タンクターミナルで電動バルブの有用性を証明

The Botlek Tank Terminal (BTT)

The Botlek Tank Terminal (BTT)

概要

2005年のBuncefield油槽所での壊滅的な火災発生以降、同様の悲惨な事故が今後発生することのないよう多くの取り組みがなされました。COMAH (重大災害防止規則)に従い、石油産業は保護措置を講じ、タンク貯蔵設備の安全性と環境保護の強化に努めました。

Buncefield Standards Task Groupの勧告に基づき実施したこれらの保護措置の主な内容は、フェイルセーフ機能(ESD:緊急遮断機能)付き遠隔操作式遮断弁(ROSoV)を設置するというものでした。

経緯

ROSoV系バルブの多くは、燃料貯蔵タンクの出入口ポートに設置されており、潜在的な緊急事態発生時には、個々のタンクを外部から遮断します。タンクファームでは電動アクチュエータが主流ですが、これは、このような場所では一般的な非常に広大な環境には適しています。このような設備では、従来から制御や表示用の電源を利用することは可能でしたが、空気式のリングメインユニットを設置するには多額の費用がかかります。そのため、ESDアクチュエータに動力を供給する手段として電気を利用することは、経済的かつ実用的です。


ロッテルダムにあるBotlekタンクターミナルは、Buncefieldでの火災以後に設計・建設されており、日常稼働及び安全関連の業務で電動バルブを採用した最新設備の一例です。

ソリューション


Botlekタンクターミナル(BTT)には、34の貯蔵タンクがあり、貯蔵可能体積は合わせて20万立方メートルにも及びますが、そのうちの13万立方メートルはクリーン燃料の貯蔵に、残りは食用油やバイオディーゼルの貯蔵に当てられます。ターミナルには、2隻の海上船舶と2隻の荷船の同時収容が可能な420メートルの桟橋を含め、24時間稼働の沖合埠頭があります。

ターミナルでは、ロトルクの電動バルブアクチュエータを採用しており、 フロー制御の自動化や、輸出入及び多種多様な液体製品の保管に伴う安全関連業務に活用しています。

施設中の流体の日常的な流れを制御するバルブの操作を目的として、250台以上のIQマルチターン及び90度回転用インテリジェントアクチュエータを設置しました。

フェイルセーフ機能により潜在的な事故や流出から保護するESD用バルブに、更に55台のスキルマチックSI自己充足型電油式アクチュエータを設置しました。

スキルマチックアクチュエータは、潜在的緊急事態発生時に個々のタンクやエリアを遮断するため、燃料貯蔵タンクの出入口側ポート、海上及びトラック積載台に設置されています。

これらのアクチュエータは、専用の液面・フローセンサーやESDロジックソルバーによって動作し、Botlekターミナルに安全計装機能(SIF)を提供する安全計装システム(SIS)の重要コンポーネントです。

ESDで要求される高速フェイルセーフ動作を実現するには、特殊設計の電動アクチュエータが必要ですが、電油式アクチュエータであれば、このような動作が可能であることを、経験から認識しています。

電油式アクチュエータは、シンプルであるが故に非常に信頼性の高い機械式スプリングでフェイルセーフ動作を行い、バルブを安全位置まで移動させていますが、反対方向への移動に関しては、一体型の電動油圧ポンプを使って正確かつ高速で行っています。

このような設計であるため、正確なフェイルセーフ動作と最新の電動駆動技術の長所を併せ持つことができ、正確な制御、監視、アラーム信号、動作ログ、診断など、高レベルのアセットマネジメントに貢献します。


Botlekタンクターミナルのロトルクアクチュエータは全て、過酷環境や浸水環境向けに設計されており、ATEX防爆認証取得、さらにIP68ダブルシール防水の本体を特徴としています。これらのアクチュエータは、3つのPakscan P3マスターステーションでターミナルの中央SCADAシステムに接続され、完全に冗長化されたロトルクPakscanデジタルバスループで制御・監視されます。

結果

Botlekタンクターミナルのアクチュエータは全て、IQと同様に、カバーを外すことなく設定、コミッショニング、データ通信を行うことができます。携帯サイズの本質的安全設定器は、メニューが次々に自動表示されるため操作し易く、この設定器によって、カバーを外さずに安全に、かつ高速で調整を行うことができます。また、この設定器は、アクチュエータの設定情報やデータロガーファイルを現場からオフィスに送信することができ、診断や解析、保存することができます。更に、ロトルクInsightというパソコン用ソフトウェアと併用することにより、潜在的なバルブの消耗を確認することができ、予測メンテナンスがし易くなります。


IQインテリジェントアクチュエータの技術により、データを拡散したり、バルブの動作回数、アラームの状態、イベントへの無応答状況、バルブのトルクデータ、不正操作試行状況やその他イベントなど、全動作を詳細に記録することができ、幅広いデータを収集することができます。こういった情報を客観的に分析したり、現場毎の特殊条件を満たすには何が重要なのか認識する能力は、効率的にアセットマネジメントを行う上で必要不可欠です。

例えば、異なるタイプのバルブが多数あり、それらが描くトルク要求曲線がそれぞれ異なっているとします。新設したり校正を行ったバルブアクチュエータアセンブリからトルク要求曲線を得ることは、将来的に描かれる曲線を判断する上での基準点となります。内的要因及び外的要因により、バルブは、年月の経過と共に開閉がし難くなります。例えば、オイルによる潤滑が為されていないステム上昇型ゲート弁のスレッドステムがこれに該当します。こういった問題を認識することで、ソフトウェアを使用して、プラントの稼働に支障を来すことのないよう点検や保守を計画したり、トータルアセットマネジメントを改善することができるのです。


IQの技術をスキルマチックSIアクチュエータに組み込むことで、安全システム用のハードウェアESD入力と組み合わさり、高度な制御及び監視が可能となります。内部油圧、位置、リミット、制御オプション、アラーム及び表示機能といった設定にアクセスすることができ、調整を行うこともできます。アクチュエータの状態や制御及びアラームのアイコンは照明付きの液晶画面で閲覧することができ、また、圧力、診断及びヘルプ画面といったリアルタイムの情報にもアクセスすることができます。


スキルマチック制御モジュールにより、現場のPakscan デジタルネットワーク制御システムとの互換性など、厳しい操作条件を満たすことができます。このアクチュエータは、SIL2及びSIL3までの安全機能を実行する安全システムへの使用に関してIEC61508-2:2010の適合認証を取得しており、部分ストロークテスト機能も備えているため、プロセスを妨げることなく遮断弁の動作試験を行うことができます。


これは、セーフティ・クリティカル・バルブの動作試験実行時のプロセスの中断を最小限に抑える上で、特に重要です。

必要に応じて、油圧や動作など、アクチュエータの全重要要素に関して試験を実施することができ、中断可能かどうか確認することができます。この試験は、遠隔から又は、設定器を使用して現場で行うこともできます。ストローク時間に対する部分ストロークの位置を測定し、試運転時に記録したストローク時間に対する初期位置と比較することができます。試験の合否が表示され、有効にしていれば、アラームが作動します。お客様独自の条件に合わせて設定したり、一般的なグループごとに設定したりすることが可能なアラームは3つありますが、このアラームは、そのうちの1つです。また、電源やハードウェアのエラーを監視するための監視リレーが備わっています。

閉側リミット位置からアクチュエータに開信号が送られると、ブリード形電磁弁が作動します。電動ベーン式ポンプは、このバイパス電磁弁の作動が遅れることにより、負荷無しの状態で始動します。このバイパスの電磁弁が作動すると、アクチュエータを全開方向に移動させるため、システムの圧力は、スプリング対向ピストンに対してかかります。アクチュエータに停止信号が出されたり、開側リミット位置に到達すると、バイパスの電磁弁は動力を失い、設定時間経過後に新しい動作信号が出されなければ、その後電動ベーンポンプも動力を失います。アクチュエータの開度を維持するため、ブリード形電磁弁は通電状態し、システムの圧力は維持されます。

アクチュエータが閉信号やESD信号を受け取ると、バイパスの電磁弁や、ブリード形電磁弁、電動ベーン式ポンプは動力を失います。圧力は解放されます。即ち、油圧流体はタンクに戻り、ドライブシャフトはスプリングにより全閉位置又は安全位置に戻ります。

スキルマチックSIアクチュエータは、一体型の電気回路を内蔵しており、その電気回路によって、個別配線のディスクリートESDアラーム信号を受信、その他のあらゆる入力を無効にしてアクチュエータを予め設定しておいた安全位置まで移動させます。

このプロセッサ回路が位置と内部の油圧を監視し、アラームの監視を行いますが、ESD回路は独立しているため、ESD信号が優先されます。

ESD動作では、アクチュエータは直ちに事前に設定しておいた安全位置に戻り、ESD信号が再び出された時に次のコマンドで動作できるよう待機します。セキュリティ強化のため、ESD手動リセット(オプション)を有効にして、アクチュエータや外付けのスイッチにより現場でリセット操作が行われるまでアクチュエータの動作を制限することもできます。また、閉鎖速度は、用途毎の条件に合うように調整することもできます。

この配線図(右上)は、タンクのオーバーフィルを防止、これはBotlekタンクターミナルのスキルマチックが有する機能の1つですが、このために採用された安全計装システム(SIS)を表しています。タンク及びポンプの制御は、DCS(分散制御システム)により行っており、その設備は物理的に埠頭内に組み込まれています。ゲージシステムからの信号は、Pakscanネットワーク経由でポンプやIQ及びスキルマチックアクチュエータを制御するDCS内のPLCまで戻ってきます。ゲージシステムに不具合があれば、タンクの保護にはならず、タンクは依然としてオーバーフィルに陥りやすいままです。これに対処するため、スキルマチックアクチュエータ制御用の外付液面センサーとESDロジックソルバーからなるSISが追加されましたが、これらはSIS制御下の最終要素です。ESD信号は、他の制御信号とは無関係であり、ESD動作に安全計装機能(SIF)を提供し、確実にバルブを安全位置に移動させます。

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