空気分離および産業ガス用途における酸素分析

純度検証・工程管理・安全ガイド

空気分離装置、PSA/VPSA方式の窒素・酸素発生装置、深冷分離式空気分離プラント、産業用ガスボンベ充填、およびガス純度確認用途向けの酸素分析計・センサーソリューション。

概要

空気分離や産業ガス製造は、現代の産業において最も多くの計測を必要とするプロセスの一つです。大規模な深冷空気分離装置（ASU）、圧力スイング吸着（PSA）式窒素発生装置、真空圧力スイング吸着（VPSA）式酸素製造プラント、あるいはボンベ充填設備や特殊ガス設備のいずれを運用する場合であっても、製造、精製、流通のあらゆる段階において、正確な酸素計測が不可欠です。

こうした用途において、酸素分析計は2つの異なる、かつ等しく重要な役割を担っています。窒素や不活性ガスの製造工程では、酸素測定を行うことで、製品が純度仕様を満たしており、残留酸素による汚染がないことを確認します。一方、酸素の製造や濃縮を行う用途では、産業用、医療用、あるいは特殊ガス用といった各用途で求められる濃度グレードに製品が適合しているかを確認します。

本アプリケーションノートでは、極低温空気分離、PSA/VPSAガス生成、ボンベ充填、および産業用ガス供給といった各業務における主要な酸素監視要件を解説し、プロセスの各段階に最適なSouthland Sensing社の分析計およびセンサーを提示します。

Southland Sensing社の分析計は、ppb（10億分率）レベルの不純物から100%の酸素純度に至るまで酸素濃度を監視し、産業用ガス製造のあらゆる段階に対応する包括的な測定ソリューションを提供します。

当社が対応する空気分離および産業ガス用途：

深冷空気分離装置（ASU）— O₂・N₂製品純度
PSA式窒素発生装置の出口純度監視
VPSA酸素発生装置の製品検証
膜式窒素発生装置の残留酸素濃度測定
工業用酸素製造における品質管理
シリンダーおよびチューブトレーラー充填所の品質管理分析
ガス精製システムの監視（触媒、モレキュラーシーブ）
液体酸素（LOX）および液体窒素（LIN）貯蔵エリアの安全
アルゴンの製造および純度検証
特殊ガス混合・検証
製造・貯蔵エリアにおける酸素欠乏の監視
オンサイトガス発生装置の試運転および保守

空気分離装置においてガス分析が重要である理由：

空気分離プラントは、微量な不純物であっても製品の品質、プロセスの効率、設備の信頼性に影響を及ぼし得る産業で使用される、高純度の酸素、窒素、アルゴン、および特殊ガスを製造しています。

酸素の連続監視は、製品純度の確認、極低温設備の保護、精製システムの監視、ASU（空気分離装置）の性能最適化、および顧客仕様への適合において、オペレーターを支援します。

熱交換器や蒸留塔内での凍結を防ぐため、極低温分離の前に二酸化炭素を除去する必要があります。継続的なCO₂監視は、精製システムの性能確認に役立つとともに、重要な極低温機器を保護します。

空気分離および産業ガス用途に推奨される分析計

OMD-675

19インチラックマウント型酸素分析計

OMD-675は、空気分離装置、PSA窒素発生装置、極低温製品ライン、および特殊ガス製造プロセス向けに設計された、Southland Sensing社製の超微量酸素分析計です。ppb（10億分率）レベルの酸素濃度（フルスケール0～1 ppm）まで測定可能であり、ガスの純度確認、精製システムの監視、および重要な製造プロセスの保護に最適です。標準のアナログ出力およびModbus RTU通信機能を備えており、SCADAやDCSといった制御システムとのシームレスな統合が可能で、24時間体制の連続稼働に対応します。

OMD-740

携帯型酸素純度計

高純度酸素の検証用に設計されたOMD-740は、酸素製造プロセスに最適化された測定範囲（サプレストレンジ）を採用し、酸素富化ガス流を正確に測定します。VPSA式酸素プラント、極低温空気分離装置（ASU）、医療用酸素製造、ボンベ充填などの用途に最適であり、製品純度の検証や、顧客および規制当局による厳しい仕様要件の維持に貢献します。
✓ 純度測定用の抑制測定範囲

OMD-640

ポータブル微量酸素分析計

OMD-640は、ラボ品質のppb（十億分率）レベルの酸素測定能力と、ポータブル分析計ならではの利便性を兼ね備えています。高純度窒素や特殊ガス供給システムのスポットチェック、新規ガス発生装置の試運転、酸素混入のトラブルシューティング、さらには複数のサンプリングポイントにおけるガス純度確認などに最適であり、あらゆる現場で信頼性の高い超微量酸素分析を実現します。

✓ 携帯型ppbレベル酸素分析

OMD-507

小型酸素分析計

OEM組み込み用に特別に設計されたOMD-507は、信頼性の高いオンライン酸素測定機能と、PSA窒素発生装置、VPSA酸素製造装置、スキッド搭載型ガス発生システムに最適なコンパクトなサイズを両立しています。その省スペース設計により、性能や貴重なパネルスペースを犠牲にすることなく、継続的な酸素モニタリングを実現できます。
✓ 設定変更可能 · OEM対応設計

その他の設置に関する考慮事項：

空気分離や産業用ガス用途における正確な酸素分析は、適切な分析計の選定だけでなく、適切に設計されたサンプル調整システムにも左右されます。こうした用途におけるガス流には、水分、微量の炭化水素、モレキュラーシーブ層に由来する粒子状物質などが含まれる場合があり、また圧力差も生じ得るため、サンプルが分析計のセルに到達する前にこれらを適切に処理・管理する必要があります。

窒素や不活性ガスの流れにおける微量酸素の測定では、サンプリングシステムの清浄度が極めて重要です。サンプリング配管や継手（フィッティング）にわずかな漏れがあるだけでも、周囲の空気が混入し、測定値が実際よりも高く表示される原因となります。したがって、サンプリングシステムのすべての接続部に対してリークテストを実施するとともに、接ガス部（プロセスガスや想定される微量不純物と接触する部分）の材質については、それらとの適合性を考慮して選定する必要があります。

高濃度酸素流（VPSA/ASUによる酸素製造）を扱う場合、燃焼の危険性を防ぐため、サンプリングシステムは酸素使用に適した材質で構成する必要があります。酸素濃度の高い環境で使用されるすべての接液部品には、清浄性が不可欠です。

Southland Sensingは、空気分離やガス生成の用途において、微量（トレース）レベルからパーセントレベルまでの酸素測定に適したサンプル処理システムを選定できるよう、アプリケーション・エンジニアリング・サポートを提供しています。プロセスの圧力、流量条件、水分含有量、設置要件などについては、弊社までお問い合わせください。

ガス生産・貯蔵エリアにおける環境安全監視

産業用ガス製造施設において、酸素欠乏状態および酸素富化状態のいずれも、重大かつ致命的な危険をもたらす恐れがあります。液体窒素や液体アルゴンなどの極低温不活性ガスは、密閉空間において急速に酸素を置換し、目に見える予兆がないまま、生命を脅かす酸素欠乏状態を引き起こす可能性があります。一方、液体酸素の貯蔵・供給エリアでは、酸素富化に伴う火災や爆発のリスクが存在します。

密閉されたすべての生産建屋、ボンベ保管エリア、液化ガス貯蔵室、および充填ステーションの各所には、適切な高さに固定式環境モニタを設置する必要があります。当社のOMD-351シリーズ・モニタは、室内の酸素濃度を常時監視し、ユーザーが任意に設定した閾値（通常、高酸素警告は20.0%、低酸素警報は19.5%）に達した際に音と光で警報を発することで、OSHA（労働安全衛生局）および各施設の安全基準への適合を支援します。

大気環境モニタを閲覧する →

空気分離および産業ガス用途におけるセンサー選定基準：

酸素および窒素キャリアガスのバックグラウンドについて検証済み — センサーは、純N₂、純O₂、アルゴン、および混合ガス流において、干渉を受けることなく正確に測定できることが試験・確認されています。
抑制範囲オプションが利用可能です — 狭い濃度範囲内での精密な測定が求められる高純度酸素製造用途向けに、より高い分解能と精度を実現する「測定範囲抑制（サプレスト・レンジ）」仕様も用意されています。
数分以内に現場で交換可能 — 工具不要の設計；センサー寿命は、プロセス条件や酸素曝露レベルにもよりますが、通常24～60ヶ月です。
複数のプロセス接続オプション — 1/8インチNPT、1/4インチNPT、6mmコンプレッション継手、またはプロセスラインやOEM機器のインターフェースに合わせたカスタム継手。

当社の～をご参照ください O₂センサー適合ガイドお使いの分析計のモデルおよびプロセス用途に適したセンサーを確認するため。

よくある質問

はい。当社の電気化学式酸素センサは、純窒素やその他の不活性ガス雰囲気下で正確に測定できるよう設計・検証されています。窒素が電気化学的な酸素測定に干渉することはありません。当社の微量酸素分析計は、PSA式窒素発生装置や深冷分離式空気分離装置（ASU）から供給される純窒素流において、1 ppm未満からppb（十億分率）レベルに至るまでの酸素濃度を確実に測定します。

PSA式窒素発生装置の用途の多くでは、製品の窒素（N₂）純度が99%～99.999%の範囲で指定されており、これは残留酸素濃度10 ppm～1,000 ppm（O₂濃度0.001%～0.1%）に相当します。そのため、通常は測定範囲が0～100 ppmまたは0～1,000 ppmの微量酸素分析計が最適です。お客様の装置仕様に最適な測定範囲については、当社のアプリケーションチームまでお問い合わせください。

製品の酸素濃度が90～99.5%の範囲となる酸素製造用途において、測定範囲を限定（サプレス）した酸素純度計「OMD-740」は、極めて高精度かつ安定した測定値を提供します。より広い範囲（0～25%または0～100% O₂）での確認が必要な場合には、標準的なパーセントレンジ仕様のモデルもご用意しております。ご希望の純度グレードや測定要件につきましては、弊社までお問い合わせください。

はい。ボンベ充填所の品質管理（QC）用途では、ポータブル型（OMD-640）とオンライン型（OMD-675、OMD-507）のいずれの分析計も使用されています。どちらのタイプを選ぶかは、単一の充填ヘッダーを連続監視する必要があるか、あるいは複数の充填ポイントを定期的にスポットチェック（随時測定）する必要があるかによって決まります。お客様の充填業務に最適な構成については、当社のアプリケーションチームがアドバイスいたします。

はい。プラントのDCS、SCADA、PLC制御システムとの統合に対応するため、4–20 mAアナログ出力や、Modbus RTUおよびModbus ASCIIによる双方向デジタル通信をサポートするモデルがいくつかございます。お客様の現場の通信要件に適合するモデルについては、弊社までお問い合わせください。

一般的なプロセス条件下でのセンサー寿命は、通常24～60ヶ月です。高濃度酸素（O₂濃度25%超）や高温環境に継続的にさらされると、センサー寿命が短くなる可能性があります。年に1回のセンサー点検を行うとともに、予期せぬ交換に備えて分析計1台につき少なくとも1個の予備センサーを常備することを推奨します。センサーの交換は工具不要で、数分以内に完了します。

空気分離や産業用ガス製造の現場において、信頼性の高い酸素測定は欠かせない要素です。適切な測定は、製品品質と顧客からの信頼を守り、プロセスの効率性を確保するだけでなく、規格外のガスが重要な後続工程へ供給されるのを防ぎ、さらには酸素欠乏や酸素富化といった目に見えない危険から作業員の安全を確保します。Southland Sensingは、発生装置の出口監視からボンベ充填時の品質管理、プラントエリアの安全管理に至るまで、空気分離および産業用ガス製造のあらゆる工程に対応する包括的な測定機器のラインナップを提供しています。

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当社のアプリケーションエンジニアが、センサーの選定や設置、危険場所に関するご質問への対応をサポートいたします。

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