JP2733858B2 - 低温タンクのロールオーバー防止装置 - Google Patents

低温タンクのロールオーバー防止装置

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JP2733858B2 JP1232912A JP23291289A JP2733858B2 JP 2733858 B2 JP2733858 B2 JP 2733858B2 JP 1232912 A JP1232912 A JP 1232912A JP 23291289 A JP23291289 A JP 23291289A JP 2733858 B2 JP2733858 B2 JP 2733858B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、LNG等の液を貯蔵する地上式または地下式
の低温タンクにおける受入れ時の層状化の防止および貯
蔵時の層状化の消滅によりロールオーバーを防止する低
温タンクのロールオーバー防止装置に関するものであ
る。
(従来の技術) LNG等の液を貯蔵する低温タンクに比重が異なる液を
追加受入れした場合、第6図に示すように比重が軽い上
層3と比重が重い下層4の層を形成することがある(層
状化)。この場合、二層の境界面は非常に安定してお
り、液−液界面を通じての上下層間の熱および物質伝達
は非常に少ない。このため、低温タンクへの入熱により
上層では軽質分が蒸発して比重が重くなり、また下層で
は温度が上昇して比重が軽くなって上下層の比重差が小
さくなる。そしてある時点で急激な上下層の混合が生
じ、下層に蓄えられていた熱エネルギーが液−ガスの自
由界面から蒸発して放出され多量のガスが発生するロー
ルオーバー現象が起こる。このロールオーバーによって
発生したガスがコンプレッサー等の処理能力を越えると
タンク内のガス圧力が上昇し、ガスの大気放散や最悪の
場合タンクの破損等の重大事故を引き起こす恐れがあ
る。
したがって、ロールオーバーを防止するためにはタン
ク内の貯蔵液全体を撹拌混合して上層と下層との比重を
均一にする必要がある。
従来のロールオーバー防止装置には、たとえば実開昭
59−123798号公報に記載されたもの等がある。実開昭59
−123798号公報に記載されたロールオーバー防止装置
は、第7図に示すような横向きノズル14または第8図に
示すような多孔のリング管23と流量調節装置15からなる
複数の受入れ装置をタンク高さ方向の適宜位置に設け、
貯蔵液の液高さと性状を検出して、複数の受入れ装置の
うちから最適位置にあるものを選びかつその受入れ装置
に最適な流量の受入れ液を供給するように流量調節装置
15を制御してタンク内に液を噴出する。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このロールオーバー防止装置において
は、ノズルまたはリング管から噴出する液は横向きまた
は一部が上向きであるので、ノズルまたはリング管より
上方の液の撹拌混合が十分行いにくい。このため、ノズ
ルまたはリング管より上方の液を撹拌混合して液全体の
比重を均一化するためには、さらに上方のタンク内の貯
蔵液の液面の近傍に別のノズルまたはリング管を設ける
必要がある。したがって、タンク内の貯蔵液の液面高さ
が変化する場合には、貯蔵液の液面高さに応じてノズル
またはリング管を数多く設置しなければならない。
また、タンク内の液が流動している受入れ時の不安定
な状態での液の性状を用いて受入れ装置の最適位置の選
定や最適な流量調節の複雑な制御を行うので、確実なロ
ールオーバー防止が困難である。
さらに、貯蔵時に層状化が生じた場合には層状化の消
滅が行えず、ロールオーバーの防止ができない等の課題
を有している。
(課題を解決するための手段) 本発明は、低温タンクの内部に液面検出器と高さ方向
の貯蔵液の液性状検出器とを備え、低温タンクの受入れ
元管から分岐した受入れ配管のそれぞれに切替弁を有
し、最低部の受入れ配管を低温タンクの底部からH1の高
さに配設し、その上の受入れ配管を低温タンクの底部か
ら下記(I)、(II)式で求められるHnの高さに複数段
取り付け、底部の受入れ配管の先端に45゜の仰角を有す
るノズルを接続し、残りの受入れ配管の先端に60゜の仰
角を有するノズルをそれぞれ接続し、また低温タンクの
循環元管に循環用ポンプを設置し、循環元管から分岐し
た循環配管のそれぞれに切替弁を有し、最低部の循環配
管を低温タンクの底部からH1の高さに配設し、その上の
循環配管を低温タンクの底部から下記(I)、(II)式
で求められるHnの高さに複数段取り付け、底部の循環配
管の先端に45゜の仰角を有するノズルを接続し、残りの
循環配管の先端に60゜の仰角を有するノズルをそれぞれ
接続したことを特徴とする低温タンクのロールオーバー
防止装置である。
n≦3のとき ここで、Hn :タンクの底部からn番目の配管の高さ ρ :タンク内に残っている液の比重 Δρ:受入れ液とタンク内に残っている液の比
重差 V :受入れ流速 D :仰角を有するノズルの径 (作用) 低温タンク内のタンク高さ方向に複数段設けられた仰
角を有するノズルから液を上向きにジェット状に噴出さ
せると、液はガス−液の自由界面まで到達した後、貯蔵
液中を降下する。このため自由界面より下の液すなわち
全貯蔵液は、仰角を有するノズルから上向きに噴出され
た液によって均一に撹拌混合されるので、受入れ時の層
状化は防止され、また貯蔵時に層状化した液は消滅して
ロールオーバーは防止されるとともに、液を上向きに噴
出するので数少ないノズルで貯蔵液の液面高さに対応で
きる。また、本発明装置の操作方法は、受入れ時では液
面検出器によって検出した液の高さ、また貯蔵時の層状
化状態では液面検出器によって検出した液の高さもしく
は温度計等の液性状検出器によって検出した層の高さに
応じて最適な位置にあるノズルを選定するので、簡単で
確実な方法である。
したがって、本発明は簡単の構造の装置でありなが
ら、簡単な方法で操作することにより受入れ時および貯
蔵時の低温タンク内の貯蔵液全体を均一に撹拌混合で
き、層状化、したがってロールオーバーを防止できる。
(実施例) 本発明のロールオーバー防止装置を用いて、仰角を有
するノズルから噴出された液の到達高さすなわちジェッ
ト到達高さの測定および液を受入れた後のタンク内の比
重分布の測定等についてのモデルテストを行って妥当性
を確認した。
一般に、タンク内に設けられた仰角を有するノズルか
らジェット状に噴出された液のジェット到達高さZは
(1)式で表される。
ここで、ρ :タンク内に残っている液の比重 Δρ:受入れ液とタンク内に残っている液の比
重差 V :受入れ流速 D :仰角を有するノズルの径 Δh:仰角を有するノズルの取り付け高さ モデルテストを行った結果、タンクの底部にある仰角
を有するノズルのジェット到達高さについては(1)式
が成立し、上部にある仰角を有するノズルのジェット到
達高さは(2)式に示すように底部にある仰角を有する
ノズルより低くなるということが判明した。
ここで、Z′:上部にある仰角を有するノズルのジェッ
ト到達高さ 通常のLNG等の比重を考慮して、受入れ液の比重を1.0
1〜1.06、タンク内に残っている液の比重を1.0とした食
塩水を用いたモデルテストでは係数Aは0.7程度とな
り、また底部の仰角を有するノズルのノズル角度θ
45゜、上部の仰角を有するノズルのノズル角度θは60
゜のときがタンク内の液を均一に混合撹拌するのに効果
があるという結果が得られた。
第5図は液受入れ後のタンク内の比重分布の測定結果
を示す。底部の仰角を有するノズルのみで噴出させた場
合には、破線のような層状化による比重のバラツキが生
じるが、最低部の配管を低温タンクの底部からH1の高さ
に配設し、その上の配管を低温タンクの底部から前記
(I)、(II)式で求められるHnの高さに複数段取り付
け、底部の配管の先端に45゜の仰角を有するノズルを接
続し、残りの配管の先端に60゜の仰角を有するノズルを
それぞれ接続してタンク内に噴出させた場合には実線に
示すような比重分布となり、液の均一な混合が行えるこ
とが分かった。したがって、この実験等によって得られ
た知見から、タンク内のタンク高さ方向に設置される仰
角を有するノズルの最適な位置が設定できる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
1図および第2図は本発明の実施例で、液受入れ時につ
いて示すものである。
低温タンク1の内部に仰角を有するノズル5を上記知
見により具体的に求めたタンク1の高さ方向の適宜位置
に複数設置した。各仰角を有するノズル5は受入れ配管
7に接続され、各受入れ配管7には切替弁10が取り付け
られ、各受入れ配管7は受入れ元管6から分岐してい
る。
液を受入れる場合には、上端が液を受入れる前の液2
の高さ以下でかつ上方にある仰角を有するノズル5から
液を受入れ始める。液を受入れることによりタンク1内
の液2の高さが徐々に上昇する。この液面高さを液面検
出器17により検出し、液2の高さがタンク1の高さ方向
で前記ノズルより上方に位置する仰角を有するノズル5
の上端を適宜越えた高さで、自動または手動にて切替弁
10を切り替え、上の段の仰角を有するノズル5から液を
受入れる。順次仰角を有するノズル5を切り替え、最終
的には最上段に位置する仰角を有するノズル5から液を
タンク1の最高液面高さまで受入れる。
この液受入れの過程において、仰角を有するノズル5
から上向きに噴出された液は噴流の軌跡11のようにタン
ク1内の液2の自由界面まで到達し、その後液2中を降
下するため、液2は噴流の軌跡11によって徐々に撹拌さ
れて均一に混合される。なお、液面検出器17は一般の平
衡式液面計で十分である。
また、第3図と第4図は液貯蔵時に生じた層状化を消
滅させる場合を示す。
タンク1内の液の性状を液性状検出器18にて検出して
層状化が生じていることがわかった場合には、層状化し
ている上層3と下層4のうち下層4の液を循環元管8か
ら抜き出し、循環ポンプ12によって昇圧し、循環元管8
から分岐した循環配管9を通じて仰角を有するノズル5
から上向きに噴出させることにより、受入れ時と同様に
上層3、下層4は徐々に撹拌混合されて均一になる。こ
の場合、仰角を有するノズル5の選定は、タンク1内の
高さ方向に設けられた液性状検出器18または液面検出器
17の検出値によって行い、循環配管9に取り付けられた
切替弁10によって仰角を有するノズル5を切り替える。
なお、循環ポンプ12は払出しポンプと、循環元管8は
払出し配管と兼用しても良い。また、液性状検出器18と
しては温度計等が採用できる。
さらに、仰角を有するノズルおよび配管の数量や構造
は、上記したものに限定されないものは勿論である。
(発明の効果) 本発明の低温タンクのロールオーバー防止装置は次の
ような優れた効果を奏する。
すなわち、低温タンクに液を受入れる場合、本ロール
オーバー防止装置により液をジェット状に上向きに噴出
させて自由界面まで到達させることができるので、数少
ないノズルでタンク内の貯蔵液全体を均一に混合するこ
とができ、層状化の防止ができる。また、低温タンク内
に液を貯蔵している間に層状化が発見された場合にも、
本ロールオーバー防止装置を使用して液を循環させるこ
とにより液をジェット状に上向きに噴出させて自由界面
まで到達させることができるので、タンク内の貯蔵液全
体を均一に混合することができ、層状化を消滅させるこ
とができる。このように、層状化の防止および層状化の
消滅によりロールオーバーを防止することができる。
また、本ロールオーバー防止装置では、受入れ時のノ
ズルの切り替えは液面検出器の検出値により、また貯蔵
時のノズルの切り替えは液性状検出器の検出値により簡
単かつ確実に操作できるので、信頼性が高くかつメンテ
ナンスもほとんど不要である。
さらに、既設の底部受入れノズルしかない低温タンク
についても、本ロールオーバー防止装置を追加改造する
ことにより簡単に効果的なロールオーバー防止が行え
る。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は地上式および地下式の低温タンク
における本発明の実施例について液受入れ状態を示す縦
断面図、第3図および第4図は地上式および地下式の低
温タンクにおける本発明の実施例について液貯蔵時に層
状化が発見された場合の液循環状態を示す縦断面図、第
5図はタンク内の比重分布の実験結果を示す図、第6図
は低温タンクにおける層状化状態を示す縦断面図、第7
図および第8図は従来の低温タンクのロールオーバー防
止装置の縦断面図である。 1……低温タンク、2……液、3……上層、4……下
層、5……仰角を有するノズル、6……受入れ元管、7
……受入れ配管、8……循環元管、9……循環配管、10
……切替弁、11……噴流の軌跡、12……循環ポンプ、13
……供給ポンプ、14……横向きノズル、15……流量調節
装置、16……制御装置、17……液面検出器、18……液性
状検出器、19、20……センサー、21、22……信号ケーブ
ル、23……リング管、24……吹き出し孔。
フロントページの続き (72)発明者 神田 操 福岡県北九州市戸畑区大字中原46―59 新日本製鐵株式会社機械・プラント事業 部内 (72)発明者 村田 光也 福岡県北九州市戸畑区大字中原46―59 新日本製鐵株式会社機械・プラント事業 部内 (56)参考文献 特開 昭61−52500(JP,A) 実開 昭59−123798(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低温タンクの内部に液面検出器と高さ方向
    の貯蔵液の液性状検出器とを備え、低温タンクの受入れ
    元管から分岐した受入れ配管のそれぞれに切替弁を有
    し、最低部の受入れ配管を低温タンクの底部からH1の高
    さに配設し、その上の受入れ配管を低温タンクの底部か
    ら下記(I)、(II)式で求められるHnの高さに複数段
    取り付け、底部の受入れ配管の先端に45゜の仰角を有す
    るノズルを接続し、残りの受入れ配管の先端に60゜の仰
    角を有するノズルをそれぞれ接続し、また低温タンクの
    循環元管に循環用ポンプを設置し、循環元管から分岐し
    た循環配管のそれぞれに切替弁を有し、最低部の循環配
    管を低温タンクの底部からH1の高さに配設し、その上の
    循環配管を低温タンクの底部から下記(I)、(II)式
    で求められるHnの高さに複数段取り付け、底部の循環配
    管の先端に45゜の仰角を有するノズルを接続し、残りの
    循環配管の先端に60゜の仰角を有するノズルをそれぞれ
    接続したことを特徴とする低温タンクのロールオーバー
    防止装置。 n≧3のとき ここで、Hn:タンクの底部からn番目の配管の高さ ρ :タンク内に残っている液の比重 Δρ:受入れ液とタンク内に残っている液の比重差 V :受入れ流速 D :仰角を有するノズルの径
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