JPH09272593A

JPH09272593A - スロッシング防止装置およびスロッシング防止方法

Info

Publication number: JPH09272593A
Application number: JP8108344A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Yoshida; 道弘吉田; Minoru Uchida; 内田　　稔; Ikurou Kuwabara; 育朗桑原; Masaru Sakai; 優酒井; Akihiro Muto; 昭博武藤
Original assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な設備で槽内に収納された液体のスロッ
シングを効果的に防止することができ、特に化学プラン
トの反応槽に適用した場合においても、目的とする化学
反応を阻害したり、あるいはメンテナンス性を低下させ
たりすることがないスロッシング防止装置およびこれを
用いたスロッシング防止方法を得る。【解決手段】液体１３を収容する槽１０内に配設され
て、液体１３のスロッシングの発生を防止する装置であ
って、平面部３０を有し、この平面部３０を液体１３の
表面に沿わせて槽１０内に配設されてなるスロッシング
防止装置を用いて、上記平面部３０で外力または内部要
因によって昇降しようとする液体１３を抑えることによ
り、上記液体１３のスロッシングの発生を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を収容した槽
内に設けられて、当該液体のスロッシングの発生を防止
するためのスロッシング防止装置およびこの防止装置を
用いたスロッシング防止方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、石油タンク、タンカー、
タンクローリー、あるいは各種化学プラントの反応槽等
の液体が収容された各種の槽においては、槽の内外から
加わる起振力に起因して内部の上記液体が動揺する、い
わゆるスロッシングが発生する。例えば、石油タンクな
どの大型の槽においては、地震等の外力により比較的振
幅が大きなスロッシングが引き起こされ、この結果槽が
破壊したり、あるいは上記槽に亀裂が生じて内容液が外
部に漏洩するおそれがある。このため、上記スロッシン
グを防止する装置として、上記槽の内部に内容液の全面
にわたって区画板で構成された浮格子を配設し、内容液
の動揺を抑制して上記スロッシングの発生を防止する等
の各種のスロッシング防止装置が提案されているが、タ
ンク本体の建設コストの大幅な高騰化を招いたり、また
あるものはアイデアの域をでておらず、効果の実証がな
されていない等の理由から、現実的には実用化に至って
いない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】他方、各種化学プラン
トの反応槽においては、液中における気泡の上昇力や、
槽内容液の強制的な流動といった外力以外の内的な要因
によって、内部の液体にスロッシングを発生する場合が
多い。このようなスロッシングは、気泡の上昇運動等に
よって生じる液面の振動が、反応槽の寸法等に基づく固
有モードと一致した場合に自励的に共振することによっ
て発生するものであり、通常振幅が比較的小さく、かつ
持続性がある。このため、上記スロッシングに起因し
て、反応槽自体の振動や、この槽内において目的とする
化学反応性の低下を招くといった問題があり、その発生
の防止が強く要請されている。

【０００４】しかしながら、上記化学プラントの反応槽
にあっては、仮に上述したような区画板からなる浮格子
等を配設しても、反応槽が大型になるほど設備の製作が
大掛かりになって全体設備費の高騰化を招くうえに、な
によりも当該浮格子が槽内において目的とする化学反応
を阻害したり、あるいは槽内のメンテナンスが困難にな
って現実の使用に耐え得ないという問題点がある。

【０００５】本発明は、このような従来のスロッシング
防止装置が有する課題を有効に解決すべくなされたもの
で、簡易な設備で槽内に収容された液体のスロッシング
を効果的に防止することができ、特に化学プラントの反
応槽等に適用した場合においても、目的とする化学反応
を阻害したり、あるいはメンテナンス性を低下させたり
することがないスロッシング防止装置およびこれを用い
たスロッシング防止方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係るスロッシング防止装置は、液体を収容する槽内に
配設されて、上記液体のスロッシングの発生を防止する
装置であって、平面部を有し、この平面部を上記液体の
表面あるいは当該液体の表面にフロス層が形成されるも
のにあってはこのフロス層の上表面に沿わせて上記槽内
に配設されてなることを特徴とするものである。ここ
で、請求項２に記載の発明は、上記平面部を、スロッシ
ングが生じていない状態における上記液体の表面または
そのフロス層の上表面に対して、スロッシングの片振幅
の１倍の上方位置と上記片振幅の５倍の下方位置との間
に配設したことを特徴とするものである。さらに、請求
項３に記載の発明は、上記槽内に、当該槽における液体
の固有のスロッシングのモードにおいて、その振幅がピ
ークとなる位置に配設されてなることを特徴とするもの
であり、また請求項４に記載の発明は、上記請求項１ま
たは２に記載の平面部が、上記槽の少なくとも内壁に沿
って配設されてなることを特徴とするものである。

【０００７】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
ないし３のいずれかに記載の発明において、上記液体の
固有のスロッシングのモードにおける振動の波長がＬm
m、片振幅がＷmmであるときに、上記平面部の上記波長
方向の幅寸法Ａmmを、Ａ＝ａ・Ｌ^b・Ｗ^c であって、ａ
＝０．５×１０^-4〜１５．０×１０^-4、ｂ＝０．５〜
２．０、ｃ＝０．２〜１．５の範囲に設定したこを特徴
とするものであり、さらに請求項６に記載の発明は、上
記幅寸法Ａmmを、Ａ＝ａ・Ｌ^b・Ｗ^c であって、ａ＝
２．５×１０^-4〜５．０×１０^-4、ｂ＝０．７〜１．
５、ｃ＝０．５〜１．３の範囲に設定したことを特徴と
するものである。次いで、請求項７に記載の本発明に係
るスロッシング防止方法は、上記請求項１ないし５のい
ずれかに記載のスロッシング防止装置を用いて、上記平
面部で外力または内部要因によって昇降しようとする液
体を抑えることにより、上記液体のスロッシングの発生
を防止することを特徴とするものである。

【０００８】請求項１〜６のいずれかに記載のスロッシ
ング防止装置およびこれを用いた請求項７に記載のスロ
ッシング防止方法によれば、液体を収容する槽内に配設
されて上記液体の表面に沿う上記スロッシング防止装置
の平面部により、外力または内部要因によって昇降しよ
うとする液体を抑えて、当該液体のスロッシングの発生
を防止または抑制することができるため、簡易な設備で
槽内に収容された液体のスロッシングを効果的に防止す
ることができる。ここで、特に請求項２に記載の発明の
ように、静止状態にある上記液体の表面またはそのフロ
ス層の上表面に対して、スロッシングの片振幅の１倍の
上方位置Ｈと上記片振幅の５倍の下方位置Ｌとの間に配
設すれば、有効にスロッシングを防止することが可能で
ある。

【０００９】この際に、本発明者等の知見によれば、上
記槽の寸法・形状および内部構造、内容物の固有周期、
スロッシングを引き起こす原因となるものの加振周期等
の運転条件に基づいて、各々の槽内容液のスロッシング
のモードを概ね特定することが可能である。そこで、予
め上記スロッシングのモードを特定し、請求項３に記載
の発明のように、上記スロッシング防止装置を、槽にお
ける液体の固有のスロッシングのモードにおいて、その
振幅がピークとなる位置に配設すれば、最小箇所の取付
により最も有効なスロッシング防止効果を得ることがで
き、よって化学プラントの反応槽に適用した場合におい
ても、目的とする化学反応を阻害したり、あるいはメン
テナンス性を低下させたりするおそれがなくて好適であ
る。

【００１０】また、各種の実験から、いかなるモードの
スロッシングであっても、少なくとも槽の内壁付近の一
部において振幅が大きくなることが判明している。この
ため、請求項４に記載の発明のように、上記平面部を槽
の少なくとも内壁に沿って配設しておけば、各種モード
のスロッシングに対しても、有効にこれを抑制すること
が可能になるとともに、上記平板部を直接槽の内壁に固
定することができるため、槽全体の構造が複雑化するこ
とがない。

【００１１】さらに、単にスロッシングを防止する目的
からすれば、上記平板部の面積は大きい方が好ましい。
しかしながら、上記平板部の面積を過度に大きくする
と、特に上述した化学プラントの反応槽等において、液
体の流動や物質移動、延いては反応性を阻害する危険性
がある。そこで、本発明者等は、上記平板部の必要にし
て最小となる幅寸法について鋭意研究を行なったとこ
ろ、以下のような知見を得るに至った。すなわち、図１
９に示すように、内部に液体１を収容した幅寸法が単位
長さである槽２の基本モードのスロッシングについて考
察した結果、上記液体１の固有のスロッシングのモード
における振動の波長がＬmm、片振幅がＷmmであるとき
に、図２０に示す平面部３の波長方向の幅寸法Ａmmを、
Ａ＝ａ・Ｌ^b・Ｗ^c であって、ａ＝０．５×１０^-4〜１
５．０×１０^-4、ｂ＝０．５〜２．０、ｃ＝０．２〜
１．５の範囲、さらに好ましくは、上記係数が、ａ＝
２．５×１０^-4〜５．０×１０^-4、ｂ＝０．７〜１．
５、ｃ＝０．５〜１．３の範囲にすることにより、上記
スロッシングを防止するに際して、上記平板部を必要に
してかつ最小の幅寸法になし得ることが判明した。

【００１２】したがって、請求項５に記載の発明、さら
に好ましくは請求項６に記載の発明に基づいて上記平板
部の幅寸法を設定すれば、より簡易かつ最小寸法の装置
によって、効果的にスロッシングを防止することが可能
になる。ここで、上記平板部３の幅寸法Ａは、振動の振
幅がピークとなる位置に対応させて分割して配設しても
よく、この場合には平板部を位相の等しい振幅がピーク
となる位置に対して分割することがより有効である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係るスロッシング防止装
置は、石油タンク等の液体を収容しておく貯槽、化学プ
ラント等において液中に液を注入する反応槽、さらには
液中に気体を導入して液体表面にフロス層が形成される
槽などの、各種の槽におけるスロッシングの防止に適用
することが可能である。図１〜図１８は、このような本
発明に係るスロッシング防止装置の第１〜第７の実施形
態を示すものであり、このうち図１６は、内部に液体を
収容し、かつ上記液体中に気体を分散させて液体の表面
に気液混合のフロス層を形成することにより、当該液体
と気体とを効率的に化学反応させる槽についての適用例
を示すものである。

【００１４】このような槽は、壁部が円型に形成された
ものや、角型に形成されたものなど各種形状のものが知
られているが、いずれの形状においても、外的要因や、
液体中に噴出される気体等の内的要因によって、液体表
面あるいはそのフロス層が揺動を受け、これに起因して
スロッシングが発生する。そこで、本発明に係るスロッ
シング防止装置の第１の実施形態は、液体またはフロス
層を含む液体を収容する槽１０が断面長方形の角型であ
って、上記液体またはフロス層を含む液体１３が図１お
よび図２に示すような半波長のスロッシングモードを有
する場合に、図３に示すように、上記壁部１０ａの振幅
が最も高くなる（図では＋で示す）内壁に、上下面が平
板部となる平板（スロッシング防止装置）３０を配設し
たものである。ここで、平板３０の波長方向の幅寸法Ａ
₁mmは、液体またはフロス層を含む液体１３の固有のス
ロッシングのモードにおける振動の波長をＬmm、片振幅
をＷmmとしたときに、Ａ₁＝ａ・Ｌ^b・Ｗ^c であって、ａ
＝０．５×１０^-4〜１５．０×１０^-4、ｂ＝０．５〜
２．０、ｃ＝０．２〜１．５の範囲、さらに好ましく
は、上記係数が、ａ＝２．５×１０^-4〜５．０×１
０^-4、ｂ＝０．７〜１．５、ｃ＝０．５〜１．３の範囲
に設定されている。

【００１５】また、本発明に係るスロッシング防止装置
の第２の実施形態は、上記槽１０が断面長方形の角型で
あって、上記液体またはフロス層を含む液体１３が図４
および図５に示すような一波長のスロッシングモードを
有する場合に、図６に示すように、上記振幅が最も高く
なる槽１０の両側部の内壁および中央部に、それぞれ上
下面が平板部となる３枚の平板３１〜３３からなるスロ
ッシング防止装置を配設したものである。ここで、上記
平板３１〜３３の波長方向の幅寸法Ａ₂〜Ａ₄の合計は、
液体またはフロス層を含む液体１３の固有のスロッシン
グのモードにおける振動の波長をＬmm、片振幅をＷmmと
したときに、Ａ₂＋Ａ₃＋Ａ₄＝ａ・Ｌ^b・Ｗ^c であっ
て、ａ＝０．５×１０^-4〜１５．０×１０^-4、ｂ＝０．
５〜２．０、ｃ＝０．２〜１．５の範囲、さらに好まし
くは、ａ＝２．５×１０^-4〜５．０×１０^-4、ｂ＝０．
７〜１．５、ｃ＝０．５〜１．３の範囲となるように設
定されている。

【００１６】さらに、本発明に係るスロッシング防止装
置の第３の実施形態は、上記槽１０が断面略正方形の角
型であって、液体またはフロス層を含む液体１３が図７
および図８に示すような半波長のスロッシングモードを
有する場合に、図９に示すように、上記振幅が高くなる
槽１０の内壁の各辺部に、それぞれ上下面が平板部とな
る多数の平板３４…からなるスロッシング防止装置を配
設したものである。

【００１７】次いで、本発明に係るスロッシング防止装
置の第４の実施形態は、上記槽１０が円型であって、上
記液体またはフロス層を含む液体１３が図１０および図
１１に示すような半波長のスロッシングモードを有する
場合に、図１２に示すように、上記槽１０の全周にわた
って、上下面が平板部となる円環状の平板３５からなる
スロッシング防止装置を配設したものであり、さらに第
５の実施形態は、上記槽１０が同様の円型であって、上
記フロス層が図１３および図１４に示すような中央部に
おいても振幅がピークとなる一波長のスロッシングモー
ドを有する場合に、図１５に示すように、上記槽１０の
全周にわたって上下面が平板部となる円環状の平板３６
と、この槽１０の中央部に配設された円形の平板３７
と、これを４方向から上記平板３６に連結する平板３８
…とからなるスロッシング防止装置を配設したものであ
る。

【００１８】ここで、上記平板（スロッシング防止装
置）３０〜３８は、いずれも図１６に示すように、スロ
ッシングが起きていない状態における液体１３のフロス
層２３の表面と一致する高さとなるように、槽１０の壁
部１０ａに取付けられている。ちなみに、上記平板３０
〜３８の取付位置としては、同図に示すように、スロッ
シングが起きていない状態におけるフロス層２３の上表
面に対して、想定されるスロッシングの片振幅の１倍の
上方位置Ｈと上記片振幅の５倍の下方位置Ｌとの間に配
設すれば、所望のスロッシング防止効果を奏することが
できる。また、図１７は、本発明の第６の実施形態を示
すもので、上記槽１０における液体またはフロス層を含
む液体１３のレベルが運転条件によって異なるような場
合に、上記槽１０の壁部１０ａの３レベルに対応する位
置に、それぞれ平板（スロッシング防止装置）４０…を
取付け、広い範囲の運転条件に対応できるようにしたも
のである。このような場合に、図１８に示す本発明の第
７の実施形態のように、あるレベルに一定間隔をおいて
複数の平板４１、４１を取付け、これと異なるレベル
に、上記平板４１、４１間の下方に位置するようにし
て、複数の平板４２、４２を千鳥状に取付けてもよい。

【００１９】以上の構成からなるスロッシング防止装置
にあっては、必要にして最小となる幅寸法の平板３０〜
３８および４０〜４２によって構成されており、かつこ
れら平板３０等を、槽１０における液体またはフロス層
を含む液体１３の固有のスロッシングのモードにおい
て、その振幅がピークとなる位置に配設しているので、
当該液体またはフロス層を含む液体１３におけるスロッ
シングの発生が防止または抑制される。このため、上記
スロッシング防止装置およびこれを用いたスロッシング
防止方法によれば、上記平板３０〜３８および４０〜４
２といった簡易な設備を最小箇所に取付けるのみで、槽
１０内に収容された液体またはフロス層を含む液体１３
のスロッシングを確実かつ効果的に防止することができ
るうえ、さらに上記槽１０内における目的とする化学反
応を阻害したり、あるいはメンテナンス性を低下させた
りするおそれがない。

【００２０】なお、上記実施形態の説明においては、い
ずれもスロッシング防止装置を平板３０等によって構成
した場合についてのみ説明したが、これに限定されるも
のではなく、平板部を有するＴ形鋼、Ｌ形鋼あるいはＨ
形鋼等を用いて、当該平板部を液体またはフロス層を含
む液体１３の表面に沿うように取付けてもよい。この場
合に、当該平板部を液体表面またはフロス層２３の上表
面に一致させるのが好適であるが、これに限らず、図１
６に示したように、スロッシングが起きていない状態に
おける上記液体の表面またはそのフロス層２３等の表面
に対して、想定されるスロッシングの片振幅の１倍の上
方位置Ｈと上記片振幅の５倍の下方位置Ｌとの間に配設
すれば、所望のスロッシング防止効果を奏することがで
きる。また、上記スロッシング防止装置が適用される槽
についても、上述したように化学プラントにおける槽１
０の他、石油タンク等の各種の液体を収容する槽にも同
様に適用することができる。

【００２１】

【実施例】図１９において、縦（図示においてＬ／２）
寸法が１１５０ｍｍ、横寸法が６５０ｍｍである槽１
に、液面高さが１１５０ｍｍとなる液体を収容して、こ
の液体中に気体を一定の流量で吹き込むことにより、表
面にフロス層を形成したところ、当該液体表面にスロッ
シングが発生した。このスロッシングは、同図に示した
ものと同様の槽１の長手方向の中央に節が１つ存在する
半波長モードであり、その最大片振幅が１００ｍｍ程度
であった。そこで、このスロッシングにおいて振幅が大
きい壁面付近を特定して、フロス層の表面高さの近傍
に、図２０に示すような幅寸法が９５ｍｍ（槽の水平断
面積の約１／１０）の平板３を設置してその効果を確認
したところ、上記スロッシングは完全に消失した。

【００２２】

【発明の効果】請求項１〜６のいずれかに記載のスロッ
シング防止装置およびこれを用いた請求項７に記載のス
ロッシング防止方法によれば、液体を収容する槽内に配
設されて上記液体の表面に沿う上記スロッシング防止装
置の平面部により、外力または内部要因によって昇降し
ようとする液体を抑えて、当該液体のスロッシングの発
生を防止または抑制することができるため、簡易な設備
で槽内に収容された液体のスロッシングを効果的に防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスロッシング防止装置の第１の実
施形態におけるスロッシングモードを示す平面図であ
る。

【図２】図１の側断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態を示す平面図である。

【図４】本発明の第２の実施形態におけるスロッシング
モードを示す平面図である。

【図５】図４の側断面図である。

【図６】本発明の第２の実施形態を示す平面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態におけるスロッシング
モードを示す平面図である。

【図８】図７の側断面図である。

【図９】本発明の第３の実施形態を示す平面図である。

【図１０】本発明の第４の実施形態におけるスロッシン
グモードを示す平面図である。

【図１１】図１０の側断面図である。

【図１２】本発明の第４の実施形態を示す平面図であ
る。

【図１３】本発明の第５の実施形態におけるスロッシン
グモードを示す平面図である。

【図１４】図１の側断面図である。

【図１５】本発明の第５の実施形態を示す平面図であ
る。

【図１６】本発明の各実施形態におけるスロッシング防
止装置の取付位置を示す要部の縦断面図である。

【図１７】本発明の第６の実施形態を示す要部の斜視図
である。

【図１８】本発明の第７の実施形態を示す要部の斜視図
である。

【図１９】本発明に係るスロッシング防止装置において
最適な平板部の幅寸法を決定する際に用いた基本モード
のスロッシング状態を示す斜視図である。

【図２０】図１９のスロッシングに対応したスロッシン
グ防止装置の取付状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０槽１３液体２３フロス層３０〜３８、４０〜４２平板（スロッシング防止装
置）

フロントページの続き (72)発明者桑原育朗神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者酒井優神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者武藤昭博神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を収容する槽内に配設されて、上記
液体のスロッシングの発生を防止する装置であって、平
面部を有し、当該平面部を上記液体の表面またはそのフ
ロス層の上表面に沿わせて上記槽内に配設されてなるこ
とを特徴とするスロッシング防止装置。
【請求項２】上記平面部は、スロッシングが生じてい
ない状態における上記液体の表面またはそのフロス層の
上表面に対して、スロッシングの片振幅の１倍の上方位
置と上記片振幅の５倍の下方位置との間に配設されてい
ることを特徴とする請求項１に記載のスロッシング防止
装置。
【請求項３】上記槽内に、当該槽における上記液体の
固有のスロッシングのモードにおいて、その振幅がピー
クとなる位置に配設されてなることを特徴とする請求項
１に記載のスロッシング防止装置。
【請求項４】上記平面部が、上記槽の少なくとも内壁
に沿って配設されてなることを特徴とする請求項１また
は２に記載のスロッシング防止装置。
【請求項５】上記液体の固有のスロッシングのモード
における振動の波長がＬmm、片振幅がＷmmであるとき
に、上記平面部の上記波長方向の幅寸法Ａmmが、Ａ＝ａ
・Ｌ^b・Ｗ^c であって、ａ＝０．５×１０^-4〜１５．０
×１０^-4、ｂ＝０．５〜２．０、ｃ＝０．２〜１．５の
範囲であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載のスロッシング防止装置。
【請求項６】上記幅寸法Ａmmが、Ａ＝ａ・Ｌ^b・Ｗ^c
であって、ａ＝２．５×１０^-4〜５．０×１０^-4、ｂ＝
０．７〜１．５、ｃ＝０．５〜１．３の範囲であること
を特徴とする請求項５に記載のスロッシング防止装置。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載のス
ロッシング防止装置を用いて、上記平面部で外力または
内部要因によって昇降しようとする上記液体を抑えるこ
とにより、上記液体のスロッシングの発生を防止するこ
とを特徴とするスロッシング防止方法。