(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの高温ストリームおよび少なくとも１つの冷媒ストリームを含む熱交換器を含む熱交換システムを有する液化天然ガス（ＬＮＧ）プラントの始動を制御して前記熱交換器の冷却を達成する方法であって、前記少なくとも１つの高温ストリームは天然ガス供給ストリームを含み、前記少なくとも１つの冷媒ストリームは、前記天然ガス供給ストリームを間接熱交換により冷却するために使用され、前記方法は、
（ａ）  自動制御システムを提供するステップと、
（ｂ）  前記熱交換器の第１の温度プロファイルを維持するために、前記自動制御システムを使用して、
（ｉ）  前記熱交換システム内の第１の場所で第１の温度を測定するステップと、
（ｉｉ）  前記第１の温度の変化率を含む第１の値を計算するステップと、
（ｉｉｉ）前記第１の温度の好ましい変化率を表す第１の設定点を提供するステップと、
（ｉｖ）  前記第１の値および前記第１の設定点に基づいて、前記熱交換器を通る前記天然ガス供給ストリームの流量を制御するステップと、
（ｖ）  ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、前記少なくとも１つの冷媒ストリームの第１の冷媒ストリームの前記流量を制御するステップと、を実行するステップと、を含み、前記熱交換器の冷却中にステップ（ｂ）を並列に実行する、方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）（ｉ）〜（ｂ）（ｉｖ）は、
（ｉ）  （１）前記熱交換システム内の第１の場所で第１の温度を測定することと、（２）前記熱交換システム内の第２の場所で前記少なくとも１つの高温ストリームの第２の温度、および第３の場所で前記少なくとも１つの冷媒ストリームの第３の温度を測定することと、
（ｉｉ）  前記第１の温度の変化率を含む第１の値と、前記第２の温度と前記第３の温度との間の差を含む第２の値とを計算することと、
（ｉｉｉ）  前記第１の温度の好ましい変化率を表す第１の設定点と、前記第２の温度と前記第３の温度との間の好ましい差を表す第２の設定点とを提供することと、
（ｉｖ）  ステップ（ｂ）（ｉｉ）で計算された前記第１および第２の値、ならびに前記第１および第２の設定点に基づいて、前記熱交換器を通る前記天然ガス供給ストリームの流量を制御することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｂ）は、
（ｂ）  最冷場所で−２０℃未満である、前記熱交換器の第１の温度プロファイルを維持するために、前記自動制御システムを使用して、
（ｉ）  前記熱交換システム内の第１の場所で第１の温度を測定するステップと、
（ｉｉ）  前記第１の温度の変化率を含む第１の値を計算するステップと、
（ｉｉｉ）  前記第１の温度の好ましい変化率を表す第１の設定点を提供するステップと、
（ｉｖ）  前記第１の値および前記第１の設定点に基づいて、前記熱交換器を通る前記天然ガス供給ストリームの流量を制御するステップと、
（ｖ）  ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、前記少なくとも１つの冷媒ストリームの第１の冷媒ストリームの前記流量を制御するステップと、を実行することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）（ｉ）は、
（ｉ）  （１）前記熱交換システム内の第１の場所で第１の温度、ならびに（２）第２の場所で前記少なくとも１つの高温ストリームの第２の温度、および第３の場所で前記少なくとも１つの冷媒ストリームの第３の温度を測定すること、をさらに含み、前記第３の場所は、前記熱交換器のシェル側内にある、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｂ）（ｉｉｉ）は、
（ｉｉｉ）  前記第１の温度の好ましい変化率を表す第１の設定点と、前記第２の温度と前記第３の温度との間の好ましい差を表す第２の設定点とを提供すること、をさらに含み、前記第２の設定点は、ゼロから３０℃の間の値もしくは範囲を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）  第２の冷媒ストリームの流量および前記第１の冷媒ストリームの流量を測定することと、
（ｖｉｉ）  前記第２の冷媒ストリームの前記流量と前記第１の冷媒ストリームの前記流量との比を含む第３の値を計算することと、
（ｖｉｉｉ）  前記第２の冷媒ストリームの前記流量と前記第１の冷媒ストリームの前記流量との好ましい比を表す第３の設定点を提供することと、
（ｉｘ）  ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、前記第３の値および前記第３の設定点に基づいて前記第２の冷媒ストリームの前記流量を制御することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）  第２の冷媒ストリームの流量および前記第１の冷媒ストリームの流量を測定することと、
（ｖｉｉ）  前記第２の冷媒ストリームの前記流量と前記第１の冷媒ストリームの前記流量との比を含む第３の値を計算することと、
（ｖｉｉｉ）  前記第２の冷媒ストリームの前記流量と前記第１の冷媒ストリームの前記流量との好ましい比を表す第３の設定点を提供することと、
（ｉｘ）  前記熱交換システム内の第４の場所で前記少なくとも１つの高温ストリームの第４の温度、および前記熱交換システム内の第５の場所で前記少なくとも１つの冷媒ストリームの第５の温度を測定することと、
（ｘ）  前記第４の温度と前記第５の温度との間の差を含む第４の値を計算することと、
（ｘｉ）  前記第４の温度と前記第５の温度との間の好ましい温度差を表す第４の設定点を提供することと、
（ｘｉｉ）  ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、（１）前記第３の値および前記第３の設定点ならびに（２）前記第４の値および前記第４の設定点に基づいて、前記第２の冷媒ストリームの流量を制御することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）  前記熱交換システム内の第４の場所で前記少なくとも１つの高温ストリームの第４の温度、および前記熱交換システム内の第５の場所で前記少なくとも１つの冷媒ストリームの第５の温度を測定することと、
（ｖｉｉ）  ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、（１）前記第４の温度と前記第５の温度との間の差および（２）第２の冷媒ストリームの前記流量と前記第１の冷媒ストリームの前記流量との比に基づいて、前記第２の冷媒ストリームの流量を制御することと、をさらに含み、
前記第２および第３の場所は、前記熱交換システムの第１のゾーン内に位置し、前記第４および第５の場所は、前記熱交換システムの第２のゾーン内に位置する、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｂ）（ｉ）は、
（ｉ）  （１）前記熱交換システム内の第１の場所で第１の温度、ならびに（２）前記熱交換システム内の第２の場所で前記少なくとも１つの高温ストリームの第２の温度、および第３の場所で前記少なくとも１つの冷媒ストリームの第３の温度を測定すること、をさらに含み、前記第２および第３の場所は、前記熱交換器の温端部にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｂ）（ｉｘ）は、
（ｉｘ）  ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、前記第３の値を前記第３の設定点に維持するために、自動制御システムを使用して第２の冷媒ストリームの前記流量を制御することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記熱交換器は、複数のゾーンを有し、それぞれが温度プロファイルを有し、ステップ（ｂ）（ｖ）は、
（ｖ）  ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、前記第１の冷媒ストリームの前記流量が第１の時間よりも第２の時間において大きくなるように、前記少なくとも１つの冷媒ストリームの第１の冷媒ストリームの前記流量を制御すること、をさらに含み、前記第１の冷媒ストリームは、前記複数のゾーンのうちの第１のゾーンに冷凍を提供し、前記第１のゾーンは、前記複数のゾーンの前記温度プロファイルのすべてのうちで最も低い平均温度を持つ温度プロファイルを有する、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
単一混合冷媒（ＳＭＲ）サイクル、プロパン予冷混合冷媒（Ｃ３ＭＲ）サイクル、２重混合冷媒（２相混合冷媒ＤＭＲ）サイクル、Ｃ３ＭＲ−窒素ハイブリッド（ＡＰ−Ｘ（登録商標）プロセスなど）サイクル、窒素またはメタンエキスパンダーサイクル、およびカスケードサイクルのような、天然ガスを冷却、液化、および場合によって過冷却するいくつかの液化システムが当該技術分野で周知である。典型的には、このようなシステムでは、天然ガスは、１つ以上の冷媒との間接熱交換によって冷却され、液化され、場合により過冷却される。混合冷媒、純成分、２相冷媒、気相冷媒等の様々な冷媒が使用され得る。窒素、メタン、エタン／エチレン、プロパン、ブタン、および場合によりペンタンの混合物である混合冷媒（ＭＲ）は、多くのベースロード液化天然ガス（ＬＮＧ）プラントで使用されている。ＭＲストリームの組成は、典型的には、供給ガス組成および運転条件に基づいて最適化される。
【０００２】
冷媒は、１つ以上の熱交換器および１つ以上の冷媒圧縮システムを含む冷媒回路内を循環させられる。冷媒回路は、閉ループまたは開ループであってもよい。天然ガスは、熱交換器の冷媒との間接的な熱交換によって冷却、液化、および／または過冷却される。
【０００３】
各冷媒圧縮システムは、循環冷媒を圧縮および冷却するための圧縮回路と、圧縮機を駆動するのに必要な動力を供給する駆動アセンブリとを含む。天然ガスを冷却し、液化し、必要に応じて過冷却するのに必要な熱負荷を供給する低温低圧冷媒ストリームを生成するために、膨張する前に冷媒は高圧に圧縮され、冷却される。
【０００４】
天然ガスの冷却および液化サービスには、様々な熱交換器を用いることができる。コイル巻き熱交換器（ＣＷＨＥ）は、しばしば天然ガスの液化に用いられる。ＣＷＨＥは、典型的には、アルミニウムまたはステンレス鋼の加圧されたシェル内に収容された螺旋状に巻かれたチューブバンドルを含む。ＬＮＧサービスでは、典型的なＣＷＨＥは、複数のチューブバンドルを含み、それぞれが複数のチューブ回路を有する。
【０００５】
天然ガスの液化プロセスでは、天然ガスは、典型的には、水、水銀、酸性ガス、硫黄含有化合物、重質炭化水素などの不純物を除去するために前処理される。精製された天然ガスは、場合によってＬＮＧを生成するために液化前に予め冷却される。
【０００６】
プラントの通常運転の前に、プラント内のすべてのユニット運転を試運転する必要がある。これには、天然ガス前処理プロセス（存在する場合）、冷媒圧縮機、予冷および液化熱交換器、および他のユニットの始動が含まれる。最初にプラントを始動させることを以降、「初期始動」と呼ぶ。熱交換器の各部分が通常運転中に作動する温度は、「通常運転温度」と呼ばれる。熱交換器の通常運転温度は、典型的には、最も高い温度を有する温端部と最も低い温度を有する冷端部とを有するプロファイルを有する。その冷端部での予冷熱交換器およびその温端部での液化交換器の通常運転温度は、使用される予冷冷媒の種類に応じて、典型的には−１０℃〜−６０℃である。予冷がない場合、温端部における液化熱交換器の通常運転温度は周囲温度に近い。冷端部での液化熱交換器の通常運転温度は、使用される冷媒に依存して、典型的には−１００℃〜−１６５℃の間である。したがって、これらのタイプの交換器の初期始動は、周囲温度（または予冷温度）から通常運転温度までの冷端部の冷却と、後続の製造立ち上げおよび通常運転のための適切な空間温度プロファイルの確立を含む。
【０００７】
予冷および液化熱交換器を始動する際の重要な考慮点は、熱交換器への熱応力を防止するために、それらを徐々にかつ制御された方法で冷却しなければならないことである。熱交換器内の高温ストリームと低温ストリームとの温度差だけでなく、温度の変化率も許容範囲内にあることが望ましい。この温度差は、特定の高温ストリームと低温ストリームとの間で測定することができる。そうしないと、最終的には望ましくないプラントの停止、プラントの有効性の低下、およびコストの増加を招く可能性がある、機械的完全性および熱交換器の全寿命に影響し得る熱交換器への熱応力をもたらす可能性がある。したがって、熱交換器の冷却が徐々にかつ制御された方法で行われるように注意する必要がある。
【０００８】
熱交換器を始動させる必要性は、プラントの初期始動後、例えば、一時的なプラントの停止またはトリップ後の熱交換器の再始動中にも存在し得る。そのようなシナリオでは、熱交換器を、以後「温間再始動」と呼ばれる周囲温度から、または通常運転温度と周囲温度との間の中間温度（以降、「冷間再始動」と呼ばれる）から温めることができる。冷間再始動と温間再始動の両方を、徐々にかつ制御された方法で実行する必要がある。「冷却」および「始動」という用語は、通常、最初の始動時、冷間再始動時および温間再始動時の熱交換器の冷却を指す。図９は、温間再始動前後の熱交換器の温度プロファイルの一例を示す図である。図１０は、冷間再始動前後の熱交換器の温度プロファイルの一例を示す図である。
【０００９】
１つのアプローチは、熱交換器冷却プロセスを手動で制御することである。冷媒ストリーム量および組成は、熱交換器を冷却するために手動で段階的に調節される。このプロセスは、オペレータの高い注意と技能を必要とし、新しい設備や高いオペレータ回転率の設備では達成するのが難しいかもしれない。オペレータ側でエラーが発生すると、熱交換器の許容限界を超える冷却率や望ましくない熱応力をもたらす可能性がある。さらに、このプロセスでは、温度の変化率はしばしば手動で計算され、正確でない場合がある。さらに、手作業による始動は段階的なプロセスである傾向があり、しばしば修正操作を伴うため、時間がかかる。始動のこの期間中、交換器からの供給天然ガスは典型的に、製品要件を満たさないか、またはＬＮＧタンクに入れることができないためにフレアリングされる。したがって、手動の冷却プロセスは貴重な供給天然ガスを大量に失うことになる。
【００１０】
別のアプローチは、プログラマブルコントローラを使用して冷却プロセスを自動化することである。しかしながら、従来技術に開示されているアプローチは、過度に複雑であり、熱交換器が既に冷却するまで供給弁の操作を伴わない。これは、熱交換器内の冷媒の過剰な供給を容易に引き起こし、効率的ではない。混合冷媒（ＭＲ）のような２相冷媒の場合、これはＭＲ圧縮機の吸引部で冷媒の液化につながる可能性がある。さらに、この方法は、高温側および低温側の温度に直接影響を及ぼす供給流量と冷媒ストリーム量との間の密接な相互作用を利用していない。最後に、この方法は、インタラクティブ（自動ではない）プロセスであり、オペレータが依然として重要な決定を下す必要がある。その自動化のレベルは限定される。
【００１１】
ＬＮＧプラントが始動すると、米国特許第５，７９１，１６０号または米国特許第４，８０９，１５４号に記載されているような様々な制御方式を利用して、ＬＮＧ温度、流量、熱交換器温度差などのパラメータを制御することができる。このような制御方式は、始動時に利用されるものとは異なり、始動の目的では容易に使用することができない。第１に、温度プロファイルは既に確立されており、比較的安定して維持されるべきであり、供給ガスおよび冷媒ストリーム量は、始動の場合のようにゼロから増加させる必要はない。これにより、制御方式の１つの重要な変数が排除される。さらに、通常運転中には、始動プロセス中に大きな調整が必要となる始動時とは異なり、冷媒組成は調整を必要としないか、またはわずかしか必要としない可能性がある。混合冷媒プロセスの場合、始動時に冷媒成分の在庫を利用できないため、制御プロセスがさらに複雑になる。さらに、冷媒圧縮機は、サージ限界に達するのを防止するため、始動中にしばしばリサイクルモードで作動する。これらのリサイクル弁は、冷却プロセス中に徐々に閉鎖される必要があり得、調整される追加の変数となる。さらに、始動および熱交換器の冷却中に、吸引圧力を監視する必要があり、適切な吸引圧力を維持するために、冷媒成分（ＭＲベースのプロセスの場合はメタン、Ｎ２のリサイクルプロセスの場合はＮ２）を補充する必要がある。これは始動動作も複雑にする。
【００１２】
冷却プロセスを自動化する１つの可能性のある方法は、熱交換器の冷端部で測定される冷却速度を制御するために、独立して冷媒ストリーム量を操作しながら、天然ガス供給流量を増加させることである。この方法は、冷媒の温度および相の挙動に応じて、冷却速度コントローラが異なる応答および逆の応答を有することがあり得るため、効果的でないことが分かる。冷媒は、冷媒としてだけでなく、ＪＴ弁の膨張前の熱交換器の熱負荷としても機能する。プロセスの開始時に、冷媒ストリーム量を増加させると、冷媒がチューブ回路内で凝縮する前に、冷端部で測定された冷却速度が実際に遅くなる可能性がある。ＪＴ弁に入る冷媒が凝縮する冷却プロセスの後では、流量を増加させると冷却速度が増加する。この逆の応答は、そのような制御方法の自動化を非常に困難または実行不可能にする。
【００１３】
全体的に、必要とされるのは、オペレータの介入を最小限に抑えながら、天然ガス液化設備における熱交換器の始動のための単純で効率的で自動化されたシステムおよび方法である。
【発明の概要】
【００１４】
この要約は、以下の「詳細な説明」でさらに説明する概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供される。この要約は、特許請求された主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図していない。
【００１５】
以下に記載され、以下の特許請求の範囲によって規定される記載された実施形態は、天然ガス液化プロセスの一部として使用される圧縮システムの改良を含む。開示された実施形態は、天然ガス液化設備の始動中に、供給ガス流量および冷媒ストリーム量を並列におよび独立して調整するためのプログラム可能な制御システムおよび方法を提供することによって、当該技術分野における必要性を満たし、それにより、プラントが、ＭＣＨＥ（本明細書で規定される）を所望の冷却速度で、かつ最小限のオペレータの介入で、効率的に起動し、冷却することができる。
【００１６】
さらに、本発明のシステムおよび方法のいくつかの特定の態様を以下に概説する。
【００１７】
態様１：冷媒による閉ループ冷凍によって熱交換器の冷却を達成する熱交換器を含む熱交換システムを有する、液化天然ガス（ＬＮＧ）プラントの始動を制御する方法であって、熱交換器は、少なくとも１つの高温ストリームおよび少なくとも１つの冷媒ストリームを含み、少なくとも１つの高温ストリームは天然ガス供給ストリームを含み、少なくとも１つの冷媒ストリームは間接的熱交換によって天然ガス供給ストリームを冷却するために使用され、該方法は、
（ａ）熱交換器を第１の時間の第１の温度プロファイルから第２の時間の第２の温度プロファイルに冷却するステップであって、第１の温度プロファイルは、第２の温度プロファイルの第２の平均温度よりも高い第１の平均温度を有する、ステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）の実行中に以下のステップを並列に実行するステップと、を含み、該以下のステップは、
（ｉ）熱交換システム内の第１の場所で第１の温度を測定するステップと、
（ｉｉ）第１の温度の変化率を含む第１の値を計算するステップと、
（ｉｉｉ）第１の温度の好ましい変化率を表す第１の設定点を提供するステップと、
（ｉｖ）第１の値および第１の設定点に基づいて、熱交換器を通る天然ガス供給ストリームの流量を制御するステップと、
（ｖ）ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、第１の冷媒ストリームの流量が第１の時間よりも第２の時間において大きくなるように、少なくとも１つの冷媒ストリームの第１のストリームの流量を制御するステップと、を含む。
【００１８】
態様２：態様１の方法において、ステップ（ｂ）（ｉ）〜（ｂ）（ｉｖ）は、
（ｉ）（１）熱交換システム内の第１の場所で第１の温度、（２）熱交換システム内の第２の場所で少なくとも１つの高温ストリームの第２の温度および第３の場所の少なくとも１つの冷媒ストリームの第３の温度を測定することと、
（ｉｉ）第１の温度の変化率を含む第１の値と、第２の温度と第３の温度との間の差を含む第２の値を計算することと、
（ｉｉｉ）第１の温度の好ましい変化率を表す第１の設定点と、第２の温度と第３の温度との間の好ましい差を表す第２の設定点を提供することと、
（ｉｖ）ステップ（ｂ）（ｉｉ）で計算された第１および第２の値および第１および第２の設定点に基づいて、熱交換器を通る天然ガス供給ストリームの流量を制御することと、を含む。
【００１９】
態様３：態様１〜２のいずれかにおいて、ステップ（ａ）は、
（ａ）熱交換器を第１の時間の第１の温度プロファイルから第２の時間の第２のプロファイルまで冷却すること、を含み、第１の温度プロファイルが第２の温度プロファイルの第２の平均温度よりも高い第１の平均温度を有し、その最冷場所での第２の温度プロファイルは−２０℃未満である。
【００２０】
態様４：態様３の方法において、ステップ（ａ）は、
（ａ）熱交換器を第１の時間の第１の温度プロファイルから第２の時間の第２のプロファイルまで冷却すること、を含み、最冷場所での第１の温度プロファイルが−４５℃より高く、最冷場所での第２の温度プロファイルは、第１の温度プロファイルの同一場所での温度より少なくとも２０℃低い。
【００２１】
態様５：態様２〜４のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）（ｉ）は、
（ｉ）（１）熱交換システム内の第１の場所で第１の温度を測定することと、（２）第２の場所で少なくとも１つの高温ストリームの第２の温度および第３の場所で少なくとも１つの冷媒ストリームの第３の温度を測定することと、をさらに含み、第３の場所は熱交換器のシェル側にある。
【００２２】
態様６：態様１〜５のいずれかにの方法において、ステップ（ｂ）（ｉｉｉ）は、
（ｉｉｉ）第１の温度の好ましい変化率を表す第１の設定点を提供すること、をさらに含み、第１の設定点は時間当たり５〜３０℃の値または範囲である。
【００２３】
態様７：態様２〜６のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）（ｉｉｉ）は、
（ｉｉｉ）第１の温度の好ましい変化率を表す第１の設定点と、第２の温度と第３の温度との間の好ましい差を表す第２の設定点を提供すること、をさらに含み、第２の設定点は、ゼロ〜３０度℃の間の値または範囲を含む。
【００２４】
態様８：態様１〜７のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）（ｖ）は、
（ｖ）ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、少なくとも１つの冷媒ストリームの第１の冷媒の流量を流ランプ速度で増加させること、をさらに含む。
【００２５】
態様９：態様８の方法において、ステップ（ｂ）（ｖ）は、
（ｖ）ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、少なくとも１つの冷媒ストリームの第１の冷媒ストリームの流量を流ランプ速度で増加させること、をさらに含み、流ランプ速度は、第１の時間の２〜８時間後である第３の時間で、プラントの通常運転中の第１の冷媒ストリームの流量の２０〜３０％である第１の冷媒ストリームの流量を供給する。
【００２６】
態様１０：態様８〜９のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）第２の冷媒ストリームの流量および第１の冷媒ストリームの流量を測定することと、
（ｖｉｉ）第２の冷媒ストリームの流量と第１の冷媒ストリームの流量との比を含む第２の値を計算することと、
（ｖｉｉｉ）第２の冷媒ストリームの流量と第１の冷媒ストリームの流量との好ましい比を表す第２の設定点を提供することと、
（ｉｘ）ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、第２の値および第２の設定値に基づいて第２の冷媒ストリームの流量を制御することと、をさらに含む。
【００２７】
態様１１：態様１〜１０のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）第２の冷媒ストリームの流量および第１の冷媒ストリームの流量を測定することと、
（ｖｉｉ）第２の冷媒ストリームの流量と第１の冷媒ストリームの流量との比を含む第２の値を計算することと、
（ｖｉｉｉ）第２の冷媒ストリームの流量と第１の冷媒ストリームの流量の好ましい比を表す第２の設定点を提供することと、
（ｉｘ）熱交換システム内の第４の場所における少なくとも１つの高温ストリームの第４の温度と、熱交換システム内の第５の場所における少なくとも１つの冷媒ストリームの第５の温度とを測定することと、
（ｘ）第４の温度と第５の温度との間の差を含む第３の値を計算することと、
（ｘｉ）第４の温度と第５の温度との間の好ましい温度差を表す第３の設定点を提供することと、
（ｘｉｉ）ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、（１）第２の値と第２の設定点および（２）第３の値と第３の設定点に基づいて第２の冷媒ストリームの流量を制御することと、をさらに含む。
【００２８】
態様１２：態様２〜１１のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖ）熱交換システム内の第４の場所における少なくとも１つの高温ストリームの第４の温度と、熱交換システム内の第５の場所における少なくとも１つの冷媒ストリームの第５の温度とを測定することと、
（ｖｉ）（１）第４の温度と第５の温度との間の差、および（２）第２の冷媒ストリームと第１の冷媒ストリームの比に基づいて第２の冷媒ストリームの流量を制御することと、をさらに含み、第２および第３の場所は、熱交換システムの第１のゾーン内に位置し、第４および第５の場所は、熱交換システムの第２のゾーン内に位置する。
【００２９】
態様１３：態様１〜１２のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）（ｉ）は、
（ｉ）熱交換システム内の第１の場所で第１の温度を測定し、（２）熱交換システム内の第２の場所での少なくとも１つの高温ストリームの第２の温度および第３の場所での少なくとも１つの冷媒ストリームの第３の温度を測定することと、をさらに含み、第２および第３の場所は、熱交換器の温端部にある。
【００３０】
態様１４：態様１〜１３のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）（ｉｖ）は、
（ｉｖ）第１の設定点で第１の設定値に維持するため自動制御システムを使用して熱交換器を通る天然ガス供給ストリームの流量を制御することを含む。
【００３１】
態様１５：態様１０〜１４のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）（ｉｘ）は、
（ｉｘ）ステップ（ｂ）（ｉｖ）とは独立して、第２の設定点で第２の値を維持するために、自動制御システムを使用して第２の冷媒ストリームの流量を制御することを含む。
【００３２】
態様１６：態様１〜１５のいずれかの方法において、熱交換器が複数のゾーンを有し、それぞれが温度プロファイルを有し、ステップ（ｂ）（ｖ）は、
（ｖ）ステップ（ｂ）（ｉｖ）に独立して、第２の時間の第１の冷媒ストリームの流量が第１の時間より大きくなるように少なくとも１つの冷媒ストリームの第１のストリームの流量を制御すること、をさらに含み、第１のストリームは、複数のゾーンの第１のゾーンに冷凍を供給し、第１のゾーンは、複数のゾーンの温度プロファイルのすべての最低平均温度を有する温度プロファイルを有する。
【００３３】
態様１７：態様１〜１６のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）（ｉｉ）は、
（ｉｉ）第１の温度の変化率からなる第１の値を計算すること、を含む。
【００３４】
態様１８：態様２〜１７のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）（ｖｉｉ）は、
（ｖｉｉ）第１の温度の変化率からなる第１の値と、第２の温度と第３の温度との間の差を含む第２の値を計算すること、をさらに含む。
【００３５】
態様１９：態様１〜１８のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）測定された冷媒圧縮機の吸引圧力および吸引圧力設定点に基づいて、冷媒の少なくとも１つの成分の補充速度を制御すること、をさらに含む。
【００３６】
態様２０：態様１４〜１９のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）測定された吸引圧力および吸引圧力設定点に基づいて、冷媒の少なくとも１つの成分の補充速度を制御すること、をさらに含み、吸引圧力設定値は１００〜５００ｋＰａの範囲内である。
【００３７】
態様２１：態様１４〜２０のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）測定された冷媒圧縮機の吸引圧力および吸引圧力設定点に基づいて、冷媒のメタン成分の補充速度を制御すること、をさらに含む。
【００３８】
態様２２：態様１〜２１のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）少なくとも１つのプロセス条件に基づいて冷媒の窒素成分の補充速度を制御すること、をさらに含み、窒素成分の補充速度は、少なくとも１つのプロセス条件のいずれかが満たされない場合、ゼロである。
【００３９】
態様２３：態様２２の方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉｉ）少なくとも１つのプロセス条件に基づいて冷媒の窒素成分の補充速度を制御すること、をさらに含み、少なくとも１つのプロセス条件のいずれかが満たされない場合、窒素成分の補充速度がゼロであり、少なくとも１つのプロセス条件は、高温ストリームと少なくとも１つの冷媒ストリームとの間の熱交換システムの冷端部における温度差が温度差設定点より低いこと、吸引ドラムでの吸引圧力が吸引圧力設定値より低いこと、熱交換システムの冷端部で取られた温度が冷端部温度設定点よりも低いこと、第１の値が温度変化設定点よりも低いことのグループのうちから選択された少なくとも１つを含む。
【００４０】
態様２４：態様１〜２３のいずれかの方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）気液分離器で測定された液体レベルと液体レベル設定値に基づいて冷媒の少なくとも１つの重質成分の補充速度を制御すること、をさらに含む。
【００４１】
態様２５：態様１〜２４いずれかの方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）気液分離器内の測定された液体レベルと液体レベル設定点とに基づいて、冷媒の少なくとも１つの重質成分の補充速度を制御すること、をさらに含み、液体レベル設定点は２０〜５０％の間である。
【００４２】
態様２６：態様１〜２５いずれかの方法において、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）液体が気液分離器中で検出されない場合には第１の補充速度に基づいて冷媒の少なくとも１つの重質成分を添加し、液体が気液分離器中で検出される場合には第２の補充速度に基づいて少なくとも１つの重質成分を添加すること、をさらに含み、第２の補充速度は第１の補充速度よりも大きい。
【００４３】
態様２７：態様１〜２６のいずれかの方法において、プラントは、少なくとも１つの冷媒ストリームと流体連通する少なくとも１つの圧縮機をさらに備え、ステップ（ｂ）は、
（ｖｉ）少なくとも１つの操作量を制御して、少なくとも１つの圧縮機の各々を、サージからの少なくとも所定の距離にある動作状態に維持するため、少なくとも１つの操作変数を制御すること、をさらに含み、少なくとも１つの操作変数は、圧縮機速度、リサイクル値の位置、および入口ベーンの位置のグループのうちから選択された少なくとも１つを含む。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の第１の例示的な実施形態によるＣ３ＭＲシステムの概略フロー図である。
【００４５】
【図１Ａ】図１Ａは、図１のＣ３ＭＲシステムのＭＣＨＥ部分を示す部分概略フロー図である。
【００４６】
【図２】図２は、図１のＣ３ＭＲシステムのためのＭＣＨＥ冷却制御ロジックの第１の部分を示す概略図である。
【００４７】
【図３】図３は、図１の領域３−３に示されるＣ３ＭＲシステムの部分のより詳細な概略フロー図である。
【００４８】
【図４】図４は、図１のＣ３ＭＲシステムのＭＣＨＥ冷却制御ロジックの第２の部分を示す概略フロー図である。
【００４９】
【図５】図５は、自動および手動制御の冷却と比較している温間再始動からシミュレートされた冷却中のＭＣＨＥの冷端部の温度を示すグラフである。
【００５０】
【図６】図６は、自動および手動の冷却と比較している、冷間再始動からシミュレートされた冷却中のＭＣＨＥの冷端部の温度を示すグラフである。
【００５１】
【図７】図７は、図５〜６でシミュレートされた温間再始動および冷間再始動からの自動冷却に関連付けられる設定点を示す表である。
【００５２】
【図８】図８は、図５〜６に示す自動冷却の手動冷却操作に対する５つのメトリックの結果を比較する表である。
【００５３】
【図９】図９は、温間再始動前後の熱交換器の温度プロファイルを示すグラフである。
【００５４】
【図１０】図１０は、冷間再始動前後の熱交換器の温度プロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下の詳細な説明は、好ましい例示的な実施形態のみを提供するものであり、特許請求の範囲に記載の発明の範囲、適用性または構成を限定するものではない。むしろ、好ましい例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、当業者に、請求される本発明の好ましい例示的な実施形態を実施するための説明を可能にする。特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置における様々な変更を加えることができる。
【００５６】
図面に関連して明細書に導入された参照番号は、他の特徴のための文脈を提供するために、明細書中の追加の説明なしに、１つ以上の次の図において繰り返されてもよい。
【００５７】
特許請求の範囲において、請求されたステップ（例えば、（ａ）、（ｂ）および（ｃ））を識別するために文字が使用される。これらの文字は、方法のステップを参照することを助けるために使用され、そのような順序が請求項に具体的に列挙されている場合を除き、請求されたステップが実行される順序を示すことを意図するものではない。
【００５８】
方向性の用語は、本明細書および特許請求の範囲において部分（例えば、上、下、左、右など）を説明するために使用され得る。これらの方向性の用語は、単に例示的な実施形態を説明することを助けることを意図したものであり、特許請求する発明の範囲を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、用語「アップストリーム」は、導管内の流体が基準点から流れる方向とは反対の方向を意味することを意図している。同様に、「ダウンストリーム」という用語は、導管内の流体の基準点からの流れの方向と同じである。
【００５９】
熱交換器の「温度」という用語は、本明細書および特許請求の範囲において、熱交換器内の特定の場所の熱温度を記述するために使用され得る。
【００６０】
「温度プロファイル」という用語は、熱交換器の内部のストリームの流れ方向と平行な軸方向に沿った温度の空間プロファイルを説明するために明細書、実施例、および請求範囲において使用され得る。これは、高温ストリームまたは低温ストリームの、または熱交換器の金属材料の空間温度プロファイルを説明するために使用され得る。
【００６１】
本明細書中で他に述べられていない限り、本明細書、図面および特許請求の範囲において特定されるいかなるおよびすべてのパーセンテージは、モルパーセント基準であると理解されるべきである。本明細書において他に述べられていない限り、本明細書、図面および特許請求の範囲において特定されたいかなるおよびすべての圧力は、絶対圧力を意味すると理解されるべきである。
【００６２】
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「流体連通」は、液体、蒸気、および／または２相混合物が直接的または間接的のいずれかで制御された態様（すなわち、漏れのない）で、成分間で輸送されることを可能にする２つ以上の成分間の連結性の性質を指す。２つ以上の成分が相互に流体連通するように２つ以上の成分を結合することは、溶接、フランジ付き導管、ガスケット、およびボルトの使用など、当技術分野で知られている任意の適切な方法を含むことができる。２つ以上の成分を、それらを分離することができる、例えば弁、ゲート、または流体の流れを選択的に制限または誘導するシステムの他の成分を介してともに結合することができる。
【００６３】
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「導管」は、システムの２つ以上の成分間で流体を輸送することができる１つ以上の構造を指す。例えば、導管は、液体、蒸気、および／または気体を輸送するパイプ、ダクト、通路、およびそれらの組み合わせを含むことができる。
【００６４】
本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「天然ガス」は、主としてメタンからなる炭化水素ガス混合物を意味する。
【００６５】
本明細書および特許請求の範囲において使用される用語「炭化水素ガス」または「炭化水素流体」は、少なくとも１つの炭化水素を含むガス／流体を意味し、炭化水素は、ガス／流体の組成全体の少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％を構成する。
【００６６】
混合冷媒」（「ＭＲ」と略記する）という用語は、本明細書および特許請求の範囲で使用されるように少なくとも２つの炭化水素を含む液体を意味し、炭化水素冷媒の組成全体の少なくとも８０％を構成する。
【００６７】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「重質成分」という用語は、ＭＲの成分であり、メタンよりも高い標準沸点を有する炭化水素を意味する。
【００６８】
「バンドル」および「チューブバンドル」という用語は、本明細書内で交換可能に使用され、同義語として意図される。
【００６９】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「周囲流体」という用語は、周囲圧力および温度またはその近くでシステムに供給される流体を意味する。
【００７０】
「圧縮回路」という用語は、本明細書では、互いに流体連通し、直列に配置された（以下、「直列流体連通」という）構成要素および導管を指し、第１の圧縮機または圧縮段階からのアップストリームで開始し、最後の圧縮機または圧縮段階からのダウンストリームで終了する。「圧縮シーケンス」という用語は、関連する圧縮回路を構成する構成要素および導管によって実行されるステップを指すものとする。
【００７１】
本明細書および特許請求の範囲で使用されているように、用語「高−高」、「高」、「中」および「低」は、これらの用語が使用される要素の特性の相対値を表すことを意図している。例えば、高−高圧ストリームは、本明細書に記載または請求される対応する高圧ストリームまたは中圧ストリームまたは低圧ストリームよりも高い圧力を有するストリームを示すことが意図される。同様に、高圧ストリームは、本明細書または特許請求の範囲に記載される対応する中圧ストリームまたは低圧ストリームより高いが、本明細書に記載または請求される対応する高−高圧ストリームより低いストリームを示すことが意図される。同様に、中圧ストリームは、本明細書または特許請求の範囲に記載される対応する低圧ストリームより高いが、本明細書で記載または請求される対応する高圧ストリームよりも低い圧力を有するストリームを示すことが意図される。
【００７２】
本明細書で使用される「温ストリーム」または「高温ストリーム」という用語は、記載されているシステムの通常運転条件下で間接的な熱交換によって冷却される流体ストリームを意味することを意図している。同様に、「低温ストリーム」という用語は、記載されているシステムの通常運転条件下で間接的な熱交換によって加温される流体ストリームを意味するものとする。
【００７３】
表１は、記載された実施形態の理解を助けるために、本明細書および図面を通して使用される頭字語のリストを定義する。
【００７４】
【表１】
0006585653.tif 000002
【００７５】
記載された実施形態は、炭化水素液化プロセスを開始するための効率的で自動化されたプロセスを提供し、特に天然ガスの液化に適用可能である。図１を参照すると、本発明の第１の実施形態が示されている。この実施形態は、当該技術分野において知られている典型的なＣ３ＭＲプロセスを含む。好ましくは天然ガスである供給ストリーム１００は、水、ＣＯ２およびＨ２Ｓなどの酸性ガス、および水銀などの他の汚染物質を除去するために前処理セクション９０で既知の方法によって洗浄および乾燥され、前処理された供給ストリーム１０１をもたらす。本質的に水を含まない前処理された供給ストリーム１０１は、予冷システム１１８で予冷されて、予冷された天然ガスストリーム１０５を生成し、さらに冷却され、液化され、および／またはＬＮＧ流１０６を生成するためにＭＣＨＥ１０８内で過冷却される。生産制御弁１０３は、ＬＮＧストリーム１０６の流量を調整するために使用され得る。ＬＮＧストリーム１０６は、典型的には、弁またはタービン（図示せず）を通過させることによって圧力を下げられ、その後ストリーム１０４によってＬＮＧ貯蔵タンク１０９に送られる。タンク内の圧力降下および／またはボイルオフ中に生成されるフラッシュ蒸気は、プラント内で燃料として使用され、供給用に再循環され、または通気され得るストリーム１０７によって表される。
【００７６】
「本質的に水を含まない」という用語は、前処理された供給ストリーム１０１中の残留水が、ダウンストリームの冷却および液化プロセスにおける水の凍結に関連付けられる操作上の問題を防止するのに十分低い濃度で存在することを意味する。
【００７７】
前処理された供給ストリーム１０１は、摂氏１０度未満、好ましくは摂氏約０度未満、より好ましくは摂氏約−３０度未満の温度に予冷される。予冷された天然ガスストリーム１０５は、摂氏約−１５０度〜摂氏約−７０度、好ましくは摂氏約−１４５度〜摂氏約−１００度の間の温度に液化され、その後、摂氏約−１７０度と摂氏約−１２０度の間の温度、好ましくは摂氏約−１７０度と摂氏約−１４０度の間の温度に過冷却される。図２に示すＭＣＨＥ１０８は、３つのバンドルを有するコイル巻き熱交換器である。しかしながら、任意の数のバンドルおよび任意の交換器タイプを利用することができる。
【００７８】
このＣ３ＭＲプロセスで使用される予冷冷媒はプロパンである。プロパン冷媒１１０は、前処理された供給ストリーム１０１に対して加温され、温低圧プロパンストリーム１１４を生成する。温低圧プロパンストリーム１１４は、４つの圧縮段階を含むことができる１つ以上のプロパン圧縮機１１６で圧縮される。中圧力レベルの３つの側ストリーム１１１、１１２、１１３は、それぞれプロパン圧縮機１１６の最終段階、第３段階および第２段階の吸引でプロパン圧縮機１１６に入る。圧縮されたプロパンストリーム１１５は凝縮器１１７で凝縮されて低温の高圧ストリームを生成し、圧力を下げられ（降圧弁は図示せず）、予冷システム１１８内の前処理された供給ストリーム１０１を冷却するのに必要な冷却負荷を供給するプロパン冷媒１１０を生成する。プロパン液は、温低圧プロパンストリーム１１４を生成するため加温されるにつれて蒸発する。凝縮器１１７は、典型的には、空気または水などの周囲流体に対して熱を交換する。図は４段階のプロパン圧縮を示しているが、任意の数の圧縮段階を使用することができる。複数の圧縮段階が記載または請求される場合、そのような複数の圧縮段階は、単一の多段階圧縮機、複数の圧縮機、またはそれらの組み合わせを含むことができることを理解されるべきである。圧縮機は、単一のケーシングまたは複数のケーシング内にあってもよい。プロパン冷媒を圧縮するプロセスは、本明細書では一般にプロパン圧縮シーケンスと呼ばれる。
【００７９】
ＭＣＨＥ１０８では、冷凍の少なくとも一部、好ましくは全部が、弁またはタービンを横切る減圧後に冷媒ストリームの少なくとも一部を気化させ、加熱することによって供給される。低圧ガスＭＲストリーム１３０は、ＭＣＨＥ１０８のシェル側の底部から取り出され、低圧吸引ドラム１５０を通って送られあらゆる液体を分離し、蒸気ストリーム１３１は低圧（ＬＰ）圧縮機１５１で圧縮され中圧ＭＲストリーム１３２を生成する。低圧気体ＭＲストリーム１３０は、典型的には、予冷がない場合、予冷温度に近い温度または周囲温度に近い温度で取り出される。
【００８０】
中圧力ＭＲストリーム１３２は、低圧最終冷却器１５２で冷却され、冷却された中圧力ＭＲストリーム１３３を生成し、そこから任意の液体が中圧吸引ドラム１５３で排出されて、中圧（ＭＰ）圧縮機１５４内でさらに圧縮された中圧蒸気ストリーム１３４を生成する。得られた高圧ＭＲストリーム１３５は、冷却高圧ＭＲストリーム１３６を生成するために、中圧最終冷却器１５５で冷却される。冷却高圧ＭＲストリーム１３６は、高圧吸引ドラム１５６に送られ、そこで任意の液体が排出される。得られた高圧蒸気ストリーム１３７は、高圧最終冷却器１５８で冷却された高−高圧ＭＲストリーム１３８を生成するため高圧（ＨＰ）圧縮機１５７でさらに圧縮され、冷却高−高圧ＭＲストリーム１３９を生成する。冷却高−高圧ＭＲストリーム１３９は、予冷システム１１８内の蒸発プロパンに対して冷却されて、２相ＭＲストリーム１４０を生成する。２相ＭＲストリーム１４０は、気液分離器１５９に送られ、そこからＭＲＬストリーム１４１およびＭＲＶストリーム１４３が得られ、これらはＭＣＨＥ１０８に戻されてさらに冷却される。相分離器を出る液体ストリームは、業界ではＭＲＬと呼ばれ、相分離器を出る蒸気ストリームは、その後に液化された後でさえ、ＭＲＶとして業界で呼ばれる。ＭＲがＭＣＨＥ１０８の底部から取り出され、その後、複数のストリームとしてＭＣＨＥ１０８のチューブ側に戻された後にＭＲを圧縮および冷却するプロセスは、本明細書では一般にＭＲ圧縮シーケンスと呼ばれる。
【００８１】
ＭＲＬストリーム１４１およびＭＲＶストリーム１４３の両方が、ＭＣＨＥ１０８の２つの別個の回路において冷却される。ＭＲＬストリーム１４１は、冷却され、ＭＣＨＥ１０８の第１の２つのバンドルにおいて部分的に液化され、その結果、ＭＲＬ圧力降下弁１６１内で圧力が下げられた冷ストリームをもたらし、ＭＣＨＥ１０８のシェル側に送り返される２相ＭＲＬストリーム１４２を生成するためにＭＣＨＥの第１の２つのバンドルに必要とされる冷凍を供給する。ＭＲＶストリーム１４３は、ＭＣＨＥ１０８の第１および第２のバンドルで冷却され、ＭＲＶ圧力降下弁１６０を横切って減圧され過冷却液化および冷却ステップにおいて冷凍を供給するため、２相ＭＲＶストリーム１４４としてＭＣＨＥ１０８に導入される。ＭＲＶおよびＭＲＬストリーム１４３、１４２は、冷却プロセス中に必ずしも２相であるとは限らないことに留意すべきである。
【００８２】
ＭＣＨＥ１０８は、コイル巻き熱交換器、プレートおよびフィン熱交換器またはシェルアンドチューブ熱交換器のような天然ガス液化に適した任意の交換器とすることができる。コイル巻き熱交換器は、現在の技術水準の天然ガス用交換器であり、流動プロセスおよび温冷媒ストリームのための複数のらせん状に巻かれたチューブと、冷たい冷媒ストリームを流すためのシェルスペースとを含む少なくとも１つのチューブバンドルを含む。図１および図１Ａを参照すると、ＭＣＨＥ１０８は、ＭＲＶおよびＭＲＬストリーム１４３，１４２および予冷された天然ガスストリーム１０５の流れの一般的な方向が軸１２０と平行であり、軸１２０によって示された方向にあるコイル巻き熱交換器である。ＭＣＨＥ１０８に関して本明細書および特許請求の範囲で使用される用語「場所」は、図１Ａの軸１２０によって示されるＭＣＨＥ１０８を流れるストリームの軸方向に沿った場所を意味する。
【００８３】
本明細書および特許請求の範囲で使用される「熱交換システム」という用語は、ＭＣＨＥ１０８のシェルの外面およびＭＣＨＥ１０８を流れる任意の導管、それに加えてＭＣＨＥ１０８と流体流通している流体が存在する任意の導管またはＭＣＨＥ１０８を通って流れる導管を含むＭＣＨＥ１０８のすべての構成要素を意味する。
【００８４】
熱交換システムは、温ゾーン１１９ａと冷ゾーン１１９ｂの２つのゾーンを有し、温ゾーン１１９ａに位置する温バンドル１０２ａと、冷ゾーン１１９ｂに位置する冷バンドル１０２ｂとを有する。別の実施形態では、追加のバンドルを含めることができる。これに関連して、「ゾーン」は、軸１２０に沿って延び、流体がＭＣＨＥ１０８内に除去または導入される場所によって分離されているＭＣＨＥ１０８の領域である。各ゾーンはまた、それと流体連通する任意の導管を含む。例えば、温ゾーン１１９ａが終了し、冷ゾーン１１９ｂが始まり、そこでストリーム１４２がＭＣＨＥ１０８から除去され、膨張され、ＭＣＨＥ１０８のシェル側に再導入される。
【００８５】
ＭＣＨＥ１０８またはその一部の文脈において、「温端部」という用語は、好ましくは、通常運転条件下で最高温度にある問題の要素の端部を指すことを意図しており、ＭＣＨＥ１０８の場合、温端部でＭＣＨＥ１０８に出入りする任意の導管を含む。例えば、ＭＣＨＥ１０８の温端部１０８ａは、図１Ａの最下端に位置し、導管１０５、１４３および１４１を含む。同様に、用語「冷端部」は、好ましくは、通常運転条件下で最も低い温度にある問題の要素の端部を指すことを意図しており、ＭＣＨＥ１０８の場合には冷端部でＭＣＨＥ１０８に出入りする任意の導管を含む。例えば、ＭＣＨＥ１０８の冷端部１０８ｂは、図１Ａの最上端であり、導管１０６および１４４を含む。
【００８６】
要素が冷端部または温端部「に」あると記載されている場合、これは、要素が、問題の要素の全軸方向長さの２０％の最も冷たい（または最も温かい、どちらの端部が記述されているかのよる）端部内または問題の要素のその部分に出入りする導管内に位置することを意味することを意図している。例えば、ＭＣＨＥ１０８の軸方向の高さ（すなわち、軸１２０の方向）が１０メートルであり、温度の読み取り値がＭＣＨＥ１０８の「温端部で」で測定されたように記述され、その後、温度読み取り値がＭＣＨＥ１０８の温端部１０８ａの２メートル以内で、またはＭＣＨＥ１０８のその部分に出入りする導管１０５、１４３および１４１のいずれかの中で測定される。
【００８７】
本発明は、他のタイプの天然ガス液化プロセスにおいて実施することができることを理解されるべきである。例えば、混合冷媒、二酸化炭素（ＣＯ２）、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、アンモニア（ＮＨ３）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、およびプロピレン（Ｃ３Ｈ６）などの異なる予冷冷媒を使用するプロセスである。さらに、本発明は、予冷、例えば、単一混合冷媒サイクル（ＳＭＲ）、を使用しないプロセスで実施することもできる。別の構成を使用して、ＭＣＨＥ１０８に冷凍を提供することができる。このような冷凍は、本実施形態で使用されるプロセスのような閉ループ冷凍プロセスによって提供されることが好ましい。明細書および特許請求の範囲で使用される「閉ループ冷凍」プロセスは、冷却中に冷媒または冷媒成分が（「構成された」）システムに加えられることができる冷凍プロセスを含むものとする。
【００８８】
この実施形態は、各々が少なくとも１つの測定されたプロセス変数と少なくとも１つの設定点に基づいて複数のプロセス変数を操作する制御システム２００を含む。このような操作は、プロセスの始動時に実行される。制御システム２００のセンサ入力および制御出力が図１に概略的に示され、制御ロジックが図２に概略的に示されている。制御システム２００は、本明細書に記載のプロセスステップを実行することができる任意のタイプの既知の制御システムであり得ることに留意されるべきである。適切な制御システムの例には、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、分散制御システム（ＤＣＳ）、および統合コントローラが含まれる。また、制御システム２００は、単一の場所に位置しているものとして概略的に示されていることにも留意されるべきである。特に分散制御システムが使用される場合、制御システム２００の構成要素をプラント内の異なる場所に位置させることが可能である可能性がある。本明細書で使用される「自動制御システム」という用語は、複数の設定点およびプロセス変数に基づいて制御システムによって操作変数のセットが自動的に制御される上述のタイプの制御システムのいずれかを意味するものとする。本発明は、操作された変数の各々の完全に自動化された制御を提供することができる制御システムを企図しているが、オペレータが１つ以上の操作された変数を手動でオーバーライドするオプションを提供することが望ましい可能性がある。
【００８９】
本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、「設定点」という用語は、単一の値またはある範囲の値を指すことができる。例えば、好ましい温度変化率を表す設定点は、単一速度（例えば、毎分２℃）または範囲（例えば、毎分１〜３℃）のいずれかであり得る。設定点が単一値であるか範囲であるかは、使用される制御システムのタイプに依存することが多い。本出願の目的のために、ギャップ値と組み合わせた単一の値からなる設定点を使用する制御システムは、単一の値およびギャップ値によって包含される範囲を含む設定点と等価であると考えられる。例えば、１分当たり２℃の設定点および１度のギャップを有する制御システムは、測定された変数と設定点との間の差がギャップ値より大きい場合にのみ、操作量を調整し、毎分１〜３℃の範囲を有する設定点と同等である。
【００９０】
この実施形態における操作変数は、予冷天然ガス供給ストリーム１０５（または供給ストリームに沿った任意の他の場所）、ＭＲＬストリーム１４２（またはＭＲＬストリームに沿った他の任意の場所）、およびＭＲＶストリーム１４４（またはＭＲＶストリームに沿った任意の他の場所）の流量である。この実施形態における監視される変数は、熱交換システム内の１つ以上の場所における高温および低温ストリーム間の温度差、ならびに熱交換システム内の１つ以上の場所における温度の変化率である。
【００９１】
ＭＣＨＥ１０８の温度は、熱交換システムの任意の場所で測定することができるが、ＭＣＨＥ１０８の温度は、典型的には、ＭＣＨＥ（ＬＮＧストリーム１０６）からの供給物の出口、またはＭＲＶ圧力降下弁１６０（ＭＲＶストリーム１４４）の出口で測定され、しかしながら、それを、ＭＣＨＥ１０８内の１つ以上のバンドルの冷端部で、またはＭＣＨＥ１０８内の任意の他の場所で測定してもよい。また、それを、ＭＣＨＥ１０８内の１つ以上のチューブ側のストリームで測定することもできる。温度は、上記の場所の組み合わせで測定された値の平均値とすることもできる。その後、ＭＣＨＥ１０８の温度の変化率は、経時的な温度データから計算される。
【００９２】
予冷天然ガス供給ストリーム１０５の測定された流量は、信号２７４を介して、測定流量を供給流量設定点ＳＰ１と比較する生産流コントローラ２７１に送信される。あるいは、供給ストリームの流量は、供給ストリーム１００、ＬＮＧ生成弁１０３の前のＬＮＧストリーム１０６、またはＬＮＧ生成弁１０３の後のＬＮＧストリーム１０４のような異なる場所で測定することができる。
【００９３】
本明細書および特許請求の範囲において、温度、圧力または流量が特定の関心のある場所を測定するものとして特定される場合、実際の測定は関心のある場所と直接流体連通し、温度、圧力、または流量が関心のある場所と本質的に同じである任意の場所で行うことができる。例えば、図１の熱交換器の温端部での冷媒温度２５３は、（図示のように）熱交換器の内部で測定されてもよいし、これらの場所は本質的に同じ温度であるので、ストリーム１３０、吸引ドラム１５０、またはストリーム１３１のシェル側からの出口ストリームで測定されてもよい。しばしば、異なる場所でこのような測定を行うことは、異なる場所が関心のある場所よりもアクセスが便利であることに起因する。
【００９４】
この実施形態では、供給流量設定点ＳＰ１に影響を及ぼす２つの主な要因、すなわちＭＣＨＥ１０８の温度の変化率、および低温および高温ＭＲストリーム間の温度差がある。設定点ＳＰ２は、ＭＣＨＥ１０８の冷端部における温度の好ましい変化率である。最初の始動の間、設定点ＳＰ２温度変化率は、好ましくは時間当たり摂氏約５〜２０度の間の値である。温間および冷間再始動のようなその後の始動の間、設定点ＳＰ２温度変化率は、好ましくは時間当たり摂氏約２０〜３０度の間の値である。両方の範囲は、ＭＣＨＥ  １０８の過度の熱ストレスを防止することを意図されている。設定点ＳＰ２温度変化率は、設定点信号２７５を介してコントローラ２７０に送信され、コントローラ２７０は、信号２８４を介して送信された計算された温度変化率を、設定点ＳＰ２温度変化率と比較する。温度の変化率は、信号２７６からＭＣＨＥ１０８の温度を読み取り、信号２８４を生成する時間微分計算機２８３によって生成される。コントローラ２７０は、生産上書きコントローラ２７２に信号２７７を生成し、次に、供給流量の変化率を供給流量値（ＳＰ１）に変換するために積分される。代替的に、積分をコントローラ２７０で実行することができ、信号２７７は生産オーバーライドコントローラ２７２に送信される。
【００９５】
この実施形態では、温度差設定点ＳＰ３は、ＭＲシェル側のストリームと低温バンドル１０２ｂ内のチューブ側のストリーム（好ましくは、予冷天然ガス供給ストリーム１０５またはＭＲＶストリーム１４３）の１つとの間の温度差である。温度差設定点ＳＰ３は、好ましくは摂氏３０度未満、より好ましくは摂氏１０度未満である。温度差設定点ＳＰ３は、設定点信号２８１を介してコントローラ２８２に送信され、コントローラ２８２は、温度差設定点ＳＰ３を信号２９５および２９９によって供給される測定値間の差と比較する。温度差は、所定の時点でＭＲチューブ側ストリーム（信号２９５を介して与えられる）の測定温度を同一の時点でのＭＲシェル側ストリーム（信号２９９を介して提供される）の測定温度から差し引く減算計算機２７３によって決定される。ＭＲチューブ側ストリームの温度およびＭＲシェル側ストリームの温度を供給するために使用される温度センサは、好ましくは、低温ゾーン１１９ｂに、より好ましくは低温バンドル１０２ｂの温端部に位置する。他の実施形態では、それらは、温バンドル１０２ａの温端部またはＭＣＨＥ１０８内の他の場所に位置させてもよく、好ましくは両方の温度が、ＭＣＨＥ１０８の温端部または冷端部１０８ａ、１０８ｂからほぼ同じ距離で取られる。
【００９６】
コントローラ２７０および２８２のそれぞれは、製造オーバーライドコントローラ２７２への信号２７７、２８０を生成し、これは生産（供給流量）設定点ＳＰ１を決定する。この実施形態では、生産オーバーライドコントローラ２７２は、２つの信号２８０および２７７によって示されるより大きな値の供給流速値を決定する高選択ロジック計算機である。例えば、信号２７７がより高い値である場合、高選択ロジック計算機は信号２７７の値を使用して供給流設定点ＳＰ１の値を決定する。高選択ロジック計算機の構成は、この論理計算を実行する他の既知の方法を介して行うことができるので、ここで説明する特定の実施形態に限定されない。
【００９７】
次いで、生産流コントローラ２７１は、信号２７４によって示されるように、供給量設定点ＳＰ１を測定された供給ストリーム流量と比較し、制御信号ＭＶ１を送信して、生産制御弁１０３の位置を任意に調整する。例えば、測定された供給ストリームの流量が供給流設定点ＳＰ１によって示される値よりも低い場合、制御信号ＭＶ１は生産制御弁１０３をさらに開き、流量を増加させる。
【００９８】
上述した供給流量調整ロジックとは独立して、冷媒の流量は、所定のランプ速度に基づいて始動期間中に増加される。この実施形態では、ＭＲＶストリームの流量は、所定のランプ速度で増加され、ＭＲＶランプ速度設定点ＳＰ４と呼ばれる測定されたＭＲＶ流量は、信号２８７を介してＭＲＶ流コントローラ２９６に送信され、ＭＲＶ流コントローラ２９６は、ランプ速度設定点ＳＰ４を時間の経過とともに積分することによって２９７で計算されたＭＲＶ流量設定点２８６と比較し、実際のＭＲＶ流量をＭＲＶ流量設定点ＳＰ４と一致させるために、必要であれば、どの調整が制御信号ＭＶ２を介してＭＲＶ流制御弁１６０になされるべきかを通信する。所定の時点における所望のＭＲＶ流量は、信号２８６を生成する時間積分計算機２９７を使用して信号２７９を積分することによって決定される。
【００９９】
ＭＲＶランプ速度設定点ＳＰ４は、始動プロセスの開始から６〜８時間の間に、通常運転中のＭＲＶ流量の２０〜３０％のＭＲＶ流量を達成するように設定されることが好ましい。この実施形態では、ＭＲＶランプ速度設定点ＳＰ４は、ＭＲＶ流コントローラ２９６へのＭＲＶ流量設定点２８６が時間とともに直線的に増加するように一定値に維持される。しかしながら、ＭＲＶランプ速度ＳＰ４は、有用であると考えられる場合、始動プロセスの期間にわたって調整することができる。例えば、温間始動のシナリオのＭＲＶは当初気相であるため、ＭＲＶランプ速度設定点ＳＰ４は、冷間再始動時よりも、温間始動または温間再始動時に高い値に設定されてもよい。
【０１００】
この実施形態では、ＭＲＬ流量は、ＭＲＬ／ＭＲＶ流量比とＭＲシェル側ストリームと温バンドル１０２ａの温チューブ側ストリームの１つとの間の温度差との比に基づいて、高選択ロジック計算に基づいて設定される。
【０１０１】
ＭＲＶ流量は、信号２８７を介して計算機２８９に送信され、計算機２８９は、ＭＲＶ流量をＭＲＶ／ＭＲＬ比設定点ＳＰ１０（信号２８５を介して送信される）で乗算する。この計算の結果はＭＲＬ流量、（直接的にまたは弁１６１の位置に関して）を表す。ＭＲＬ／ＭＲＶ流量比設定値ＳＰ１０が固定値に維持されることが好ましいので、温および低温バンドルは同等の速度で冷却される。始動中のＭＲＬ／ＭＲＶ流量比は、好ましいは通常運転中のそれよりも低くあるべきである。Ｃ３−ＭＲ液化プロセスであるこの実施形態の場合、この比は、初期始動または温間始動の場合には好ましくは０と２の間であり、冷間始動の場合は好ましくは０と１の間である。
【０１０２】
温度差設定点ＳＰ５は、設定点信号２５６を介してコントローラ２５７に送信され、コントローラ２５７は、温度差設定点ＳＰ５を信号２５３および２５２によって与えられる測定値の差と比較し、信号２５８を生成する。温度差はＭＲシェル側ストリームの測定温度（信号２５３を介して提供される）からＭＲチューブ側ストリーム（信号２５２を介して提供される）の測定温度を減算し、その差を信号２５５を介してコントローラ２５７に供給する減算計算機２５４によって決定される。ＭＲチューブ側ストリームの温度およびＭＲシェル側ストリームの温度を提供するために使用される温度センサは、好ましくは、温ゾーン１１９ａに、より好ましくは温バンドル１０２ａの温端部に位置する。始動の間、温度差設定点は、好ましくは１５℃以下、より好ましくは１０℃以下である。
【０１０３】
計算機２８９からの信号２９２およびコントローラ２５７からの信号２５８は、ＭＲＬ低セレクタ２９０に送信される。ＭＲＬ低セレクタ２９０は、低選択ロジック計算に基づいて制御入力を決定し、２つのうちの低い方の値を信号２９４を介するＭＲＬ流量コントローラ２８８の設定点として使用する。例えば、信号２５８によって指示された流量が信号２９２の流量よりも低い場合、ＭＲＬ低セレクタ２９０は、信号２５８によって表される値を選択し、信号２９４を介して送信する。ＭＲＬ流コントローラ２８８は、信号２９４を現在のＭＲＬ流量（信号２９３）と比較し、制御信号ＭＶ３を介してＭＲＬ流制御弁１６１に必要な調整を行う。
【０１０４】
代替実施形態では、ＭＲＬ流量は、ＭＲＶ／ＭＲＬ比に基づいて制御されるのではなく、一定のランプ速度（すなわち、ＭＲＬ流量設定点）に従って上昇させることができる。そのような実施形態では、設定点ＳＰ１０は流ランプ速度であり、計算機２８９はランプ速度設定点をＭＲＬ流量信号２９２に変換する積分器である。ＭＲＬ流量コントローラ２８８へのＭＲＬ流量設定点は、信号２９２によって与えられる流量と、高温および低温ストリーム温度差コントローラ２５７によって要求される流量とに基づいて、高選択ロジック計算に基づいて決定される。ＭＲＶおよびＭＲＬ流量は、ＭＣＨＥ１０８のアップストリームまたは冷媒制御弁１６０、１６１（図１に示すような）のアップストリームのような任意の場所で、もしくはＭＣＨＥ１０８内の場所で測定することができる。
【０１０５】
これらの構成の重要な利点は、供給天然ガス流量を冷媒ストリームの１つの流量とは独立して変化させることができることである。冷媒流量は、所定のランプ速度で変化するが、供給天然ガス流量は、ＭＣＨＥ１０８を所望の速度で冷却し、ＭＣＨＥ１０８への熱応力を防止するように調整される。
【０１０６】
図３は、Ｃ３ＭＲ液化設備に適用される本発明の別の態様を示す。この図に示されている操作変数は、ＭＲ圧縮機速度、入口ガイドベーン開口、ＭＲサージ防止リサイクル弁開口、冷媒組成、およびＭＲの各主要成分の補充速度を含むことができる。これらの変数を一緒にまたは個別に操作することができる。
【０１０７】
ＭＲ圧縮機速度、入口ガイドベーン開口、ＭＲサージ防止リサイクル弁開口はすべて、通常運転中に圧縮機システムの動作を制御するためにＣ３ＭＲ液化設備で一般的に使用される従来の圧縮機制御システム３００によって、好ましくは、設定され調整される。圧縮機制御システム３００の１つの機能は、圧縮機１５１、１５４、１５７をサージ防止限界から離しておくことである。「サージ」は、各圧縮機１５１、１５４、１５７を通る流量が安定した圧縮機運転を可能にするために必要とされる流量よりも低い条件として定義される。サージ防止限界は、サージからの最小許容距離、例えば１０％、として定義される。いくつかの実施形態では、ＭＲ圧縮機速度および／または入口ガイドベーン開口は調整不可能であり、ＭＲサージ防止リサイクル弁開口を、圧縮機１５１、１５４、１５７がサージ防止限界を上回って運転されるように操作する唯一の変数として残す。
【０１０８】
この実施形態では、圧縮機制御システム３００の制御ロジックは、本明細書で具体的に説明された以外の通常運転中と同じ方法で動作することが意図される。したがって、制御ロジック図は、圧縮機制御システム３００には提供されない。
【０１０９】
圧縮機１５１、リサイクル弁３４３、リサイクルストリーム３３０と接続している制御信号の例示的なグループを図３に示す。信号３１５は、リサイクルストリーム３３０を通るＭＲの流量を示し、信号３１１は、圧縮機１５１の出口における圧力を示し、信号３１３は、圧縮機１５１の入口での圧力を示す。制御信号３１４は、リサイクル弁３４３設定点によって決定されるリサイクル弁３４３の位置を制御する。制御信号３１０は、圧縮機速度設定点によって決定される圧縮機１５１の動作速度を制御する。制御信号３１２は、入口ベーンの設定点によって決定される入口ベーンの位置を制御する。同じグループの制御信号が、圧縮機１５４、１５７、リサイクル弁３４４、３４５、およびリサイクルストリーム３３３、３３５に供給されることを理解されるべきである。さらに、異なる制御構成を使用することもできる。
【０１１０】
冷媒リサイクル弁３４３、３４４、３４５を開くことは、それぞれ、圧縮機１５１、１５４、１５７のそれぞれの１つをＭＲの一部のリサイクルを通じてサージから保護するのに役立つ。ＭＣＨＥ１０８が冷却される前に、冷媒リサイクル弁３４３、３４４および３４５は、典型的には、少なくとも部分的に開放されている。リサイクル弁の開口は、通常、圧縮機制御システム３００によって決定され、圧縮機をサージから保護し、通常運転中と同様にＭＣＨＥ冷却中で同じである。しかしながら、サージからの最小許容距離の設定点は、ＭＣＨＥ１０８が冷却されている間、圧縮比を増加させ、吐出圧力を増加させることによって所望の冷凍能力を維持するように調整され得る。例えば、ＭＣＨＥ１０８の冷却速度が比較的低い場合には、リサイクル弁の開口を小さくして、圧縮比および吐出圧力を、したがって冷却速度を高めることができる。圧縮比は、各圧縮機１５１、１５４、１５７の入口圧力に対する出口圧力の比である。
【０１１１】
圧縮機１５１、１５４、１５７が可変速度圧縮機である場合、圧縮機制御システム３００は、圧縮機１５１、１５４、１５７の速度の設定点を一緒にまたは個別に有することができる。圧縮機速度設定点は、ＭＣＨＥ１０８の冷却プロセス全体を通して一定に保たれてもよく、または冷却プロセス中に調整されることもできる。例えば、所望のＭＣＨＥ１０８の冷却速度を維持することが困難である場合、圧縮機速度設定点を高くして圧縮比を上げることができ、したがって、所望のＭＣＨＥ１０８の冷却速度を達成するのに役立つようにすることができる。圧縮機入口ガイドベーン（図示せず）の位置は、存在する場合、圧縮機速度と同様に調整することができる。
【０１１２】
ＭＲ冷媒システムでは、始動中にＭＲ組成を調整する必要がある。これは特に、すべての冷媒成分の在庫がシステム内に確立されていない最初の始動シナリオに関係する。逆に、すべての冷媒成分の在庫が既にある温間または冷間再始動の間に、ＭＲ組成を調整する必要はない場合がある。
【０１１３】
図３は、それぞれのストリームの流量を調整する弁３１７、３１９、３２２、および３２５を有するメタン補充ストリーム３５３、窒素補充ストリーム３５２、エタン補充ストリーム３５１、およびプロパン補充ストリーム３５０を示す。追加の成分補充ストリームも存在し得る。図４は、補充ストリームのための例示的な制御ロジックを示す。
【０１１４】
ＭＲ内のメタン組成物は、低圧気体ＭＲストリーム１３０の圧力に影響を及ぼす。ＭＣＨＥ１０８が冷却されると、低圧気体ＭＲストリーム１３０の圧力および吸引ドラム１５０内の圧力は減少する。吸引圧力を維持するために、メタンが低圧吸引ドラム１５０に充填されてもよい。この吸引ドラム１５０の圧力が測定され、信号３１６によって圧力コントローラ３０２に送信される。圧力コントローラ３０２は、測定された圧力を、制御信号３０１によって圧力コントローラ３０２に提供されるＭＲ圧力設定点ＳＰ６と比較する。ＭＲ圧力設定点ＳＰ６は、好ましくは、１絶対バール（１５絶対ｐｓｉ）と５絶対バール（７３絶対ｐｓｉ）と、より好ましくは、２バール（２９絶対ｐｓｉ）と３バール（４４絶対ｐｓｉ）の間の値である。
【０１１５】
圧力コントローラ３０２はメタン補充速度設定点信号３１８をメタン補充流コントローラ３０３に送信する。メタン補充ストリーム３５３の測定流量は信号３２０によりメタン補充流コントローラ３０３に送信される。補充流コントローラ３０３は、制御信号ＭＶ４を介してメタン補充弁３１７の開口度を制御し、メタン補充流量を信号３１８によって与えられる設定点に維持する。
【０１１６】
冷却プロセスの間、ＭＣＨＥ１０８の冷端部１０８ｂが摂氏−１２０度のような比較的低い温度に達するまで、窒素は一般的に必要とされない。図１のＭＲＶ流制御弁１６０の温度差異が減少するにつれて、冷却プロセスを完了するために窒素補充が必要になることがある。窒素流量設定点および測定された窒素補充ストリーム３５２の流量は、それぞれ信号３３４および３２６を介して窒素流コントローラ３０５に送信される。窒素流コントローラ３０５は、制御信号ＭＶ７を介して窒素補充弁３１９の開口度を調節する。窒素補充設定点ＳＰ９は、典型的にはシステム内の窒素含有量を約１〜２時間で０％から１０％に増加させるのに十分であるように設定される。
【０１１７】
信号３２６により通信される補充流量に影響する複数のプロセス条件が存在する。この実施形態では、窒素補充流量に影響する４つのプロセス条件が存在する、すなわち、（１）ＭＣＨＥ１０８の冷端部１０８ｂ（信号２８５によって送信される）におけるシェル側およびチューブ側ＭＲストリーム間の温度差は、好ましくは所定数（例えば、１０℃）未満であること、（２）吸引ドラム１５０における吸引圧力（信号３１６）は、所定の圧力（例えば、５絶対バール）未満であることが好ましいこと、（３）ＭＣＨＥ１０８の冷端部１０８ｂの温度（信号２７６）は、好ましくは所定の温度（例えば、−１２０℃）未満であること、および（４）ＭＣＨＥ１０８の冷却速度（信号２８４）は、所定の温度変化率（例えば、毎時２５度）未満であることが好ましいこと、である。これらの条件は、プロセス条件入力信号３２７を決定するために、個々にまたは組み合わせて使用される。
【０１１８】
これらの４つのプロセス条件は、図４の単一の入力および単一制御信号３２７として概略的に示されている。計算機３２８は、窒素補充設定点ＳＰ９および信号３２７を介して受信されたデータに基づいて設定点信号３２６を生成する。実行される計算は、どのプロセス条件が監視されているかに依存する。この実施形態では、上記で特定された４つのプロセス条件のいずれかが満たされない場合、窒素補充速度（設定点信号３２６）はゼロである。４つのプロセス条件のすべてが満たされる場合、計算機３２８は信号３２６を信号３０４に等しくなるように設定する。他の実施形態では、プロセス条件は異なる値を有することができ、および／またはより少ないプロセス条件を使用できる。例えば、窒素補充速度は、ＭＣＨＥ１０８の冷端部１０８ｂの温度（信号２７６）を所定の温度以下に維持することにのみ基づいて設定することができる。
【０１１９】
エタン補充弁３２２およびプロパン補充弁３２５をそれぞれ開くことにより、エタンおよびプロパン成分がシステム内に補充される。これらの成分の組成は、ＭＲ圧縮機の吐出圧力に直接的な影響を及ぼし、次にＭＣＨＥ１０８の到達可能冷却速度に影響を与える。エタンおよびプロパン成分は、独立してまたは一緒に補充することができる。エタン補充設定点ＳＰ７は、制御信号３０６を介してエタン流コントローラ３０７に送信される。エタン流コントローラ３０７は、エタン補充弁３２２の開口度を調整する。同様に、プロパン補充設定点ＳＰ８は、プロパン補充弁３２５の開口度を調整する信号３０８を介して、プロパン流コントローラ３０９に供給される。エタンおよびプロパン補充設定点ＳＰ７、ＳＰ８は、典型的には、５〜６時間内にＭＲ分離器１５９内の多めの液体レベルを蓄積するのに十分であるように選択される。
【０１２０】
これらの成分を、気液分離器１５９の液体レベルが所望の値、例えば３０％（好ましくは２０％〜６０％、より好ましくは２５％〜３５％）に達するまで所定の割合で補充することができる。信号３２９は、気液分離器１５９内のセンサ（図示せず）からの液体レベルを、エタンおよびプロパン補充設定点ＳＰ７、ＳＰ８および信号３２９を介して受信されたデータに基づいてエタンおよびプロパン流量設定点信号３２３、３２４を決定する計算機３３６および３３１に送信する。例えば、液体レベル測定３２９が３０％未満である場合、計算機３３１および３３６は、それぞれの出力信号３２３および３２４をそれぞれ信号３０６および３０８と等しくなるように設定する。液体レベル測定値３２９が３０％より大きい場合、計算機３３１および３３６は、それぞれの出力信号３２３および３２４をゼロに設定する。コントローラ３０７、３０９は、エタンおよびプロパン設定点信号３２３、３２４を信号３２１、３３２（それぞれエタンおよびプロパン流量を表す）と比較し、弁３２２、３２５の位置をそれぞれ決定する制御信号ＭＶ５およびＭＶ６を生成する。
【０１２１】
図１〜４および上記に関連付けられる説明は、Ｃ３ＭＲ液化サイクルを参照するが、本発明は、これらに限定されないが、２相冷媒、気相冷媒、混合冷媒、純粋成分冷媒（窒素など）などを含む、他の任意の冷媒タイプに適用可能である。さらに、これは、予冷、液化または過冷却を含む、ＬＮＧプラントで利用される任意のサービスに使用される冷媒に潜在的に有用である。本発明は、ＳＭＲ、ＤＭＲ、窒素エキスパンダーサイクル、メタンエキスパンダーサイクル、ＡＰ−Ｘ、カスケードおよび任意の他の適切な液化サイクルを含む任意のプロセスサイクルを利用する天然ガス液化プラントの圧縮システムに適用することができる。
【０１２２】
気相窒素エキスパンダーサイクルの場合、冷媒は純窒素であるため、重質ＭＲ成分補充コントローラは必要ない。窒素冷媒流量は、所定の速度に従って上昇させることができる。供給流量は、交換器の熱応力を防ぐために、独立して変化させることができる。窒素圧縮機の吸入圧力は、Ｃ３ＭＲサイクルでメタンが補充されるのと同様に、窒素を添加することによって維持されてもよい。
【実施例】
【０１２３】
Ｃ３ＭＲシステムの温間初期再始動および冷間再始動に対する本発明の冷却方法の前述の模擬的応用例を図１〜４に示す。温間初期再始動は、通常、プラントが建設後に最初に始動されたとき、または長期間の停止後にプラントが再始動されたときに実行され、その間に冷媒システム全体が完全に非在庫化されている。Ｃ３−ＭＲシステムの場合、ＭＣＨＥは予冷温度（例えば、−３５〜−４５℃）にあり、ＭＲ回路は、いくつかの可能性のある残留重質成分とともにメタンで満たされている。冷間再始動は、通常、プラント運転が短時間停止した後に実行される。冷間再始動は、最初のＭＣＨＥ温度プロファイルと初期ＭＲ在庫において温間初期再始動とは異なる。冷間再始動の場合、ＭＣＨＥ１０８の温端部１０８ａの温度は予冷温度に等しいが、冷端部温度は、予冷温度と通常運転温度との間の任意の値とすることができる（例えば−１６０℃）。また、冷間再始動では、ＨＰ  ＭＲ分離器に液体を含む確立されたＭＲ在庫がある。
【０１２４】
図７に示す例では、モデル化されたＭＣＨＥは、ＬＮＧの名目上５００万トン（ＭＴＰＡ）を生産するように設計される。自動冷却コントローラの所定の設定点は、プロジェクト固有のプロセスおよび機器設計情報に基づいて開発される。両方の例において、圧縮機の速度は一定に保たれ、サージからの距離は５％であった。冷却プロセスを評価するために厳格な動的シミュレーションを実施した。
【０１２５】
図５および６は、動的シミュレーションから得られた時間の関数としてのＭＣＨＥ冷端部温度を示し、予想される手動冷却運転と比較する。冷却プロセスは、５つのメトリックを使用して評価できる。
１．  約２５℃／時間の平均冷却速度を維持すること、
２．  安定した冷却速度を維持すること（冷却速度の標準偏差が小さい）、
３．  ＭＲが凝縮する際の急速な温度低下を緩和すること、
４．  仕様外ＬＮＧのフレアを最小限にすること、および
５．  ＭＣＨＥの「クエンチ」（極度の冷凍過給）を避けること。
自動冷却結果は、図８に示すような上記５つのメトリックを使用した手動運転と比較される。
【０１２６】
これらの結果から分かるように、自動冷却法は、遥かに少ない温度偏差で所望の冷却速度を達成し、無駄なフレアを低減するのに有効である。この方法は、ＭＲが凝縮する際の、突然の温度低下を緩和し、ＭＣＨＥクエンチ現象を回避するにも役立つ。
【０１２７】
本発明は、好ましい実施形態およびその代替実施形態に関して開示されている。もちろん、本発明の教示からの様々な変更、修正、および交替は、その意図された趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者によって企図され得る。本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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