JP2015124860A - Storage system of cryogenic liquefied gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバを用いた温度計測を行って貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの管理を行う貯蔵システムに関する。 The present invention relates to a storage system that performs temperature measurement using an optical fiber and manages low-temperature liquefied gas stored in a storage container.
液化天然ガス(以下「LNG」と呼ぶ。)などの低温液化ガスを運搬する運搬船や、低温液化ガスを貯蔵する陸上の貯蔵設備では、例えば球形や円筒形を有する大型の貯蔵容器が用いられている。
図10において、LNG運搬船100は、LNG船内タンク102を備えている。各LNG船内タンク102は、陸上基地のLNGタンク104からLNGポンプ106で送出される実線表示のLNG積込み配管系統108と、各LNG船内タンク102で気化した天然ガスを陸上基地に送る破線表示のガス送出配管系統110とを備えている。
In a transport ship for transporting a low-temperature liquefied gas such as liquefied natural gas (hereinafter referred to as “LNG”) or a land storage facility for storing the low-temperature liquefied gas, a large storage container having a spherical shape or a cylindrical shape is used. Yes.
In FIG. 10, the
ガス送出配管系統110は各LNG船内タンク102内の天然ガスを機関部112に供給すると共に、陸上基地のフレアスタック114に導いて燃焼させる。
LNG運搬船では、LNG船内タンクへのLNG積込み時にLNGが気化して大量の天然ガスが発生する。そのため、運搬船で消費できない余剰ガスを陸上基地に返送し、陸上基地で焼却などの処理を行っている。また、余剰ガスの処理のため、再液化装置が必要となり、コスト増加となっている。
The gas
In the LNG carrier, LNG is vaporized and a large amount of natural gas is generated when the LNG is loaded into the LNG inboard tank. For this reason, surplus gas that cannot be consumed by the transport ship is returned to the land base and incinerated at the land base. Moreover, a reliquefaction device is required for the treatment of surplus gas, which increases costs.
前記問題を解消するため、先に、本出願人は、LNGの積込み時、貯蔵タンクの内圧を上げ、積込みLNGの沸点を上昇させて過冷却状態とし、積込みLNGを過冷却状態とすることで、貯留タンク内を冷却すると共に、積込みLNGをタンク頂部付近からタンク内に落下させる供給系統を設け、落下するLNGと貯蔵されたLNGとの撹拌及び熱交換を促進させることで、貯蔵LNGを冷却し余剰ガスの発生を抑制する余剰ガス抑制手段を提案している(特許文献1)。 In order to solve the above problem, the applicant first increases the internal pressure of the storage tank at the time of LNG loading, raises the boiling point of the loading LNG to a supercooled state, and sets the loaded LNG to a supercooled state. In addition to cooling the storage tank, a supply system is provided for dropping the loaded LNG into the tank from the vicinity of the top of the tank, and the stored LNG is cooled by promoting stirring and heat exchange between the falling LNG and the stored LNG. And the surplus gas suppression means which suppresses generation | occurrence | production of surplus gas is proposed (patent document 1).
また、大型の低温液化ガス貯蔵タンクでは、下部領域の液化ガスが加圧されるため、下部領域の液化ガスの沸点が上昇する。そのため、高さ方向で温度勾配が発生する。高さ方向で低温液化ガスの温度勾配が大きくなると、温度差により貯蔵タンクの歪や変形が生じるおそれがある。 In a large-sized low-temperature liquefied gas storage tank, the liquefied gas in the lower region is pressurized, so that the boiling point of the liquefied gas in the lower region increases. Therefore, a temperature gradient is generated in the height direction. When the temperature gradient of the low-temperature liquefied gas increases in the height direction, the storage tank may be distorted or deformed due to the temperature difference.
また、低温液化ガスで生じる上下方向の温度勾配により下層域の低温液化ガスの液密度が上層域と比べて減少し、上下方向に大きな対流が発生する。この対流によりそれまで下層域に蓄積されていた熱が多量のボイルオフガス(BOG)を発生させる。これが貯蔵タンク内部の内圧を急激に上昇させ、場合によっては貯蔵タンクの破損、損傷に至ることもある(ロールオーバー現象)。 Further, due to the temperature gradient in the vertical direction generated by the low-temperature liquefied gas, the liquid density of the low-temperature liquefied gas in the lower layer area is reduced as compared with the upper layer area, and large convection is generated in the vertical direction. Due to this convection, the heat previously accumulated in the lower layer region generates a large amount of boil-off gas (BOG). This suddenly increases the internal pressure inside the storage tank, and in some cases, the storage tank may be broken or damaged (rollover phenomenon).
一方、特許文献2には、光ファイバを低温液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクの外壁に設けて貯蔵タンクの外壁の温度を計測し、この計測値が異常温度を示すことで、貯蔵タンクの漏洩を検知する手段が開示されている。 On the other hand, in Patent Document 2, an optical fiber is provided on the outer wall of a storage tank for storing a low-temperature liquefied gas, and the temperature of the outer wall of the storage tank is measured. Means for detecting are disclosed.
前述のように、低温液化ガスの貯蔵タンクでは、低温液化ガスの温度管理を行い、余剰ガスの発生を抑制する必要がある。
また、貯蔵タンクに貯蔵された低温液化ガスの高さ方向での温度勾配が大きくなると、温度差により貯蔵タンクの変形が生じたり、前述のロールオーバー現象が発生するおそれがある。
As described above, in the low-temperature liquefied gas storage tank, it is necessary to control the temperature of the low-temperature liquefied gas and suppress the generation of surplus gas.
Further, when the temperature gradient in the height direction of the low-temperature liquefied gas stored in the storage tank is increased, the storage tank may be deformed due to a temperature difference or the above-described rollover phenomenon may occur.
また、低温液化ガスの積込み時、貯蔵された液化ガスと積込み液化ガスとの温度差により、貯蔵タンクの温度分布に不均衡が生じ、これによって、タンク隔壁に大きな内部応力が発生し、貯蔵タンクに歪や変形が発生するおそれがある。
しかし、従来の熱電対などの温度センサを用いた温度計測手段では、貯蔵タンク全体の温度分布を精密に計測する必要がある場合、膨大な数の温度センサを必要とする。そのため、貯蔵タンクのような大型構造物の温度分布を正確に計測することは困難である。従って、貯蔵タンクに貯蔵された低温液化ガスの適切な温度管理をすることができない。
In addition, when the low temperature liquefied gas is loaded, the temperature difference between the stored liquefied gas and the loaded liquefied gas causes an imbalance in the temperature distribution of the storage tank, which causes a large internal stress on the tank partition wall, and the storage tank There is a risk of distortion or deformation.
However, the conventional temperature measuring means using a temperature sensor such as a thermocouple requires a huge number of temperature sensors when it is necessary to precisely measure the temperature distribution of the entire storage tank. Therefore, it is difficult to accurately measure the temperature distribution of a large structure such as a storage tank. Therefore, it is not possible to appropriately manage the temperature of the low-temperature liquefied gas stored in the storage tank.
特許文献2に開示された手段は光ファイバを用いた温度計測により貯蔵タンクの漏洩検知手段であり、低温液化ガスの温度分布を正確に測定するものではなく、前述の問題を解決するものではない。 The means disclosed in Patent Document 2 is a storage tank leakage detection means by temperature measurement using an optical fiber, and does not accurately measure the temperature distribution of the low-temperature liquefied gas, and does not solve the above-mentioned problem. .
本発明の少なくとも一実施態様は、かかる従来技術の課題に鑑み、光ファイバを貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの温度計測に用いることで、貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの管理を可能にすることを目的とする。 At least one embodiment of the present invention is capable of managing the low-temperature liquefied gas stored in the storage container by using an optical fiber for measuring the temperature of the low-temperature liquefied gas stored in the storage container in view of the problems of the prior art. The purpose is to.
前記目的を達成するため、本発明の一実施態様に係る貯蔵システムは、低温液化ガスを貯蔵するための貯蔵容器と、該貯蔵容器に低温液化ガスを供給するための供給系統と、貯蔵容器の壁面に沿って該壁面の外表面あるいは内表面の高さ方向に亘って延在するように配置された光ファイバケーブルと、該光ファイバケーブルにパルス光を発信するように構成されたパルス光発信器と、光ファイバケーブルから散乱した後方散乱光が入力され、該後方散乱光から貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの温度分布を求めるように構成された計測器と、該計測器で求めた低温液化ガスの温度分布に基づいて、貯蔵容器における低温液化ガスの貯蔵状態を管理するように構成された管理装置とを備えている。 To achieve the above object, a storage system according to an embodiment of the present invention includes a storage container for storing a low-temperature liquefied gas, a supply system for supplying the low-temperature liquefied gas to the storage container, An optical fiber cable arranged along the wall surface so as to extend in the height direction of the outer surface or the inner surface of the wall surface, and pulse light transmission configured to transmit pulse light to the optical fiber cable A measuring device configured to obtain a temperature distribution of a low-temperature liquefied gas stored in a storage container from the backscattered light, and a measuring device configured to obtain the temperature distribution of the low-temperature liquefied gas stored in the storage container from the backscattered light. And a management device configured to manage the storage state of the low-temperature liquefied gas in the storage container based on the temperature distribution of the low-temperature liquefied gas.
光ファイバによる温度計測手段は、ラマン効果と呼ばれる既知の原理を利用している。即ち、パルス光を光ファイバに入射すると、光ファイバの中で各種の散乱光が発生する。その散乱光の中のラマン散乱光にはストークス光とアンチストークス光とがあり、温度依存性の強いアンチストークス光の後方散乱光と温度依存性の弱いストークス光の後方散乱光との強度比から温度を演算できる。
また、光ファイバ中の光伝搬速度は一定であるため、光ファイバにパルス光を入射してから、発生した後方ラマン散乱光が入射端に戻ってくるまでの往復時間を測定すれば、散乱光が発生した地点を特定できる。
Temperature measuring means using an optical fiber uses a known principle called the Raman effect. That is, when pulsed light is incident on an optical fiber, various scattered light is generated in the optical fiber. Among the scattered light, Raman scattered light includes Stokes light and anti-Stokes light. From the intensity ratio of backscattered light of anti-Stokes light with strong temperature dependence and backscattered light of Stokes light with low temperature dependence. Temperature can be calculated.
In addition, since the light propagation speed in the optical fiber is constant, if the round-trip time from when the pulsed light enters the optical fiber until the generated backward Raman scattered light returns to the incident end is measured, the scattered light It is possible to identify the point where the occurrence occurred.
本発明の前記実施態様では、光ファイバケーブルを貯蔵容器壁面の外表面あるいは内表面の高さ方向領域に貼設することで、貯蔵容器の高さ方向の精密な温度分布を計測できる。光ファイバケーブルは低温液化ガスの温度を正確に検出できる場所であれば、貯蔵容器隔壁の内面、外面又は隔壁中に設けることができる。これで得られた精密な温度分布に基づき、管理手段によって貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの状態を管理することができる。 In the said embodiment of this invention, the exact temperature distribution of the height direction of a storage container is measurable by sticking an optical fiber cable in the height direction area | region of the outer surface or inner surface of a storage container wall surface. As long as the temperature of the low-temperature liquefied gas can be accurately detected, the optical fiber cable can be provided on the inner surface, outer surface, or partition wall of the storage container partition wall. Based on the precise temperature distribution thus obtained, the state of the low-temperature liquefied gas stored in the storage container can be managed by the management means.
本発明の一実施態様として、貯蔵容器に低温液化ガスを供給する供給系統は、貯蔵容器の頂部付近に設けられスプレー方向が可変な1個又は複数のスプレーノズルを有し、前記管理装置は、前記計測器で求めた温度分布に基づいてスプレーノズルの向き及びスプレーノズルから供給する低温液化ガス量を制御する制御装置を有するものである。 As one embodiment of the present invention, a supply system for supplying a low-temperature liquefied gas to a storage container has one or a plurality of spray nozzles provided near the top of the storage container and having a variable spray direction, and the management device includes: A control device is provided for controlling the direction of the spray nozzle and the amount of low-temperature liquefied gas supplied from the spray nozzle based on the temperature distribution obtained by the measuring instrument.
この実施態様においては、空の貯蔵容器に低温液化ガスを注入する際に、制御装置により投入系統のスプレーノズルの向き及びスプレーノズルから噴射される液化ガス量を制御することで、貯蔵容器の高さ方向の温度分布を均一化できる。これによって、貯蔵容器の歪や変形を防止できる。
貯蔵容器への光ファイバの配置のしかたは、例えば、貯蔵容器の高さ方向に螺旋状に配置したり、又はこれに準じた配置にすることで高さ方向の温度分布を計測できる。
In this embodiment, when injecting low-temperature liquefied gas into an empty storage container, the control device controls the direction of the spray nozzle of the input system and the amount of liquefied gas injected from the spray nozzle, thereby increasing the height of the storage container. The temperature distribution in the vertical direction can be made uniform. Thereby, distortion and deformation of the storage container can be prevented.
For example, the optical fiber can be arranged in the storage container in a spiral manner in the height direction of the storage container, or the temperature distribution in the height direction can be measured by arranging the optical fiber in accordance with this.
本発明の一実施態様として、前記管理装置は、貯蔵容器内で気化した天然ガスを排出するように構成されたガス抜き管と、計測器で求めた低温液化ガスの温度分布に基づいて、ガス抜き管の開閉を制御する制御装置とを有するものである。
貯蔵容器内は気化する天然ガスで自然に圧力が高くなる。そこで、ガス抜き管の開閉を制御して貯蔵容器内の圧力を目標とする加圧状態に調整できる。これによって、貯蔵容器内を所望の圧力状態とし、所望の過冷却状態とすることができるので、余剰ガスの発生を抑制できる。
As one embodiment of the present invention, the management device comprises a gas vent pipe configured to discharge natural gas vaporized in a storage container, and a gas distribution based on a temperature distribution of a low-temperature liquefied gas obtained by a measuring instrument. And a control device for controlling the opening and closing of the extraction tube.
The inside of the storage container is naturally pressurized due to the vaporized natural gas. Therefore, the opening and closing of the gas vent pipe can be controlled to adjust the pressure in the storage container to a target pressurized state. As a result, the inside of the storage container can be brought into a desired pressure state and brought into a desired supercooled state, so that generation of excess gas can be suppressed.
本発明の別な一実施態様として、前記管理装置は、貯蔵容器の内部に貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスに高さ方向の循環流を形成させるための撹拌ポンプと、該撹拌ポンプの稼働を制御して貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの高さ方向の温度分布を制御する制御装置とを有するものとすることができる。
この実施態様では、撹拌ポンプを稼働させることで、貯蔵された低温液化ガスの高さ方向の温度均一化を達成でき、これによって、貯蔵容器の歪や変形を防止できると共に、貯蔵された液化ガスの上下方向の液密度の差によって生じる前述のロールオーバー現象を未然に防止できる。
As another embodiment of the present invention, the management device includes a stirring pump for forming a circulating flow in the height direction in the low-temperature liquefied gas stored in the storage container, and the operation of the stirring pump. And a control device for controlling the temperature distribution in the height direction of the low-temperature liquefied gas stored in the storage container.
In this embodiment, by operating the agitation pump, it is possible to achieve temperature uniformity in the height direction of the stored low-temperature liquefied gas, thereby preventing distortion and deformation of the storage container and storing the stored liquefied gas. The above-mentioned rollover phenomenon caused by the difference in liquid density in the vertical direction can be prevented in advance.
本発明のさらに別な一実施態様として、前記管理装置は、複数の温度域に対応して予め準備された複数の校正曲線に基づいて、前記後方散乱光から求められる温度を校正する校正部をさらに有するものとすることができる。
これによって、光ファイバが配置された領域全域において、貯蔵された低温液化ガスの温度分布をさらに正確に把握することができる。
As yet another embodiment of the present invention, the management device includes a calibration unit that calibrates the temperature obtained from the backscattered light based on a plurality of calibration curves prepared in advance corresponding to a plurality of temperature ranges. Furthermore, it can have.
Thereby, the temperature distribution of the stored low-temperature liquefied gas can be grasped more accurately over the entire region where the optical fiber is disposed.
本発明のさらに別な一実施態様は、貯蔵容器が船舶に搭載され、舶用エンジンの燃料として用いられる低温液化ガスを貯蔵するものであるときの実施態様である。
この実施態様は、貯蔵容器内の低温液化ガスを舶用ディーゼルエンジンに供給する燃料供給路と、該燃料供給路に設けられた燃料供給ポンプと、該燃料供給ポンプの下流側の燃料供給路に設けられ、低温液化ガスを加温してガス化する加温器と、ガス状の天然ガスを飽和圧力より高い圧力で貯蔵する第2の貯蔵容器とをさらに備え、前記管理装置は、燃料供給ポンプに供給される低温液化ガスの圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサの検出値が低温液化ガスの飽和圧力に達しないとき、第2の貯蔵容器に貯蔵されたガス状の天然ガスを燃料供給ポンプに供給し、圧力センサの検出値を飽和圧力以上に保持する制御装置とを有している。
Yet another embodiment of the present invention is an embodiment when the storage container is mounted on a ship and stores low-temperature liquefied gas used as fuel for a ship engine.
This embodiment is provided with a fuel supply path for supplying low-temperature liquefied gas in a storage container to a marine diesel engine, a fuel supply pump provided in the fuel supply path, and a fuel supply path downstream of the fuel supply pump. And a second storage container that stores gaseous natural gas at a pressure higher than a saturation pressure, and the management device includes a fuel supply pump. A pressure sensor for detecting the pressure of the low-temperature liquefied gas supplied to the fuel, and when the detected value of the pressure sensor does not reach the saturation pressure of the low-temperature liquefied gas, the gaseous natural gas stored in the second storage container is fueled And a control device that supplies the supply pump and holds the detected value of the pressure sensor at or above the saturation pressure.
燃料供給ポンプを稼働させ、貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスを燃料供給路を介して舶用ディーゼルエンジンに供給するとき、前記構成により、燃料供給ポンプの上流側燃料供給路の低温液化ガスを常に飽和圧力以上に保持できるので、キャビテーションの発生を防止できる。 When the fuel supply pump is operated and the low-temperature liquefied gas stored in the storage container is supplied to the marine diesel engine through the fuel supply path, the above-described configuration always supplies the low-temperature liquefied gas in the fuel supply path upstream of the fuel supply pump. Since it can be maintained above the saturation pressure, cavitation can be prevented.
本発明のさらに別な一実施態様として、光ファイバケーブルは、ステンレス鋼からなる保護管と、該保護管に内蔵され、石英系ガラスからなるコア及びクラッド部と、該コア及びクラッド部を被覆するように構成され、紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂からなる被覆材とを有するものとすることができる。 As yet another embodiment of the present invention, an optical fiber cable includes a protective tube made of stainless steel, a core and a clad portion made of quartz glass, and covering the core and the clad portion. And a covering material made of an ultraviolet curable resin or a polyimide resin.
この実施態様において、保護管を低温脆性破壊が生じないステンレス鋼とすることで、低温環境下で十分な耐久性を得ることができる。また、コア及びクラッド部を石英系ガラスで構成することで、パルス光の反射性能を向上でき、パルス光の散乱を抑制できる。
また、被覆材として、紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂製の被覆材を用いることで、低温環境下での耐久性とパルス光の散乱抑制能を向上できる。
In this embodiment, when the protective tube is made of stainless steel that does not cause low temperature brittle fracture, sufficient durability can be obtained in a low temperature environment. Further, by configuring the core and the clad portion with quartz glass, the reflection performance of the pulsed light can be improved and the scattering of the pulsed light can be suppressed.
Further, by using a coating material made of an ultraviolet curable resin or a polyimide resin as the coating material, it is possible to improve durability in a low temperature environment and pulse light scattering suppression capability.
本発明の一実施態様によれば、光ファイバを用いた温度計測手段により、貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの高さ方向温度分布を精密に計測でき、計測した温度分布に基づいて、貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの状態を適切に管理することができる。 According to one embodiment of the present invention, the temperature measurement means using an optical fiber can accurately measure the temperature distribution in the height direction of the low-temperature liquefied gas stored in the storage container, and the storage based on the measured temperature distribution. The state of the low-temperature liquefied gas stored in the container can be appropriately managed.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that unless otherwise specified.
(実施形態1)
本発明の第1実施形態を図1〜図5に基づいて説明する。図1は、LNG運搬船11に搭載されたLNG船内タンク12を示している。LNG船内タンク102の壁を構成する内殻14は、位置側から1次防壁16と、断熱材で構成された断熱バリア18と、タンクカバー20とで構成されている。内殻14はスカート22上に固定されている。
(Embodiment 1)
1st Embodiment of this invention is described based on FIGS. FIG. 1 shows an
本実施形態に係る貯蔵システム10Aは、1次防壁16の壁面に貼設された光ファイバケーブル24を有している。光ファイバケーブル24は、LNG船内タンク12の外表面又は内表面壁面に沿って鉛直軸回りに螺旋状に配置されている。また、光ファイバケーブル24は、LNG船内タンク12の高さ方向全域に亘って配置されている。光ファイバケーブル24の始端及び末端はLNG船内タンク12の外側にある船内監視室(不図示)に設けられた温度分布測定ユニット26に接続されている。
The
温度分布測定ユニット26は、光ファイバケーブル24の始端に接続され、光ファイバケーブル24にレーザパルスを発信するレーザパルス発信器28と、光ファイバケーブル24の末端に接続され、光ファイバケーブル24から散乱したラマン後方散乱光Rを検出する計測器30と、計測器30で検出した温度分布を校正する校正部32と、計測器30で検出し、校正部32で校正された信号を処理し、光ファイバ・ケーブル24が計測する温度分布、即ち、貯蔵されたLNGの温度分布を求める演算処理装置33とを有している。
The temperature
次に、校正部32による校正方法を図4及び図5に基づいて説明する。図4は、アンチストークス光の後方散乱光とストークス光の後方散乱光との強度比と温度との関係を示すグラフであり、ラインAは理論値であり、ラインBは従来から用いられている校正曲線である。図4に示すように、理論曲線Aと従来の校正曲線Bとの差は極低温域で大きくなっている。
Next, a calibration method by the
図4中、縦軸はLNGの温度であり、横軸は次の式で演算されるアンチストークス光強度Iaと、ストークス光強度Isとの後方散乱光の強度比(Ia/Is)である。
Ia/Is=[(Wo+Wk)4/(Wo−Wk)4]・exp(−hcWk/kT)
但し、Wo ; 入射波数 (m−1)
Wk ; シフト波数 (m−1)
h ; プランク定数 (J・s)
k ; ボルツマン定数 (J・K−1)
c ; 光ファイバ中の光速 (m・s−1)
T ; 絶対温度 (K)
Ia ; アンチストークス光強度 (W・sr−1)
Is ; ストークス光強度 (W・sr−1)
In FIG. 4, the vertical axis represents the LNG temperature, and the horizontal axis represents the intensity ratio (Ia / Is) of the backscattered light between the anti-Stokes light intensity Ia and the Stokes light intensity Is calculated by the following equation.
Ia / Is = [(Wo + Wk) 4 / (Wo−Wk) 4 ] · exp (−hcWk / kT)
However, Wo; incident wave number (m-1)
Wk: Shift wave number (m-1)
h: Planck's constant (J · s)
k; Boltzmann constant (J ・ K-1)
c: Speed of light in optical fiber (m · s-1)
T: Absolute temperature (K)
Ia: Anti-Stokes light intensity (W · sr-1)
Is: Stokes light intensity (W · sr-1)
本実施形態の校正方法は、温度域毎に、例えば、−250℃以下、−250℃から−200℃まで、−200℃から−160℃まで、−160℃から−70℃まで、−70℃から50℃まで、50℃以上のような温度域に分け、これら温度域毎に校正曲線を作成し、校正曲線に基づいて強度比(Ia/Is)から求められる温度を校正する。
校正曲線は、光ファイバケーブル24と白金抵抗温度計により窒素ガス又は液体窒素の温度を測定し、これらの温度差を求めることにより作成される。
図5中、横軸は温度分布測定ユニット26による計測値であり、縦軸は白金抵抗温度計の計測値と、温度分布測定ユニット26による強度比(Ia/Is)から求められる計測値との差を示している。
The calibration method of this embodiment is, for example, −250 ° C. or lower, −250 ° C. to −200 ° C., −200 ° C. to −160 ° C., −160 ° C. to −70 ° C., −70 ° C. for each temperature range. The temperature is divided into temperature ranges from 50 ° C. to 50 ° C., and a calibration curve is created for each temperature range, and the temperature obtained from the intensity ratio (Ia / Is) is calibrated based on the calibration curve.
The calibration curve is created by measuring the temperature of nitrogen gas or liquid nitrogen using the
In FIG. 5, the horizontal axis represents the measured value by the temperature
図5中、点C、D、E及びFは実際に測定を行った結果である。白金抵抗温度計による計測値である。本実施形態の校正方法は、前記各点を結ぶ近似曲線を引き、近似曲線に基づいて温度分布測定ユニット26による強度比(Ia/Is)から求められる計測値を校正している。
In FIG. 5, points C, D, E, and F are the results of actual measurement. It is a value measured with a platinum resistance thermometer. In the calibration method of the present embodiment, an approximate curve connecting the points is drawn, and a measurement value obtained from the intensity ratio (Ia / Is) by the temperature
次に、光ファイバケーブル24の内部構成を図2に基づいて説明する。レーザパルスが伝播するコア34及びレーザパルスをコア34に閉じ込めるクラッド部36は石英系ガラスで構成されている。コア34及びクラッド部36を被覆する樹脂被膜38は紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂で構成されている。コア34、クラッド部36及び樹脂被膜38を外側から保護する保護管40はステンレス鋼で構成されている。
Next, the internal configuration of the
図1に示すように、LNG船内タンク12の頂部には、LNG供給系統41が設けられている。LNG供給系統41は、LNG船内タンク12の頂部に導設されたLNG供給管42と、LNG船内タンク12内の頂部に設けられ、LNG供給管42が接続されたヘッダ44とで構成されている。
図3に示すように、ヘッダ44には複数のスプレーノズル46が設けられている。さらに、各スプレーノズル46の向きを可変とする駆動装置48を備えている。また、LNG供給管42には流量調整弁50が設けられている。
As shown in FIG. 1, an
As shown in FIG. 3, the
演算処理装置33にはLNG船内タンク12の壁面全域の温度分布が表示される。このデータは制御装置52に入力される。制御装置52は、LNG船内タンク全域の温度分布が均一になるように、各スプレーノズル46の駆動装置48を制御して各スプレーノズル46の向きを調整すると共に、流量調整弁50の開度を制御して各スプレーノズル46から噴射される積込みLNGの流量を調整する。
駆動装置48、流量調整弁50、制御装置52及び後述するガス抜き管54、開閉弁56によって管理装置23Aを構成している。
The
The management device 23 </ b> A is configured by the
また、図1に示すように、LNG船内タンク12の上部にはガス抜き管54及びガス抜き管54に設けられた開閉弁56が設けられている。
図3に示すように、開閉弁56の開閉動作は制御装置52によって制御される。LNG船内タンク12にLNGを積み込む際、従来は、LNG船内タンク12の圧力を最大0.25barG以下の運転圧力としている。LNG船内タンク12内の圧力をこの運転圧力より高い圧力にすると、積込みLNGの沸点がLNG船内タンク12内で上昇して過冷却状態となる。従って、LNG船内タンク12の内部では、LNG船内タンク12内の天然ガス(残存ガス及び発生ガス)を再凝縮させるための冷熱源として、積込みLNGの顕熱を利用できる。
Further, as shown in FIG. 1, a
As shown in FIG. 3, the opening / closing operation of the opening / closing
即ち、LNG船内タンク12に投入された積込みLNGは、0.25barGを超えた圧力に加圧されて温度T1の過冷却状態にあり、そのため、天然ガスの温度T2より低温の状態(T1<T2)になっている。ある程度の量のLNGがLNG船内タンク12に積み込まれた後、相対的に温度が低い過冷却状態の積込みLNGは、図中白抜き矢印Hで示すように、LNG船内タンク12内の天然ガスから吸熱して冷却するので、天然ガスを凝縮させて液体のLNGに状態変化させる冷熱源として利用可能になる。
このとき、LNG船内タンク12の内部圧力の加圧は、積込みLNGの自己蒸発を利用することで容易に達成できる。また、LNG船内タンク12の内部圧力の制御は、ガス抜き管54を開閉させることで可能となる。
That is, the loaded LNG charged into the
At this time, pressurization of the internal pressure of the
本実施形態によれば、温度分布測定ユニット26により、LNG船内タンク12の高さ方向の精密な温度分布を計測できる。空のLNG船内タンク12にLNGを注入する際には、温度分布測定ユニット26で得られた温度分布に基づいて、制御装置52によりスプレーノズル46の向き及び積込みLNGの流量を制御することで、貯蔵されているLNGの高さ方向の温度分布を均一化できる。これによって、LNG船内タンク12の歪や変形を防止できる。
According to the present embodiment, the temperature
また、LNG船内タンク12の頂部付近から積込みLNGを貯蔵LNGの液面へ落とすことで、両者の撹拌を促進できるので、貯蔵液化ガスの高さ方向の温度均一化を促進できる。
また、温度分布測定ユニット26は校正部32を有することで、LNG船内タンク12に貯蔵されたLNGの温度分布をさらに正確に把握することができる。
Moreover, since the agitation of both can be accelerated | stimulated by dropping LNG from the top part vicinity of the
Further, the temperature
また、光ファイバケーブル24のコア34及びクラッド部36を石英系ガラスで構成したので、コア34を伝播するレーザパルスの散乱を抑制できる。また、コア34及びクラッド部36を被覆する樹脂被膜38は紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂で構成されているので、低温環境下での耐久性を向上できると共に、パルス光の散乱を抑制し、温度検出性能を向上できる。さらに、保護管40をステンレス鋼で構成したので、低温環境下で低温脆性破壊を起こすことなく、十分な耐久性を保持できる。
In addition, since the
さらに、ガス抜き管54を設けたことで、LNG船内タンク12の内圧を所望の圧力に加圧し、LNG船内タンク12に積み込むLNGを過冷却状態にすることで、LNG船内タンク12の貯蔵LNGの温度を低減し、余剰ガスの発生を抑制できる。
また、本実施形態では、貯蔵されているLNGの液面で温度を求めることができる。そのため、液面温度に対応する飽和蒸気圧に応じて適切にLNG船内タンク12内の圧力を加圧し、LNGの蒸発を効果的に抑制することができる。
Furthermore, by providing the
Moreover, in this embodiment, temperature can be calculated | required with the liquid level of the stored LNG. Therefore, it is possible to appropriately increase the pressure in the
なお、本実施形態では、管理装置23Aとして、スプレーノズル46を有するLNG供給系統41と、ガス抜き管54によるLNG船内タンク12の内圧調整機構とを併用しているが、これらのどちらか一方のみを有する管理装置としてもよい。
In the present embodiment, as the
(実施形態2)
次に、本発明の第2実施形態を図6に基づいて説明する。図6に示すように、本実施形態に係る貯蔵システム10Bは、光ファイバケーブル24をLNG船内タンク12の隔壁に水平方向へ配置すると共に、水平方向の両端で逆方向へ曲折し、蛇行状に配置している。また、LNG船内タンク12の底部に撹拌ポンプ58を設け、貯蔵LNGの液面下で高さ方向に向かう循環流cを形成している。撹拌ポンプ58の作動は制御装置52によって制御される。本実施形態の管理装置23Bは、前記第1実施形態の管理装置23Aに、撹拌ポンプ58による撹拌機構を加えたものである。その他の構成は前記第1実施形態と同一である。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the
本実施形態によれば、第1実施形態で得られる作用効果に加えて、撹拌ポンプ58を設け、貯蔵LNGの液面下で高さ方向に向かう循環流cを形成しているので、貯蔵LNGの撹拌が促進される。そのため、貯蔵LNGの高さ方向の温度勾配をさらに均一化できるので、LNG船内タンク12の歪や変形を効果的に防止できる。
また、図示のように、貯蔵されたLNGの上下方向の液密度の差によって生じる前述のロールオーバー現象に対しては、LNGの積込み中、撹拌ポンプ58を稼働させ、上下方向の液密度の差をなくしながらLNGの積込みを行うことで、ロールオーバー現象の発生を未然に防止できる。さらに、LNG貯蔵後においても、撹拌ポンプ58を稼働させることで、ロールオーバー現象の発生を抑制できる。
According to the present embodiment, in addition to the effects obtained in the first embodiment, the stirring
Also, as shown in the figure, for the above-described rollover phenomenon caused by the difference in the liquid density in the vertical direction of the stored LNG, the stirring
なお、本実施形態は、スプレーノズル46を有するLNG供給系統41と、ガス抜き管54によるLNG船内タンク12の内圧調整機構と、LNG船内タンク12の内部に設けられた撹拌ポンプ58による撹拌機構とで管理装置23Bを構成しているが、これらの一つのみ又はいずれか2つを併用した管理装置としてもよい。
In this embodiment, the
(実施形態3)
次に、本発明の第3実施形態を図7〜図9に基づいて説明する。本実施形態に係る貯蔵システム10Cにおいて、貯蔵容器が船舶に搭載され、舶用ディーゼルエンジンの燃料として用いられる低温液化ガスを貯蔵するものである。
図7において、貯蔵システム10Cは、LNG運搬船11に搭載された燃料用LNGタンク60及びガスタンク62を備えている。燃料用LNGタンク60には、LNG供給系統64を介してLNG運搬船11に搭載されたLNG船内タンク12からLNGが供給される。燃料用LNGタンク60の液面Lを境にして上方に気相が形成され、下方に液相が形成されている。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the
In FIG. 7, the
燃料供給路66は燃料用LNGタンク60の底部に接続されている。燃料用LNGタンク60に貯蔵されたLNGは、燃料として燃料供給路66を介して推進器74を駆動する舶用ガスディーゼルエンジン72(以下「舶用エンジン72」と言う。)に供給される。燃料供給路66には燃料供給ポンプ68及び加温器70が設けられており、燃料供給ポンプ68によって加温器70に送られたLNGは加温器70でガス化されて舶用エンジン72に供給される。
The
光ファイバケーブル24は、燃料用LNGタンク60の外表面あるいは内表面に高さ方向全域に亘って鉛直軸回りに螺旋状に配設され、続けて、燃料供給ポンプ68より上流側の燃料供給路66の外表面あるいは内表面にも螺旋状に配設されている。光ファイバケーブル24の始端及び末端はLNG船内タンク12の外側にある船内監視室(不図示)に設けられた温度分布測定ユニット26に接続されている。温度分布測定ユニット26の構成は、第1実施形態又は第2実施形態で用いられた温度分布測定ユニット26と同一である。
The
ガスタンク62にはガス状の天然ガスが貯蔵されている。ガスタンク62の頂部と、加温器70と舶用エンジン72との間の燃料供給路66とは天然ガス流路76で接続されている。また、ガスタンク62の頂部と燃料用LNGタンク60の頂部とは、天然ガス流路77で接続されている。燃料用LNGタンク60の出口の燃料供給路66及び天然ガス流路76、77には、夫々開閉弁78、79及び80が設けられている。また、燃料用LNGタンク60及びガスタンク62の気相域の圧力を夫々検出する圧力センサ82及び84が設けられている。さらに、燃料供給ポンプ68の入口の燃料供給路66の圧力を検出する圧力センサ86が設けられている。
The
図8に示すように、制御装置88には、演算処理装置33から光ファイバケーブル24で検出した燃料用LNGタンク60及び燃料供給路66の温度分布情報と、圧力センサ82,84及び86の検出値が入力される。これらの入力情報に基づいて、制御装置88は、燃料供給ポンプ68の駆動装置及び開閉弁78、79及び80の開閉動作を制御する。
図9は、LNGの各温度における飽和圧力線図である。ガスタンク62内の気相域は、常にLNGの各温度における飽和圧力以上となるように制御されている。
温度分布測定ユニット26、ガスタンク62、天然ガス流路76、開閉弁79、80、圧力センサ82,84、86及び制御装置88で管理装置23Cを構成している。
As shown in FIG. 8, the control device 88 includes temperature distribution information of the
FIG. 9 is a saturation pressure diagram at each temperature of LNG. The gas phase region in the
The temperature
かかる構成において、開閉弁78を開放し、燃料用LNGタンク60に貯蔵されているLNGを燃料供給路66を介して舶用エンジン72に供給する際に、制御装置88は、温度分布測定ユニット26で計測されたLNGの温度分布情報及び圧力センサ82及び86の検出値から、燃料用LNGタンク60内のLNG及び燃料供給路66のLNGが飽和圧力に達しているかどうかを判定する。そして、圧力センサ82及び86の検出値が飽和圧力に達していないとき、制御装置88は、開閉弁80を開放し、ガスタンク62に貯蔵されている天然ガスを天然ガス流路77を経て燃料用LNGタンク60に供給する。
In such a configuration, when the on-off
ガスタンク62に貯蔵された天然ガスの圧力が低下したら開閉弁79を開け、燃料供給路66から天然ガスを補充する。加温器70の下流の燃料供給路66は例えば30MPaの圧力であり、ガスタンク62は例えば10MPaの圧力に保持されるので、開閉弁79を開けただけで、ガスタンク62に天然ガスを補充できる。
これによって、燃料用LNGタンク60及び燃料供給路66のLNGを常に飽和圧力以上とすることができるので、燃料供給路66及び燃料供給ポンプ68におけるキャビテーションの発生を防止できる。
When the pressure of the natural gas stored in the
As a result, the LNG in the
また、本実施形態では、光ファイバケーブル24は、LNG船内タンク12の高さ方向全域に亘って配置されているので、燃料用LNGタンク60の高さ方向全域の温度分布を計測可能である。従って、この温度分布値と図9に示すLNGの飽和圧力線図とから、燃料用LNGタンク60内の気相域と液相域との境界、即ち、LNGの液面Lの高さを求めることができる。求められた燃料用LNGタンク60の液面Lの高さから、LNG供給系統64のLNG供給量を調整することができる。
In the present embodiment, since the
なお、本発明は、LNGのみならず、液化石油ガス(LPG)、その他、メタン、エタン、プロパン、ブタン、酸素、水素、アルゴン等のように、沸点が0℃以下の低温液化ガス全般に適用できる。
また、本発明は、船内タンクだけでなく、洋上基地や陸上基地に設けられたタンクにも適用できる。
The present invention is applicable not only to LNG but also to liquefied petroleum gas (LPG), and other low-temperature liquefied gases having a boiling point of 0 ° C. or lower, such as methane, ethane, propane, butane, oxygen, hydrogen, and argon. it can.
The present invention can be applied not only to an inboard tank but also to a tank provided at an offshore base or an onshore base.
10A、10B、10C 貯蔵システム
11,100 LNG運搬船
12、102 LNG船内タンク
14 内殻
16 1次防壁
18 断熱バリア
20 タンクカバー
22 スカート
23A、23B、23C 管理装置
24 光ファイバケーブル
26 温度分布測定ユニット
28 レーザパルス発信器
30 計測器
32 校正部
33 演算処理装置
34 コア
36 クラッド部
38 樹脂被膜
40 保護管
41、64 LNG供給系統
42 LNG供給管
44 ヘッダ
46 スプレーノズル
48 駆動装置
50 流量調整弁
52、88 制御装置
54 ガス抜き管
56、78、79、80 開閉弁
58 撹拌ポンプ
60 燃料用LNGタンク
62 ガスタンク
66 燃料供給路
68 燃料供給ポンプ
70 加温器
72 舶用ガスディーゼルエンジン
74 推進器
76、77 天然ガス流路
82,84,86 圧力センサ
104 LNGタンク
106 LNGポンプ
108 LNG積込み配管系統
110 ガス送出配管系統
112 機関部
114 フレアスタック
L 液面
R ラマン後方散乱光
c 循環流
10A, 10B, 10C Storage system 11,100
Claims (7)
該貯蔵容器に低温液化ガスを供給するための供給系統と、
前記貯蔵容器の壁面に沿って該壁面の外表面あるいは内表面の高さ方向に亘って延在するように配置された光ファイバケーブルと、
前記光ファイバケーブルにパルス光を発信するように構成されたパルス光発信器と、
前記光ファイバケーブルから散乱した後方散乱光が入力され、該後方散乱光から前記貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの温度分布を求めるように構成された計測器と、
前記計測器で求めた低温液化ガスの温度分布に基づいて、前記貯蔵容器における低温液化ガスの貯蔵状態を管理するように構成された管理装置とを備えていることを特徴とする低温液化ガスの貯蔵システム。 A storage container for storing cryogenic liquefied gas;
A supply system for supplying low-temperature liquefied gas to the storage container;
An optical fiber cable disposed along the wall surface of the storage container so as to extend in the height direction of the outer surface or the inner surface of the wall surface;
A pulsed light transmitter configured to transmit pulsed light to the optical fiber cable; and
A backscattered light scattered from the optical fiber cable is input, and a measuring instrument configured to obtain a temperature distribution of a low-temperature liquefied gas stored in the storage container from the backscattered light;
A management device configured to manage the storage state of the low-temperature liquefied gas in the storage container based on the temperature distribution of the low-temperature liquefied gas obtained by the measuring instrument. Storage system.
前記貯蔵容器の頂部付近に設けられスプレー方向が可変な1個又は複数のスプレーノズルを有し、
前記管理装置は、
前記計測器で求めた低温液化ガスの温度分布に基づいて、前記スプレーノズルの向き及び前記スプレーノズルから供給する低温液化ガス量を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項1に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。 The supply system is
One or more spray nozzles provided near the top of the storage container and having a variable spray direction,
The management device
2. The control device according to claim 1, further comprising: a control device that controls a direction of the spray nozzle and an amount of the low-temperature liquefied gas supplied from the spray nozzle based on a temperature distribution of the low-temperature liquefied gas obtained by the measuring instrument. Low temperature liquefied gas storage system.
前記貯蔵容器内で気化した天然ガスを排出するように構成されたガス抜き管と、
前記計測器で求めた低温液化ガスの温度分布に基づいて、前記ガス抜き管の開閉を制御する制御装置とを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。 The management device
A vent pipe configured to discharge the natural gas vaporized in the storage container;
The low-temperature liquefied gas storage system according to claim 1, further comprising: a control device that controls opening and closing of the degassing pipe based on a temperature distribution of the low-temperature liquefied gas obtained by the measuring instrument.
前記貯蔵容器の内部に前記貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスに高さ方向の循環流を形成させるための撹拌ポンプと、
前記撹拌ポンプの稼働を制御して前記貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの高さ方向の温度分布を制御する制御装置とを有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。 The management device
A stirring pump for forming a circulating flow in a height direction in the low-temperature liquefied gas stored in the storage container in the storage container;
The control apparatus which controls the temperature distribution of the height direction of the low-temperature liquefied gas stored in the said storage container by controlling operation | movement of the said stirring pump, In any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The cryogenic liquefied gas storage system described.
複数の温度域に対応して予め準備された複数の校正曲線に基づいて、前記後方散乱光から求められる温度を校正する校正部をさらに有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。 The management device
5. The apparatus according to claim 1, further comprising a calibration unit that calibrates the temperature obtained from the backscattered light based on a plurality of calibration curves prepared in advance corresponding to a plurality of temperature ranges. The storage system for the low-temperature liquefied gas according to Item.
前記燃料供給路に設けられた燃料供給ポンプと、
前記燃料供給ポンプの下流側の前記燃料供給路に設けられ、低温液化ガスを加温してガス化する加温器と、
ガス状の天然ガスを飽和圧力より高い圧力で貯蔵する第2の貯蔵容器とをさらに備え、
前記管理装置は、
前記燃料供給ポンプに供給される低温液化ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出値が低温液化ガスの飽和圧力に達しないとき、前記第2の貯蔵容器に貯蔵されたガス状の天然ガスを前記貯蔵容器に供給し、前記圧力センサの検出値を飽和圧力以上に保持する制御装置とを有していることを特徴とする請求項1に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。 A fuel supply passage for supplying the low-temperature liquefied gas in the storage container to the marine engine;
A fuel supply pump provided in the fuel supply path;
A heater provided in the fuel supply path on the downstream side of the fuel supply pump, for heating and gasifying the low-temperature liquefied gas;
A second storage container for storing gaseous natural gas at a pressure higher than the saturation pressure;
The management device
A pressure sensor for detecting the pressure of the low-temperature liquefied gas supplied to the fuel supply pump;
When the detection value of the pressure sensor does not reach the saturation pressure of the low-temperature liquefied gas, gaseous natural gas stored in the second storage container is supplied to the storage container, and the detection value of the pressure sensor is set to the saturation pressure. 2. The low-temperature liquefied gas storage system according to claim 1, further comprising a control device that holds the above.
ステンレス鋼からなる保護管と、
前記保護管に内蔵され、石英系ガラスからなるコア及びクラッド部と、
前記コア及び前記クラッド部を被覆するように構成され、紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂からなる被覆材とを有することを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。
The optical fiber cable is
A protective tube made of stainless steel;
A core and a clad portion made of quartz glass, incorporated in the protective tube;
The storage of the low-temperature liquefied gas according to any one of claims 1 to 6, further comprising a covering material made of an ultraviolet curable resin or a polyimide resin so as to cover the core and the clad portion. system.
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