JP3016479B2 - 混合冷媒の液化天然ガス設備における生産量と温度とを制御するための方法と装置 - Google Patents

混合冷媒の液化天然ガス設備における生産量と温度とを制御するための方法と装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液化天然ガス（Ｌ
ＮＧ）の製造のための制御装置の分野、特にＬＮＧの生
産とＬＮＧの温度を制御する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】多成分の冷媒を用いる天然ガスの液化装
置は、世界中で用いられている。多成分冷媒法と極低温
装置とが、この工業界中で使用され、かつＬＮＧ製造法
の制御が、特に固定のプラントから生産量の増加を引き
出そうとする場合、又は外的な処理の乱れを調整しよう
とする場合には、プラントを効率的に作動させるのに重
要である。混合冷媒法を採用している世界中の多くの基
底負荷のＬＮＧプラントは、一組の重要な制御対象物の
みを満足させるために人手により制御されたり、制御し
たりしている。
【０００３】ＬＮＧの生産量と温度の両者の同時かつ独
立した制御が、ＬＮＧのプラント作動にとって重要であ
る。ＬＮＧの生産量を固定し、維持することによって、
プラント操作者は、生産物輸送スケジュールに必要とさ
れる望ましい生産レベルを適切に計画し、達成すること
ができる。特定の範囲内で主の極低温熱交換器の出口の
ＬＮＧの温度を維持することが、下流の処理及び下流の
装置の問題の予防にとって重要である。重要な不確定要
素に対して規定の制御が達成されると、最適な対策を適
切に行うことができる。しかしながら、もし規定の制御
が適切でないと、毎日の基準の作業さえも不運にも影響
される。
【０００４】従来技術の１つの制御装置は、１９８９年
２月２８日に発行されたチャールスニュートンによるタ
イトルが「多成分冷媒冷凍装置用自動制御装置」と付け
られた米国特許第４，８０９，１５４号に基づいてお
り、これは、主の極低温熱交換器／混合冷媒の循環装置
を制御している。米国特許第４，８０９，１５４号にお
ける推奨する制御法は、その対象物のように、消費エネ
ルギ単位当り最高の生産を達成するにちがいない。冷凍
能力は、低圧及び高圧の多成分又は混合冷媒（ＭＲ）の
圧縮機の速度設定、及びＭＲの補給（メーキャップ）弁
と高圧分離器の通気用とドレン用の弁をもつＭＲの全リ
スト及び構成物の調整とによって決められる。圧縮機の
速度と、補給弁と、通気用とドレン用の弁とは、必要と
されるように操作者によって調整されるが、それらは、
自動的な規定の制御法の本分ではない。規定の制御法
は、３つの主フィードバック回路よりなる。低温ＪＴ弁
は、ＭＲ圧縮機を通る圧力比率のフィードバック制御の
ために調整される。高温ＪＴ弁は、重いＭＲ（混合冷媒
液又はＭＲＬ）対軽い（混合冷媒蒸気又はＭＲＶ）ＭＲ
の比率のフィードバック制御のために調整される。ＬＮ
Ｇの放出温度の制御が、ＬＮＧの放出（オフテイク）弁
により行われる。
【０００５】図２１は、混合冷媒による液化天然ガスプ
ラント４０の概略的なフロー回路図であり、従来のカス
ケード制御装置のためのセンサの配置もまた示してい
る。図２１に示されるように、ＭＲＬＮＧプラント４０
は、熱交換器１４に弁１２を通って流れているライン１
０での天然ガスの入力供給を含んでいる。熱交換器１４
で冷却の後、ＬＮＧは、ジュール−トムソン（ＪＴ）の
ＬＮＧの放出弁３０から出口流としてライン１１で供給
される。天然ガスは、ＭＲをもつ閉回路の冷凍サイクル
を採用している熱交換工程で熱交換器１４内で冷却され
る。ＭＲは、蒸気成分のＭＲＶと液体成分のＭＲＬとを
含んでいる。ＬＮＧプラントの液化工程とこの工程を行
うＬＮＧプラントの構成要素は、公知であり、１９７３
年１０月９日に発行されたリーＳ．ガーマーＪｒ外によ
るタイトルが「組み合わされたカスケードと多成分冷媒
冷凍装置及び方法」の米国特許第３，７６３，６５８号
に詳細に記載されており、ここに参考文献としてあげて
おく。
【０００６】ライン１０を通って熱交換器１４に供給さ
れた天然ガスは、液化工程の多成分冷媒の冷凍部に送ら
れる前に、少なくとも１つの単一成分冷媒の冷凍サイク
ルを含む分離及び処理工程によってまず処理される。こ
の最初の工程で、供給源からの天然ガスは、２８kg／cm
2a〜７０kg／cm2aの間の圧力、典型的な値では約４９kg
／cm2aの圧力で供給される。この圧力は、重い炭化水素
や、不純物や、水又は他の望ましくない組成物の分離に
必要な装置によって決められる。それから天然ガスは、
第１の単一構成要素の熱交換工程により、典型的にはほ
ぼ大気温度（２１℃）である第１の温度まで冷却され
る。天然ガスの冷却において、相分離器が凝縮水を取り
除くのに使用され、それから天然ガス流は、付加の湿分
を取り除くために１つ又はそれ以上の乾燥器に送られ
る。
【０００７】乾燥した天然ガス流は、それから更に第２
の熱交換工程で約−１℃の温度まで冷却されてから、ベ
ンジン及び他の重い炭化水素を取り除くために、浄化器
（スクラバー）又は他の同様の装置に送られる。浄化器
からの天然ガス流は、それから更に第３の熱交換工程で
約−３５℃まで冷却されてから、多成分冷媒の冷凍サイ
クルを採用している２つの領域（ゾーン）熱交換器１４
に送られる。
【０００８】図２１を参照すると、液化工程が、天然ガ
スが２つの領域熱交換器１４を通って流れるときに起き
る。分離及び処理工程からの天然ガスは、供給ライン１
０から２つの領域熱交換器１４に入り、熱交換器１４の
高温管束１１０で吸入弁１２から管路１１４を通って上
方に行く。管路１１４内の天然ガスは、散布ヘッダー１
２４により管路上を下方に散布されたＭＲの対向流によ
り冷却される。天然ガスは、熱交換器胴１２２内の第１
の領域である高温管束１１０内にある管路１１４内を流
れる。天然ガスの供給流は、第２の領域である低温管束
１１２に入り、散布ヘッダー１２６から流れる第２のＭ
Ｒの対向流によって冷却される管路１１５を通って上方
に行く。
【０００９】ニトロゲン、メタン、エタン及びプロパン
よりなる混合物であるＭＲは、熱交換器１１４の胴部１
２２内で冷却するのに採用されている。公知であるＭＲ
は、熱交換器１４内に液体及び気体として供給される。
天然ガスとＭＲとの間の熱交換は、熱交換の胴側のＭＲ
の気化により効率的に行われる。
【００１０】液化工程の多構成要素の冷凍閉サイクル部
分は、２つの圧縮機段階、低圧圧縮機段階３４と高圧圧
縮機段階３２とを含んでいる。低圧圧縮機段階３４は、
熱交換器１４からＭＲを受け入れ、ＭＲを圧縮し、それ
から圧縮されたＭＲは高圧圧縮機段階３２に行く。低圧
圧縮機段階は、例えばアフタークーラーによって与えら
れた熱交換工程を含んでいる。高圧圧縮機段階３２は、
望ましい圧力にＭＲを圧縮して供給し、かつアフターク
ーラーを通っていくつかのローカルな熱交換工程をまた
提供してもよい。低圧圧縮機段階から圧縮されたＭＲ
は、典型的には約３．２kg／cm2aであり、かつ高圧圧縮
機段階３２から圧縮されたＭＲは、典型的には約４９kg
／cm2aで、かつ約７７℃の温度で供給される。
【００１１】高圧圧縮機段階３２からの圧縮されたＭＲ
は、１つ又はそれ以上の単一の構成要素である熱交換器
１２８をもつ別の熱交換工程に送られる。典型的には、
プロパンが単一成分冷媒として用いられる。４９kg／cm
2aのＭＲは、熱交換工程で典型的には−３５℃に冷却さ
れるが、ＬＮＧプラントに使用される圧力と温度は変化
し、装置のＭＲＬ対ＭＲＶの望ましい比率に依存してい
る。
【００１２】熱交換器１２８からの圧縮され、冷却され
たＭＲは、分離器４２に供給され、そこでＭＲは、ライ
ン１３を流れるＭＲＶとライン１５を流れるＭＲＬとに
分離する。次いでＭＲは、実質的に水の氷点以下の温度
で、好ましくは−１８〜−７３℃の範囲の温度に予冷却
される。その結果、ライン１５の分離器４２からのＭＲ
Ｌは、熱交換器１４の高温管束１１０を通って、管路１
１８内のＭＲＬを冷やす。管路１１８から散布ヘッダー
１２４へのＭＲＬの流量は、高温ＪＴ弁１８によって調
整される。ライン１３の分離器４２からのＭＲＶもま
た、熱交換器１４の高温管束１１０に供給され、管路１
１６内のＭＲＶを冷却する。それからＭＲＶは管路１１
７の低温管束１１２に送られる。管路１１７から散布ヘ
ッダー１２６へのＭＲＶの流量は、低温ＪＴ弁１６によ
って調整される。管路内のＭＲＶとＭＲＬの冷却は、同
様な方法で、前述の対向流のＭＲを使用している管路１
１４と１１５内の天然ガス流の冷却にも遂行される。
【００１３】管路１１８内のＭＲＬは、−１１２℃程の
温度まで熱交換器１４でサブクールされ、このサブクー
ルされたＭＲＬは、高温ＪＴ弁１８内で３．５kg／cm2a
の圧力まで膨脹し、それにより一部がフラッシュ蒸発
し、温度が約−１１８℃まで降下する。それから液体と
フラッシュ蒸気とが、散布ヘッダー１２４を通って高温
管束１１０に注入される。
【００１４】管路１１６内のＭＲＶはまた、熱交換器１
１４内でサブクールされ、そこで凝縮し、低温管束１１
２の第２の管路１１７に送られ、ここで凝縮したＭＲＶ
は約−１６８℃にサブクールされる。このサブクールさ
れた液体部分は、低温ＪＴ弁１６で膨脹して３．５kg／
cm2a程の圧力となり、これにより一部はフラッシュ蒸発
する。液体部分とフラッシュ蒸発とは、それから散布ヘ
ッダー１２６を通って低温管束１１２に注入される。
【００１５】管路上を降下して流れることで、ＭＲは、
天然ガスの供給流との熱交換を同時に、熱交換器１４内
を上方に流れるＭＲＬとＭＲＶとき熱交換により気化さ
れる。結果として、全てのＭＲＬと液体部分とが、熱交
換器１の底部で気相で再結合され、気体は、低圧圧縮機
段階３４の吸引側に戻される。ＭＲは、ライン１２０を
通って圧縮とその後の冷却と分離のために、圧縮機３２
と３４とに戻される。
【００１６】冷凍能力は、混合冷媒（ＭＲ）の低圧と高
圧の圧縮機段階３４と３２の速度の設定と、ＭＲの補給
（メイキャップ）弁１００，１０１，１０２及び１０３
とをもつＭＲの全リストと構成物との調整とによって決
められる。また高圧の分離器の排気とドレンとの弁（図
示されていない）と、圧縮機の速度と、補給弁の位置及
び排気とドレンとの弁が、操作者により必要とされるよ
うに調整される。
【００１７】従来技術の３つのフィードバック回路があ
る。従来技術の第１のフィードバック回路は、温度指示
制御器（ＴＩＣ）２６と流量指示制御器（ＦＩＣ）２８
とを採用しているカスケード制御によって、ＬＮＧの放
出温度を制御している。熱交換器１４からのＬＮＧの出
力流の温度が、ＴＩＣ２６によって測定され、設定値Ｓ
Ｐ１と比較されて、現在の温度を望ましい温度に調整す
るための望ましい流量制御信号を与える。ＦＩＣ２８は
現在のＬＮＧの流量を測定し、これをＴＩＣ２６からの
望ましい流量信号と比較し、それに従ってＬＮＧの放出
弁３０を調整する。
【００１８】第２のフィードバック回路においては、高
温ＪＴ弁１８が、重いＭＲ（混合冷媒液又はＭＲＬ）対
軽いＭＲ（混合冷媒蒸気又はＭＲＶ）の比率のフィード
バック制御のために調整される。高温ＪＴ弁１８は、Ｍ
ＲＬ対ＭＲＶのＭＲの流量の比率（流量指示器２０によ
って測定される）とデバイダー２４によって計算された
ＭＲＬ／ＭＲＶの比率とを、オフラインを決めた設定値
（ＳＰ２）と比較する流量比率制御器（ＦＲＣ）２２に
よって調整される。
【００１９】第３のフィードバック回路においては、低
温ＪＴ弁１６が、圧縮比制御器（ＣＲＣ）３９によって
ＭＲ圧縮機段階３２と３４を通る圧力比のフィードバッ
ク制御のために調整される。ＣＲＣ３９は、オフライン
をも決めた設定値ＳＰ３を用いているフィードバック信
号を発し、かつ圧縮機の圧力が圧力指示器（ＰＩS ）３
８によって読み取られる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】ＬＮＧの放出弁３０の
位置を変えることによって、ＬＮＧの温度を調節するこ
とは、直接にＬＮＧの生産流量に影響し、それ故それら
の望ましい設定点での流量と温度の両者の別個の調節
が、この機構では不可能である。ＬＮＧの生産は、“変
動”した状態となり、望ましい生産量が間接的な仕方で
達成される。設定点ＳＰ２，ＳＰ３を変えることによっ
て、ＴＲＣ２２の流量比制御信号又はＣＲＣ３９の圧縮
比制御信号を変えること、又は操作者によって圧縮機の
速度や、ＭＲの構成やリストを変えることが、冷凍能力
を決めている。望ましい範囲内に製造温度を維持するた
めに、ＴＩＣ２６は、ＬＮＧの生産量の変動に供給され
た冷却を合わせている。
【００２１】基底負荷のＬＮＧの工程の制御を改善する
最近の試みは、根底にある計画として米国特許第４，８
０９，１５４号の制御法を維持してきた。例えば米国特
許第５，１３９，５４８号は、周囲の空気温度の変化に
対して調整するためのフィードフォワード制御法を開示
しており、それは古い機構の上に重ねられたものであ
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】液化工程を流れる天然ガ
スの冷却により、液化天然ガス（ＬＮＧ）の出口流の生
産量を制御するための方法と装置が、（ａ）、ＬＮＧの
出口流の温度と流量を測定すること、（ｂ）、ＬＮＧの
出口流の温度を調整するために、天然ガスの冷却を変え
ること、及び、（ｃ）、工程を通して流れるＬＮＧの流
量を独立して調整すること、とよりなる。この方法で
は、予め決められた流量値でのＬＮＧの出口流の流量
と、予め決められた温度値での温度とが維持されてい
る。
【００２３】別の実施の形態は、ＬＮＧの出口流の温度
を調整するために、冷却を提供している圧縮機と関連し
た数値を変えることを含んでいる。更に別の実施の形態
は、ＬＮＧの出口流の温度を調整するために、冷却を提
供している混合冷媒（ＭＲ）の数値を変えることを含ん
でいる。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明のこれらの及び他の特徴と
利点は、添付の図面と共に、以下の詳細な説明から明ら
かになるであろう。
【００２５】図１には、高温域２１２と低温域２１４よ
りなる２つの領域熱交換器２１０が示されており、その
各々は図１に鎖線で輪郭が施されている。熱交換器は、
２つの流体流の間で間接熱交換するものであるこの技術
分野で従来公知であるどんな型のものでもよい。そのよ
うな熱交換器は、板状及びフィン付熱交換器や、コイル
状に巻かれた管状熱交換器を含む管と胴の熱交換器、又
は天然ガス流と冷媒流のような流体間の間接熱交換をす
る他のどんな同様な装置でもよい。熱交換器を通る天然
ガスの流れは、上方又は下方、或いは水平でさえよい。
それ故、熱交換器２１０を通る流れが図１に水平で示さ
れているが、これに限定される訳ではなく、一般に選定
された特定の型の熱交換器に従って、その流れが垂直及
び上方又は下方にでもよい。
【００２６】図１の機構によれば、天然ガスは、天然ガ
ス入口ライン２１６により熱交換器２１０に導入され、
熱交換通路２１８により高温域２１２を通って、それか
ら熱交換通路２２０により低温域２１４を通過して、最
後に液化天然ガス（ＬＮＧ）が、流量制御又は減圧装置
２２４を含むＬＮＧ出口ライン２２２により熱交換器２
１０から取り出される。この流量制御又は減圧装置は、
ライン内の流量の制御及び／又は減圧するのに適してい
るならどんな装置でもよく、例えばターボ膨脹機や、Ｊ
−Ｔ弁又は、例えばＪ−Ｔ弁とターボ弁とターボ膨脹機
と並列にしたような両者の組合せの形態であり、Ｊ−Ｔ
弁とターボ膨脹機の一方又は両者と同時に使用すること
ができる。
【００２７】図１にはまた、鎖線で輪郭がされている閉
回路の冷凍サイクル２２６が示されている。図１に示さ
れるようにこの閉回路の冷凍サイクルは、多成分又は混
合冷媒の異なった成分の冷凍回路に導入するための冷媒
成分入口ライン２２８と２３０より基本的になる。図１
において唯２つの別々の冷媒成分入口ラインが示されて
いるが、実際には、多成分又は混合冷媒は、３つか、４
つか又は５つの異なった成分より構成されるが、この図
では開示の目的のために、２つだけしか示されていない
のが、当業者なら解るであろう。冷媒成分入口ライン２
２８と２３０は各々、冷凍回路に導入される個々の成分
量を制御するために、それぞれ弁２３２と２３４とを含
んでいる。多成分又は混合冷媒は、混合冷媒（ＭＲ）入
口ライン２３６により圧縮機２３８に導入される。圧縮
機２３８からの圧縮されたＭＲは、ライン２４０により
冷却器２４２に入り、そこで少なくともその一部が凝縮
するように十分に冷却される。冷却器２４２は、この分
野で公知であるどんな型のものでもよく、圧縮されたＭ
Ｒガスは、水や、冷却水及び例えばプロパンを含む重い
炭化水素のような他の炭化水素によって冷却される。１
つの圧縮と冷却の段階（２３８と２４２）が示されてい
るが、中間の冷却をもつ多数の圧縮段階が、この状況で
簡単に採用できることは、当業者なら解るであろう。開
示を容易にするために、１つの圧縮と冷却段階のみが示
されている。
【００２８】一部が凝縮されたＭＲは、ライン２４４に
より分離器２４６に入り、そこで液相と気相に分けられ
る。ＭＲの液相（ＭＲＬ）は、分離器２４６からライン
２４８により引き出され、熱交換器２１０の高温域２１
２に導かれる。ＭＲの気相（ＭＲＶ）は、分離器２４６
からライン２５０により引き出され、これもまた熱交換
器２１０の高温域２１２に導かれる。この図に示される
ように、ＭＲＶは、高温域２１２内の熱交換通路２１８
内の天然ガスの流れと同じ流れである熱交換通路２５２
により高温域２１２を通って流れる。勿論、流れが、熱
交換器の別の形態で対向流にすることも可能である。同
様にＭＲＬは、高温域２１２の熱交換通路２５４を通っ
て流れ、熱交換器２１０の高温域内の熱交換通路２１８
を通る天然ガスの流れとも同じ流れである。ＭＲＶは、
続いて熱交換器２１０の低温域２１４の熱交換通路２５
６を通って流れ、熱交換器２１０の低温域２１４の熱交
換通路２２０を通る天然ガスの流れと同じに流れてい
る。
【００２９】ＭＲＶは、それからライン２５８により熱
交換器２１０から引き出され、流量制御又は減圧装置２
６０に入り、そこでライン２５８の混合冷媒の圧力が減
らされ、ＭＲＶの温度降下が起きる。また、装置２６０
は、ライン内の流量制御及び／又は減圧に適している装
置ならどれでもよく、例えばターボ膨脹機や、Ｊ−Ｔ弁
又はＪ−Ｔ弁とターボ膨脹機を並列にしたような両者の
組合せのような形態でもよく、Ｊ−Ｔ弁とターボ膨脹機
のどちらか又は両者を同時に使用することができる。装
置２６０を出た後の降下した温度のＭＲＶは、ライン２
６２により熱交換器２１０に再度導入され、熱交換器２
１０の低温域２１４の熱交換通路２６４を通る。熱交換
通路２６４を通る流れは、熱交換通路２５６内の混合冷
媒蒸気の流れ及び熱交換通路２２０内の天然ガスの流れ
とは、対向流である。
【００３０】熱交換器２１０の高温域２１２の熱交換通
路２５４を通った後、ＭＲＬは、ライン２６４により熱
交換器２１０から引き出されて、流量制御／減圧装置２
６８に送られ、そこで混合冷媒液の圧力が降下され、そ
れによってこの冷媒の温度が下がる。前記したように、
装置２６８はライン内の流量制御及び／又は減圧に適し
た装置であればどんな装置でもよく、例えばターボ膨脹
機や、Ｊ−Ｔ弁又は例えばＪ−Ｔ弁とターボ膨脹機とを
並列にしたような両者の組合せの形態でもよく、Ｊ−Ｔ
弁とターボ膨脹機のどちらか又は両者を同時に使用する
こともできる。装置２６８を出た後の降下した温度のＭ
ＲＬは、それからライン２７０により熱交換器２１０に
導入されて、熱交換通路２６４を出たＭＲＶの流れと合
流され、そしてライン２７０と熱交換通路２６４とから
の合流した流れは、熱交換通路２７２に入り、そこでは
熱交換器２１０の高温域２１２内の熱交換通路２１８，
２５２及び２４４とは間接熱交換の関係にあり、かつこ
の合流した流れは、熱交換通路２１８を通る天然ガスの
流れと熱交換通路２５２と２５４を通るＭＲの流れとに
対して向流で高温域２１２を流れる。典型的には、熱交
換通路２７２を通る合流した混合冷媒の流れは、熱交換
通路２７２の端部に到達するときまでに全て気化され、
この気化された混合冷媒はライン２７４により熱交換器
２１０から取り出されて閉回路の冷凍サイクル２２６内
の圧縮機２３８に再循環される。同様に熱交換器２１０
の低温域の熱交換通路２２０，２５６と２６４は、お互
いに間接熱交換の関係にもある。
【００３１】図１にはまた、ライン２２２を流れる液化
天然ガス流の温度を測定するために、ライン２２２に関
連した温度検出装置２７６が示されている。同様にライ
ン２２２の液化天然ガスの流量を測定するために、ライ
ン２２２と関連した流量検出装置２７８がある。温度検
出装置２７６は、ライン２２２内のＬＮＧの温度に応じ
て信号を出し、その信号は、温度検出装置２７６から閉
回路の冷凍サイクル２２６の鎖線にまで延びている点線
で示されるように、閉回路の冷凍サイクル２２６を制御
するのに用いられる。流量検出装置２７８もまた、ライ
ン２２２内のＬＮＧの流れに応じて信号を出し、この信
号は、ライン２８２によって指示されるように流量制御
装置２２４へと送られる。一般にＬＮＧの出口流での温
度と流量の測定によるこの方法で、天然ガスの冷却が制
御されて、ＬＮＧの出口流の温度を調整している一方、
ＬＮＧの出口流の流量は、独立して制御され、それによ
りＬＮＧの出口流の流量と温度とを望ましいレベルに維
持する。
【００３２】本発明のさらに特別の例示においては、ラ
イン２８０の信号は、点線のライン２８０の延長と参照
番号２８１によって指示されているように、圧縮機２３
８に送られるように示されており、これにより冷却を提
供する圧縮機に関連した数値を変えて、ライン２２２の
ＬＮＧの出口流の温度を調整する。そのうえ特に、圧縮
機２３８が閉回路の冷凍サイクル２２６内の冷媒の流量
と圧力とを調整するような配置の場合、変えられる圧縮
機の数値は、圧縮機の速度や、案内羽根の角度又は静翼
の位置のいずれか１つ又はそれ以上であり、それらはラ
イン２２２のＬＮＧの出口流の温度を調整するように作
用する。
【００３３】加えて、圧縮機２３８の作動範囲の１つを
定めている条件に基づいて予め決められた目標値は、圧
縮機２３８に関連した設定点ＳＰ１の装置２８４によっ
て指示されたように確立され、この特定の圧縮機の数値
が、相当している設定点に調整される。圧縮機２３８の
選択された値への調整に基づいて、閉回路のサイクル２
２６内の、例えば流量制御又は減圧装置、の冷媒の再循
環に関連した数値が変えられる。これは、圧縮機２３８
から流量制御／減圧装置２６８への点線ライン２８５に
よって指示されている。
【００３４】更に閉回路の冷凍サイクル２２６内の冷媒
の流量が、例えば冷媒流量に応じた信号を発してライン
２４４内の冷媒流量を測定する流量検出装置を利用し、
点線ライン２８８によって指示されたようにこの信号を
比率計算器２９０に送ることによって測定される。ライ
ン２２２内のＬＮＧの流量を示す信号は、点線ライン２
８３で指示されるように、ライン２８２の延長により、
比率計算器２９０にも送られる。そのように作成された
比率は、ライン２２２のＬＮＧの出口流の温度を調整す
るために、閉回路の冷凍サイクルの作動を制御するよう
に調整される。装置からの比率信号は、比率計算器２９
０から閉回路の冷凍サイクル２２６に延びているライン
２９２として示されている。
【００３５】そのうえ特に、図１に示されるように閉回
路の冷凍サイクル内の冷媒が、冷媒液と冷媒蒸気とを形
成するように一部凝縮されること、冷媒蒸気の流量がラ
イン２５０に関連した流量検出装置２９４によって測定
される一方で、冷媒液流の流量は、ライン２６４に関連
した装置２９６によって測定される。このような作動に
おいて、冷媒液の流量を表す信号が流量検出装置２９６
によって発せられ、点線ライン２９８によって示される
ように流量制御装置２６８に送られる。同様に流量検出
装置２９４によって発せられた冷媒蒸気流量を表わす信
号は、点線ライン３００によって示されるように流量制
御装置２６０に送られる。この方法で、冷媒液の流量
は、冷媒液の流量対冷媒蒸気の流量の比率を制御するた
めに調整される。同時に冷媒蒸気の流量は、冷媒の全流
量を制御するために調整される。そのような作動によっ
て、冷媒蒸気流量の調整が、冷媒対ＬＮＧの流量の全体
の比率の調整をもたらす。液体と気体の冷媒の流量の制
御において機械的な条件に到達すると、閉回路の冷凍サ
イクル２２６内の圧縮機２３８の数値が、ＬＮＧ出口流
の温度を調整するために更に変えられる。このことは、
図１に比率計算器２９０から圧縮機２３８に延びている
ライン２９２の延長によって示されている。
【００３６】作動の好ましい様式において、流量検出装
置２７８によって発せられ、線２８２によって示される
ように流量制御／減圧装置２２４に送られた信号は、設
定点ＳＰ２の装置３０２によって指示されるように予め
決められた値と比較され、かつライン２２２の流量が、
設定点ＳＰ２の装置３０２に示される予め決められた値
にそれを一致させるために、装置２２４により調整され
る。同様にライン２２２のＬＮＧの温度を示す信号が、
温度検出装置２７６によって発せられ、ライン２８０と
関連した設定点ＳＰ３の装置３０４によって指示された
ように予め決められた値と比較される。このことは、閉
回路の冷凍サイクル２２６によって与えられる冷却を調
整するのに利用され、または特定の実施の形態では圧縮
機２３８の変数の１つを制御し、それによってライン２
２２の出口流の温度を制御するのにも利用される。
【００３７】従って本発明では、ＬＮＧの温度は、冷却
を調整することによって制御され、一方ＬＮＧの生産
は、独立して制御されている。ＬＮＧの生産は直接的な
やり方で設定され、その冷却が、与えられたＬＮＧの温
度と生産に必要とされる冷却に合うように調整されてい
る。これは、従来技術のやり方と反対のやり方である。
この段階は、（ａ）ライン１１でＬＮＧの出口流の温度
と流量を測定すること、及び（ｂ）ライン１１でのＬＮ
Ｇの出口流の温度を調整するために、ＭＲの気化によっ
て天然ガスの冷却を変えること、及び（ｃ）熱交換器１
４の低温管束１１２から液化工程を通って流れるＬＮＧ
の流量をＬＮＧの放出弁３０によって調整し、それによ
ってこの方法で予め決められた流量と温度の設定点での
ＬＮＧの出口流の流量と温度とが維持されること、とを
具備している。
【００３８】この工程において、本発明の模範的な実施
の形態が、必要な生産価格でＬＮＧの生産を設定し維持
し、かつ天然ガス流に与えられる冷却を調整することに
よってＬＮＧの温度を制御する制御装置を含んでいる。
（それによって、従来技術で行われていたように有効な
冷却に生産を合わせているのと対照的に、必要な生産に
冷却を合わせることができる。）
【００３９】本発明の模範的な第１の実施の形態は、ラ
イン１１でＬＮＧの出口流の温度を調整するために、熱
交換器１４のライン１２０で高温管束１１０から受け入
れたＭＲを圧縮している各々の圧縮機３２と３４とに関
連した数値を変えることを含んでいる。
【００４０】この実施の形態は、速くかつ安定したＬＮ
Ｇの温度調節を達成するための重要な操作変数（ＭＶ）
として、圧縮機３２と３４の速度を採用している。速度
以外の圧縮機の変数は、採用されたＭＲ圧縮機の型に従
っている重要なＭＶであってもよいし、遠心圧縮機の案
内羽根の角度又は軸流圧縮機の静翼の角度であってもよ
い。
【００４１】別の模範的な実施の形態は、ライン１１で
ＬＮＧの出口流の温度を調整するために、ヘッダー１２
４と１２６から流れているＭＲＶ及び／又はＭＲＬの流
量、構成又は圧力のような混合冷媒（ＭＲ）の数値を変
えることを含んでいる。第２の模範的な実施の形態は、
ＬＮＧの温度を効率的に制御するための重要な操作変数
として、全再循環冷媒流量対ＬＮＧの流量の比率を採用
している。
【００４２】記載された液化工程の実施の形態は、天然
ガスの供給流が熱交換器装置の底部から頂部へと流れる
２つの領域熱交換器のコイル巻きの実施の形態を含んで
いるが、記載された実施の形態は、前述の板状フィン付
熱交換器のような他の型の熱交換器にも等しく適用でき
るものである。例えば、板状フィン付熱交換器の構造と
使用が、１９９７年１月−２月のＬＮＧジャーナルの１
７〜１９頁にＭ．オナカ氏、Ｋ．アサダ氏及びＫ．ミツ
ハシ氏による「主要な極低温熱交換器装置のための板状
フィン付熱交換器の使用」に説明されており、板状フィ
ン付熱交換器とそれに伴う工程の説明の参考としてここ
に記載する。
【００４３】図３に示されるＬＮＧプラント４０Ａに使
用される本発明の第１の模範的な実施の形態は、ＬＮＧ
の流量のフィードバック制御と、圧縮機の速度を調整す
ること及び圧縮機の速度を望ましい作動範囲内の数値に
戻すために付加的に混合冷媒流量を調整することとによ
るＬＮＧの製造の温度の独立したフィードバック制御と
に基づく制御装置を採用している。
【００４４】図２は、本発明の模範的な速度制御に基づ
く実施の形態のための基本のフィードバック制御法を示
している高水準のブロック図である。図２に示されるよ
うに、３つのフィードバック回路が与えられている。第
１のフィードバック回路２０１は、ＬＮＧの放出弁位置
のような第１の操作変数（ＭＶ）によりＬＮＧの流量を
制御する。第２のフィードバック回路２０２は、第２の
ＭＶとして速度のような圧縮機の数値を使用しているＬ
ＮＧの製造の温度を制御する。第３のフィードバック回
路２０３は、高温又は低温ＪＴ弁の位置のような第３の
ＭＶを使用している装置を通る冷媒流量を制御すること
によって、ＬＮＧの温度にもまた影響を及ぼしている。
この第３のＭＶの調整は、圧縮機の数値調整によってな
されたと同じ方法でＬＮＧの温度を動かすために、閉回
路の冷凍サイクルの冷却を調整することによって望まし
い作動範囲内に圧縮機の数値を維持するのにもまた用い
られる。
【００４５】圧縮機の数値調整は、工程において以下の
効果を有している。圧縮機の速度又は同等の圧縮機の数
値を増加することによって、圧縮機の入口及びライン１
２０（図１）内の冷媒の圧力の減少が起きる。その結
果、熱交換器の胴側での圧力及びそれ故温度が下がり、
熱交換器１４内を流れる天然ガスに与えられる熱伝達及
びそれ故冷却の増加をもたらす。速度の減少は反対の効
果をもたらす。
【００４６】本発明の模範的な実施の形態の制御装置で
は、２つの制御対象物が、それ故２つの重要な制御回路
がある。第１の回路はほぼ設定値にＬＮＧの流量を制御
し、第２の回路は、ほぼ設定値にＬＮＧの温度を独立し
て制御している。第２の制御回路は２つのＭＶを含んで
いる。速度又は同等の圧縮機の数値のような圧縮機のＭ
Ｖは、速い温度応答（望ましいものである）をもつが比
較的に弱く安定した状態でのゲイン（望ましくないも
の）をももち、高温ＪＴ弁の位置のような第２のＭＶ
は、比較的に強い安定した状態のゲイン（望ましいもの
である）をもつが、ゆっくりした温度応答（望ましくな
い）をももっている。第２の制御対象物のための２つの
ＭＶの使用が、各々のＭＶの弱点を補償するために、各
々のＭＶの最良の特徴を用いることによって、工程の制
御能力を改善している。
【００４７】第１のフィードバック制御回路２０１にお
いて、ＬＮＧの流量は、望ましいＬＮＧの流量にＬＮＧ
の出口流（ＬＮＧの生産）を変化させ、かつ維持するた
めに制御される。この調整は、例えばＬＮＧの放出弁３
０（図３）の位置を調整することによって達成される。
第１のフィードバック回路は、オフライン又はオンライ
ンに決められ、かつ例えば特定のプラントのための生産
計画から決められるＬＮＧの流量の設定値を含んでい
る。
【００４８】この技術分野で公知であるように、ＬＮＧ
のプラントの工程のようなどの工程の動力も、伝達関数
によってモデル化されている。プラントの工程２１６
は、工程の伝達関数ｇ１１によるＬＮＧの放出弁の位置
で変化するように、ＬＮＧの流量の動的応答をモデル化
している。流量制御器２１０は、設定値に対してＬＮＧ
の流量変化を指示しているエラー信号に基づきＬＮＧの
流量を調整する。流量制御器２１０は、プラントの工程
の伝達関数ｇ１１から得た制御伝達関数ｇＣ１によっ
て、設定値に対するＬＮＧの流量のこれらの変化を補っ
ている。
【００４９】エラー信号は、フィードバック回路２０１
のための実際に測定されたＬＮＧの流量と望ましいＬＮ
Ｇの流量設定点とである制御された変数の実際の値と設
定値との間の差に基づいた組み合せである。エラー信号
は、不連続又は連続しているかも知れないし、またエラ
ー信号の形は、使用される制御器の型によっている。以
下に記載の実施の形態の目的のために、ほぼ設定点に制
御された変数の変化量に一致しているエラー信号に基づ
くＭＶの調整が、フィードバック制御として記載されて
いる。
【００５０】例えば実行される簡単な制御器は、比例積
分微分（ＰＩＤ）制御器である。ＰＩＤ制御器に対して
は、エラー信号は、設定値と測定された値との間の積分
された差とその差の微分との差（ｅ（ｔ））の組み合わ
せである。ＭＶを調整するためのＰＩＤ制御器の出力信
号ｙＰＩＤ（ｔ）は、式（１）で与えられる。ここでＫ
は比例ゲインであり、Ｆ，１／τi 及びτd は定数であ
る。
【数１】
【００５１】別の実施例において、制御器は、内部モデ
ル制御器（ＩＭＣ）のようにもっと複雑である。ＩＭＣ
に対しては、ＭＶを調整するための出力信号ｙＩＭＣ
（ｔ0）は、エラー信号の現在と過去の数値のもっと一
般的な関数であり、不連続の見本の表示を用いている式
（２）によって一般的な形で与えられる。
【数２】
【００５２】プラントの伝達関数ｇ１１から関数ｇＣ１
を得る技術は、この技術分野では公知である。モデルに
基づいた制御方法として普通に知られたそのような技術
の１つが、例えばマンフライド モラリ氏とエバングヘ
ロス ザフィリオ氏（プレンティスホール、１９８９
年）によるロバスト工程制御の第３章と第６章に記載さ
れており、ここに参考として揚げる。しかしながら本発
明の実施の形態は、この方法に限定されるものではな
く、他の制御理論の技術が、工程の伝達関数から制御伝
達関数を決めるのに用いられてもよい。
【００５３】実施例として、装置の工程の伝達関数ｇ１
１，ｇ２２，ｇ２３及び従って制御伝達関数ｇＣ１，ｇ
Ｃ２，ｇＣ３を決める方法は、以下のとおりである。最
初に、全ての装置のパラメータに対して公知の一組の典
型的な初期状態を用いることが、開回路装置（例えば何
の制御回路ももたないＬＮＧの液化工程）を、検討中の
変数のために１ステップ関数を当てることによる１ステ
ップテストにさらし、装置を安定な状態にし、全ての装
置のパラメータのためのデータを集める。このステップ
では、装置は作動中のプラント自身であり、又はプラン
トの完全に非線形な動的シュミレーションである。例え
ばＬＮＧの流量伝達関数を見つけ出すなら、この工程
は、ＬＮＧの放出弁位置での１ステップ関数の増加に委
ね、その結果ＬＮＧの流量の変化が記録される。
【００５４】第２に特定の装置の同一のソフトウェアの
パッケージを用いて、１ステップテストから集められた
データが、工程の伝達関数（例えばｇ１１，ｇ２２，ｇ
２３）のために線形モデルを作る装置のモデルプログラ
ムに与えられ、この伝達関数は、連続した装置のための
ラプラス変換又は不連続の範囲のＺ−変換の形態であ
る。そのような装置の同一のソフトウェアパッケージ
は、例えばマサチュセッツ州のナティックのマスワーク
ス株式会社から入手可能なＭＡＴＬＡＢのシステム同一
化ツールボックスである。
【００５５】次いで工程の伝達関数の線形モデルを用い
て、装置の伝達関数の各々の近似の逆関数（Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ３）を見つけ、それから制御器の伝達関数（例え
ばｇＣ１，ｇＣ２，ｇＣ３）を得るためにモデルに基づ
いた制御方法を用いる。
【００５６】最後に、制御器のモデルの伝達関数のため
の定数の調整が、動的な非線形装置のシュミレーション
に基づいて行われる。そのようなシュミレーションは、
作動中の閉回路制御装置を作動状態の広範囲の変化にさ
らす一方で、ＬＮＧプラントのパラメータの公知の作動
と模擬パラメータの作動とを比較している。
【００５７】図２に戻って第２のフィードバック回路２
０２は、オフラインに決められ、必要な工程の関数であ
るＬＮＧの温度の設定値を含んでいる。その結果、第２
のフィードバック回路２０２は、望ましい製造の温度に
又は温度近くに、ＬＮＧの出口流を維持するのに使用さ
れる。この第２のフィードバック回路のために、これ
が、例えばＬＮＧの出口流の温度を制御するための圧縮
機の速度を調整することによってなされる。混合冷媒の
遠心圧縮機の案内羽根の角度又は混合冷媒の軸流圧縮機
の静翼の位置のような、圧縮機の能力に関する他の圧縮
機の数値は、圧縮機のＭＶとして使用される。
【００５８】前述したように、ＬＮＧプラント工程の動
力は、工程の伝達関数によってモデル化され、プラント
の工程は、工程の伝達関数ｇ２２による圧縮機の数値の
変化によって与えられる冷却を変化するために、ＬＮＧ
の温度の動的な工程をモデル化している。圧縮機の制御
器２１２は、ＬＮＧの温度の設定点と実際に測定された
ＬＮＧの出口流の温度との間の差から得られたエラー信
号に基づいて、速度のような圧縮機の数値を調整するこ
とによって、フィードバック制御に用いているＬＮＧの
温度を調整する。圧縮機の制御器２１２は、工程の伝達
関数ｇ２２から得られる制御伝達関数ｇＣ２によって、
ＬＮＧの温度変化を補償している。
【００５９】図２の第３のフィードバック回路２０３
は、オフラインに決められ、圧縮機の望ましい動作範囲
内の数値に関連しており、かつ例えば効率に基づいた圧
縮機の特徴からもまた決められるかも知れない、速度又
は同等の数値の圧縮機の設定値を含んでいる。図２にお
いて、第３のフィードバック回路は、入力のリセットと
して公知のカスケード制御の特別の形態であり、それ
は、ＬＮＧの温度のように単一の対象物を制御するため
に、模範的な実施の形態の高温ＪＴ弁の位置のような余
分なＭＶの有効性を利用している。入力のリセットの技
術は、この技術分野で公知であり、例えばシガード ス
コゲスタッド氏とイアン ポストレスワイズ氏（Ｊ．ウ
ィレイと息子達、１９９６年）による「多変数のフィー
ドバック制御、解析及び設計」の４１６頁に記載されて
おり、ここに参考として揚げる。この回路のために、図
２に示されるように、制御器２１４は、工程の伝達関数
ｇ２３から得られた制御伝達関数ｇＣ３によって、ＬＮ
Ｇの温度の変化を補償している。
【００６０】高温ＪＴ弁１８を作動して、圧縮機の速度
と同様の方法で、ＬＮＧの温度に影響を及ぼす冷却の調
整をする。この第３のフィードバック回路２０３は、第
２のフィードバック回路２０２と直列に作動し、圧縮機
の速度を元の目標値に戻すことができる。
【００６１】本発明の別の実施の形態では、単一の多変
数制御器がＬＮＧのフィードバック制御を実行するのに
用いられる。多変数フィードバック回路２０４は、測定
されたＬＮＧの温度とＬＮＧの温度の設定値の組合せと
してエラー信号を受け入れる。プラントの工程の伝達関
数ｇ２が、ＬＮＧの温度の応答を圧縮機の速度と高温Ｊ
Ｔ弁の位置との同時の変化にモデル化している。それか
ら多変数制御器２２２は、ＬＮＧの温度を望ましい設定
値に動かすために、制御伝達関数Ｇｃ２５によって圧縮
機の速度と高温ＪＴ弁の位置とを同時に調整する。
【００６２】図３は、典型的な混合冷媒の液化天然ガス
プラントの概略的なフロー図であり、図２に示されるよ
うな制御装置を実行する速度に基づく制御装置のための
センサと制御器の配置を示している。図示されるよう
に、図２の第１のフィードバック回路２０１が、図２の
流量制御器２１０に一致している流量指示制御器（ＦＩ
Ｃ）２８及びＬＮＧの放出弁３０とによって実行され
る。ＦＩＣ２８はＬＮＧの出口流の流量を測定し、ＬＮ
Ｇの流量の設定点ＳＰ１０を受け入れる。測定された出
口流の流量と設定点ＳＰ１０の差からのエラー信号に基
づいて、ＬＮＧの放出弁３０の位置が、望ましい流量に
ＬＮＧの出口流を維持するために、開かれたり又は閉じ
られたりする。
【００６３】図２の第２のフィードバック回路２０２
が、温度指示制御器（ＴＩＣ）２６と圧縮機の速度制御
器３６とによって実行され、これらは共に図２の圧縮機
制御器２１２に相当している。ＴＩＣ２６は実際のＬＮ
Ｇの出口流の温度を測定し、ＬＮＧの温度の設定点ＳＰ
１１を受け入れる。測定した出口流の温度と設定点ＳＰ
１１との組み合せであるエラー信号に基づいて、ＴＩＣ
２６は、圧縮機の速度を調整する圧縮機の信号制御器３
６に信号を与える。前に示したように、圧縮機の速度よ
りむしろ遠心圧縮機の案内羽根の角度又は軸流圧縮機の
静翼の位置が、他の方法で変えられてもよい。
【００６４】ＦＩＣ２８とＴＩＣ２６のような制御器
は、簡単に入手可能であり、ＰＩＤ制御器として提供さ
れる。これらの制御器は、使用者が、式（１）によって
与えられるように、パラメータの調整と同様に制御のゲ
インを与える必要がある。この情報が、前述したモデル
に基づく制御器の設計技術を用いることを決める。
【００６５】図３に戻って、第３のフィードバック回路
が、図２の制御器２１４に相当している速度指示制御器
（ＳＩＣ）５３と高温ＪＴ弁１８とによって実行され
る。ＳＩＣ５３は、圧縮機の数値として圧縮機の速度を
使用している装置のための冷却を以下の方法で調整す
る。最初に、ＳＩＣ５３は、圧縮機の速度制御器３６か
らの圧縮機の速度信号（現在の圧縮機の速度を与える）
と、速度目標値（閉回路の冷凍サイクルのための現在の
冷媒の質量流量に対する最適の速度から決められるか又
はオフラインに計算される）とを受け入れ、それからＳ
ＩＣ５３は、実際の圧縮機の速度と望ましい速度の目標
値との組み合せであるエラー信号に基づく制御信号を計
算する。その結果、ＳＩＣ５３は、圧縮機の速度を望ま
しい速度の目標値に戻すための制御信号に応答して、高
温ＪＴ弁１８の位置を調整する。
【００６６】前述したように図２に示されるような制御
方法は、２つの制御対象物に対して行われている。第２
の制御対象物は、両者がＬＮＧの出口流の温度を制御す
る２つの役割として実行されている。ＬＮＧの温度を制
御するために、２つのＭＶの使用が制御能力を助けてお
り、加えてＬＮＧプラントの特別な方法によって負わさ
れた条件内で、ＬＮＧの制御装置の作動が可能である。
【００６７】図２において、ＬＮＧの生産を維持する一
方で、ＬＮＧの温度を独立的に維持するために、フィー
ドバック回路２０１と２０２のみを用いてもよい。しか
しながら速度のようなフィードバック回路２０２の圧縮
機の数値が動かされる限界範囲及び回路と関連した低い
安定した状態のゲインのために、余分なＭＶが有益であ
る。このことは、圧縮機の好ましい作動範囲外の速度
で、圧縮機が作動するのを防止している。例えば、余り
にも高速度で作動することは、非常に効率がよいが、圧
縮機の構成要素を損傷するかも知れない、しかし余りに
も低速度で作動することは、圧縮機のサージの原因とな
り、そこでは圧縮機を通る質量流量が逆流する。従って
本発明の１つの実施の形態は、図２の２０３で示される
前述の第３のフィードバック回路を含んでおり、仕事中
の圧縮機の速度を助けるために、高温ＪＴ弁１８の位置
を調整することによって、熱交換器装置を通る天然ガス
流に与えられる冷却を調整している。高温ＪＴ弁１８が
上限に到達している状況では、例えば、ＬＮＧの流量と
ＬＮＧの温度の設定点の調整を含む更なる調整が、望ま
しい範囲内に圧縮機の作動と高温ＪＴ弁１８の位置とを
戻すのに用いられる。
【００６８】温度のための設定値がプラントの望ましい
作動特性から決められる。例えばフラッシュ冷却の工程
を採用している図２に示されるようなＬＮＧプラントに
おいては、もしＬＮＧの生産物が約−１４６℃よりも高
い温度であるならば、ＬＮＧの生産物は、熱交換器の下
流の装置によって発生されたに違いないＬＮＧの気化成
分を含んでおり、天然ガスの不必要な損失をもたらす。
しかしながら、もしＬＮＧの生産物が約−１５１℃より
も低い温度であるならば、ＬＮＧの生産物は、熱交換器
の下流の圧縮機に補給するのに十分な気化成分を含んで
いない。そのような下流の圧縮機は、圧縮機の動力源と
して気化成分の天然ガスを用いており、下流の圧縮機の
作動特性が、低端の作動温度を決める。それ故ＬＮＧの
生産の望ましい作動温度の設定点は、この温度範囲内で
選択される。
【００６９】サブクール工程のために、ＬＮＧの出口流
で蒸気は必要ではなく、望ましい温度の設定点が、下流
の貯蔵タンクの特性によって決められる（もし温度が高
すぎるなら、ＬＮＧのフラッシュ蒸発が起きるが、もし
温度が低すぎるなら、液化工程が能率的でない。）。
【００７０】この実施の形態において、高温ＪＴ弁１８
が調整されると、更なる制御回路が、ＭＲＶの流量を制
御するために、低温ＪＴ弁１６の位置を調整するのに用
いられ、ＭＲＶの流量の設定点は、ＭＲＬ／ＭＲＶの流
量比を制御するために調整される。図３に示されるよう
に、流量比率制御器（ＦＲＣ）５１、流量比率検出器
（ＦＲ）５２からＭＲＬ／ＭＲＶの流量比を受け入れ、
予め決められた設定値とＭＲＬ／ＭＲＶの流量比を比較
する。実際の及び望ましいＭＲＬ／ＭＲＶの流量比の組
み合わせとして形成されたエラー信号に基づき、制御信
号が低温ＪＴ弁１６に与えられて、弁の位置を調整す
る。この付加的なフィードバック回路が、熱交換器内の
適切な流量のバランスを維持するのに必要であり、例え
ばライン１２０の戻りの温度が、あまりにも低くなりす
ぎて装置に損傷を与えるのを防いでいる。
【００７１】この装置の作動の条件内で閉回路の冷凍サ
イクルの様々の構成要素の作動を維持するために、付加
のＭＶとしていくつかの有効な変数が調整される。例え
ば図３に戻って、高温ＪＴ弁１８と低温ＪＴ弁１６とは
各々、完全に開弁するか又は完全に閉弁する位置に至っ
てもよいし、混合冷媒の比率が目標値から外れていても
よいし又は混合冷媒（ＭＲＶ又はＭＲＬ）温度が受け入
れ可能な範囲を外れていてもよい。もしこれらのＭＶが
条件に達するなら、この装置は、以下のことを必要とす
る。もし高温ＪＴ弁１８又は低温ＪＴ弁１６が上限又は
下限に到達するなら、圧縮機の速度が増すか又は減るこ
と、もし高温管束１１０（第１の圧縮機に吸引）で熱交
換器の出口のＭＲ温度が低すぎるなら、ＭＲＬ／ＭＲＶ
の流量比が減ること及びサージするための予め決められ
た距離に達すると、圧縮機の反サージ制御が、圧縮機の
再循環弁を開くことによって達成されることである。更
に条件は、混合冷媒圧縮機の吐出圧又は混合冷媒圧縮機
の動力に基づかれる。これらの条件を満足させること
は、操作者の介入又はコンピューターの監視かのいずれ
かによって達成され、制御装置は、記載された模範的な
実施の形態と切り離されている。
【００７２】最後に、工程を効率的に改善するために、
ある行動が加えられる。そのような模範的な装置に対し
ては、現在のＭＲの測定値を用いているフィードフォワ
ードの計算が、この装置を流れている冷媒の質量に基づ
いて新しい圧縮機の速度目標値を決めるのに用いられ
る。図２は、速度の目標設定値を与えているこの付加の
速度フィードフォワードブロック２０５を示しており、
この計算が、冷媒の再循環に基づく制御方法を参照にし
て以下に更に詳細に説明されている。そのような場合に
は、例えば与えられた混合冷媒の質量流量のための最適
な圧縮機の速度を示している表又はグラフの数値が、圧
縮機の速度の目標値を調整するのに用いられる。これら
の目的のための最適な圧縮機の数値は、例えば圧縮機の
効率のような独立した変数に基づかれる。
【００７３】ＭＲ圧縮機の速度のための目標値、又は混
合冷媒の遠心圧縮機の案内羽根の角度又は混合冷媒の軸
流圧縮機の静翼の角度が、オフライン又はオンラインの
安定した状態の最適コンピュータープログラム、又は以
下のものを含む多くの変数又は係数を受け入れる計算を
用いることによって決められるが、以下のものに限定さ
れるものではない。（ａ）ＬＮＧの生産目標、（ｂ）天
然ガスの供給状態、（ｃ）混合冷媒のリスト、（ｄ）混
合冷媒の成分、（ｅ）作動圧力、（ｆ）使用動力、
（ｇ）装置の構造、（ｈ）圧縮機の特性、及び／又は
（ｉ）外部状態。
【００７４】ＭＲＬ／ＭＲＶの流量比のための目標値
は、オフライン又はオンラインの安定した状態の最適コ
ンピュータープログラム、又は以下のものを含む多くの
変数又は係数を受け入れる計算を用いることによって決
められたが、これらに限定されるものではない。 （ａ）ＬＮＧの生産目標、（ｂ）天然ガスの供給状態、
（ｃ）混合冷媒のリスト、（ｄ）混合冷媒の成分、
（ｅ）作動圧力、（ｆ）使用動力、（ｇ）装置の構造、
（ｈ）圧縮機の特性、及び／又は（ｉ）外部状態。
【００７５】本発明の第２の模範的な実施の形態は、Ｍ
ＲＬとＭＲＶの流量（全ＭＲ流量を変えるため）、ＭＲ
Ｌ／ＭＲＶの流量比及び全ＭＲ流量／ＬＮＧ流量の比を
変えること、及びそれから現在のＭＲの質量流量のため
の圧縮機の最適作動範囲内の数値に、速度のような圧縮
機のＭＶを調整することによって、ＬＮＧの製造温度を
調整するために、フィードフォワード制御とフィードバ
ック制御とを採用している冷媒再循環に基づく制御装置
を採用している。
【００７６】図４は、本発明の模範的な再循環に基づく
実施の形態のための基本の制御のフィードバック及びフ
ィードフォワード回路を示している高水準のブロック線
図である。この模範的な実施の形態は、３つの主な制御
部分を含んでいる。第１のフィードバック回路４０１
は、ＬＮＧの生産の流量を制御しており、第２のフィー
ドバック及びフィードフォワード部分４０２は、ＬＮＧ
の製造温度を制御しており、第３のフィードフォワード
部分４０３は、閉回路の冷凍サイクルを通って流れる冷
媒質量（全ＭＲ）に基づいて最適範囲内に圧縮機の速度
を維持するために、圧縮機の速度を調整する。
【００７７】第１のフィードバック制御回路４０１にお
いて、ＬＮＧの流量は、望ましい生産ＬＮＧの流量にＬ
ＮＧの出口流（ＬＮＧ生産）を変えかつ維持するめに制
御され、そして例えばＬＮＧの放出弁３０（図５）の位
置を調整することによって達成される。第１のフィード
バック回路は、オフラインに決められ、かつ例えば生産
要求に対して決められるＬＮＧの流量の設定値を含んで
いる。
【００７８】ＬＮＧプラントの工程の動力学は、伝達関
数によってモデル化され、圧縮機の速度に基づく制御方
法を参照して説明された技術が用いられる。４０１のプ
ラントの工程は、ＬＮＧの流量の動的な工程を伝達関数
ｇ１１′を通るＬＮＧの放出弁の位置に変えるようにモ
デル化している。流量率制御器４１０は、ＬＮＧの流量
の設定点と実際に測定されたＬＮＧの流量との組み合わ
せから形成されたエラー信号に基づきＬＮＧの流量を調
整する。流量率制御器４１０は、工程の伝達関数ｇ１
１′から得られる制御伝達関数ｇＣ１′によって、ＬＮ
Ｇの流量の変化を補っている。
【００７９】ＬＮＧの流量の設定値と、工程の伝達関数
ｇ１１′及び制御伝達関数ｇＣ１′とは、図２の２０１
に示された圧縮機の速度に基づく制御方法のためのＬＮ
Ｇの流量設定点と、工程の伝達関数ｇ１１及び制御伝達
関数ｇＣ１と同じである。
【００８０】第２の部分４０２は、ＬＮＧ温度の設定値
と高温ＪＴ弁と低温ＪＴ弁の設定点の比率とを用いてい
る設定値にほぼＬＮＧ温度を維持するＬＮＧ温度のフィ
ードバック／フィードフォワード制御装置である。ＬＮ
Ｇ温度の制御は、全ＭＲ流量対ＬＮＧ流量の比率の望ま
しい目標値への調整によってなされる。第１に、現在の
測定されたＬＮＧの出口流温度が、ＬＮＧ温度の設計値
と比較されて、ＭＲ変化制御器４１４にエラー信号を与
え、制御伝達関数ｇＣ２′によって混合冷媒の流量の増
分ＭＲ流量値として定められた増加変化を決め、ＬＮＧ
の出口温度の差を補っている。増分ＭＲの流量値とＬＮ
Ｇの流量の設定値を用いて、全ＭＲ制御器は４１６は、
制御伝達関数ｇＣ３′によって以下の式（３）から必要
な全ＭＲ流量を決める。 全ＭＲ流量＝増分ＭＲ流量＋（ＬＮＧ流量の設定値×全
ＭＲ／ＬＮＧ流量）
【００８１】第２に、全ＭＲの流量とＭＲＬ／ＭＲＶの
比率の設定点とが、この工程を通って再循環しているＭ
ＲＬの流量とＭＲＶの流量とを調整するのに用いられて
いる。全ＭＲの流量とＭＲＬ／ＭＲＶの比率の設定点と
がＭＲＬ／ＭＲＶの比率制御器４１８に与えられて、制
御伝達関数ｇＣ４′によって新しいＭＲＬの流量の設定
点と新しいＭＲＶの流量の設定点とが決められ、これは
以下の式（４）と（５）によって与えられる。 新ＭＲＶ流量設定点＝ 全ＭＲ流量×１／（ＭＲＬ／ＭＲＶの比率の設定点＋１） ……（４） 新ＭＲＬ流量設定点＝全ＭＲ流量−ＭＲＶ流量設定点 ……（５）
【００８２】新しいＭＲＶとＭＲＬの流量の設定値が決
められると、２つのフィードバック制御回路が、個々の
ＭＲＬとＭＲＶの流量を制御する。これらの第１の制御
回路は、ＭＲＬ流量制御器４１９を採用して、ＭＲＬ流
量の設定値と現在の測定されたＭＲＬ流量とを受け入れ
て、これらのＭＲＬ流量の値の組み合わせとしてエラー
信号を形成し、そして制御伝達関数ｇＣ５′を通してＭ
ＲＬ流量を、例えば高温ＪＴ弁１８の位置の調整によっ
て、調整する。同様に、第２の制御回路は、ＭＲＶ流量
制御器４２０を採用して、ＭＲＶ流量の設定値と現在の
測定されたＭＲＶ流量とを受け入れて、これらのＭＲＶ
流量の値を組み合せとしてエラー信号を形成し、そして
制御伝達関数ｇＣ６′を通してＭＲＶ流量を、例えば低
温ＪＴ弁１６の位置の調整によって、調整する。前述の
方法において、制御伝達関数ｇＣ５′とｇＣ６′は、Ｌ
ＮＧプラント工程をＬＮＧの出口流温度に影響を与える
ＭＲＬとＭＲＶの流量に関連づけている開回路のモデル
化されたＬＮＧプラント工程の伝達関数ｇ２１′とｇ２
２′とから決められる。
【００８３】図５は、典型的なＭＲのＬＮＧプラント４
０Ｂの概略のフロー線図であり、図４に示されたような
制御装置を実行する再循環に基づく制御装置のためのセ
ンサと制御器の配置を示している。
【００８４】図５を参照すると、図４の再循環に基づく
制御装置の第１の制御回路４０１が、設定点ＳＰ２０に
よって与えられた予め決められた流量でＬＮＧの出口流
を維持しており、かつ第１の制御回路は、流量指示制御
器２８とＬＮＧの放出弁３０とを含み、圧縮機の速度に
基づく装置の第１の制御回路におけると同じような方法
で作用する。ＦＩＣ２８はＬＮＧの出口流の流量を測定
し、ＬＮＧ流量の設定点ＳＰ２０を受け入れる。測定さ
れた出口流の流量と設定点ＳＰ２０との組み合わせとし
て形成されたエラー信号に基づいて、ＬＮＧ放出弁３０
の位置が、望ましい流量にＬＮＧの出口流を維持するた
めに、開かれ又は閉じられる。
【００８５】再循環に基づく制御回路の図４の第２のフ
ィードフォワード／フィードバック制御回路４０２は、
図５に示され、温度指示制御器（ＴＩＣ）２６と、全Ｍ
Ｒ流量制御器ＴＭＲ ＦＲＣ６４と、ＭＲＬとＭＲＶの
流量制御器（ＭＲＬ／Ｖ ＦＲＣ）６６と、供給促進論
理器（ＦＦＬ）６８は、低温ＪＴ弁１６の調整によりＭ
ＲＶ流量を調整するためのＭＲＶ流量指示制御器（ＭＲ
Ｖ ＦＩＣ）７２と、高温ＪＴ弁１８の調整によりＭＲ
Ｌ流量を調整するためのＭＲＬ流量指示制御器（ＭＲＬ
ＦＩＣ）７０とを含んでいる。
【００８６】ＴＩＣ２６は、ＬＮＧの望ましい出口流の
温度に一致しているＬＮＧの出口流の設定値ＳＰ２１を
受け入れ、かつまたＬＮＧの出口流の現在の温度を測定
する。この現在の温度と設定値ＳＰ２１との間に差に関
係したエラー信号に基づいて、ＴＩＣ２６は、温度調整
信号を与えて、ＬＮＧの温度を調整するのに必要な増分
ＭＲ流量を指示する。そしてこの制御信号が、図４の全
ＭＲ制御器４１６に相当しているＴＭＲ ＦＲＣ６４に
与えられる。ＴＭＲ ＦＲＣ６４はまた、望ましい出口
流の流量に一致している設定値ＳＰ２０を受け入れる。
式（１）を用いて、ＴＭＲ ＦＲＣ６４はＦＦＬ６８に
望ましい全ＭＲの流量を与える。
【００８７】加えて、図４のＭＲＬ／ＭＲＶの比率制御
器４１８に相当しているＭＲＬとＭＲＶの流量比率制御
器（ＭＲＬ／Ｖ ＦＲＣ）６６は、ＭＲＬ／ＭＲＶの流
量比の設定値ＳＰ２２と、ＴＭＲ ＦＲＣ６４からの現
在のＭＲ流量とを受け入れ、式（２）と（３）を使用し
てＦＦＬ６８によってそれぞれ設定値ＳＰ２３とＳＰ２
４に受け入れて変えられた新しいＭＲＬとＭＲＶの流量
の設定点を与える。
【００８８】最後に、ＭＲＬ制御器４１９とＭＲＶ制御
器４２０とは、低温ＪＴ弁１６の調整による新しい設定
値ＳＰ２３に基づくＭＲＶの流量を調整するためのＭＲ
Ｖ流量指示制御器（ＭＲＶ ＦＩＣ）７２と、高温ＪＴ
弁１８の調整による新しい設定値ＳＰ２４に基づくＭＲ
Ｌの流量を調整するためのＭＲＬ流量指示制御器（ＭＲ
Ｌ ＦＩＣ）７０とによって実行される。
【００８９】従って、望ましい設定値へのＭＲＬの流量
の制御は、高温ＪＴ弁１８の位置を調整するフィードバ
ック回路によって与えられ、かつ望ましい設定値へのＭ
ＲＶの流量の制御は、低温ＪＴ弁１６の調整をするフィ
ードバックによってなされる。混合冷媒液流量対混合冷
媒蒸気流量の比率のための望ましい目標設定値ＳＰ２２
は、ＭＲＬの流量の設定値ＳＰ２４を調整することによ
って維持される。最後に、全ＭＲ流量対ＬＮＧ流量の比
率は、ＭＲＶの流量の設定値ＳＰ２３を調整することに
よって得られる。この方法で、ＬＮＧの出口温度がほぼ
設定値ＳＰ２１に維持され、ＬＮＧの出口流の流量が、
ほぼ設定値ＳＰ２０に維持される。
【００９０】図４に戻って、フィードバック回路４０１
とＬＮＧの温度フィードバック／フィードフォワード部
分４０２とは、ＬＮＧの生産を維持する一方で、ＬＮＧ
の温度を独立して維持している。ＭＲＬと、ＭＲＶと、
全ＭＲの流量／ＬＮＧの流量とを変えることによる速い
応答での温度の維持により、圧縮機を通って流れる与え
られた冷媒質量のために、圧縮機の好ましい作動範囲を
外れた速度で圧縮機が作動するようになる。従って、本
発明の実施の形態は、図４に示されるように制御伝達関
数ｇＣ７′をもつ制御工程４２２を有する第３のフィー
ドフォワード部分４０３を含んでおり、それにより、圧
縮機装置を通って流れる全冷媒質量に基づいて、圧縮機
の速度を調整する。ゲインｇＣ７′を通って与えられた
圧縮機の出力速度が、工程の伝達関数ｇ２３′を通って
ＬＮＧの出口温度に作用する。
【００９１】図５に示されるように、図４のフィードフ
ォワード部分４０３は、各々の圧縮機段階（例えば、低
圧圧縮機３４と高圧圧縮機３２）のためのフィードフォ
ワード制御器（ＦＦ）６２と対の速度制御器３６と３８
とによって実行される。この実施の形態は圧縮機の速度
で説明されているが、静翼の位置又は案内羽根の角度の
ような同等の圧縮機の数値が用いられてもよいが、これ
らに限定されるものではない。ＦＦ６２は受け入れたＭ
Ｒの質量流量を測定する。それからＦＦ６２は、圧縮機
の効率の入手可能な情報に基づいて、低圧圧縮機３４又
は高圧圧縮機３２のそれぞれの圧縮機の作動を調整する
ために、圧縮機の数値を速度制御器３６と３８に与え
る。そのような調整は、ＭＲの質量流量の関数として圧
縮機性能から得られた性能曲線に基づかれる。
【００９２】第３の制御回路において、混合冷媒の低圧
及び高圧の圧縮機３４と３２は、ＦＦ６２によって付加
的にかつ別々に調整される。各々のＦＦ６２は、それぞ
れの圧縮機の現在の混合冷媒の流量を測定して、最大の
圧縮機の効率を確保するために、低圧圧縮機３４又は高
圧圧縮機３２の望ましい質量流量に基づいて、それぞれ
の圧縮機の速度制御器３６又は３８に速度制御信号を送
る。それから圧縮機の速度制御器３６又は３８は、それ
に従ってそれぞれの圧縮機の速度を設定する。速度が固
定されるか又は速度が適当な制御によって変えられない
プラントにおいては、同等な変数を動かすことが可能で
ある。例えば１つ又はそれ以上の混合冷媒の遠心圧縮機
の案内羽根の角度が、最大の圧縮機の効率を確保するた
めに、各々の圧縮機の現在の質量流量の関数として調整
される。また１つ又はそれ以上の混合冷媒の軸流圧縮機
の静翼の角度が、最大の圧縮機の効率を確保するため
に、各々の圧縮機の現在の質量流量の関数として調整さ
れる。
【００９３】圧縮機のサージ防止制御は、予め決められ
た圧縮機のサージレベルに到達するときに、圧縮機の再
循環弁を開くことによって達成される。
【００９４】主の極低温熱交換器の高速管束１１０での
再循環冷媒の温度の条件制御は、例えば装置の作動要求
によ高温管束１１０での温度のために、適切な低温度の
条件値を決めること、それから高温域端温度を測定し、
測定した高温域端温度を条件値と比較すること、とによ
って達成される。もし温度が条件値よりも低いならば、
ＭＲＬ／ＭＲＶの流量比の望ましい目標値が下げられ
る。
【００９５】混合冷媒の圧縮機の速度や、混合冷媒の遠
心圧縮機の案内羽根の角度又は混合冷媒の軸流圧縮機の
静翼の角度のための目標値が、オフライン又はオンライ
ンの安定した状態の最適コンピュータープログラム又は
以下のものを含む多数の変数又は係数を受け入れる計算
を使用することによって決められるが、これらに限定さ
れるものではない。 （ａ）混合冷媒成分、（ｂ）作動圧力、（ｃ）使用動
力、（ｄ）装置の構造、（ｅ）圧縮機の特性及び／又は
（ｆ）外部状態。
【００９６】ＭＲＬとＭＲＶの流量比の目標値は、オフ
ライン又はオンラインの安定した状態の最適コンピュー
タープログラム、又は以下のものを含んでいる多数の変
数又は係数を受け入れる計算を使用することによって決
められるが、これらに限定されるものではない。 （ａ）ＬＮＧの生産目標値、（ｂ）天然ガスの供給状
態、（ｃ）混合冷媒のリスト、（ｄ）混合冷媒成分、
（ｅ）作動圧力、（ｆ）使用動力、（ｇ）装置の構造、
（ｈ）圧縮機の特性及び／又は（ｉ）外部状態。
【００９７】制御装置とＬＮＧ工程の正確な非線形モデ
ルを採用しているＬＮＧプラントの動的シュミレーショ
ンの結果が、図３と図５に示されるように、ＬＮＧプラ
ントの制御方法の性能を比較するために検討されてい
る。設計された制御装置の伝達関数と工程の伝達関数を
決めるのに用いられた線形モデルとが、前述のように決
められる。速度に基づく制御方法と再循環に基づく制御
方法との性能が、典型的な２つの管束の基底負荷ＬＮＧ
プラントの正確で非線形なモデルを用いて実証されてい
る。この結果は、ＭＣＨＥ／ＭＣＲ回路部分の閉回路の
動的シュミレーションからのものである。表１は、模範
的な動的シュミレーションに用いられた非線形モデルの
ための装置パラメータをリストしたものであり、重要な
工程の変数と、対応する初期の安定した状態の数値とを
含んでいる。表１の数値は、モデルとされたＬＮＧプラ
ントの時間に合わせた“速写（スナップ−ショット）”
を示している。
【００９８】
【表１】
【表２】
【００９９】表１のこれらの数値は、特定の時での安定
した状態の数値である。この技術分野で公知であるよう
に、各々の特定のＬＮＧプラントは異なった作動特性を
有しており、非線形モデルを使用するＬＮＧプラントの
動的シュミレーションは、特定のＬＮＧプラントに対し
て注文どおりに作られている。従って、比較と、制御対
象物及び表１の一致した安定した状態の作動数値とを手
本とすべきである。
【０１００】
【表３】
【０１０１】表３は、制御対象物のための最大、最小及
び範囲とを与え、かつまたＭＲと出力条件を与えてい
る。これらの対象物を他の装置に関連づけるために、こ
れらの対象物がどのように決められたかを簡単に以下説
明する。ＬＮＧの流量に対しては、ＬＮＧプラントの生
産量の最大値が、特定のプラントと天然ガスの供給によ
って決められ、最小値は、プラントの操業停止に一致し
ている零である。従ってＬＮＧの流量としては、望まし
い流量はＬＮＧプラントの操作者及びプラントの生産計
画によって決められる。望ましい流量が決められると、
±２％変化の模範的な制御対象は、ＬＮＧプラントの流
量制御に現在用いられている典型的な数値に関係してい
る。ＬＮＧの流量変化範囲のために、より大きな数値が
最大と最小値に用いられるが、ＬＮＧプラントの効率に
影響する。ＬＮＧの流量変化のためのより小さな数値も
用いられるが、最小の範囲が、測定装置の精度、制御要
素の正確性及びＬＮＧプラント工程の過度の応答の特性
とによって決められる。従って最小の範囲はＬＮＧプラ
ントの研究又はシュミレーションによって見いだされ
る。
【０１０２】ＬＮＧの出口流の温度のための最大と最小
の作動範囲の決定は、前述されており、フラッシュサイ
クルや、サブクール工程又は他の輸送又は貯蔵の検討の
ような下流の工程に依存しているが、これらに限定され
るものではない。±２．５℃のＬＮＧの温度変化の模範
的な範囲は、典型的なプラントの作動から決められる
が、より小さい範囲が使用されてもよい。最小の範囲
は、測定装置の精度と、制御要素の正確性及びＬＮＧプ
ラント工程の過度応答の特性とによって決められる。
【０１０３】低圧及び高圧の圧縮機のための最大と最小
の作動範囲の決定は、使用される特定の圧縮機の製造業
者の仕様に依存している。５ rpm／sec より小さい圧縮
機の速度変化の模範的な範囲は、典型的なプラント圧縮
機から決められる。変化の最大の割合が機械の作動上に
考慮によって決められる。
【０１０４】また前述したように高温ＪＴと、低温ＪＴ
とＬＮＧの放出弁との作動範囲は、完全に開いた状態と
完全に閉じた状態との間であり、この範囲内を自由に作
動することができる。
【０１０５】最後に、出力条件もまた特定のＬＮＧプラ
ント構造によって決められる。この吐出圧は熱交換回路
の設計圧力によって決められ、高温域端での胴体温度
は、下流の装置を損傷する前の最小の温度によって決め
られ、この温度は約−５０℃、典型的には−３８℃でＬ
ＮＧプラントの作動に用いられる。サージ距離は圧縮機
への損傷を防ぐために、妥当な数値に設定される。
【０１０６】図２によって示された圧縮機の速度に基づ
く制御方法と、制御関数を実行するＰＩＤ制御器とを用
いている与えられた実施例に対して、制御伝達関数は、
以下の同調（チューニング）パラメータを有する。ｇＣ
１（ＬＮＧの流量制御）に対しては、比例ゲインが１０
-5１／kgモル／hr）であり、積分時間τI は２秒であ
る。そしてｇＣ２（ＬＮＧの温度制御）に対しては、比
例ゲインが−５００rpm／Ｃであり、積分時間τI は２
９５秒である。第３のフィードバック回路に対しては、
模型に基づく制御アルゴリズムが、前述したように用い
られる。これは第１のあつらえのフィルターを含んでお
り、フィルターの時定数は調整可能な同調パラメータと
して用いられる。時定数は、閉回路装置の望ましい応答
速度に関係しており、安定性の考慮によって制限され
る。
【０１０７】図４によって示された冷媒再循環に基づく
制御方法を用いている与えられた実施例に対して、比例
ゲイン定数は、以下の同調パラメータを有している。ｇ
Ｃ１′（ＬＮＧの流量制御）に対しては、比例ゲインは
１０-5１／（kgモル／hr）であり、積分時間τI は２秒
である。ｇＣ２（ＬＮＧの温度制御）に対しては、比例
ゲインは６００であり、積分時間τI は２５００秒であ
る。ｇＣ３′に対しては、ゲインは、開回路応答から得
られた工程のモデルから決められる。ｇＣ４′に対して
は、ゲインは、開回路応答から得られた工程のモデルか
ら決められる。ｇＣ５′（高温ＪＴ弁の流量制御）に対
しては、比例ゲインは、１０-5１／（kgモル／hr）であ
り、積分時間τI は１秒である。ｇＣ６′（低温ＪＴ弁
の流量制御）に対しては、比例ゲインは、３．５２８×
１０-6１／（kgモル／hr）であり、積分時間τI は１秒
である。ｇＣ７′に対しては、ゲインは、開回路応答か
ら得られた工程のモデルから決められる。
【０１０８】４つの異なるシュミレーションの計画が示
されている。速度に基づく制御方法と再循環に基づく制
御方法の両者に対する結果が示されており、適切な場合
における望ましい設定値と比較されている。シュミレー
ションの計画の結果が、図６〜２０に示されていて、時
間の関数として検討中の様々な変数の作用として与えら
れている。図６〜２０に用いられている時間の目盛り
は、秒（２８８００秒＝８時間）で与えられている。図
６〜２０の例示されたシュミレーションは、圧縮機の速
度に基づく方法（記号（ａ））と再循環に基づく方法
（記号（ｂ））の両者が様々の計画の制御対象物を十分
に満足させていることを示している。
【０１０９】図６〜９は、ＬＮＧの流量設定計画の４％
のステップ減少を用いている圧縮機の速度に基づく制御
方法と再循環に基づく制御方法の性能を示している。Ｌ
ＮＧの流量設定計画の４％のステップ減少において、図
６は、時間に対するＬＮＧの流量の制御を示しているグ
ラフであり、図７は時間に対するＬＮＧの温度の制御を
示しているグラフであり、図８は時間に対する圧縮機の
速度の制御を示しているグラフであり、図９は、時間に
対する高温ＪＴ弁の位置の動きを示しているグラフであ
る。
【０１１０】図６と図７は、圧縮機の速度に基づく制御
方法と再循環に基づく制御方法の両者による流量と温度
のそれぞれの厳密な制御がなされたことを示している。
図８は時間の関数としての圧縮機の速度を示している。
両方の制御方法は、より低い熱負荷による初期の温度減
少を早い速度で修正することを示している。より早く指
示されたとおり、速度に基づく方法は、速度を元の目標
値（この実施例では４５５０rpm ）に戻すようにリセッ
トするようになっており、付加のＭＶとして高温ＪＴ弁
の位置を採用することによって、それを行っている。高
温ＪＴ弁の開きを減ずることは、同じ方向にあるＬＮＧ
の温度に影響を及ぼし、それよりゆっくりではあるが、
圧縮機の速度にも影響を及ぼす。図３に示された構成に
従って配置された場合、両者のＭＶの組み合わせた効果
は、圧縮機の速度を初期動作の後まもなく元の数値に戻
して駆動させている。この実施例のために、新しい安定
した状態での速度が、元の目標値にリセットされ、高温
ＪＴ弁は約５％だけ閉じられる。
【０１１１】図１０〜１４は、ＬＮＧの流量の設定計画
における４％のステップ増加を用いている圧縮機の速度
に基づく制御方法と再循環に基づく制御方法との性能を
示している。ＬＮＧの流量の設定計画の４％のステップ
増加において、図１０は、時間に対するＬＮＧの流量の
制御を示しているグラフであり、図１１は、時間に対す
るＬＮＧの温度制御を示しているグラフであり、図１２
は、時間に対する高温ＪＴ弁の位置と低温ＪＴ弁の位置
とを示しているグラフであり、図１３は、時間に対する
熱交換器の胴部温度を示しているグラフであり、図１４
は、時間に対する圧縮機の速度制御を示しているグラフ
である。
【０１１２】図１０〜１４に示されたような性能は、Ｌ
ＮＧの流量と温度の両者もまた、この計画において、温
度の応答が再循環に基づく方法に対してはよりゆっくり
ではあるが、表２の必要な範囲内で十分に制御されてい
ることを示している。図１０〜１４は、この計画のため
のいくつかの条件制御の実行を示している。初期の安定
した状態のＬＮＧの出口流は、既に高い生産値であり、
ＬＮＧの流量設定は更に４％だけ増加されている。高温
ＪＴ弁の位置は、この条件に達しないが（表２に１．１
６と定められた）、低温ＪＴ弁は条件に達している。速
度に基づく方法の場合には、低温ＪＴ弁の位置は、熱交
換器の胴部の高温域端が冷えすぎるのを防止するため
に、一つの方策として増加される。低温ＪＴ弁１６の位
置が条件に達するが、制御方法は、まだ胴部の高温管束
をその条件近くに制御するようにしている。低温ＪＴ弁
１８の位置がその条件値に達すると、この実施例の制御
方法は、圧縮機の速度の目標値を４５５０rpm から約４
８５０rpm まで増加する。
【０１１３】図１５〜１８は、ＬＮＧの流量設定計画の
１分当り１％で３５％のランプ減少に対する圧縮機の速
度に基づく制御方法と再循環に基づく制御方法の性能を
示している。ＬＮＧの流量設定計画の１分当り１％で３
５％のランプ減少において、図１５は、時間に対するＬ
ＮＧの流量制御を示しているグラフであり、図１６は、
時間に対するＬＮＧの温度制御を示しているグラフであ
り、図１７は、時間に対する低圧及び高圧圧縮機の速度
制御を示しているグラフであり、図１８は、時間に対す
る高温ＪＴ弁の位置の動きを示しているグラフである。
【０１１４】図１５〜１８は、模範的な制御方法による
ＬＮＧの流量と温度の制御が、表２で与えられた要求内
で良好に行われていることを示している。図１７は、こ
の実施例の圧縮機の速度を示しており、かつ速度に基づ
く方法において、生産物の流量のランプダウンがほとん
ど完全であると、高温ＪＴ弁の位置の調整の助けで、圧
縮機が元の速度に戻ることを示している。従って、圧縮
機は、ＬＮＧの流量内でその後に起きるランプダウン
（またはランプアップ）のための十分な速度作動範囲を
有している。この模範的な３５％の生産のランプダウン
計画のために、圧縮機は、サージ状態の圧縮機に近づい
ている。この状況に対して、サージ状態は、サージ距離
が８％以下に落ちたときに、各々の圧縮機のために再循
環弁を開けることによって防止される。
【０１１５】サーボ変化と外乱の排除計画において、図
１９は、時間に対するＬＮＧの流量制御を示しているグ
ラフであり、図２０は、時間に対するＬＮＧの温度制御
を示しているグラフである。図示されるように、圧縮機
の速度に基づく制御方法と再循環に基づく制御方法の両
者は、ＬＮＧの流量と温度の十分な制御を与えている。
この計画のために、以下の一連の結果がシュミレートさ
れた。１００秒で、ＬＮＧの流量ＳＰの増加が＋２％
（１８４７２）であり、１０００秒で、ＬＮＧの温度Ｓ
Ｐの変化が約２％（より低くなり、−１４９℃）だけで
あり、５０００秒で、供給圧の減少は２％だけであり、
１００００秒で、供給内のＣｌ成分の減少は２％だけで
あり、１５０００秒で、ＨＰＳＥＰへのＭＣＲ温度の増
加は２％だけであり、２００００秒で、ＬＮＧの温度Ｓ
Ｐの変化（より高くなり、−１４３．１℃）は４％だけ
である。
【０１１６】本発明の好ましい実施の形態が示され、こ
こで説明されているが、そのような実施の形態が実施例
でのみ与えられていることが分るであろう。本発明の精
神を離れることなく様々の変更や、交換や代用が、当業
者なら行えるであろう。従って、特許請求の範囲は、本
発明の精神と範囲にある全てのそのような変更を包含し
ているものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の模範的な実施の形態である典
型的な混合冷媒の液化天然ガスプラント工程の概略のフ
ロー図である。
【図２】図２は、本発明の模範的な速度制御に基づく実
施の形態である基本のフィードバック制御を示している
高水準のブロック図である。
【図３】図３は、図２に示されたような速度に基づく制
御装置のセンサの配置を示している典型的な混合冷媒の
液化天然ガスプラントの概略のフロー図である。
【図４】図４は、本発明の模範的な再循環に基づく実施
の形態である基本のフィードバック制御を示している高
水準のブロック図である。
【図５】図５は、図４に示されたような再循環に基づく
制御装置のセンサの配置を示している典型的な混合冷媒
の液化天然ガスプラントの概略のフロー図である。
【図６】図６は、ＬＮＧの流量設定計画の４％のステッ
プ減少における、時間に対するＬＮＧ流量の制御を示し
ているグラフである。
【図７】図７は、ＬＮＧの流量設定計画の４％のステッ
プ減少における、時間に対するＬＮＧ温度の制御を示し
ているグラフである。
【図８】図８は、ＬＮＧの流量設定計画の４％のステッ
プ減少における、時間に対する圧縮機の速度の制御を示
しているグラフである。
【図９】図９は、ＬＮＧの流量設定計画の４％のステッ
プ減少における、時間に対する高温ＪＴ弁の位置による
制御動作を示しているグラフである。
【図１０】図１０は、ＬＮＧの流量設定計画の４％のス
テップ増加における、時間に対するＬＮＧの流量の制御
を示しているグラフである。
【図１１】図１１は、ＬＮＧの流量設定計画の４％のス
テップ増加における、時間に対するＬＮＧ温度の制御を
示しているグラフである。
【図１２】図１２は、ＬＮＧの流量設定計画の４％のス
テップ増加における、時間に対する高温ＪＴ弁と低温Ｊ
Ｔ弁の位置による制御動作を示しているグラフである。
【図１３】図１３は、ＬＮＧの流量設定計画の４％のス
テップ増加における、時間に対する熱交換器の胴部温度
を示しているグラフである。
【図１４】図１４は、ＬＮＧの流量設定計画の４％のス
テップ増加における、時間に対する圧縮機の速度の制御
を示しているグラフである。
【図１５】図１５は、ＬＮＧの流量設定計画の分当り１
％で３５％のランプ減少における、時間に対するＬＮＧ
の流量の制御を示しているグラフである。
【図１６】図１６は、ＬＮＧの流量設定計画の分当り１
％で３５％のランプ減少における、時間に対するＬＮＧ
温度の制御を示しているグラフである。
【図１７】図１７は、ＬＮＧの流量設定計画の分当り１
％で３５％のランプ減少における、時間に対する低圧及
び高圧の圧縮機の速度の制御を示しているグラフであ
る。
【図１８】図１８は、ＬＮＧの流量設定計画の分当り１
％で３５％のランプ減少における、時間に対する高温Ｊ
Ｔ弁の位置による制御動作を示しているグラフである。
【図１９】図１９は、設定計画を維持するためのサーボ
変化と外乱の排除における、時間に対するＬＮＧの流量
の制御を示しているグラフである。
【図２０】図２０は、設定計画を維持するためのサーボ
変化と外乱の排除における、時間に対するＬＮＧ温度の
制御を示しているグラフである。
【図２１】図２１は、従来技術のカスケード制御装置の
センサの配置を示している典型的な混合冷媒の液化天然
ガスプラントの概略のフロー図である。
【符号の説明】
１２…吸入弁 １４，２１０…２つの領域熱交換器 １６…低温ＪＴ弁 １８…高温ＪＴ弁 ２０…流量指示器 ２６…温度指示制御器 ２８…流量指示制御器 ３０…放出弁 ３２…高圧圧縮機 ３４…低圧圧縮機 ３６，３８…圧縮機速度制御器 ４２，２４６…分離器 １１０…高温管束 １１２…低温管束 １２４，１２６…散布ヘッダー １２８…熱交換器 ２１２…高温域 ２１４…低温域 ２２４，２６０，２６８…流量制御又は減圧装置 ２２６…閉回路の冷凍サイクル ２３８…圧縮機 ２４２…冷却器 ２７６…温度検出装置 ２７８，２８６，２９４，２９６…流量検出装置 ２９０…比率計算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フィリップ エー．ブローシュ アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18104，アレンタウン，クレスト アベ ニュ ノース 2811 (72)発明者 ジェームズ ロバート ハミルトン，ジ ュニア アメリカ合衆国，ペンシルバニア 18062，マッカンジー，ジーマン ロー ド 3916 (56)参考文献 特開 昭63−25481（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25J 1/00 C10G 5/06

Claims (34)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液化工程を通って流れる天然ガスの冷却
    による液化天然ガス（ＬＮＧ）の出口流の生産量を制御
    する方法において、この方法が、 （ａ）ＬＮＧの出口流の温度と流量を測定すること、及
    び （ｂ）ＬＮＧの出口流のこの温度を調整して天然ガスの
    冷却を変え、かつこれとは関係なく工程を通って流れる
    ＬＮＧの流量を調整し、それによって予め決められた流
    量値にＬＮＧの出口流の流量を維持し、かつ予め決めら
    れた温度値に温度を維持すること、の段階を具備する液
    化天然ガスの生産量の制御方法。
  2. 【請求項２】 圧縮機が冷媒の流量と圧力とを調整する
    閉回路の冷凍サイクルによる冷却を提供すること、及び
    閉回路の冷凍サイクルの作用を調整するために、圧縮機
    の速度と、案内羽根の角度及び静翼の位置とよりなるグ
    ループから選らばれた少なくとも１つの圧縮機の数値を
    変え、それによりＬＮＧの出口流の温度を調整するこ
    と、とを前記段階（ｂ）が更に具備するところの請求項
    １に記載の液化天然ガスの生産量の制御方法。
  3. 【請求項３】 （ｃ）少なくとも１つの圧縮機の数値の
    ための圧縮機の作動範囲を定めている条件に基づいて相
    当する目標値を決めること、 （ｄ）少なくとも１つの圧縮機の数値を相当する目標値
    に調整すること、及び （ｅ）少なくとも１つの圧縮機の数値の調整に基づい
    て、冷媒の再循環に関連した少なくとも１つの数値を変
    え、それによりＬＮＧの出口流の流量と温度とを維持す
    ること、の段階を更に具備する請求項２に記載の液化天
    然ガスの生産量制御方法。
  4. 【請求項４】 前記段階（ｄ）が、少なくとも１つの圧
    縮機の数値と相当する目標値とに基づくフィードバック
    信号に基づいて少なくとも１つの冷媒の数値を変えてい
    るところの請求項３に記載の液化天然ガスの生産量の制
    御方法。
  5. 【請求項５】 冷媒の流量とＬＮＧの出口流の流量とを
    測定すること、 冷媒の流量対ＬＮＧの流量の比率を作成すること、及び
    閉回路の冷凍サイクルの作用を調整するために、その比
    率を調整し、それによりＬＮＧの出口流の温度を調整す
    ること、との段階を更に含んでいる請求項１に記載の液
    化天然ガスの生産量の制御方法。
  6. 【請求項６】 冷媒が一部凝縮されて、冷媒液と冷媒蒸
    気とを形成し、この流量の測定段階が、冷媒蒸気の流量
    と冷媒液の流量とを測定することを更に含んでおり、か
    つその比率の調整段階が、予め決められた流量比が達成
    されるまで、冷媒の流量を設定するために冷媒蒸気の流
    量を調整することと、その比率を調整するために冷媒液
    の流量を調整することとを更に含んでいるところの請求
    項５に記載の液化天然ガスの生産量の制御方法。
  7. 【請求項７】 冷媒が一部凝縮されて、冷媒液と冷媒蒸
    気とを形成し、この流量の測定段階が、冷媒蒸気の流量
    と冷媒液の流量とを測定することを更に含んでおり、か
    つその比率の調整段階が、予め決められた流量比が達成
    されるまで、冷媒の流量を設定するために冷媒液の流量
    を調整することと、その比率を調整するために冷媒蒸気
    の流量を調整することとを更に含んでいるところの請求
    項５に記載の液化天然ガスの生産量の制御方法。
  8. 【請求項８】 天然ガスの冷却による天然ガスの液化の
    工程からの液化天然ガスの出口流の温度と流量を同時に
    制御する方法において、この方法が、 （ａ）ＬＮＧの出口流の予め決められた流量を確立する
    こと、 （ｂ）ＬＮＧの出口流の実際の流量を検出すること、 （ｃ）ＬＮＧの出口流の実際の流量を予め決められた流
    量に調整すること、 （ｄ）ＬＮＧの出口流の予め決められた温度を確立する
    こと、 （ｅ）ＬＮＧの出口流の実際の温度を検出すること、 （ｆ）ＬＮＧの出口流の温度を予め決められた温度に調
    整するために、天然ガスに与えられる冷却を制御するこ
    と、とを具備する液化天然ガスの温度と流量の制御方
    法。
  9. 【請求項９】 天然ガスの液化工程が、熱交換器を備え
    るプラント内に導入されていて、この熱交換器が、高温
    域端と低温域端と、高温域端の天然ガス供給流の入口
    と、別々の冷凍サイクル内にある冷媒流との間接熱交換
    による天然ガスの冷却と液化のための熱交換器内の導管
    と、熱交換器の低温域端でのＬＮＧの出口流の送給のた
    めの液化天然ガスラインとを有し、前記ラインがＬＮＧ
    の流量制御装置を有しているものであって、更に冷凍サ
    イクルが、冷媒を圧縮するための圧縮機と、圧縮された
    冷媒を凝縮するための凝縮器と、圧縮された冷媒を膨脹
    するための膨脹装置と、膨脹された冷媒が天然ガス流と
    間接熱交換して、天然ガス流を冷却し、液化させるため
    に、熱交換器の蒸発域に膨脹された冷媒を導く手段と、
    膨脹し、蒸発した冷媒を高温域端から圧縮機に戻す手段
    とを具備しており、そして、冷却の制御が、圧縮機の作
    動と膨脹装置の作動とよりなるグループから選択された
    工程の変数を操作することによるフィードバック制御に
    より行われるところの請求項８に記載の液化天然ガスの
    温度と流量の制御方法。
  10. 【請求項１０】 凝縮器が圧縮された冷媒を一部凝縮し
    て、冷媒蒸気と冷媒液とを作り、かつこの冷媒蒸気と冷
    媒液の各々のための個別の膨脹装置があり、この別々の
    膨脹装置のどちらか又は両者が、別々に操作されるとこ
    ろの請求項９に記載の液化天然ガスの温度と流量の制御
    方法。
  11. 【請求項１１】 冷媒圧縮機が、案内羽根を有する遠心
    圧縮機と静翼を有する軸流圧縮機とよりなるグループか
    ら選択され、かつＬＮＧの出口流の流量が、ＬＮＧの流
    量制御装置の調整によるフィードバック制御を受けてお
    り、ＬＮＧの出口流の温度が、 （ａ）冷媒圧縮機の速度と、 （ｂ）案内羽根の角度と、 （ｃ）静翼の角度と、よりなるグループから選択される
    圧縮機の変数の調整によるフィードバック制御を受けて
    いるところの請求項９に記載の液化天然ガスの温度と流
    量の制御方法。
  12. 【請求項１２】 圧縮機の変数が、冷媒圧縮機の速度で
    あり、かつ（ａ）ＬＮＧの出口流の温度が、予め決めら
    れた温度より高いならば、冷媒圧縮機の速度が増加さ
    れ、又は（ｂ）ＬＮＧの出口流の温度が、予め決められ
    た温度より低いならば、冷媒圧縮機の速度が減少され
    る、ところの請求項１１に記載の液化天然ガスの温度と
    流量の制御方法。
  13. 【請求項１３】 圧縮機が遠心圧縮機であり、圧縮機の
    変数が案内羽根の角度であって、 （ａ）ＬＮＧの出口流の温度が、予め決められた温度よ
    り高いならば、案内羽根の角度が増加され、又は（ｂ）
    ＬＮＧの出口流の温度が、予め決められた温度より低い
    ならば、案内羽根の角度が減少される、ところの請求項
    １１に記載の液化天然ガスの温度と流量の制御方法。
  14. 【請求項１４】 圧縮機が軸流圧縮機であり、圧縮機の
    変数が静翼の角度であって、 （ａ）ＬＮＧの出口流の温度が、予め決められた温度よ
    り高いならば、静翼の角度が増加され、又は（ｂ）ＬＮ
    Ｇの出口流の温度が、予め決められた温度より低いなら
    ば、静翼の角度が減少される、ところの請求項１１に記
    載の液化天然ガスの温度と流量の制御方法。
  15. 【請求項１５】 ＬＮＧの出口流の流量と温度とが、Ｌ
    ＮＧの流量制御装置の多変数制御器と少なくとも１つの
    圧縮機の変数による同時で、かつ同等の調整によるフィ
    ードバックにより、同時に制御されるところの請求項１
    １に記載の液化天然ガスの温度と流量の制御方法。
  16. 【請求項１６】 熱交換器内の天然ガスを冷却するため
    の導管が、熱交換器の高温域端に隣接する少なくとも高
    温域と、熱交換器の低温域端に隣接する低温域とを通っ
    ていて、 冷凍サイクルの蒸発域が、導管が通っている高温域と低
    温域にそれぞれ相当している少なくとも高温域と低温域
    とに分けられて、高温域と低温域の各々に凝縮された冷
    媒を導くための別々の膨脹装置を有しており、そして高
    温域の膨脹装置が、高温域への少なくとも一部凝縮され
    た冷媒の流量を制御し、かつ低温域の膨脹装置が、低温
    域への少なくとも一部凝縮された冷媒の流量を制御して
    いて、更に （ａ）圧縮機の変数の望ましい目標値を確立すること、 （ｂ）そのような圧縮機の変数の現在の数値を測定する
    こと、 （ｃ）前記目標値と現在の数値とを比較すること、 （ｄ）圧縮機の変数の望ましい目標値と現在の数値との
    間の差及び積分された差に基づいたフィードバック制御
    によって、高温域の膨脹装置を調整し、圧縮機の変数の
    調整によって達成された変化と同じ方法で、ＬＮＧの出
    口流の温度変化を達成すること、 （ｅ）圧縮機の変数を望ましい目標値に戻すためにリセ
    ットすること、の段階を更に含んでいるところの請求項
    ９に記載の液化天然ガスの温度と流量の制御方法。
  17. 【請求項１７】 冷媒が、高温域を流れる冷媒液と、低
    温域と高温域とを流れる冷媒蒸気とで与えられるよう
    に、一部が凝縮した多成分冷媒であって、 （ａ）冷媒液の流量と冷媒蒸気の流量との望ましい比率
    を予め決めること、 （ｂ）冷媒液の現在の流量を測定すること、 （ｃ）冷媒蒸気の現在の流量を測定すること、 （ｄ）冷媒液の流量対冷媒蒸気の流量の現在の比率を測
    定すること、及び （ｅ）冷媒液流量対冷媒蒸気流量の比率を予め決められ
    た比率に調整するために、低温域の膨脹／流量制御装置
    を制御すること、の段階を更に含んでいるところの請求
    項１６に記載の液化天然ガスの温度と流量の制御方法。
  18. 【請求項１８】 膨脹し、蒸発した冷媒を熱交換器の高
    温域端から圧縮機に戻す手段において、 （ａ）高温端域での戻り冷媒のための低温度の条件値を
    予め決めること、 （ｂ）高温域端での戻り冷媒の温度を測定すること、 （ｃ）測定温度を条件温度と比較すること、 （ｄ）もし測定温度が条件温度より低いならば、測定温
    度が条件温度より高くなるまで、冷媒液流量対冷媒蒸気
    流量の比率を減少すること、の段階を備える冷媒温度の
    条件制御を更に含んでいる請求項１７に記載の液化天然
    ガスの温度と流量の制御方法。
  19. 【請求項１９】 圧縮機の吐出圧と圧縮機の消費動力と
    を決めること、及び （ａ）圧縮機の速度と、 （ｂ）案内羽根の角度と、 （ｃ）静翼の角度とよりなるグループから選択された圧
    縮機の変数のための望ましい目標値を変えることによ
    る、 （ａ）圧縮機の吐出圧と、 （ｂ）圧縮機の消費動力と、 （ｃ）低温域の膨脹／流量制御装置と、 （ｄ）高温域の膨脹／流量制御装置とよりなるグループ
    から選択された工程の変数の条件制御とを更に含んでい
    る請求項１７に記載の液化天然ガスの温度と流量の制御
    方法。
  20. 【請求項２０】 望ましい目標値の確立が、 （ａ）予め決められたＬＮＧの出口流の流量と、 （ｂ）天然ガスの供給流の状態と、 （ｃ）冷凍サイクルの冷却量と、 （ｄ）混合冷媒の成分と、 （ｅ）作動圧力と、 （ｆ）使用動力と、 （ｇ）装置の構造と、 （ｈ）圧縮機の特性と、 （ｉ）大気の状態とよりなるグループから選択された係
    数を利用する安定した状態の最適化計算によってもたら
    されるところの請求項１９に記載の液化天然ガスの温度
    と流量の制御方法。
  21. 【請求項２１】 冷媒液流量対冷媒蒸気流量の望ましい
    比率の確立が、 （ａ）予め決められたＬＮＧの出口流の流量と、 （ｂ）天然ガスの供給流の状態と、 （ｃ）冷凍サイクルの冷却量と、 （ｄ）混合冷媒の成分と、 （ｅ）作動圧力と、 （ｆ）使用動力と、 （ｇ）装置の構造と、 （ｈ）圧縮機の特性と、 （ｉ）大気の状態と、よりなるグループから選択された
    係数を利用する安定した状態の最適化計算によってもた
    らされるところの請求項１８に記載の液化天然ガスの温
    度と流量の制御方法。
  22. 【請求項２２】 （ａ）ＬＮＧの出口流の流量の調整
    が、ＬＮＧの流量制御装置のフィードバック制御にって
    もたらされ、 （ｂ）冷媒液の流量の予め決められた値への調整が、高
    温域の膨脹／流量制御装置のフィードバック制御によっ
    てもたらされ、 （ｃ）冷媒蒸気の流量の予め決められた値への調整が、
    低温域の膨脹／流量制御装置のフィードバック制御によ
    ってもたらされ、 （ｄ）冷媒液流量対冷媒蒸気流量の比率の予め決められ
    た値が、冷媒液流量の予め決められた値の調整によって
    維持され、 （ｅ）全冷媒流量（液体と蒸気）対ＬＮＧの出口流の流
    量の比率の予め決められた値が、冷気蒸気流量の予め決
    められた値の調整によって維持され、かつ（ｆ）ＬＮＧ
    の出口流の温度制御が、全冷媒流量対ＬＮＧの出口流の
    流量の比率の予め決められた値の調整によってもたらさ
    れる、ところの請求項１７に記載の液化天然ガスの温度
    と流量の制御方法。
  23. 【請求項２３】 冷媒圧縮機の速度が、最高の圧縮機効
    率を達成するために、圧縮機を通る質量流量の関数とし
    て調整されるところの請求項２２に記載の液化天然ガス
    の温度と流量の制御方法。
  24. 【請求項２４】 冷媒圧縮機の案内羽根の角度が、最高
    の圧縮機効率を達成するために、圧縮機を通る質量流量
    の関数として調整されるところの請求項２２に記載の液
    化天然ガスの温度と流量の制御方法。
  25. 【請求項２５】 冷媒圧縮機の静翼の角度が、最高の圧
    縮機効率を達成するために、圧縮機を通る質量流量の関
    数として調整されるところの請求項２２に記載の液化天
    然ガスの温度と流量の制御方法。
  26. 【請求項２６】 膨脹し、蒸発した冷媒が熱交換器の高
    温域端から圧縮機に戻るための手段において、 （ａ）高温域端での戻り冷媒の低温度の条件値を予め決
    めること、 （ｂ）高温域端での戻り冷媒の温度を測定すること、 （ｃ）測定温度を条件温度と比較すること、 （ｄ）もし測定温度が条件温度より低いならば、測定温
    度が条件温度より高くなるまで、冷媒液流量対冷媒蒸気
    流量の比率を減少すること、の段階を備える戻り冷媒温
    度の条件制御を更に含んでいる請求項２２に記載の液化
    天然ガスの温度と流量の制御方法。
  27. 【請求項２７】 冷媒液流量対冷媒蒸気流量の予め決め
    られた値が、 （ａ）予め決められたＬＮＧの出口流の流量と、 （ｂ）天然ガスの供給流の状態と、 （ｃ）冷凍サイクルの冷却量と、 （ｄ）混合冷媒の成分と、 （ｅ）作動圧力と、 （ｆ）使用動力と、 （ｇ）装置の構造と、 （ｈ）圧縮機の特性と、 （ｉ）大気の状態とよりなるグループから選択された係
    数（ファクター）を利用する安定した状態の最適化計算
    によって決められるところの請求項２２に記載の液化天
    然ガスの温度と流量の制御方法。
  28. 【請求項２８】 液化工程を通って流れる天然ガスの冷
    却による液化天然ガス（ＬＮＧ）の出口流の生産を制御
    する装置において、ＬＮＧの出口流の温度と流量とを測
    定する測定手段と、及び ａ）ＬＮＧの出口流の温度値を調整するために、天然ガ
    スの冷却を変えるためと、 ｂ）工程を通って流れるＬＮＧの流量を独立して調整し
    て、ＬＮＧの出口流の流量を予め決められた流量値に、
    及びＬＮＧの出口流の温度を予め決められた温度値に維
    持するためとの制御手段と、を具備している液化天然ガ
    スの製造制御装置。
  29. 【請求項２９】 制御手段が、冷却を供給する圧縮機と
    関連した数値を変えるための手段を更に具備しており、
    これによりＬＮＧの出口流の温度を調整するところの請
    求項２８に記載の液化天然ガスの製造制御装置。
  30. 【請求項３０】 圧縮機が冷媒の流量と圧力とを調整
    し、かつ圧縮機に関連した数値が、閉回路の冷凍サイク
    ルの作用を調整するために、圧縮機の速度、案内羽根の
    角度及び静翼の位置よりなるグループから選択された少
    なくとも１つの圧縮機の数値であり、それによってＬＮ
    Ｇの出口流の温度を調整するところの請求項２９に記載
    の液化天然ガスの製造制御装置。
  31. 【請求項３１】 少なくとも１つの圧縮機の数値のため
    に圧縮機の作動範囲を定めている条件に基づいた相当す
    る目標値を決めるための手段と、かつ少なくとも１つの
    圧縮機の数値を相当する目標値に調整するための手段
    と、を更に具備し、 前記変える手段が、冷媒の再循環に関連した少なくとも
    １つの数値を、少なくとも１つの圧縮機の数値への調整
    に基づいて変えるための手段を含んでおり、これによっ
    てＬＮＧの出口流の流量と温度を維持する請求項３０に
    記載の液化天然ガスの製造制御装置。
  32. 【請求項３２】 冷却を供給する冷媒の混合冷媒（Ｍ
    Ｒ）の数値を変えるための手段を更に具備しており、そ
    れによってＬＮＧの出口流の温度を調整する請求項２８
    に記載の液化天然ガスの製造制御装置。
  33. 【請求項３３】 前記測定手段が、 ａ）ＭＲ流量とＬＮＧの出口流の流量とを測定するため
    の手段と、 ｂ）ＭＲ流量対ＬＮＧの流量の比率を形成するための手
    段とを更に具備し、かつ前記制御手段が、 閉回路の冷凍サイクルの作用を調整するために、この比
    率を調整するための手段を更に具備しており、これによ
    りＬＮＧの出口流の温度を調整する請求項３２に記載の
    液化天然ガスの製造制御装置。
  34. 【請求項３４】 混合冷媒蒸気（ＭＲＶ）の流量と混合
    冷媒液（ＭＲＬ）の流量とを測定するための第２の手段
    と、 ａ）ＭＲの流量を設定するために、ＭＲＬの流量を調整
    するため、及びｂ）弁の条件に到達するまで、その比率
    を調整するためにＭＲＶの流量をそれに続いて調整する
    ための手段と、 ＬＮＧの出口流の温度を調整するために、冷却を供給す
    る圧縮機の数値をその後に変えるための手段と、を更に
    具備している請求項３３に記載の液化天然ガスの製造制
    御装置。
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