JP4096092B2 - Ｃ重油性状制御装置およびｃ重油調合システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＡＢＯ（試験研究室）による性状検出と同等の精度をオンラインで得ることができる性状検出部を備え、各種基材を自動調合することができるＣ重油性状制御装置およびＣ重油調合システムに関し、特に、各種基材の調合精度が高く、かつ所定の測定温度に対応することができる前記性状制御装置およびＣ重油調合システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｃ重油は、種々の基材を調合して製造される。その種類は多数に及び、その調合に際しては、硫黄濃度、動粘度、密度等の正確な測定（検出）が必要となる。
【０００３】
図８は、オフラインで硫黄濃度、動粘度を検出する、Ｃ重油調合システムを示す図である。図８に示すように、複数の基材槽（図８では３つの基材槽８１，８２，８３を示す）からの基材は、Ｃ重油の種類に応じて調合し、複数の製品槽（図８では３つの製品槽９１，９２，９３を示す）に収容される。この場合、製品（Ｃ重油）を所望の目標値に適合させるため、製品槽９１，９２，９３に収容されたＣ重油をサンプルして、その性状（硫黄濃度、動粘度等）をＬＡＢＯにおいて検出しなければならない。
【０００４】
図８に示した調合システムでは、硫黄濃度、動粘度をオフラインで（すなわちＬＡＢＯで）検出しているので、正確な値を得ることができるが、製品槽を多数用意しておかねばならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、製品槽を少数化するために、予め硫黄分、動粘度（Ｖｉｓ）をオンラインで検出し、所望性状の製品（Ｃ重油）を製造することも行なわれる。
【０００６】
上述したようにＣ重油の製造に用いる基材の種類は多数に及ぶ。このため、オンラインで製品（Ｃ重油）の性状を検出して、所望の性状を得ようとする場合、特に硫黄濃度の目標値と動粘度の目標値とを同時に適合させることは容易ではない。すなわち、ある性状が所定目標値となるＣ重油を製造するべく、複数の基材を調合する場合、たとえば、動粘度の目標値には適合させることができても、硫黄濃度の目標値には適合させることができないといった問題が生じる。
【０００７】
また、動粘度の測定に関しては、次に述べるような温度誤差に関する問題がある。すなわち、動粘度規格は５０℃である場合がほとんどであるため、オンライン上の粘度計指示値とＬＡＢＯにおける粘度測定値とを一致させるためには、オンライン上の粘度計による測定を５０℃で行なうことが好ましいが、高粘度油、高流動点油については、その特性上、５０℃で測定することができない。このため、オンライン上の粘度計による測定を、たとえば５０℃よりも高い温度（たとえば、８０℃）で行ない、実測した動粘度を５０℃における動粘度に換算しなければならない。しかし、図９に示すように、たとえば２種の基材Ｒ１，Ｒ２の動粘度が８０℃で同じ値を有していても、５０℃では異なる値である。このため、８０℃での動粘度の測定値を５０℃の測定値に換算するためには、各基材ごとの換算が必要となる。しかし、各基材ごとに図９に示すような換算曲線を用意しておくことは、基材が多種に及ぶこと等の理由から、実際的でない。
【０００８】
本発明は、各種基材の調合精度が高く、かつ所定の測定温度に対応することができるＣ重油性状制御装置およびＣ重油調合システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣ重油性状制御装置は、少なくとも２種以上の基材を流すラインが統合されてなる統合ライン上に設けられ、当該ラインを流れるＣ重油の硫黄濃度および動粘度を検出する性状検出部と、前記各基材中、硫黄濃度が異なる少なくとも２種の基材の流量を、前記Ｃ重油の硫黄濃度が所定値となるように制御するとともに、前記各基材中、動粘度が異なる少なくとも２種の基材の流量を前記Ｃ重油の動粘度が所定値となるように制御する性状制御部とを備えたもので、前記性状制御部は、前記硫黄濃度を不感帯を持たすことなくＰＩ制御するとともに、前記動粘度を不感帯を持たせてＰＩ制御する、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明のＣ重油性状制御装置では、前記動粘度検出部は、細管に流したＣ重油の入口および出口の差圧を測定することで動粘度を検出する動粘度検出計と、前記動粘度検出部を駆動しないときに前記細管に洗浄油を流通させる洗浄手段とを備えることができる。
【００１１】
また、本発明のＣ重油性状制御装置では、前記硫黄濃度検出部は、複数に分割された硫黄濃度の測定レンジの、各分割された領域それぞれについて硫黄濃度指示値校正のための検量線を有する硫黄濃度検量計を備え、前記性状制御部は、前記各基材の調合に際し、前記硫黄濃度の目標値が属する濃度範囲に対応する検量線を適用することができる。
【００１２】
また、本発明のＣ重油調合システムは、少なくとも２種以上の基材を収容する複数の基材槽と、前記各基材槽から引き出されたラインが統合されてなる統合ライン上に設けられたＣ重油の硫黄濃度および動粘度を検出する性状検出部と、前記各基材中、硫黄濃度が異なる少なくとも２種の基材の流量を、前記Ｃ重油の硫黄濃度が所定値となるように制御するとともに、前記各基材中、動粘度が異なる少なくとも２種の基材の流量を前記Ｃ重油の動粘度が所定値となるように制御する性状制御部とを備えたもので、前記性状制御部は、前記硫黄濃度を不感帯を持たすことなくＰＩ制御するとともに、前記動粘度を不感帯を持たせてＰＩ制御することを特徴とする。
【００１３】
本発明のＣ重油調合システムでは、前記動粘度検出部は、細管に流したＣ重油の入口および出口の差圧を測定することで動粘度を検出する動粘度検出計と、前記動粘度検出部を駆動しないときに前記細管に洗浄油を流通させる洗浄手段とを備えたることができる。
【００１４】
また、本発明のＣ重油調合システムでは、前記硫黄濃度検出部は、複数に分割された硫黄濃度の測定レンジの、各分割された領域それぞれについて硫黄濃度指示値校正のための検量線を有する硫黄濃度検量計を備え、前記性状制御部は、前記各基材の調合に際し、前記硫黄濃度の目標値が属する濃度範囲に対応する検量線を適用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のＣ重油のオンライン調合システムを示す説明図である。
図１のシステムでは、図示しない石油精製プラントから溜出した基材Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・がそれぞれ基材槽Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・に収容されている。
基材槽Ｔ１，Ｔ２，・・・からは、ラインＬ１，Ｌ２，・・・が引き出されており、各ラインにはバルブＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，・・・、ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・、流量計Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，・・・がそれぞれ設けられ、各ラインＬ１，Ｌ２，・・・は、ラインＬＭに統合されている。
【００１６】
なお、あるバルブの流入側と他のバルブの流出側との間には、他のバルブを介してパスが形成されている。図１では、バルブＢ１１の流出側とバルブＢ１２の流入側とはバルブ４２を介して、バルブＢ１３の流入側とバルブＢ１２の流出側とはバルブ４３を介してそれぞれパスが形成されている状態が示されている。
【００１７】
統合ラインＬＭ上には、本発明の性状制御装置１１が設置されている。この性状制御装置１１は、性状検出部１１１と、性状制御部１１２とからなり、性状検出部１１１は、密度検出部１１１１，硫黄濃度検出部１１１２，動粘度検出部１１１３とを備えている。また、性状制御部１１２は、調合パラメータ決定部１１２１，基材調合部１１２２とを備えている。
【００１８】
本実施形態では、硫黄濃度検出部１１１２，動粘度検出部１１１３における検出結果は、調合パラメータ決定部１１２１に送られ、調合パラメータ決定部１１２１ではこれら２つの性状に合致する各基材Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・の流量を算出し、この算出結果を基材調合部１１２２に送出する。基材調合部１１２２は、次工程（出荷工程等）にある流量計Ｆ２１からの出荷流量情報から、バルブ制御量を決定し、この決定値に基づきバルブＢ２１，Ｂ２２，Ｂ２３，・・・を制御する。
【００１９】
さらに、ラインＬＭ上には、ＬＡＢＯにおいて平均的なサンプル採取を行なうためのオートサンプラ１２が設置されている。ＬＡＢＯ用オートサンプラ１２により採取されたサンプルは、適時、人の手により取り出され図示しないＬＡＢＯに送られ、当該ＬＡＢＯではサンプルの成分の検出を行なうことができる。調合中に、オートサンプラ１２により採取されたサンプルは、ＬＡＢＯで成分の検出がなされる。この成分検出結果は、密度検出部１１１１，硫黄濃度検出部１１１２，動粘度検出部１１１３の誤差補正に用いられる。
【００２０】
ラインＬＭは複数のラインＬ５１，Ｌ５２，Ｌ５３，・・・に分岐されて、調合されたＣ重油は、これらラインを介して次工程（出荷工程等）に送られる。図１では、ラインＬ５１は、海上出荷するためのラインであり、当該ラインＬ５１には流量計Ｆ２１およびバルブ４１が設けられており、バルブ４１の下流側からは、基材槽Ｔ１にパージラインが設けられている。このパージラインは、Ｃ重油の油種を変更するときに配管内の調合Ｃ重油を、新たに調合したＣ重油で置換するために使用される。
【００２１】
図２（Ａ），（Ｂ）は、図１の性状制御装置１１の内部を詳細に示す図であり、（Ａ）は性状制御による基材Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・の混合を行なっているときの様子を、（Ｂ）は性状制御による基材Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３・・・の混合を行なっていないときの様子をそれぞれ示している。
【００２２】
図２（Ａ），（Ｂ）において、動粘度検出部１１１３は、三方バルブ３Ｖと、定量ポンプＰ４と、細管Ｄ１と、感圧素子ｑ１，ｑ２と、差圧センサＤ２と、動粘度算出部Ｄ３とを備えている。
【００２３】
性状制御による基材Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・の混合を行なっているときは、図２（Ａ）に示すように、ラインＬＭから取り出されたＣ重油は、密度検出部１１１１，硫黄濃度検出部１１１２を介して、一部は動粘度検出部１１１３に送られ、残りはラインＬＭに戻される。図２（Ａ）において符号ｍで示すように、三方バルブ３Ｖは、Ｃ重油を動粘度検出部１１１３に送るようにセットされており、定量ポンプＰ４は、Ｃ重油の一定量を細管Ｄ１を通して流す。差圧センサＤ２は、細管Ｄ１内にＣ重油が満たされたときの入口と出口における差圧信号を動粘度算出部Ｄ３に送り、動粘度算出部Ｄ３はＣ重油の動粘度を計算する。
【００２４】
一方、性状制御による基材Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・の混合を行なっていないときには、図２（Ｂ）において符号ｎで示すように、三方バルブ３Ｖは、Ｃ重油が軽質油（たとえばＡ重油）を動粘度検出部１１１３に送る。定量ポンプＰ４は、細管Ｄ１に軽質油を送ることで、当該細管Ｄ１の閉塞を防ぐことができる。
【００２５】
ＪＩＳ等では、ほとんどのＣ重油の動粘度の測定温度は５０℃とされている。動粘度計の検出値とＬＡＢＯ値の差を縮小するためには、基材の測定温度を５０℃とすることが最良である。本実施形態では、動粘度を５０℃で測定することで、８０℃で測定したときの誤差を解消することができる。本実施形態では、ほとんどのＣ重油において、７００ｍｍ^２／ｓまで５０℃測定を行なうことが可能である。
【００２６】
以下、図１および図２（Ａ），（Ｂ）に示した、オンライン調合システムの動作（あるいは、性状制御装置１１の動作）を説明する。
【００２７】
まず、性状制御装置１１の初期設定を行なう。この初期設定に際しては、各基材槽Ｔ１〜Ｔ３内の基材Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・のサンプルを採取し、ＬＡＢＯにおいて成分の検出が行なわれる。この検出結果により、基材調合部１１２２による制御流量の初期設定（各基材Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・の調合割合の初期値）が決定される。
【００２８】
つぎに、調合割合を初期値として、流量Ｑを一定の比率で立ち上げる（図３のＴ０〜Ｔ１の期間参照）。流量Ｑを出荷開始までの期間（図３のＴ１〜Ｔ２の期間参照）初期値に維持する。出荷中は、次に述べるように硫黄濃度制御・動粘度制御による調合を行い（図３のＴ２〜Ｔ３の期間参照）、出荷が終了したときは流量Ｑをゼロに至るまで一定の比率で立ち下げる（図３のＴ３〜Ｔ４の期間参照）。
【００２９】
基材Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・の調合に際しては、硫黄濃度制御と、動粘度制御とが並行して行なわれる。
【００３０】
硫黄濃度制御は、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・の中から、硫黄濃度が低い基材と硫黄濃度が高い基材とを選択して、これらの流量を制御する。この場合、硫黄濃度が低い基材や硫黄濃度が高い基材を同時に複数制御するようにしてもよい。
【００３１】
動粘度制御は、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・の中から、軽油等の動粘度が低い基材と、動粘度が高い基材とを選択して、これらの基材が収容された基材槽から引き出されたラインに設けられたバルブを制御する。この場合、動粘度が低い基材や動粘度が高い基材を同時に複数制御するようにしてもよい。
【００３２】
本実施形態では、硫黄濃度は、図４に示すように５ｓｅｃ間隔で制御され、動粘度は図５に示すように１０ｓｅｃ間隔で制御される。これらの制御に際しての硫黄濃度の値や動粘度の値として実際の測定値を採用することもできるが、本実施形態では、スムージングにより測定誤差を低減した値が採用される。図６は、硫黄濃度についての実測値とスムージングした値との関係を示す図である。本実施形態では、図５に示すように、符号Ｕで示す値（スムージングした値）は、当該測定時全の過去８回の実測値ｕ０〜ｕ８の平均値として決定される。なお、過去の測定回数は８回以外の任意に設定可能である。
【００３３】
図４では、硫黄濃度をスムージングした値に基づきタイトモードによりＰＩ制御し、図５では、動粘度をスムージングした値に基づきギャップモードによりＰＩ制御している。硫黄濃度は幅が小さい範囲内で制御しなくてはならず、動粘度は硫黄濃度に比べて幅が広い範囲内であるため、本発明では、硫黄濃度をタイトモードで制御し、動粘度をギャップモードで制御している。
【００３４】
ここで、タイトモードとは不感帯を設けない制御モードを意味し、５ｓｅｃごとに硫黄濃度のスムージングした値と硫黄濃度目標値Ｓ^＊との偏差がゼロとなるようにＰＩ制御される。
また、ギャップモードとは不感帯を設けた制御モードを意味し、１０秒ごとに動粘度のスムージングした値が検出される。本実施形態では、動粘度目標値Ｖｉｓ^＊のほか、所定の下限値Ｍｉｎ（＜Ｖｉｓ^＊）およびが上限値Ｍａｘ（＞Ｖｉｓ^＊）設定されており、不感帯（図５の斜線領域）は、Ｖｉｓ^＊−０．８（Ｖｉｓ^＊−Ｍｉｎ）〜Ｖｉｓ^＊＋０．８（Ｍａｘ−Ｖｉｓ^＊）の範囲として定められており、動粘度測定値Ｖｉｓが、
【００３５】
Ｍｉｎ＜Ｖｉｓ≦Ｖｉｓ^＊−０．８（Ｖｉｓ^＊−Ｍｉｎ）、
Ｖｉｓ^＊＋０．８（Ｍａｘ−Ｖｉｓ^＊）≦Ｖｉｓ＜Ｍａｘ
【００３６】
のときに動粘度Ｖｉｓと目標値Ｖｉｓ^＊との偏差がゼロとなるようにＰＩ制御される。動粘度Ｖｉｓが、Ｍｉｎ以下またはＭａｘ以上であるとき、すなわち、Ｖｉｓ≦Ｍｉｎ、または、Ｖｉｓ≧Ｍａｘのときはゲインを大きくする制御を行なう。
【００３７】
本実施形態では、硫黄濃度検出部１１１２を構成する硫黄分析計のレンジを大きくしたときの偏差の拡大を、図７に示すように２つの検量線Ａ１，Ａ２により補正補正している。従来の硫黄分析計では、１本の検量線によりバイアスとスパンとを校正しているが、本実施形態では、硫黄濃度が所定の目標値Ｓｋに達したときに検量線の切り換えを行なっている。この検量線は、最小二乗法を用い、補正式、
分析計指示値＝〔生データ〕×〔スパン〕−〔バイアス値〕
で算出している。
【００３８】
また、本実施形態では、動粘度検出部１１１３を構成する動粘度計を５０℃で動作させている。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、各種基材の調合精度が高く、かつ所定の測定温度に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣ重油のオンライン調合システムを示す説明図である。
【図２】図１の性状制御装置の内部を詳細に示す図であり、（Ａ）は性状制御による各種基材の混合を行なっているときの様子を示す図、（Ｂ）は性状制御による各種基材の混合を行なっていないときの様子をそれぞれ示す図である。
【図３】図１の性状制御装置による調合に際しての流量の時間変化の様子を示す図である。
【図４】図１の性状制御装置による硫黄濃度制御の様子を示す図である。
【図５】図１の性状制御装置による動粘度制御の様子を示す図である。
【図６】硫黄濃度についての実測値とスムージングした値との関係を示す図である。
【図７】図１において、硫黄濃度検出部を構成する硫黄分析計のレンジを大きくしたときの偏差の拡大を補正するための検量線を示す図である。
【図８】オフラインで硫黄濃度、動粘度を検出する従来のＣ重油調合システムを示す図である。
【図９】オンラインで動粘度を検出する場合の従来の問題を示す動粘度と温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１１ 性状制御装置
１２ オートサンプラ
１１１性状検出部
１１２ 性状制御部
１１１１ 密度検出部
１１１２ 硫黄濃度検出部
１１１３ 動粘度検出部
１１２１ 調合パラメータ決定部
１１２２ 基材調合部
３Ｖ 三方バルブ
Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，・・・ バルブ
Ｄ１ 細管
Ｄ２ 差圧センサ
Ｄ３ 動粘度算出部
Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，・・・ 流量計
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，・・・ 基材
Ｌ１，Ｌ２，・・・ ライン
ＬＭ 統合ライン
Ｐ４ 定量ポンプ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・ ポンプ
ｑ１，ｑ２ 感圧素子
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・ 基材槽

Claims (6)

1. 少なくとも２種以上の基材を流すラインが統合されてなる統合ライン上に設けられ、当該ラインを流れるＣ重油の硫黄濃度および動粘度を検出する性状検出部と、
   前記各基材中、硫黄濃度が異なる少なくとも２種の基材の流量を、前記Ｃ重油の硫黄濃度が所定値となるように制御するとともに、前記各基材中、動粘度が異なる少なくとも２種の基材の流量を前記Ｃ重油の動粘度が所定値となるように制御する性状制御部と、
   を備えたＣ重油性状制御装置において、
   前記性状制御部は、前記硫黄濃度を不感帯を持たすことなくＰＩ制御するとともに、前記動粘度を不感帯を持たせてＰＩ制御する、ことを特徴とするＣ重油性状制御装置。
2. 前記動粘度検出部は、
   細管に流したＣ重油の入口および出口の差圧を測定することで動粘度を検出する動粘度検出計と、
   前記動粘度検出部を駆動しないときに前記細管に洗浄油を流通させる洗浄手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＣ重油性状制御装置。
3. 前記硫黄濃度検出部は、
   複数に分割された硫黄濃度の測定レンジの、各分割された領域それぞれについて硫黄濃度指示値校正のための検量線を有する硫黄濃度検量計を備え、
   前記性状制御部は、前記各基材の調合に際し、前記硫黄濃度の目標値が属する濃度範囲に対応する検量線を適用することを特徴とする請求項１または２に記載のＣ重油調合システム。
4. 少なくとも２種以上の基材を収容する複数の基材槽と、
   前記各基材槽から引き出されたラインが統合されてなる統合ライン上に設けられたＣ重油の硫黄濃度および動粘度を検出する性状検出部と、
   前記各基材中、硫黄濃度が異なる少なくとも２種の基材の流量を、前記Ｃ重油の硫黄濃度が所定値となるように制御するとともに、前記各基材中、動粘度が異なる少なくとも２種の基材の流量を前記Ｃ重油の動粘度が所定値となるように制御する性状制御部と、
   を備えたＣ重油調合システムにおいて、
   前記性状制御部は、前記硫黄濃度を不感帯を持たすことなくＰＩ制御するとともに、前記動粘度を不感帯を持たせてＰＩ制御する、
   ことを特徴とするＣ重油調合システム。
5. 前記動粘度検出部は、
   細管に流したＣ重油の入口および出口の差圧を測定することで動粘度を検出する動粘度検出計と、
   前記動粘度検出部を駆動しないときに前記細管に洗浄油を流通させる洗浄手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項４に記載のＣ重油調合システム。
6. 前記硫黄濃度検出部は、
   複数に分割された硫黄濃度の測定レンジの、各分割された領域それぞれについて硫黄濃度指示値校正のための検量線を有する硫黄濃度検量計を備え、
   前記性状制御部は、前記各基材の調合に際し、前記硫黄濃度の目標値が属する濃度範囲に対応する検量線を適用することを特徴とする請求項４または５に記載のＣ重油調合システム。

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