JP2015124860A - 低温液化ガスの貯蔵システム - Google Patents
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Abstract
【課題】低温液化ガスの積込み時に発生する貯蔵容器の温度差をなくし、貯蔵タンクの歪や変形及びロールオーバー現象を防止する。【解決手段】貯蔵システム１０Ａは、ＬＮＧを貯蔵するＬＮＧ船内タンク１２と、ＬＮＧ船内タンク１２にＬＮＧを供給する供給系統４１と、ＬＮＧ船内タンク１２の壁面に高さ方向に亘って延在する光ファイバケーブル２４と、光ファイバケーブル２４にレーザパルスを発信するレーザパルス発信器２８と、光ファイバケーブル２４から散乱した後方散乱光が入力され、該後方散乱光からＬＮＧ船内タンク１２に貯蔵されたＬＮＧの温度分布を求める計測器３０と、計測器３０で求めたＬＮＧの温度分布に基づいて、ＬＮＧ船内タンク１２におけるＬＮＧの貯蔵状態を管理する管理装置２３Ａとを備えている。【選択図】図１
Description
本発明は、光ファイバを用いた温度計測を行って貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの管理を行う貯蔵システムに関する。
液化天然ガス（以下「ＬＮＧ」と呼ぶ。）などの低温液化ガスを運搬する運搬船や、低温液化ガスを貯蔵する陸上の貯蔵設備では、例えば球形や円筒形を有する大型の貯蔵容器が用いられている。
図１０において、ＬＮＧ運搬船１００は、ＬＮＧ船内タンク１０２を備えている。各ＬＮＧ船内タンク１０２は、陸上基地のＬＮＧタンク１０４からＬＮＧポンプ１０６で送出される実線表示のＬＮＧ積込み配管系統１０８と、各ＬＮＧ船内タンク１０２で気化した天然ガスを陸上基地に送る破線表示のガス送出配管系統１１０とを備えている。
図１０において、ＬＮＧ運搬船１００は、ＬＮＧ船内タンク１０２を備えている。各ＬＮＧ船内タンク１０２は、陸上基地のＬＮＧタンク１０４からＬＮＧポンプ１０６で送出される実線表示のＬＮＧ積込み配管系統１０８と、各ＬＮＧ船内タンク１０２で気化した天然ガスを陸上基地に送る破線表示のガス送出配管系統１１０とを備えている。
ガス送出配管系統１１０は各ＬＮＧ船内タンク１０２内の天然ガスを機関部１１２に供給すると共に、陸上基地のフレアスタック１１４に導いて燃焼させる。
ＬＮＧ運搬船では、ＬＮＧ船内タンクへのＬＮＧ積込み時にＬＮＧが気化して大量の天然ガスが発生する。そのため、運搬船で消費できない余剰ガスを陸上基地に返送し、陸上基地で焼却などの処理を行っている。また、余剰ガスの処理のため、再液化装置が必要となり、コスト増加となっている。
ＬＮＧ運搬船では、ＬＮＧ船内タンクへのＬＮＧ積込み時にＬＮＧが気化して大量の天然ガスが発生する。そのため、運搬船で消費できない余剰ガスを陸上基地に返送し、陸上基地で焼却などの処理を行っている。また、余剰ガスの処理のため、再液化装置が必要となり、コスト増加となっている。
前記問題を解消するため、先に、本出願人は、ＬＮＧの積込み時、貯蔵タンクの内圧を上げ、積込みＬＮＧの沸点を上昇させて過冷却状態とし、積込みＬＮＧを過冷却状態とすることで、貯留タンク内を冷却すると共に、積込みＬＮＧをタンク頂部付近からタンク内に落下させる供給系統を設け、落下するＬＮＧと貯蔵されたＬＮＧとの撹拌及び熱交換を促進させることで、貯蔵ＬＮＧを冷却し余剰ガスの発生を抑制する余剰ガス抑制手段を提案している（特許文献１）。
また、大型の低温液化ガス貯蔵タンクでは、下部領域の液化ガスが加圧されるため、下部領域の液化ガスの沸点が上昇する。そのため、高さ方向で温度勾配が発生する。高さ方向で低温液化ガスの温度勾配が大きくなると、温度差により貯蔵タンクの歪や変形が生じるおそれがある。
また、低温液化ガスで生じる上下方向の温度勾配により下層域の低温液化ガスの液密度が上層域と比べて減少し、上下方向に大きな対流が発生する。この対流によりそれまで下層域に蓄積されていた熱が多量のボイルオフガス（ＢＯＧ）を発生させる。これが貯蔵タンク内部の内圧を急激に上昇させ、場合によっては貯蔵タンクの破損、損傷に至ることもある（ロールオーバー現象）。
一方、特許文献２には、光ファイバを低温液化ガスを貯蔵する貯蔵タンクの外壁に設けて貯蔵タンクの外壁の温度を計測し、この計測値が異常温度を示すことで、貯蔵タンクの漏洩を検知する手段が開示されている。
前述のように、低温液化ガスの貯蔵タンクでは、低温液化ガスの温度管理を行い、余剰ガスの発生を抑制する必要がある。
また、貯蔵タンクに貯蔵された低温液化ガスの高さ方向での温度勾配が大きくなると、温度差により貯蔵タンクの変形が生じたり、前述のロールオーバー現象が発生するおそれがある。
また、貯蔵タンクに貯蔵された低温液化ガスの高さ方向での温度勾配が大きくなると、温度差により貯蔵タンクの変形が生じたり、前述のロールオーバー現象が発生するおそれがある。
また、低温液化ガスの積込み時、貯蔵された液化ガスと積込み液化ガスとの温度差により、貯蔵タンクの温度分布に不均衡が生じ、これによって、タンク隔壁に大きな内部応力が発生し、貯蔵タンクに歪や変形が発生するおそれがある。
しかし、従来の熱電対などの温度センサを用いた温度計測手段では、貯蔵タンク全体の温度分布を精密に計測する必要がある場合、膨大な数の温度センサを必要とする。そのため、貯蔵タンクのような大型構造物の温度分布を正確に計測することは困難である。従って、貯蔵タンクに貯蔵された低温液化ガスの適切な温度管理をすることができない。
しかし、従来の熱電対などの温度センサを用いた温度計測手段では、貯蔵タンク全体の温度分布を精密に計測する必要がある場合、膨大な数の温度センサを必要とする。そのため、貯蔵タンクのような大型構造物の温度分布を正確に計測することは困難である。従って、貯蔵タンクに貯蔵された低温液化ガスの適切な温度管理をすることができない。
特許文献２に開示された手段は光ファイバを用いた温度計測により貯蔵タンクの漏洩検知手段であり、低温液化ガスの温度分布を正確に測定するものではなく、前述の問題を解決するものではない。
本発明の少なくとも一実施態様は、かかる従来技術の課題に鑑み、光ファイバを貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの温度計測に用いることで、貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの管理を可能にすることを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明の一実施態様に係る貯蔵システムは、低温液化ガスを貯蔵するための貯蔵容器と、該貯蔵容器に低温液化ガスを供給するための供給系統と、貯蔵容器の壁面に沿って該壁面の外表面あるいは内表面の高さ方向に亘って延在するように配置された光ファイバケーブルと、該光ファイバケーブルにパルス光を発信するように構成されたパルス光発信器と、光ファイバケーブルから散乱した後方散乱光が入力され、該後方散乱光から貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの温度分布を求めるように構成された計測器と、該計測器で求めた低温液化ガスの温度分布に基づいて、貯蔵容器における低温液化ガスの貯蔵状態を管理するように構成された管理装置とを備えている。
光ファイバによる温度計測手段は、ラマン効果と呼ばれる既知の原理を利用している。即ち、パルス光を光ファイバに入射すると、光ファイバの中で各種の散乱光が発生する。その散乱光の中のラマン散乱光にはストークス光とアンチストークス光とがあり、温度依存性の強いアンチストークス光の後方散乱光と温度依存性の弱いストークス光の後方散乱光との強度比から温度を演算できる。
また、光ファイバ中の光伝搬速度は一定であるため、光ファイバにパルス光を入射してから、発生した後方ラマン散乱光が入射端に戻ってくるまでの往復時間を測定すれば、散乱光が発生した地点を特定できる。
また、光ファイバ中の光伝搬速度は一定であるため、光ファイバにパルス光を入射してから、発生した後方ラマン散乱光が入射端に戻ってくるまでの往復時間を測定すれば、散乱光が発生した地点を特定できる。
本発明の前記実施態様では、光ファイバケーブルを貯蔵容器壁面の外表面あるいは内表面の高さ方向領域に貼設することで、貯蔵容器の高さ方向の精密な温度分布を計測できる。光ファイバケーブルは低温液化ガスの温度を正確に検出できる場所であれば、貯蔵容器隔壁の内面、外面又は隔壁中に設けることができる。これで得られた精密な温度分布に基づき、管理手段によって貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの状態を管理することができる。
本発明の一実施態様として、貯蔵容器に低温液化ガスを供給する供給系統は、貯蔵容器の頂部付近に設けられスプレー方向が可変な１個又は複数のスプレーノズルを有し、前記管理装置は、前記計測器で求めた温度分布に基づいてスプレーノズルの向き及びスプレーノズルから供給する低温液化ガス量を制御する制御装置を有するものである。
この実施態様においては、空の貯蔵容器に低温液化ガスを注入する際に、制御装置により投入系統のスプレーノズルの向き及びスプレーノズルから噴射される液化ガス量を制御することで、貯蔵容器の高さ方向の温度分布を均一化できる。これによって、貯蔵容器の歪や変形を防止できる。
貯蔵容器への光ファイバの配置のしかたは、例えば、貯蔵容器の高さ方向に螺旋状に配置したり、又はこれに準じた配置にすることで高さ方向の温度分布を計測できる。
貯蔵容器への光ファイバの配置のしかたは、例えば、貯蔵容器の高さ方向に螺旋状に配置したり、又はこれに準じた配置にすることで高さ方向の温度分布を計測できる。
本発明の一実施態様として、前記管理装置は、貯蔵容器内で気化した天然ガスを排出するように構成されたガス抜き管と、計測器で求めた低温液化ガスの温度分布に基づいて、ガス抜き管の開閉を制御する制御装置とを有するものである。
貯蔵容器内は気化する天然ガスで自然に圧力が高くなる。そこで、ガス抜き管の開閉を制御して貯蔵容器内の圧力を目標とする加圧状態に調整できる。これによって、貯蔵容器内を所望の圧力状態とし、所望の過冷却状態とすることができるので、余剰ガスの発生を抑制できる。
貯蔵容器内は気化する天然ガスで自然に圧力が高くなる。そこで、ガス抜き管の開閉を制御して貯蔵容器内の圧力を目標とする加圧状態に調整できる。これによって、貯蔵容器内を所望の圧力状態とし、所望の過冷却状態とすることができるので、余剰ガスの発生を抑制できる。
本発明の別な一実施態様として、前記管理装置は、貯蔵容器の内部に貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスに高さ方向の循環流を形成させるための撹拌ポンプと、該撹拌ポンプの稼働を制御して貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの高さ方向の温度分布を制御する制御装置とを有するものとすることができる。
この実施態様では、撹拌ポンプを稼働させることで、貯蔵された低温液化ガスの高さ方向の温度均一化を達成でき、これによって、貯蔵容器の歪や変形を防止できると共に、貯蔵された液化ガスの上下方向の液密度の差によって生じる前述のロールオーバー現象を未然に防止できる。
この実施態様では、撹拌ポンプを稼働させることで、貯蔵された低温液化ガスの高さ方向の温度均一化を達成でき、これによって、貯蔵容器の歪や変形を防止できると共に、貯蔵された液化ガスの上下方向の液密度の差によって生じる前述のロールオーバー現象を未然に防止できる。
本発明のさらに別な一実施態様として、前記管理装置は、複数の温度域に対応して予め準備された複数の校正曲線に基づいて、前記後方散乱光から求められる温度を校正する校正部をさらに有するものとすることができる。
これによって、光ファイバが配置された領域全域において、貯蔵された低温液化ガスの温度分布をさらに正確に把握することができる。
これによって、光ファイバが配置された領域全域において、貯蔵された低温液化ガスの温度分布をさらに正確に把握することができる。
本発明のさらに別な一実施態様は、貯蔵容器が船舶に搭載され、舶用エンジンの燃料として用いられる低温液化ガスを貯蔵するものであるときの実施態様である。
この実施態様は、貯蔵容器内の低温液化ガスを舶用ディーゼルエンジンに供給する燃料供給路と、該燃料供給路に設けられた燃料供給ポンプと、該燃料供給ポンプの下流側の燃料供給路に設けられ、低温液化ガスを加温してガス化する加温器と、ガス状の天然ガスを飽和圧力より高い圧力で貯蔵する第２の貯蔵容器とをさらに備え、前記管理装置は、燃料供給ポンプに供給される低温液化ガスの圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサの検出値が低温液化ガスの飽和圧力に達しないとき、第２の貯蔵容器に貯蔵されたガス状の天然ガスを燃料供給ポンプに供給し、圧力センサの検出値を飽和圧力以上に保持する制御装置とを有している。
この実施態様は、貯蔵容器内の低温液化ガスを舶用ディーゼルエンジンに供給する燃料供給路と、該燃料供給路に設けられた燃料供給ポンプと、該燃料供給ポンプの下流側の燃料供給路に設けられ、低温液化ガスを加温してガス化する加温器と、ガス状の天然ガスを飽和圧力より高い圧力で貯蔵する第２の貯蔵容器とをさらに備え、前記管理装置は、燃料供給ポンプに供給される低温液化ガスの圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサの検出値が低温液化ガスの飽和圧力に達しないとき、第２の貯蔵容器に貯蔵されたガス状の天然ガスを燃料供給ポンプに供給し、圧力センサの検出値を飽和圧力以上に保持する制御装置とを有している。
燃料供給ポンプを稼働させ、貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスを燃料供給路を介して舶用ディーゼルエンジンに供給するとき、前記構成により、燃料供給ポンプの上流側燃料供給路の低温液化ガスを常に飽和圧力以上に保持できるので、キャビテーションの発生を防止できる。
本発明のさらに別な一実施態様として、光ファイバケーブルは、ステンレス鋼からなる保護管と、該保護管に内蔵され、石英系ガラスからなるコア及びクラッド部と、該コア及びクラッド部を被覆するように構成され、紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂からなる被覆材とを有するものとすることができる。
この実施態様において、保護管を低温脆性破壊が生じないステンレス鋼とすることで、低温環境下で十分な耐久性を得ることができる。また、コア及びクラッド部を石英系ガラスで構成することで、パルス光の反射性能を向上でき、パルス光の散乱を抑制できる。
また、被覆材として、紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂製の被覆材を用いることで、低温環境下での耐久性とパルス光の散乱抑制能を向上できる。
また、被覆材として、紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂製の被覆材を用いることで、低温環境下での耐久性とパルス光の散乱抑制能を向上できる。
本発明の一実施態様によれば、光ファイバを用いた温度計測手段により、貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの高さ方向温度分布を精密に計測でき、計測した温度分布に基づいて、貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの状態を適切に管理することができる。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配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い。
（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は、ＬＮＧ運搬船１１に搭載されたＬＮＧ船内タンク１２を示している。ＬＮＧ船内タンク１０２の壁を構成する内殻１４は、位置側から１次防壁１６と、断熱材で構成された断熱バリア１８と、タンクカバー２０とで構成されている。内殻１４はスカート２２上に固定されている。
本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は、ＬＮＧ運搬船１１に搭載されたＬＮＧ船内タンク１２を示している。ＬＮＧ船内タンク１０２の壁を構成する内殻１４は、位置側から１次防壁１６と、断熱材で構成された断熱バリア１８と、タンクカバー２０とで構成されている。内殻１４はスカート２２上に固定されている。
本実施形態に係る貯蔵システム１０Ａは、１次防壁１６の壁面に貼設された光ファイバケーブル２４を有している。光ファイバケーブル２４は、ＬＮＧ船内タンク１２の外表面又は内表面壁面に沿って鉛直軸回りに螺旋状に配置されている。また、光ファイバケーブル２４は、ＬＮＧ船内タンク１２の高さ方向全域に亘って配置されている。光ファイバケーブル２４の始端及び末端はＬＮＧ船内タンク１２の外側にある船内監視室（不図示）に設けられた温度分布測定ユニット２６に接続されている。
温度分布測定ユニット２６は、光ファイバケーブル２４の始端に接続され、光ファイバケーブル２４にレーザパルスを発信するレーザパルス発信器２８と、光ファイバケーブル２４の末端に接続され、光ファイバケーブル２４から散乱したラマン後方散乱光Ｒを検出する計測器３０と、計測器３０で検出した温度分布を校正する校正部３２と、計測器３０で検出し、校正部３２で校正された信号を処理し、光ファイバ・ケーブル２４が計測する温度分布、即ち、貯蔵されたＬＮＧの温度分布を求める演算処理装置３３とを有している。
次に、校正部３２による校正方法を図４及び図５に基づいて説明する。図４は、アンチストークス光の後方散乱光とストークス光の後方散乱光との強度比と温度との関係を示すグラフであり、ラインＡは理論値であり、ラインＢは従来から用いられている校正曲線である。図４に示すように、理論曲線Ａと従来の校正曲線Ｂとの差は極低温域で大きくなっている。
図４中、縦軸はＬＮＧの温度であり、横軸は次の式で演算されるアンチストークス光強度Ｉａと、ストークス光強度Ｉｓとの後方散乱光の強度比（Ｉａ／Ｉｓ）である。
Ｉａ／Ｉｓ＝［（Ｗｏ＋Ｗｋ）４／（Ｗｏ−Ｗｋ）４］・exp（−ｈｃＷｋ／ｋＴ）
但し、Ｗｏ ； 入射波数 （ｍ−１）
Ｗｋ ； シフト波数 （ｍ−１）
ｈ ； プランク定数 （Ｊ・ｓ）
ｋ ； ボルツマン定数 （Ｊ・Ｋ−１）
ｃ ； 光ファイバ中の光速 （ｍ・ｓ−１）
Ｔ ； 絶対温度 （Ｋ）
Ｉａ ； アンチストークス光強度 （Ｗ・ｓｒ−１）
Ｉｓ ； ストークス光強度 （Ｗ・ｓｒ−１）
Ｉａ／Ｉｓ＝［（Ｗｏ＋Ｗｋ）４／（Ｗｏ−Ｗｋ）４］・exp（−ｈｃＷｋ／ｋＴ）
但し、Ｗｏ ； 入射波数 （ｍ−１）
Ｗｋ ； シフト波数 （ｍ−１）
ｈ ； プランク定数 （Ｊ・ｓ）
ｋ ； ボルツマン定数 （Ｊ・Ｋ−１）
ｃ ； 光ファイバ中の光速 （ｍ・ｓ−１）
Ｔ ； 絶対温度 （Ｋ）
Ｉａ ； アンチストークス光強度 （Ｗ・ｓｒ−１）
Ｉｓ ； ストークス光強度 （Ｗ・ｓｒ−１）
本実施形態の校正方法は、温度域毎に、例えば、−２５０℃以下、−２５０℃から−２００℃まで、−２００℃から−１６０℃まで、−１６０℃から−７０℃まで、−７０℃から５０℃まで、５０℃以上のような温度域に分け、これら温度域毎に校正曲線を作成し、校正曲線に基づいて強度比（Ｉａ／Ｉｓ）から求められる温度を校正する。
校正曲線は、光ファイバケーブル２４と白金抵抗温度計により窒素ガス又は液体窒素の温度を測定し、これらの温度差を求めることにより作成される。
図５中、横軸は温度分布測定ユニット２６による計測値であり、縦軸は白金抵抗温度計の計測値と、温度分布測定ユニット２６による強度比（Ｉａ／Ｉｓ）から求められる計測値との差を示している。
校正曲線は、光ファイバケーブル２４と白金抵抗温度計により窒素ガス又は液体窒素の温度を測定し、これらの温度差を求めることにより作成される。
図５中、横軸は温度分布測定ユニット２６による計測値であり、縦軸は白金抵抗温度計の計測値と、温度分布測定ユニット２６による強度比（Ｉａ／Ｉｓ）から求められる計測値との差を示している。
図５中、点Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは実際に測定を行った結果である。白金抵抗温度計による計測値である。本実施形態の校正方法は、前記各点を結ぶ近似曲線を引き、近似曲線に基づいて温度分布測定ユニット２６による強度比（Ｉａ／Ｉｓ）から求められる計測値を校正している。
次に、光ファイバケーブル２４の内部構成を図２に基づいて説明する。レーザパルスが伝播するコア３４及びレーザパルスをコア３４に閉じ込めるクラッド部３６は石英系ガラスで構成されている。コア３４及びクラッド部３６を被覆する樹脂被膜３８は紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂で構成されている。コア３４、クラッド部３６及び樹脂被膜３８を外側から保護する保護管４０はステンレス鋼で構成されている。
図１に示すように、ＬＮＧ船内タンク１２の頂部には、ＬＮＧ供給系統４１が設けられている。ＬＮＧ供給系統４１は、ＬＮＧ船内タンク１２の頂部に導設されたＬＮＧ供給管４２と、ＬＮＧ船内タンク１２内の頂部に設けられ、ＬＮＧ供給管４２が接続されたヘッダ４４とで構成されている。
図３に示すように、ヘッダ４４には複数のスプレーノズル４６が設けられている。さらに、各スプレーノズル４６の向きを可変とする駆動装置４８を備えている。また、ＬＮＧ供給管４２には流量調整弁５０が設けられている。
図３に示すように、ヘッダ４４には複数のスプレーノズル４６が設けられている。さらに、各スプレーノズル４６の向きを可変とする駆動装置４８を備えている。また、ＬＮＧ供給管４２には流量調整弁５０が設けられている。
演算処理装置３３にはＬＮＧ船内タンク１２の壁面全域の温度分布が表示される。このデータは制御装置５２に入力される。制御装置５２は、ＬＮＧ船内タンク全域の温度分布が均一になるように、各スプレーノズル４６の駆動装置４８を制御して各スプレーノズル４６の向きを調整すると共に、流量調整弁５０の開度を制御して各スプレーノズル４６から噴射される積込みＬＮＧの流量を調整する。
駆動装置４８、流量調整弁５０、制御装置５２及び後述するガス抜き管５４、開閉弁５６によって管理装置２３Ａを構成している。
駆動装置４８、流量調整弁５０、制御装置５２及び後述するガス抜き管５４、開閉弁５６によって管理装置２３Ａを構成している。
また、図１に示すように、ＬＮＧ船内タンク１２の上部にはガス抜き管５４及びガス抜き管５４に設けられた開閉弁５６が設けられている。
図３に示すように、開閉弁５６の開閉動作は制御装置５２によって制御される。ＬＮＧ船内タンク１２にＬＮＧを積み込む際、従来は、ＬＮＧ船内タンク１２の圧力を最大０．２５ｂａｒＧ以下の運転圧力としている。ＬＮＧ船内タンク１２内の圧力をこの運転圧力より高い圧力にすると、積込みＬＮＧの沸点がＬＮＧ船内タンク１２内で上昇して過冷却状態となる。従って、ＬＮＧ船内タンク１２の内部では、ＬＮＧ船内タンク１２内の天然ガス（残存ガス及び発生ガス）を再凝縮させるための冷熱源として、積込みＬＮＧの顕熱を利用できる。
図３に示すように、開閉弁５６の開閉動作は制御装置５２によって制御される。ＬＮＧ船内タンク１２にＬＮＧを積み込む際、従来は、ＬＮＧ船内タンク１２の圧力を最大０．２５ｂａｒＧ以下の運転圧力としている。ＬＮＧ船内タンク１２内の圧力をこの運転圧力より高い圧力にすると、積込みＬＮＧの沸点がＬＮＧ船内タンク１２内で上昇して過冷却状態となる。従って、ＬＮＧ船内タンク１２の内部では、ＬＮＧ船内タンク１２内の天然ガス（残存ガス及び発生ガス）を再凝縮させるための冷熱源として、積込みＬＮＧの顕熱を利用できる。
即ち、ＬＮＧ船内タンク１２に投入された積込みＬＮＧは、０．２５ｂａｒＧを超えた圧力に加圧されて温度Ｔ１の過冷却状態にあり、そのため、天然ガスの温度Ｔ２より低温の状態（Ｔ１＜Ｔ２）になっている。ある程度の量のＬＮＧがＬＮＧ船内タンク１２に積み込まれた後、相対的に温度が低い過冷却状態の積込みＬＮＧは、図中白抜き矢印Ｈで示すように、ＬＮＧ船内タンク１２内の天然ガスから吸熱して冷却するので、天然ガスを凝縮させて液体のＬＮＧに状態変化させる冷熱源として利用可能になる。
このとき、ＬＮＧ船内タンク１２の内部圧力の加圧は、積込みＬＮＧの自己蒸発を利用することで容易に達成できる。また、ＬＮＧ船内タンク１２の内部圧力の制御は、ガス抜き管５４を開閉させることで可能となる。
このとき、ＬＮＧ船内タンク１２の内部圧力の加圧は、積込みＬＮＧの自己蒸発を利用することで容易に達成できる。また、ＬＮＧ船内タンク１２の内部圧力の制御は、ガス抜き管５４を開閉させることで可能となる。
本実施形態によれば、温度分布測定ユニット２６により、ＬＮＧ船内タンク１２の高さ方向の精密な温度分布を計測できる。空のＬＮＧ船内タンク１２にＬＮＧを注入する際には、温度分布測定ユニット２６で得られた温度分布に基づいて、制御装置５２によりスプレーノズル４６の向き及び積込みＬＮＧの流量を制御することで、貯蔵されているＬＮＧの高さ方向の温度分布を均一化できる。これによって、ＬＮＧ船内タンク１２の歪や変形を防止できる。
また、ＬＮＧ船内タンク１２の頂部付近から積込みＬＮＧを貯蔵ＬＮＧの液面へ落とすことで、両者の撹拌を促進できるので、貯蔵液化ガスの高さ方向の温度均一化を促進できる。
また、温度分布測定ユニット２６は校正部３２を有することで、ＬＮＧ船内タンク１２に貯蔵されたＬＮＧの温度分布をさらに正確に把握することができる。
また、温度分布測定ユニット２６は校正部３２を有することで、ＬＮＧ船内タンク１２に貯蔵されたＬＮＧの温度分布をさらに正確に把握することができる。
また、光ファイバケーブル２４のコア３４及びクラッド部３６を石英系ガラスで構成したので、コア３４を伝播するレーザパルスの散乱を抑制できる。また、コア３４及びクラッド部３６を被覆する樹脂被膜３８は紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂で構成されているので、低温環境下での耐久性を向上できると共に、パルス光の散乱を抑制し、温度検出性能を向上できる。さらに、保護管４０をステンレス鋼で構成したので、低温環境下で低温脆性破壊を起こすことなく、十分な耐久性を保持できる。
さらに、ガス抜き管５４を設けたことで、ＬＮＧ船内タンク１２の内圧を所望の圧力に加圧し、ＬＮＧ船内タンク１２に積み込むＬＮＧを過冷却状態にすることで、ＬＮＧ船内タンク１２の貯蔵ＬＮＧの温度を低減し、余剰ガスの発生を抑制できる。
また、本実施形態では、貯蔵されているＬＮＧの液面で温度を求めることができる。そのため、液面温度に対応する飽和蒸気圧に応じて適切にＬＮＧ船内タンク１２内の圧力を加圧し、ＬＮＧの蒸発を効果的に抑制することができる。
また、本実施形態では、貯蔵されているＬＮＧの液面で温度を求めることができる。そのため、液面温度に対応する飽和蒸気圧に応じて適切にＬＮＧ船内タンク１２内の圧力を加圧し、ＬＮＧの蒸発を効果的に抑制することができる。
なお、本実施形態では、管理装置２３Ａとして、スプレーノズル４６を有するＬＮＧ供給系統４１と、ガス抜き管５４によるＬＮＧ船内タンク１２の内圧調整機構とを併用しているが、これらのどちらか一方のみを有する管理装置としてもよい。
（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図６に基づいて説明する。図６に示すように、本実施形態に係る貯蔵システム１０Ｂは、光ファイバケーブル２４をＬＮＧ船内タンク１２の隔壁に水平方向へ配置すると共に、水平方向の両端で逆方向へ曲折し、蛇行状に配置している。また、ＬＮＧ船内タンク１２の底部に撹拌ポンプ５８を設け、貯蔵ＬＮＧの液面下で高さ方向に向かう循環流ｃを形成している。撹拌ポンプ５８の作動は制御装置５２によって制御される。本実施形態の管理装置２３Ｂは、前記第１実施形態の管理装置２３Ａに、撹拌ポンプ５８による撹拌機構を加えたものである。その他の構成は前記第１実施形態と同一である。
次に、本発明の第２実施形態を図６に基づいて説明する。図６に示すように、本実施形態に係る貯蔵システム１０Ｂは、光ファイバケーブル２４をＬＮＧ船内タンク１２の隔壁に水平方向へ配置すると共に、水平方向の両端で逆方向へ曲折し、蛇行状に配置している。また、ＬＮＧ船内タンク１２の底部に撹拌ポンプ５８を設け、貯蔵ＬＮＧの液面下で高さ方向に向かう循環流ｃを形成している。撹拌ポンプ５８の作動は制御装置５２によって制御される。本実施形態の管理装置２３Ｂは、前記第１実施形態の管理装置２３Ａに、撹拌ポンプ５８による撹拌機構を加えたものである。その他の構成は前記第１実施形態と同一である。
本実施形態によれば、第１実施形態で得られる作用効果に加えて、撹拌ポンプ５８を設け、貯蔵ＬＮＧの液面下で高さ方向に向かう循環流ｃを形成しているので、貯蔵ＬＮＧの撹拌が促進される。そのため、貯蔵ＬＮＧの高さ方向の温度勾配をさらに均一化できるので、ＬＮＧ船内タンク１２の歪や変形を効果的に防止できる。
また、図示のように、貯蔵されたＬＮＧの上下方向の液密度の差によって生じる前述のロールオーバー現象に対しては、ＬＮＧの積込み中、撹拌ポンプ５８を稼働させ、上下方向の液密度の差をなくしながらＬＮＧの積込みを行うことで、ロールオーバー現象の発生を未然に防止できる。さらに、ＬＮＧ貯蔵後においても、撹拌ポンプ５８を稼働させることで、ロールオーバー現象の発生を抑制できる。
また、図示のように、貯蔵されたＬＮＧの上下方向の液密度の差によって生じる前述のロールオーバー現象に対しては、ＬＮＧの積込み中、撹拌ポンプ５８を稼働させ、上下方向の液密度の差をなくしながらＬＮＧの積込みを行うことで、ロールオーバー現象の発生を未然に防止できる。さらに、ＬＮＧ貯蔵後においても、撹拌ポンプ５８を稼働させることで、ロールオーバー現象の発生を抑制できる。
なお、本実施形態は、スプレーノズル４６を有するＬＮＧ供給系統４１と、ガス抜き管５４によるＬＮＧ船内タンク１２の内圧調整機構と、ＬＮＧ船内タンク１２の内部に設けられた撹拌ポンプ５８による撹拌機構とで管理装置２３Ｂを構成しているが、これらの一つのみ又はいずれか２つを併用した管理装置としてもよい。
（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図７〜図９に基づいて説明する。本実施形態に係る貯蔵システム１０Ｃにおいて、貯蔵容器が船舶に搭載され、舶用ディーゼルエンジンの燃料として用いられる低温液化ガスを貯蔵するものである。
図７において、貯蔵システム１０Ｃは、ＬＮＧ運搬船１１に搭載された燃料用ＬＮＧタンク６０及びガスタンク６２を備えている。燃料用ＬＮＧタンク６０には、ＬＮＧ供給系統６４を介してＬＮＧ運搬船１１に搭載されたＬＮＧ船内タンク１２からＬＮＧが供給される。燃料用ＬＮＧタンク６０の液面Ｌを境にして上方に気相が形成され、下方に液相が形成されている。
次に、本発明の第３実施形態を図７〜図９に基づいて説明する。本実施形態に係る貯蔵システム１０Ｃにおいて、貯蔵容器が船舶に搭載され、舶用ディーゼルエンジンの燃料として用いられる低温液化ガスを貯蔵するものである。
図７において、貯蔵システム１０Ｃは、ＬＮＧ運搬船１１に搭載された燃料用ＬＮＧタンク６０及びガスタンク６２を備えている。燃料用ＬＮＧタンク６０には、ＬＮＧ供給系統６４を介してＬＮＧ運搬船１１に搭載されたＬＮＧ船内タンク１２からＬＮＧが供給される。燃料用ＬＮＧタンク６０の液面Ｌを境にして上方に気相が形成され、下方に液相が形成されている。
燃料供給路６６は燃料用ＬＮＧタンク６０の底部に接続されている。燃料用ＬＮＧタンク６０に貯蔵されたＬＮＧは、燃料として燃料供給路６６を介して推進器７４を駆動する舶用ガスディーゼルエンジン７２（以下「舶用エンジン７２」と言う。）に供給される。燃料供給路６６には燃料供給ポンプ６８及び加温器７０が設けられており、燃料供給ポンプ６８によって加温器７０に送られたＬＮＧは加温器７０でガス化されて舶用エンジン７２に供給される。
光ファイバケーブル２４は、燃料用ＬＮＧタンク６０の外表面あるいは内表面に高さ方向全域に亘って鉛直軸回りに螺旋状に配設され、続けて、燃料供給ポンプ６８より上流側の燃料供給路６６の外表面あるいは内表面にも螺旋状に配設されている。光ファイバケーブル２４の始端及び末端はＬＮＧ船内タンク１２の外側にある船内監視室（不図示）に設けられた温度分布測定ユニット２６に接続されている。温度分布測定ユニット２６の構成は、第１実施形態又は第２実施形態で用いられた温度分布測定ユニット２６と同一である。
ガスタンク６２にはガス状の天然ガスが貯蔵されている。ガスタンク６２の頂部と、加温器７０と舶用エンジン７２との間の燃料供給路６６とは天然ガス流路７６で接続されている。また、ガスタンク６２の頂部と燃料用ＬＮＧタンク６０の頂部とは、天然ガス流路７７で接続されている。燃料用ＬＮＧタンク６０の出口の燃料供給路６６及び天然ガス流路７６、７７には、夫々開閉弁７８、７９及び８０が設けられている。また、燃料用ＬＮＧタンク６０及びガスタンク６２の気相域の圧力を夫々検出する圧力センサ８２及び８４が設けられている。さらに、燃料供給ポンプ６８の入口の燃料供給路６６の圧力を検出する圧力センサ８６が設けられている。
図８に示すように、制御装置８８には、演算処理装置３３から光ファイバケーブル２４で検出した燃料用ＬＮＧタンク６０及び燃料供給路６６の温度分布情報と、圧力センサ８２，８４及び８６の検出値が入力される。これらの入力情報に基づいて、制御装置８８は、燃料供給ポンプ６８の駆動装置及び開閉弁７８、７９及び８０の開閉動作を制御する。
図９は、ＬＮＧの各温度における飽和圧力線図である。ガスタンク６２内の気相域は、常にＬＮＧの各温度における飽和圧力以上となるように制御されている。
温度分布測定ユニット２６、ガスタンク６２、天然ガス流路７６、開閉弁７９、８０、圧力センサ８２，８４、８６及び制御装置８８で管理装置２３Ｃを構成している。
図９は、ＬＮＧの各温度における飽和圧力線図である。ガスタンク６２内の気相域は、常にＬＮＧの各温度における飽和圧力以上となるように制御されている。
温度分布測定ユニット２６、ガスタンク６２、天然ガス流路７６、開閉弁７９、８０、圧力センサ８２，８４、８６及び制御装置８８で管理装置２３Ｃを構成している。
かかる構成において、開閉弁７８を開放し、燃料用ＬＮＧタンク６０に貯蔵されているＬＮＧを燃料供給路６６を介して舶用エンジン７２に供給する際に、制御装置８８は、温度分布測定ユニット２６で計測されたＬＮＧの温度分布情報及び圧力センサ８２及び８６の検出値から、燃料用ＬＮＧタンク６０内のＬＮＧ及び燃料供給路６６のＬＮＧが飽和圧力に達しているかどうかを判定する。そして、圧力センサ８２及び８６の検出値が飽和圧力に達していないとき、制御装置８８は、開閉弁８０を開放し、ガスタンク６２に貯蔵されている天然ガスを天然ガス流路７７を経て燃料用ＬＮＧタンク６０に供給する。
ガスタンク６２に貯蔵された天然ガスの圧力が低下したら開閉弁７９を開け、燃料供給路６６から天然ガスを補充する。加温器７０の下流の燃料供給路６６は例えば３０ＭＰａの圧力であり、ガスタンク６２は例えば１０ＭＰａの圧力に保持されるので、開閉弁７９を開けただけで、ガスタンク６２に天然ガスを補充できる。
これによって、燃料用ＬＮＧタンク６０及び燃料供給路６６のＬＮＧを常に飽和圧力以上とすることができるので、燃料供給路６６及び燃料供給ポンプ６８におけるキャビテーションの発生を防止できる。
これによって、燃料用ＬＮＧタンク６０及び燃料供給路６６のＬＮＧを常に飽和圧力以上とすることができるので、燃料供給路６６及び燃料供給ポンプ６８におけるキャビテーションの発生を防止できる。
また、本実施形態では、光ファイバケーブル２４は、ＬＮＧ船内タンク１２の高さ方向全域に亘って配置されているので、燃料用ＬＮＧタンク６０の高さ方向全域の温度分布を計測可能である。従って、この温度分布値と図９に示すＬＮＧの飽和圧力線図とから、燃料用ＬＮＧタンク６０内の気相域と液相域との境界、即ち、ＬＮＧの液面Ｌの高さを求めることができる。求められた燃料用ＬＮＧタンク６０の液面Ｌの高さから、ＬＮＧ供給系統６４のＬＮＧ供給量を調整することができる。
なお、本発明は、ＬＮＧのみならず、液化石油ガス（ＬＰＧ）、その他、メタン、エタン、プロパン、ブタン、酸素、水素、アルゴン等のように、沸点が０℃以下の低温液化ガス全般に適用できる。
また、本発明は、船内タンクだけでなく、洋上基地や陸上基地に設けられたタンクにも適用できる。
また、本発明は、船内タンクだけでなく、洋上基地や陸上基地に設けられたタンクにも適用できる。
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 貯蔵システム
１１，１００ ＬＮＧ運搬船
１２、１０２ ＬＮＧ船内タンク
１４ 内殻
１６ １次防壁
１８ 断熱バリア
２０ タンクカバー
２２ スカート
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ 管理装置
２４ 光ファイバケーブル
２６ 温度分布測定ユニット
２８ レーザパルス発信器
３０ 計測器
３２ 校正部
３３ 演算処理装置
３４ コア
３６ クラッド部
３８ 樹脂被膜
４０ 保護管
４１、６４ ＬＮＧ供給系統
４２ ＬＮＧ供給管
４４ ヘッダ
４６ スプレーノズル
４８ 駆動装置
５０ 流量調整弁
５２、８８ 制御装置
５４ ガス抜き管
５６、７８、７９、８０ 開閉弁
５８ 撹拌ポンプ
６０ 燃料用ＬＮＧタンク
６２ ガスタンク
６６ 燃料供給路
６８ 燃料供給ポンプ
７０ 加温器
７２ 舶用ガスディーゼルエンジン
７４ 推進器
７６、７７ 天然ガス流路
８２，８４，８６ 圧力センサ
１０４ ＬＮＧタンク
１０６ ＬＮＧポンプ
１０８ ＬＮＧ積込み配管系統
１１０ ガス送出配管系統
１１２ 機関部
１１４ フレアスタック
Ｌ 液面
Ｒ ラマン後方散乱光
ｃ 循環流
１１，１００ ＬＮＧ運搬船
１２、１０２ ＬＮＧ船内タンク
１４ 内殻
１６ １次防壁
１８ 断熱バリア
２０ タンクカバー
２２ スカート
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ 管理装置
２４ 光ファイバケーブル
２６ 温度分布測定ユニット
２８ レーザパルス発信器
３０ 計測器
３２ 校正部
３３ 演算処理装置
３４ コア
３６ クラッド部
３８ 樹脂被膜
４０ 保護管
４１、６４ ＬＮＧ供給系統
４２ ＬＮＧ供給管
４４ ヘッダ
４６ スプレーノズル
４８ 駆動装置
５０ 流量調整弁
５２、８８ 制御装置
５４ ガス抜き管
５６、７８、７９、８０ 開閉弁
５８ 撹拌ポンプ
６０ 燃料用ＬＮＧタンク
６２ ガスタンク
６６ 燃料供給路
６８ 燃料供給ポンプ
７０ 加温器
７２ 舶用ガスディーゼルエンジン
７４ 推進器
７６、７７ 天然ガス流路
８２，８４，８６ 圧力センサ
１０４ ＬＮＧタンク
１０６ ＬＮＧポンプ
１０８ ＬＮＧ積込み配管系統
１１０ ガス送出配管系統
１１２ 機関部
１１４ フレアスタック
Ｌ 液面
Ｒ ラマン後方散乱光
ｃ 循環流
Claims (7)
- 低温液化ガスを貯蔵するための貯蔵容器と、
該貯蔵容器に低温液化ガスを供給するための供給系統と、
前記貯蔵容器の壁面に沿って該壁面の外表面あるいは内表面の高さ方向に亘って延在するように配置された光ファイバケーブルと、
前記光ファイバケーブルにパルス光を発信するように構成されたパルス光発信器と、
前記光ファイバケーブルから散乱した後方散乱光が入力され、該後方散乱光から前記貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの温度分布を求めるように構成された計測器と、
前記計測器で求めた低温液化ガスの温度分布に基づいて、前記貯蔵容器における低温液化ガスの貯蔵状態を管理するように構成された管理装置とを備えていることを特徴とする低温液化ガスの貯蔵システム。 - 前記供給系統は、
前記貯蔵容器の頂部付近に設けられスプレー方向が可変な１個又は複数のスプレーノズルを有し、
前記管理装置は、
前記計測器で求めた低温液化ガスの温度分布に基づいて、前記スプレーノズルの向き及び前記スプレーノズルから供給する低温液化ガス量を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項１に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。 - 前記管理装置は、
前記貯蔵容器内で気化した天然ガスを排出するように構成されたガス抜き管と、
前記計測器で求めた低温液化ガスの温度分布に基づいて、前記ガス抜き管の開閉を制御する制御装置とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。 - 前記管理装置は、
前記貯蔵容器の内部に前記貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスに高さ方向の循環流を形成させるための撹拌ポンプと、
前記撹拌ポンプの稼働を制御して前記貯蔵容器に貯蔵された低温液化ガスの高さ方向の温度分布を制御する制御装置とを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。 - 前記管理装置は、
複数の温度域に対応して予め準備された複数の校正曲線に基づいて、前記後方散乱光から求められる温度を校正する校正部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。 - 前記貯蔵容器内の低温液化ガスを舶用エンジンに供給する燃料供給路と、
前記燃料供給路に設けられた燃料供給ポンプと、
前記燃料供給ポンプの下流側の前記燃料供給路に設けられ、低温液化ガスを加温してガス化する加温器と、
ガス状の天然ガスを飽和圧力より高い圧力で貯蔵する第２の貯蔵容器とをさらに備え、
前記管理装置は、
前記燃料供給ポンプに供給される低温液化ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出値が低温液化ガスの飽和圧力に達しないとき、前記第２の貯蔵容器に貯蔵されたガス状の天然ガスを前記貯蔵容器に供給し、前記圧力センサの検出値を飽和圧力以上に保持する制御装置とを有していることを特徴とする請求項１に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。 - 前記光ファイバケーブルは、
ステンレス鋼からなる保護管と、
前記保護管に内蔵され、石英系ガラスからなるコア及びクラッド部と、
前記コア及び前記クラッド部を被覆するように構成され、紫外線硬化樹脂又はポリイミド樹脂からなる被覆材とを有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の低温液化ガスの貯蔵システム。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013271368A JP2015124860A (ja) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 低温液化ガスの貯蔵システム |
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| JP2013271368A JP2015124860A (ja) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 低温液化ガスの貯蔵システム |
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|---|---|
| JP2015124860A true JP2015124860A (ja) | 2015-07-06 |
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-
2013
- 2013-12-27 JP JP2013271368A patent/JP2015124860A/ja active Pending
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