JP5155471B1 - 液化ガス漏洩検知方法および液化ガス漏洩検知装置 - Google Patents

液化ガス漏洩検知方法および液化ガス漏洩検知装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 液化ガスが流れる伝熱管を熱媒に浸らせた構成の気化器において漏洩するガスを収集して検知するのに適した方法および装置を提供する。
【解決手段】 本発明の液化ガス漏洩検知装置X1は、熱媒を供給するための熱媒導入口13a、および熱媒を導出するための熱媒導出口14aを有し、熱媒が収容される気化器1と、気化器1の内部を通り、液化ガスを流すための伝熱管16と、伝熱管16から漏洩したガスを気化器1の内部上方空間から気化器1の外部に導出するためのガス導出手段2と、気化器1の外部に導出されたガスを検知するためのガス検知手段4と、を備え、熱媒導出口14aは、熱媒導入口13aおよび伝熱管16よりも上位に位置しており、熱媒導入口13aは、気化器1の外周壁の周方向に沿う方向に熱媒を噴射する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、液化天然ガス(LNG)や液化石油ガス(LPG)などの液化したガスを蒸発気化させる気化器において漏洩するガスを収集して検知する方法、および当該ガスを検知する装置に関する。
液化天然ガス(LNG)や液化石油ガス(LPG)などの燃料ガスを液状でタンクに蓄え、気化器などで蒸発気化させてガス状にして供給することは各産業分野で重要な工業的手法として用いられている。LNGは−160℃以下で、LPGは−40℃以下の低温で貯蔵されており、これら液化ガスは、気化器において加熱されてガス状にしたうえで需要者に供給される。
気化器の加熱源としては、ガスの物性に応じて様々なものを使用することができ、例えば、雰囲気空気あるいは温水などの液体(熱媒)が使用される。加熱源として熱媒を利用する場合、例えば、液化ガスを流すための伝熱管を密封状の気化器の内部に通すとともに、当該気化器の内部に熱媒を収容し、気化器内の伝熱管を熱媒に浸した状態において所定温度の熱媒が導入されるとともに、伝熱管内を流れる液化ガスとの熱交換により降温した熱媒が気化器から導出される。
天然ガスや石油ガスなどの燃料ガスは、ガス状態で外部に漏洩して雰囲気空気と混合すると、爆発等を起こす危険がある。具体的には、天然ガス(メタン)の場合は約5.0%の濃度で、石油ガス(プロパン)の場合は2.1%の濃度まで達すると爆発・燃焼を起こす危険性がある。したがって、気化器において気化した燃焼ガスが万が一漏洩した場合には、当該ガスの漏洩を迅速かつ的確に検知して、対策を講じることが求められる。加熱源として熱媒を利用する気化器の場合には、伝熱管の損傷等によって当該伝熱管から燃料ガスが漏洩して気化器内の熱媒中に放散することが起こり得る。このような場合であっても伝熱管から燃料ガスが漏洩していることを検知することが求められる。
液体と気体(ガス)の混合物からガスを分離する技術として、気液分離装置が知られている。特開平8−187403号公報(特許文献1)に気液分離装置の一例が開示されている。特許文献1に開示された気液分離装置は、遠心形分離器と重力形分離器を組み合わせることによって気液分離性能が高められている。特許文献1の気液分離装置においては、気液混相流を遠心形分離器と重力形分離器とに2段階で通流させているので、構造が複雑にならざるをえなかった。また、気液分離装置は気液混相流からガスを分離するために用いられるところ、上記したように気化器において伝熱管から漏洩して熱媒中に放散したガスを分離して収集するには、従来の気液分離装置のような構造は適していなかった。
特開平8−187403号公報
本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、液化ガスが流れる伝熱管を熱媒に浸らせた構成の気化器において漏洩するガスを収集して検知するのに適した方法を提供することをその主たる目的とする。
本発明の第1の側面によって提供される液化ガス漏洩検知方法は、液化ガスを熱媒で加熱して気化させる気化器内において漏洩した液化ガスを検知する方法であって、気化器の内部を通る伝熱管に液化ガスを流しつつ、当該液化ガスを上記気化器の内部に収容された熱媒によって加熱し、上記気化器の内部に熱媒を供給するための熱媒導入口を通じて上記気化器内に熱媒を導入し、上記熱媒導入口および上記伝熱管よりも上位にある熱媒導出口を通じて上記気化器内の熱媒を上記気化器の外部に導出し、上記伝熱管から漏洩したガスを上記気化器の内部上方空間から当該気化器の外部に導出し、上記気化器の外部に導出されたガスを検知する、各ステップを備え、上記気化器内に熱媒を導入するステップにおいては、上記熱媒導入口から上記気化器の外周壁の周方向に沿う方向に熱媒を噴射させる。
好ましくは、上記熱媒導出口から上記伝熱管の最上位までの深さをD(cm)、上記気化器内の上記伝熱管の最上位から上記熱媒導出口までの領域における熱媒の滞留時間をT(秒)とした場合に、D/20<Tの関係が成立するようにDとTを決定する。
すなわち、上記気化器内における熱媒の上昇速度が、20cm/秒より遅くなるようにDとTを決定する。
好ましくは、上記気化器の上部には、ガスを排出するためのフロート式排気弁が設けられており、上記伝熱管から漏洩したガスを上記気化器の外部に導出するステップにおいては、上記気化器の内部上方空間にあるガスを上記フロート式排気弁を介して上記気化器の外部に導出する。
好ましくは、上記気化器の外部に導出されたガスを検知するステップの前に、当該導出されたガスに含まれる水分を除去するステップをさらに備える。
本発明の第2の側面によって提供される液化ガス漏洩検知方法は、液化ガスを熱媒で加熱して気化させる気化器内において漏洩した液化ガスを検知する方法であって、気化器の内部を通る伝熱管に液化ガスを流しつつ、当該液化ガスを上記気化器の内部に収容された熱媒によって加熱し、上記気化器の内部に熱媒を供給するための第1の熱媒導入口を通じて上記気化器内に熱媒を導入し、上記第1の熱媒導入部および上記伝熱管よりも上位にある第1の熱媒導出口を通じて気化器内の熱媒を上記気化器の外部に導出し、上記第1の熱媒導出口を経た熱媒を気液分離槽の内部に供給するための第2の熱媒導入口を通じて当該気液分離槽内に導入し、上記第2の熱媒導入口よりも上位にある第2の熱媒導出口を通じて上記気液分離槽内の熱媒を上記気液分離槽の外部に導出し、上記伝熱管から漏洩したガスを熱媒とともに上記第1の熱媒導出口を通じて導出し、上記第1の熱媒導出口を経たガスを熱媒とともに上記第2の熱媒導入口を通じて上記気液分離槽内に導入し、上記気液分離槽内のガスを当該気液分離槽の内部上方空間から当該気液分離槽の外部に導出し、上記気液分離槽の外部に導出されたガスを検知する、各ステップを備え、上記気液分離槽内に熱媒を導入するステップにおいては、上記第2の熱媒導入口から上記気液分離槽の外周壁の周方向に沿う方向に熱媒を噴射させる。
好ましくは、上記第2の熱媒導出口から上記第2の熱媒導入口までの深さをD(cm)、上記気液分離槽内の上記第2の熱媒導入口から上記第2の熱媒導出口までの領域における熱媒の滞留時間をT(秒)とした場合に、D/20<Tの関係が成立するようにDとTを決定する。
すなわち、上記気液分離槽内における熱媒の上昇速度が、20cm/秒より遅くなるようにDとTを決定する。
好ましくは、上記気液分離槽の上部には、ガスを排出するためのフロート式排気弁が設けられており、上記気液分離槽内のガスを上記気液分離槽の外部に導出するステップにおいては、上記気液分離槽の内部上方空間にあるガスを上記フロート式排気弁を介して上記気液分離槽の外部に導出する。
好ましくは、上記気液分離槽の外部に導出されたガスを検知するステップの前に、当該導出されたガスに含まれる水分を除去するステップをさらに備える。
本発明の第3の側面によって提供される液化ガス漏洩検知装置は、液化ガスを熱媒で加熱して気化させる気化器内において漏洩した液化ガスを検知するための装置であって、熱媒を供給するための熱媒導入口、および熱媒を導出するための熱媒導出口を有し、熱媒が収容される気化器と、上記気化器の内部を通り、液化ガスを流すための伝熱管と、上記伝熱管から漏洩したガスを上記気化器の内部上方空間から当該気化器の外部に導出するためのガス導出手段と、上記気化器の外部に導出されたガスを検知するためのガス検知手段と、を備え、上記熱媒導出口は、上記熱媒導入口および上記伝熱管よりも上位に位置しており、上記熱媒導入口は、上記気化器の外周壁の周方向に沿う方向に熱媒を噴射する。本装置によると、本発明の第1の側面に係る液化ガス漏洩検知方法を適切に実行することができる。
好ましくは、上記ガス導出手段は、上記気化器の上部に設けられ、ガスを排出するためのフロート式排気弁を含む。
好ましくは、上記気化器と上記ガス検知手段との間には、上記気化器の外部に導出されたガスに含まれる水分を除去するためのドレン排出手段が設けられている。
好ましくは、上記伝熱管は、上記気化器の下部から上部に延びて再び折り返すように延びるスパイラル状とされている。
本発明の第4の側面によって提供される液化ガス漏洩検知装置は、液化ガスを熱媒で加熱して気化させる気化器内において漏洩した液化ガスを検知するための装置であって、熱媒を供給するための第1の熱媒導入口、および熱媒を導出するための第1の熱媒導出口を有し、熱媒が収容される気化器と、上記気化器の内部を通り、液化ガスを流すための伝熱管と、上記第1の熱媒導出管から導出された熱媒を供給するための第2の熱媒導入口、および熱媒を導出するための第2の熱媒導出口を有し、熱媒が収容される気液分離槽と、上記伝熱管から漏洩したガスを上記気液分離槽の内部上方空間から当該気液分離槽の外部に導出するためのガス導出手段と、上記気液分離槽の外部に導出されたガスを検知するためのガス検知手段と、を備え、上記第2の熱媒導出口は、上記第2の熱媒導入口よりも上位に位置しており、上記第2の熱媒導入口は、上記気液分離槽の外周壁の周方向に沿う方向に熱媒を噴射する。本装置によると、本発明の第2の側面に係る液化ガス漏洩検知方法を適切に実行することができる。
好ましくは、上記ガス導出手段は、上記気液分離槽の上部に設けられ、ガスを排出するためのフロート式排気弁を含む。
好ましくは、上記気液分離槽と上記ガス検知手段との間には、上記気化器の外部に導出されたガスに含まれる水分を除去するためのドレン排出手段が設けられている。
好ましくは、上記伝熱管は、上記気化器の下部から上部に延びて再び折り返すように延びるスパイラル状とされている。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明の第1実施形態に係る液化ガス漏洩検知装置の概略構成を示す部分縦断面図である。 気化器の概略構成を示す部分横断面図である。 フロート式排気弁の概略構成を示す部分縦断面図である。 ドレンポットを示す概略斜視図である。 本発明の第2実施形態に係る液化ガス漏洩検知装置の概略構成を示す部分縦断面図である。
図1〜図4は、本発明の第1の実施形態に係る液化ガス漏洩検知装置を示している。図1および図2に示すように、本実施形態の液化ガス漏洩検知装置X1は、気化器1と、リークガス導出管2と、ドレンポット3と、ガス検知器4とを備えて構成されており、本発明の第1の側面に係る液化ガス漏洩検知方法を実行するのに使用することができるものである。
気化器1は、底板11と、本体ハウジング12と、熱媒導入管13と、熱媒導出管14と、熱媒ドレン管15とを備え、底板11および本体ハウジング12が一体に組み合わされることにより密閉容器とされている。気化器1には、その内部に通された伝熱管16が設けられている。また、気化器1の上部にはフロート式排気弁5が設けられており、このフロート式排気弁5にリークガス導出管2が接続されている。なお、図1および図4において、本体ハウジング12、熱媒導入管13、熱媒導出管14、熱媒ドレン管15、伝熱管16、リークガス導出管2などの肉厚は簡略化のために図示を省略している。また、以下においては、気化される液化ガスが液化天然ガス(LNG)であり、加熱媒体(熱媒)が温水であるものとして説明を進める場合もあるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
底板11は、例えばステンレス鋼製であり、伝熱管16等を貫通させるための貫通孔と、複数のボルト孔11aと、を有している。底板11は、LNGサテライトの足場板を兼ねるものであってもよい。
本体ハウジング12は、例えばステンレス鋼製であり、下端部は開口しており、上端部は部分球面状又は曲面状の天井壁12aにて閉鎖されている。従って、本体ハウジング12は略釣鐘状の形態を有している。本体ハウジング12の開口下端部の外周には円環状のフランジ12bが一体形成されており、当該フランジ12bには底板11のボルト孔11aに対応するボルト孔12cが設けられている。本体ハウジング12と底板11とは、それぞれのボルト孔11a,12cに挿入されるボルト(図示せず)によって相互に密封状態にて固定されている。従って、図外のボルトを外すことにより、本体ハウジング12は底板11から容易に取り外すことができ、内部構造を容易に目視により検査することができる。本実施形態においては、底板11と本体ハウジング12とで温水などの熱媒を収容するための密閉容器が規定されており、本体ハウジング12の内部は熱媒で満たされている。なお、図示してはいないが、本体ハウジング12のフランジ12bと底板11との間には適宜のシール材が介装されており、密封状態が保たれるようになっている。本体ハウジング12の寸法の一例を挙げると、外周壁の内径が120cm程度であり、下端から天井壁12aまでの高さが220cm程度である。
図1に示すように、伝熱管16は、シールされた状態にて底板11を貫通して本体ハウジング12(気化器1)の内部に引き込まれ、スパイラル状に上方に延びた後、下方に折り返して底板11を貫通して気化器1の外部に導出される。この結果、伝熱管16が温度変化により伸び縮みしても、スパイラル状に延びる部分により充分に吸収することができ、底板11に対する接続部分に応力が伝達され難くなっている。
図示の実施形態においては、伝熱管16は、その上流側から下流側に延びるに従って段階的に直径が大きくなっており、上流側の小径部16aと、この小径部16aから折り返しの頂部まで延びる中径部16bと、この中径部16bから底板11に向けて延びる大径部16cと、を含んでいる。伝熱管16の小径部16aは、その上流端において、例えばLNG貯蔵タンクから延びる配管に接続されている。一方、伝熱管16の大径部16cは、その下流端において、例えば天然ガス利用サイトにつながる配管に接続されている。ただし、伝熱管16については、その直径が小径部16a、中径部16b、大径部16cへと段階的に順次大きくなる構成に限定されるものではなく、例えば伝熱管16のすべてが同径であってもよい。本発明において、伝熱管の具体的形状や各部の寸法は種々に変更である。
図1および図2に示すように、熱媒導入管13は、例えばステンレス鋼管からなり、図示されていない熱媒供給源(温水供給源)から延びる配管に接続されているとともに、底板11を貫通して上方に延びている。熱媒導入管13の上端は、本体ハウジング12の外周壁の下部にてその内部に開口している。熱媒導入管13の上端開口13a(熱媒導入口)は、本体ハウジング12の外周壁の直径方向に交差する方向に向いており、より詳細には、本体ハウジング12の外周壁の周方向に沿う方向に向いている。これにより、熱媒導入管13を介して本体ハウジング12の内部に導入された熱媒が渦流として上昇するようになっている。熱媒としては、温水、エタノールまたはエチレングリコールなどの液体を使用できるが、コストと取り扱いの容易性を考慮すると温水を用いるのが好ましい。
熱媒導出管14は、例えばステンレス鋼管からなり、シールされた状態にて底板11を貫通して延びている。熱媒導出管14の上端は、上方を向いて開口しており、熱媒導入管13の上端開口13aおよび伝熱管16よりも上位にある。熱媒導出管14の上端開口14a(熱媒導出口)から伝熱管16の上端までの深さDは、例えば23cm程度とされる。熱媒導出管14の上端開口14aは、本体ハウジング12の天井壁12aから少し下がった位置にあり、熱媒導入管13から熱媒が順次供給されることによりこの供給量と同量の熱媒を外部に排出する。熱媒導出管14を介して排出された熱媒は、図外の再加熱手段により再加熱され、再び図外の熱媒供給源に循環される。
熱媒ドレン管15は、本体ハウジング12を底板11から取り外して内部を保守点検する際に、当該点検に先立って内部の熱媒を排出するためのものである。熱媒ドレン管15は、底板11の貫通孔を介してシールされた状態にて本体ハウジング12の内部に連通している。熱媒ドレン管15は、例えばステンレス鋼管にて構成される。
フロート式排気弁5は、本体ハウジング12(気化器1)内のガスを外部に導出するためのものであり、天井壁12aの頂部に取り付けられている。図3に示すように、フロート式排気弁5は、例えば、熱媒中において浮上するフロート51と、フロート51の上部に固定されたレバー52と、レバー52の先端上部に設けられたディスク53と、通気孔54と、を備えて構成されている。本体ハウジング12の内部が熱媒によって満たされている場合、フロート51は熱媒によって浮上させられ、通気孔54はディスク53によって塞がれている。その一方、本体ハウジング12内にガスがある場合、当該ガスがフロート式排気弁5内に溜まることによって熱媒の液面が下がり、当該液面の降下にともなってフロート51が下がる。そして、フロート51が下降するとディスク53が通気孔54から離れ、本体ハウジング12内のガスが通気孔54を介してリークガス導出管2に導出される。なお、レバー52は、ばね弾性を有するものであってもよい。詳細は後述するが、例えば、伝熱管16に何らかの損傷がおこって液化ガス(液化天然ガス)が漏洩した場合、当該液化天然ガスは周囲の熱媒によって加熱されることにより気泡(主にメタンガス)となって上昇し、フロート式排気弁5を通じてリークガス導出管2に導出される。
ドレンポット3は、リークガス導出管2を通じて導出されたガスに含まれる水分を除去するためのものであり、リークガス導出管2の端部に接続されている。ドレンポット3は、図4に示すように、下端が開口した釣鐘状の筒体31の下部に金網32が張られた構成とされており、外部からの異物の混入が防止されている。伝熱管16から漏洩して気化したガスは、熱媒である温水中を通過しているので、水分を多く含んでいる。この水分を多く含むガスがリークガス導出管2を介してドレンポット3に導入されると、当該ガス中の水分が凝縮し、ドレン水が発生する。ドレン水はドレンポット3の下端開口を通じて落下し、水分が除去されたガスは、ドレンポット3の下端開口を通じて外部に放出される。気化される液化ガスが液化天然ガスである場合、気化した天然ガス(主にメタン)は、空気より軽いのでドレンポット3から放出された後に上昇する。したがって、気化される液化ガスが液化天然ガスである場合、ガス検知器4はドレンポット3の上方に設けられており、本実施形態ではこのような場合について示している。その一方、気化される液化ガスが液化石油ガスである場合、気化した石油ガス(主にプロパン)は空気より重いので放出後に降下する。したがって、気化される液化ガスが液化石油ガスである場合、ガス検知器をドレンポットの真横に設置するか、あるいはポンプ吸引により所定の位置に設置したガス検知器に石油ガスを導くのが好ましい。
ガス検知器4は、例えば接触燃焼式の検知原理を使用した検知方法で空気と混ざったメタンやプロパンなどの燃焼ガスを検知するものが採用される。ガス検知器4は、例えば燃焼ガスの爆発限界濃度を見込んだ濃度レベル(例えば爆発限界濃度の1/5〜1/4程度)に達したときに警報を鳴らす。具体的には、例えば爆発限界濃度が5.0体積%であるメタンの場合は1.0体積%の濃度に達したときに、爆発限界濃度が2.1体積%であるプロパンの場合には0.5体積%に達したときに、それぞれ警報を鳴らす。なお、ガス検知器4は、支柱6に固定されており、ドレンポット3の真上に配置されている。また、ガス検知器4の下方において、空気よりも軽いガスをガス検知器4に誘導するためのガイド筒61を設けてもよい。ガイド筒61は、例えば、上端がガス検知器4に近接または当接するとともに、下方に延びてドレンポット3全体を囲っている。
上記の気化器1を含んで構成された液化ガス漏洩検知装置X1において、気化器1を運転するに際しては、熱媒導入管13を介して本体ハウジング12に例えば+60℃程度の温水が供給されて、本体ハウジング12(気化器1)の内部を満たす。供給された温水は、本体ハウジング12の内部を上昇し、過剰となった温水は熱媒導出管14を介して外部に排出され、再加熱されたうえで熱媒供給源に循環される。ここで、熱媒導入管13を介して供給される温水の供給量は、例えば13〜65m3/hであり、熱媒導出管14を介して排出される温水の量は、供給量と同量の13〜65m3/hである。
本実施形態において、熱媒導入管13の上端開口13aは本体ハウジング12の外周壁の周方向に沿う方向に向いている。このため、熱媒導入管13を介して供給される温水は、上端開口13aから本体ハウジング12(気化器1)の外周壁の周方向に沿う方向に噴射される。このように噴射された温水は、気化器1の内部を渦流となって上昇する。ここで、渦流状となった温水が上昇する過程においては、本体ハウジング12(気化器1)の内部空間において均一化された状態で上昇する。すなわち、気化器1の内部を流れる温水は、部分的に速く上昇したり、あるいは遅く上昇することはない。
気化器1の内部における温水の上昇速度Uは、20cm/秒より遅い速度とされる。上記したように気化器1内にて温水は均一に上昇することから、温水の上昇速度Uは、温水の供給量を気化器1内部の水平断面積で除すことにより求めることができる。温水の供給量が上記した13m3/hである場合、本体ハウジング12(気化器1)の外周壁の内径が120cmであるので、温水の上昇速度Uは、13/(π/4×1.22)×100×(1/3600)によって求まり、約0.32cm/秒となる。また、温水の供給量が65m3/hである場合、温水の上昇速度Uは、65/(π/4×1.22)×100×(1/3600)によって求まり、約1.60cm/秒となる。なお、温水の上昇速度Uが上記範囲(20cm/秒より遅い速度)であることの意義については後述する。
一方、液化ガスであるLNGはスパイラル状に巻かれた伝熱管16内を一旦上昇し、次いで下降する間に熱媒である温水による加熱を受けて液体から気体に変化する。その過程で液体であるLNGは、0.3MPaGで−145℃のガスに変化していくと、その容積が約70倍に増加する。しかしながら、上述したように、伝熱管16の内径は段階的に増加しているので、流体の流れに対する抵抗が不当に上昇することはなく、LNGまたは気化したガスの最適な流速が確保される。気化された天然ガスは、伝熱管16の内部にて最終的には常温付近まで加熱され排出される。
伝熱管16に何らかの損傷が起こって、液化ガスである液化天然ガスまたは気化された天然ガスが漏洩すると、当該液化天然ガスまたは天然ガスは、周囲の温水によって加熱されて気化された状態で温水中に放散される。ここで、気化した天然ガスは、温水より比重が小さいので気泡となって浮上する。
気泡(天然ガス)の上昇速度は、20cm/秒以上であると考えられる。気泡上昇速度が20cm/秒以上であることは、水中に空気を噴出させたときに気泡が発生し、上昇する状態を測定した実験データ等に基づいて経験的に確認されている。ガスの密度は水の密度と比較して千分の一程度で非常に小さいので、水中内に噴出したガスは必ず気泡となって浮上する。ガスが空気の場合における水中での気泡上昇速度は、吹き込む空気量によって異なるが、約20cm/秒以上の速度で上昇する。また、吹き込む空気量が多くなると気泡径が大きくなり、気泡上昇速度も速くなることが確認されている。
なお、気泡上昇速度と気泡径との関係については、ストークスの法則によって求めることができる。温水中での天然ガス(メタン)の気泡上昇速度が20cm/秒である場合、その気泡径は約600μmである。具体的には、気泡上昇速度が20cm/秒のときの気泡径をストークスの法則を用いて算出すると、V=(G/18μ)×(ρw―ρg)×d2となり、Gは重力加速度980cm/秒2、Vは気泡上昇速度(cm/秒)、μは水の絶対粘度0.01g/cm・秒、ρwは水の密度1.0g/cm3、ρgは漏洩した天然ガス(メタン)のガス密度0.000586g/cm3、dは気泡径(cm)である。ここで、V=20cm/秒を代入すると気泡径d=0.0606cm(606μm)となる。
伝熱管16から液化天然ガスまたは蒸発気化した天然ガス(メタン)が漏洩した場合、気泡状態で温水中を上昇する。そして、伝熱管16から漏洩した天然ガスについては、上記した気泡上昇速度と気泡径との関係から、実質的に当該ガスのすべてが、気泡径が600μm以上の気泡となって20cm/秒以上の気泡上昇速度で上昇する。
伝熱管16の最上位から天然ガスが漏洩した場合を考えると、伝熱管16の最上位から熱媒導出管14の上端開口14aまでの領域(深さDcmに相当する領域)において気泡が上昇する時間は、気泡上昇速度が20cm/秒である場合、D/20(秒)である。一方、伝熱管16の最上位から熱媒導出管14の上端開口14aまでの領域における温水の滞留時間T(秒)は、この領域における温水の上昇速度Uを用いると、T=D/U(秒)と表される。そして、温水の上昇速度Uは、上述したように例えば約0.32〜1.60cm/秒であり、常に20cm/秒より遅い(U<20)。これにより、伝熱管16の最上位から熱媒導出管14の上端開口14aまでの領域において、気泡の上昇時間D/20と、温水の滞留時間Tとの間には、D/20<Tの関係が成り立つ。このように、上記領域において気泡の上昇時間よりも温水の滞留時間を長くすることにより、気泡が温水の流れに巻き込まれて熱媒導出管14を通じて排出されることは防止される。したがって、伝熱管16から温水中に漏洩した天然ガスについては、実質的にそのすべてが気化器1の内部上方空間(天井壁12aの頂部)に収集される。
天井壁12aの頂部に収集された天然ガスは、フロート式排気弁5内に溜まっていき、フロート51が下降する。このフロート51が所定長さ下降すると、レバー52つながったディスク53が通気孔54から離れる。ここで、フロート式排気弁5内に溜まった天然ガスは、通気孔54を介してリークガス導出管2に導出され、当該ガスは、リークガス導出管2に接続されたドレンポット3に入る。
ドレンポット3に導入された天然ガスは、上述したように水分を多く含んでいる。ドレンポット3では、天然ガス中の水分が凝縮し、ドレン水となって落下する。水分が除去された天然ガス(主にメタン)は、ドレンポット3の下端開口を通じて外部に放出され、上昇する。その後当該天然ガスは、ドレンポット3の真上に配置されたガス検知器4に入って検知され、警報が発せられる。
本実施形態において、気化器1の運転時には、熱媒導入管13の上端開口13aから本体ハウジング12の外周壁の周方向に沿う方向に温水(熱媒)が噴射され、本体ハウジング12(気化器1)の内部の三次元空間において平均化された上昇速度で上昇する。気化器1の内部における熱媒の上昇速度は、気泡の上昇速度である20cm/秒より遅い速度であるため、伝熱管16に何らかの損傷がおこって液化ガス(液化天然ガス)または気化された天然ガスが熱媒中に漏洩した場合、天然ガスの気泡は熱媒よりも速く上昇する。また、伝熱管16の最上位から熱媒導出管14の上端開口14aまでの領域において、気泡の上昇時間(D/20)よりも温水の滞留時間(T)を長くすることにより、漏れ出た気泡(天然ガス)については、熱媒からの分離が実質的に完全になされ、気化器1の頂部に的確に収集することができる。当該収集されたガスは、フロート式排気弁5を介して外部に導かれて、ガス検知器4によって検知される。このようなことから理解されるように、本実施形態によれば、液化ガス漏洩検知装置X1の全体構造が複雑になるのを回避しつつ、気化器1内において熱媒中に液化ガス(当該液化ガスが気化されたガスを含む)が漏洩した場合であっても、当該漏洩したガスを熱媒から完全に分離収集することにより、気化器1内での液化ガスの漏洩を迅速かつ的確に検知することができる。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る液化ガス漏洩検知装置を示している。本実施形態の液化ガス漏洩検知装置X2は、気化器1と、熱媒用配管7と、気液分離槽8と、フロート式排気弁5と、リークガス導出管2と、ドレンポット3と、ガス検知器4とを備えて構成されており、本発明の第2の側面に係る液化ガス漏洩検知方法を実行するのに使用することができるものである。
本実施形態の液化ガス漏洩検知装置X2は、気液分離槽8を備える点において上記第1の実施形態の液化ガス漏洩検知装置X1と大きく異なっており、これに伴い種々の変更が加えられている。なお、図5において、上記実施形態と同一または類似の要素には上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
本実施形態の液化ガス漏洩検知装置X2は、例えば気化器1の頂部にフロート式排気弁5を取り付けることができない場合などに適用される。液化ガス漏洩検知装置X2は、気化器1内において伝熱管16から液化ガスまたは気化されたガスが漏洩した場合、熱媒とともに気泡となったガスを気化器1から導出し、気液分離槽8において熱媒から当該ガスを分離するように構成されている。
本体ハウジング12(気化器1)の内部に熱媒が導入されると、上記実施形態と同様に、当該熱媒は気化器1内を上昇し、熱媒導出管14を介して気化器1の外部に導出される。本実施形態では、気化器1において、熱媒導出管14の上端開口14a(第1の熱媒導出口)は、気化器1の頂部付近に位置している。このため、伝熱管16から液化ガスである液化天然ガスまたは気化された天然ガスが漏洩すると、当該ガスは気泡となって熱媒中を上昇し、熱媒とともに上端開口14aを通じて気化器1の外部に導出される。熱媒導出管14の下流側端部は熱媒用配管7に接続されている。
気液分離槽8は、全体として円筒状の密閉容器とされた容器本体81と、熱媒導入管82と、熱媒導出管83とを備えている。容器本体81は、例えばステンレス鋼製であり、上端部は部分球面状又は曲面状の天井壁81aとされている。容器本体81の内部は熱媒で満たされている。容器本体81の寸法の一例を挙げると、外周壁の内径が40cm程度であり、下端から天井壁81aまでの高さが100cm程度である。
熱媒導入管82は、上流側の端部が熱媒用配管7に接続されているともに、下流側が容器本体81の外周壁を貫通して容器本体81の内部に延びている。熱媒導入管82の下流側の先端は、容器本体81の外周壁の下部にてその内部に開口している。熱媒導入管82の先端開口82a(第2の熱媒導入口)は、容器本体81の外周壁の直径方向に交差する方向に向いており、より詳細には、容器本体81の外周壁の周方向に沿う方向に向いている。これにより、熱媒用配管7および熱媒導入管82を介して気液分離槽8の内部に導入された熱媒が渦流として上昇するようになっている。
熱媒導出管83は、例えばステンレス鋼管からなり、容器本体81の外周壁の上部に形成された開口83aを通じて容器本体81(気液分離槽8)の外部に延びている。開口83aは、容器本体81の径方向内方を向いており、熱媒導入管82の先端開口82aよりも上位にある。熱媒導出管83の開口83a(第2の熱媒導出口)から熱媒導入管82の先端開口82aまでの深さDは、例えば60cm程度とされる。熱媒導入管82から熱媒が順次供給されることによりこの供給量と同量の熱媒が熱媒導出管83を介して外部に排出される。熱媒導出管83を介して排出された熱媒は、図外の再加熱手段により再加熱され、再び図外の熱媒供給源に循環される。
フロート式排気弁5は、容器本体81(気液分離槽8)内のガスを外部に導出するためのものであり、天井壁81aの頂部に取り付けられている。リークガス導出管2は、フロート式排気弁5に接続されており、リークガス導出管2の下流端には、ドレンポット3が接続されている。フロート式排気弁5、ドレンポット3およびガス検知器4の構成は、上記第1実施形態と同様である。
気化器1および気液分離槽8を含んで構成された液化ガス漏洩検知装置X2において、気化器1を運転するに際しては、熱媒導入管13を介して本体ハウジング12に例えば+60℃程度の温水が供給されて、本体ハウジング12(気化器1)の内部を満たす。供給された温水は、本体ハウジング12の内部を上昇し、過剰となった温水は熱媒導出管14を介して外部に排出される。ここで、熱媒導入管13を介して供給される温水の供給量は、例えば13〜65m3/hであり、熱媒導出管14を介して排出される温水の量は、供給量と同量の13〜65m3/hである。気化器1の外部に排出された温水は、熱媒用配管7および熱媒導入管82を介して容器本体81に供給されて、容器本体81(気液分離槽8)の内部を満たす。供給された温水は、容器本体81の内部を上昇し、過剰となった温水は、熱媒導出管83を介して外部に排出され、再加熱されたうえで熱媒供給源に循環される。熱媒導入管82を介して容器本体81(気液分離槽8)に供給される温水の供給量は、例えば13〜65m3/hであり、熱媒導出管83を介して気液分離槽8から排出される温水の量は、供給量と同量の13〜65m3/hである。
本実施形態において、気液分離槽8の熱媒導入管82の先端開口82aは容器本体81の外周壁の周方向に沿う方向に向いている。このため、熱媒導入管82を介して供給される温水は、先端開口82aから容器本体81(気液分離槽8)の外周壁の周方向に沿う方向に噴射される。このように噴射された温水は、気液分離槽8の内部を渦流となって上昇する。ここで、渦流状となった温水が上昇する過程においては、容器本体81(気液分離槽8)の内部空間において均一化された状態で上昇する。すなわち、気液分離槽8の内部を流れる温水は、部分的に速く上昇したり、あるいは遅く上昇することはない。
気液分離槽8の内部における温水の上昇速度Uは、20cm/秒より遅い速度とされる。上記したように気液分離槽8内にて温水は均一に上昇することから、温水の上昇速度Uは、温水の供給量を気液分離槽8内部の水平断面積で除すことにより求めることができる。温水の供給量が上記した13m3/hである場合、容器本体81(気液分離槽8)の外周壁の内径が120cmであるので、温水の上昇速度Uは、13/(π/4×0.42)×100×(1/3600)によって求まり、約2.88cm/秒となる。また、温水の供給量が65m3/hである場合、温水の上昇速度Uは、65/(π/4×0.42)×100×(1/3600)によって求まり、約14.4cm/秒となる。
気化器1内部の伝熱管16に何らかの損傷が起こって、液化ガスである液化天然ガスまたは気化された天然ガスが漏洩すると、当該液化天然ガスまたは天然ガスは、周囲の温水によって加熱されて気化された状態で温水中を上昇する。当該漏洩ガス(天然ガス)は、本体ハウジング12の頂部に到達し、温水とともに上端開口14aを通じて気化器1の外部に導出される。気化器1の外部に導出された天然ガスは、熱媒用配管7および熱媒導入管82を通り、熱媒導入管82の先端開口82aを通じて温水とともに容器本体81の内部に導入される。
温水とともに容器本体81内に供給された天然ガスは、温水中において気泡となって上昇する。ここで、当該気泡の上昇速度は、上記第1実施形態において説明したのと同様に、20cm/秒以上である。熱媒導入管82の先端開口82aから熱媒導出管83の開口83aまでの領域(深さDcmに相当する領域)において気泡が上昇する時間は、気泡上昇速度が20cm/秒である場合、D/20(秒)である。一方、熱媒導入管82の先端開口82aから熱媒導出管83の開口83aまでの領域における温水の滞留時間T(秒)は、この領域における温水の上昇速度Uを用いると、T=D/U(秒)と表される。そして、温水の上昇速度Uは、上述したように例えば約2.88〜14.4cm/秒であり、常に20cm/秒より遅い(U<20)。これにより、熱媒導入管82の先端開口82aから熱媒導出管83の開口83aまでの領域、気泡の上昇時間D/20と、温水の滞留時間Tとの間には、D/20<Tの関係が成り立つ。このように、上記領域において気泡の上昇時間よりも温水の滞留時間を長くすることにより、気泡が温水の流れに巻き込まれて熱媒導出管83を通じて排出されることは防止される。したがって、気化器1内部の伝熱管16から温水中に漏洩した天然ガスについては、実質的にそのすべてが気液分離槽8の内部上方空間(天井壁81aの頂部)に収集される。
天井壁81aの頂部に収集された天然ガスは、フロート式排気弁5内に溜まっていき、フロート51が下降する。このフロート51が所定長さ下降すると、レバー52つながったディスク53が通気孔54から離れる。ここで、フロート式排気弁5内に溜まった天然ガスは、通気孔54を介してリークガス導出管2に導出され、当該ガスは、リークガス導出管2に接続されたドレンポット3に入る。
ドレンポット3に導入された天然ガスは、熱媒である温水中を通過しているため、水分を多く含んでいる。ドレンポット3では、天然ガス中の水分が凝縮し、ドレン水となって落下する。水分が除去された天然ガス(主にメタン)は、ドレンポット3の下端開口を通じて外部に放出され、上昇する。その後当該天然ガスは、ドレンポット3の真上に配置されたガス検知器4に入って検知され、警報が発せられる。
本実施形態において、気化器1の運転時には、気液分離槽8の熱媒導入管82の先端開口82aから容器本体81の外周壁の周方向に沿う方向に温水(熱媒)が噴射され、容器本体81(気液分離槽8)の内部の三次元空間において平均化された上昇速度で上昇する。気化器1内部の伝熱管16に何らかの損傷がおこって液化ガス(液化天然ガス)または気化された天然ガスが熱媒中に漏洩した場合、当該漏洩ガス(天然ガス)は、熱媒導出管14、熱媒用配管7および熱媒導入管82を介して熱媒とともに気液分離槽8の内部に導入される。気液分離槽8の内部における熱媒の上昇速度は、気泡の上昇速度である20cm/秒より遅い速度であるため、気液分離槽8内において、天然ガスの気泡は熱媒よりも速く上昇する。また、熱媒導入管82の先端開口82aから熱媒導出管83の開口83aまでの領域において、気泡の上昇時間(D/20)よりも温水の滞留時間(T)を長くすることにより、天然ガスの気泡については、熱媒からの分離が実質的に完全になされ、気液分離槽8の頂部に的確に収集することができる。当該収集されたガスは、フロート式排気弁5を介して外部に導かれて、ガス検知器4によって検知される。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
X1,X2 液化ガス漏洩検知装置
1 気化器
11 底板
12 本体ハウジング
12a 本体ハウジングの天井壁
13 熱媒導入管
13a 熱媒導入管の上端開口(熱媒導入口,第1の熱媒導入口)
14 熱媒導出管
14a 熱媒導出管の上端開口(熱媒導出口,第1の熱媒導出口)
15 熱媒ドレン管
16 伝熱管
16a 伝熱管の小径部
16b 伝熱管の中径部
16c 伝熱管の大径部
2 リークガス導出管
3 ドレンポット(ドレン排出手段)
4 ガス検知器(ガス検知手段)
5 フロート式排気弁
51 フロート
52 レバー
53 ディスク
54 通気孔
6 支柱
61 ガイド筒
7 熱媒用配管
8 気液分離槽
81 容器本体
81a 容器本体の天井壁
82 熱媒導入管
82a 熱媒導入管の先端開口(第2の熱媒導入口)
83 熱媒導出管
83a 熱媒導出管の開口(第2の熱媒導出口)

Claims (14)

  1. 液化ガスを熱媒としての温水で加熱して気化させる竪型円筒状の外周壁を有する気化器内において漏洩した液化ガスを検知する方法であって、
    気化器の内部を通る伝熱管に液化ガスを流しつつ、当該液化ガスを上記気化器の内部に収容された温水によって加熱し、
    上記気化器の内部に温水を供給するための熱媒導入口を通じて上記気化器内に温水を導入し、
    上記熱媒導入口および上記伝熱管よりも上位にある熱媒導出口を通じて上記気化器内の温水を上記気化器の外部に導出し、
    上記伝熱管から漏洩したガスを上記気化器の内部上方空間から当該気化器の外部に導出し、
    上記気化器の外部に導出されたガスを検知する、各ステップを備え、
    上記気化器内に温水を導入するステップにおいては、上記熱媒導入口から上記気化器の外周壁の周方向に沿う方向に温水を噴射させて、噴射された温水が上記気化器の内部を渦流となって均一化された状態で上昇するようにするとともに、漏洩した液化ガスの気泡が、平均化された上昇速度で上昇する温水よりも速く上昇するようにした、液化ガス検知方法。
  2. 上記熱媒導出口から上記伝熱管の最上位までの深さをD(cm)、上記気化器内の上記伝熱管の最上位から上記熱媒導出口までの領域における温水の滞留時間をT(秒)とした場合に、D/20<Tの関係が成立する、請求項1に記載の液化ガス検知方法。
  3. 上記気化器内における温水の上昇速度が、20cm/秒より遅い、請求項1に記載の液化ガス検知方法。
  4. 上記気化器の上部には、ガスを排出するためのフロート式排気弁が設けられており、
    上記伝熱管から漏洩したガスを上記気化器の外部に導出するステップにおいては、上記気化器の内部上方空間にあるガスを上記フロート式排気弁を介して上記気化器の外部に導出する、請求項1ないし3のいずれかに記載の液化ガス検知方法。
  5. 液化ガスを温水で加熱して気化させる気化器内において漏洩した液化ガスを検知する方法であって、
    気化器の内部を通る伝熱管に液化ガスを流しつつ、当該液化ガスを上記気化器の内部に収容された温水によって加熱し、
    上記気化器の内部に温水を供給するための第1の熱媒導入口を通じて上記気化器内に温水を導入し、
    上記第1の熱媒導入部および上記伝熱管よりも上位にある第1の熱媒導出口を通じて気化器内の温水を上記気化器の外部に導出し、
    上記第1の熱媒導出口を経た温水竪型円筒状の外周壁を有する気液分離槽の内部に供給するための第2の熱媒導入口を通じて当該気液分離槽内に導入し、
    上記第2の熱媒導入口よりも上位にある第2の熱媒導出口を通じて上記気液分離槽内の温水を上記気液分離槽の外部に導出し、
    上記伝熱管から漏洩したガスを温水とともに上記第1の熱媒導出口を通じて導出し、
    上記第1の熱媒導出口を経たガスを温水とともに上記第2の熱媒導入口を通じて上記気液分離槽内に導入し、
    上記気液分離槽内のガスを当該気液分離槽の内部上方空間から当該気液分離槽の外部に導出し、
    上記気液分離槽の外部に導出されたガスを検知する、各ステップを備え、
    上記気液分離槽内に温水を導入するステップにおいては、上記第2の熱媒導入口から上記気液分離槽の外周壁の周方向に沿う方向に温水を噴射させて、噴射された温水が上記気液分離槽の内部を渦流となって均一化された状態で上昇するようにするとともに、漏洩した液化ガスの気泡が、平均化された上昇速度で上昇する温水よりも速く上昇するようにした、液化ガス漏洩検知方法。
  6. 上記第2の熱媒導出口から上記第2の熱媒導入口までの深さをD(cm)、上記気液分離槽内の上記第2の熱媒導入口から上記第2の熱媒導出口までの領域における温水の滞留時間をT(秒)とした場合に、D/20<Tの関係が成立する、請求項5に記載の液化ガス検知方法。
  7. 上記気液分離槽内における温水の上昇速度が、20cm/秒より遅い、請求項5に記載の液化ガス検知方法。
  8. 上記気液分離槽の上部には、ガスを排出するためのフロート式排気弁が設けられており、
    上記気液分離槽内のガスを上記気液分離槽の外部に導出するステップにおいては、上記気液分離槽の内部上方空間にあるガスを上記フロート式排気弁を介して上記気液分離槽の外部に導出する、請求項5ないし7のいずれかに記載の液化ガス検知方法。
  9. 液化ガスを温水で加熱して気化させる気化器内において漏洩した液化ガスを検知するための装置であって、
    温水を供給するための熱媒導入口、および温水を導出するための熱媒導出口を有し、温水が収容される竪型円筒状の外周壁を有する気化器と、
    上記気化器の内部を通り、液化ガスを流すための伝熱管と、
    上記伝熱管から漏洩したガスを上記気化器の内部上方空間から当該気化器の外部に導出するためのガス導出手段と、
    上記気化器の外部に導出されたガスを検知するためのガス検知手段と、を備え、
    上記熱媒導出口は、上記熱媒導入口および上記伝熱管よりも上位に位置しており、
    上記熱媒導入口は、上記気化器の外周壁の周方向に沿う方向に温水を噴射することにより、噴射された温水が上記気化器の内部を渦流となって均一化された状態で上昇するようにするとともに、漏洩した液化ガスの気泡が、平均化された上昇速度で上昇する温水よりも速く上昇するように構成した、液化ガス漏洩検知装置。
  10. 上記ガス導出手段は、上記気化器の上部に設けられ、ガスを排出するためのフロート式排気弁を含む、請求項9に記載の液化ガス漏洩検知装置。
  11. 上記気化器と上記ガス検知手段との間には、上記気化器の外部に導出されたガスに含まれる水分を除去するためのドレン排出手段が設けられている、請求項9または10に記載の液化ガス漏洩検知装置。
  12. 液化ガスを温水で加熱して気化させる気化器内において漏洩した液化ガスを検知するための装置であって、
    温水を供給するための第1の熱媒導入口、および温水を導出するための第1の熱媒導出口を有し、温水が収容される気化器と、
    上記気化器の内部を通り、液化ガスを流すための伝熱管と、
    上記第1の熱媒導出管から導出された温水を供給するための第2の熱媒導入口、および温水を導出するための第2の熱媒導出口を有し、温水が収容される竪型円筒状の外周壁を有する気液分離槽と、
    上記伝熱管から漏洩したガスを上記気液分離槽の内部上方空間から当該気液分離槽の外部に導出するためのガス導出手段と、
    上記気液分離槽の外部に導出されたガスを検知するためのガス検知手段と、を備え、
    上記第2の熱媒導出口は、上記第2の熱媒導入口よりも上位に位置しており、
    上記第2の熱媒導入口は、上記気液分離槽の外周壁の周方向に沿う方向に温水を噴射することにより、噴射された温水が上記気液分離槽の内部を渦流となって均一化された状態で上昇するようにするとともに、漏洩した液化ガスの気泡が、平均化された上昇速度で上昇する温水よりも速く上昇するように構成した、液化ガス漏洩検知装置。
  13. 上記ガス導出手段は、上記気液分離槽の上部に設けられ、ガスを排出するためのフロート式排気弁を含む、請求項12に記載の液化ガス漏洩検知装置。
  14. 上記気液分離槽と上記ガス検知手段との間には、上記気化器の外部に導出されたガスに含まれる水分を除去するためのドレン排出手段が設けられている、請求項12または13に記載の液化ガス漏洩検知装置。
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