JP2022104038A - 舶用液化ガスタンクの状態推定システムおよび状態推定方法 - Google Patents

舶用液化ガスタンクの状態推定システムおよび状態推定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】舶用液化ガスタンクの状態を高精度に予測する。【解決手段】船舶（３）に設置された液化ガスタンク（７）の状態を推定するシステム（１）において、前記液化ガスタンク（７）の強度に関する状態を計測する計測器（３９）を備える計測ユニット（３１）と、前記液化ガスタンク（７）の強度に関する状態を事前解析モデルによって計算する計算ユニット（３３）と、前記計測ユニット（３１）で取得した計測結果を用いたデータ同化によって前記事前解析モデルを更新するデータ同化ユニット（３５）と、前記計算ユニット（３３）から出力された計算結果に基づいて前記液化ガスタンク（７）の状態を評価する評価ユニット（３７）とを設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、舶用液化ガスタンクの状態を推定するシステムおよび方法に関する。
従来から、液化天然ガスや液化水素といった液化ガスの運搬に、液化ガスタンクを備えた運搬船が利用されている（例えば、特許文献１参照。）。一般的に、数十年という長期間運用される船舶用の液化ガスのメンテナンスは、定期的に行う検査によって疲労による損傷の有無などを確認し、必要に応じて補修工事を行うという事後保全によってなされている。
特開２０１５－００４３８２号公報
もっとも、極低温の液化ガスを確実に運搬するためには、タンクに高度な信頼性が求められるので、タンクの損傷の発生を事前に把握できることが好ましい。しかし、長期間にわたって船舶に設置されているタンクを適時に実際に点検することは困難である。そこで、タンクの強度的な状態を高精度に予測することが可能な手段が望まれる。
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、舶用液化ガスタンクの状態を高精度に予測することができるシステムおよび方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る舶用液化ガスタンク状態推定システムは、
船舶に設置された液化ガスタンクの状態を推定するシステムであって、
前記液化ガスタンクの強度に関する状態を計測する計測器を備える計測ユニットと、
前記液化ガスタンクの強度に関する状態を事前解析モデルによって計算する計算ユニットと、
前記計測ユニットで取得した計測結果を用いたデータ同化によって前記事前解析モデルを更新するデータ同化ユニットと、
前記計算ユニットから出力された計算結果に基づいて前記液化ガスタンクの状態を評価する評価ユニットと、
を備える。
また、本発明に係る舶用液化ガスタンク状態推定方法は、
船舶に設置された液化ガスタンクの状態を推定する方法であって、
前記液化ガスタンクの強度に関する状態を計測することと、
前記液化ガスタンクの強度に関する状態を事前解析モデルによって計算することと、
前記計測ユニットで取得した計測結果を用いたデータ同化によって前記事前解析モデルを更新することと、
前記計算ユニットから出力された計算結果に基づいて前記液化ガスタンクの状態を評価することと、
を含む。
この構成によれば、事前解析モデルを用いた計算によって、事前に液化ガスタンクの状態を推定することができるのみならず、液化ガスタンクの計測結果を用いたデータ同化によって、事前解析モデルを、実際の推定対象である液化ガスタンクに近づけることができるので、精度の高い推定が可能になる。
以上のように、本発明に係るシステムおよび方法によれば、舶用液化ガスタンクの状態を高精度に予測することができる。
本発明の一実施形態に係る舶用液化ガスタンク状態推定システム、並びにこのシステムが適用される液化ガスタンクおよび液化ガス貯留船の概略構成を示す、図２のI-I線に沿った横断面図である。 図１の液化ガスタンクおよび液化ガス貯留船の概略構成を示す縦断面図である。 図２の図１の実施形態の変形例に係る液化ガスタンクおよび液化ガス貯留船の概略構造を示す縦断面図である。 図３の液化ガスタンクおよび液化ガス貯留船のIV-IV線に沿った横断面図である。 本発明の一実施形態に係る舶用液化ガスタンク状態推定方法を示すフロー図である。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る舶用液化ガスタンク状態推定システム（以下、単に「状態推定システム」という。）１が適用される船舶である液化ガス貯留船３を示す。図２に示すように、この液化ガス貯留船３は、水上に浮かべられる船体５と、船体５に設置された液化ガスを貯留する液化ガスタンク（以下、単に「タンク」という。）７とを備えている。
なお、本明細書において「液化ガス貯留船」とは、液化ガスを貯留する機能を有する船舶一般を指す。本実施形態における液化ガス貯留船３は液化ガス運搬船である。もっとも、液化ガス運搬船以外にも、例えば液化ガス燃料船や、液化ガスを他の船舶に供給するバンカリング船等が液化ガス貯留船３に含まれる。
タンク７には、タンク７とその外部、例えば陸上の液化ガス貯留基地との間で液化ガスを移送するための図示しない配管が取り付けられている。図示の例では、タンク７は、上方に突出するドーム部７ａを有しており、このドーム部７ａに配管の一端が取り付けられている。配管は、タンク７の内部からドーム部７ａを貫通してタンク７の外部へ延設されている。
タンク７に貯留される液化ガスは、例えば、液化石油ガス（ＬＰＧ、約－４５℃）、液化エチレンガス（ＬＥＧ、約－１００℃）、液化天然ガス（ＬＮＧ、約－１６０℃）、液化水素（ＬＨ2、約－２５０℃）、液化ヘリウム（ＬＨｅ、約－２７０℃）などである。本実施形態では、タンク７に液化水素が貯留される。
本実施形態では、液化ガス貯留船３の船体５に２つのタンク７が設置されている。これら２つのタンク７は、船体５の船長方向に並んでいる。ただし、船体５に搭載されるタンク７の数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。各タンク７の構成は同一であるので、本明細書では、１つのタンク７のみについて説明する。
図示の例に係るタンク７は、船体５とは独立に形成される独立型タンク７である。また、このタンク７は、円筒形状の両端部がドーム状に膨出している俵形状を有している。タンク７の上部は、船体５と一体に設けられたタンクカバー９によって覆われている。なお、タンク７の形状はこの例に限定されず、例えば球形であってもよいし、方形であってもよい。
また、本実施形態では、図１に示すように、タンク７は、内槽１１および外槽１３を有する二重殻タンク７として構成されている。例えば、内槽１１と外槽１３との間には真空断熱層が形成されている。もっとも、タンク７の構成はこの例に限定されない。例えば、タンク７は、断熱材で覆われた一重殻タンクであってもよい。この場合の断熱材は、例えば、複数の真空断熱パネルで構成されてもよいし、複数の発泡パネルで構成されてもよい。
図２に示すように、船体５には、各タンク７が設置される凹部１５が形成されており、この凹部１５がタンク７の間で隔壁１７によって２つのセルに分割されている。図１に示すように、各セルの底壁１９に、タンク７の軸方向に互いに離間する位置でタンク７を支持する一対のタンク支持部材２１が配置されている。各タンク支持部材２１は底壁１９から突設されており、タンク７は、タンク支持部材２１上に設置されることにより、船体５のセルを形成する各壁から離間した状態で支持されている。本実施形態では、このような構成により、タンク７が船体５に取り付けられている。
また、内槽１１と外槽１３との間には、内槽を支持する内槽支持部材２３が配置されている。この例では、内槽支持部材２３はタンク支持部材２１の延長上に設けられている。この内槽支持部材２３によって内槽１１と外槽１３とが接続されると共に、内槽支持部材２３および外槽１３を介して内槽１１が船体５に支持されている。なお、内槽支持部材２３は、内槽１１と外槽１３のいずれか一方のみに固定され、他方に接触するように設けられていてもよいし、両方に固定されていてもよい。また、内槽支持部材２３は、タンク支持部材２１の延長上に設けられていなくともよく、船長方向にずれた位置に設けられてもよい。
なお、船体５に対するタンク７の支持態様は、上記で説明した例に限定されず、タンク７および船体５の構造に応じて適宜選択してよい。例えば、図３に示す変形例のように、タンク７が球形状である場合には、図４に示すように、タンク７を船体５に対して支持する円筒状のタンク支持部材２１および内槽１１と外槽１３の間に介装される円筒状の内槽支持部材２３を採用することができる。
次に、上記の構成を有する液化ガスタンク７の状態を推定する、本実施形態に係る状態推定システム１およびこのシステムを用いた状態推定方法について説明する。図１に示すように、状態推定システム１は、計測ユニット３１、計算ユニット３３、データ同化ユニット３５および評価ユニット３７を備えている。
計測ユニット３１は、液化ガスタンク７の強度に関する状態を計測する計測器３９を備えており、計測器３９によって前記状態を計測する（計測ステップＳ１）。計測ユニット３１の計測器３９によって計測する、「液化ガスタンク７の強度に関する状態」とは、例えば、対象部分の変形（歪み）度合いや累積疲労損傷である。計測ユニット３１が備える計測器３９とは、例えば、歪みの度合いを計測する歪みセンサや累積疲労損傷の算出に必要なき裂量を計測する疲労センサである。計測器３９はこれらのパラメータのうち一種類のみを計測するセンサであってもよく、複数の種類を計測する複数の種類のセンサであってもよい。
本実施形態において、計測器３９は、タンク７から船体５への荷重伝達経路（以下、単に「荷重伝達経路」という。）ＬＰを形成する部分に取り付けられている。より具体的には、この例では、計測器３９は、荷重伝達経路ＬＰを形成する部分であるタンク支持部材２１および内槽支持部材２３に取り付けられている。
より具体的には、計測器３９は、例えば、タンク支持部材２１においてはタンク７に接触する部分の近傍および船体５に連結される部分の近傍に取り付けられ、内槽支持部材２３においては内槽１１および外槽１３に接触する部分の近傍に取り付けられている。
このように、計測器３９を、疲労による強度低下が生じやすい部分である荷重伝達経路ＬＰに取り付けることにより、効率的にタンク７の状態を計測することができる。なお、計測器３９が取り付けられる荷重伝達経路ＬＰを形成する部分は、上記で例示したタンク支持部材２１および内槽支持部材２３上に限定されず、タンク７や船体５におけるこれらの部材２１，２３の近傍も含む。また、計測器３９を取付ける部分は荷重伝達経路ＬＰに代えて、または追加して、他の部分に取り付けてもよい。さらに、タンク７の強度に影響を及ぼし得る部分であれば、船体５側に計測器３９を取付けてもよい。
計算ユニット３３は、タンク７の強度に関する状態を事前解析モデルによって計算する（計算ステップＳ２）。事前解析モデルには、船体５およびタンク７の設計時における材料物性、境界条件、荷重条件等の条件が設定されており、計算ユニット３３は、この事前解析モデルによって、応力、歪みといったタンク７の強度に関する状態を算出する。
データ同化ユニット３５は、計測ユニット３１で取得した計測結果を用いたデータ同化によって前記事前解析モデルを更新する（データ同化ステップＳ３）。データ同化は、数値モデルの不確定要因を実測値により統計的に修正する手法である。本実施形態では、データ同化ユニット３５は、計算ユニット３３で用いられる数値解析モデルに設定された上述の各種条件やパラメータを、計測ユニット３１で取得した計測結果と比較し、有意差がある場合には計測結果を用いて修正することにより、事前解析モデルを更新する。
評価ユニット３７は、計算ユニット３３から出力された計算結果に基づいて前記液化ガスタンク７の状態を評価する（評価ステップＳ４）。具体的には、評価ユニット３７は、計算ユニット３３から出力された応力や歪みなどの値に基づいて累積疲労損傷の値を計算し、例えば直ちに補修が必要か否かや、補修が必要になるまでの推定期間を評価する。
本実施形態では、評価ユニット３７は、構造信頼性解析によって、推定対象物であるタンク７の強度に関する評価を行う。構造信頼性解析では、所定の期間中に対象の構造物が疲労損傷や静的破壊、脆性破壊などを生じる確率を算出する。本実施形態の例では、評価ユニット３７は、構造信頼解析を用いて、上記の想定運航期間中にタンク７に疲労損傷を生じる確率を算出する。構造信頼解析の具体的な手法としては、一般的に知られている、数値積分法，Monte-Carloシミュレーション法，一次信頼性評価法，二次信頼性評価法，高次積率法，重点サンプリング法，応答面法などを用いることができる。
このように構造信頼性解析を用いて評価を行うことにより、タンク７の状態についての評価結果を、補修の必要性等より実用的な情報として出力することが可能になる。もっとも、評価ユニット３７によるタンク７状態の評価は、構造信頼性解析を用いずに、累積疲労損傷の確定値として出力してもよい。
状態推定システム１は、さらに、評価ユニット３７による評価結果を適宜の方法で報知する報知ユニット４３を備えていてよい。報知ユニット４３は、例えば、疲労強度低下の程度、所定の短期間内に疲労損傷が発生する確率に応じて、補修をすべき旨の警告や、荒天を回避すべき旨の警告を表示するように構成される。
なお、本実施形態に係る状態推定システム１および状態推定方法が適用されるタンク７は、上記の例に限定されない。例えば、タンク７は方形の独立型タンクであってもよいし、独立型ではなく、船体５と一体的に形成された、いわゆるメンブレン型のタンクであってもよい。
以上説明した本実施形態に係る状態推定システム１および状態推定方法によれば、事前解析モデルを用いた計算によって、事前に液化ガスタンク７の状態を推定することができるのみならず、液化ガスタンク７の計測結果を用いたデータ同化によって、事前解析モデルを、実際の推定対象である液化ガスタンク７に近づけることができるので、精度の高い事前推定が可能になる。
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
１ 状態評価システム
３ 液化ガス貯留船（船舶）
５ 船体
７ 液化ガスタンク
９ 拘束部材
２１ タンク支持部材
２３ 内槽支持部材
３１ 計測ユニット
３３ 計算ユニット
３５ データ同化ユニット
３７ 評価ユニット
ＬＰ 荷重伝達経路

Claims (6)

  1. 船舶に設置された液化ガスタンクの状態を推定するシステムであって、
    前記液化ガスタンクの強度に関する状態を計測する計測器を備える計測ユニットと、
    前記液化ガスタンクの強度に関する状態を事前解析モデルによって計算する計算ユニットと、
    前記計測ユニットで取得した計測結果を用いたデータ同化によって前記事前解析モデルを更新するデータ同化ユニットと、
    前記計算ユニットから出力された計算結果に基づいて前記液化ガスタンクの状態を評価する評価ユニットと、
    を備える舶用液化ガスタンクの状態推定システム。
  2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
    前記評価ユニットが、構造信頼性解析によって、推定対象物の強度に関する評価を行う、
    舶用液化ガスタンクの状態推定システム。
  3. 請求項１または２に記載のシステムにおいて、
    前記液化ガスタンクは、前記船舶の船体と別体に形成されて前記船体内に支持されており、
    前記計測ユニットの計測器が、前記液化ガスタンクから前記船体への荷重伝達経路を形成する部分に取り付けられている、
    舶用液化ガスタンクの状態推定システム。
  4. 請求項３に記載のシステムにおいて、
    前記計測器が、前記荷重伝達経路を形成する部分である、前記液化ガスタンクを前記船体に支持するタンク支持部材に取り付けられている、
    舶用液化ガスタンクの状態推定システム。
  5. 請求項３または４に記載のシステムにおいて、
    前記液化ガスタンクが、内槽と、外槽と、これら内槽と外槽との間に設けられて前記内槽を支持する内槽支持部材とを有する二重構造タンクであり、
    前記計測器が、前記荷重伝達経路を形成する部分である前記内槽支持部材に取り付けられている、
    舶用液化ガスタンクの状態推定システム。
  6. 船舶に設置された液化ガスタンクの状態を推定する方法であって、
    前記液化ガスタンクの強度に関する状態を計測することと、
    前記液化ガスタンクの強度に関する状態を事前解析モデルによって計算することと、
    前記計測ユニットで取得した計測結果を用いたデータ同化によって前記事前解析モデルを更新することと、
    前記計算ユニットから出力された計算結果に基づいて前記液化ガスタンクの状態を評価することと、
    を含む舶用液化ガスタンクの状態推定方法。
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