JP2012021837A - Liquefaction natural gas heat quantity calculation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラントにおける液化天然ガスの熱量を算出する熱量算出システム等に関する。 The present invention relates to a calorific value calculation system for calculating the calorific value of liquefied natural gas in a plant.
ＬＮＧ（液化天然ガス）の熱量を計測する方法として、液体クロマトグラフによる方法と、特開２００６−０４７０７１号公報に開示された方法がある。 As a method for measuring the amount of heat of LNG (liquefied natural gas), there are a method using a liquid chromatograph and a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-047071.
液体クロマトグラフは通常、分析装置あるいは精製装置として使用され、液体クロマトグラフにより、物質の化学的相互作用や分子の大きさの違いなどによって混合成分を分離、定量することが可能である。 A liquid chromatograph is usually used as an analysis apparatus or a purification apparatus, and a liquid chromatograph can separate and quantify mixed components based on the chemical interaction of substances or the difference in molecular size.
また、特開２００６−０４７０７１号公報には、液密度の計測値を温度、圧力の計測値で補正し、予め求めておいた液密度と熱量との関係から熱量を算出する手法、さらに算出された熱量を窒素含有率で補正する手法が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-047071 further discloses a method for calculating the amount of heat from the relationship between the liquid density and the amount of heat obtained in advance by correcting the measured values of the liquid density with the measured values of temperature and pressure. A method for correcting the amount of heat with the nitrogen content is disclosed.
しかし、液体クロマトグラフにより熱量を計測する方法では計測に時間がかかり、例えば、計測結果をＬＮＧプラントでの制御に利用することができない。 However, in the method of measuring the amount of heat with a liquid chromatograph, it takes time to measure, and for example, the measurement result cannot be used for control in the LNG plant.
また、特開２００６−０４７０７１号公報に開示された方法では、液密度と熱量の関係を予め求める必要がある。また、窒素含有率によって熱量計算値の補正を行っているが、成分のばらつきによる補正は行っていない。しかし、液体密度と熱量の間の相関は気体密度と熱量の間の相関に比べて低くなるため、成分比率が大きく異なるＬＮＧを新たに導入した場合、両者の関係を定義しなおす必要があるが、これは煩雑な作業が要求され現実的でない。つまり、熱量が異なるＬＮＧやＬＰＧを混入する場合には、正確に熱量計測ができなくなる。 Moreover, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-047071, it is necessary to obtain in advance the relationship between the liquid density and the amount of heat. Moreover, although the calorie | heat amount calculation value is correct | amended by nitrogen content, the correction | amendment by the dispersion | variation in a component is not performed. However, since the correlation between the liquid density and the calorific value is lower than the correlation between the gas density and the calorific value, it is necessary to redefine the relationship between the two when a new LNG with a significantly different component ratio is introduced. This is not practical because it requires complicated work. That is, when LNG or LPG having different heat amounts are mixed, heat amount cannot be accurately measured.
近年ではＬＮＧの低熱量化などにより、気化する前に高熱量のＬＮＧやＬＰＧを混合し、ある程度の高い熱量の液に調整してから気化するなどの制御が検討されるようになってきている。このため、複雑な制御が行われるＬＮＧプラントにおいても迅速かつ正確に熱量を算出でき、算出結果をプラントでの制御に利用できるようなシステムの開発が望まれている。 In recent years, due to the low calorific value of LNG, etc., control such as mixing LNG or LPG having a high calorific value before vaporization, adjusting to a liquid having a certain high caloric value, and vaporizing has been studied. For this reason, it is desired to develop a system that can quickly and accurately calculate the amount of heat even in an LNG plant in which complicated control is performed, and that can use the calculation result for control in the plant.
本発明の目的は、迅速かつ正確にプラントにおけるＬＮＧの熱量を算出できる液化天然ガスの熱量算出システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a calorific value calculation system for liquefied natural gas that can quickly and accurately calculate the calorific value of LNG in a plant.
本発明の熱量算出システムは、プラントにおける液化天然ガスの熱量を算出する熱量算出システムにおいて、プラントのデータを逐次収集する収集手段と、前記収集手段により収集されるデータを、前記プラントを模擬するモデルに入力することにより、前記プラントにおける液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力を逐次算出するシミュレーション手段と、前記シミュレーション手段により算出される液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力に基づいて液化天然ガスの熱量を逐次算出する熱量算出手段と、を備えることを特徴とする。
この熱量算出システムによれば、逐次シミュレーションされる液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力に基づいて液化天然ガスの熱量を逐次算出するので、迅速かつ正確にプラントにおけるＬＮＧの熱量を算出できる。
A calorific value calculation system of the present invention is a calorific value calculation system for calculating the calorific value of liquefied natural gas in a plant, a collection unit that sequentially collects plant data, and a model that simulates the plant by collecting data collected by the collecting unit Based on the liquefied natural gas component fraction, temperature, and pressure calculated by the simulation means, and the simulation means for sequentially calculating the liquefied natural gas component fraction, temperature, and pressure in the plant. And calorific value calculating means for sequentially calculating the calorific value of the liquefied natural gas.
According to this calorific value calculation system, the calorific value of the liquefied natural gas is sequentially calculated based on the component fraction, temperature, and pressure of the liquefied natural gas that are sequentially simulated, so that the calorific value of LNG in the plant can be calculated quickly and accurately. .
前記熱量算出手段により算出された熱量に応じた制御を、前記プラントに対して実行する制御手段を備えてもよい。 You may provide the control means which performs control according to the calorie | heat amount calculated by the said calorie | heat amount calculation means with respect to the said plant.
前記シミュレーション手段により算出される液化天然ガスの成分分率を監視する監視手段を備えてもよい。 You may provide the monitoring means which monitors the component fraction of the liquefied natural gas computed by the said simulation means.
前記収集手段で収集される前記データに代えて、プラントの仮想データを前記シミュレーション手段に与える仮想データ入力手段を備えてもよい。 Instead of the data collected by the collecting means, a virtual data input means for giving virtual data of the plant to the simulation means may be provided.
本発明の熱量算出方法は、プラントにおける液化天然ガスの熱量を算出する熱量算出方法において、プラントのデータを逐次収集する収集ステップと、前記収集ステップにより収集されるデータを、前記プラントを模擬するモデルに入力することにより、前記プラントにおける液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力を逐次算出するシミュレーションステップと、前記シミュレーションステップにより算出される液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力に基づいて液化天然ガスの熱量を逐次算出する熱量算出ステップと、を備えることを特徴とする。
この熱量算出方法によれば、逐次シミュレーションされる液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力に基づいて液化天然ガスの熱量を逐次算出するので、迅速かつ正確にプラントにおけるＬＮＧの熱量を算出できる。
The calorific value calculation method of the present invention is a calorific value calculation method for calculating the calorific value of liquefied natural gas in a plant, a collection step for sequentially collecting plant data, and a model for simulating the plant by collecting data collected by the collection step Based on the simulation step of sequentially calculating the component fraction, temperature and pressure of the liquefied natural gas in the plant, and the component fraction, temperature and pressure of the liquefied natural gas calculated by the simulation step. And a calorific value calculating step of sequentially calculating the calorific value of the liquefied natural gas.
According to this calorific value calculation method, since the calorific value of liquefied natural gas is sequentially calculated based on the component fraction, temperature, and pressure of liquefied natural gas that are sequentially simulated, the calorific value of LNG in the plant can be calculated quickly and accurately. .
前記熱量算出ステップにより算出された熱量に応じた制御を、前記プラントに対して実行する制御ステップを備えてもよい。 You may provide the control step which performs control according to the calorie | heat amount calculated by the said calorie | heat amount calculation step with respect to the said plant.
本発明の熱量算出システムによれば、逐次シミュレーションされる液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力に基づいて液化天然ガスの熱量を逐次算出するので、迅速かつ正確にプラントにおけるＬＮＧの熱量を算出できる。 According to the calorific value calculation system of the present invention, since the calorific value of liquefied natural gas is sequentially calculated based on the component fraction, temperature, and pressure of liquefied natural gas that are sequentially simulated, the calorific value of LNG in the plant can be quickly and accurately calculated. It can be calculated.
本発明の熱量算出方法によれば、逐次シミュレーションされる液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力に基づいて液化天然ガスの熱量を逐次算出するので、迅速かつ正確にプラントにおけるＬＮＧの熱量を算出できる。 According to the calorific value calculation method of the present invention, the calorific value of the liquefied natural gas is sequentially calculated based on the component fraction, temperature, and pressure of the liquefied natural gas that are sequentially simulated. It can be calculated.
以下、本発明による熱量算出システムの一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a heat quantity calculation system according to the present invention will be described.
図１は、本実施形態の熱量算出システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the heat quantity calculation system of this embodiment.
図１に示すように、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化するＬＮＧプラント１は、プラント制御装置２により制御される。 As shown in FIG. 1, an LNG plant 1 that gasifies LNG (liquefied natural gas) is controlled by a plant control device 2.
ＬＮＧプラント１に配置された測定器で取得されたデータや、ＬＮＧプラント１で使用される制御信号等のデータは、ネットワークおよびデータ収集装置３を介してトラッキングシミュレータ５に逐次、送られる。 Data acquired by a measuring instrument arranged in the LNG plant 1 and data such as control signals used in the LNG plant 1 are sequentially sent to the tracking simulator 5 via the network and the data collection device 3.
図１に示すように、トラッキングシミュレータ５は、物理化学モデルを用いてＬＮＧプラント１を擬似するプラントモデル５Ａに、データ収集装置３を介して送られてくる上記データを入力、演算することにより、ＬＮＧプラント１をシミュレーションするシミュレーション部５１と、シミュレーション部５１におけるシミュレーション結果とＬＮＧプラント１から得られるデータとを比較することにより、プラントモデル５Ａのモデルパラメータを調整してプラントモデル５Ａを実プラント（ＬＮＧプラント１）の動作に合わせ込むモデル調整部５２と、を備える。
As shown in FIG. 1, the tracking simulator 5 inputs and calculates the data sent via the data collection device 3 to a
また、トラッキングシミュレータ５には、シミュレーション部５１から熱量の算出に必要なデータ（シミュレーション結果）を取得し、そのデータを用いてＬＮＧガスの熱量を算出する熱量算出部５３が設けられている。熱量算出部５３において算出された熱量は、熱量表示装置６に送られて表示される。
Further, the tracking simulator 5 is provided with a calorific
ここで、シミュレーション部５１から得られる熱量の算出に必要なデータ（シミュレーション結果）には、熱量計算を行う位置におけるＬＮＧ成分分率（濃度）、その位置における現在温度および現在圧力が含まれる。また、熱量算出部５３には、熱量の算出に必要なデータとして、各ＬＮＧ成分の標準生成熱、各ＬＮＧ成分が持つ熱容量（定圧比熱）、その他の定数が予め与えられる。
Here, the data (simulation result) necessary for calculating the amount of heat obtained from the
以下、標準生成熱を利用した熱量算出の手順について説明する。この手順は、熱量算出部５３により実行される。
Hereinafter, the procedure for calculating the amount of heat using the standard generated heat will be described. This procedure is executed by the heat
ＬＮＧはメタンやエタンなどの炭素化合物や窒素等の成分を含んでおり、産地によってその成分の種類、割合は異なっている。ここで、炭素、水素、酸素および窒素からなる分子式で表される化合物の熱量は燃焼熱であるため、燃焼時の反応は燃焼生成物を二酸化炭素、水および窒素とする燃焼反応式として表現することができる。例えばメタンＣＨ4の燃焼反応式は以下のように示すことができる。 LNG contains components such as nitrogen and other carbon compounds such as methane and ethane, and the types and proportions of the components differ depending on the production area. Here, since the calorie | heat amount of the compound represented with the molecular formula which consists of carbon, hydrogen, oxygen, and nitrogen is combustion heat, the reaction at the time of combustion is expressed as a combustion reaction formula which uses a combustion product as carbon dioxide, water, and nitrogen. be able to. For example, the combustion reaction formula of methane CH 4 can be expressed as follows.
ＣＨ4（ｇ）＋２Ｏ2（ｇ）→ＣＯ2（ｇ）＋２Ｈ2Ｏ（ｌ）
ここで、（ｇ）は気体、（ｌ）は液体を示す。
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (l)
Here, (g) represents gas and (l) represents liquid.
次に、メタンＣＨ4の熱量を総発熱量（高位発熱量）とすると、 Next, if the calorific value of methane CH 4 is the total calorific value (high calorific value),
なお、ここで用いた各物質の標準生成熱（標準生成エンタルピー変化）は化学便覧等に記載されており、以下の通りである。これらの数値は予めトラッキングシミュレータ５に与えられ、計算に使用される。 In addition, the standard production | generation heat | fever (standard production | generation enthalpy change) of each substance used here is described in the chemical manual etc., and is as follows. These numerical values are given to the tracking simulator 5 in advance and used for calculation.
同様に、真発熱量（低位発熱量）を求める場合は、以下のように水の標準生成熱を気体のものに置換することで計算できる。 Similarly, when the true calorific value (low calorific value) is obtained, it can be calculated by substituting the standard heat of formation of water with a gas as follows.
これらの数値は標準温度、標準圧力の熱量であるので、シミュレーション部５１から得られる現在温度および現在圧力に基づいて以下の演算を行う。
Since these numerical values are the amounts of heat at the standard temperature and the standard pressure, the following calculation is performed based on the current temperature and the current pressure obtained from the
最終的なＬＮＧ液熱量は以上の手順により計算される各成分の熱量に、シミュレーション部５１から得られる成分分率を乗じて加算したものとなり、熱量算出部５３により算出される。また、その算出結果は熱量表示装置６に表示される。
The final LNG liquid calorific value is obtained by multiplying the calorific value of each component calculated by the above procedure by the component fraction obtained from the
例えば、対象とするＬＮＧの成分分率がメタンＣＨ４・８５％、エタンＣ２Ｈ６・１０％、プロパンＣ３Ｈ８・５％であったとすると、ＬＮＧの熱量ΔcＨLNGは以下のように計算される。 For example, if the component fraction of the target LNG is methane CH4 · 85%, ethane C2H6 · 10%, and propane C3H8 · 5%, the LNG calorie Δ c H LNG is calculated as follows.
以上のように、本実施形態の熱量算出システムでは、トラッキングシミュレータを用いて計測位置における成分分率、温度、圧力を推定し、これに基づいてＬＮＧの液熱量を算出するため、プラント内の任意の位置における熱量を推定することが可能となる。例えば、産地が異なり熱量が異なるような複数のＬＮＧを液のまま混合して使用する場合でも、任意の位置における熱量を算出できる。 As described above, in the calorific value calculation system of the present embodiment, the component fraction, temperature, and pressure at the measurement position are estimated using the tracking simulator, and the liquid calorific value of LNG is calculated based on the estimated component ratio. It is possible to estimate the amount of heat at the position. For example, even when a plurality of LNG having different production areas and different calories are mixed and used as liquids, the calorific value at an arbitrary position can be calculated.
また、トラッキングシミュレータのデータを利用した数値計算により熱量を算出できるため、高速で熱量を算出でき、算出結果をプラント制御装置２による制御に利用することもできる。 In addition, since the amount of heat can be calculated by numerical calculation using the tracking simulator data, the amount of heat can be calculated at high speed, and the calculation result can be used for control by the plant control device 2.
さらに、密度計を用いた熱量計測のように、密度と熱量の相関関係を予め求める必要もない。 Furthermore, unlike the calorific value measurement using the density meter, it is not necessary to obtain the correlation between the density and the calorific value in advance.
なお、上記実施形態では、液体における熱量を算出する例を示しているが、気体での熱量を算出することもできる。この場合においても、トラッキングシミュレータを用いて任意の計測位置における成分分率、温度、圧力を推定し、これに基づいて熱量を算出することができる。 In addition, although the example which calculates the calorie | heat amount in a liquid is shown in the said embodiment, the calorie | heat amount in gas can also be computed. Even in this case, the component fraction, temperature, and pressure at an arbitrary measurement position can be estimated using a tracking simulator, and the amount of heat can be calculated based on the estimated component fraction.
トラッキングシミュレータによりＬＮＧの成分分率が推定できるため、ＬＮＧの品質の指標としてＬＮＧの成分分率を使用することができる。例えば、品質を低下させるような成分（例えば窒素等）の分率をシミュレーション部５１において監視し、この値が基準値を超えた場合に警報を発するようにしてもよい。その他、成分分率に関する指標値を設定し、この指標値を提示するようにしてもよい。
Since the LNG component fraction can be estimated by the tracking simulator, the LNG component fraction can be used as an index of the LNG quality. For example, a fraction of a component that degrades quality (for example, nitrogen or the like) may be monitored in the
例えば、ＬＮＧの減熱調整を行うとき、主に窒素を混入して熱量を下げるが、窒素の含有率が一定値以下である必要があるため、熱量についての監視以外に別途監視が必要である。窒素の分率をトラッキングシミュレータにより監視することにより、熱量と窒素含有率の両者を同時に監視することができるため、窒素の混入量を容易に調整可能となる。また、窒素含有率を測定するための設備コストを削減できる。 For example, when adjusting the heat reduction of LNG, the amount of heat is mainly reduced by mixing nitrogen, but since the nitrogen content needs to be a certain value or less, a separate monitoring is required in addition to monitoring the amount of heat. . By monitoring the nitrogen fraction with a tracking simulator, both the amount of heat and the nitrogen content can be monitored at the same time, so that the amount of nitrogen mixed in can be easily adjusted. Moreover, the equipment cost for measuring a nitrogen content rate can be reduced.
窒素以外に成分の基準が定められている場合についてもトラッキングシミュレータにより推定される成分分率を有効に利用できる。 The component fraction estimated by the tracking simulator can be used effectively even when the component standard other than nitrogen is determined.
上記実施形態では、実プラントから得られるデータに基づいて熱量を算出することで、実プラント内におけるＬＮＧの熱量を推定しているが、図１に示すように仮想データ入力装置７を設け、実プラントからのデータに代えて、仮想データをシミュレーション部７１に与えるようにしてもよい。 In the above embodiment, the amount of heat of LNG in the actual plant is estimated by calculating the amount of heat based on the data obtained from the actual plant. However, as shown in FIG. Virtual data may be given to the simulation unit 71 instead of data from the plant.
例えば、プラントシミュレータに入力するＬＮＧの成分分率を、仮想データ入力装置７を用いて変えることで、産地（成分分率）の異なるＬＮＧを受け入れた場合を考慮した熱量シミュレーションが可能となる。これにより、様々な産地のＬＮＧの導入検討を行うことが可能となり、プラント全体でどのような熱量調整が必要かを事前に検討することができる。 For example, by changing the component fraction of LNG input to the plant simulator using the virtual data input device 7, it is possible to perform a heat quantity simulation considering the case where LNG having a different production area (component fraction) is accepted. Thereby, it becomes possible to examine introduction of LNG in various production areas, and it is possible to examine in advance what kind of heat amount adjustment is necessary in the whole plant.
以上説明したように、本発明の熱量算出システムおよび熱量算出方法によれば、逐次シミュレーションされる液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力に基づいて液化天然ガスの熱量を逐次算出するので、迅速かつ正確にプラントにおけるＬＮＧの熱量を算出できる。 As described above, according to the calorie calculation system and calorie calculation method of the present invention, the calorific value of liquefied natural gas is sequentially calculated based on the component fraction, temperature, and pressure of liquefied natural gas that are sequentially simulated. The amount of LNG heat in the plant can be calculated quickly and accurately.
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、プラントにおける液化天然ガスの熱量を算出する熱量算出システム等に対し、広く適用することができる。 The scope of application of the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be widely applied to a calorific value calculation system for calculating the calorific value of liquefied natural gas in a plant.
２ プラント制御装置（制御手段）
３ データ収集装置（収集手段）
５１ シミュレーション部（シミュレーション手段、監視手段）
５３ 熱量算出部（熱量算出手段）
2 Plant control device (control means)
3 Data collection device (collection means)
51 Simulation unit (simulation means, monitoring means)
53 Calorie calculation part (calorie calculation means)
Claims (6)
プラントのデータを逐次収集する収集手段と、
前記収集手段により収集されるデータを、前記プラントを模擬するモデルに入力することにより、前記プラントにおける液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力を逐次算出するシミュレーション手段と、
前記シミュレーション手段により算出される液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力に基づいて液化天然ガスの熱量を逐次算出する熱量算出手段と、
を備えることを特徴とする熱量算出システム。 In a calorific value calculation system for calculating the calorific value of liquefied natural gas in a plant,
A collection means for sequentially collecting plant data;
Simulation means for sequentially calculating the component fraction, temperature, and pressure of liquefied natural gas in the plant by inputting data collected by the collecting means into a model that simulates the plant;
A calorific value calculating means for sequentially calculating the calorific value of the liquefied natural gas based on the component fraction, temperature and pressure of the liquefied natural gas calculated by the simulation means;
A calorific value calculation system comprising:
プラントのデータを逐次収集する収集ステップと、
前記収集ステップにより収集されるデータを、前記プラントを模擬するモデルに入力することにより、前記プラントにおける液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力を逐次算出するシミュレーションステップと、
前記シミュレーションステップにより算出される液化天然ガスの成分分率、温度、および圧力に基づいて液化天然ガスの熱量を逐次算出する熱量算出ステップと、
を備えることを特徴とする熱量算出方法。 In the calorific value calculation method for calculating the calorific value of liquefied natural gas in a plant,
A collection step for sequentially collecting plant data;
A simulation step of sequentially calculating the component fraction, temperature, and pressure of liquefied natural gas in the plant by inputting the data collected by the collecting step into a model that simulates the plant;
A calorific value calculating step for sequentially calculating the calorific value of the liquefied natural gas based on the component fraction, temperature, and pressure of the liquefied natural gas calculated by the simulation step;
A calorific value calculation method comprising:
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