JPH06265209A - 減圧ボイラ式気化器の制御方法 - Google Patents

減圧ボイラ式気化器の制御方法

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JPH06265209A
JPH06265209A JP6548791A JP6548791A JPH06265209A JP H06265209 A JPH06265209 A JP H06265209A JP 6548791 A JP6548791 A JP 6548791A JP 6548791 A JP6548791 A JP 6548791A JP H06265209 A JPH06265209 A JP H06265209A
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Kazumitsu Nukui
一光 温井
Masakazu Hanamure
雅一 花牟礼
Kanji Kujirai
寛司 鯨井
Masahiro Arakawa
正裕 荒川
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Sumitomo Precision Products Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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Sumitomo Precision Products Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (目的)減圧ボイラ式気化器の効率と制御性を向上す
る。 (構成)缶水の温度を設定温度とするように加熱用熱媒
体の供給量をフィードバック制御する減圧ボイラ式気化
器に於いて、缶水の設定温度を低温流体の流量に応じて
変更し、低流量側に於いて低い設定温度として制御を行
い、また変更した缶水の設定温度に対応させるように低
温流体の流量に応じてフィードフォワード量を設定して
フィードフォワード制御を行う。 (効果)低流量時に於ける出ガス温度の上昇を抑え、エ
ネルギーの無駄な消費を防止すると共に、変化する熱の
静的バランスに追随して制御性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はLNG等の低温流体を気
化するための減圧ボイラ式気化器の制御方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】LNG等の低温流体を気化するための気
化器の一つとして減圧ボイラ式気化器があり、例えば図
2に示すような構成のものがある。この気化器は、バー
ナの燃焼ガスや高温蒸気等の加熱用熱媒体により内部の
缶水を加熱して蒸気を発生させる缶体1と、低温流体が
流れる伝熱管2を設けた気化部3を蒸気往き管4と凝縮
液戻り管5で接続し、これらの缶体1内と気化部3内を
真空ポンプ6で減圧状態として動作させる構成としたも
のである。(例えば実開平2-9755号公報参照)尚、この
ような減圧ボイラ式気化器では、缶体1と気化部3を一
体にしたものもある。(例えば実開平2-9754号公報参照)
上記構成に於いて、加熱用熱媒体により加熱されて発生
した減圧蒸気(以下単に蒸気という。)は、蒸気往き管
4を経て気化部3に流入し、ここで伝熱管2を流れる低
温流体と熱交換して低温流体を気化すると共に、自体は
凝縮して凝縮液戻り管5を経て缶体1に還流するもので
ある。
【0003】以上の気化器に於いて、加熱用熱媒体の供
給量は缶水を一定の設定温度とするようにフィードバッ
ク制御を行うと共に、低温流体の流量に対応して導出し
たフィードフォワード量に基づいてフィードフォワード
制御を行っている。そしてこのフィードフォワード量
は、缶水の設定温度の条件での蒸気と低温流体の熱交換
に於ける熱の静的バランスから得られる一定の流量比か
ら導出した値としている。即ち、低温流体と蒸気の流量
比は、熱交換に於ける夫々のエンタルピー差の比の逆数
として得ることができる。例えば低温流体としてLNG
を缶水の設定温度50℃に於いて気化を行う場合、LNG
(25kg/cm2)の入口温度−155℃、出ガス温度20℃と
し、そして(飽和)蒸気(8kg/cm2)とすると、LNG
と蒸気のエンタルピー差は夫々210kcal/kg、610kcal/kg
となり、従って流量比、即ちLNG流量/蒸気流量=61
0/210≒3となる。
【0004】尚、図中符号8a,8bは夫々加熱用熱媒
体、低温流体の流量を調節する流量調節手段で、符号9
a,9bは流量調節弁、10a,10bは流量センサ、
11a,11bは調節計である。また、符号16は温度
センサ12により測定した缶水温度とその設定温度に基
づいて加熱用熱媒体側の調節計11aの制御流量を導出
して設定する設定手段である。上述したように、この調
節計11aは設定手段16を介して缶水温度のフィード
バック制御を行うと共に、低温流体側の調節計11bか
ら与えられるフィードフォワード量に基づいてフィード
フォワード制御を行う。
【0005】上述した気化器に於ける、缶水温度(θ
s)、低温流体流量(G)、低温流体の入口温度(θ
i)及び出ガス温度(θ)の関係は、缶内に於ける微小
要素のヒートバランスから得られる微分方程式を解き、
定常解を求めることにより次式の通りに表すことができ
る。 θ=(1−f(G))θs+f(G)θi ………(1) 但し、f(G)は、伝熱面積をパラメータに持つ単調増
加関数である。上式に於いて、θs>θiであるから、
缶水温度(θs)を一定の値とするように制御を行った
場合には、出ガス温度(θ)は低温流体流量(G)の増
加に対して単調減少することになる。
【0006】ところで、低温流体の気化器に於いては凍
結防止等の観点から、出ガス温度はリミットとしての最
低温度以上、例えば5℃以上に維持しなければならない
ので、従来は、出ガス温度が最も低下する低温流体の最
大流量時に於いても、その温度が上記最低温度以上とな
る缶水温度を導出し、これを低温流体の全流量域に対す
る設定値として上記制御を行っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述したように低温流
体の最大流量に対応して得られる缶水の温度を一定の設
定温度として全流量範囲に於ける制御を行うと、低流量
側では出ガス温度が必要以上に上昇して、余計な熱量が
出ガスの顕熱として気化器から持ち去られることにな
り、エネルギーを無駄に消費することになる。本発明
は、このような課題を解決することを目的とするもので
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明は、缶水の温度を設定温度とするように
加熱用熱媒体の供給量をフィードバック制御することに
より、気化させる低温流体と熱交換させる蒸気の発生量
を制御する減圧ボイラ式気化器に於いて、上記缶水の設
定温度は低温流体の流量に応じて変更し、低流量側に於
いて低い設定温度として上記制御を行う制御方法を提供
する。
【0009】上記の制御方法に於いて、加熱用熱媒体の
供給量は、フィードバック制御と共に低温流体の流量に
対応したフィードフォワード量によりフィードフォワー
ド制御することができ、このフィードフォワード制御
は、上述のように変更した缶水の設定温度に対応させる
ように低温流体の流量に応じてフィードフォワード量を
設定して行うことができる。また上記の制御方法に於い
て、缶水の設定温度は、低温流体の流量に対応して段階
的に変更させることもできるし、連続的に変更させるこ
ともできる。
【0010】
【作用】低温流体が高流量の際には缶水の設定温度を高
くして加熱用熱媒体の供給量をフィードバック制御する
ことにより、出ガス温度をリミットとしての最低温度以
上に維持することができる。また低温流体が低流量の際
には缶水の設定温度を低くして加熱用熱媒体の供給量を
フィードバック制御することにより、出ガス温度を必要
以上に上昇させない。
【0011】上述した加熱用熱媒体の供給量の制御は、
上記フィードバック制御と共に低温流体の流量に対応し
たフィードフォワード量によるフィードフォワード制御
を行うことにより制御性が向上し、このフィードフォワ
ード量は、夫々の時点に於ける缶水の設定温度に対応さ
せるように低温流体の流量に応じて導出することによ
り、熱の静的バランスの変化に追随し、更に制御性が向
上する。
【0012】
【実施例】次に本発明の実施例を図について説明する。
図1は本発明の制御方法を適用する減圧ボイラ式気化器
の構成を制御要素と共に表した系統図であり、図2に示
す従来の構成と同様な構成要素には同一の符号を付して
いる。
【0013】図1に示した気化器は蒸気を発生させる缶
体1と低温流体を気化する気化部3を分離した構成であ
り、即ち加熱用熱媒体により内部の缶水を加熱して蒸気
を発生する缶体1と低温流体が流れる伝熱管2を設けた
気化部3を、蒸気往き管4と凝縮液戻り管5で接続し、
これらの缶体1内と気化部3内を減圧する真空ポンプ6
を設けている。そして缶体1には缶水の加熱手段として
の伝熱管7を設けており、この伝熱管7を流れる高温蒸
気等の加熱用熱媒体により缶水を加熱する構成としてい
る。上述したように本発明を適用する気化器は上記の構
成の他、缶体1と気化部3を一体とした構成等適宜であ
り、加熱用熱媒体及びこれを缶体1に供給する加熱手段
の構成も適宜である。
【0014】上記加熱用熱媒体及び低温流体の伝熱管
7,2の夫々には、流量調節手段8a,8bを設けてお
り、これらの流量調節手段8a,8bは、夫々流量調節
弁10a,10bと流量センサ10a,10b及び調節
計11a,11bとから構成している。符号12は缶水
温度を測定する温度センサ、13は温度センサ12によ
り測定した缶水温度とその設定温度に基づいて加熱用熱
媒体側の調節計11aの制御流量を導出して設定する第
一の設定手段であり、この第一の設定手段13の設定温
度は第二の設定手段14により導出して設定する。即
ち、この第二の設定手段14は、上記低温流体側の調節
計11bから得た低温流体の流量に対応して設定温度を
導出する。また符号15は上記加熱用熱媒体側の調節計
11bのフィードフォワード量を導出して設定する第三
の設定手段であり、第三の設定手段15は、第二の設定
手段14により設定する上記設定温度に対応させ、低温
流体側の調節計11bから得た低温流体の流量からフィ
ードフォワード量を導出する。
【0015】図3は本発明の制御方法をLNGの気化に
適用した場合に於ける、缶水の設定温度とLNG流量
(最大流量に対する割合)との関係の一例を表したもの
で、この例ではLNG流量が50%から90%の範囲に於い
て設定温度を55℃から85℃に連続的に変更しており、ま
た50%以下及び90%以上は一定の値としている。いる。
このような関係を第二の設定手段14に式やデータテー
ブル等の方法により記憶しておくことにより、第二の設
定手段14は低温流体側の調節計11bから出力される
低温流体量に応じて缶水の設定温度を導出することがで
きる。
【0016】また図4は加熱用熱媒体側の調節計11a
のフィードフォワード制御に対応するもので、蒸気の流
量(最大流量に対する割合)とLNG流量(最大流量に
対する割合)との関係の一例を表したもので、この例で
はフィードフォワード量は、上述した熱の静的バランス
から得られる一定の流量比に対応して導出しており、缶
水の設定温度の変更に対応する補正は行っていない。
【0017】これに対して図5に示す例では、缶水の設
定温度の変更に対応してフィードフォワード量の補正を
行っている。即ち、LNG流量が最大値から次第に減少
してきて、図3に示すように缶水の設定温度を低下させ
る場合には、LNG流量に対する蒸気流量の割合を図4
の値よりも低下させている。
【0018】缶水の設定温度が低下すると、熱交換に於
ける蒸気のエンタルピー差が増えるため、上述した流量
比、LNG流量/蒸気流量の値は大きくなり、LNG流
量に対する蒸気流量の割合は小さくなる。従って、上述
したフィードフォワード量の補正は、缶水の設定温度を
変更した場合の熱の静的バランスに追随し、制御性が向
上する。かかるフィードフォワード量は、例えば実機に
於いて、各設定温度でLNG流量を変化させ、それに対
応して静定(設定温度を保持できる)する蒸気流量を測
定し、この蒸気流量に基づいて決定することができる。
【0019】図6はこのような測定の具体的な実施結果
を表すもので、各LNG流量と缶水の各設定温度に於け
る蒸気流量(ton/hour)を表している。この実施例に於
いてはLNG流量の変化に対応して設定温度を段階的に
変更しており、従って各条件に於いて適用する蒸気流量
は図中の部分ハッチングを施した値となる。これに対し
て従来のように缶水の設定温度を変更しない制御方法で
は、例えば設定温度60℃に於いて、図中に下線を施した
値となる。
【0020】図7は本発明の制御方法を実機に於いて実
施した結果を示すもので、各条件に於ける蒸気流量(to
n/hour)、LNG流量(ton/hour)及びLNG流量/蒸
気流量の典型値を表している。LNG流量/蒸気流量は
図中下線を施して示すように最大値3.23、最小値2.79で
あり、従来のように缶水の設定温度を全流量範囲で変更
しない制御方法では最小値の方を用いなければならない
ので、これよりも大きい比率で良い運転時には蒸気流量
の余剰が生じる。従って本発明の制御方法を適用するこ
とにより、このような蒸気流量の余剰の発生を防ぐこと
ができ、効率化が図れることがわかる。尚、上述した値
に於いては、(3.23-2.79)/3.23≒0.15となり、最大約15
%の効率化が図れる。
【0021】
【発明の効果】本発明は以上の通り、減圧ボイラ式気化
器に於いて缶水の設定温度を低温流体の流量に応じて変
更することにより、低流量時に於ける出ガス温度の上昇
を抑え、エネルギーの無駄な消費を防止することができ
るという効果がある。また本発明は、このような缶水の
設定温度の変更と共に、この変更に対応して加熱用熱媒
体の供給量のフィードフォワード制御を行うことによ
り、制御性を向上することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制御方法を適用する減圧ボイラ式気化
器の構成を制御要素と共に表した系統図である。
【図2】従来の減圧ボイラ式気化器の構成を制御要素と
共に表した系統図である。
【図3】本発明の制御方法をLNGの気化に適用した場
合に於ける、缶水の設定温度とLNG流量との関係の一
例を示す説明図である。
【図4】本発明の制御方法をLNGの気化に適用した場
合に於ける、蒸気流量とLNG流量との関係の一例を示
す説明図である。
【図5】本発明の制御方法をLNGの気化に適用した場
合に於ける、蒸気流量とLNG流量との関係の他の一例
を示す説明図である。
【図6】本発明の制御方法を実機に適用した場合の、各
LNG流量と缶水の設定温度に於ける蒸気流量の測定結
果の一例を示す説明図である。
【図7】本発明の制御方法を実機に適用した場合の、蒸
気流量、LNG流量及びLNG流量/蒸気流量の測定結
果の典型値を表した説明図である。
【符号の説明】
1 缶体 2 伝熱管 3 気化部 4 蒸気往き管 5 凝縮液戻り管 6 真空ポンプ 7 伝熱管 8a 流量調節手段 8b 流量調節手段 9a 流量調節弁 9b 流量調節弁 10a 流量センサ 10b 流量センサ 11a 調節計 11b 調節計 12 温度センサ 13 第一の設定手段 14 第二の設定手段 15 第三の設定手段 16 設定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鯨井 寛司 神奈川県横浜市鶴見区東寺尾5−5−43− 211 (72)発明者 荒川 正裕 千葉県船橋市古作4−8−3

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 缶水の温度を設定温度とするように加熱
    用熱媒体の供給量をフィードバック制御することによ
    り、気化させる低温流体と熱交換させる減圧蒸気の発生
    量を調節する減圧ボイラ式気化器に於いて、上記缶水の
    設定温度は低温流体の流量に応じて変更し、低流量側に
    於いて低い設定温度として上記制御を行うことを特徴と
    する減圧ボイラ式気化器の制御方法
  2. 【請求項2】 請求項1の制御方法に於いて、加熱用熱
    媒体の供給量は、フィードバック制御と共に低温流体の
    流量に対応したフィードフォワード制御により調節する
    ことを特徴とする減圧ボイラ式気化器の制御方法
  3. 【請求項3】 請求項2の制御方法に於いて、フィード
    フォワード制御は、変更した缶水の設定温度に対応させ
    るように低温流体の流量に応じてフィードフォワード量
    を設定して行うことを特徴とする減圧ボイラ式気化器の
    制御方法
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3の制御方法に於い
    て、缶水の設定温度は、低温流体の流量に対応して段階
    的に変更させることを特徴とする減圧ボイラ式気化器の
    制御方法
  5. 【請求項5】 請求項1、2または3の制御方法に於い
    て、缶水の設定温度は、低温流体の流量に対応して連続
    的に変更させることを特徴とする減圧ボイラ式気化器の
    制御方法
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Cited By (2)

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