JP7091041B2

JP7091041B2 - プラント制御装置及びプラント制御方法

Info

Publication number: JP7091041B2
Application number: JP2017173678A
Authority: JP
Inventors: 健司藤田; 光大佐藤
Original assignee: 株式会社Ｉｈｉプラント
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2022-06-27
Anticipated expiration: 2037-09-11
Also published as: JP2019049862A

Description

本発明は、プラント制御装置及びプラント制御方法に関する。

下記特許文献１には、ＬＮＧ等の低温液化ガスの払出ポンプの運転台数を制御するポンプの運転台数制御方法が開示されている。この運転台数制御方法は、低温液化ガスの需要量の増減予測パターンを設定し、当該増減予測パターンに応じて稼働中の払出ポンプの停止を一定時間遅延させたり、あるいは運転停止中の払出ポンプの起動を一定時間遅延させることにより、需要量の増減に対して円滑に安定した対応を実現するものである。

特開平０８－２４０１８５号公報

ところで、上記運転台数制御方法はＬＮＧ基地等の施設（プラント）に適用されるが、この施設（プラント）には、低温液化ガスを液体のまま出荷する液出荷設備と、気化させることにより気体（気化ガス）として火力発電所等に送出（送ガス）するガス出荷設備とを備えるものがある。

このような施設（プラント）では、負荷が重くなった場合に停止状態の払出ポンプを新たに起動させることにより負荷に対応するが、払出ポンプを正常に起動できない場合に、負荷に対応した量の低温液化ガスを払出ポンプで払い出すことができない。特に、低温タンクの中に設置されるタイプの払出ポンプは、低温タンクの外に設置されるタイプの払出ポンプよりも起動開始から起動終了までに時間が長いので、負荷に対応した量の低温液化ガスを払出ポンプで払い出すことができない可能性が高い。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、払出ポンプの起動に失敗した場合における気化ガスの送ガス量を確保することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、プラント制御装置に係る第１の解決手段として、複数の払出ポンプのいずれかで低温タンクから払い出した低温液化ガスを、出荷設備から出荷すると共にガス化設備で気化させ気化ガスとして送出させるプラント制御装置であって、前記払出ポンプを新たに起動させた場合に前記出荷設備における前記低温液化ガスの需要量が上昇している場合には、当該需要量の上昇を制限するポンプ制御装置を有する、という手段を採用する。

本発明では、プラント制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記払出ポンプを新たに起動させた場合であって前記低温液化ガスを用いて前記出荷設備を冷却処理した場合に、当該冷却処理から前記低温液化ガスの出荷処理への移行を禁止することにより前記需要量の上昇を制限する出荷設備制御装置を有する、という手段を採用する。

本発明では、プラント制御装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記払出ポンプの起動が完了した時点で前記需要量の上昇制限を解除する、という手段を採用する。

本発明では、プラント制御装置に係る第４の解決手段として、上記第１～第３のいずれかの解決手段において、前記低温液化ガスはＬＮＧであり、前記出荷設備は、前記ＬＮＧをタンクローリに充填して出荷するローリ出荷設備である、という手段を採用する。

本発明では、プラント制御方法に係る解決手段として、複数の払出ポンプのいずれかで低温タンクから払い出した低温液化ガスを、出荷設備から出荷すると共にガス化設備で気化させ気化ガスとして送出させるプラント制御方法であって、前記払出ポンプを新たに起動させた場合に前記出荷設備における前記低温液化ガスの需要量が上昇している場合には、当該需要量の上昇を制限する、という手段を採用する。

本発明によれば、払出ポンプの起動に失敗した場合における気化ガスの送ガス量を確保することが可能である。

本発明の一実施形態に係るプラント制御装置及びＬＮＧ（液化天然ガス）の出荷系統を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るプラント制御装置の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るプラント制御装置におけるＬＮＧ出荷量の変化を示す特性図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るプラント制御装置Ａ及びプラント制御方法は、図１に示すように、ＬＮＧ基地に備えられた払出ポンプＰ１～Ｐ４、ガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２を制御対象とする。ＬＮＧ基地は、このような払出ポンプＰ１～Ｐ４、ガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２をプラント制御装置Ａを用いて適切に制御することにより、火力発電所に天然ガスを出荷（送出）すると共に、タンクローリにＬＮＧを積み込む。

最初にＬＮＧ基地の概要について説明すると、ＬＮＧタンクＴ１，Ｔ２は、ＬＮＧ船から荷受けしたＬＮＧ（液化天然ガス）を貯留する所定容量の低温タンクである。図１では２基のＬＮＧタンクＴ１，Ｔ２を示しているが、ＬＮＧタンクの基数は１あるいは３以上であってもよい。本実施形態では、本発明の説明の便宜上、ＬＮＧタンクＴ１，Ｔ２を２基としている。なお、ＬＮＧ（液化天然ガス）は、本実施形態における低温液化ガスである。

払出ポンプＰ１～Ｐ４は、このようなＬＮＧタンクＴ１，Ｔ２からＬＮＧを払い出し、ガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２に吐出するポンプである。すなわち、払出ポンプＰ１～Ｐ４は、ガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２の需要量に対応した流量（吐出量）のＬＮＧをＬＮＧタンクＴ１，Ｔ２から払い出してガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２に供給する。

なお、図１では４台の払出ポンプＰ１～Ｐ４を示しているが、払出ポンプの台数は２台以上（複数）であれば何台でもよい。本実施形態では、本発明の説明の便宜上、払出ポンプＰ１～Ｐ４を４台としている。また、本実施形態では、４台の払出ポンプＰ１～Ｐ４が全て同一仕様である。

より詳細には、４台の払出ポンプＰ１～Ｐ４のうち、２台の払出ポンプＰ１，Ｐ２は、ＬＮＧタンクＴ１内あるいはＬＮＧタンクＴ１に連通する払出配管の途中部位に設けられており、ＬＮＧタンクＴ１内のＬＮＧを払い出す。また、４台の払出ポンプＰ１～Ｐ４のうち、他の２台の払出ポンプＰ３，Ｐ４は、ＬＮＧタンクＴ２内あるいはＬＮＧタンクＴ２に連通する払出配管の途中部位に設けられており、ＬＮＧタンクＴ２内のＬＮＧを払い出す。

なお、このような４台の払出ポンプＰ１～Ｐ４のうち、２台の払出ポンプＰ１，Ｐ３は、第１の電源系統から電力の供給を受け、他の２台の払出ポンプＰ２，Ｐ４は、第２の電源系統から電力の供給を受ける。すなわち、同一のＬＮＧタンクからＬＮＧを払い出す２台のＬＮＧポンプは、互いに異なる電源系統から電力の供給を受ける。このような電力の供給手法は、電源系統のトラブルによるＬＮＧタンクからのＬＮＧの払出が完全停止することを回避するためのものである。

すなわち、ＬＮＧタンクＴ１，Ｔ２からガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２に供給されるＬＮＧの流量（供給量）は、運転中の払出ポンプにおける個々の回転数及び払出ポンプの運転台数によって決定される。なお、払出ポンプＰ１～Ｐ４は、ＬＮＧの吐出効率が比較的高い定格回転数で主に運転される。

ガス出荷設備Ｇは、払出ポンプＰ１～Ｐ４から供給されたＬＮＧを気化（ガス化）させて天然ガスとして出荷する設備（ガス化設備）である。このガス出荷設備Ｇは、例えば火力発電所に需要量に応じた出荷量の天然ガスを送出することにより出荷する。第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２は、払出ポンプＰ１～Ｐ４によって供給されたＬＮＧをＬＮＧのまま出荷する設備（ＬＮＧ出荷設備）である。これら第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２は、複数のタンクローリにＬＮＧを順次充填することにより出荷する。

続いて、プラント制御装置Ａについて説明する。このプラント制御装置Ａは、図１に示すように、操作部１、マスタ制御装置２、ポンプ制御部３、出荷設備制御部４及び表示部５を備えている。

操作部１は、ＬＮＧ基地の運転を監視する監視員が操作する入力装置であり、監視員が業務する監視室に備えられている。監視員は、この操作部１を操作することによって制御指示をマスタ制御装置２に手動入力する。

マスタ制御装置２は、このようなＬＮＧ基地を上記制御指示や図示しない各種センサの検出値（プロセス値）に基づいてＬＮＧ基地を統括的に制御する主制御装置である。このマスタ制御装置２は、図示するようにポンプ制御部３及び出荷設備制御部４を制御対象とする。また、このマスタ制御装置２は、ＬＮＧ基地の制御状態を表示部５に表示させることにより、ＬＮＧ基地の監視員にＬＮＧ基地の運転状態を報知する。

ポンプ制御部３は、上記マスタ制御装置２から入力される制御指令及び払出ポンプＰ１～Ｐ４に関する各種センサの検出値に基づいて払出ポンプＰ１～Ｐ４を制御する。すなわち、ポンプ制御部３は、払出ポンプＰ１～Ｐ４のみを制御対象とする制御装置である。

一方、出荷設備制御部４は、上記マスタ制御装置２から入力される制御指令並びにガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２に関する各種センサ（図示略）の検出値に基づいてガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２を制御する。すなわち、この出荷設備制御部４は、ガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２のみを制御対象とする制御装置である。

ここで、このように構成されたプラント制御装置Ａのうち、マスタ制御装置２、ポンプ制御部３及び出荷設備制御部４は、専用のプラント制御プログラム（ソフトウエア）と当該プラント制御プログラム（ソフトウエア）を実行する電子回路（ハードウエア）とから構成されたソフトウエア制御装置である。

上記電子回路は、プラント制御プログラム（ソフトウエア）等を記憶する不揮発性記憶装置、プラント制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵの処理結果を一時的に記憶する揮発性記憶装置、操作部１及び表示部５と信号の送受信を行うインタフェース回路、またこれら各回路を相互接続するバスライン等を備える。

次に、本実施形態に係るプラント制御装置Ａの動作、つまりプラント制御装置Ａを用いたプラント制御方法について、図２及び図３をも参照して詳しく説明する。

このプラント制御装置Ａにおいて、ポンプ制御部３は、上記マスタ制御装置２から入力される制御指令及び払出ポンプＰ１～Ｐ４に関する各種センサの検出値に基づいて払出ポンプＰ１～Ｐ４の運転台数を制御する。すなわち、ポンプ制御部３は、ガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２の出荷量に応じて払出ポンプＰ１～Ｐ４を起動あるいは停止させすることにより、出荷量に対して必要最小限の台数の払出ポンプＰ１～Ｐ４を運転させる。このようなポンプ制御部３による払出ポンプＰ１～Ｐ４の運転台数に関する制御は、一般にポンプ台数制御と言われている。

ここで、ポンプ制御部３は、停止状態にある払出ポンプＰ１～Ｐ４の何れかを新たに起動させる場合に起動指令（払出ポンプ起動指令）を停止状態にある払出ポンプＰ１～Ｐ４の何れかに出力するが、この払出ポンプ起動指令を出荷設備制御部４にも出力する。

そして、出荷設備制御部４は、上記払出ポンプ起動指令を受信すると（ステップＳ１）、ガス出荷設備Ｇ、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２における需要量が上昇中であるか否かを判断する（ステップＳ２）。すなわち、出荷設備制御部４は、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２の各需要量を検出する流量センサの検出値に基づいてＬＮＧ需要量を演算し、当該ＬＮＧ需要量が上昇傾向にあるか否かを判断する。

そして、出荷設備制御部４は、ステップＳ２の判断が「Ｙｅｓ」つまりＬＮＧ需要量が上昇傾向にある場合、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２に対して需要量固定指令を出力する（ステップＳ３）。すなわち、出荷設備制御部４は、需要量固定指令を第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２に出力することにより、ＬＮＧ出荷量が上昇している出荷設備におけるＬＮＧ需要量の増大を禁止する。

例えば、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２は、ポンプ制御部３が払出ポンプ起動完了指令を出力した際にＬＮＧを用いて出荷前処理である各種配管の冷却処理を行っていた場合、当該冷却処理からＬＮＧの出荷処理への移行を禁止することによりＬＮＧ需要量の上昇を制限する。この結果、第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２におけるＬＮＧ需要量は、図３に示すように、出荷設備制御部４が需要量固定指令を出力した時刻ｔ１から上昇傾向から一定のＬＮＧ需要量ｍに維持された状態となる。

そして、ポンプ制御部３は、起動指令を出力した払出ポンプの起動が完了すると、払出ポンプ起動完了指令を出荷設備制御部４に出力する。出荷設備制御部４は、上記払出ポンプ起動完了指令を受信すると（ステップＳ４）、固定解除指令を第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２に対して出力する（ステップＳ５）。この固定解除指令は、ＬＮＧ需要量の上昇制限を解除するものである。この結果、ＬＮＧ基地のＬＮＧ需要量は、図３に示すように、払出ポンプの起動が完了した時点、つまり出荷設備制御部４が固定解除指令を出力した時刻ｔ２において一定のＬＮＧ需要量ｍから上昇傾向に変化する。

ここで、上述したようにポンプ制御部３はを新たに起動させる払出ポンプに起動指令（払出ポンプ起動指令）を出力するが、この払出ポンプが起動に失敗する場合がある。この場合、例えば火力発電所の要求量に対応した天然ガスを火力発電所に出荷できない事態が発生し得る。

しかしながら、本実施形態によれば、需要量固定指令に基づいて例えば第２ローリ出荷設備Ｒ２のＬＮＧ需要量が固定されるので、払出ポンプの起動に失敗した場合における火力発電所に対する天然ガス（気化ガス）の送ガス量を確保することが可能である。

また、本実施形態によれば、払出ポンプの起動が正常に完了した場合には、固定解除指令に基づいて第２ローリ出荷設備Ｒ２のＬＮＧ需要量の固定状態が解除されるので、第２ローリ出荷設備Ｒ２のＬＮＧ需要量が一時的に制限されるものの、第２ローリ出荷設備Ｒ２における出荷作業に対する影響を最小限に抑えることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、ガス化設備として火力発電所に天然ガス（気化ガス）を出荷するガス出荷設備Ｇについて説明したが、本発明はこれに限定されない。ガス出荷設備Ｇに代えて、あるいはガス出荷設備Ｇに加えて、天然ガスを都市ガス用に出荷する設備を採用してもよい。

（２）上記実施形態では、ＬＮＧ基地に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。ＬＮＧに代えて例えばＬＰＧを取り扱うＬＰＧ基地に本発明を適用してもよい。

（３）上記実施形態では、出荷設備制御部４は需要量固定指令を第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２に出力したが、本発明はこれに限定されない。需要量固定指令に代えて需要量制限指令を第１ローリ出荷設備Ｒ１及び第２ローリ出荷設備Ｒ２に出力してもよい。すなわち、本発明は、時刻ｔ１からＬＮＧ需要量を固定させるものに限定されず、時刻ｔ１からＬＮＧ需要量の上昇を制限（緩和）するようにしてもよい。

Ａプラント制御装置
Ｐ１～Ｐ４払出ポンプ
Ｔ１，Ｔ２ＬＮＧタンク（低温タンク）
Ｇガス出荷設備（ガス化設備）
Ｒ１第１ローリ出荷設備
Ｒ２第２ローリ出荷設備
１操作部
２マスタ制御装置
３ポンプ制御装置
４出荷制御装置
５表示部

Claims

複数の払出ポンプのいずれかで低温タンクから払い出した低温液化ガスを、出荷設備から出荷すると共にガス化設備で気化させ気化ガスとして送出させるプラント制御装置であって、
前記払出ポンプの起動が新たに行われた場合に前記出荷設備における前記低温液化ガスの需要量が上昇している場合には、当該需要量の上昇を制限することで、前記ガス化設備から送出される気化ガスのガス量を確保する出荷設備制御装置を有するプラント制御装置。
前記出荷設備制御装置は、前記払出ポンプの起動が新たに行われた場合であって前記低温液化ガスを用いて前記出荷設備の冷却処理が行われている場合に、当該冷却処理から前記低温液化ガスの出荷処理への移行を禁止することにより前記需要量の上昇を制限する、請求項１記載のプラント制御装置。
前記出荷設備制御装置は、前記払出ポンプの起動が完了した時点で前記需要量の上昇制限を解除することを特徴とする請求項１または２記載のプラント制御装置。
前記低温液化ガスはＬＮＧであり、
前記出荷設備は、前記ＬＮＧをタンクローリに充填して出荷するローリ出荷設備であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のプラント制御装置。
複数の払出ポンプのいずれかで低温タンクから払い出した低温液化ガスを、出荷設備から出荷すると共にガス化設備で気化させ気化ガスとして送出させるプラント制御方法であって、
前記払出ポンプの起動が新たに行われた場合に前記出荷設備における前記低温液化ガスの需要量が上昇している場合には、当該需要量の上昇を制限することで、前記ガス化設備から送出される気化ガスのガス量を確保することを特徴とするプラント制御方法。