JP3592683B2 - スロッシングが生じるタンク内の配管装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スロッシングが生じるタンク内に上下方向に複数の管が設けられる配管装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スロッシングが生じるタンクの一例である従来の液化ガスタンクの配管装置としては、通常、大型のＬＮＧ船等において、ＬＮＧタンクの底部から頂部まで円筒状のパイプタワーを設けて、その中に各種パイプ等の艤装品を導設すると共にその中を人が通れるようにしていた。このような配管装置によれば、ＬＮＧタンクに搭載しているＬＮＧのスロッシングによって生ずる流体力からパイプ等を安全確実に保護することができる。しかしながら、パイプタワーのようなタンク内構造物は、大がかりな設備であり製造コストの高いものであった。
【０００３】
又、内航ＬＰＧ船等の両端半球載頭円筒形状の通称シリンダタンクでは、図５に示す如く、荷油ポンプ等が配置されているタンクの後部側の位置に上下方向に導設された管群１００よりも前部側のタンク中心Ｏに近い位置に制水隔壁２００を設け、距離の長い前部側からもたらされる矢印Ｘ_２ 方向の大きなスロッシング圧力を緩和するようにしていた。しかしながら、このような制水隔壁は、多数の開口２０１が明けられていても、それ自体が大きな圧力を受け、その取り付け部２０２が破損する事故が多いという問題があった。
【０００４】
なお、大型球形ＬＮＧタンク用のパイプタワーとして、フロートガイドパイプだけをパイプタワーの中に入れて、タワー内の他の空間を貨油ポンプ搬出入用のスペースとし、他のパイプ類やグレーティング等をタワーの外に取り付け、パイプタワーの直径を従来の４．３ｍから１．６ｍに小型化し、加工時間を短縮し材料費を低減するようしたものが提案されている（特開平７−２２８２８９号公報参照）。しかしながら、この構造のものでも、依然としてパイプタワーを設けているので、工事費や材料費が高く製造コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
一方、パイプタワーを廃止したＬＮＧ球形タンクとして、荷積み用パイプと２本の荷揚げ用パイプと液面計用フロートパイプとからなる４本の立ち上がり管を断面四角形状に間隔を明けて配置し、これらを合計７枚の平板状の補強サポートと格子及び板結合からなる中間サポートの４隅部分を通過させてそれぞれの管を結合し、荷役パイプ類自体を支柱とするパイプタワー構造を持つものが提案されている。（実開昭５９−６６０９７号公報参照）。
【０００６】
しかしながら、このような構造では、パイプタワー自体の材料は不要になるが、４本のパイプをサポート材の中を通過させてこれに取り付ける工事が時間のかかる難しい工事であり、従って製造費が高くなると共に、４本のパイプを単に間隔を明けて束ねただけの構造であるため、横方向からパイプにかかるスロッシング力を受ける構造としては不十分なものである。又、４本のパイプが必要であるため、艤装配管中にこのような心になる４本のパイプがないタンクに対しては適用できないと共に、４本のパイプの配置場所が限定されるため配置の自由度が制限されるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、構造が大幅に簡素化され製造コストが低く、効率的にスロッシング力に耐えられる配管装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、スロッシングが生じる液化ガス運搬船の液化ガスのタンク内に上下方向に直径の大きい２本の管と直径の小さい２本以上の管とを含む複数の管が設けられた配管装置において、
前記複数の管は前記タンクの下方からタンク頂部を通過するように設けられていて、前記２本の管は前記スロッシングの力の方向に間隔を隔てて前記上下方向に互いに平行に設けられていて前記下方の近傍の位置と前記タンク頂部の近傍の位置より上の位置とで水平方向力を受けられるように支持されていて、前記２本の管に前記スロッシングの力に対抗可能なように前記２本の管を補強する補強板を結合し、該補強板を、前記２本の管を前記下方の近傍の位置から前記上の位置までの上下部分のうちの少なくとも大部分の範囲の間で連続して結合した結合板と該結合板の両面のうちの少なくとも一面に前記間隔の中間位置に前記上下方向に前記結合板と同程度の位置まで連続して接合され該接合された位置から前記力の方向にほぼ直角な方向の少なくとも一方側に張り出して設けられた張り出し板とを有する構造とし、前記複数の管のうち前記２本の管を除く他の管を前記補強板に取り付けた、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、上記に加えて、前記タンクは横型円筒状の液化ガスタンクであり、前記複数の管は前記液化ガスタンクの前記力の方向の中心から片側に寄った位置に設けられていて、前記複数の管のうちの直径の小さい管の大部分は前記張り出し板の前記中心の側の反対側に取り付けられていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した配管装置の全体構成の一例を示す。
本例の配管装置は、スロッシングが生じるタンクとしてのＬＮＧタンク２内に上下方向Ｚに複数の管３が設けられた装置であり、本例では補強板として、結合板５と張り出し板である補助板６とを備えている。ＬＮＧタンク２は、液化ガス運搬船としてその一部分だけを二点鎖線で示している内航用の小型のＬＮＧ船１の液化ガスタンクである
複数の管３は、タンク２の下方であるタンク底２１の近傍の位置からタンク頂部２２を通過するように設けられた３本以上の管として、本例では、２本のフロート式液面計用のガイド管３１、３２、ＬＮＧを積み込むための給液管３３、荷油ポンプ３４ａ、３５ａの吐出管３４、３５、ＬＮＧタンクの初期クールダウン等のためのスプレー用液吐出管３６、攪拌用管３７、スプレー管３８、２本のガスサンプリング用管３９、等で構成されている。又、図示しないスプレーポンプを含むポンプ駆動用の３本の電線４０も下方から上方まで導設されている。
【００１２】
これらのガイド管３１、３２は、スロッシングの力として図１に示すスロッシングによる抗力Ｆの方向である前後方向Ｘに間隔ｄを隔てて上下方向Ｚに互いに平行に設けられた２本の管であり、下方の近傍の位置としてタンク底２１の位置に設けた下支持部材７ａとタンク頂部２２の近傍の位置より上の位置として本例ではタンク頂部２２に設けた上支持部材７ｂと更に通常配設されるタンクドーム８の上部に設けた上端支持部７ｃとで水平方向力であるＸ−Ｙ面方向の力を受けられるように支持されている。
【００１３】
このような管３１、３２等は、ＬＮＧ搭載時と空荷時との大きな温度差による熱変形が自在なように、特に図示していないが通常の構造と同様に、タンクドーム８の上方で上から吊り下げ支持されている。又ガイド管３１、３２には、特に図示していないが、通常のものと同様にＬＮＧの液面表示や警報等のためのフロート式液面計のフロート等が入れられている。
【００１４】
結合板５は、上記のような複数の管３のうちの２本の管に前記抗力Ｆに対抗可能なように管を補強するが、本例では、管３のうちの直径の大きい管である２本の管としての前記ガイド管３１、３２を結合している。その結合範囲は、ガイド管３１、３２において、タンク底２１の近傍の位置からタンク頂部２２の近傍の位置より上の位置までの上下部分のうちの少なくとも大部分の範囲の間であるが、本例では、タンク底２１より少し上に離れた位置Ｐ₁ から上端支持部材７ｃの下の位置Ｐ₂ までの間にしている。
【００１５】
なお、上方の支持部材は、本例では７ｂ 及び７ｃの両方としているが、７ｂ 又は７ｃの何れか一方だけでもよい。そのときには、結合板５は７ｂ 又は７ｃの少し下の位置程度まで設けられる。
【００１６】
補助板６は、結合板５の両面のうちの少なくとも一面として本例では両面の間隔ｄの中間位置Ｑに上下Ｚ方向に結合板５と同程度の位置としてＰ_１ 位置からＰ_２ 位置まで接合されていて、Ｑの位置からＸ方向にほぼ直角な方向の少なくとも一方側として本例では直角なＹ方向の両側に張り出して設けられている。ガイド管３１、３２、結合板５、補助板６等は通常アルミニウム材からなり、これらは溶接によって結合されている。
【００１７】
ＬＮＧ船１は、その一部分だけ示しているが、船底１ａ上に形成された二重底１ｂからＸ方向の中心Ｏから離れた位置の２箇所に円弧状の支持台１ｃを備えていて、これによってＬＮＧタンク２の重量を支持している。符号１ｄはカバーである。又、図示してないが、ＬＮＧタンク２の外周やタンク外部で低温になる管等は断熱材によって覆われている。
【００１８】
本例のＬＮＧタンク２は、中央の円筒部分と両側の半球部分とで構成された横型円筒状のシリンダータンクであり、２本の管３１、３２はこのタンクの前後Ｘ方向の中心である中心線Ｏから片側として図において左側に寄った位置に設けられている。そして、複数の管３のうち少なくとも１本の管であるガイド管３１、３２を除く他の管は補強板に取り付けられるが、本例では補強板が結合板５と補助板６とで構成されていて、複数の管３のうちの直径の小さい管の大部分として管３３、３６〜３８が補助板６の両面のうち中心線Ｏの反対側である後面６Ｆ_１ に取り付けられている。
【００１９】
寸法の小さい管は上記の如く原則的には裏面６Ｆ_１ に取り付けられるが、この面を広くすると管支持構造にかかるスロッシングによる力が大きくなること、及び、吐出管３４、３５は図３に示す如く荷油ポンプ３４ａ、３５ａを吊り下げ支持するために上から直線状にポンプに結合されるので、その配置されるべき位置が制限されること、等の理由により、本例では、補助板６の自由端側にフランジ６１を取り付け、これらに吐出管３４、３５を取り付けると共に、ガスサンプル管３９及び電線４０の一部をガイド管３１の後方に取り付け、更に電線４０の一部を結合板のうちの前記後面６Ｆ_１ 側の部分に取り付けている。
【００２０】
それぞれの管３は上下方向に適当数設けられたバンド９によって結合板 ５、補助板６及びフランジ６１に取り付けられている。符号１０はガイド管３１に取り付けられた立梯子である。なお、給液管３３等は荷油ポンプ３４ａの上方で横方向に曲げられている。
【００２１】
図３はＬＮＧタンク２における荷油ポンプの配置状態の一例を示す。
荷油ポンプ３４ａ、３５ａは、上記の如く吐出管３４、３５によって上方から吊り下げ支持され、ＬＮＧをタンク底２１まで吸い出せるように吸込口のある下端部分がタンク底２１の一部分の下に形成されたサクションウェル２３内に入るように配置されている。サクションウェル２３は、ＬＮＧを荷揚げしてタンク内の液面が最低レベルになったときに、船体を前後方向Ｘに前上がり又は前下がりに少し傾斜させて液を集めてタンク内に残液が少なくなるようにするため、通常中心Ｏの位置よりも配置上可能な範囲で前後方向に寄った所に配置される。図１では後部配置を例を示している。
【００２２】
その結果、後述するように、タンクの前方から矢印Ｘ_２ 方向に発生するスロッシングが大きくなる。そのため従来では、既述の如くこれを防止する制水隔壁を設けていた。なお、ガイド管３１、３２に代えて吐出管３４、３５を結合板５で結合する２本の管の何れか又は両方にするときには、図１に示す下支持部材７ａを荷油ポンプ３４ａ、３４ｂの上の位置に設けることになる。
【００２３】
以上のような配管装置によれば、スロッシングにより、配管装置に対して、その形状に基づく圧力抵抗である抗力Ｆがかかることになるが、ガイド管３１と３２とを結合板５で結合し、抗力Ｆによって生ずる曲げモーメントに対してＹ軸回りの断面二次モーメントＩｙを十分大きくしているので、構造体の断面係数を大きくして曲げに対する強度を上げ、曲げ応力を低い値にして強度条件を満たすと共に、曲げ剛性を大きくしてたわみを小さくすることができる。
【００２４】
又、結合板５の間隔ｄが広い場合には、ガイド管と結合板からなる合成部材に曲げモーメントがかかったときに、結合板が圧縮されることによってＺ方向に座屈する可能性があるが、中間位置ＱからＹ方向に補助板６を張り出させてＸ軸に対する断面二次モーメントＩｘもある程度の値にして曲げ剛性を確保しているので、このような不具合の発生を確実に防止することができる。
【００２５】
なお以上ではＸ_２ 方向のスロッシング力について述べたが、Ｘ_１ 方向やＹ方向にもスロッシングは生ずる。しかしながら、Ｘ_２ 方向のスロッシングが、主として船体の前後揺れであるサージによってもたらされると共に、タンクの先端２４から管支持構造の位置までの距離が長く、それに対応して運動液体の助走距離が長くなるため、配管装置の位置でＬＮＧの流速が大きくなってその影響が大きくなるのに対して、他の方向のスロッシングはこのように条件を備えず、その影響は余り問題にならない。
【００２６】
そこで本例の配管装置では、主たる構造をＸ_２ 方向のスロッシングに直接耐えられるようにすると共に、小径管や電線をスロッシングの影響がないように補助板６の裏側や管３１の背後になるような位置に配置しているので、スロッシングに対してこれらを確実に保護することができる。又、荷油ポンプの吐出管３４、３５は、一体構造としてスロッシングに耐えられる補助板６にフランジ６１を介して取り付けているので、取付用のバンド９を十分な数で強度のあるものにすることにより、確実にスロッシングに耐えられる構造にすることができる。
【００２７】
以上のようなスロッシングによる抗力に対応可能な本例の配管装置は、本来的に必要とされるガイド管３１、３２をそのまま利用し、これらを結合板５で結合すると共に、これから十字状に補強板を張り出させただけの構造であるから、極めて簡単な構造で、製造容易で、追加される材料が僅かであり、従って十分低コストの簡易なものである。
【００２８】
特に、内航ＬＮＧ船のような小型のシリンダタンクに対しては、パイプタワー構造のよう大がかりな装置が相対的にコスト高なものになるが、そのような不具合が解消される。又、パイプタワーに代えて設けられていて構造上問題の多かった大がかりな制水隔壁を廃止することができる。
【００２９】
なお本例では、配管装置を構成する２本の大径管としてフロート式液面計のガイド管３１、３２を利用したが、通常２個設けられる液面計のうちの１個が静電容量式等で直径の大きなガイド管を設ける必要のない形式のものであるときには、給液管３３や吐出管３４又は３５等の管３のうちの大きい直径の管が使用される。この場合、必要に応じて管の直径や厚みを大きくしてもよい。又、給液管や吐出管がガイド管より直径が大きか同程度のときには、ガイド管に代えてこれらの管を２本の管として使用することもできる。
【００３０】
図４は本発明を適用した配管装置の他の例を示す。
（ａ）の配管装置は、少なくとも１本の管として本例では１本だけ設けられるガイド管３１に補強板１１を結合し、複数の管のうちの他の管である給液管３３、荷油ポンプ３４ａの吐出管３４、スプレー用液吐出管３６、攪拌用管３７、スプレー管３８等、及び電線４０を補強板１１に取り付けている。補強板１１の先端には、図１に示す上下の支持部材７ｂ 及び７ａ に固定されるフランジ１１ａ が取り付けられる。
【００３１】
配管装置を構成する管が少ないような場合には、図１の配管装置のように補強板として結合板５と補助板６とを組合せた構造を採用することなく、このように簡単な構造のフランジ付き補強板にすることができる。この構造のものでも、スロッシング力に対して十分な断面係数を得ることができる。なお、このような構造にすれば、Ｘ方向のスロッシング力自体が小さくなる。
【００３２】
（ｂ）の配管装置では、補強板を、１本のガイド管３１と２本の荷油ポンプの吐出管３４、３５とを二股状に結合した２本の結合板５、５として、これらに上記と同様に管３６〜３８や電線４０を取り付けるようにしている。この構造によれば、小径管や電線はスロッシング力から一層安全に保護される。
【００３３】
なお以上では、本発明の配管装置が内航ＬＮＧ船に搭載されるＬＮＧのシリンダタンクに装備される場合について説明したが、ＬＰＧのシリンダタンクや通常のＬＮＧ船の球形タンクや更に油や水等の運搬船のタンクに対しても本発明の配管装置を適用可能である。例えば、外航ＬＮＧ船では、球形タンクの直径が４０ｍ程度であるため配設される管もそれだけ長くなるが、荷油ポンプがタンクの中心位置にあってスロッシング力の配管装置に対する影響が小さくなるため、本発明の十字状の管支持構造等を採用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、配管装置を、複数の管のうちの２本の管にスロッシングの力に対抗可能なように管を補強する補強板を結合すると共に、複数の管のうちの前記２本の管を除く他の管を補強板に取り付けるようにしたので、管に補強板を結合してこれらを一体の構造体にすることにより、スロッシング力の方向に対して構造体に必要な曲げ強度を付与するようにその断面係数を大きくし、ＬＮＧやＬＰＧ等の液化ガスを含む液体を搭載したタンクにおいて、配管装置をスロッシングによってかかる圧力抵抗に十分耐えられる構造にすることができる。
【００３５】
そして、このような補強板に他の管を取り付けるので、全ての管が補強板と一体化された安全な配管装置に形成することができる。
【００３６】
このような配管装置によれば、任意のスロッシング力に対して構造体に必要な強度を付与するためには、それに必要となる断面係数が得られるように補強板の断面寸法を定めればよいので、どのような形状や大きさのタンクに対してもこの配管装置を簡単に適用することができる。
【００３７】
又、補強板を前記２本の管の間を間隔を隔てて連続して結合した結合板とこれに接合しこれから張り出させた張り出し板とを有する構成にするので、ＬＮＧやＬＰＧ等の液化ガスを含む液体を搭載したタンクにおいて、配管装置を、その液体のスロッシングによって生ずる圧力抵抗に対して一層確実に耐えられる合理的な構造にすることができる。
【００３８】
即ち、複数の管のうちの直径の大きい２本の管を間隔を隔てて結合板で結合することにより、配管装置に前後方向に圧力抵抗がかかって曲げモーメントが生じたときに、これに対向するように断面二次モーメントを十分大きくして断面係数を大きくすると共に曲げ剛性を大きくしているので、曲げ応力を許容応力より十分小さい値にすると共に配管装置のたわみを小さくすることができる。
【００３９】
又、結合板の中間位置に前後方向に直角な方向に張り出した張り出し板を取り付けているので、直角方向のスロッシングにも耐えられると共に、結合板の幅を広くしたときに前後方向曲げによってその直角方向に生ずる圧縮曲がりによる座屈を防止することができる。その結果、管支持構造を十分安全にスロッシングに耐える構造にすることができる。
【００４０】
そして、このような請求項１の発明の配管装置は、既存の２本の管を利用し、これらを結合板で結合すると共に、これからＴ字状又は十字状に張り出し板を張り出させただけの構造であるから、極めて簡単で、製造容易で、追加される材料が僅かである。従って、従来設けられていた大がかりなパイプタワーや破損しやすい制水隔壁を廃止し、管支持構造の大幅な簡素化と十分なコスト低減を図ることができる。
【００４１】
請求項２の発明においては、配管装置が横型円筒状の液化ガスタンクに装備され、その２本の管が液化ガスタンクの前後方向の中心から片側に寄った位置に設けられ、複数の管のうちの直径の小さい管の大部分を張り出し板の中心側とは反対の側に取り付けるので、大きなスロッシングによる圧力抵抗から小径管をより完全に保護することができる。
【００４２】
即ち、スロッシングによる圧力抵抗は液の流速に対応した大きさになるため、２本の管の位置がタンクの長さ方向で偏った位置にあると、長くなる側従って片側に対向する側からのスロッシングが大きくなってその反対方向のスロッシングが小さくなるが、大きい側のスロッシングを結合板と張り出し板との組合せで受けて、小径管にはこの大きいスロッシングの影響が及ばないように配置することにより、少なくとも大部分の小径管を一層確実にスロッシングから保護することができる。なお、一部分の小径管は、直径の大きい２本の管のうちの一方のものの後方に配置することによって大きいスロッシングを回避することが可能になる。
【００４３】
このような構造は、特に内航ＬＮＧ船のような小型のシリンダタンクに対して、パイプタワー及び制水隔壁を廃止した簡易且つ低コストの装置として極めて実用的効果の大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した管支持構造及びこれを装備したＬＮＧタンクの全体構成の一例を示す説明図で、（ａ）は管支持構造を含むタンクの縦断面状態を示し（ｂ）は管支持構造部分の横断面状態を示す。
【図２】管支持部材部分の概略構造を示す説明図で、（ａ）及び（ｂ）は縦断面状態を示し（ｃ）は横断面状態を示す。
【図３】荷油ポンプの配置状態を示す説明図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明を適用した配管装置の他の構成例を示す説明図である。
【図５】制水隔壁を備えた従来のＬＮＧタンクの概略形状の説明図で、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ前後方向及び幅方向の縦断面状態を示す。
【符号の説明】
１ ＬＮＧ船（液化ガス運搬船）
２ ＬＮＧタンク（液化ガスタンク）
３ 複数の管
５ 結合板（結合板、補強板）
６ 補助板（張り出し板、補強板）
１１ 補強板
２１ タンク底（下方）
２２ タンク頂部
３１、３２ ガイド管（複数の管、２本の管）
３３ 給液管（複数の管）
３４、３５ 吐出管（複数の管）
３６ スプレー用液吐出管（複数の管）
３７ 攪拌用管（複数の管）
３８ スプレー管（複数の管）
３９ ガスサンプリング用管（複数の管）
ｄ 間隔
６Ｆ_１ 後方の面（反対側）
Ｑ 中間位置
Ｘ 前後方向（力の方向）
Ｙ 前後方向に直角な方向

Claims (2)

1. スロッシングが生じる液化ガス運搬船の液化ガスのタンク内に上下方向に直径の大きい２本の管と直径の小さい２本以上の管とを含む複数の管が設けられた配管装置において、
   前記複数の管は前記タンクの下方からタンク頂部を通過するように設けられていて、前記２本の管は前記スロッシングの力の方向に間隔を隔てて前記上下方向に互いに平行に設けられていて前記下方の近傍の位置と前記タンク頂部の近傍の位置より上の位置とで水平方向力を受けられるように支持されていて、前記２本の管に前記スロッシングの力に対抗可能なように前記２本の管を補強する補強板を結合し、該補強板を、前記２本の管を前記下方の近傍の位置から前記上の位置までの上下部分のうちの少なくとも大部分の範囲の間で連続して結合した結合板と該結合板の両面のうちの少なくとも一面に前記間隔の中間位置に前記上下方向に前記結合板と同程度の位置まで連続して接合され該接合された位置から前記力の方向にほぼ直角な方向の少なくとも一方側に張り出して設けられた張り出し板とを有する構造とし、前記複数の管のうち前記２本の管を除く他の管を前記補強板に取り付けた、ことを特徴とする配管装置。
2. 前記タンクは横型円筒状の液化ガスタンクであり、前記複数の管は前記液化ガスタンクの前記力の方向の中心から片側に寄った位置に設けられていて、前記複数の管のうちの直径の小さい管の大部分は前記張り出し板の前記中心の側の反対側に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の配管装置。

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