JP2018140671A - 船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】補助ボイラから導かれる排ガスをイナートガスとして貯蔵タンク内に供給する際に、補助ボイラの負荷を可及的に減少させることができる船舶を提供する。【解決手段】原油を貯蔵する原油タンク４と、補助ボイラ１０と、補助ボイラ１０で生成された排ガスを船外へ排出する煙突１２と、煙突１２の途中の抽気位置３９から排ガスを取り出し、原油タンク４に供給するイナートガス用ファン１３と、煙突１２を通り船外へ流れる排ガス流量が０以上となるように排ガス流量を制御する排ガスダンパ１８とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、原油等の燃料が貯蔵された貯蔵タンク内にイナートガスを供給する設備を備えた船舶に関するものである。

タンカー等の船舶やＦＰＳＯ／ＦＳＯ（浮体式石油・ガス生産／貯蔵設備）に搭載される原油タンク等の貯蔵タンクにおいては、その内部に揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を含むガス（以下「ＶＯＣガス」という。）が発生することが知られている。

従来、原油タンク内で発生したＶＯＣガスはベントにより大気中に放出されていた。しかしながら、ＶＯＣガスが浮遊粒子状物質及び光化学オキシダント等による大気汚染の原因となることから、近年は、ＶＯＣガスを大気へ放出せずに確実に酸化処理する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ＶＯＣガスを、所定時間以上火炉内に滞留させ、かつ所定温度以上に維持する。そして、この所定時間および所定温度をＶＯＣガスの酸化処理が十分に行われる値とすることにより、ごく低濃度のＶＯＣガスであっても十分に酸化処理された状態で排出させる技術が開示されている。

特開２０１５−１５２２３８号公報

ところで、貯蔵タンク内に発生したＶＯＣガスやＨ２Ｓ（硫化水素）をイナートガスと置換するために、貯蔵タンク内にイナートガスを供給することが行われる。イナートガスとしては、補助ボイラで生成された排ガスが用いられる。この排ガスを補助ボイラの煙突からイナートガス用ファンによって引き抜き、貯蔵タンク内に供給する。

このとき、イナートガス用ファンの容量に対して十分に大きい容量（例えばイナートガス用ファンの容量の約２倍の容量）の排ガスを補助ボイラで生成していた。この理由は、補助ボイラの負荷変動等によって排ガスが不足した場合には、煙突から船外空気が流入（逆流）することを防止するためである。

しかしながら、イナートガス用ファンの容量に対して十分に大きい容量の排ガスを補助ボイラで生成すると、補助ボイラの負荷が上昇し、それによって、補助ボイラの燃料消費量が増大する。加えて、ボイラ燃焼空気送風用ファンの電力消費も増大する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、補助ボイラから導かれる排ガスをイナートガスとして貯蔵タンク内に供給する際に、補助ボイラの負荷を可及的に減少させることができる船舶を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の船舶は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る船舶は、燃料を貯蔵する貯蔵タンクと、ボイラと、該ボイラで生成された排ガスを船外へ排出する排出部と、該排出部の途中の抽気位置から排ガスを取り出し、前記貯蔵タンクに供給する排ガス供給部と、前記排出部を通り前記船外へ流れる排ガス流量が０以上となるように排ガス流量を制御する排ガス流量制御部とを備える。

ボイラで生成された排ガスは、排出部を流れて船外へと排出される一方で、排出部の途中位置の抽気位置から抽気された排ガスはイナートガスとして排ガス供給部を通り貯蔵タンクへと導かれる。このとき、排ガス流量制御部によって、船外へ流れる排ガス流量が０以上となるように制御する。これにより、船外から抽気位置に向かって空気が逆流することを回避できるので、船外の空気が排ガス供給部を通り貯蔵タンクに導かれることを防止することができる。したがって、船外空気の逆流を防止するためにボイラで排ガスを過剰に生成する必要は無く、貯蔵タンクで必要とされる排ガス量に見合った排ガスを生成すれば良いので、ボイラの燃料消費量を少なくすることができる。
なお、ボイラとしては、例えば補助ボイラが挙げられる。補助ボイラは、船舶の主機を駆動するための主ボイラとは異なり、補機の駆動を行うボイラを意味する。

さらに、本発明の船舶では、前記排ガス流量制御部は、前記抽気位置の排ガス流れ下流側に、前記船外へ流れる排ガス流量を変更する排ガスダンパを備えている。

抽気位置の排ガス流れ下流側に、前記船外へ流れる排ガス流量を変更する排ガスダンパを設けることによって、抽気位置から排ガス供給部へ流れる排ガス流量を制御する。具体的には、排ガスダンパを閉じる方向に制御して船外へ流れる排ガス流量を減少させると、相対的に排ガス供給部へ流れる排ガス流量が増大し、排ガスダンパを開く方向に制御して船外へ流れる排ガス流量を増大させると、相対的に排ガス供給部へ流れる排ガス流量が減少する。このように排ガスダンパの開度を変更することによって、船外から抽気位置に向かって空気が逆流することを回避するとともに、適正な量の排ガスを貯蔵タンクに供給することができる。

さらに、本発明の船舶では、前記排ガス流量制御部は、前記排ガスダンパの前記抽気位置側の圧力及び前記船外側の圧力を計測する圧力センサを備え、該圧力センサの計測値に基づいて前記抽気位置側の圧力が前記船外側の圧力よりも高くなるように前記排ガスダンパの開度を制御する。

排ガスダンパの抽気位置側の圧力が該排ガスダンパの船外側の圧力よりも高くなるように前記排ガスダンパの開度を制御することによって、排ガスが抽気位置側から船外側へと流れるようにすることができる。
なお、圧力センサとしては、排ガスダンパの上下流のそれぞれに圧力センサを設けても良いし、排ガスダンパの上下流間の差圧を計測する差圧計を設けても良い。

さらに、本発明の船舶では、前記排ガス流量制御部は、前記抽気位置の排ガス流れ下流側に、前記抽気位置から前記船外側へ向かう流れを許容し、かつ、前記船外側から前記抽気位置へ向かう流れを阻止する逆止弁を備えている。

抽気位置の排ガス流れ下流側に、抽気位置から船外側へ向かう流れを許容し、かつ、船外側から抽気位置へ向かう流れを阻止する逆止弁を設けることとした。これにより、船外側から抽気位置へ向かう空気流れを回避することができる。また、上述の排ガスダンパを制御する構成を採用する必要がないので、簡便に構成することができる。

ボイラから導かれる排ガスをイナートガスとして貯蔵タンク内に供給する際に、ボイラの負荷を可及的に減少させることができる。

本発明の一実施形態に係る船舶の概略を示した縦断面図である。 図１の船舶の変形例を示した縦断面図である。

以下、本発明の船舶に係る一実施形態について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、船舶１は、船体２と、ブリッジ３と、船首から船尾に向けて並べられた複数の貯蔵部５を有する原油タンク４と、舶用ボイラである補助ボイラ１０とを備えるタンカーである。なお、船舶１は、それぞれ不図示の主機としてのディーゼルエンジン、貯蔵部５内のオイルを荷役する際に用いる蒸気駆動のカーゴオイルポンプ及び発電機等を備える。補助ボイラ１０で生成された蒸気は、例えば、主機としてのディーゼルエンジンや補助ボイラ１０、他の補機等に用いる燃料油（Ｃ重油等の室温において粘度が大きい油）を暖めるために用いられ、カーゴオイルポンプを動かすため、あるいは一般用途の蒸気として用いられる。

補助ボイラ１０は、補助ボイラ本体部１１と、煙突（排出部）１２と、イナートガス用ファン（排ガス供給部）１３と、流量計１４と、イナートガス用スクラバー１５と、揮発性ガス用ファン１６とを備える。さらに、補助ボイラ１０は、燃焼空気用ファン１７と、排ガスダンパ（排ガス流量制御部）１８と、排ガスダンパ１８の前後の差圧を測定する差圧計１９と、補助ボイラ本体部１１内の圧力を計測する圧力センサ２０と、排ガスダンパ１８の開度を制御する制御部本体（排ガス流量制御部）２１とを備える。

所定の貯蔵部５（本実施形態では最も船首側の貯蔵部５）には、不図示のカーゴオイルポンプによって船外に油５０を送給するための送給ライン２２が連通接続される。原油タンク４の各貯蔵部５はそれぞれ連通接続されているため、油５０が均一に貯蔵される。なお、各貯蔵部５が独立して設置されている場合、送給ライン２２は、各貯蔵部５にそれぞれ連通接続される。

補助ボイラ本体部１１は、火炉２３の上部に複数のバーナ２５が設置される。バーナ２５には、不図示の燃料ラインを介して供給されるボイラ燃料と、空気ダクト２６を通じて燃焼空気用ファン１７により導入される燃焼用空気とが供給される。燃焼空気用ファン１７は、制御部本体２１によって回転数が制御される。

補助ボイラ本体部１１は、蒸発管群２７の下方に設けられた水ドラム２８と、蒸発管群２７の上方に設けられた蒸気ドラム２９とを備える。補助ボイラ本体部１１内の圧力すなわち火炉内圧力は、圧力センサ２０によって計測される。圧力センサ２０によって計測された圧力情報は、制御部本体２１に取り込まれる。制御部本体２１は、圧力センサ２０から得られた測定値を演算することにより火炉２３内の圧力が設定値を超えないように排ガスダンパ１８の開度を制御する。火炉２３内の圧力が上昇し、圧力設定値に近づと、排ガスダンパ１８の開度を増加させ、火炉２３内の圧力を下げるように制御する。

揮発性ガス用ファン１６の上流側には、揮発性ガス導入ライン３０が連通接続されている。揮発性ガス導入ライン３０は、各貯蔵部５の上部に接続されたそれぞれの吸引ライン３１に連通接続されている。また、揮発性ガス導入ライン３０は、ベントライン３６に連通接続されている。

揮発性ガス用ファン１６の下流側には、揮発性ガス送給ライン３７が連通接続されている。揮発性ガス送給ライン３７は、バーナ２５に連通接続されている。

揮発性ガス用ファン１６は、各貯蔵部５内から揮発性ガスを吸引してバーナ２５に送給する。

一方、イナートガス用ファン１３の上流側には、排ガス吸引ライン（排ガス供給部）３８が連通接続されている。排ガス吸引ライン３８の上流側は、煙突１２における排ガスダンパ１８の上流側の抽気位置３９に連通接続されている。

イナートガス用ファン１３の下流側は、排ガスの流量を計測する流量計１４と、イナートガス用スクラバー１５とを通じて原油タンク４内に連通接続されている。流量計１４の測定値は制御部本体２１に送信される。イナートガス用スクラバー１５は、排ガスから煤を除去する洗浄処理を行う。洗浄処理が行われた排ガスはイナートガスとして各貯蔵部５において油５０の上方空間に送給される。

排ガスダンパ１８は、例えば、円筒形状の煙突１２の内部に取り付けられたバタフライ弁である。排ガスダンパ１８は、制御部本体２１からの制御信号によって煙突１２内の流路断面積を変更するように開閉駆動される。排ガスダンパ１８を閉じる方向に制御して船外へ流れる排ガス流量を減少させると、相対的に原油タンク４側へ流れる排ガス流量が増大し、排ガスダンパ１８を開く方向に制御して船外へ流れる排ガス流量を増大させると、相対的に原油タンク４側へ流れる排ガス流量が減少する。なお、排ガスダンパ１８は、減速機構を内蔵した不図示のアクチュエータに機械的に連結されていてもよい。

排ガスダンパ１８の前後（上下流側）の差圧を測定する差圧計１９は、煙突１２における排ガスダンパ１８の前後を含んだ位置に設置されている。差圧計１９による差圧の測定値は制御部本体２１に送信される。なお、差圧計１９に代えて、排ガスダンパ１８の上流側及び下流側にそれぞれ圧力センサを設け、これら圧力センサの差分をとることによって差圧を得ることとしても良い。

制御部本体２１は、情報処理装置であって、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

制御部本体２１は、流量計１４によって得られた測定値と、差圧計１９より得られた測定値と、圧力センサ２０による測定値とを検知している。そして、制御部本体２１は、火炉２３内の火炉圧が設定値を超えないように補助ボイラ１０の負荷を制御する。また、制御部本体２１は、差圧計１９によって得られた測定値が一定値以上となるように、すなわち排ガスダンパ１８の上流側（補助ボイラ１０側）の圧力が排ガスダンパ１８の下流側（船外側）の圧力よりも高くなるように排ガスダンパ１８の開度を制御する。

制御部本体２１は、イナートガス用ファン１３の容量すなわち一定回転数運転時の送風流量をＱ１、抽気位置３９からイナートガス用ファン１３側に流れる排ガス流量をＱ２とした場合に下式が成立するように、排ガスダンパ１８の開度や補助ボイラ１０の負荷を制御する。
Ｑ１＜Ｑ２×α ・・・（１）
ここで、αは１以上の数値であり、種々の運転条件から適宜設定される。
上式（１）により、一定回転数で運転されるイナートガス用ファン１３の送風流量Ｑ１よりも、抽気位置３９からイナートガス用ファン１３に導かれる排ガス量Ｑ２を多くすることで、船外から煙突１２を通って空気が逆流することを防止するようになっている。

以上説明した本実施形態に係る船舶１が奏する作用及び効果について説明する。
本実施形態の船舶１によれば、制御部本体２１は、差圧計１９より得られた測定値と、圧力センサ２０による測定値とを検知し、火炉２３内の火炉圧が設定値を超えないように制御するとともに、差圧計１９より得られた測定値が一定値以上になるように排ガスダンパ１８の開度を制御する。そして、制御部本体２１は、上式（１）が成立するように排ガスダンパ１８の開度を制御する。
このように制御することで、排ガスダンパ１８から船外へ流れる排ガス流量が０以上となるようにすることができる。すなわち、船外から排ガスダンパ１８へ排ガスが逆流していない。これにより、船外から補助ボイラ１０側に向かって排ガスが煙突１２内を逆流することを回避できるので、船外の空気がイナートガス用ファン１３を通り原油タンク４に導かれることを防止することができる。
したがって、船外空気の逆流を防止するために補助ボイラ１０で排ガスを過剰に生成する必要は無く、原油タンク４で必要とされるイナートガス量に見合った排ガスを生成すれば良いので、補助ボイラ１０の燃料消費量を少なくすることができる。
例えば、本実施形態の排ガスダンパ１８等を採用しない構成ではイナートガス用ファン１３の容量の２倍の排ガスを生成するように補助ボイラ１０を運転していたが、本実施形態によってイナートガス用ファン１３の容量の１．１倍〜１．２倍まで排ガス生成量を低減することができる。

抽気位置３９の排ガス流れ下流側に、船外へ流れる排ガス流量を変更する排ガスダンパ１８を設けることによって、抽気位置３９から原油タンク４側へ流れる排ガス流量を制御することとした。このように排ガスダンパ１８の開度を変更することによって、船外から抽気位置３９に向かって空気が逆流することを回避するとともに、適正な量のイナートガスを原油タンク４に供給することができる。

差圧計１９を用いて、排ガスダンパ１８の抽気位置３９側の圧力が排ガスダンパ１８の船外側の圧力よりも高くなるように排ガスダンパ１８の開度を制御することとしたので、排ガスが抽気位置３９側から船外側へと確実に流れるようにすることができる。

〔変形例〕
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
図２に示すように、本変形例に係る船舶４０は、排ガスダンパ１８に代えて、逆止弁（排ガス流量制御部）４１を取り付けているところが船舶１と異なる。
逆止弁４１は、抽気位置３９の排ガス流れ下流側に設けられている。逆止弁４１は、抽気位置３９から船外側へ向かう流れを許容し、かつ、船外側から抽気位置３９へ向かう流れを阻止するように動作する。

本変形例によれば、上記実施形態のような排ガスダンパ１８及び差圧計１９は不要となり、流量計１４を不要とすることもできる。
また、逆止弁４１という簡便な構成を採用することによって、船外側から抽気位置３９へ向かう空気流れを回避することができる。
また、逆止弁４１を用いることにより、弁の開度制御を不要とすることができる。

１ 船舶
４ 原油タンク（貯蔵タンク）
１０ 補助ボイラ（ボイラ）
１２ 煙突（排出部）
１３ イナートガス用ファン（排ガス供給部）
１８ 排ガスダンパ（排ガス流量制御部）
１９ 差圧計（排ガス流量制御部）
２１ 制御部本体（排ガス流量制御部）
２３ 火炉
２５ バーナ
４０ 船舶
４１ 逆止弁（排ガス流量制御部）

Claims (4)

1. 燃料を貯蔵する貯蔵タンクと、
   ボイラと、
   該ボイラで生成された排ガスを船外へ排出する排出部と、
   該排出部の途中の抽気位置から排ガスを取り出し、前記貯蔵タンクに供給する排ガス供給部と、
   前記排出部を通り前記船外へ流れる排ガス流量が０以上となるように排ガス流量を制御する排ガス流量制御部と、
   を備える船舶。
2. 前記排ガス流量制御部は、前記抽気位置の排ガス流れ下流側に、前記船外へ流れる排ガス流量を変更する排ガスダンパを備えている請求項１に記載の船舶。
3. 前記排ガス流量制御部は、前記排ガスダンパの前記抽気位置側の圧力及び前記船外側の圧力を計測する圧力センサを備え、該圧力センサの計測値に基づいて前記抽気位置側の圧力が前記船外側の圧力よりも高くなるように前記排ガスダンパの開度を制御する請求項２に記載の船舶。
4. 前記排ガス流量制御部は、前記抽気位置の排ガス流れ下流側に、前記抽気位置から前記船外側へ向かう流れを許容し、かつ、前記船外側から前記抽気位置へ向かう流れを阻止する逆止弁を備えている請求項１に記載の船舶。

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