JP6155758B2 - 低温液体タンク - Google Patents

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Description

本発明は、低温液体タンクに関するものである。
LNG(Liquefied Natural Gas)タンクやLPG(Liquefied Petroleum Gas)タンク等の低温液体を貯蔵するタンク(低温液体タンク)は、低温液体を溜めるための貯槽と、この貯槽を支える支持部とを備えている。地面からの入熱を防ぐために、このような支持部(底部保冷構造)には、断熱材が含まれている。
従来、このような支持部に含まれる断熱材としては、剛性が高く、コンクリートと同様に上方から作用する荷重によるクリープの影響を無視できるあわガラス等が用いられていた。一方で、近年においては、貯槽の側壁を含む縁部のみをコンクリート等のクリープの影響を無視できる材料で形成し、この内側により保冷性能が高い特許文献1や特許文献2に示すような水発泡やシクロペンタン発泡の断熱材を配置することも提案されている。
特開2007−2118号公報 特開2000−171148号公報
しかしながら、水発泡やシクロペンタン発泡の断熱材は、泡ガラス等のように剛性高くなく、低温液体タンクの耐用期間中にクリープが生じ、貯槽を支持する上面が徐々に沈降することが懸念される。
このように水発泡やシクロペンタン発泡の断熱材を含む支持部の中央部の上面が沈降すると、貯槽の縁部を支持する部分の上面との間に大きな段差が生じることなる。この段差により、貯槽の底部が曲げられるため、曲げ応力が発生し、貯槽の底部に大きな負荷がかかる。このため、低温液化タンクの使用中に、貯槽の底部に対して大がかりなメンテナンスを行う必要が生じる可能性が高まる。
なお、LNGやLPGに限らず、低温の液体を低温のまま貯蔵するタンクでは、貯槽を支える支持部に断熱材を含めることから、この断熱材として水発泡やシクロペンタン発泡の断熱材を用いた場合には、同様の問題が生じる。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、低温液化タンクにおいて、使用中に底部に対して大きな負荷がかかることを抑止することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
第1の発明は、複数のボトムプレートが接合されてなる底部を有する貯槽と、上記底部を支持する支持部とを備える低温液体タンクであって、上記支持部が、上記貯槽の側壁を含む上記貯槽の縁部を支持する外側支持部と、荷重が付与されることによりクリープする断熱材を含むと共に上記外側支持部の内側に配置される内側支持部とを備え、上記内側支持部の上面の初期高さが、低温液体タンクの耐用期間中において、内側支持部の上面高さと外側支持部の上面高さとの差によって上記ボトムプレートに作用する最大曲げ応力が上記ボトムプレートの許容曲げ応力を超えないように設定されているという構成を採用する。
第2の発明は、上記第1の発明において、上記内側支持部の上面の初期高さが、上記外側支持部の上面の初期高さよりも高く設定されているという構成を採用する。
第3の発明は、上記第1または第2の発明において、上記内側支持部が、上記内側支持部の上面の初期高さを規定する高さ設定プレートを有するという構成を採用する。
第4の発明は、上記第3の発明において、上記高さ設定プレートが、上記断熱材の上方に配置される耐熱ボードであるという構成を採用する。
第5の発明は、上記第1〜第4いずれかの発明において、上記外側支持部が、上記内側支持部側の角部が面取りされているという構成を採用する。
第6の発明は、上記第1〜第5いずれかの発明において、上記断熱材が、硬質プラスチックフォームであるという構成を採用する。
本発明においては、内側支持部の上面の初期高さが、低温液体タンクの耐用期間中において、内側支持部の上面高さと外側支持部の上面高さとの差によって貯槽の底部を形成するボトムプレートに作用する最大曲げ応力がボトムプレートの許容曲げ応力を超えないように設定されている。このため、本発明によれば、低温液体タンクの耐用期間中において、内側支持部の上面高さと外側支持部の上面高さとの差が、ボトムプレートに対して影響を与えるような大きなものとならない。したがって、本発明によれば、低温液化タンクにおいて、使用中に底部に対して大きな負荷がかかることを抑止することが可能となる。
本発明の一実施形態におけるLNGタンクの概略構成を模式的に示す断面図である。 (a)が、図1の領域Aの拡大図であり、(b)が、耐用年数が経過した後の領域Aの拡大図である。 (a)が、LNGタンクの変形例における拡大図であり、(b)が、耐用年数が経過した後の様子を示す拡大図である。
以下、図面を参照して、本発明に係る低温液体タンクの一実施形態について説明する。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に、各部材の縮尺を適宜変更している。また、本実施形態においては、低温液体タンクとしてLNGタンクを挙げて説明する。
図1は、本実施形態のLNGタンク1の概略構成を模式的に示す断面図である。この図に示すように、本実施形態のLNGタンク1は、地上式金属製二重殻タンクであり、基礎版2と、外槽3と、底部保冷機構4(支持部)と、内槽5(貯槽)と、ブランケット6と、側部保冷材7とを備えている。
基礎版2は、外槽3、底部保冷機構4、内槽5、ブランケット6及び側部保冷材7を支持するコンクリートからなる円板状部材である。外槽3は、炭素鋼からなる円筒状の容器であり、底部保冷機構4、内槽5、ブランケット6及び側部保冷材7を囲うように基礎版2上に立設されている。底部保冷機構4は、外槽3の内部にて内槽5を支えるようにして内槽5の下方に配置されている。この底部保冷機構4は、本発明における支持部に相当する部材であり、その詳細については後に説明する。
内槽5は、LNGが溜められる円筒状の容器であり、底部保冷機構4上に立設されている。この内槽5は、ニッケル鋼からなる底部5a及び側壁5bと、底部5aと側壁5bとを接続するアニュラプレート5c(図2参照)と、アルミニウム鋼からなると共に吊り下げ支持される天井5dとからなる。なお、内槽5の底部5aは、ニッケル鋼からなるボトムプレート5a1(図2参照)が複数接合されることにより形成されている。また、アニュラプレート5cは、上述のように内槽5の一部であるが、本実施形態においては、本発明の支持部の一部として機能する。ブランケット6は、内槽5の側壁5bを外側から覆うように配置されており、保冷機能を有すると共に内槽5の熱変形を吸収する。側部保冷材7は、ブランケット6と外槽3との間に充填されており、例えばパーライト等からなる。
図2は、図1の領域Aの拡大図である。なお、図2においては、各部材の高さの違いを強調するために、実際の寸法よりも特に各部材の高さを変更して図示している。この図に示すように、底部保冷機構4は、内槽5の側壁5bの下方に配置される外周部4aと、この外周部4aの内側に配置される中央部4bとから構成されている。
外周部4aは、内槽5のアニュラプレート5cを支持しており、コンクリートからなる部位であり、内槽5の側壁5bに沿って環状に設けられている。中央部4bは、基礎版2上に設置される断熱層4b1と、断熱層4b1上に設けられる複数のケイカル板4b2とによって形成されている。
断熱層4b1は、地面から内槽5への入熱を防止するためのものであり、本実施形態においては、コンクリートやあわガラスと異なって上方からの荷重によってクリープを生じる硬質プラスチックフォームからなる。より具体的には、断熱層4b1は、硬質ウレタンフォーム、硬質ポリイソシアヌレートフォームあるいは硬質ポリ塩化ビニルフォームから形成されている。
ケイカル板4b2は、耐熱ボードであり、その上面4b3が内槽5の底部5aを形成するボトムプレート5a1の支持面となっている。これらのケイカル板4b2は、LNGタンク1の建設時において、ボトムプレート5a1同士を溶接するときに、下の断熱層4b1への熱影響を防ぐものである。
図2(a)に示すように、内槽5の底部5a(すなわちボトムプレート5a1)は、内槽5の縁部においてアニュラプレート5cの上面5c1に当接されており、内槽5の中央部においてケイカル板4b2の上面4b3に当接されている。つまり、内槽5の底部5aは、底部保冷機構4及びアニュラプレート5cによって支持されている。本実施形態のLNGタンク1においては、これらの底部保冷機構4及びアニュラプレート5cからなる構造体を支持部10と称する。また、この支持部10の外周部は、底部保冷機構4の外周部4aとアニュラプレート5cからなり、内槽5の側壁5bを含む内槽5の縁部を支持している。以下、このような支持部10の外周部を外側支持部11と称する。また、支持部10の中央部は、底部保冷機構4の中央部4bからなる。以下、このような支持部10の中央部を内側支持部12と称する。すなわち、本実施形態のLNGタンク1は、内槽5の側壁5bを含む内槽5の縁部を支持する外側支持部11と、荷重が付与されることによりクリープする断熱材からなる断熱層4b1を含むと共に外側支持部11の内側に配置される内側支持部12とを備えている。
図2(a)は、本実施形態のLNGタンク1の建設完了直後の状態を示している。この図に示すように、本実施形態のLNGタンク1では、内側支持部12の上面12a(すなわちケイカル板4b2)の初期高さは、外側支持部11の上面11a(アニュラプレート5cの上面5c1)の高さよりも高く設定されている。本実施形態のLNGタンク1では、底部保冷機構4に硬質プラスチックフォームからなる断熱層4b1が含まれているため、内槽5に貯留されたLNGの重量によって断熱層4b1が上方からの荷重を受け、クリープを生じる。このため、本実施形態のLNGタンク1では、長期間の使用により断熱層4b1が徐々に圧縮され、内側支持部12の上面12aが沈降する。この結果、LNGタンク1の耐用年数が経過した後では、図2(b)に示すように、内側支持部12の上面12aが、外側支持部11の上面11aよりも下方に位置することになる。
ここで、本実施形態のLNGタンク1では、設計段階において、LNGタンク1の耐用年数が経過した後に、内側支持部12の上面12aがどの程度沈降するかを実験あるいはシミュレーションによって求めておき、この値に基づいて、ボトムプレート5a1へ大きな影響がないように、内側支持部12の上面12aの初期高さを設定している。具体的には、内側支持部12の上面12aの沈降量から内側支持部12の上面12aの高さと外側支持部11の上面11aの高さとの差分を求める。この差分からボトムプレート5a1に作用する最大曲げ応力を求め、ボトムプレート5a1の許容曲げ応力(ボトムプレート5a1に対してLNGタンク1の耐用年数の間に補修等を行う必要がないと見積もることができる応力)と比較する。そして、この最大曲げ応力がボトムプレート5a1の許容曲げ応力が超えない上面12aの初期高さを設定する。なお、この初期高さは、当然ながら、初期段階における内側支持部12の上面12aの高さと外側支持部11の上面11aの高さとの差分によってボトムプレート5a1に作用する最大曲げ応力が、ボトムプレート5a1の許容曲げ応力を超えないように設定される。
以上のように、本実施形態のLNGタンク1では、内側支持部12の上面12aの初期高さは、LNGタンク1の耐用期間中において、内側支持部12の上面12aの高さと外側支持部11の上面11aの高さとの差によってボトムプレート5a1に作用する最大曲げ応力がボトムプレート5a1の許容曲げ応力を超えないように設定されている。このため、本実施形態のLNGタンク1によれば、LNGタンク1の耐用期間中において、内側支持部12の上面12aの高さと外側支持部11の上面11aの高さとの差が、ボトムプレート5a1に対して影響を与えるような大きなものとならない。したがって、本実施形態のLNGタンク1によれば、LNGタンク1の使用中に、内槽5の底部5aに対して大きな負荷がかかることを抑止することが可能となる。
なお、内側支持部12の上面12aの初期高さは、例えば、内側支持部12の構成要素(すなわち、本実施形態においては断熱層4b1及びケイカル板4b2)の厚みの変更や、基礎版2を底上げすることによって調節することができる。また、内側支持部12の上面12aの高さは、当該高さを規定するための高さ設定プレートを内側支持部12に新たに設置することによって調節しても良い。ただし、ケイカル板4b2の厚みを調節することが容易であることから、このケイカル板4b2を高さ設定プレートとして用いることが好ましい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、図3(a)に示すように、外側支持部11の内側支持部12側の角部11bが面取りされているという構成を採用することも可能である。このような構成を採用することにより、図3(b)に示すように、内側支持部12の上面12aが沈降して外側支持部11の上面11aよりも下方となった場合であっても、外側支持部11の角部がボトムプレート5a1に当たることを防止し、ボトムプレート5a1に対して局所的に高い応力が作用することを防止することができる。
また、上記実施形態においては、外側支持部11が底部保冷機構4の外周部4aとアニュラプレート5cとからなり、アニュラプレート5cの上面によってボトムプレート5a1を支持し、アニュラプレート5cとボトムプレート5a1とを重ね合わせて溶接した構成を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、底部保冷機構4の外周部4aの上面で直接ボトムプレート5a1を支持し、ボトムプレート5a1とアニュラプレート5cとを突き合わせて溶接する構成を採用することもできる。このような場合には、ボトムプレート5a1が底部保冷機構4の外周部4aの上面に支持されることから、外側支持部が底部保冷機構4の外周部4aのみで構成され、外周部4aの上面が外側支持部の上面となる。
また、上記実施形態においては、内側支持部12が、硬質ウレタンフォームからなる断熱層4b1とケイカル板4b2とからなる構成を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、内側支持部12を異なる構造とすることもできる。例えば、内側支持部12にあわガラス等からなる第2の断熱層を含める構成を採用することもできる。また、このあわガラスを上層に配置することによりケイカル板4b2をなくすことも可能となる。このように内側支持部の構造が変わった場合には、その構造によってボトムプレート5a1を支持する面を有する構成要素が異なることになる。
また、上記実施形態においては、断熱層4b1が硬質ウレタンフォームからなる構成について説明した。しかしながら、硬質ウレタンフォームに限られず、発泡プラスチックであれば断熱層として用いることが可能である。
また、上記実施形態においては、本発明の低温液体タンクをLNGタンク1に適用した例について説明した。しかしながら、本発明の低温液体タンクをLPGタンクや他の低温液体タンクに適用することも可能である。
また、本発明においては、内側支持部の上面の初期高さが、必ずしも外側支持部の上面の初期高さよりも高いことを要しない。例えば、内側支持部の上面の初期高さが外側支持部の上面の初期高さと同じであっても良い。
1……LNGタンク(低温液体タンク)、2……基礎版、3……外槽、4……底部保冷機構、4a……外周部、4b……中央部、4b1……断熱層(断熱材)、4b2……ケイカル板(高さ設定プレート)、4b3……上面、5……内槽(貯槽)、5a……底部、5a1……ボトムプレート、5b……側壁、5c……アニュラプレート、5c1……上面、5d……天井、6……ブランケット、7……側部保冷材、10……支持部、11……外側支持部、11a……上面、11b……角部、12……内側支持部、12a……上面

Claims (5)

  1. 複数のボトムプレートが接合されてなる底部を有する貯槽と、前記底部を支持する支持部とを備える低温液体タンクであって、
    前記支持部は、
    前記貯槽の側壁を含む前記貯槽の縁部を支持する外側支持部と、
    荷重が付与されることによりクリープする断熱材を含むと共に前記外側支持部の内側に配置される内側支持部とを備え、
    前記内側支持部の上面の初期高さは、前記外側支持部の上面の初期高さよりも高く設定されている
    ことを特徴とする低温液体タンク。
  2. 前記内側支持部は、前記内側支持部の上面の初期高さを規定する高さ設定プレートを有することを特徴とする請求項記載の低温液体タンク。
  3. 前記高さ設定プレートは、前記断熱材の上方に配置される耐熱ボードであることを特徴とする請求項記載の低温液体タンク。
  4. 前記外側支持部は、前記内側支持部側の角部が面取りされていることを特徴とする請求項1〜いずれか一項に記載の低温液体タンク。
  5. 前記断熱材は、硬質プラスチックフォームであることを特徴とする請求項1〜いずれか一項に記載の低温液体タンク。
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