(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を処理する処理プラントを構成する機器の配置方法であって、
前記処理プラントを構成する複数の機器について、少なくとも１つの機器を含み、前記機器の配置領域を含む占有領域が設定され、互いに識別可能な複数の機器グループにグループ分けし、これらの機器グループに対し、一の機器グループに含まれる各機器と、他の機器グループに含まれる相手先の機器との間で流体の授受を行うため、特定の２つの機器グループが配管を介して接続されたペアとなることを示す接続情報と、前記接続情報に対応する配管の単位長さあたりの配管材の使用量の算出に必要な配管情報と、を設定する工程と、
前記処理プラントの敷地領域と、前記配管を支持するために前記敷地領域内に設けられるパイプラックについての、平面形状が帯状のパイプラック配置領域と、を設定する工程と、
次いで、コンピュータにより、前記一の機器グループの前記占有領域の外縁と、前記帯状のパイプラック配置領域の長辺とが接し、且つ、前記一の機器グループと、それ以外の機器グループのとの間で前記占有領域が重なり合わないように、前記敷地領域に前記複数の機器グループを配置する第１ステップと、前記複数の機器グループの配置について、各占有領域の外縁が前記長辺に接する位置と、前記接続情報とに基づき、前記パイプラックに支持される配管の配管材の総使用量を算出する第２ステップと、を含み、前記複数の機器グループの配置を変化させながら、前記第１ステップと第２ステップとを繰り返し実行して得られた複数の配置から、前記配管材の総使用量が少ない複数の配置を選択する工程と、を含むことを特徴とする処理プラントの機器の配置方法。
【請求項２】
前記配管材の総使用量が少ない配置を選択する工程では、遺伝的アルゴリズムまたは粒子的最適化法を用いて複数の機器グループの配置を変化させ、前記配管材の総使用量が少なくなる配置を選択する工程を実行することを特徴とする請求項１に記載の処理プラントの機器の配置方法。
【請求項３】
前記敷地領域とパイプラック配置領域とを設定する工程では、前記パイプラック配置領域の配置位置と、配置数との少なくとも一方が異なる複数のケースを設定することと、
これら複数のケースについて、各々、前記配管材の総使用量が少なくなる配置を選択する工程を実行し、各ケースについての前記配置の選択結果から、前記配管材の総使用量がより少ないケースと配置との組み合わせを複数選択することと、を特徴とする請求項１に記載の処理プラントの機器の配置方法。
【請求項４】
前記敷地領域に対し、前記パイプラックとして、メインパイプラックと、当該メインパイプラックの長辺に接続され、当該長辺と交差する方向に延設されるサブパイプラックとのパイプラック配置領域を設定することが可能であることと、
前記複数のケースは、前記メインパイプラックから見て、前記サブパイプラックが接続される前記長辺の向きと、各長辺に接続されるサブパイプラックの数（ゼロの場合を含む）とが相違するように、前記パイプラック配置領域が設定されているものを含むことと、を特徴とする請求項３に記載の処理プラントの機器の配置方法。
【請求項５】
さらに前記複数のケースは、前記メインパイプラックから見て、前記サブパイプラックが接続される前記長辺の向きと、各長辺に接続されるサブパイプラックの数（ゼロの場合を含む）とが共通する一方、前記メインパイプラックの配置位置が前記長辺と交差する方向に向けて互いに相違するものを含むことを特徴とする請求項４に記載の処理プラントの機器の配置方法。
【請求項６】
前記複数のケースにおいて、前記メインパイプラックのパイプラック配置領域は、前記長辺と交差する方向へ向けて予め設定された範囲内で移動可能に設定され、また前記サブパイプラックの配置領域は、当該サブパイプラックの長辺と交差する方向へ移動可能（但し、メインパイプラックに複数のサブパイプラックが接続されている場合には、一のサブパイプラックと他のサブパイプラックとの配置領域が重なり合わない範囲に限る）に設定されていることと、
前記複数の機器グループの配置を変化させて前記第１ステップを実行する際に、前記メインパイプラック及び前記サブパイプラックについてのパイプラック配置領域の配置位置を変化させることが可能であることと、を特徴とする請求項請求項４に記載の処理プラントの機器の配置方法。
【請求項７】
前記複数の機器グループの配置を変化させて前記第１ステップを実行する際に、前記パイプラックとして、前記サブパイプラックの長辺に接続され、当該長辺と交差する方向に延設されるサブサブパイプラックのパイプラック配置領域を生成することが可能であることを特徴とする請求項４に記載の処理プラントの機器の配置方法。
【請求項８】
前記複数の機器グループには、各々の占有領域の外縁に対し、前記パイプラックの長辺と接続される接続辺が予め設定されていることを特徴とする請求項１に記載の処理プラントの機器の配置方法。
【請求項９】
前記第１ステップにて前記複数の機器グループを配置する際に、前記パイプラックの長辺と接続される接続辺側とは前記占有領域を挟んで反対側の領域に、メンテナンス時に前記一の機器グループ内に配置された機器が運び出される領域であって、他の機器グループの前記占有領域及び前記パイプラック配置領域のいずれもが設けられていないメンテナンス領域を設けることを特徴とする請求項１に記載の処理プラントの機器の配置方法。
【請求項１０】
前記配管情報は、前記配管材の使用量として、配管の単位長さあたりのコストの算出に必要な情報を含み、前記第２ステップでは、前記パイプラックに支持される配管の配管材の総使用量として、これらの配管材の総コストを算出することを特徴とする請求項１に記載の処理プラントの機器の配置方法。
【請求項１１】
流体を処理する処理プラントの製造方法において、
請求項１に記載の処理プラントの機器の配置方法により選択された前記配管材の総使用量が少ない複数の配置に含まれる配置に基づき前記複数の機器グループを配置して、前記処理プラントを製造する工程を含むことを特徴とする処理プラントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理プラントを構成する機器の配置を決定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の処理を行う処理プラントには、天然ガスの液化や天然ガス液の分離、回収などを行う天然ガスプラント、原油や各種中間製品の蒸留や脱硫などを行う石油精製プラント、石油化学製品や中間化学品、ポリマーなどの生産を行う化学プラントなどがある。なお、本願において「流体」とは、気体、液体に加え、流動性を有する粉粒体（粉体、粒体やペレットなど）も含んでいる。【０００３】
これらの処理プラントは、所定の敷地領域内に、例えば塔槽や熱交換器などの静機器、ポンプやコンプレッサーなどの動機器といった多数の機器を配置し、これらの機器間を配管で接続した構成となっている。  
このとき、処理プラントを構成する多数の機器の配置は、流体を処理する順序、敷地領域の地形や面積の制約、安全上の制約、機器や配管の構成材料の使用量（経済性）などを総合的に考慮し、設計担当者が試行錯誤しながら決定する必要があった。【０００４】
しかしながら、配管を介して多数の機器が互いに接続された処理プラントは、複雑な構成を有する場合が多い。このとき、多くの制約の範囲内で、より効率的な機器配置を探索する作業は、検討の負荷が大きくなりやすいばかりでなく、設計担当者の技量によって結果が左右されてしまう場合もある。このため、機器配置の決定に必要な作業の負荷を軽減しつつ、決定された機器配置の経済性を定量的に把握することが可能な手法が求められている。【０００５】
ここで特許文献１には、吊り上げ荷重に応じて決まるメンテナンス用クレーンの作業半径の範囲に対応させて、予め設定された機器配置領域内において、実際に機器が配置される範囲を限定した天然ガス処理装置が記載されている。しかしながら、文献１には、決定された機器配置の経済性を定量的に把握する技術についての言及はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１８／２３５２６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本技術は、処理プラントを構成する機器を含む機器グループについて、配管材の総使用量がより少なくなる配置を探索する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本方法は、流体を処理する処理プラントを構成する機器の配置方法であって、
前記処理プラントを構成する複数の機器について、少なくとも１つの機器を含み、前記機器の配置領域を含む占有領域が設定され、互いに識別可能な複数の機器グループにグループ分けし、これらの機器グループに対し、一の機器グループに含まれる各機器と、他の機器グループに含まれる相手先の機器との間で流体の授受を行うため、特定の２つの機器グループが配管を介して接続されたペアとなることを示す接続情報と、前記接続情報に対応する配管の単位長さあたりの配管材の使用量の算出に必要な配管情報と、を設定する工程と、
前記処理プラントの敷地領域と、前記配管を支持するために前記敷地領域内に設けられるパイプラックについての、平面形状が帯状のパイプラック配置領域と、を設定する工程と、
次いで、コンピュータにより、前記一の機器グループの前記占有領域の外縁と、前記帯状のパイプラック配置領域の長辺とが接し、且つ、前記一の機器グループと、それ以外の機器グループのとの間で前記占有領域が重なり合わないように、前記敷地領域に前記複数の機器グループを配置する第１ステップと、前記複数の機器グループの配置について、各占有領域の外縁が前記長辺に接する位置と、前記接続情報とに基づき、前記パイプラックに支持される配管の配管材の総使用量を算出する第２ステップと、を含み、前記複数の機器グループの配置を変化させながら、前記第１ステップと第２ステップとを繰り返し実行して得られた複数の配置から、前記配管材の総使用量が少ない複数の配置を選択する工程と、を含むことを特徴とする。【０００９】
前記処理プラントの機器の配置方法は以下の特徴を備えてもよい。  
（ａ）前記配管材の総使用量が少ない配置を選択する工程では、遺伝的アルゴリズムまたは粒子的最適化法を用いて複数の機器グループの配置を変化させ、前記配管材の総使用量が少なくなる配置を選択する工程を実行すること。  
（ｂ）前記敷地領域とパイプラック配置領域とを設定する工程では、前記パイプラック配置領域の配置位置と、配置数との少なくとも一方が異なる複数のケースを設定することと、これら複数のケースについて、各々、前記配管材の総使用量が少なくなる配置を選択する工程を実行し、各ケースについての前記配置の選択結果から、前記配管材の総使用量がより少ないケースと配置との組み合わせを複数選択すること。  
（ｃ）（ｂ）において、前記敷地領域に対し、前記パイプラックとして、メインパイプラックと、当該メインパイプラックの長辺に接続され、当該長辺と交差する方向に延設されるサブパイプラックとのパイプラック配置領域を設定することが可能であることと、前記複数のケースは、前記メインパイプラックから見て、前記サブパイプラックが接続される前記長辺の向きと、各長辺に接続されるサブパイプラックの数（ゼロの場合を含む）とが相違するように、前記パイプラック配置領域が設定されているものを含むこと。  
（ｄ）（ｃ）において、さらに前記複数のケースは、前記メインパイプラックから見て、前記サブパイプラックが接続される前記長辺の向きと、各長辺に接続されるサブパイプラックの数（ゼロの場合を含む）とが共通する一方、前記メインパイプラックの配置位置が前記長辺と交差する方向に向けて互いに相違するものを含むこと。  
（ｅ）（ｃ）において、前記複数のケースにおいて、前記メインパイプラックのパイプラック配置領域は、前記長辺と交差する方向へ向けて予め設定された範囲内で移動可能に設定され、また前記サブパイプラックの配置領域は、当該サブパイプラックの長辺と交差する方向へ移動可能（但し、メインパイプラックに複数のサブパイプラックが接続されている場合には、一のサブパイプラックと他のサブパイプラックとの配置領域が重なり合わない範囲に限る）に設定されていることと、前記複数の機器グループの配置を変化させて前記第１ステップを実行する際に、前記メインパイプラック及び前記サブパイプラックについてのパイプラック配置領域の配置位置を変化させることが可能であること。  
（ｆ）（ｃ）において、前記複数の機器グループの配置を変化させて前記第１ステップを実行する際に、前記パイプラックとして、前記サブパイプラックの長辺に接続され、当該長辺と交差する方向に延設されるサブサブパイプラックのパイプラック配置領域を生成することが可能であること。  【００１０】
（ｇ）前記複数の機器グループには、各々の占有領域の外縁に対し、前記パイプラックの長辺と接続される接続辺が予め設定されていること。  
（ｈ）前記第１ステップにて前記複数の機器グループを配置する際に、前記パイプラックの長辺と接続される接続辺側とは前記占有領域を挟んで反対側の領域に、メンテナンス時に前記一の機器グループ内に配置された機器が運び出される領域であって、他の機器グループの前記占有領域及び前記パイプラック配置領域のいずれもが設けられていないメンテナンス領域を設けること。  
（ｉ）前記配管情報は、前記配管材の使用量として、配管の単位長さあたりのコストの算出に必要な情報を含み、前記第２ステップでは、前記パイプラックに支持される配管の配管材の総使用量として、これらの配管材の総コストを算出すること。
【００１１】
また、流体を処理する処理プラントの製造方法は、前記に記載の処理プラントの機器の配置方法により選択された前記配管材の総使用量が少ない複数の配置に含まれる配置に基づき前記複数の機器グループを配置して、前記処理プラントを製造する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本手法によれば、処理プラントを構成する多数の機器がグループ分けされた機器グループの配置について、コンピュータにより、配管材の総使用量が少ない配置を求める。この結果、機器配置の決定に必要な作業の負荷を軽減しつつ、決定された機器配置の経済性を定量的に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】処理プラントのプロットプランの模式図である。
【図２】処理プラントの敷地領域と、機器グループの占有領域とを示す模式図である。
【図３】機器グループの構成図である。
【図４Ａ】機器グループの配置手法に係る第１の説明図である。
【図４Ｂ】機器グループの配置手法に係る第２の説明図である。
【図５】パイプラック配置領域の構成例を示す平面図である。
【図６】パイプラック配置領域の移動に係るバリエーションを示す平面図である。
【図７】機器グループの占有領域に設定される接続辺、及びメンテナンス領域を示す平面図である。
【図８Ａ】サブサブパイプラックの生成手法に係る第１の説明図である。
【図８Ｂ】サブサブパイプラックの生成手法に係る第２の説明図である。
【図９】処理プラントの機器の配置方法の実施手順を示す説明図である。
【図１０】処理プラントの敷地領域に、機器グループの占有領域が配置された状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本例の機器の配置方法（機器配置方法）が適用される処理プラント１の構成を模式的に示した平面図である。  
本例の機器配置方法を適用可能な処理プラント１としては、既述の天然ガスプラント、石油精製プラント、化学プラントなどを例示できる。これらの処理プラント１は、気体、液体、流動性を有する粉粒体などの流体の処理を行う多数の機器３１を備えている。処理プラント１に設けられる機器３１の例としては、蒸留塔や反応塔などの各種処理塔、気液分離が行われる受槽や熱交換器といった静機器、ポンプやコンプレッサーなどの動機器を例示することができる。処理プラント１に設けられる機器３１は、流体が流れる配管４を介して互いに接続される。
【００１５】
予め設定された敷地領域１０内に処理プラント１を建設するにあたり、敷地領域１０を構成する多数の機器３１を無秩序に配置してしまうと、機器３１同士を接続する配管４が長くなり、配管材の総使用量が増大してしまう。また、メンテナンス管理や安全管理などの観点においても、予め設定した考え方に基づき秩序立てて機器３１の配置を行うことが望ましい。
【００１６】
このため、多数の機器３１が設けられる処理プラント１においては、流体を処理する順序や、機器３１同士の関連性に応じて機器をグループ分け（以下「機器グループ３」という）し、共通の機器グループ３に含まれる機器３１をひとまとまりの領域内にまとめて配置する場合がある。以下、上述の「ひとまとまりの領域」を「占有領域３０」という。  
例えば図１には、処理プラント１を構成する多数の機器３１が複数の機器グループ３にグループ分けされ、各機器グループ３に含まれる機器３１が、当該機器グループ３と対応付けて設定された占有領域３０内に配置されている状態を示している。本例において、機器グループ３には、少なくとも１つの機器３１が含まれる。
【００１７】
図１に示す例のように、処理プラント１に設けられる多数の機器３１を、複数の機器グループ３にグループ分けする手法について特段の限定はない。例えば、流体の流れに沿って、流体に対して実施される処理毎に、１〜数十基程度の機器３１が１つの機器グループ３に含まれるようにグループ分けを行ってもよい。
【００１８】
また出願人は、処理プラント１の設計時に作成する配管計装図（piping & instrument flow diagram）のデータに基づき、コンピュータにより機器３１の関連性を分析し、関連性の高い機器３１が共通の機器グループ３に含まれるようにグループ分けを行う手法の開発を行っている。このように、所定のアルゴリズムに基づき、コンピュータを利用して自動的に機器３１のグループ分けを行ってもよい。
【００１９】
このほか、ポンプやコンプレッサーなどの動機器や、触媒、吸着剤が充填された充填塔などは、メンテナンス時や充填物の再生、交換時などに切り替えて使用することが可能なように、同じ機器が複数基、冗長的に設けられている場合がある。これら、冗長化された機器は、共通の機器グループ３に設けられる場合も多い。
【００２０】
また、コンプレッサーの出口のサージタンクのように、近接した位置に設けられることを前提として設計が行われている機器３１もある。この種の機器３１が、グループ分けの際に別々の機器グループ３に分けられることがないように、１つの機器３１としてセットにしてもよいし、予めこれらの機器３１を１つの機器グループ３に設定しておいてもよい。
【００２１】
機器グループ３が複数の機器３１を含んでいる場合、共通の機器グループ３に含まれる機器３１同士を接続する配管４は、これらの機器グループ３が配置されている共通の占有領域３０内に配置される。  
一方、互いに異なる機器グループ３に含まれる機器３１同士を接続する配管４は、占有領域３０外においては、原則としてパイプラック（メインパイプラック２１、サブパイプラック２２、サブサブパイプラック２３）を通るように配置される。パイプラック２１、２２、２３は、配管４を支持し、平面視したとき帯状に構成された架構構造物である。本例では、パイプラック２１、２２、２３が配置される、平面形状が帯状の領域を「パイプラック配置領域２０」という。
【００２２】
以上に説明したように、処理プラント１に設けられる多数の機器３１を複数の機器グループ３にグループ分けし、各機器グループ３に含まれる機器３１を共通の占有領域３０内に配置することにより、例えば互いに関連する機器３１同士を近接した位置に配置することができる。この結果、多数の機器３１を無秩序に配置する場合と比較して、機器３１同士を接続する配管４が長くなりすぎることを抑え、配管材の総使用量を抑制することができる。
【００２３】
一方で、多数の機器３１を備えた処理プラント１においては、グループ分け後の機器グループ３の数も多く、共通の敷地領域１０内にこれらの機器グループ３を配置する際にも多数のパターンがあり得る。そして、互いに異なる機器グループ３に含まれる機器３１同士を接続する配管４の長さは、これらの機器グループ３の配置位置によって変化する。また、直径や肉厚が異なる配管４は、配管材の使用量も相違し、さらに選択した配管材料が異なれば、単位重量あたりの配管コストも相違する。
【００２４】
このように、処理プラント１の建設コストに影響を及ぼす配管材の総使用量や総コストは、機器３１の配置のパターンに応じて複雑に変化する。このため、処理プラント１における機器３１の配置に係る設計担当者が、トライアルアンドエラーによって、配管４の配管材の総使用量や、総コストの値がより小さくなる機器３１の配置を探索することは多大な労力を要する。また、設計担当者の技量によって結果が左右されてしまう場合もある。
【００２５】
そこで本例の機器配置方法は、コンピュータを用い、パイプラック２１、２２、２３を通るように配置される配管４の総使用量（総コストに換算してもよい。以下同じ。）がより少なくなる機器グループ３の配置を探索する。
この問題は、処理プラント１の敷地領域１０内に、複数の機器グループ３を配置するにあたって、パイプラック２１、２２、２３に支持される配管４の配管材の総使用量がより少なくなる配置を探索する最適化問題として理解することができる。
【００２６】
図２は処理プラント１の敷地領域１０と、この敷地領域１０に配置される機器グループ３の占有領域３０とを模式的に示す平面図である。  
敷地領域１０は、占有領域３０及びパイプラック配置領域２０が配置される領域である。敷地領域１０には座標が設定され、占有領域３０やパイプラック配置領域２０が配置されている領域を特定することができる。図２には敷地領域１０の外縁が矩形状に構成されている場合を例示しているが、敷地領域１０の形状はこの例に限定されない。処理プラント１が建設される土地の形状に応じて敷地領域１０の形状を設定すればよい。
【００２７】
また敷地領域１０には、処理プラント１を構成するすべての機器３１を本例の機器配置方法に基づいて配置することを必須とするものでもない。例えば、外部から原料を受け入れる機器など、配置される位置が予め決まっている機器については、当該機器が配置される領域を除外して敷地領域１０の形状を設定すればよい。なお、敷地領域１０から除外される機器配置領域は、敷地領域１０の内側に、飛び地状に設定されていてもよい。
【００２８】
さらに敷地領域１０に対しては、予めパイプラック配置領域２０が設定されている。パイプラック２１、２２、２３の配置位置や配置数は、機器グループ３の配置の探索の際に変化させることができるが、その詳細については後述する。
【００２９】
既述のように、敷地領域１０に配置される処理プラント１の機器３１は、複数の機器グループ３に予めグループ分けされている。各機器グループ３は、互いに識別可能となっており、図２に示す例では（１）〜（２５）の識別番号が付されている。  
各機器グループ３は、配置される機器３１の数や各機器３１の大きさ、メンテナンス管理や安全管理上の観点から設定される機器３１同士の配置間隔など踏まえて、占有領域３０の面積や外縁の形状が設定されている。占有領域３０の外縁の形状についても、図２に例示する矩形状に限定されるものではない(図４Ａ、図４Ｂも参照)。また後述するように、占有領域３０には、パイプラック２１、２２、２３と接続される接続辺３０１が設定されていてもよい。
【００３０】
ここで、占有領域３０の面積や外縁の形状は、当該占有領域３０内に設けられる各機器３１の具体的な配置を決めることによって特定することができる。このとき、占有領域３０内に複数階層の架構を設け、これら複数の階層に分けて機器３１を設置してもよい。  
但し、占有領域３０の面積や外縁の形状を特定するにあたって各機器３１の具体的な配置が決まっていることは必須の要件ではない。例えば占有領域３０に設けられる機器３１の数、各機器３１の大きさ（占有面積）、機器３１の配置間隔、架構の有無や階層数などの変数に応じて、簡易的に占有領域３０の面積や外縁形状を自動計算してもよい。
【００３１】
図３は、処理プラント１を構成するプロセスに含まれる機器３１を、複数の機器グループ３（３ａ、３ｂ）にグループ分けした具体例を示している。図３には、前段側の蒸留塔３１１ａの塔頂から流出した気体をオーバーヘッドクーラー３１２ａにて冷却、液化し、レシーバー３１３ａに溜まった液体の一部を送液ポンプ３１４により後段側の蒸留塔３１１ｂへと送液するプロセスが記載されている。
【００３２】
上述のプロセスでは、前段側の蒸留塔３１１ａに関連する複数の機器３１が機器グループ３ａにグループ分けされ、後段側の蒸留塔３１１ｂに関連する複数の機器３１が機器グループ３ｂにグループ分けされている。  
ここでレシーバー３１３ａから蒸留塔３１１ｂへの液体の流れに着目すると、機器グループ３ａに含まれる機器３１である送液ポンプ３１４と、機器グループ３ｂに含まれる機器３１である蒸留塔３１１ｂとは、配管４を介して接続されている。このとき、本例の機器配置方法では、機器グループ３ａと機器グループ３ｂとが配管４を介してペアとなっているものとする。
【００３３】
また図３中に記載のように、機器グループ３ａ、３ｂに含まれる他の機器３１についても、各機器グループ３ａ、３ｂの外部から流体が流入し、各機器グループ３ａ、３ｂから外部へと流体が流出する流体の授受が行われている。これらの流体の授受に関しても、各々の流体が流れる配管４を介して、機器グループ３ａ、３ｂと他の機器グループ３とがペアとなっているものとする。
【００３４】
以上に説明した関係を示す情報として、図２に示す各機器グループ３には、当該機器グループ３に含まれる機器３１を示す情報が設定されている。さらにこれらの機器３１のうち、他の機器グループ３に含まれる相手先の機器３１との間で配管４を介して流体の授受を行うものについては、これらの機器グループ３がペアとなっていることを示す接続情報が設定される。なお、処理プラント１の外部や、既述のように、敷地領域１０から予め除外されている機器配置領域との間で流体の授受を行う場合も、その旨を示す接続情報が設定される。
【００３５】
接続情報としては、一の機器グループ３（図３の例では機器グループ３ａ）に含まれる特定の機器３１（同じく送液ポンプ３１４）について、他の機器グループ３（同じく機器グループ３ｂ）に含まれる機器３１（同じく蒸留塔３１１ｂ）に対していずれの配管４を介して流体を送液するかを識別することが可能な情報が設定されている。  
同じく流体を受け入れる一の機器グループ３（図３の例では機器グループ３ｂ）についても、特定の機器３１（同じく蒸留塔３１１ｂ）について他の機器グループ３（同じく機器グループ３ａ）に含まれる機器３１（同じく送液ポンプ３１４）からいずれの配管４を介して流体が送液されるかを示す情報が、接続情報として設定されている。
【００３６】
任意の一の機器グループ３について、他の機器グループ３に含まれる機器３１と配管４を介して接続されている機器３１が複数ある場合、上述の接続情報は、これらの機器３１に対応して複数、設定される。  
また、ある機器グループ３に含まれる１つの機器３１に接続された配管４が、当該機器グループ３の外で分岐し、他の複数の機器グループ３に各々含まれる機器３１と接続されている場合もあり得る。この場合は、前記１つの機器３１が、互いに異なる複数本の配管４を介して各々、他の機器３１に接続されているものとして接続情報を設定してよい。
【００３７】
さらに、前記接続情報に対応する配管４に対しては、当該配管４の直径や肉厚に応じ、単位長さあたりの配管材の使用量に対応する情報が配管情報として設定される。また、配管４の総使用量として総コストを算出する場合には、さらに配管材料を勘案し、配管４の単位長さあたりのコストが配管情報として設定される。なお、これらの配管情報は、実際の単位長さあたりの配管材の使用量（重量）や価格を直接示すものでなく、例えばこれらの値と対応付けて設定された識別情報であってもよい。
【００３８】
以上に説明した各種の情報が設定された敷地領域１０、機器グループ３（占有領域３０）について、配管４の配管材の総使用量や、総コストの値がより小さくなる機器３１の配置を探索する手法について、図４Ａ、図４Ｂを参照しながら説明する。  
占有領域３０の配置を行うにあたっての制約条件として、敷地領域１０において既にパイプラック配置領域２０が配置されている領域、または他の占有領域３０が既に配置されている領域には、これらの領域と重なり合うように次の占有領域３０を配置することができない。
【００３９】
接続辺３０１が設定されている場合、各占有領域３０は、当該接続辺３０１がパイプラック配置領域２０の長辺と接するように敷地領域１０に配置される。接続辺３０１が設定されていない場合、各占有領域３０は、パイプラック２１、２２、２３との間で配管４の取り合いを設けることが可能ないずれかの辺（一般に直線であるが、曲線であってもよい）がパイプラック配置領域２０の長辺と接するように敷地領域１０に配置される。
【００４０】
配管４の取り合いとなる辺（例えば接続辺３０１）が、パイプラック配置領域２０の長辺と接するように占有領域３０を配置することができれば、占有領域３０の一部が敷地領域１０からはみ出すことを許容してもよい（図４Ｂの（３）の占有領域３０）。これとは反対に、全ての占有領域３０が敷地領域１０内に含まれることを必須とする制約を設けてもよい。
【００４１】
図４Ａ、図４Ｂは、予め定められた位置にパイプラック２１、２２のパイプラック配置領域２０が配置された敷地領域１０に対し、（１）〜（４）の４つの占有領域３０を配置した例を示している。  
これらの例において、処理対象の流体は、図中の「ＩＮ」の符号を示した位置から、（２）→（４）→（１）→（３）の機器グループ３の順に流れ、図中に「ＯＵＴ」の符号を付した位置より外部へと流出する。また、ＩＮ→（２）→（４）の間は、共通の配管情報が設定された配管Ａ（同図中には一点鎖線の矢印で示し「４ａ」の符号を付してある）により接続されている。一方、（４）→（１）→（３）→ＯＵＴの間は、配管Ａとは異なる配管情報が設定された配管Ｂ（同図中には実線の矢印で示し「４ｂ」の符号を付してある）により接続されている。
【００４２】
そして、既述の制約に基づき、敷地領域１０の座標内において（１）〜（４）の占有領域３０の向きと、これらの占有領域３０によって占有される座標範囲とを決定すると、敷地領域１０に各機器グループ３が配置された状態となる。次いで、パイプラック配置領域２０（メインパイプラック２１、２２）を通り、且つ、各接続辺３０１（敷地領域１０のＩＮ、ＯＵＴ位置を含む）間を最短経路で接続するように配管４ａ、４ｂを配置する。
【００４３】
ここで、配管４（４ａ、４ｂ）の総使用量がより少なくなる機器グループ３の配置を探索する観点では、機器グループ３の配置の違いに基づく配管４の長さの変化の影響を把握することができればよい。従って、当該最適配置の探索の段階で、実際に使用する配管４の長さを厳密に特定することは必須ではない。  
この観点で、各配管４ａ、４ｂの「最短経路」としては、各機器グループ３（またはＩＮ、ＯＵＴ位置。以下、図４Ａ、図４Ｂの説明において同じ）とパイプラック２１、２２との取り合いの位置同士の間を、蛇行や折り返しなく接続する配管４の経路が設定できれば十分としてもよい。なお、図示の便宜上、図４Ａ、図４Ｂには配管４ａ、４ｂの経路が互いに重複しないようにずらして記載してある。
【００４４】
さらにここで、各機器グループ３とパイプラック２１、２２との取り合いの位置について説明しておく。例えば、占有領域３０内に設けられる各機器３１の具体的な配置が決まっている場合には、当該配置に応じて実際に近い取り合いの位置を設定してもよい。また、占有領域３０内における具体的な機器３１の配置が決まっていない場合は、例えば接続辺３０１の中央位置を一律に取り合いの位置とする簡易的な設定を設定してもよい。図４Ａ、図４Ｂには、後者の例を示してある。
【００４５】
上述の手法により、機器グループ３の配置に対応して配管４ａ、４ｂが配置される経路が決まり、当該経路の座標に基づき、各配管４ａ、４ｂの長さを算出することができる。そして、各機器グループ３を接続する配管４ａ、４ｂの長さを配管の種類毎に合計することにより、配管Ａ、Ｂの各々の合計の長さを算出することができる。
【００４６】
例えば図４Ａに記載の例では、機器グループ３の配置は、ＩＮの位置から流入した流体がＯＵＴの位置から流出するまでの間に、パイプラック配置領域２０の同じ領域を配管４ａ、４ｂが何度も往復しなければばらない配置となっている。この結果、配管４ａ、４ｂの合計の長さｘ１、ｙ１は長くなる傾向が見られる。  
これに対して図４Ｂに記載の例では、パイプラック配置領域２０の同じ領域を配管４ａ、４ｂが往復する回数が少なく、配管４ａ、４ｂの合計の長さｘ２、ｙ２は相対的に短い。
【００４７】
各種の配管４ａ、４ｂの合計の長さを算出したら、配管Ａ、Ｂに対して各々設定されている配管情報に基づき、単位長さあたりの配管材の使用量またはコストを乗算することにより、機器グループ３の配置の違いに応じた配管４ａ、４ｂの配管材の総使用量または総コストを算出することができる。  
既述のように、本例の機器配置方法は、コンピュータを用い、機器グループ３の配置位置を変化させながら上述の計算を繰り返し行い、配管４ａ、４ｂの総使用量や総コストがより少なくなる機器グループ３の配置を探索する。
【００４８】
ここで図４Ａ、図４Ｂを用いて説明した例は、説明の便宜上、敷地領域１０に配置される機器グループ３の数を４つに制限したが、実際には図２に示すように多数の機器グループ３の最適な配置を探索しなければならない場合がある。また、パイプラック２１、２２、２３（パイプラック配置領域２０）の配置の影響を受けて、機器グループ３の配置も変化する。  
これらの場合において、コンピュータの計算量が大きくなり過ぎてしまうことを抑制するため、以下に説明する各種の制約を設けて機器グループ３の最適配置の探索を行ってもよい。
【００４９】
図５（ａ）〜（ｃ）に示す例は、メインパイプラック２１、サブパイプラック２２の配置数やこれらのパイプラック２１、２２の接続関係を予め設定したケースの例である。  
メインパイプラック２１は、帯状のパイプラック配置領域２０の短辺が、他のパイプラックに接続されず、独立して設けられる。図５（ａ）〜（ｃ）に示す例において、メインパイプラック２１は、矩形状に設定された敷地領域１０の短辺方向に沿って、敷地領域１０内を横断するように１つ設けられている。
【００５０】
メインパイプラック２１の配置方向や帯状のパイプラック配置領域２０の長辺や短辺の長さ、配置数は、これらの図の例に限定されるものではない。例えば矩形状に設定された敷地領域１０の長辺方向に沿ってメインパイプラック２１を設けてもよいし、メインパイプラック２１の長辺の長さは、敷地領域１０を横切る途中で途切れていてもよい。また、敷地領域１０内に複数本のメインパイプラック２１を配置してもよい。
【００５１】
サブパイプラック２２は、帯状のパイプラック配置領域２０の短辺が、メインパイプラック２１のパイプラック配置領域２０の長辺に接続され、当該長辺と交差する方向に延設されたパイプラックである。図５（ａ）は、サブパイプラック２２が設けられていない例である。また図５（ｂ）は、メインパイプラック２１の西側及び東側の長辺に１本ずつサブパイプラック２２が設けられた例であり、図５（ｃ）はメインパイプラック２１の西側の長辺に２本、東側の長辺に１本のサブパイプラック２２を設けた例である。  
ここで、サブパイプラック２２のパイプラック配置領域２０の長辺や短辺の長さ、配置数についてもケース毎に変化させてよい。
【００５２】
以上、図５（ａ）〜（ｃ）に例示したように、メインパイプラック２１から見て、サブパイプラック２２が接続される長辺の向きと、各長辺に接続されるサブパイプラック２２の数（ゼロの場合を含む）とが相違するように、パイプラック配置領域２０が設定された複数のケースを予め準備しておく。
一方で、これらの図に例示した位置のみにメインパイプラック２１やサブパイプラック２２の配置が固定されていると、多数の機器グループ３の最適な配置を探索するにあたっての制約が大きくなりすぎてしまう場合もある。そこで、メインパイプラック２１やサブパイプラック２２の配置位置を変化させたサブケースをさらに準備してもよい。
【００５３】
例えば図６（ａ）は、図５（ｃ）に示すケース３を再掲したものである。同図には、メインパイプラック２１の長辺と交差する方向（東西方向）に延びる敷地領域１０の輪郭線の一辺を５等分し、各分割領域に「Ｗ２、Ｗ１、Ｃ、Ｅ１、Ｅ２」の符号を付してある。ここで図６（ａ）に記載のメインパイプラック２１（パイプラック配置領域２０）は、Ｃの符号を付した分割領域の範囲内で、その長辺と交差する方向へ向けて移動可能に設定されている。
【００５４】
さらに、図６（ａ）に示す例においてサブパイプラック２２のパイプラック配置領域２０は、当該サブパイプラック２２の長辺と交差する方向へ移動可能に設定されている。但し、図６（ａ）のメインパイプラック２１から見て西側（図に向かって左手側）には、メインパイプラック２１の長辺に対して２つのサブパイプラック２２が接続されている。このように複数のサブパイプラック２２が接続されている場合には、各サブパイプラック２２の移動可能範囲は、一のサブパイプラック２２と他のサブパイプラック２２とのパイプラック配置領域２０が重なり合わない範囲に限られる。  
以上に述べた各パイプラック配置領域２０の位置の移動は、コンピュータにより、機器グループ３の最適な配置の探索を行う際に実行される。
【００５５】
上述の図６（ａ）と比較して、図６（ｂ）、（ｃ）は、メインパイプラック２１のパイプラック配置領域２０が、各々、Ｗ１またはＥ１の符号を付した分割領域に配置されている点が異なる。これらのサブケースについても、メインパイプラック２１のパイプラック配置領域２０は、各々Ｗ１またはＥ１の符号を付した分割領域の範囲内で、その長辺と交差する方向へ向けて移動可能に設定されている。  
一方、サブパイプラック２２のパイプラック配置領域２０の移動可能範囲は、図６（ａ）の例と同様に設定されている。
【００５６】
図６（ｂ）、（ｃ）に記載した例に加え、Ｗ２またはＥ２の符号を付した分割領域の範囲内でメインパイプラック２１のパイプラック配置領域２０を移動可能に設定し、またサブパイプラック２２のパイプラック配置領域２０の移動可能範囲は、図６（ａ）の例と同様とした不図示のサブケースも準備されている。
【００５７】
以上に説明したように、図５（ｃ）のケースに対して、メインパイプラック２１の配置数や、メインパイプラック２１に対してサブパイプラック２２が接続される長辺の向き、及び各長辺に接続されるサブパイプラック２２の数が共通する一方、メインパイプラック２１の配置位置が互いに相違する複数のサブケースを予め準備しておく。  
また、図５（ｃ）に限定されず、図５（ａ）、（ｂ）に記載のケースやそのほかのケースについても、既述の分割領域（Ｗ２、Ｗ１、Ｅ１、Ｅ２）内でメインパイプラック２１の配置位置が異なる複数のサブケースが準備されている。
【００５８】
各々のケース、サブケースについては、メインパイプラック２１については分割領域の範囲内で、サブパイプラック２２については他のサブパイプラック２２と重なり合わない範囲でパイプラック配置領域２０を移動させることができる点については、図６（ａ）〜（ｃ）にて説明した例と同様である。
【００５９】
本例の機器配置方法においては、以上に説明した複数のケース、サブケースについて、各々、コンピュータを用いた最適な機器グループ３の配置の探索を行う。このように、メインパイプラック２１、サブパイプラック２２の配置数や接続関係、パイプラック配置領域２０の移動可能範囲を予め制限したケース、サブケースを準備しておくことにより、これらの条件が全く定義されていない状態から機器グループ３の最適配置の探索を開始する場合と比較して計算量を低減することができる。
【００６０】
図７は、機器グループ３の占有領域３０の外縁に対し、パイプラック２１、２２、２３（パイプラック配置領域２０）の長辺と接続される接続辺３０１を予め設定した例を示している。  
これとは反対に接続辺３０１が予め設定されていない場合は、パイプラック２１、２２、２３の長辺に対して、占有領域３０のいずれの辺を接続してもよい。但し、接続辺３０１を予め設定しておいた方が、機器グループ３の最適配置を探索する際のコンピュータの計算量を低減することができる。
【００６１】
また図７には、接続辺３０１側とは占有領域３０を挟んで反対側の領域に、メンテナンス時に機器グループ３内に配置された機器３１が運び出される領域であって、他の機器グループ３の占有領域３０及びパイプラック配置領域２０のいずれもが設けられていないメンテナンス領域５を設けた例を併記してある。
【００６２】
また、予め接続辺３０１が設定されていない占有領域３０においては、パイプラック２１、２２、２３（パイプラック配置領域２０）の長辺と接続されることが選択された辺を接続辺とする。そして、この接続辺側とは占有領域３０を挟んで反対側の領域に、既述のメンテナンス領域５を設けてもよい点は、図７に示す例と同様である。
【００６３】
このほか、図８Ａに示すように、空いている敷地領域１０に機器グループ３を配置するにあたり、当該機器グループ３を接続可能なメインパイプラック２１、サブパイプラック２２がない場合がある。このような場合には、サブパイプラック２２の長辺に接続され、当該長辺と交差する方向に延設されるサブサブパイプラック２３のパイプラック配置領域２０を生成し、当該サブサブパイプラック２３の長辺に機器グループ３を接続してもよい（図８Ｂ）。この動作は、機器グループ３の最適な配置の探索を行う際に実行される。
【００６４】
以上に説明した各制約やメインパイプラック２１、サブパイプラック２２の設置ケースを踏まえ、本例の機器配置方法は、複数の機器グループ３の占有領域３０の配置位置、及び各パイプラック２１、２２、２３のパイプラック配置領域２０の配置位置を可変パラメータとする。言い替えると、敷地領域１０において、各占有領域３０やパイプラック配置領域２０によって占有される座標範囲が可変パラメータとなる。
【００６５】
そして予め準備された各ケース及びサブケースについて、可変パラメータを変化させ、各ケース及びサブケースについて配管４の総使用量または総コストがより少なくなる機器グループ３の配置を探索する。  
このような条件を満たす機器グループ３の配置の探索は、市販されている汎用的な最適化ソフトウェアを用いてコンピュータにより実行することができる。このようなソフトウェアの例としては、ESTECO社のmodeFRONTIER、Altair社のHyperStudy、Noesis Solutions社のOptimas、Red Cedar Technology社のHEEDなどを例示することができる。ここで、汎用的な最適化ソフトウェアを用いて機器グループ３の最適配置の探索を実行することは必須の要件ではなく、専用に開発した探索ツールを用いて最適配置の探索を行ってもよい。
【００６６】
前記最適配置の探索は、このような最適化ソフトウェアや探索ツールを用い、遺伝的アルゴリズムや粒子群最適化法によって探索することができる。これらの最適化法を実行する具体的なアルゴリズムの例としては、ＮＣＧＡ(Neighborhood Cultivation Genetic Algorithm)、ＮＢＩ（Normal Boundary Intersection)、ＩＯＳＯ（Indirect Optimization on the basis of Self‐Organization）などを例示することができる。但し、当該最適配置の探索は、これら例示した手法を用いる場合に限定されず、配管４の総使用量または総コストが少なくなる機器グループ３の配置を探索可能な任意の手法を用いることができる。
【００６７】
また、本例の機器の配置方法において、上述の手法を用いて機器グループ３の最適配置を探索するコンピュータは、探索した機器グループ３の配置の中から、配管４の配管材の総使用量または総コストがより少ない複数の配置を選択し、ユーザーに対して出力する。  
選択する配置は、各ケース（サブケースを含む）のうち、目的の値（総使用量または総コスト）が少ない順に、予め設定された数の配置を出力してもよい。また、予め設定したしきい値よりも目的の値が小さくなる全ての配置を選択して出力してもよい。
【００６８】
図９は、本例の機器の配置方法の実施手順の一例である。  
初めに、処理プラント１に含まれる複数の機器３１について、予め複数の機器グループ３にグループ分けし、各機器グループ３について占有領域３０の面積や外縁の形状を決めておく。
【００６９】
しかる後、複数の機器グループ３に対し、図３を用いて説明した考え方に基づき、特定の２つの機器グループ３が配管４を介してペアとなることを示す接続情報と、当該配管４についての配管情報とを設定する（図９の処理Ｐ１）。  
次いで、図５、図６を用いて説明した、処理プラント１の敷地領域１０と、パイプラック配置領域２０とが設定された複数のケース（サブケースを含む。以下、図９の説明において同じ）を準備する（図９の処理Ｐ２）。
【００７０】
しかる後、所定のケースについて、占有領域３０、パイプラック配置領域２０の配置位置を可変パラメータとして、敷地領域１０に複数の機器グループ３を配置する（図９の処理Ｐ３：第１ステップ）。  
このとき、占有領域３０を配置する領域が確保できない場合などは、図６を用いて説明した制約の範囲内でパイプラック配置領域２０の配置位置を変更してもよい。また、図８Ａ、図８Ｂを用いて説明した考え方に基づきサブサブパイプラック２３のパイプラック配置領域２０を生成してもよい。
【００７１】
次いで、第１ステップにて得られた機器グループ３の配置について、既述の接続情報、配管情報に基づき配管４の配管材の総使用量または総コスト（目的の値）を算出する（図９の処理Ｐ４：第２ステップ）。  
以下、予め設定した終了条件（例えば所定の繰り返し計算期間中に、他の配置よりも目的の値が少なくなる機器グループ３の配置がこれ以上、探索できなかった場合など）を満たすまで、第１、第２ステップを繰り返す。
【００７２】
また、第１、第２ステップを実行するにあたり、例えば図５（ａ）のケース１のように、メインパイプラック２１の長辺の総延長が短く、図２に示す全ての占有領域３０の接続辺３０１を接続することができないことが判明した場合は、その時点で最適配置の探索を終了し、その旨の情報を出力してもよい。
【００７３】
こうして探索を実行しているケースについて、終了条件に到達したら、目的の値が少なくなる機器グループ３の配置を複数、記憶する。しかる後、最適配置を探索するケースを変更しながら、上述の第１、第２ステップの実行を繰り返す。
【００７４】
準備されているすべてのケースについて機器グループ３の最適配置の探索が完了したら、記憶しておいた、配管材の総使用量または総コストがより少ないケースと機器グループ３の配置との組み合わせを出力する（図９の処理Ｐ５）。  
【００７５】
出力された複数の機器グループ３の配置の中から、ユーザーは、メンテナンス管理や安全管理、配管材の総使用量や総コスト以外のコスト要因などの制約を考慮し、より現実的な機器グループ３の配置を選択する。しかる後、上述の各種制約も踏まえて機器グループ３の配置の調整を行う。この結果、図１０に示すように、図２に示した敷地領域１０に対する、複数の機器グループ３の配置が決定される。
【００７６】
このようにして決定された機器グループ３の配置に基づき、処理プラント１を構成する各機器３１の配置が決定され、この配置に基づいて処理プラント１が建設される。
【００７７】
本実施の形態に係る機器配置方法によれば、処理プラント１を構成する多数の機器３１がグループ分けされた機器グループ３の配置について、コンピュータにより、配管材の総使用量や総コストが少ない配置を求める。この結果、機器配置の決定に必要な作業の負荷を軽減しつつ、決定された機器配置の経済性を定量的に把握することができる。
【００７８】
ここで、図５を用いて説明したケースを予め準備し、機器グループ３の最適配置を探索することは必須の要件ではない。機器グループ３の配置位置と共に、各種パイプラック２１、２２、２３のパイプラック配置領域２０の配置位置についてもコンピュータを用いて探索させてもよい。  
これとは反対に、例えば図４Ａに示した例のように、機器グループ３（占有領域３０）及び各種パイプラック２１、２２（パイプラック配置領域２０）の初期配置を設定し、この初期配置よりも配管材の総使用量等が少なくなる機器グループ３の配置をコンピュータに探索させてもよい。
【００７９】
また図６を用いて説明した各ケース及びサブケースについて、各パイプラック配置領域２０を移動可能に構成することは必須ではない。例えば、パイプラック配置領域２０の位置を固定した条件下で各ケース（サブケースを含む）における機器グループ３の最適配置を探索してもよい。しかる後、配管材の総使用量等がより少なくなる特定のケースまたはサブケースについて、パイプラック配置領域２０を移動可能な条件下で再度、機器グループ３の最適配置を探索してもよい。
【００８０】
さらにまた処理プラント１を建設するにあたって、最適配置の探索の際にパイプラック２１、２２、２３に配置されていたすべての配管を、実際の処理プラント１においてもパイプラック２１、２２、２３に配置することは必須ではない。例えば占有領域３０が隣り合って配置された機器グループ３に含まれる機器３１間にて、パイプラック２１、２２、２３を通さずにこれらの機器３１を接続してもよい。各機器３１の配置位置からパイプラック２１、２２、２３まで配管４を引き回す場合と比較して、さらに配管４を短くできる場合がある。
【符号の説明】
【００８１】
１        処理プラント
１０      敷地領域
２０      パイプラック配置領域
２１      メインパイプラック
２２      サブパイプラック
２３      サブサブパイプラック
３、３ａ、３ｂ
機器グループ
３０      占有領域
３１      機器
４、４ａ、４ｂ
配管
【要約】
【課題】処理プラントを構成する機器を含む機器グループについて、配管材の総使用量がより少なくなる配置を探索する技術を提供する。
【解決手段】流体を処理する処理プラント１を構成する複数の機器３１を含み、占有領域３０が設定された複数の機器グループ３について、特定の２つの機器グループ３が配管４を介して接続されたペアとなることを示す接続情報と、配管材の使用量の算出に必要な配管情報を設定する。次いで、占有領域３０の外縁と、パイプラック配置領域２０の長辺とが接するように、処理プラント１の敷地領域１０に複数の機器グループ３を配置する第１ステップと、パイプラック２１、２２、２３に支持される配管４の配管材の総使用量を算出する第２ステップと、を繰り返し実施し、複数の機器グループ３の配置を変化させて得られた結果から、配管材の総使用量が少ない複数の配置を選択する。
【選択図】図９【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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