特許 7238128 プラントの建設方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-03

(45)【発行日】2023-03-13

(54)【発明の名称】プラントの建設方法

(51)【国際特許分類】

   E04H 5/02 20060101AFI20230306BHJP

【ＦＩ】

E04H5/02 D

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021528696

(86)(22)【出願日】2019-06-25

(86)【国際出願番号】 JP2019025131

(87)【国際公開番号】W WO2020261376

(87)【国際公開日】2020-12-30

【審査請求日】2022-05-26

(73)【特許権者】

【識別番号】519355493

【氏名又は名称】日揮グローバル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】寺久保 憲昭

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 洋晃

(72)【発明者】

【氏名】本位田 篤生

【審査官】沖原 有里奈

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１９８５７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１５４０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４３５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４４０７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｈ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の処理を行うプラントの建設方法であって、
前記流体の処理に係る機器群を設置する工程と、
前記機器群の設置領域とは異なる領域に３Ｄプリンタを配置し、前記３Ｄプリンタにより、前記機器群に含まれる機器との間で流体の授受を行うための配管を支持する架構構造物を形成する工程と、を含み、前記架構構造物を形成する工程は、前記機器群を設置する工程の後に実施することを特徴とするプラントの建設方法。

【請求項2】

前記架構構造物を形成する工程に加えて、形成途中の前記架構構造物に対し、前記配管となる配管材料を外部から搬送し、当該架構構造物に支持される配管を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラントの建設方法。

【請求項3】

前記架構構造物は、上下方向に積層された複数の階層構造の各階にて前記配管を支持するように構成され、
前記架構構造物を形成する工程にて、前記複数の階層構造に含まれる１つの階層を形成することと、前記配管を形成する工程にて、前記１つの階層に支持される配管を形成することと、を繰り返すことを特徴とする請求項２に記載のプラントの建設方法。

【請求項4】

前記３Ｄプリンタは、前記配管と前記架構構造物とを一体形成することを特徴とする請求項１に記載のプラントの建設方法。

【請求項5】

前記架構構造物は、上下方向に積層された複数の階層構造の各階にて前記配管を支持するように構成され、
前記架構構造物を形成する工程にて、前記複数の階層構造に含まれる１つの階層と、当該１つの階層に支持される配管との一体形成を繰り返すことを特徴とする請求項４に記載のプラントの建設方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラントを建設する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

流体の処理を行うプラントには、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。
これらのプラントは、特許文献１に記載されているように例えば塔槽や熱交換器などの静機器、ポンプなどの動機器、これら静機器や動機器の間に設けられる配管などの多数の機器群を配置した構造となっている。そしてこれら機器群の間には、機器の間で流体の授受を行うための配管を支持するためのパイプラックが設けられている。

【0003】

このようなプラントは、クレーンなどを用いて建設資材を建設地に搬入し、各機器やこれを支持する架構、パイプラックの構成部材を順次、組み立てていくことにより建設される。このため、プラント内における各機器やパイプラックのプロットプランや建設スケジュールは、建設資材の搬入経路やクレーンの配置位置などによって大きな制約を受ける。このような制約下で、プラントの建設人員の低減や作業環境の安全性向上が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１４／０２８９６１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、このような背景の下になされたものであり、プラントの建設に係る制約を緩和しつつ、安全にプラントを建設する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、流体の処理を行うプラントの建設方法であって、
前記流体の処理に係る機器群を設置する工程と、
前記機器群の設置領域とは異なる領域に３Ｄプリンタを配置し、前記３Ｄプリンタにより、前記機器群に含まれる機器との間で流体の授受を行うための配管を支持する架構構造物を形成する工程と、を含み、前記架構構造物を形成する工程は、前記機器群を設置する工程の後に実施することを特徴とする。

【0007】

前記プラントの建設方法は以下の特徴を備えてもよい。
（ａ）前記架構構造物を形成する工程に加えて、形成途中の前記架構構造物に対し、前記配管となる配管材料を外部から搬送し、当該架構構造物に支持される配管を形成する工程を含むこと。
（ｂ）前記架構構造物は、上下方向に積層された複数の階層構造の各階にて前記配管を支持するように構成され、
前記架構構造物を形成する工程にて、前記複数の階層構造に含まれる１つの階層を形成することと、前記配管を形成する工程にて、前記１つの階層に支持される配管を形成することと、を繰り返すこと。
（ｃ） 前記３Ｄプリンタは、前記配管と前記架構構造物とを一体形成すること。
（ｄ） 前記架構構造物は、上下方向に積層された複数の階層構造の各階にて前記配管を支持するように構成され、
前記架構構造物を形成する工程にて、前記複数の階層構造に含まれる１つの階層と、当該１つの階層に支持される配管との一体形成を繰り返すこと。

【発明の効果】

【0008】

本プラント の建設方法は、流体の処理に係る機器群を設置する工程と、前記機器群の設置領域とは異なる領域に、３Ｄプリンタにより、前記機器群に含まれる機器との間で流体の授受を行うための配管を支持する架構構造物を形成する工程と、を含む。このように架構構造物を３Ｄプリンタにより形成することで、架構構造物を形成する工程の制約を受けずに流体の処理に係る機器群を設置することができる。さらに架構構造物を組み上げるための敷地を確保する必要がなく建設地をコンパクト化できると共に現場に人員が入り架構構造物を組み立てる必要がないため安全性が高まる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】プラントの全体構成を示す斜視図である。

【図2】パイプラックの形成する工程を示す第１の作用図である。

【図3】パイプラックの形成する工程を示す第２の作用図である。

【図4】パイプラックの形成する工程を示す第３の作用図である。

【図5】パイプラックの形成する工程を示す第４の作用図である。

【図6】パイプラックの形成する工程を示す第５の作用図である。

【図7】パイプラックの形成する工程の他の例を示す作用図である。

【図8】前記プラントの建設する工程を示す第１の作用図である。

【図9】前記プラントの建設する工程を示す第１の作用図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、３Ｄプリンタ（付加製造装置）により建設されたプラントの全体を示す斜視図である。図１に示すように、出願人は、最終的には、プラントを構成する機器や配管、架構の大部分を３Ｄプリンタにより形成することを視野に技術開発を行っている。その要素技術として、本願では、３Ｄプリンタを用いたパイプラックの形成について説明する。
なお現在は、飛行機の導体部分や翼（例えば日本国特許第６５１３５５４号）、建築資材（例えば日本国特許第６３７８６９９号）など、大型の部材を３Ｄプリンタによって製造する技術も特許化されている。また、本願発明者らは、需要者側の要請があれば大型の構造物を形成可能な３Ｄプリンタを提供可能であることを３Ｄプリンタメーカーの開発状況調査等により把握している。

【0011】

図１に示すプラントは、例えば流体である液化天然ガス（ＬＮＧ）の製造を行うプラントであり、液化前処理や、前処理後の天然ガスの液化を行う多数の機器２を備えている。また各機器２の設置領域の側方には、当該ＬＮＧプラント内で取り扱われる各種の流体を各機器２間で授受するための配管を支持する架構構造物であるパイプラック３が設けられている。詳しくは後述するが、例えばパイプラック３は、上下方向に積層された複数の階層構造を備えた架構によって構成され、各階にて複数の配管が支持されている。

【0012】

本実施の形態に係るプラントの建設方法においては、３Ｄプリンタ１により上述のパイプラック３が形成される。図１に示すように３Ｄプリンタ１は、梁部１０Ｂの両端を２本の支持柱１０Ａで支持する門型の支持部１０を備えている。支持部１０は、例えばＬＮＧプラントを構成する多数の機器２群及びパイプラック３の設置領域を上方側から跨ぐように設けられている。また支持部１０の下端には、当該支持部１０を移動させるための不図示の支持部移動機構が設けられている。支持部移動機構は、前記梁部１０Ｂが架け渡されている方向と直交する方向に伸びるように地上に設けられたガイドレール１２に沿って移動自在に構成されている。

【0013】

さらに梁部１０Ｂには、梁部１０Ｂに沿って移動自在に構成された移動体４２が設けられている。また移動体４２には、下方に向けて伸びる軸部４１が設けられ、軸部４１の下端には、下方に向けてパイプラック３の構成材料を吐出し、３Ｄプリントを実行するプリンタ本体部４が設けられている。プリンタ本体部４は、支持部１０がガイドレール１２（例えば図１中のＸ軸方向に沿って移動）し、移動体４２が梁部１０Ｂに沿ってガイドレール１２の伸びる方向と直交する方向に移動（例えば同図中のＹ軸方向に移動）すると共に、プリンタ本体部４が軸部に沿って昇降（Ｚ軸方向に昇降）することでＸＹＺ軸方向に移動自在に構成されている。

【0014】

またパイプラック３を形成する３Ｄプリンタ１には、梁部１０Ｂに沿って移動するアーム移動体４３が設けられていてもよい。アーム移動体４３には、下方に向けて伸びる軸部４４が設けられ、軸部４４の下端には、パイプラック３に配置する配管を構成する配管材料（以下配管材料及びパイプラック３に配管材料を設置して構成される配管を「配管５」と示す）を外部から受け取り、配置箇所まで搬送するアーム４５が設けられている。アーム４５もプリンタ本体部４と同様にＸＹＺ軸方向に移動自在に構成されている。

【0015】

プリンタ本体部４は、例えばノズルから吐出される金属粉や樹脂などの構成材料を下層側から積層して積み上げて形成する指向性エネルギー堆積法を用いる３Ｄプリンタを例示することができる。指向性エネルギー堆積法とは異なる手法を用いた３Ｄプリンタを用いてもよいことは勿論である。

【0016】

続いてパイプラック３の形成について説明する。図２～図６は、上述の３Ｄプリンタ１を用いてパイプラック３を建設する工程を示している。プラントを製造するにあたっては、まず各機器２及びパイプラック３などの構造物の配置に合わせて基礎１００が形成され、その基礎１００の上に前記ＬＮＧプラント内で取り扱われる各種流体の処理に係る機器２群が設置される。そしてこれらの機器２群の設置領域とは異なる領域に、３Ｄプリンタ１により前記機器２群に含まれる機器との間で流体の授受を行うための配管５を支持するパイプラック３が形成される（図２や後述の図９参照）。

【0017】

パイプラック３は、上下方向に積層された複数の階層構造を備えた架構によって構成され、各階層３１にて複数の配管５が支持されるように構成されている。本例のパイプラック３は、例えば、金属材料やセラミクス材料、樹脂材料などの構造材料によって構成される。プリンタ本体部４は、例えばこれらの材料を吐出し、配管５を支持することが可能な強度を有するパイプラック３を形成する。パイプラック３を構成する架構は、トラス構造やラーメン構造などの骨組み構造であってもよいし、ハニカム構造やラティス構造であってもよい。

【0018】

先ず３Ｄプリンタ１が、パイプラック３の設置領域に移動し、図２に示すように、基礎１００の上方に支柱３２の下方側の部分から順番にパイプラック３の構成部材を積層して形成していく。
そして図３に示すように１段目の階層３１の設置高さまで支柱３２を形成した後、支柱３２に支持される階層３１を形成する。その後、図４に示すように一旦パイプラック３の形成を中断し、プリンタ本体部４をパイプラック３の設置領域から退避させる。さらに形成途中のパイプラック３に対し、アーム４５により外部から配管５を搬送して、当該階層３１に支持される配管５を構成する。このように前記複数の階層構造に含まれる１つの階層３１を形成することと、前記１つの階層３１に支持される配管５を形成することと、を繰り返すことにより、図５に示すように各階層３１にて配管５が支持された複数階構造のパイプラック３を形成することができる。さらに必要な場合には、例えば３Ｄプリンタ１をパイプラック３の設置領域から退避させて、パイプラック３の頂部に空冷式熱交換器（ＡＣＨＥ）３３を設置し（図６）、パイプラック３が完成する。

【0019】

またパイプラック３を形成するにあたって、３Ｄプリンタ１により、当該架構に支持される配管５と、複数階構造の架構（パイプラック３本体）と、の双方を一体に形成してもよい。例えば図７に示すように基礎１００の上方にパイプラック３を形成するにあたって、配管５を支持する階層３１まで形成した後、プリンタ本体部４をパイプラック３の設置領域から退避させずに、当該階層３１よりも上方の支柱３２と同時に階層３１に配置される配管５を一体で形成する。このように、前記複数の階層構造に含まれる１つの階層３１と、当該１つの階層３１に支持される配管５との一体形成を繰り返してパイプラック３を形成してもよい。

【0020】

このような配管５はパイプラック３と同じ材料で構成してもよい。あるいは、図７には、１つのノズルを用いてパイプラック３の架構の形成を行うプリンタ本体部４を記載しているが、異なる材料を供給する複数のノズルを使い分けてパイプラック３と配管５とを形成してもよい。
配管５の構成材料は、配管５内を流れる流体の温度、圧力、化学性状などに応じた強度、耐食性を有する金属材料やセラミクス材料、樹脂材料などが選択される。また、配管５の内面がライニング材料によってライニングされていたり、配管５の外面が保温材料によって覆われていたりしてもよい。
また配管５をパイプラック３のすべての階層３１を形成した後、アーム４５により各階層３１内に配管５を搬入、配置してもよい。アーム４５によって配置される配管５についても、例えば別の場所で３Ｄプリンタ１を用いて製造を行ったものであってよい。

【0021】

以上に説明した、３Ｄプリンタ１を用いた製造工程により、パイプラック３及びパイプラック３と一体形成された配管５を形成することができる。

【0022】

また図８、図９の平面図に示すように、３Ｄプリンタ１を用いてパイプラック３を形成することにより、初めにＬＮＧプラントを構成する機器２群を配置した後、最後にパイプラック３の形成を行うことも可能となる。
図８に示すように、通常のＬＮＧプラントにおいては、パイプラック３の設置領域の周囲に他の機器２群を配置するレイアウトを採用する場合が多い。
一方で、パイプラック３は、各機器２の設計に合わせて配管５のサイズや配置を決める必要があることから、他の機器２において構成やサイズ、配置位置の設計変更があった場合には、パイプラック３の設計も変更されることが多い。このため、パイプラック３の設計は各機器２の設計の後になる。

【0023】

従来のＬＮＧプラントの形成においては、例えばクレーンなどを用い、Ｈ鋼などの構成部材を順次、組み合わせてパイプラック３を建造していた。そのため、図８に示すレイアウトのように、ＬＮＧプラントの中心近くに配置されるパイプラック３よりも先に、外側の領域に機器２群を設置してしまうと、資材の搬送やクレーンの配置が難しくなってしまう。一方で既述のように、パイプラック３の設計は、他の機器２の設計変更の影響を最も受けやすいところ、先にパイプラック３を建造すると、周囲の機器２の設計変更などが困難になり、ＬＮＧプラントの設計変更の自由度などが低下してしまうことがある。

【0024】

さらにプラントの中心部に配置されるパイプラック３の形成に先んじて周囲の機器２を設置しようとすると、既に配置された他の機器２越しにパイプラック３の構成２の部材を搬送することが可能な大型のクレーンを用いなければならない。この結果、パイプラック３の周囲に配置される機器２群の設置領域に、大型クレーンの進入領域を確保する必要が生じ、プラントの設置面積が大きくなってしまう問題も生じる。

【0025】

これらの問題に対し、３Ｄプリンタ１を利用する本法では、先にＬＮＧプラントを構成する機器２群の配置を完了し（図８）、後から３Ｄプリンタ１を当該設置領域に移動させて、パイプラック３を形成することができる（図９）。
このように機器２群の配置に続いて、後からパイプラック３を形成する場合であっても、大型のクレーンを使用する場合に必要な進入領域の確保が必要ない。

【0026】

本発明によれば、３Ｄプリンタ１のプリンタ本体部４をパイプラック３が形成される領域の上方に移動させ、当該領域の上方から架構の材料を吐出してパイプラック３を形成することができる。そのためプラントの外側寄りの機器２群を建設した後においても、クレーンの進入領域の確保やパイプラック３を構成する架構を搬入する領域を確保しておく必要なしにパイプラック３を形成することができる。従ってパイプラック３の形成に制約されない建設スケジュールとすることができると共に、プラントの大型化を抑制することができる。またパイプラック３の形成から配管５の設置に至るまで現場にて人員が作業する必要がないため人員の事故を防ぐことができる。

【0027】

特にパイプラック３は、上下方向に伸びる支柱３２により複数の階層３１を支持し、各階層３１に配管５を配置する構成となっている。このため、ＬＮＧプラント内でも下層側から順次、構成材料を積み上げる３Ｄプリンタ１による形成に適した構造物である。

【0028】

またプラント１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、各種のプラントであってよい。
また機器２を設置するにあたっては、例えば他所で機器２を収納したモジュールを建造し、当該モジュールを設置現場に搬送し、モジュール同士を接続することによりプラントを建設するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0029】

１ ３Ｄプリンタ
２ 機器
３ パイプラック
４ プリンタ本体部
５ 配管
３１ 階層
４５ アーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】