JP2021183862A

JP2021183862A - 地下タンク用ヒータ設備

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Publication number: JP2021183862A
Application number: JP2020089829A
Authority: JP
Inventors: 正道安永; Masamichi Yasunaga
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-12-02
Anticipated expiration: 2040-05-22
Also published as: JP7413148B2

Abstract

【課題】簡素な構成でヒータ管におけるヒータ液の温度降下量をモニタリングする。【解決手段】地下タンク用ヒータ設備１００は加温装置１０とヒータ管３１と供給側枝管（第１枝管）３２と回収側枝管（第２枝管）３３と第１光ファイバ４１と第１温度測定部４２とを含む。ヒータ管３１は環状領域Ｓにおいて往復流路３１ａを内部に有し、環状領域Ｓに埋設される。供給側枝管３２は往復流路３１ａの入口側端部に接続される一端部を有し加温装置１０により温められたヒータ液をヒータ管３１に供給する。回収側枝管３３は往復流路３１ａの出口側端部に接続される一端部を有し往復流路３１ａを流通したヒータ液を加温装置１０に戻す。第１光ファイバ４１は少なくとも供給側枝管３２の外面と回収側枝管３３の外面とを経由するように敷設される。第１温度測定部４２は第１光ファイバ４１からの戻り光に基づいて第１光ファイバ４１の敷設方向に沿った温度分布を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の低温液化ガスを貯蔵する地下タンクの側壁を囲む環状領域における地盤を温める地下タンク用ヒータ設備に関する。

この種の地下タンク用ヒータ設備の一例としては、特許文献１に開示されている側部ヒータ設備が知られている。この側部ヒータ設備は、温水循環式のヒータ設備であり、地下タンクの周囲の地盤に埋設され上下方向に延びたヒータ管を有している。この側部ヒータ設備では、加温装置、循環ポンプ、環状の供給側ヘッダー管、供給側枝管、ヒータ管、回収側枝管、環状の回収側ヘッダー管、及び、前記加温装置の順番でヒータ液（温水）を循環させることで、地下タンクの周囲の地盤を温めるように構成されている。

また、特許文献１に記載された側部ヒータ設備では、供給側枝管と回収側枝管のそれぞれに、ヒータ液の温度を測定するための温度計が個別に設けられており、この二つの温度計からのデータを用いてヒータ管における損失熱量（つまり、ヒータ液の温度降下量）をモニタリングできるように構成されている。そして、各温度計としては、熱電対などの局所的な温度を測定するタイプのものが採用されていた。

特許第６５８８８３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された側部ヒータ設備では、ヒータ管におけるヒータ液の温度降下量をモニタリングするために、供給側枝管と回収側枝管のそれぞれに温度計を個別に設ける必要がある。そのため、この側部ヒータ設備では、温度測定に関連する配線が複雑となり、その工夫が求められている。

そこで、本発明は、簡素な構成でヒータ管におけるヒータ液の温度降下量をモニタリングすることが可能な地下タンク用ヒータ設備を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、低温液化ガスを貯蔵する地下タンクの側壁を囲む環状領域における地盤を温める地下タンク用ヒータ設備が提供される。この地下タンク用ヒータ設備は、前記地盤との熱交換用のヒータ液を温める加温装置と、ヒータ管と、第１枝管と、第２枝管と、光が入射される第１光ファイバと、第１温度測定部と、を含む。前記ヒータ管は、前記環状領域において上下に往復し前記ヒータ液を流通させる往復流路を内部に有し、前記環状領域に埋設される。前記第１枝管は、前記往復流路の入口側端部に接続される一端部を有し、前記加温装置により温められた前記ヒータ液を前記ヒータ管に供給するためのものである。前記第２枝管は、前記往復流路の出口側端部に接続される一端部を有し、前記往復流路を流通した前記ヒータ液を前記加温装置に戻すためのものである。前記第１光ファイバは、少なくとも前記第１枝管の外面と前記第２枝管の外面とを経由するように敷設される。前記第１測定部は、前記第１光ファイバからの戻り光に基づいて前記第１光ファイバの敷設方向に沿った温度分布を測定する。

前記一側面による地下タンク用ヒータ設備によると、少なくとも前記第１枝管の外面と前記第２枝管の外面とを経由するように敷設される第１光ファイバからの戻り光に基づいて、前記第１光ファイバの敷設方向に沿った温度分布を測定している。つまり、第１光ファイバを温度センサとして用いて、この第１光ファイバの敷設方向に沿った温度分布を測定するという簡素な構成で、ヒータ管におけるヒータ液の温度降下量をモニタリングすることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す地下タンク用ヒータ設備の構成を説明するための概念図である。前記地下タンク用ヒータ設備の要部を含む部分平面図である。前記地下タンク用ヒータ設備の第１光ファイバを含む計測装置の構成を説明するための概念図である。前記第１光ファイバの敷設状態を示した図である。前記計測装置の変形例を説明するための概念図である。図５に示す計測装置の構成を説明するための概念図である。前記計測装置の別の変形例を説明するための概念図である。前記計測装置の更に別の変形例説明するための概念図である。図８に示す計測装置における前記ヒータ管の側面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る地下タンク用ヒータ設備１００（以下では、単に、ヒータ設備１００という）の構成を説明するための概念図であると共に、ヒータ設備１００が用いられる地下タンク１の近傍の地盤の断面図でもある。図２はヒータ設備１００の要部平面図である。

図１に示すように、地下タンク１は、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の低温液化ガスを貯蔵するタンクであり地中に埋設されている。地下タンク１は、例えば、地盤内に円筒状に構築された鉄筋コンクリート製の地中連続壁２の内側に構築される。地下タンク１は、円筒状の側壁３と底版４とからなる鉄筋コンクリートの躯体と、球面状の鋼製屋根５とを有している。

ヒータ設備１００は、地下タンク１の側壁３を囲む環状領域Ｓにおける地盤の凍結範囲を管理するための設備である。

本実施形態では、ヒータ設備１００は、加温装置１０と、ポンプ２０と、ヒータ管３１を含む配管系統３０と、計測装置４０と、制御部５０と、を含む。ヒータ設備１００は、配管系統３０を通じて地盤との熱交換用のヒータ液（例えば１０〜６０℃程度の温水）を循環させ、ヒータ液と環状領域Ｓの地盤との間で熱交換させることによって、環状領域Ｓにおける地盤を温めるように構成されている。なお、ヒータ液としては、温水の他に、ブラインなどの不凍液が用いられ得る。

加温装置１０は、ヒータ液を温めるための設備であり、ヒータ液を貯留すると共に適宜の形式の熱源によりヒータ液を温めることが可能な加熱槽（図示省略）を有している。加温装置１０は、地上において配管系統３０の途上に設けられている。

ポンプ２０は、地上において配管系統３０における加温装置１０よりも下流側の部分に設けられ、ヒータ液を圧送するものであり、流量可変式のタイプが採用されている。

配管系統３０は、ヒータ液を循環して流通させる循環流路を構成するものである。加温装置１０によって温められたヒータ液は、循環流路によりヒータ管３１を経由して再び加温装置１０に戻される。

具体的には、配管系統３０は、ヒータ管３１と、第１枝管（以下では、「供給側枝管」という）３２と、第２枝管（以下では、「回収側枝管」という）３３と、供給側ヘッダー管３４と、回収側ヘッダー管３５と、供給管３６と、戻り管３７とを有する。加温装置１０によって温められたヒータ液は、ポンプ２０、供給管３６、供給側ヘッダー管３４、供給側枝管３２、ヒータ管３１、回収側枝管３３、回収側ヘッダー管３５、戻り管３７を、この順番で経由して流れて、加温装置１０に戻される。

ヒータ管３１は、環状領域Ｓにおいて上下に往復しヒータ液を流通させる往復流路３１ａを内部に有し、環状領域Ｓに埋設される部材であり、鋼製の配管部材からなる。

図２に示すように、ヒータ管３１は、環状領域Ｓにおける周方向に間隔をあけた複数の箇所に設置されている。特に限定されるものではないが、ヒータ管３１は、例えば、地中連続壁２の外周面の近傍において周方向に３ｍ間隔で設けられ、全体で８０本のヒータ管３１が地下タンク１（側壁３）の周囲を囲んでいる。つまり、周方向に列をなす所定本数（本実施形態では、全数、つまり８０本）のヒータ管３１からなるヒータ管群３１Ａが構成されている。各ヒータ管３１は、地表側から鉛直方向の下側に向かって概ね地下タンク１の底版４の深度まで延びており、例えば、５０〜６５ｍ程度の長さを有している。

本実施形態では、ヒータ管３１は、内管３１１と外管３１２とを有するいわゆる二重管タイプの構造を有し、予め地盤にボーリングにより形成された孔に挿入される。図示を省略するが、前記孔の孔壁とヒータ管３１との間の隙間には、例えば、土相当以上の熱伝導率を有するセメントベントナイトなどの熱伝導用の中詰め材が充填される。

内管３１１は、その上部（換言すると、往復流路３１ａの入口側端部）に供給側枝管３２の一端部（流れ方向の下流側端部）が接続され、下部が開口端をなしている。つまり、図１に示すように、ヒータ液は、内管３１１の上部から内管３１１に流入し、内管３１１内を下方に流れ、内管３１１の下部から流出する。

外管３１２は、内管３１１を包囲して、内管３１１との間に環状断面の流路を形成している。外管３１２は、その下部が閉塞端をなし、上部（換言すると、往復流路３１ａの出口側端部）に回収側枝管３３が接続されている。図１に示すように、外管３１２の下部と内管３１１の下部との間には隙間があけられており、内管３１１の下部から流出したヒータ液は、内管３１１と外管３１２との間の流路を上方に流れ、外管３１２の上部から排出される。本実施形態では、往復流路３１ａは、内管３１１内の流路と、外管３１２の下部と内管３１１の下部との間の隙間と、前記環状断面の流路とにより構成されている。

供給側枝管３２は、往復流路３１ａの入口側端部（流入側端部）に接続される一端部を有し、加温装置１０により温められたヒータ液をヒータ管３１に供給するための配管部材であり、ヒータ管３１の設置個所毎に設けられている。各供給側枝管３２の他端部はそれぞれ供給側ヘッダー管３４に接続される。

回収側枝管３３は、往復流路３１ａの出口側端部（排出側端部）に接続される一端部を有し、往復流路３１ａを流通したヒータ液を加温装置１０に戻すための配管部材であり、ヒータ管３１の設置個所毎に設けられている。各回収側枝管３３の他端部はそれぞれ回収側ヘッダー管３５に接続される。

供給側ヘッダー管３４は、加温装置１０からのヒータ液が流入するとともに、各供給側枝管３２の他端部が接続される配管部材である。供給側ヘッダー管３４は、環状領域Ｓにおける地表面側に埋設され、ヒータ管群３１Ａを囲むように円環状に閉じた配管として形成されている。供給側ヘッダー管３４内に流入したヒータ液は、供給側枝管３２を経由して各ヒータ管３１に分配される。

供給側ヘッダー管３４において、各供給側枝管３２は供給側ヘッダー管３４から地下タンク１の径方向の中心側に向かうように延びている。具体的には、各供給側枝管３２は、回収側ヘッダー管３５の上方を超えて、供給側ヘッダー管３４と対応するヒータ管３１との間を架け渡す（跨ぐ）ように設けられている。

回収側ヘッダー管３５は、供給側ヘッダー管３４に対して並列するように延在し、回収側枝管３３の他端部が接続される配管部材である。回収側ヘッダー管３５についても、環状領域Ｓにおいてヒータ管群３１Ａを囲むように円環状に閉じた配管として形成されている。本実施形態では、回収側ヘッダー管３５は、供給側ヘッダー管３４の径方向の内側、つまり、ヒータ管群３１Ａと供給側ヘッダー管３４との間に配置されている。

回収側ヘッダー管３５において、各回収側枝管３３は回収側ヘッダー管３５から地下タンク１の径方向の中心側に向かうように延びている。具体的には、回収側枝管３３は、同一のヒータ管３１に接続された供給側ヘッダー管３４の近傍において、当該供給側ヘッダー管３４に対して概ね平行に延伸している。そして、図２に示すように、配管系統３０を上方から視ると、供給側枝管３２と回収側枝管３３は、交互に配置されている。特に限定されるものではないが、本実施形態では、環状領域Ｓにおける地表面側において、供給側枝管３２と回収側枝管３３は、概ね同じ深度（上下方向について概ね同じ高さ位置）に、配置される。

供給管３６は、加温装置１０と供給側ヘッダー管３４との間を接続する配管部材である。供給管３６の途上に、ポンプ２０が設けられている。

戻り管３７は、回収側ヘッダー管３５と加温装置１０との間を接続する配管部材である。回収側ヘッダー管３５内に戻されたヒータ液は、戻り管３７を経由して加温装置１０に戻される（回収される）。加温装置１０に戻されたヒータ液は、前記加熱槽にて再び温められた後に、ポンプ２０、供給側ヘッダー管３４、供給側枝管３２を経由して各ヒータ管３１へ再び供給される。

また、本実施形態では、各供給側枝管３２の途上には流量調整用の第１仕切弁３８が設けられ、各回収側枝管３３の途上にも流量調整用の第２仕切弁３９が設けられている。これらの第１仕切弁３８及び第２仕切弁３９のそれぞれを調整することによって、各ヒータ管３１におけるヒータ液の循環流量が概ね等しくなるように初期設定されている。なお、オペレータ等が任意のヒータ管３１のみを補修する場合があるが、このような場合には、前記任意のヒータ管３１に対応する第１仕切弁３８及び第２仕切弁３９を閉止することで、ヒータ設備１００によるヒータ液の循環運転を継続しながら、オペレータ等は上記の補修作業を実施することができる。

ここで、ヒータ液は、各ヒータ管３１を流れることで、温度降下するが、加温装置１０によって再加熱されることで、供給側ヘッダー管３４内のヒータ液の温度は概ね一定に保持される。詳しくは、ヒータ設備１００は、制御部５０によって、供給側ヘッダー管３４でのヒータ液の温度と回収側ヘッダー管３５でのヒータ液の温度とを監視し、これらの温度差が所定の範囲内（例えば２℃以下）に収まるように、制御部５０によりポンプ２０の循環流量を制御するように構成されている。このような循環により、ヒータ管３１（外管３１２）の表面温度は、その全長に亘って概ね一定に維持され、ヒータ管３１の全深度に亘って、ヒータ管３１の表面からヒータ液の熱が地盤に伝導されるように構成されている。これにより、凍結線（つまり、凍結している地盤と未凍結の地盤との境界線）の位置が制御され、地下タンク１の周囲の環状領域Ｓにおける地盤の凍結範囲が制御される。なお、供給側ヘッダー管３４でのヒータ液の温度及び回収側ヘッダー管３５でのヒータ液の温度は、例えば、計測装置４０とは異なる機器を用いて監視され、この機器による測定結果が制御部５０に入力されるように構成されている。但し、本実施形態では、後述するように、計測装置４０における温度の検知センサとしての第１光ファイバ４１は、部分的に、回収側ヘッダー管３５に沿って敷設されているため、回収側ヘッダー管３５でのヒータ液の温度の監視は、計測装置４０からの測定結果を用いてもよい。

図３は、計測装置４０の構成を説明するための概念図である。計測装置４０は、光ファイバを用いて温度を測定可能な機器である。

本実施形態では、計測装置４０は、温度の検知センサとしての第１光ファイバ４１と、温度を測定（演算）するための第１温度測定部４２とを有する。

第１光ファイバ４１は、少なくとも供給側枝管３２の外面と回収側枝管３３の外面とを経由するように敷設され、光が入射される部材である。第１光ファイバ４１としては、例えば、光路となるコアと、コアを被覆するクラッドと、クラッドを被覆する被覆部とを有した、汎用の被覆タイプの光ファイバケーブルが用いられる。詳しくは、第１光ファイバ４１としては、単線を被覆してなる１線入り（つまり、光路が一本）の被覆タイプの光ファイバケーブルが用いられる。但し、光ファイバケーブルは安価なため、第１光ファイバ４１として、単線を複数本束ねたものの全体を被覆してなる複線入り（つまり、光路が複数本）の被覆ケーブルや、１線入りの被覆ケーブルを複数本束ねたものを用いてもよい。この場合、何らかの原因で、通常用いるチャンネル（光路／線）による測定ができなくなった場合、残りのチャンネルのいずれかに切り替えて測定することができる。なお、第１光ファイバ４１の敷設ルート等については後述する。

第１温度測定部４２は、第１光ファイバ４１からの戻り光（具体的には、後方散乱光）に基づいて第１光ファイバ４１の敷設方向に沿った温度分布を測定可能（換言すると、第１光ファイバ４１の敷設方向に沿った温度を連続的に測定可能）に構成されたものである。第１温度測定部４２は、地上側に設けられる測定室内に設けられ、測定部側光ファイバ４３と中継器４４とを介して第１光ファイバ４１に光学的に接続されている。本実施形態の計測装置４０では、光の入射位置（入射端）が第１光ファイバ４１の一端４１ａ又は他端４１ｂのいずれか一方に固定されている、いわゆるシングルエンド方式で測定する。但し、本実施形態の計測装置４０では、第１光ファイバ４１の一端４１ａと他端４１ｂがいずれも中継器４４に接続されており、光の入射端を一定周期で第１光ファイバ４１の一端４１ａと他端４１ｂとで切り替える、いわゆるループ式測定（ダブルエンド測定やデュアルエンド測定ともいう）に対応可能に構成されている。

具体的には、第１温度測定部４２は、第１光ファイバ４１の敷設方向について当該第１温度測定部４２の処理能力に応じた間隔で離れた複数の箇所におけるヒータ液の温度をそれぞれ測定可能である。詳しくは、第１温度測定部４２は、第１光ファイバ４１が接触している部分の温度（つまり、配管系統３０の外面の温度）を、ヒータ液の温度として測定している。つまり、計測装置４０は、配管系統３０の外面の温度を測定することでヒータ液の温度を間接的に測定している。そして、各箇所における温度データはその測定箇所を示すデータと対応付けられている。例えば、測定箇所を示すデータとして、第１光ファイバ４１の入射端（一端４１ａ又は他端４１ｂ）からの敷設方向に沿った距離が用いられる。これにより、各温度データが第１光ファイバ４１の敷設方向のどの箇所におけるデータであるかが容易に特定される。

次に、第１光ファイバ４１の敷設ルート及び敷設状態を図２〜図４を参照して説明する。図４は供給側枝管３２又は回収側枝管３３における第１光ファイバ４１の敷設状態を示した図である。図４（Ａ）は第１光ファイバ４１が敷設された供給側枝管３２又は回収側枝管３３の側面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示すＡ−Ａ矢視位置における断面図である。

図２に太線で示すように、第１光ファイバ４１は、少なくとも供給側枝管３２の外面と回収側枝管３３の外面とを経由するように敷設される。そして、本実施形態では、図２に示すように、第１光ファイバ４１は、上方から視た平面視で、ヒータ管３１の上部の近傍において折り返すように延びている。詳しくは、第１光ファイバ４１におけるヒータ管３１の上部の近傍において折り返す折り返し部４１ｃは、ヒータ管３１側において、第１光ファイバ４１における供給側枝管３２の外面を経由する部分と第１光ファイバ４１における供給側枝管３２の外面を経由する部分との間を直接的に結んでいる。

ヒータ管３１は複数個所（本実施形態では、８０箇所）に設けられており、第１光ファイバ４１は列をなす所定本数のヒータ管３１からなるヒータ管群３１Ａ毎に連続して延伸している。なお、ヒータ管３１は地下タンク１の全周（０°〜３６０°）を囲むように等間隔に配置されている。図３では、図の明瞭化のため、互いに隣り合うヒータ管３１の間隔は実際よりも誇張して広く示されている。

本実施形態では、ヒータ管群３１Ａは、設置された複数のヒータ管３１のうちのすべてのヒータ管３１（つまり、８０本のヒータ管３１）により構成されており、図２及び図３に示すように、一本の第１光ファイバ４１が全てのヒータ管３１に対応する供給側枝管３２の外面及び回収側枝管３３の外面を経由するように（つまり、一筆書きで）延伸している。具体的には、第１光ファイバ４１は、回収側ヘッダー管３５の外面における各ヒータ管３１に対応する範囲（具体的には円弧部分）を除いた部分を延びるヘッダー管側敷設部４１ｄを有している。そして、第１光ファイバ４１は、一本の第１光ファイバ４１の一端４１ａと他端４１ｂがいずれも中継器４４に接続されており、全体として概ね円環状に延びている。

ここで、ヒータ管群３１Ａを構成する各ヒータ管３１について、第１光ファイバ４１の一端４１ａ側から他端側４１ｂ側に向かって（図２及び３では、反時計回りの順番で）それぞれ番号付けすると、本実施形態では、１番目のヒータ管３１から８０番目のヒータ管が存在する。供給側枝管３２及び回収側枝管３３についても、それぞれ、１番目から８０番目のものが存在し、１番目の供給側枝管３２、１番目の回収側枝管３３、２番目の供給側枝管３２、２番目の回収側枝管３３、・・・８０番目の供給側枝管３２、８０番目の回収側枝管３３といったように、供給側枝管３２と回収側枝管３３とが交互に配置されている。そして、第１光ファイバ４１は、上方からの平面視で視ると全体として概ね円環状に延びつつ各ヒータ管３１に対応する部分においてヒータ管３１側に張り出しており、回収側ヘッダー管３５とヒータ管３１との間をジグザク状に往復している。つまり、第１光ファイバ４１は、その一端４１ａ側から、中継器４４の近傍の回収側ヘッダー管３５の外面、１番目の供給側枝管３２の外面、１番目の回収側枝管３３の外面、回収側ヘッダー管３５における１番目のヒータ管３１と２番目のヒータ管３１との間の部分、・・・８０番目の供給側枝管３２の外面、８０番目の回収側枝管３３の外面、回収側ヘッダー管３５における８０番目のヒータ管３１と１番目のヒータ管３１との間の部分といった順番で、一筆書きで経由するように延伸し、最後の他端４１ｂが中継器４４に接続されている。

図４に示すように、第１光ファイバ４１は、供給側枝管３２の外面と回収側枝管３３の外面に密着するように、配管系統３０に取り付けられている。特に限定されるものではないが、図４では、第１光ファイバ４１は、供給側枝管３２や回収側枝管３３と一緒にチューブ状の熱収縮チューブ４５内に挿入され、熱収縮チューブ４５が収縮することで、供給側枝管３２の外面や回収側枝管３３の外面に密着している。なお、図示を省略するが、第１光ファイバ４１のヘッダー管側敷設部４１ｄについても、同様に、熱収縮チューブを用いて回収側ヘッダー管３５の外面に密着するように取り付けられている。但し、第１光ファイバ４１は、熱収縮チューブ４５に限らず、供給側枝管３２、回収側枝管３３、回収側ヘッダー管３５に、直接接着されたり帯状テープにより巻回されたりすることで、配管系統３０（３２、３３、３５）の外面に密着するように取り付けられてもよい。

制御部５０は、設備全体の動作を統括して制御するものであり、加温装置１０の駆動や前述したポンプ２０の循環流量の制御等を実行可能に構成されている。制御部５０は、前述したように、ポンプ２０の循環流量を制御することで、供給側ヘッダー管３４でのヒータ液の温度と回収側ヘッダー管３５でのヒータ液の温度との温度差を所定の範囲内（例えば２℃以下）に収まるように制御する機能を有している。但し、この機能により、各ヒータ管３１におけるヒータ液の温度降下量を個別にモニタリングしているわけではない。この点に関し、本実施形態では、制御部５０は、判定部５１と報知部５２とを含み、第１温度測定部４２からの測定結果を用いて各ヒータ管３１におけるヒータ液の温度降下量を個別にモニタリングする機能を有している。

判定部５１は、計測装置４０（第１温度測定部４２）による測定結果のうちの供給側枝管３２に対応する第１測定データＤ１と回収側枝管３３に対応する第２測定データＤ２とに基づいて、供給側枝管３２におけるヒータ液の温度Ｔ１（具体的には供給側枝管３２の外面の温度）と回収側枝管３３におけるヒータ液の温度Ｔ２（具体的には回収側枝管３３の外面の温度）との温度差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）が所定の閾値Ｔｃ（例えば、０．５℃）を超えたか否かを判定するように構成されている。詳しくは、温度差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）についての閾値Ｔｃは、前述した供給側ヘッダー管３４でのヒータ液の温度と回収側ヘッダー管３５でのヒータ液の温度との温度差についての上限値（例えば２℃）よりも低く設定されている。

具体的には、判定部５１では、第１光ファイバ４１の敷設方向に沿った温度分布を示す全データの中から、各供給側枝管３２に対応する部分のデータ群を第１測定データＤ１として特定すると共に、各回収側枝管３３に対応する部分のデータ群を第２測定データＤ２として特定する。そして、判定部５１は、第１測定データＤ１に基づいて、供給側枝管３２毎の代表温度（例えば、平均値）を、それぞれ温度Ｔ１として演算する。同様に、判定部５１は、第２測定データＤ２に基づいて、回収側枝管３３毎の代表温度（例えば、平均値）を、それぞれ温度Ｔ２として演算する。そして、判定部５１は、同一のヒータ管３１に接続される供給側枝管３２及び回収側枝管３３毎に、温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）を演算し、演算した各温度差ΔＴのいずれかが閾値Ｔｃを超えたか否かを判定する。このようにして、各ヒータ管３１に接続される一対の枝管（３２、３３）のそれぞれの外面温度を測定し、一方の枝管の外面温度と他方の枝管の外面温度との差を温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差ΔＴとして演算することで、温度差ΔＴ（つまり、ヒータ管３１におけるヒータ液の温度降下量）が個別にモニタリングされる。そして、制御部５０は、各ヒータ管３１における温度差ΔＴの演算結果及び判定結果を、ヒータ管３１の位置と関連付けて記憶するように構成されている。

報知部５２は、判定部５１によって、複数のヒータ管３１のうちのいずれかにおいて、温度差ΔＴ（温度降下量）が閾値Ｔｃを超えたと判定された場合に、そのヒータ管３１の位置をオペレータ等に文字や音で知らせるための機器であり、例えば、判定結果を表示するディスプレー等からなる表示部や異常を音で報知する警報器などを備える。また、オペレータ等は、報知部５２からの報知結果に基づいて温度降下量が閾値Ｔｃを超えてしまっているヒータ管３１の位置を把握すると共に、そのヒータ管３１において温度降下量が増大した原因を詳しく個別に調査する。

かかる本実施形態によるヒータ設備１００によれば、少なくとも供給側枝管３２の外面と回収側枝管３３の外面とを経由するように敷設される第１光ファイバ４１からの戻り光に基づいて、第１光ファイバ４１の敷設方向に沿った温度分布を測定している。つまり、第１光ファイバ４１を温度センサとして用いて、この第１光ファイバ４１の敷設方向に沿った温度分布を測定するという簡素な構成で、ヒータ管３１におけるヒータ液の温度降下量をモニタリングすることが可能となる。このようにして、簡素な構成でヒータ管３１におけるヒータ液の温度降下量をモニタリングすることが可能な地下タンク用ヒータ設備１００を提供することができる。

このように、各ヒータ管３１における温度降下量が個別にモニタリングされることで、ヒータ管３１自体のトラブルや地下タンク１のトラブルの兆候が把握され得る。詳しくは、往復流路３１ａが詰まり始めて、循環流量が減少してしまっているヒータ管３１がある場合には、その兆候が温度降下量に現れる。また、地下タンク１内には一般的に断熱材が設けられており、この断熱材が部分的に劣化し、劣化部分の近傍のヒータ管３１では放熱量が多くなり、その兆候が温度降下量に現れる。

本実施形態では、ヒータ管３１は環状領域Ｓにおける周方向に間隔をあけた複数の箇所に設置され、供給側枝管３２及び回収側枝管３３はヒータ管３１の設置個所毎に設けられ、第１光ファイバ４１は設置された複数のヒータ管３１のうちのすべてのヒータ管３１（つまり、８０本のヒータ管３１）により構成されたヒータ管群３１Ａ毎に連続して延伸している。具体的には、一本の第１光ファイバ４１によって８０本のヒータ管３１のそれぞれにおける一対の枝管（３２、３３）の外面温度を測定し、その測定結果を用いて各ヒータ管３１におけるヒータ液の温度降下量（温度差ΔＴ）を演算によって算定している。つまり、一本の第１光ファイバ４１によって配管系統３０における全てのヒータ管３１に対応する供給側枝管３２及び回収側枝管３３（具体的には、１６０箇所）の温度を検知しており、測定箇所が複数であるにも拘わらず、計測装置４０における配線は簡素である。これにより、複数の箇所に設けられたヒータ管３１のそれぞれにおける温度降下量を、簡素な構成で個別にモニタリングすることができる。

本実施形態では、第１光ファイバ４１は、回収側ヘッダー管３５の外面におけるヒータ管３１に対応する範囲（具体的には円弧部分）を除いた部分を延びるヘッダー管側敷設部４１ｄを有している。つまり、第１光ファイバ４１は回収側ヘッダー管３５の外面にも沿うように敷設されている。これにより、配管系統３０の構成部材を用いて、第１光ファイバ４１を容易に連続的に敷設（一筆書き状に敷設）することができる。なお、第１光ファイバ４１は回収側ヘッダー管３５の外面に替わって供給側ヘッダー管３４の外面に沿うように敷設されてもよい。また、本実施形態では、回収側ヘッダー管３５が供給側ヘッダー管３４の径方向の内側に配置されるものとしたが、供給側ヘッダー管３４が回収側ヘッダー管３５の径方向の内側に配置されてもよい。

図５は計測装置４０の変形例（変形例１）を説明するための概念図であり、図６は図５に示す計測装置４０の構成を説明するための概念図である。図５及び図６に示す計測装置４０では、第１光ファイバ４１の敷設ルート及び本数が図１〜図４に示す計測装置４０のものと異なっているだけである。図５（Ａ）は要部を上方から視た部分平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示す矢印Ｂの方向から視たヒータ管３１の側面図である。

図５に示すように、第１光ファイバ４１は、供給側枝管３２の外面及び回収側枝管３３の外面に加えて、ヒータ管３１の外面を経由するように敷設されてもよい。具体的には、第１光ファイバ４１は、ヒータ管３１の外面に沿って上下に往復する上下往復部４１ｅであって、供給側枝管３２の外面を経由する部分のヒータ側端部と回収側枝管３３の外面を経由する部分のヒータ側端部との間を結ぶ上下往復部４１ｅを有する。つまり、第１光ファイバ４１における供給側枝管３２と回収側枝管３３との間の部分は、ヒータ管３１の外面に沿って上下に往復するように敷設されている。この場合、図示を省略するが、第１光ファイバ４１におけるヒータ管３１の外面の部分は、図４と同様に熱収縮チューブ４５によって囲まれ、ヒータ管３１の外面に密着するように取り付けられている。また、この変形例に係る計測装置４０では、設置された８０本のヒータ管３１を８分割し、ヒータ管群３１Ａは周方向に列をなす１０本のヒータ管３１からなり、第１光ファイバ４１は１０本のヒータ管３１からなるヒータ管群３１Ａ毎に連続して延伸している。

図６に示すように、この変形例１では、計測装置４０は、８本（８系列）の第１光ファイバ４１を有しており、各系列の第１光ファイバ４１の一端４１ａ及び他端４１ｂはそれぞれに対応して設けられた中継器４４に接続されている。そして、測定部側光ファイバ４３は中継器４４毎に設けられ、各第１光ファイバ４１は、対応する中継器４４及び測定部側光ファイバ４３を介して第１温度測定部４２に光学的に接続されている。また、第１温度測定部４２は、各第１光ファイバ４１からの戻り光に基づいて、系列毎に第１光ファイバ４１の敷設方向に沿った温度分布を測定する。そして、各系列の第１光ファイバ４１は、そのヒータ管３１側の部分において、ヒータ管３１の外面に沿って上下に往復するように敷設されているため、第１温度測定部４２は各ヒータ管３１の外面に対応する部分からの温度分布のデータに基づいて各ヒータ管３１における深度方向におけるヒータ液の温度分布を測定することができる。したがって、例えば、判定部５１によって、複数のヒータ管３１のうちのいずれかにおいて、温度差ΔＴ（温度降下量）が閾値Ｔｃを超えたと判定された場合に、深度方向の温度分布の測定結果に基づいて、そのヒータ管３１におけるどの深度においてトラブルが生じているのかを特定することができる。

図７は計測装置４０の別の変形例（変形例２）を説明するための概念図である。深度方向の温度分布の測定は、変形例１では第１光ファイバ４１及び第１温度測定部４２を用いて行ったが、変形例２では第２光ファイバ４１’及び第２温度測定部４２’を用いて個別に行うように構成されている。

具体的には、変形例２では、計測装置４０は、第１光ファイバ４１及び第１温度測定部４２とは別に、第２光ファイバ４１’及び第２温度測定部４２’を更に含む。第２光ファイバ４１’は、第１光ファイバ４１におけるヒータ管３１の外面に沿う部分に替わる検知センサとなるものであり、ヒータ管３１の外面に沿って上下に往復するように敷設され、光が入射される。第２温度測定部４２’は第２光ファイバ４１’からの戻り光に基づいて第２光ファイバ４１’の敷設方向に沿った温度分布を測定するものである。ここで、第２光ファイバ４１’は、例えば、ヒータ管３１毎に設けられ、その両端（一端４１’ａ及び他端４１’ｂ）が地表側で露出すると共に中継器４４’に光学的に着脱自在に構成されている。第２温度測定部４２’は、例えば、全体として一つだけ設けられており、測定部側光ファイバ４３’と中継器４４’とを介して第２光ファイバ４１’に光学的に接続可能に構成されている。これにより、変形例２では、第２光ファイバ４１’及び第２温度測定部４２’を用いて、ヒータ管３１毎にヒータ管３１の深度方向についてのヒータ液の温度分布を測定することができる。例えば、判定部５１によって、温度差ΔＴ（温度降下量）が閾値Ｔｃを超えたと判定されたヒータ管３１がある場合に、そのヒータ管３１に対応する第２光ファイバ４１’の中継器４４’に、測定部側光ファイバ４３’を介して第２温度測定部４２’を接続すればよい。つまり、計測装置４０において、複数の第２温度測定部４２’を設ける必要はない。また、第２温度測定部４２’の測定結果のデータは、例えば、無線により、計測室の制御部５０へ出力可能に構成されている。

図８は計測装置４０の更に別の変形例（変形例３）を説明するための概念図であり、図９は図８に示す計測装置４０におけるヒータ管３１の側面図である。

変形例３において、各ヒータ管３１はＵ字状に延伸しており、往復流路３１ａはヒータ管３１内の流路自体により構成されている。そして、Ｕ字状のヒータ管３１における往復流路３１ａの入口側端部及び出口側端部はそれぞれ地表面側に位置しそれぞれ閉塞端を構成している。そして、ヒータ管３１の往復流路３１ａの入口側端部に供給側枝管３２の一端部が接続されると共に、ヒータ管３１の往復流路３１ａの出口側端部に回収側枝管３３の一端部が接続されている。一本のＵ字状のヒータ管３１は二重管タイプのヒータ管３１相当の循環流量を有しており、その分、ヒータ管３１、供給側枝管３２及び回収側枝管３３は図１〜図４の場合よりも太い配管が用いられている。Ｕ字状のヒータ管３１は、例えば、図１〜図４の場合の半数の４０本設けられる。そして、一本のヒータ管３１における下向きの流路を形成する部分と上向きの流路を形成する部分との間の間隔が、例えば、互いに隣り合う二重管タイプのヒータ管３１の間隔に合わせられている。このＵ字状のヒータ管３１を用いた変形例３において、第１光ファイバ４１は、例えば、図８及び図９に示すように、図２に示した第１光ファイバ４１と同様に、上方からの平面視で視ると全体として概ね円環状に延びつつ回収側ヘッダー管３５とヒータ管３１との間をジグザク状に往復している。これにより、変形例３に係る計測装置４０においても、図１〜図４に示した実施形態に係る計測装置４０と同様に各ヒータ管３１におけるヒータ液の温度降下量を測定することができる。なお、図示を省略するが、変形例３に係る計測装置４０において、第１光ファイバ４１は、変形例１のように供給側枝管３２の外面及び回収側枝管３３の外面に加えて、ヒータ管３１の外面を経由するように敷設されてもよい。また、変形例３に係る計測装置４０は変形例２の第２光ファイバ４１’及び第２温度測定部４２’を備えてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上記実施形態及び上記変形例に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。

１…地下タンク、３…側壁、１０…加温装置、３１…ヒータ管、３１ａ…往復流路、３２…供給側枝管（第１枝管）、３３…回収側枝管（第２枝管）、３４…供給側ヘッダー管、３５…回収側ヘッダー管、３６…供給管、３７…戻り管、４１…第１光ファイバ、４１ｄ…ヘッダー管側敷設部、４１ｅ…上下往復部、４１’…第２光ファイバ、４２…第１温度測定部、４２’…第２温度測定部、５１…判定部、１００…ヒータ設備（地下タンク用ヒータ設備）、Ｓ…環状領域

Claims

低温液化ガスを貯蔵する地下タンクの側壁を囲む環状領域における地盤を温める地下タンク用ヒータ設備において、
前記地盤との熱交換用のヒータ液を温める加温装置と、
前記環状領域において上下に往復し前記ヒータ液を流通させる往復流路を内部に有し、前記環状領域に埋設されるヒータ管と、
前記往復流路の入口側端部に接続される一端部を有し、前記加温装置により温められた前記ヒータ液を前記ヒータ管に供給するための第１枝管と、
前記往復流路の出口側端部に接続される一端部を有し、前記往復流路を流通した前記ヒータ液を前記加温装置に戻すための第２枝管と、
少なくとも前記第１枝管の外面と前記第２枝管の外面とを経由するように敷設され、光が入射される第１光ファイバと、
前記第１光ファイバからの戻り光に基づいて前記第１光ファイバの敷設方向に沿った温度分布を測定する第１温度測定部と、
を含む、地下タンク用ヒータ設備。
前記第１光ファイバは、前記ヒータ管の近傍において折り返すように延びている、請求項１に記載の地下タンク用ヒータ設備。
前記第１光ファイバは、前記ヒータ管の外面に沿って上下に往復する上下往復部であって、前記第１枝管の外面を経由する部分のヒータ側端部と前記第２枝管の外面を経由する部分のヒータ側端部との間を結ぶ前記上下往復部を有する、請求項１に記載の地下タンク用ヒータ設備。
前記ヒータ管の外面に沿って上下に往復するように敷設され、光が入射される第２光ファイバと、
前記第２光ファイバからの戻り光に基づいて前記第２光ファイバの敷設方向に沿った温度分布を測定する第２温度測定部と、
を更に含む、請求項２に記載の地下タンク用ヒータ設備。
前記ヒータ管は、前記環状領域における周方向に間隔をあけた複数の箇所に設置され、
前記第１枝管及び前記第２枝管は、前記ヒータ管の設置個所毎に設けられ、
前記第１光ファイバは、列をなす所定本数の前記ヒータ管からなるヒータ管群毎に、連続して延伸している、請求項１〜４のいずれか一つに記載の地下タンク用ヒータ設備。
前記加温装置からの前記ヒータ液が流入するとともに、前記第１枝管の他端部が接続される環状の供給側ヘッダー管と、
前記供給側ヘッダー管に対して並列するように延在し、前記第２枝管の他端部が接続される環状の回収側ヘッダー管と、
前記加温装置と前記供給側ヘッダー管との間を接続する供給管と、
前記回収側ヘッダー管と前記加温装置との間を接続する戻り管と、
を更に含み、
前記第１光ファイバは、前記供給側ヘッダー管の外面又は前記回収側ヘッダー管の外面における前記ヒータ管に対応する範囲を除いた部分を延びるヘッダー管側敷設部を有している、請求項５に記載の地下タンク用ヒータ設備。
前記第１温度測定部による測定結果のうちの前記第１枝管に対応する第１測定データと前記第２枝管に対応する第２測定データとに基づいて、前記第１枝管における前記ヒータ液の温度と前記第２枝管における前記ヒータ液の温度との温度差が所定の閾値を超えたか否かを判定する判定部を含む、請求項１〜６のいずれか一つに記載の地下タンク用ヒータ設備。