JP2002340741A

JP2002340741A - 光ファイバを用いた貯蔵タンクの損傷予知システム

Info

Publication number: JP2002340741A
Application number: JP2001144144A
Authority: JP
Inventors: Masazumi Tsukano; 正純塚野; Yoshiaki Inoue; 好章井上; Katsuaki Inoue; 克明井上; Takehiko Echigo; 武彦越後; Yoshihiko Minami; 義彦南
Original assignee: HOKKAIDO SEKIYU KYODO BICHIKU KK; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: HOKKAIDO SEKIYU KYODO BICHIKU KK; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】石油タンク等貯蔵タンクの損傷状態を監視
し、重大損傷に至る前に予知できるシステムを提供す
る。【解決手段】貯蔵タンクの底端板に接合された側板の
該接合部近傍の全周および前記底端板から適宜高さ位置
の全周に亘って光ファイバを布設し、該光ファイバを介
して前記側板の周方向歪を全周に亘って測定する歪計測
装置と該歪計測装置により測定されたデータを処理する
歪データ処理装置を具備し、前記接合部近傍の側板の周
方向歪測定値から前記接合部における側板の前記底端板
に対する傾斜角を推定し、前記底端板から適宜高さ位置
における側板の周方向歪測定値、座屈により発生する塑
性歪値と併せて前記接合部に発生する局部的塑性歪値、
亀裂の発生、前記底端板下基礎の陥没、側板の座屈等を
監視することを特徴とする光ファイバを用いた貯蔵タン
クの損傷予知システムとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば地震等によ
り石油タンク等の貯蔵タンクが損傷を受けた場合、損傷
の程度及びその発生位置を検知し、重大損傷を予知でき
る光ファイバを用いた貯蔵タンクの損傷予知システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、石油タンク等貯蔵タンクの保守点
検や地震その他による損傷の有無は外観検査により行わ
れている。また、本出願人による特願平１１−２３５３
３２には石油タンク側板の下部近傍全周に光ファイバを
軸方向に折り返しつつ連続して布設する方法が開示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】石油タンク等貯蔵タン
クの外観検査では、目にみえるほどの異常がないと検知
できず、貯蔵タンクがどのように傾き、どのような歪が
発生しているかは検知できないのが実情であった。つま
り、貯蔵タンクが目に見える程の損傷を受けてはいなく
ても、構造物としてなんらかの変化を受けているかも知
れず、その内容、程度を検知することは不可能であっ
た。損傷が予想される箇所に歪ゲージを貼付して歪を計
測することは可能ではあるが、測定箇所は膨大とならざ
るを得ず、多大な労力と費用を要し、貯蔵タンク毎にそ
のような測定装置を配設することは現実的には不可能で
あった。

【０００４】また、上記開示の光ファイバ布設方法は光
ファイバを側板の軸方向に折り返しつつ布設して側板の
軸方向の歪を測定するものであり、光ファイバを側板外
周に沿って波状に布設する作業はやや複雑である。本発
明は、上記問題点に鑑み、最近の光ファイバセンシング
技術の著しい進歩によって可能となった長距離に亘る歪
分布の測定方法を用い、石油タンク等貯蔵タンクの周囲
に沿って光ファイバをリング状に布設して周方向歪を測
定し、測定した歪によって貯蔵タンクの状態を監視し、
重大損傷に至る前に予知できるシステムを提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、貯蔵タンクの底端板に接合された側板の該接合部近
傍の全周囲および前記底端板から適宜高さ位置の全周に
亘って光ファイバをリング状に布設し、該光ファイバを
介して前記側板の周方向歪を全周に亘って測定する歪計
測装置と該歪計測装置により測定されたデータを処理す
る歪データ処理装置を具備し、前記接合部近傍の側板の
周方向歪測定値から前記接合部における側板の前記底端
板に対する傾斜角を推定し、前記底端板から適宜高さ位
置に置ける側板の周方向歪測定値、座屈により発生する
塑性歪値と併せて、前記接合部に発生する局部的塑性歪
値、亀裂の発生、前記底端板下基礎の陥没等を推定し監
視することを特徴とする光ファイバを用いた貯蔵タンク
の損傷予知システムを提案する。

【０００６】外部条件の変化、例えば石油の液面高さ、
底端板基礎の陥没や沈下によって貯蔵タンクの側板に発
生する周方向歪は、底端板と側板の接合部極近傍よりも
底端板からある程度離れた高さ位置におけるほうが外部
条件の変化に対する歪の変化が大きいことが、後述する
ように有限要素法による解析の結果明らかになった。し
たがって、外部条件の変化による歪変化が大きい高さ位
置の歪変化を測定、監視することによって、外部条件の
変化をより容易、正確に検知することができる。底端板
から適宜高さ位置とはこの外部条件の変化による歪変化
が大きい高さ位置のことをいう。

【０００７】貯蔵タンクの底端板と側板の接合部の亀裂
は、該亀裂がタンク内部に発生する場合、外側からの目
視観察では発見できない。貯蔵タンク側板の底端板に対
する傾き角と隅肉溶接接合部の側板周方向歪の関係を有
限要素方法によって解析した結果では、側板の傾き角変
化に対する側板周方向の歪の変化は前記接合部において
大きいので、該接合部近傍の側板周方向歪の測定値によ
り底端板に対する側板の傾き角を推定するのがよい。該
傾き角の初期状態からの変化量と亀裂発生の関係を実験
により求めておき、前記推定傾き角より局部的塑性歪
値、亀裂発生及びその発生位置と範囲を推定することが
できる。

【０００８】したがって、外部条件の変化による側板周
方向の歪変化が大きい底端板から或る高さ位置の側板の
全周に亘って光ファイバをリング状に布設するととも
に、前記接合部近傍の側板の全周に亘って光ファイバを
リング状に布設することによって、タンク内の液面高
さ、底端板下基礎の陥没位置と陥没幅、側板の座屈を検
知してその変化を監視し、また、底端板に対する側板の
傾き角を推定して、前記接合部に発生する局部的塑性歪
値、亀裂の発生を推定することができる。なお、光ファ
イバは側板の全周にわたってリング状に布設されている
ので、周上の周方向歪が測定され、その位置も同定され
る。

【０００９】また、例えば「１０万ＫＬ貯油クラスの通
常の石油タンク」の場合、前記接合部近傍の位置は歪発
生レベルが大きい底端板から０．１ｍ未満、例えば底端
板から０．０５ｍに、するのが適当である。外部条件変
化に対する側板周方向の歪が大きい位置としては底端板
から５ｍ未満、例えば１．６ｍにするのが適当である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る寸法、材質、形状、その相対位置などは特に特定的な
記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する
趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１は本発明の
実施例に係わる光ファイバを用いた貯蔵タンクの損傷予
知システムの構成を示す。

【００１１】図１において、１は貯蔵タンクの底端板、
２は側板であり、側板２は円筒形である。該側板２は前
記底端板１に隅肉溶接接合３されいる。前記側板２の外
周には前記底端板１から高さＨの位置に光ファイバ４が
リング状に布設され、該光ファイバは延長されて前記底
端板と側板の接合部近傍の側板外周にリング状に布設さ
れた光ファイバ５となっている。光ファイバはタンク側
板の膨張・収縮を計測できるように若干の初期張力を与
えて側板外周に接着剤で固定される。接着剤はシリコン
系、エポキシ系等により、屋外の環境下において十分な
接着力を長期間に亘って保持できるようにすると共に太
陽光及び雨等から光ファイバを保護するため接着剤のシ
リコンシーラントで光ファイバのタンク布設部を均一に
覆う。６は側板２から歪計測装置７に接続される部分の
光ファイバである。なお、請求項２は側板周囲に光ファ
イバ５のみを布設する場合であり、請求項３は側板周囲
に光ファイバ４のみを布設する場合である。

【００１２】前記歪計測装置７は歪分布測定機（ＢＯＴ
ＤＲ：Brillouin Optical Time Domain Reflectomete
r）で、光ファイバの一端からレーザー光パルスを入射
し、それによって光ファイバ内で発生した自然ブリルア
ン後方散乱光を同一端で観察して散乱した部位の歪を測
定するものである。光ファイバに光を入射すると入射光
は光ファイバを構成する例えば石英ガラス等の分子等に
衝突して散乱され、その一部が後方散乱光として入射端
にもどってくる。

【００１３】その後方散乱光の一つであるブリルアン散
乱光のパワースペクトルの周波数が光ファイバに生じて
いる歪に依存して変化することを利用するもので、この
ブリルアン周波数シフトを測定して歪を測定する。ブリ
ルアン後方散乱光が入射端にもどってくるまでの時間に
よって散乱された位置が分り、次々ともどってくる散乱
光を分析することにより光ファイバの各位置における歪
を知ることができる。８は歪データ処理装置で、光ファ
イバの入射端からの距離に対応する歪を表示した状態表
示９をアウトプットする。前記入射端からの距離から前
記側板外周上の位置を同定することができる。

【００１４】図２は側板外径８２ｍの貯蔵タンクについ
て、石油液面高さと側板外周の周方向歪の関係を有限要
素法によって計算した結果を示し、（Ａ）は液面高さ３
種類について底端板からの側板外周の高さ位置と該位置
における周方向歪を、（Ｂ）は底端板から０．０５ｍ及
び１．６ｍの高さ位置における側板外周の周方向歪と液
面高さとの関係を示したものである。なお、有限要素法
による解析結果は実測結果とよく一致することが確かめ
られている。

【００１５】図２（Ａ）において、各液面高さについ
て、高さ位置の増大に伴って周方向歪は増大するが、あ
る高さで最大となり、それ以上の高さ位置では歪は減少
し、液面高さの高さ位置で歪は零となる。液面高さ２
０．５ｍの場合、高さ位置１３ｍを越えたところで歪が
急激に低下している箇所が見られるのは、補強リングの
位置と一致しており、補強リングによる拘束効果を示す
ものである。歪が最大となる高さ位置は液面高さによっ
て異なるが、高さ位置を１．６ｍに選ぶと各液面高さに
ついて比較的大きな歪が発生することが分る。

【００１６】図２（Ｂ）において、底端板からの高さ位
置が０．０５ｍと１．６ｍの両位置とも周方向歪は液面
高さに対して直線的に増大している。ただし、底端板か
ら０．０５ｍの高さ位置では液面高さが２０．５ｍの場
合で歪は０．００７％であり、歪の計測精度が０．０２
％歪であることから実際の計測は困難と考えられる。し
かし、底端板から１．６ｍの高さ位置での周方向歪は液
面高さ５ｍの場合で０．０１５％であり、以後１ｍ当り
０．００４２％の歪が変化しているので、１．６ｍの高
さ位置における側板の周方向歪を測定することにより、
液面高さ５ｍからの液面監視が可能である。

【００１７】石油満載時である液面高さ２０．５ｍの場
合、側板の周方向歪は底端板から３．５ｍの高さ位置で
最大値０．１１３％であり、側板外径８２ｍであるか
ら、これは半径で４５ｍｍの変形に相当する。目視でこ
の程度の膨らみを確認することは可能であるが、それ以
下になってくると難しいと言われている。したがって、
本システムの本実施形態によって、目視では確認できな
い側板の膨らみを検出することができ、上記したよう
に、液面高さ５ｍからの液面監視が可能である。

【００１８】図３は、側板外径８２ｍの石油満載の貯蔵
タンクについて、側板から内側に０．５ｍ、１．０ｍ、
１．７５ｍ、２．０ｍの幅で全周に亘って基礎が陥没
（基礎抜け）した場合及び基礎抜けがない正常時につい
て有限要素法により解析した結果を示すもので、（Ａ）
は各基礎抜け幅について底端板からの側板外周の高さ位
置と該位置における周方向歪を、（Ｂ）は底端板から
０．０５ｍ及び１．６ｍの側板外周高さ位置における周
方向歪と基礎抜け幅との関係を示したものである。

【００１９】図３（Ａ）から、基礎抜け幅により周方向
歪が異なるのは底端板から７ｍ程度の高さ位置までであ
り、それ以上の高さ位置では周方向歪は基礎抜け幅には
無関係であることが分る。そして基礎抜け幅によって周
方向歪が大きく変化するのは底端板からの高さ位置が１
〜２ｍ付近であることが分る。

【００２０】図３（Ｂ）は、底端板からの高さ位置０．
０５ｍ及び１．６ｍについて基礎抜け幅と周方向歪の関
係を示すが、基礎陥没幅の広がり（基礎抜け幅の増大）
とともに周方向歪は増大している。ただし、底端板から
０．０５ｍの高さ位置では基礎抜け幅２ｍの時、歪は
０．０２２％であり、基礎抜けがない時の歪が０．００
７％であるから、基礎抜けがない時からの歪の変化量は
０．０１５％である。したがって、計測精度０．０２％
歪を考えると、０．０５ｍ高さ位置における歪測定で陥
没状況を予知するのは困難と考えられる。

【００２１】一方、底端板から１．６ｍの高さ位置での
歪は、基礎抜け幅２ｍ時で０．１３５％であり、基礎抜
けがない時の歪が０．０８８％であるから、基礎抜けが
ない時からの歪の変化量は０．０４７％歪である。した
がって、１ｍ以上の基礎抜け幅であれば、底端板から
１．６ｍ高さ位置における周方向歪を測定することによ
って基礎陥没の監視が可能である。なお、上記の有限要
素法による解析は、基礎抜けは全周に亘るとした場合の
解析結果であるが、陥没の長さが陥没幅（基礎抜け幅）
の４倍以上では陥没長さの中央での歪は全周陥没とした
上記解析結果に一致するので、光ファイバで全周に亘っ
ての歪変化を検出することにより陥没位置の同定も可能
である。

【００２２】貯蔵タンクの損傷として、底端板と側板の
隅肉溶接接合部の亀裂が懸念されるが、タンク内部の亀
裂は外観の目視観察では発見不可能である。底端板に対
する側板の傾き角を変えて側板上の高さ位置と該位置に
おける周方向歪との関係を、側板外径８２ｍの石油満載
の貯蔵タンクについて有限要素方法により解析した結
果、図示しないが、側板の傾き角によって周方向歪が異
なるのは側板上の高さ位置７ｍまでであり、それ以上の
高さ位置では周方向歪は側板上の高さ位置には無関係で
あった。そして側板の傾き角によって周方向歪が大きく
変化するのは底端板からの高さ位置が１〜２ｍ付近であ
った。

【００２３】図４は、側板外径８２ｍの石油満載の貯蔵
タンクについて、有限要素法で解析した、底端板に対す
る側板の傾き角と周方向歪との関係を、側板上の高さ位
置０．０５ｍ及び１．６ｍについて示す。図で側板の傾
きθは、底端板と側板が直角の時が零で、＋が外側への
傾きを示し、−は内側への傾きを示す。底端板から１．
６ｍの高さ位置における周方向歪の側板傾きに対する変
化は０．０５ｍの位置におけるそれよりも緩やかであ
る。なお、石油満載によって側板は外側に約１゜傾いて
いる。

【００２４】側板の傾き角に対する歪の変化が急である
０．０５ｍ位置について見ると、傾き角２２゜の時に歪
は０．２１％であり、また、側板の内面側傾き角度では
傾き角度−１９°で歪は−０．０９％である。傾き角度
２２°から傾き角度−１９°までの歪の変化量は０．３
％であるため、３°当り歪変化量は０．０２２％歪変化
である。したがって、本システムの計測精度が０．０２
％歪であることを考慮すると、底端板より０．０５ｍ位
置での周方向歪を測定することにより隅肉溶接部の局部
的塑性歪値を２°以上で監視が可能である。実験結果に
よれば、側板が無負荷状態から約１３゜傾くと溶接部に
ミクロ亀裂が発生し、約２３゜傾くとマクロ亀裂が発生
することが確認されているので、地震等により傾き角が
大きく変化した場合、傾き角によって局部的塑性歪値、
亀裂の発生やその発生位置と範囲を推定することができ
る。

【００２５】以上詳述したように、貯蔵タンクの内の液
面高さ及び基礎陥没に対して側板の周方向歪の変化が大
きい位置（側板外径８２ｍの場合１．６ｍ前後）の側板
周囲に光ファイバをリング状に布設して周方向歪を全周
に亘って測定すれば、半径方向変形が８．２ｍｍ（半径
４１ｍ×計測精度０．０２%）以上の監視が可能であ
り、また、タンク底端板下基礎の陥没については、陥没
幅１ｍ以上で陥没をその位置とともに検知できる。

【００２６】さらに、底端板と側板の接合部近傍の側板
周囲に光ファイバをリング状に布設して周方向歪を全周
に亘って測定すれば、底端板に対する側板の傾きについ
て、傾き角度変化２゜以上で検知することができ、前記
接合部に発生する局部的塑性歪値、亀裂の発生及びその
発生位置と範囲の監視が可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
石油備蓄タンク等貯蔵タンクの底端板と側板の接合部近
傍及び底端板から適宜高さ位置の側板外周に光ファイバ
をリング状に布設して側板に発生する周方向歪を全周に
亘って測定することによって、つぎのような効果が得ら
れ、

【００２８】（１）貯蔵タンクの内の液面高さ及び基礎
陥没に対して側板の周方向歪の変化が大きい位置の側板
全周に光ファイバをリング状に布設して周方向歪を全周
に亘って測定することにより、タンク底端板下基礎の陥
没を陥没幅１ｍ以上で陥没位置とともに検知でき、ま
た、タンクの座屈等による側板の膨張、収縮について半
径方向変形が８．２ｍｍ以上の監視が可能である。（２）底端板と側板の接合部近傍の側板全周に光ファイ
バをリング状に布設して周方向歪を測定することによ
り、底端板に対する側板の傾きについて、傾き角度変化
２゜以上で検知することができ、前記接合部に発生する
局部的塑性歪値、亀裂の発生及びその発生位置と範囲の
監視が可能である。（３）したがって、常時監視により貯蔵タンクの損傷の
程度とその位置を把握することができるので、重大損傷
に至る前に損傷を予知することができ、的確な対応処置
をとることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる光ファイバを用いた
貯蔵タンクの損傷予知システムの構成図である。

【図２】貯蔵タンク内の石油液面高さ、側板外周の高
さ位置及び周方向歪の関係を有限要素法によって計算し
た結果を示すグラフである。

【図３】貯蔵タンクの底端板下基礎陥没幅、側板外周
の高さ位置及び周方向歪の関係を有限要素法によって計
算した結果を示すグラフである。

【図４】貯蔵タンクの底端板に対する側板の傾き角と側
板外周の周方向歪との関係を有限要素法によって計算し
た結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１底端板２側板３底端板と側板の接合部４光ファイバ５光ファイバ６光ファイバ７歪計測装置８歪データ処理装置９状態表示

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０８Ｃ 15/06 Ｇ０８Ｃ 15/06 Ｋ (72)発明者井上好章長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者井上克明長崎市深堀町五丁目717番１号三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者越後武彦東京都新宿区西新宿五丁目１番14号北海道石油共同備蓄株式会社内 (72)発明者南義彦東京都新宿区西新宿五丁目１番14号北海道石油共同備蓄株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA49 AA65 BB08 CC06 CC14 FF41 GG04 GG08 LL67 PP01 2F073 AA22 AB07 BB06 BC04 CC02 CD24 DD04 GG01 GG09 2F103 BA19 CA06 CA07 EB02 EC09 GA15 2G024 AD38 BA21 CA30 FA06 2G086 DD05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貯蔵タンクの底端板に接合された側板の
該接合部近傍及び前記底端板から適宜高さ位置の全周に
亘って光ファイバをリング状に布設し、該光ファイバを
介して前記側板の周方向歪を全周に亘って測定する歪計
測装置と該歪計測装置により測定されたデータを処理す
る歪データ処理装置を具備し、前記接合部近傍の側板の
周方向歪測定値から前記接合部における側板の前記底端
板に対する傾斜角を推定し、前記底端板から適宜高さ位
置における側板の周方向歪測定値、座屈により発生する
塑性歪値と併せて、前記接合部に発生する局部的塑性歪
値、亀裂の発生、前記底端板下基礎の陥没等を監視する
ことを特徴とする光ファイバを用いた貯蔵タンクの損傷
予知システム。
【請求項２】貯蔵タンクの底端板に接合された側板の
該接合部近傍の全周に亘って光ファイバをリング状に布
設し、該光ファイバを介して前記側板の周方向歪を全周
に亘って測定する歪計測装置と該歪計測装置により測定
されたデータを処理する歪データ処理装置を具備し、前
記接合部近傍の側板の周方向歪測定値から前記接合部に
おける側板の前記底端板に対する傾斜角を推定して前記
接合部に発生する局部的塑性歪値、亀裂の発生等を監視
することを特徴とする光ファイバを用いた貯蔵タンクの
損傷予知システム。
【請求項３】貯蔵タンクの底端板に接合された側板の
前記底端板から適宜高さ位置の全周に亘って光ファイバ
をリング状に布設し、該光ファイバを介して前記側板の
周方向歪を全周に亘って測定する歪計測装置と該歪計測
装置により測定されたデータを処理する歪データ処理装
置を具備し、前記適宜高さ位置における側板の周方向歪
測定値を介して前記底端板下基礎の陥没位置及び陥没幅
を間接的に検知することを特徴とする光ファイバを用い
た貯蔵タンクの損傷予知システム。
【請求項４】前記貯蔵タンクの底端板に接合された側
板の前記底端板より適宜高さ位置を該底端板より５ｍ未
満の高さ位置とすることを特徴とする請求項１或は３に
記載の光ファイバを用いた貯蔵タンクの損傷予知システ
ム。