JP5349245B2

JP5349245B2 - 貯蔵タンク内の液密度計測装置

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Publication number: JP5349245B2
Application number: JP2009239458A
Authority: JP
Inventors: 裕白川
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: JP2011085519A

Description

本発明は、貯蔵タンク内に貯蔵される、ＬＮＧ（液化天然ガス）やＬＰＧ（液化石油ガス）等の液化ガスをはじめ、各種液体の液密度を計測する装置に関するものである。

昨今、各種の産業活動、市民生活から排出される二酸化炭素の排出量削減を如何なる手段で実現するかという問題は、国家的かつ国際的な問題となっており、我が国においても、その対策の立案に向けた活発な議論が展開されている。

そして、その中でも、ＬＮＧ（液化天然ガス）は、その燃焼時に硫黄酸化物や煤塵を発生せず、他の化石燃料に比して二酸化炭素や窒素酸化物の排出量が少ないことから、環境負荷の少ない、いわゆるクリーンエネルギーとして注目を集めている。

一方、我が国のガス関連産業においては、我が国で使用される都市ガス等の原料となるＬＮＧの多くを、オーストラリア、アラスカ、東南アジアや中東をはじめ、世界各国からＬＮＧタンカー等を介して輸入しているのが現状である。

ここで、ＬＮＧの密度に関して言及すると、輸入先である各国（産地）ごとにＬＮＧの密度が多様に異なっており（４２０〜４７０ｋｇ／ｍ^３程度と言われている）、また、同一産地であっても、その輸送や貯蔵過程での外部入熱による温度上昇、蒸発等によって密度は変化する。また、ＬＮＧ市場の拡大に伴ってスポット契約が増加し、さらには、その輸入先も多様化してきている。これらの要素を踏まえ、輸入先ごとに、すなわち、密度ごとに被貯蔵ＬＮＧの貯蔵タンクを使い分けようとすると、新規の貯蔵タンクの増設等を余儀なくされ、多大な建設コストが生じる。そこで、既存の貯蔵タンク（一般に、ガス関連施設ヤードには複数の地上式、地下式、半地下式の貯蔵タンクが存在している）を有効利用して、一つの貯蔵タンク内に密度の異なる複数のＬＮＧを混合貯蔵する方法の必要性が高まりつつあり、いわゆる、異種ＬＮＧ混合貯蔵と称されている。

異種ＬＮＧ混合貯蔵においては、貯蔵タンク内で複数種の相互に密度の異なるＬＮＧが貯蔵される際に、下層にいくほど高密度のＬＮＧが存在する密度分布を呈して各密度に固有のＬＮＧ層を成すようになり、これは一般に「層状化」と称されている。なお、この層状化は、異なる密度のＬＮＧが貯蔵タンク内に収容された際に生じるものであり、同一種のＬＮＧが貯蔵される場合に生じないことは勿論のことである。

ところで、ＬＮＧ貯蔵タンク内に貯蔵されているＬＮＧは、常圧、−１６２℃にて気液平衡状態となっており、これに自然入熱等が作用することでＢＯＧ（ボイルオフガス）が発生し、タンク内に充満している。したがって、このような極低温のＬＮＧを貯蔵する貯蔵タンクには断熱構造が要求されている。しかし、断熱構造を呈しているとしても、タンク内に自然入熱が作用することは避けられず、この自然入熱等により、貯蔵タンク内部のＬＮＧはその一部が気化することで、各層のＬＮＧごとに、該層内で対流が生じている。そして、外部からの熱の作用が最も大きなＬＮＧ層は、貯蔵タンクの側面と底面からの熱が作用する最下層のＬＮＧ層であり、加えて、上層が蓋の役割を果たし、下層からのＢＯＧによる放熱を阻害することから、最下層のＬＮＧ層がそれよりも上方のＬＮＧ層に比して相対的に高温となり、この温度上昇に伴ってＬＮＧの液密度が小さくなっていくことが特定されている。

たとえば、最下層の液密度が４６０ｋｇ／ｍ^３、その上層の液密度が４５０ｋｇ／ｍ^３の２層の層状化をなしたＬＮＧ層において、最下層のＬＮＧ層は、温度上昇に伴ってその密度が４５５ｋｇ／ｍ^３、４５０ｋｇ／ｍ^３と低下していき、最終的には、上層のＬＮＧ層の液密度と同程度になるとともに、上層、下層の層境界は消滅する。

そして、異種ＬＮＧの液密度が同程度になるまでは、各層ごとに各層内に固有の比較的小さな対流が生じていたものが、上下層の液密度が同程度となったことで、上下層の全体に亘る大きな対流が生ぜしめられ、この大きな対流によってそれまで下層に蓄積されていた熱が多量のＢＯＧ発生を促進し、これが、貯蔵タンク内部の内圧を急激に上昇させたり、場合によっては貯蔵タンクの破損、損傷に至ることもあり、貯蔵タンクオペレーションにとっての大きなリスク原因の一つとなっている。なお、このように、層状化にともない、下層のＬＮＧ層に蓄積されていた熱が多量のＢＯＧ発生に伴って解放される現象は、ロールオーバーと称されている。

上記するロールオーバーを未然に防ぐには、たとえば最下層のＬＮＧの液密度変化と、その上方の液密度（上方の液密度も当然に変化し得るものである）を同時に、しかも、高い精度で計測することが重要である。そして、このような高精度で同時に計測された計測データを使用することで、異種ＬＮＧ間で液密度が同程度となるまでの時間が特定され、ロールオーバーが生じ得ない様々な対策が事前に講じられる、貯蔵タンクオペレーションシステムが構築できるのである。

ここで、ＬＮＧタンク内の液密度計測に関する従来の公開技術として、特許文献１に開示のＬＮＧタンク内液密度計測装置を挙げることができる。この装置は、ＬＮＧタンクに貯蔵されたＬＮＧ内に異なる高さで開口した複数の導圧管を配し、２つの圧力導入口に設けられた差圧センサでそれらの差圧を計測するものであり、この装置はさらに、導圧管を２本ずつ順次選択してその上端をそれぞれ差圧センサの圧力導入口に連通させる切替え連通手段と、選択した２本の導圧管を通してＬＮＧ内にガスを供給するガス供給装置を備えており、計測された差圧から下端間の液密度を算出するものである。

特許文献１に開示の液密度計測装置によれば、ＬＮＧタンク内の異なる高さにおける液密度を、組成変化，温度変化等の影響を受けずに、精度よく直接計測することができる、としている。しかし、この装置で算出される液密度は、たとえば２つの測定ポイント間の平均密度に過ぎず、したがって、液体の所望位置（所望レベル）における液密度が直接的に測定されるものではない。また、導圧管を使用していることから、その重量が重く、したがって、貯蔵タンク内の液密度測定ポイントが変化したり、あるいは増加した場合において、臨機かつ柔軟に変化した測定ポイントの液密度測定を実行することは極めて困難であるし、そもそも、液密度測定ポイントは、導圧管の配設位置に依存することから、貯蔵タンク内の全領域で液密度を測定したい場合には、多数の導圧管の配設が余儀なくされる。さらには、導圧管の貯蔵タンクへの設置自体が困難であるし、そのメンテナンスを考えても、それが容易でないことは理解に易い。

一方、液密度の特定に際し、屈折率計（屈折計）を用いて測定対象液体の屈折率を測定し、処理部にてこの測定結果から液体密度を算定する、液体屈折計と液体密度計に関する技術が特許文献２に開示されている。より具体的には、プローブ内の送光部と受光部をそれぞれラックに固定し、このラックとピニオンとが噛合するように配置し、このピニオンを回すことでラックを回し、このラックの回転に伴って送光部と受光部がプリズムの中心点を回転中心として、測定光のプリズムへの入射光路と反射光路とを含む面に沿った円周上を回動するようにして流体屈折計を構成し、さらにこの流体屈折計にて測定された屈折率から流体密度を算定する処理部を合わせて流体密度計を構成するものである。

特許文献２では、この液体屈折計および液体密度計を使用することで、広範囲の屈折率と密度を測定することができる、としているが、この広範囲の測定は、送光部と受光部が回転することで実施されるものであり、広範囲の測定を同時に実行することはできず、したがって、上記する異種ＬＮＧ混合貯蔵の有するロールオーバー対策には不十分である。

特開平１０−４８１１５号公報特開平５−２０３５６７号公報

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、貯蔵タンク内に貯蔵された液体の複数の所望位置（もしくは所望レベル）における液密度を、直接的に、高い精度で、同時に測定することができ、測定ポイントの変更や増加にも臨機かつ柔軟に対応でき、貯蔵タンクへの設置やそのメンテナンスも容易な、貯蔵タンク内の液密度計測装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による貯蔵タンク内の液密度計測装置は、貯蔵タンク内に貯蔵された液体の液密度を計測する、液密度計測装置であって、前記液密度計測装置は、先端に屈折率計を備えた、長さの異なる複数の光ファイバーと、２箇所以上の異なる高さレベルの測定ポイントにおいて、そのうちの少なくとも２箇所の測定ポイントに固有の屈折率計で同時測定されたそれぞれの屈折率から、該少なくとも２箇所の測定ポイントにおける同時刻の液密度を算定する液密度算定手段と、を少なくとも備え、前記複数の屈折率計は、それぞれの測定ポイントに位置決めされているものである。

本発明の液密度計測装置が測定対象とする「液体」とは、水、オイルなどの液体全般を指称するものであり、この液体に含まれる「液化ガス」とは、ＬＮＧ，ＬＰＧ、液化窒素、液化水素などを指称するものである。

そして、本発明の液密度計測装置は、特に、その構成要素である貯蔵タンク内に収容された液体が２以上の異なる密度を有するもので、貯蔵タンク内で密度ごとに層状に貯蔵される場合において、少なくとも２種以上の液体の液密度を２箇所以上で同時に計測し、時間経過にともなう同位置における液密度の推移も同時に計測することをその大きな目的としたものである。

そのための構成として、液体を貯蔵する貯蔵タンク内のレベルごとに長さの異なる光ファイバーが延びており、それぞれの光ファイバーの先端に屈折率計が設けてあり、各屈折率計は、固有のレベル位置に位置決めされた構成となっている。

軽量かつ長さ調整が自在な光ファイバーの先端に屈折率計を取り付けたことで、貯蔵タンク内の任意の測定ポイントに複数の屈折率計を容易に設置することができ、さらには、屈折率計等のメンテナンスの際には、光ファイバーを巻取回収等するだけでよく、そのメンテナンス性にも優れている。さらには、短時間で貯蔵タンク内の別途の測定ポイントに屈折率計を設置したい場合でもその設置は容易であるし、既に設置されている屈折率計の測定ポイントを容易に変更することもできる。

したがって、たとえば液体がＬＮＧであり、貯蔵タンク内で密度の異なる２種以上のＬＮＧが貯蔵される、異種ＬＮＧ混合貯蔵を想定するに、当初の受け入れＬＮＧの液密度が３種類の場合には、該３種類のＬＮＧの液密度を測定できる所望の３箇所のレベル位置（測定ポイント）にそれぞれ屈折率計を位置決めしておけばよく、受け入れ途中で、４種類の液密度のＬＮＧに受け入れ計画が変更された際には、臨機に別途の屈折率計を増設できるとともに、各屈折率計のレベル位置（測定ポイント）の調整も短時間で実施することができる。

そして、２箇所の測定ポイントに屈折率計が設置されている場合には、この２箇所の屈折率計で２種類の液密度が同時計測され、３以上の測定ポイントに屈折率計が設置されている場合には、そのうちの少なくとも２箇所の液密度が同時計測されるものであり、たとえば５箇所に屈折率計が設置されている場合には、５箇所全部の屈折率計で５種の液密度が同時に計測される形態、３箇所で３種の液密度が同時に計測される形態、２箇所で２種の液密度が同時に計測される形態などがある。

少なくとも２箇所の測定ポイントで少なくとも２種類の液密度の同時計測を実施することで、たとえば、この液体が上記するＬＮＧの場合には、同時刻の２種類のＬＮＧの各液密度が測定され、それから所定時間後に生じ得る上記ロールオーバーへの対策を講じることが可能となる。なお、この「所定時間」とは、２種のＬＮＧの液密度差や、貯蔵されるＬＮＧの種類（産地、密度等）、貯蔵タンクの内部形状、入熱条件等によって異なるものであり、層状化した複数のＬＮＧ層の層境界が消失して短時間で多量のＢＯＧが発生するまでの時間である。なお、タンク内の液密度分布を把握できれば、この所定時間は、ガス関連企業における過去の実績に基づく経験則や、実験、シミュレーション等に基づいて予測することが可能となるが、本発明を適用することにより、より一層精度よくタンク内の液密度分布を把握することができ、より高い精度の予測実現に繋がる。

そして、このロールオーバーへの対策方法は特に限定されるものでないが、たとえば、貯蔵タンク内に設置されたノズルからＬＮＧを噴射させてＬＮＧの層境界を破壊してしまう方法や、相対的に高密度で高温の下層ＬＮＧを早期に払い出す方法などを挙げることができる。

また、本発明の液密度計測装置は、測定された屈折率から液密度を算定する液密度算定手段を備えている。

ここで、液体の密度（液密度）と液体の屈折率の間には、ローレンツ・ローレンスの関係式で説明される相間があり、したがって、液体の屈折率を求めることで該液体の液密度を特定することができる。

そこで、たとえばローレンス・ローレンツの関係式がデータとして格納された液密度算定手段に屈折率データを送り、液密度算定手段にて屈折率データからその液体の液密度を特定することができる。

たとえば、液密度算定手段に、２種類の液密度差からロールオーバーが生じるまでの時間が格納されていることで、同時測定された２種類の屈折率を有する液体の液密度が算定され、その液密度の差から、ロールオーバーが生じるまでの時間を短時間で割り出すことも可能となる。

また、複数の長さの異なる光ファイバーの配設態様や、各光ファイバーに固有の屈折率計の位置決め態様には、たとえば以下で示す種々の形態がある。

その一つの形態は、前記複数の光ファイバーの一部もしくは全部がそれらの途中で束ねられて前記貯蔵タンク内に垂下され、束ねられた光ファイバーには、剛性のある錘体が取り付けられ、これによって複数の屈折率計それぞれの前記位置決めが保障されている形態である。

剛性（曲げ剛性等）があって、しかも重量のあるたとえば棒状を呈した錘体に、複数の光ファイバーを束ねて一体化し、これらの光ファイバーはたとえば貯蔵タンクの屋根から垂下しておき、この錘体が自身の有する剛性と重量でその直立姿勢を保持することで、複数の光ファイバーそれぞれに固有の屈折率計の位置決め、すなわち、各屈折率計の計測ポイントにおける位置決めが保障できる。なお、「光ファイバーの一部もしくは全部」とは、５本の長さの異なる光ファイバーが適用される場合には、５本すべてが一つに束ねられていてもよいし、そのうちの４本、３本、もしくは２本が一つに束ねられ、束ねられていない光ファイバーは単独で他の測定ポイントに延びているような形態を意味している。

また、他の形態は、前記複数の光ファイバーの一部もしくは全部がそれらの途中で束ねられて前記貯蔵タンク内に垂下され、束ねられた光ファイバーが貯蔵タンクの内壁に固定され、これによって複数の屈折率計それぞれの前記位置決めが保障されている形態である。

この実施の形態によれば、貯蔵タンクの内壁を利用してこれに束ねられた複数の光ファイバーを固定することで、束ねられた光ファイバーを係止させるための別途の部材を使用することなく、各光ファイバーの屈折率計を所望位置に位置決めすることができる。

さらに他の一つの形態は、前記複数の光ファイバーの一部もしくは全部がそれらの途中で束ねられて前記貯蔵タンク内に垂下され、前記貯蔵タンクの内部には支持部材が備えてあり、束ねられた光ファイバーが該支持部材に固定され、これによって複数の屈折率計それぞれの前記位置決めが保障されている形態である。

たとえば、面材に複数のレベルごとに屈折率計係止用の窓が開設されたものや、所定のレベル間隔ごとに配設された複数の横桟が２つの縦桟を繋いだ梯子状の支持部材等が、貯蔵タンク内部の底版上に立設されていて、貯蔵タンクの屋根等から垂下されて束ねられた複数の光ファイバーそれぞれの屈折率計が対応するレベルの窓や横桟で固定される等の実施形態などを挙げることができる。

なお、貯蔵タンクに、液体の受け入れ配管や液体の払い出し配管が装備されているのが一般的であるが、これらの配管の少なくともいずれか一方にも上記する光ファイバーが延びて、その先端の屈折率計が配されている形態であってもよい。たとえば、液体がＬＮＧの場合において、受け入れ配管内を通過するＬＮＧの液密度と、貯蔵タンク内に貯蔵されて所定時間経過した際のＬＮＧの液密度には、その時間経過でＬＮＧに作用する入熱によって液密度が変化し得るものであることから、これらの液密度を計測することで、ＬＮＧ受け入れ当初からの高精度な液密度管理を実現することができる。

また、前記複数の光ファイバーの一部もしくは全部は、それらの途中で束ねられて複数の束の光ファイバー群をなし、複数の該束が前記貯蔵タンク内の異なる位置で垂下されている形態であってもよい。

この形態はすなわち、光ファイバー群をなす束が地下タンク内の複数箇所に垂下された実施形態を示すものであり（地下タンク内には３次元的配置で屈折率計が存在し得る）、たとえば、一つのＬＮＧ層に関して複数箇所の屈折率を計測することができ、密度の異なるＬＮＧ層の屈折率の計測に加えて、同一のＬＮＧ層で異なる平面位置での屈折率の計測も実施できるものである。

以上の説明から理解できるように、本発明による液密度計測装置によれば、軽量で長さの異なる光ファイバーの先端に屈折率計を配し、これを貯蔵タンク内の複数の測定ポイントに位置決めし、少なくとも２箇所の測定ポイントで同時測定された屈折率からそれらの液密度をほぼ同時に特定するようにしたことで、測定ポイントの増設、変更等が容易であり、かつ、屈折率計等のメンテナンスも容易であって、しかも、異種密度の液体の各液密度をほぼ同時に、しかも高い精度で特定することができる。したがって、この液体がＬＮＧである場合には、異種ＬＮＧ混合貯蔵の際に問題となる、層状化に起因したロールオーバー現象を確実に抑止することのできる貯蔵タンクオペレーションの実現に寄与するものである。

本発明の液密度計測装置の一実施の形態を説明した模式図である。液密度算定手段を説明したブロック図である。本発明の液密度計測装置の他の実施の形態を説明した模式図である。本発明の液密度計測装置のさらに他の実施の形態を説明した模式図である。ＬＮＧ、ＬＰＧそれぞれの屈折率を測定し、それぞれの液密度を特定する実験装置の概要を説明した模式図である。測定されたＬＮＧの屈折率と、特定された液密度の関係を示したグラフである。測定されたＬＰＧの屈折率と、特定された液密度の関係を示したグラフである。

以下、図面を参照して本発明の液密度計測装置の実施の形態を説明する。なお、図示例では、貯蔵タンク内で３種類の液密度の異なるＬＮＧ層が層状化している状態を示しているが、貯蔵タンク内に貯蔵される異種密度のＬＮＧは、２種であっても、４種以上であってもよいことは勿論のことである。また、ＬＮＧ層ごとに固有の屈折率計が設置され、それぞれの層のＬＮＧの屈折率が測定されるようになっているが、たとえば、その計測制御方法は、図示例において、３種全部のＬＮＧの液密度が同時計測される制御方法であっても、そのうちのいずれか２種のＬＮＧの液密度が同時計測される制御方法であってもよい。さらに、測定対象の液体は、ＬＮＧ以外にも、層状化を呈し得るＬＰＧや、水と油等、一つの貯蔵タンク内で収容される他の異種液体も含まれることは勿論のことである。

図１は、本発明の液密度計測装置の一実施の形態を説明した模式図であり、図２は、液密度計測装置の構成要素である液密度算定手段を説明したブロック図である。

図示する液密度計測装置１０は、複数のＬＮＧ（上層から順にＬＮＧ１層、ＬＮＧ２層、ＬＮＧ３層）を収容する、いわゆる異種ＬＮＧ混合貯蔵に供される貯蔵タンク１と、その屋根１１から垂下された複数の光ファイバー２，…および各光ファイバー２，…の先端に配された屈折率計３，…と、各屈折率計３，…から送信される屈折率データを格納して、これに基づいて各ＬＮＧ層の液密度を算定する液密度算定手段６と、から大略構成されている。

貯蔵タンク１には、ＬＮＧを受け入れる受け入れ配管１２（Ｘ１方向）、貯蔵されたＬＮＧを払い出しポンプ１５を介して払い出すＬＮＧ払い出し配管１３（Ｘ２方向）、ＬＮＧ１層の上方に充満しているＢＯＧを払い出すＢＯＧ払い出し配管１４（Ｘ３方向）がそれぞれ装備されている。

また、各ＬＮＧ層に対応するように長さの異なる光ファイバー２，…は、その途中位置で束ね材４にて束ねられている。そして、この束ねられた光ファイバー２，…は、高い曲げ剛性を有する剛性材５１と、その先端の錘体５２と、からなる剛性錘材５に固定されており、この固定姿勢によって、各光ファイバー２の先端の屈折率計３が、対応するＬＮＧ層中に位置決めされるものである。剛性があり、かつ重量のある剛性錘材５に複数の光ファイバー２，…が束ねられた姿勢で固定されていることで、各ＬＮＧ層内で対流等が生じていても、各屈折率計３，…の当初の位置決め姿勢は確保される。

一方、液密度算定手段６は管理棟Ｋ内に格納されており、一般にはハードウエアとして公知のコンピュータが適用され、その内部に各種の格納部、制御部が内蔵されており、その結果（液密度差、ロールオーバーまでの所要時間など）が表示されるようになっている。そして、管理者はその結果に基づいて、たとえば表示されたロールオーバーまでの時間内で最適な貯蔵タンクオペレーションを実行することとなる。

貯蔵タンク１内に異種密度のＬＮＧが貯蔵されると、その受け入れの前後を問わず、一般的に、密度の高いＬＮＧが下方へ移動し、下方から密度の高い順で異種密度のＬＮＧが層状に貯蔵される。したがって、図示例においては、ＬＮＧ３層、ＬＮＧ２層、ＬＮＧ１層の順で高密度となっており、各ＬＮＧ層が層状化を成している。

そして、貯蔵タンク１内で層状化を成している各ＬＮＧ層（少なくとも受け入れ時には−１６２℃程度の極低温である）には、貯蔵タンク１外からの入熱により、ＬＮＧ層が温められて密度が減少することに伴い、各層内では対流が生じている。図示例のように３層のＬＮＧ層からなる場合に、各層に固有の対流が生じているものを三重対流（多重対流）などと称することもできる。

この入熱に関して言えば、最上位および中位に位置するＬＮＧ１層、ＬＮＧ２層が貯蔵タンク１の側面からの入熱：Ｑ１で温められているのに対して、最下位のＬＮＧ３層は、貯蔵タンク１の側面からの入熱：Ｑ１に加えて底版からの入熱：Ｑ２も作用していることより、このＬＮＧ３層が最も高温になり易い。そして、温度上昇に伴ってＬＮＧ３層の液密度は除々に低下していき、その上方のＬＮＧ２層との間の層境界が解消され、より大きな対流が形成される。そして、これらがさらに温められて、最終的にはＬＮＧ２層とＬＮＧ１層との層境界も解消され、短時間で多数のＢＯＧが発生するという、いわゆるロールオーバー現象が生じ得ることとなる。

しかし、図示する液密度計測装置１０では、ＬＮＧ層ごとに固有の屈折率計３が位置決めされ、たとえば、すべてのＬＮＧ層内に位置決めされた屈折率計３，…が同時に対応するＬＮＧの屈折率を測定し、測定結果が液密度算定手段６に送信され、この液密度算定手段６にて、各ＬＮＧ層のＬＮＧ密度が算定され、液密度差等に基づいてロールオーバーまでの所要時間が割り出され、この所要時間内で実施し得る適宜の対策を選定することが可能となる。

図１で示すように、貯蔵タンク１内には、軽量で長さ調整が自在な光ファイバーに屈折率計が繋がれ、これが貯蔵タンク１の屋根から垂下されるとともにそれらの測定ポイントにおける位置決め姿勢が確保されていることから、たとえば、屈折率計の位置（測定ポイント）を変更したり、あるいは測定ポイント増に伴って屈折率計を増設すること、さらには屈折率計のメンテナンスなどはいずれも、極めて容易に実行することができる。

ここで、図２を参照して、液密度算定手段６の内部構成を概説する。
液密度算定手段６を構成するハードウエア（コンピュータ）内には、各屈折率計３，…で同時計測された屈折率データが送信され（ＩＮＰＵＴ１，２，…）、この送信された屈折率データが屈折率データ格納部６１に格納される。

各屈折率データは、格納部６１から液密度算定部６２へ送られ、ここで、液体の屈折率と密度の相間を示す適宜の算定式（アルゴリズム）に基づき、屈折率からＬＮＧの密度が算定される。

ここで、液体の屈折率と密度の相間を最も精度よく反映する算定式として、以下で示すローレンツ・ローレンスの式（Lorentz-Lorenz formula）を使用するのがよい。

ここで、ｎ：物質の屈折率、Ｍ：分子量、α：分極率、Ｎ_０：アボガドロ数、ρ：密度

液密度算定部６２にて算定された複数のＬＮＧの液密度は、次いで液密度差データ格納部６３に送信され、ここで、双方の液密度差が算定され、格納される。

ところで、ガス関連企業においては、複数種のＬＮＧの液密度差と、ロールローバーまでの時間に関する相間データが、これまでの実績に基づく経験則や、実験、解析等で特定されている（実際には、ロールオーバーまでの時間はＬＮＧの液密度差のみならず、貯蔵タンク内の形状、入熱条件など、複数のファクターが関連する）。たとえば、ＬＮＧの液密度差が１０ｋｇ／ｍ^３の場合に、ロールオーバーまでの所要時間が５時間、１０時間、という具合に特定されている。

液密度算定手段６には、これら経験則、実験、解析等で特定されている、液密度差とロールオーバーまでの時間データを格納する格納部６４があり、ここで格納されるデータと、液密度差データ格納部６３から送信される液密度差から、ロールオーバーまでの時間が算定部６５で特定され、コンピュータ画面上に表示される（ＯＵＴＰＵＴ）。

なお、各格納部や算定部は中央演算処理部（ＣＰＵ６６）で演算処理されること、不図示のＲＡＭやＲＯＭが内部構成として存在していること、各格納部や算定部、ＣＰＵがバス等で繋がれていること、などは勿論のことである。

また、液密度算定手段の具体的な構成は図示例に限定されるものではなく、たとえば、屈折率データ格納部６１と液密度算定部６２、ＣＰＵ６６のみからなる極めてシンプルな内部構成であってもよい。

図３，４はそれぞれ、本発明の液密度計測装置の他の実施の形態を説明した模式図であり、特に図１で示す液密度計測装置１０に対して、複数の光ファイバーの係止形態および屈折率計の位置決め形態を変更した装置を示すものであり、他の装置構成に変更はない。

図３で示す液密度計測装置１０Ａは、束ね材４にて束ねられた複数の光ファイバー２，…を、この束ね材４を貯蔵タンク１の内壁に固定することでその全体を固定し、この固定姿勢において、各光ファイバー２，…の先端の屈折率計３，…を固有のＬＮＧ層内に位置決めし、その位置決め姿勢を保障するものである。

一方、図４で示す液密度計測装置１０Ｂは、支持部材５Ａが貯蔵タンク１の底版から立設しており、この支持部材５Ａには、各ＬＮＧ層に対応する位置に固定窓５Ａａが開設されていて、この固定窓５Ａａに各ＬＮＧ層に固有の屈折率計３が係止され、その位置決め姿勢が保障されたものである。

[ＬＮＧ、ＬＰＧそれぞれの屈折率を測定し、それぞれの液密度を特定するとともに、屈折率と液密度の相間を検証した実験とその結果]
本発明者等は、ＬＮＧ、ＬＰＧそれぞれの屈折率を測定し、それぞれの液密度を特定（算定）するとともに、ＬＮＧもしくはＬＰＧの各屈折率と各液密度の相間を求める実験を試みた。

ここで、本実験装置の概要を図５に示している。同図において、測定物には、液密度の相違する複数種のＬＮＧや複数種のＬＰＧが対応している。そして、ノートＰＣ内には、図２のブロック図で示す内部構成のうち、ローレンツ・ローレンスの式を格納した液密度算定部が内蔵されており、屈折率センサーにて測定された屈折率データがコンディショナーを介してノートＰＣに送信され、ここで測定物の液密度が算定されるとともに、表示されるものである。

また、本実験で使用した屈折率センサーは、FISO Technologies 社製の屈折率計である。この屈折率計は、センサー先端にファブリーペロー干渉計が組み込まれており、計測器本体から発信される白色光がサンプル充填部の測定対象液体を通過し、その液体の屈折率に対応した波長（キャビティ長）に変化することを検知するものである。そして、この屈折率センサーは、現在一般に、各種食品や化学薬品等の屈折率を測定する際に用いられており、その動作温度範囲は０〜１００℃と謳われているが、本実験では、−１６２℃程度の極低温のＬＮＧ等の屈折率を測定するのに用い、また、その適用が可能であったことも確認されている。したがって、図１，３，４で示す液密度計測装置１０，１０Ａ，１０Ｂを構成する屈折率計３として、この屈折率センサーを適用することもできるし、場合によっては、耐極低温性を有するように改良が加えられた屈折率センサーを適用してもよい。

図６は、ＬＮＧの屈折率と密度の相間グラフを、図７には、ＬＰＧの屈折率と密度の相間グラフをそれぞれ示している。
図６で示すＬＮＧの相間グラフでは、屈折率：１．２９に対応するデータの影響で、相間グラフは直線に近い二次曲線を呈しているが、この結果が相対的に多くの公差を有するものと判断し、この結果を考慮しない別途のグラフを作成した際には、図示する二次曲線を直線グラフに近似させること、すなわち、ＬＮＧの屈折率と液密度が比例関係にあると特定することも可能となる。尤も、図示する二次曲線であっても、ＬＮＧの屈折率と密度との間に密接な相間が確認できることに変わりはない。

一方、図７で示すＬＰＧの屈折率と密度の相間グラフより、双方は比例関係にあることが理解できる。

図６，７の結果より、ＬＮＧ，ＬＰＧともに、屈折率と液密度の間には双方に固有の相関性があることが実証されている。したがって、この相間関係をたとえば図２で示す液密度算定手段に格納しておくこともでき、この場合には、算定式を用いて屈折率から液密度を算定するまでもなく、測定された屈折率データを相間グラフに直接プロットし、対応する液密度をより短時間で特定することが可能となる。

図１〜図４で示された本発明の液密度計測装置を用いることで、可及的に短時間で、しかも高精度に、複数種のＬＮＧ密度を特定し、それらの液密度差等を特定することが可能となる。したがって、今後その採用が益々拡大するであろう異種ＬＮＧ混合貯蔵において最大の課題となっている、ロールオーバー現象を効果的に抑止するための対策を講じるに際し、本発明の液密度計測装置は極めて有用である。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…貯蔵タンク、１１…屋根、１２…受け入れ配管、１３…ＬＮＧ払い出し配管、１４…ＢＯＧ払い出し配管、１５…払い出しポンプ、２…光ファイバー、３…屈折率計、４…束ね材、５…剛性錘材、５１…剛性材、５２…錘体、５Ａ…支持部材、５Ａａ…固定窓、６…液密度算定手段、１０，１０Ａ，１０Ｂ…液密度計測装置、Ｋ…管理棟

Claims

貯蔵タンク内に貯蔵された液体の液密度を計測する、液密度計測装置であって、
前記液密度計測装置は、先端に屈折率計を備えた、長さの異なる複数の光ファイバーと、
２箇所以上の異なる高さレベルの測定ポイントにおいて、そのうちの少なくとも２箇所の測定ポイントに固有の屈折率計で同時測定されたそれぞれの屈折率から、該少なくとも２箇所の測定ポイントにおける同時刻の液密度を算定する液密度算定手段と、を少なくとも備え、
前記複数の屈折率計は、それぞれの測定ポイントに位置決めされており、
前記貯蔵タンクには、液体の受け入れ配管、液体の払い出し配管が装備されており、該受け入れ配管内、該払い出し配管内、の少なくともいずれか一方にも、前記光ファイバーが延びて、その先端の屈折率計が配されている、貯蔵タンク内の液密度計測装置。
前記複数の光ファイバーの一部もしくは全部は、それらの途中で束ねられて前記貯蔵タンク内に垂下され、束ねられた光ファイバーには、剛性のある錘体が取り付けられ、これによって複数の屈折率計それぞれの前記位置決めが保障されている、請求項１に記載の貯蔵タンク内の液密度計測装置。
前記複数の光ファイバーの一部もしくは全部は、それらの途中で束ねられて前記貯蔵タンク内に垂下され、束ねられた光ファイバーが貯蔵タンクの内壁に固定され、これによって複数の屈折率計それぞれの前記位置決めが保障されている、請求項１に記載の貯蔵タンク内の液密度計測装置。
前記複数の光ファイバーの一部もしくは全部は、それらの途中で束ねられて前記貯蔵タンク内に垂下され、前記貯蔵タンクの内部には支持部材が備えてあり、束ねられた光ファイバーが該支持部材に固定され、これによって複数の屈折率計それぞれの前記位置決めが保障されている、請求項１に記載の貯蔵タンク内の液密度計測装置。
前記複数の光ファイバーの一部もしくは全部は、それらの途中で束ねられて複数の束の光ファイバー群をなし、複数の該束が前記貯蔵タンク内の異なる位置で垂下されている、請求項１〜４のいずれかに記載の貯蔵タンク内の液密度計測装置。