JP2007076702A

JP2007076702A - 浮屋根の減揺装置

Info

Publication number: JP2007076702A
Application number: JP2005268102A
Authority: JP
Inventors: Masaya Sakabe; 昌也坂部; Kiyoshi Shimada; 潔島田; Masakazu Sakai; 正和酒井
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-03-29

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。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。浮屋根の揺動を索状体２４に生じる張力として揺動抑制板２２に伝達し、揺動抑制板２２を起伏させるようにしている。揺動抑制板２２は起伏自在に台座４０に結合し、台座４０は揺動抑制板２２に作用する水平力よりも大きい摩擦力を生じさせる重量でタンク本体１２の底部に載置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を屋外に保管する浮屋根式のタンクに対し、地震などにより発生する液体の揺動（スロッシング）を低減する浮屋根の減揺装置に関する。

一般に原油やナフサなどの液体を屋外に保管する大型のタンクとして、浮屋根式タンクが知られている。浮屋根式タンクは、屋根がなく上部が開口した円筒形状等の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（スロッシング）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）、タンク内部の浮屋根から多孔の幕を複数枚吊下げて、揺動する液体が孔を通過する際の粘性抵抗によって液体の揺動を吸収しているもの（特許文献３）などがある。
特開昭５７−１４２８９２号公報特開平９−１４２５７５号公報特開昭５６−１０６７８５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。特許文献３に記載の揺動防止方法は、浮屋根から複数の幕を吊下げた構成としており、液体の揺動が大きくなるとタンク内部に複数設置した浮屋根の排水設備などの附帯設備と接触して破損するおそれがある。
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、液体を貯留する浮屋根式タンクのタンク本体に設けた揺動抑制板と、一端側を前記液体の表面に浮かべた浮屋根の側縁部に接続し、他端を前記揺動抑制板の上部に接続した索状体とを備え、前記浮屋根の揺動を前記索状体に生じる張力として前記揺動抑制板に伝達し、当該揺動抑制板を起伏させるようにした浮屋根の減揺装置であって、前記揺動抑制板は起伏自在に台座に結合し、前記台座は前記揺動抑制板に作用する水平力よりも大きい摩擦力を生じる重量で前記タンク本体の底部に載置したことを特徴としている。

本発明に係る浮屋根の減揺装置は、液体を貯留する浮屋根式タンクのタンク本体に設けた揺動抑制板と、一端側を前記液体の表面に浮かべた浮屋根の側縁部に接続し、他端を前記揺動抑制板の上部に接続した索状体と、前記索状体の中間部を前記タンク本体の下部に案内するガイド部材とを備え、前記浮屋根の揺動を前記索状体に生じる張力として前記ガイド部材を介して前記揺動抑制板に伝達し、当該揺動抑制板を起伏させるようにした浮屋根の減揺装置であって、前記揺動抑制板は起伏自在に台座に結合するとともに当該台座に前記ガイド部材を形成し、前記台座は前記揺動抑制板に作用する水平力よりも大きい摩擦力を生じる重量で、前記タンク本体の底部に載置した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。

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、台座に揺動抑制板を起伏自在に結合し、この台座は揺動抑制板に作用する水平力よりも大きい摩擦力を生じる重量を有する構成としている。このため揺動抑制板に作用する水平力によって台座がタンク底面上を移動することを防止することができる。水平力をタンク底面全面に分散できるため強度の弱いタンク底面の破損を防止できる。
また台座には揺動抑制板とガイド部材が結合している。ガイド部材に作用する索状体の張力を強度の弱いタンク側部でなくタンク底面全体に分散できる。このためタンク側部の破損を防止することができる。

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、台座４０、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を介して後述する台座４０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。台座４０は、上部に起伏自在にヒンジ結合した揺動抑制板２２を備え、タンク本体１２の底面に載置してある。台座４０は、揺動抑制板２２の下方を索状体２４、２６を通すことができるように、台座４０の内部に索状体２４、２６の挿通管４２を形成してある。

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の内部に複数設置するとよく、例えばタンク本体１２を中心として第１象限から第４象限のそれぞれに１つずつ配設する構成としている。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とともに、台座４０に起伏自在に結合させている。さらに台座４０にはプーリ２８、３０を結合させている。そして、各揺動抑制板２２は、図３に示したように、下端４２がタンク本体１２の底板４４に載置した台座４０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４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５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。

本実施形態に係る減揺装置２０は、地震によってタンク本体１２の流体からの反力として揺動抑制板２２に水平力Ｆが作用する。この水平力Ｆによって減揺装置２０が移動しないようにしなければならない。そこでタンク本体１２と減揺装置の台座を固定するためにタンク本体１２と台座４０間に作用する摩擦力を用いて固定している。一般に摩擦力は摩擦係数μと装置の重量Ｗによって決まる。ここで摩擦係数μは台座の材質によって制限され一定値以上に大きくすることができない。よって台座にかかる重量すなわち装置の重量を変えることによって摩擦力を任意に設定することができる。

この揺動抑制板２２に作用する水平力Ｆと台座４０に生じる摩擦力との関係は次式で表せる。

ただしＦＨは流体から減揺装置が受ける地震時の最大水平反力、ＦＨｓは減揺装置が受ける想定される地震時の最大慣性力である。

数式１に示すように揺動抑制板に作用する最大水平反力ＦＨと最大慣性力ＦＨｓの和よりも摩擦力を大きくするため、この摩擦力を生じさせるように台座の重量（減揺装置の重量）を設定する必要がある。このように設定することにより揺動抑制板に作用する水平力によって台座がタンク底面上を移動することを防止することができる。水平力をタンク底面全面に分散できるため強度の弱いタンク底面の破損を防止できる。なおタンク本体の側部に形成するガイド部材も台座に形成することによってガイド部材に作用する索状体の張力を強度の弱いタンク側部でなくタンク底面全体に分散できる。

またタンク本体の基礎部の地耐力から、タンク本体の底板の一定面積あたりの重量が制限され、この制限値を超える設定とすることができない。したがって必要とされる台座に作用する重量を一点に集中させることなく、広く分散させるためにタンク本体の底板と台座の接触面積Ａとの関係は次式で表せる。

ただしＴは床板面積あたりの許容荷重を示し、より具体的には、タンク基礎の耐震力−（タンク重量＋保管する液体の重量）／タンク底面積である。数式２に示すように床板面積あたりの許容荷重Ｔ以下を満たすようにタンク本体の底板と台座の接触面積Ａを設定する必要がある。

図６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６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６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６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。なお台座の形状は図２に示したようにタンク本体１２内部に配置する複数の揺動抑制板２２とプーリのレイアウトに合わせてタンク本体の側板まで延びる一つの台に形成させているが、台の数や大きさ、などはこれに限定されるものではない。

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。

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、４０………台座、４２………挿通管。

Claims

液体を貯留する浮屋根式タンクのタンク本体に設けた揺動抑制板と、一端側を前記液体の表面に浮かべた浮屋根の側縁部に接続し、他端を前記揺動抑制板の上部に接続した索状体とを備え、前記浮屋根の揺動を前記索状体に生じる張力として前記揺動抑制板に伝達し、当該揺動抑制板を起伏させるようにした浮屋根の減揺装置であって、前記揺動抑制板は起伏自在に台座に結合し、前記台座は前記揺動抑制板に作用する水平力よりも大きい摩擦力を生じさせる重量で前記タンク本体の底部に載置したことを特徴とする浮屋根の減揺装置。
液体を貯留する浮屋根式タンクのタンク本体に設けた揺動抑制板と、一端側を前記液体の表面に浮かべた浮屋根の側縁部に接続し、他端を前記揺動抑制板の上部に接続した索状体と、前記索状体の中間部を前記タンク本体の下部に案内するガイド部材とを備え、前記浮屋根の揺動を前記索状体に生じる張力として前記ガイド部材を介して前記揺動抑制板に伝達し、当該揺動抑制板を起伏させるようにした浮屋根の減揺装置であって、前記揺動抑制板は起伏自在に台座に結合するとともに当該台座に前記ガイド部材を形成し、前記台座は前記揺動抑制板に作用する水平力よりも大きい摩擦力を生じさせる重量で前記タンク本体の底部に載置したことを特徴とする浮屋根の減揺装置。