JP2006083943A - 液化ガスタンクの監視方法及び監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
単一センサによる監視システムに於いてセンサの正常、異常の監視精度の向上を図ると共にセンサに異常があった場合でも設備の運用を可能とする。
【解決手段】
タンク２内の液温を検出する液温検出センサ７とタンク内の圧力を検出するタンク圧検出センサ８との内少なくとも１つのタンク用センサと、外気温を検出する外気温度検出センサ５と、液化ガスの供給圧を検出する供給圧検出センサ６と、前記外気温度検出センサで検出した外気温、前記供給圧検出センサで検出した供給圧を基に前記タンク用センサが検出する検出値に対応する合成値を演算し、前記検出値と前記合成値とを比較して前記タンク用センサの正常異常を判断する制御装置２０とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液化ガスタンクに液化ガスを充填する場合の液温、液位、圧力等の監視、或は充填後のタンク内の液温、液位、圧力等を監視する監視方法及び監視装置に関するものである。

液化天然ガス（ＬＮＧ）等の液化ガスをタンクに充填する場合、安全に且つ適正な状態に充填する為に充填された液化ガスの液位、或はタンク内の液温、圧力等を監視する必要があり、又充填後にはタンク内の液化ガス液位、タンク内の圧力、液温等タンク内の状態を監視する必要がある。

従来、液化ガス充填システムとして特許文献１に示すものがあり、特許文献１では、充填状態を制御するパラメータとして液化ガスの温度を温度センサにより検出し、検出した液温に基づき圧送ポンプの圧送圧力を制御している。

又、従来圧力をパラメータとして充填レベルを測定する方法が特許文献２に示されており、特許文献２に示される従来の充填レベル測定方法では、タンク内の圧力と基準装置内の圧力との差圧が検出され、差圧を基に充填レベルが検出される様になっている。

上述した様に、液化ガスをタンクに充填する場合、充填した後のタンク内の状態を監視するには、圧力センサ、温度センサ等のセンサが必要であり、又センサの故障等を考慮すると、複数のセンサを設け冗長化することが信頼性の向上に結びつく。

然し乍ら、設置上に制約のある場合、例えばロケット等の液体燃料を貯溜するタンクではスペース的な制約、重量上の制約があり、重複したセンサは設けられていない。斯かる単一センサによる監視システムでは、監視システムの信頼性がセンサ単体の信頼性に大きく作用される。更に、単一センサによる監視システムではセンサの指示値が異常を示した時に、センサ自体の正常異常を判断することができない。従って、センサ自体の故障か或はタンク系等設備の異常かを判断できず、液化ガスの充填途中では作業の続行が不可能となり、作業停止を余儀なくされており、又充填後、タンクからガス供給途中等で、直ちに設備の運用を停止できない場合は、センサの指示値が異常を示しても対応ができない場合もある。

特開２００１−２４８７９２号公報

特開平１０−１７０３８４号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、単一センサによる監視システムに於いてセンサの正常、異常の監視精度の向上を図ると共にセンサに異常があった場合でも設備の運用を可能とするものである。

本発明は、タンク内の温度、圧力の少なくとも１つをタンクの液位と関連付けてデータテーブル化し、外気温、液化ガスの供給圧からタンクの液位を演算し、該演算したタンクの液位と前記データテーブルとに基づきタンク内の温度、圧力の少なくとも１つについて合成値を演算し、タンク内の温度、圧力を検出する少なくとも１つのセンサの検出値と前記合成値とを比較し、前記センサの正常異常を判断する液化ガスタンクの監視方法に係るものである。

又本発明は、タンクの液位は、供給系に設けられた弁の弁開度と外気温、液化ガスの供給圧から演算される液化ガスタンクの監視方法に係り、又外気温と、液化ガス供給圧と、タンクへの供給流量とを関連付けてデータテーブル化し、該データテーブルを基にタンク内の液位を演算する液化ガスタンクの監視方法に係り、更に又センサが正常と判断された場合には、センサの検出値で設備が運用され、センサが異常と判断された場合は、合成値で設備が運用される液化ガスタンクの監視方法に係るものである。

又本発明は、タンク内の液温を検出する液温検出センサとタンク内の圧力を検出するタンク圧検出センサとの内少なくとも１つのタンク用センサと、外気温を検出する外気温度検出センサと、液化ガスの供給圧を検出する供給圧検出センサと、前記外気温度検出センサで検出した外気温、前記供給圧検出センサで検出した供給圧を基に前記タンク用センサが検出する検出値に対応する合成値を演算し、前記検出値と前記合成値とを比較して前記タンク用センサの正常異常を判断する制御装置とを具備する液化ガスタンクの監視装置に係るものである。

又本発明は、供給系に設けられた弁の弁開度を検出する弁開度検出センサを具備し、前記制御装置は検出された前記外気温、前記供給圧及び前記弁開度検出センサで求めた弁開度を基に合成値を演算する液化ガスタンクの監視装置に係り、又前記制御装置は、外気温と液化ガス供給圧と液化ガス供給量とを関連付けた外気温／液化ガス供給圧データテーブル、タンク内液位とタンク内液温又はタンク内圧力とを関連付けた液位換算データテーブルを格納する記憶部を具備し、前記外気温／液化ガス供給圧データテーブルに基づきタンク内液位を演算し、演算された液位と前記液位換算データテーブルとに基づき合成値を演算する液化ガスタンクの監視装置に係り、更に又前記制御装置は、前記検出値と前記合成値とを比較して前記タンク用センサの正常異常を判断し、正常の場合は検出値を出力し、異常の場合は合成値を出力する液化ガスタンクの監視装置に係るものである。

本発明によれば、タンク内の温度、圧力の少なくとも１つをタンクの液位と関連付けてデータテーブル化し、外気温、液化ガスの供給圧からタンクの液位を演算し、該演算したタンクの液位と前記データテーブルとに基づきタンク内の温度、圧力の少なくとも１つについて合成値を演算し、タンク内の温度、圧力を検出する少なくとも１つのセンサの検出値と前記合成値とを比較し、前記センサの正常異常を判断するので、単一のセンサしか設けられない場合でもセンサの正常異常を判断でき、センサ及びシステムの信頼性を向上できる。

又本発明によれば、センサが正常と判断された場合には、センサの検出値で設備が運用され、センサが異常と判断された場合は、合成値で設備が運用されるので、センサが異常と判断されても設備の運用を停止させる必要がないので、設備の運用効率を向上させることができる。

又本発明によれば、タンク内の液温を検出する液温検出センサとタンク内の圧力を検出するタンク圧検出センサとの内少なくとも１つのタンク用センサと、外気温を検出する外気温度検出センサと、液化ガスの供給圧を検出する供給圧検出センサと、前記外気温度検出センサで検出した外気温、前記供給圧検出センサで検出した供給圧を基に前記タンク用センサが検出する検出値に対応する合成値を演算し、前記検出値と前記合成値とを比較して前記タンク用センサの正常異常を判断する制御装置とを具備するので、タンク用に単一のセンサしか設けられない場合でもセンサの正常異常を判断でき、センサ及びシステムの信頼性を向上できる。

又本発明によれば、前記制御装置は、前記検出値と前記合成値とを比較して前記タンク用センサの正常異常を判断し、正常の場合は検出値を出力し、異常の場合は合成値を出力するので、タンク用センサが異常と判断されても設備の運用を停止させる必要がないので、設備の運用効率を向上させることができる等の優れた効果を発揮する。

本発明は、液化ガス例えばＬＮＧ等の充填設備に於いて、単一のセンサ系のシステムであっても、他の周辺情報を基に正常なプロセス値を推定するアルゴリズムを使用してセンサを擬似的に冗長化し、センサ指示値が異常となった場合に、センサ自体の故障か或は設備（プロセス）の異常かを判別可能とし、又センサ自体の故障であることが判断された場合でも、プロセスとして運転の続行を可能とし、運用効率を向上させるものである。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

先ず、図１により本発明に係る液化ガスタンクの監視装置の概略について説明する。

図１中、１は液化ガス供給源、２は液化ガスが充填されるタンクを示し、該タンク２へは液化ガス供給ライン３を介して液化ガスが供給され、該液化ガス供給ライン３には液化ガスの供給停止を行う電磁弁４が設けられている。

又、外気温度値を検出して外気温度値Ｔ0 を信号として出力する外気温度検出センサ５、液化ガスの供給圧力を検出して供給圧力値Ｐ0 を信号として出力する供給圧検出センサ６、前記タンク２内の液化ガスの液温を検出して液温値Ｔ1tを信号として出力する液温検出センサ７、前記タンク２内のタンク圧力を検出してタンク圧力値Ｐ1tを信号として出力するタンク圧検出センサ８、前記電磁弁４の弁開度を検出し、弁開度ＳＶを信号として出力する弁開度検出センサ９が設けられ、前記外気温度検出センサ５、前記供給圧検出センサ６、前記液温検出センサ７、前記タンク圧検出センサ８、前記弁開度検出センサ９の各検出信号は、増幅、Ａ／Ｄ変換、平滑フィルタによるノイズの除去等の信号処理を行う信号処理部１１，１２，１３，１４，１５を介して入出力制御部１６へ出力され、該入出力制御部１６から演算制御部（ＣＰＵ）１７に入力される。

該演算制御部１７には記憶部１８が接続され、該記憶部１８には後述する演算プログラム、判断プログラム等のプログラム、又後述する第１判断部２６、第４判断部３４等で用いられる閾値１９、外気温／液化ガス供給圧データテーブル２１、液位／温度換算データテーブル２２、液位／圧力換算データテーブル２３等が格納されている。尚、前記演算制御部１７及び前記記憶部１８は液化ガスタンクの監視装置の制御装置２０を構成する。

前記外気温／液化ガス供給圧データテーブル２１は、ある外気温度、ある供給圧の時に前記タンク２内にどれぐらいの液化ガス供給量があるか、即ちどれくらいの速度で液位が上昇するかがデータ化されたものであり、実測或は経験的に求められるものである。又、前記液位／温度換算データテーブル２２は、前記タンク２内の液位と液温との関係をデータ化したものであり、又前記液位／圧力換算データテーブル２３は前記タンク２内の液位と該タンク２内の圧力との関係をデータ化したものであり、いずれも実測或は経験的に求められるものである。

前記演算制御部１７は、前記外気温度検出センサ５、前記供給圧検出センサ６、前記液温検出センサ７、前記タンク圧検出センサ８、前記弁開度検出センサ９からの信号、及び前記閾値１９、前記外気温／液化ガス供給圧データテーブル２１、前記液位／温度換算データテーブル２２、前記液位／圧力換算データテーブル２３を基に前記液温検出センサ７、前記タンク圧検出センサ８の正常異常を判断し、正常異常の判断信号を上位システム２４に出力する。

又、前記演算制御部１７は、前記外気温度検出センサ５、前記供給圧検出センサ６、前記弁開度検出センサ９からの検出信号を基に合成液温値Ｔ1s及び合成タンク内圧力値Ｐ1sを演算し、前記液温検出センサ７、前記タンク圧検出センサ８の正常異常の判断結果を基に正常である場合は、前記液温値Ｔ1t及び前記タンク圧力値Ｐ1tを前記上位システム２４に送出し、異常と判断した場合は、前記合成液温値Ｔ1s及び合成タンク内圧力値Ｐ1sを前記上位システム２４に送出する。

該上位システム２４は前記液温値Ｔ1t及び前記タンク圧力値Ｐ1t、又は前記合成液温値Ｔ1s及び合成タンク内圧力値Ｐ1sにより、前記電磁弁４の開度を制御する等設備の運用を制御する。

図２は前記制御装置２０に於ける信号処理の流れを示しており、以下図２を参照して作用を説明する。尚、前記タンク２の雰囲気は定温、常圧で、ＬＮＧ等の低温液化ガスが前記タンク２に充填される場合、或は充填後蒸発等による減少を補充する為に供給する場合を説明する。

先ず、前記液温検出センサ７の健全性を判断する場合を説明する。

該液温検出センサ７で検出された液温信号は前記信号処理部１４によりＡ／Ｄ変換、ノイズ除去等所要の信号処理が行われた後、前記入出力制御部１６を介して前記演算制御部１７に入力される。

入力された前記液温値Ｔ1tは第１判断部２６により閾値チェックが行われる。該閾値チェックでは前記液温値Ｔ1tが設定温度範囲内にあるかどうかが判断され、設定温度範囲を越える場合は、異常と判断される。前記第１判断部２６では、前記液温検出センサ７の物理的損傷等による異常検出がなされているかどうかが判断される。前記第１判断部２６での正常異常の第１判断結果４１は第２判断部２７に送出され、又前記液温値Ｔ1tは前記第１判断部２６を介して第３判断部２８及びスイッチング部２９に送出される。

前記外気温度検出センサ５から出力される外気温度値Ｔ0 、前記供給圧検出センサ６から出力される供給圧力値Ｐ0 、前記弁開度検出センサ９から出力される弁開度ＳＶは、それぞれ前記信号処理部１１，１２，１３で信号処理され、前記入出力制御部１６を介して前記演算制御部１７に入力される。

該演算制御部１７は前記記憶部１８に記憶された前記外気温／液化ガス供給圧データテーブル２１の関係から前記外気温度値Ｔ0 、前記供給圧力値Ｐ0 に基づき前記タンク２内に充填される液化ガスの液位の上昇速度を求める。前記外気温／液化ガス供給圧データテーブル２１から求められる液位の上昇速度は前記電磁弁４の開度が１００％の場合であり、前記弁開度検出センサ９からの弁開度ＳＶ信号を乗算することで、現実の供給状態に沿った液位上昇速度が推察され、更に演算器３１で積分され、前記タンク２内の液位が算出される。

前記液位／温度換算データテーブル２２から算出した前記タンク２内の液位に基づき液温値が演算され、演算された液温値は動特性補正部３２により、前記液温検出センサ７の動特性とマッチングする様に演算液温値が補正され、前記動特性補正部３２からは合成液温値Ｔ1sが送出され、前記第３判断部２８に入力される。

該第３判断部２８では前記第１判断部２６を介して入力された前記液温値Ｔ1tと前記合成液温値Ｔ1sとが比較され、偏差が所定範囲内例えば数度以内であると正常、所定偏差を越えた場合は、前記液温検出センサ７の検出値が異常であるという判断がされる。前記第３判断部２８での正常異常の第２判断結果４２は前記第２判断部２７に送出され、又前記合成液温値Ｔ1sは前記第３判断部２８を介して前記スイッチング部２９に送出される。

前記第２判断部２７からは前記第１判断部２６からの第１判断結果４１、前記第３判断部２８からの第２判断結果４２を基に前記液温検出センサ７が正常であるか否かの判断４３が出力される。即ち、前記第１判断結果４１、前記第２判断結果４２のいずれか１つでも異常と判断されると前記判断４３は異常となり、前記第１判断結果４１、前記第２判断結果４２の判断が共に正常である場合に前記判断４３は正常となる。前記スイッチング部２９は前記判断４３をスイッチング信号として切替り、該判断４３が正常の場合は前記液温値Ｔ1tを前記上位システム２４に出力し、前記判断４３が異常の場合は前記合成液温値Ｔ1sが前記上位システム２４に出力される。

前記上位システム２４は前記判断４３に基づき前記液温検出センサ７の健全性を判断し、或は正常／異常を表示装置等に表示する。又、前記スイッチング部２９から出力される前記液温値Ｔ1t、又は前記合成液温値Ｔ1sに基づき設備の運用を行う。

次に、前記タンク圧検出センサ８の健全性を判断する場合を説明する。

該タンク圧検出センサ８の健全性の判断は、前記液温検出センサ７の判断と同様に行われる。

前記タンク圧検出センサ８で検出された前記タンク２内の圧力信号は前記信号処理部１５によりＡ／Ｄ変換、ノイズ除去等所要の信号処理が行われた後、前記入出力制御部１６を介して前記演算制御部１７に入力される。

入力された前記タンク圧力値Ｐ1tは第４判断部３４により閾値チェックが行われる。該閾値チェックでは前記タンク圧力値Ｐ1tが設定圧力範囲内にあるかどうかが判断され、設定圧力範囲を越える場合は、異常と判断される。前記第４判断部３４では、前記タンク圧検出センサ８の物理的損傷等による異常検出がなされているかどうかが判断される。前記第４判断部３４での正常異常の第３判断結果４５は第５判断部３５に送出され、又前記タンク圧力値Ｐ1tは前記第４判断部３４を介して第６判断部３６及びスイッチング部３７に送出される。

前記演算器３１で積分され算出された前記タンク２内の液位と、前記液位／圧力換算データテーブル２３によって、前記タンク２内の液位に基づくタンク圧力値が演算され、演算されたタンク圧力値は動特性補正部３８により、前記タンク圧検出センサ８の動特性とマッチングする様に前記演算タンク圧力値が補正される。前記動特性補正部３８からは合成タンク内圧力値Ｐ1sが送出され、前記第６判断部３６に入力される。

該第６判断部３６では前記第４判断部３４を介して入力された前記タンク圧力値Ｐ1tと前記合成タンク内圧力値Ｐ1sとが比較され、両者の偏差が所定範囲内例えば０．０５ＭＰａ以内であると正常と判断され、所定偏差を越えた場合は、前記タンク圧検出センサ８の検出値が異常であるという判断がされる。前記第６判断部３６での正常異常の第４判断結果４６は前記第５判断部３５に送出され、又前記合成タンク内圧力値Ｐ1sは前記第６判断部３６を介して前記スイッチング部３７に送出される。

前記第５判断部３５からは前記第４判断部３４からの第３判断結果４５、前記第６判断部３６からの第４判断結果４６を基に前記タンク圧検出センサ８が正常であるか否かの判断４７が出力される。即ち、前記第３判断結果４５、前記第４判断結果４６のいずれか１つでも異常と判断されると前記判断４７は異常となり、前記第３判断結果４５、前記第４判断結果４６の判断が共に正常である場合に前記判断４７は正常となる。前記スイッチング部３７は前記判断４７をスイッチング信号として切替り、該判断４７が正常の場合は前記タンク圧力値Ｐ1tを前記上位システム２４に出力し、前記判断４７が異常の場合は前記合成タンク内圧力値Ｐ1sが前記上位システム２４に出力される。

前記上位システム２４は前記判断４７に基づき前記タンク圧検出センサ８の健全性を判断し、或は正常／異常を表示装置等に表示する。又、前記スイッチング部３７から出力される前記タンク圧力値Ｐ1t、又は前記合成タンク内圧力値Ｐ1sに基づき設備の運用を行う。

上記した様に、前記液温検出センサ７、前記タンク圧検出センサ８の健全性を他の部位で用いられているセンサに基づき判断し、更に他の部位で用いられているセンサに基づき合成液温値Ｔ1s、合成タンク内圧力値Ｐ1sを求め、前記液温検出センサ７、前記タンク圧検出センサ８に異常があった場合にも、合成液温値Ｔ1s、合成タンク内圧力値Ｐ1sを使用して設備を運用させ、設備を直ちに停止することなく、運用の続行を可能にするので、設備に於けるセンサの信頼性、設備の運用性の向上が図れる。

本発明の実施の形態を示す概略ブロック図である。 該実施の形態の作用を説明する説明図である。

符号の説明

１ 液化ガス供給源
２ タンク
３ 液化ガス供給ライン
４ 電磁弁
５ 外気温度検出センサ
６ 供給圧検出センサ
７ 液温検出センサ
８ タンク圧検出センサ
１６ 入出力制御部
１７ 演算制御部
１８ 記憶部
１９ 閾値
２０ 制御装置
２１ 外気温／液化ガス供給圧データテーブル
２２ 液位／温度換算データテーブル
２３ 液位／圧力換算データテーブル
２６ 第１判断部
２７ 第２判断部
２８ 第３判断部
２９ スイッチング部
３４ 第４判断部
３５ 第５判断部
３６ 第６判断部
３７ スイッチング部

Claims (8)

1. タンク内の温度、圧力の少なくとも１つをタンクの液位と関連付けてデータテーブル化し、外気温、液化ガスの供給圧からタンクの液位を演算し、該演算したタンクの液位と前記データテーブルとに基づきタンク内の温度、圧力の少なくとも１つについて合成値を演算し、タンク内の温度、圧力を検出する少なくとも１つのセンサの検出値と前記合成値とを比較し、前記センサの正常異常を判断することを特徴とする液化ガスタンクの監視方法。
2. タンクの液位は、供給系に設けられた弁の弁開度と外気温、液化ガスの供給圧から演算される請求項１の液化ガスタンクの監視方法。
3. 外気温と、液化ガス供給圧と、タンクへの供給流量とを関連付けてデータテーブル化し、該データテーブルを基にタンク内の液位を演算する請求項１又は請求項２の液化ガスタンクの監視方法。
4. センサが正常と判断された場合には、センサの検出値で設備が運用され、センサが異常と判断された場合は、合成値で設備が運用される請求項１の液化ガスタンクの監視方法。
5. タンク内の液温を検出する液温検出センサとタンク内の圧力を検出するタンク圧検出センサとの内少なくとも１つのタンク用センサと、外気温を検出する外気温度検出センサと、液化ガスの供給圧を検出する供給圧検出センサと、前記外気温度検出センサで検出した外気温、前記供給圧検出センサで検出した供給圧を基に前記タンク用センサが検出する検出値に対応する合成値を演算し、前記検出値と前記合成値とを比較して前記タンク用センサの正常異常を判断する制御装置とを具備することを特徴とする液化ガスタンクの監視装置。
6. 供給系に設けられた弁の弁開度を検出する弁開度検出センサを具備し、前記制御装置は検出された前記外気温、前記供給圧及び前記弁開度検出センサで求めた弁開度を基に合成値を演算する請求項５の液化ガスタンクの監視装置。
7. 前記制御装置は、外気温と液化ガス供給圧と液化ガス供給量とを関連付けた外気温／液化ガス供給圧データテーブル、タンク内液位とタンク内液温又はタンク内圧力とを関連付けた液位換算データテーブルを格納する記憶部を具備し、前記外気温／液化ガス供給圧データテーブルに基づきタンク内液位を演算し、演算された液位と前記液位換算データテーブルとに基づき合成値を演算する請求項５の液化ガスタンクの監視装置。
8. 前記制御装置は、前記検出値と前記合成値とを比較して前記タンク用センサの正常異常を判断し、正常の場合は検出値を出力し、異常の場合は合成値を出力する請求項５の液化ガスタンクの監視装置。

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