２）。
【００４５】
このように、脱酸素システム２００では、ＤＯセンサ１２による測定値に基づいて、弁１３，１４のフィードフォワード制御が行われ、膜脱気の有無が制御される。また、ＤＯセンサ５による測定値に基づいて、減圧ポンプ３５がフィードバック制御され、膜脱気の程度が制御される。
【００４６】
これらのように、ＤＯセンサ１２，５による二段階の制御が行われることで、膜脱気モジュール３１による膜脱気がより確実に行われる。そのため、膜脱気後の溶存酸素濃度がより確実に所定範囲に含まれるようにすることができる。これにより、脱酸素剤の添加量を制御せずとも、溶存酸素濃度を十分に低下させた圧入水が得られる。また、膜脱気モジュール３１における膜脱気が過剰な場合には、減圧ポンプ３５の回転速度を低下させるため、省エネルギ効果も期待される。さらには、ＤＯセンサ８により、圧入する直前の圧入水の溶存酸素濃度が測定されるようにしているため、溶存酸素が所望量以下となったことを確認してから、圧入水を圧入することができる。
【００４７】
［３．第３実施形態］
次に、図５を参照しながら、第３実施形態の脱酸素システム３００について説明する。
【００４８】
図５は、第３実施形態の圧入水の脱酸素システム３００の系統図である。図５では、前記の脱酸素システム１００（図１参照）と同じものについては同じ符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
脱酸素システム３００の基本的な構成は、図３に示した脱酸素システム２００と同様である。しかし、図５の脱酸素システム３００は、図３の脱酸素システム２００と異なり、小型の膜脱気モジュール（小型膜脱気モジュール）３１ａ，３１ｂが２つ設けられている。これら二つの小型膜脱気モジュール３１ａ，３１ｂの全体の性能は、前記の膜脱気モジュール３１の性能と同程度である。即ち、前記の膜脱気モジュール３１を二つに分割したものが、脱酸素システム３００における小型膜脱気モジュール３１ａ，３１ｂといえる。
【００５０】
これらの小型膜脱気モジュール３１ａ，３１ｂは、通常運転時には双方使用される。即ち、弁３３が開けられ、弁３４が閉じられている。従って、通常運転時には、前記の脱酸素システム２００と同様にして脱酸素が行われる。
【００５１】
しかし、ＤＯセンサ１２により測定された溶存酸素濃度が想定よりも低い場合には、演算制御装置１１は一段の膜脱気のみで十分であると判断する。そして、この場合には、弁３３が閉じられ、弁３４が開けられる制御が行われる。また、減圧ポンプ３６の運転も停止され、小型膜脱気モジュール３１ａのみが使用されることになる。
【００５２】
このように、ＲＯ膜５１によって脱塩された淡水の溶存酸素濃度に応じて、小型膜脱気モジュール３１ｂの使用を停止することで、膜脱気モジュール３１ｂの長寿命化を図ることができる。また、溶存酸素濃度に応じて小型膜脱気モジュール３１ａ，３１ｂの段数を変更することで、より確実に所望量の脱気を行うことができる。さらには、小型膜脱気モジュール３１ａ，３１ｂは、全体としては膜脱気モジュール３１（図１及び図３参照）と同程度の大きさなので、設置スペースが過度になることなく、これらの効果が得られる。
【００５３】
［４．変形例］
以上、本実施形態を３つ挙げて本発明を説明したが、本発明は前記の内容になんら制限されるものではない。
【００５４】
例えば、前記の例では、汲み上げられた海水を逆浸透処理して得られた淡水を脱酸素しているが、海水を脱酸素してもよい。また、海水ではなく、ＲＯ膜５１を設けないシステムを用いて、淡水を脱酸素してもよい。これら以外にも、どのような水であっても脱酸素することができる。
【００５５】
また、前記の装置の具体的な構成は任意である、例えば、フィルタ２は膜フィルタ等であってもよく、砂ろ過等であってもよい。即ち、これらは、その他の装置が閉塞する原因となる粒子を捕捉できればよく、フィルタ目幅等は適宜決定すればよい。また、圧入水に要求される水質要求項目として微細粒子径及び微細粒子個数がある場合には、それらに合致するようにフィルタ２を設計するようにしてもよい。さらに、適宜、ＲＯ膜５１を省略してもよい。
【００５６】
さらに、減圧脱気は、前記の膜脱気に限られず、膜を用いずに気相を減圧したり酸素分圧を低下させたりして、溶存酸素濃度を低下させてもよい。また、脱酸素システム１００において減圧脱気を行う際、前記の例では減圧ポンプ３５を設けているが、減圧ポンプを設けずに、予め所定の割合で溶存酸素濃度を低下可能なように、膜脱気モジュール３１を設計してもよい。
【００５７】
また、前記のＤＯセンサ１２が設けられている脱酸素システム２００，３００では、膜脱気モジュール３１，３１ａ，３１ｂの稼働率の制御が行われていたが、これに代えて、又はこれとともに、例えば図２に示したフローに従って、脱酸素剤の添加量制御を行うようにしてもよい。また、例えば、図４に示すステップＳ２０４において、ＤＯセンサ１２により測定された溶存酸素濃度に基づいて、脱酸素剤の添加量制御が行われてもよい。これにより、よりいっそう適切量の脱酸素剤を添加することができる。
【００５８】
さらに、前記の脱酸素システム１００ではフィードバック制御が行われているが、フィードバック制御は必須のものではない。即ち、例えば、脱酸素フィードポンプ４の流量（例えば流量センサにより測定される）と、ＤＯセンサ５により測定される溶存酸素濃度とに基づいて、フィードフォワード制御が行われてもよい。
【００５９】
また、前記の脱酸素システム１００，２００，３００では、淡水タンク及び処理水タンク６１が備えられている。ただし、例えば、脱酸素フィードポンプ４、及びインジェクションポンプ７の流量を定量に維持する運転をする場合には、淡水タンク及び処理水タンク６１を備えないこともできる。これにより、設備全体をコンパクトにできると共に、酸素の入り込む恐れがある場所を少なくできる効果がある。
【実施例】
【００６０】
＜実施例１＞
水温２５℃、溶存酸素濃度８２００ｐｐｂの被処理水（淡水）について、図１に示す脱酸素システム１００（ただしＲＯ膜５１を備えていない）を用いて脱酸素処理した。膜脱気モジュール３１としてＬｉｑｕｉ−Ｃｅｌ（登録商標）モジュールを使用し、減圧ポンプ３５の設定は真空絶対圧１０ｋＰａとした。また、脱酸素剤としては金属触媒添加亜硫酸ナトリウムを使用し、安全率を加味し、反応当量の１．３倍を添加した。
【００６１】
膜脱気モジュール３１の出口側の淡水中の溶存酸素濃度（ＤＯセンサ５により測定される溶存酸素濃度、以下同じ）は、約１２００ｐｐｂであった（除去率として８５％）。また、１２．３ｍｇ／Ｌの量（反応当量の１．３倍相当）の脱酸素剤を処理水タンク６１に添加したところ、処理水タンク６１の出口側の淡水中の溶存酸素濃度（ＤＯセンサ８により測定される溶存酸素濃度、以下同じ）は、２０ｐｐｂ以下になった。
以下の実施例２〜４及び比較例１〜４についても、膜脱気モジュール３１及び脱酸素剤は実施例１と同じものを使用して行った。
【００６２】
＜実施例２＞
水温１５℃、溶存酸素濃度１００００ｐｐｂの被処理水（淡水）について、実施例１と同様に脱酸素処理した。その結果、膜脱気モジュール３１の出口側の淡水中の溶存酸素濃度は、約２０００ｐｐｂであった（除去率として８０％）。また、２０．５ｍｇ／Ｌの量の脱酸素剤を処理水タンク６１に添加したところ、処理水タンク６１の出口側の淡水中の溶存酸素濃度は、２０ｐｐｂ以下になった。
【００６３】
＜実施例３＞
実施例１の被処理水について、実施例１と同様に脱酸素処理した。ただし、膜脱気モジュール３１には、窒素ガス（酸素分圧はほぼ０）を注入した。その結果、膜脱気モジュール３１の出口側の淡水中の溶存酸素濃度は、約９００ｐｐｂであった（除去率として８９％）。また、９．２ｍｇ／Ｌの量の脱酸素剤を処理水タンク６１に添加したところ、処理水タンク６１の出口側の淡水中の溶存酸素濃度は、２０ｐｐｂ以下になった。
【００６４】
＜実施例４＞
実施例１の被処理水について、二つの膜脱気モジュール３１を直列に接続して、下流側の膜脱気モジュール３１の出口側の海水中の溶存酸素濃度が約８００ｐｐｂとなるように構成した（除去率として９０％）。そして、実施例１と同様にして、脱酸素剤を８．２ｍｇ／Ｌ添加したところ、溶存酸素濃度は２０ｐｐｂ以下になった。
【００６５】
膜脱気モジュール３１が二つ設置されているため、敷地面積がやや広い傾向にある。しかし、複数の膜脱気モジュール３１を接続することで、除去率が９０％に向上したため、脱酸素剤の量を実施例１と比べ約３３％削減できた。
【００６６】
＜比較例１＞
実施例１の被処理水について、膜脱気を行わずに、溶存酸素濃度が２０ｐｐｂ以下になるまで脱酸素剤のみを用いて脱酸素処理したところ、被処理水１Ｌあたり、８４ｍｇの脱酸素剤を要した。これは、実施例１で用いた脱酸素剤の量の約７倍であった。
【００６７】
＜比較例２＞
実施例１の被処理水について、三つの膜脱気モジュール３１を直列に接続して、それぞれの膜脱気モジュール３１において、窒素ガス（酸素分圧はほぼ０）を注入しながら真空絶対圧８ｋＰａで膜脱気を行った。ただし、脱酸素剤の添加は行わなわなかった。その結果、溶存酸素濃度が２０ｐｐｂ以下の圧入水が得られたものの、三つの膜脱気モジュール３１が設置されているため、敷地面積が極めて広くなり、設備コストも極めて多大であった。
【００６８】
＜比較例３＞
実施例２の被処理水について、膜脱気を行わずに、溶存酸素濃度が２０ｐｐｂ以下になるまで脱酸素剤を用いて脱酸素処理したところ、被処理水１Ｌあたり、１０２ｍｇの脱酸素剤を要した。これは、実施例２で用いた脱酸素剤の量の約５倍であった。
＜比較例４＞
実施例２の被処理水について、三つの膜脱気モジュール３１を直列に接続して、それぞれの膜脱気モジュール３１において、窒素ガス（酸素分圧はほぼ０）を注入しながら真空絶対圧８ｋＰａで膜脱気を行った。ただし、脱酸素剤の添加は行わなわなかった。その結果、溶存酸素濃度は約４０ｐｐｂになった。比較例２の結果と同様に、敷地面積及び設備コストが多大であるのみならず、脱酸素性能が不十分であり、被処理水の水質変動に対応できなかった。
【００６９】
＜まとめ＞
実施例１〜４に示すように、溶存酸素濃度の除去率が特に８０％〜９０％になるように膜脱気モジュールを構成し、脱酸素剤を併用することで、敷地面積や設置コスト、脱酸素剤の使用量等がバランスよく優れたものになることがわかった。
ただし、前記実施例では溶存酸素量が比較的大きい被処理水を用いた例である。実際には水質変動を考慮し、溶存酸素濃度７０００ｐｐｂ程度の被処理水も対象に含めると、膜脱気モジュールの除去率は下限値を広げ、７５％〜９０％が好適である。
【００７０】
一方で、比較例１のように、膜脱気を行わない場合には、膜脱気を行う場合と比べて、７倍も多い量の脱酸素剤が必要になることがわかった。さらに、対象とする水を変えた比較例３では、膜脱気を行う場合と比べて、約５倍量の脱酸素剤が必要になることがわかった。
【００７１】
さらに、比較例２では、脱酸素剤を使用しなくても低い溶存酸素濃度の圧入水が得られたが、三段の膜脱気モジュールが必要となり、敷地面積や設備コストが極めて増大してしまった。また、被処理水の水質が異なる比較例４では、敷地面積及び設備コストが多大であるのみならず、脱酸素性能が不十分であり、被処理水の水質変動に対応できなかった。
【００７２】
以上より、溶存酸素濃度の除去率が７５％〜９０％になるように膜脱気装置を構成し、脱酸素剤を併用することで、敷地面積やコスト等の観点で特に優れていることがわかった。従って、本実施形態の脱酸素システムによれば、例えば海洋油田等の設置スペースが限定的な場所であっても、高効率に脱酸素可能な脱酸素システムを設置することが可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
５  ＤＯセンサ（第一溶存酸素濃度測定装置）
８  ＤＯセンサ（第二溶存酸素濃度測定装置）
１１  演算制御装置（第一演算制御装置、第二演算制御装置、第三演算制御装置）
１２  ＤＯセンサ（第三溶存酸素濃度測定装置）
３１  膜脱気モジュール（減圧脱気装置）
３１ａ  膜脱気モジュール（減圧脱気装置）
３１ｂ  膜脱気モジュール（減圧脱気装置）
６１  処理水タンク（脱酸素剤添加装置）
６２  脱酸素剤タンク（脱酸素剤添加装置）
６３  脱酸素剤供給ポンプ（脱酸素剤添加装置）
１００  脱酸素システム
２００  脱酸素システム
３００  脱酸素システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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