JP5682027B2

JP5682027B2 - 地上式低温タンク貯槽のアンカー構造

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Publication number: JP5682027B2
Application number: JP2010261130A
Authority: JP
Inventors: 藤永　友三郎; 友三郎藤永
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2030-11-24
Also published as: JP2012112431A

Description

本発明は地上式低温タンク貯槽のアンカー構造に係り、ＬＮＧの漏液時に基礎版の温度低下を低減するアンカー構造に関する。

液化天然ガス（以下、ＬＮＧと記す。）等の低温液化ガスを貯蔵する地上式低温タンクにおいては、従来、内槽と外槽とが一体構成された二重殻式の低温タンクが一般に用いられてきた。しかし、近年、外槽とプレストレストコンクリート（以下、ＰＣと記す。）製の防液堤が一体となり、万一の液漏れを最小限に食い止めるＰＣ−ＬＮＧタンクが主流になりつつある。

この種のタンクでは、基礎版は一般に鉄筋コンクリート製で、地中の基礎杭に荷重を伝えて低温タンク全体を支持する。内槽の底部保冷には、気泡コンクリートと泡ガラス、パーライトコンクリートが設置され、さらに、基礎版にはヒータ管が埋設され、基礎版内の鉄筋の低温脆性強度の低下を防止する対策がとられている。また、貯液される内槽は、その外周面が各種のアンカー構造によって基礎版に支持される構造となっている（特許文献１）。

従来の内槽のアンカー構造の一例の詳細を図４に示す。このアンカー構造は、基礎版３０に定着したアンカーボックス５０と、内槽１１の外面に固着した定着ブラケット４１と、アンカーボックス５０と定着ブラケット４１を連結するアンカーストラップ４０から構成される。また、図５は、図４中の断面線V−Vで示した断面図である。一般にアンカーボックス５０はステンレス製で、角管部５０ａとリブ５０ｂと底板５０ｃと定着板５０ｄから構成される。底板５０ｃの一方の面には、角管部５０ａが底板５０ｃに垂直に立設され、その接合部にはリブ５０ｂが取り付けられている。底板５０ｃの他方の面には、アンカーストラップを差込可能な離れをもって２枚の定着板５０ｄが底板５０ｃに垂直に取り付けられている。底板５０ｃには、アンカーストラップ４０の平板部４０ｂが挿入可能なスリット（不図示）が形成されている。アンカーボックス５０は基礎版３０に対して所定の定着長を有している。さらに、泡ガラス１７とパーライトコンクリート１８とは切欠かれ、内槽の温度変化によるアンカーストラップの変動空間が確保されている。

特開２００３−２４０１９６公報

ＬＮＧタンクの基礎版は鉄筋の低温脆性強度の観点から、最低温度をマイナス４０℃以上に維持する必要がある。従来、アンカーボックス５０がステンレス製角管部５０である場合には、ステンレス製角管部５０上部に樹脂コーティングされたガラスクロスを布設していた。しかし、漏液時にアンカーボックス５０の上部はガラスクロスを挟んでＬＮＧが触れることになるので、形成されるヒートパスにより温度低下は回避できず、基礎版のアンカーボックス周りの温度が急激に低下する。そのため、温度低下量を抑制することを目的にアンカーボックス周りのヒータ管は密に配置されている。その結果、ヒータ配管長、基礎版鉄筋量、ＰＣ鋼材量が多くなる傾向にあった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、低温タンク貯槽のアンカーボックスから基礎版への熱伝導を抑えることにより、アンカーボックス材料費、ヒータ配管長、鉄筋量、ＰＣ鋼材量を低減することができる地上式低温タンク貯槽のアンカー構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は上端が内槽の外側面に、下端が前記内槽を支持する基礎版に定着され、前記内槽と前記基礎版とを連結し、前記内槽を支持するアンカーストラップと、前記基礎版内に形成され、前記アンカーストラップの下端が挿入され、前記内槽に作用する温度変化による前記アンカーストラップの変位を確保する空間を有する管状のアンカーボックスとを備え、前記アンカーボックスは、前記アンカーストラップ下端の収容空間を形成する下部本体と、前記内槽の貯留液体の漏液時に浸漬する範囲に位置し、前記下部本体に対して低い熱伝導率の上部本体とを、上下一体に組み立てて構成したことを特徴とする。

前記上部本体は、木製の無底箱状をなし、ステンレス製の前記下部本体の上端に接合することが好ましい。

前記アンカーボックス内に断熱部材を充填し、その断熱部材としてポリウレタンフォームを用いることが好ましい。

前記アンカーストラップが挿通する範囲の、前記アンカーボックスの上方に積層された部材に切欠が設けられ、該切欠内にグラスウールが充填されるようにすることが好ましい。

以上のように本発明によれば、低温タンク貯槽のアンカーボックスから基礎版への熱伝導を抑えることにより、アンカーボックス材料費、ヒータ配管長、鉄筋量、ＰＣ鋼材量を低減することができる、という効果を奏する。

本発明の一実施例を適用した地上式低温タンクの一般断面図。図１におけるアンカー構造に着目した部分拡大斜視図。図２中の断面線III−IIIで示した断面図。従来の地上式低温タンク貯槽のアンカー構造に着目した斜視図。３次元有限要素モデルによる熱伝導解析用モデル図。図５に示したモデルにおける熱伝導解析の解析結果等温線図（比較例）。図５に示したモデルにおける熱伝導解析の解析結果等温線図（実施例）。図５に示したモデルにおける熱伝導解析の解析結果等温線図（参考例１）。図５に示したモデルにおける熱伝導解析の解析結果等温線図（参考例２）。

以下、本発明に係る地上式低温タンク貯槽（以下、ＬＮＧタンクと記す。）のアンカー構造を実施するための最良の形態の実施例について図面を参照して説明する。

プレストレストコンクリート製のＬＮＧタンクの一例を図１に示す。符号１１は内槽を示しており、所定の曲率を有した円筒状の側板１１ａと、側板１１aの底部をなす底板１１ｂと、ドーム形状の屋根１１ｃとから構成される。一般に、地上式ＬＮＧタンクの内槽１１は、極低温下においても脆性破壊を起こさない十分な靭性を持った９％ニッケル鋼を素材として製作され、円筒形構造体としての強度も要求される。符号１２は外槽を兼ねたＰＣ防液堤を示している。ＰＣ防液堤１２は内槽１１からの万一の液漏れの際に被害を最小限に抑えられるように、鉛直方向・円周方向にプレストレスが導入されたプレストレストコンクリート構造（以下、ＰＣ構造）からなり、十分な水密性が保持されている。また、内槽１１からの液漏れによりＰＣ構造部の急激な温度低下を防ぐため、液に接する面にポリウレタンフォーム等からなる冷熱抵抗緩和材１３が断熱層として設けられている。さらに内槽１１の外周面とＰＣ防液堤１２の間には、グラスウール１４と粒状パーライト１５が充填され、内槽１１に貯蔵された液化天然ガスの保冷材として機能する。

内槽１１の底部には保冷の機能のみではなく、内槽１１の自重及びＬＮＧ２０の重量を受け持つため、十分な支圧性能を持つ材料・構造が要求される。そのため、底部保冷を目的として、軽量気泡コンクリート層１６、泡ガラス層１７、パーライトコンクリート層１８が積層され、これらは基礎版３０によって支持されている。また、側壁側周端部にはパーライトコンクリートブロックＢ（１９Ｂ）、パーライトコンクリートブロックＡ（１９Ａ）が積層され、さらにパーライトコンクリートブロックＡ（１９Ａ）上には軽量気泡コンクリートブロック１６Ａが積層されている。タンク全体を支持する基礎版３０は、厚さ１．０ｍ程度の鉄筋コンクリート製で、地中に埋められた基礎杭３１を介して低温タンク１０全体を支持する。基礎版３０にはヒータ管３２が埋設され、基礎版３０内の鉄筋の低温脆性強度の低下を防止する。ヒータ管３２は、メイン配管、サブ配管とから構成され、運転時の保温温度、保温領域の制御を行えるようになっている。

ＬＮＧは−１６２℃と極低温で、内槽１１にＬＮＧ２０を貯蔵した状況と貯蔵していない状況では内槽１１の温度は大きく異なる。そのため、内槽１１全体に大きな熱膨張と熱収縮が発生するため、これらに起因する熱応力を内槽１１に発生させないために内槽１１は固定されないのが一般的である。しかし、地震時には内槽１１の滑動と転倒を防止しなければならない。そこで、熱膨張と熱収縮とによる内槽１１の径方向及び高さ方向の熱変形は許容しつつ、地震による内槽１１の滑動や転倒を防止する内槽１１のアンカー構造が採用されている。

このアンカー構造は、図１に示したように、従来構造と同様に、基礎版３０に定着したアンカーボックス５０と、内槽１１の外面に固着した定着ブラケット４１と、アンカーボックス５０と定着ブラケット４１を連結するアンカーストラップ４０から構成される。

図２は本発明に係る地上式低温タンク貯槽のアンカー構造の詳細斜視図である。図３は図２中の断面線III−IIIで示した断面図である。本実施例のアンカーボックス５０の角管は、平面寸法が２５０mm×３５０mm、高さ１０００mmのステンレス製角管部５０ａ（下部本体）と、ステンレス部と同一平面寸法で高さ２００mmの木製角管部５０ｅ（上部本体）とを上下一体に組み立てた構成からなる。角管上部に位置する木製角管部５０ｅは、施工時には基礎版上に打設されるパーライトコンクリートの水分等がアンカーボックス５０内に流入しないようにする型枠の役割を果たし、ステンレス製角管部５０ａに粘着テープ等で固定されている。最終的には、木製角管５０ｅの上端は、泡ガラス層１７の切欠き部の下方まで達する。

アンカーストラップ４０は、内槽定着部４０ａと平板部４０ｂとから構成される。内槽定着部４０ａは内槽１１外面に取り付けられた定着ブラケット４１（図１）に連結する。平板部４０ｂは所定の長さを有し、底板５０ｃに形成された図示しないスリットと定着板５０ｄの隙間に挿入される。そして、底板５０ｃと定着板５０ｄとに溶接され、アンカーストラップ４０はアンカーボックス５０と連結する。

アンカーストラップ４０が貫通する角管部５０ａ内には、漏液したＬＮＧとアンカーボックス５０との接触を避けるため、ポリウレタンフォーム５１（以下、ＰＵＦと記す）が充填されている。さらに、パーライトコンクリートブロックＡ（１９Ａ）と軽量気泡コンクリートブロック１６Ａの積層部の切欠部３４（図２）にはグラスウール３５が充填されている。その施工方法としては、アンカーストラップ４０の周りにグラスウール３５を巻きつけた上でアンカーボックス５０内にＰＵＦを発泡充填するとともに、軽量気泡コンクリートブロック１６ＡおよびパーライトコンクリートブロックＡ（１９Ａ）の一部に形成された切欠部３４にもグラスウール３５を充填する。この結果、アンカーストラップ４０は内槽１１の変形（外力、温度応力による）に対して自由に追従することができる。

このように、アンカーボックス５０はあくまでもアンカーストラップが内槽１１の変形に追従して自由に動けるように空間を確保することを目的としている。そのため、底部冷熱緩衝材（パーライトコンクリート）および基礎版コンクリートの打設時に、材料や水が流入させないことが重要である。木製角管部５０ｅは合板を組み立てたものである。一般に木材の熱伝導率は０．１５W/m・K程度であり、ステンレスの熱伝導率１５W/m・K程度と比べて約１／１００である。さらに、アンカーボックス内に注入されたＰＵＦ５１と泡ガラスの切欠部３４（図４）に充填されたグラスウール３５により、アンカーボックス５０が直接ＬＮＧと接することを防ぐことができる。そのため、ＬＮＧ漏液時において、ＬＮＧの冷熱がステンレス製の角管部５０ａに与える温度低下の影響は、従来の構造と比べて格段に小さくすることができ、基礎版の温度低下の影響も低減することができる。その結果、基礎版３０内に備えたヒータ管を減らすことができ、低熱による温度影響を受けにくくなった鉄筋とＰＣ鋼材を減らした設計が可能となる。さらに、アンカーボックス５０のステンレス材を木材に置き換えることにより、アンカーボックス材料費を抑えることができる。そして、漏液時には底部低熱緩衝材であるパーライトコンクリート面上にＬＮＧが直接、接することになる。この作用は、木製合板以外でもステンレス材より熱伝導率の小さな材料であれば実現できる。低温で強度が保持できる材料として、木材以外ではガラス繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）板材,ＰＵＦ成形ボード等が代替品として可能である。

上述の実施形態では、アンカーボックス５０の角管部の上部本体は、木製角管部５０ｅから構成されているが、材料を限定するものではなく、熱伝導率の低い材料を用いることにより、本発明と同等の効果を得ることができる。

また上述の実施形態では、アンカーボックス５０の角管部の内部には、ＰＵＦ５１を充填した構成について述べたが、これについても熱伝導率の低い充填材を用いることにより、本発明と同等の効果を得ることができる。

[有限要素モデルによる熱伝導解析]
発明者は、上述した地上式低温タンク貯槽のアンカー構造の有効性を確認するために、アンカーボックス部を含むタンク基礎版、壁体及び周辺地盤の３次元有限要素法モデルによる熱伝導解析を実施した。図５は、熱伝導解析に用いたＬＮＧタンクの各部と周辺地盤とを一体的にモデル化した３次元有限要素モデルの一部（周囲地盤要素モデルの一部を省略して図示）を模式的に示したモデル図である。モデルはアンカーボックスの設置間隔の厚みの１／２を有する３次元モデルからなる。熱伝導解析に用いた条件として入力境界温度条件を表−１に、保冷材、コンクリート、アンカーボックス各部材の熱定数を表−２に、周囲地盤の熱定数を表−２．２に示した。

［表−１］

［表−２］

［表−２．２］

［解析ケース］
解析においては、参考例１として内槽１１内に−１６４℃のＬＮＧが貯留されている状態での通常運転時（メインヒータＯＮ：大気温度２２．７℃）、参考例２として通常運転時（サブヒータＯＮ：大気温度２２．７℃）の解析を行い、通常運転時におけるアンカーボックスの温度状態を確認した。また、解析モデルで漏液状態を実現するために、漏液した際にＬＮＧが接する状態になる、基礎版上のパーライトコンクリート表面（中央部、リング部）〜アンカーボックス上端〜ＰＣ防液堤内周面の連続した面を固定温度境界（−１６４℃）として設定し、アンカーボックス上端が木製の場合（実施例）、ステンレス製角管の場合（比較例）について、それぞれ熱伝導解析を行った。
［解析結果］
図６〜図９は、それぞれ比較例（図６：総ＳＵＳ製アンカーボックスの場合）、実施例（図７：上部木製、下部ＳＵＳ製アンカーボックスの場合）、参考例１（図８：通常運転時、メインヒータＯＮ）、参考例２（図９：通常運転時、サブヒータＯＮ）における基礎版、ＰＣ防液堤、周囲地盤における等温線図（断面、基礎版上面平面）である。以上の結果をもとにアンカーボックス位置における基礎版最低温度を示したのが表−３である。同表から明らかなように、アンカーボックスにおいて、上部木製構造とすることにより、制限値（−４０℃）を十分クリアすることができることが明らかになった。

［表−３］

１０低温タンク
１１内槽
１２ＰＣ防液堤
１３冷熱抵抗緩和材
１４グラスウール
１５粒状パーライト
１６軽量気泡コンクリート
１７泡ガラス
１８パーライトコンクリート
１９パーライトコンクリートブロック
２０液化天然ガス（ＬＮＧ）
３０基礎版
３１群杭
３２ヒータ管
３４切欠部
３５グラスウール
４０アンカーストラップ
４１定着ブラケット
５０アンカーボックス
５１ポリウレタンフォーム（ＰＵＦ）

Claims

上端が内槽の外側面に、下端が前記内槽を支持する基礎版に定着され、前記内槽と前記基礎版とを連結し、前記内槽を支持するアンカーストラップと、
前記基礎版内に形成され、前記アンカーストラップの下端が挿入され、前記内槽に作用する温度変化による前記アンカーストラップの変位を確保する空間を有する管状のアンカーボックスとを備え、
前記アンカーボックスは、前記アンカーストラップ下端の収容空間を形成する下部本体と、前記内槽の貯留液体の漏液時に浸漬する範囲に位置し、前記下部本体に対して低い熱伝導率の上部本体とを、上下一体に組み立てて構成したことを特徴とする地上式低温タンク貯槽のアンカー構造。
前記上部本体は、木製の無底箱状をなし、ステンレス製の前記下部本体の上端に接合されたことを特徴とする請求項１に記載の地上式低温タンク貯槽のアンカー構造。
前記アンカーボックス内に断熱部材が充填されたことを特徴とする請求項１に記載の地上式低温タンク貯槽のアンカー構造。
前記断熱部材は、ポリウレタンフォームであることを特徴とする請求項３に記載の地上式低温タンク貯槽のアンカー構造。
前記アンカーストラップが挿通する範囲の、前記アンカーボックスの上方に積層された部材に切欠が設けられ、該切欠内にグラスウールが充填されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地上式低温タンク貯槽のアンカー構造。