(57)【要約】１つの方法は、第１のプロセス制御システムを使用して第１のプロセスを制御することを含む。この方法はまた、第２のプロセス制御システムを使用して第２のプロセスを制御することも含む。この方法は更に、第１および第２のプロセス制御システムを一緒に制御することを含む。加えて、この方法は、第１および第２のプロセス制御システムの両方を使用して少なくとも１つのプロセス目的を最適化することも含む。第１のプロセスは天然ガス液生産プロセスとすることができ、第２のプロセスは液化天然ガス生産プロセスとすることができる。プロセスの目的は、利益、天然ガス液の量、天然ガス液の品質、液化天然ガスの量、および液化天然ガスの品質のうちの少なくとも１つを含むことができる。
2010523924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のプロセス制御システムを使用して第１のプロセスを制御するステップと、
第２のプロセス制御システムを使用して第２のプロセスを制御するステップと、
前記第１のプロセス制御システムおよび前記第２のプロセス制御システムを共に制御するステップと、
前記第１のプロセス制御システムおよび前記第２のプロセス制御システムの両方を使用して少なくとも１つのプロセス目的を最適化するステップと
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１のプロセスが天然ガス液生産プロセスを含み、
前記第２のプロセスが液化天然ガス生産プロセスを含む、
方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記第１のプロセスと前記第２のプロセスとの間で、天然ガス液を配送するパイプラインを制御するステップを更に備える方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、前記プロセス目的が、前記第２のプロセスにより生産される液化天然ガスの品質である、方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法であって、前記プロセス目的が、前記第２のプロセスにより生産される液化天然ガスの量である、方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法であって、前記プロセス目的が、前記第１のプロセスにより生産される天然ガス液の量である、方法。
【請求項７】
少なくとも１つのプロセッサを含む装置であって、
前記プロセッサは、
第１のプロセスを制御する第１のプロセス制御システムと、第２のプロセスを制御する第２のプロセス制御システムとを同時に制御でき、かつ
前記第１のプロセス制御システムおよび前記第２のプロセス制御システムの両方を使用して少なくとも１つのプロセス目的を最適化することができる、
装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
前記第１のプロセスが天然ガス液生産プロセスを含み、
前記第２のプロセスが液化天然ガス生産プロセスを含む、
装置。
【請求項９】
コンピュータ読み取り可能な媒体に組み入れられ、プロセッサにより実行されるように使用可能であるコンピュータ・プログラムであって、
第１のプロセスを制御する第１のプロセス制御システムと、第２のプロセスを制御する第２のプロセス制御システムとを同時に制御するため、および
前記第１のプロセス制御システムおよび前記第２のプロセス制御システムの両方を使用して、少なくとも１つのプロセス目的を最適化するため
のコンピュータ可読プログラム・コードを備え、
前記第１のプロセスが天然ガス液生産プロセスを含み、前記第２のプロセスが液化天然ガス生産プロセスを含むものである、
コンピュータ・プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のコンピュータ・プログラムであって、前記プロセス目的が、利益、天然ガス液の量、天然ガス液の品質、液化天然ガスの量、および液化天然ガスの品質のうちの少なくとも１つを含む、コンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、プロセス制御システムに関し、より詳細には、液化天然ガス（ＬＮＧ）プロセスの調整および最適化のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素の上流の生産では、幾つかの貯留層が一般に油を生産し、他の貯留層は一般にガスおよび凝縮した天然ガス液（ＮＧＬ）を産出する。ＮＧＬの価格は原油の価格に近いことが多く、このためＮＧＬは高価値の生産物になっている。また、ＮＧＬに付随するガスは、典型的にはエタンおよびメタンを多く含み、従って、燃料源として有用である。しかし、このガスは一般に、パイプラインにより輸送するのが困難であり、また一般に、主要な需要地域から遠い場所で産出される。
【０００３】
ガスを低温で液化することにより、ガスの体積は低減される（例えば６００分の１）。このプロセスにより、タンカーが液化天然ガス（ＬＮＧ）をパイプラインよりも経済的に海上輸送することが可能となる。ＬＮＧの生産は成長産業であり、米国、英国および日本などの国々からの増大する需要に応じるために、更なる生産プラントが世界中で建設されている。ＬＮＧプロセスは通常、ガスおよび搬送される液体の量を考慮すると、海上生産施設のできる限り近くに設置される。単一の基地からのＬＮＧの生産量が、１年当たり１０００万トンを超えることもある。
【０００４】
生産されたＬＮＧは一般に「発熱量」ベースで販売され、これは、ＬＮＧが販売される米国ドルでの価格（典型的には、１００万英国熱量単位、即ち、ＢＴＵ当たり）があるということである。ＬＮＧ生産プラントは、生産されるＬＮＧに関し、典型的には、低発熱量（ＬＨＶ）または高発熱量（ＨＨＶ）の何れかで、ある品質を求めて稼働する。発熱量は、プロセスに供給される原料の品質、およびそのプロセス自体の操作の影響を受けることが多い。ＬＮＧトレインにおける原料の処理（プロセス）は、先進的なプロセス制御技術を用いて制御することができる。
【０００５】
ＬＮＧプロセスの原料は、上流の操作の影響を受けることが多い。上流の生産プロセスを稼働させる通常の方法は、下流の処理基地に及ぼすガス品質の影響を考慮することではなく、むしろ局所的な生産に注目し、局所的な収益性を最大化しようとする。この選択は、一般に、様々な坑井からどれだけ多くのＮＧＬが生産されるか、により決定される。このため、ガス品質が、ＬＮＧ品質に対して好ましくない影響を及ぼす可能性があるとしても、ＮＧＬ産出高がより高い坑井を優先的な生産坑井にすることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、液化天然ガス（ＬＮＧ）のプロセスを調整および最適化するためのシステムおよび方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の実施形態では、１つの方法は、第１のプロセス制御システムを使用して第１のプロセスを制御すること、および第２のプロセス制御システムを使用して第２のプロセスを制御することを含む。この方法はまた、第１および第２のプロセス制御システムを一緒に制御すること、第１および第２のプロセス制御システムの両方を使用して少なくとも１つのプロセス目的を最適化することも含む。特定の実施形態では、第１のプロセスは天然ガス液生産プロセスであり、第２のプロセスは液化天然ガス生産プロセスである。
【０００８】
第２の実施形態では、装置は、第１のプロセスを制御する第１のプロセス制御システムと、第２のプロセスを制御する第２のプロセス制御システムとを同時に制御できる少なくとも１つのプロセッサを含む。このプロセッサはまた、第１および第２のプロセス制御システムの両方を使用して、少なくとも１つのプロセス目的を最適化することもできる。
【０００９】
第３の実施形態では、コンピュータ・プログラムは、コンピュータ可読媒体上に組み入れられ、プロセッサにより実行されるように操作可能である。このコンピュータ・プログラムは、第１のプロセスを制御する第１のプロセス制御システムと、第２のプロセスを制御する第２のプロセス制御システムとを同時に制御するコンピュータ可読プログラム・コードを含む。このコンピュータ・プログラムはまた、第１および第２のプロセス制御システムの両方を使用して少なくとも１つのプロセス目的を最適化するコンピュータ可読プログラム・コードを含み、第１のプロセスは天然ガス液生産プロセスであり、第２のプロセスは液化天然ガス生産プロセスである。
【００１０】
他の技術的特徴は、図面、説明、および特許請求の範囲から当業者には容易に明らかになるであろう。
【００１１】
本開示のより完全な理解のために、添付の図面と併せて以下の説明を参照されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本開示の一実施形態による例示的なプロセス制御システム１００を示す。図１に示されたプロセス制御システム１００の実施形態は、単に説明のためのものである。本開示の範囲から逸脱することなく、プロセス制御システム１００の他の実施形態を使用することができる。
【００１３】
この例示的な実施形態では、プロセス制御システム１００は、１または複数のプロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂを含む。プロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂは、プロセスまたは生産システム内の、多種多様な機能のうちの何れかを実行できるコンポーネントを表す。例えば、プロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂは、生産環境内のモータ、接触分解器、バルブ、および他の産業機器を表す。プロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂは、適切な任意のプロセスまたは生産システムの他の任意または追加のコンポーネントを表すこともできる。プロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂのそれぞれは、プロセスまたは生産システムで１または複数の機能を実行するための任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せを含む。この例では２つのみのプロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂが示されているが、任意の数のプロセス・エレメントが、プロセス制御システム１００の特定の実施において含まれてよい。
【００１４】
２つのコントローラ１０４ａ〜１０４ｂがプロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂに結合される。コントローラ１０４ａ〜１０４ｂは、プロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂの動作を制御する。例えば、コントローラ１０４ａ〜１０４ｂは、プロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂの動作を監視し、プロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂに制御信号を与える能力がある。コントローラ１０４ａ〜１０４ｂのそれぞれは、１または複数のプロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂを制御するための任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せを含む。コントローラ１０４ａ〜１０４ｂは、例えば、ＧＲＥＥＮ  ＨＩＬＬＳ  ＩＮＴＥＧＲＩＴＹのオペレーティング・システムを実行するＰＯＷＥＲＰＣプロセッサ系のプロセッサ１０５や、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）オペレーティング・システムを実行するＸ８６プロセッサ系のプロセッサ１０５を含むことができる。
【００１５】
２つのサーバ１０６ａ〜１０６ｂがコントローラ１０４ａ〜１０４ｂに結合される。サーバ１０６ａ〜１０６ｂは、コントローラ１０４ａ〜１０４ｂおよびプロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂの動作および制御をサポートする種々な機能を実行する。例えば、サーバ１０６ａ〜１０６ｂは、プロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂの動作に関係する状態情報などのような、コントローラ１０４ａ〜１０４ｂにより収集または生成された情報をログ記録することができる。サーバ１０６ａ〜１０６ｂはまた、コントローラ１０４ａ〜１０４ｂの動作を制御するアプリケーションを実行し、それによりプロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂの動作を制御することもできる。加えて、サーバ１０６ａ〜１０６ｂは、コントローラ１０４ａ〜１０４ｂにセキュアなアクセスを提供することもできる。サーバ１０６ａ〜１０６ｂのそれぞれは、コントローラ１０４ａ〜１０４ｂへのアクセスのためや、コントローラ１０４ａ〜１０４ｂの制御のための任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せを含む。サーバ１０６ａ〜１０６ｂは、例えば、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）オペレーティング・システムを実行するパーソナル・コンピュータ（例えばデスクトップ・コンピュータなど）を表す。別の例としては、サーバ１０６ａ〜１０６ｂは、ＧＲＥＥＮ  ＨＩＬＬＳ  ＩＮＴＥＧＲＩＴＹのオペレーティング・システムを実行するＰＯＷＥＲＰＣプロセッサ系のプロセッサや、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）オペレーティング・システムを実行するＸ８６プロセッサ系のプロセッサを含むことができる。
【００１６】
１または複数のオペレータ・ステーション１０８ａ〜１０８ｂがサーバ１０６ａ〜１０６ｂに結合され、１または複数のオペレータ・ステーション１０８ｃがコントローラ１０４ａ〜１０４ｂに結合される。オペレータ・ステーション１０８ａ〜１０８ｂは、サーバ１０６ａ〜１０６ｂへのユーザ・アクセスを提供する計算デバイスまたは通信デバイスを表し、従ってコントローラ１０４ａ〜１０４ｂおよびプロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂへのユーザ・アクセスを提供する。オペレータ・ステーション１０８ｃは、コントローラ１０４ａ〜１０４ｂへのユーザ・アクセスを提供する計算デバイスまたは通信デバイスである（サーバ１０６ａ〜１０６ｂの資源を使用しない）。具体的な例として、オペレータ・ステーション１０８ａ〜１０８ｃは、ユーザが、コントローラ１０４ａ〜１０４ｂおよび／またはサーバ１０６ａ〜１０６ｂにより収集された情報を用いて、プロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂの動作履歴を見直すことができるようにする。オペレータ・ステーション１０８ａ〜１０８ｃはまた、ユーザが、プロセス・エレメント１０２ａ〜１０２ｂや、コントローラ１０４ａ〜１０４ｂや、サーバ１０６ａ〜１０６ｂの動作を調整できるようにすることもできる。オペレータ・ステーション１０８ａ〜１０８ｃのそれぞれは、システム１００のユーザ・アクセスおよび制御をサポートするための任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せを含む。オペレータ・ステーション１０８ａ〜１０８ｃは、例えば、ディスプレイと、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ（登録商標）ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）オペレーティング・システムを実行するプロセッサとを有するパーソナル・コンピュータを表し得る。
【００１７】
この例では、複数のオペレータ・ステーションのうちの少なくとも１つ１０８ｂがサーバ１０６ａ〜１０６ｂから離れた位置にある。この遠隔ステーションは、ネットワーク１１０を介してサーバ１０６ａ〜１０６ｂに結合されている。ネットワーク１１０は、システム１００内の種々のコンポーネント間の通信を容易にする。例えば、ネットワーク１１０は、インターネット・プロトコル（ＩＰ）パケット、フレーム・リレー・フレーム、非同期転送モード（ＡＴＭ）セル、または他の適切なネットワーク・アドレス間情報を伝達することができる。ネットワーク１１０は、１または複数のローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネットなどのグローバル・ネットワークの全てまたは一部分、あるいは１または複数の場所にある他の任意の１または複数の通信システムを含むことができる。
【００１８】
この例では、システム１００はまた、２つの追加のサーバ１１２ａ〜１１２ｂも含む。サーバ１１２ａ〜１１２ｂは、システム１００の動作全体を制御するための種々のアプリケーションを実行する。例えば、システム１００は、処理プラントまたは生産プラント、あるいは他の施設で使用することができ、サーバ１１２ａ〜１１２ｂは、そのプラントまたは他の施設を制御するために使用されるアプリケーションを実行することができる。具体的な例として、サーバ１１２ａ〜１１２ｂは、企業資源計画（ＥＲＰ）アプリケーション、製造実行システム（ＭＥＳ）アプリケーション、あるいは他の任意または追加のプラント制御アプリケーションやプロセス制御アプリケーションなどのアプリケーションを実行することができる。サーバ１１２ａ〜１１２ｂのそれぞれは、システム１００の動作全体を制御するための任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せを含む。
【００１９】
図１に示されるように、システム１００は、種々の冗長ネットワーク１１４ａ〜１１４ｂ、および単独ネットワーク１１６ａ〜１１６ｂを含み、これらはシステム１００内のコンポーネント間の通信をサポートする。これらのネットワーク１１４ａ〜１１４ｂ、１１６ａ〜１１６ｂのそれぞれは、システム１００内のコンポーネント間の通信を容易にする適切な任意のネットワークまたは幾つかのネットワークの組合せを表す。ネットワーク１１４ａ〜１１４ｂおよび１１６ａ〜１１６ｂは、例えばイーサネット（登録商標）・ネットワークであり得る。プロセス制御システム１００は、個々の必要に応じて他の適切な任意のネットワーク・トポロジを有することができる。
【００２０】
図１は、プロセス制御システム１００の一例を示すが、様々な変更を図１に加えることができる。例えば、ある制御システムは、任意の数のプロセス・エレメント、コントローラ、サーバおよびオペレータ・ステーションを含むことができる。
【００２１】
図２は、本開示の一実施形態による天然ガス液（ＮＧＬ）生産プロセス操作用の例示的なプロセス制御システム２００を示す。図２に示されたプロセス制御システム２００の実施形態は、単に説明のためのものである。本開示の範囲から逸脱することなく、プロセス制御システム２００の他の実施形態を使用することもできる。
【００２２】
図２のプロセス制御システム２００は、１または複数の貯留層２１０から天然ガスおよび天然ガス液を製造し、それらをパイプライン２１２へ送る働きをする。関係する化学的および機械的プロセスは当業者には周知である。この例では、プロセス制御システム２００は、主ＮＧＬプロセス制御アプリケーション２０２を含み、これはシステム２００に含まれるサブプロセスを制御する。サブプロセスは、脱水および分離コントローラ２０４、ならびに圧縮およびガス・リフト・コントローラ２０６により実行されるプロセスを含む。次いで、これらのコントローラ２０４〜２０６は、図１の一般的なプロセス制御システムに関して上述した種々のプロセス・エレメント２０８を制御する。プロセス制御システム２００は、天然ガス液の最大量の生産、生産される天然ガス液の品質、および他のプロセス目的に対して、最適化することができる。
【００２３】
図３は、本開示の一実施形態による液化天然ガス（ＬＮＧ）生産プロセス操作のための例示的なプロセス制御システム３００を示す。図３に示されたプロセス制御システム３００の実施形態は、単に説明のためのものである。本開示の範囲から逸脱することなく、プロセス制御システム３００の他の実施形態を使用することができる。
【００２４】
図３のプロセス制御システム３００は、パイプライン２１２を経由してガスおよび天然ガス液を受け取り、それらを処理して、液化天然ガスおよび他の関連製品などののようなＬＮＧ製品３１４にする働きをする。関係する化学的および機械的プロセスは当業者には周知である。この例では、プロセス制御システム３００は、主ＬＮＧプロセス制御アプリケーション３１６を含み、このアプリケーションは、システム３００に含まれるサブプロセスを制御する。サブプロセスは、パイプライン監視アプリケーション３０２、凝縮物処理アプリケーション３０４、酸性ガス処理アプリケーション３０６、スクラブ・カラム・アプリケーション３０８、主極低温アプリケーション３１０、および分別（fractionation）アプリケーション３１２により実施されるプロセスを含む。これらのアプリケーションのそれぞれは、図１の一般的なプロセス制御システムに関して上述した複数のコントローラおよびプロセス・エレメントを制御することができる。図示のアプリケーションのそれぞれは、主ＬＮＧプロセス制御アプリケーション３１６と通信することができ、また、互いに通信することもできる。プロセス制御システム３００は、液化天然ガスの最大量の生産、生産される液化天然ガスの品質、および他のプロセス目的に対して、最適化することができる。
【００２５】
図４は、本開示の一実施形態によるＮＧＬ生産プロセス操作およびＬＮＧ生産プロセス操作の最適化のための例示的なプロセス制御システム４００を示す。図４に示されたプロセス制御システム４００の実施形態は、単に説明のためのものである。本開示の範囲から逸脱することなく、プロセス制御システム４００の他の実施形態を使用することができる。
【００２６】
一般に、プロセス制御システム４００は、動的な最適化および調整の技法を実施し、それにより、向上した又は最大の高価値のＮＧＬの採取が実現され、同時に、ＬＮＧトレインでは、向上した又は最適の供給ガス品質も実現される。「全体論的に最良の」操作点は、単に、操作における１つだけの性質にとっての最良点としてではなく、生産プロセス全体に対して達成することができる。供給品質を最適化することにより、ＬＮＧ供給ガス中の窒素などの不活性ガスの量が品質制限まで最大化されることを、確実にすることができる。こうすると、不活性ガスがＬＮＧの料金で販売されるので、投資に対して、向上した又は最大の利益を与えることができる。
【００２７】
特定の実施形態では、制御系統は慎重に調整され、それによりＬＮＧの品質基準が保証される。先進的な制御技法および最適化技法を上流プロセスおよびＬＮＧプロセスの双方に使用することができる。具体的には、動的な調整技法および最適化技法を使用して、別々の場所でプロセスを調整し、それらのプロセスを全体論的な最適状態に至らせる。こうすることは、それが各場所間の適時の調整を保証し、局所的なプロセスだけでなく操作全体にとって最良の経済点へプロセスを至らせるのに役立つので、有利である。
【００２８】
図４に示されるように、プロセス制御システム４００は最適化プロセス制御アプリケーション４０２を含み、このアプリケーションは、ＮＧＬプロセス制御アプリケーション２０２およびＬＮＧプロセス制御アプリケーション３１６と通信し、それらを制御する。幾つかの実施形態では、ＮＧＬプロセス制御アプリケーション２０２とＬＮＧプロセス制御アプリケーション３１６とはまた、互いに通信することもできる。プロセス制御システム２００での「上流」ＮＧＬ生産と、プロセス制御システム３００での「下流」ＬＮＧ加工との両方にわたり共に高レベルの最適化および制御を実施することにより、全体的なプロセスの目的を最適化することができる。これは、全体的な非能率をもたらすことが多い従来の局所レベルの最適化技法に勝る利点を提供する。プロセス制御システム４００は、液化天然ガスの最大量の生産、天然ガス液の最大量の生産、生産される液化天然ガスの品質、全体的な収入または利益の発生、および他のプロセス目的に対して、最適化することができる。
【００２９】
本明細書では、「アプリケーション」という用語は、１または複数のコンピュータ・プログラム、命令セット、手順（プロシージャ）、機能、オブジェクト、クラス、インスタンス、または適切なコンピュータ言語によに実装のために適合された関連するデータを指す。アプリケーションは、操作プロセスの特定の部分を実行および制御するように構成される。アプリケーションはまた、利益、品質、生産量、または他の目的を最高にするように構成され得る。具体的な一例として、各アプリケーションは、操作変数（ＭＶ）と、制御変数（ＣＶ）と、外乱変数（ＤＶ）と、オペレータにより指定された限度内に諸変数が入ることを確実にするための、アプリケーションが動作する制御範囲（control horizon）とにより構成されたり、あるいは、それらを用いて動作することができる。制御変数は、コントローラが、ある指定された動作範囲内または制御内に維持しようとする変数である。操作変数は、制御変数を制御するためにコントローラにより操作される変数である。外乱変数は、制御変数に影響を及ぼすがコントローラでは制御できない変数である。
【００３０】
特定の実施形態では、アプリケーション４０２が収益性または他の定義された目的を増大させるためにどのような自由度も用いることを確実にするように、アプリケーション４０２は、線形計画法（ＬＰ）経済学または二次計画法（ＱＰ）経済学の何れかを用いて構成することができる。これら２つの異なる経済最適化手法は、以下で説明する最小化戦略を使用し、二次最適化（quadratic optimization）はまた、理想的な静止値（または所望される定常状態値）も使用する。目標関数の一般式は以下の通りである。
【００３１】
【数１】
2010523924.tif 000003
【００３２】
上記の式において、
ｂｉはｉ番目の制御変数の線形係数、
ｂｊはｊ番目の操作変数の線形係数
ａｉはｉ番目の制御変数の二次係数、
ａｊはｊ番目の操作変数の二次係数、
ＣＶｉはｉ番目の制御変数の実際の静止値、
ＣＶ０ｉはｉ番目の制御変数の所望される静止値、
ＭＶｊはｊ番目の操作変数の実際の静止値、
ＭＶ０ｊはｊ番目の操作変数の所望される静止値
を表す。
【００３３】
ここに示されたように、１つのアプリケーションの範囲が２０変数以上を含むことがあり、そのそれぞれが線形または二次の最適化目的の何れかに組み込まれ得るので、各アプリケーションの最適化は複雑になり得る。生産プロセスが順次的なものである場合、かつ、一つのアプリケーションにおいての製品の品質またはレートの限度を変更することが他のアプリケーションに影響を及ぼし得る場合には、種々のアプリケーション間には調整関係がある。
【００３４】
以下は、種々のプロセス制御システムの様々なアプリケーションが単独でまたは組み合わされてどのように動作するかを示す例である。これらの例は、単に例示および説明のためのものである。種々のアプリケーションが、個々の必要に応じて他の任意または追加の動作を実行することができる。
【００３５】
パイプライン監視アプリケーション３０２は、パイプライン２１２の差圧を測定することなどにより、パイプライン２１２内の材料を監視する。アプリケーション３０２はまた、ピッグの位置、リーク（漏れ）の有無、またリークがある場合にはその位置、などの操作上の問題も検出する。アプリケーション３０２は、通常操作の過程におけるプロセス決定を支援する。
【００３６】
下流ＬＮＧプロセスにおけるスループットのレートは、ＬＮＧプロセス制御アプリケーション３１６により制御される。それはまた、プロセス能力、ならびにプロセスの潜在能力に影響を及ぼす要因（周囲温度など）の影響も受ける。パイプライン２１２からの材料の消費のレートは、プロセス制御システム３００への入口点におけるパイプライン２１２の圧力に影響を及ぼす。この圧力はまた、ＮＧＬや凝縮液などのような非ＬＮＧ流の質にも影響を及ぼす。
【００３７】
従って、プロセス制御システム３００、ならびにパイプライン２１２から供給を受けるプロセス・ユニットを有する他の何れのシステムも、供給点（プロセス制御システム２００の出口点）における圧力に影響を及ぼし得る。このため、プロセス制御システム２００は、供給点における圧力を制御するが、これは、圧力を増加するためにレートを増加させること、およびその逆のことを伴い得る。例えば、レートを上げるために、プロセス制御システム２００は、貯留層２１０から供給を受ける様々な坑井のチョーク・バルブを開放することができる。１または複数の貯留層２１０には、一般に、様々な坑井を介して到達でき、これらの坑井のそれぞれが、異なる組成からなる原料を産出することが多い。パイプライン２１２に入る原料の総組成は、それぞれの坑井から産出される原料の量の影響を受ける。坑井の何れかが不活性ガスを産出する場合、供給点へ到達する不活性ガスの量は、不活性ガスを産出する坑井からの原料の、坑井の残りのものと比べての、相対量により影響される。プロセス制御システム２００は、ガスと共に最大量のＮＧＬを産出する坑井、または最大の凝縮液対ガス比（ＣＧＲ）を有する坑井に基づいて、あるいは他の目的に応じて、チョーク・バルブを調整することができる。ある坑井が完全に開かれると、プロセス制御システム２００は次に大きい坑井へ移り、このプロセスを、パイプライン２１２の供給点での圧力を上げるのに必要な量のガスが提供されるまで、繰り返す。
【００３８】
プロセス制御システム２００はまた、ガスおよび液体の脱水プロセスの実施、チョーク・バルブの位置調整、砂の産出、ならびに圧力の平衡などのような、局所プロセスの問題も制御する。従って、プロセス制御システム２００は、プロセス制御システム３００により制御されるＬＮＧプロセスへの供給原料に及ぼすその動作の複合的な影響を監視しない。プロセス制御システム３００により制御されるＬＮＧプロセスへ原料を供給するプラットフォームが複数個ある場合には、全体的な供給組成制御は、プロセス制御システム２００とプロセス制御システム３００が絶えず通信しない限り、達成することができない。複数の個別プロセスがある場合、供給点圧力を適正なレベルに維持することさえ困難であり、また、最適な製品組成を保証するための供給原料の適正な組成と適正な圧力とを維持することさえ困難になる。
【００３９】
従って、プロセス制御システム４００は、プロセス制御システム２００とプロセス制御システム３００との協働を容易にするために、使用される。最適化プロセス制御アプリケーション４０２は、高度のオペレータ介入を必要とせずに、これらの局所プロセスの問題を自動的に解決および調整することができる。最適化プロセス制御アプリケーション４０２は、例えば、パイプライン２１２の入口で適切な圧力を得ながらも、最大化した凝縮液回収の要件を満たすことができる。具体的な一例として、プロセス制御システム４００は、最適化プロセス制御アプリケーション４０２と共に、複数のユニット、デバイス、あるいは、システム、例えば、プロセス制御システム２００により制御される上流プロセスや、パイプライン２１２や、プロセス制御システム３００により制御されるＬＮＧプロセスなどにわたって、複数のプロセスを最適化することができる。
【００４０】
プロセス制御システム２００〜４００の操作は、適切な任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せにより実施することができる。例えば、各プロセス制御システムは、１または複数の物理的データ処理システムを含むことができる。また、種々の操作およびアプリケーションの一部または全ては、複数のシステムまたは単一のシステムで実施または実行することもできる（１または複数のシステムが、何れの場所に配置されていても、関連するコントローラおよびプロセス・エレメントを制御するように接続されている限り）。
【００４１】
プロセス制御システム４００は、真の複数ユニット最適化を実現することができる。これは、様々なシステムからの制御および最適化の問題を組み合わせ、それらを一緒に最適化する。これは、プロセス制御システム４００が、全体論的な最適動作点だけでなく、その点に至る最適な経路も決定することを可能にする。プロセス制御システム４００が低レベルの多変数コントローラを調整するので、定常状態に至るまでの総時間は数時間あるいは数日となり得る。
【００４２】
特定の実施形態では、プロセス制御システム４００は、アプリケーション間の変数を動的モデルとリンクするために、ブリッジ・モデルを使用する。変数の遅延（パイプライン２１２内の圧力を上げようとする試行と、圧力の実際の上昇との間の遅延など）は、長遅延またはむだ時間の何れかでモデル化することができる。プロセス制御システム４００は、上流と下流のアプリケーションをリンクして、供給圧力のような変数をパイプライン入口圧力とリンクすることができるように、および周囲温度などの変数を上流アプリケーションまで送り返すことができるようにする。このようにして、プロセス制御システム４００は、複数の上流ステーションにわたってアプリケーションを調整し、凝縮液やＮＧＬなどのような原料の生産量を、全体論的な最適条件におよび制御される各サイト（場所）からの生産量に含める。
【００４３】
各貯留層２１０の坑井はまた、下流の製品に及ぼすそれらの影響が全体的調整の一部になるように、プロセス制御システム４００中に複合的にリンクすることもできる。このようにして、プロセス制御システム４００はまた、上流アプリケーションでのチョーク・バルブの位置の変更と、ＬＮＧ製品または分留トレイン製品に対するその厳密な効果との間の正確な数学的関係を、評価することもできる。従って、凝縮液生産量は、チョーク・バルブ位置の変更とプロセス内で明らかになるその効果との間の時間遅延が長くなる（８〜１２時間を超えるなど）ことがあるとしても、製品の品質の制約条件に対して動的に最大化することができる。
【００４４】
操作全体にわたって（上流生産区域内の源泉（井戸の地上部分の装置、wellhead）からＬＮＧ生産基地の製品タンクまで）制約条件の動的な伝達および調整を用いて、プロセス制御システム４００は、ＮＧＬなど価値のある製品のより高い生産量を可能にすることができる。プロセス制御システムおよびアプリケーションは階層化することができるので、これを実施することは、プロセスの他の範囲をサポートするモデルとの統合の手助けとなる。例えば、ある最適化の中で全ての制約条件が考慮されることを保証するために、貯留層モデルおよびオンライン制約条件、例えば貯留層速度など、を制御機構に含めることができる。
【００４５】
図２ないし図４は、３つのプロセス制御システムを示すが、様々な変更を図２ないし図４に加えることができる。例えば、図２から図４における機能の分割は単に説明のためのものである。図２から図４の種々のエレメントを組み合わせたり省略したりすることができ、また、個別の必要性に応じて更なるコンポーネントを追加することもできる。
【００４６】
図５は、本開示の一実施形態によるＬＮＧプロセスを調整および最適化するための例示的な方法５００を示す。説明を簡単にするために、図２から図４に関連して上述したプロセス制御システム２００〜４００に関して、方法５００を説明する。方法５００は、適切な任意のシステムにより、また、適切な任意のデバイスにおいて用いられてよい。
【００４７】
ステップ５０２で、第１のプロセス制御システムは、貯留層からのＮＧＬ生産プロセスの操作を制御する。これは、例えば、プロセス制御システム２００がＮＧＬ生産プロセスを制御することを含む。
【００４８】
ステップ５０４で、第２のプロセス制御システムは、ＬＮＧ生産プロセスの操作を制御する。これは、例えば、プロセス制御システム３００がＬＮＧ生産プロセスを制御することを含む。
【００４９】
ステップ５０６で、第３のプロセス制御システムは、第１および第２のプロセス制御システムの動作を制御する。これは、例えば、プロセス制御システム４００の最適化プロセス制御アプリケーション４０２が、プロセス制御システム２００〜３００の動作を調整および制御することを含む。
【００５０】
ステップ５０８で、第３のプロセス制御システムは、第１および第２のプロセス制御システムの動作を最適化して、少なくとも１つのプロセス目的を最適化する。これは、例えば、プロセス制御システム４００の最適化プロセス制御アプリケーション４０２が、プロセス制御システム２００〜３００の動作を最適化することを含む。プロセス目的は、利益、製品品質、製品生産量、あるいは他の任意の１または複数のプロセス目的を含むことができる。
【００５１】
図５は、ＬＮＧプロセスの調整および最適化のための方法５００の一例を示すが、様々な変更を図５に加えることができる。例えば、諸ステップのうちの１つ、幾つか、または全てを、必要に応じて何度でも行うことができる。また、図５の種々のステップは、一連のステップとして示されてはいるが、並行に、または異なる順序で行うこともできる。具体的な一例として、図５に示された全てのステップを並行して実施することもできる。
【００５２】
幾つかの実施形態では、上述のプロセス管理システムと関連して実行される種々の機能が、コンピュータ・プログラムにより実行またはサポートされる。このコンピュータ・プログラムは、コンピュータ可読（コンピュータ読み取り可能）のプログラム・コードから形成され、コンピュータ可読媒体において実現される。「コンピュータ可読プログラム・コード」という語句は、ソース・コード、オブジェクト・コードおよび実行可能コードを含む任意の種類のコンピュータ・コードを含む。「コンピュータ可読媒体」という語句は、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ハード・ディスク・ドライブ、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、デジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）、または他の任意の種類のメモリなどのような、コンピュータがアクセスできる任意の種類の媒体を含む。
【００５３】
本明細書全体を通して使用される特定の語および語句の定義を記述しておくことは有益であろう。「結合（couple）」という語およびその派生語は、２つ以上の要素間の何れの直接または間接の連絡をも指し、それらの要素が互いに物理的に接触しているか否かにかかわるものではない。「含む（include）」および「備える（comprise）」という語、ならびにそれらの派生語は、限定なしの含むことを意味する。「または」という語は包含的であって、および／またはを意味する。「〜と関連した」および「それらと関連した」という語句、ならびにそれらの派生語句は、〜を含む、〜内に含まれる、〜と相互接続する、〜を包含する、〜内に包含される、〜へ又は〜と接続する、〜へ又は〜と結合する、〜と連絡（通信）可能な、〜と協働する、インターリーブする、並置する、〜と近接した、〜と結び付けられた、有する、〜の特性を有する、などを意味することもある。「コントローラ」という語は、少なくとも１つの動作を制御する任意のデバイス、システム、またはそれらの一部を意味する。コントローラは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの少なくとも２つのなんらかの組合せとして実施することができる。特定のコントローラと関連した機能は、ローカルかリモートかに関係なく、集中または分散させることができる。
【００５４】
本開示では、特定の実施形態、および一般的にそれと関連した方法を説明したが、これらの実施形態および方法の代替の形態および置換の形態は、当業者には明らかであろう。例えば、本開示の教示は、ＮＧＬおよびＬＮＧの生産システムと共に用いることに限定されず、１または複数の一般に独立したプロセスの全体論的なプロセス制御が有利であろう任意のシステムに、適用することができる。従って、例示的な実施形態についての以上の記述は、本開示を限定も制約もしない。特許請求の範囲により定義される本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の変更、置換および改変も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本開示の一実施形態による例示的なプロセス制御システムを示す。
【図２】図２は、本開示の一実施形態による天然ガス液（ＮＧＬ）生産プロセス操作用の例示的なプロセス制御システムを示す。
【図３】図３は、本開示の一実施形態による液化天然ガス（ＬＮＧ）生産プロセス操作用の例示的なプロセス制御システムを示す。
【図４】図４は、本開示の一実施形態によるＮＧＬ生産プロセス操作およびＬＮＧ生産プロセス操作の最適化のための例示的なプロセス制御システムを示す。
【図５】図５は、本開示の一実施形態によるＬＮＧプロセスの調整および最適化のための例示的な方法を示す。
【図１】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月24日(2010.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のプロセス制御システムを使用して第１のプロセスを制御するステップと、
第２のプロセス制御システムを使用して第２のプロセスを制御するステップと、
前記第１のプロセス制御システムおよび前記第２のプロセス制御システムを共に制御するステップと、
前記第１のプロセス制御システムおよび前記第２のプロセス制御システムの両方を使用して少なくとも１つのプロセス目的を最適化するステップと
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１のプロセスが天然ガス液生産プロセスを含み、
前記第２のプロセスが液化天然ガス生産プロセスを含む、
方法。
【請求項３】
少なくとも１つのプロセッサを含む装置であって、
前記プロセッサは、
第１のプロセスを制御する第１のプロセス制御システムと、第２のプロセスを制御する第２のプロセス制御システムとを同時に制御でき、かつ
前記第１のプロセス制御システムおよび前記第２のプロセス制御システムの両方を使用して少なくとも１つのプロセス目的を最適化することができる、
装置。
【請求項４】
コンピュータ読み取り可能な媒体に記録され、プロセッサにより実行されるように使用可能であるコンピュータ・プログラムであって、
第１のプロセスを制御する第１のプロセス制御システムと、第２のプロセスを制御する第２のプロセス制御システムとを同時に制御するため、および
前記第１のプロセス制御システムおよび前記第２のプロセス制御システムの両方を使用して、少なくとも１つのプロセス目的を最適化するため
のコンピュータ可読プログラム・コードを備え、
前記第１のプロセスが天然ガス液生産プロセスを含み、前記第２のプロセスが液化天然ガス生産プロセスを含むものである、
コンピュータ・プログラム。
【国際調査報告】
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