JP2014118206A - 液化ガス用輸送容器 - Google Patents

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Abstract

【課題】空気の凝縮温度より沸点が低い液化ガスを収納する液化ガス運搬船に設けられる液化ガス用輸送容器を提供する。
【解決手段】液化ガス用輸送容器は、空気の凝縮温度より沸点が低い液化ガス１を収容する内槽１０１及びこの内槽を包囲する外槽１０２を有し、内外槽間領域１０３を真空断熱とした二重殻構造で、液化ガスを吐出するサブマージドポンプ１０４とサブマージドポンプの保守点検用のマンホール１４０とを有し、このマンホールは、内槽と連通する内槽マンホール１１０と、この内槽マンホールの外側を包囲し外槽に取り付けられた外槽マンホール１２０と、内槽マンホール胴部１１１と外槽マンホール胴部１２１との間に設置され内外槽間領域と外気とを分離し、かつ外槽マンホールから内槽マンホールへの入熱を抑制する遮断部材１３０とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液化ガス用輸送容器に関し、詳しくは液化ガスを海上輸送する際に使用する液化ガス用輸送容器に関する。
例えばＬＮＧ（液化天然ガス）を収納して海上輸送する液化ガス運搬船に設けられる液化ガスタンク、いわゆるカーゴタンクは、横長で円筒形状の胴部及びその両端部を略半球形状の蓋体で閉じたタンク本体部と、このタンク本体部の上部に設けられたタンクドームとを備えているものがある。タンクドームでは、タンク本体部に対して液化ガスの供給及び排出を行なうための複数の配管等が取り付けられており、その上側開口部は、略半球形状の蓋体によって閉じられている。
また、液化ガスタンクの外面には防熱材が設けられ、外気の熱がこの液化ガスタンクに侵入しないように構成している。さらに防熱材と隙間を隔てて、船体の一部で形成されるタンクカバーも配置され、タンクドームは、このタンクカバーから突出している。このような構造において、タンク本体部の熱膨張及び熱収縮によってタンクドームはタンクカバーに対して変位するため、タンクドームとタンクカバーとの間には、この変位を吸収するエキスパンションラバー部が設けられている（例えば特許文献１）。
特開２０１２−１８３８６４号公報（図１７〜図１９）
液化ガスとしてＬＮＧ用のタンクでは、ＬＮＧの液化温度が−１６０℃と比較的高いため、上述のように、ＬＮＧを収容するタンクを防熱材で覆う構造で対処可能である。一方、ＬＮＧよりもさらに低温の液化温度を有する例えば液化水素等の液化ガスを収納するタンクでは、より高度な遮熱構造を採る必要がある。しかしながら、液化水素等の液化ガスを収納する液化ガス運搬船に設けられ、より高度な遮熱構造を有する液化ガスタンクは、未だ存在していない。
本発明は、空気の凝縮温度より沸点が低い液化ガスを収納する液化ガス運搬船に設けられる液化ガス用輸送容器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における液化ガス用輸送容器は、空気の凝縮温度より沸点が低い液化ガスを収容し液化ガス運搬船に設置される液化ガス用輸送容器であって、上記液化ガスを収容する内槽と、この内槽を包囲する外槽と、上記内槽と上記外槽の間に形成される真空断熱層である内外槽間領域と、鉛直方向における内槽底部に固定され上記液化ガスを上記外槽の外側へ吐出するサブマージドポンプと、当該液化ガス用輸送容器の鉛直方向における上部に設けられ、上記外槽の外部と上記内槽の内部とを連通する、上記サブマージドポンプの保守点検用のマンホールと、を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様における液化ガス用輸送容器によれば、空気の凝縮温度より沸点が低い液化ガスを収容する液化ガス用輸送容器において、内槽と外槽との二重殻構造で内外槽間領域を真空断熱とし、かつサブマージドポンプ用のマンホールを備えた液化ガス用輸送容器を提供することができる。
実施の形態における液化ガス用輸送容器の概略構成を示す断面図である。 図１に示す液化ガス用輸送容器のマンホール部分の一例を示す断面図である。 図１に示す液化ガス用輸送容器のマンホール部分の他の例を示す断面図である。
実施形態である液化ガス用輸送容器について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
また以下に説明する実施の形態における液化ガス用輸送容器は、外国から搬送された液化ガスを日本国内の港へ搬送する国内航路の液化ガス運搬船に設置される液化ガス用輸送容器を例に採る。しかしながら、当該液化ガス用輸送容器はこれに限定する意図ではない。
まず、本実施の形態における液化ガス用輸送容器の開発の背景について説明する。
ＬＮＧを輸送する場合、液化ガス運搬船に設置される液化ガス用輸送容器は、ＬＮＧを収納した単一殻のタンクの外面に断熱材を巻くことで、外部からＬＮＧへの入熱を抑制している。また、液化ガス運搬船用のタンクでは、タンクからの液化ガスの取出口を甲板より上に設置することが義務づけられており、取出口を例えばタンク底部に設けることはできない。よって、荷役時にタンク内から液化ガスを押し上げて取り出すためのポンプ（サブマージドポンプ）をタンク内の底部に設ける必要ある。一方、このサブマージドポンプは、法定により一定期間ごとのポンプ保守、点検が義務付けられており、そのためタンクの上部には、作業員がタンク内へ出入りするためのマンホールが設置されている。
このようなタンクにおいて、輸送する液化ガスがＬＮＧ（液化温度：−１６０℃）の場合では、タンクへの入熱を遮断する断熱材は、空気層を含む例えばウレタンあるいはフェノールフォーム等で作製されたものであり、さらにこの断熱材を液体窒素で冷却している。
一方、輸送する液化ガスが液化水素（液化温度：−２５０℃）の場合には、液化水素の沸点が空気の凝縮温度よりも低いため、上述の断熱材を用いたときには、断熱材に含まれる空気が液体からさらに固体に変化する。このため空気を含有する断熱材では、断熱効果が全くなくなってしまう。したがって輸送容器は、内槽と外槽との二重殻容器とし、その隙間を真空とした真空断熱構造を採る必要が生じる。
このような真空断熱構造を有し、さらに上述のようにサブマージドポンプ、及びそのためのマンホールを備えた、液化ガス運搬船に設置される液化ガス用輸送容器は、未だ存在していない。よって、本実施の形態における液化ガス用輸送容器は、このような仕様を有する輸送容器である。
このような液化ガス用輸送容器は、円筒形状の胴部を有し、その両端部を略半球形状の蓋体で閉じた形状であり、外寸で一例として直径約１０ｍ、長さ約２５ｍ程度の大きさを有する。このような大きさに起因する製造上の制約から、真空断熱するための、内槽と外槽との隙間はある程度の幅が必要となる。その結果、内槽と外槽との隙間である内外槽間領域は、数百ｍ３もの容積になる。よって、このような大容積の内外槽間領域を真空断熱可能な真空状態にするには、約１年を要してしまう。
したがって、上述のサブマージドポンプの法定点検の度に、内外槽間領域の真空状態を外気へ開放したのでは、液化ガス用輸送容器として用をなさないことになる。
また、大容積の真空断熱領域を避けるため、内外槽間領域を複数の空間に区分することで、外気へ開放する容積を小さくする手法も考えられる。しかしながらこの手法では、区分け用部材のための内外槽での金属接点が増え、熱伝導による侵入熱が増大する上、固定点での熱収縮による応力緩和を考慮する必要があるという課題が生じる。
本実施の形態の液化ガス用輸送容器は、このような背景をきっかけに開発が行われ、内外槽間領域の真空状態を維持したまま、液化ガス用輸送容器の内部に設置されたサブマージドポンプの法定保守点検時に開放する真空領域を極小とし、かつ、内槽への入熱を極力抑えることができるマンホール構造を備えた輸送容器である。
このような、本実施の形態の液化ガス用輸送容器について、以下に詳しく説明する。
図１は、本実施の形態の液化ガス用輸送容器１００の概略構造を図示している。この液化ガス用輸送容器１００は、空気の凝縮温度よりも沸点が低い液化ガス１を収容する液化ガス運搬船に設置される容器である。液化ガス１として本実施形態では、液化水素を例に採る。
このような液化ガス用輸送容器１００は、液化ガス１を収容する内槽１０１と、この内槽１０１を包囲する外槽１０２とを有し、内槽１０１と外槽１０２とに挟まれた内外槽間領域１０３を真空断熱層とする真空断熱構造を採る。尚、内槽１０１は、外槽１０２内に設けた吊ロッド等を介して外槽１０２内に支持される。また、内外槽間領域１０３は、外槽１０２の外側に配置した真空ポンプ１０６により排気が行われる。
内槽１０１は、円筒形状の胴部を有しその両端部を略半球形状の蓋体で閉じた形状であり、外槽１０２も内槽１０１を包囲して内槽１０１と同様の形状を有する。液化ガス用輸送容器１００の大きさは、外槽１０２の外寸で例えば直径約１０ｍ、長さ約２５ｍ程度である。
また、鉛直方向２において内槽１０１内の底部１０１ａには、液化ガス１の荷役用のサブマージドポンプ１０４が設置されている。また、鉛直方向２において液化ガス用輸送容器１００の上部１００ａには、サブマージドポンプ１０４に接続されるパイプ等と荷役用機械等との接続箇所となるタンクドーム１０５と、以下に詳しく説明するマンホール１４０とが設けられている。
マンホール１４０は、外槽１０２の外部から内槽１０１の内部へと通じる出入口であり、上述のようにサブマージドポンプ１０４の保守点検の際に作業員が出入りする部分である。このようなマンホール１４０は、図２に示すように、内槽１０１に取り付けられた内槽マンホール１１０と、内槽マンホール１１０の外側を包囲するように外槽１０２に取り付けられた外槽マンホール１２０と、遮断部材１３０とを有する。
内槽マンホール１１０は、内槽１０１の上部に立設し作業員が出入り可能な円筒状の内槽マンホール胴部１１１、この内槽マンホール胴部１１１の上部端に溶接されたフランジ１１２、及び、このフランジ１１２にボルトを介して着脱可能に取り付けられる閉止板１１３で構成される。通常、閉止板１１３は内槽マンホール胴部１１１の出入口を閉止しており、サブマージドポンプ１０４の保守点検時のみ外される。
外槽マンホール１２０は、外槽１０２の上部に立設する円筒状の外槽マンホール胴部１２１、この外槽マンホール胴部１２１の上端部に溶接されたフランジ１２２、このフランジ１２２にボルトを介して着脱可能に取り付けられる閉止板１２３、及び、真空ポンプ１０６との接続部である真空ポート１２４を有する。上述のように外槽マンホール１２０は、内槽マンホール１１０の外側を包囲することから、外槽マンホール胴部１２１の内側に、内槽マンホール１１０の閉止板１１３までが位置する。外槽マンホール１２０の閉止板１２３も、通常、外槽マンホール胴部１２１の出入口を閉止しており、サブマージドポンプ１０４の保守点検時のみ外される。
遮断部材１３０は、内槽マンホール１１０の内槽マンホール胴部１１１の外面と、外槽マンホール１２０の外槽マンホール胴部１２１の内面との間に設置され、外槽マンホール１２０の開放時において、真空状態に設定される内外槽間領域１０３と外気とを分離し、かつ外槽マンホール１２０から内槽マンホール１１０への熱伝導による入熱を抑制する、可撓性を有する部材である。
このような遮断部材１３０は、内槽マンホール胴部１１１の外面に固定される一端１３１と、外槽マンホール胴部１２１の内面に固定される他端１３２と、一端１３１と他端１３２との間で延在し少なくとも一つの湾曲部１３３ａを有する連結部１３３とを有する。また遮断部材１３０は、外槽マンホール胴部１２１及び内槽マンホール胴部１１１を形成する部材の板厚ｔ１に比して薄い板厚ｔ２を有する。本実施の形態では、遮断部材１３０としてベローズを用いている。
また図２等では、湾曲部１３３ａは、Ｕ字形であり湾曲部１３３ａに接続する各連結部１３３が互いに平行に配置される形状の例を示している。しかしながら湾曲部１３３ａの形状はこれに限定されず、例えばＶ字形であり湾曲部１３３ａに接続する各連結部１３３が非平行に配置される形状であってもよい。
尚、本実施の形態では、図２に示すように外槽１０２と外槽マンホール１２０との接合部分には、あて板１２６を設けている。あて板１２６を設ける理由は、外槽１０２への外槽マンホール１２０の取り付けを容易にし、さらに、鉛直方向２に沿って遮断部材１３０から内槽１０１へ直接に侵入する輻射熱を遮断するためである。よって、あて板１２６は、図２に示すように、鉛直方向２において遮断部材１３０の連結部１３３に対向する領域が存在する程度の大きさの開口を有する。
上述のように、外槽マンホール胴部１２１の内側に内槽マンホール１１０の全体を配置して、内槽マンホール胴部１１１と外槽マンホール胴部１２１との間に遮断部材１３０を設けることで、鉛直方向２において遮断部材１３０より上側に、内槽マンホール１１０の閉止板１１３及び外槽マンホール１２０の閉止板１２３が位置する。したがって、サブマージドポンプ１０４の保守点検時に、外槽マンホール１２０の閉止板１２３が外されることで大気圧になるところは、外槽マンホール１２０の閉止板１２３から遮断部材１３０までの大気圧開放領域１２５のみとなり、内外槽間領域１０３は真空状態を維持することができる。尚、大気圧開放領域１２５は、閉止板１１３、１２３を取り付けた後、外槽マンホール１２０の真空ポート１２４を介して真空ポンプ１０６によって真空状態に設定される。
さらに、遮断部材１３０の他の機能として、遮断部材１３０は、内槽マンホール１１０つまり内槽１０１に収納される液化ガス１への入熱を抑制する。その入熱量は、下記の式１が示すように、遮断部材１３０の材質、連結部１３３の長さ及び板厚によって制御することができる。
Ｑ＝（λ／Ｌ）×Ａ×ΔＴ …式１
ここで、Ｑは液化ガスの輸送期間における合計入熱量（Ｗ）、λは遮断部材１３０の材質における熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、Ｌは連結部１３３の全長（ｍｍ）、Ａは連結部１３３の断面積（ｍｍ２）、ΔＴは温度勾配（Ｋ）、である。
このように、内槽マンホール１１０つまり内槽１０１に収納される液化ガス１への外部からの許容可能な入熱量に対応して、使用する遮断部材１３０の設計自由度は大きい。また逆に、遮断部材１３０の設計によって入熱量を管理することも可能である。
また、入熱量に関するパラメータの一つに連結部１３３の長さがあることから、図２では一つの湾曲部１３３ａを有する例を示すが、連結部１３３の長さを稼ぐため、遮断部材１３０は、複数の湾曲部１３３ａを有してもよい。また、湾曲部１３３ａは、折り返し部であってもよい。
つまり、遮断部材１３０を可撓性を有する部材とすることにより、外槽マンホール１２０と内槽マンホール１１０との間の伝熱距離を伸ばすことができるため、外部から液化ガス用輸送容器内への入熱量を低減することができる。
遮断部材１３０の一実施例として、入熱量Ｑを２Ｗと仮定すると、材質がステンレス鋼では、連結部１３３の板厚ｔが０．５ｍｍの場合、連結部１３３の全長Ｌは最低１．６ｍ程度であり、ｔが１ｍｍの場合、全長Ｌは最低３．３ｍ程度となる。
また、図２では、鉛直方向２において湾曲部１３３ａを下方へ向けて連結部１３３を配置した例を図示しているが、これに限定されず、湾曲部１３３ａを上方へ向けて連結部１３３を配置してもよい。
また、マンホール１４０の製造を容易にする観点からは、図２に示すように遮断部材１３０の一端１３１と他端１３２とは、鉛直方向２において同レベルに配置するのが好ましい。しかしながらこれに限定するものではなく、図３に示すように、一端１３１及び他端１３２は、鉛直方向２において異レベルに配置してもよい。
要するに、上述の式１にしたがい遮断部材１３０を設計すればよく、湾曲部１３３ａの数、向き、遮断部材１３０の形状等に制限はない。但し、式１が示すように入熱量は遮断部材１３０の熱伝導率に比例することから、可能な限り熱伝導率の小さい材質を使用する方が連結部１３３の全長を短くすることができ、不必要にマンホール１４０の特に高さが大きくなるのを抑えることができる。
さらに、少なくとも一つの湾曲部１３３ａを有することで、遮断部材１３０は可撓性を有する。よって、遮断部材１３０は、内槽１０１及び外槽１０２のそれぞれの熱収縮による変位、及び内槽１０１及び外槽１０２同士の揺動による変位を吸収することも可能である。また、このように遮断部材１３０によって変位吸収が可能となることから、外槽１０２に対する内槽１０１の支持構造の設計自由度も向上可能となる。
次に、以上にように構成した液化ガス用輸送容器１００における液化ガスの輸送動作について説明する。
輸送する液化ガス１が内槽１０１に注入される前に、内槽１０１と外槽１０２との間の内外槽間領域１０３は、外槽１０２の外側に配置した真空ポンプ１０６によって真空状態まで排気される。このときマンホール１４０部分では、遮断部材１３０によって外気と内外槽間領域１０３とは遮断、分離されている。通常、内槽マンホール１１０及び外槽マンホール１２０は共に、それぞれ閉止板１１３、１２３が取り付けられている。よって、外槽マンホール１２０の真空ポート１２４を介して、大気圧開放領域１２５も真空ポンプ１０６によって真空状態まで排気される。
少なくとも内外槽間領域１０３が真空になった状態で、タンクドーム１０５を介して外部から内槽１０１内へ輸送する液化ガス１を注入する。注入後、目的の港まで液化ガス運搬船によって輸送される。
輸送期間中、マンホール１４０部分では、遮断部材１３０を通して熱が外槽マンホール１２０から内槽マンホール１１０、内槽１０１、ひいては液化ガス１へ侵入するが、その入熱量は設計に対応して許容値以下であり、積荷の液化ガス１の蒸発損失に影響を与える量ではない。また、遮断部材１３０によって、熱収縮及び輸送中の揺動等による、内槽１０１と外槽１０２との相対的変位を遮断部材１３０は吸収可能である。
目的港に到着後、内槽１０１内のサブマージドポンプ１０４によって、タンクドーム１０５を介して液化ガス１は荷揚げされる。
一方、サブマージドポンプ１０４の保守点検時では、内槽１０１内の液化ガス１は全て排出され、タンクドーム１０５を介して内槽１０１内は空気で置換される。その後、まず真空ポート１２４を介して、あるいは外槽マンホール１２０の閉止板１２３を外して、大気圧開放領域１２５を外気に開放する。このとき、既に説明したように、遮断部材１３０によって内外槽間領域１０３は真空状態に維持される。
次に、内槽マンホール１１０の閉止板１１３が取り外される。そして、外槽マンホール１２０のフランジ１２２部分の開口、及び内槽マンホール１１０のフランジ１１２部分の開口を通り、作業員は内槽１０１内へ入ることができる。
サブマージドポンプ１０４の保守点検が終了した後、内槽マンホール１１０及び外槽マンホール１２０のそれぞれの閉止板１１３、１２３がフランジ１１２、１２２に順次締め付けられる。そして、大気圧開放領域１２５は、真空ポート１２４を介して真空ポンプ１０６によって真空状態まで排気される。このとき、大気圧開放領域１２５の体積は、内外槽間領域１０３の体積に比べると非常に小さいので、短時間で大気圧開放領域１２５を真空状態へ戻すことが可能である。
したがって、本実施形態の液化ガス用輸送容器１００によれば、サブマージドポンプ１０４の保守点検後、短時間で液化ガス用輸送容器１００を再稼働させることが可能である。
尚、上述の説明では液化ガス１の荷揚げ方法としてサブマージドポンプ１０４を用いる方法を示したが、本実施形態の液化ガス用輸送容器１００は、サブマージドポンプ１０４を用いずに、あるいはサブマージドポンプ１０４と併用して、自己加圧式にて荷揚げを行うことも可能である。ここで自己加圧式とは、内槽１０１内の液化ガス１を外部から強制的に加熱して蒸発させ、内槽１０１内圧力を上昇させることで液化ガス１の荷揚げを行う方法である。
本発明は、液化ガス用輸送容器、詳しくは液化ガスを海上輸送する際に使用する液化ガス用輸送容器に適用可能である。
１…液化ガス、２…鉛直方向、
１００…液化ガス用輸送容器、１００ａ…上部、１０１…内槽、１０１ａ…底部、
１０２…外槽、１０３…内外槽間領域、１０４…サブマージドポンプ、
１１０…内槽マンホール、１１１…内槽マンホール胴部、
１２０…外槽マンホール、１２１…外槽マンホール胴部、
１３０…遮断部材、１３１…一端、１３２…他端、
１３３…連結部、１３３ａ…湾曲部、
１４０…マンホール。

Claims (5)

  1. 空気の凝縮温度より沸点が低い液化ガスを収容し液化ガス運搬船に設置される液化ガス用輸送容器であって、
    上記液化ガスを収容する内槽と、
    この内槽を包囲する外槽と、
    上記内槽と上記外槽の間に形成される真空断熱層である内外槽間領域と、
    鉛直方向における内槽底部に固定され上記液化ガスを上記外槽の外側へ吐出するサブマージドポンプと、
    当該液化ガス用輸送容器の鉛直方向における上部に設けられ、上記外槽の外部と上記内槽の内部とを連通する、上記サブマージドポンプの保守点検用のマンホールと、
    を備えたことを特徴とする液化ガス用輸送容器。
  2. 上記マンホールは、その開放時に上記内外槽間領域と外気とを分離し、かつ上記外槽から上記内槽への入熱を抑制する遮断部材をさらに備えた、請求項１に記載の液化ガス用輸送容器。
  3. 上記マンホールは、
    鉛直方向における上記内槽の上部に設けられた内槽マンホールと、
    この内槽マンホールの外側を包囲し、鉛直方向における上記外槽の上部に設けられた外槽マンホールと、を有し、
    上記遮断部材１３０は、上記内槽マンホールの内槽マンホール胴部と上記外槽マンホールの外槽マンホール胴部との間に設置される可撓性の部材である、請求項２に記載の液化ガス用輸送容器。
  4. 上記遮断部材は、上記内槽マンホール胴部に固定される一端と、上記外槽マンホール胴部に固定される他端と、この一端と他端との間で延在し少なくとも一つの湾曲部を有する連結部とを有し、上記外槽マンホール胴部及び上記内槽マンホール胴部を形成する部材の板厚に比して薄い板厚を有する、請求項３に記載の液化ガス用輸送容器。
  5. 上記遮断部材は以下の式、
    Ｑ＝（λ／Ｌ）×Ａ×ΔＴ
    ここで、Ｑは液化ガスの輸送期間中における合計入熱量（Ｗ）、λは遮断部材の材質における熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、Ｌは連結部の全長（ｍｍ）、Ａは連結部の断面積（ｍｍ２）、ΔＴは温度勾配（Ｋ）である、
    によって設計される、請求項２から４のいずれかに記載の液化ガス用輸送容器。
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