WO2017149760A1

WO2017149760A1 - 気体排出量の推定方法

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Publication number: WO2017149760A1
Application number: PCT/JP2016/056799
Authority: WO
Inventors: 雅宏川崎; 隆飯塚; 謙一郎門; 学熊上
Original assignee: JGC Corp
Current assignee: JGC Corp
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-08
Anticipated expiration: 2018-09-04
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Abstract

【課題】揮発性物質を含む液体を貯蔵した固定屋根式の貯蔵タンクからの気体の排出量をより正確に推定する気体排出量の推定方法を提供する。【解決手段】揮発性の物質を含む液体３１を貯蔵した貯蔵タンク１からの気体排出量を推定方するに当たり、第１工程では、固定屋根式の貯蔵タンク１のタンク形状やリリーフ弁２１１の作動圧力などの前提条件の設定を行い、第２工程では、貯蔵タンク１内の液体３１及び気体３２の内容量、温度、圧力の初期条件を設定する。第３工程では貯蔵タンク１内の液体３１及び気体３２に対する流入／流出熱量を定め、ＣＦＤ解析により液体－気体間の物質移動量を求め、第４工程では、前記物質移動量に基づいてリリーフ弁２１１の作動の有無やリリーフ弁２１１からの気体の排出量を求める。

Description

気体排出量の推定方法

　本発明は、揮発性の物質を含む液体を貯蔵した貯蔵タンクに設けられたリリーフ弁からの気体排出量を推定する技術に関する。

　石油製品などを貯蔵する固定屋根式の貯蔵タンクにおいて、貯蔵タンク内に貯蔵された液体（液相）の上部側には気相空間が形成される。ここで例えば貯蔵タンク内の温度が上昇すると、液体表面からの気体の蒸発量が増加し、気相空間内の気体の圧力が上昇する。この圧力上昇に伴って、貯蔵タンクの本体に過大な応力が加わることを避けるため、貯蔵タンクの屋根には気体の圧力が所定の圧力よりも高くなった場合に、当該空間内の気体を外部に排出するリリーフ弁が設けられる（例えば特許文献１の図１）。

　ここで、貯蔵タンク内の液体である石油製品などには、揮発性の物質であるベンゼンやトルエンといった揮発性有機物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）が含まれているものがある。この場合には、環境保全などの観点から、リリーフ弁から排出される気体中のＶＯＣを回収するＶＯＣ回収装置が設けられることがある。

　一方、貯蔵タンク内の温度は、天候条件などに応じて日々変化し、また昼夜の日照の有無や、昼間の太陽の移動に伴う日照量の変化に応じて、１日の内でも貯蔵タンク内の温度や気相空間の圧力は刻々と変化する。このため、リリーフ弁から排出される気体排出量を正確に把握することは困難であり、従来はＡＰＩ（American Petroleum Institute）２０００などの工業規格に定めるリリーフ弁からの瞬間排出量に基づいてＶＯＣ回収装置における排出気体の処理能力を設計していた。

　しかしながら、工業規格に定めるリリーフ弁の仕様は、貯蔵タンクの設置地域の違いや貯蔵タンク本体の熱伝導特性（例えば保温の有無）を考慮せずに、最も過酷な条件下で発生する気体の蒸発量をベースとしているため、実際の気体排出量と比較して、貯蔵タンクに併設されるＶＯＣ回収装置の容量が過大になってしまう傾向があった。

実公平０４－１３５１３号公報

　本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、揮発性の物質を含む液体を貯蔵した固定屋根式の貯蔵タンクからの気体の排出量をより正確に推定する気体排出量の推定方法を提供することにある。

　本発明の気体排出量の推定方法は、揮発性の物質を含む液体を貯蔵した貯蔵タンクからの気体排出量の推定方法であって、
　（ａ）リリーフ弁を備えた固定屋根式の貯蔵タンクのタンク形状と、（ｂ）前記リリーフ弁の作動圧力と、（ｃ）前記貯蔵タンク内の液体の熱力学的物性と、（ｄ）前記貯蔵タンク内の気体の熱力学的物性と、に係る前提条件を設定する第１工程と、
　前記貯蔵タンク内の液体及び気体の各々について、内容量、温度、圧力の初期条件を設定する第２工程と、
　前記貯蔵タンクの隔壁を介した、前記液体及び気体に対する流入熱量または流出熱量を定め、数値流体力学解析により、前記液体及び気体の温度変化と、気液平衡状態の変化とを計算して、前記液体－気体間の物質移動量を求める第３工程と、
　前記物質移動量に基づいて前記気体の圧力変化を求め、変化後の気体の圧力が前記リリーフ弁の作動圧力を超えている場合には、当該リリーフ弁から排出される気体の排出量を求める第４工程と、を含むことを特徴とする。

　前記気体排出量の推定方法は以下の特徴を備えていてもよい。
（１）前記リリーフ弁は吐出ベントを備え、当該リリーフ弁から排出された気体は、前記吐出ベントを介して前記気体に含まれる揮発性の物質の回収装置へ向けて排出されること。
（２）前記貯蔵タンクは吸入弁を備え、前記第１工程では、前記前提条件として、さらに（ｅ）前記吸入弁の作動圧力の設定を行うことと、前記第４工程では、前記圧力変化後の気体の圧力が前記吸入弁の作動圧力を下回っている場合には、当該吸入弁から吸入される気体の吸入量を求めること。このとき、前記吸入弁は吸入ベントを備え、当該吸入弁から吸入される気体は、前記吸入ベントを介して供給される不活性ガスであること。
（３）前記第３工程では、数値流体力学解析により、前記液体及び気体の対流に起因する熱移動を計算して、前記液体及び気体の温度変化と、気液平衡状態の変化とを特定すること。
（４）前記第３工程にて求めた前記液体及び気体の温度変化と、前記第４工程にて求めた前記気体の圧力変化と、この圧力変化より把握される貯蔵タンクの気体の内容量と、に基づき、前記第２工程の新たな初期条件を設定することと、前記第２工程の新たな初期条件を設定した後、前記液体及び気体に対する新たな流入熱量または流出熱量を定めて前記第３工程、第４工程を実行することと、前記第２工程の新たな初期条件の設定と、その後の第３工程、第４工程の実行とを繰り返すことにより、前記リリーフ弁から排出される気体の排出量の経時変化を求めること。
（５）（４）において、前記リリーフ弁から排出される気体の排出量の経時変化に基づき、単位時間当たりの最大排出流量、または予め設定した期間内に排出される気体の総排出量を求めること。
（６）前記第３工程にて定められる液体及び気体に対する流入熱量または流出熱量は、太陽光から前記隔壁を介して貯蔵タンク内に供給される熱エネルギーに基づき定められること。前記太陽光から供給される熱エネルギーは、当該貯蔵タンクが設置されている地点の経緯度と、暦日とにより定められること。
（７）前記貯蔵タンク内の気体には、前記揮発性の物質と、その他の物質とが含まれ、前記第３工程にて求めた前記液体－気体間の物質移動量と、前記第４工程にて求めた気体の排出量とに基づき、前記揮発性の物質の排出量を求めること。

　本発明は、貯蔵タンク内に貯蔵された揮発性の物質を含む液体に対する流入熱量、流出熱量に基づき、貯蔵タンク内の液体－気体間の物質移動量を特定し、この物質移動量に基づいてリリーフ弁からの気体排出量を求めるので、正確な気体排出量を把握することができる。

本発明の実施の形態に係る貯蔵ダンクの模式図である。前記貯蔵タンクに設けられているブリーザー弁部の第１の縦断側面図である。前記ブリーザー弁部の第２の縦断側面図である。前記貯蔵タンクに併設されているＶＯＣ回収装置の構成図である。前記貯蔵タンクに対する第１の日照状態を示す説明図である。前記貯蔵タンクに対する第２の日照状態を示す説明図である。前記貯蔵タンクからの気体の排出量を推定する手順を示す説明図である。

　図１は、気体の排出量の推定を行う対象となる液体用の貯蔵タンク１を模式的に示している。例えば貯蔵タンク１は、筒状の側壁部１０２の上下面を、各々、固定屋根部１０３、底板部１０１にて塞いだ容器として構成されている。貯蔵タンク１は、固定屋根部１０３が側壁部１０２の上部側に固定された固定屋根式である点を除いて、その形状に特段の限定はない。例えば、固定屋根部１０３はドームルーフであってもよいし、コーンルーフであってもよく、そのほかの形状であってもよい。このほか貯蔵タンク１は、直方体形状であってもよいし、円筒形状の容器の軸を水平方向に向けた横置き型であってもよい。　
　図１には、円筒形状の側壁部１０２の上面にドームルーフ状の固定屋根部１０３を設けた貯蔵タンク１の例を示してある。

　貯蔵タンク１は、地上に設置する地上式であってもよいし、固定屋根部１０３を除く貯蔵タンク１全体や、側壁部１０２の下部側を地下に埋設する半地下式であってもよい。また、海に貯蔵タンク１を浮かべる洋上式であってもよい。　
　貯蔵タンク１には、貯蔵対象の液体の受け入れや払出しを行うための受入ライン／払出ラインの他、これらのラインに設けられる輸送ポンプ、貯蔵タンク１内の液体の撹拌を行うためのタンクミキサー、貯蔵タンク１に貯蔵される液体の性状や貯蔵タンク１の設置地域の気候などに応じて設けられる保温設備や加熱設備など、適宜、種々の付帯設備が設けられている。図１においては、これらの付帯設備の記載は省略してある。

　貯蔵タンク１に貯蔵される液体としては、石油精製用の原油や生焚き用の原油、ナフサなどの中間製品、ガソリン、灯油、軽油、重油などの石油製品、ベンゼンやトルエンなどの化成品を例示することができる。貯蔵タンク１に貯蔵される液体は、温度上昇などに伴って液体の一部が蒸発し、後述のリリーフ弁２１１を作動させることが可能な程度にまで貯蔵タンク１内の圧力を上昇させる要因となる揮発性の物質を含んでいる。　
　本例では、揮発性の物質としてベンゼンやトルエンといった揮発性有機物（以下、「ＶＯＣ」ともいう）を含む石油製品である液体３１を貯蔵した貯蔵タンク１の例について説明する。

　貯蔵タンク１は、貯蔵可能な液体３１の容量の上限値が定められており、液体３１の液面よりも上方側には、気相空間が形成されている。この気相空間は、液体３１から蒸発したＶＯＣと、貯蔵タンク１の外部から流入した後述の不活性ガスとを含む気体３２によって満たされている。

　さらに貯蔵タンク１の固定屋根部１０３には、内部の圧力が上昇したとき貯蔵タンク１内の気体３２を排出するリリーフ弁２１１と、内部の圧力が低下したとき貯蔵タンク１内へ向けて外部から気体を吸入する吸入弁２２１とを含むブリーザー弁部２が設けられている。　
　リリーフ弁２１１の出口側は、排気ライン４０１を介して後述のＶＯＣ回収装置に接続されている。また、吸入弁２２１の入口側は、貯蔵タンク１内にシール用の不活性ガスである例えば窒素ガスを供給するための窒素ガス供給ライン１０４に接続されている。　
　なお、吸入弁２２１から吸入される気体は不活性ガスに限定されない。例えば、貯蔵タンク１が気体シールの必要のない液体３１を貯蔵している場合には、吸入弁２２１を開放して大気を吸入してもよい。

　図２、図３はブリーザー弁部２の構成例を示している。これらの図に示すブリーザー弁部２は、貯蔵タンク１に設けられた接続ライン１０５に対して、リリーフ弁２１１を収容したケーシング２１３と、吸入弁２２１を収容したケーシング２２３とを並列に接続したリリーフ－バキューム弁構造となっている。

　リリーフ弁２１１は、バネ２１５によって下方側へ向けて付勢され、通常時は弁座２１４を塞いだ状態となっている（図３）。そして、貯蔵タンク１内の圧力が上昇し、当該圧力Ｐが、予め設定された作動圧力Ｐ_１を超えると、バネ２１５の付勢力に抗してリリーフ弁２１１が押し上げられ、貯蔵タンク１内の気体が吐出ベント２１２を介して排出される（図２）。本例において当該吐出ベント２１２は、ＶＯＣ回収装置へ向けて気体を排出するための排気ライン４０１に接続されている。　
　気体の排出により貯蔵タンク１内の圧力が低下して、リリーフ弁２１１の復帰圧力Ｐ_１’以下になると、バネ２１５によってリリーフ弁２１１が押し下げられ、弁座２１４が閉じられる。

　吸入弁２２１は、通常時は自重によって弁座２２４を塞いだ状態となっている（図２）。そして、貯蔵タンク１内の圧力が低下し、当該圧力Ｐが、予め設定された作動圧力Ｐ_２を下回ると、弁座２２４の上流側と下流側との圧力差により吸入弁２２１が持ち上げられ、吸入ベント２２２を介して、窒素ガス供給ライン１０４から貯蔵タンク１内へ向け窒素ガスが吸入される（図３）。窒素ガス供給ライン１０４の上流側には、例えば液体窒素タンクと蒸発器とを備えた不図示の窒素ガス供給部が設けられている。　
　窒素ガスの吸入により貯蔵タンク１内の圧力が上昇して、吸入弁２２１の復帰圧力Ｐ_２’以上になると、自重によりリリーフ弁２１１が降下し、弁座２２４が閉じられる。

　なお、ブリーザー弁部２は、リリーフ－バキューム弁構造のものに限定されるものではない。例えばリリーフ弁２１１と吸入弁２２１とを上下に配置して共通のケーシング内に収容した弁重構造のブリーザー弁部２を採用してもよい。　
　また、吸入弁２２１は、図２、３のようにリリーフ弁２２１と隣接させて一つのブリーザー弁部２とする場合もあるが、吸入弁２２１とリリーフ弁２２１をそれぞれ独立させて設ける場合もある。

　図４は、ブリーザー弁部２の吐出ベント２１２の下流側に設けられているＶＯＣ回収装置の構成例を示している。なお、図４に示す各開閉バルブＶ１～Ｖ６においては、「開状態」となっているものを白抜きで示し、「閉状態」となっているものを黒塗りで示してある。　
　貯蔵タンク１から排出された気体が流れる排気ライン４０１に対しては、複数基、例えば２基の吸着塔４１ａ、４１ｂが並列に接続されている。これらの吸着塔４１ａ、４１ｂには、気体中に含まれるＶＯＣを吸着除去可能な吸着剤、例えば活性炭が充填されている。各吸着塔４１ａ、４１ｂの出口側には、ＶＯＣが除去された気体を大気へ放出するための大気放出ライン４０２が接続されている。

　図４に示す例では、一方側の吸着塔４１ａにて、貯蔵タンク１から排出された気体中のＶＯＣを吸着除去して大気へ放出する吸着操作が行われている。一方で、他方側の吸着塔４１ｂでは、吸着塔４１ｂを排気ライン４０１、大気放出ライン４０２から切り離し、当該吸着塔４１ｂ内を真空吸引して吸着剤からＶＯＣを脱着させることにより、吸着剤を再生する再生操作が行われている。　
　本例のＶＯＣ回収装置においては、吸着塔４１ａ、４１ｂにおいて、ＶＯＣの吸着操作と吸着剤の再生操作とが交互に行われる。

　吸着剤の再生操作に係るＶＯＣ装置の構成を述べると、吸着塔４１ａ、４１ｂの入口側には、再生操作時に吸着剤から脱着されたＶＯＣを通流させる脱着ガスライン４０３が、排気ライン４０１と並列に接続されている。各吸着塔４１ａ、４１ｂに接続された脱着ガスライン４０３は、下流側で合流し、共通の真空ポンプ４３の吸込側に接続されている。真空ポンプ４３の吐出側には、溶剤を用いて、ＶＯＣを吸収除去する操作を行うための吸収塔４２が設けられている。なお、真空ポンプ４３と吸収塔４２との間に、真空ポンプ４３から吐出された潤滑剤を分けるセパレーターを設けてもよい。

　本例の吸収塔４２は、ＶＯＣを吸収するための溶剤として、貯蔵タンク１内の液体３１である石油製品を利用している。例えば吸収塔４２には、ＶＯＣと溶剤との効率を向上させるための充填物４２１が充填され、真空ポンプ４３から吐出されたＶＯＣは、この充填物４２１が充填された領域の下部側に導入される。

　一方、貯蔵タンク１から抜き出された溶剤は、溶剤供給ライン４０４を介して溶剤供給ポンプ４４により、既述の充填物４２１の充填領域の上部側に分散供給される。ＶＯＣと溶剤とは充填物４２１の充填領域にて向流接触し、ＶＯＣが溶剤中に吸収除去される。　
　ＶＯＣが除去された気体は、吸収塔４２の塔頂から抜き出され、排気ライン４０１に合流した後、吸着塔４１ａ、４１ｂにてさらにＶＯＣの吸着除去が行われてから大気へ放出される。また、ＶＯＣを吸収した溶剤は、溶剤回収ポンプ４５により吸収塔４２の塔底から抜き出され、溶剤回収ライン４０５を介して貯蔵タンク１へ戻される。

　以上、吸着剤を用いてＶＯＣを回収するＶＯＣ回収装置の例を説明したが、貯蔵タンク１から排出される気体の処理方法はこの例に限定されない。例えば、貯蔵タンク１から排出された気体を溶剤と接触させてＶＯＣを吸収除去するＶＯＣ回収装置を設けてもよいし、ＶＯＣの回収は行わず、フレアスタックにてＶＯＣを燃焼させてから大気に放出してもよい。

　以上、図１～図４を用いて、貯蔵タンク１の構造やその付帯設備の説明を行った。当該貯蔵タンク１の内部の液体３１や気体３２に対しては、貯蔵タンク１の隔壁（底板部１０１、側壁部１０２、固定屋根部１０３）を介して熱が流入し、またこれら液体３１や気体３２から外部へ向けて熱が流出する。

　そして、貯蔵タンク１内に熱が流入して液体３１や気体３２の温度が上昇すると、液体３１中のＶＯＣ成分が揮発する。この結果、貯蔵タンク１内の圧力が上昇してリリーフ弁２１１が作動し、気体３２の排出が実行される場合がある。また、貯蔵タンク１内の熱が流出して液体３１や気体３２の温度が低下すると、気体３２中のＶＯＣが凝縮する。この結果、貯蔵タンク１内の圧力が低下して吸入弁２２１が作動し、窒素ガスの吸入が行われる場合がある。　
　さらに、液体３１や気体３２においては、内部の温度差に伴う対流が発生し（図１）、対流に伴う熱移動や物質移動により、ＶＯＣの揮発や凝縮を支配する気体－液体の界面の温度や気体中のＶＯＣ濃度に影響を及ぼす。

　貯蔵タンク１内の液体３１や気体３２の温度変化の要因としては、貯蔵タンク１の外気温度の変化や、貯蔵タンク１内とは温度が異なる液体の外部からの受入など、種々の要因がある。　
　これら種々の要因の中で、貯蔵タンク１の気体３２の圧力変化に影響を与える最も大きな要因の一つとして、太陽５０１からの熱エネルギーの供給が挙げられる。太陽５０１から供給される熱エネルギーは、貯蔵タンク１が設置されている地点の経緯度と、暦日とにより特定することができる。例えば北半球の場合、青天の夏至の日において、太陽５０１から供給される熱エネルギーが最大となる。

　さらに図５、図６に示すように、太陽５０１から供給される熱エネルギーは、太陽５０１の移動に伴い、日光５０２が照射される貯蔵タンク１の隔壁の面積や、隔壁の単位面積当たりのエネルギー密度が変化することによっても経時的に変化する。　
　従って、貯蔵タンク１の隔壁を介した液体３１や気体３２に対する流入熱量または流出熱量は、隔壁の位置に応じて異なり、さらに各位置においても経時的に変化することになる。

　本発明の実施の形態に係る気体排出量の推定方法は、上述した貯蔵タンク１の構成や、内部の液体３１や気体３２の温度変化メカニズムを考慮した数値流体力学（ＣＦＤ：Computational Fluid Dynamics）モデルを作成して解析を行う。そして、この解析結果に基づき、リリーフ弁２１１から排出される気体の排出量や吸入弁２２１から吸入される気体の吸入量を推定する。　
　以下、図７を参照しながら上記推定を行う手順について説明する。

　初めに、貯蔵タンク１の形状やリリーフ弁２１１、吸入弁２２１の作動圧力、液体３１や気体３２の熱力学的物性など、ＣＦＤ解析や気体の排出量、吸入量の算出を行ううえで必要な前提条件（ａ）～（ｅ）を決定する（Ｐ１：第１工程）。

　（ａ）固定屋根式の貯蔵タンク１の形状の決定には、底板部１０１、側壁部１０２、固定屋根部１０３などの境界位置の設定や液体３１、気体３２内の解析メッシュの作成法など、貯蔵タンク１の形状に関連してＣＦＤ解析を行う際に必要となる種々の設定を行ってよい。　
　（ｂ）リリーフ弁２１１の作動圧力については、図２を用いて説明した気体の排出を行う際のリリーフ弁２１１の作動圧力Ｐ_１に加え、図３を用いて説明したリリーフ弁２１１が弁座２１４を閉じる際の復帰圧力Ｐ_１’の設定も行う。

　（ｃ）、（ｄ）貯蔵タンク１内の液体３１、気体３２の熱力学的物性としては、液体３１、気体３２の比熱、蒸気圧、密度、粘度などＣＦＤ解析にて必要となる各種物性の設定を行う。これらの物性が温度依存性を有している場合には、温度と物性値との対応関係を表現する関数やテーブルを設定してもよい。また、液体３１や気体３２が複数の成分を含んでいる場合には、これらの物性の設定を成分ごとに行ってもよいし、複数の成分を含む混合流体についての物性の設定を行ってもよい。　
　（ｅ）吸入弁２２１の作動圧力については、図３を用いて説明した気体の吸入を行う際の吸入弁２２１の作動圧力Ｐ_２に加え、図２を用いて説明した吸入弁２２１が弁座２２４を閉じる際の復帰圧力Ｐ_２’の設定も行う。

　また、貯蔵タンク１内の液体３１と気体３２とについて、内容量、温度、圧力に係る初期条件を設定する（Ｐ２：第２工程）。　
　貯蔵タンク１内における液体３１の内容量を決定すると、残る領域は気体３２が存在する気相空間となり、気体－液体の界面の高さ位置が特定される。温度は、貯蔵タンク１内の液体３１、気体３２の平均温度を設定してもよいし、予め把握している温度分布を反映した温度設定を行ってもよい。また、通常、圧力設定は、気体３２について行うが、必要に応じて液体３１の圧力設定を行ってもよい。

　しかる後、貯蔵タンク１の隔壁（底板部１０１、側壁部１０２、固定屋根部１０３）を介した流入熱量／流出熱量の分布を定め、ＣＦＤ解析により、液体３１及び気体３２の温度変化と、気液平衡状態の変化とを計算して、液体－気体間の物質移動量を求める（Ｐ３：第３工程）。

　流入熱量／流出熱量の分布の決定に際しては、貯蔵タンク１が設置されている地点の経緯度と、暦日とを考慮することができる。例えばＶＯＣ装置の最大処理能力の決定を行う場合には、北半球の場合、太陽５０１から供給される熱エネルギーが最大となる青天の夏至の日に、所定の経緯度の地点において太陽５０１から供給される熱エネルギーを決定する。

　また、図５、図６を用いて説明したように、太陽５０１の位置に応じた日光５０２の照射領域（図５に示す貯蔵タンク１において斜線でハッチングされた領域には日光５０２が照射されていない）や、単位面積当たりのエネルギー密度を考慮して、貯蔵タンク１の隔壁の各位置における流入熱量／流出熱量を定める。

　さらに例えば、リリーフ弁２１１からの１日あたり（予め設定した期間）の気体の総排出量や吸入弁２２１からの気体の総吸入量を求める場合には、太陽５０１から熱エネルギーが供給されていない日没後の時間帯における気体の排出量や吸入量を推定する必要もある。このため、既述の太陽５０１から供給される熱エネルギーに加え、貯蔵タンク１の外部との外気との温度差を考慮した流入熱量／流出熱量の決定を行う。　
　また既述のように、貯蔵タンク１が加熱設備を備える場合には、加熱設備からの流入熱量も考慮する。

　第１工程、第２工程の各種設定や第３工程の流入熱量／流出熱量の分布の決定は、ＣＦＤ解析に用いるソフトウェアなどを介して行う。ここで、第１工程、第２工程の各種設定や第３工程における流入熱量／流出熱量の分布の決定は、互いに厳密に区別されるものではなく、ＣＦＤ解析ソフトウェアの仕様などに応じて、各工程における設定事項の設定を並行して行ってよいことは勿論である。

　ＣＦＤ解析に用いるソフトウェアは市販の汎用ＣＦＤ解析ソフトウェアであってもよいし、本例の気体排出量の推定方法を実行するために開発した専用のＣＦＤ解析ソフトウェアであってもよい。

　例えば液体３１－気体３２間の物質移動量を計算可能とする方法としては、気液平衡理論に基づいた計算などを例示することができる。また、貯蔵タンク１内流体の対流を計算可能な計算法としては、有限体積法（ＦＶＭ：Finite Volume Method）などを例示することができる。

　ＣＦＤ解析に用いるＣＦＤ解析ソフトウェアを用い、既述の各工程にて設定された事項に基づき、貯蔵タンク１内の液体３１及び気体３２の温度分布の変化や気体－液体の界面における気液平状態の変化をコンピュータにより計算し、気体－液体間の物質移動量（液体３１から気体３２へのＶＯＣの蒸発量、気体３２から液体３１へのＶＯＣの凝縮量）を求めることができる。

　そして、気体－液体間の物質移動量から、貯蔵タンク１内の気体３２の圧力変化を求め、リリーフ弁２１１、吸入弁２２１の作動の有無、作動があった場合の気体の排出量／吸入量を算出する（Ｐ４：第４工程）。

　詳細には、圧力変化後の貯蔵タンク１内の気体３２の圧力Ｐがリリーフ弁２１１の作動圧力Ｐ_１より大きい場合には、リリーフ弁２１１が作動する。そして、貯蔵タンク１内の気体の圧力がリリーフ弁２１１の復帰圧力Ｐ_１’となるまでの圧力差ΔＰ_１＝Ｐ－Ｐ_１’に相当する量の気体がリリーフ弁２１１から排出される。この際、断熱膨張に伴う気体３２の温度低下、圧力低下の影響を考慮してもよい。

　一方、圧力変化後の貯蔵タンク１内の気体３２の圧力Ｐが吸入弁２２１の作動圧力Ｐ_２より小さい場合には、吸入弁２２１が作動する。そして、貯蔵タンク１内の気体の圧力が吸入弁２２１の復帰圧力Ｐ_２’となるまでの圧力差ΔＰ_２＝Ｐ_２’－Ｐに相当する量の気体が吸入弁２２１から吸入される。この際、断熱圧縮に伴う気体３２の温度上昇、圧力上昇の影響を考慮してもよい。

　気体－液体間の物質移動量、リリーフ弁２１１からの気体の排出量、吸入弁２２１からの気体（窒素ガス）の流入量が特定されることにより、排出された気体中に含まれるＶＯＣとその他の物質の割合（ＶＯＣ濃度）を特定することができる。この結果、リリーフ弁２１１からのＶＯＣの排出量を求めることが可能となる。

　さらに、第３工程にて求めた液体３１及び気体３２の温度変化と、第４工程にて求めた気体３２の圧力変化や、リリーフ弁２１１、吸入弁２２１の作動に伴う気体の排出量／吸入量から把握される貯蔵タンク１の気体３１の内容量は、太陽５０１の位置が変化した場合などにおける新たな計算を行う際の初期条件として利用することができる。

　そして、前記時間的な影響（日光５０２の照射領域、単位面積当たりのエネルギー密度、日光５０２の照射の有無や、外気との温度差の変化）を考慮した新たな流入熱量／流出熱量の分布を定めて第３工程、第４工程を実行する。　
　上述の第２～第４工程を繰り返すことにより、リリーフ弁２１１から排出される気体の排出量の経時変化を求めることができる。　
　ここで、ＣＦＤ解析ソフトウェアが、流入熱量／流出熱量の変化を考慮した動的解析を行うことができる場合には、既述の第２～第４工程を繰り返して実行する手法に替えて、ＣＦＤの動的解析によりリリーフ弁２１１から排出される気体の排出量の経時変化を求めてもよいことは勿論である。

　このように、リリーフ弁２１１からの気体の排出量の経時変化を把握することができれば、単位時間当たりの気体の最大排出流量や、予め設定した期間内（例えば１日）に排出される気体の総排出量を求めることができる。

　さらには、気体中のＶＯＣ濃度から、ＶＯＣの排出量を計算できるので、ＶＯＣ回収装置にて吸着塔４１ａ、４１ｂに充填する吸着剤の量や吸収塔４２に供給する溶剤の流量、各種ポンプ４３、４４、４５の能力などの決定に反映することができる（Ｐ５）。　
　また、既述のように、ＶＯＣ回収装置が溶剤吸収方式である場合には、溶剤の流量の決定、フレアスタックにてＶＯＣを燃焼させる場合には、フレアスタックのサイズの決定などに反映することが可能である。

　本実施の形態に係る気体排出量の推定方法によれば、貯蔵タンク１内に貯蔵されたＶＯＣを含む液体３１に対する流入熱量、流出熱量に基づき、貯蔵タンク１内の液体３１－気体３２間の物質移動量を特定し、この物質移動量に基づいてリリーフ弁２２１からの気体排出量を求めるので、正確な気体排出量を把握することができる。　
　この結果、ＶＯＣ回収装置などの能力を適正に決定することが可能となり、気体排出量の過大な見積もりに伴う装置コストの増大を低減することができる。

　ここで、図１～図３を用いて説明した例では、リリーフ弁２１１から排出された気体を、吐出ベント２１２を介してＶＣＯ回収装置へ向けて案内する例を示したが、ブリーザー弁部２に吐出ベント２１２を設けることは必須ではない。リリーフ弁２１１の出口側を大気開放状態として、貯蔵タンク１から排出された気体を大気へ放出する場合においても、本例の気体排出量の推定方法を適用できることは勿論である。例えば市街区から遠隔の地に貯蔵タンク１を設置する際に、ＶＯＣの排出量が極めて微量な場合に、ＶＯＣ回収装置を設置する必要があるか否かなどの検討に活用することもできる。

１　　　　貯蔵タンク
２　　　　ブリーザー弁部
２１１　　リリーフ弁
２１２　　吐出ベント
２２１　　吸入弁
２２２　　吸入ベント
３２　　　気体
３１　　　液体
４１ａ、４１ｂ
　　　　　吸着塔
４２　　　吸収塔
５０１　　太陽

Claims

　揮発性の物質を含む液体を貯蔵した貯蔵タンクからの気体排出量の推定方法であって、
　（ａ）リリーフ弁を備えた固定屋根式の貯蔵タンクのタンク形状と、（ｂ）前記リリーフ弁の作動圧力と、（ｃ）前記貯蔵タンク内の液体の熱力学的物性と、（ｄ）前記貯蔵タンク内の気体の熱力学的物性と、に係る前提条件を設定する第１工程と、
　前記貯蔵タンク内の液体及び気体の各々について、内容量、温度、圧力の初期条件を設定する第２工程と、
　前記貯蔵タンクの隔壁を介した、前記液体及び気体に対する流入熱量または流出熱量を定め、数値流体力学解析により、前記液体及び気体の温度変化と、気液平衡状態の変化とを計算して、前記液体－気体間の物質移動量を求める第３工程と、
　前記物質移動量に基づいて前記気体の圧力変化を求め、変化後の気体の圧力が前記リリーフ弁の作動圧力を超えている場合には、当該リリーフ弁から排出される気体の排出量を求める第４工程と、を含むことを特徴とする気体排出量の推定方法。
　前記リリーフ弁は吐出ベントを備え、当該リリーフ弁から排出された気体は、前記吐出ベントを介して前記気体に含まれる揮発性の物質の回収装置へ向けて排出されることを特徴とする請求項１に記載の気体排出量の推定方法。
　前記貯蔵タンクは吸入弁を備え、
　前記第１工程では、前記前提条件として、さらに（ｅ）前記吸入弁の作動圧力の設定を行うことと、
　前記第４工程では、前記圧力変化後の気体の圧力が前記吸入弁の作動圧力を下回っている場合には、当該吸入弁から吸入される気体の吸入量を求めることと、を特徴とする請求項１に記載の気体排出量の推定方法。
　前記吸入弁は吸入ベントを備え、当該吸入弁から吸入される気体は、前記吸入ベントを介して供給される不活性ガスであることを特徴とする請求項３に記載の気体排出量の推定方法。
　前記第３工程では、数値流体力学解析により、前記液体及び気体の対流に起因する熱移動を計算して、前記液体及び気体の温度変化と、気液平衡状態の変化とを特定することを特徴とする請求項１に記載の気体排出量の推定方法。
　前記第３工程にて求めた前記液体及び気体の温度変化と、前記第４工程にて求めた前記気体の圧力変化と、この圧力変化より把握される貯蔵タンクの気体の内容量と、に基づき、前記第２工程の新たな初期条件を設定することと、
　前記第２工程の新たな初期条件を設定した後、前記液体及び気体に対する新たな流入熱量または流出熱量を定めて前記第３工程、第４工程を実行することと、
　前記第２工程の新たな初期条件の設定と、その後の第３工程、第４工程の実行とを繰り返すことにより、前記リリーフ弁から排出される気体の排出量の経時変化を求めることと、を特徴とする請求項１に記載の気体排出量の推定方法。
　前記リリーフ弁から排出される気体の排出量の経時変化に基づき、単位時間当たりの最大排出流量、または予め設定した期間内に排出される気体の総排出量を求めることを特徴とする請求項６に記載の気体排出量の推定方法。
　前記第３工程にて定められる液体及び気体に対する流入熱量または流出熱量は、太陽光から前記隔壁を介して貯蔵タンク内に供給される熱エネルギーに基づき定められることを特徴とする請求項１に記載の気体排出量の推定方法。
　前記太陽光から供給される熱エネルギーは、当該貯蔵タンクが設置されている地点の経緯度と、暦日とにより定められることを特徴とする請求項８に記載の気体排出量の推定方法。
　前記貯蔵タンク内の気体には、前記揮発性の物質と、その他の物質とが含まれ、前記第３工程にて求めた前記液体－気体間の物質移動量と、前記第４工程にて求めた気体の排出量とに基づき、前記揮発性の物質の排出量を求めることを特徴とする請求項１に記載の気体排出量の推定方法。