JP4491304B2 - 浮屋根式タンクの制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、タンク本体と、当該タンク本体に貯留した貯留物の表面に位置する浮屋根との間に形成する浮屋根式タンクの制振構造に関する。

原油等の貯蔵用タンクとして、浮屋根式タンクが広く使用されている。浮屋根式タンクは、容量が数千キロリットルから数十万キロリットルまで種々のサイズのものがある。これら浮屋根式タンクは、貯留物が外気と接触するのを防止しつつ、貯留物の液面の変化にスムーズに追従して昇降する必要がある。このため、浮屋根式タンクでは、浮屋根とタンク内壁との間を如何なる構造にするかが、とりわけ重要となる。

浮屋根式タンクの浮屋根は、金属板からなるシングルデッキ、当該シングルデッキの周囲に連設された浮力を発生させるポンツーン等から構成される。また、ポンツーンの外周縁とタンク内壁との間には、２００〜３００ｍｍ程度のリムスペースと呼ばれる隙間が存在する。従来の浮屋根式タンクでは、このリムスペースを密封するべく、可撓性があり且つタンク内壁に密着可能なシール装置が設けられていた（例えば、特許文献１参照。）。そして、このようなシール装置の例としては、ウレタンフォーム等のフォームシールがあった（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２のフォームシールは、ウレタンフォームの伸縮によってタンク内壁と浮屋根外周縁との間のリムスペースに隙間が生じることを防止するものである。

特開平１１−１２４１９３号公報（第１図） 特開平１１−３２１９７９号公報（第１図）

ところで、浮屋根式タンクが地震等に遭遇すると、タンク貯留物の液面が波打つスロッシングが起こる。このスロッシングに伴い、浮屋根は上下方向および水平方向に変位する。スロッシングが発生した場合、上述の特許文献１や特許文献２の浮屋根式タンクでは、液面の変位を十分に制動することができなかった。これは、ポンツーンの外周縁にフォームシールを設けた構成の浮屋根式タンクでは、フォームシールは静的な状況下での貯留物の流出を防止するために圧縮して挿入されており、浮屋根式タンク内壁と常時接触させて密閉構造を維持させているが、浮屋根とタンク内壁の地震などによる非常時の大きな動的挙動を制動することは考慮されていないことによるものである。このため、従来の浮屋根式タンクでは、スロッシングが発生すると、リムスペースから大量の貯留物が漏出するおそれがあった。そして、その貯留物がナフサ等の揮発性の危険物である場合では、浮屋根とタンク内壁との接触によって火花や静電気し、貯留物に引火して火災事故につながる危険性もあった。

従って、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、常時は、タンク内部の貯留物が外気と接触することを防止して貯留物の貯留効果を発揮し、地震等の非常時においては、タンク内の液面のスロッシングを抑制して貯留物が大量に漏出することを防止する浮屋根式タンクの制振構造を提供することにある。

本発明に係る浮屋根式タンクの制振構造の特徴構成は、タンク本体と、当該タンク本体に貯留した貯留物の表面に位置する浮屋根との間に形成する浮屋根式タンクの制振構造であって、前記タンク本体の内壁と当接して、前記貯留物を外気から遮断するシール部と、圧縮弾性と戻り弾性とが異なり、圧縮変形に比べて戻り変形し難い減衰特性を有する部材で構成すると共に、常時は前記内壁と離間しており、前記貯留物の表面が変位する際は前記タンク本体の内壁と当接して変形し、前記圧縮変形と前記戻り変形とによって前記浮屋根の上下動を抑制する制動部とを、前記浮屋根の周囲に設けた点にある。

本構成の浮屋根式タンクの制振構造においては、常時は、シール部によってタンク内部の貯留物が外気と接触するのを防止して貯留物の貯留効果を発揮する。
一方、地震等の非常時であって貯留物の表面が変位する際には浮屋根も変位する。このとき浮屋根は水平方向にも変位する。そこで、本構成のように内壁と当接変形し、圧縮変形と戻り変形とによって浮屋根の上下動を抑制する制動部を設けることで、貯留物表面の上下動を制動し、貯留物の動きが増大するのを阻止して、貯留物の漏れと浮屋根の損傷とを防止することができる。
特に、前記制動部は圧縮変形に比べて戻り変形し難い減衰特性を有する部材で構成してあるから、浮屋根がタンク本体の内壁に当接した際に、制動部が衝突と同じ速度で跳ね返されることがない。つまり、内壁に当接した後、しばらくは、その当接状態を維持するので、制動効果の発生時間を長期化することができ、貯留物表面の上下動を効果的に制動することができる。

本発明の浮屋根式タンクの制振構造では、前記制動部を、中空構造を有する部材で構成することも可能である。

本構成の浮屋根式タンクの制振構造においては、前記制動部が前記内壁との当接に際して変形し、当接が確実に行われる。当該制動部を中空構造にすることで変形能力が高まり、浮屋根が水平方向に移動する際の移動距離、および浮屋根とタンク内壁との接触時間を大きく取ることができる。つまり、制動部は内壁に対して衝撃的に当接するのではなく、中空構造を変形させながら時間をかけて緩やかに当接するので、衝撃を吸収しながら抵抗力を高めていくことができる。この結果、制動部は内壁と確実に当接しながら、浮屋根の上下動を抑制することができる。

本発明の浮屋根式タンクの制振構造では、前記シール部と前記制動部とを一体に形成することも可能である。

本構成の浮屋根式タンクの制振構造においては、常時の貯留物のシール効果を有するシール部と、浮屋根の制動効果を有する制動部とを一つの部材で構成することで、構造が簡略化され、メンテナンス等を容易にすることができる。

本発明の浮屋根式タンクの制振構造では、前記シール部に対して前記制動部を上方に形成することが好ましい。

本構成の浮屋根式タンクの制振構造においては、制動部を貯留物よりも上方に位置させることで、常時は、制動部が貯留物と接触しない構成とし、貯留物による制動部の変質を防止することができる。

本発明の浮屋根式タンクの制振構造では、複数の前記制動部を前記浮屋根の外周面に互いに高さを異ならせて設けることも可能である。

本構成の浮屋根式タンクの制振構造においては、制動部を複数設けることで、浮屋根の動作に際して内壁と浮屋根との角度が変化しても、内壁に対して何れかの制動部が当接するから、制動効果を確実に発揮させることができる。
また、浮屋根とタンク内壁との間に作用する力を複数の制動部に分担させることで、制動部が過度に変形することを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施の形態および図面に記載される構成に限定されるものではない。

図１は、本発明の浮屋根式タンクの制振構造１００を採用したタンク本体５０の一部切欠斜視図である。浮屋根式タンクの制振構造１００は、タンク本体５０と、当該タンク本体５０に貯留した貯留物Ａの表面に位置する浮屋根１０との間に形成される。本発明では、シール部１と、制動部２とを浮屋根１０の周囲に設けている。浮屋根１０については、従来と同様、金属板からなるシングルデッキ３、および当該シングルデッキ３の周囲に連設された浮力を発生させるポンツーン４を備えており、ポンツーン４の外周縁からタンク内壁５１にかけては、タンク本体５０内への雨水等の進入を防ぐウェザーシールド６が設けられている。以下、浮屋根式タンクの制振構造１００の主要な構成要素について、図２を参照して説明する。

図２は、本発明の浮屋根式タンクの制振構造１００の要部断面図である。シール部１は、例えば、先端程薄くなるように形成されたリング形状の可撓性膜であり、その基部がポンツーン４にボルト止めされ、先端部はタンク内壁５１に当接している。このため、シール部１の先端部は、貯留物の液面の変動に従ってタンク内壁５１に対して摺動する。このように、シール部１は、タンク本体５０のタンク内壁５１と当接して、貯留物Ａを外気から遮断するように機能する。なお、シール部１は、貯留物Ａと接触するため、例えば、塩素含有ポリオレフィン系ゴム、フッ素含有ポリオレフィン系ゴム等の耐油性、耐薬品性の材料で作製される。

制動部２は、圧縮弾性と戻り弾性とが異なる部材で構成される。これについて、図３を参照して説明する。図３は、本発明の浮屋根式タンクの制振構造１００に使用する制動部２の荷重−変位特性を示すグラフである。制動部２に圧縮力を付与すると、図３中の曲線Ｐに示されるように変位に伴って受ける荷重が増大する。次に、制動部２への圧縮力の付与を中止すると、図３中の曲線Ｑで示されるように制動部２は元の状態に戻るように変形し、それに伴って受ける荷重が減少する。このように、圧縮変形を付与する際の曲線Ｐと、圧縮変形を除去する際の曲線Ｑとの間にはヒステリシスが生じる。本発明に係る浮屋根式タンクの制振構造の制動部では、このように圧縮変形に比べて戻り変形しにくい減衰特性を有する部材を用いているため、浮屋根の移動に際して浮屋根からタンク本体に作用する外力の一部を吸収することが可能であり、浮屋根およびタンク本体が衝突の衝撃によって損傷することを有効に防止することができる。

実際の浮屋根式タンクの制振構造に用いる制動部２は、常時はタンク内壁５１と離間しているが、地震等の非常時においては浮屋根が水平移動することによりタンク本体５０のタンク内壁５１と当接して変形する。上述のように、制動部２を圧縮変形に比べて戻り変形し難い減衰特性を有する部材で構成すると、浮屋根１０がタンク本体５０のタンク内壁５１に当接した際に、制動部２が衝突と同じ速度で跳ね返されることがない。つまり、制動部２がタンク内壁５１に当接した後、しばらくは、その当接状態を維持するので、制動効果の発生時間を長期化することができる。これにより、制動部２とタンク内壁５１との間で抵抗力が生じるため、浮屋根１０の上下動が増大することを阻止することができる。このように本発明の制動部２は、貯留物Ａの表面が変位する際の上下動を有効に制動し、貯留物Ａの動きを静めて貯留物の漏れを防止することができる。

制動部２は、中空構造を有する部材で構成することが好ましい。このような構成であれば、制動部２はタンク内壁５１との当接に際して容易に変形し、当接が確実に行われる。そして、中空構造であれば変形能力が高いので、浮屋根１０が水平方向に移動する際の移動距離、および浮屋根１０とタンク内壁５１との接触時間を大きく取ることができる。つまり、タンク内壁５１に対して衝撃的に当接するのではなく、中空構造を変形させながら時間をかけて緩やかに当接するので、衝撃を吸収しながら抵抗力を高めていくことができる。この結果、制動部２はタンク内壁５１と確実に当接しながら、浮屋根１０の上下動を抑制することができる。

シール部１および制動部２は、図２では別々の部材で構成してあるが、図４のように、シール部１と制動部２とを一体に形成することも可能である。このように、常時の貯留物のシール効果を有するシール部１と、浮屋根１０の制動効果を有する制動部２とを一つの部材で構成することで、構造が簡略化され、メンテナンス等を容易にすることができる。

また、シール部１に対して制動部２を上方に形成することが好ましい。制動部２を貯留物Ａよりも上方に位置させることで、常時は、制動部２が貯留物Ａと接触しない構成とし、貯留物Ａによる制動部２の変質を防止することができるからである。

また、制動部２は少なくとも１つ設ければよいが、図２または図４のように、複数の制動部２を浮屋根１０の外周面に互いに高さを異ならせて設けることが好ましい。制動部２を複数設けることで、浮屋根１０の動作に際してタンク内壁５１と浮屋根１０との角度が変化しても、タンク内壁５１に対して何れかの制動部２が当接するから、制動効果を確実に発揮させることができる。

そして、浮屋根１０とタンク内壁５１との間に作用する力を複数の制動部２に分担させることで、制動部２が過度に変形することを防止することができる。制動部２が良好に抵抗力を発揮するためには、制動部２の変形がある範囲内で留まっていることが好ましい。それぞれの制動部２に作用する外力を所定の範囲に設定することで、制動部２の変形量が適切な範囲に保たれ、全体として最大の抵抗力を発揮させることができる。

＜実施例＞
次に、本発明の浮屋根式タンクの制振構造１００を実施例に基づいて説明する。本実施例では、実際の浮屋根式タンクの１／１００スケールのモデルを使用し、以下のような条件で模擬実験を行った。

≪実験条件≫
タンクモデルとして透明塩化ビニル製タンク（タンク内径６００ｍｍ、水深２０ｃｍ）、浮屋根モデルとして透明塩化ビニル製円板（直径５９０ｍｍ）を使用した。模擬実験において実際に使用したタンクモデルを図５（ａ）に示す。また、浮屋根モデルには、図５（ｂ）のように加速度センサと歪ゲージとを取り付け、さらに、本発明の制振構造に該当するバッファモデルとしてＰ型ゴムパッキン（バネ定数０．９Ｎ／ｍｍ／ｃｍ）を、浮屋根モデルの外縁部に以下の条件で適宜取り付けた。
（１）バッファモデルなし
（２）浮屋根モデルの全周
（３）浮屋根モデルの半周（８箇所に分けて取り付け）

参考として、浮屋根モデルにバッファモデルを取り付けたもの（上記の（２）および（３））、および実物の制振構造について、浮屋根の吸収エネルギーおよび運動エネルギーを計算した。下記の表１に計算結果を示す。

上記の浮屋根式タンクモデルを電気油圧サーボ式試験機の上に載置し、種々の起振条件の下、（１）スロッシング挙動、および（２）浮屋根モデルの歪を計測し検討を行った。ここで、起振条件を下記の表２に示す。

≪実験結果≫
（１）スロッシング挙動について
上記起振条件１〜４で浮屋根タンクモデルに正弦波を付与したとき、水面に現れるスロッシングに起因する加速度応答波形を計測し、これを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して波形スペクトルを得た。一例として、図６に、起振条件１における加速度応答波形、および高速フーリエ変換による波形スペクトルを示す。

図６から分かるように、波形スペクトルは１次スペクトルから５次スペクトルまで得られたが、これらのうち液面のスロッシングは、１次スペクトル（タンク周壁部分の液面の変位に相当）および２次スペクトル（浮屋根の変形によるタンク周壁部分の液面とタンク中央部の液面との差に相当）が支配的であると考えられる。

そこで、これら１次スペクトルおよび２次スペクトルについて、浮屋根のバッファモデル取付態様の相違による応答加速度の変化を比較検討した。図７および図８に、起振条件１〜４におけるスロッシング１次スペクトルおよびスロッシング２次スペクトルの比較検討結果を示す。

スロッシング１次スペクトルおよびスロッシング２次スペクトルのいずれも、バッファモデルを取り付けると応答加速度は大幅に減少した。特に、スロッシング１次スペクトルでは、浮屋根の外縁全周にバッファモデルを取り付けると、取り付けない場合、および外縁半周に取り付けた場合に比べて大幅に応答加速度を減少させることができることが分かった。この結果より、実物の浮屋根についても本発明の制振構造を設置することにより、地震時等に発生する液面のスロッシングを大きく低減することができるものと推測される。

（２）浮屋根の歪について
上記起振条件１で水面にスロッシングを発生させ、このとき浮屋根モデルに生じる歪（Δμε）を計測した。計測結果を図９に示す。

図９から分かるように、浮屋根にバッファモデルを取り付けると、取り付けない場合よりも歪が大きくなり、全周にバッファモデルを取り付けるとさらに歪が大きくなった。これは、バッファモデルがタンク内壁と当接して変形し、効果的に抵抗力を発揮しているため、浮屋根の歪が大きくなっているものと考えられる。この結果より、実物の浮屋根についても本発明の制振構造を設置することにより、スロッシング発生時には当該制振構造がタンク内壁に対して十分な抵抗力を発揮するように当接し、これによる制動効果によって貯留物の液面の上下動を効果的に抑制することができるものと推測される。

本発明の浮屋根式タンクの制振構造を採用したタンク本体の一部切欠斜視図 本発明の浮屋根式タンクの制振構造の要部断面図 本発明の浮屋根式タンクの制振構造に使用する制動部の荷重−変位特性を示す図 本発明の浮屋根式タンクの制振構造の他の実施形態の要部断面図 模擬実験において使用した（ａ）タンクモデル、および（ｂ）浮屋根モデル 起振条件１における加速度応答波形、および高速フーリエ変換による波形スペクトルの図 起振条件１〜４におけるスロッシング１次スペクトルの比較検討結果の図 起振条件１〜４におけるスロッシング２次スペクトルの比較検討結果の図 浮屋根モデルに生じる歪の計測結果の図

符号の説明

１ シール部
２ 制動部
３ シングルデッキ
４ ポンツーン
６ ウェザーシールド
１０ 浮屋根
５０ タンク本体
１００ 浮屋根タンクの制振構造

Claims (5)

1. タンク本体と、当該タンク本体に貯留した貯留物の表面に位置する浮屋根との間に形成する浮屋根式タンクの制振構造であって、
   前記タンク本体の内壁と当接して、前記貯留物を外気から遮断するシール部と、
   圧縮弾性と戻り弾性とが異なり、圧縮変形に比べて戻り変形し難い減衰特性を有する部材で構成すると共に、常時は前記内壁と離間しており、前記貯留物の表面が変位する際は前記タンク本体の内壁と当接して変形し、前記圧縮変形と前記戻り変形とによって前記浮屋根の上下動を抑制する制動部とを、前記浮屋根の周囲に設けた浮屋根式タンクの制振構造。
2. 前記制動部を、中空構造を有する部材で構成してある請求項１に記載の浮屋根式タンクの制振構造。
3. 前記シール部と前記制動部とを一体に形成してある請求項１または２に記載の浮屋根式タンクの制振構造。
4. 前記シール部に対して前記制動部を上方に形成してある請求項３に記載の浮屋根式タンクの制振構造。
5. 複数の前記制動部を前記浮屋根の外周面に互いに高さを異ならせて設けてある請求項１または２に記載の浮屋根式タンクの制振構造。