JP7658734B2 - 液化ガス用断熱二重配管ユニットおよびこれを備える液化ガス貯留船 - Google Patents

液化ガス用断熱二重配管ユニットおよびこれを備える液化ガス貯留船 Download PDF

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Description

本発明は、液化ガス用断熱二重配管ユニットおよびこれを備える液化ガス貯留船に関する。
従来、液化天然ガスや液化水素といった液化ガスを、例えば液化ガス運搬船と陸上の貯留タンクとの間で移送するための配管として、二重構造の真空断熱管が用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この断熱二重配管は、内管を、例えば真空層からなる断熱層を介して外管が覆う構造を有しているので、高い断熱性が得られ、内管内を流れる低温の液化ガスの温度上昇を効果的に抑制することができる。
特開２０１５－００４３８２号公報
しかし、断熱二重配管に液化ガスを流す際、極低温の液化ガスが通過する内管と外気にさらされる外管との間で熱収縮差が生じる。内管と外管の間に隙間を確保するため、内管は外管に対して支持または拘束される必要があり、上記の熱収縮差を放置すれば、内管および外管に高い応力が発生する原因となることから、この熱収縮差を吸収する必要がある。もっとも、液化ガスが通過し、かつ点検が困難な内管の構造を複雑化することは、断熱二重配管の本来の機能である液化ガス移送の信頼性を損なうおそれがあることから好ましくない。
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、液化ガス用断熱二重配管において、液化ガス移送の信頼性を損なうことなく、簡易な構造で、内管と外管との間の熱収縮差に起因する高応力の発生を抑制することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る液化ガス用断熱二重配管ユニットは、
液化ガスを移送するための配管ユニットであって、
前記液化ガスを通過させる内管と、前記内管を断熱層を介して覆う外管とからなる断熱二重配管であって、前記外管は、少なくとも軸心方向長さの変化を許容する伸縮許容部を有している、断熱二重配管と、
前記断熱二重配管の外周面に対向する対向部を有する基台と、
前記基台に固定されて、前記外管を前記基台に対して、少なくとも前記軸心方向に変位可能に拘束する拘束部材と、
を備える。
この構成によれば、まず、内管の熱収縮を許容し内管－外管間の熱収縮差を吸収するために有効な機構であるベローズのような伸縮許容部を、液化ガスが通過し、かつ点検が困難な内管ではなく、外管に設けているので、液化ガス移送の信頼性が確保される。また、伸縮許容部を外管に設けた場合、内管の熱収縮に応じて外管が変位することになるが、外管が、前記拘束部材によって変位可能に拘束されているので、外管に高応力が発生することを抑制しながら、外管が外部的な要因により過剰に移動することも防止できる。したがって、簡易な構造によって、液化ガス用断熱二重配管において、液化ガス移送の信頼性を損なうことなく、簡易な構造で、内管と外管との間の熱収縮差に起因する高応力の発生を抑制することができる。
本発明に係る液化ガス貯留船は、
船体と、
前記船体に設置された液化ガスを貯留する貯留タンクと、
前記貯留タンクに一端が取り付けられた、上記の液化ガス用断熱二重配管ユニットと、
を備える。
配管ユニットが液化ガス貯留船に設置された場合、伸縮許容部が設けられた外管について、船体の振動や変形による共振や過剰な移動を抑制することが、外管に生じる応力を抑制するうえで特に重要となる。この構成の液化ガス貯留船では、上述の構成および効果を有する配管ユニットが設置されているので、液化ガス移送の信頼性を損なうことなく、簡易な構造で、内管と外管との間の熱収縮差に起因する高応力の発生を抑制することができる。
以上のように、本発明によれば、液化ガス用断熱二重配管において、液化ガス移送の信頼性を損なうことなく、簡易な構造で、内管と外管との間の熱収縮差に起因する高応力の発生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用断熱二重配管ユニットおよびこれを備える液化ガス貯留船の概略構成を示す平面図である。 図１の液化ガス用断熱二重配管および液化ガス貯留船の概略構成を示す断面図である。 図１の液化ガス用断熱二重配管ユニットの内部の概略構造を示す縦断面図である。 図１の液化ガス用断熱配管ユニットの常温状態における配置構成例を模式的に示す平面図である。 図１の液化ガス用断熱配管ユニットの低温状態における配置構成例を模式的に示す平面図である。 図１の液化ガス用断熱配管ユニットを示す横断面図である。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る液化ガス用断熱二重配管ユニット（以下、単に「配管ユニット」という。）１およびこれを備える液化ガス貯留船３を示す。配管ユニット１は、液化ガスの移送に用いられる。配管ユニット１は、二重管構造を有する断熱二重配管（以下、単に「配管」という。）５と、配管５を支持する支持機構として、後述する基台７と拘束部材９とを備えている。
なお、本明細書において「液化ガス貯留船」とは、液化ガスを貯留する機能を有する船舶を指す。本実施形態における液化ガス貯留船３は液化ガス運搬船である。もっとも、液化ガス運搬船以外にも、例えば液化ガス燃料船や、液化ガスを他の船舶に供給するバンカリング船等が液化ガス貯留船３に含まれる。
具体的には、図示の例では、配管５は、液化ガス貯留船３の船体１１に設置されて液化ガスを貯留する貯留タンク１３に取り付けられている。配管ユニット１の配管５によって、貯留タンク１３とその外部、例えば陸上の液化ガス貯留基地との間で液化ガスが移送される。
配管５によって移送される液化ガスは、例えば、液化石油ガス（ＬＰＧ、約－４５℃）、液化エチレンガス（ＬＥＧ、約－１００℃）、液化天然ガス（ＬＮＧ、約－１６０℃）、液化水素（ＬＨ2、約－２５０℃）、液化ヘリウム（ＬＨｅ、約－２７０℃）である。本実施形態では、貯留タンク１３に液化水素が貯留され、この液化水素が配管５を介して移送される。
本実施形態では、図２に示すように、貯留タンク１３は、内槽１５および外槽１７を有する二重殻タンクとして構成されている。例えば、内槽１５と外槽１７との間に真空断熱層が形成されている。もっとも、貯留タンク１３の構成はこの例に限定されない。例えば、貯留タンク１３は、断熱材で覆われた一重殻タンクであってもよい。この場合の断熱材は、例えば、複数の真空断熱パネルで構成されてもよいし、複数の発泡パネルで構成されてもよい。
本実施形態では、貯留タンク１３は、液化ガスを収容する部分である本体部１３ａと、本体部１３ａから上方に突出するドーム部１３ｂとを有している。ドーム部１３ｂに、配管ユニット１の配管５の一端が取り付けられている。なお、同図では、簡略化のため、１つの配管ユニット１のみを示しているが、１つの貯留タンク１３に複数の配管ユニット１が設けられていてもよい。配管５は、貯留タンク１３の内部からドーム部１３ｂを貫通して貯留タンク１３の外部へ延設されている。本実施形態では、ドーム部１３ｂに、ドーム部１３ｂから延設された配管５を支持する平板状のドーム部支持台１９が、図示しない支持構造を介して設置されている。図１に示すように、ドーム部１３ｂから出た配管５は、ドーム部支持台１９上を通過し、さらに船体１１上（例えば上甲板２１上）を通って、例えば船体１１外部の配管５との接続部となるマニホールド２３まで延設されている。
図３に示すように、配管５は、液化ガスを通過させる内管２５と、内管２５を覆う外管２７とから構成されている。内管２５と外管２７との間の径方向の隙間に断熱層２９が形成される。本実施形態における断熱層２９は真空層として形成されている。もっとも、断熱層は真空層に限らず、例えば粉末防熱層、疑似真空層、断熱性を有するガス層等であってよい。
配管５の外管２７は、軸心方向長さの変化を許容する伸縮許容部３１を有している。本実施形態では、外管２７は、伸縮許容部３１としてベローズを有している。本実施形態では、伸縮許容部３１が外管２７のみに設けられており、内管２５には設けられていない。なお、伸縮許容部３１は、外管２７の軸心方向長さの変化に加えて、例えば径方向の変位をを許容するように構成されていてもよい。
内管２５の外周面には、内管スペーサ３３が設けられている。内管スペーサ３３によって、内管２５と外管２７との間隔が所定の距離以上に維持される。
また、本実施形態では、配管５は、複数の分割管体３５を長さ方向に接続することにより形成されている。具体的には、各分割管体３５は、その両端に、外管２７と内管２５の間の断熱層２９を閉塞する隔壁３７がそれぞれ設けられている。配管５をこのような構造を有する分割管体３５の組合せによって構成することにより、配管５の設置作業が容易になるとともに、断熱層２９の真空度といった断熱性能の維持および管理が容易となる。図示は省略するが、配管５の隔壁３７が設けられている部分は、その外周がジャケット管によってさらに覆われていてもよい。
図４Ａに示すように、配管ユニット１は、配管５の支持機構として、配管５の外周面に対向する対向部７ａを有する基台７と、基台７に固定されて、配管５を基台７に対して拘束する拘束部材９とを備えている。基台７は、配管５が設置される設備（この例では液化ガス貯留船３）に対して固定されている。基台７の対向部７ａおよび拘束部材９によって配管５の位置が規制される。なお、図４Ａは配管５内に液化ガスが流れておらず、内管２５に熱収縮が生じていない状態（以下、「常温状態」と呼ぶ。）を示している。
図４Ａに示す例では、配管５は、その中途の１箇所または複数個所においてほぼ直角に屈曲した状態で、ドーム部１３ｂからマニホールド２３まで延設されている。換言すれば、配管５は、直線状に延びる２つの直管部（第１直管部５ａおよび第２直管部５ｂ）と、第１直管部５ａが第２直管部５ｂに対して屈曲するように接続する屈曲管部５ｃとを有している。
また、図示の例では、第１直管部５ａと第２直管部５ｂのいずれにも伸縮許容部３１が設けられており、第１直管部５ａと第２直管部５ｂのいずれにも拘束部材９が設けられている。以下の説明では、便宜上、第１直管部５ａに設けられた拘束部材９を「第１拘束部材９Ａ」と呼び、第２直管部５ｂに設けられた拘束部材９を「第２拘束部材９Ｂ」と呼ぶ。
また、配管５の両端において、外管２７、内管２５とも、この配管５が設置される設備に固定されている。本実施形態では、外管２７および内管２５は、一端が貯留タンク１３に固定されており、他端がマニホールド２３に固定されている。さらに、図示の例のように、配管５が複数の分割管体３５に分割されている場合、分割管体３５の両端において外管２７および内管２５が固定されていてもよい。図示の例では、分割管体３５の外管２７および内管２５の隔壁３７部分も固定されている。
以下、主として配管５が水平方向に延設されている構成例について説明する。この場合、図５に示すように、配管５は基台７の対向部７ａ上に載置されている。図示の例では、対向部７ａは平坦面を有している。もっとも、本実施形態に係る配管５の支持機構は、鉛直方向、または水平方向に対して傾斜した方向に延設された配管５についても適用することができる。本明細書では、配管５と基台７の対向部７ａとの対向方向（図５の例では対向部７ａの平坦面に垂直な方向であり、かつ鉛直方向）を単に「対向方向Ｚ」と呼ぶ、また、配管１の軸心方向Ｘおよび対向方向Ｚに直交する方向を「横方向Ｙ」と呼ぶ。また、以下の説明では、対向方向Ｚにおける、基台７からみて配管５の配置されている側を便宜上「上方」と呼ぶ。
図５に示すように、拘束部材９は、外管２７を、軸心方向Ｘと横方向Ｙとのいずれにも変位可能に拘束するように構成されている。換言すれば、拘束部材９は、基台７上に載置された外管２７に対して、すくなくとも上方および両側方（横方向Ｙ）に隙間を介して位置を規制する部分を有している。好ましくは、拘束部材９は、これらの部分が一体かつ連続的に形成された形状、例えばＵ字形状を有する。
具体的には、図示の例では、拘束部材９は、Ｕ字形状のボルトとして形成されている。この拘束部材９は、基台７上に載置された配管５を跨いだ状態で、両端がナット３９によって基台７に固定されている。拘束部材９の内周面の各方向の寸法は、配管５が基台７上に載置され、かつ拘束部材９が基台７に固定された状態で、外管２７の外周面の各方向の寸法よりも大きく設定されている。すなわち、横断面視において配管５が拘束部材９の横方向Ｙの中央に配置された状態で、外管２７の外周面が拘束部材９の内周面のいずれの部分にも接しないように（つまり外管２７と拘束部材９との間に隙間が形成されるように）、拘束部材９の形状および寸法が設定されている。
以下の説明では、横断面視において配管５が拘束部材９の横方向Ｙの中央に配置された状態において、配管５の最上部における拘束部材９との対向方向Ｚの隙間を上方隙間Ｇ１と呼び、配管５の側部における横方向Ｙの両隙間を側方隙間Ｇ２と呼ぶ。
本実施形態では、上方隙間Ｇ１は、外管２７に生じ得る共振を防止可能な最小限の程度の大きさに設定されている。具体的には、上方隙間Ｇ１の大きさは、例えば、直径１２５ｍｍの配管５に対して１～２ｍｍである。他方、側方隙間Ｇ２（ここでは例として第１直管部５ａと第１拘束部材９Ａとの間の側方隙間Ｇ２）は、屈曲管部５ｃを介して接続されている第２直管部５ｂの熱収縮による変位量に対応する大きさに設定されている。
つまり、図４Ａに示す常温状態から、図４Ｂに示す、配管５に液化ガスが流れると（以下、この状態を「低温状態」と呼ぶ。）、内管２５に熱収縮が生じるとともに、この内管２５の熱収縮による変位が内管スペーサ３３を介して、伸縮許容部３１を備える外管２７を同図に矢印で示す方向に変位させる。図示の例では、第２直管部５ｂの内管２５の熱収縮に対応して、外管２７が第２直管部５ｂの軸心方向に変位する。第２直管部５ｂにほぼ直交する方向に延びる第１直管部５ａは、この第２直管部５ｂの軸心方向の変位量に対応する分、図５の横方向Ｙに、破線で示す位置まで変位する。第１直管部５ａと第１拘束部材９Ａとの間の側方隙間Ｇ２は、この変位を許容し、かつこの変位量以上の横方向Ｙの変位を規制する大きさに設定されている。具体的には、側方隙間Ｇ２の大きさは、例えば、直径１２５ｍｍの配管５に対して１０～２０ｍｍである。
図示の例では、第１直管部５ａおよび第２直管部５ｂ（図４Ａ）のいずれもが伸縮許容部３１を有しているので、いずれの直管部についても側方隙間Ｇ２の大きさは上述のように設定されている。
もっとも、上方隙間Ｇ１および側方隙間Ｇ２の大きさはこれらの例に限定されない。さらに、常温状態において、側方隙間Ｇ２は横方向Ｙの一方側のみに形成されていても（つまり他方側において外管２７と拘束部材９とが接触していても）よいし、側方隙間Ｇ２が形成されず、上方隙間Ｇ１のみが形成されてもよい。また、拘束部材９の形状も図示の例に限定されない。拘束部材９を基台７に固定する方法は、図示の例の螺合による固定に限定されず、例えば溶接による固定であってもよい。
なお、図４Ａに示した例において、配管５が屈曲管部５ｃを介して屈曲している場合、第１直管部５ａのみが伸縮許容部３１を有しており、第２直管部５ｂに第２拘束部材９Ｂが設けられていてもよい。この場合、第２拘束部材９Ｂが、第２直管部５ｂを、この第２直管部５ｂの軸心方向および対向方向に直交する横方向に変位可能に拘束するように構成される。また、第１直管部５ａのみが伸縮許容部３１を有している場合、第１直管部５ａにも第１拘束部材９Ａが設けられていてもよい。この場合、第１拘束部材９Ａは、第１直管部５ａを少なくとも第１直管部５ａの軸心方向に変位可能に拘束するように構成される。
また、図示の例と異なり、配管５は、屈曲管部５ｃを有せず直管部５ａのみを有していてもよい。この場合、拘束部材９は、配管５を少なくとも配管の軸心方向に変位可能に拘束するように構成される。
また、本実施形態では、図４Ａに示す常温状態および図４Ｂに示す内管２５が最大限に収縮した低温状態のいずれの状態においても、内管スペーサ３３の少なくとも一部が、拘束部材９の軸心方向幅の範囲内に位置するように配置されている。すなわち、拘束部材９は、その軸心方向位置が常温状態で内管スペーサ３３と重なっている。
上述のように、内管２５に生じた熱収縮は、内管スペーサ３３を介して外管２７の変位を生じさせる。したがって、拘束部材９の位置を内管スペーサ３３の位置に一致させることにより、確実に外管２７を内管２５の熱収縮に追従させることができる。その結果、内管２５および外管２７に生じる応力を抑制することができる。もっとも、内管スペーサ３３と拘束部材９の相対的な位置関係はこの例に限定されない。
図５に示すように、配管５と基台７との間には低摩擦部材４１が介装されている。低摩擦部材４１は、基台７の対向部７ａの載置面よりも小さい摩擦係数を有する平板状の部材である。具体的には、本実施形態では、低摩擦部材４１として、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）樹脂から形成された樹脂パッドを使用している。低摩擦部材４１を形成する材料は、この例に限定されず、例えばポリエチレン（ＰＥ），ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の他の種類の樹脂でもよく、木材といった樹脂以外の材料であってもよい。
図示の例では、低摩擦部材４１は、拘束部材９であるＵ字形状のボルトによって基台７に固定されている。もっとも、低摩擦部材４１を基台７に固定する方法はこれに限定されない。また、図示の例では、低摩擦部材４１は、基台７とは別体の部材として形成された後に基台７に連結されているが、低摩擦部材４１は、基台７の配管５に接触する部分に一体的に設けられていてもよい。
このように、配管５と基台７との間に低摩擦部材４１を介在させることにより、外管２７の変位を容易にし、確実に内管２５の熱収縮に追従させることができる。もっとも、配管５と基台７との間に低摩擦部材４１を介装することは必須ではない。
基台７は、配管５が水平方向に延設される場合には配管５を載置可能な部分を有し、配管５を支持するのに十分な強度を有する構造体であればどのようなものを用いてもよい。例えば、配管ユニット１を船体１１に設置する図示の例では、貯留タンク１３の周囲においては上述のドーム支持台１９を基台７として使用してもよい。また、船体１１上の貯留タンク１３から離れた場所においては船体１１の上甲板２１を基台７として使用してもよい。また、基台７は、例示したような平坦面を有していることは必須でない。例えば、基台７はドーム部１３ｂのような球面状の構造体であってもよいし、櫓状の構造体であってもよい。
以上説明した本実施形態に係る液化ガス用断熱二重配管ユニット１によれば、まず、内管２５の熱収縮を許容し内管２５－外管２７間の熱収縮差を吸収するために有効な機構であるベローズのような伸縮許容部３１を、液化ガスが通過し、かつ点検が困難な内管２５ではなく、外管２７に設けているので、液化ガス移送の信頼性が確保される。また、伸縮許容部３１を外管２７に設けた場合、内管２５の熱収縮に応じて外管２７が変位することになる。しかし、外管２７が拘束部材９によって変位可能に拘束されているので、外管２７に高応力が発生することを抑制しながら、外管２７が外部的な要因により過剰に移動することも防止できる。したがって、簡易な構造によって、液化ガス用断熱二重配管５において、液化ガス移送の信頼性を損なうことなく、簡易な構造で、内管２５と外管２７との間の熱収縮差に起因する高応力の発生を抑制することができる。
また、配管ユニット１が液化ガス貯留船に設置された場合、伸縮許容部３１が設けられた外管２７について、船体１の振動や変形による共振や過剰な移動を抑制することが、外管２７に生じる応力を抑制するうえで特に重要となる。本実施形態に係る液化ガス貯留船３では、上述の構成および効果を有する配管ユニット１が設置されているので、液化ガス移送の信頼性を損なうことなく、簡易な構造で、内管２５と外管２７との間の熱収縮差に起因する高応力の発生を抑制することができる。
なお、配管ユニット１における外管２７の伸縮許容部３１およびこれに対応する拘束部材９、基台７は、配管５全体に渡って設けられている必要はなく、一部にのみ設けられていてもよい。
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
１ 液化ガス用断熱二重配管ユニット
３ 液化ガス貯留船
５ 断熱二重配管
５ａ 第１直管部
５ｂ 第２直管部
５ｃ 屈曲管部
７ 基台
９ 拘束部材
２５ 内管
２７ 外管
３１ 伸縮許容部
３３ 内管スペーサ

Claims (5)

  1. 液化ガスを移送するための配管ユニットであって、
    前記液化ガスを通過させる内管と、前記内管を真空層を介して覆う外管とからなる断熱二重配管であって、前記外管は、少なくとも軸心方向長さの変化を許容する伸縮許容部を有している、断熱二重配管と、
    前記断熱二重配管の外周面に対向する対向部を有する基台と、
    前記基台に固定されて、前記外管を前記基台に対して、少なくとも前記軸心方向に変位可能に拘束する拘束部材と、
    を備え、
    前記内管の外周面に、前記内管と前記外管との間隔を所定の距離以上に維持する内管スペーサが設けられており、
    常温状態および低温状態のいずれの状態においても、前記内管スペーサの少なくとも一部が、前記拘束部材の軸心方向幅の範囲内に位置するように配置されている、液化ガス用断熱二重配管ユニット。
  2. 請求項１に記載の液化ガス用断熱二重配管ユニットにおいて、
    前記断熱二重配管が、直線状に延びる第１直管部および第２直管部と、前記第１直管部が第２直管部に対して屈曲するように接続する屈曲管部とを有しており、
    少なくとも前記第１直管部が前記伸縮許容部を有しており、
    前記第２直管部に前記拘束部材が設けられており、この拘束部材が、前記第２直管部を、この第２直管部の軸心方向および前記断熱二重配管と前記基台との対向方向に直交する横方向に変位可能に拘束する、
    液化ガス用断熱二重配管ユニット。
  3. 請求項１または２に記載の液化ガス用断熱二重配管ユニットにおいて、
    前記断熱二重配管と前記基台との間に介装された平板状の低摩擦部材であって、少なくとも前記断熱二重配管に接する面が前記基台よりも小さい摩擦係数を有する低摩擦部材をさらに備える
    液化ガス用断熱二重配管ユニット。
  4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の液化ガス用断熱二重配管ユニットにおいて、
    前記拘束部材が、前記外管との間に、前記断熱二重配管と前記基台との対向方向の隙間が形成されるように形成されている、
    液化ガス用断熱二重配管ユニット。
  5. 船体と、
    前記船体に設置された液化ガスを貯留する貯留タンクと、
    前記貯留タンクに一端が取り付けられた、請求項１から４のいずれか一項に記載の液化ガス用断熱二重配管ユニットと、
    を備える液化ガス貯留船。
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