JP2006264708A - 浮屋根の減揺装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 浮屋根の揺動に対して大きな減揺効果を得られるようにする。
【解決手段】 浮屋根式タンク１０は、液体１４を貯留するタンク本体１２の底部に揺動抑制板２２が起伏自在に設けてある。第１索状体２４は、一端を液体１４の表面に浮かべた浮屋根１８の揺動抑制板２２に対して一側縁部に接続し、他端を揺動抑制板２２の上部に接続してある。この第１索状体２４は、中間部がプーリ２８ａ、２８ｂによってタンク本体１２の揺動抑制板２２に対して他側下部に案内される。第２索状体２６は、一端を前記浮屋根１８の揺動抑制板２２に対して他側縁部に接続し、他端を揺動抑制板２２の上部に接続してある。この第２索状体２６は、中間部がプーリ３０ａ、３０ｂを介してタンク本体１２の揺動抑制板２２に対して一側下部に案内される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、石油などを屋外に備蓄する浮屋根式タンクの浮屋根の揺動を低減する浮屋根の減揺装置に関する。

原油やナフサなどを屋外に保管する大型のタンクは、浮屋根式タンクが用いられている。浮屋根式タンクは、タンク本体内に貯留した原油などの液体の液面に浮屋根と呼ばれる蓋を浮かべ、浮屋根とタンク本体との間にシール材を配置して原油などが蒸発するのを防止している。浮屋根は、タンク本体内の液体の増減に伴う液面の変動に伴って、タンク本体内を上下動するようになっている。この浮屋根式タンクは、中の液体が減少したとしても原油やナフサなどが空気に触れることがないため、火災の発生などの危険を避けることができる。

ところが、地震が発生してタンクが揺れると、タンク内の液体の揺動に伴って浮屋根も揺動する。特に、タンクに数秒から１０数秒の揺れが作用すると、タンク内液体の揺動の固有周期と一致して共振状態となり、液面が大きく揺動する。このため、タンク内に多量の原油などが貯留されている場合に、液面の大きな揺動によって浮屋根が大きく傾斜し、原油などがタンクからこぼれたり、浮屋根がタンク本体に設けた付属物と衝突して破損したり、衝突した際に火花が発生して火災になったりする。このため、浮屋根の揺動を防止する装置が種々考えられており、例えばヒンジを介して上下方向に折りたためる制水板を複数配置してタンク内を仕切ってタンク内に生ずる液圧を小さくするようにしたもの（特許文献１）、浮屋根にワイヤを吊るし、ワイヤに水平方向に平らな板からなる抵抗体を取り付けて液体の揺動を抑制するもの（特許文献２）などがある。
特開昭５７−１４２８９２号公報 特開平９−１４２５７５号公報

特許文献１に記載のタンクの液面動揺防止装置は、タンク内を仕切って揺動しうる液体の量を少なくしているために、液面の揺動が従来より小さくなることが期待される。しかし、特許文献１に記載のものは、浮屋根の縁部（端部）が拘束されていないために、浮屋根の揺動を充分に抑制することができない。また、特許文献２に記載のタンクは、抵抗体が水平方向に平らな板状体からなっており、ワイヤの下端が固定されていないため、抵抗体により液体の揺動を阻止することができずに液面が大きく揺動し、浮屋根も大きく揺動するおそれがある。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、浮屋根の揺動に対して大きな減揺効果を得られるようにすることを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明に係る浮屋根の減揺装置は、液体を貯留するタンク本体の底部に起伏自在に設けた揺動抑制板と、一端を前記液体の表面に浮かべた浮屋根の前記揺動抑制板に対して一側縁部に接続し、他端を前記揺動抑制板の上部に接続した第１索状体と、この第１索状体の中間部を前記揺動抑制板の一方の面に対向した前記タンク本体の下部に案内する第１ガイド部材と、一端を前記浮屋根の前記揺動抑制板に対して他側縁部に接続し、他端を前記揺動抑制板の上部に接続した第２索状体と、この第２索状体の中間部を前記揺動抑制板の他方の面に対向した前記タンク本体の下部に案内する第２ガイド部材と、を有することを特徴としている。

前記第１索状体の前記一端は、前記揺動抑制板の前記他方の面側の浮屋根縁部に接続し、前記第２索状体の前記一端は、前記揺動抑制板の前記一方の面側の浮屋根縁部に接続するとよい。前記揺動抑制板は、上端部が引起し部材を介して前記浮屋根に接続するとよい。また、前記揺動抑制板は、前記タンク本体の中心に対する各象限のそれぞれに配設し、隣接する前記揺動抑制板の長手方向を相互に直交させるとよい。

また、本発明に係る浮屋根の減揺装置は、タンク本体に貯留した液体の表面に浮かべた浮屋根の縁部の複数箇所のそれぞれに一端を接続した複数の索状体と、この索状体の他端に取り付けられ、連結具を介して前記タンク本体に接続した衝撃吸収部材と、を有することを特徴としている。

上記のようになっている本発明は、地震の加速度がタンク本体に作用すると、タンク本体内の液体が地震の加速度方向と逆側に移動したと同様の効果を生じ、タンク本体の一側の表面が盛り上がる。このため、浮屋根は、一側が上昇して他側が下降しようとする。このとき、浮屋根の一側に接続した索状体が、浮屋根の上昇に伴って他端に接続した揺動抑制板を一方に倒すように牽引して液体の揺動を阻止、または地震の振動方向と異なる方向に揺動させる。このため、タンク本体の一側に作用する液体の圧力が小さくなるとともに、浮屋根の一側の上昇が液体の移動を阻止する揺動抑制板によって引き戻される力を受ける。このため、浮屋根の揺動が抑制され、液体の揺動を低減することができ、大きな減揺効果を得ることができる。

特に、第１索状体の一端を揺動抑制板の他方の面側の浮屋根縁部に接続し、第２索状体の一端を揺動抑制板の一方の面側の浮屋根縁部に接続すると、揺動抑制板の面と直交する方向に地震加速度が作用した場合、浮屋根の第１索状体の一端が接続され他側の上昇すると、揺動抑制板が第１索状体によって一方の面側に引かれて液体の揺動を阻止し、液体から受ける圧力によって浮屋根に上昇を阻止する力を作用させる。このため、浮屋根の大きな揺動抑制力を与えることができ、大きな減揺効果を得ることができる。

揺動抑制板の上端部を引起し部材を介して前記浮屋根に接続すると、タンク本体内の液体が払い出されて揺動抑制板が倒れた状態となった場合であっても、タンク本体内に液体を注入して浮屋根を浮上させることにより、揺動抑制板を引き起こして起立させることができる。また、タンク本体の中心に対する各象限のそれぞれに揺動抑制板を配設し、隣接する揺動抑制板の長手方向が相互に直交させると、各揺動抑制板がタンク本体内の液体の移動を阻止するため、液面の揺動を小さくすることができ、浮屋根の減揺を図ることができる。

さらに、本発明に係る浮屋根の減揺装置は、浮屋根の内部の複数を衝撃吸収部材、例えばばねなどの機械的減衰機構やシリンダ機構などを介して拘束（係留）したことにより、急激な液面変動が生じた場合であっても、薄い板材からなる浮屋根に作用する衝撃を緩和し、浮屋根の破損を防止できるとともに、浮屋根の揺動を低減することができる。

本発明に係る浮屋根の減揺装置の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る浮屋根の減揺装置の説明図である。図１において、浮屋根式タンク１０は、タンク本体１２の内部に原油などの液体１４を貯留するようになっている。液体１４の液面１６には、浮屋根１８を浮かべるようになっている。浮屋根式タンク１０は、タンク本体１２と浮屋根１８との間に図示しないシール部材が配設してあって、タンク本体１２に貯留した液体１４が蒸発するのを防止するようになっている。また、タンク本体１２の内部には、浮屋根１８の揺動を低減させるための減揺装置２０が設けてある。

減揺装置２０は、揺動抑制板２２、第１索状体２４、第２索状体２６、プーリ２８（２８ａ、２８ｂ）、３０（３０ａ、３０ｂ）を有している。揺動抑制板２２は、ヒンジ３２を介してタンク本体１２の底板に取り付けてあって、矢印３４に示したように、左右のどちら方向にも起伏自在となっている。なお、いずれか一方だけに起伏自在であってもよい。また、揺動抑制板２２は、下方を索状体２４、２６を通すことができるように、底板からやや浮かせた状態で取り付けてある。そして、揺動抑制板２２は、上端がワイヤロープなどの引起し部材３６を介して浮屋根１８の下面に接続してある。引起し部材３６は、タンク本体１２内の液体１４が引き抜かれ、浮屋根１８が下降して揺動抑制板２２が倒れた場合に、タンク本体１２の内部に液体１４を注入して浮屋根１８を上昇させることにより、揺動抑制板２２を引き起こすためのものである。

第１索状体２４、第２索状体２６は、屈曲可能なワイヤロープ、索などから形成してある。第１索状体２４は、一端が浮屋根１８の揺動抑制板２２に対して一側（揺動抑制板２２の他方の面側）の縁部となる浮体部３８の下部に接続具（図示せず）を介して接続してある。プーリ２８ａ、２８ｂは、第１ガイド部材を構成していて、第１索状体２４を掛け渡すようになっている。プーリ２８ａは、タンク本体１２の下部であって、第１索状体２４を接続した接続具のほぼ真下に取り付けてある。また、プーリ２８ｂは、揺動抑制板２２の反対側、すなわち揺動抑制板２２の一方の面と対向したタンク本体１２の下部の、プーリ２８ａと対応する位置に取り付けてある。そして、第１索状体２４は、中間部をプーリ２８ａに掛けられ、揺動抑制板２２の下を通されてプーリ２８ｂに掛けられる。第１索状体２４の他端は、揺動抑制板２２の上部に接続してある。

第２索状体２６は、一端が浮屋根１８の揺動抑制板２２に対して他側（揺動抑制板２２の一方の面側）の縁部である浮体部３８の下部に接続具(図示せず)を介して接続してある。そして、第２索状体２６は、中間部が第２ガイド部材を構成しているプーリ３０ａ、３０ｂを介して揺動抑制板２２に対して一側に案内され、先端が揺動抑制板２２の上部に接続してある。すなわち、第２索状体２６は、中間部が一端を接続した接続具の下方に設けたプーリ３０ａに掛け渡され、揺動抑制板２２の下を通されて反対側に設けたプーリ３０ｂに掛け渡してある。

揺動抑制板２２は、図２に示したように、タンク本体１２を中心として第１象限から第４象限のそれぞれに１つずつ配設してある。そして、各象限に配設した揺動抑制板２２（２２Ａ〜２２Ｄ）のそれぞれは、隣接する揺動抑制板２２の長手方向が相互に直交するように配設してある。そして、各揺動抑制板２２は、図３、図４に示したように、下端４２がタンク本体１２の底板４４との間に間隙４６を有するように取り付けてあり、この間隙４６に索状体２４、２６を通すことができるようになっている。そして、各揺動抑制板２２の上端には、索状体２４、２６を接続するための連結具４８が設けてある。なお、図３はタンク本体１２の内部を図２の右側から見た揺動抑制板２２の配置状態を模式的に示したものであり、図４はタンク本体１２の内部を図２の下側から見た揺動抑制板２２の配置状態を模式的に示したものである。

このようになっている実施形態の減揺装置２０の作用は、次のとおりである。いま、図５に示したように、地震加速度５０が図の左方向に作用した場合、タンク本体１２は、左方向に移動する力を受け、タンク本体１２内の液体１４が実質的に右へ移動したと同様の効果を生じ、タンク本体１２の右側内面に押し付けられる。このため、タンク本体１２内の右側部分の圧力が高くなって液面１６が上昇し、左側部分の圧力が低くなって液面１６が低下する。したがって、浮屋根１８は、矢印に示したように回転モーメント５４が作用し、液面１６の変化に伴って右側が上昇し、左側が下降する。

浮屋根１８の右側が上昇すると、この部分に接続した第２索状体２６を引き、第２索状体２６に大きな張力５２を与える。一方、浮屋根１８の左側は、液面１６の下降に伴って下降し、この部分に接続した第１索状体２４の張力が小さくなる。そして、第２索状体２６に生じた大きな張力５２は、第２索状体２６の他端側に伝達され、揺動抑制板２２の上端を図５の左方向に引き、揺動抑制板２２を反時計方向に回動させ、揺動抑制板２２の左側に存在する液体１４が右方向に移動するのを阻止する。このため、浮屋根１８を反時計方向に回転させようとする回転モーメント５４が小さくなり、浮屋根１８の揺動を抑制することができる。

図６に示したように、浮屋根１８が矢印５６のように回転し、揺動抑制板２２が反時計方向に回動すると、揺動抑制板２２の左側の液体１４は、揺動抑制板２２の左側の面に大きな圧力を与え、一部が揺動抑制板２２を超えて揺動抑制板２２の右側に移動する。このため、タンク本体１２の内部は、揺動抑制板２２の左側の圧力が高くなり、右側の圧力が低下する。したがって、揺動抑制板２２は、矢印５８に示したように、右方向に押される力を受け、第２索状体２６に大きな張力を与える。このため、第２索状体２６に作用する大きな張力は、第２索状体２６を接続した浮屋根１８の右側部分を下方に引き、浮屋根１８に矢印に示した大きな反力モーメント６０を与える。したがって、浮屋根１８の揺動が抑制され、大きな減揺効果を得ることができる。地震加速度が逆方向に作用した場合も同様である。

浮屋根１８の運動方程式および周波数領域における運動（傾斜）応答振幅は、次式で表せる。

ただし、Ｉは慣性モーメント、Ａは付加慣性モーメント、Ｂは減衰モーメント係数、Ｃは復原モーメント係数、Ｍは強制モーメント、ωは円周波数である。

慣性モーメントＩと復原モーメントＣが相殺する固有周波数においては、運動応答振幅は、

として表させる。運動を抑えるためには、強制モーメントＭの低減、または減衰係数Ｂの増大が必要となる。

地震によって浮屋根１８に作用する回転モーメントＭ_Ｏは、揺動抑制板（仕切り板）を設置しない場合、液体密度をρ、タンク本体１２の半径をＲ、地震の水平加速度をαとすると、次式で表せる。

計算を簡単にするため、液面高さの全体およびタンク本体１２の直径全体に仕切り板があると考え、仕切り板と浮屋根１８との間等のすき間の影響を無視し、仕切り板が液体１４の動きを完全に止めると仮定すると、浮屋根１８に作用する回転モーメントＭ_{ＦＬＵＩＤ}は、次式で表せる。

このように、タンク本体１２の内部に仕切り板を設けることによって浮屋根１８に作用する回転モーメントＭ_{ＦＬＵＩＤ}、ひいては浮屋根１８の揺動（傾斜）を大幅に低減することが可能となる。さらに、仕切り板をロープ（索状体）に接続し、その一端を浮屋根１８の端部（縁部）に接続することによって、浮屋根１８が液体１４から受ける回転モーメントを相殺する方向のモーメントをロープによって加えることが可能となる。計算を簡単にするため、仕切り板が両側各１本のロープで浮屋根１８の縁部に接続されていると仮定すると、ロープを通じて浮屋根１８に伝えられる回転モーメントＭ_ＲＯＰＥは、次式で与えられる。

ただし、ｈは液面１６の高さである。

１０万ｋＬのタンク（Ｒ=４０ｍ、ｈ＝２０ｍ）を考え、仕切り板がない場合の回転モーメントに対する比で各モーメントの大きさを推定してみると、

となる。ロープによる相殺モーメントは、複数本のロープに分担するため、上記の結果より小さくなると考えられるが、流体圧による回転モーメントと同程度となるようにロープを配置することで、浮屋根に作用する回転モーメントの合計を限りなく小さくし、浮屋根１８の揺動を極小化することが可能となる。

図７は、実施形態の減揺装置２０を設けた浮屋根式タンク１０と、減揺装置を有していない従来の浮屋根式タンクとの浮屋根の揺動状態の実験の比較結果である。いずれもタンク本体１２の直径が８０ｍ、高さが２０ｍであり、内部に水を満たして加振実験を行ない、加振周期と浮屋根端部の上下変位との関係を求めた。タンク本体に作用させた加振変位は０．１ｍである。そして、図７は、横軸が加振周期を秒で示し、縦軸が浮屋根端部の上下変位をｍで示したものである。

図７に示した△は従来の浮屋根式タンクに対する実験結果であり、■は第１実施形態に係る減揺装置２０を備えた浮屋根式タンクに対する実験結果である。図７に示されているように、従来の浮屋根式タンクの場合、加振周期が１１秒のときに、浮屋根は端部の上下変位が４ｍを超える揺動を示したが、減揺装置２０を備えた浮屋根はほとんど揺動することがなかった。

前記実施形態においては、揺動抑制板２２をタンク本体１２の中心に対して各象限のそれぞれに１つずつ配設した場合について説明したが、数や大きさ、向き、索状体の連結方向などはこれに限定されない。また、揺動抑制板２２に適宜の開口を設けて揺動の減衰効果を高めるようにしてもよい。また、浮屋根１８に過度の荷重が作用するのを防止するため索状体２４、２６にせん断ピン等の破断機構を設けてもよい。

図８は、第２実施形態の説明図である。図８において、浮屋根式タンク１０は、タンク本体１２と、液体１４の液面１６に浮かべた浮屋根１８とを有している。浮屋根１８は、周縁部の中心に対して周方向に等間隔の複数箇所に減揺装置７０が取り付けてある。減揺装置７０は、索状体７２と衝撃吸収部材７４と連結部材７６とから構成してある。索状体７２は、ワイヤロープやチェーンなどからなっていて、上端が接続具７８を介して浮屋根１８の縁部に接続してあり、下端が衝撃吸収部材７４の上端に接続してある。衝撃吸収部材７４は、下端が連結部材７６を介してタンク本体１２の下部の適宜に位置に接続してある。

衝撃吸収部材７４は、実施形態の場合、図９に模式的に示したように、シリンダ構造となっている。すなわち、衝撃吸収部材７４は、シリンダ８０の内部にロッド８２を接続したピストン８４が同軸に設けてある。ピストン８４は、シリンダ８０内を摺動自在となっている。ロッド８２は、先端側がシリンダ８０から突出していて、その先端に連結部材７６が接続してある。また、シリンダ８０の内部には、ピストン８４とロッドカバーとの間に、ロッド８２を貫通させた戻しばね８６が介装してあり、ピストン８４をヘッド側（図９の上側）に付勢している。そして、シリンダ８０は、ヘッドが索状体７２の下端に接続してある。

このようになっている、第２実施形態においては、液面１６が揺動して浮屋根１８の縁部が上昇すると、浮屋根１８に一端を接続した索状体７２が衝撃吸収部材７４のシリンダ８０を戻しばね８６の付勢力に抗して引き上げる。このため、浮屋根１８の揺動を低減することができるとともに、液面１６が急激に変動した場合、浮屋根１８に作用する衝撃を衝撃吸収部材７４が吸収するため、浮屋根１８の損傷を避けることができる。なお、前記実施形態においては、衝撃吸収部材をシリンダ構造にした場合に説明したが、ばねなどであってもよい。

図１０、図１１は、浮屋根１８と揺動抑制板２２とを連結する索状体の引き回し方法に係る他の実施形態を示す模式図である。この実施形態に係る浮屋根式タンクの減揺装置９０は、揺動抑制板２２と索状体９２、索状体９２を案内するガイド部材９４（９４ａ、９４ｂ）とから構成してある。揺動抑制板２２は、第１実施形態と同様に、ヒンジ３２によって起伏自在となっている。索状体９２は、一端が浮屋根１８の揺動抑制板２２の一側側方となる縁部に、本図に図示しない接続具を介して接続してあり、他端が揺動抑制板２２の上部に接続してある。

各ガイド部材９４は、プーリなどから構成してある。ガイド部材９４ａは、タンク本体１２の下部であって、浮屋根１８に取り付けられて索状体９２が接続された接続具の下方に配設してある。また、ガイド部材９４ｂは、揺動抑制板２２の一方の面に対向したタンク本体１２の下部に取り付けてある。そして、索状体９２は、中間部がこれらのガイド部材９４に掛け渡してある。なお、図示しないが、反対側にも浮屋根１８と揺動抑制板２２を連結した第２の索状体と、索状体を案内するガイド部材が配置してある。

このようになっているこの実施形態においては、地震加速度９６が図１０の上下方向に作用すると、図１１の矢印９８に示すように、浮屋根１８が図１１の上方向に揺動する。このため、浮屋根１８に接続した索状体９２に大きな張力が作用して、揺動抑制板２２を矢印１００のように揺動させる。揺動抑制板２２は、揺動することにより、地震加速度９６と直交した方向に液体を揺動させ、液体が図１０の上下方向に揺動するのを低減する。

本発明の第１実施形態にかかる浮屋根の減揺装置の説明図である。 実施の形態に係る揺動抑制板の配置状態の説明図である。 実施の形態に係るタンク本体の内部を図２の右側から見た揺動抑制板の配置状態を模式的に示した図である。 実施の形態に係るタンク本体の内部を図２の下側から見た揺動抑制板の配置状態を模式的に示した図である。 実施の形態に係る減揺装置を設けたことによる浮屋根に作用する回転モーメントの説明図である。 実施の形態に係る減揺装置を設けたことによる浮屋根に作用する反力モーメントの説明図である。 実施形態と従来例との浮屋根の加振周期に対する浮屋根の端部の上下変動を比較した図である。 第２実施形態の説明図である。 第２実施形態に係る衝撃吸収部材の詳細説明図である。 浮屋根と揺動抑制板とを連結する索状体の引き回し方法に係る他の実施形態を模式的に示す平面図である。 浮屋根と揺動抑制板とを連結する索状体の引き回し方法に係る他の実施形態を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１０………浮屋根式タンク、１２………タンク本体、１８………浮屋根、２０………減揺装置、２２………揺動抑制板、２４………第１索状体、２６………第２索状体、２８ａ、２８ｂ………第１ガイド部材（プーリ）、３０ａ、３０ｂ………第２ガイド部材（プーリ）、３６………引起し部材、７０………減揺装置、７２………索状体、７４………衝撃吸収部材、７６………連結部材、８０………シリンダ、８２………ロッド、８４………ピストン、８６………戻しばね、９０………減揺装置、９２………索状体、９４ａ、９４ｂ………ガイド部材。

Claims (5)

1. 液体を貯留するタンク本体の底部に起伏自在に設けた揺動抑制板と、
   一端を前記液体の表面に浮かべた浮屋根の前記揺動抑制板に対して一側縁部に接続し、他端を前記揺動抑制板の上部に接続した第１索状体と、
   この第１索状体の中間部を前記揺動抑制板の一方の面に対向した前記タンク本体の下部に案内する第１ガイド部材と、
   一端を前記浮屋根の前記揺動抑制板に対して他側縁部に接続し、他端を前記揺動抑制板の上部に接続した第２索状体と、
   この第２索状体の中間部を前記揺動抑制板の他方の面に対向した前記タンク本体の下部に案内する第２ガイド部材と、
   を有することを特徴とする浮屋根の減揺装置。
2. 請求項１に記載の浮屋根の減揺装置において、
   前記第１索状体の前記一端は、前記揺動抑制板の前記他方の面側の浮屋根縁部に接続し、
   前記第２索状体の前記一端は、前記揺動抑制板の前記一方の面側の浮屋根縁部に接続した、
   ことを特徴とする浮屋根の減揺装置。
3. 請求項１または２に記載の浮屋根の減揺装置において、
   前記揺動抑制板は、上端部が引起し部材を介して前記浮屋根に接続してあることを特徴とする浮屋根の減揺装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１に記載の浮屋根の減揺装置において、
   前記揺動抑制板は、前記タンク本体の中心に対する各象限のそれぞれに配設され、隣接する前記揺動抑制板の長手方向が相互に直交していることを特徴とする浮屋根の減揺装置。
5. タンク本体に貯留した液体の表面に浮かべた浮屋根の縁部の複数箇所のそれぞれに一端を接続した複数の索状体と、
   この索状体の他端に取り付けられ、連結具を介して前記タンク本体に接続した衝撃吸収部材と、
   を有することを特徴とする浮屋根の減揺装置。

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