プラントの配置計画｜レイアウト検討のポイントと注意点

今回の記事ではプラントの配置計画の留意点について解説します。

プラント配置（Plant Layout/Layout）とは、プロセス機器・ユーティリティ・道路・倉庫・建屋など、構内全体をどう配置するかを決める設計のことです。その影響は広範で、プロセス、安全性、メンテナンス性、さらに建設費用や工期にまで及びます。

こちらの記事では、プラント設計業務の中での配置計画の位置づけについて、基本的な内容を解説していますが、今回の記事ではもう少し掘り下げて、配置計画を行う上での、配置計画に着手する際に最初に押さえるべき留意点について解説します。

プラントエンジニアのおどりば

【プラント設計基礎⑥】配置図（レイアウト、プロットプラン）～基礎知識と考え方～

🕒️2021年2月6日

今回は配置図（レイアウト、プロットプラン）について解説します。配置図はP&IDと並ぶ最重要設計図書の一つで、プラント建設、試運転時でも必ず現場に持っていく図面の一つです。・【プラント設計基礎①】基本設計条項(Design Basis) ・【プラント設計基礎⑦】機器リスト～プラント規模を把握する～・【プラント設計基礎⑧】設計圧力、設計温度の決定方法の解説 ・【プラント設計基礎⑨】P&IDの作成手順の解説～プラント基本設計で記載すること～ ・【プラント設計基礎⑩】P&IDの「変更管理」とは？P&ID作成時の注意点の解...

基本的な考え方

配置計画は、「全体配置」「プロット・プラン」「機器配置」など複数の呼び方が存在し、英語では “Layout” や “Plot Plan” と表現されます。しかし、厳密な定義はなく、作成される図面の目的や使用者の視点を共有・明確にしておくことが最重要です。

また、配置が一度決定され、設計段階に入ると、プロセス／土建／配管／電装／建設の各部門に波及し、修正には膨大な労力を伴うことになってしまいます。

そのため、Plant Layout は一度決めたら一度決めると変更は困難であり、初期段階で慎重な検討が求められます。

法的規制と客先要求の事前確認

配置に影響する法令（敷地境界距離、設備間距離など）については、プラント建設地（国、地域）の法体系をあらかじめ調査しておくことが必須です。

日本国内では「高圧ガス保安法」「消防法」「コンビ則」などが適用されますが、海外では類似規制が存在しない場合もあるため、海外のプラントでは、国内の法規に基づいた設計の視点を持ちつつ、柔軟に対応することが必要です。

また、客先要求事項の早期吸い上げと具現化が工程短縮の鍵となります。

承認体制の理解とタイミング

全体配置（Plot Plan）は、客先だけでなく建設地の監督官庁の承認を要する場合が多いです。

そのため、プロジェクト早期から、客先、官庁両者に対する計画提示と調整が重要です。

プロセス・施工視点の両立

配置設計では機器間距離や道路幅に目が行きがちですが、同じプロセスでもPlant Capacity や施工方法によって必要距離は変化します。そのため、配置上の距離や道路幅にとらわれすぎず、プラントのプロセスと施工の両方の視点で検討、設計を進めることが必要です。

具体的には、以下の優先順位で検討、設計を進めると良いとされています。

道路設計と重機動線

例えば、周辺道路の幅は「主要道路：6〜8m」などの指針はありますが、道路幅については機器サイズや使用する重機の条件により決定すべきです。

重機は機器据付時だけでなく、メンテナンスのためにも必要ですが、一般的には据付時より大型の重機は不要とされています。

道路設計では以下を確保することが重要です。

配置設計のレビュー視点

配置計画では、以下の3要素を常にチェック・レビューすることが求められます：

本来はこれらに加えて「経済性（CAPEX/OPEX）」も意識すべきですが、配置計画と直接結びつけた経済評価は難しいため、上記3視点で設計判断を行うことが現実的です。

プラントエンジニアのおどりば

AACEの見積クラスとは？プラント建設コストの分類と内容について解説

🕒️2024年7月9日

今回の記事ではプラント建設コストの見積もりで良く使用されるAACEの見積クラス（Estimation Class）分類と内容について解説します。AACE（The Association for the Advancement of Cost Engineering International）は米国に本部を置く国際コストエンジニアリング推進協会のことを指し、AACEではプラントの建設コスト（CAPEX）の見積もり精度を5段階のクラスに分類することを定義しています。AACEのクラスはプラントエンジニアリング業界で良く使用されており、オーナー企業からエンジニアリング会社に対し、AACEのクラスに基づいて見...

ライセンサーから受領した配置図の取り扱い

プラントの建設プロジェクトの種類によっては、そのプラントのプロセス技術を有する会社（ライセンサー）と、実際にEPC（建設、調達、建設）を行う会社（ライセンシー）が別になることもあります。

そのような場合では、ライセンサーからPlot案が提示されることが多いですが、彼らはプラント全体や原材料の受入体制を把握していない場合も多いです。

そのため、提示された図面はあくまで参考とし、実際にEPCを行う会社の視点（前項の３要素）で再評価することが重要です。

定性的・経験的要素への対応

配置設計は定性的かつ経験的な判断が多く求められる領域です。

そのため、対策として以下を意識することが重要です。

設備以外に求められるスペース

配置計画とはプロセス設備だけでなく、施工・運転体制を支える環境整備まで視野に入れる必要があります。

必要な施設の例として以下が挙げられます。

初期の段階から、これらの仮設・常設施設も含めた全体配置を想定して計画を立てることが理想です。

プラント敷地の属性と建設工法の方針

プラント配置計画において、最初に確認すべき重要な視点が「敷地の属性（Green FieldかBrown Fieldか）」と「建設工法の方針」です。これらは配置形態のみならず、輸送・施工・メンテ・将来増設まで含めた設計方針に直結します。

Green Field と Brown Field の違い

Green Field

何もない敷地はGreen Fieldと呼ばれ、このような敷地にプラントを新設するケースでは、単にプロセス機器の配置だけでなく、プラント全体構成を鑑みて、次のような設備や検討事項も留意しておく必要があります。

上記に加えて、プラントの将来増設も想定される場合は、将来増設分も見越した能力で設計を行う必要があります。

Brown Field

既設プラントが稼働中の敷地に新設する場合、その敷地はBrown Fieldと呼ばれ、このような敷地に建設するケースでは、相対位置関係や運転連携を慎重に評価する必要があります。

これらは客先と調整したうえで、運転継続性を設計段階で担保することが重要です。

建設工法の検討

配置形態は、建設工法によって大きく変わります。ここでは代表的な方式の特徴を整理します。

Modularization

これはプラントの機器、配管、構造物を、建設地とは別に工場である程度モジュールとして組立てた後、そのモジュールの状態で搬入・据付する方式です。

この方式では、設計思想や機器配置パターンがStick Buildと異なるため、Elevationやアクセス性に注意が必要です。

また、鉄架構の構成により必要エリアが増加しがちで、SPMT旋回や傾斜対応も考慮しなければならず、モジュールサイズ・荷重に応じて基礎の種類や位置も変化しまう。

さらに、埋設配管（冷却水・消火水・電力ケーブル）やドレン・雨水処理などは外周経路となるため、配置計画に影響することも留意が必要です。

モジュール種別は下記が代表的です：

Stick Build

Stick Buildは、現地で組み立てる従来工法です。

この方式では大型塔やタンクは現地製作となるため、施工スペースと工期確保が重要となります。

また、クレーンの搬入と組立には広い敷地が必要で、例えば600tクレーンは20台以上のトラック搬入が前提になります。

輸送制限への対応

建設工法の検討において、忘れてはならないのが輸送制限への対応です。

以下に輸送制限への対応検討例を記します。

設備の分割とブロック化

配置検討においては、プラント設備の設置目的や安全性から分割するのが合理的です。

将来増設の可能性と設計対応

将来増設があるかどうかは、設計判断に影響します。

取り合い(Battery Limit)

プラント配置計画の精度と実効性を高めるには、単なる機器配置だけでなく、外部設備との「取合い」、設計根拠となる「プロセス条件」、さらに機器間の「相対位置」に対する理解と確認が不可欠です。この項では、配置計画の後半戦を構成する3つの要素について、設計時の着眼点を整理します。

取合い位置（BL/Tie-in）の明確化

原料の受入れや製品の払出しには、外部設備（OSBL）との接続点＝取合い位置が設計・施工の成否を左右します。

Battery Limitの位置は基本的にBL線上ではなく、1〜2m外側で取合う形式が一般的とされています。

また、接続方法の確認を慎重に行うことも重要です。

OSBLとの接続に関する注意点は以下の通りです。

原料・製品の受払い方法に応じた設計対応

搬入搬出方法の選定は、周辺スペースや計測機器・輸送設備の設計に直結します。

パイプライン受入れ

例えば、プラントの原料が天然ガスであれば、パイプラインで受け入れることが一般的です。

その場合、Metering Station（Custody Meter採用が原則）を設置して、受入量を明確化しなければなりません。また、長距離配管ではドレン・スラグ流入の懸念があるため、必要に応じて適切な対策を事前検討する必要があります。

トラック・鉄道輸送

製品が粉体や液体であれば、トラックや鉄道を用いて出荷、輸送することになります。

そのような場合、以下を考慮する必要があります。

原水・排水・電力系統の取合い

ユーティリティ設備の中でも、原水・排水・電力のような共通設備はプラント全体の安定運転に直結し、配置上の制約も多く存在します。

これらの設備の設計上の留意点は以下の通りです。

その他の検討事項

プロセス条件・機器仕様に基づく配置検討

設計図（PFD／P&ID）に基づき、配置のベースとなる機器仕様と系統構成を固める段階では、以下のような留意点があります。

機器間の相対位置と配置形態の選定

設計図面上で機器同士の関係性を明らかにすることで、レイアウトの合理化を検討することも必要です。

例えば、機器や配管の相対位置の制約から、水平配置とするか、垂直配置とするかを検討する必要があります。

雨水排水と建設地標高管理

プラント建設地の雨水や、標高を考慮した配置検討例は以下の通りです。

3Dモデルによる最終検証

配置計画の完成度を高めるには、3Dモデルによる空間検証が有効です。

特に、HSE（プラントの安全衛生）観点からの操作性／安全性を確認することが重要です。