(57)【要約】【課題】  好ましい原料性状を可能な限り維持したまま予定外の受け入れ、払い出しにも迅速に対応でき、エネルギーコストもより最小となる操作手順をタンクの数が増える等の受け入れ設備が大きく複雑になっても短時間で立案することを可能とする受け入れ設備の制御方法を提供する。【解決手段】  以下の手順で最適運用計画を求める。（ステップ１）流体の移送経路および各移送経路での流体の移送量を、最小費用流問題に当てはめて解を得、（ステップ２）その解に基づき、受け入れ設備を運用した場合の「需要設備で得られる利益」が最大となるように、受け入れ設備の運用計画を求め、（ステップ３）ステップ２で得られた運用計画が、受け入れ設備の制限事項に抵触するか否かを判断する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のタンクを有する受け入れ設備の最適運用計画を、以下の手順で求める方法。
ステップ１：流体の移送経路および各移送経路での流体の移送量を、最小費用流問題に当てはめて解を得、
ステップ２：その解に基づき、受け入れ設備を運用した場合の「需要設備で得られる利益」が最大となるように、受け入れ設備の運用計画を求め、
ステップ３：ステップ２で得られた運用計画が、受け入れ設備の制限事項に抵触するか否かを判断する。
【請求項２】
前記ステップ３において、前記運用計画が受け入れ設備の制限事項に抵触しない場合には、得られた運用計画を最適運用計画とし；
前記ステップ３において、前記運用計画が受け入れ設備の制限事項に抵触する場合には、受け入れ設備の制限事項に抵触しない運用計画が得られるまで、前記ステップ１〜３および下記ステップ４を繰り返す請求項１に記載の最適運用計画を求める方法。
ステップ４：前記ステップ３で得られた「制限事項への抵触」を新たな制約として追加する。
【請求項３】
流体が石油又はナフサのいずれかであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
需要設備がエチレンプラント又は石油精製設備のいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法で求めた運用計画により受け入れ設備を運用することを特徴とする受け入れ設備の制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の制御方法で制御することを特徴とする受け入れ設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油、ナフサ、ガス等の流体を船やタンク車等の輸送手段から受け入れて貯蔵し、エチレンプラントや石油精製設備等の需要設備が要求する最適な性状を有する原料を最小のコストで払い出すことを可能とする受け入れ設備の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の方法は、流体を受け入れ、且つ受け入れた原料を直接的または間接的に供給すべき需要設備に接続された受け入れ設備である限り、特に制限なく適用可能であるが、ここでは説明の便宜のために、該需要設備がエチレンプラントを構成する場合の背景技術について先ず説明する。
【０００３】
エチレンプラントは、石油化学製品の主要な製品であり中間原料でもあるエチレン、プロピレン、ブタジエンその他を製造する重要な設備であり、石油化学コンビナートのセンタープラントとして存在している。エチレンプラントは、その構成から大きく分けると熱分解系、前蒸留系、圧縮系、精製分離系の各段階に分けることができ、同時に多品種の製品を製造することができる大型のプラントであり、高度の信頼性と経済性が求められている。（化学工学  第４７巻  第３号  １８８頁〜１９１頁  １９８３年）  
【０００４】
エチレンプラントの経済性を高めるにはいくつかの手段があるが、その一つには８００℃程度の高温を有する熱分解系等で必要とされるエネルギーの高効率利用であり、その点に関しては種々の方策がなされている。そのほかの経済性向上の手段として重要な点の一つが、付加価値の高い製品をより多く得ることである。
【０００５】
エチレンプラントは、通常、ナフサ、エタン、天然ガス等の原料を熱分解の後に精製することで、すでに述べたようなエチレン、プロピレン、ブタジエンのみだけでなく、メタン、Ｃ５留分、分解ガソリン等種々の製品を同時に製造するプラントである。これらの各製品は、その需給バランス等による市況の変化でその価格（すなわち付加価値）が大きく変化する。従って、ある時点ではエチレンの付加価値が最も高くなり、また別の時点ではその他の製品の付加価値が高くなることがある。エチレンプラントを効率的に運用するにはその時点でトータルとして最も付加価値の高い製品群を製造することが必要であり、このような観点から各製品の収率（以下「製品収率」という。）が重要である。
【０００６】
エチレンプラントの製品収率は、熱分解系での分解温度等の運転条件の調整によっても、ある程度制御することは可能である。しかしながら、エチレンプラントの製品収率に影響する最も大きな要因は、エチレンプラントに用いるべき原料の性状（以下「銘柄」ともいう）であることが一般に知られている。
【０００７】
日本におけるエチレンプラントの原料は、そのほとんどがナフサであるが、ナフサにも種々の性状のものがあり、その価格も多種多様である。一般には、付加価値の高いエチレンを最も多量に製造できる性状を有するものが好ましいが、当然価格も高くなる。また、安価なナフサではエチレンプラントに好ましくない水銀等の不純物の含有量が多く使用量が制限されたり、製品収率が大きく変化し付加価値の低い製品が多くなったりするため、コンビナート全体が必要とする各製品の需要をまかなうことが困難になる恐れがある。通常、コンビナートはエチレンプラントの製品収率に合わせて各誘導品の製造設備が作られているので、製品収率が大きく変わる原料の変化は好ましいものではない。しかしながら、安価な原料をより多く用いることができれば、経済的により効率的なエチレンプラントの運用が可能なことはいうまでもない。
【０００８】
一般にエチレンプラントや石油精製設備に用いられる原料は、船やタンク車等の輸送手段によって供給元地域から需要先地域に輸送される。近年は輸送効率を高めるために大型タンカー等で大量に輸送されるようになっている。一方、需要先地域でのこれらの原料の利用量はその設備の能力や利用効率の都合で変動するが、通常時は一定量を消費する。この原料の輸送効率を向上することと一定の消費量をまかなうこととの関係を満たすために、エチレンプラントや石油精製設備等の需要設備は輸送された原料を一時保管する場所、すなわち受け入れ設備を通常設けている。
【０００９】
受け入れ設備は、通常、原料を貯蔵するタンク、船やタンク車等の輸送手段からタンクへ原料を移し替えるライン、タンクから需要設備へ原料を送るライン並びに各ラインで原料を流すためのポンプ及び各ラインの開閉を制御するバルブを有している。また、タンクが複数個存在する場合は各タンク間で原料を移送させるためのライン、ポンプ及びバルブ等を有することもある。更に輸送手段からタンクへの或いはタンクから需要設備へのライン、ポンプ及びバルブがそれぞれ複数個存在する場合もある。
【００１０】
原料が輸送手段により受け入れ設備に届くタイミングは通常前もって予定されており、一方需要設備での消費量もある程度予測される。従って、受け入れ設備全体での初期の原料の保持量がわかれば、輸送手段から受け入れた量から需要設備に払い出した量を減算することで、ある時点での受け入れ設備全体に保持されている原料の保持量、すなわちタンクの貯蔵量がわかる。タンクが複数個存在する場合も各タンク間の受け入れ、払い出しを同様に考えることで各タンクの原料の貯蔵量がわかる。
【００１１】
ここで、タンクの貯蔵量（複数個のタンクが存在する場合は各タンクの貯蔵量）を適切に制御しておかないと、例えば、以下のような障害が起こる可能性がある。
１）輸送手段で原料が到着した際に、タンクの空き容量が足りなくなり迅速な受け入れができなくなり、ひいては輸送手段の待機コスト（例えば、船の場合の滞船料等）が発生する；
２）タンクの原料貯蔵量が過小になると、需要設備が必要とする単位時間あたりの原料を受け入れ設備から払い出すことができず、結果として需要設備の運転に支障を来す、等。
【００１２】
例えば１）の障害が生じた場合、複数個のタンクを有する受け入れ設備では設備全体でのタンクの空き容量は充分でも、そのラインの構成によっては輸送手段から受け入れられるタンクに制限ができ結果としてタンク間の移送等の調整が必要になることがある。また、前述のように例えばエチレンプラントにおいては、その原料として種々の性状のナフサを受け入れることが経済性の上で重要であるが、既にタンクに存在する原料の性状によっては新たに届いた原料と混合することが好ましくないことも起こりうる。特に、予定外のスケジュールで安価な原料を入手できた際に、その受け入れの対応が間に合わなくなる可能性が考えられる。
【００１３】
また、２）の障害が生じた場合、需要設備が要求する物理的な原料の量を払い出すだけでなく、例えば需要設備がエチレンプラントの場合、その時点で最も付加価値の高い製品を最大限得られる製品収率を実現できる性状の原料を払い出すことが好ましい。従って、二種以上の性状の原料を別のタンクに保持している場合には、単純な物理的な量のみならずより好ましい性状として需要設備に払い出すよう制御することが好ましい。そのために、各タンクからの個々の払い出し量を制御したり、或いはあらかじめ別のタンクで混合して性状を一定にしておく等の方策を採ることが必要になることがある。更に、原料中に含まれる設備に好ましくない不純物の含有量を一定以下に抑えるためにも、最終的な需要設備に払い出す原料の調整が必要になる場合がある。
【００１４】
加えて、特に需要設備がエチレンプラントの場合、払い出す原料の性状に関していわゆる「プラントネック」を考慮することが重要になる場合がある。
【００１５】
今まで述べてきたように、エチレンプラントは原料の性状により製品収率が大きく変化する。一般に設備の工程或いは機器の能力は、標準的な原料（の性状）を前提に設計・構築される。したがって、最大生産しようとしたとき、使用する原料の組合せにより、特定の蒸留塔が能力の限界に達したり、圧縮機が能力の限界に達したりで律速となり、それ以上の生産は不可能となる。このことを「プラントネック」という。
【００１６】
このように、供給原料の性状によってプラントネックとなる場所も変化し、それによって生産量も変化することから、トータルとして最も付加価値の高い製品を生産するためにはプラントネックも考慮した原料供給が重要である。
【００１７】
また、石油精製設備においても、より高付加価値な製品を最大限得ることが可能で、且つ設備のプラントネックも考慮した原料の供給が必要であり、その点ではエチレンプラント同様である。
【００１８】
以上述べたように、受け入れ設備の効率的な制御には種々の要因が絡んでいる。また原料の受け入れ、払い出しに関しても、スポットでの原料入手や需要設備の運転状況の変化等予想が困難で且つ非定常な要素に左右される。
【００１９】
更に、輸送手段からの受け入れ、需要設備への払い出し、タンク空き容量や原料性状の調整のためのタンク間での移液には、いずれもポンプ運転等のエネルギーが必要である。従って、いずれの場合でもその原料移動は最小限であることが好ましい。しかも、今まで述べたように種々の要素が絡んでくることに加えて、通常受け入れ設備は複数個のタンクを有し、その数に準じてライン、ポンプ、バルブ等の数も増大し、その操作の組み合わせは膨大な数に上ることになり、受け入れ設備の最適な制御計画を短時間で立案することは非常に困難である。
【００２０】
【非特許文献１】化学工学  第４７巻  第３号  １８８頁〜１９１頁  １９８３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
受け入れ設備の制御方法は、より好ましい性状の原料を事前に或いは需要設備に送りつつ調整し且つ需要設備が必要とする量を払い出しつつ、輸送手段からの受け入れを遅滞なく実行可能なようにタンクの空き容量を調整する最適解に基づくものであり、予想される経時変化のみならず時間の経過と共に非定常な外的要因も増えることから常に最新情報に基づいて常に見直す必要があり、単純な試行錯誤では実質的な制御が行えない場合がある。
【００２２】
また、原料の受け入れ、払い出し、タンク間の移液等の制御に係るエネルギーを最小限にすることが好ましいが、操作の組み合わせが多数存在する場合、最適解を求める手間が非常に膨大になる。
【００２３】
更に、タンクの数が増加すると更に操作の組み合わせが増加し、実質的に解を求めることができなくなる恐れがある。
【００２４】
本発明の目的は、上述した従来技術における問題点を解消することが可能な、受け入れ設備の最適運用計画を求める方法を提供することにある。
【００２５】
本発明の他の目的は、好ましい原料性状を可能な限り維持したまま予定外の受け入れ、払い出しにも迅速に対応でき、エネルギーコストもより最小となる操作手順をタンクの数が増える等の受け入れ設備が大きく複雑になっても短時間で立案することを可能とする受け入れ設備の最適運用計画を求める方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた。その結果、受け入れ設備の制御方法において、（１）受け入れ設備における流体の移動経路及び各移動経路での移動量を最小費用流問題に当てはめて解を得、（２）その解を受け入れ設備の運転計画に適用した際、需要設備で得られる利益及び制限事項への抵触（以上合わせて「評価」と記す場合もある。）を求め、そして必要に応じて、（３）利益は大きく制限事項への抵触は小さくする、すなわち評価をより大きくするように運転計画の修正を行いより最適な運転計画を立案する以上の３工程を行うことで課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【００２７】
即ち、本発明（Ｉ）は、複数個のタンクを有する受け入れ設備の最適運用計画を、以下の手順で求める方法である。
ステップ１：流体の移送経路および各移送経路での流体の移送量を、最小費用流問題に当てはめて解を得、
ステップ２：その解に基づき、受け入れ設備を運用した場合の「需要設備で得られる利益」が最大となるように、受け入れ設備の運用計画を求め、
ステップ３：ステップ２で得られた運用計画が、受け入れ設備の制限事項に抵触するか否かを判断する。
【００２８】
本発明（II）は、前記ステップ３において、前記運用計画が受け入れ設備の制限事項に抵触しない場合には、得られた運用計画を最適運用計画とし；
前記ステップ３において、前記運用計画が受け入れ設備の制限事項に抵触する場合には、受け入れ設備の制限事項に抵触しない運用計画が得られるまで、前記ステップ１〜３および下記ステップ４を繰り返す請求項１に記載の最適運用計画を求める方法である。
ステップ４：前記ステップ３で得られた「制限事項への抵触」を新たな制約として追加する。
上記構成を有する本発明の方法によれば、受け入れ設備の制御方法であり、ナフサタンク配管網、購入するナフサの銘柄及び日付の情報、各銘柄ごとの月初め及び月終わりのタンク内の在庫、各日ごとの各需要先プラントに対するフィード量を入力として与えたとき、最小費用流問題を適用することで、プラント、タンク、ポンプ等における制約をすべて満たした実行可能なある期間（例えば、一か月分）のタンク繰りスケジュールを出力することを特徴とする。
本発明は、例えば、以下の態様を含む。
（１）複数個のタンクを有する受け入れ設備の最適運用計画を、以下の手順で求める方法。
ステップ１：流体の移送経路および各移送経路での流体の移送量を、最小費用流問題に当てはめて解を得、
ステップ２：その解に基づき、受け入れ設備を運用した場合の「需要設備で得られる利益」が最大となるように、受け入れ設備の運用計画を求め、
ステップ３：ステップ２で得られた運用計画が、受け入れ設備の制限事項に抵触するか否かを判断する。
【００２９】
（２）前記ステップ３において、前記運用計画が受け入れ設備の制限事項に抵触しない場合には、得られた運用計画を最適運用計画とし；
前記ステップ３において、前記運用計画が受け入れ設備の制限事項に抵触する場合には、受け入れ設備の制限事項に抵触しない運用計画が得られるまで、前記ステップ１〜３および下記ステップ４を繰り返す（１）に記載の最適運用計画を求める方法。
ステップ４：前記ステップ３で得られた「制限事項への抵触」を新たな制約として追加する。
【００３０】
（３）流体が石油又はナフサのいずれかであることを特徴とする（１）又は（２）のいずれかに記載の方法。
【００３１】
（４）需要設備がエチレンプラント又は石油精製設備のいずれかであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
【００３２】
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載の方法で求めた運用計画により受け入れ設備を運用することを特徴とする受け入れ設備の制御方法。
【００３３】
（６）（５）に記載の制御方法で制御することを特徴とする受け入れ設備。
【発明の効果】
【００３４】
本発明を用いれば、好ましい原料性状を可能な限り維持したまま予定外の受け入れ、払い出しにも迅速に対応でき、エネルギーコストもより最小となる操作手順をタンクの数が増える等の受け入れ設備が大きく複雑になっても短時間で受け入れ設備の制御方法を立案し実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（本発明の一態様）
以下本発明を、受け入れ設備からの払い出し先である需要設備としてエチレンプラントを用いた態様を例にとって説明する。なお、本発明は需要設備がエチレンプラントの場合にのみ限定されるものではなく、本発明の受け入れ設備と同様の受け入れ設備を有するものであれば、需要設備に特に制限はない。
【００３６】
また、流体の具体例にはナフサを、該流体の受け入れ設備への供給元（以下「輸送手段」とも記す。）の具体例には船を挙げて説明するが、これらも需要設備がエチレンプラントの場合の一例であり、例えば輸送手段としてタンクローリーを適用してもよく、また近隣の石油精製設備からのパイプライン等での供給であっても差し支えない。
【００３７】
（最小費用流問題）
まず、「最小費用流問題」について説明する。「最小費用流問題」とは、節点（例えば本発明では輸送手段、タンク、需要設備、及び各ライン等）を有向枝（例えば本発明ではポンプやバルブ等）で結んだネットワークにおいて、それぞれの有向枝に対して、下記の（１）および（２）からなる「重み付け」を行う。
【００３８】
（１）その有向枝に単位時間に流せる情報や物質（例えば本発明ではナフサ）の量の上限（以下単に「容量」ともいう。）。（２）その有向枝を利用した際に係る費用。
【００３９】
次いで、節点間で物質を送る際に、どの有向枝にどれだけの量の情報や物質を流せば最も安価な費用で必要な量を送ることができるかを考える問題である（この最小費用流問題の詳細に関しては、例えば、浅野孝夫「情報と構造」日本評論社、１９９４年を参照することができる。）。
【００４０】
（より具体的な態様）
図１は、最小費用流問題の概略的なイメージを説明するためのフロー図である。以下、この図１を参照しつつ、最小費用流問題について、より具体的に説明する。
図１を参照して、始点Ａ、終点Ｂ、節点１〜節点３を持ち、それぞれが図１で示す有向枝で結ばれたネットワークが存在するとする。各有向枝には容量と費用が与えられそれぞれ（容量、費用）で記載されている。ここで、始点Ａから終点Ｂまで１０の量を輸送する場合、そのコストが最も安くなる流路を探索することが最小費用流問題を解くことである。
【００４１】
本例の結論としては、始点Ａ→節点１→節点２までの経路に８を流し、節点２→終点Ｂにはそのうちの７を、節点２→節点３には１を、また始点Ａ→節点３までに２を流し節点３で節点２から流された１と合わせて節点３→終点Ｂに３を流すことが最も費用を抑える解となる。
【００４２】
このような比較的簡単なネットワークモデルであっても、重み付けを行うことなく総当たりで検討するとその組み合わせの数は膨大になり、結果として解を求めることが非常に困難となる。
【００４３】
ここで、容量と費用には種々の要素が関連するが、受け入れ設備の場合、以下のような要素が考えられる。１）設備的制限２）その時点での特異的な制限３）運用上の制限４）その他の制限  以下、これらの各制限についてより具体的に説明する。
【００４４】
（設備的制限）
上記した制限のうち、第１に、設備的制限が挙げられる。受け入れ設備の構成には、大きく分けてタンクとラインが存在する。輸送手段及び需要設備も広義の意味ではタンクと同等であると考えられるので、ここに加えることができる。タンクには、その物理的な数と各タンクの容量による制限が存在する。一方、各タンク間、或いは輸送設備から受け入れ設備、受け入れ設備から需要設備の接続状態は、各要素間のラインの有無により決定されることからラインの要素と考えることとする。ラインの要素として最も一般的にはＯＮ−ＯＦＦ弁が存在し、時々刻々の接続状態を規定する。他のラインの要素としては、ポンプ或いは逆止弁等による流量の制限や方向の制限が存在する。これらの制限は、設備の物理的な要件であり通常その変更は不可能と設定され、ネットワークモデルの基礎となる部分である。
【００４５】
（その時点での特異的な制限）
第２に、その時点での特異的な制限が挙げられる。この種の制限は、受け入れ設備の運用によって時々刻々と変化する要素が考えられる。例えば、ある時点での受け入れ設備全体或いは各タンクでのナフサの保持量や性状等である。また、輸送手段からのナフサの供給量、タイミング及びその性状等もその一種である。更には需要設備の運転状況の変化やコンビナート全体の運転状況の変化、更には市況等による要素も考えた際のナフサの性状と要求量も同様である。
【００４６】
これらは、受け入れ設備のある時点での状況を、ナフサの挙動から見た場合の制限事項といえる。言い換えるならば、上記した第１の「設備的制限」に基づいて作成されたネットワークモデルに対して、解を求める際に与えるデータといえるものである。
【００４７】
（運用上の制限）
第３に、運用上の制限が挙げられる。この種の制限としては、モデルとして考慮する重要性は低いが、現実の受け入れ設備にとっては重要となる制限事項が挙げられる。
例えば、その時点でのタンクやラインの使用状況に由来する制限である。受け入れ設備では、タンクやラインを同時に二種以上のナフサが通ることは原則として許されない。また、タンクには原則として受け入れと払い出しは同時にはできない。もちろん、ネットワークモデルとしてそのような状況を設定し検討することは可能だが、現実の運用では非常に困難である。従って、もし設定する場合には大きな費用をペナルティとしてかけ、解として不適格とするようにしておくことが必要である。
【００４８】
また、法規上の制限も同様である。例えばタンクレベルチェック等のための静置時間（いわゆる「スロッシング対策」）等である。これらも、モデルに基づき解を求める際に考慮する重要性は低いが、現実の受け入れ設備の運転には考慮することが必要になってくる。
【００４９】
（その他の制限）
第４に、「その他の制限」が挙げられる。上記した第１〜第３の制限に加えて制限として考慮する点としては、一つのタンクへ複数の性状のナフサを入れた場合の挙動である。具体的には、現在タンクにある性状のナフサが入っている時にその性状と異なるナフサを入れた場合のことを指す。
【００５０】
ここでいう「性状」とは、例えば、具体的にはナフサの比重を表す。具体的には現在タンク内にあるナフサより比重の大きいナフサがそのタンクに入れられたとすると、新たに入れられたナフサが下層、最初から入っていたナフサが上層というようにタンク内で複数の層を形成する。この場合タンクから取り出せるのは一番下の層からとなり、払い出し順に制限ができることになる。
【００５１】
逆に、タンク内のナフサより比重の小さいナフサがタンクに入れられた場合は、二種類の銘柄はタンク内で混合して異なる性状のナフサとなり、あたかも新たな性状のナフサが誕生したかのようになる。この場合の物性は、原則として比重も含めて各ナフサの物性の加重平均となる。
【００５２】
このように性状の異なるナフサを一つのタンクに入れた場合は、層を形成する（払い出しの順序に制限が生じる）場合と、混合により見かけ上新しい性状のナフサが生成する場合とがある。これらの相違を考慮して解を求めることは非常に困難となるため、現状では混合のケースは所与の条件として与え、層を形成する場合のみを解とすることとする。しかしながら、実際の受け入れ設備の運用では避けられない制限となる。
【００５３】
（移動経路・移動量の最小費用流問題への適用）
以下、受け入れ設備における流体の移動経路及び各移動経路での移動量を最小費用流問題に当てはめる点について、より具体的に説明する。
【００５４】
受け入れ設備の制御方法を最小費用流問題に適用するには、定式化することが重要である。このために、受け入れ設備の構成を、図２あるいは図３に示すグラフ構造に置き換えることとする。
【００５５】
具体的には前述したように、需要設備としてエチレンプラント、受け入れ設備への原料の輸送手段として船、原料としてナフサを想定した、いわゆるエチレンプラントへ原料を供給するナフサタンクを「受け入れ設備」の代表例として、そのタンク繰りスケジューリングの立案の過程について説明する。
【００５６】
グラフ問題として定式化するために、まずはナフサタンク配管網をグラフ構造に置き換える。配管網の構成要素は、タンク、ポート（シーバース）、プラント、ナフサが通過する配管、ナフサをせき止めるための弁、逆流を防ぐための弁（逆止弁）、ナフサを送るためのポンプ等からなる。このうち、タンク、ポート、プラント及び配管を節点に、弁、逆止弁、ポンプを枝に対応付ける。
【００５７】
枝の張り方は、弁及びポンプについては両方向に一本ずつ、逆止弁については一方向に一本のみとなる。
【００５８】
ここに、Ｖを節点集合、Ｅを枝集合とする有向グラフＧ＝（Ｖ，Ｅ）とし、ナフサの流れをネットワークフローで表現して最小費用流問題を適用可能とする。こうすることで、次のような最小費用流問題とすることができる。
【００５９】
入力：有向グラフＧ＝（Ｖ，Ｅ）
各枝ｅ∈Ｅに対する正の実数の容量ｃａｐ（ｅ）、非負の実数の費用ｃｏｓｔ（ｅ）、入り口（ソース）Ｓ⊂Ｖ、出口（シンク）Ｔ⊂Ｖ、ｓ∈Ｓに対する正の実数の送出量ｐｕｔ（ｓ）、ｔ∈Ｔに対する正の実数の受け入れ量ｇｅｔ（ｔ）、等を持つネットワークＮ＝（Ｇ，ｃａｐ，ｃｏｓｔ，Ｓ，Ｔ，ｐｕｔ，ｇｅｔ）
【００６０】
出力：各枝ｅ∈Ｅの流量がｃａｐ（ｅ）以下となるＳからＴへの費用最小となる流れ
【００６１】
（最小費用流を用いたアルゴリズム）
この最小費用流を用いたアルゴリズムでは、与えられた銘柄集合に対する実行可能なスケジュールを得るために以下の方法を取る。
【００６２】
まず、銘柄を比重の大きな順にソートする。次に、最初の銘柄から順番に各ｉ番目の銘柄に対し、ナフサタンク配管のグラフＧ＝（Ｖ，Ｅ）、月初めの在庫量Ｔｓti、月終わりの在庫量Ｔｅti、ナフサ購入量（入庫量）Ｐｌdi、プラントへのフィード量Ｆdki、ペナルティ情報Ｐｅを用いて、ネットワークＮiを構成し銘柄iの最小費用流を計算する（図４参照）。
【００６３】
この中のペナルティ情報は、入力として与えられるものではなく、他の銘柄について最小費用流をアルゴリズムを実行した結果によって設定し、与えられている種々の制約を満足させるために流れを制御するという意味でネットワーク構築時にｃｏｓｔ（ｅ）に加算される。
【００６４】
これを全銘柄に対して一通り行うことを、一つのラウンドと定義する。今回のアルゴリズムでは、ペナルティ情報を随時更新しつつ、このラウンドを繰り返すことで、解を少しずつ最適な実行可能解に近づけていく。ペナルティ情報は、異なる銘柄の流れがぶつからないように考慮しなければならないため、ラウンドを繰り返すことで次第に与えられた制約をクリアするように構築する。したがって、最初のラウンドではｃｏｓｔ（ｅ）に加算されるペナルティコストは非常に小さく設定し、ラウンドを繰り返すにしたがって次第に大きくしていく。また最後のラウンドでは、制約を確実に満足させるために、ペナルティ情報を基に、枝の削除を行う。
【００６５】
（アルゴリズム）
図４のフローチャートにおける、諸定義は以下の通りである。
諸定義；
Ｍは、銘柄の集合、Ｒはラウンド数の上限を表す。ＭａｋｅＮｅｔＷｏｒｋはネットワークをモデルを構築する関数、ＭｉｎＣｏｓｔＦｌｏｗは最小費用流を解く関数とする。ＭＣＦiには、最小費用流の出力が格納される。
【００６６】
手順；
ステップ１：与えられた銘柄集合Ｍを比重の大きい順にｍ1，ｍ2、・・・ｍbとする。またここで、ｉ＝１、ｒ＝１。
ステップ２：ｍi∈Ｍに対して、Ｎ＝ＭａｋｅＮｅｔＷｏｒｋ（Ｇ，Ｔｓi，Ｔｅi，Ｐi，Ｐｅ）を実行。
ステップ３：ＭＣＦi＝ＭｉｎＣｏｓｔＦｌｏｗ（Ｎ）
ステップ４：ＭＣＦiよりＰｅを更新。ｉ＜ｂならｉ＝ｉ＋１としてステップ２へ。
ステップ５：ｒ＜Ｒなら、ｉ＝１、ｒ＝ｒ＋１してステップ２へ。
ステップ６：｛ＭＣＦ1，・・・，ＭＣＦb｝を経路情報に分解してスケジュール時間を割り当てる。
【００６７】
このように最小費用流を解くことで、ナフサタンクのスケジューリング問題を解くことができる。
次に、前述したさまざまな制約を考慮しつつ最小費用流を解く手段の例を説明する。
まず、設備的な制限、ここではタンク容量を超えない範囲でナフサを蓄える手段を説明する。各タンクには, それぞれ容量が与えられており、この容量を越えてナフサを蓄えることは出来ない。この制約を満足させるために、各タンク間の在庫量を引き継ぐネットワークの枝、時間推移枝の容量を操作する。この時間推移枝は、図３においては各タンク間をつなぐ太表示の線のことである。
具体的には、時間推移枝を介して流される銘柄ｉの流量、言い換えると銘柄ｉのタンク占有量をｆiと表すことにすると、タンクｔの容量ｓｉｚｅ（ｔ）に対して時間推移枝ｅtの容量Ｃａｐ（ｅt）を、各ラウンドにおいて
Ｃａｐ（ｅt）＝ｓｉｚｅ（ｔ）−Σｆiとする。もちろん、タンク内のナフサを精度よく管理するためには、ｆiは各ラウンドにおける銘柄ｉの最新の結果である流量を用いるほうがよく、また必要なら外気温による体積流量の補正などを行えばさらに精度が向上する。
次の制約の例として、運用上の制約、ここではシーバースからナフサを受け入れる際の制約を守るための手段を例に説明する。
この時の受け入れの制約の主なものは、
（１）同時に複数タンクに受け入れしない
（２）経路は単独にする
（３）受入タンクは受入開始の一定時間前までに受入量分の空きを作っておく必要がある
（４）受入タンクは受入開始の一定時間前から受入終了後一定時間の間は、他の受入や払い出しを行ってはならない
などである。
これら（１）−（４）を満たすスケジュールを得るために、受入日ｄに指定されたタンクｔでは受入れのみの操作を行い他の操作を禁止し、受入れに必要な空きは前日ｄ−１までに作ることにしている。 
以下に具体的な方法を説明する。 
受入れる銘柄ｉに対するネットワークモデルを構築する際に、シーバースを表す節点の流量をＩとすると、
ア．受入れ日ｄの受入れタンクｔに対応した節点ｖtdをシンクとする。流量はＩとする。
イ．次の日ｄ＋１の受入れタンクｔに対応した節点ｖtd+1 をソースとする。流量は同じくＩとする。
ウ．受入れ日ｄの受入れタンクｔに対応した節点について、シーバースから受入れるための枝および時間推移枝を除く全ての枝を削除する。
エ．受入日前日ｄ−１および受入日ｄの受入れタンクｔに関する時間推移枝ｅの容量Ｃａｐ（ｅtd-1）とＣａｐ（ｅtd）を、タンク容量Ｓｉｚｅと各銘柄の流量（タンク占有量）ｆを使って以下のように設定する。
Ｃａｐ（ｅtd-1）＝Ｓｉｚｅ（ｖt）−Σｆid-1−Ｉ
Ｃａｐ（ｅtd）＝Ｓｉｚｅ（ｖt）−Σｆid−Ｉ
こうすることにより、ア．およびイ．によって指定された量をシーバースからタンクに受入れることが保証され、またウ．によって受入れタンクの受入れ以外の操作をできなくすることができる。さらにエ．によって、前日までに指定量分のタンク空き容量を確保する。
次に、特定の銘柄同士を混合して特定の組成を作り上げたい場合などに必要となる、異なる銘柄を混合させずに制御する方法について述べる。
ここでは、２種類の銘柄ｍ1，ｍ2について、各銘柄が節点独立な経路を得るためのペナルティコストの設定方法を例として取り上げる。
各銘柄について図６（ａ）のようなネットワークが与えられているとする。ここで枝に書かれた数字はコストを表しており、ｍ1とｍ2はそれぞれ異なったソースｓから異なったシンクｔを目指すことを考える。説明の簡単化のため、 枝の容量に制限はないことにする。
まずラウンド１としてｍ1について最小費用流を計算する図６（ｂ）。次にｍ2について計算を行うが、ペナルティコストを設定しない場合は図６（ｃ）のような流れとなることは容易に理解できる。これではいくら頑張っても２種類の銘柄が節点独立な経路を取ることはできない。そこでｍ2についてネットワークを構築する際、ｍ1が辿った経路をチェックする図６（ｄ）。そして、流れのあった全ての節点(ただし始点と終点は除く)についてペナルティコストを与える図７（ｅ）。この例では、簡単のためペナルティコストの値は３で統一する。
次に、このペナルティコストを初期コストに上乗せしてｍ2の最小費用流を計算すると、各接点で加算されコスト高となる図６（ｃ）の経路を嫌い、図７（ｆ）のような経路が得られる。これでラウンド１を終了する。
次にラウンド２として銘柄ｍ1から再び計算を行うのだが、このときラウンド１でｍ2のネットワーク構築時にとった方法と同じように ｍ2の流れをたどり、流れのあった全ての節点についてペナルティコストを与える図７（ｇ）。そして、そのペナルティコストを考慮して最小費用流を計算すると図７（ｈ）のようなフローが得られる。
この例の場合はラウンドを繰り返してもフローは図８（ｉ）の状態で収束するが、銘柄や経路が増えても同様の方法で節点独立に流すことができる。
以上説明したように、前述した制約はペナルティ情報を上手く設定するなどすることでこれらを満足するタンク運用スケジュールを生成させ得る。
【００６８】
次にプラントのネックポイントを考慮した生産量モデルについて説明する。言うまでもなくプラントネックを考慮しない場合、原料供給可能量を全量払い出してもプラントネックの処理能力を超えてしまい、結果として供給過多になることがあるためである。
【００６９】
以下、具体的に説明する。
供給される原料の銘柄と混合比率（性状）と量が判明すれば、それぞれの原料の製品収率から各留分の生成量を算定することができる。より詳細には、得られた製品収率から各留分の量を算定し、該量がプラントのネックポイントに律速されるか否かを判定し、律速される場合には当該留分の生産量を律速量で制限し、その律速量と製品収率とを使ってプラントへの供給量を制限する形で反映させる。複数の留分が律速される場合には、そのうちで最も供給量を少なくするものが最も強い制約となり、すなわちプラントネックを考慮した供給量である。生産量モデルとして線形計画問題（Liner Programming Problem，以下「ＬＰ」と言う。）や２次計画問題（Quadratic Programming Problem）等を用いれば、これらプラントネックも考慮された生産量をより容易に得ることができる。
【００７０】
（供給原料の評価値の算定）
次に、供給原料の評価値を算定する方法について説明する。
例えば、各留分の限界利益を使って、おのおのの留分の生産量にそれぞれの限界利益を乗じてその総和を求めることで供給原料の評価を定量化する。もちろん、使用する留分毎の限界利益は、市況その他に応じて見直すことが精度の高い計算のために不可欠である。このようにして評価関数を決めると、前述の例えばＬＰを使った生産量モデルで評価関数を最大化するように計算することで、利益が最大となる原料の組み合わせ、及びそれらの量を得ることが可能となる。
【００７１】
（最適な供給計画の探索）
更に、最適な供給計画を探索する方法について説明する。
まず、例えば在庫等の形で全てのタンクにある取り出し可能な銘柄を前述のＬＰを使った生産量モデルに入力し、前述の評価関数が最大となる組み合わせを探索させる。この解は通常、容易に得ることができる。次に、この解が実現可能かどうかを判定する必要がある。
【００７２】
そこで、生産量モデルが算定した混合率を、最小費用流問題を解く際の制約、例えば日毎の計画を作成するのであれば計画日の終わりにおける各銘柄の在庫の制約等の形に変換して与える。この後に最小費用流を解き、実現可能であればそれがすなわち最適解であるが、多くの場合は、上述した第１〜第４の制限等により、そのまま実現することはない。そこで次に、最小費用流問題を解く際に前述の制限に掛かった銘柄に関する制限事項を新たな制約として追加して、再度生産量モデルに入力する。このようにして再度生産量モデルからのアウトプットであるその時点で収益最大となる原料ナフサ銘柄の組み合わせを再度最小費用流問題として解き、実現可能かどうかを評価する。実現可能であれば、このスケジューリングを実際の受け入れ設備の制御計画として採用し、実現不可能であればもう一度、制限に掛かる銘柄の制約を追加して生産量モデルを解く。このように、生産量モデルと最小費用流を組み合わせ、やり取りを繰り返すことにより、最終的に必ず現時点で実現可能な収益最大となる供給原料の組み合わせとその量を算定することができ、例えば日毎の受け入れ設備の最適制御計画を立案することが可能である。
【００７３】
（単純化した例）
更に具体的に説明する。まず、最も簡単な例として、受け入れ設備と払い出し設備がそれぞれ一つを有し、受け入れタンクが２つの場合を考える。図５は、このような系を模式的に示すブロック図である。
【００７４】
タンクＴ１、Ｔ２はそれぞれナフサを既に受け入れ済みの状態とし、プラントへの最大供給量Ｍに対して充分な供給余力とタンク容量に対する充分な余裕がある。タンク間の移液は双方向に可能であるが、プラントへの送給はどちらか一方のみから可能であり、現在はタンクＴ１から供給しているとする。製品収率は簡単のためエチレンとプロピレンのみを考慮し、Ｔ１に在庫しているナフサのエチレン収率は１．１α％でプロピレン収率は０．７β％、Ｔ２に在庫しているナフサは、エチレン収率は０．８α％でプロピレン収率は０．９β％とする。更に、３時間後にタンクＴ２にエチレン収率は１．０α％でプロピレン収率は０．８β％なるナフサを静置時間も含めて３時間かけて受け入れることが決まっているとする。なお、これ以外の制約は考えないものとする。α％とβ％は、プラントへ平均的なナフサを最大供給量（＝Ｍ）で供給したときにその性状がプラントネックとなる収率であり、従ってエチレンの最大生産量はＭαで、プロピレンの最大生産量はＭβで表現される。
【００７５】
まず、ＬＰで計算する生産量モデルに、現在取り出し可能なナフサとしてタンクＴ１のナフサとＴ２のナフサの銘柄が入力される。生産量モデルは、製品収率や限界利益、プラントの制約等を基に、収益を最大にする混合率はＴ１ナフサ：Ｔ２ナフサ＝３４：６６であると算定した。
【００７６】
この情報を得て最小費用流問題を解いた結果、タンクＴ１からＴ２へ移液させつつプラントへも供給量Ｍで供給する計画が提示され、タンクＴ２内のナフサ性状がＴ１ナフサ：Ｔ２ナフサ＝３４：６６となったら、プラントフィードをタンクＴ２に切り換えるという解が提示される。
【００７７】
（３時間後の計画）
タンクＴ２に新銘柄のナフサを受け入れるため、タンクＴ２は３時間の間払い出しが不可能となる。そこで、ＬＰを用いた生産量モデルはタンクＴ２のナフサを取り出し可能なナフサから外した解、すなわちプラント送給全量をタンクＴ１から行う計画を立案する。この場合、他にプラントの制約等がなければエチレン収率の高いことがプラントネックに係りプラント送給量は最大送給量の１／１．１倍に律速され０．９１Ｍとなる。
【００７８】
（６時間以降の計画）
タンクＴ２を静置した結果、新銘柄のナフサ、エチレン収率は１．０α％でプロピレン収率は０．８β％なるナフサがタンクＴ２の下層を成して入手可能なナフサとなったとする。この場合、他にプラントの制約等がなければエチレン収率がプラントネックとなって供給量を減らさざるを得ないＴ１のナフサを使用するよりも明らかにタンクＴ２内の新銘柄を全量使うほうが収益上有利であるので、タンクＴ２から全量供給する計画を立案する。
【００７９】
以上示したように、最小費用流で実現可能となるまで制限に掛かる銘柄の制約を追加して生産量モデルを解き、このようなやり取りを繰り返すことにより、実現可能な最適解を得ることができる。
【００８０】
以下、タンク数とそれに伴う配管やバルブ数、プラント供給口、受け入れポート数等が多数となっても、同様の手順を適用することにより最適解を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】最小費用流問題を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明において使用可能な、日毎のスケジューリングのためのネットワークモデルである。
【図３】本発明において使用可能な、一ヶ月のスケジューリングのためのネットワークモデルである。
【図４】本発明において使用可能な処理方法の一態様を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明における単純化したモデルを示すブロック図である。
【図６】独立な経路を取らせるためのペナルティコストの効果を説明した図である。
【図７】独立な経路を取らせるためのペナルティコストの効果を説明した図である。
【図８】独立な経路を取らせるためのペナルティコストの効果を説明した図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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