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2022年9月、ゲイラ・ブルースティン著

ゼニスエネルギーZeeco 改装前後の電力使用量

背景

タンク貯蔵施設における蒸気回収システムは40年以上前から使用されており、主に石油製品の移動中に発生する揮発性有機化合物(VOC)の排出抑制に関する環境規制に対応するために開発された。また、悪臭や毒物への暴露の懸念から、蒸気処理が必要となる場合もある。 

長年にわたり、蒸気制御装置は、その設計、プロセス、効率だけでなく、低排出ガスを達成する能力においても、様々な進化と改良がなされてきた。この記事では、あるタンク貯蔵施設が既存の蒸気回収装置(VRU)を戦略的にアップグレードする際に、Zeeco 。このアップグレードにより、システムの信頼性が向上し、運転コストとカーボンフットプリントが削減された。

 

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シチュエーション

タンク貯蔵設備には、活性炭を用いたVRUシステムが広く採用されています。活性炭装置は、基本的に大型のろ過装置です。タンクの蒸気は活性炭のベッドに送られ、吸着と呼ばれるプロセスによって蒸気から炭化水素を除去します。炭化水素で飽和状態になると、ベッドは分離され、追加の蒸気は2つ目のクリーンなカーボンベッドに送られます。

最初の炭素ベッドは、ベッド内部を真空にすることで再生と呼ばれるプロセスを経て洗浄され、吸着された炭化水素が活性炭から放出されベッドから取り除かれる。ベッドを再生し、炭化水素を多く含む蒸気流を吸収塔に移動させるために、1台以上の真空ポンプが必要である。吸収塔では、炭化水素の液体(通常はガソリン)が豊富な蒸気流に接触し、気相炭化水素の多くを凝縮して液体にする。吸収液は、回収された炭化水素を含んでおり、吸収液貯蔵タンクに戻される。一般的なカーボンベッドVRUは、1,000ガロンのガソリンを積載した場合、平均して約1~2ガロンのガソリンを回収することができます。

活性炭VRUの模式図

図1 活性炭VRUの模式図

 

チャレンジ

多くの荷揚げ施設が老朽化したため、古い蒸気制御装置を現在の規格に適合させる機会が生まれました。また、ガソリンの流通市場も大きく成長しているため、多くのターミナルオペレーターが施設の拡張のためのソリューションを求めるようになりました。また、オペレーションやキャパシティを向上させるだけでなく、排出ガスやカーボンフットプリントを削減するための改善についても、より深く検討されるようになっています。

2020年、米国北東部にあるゼニス・エナジーのタンク貯蔵ターミナルが、既存の活性炭VRUの問題についてZeeco 。同ターミナルは、バイオディーゼル、ブタン、留出油、エタノール、ガソリンを約40万バレル貯蔵している。ゼニスエナジー社は、全体的な積載能力を高め、全体的な環境/エネルギーフットプリントと運用コストを削減できるソリューションを求めていました。

この古いVRUの主な問題は、システムの液封式真空ポンプ(LRVP)とその補助装置でした。LRVPはその名の通り、ポンプハウジングの中に液体のリングを維持する仕組みになっています。この液体はシール液と呼ばれ、水と凍結防止や腐食防止に必要な化学添加物を混ぜたものです。このシール液を適切なレベルに保ち、混合するために、頻繁なメンテナンスが必要である。

真空ポンプから排出される蒸気にはシール液が含まれているため、分離機へ送る必要があります。分離器から出たシール液は、再び真空ポンプに戻さなければなりません。また、回収されたシール液を冷却して真空ポンプに戻すために、熱交換器が必要となるのが一般的です。シール液処理システムの構成要素については、図2を参照してください。

LRVPシール流体ループ

図2 - LRVPシール流体ループ

 

LRVPシステムに関する一般的なメンテナンスの問題には、以下のようなものがあります。

  • 高価な添加剤によるシール液の定期的な処理
  • 消費したシール液の監視と交換
  • シール液がエタノール蒸気にさらされた場合のシール液添加剤の劣化について
  • 使用済みシール液の廃棄について
  • 熱交換器内部の腐食による補修・交換
  • 定期的にLRVPの組み替えが必要 LRVP
  • シール液ポンプのメンテナンス

LRVPのもう一つの課題は、これらのポンプは常に設計上の全速度で運転しなければならず、回転数を下げたり運転速度を下げたりすることができないことです。このため、必要以上に電力を消費し、真空ポンプのメンテナンス頻度も高くなります。

この拠点のVRUのLRVPは、上記のようなメンテナンスの必要性が多く見られました。さらに、VRUシステムは電源を落とすことができない古いLRVP技術を使用していたため、ターミナルの負荷が低下している期間でも、常に高い電力使用量となっていました。

このターミナルにはVRUが1台しかないため、システムのメンテナンスや予期せぬシャットダウンが発生すると、ほとんどの搬送業務を停止せざるを得なくなります。その結果、大きな収入減と下流のサプライチェーンに支障をきたしていました。

 

解決方法

ターミナル・オペレーターは、Zeeco の専門家に、積み込み作業の量と速度を増やし、オペレーションとメンテナンスのコストを削減し、将来の排出要件を満たすことができるあらゆるソリューションを提案するよう依頼した。その解決策はまた、費用対効果が高く、ターミナルの操業を停止することなく実行できるものでなければならない。

Zeecoのアップグレード計画には、ターミナル・オペレーターが目標を達成するための多くの推奨事項が含まれていた。主な変更点は、既存のLRVPとその補助装置を最新のドライスクリュー真空ポンプにアップグレードすることである。ドライスクリュー真空ポンプはより効率的で、シール液とそれに付随する補助分離容器、ポンプ、熱交換器が不要になる。

LRVPとドライ真空ポンプ部品の比較

図3 - LRVPとドライ真空ポンプの構成要素

 

さらに、ドライスクリュー真空ポンプは、完全な真空容量が必要ないときは、可変周波数ドライブで回転数を下げることができます。これらの変更により、従来の液体真空ポンプの非効率性が改善されただけでなく、ポンプの運転に必要な追加機器やサービスが不要になり、メンテナンス、光熱費、ダウンタイムの削減につながったのです。

Zeecoのグローバル・フィールド・サービス・チームは、いくつかの漏水バルブの交換、圧力・温度スイッチのトランスミッタへのアップグレード、VRUの操作と監視を容易にするヒューマン・マシン・インターフェース(HMI)画面付きの新しいプログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)の導入も推奨した。バルブの交換により回収効率が向上し、新しいトランスミッタとPLCの設置により、プロセスをより正確に制御できるようになりました。新しいPLCのプログラミングにより、稼働率が低い時間帯にVRUが「パワーセーブモード」に入る機能も追加され、消費電力が大幅に削減され、メンテナンス間隔が大幅に延長されました。

また、新しいPLCとHMIの追加により、アラーム履歴、ポンプの稼働時間、排出ガスの濃度レベルと圧力、真空と温度の傾向などの履歴データを記録することが可能になりました。これにより、システムの各コンポーネントについて、稼働時間やサイクルに基づいたより正確なメンテナンススケジュールを作成することが可能になりました。また、アラーム情報やデータトレンドは、運転上の問題を特定し、トラブルシューティングを行う上でも貴重な情報でした。

2020年冬、Zeeco はレトロフィットを開始し、ターミナルオペレーターにZEECO® Zephyr™を提供した。ZEECO® Zephyr™は、Zeeco'の広範なレンタルフリートの一部であるトレーラー搭載型蒸気燃焼器ユニット(VCU)である。Zephyr は、99%以上のVOC破壊効率で、幅広い流量の無煙燃焼を実現するよう設計されている。Zephyr を利用することで、Zeeco はVRUの蒸気を100%VCUに迂回させ、そこで安全に燃焼させることができた。これにより、ターミナルは従業員と顧客の安全を維持し、環境規制の範囲内で、VRUの作業が行われている間、通常の操業能力を維持することができた。

ZEECO® Zepyhr™ 燃焼ユニットの稼働状況

図1:VRUのアップグレードを完了したZephyr™燃焼ユニットの稼動状況

 

結果

このシステムのアップグレードにより、VRUの動作が劇的に改善され、スループットが向上し、信頼性が高まりました。また、パワーセーブモードにより、VRUの電力使用量を40%以上削減することができました(図3参照)。さらに、排出ガスも大幅に削減され、今後強化されるであろう規制にも対応できるようになりました。これらの改善は、現在の環境・社会・ガバナンス(ESG)基準にも合致しています。財務的な観点からも、このアップグレードは成功でした。完全なレトロフィットの投資収益率(ROI)は2年未満でした。 

ゼニスは率先してVRUシステムを改善し、施設のダウンタイムを必要とせずに、複数の分野でメリットを得ました。

図3:Zenith Energyの改修前と改修後の電力使用量

 

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