JP2014163412A

JP2014163412A - Ｌｎｇ貯蔵装置、及び船舶

Info

Publication number: JP2014163412A
Application number: JP2013032683A
Authority: JP
Inventors: Toshinari Ishida; 聡成石田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】運搬中における外部からの侵入熱や船体揺れに伴うＬＮＧのＢＯＧ発生を抑制する。
【解決手段】船舶１０に搭載される貯留タンク１０２内にＬＮＧを充填させて貯留するＬＮＧ貯留装置１００であって、貯留タンクの頂部側に設けられ、充填させたＬＮＧの液表面１３０を集約してからＬＰＧをＬＮＧ温度に冷却した過冷却ＬＰＧで当該液表面を覆って、ＬＮＧと過冷却ＬＰＧとの相互の圧力差を釣り合わせてＬＮＧの液表面を過冷却ＬＰＧで覆う圧力バランス機構部１１０を備える。圧力バランス機構部は、貯留タンクの頂部側の内部に取り付けられ、過冷却ＬＰＧが投入される略筒形状の過冷却ＬＰＧ投入部１１２と、パイプタワー１０４の頂部側に搭載され、過冷却ＬＰＧ投入部の底部側に有する開口部１１２ａとクリアランス１３４を介して開口部を覆って過冷却ＬＰＧを受け入れる過冷却ＬＰＧ受皿部１１４と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＮＧ（ Liquefied Natural Gas ）を貯蔵するＬＮＧ貯蔵装置、及び当該ＬＮＧ貯蔵装置を備える船舶に関する。

近年、メタンを主成分とするＬＮＧ（ Liquefied Natural Gas ：液化天然ガス）は、石油代替エネルギー及びクリーン燃料として注目されており、コンバイドガスサイクル発電技術の向上及び地球温暖化対策の観点から利用が増大している。ＬＮＧは、ＬＮＧ受入れ基地に設置されたＬＮＧタンクから発電所やガス会社等の需要先に供給される。ＬＮＧタンクには、主として海外から輸送船によって運搬されたＬＮＧが受け入れられ、−１６０℃前後の低温で貯蔵されている。

ＬＮＧタンク内では外部からの自然入熱等によって常時一部のＬＮＧが気化し、ボイルオフガス（以下、「ＢＯＧ」ともいう）が発生している。また、輸送船からＬＮＧタンクにＬＮＧを受け入れるとき、特に大量（通常時の２〜３倍程度）のＢＯＧが発生し、無駄にＬＮＧが消費されることになる。ＬＮＧの貯蔵タンク内におけるＢＯＧの発生を効果的に抑制する従来技術として、特許文献１には、貯蔵タンク内へＬＮＧを受け入れるとき、貯蔵タンク内の圧力を貯蔵圧力よりも４５％〜６５％高い受入圧力に一時的に高めるＢＯＧ抑制方法が開示されている。

特開２０１２−２０７６８１号公報

ＬＮＧ運搬船やＬＮＧを燃料として推進するＬＮＧ燃料船では、船内又は船上にＬＮＧを貯蔵する設備として貯蔵タンクが設けられている。当該貯蔵タンクは、外部からの侵入熱によって貯蔵タンク内のＬＮＧが蒸発してタンク上部にガス相（ＮＧ）が形成され、液相（ＬＮＧ）との境界面が自由表面として存在している。この自由表面と船体動揺との連成によってＬＮＧ液体の大きな運動（スロッシング）が引き起こされ、ＬＮＧが大量に蒸発してガス相の圧力が急激に上昇する可能性がある。また、ガス相は、液表面層の一部の液体と飽和関係にあるため、蓄圧状態で船体動揺が小さい状況では、ガス相を経由する侵入熱が液表面に集中的に伝わり、液下層の大部分のＬＮＧは冷温を保ったまま液表面のＬＮＧ蒸発が促進され、タンク圧力の上昇速度が高くなる可能性がある。

何れの状況でも、タンク圧力が上昇し続けると、図３に示すように、貯蔵タンク５００の最上部に設けられる安全弁５０２が作動して無駄にガス（ＮＧ）を大気中に放出することとなる。また、天然ガスの主成分であるメタンガスは、温室効果ガスの一つであり、その大気放出は、環境に負荷を与えるため、必要最小限に留めるべきである。すなわち、ＬＮＧを積載した船舶では、外部からの侵入熱や船体動揺に伴うＢＯＧ発生を抑制するための対策が必要となる。前述の特許文献１に開示のＢＯＧ抑制方法では、外部から受け入れたＬＮＧを貯蔵設備に投入する際におけるＢＯＧ発生を抑制できるものの、ＬＮＧタンクの設計圧力が低いＬＮＧ運搬船等では、ＬＮＧ積載中における外部からの侵入熱や船体動揺に伴うＢＯＧ発生対策に課題が残る。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＬＮＧ積載中における外部からの侵入熱や船体動揺に伴うＢＯＧ発生を抑制することの可能な、新規かつ改良されたＬＮＧ貯蔵装置、及び当該ＬＮＧ貯蔵装置を備える船舶を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、船舶に搭載される貯留タンク内にＬＮＧを充填させて貯留するＬＮＧ貯留装置であって、前記貯留タンクの頂部側に設けられ、充填させた前記ＬＮＧの液表面にＬＰＧをＬＮＧ温度に冷却した過冷却ＬＰＧで該液表面を覆って、前記ＬＮＧと前記過冷却ＬＰＧとの相互の圧力差を釣り合わせて、前記ＬＮＧの前記液表面を前記過冷却ＬＰＧで覆う圧力バランス機構部を備えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、圧力バランス機構部にて、プロパンを主成分とするＬＰＧをＬＮＧ温度まで冷却した過冷却ＬＰＧでＬＮＧ液表面を覆うようにしたので、ＬＮＧの自由表面が無くなり、外部からの侵入熱や船体動揺等に伴うＢＯＧ発生を抑制できる。

このとき、本発明の一態様では、前記貯留タンクは、中央内部に鉛直方向に立設するパイプタワーを備える略球形のタンクであり、前記圧力バランス機構部は、前記貯留タンクの頂部側の内部に取り付けられ、前記過冷却ＬＰＧが投入される略筒形状の過冷却ＬＰＧ投入部と、前記パイプタワーの頂部側に搭載され、前記過冷却ＬＰＧ投入部の底部側に有する開口部とクリアランスを介して前記開口部を覆って前記過冷却ＬＰＧを受け入れる過冷却ＬＰＧ受皿部と、を備え、前記ＬＮＧの液表面は、前記過冷却ＬＰＧ投入部の外壁と前記過冷却ＬＰＧ受皿部の内壁との間に、表面積が小さくなるように集約されることとしてもよい。

このようにすれば、過冷却ＬＰＧ投入部の外壁と過冷却ＬＰＧ受皿部の内壁との間において、ＬＮＧと過冷却ＬＰＧとの圧力バランスを取ってＬＮＧの液表面を過冷却ＬＰＧで覆うことができる。

また、本発明の一態様では、前記貯留タンクは、略箱形のタンクであり、前記圧力バランス機構部は、前記貯留タンクの頂部側の外部に取り付けられ、前記過冷却ＬＰＧが投入される略箱形状の過冷却ＬＰＧ投入部と、前記過冷却ＬＰＧ投入部の底部側に有する開口部とクリアランスを介して前記開口部を覆って前記過冷却ＬＰＧを受け入れる過冷却ＬＰＧ受皿部と、を備え、前記ＬＮＧの液表面は、前記過冷却ＬＰＧ投入部の外壁と前記過冷却ＬＰＧ受皿部の内壁との間に集約されることとしてもよい。

このようにすれば、過冷却ＬＰＧ接触部でＬＮＧと過冷却ＬＰＧとの圧力バランスを取ってＬＮＧの液表面を過冷却ＬＰＧで覆うことができる。

また、本発明の他の態様は、上記の何れかに記載のＬＮＧ貯留装置を搭載することを特徴とする船舶である。

本発明の他の態様によれば、上記の何れかに記載のＬＮＧ貯留装置をＬＮＧ燃料船等の船舶に適用することによって、船舶における外部からの侵入熱や船体動揺等に伴うＢＯＧ発生を抑制できる。

以上説明したように本発明によれば、過冷却ＬＰＧでＬＮＧの蒸発を抑制するので、運搬中における外部からの侵入熱や船体動揺に伴うＬＮＧのＢＯＧ発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るＬＮＧ貯留装置を備えたＬＮＧ船の外観図である。本発明の一実施形態に係るＬＮＧ貯留装置の概略構成図である。従来のＬＮＧ貯留装置の概略構成図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態におけるＬＮＧ貯留装置を備えたＬＮＧ船の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るＬＮＧ貯留装置を備えたＬＮＧ船の外観図である。

図１に示すように、燃料としてのＬＮＧ液を運搬するＬＮＧ船１０には、ＬＮＧを貯留するためのＬＮＧ貯留装置として、４基のＬＮＧタンク１００が備えられている。ＬＮＧタンク１００は、ＬＮＧ液が貯留される球形の貯留タンク１０２の中心内部にパイプタワー１０４が設けられる等しており、パイプタワー１０４内には、ポンプ等の各種装置や払い出し配管、積み込み配管などの配管類、温度検出装置などが設けられている。なお、図１に示すＬＮＧ船は、一実施形態のＬＮＧ船であり、ＬＮＧタンク１００の数は、４基に限定されず、また、ＬＮＧタンク１００の形状も球形のＭＯＳＳ型に限定されず、箱形のタンクでも適用可能である。

次に、本発明の一実施形態に係るＬＮＧ貯留装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るＬＮＧ貯留装置の概略構成図である。

本実施形態に係るＬＮＧ貯留装置は、ＬＮＧ運搬船やＬＮＧ燃料船等の船舶に搭載される貯留タンク内にＬＮＧを充填させて積載するＬＮＧ貯留装置である。そして、積載中における外部からの侵入熱や船体動揺に伴うＢＯＧ発生を抑制させるために、プロパンを主成分とするＬＰＧをＬＮＧ温度（例えば−１６０℃）まで冷やした過冷却ＬＰＧ( Liquefied Petroleum Gas：液化石油ガス )でＬＮＧ液表面を覆って、ＬＮＧと過冷却ＬＰＧとの圧力バランスでＬＮＧ液表面を過冷却ＬＰＧで覆うことを特徴とする。

本実施形態のＬＮＧ貯留装置１００は、図２に示すように、略球形の貯留タンク１０２と、貯留タンク１０２の中心内部に鉛直方向に立設するパイプタワー１０４と、貯留タンク１０２の頂部側に設けられる圧力バランス機構部１１０とを備える。

パイプタワー１０４は、貯留タンク１０２の中心内部に、貯留タンク１０２の上部から下部まで鉛直方向に延びるように設けられている。パイプタワー１０４の下端側には、貯留タンク１０２に連通する孔が設けられ、また、図示しないポンプ等の各種装置や配管類、温度検出装置などが収納されている。

また、パイプタワー１０４の内部には、貯留タンク１０２内にＬＮＧを積み込むための荷役用パイプ１０８やポンプ等の各種装置、温度検出装置等が設けられている。荷役用パイプ１０８は、圧力バランス機構部１１０に備わる過冷却ＬＰＧ受皿部１１４を貫通して設けられ、貯留タンク１０２の外部には、ＬＮＧの流量を調整する調整バルブ１２０が設けられている。

本実施形態では、パイプタワー１０４の頂部側に、ＬＮＧ液表面を過冷却ＬＰＧで覆う圧力バランス機構部１１０が設けられていることを特徴とする。すなわち、圧力バランス機構部１１０でＬＮＧの液表面をＬＮＧの沸点の近傍温度である例えば−１６０℃に過冷却したＬＰＧで覆って、ＬＮＧの自由表面を無くして、船体動揺等に伴うＢＯＧ発生を抑制するようにしている。換言すると、圧力バランス機構部１１０を貯留タンク１０２の頂部側に設けることによって、ＬＮＧ液表面を過冷却ＬＰＧで覆って、ＬＮＧが貯留タンク内のガスと接触しないようにしつつ、過冷却ＬＰＧがＬＮＧ中に沈み込まないようにＬＮＧと過冷却ＬＰＧとの相互の圧力差を釣り合わせて、ＬＮＧ液表面を過冷却ＬＰＧで覆って、ＢＯＧの発生を抑制している。

本実施形態では、圧力バランス機構部１１０は、図２に示すように、過冷却ＬＰＧ投入部１１２と、過冷却ＬＰＧ受皿部１１４とを備える。

過冷却ＬＰＧ投入部１１２は、貯留タンク１０２の頂部側の内部に取り付けられ、下端側が開口部１１２ａとなっている略筒形状の部材であり、ＬＰＧ供給管１１５を介して、過冷却ＬＰＧを投入する。ＬＰＧ供給管１１５には、過冷却ＬＰＧの流量を調整するバルブ１１６が設けられている。また、過冷却ＬＰＧ投入部１１２の頂部側には、ガスを排出するための配管、バルブ１１８が設けられている。

過冷却ＬＰＧ受皿部１１４は、パイプタワー１０４の頂部側に搭載され、過冷却ＬＰＧ投入部１１２の底部側に有する開口部１１２ａとクリアランス１３４を介して、当該開口部１１２ａを覆いながら、過冷却ＬＰＧ投入部１１２から投入された過冷却ＬＰＧを受け入れる。過冷却ＬＰＧ投入部１１２から投入された過冷却ＬＰＧは、過冷却ＬＰＧ受皿部１１４で堰き止められて、過冷却ＬＰＧ投入部１１２の外壁１１２ａと過冷却ＬＰＧ受皿部１１４の内壁１１４ｂとの間に流動する。

本実施形態では、上述したような圧力バランス機構部１１０を貯留タンク１０２の頂部側に設けることによって、貯留タンク１０２に一旦ＬＮＧを充填させた後、過冷却ＬＰＧを投入することによってＬＮＧを押し出し、ＬＮＧを過冷却ＬＰＧで覆うものである。すなわち、ＬＮＧを一旦積み付け上限（例えば98.5%Vol.）まで積み込んでから、その後、圧力バランス機構部１１０を介して、過冷却ＬＰＧをＬＮＧ貯留装置の上から充填して、ＬＮＧを押し出して、ＬＮＧの液表面を過冷却ＬＰＧで覆うようにする。

換言すると、本実施形態では、ＬＮＧ詰め込み完了後に、ＬＮＧ液表面１３０に過冷却ＬＰＧを投入して、上部ガス相１３６と過冷却ＬＰＧが接する状態とする。このため、過冷却ＬＰＧの自由表面１３２は、存在するが、ＬＮＧの自由表面は、存在しない状態となる。また、上部ガス相１３６と飽和する液体がＬＰＧとなり、ＬＮＧと飽和関係となるガスが存在しないようになる。そして、比重が０．４〜０．５のＬＮＧより比重が大きい過冷却ＬＰＧ（比重０．６〜０．７）で集約されたＬＮＧ液表面１３０を覆う状態を維持するために、パイプタワー１０４の頂部側に過冷却ＬＰＧ受皿部１１４を設置している。

このように、貯蔵タンク１０２の頂部側に圧力バランス機構部１１０を設けることによって、過冷却ＬＰＧ投入部１１２の外壁１１２ａと過冷却ＬＰＧ受皿部１１４の内壁１１４ｂとの間において、液表面が集約されたＬＮＧと過冷却ＬＰＧ投入部１１２から投入されたＬＰＧで圧力バランスをとって、液表面１３０が過冷却ＬＰＧで覆われるようになる。すなわち、過冷却ＬＰＧ投入部１１２から投入されたＬＰＧと上部ガス相１３６との圧力の合計と、外壁１１２ａと内壁１１４ｂとの間に集約されたＬＮＧ液表面１３０にかかるＬＮＧの圧力との釣り合いが外壁１１２ａと内壁１１４ｂとの間で取れるようになる。このため、ＬＮＧより比重が大きい過冷却ＬＰＧで集約されたＬＮＧ液表面１３０を覆う状態を維持することができる。

また、本実施形態では、ＬＰＧをＬＮＧ温度まで過冷却された状態にしてから投入して、圧力バランスを取って液表面１３０を覆うようにしている。このため、ＬＮＧの自由表面が存在しなくなるので、外部からの侵入熱や船体動揺によっても、ＢＯＧの発生を抑制できる。すなわち、ガス相からの侵入熱は、全てＬＰＧの顕熱としてＬＰＧに蓄熱されるようになり、ＬＮＧ貯蔵中のＬＮＧ蒸発量を低減できる。

さらに、ＬＮＧ液表面１３０を過冷却ＬＰＧで覆うことによって、上部ガス相１３６と接する液体の自由表面が過冷却ＬＰＧとなる。すなわち、ＬＮＧ詰め込み完了後に、ＬＮＧ液表面１３０に過冷却ＬＰＧを投入して、ＬＮＧの自由表面が無い状態とした上で、上部ガス相１３６とＬＰＧが接する状態とした。このため、自由表面と船体動揺との連成により、ＬＰＧ液体の大きな運動が生じても、そのエネルギーは、過冷却状態のＬＰＧの顕熱として吸収されるので、ＬＰＧの飽和温度に達するまで、ＬＰＧガスが発生しない。

また、プロパンを主成分とするＬＰＧの沸点は、大気圧下でも約―４０〜５０℃であり、−１６０℃のＬＮＧ温度まで過冷却されたＬＰＧの蓄熱能力は、非常に大きく、ＬＰＧガスが発生するまでの時間を十分に長く確保できる。さらに、ＬＰＧガスが発生したとしても、そのＬＰＧガスの主成分がプロパンなので、再液化装置の追設にて容易に再液化することも可能である。

なお、本実施形態では、船舶に搭載したＬＮＧ貯蔵装置にＬＮＧをＬＮＧ生産基地等から積み込む際に、ＬＮＧを貯留タンクに充填させてから過冷却ＬＰＧを投入する。このようにすることによって、ＬＮＧをＬＮＧ生産基地等から積み込む際にＬＰＧが気化しても、再液化して貯留タンクに容易に戻せるので、ＬＮＧの液表面を過冷却ＬＰＧで覆う作業を容易に行える。

また、本実施形態のＬＮＧ貯留装置１００では、上層のＬＰＧから下層のＬＮＧへ伝熱することとなるが、その熱は、ＬＮＧの顕熱としてＬＮＧに蓄積される。このため、ＬＮＧ運搬船では、ＬＮＧの蓄熱が問題視されることがあるので、ＬＮＧの蓄熱を避けるには、別途対策が必要となる。これに対して、ＬＮＧを燃料として推進するＬＮＧ燃料船には、ＬＮＧの蓄熱が問題となることが少なく、また、ＬＮＧを燃料として推進する際に、ＬＮＧを昇温する必要があることから、ＬＮＧを燃料として推進するＬＮＧ燃料船に本実施形態のＬＮＧ貯留装置１００を適用することが極めて有効である。

なお、上記のように本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、ＬＮＧ貯留装置の構成、動作も本発明の各実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した本発明の一実施形態では、球形タンクに本発明を適用しているが、メンブレン型の略箱形のタンク等の球形タンク以外にも、本発明のＬＮＧ貯留装置が適用可能である。略箱形のタンクに本発明を適用する場合には、圧力バランス機構部は、貯留タンクの頂部側の外部に取り付けられ、過冷却ＬＰＧが投入される略箱形状の過冷却ＬＰＧ投入部と、当該過冷却ＬＰＧ投入部の底部側に有する開口部とクリアランスを介して開口部を覆って過冷却ＬＰＧを受け入れる過冷却ＬＰＧ受皿部と、を備える。そして、当該圧力バランス機構部は、ＬＮＧの液表面が過冷却ＬＰＧ投入部の外壁と過冷却ＬＰＧ受皿部の内壁との間に集約されるように構成される。

１０船舶
１００ＬＮＧ貯留装置
１０２貯留タンク
１０４パイプタワー
１０６パイプタワー支持部
１０８荷役用パイプ
１１０圧力バランス機構部
１１２過冷却ＬＰＧ投入部
１１２ａ開口部
１１４過冷却ＬＰＧ受皿部
１１４ａ外縁部
１１４ｂ内壁
１１５ＬＰＧ供給管
１３０（ＬＮＧの）液表面
１３２（ＬＰＧの）液表面
１３４クリアランス

Claims

船舶に搭載される貯留タンク内にＬＮＧを充填させて貯留するＬＮＧ貯留装置であって、
前記貯留タンクの頂部側に設けられ、充填させた前記ＬＮＧの液表面にＬＰＧをＬＮＧ温度に冷却した過冷却ＬＰＧで該液表面を覆って、前記ＬＮＧと前記過冷却ＬＰＧとの相互の圧力差を釣り合わせて前記ＬＮＧの前記液表面を前記過冷却ＬＰＧで覆う圧力バランス機構部を備えることを特徴とするＬＮＧ貯留装置。
前記貯留タンクは、中央内部に鉛直方向に立設するパイプタワーを備える略球形のタンクであり、
前記圧力バランス機構部は、
前記貯留タンクの頂部側の内部に取り付けられ、前記過冷却ＬＰＧが投入される略筒形状の過冷却ＬＰＧ投入部と、
前記パイプタワーの頂部側に搭載され、前記過冷却ＬＰＧ投入部の底部側に有する開口部とクリアランスを介して前記開口部を覆って前記過冷却ＬＰＧを受け入れる過冷却ＬＰＧ受皿部と、を備え、
前記ＬＮＧの液表面は、前記過冷却ＬＰＧ投入部の外壁と前記過冷却ＬＰＧ受皿部の内壁との間に、表面積が小さくなるように集約されることを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ貯留装置。
前記貯留タンクは、略箱形のタンクであり、
前記圧力バランス機構部は、
前記貯留タンクの頂部側の外部に取り付けられ、前記過冷却ＬＰＧが投入される略箱形状の過冷却ＬＰＧ投入部と、
前記過冷却ＬＰＧ投入部の底部側に有する開口部とクリアランスを介して前記開口部を覆って前記過冷却ＬＰＧを受け入れる過冷却ＬＰＧ受皿部と、を備え、
前記ＬＮＧの液表面は、前記過冷却ＬＰＧ投入部の外壁と前記過冷却ＬＰＧ受皿部の内壁との間に集約されることを特徴とする請求項１に記載のＬＮＧ貯留装置。
請求項１〜３の何れかに記載のＬＮＧ貯留装置を搭載することを特徴とする船舶。