JP6599703B2 - 地下埋設型の強化プラスチックライニング二重殻タンク - Google Patents

Description

この発明は、地下埋設型の強化プラスチックライニング二重殻タンクに関するものであり、更に詳しくは、例えば、鋼製等からなるタンク内殻及び当該内殻に被覆された強化プラスチック層からなるタンク外殻の健全性を確実に検知することを可能とした上記タンクに関するものである。

危険物の規制に関する制令の一部を改正する法律、及び、危険物の規制に関する規則の一部を改正する規則が改正、施行され、地下に埋設した強化プラスチックライニング二重殻タンクによる危険物の貯蔵が可能となっている。

強化プラスチックライニング二重殻タンク（以下、単に「二重殻タンク」と言う。）とは、鋼製のタンク内殻の外側に繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなるタンク外殻を設けてタンク本体としたタンクである。タンク本体には、タンク埋設時の土砂の埋め戻し時の外力、地震や地盤の不等沈下などによる外力が作用して、亀裂などの損傷が生ずることがある。このような損傷は、タンクの破損という重大事故を引き起こすおそれがあるため、損傷を早期に検出して必要な補修を行う必要がある。

タンク本体の損傷を検出する手段として、タンクの上部及びフランジ部（気相部Ｇ）以外の部分（液相部Ｌ）において、内殻と外殻との間に間隙が形成されるように繊維強化プラスチック層（ＦＲＰ層）を設けてタンク本体とする（特許文献１、３）と共に、タンク上部に間隙に繋がる液面計を設け、間隙に液を注入してその液面の変化を監視する構造が例えば特許文献２で提案されている。

上記の構造でタンクの内殻と外殻のどちらに損傷が生じているかは、間隙内の液の液面とタンク内の液の液面とを監視する必要がある（特許文献２）。しかし内殻１の容積は非常に大きいので、僅かな漏れを検出することは困難である。

これに対して、図１１、１２に示すように、タンク本体４の上部から内殻１と外殻３の間の間隙２の底面に連通する検知管５１を挿入すると共に、検知管５１の底部に、内殻１から漏洩する内容物及び外殻３から流入する地下水の双方を検知することができるセンサ５２（図１参照）を配設し、該センサの出力を処理する監視器７を適宜の箇所に配することで、内殻１と外殻３のいずれが損傷したかを常時検知可能にする構造が実用されている（特許文献４）。

しかし上記構造では、タンクが地下水のない場所に設置されている場合や地下水の水位が下がった場合、外殻３の損傷を検出することができない。そこで、二重殻タンクの強化プラスチック層である外殻３の健全性を確認するために、定期的に（規定では３年に一度）間隙２を加圧ないし減圧してその圧力変化を見ることにより、外殻３の漏れ点検を行っている。これは、地下水が無い場所では外殻３の異常を検知できないことから規定されたものである。

特許第４３３２０７５号公報 特公平６−１７１４６号公報 特開平１０−１１４３９２号公報 特開２０１１−０２５９８７号公報

タンク本体の内殻１と外殻３の間に形成された間隙２に連通する検知管５１をタンク本体４の上部から底面へ挿入して、当該検知管５１の底部に内殻１から漏洩する内容物を検知するセンサを設けた構造と、３年に一度と規定された間隙２を加圧ないし減圧してその圧力変化を見ることにより、外殻３の漏れを検出する手段とを併用すれば、地下水の有無に関わりなく、内殻１や外殻３に亀裂等の損傷が生じたときに、その損傷を内殻１に生じたか、外殻３に生じたかの判別を含めて、検知することができる。

しかし、人手により間隙２の加圧ないし減圧を行い、その圧力変化を調べる作業は、面倒であると共に経験が必要で、不注意による検出ミスを生ずる危険もある。また、規定された３年に一度の外殻の漏れ検査では、最悪の場合、亀裂が生じてから３年間それが検出されないまま放置されることになり、その間に地震が発生してタンクが破壊されるおそれがあり得ることを考えれば、より頻繁に、好ましくは継続的に外殻の損傷を検出できるようにすることが望まれる。

また、上述した従来の方法では、損傷が内殻に生じたか、外殻に生じたかを判別することができるが、損傷箇所がどのあたりであるかを全く知ることができない。損傷の発生が内殻である場合には、内容物を排出してタンクの内側から損傷箇所を見つけて補修することができる。しかし、損傷箇所が外殻である場合には、タンク周囲の土砂を除去しなければ損傷箇所を見つけることができない。そのため、手当たり次第に土砂を除去し、損傷の有無を調べるという多大な労力と時間を伴う作業が必要になる。

この発明は、内殻の損傷を常時検出することが可能な手段を備えた二重殻タンクにおいて、外殻の損傷を常時又は設定された時間間隔で自動的に検出することができる二重殻タンクを得ることを第１の課題としている。また、この発明は、外殻の損傷箇所をそのおおよその損傷位置を含めて検出可能にすることにより、損傷箇所を特定する作業と、その損傷の補修作業に要する労力及び時間を大幅に低減できるようにすることを第２の課題としている。

この発明は、内殻１の損傷を常時検出可能な漏れ検出装置５を備えた二重殻タンクにおいて、強化プラスチックの破損時に破損箇所から強化プラスチック層を伝播してきた物理量の変化、例えば振動、音、超音波、電磁波、局部的な応力や歪み、若しくは局部的な発熱を検知するセンサ６（６ａ〜６ｆ）を外殻３に埋設ないし添設して、これらのセンサ６で検出された上記物理量を監視器７に設定したしきい値と対比することによって、外殻３の損傷の有無を判別することで、上記第１の課題を解決したものである。また、これらのセンサ６の３個以上を外殻３の適宜な位置に適宜な間隔を隔てて配置して、当該３個以上のセンサ６の出力信号の強度差、出力タイミング差を検出して補間演算などの必要な演算を行って破損箇所を推定することにより、上記第２の課題を解決したものである。

強化プラスチック層からなる外殻３に埋設ないし添設して、当該強化プラスチック層の損傷を検出するセンサ６として、例えば、音センサ、超音波センサ６ａなどの振動センサ、歪みゲージ６ｄ、圧電素子６ｃ、圧電フィルム６ｂ、光ファイバセンサ６ｆなどを挙げることができる。振動センサ６ａは、強化プラスチックが破損するときに生ずる弾性波を検出するセンサであり、歪みゲージ６ｄ、圧電素子６ｃ及び圧電フィルム６ｂは、強化プラスチック層に損傷が生じたときに生ずる局部的な歪みないし応力変化を検出するセンサであり、光ファイバセンサ６ｆは、光ファイバに所定間隔で配置した検出部６ｅで特定の波長の光のみが反射することを利用したセンサであり、検出部６ｅにおける強化プラスチックの局部的な歪みを検出するセンサである。

これらのセンサ６の内、振動センサ６ａは、損傷部で発生した弾性波（音波や超音波）が強化プラスチック層３を伝播してくるのを検出するので、間隔を隔てて設置した３個以上のセンサの検出タイミングの差から、おおよその破損箇所を判定することが可能である。歪みゲージ６ｄ、圧電素子６ｃ及び圧電フィルム６ｂは、損傷の発生による強化プラスチック層３の局部的な歪みないし内部応力の変化を検出するので、損傷箇所を推定するには、通常、ある程度の数のセンサを設ける必要がある。また、光ファイバセンサ６ｆは、ファイバに所定間隔で検出部６ｅを設けているので、その検出部６ｅが適切な間隔で強化プラスチック層３に配置されるように光ファイバセンサ６ｆを配置してやれば、１本ないし数本の光ファイバセンサで損傷箇所の検出が可能である。

なお、損傷箇所の検出は、外殻３の損傷を検出されたときに、タンク周囲の土砂のどの部分を除去すれば損傷箇所を見つけて補修することができるかを判断するのに必要な程度の精度での検出ないし推定で良い。

タンクの内容物が爆発する危険のある内容物であるときは、光ファイバセンサ６ｆのように、検出信号を光信号で監視器７に送るのが好ましい。外部から電気を供給することなく電気的な検出信号が得られる圧電素子を検出体とする振動センサ６ａや圧電センサ６ｂ、６ｃを用いるときは、これらのセンサの検出信号を電気−光変換器（Ｅ／Ｏ変換器）８を介して監視器７に送り、監視器内で光電変換（Ｏ／Ｅ変換）して処理するのが防爆上好ましい。

前述した第１の課題のみを解決するのであれば、多くのセンサを設ける必要はなく、タンクの大きさによっては１個のみの振動センサ６ａでもよい。

この発明によれば、強化プラスチックライニング二重殻タンクにおいて、タンク本体に亀裂などの損傷が生じたとき、内殻の損傷か外殻の損傷かを直ちに検出することが可能になり、地下に埋設したタンクの健全性を確実に維持できるという効果がある。

また、この発明によれば、外殻に損傷が生じたとき、その損傷がどの辺りに生じたかを推測できるので、損傷の状態の確認や補修のためにタンク周囲のどの部分の土砂を除去しなければならないかを知ることができ、外殻が損傷したときの確認や補修に要する作業負担を大幅に低減できるという効果がある。

第１実施例を示すタンクの断面側面図 第２実施例を示すタンクの断面側面図 第２実施例のタンク殻の要部を示す部分断面図 第３実施例のタンク殻の要部を示す部分断面図 第４実施例を示すタンクの断面側面図 第２ないし第４実施例のタンク殻の要部の他の例を示す部分断面図 第５実施例を示すタンクの断面側面図 第６実施例を示すタンクの側面図及び端面図 第６実施例のセンサの模式的な部分側面図 第６実施例のタンク隔の要部を示す部分断面図 従来構造を示すタンクの断面側面図 図１１のタンクの縦断面図

以下、横置き円筒形の二重殻タンクを例にして、この発明の実施形態を説明する。タンク本体４は、鋼製の内殻１と、繊維強化プラスチック層からなる外殻３とを備えた二重殻タンクで、タンク上部４１の気相部Ｇ以外の液相部Ｌ部分の内殻１と外殻３の間には、間隙２が形成されている。間隙２は、内殻１や外殻３の厚さに比べて広く図示されているが、実際の寸法は、通常１ｍｍ以下である。タンク上部４１には、タンク内への配管の設置及びタンク内の点検補修のためのマンホール４２、４３が設けられている。

内殻１からのタンク内容液の漏れを検出する漏れ検出装置５は、タンク上部を貫通してタンク底面で間隙２に連通している検知管５１と、この検知管の底部でタンク内容液を検出するセンサ５２と、検知管５１を通して引き出されたセンサ５２の検出信号を処理する監視器７とで構成されている。内殻１に内容液が漏れ出すような損傷が生ずると、内容液が間隙２に漏出し、タンク底部に流下してセンサ５２で検出されることにより、内殻１の亀裂、その他の損傷を検出することができる。

以上に述べたタンクの構造は、従来技術である。この発明の二重殻タンクは、強化プラスチック層からなる外殻３の亀裂その他の損傷を検出するセンサ６（６ａ〜６ｆ）を備えている。

図１に示す外殻検査用のセンサ（以下、単に「センサ」と言う。）６ａは、超音波センサ（例えば、圧電素子を用いたＡＥセンサ）である。繊維強化プラスチックの破損時には、数十ＫＨｚ〜２ＭＨｚ程度の周波数を持つ弾性波が発生することが知られている。図１の第１実施例は、数十ＫＨｚ〜２ＭＨｚ程度の弾性波を検出するための超音波センサ（例えば圧電素子を用いたアコースティック・エミッション・センサ）をＦＲＰ層３に添設した状態でタンク上部に設置し、ＦＲＰの破損をモニタリングする。

アコースティック・エミッション(音響の放出。略してＡＥと呼ばれる。)とは、固体が変形あるいは破壊する時に発生する音を弾性波として放出する現象のことであり、外殻３の弾性波をＡＥセンサ６ａで検出することでＦＲＰ層３の損傷を検出することができる。

ＡＥセンサ６ａの検出素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料で、力を加えられると電荷を発生するという特性を持っている。外殻３の表面を伝播してきたＡＥ波がＡＥセンサ内部のＰＺＴに伝わり、ＰＺＴが歪むことによって電気信号が出力される。出力された電気信号を監視器７に設定した振動パターンや振動強度と対比することにより、外殻３の損傷の発生を最終破壊に至る前に検出する。

図１では、ＡＥセンサ６ａをタンク上部に２個設けた例を示しているが、損傷位置の検出を行わないのであれば、１個のみでもよい。また、底部などにもう１個を追加して３個設けてやれば、それらのＡＥセンサが検出する弾性波の時間差によっておおよその破損箇所を推定することができる。

図２に示すように、二重殻タンクの外殻のＦＲＰ層３にＡＥセンサ６ａを例えば凡そ６０ｃｍ間隔で多数配置し、弾性波を検出したときの検出強度に基づいて破損箇所を推定するようにすれば、破損箇所をより正確に推定することができる。

タンク上部以外の場所にセンサ６を設けるときは、埋め戻し時の土砂などによってセンサ６が損傷しないように、ＦＲＰ層３内にセンサ及びそのリード線を埋設して設ける。通常、内殻１の表面に布や粒状物を添着させた状態でＦＲＰ層３を形成することで間隙２を形成しているので、それらの布や粒状物の表面にセンサ６を添設した状態でＦＲＰ層３を形成することにより、ＦＲＰ層３の内面側にセンサ６を配置することもできる。

図４は、センサとして圧電フィルム６ｂを使用した場合の例である。二重殻タンクは、間隙２との間にフィルムを入れて外殻となるＦＲＰ層３を形成している（特許文献１参照）。このフィルムとして圧電フィルム６ｂを使用するか、又は圧電フィルムを上記フィルムに沿うように配置してＦＲＰ層３を形成すれば、ＦＲＰ破損時の異常な応力を検知することができる。圧電フィルム６ｂとしては、例えばポリフッ化ビリニデン（ＰＶＤＦ）の一軸延伸分極フィルム（ＫＦ。ピエゾフィルムと呼ばれる。）等を用いることができる。

近時、高分子材料を使用した圧電素子の研究が進んでおり、フィルム状の大型の圧電素子（圧電フィルム）の実用化が期待されているが、図５に示すように、二重殻タンクの上記フィルムに圧電フィルム６ｂないし圧電素子６ｃを例えば凡そ６０ｃｍ間隔で配置して、ＦＲＰの損傷による外殻３の部分的な歪みの変化を検出して破損箇所を検出することもできる。

センサとして上記の振動センサ６ａ、圧電フィルム６ｂ、圧電素子６ｃなどを用いたとき、センサの検出信号は、電気信号として出力される。この電気信号をセンサに内蔵した又は図６に示すようにセンサ６に隣接して設置したＥ／Ｏ変換器８で光信号に変換して、光ファイバ９で監視器７に送るようにすれば、タンクの防爆性を確保することができる。

図８ないし図１０は、センサとして光ファイバセンサを用いた例で、例えばＦＢＧ部（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇｓ）６ｅを備えた光ファイバセンサ６ｆをＦＲＰ層３内にタンクに巻き付けた状態で配置した例を示したものである。ＦＢＧ光ファイバセンサは、光ファイバセンサ６ｆに回折格子を刻んだ部分６ｅを設けたもので、この部分（ＦＢＧ）が回折格子の格子間隔に対応する波長の光を反射するセンサ部となるもので、ＦＲＰ層の損傷による局部的な歪みが生じたとき、反射光の周波数変化により、損傷の発生を検知する。

図８（ａ）は、１本の光ファイバを巻き付けた構造で、片側の鏡板部分では一筆書きの態様で光ファイバセンサ６ｆが設置されている。反射光の取り出し口及び監視器７も１式で足りる。一方、図８（ｂ）は、２本の光ファイバセンサ６ｆ、６ｆを巻き付けた構造である。ファイバの先端は、両側とも鏡板中心にあり、取り出しは２箇所で監視器７も２式になる。２連のものでは、どちら側の光ファイバが異常を検出したかにより、破損位置の判別が可能である。また、ＦＢＧ光ファイバセンサを数個、光ファイバに組み込むことで、破損場所をある程度特定することが可能である。

１ 内殻
２ 間隙
３ 外殻
５ 漏れ検出装置
６（６ａ〜６ｆ） センサ
７ 監視器
８ Ｅ／Ｏ変換器
５１ 検知管
５２ センサ

Claims (4)

1. 内殻の外表面との間に空気が流通可能な間隙を介して強化プラスチック層からなるタンク外殻を備えた地下埋設型の二重殻タンクにおいて、前記強化プラスチック層の破損時にその破損箇所から当該強化プラスチック層を伝播してきた物理量の変化を検出する一種又は複数種のセンサを備え、当該一種又は複数種のセンサが前記強化プラスチック層に埋設ないし添設して設けられている、地下埋設型の強化プラスチックライニング二重殻タンク。
2. 前記センサが、振動センサ、音センサ、超音波センサ、歪みゲージ、圧電素子、圧電フィルム、光ファイバセンサの群から選ばれた一種又は複数種のセンサである、請求項１記載の二重殻タンク。
3. 間隔を隔てて配置された同一種類の３個以上の前記センサを備え、当該３個以上のセンサの検出信号のタイミング差ないし強度差に基づいて前記破損箇所を推定する、請求項１又は２記載の二重殻タンク。
4. 前記センサが、振動センサ、音センサ、超音波センサ、圧電素子、圧電フィルムの群から選ばれた一種又は複数種のセンサであり、当該一種又は複数種のセンサの電気信号がＥ／Ｏ変換器を介して光信号として取り出される、請求項２又は３記載の二重殻タンク。

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