JP7453498B2 - 船舶用ｌｎｇ貯蔵タンクの管理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの管理方法および船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクに関する。
天然ガスを液化したＬＮＧは、ＬＮＧ輸送船により採掘地から消費地まで輸送される。また、近年ではＬＮＧを燃料としたＬＮＧ燃料船も増加している。このような船舶には、輸送中にＬＮＧを貯蔵する、または燃料であるＬＮＧを貯蔵するタンク（以下、「船舶用ＬＮＧ貯蔵タンク」と記載する。）が設置されている。そして、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクには、従来、ステンレス鋼、アルミ合金といった素材が使用されている。
Ｍｉｔｓｕｉ Ｏ．Ｓ．Ｋ ｌｉｎｅｓ，Ｌｔｄ，"Ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ＣａｒｇｏＴａｎｋｓ ｏｆ ＬＮＧ／Ｃ"ＭＹＳＴＩＣ ＬＡＤＹ""，ＧＡＳＴＥＣＨ９８，Ｎｏｖ １９９８
一方、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクには、９％Ｎｉ鋼に代表されるＮｉ鋼の使用が避けられてきた。これは、非特許文献１に記載があるように、過去にＮｉ鋼をＬＮＧ輸送船のタンクに使用した際に、一定期間の使用を経た後、腐食に伴う割れ（以下、単に「応力腐食割れ」と記載する。）が多数生じたためである。
非特許文献１の報告によれば、タンクに生じた多数の割れは、水素誘起割れであるとしている。しかしながら、水素誘起割れを促進する硫化水素等の存在は確認されなかった。このため、非特許文献１では、上記割れは、９％Ｎｉ鋼の溶接熱影響部の硬さ、残留応力、点検時にタンクが空になった際に生じた水分等の要因において、悪条件が重なったことで生じたと考察している。
このような応力腐食割れの問題はあるものの、Ｎｉ鋼はステンレス鋼、アルミ合金と比較し、比強度が高く、溶接性にも優れるため、タンク用素材として用いるメリットは大きい。そこで、特許文献１では、割れの一因と考えられる残留応力を、Ｎｉ鋼の表面にショットピーニング処理することで除去し、応力腐食割れを抑制した舶用極低温用タンクの製造方法について開示している。
しかしながら、特許文献１で開示された製造方法は、実際に、大型構造物であるタンクに用いようとすると、ショットピーニング処理を必要とする面積が広い。このため、ショットピーニング処理に要する時間、および製造コストが増大するという問題がある。
以上を踏まえ、Ｎｉ鋼を用いた場合であっても、特殊な処理を必要とせず、応力腐食割れの発生を抑制しうる、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの管理方法および船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクを提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの管理方法および船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクを要旨とする。
（１）船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの管理方法であって、
前記タンクは、Ｎｉ含有量が５．０～１０．０質量％である鋼材からなり、
前記タンク内において、ＮａＣｌで換算した場合の単位面積当たりの付着塩分量、および温度が、下記の（ｉ）および（ii）式を満足するように管理する、
船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの管理方法。
Ｓ≦０．１ ・・・（ｉ）
Ｔ≦３０ ・・・（ii）
但し、上記（ｉ）および（ii）式中の各記号は以下により定義される。
Ｓ（ｇ／ｍ２）：ＮａＣｌで換算した場合のタンク内の単位面積当たりの付着塩分量
Ｔ（℃）：タンク内の温度
前記タンクは、Ｎｉ含有量が５．０～１０．０質量％である鋼材からなり、
前記タンク内において、ＮａＣｌで換算した場合の単位面積当たりの付着塩分量、および温度が、下記の（ｉ）および（ii）式を満足するように管理する、
船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの管理方法。
Ｓ≦０．１ ・・・（ｉ）
Ｔ≦３０ ・・・（ii）
但し、上記（ｉ）および（ii）式中の各記号は以下により定義される。
Ｓ（ｇ／ｍ２）：ＮａＣｌで換算した場合のタンク内の単位面積当たりの付着塩分量
Ｔ（℃）：タンク内の温度
（２）Ｎｉ含有量が５．０～１０．０質量％である鋼材からなる船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクであって、
上記（１）に記載の管理される用途に供される、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンク。
上記（１）に記載の管理される用途に供される、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンク。
本発明によれば、Ｎｉ鋼を用いた場合であっても、特殊な処理を必要とせず、応力腐食割れの発生を抑制しうる、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの管理方法および船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクを得ることができる。
本発明者らは、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクにＮｉ鋼を用いた場合に生じる応力腐食割れについて、種々の検討を行い、以下の知見を得た。
ＬＮＧは、陸上においてもタンクを用いて貯蔵されるが、陸上のタンク（以下、単に「陸上用ＬＮＧ貯蔵タンク」と記載する。）では、Ｎｉ鋼が素材として用いられることが多い。そして、陸上用ＬＮＧ貯蔵タンクには、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクに見られるような応力腐食割れは観察されない。
これは、陸上用ＬＮＧ貯蔵タンクでは、ＬＮＧをタンクに充填する際、予め設置された配管から充填されることで、タンクが開放されないためであると考えられる。一方、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクでは、数年ごとの定期的な点検が義務付けられており、その際にはタンクが開放、点検される。
タンクの開放、点検の際には、通常、沿岸付近で、船舶を係留等して行われることが多い。沿岸付近の環境下においては、大気中の塩分量が高く、これら塩分が開放、点検においてタンク内に付着すると考えられる。このような付着した塩分により、塩化物に起因した応力腐食割れ（以下、単に「塩化物応力腐食割れ」と記載する。）が生じるものと考えられる。このため、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンク内の塩分付着量を適切に制御する必要がある。
さらに、本発明者は、塩化物応力腐食割れは、温度にも影響を受けることを知見し、塩化物応力腐食割れを抑制するためには、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクを適切な温度範囲で管理することが有効であるとも知見した。
以上を踏まえ、船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの応力腐食割れを抑制するためには、タンク内の温度、および付着塩分量を適切に制御することが有効である。一方、上述の温度、および付着塩分量を適切に制御することができれば、水分量、湿度等を制御することを、特段、要しない。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
１．船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクに用いる鋼材
本発明に係る船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクは、Ｎｉ含有量が５．０～１０．０％である鋼材（「Ｎｉ鋼」ともいう。）からなる。上記Ｎｉ含有量が５．０％未満であると、十分な比強度を得ることができない。このため、上記鋼材のＮｉ含有量は、５．０％以上とする。しかしながら、上記鋼材のＮｉ含有量が過剰であると、製造コストが増加する、または応力腐食割れが生じやすくなる。このため、上記鋼材のＮｉ含有量は、１０．０％以下とする。上記鋼材のＮｉ含有量は５．５％以上とするのが好ましく、９．５％以下とするのがより好ましい。
本発明に係る船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクは、Ｎｉ含有量が５．０～１０．０％である鋼材（「Ｎｉ鋼」ともいう。）からなる。上記Ｎｉ含有量が５．０％未満であると、十分な比強度を得ることができない。このため、上記鋼材のＮｉ含有量は、５．０％以上とする。しかしながら、上記鋼材のＮｉ含有量が過剰であると、製造コストが増加する、または応力腐食割れが生じやすくなる。このため、上記鋼材のＮｉ含有量は、１０．０％以下とする。上記鋼材のＮｉ含有量は５．５％以上とするのが好ましく、９．５％以下とするのがより好ましい。
Ｎｉ鋼において、その他の化学組成は、特に限定されないが、例えば、Ｃ：０．０１～０．１２％、Ｓｉ：０．０１～０．３％、Ｍｎ：０．４～２.０％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．００８％以下、Ａｌ：０．００２～０．０８％、Ｎ：０．００１５～０．００４０％、その他任意元素等を含有するのが好ましい。なお、Ｎｉおよび上記元素以外の残部はＦｅおよび不純物となるのが好ましい。
また、Ｎｉ鋼の製造方法は、特に限定されず、常法を用いて製造すればよい。例えば、上記化学組成に調整されたスラブに加熱し、熱間圧延を行い、適宜、焼入れ、焼き戻し等の熱処理を施し、鋼板とすればよい。作製した鋼板に、適宜、加工、溶接等を施すことで、タンクとすることができる。
２．タンク内の付着塩分量および温度
本発明に係る船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの管理方法では、タンク内において、ＮａＣｌで換算した場合の単位面積当たりの付着塩分量、および温度が、下記の（ｉ）および（ii）式を満足するように管理する。
Ｓ≦０．１ ・・・（ｉ）
Ｔ≦３０ ・・・（ii）
但し、上記（ｉ）および（ii）式中の各記号は以下により定義される。
Ｓ（ｇ／ｍ２）：ＮａＣｌで換算した場合のタンク内の単位面積当たりの付着塩分量
Ｔ（℃）：タンク内の温度
本発明に係る船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの管理方法では、タンク内において、ＮａＣｌで換算した場合の単位面積当たりの付着塩分量、および温度が、下記の（ｉ）および（ii）式を満足するように管理する。
Ｓ≦０．１ ・・・（ｉ）
Ｔ≦３０ ・・・（ii）
但し、上記（ｉ）および（ii）式中の各記号は以下により定義される。
Ｓ（ｇ／ｍ２）：ＮａＣｌで換算した場合のタンク内の単位面積当たりの付着塩分量
Ｔ（℃）：タンク内の温度
タンク内において、ＮａＣｌで換算した場合の単位面積当たりの付着塩分量、および温度が上記の（ｉ）式および（ii）式の少なくとも一方を満足しない場合は、塩化物応力腐食割れが発生しやすくなる。
塩化物応力腐食割れを抑制するため、上記の付着塩分量を低減することが考えられるが、開放点検を行う際にタンク内に不可避的に塩化物が付着してしまう。そして、上記付着塩分量が０．１ｇ／ｍ２超となり、（ｉ）式を満足しない場合、塩化物応力腐食割れが発生しやすくなる。なお、点検時等において、付着塩分量を調整する方法として、例えば、タンクの開口部に塩化物を除去するためのフィルター等を設けてもよい。
また、塩化物応力腐食割れの進展は温度にも影響を受け、タンク内の温度が３０℃超となり、（ii）式を満足しない場合は、塩化物応力腐食割れが進展しやすくなる。一方、（ｉ）および（ii）式をともに満足する場合は、塩化物応力腐食割れの発生が抑制される。
このため、タンク内において、上述の単位面積当たりの付着塩分量、および温度が、下記の（ｉ）および（ii）式を満足するように管理する。なお、付着塩分量の測定方法については特に限定されないが、例えば、表面塩分計等を用いて測定することができる。
なお、塩分中には、通常、様々な塩素イオンと、Ｎａ＋イオン、Ｍｇ２＋イオン等が含まれると考えられる。付着塩分量の測定においては、塩化物イオンを測定することで、算出されるが、この際、付着した塩化物は、全て、ＮａＣｌであると換算して、付着塩分量を測定する。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの塩化物応力腐食割れの環境を模擬するため、Ｎｉ鋼について塩分付着四点曲げ試験を行った。試験に用いたＮｉ鋼の化学組成は、表１に示すとおりであり、上記Ｎｉ鋼は、常法に従い、表１に示す化学組成のスラブを１１２０℃に加熱し、７５０℃まで熱間圧延を行い、その後、８１０℃で焼入れ、５７５℃で焼戻しを施し、作成された。
塩分付着四点曲げ試験に用いた試験は、縦７５ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ２ｍｍとした。試験片を研磨紙６００番まで研磨し、図１に示すような、４本のセラミック棒による四点曲げ試験治具にセットし、１５０ＭＰａ、３００ＭＰａ、５９０ＭＰａの応力を付加した。また、試験温度は３０℃、４５℃、６０℃で、付着塩分量は、ＮａＣｌ換算で、０．１ｇ／ｍ２、３ｇ／ｍ２とした。試験における相対湿度は８０％ＲＨとし、試験時間は１０００時間とした。
結果を図２および図３に纏めて示す。
図２および図３に示すように、付着塩分量が０．１ｇ／ｍ２の場合、試験温度が３０℃では応力腐食割れが発生しなかった。また、付着塩分量が３ｇ／ｍ２の場合、３０℃において、負荷応力が高い場合に応力腐食割れが発生した。一方、試験温度が４５℃および６０℃では、付着塩分量、負荷応力によらず、応力腐食割れが発生した。
１ 試験片
２ 付着塩分
３ 治具
４ セラミック棒
２ 付着塩分
３ 治具
４ セラミック棒
Claims (1)
- 船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの点検時の管理方法であって、
前記タンクは、Ｎｉ含有量が５．０～１０．０質量％、Ｓｉ含有量が０．０１～０．３質量％、Ａｌ含有量が０．００２～０．０８質量％、である鋼材からなり、
前記タンクの開口部に塩化物を除去するフィルターを設け、ＮａＣｌで換算した場合の単位面積当たりの付着塩分量、および温度が、下記の（ｉ）および（ii）式を満足するように管理する、
船舶用ＬＮＧ貯蔵タンクの管理方法。
Ｓ≦０．１ ・・・（ｉ）
Ｔ≦３０ ・・・（ii）
但し、上記（ｉ）および（ii）式中の各記号は以下により定義される。
Ｓ（ｇ／ｍ２）：ＮａＣｌで換算した場合のタンク内の単位面積当たりの付着塩分量
Ｔ（℃）：タンク内の温度
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