JP2018132345A - 気化ガスのサンプリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】サンプリングガスの減圧に係るエネルギーを回収すると共に、サンプリングガスの余剰ガスを好適に再利用し得る気化ガスのサンプリングシステムを提供する。【解決手段】タンク１から気化ガスＧ１，Ｇ２，Ｇ３を送出する気化ガスライン２に備えられる気化ガスのサンプリングシステムに関し、気化ガスライン２を流通する気化ガスＧ３の一部をサンプリングガスＧ４として抜き出すサンプリングライン７と、サンプリングガスＧ４のうち余った余剰ガスＧ５を回収する余剰ガスライン１１と、前記サンプリングライン７に設置され、サンプリングガスＧ４の減圧を行うと同時に該サンプリングガスＧ４の圧力を回転動力に変換する減圧タービン９とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、低温にて貯留された液化ガスを気化して利用するにあたり、気化ガスの一部を分析用のサンプリングガスとして抜き出すシステムに関する。

一般に、低温の液体として貯留されたＬＮＧやＬＰＧを発電設備等の燃料に用いる場合、液化ガスは液体のままではなく、気化を経た気化ガスの形で利用される。液化ガスの気化は、液体の状態のＬＮＧやＬＰＧを気化器に送り込み、熱媒と熱交換させることで行われるが、この他に、貯留中のＬＮＧやＬＰＧへの自然入熱により気化したボイルオフガスと呼ばれる気化ガスも発生し、これも燃料として用いることができる。すなわち、液化ガスが気化した気化ガスには、気化器を用いた強制的な加熱により気化された強制気化分と、自然入熱により気化した自然気化分の二通りが存在しており、通常、これらが混合されて混合ガスとして発電設備等へ送られる。

自然気化分であるボイルオフガスには、液化ガスの組成のうちでも軽質の成分が主として含まれており、一方、気化器を通じて気化された強制気化分には、軽質から重質まで種々の成分が含まれる。そして、ボイルオフガスの発生量は外気温等の条件により変動するため、発電設備等に送られる気化ガスにおいては、自然気化分と強制気化分との比率が変動し、したがって、気化ガスの組成も常時変動することになる。気化ガスの組成が異なれば、単位体積あたりの熱量等、燃料としての性質も異なるため、発電設備等において燃焼を適切に行うには、気化ガスの組成を監視し、検出した組成に合わせて燃焼条件を随時調整する必要がある。

気化ガスの組成の分析は、該気化ガスの一部をサンプリングガスとして抜き出し、ガスクロマトグラフィー等の分析装置を通すことで行われる。この際、タンクから汲み出されて気化器に送られる液化ガスは、ポンプにより圧力が付与されており、気化器の下流を流れる強制気化分のガスは常圧より加圧された状態である。また、ボイルオフガスも圧縮機で加圧された上で強制気化分に混合される。すなわち、サンプリングガスを気化ガスから抜き出した段階では、サンプリングガスの圧力は常圧より高い。一方、ガスクロマトグラフィーではガスの圧力を常圧付近まで低下させる必要があるため、気化ガスから抜き出されたサンプリングガスは、減圧弁等により減圧してから分析装置に送られることが通常である。

この種の気化ガスのサンプリングシステムに関連する先行技術文献としては、例えば、下記の特許文献１等がある。

特開平８−２１０９５２号公報

ところで、サンプリングガスのうち、ガスクロマトグラフィーでの成分分析に消費されるガスは通常、ごく一部であり、残りの大半は余剰ガスとして回収され、タンクもしくは該タンクから発電設備等に至る流路のいずこかに戻される。ここで、余剰ガスはサンプリングの際の減圧を経た低圧の状態であり、一方、気化器もしくはボイルオフガスの圧縮機から発電設備等へ至る流路を流通する気化ガスは加圧されて高圧である。低圧の余剰ガスを高圧の流路に戻すには再度加圧する必要があり、加圧のための設備を設置するにはコストがかかるので、このコストを避けようとすれば、余剰ガスを戻す先としてはタンクか、該タンクからボイルオフガスの圧縮機に至る流路のいずれかを選ばざるを得ない。そして、余剰ガスをタンクまで戻そうとすれば配管長が長くなってコストが嵩んでしまうので、現実的には、余剰ガスの戻し先はタンクからボイルオフガスの圧縮機に至る流路の途中とすることが多い。

しかしながら、ボイルオフガスは上述の如く自然入熱により気化した軽質の成分からなるが、サンプリングガスの余剰ガスは気化器により気化された重質分をも含んでおり、この重質分を含んだ余剰ガスがボイルオフガスの圧縮機の上流に戻されると、重質分が圧縮機内で凝縮して不具合を生じる虞がある。

また、サンプリングガスをガスクロマトグラフィーのために減圧する過程では、減圧した分だけエネルギーの逸失が生じている。すなわち、ボイルオフガスの圧縮機や、液化ガスを気化器に送出するポンプにおいて加圧のために使われたエネルギーが、余剰ガスの分だけ無駄に消費されることになる。

本発明は、斯かる実情に鑑み、サンプリングガスの減圧に係るエネルギーを回収すると共に、サンプリングガスの余剰ガスを好適に再利用し得る気化ガスのサンプリングシステムを提供しようとするものである。

本発明は、タンクから気化ガスを送出する気化ガスラインに備えられる気化ガスのサンプリングシステムに関し、前記気化ガスラインを流通する気化ガスの一部をサンプリングガスとして抜き出すサンプリングラインと、サンプリングガスのうち余った余剰ガスを回収する余剰ガスラインと、前記サンプリングラインに設置され、サンプリングガスの減圧を行うと同時に該サンプリングガスの圧力を回転動力に変換する減圧タービンとを備えた気化ガスのサンプリングシステムにかかるものである。

本発明の気化ガスのサンプリングシステムは、前記余剰ガスラインに、前記減圧タービンと連動して駆動し、該減圧タービンで得た回転動力を利用して余剰ガスを加圧する昇圧タービンを備えて構成することができる。

本発明の気化ガスのサンプリングシステムにおいては、前記昇圧タービンの下流に余剰ガスを圧縮する圧縮機を備え、前記余剰ガスラインを前記圧縮機の下流にて前記気化ガスラインに接続することができる。

本発明の気化ガスのサンプリングシステムは、前記減圧タービンで得た回転動力を電力に変換する発電装置を備えて構成することができる。

本発明の気化ガスのサンプリングシステムによれば、サンプリングガスの減圧に係るエネルギーを回収すると共に、サンプリングガスの余剰ガスを好適に再利用し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の第一実施例のシステム構成を説明する模式図である。 本発明の第二実施例のシステム構成を説明する模式図である。 本発明の第三実施例のシステム構成を説明する模式図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の第一実施例による気化ガスのサンプリングシステムの構成を示している。ＬＮＧやＬＰＧである液化ガスＧは、タンク１内に貯留され、気化ガスライン２を介して発電設備等のガス利用設備３に送出される。気化ガスライン２の途中には気化器４が備えられており、タンク１内に設置されたポンプ５によって液化ガスＧが気化器４に送られ、該気化器４で気化されて強制気化分の気化ガスＧ１として下流へ送り出されるようになっている。

気化ガスライン２としては、この他に、タンク１から自然入熱により気化したボイルオフガスを抜き出すボイルオフライン２ａが備えられている。このボイルオフライン２ａの入口はタンク１の上方に設けられ、タンク１内のボイルオフガスを自然気化分の気化ガスＧ２として抜き出すようになっている。該ボイルオフライン２ａの途中には気化ガスＧ２を加圧するための圧縮機６が備えられており、ボイルオフライン２ａの下流は気化ガスライン２に合流している。このように、ボイルオフライン２ａは気化ガスライン２の支流を構成し、強制気化分の気化ガスＧ１の流れに対し、加圧した自然気化分の気化ガスＧ２を合流させるようになっており、気化ガスライン２全体としては、強制気化分の気化ガスＧ１と自然気化分の気化ガスＧ２を混合し、混合ガスとしての気化ガスＧ３をガス利用設備３へ送り込むようになっている。

ボイルオフライン２ａの合流点より下流の気化ガスライン２からは、ガス利用設備３より上流の位置にてサンプリングライン７が分岐しており、ここから気化ガスライン２を流通する混合ガスである気化ガスＧ３の一部をサンプリングガスＧ４として抜き出すようになっている。サンプリングガスＧ４はサンプリングライン７の下流にて分析装置８に送られ、ガスクロマトグラフィーにより組成を分析される。サンプリングライン７の途中には、サンプリングガスＧ４を減圧するための減圧タービン９を設置している。この減圧タービン９は、サンプリングガスＧ４の通過に伴いタービンブレードを回転させる仕組みの装置であり、サンプリングガスＧ４にタービンブレードを駆動する仕事をさせることで減圧すると同時に、減圧前後におけるエネルギーの差分をタービンブレードの回転動力に変換できるようになっている。

減圧タービン９の下流側には調整弁１０を備えており、減圧タービン９で減圧したサンプリングガスＧ４の圧力を、さらに分析装置８における要求圧に調整するようになっている。ここで、減圧タービン９におけるサンプリングガスＧ４の減圧が分析装置８にとって十分であれば、調整弁１０は省略しても良い。また、調整弁１０の機能を分析装置８に内蔵することも可能である。

サンプリングガスＧ４のうち、分析装置８での分析に用いられずに余った残りのガスは、サンプリングライン７の分析装置８の手前の位置から分岐した余剰ガスライン１１を通し、余剰ガスＧ５として回収される。そして、本第一実施例の場合、余剰ガスライン１１の途中に減圧タービン９と連動して駆動する昇圧タービン１２を備えており、この昇圧タービン１２によって余剰ガスＧ５を加圧するようになっている。すなわち、昇圧タービン１２に内蔵したタービンブレードは、減圧タービン９のタービンブレードと連動しており、サンプリングガスＧ４が減圧に伴い減圧タービン９のタービンブレードを回転させると、これと一体に昇圧タービン１２のタービンブレードが駆動され、これにより、余剰ガスライン１１を流通する余剰ガスＧ５が加圧される。

余剰ガスライン１１における昇圧タービン１２の下流には、さらに圧縮機１３が備えられ、該圧縮機１３下流の余剰ガスライン１１の出口は、気化ガスライン２におけるボイルオフライン２ａの合流点の下流且つサンプリングライン７の分岐点の上流の位置に接続されている。こうして、余剰ガスＧ５は加圧された上で気化ガスライン２へ戻され、下流のガス利用設備３へ混合ガスＧ３と共に送り込まれるようになっている。尚、余剰ガスライン１１の出口、すなわち余剰ガスＧ５の気化ガスライン２への戻し先は、図１に示した位置に限らず、例えば気化ガスライン２の気化器４の下流で且つボイルオフライン２ａとの合流点より上流の位置でも良いし、気化ガスライン２のサンプリングライン７の分岐点より下流の位置でも良い。また、ボイルオフライン２ａにおける圧縮機６より下流の位置とすることもできる。気化器４又は圧縮機６の下流で、強制気化分Ｇ１、自然気化分Ｇ２又は混合ガスＧ３の流通する流路であればどこであっても良い。

以上の如き構成は、余剰ガスＧ５を円滑且つ効率的に再利用するための構成である。すなわち、余剰ガスＧ５を再利用する方策としては、混合ガスＧ３と共にガス利用設備３へ送り込むことが第一に考えられるが、この際、余剰ガスＧ５をタンク１に戻そうとすれば余剰ガスライン１１の配管長が長くなってしまい、また、圧縮機６上流のボイルオフライン２ａに戻せば重質分が圧縮機６内で凝縮してしまう可能性がある。しかし、本第一実施例の如く、余剰ガスＧ５を気化器４下流の気化ガスライン２や、圧縮機６下流のボイルオフライン２ａに戻すようにすれば、こういった問題は生じない。

ただし、サンプリングライン７の途中で減圧された余剰ガスＧ５を、加圧されたガスの流通する流路に戻すには、該流路内の圧力まで余剰ガスＧ５を加圧する必要がある。本実施例では、この役割を昇圧タービン１２が担い、さらに圧縮機１３が補助するようになっている。すなわち、昇圧タービン１２では、上述の通り減圧タービン９で回収したエネルギーを利用して余剰ガスＧ５を加圧するが、この際、エネルギーを１００％回収することは不可能であるので、昇圧タービン１２では余剰ガスＧ５を減圧前のサンプリングガスＧ４や混合ガスＧ３の圧力まで戻すことはできない。そこで、この圧力の不足分を圧縮機１３で補うようにしている。

尤も、余剰ガスを圧縮機により加圧して気化ガスラインに戻すこと自体は、以前より検討されてはいたものの、コスト面で不利なことからこれまであまり採用されては来なかった構成である。この点、本第一実施例では、圧縮機１３は単独で余剰ガスＧ５を混合ガスＧ３の圧力まで昇圧するのではなく、昇圧タービン１２による昇圧での不足分を補うようにしているので、圧縮機１３にはさほどの出力を必要とせず、圧縮機１３を設置することによるコストの増大を抑えることができる。また、圧縮機１３の運転に必要なエネルギーも最小限で済む。

また、昇圧タービン１２で余剰ガスＧ５の加圧に利用しているエネルギーは、減圧タービン９でサンプリングガスＧ４の減圧に伴い回収されたエネルギーである。このエネルギーは、従来のような減圧弁を用いた減圧では回収されずに空費されていたエネルギーであり、本第一実施例では減圧弁の代わりに減圧タービン９を用いることでこれを回収し、再利用することが可能となっている。このように、本第一実施例では、従来サンプリングガスの減圧と共に逸失していたエネルギーを回収して余剰ガスＧ５の加圧に充てることにより、余剰ガスＧ５の昇圧に用いる圧縮機の小型化を図っているのである。

ここで、図１では昇圧タービン１２で加圧した余剰ガスＧ５を気化ガスライン２に戻すようにした場合を例示しているが、ガス利用設備３の他に、余剰ガスＧ５を有効に利用し得る別のガス利用設備があれば、余剰ガスＧ５は気化ガスライン２に戻すのではなく、前記別のガス利用設備へ送るようにしても良い。その際、前記別のガス利用設備における要求圧によっては圧縮機１３を省略し、余剰ガスＧ５を昇圧タービン１２により加圧された圧力にて前記別のガス利用設備に送り込むことも可能である。

また、サンプリングガスの減圧に減圧弁を用いる従来の如き方式では、減圧弁の性能や騒音等の問題から、サンプリングラインに複数の減圧弁を直列に備えて段階的に減圧する構成が一般的であった。この点、本第一実施例の如く減圧タービン９により減圧する方式であれば、一基の減圧タービン９で余剰ガスＧ５をガスクロマトグラフィーの要求圧付近まで大幅に減圧することが可能であり、しかも、減圧に伴い過大な騒音が生じることもない。

以上のように、上記本第一実施例の気化ガスのサンプリングシステムは、気化ガスライン２を流通する気化ガスＧ３の一部をサンプリングガスＧ４として抜き出すサンプリングライン７と、サンプリングガスＧ４のうち余った余剰ガスＧ５を回収する余剰ガスライン１１と、前記サンプリングライン７に設置され、サンプリングガスＧ４の減圧を行うと同時に該サンプリングガスＧ４の圧力を回転動力に変換する減圧タービン９とを備えているので、従来はサンプリングガスＧ４の減圧と共に逸失していたエネルギーを回収して有効利用することができる。

本第一実施例の気化ガスのサンプリングシステムは、前記余剰ガスライン１１に、前記減圧タービン９と連動して駆動し、該減圧タービン９で得た回転動力を利用して余剰ガスＧ５を加圧する昇圧タービン１２を備えて構成しているので、減圧タービン９で回収したエネルギーを余剰ガスＧ４の加圧に充てることができる。

本第一実施例の気化ガスのサンプリングシステムは、前記昇圧タービン１２の下流に余剰ガスＧ５を圧縮する圧縮機１３を備え、前記余剰ガスライン１１を前記圧縮機１３の下流にて前記気化ガスライン２に接続しているので、出力の大きな圧縮機１３を設置することなく余剰ガスライン１１を気化ガスライン２へ戻すことができ、余剰ガスＧ５をタンク１やボイルオフライン２ａの圧縮機６上流に戻すことによる問題を回避することができる。

したがって、上記本第一実施例によれば、サンプリングガスの減圧に係るエネルギーを回収すると共に、サンプリングガスの余剰ガスを好適に再利用し得る。

図２は本発明の第二実施例による気化ガスのサンプリングシステムの構成を示している。基本的な構成は上述の第一実施例（図１参照）と同様であるが、本第二実施例の場合、減圧タービン９を昇圧タービン１２と連動させる代わりに発電装置１４に接続しており、減圧タービン９から回転動力を発電装置１４に伝達し、該発電装置１４にて電力に変換するようにしている。

このようにすると、第一実施例（図１参照）とは異なり余剰ガスＧ５の加圧は行われないが、その代わり、減圧タービン９にてサンプリングガスＧ４の減圧に伴い回収したエネルギーを電力として利用することができる。この電力は、例えばガス利用設備３や、気化ガスライン２やサンプリングライン７周辺等に設置された照明装置や制御装置等の機器類にて有効に消費すれば良い。

加圧されずに余剰ガスライン１１を流通する余剰ガスＧ５は、気化ガスライン２下流のガス利用設備３とは別のガス利用設備１５に送られ、ここで利用される。このガス利用設備１５は、例えば加圧されない低圧の余剰ガスＧ５を燃料として使用可能なボイラ等であっても良いし、また、例えば余剰ガスＧ５をボンベ等に封入する設備であっても良い。その他、余剰ガスＧ５を有効に利用可能な設備であれば何でも良い。

以上のように、上記本第二実施例の気化ガスのサンプリングシステムは、前記減圧タービン９で得た回転動力を電力に変換する発電装置１４を備えて構成しているので、減圧タービン９にてサンプリングガスＧ４の減圧に伴い回収したエネルギーを電気として利用することができる。

その他の構成や作用効果は上述の第一実施例と同様であるため省略するが、上記本第二実施例によっても、サンプリングガスの減圧に係るエネルギーを回収すると共に、サンプリングガスの余剰ガスを好適に再利用し得る。

図３は本発明の第三実施例による気化ガスのサンプリングシステムの構成を示している。基本的な構成は上述の第一及び第二実施例（図１、図２参照）と同様であるが、本第三実施例の場合、減圧タービン９と連動して動作する昇圧タービン１２を余剰ガスライン１１に備えると共に、該余剰ガスライン１１を昇圧タービン１２の下流でガス利用設備１６に導いている。

昇圧タービン１２にて加圧された余剰ガスＧ５は、気化ガスライン２下流のガス利用設備３とは別のガス利用設備１６に送られ、ここで利用される。このガス利用設備１６は、例えば昇圧タービン１２により加圧された余剰ガスＧ５を燃料として使用可能なボイラ等であっても良いし、また、例えば余剰ガスＧ５をボンベ等に封入する設備であっても良い。余剰ガスＧ５を有効に利用可能な設備であれば何でも良い。

こうして、昇圧タービン１２で加圧した余剰ガスＧ５をガス利用設備１６で使用することで、減圧タービン９で回収したエネルギーを有効利用することができる。

その他の構成や作用効果は上述の第一及び第二実施例と同様であるため省略するが、上記本第三実施例によっても、サンプリングガスの減圧に係るエネルギーを回収すると共に、サンプリングガスの余剰ガスを好適に再利用し得る。

尚、本発明の気化ガスのサンプリングシステムは、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ タンク
２ 気化ガスライン
２ａ 気化ガスライン（ボイルオフライン）
７ サンプリングライン
９ 減圧タービン
１１ 余剰ガスライン
１２ 昇圧タービン
１３ 圧縮機
１４ 発電装置
Ｇ１ 気化ガス（強制気化分）
Ｇ２ 気化ガス（自然気化分）
Ｇ３ 気化ガス（混合ガス）
Ｇ４ サンプリングガス
Ｇ５ 余剰ガス

Claims (4)

1. タンクから気化ガスを送出する気化ガスラインに備えられる気化ガスのサンプリングシステムであって、
   前記気化ガスラインを流通する気化ガスの一部をサンプリングガスとして抜き出すサンプリングラインと、
   サンプリングガスのうち余った余剰ガスを回収する余剰ガスラインと、
   前記サンプリングラインに設置され、サンプリングガスの減圧を行うと同時に該サンプリングガスの圧力を回転動力に変換する減圧タービンと
   を備えた気化ガスのサンプリングシステム。
2. 前記余剰ガスラインに、前記減圧タービンと連動して駆動し、該減圧タービンで得た回転動力を利用して余剰ガスを加圧する昇圧タービンを備えた、請求項１に記載の気化ガスのサンプリングシステム。
3. 前記昇圧タービンの下流に余剰ガスを圧縮する圧縮機を備え、前記余剰ガスラインを前記圧縮機の下流にて前記気化ガスラインに接続した、請求項２に記載の気化ガスのサンプリングシステム。
4. 前記減圧タービンで得た回転動力を電力に変換する発電装置を備えた、請求項１に記載の気化ガスのサンプリングシステム。

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