JP5828629B2 - Ｌｎｇ設備の保冷システム - Google Patents

Description

本発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）を受入れて貯留し適宜出荷するＬＮＧ設備の保冷システムに関する。

ＬＮＧ受入基地などのＬＮＧ設備は、低温（約−１６０℃）のＬＮＧを貯留するためのＬＮＧタンクと、ＬＮＧ船からのＬＮＧの受入時にＬＮＧ船からＬＮＧタンクまでＬＮＧを輸送するための受入配管と、ＬＮＧタンク内のＬＮＧを出荷するための出荷配管と、を備えている。

このようなＬＮＧ設備では、ＬＮＧ船からのＬＮＧの受入れは、何日かおきに行われるので、受入配管は、ＬＮＧの受入時には低温に保持されるが、ＬＮＧの受入れが行われない間、外部からの自然入熱によって温度上昇する。従って、そのままの状態でＬＮＧの受入れを開始すると、急激な温度変化により配管にストレスが生じて、悪影響を及ぼす。このため、受入れの前に配管を冷却しておく必要があるが、急冷できないので、冷却作業に時間がかかる。従って、可能な限り、受入配管を冷却状態に保つ保冷システムが必要となる。

そこで、特許文献１に記載されているように、ＬＮＧタンク内のＬＮＧを受入配管に通して再びＬＮＧタンクに戻す循環経路を構成し、ＬＮＧの受入れを行わない場合には、適量のＬＮＧを強制循環させて、受入配管を低温に保持する技術（保冷循環）が知られている。

実用新案登録第３０６９３９１号公報

しかしながら、保冷循環を行う場合には、受入配管の冷却により温度上昇したＬＮＧがタンクに戻されるため、タンク内のＬＮＧが温度上昇し、大量のＢＯＧ（ボイルオフガス）が発生し、タンク内の圧力を上昇させてしまい、そのままではタンクに悪影響を及ぼすため、ＢＯＧをタンク外へ処理して所定の圧力に保つＢＯＧ処理設備とそのランニングコストがかかる。

また、保冷循環のために比較的多量のＬＮＧを循環させるためのポンプ動力が必要となり、そのランニングコストも大きい。

本発明は、このような実状に鑑み、ＬＮＧタンクへの入熱やポンプ動力の負担増を回避することができるＬＮＧ設備の保冷システムを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、ＬＮＧ設備においては、ＬＮＧタンク内のＬＮＧを出荷するための出荷配管として、ＬＮＧを液状態のままローリー車等に断続的に出荷するための液出荷配管とは別に、ＬＮＧを需要家等にガス状態にしてパイプライン等で出荷すべくＬＮＧ気化器に連続供給するためのガス出荷配管とがあり、ガス出荷配管でのＬＮＧの供給は連続的であることに着目した。

従って、本発明では、ＬＮＧタンクと、ＬＮＧ船からのＬＮＧの受入時にＬＮＧ船からＬＮＧタンクまでＬＮＧを輸送するための受入配管と、ＬＮＧタンク内のＬＮＧをガス出荷用ポンプによりガス出荷部へ連続供給するためのガス出荷配管と、を備えるＬＮＧ設備において、出荷時のＬＮＧの流れを切替える流路切替装置を設け、この流路切替装置は、ＬＮＧタンク内のＬＮＧをガス出荷用ポンプにより受入配管を通流させて後、ガス出荷配管からガス出荷部へ供給する保冷モードを有する構成とする。また、前記保冷モードでは、保冷用流量を流量計により監視し、前記ガス出荷部側の要求出荷流量が前記液出荷配管の保冷用最低流量より少ない時は、余剰分を前記ＬＮＧタンクへ戻す構成とする。

本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）タンクへ戻す強制循環方式（クローズドサイクル）に対して、オープンサイクルとして、受入配管の冷却に用いたＬＮＧをタンクに戻さず、そのまま出荷することで、入熱を系外に排出できる。従って、タンクはこの入熱の影響を受けないので、ＢＯＧの発生を低減でき、ＢＯＧ処理設備とそのランニングコストの低減を図ることができる。
（２）また、ガス出荷用のポンプの運転でガス出荷と保冷運転を直列の流れで同時に兼ねることが可能となることから、ガス出荷のためのポンプ能力と保冷のためのポンプ能力とをそれぞれ加算する必要がないので、どちらか大きい方の能力を有すればよく、その分、設備コストとランニングコストの低減を図ることができる。
（３）また、系外に排出された入熱はＬＮＧをプレヒートさせた状態でガス出荷部へ供給されるため、ガス出荷部にてＬＮＧを熱交換器で加温して気化させるＬＮＧ気化器の加温用の熱エネルギーの節約となり、省エネ効果が期待される。

本発明の一実施形態を示すＬＮＧ設備の概略図 第１保冷モードでの流れを示す図 第２保冷モードでの流れを示す図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すＬＮＧ設備（ＬＮＧ受入基地）の概略図である。

ＬＮＧ受入基地は、低温のＬＮＧを貯留するためのＬＮＧタンク１を備え、桟橋に着岸・係留されたＬＮＧ船２により運搬されるＬＮＧを受入れて貯留する。また、タンク１内のＬＮＧを需要家（一般消費者、ガス会社、工業ユーザなど）や自家消費機器にガス状態にして連続供給すべくＬＮＧを熱交換により気化させるＬＮＧ気化器を備えたガス出荷部３（ここにはパイプラインの圧力を変化させる昇圧ポンプや減圧設備なども含まれる）と、タンク１内のＬＮＧを液状態のままローリー車や内航船に積込んで断続出荷するＬＮＧ出荷部４とを備えている。

受入配管５は、ＬＮＧ船２からのＬＮＧの受入時に、ＬＮＧ船２からＬＮＧタンク１までＬＮＧを輸送するための配管であり、その一端部は、桟橋に設置されるＬＮＧ受入用のローディングアーム６に、受入用のバルブＶ１を介して接続され、他端部は、ＬＮＧタンク１の上部に開口している。尚、この配管５の比較的下流側には後述する流路切替用のバルブＶ５が介装されている。

ガス出荷配管８は、タンク１内に配置したガス出荷用ポンプ９により、ガス出荷部３へＬＮＧを連続供給するための配管であり、一端部は、ポンプ９の吐出側に接続され、他端部は、ガス出荷部３に接続されている。尚、この配管８の比較的上流側には、後述する流路切替用のバルブＶ３、Ｖ４が直列に介装されている。

液出荷配管１０は、タンク１内に配置した液出荷用ポンプ１１により、ＬＮＧ出荷部４へＬＮＧを断続出荷するための配管であり、一端部は、ポンプ１１の吐出側に接続され、他端部は、液出荷用のバルブＶ２を介してＬＮＧ出荷部４に接続されている。

ここにおいて、ガス出荷配管８の比較的上流側に流路切替用のバルブＶ３、Ｖ４を直列に介装し、受入配管５の比較的下流側に流路切替用のバルブＶ５を介装する。また、ガス出荷配管８のバルブＶ３上流と受入配管５のバルブＶ５上流とを配管１２により接続し、この配管１２に流路切替用のバルブＶ６、Ｖ７を直列に介装する。

また、受入配管５のバルブＶ１近傍かつ下流側から、バルブＶ８を介して分岐する配管１３を設け、この配管１３は、ガス出荷配管８のバルブＶ３、Ｖ４間に接続する。
また、前記配管１２のバルブＶ６、Ｖ７間から分岐する配管１４を設け、この配管１４は、バルブＶ９を介装した上で、ガス出荷配管８のバルブＶ４下流に接続する。

また、前記配管１２のバルブＶ６、Ｖ７間から分岐する別の配管１５を設け、この配管１５は、バルブＶ１０を介装した上で、ＬＮＧタンク１の上部に開口させる。
また、前記配管１３と、受入配管５のバルブＶ５下流側とを接続する配管１６を設け、この配管１６にバルブＶ１１を介装する。

バルブＶ１０、Ｖ１１は、自動調整バルブであり、ガス出荷用ポンプ９の吐出側に設けた流量計１７の信号、又は、前記配管１３に設けた流量計１８の信号が、制御装置７を介して入力され、これらの信号に基づいて開度調整される。

また、ガス出荷配管８のバルブＶ４下流側から液出荷配管１０の比較的上流側へ連通配管１９を設けて、ここに流量規制用のオリフィス２０を介装する。

また、液出荷配管１０の比較的下流側（バルブＶ２上流側）から分岐する配管２１を設け、この配管２１は先端側を更に２つの配管２２、２３に分岐させる。そして、一方の配管２２は、ガス出荷部３へ接続し、他方の配管２３は、バルブＶ１２を介装した上で、ＬＮＧタンク１の上部に開口させる。
バルブＶ１２は、自動調整バルブであり、前記配管２１に設けた流量計２４の信号が入力され、この信号に基づいて開度調整される。

次に作用を説明する。流路切替用のバルブＶ３〜Ｖ９は、流路切替装置として設けられており、これらの切替えにより、受入モード、及び、保冷モード（第１及び第２保冷モード）が実現される。

受入モードは、ＬＮＧ船２からのＬＮＧをＬＮＧタンク１に受入れるモードであり、バルブＶ１、Ｖ５、Ｖ６を開き、バルブＶ７、Ｖ８、Ｖ９を閉じる。
従って、ＬＮＧ船２からのＬＮＧは、ローディングアーム６、バルブＶ１を経て、受入配管５を通り、バルブＶ５を経て、タンク１内に流入する。

かかる受入れ中に出荷する際は、バルブＶ３、Ｖ４を開くことで、ガス出荷が可能であり、液出荷ポンプ１１を運転し、バルブＶ２を開くことで、液出荷が可能である。すなわち、ガス出荷は、タンク１内のＬＮＧをガス出荷用ポンプ９により吐出して、ガス出荷配管８（バルブＶ３、Ｖ４）を通して、ＬＮＧ気化器３へ送ることにより可能である。液出荷は、タンク１内のＬＮＧを液出荷用ポンプ１１により吐出して、液出荷配管１０を通し、バルブＶ２を介してＬＮＧ出荷部４へ送ることにより可能である。

保冷モードは、受入時以外の時に、受入配管５を保冷するため、ＬＮＧタンク１内のＬＮＧを受入配管５を通流させて後、出荷するモードであり、第１保冷モードと第２保冷モードとがある。

第１保冷モードは、受入配管５を通流させる際に、受入時と逆方向に通流させるモードであり、図２により説明する。
第１保冷モードでは、バルブＶ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ９を閉じ、バルブＶ６、Ｖ７、Ｖ８、Ｖ４を開く。

従って、ＬＮＧタンク１内のＬＮＧは、ガス出荷用ポンプ９により吐出され、配管１２のバルブＶ６、Ｖ７を通って、受入配管５へ流入し、受入時とは逆方向に流れて、受入配管５を冷却する。その後、ＬＮＧは、バルブＶ８から配管１３を通って流れ、バルブＶ４からガス出荷配管８に流入し、ガス出荷部３へ連続供給される。

従って、タンク１へ戻す強制循環方式（クローズドサイクル）に対して、オープンサイクルとして、受入配管５の冷却に用いたＬＮＧをタンク１に戻さず、そのまま出荷することで、入熱を系外に排出できる。これにより、ＢＯＧの発生を低減でき、ＢＯＧ処理設備（ＢＯＧ圧縮機、ＢＯＧ加温器など）とそのランニングコストの低減を図ることができる。

また、ガス出荷用ポンプ９の運転でガス出荷と保冷運転を直列の流れで同時に兼ねることが可能となることから、ガス出荷のためのポンプ能力と保冷のためのポンプ能力をそれぞれ加算する必要がないので、どちらか大きい方の能力を有すればよく、その分、設備コストとランニングコストの低減を図ることができる。

また、排出された入熱はＬＮＧをプレヒートさせた状態で、ガス出荷部３のＬＮＧ気化器へ供給されるため、ＬＮＧを熱交換器で加温して気化させるＬＮＧ気化器への加温用熱エネルギーの節約となり、省エネ効果が期待される。

但し、ガス出荷部３での要求出荷流量が少ない場合は、一部のＬＮＧをバルブＶ１０、Ｖ１１によりタンク１に戻す。
バルブＶ１０は、ポンプ９の保護のため最低流量（ポンプミニマム流量）を確保するためのもので、ポンプ９の吐出側流量を流量計１７により監視し、ガス出荷部３側の要求出荷流量がポンプミニマム流量より少ない場合に、バルブＶ１０を開いて余剰ＬＮＧをタンク１に戻すことで、ポンプミニマム流量を確保している。

バルブＶ１１は、受入配管５の保冷のための最低流量（保冷ミニマム流量）を確保するためのもので、受入配管５を出た保冷用流量を流量計１８により監視し、要求出荷流量が保冷ミニマム流量より少ない場合に、バルブＶ１１を開いて余剰ＬＮＧをタンク１に戻すことで、保冷ミニマム流量を確保している。この場合、受入配管５の運転圧力の範囲内において配管内に入熱を蓄熱することも可能であるため、タンク１へ戻す保冷ミニマム流量を一時的であれば抑制することができる。例えば受入配管５の圧力計２５と温度計２６を監視しながら一定期間保冷ミニマム流量を抑制した後に、再びガス出荷部３側の要求出荷流量が所定の流量に回復すればタンク１へ戻す必要はなくなる。

ＬＮＧ出荷部４でのＬＮＧ出荷が行われるときは、液出荷用ポンプ１１が運転されると共に、バルブＶ２が開き、液出荷配管１０を通じてＬＮＧがＬＮＧ出荷部４へ送られる。

その一方、ＬＮＧ出荷部４でのＬＮＧ出荷が行われないときは、液出荷配管１０を保冷する必要がある。このため、ガス出荷配管８と液出荷配管１０とを連通配管１９により接続し、ここにオリフィス２０を介装してある。

これにより、ガス出荷配管８を流れるＬＮＧの一部が連通配管１９のオリフィス２０を介して液出荷配管１０を流れ、液出荷配管１０を保冷することができる。そして、液出荷用配管１０を冷却したＬＮＧは、配管２１、２２を経て、ガス出荷部３に供給される。よって、ここでもタンク１への入熱を回避できる。但し、ガス出荷部３側の要求出荷流量が少ない場合、余剰ＬＮＧは、バルブＶ１２を経て、配管２３により、タンク１に戻される。尚、ここでは、受入配管５の保冷で例示した蓄熱を利用したタンク１への戻り量を一時的に抑制する構成を省略しているが、同様な制御装置を設けることで、バルブＶ１２を制御してタンク１への戻りを抑制させることも可能である。従って、状況に応じて好適な実施形態を選択すればよい。

第２保冷モードは、受入配管５を通流させる際に、受入時と同方向に通流させるモードであり、図３により説明する。
第２保冷モードでは、バルブＶ１、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６を閉じ、バルブＶ３、Ｖ７、Ｖ８、Ｖ９を開く。

従って、ＬＮＧタンク１内のＬＮＧは、ガス出荷用ポンプ９により吐出され、ガス出荷配管８のバルブＶ３を通り、配管１３を通って、バルブＶ８から、受入配管５へ流入し、受入時と同方向に流れて、受入配管５を冷却する。その後、ＬＮＧは、配管１２のバルブＶ７を通り、配管１４のバルブＶ９を通って、ガス出荷配管８に流入し、ＬＮＧ気化器３へ連続供給される。
従って、第２保冷モードでも、受入配管５の冷却に用いたＬＮＧをタンク１に戻さず、そのまま出荷することで、入熱を系外に排出できる。

第２保冷モードの場合は、バルブＶ１１がポンプ９の保護のため最低流量（ポンプミニマム流量）を確保するように機能する。すなわち、ポンプ９の吐出側流量を流量計１７により監視し、ガス出荷部３側の要求出荷流量がポンプミニマム流量より少ない場合に、バルブＶ１１を開いて余剰ＬＮＧをタンク１に戻すことで、ポンプミニマム流量を確保する。

また、バルブＶ１０が受入配管５の保冷のための最低流量（保冷ミニマム流量）を確保するように機能する。すなわち、受入配管５に入る保冷用流量を流量計１８により監視し、ガス出荷部３側の要求出荷流量が保冷ミニマム流量より少ない場合に、バルブＶ１０を開いて余剰ＬＮＧをタンク１に戻すことで、保冷ミニマム流量を確保している。この場合、タンク１へ戻す保冷ミニマム流量の抑制については第１保冷モードと同じである。

ＬＮＧ出荷部４でのＬＮＧ出荷が行われないときの、液出荷配管１０の保冷については、第１保冷モードと同じである。

本実施形態によれば、出荷時のＬＮＧの流れを切替える流路切替装置（流路切替用のバルブＶ３〜Ｖ９）を設け、この流路切替装置が、ＬＮＧタンク１内のＬＮＧをガス出荷用ポンプ９により受入配管５を通流させて後、ガス出荷配管８からガス出荷部３へ供給する保冷モードを有する構成とすることにより、（１）タンク１への入熱の低減、（２）保冷用のポンプ負担増の回避、（３）ＬＮＧプレヒートといった効果を得ることができる。

また、保冷モードでは、受入配管５を通流させる際に、受入時と逆方向に通流させることにより（第１保冷モード）、タンク１から受入配管５に流入させるまでのＬＮＧの経路長を短縮でき、受入配管５に流入するまでの入熱を低減して、保冷効果を向上させることができる。

また、保冷モードでは、受入配管５を通流させる際に、受入時と同方向に通流させることにより（第２保冷モード）、タンク１から受入配管５に流入させるまでのＬＮＧの経路長は長くなるものの、流れに逆らうことがないので、受入配管５内に残存しているガスを排出・除去するのが容易となるなどの効果が得られる。

また、本実施形態では、保冷モードとして、受入配管５を受入時と逆方向に通流させる第１保冷モードと、受入配管を受入時と同方向に通流させる第２保冷モードとを有し、これらは選択可能であるので、状況に応じて、好適なモードを選択できるという効果が得られる。但し、いずれか一方の保冷モードのみを持つようにしてもよく、このようにすることで配管及びバルブ数、更には制御装置を簡略化できる。

また、本実施形態によれば、第１及び第２保冷モードでは、ガス出荷部３側の要求出荷流量が受入配管５の保冷用最低流量より少ない時は、余剰分をＬＧＮタンク１へ戻すことにより、要求出荷量が少ない場合に受入配管５の保冷を優先させることができる。

また、本実施形態によれば、第１及び第２保冷モードでは、ガス出荷配管８内のＬＮＧの一部をオリフィス２０を介して液出荷配管１０を通流させて後、ガス出荷部３へ供給することにより、断続出荷で、非出荷時に入熱を受ける液出荷配管１０を保冷でき、かつ連続出荷用とするので、タンク１への入熱を回避できる。

また、本実施形態によれば、第１及び第２保冷モードでは、ガス出荷部３側の要求出荷流量が液出荷配管１０の保冷用最低流量より少ない時は、余剰分をＬＮＧタンク１へ戻すことにより、要求出荷量が少ない場合に液出荷配管１０の保冷を優先させることができる。

また、本実施形態によれば、第１及び第２保冷モードでは、受入配管５と液出荷配管１０の運転圧力の範囲内において配管内に入熱を蓄熱することも可能であるため、タンク１へ戻す保冷ミニマム流量を一時的であれば抑制することができる。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ ＬＮＧタンク
２ ＬＮＧ船
３ ガス出荷部（ＬＮＧ気化器など）
４ ＬＮＧ出荷部（ローリー車など）
５ 受入配管
６ ローディングアーム
７ 制御装置
８ ガス出荷配管
９ ガス出荷用ポンプ
１０ 液出荷配管
１１ 液出荷用ポンプ
１２〜１６ 配管
１７、１８ 流量計
１９ 連通配管
２０ オリフィス
２１〜２３ 配管
２４ 流量計
２５ 圧力計
２６ 温度計
Ｖ１ 受入用のバルブ
Ｖ２ 液出荷用のバルブ
Ｖ３〜Ｖ９ 流路切替え用のバルブ
Ｖ１０〜Ｖ１２ 自動調整バルブ

Claims (7)

1. ＬＮＧを貯留するためのＬＮＧタンクと、ＬＮＧ船からのＬＮＧの受入時にＬＮＧ船からＬＮＧタンクまでＬＮＧを輸送するための受入配管と、ＬＮＧタンク内のＬＮＧをガス出荷用ポンプによりガス出荷部へ連続供給するためのガス出荷配管と、を備えるＬＮＧ設備において、
   出荷時のＬＮＧの流れを切替える流路切替装置を設け、
   この流路切替装置は、前記ＬＮＧタンク内のＬＮＧを前記ガス出荷用ポンプにより前記受入配管を通流させて後、前記ガス出荷配管から前記ガス出荷部へ供給する保冷モードを有し、
   前記保冷モードでは、保冷用流量を流量計により監視し、前記ガス出荷部側の要求出荷流量が前記受入配管の保冷用最低流量より少ない時は、余剰分を前記ＬＮＧタンクへ戻すことを特徴とする、ＬＮＧ設備の保冷システム。
2. 前記保冷モードでは、前記受入配管を通流させる際に、受入時と逆方向に通流させることを特徴とする請求項１記載のＬＮＧ設備の保冷システム。
3. 前記保冷モードでは、前記受入配管を通流させる際に、受入時と同方向に通流させることを特徴とする請求項１記載のＬＮＧ設備の保冷システム。
4. 前記保冷モードとして、前記受入配管を受入時と逆方向に通流させる第１保冷モードと、前記受入配管を受入時と同方向に通流させる第２保冷モードとを有し、これらは選択可能であることを特徴とする請求項１記載のＬＮＧ設備の保冷システム。
5. ＬＮＧタンク内のＬＮＧを液出荷用ポンプにより断続出荷するための液出荷配管を更に備え、
   前記保冷モードでは、前記ガス出荷配管内のＬＮＧの一部をオリフィスを介して前記液出荷配管を通流させて後、前記ガス出荷部へ供給することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のＬＮＧ設備の保冷システム。
6. 前記保冷モードでは、前記ガス出荷部側の要求出荷流量が前記液出荷配管の保冷用最低流量より少ない時は、余剰分を前記ＬＮＧタンクへ戻すことを特徴とする請求項５記載のＬＮＧ設備の保冷システム。
7. 前記余剰分を前記ＬＮＧタンクへ戻す制御を、蓄熱により抑制することを特徴とする請求項１又は請求項６記載のＬＮＧ設備の保冷システム。

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