JP2004324761A

JP2004324761A - 低温液化ガス気化装置の運転方法

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Publication number: JP2004324761A
Application number: JP2003119702A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nakagawa; 潤一中川; Tatsuo Yoshida; 龍生吉田
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP4422977B2

Abstract

【課題】熱交換器における伝熱管表面での着氷を確実に抑止しながら、効率の高い運転を行う。
【解決手段】気化用熱交換器１０の胴１２内に供給される熱媒体と伝熱管１６内を流れる低温液化ガスとを熱交換させることにより当該低温液化ガスを気化及び加温させる。その際、前記伝熱管１６にその表面の着氷状態を測定する着氷状態測定手段３６を設け、その測定値に基づいて前記気化用熱交換器１０への熱媒体による供給熱量を調節する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＮＧ等の低温液化ガスを加温して気化させるための低温液化ガス気化装置及びその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱交換器を用いてＬＮＧ等の低温液化ガスを気化させる装置として、下記特許文献１に示されるものが知られている。
【０００３】
この装置は、前記熱交換器と冷熱利用施設との間で熱媒体を循環させるとともに、当該熱交換器に前記低温液化ガスを流入させることにより、この低温液化ガスを前記熱媒体と熱交換させて加温、気化させるものである。具体的に、前記熱交換器として例えばフィンチューブ型のものを用いる場合には、その伝熱管内に前記低温液化ガスを流し、その周囲の領域（胴内領域）に前記熱媒体を流して前記伝熱管内で前記低温液化ガスを気化させるという運転方法が一般に行われる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３４４２７６号公報（第６頁，図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１記載の装置では、伝熱管の表面に熱媒体が着氷するおそれがあり、その着氷厚みが許容範囲を超えると良好な運転が阻害されることになる。特に、前記熱媒体として安価で粘性や比熱に優れた水を用いた場合には、前記特許文献１に記載されているような凝固温度の低いアルコール水等を用いた場合に比べて、着氷の問題はより深刻となる。
【０００６】
このような着氷を抑止する方法として、前記熱媒体の温度を上げることが考えられるが、その場合、着氷を確実に回避するためには余裕をみて熱媒体の温度を必要以上に高くしなければならず、低温液化ガスの気化冷熱を好ましい温度で利用するのが困難となり、効率の高い運転は望めない。
【０００７】
また、前記特許文献１には、前記熱交換器から排出される熱媒体の温度を測定して当該温度に基づき低温液化ガスの供給流量を調節することが記載されているが、当該熱媒体の温度を測定するだけでは熱交換器内の着氷状態を加味した運転を行うことは不可能である。しかも、専ら低温液化ガスの供給流量を操作することで温度調節をするものであるため、低温液化ガスの気化運転を安定して行うことができないという欠点がある。
【０００８】
なお、特開２００１−２６３５９２号公報には、いわゆるオープンラック型のＬＮＧ気化装置において、海水に蒸気を吹き付けて加温した熱媒体をＬＮＧ配管に散布するとともに、当該熱媒体の温度を測定してその測定値に基づいて前記蒸気の供給流量をフィードバック制御することにより、当該熱媒体の温度を一定に保つようにしたものが開示されているが、ここに開示されている方法によっても、気化装置内で不意に生じた着氷現象に対して迅速に対応することはできず、その着氷状態に応じた適正な制御を行うことはきわめて困難である。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、熱交換器における伝熱管表面での着氷を確実に抑止しながら、効率の高い運転を行うための技術の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、胴内に伝熱管が挿通され、当該伝熱管内を流れる低温液化ガスと前記胴内の熱媒体との間で熱交換を行わせることにより前記伝熱管内の低温液化ガスを気化させる気化用熱交換器と、前記胴内に熱媒体を流すための熱媒体供給手段とを備えた低温液化ガス気化装置を運転するための方法であって、前記伝熱管に当該伝熱管表面の着氷状態を測定する着氷状態測定手段を設け、この着氷状態測定手段の測定値に基づいて前記気化用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を調節するものである。
【００１１】
この運転方法によれば、前記熱媒体の温度を必要以上に高めることなく、効率の高い運転を維持しながら、伝熱管上の着氷が過度に進行するのを確実に回避することができる。
【００１２】
前記熱媒体供給手段は、例えば気化用熱交換器にポンプを接続しただけのものでもよいが、前記気化用熱交換器の胴内と冷熱利用設備との間で前記熱媒体を循環させるものであって、前記胴から排出される熱媒体を前記冷熱利用設備に導いて当該冷熱利用設備で昇温した熱媒体を前記胴内へ還元するものであれば、低温液化ガスとの熱交換により熱媒体に蓄えられた冷熱を有効利用することができる。
【００１３】
その場合、前記胴内から排出される熱媒体の一部を抜き出して加温手段により加温してから前記胴内に導かれる熱媒体に合流させるとともに、前記着氷状態測定手段の測定値に基づいて前記加温手段による前記熱媒体への供給熱量を調節するようにすれば、熱媒体の流量を増やすことなく、適正な熱量調節ができる。また、循環する熱媒体全量に対して加温を施す場合に比べ、より小規模の加温手段で前記熱媒体の加温を行うことができる。
【００１４】
前記熱媒体による供給熱量の調節は、前記着氷状態のみに基づいて行ってもよいが、さらに、前記気化用熱交換器の伝熱管から排出されるガスの温度を測定し、その測定値が一定以下の場合には前記着氷状態測定手段の測定値にかかわらず前記気化用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を増やすようにすることが好ましい。前記ガス温度は、熱媒体温度に比べて熱交換器内変化に対する追従性が高いため、当該ガス温度の測定により着氷の進行を先取的に把握してより迅速な対応をすることが可能になる。
【００１５】
さらに、胴内に伝熱管が挿通されて当該伝熱管内を流れるガスと前記胴内の熱媒体との間で熱交換を行わせることにより前記伝熱管内のガスを加温するガス加温用熱交換器の当該伝熱管に前記気化用熱交換器で気化されたガスを流すことにより当該ガスを加温させるとともに、前記気化用熱交換器の伝熱管から排出されるガスの温度の測定値が一定以下の場合には前記ガス加温用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を増やすようにすれば、前記ガス加温用熱交換器の運転によって排出ガスをさらに適正な温度まで昇温させることができるとともに、このガス加温用熱交換器に対しても、前記気化用熱交換器の伝熱管から排出されるガスの温度の測定値に基づいて適正な供給熱量の調節を実現できる。
【００１６】
前記着氷状態測定手段の配設位置については適宜設定可能であるが、特に着氷の生じ易い箇所、具体的には、前記伝熱管の入口箇所、前記伝熱管内で前記低温液化ガスが沸騰する箇所の少なくとも一方の箇所における着氷状態を測定する位置に設けるのが、より有効である。
【００１７】
また本発明は、胴内に伝熱管が挿通され、当該伝熱管内を流れる低温液化ガスと前記胴内の熱媒体との間で熱交換を行わせることにより前記伝熱管内の低温液化ガスを気化させる気化用熱交換器と、前記胴内に熱媒体を流すための熱媒体供給手段とを備えた低温液化ガス気化装置を運転するための方法であって、前記伝熱管に当該伝熱管表面の着氷状態を測定する着氷状態測定手段を設け、この着氷状態測定手段の測定値が予め定められた許容範囲を超える場合に前記気化用熱交換器の運転を停止してこの気化用熱交換器とは別の予備熱交換器により前記低温液化ガスの気化を続けるものである。
【００１８】
この方法によれば、気化用熱交換器内での着氷状態が過度に進行する前に適正なタイミングで予備熱交換器への運転切替をすることができる。
【００１９】
その場合、前記予備熱交換器を前記気化用熱交換器よりも高温領域で運転することにより、当該予備熱交換器での着氷をより確実に抑止することが可能になる。
【００２０】
また、前記予備熱交換器の使用を開始する際、前記運転を停止した気化用熱交換器の胴内にある熱媒体を前記予備熱交換器の胴内に導入するようにすれば、当該熱媒体のもつ冷熱を有効に利用して予備熱交換器を効率良く始動させることができる。
【００２１】
また本発明は、胴内に伝熱管が挿通され、当該伝熱管内を流れる低温液化ガスと前記胴内の熱媒体との間で熱交換を行わせることにより前記伝熱管内の低温液化ガスを気化させる気化用熱交換器と、前記胴内に熱媒体を流すための熱媒体供給手段とを備えた低温液化ガス気化装置において、前記伝熱管に設けられ、当該伝熱管表面の着氷状態を測定する着氷状態測定手段と、この着氷状態測定手段の測定値に基づいて前記気化用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を調節する供給熱量調節手段とを備えたものである。
【００２２】
この装置において、前記熱媒体供給手段としては、前記気化用熱交換器の胴内と冷熱利用設備との間で前記熱媒体を循環させる通路であって前記胴から排出される熱媒体を前記冷熱利用設備に導いて当該冷熱利用設備で昇温した熱媒体を前記胴内へ還元するための熱媒体循環通路と、前記胴内から排出される熱媒体の一部を抜き出して前記胴内に導かれる熱媒体に合流させるバイパス通路と、このバイパス通路を流れる熱媒体を加温する加温手段とを含み、前記供給熱量調節手段は少なくとも前記加温手段による前記熱媒体への供給熱量を調節する動作を行うものが、好適である。
【００２３】
さらに、前記バイパス通路に前記熱媒体を流すバイパス許容状態と当該バイパス通路に前記熱媒体が流れるのを阻止するバイパス阻止状態とに切替えられるバイパス切替手段を備えるようにすれば、例えば加温手段による加温が行われる場合には前記バイパス切替手段を前記バイパス許容状態にして加温を行う一方、前記加温手段による加温が行われない場合には前記バイパス切替手段を前記バイパス阻止状態にすることにより、前記気化用熱交換器から排出される熱媒体の冷熱をより有効に利用することが可能になる。
【００２４】
この低温液化ガス気化装置では、前記気化用熱交換器の伝熱管から排出されるガスの温度を測定する排出ガス温度測定手段を備え、その測定値が一定以下の場合には前記着氷状態測定手段の測定値にかかわらず前記気化用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を増やすように前記供給熱量調節手段が構成されているのが、より好ましい。
【００２５】
さらに、胴内に伝熱管が挿通されて当該伝熱管内に前記気化用熱交換器で気化されたガスが流されることにより当該ガスと前記胴内の熱媒体との間で熱交換を行わせて前記伝熱管内のガスを加温するガス加温用熱交換器と、前記排出ガス温度測定手段による測定値が一定以下の場合に前記ガス加温用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を増やすガス加温側供給熱量調節手段とを備えれば、前記気化用熱交換器のみならず、前記ガス加温用熱交換器に対しても適正な供給熱量調節を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、単一の気化用熱交換器１０を用いて低温液化ガス（ここではＬＮＧ）の気化を行う装置の例を示したものである。
【００２７】
図２に示すように、前記気化用熱交換器１０は、閉空間を構成する胴１２を備え、この胴１２の頂部の両端に配管が接続可能な熱媒体入口１３Ａ及び熱媒体出口１３Ｂが設けられている。
【００２８】
胴１２内には一方向に並ぶ複数枚のじゃま板１４が配置されている。具体的には、前記胴１２の頂部側に接するじゃま板１４と底部側に接するじゃま板１４とが交互に並んでいて熱媒体の蛇行通路を構成しており、その蛇行通路の一端に前記熱媒体入口１３Ａが、他端に熱媒体出口１３Ｂが設けられている。
【００２９】
前記胴１２内には、前記各じゃま板１４を貫くように伝熱管１６が配設されている。この伝熱管１６は、前記胴１２の長手方向（図例では水平方向）に往復するように蛇行する形状を有し、その下端がＬＮＧ入口ヘッダ１８Ａに接続され、上端がＮＧ出口ヘッダ１８Ｂに接続されている。両ヘッダ１８Ａ，１８Ｂは前記胴１２の側壁から側方に突出し、ＬＮＧ入口ヘッダ１８ＡにはＬＮＧ供給配管が接続され、ＮＧ出口ヘッダ１８ＢにはＮＧ排出配管が接続されるようになっている。
【００３０】
従って、この熱交換器１０内においては、前記熱媒体入口１３Ａから胴１２内に供給された熱媒体（例えば水）がじゃま板１４間を蛇行するように流れて熱媒体出口１３Ｂから排出される一方、ＬＮＧ入口へッド１８Ａから伝熱管１６内にＬＮＧが供給されてこのＬＮＧが前記熱媒体と熱交換することにより伝熱管１６内で蒸発（気化）し、さらに加温されてＮＧとしてＮＧ出口へッド１８Ｂから排出されるようになっている。
【００３１】
なお、本発明において気化用熱交換器の具体的な構造は問わず、少なくとも伝熱管内に低温液化ガスが導入されてその周囲の熱媒体と熱交換可能なものであれば広く適用が可能である。また、気化対象となる低温液化ガスもＬＮＧに限らず、例えばＬＰＧ、ＬＮ_２、ＬＯ_２、ＬＡｒなどの気化にも適用が可能である。
【００３２】
図１に示すように、この気化装置は、前記気化用熱交換器１０の胴１２内と適当な冷熱利用設備（例えば空調機）１８との間で熱媒体を循環させる熱媒体循環通路２０を備えている。具体的には、冷熱利用設備１８から排出される熱媒体を前記気化用熱交換器１０の熱媒体入口１３Ａを通じて前記胴１２内に導入するための配管２２と、当該胴１２内で冷却された熱媒体を前記熱媒体出口１３Ｂから導出して前記冷熱利用設備１８へ導く配管２４とを備え、前記配管２２の途中には熱媒体を循環させるためのポンプ２６が設けられている。そして、前記胴１２から前記配管２４を通じて前記冷熱利用設備１８に供給された熱媒体の冷熱が当該冷熱利用設備１８で消費され、これにより冷却された熱媒体が前記配管２２を通じて前記胴１２内に戻されるようになっている。
【００３３】
さらに、この気化装置では、前記冷熱利用設備１８をバイパスして前記配管２４と配管２２とを接続するバイパス配管（バイパス通路）２８が設けられている。このバイパス配管２８と配管２２との合流部分には三方切替弁からなるバイパス切替弁（バイパス切替手段）２９が設けられ、このバイパス切替弁２９の開閉により、配管２４を流れる熱媒体の一部が前記バイパス配管２８を通じて配管２２にバイパスされる状態と、当該バイパスが阻止される状態とに切替えられるようになっている。
【００３４】
前記バイパス配管２８の途中には、同配管２８によりバイパスされる熱媒体を加温するための加温手段３０が設けられている。この加温手段３０は、そのバイパスされる熱媒体と当該熱媒体を加温するための加温熱源（例えば蒸気）とを熱交換させるための加温器３２を備え、さらに、この加温器３２への加温熱源の供給流量を調節するための供給弁３４を備えている。
【００３５】
なお、この加温手段３０としては、前記熱交換型の加温器３２のほか、例えば電熱ヒータの適用も可能である。
【００３６】
さらに、この装置の特徴として、前記気化用熱交換器１０の伝熱管１６の表面には、その伝熱管表面における着氷状態を測定するための着氷状態測定センサ３６が設けられている。この着氷状態測定センサ３６としては、例えば特開平６−２９４５６４号公報に示されるように着氷厚さを連続的に測定するものでもよいし、特許第３３１９３６３号公報に示されるように温度センサの測定値を利用するものでもよい。要は、着氷状態を把握するためのパラメータ（伝熱管温度も含む。）を測定値として出力できるものであればよい。
【００３７】
この着氷状態測定センサ３６の配設箇所は適宜選定可能であるが、伝熱管１６において着氷が生じ易い箇所、具体的には、最もＬＮＧ温度が低い入口箇所やＬＮＧが沸騰する箇所に設定するのが好ましい。例えば、図３（ａ）に示すようにＬＮＧが比較的低圧の状態で運転される場合であって当該ＬＮＧが伝熱管１６の入口箇所で蒸発する場合には、当該入口箇所の着氷状態を測定可能な領域（図２及び図３（ａ）では破線１９で囲まれる領域）に前記着氷状態測定センサ３６を配設するのが好ましく、図３（ｂ）に示すようにＬＮＧが比較的高圧の状態で運転される場合であって当該ＬＮＧが伝熱管１６の途中箇所で蒸発する場合には、当該蒸発が生じる箇所の着氷状態を測定可能な領域（図２及び図３（ｂ）では破線１９′で囲まれる領域）または入口箇所の着氷状態を測定可能な領域に前記着氷状態測定センサ３６を配設するのが好ましい。また、双方の領域に配設するようにしてもよい。
【００３８】
このような着氷状態測定センサ３６のほか、この装置には、前記熱交換器１０のＮＧ出口配管を流れるＮＧ温度を測定する温度センサ（排出ガス温度測定センサ）３７や、配管２２を通じて胴１２内に流入する熱媒体温度（すなわち熱媒体入口温度）を測定する温度センサ３８、前記加温手段３０の下流側におけるバイパス配管２８内の熱媒体温度を測定する温度センサ３９が設けられ、以上の温度センサ３６〜３９の測定信号が演算器４０に入力されるようになっている。
【００３９】
この演算器４０は、マイクロコンピュータ等を含み、前記各温度センサ３６〜３９の測定信号に基づいて前記加温熱源供給弁３４及びバイパス切替弁２９を操作するための信号を出力するものであり、供給熱量調節手段及びバイパス制御手段としての機能を有するものである。
【００４０】
次に、前記演算器４０が行う演算制御動作と、これに伴う装置全体の作用とを、図４のフローチャートも併せて参照しながら説明する。
【００４１】
まず、運転開始にあたっては、前記加温熱源供給弁３４及びバイパス切替弁２９をそれぞれ閉止する（図４のステップＳ１）。この状態で、冷熱利用設備１８から排出された熱媒体は配管２２を通じて気化用熱交換器１０の胴１２内に導入され、伝熱管１６内を流れるＬＮＧと熱交換することにより当該ＬＮＧを蒸発させ、さらに加温させる。これにより熱媒体自身は冷却され、当該熱媒体の全量が配管２４を通じて冷熱利用設備１８に戻され、その冷熱が利用される。
【００４２】
このとき、前記伝熱管１６の表面温度はＬＮＧの蒸発潜熱及び顕熱によって著しく降下するため、その表面で熱媒体が凝固して着氷が生ずる。特に、熱媒体として水等のように凝固温度が高いものが使用される場合には、比較的早期に着氷が成長する。この着氷状態は着氷状態測定センサ（例えば氷厚みセンサや温度センサ）による検出・演算動作によって測定され（図４のステップＳ２）、その測定値が所定範囲から逸脱した時点（氷厚みセンサの測定値が設定値以上となった時点または温度センサの測定値が設定値以下となった時点；ステップＳ３でＮＯ）で、前記熱媒体を加温する操作が開始される。
【００４３】
具体的に、演算器４０は、前記測定値から伝熱管１６上の着氷量を演算し（ステップＳ４）、その実際の着氷量と、前記測定値について予め設定された設定値から算出される着氷量とに基づき、加温熱源を供給すべき量、すなわち、熱媒体に供給すべき熱量を演算する（ステップＳ５）。
【００４４】
具体的に、着氷状態測定センサ３６の測定値から演算される実際の着氷厚み量をＤｉｃｅ、当該着氷厚み量について予め設定された量をＤｓｅｔ、伝熱管１６の外径をＤｏ、伝熱管長をＬとすると、実際の着氷厚み量の過剰分Ｖｉｃｅは次式
Ｖｉｃｅ＝π・Ｌ・［（Ｄｉｃｅ−Ｄｓｅｔ）・（Ｄｉｃｅ＋Ｄｓｅｔ＋Ｄｏ）］
で表され、この着氷厚み量の過剰分Ｖｉｃｅを解消するのに必要な投入熱量Ｑｉｎは次式により算出することができる。
【００４５】
Ｑｉｎ＝Ｖｉｃｅ・ρｉｃｅ・Ｈｉｃｅ／Ｔ
ここで、ρｉｃｅは氷密度、Ｈｉｃｅは氷凝固潜熱、Ｔは投入時間である。
【００４６】
次に、演算器４０は、バイパス切替弁２９を開いてバイパス許容状態にするとともに（ステップＳ６）、加温器３２に対する加温熱源の供給流量を前記投入熱量Ｑｉｎに基づいて設定し（ステップＳ７）、その供給流量に対応した開度で供給弁３４を開弁する（ステップＳ８）。これにより、加温器３２に加温熱源が供給され、この加温熱源と熱媒体（バイパスされる熱媒体）との熱交換により当該熱媒体が昇温してからバイパス切替弁２９で配管２２内の熱媒体と合流する。このように、気化用熱交換器１０の胴１２内から排出される熱媒体の一部が配管２４から抜き出されて加温手段３０により加温された後に配管２２の熱媒体と合流することにより、前記胴１２内に戻される熱媒体の温度が高められ、最低限の投入熱量で有効な着氷抑止が実現される。
【００４７】
このとき、前記加温器３２への加温熱源の供給形態（すなわち供給弁３４の開弁形態）としては、図５（ａ）の実線に示すように、短時間で着氷厚み量（同図一点鎖線）を減少させるべく前記投入熱量Ｑｉｎを一度に投入するようにしてもよいが、この場合には応答遅れによって同図二点鎖線に示す（気化用熱交換器１０の）熱媒体入口温度ひいては熱媒体出口温度や出口ガス温度（ＮＧ出口温度）が必要以上に上昇してしまうおそれがある。これに対し、同図（ｂ）の実線に示すように、供給弁３４を繰り返し開閉して加温熱源を断続的に投入したり、予め制限されたレベルで予め決められた時間だけ加温熱源を供給したりするようにすれば、前記熱媒体入口温度ひいては熱媒体出口温度や出口ガス温度の過度の上昇を抑止することが可能である。
【００４８】
このような加温熱源の投入の有無は、着氷厚みのみに基づいて決定してもよいのであるが、図４に示す例では、温度センサ３８により測定される熱媒体入口温度も監視し、当該温度が予め設定された値を超える場合には（ステップＳ９でＹＥＳ）、当該温度が当該設定値以下となるまで供給弁３４及びバイパス切替弁２９を閉止して加温熱源の投入を中断するようにしている（ステップＳ１０，Ｓ１１）。
【００４９】
また、着氷厚みが許容範囲内にある場合でも（ステップＳ３でＹＥＳ）、温度センサ３７により測定されるＮＧ温度（ステップＳ１２）が予め設定された設定値以下である場合には（ステップＳ１３でＮＯ）、その出口温度と設定値との差とＮＧ流量とから不足分の熱量を演算して（ステップＳ１４）これを補うべく前記と同じ要領で加温熱源を投入するようにする（ステップＳ６〜Ｓ８）。
【００５０】
なお、ここにいう「不足分の熱量」Ｑｓは、予め設定された熱量Ｑｓｅｔと実際に気化用熱交換器１０で交換された熱量Ｑａｃｔとの差であり、かつ、これらの熱量Ｑｓｅｔ，Ｑａｃｔは、温度センサ３７の測定温度をＴａｃｔ、これについての設定温度をＴｓｅｔ、ＮＧの重量流量をＷとすると、
Ｑｓｅｔ＝｛Ｈｏｕｔ（Ｔｓｅｔ，Ｐ）−Ｈｉｎ（Ｔ，Ｐ）｝・Ｗ
Ｑａｃｔ＝｛Ｈｏｕｔ（Ｔａｃｔ，Ｐ）−Ｈｉｎ（Ｔ，Ｐ）｝・Ｗ
（ただしＨ（Ｔ，Ｐ）は温度Ｔ、圧力Ｐでの比エンタルピを示す。）
で表されるから、前記の「不足分の熱量」Ｑｓは、次式に基づいて算出することができる。
【００５１】

ここで、ＣｐはＮＧの定圧比熱である。
【００５２】
このように、着氷厚みの測定値だけでなくＮＧ温度によっても加温熱源の投入量を調節することにより、着氷に対してより迅速な対応をとることが可能になる。すなわち、ＮＧ温度は熱媒体温度に比べて追従性が高いため、その測定値を監視することによって気化用熱交換器１０での着氷の成長及びこれに伴う気化性能の低下を予測することができるのである。その一方、着氷厚みもＮＧ温度も許容範囲に収まっている場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）、供給弁３４及びバイパス切替弁２９をともに閉じて加温熱源は投入しないようにする（ステップＳ１）。
【００５３】
なお、図１では、バイパス配管２８に流れる熱媒体を加温することにより気化用熱交換器１０への供給熱量を増やすようにしているが、本発明はこれに限らず、例えば図６（ａ）に示すように熱水等からなる加温熱源を供給弁３４′を通じて配管２２内の熱媒体に合流させるようにしたり、同図（ｂ）に示すように蒸気等からなる熱媒体を供給弁３４′を通じて伝熱管１６の特定部分（着氷が生じ易い部分が好ましい）に吹き付けたりしてもよく、いずれの場合も前記供給弁３４′の開度調節によって投入熱量をコントロールすることができる。
【００５４】
ただし、加温熱源を配管２２内に直接導入する場合には、その導入分と同量の熱媒体をライン中のいずれかの箇所から抜き出す必要があり、また、配管２２の途中に加温器３２を設けるようにした場合にはこれに熱媒体が流れる量が多いために加温器３２を構成する熱交換器が大きくなってしまう不都合があるのに対し、図１に示すようにバイパス配管２８の途中に加温手段３０を設けるようにすれば、全体の流量の増減がなく、また小型の加温器３２を用いて適正な加温操作をすることができる利点が得られる。
【００５５】
また、バイパス配管２８を設ける場合に、その開閉手段（バイパス切替手段）の具体的な構成は問わず、例えば当該開閉手段（バイパス切替手段）を省略して常時バイパスが行われるようにしてもよく、その場合には例えばバイパス通路の途中にオリフィスプレートを差し込むなどしてバイパス流量を一定に保つ工夫をすることが好ましい。あるいは、前記バイパス切替手段として、例えば図７（ａ）に示すようにバイパス配管２８の途中に二方弁からなるバイパス切替弁４６を設置してもよいし、さらに、同図（ｂ）に示すように前記バイパス切替弁４６と加温手段３０とをバイパスしてその上流側と下流側とを結ぶサブバイパス回路４７にサブバイパス切替弁４８を設けるようにしてもよい。後者の場合には、バイパス切替弁４６を閉じてサブバイパス切替弁４８を開くことにより、積極的な熱媒体の加温はしないがバイパス許容状態は保持するといった運転が可能になる。
【００５６】
また、バイパス切替弁を閉から開に切替える際、その開弁までの間は加温器３２及びその周辺に熱媒体が滞留しており、この滞留している熱媒体の温度は熱媒体循環通路２０を循環する熱媒体の温度と異なっているため、その差分を投入熱量から差し引いておくことが好ましい。前記加温器３２及び配管の容量Ｖは決まっているので、加温器３２の周辺の熱媒体温度を図１に示す温度センサ３９で測定しておけば、前記投入熱量から差し引くべき熱量ΔＱを次式から求めることができる。
【００５７】
ΔＱ＝Ｃｐ・Ｖ・｛Ｔ（滞留温度）−Ｔ（循環温度）｝
以上は、単一の気化用熱交換器１０を使用する例であるが、本発明では複数の気化用熱交換器を併用することも可能である。
【００５８】
図８に示す気化システムでは、気化用熱交換器１０の下流側（高温側）に当該熱交換器１０と同等の構成をもつガス加温用熱交換器１０Ｇが直列に配され、このガス加温用熱交換器１０Ｇと冷熱利用設備１８Ｇとの間にもバイパス配管２８及びその途中の加温手段３０を含む熱媒体循環通路２０Ｇが設けられている。そして、前記気化用熱交換器１０のＮＧ出口ヘッダ１８Ｂから排出されるＮＧが配管４４を通じて前記ガス加温用熱交換器１０Ｇの伝熱管１６に導入され、ここで熱媒体（当該熱交換器１０Ｇと冷熱利用設備１８Ｇとの間を循環する熱媒体）と熱交換することにより前記ＮＧがさらに加温されてからシステム外へ排出されるようになっている。
【００５９】
また、このシステムでは、気化用熱交換器１０内の着氷状態測定センサ３６と、配管４４に設けられた温度センサ（排出ガス温度センサ）３７とに加え、ガス加温用熱交換器１０Ｇから排出されるＮＧの温度を測定する温度センサ３７Ｇも設けられている。そして、これらのセンサ３６，３７，３７Ｇの測定値のうちのいずれか一つが予め設定された許容範囲を逸脱する（例えば温度センサ３７Ｇの測定値が設定値以下となる）ときに、気化用熱交換器１０側の演算器４０が熱媒体循環通路２０におけるバイパス切替弁４６を開いて当該熱媒体循環通路２０を循環する熱媒体を加温する（すなわち気化用熱交換器１０への熱媒体による供給熱量を増加する）制御を行うとともに、ガス加温用熱交換器１０Ｇ側の演算器（ガス加温側供給熱量調節手段）４０Ｇも熱媒体循環通路２０Ｇにおけるバイパス切替弁４６を開いて当該熱媒体循環通路２０を循環する熱媒体を加温する（すなわちガス加温用熱交換器１０Ｇへの熱媒体による供給熱量を増加する）制御を行うように構成されている。
【００６０】
このような運転を行えば、上流側における気化用熱交換器１０での着氷状態や、配管４４を通じてガス加温用熱交換器１０Ｇに導入されるＮＧの温度（温度センサ３７により測定される温度）に基づいて、ガス加温用熱交換器１０Ｇの熱媒体に対する投入熱量を調節することにより、当該ガス加温用熱交換器１０Ｇでの着氷もより確実に抑止することができる。
【００６１】
なお、このようなガス加温用熱交換器１０Ｇに対する供給熱量を調節する場合、当該調節を例えば温度センサ３７の測定値（すなわち気化用熱交換器１０から排出されるＮＧ温度の測定値）のみに基づいて行うようにしても有効である。
【００６２】
また図９は、低温側気化用熱交換器１０Ｌと高温側気化用熱交換器１０Ｈを並列に配して高温側気化用熱交換器１０Ｈを予備熱交換器として使用するシステム例を示したものである。図例では、高温側気化用熱交換器１０Ｈ側に冷熱利用設備と熱媒体を循環させるための熱媒体循環通路は設けられておらず、専ら加温手段３０によって熱媒体の加温が行われて、低温側気化用熱交換器１０Ｌよりも高温の領域で高温側気化用熱交換器１０Ｈが運転されるようになっている。また、ＬＮＧ供給源と各熱交換器１０Ｌ，１０ＨのＬＮＧ入口ヘッダ１８Ａとの間には切替弁４９Ｌ，４９Ｈがそれぞれ設けられている。
【００６３】
なお、同図の装置では、低温側気化用熱交換器１０Ｌの熱媒体循環通路２０に前記図１等に示すバイパス配管２８が設けられていないが、当該バイパス配管２８や加温手段３０を設けてもよいことはいうまでもない。また、高温側気化用熱交換器１０Ｈについては、その運転温度が比較的高いため、前記図２に示したシェルアンドチューブ型熱交換器のほか、例えば空気を熱媒体とするフィンチューブ型の熱交換器を用いることも可能である。
【００６４】
次に、このシステムにおいて行われる演算制御動作を図１０に基づいて説明する。
【００６５】
運転開始時は、演算器４０は切替弁４９Ｌを開、切替弁４９Ｈを閉にして低温側気化用熱交換器１０Ｌが運転される状態にする（ステップＳ２１）。その運転中、着氷状態検出センサ３６により低温側気化用熱交換器１０Ｌにおける伝熱管１６上の着氷状態が測定される（ステップＳ２２）とともに、ＮＧ出口配管に設けられた温度センサ３７により排出ＮＧ温度が測定される（ステップＳ２３）。そして、両センサ３６，３７のうちの少なくとも一方の測定値が許容範囲を逸脱した時点で（ステップＳ２４でＮＯ）、演算器４０は切替弁４９Ｌを閉じて切替弁４９Ｈを開くことにより運転熱交換器を高温側気化用熱交換器１０Ｈに切り替える（ステップＳ２５）。
【００６６】
このような熱交換器の切替により、低温側気化用熱交換器１０Ｌでの着氷状態が過度に進行することが防止される。一方、高温側気化用熱交換器１０Ｈでは高温領域で運転が行われるため、過度に着氷が生じるおそれはほとんどない。そして、低温側気化用熱交換器１０Ｌでの着氷厚み及び排出ＮＧ温度がともに正常値に復帰した時点で（ステップＳ２４でＹＥＳ）、当該低温側気化用熱交換器１０Ｌの運転に切り替えられる。
【００６７】
また、前記各気化用熱交換器１０Ｌ，１０Ｈの入口側に設けられる切替弁４９Ｌ，４９Ｈを開度調節可能な流量調整弁とし、その開度（ＬＮＧ流量）を着氷状態等に応じて適宜調節するようにすれば、当該着氷状態等に基づいて熱媒体への供給熱量のみを操作する場合に比べて当該熱媒体の温度の変動を小さく抑えることができる利点が得られる。
【００６８】
図１１〜図１３は、同等の温度領域で運転される２つの気化用熱交換器１０１，１０２を併用するシステムの例を示したものであり、これらの気化用熱交換器１０１，１０２は互いに予備熱交換器として機能する。
【００６９】
このシステムでは、各熱交換器１０１，１０２の胴１２内が共通の冷熱利用設備１８に接続されている。具体的に、配管２２は、バイパス配管２８との合流位置よりも熱交換器側の位置で２つに分岐し、一方の分岐配管２２１が気化用熱交換器１０１側の熱媒体入口１３Ａに接続され、他方の分岐配管２２２が気化用熱交換器１０２側の熱媒体入口１３Ａに接続されている。同様に、配管２４も前記バイパス配管２８の入口位置よりも熱交換器側の位置で２つに分岐し、一方の分岐配管２４１が気化用熱交換器１０１側の熱媒体出口１３Ｂに接続され、他方の分岐配管２４２が気化用熱交換器１０２側の熱媒体出口１３Ｂに接続されている。
【００７０】
さらに、前記分岐配管２４１，２２２の間には切替移行配管５０が設けられ、その途中に移行弁５２が設けられるとともに、前記各分岐配管２２１，２４１，２２２，２４２の途中にそれぞれ切替弁５３，５４，５５，５６が設けられている。また、ＬＮＧ供給源と各熱交換器１０１，１０２のＬＮＧ入口ヘッダ１８Ａとの間にも切替弁５７，５８がそれぞれ設けられている。
【００７１】
このシステムにおいて行われる演算制御動作を図１４に示す。
【００７２】
運転開始時は、演算器４０は切替弁５３，５４，５７を開、移行弁５２及び切替弁５５，５６を閉にして気化用熱交換器１０１が運転される状態にする（ステップＳ３１）。この状態では、図１１に示されるように、ＬＮＧが切替弁５７を通じて気化用熱交換器１０１の伝熱管１６に流入する一方、冷熱利用設備１８から排出される熱媒体は切替弁５３が開弁している分岐配管２２１から前記気化用熱交換器１０１の胴１２内に流入し、かつ、切替弁５４が開弁している分岐配管２４１を通じて冷熱利用設備１８に供給される。
【００７３】
その運転中、着氷状態検出センサ３６により気化用熱交換器１０１における伝熱管１６上の着氷状態が測定される（ステップＳ３２）とともに、ＮＧ出口配管に設けられた温度センサ３７により排出ＮＧ温度が測定される（ステップＳ３３）。そして、両センサ３６，３７のうちの少なくとも一方の測定値が許容範囲を逸脱した時点で（ステップＳ３４でＮＯ）、演算器４０は移行弁５２及び切替弁５６，５８を開いて切替弁５４，５７を閉じることにより、前記気化用熱交換器１０１から気化用熱交換器１０２への切替移行運転を開始する（ステップＳ３５）。
【００７４】
この切替移行運転では、図１２に示されるように、ＬＮＧが切替弁５８を通じて気化用熱交換器１０２の伝熱管１６に流入する一方、冷熱利用設備１８から排出される熱媒体は切替弁５３が開弁している分岐配管２２１から一旦気化用熱交換器１０１の胴１２内に流入し、さらにこの胴１２から移行弁５２が開いている切替移行配管５０を通じて気化用熱交換器１０２側の胴１２内に流入して、切替弁５６が開弁している分岐配管２４２を通じて冷熱利用設備１８に供給される。このように、それまで使用していた気化用熱交換器１０１の胴１２内の熱媒体を次に使用する気化用熱交換器１０２の胴１２内に流すことにより、当該熱媒体のもつ冷熱を有効に利用して気化用熱交換器１０２の始動を効率良く行うことができる。
【００７５】
このような切替移行運転を一定時間行った後（ステップＳ３６でＹＥＳ）、演算器４０は、前記移行弁５２及び切替弁５３を閉じて切替弁５５を開く（ステップＳ３７）。これにより、図１３に示されるように、冷熱利用設備１８から排出される熱媒体が切替弁５５が開弁している分岐配管２２２から前記気化用熱交換器１０１の胴１２内に流入して切替弁５６が開弁している分岐配管２４２を通じて冷熱利用設備１８に供給される状態となり、気化用熱交換器１０２への切替が完了する。
【００７６】
なお、本発明は３以上の熱交換器（少なくとも一つは気化用熱交換器を含む。）を併用する場合にも前記と同様にして適用することが可能である。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、気化用熱交換器の伝熱管表面の着氷状態を測定し、その測定値に基づいて、前記気化用熱交換器への熱媒体による供給熱量を調節したり当該気化用熱交換器の運転を停止して別の予備熱交換器に運転切替したりするものであるので、熱交換器における伝熱管表面での着氷を確実に抑止しながら、効率の高い運転を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】単一の気化用熱交換器とバイパス通路を用いたＬＮＧ気化装置の例を示すフローシートである。
【図２】前記気化用熱交換器の具体的構造を示す断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は前記気化用熱交換器の伝熱管内を流れるＬＮＧのエンタルピ曲線である。
【図４】前記ＬＮＧ気化装置において行われる演算制御動作を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は前記ＬＮＧ気化装置における加温熱源の投入形態例を示すグラフである。
【図６】（ａ）はバイパス通路を使用せずに加温熱源を熱媒体に直接供給する例を示すフローシート、（ｂ）は加温熱源を気化用熱交換器内に直接供給する例を示すフローシートである。
【図７】（ａ）（ｂ）は前記バイパス通路におけるバイパス切換手段の変形例を示すフローシートである。
【図８】気化用熱交換器とガス加温用熱交換器とを併用したＬＮＧ気化システムの例を示すフローシートである。
【図９】低温側気化用熱交換器と高温側気化用熱交換器とを併用したＬＮＧ気化システムの例を示すフローシートである。
【図１０】図９に示すＬＮＧ気化システムにおいて行われる演算制御動作を示すフローチャートである。
【図１１】２つの気化用熱交換器を併用するＬＮＧ気化システムにおいて熱交換器切替前の運転状態を示すフローシートである。
【図１２】図１１に示すＬＮＧ気化システムにおいて熱交換器切替移行運転の状態を示すフローシートである。
【図１３】図１１に示すＬＮＧ気化システムにおいて熱交換器切替完了後の運転状態を示すフローシートである。
【図１４】図１１〜図１３に示すＬＮＧ気化システムにおいて行われる演算制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０，１０１，１０２気化用熱交換器
１０Ｌ低温側気化用熱交換器
１０Ｈ高温側気化用熱交換器
１０Ｇガス加温用熱交換器
１２胴
１６伝熱管
２０熱媒体循環通路
２６ポンプ（熱媒体循環手段）
２８バイパス配管
２９，４６バイパス切換弁
３０加温手段
３４供給弁
３６着氷状態測定センサ
３７，３７Ｇ温度センサ（排出ガス温度測定手段）
４０演算器（供給熱量調節手段、バイパス制御手段）
４０′演算器（ガス加温側供給熱量調節手段）
５０切替移行配管

Claims

胴内に伝熱管が挿通され、当該伝熱管内を流れる低温液化ガスと前記胴内の熱媒体との間で熱交換を行わせることにより前記伝熱管内の低温液化ガスを気化させる気化用熱交換器と、前記胴内に熱媒体を流すための熱媒体供給手段とを備えた低温液化ガス気化装置を運転するための方法であって、前記伝熱管に当該伝熱管表面の着氷状態を測定する着氷状態測定手段を設け、この着氷状態測定手段の測定値に基づいて前記気化用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を調節することを特徴とする低温液化ガス気化装置の運転方法。
請求項１記載の低温液化ガス気化装置の運転方法において、前記熱媒体供給手段は、前記気化用熱交換器の胴内と冷熱利用設備との間で前記熱媒体を循環させるものであって、前記胴から排出される熱媒体を前記冷熱利用設備に導いて当該冷熱利用設備で昇温した熱媒体を前記胴内へ還元するものであることを特徴とする低温液化ガス気化装置の運転方法。
請求項２記載の低温液化ガス気化装置の運転方法において、前記胴内から排出される熱媒体の一部を抜き出して加温手段により加温してから前記胴内に導かれる熱媒体に合流させるとともに、前記着氷状態測定手段の測定値に基づいて前記加温手段による前記熱媒体への供給熱量を調節することを特徴とする低温液化ガス気化装置の運転方法。
請求項１〜３のいずれかに記載の低温液化ガス気化装置の運転方法において、前記気化用熱交換器の伝熱管から排出されるガスの温度を測定し、その測定値が一定以下の場合には前記着氷状態測定手段の測定値にかかわらず前記気化用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を増やすことを特徴とする低温液化ガス気化装置の運転方法。
請求項４記載の低温液化ガス気化装置の運転方法において、胴内に伝熱管が挿通されて当該伝熱管内を流れるガスと前記胴内の熱媒体との間で熱交換を行わせることにより前記伝熱管内のガスを加温するガス加温用熱交換器の当該伝熱管に前記気化用熱交換器で気化されたガスを流すことにより当該ガスを加温させるとともに、前記気化用熱交換器の伝熱管から排出されるガスの温度の測定値が一定以下の場合には前記ガス加温用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を増やすことを特徴とする低温液化ガス気化装置の運転方法。
請求項１〜５のいずれかに記載の低温液化ガス気化装置の運転方法において、前記着氷状態測定手段を、前記伝熱管の入口箇所、前記伝熱管内で前記低温液化ガスが沸騰する箇所の少なくとも一方の箇所における着氷状態を測定する位置に設けることを特徴とする低温液化ガス気化装置の運転方法。
胴内に伝熱管が挿通され、当該伝熱管内を流れる低温液化ガスと前記胴内の熱媒体との間で熱交換を行わせることにより前記伝熱管内の低温液化ガスを気化させる気化用熱交換器と、前記胴内に熱媒体を流すための熱媒体供給手段とを備えた低温液化ガス気化装置を運転するための方法であって、前記伝熱管に当該伝熱管表面の着氷状態を測定する着氷状態測定手段を設け、この着氷状態測定手段の測定値が予め定められた許容範囲を超える場合に前記気化用熱交換器の運転を停止してこの気化用熱交換器とは別の予備熱交換器により前記低温液化ガスの気化を続けることを特徴とする低温液化ガス気化装置の運転方法。
請求項７記載の低温液化ガス気化装置の運転方法において、前記予備熱交換器を前記気化用熱交換器よりも高温領域で運転することを特徴とする低温液化ガス気化装置の運転方法。
請求項７記載の低温液化ガス気化装置の運転方法において、前記予備熱交換器の使用を開始する際、前記運転を停止した気化用熱交換器の胴内にある熱媒体を前記予備熱交換器の胴内に導入することを特徴とする低温液化ガス気化装置の運転方法。
胴内に伝熱管が挿通され、当該伝熱管内を流れる低温液化ガスと前記胴内の熱媒体との間で熱交換を行わせることにより前記伝熱管内の低温液化ガスを気化させる気化用熱交換器と、前記胴内に熱媒体を流すための熱媒体供給手段とを備えた低温液化ガス気化装置において、前記伝熱管に設けられ、当該伝熱管表面の着氷状態を測定する着氷状態測定手段と、この着氷状態測定手段の測定値に基づいて前記気化用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を調節する供給熱量調節手段とを備えたことを特徴とする低温液化ガス気化装置。
請求項１０記載の低温液化ガス気化装置において、前記熱媒体供給手段は、前記気化用熱交換器の胴内と冷熱利用設備との間で前記熱媒体を循環させる通路であって前記胴から排出される熱媒体を前記冷熱利用設備に導いて当該冷熱利用設備で昇温した熱媒体を前記胴内へ還元するための熱媒体循環通路と、前記胴内から排出される熱媒体の一部を抜き出して前記胴内に導かれる熱媒体に合流させるバイパス通路と、このバイパス通路を流れる熱媒体を加温する加温手段とを含み、前記供給熱量調節手段は少なくとも前記加温手段による前記熱媒体への供給熱量を調節する動作を行うものであることを特徴とする低温液化ガス気化装置。
請求項１１記載の低温液化ガス気化装置において、前記バイパス通路に前記熱媒体を流すバイパス許容状態と当該バイパス通路に前記熱媒体が流れるのを阻止するバイパス阻止状態とに切替えられるバイパス切替手段を備えたことを特徴とする低温液化ガス気化装置。
請求項１２記載の低温液化ガス気化装置において、前記加温手段による加温が行われる場合にのみ前記バイパス切替手段を前記バイパス許容状態にし、前記加温手段による加温が行われない場合には前記バイパス切替手段を前記バイパス阻止状態にするバイパス制御手段を備えたことを特徴とする低温液化ガス気化装置。
請求項１０〜１３のいずれかに記載の低温液化ガス気化装置において、前記気化用熱交換器の伝熱管から排出されるガスの温度を測定する排出ガス温度測定手段を備え、その測定値が一定以下の場合には前記着氷状態測定手段の測定値にかかわらず前記気化用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を増やすように前記供給熱量調節手段が構成されていることを特徴とする低温液化ガス気化装置。
請求項１４記載の低温液化ガス気化装置において、胴内に伝熱管が挿通されて当該伝熱管内に前記気化用熱交換器で気化されたガスが流されることにより当該ガスと前記胴内の熱媒体との間で熱交換を行わせて前記伝熱管内のガスを加温するガス加温用熱交換器と、前記排出ガス温度測定手段による測定値が一定以下の場合に前記ガス加温用熱交換器への前記熱媒体による供給熱量を増やすガス加温側供給熱量調節手段とを備えたことを特徴とする低温液化ガス気化装置。
請求項１０〜１５のいずれかに記載の低温液化ガス気化装置において、前記着氷状態測定手段は、前記伝熱管の入口箇所、前記伝熱管内で前記低温液化ガスが沸騰する箇所の少なくとも一方の箇所における着氷状態を測定する位置に設けられていることを特徴とする低温液化ガス気化装置。