JP2014194256A - 低温液体タンク - Google Patents

Abstract

【課題】低温液化タンクにおいて、使用中に底部に対して大きな負荷がかかることを抑止する。
【解決手段】 複数のボトムプレートが接合されてなる底部を有する貯槽と、底部を支持する支持部とを備える低温液体タンクであって、支持部は、貯槽の側壁を含む貯槽の縁部を支持する外側支持部と、荷重が付与されることによりクリープする断熱材を含むと共に外側支持部の内側に配置される内側支持部とを備え、内側支持部の上面の初期高さは、低温液体タンクの耐用期間中において、内側支持部の上面高さと外側支持部の上面高さとの差によってボトムプレートに作用する最大曲げ応力がボトムプレートの許容曲げ応力を超えないように設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、低温液体タンクに関するものである。

ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）タンクやＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）タンク等の低温液体を貯蔵するタンク（低温液体タンク）は、低温液体を溜めるための貯槽と、この貯槽を支える支持部とを備えている。地面からの入熱を防ぐために、このような支持部（底部保冷構造）には、断熱材が含まれている。

従来、このような支持部に含まれる断熱材としては、剛性が高く、コンクリートと同様に上方から作用する荷重によるクリープの影響を無視できるあわガラス等が用いられていた。一方で、近年においては、貯槽の側壁を含む縁部のみをコンクリート等のクリープの影響を無視できる材料で形成し、この内側により保冷性能が高い特許文献１や特許文献２に示すような水発泡やシクロペンタン発泡の断熱材を配置することも提案されている。

特開２００７−２１１８号公報 特開２０００−１７１１４８号公報

しかしながら、水発泡やシクロペンタン発泡の断熱材は、泡ガラス等のように剛性高くなく、低温液体タンクの耐用期間中にクリープが生じ、貯槽を支持する上面が徐々に沈降することが懸念される。

このように水発泡やシクロペンタン発泡の断熱材を含む支持部の中央部の上面が沈降すると、貯槽の縁部を支持する部分の上面との間に大きな段差が生じることなる。この段差により、貯槽の底部が曲げられるため、曲げ応力が発生し、貯槽の底部に大きな負荷がかかる。このため、低温液化タンクの使用中に、貯槽の底部に対して大がかりなメンテナンスを行う必要が生じる可能性が高まる。

なお、ＬＮＧやＬＰＧに限らず、低温の液体を低温のまま貯蔵するタンクでは、貯槽を支える支持部に断熱材を含めることから、この断熱材として水発泡やシクロペンタン発泡の断熱材を用いた場合には、同様の問題が生じる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、低温液化タンクにおいて、使用中に底部に対して大きな負荷がかかることを抑止することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、複数のボトムプレートが接合されてなる底部を有する貯槽と、上記底部を支持する支持部とを備える低温液体タンクであって、上記支持部が、上記貯槽の側壁を含む上記貯槽の縁部を支持する外側支持部と、荷重が付与されることによりクリープする断熱材を含むと共に上記外側支持部の内側に配置される内側支持部とを備え、上記内側支持部の上面の初期高さが、低温液体タンクの耐用期間中において、内側支持部の上面高さと外側支持部の上面高さとの差によって上記ボトムプレートに作用する最大曲げ応力が上記ボトムプレートの許容曲げ応力を超えないように設定されているという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記内側支持部の上面の初期高さが、上記外側支持部の上面の初期高さよりも高く設定されているという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記内側支持部が、上記内側支持部の上面の初期高さを規定する高さ設定プレートを有するという構成を採用する。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記高さ設定プレートが、上記断熱材の上方に配置される耐熱ボードであるという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記外側支持部が、上記内側支持部側の角部が面取りされているという構成を採用する。

第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、上記断熱材が、硬質プラスチックフォームであるという構成を採用する。

本発明においては、内側支持部の上面の初期高さが、低温液体タンクの耐用期間中において、内側支持部の上面高さと外側支持部の上面高さとの差によって貯槽の底部を形成するボトムプレートに作用する最大曲げ応力がボトムプレートの許容曲げ応力を超えないように設定されている。このため、本発明によれば、低温液体タンクの耐用期間中において、内側支持部の上面高さと外側支持部の上面高さとの差が、ボトムプレートに対して影響を与えるような大きなものとならない。したがって、本発明によれば、低温液化タンクにおいて、使用中に底部に対して大きな負荷がかかることを抑止することが可能となる。

本発明の一実施形態におけるＬＮＧタンクの概略構成を模式的に示す断面図である。 （ａ）が、図１の領域Ａの拡大図であり、（ｂ）が、耐用年数が経過した後の領域Ａの拡大図である。 （ａ）が、ＬＮＧタンクの変形例における拡大図であり、（ｂ）が、耐用年数が経過した後の様子を示す拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る低温液体タンクの一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、本実施形態においては、低温液体タンクとしてＬＮＧタンクを挙げて説明する。

図１は、本実施形態のＬＮＧタンク１の概略構成を模式的に示す断面図である。この図に示すように、本実施形態のＬＮＧタンク１は、地上式金属製二重殻タンクであり、基礎版２と、外槽３と、底部保冷機構４（支持部）と、内槽５（貯槽）と、ブランケット６と、側部保冷材７とを備えている。

基礎版２は、外槽３、底部保冷機構４、内槽５、ブランケット６及び側部保冷材７を支持するコンクリートからなる円板状部材である。外槽３は、炭素鋼からなる円筒状の容器であり、底部保冷機構４、内槽５、ブランケット６及び側部保冷材７を囲うように基礎版２上に立設されている。底部保冷機構４は、外槽３の内部にて内槽５を支えるようにして内槽５の下方に配置されている。この底部保冷機構４は、本発明における支持部に相当する部材であり、その詳細については後に説明する。

内槽５は、ＬＮＧが溜められる円筒状の容器であり、底部保冷機構４上に立設されている。この内槽５は、ニッケル鋼からなる底部５ａ及び側壁５ｂと、底部５ａと側壁５ｂとを接続するアニュラプレート５ｃ（図２参照）と、アルミニウム鋼からなると共に吊り下げ支持される天井５ｄとからなる。なお、内槽５の底部５ａは、ニッケル鋼からなるボトムプレート５ａ１（図２参照）が複数接合されることにより形成されている。また、アニュラプレート５ｃは、上述のように内槽５の一部であるが、本実施形態においては、本発明の支持部の一部として機能する。ブランケット６は、内槽５の側壁５ｂを外側から覆うように配置されており、保冷機能を有すると共に内槽５の熱変形を吸収する。側部保冷材７は、ブランケット６と外槽３との間に充填されており、例えばパーライト等からなる。

図２は、図１の領域Ａの拡大図である。なお、図２においては、各部材の高さの違いを強調するために、実際の寸法よりも特に各部材の高さを変更して図示している。この図に示すように、底部保冷機構４は、内槽５の側壁５ｂの下方に配置される外周部４ａと、この外周部４ａの内側に配置される中央部４ｂとから構成されている。

外周部４ａは、内槽５のアニュラプレート５ｃを支持しており、コンクリートからなる部位であり、内槽５の側壁５ｂに沿って環状に設けられている。中央部４ｂは、基礎版２上に設置される断熱層４ｂ１と、断熱層４ｂ１上に設けられる複数のケイカル板４ｂ２とによって形成されている。

断熱層４ｂ１は、地面から内槽５への入熱を防止するためのものであり、本実施形態においては、コンクリートやあわガラスと異なって上方からの荷重によってクリープを生じる硬質プラスチックフォームからなる。より具体的には、断熱層４ｂ１は、硬質ウレタンフォーム、硬質ポリイソシアヌレートフォームあるいは硬質ポリ塩化ビニルフォームから形成されている。

ケイカル板４ｂ２は、耐熱ボードであり、その上面４ｂ３が内槽５の底部５ａを形成するボトムプレート５ａ１の支持面となっている。これらのケイカル板４ｂ２は、ＬＮＧタンク１の建設時において、ボトムプレート５ａ１同士を溶接するときに、下の断熱層４ｂ１への熱影響を防ぐものである。

図２（ａ）に示すように、内槽５の底部５ａ（すなわちボトムプレート５ａ１）は、内槽５の縁部においてアニュラプレート５ｃの上面５ｃ１に当接されており、内槽５の中央部においてケイカル板４ｂ２の上面４ｂ３に当接されている。つまり、内槽５の底部５ａは、底部保冷機構４及びアニュラプレート５ｃによって支持されている。本実施形態のＬＮＧタンク１においては、これらの底部保冷機構４及びアニュラプレート５ｃからなる構造体を支持部１０と称する。また、この支持部１０の外周部は、底部保冷機構４の外周部４ａとアニュラプレート５ｃからなり、内槽５の側壁５ｂを含む内槽５の縁部を支持している。以下、このような支持部１０の外周部を外側支持部１１と称する。また、支持部１０の中央部は、底部保冷機構４の中央部４ｂからなる。以下、このような支持部１０の中央部を内側支持部１２と称する。すなわち、本実施形態のＬＮＧタンク１は、内槽５の側壁５ｂを含む内槽５の縁部を支持する外側支持部１１と、荷重が付与されることによりクリープする断熱材からなる断熱層４ｂ１を含むと共に外側支持部１１の内側に配置される内側支持部１２とを備えている。

図２（ａ）は、本実施形態のＬＮＧタンク１の建設完了直後の状態を示している。この図に示すように、本実施形態のＬＮＧタンク１では、内側支持部１２の上面１２ａ（すなわちケイカル板４ｂ２）の初期高さは、外側支持部１１の上面１１ａ（アニュラプレート５ｃの上面５ｃ１）の高さよりも高く設定されている。本実施形態のＬＮＧタンク１では、底部保冷機構４に硬質プラスチックフォームからなる断熱層４ｂ１が含まれているため、内槽５に貯留されたＬＮＧの重量によって断熱層４ｂ１が上方からの荷重を受け、クリープを生じる。このため、本実施形態のＬＮＧタンク１では、長期間の使用により断熱層４ｂ１が徐々に圧縮され、内側支持部１２の上面１２ａが沈降する。この結果、ＬＮＧタンク１の耐用年数が経過した後では、図２（ｂ）に示すように、内側支持部１２の上面１２ａが、外側支持部１１の上面１１ａよりも下方に位置することになる。

ここで、本実施形態のＬＮＧタンク１では、設計段階において、ＬＮＧタンク１の耐用年数が経過した後に、内側支持部１２の上面１２ａがどの程度沈降するかを実験あるいはシミュレーションによって求めておき、この値に基づいて、ボトムプレート５ａ１へ大きな影響がないように、内側支持部１２の上面１２ａの初期高さを設定している。具体的には、内側支持部１２の上面１２ａの沈降量から内側支持部１２の上面１２ａの高さと外側支持部１１の上面１１ａの高さとの差分を求める。この差分からボトムプレート５ａ１に作用する最大曲げ応力を求め、ボトムプレート５ａ１の許容曲げ応力（ボトムプレート５ａ１に対してＬＮＧタンク１の耐用年数の間に補修等を行う必要がないと見積もることができる応力）と比較する。そして、この最大曲げ応力がボトムプレート５ａ１の許容曲げ応力が超えない上面１２ａの初期高さを設定する。なお、この初期高さは、当然ながら、初期段階における内側支持部１２の上面１２ａの高さと外側支持部１１の上面１１ａの高さとの差分によってボトムプレート５ａ１に作用する最大曲げ応力が、ボトムプレート５ａ１の許容曲げ応力を超えないように設定される。

以上のように、本実施形態のＬＮＧタンク１では、内側支持部１２の上面１２ａの初期高さは、ＬＮＧタンク１の耐用期間中において、内側支持部１２の上面１２ａの高さと外側支持部１１の上面１１ａの高さとの差によってボトムプレート５ａ１に作用する最大曲げ応力がボトムプレート５ａ１の許容曲げ応力を超えないように設定されている。このため、本実施形態のＬＮＧタンク１によれば、ＬＮＧタンク１の耐用期間中において、内側支持部１２の上面１２ａの高さと外側支持部１１の上面１１ａの高さとの差が、ボトムプレート５ａ１に対して影響を与えるような大きなものとならない。したがって、本実施形態のＬＮＧタンク１によれば、ＬＮＧタンク１の使用中に、内槽５の底部５ａに対して大きな負荷がかかることを抑止することが可能となる。

なお、内側支持部１２の上面１２ａの初期高さは、例えば、内側支持部１２の構成要素（すなわち、本実施形態においては断熱層４ｂ１及びケイカル板４ｂ２）の厚みの変更や、基礎版２を底上げすることによって調節することができる。また、内側支持部１２の上面１２ａの高さは、当該高さを規定するための高さ設定プレートを内側支持部１２に新たに設置することによって調節しても良い。ただし、ケイカル板４ｂ２の厚みを調節することが容易であることから、このケイカル板４ｂ２を高さ設定プレートとして用いることが好ましい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、図３（ａ）に示すように、外側支持部１１の内側支持部１２側の角部１１ｂが面取りされているという構成を採用することも可能である。このような構成を採用することにより、図３（ｂ）に示すように、内側支持部１２の上面１２ａが沈降して外側支持部１１の上面１１ａよりも下方となった場合であっても、外側支持部１１の角部がボトムプレート５ａ１に当たることを防止し、ボトムプレート５ａ１に対して局所的に高い応力が作用することを防止することができる。

また、上記実施形態においては、外側支持部１１が底部保冷機構４の外周部４ａとアニュラプレート５ｃとからなり、アニュラプレート５ｃの上面によってボトムプレート５ａ１を支持し、アニュラプレート５ｃとボトムプレート５ａ１とを重ね合わせて溶接した構成を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、底部保冷機構４の外周部４ａの上面で直接ボトムプレート５ａ１を支持し、ボトムプレート５ａ１とアニュラプレート５ｃとを突き合わせて溶接する構成を採用することもできる。このような場合には、ボトムプレート５ａ１が底部保冷機構４の外周部４ａの上面に支持されることから、外側支持部が底部保冷機構４の外周部４ａのみで構成され、外周部４ａの上面が外側支持部の上面となる。

また、上記実施形態においては、内側支持部１２が、硬質ウレタンフォームからなる断熱層４ｂ１とケイカル板４ｂ２とからなる構成を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、内側支持部１２を異なる構造とすることもできる。例えば、内側支持部１２にあわガラス等からなる第２の断熱層を含める構成を採用することもできる。また、このあわガラスを上層に配置することによりケイカル板４ｂ２をなくすことも可能となる。このように内側支持部の構造が変わった場合には、その構造によってボトムプレート５ａ１を支持する面を有する構成要素が異なることになる。

また、上記実施形態においては、断熱層４ｂ１が硬質ウレタンフォームからなる構成について説明した。しかしながら、硬質ウレタンフォームに限られず、発泡プラスチックであれば断熱層として用いることが可能である。

また、上記実施形態においては、本発明の低温液体タンクをＬＮＧタンク１に適用した例について説明した。しかしながら、本発明の低温液体タンクをＬＰＧタンクや他の低温液体タンクに適用することも可能である。

また、本発明においては、内側支持部の上面の初期高さが、必ずしも外側支持部の上面の初期高さよりも高いことを要しない。例えば、内側支持部の上面の初期高さが外側支持部の上面の初期高さと同じであっても良い。

１……ＬＮＧタンク（低温液体タンク）、２……基礎版、３……外槽、４……底部保冷機構、４ａ……外周部、４ｂ……中央部、４ｂ１……断熱層（断熱材）、４ｂ２……ケイカル板（高さ設定プレート）、４ｂ３……上面、５……内槽（貯槽）、５ａ……底部、５ａ１……ボトムプレート、５ｂ……側壁、５ｃ……アニュラプレート、５ｃ１……上面、５ｄ……天井、６……ブランケット、７……側部保冷材、１０……支持部、１１……外側支持部、１１ａ……上面、１１ｂ……角部、１２……内側支持部、１２ａ……上面

Claims (6)

1. 複数のボトムプレートが接合されてなる底部を有する貯槽と、前記底部を支持する支持部とを備える低温液体タンクであって、
   前記支持部は、
   前記貯槽の側壁を含む前記貯槽の縁部を支持する外側支持部と、
   荷重が付与されることによりクリープする断熱材を含むと共に前記外側支持部の内側に配置される内側支持部とを備え、
   前記内側支持部の上面の初期高さは、低温液体タンクの耐用期間中において、内側支持部の上面高さと外側支持部の上面高さとの差によって前記ボトムプレートに作用する最大曲げ応力が前記ボトムプレートの許容曲げ応力を超えないように設定されている
   ことを特徴とする低温液体タンク。
2. 前記内側支持部の上面の初期高さは、前記外側支持部の上面の初期高さよりも高く設定されていることを特徴とする請求項１記載の低温液体タンク。
3. 前記内側支持部は、前記内側支持部の上面の初期高さを規定する高さ設定プレートを有することを特徴とする請求項１または２記載の低温液体タンク。
4. 前記高さ設定プレートは、前記断熱材の上方に配置される耐熱ボードであることを特徴とする請求項３記載の低温液体タンク。
5. 前記外側支持部は、前記内側支持部側の角部が面取りされていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の低温液体タンク。
6. 前記断熱材は、硬質プラスチックフォームであることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の低温液体タンク。

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