JP6020119B2

JP6020119B2 - 液位計測装置

Info

Publication number: JP6020119B2
Application number: JP2012273706A
Authority: JP
Inventors: 志津香竹下
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: JP2014119317A

Description

本発明は、液位計測装置に関する。

ＬＮＧ（液化天然ガス）やＬＰＧ（液化石油ガス）、その他の低温液化ガスを貯蔵する低温タンクでは、貯蔵した低温液化ガスの液位を計測するため、例えばフロート式液面計や静電容量式液面計など、各種の液位計測装置が用いられている。
しかし、フロート式液面計や静電容量式液面計は応答速度がやや遅く、さらに計器が複雑な構成を有するため比較的高価であるといった課題がある。そこで、このような課題を解消し得るものとして、差圧を利用した低温液化ガスタンク用液面計が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、差圧を利用した液位計としては、低温タンク内の液相部での圧力を計測するための第１の導管と、低温タンク内の気相部での圧力を計測するための第２の導管と、第１の導管で計測された液相部での圧力と第２の導管で計測された気相部での圧力との差圧を計測する差圧計と、を備えて構成される、バブリング式（エアパージ式）の液位計測装置も知られている。第１の導管や第２の導管は、低温タンクの屋根部に取り付けられて鉛直方向下方に向けて配置される。そして、第１の導管は低温タンクの底側に開口部が配置され、第２の導管は低温タンクの屋根側に開口部が配置される。

このようなバブリング式の液位計測装置では、第１の導管を介して所定量の窒素もしくはＢＯＧ（Boil off Gas；気化ガス）を低温タンク内の液相中に導入・バブリングする。そして、第１の導管の開口部（管出口）にかかる液柱圧、すなわち液面ヘッドに見合う圧力（背圧）に対応して第１の導管内の圧力が上昇することを利用して、低温タンク内の気相部での圧力との差圧を計測することにより、低温タンク内の液面の高さ、すなわち液位を測定している。

特開２００１−５９７６３号公報

ところで、前記特許文献１の液面計は、低温タンクの側壁底部に取り付けられる導圧管を備えて構成されているが、このように側壁底部に導圧管が取り付けられる液面計は、既存のタンクに新たに設置するためには、タンク内の低温液化ガスを全て抜き出さないと施工が行えないといった問題がある。また、新たに施工する低温タンクとしては、近年では低温液化ガスの抜き出し配管をタンクの側壁部でなく屋根部に接続するタイプが多くなってきている。そのため、側壁底部に導圧管を取り付ける特許文献１の液面計も、設計上、採用するのが難しくなっている。

また、前記のバブリング式（エアパージ式）の液位計測装置では、窒素もしくはＢＯＧを低温タンク内の液相中に導入しバブリングするために、これらガスを第１の導管に導入する。しかし、これらガスを第１の導管に導入するためには、低温タンクの屋根部にまで窒素もしくはＢＯＧを供給するための供給配管を設置する必要があり、設備が複雑化するとともに、コストも増加してしまう。
また、窒素もしくはＢＯＧを低温タンク内の液相中に供給するためには、これらガスを低温タンク内の圧力より高い圧で導入する必要があるため、これらを昇圧するためのコンプレッサなどが必要になり、設備がさらに複雑化する。

また、窒素を導入する場合には、低温タンク中の低温液化ガスに不純物としての窒素を混入する結果となるため、低温液化ガスの品質を低下させる一因となる。また、窒素中にはその製造の過程で僅かながら水分や酸素（空気）が混入しているため、長期的にはこれらが徐々に蓄積されることで低温タンク中にこれらが溜まり、低温タンクのメンテナンス時などにこのような水分や酸素を除去するための処理が大きな負担となる。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、設備を比較的簡易にしてコストの低減化を図り、しかも窒素を導入することによる不都合を回避した、液位計測装置を提供することにある。

本発明の液位計測装置は、低温タンクに貯留された低温液化ガスの液位を計測する装置であって、
前記低温タンク内の液相部での圧力を計測するために前記低温タンクの底側に開口部が配置された第１の導管と、
前記低温タンク内の気相部での圧力を計測するために前記低温タンクの屋根側に開口部が配置された第２の導管と、
前記第１の導管で計測された液相部での圧力と前記第２の導管で計測された気相部での圧力との差圧を計測する差圧計と、
前記低温タンクに貯留された低温液化ガスを抜き出す抜出配管から導出された低温液化ガスの一部を分離し、分離した低温液化ガスを加熱して気化させる気化部と、
前記気化部から導出した低温液化ガスの気化ガスを前記第１の導管内に通気し、該第１の導管を介して前記液相部中に導入するガス導入部と、を備えることを特徴とする。

また、前記液位計測装置において、前記気化部は、ヒータによって分離した低温液化ガスを加熱し気化させることが好ましい。

また、前記液位計測装置において、前記気化部は、分離した低温液化ガスを加熱して気化させる加熱器と、該加熱器で気化した気化ガスを貯留する容量タンクと、を有することが好ましい。

本発明の液位計測装置によれば、低温タンクに貯留された低温液化ガスを抜き出す抜出配管から導出された低温液化ガスの一部を気化部によって分離し、加熱、気化させ、さらに、ガス導入部によって前記気化部から導出した低温液化ガスの気化ガスを第１の導管内に通気し、該第１の導管を介して液相部中に導入するようにしたので、第１の導管の開口部（管出口）にかかる液柱圧（背圧）に対応して第１の導管内の圧力が上昇することを利用して、低温タンク内の気相部での圧力との差圧を計測することにより、低温タンク内の液面の高さ、すなわち液位を測定することができる。

また、低温タンクに設けられる抜出配管から導出された低温液化ガスの一部を気化して第１の導管内に通気するので、第１の導管内に通気するために新たに設置する配管を最小限に抑えることができる。さらに、抜出配管を流れる低温液化ガスの圧は充分に高く、したがってこれから気化されて得られる気化ガスも充分に高圧であるため、コンプレッサを必要とすることなく、気化ガスを低温タンク内の液相部に導入することができる。よって、設備を比較的簡易にして液位計測装置のコストを低減化することができる。
また、低温タンクに貯留された低温液化ガスの一部を気化させ、第１の導管を介して低温タンク内の液相部中に導入するようにしたので、従来の窒素を導入した場合の不都合を確実に回避することができる。

本発明の液位計測装置を備えた低温タンクの一実施形態の概略構成を示す側断面図である。

以下、図面を参照して本発明の液位計測装置を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本発明の液位計測装置を備えた低温タンクの一実施形態の概略構成を示す側断面図であり、図１中符号１は低温タンク、２は液位計測装置である。低温タンク１は、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）やＬＰＧ（Liquefied petroleum Gas）、さらにはメタン、エタン、プロパン等の低温の液化ガス（低温液化ガス）を貯留するためのものである。本実施形態では、低温タンク１はＬＮＧ（液化天然ガス）を貯留するタンクとする。

この低温タンク１は、金属製の内槽３とコンクリート製の外槽４とを備えて構成されている。内槽３は、液化ガスを直接貯留する容器であり、底部３ａと側壁３ｂと屋根３ｃとを備えて形成されている。外槽４は、内槽３を囲って収容する容器であり、底部４ａと側壁４ｂと屋根４ｃとを備えて形成されている。内槽３と外槽４との間には、保冷材やライナ等が収容されて保冷層（図示せず）が形成されている。

この低温タンク１には、内槽３内に貯留された低温液化ガス（ＬＮＧ）を外部に抜き出すための抜出配管５が設けられている。抜出配管５は、一端側を内槽３内の底部３ａ側に位置させ、この内槽３の屋根３ｃ及び外槽４の屋根４ｃを貫通して外部に引き出された後、図示しないヘッダにまで延びて配設されている。ヘッダには、低温タンク１以外の他の低温タンク（図示せず）からもそれぞれの抜出配管（図示せず）が接続されており、それぞれの抜出配管によって抜き出された低温液化ガスが所定箇所に移送されるようになっている。ここで、前記抜出配管５や他の抜出配管は、移送される低温液化ガスによって内圧が２ＭＰａ程度となっている。

液位計測装置２は、低温タンク１に貯留された低温液化ガスの液位を計測する装置であって、第１の導管６と、第２の導管７と、差圧計８と、気化部９と、ガス導入部１０と、を備えて構成されている。

第１の導管６は、低温タンク１の内槽３内の液相部１１、すなわち低温液化ガスの液相（ＬＮＧ）での圧力を計測するためのものである。この第１の導管６は、低温タンク１の屋根部となる外槽４の屋根４ｃに取り付けられて、鉛直方向下方に向けて配置され、一方の開口端（開口部）６ａが低温タンク１の内槽３の底部３ａ側（底側）に配置されている。開口端６ａは、内槽３の底面からの高さが予め決められた既知の高さＨ_０となるように配置されている。

第２の導管７は、低温タンク１の内槽３内の気相部１２、すなわち低温液化ガス（ＬＮＧ）が一部気化して形成された気相（ＮＧ）での圧力（内圧）を計測するためのものである。この第２の導管７は、第１の導管６と同様に低温タンク１の屋根部となる外槽４の屋根４ｃに取り付けられて、鉛直方向下方に向けて配置され、一方の開口端（開口部）７ａが低温タンク１の内槽３の屋根３ｃ側に配置されている。

これら第１の導管６及び第２の導管７の他方の開口端には、第１の導管６で計測された液相部１１での圧力と第２の導管７で計測された気相部１２での圧力との差圧を計測する差圧計８が取り付けられている。この差圧計８は、目視によって差圧を検知する差圧ゲージであってもよく、また、得られた差圧を電気信号として外部（例えば制御室）に送信する差圧式発振器であってもよい。

気化部９は、前記抜出配管５に設けられた分岐管５ａに取り付けられたもので、逆止弁１３と、加熱器１４と、容量タンク１５とを備えて構成されている。加熱器１４は、本実施形態ではヒータ（電気ヒータ）によって形成されており、抜出配管５によって低温タンク１内から導出され、さらに分岐管５ａによって分離された低温液化ガスを加熱し、気化させるものである。

容量タンク１５は、分岐管５ａによって加熱器１４に接続したもので、加熱器１４で気化した気化ガス（ＢＯＧ）を貯留するものである。この容量タンク１５は、加熱器１４に比べて充分に大きい容量を有しており、したがって加熱器１４で気化した気化ガスをガス状に保持したまま安定的に貯留できるようになっている。また、加熱器１４で気化されずに液状のまま送られてきた僅かな低温液化ガスも、ここで気化させるようになっている。さらに、低温液化ガス中に不純物として重質分が含まれている場合には、この容量タンク１５で気液分離がなされ、重質分は液状のまま容量タンクの底部に溜まり、メンテナンス時などにドレイン管（図示せず）によって抜き出されるようになっている。

ガス導入部１０は、気化部９から導出した低温液化ガスの気化ガスを第１の導管６内に通気し、該第１の導管６を介して前記気化ガスを内槽３内の液相部１１中に導入するものである。このようなガス導入部１０は、本実施形態では定流量弁１６と第１の導管６に接続する供給配管１７とによって形成されている。供給配管１７は、第１の導管６に設けられた給気管６ｂに接続している。このような構成のもとにガス導入部１０は、定流量弁１６によって所定流量で気化ガスを供給配管１７に導出し、第１の導管６内に供給するようになっている。

なお、前述したように抜出配管５はその内圧が２ＭＰａ程度と高圧になっており、したがってこの抜出配管５に接続される分岐管５ａや気化部９、さらには供給配管１７を流れる低温液化ガスや気化ガスの圧も充分に高くなっている。これにより、供給配管１７から供給される低温液化ガスの気化ガスは、低温タンク１内の液相部１１の圧力より充分に高い圧となり、コンプレッサなどの昇圧機を必要とすることなく、液相部１１に直接導入することが可能になっている。

次に、このような構成の液位計測装置２による液相部１１の液位の計測方法を説明する。
定常時では、抜出配管５によって内槽３内の液相部１１から低温液化ガス（ＬＮＧ）が連続的に抜き出され、図示しないヘッダに移送される。その際、抜出配管５を通る低温液化ガス（ＬＮＧ）の一部は、分岐管５ａ側に分離される。

分岐管５ａ側に分離された低温液化ガスは、逆止弁１３を通って加熱器１４に送られ、ここでヒータに加熱されて気化させられる。そして、この気化ガスは容量タンク１５に送られ、ここで貯留される。なお、定常時には定流量弁１６は閉じられており、したがって容量タンク１５に貯留された気化ガスは、供給配管１７に送られることなく、容量タンク１５に貯留された状態に維持される。

このような状態のもとで、内槽３内の液相部１１の液位を計測するには、定流量弁１６を開き、予め設定した所定流量の気化ガスを第１の導管６内に通気する。すると、前記したように供給配管１７を流れる気化ガスの圧は充分に高くなっていることから、供給配管１７から供給された気化ガスは低温タンク１内の液相部１１の圧力より充分に高い圧となっており、したがって第１の導管６内を通ってその開口端（開口部）６ａから液相部１１に直接導入される。

このようにして気化ガスが第１の導管６内を通って液相部１１に直接導入されると、この気化ガスは図１中にＨで示す高さ、すなわち第１の導管６の開口端６ａから液相部１１の液面１１ａまでの高さの液相部１１の液柱圧に対応した圧力に達することにより、開口端６ａから押し出されて前記液柱圧とバランスする。すなわち、第１の導管６内の低温液化ガスが気化ガスによってパージされ、置換されることにより、この第１の導管６の開口端６ａにかかる液柱圧（背圧）分、第１の導管６内の圧力が上昇する。

したがって、この第１の導管６内の圧力Ｐ１から、内槽３の気相部１２の圧力（内槽３の内圧）となる第２の導管７内の圧力Ｐ２を引いた圧、すなわち差圧ΔＰを差圧計８で計測することにより、この計測値（差圧）から液相部１１の液面の高さ（液位）を算出することができる。

具体的には、以下の式によって高さＨを算出することにより、液相部１１の液面１１ａの高さ、すなわち液位（Ｈ＋Ｈ_０）を算出することができる。なお、以下の式においてρは低温液化ガス（ＬＮＧ）の密度であり、既知の値である。また、Ｈ_０も、前記したように予め設定されている既知の高さである。
Ｈ＝（Ｐ１−Ｐ２）／ρ、Ｐ１−Ｐ２＝ΔＰ
Ｈ＋Ｈ_０＝（ΔＰ／ρ）＋Ｈ_０

このような液位計測装置２にあっては、抜出配管５から導出された低温液化ガスの一部を気化部９によって分離し、加熱、気化させ、さらに、ガス導入部１０によって気化ガスを第１の導管６内に通気し、該第１の導管６を介して液相部１１中に導入するようにしたので、第１の導管６の開口端（開口部）６ａにかかる液柱圧（背圧）に対応して第１の導管６内の圧力が上昇することを利用して、低温タンク１内の気相部１２での圧力との差圧ΔＰを計測することにより、低温タンク１内の液相部１１の液面１１ａの高さ、すなわち液位（Ｈ＋Ｈ_０）を容易にかつ精度良く測定することができる。

また、低温タンク１に設けられる抜出配管５から導出された低温液化ガスの一部を気化して第１の導管６内に通気するので、第１の導管６内に通気するために新たに設置する配管を分岐管５ａや供給配管１７など最小限に抑えることができる。さらに、抜出配管５を流れる低温液化ガスの圧は充分に高く、したがってこれから気化されて得られる気化ガスも充分に高圧であるため、コンプレッサを必要とすることなく、気化ガスを液相部１１中に導入することができる。よって、設備を比較的簡易にして液位計測装置２のコストを低減化することができる。

また、低温タンク１に貯留された低温液化ガスの一部を気化させ、第１の導管６を介して液相部１１中に導入するようにしたので、従来の窒素を導入した場合の不都合を確実に回避することができる。
また、気化部９の加熱器１４をヒータによって形成し、このヒータによって低温液化ガスを加熱し気化させるようにしたので、抜出配管５から導出された低温液化ガスの一部をより確実に、かつ簡易な構成で容易に気化させることができる。
また、気化部９を、加熱器１４と容量タンク１５とを備えた構成としているので、特に容量タンク１５で液状の低温液化ガスを気化させたり不純物として重質分を分離したりすることができる。

また、本発明の低温タンクによれば、前記の液位計測装置を備えているので、設備を比較的簡易にしてコストの低減化を図ることができ、しかも、従来の窒素を導入した場合の不都合を確実に回避することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では気化部９の加熱器１４としてヒータを用いたが、これに代えて、温水や温風などの加熱媒体と熱交換する熱交換器を、加熱器１４として用いてもよい。
また、例えば容量タンク１５にエアフィンなどを設けて加熱器として機能させることもできる。その場合には、加熱器１４を省略して容量タンク１５を、加熱器及び容量タンクの機能を併せ持つ気化部としてもよい。

１…低温タンク、２…液位計測装置、５…抜出配管、６…第１の導管、６ａ…開口端（開口部）、７…第２の導管、７ａ…開口端（開口部）、８…差圧計、９…気化部、１０…ガス導入部、１１…液相部、１１ａ…液面、１２…気相部、１４…加熱器、１５…容量タンク、１６…定流量弁、１７…供給配管

Claims

低温タンクに貯留された低温液化ガスの液位を計測する装置であって、
前記低温タンク内の液相部での圧力を計測するために前記低温タンクの底側に開口部が配置された第１の導管と、
前記低温タンク内の気相部での圧力を計測するために前記低温タンクの屋根側に開口部が配置された第２の導管と、
前記第１の導管で計測された液相部での圧力と前記第２の導管で計測された気相部での圧力との差圧を計測する差圧計と、
前記低温タンクに貯留された低温液化ガスを抜き出す抜出配管から導出された低温液化ガスの一部を分離し、分離した低温液化ガスを加熱して気化させる気化部と、
前記気化部から導出した低温液化ガスの気化ガスを前記第１の導管内に通気し、該第１の導管を介して前記液相部中に導入するガス導入部と、を備えることを特徴とする液位計測装置。
前記気化部は、ヒータによって分離した低温液化ガスを加熱し気化させることを特徴とする請求項１記載の液位計測装置。
前記気化部は、分離した低温液化ガスを加熱して気化させる加熱器と、該加熱器で気化した気化ガスを貯留する容量タンクと、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液位計測装置。