JP6405420B2 - 液化ガス保持タンクおよび液化ガス運搬船 - Google Patents

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Description

本発明は、液化ガスの輸送や貯蔵に用いられる液化ガス保持タンク、およびこの液化ガス保持タンクを備えた液化ガス運搬船に関する。
従来から、極低温の液化ガス用のタンクとして、内槽と外槽との間に真空空間が確保された二重殻構造の液化ガス保持タンクが知られている。例えば、特許文献１には、内槽の外側面を断熱フィルムで覆い、外槽の内側面をリーク対策用断熱層で覆った液化ガス保持タンクが開示されている。
極低温の液化ガスは、沸点が非常に低いために、真空空間の真空度が劣化して外槽から内槽に熱が伝達されると、沸騰する。特許文献１に開示された液化ガス保持タンクにおけるリーク対策用断熱層は、そのような液化ガスの沸騰を防止するためのものである。すなわち、真空空間の真空度が劣化したときでも、リーク対策用断熱層により、ある程度の断熱性が液化ガス保持タンクに維持される。
特開平１０−１４１５９５号公報
特許文献１には、リーク対策用断熱層を発泡性断熱材で構成することが記載されている。しかしながら、このような発泡性断熱材が外槽の内側面上に配置されている場合、真空空間の真空度が高いと、発泡性断熱材を構成する樹脂の表面からガス（発泡性断熱材の空隙内の空気ではなく、樹脂の分子間に捕えられたガス）が時間をかけて出てくるため、時間経過と共に真空度が劣化するおそれがある。
そこで、本発明は、真空空間の真空度が時間経過と共に劣化することを抑制することができる液化ガス保持タンクを提供すること、およびこの液化ガス保持タンクを備えた液化ガス運搬船を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の液化ガス保持タンクは、液化ガスを貯留する内槽と、前記内槽との間に真空空間を確保する外槽と、前記外槽の外側面を覆う非常用断熱層と、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、非常用断熱層が真空空間内に配置されていないので、真空空間の真空度が時間経過と共に劣化することを抑制することができる。
上記の液化ガス保持タンクは、前記外槽の内側面から離間して前記内槽の外側面を覆う真空域断熱層をさらに備えてもよい。この構成によれば、内槽と外槽との間の輻射による熱伝達を防止することができる。
また、本発明の液化ガス運搬船は、上記の液化ガス保持タンクと、前記液化ガス保持タンクとの間に空間を確保するように前記液化ガス保持タンクを包み込むタンクカバーと、を備え、前記液化ガス保持タンクと前記タンクカバーの間の空間には不活性ガスが封入されている、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、例えば、酸素の液化温度より低い極低温の液化ガスが内槽から真空空間に漏れ出した場合でも、液化ガス保持タンクの周囲に液化酸素が生成されることを防止することができる。
上記の液化ガス運搬船は、前記液化ガス保持タンクの内槽と外槽の間の真空空間の真空度を検出するための真空度検出器と、前記真空度検出器によって検出される真空度が航海可能領域にあるか寄港必要領域にあるかを通知する通知装置と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、操船者が、航海を続行すべきか寄港すべきかを簡単に判断することができる。
上記の液化ガス運搬船は、前記内槽内で発生するボイルオフガスを前記タンクカバーの外部へ導く逃し路と、前記逃し路に設けられた、前記内槽内の圧力が所定圧力以上となったときに開くリリーフ弁と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、内槽内で液化ガスが沸騰してボイルオフガスが大量に発生しても、内槽内の圧力を所定圧力以内に維持することができる。
上記の液化ガス運搬船は、前記内槽内で発生するボイルオフガスを燃焼可能なガス燃焼ユニットと、前記内槽から前記ガス燃焼ユニットへボイルオフガスを導く燃焼路と、前記燃焼路に設けられた、前記内槽内の圧力が所定圧力以上となったときに開く開閉弁と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、内槽内で液化ガスが沸騰してボイルオフガスが大量に発生しても、内槽内の圧力を所定圧力以内に維持することができる。
本発明によれば、真空空間の真空度が時間経過と共に劣化することを抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る液化ガス保持タンクが搭載された液化ガス運搬船の一部の側面断面図である。 図１に示す液化ガス保持タンクの部分的な拡大断面図である。 通知装置の一例である表示器を示す図である。
図１に、本発明の一実施形態に係る液化ガス保持タンク２が搭載された液化ガス運搬船１の一部を示す。
本実施形態では、液化ガス保持タンク２は、横置き円筒状である。ただし、液化ガス保持タンク２は、球形状であってもよい。また、液化ガス保持タンク２は、必ずしも液化ガス運搬船１に搭載される必要はなく、例えば発電所用のタンクとして地上に設置されてもよい。この場合、液化ガス保持タンク２は、例えば軸方向が鉛直方向と平行な円筒状であってもよい。
液化ガス保持タンク２は、タンク２の軸方向が船長方向と平行となる向きで配置される。具体的に、液化ガス保持タンク２は、二重殻タンクであり、液化ガスを貯留する内槽３と、内槽３との間に真空空間２０を確保する外槽４を備える。
内槽３に貯留される液化ガスは、液化天然ガス（ＬＮＧ、約−１６０℃）、液化水素（ＬＨ2、約−２５０℃）などの極低温の液化ガスである。ただし、液化ガスは、液化石油ガス（ＬＰＧ、約−４５℃）、液化エチレンガス（ＬＥＧ、約−１００℃）などの相対的に高い温度の液化ガスであってもよい。
内槽３は、内槽本体部３１と内槽ドーム３２を含む。内槽本体部３１は、一定の断面形状で横方向に延びる胴部と、この胴部の両側の開口を塞ぐ半球状の閉塞部とで構成されている。ただし、閉塞部は、胴部と垂直なフラットであってもよいし、皿状であってもよい。内槽ドーム３２は、内槽３を貫通する配管類を集約するための部分である。本実施形態では、内槽ドーム３２が内槽本体部３１の胴部から上向きに突出している。ただし、内槽ドーム３２は、例えば、内槽本体部３１の胴部または閉塞部から斜め上向きに突出していてもよい。
外槽４は、内槽本体部３１を取り囲む外槽本体部４１と、内槽ドーム３２を取り囲む外槽ドーム４２を有している。すなわち、外槽本体部４１は内槽本体部３１を大型化した形状を有しており、外槽ドーム４２は内槽ドーム３２を大型化した形状を有している。
外槽本体部４１は、例えば、船底１１に設けられた一対のサドル１３により、タンク２の軸方向に互いに離間する位置で支持される。一方、内槽本体部３１と外槽本体部４１の間には、サドル１３と同じ位置で内槽本体部３１を支持する一対の支持部材２５が配置されている。
また、内槽ドーム３２および外槽ドーム４２には、内槽３内の点検を可能にするためのマンホール３５，４５がそれぞれ設けられている。ただし、マンホール３５，４５は、内槽本体部３１および外槽本体部４１に設けられていてもよい。
さらに、液化ガス保持タンク２は、真空空間２０での輻射による熱伝達を防止するための真空域断熱層５と、真空空間２０の真空度が劣化したときでも液化ガスの沸騰を防止するための非常用断熱層６を含む。真空域断熱層５は、外槽４の内側面から離間しながら内槽３の外側面を当該外側面に密着した状態で覆っており、非常用断熱層６は、外槽４の外側面を当該外側面に密着した状態で覆っている。
本実施形態では、真空域断熱層５は、内槽本体部３１の外側面上のみに配置されているが、内槽ドーム３２の外側面上にも配置されていてもよい。換言すれば、内槽３の外側面の全面が真空域断熱層５で覆われていてもよい。非常用断熱層６は、外槽本体部４１の外側面上および外槽ドーム４２の外側面上に配置されていて、外槽４の外側面の全面を覆っている。
真空域断熱層５は、輻射シールド板とスペーサを交互に積層したものである。輻射シールド板は、合成樹脂シートと金属皮膜とで構成される。金属皮膜は、例えば、合成樹脂シートの表面にアルミニウム（金または銀でもよい）を蒸着させることにより形成される。スペーサは、熱伝導率の小さな樹脂からなるシートである。このようなシートとしては、ネット、織布、不織布などを用いることができる。真空域断熱層５は、例えば、当該真空域断熱層５の外側に巻き付けられる拘束部材（例えば、メッシュ材）により内槽３の外側面上に固定される。
一方、非常用断熱層６は、図２に示すように、内側防熱層６１と外側防熱層６３の二層構造を有している。内側防熱層６１と外側防熱層６３の間には補強材６２が配置され、外側防熱層６３の表面上にはアルミプラスチックシート６４が配置されている。補強材６２は、例えば、金属製のメッシュであり、外槽４の外側面に設けられたスタットボルト（図示せず）を用いて非常用断熱層６を固定する際に、ワッシャおよびナットの座として機能する。
内側防熱層６１としては、例えば、冷却によって亀裂や割れが発生し難いフェノール樹脂発泡体を用いることができる。外側防熱層６３としては、例えば、取り扱いが容易な硬質ポリウレタン発泡体を用いることができる。
図１に戻って、液化ガス運搬船１には、液化ガス保持タンク２との間に空間１０を確保するように液化ガス保持タンク２を包み込むタンクカバー１２が装備されている。すなわち、タンクカバー１２は、全周に亘って非常用断熱層６から離間している。具体的に、タンクカバー１２は、下向きに開口する形状を有し、船体（例えば、船底１１や隔壁）と共に密閉空間を形成する。なお、タンクカバー１２には、液化ガス保持タンク２のマンホール３５，４５と対応する位置にマンホール１５が設けられている。
液化ガス保持タンク２とタンクカバー１２の間の空間１０には、不活性ガスが封入されている。不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴンなどを利用することができる。これにより、例えば、酸素の液化温度より低い極低温の液化ガスが内槽３から真空空間２０に漏れ出した場合でも、液化ガス保持タンク２の周囲に液化酸素が生成されることを防止することができる。空間１０に封入される不活性ガスは、乾燥ガスであることが好ましい。非常用断熱層６を乾燥状態に保つことができるからである。
さらに、液化ガス運搬船１は、内槽３内で液化ガスが沸騰してボイルオフガスが大量に発生しても内槽３内の圧力を所定圧力以内に維持するための構成として、液化ガスを燃焼させる燃焼システム９と、液化ガスを大気中に開放する大気開放システム８を備えている。また、液化ガス運搬船１は、内槽３と外槽４の間の真空空間２０の真空度（単位：Ｐａ）を検出するための真空度検出器７１と、外槽４の温度を検出するための温度センサ７２と、真空空間２０を真空引き可能な真空ポンプ７０と、真空度検出器７１および温度センサ７２の検出結果に基づいて真空ポンプ７０を制御する制御装置７を備えている。制御装置７には、警報装置７３および表示器７４が接続されている。
液化ガス運搬船１では、通常、真空空間２０の容積が数百立米（ｍ3）もあるような大型の液化ガス保持タンク２が採用される。このような大型の液化ガス保持タンク２では、真空空間２０の真空度は場所によって異なる。このため、複数の真空度検出器７１が適所に配置される。例えば、タンク２の軸方向の両側ならびにタンク２の上方および下方に、真空度検出器７１が配置される。
温度センサ７２は、真空度検出器７１により検出される真空度の劣化が外槽４の温度変化をもたらす程度のものであるか否かを判定するために使用される。このため、温度センサ７２は、各真空度検出器７１の近傍に配置される。
制御装置７には、真空度の判定基準として、少なくとも３つの設定値が格納されている。３つの設定値は、真空度許容限界Ｒ０と、Ｒ０よりも低い真空度に設定された（圧力値としてはＲ０よりも大きな）連続航海可能限界Ｒ１と、Ｒ１よりも低い真空度に設定された回避航海可能限界Ｒ２である。真空度許容限界Ｒ０は、真空空間２０の断熱性の低下が懸念される真空度である。真空度許容限界Ｒ０より真空度が高い場合（圧力値としては真空度がＲ０よりも小さい場合）、真空ポンプ７０を稼動することなく、安全に航海が継続できる。真空度許容限界Ｒ０は真空空間２０の容積により設定可能である。連続航海可能限界Ｒ１は、真空ポンプ７０を連続的または一定期間稼動することで、安全に航海が連続継続して出来得る真空度の限界値である。連続航海可能限界Ｒ１は真空ポンプ７０の能力や真空空間２０の容積により設定可能である。また、連続航海可能限界Ｒ１は、航行中の液化ガス運搬船が最寄りの修繕施設に寄港するための回避航海を開始する真空度でもある。回避航海可能限界Ｒ２は、液化ガス運搬船が回避航海に必要な航海日数の間に内槽３内の圧力が設計圧力に到達しない真空度として設定できる。回避航海可能限界Ｒ２は真空ポンプ７０の能力や真空空間２０の容積に加えて、燃焼システム９の能力および内槽３内の圧力値を考慮に入れて設定することが可能である。
制御装置７は、真空度検出器７１により検出される真空度の最低値（真空度が最も劣化している箇所の値）に応じた真空度信号を表示器７４に出力する。表示器７４は、例えば図３に示すように、針７４ａと、航海可能領域である正常航海領域７５および準正常航海領域７６、ならびに寄港必要領域である回避航海領域７７および異常航海領域７８が描かれた表示板７４ｂを有し、針７４ａを真空度信号に連動して動かすことにより、検出された真空度がどの領域にあるかを表示する。すなわち、表示器７４は、真空度検出器７１によって検出される真空度が航海可能領域にあるか寄港必要領域にあるかを通知する通知装置として機能する。これにより、操船者が、航海を続行すべきか寄港すべきかを簡単に判断することができる。特に、本実施形態のように表示器７４を用いれば、その判断が一目で分かるようになる。上述した真空度許容限界Ｒ０は正常航海領域７５と準正常航海領域７６の境界にあり、連続航海可能限界Ｒ１は準正常航海領域７６と回避航海領域７７の境界にあり、回避航海可能限界Ｒ２は回避航海領域７７と異常航海領域７８の境界にある。
制御装置７は、真空度検出器７１により検出される真空度の最低値が真空度許容限界Ｒ０を超えたときに、警報装置７３に警報信号を出力し、警報装置７３に警報を発令させるとともに、真空ポンプ７０を稼動させる。操船者は、表示器７４を確認することにより、航海をそのまま続行しても問題ないことを理解できる。
真空ポンプ７０を稼動させても真空空間２０の真空度が劣化し続け、真空度検出器７１により検出される真空度の最低値が連続航海可能限界Ｒ１を超えたときは、制御装置７は、再度、警報装置７３に警報信号を出力し、警報装置７３に警報を発令させる。このときの警報は、真空度許容限界Ｒ０を超えたときの警報と同じであってもよいが異なっていることが望ましい。操船者は、表示器７４を確認することにより、航海を中断して寄港しなければならないことを理解できる。さらに、真空ポンプ７０を稼動させても真空空間２０の真空度が劣化し続け、真空度検出器７１により検出される真空度の最低値が回避航海可能限界Ｒ２に達した時点で、制御装置７は、警報装置７３に異常警報信号を出力し、警報装置７３に異常警報を発令させる。
また、制御装置７は、真空度検出器７１および温度センサ７２で得られた検出値や、サンプル時間におけるそれらの平均値や平均時間微分値を算出し、これらの算出値から、真空度の各真空度許容限界に達する時間を予想する機能を有していてもよい。
また、所定の期間における真空度を記録し、真空度変化率を算出し、真空度ならびに当該真空度変化率に基づき、航行判断をすることができる。航行判断とは、たとえば修繕の時期決定や運航スケジュールの変更を指す。
また、航行判断においては、真空度変化率に加え、真空ポンプによる吸引量、大気温度によるリーク量変動を考慮してもよい。
上述した燃焼システム９は、内槽３内で発生するボイルオフガスを燃焼可能なガス燃焼ユニット（ＧＣＵ）９０と、内槽３からガス燃焼ユニット９０へボイルオフガスを導く燃焼路９１を含む。燃焼路９１には、内槽３内の圧力が第１設定圧力（本発明の所定圧力）以上となったときに開く開閉弁９２が設けられている。開閉弁９２は、内槽３内の圧力に応じて自動的に開くリリーフ弁であってもよい。あるいは、開閉弁９２は電磁弁であり、内槽３内の圧力を検出するための圧力計が設けられていて、圧力計により検出される圧力が第１設定圧力以上となったときに制御装置７により開閉弁９２が開かれてもよい。
大気開放システム８は、内槽３内で発生するボイルオフガスをタンクカバー１２の外部へ導く逃し路８１を含む。逃し路８１には、内槽３内の圧力が第２設定圧力（本発明の所定圧力）以上となったときに開くリリーフ弁８２が設けられている。
本実施形態では、第２設定圧力が第１設定圧力よりも大きく、真空空間２０の真空度が劣化して内槽３内でボイルオフガスが発生し続けると、燃焼システム９が先に作動し、大気開放システム８が予備的に作動する。例えば、第１設定圧力は、真空空間２０の真空度が回避航海領域７７内にあるときの圧力であり、第２設定圧力は、真空空間２０の真空度が異常航海領域７８内にあるときの圧力である。ただし、第１設定圧力が第２設定圧力よりも大きく、大気開放システム８が先に作動し、燃焼システム９が予備的に作動してもよい。なお、大気開放システム８と燃焼システム９のどちらかだけを採用することも可能である。
なお、液化ガス運搬船１は、大気開放システム８によってもボイルオフガスの処理が不十分なときに、液化ガスを海上に投棄する投棄システムを備えていてもよい。例えば、液化ガスが海上に投棄されるときの圧力は、真空空間２０の真空度が異常航海領域７８内にあるときの圧力である。
以上説明したように、本実施形態の液化ガス保持タンク２では、非常用断熱層６が真空空間２０内に配置されていないので、真空空間２０の真空度が時間経過と共に劣化することを抑制することができる。そして、非常用断熱層６により、真空空間２０の真空度が劣化したときの液化ガスの沸騰が防止されるため、完全二次防壁（Full Secondary Barrier：真空空間２０の外側に別の真空空間）を設ける必要がない。さらに、本実施形態では、内槽３の外側面が真空域断熱層５で覆われているので、内槽と外槽との間の輻射による熱伝達を防止することができる。
（その他の実施形態）
本発明は上述した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で種々の変形が可能である。
例えば、真空域断熱層５は省略されてもよい。また、通知装置としては、表示器７４のような視覚的装置以外にも、例えば、真空度検出器７１によって検出される真空度が航海可能領域にあるか寄港必要領域にあるかを音声により通知する聴覚的装置を用いることができる。
本発明の液化ガス保持タンクは、液化ガス運搬船に搭載されるタンクとしてだけでなく、地上に設置されるタンクとしても有用である。
１ 液化ガス運搬船
１０ 空間
１２ タンクカバー
２ 液化ガス貯蔵タンク
２０ 真空空間
３ 内槽
４ 外槽
５ 真空域断熱層
６ 非常用断熱層
７１ 真空度検出器
７４ 表示器（通知装置）
７５ 正常航海領域（航海可能領域）
７６ 準正常航海領域（航海可能領域）
７７ 回避航海領域（寄港必要領域）
７８ 異常航海領域（寄港必要領域）
８１ 逃し路
８２ リリーフ弁
９０ ガス燃焼ユニット
９１ 燃焼路
９２ 開閉弁

Claims (5)

  1. 液化ガスを貯留する内槽と、前記内槽との間に真空空間を確保する外槽と、前記外槽の外側面を覆う非常用断熱層と、前記外槽の内側面から離間して前記内槽の外側面を覆う真空域断熱層と、を含む液化ガス保持タンクと、
    前記液化ガス保持タンクの内槽と外槽の間の真空空間の真空度を検出するための真空度検出器と、
    前記真空度検出器によって検出される真空度が航海可能領域にあるか寄港必要領域にあるかを通知する通知装置と、
    を備える、液化ガス運搬船。
  2. 前記液化ガス保持タンクとの間に空間を確保するように前記液化ガス保持タンクを包み込むタンクカバーをさらに備え、
    前記液化ガス保持タンクと前記タンクカバーの間の空間には不活性ガスが封入されている、請求項１に記載の液化ガス運搬船。
  3. 前記内槽内で発生するボイルオフガスを前記タンクカバーの外部へ導く逃し路と、
    前記逃し路に設けられた、前記内槽内の圧力が所定圧力以上となったときに開くリリーフ弁と、
    をさらに備える、請求項２に記載の液化ガス運搬船。
  4. 前記所定圧力は、前記真空空間の真空度が前記寄港必要領域内にあるときの圧力である、請求項３に記載の液化ガス運搬船。
  5. 前記内槽内で発生するボイルオフガスを燃焼可能なガス燃焼ユニットと、
    前記内槽から前記ガス燃焼ユニットへボイルオフガスを導く燃焼路と、
    前記燃焼路に設けられた、前記内槽内の圧力が所定圧力以上となったときに開く開閉弁と、
    をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液化ガス運搬船。
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