公益社団法人 化学工学会 http://www.scej.org/

特集 化学プラントのライフサイクル・エンジニアリング特集

Chemical Engineering は，プラントのハードウェア面とソフトウェア面の両側面の一生に関わるものづくりについて，「本質的な複雑性（Essential Complexity）1）」を取り扱う工学である。そこには，Artificial な 2）統合的システム（System of Systems；SoS3））を対象としたエンジニアリングという意思決定の積み重ねから成るアクティビティ全般を通じて，木を見ながら森をも見なければ解決できない課題が現在も山ほど存在している。
本特集では，ハードウェアとしてのプラントの一生にまつわるエンジニアリング業務プロセス全体を概観できる形で紹介することによって，本来あるべきプラントエンジニアリングのプロセスをライフサイクルとして統合するために必要な仕組みについて議論を展開する。そのためには，どのような業務・情報リソース連携が必要であるのか，逆にそのような連携を前提にできれば将来どのようなエンジニアリングがあり得るのかを考察するとともに，プラントのハードウェア面を支える技術的・情報的側面となるソフトウェア＆ウェットウェア 4）面に立脚したプロセス・プラント管理及びプロセス安全管理を具現した，プラントのライフサイクル・エンジニアリング実現につながる枠組みを考えたい。本特集が，我が国のこれからのプロセス産業のあり方を論じる足がかりとなることを期待する。
1）Brooks, F. P.：人月の神話 狼人間を撃つ銀の弾はない , 20 周年記念増訂版 , 新装版 , ピアソン
（2002）
2）
Simion, H. A.：The Science of the Artiﬁcial（邦題「システムの科学」）, 3rd Ed., MIT Press（1996）
3）https://www.sebokwiki.org/wiki/Systems_of_Systems（SoS）
4）
もともとの意は，ハードウェア・ソフトウェアに対するものとしての人間の頭脳のことを指すが，ここでは，Andy Hunt：リファクタリング・ウェットウェア―達人プログラマーの思考法と学習法，オライリー（2009）が示唆する，達人の持つ直感・洞察・知恵・智慧のこと。エンジニアリング・センス。

（編集担当：北島禎二）†

プロセス・プラントライフサイクルエンジニアリング渕野 哲郎
務としての設備保全，設備の更新，市場や競合状況の変化，

1．はじめにそれに伴う原料の切り替えや製品品質変更，増産や減産，合理化のための改修，さらにオペレーションの変更などで化学産業の製造は，プロセス合成，プロセス開発を中核あり，このプラントライフサイクルにおける変化，変更がとするプロセスライフサイクルにおいて創り出されたプロプロセスの安定性やプラントの信頼性の喪失に繋がる現象

セス技術を，設計，建設，生産，保全の業務ステップからを発現及び進展させる条件を作り出した時，プラント設備なるプラントライフサイクルへ技術移転することから始まと操作条件の間の整合性が失われ，その結果，漏洩や事故る。日本でも老朽化プラントの問題が取り沙汰されるようとして顕在化することとなる。になった今日，そのライフが 60 年以上となる場合がある

安定性と信頼性の喪失に繋がる現象とは，主に副反応，ことを疑う人はいない。この間に，様々な変化，変更がお暴走反応や腐食反応などであり，それらの現象の発現及びこなわれる。それは，操業に伴う設備の劣化，その復旧業進展に関わるプロセスパラメータと，結果に至るまでの因果関係は，技術移転情報としてプロセス設計業務ステップ

2019 年 12 月 27 日受理

110に伝えられ，プロセス設計業務において，安定性と信頼性

Process/Plant Lifecycle Engineering
Tetsuo FUCHINO（正会員）
1985 年 東京工業大学理工学研究科修士課程修了
1995 年 同大学同研究科 博士（工学）
現 在 東京工業大学物質理工学院応用化学系 准教授
化学工学会安全部会部会長
連絡先；〒 152-8552 東 京 都 目 黒 区 大 岡 山
2-12-1E-mail fuchino@chemeng.titech.ac.jpの喪失に繋がる現象を，発現及び進展させないことを意図してプロセス構造，プロセス操作条件そしてプラントが設計される。しかし，60年に及ぶプラントライフサイクルは，初期設計段階における設計意図もしくは設計根拠を，不明瞭なものにするには，十分すぎる時間であり，そのようなプラントに対して変化，変更をおこなうことは，初期設計† Kitajima, T.

令和元，2 年度化工誌編集委員（3 号特集主査）
東京農工大学工学部化学物理工学科（2）

著作権法により無断での転載等は禁止されています

化学工学公益社団法人 化学工学会 http://www.scej.org/

いられ，現象として反応性能に影響する要因，被毒や活性がる危険性が増大する。さらには，プロセス技術そのもの低下要因の抽出及びその定量的な評価，取り扱い物質の基の変化，変更，それに伴う製品の変更や，プラントの流用本物性，燃焼限界，爆発限界や毒性など，商用化検討や商がおこなわれる場合もあり，そのような変化，変更に対し用プロセスの設計に向けた基礎情報の収集がおこなわれて，既設の設計根拠からの逸脱の有無の判断が必要となるる。これらの情報は，プロセス開発段階に送られ，パイロッ場合もある。

ト設備の設計施工に用いられるとともに，商用生産に対する実行可能性の検討として，スケールアップ検討，マーケは，上記のような変化や変更に対して，常に安定性と信頼

ティング用サンプル試作，実原料での試験，試験生産，生性の喪失に繋がる現象の発現と進展の要因となるか否かの産技術の検討（品質，コストなど）などがおこなわれる。
プロセス合成，プロセス開発で得られた情報は，プロセ判断が求められることに他ならず，今日その判断の論理性，合理性が求められている。それを実現するためには，ス LCE 管理情報として，「プロセス LCE を管理する（A1）」

プロセス技術情報はもとより，プロセス設計・プラント設

アクティビティで承認後，技術移転情報としてプラントラ計情報，それら設計の根拠情報，プラントライフサイクルイフサイクルに送られる。プラントライフサイクルでは，業務結果，変化・変更の履歴とそれに対する安定性，信頼まず技術移転情報に基づき設計業務が動き出し，もしも情性情報を共有化する（情報を抽出し，電子情報に置き換え，必要報に不備，不足があった場合には，プロセスライフサイクな時にいつでも取り出すことを可能にする）ための仕組みが不可

ルに対して情報の提供要求がもたらされる。その後運用段欠であり，そのためには，ライフサイクル業務機能自体の階においても，特に安全に関わる情報について，技術移転明示化，業務機能を発現するために必要となる情報と業務情報に不備，不足が生じた場合には，情報の提供要求がも機能で創り出される情報の抽出とそれらの関連付け定義がたらされるが，このような情報の手戻りは，安全情報の共急務である。

有化を妨げ，リスク増大を招きかねない。したがって，プロセスライフサイクルのマネージは，過不足のない技術移

2．プロセスライフサイクルエンジニアリング

転情報の管理と伝達，さらにはプロセスライフサイクルで，これら情報を共有するための仕組みの提供が求められ化学産業の製造は，製造機能であるプロセスと，その機ることとなる。

能を発現させるためのプラントから構成される。これは，3．プラントライフサイクルエンジニアリング

自動車に代表される組み立て型産業の製造にはない，化学産業の特徴であり，製造には，取り扱われる物質のライフ

本来，業務プロセスモデルは，時間的な順序や動的な挙サイクルのほか，プロセスライフサイクルとプラントライフサイクルを管理する必要がある。

動を表すモデルではないが，プロセスライフサイクルにお「プロセス LCE を実施する（A0）」をトップアクティビティいて，プロセス合成，プロセス開発がおこなわれ，その情（最上位業務機能）とする IDEF0（Integration DEFinition1））業務プロ

報が技術移転情報として「プラントライフサイクルエンジセスモデルとしてプロセスライフサイクル業務を表すと図ニアリング（LCE）を実施する」に伝達されてから，特定のプ1 となる。「研究開発」という言葉を，「部門」などの呼称をラントのプラントライフサイクルは機能を開始すると解釈つけた組織の名称として使うことがある。しかし，研究することができる。

（Research）と開発（Development）は，業務機能としては別の活

図 2 に，「A0：プラントLCEを実施する」
をトップアクティ

動であり，プロセス合成が研究に，プロセス開発が開発にビティとするプラントライフサイクル業務プロセスモデル 2）相当する。プロセス合成は，触媒開発を例とすれば，素反の一部を示す。外部より，技術移転情報と設計要求が入力応レベルでの条件最適化により開発された触媒に対して，され，技術移転情報は，Node-A0 の「A7：LCE のための基準・研究室レベルで反応システムの合成をおこなうことに相当資源・情報を提供する」に格納され，設計要求（サイト情報，する。この段階ではラボ施設やベンチスケールの施設が用製品仕様，生産量，原料仕様など）は，「A1：プラント LCE を管

図1
第 84 巻

第 3 号（2020）

プロセスライフサイクル業務プロセスモデル（3）

著作権法により無断での転載等は禁止されています

111

集

ライフサイクルを通じて安全性を確保するということ

特意図や根拠からの逸脱を招き，安定性と信頼性の喪失に繋公益社団法人 化学工学会 http://www.scej.org/

理する」に伝達される。プラントライフサイクル業務プロを用いて，生産及び設備保全を実行する。A53，A54の実行，セスを構成する主要業務プロセスは，A1，A7 の他，「A2：実施結果は A56 に伝えられ，A51 を介して生産結果としてプラント LCE の計画を立てる」，「A3：設計をする」，「A4：「A7：LCE のための基準・資源・情報を提供する」に格納建設をする」，「A5：生産する」であり，A1 は，入力されされる。

特た設計要求をより具体的な設計要求として，それを A2，一方，「A3：設計をする」アクティビティは，図 3 に示す

A3 に伝え，A2 は，設計要求と，技術移転情報にある実行ように，「A33：プロセス・プラント概念設計を行う」，「A34：可能性検討結果等を勘案して，プロジェクトバリューとしプロセス・プラント基本設計を行う」，「A35：プロセス・集ての設計ベーシスを A3 に出力する。A3 は，A1 からの設プラント詳細設計を行う」の 3 つの設計段階を経て詳細化

計要求，A2 からの設計ベーシスを制約として，A7 からのされ，各設計段階はプロセス設計とプラント設計に分類さ技術移転情報に基づき設計をおこない，設計結果情報，される。この詳細化の段階を，プロセス設計だけから見ると，らには設計根拠情報を A7 に出力する。この時，技術移転

プロセス合成，開発段階からの技術移転情報を用いて，プ情報が不十分であれば，A7 に情報提供要求が出力され，ロセス概念設計（A33）がおこなわれ，プロセス概念設計結A1 を経由し承認された情報提供要求として，プロセスラ果とプロセス概念設計根拠が，技術移転され，合成，開発イフサイクル業務プロセスにフィードバックされる。

段階の技術移転情報と合わせて，プロセス基本設計（A34）

続いて「A4：建設する」では，A7 からの設計結果情報にがおこなわれ，プロセス基本設計結果とプロセス基本設計基づき建設がおこなわれ，建設結果情報は，A7 に送られ根拠が，技術移転され，合成，開発段階の技術移転情報とる。A7 に送られた技術移転情報，設計結果情報，設計根合わせて，プロセス詳細設計（A35）がおこなわれ，プロセ拠情報，建設結果情報は，「A5：生産する」に送られる。

ス概念，基本，詳細設計結果とプロセス概念，基本，詳細

この段階では，「A0：プラント LCE を実施する」は，外部設計根拠が，「A37：プロセス・プラント設計のための資より市場情報を受け取り，「A1：プラント LCE を管理する」源を提供する」に技術移転されると考えることができる。

は製造ビジネス戦略を，「A2：プラント LCE の計画を立てそして，これら技術移転されたプロセス設計結果情報とプる」
は生産要求を A5 に伝える。「A5：生産する」は，「A51：ロセス設計根拠情報が，「A31：設計を管理する」を介して，生産を管理する」，「A52：生産計画を立てる」，「A53：生「A3：設計をする」に伝わり，最終的に A7 に格納される。

産を実行する」，「A54：設備保全をする」，「A55：生産に以上より，プロセス合成，開発段階の技術移転情報，設関するパフォーマンスを評価する」，「A56：生産に必要な計段階からプラントライフサイクル業務プロセス全体に技基準・資源・情報を提供する」に展開される。A51 は，A5

術移転される，設計結果，設計根拠情報，及び運転実行，に伝えられた製造ビジネス戦略及び生産要求に基づき，生設備保全実施の結果情報の管理（情報を取り出し，電子情報と産計画立案要求を「A52：生産計画を立てる」に伝え，A52して保存し，いつでも取り出せる状態にすること）は，「A7：LCEは，A53 及び A54 にオペレーションプラン，アセット管理のための基準・資源・情報を提供する」の機能であることプランを伝える。A53 はオペレーションプランに基づき，が，プロセス，プラントライフサイクル業務プロセスモデ

A54 はアセット管理プランに基づき，A7 に伝えられた技ルの解析からわかる。

術移転情報，設計結果情報，設計根拠情報，建設結果情報

図2
112

プラントライフサイクル業務プロセスモデル（4）

著作権法により無断での転載等は禁止されています

化学工学公益社団法人 化学工学会 http://www.scej.org/

表1

OSHA/PSM プロセス安全情報

化学物質の危険性の情報

プロセス技術情報

プロセス設備情報
建設資材，P&ID，防爆クラス，リリーフシステムの設計基準，設計コードと標準，物質収支，エネルギー収支，安全システム，etc.

図 3 「A3：設計をする」アクティビティの展開を通じた安全管理を実現するために，重要な情報である。

4．プロセス安全情報

詳細は，本特集記事の他の記事に任せるが，化学工学会安全部会では，前節の後半，プロセス設計業務プロセスで述

欧米では，1970 年代から 80 年代にかけて起きた重大事

べたように，プロセス設計根拠情報は，段階的に次のステッ故の解析により，それらの根本原因が「マネジメント」の不プの設計，さらには設計以外のプラントライフサイクル業備に起因すると認識されるようになり，プロセス安全管理

務プロセスに対して，プロセス合成，開発情報とともに，（PSM：Process Safety Management）に対する法規の整備がおこな技術移管されるべき情報であると考えており，「プロセスわれてきた。米国では，1984 年に起きたインド Bhopal の技術情報」の プロセス化学 情報として管理されるものとイソシアン化メチルの流出事故により，Occupational Safe-解釈 4）をしている。

ty and Health Administration（OSHA）が，1992 年に 14 エレメ

5．おわりにントで構成される Process Safety Management of Highly Haz（29CFR1910.119）規制を発効す
ardous Chemicals（OSHA-PSM3））る契機となった。OSHA-PSM は，プラントライフサイク

今日，60 年以上に及ぶライフサイクルを有する化学プルを通じた安全管理を，変更管理が持つ PDCA サイクルのラントにおいて，その長きにわたりプロセスの安定性，プ機能を利用して，実現しようとするものであり，そのためラントの信頼性を高いレベルで保ち，安全性を確保し続けに必要なエレメントを規定しているといっても過言ではなることが求められている。そのためには，プロセスライフい。そして，前節で述べた「A7：LCE のための基準・資源・サイクル業務プロセスからの技術移転情報と，プラントラ情報を提供する」において，ライフサイクルを通じて共有

イフサイクル業務プロセスにおけるエンジニアリング情報

すべき情報をプロセス安全情報（PSI：Process Safety Informa-

を，プラントライフサイクルで共有し，管理する（情報を取tion）として規定している。もちろん OSHA-PSM は，法規とり出し，電子情報として保存し，いつでも取り出せる状態にする）こしての性質から，最小要件となる。OSHA-PSM が PSI としとが必要であるとともに，その仕組み作りが急務である。て共有すべき情報を，表 1 に示す。OSHA-PSM/PSI は，必本稿は，プロセス・プラントライフサイクルエンジニアリ

要な情報を 3 つのカテゴリーに分けている。このうち，「化ングの視点から，プロセス，プラントライフサイクル業務

学物質の危険性の情報」及び「プロセス技術情報」の プロセ

プロセスモデルに基づき，ライフサイクルを構成する業務

ス化学プロセスと取り扱われる情報について概観した。各ライフは，主にプロセス合成，プロセス開発からの技術移転情報であると考えることができ，その他の「プロセスサイクル業務内容については，以降の記事に任せることと技術情報」，「プロセス設備情報」は，主としてプラントラし，本特集記事を通じて，読者の皆さんが，エンジニアリンイフサイクル業務プロセスの設計段階で得られる情報であグ情報の統合環境の重要性と必要性を理解し，あるべき統ると解釈できる。しかし，そうだとすると，前節まで議論合環境について議論を始めるきっかけとなれば幸いに思う。

してきたプロセス設計根拠情報が一切 OSHA-PSM/PSI では規定されないこととなる。法規としての解釈がどのような参考文献
1）ISO/IEC/IEEE 31320-1, Information technology − Modeling Languages − Part1:
Syntax and Semantics for IDEF0（2012）
2）化学工学会安全部会：化学工学テクニカルレポート No.44（2017）3）OSHA：Process Safety Management, OSHA 3132（2000（Reprinted））
4）頼昭一郎：化学工学 , 82（11）, 662-665（2018）

ものであるかは，別問題としてプロセス安全管理（PSM）として考えた時，プロセス設計根拠情報は，ライフサイクル

第 84 巻

第 3 号（2020）（5）

著作権法により無断での転載等は禁止されています

113集

BFD，PFD，プロセス化学，最大プロセス・インベントリー量，安全操作領域，重大な結果情報，etc.

特毒性，許容露出制限，物性データ，反応性データ，腐食性データ，熱的・化
学的安定性データ，etc.