液化ガス用貯槽

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【発明の名称】	液化ガス用貯槽
【発明者】	【氏名】上野康弘【氏名】淵元洋一
【要約】	【課題】液化ガスを受入れる際に発生するボイルオフガスを減少させる。【解決手段】ＬＮＧ貯槽１１内には、フィード管１３からロート管１４を介してＬＮＧが受入れられる。ロート管１４内には、フロート２０が配置され、ロート管１４の受入口１８から受入れられるＬＮＧの落下の障害となり、落下速度を減少させて、落下に伴って巻込むＢＯＧの量も低減することができる。ＬＮＧを受入れる際に巻込むＢＯＧの量が減少するので、ＬＮＧ受入れの際に一旦減少してから増加するＬＮＧ貯槽１１内のＢＯＧ発生量のピークも減少させることができ、ＢＯＧ配管１６に連なるＢＯＧ処理設備のピーク時に必要となる処理能力を低下させることができて、設備費用を低減することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】液面よりも上方に開口する受入口から液化ガスを受入れる受入管を有し、液面よりも下方で受入管に受入れられた液化ガスを液中に混入させて貯蔵する液化ガス用貯槽において、受入管内で、受入口から受入れる液化ガスの流入経路に浮かべられるフロートを備えることを特徴とする液化ガス用貯槽。
【請求項２】前記受入管内には、前記フロートの浮沈が円滑に行われるように案内するガイドが設置されることを特徴とする請求項１記載の液化ガス用貯槽。
【請求項３】前記受入管は、前記受入口から下方で前記フロートが浮沈する範囲に、流路断面積が上方から下方にわたって減少する部分を有することを特徴とする請求項１または２記載の液化ガス用貯槽。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液化天然ガス（以下「ＬＮＧ」と略称することがある）などのような低温の液化ガスを貯蔵する液化ガス用貯槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、図６のようなＬＮＧ貯槽１が、都市ガスの原料や発電用の燃料として使用される低温のＬＮＧの貯蔵用に使用されている。ＬＮＧは、輸送船や他のＬＮＧ貯槽からＬＮＧ配管２を介して供給される。ＬＮＧ配管２の先端は、ＬＮＧ貯槽１を貫通してＬＮＧ貯槽内に受入れるフィード管３に接続される。フィード管３の先端から、ＬＮＧはロート管４に供給される。ロート管４の下端には吐出口５が設けられ、供給されたＬＮＧをＬＮＧ貯槽１の内部に吐出させる。
【０００３】ＬＮＧ貯槽１内に貯蔵されるＬＮＧは、ＬＮＧ貯槽１の壁面等を通じて入り込む熱などによって気化し、ボイルオフガス（以下「ＢＯＧ」と略称することがある）が発生される。大量のＬＮＧを貯蔵するＬＮＧ貯槽１は、耐圧を高くすることは困難であり、発生したＢＯＧの圧力がＬＮＧ貯槽１の設計圧力を超えないようにＢＯＧ配管６によって発生したＢＯＧをＬＮＧ貯槽１から抜き出す必要がある。ＬＮＧ貯槽１から発生するＢＯＧは、天然ガスを構成する成分のうちで最も沸点が低く、分子量が小さいメタン（ＣＨ₄）が主成分である。
【０００４】ＬＮＧ貯槽１では、貯留されるＬＮＧの液面７が、通常はロート管４の吐出口５よりも上方となるような範囲で使用される。ロート管４がフィード管３の先端から供給されるＬＮＧを受入れる受入口８は、液面７よりも上方となる位置に設けられる。受入れの際に、フィード管３およびロート管４内を下方に向かって流れるＬＮＧは、次第にその流速を増すため、管内でＬＮＧが急速にガス化する。この現象を防止するためフィード管３の下端とロート管４の上端の受入口８との接合部は、周囲のガスと連通するように開口している。受入口８の部分の開口を確保するため、受入口８はＬＮＧ貯槽１内で液面７が最も上昇する最高液位よりも高い位置となるように設置されている。
【０００５】フィード管３およびロート管４にＬＮＧを流すと、ＬＮＧの流速によって、受入口８付近の開口部の圧力は下がり、ＬＮＧ貯槽１内のガスを巻込むことになる。巻込み量は、ＬＮＧが液面７に達するときの落下速度に依存する。落下速度が速くなるほど、巻込み量は増加する。巻込まれたガス９は「Ｔ」型のロート管４の下端部に設けられる吐出口５からＬＮＧ貯槽１内に吐き出される。吐出口５の形状は、「Ｔ」型以外に「Ｌ」型などの場合もある。
【０００６】吐出口５から吐き出されるガスの全部または一部は、ＬＮＧの液面７からのヘッド圧に押しつぶされて再液化する。ＬＮＧの受入れ前から吐出口５の周囲に存在しているＬＮＧは、液面７からのヘッド圧相当の過冷却状態にある。ところが、受入れたＬＮＧは、ＬＮＧに供給するために用いるポンプで昇圧される際や、ＬＮＧ配管２内を輸送される際に、入熱を受け、温度が上昇している。また、受入口８の周囲の開口部で巻込まれて再液化したＬＮＧも、凝縮する際に周囲に熱を放出している。このため、吐出口５から吐出されるＬＮＧは、もともと存在していたＬＮＧよりも温度が高い。したがって、吐出口５から吐き出される液は過冷却度が低く、再度ガス化しやすい状態にある。ＬＮＧ１にＬＮＧを受入れてから時間が経過すると、液面７の下方に吐出された過冷却度が低い液は、ＬＮＧの液中を拡散して、液面７にも到達する。液中では、上部にいくほどＬＮＧのヘッド圧が減少するので、再度ガス化してＢＯＧになりやすい。
【０００７】図７は、１４万ｋｌのＬＮＧ貯槽１に、１１０００ｍ³／ｈのレートで１２時間かけてＬＮＧを受入れた場合に、図６のＢＯＧ配管６に示すＡの部分で観測されるＢＯＧの発生量の一例を経時的に示す。ＬＮＧの受入れ前から、ＬＮＧ貯槽１への外部からの自然入熱のために、２ｔ／ｈのＢＯＧが発生している。０時にＬＮＧ受入れを開始した後は、受入口８の周囲の開口部からのガス９の巻込みが支配的になるので、Ａ部で観測されるＢＯＧの発生量は減少し、一時的には－５ｔ／ｈまで減少する。ＢＯＧの発生量が０よりも小さくなることは、ＬＮＧ貯槽１の外部のＢＯＧが、ＢＯＧ配管６を逆流して、ＬＮＧ貯槽１内へ吸引されていることを示す。その後時間の経過とともに、再液化した比較的温度が高く過冷却度が小さいＬＮＧが、拡散して液面７に到達しはじめると、ＢＯＧの発生量が増加し、最終的には４０ｔ／ｈにまで達する。１２時でＬＮＧの受入れを終了しても、高い液温のＬＮＧが液面７に到達し続けるため、多量のＢＯＧの発生が続き、受入れ終了後１２時間経過した２４時でやっと受入れ開始前の２ｔ／ｈのＢＯＧ発生量に落ち着く。
【０００８】ＬＮＧ貯槽１で発生するＢＯＧは、そのまま燃料として用いたり、圧縮機で昇圧し、都市ガスの原料に混入させたりする。都市ガスの原料として用いる場合には昇圧する必要があり、圧縮機の能力として最大のＢＯＧ発生量、すなわち図７ではピーク時の４０ｔ／ｈの能力を有する必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図６に示すようなＬＮＧ貯槽１では、図７に示すように、ＬＮＧを受入れる際に、フィード管３とロート管４との接合部からＬＮＧ貯槽１内のガス９を巻込み、巻込んだガス９が低温のＬＮＧの受入れ時間の経過ととともに再度ガス化し、ＢＯＧの発生量が一時的に増えてしまう。ＬＮＧ貯槽１内で発生するＢＯＧをＬＮＧ貯槽１内のガス９の圧力が設計圧力を超えないように抜き出して処理する必要がある。ＢＯＧを圧縮機で昇圧して都市ガスの原料などに使用したときには、圧縮機としては、ピーク時の４０ｔ／ｈを処理する能力を有する必要がある。ＬＮＧの受入れを行っていないときには２ｔ／ｈの処理能力しか必要でないにもかかわらず、４０ｔ／ｈの処理能力を有する圧縮機が必要となる。このため、設備投資費用がかなりかかり、しかも能力の大きい圧縮機の有効な稼働時間は短い。ＢＯＧを燃料として用いようとしても、発生量が一時的に増大するので、効率的なピークへの対処は困難である。
【００１０】本発明の目的は、液化ガスを受入れる際にボイルオフガスの発生量の変動を小さく抑えることができる液化ガス用貯槽を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、液面よりも上方に開口する受入口から液化ガスを受入れる受入管を有し、液面よりも下方で受入管に受入れられた液化ガスを液中に混入させて貯蔵する液化ガス用貯槽において、受入管内で、受入口から受入れる液化ガスの流入経路に浮かべられるフロートを備えることを特徴とする液化ガス用貯槽である。
【００１２】本発明に従えば、液化ガスを受入管の受入口から受入ると、受入れられた液化ガスの流入経路にはフロートが浮かべられているので、フロートが液化ガス落下の障害になり、流速が低下する。流速が低下すると、受入口の周囲からのガスの巻込み量が減少し、再液化しやすい状態で受入管の下方から液中に混入する液化ガスの量も減少する。したがって、液中に吐出されてから液面に到達する際に液化することが原因となる。ボイルオフガスの発生の増加の程度が軽減され、液化ガス受入れに伴って処理しなければならないボイルオフガスの量が減少し、ボイルオフガス処理のために必要な設備費用を軽減することができる。
【００１３】また本発明で前記受入管内には、前記フロートの浮沈が円滑に行われるように案内するガイドが設置されることを特徴とする。
【００１４】本発明に従えば、受入管内に浮かべられるフロートの浮沈が円滑に行われるように案内するガイドが設置されるので、受入管内でフロートが受入管の内壁に衝突して、損傷や摩耗を受けることがなくなり、設備の長寿命化を図ることができる。
【００１５】また本発明で前記受入管は、前記受入口から下方で前記フロートが浮沈する範囲に、流路断面積が上方から下方にわたって減少する部分を有することを特徴とする。
【００１６】本発明に従えば、受入管の受入口から下方でフロートが浮沈する範囲で、流路断面積が上方から下方に減少する部分を有するので、液化ガスの流入量が多くなってフロートが障害となるために液面が上昇すると、フロートの周囲の断面積も増加し、フロートが流入する液化ガスの流れに対しての大きな障害とはなりにくくなる。これによって、受入管内でフロートによって流れが阻害されて受入口から液化ガスが溢れる事態を避けることができる。受入口から液化ガスが溢れると、溢れた液化ガスは液化ガス貯槽内の液面に落下し、液面を乱してボイルオフガスの発生量を増加させてしまう。受入管内の液面が低くなると、フロートも受入管の断面積が小さい部分に移り、受入口から流入する液化ガスの流速を有効に低下させて、ガスの巻込み量を減少させ、ボイルオフガスの発生量を低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態であるＬＮＧ貯槽１１の概略的な構成を示す。ＬＮＧ貯槽１１は、図６に示すＬＮＧ貯槽１と同様に、ＬＮＧ配管１２を介して供給されるＬＮＧを、フィード管１３からロート管１４に導いて、ロート管１４の下端の吐出口１５から吐出させ、ＬＮＧ貯槽１１内に貯留させる。ＬＮＧ貯槽１１内に貯留しているＬＮＧは、図示を省略しているポンプによって吸引され、外部からの熱によって昇温されて気化し、たとえば都市ガスの原料として使用されたり、火力発電所の燃料などとして使用される。ＬＮＧの貯留中に発生するＢＯＧは、ＢＯＧ配管１６を介して取出し、圧縮機で圧縮して都市ガス原料などとして用いる。ＬＮＧ貯槽１１内では、液面１７よりも上方にロート管１４の受入口１８が開口し、フィード管１３の先端からＬＮＧを受入れるときには、周囲のガス１９を巻込む点では、図６に示す従来のＬＮＧ１と同様である。
【００１８】本実施形態のＬＮＧ貯槽１１では、ロート管１４の受入口１８の下方に、円錐形のフロート２０が配置される。フロート２０は、フィード管１３の先端から受入口１８に受入れられ、ロート管１４内を落下するＬＮＧの流れに対して障害となり、流速を低下させる。ＬＮＧの流速が低下すると、受入口１８中の開口部からのガス１９の巻込み量も減少する。
【００１９】図２は、図１の実施形態で、図７と同様の条件でＬＮＧを受入れるときのＢＯＧの発生状態を示す。本実施形態では、実線で示すように、０時から受入れを開始した後ＢＯＧ発生量の減少は小さくなるけれども、負の値までは下がらない。また、時間経過とともに増大するＢＯＧの発生量のピーク２０ｔ／ｈとなり、ピークで処理しなければならないＢＯＧの発生量を図６に示す従来のＬＮＧ貯槽１でのＬＮＧ受入れ時のＢＯＧ発生量の変動よりも小さくすることができる。図７に示す変動量を、図２には２点鎖線で示す。
【００２０】図３は、本発明の実施の他の形態の部分的な構成を示す。本実施形態では、ロート管２４の鉛直な落下部２６内にガイド２８を設け、フロート３０がガイド２８に案内されてロート管２４の落下部２６内で円滑に浮沈することを可能にする。これによって、フロート３０がロート管２４の内周面に衝突して、損傷を与えたり、摩耗したりすることを防止することができ、ＬＮＧ貯槽としての設備の長寿命化を図ることもできる。なお、図３では、ガイド２８はフロート３０の両側に２個所設けられているけれども、３個所以上設けることもできる。また、ガイド２８は、図３に示すようなワイヤ状ではなく、落下部２６の内周面から半径方向の内方に突出する突条を落下部２６の内周に沿って軸線方向に立設し、フロートを案内させることもできる。
【００２１】図４は本発明の実施のさらに他の形態としてのロート管３４の部分の構成を示す。ロート管３４は、フロート収納部３６、落下部３７とが受入口３８の下方に設けられる。フロート収納部３６では、受入口３８での断面の径Ｄ０から連続的に径が減少し、落下部３７ではＤ２で一定である。本実施形態のロート管３４では、深さ方向に径が連続的に減少するけれども、減少率は途中で変化する。受入口３８での径Ｄ０から径がＤ１までの部分は、径がＤ１から落下部３７の径Ｄ２まで変化する部分に比較して減少率が大きい。フィード管１３の先端は、径の変化が大きい部分の途中まで、受入口３８から下方に挿入されている。
【００２２】フロート４０は、このように上部の断面積が下部より広くなっているフロート収納部３６内に浮かんでいるので、フロート４０による抵抗でロート管３４内の液面が高くなると、受入れられたＬＮＧには当たりにくくなり、受入れられるＬＮＧはロート管３４内の液面に直接流入するようになる。ただし液面の位置が高くなっているので、落下速度はあまり大きくならず、ＢＯＧ発生量もあまり大きくならないでＬＮＧを受入れることができる。このように、ＬＮＧの液面が高くなるとロート管３４の断面積が大きくなるので、フロート４０がＬＮＧの流入の障害となり、ロート管３４内をＬＮＧが流れにくくなって、ロート管３４の受入口３８からＬＮＧが溢れ出るような事態を避けることができる。ロート管３４の受入口３８からＬＮＧが溢れ出ると、溢れたＬＮＧはＬＮＧ貯槽内の液面に直接たたきつけられ、ＢＯＧが液面から直ちに発生するようになってしまう。本実施形態によれば、ＬＮＧを急速に流入させるようなときであっても、ロート管３４からはＬＮＧが溢れにくくなり、ＢＯＧの発生量が少ない状態でＬＮＧの受入れを行うことができる。
【００２３】本実施形態でも、図３に示すようにガイドを設けてフロート４０の浮沈の際の案内を行うようにすれば、図３と同様に長寿命化も図ることができる。
【００２４】図５は本発明の実施のさらに他の形態としてのＬＮＧ貯槽４１の概略的な構成を示す。本実施形態で先行して説明した部分と対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態では、ＬＮＧ貯槽４１の外部に気密部４２を設け、フィード管１３の先端と、ロート管４４との接合部を気密部４２内に収納する。ロート管４４は、気密部４２からＬＮＧ貯槽４１内に挿入され、下端の吐出口４５から受入れたＬＮＧを吐出させる。気密部４２内では、ロート管４４の上端の受入口４８がフィード管１３の先端に臨んで開口している。気密部４２は、ＢＯＧ配管１６に連通管４９を介して連通している。連通管４９を介して、ＬＮＧをＬＮＧ貯槽４１に受入れる際に、受入口４８の開口部がガス１９と連通し、受入れられるＬＮＧがガス化する現象を避けることができる。ロート管４４の受入口４８よりも下方には、フロート５０が配置され、ロート管４４内を落下するＬＮＧに対して障害となり、流速を低下させ、ＢＯＧの巻込み量を減少させることができる。なお、連通管４９にはバルブ５１を設け、ＬＮＧの受入時のみ開いて、気密部４２内とＬＮＧ貯槽４１内とを連通させる。
【００２５】本実施形態では、ロート管４４とフィード管１３との接合部がＬＮＧ貯槽４１の外部にあり、接合部の高さが液面１７よりもかなり高くなっているので、ロート管４４内での落下流速は大きくなる。このため、フロート５０を配置することによってＢＯＧ巻込み量を低減させる効果も大きくなる。
【００２６】なお、以上説明した各実施形態で用いるフロート２０，３０，４０，５０は、たとえばステンレス鋼板で外部を形成し、内部を中空にすることによって実現することができる。ＬＮＧ貯槽１１，４１が、たとえば１４万ｋｌの容積を有する場合には、図１に示すロート管１４や図３に示すロート管２４の径は、約１ｍ程度である。フロート２０，３０，４０，５０の形状は、円錐形状ばかりではなく、砲弾形など、他の流線形を用いることもできる。
【００２７】また液化ガスとしてＬＮＧを例にして説明しているけれども、液体窒素、液体酸素、液体アルゴンなど、他の液化ガスでも同様に本発明を適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、受入管内にフロートを浮かべ、受入口から受入れられる液化ガスの流速が増加しないようにすることができるので、ボイルオフガスの巻込み量を減少させ、時間経過とともに増大するボイルオフガスの発生量を抑えることができる。
【００２９】また本発明によれば、受入管内で浮沈するフロートは、ガイドに沿って円滑に浮沈するように案内されるので、受入管内の内壁などと衝突して損傷や摩耗を受けにくくすることができる。
【００３０】また本発明によれば、フロートが浮沈する周囲の受入管の断面積が上方から下方に減少するので、液面が低い範囲ではフロートによって流速を有効に低下させて時間経過とともに増加するボイルオフガスの発生量を抑え、液面が高くなるとフロートによる液化ガスの流入への障害を減少させて、受入口から液化ガスが直接溢れて液面に落下し、ボイルオフガスを発生させる事態を防ぐことができる。

【出願人】	【識別番号】００００００２８４【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社
【出願日】	平成１１年２月２４日（１９９９．２．２４）
【代理人】	【識別番号】１０００７５５５７【弁理士】【氏名又は名称】西教圭一郎
【公開番号】	特開２０００－２４０８９６（Ｐ２０００－２４０８９６Ａ）
【公開日】	平成１２年９月８日（２０００．９．８）
【出願番号】	特願平１１－４７０４３