JPH09179603A - Device for determining product gas generation schedule for air separator - Google Patents
Device for determining product gas generation schedule for air separatorInfo
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- JPH09179603A JPH09179603A JP33344595A JP33344595A JPH09179603A JP H09179603 A JPH09179603 A JP H09179603A JP 33344595 A JP33344595 A JP 33344595A JP 33344595 A JP33344595 A JP 33344595A JP H09179603 A JPH09179603 A JP H09179603A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、酸素ガス、窒素ガ
ス及び液体アルゴンの製品ガスを空気から分離、発生さ
せる複数の空気分離装置と、これら空気分離装置から発
生する酸素ガスを保存する酸素ガスホルダを備えた酸素
工場において、各空気分離装置による製品ガスの発生量
を決定する際に適用して好適な、空気分離装置の製品ガ
ス発生スケジュールの決定方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plurality of air separation devices for separating and generating product gas of oxygen gas, nitrogen gas and liquid argon from air, and an oxygen gas holder for storing oxygen gas generated from these air separation devices. The present invention relates to a method for determining a product gas generation schedule for an air separation device, which is suitable for application when determining the amount of product gas generated by each air separation device in an oxygen factory equipped with.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、製鉄所には酸素工場が併設され
ており、図４にその設備構成の概略を示したように、通
常、酸素工場は、それぞれ空気圧縮機１０が付設された
ｎ台（ｎプラント）の空気分離装置１２と、これら空気
分離装置１２から発生する酸素ガスを圧縮して送り出す
ための複数の酸素ガス圧縮機１４とを備えている。そし
て、上記空気分離装置１２では、圧縮し、液化した空気
を分離することにより、酸素ガス、窒素ガス、液体アル
ゴンの各製品ガスを生産している。但し、この図４で
は、酸素の生産ラインのみを示し、窒素、アルゴンのラ
インは省略してある。2. Description of the Related Art Generally, an oxygen factory is attached to a steel mill, and as shown in FIG. 4, the oxygen factory usually has n compressors each having an air compressor 10. An (n plant) air separation device 12 and a plurality of oxygen gas compressors 14 for compressing and sending out oxygen gas generated from these air separation devices 12 are provided. Then, the air separation device 12 produces each product gas of oxygen gas, nitrogen gas and liquid argon by separating the compressed and liquefied air. However, in FIG. 4, only the oxygen production line is shown, and the nitrogen and argon lines are omitted.
【０００３】上記酸素工場でこれら製品ガスを製造する
場合、そのために要するコストの大半は、空気圧縮機１
０を駆動するための電力使用量である。そして、製鉄所
においては、酸素ガスの最大の使用先１６が転炉であ
り、この転炉がバッチ操業であるために、酸素ガス需要
量の変動が大きく、又、酸素ガスは、需要量に対する発
生能力も、窒素ガス、液体アルゴンに比べて余裕が少な
いため、各空気分離装置による製品ガス発生量は、酸素
ガスを中心に決定することが多い。When these product gases are produced in the above oxygen factory, most of the cost required therefor is the air compressor 1.
It is the amount of power used to drive 0. In a steel mill, the maximum use destination 16 of oxygen gas is a converter, and since this converter is a batch operation, the fluctuation of oxygen gas demand is large, and the amount of oxygen gas demanded is large. Since the generation capacity is smaller than that of nitrogen gas and liquid argon, the product gas generation amount by each air separation device is often determined mainly with oxygen gas.
【０００４】酸素ガスの使用量は、急激且つ不規則に変
化するため、通常はその変化を緩和するために空気分離
装置と転炉等の酸素使用先１６との間に大容量の酸素ガ
スホルダ１８が設置されている。又、空気分離装置１２
とこの酸素ガスホルダ１８との間には、酸素ガスを圧送
するために前記のように複数台の酸素ガス圧縮機１４が
設置されている。これら酸素ガス圧縮機１４では、酸素
ガスホルダ１８内の圧力を低下させることにより、各圧
縮機による吐出圧力を下げることができるため、それだ
け電力使用量を削減することができる。Since the amount of oxygen gas used changes abruptly and irregularly, a large-capacity oxygen gas holder 18 is usually provided between the air separation device and the oxygen destination 16 such as a converter in order to mitigate the change. Is installed. Also, the air separation device 12
As described above, a plurality of oxygen gas compressors 14 are installed between the oxygen gas holder 18 and the oxygen gas holder 18. In these oxygen gas compressors 14, the discharge pressure by each compressor can be lowered by lowering the pressure in the oxygen gas holder 18, so that the power consumption can be reduced accordingly.
【０００５】一方、酸素ガスホルダ１８の内圧力には、
設備上の制約から上下限があり、その上限はホルダの耐
圧で、又、下限は使用先１６の必要圧力で決まってい
る。そのため、酸素ガス発生量が過剰になり、図５に示
すように、酸素ガスホルダ内圧力が上限を越えた場合に
は、過剰分の酸素ガスは自動的に大気中に放散されるよ
うになっている。このように過剰酸素ガスが放散された
場合にはその酸素ガスの製造コストの分だけ損失とな
る。逆に、酸素発生量が不足して酸素ガスホルダ内圧力
が下限を下回った場合には、液化装置２０により液化さ
れた酸素（以下、液酸ともいう）が貯留されている液酸
タンク２２により、蒸発機２４を通して酸素ガスホルダ
に不足分が供給されるようになっている。この場合は、
その不足分以上の液酸を常に蓄えておく必要があるた
め、同様に、その液酸の製造コスト分だけ損失となる。On the other hand, the internal pressure of the oxygen gas holder 18 is
There are upper and lower limits due to facility restrictions, and the upper limit is determined by the pressure resistance of the holder, and the lower limit is determined by the required pressure of the place of use 16. Therefore, when the oxygen gas generation amount becomes excessive and the internal pressure of the oxygen gas holder exceeds the upper limit, as shown in FIG. 5, the excess oxygen gas is automatically diffused into the atmosphere. There is. When the excess oxygen gas is diffused in this manner, the production cost of the oxygen gas is lost. On the contrary, when the oxygen generation amount is insufficient and the oxygen gas holder internal pressure is lower than the lower limit, the liquid acid tank 22 in which oxygen liquefied by the liquefaction device 20 (hereinafter, also referred to as liquid acid) is stored, The shortage is supplied to the oxygen gas holder through the evaporator 24. in this case,
Since it is necessary to always store the liquid acid in excess of the shortage, the production cost of the liquid acid is similarly lost.
【０００６】従って、前記酸素工場では、酸素ガスホル
ダ内圧力を上下限内に保ち、且つ、その圧力ができるだ
け低くなるように、複数の空気分離装置の製品ガス発生
量を決定することが重要である。但し、その決定に基づ
いて製品ガス発生量を変更する操作は、一部の空気分離
装置で自動化されているものの、その変更速度には限界
がある。Therefore, in the oxygen factory, it is important to determine the product gas generation amounts of the plurality of air separation devices so that the pressure inside the oxygen gas holder is kept within the upper and lower limits and the pressure becomes as low as possible. . However, although the operation of changing the product gas generation amount based on the determination is automated by some of the air separation devices, the change speed is limited.
【０００７】一般に、複数の空気分離装置を備えている
酸素工場において、各空気分離装置の製品ガス発生量を
決定する場合、各空気分離装置の発生能力の上限と下限
が存在するという制約下で、製品ガス発生量が各時刻の
需要量を満たし、且つ空気圧縮機の電力使用量が最小に
なるように、各空気分離装置の酸素ガス発生量を数理計
画法により決定することが行われている。Generally, in an oxygen factory equipped with a plurality of air separation devices, when determining the product gas generation amount of each air separation device, there is an upper limit and a lower limit of the generation capacity of each air separation device. , The oxygen gas generation amount of each air separation device is determined by mathematical programming so that the product gas generation amount meets the demand amount at each time and the electric power consumption of the air compressor is minimized. There is.
【０００８】この決定に用いられる数理計画法として
は、特公平１−２８３１３に開示されているように、電
力使用量及び窒素発生量を酸素発生量の一次式（又は非
線形式）で与え、将来の各時刻における製品ガス発生量
が、その時刻における需要予測を満たし、各空気分離装
置の能力に上下限が存在するという制約の下で、空気圧
縮機の電力使用量を目的関数として、線形計画法（又は
非線形計画法）により、酸素発生量を決定する方法があ
る。この方法では、現時刻の酸素ガスホルダ内圧力と次
の時刻における目標圧力とを用いて酸素需要量を補正す
ることにより、目標圧力に近付けるようにしている。As the mathematical programming method used for this determination, as disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 1-28313, the power consumption and the nitrogen generation amount are given by a linear equation (or a non-linear equation) of the oxygen generation amount, and in the future. Under the constraint that the product gas generation amount at each time of the above satisfies the demand forecast at that time and the upper and lower limits exist in the capacity of each air separation device, the linear programming is performed with the power consumption of the air compressor as the objective function. There is a method of determining the oxygen generation amount by the method (or non-linear programming method). In this method, the oxygen demand amount is corrected using the oxygen gas holder internal pressure at the current time and the target pressure at the next time, so that the target pressure is approached.
【０００９】又、特公昭５８−３１８９には、酸素ガス
ホルダ内圧力の検出値と転炉での酸素ガス使用量よりホ
ルダ内圧力の変化を予測し、その平均値を目標値に近付
けるよう、必要な酸素ガス発生量を決定した後、各空気
分離装置の能力や他の製品ガスの需要を満たすかどうか
のチェックを行い、満たされない場合には運転員に通知
するという方法が開示されている。Further, Japanese Patent Publication No. 58-3189 requires that the change in the holder pressure be predicted from the detected value of the oxygen gas holder pressure and the amount of oxygen gas used in the converter, and the average value should be brought close to the target value. A method is disclosed in which, after determining an appropriate oxygen gas generation amount, it is checked whether the capacity of each air separation device or the demand of other product gas is satisfied, and if not, the operator is notified.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
公平１−２８３１３では、酸素ガス発生量のトータルを
決定する際、次の時刻のホルダ内圧力を考慮しているだ
けで、各空気分離装置による酸素ガス発生量の変更可能
速度を考慮していない。そのため、例えば、図６に示し
たように、現在時刻ｔから１時刻経過した次の時刻ｔ＋
１でのホルダ内圧力が目標どおりの値になったとして
も、それ以降に酸素需要量が多い場合には、空気分離装
置の増量速度がネックとなって、酸素ガスホルダ内圧力
を復帰させることができない事態が生じ、その圧力が結
果として下限を下回ってしまうことが起るため、液酸供
給が必要となる可能性があるという問題がある。However, in Japanese Patent Publication No. 1-283313, when the total amount of oxygen gas generated is determined, the pressure in the holder at the next time is only taken into consideration, and the air separation device is used. The changeable rate of oxygen gas generation is not taken into consideration. Therefore, for example, as shown in FIG. 6, the next time t + after one time has elapsed from the current time t
Even if the holder internal pressure in 1 reaches the target value, if the oxygen demand amount is large thereafter, the increase rate of the air separation device becomes a bottleneck to restore the oxygen gas holder internal pressure. There is a problem that the supply of liquid acid may be necessary because the situation that cannot be done occurs and the pressure thereof eventually falls below the lower limit.
【００１１】又、前記特公昭５８−３１８９に開示され
ている酸素ガスホルダ内圧力の平均値を上限と下限の間
の目標値に制御する方法では、図７に示すように、酸素
ガスホルダの目標圧力をできるだけ下限に近付けように
した際に、一時的に下限を下回ることが起るため、同様
に液酸供給が発生してしまうという問題がある。又、こ
の方法では、酸素ガスの発生量を決定してから、各空気
分離装置の能力や他の製品ガスの需要を満たすかどうか
のチェックを行うため、予め制約を考慮して、最適な酸
素発生量を決定する、前記特公平１−２８３１３に開示
されている技術に比べ、有効な解が得られる場合が少な
いという問題もある。Further, in the method of controlling the average value of the oxygen gas holder internal pressure to a target value between the upper limit and the lower limit disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-3189, the target pressure of the oxygen gas holder is set as shown in FIG. When trying to approach the lower limit as much as possible, the lower limit may be temporarily exceeded, and there is a problem that liquid acid supply similarly occurs. Also, in this method, after determining the amount of oxygen gas generated, it is checked whether the capacity of each air separation device or the demand of other product gas is satisfied, so that the optimum oxygen is taken into consideration in consideration of restrictions in advance. There is also a problem that an effective solution is rarely obtained as compared with the technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-283313 for determining the generation amount.
【００１２】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、複数の空気分離装置による製品ガス
の発生量を、酸素ガスホルダ内圧力が下限を下回ること
なく、しかもできるだけ低くなるように決定でき、製品
ガスの製造コストを低減できる、空気分離装置の製品ガ
ス発生スケジュールの決定方法を提供することを課題と
する。The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, so that the amount of product gas generated by a plurality of air separation devices can be made as low as possible without the oxygen gas holder internal pressure falling below the lower limit. It is an object of the present invention to provide a method of determining a product gas generation schedule for an air separation device, which can determine the product gas production cost and reduce the production cost of the product gas.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、空気から酸素
ガス、窒素ガス及び液体アルゴンの各製品ガスを分離、
発生する複数の空気分離装置と、これら空気分離装置か
ら発生する酸素ガスを保存する酸素ガスホルダとを備え
た酸素工場で、各空気分離装置による製品ガスの発生量
を決定する空気分離装置の製品ガス発生スケジュール決
定方法において、酸素ガスホルダ内圧力の現時刻におけ
る検出値、現時刻後の酸素ガス予測使用量及び現時刻後
の酸素ガス発生変更量から計算される、現時刻から所定
時間迄における酸素ガスホルダ内予測圧力が、所定の上
下限内に収まり、且つ可能な限り低くなるように、各空
気分離装置の発生量変更速度の限界を考慮して、各空気
分離装置による製品ガスの発生量を決定することによ
り、前記課題を解決したものである。The present invention separates oxygen, nitrogen and liquid argon product gases from air,
In an oxygen factory equipped with a plurality of air separation devices and an oxygen gas holder that stores the oxygen gas generated from these air separation devices, the product gas of the air separation device that determines the amount of product gas generated by each air separation device In the generation schedule determination method, the oxygen gas holder from the current time to a predetermined time calculated from the detected value of the oxygen gas holder internal pressure at the current time, the predicted use amount of oxygen gas after the current time, and the oxygen gas generation change amount after the current time. Determine the amount of product gas generated by each air separation device in consideration of the limit of the rate of change of the amount generated by each air separation device so that the predicted pressure falls within the prescribed upper and lower limits and is as low as possible. By doing so, the above problems are solved.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【００１５】本実施形態が適用される酸素工場は、前記
図４に示したものと実質的に同一である。図１は、この
実施の形態のスケジュール決定方法における処理手順の
概要を示し、この手順に従って、以下に詳述する各種計
算処理が実行されるようになっている。The oxygen factory to which this embodiment is applied is substantially the same as that shown in FIG. FIG. 1 shows an outline of a processing procedure in the schedule determination method of this embodiment, and various calculation processings described in detail below are executed in accordance with this procedure.
【００１６】初めに、以下の説明に使用する記号の意味
を定義しておく。First, the meanings of symbols used in the following description will be defined.
【００１７】ｔ：現在の時刻 ｎ：空気分離装置の数 ｉ：空気分離装置の番号、ｉ＝１，２，・・・，ｎ Ｎ：最適化の際に考慮する時間範囲 ｊ：最適化の際に考慮する時間間隔、ｊ＝１，２，・・
・，Ｎ Ｘi （ｔ＋ｊ−１）：時刻ｔ＋ｊ−１におけるｉ番目の
空気分離装置の酸素ガス発生量 Ｙ（ｔ）：現時刻における酸素ガスホルダ内圧力の検出
値 Ｖ：単位流量の変化を単位時間後の酸素ガスホルダ内圧
力変化に換算する係数 Ｙｐ（ｔ＋ｊ）：Ｙ（ｔ）を始点とし、現時刻後の酸素
ガス予定使用量のみをフィードフォワードした時刻ｔ＋
ｊでのホルダ内予測圧力 Ｙ（ｔ＋ｊ）：Ｘi （ｔ＋ｊ−１）の変化を考慮した時
刻ｔ＋ｊにおけるホルダ内予測圧力 ＵＤi ：ｉ番目の空気分離装置の酸素ガス発生量変更速
度上限 Ｌi ：ｉ番目の空気分離装置の酸素ガス発生量下限 Ｕi ：ｉ番目の空気分離装置の酸素ガス発生量上限 ＬＹ：酸素ガスホルダ内圧力の下限 α（ｔ＋ｊ）：酸素ガスホルダ内圧力の下限補償値 ＵＹ：酸素ガスホルダ内圧力の上限 Ｎi （ｔ＋ｊ−１）：ｉ番目の空気分離装置の窒素ガス
発生量 Ａi （ｔ＋ｊ−１）：ｉ番目の空気分離装置の液体アル
ゴン発生量 ａi ，ｂi ，ｃi ，ｄi ，ｅi ，ｆi ：ｉ番目の空気分
離装置のモデルパラメータ ＬＮi ：ｉ番目の空気分離装置の窒素ガス発生量下限 ＵＮi ：ｉ番目の空気分離装置の窒素ガス発生量上限 ＬＡi ：ｉ番目の空気分離装置の液体アルゴン発生量下
限 ＵＡi ：ｉ番目の空気分離装置の液体アルゴン発生量上
限 ＬＹＮ（ｔ）：現時刻ｔ以降Ｎ時間内に発生しなくては
ならない窒素ガス量の合計 ＬＹＡ（ｔ）：現時刻ｔ以降Ｎ時間内に発生しなくては
ならない液体アルゴン量の合計 Ｗi （ｔ＋ｊ−１）：ｉ番目の空気分離装置の空気圧縮
機の電力使用量 以下、本実施形態について詳述する。前記定義のよう
に、空気分離装置の台数をｎ、現在の時刻をｔとし、時
刻ｔ＋ｊ−１におけるｉ番目の空気分離装置の酸素ガス
発生量をＸi （ｔ＋ｊ−１）、時刻ｔ＋ｊにおける酸素
ガスホルダ内予測圧力をＹ（ｔ＋ｊ）とする（ｉ＝１，
２，・・・，ｎ，ｊ＝１，２，・・・，Ｎ）。ここで
は、簡単のためにサンプリング周期及び制御周期をいず
れも１とする。T: current time n: number of air separation devices i: number of air separation devices, i = 1, 2, ..., N N: time range to be considered in optimization j: optimization Time intervals to be considered when j = 1, 2, ...
, N Xi (t + j-1): Oxygen gas generation amount of the i-th air separation device at time t + j-1 Y (t): Detected value of oxygen gas holder internal pressure at the current time V: Change in unit flow rate per unit time Coefficient Yp (t + j): Y (t) as a starting point, which is converted to the change in oxygen gas holder pressure afterward, at time t + when only the planned oxygen gas usage after the current time is fed forward
Predicted pressure in holder at j: Y (t + j): Predicted pressure in holder at time t + j in consideration of change of Xi (t + j-1) UDi: Upper limit of oxygen gas generation rate change rate of i-th air separation device Li: i-th Lower limit of oxygen gas generation amount of the air separation device Ui: upper limit of oxygen gas generation amount of the i-th air separation device LY: lower limit of oxygen gas holder internal pressure α (t + j): lower limit compensation value of oxygen gas holder internal pressure UY: oxygen gas holder the upper limit of Ni pressure (t + j-1): nitrogen gas generation amount of i-th air separation unit Ai (t + j-1) : liquid argon generation of i-th air separation unit a i, b i, c i , d i , e i, f i: the model parameters of the i-th air separation unit LNi: i-th nitrogen gas generation amount limit UNi air separation device: i-th nitrogen gas generation amount upper limit LAi air separation device: i-th Liquid argon generation lower limit of gas separator UAi: Liquid argon generation upper limit of i-th air separator LYN (t): Total amount of nitrogen gas that must be generated within N hours after the present time t LYA (t ): Total amount of liquid argon that must be generated within N hours after the current time t Wi (t + j-1): Electric power consumption of the air compressor of the i-th air separation device Hereinafter, this embodiment will be described in detail. To do. As defined above, the number of air separators is n, the current time is t, the oxygen gas generation amount of the i-th air separator at time t + j-1 is Xi (t + j-1), and the oxygen gas holder at time t + j. The internal predicted pressure is Y (t + j) (i = 1,
2, ..., N, j = 1, 2, ..., N). Here, both the sampling period and the control period are set to 1 for simplicity.
【００１８】まず、現時刻におけるホルダ内圧力Ｙ
（ｔ）を観測（検出）する。次いで、このＹ（ｔ）を始
点とし、前周期（現時刻より１周期前）の酸素ガス発生
量Ｘi （ｔ−１）から全く変更しないとした場合の酸素
ガスホルダ内圧力を、現時刻後の酸素ガス予定使用量を
用いて計算する。即ち、Ｙ（ｔ）を始点とし、今後の酸
素ガス予定使用量のみをフィードフォワードした時刻ｔ
＋ｊにおけるホルダ内予測圧力をＹｐ（ｔ＋ｊ）とす
る。従って、実際に酸素ガス発生量が、時刻ｔ−１から
一定であれば、次の（１）、（２）式が成立する。First, the pressure Y in the holder at the current time
Observe (detect) (t). Next, using Y (t) as a starting point, the oxygen gas holder internal pressure when the oxygen gas generation amount Xi (t-1) of the previous cycle (one cycle before the current time) is not changed at all is Calculate using the estimated amount of oxygen gas used. That is, starting from Y (t), the time t at which only the planned future oxygen gas usage is fed forward
The predicted pressure in the holder at + j is Yp (t + j). Therefore, if the oxygen gas generation amount is actually constant from time t-1, the following equations (1) and (2) are established.
【００１９】 Ｙ（ｔ＋ｊ）＝Ｙｐ（ｔ＋ｊ） …（１） Ｙｐ（ｔ）＝Ｙ（ｔ） …（２）Y (t + j) = Yp (t + j) (1) Yp (t) = Y (t) (2)
【００２０】この（１）式に、これから決定するｎプラ
ント分の現時刻以降の酸素ガス発生量：Ｘi （ｔ），Ｘ
i （ｔ＋１），・・・，Ｘi （ｔ＋ｊ−１）から求まる
各時刻毎の発生量の変化がＹ（ｔ＋ｊ）に及ぼす影響を
加えると、次の（３）式となる（ｋ＝１，２，・・・，
ｊ）。ここで、Ｖは単位流量の変化を単位時間後の圧力
変化に換算する係数で、ホルダの容量で決まる。In this equation (1), the oxygen gas generation amount after the present time for n plants to be determined: Xi (t), X
When the effect of the change in the generation amount at each time obtained from i (t + 1), ..., Xi (t + j-1) on Y (t + j) is added, the following equation (3) is obtained (k = 1, k = 1, 2, ...,
j). Here, V is a coefficient for converting a change in the unit flow rate into a pressure change after a unit time, and is determined by the capacity of the holder.
【００２１】[0021]
【数１】 [Equation 1]
【００２２】ここで、時刻毎の酸素ガス発生量の変化量
ΔＸi （ｔ＋ｋ）を次の（４）式のようにおくと、上記
（３）式は下記（５）式で表わすことができる。そし
て、この（５）式が、前記図１に示した最適化計算で、
酸素ガスホルダ内圧力モデルとして用いられる。When the change amount ΔXi (t + k) of the oxygen gas generation amount at each time is set as in the following equation (4), the above equation (3) can be expressed by the following equation (5). Then, this equation (5) is the optimization calculation shown in FIG.
It is used as a pressure model in the oxygen gas holder.
【００２３】 ΔＸi （ｔ＋ｋ）＝Ｘi （ｔ＋ｋ）−Ｘi （ｔ；ｋ−１） …（４）ΔXi (t + k) = Xi (t + k) −Xi (t; k−1) (4)
【００２４】[0024]
【数２】 [Equation 2]
【００２５】前記最適化計算では、この（５）式を用い
て、最適なホルダ内予測圧力Ｙ（ｔ＋ｊ）が得られるよ
うにΔＸi （ｔ＋ｋ）を算出し、これから各時刻毎の酸
素ガス発生量を決定するが、その際以下に示すような、
（Ａ）酸素ガス発生量変更速度、（Ｂ）酸素ガス発生
量、（Ｃ）酸素ガスホルダ内圧力、（Ｄ）窒素ガス発生
量、液体アルゴン発生量、（Ｅ）窒素ガス発生量合計、
液体アルゴン発生量合計のそれぞれに対する各制約を考
慮する。これら制約は、装置の性能や能率によって決定
される。In the optimization calculation, ΔX i (t + k) is calculated by using the equation (5) so that the optimum predicted pressure Y (t + j) in the holder can be obtained. From this, the oxygen gas generation amount at each time is calculated. However, at that time, as shown below,
(A) Oxygen gas generation rate change speed, (B) Oxygen gas generation rate, (C) Oxygen gas holder internal pressure, (D) Nitrogen gas generation rate, Liquid argon generation rate, (E) Nitrogen gas generation rate total,
Consider each constraint for each total liquid argon yield. These constraints are determined by the performance and efficiency of the device.
【００２６】（Ａ）酸素発生量変更速度の上下限による
制約（ｉ×Ｎ個）： −ＵＤi ≦ΔＸi （ｔ＋ｊ−１）≦ＵＤi …（６） ここで、ＵＤi ≧０ （Ｂ）酸素発生量の上下限制約（ｉ×Ｎ個）： Ｌi ≦Ｘi （ｔ＋ｊ−１）≦Ｕi …（７）(A) Constraints by upper and lower limits of oxygen generation rate change rate (i × N): −UDi ≦ ΔXi (t + j−1) ≦ UDi (6) where UDi ≧ 0 (B) oxygen generation rate Upper and lower limit constraints (i × N): Li ≦ Xi (t + j−1) ≦ Ui (7)
【００２７】これは、ΔＸi （ｔ＋ｊ−１）を用いて、
次のようにＮ個の制約に書き換えることができる。但
し、ＩNNは大きさＮ×Ｎの単位行列を表わす。This is done using ΔX i (t + j-1),
It can be rewritten into N constraints as follows. However, I NN represents a unit matrix of size N × N.
【００２８】[0028]
【数３】 (Equation 3)
【００２９】（Ｃ）酸素ガスホルダ内予測圧力の上下限
制約（Ｎ個）： ＬＹ＋α（ｔ＋ｊ）≦Ｙ（ｔ＋ｊ）≦ＶＹ …（９）(C) Upper and lower limit constraints on predicted pressure in oxygen gas holder (N): LY + α (t + j) ≦ Y (t + j) ≦ VY (9)
【００３０】この（９）式でαはＹ（ｔ＋ｊ）の予測誤
差を補償するための下限補償値である。Ｙ（ｔ）は検出
値をフィードバックしているが、Ｙ（ｔ＋ｊ）はあくま
で予測として与えられるため、必ず誤差を含んでいる。
つまり、この補償値αを含まない制約式は、予測が完全
に一致した場合のみ満たされるものである。そこで、下
限ＬＹに補償値αを加えることにより、誤差がある場合
にも下限を下回ることがないようにしている。この補償
値αの大きさは、予測誤差の大きさで決まるため、現時
刻に直近の予測誤差の小さい時刻では小さく、数時間後
の未来では大きくしている。ここでは酸素ガスホルダ内
圧力を可能な限り下げるようにするために、このような
補償値を設定している。なお逆にホルダ内圧力が上限を
上回った場合には、遅れ時間なく自動的に外に放散され
るので、補償値は使用していない。In the equation (9), α is a lower limit compensation value for compensating the prediction error of Y (t + j). Y (t) feeds back the detected value, but Y (t + j) is always given as a prediction, and therefore always contains an error.
That is, the constraint expression that does not include the compensation value α is satisfied only when the predictions are completely matched. Therefore, by adding the compensation value α to the lower limit LY, the lower limit is not exceeded even if there is an error. Since the magnitude of the compensation value α is determined by the magnitude of the prediction error, it is small at the time when the prediction error is the closest to the current time and is large in the future several hours later. Here, such a compensation value is set in order to reduce the internal pressure of the oxygen gas holder as much as possible. On the contrary, when the pressure inside the holder exceeds the upper limit, it is automatically diffused to the outside without delay time, so the compensation value is not used.
【００３１】（Ｄ）窒素ガス発生量、液体アルゴン発生
量の発生能力（上下限）制約（２ｉ×Ｎ個）：各空気分
離装置の窒素ガス発生量及び液体アルゴン発生量と酸素
ガス発生量の関係を、それぞれ次の（１０）式の窒素ガ
ス発生量モデル、（１１）式の液体アルゴン発生量モデ
ルの一次式で表わす。(D) Generation capability (upper and lower limits) of nitrogen gas generation amount and liquid argon generation amount (2i × N pieces): Nitrogen gas generation amount and liquid argon generation amount and oxygen gas generation amount of each air separation device The relationship is represented by the following linear expressions of the nitrogen gas generation model of the equation (10) and the liquid argon generation model of the equation (11).
【００３２】 Ｎi （ｔ＋ｊ−１）＝ａi Ｘi （ｔ＋ｊ−１）＋ｂi …（１０） Ａi （ｔ＋ｊ−１）＝ｃi Ｘi （ｔ＋ｊ−１）＋ｄi …（１１）Ni (t + j-1) = ai Xi (t + j-1) + b i (10) Ai (t + j-1) = c i Xi (t + j-1) + d i (11)
【００３３】窒素ガス、液体アルゴンの発生能力の上下
限制約は、それぞれ次の（１２）、（１３）式で設定す
る。The upper and lower limits of the nitrogen gas and liquid argon generation capacities are set by the following equations (12) and (13), respectively.
【００３４】 ＬＮi ≦Ｎi （ｔ＋ｊ−１）≦ＵＮi …（１２） ＬＡi ≦Ａi （ｔ＋ｊ−１）≦ＵＡi …（１３）LNi ≤ Ni (t + j-1) ≤ UNi (12) LAi ≤ Ai (t + j-1) ≤ UAi (13)
【００３５】（Ｅ）窒素ガス発生量合計、液体アルゴン
発生量合計が需要を満たすための制約（需給バランスの
制約）（２個）：窒素ガス及び液体アルゴンの使用量は
酸素ガスに比べて安定しており、酸素ガスのように短い
周期で、容量系（ガスホルダ及び液体タンク）の容量を
気にする必要がない。そこで、現時刻ｔ以降Ｎ時間内に
生産しなくてはならない窒素ガスのトータル量をＬＹＮ
（ｔ）、液体アルゴンの需要量をＬＹＡ（ｔ）として、
その間の発生量が、次の（１４）、（１５）式を満たす
ようにすればよい。そして、この窒素ガス、液体アルゴ
ンに関する制約も、前記（１０）、（１１）式の関係か
ら、前記（８）式に示したＸi の上下限制約と同様に、
それぞれＮ本のΔＸi の制約に書き替えることができ
る。(E) Constraints for satisfying demand for total nitrogen gas generation amount and total liquid argon generation amount (constraint of supply and demand balance) (two): The use amounts of nitrogen gas and liquid argon are stable as compared with oxygen gas. Therefore, it is not necessary to care about the capacity of the capacity system (gas holder and liquid tank) in a short cycle like oxygen gas. Therefore, the total amount of nitrogen gas that must be produced within N hours after the current time t is LYN.
(T), the demand for liquid argon is LYA (t),
The amount generated during that time may satisfy the following expressions (14) and (15). From the relationship of the expressions (10) and (11), the restrictions on the nitrogen gas and the liquid argon are the same as the upper and lower limit restrictions of Xi shown in the expression (8).
Each can be rewritten into N ΔX i constraints.
【００３６】[0036]
【数４】 (Equation 4)
【００３７】以上のような制約の下で、次の目的関数を
最小にするΔＸi （ｔ）、ΔＸi （ｔ＋１），・・・，
ΔＸi （ｔ＋Ｎ−１）を決定する最適化計算を行う。Under the above constraints, ΔXi (t), ΔXi (t + 1), ..., Which minimize the following objective function:
Perform an optimization calculation to determine .DELTA.Xi (t + N-1).
【００３８】目的関数としては、次の（１６）式で与え
られる、「酸素ガスホルダ内圧力の絶対値」及び「空気
圧縮機での電力使用量」の線形和を用いる。そこで、各
空気圧縮機での使用電力量を、次の（１７）式で与えら
れる酸素ガス発生量の線形式（空気圧縮機電力使用量モ
デル）で表わす。As the objective function, a linear sum of "absolute value of pressure in oxygen gas holder" and "power consumption in air compressor" given by the following equation (16) is used. Therefore, the amount of electric power used in each air compressor is represented by the linear form of the oxygen gas generation amount (air compressor electric power consumption model) given by the following equation (17).
【００３９】[0039]
【数５】 (Equation 5)
【００４０】 Ｗi （ｔ＋ｊ−１）＝ｅi Ｘi （ｔ＋ｊ−１）＋ｆi …（１７）[0040] Wi (t + j-1) = e i Xi (t + j-1) + f i ... (17)
【００４１】以上の諸条件の下で提示される問題は、線
形計画法により求解することができる。この最適化計算
処理は、前記酸素ガス発生量変更速度の限界を含む各種
制約下で、上記目的関数が最小となる各時刻毎の酸素発
生量を決定していることに当る。そして、求められた解
のうち、ΔＸi （ｔ）（＝Ｘi （ｔ）−Ｘi （ｔ−
１））のみを実際にｉ番目の空気分離装置の酸素ガス発
生量に対する変更量として与える。以上の演算を毎周期
毎に繰り返すことにより、酸素ガスホルダ内圧力を制御
する。The problem presented under the above conditions can be solved by linear programming. This optimization calculation process corresponds to determining the oxygen generation amount at each time when the objective function becomes the minimum under various constraints including the limit of the oxygen gas generation amount changing speed. Then, among the obtained solutions, .DELTA.Xi (t) (= Xi (t) -Xi (t-
Only 1)) is actually given as a change amount with respect to the oxygen gas generation amount of the i-th air separation device. The pressure in the oxygen gas holder is controlled by repeating the above calculation every cycle.
【００４２】［実施例］本実施の形態を、これまでに述
べた手順に従い、空気分離装置数ｉ＝３、対象時間Ｎ＝
３０（制御周期１０分）で実施した結果を、図２に示
す。[Embodiment] In the present embodiment, the number of air separation devices i = 3 and the target time N =, according to the procedure described so far.
FIG. 2 shows the result of 30 (control cycle: 10 minutes).
【００４３】この実施例では、最適化変数９０個、制約
数３９２の数理計算問題として解くことができる。この
図２に示されるように、現時刻ｔで、空気分離装置１２
による酸素ガス発生量をＸ1 （ｔ−１）で固定した場合
には、酸素ガスホルダ内圧力はＹp （ｔ＋ｊ）の曲線の
ように、時刻ｔ＋Ｎの近くで上限ＵＹを超えると予測さ
れるが、本発明により各時刻毎に計算される最適化後の
Ｙ（ｔ＋ｊ）を表わす曲線は、上下限内に収まり、しか
も非常に低い値に制御できていることが分かる。又、図
３より、本発明の適用後には、（Ａ）の曲線で示すよう
に、酸素ガスホルダ内圧力が平均的に下限に近付いてお
り、且つ、下限を下回っていないことが分かる。又、時
刻Ｔの点に注目すると、次の時刻に下限に近付けること
のみを目標にすれば、（Ｂ）の曲線で示すように、更に
下限に近付けることができるが、この場合は、時刻Ｔ＋
１以降の酸素使用量による予測圧力の下降速度が速いた
め、最高速度で酸素発生量を増大させたとしても間に合
わないために、該ホルダ内圧力が下限を下回る現象が起
きている。これに対し、本発明による最適制御の場合
は、下限補正値αを設定し、しかも発生量変更速度の制
約を考慮していることにより、予め酸素発生量を増加し
て、酸素ガスホルダ内圧力を上昇させているため、時刻
Ｔで下限に近付けた場合に生じている上記現象の発生が
防止されていることが分かる。In this embodiment, it can be solved as a mathematical calculation problem with 90 optimization variables and 392 constraints. As shown in FIG. 2, at the current time t, the air separation device 12
When the amount of oxygen gas generated by X is fixed at X1 (t-1), the oxygen gas holder internal pressure is predicted to exceed the upper limit UY near time t + N as shown by the curve of Yp (t + j). It can be seen that the curve representing Y (t + j) after optimization calculated at each time according to the invention falls within the upper and lower limits and can be controlled to a very low value. Further, it can be seen from FIG. 3 that after the application of the present invention, as shown by the curve (A), the internal pressure of the oxygen gas holder approaches the lower limit on average, and is not below the lower limit. Also, focusing on the point of time T, if the only goal is to approach the lower limit at the next time, the lower limit can be further approached as shown by the curve (B), but in this case, the time T +
Since the predicted pressure lowering speed due to the oxygen usage amount after 1 is fast, even if the oxygen generation amount is increased at the maximum speed, it is not in time, so that the pressure in the holder falls below the lower limit. On the other hand, in the case of the optimum control according to the present invention, the lower limit correction value α is set, and the restriction of the generation rate changing speed is taken into consideration. Since the temperature is increased, it can be seen that the occurrence of the above phenomenon that occurs when the lower limit is approached at time T is prevented.
【００４４】以上詳述した如く、本実施形態によれば、
複数の空気分離装置による製品ガスの発生量を、各空気
分離装置の能力、効率及び発生量変更速度を考慮するこ
とにより、酸素ガスホルダ内圧力が所定の上下限内に収
まり、且つ、できるだけ低い酸素ガスホルダ内圧力にな
るように、決定することができた。これにより、空気圧
縮機及び酸素圧縮機の電力使用量を低減することがで
き、結果として製品ガスのコスト低減を達成することが
できた。As described in detail above, according to the present embodiment,
By considering the amount of product gas generated by multiple air separation devices, considering the capacity, efficiency, and generation rate change rate of each air separation device, the oxygen gas holder internal pressure stays within the prescribed upper and lower limits, and the oxygen content is as low as possible. It could be determined to be the pressure in the gas holder. As a result, the power consumption of the air compressor and the oxygen compressor can be reduced, and as a result, the cost reduction of the product gas can be achieved.
【００４５】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
ある。The present invention has been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
【００４６】例えば、窒素ガス、液体アルゴンに関する
制約も酸素ガスと同様に、前者のガスホルダ内圧力又は
後者の液体タンクのレベルを考慮した制約としてもよ
い。For example, the restrictions on the nitrogen gas and the liquid argon may be the restrictions considering the former gas holder internal pressure or the latter liquid tank level, like the oxygen gas.
【００４７】[0047]
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
複数の空気分離装置による製品ガス発生量を、酸素ガス
ホルダ内圧力が下限を下回ることなく、しかもできるだ
け低くなるように決定でき、製品ガスの製造コストを低
減することができる。As described above, according to the present invention,
The amount of product gas generated by the plurality of air separation devices can be determined so that the internal pressure of the oxygen gas holder does not fall below the lower limit and is as low as possible, and the manufacturing cost of the product gas can be reduced.
【図１】本発明の一実施形態による制御時の処理手順の
概要を示す説明図FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a processing procedure at the time of control according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明に係る実施の形態による制御結果を模式
的に示す線図FIG. 2 is a diagram schematically showing a control result according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明に係る一実施例の結果を示す線図FIG. 3 is a diagram showing the results of an example according to the present invention.
【図４】酸素工場の設備構成の概略を示すブロック図FIG. 4 is a block diagram showing an outline of the equipment configuration of an oxygen factory.
【図５】上下限を外れた場合の酸素ガスホルダ内圧力の
変化を示す線図FIG. 5 is a diagram showing changes in the oxygen gas holder pressure when the upper and lower limits are exceeded.
【図６】従来方法の問題点を示す線図FIG. 6 is a diagram showing the problems of the conventional method.
【図７】従来方法の問題点を示す他の線図FIG. 7 is another diagram showing the problems of the conventional method.
１０…空気圧縮機 １２…空気分離装置 １４…酸素ガス圧縮機 １６…使用先 １８…酸素ガスホルダ ２０…液化装置 ２２…液酸タンク ２４…蒸発装置 10 ... Air compressor 12 ... Air separation device 14 ... Oxygen gas compressor 16 ... Where to use 18 ... Oxygen gas holder 20 ... Liquefaction device 22 ... Liquefied acid tank 24 ... Evaporator
Claims (2)
ゴンの各製品ガスを分離、発生する複数の空気分離装置
と、これら空気分離装置から発生する酸素ガスを保存す
る酸素ガスホルダとを備えた酸素工場で、各空気分離装
置による製品ガスの発生量を決定する空気分離装置の製
品ガス発生スケジュール決定方法において、 酸素ガスホルダ内圧力の現時刻における検出値、現時刻
後の酸素ガス予測使用量及び現時刻後の酸素ガス発生変
更量から計算される、現時刻から所定時間迄における酸
素ガスホルダ内予測圧力が、所定の上下限内に収まり、
且つ可能な限り低くなるように、各空気分離装置の発生
量変更速度の限界を考慮して、各空気分離装置による製
品ガスの発生量を決定することを特徴とする空気分離装
置の製品ガス発生スケジュール決定方法。1. Oxygen comprising a plurality of air separation devices for separating and generating each product gas of oxygen gas, nitrogen gas and liquid argon from air, and an oxygen gas holder for storing oxygen gas generated from these air separation devices. In the method of determining the product gas generation schedule of the air separation device that determines the amount of product gas generated by each air separation device at the factory, the detected value of the oxygen gas holder internal pressure at the current time, the predicted amount of oxygen gas used after the current time, and the current The predicted pressure in the oxygen gas holder from the current time to the predetermined time calculated from the oxygen gas generation change amount after the time falls within the predetermined upper and lower limits,
In addition, the product gas generation amount of each air separation device is determined so as to be as low as possible in consideration of the limit of the generation amount change speed of each air separation device. Schedule decision method.
率で決まる各種制約下で、酸素ガスホルダ内圧力の絶対
値及び空気圧縮機での電力使用量の線形和で与えられる
目的関数が最小となるように、各時刻毎の酸素ガス発生
量を決定することを特徴とする空気分離装置の製品ガス
発生スケジュール決定方法。2. The absolute value of the internal pressure of the oxygen gas holder and the electric power consumption of the air compressor according to claim 1, under various restrictions including the limit of the oxygen gas generation rate changing speed, which are determined by the capacity and efficiency of the apparatus. A method for determining a product gas generation schedule for an air separation device, characterized in that the amount of oxygen gas generated at each time is determined so that the objective function given by a linear sum is minimized.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33344595A JPH09179603A (en) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | Device for determining product gas generation schedule for air separator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33344595A JPH09179603A (en) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | Device for determining product gas generation schedule for air separator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09179603A true JPH09179603A (en) | 1997-07-11 |
Family
ID=18266186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33344595A Pending JPH09179603A (en) | 1995-12-21 | 1995-12-21 | Device for determining product gas generation schedule for air separator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09179603A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1995
- 1995-12-21 JP JP33344595A patent/JPH09179603A/en active Pending
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