JP2005308149A - 需要機器連動式低温液化ガス供給装置 - Google Patents

需要機器連動式低温液化ガス供給装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 液化ガスの無駄な消費を回避し、クールダウンの効率を向上させつつ、低温液化ガス供給装置に接続される需要機器との連繋作動を確実にする。
【解決手段】 液化ガス貯槽1と、液相部1aに連通する吸込みライン2と、圧送ポンプ3と気化器4bを備え圧送ポンプ3に接続する高圧ガス供給ライン4と、該ライン4と液化ガス貯槽1とに亘り接続して気化器4bと気相部1bに連通する還流ライン6と、各ラインの弁開度制御及び圧送ポンプ3の駆動制御を掌るコントローラ10とを備え、コントローラ10の弁操作で低温液化ガスを還流ライン6に流して吸込みライン2と圧送ポンプ3とをクールダウンするように構成し、高圧ガス供給ライン4に接続された需要機器20を運転制御する運転制御装置21に連繋させてコントローラ10を制御し、需要機器20の始動運転と一時停止に連動させて前記クールダウンを実行するように構成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、需要機器連動式低温液化ガス供給装置に関し、需要機器の起動に連動させて低温液化ガス供給装置の圧送ポンプを含む所要部分をクールダウンし、圧送ポンプのキャビテーションを防止して円滑に需要機器を稼動させる技術に関する。
この種の低温液化ガス供給装置としては、例えば特許文献1及び特許文献2に示すものが知られている。
特許文献1は、液化天然ガス(以下「LNG」と同義)を需要機器に供給する際にLNG供給装置の所要部分を自動制御によりクールダウンするもので、特許文献2は、LNGを液化ガス貯槽に供給する際にその供給ラインを事前にクールダウンするように構成されている。
特公平06−33860号公報 実用新案登録第3069391号公報
上記特許文献1では、図5に示すように、圧送ポンプ53を作動させずに高圧ガス供給ライン54に付設した開放弁54dによりLNGを大気放出することにより圧送ポンプ53を含む所要部分をクールダウンするようにしたものであって、そのため液化ガスが無駄に消費される。
また、上記特許文献2では、図6に示すように、液化ガス貯槽31内のLNGを、循環路を構成する供給ライン33に流通させて当該供給ライン33をクールダウンするように構成されているが、この循環路33には圧送ポンプが介在されていないので、LNGが円滑に循環せず、クールダウンの効率が良くないという問題がある。
しかも、従来のこの種の低温液化ガス供給装置では需要機器と連動してLNG供給装置をクールダウンする手段に関しては何等提案されていない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は液化ガスが無駄に消費されるのを回避しつつ、LNGを循環路に円滑に循環させてクールダウンの効率を向上させ、低温液化ガス供給装置に接続される需要機器の作動に連動させてクールダウンを円滑に行う需要機器連動式低温液化ガス供給装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成される。即ち、本発明の請求項1に記載の発明は、低温液化ガスが貯留される液化ガス貯槽1と、該貯槽1に流入端部を接続してその液相部1aに連通して設けられる吸込みライン2と、該ライン2の流出端部に吸込口3bを接続して設けられるポット型遠心ポンプからなる圧送ポンプ3と、気化器4bが介装されて流入端部を圧送ポンプ3の吐出口3cに接続して設けられる高圧ガス供給ライン4と、該ライン4と液化ガス貯槽1とに亘り両端部を接続して気化器4b上流側と液化ガス貯槽1の気相部1bに連通して設けられる還流ライン6と、各ライン4,6に設けられる各弁の開度制御及び圧送ポンプ3の駆動制御を掌るコントローラ10と、該コントローラ10の弁操作により低温液化ガスを還流ライン6に流通させて上記吸込みライン2と圧送ポンプ3とをクールダウンする手段とを備え、運転制御装置21によって始動運転、一時停止を含む運転制御が成される需要機器20のガス取込部が高圧ガス供給ライン4の流出端部に接続されてなる低温液化ガス供給装置であって、需要機器20の始動運転と一時停止に連動させて圧送ポンプ3を低速運転させることで、前記クールダウンを行わせる手段がコントローラ10と運転制御装置21とに連繋させて設けられてなることを特徴とする需要機器連動式低温液化ガス供給装置である。
また、本発明の請求項2に記載の発明は、前記請求項1記載の需要機器連動式低温液化ガス供給装置において、上流側に開閉弁5a、下流側にガス加温器5bが介装されて液化ガス貯槽1から低圧ガス需要側に亘り設けられる低圧ガス供給ライン5と、ガス逃がし弁7aが介装されて圧送ポンプ3に設けられるベント口3dと低圧ガス供給ライン5の開閉弁5a・ガス加温器5b間に亘り両端部を接続して設けられるベントライン7と、吸込みライン2の圧力と圧送ポンプ3のポット3a内上部の圧力との圧力差を検出する差圧検出センサ8と、該センサ8により検出した差圧が予め定めたしきい値以下になったときにガス逃がし弁7aを開弁させるガス逃がし手段とを備えてなる構成としたことを特徴とする。
請求項1に記載の発明では、上記特徴構成を備えることから、以下の作用・効果を奏する。即ち、本発明では、低温液化ガスを還流ライン6に流通させ吸込みライン2と圧送ポンプ3とをクールダウンすることから、低温液化ガスを大気放出することにより所要部分をクールダウンする特許文献1の発明と比較して液化ガスが無駄に消費されるのを回避することができる。
本発明ではポット型遠心ポンプからなる圧送ポンプ3を低速運転させることで、キャビテーションの発生を防止しつつ、低温液化ガスを還流ライン6に円滑に循環させることでクールダウンの効率を向上させることができる。
本発明では需要機器20の運転制御装置21とコントローラ10とを連繋作動可能に構成し、需要機器20の始動運転に連動させて所要部分をクールダウンし、一時停止においては所要部分の温度上昇を防止することから、低温液化ガス供給装置を常に液化ガス供給可能状態に維持することができるので、需要機器20を機動的に稼動させることができる。
請求項2に記載の発明では、前記特徴構成を備える差圧検出センサ8を設け、吸込みライン2の圧力詳しくは液化ガス貯槽1と圧送ポンプ3の間の圧力と、圧送ポンプ3のポット3a内上部の圧力との差圧が予め定めたしきい値以下になったときに、前記ガス逃がし弁7aを開弁させるように構成したことから、自然気化ガス(BOG)がベントライン7を介してポット内から容易に抜けて、低圧ガス供給ライン5に逃げてポット内が液化ガスで満たされるから、ポット型遠心ポンプからなる圧送ポンプ3の吸込口に自然気化ガスが吸込まれるようなおそれがない。
以下、本発明の実施の形態に係る需要機器連動式低温液化ガス供給装置を、この低温液化ガス供給装置がLNG供給装置である場合を例として、添付図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施形態に係る需要機器連動式低温液化ガス供給装置の模式的系統説明図であり、図2は図1図示の需要機器連動式低温液化ガス供給装置に係る圧送ポンプの要部拡大縦断面図である。
図に示す符号1は、一般企業の工場構内に設置され、自家用発電機やボイラー用等の燃料に液化天然ガス(LNG)を供給するLNG供給装置の、150kl程度の容量を有する液化ガス貯槽(LNG貯槽)である。このLNG貯槽1の下部に吸込みライン2の一端の流入端部が接続されて液相部1aに連通しており、この吸込みライン2の他端の流出端部がポット型遠心ポンプからなる圧送ポンプ3の外周部に設けられた吸込口3bに接続されている。なお、ポット3a内に遠心ポンプとこの遠心ポンプを駆動する電動モータとが収容されている。このポット型遠心ポンプ3の上部に設けられた吐出口3cから高圧ガス需要側(例えばガスタービン発電機燃料需要側)の需要機器20に至らせて、当該ポンプ3側から順に流量制御弁4a、液化ガス気化器であるLNG気化器4bおよび流量調節可能な開閉弁4cが介装されてなる高圧ガス供給ライン4が連通している。図1中の符号12は吸込みライン2の管路に添設され圧送ポンプ3が吸込むLNGの温度を検出する温度検出センサを示す。また、符号13は圧送ポンプ3の吐出側の流量を検出する流量計を示し、符号14は圧送ポンプ3の吐出圧を検出する圧力センサを示す。
一方、LNG貯槽1の上部から図示しない低圧ガス需要先に至らせて、LNG貯槽1側から順に流量調節可能な開閉弁5a、ガス加温器であるLNG加温器5b及び減圧弁5cが介装されてなる低圧ガス供給ライン5が延設していて気相部1bに連通している。図1中、符号21で示される機器は、需要機器20に設けられた運転制御装置であり、需要機器20に対して始動運転、一時停止を含む運転制御を行わせる機能を有するものである。
圧送ポンプとしてのポット型遠心ポンプ3の上部に設けられたベント口3dは、ガス逃がし弁(BOG逃がし弁)7aが介装されてなるベントライン7を介して、前記低圧ガス供給ライン5の開閉弁5aと加温器5bの間に連通している。このベントライン7の基端部の水平部には、吸込みライン2におけるLNG貯槽1と圧送ポンプ3の間の圧力Pと、このベントライン7の基端部の水平部の圧力(ポット型遠心ポンプ3のポット3a内上部の圧力)Pとの間の差圧ΔPを検出する差圧検出センサ8が設けられている。
この差圧検出センサ8は、検出した上記差圧ΔPが予め定めたしきい値以下になったときに作動するものである。より具体的には、この差圧検出センサ8は、圧送ポンプ(ポット型遠心ポンプ)3のポット3a内上部に溜まったBOGを前記低圧ガス供給ライン5の開閉弁5aの下流側に逃がすために、前記ガス逃がし弁7aを開弁指示するものである。なお、本実施形態の場合には、BOGは低圧ガス供給ライン5に逃げ、低圧ガス需要側で有効活用し得るように構成されているが、例えば大気中に放出するように構成しもよい。
また、前記高圧ガス供給ライン4における流量制御弁4aに対し上流側の個所から流量制御弁6bが介装されてなる還流ライン(液化ガス戻りライン)6が分岐している。前記流量制御弁6bの開度は、前記流量計13で検出した流量値に基づいて一定流量以上のミニマムフローを確保するように制御され、この還流ライン6の先端はLNG貯槽1の気相部1bに接続されている。つまり、高圧ガス需要側にLNGの供給量が減少した場合やLNGを供給しない場合にあっても、最少量のLNGをLNG貯槽1に還流させることにより、需要先の消費量が変動しても常にLNGを供給可能状態に維持することで圧送ポンプ3を連続運転し得るように構成されている。このように、ポット型遠心ポンプからなる圧送ポンプ3を連続運転させることにより、この圧送ポンプ3の運転停止に伴う過渡的圧力変動の不安定を防ぐことができ、LNG供給装置の稼働率の低下を回避することができる。
さらに、前記高圧ガス供給ライン4の気化器4bと上記開閉弁4cの間から、前記低圧ガス供給ライン5の加温器5bと減圧弁5cとの間にバイパスライン9が連通している。このバイパスライン9には流量調節可能なバイパス弁9aが介装されており、高圧ガス供給ライン4の気化器4bによって気化された高圧の天然ガスの一部が必要に応じて低圧ガス供給ライン5に供給されるように構成されている。
以上説明してなる構成を有する低温液化ガス供給装置には、符号10で示されるコントローラが備えられていて、該コントローラ10によって各ライン4,5,6,7,9に設けられる各弁の開閉を含む開度制御並びに圧送ポンプ3の始動、停止、速度調節を含む駆動制御が成されるようになっている。また、このコントローラ10と前記運転制御装置21とは、後述するように連繋作動可能に構成されていて、需要機器20の始動運転と一時停止に連動させて圧送ポンプ3を低速運転させると同時に、吸込みライン2と圧送ポンプ3とを低温液化ガス供給運転に先立ってクールダウンする手段が備えられる。
以下、本発明の実施の形態に係る低温液化ガス供給装置の作用態様を説明する。即ち、この低温液化ガス(LNG)供給装置では、気化器4bにより気化された高圧のNGが高圧ガス供給ライン4を介して高圧ガス需要側に供給される場合は勿論のこと、供給されない場合にあっても圧送ポンプ3が駆動され続けている。高圧のNGが高圧ガス需要側に供給されない場合には、還流ライン6を介してLNG貯槽1に戻される。
つまり、LNG貯槽1、吸込みライン2、圧送ポンプ3、および還流ライン6からなる閉流路を最少量のLNGが循環する。また、必要に応じて、バイパス弁9aが開弁され、バイパスライン9を介して所定量のNGが低圧ガス供給ライン5に供給され、この低圧ガス供給ライン5を介して低圧ガス需要側に供給される。また、LNG貯槽1内に溜まっているBOGも低圧ガス供給ライン5を介して低圧ガス需要側に供給される。なお、BOGの場合には、必要に応じてべントスタック(図示しない)等から大気中に放出させるようにしても良い。
低温液化ガス供給装置の上記のような運転中において、ポット3a外からの入熱や電動モータからの入熱によりポット3a内のLNGが気化してBOGとなるので、圧送ポンプとしてのポット型遠心ポンプ3のポット3a内上部にBOGの気相が形成され、ポット3a内のLNGの液面レベルが次第に低下する。ポット3a内のLNGの液面レベルが低下した場合の圧力と、ポット3a内およびベントライン7のガス逃がし弁7aよりもポット3a側の全てがLNGにより満たされている場合の圧力とは相違する。
より具体的には、図2に示すように、ポット型遠心ポンプ3のポット3a内上部の気相の圧力Pが高くなってLNGの液面レベルが低下するにつれて、即ち、吸込みライン2の位置(圧力P)から液面レベルまでの高さ寸法Hが小さくなるにつれて差圧検出センサ8により検出される差圧ΔP(P−P=ρgH:ρはLNGの密度)が小さくなる。そして、この差圧ΔPが予め定めたしきい値以下、例えば0.98KPa(0.01kgf/cm)以下になると、人力によるまでもなく、差圧検出センサ8によりガス逃がし弁7aが自動的に開弁される。
この場合、ベントライン7のガス逃がし弁7aの下流側(低圧ガス供給ライン側)の圧力はその上流側よりも十分に低く制御されており、当該下流側にはLNGが存在していないから、ポット型遠心ポンプ3のポット3aやベントライン7の内径を大きくするまでもなく、このポット3a内のBOGがベントライン7を介してポット3a内から容易に抜けて、低圧ガス供給ライン5の方向に流出する。そのため、ポット3a内がBOGで満たされてポット型遠心ポンプ3の吸込口にBOGが吸込まれるようなことがなくなる。従って、ポット型遠心ポンプ3の吐出圧力の低下により、LNGの供給に支障が生じるようなおそれがなくなり、例えばガスタービン発電機用燃料として所定量のNGを供給し続けることができるから、工場の操業に支障が生じるようなことがなくなるという優れた効果を得ることができる。
なお、ポット3aからのBOGの抜け出しにより検出される差圧が、例えば1.96KPa(0.02kgf/cm)になると、ガス逃がし弁7aが自動的に閉弁されることとなる。但し、前記しきい値やガス逃がし弁7aの閉弁圧力はポット型遠心ポンプの容量や形状等によって相違するので、上記値に限定されるものではない。
上記の実施形態においては、1台のポット型遠心ポンプ3を備えたLNG供給装置を例として説明したが、通常、2台のポット型遠心ポンプが配設されており、フェールセーフ構成となっている。つまり、一方のポット型遠心ポンプが故障した場合や補修整備のために停止させる必要が生じた場合、他方のポット型遠心ポンプを駆動することにより、連続運転し得るように構成されている。
次いで、コントローラ10と運転制御装置21との連繋作動によって行わせる運転制御手段について、即ち、主として前記クールダウンを実行する運転制御の具体的な態様について、図3、4に示されるフローチャートを併せ参照して以下に説明する。
運転制御装置21の電源スイッチのON操作によってコントローラ10はONになり、一連のシステムがスタートする。運転制御装置21側ではあらかじめステップS1において、始動(クールダウン)、一時停止、稼動の各モード及び停止条件を含む需要機器運転条件が入力され、コントローラ10側ではあらかじめステップS11において、吸込温度(T:α)、差圧(ΔP:c、d)及びポンプの吐出圧(P:b)含むLNG供給運転条件が入力される。次いで、ステップS2において需要機器20がON作動する。
次いでステップS3に移り、LNG供給装置に対してクールダウンのための運転準備指令が出される。この運転準備指令の出力に伴って、結合子「C」を介して図4のステップS12に至り、圧送ポンプ3が低速運転で運転開始する。この低速運転の開始に伴って流量制御弁6bの開弁量がコントロールされ、これによりLNG貯槽1、吸込みライン2、圧送ポンプ3、および還流ライン6からなる閉流路をLNGがミニマムフローで循環するのでLNG供給装置でのクールダウン運転が行われる。
このクールダウン運転中を通じて、ステップS13で温度検出センサ12による圧送ポンプ3吸込側でのLNGの温度検出(T≦α?)が行われ、吸込温度Tがαを超えている間はクールダウン運転が続行され、α以下になるとクールダウンが完了したと判断してステップ14で圧送ポンプ3が高速運転に切換わり、LNGを所定量供給させるための運転に入る。このように圧送ポンプ3の低速運転と該ポンプ吸込側でのLNGの温度検出とを実行することにより、キャビテーションの発生を確実に防止しつつ、クールダウンが確実に実行されるとともに、LNG供給装置を常に安定したスタンバイ状態に維持することができる。
低速運転から高速運転に切換わった後は、前記差圧検出センサ8による差圧ΔPの検出と圧力センサ14によるポンプ吐出圧Pの検出が連続して行われ(ステップ15,16)、吐出圧力Pが設定圧力bを超えるとステップ17に至って需要機器20に対する起動指令が発令される。他方、吐出圧力Pが設定圧力bを下回ったことを検出すると、吐出圧の異常低下が考えられることから、ステップ26に至ってコントローラ10側で異常警報が発令される。そして結合子「B」を介して図3のステップS5に移り運転制御装置21側において一時停止すべきか、運転停止すべきかが判断される。
一方、差圧ΔPが上限値cに比して高い状態、即ち予め定めたしきい値cを超えた状態であることを検出すると、これを定常運転であると判断してベントライン7に対するガス非放出指令が出され(ステップ18)、かつガス逃がし弁7aが閉弁した(ステップ19)まヽで高速運転が引き続いて行われるとともに、差圧ΔPの検出が引き続いて行われる。
かくして、ステップ17で需要機器20に対する起動指令が発令されることにより、結合子「A」を介して図3のステップS4に至り需要機器20が起動し、続いて所定量のLNG供給を受けながら需要機器20が定常運転に入る。
ところで、差圧ΔPの検出(ステップ16)において該差圧ΔPが前記しきい値c以下であることを検出した場合には、ステップ20でベントライン7に対するガス放出指令が出され、ステップ21でガス逃がし弁7aが開弁され、ポット型遠心ポンプ3のポット3a内のBOGがベントライン7を介してポット3a内から抜けて、低圧ガス供給ライン5の方向に流出する。そのため、ポット3a内がBOGで満たされてポット型遠心ポンプ3の吸込口にBOGが吸込まれるようなことがなくなる。
さらに、ステップ22で差圧ΔPがしきい値cを超えたことを検出すると、19に移りガス逃し7aを閉弁する。次いでステップ23で差圧ΔPが下限値dを下回ったことを検出すると、差圧の異常低下が考えられることから、ステップ26に至ってコントローラ10側で異常警報が発令される。そして結合子「B」を介して図3のステップS5に移り運転制御装置21側において一時停止すべきか否かが判断される。
一時停止と判断した場合は、ステップ6、ステップ3、結合子「C」順に経由して図4のステップ12に至り、圧送ポンプ3が高速運転から低速運転に切換わり、それ以降は段落番号[0029]〜[0035]に示した運転手順が繰返されることとなる。
これに対してステップ7で運転停止と判断した場合は、ステップ8で需要機器20を停止させると同時に図4の結合子「D」、ステップ24、ステップ25を順に経て、LNG供給装置のLNG供給運転も停止させる。
以上説明の通り、需要機器20の始動運転と一時停止に連動させて圧送ポンプ3を低速運転させると同時に、前記クールダウン手段を行わせる運転制御手段がコントローラ10と運転制御装置21との連繋作動の下で確実にかつ円滑に実行されるものである。
尚、本発明は上記のLNG供給装置よりも大型のもの、つまりサテライト基地に設けられているLNG供給設備や発電用のLNG燃料供給設備に対しても、その技術的思想を適用することができる。また、上記の実施形態では液化ガスがLNGである場合を例として説明したが、液化ガスは、例えば液体窒素や液体酸素、液体水素であっても良い。さらに、上記の実施形態では開閉弁4c・5aやバイパス弁9aが流量調節可能なものとして例示したが、単なる開閉弁であってもよい。
本発明の実施形態に係る需要機器連動式低温液化ガス供給装置の模式的系統説明図である。 図1図示の需要機器連動式低温液化ガス供給装置に係る圧送ポンプの要部拡大縦断面図である。 本発明の実施形態に係る需要機器運転制御のフローチャートである。 本発明の実施形態に係る低温液化ガス供給制御のフローチャートである。 従来の例の低温液化ガス供給装置の説明図である。 従来の他の例の低温液化ガス供給装置の説明図である。
符号の説明
1…液化ガス貯槽、1a…液相部、1b…気相部、2…吸込みライン、3…圧送ポンプ(ポット型遠心ポンプ)、3a…ポット、3b…吸込口、3c…吐出口、3d…ベント口、4…高圧ガス供給ライン、4a…流量制御弁、4b…気化器、4c…開閉弁、5…低圧ガス供給ライン、5a…開閉弁、5b…加温器、5c…減圧弁、6…還流ライン、6a…流量制御弁、7…ベントライン、7a…ガス逃がし弁(BOG逃がし弁)、8…差圧検出センサ、9…バイパスライン、9a…バイパス弁、10…コントローラ、18…温度検出センサ、20…需要機器、21…運転制御装置。

Claims (2)

  1. 低温液化ガスが貯留される液化ガス貯槽(1)と、該貯槽(1)に流入端部を接続してその液相部(1a)に連通して設けられる吸込みライン(2)と、該ライン(2)の流出端部に吸込口(3b)を接続して設けられるポット型遠心ポンプからなる圧送ポンプ(3)と、気化器(4b)が介装されて流入端部を圧送ポンプ(3)の吐出口(3c)に接続して設けられる高圧ガス供給ライン(4)と、該ライン(4)と液化ガス貯槽(1)とに亘り両端部を接続して気化器(4b)上流側と液化ガス貯槽(1)の気相部(1b)に連通して設けられる還流ライン(6)と、各ライン(4),(6)に設けられる各弁の開度制御及び圧送ポンプ(3)の駆動制御を掌るコントローラ(10)と、該コントローラ(10)の弁操作により低温液化ガスを還流ライン(6)に流通させて上記吸込みライン(2)と圧送ポンプ(3)とをクールダウンする手段とを備え、運転制御装置(21)によって始動運転、一時停止を含む運転制御が成される需要機器(20)のガス取込部が高圧ガス供給ライン(4)の流出端部に接続されてなる低温液化ガス供給装置であって、
    需要機器(20)の始動運転と一時停止に連動させて圧送ポンプ(3)を低速運転させると同時に前記クールダウンを行わせる手段が、コントローラ(10)と運転制御装置(21)とに連係させて設けられてなることを特徴とする需要機器連動式低温液化ガス供給装置。
  2. 上流側に開閉弁(5a)、下流側にガス加温器(5b)が介装されて液化ガス貯槽(1)から低圧ガス需要側に亘り設けられる低圧ガス供給ライン(5)と、ガス逃がし弁(7a)が介装されて圧送ポンプ(3)に設けられるベント口(3d)と低圧ガス供給ライン(5)の開閉弁(5a)・ガス加温器(5b)間に亘り両端部を接続して設けられるベントライン(7)と、吸込みライン(2)の圧力と圧送ポンプ(3)のポット(3a)内上部の圧力との差圧を検出する差圧検出センサ(8)と、該差圧検出センサ(8)により検出した差圧が予め定めたしきい値以下になったときにガス逃がし弁(7a)を開弁させるガス逃がし手段とを備えてなる請求項1記載の需要機器連動式低温液化ガス供給装置。
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