JP2007161325A - スロッシング抑制装置およびスロッシング抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体を収容し、液面に浮くとともに該液面を覆う浮屋根を備える容器において、液体を移動させることなく、スロッシングの発生を抑制することができるスロッシング抑制装置および方法を提供する。
【解決手段】本発明のスロッシング抑制装置は、容器内の側壁２０に吸着する吸着部材２１、２６と、浮屋根２２上の縁部に取り付けられ、吸着部材２１、２６を接続し、吸着部材２１、２６を側壁２０に接触または側壁２０から離間させる着脱手段とを含む。また、本発明のスロッシング抑制方法は、地震発生時に、浮屋根２２上の縁部に取り付けられ、容器内の側壁２０に吸着する吸着部材２１、２６を側壁２０に接触または側壁２０から離間させる着脱手段により、吸着部材２１、２６を側壁２０に接触させるステップを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液体を収容し、液面に浮くとともに該液面を覆う浮屋根を備える容器においてスロッシングの発生を抑制するためのスロッシング抑制装置およびスロッシング抑制方法に関する。

石油を備蓄したり、石油から精製されるブタン、ガソリン、ナフサ、軽油、重油等を貯留するために、各種タンクが構築されている。例えば、容器の上部を覆う屋根が固定屋根とされた固定屋根式タンク、液面の変動に伴い屋根が移動する浮屋根式タンク、揮発性が高いブタンやナフサに対しては球形ホルダが構築されている。これらタンクは、揮発性を有する液体の揮発による大気中への放散を抑制するために、上部が覆われている。固定屋根式タンクは、固定屋根が設けられるものの、固定屋根と液面との間に空間があり、その空間に蒸発したガスが溜まり、液ロスを生じる。この液ロスは、備蓄する石油や、貯留するブタン等の量を減少させることとなる。そこで、液面に接して上記空間をなくし、液ロスを低減させることを可能にする浮屋根式タンクが近年多く構築されている。なお、浮屋根式タンクの浮屋根は、液面を覆うデッキ板と、デッキ板の縁部に設けられる箱形構造物のポンツーンとから構成される。

浮屋根は、タンク内への石油等の供給による液面上昇とともに上昇し、タンク内の石油等の取り出しによる液面下降とともに下降する。また、地震時の液面の揺動に伴い、揺動する。地震による揺れの周期と、容器の固有周期とが近い場合、共振が発生し、この共振によってタンク内の液面が大きく波立つスロッシングを発生させる。通常時には上部が浮屋根で覆われているものの、地震時にはこのスロッシングによる液面の大きい波立ちにより、液面が開放され、タンクから液が溢れ出る。石油等は可燃性の液体であり、溢れ出た液に静電気等の着火源が存在すると大火災を発生させる。そこで、スロッシングを抑制するための装置の提供が望まれている。

例えば、浮屋根の下面に垂下される線条体と、一対の板状体を傾動自在に連結して成る抵抗板とを含み、各板状体が略水平に展開した状態から上方に閉じる方向へのみ傾動し得るよう、抵抗板を線条体に吊り下げ支持したものが提案されている（特許文献１参照）。これは、浮屋根が上方に向かって揺動する際に抵抗板の各板状体が略水平に展開して貯蔵液から抵抗力を受け、浮屋根の揺動を抑制させるものである。これにより、スロッシングが速やかに沈静化される。

また、浮屋根が液位の上下方向の変動に追従するように側壁に取り付けられた複数のレールと、浮屋根に取り付けられた複数の拘束部材とを備える液面揺動防止装置が提案されている（特許文献２参照）。この装置は、浮屋根が水平に対してある傾きをもった場合に一つの拘束部材の上端と他の拘束部材の下端がレールに支持されることで、浮屋根の一定以上の傾きを拘束するものである。この文献では、さらに浮屋根の変位に連動して回転する車輪と、浮屋根が液面の非対象揺動により傾こうとする際に、車輪対の回転によって張力が作用し、車輪に制動が効くように掛けられるベルトとを備える装置も提案されている。

さらに、平面部を有し、この平面部を上記液体の表面あるいは当該液体の表面にフロス（スカムの原因となる物質、すなわち比重１以下の油状物質、放線菌や粘着物質に含まれた気泡）層が形成されるものにあってはこのフロス層の上表面に沿わせて上記槽内に配設されてなる装置が提案されている（特許文献３参照）。この装置は、平面部で外力または内部要因によって昇降しようとする液体を抑制することにより、液体のスロッシングの発生を防止するものである。

上記装置はいずれも、スロッシングの発生を抑制することができるものの、装置を設置するために、タンク内の液体を移動させる必要がある。特に、タンク内の液体が満杯である場合、移動させる液体の量が多く、移動コストが高価になるといった問題があった。また、移動させた液体を貯留するための別のタンクが必要であり、さらには装置を設置後、再びそのタンクに戻すために液体を移動させる必要があり、さらにコストおよび手間がかかるといった問題があった。
特開平９−１４２５７５号公報 特開平９−１４２５８２号公報 特開平９−２７２５９３号公報

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、液体を移動させることなく、スロッシングの発生を抑制することができるスロッシング抑制装置および方法を提供することを目的とする。

本発明は、液面に浮かぶ浮屋根上の縁部に、固定金具を取り付け、タンクの内壁に吸着するタンク内壁用磁石と、固定金具に吸着する浮屋根用磁石とを用いることにより、液体を移動させることなく設置することができ、また、地震が起こらない通常時においては、浮屋根用磁石を固定金具に吸着させつつ滑動させて、タンクの内壁からタンク内壁用磁石を離間させ、これにより、液面の昇降に伴い、浮屋根を昇降自在にさせ、地震時においては、浮屋根用磁石を固定金具に吸着させつつ滑動させて、タンクの内壁にタンク内壁用磁石を近接させ、タンクの内壁にタンク内壁用磁石が吸着することにより、浮屋根が固定され、これにより、液面の変位を抑制し、スロッシングの発生を抑制することができることを見出すことによりなされたものである。上記課題は、本発明のスロッシング抑制装置および抑制方法を提供することにより達成される。

本発明のスロッシング抑制装置は、液体を収容し、液面に浮くとともに該液面を覆う浮屋根を備える容器内で発生するスロッシングを抑制するためのものであり、容器内の側壁に吸着する吸着部材と、浮屋根上の縁部に取り付けられ、吸着部材を接続するとともに吸着部材を側壁に接触または側壁から離間させる着脱手段とを含む。

吸着部材は、側壁用磁石であり、着脱手段は、浮屋根上の縁部に取り付けられる固定金具と、固定金具に吸着する浮屋根用磁石と、側壁用磁石と浮屋根用磁石とを接続する接続部材とからなり、固定金具に吸着させつつ浮屋根用磁石を滑動させ、側壁用磁石を側壁に吸着させることにより、浮屋根を側壁に固定することができる。この浮屋根を容器の側壁に固定することで、液面の変位を抑制し、スロッシングの発生を抑制することができる。

吸着部材は、電磁石とすることもでき、吸着の際に電流を導通し、離間させる際に電流供給を停止することができる。着脱手段は、（ａ）吸着部材を接続する接続部と、拡張部と、接続部と拡張部とを連結する連結部とを備える接続部材と、（ｂ）浮屋根上の縁部に取り付けられ、連結部が挿通可能で、浮屋根の中央から側壁に向けて延びる開口と、拡張部と嵌合し、浮屋根の中央から側壁に向けて延びる嵌合溝とを備えるレール部材とから構成することもできる。

浮屋根が、容器内の液面の昇降に伴い、容器の側壁に摺動するもの（タンクの内径と浮屋根の径がほぼ同じもの）の場合には、上記吸着部材および着脱手段は１つであっても良いが、揺動しようとする液面に対して充分な抵抗力を付与するためには２つ以上設けることが好ましい。円筒形の容器の場合には、９０°ごとに４つ設けることが好ましい。

また、地震計からの地震発生信号の受信に応答して、着脱手段に、吸着部材を側壁に接触させる指示信号を供給する指示信号供給手段を備えることができる。この場合、着脱手段は、その指示信号を受信し、吸着部材を側壁に向けて移動させ、側壁への接触に応答して、吸着部材の移動を停止させる制御手段を含むことができる。

本発明のスロッシング抑制方法は、地震発生時に、浮屋根上の縁部に取り付けられ、容器内の側壁に吸着する吸着部材を側壁に接触または側壁から離間させる着脱手段により、吸着部材を側壁に接触させるステップを含む。これにより、吸着部材を容器内の側壁に吸着させ、浮屋根を容器内の側壁に固定することができる。

また、地震計からの地震発生信号の受信に応答して、着脱手段に、吸着部材を側壁に接触させる指示信号を供給するステップをさらに含み、上記接触させるステップは、着脱手段により指示信号を受信するステップと、着脱手段により吸着部材を側壁に向けて移動させるステップと、側壁への接触を検知して、吸着部材の移動を停止させるステップとを含む。

本発明のスロッシング抑制装置および抑制方法を提供することにより、地震時の浮屋根の揺動を抑制することができる。これにより、火災等の発生を防止することができる。また、浮屋根式タンクの液位が高い状態や、タンクを稼働している状態においても施工可能であるため、補修のための石油等の移動によるコストがかからない。

本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではない。なお、液体を収容し、液面に浮くとともに該液面を覆う浮屋根を備える容器としてはいかなるものであっても良いが、以下、石油等を貯留する容器として一般に採用されている浮屋根式タンクとして説明する。

図１は、本発明のスロッシング抑制装置を設置した浮屋根式タンクを示した図である。図１（ａ）は、平面図を示し、図１（ｂ）は、切断線Ａ−Ａで切断した断面図を示す。石油等の液体を貯留するタンクは、底板１１と、側板１２と、浮屋根１３と、スロッシング抑制装置１４とから構成される。液体は、底板１１と側板１２とから構築される容器内に収容され、液面に浮き、液面を覆うように浮屋根１３が配置される。側板１２には、液体を供給するための供給口と、液体を取り出すための取り出し口１５とが設けられている。

底板１１と側板１２とから構築される容器は円筒状とされる。これは、側板１２が液体から受ける圧力を均一にするためである。底板１１および側板１２は、容量が大きい場合、それらにかかる圧力が大きいため、この圧力による破損に耐えうる鋼材が一般に使用される。鋼材の使用により、一定曲率を有する側壁を簡単に形成することができる。

浮屋根１３は、単なる円形の平板であっても良いが、図１に示すように、鋼材から形成されるデッキ板と、そのデッキ板の周囲に設けられ、液体に浮く箱形構造物であるポンツーンとから構成することができる。

図２を参照して本発明のスロッシング抑制装置を詳細に説明する。図２に示すスロッシング抑制装置は、タンク内の側壁２０に吸着する吸着部材として用いられる側壁用磁石２１と、浮屋根２２上の縁部に取り付けられ、側壁用磁石２１を、側壁２０に接触させ、また、側壁２０から離間させる着脱手段とから構成される。図２に示す実施形態では、着脱手段は、浮屋根２２上の縁部に取り付けられる固定金具２３と、固定金具２３に吸着する浮屋根用磁石２４と、側壁用磁石２１と浮屋根用磁石２４とを接続する接続部材２５とから構成されている。

タンクの側壁２０は、上記の鋼材から構築されているため、磁石を吸着させることができる。また、固定金具２３も、鋼材から形成されるため、磁石を吸着させることができる。側壁用磁石２１および浮屋根用磁石２４は、図２に示す実施形態では平面を有する平板状とされており、それぞれの平面が側壁２０および固定金具２３に接触して吸着する。平面を有する構造にすることで、吸着面を大きくすることができ、強い吸着力を付与することができる。また、平面を有する構造にすることで、固定金具２３の平面上を、吸着を保持しつつ滑動させることができる。これにより、側壁用磁石２１を側壁２０に接触させ、また、側壁２０から離間させることができる。吸着部材は、磁石のほか、スロッシングの発生を抑制することができるものであればいかなるものであっても良く、例えば、内部の圧力を下げて吸着する吸盤であっても良い。

側壁用磁石２１および浮屋根用磁石２４は、マグネタイト、酸化鉄を主原料とするフェライト磁石、サマリウムおよびコバルトを原料とするサマリウム・コバルト磁石、電磁石等を挙げることができる。浮屋根２２が液面の変位に伴って変動しないように固定することができる吸着力を有する磁石とされる。浮屋根用磁石２４は、吸着を保持しつつ固定金具２３上を滑動させるため、一定の吸着力を有するものが好ましいが、側壁用磁石２１は、側壁２０に吸着する場合には高い吸着力を有し、側壁２０から離間する場合には吸着力が小さいほうが好ましい。このため、吸着力を電流の供給量により制御することができる電磁石が好ましい。

図２に示すように、浮屋根２２の上面と側壁２０とがなす角度は、地震のない通常時は約９０°であるため、側壁用磁石２１の平面と浮屋根用磁石２４の平面とがなす角度は約９０°とされる。平板状の側壁用磁石２１と平板状の浮屋根用磁石２４とを接続する接続部材２５は、浮屋根用磁石２４の平面に対して約４５°に延びて互いを接続している。

図２に示す実施形態では、浮屋根２２を側壁２０により強力に固定するため、浮屋根用磁石２４の一端にも、側壁用磁石２６が設けられている。接続部材２５は、液面から受ける力を、浮屋根２２、固定金具２３、浮屋根用磁石２４を通じて受け取り、側壁用磁石２１に伝えるが、浮屋根用磁石２４の平面に対して約４５°に延びているため、浮屋根用磁石２４と接続部材２５との間の接合部が破損しやすい。浮屋根用磁石２４と接続部材２５とを接続する支持部材２７を設けることで、上記接合部の破損を防止することができる。

固定金具２３は、浮屋根２２を構成するポンツーン上に取り付けることができる。図２に示す実施形態では、側壁用磁石２６を浮屋根用磁石２４の一端に設けているため、この側壁用磁石２６を側壁２０から離間させるスペース２８を有するように、固定金具２３が取り付けられている。

再び図１を参照して、スロッシング抑制装置１４を説明すると、円筒状のタンクでは、液面を覆うべく浮屋根１３は円形とされる。タンクの内径と浮屋根１３の径が、ほぼ同じである場合、浮屋根１３を構成するポンツーンに厚さがあるため、１つの側壁用磁石と１つの着脱手段のみの構成とし、１箇所のみを固定すれば、浮屋根１３が浮き上がることはない。しかしながら、その１箇所に集中して荷重がかかり、破損してしまう可能性があるため、図１に示すように２箇所以上設けることが好ましい。浮屋根１３の径が、タンクの内径に比較して小さい場合、１箇所のみの固定では浮屋根１３が浮き上がるため、この場合には２箇所以上設ける必要がある。

図１に示す実施形態では、浮屋根１３の径が、タンクの内径に比較して小さいため、等間隔で４箇所に設けられている。これにより、浮屋根１３の下面の特定箇所に荷重がかかったとしても、適切に液面の変位を抑制することができ、スロッシングの発生を抑制することができる。

本発明のスロッシング抑制装置は、液面に浮いた浮屋根１３の上面に取り付けられるものであるため、タンクの内容物を取り出し、移動させることなく、施工することができる。

図３は、スロッシング抑制装置の別の実施形態を示した図である。図３（ａ）は、浮屋根上にスロッシング制御装置を取り付けたところを示し、図３（ｂ）は、着脱手段の接続部材を示し、図３（ｃ）は、レール部材を示す。図３に示す実施形態では、着脱手段が、側壁用磁石３０を接続する接続部３１と、拡張部３２と、接続部３１と拡張部３２とを連結する連結部３３とを備える接続部材３４と、浮屋根３５上の縁部に取り付けられ、連結部３３が挿通可能で、浮屋根３５の中央から側壁に向けて延びる開口３６と、拡張部３２と嵌合し、浮屋根３５の中央から側壁に向けて延びる嵌合溝３７とを備えるレール部材３８とから構成されている。接続部材３４を滑動させることにより、側壁用磁石３０を側壁に接触させ、また、側壁から離間させることができる。なお、図３（ｃ）では、嵌合溝３７の形状を詳細に示すため、側壁から見たところを示している。図３（ｃ）に示す実施形態では、レール部材３８の一端には拡張部３２が外れないようにストッパが形成されているが、他端には形成されていない。これは、他端側は側壁に近接しており、拡張部３２が外れることはないためである。

図３に示す接続部材３４は、一端に、側壁用磁石３０を接合するための接合面を備え、他端に、連結部３３に比較して拡張した拡張部３２が設けられている。拡張部３２は、連結部３３に比較して拡張していればいかなる形状であっても良い。レール部材３８は、拡張部３２の形状に対応し、拡張部３２を嵌合する嵌合溝３７を備えており、レール部材３８の長手方向に嵌合溝３７が延びている。また、レール部材３８は、連結部３３が挿通可能な開口３６が設けられており、嵌合溝３７に対応して長手方向に延びている。

開口３６および嵌合溝３７が長手方向に延びているため、長手方向に側壁用磁石３０を移動させることができ、また、拡張部３２に比較して開口３６の幅が小さいため、拡張部３２がレール部材３８から外れることはない。接続部材３４およびレール部材３８は、磁石を吸着させる必要がないため、鋼材に限られるものではないが、材料強度の点から鋼材が好ましい。

本発明では、地震計からの地震発生信号を受信し、その受信に応答して、着脱手段に、側壁用磁石を側壁に接触させる指示信号を供給する指示信号供給手段を備えることができる。この場合、着脱手段は、指示信号を受け取り、その指示信号に応答して、側壁用磁石を側壁に向けて移動させ、側壁への接触に応答して、側壁用磁石の移動を停止させる制御手段を含む構成とされる。側壁用磁石を側壁に向けて移動させる速度は、固定金具に浮屋根用磁石が吸着した状態を保持しつつ、滑動可能な速度とされる。また、側壁用磁石の移動は、例えば、側壁への側壁用磁石の接触圧を検知することにより、停止させることができる。信号の受信および送信には、これまで知られたいかなる通信手段でも用いることができる。

本発明のスロッシング抑制方法を、図２を参照して説明する。地震発生時、タンクが揺動する。タンクの揺動に伴い、液面が変位し始める。浮屋根２２上の縁部に取り付けられ、容器内の側壁２０に吸着する側壁用磁石２１、２６を、側壁２０に接触または側壁２０から離間させる着脱手段により、側壁用磁石２１、２６を側壁２０に接触させる。これにより、浮屋根２２が側壁２０に固定され、浮屋根２２によって液面が押さえつけられた状態となり、液面の変位が抑制される。

また、本発明の方法では、地震計からの地震発生信号の受信に応答して、着脱手段に、側壁用磁石２１、２６を側壁２０に接触させる指示信号を供給することができる。この指示信号は、指示信号供給手段により供給することができ、着脱手段は、制御手段によって指示信号供給手段からその指示信号を受け取り、側壁用磁石２１、２６を側壁２０に向けて移動させる。また、着脱手段は、制御手段によって側壁用磁石２１、２６が側壁２０に接触する際の接触圧を検知し、側壁用磁石２１、２６の移動を停止させる。接触圧に所定の閾値を設け、その閾値を超える圧力を検知した場合に、停止させることができる。

図面を参照して詳細に説明してきたが、タンク内の液体は、石油等の液体燃料に限らず、飲料水や、化学プラントにおいて生成された反応生成物等とすることができる。上記指示信号供給手段と、制御手段とを用いることにより、遠隔操作で、吸着部材を側壁に接触させ、また、側壁から離間させることができる。貯留する液体には、そのガスを多量に吸引すると人体に影響を及ぼすものもあり、このように遠隔操作を可能にすることで危険を防止することができる。

浮屋根式タンクを例示した図。 スロッシング抑制装置の第１実施形態を示した図。 スロッシング抑制装置の第２実施形態を示した図。

符号の説明

１１…底板
１２…側板
１３…浮屋根
１４…スロッシング抑制装置
１５…取り出し口
２０…側壁
２１…側壁用磁石
２２…浮屋根
２３…固定金具
２４…浮屋根用磁石
２５…接続部材
２６…側壁用磁石
２７…支持部材
２８…スペース
３０…側壁用磁石
３１…接続部
３２…拡張部
３３…連結部
３４…接続部材
３５…浮屋根
３６…開口
３７…嵌合溝
３８…レール部材

Claims (8)

1. 液体を収容し、液面に浮くとともに該液面を覆う浮屋根を備える容器においてスロッシングの発生を抑制するための装置であって、
   前記容器内の側壁に吸着する吸着部材と、
   前記浮屋根上の縁部に取り付けられ、前記吸着部材を接続するとともに該吸着部材を前記側壁に接触または前記側壁から離間させる着脱手段とを含む、スロッシング抑制装置。
2. 前記吸着部材は、側壁用磁石であり、前記着脱手段は、前記浮屋根上の縁部に取り付けられる固定金具と、前記固定金具に吸着する浮屋根用磁石と、前記側壁用磁石と前記浮屋根用磁石とを接続する接続部材とを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記吸着部材は、電磁石であり、前記着脱手段によって前記側壁に接触する場合に電流を供給し、前記側壁から離間させる場合に電流の供給を停止する、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記着脱手段は、
   前記吸着部材を接続する接続部と、拡張部と、前記接続部と前記拡張部とを連結する連結部とを備える接続部材と、
   前記浮屋根上の縁部に取り付けられ、前記連結部が挿通可能で、前記浮屋根の中央から前記側壁に向けて延びる開口と、前記拡張部と嵌合し、前記浮屋根の中央から前記側壁に向けて延びる嵌合溝とを備えるレール部材とから構成される、請求項１に記載の装置。
5. 前記装置は、２つ以上の前記吸着部材および前記着脱手段を含み、前記吸着部材および前記着脱手段が等間隔に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記装置は、さらに、地震計からの地震発生信号の受信に応答して、前記着脱手段に、前記吸着部材を前記側壁に接触させる指示信号を供給する指示信号供給手段を含み、前記着脱手段は、前記指示信号を受信し、前記吸着部材を前記側壁に向けて移動させ、前記側壁への接触に応答して、前記吸着部材の移動を停止させる制御手段を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 液体を収容し、液面に浮くとともに該液面を覆う浮屋根を備える容器においてスロッシングの発生を抑制する方法であって、
   地震発生時に、前記浮屋根上の縁部に取り付けられ、前記容器内の側壁に吸着する吸着部材を該側壁に接触または該側壁から離間させる着脱手段により、前記吸着部材を前記側壁に接触させるステップを含む、スロッシング抑制方法。
8. 地震計からの地震発生信号の受信に応答して、着脱手段に、吸着部材を側壁に接触させる指示信号を供給するステップをさらに含み、前記接触させるステップは、前記着脱手段により前記指示信号を受信するステップと、前記着脱手段により前記吸着部材を前記側壁に向けて移動させるステップと、前記側壁への接触を検知して、前記吸着部材の移動を停止させるステップとを含む、請求項７に記載の方法。

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