JP6588831B2

JP6588831B2 - ヒータ運転管理方法

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Publication number: JP6588831B2
Application number: JP2016004496A
Authority: JP
Inventors: 安永　正道; 正道安永
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2036-01-13
Also published as: JP2017125546A

Description

本発明は、地下タンクに併設される側部ヒータ設備、ヒータ運転管理システムおよびヒータ運転管理方法に関する。

LNG（液化天然ガス）、LPG（液化石油ガス）などの低温液化ガスを貯留する設備として地下タンクがある。図６（ａ）に地下タンク１の概略を示す。地下タンク１は、鉄筋コンクリート製の地中連続壁３１を山留として内部の地盤２を掘削し、躯体の構築を行った地下構造物である。躯体は鉄筋コンクリート製の底版１１、底版１１上に形成される筒状の側壁１２、および鋼製屋根１３から構成されることが一般的である。底版１１や側壁１２の内面には断熱材やメンブレン（不図示）なども設置される。また図６（ａ）の例では、底版１１の下方に、底版下の水位のコントロールのため砕石等による集水層１５が設けられている。

地下タンク１では、タンク稼働時（低温液化ガスの貯留時）の周囲地盤の凍結範囲を制御するため、地下タンク１の外側の地盤２に側部ヒータ設備４０が埋設される（例えば、特許文献１−６参照）。

側部ヒータ設備４０は温水循環式のヒータ設備であり、地下タンク１近傍の地盤２内に設けた鉛直方向のヒータ管４３に温水を循環させて地盤２を温めるものである。図６（ａ）の例では、ヒータ管４３が二重管タイプのものであり、外管４３１の中に内管４３２を挿入して構成される。

側部ヒータ設備４０は、地上の加温設備および循環ポンプ（不図示）、ヘッダー管４１、枝管４２、ヒータ管４３、枝管４５、ヘッダー管４６、加温設備（不図示）の順に温水を循環させ、ヒータ管４３にて温水と地盤２の間の熱交換を行う。ヒータ管４３では、枝管４２から供給され内管４３２を通過した温水が、外管４３１と内管４３２の間を通って枝管４５により回収される。

ヒータ管４３は、地下タンク１の周方向に沿って例えば2〜4ｍ間隔で60〜80本程度埋設される。ヘッダー管４１、４６は地下タンク１の周方向に沿って環状に設けられ、個々のヒータ管４３に対応する枝管４２、４５を介して各ヒータ管４３に温水を循環させる。

図６（ｂ）は側部ヒータ設備４０を示す図であり、枝管４２、４５付近を上から見たものである。ヒータ管４３への温水供給側の枝管４２（供給側管体）には仕切弁（バルブ）４２１が設けられる。枝管４２のヘッダー管４１側の端部はフレキシブルホース（可とう管）４２０となっており、このフレキシブルホース４２０によってヘッダー管４１に接続される。

ヒータ管４３からの温水回収側の枝管４５（回収側管体）には、ヒータ管４３側から順にオリフィス４５２と仕切弁４５１が設けられる。枝管４５にはオリフィス４５２を迂回する分岐配管４５３も設けられる。分岐配管４５３の途中には積算流量計４５４が設置される。枝管４５のヘッダー管４６側の端部はフレキシブルホース４５０となっており、このフレキシブルホース４５０によってヘッダー管４６に接続される。

ヘッダー管４１は地下タンク１の全周に渡って配置され、その延長は例えば200mにも達することから、地上の循環ポンプ等からヘッダー管４１に温水を供給する供給箇所の近傍にある枝管４２と、これと180°反対側の位置にある枝管４２との間に圧力損失による水圧差が生じ、ヒータ管４３の循環水量に差が出る。その対策として、仕切弁４２１、４５１の調整によって各ヒータ管４３の循環水量がほぼ等量になるように調節される。

温水回収側の枝管４５では、オリフィス４５２により流量の1/2が分岐配管４５３に流れるように調整している。そのため、積算流量計４５４の示す流量を2倍することで、ヒータ管４３に循環する流量を算出できる。従って、側部ヒータ設備４０の運転を開始する際にはこの積算流量計４５４の測定値を見ながら仕切弁４２１、４５１の調整を行い、各ヒータ管４３の流量をほぼ等量化する。また、ヒータ運転時においては、定期的に積算流量計４５４をチェックすることで、側部ヒータ設備４０が正常に運転されていることを確認する。

特許第2738815号特許第5312264号特許第3251360号特開平7−217250号公報特開平11−182797号公報特開平9−158523号公報

上記の例は、多くの地下タンクで適用されている構造形式、運転管理方法である。しかしながら、オリフィス４５２の仕様は計算で求めたもので実際の運転時にはある程度の誤差が生じ、正確に分岐配管４５３に流量の1/2が流れないこともある。

また、枝管４５のオリフィス４５２や分岐配管４５３の積算流量計４５４は、配管の途中に両側フランジで接合し取付を行うことが多いが、このような取付部は閉塞し易く、温水の流れが阻害されやすい。枝管４５に分岐配管４５３を設けているのは、仮にオリフィス４５２と積算流量計４５４の一方で温水の流れが閉塞しても、温水を回収できるようにするためである。しかしながら、このような配管は複雑であり、地盤２に設けた直径1m程度の狭いマンホール（不図示）の中で配管作業が行われるので非常に作業性が悪い。

また、各ヒータ管４３を循環する流量がほぼ等量であることで側部ヒータ設備４０の運転管理をしているが、ヒータ管４３は１タンクあたり60〜80本にもなり、その個々に対して設けた積算流量計４５４について、マンホールの蓋を開け照明を付けて流量を確認することは非常に煩雑な作業である。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成とでき、運転管理も好適に行える側部ヒータ設備等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための本発明は、地下タンクに併設される側部ヒータ設備であって、温水を循環させるためのヒータ管と、ヘッダー管から前記ヒータ管に温水を供給する供給側管体と、前記ヒータ管からヘッダー管に温水を回収する回収側管体と、を有する側部ヒータ設備の運転管理方法であって、前記供給側管体または前記回収側管体に流量計を設け、前記流量計による温水の流量の測定値に基づき、前記ヒータ管を流れる温水の流量を調整するステップと、前記回収側管体に設けた温度計により、前記回収側管体を流れる温水の温度を測定するステップと、を具備することを特徴とするヒータ運転管理方法である。

本発明では、ヒータ管から温水を回収する回収側管体で温水の温度を測定し、これに基づいてヒータの運転状態を確認でき、ヒータの運転管理を好適に行うことができる。従来のように積算流量計を用いないので流動障害、閉塞が起こりにくく、分岐配管やオリフィス等が不要になるので回収側管体をシンプルな構成とでき、施工性が改善されるので従来構造に比べてマンホールを一回り小さくすることも可能である。

前記温度計は、例えば前記回収側管体の外面に設けられ、温水に対し非接触にて温水の温度を測定する。この場合、前記温度計の周囲に断熱材が設けられることが望ましい。
回収側管体の表面に上記の非接触式の温度計を設けることで管内の温水の温度を測定でき、温水の流れを阻害することもない。また温度計の周囲に断熱材を設けることで、周辺地盤の温度の影響を防止でき、温水の温度を測定することができる。

前記温度計は、前記回収側管体の内部に挿入した測定部を温水に接触させて温水の温度を測定するものであってもよい。
これにより、温水の温度を正確に測定することが可能になる。

前記回収側管体は、前記ヒータ管とヘッダー管をつなぐストレート配管として構成される。
本発明では、回収側管体に分岐配管等が不要であり、上記のとおりストレート配管によるシンプルな構成とできる。

前記温度計は、温水の温度の測定値をデータ処理装置に送信することが望ましい。
これにより、自動温度測定にて得た温水の温度をモニタリングすることでヒータの運転管理を行うことができ、マンホールの蓋を開いて目視で温度計の測定値を確認するなどの作業が不要になり、維持管理に係るコストを小さくできる。

また、上記の温度計を含む側部ヒータ設備と、温水の温度の測定値に基づき前記側部ヒータ設備の運転状態の良否を判定するデータ処理装置と、を有するヒータ運転管理システムにより、データ処理装置にて運転状態の良否を判定し必要に応じて警報等を行うことで、維持管理のコストを小さくできる。

また本発明では、前記供給側管体または前記回収側管体に流量計を設け、前記流量計による温水の流量の測定値に基づき、前記ヒータ管を流れる温水の流量を調整するステップと、前記回収側管体に設けた温度計により、前記回収側管体を流れる温水の温度を測定するステップと、を具備することにより、ヒータ管の流量調整時に流量計を用い、ヒータ運転時には前記のように温度計を用いた管理が可能である。

前記ヒータ管を流れる温水の流量を調整した後、前記流量計を回収することが望ましい。前記流量計は、前記供給側管体または前記回収側管体の外面に設けられ、温水に対し非接触にて温水の流量を測定することが望ましい。
流量計は恒久的に設けなくてもよく流量調整後に回収して転用可能であり、上記の非接触式の流量計を用いることで取付けと取外しが容易にできる。

前記温度計は、温水の温度の測定値をデータ処理装置に送信することが望ましい。また、前記データ処理装置により、前記測定値に基づき前記側部ヒータ設備の運転状態の良否を判定することが望ましい。
このように、温水の温度の測定値はデータ処理装置に送信してモニタリングを行うことができ、データ処理装置にて運転状態の良否を判定することで、維持管理のコストを小さくできる。

本発明により、簡易な構成とでき、運転管理も好適に行える側部ヒータ設備等を提供できる。

地下タンク１の側部ヒータ設備４を示す図温度計４５５を示す図側部ヒータ設備４の運転管理方法について示す図温度計４５５’を示す図 U字管を用いた側部ヒータ設備４ａを示す図地下タンク１の側部ヒータ設備４０を示す図

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

（１．地下タンク１）
図１は本発明の実施形態に係る地下タンク１の側部ヒータ設備４を示す図である。図１（ａ）は地下タンク１および側部ヒータ設備４の概略を示す図であり、図１（ｂ）は側部ヒータ設備４を示す図である。図１（ｂ）は枝管４２、４５付近を上から見たものである。

側部ヒータ設備４は、地下タンク１の周囲地盤の凍結範囲を制御するため、図６等で説明した側部ヒータ設備４０に代えて地下タンク１に併設されるものである。側部ヒータ設備４は地下タンク１の外側の地盤２内に埋設される。地下タンク１の構成については図６等で説明したものと同様であるので説明を省略する。

側部ヒータ設備４は前記した側部ヒータ設備４０と同様、ヘッダー管４１からヒータ管４３に温水を供給する温水供給側の枝管４２（供給側管体）、ヒータ管４３からヘッダー管４６へと温水を回収する温水回収側の枝管４５ａ（回収側管体）などを用いて、鉛直方向に配置されたヒータ管４３に温水を循環させるものである。その他の前記した側部ヒータ設備４０と同様の点については説明を省略する。

側部ヒータ設備４は、前記した側部ヒータ設備４０に対し、温水回収側の枝管４５ａに係る構成が異なっている。すなわち、本実施形態では、枝管４５ａが、ヒータ管４３とヘッダー管４６を繋ぐストレート配管によって構成され、前記のように分岐配管やオリフィス、積算流量計は設けられない。枝管４５ａには、ヒータ管４３側から温度計４５５、仕切弁４５１が順に設けられる。なお、枝管４５ａのヘッダー管４６側の端部は前記と同様フレキシブルホース４５０となっており、このフレキシブルホース４５０によってヘッダー管４６に接続される。

図２（ａ）、（ｂ）は温度計４５５の取付状態を示す図である。図２（ａ）は枝管４５ａの径方向の断面を見たものであり、図２（ｂ）は枝管４５ａの長手方向の断面を見たものである。

温度計４５５は枝管４５ａの外面に貼り付けて枝管４５ａを流れる温水の温度を非接触にて測定する表面貼り付け型温度センサーであり、温度計４５５の周囲には、地盤２の温度の影響を防ぐため断熱材４５６が設けられる。温度計４５５の測定値は、温度計４５５に備えた通信部により無線または有線で遠隔のコントロール室にあるデータ処理装置に送り、測定値のモニタリングを行うことが可能である。

（２．側部ヒータ設備４の運転管理方法）
本実施形態では、地下タンク１の外側の地盤２に図１に示した側部ヒータ設備４を構築した後、図３（ａ）に示すように、温水供給側の枝管４２の外面に電磁流量計４２２（流量計）を設け、電磁流量計４２２で枝管４２を流れる温水の流量を測定し、測定値を参照して個々のヒータ管４３に対応する仕切弁４２１、４５１で各ヒータ管４３の流量の調整を行う。電磁流量計４２２は、温水とは非接触で流量の測定を行うものである。電磁流量計４２２は温水回収側の枝管４５ａに取り付けてもよい。

仕切弁４２１、４５１の設定を行い各ヒータ管４３の流量をほぼ等量とした後、電磁流量計４２２は回収し、側部ヒータ設備４の運転を開始する。側部ヒータ設備４の運転時は、温度計４５５による温水の温度の測定値に基づき運転管理を行う。

温度測定は一定の時間間隔で自動的に行われ、図３（ｂ）に示すように、測定値は温度計４５５からデータ処理装置５に無線または有線により送信される。温度測定間隔は例えば1時間毎などとでき、従来は1回/月程度で積算流量計の値を目視確認していたのに比べて極端に短くできる。

データ処理装置５は例えば制御部や記憶部、通信部等を備えた一般的なコンピュータなどで実現できる。温度計４５５から受信した測定値はデータ処理装置５に記録される。またデータ処理装置５と通信可能に接続されたコントロール室のモニター６にその温度が表示され、測定値の継時的なモニタリングが行われる。

データ処理装置５は、受信した温水の温度の測定値を所定の範囲または所定の値と比較し、側部ヒータ設備４の運転状態の良否を判定する。例えば測定値が所定の範囲内や所定の値以上であれば側部ヒータ設備４の運転状態が良好であり、側部ヒータ設備４としての機能を果たしていると判定する。所定の範囲外あるいは所定の値未満となる場合には、データ処理装置５は側部ヒータ設備４の運転状態に異常があり良好でないと判定し、警報装置７に制御信号を送信して警報装置７から自動的に警報を発生させる。オペレータは、この警報に応じてトラブル原因の調査、補修を行う。警報装置７は警報ランプやアラームなど、視覚的または聴覚的、あるいはその両方による警報を発するものである。

なお、以上のデータ処理装置５、モニター６、警報装置７は、側部ヒータ設備４と併せて本発明に係るヒータ運転管理システム１０を構成している。

以上説明したように、本実施形態では、ヒータ管４３から温水を回収する枝管４５ａで温水の温度を測定し、これに基づいて側部ヒータ設備４の運転状態を確認でき、ヒータの運転管理を好適に行うことができる。従来のように積算流量計を用いないので流動障害、閉塞が起こりにくく、分岐配管やオリフィス等が不要になるので枝管４５ａをシンプルな構成にでき、施工性が改善されるので従来構造に比べてマンホールを一回り小さくすることも可能である。

枝管４５ａの外面に前記の非接触式の温度計４５５を設けることで、枝管４５ａ内の温水の温度を測定でき、温水の流れを阻害することもない。また温度計４５５の周囲に断熱材４５６を設けることで、周辺の地盤２の温度の影響を防止でき、温水の温度を測定することができる。

また、枝管４５ａはヒータ管４３からヘッダー管４６に至るストレート配管として構成されるので、配管をシンプルなものとして流動障害、閉塞を起こりにくくできる。

また温度計４５５は温水の温度の測定値をデータ処理装置５に送信し、自動温度測定にて得た測定値をモニタリングすることでヒータの運転管理を行うことができるので、マンホールの蓋を開いて目視で温度計の測定値を確認するなどの作業が不要になる。またこの測定値を用いてデータ処理装置５にて運転状態の良否を判定し必要に応じて警報等を行うことで、維持管理に係るコストを小さくできる。

また本実施形態では、ヒータ管４３の流量調整時に電磁流量計４２２を用い、ヒータ運転時には前記のように温度計４５５を用いた管理が可能である。流量調整は運転開始時のみで十分であり、電磁流量計４２２は恒久的に設けなくてもよく流量調整後回収して転用可能であり、上記の非接触式の電磁流量計４２２を用いることで取付けと取外しが容易にできる。

しかしながら、本発明は上記の実施形態に限ることはない。例えば、温度計は前記のような表面貼り付け型温度センサーに限ることはなく、図４に示すように温度計４５５’としてバイメタル式温度計を用いてもよい。この場合、枝管４５ａの表面に孔を開け当該孔から管内に測定部４５７を挿入し、温水と測定部４５７を接触させて温度測定を行う。これにより、温水の温度を正確に測定することが可能になる。また前記の断熱材も特に必要ない。さらに、前記の電磁流量計４２２に代えてその他の流量計を設けることも可能である。

また、例えば図５に示す側部ヒータ設備４ａのように、ヒータ管４４として二重管の代わりにU字管を用いるケースでも本発明は適用可能である。この場合も、地上の加温設備および循環ポンプ（不図示）、ヘッダー管４１、枝管４２、ヒータ管４４、枝管４５ａ、ヘッダー管４６、加温設備（不図示）の順に温水を循環させる。ヒータ管４４では、枝管４２によりヒータ管４４の一端から温水が供給され、ヒータ管４４を流れた温水がヒータ管４４の他端から枝管４５ａにより回収される。

また、電磁流量計４２２を常設のものとし、温水の温度に加え、電磁流量計４２２で測定した温水の流量に基づく運転管理を行うことも可能である。例えば前記の温度計４５５と同様、電磁流量計４２２の測定値をデータ処理装置５に送信し、モニタリングや測定値に基づく運転状態の良否の判定を行うことができる。運転状態の判定は、前記と同様、例えば測定値が所定の範囲内や所定の値以上であれば側部ヒータ設備４の運転状態が良好であり、そうでなければ運転状態が良好でないと判定できる。また温水の温度と流量の両方では無くいずれかのみを運転状態の判定に用いることも可能である。

さらに、上記のように電磁流量計４２２を常設するとともに温度計４５５（４５５’）を温水供給側の枝管４２にも取付け、枝管４２、４５を流れる温水の温度の測定値、および電磁流量計４２２で測定した温水の流量をデータ処理装置５に送信してもよい。データ処理装置５は、これらのデータを用いて、枝管４２、４５を流れる温水の温度の差分とヒータ管４３の流量からヒータ管４３での温水の損失熱量を算出し、損失熱量のモニタリングや損失熱量に基づく運転状態の良否の判定を行うことが可能である。

また、ヒータ管４３（４４）は地盤２でなく地中連続壁３１のコンクリートに埋設される場合もある。さらに、本実施形態の地下タンク１はLNGやLPGなどの低温液化ガスを貯留するタンクであるが、これに限らず、少なくとも０℃未満の温度状態で貯留を行うタンクであればよい。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１；地下タンク
２；地盤
４、４ａ、４０；側部ヒータ設備
５；データ処理装置
６；モニター
７；警報装置
１０；ヒータ運転管理システム
１１；底版
１２；側壁
１３；鋼製屋根
１５；集水層
３１；地中連続壁
４１、４６；ヘッダー管
４２、４５、４５ａ；枝管
４３、４４；ヒータ管
４２０、４５０；フレキシブルホース
４２１、４５１；仕切弁
４２２；電磁流量計
４３１；外管
４３２；内管
４５２；オリフィス
４５３；分岐配管
４５４；積算流量計
４５５、４５５’；温度計
４５６；断熱材
４５７；測定部

Claims

地下タンクに併設される側部ヒータ設備であって、
温水を循環させるためのヒータ管と、
ヘッダー管から前記ヒータ管に温水を供給する供給側管体と、
前記ヒータ管からヘッダー管に温水を回収する回収側管体と、
を有する側部ヒータ設備の運転管理方法であって、
前記供給側管体または前記回収側管体に流量計を設け、前記流量計による温水の流量の測定値に基づき、前記ヒータ管を流れる温水の流量を調整するステップと、
前記回収側管体に設けた温度計により、前記回収側管体を流れる温水の温度を測定するステップと、
を具備することを特徴とするヒータ運転管理方法。
前記ヒータ管を流れる温水の流量を調整した後、前記流量計を回収することを特徴とする請求項１記載のヒータ運転管理方法。
前記流量計は、前記供給側管体または前記回収側管体の外面に設けられ、温水に対し非接触にて温水の流量を測定することを特徴とする請求項２記載のヒータ運転管理方法。
前記温度計は、温水の温度の測定値をデータ処理装置に送信することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒータ運転管理方法。
前記データ処理装置により、前記測定値に基づき前記側部ヒータ設備の運転状態の良否を判定することを特徴とする請求項４に記載のヒータ運転管理方法。