JP2014510315A - 製紙工業におけるプラントに対するギャップ分析についてのエネルギのベンチマーキングのための方法とシステム - Google Patents
製紙工業におけるプラントに対するギャップ分析についてのエネルギのベンチマーキングのための方法とシステム Download PDFInfo
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Abstract
本発明は、製紙工業におけるプラントに対するギャップ分析についてのエネルギのベンチマーキングのための方法に関する。前記プラントは、少なくとも1つの装置を有する。前記方法は、a)前記プラント、並びに/或いは他のプラントのうちの1つ以上の他のプラント、並びに/或いは前記プラント又は他のプラント、の中の1つ以上の装置の性能パラメータを監視するステップと、ここで、性能パラメータは、設計データ、又はプラントモデル、又は履歴の動作データ、又は現在の動作データから評価される、b)前記1つのプラント又は他のプラント、或いは前記1つのプラント又は他のプラントのうちの少なくとも1つの他のプラント、或いはその組み合わせ、の中の少なくとも1つの装置の少なくとも1つの他の性能パラメータに対して、少なくとも1つの性能パラメータを比較するステップと、c)比較されている前記少なくとも1つの性能パラメータ又は他の性能パラメータから、性能パラメータのうちの1つを選択するステップと、d)選択された性能パラメータの値を、ベンチマークとして設定するステップと、e)ベンチマークに基づいて、前記プラントを制御するステップと、を含む。更に、本発明は、本発明の方法に従って前記方法を実行するための及び実行することができるシステムに関する。
【選択図】 図1
【選択図】 図1
Description
本発明は、エネルギのベンチマーキング(benchmarking)のための方法とシステム、より詳しくは、製紙工業におけるプラントに適用されるギャップ分析(gap analysis)についてのエネルギのベンチマーキングに関する。
製紙工業のプラントは、一般に木材パルプから紙を作るために使用される抄紙機(paper machine)を有する。通常、抄紙機は、ドライヤセクション(dryer section)に加えて、他のセクション、即ち、ウェットエンドセクション(wet end section)と、ウェットプレスセクション(wet press section)と、カレンダセクション(calendar section)とを有する。ドライヤセクションでは、パルプを一連のローラに通して乾燥させる。一連のローラは、蒸気によって加熱され、それによって、水分を取り除く。従って、蒸気エネルギは、製紙工程において非常に重要である。しかしながら、プラント中の装置における及び装置による蒸気エネルギの非効率的な動作又は非効率的な使用が原因で、この蒸気エネルギは、浪費又は非効率的に使用されている。
エネルギ効率に対する目標を設定し、プラントのエネルギの管理等を行うために、ベンチマーキングが行われ、更に、蒸気エネルギに関する損失を検出することができる。現在は、プラントに対する、履歴の動作データと、現在の動作データと、ベストプラクティス(best practice)とに基づいて、ベンチマーキングが行われている。このアプローチを通じて、これに対して行われるベンチマーキングは、プラントの動作改善に対する可能性(potential)に相当し、プラントの動作改善に対する可能性を評価する。
現在の実務(practice)では、動作状況に関して改善するためのベンチマーキングを扱っており、プラントにおけるメンテナンスを通じて改善するためのベンチマーキングに焦点は当てられていない。これは恐らく、ベンチマーキングにおいて設計性能(design performance)の使用が非常に限られているか又は設計性能が使用されておらず、メンテナンスに対する決定は、経験に基づいて、必要が生じたときに行われているからである。動作改善のためのベンチマーキングは、対応する措置を通じてプラントの性能を確実に高めるが、プラント/装置の非効率的な性能に関連する問題に完全に対処しているとは限らない。同じ理由で、ベンチマーキングについて十分な検討がプラントの設計に及ぼされていない。プラントの設計を検討し、一方で、ベンチマーキングを行う必要があることに留意することが不可欠である。
従って、メンテナンスを通じて改善する可能性を含む、ギャップ分析についてのエネルギのベンチマーキングが必要である。本発明は、ギャップ分析についてのエネルギのベンチマーキングのための、改善された動作とメンテナンスとを通じて改善する可能性を含む、統合されたアプローチ(integrated approach)を提供する。
発明の目的
本発明の目的は、動作の変更とメンテナンスとを通じて改善する可能性を含む、統合されたアプローチを有する、エネルギのベンチマーキングのための方法を提供することである。
本発明の目的は、動作の変更とメンテナンスとを通じて改善する可能性を含む、統合されたアプローチを有する、エネルギのベンチマーキングのための方法を提供することである。
更に、本発明の別の目的は、様々な装置/設計と、環境(climate)と、生産能力と、寿命と、製品とに関連する、プラントに用いることができるエネルギのベンチマーキングのための方法を提供することである。
本発明の更に別の目的は、本発明に従ってベンチマーキングのための方法を行うための及び行うことができるシステムを提供することである。
従って、本発明は、プラントと共に1つ以上の他のプラントを有する製紙工業における前記プラントに対するギャップ分析についてのエネルギのベンチマーキングのための方法を提供することである。前記プラントは、少なくとも1つの装置を有する。前記方法は、a)前記1つのプラント及び/又は複数の他のプラントのうちの1つ以上の他のプラント、の中の少なくとも1つの装置の少なくとも1つの性能パラメータ(performance parameter)を監視するステップと、ここで、前記性能パラメータは、設計データ、又はプラントモデル、又は履歴の動作データ、又は現在の動作データから評価される、b)前記少なくとも1つの性能パラメータを、少なくとも1つの他の性能パラメータと比較するステップと、ここで、他の性能パラメータは、前記1つのプラント又は他のプラント、或いは前記1つのプラント又は他のプラントのうちの少なくとも1つの他のプラント又はその組み合わせ、の中の少なくとも1つの装置からである、c)比較されている前記少なくとも1つの性能パラメータ又は他の性能パラメータから、性能パラメータのうちの1つの性能パラメータを選択するステップと、d)選択された性能パラメータの値を、ベンチマークとして設定するステップと、e)前記ベンチマークに基づいて、前記プラントを制御するステップと、を含む。
従って、本発明は、本発明の方法に従って、上述で参照したように、プラントのエネルギのベンチマーキングのためのシステムを更に提供する。前記システムは、a)設計データを取得する手段と、b)履歴の動作データ又は現在の動作データ、或いはこの両者を処理する1つ以上のデータプロセッサと、c)それに応じて、履歴の動作データ又は現在の動作データ、或いはこの両者を、履歴の動作データ及び現在の動作データの1つ以上のセットに、環境条件に基づいて分ける1つ以上の環境フィルタと、d)設計データから評価された1つの性能パラメータを、履歴の動作データから評価された他の性能パラメータと比較する第1の比較器コンポーネントと、e)履歴の動作データから評価された1つの性能パラメータを、現在の動作データから評価された他の性能パラメータと比較する第2の比較器コンポーネントと、f)メンテナンス又は動作、或いはこの両者を通じての改善を推定する推定モジュールと、を具備する。
本発明は、製紙工業におけるプラントに対するギャップ分析についてのエネルギのベンチマーキングに関する。本発明は、例示的な実施形態に関連して、図1を参照して、更に詳しく記載される。製紙工業では、プラントは、少なくとも1つの装置を有している。一般に、このようなプラントは1つ以上ある。明細書の中で以下に記載するベンチマーキングは、性能パラメータ(performance parameter)としての最良の重要業績評価指数(key performance index, KPI)を十分に考慮して行われる。しかしながら、性能パラメータは、KPIに対して制限されていない。KPIは、装置及び/又はプラントの性能に関係し、分析のための尺度(measure)であると考えることができる。本発明の目的として、KPIは、装置及び/又はプラントの設計と、履歴の動作データと、現在の動作データとに関係するKPIのうちの1つ以上を含む。装置及び/又はプラントの設計と、履歴の動作データと、現在の動作データは、それぞれ、KPIDと、KPIHと、KPICと呼ばれる。
単純にするために、本発明は、モジュールを参照して更に記載される。このようなモジュールに対する参照は、制限又は制約を全くせず、単に、本発明のより良い理解を意図している。
第1のモジュールは、KPIDを決定することに関連している。KPIDは、設計性能及び/又はプラントモデルから決定される。この中で、プラントモデルは、プラントのベストプラクティス又は標準(standard)からの入力を用いる。プラントモデルを用いる場合に、前記プラントモデルは、設計性能に整合するように調整される。
第2のモジュールは、KPIHを決定することに関連している。履歴の動作データは、ある期間にわたって又はある期間中に取得される。履歴の動作データは、何等かの疑わしいデータを取り除くために、データプリプロセッサ(data pre-processor)によって前処理される(pre-process)。前処理された履歴の動作データは、同様の環境条件に基づいて、環境フィルタによって複数のデータセットに分けられる。このようなデータセットの各々に対して、履歴性能指数を推定する。最良の履歴性能指数は、推定履歴性能指数から選択され、KPIHと呼ばれる。
第3のモジュールは、KPICを決定することに関係している。プラントの現在の動作データを取得し、データプリプロセッサによって前処理し、何等かの疑わしいデータを取り除く。前処理された現在の動作データは、環境条件に基づいて、この中で既に記載したやり方と同様のやり方で、環境フィルタによって複数のデータセットに分けられる。現在の性能指数が推定され、その後で、KPICが決定される。
設計と、履歴の動作データと、現在の動作データとに関するKPI、即ち、KPIDと、KPIHと、KPICは、それぞれ、この中で既に記載したやり方で決定され、それに応じて、第4と第5のモジュールにおいて比較される。
第4のモジュールにおいて、第1の比較器コンポーネントは、KPIDとKPIHとを比較する。このような比較において、KPIDがKPIHよりも良い場合は、ベンチマーク1はKPIDに設定され、さもなければ、装置レベルにおける性能が評価される。KPIHがKPIDよりも良い場合は、ベンチマークは、KPIHの値でKPIDに設定される。KPIDがベンチマーク1として設定されると、KPIHをその閾値に対して更に照らし合わせる。KPIHが閾値より低い場合は、メンテナンスを通じて改善する可能性が、推定モジュールによって推定される。この後で、前記プラントに関係する装置レベルのベンチマーキングを実行するために、装置レベルにおける性能が評価される。しかしながら、KPIHが閾値より低くない場合は、前記プラントの性能に関連して、このことが報告される。
同様に、第5のモジュールにおいて、第2の比較器コンポーネントは、KPIHとKPICとを比較する。KPICがより良い場合は、KPIHは、KPICで更新され、ベンチマーク2として設定される。比較において、KPIHがより良い場合は、KPIHがベンチマーク2として設定され、更に、KPICをその閾値に対して更に照らし合わせる。KPICが閾値より高い場合は、前記プラントの性能に関連して、このことが報告される。他方で、KPICが閾値より低い場合は、動作を通じて改善する可能性が、推定モジュールによって推定され、その後で、装置レベルのベンチマーキングが行われる。KPIHとKPICとの両者が閾値より低い場合は、メンテナンスで改善する可能性が、推定モジュールによって推定される。それぞれ第4と第5のモジュールで参照したベンチマーク1と2は、工場レベル(mill level)で行われるベンチマーキングに関係する。
ベンチマーキング中に使用され、更に、推定又は計算されたデータは、データベースにおいて利用可能にされ、適切及び適当な時及び場合に、更新される。前記データベースにおける利用可能なこのようなデータは、1つ以上の装置及び/又はプラントの工場、或いはその組み合わせの、寿命、設計型式、メンテナンスの履歴、等に関係するデータのうちの1つ以上を含む。
テーブル1;典型的なプラントに対して定義され得るKPIの例を以下で提供する。更に、メンテナンスと動作とを通じての、可能性のある蒸気の節約(potential steam saving)についての式を記載する。
ここで、SSは、特定の蒸気の使用(specific steam usage)、トンの蒸気/トンの乾燥した紙(ton steam/ton dry paper)であり、
SSDと、SSHと、SSCは、それぞれ、設計性能と、履歴の動作データと、現在の動作データとに関係する特定の蒸気の使用、複数トンの蒸気/トンの乾燥した紙(tons steam/ton dry paper)であり、
CRは、復水回収(condensate return)、%であり、
CRDと、CRHと、CRCは、それぞれ、設計性能と、履歴の動作データと、現在の動作データとに関係する復水回収、%であり、
KPIは、重要業績評価指数であり、
KPIDと、KPIHと、KPICは、それぞれ、設計性能と、履歴の動作データと、現在の動作データとに関係する重要業績評価指数であり、
Pは、紙の生産レート(production rate)、複数トンの乾燥した紙/時(tons of dry paper/hr)であり、
Fsは、プラントへの新しい蒸気の流量(flow rate)、複数トン/時(tons/hr)であり、
Ecは、復水のうちの回収復水のエンタルピー(enthalpy)、kJ/トン(kJ/ton)であり、
Esは、蒸気のうちのフレッシュな蒸気(fresh steam)のエネルギ、kJ/トンである。
SSDと、SSHと、SSCは、それぞれ、設計性能と、履歴の動作データと、現在の動作データとに関係する特定の蒸気の使用、複数トンの蒸気/トンの乾燥した紙(tons steam/ton dry paper)であり、
CRは、復水回収(condensate return)、%であり、
CRDと、CRHと、CRCは、それぞれ、設計性能と、履歴の動作データと、現在の動作データとに関係する復水回収、%であり、
KPIは、重要業績評価指数であり、
KPIDと、KPIHと、KPICは、それぞれ、設計性能と、履歴の動作データと、現在の動作データとに関係する重要業績評価指数であり、
Pは、紙の生産レート(production rate)、複数トンの乾燥した紙/時(tons of dry paper/hr)であり、
Fsは、プラントへの新しい蒸気の流量(flow rate)、複数トン/時(tons/hr)であり、
Ecは、復水のうちの回収復水のエンタルピー(enthalpy)、kJ/トン(kJ/ton)であり、
Esは、蒸気のうちのフレッシュな蒸気(fresh steam)のエネルギ、kJ/トンである。
上述の文脈から、装置レベルのベンチマーキングが行われるものと解釈され、明細書において以下で説明される。プラントレベルに対する上述のベンチマーキングとギャップ分析は、何れにしても、装置レベルにおけるベンチマーキングの一部であるか、又は単に装置レベルのベンチマーキングである。プラントレベルのベンチマーキングの後で、装置レベルのベンチマーキングは、更なるステップを含む。更なるステップでは、プラントレベルにおけるベンチマークキングのアプローチと同様のアプローチが続くが、装置に関係する、設計と、履歴の動作データと、現在の動作データとに対する重要業績評価指数を推定することを含む。従って、それぞれ、設計と履歴の動作データとに対するベンチマーク3と4が、プラントにおける全ての装置に対して設定される。KPIH及び/又はKPICが閾値より低くなると、それに応じて、メンテナンス及び/又は動作を通じて改善する可能性が推定される。装置の効率/特性の性能曲線を使用して、動作能力の関数としてKPIDを定義することができる。この情報を使用して、設計能力より低い又は設計能力から離れていることに起因する性能のギャップを推定することができる。
例えば、原動力となる蒸気流(motive steam flow)に対するフラッシュ蒸気流(flash steam flow)の比率として定義される飛沫同伴比率(entrainment ratio, ER)は、その性能の直接的な指標である。この比率、即ち、ERがより高い値であることは、紙のドライヤに対してフラッシュ蒸気をより多く再循環(recycle)していることと、それを最も良く利用していることとを示す。この指数は、熱圧縮器(thermo-compressor)のエネルギ強度に影響を及ぼし、この指数を使用して、熱圧縮器において行うことができる可能性のあるエネルギの節約を評価することができる。テーブル2には、設計と、履歴の動作データと、現在の動作データとに対するKPI、即ち、それぞれ、KPIDと、KPIHと、KPICと、フラッシュ蒸気と原動力となる蒸気とに対する特定のエネルギと、その下段における、設計と、履歴の動作データと、現在の動作データとに関する飛沫同伴比率、即ち、ERDと、ERHと、ERCが与えられている。フラッシュ蒸気のエネルギ(flash steam energy)と、原動力となる蒸気のエネルギ(motive steam energy)とに対するERは、それぞれ、EFSと、EMSとして表されている。
テーブル3は、上述のKPI値、即ちERの関数としての、排出蒸気(discharge steam)のエネルギ強度(それぞれ、設計と、履歴の動作データと、現在の動作データ、即ち、EIDと、EIHと、EIC)、kJ/トンと、メンテナンス及び動作を通じての改善による可能性のあるエネルギの節約と、の計算式を与えている。ERが増加する一方で、エネルギ強度が低下することに留意すべきである。
1つのプラントに対する上述の説明から推測されるプラントレベルと装置レベルとにおいて設定されたベンチマークを、データベースに記憶することができる。これらのベンチマークを、他の1つ以上のプラントに対して設定されたこのような同様のベンチマークと、第3の比較器コンポーネントによって、意味があるように(meaningfully)比較することができる。
製紙工業におけるプラントは、寿命と動作の構成、設計/技術、規模が異なることが多い。従って、履歴の動作データのみからのベンチマークは、非常に大きく相違する2つのプラント間のギャップ分析にとって十分ではない。従って、このような場合に、下記のもののうちの1つ以上に基づいて、全体的なベンチマーキングが設定される。
a)設計と履歴の動作データ自体とに基づいて、目標の改善が設定されると、個々のプラントレベルにおいて設定されるベンチマークは、ギャップ分析にとって十分である。
b)1つのプラントの設計性能について定義されたベンチマークを、他のプラントの設計性能と比較することができる。従って、ベンチマークとしてより良い構成を提案できる。生産のニーズと利用可能な資源とに基づいて、プラントにおいて、新たな構成を適応させてもよく、又は既存の構成を改善することができる。例えば、プラントは、覆い(hood)のない構成から、覆いのある構成に移ることができる。
c)1つのプラントにおける装置の設計性能に対して定義されたベンチマークと、他のプラントにおける同様の機能を備えた装置に対する設計のベンチマークとを、設計型式が異なっていても、比較することができる。
d)動作性能についてのベンチマークを、他のプラントと比較する前に、設計に対して正規化する(normalize)ことができる。設計性能が、動作能力の関数として与えられる。
上述の統合されたマルチレベルのベンチマーキングのアプローチでは、個々のプラントのレベルと、装置のレベルと、複合的なプラントのレベルとにおいて、設計と履歴性能に対して、ベンチマークが設定される。
本発明は、動作とメンテナンスを通じての改善と、評価された性能パラメータとを区別し、履歴と現在の性能データに対応して関係付けた、設計と、履歴と、現在の性能について装置及び/又はプラントに対して設定されたベンチマークは、メンテナンスと動作とを通じて改善する可能性を定量的に(quantitatively)推定するのに十分である。従って、履歴の動作データに基づく、及び設計に関連する、ベンチマークと比較して、ギャップ分析を意味があるように行うことができる。複数のプラントの動作データに基づいて動作性能を直接に比較することは、環境条件と、設計と、構成、等が原因で解消できない差のために、ベンチマーキングにとって必ずしも適切であると限らない。しかしながら、本発明は、これに対処し、1つのプラントにおける設計性能に基づいて設定されたベンチマークと、他のプラントの設計のベンチマークとを、装置のタイプ等が異なっていても、定量的に比較することができる。
更に、メンテナンス及び/又は動作を通じて改善するために行われた推定と、設定されたベンチマークとに基づいて、プラントが制御される。
明細書における上述の発明は、例示的な実施形態に関連しており、全く網羅的ではない。明示的に詳しく述べられていない本発明のある特定の態様は、当業者によって十分に理解できる。本発明に対する何等かの関連性を有する態様のバリエーションと変更は、本発明の範囲内であると解釈するのが適切である。
Claims (10)
- 少なくとも1つの装置を有するプラントに対するエネルギのベンチマーキングのための方法であって、
前記プラントは、単独の1つのプラントであるか、又は複数の製紙工業プラントにおける複数の他のプラントのうちの1つ以上の他のプラントと共存する1つのプラントであり、
前記方法は、
前記1つのプラント及び/又は複数の他のプラントのうちの1つ以上の他のプラント、の中の少なくとも1つの装置の少なくとも1つの性能パラメータを監視するステップと、
ここで、前記性能パラメータは、設計データ、又はプラントモデル、又は履歴の動作データ、又は現在の動作データから評価される、
前記1つのプラント又は他のプラント、或いは前記1つのプラント又は複数の他のプラントのうちの少なくとも1つの他のプラント又はその組み合わせ、の中の前記少なくとも1つの装置の少なくとも1つの他の性能パラメータに対して、前記少なくとも1つの性能パラメータを比較するステップと、
比較されている前記少なくとも1つの性能パラメータ又は他の性能パラメータから、性能パラメータのうちの1つの性能パラメータを選択するステップと、
前記選択された性能パラメータの値を、ベンチマークとして設定するステップと、
前記ベンチマークに基づいて、前記プラントを制御するステップと、
を含む、方法。 - 前記性能パラメータは、
複数の設計性能曲線及び/又はプラントモデルに基づくKPIDと、
履歴の動作データに基づくKPIHと、
現在の動作データに基づくKPICと、
にそれぞれ属する重要業績評価指数(KPI)である、請求項1に記載の方法。 - 前記比較するステップは、
設計データ、又はプラントモデル、又は履歴の動作データ、又は現在の動作データを評価した他の性能パラメータである前記少なくとも1つの性能パラメータと、1つの性能パラメータである前記性能パラメータを比較すること、
を更に含む、請求項1又は2に記載の方法。 - 前記比較するステップは、
設計データから評価された前記1つの性能パラメータを、履歴の動作データから評価された前記他の性能パラメータと、第1の比較器コンポーネントによって比較すること、
を更に含む、請求項1乃至3の何れか1項に記載の方法。 - 前記比較するステップは、
履歴の動作データから評価された前記1つの性能パラメータと、現在の動作データから評価された前記他の性能パラメータとを、第2の比較器コンポーネントによって比較すること、
を更に含む、請求項1乃至3の何れか1項に記載の方法。 - 前記ベンチマークを設定するステップは、
履歴の動作データから評価された前記1つの性能パラメータが、閾値より低い場合に、メンテナンスを通じての改善を推定すること、
を更に含む、請求項4に記載の方法。 - 前記ベンチマークを設定するステップは、
現在の動作データから評価された前記他の性能パラメータが、履歴の動作データから評価された前記1つの性能パラメータより低い場合に、動作を通じての改善を推定すること、及び/又は、
履歴の動作データと現在の動作データから評価された前記1つの性能パラメータと前記他の性能パラメータとの両者が、それぞれ、閾値より低い場合に、メンテナンスを通じての改善を推定すること、
を更に含む、請求項5に記載の方法。 - 請求項1乃至7の何れか1項に記載の方法に従って、少なくとも1つの装置を有するプラントに対するエネルギのベンチマーキングのためのシステムであって、
前記プラントは、単独の1つのプラントであるか、又は複数の製紙工業プラントにおける複数の他のプラントのうちの1つ以上のプラントと共存する1つのプラントであり、
前記システムは、
前記1つのプラント又は前記複数の他のプラントのうちの1つ以上の他のプラント、の設計データを取得する手段と、
前記1つのプラント又は前記複数の他のプラントのうちの1つ以上の他のプラントの、履歴の動作データ又は現在の動作データ、或いはこの両者を処理する1つ以上のデータプロセッサと、
それに応じて、前記履歴の動作データ又は現在の動作データ、或いはこの両者を、履歴の動作データ及び現在の動作データの1つ以上のセットに、環境条件に基づいて分ける1つ以上の環境フィルタと、
設計データから評価された1つの性能パラメータを、履歴の動作データから評価された他の性能パラメータと比較する第1の比較器コンポーネントと、
履歴の動作データから評価された1つの性能パラメータを、現在の動作データから評価された他の性能パラメータと比較する第2の比較器コンポーネントと、
前記1つのプラント又は複数の他のプラントのうちの1つ以上の他のプラント、並びに/或いは前記1つのプラント又は前記複数の他のプラントのうちの1つ以上の他のプラント又はその組み合わせ、の中の前記少なくとも1つの装置のメンテナンス又は動作、或いはこの両者を通じての改善を推定する推定モジュールと、
を具備する、システム。 - 前記設計データを取得する手段は、
前記1つのプラント又は他のプラント、のうちの1つ以上のプラントに対応する設計データを提供する1つ以上のプラントモデル、
を含む、請求項8に記載のシステム。 - 前記1つのプラントの前記1つの性能パラメータを、前記他の性能パラメータと比較する第3の比較器コンポーネント、
を更に具備する、請求項8に記載のシステム。
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