JP2016065643A

JP2016065643A - 液化ガス製造設備

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Publication number: JP2016065643A
Application number: JP2012288965A
Authority: JP
Inventors: 敬二秋山; Keiji Akiyama; 克寿若松; Katsutoshi Wakamatsu; 直之竹澤; Naoyuki Takezawa; 隆宏北林; Takahiro Kitabayashi; 優仁清和; Masahito Kiyokazu; 謙角谷; Yuzuru Kakutani; 隆平田; Takashi Hirata; 久保田　圭; Kei Kubota; 圭久保田
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2016-04-28
Also published as: WO2014103332A1; AP2015008564A0; US10215486B2; CA2894789A1; US20150354887A1; CA2894789C

Abstract

【課題】液化ガス設備間に溜まるホットエアを取り除く。【解決手段】供給ガスを液化し、液化ガスを製造する液化ガス製造部を複数有する液化ガス製造設備であって、各液化ガス製造部は、供給ガスを冷媒と熱交換して冷却する熱交換器と、供給ガスとの熱交換により蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を冷却するエアフィンクーラー部と、冷却された冷媒を断熱膨張して冷却する膨張部を有し、エアフィンクーラー部は、複数のエアフィンクーラーを有しそのエアフィンクーラーを少なくとも１列の直線状に配置して全体として第１長方形状となり、液化ガス製造部は、エアフィンクーラー部の第１長方形状の長手方向に対しそのサイドに、熱交換器、圧縮機、膨張部をそれぞれ配置して全体として第２長方形状となり、複数の液化ガス製造部のうち第１および第２液化ガス製造部は、第２長方形状の長手方向距離をずらして配置される設備が提供される。【選択図】図８

Description

本発明は、液化ガス製造設備に関する。

液化ガス製造設備としてのＬＮＧ（ＬｉｑｕｅｆｉｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ）製造設備は、天然ガスを精製及び液化して、ＬＮＧを製造する設備である。

図１は、ＬＮＧ製造設備の一例を示す機能ブロック図である。ガス田から供給されるガスは、液分離工程の後に、ＬＮＧ製造設備に提供される。ＬＮＧ製造設備では、ガスから水銀除去、酸性ガス除去、水分除去、液化、窒素除去等の工程を得て、ＬＮＧが製造される。

液化工程で使用される冷媒は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルにより、循環利用される。冷凍サイクルでは、気体の冷媒は圧縮機で圧縮され、凝縮器で圧縮冷媒を冷却して、液化し、膨張弁等で圧力を下げ、低温化した冷媒で、天然ガスと熱交換し、再度気体の冷媒が生成する。このようにして、圧縮機の動力と、凝縮器の熱交換を用いた冷凍サイクルを介して、天然ガスは、液化される。

ＬＮＧ製造設備では、この冷凍サイクルの凝縮器は、水冷や空冷を使われる。水冷式の凝縮器は、冷却水の冷却に海水を使う場合が多いが、熱交換により暖められた海水が、環境に与える影響が問題となっており、近年、空冷式の凝縮器を採用するＬＮＧ製造設備が増えてきている。

特許文献１の図１及び図２に示されるように、ＬＮＧ製造設備は、設備中央に、パイプラックを設け、その両脇に、圧縮機、天然ガスを冷却する熱交換器、天然ガスを精製する蒸留塔等を配置するのが通常である。そして、空冷式の凝縮器を採用するＬＮＧ製造設備は、パイプラックの頂上に複数のエアフィンクーラを配置している。

ＬＮＧ製造設備は、複数のエアフィンクーラは、少なくとも１列の直線状に配置して全体として長方形状を有している。ＬＮＧ製造設備は、エアフィンクーラを上部に配置したパイプラックの両脇に、関連設備を有しているので、全体として長方形状となっている。

近年、ＬＮＧ製造設備の大型化に伴い、プロジェクトの最初の段階で、１つ、又は、２つのＬＮＧ製造設備を建設し、需要の増大に従って、ＬＮＧ製造設備を増やしていくことが多い。プロジェクトの進行に伴い適宜建設されていくＬＮＧ製造設備は、モジュール化され、略同形式であり、モジュール化されたおり、「ＬＮＧトレイン」、「ＬＮＧモジュール」、「ＬＮＧユニット」等と呼ばれる。

特許文献２の図１では、複数のＬＮＧモジュール２０が、互いに隣接配置される（特許文献１図１）。

特開２００５−１４７５６８号公報特開２００５−３５１５０３号公報

特許文献１の図１に示すＬＮＧモジュール２０は、複数用意されており、これらは、長手方向に隣接し、全体として長方形状を形成している。

図２は、ＬＮＧプラントの配置の一例を示す図である。図２のＬＮＧ設備１０００Ａ〜１０００Ｃは、長手方向に隣接し、全体として長方形状１１００を形成している。

これは、上記のようにＬＮＧ製造設備が、長方形状であり、コスト削減のためＬＮＧ製造設備を配置するエリアを最小化しようとすると、複数のＬＮＧプラントを覆うエリアそのもの（図２で示す１１００）を長方形状とすることによる。

図３は、ＬＮＧ製造設備間のホットエアの問題を示す平面図である。ＬＮＧ製造設備のエアフィンクーラは、その上部にファンを有して、ファンにより下部から冷たい空気を吸込み、チューブ内を流れる温かい流体と熱交換して、温かい空気を上部から排出する。しかしながら、図３に示すように、空冷式の凝縮器を採用するＬＮＧトレイン１０００Ａは、隣接する他のＬＮＧトレイン１０００Ｂから排出される温かい空気（図３の１２００）を、吸い込むことで、ＬＮＧ製造量が減少するという問題がある。なお、この問題は、トレイン内のエアフィンクーラが排出したホットエアが、同じトレイン内のエアフィンクーラの吸込みガスとして使用される問題は、ホットエアリサーキュレーション（ＨＡＲ）と呼ばれるているが、外部にあるトレインのホットエアを吸込むため、「外部ＨＡＲ」と言う。

図４は、ＬＮＧ製造設備間のホットエアの問題を示す断面図である。ＬＮＧトレインＢからの横風により、エアフィンクーラの排気が、ＬＮＧトレインＡの吸気として利用される。これにより、ＬＮＧトレインＡのＬＮＧ製造量が減少する。

図５は、エアフィンクーラの入り口温度上昇と、ＬＮＧ製造量の関係を示す図である。図５ではＬＮＧ製造設備の製造量の実測値を示したものである。エアフィンクーラの吸込み温度が、２８．５℃のときは、４７０［トン／ｈ］のＬＮＧを製造できるが、吸込み温度が、３１．５℃に上がると、３７０［トン／ｈ］の製造量にダウンする。このように、外部ＨＡＲにより、吸込み温度が上がると、ＬＮＧ製造設備の生産性に大きな影響を生じる。

上記課題を解決する形態は、以下の項目に示すようなものである。
不要物を除去してメタンを主成分とする供給ガスを液化し、液化ガスを製造する液化ガス製造部を複数有する液化ガス製造設備であって、
前記各液化ガス製造部は、前記供給ガスを冷媒と熱交換して冷却する熱交換器と、前記供給ガスとの熱交換により蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を冷却するエアフィンクーラー部と、前記冷却された冷媒を断熱膨張して冷却する膨張部を有し、
前記エアフィンクーラー部は、複数のエアフィンクーラーを有しそのエアフィンクーラーを少なくとも１列の直線状に配置して全体として第１長方形状となり、
前記液化ガス製造部は、エアフィンクーラー部の第１長方形状の長手方向に対しそのサイドに、前記熱交換器、圧縮機、膨張部をそれぞれ配置して全体として第２長方形状となり、
前記複数の液化ガス製造部のうち第１および第２液化ガス製造部は、前記第２長方形状の長手方向距離をずらして配置されること、を特徴とする液化ガス製造設備。

ＬＮＧ製造設備の一例を示す機能ブロック図である。ＬＮＧプラントの配置の一例を示す図である。ＬＮＧ製造設備間のホットエアの問題を示す平面図である。ＬＮＧ製造設備間のホットエアの問題を示す断面図である。エアフィンクーラの入り口温度上昇と、ＬＮＧ製造量の関係を示す図である。従来のＬＮＧ製造設備の並列配置例を示すものである。ＬＮＧ製造設備の並列配置例におけるＣＦＤ解析結果を示す図である。本実施形態に係るＬＮＧ製造設備の配置例を示す図である。東風の影響を示すＣＦＤ解析例を示す図である。東風の影響を示すＣＦＤ解析例を示す図である。東風の影響を示すＣＦＤ解析例を示す図である。トレイン中心間を流れる風の影響を示すＣＦＤ解析例を示す図である。トレイン中心間を流れる風の影響を示すＣＦＤ解析例を示す図である。トレイン中心間を流れる風の影響を示すＣＦＤ解析例を示す図である。図８に示すＬＮＧトレイン３の温度変化を示す図である。図８に示すＬＮＧトレイン２の温度変化を示す図である。図８に示すＬＮＧトレイン１の温度変化を示す図である。オフセット比を“１”とするＬＮＧ製造設備の配置例を示す図である。用役設備は、トレイン毎に配置したＬＮＧ製造設備を示す図である。

以下、図面を参照して、［１］並列配置されるＬＮＧ製造設備、［２］本実施形態に係るＬＮＧ製造設備、［３］本実施形態に係るＬＮＧ製造設備の温度上昇を、順に説明する。

[１]並列配置されるＬＮＧ製造設備
図６は、従来のＬＮＧ製造設備の並列配置例を示すものである。このような従来の並列配置では、図３〜５で示したように、「外部ＨＡＲ」によりＬＮＧ製造量が減少してしまう。

図７は、ＬＮＧ製造設備の並列配置例におけるＣＦＤ解析結果を示す図である。トレイン長さ２６０ｍのトレインを従来の並列配置した場合について、ＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）解析した結果である。

図７に示されるように、白っぽく示されるホットエアが、ＬＮＧトレイン１００Ｃ及び１００Ｂ間にとどまっている。このトレイン間にあるホットエアの留まりにより、「外部ＨＡＲ」が発生する。

［２］本実施形態に係るＬＮＧ製造設備
図８は、本実施形態に係るＬＮＧ製造設備の配置例を示すものである。図８に示すＬＮＧトレイン１〜３の寸法データを以下に示す。

Ｌ［ｍ］２４０
Ｘ［ｍ］０〜
Ｘ１［ｍ］０〜２４０
Ｙ［ｍ］２４０

Ｌは、ＬＮＧトレインの長手方向の長さであり、Ｘは、ＬＮＧトレインを長手方向にずらした長さであり（以下、「オフセット長」ともいう）、Ｙはトレイン間距離である。風向き「Ｅａｓｔ」は、紙面右から左へ流れる東風を示し、風向き「Ｃｅｎｔｅｒ−Ｃｅｎｔｅｒ」は、トレインの中心間を流れる風を示す。なお、Ｘ／Ｌは、ずらした量を示す比率であるが、本願では、Ｘ／Ｌを「オフセット比」と呼ぶ。また、Ｘ１は、Ｘだけずらした場合でも、他のトレインと長手方向に重なっている長さである。

表１は、ＬＮＧトレインの構成機器を示す。

図９Ａ〜図９Ｃは、東風の影響を示すＣＦＤ解析例である。
図９Ａは、オフセット長さＸが、「１３０ｍ」、オフセット比Ｘ／Ｌが、「０．５０」のＣＦＤ解析であり、図９Ｂは、オフセット長さＸが、「１６０ｍ」、オフセット比Ｘ／Ｌが、「０．６１」のＣＦＤ解析であり、図９Ｃは、オフセット長さＸが、「２１０ｍ」、オフセット比Ｘ／Ｌが、「０．８１」のＣＦＤ解析である。

図９Ａ〜図９Ｃに示すように、トレイン間のホットエア溜まりが小さくなっている。これは、ＬＮＧトレイン３と、ＬＮＧトレイン２の長手方向に、オフセットＸを生じさせることで、トレイン間に生じるホットエア溜まりを抜けやすくして、外部ＨＡＲによるＬＮＧトレイン２のエアフィンクーラの入り口温度を下げることができることを示す。

図１０Ａ〜図１０Ｃは、トレイン中心間を流れる風の影響を示すＣＦＤ解析例である。
図１０Ａは、オフセット長さＸが、「１３０ｍ」、オフセット比Ｘ／Ｌが、「０．５０」のＣＦＤ解析であり、図１０Ｂは、オフセット長さＸが、「１６０ｍ」、オフセット比Ｘ／Ｌが、「０．６１」のＣＦＤ解析であり、図１０Ｃは、オフセット長さＸが、「２１０ｍ」、オフセット比Ｘ／Ｌが、「０．８１」のＣＦＤ解析である。

トレインを長手方向にずらすことで、トレイン間にホットエア溜まりができやすい風向きでＣＦＤ解析を行った。この場合でも、図７の並列配置と比して、トレイン間の中心距離が長くなるので、ホットエア溜まりができにくいことがわかる。

［３］本実施形態に係るＬＮＧ製造設備の温度上昇
次に、オフセット比「Ｘ／Ｌ」を変えることによる、ＬＮＧトレイン１〜３のそれぞれにどのような温度変化が生じるのかを説明する。

図１１は、図８に示すＬＮＧトレイン３の温度変化を示す図である。図１１に示すように、オフセット比を大きくすることで、トレイン間のホットエア溜まりの影響が小さくなることがわかる。

図１２は、図８に示すＬＮＧトレイン２の温度変化を示す図である。図１１に示すように、オフセット比を大きくすることで、トレイン間のホットエア溜まりの影響が小さくなることがわかる。特に、オフセット比を、０．６を超えると大幅に、温度上昇の影響が小さくなることがわかる。

図１３は、図８に示すＬＮＧトレイン１の温度変化を示す図である。図１１に示すように、オフセット比を大きくすることで、トレイン間のホットエア溜まりの影響が小さくなることがわかる。特に、オフセット比を、０．６を超えると大幅に、温度上昇の影響が小さくなることがわかる。

図１４は、オフセット比を“１”とするＬＮＧ製造設備の配置例を示す図である。図１１〜図１３の例では、オフセット比を１以上とした例も示した。この場合、外部ＨＡＲの影響を殆ど受けなくなる。この場合、図１４に示すようなレイアウトと同じである。

なお、長手方向にＬＮＧトレインをずらすことで、従来のプロットエリア最小化に反しコストアップが生じるとも考えられる。図１４に示すれいでは、デッドゾーンができにくく、コストアップの効果を小さくすることができる。

図１５は、用役設備は、トレイン毎に配置したＬＮＧ製造設備を示す図である。図１５の下部に示すように、用役設備を、長手方向にずらしたトレイン毎に分割配置することで、コストアップを最低限に抑えることがもできる。

なお、図１１〜図１３では、表１に示した各エアフィンクーラ毎の温度をＣＦＤ解析により測定した。また、図９及び図１０のＣＦＤ解析でもしめしたように、長手方向にずらす向きにあるエアフィンクーラは、ホットエアの淀みの影響を受けることが分かる。そのため、エアフィンクーラのうちＣ３サブクーラ（０５Ｘ−Ｅ１００３）等、冷却が十分に行えないと、ＬＮＧ製造量に大きな影響を出す機器は、トレイン中央部には配置せずに、上部（ずらす向きと反対）に配置することが重要であることがわかる。

このように、ＬＮＧトレインを長手方向にずらずことで、外部ＨＡＲの影響を小さくして、ＬＮＧ製造量を上げることができるとともに、ホットエア溜まりを回避するエアフィンクーラの最適配置もはかることができる。

以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その各実施形態の構成要素の組合せ、変形及びバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理及び請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。

Claims

不要物を除去してメタンを主成分とする供給ガスを液化し、液化ガスを製造する液化ガス製造部を複数有する液化ガス製造設備であって、
前記各液化ガス製造部は、前記供給ガスを冷媒と熱交換して冷却する熱交換器と、前記供給ガスとの熱交換により蒸発した冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を冷却するエアフィンクーラー部と、前記冷却された冷媒を断熱膨張して冷却する膨張部を有し、
前記エアフィンクーラー部は、複数のエアフィンクーラーを有しそのエアフィンクーラーを少なくとも１列の直線状に配置して全体として第１長方形状となり、
前記液化ガス製造部は、エアフィンクーラー部の第１長方形状の長手方向に対しそのサイドに、前記熱交換器、圧縮機、膨張部をそれぞれ配置して全体として第２長方形状となり、
前記複数の液化ガス製造部のうち第１および第２液化ガス製造部は、前記第２長方形状の長手方向距離をずらして配置されること、を特徴とする液化ガス製造設備。
前記複数の液化ガス製造部のうち第１および第２液化ガス製造部は、前記第１液化ガス製造部のエアフィンクーラー部から排出されたホットエアが、第２液化ガス製造部のエアフィンクーラー部との間に溜まらないように、前記第２長方形状の長手方向距離をずらして配置されることを特徴とする請求項１に記載の液化ガス製造設備。
第１及び第２ガス液化設備の長さ（Ｌ）と、長手方向にずらした距離（Ｘ）の比であるＸ／Ｌを、０．２以上とする請求項１又は２に記載の液化ガス製造設備。
第１及び第２ガス液化設備の長さ（Ｌ）と、長手方向にずらした距離（Ｘ）の比であるＸ／Ｌを、０．５以上とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液化ガス製造設備。
第１及び第２ガス液化設備の長さ（Ｌ）と、長手方向にずらした距離（Ｘ）の比であるＸ／Ｌを、０．６以上とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液化ガス製造設備。
第１及び第２ガス液化設備の長さ（Ｌ）と、長手方向にずらした距離（Ｘ）の比であるＸ／Ｌを、０．５以上とし、さらに、
前記第１及び第２ガス液化設備のプロパンサブクーラのエアフィンクーラを、長手方向中心より、ずらした方向の反対方向側に配置する請求項１〜５の何れか１項に記載の液化ガス製造設備。
長手方向中心より、ずらした方向の反対方向側に、各ガス液化設備毎の用役設備を有する請求項１〜６の何れか１項に記載の液化ガス製造設備。