JP2019090507A - タンクの凝縮ガス判定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貯留槽外に生じた凝縮ガスの量を把握し得るタンクの凝縮ガス判定装置及び方法を提供する。【解決手段】貯留物３を貯留する貯留槽４と、貯留槽４を内側に収容する外槽２と、貯留槽４と外槽２を備えたタンク１内の空間における圧力を測定する圧力センサ９と、少なくとも圧力センサ９の示す圧力値または圧力値の変動に基づき、貯留槽４と外槽２の間に凝縮する凝縮ガスＣの量を判定する判定部１４とを備える。貯留槽４と外槽２との間の下部における液体の量を測定する液体センサ１０を備えると共に、判定部１４にて算出された凝縮ガスＣの算出凝縮量Ｌ１と、液体センサ１０の検出値により把握された測定液体量Ｌ２との比較に基づいて警報を発報する警報装置１５を備えてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、液化ガス等を貯留するタンクにおいて、貯留槽外で凝縮するボイルオフガスの量を判定する装置及び方法に関する。

従来、液化ガス等を貯留するタンクとして、二重槽式のタンクが用いられている。この種のタンクは、ＰＣ（prestressed concrete）や金属等により構成した外槽の内側に、金属等により形成された貯留槽が収容され、前記外槽と前記貯留槽の間の空間に断熱層を備えている。

前記貯留槽を収容した外槽は、全体が基礎の上に支持されており、前記貯留槽の底面と、前記基礎の上面の間には、前記貯留槽と前記基礎との間を断熱するよう、底部断熱層が設けられている。該底部断熱層は、泡ガラスや発泡樹脂、断熱コンクリートといった変形しにくい断熱材により構成される。

また、前記貯留槽の側壁と、前記外槽の側壁との間の空間（アニュラスペース）には、側部断熱層が設けられる。側部断熱層は、例えば前記アニュラスペースに、パーライト等の断熱材を充填することで形成される。

尚、この種のタンクに関連する先行技術文献としては、例えば、下記の特許文献１等がある。

特開２０１２−１８４０１７号公報

上述の如き二重槽式のタンクにおいて、貯留物として低温の液化ガス等を貯留する場合、外部からの入熱により貯留物の一部が蒸発してボイルオフガスが生じる。ここで、タンクが例えば前記貯留槽の上部にデッキを吊り下げるサスペンデッドデッキ型のタンクである場合、貯留槽が密閉されていないため、ボイルオフガスが貯留槽の外へ漏れ、アニュラスペースに滞留することがある。アニュラスペース内のボイルオフガスは、貯留槽表面の温度やタンク内の圧力等の条件によっては凝縮し、アニュラスペースの底部に溜まる。

こうした凝縮ガスは、それ自体が特に問題となることはないが、貯留槽からの漏洩との混同により、誤警報が発報される不具合を生じることがある。液化ガス等を貯留する上述の如きタンクにおいては、貯留槽からの漏洩を、例えばアニュラスペースの下部に設置した温度計により検知している。貯留槽に破損等が生じ、貯留物である液化ガスが漏洩すると、漏洩した液化ガスはまず貯留槽と前記外槽の間に溜まる。その結果、アニュラスペース底部に設けた温度センサが液化ガスにより急冷され、温度センサの検出値が低下するので、漏洩の発生を把握することができるのである。

ところが、同様の温度変化は、ボイルオフガスがアニュラスペースにおいて凝縮した上述の凝縮ガスによっても生じ得る。アニュラスペースの底部に溜まった凝縮ガスを温度センサが検知すれば、貯留槽に漏洩がなくても、漏洩が発生したと誤って判定されてしまうのである。しかしながら、従来、アニュラスペースにおいて凝縮した凝縮ガスと、貯留槽から漏洩した液化ガスとを区別したり、凝縮ガスの量を把握する方法は確立されていなかった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、貯留槽外に生じた凝縮ガスの量を把握し得るタンクの凝縮ガス判定装置及び方法を提供しようとするものである。

本発明は、貯留物を貯留する貯留槽と、該貯留槽を内側に収容する外槽と、前記貯留槽と前記外槽を備えたタンク内の空間における圧力を測定する圧力センサと、少なくとも該圧力センサの示す圧力値または該圧力値の変動に基づき、前記貯留槽と前記外槽の間に凝縮する凝縮ガスの量を判定する判定部とを備えたタンクの凝縮ガス判定装置にかかるものである。

本発明のタンクの凝縮ガス判定装置は、前記貯留槽と前記外槽との間の下部における液体の量を測定する液体センサを備えると共に、前記判定部にて算出された凝縮ガスの算出凝縮量と、前記液体センサの検出値により把握された測定液体量との比較に基づいて警報を発報する警報装置を備えてもよい。

本発明のタンクの凝縮ガス判定装置において、前記液体センサは、前記貯留槽と前記外槽との間の下部に水平方向に対して傾斜配置されたケーブルと、該ケーブルに沿って配置された測定端子とを備えてもよい。

本発明のタンクの凝縮ガス判定装置においては、前記貯留槽と前記外槽の間に凝縮する凝縮ガスの量を判定するにあたり、パラメータとして前記圧力センサにおける圧力値または該圧力値の変動のほか、前記貯留物の温度、前記貯留物の貯留量、前記貯留物の物性、タンクの寸法、タンクの構成部材の温度、タンクの構成部材の寸法、タンクの構成部材の物性、タンク内の空間の温度、外気温、地中温度、日射量、風速のうち少なくとも一つを用いてもよい。

また、本発明は、貯留物を貯留する貯留槽と、該貯留槽を内側に収容する外槽との間に凝縮する凝縮ガスの量を、前記タンク内の空間における圧力値または該圧力値の変動に基づいて判定する、タンクの凝縮ガス判定方法にかかるものである。

本発明のタンクの凝縮ガス判定装置及び方法によれば、貯留槽外に生じた凝縮ガスの量を把握し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施によるタンクの形態の一例を示す正断面図である。 本発明の実施例における温度センサの配置を示す斜視図である。 本発明の実施例における温度センサの配置を説明する展開図である。 本発明を適用するタンクにおける圧力の推移の一例を説明するグラフである。 本発明の実施例において、漏洩検知の警報を発報するまでの手順を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１、図２は本発明の実施によるタンクの形態の一例を示している。タンク１は、外殻をなす外槽２と、貯留物３を貯留する貯留槽４とを備えて構成されるサスペンデッドデッキ型の二重槽タンクである。外槽２と貯留槽４は各々円形状の平断面を有する円筒状の形状をなしており、外槽２は金属やＰＣ等により、貯留槽４は金属等により、それぞれ形成される。そして、外槽２の内側に貯留槽４が収容されるよう、コンクリート等により形成された基礎５の上に外槽２と貯留槽４とが平面視で同心円状に配置される。貯留槽４の上部は、ドーム状をなす外槽２の屋根２ａから吊り下げられたデッキ４ａにより覆われている。貯留物３は、例えばＬＮＧやＬＰＧ、液化エチレン等の低温の液体である。

円形をなす貯留槽４の底面４ｃと、基礎５との間には円盤状の底部断熱層６が設置されている。底部断熱層６は、断熱材として、泡ガラスや発泡樹脂、断熱コンクリート等の多孔質の素材を備えている。尚、底部断熱層６として、前記断熱材の他に、例えば貯留槽４を基礎５の上に支持するための支持構造等、各種の構造を備えても良いが、ここでは図示を省略している。

貯留槽４の側壁４ｂと、外槽２の側壁２ｂとの間には、側部断熱層７が配置される。側部断熱層７は、貯留槽４の側方と外槽２の間に形成されるアニュラスペースＡに、例えばパーライト等の粒状の断熱材を充填することで構成される。

また、貯留槽４の側壁４ｂには、該側壁４ｂを径方向外側から覆うようにブランケット８が設置されている。ブランケット８は、貯留槽４を外部から断熱する機能のほかに柔軟性を有するグラスウール等の素材により形成され、アニュラスペースＡにおいて貯留槽４の熱変形を吸収するようになっている。貯留槽４の上部を覆うデッキ４ａの上面側にも、断熱材４ｄが設置される。
さらに、アニュラスペースＡの底部には、床面から外槽２の側壁２ｂの内側下部にかけて保護材２ｃが設置されている。保護材２ｃは、後述する凝縮ガスＣ等、低温の液体がアニュラスペースＡに溜まった際、低温によって外槽２を構成する素材が損傷を受けることを防止するための部材である。

こうして、タンク１では、貯留槽４の下方に設置された底部断熱層６、貯留槽４の上方のデッキ４ａに設置された断熱材４ｄ、及び貯留槽４の側方に設置された側部断熱層７及びブランケット８により、下部の基礎５、及び外槽２の外側の外部空間と、貯留槽４との間を断熱するようになっている。

タンク１内に画成された空間の各所には圧力センサ９が備えられている。通常、ここに図示するように、貯留槽４の内側の圧力と、貯留槽４と外槽２の間の圧力をそれぞれ測定する二台の圧力センサ９が取り付けられるが、この他にも必要に応じて圧力センサ９をタンク１の様々な部分に取り付ける場合がある。

また、タンク１内には、各所の部材や空間の温度を測定するために温度センサ１０が備えられている。温度センサ１０は、例えば図２に示す如く、光ファイバを備えたケーブル１１に沿って複数の測定端子１２を配置した構成である。本実施例の場合、外槽２の上端部における周上の一箇所に設置した成端箱１３から、アニュラスペースＡへケーブル１１が延びる形で温度センサ１０が設置されている。尚、図１〜図３に図示した測定端子１２の配置は模式的なものであり、実際の配置を必ずしも正確に反映してはいない。例えば、ケーブル１１の各部分において、測定端子１２の配置はより密にしても良いし、逆に疎であっても良い。測定端子１２の配置は、温度を測定したい部位に合わせて適宜調整し得る。

ケーブル１１は、両端を成端箱１３に接続され、該成端箱１３と共に環状をなしている。ケーブル１１は、外槽２の上端からアニュラスペースＡ内を側壁２ｂに沿って外槽２の底部まで垂直方向に沿って延び、さらに側壁２ｂの内側を周方向に沿って一周するように配置される。ケーブル１１には、垂直方向に沿って配された部分、及び周方向に沿って配された部分にそれぞれ測定端子１２が配置される。ケーブル１１のうち、垂直方向に沿った配された部分に備えた測定端子１２では、アニュラスペースＡ内の温度が測定される。

ケーブル１１のうち、周方向に沿って配置された部分には、一定の間隔をおいて測定端子１２が設けられており、アニュラスペースＡの下部の温度を測定するようになっている。

アニュラスペースＡにおけるケーブル１１の詳しい配置を図３に示す。図３は、円筒状をなす外槽２の側壁２ｂを周方向に展開した模式図であり、横方向が側壁２ｂの周方向における位置に、縦方向が側壁２ｂの高さ方向における位置に相当している。周方向における位置は、成端箱１３を設置した位置を０°とし、成端箱１３と反対側にあたる位置を１８０°または−１８０°として図示している。

ケーブル１１は、成端箱１３に接続された二本の端部から側壁２ｂを下方へ延び、さらに側壁２ｂの下部にて周方向左右へ延びる。図３中、右側へ延びたケーブル１１と、左側へ延びたケーブル１１とは、成端箱１３とは反対側の１８０°（−１８０°）の位置で繋がっている（図２参照）。

周方向に沿って配置されるケーブル１１は、水平方向に対して適当な傾斜を有して配置される。本実施例の場合、図３中、右に延びるケーブル１１は、０°の位置において側壁２ｂの下端にあり、そこから９０°の位置に向かって上り勾配をなす。９０°の位置から１８０°の位置までは下り勾配をなす。また、図３中、左に延びるケーブル１１は、０°の位置において側壁２ｂの下端にあり、−９０°の位置に向かって上り勾配をなす。−９０°の位置から−１８０°の位置までは下り勾配をなす。側壁２ｂの下部におけるケーブル１１の傾斜は、周方向の距離に対して例えば５％以上２０％以下程度とし、好ましくは例えば１０％とする（尚、図３では説明の便宜上、側壁２ｂの上下方向の寸法や、ケーブル１１の勾配を実際以上に強調して表示している）。こうして、ケーブル１１は、アニュラスペースＡにおける側壁２ｂの下部を、高さ方向の位置を徐々に変えつつ一周している。

アニュラスペースＡの下部にケーブル１１に沿って上述の如く配置された測定端子１２は、アニュラスペースＡの下部における液体の液面レベルを監視するための構成である。アニュラスペースＡの底部に凝縮ガスＣが溜まったり、貯留槽４から貯留物３が漏洩した場合、アニュラスペースＡの底部で液体に没した測定端子１２では温度が大きく下がる。こうして、アニュラスペースＡの底部における液面レベルを、温度が下がった測定端子１２の配置された高さとして把握することができる。すなわち、本実施例の場合、温度センサ１０は液体センサとしての役割をも果たしている。

そして、図２、図３に示す如きケーブル１１の傾斜配置は、アニュラスペースＡにおける液面レベルを把握するにあたり、高さ方向の分解能を確保するための構成である。本実施例の如きケーブル１１に測定端子１２を備えた温度センサ１０の場合、技術上の制約から、測定端子１２はケーブル１１に沿ってある程度以上の間隔を開けて配置されることが通常である。しかしながら、そのような配置では、温度の分布を測るにあたり、ケーブル１１の向きに沿った分解能が測定端子１２同士の間隔によって決まってしまう。

一方、アニュラスペースＡにおける液面レベルの測定においては、垂直方向に数ｃｍ程度以下の分解能が要求される。凝縮ガスＣがアニュラスペースＡの底部に溜まる速さが、例えば１時間あたり数ｃｍ程度だからである。これは、上述の如き温度センサ１０のケーブル１１に配置される測定端子１２間の間隔よりはかなり小さい。

そこで、ケーブル１１を垂直に配置するのではなく、本実施例の如くアニュラスペースＡの周方向に適当な勾配を付して配置すれば、ケーブル１１に沿った測定端子１２同士の距離を変えることなく、垂直方向における測定端子１２の分布を密にすることができる。例えば、上述の如く測定端子１２を配置したケーブル１１の勾配を水平方向に対して１０％とすれば、垂直方向に関する測定端子１２同士の間隔は、ケーブル１１に沿った間隔の１０分の１弱となる。こうして、ケーブル１１においては、アニュラスペースＡにおける高さ方向の温度分布を高い分解能で測定することができる。

ケーブル１１の配置は、ここでは外槽２の周方向に沿って二度上下するような勾配を付した場合を例に説明したが、これに限定されない。ケーブル１１は、温度測定に関して垂直方向に所要の分解能を得ることができるように傾斜配置されていれば良く、ここに示した配置のほかにも種々の配置を取り得る。例えば側壁２ｂを螺旋状に取り巻くように配置することもできるし、ジグザグ状に配置しても良い。

ケーブル１１の測定端子１２で計測された温度の検出値は、ケーブル１１を介して成端箱１３へ送られ、該成端箱１３から温度信号１０ａとして制御装置１４に入力される。また、各所に備えた圧力センサ９で測定された圧力の検出値は、圧力信号９ａとして制御装置１４に入力される。制御装置１４は、圧力信号９ａや温度信号１０ａとして受け取った検出値に基づき、場合によって警報装置１５を作動させるようになっている。

制御装置１４は、タンク１の運転や管理を行う装置であり、本実施例においては凝縮ガスＣの量や警報の発報を判定する判定部としての機能を兼ねている。制御装置１４は、圧力センサ９や温度センサ１０の検出値や、計算式等の各種データを格納する記憶部１６と、測定データ等に基づき演算を行う計算部１７を備えている。そして、上述の如き圧力信号９ａや温度信号１０ａにより各部の状態を監視するほか、図示しない配管類を介した貯留物３の受け入れや払い出しといった各種の操作を制御するようになっている。圧力センサ９や温度センサ１０からの圧力信号９ａや温度信号１０ａの入力は、有線で行っても良いし、無線でも良い。

警報装置１５は、タンク１において何らかのエラーや損傷等、特定の事態が生じた場合に警報を報知する装置である。警報の内容は、例えばブザーのような音響でも良いし、警報灯や、特定の画面表示のような視覚により報知する形式でも良い。また、これらの形式を組み合わせることもできる。

さらに、タンク１やその周囲には、各所の温度やその他のパラメータに関する測定を行う種々の計器類が設置される。貯留槽４の側壁４ｂ、及び外槽２の外部空間には、それぞれ温度センサ１８が設置されている。また、貯留槽４には、貯留物３の温度や液面レベルを測定するための温度センサ１９が配置されている。温度センサ１９は、貯留槽４の上方から内部に向かって縦方向に配したケーブルに沿って測定点を設置したセンサであり、各測定点における温度を制御装置１４に入力するようになっている。制御装置１４では、温度センサ１９の下部の測定点からの温度情報により、貯留物３の温度ないし垂直方向に沿った温度分布を測定することができる。尚、タンク１の内外には、この他にも様々な計器類を各所に備えても良い。

また、タンク１には、貯留物３を貯留槽４に受け入れるための受入管、貯留物３を貯留槽４から払い出すための払出管、ボイルオフガスＢを外部へ抜き出すためのボイルオフガス抜出管など、種々の配管類が備えられるが、ここでは図示を省略している。

次に、上記した本実施例の作動を説明する。

本実施例のタンク１では、貯留物３として上述の如く低温の液体を貯留槽４に貯留する。サスペンデッドデッキ型のタンクであるタンク１では、貯留槽４は完全に密閉されないため、自然入熱により貯留物３からボイルオフガスＢが生じると、該ボイルオフガスＢは貯留槽４から漏れ出して外槽２との間に滞留する。ここに滞留したボイルオフガスＢは、圧力や温度等の条件によって凝縮し、図１に示す如くアニュラスペースＡの底部に凝縮ガスＣとなって溜まる。

凝縮ガスＣの凝縮を引き起こす主たる要因のひとつは、タンク１内における圧力、及び該圧力の変動である。タンク１内の圧力は、例えば一日の時間軸に沿って、図４に示す如き変動を示す。

貯留物３がＬＮＧやＬＰＧといった燃料である場合、貯留物３やボイルオフガスＢは、例えば図４に示す如く変動する。ここに示した例では、ボイルオフガスＢの要求量は日中に多く、夜間の要求量は少なくなっている。そして、夜間には貯留物３から発生したボイルオフガスＢを外槽２内に蓄積する運用を行っており、タンク１内の圧力は夜間から朝方にかけて徐々に上昇する。昼間になると、貯留物３やボイルオフガスＢが払い出されて圧力は低下していく。このように、消費量の変動に伴い、タンク１内の圧力は図４に示す如く、おおむね一日を周期として上下する。尚、ここで説明した圧力変動はあくまで一例であり、消費量や運用の如何により、タンク１内の圧力変動はこの他にも種々のパターンを示す。

このように時々刻々変動する圧力状況において、凝縮ガスＣは、特に圧力の上昇時に発生する。タンク１内において、圧力がごく緩やかに上昇している状況であれば、タンク１内の流体は、おおむね全体としての圧力や温度に応じた相を示す。しかしながら、タンク１は一般に数十ｍの大きさを備えた巨大な装置であるため、全体としての圧力や温度等の変化に、相の変化が追いつかない部分が局所的に生じる場合がある。具体的には、タンク１内の圧力がある程度以上の上昇率で上昇すると、貯留槽４中の貯留物３が、液体のまま温度を下げる過冷却の状態となる。ここで、貯留物３は、貯留槽４の側壁４ｂを介してアニュラスペースＡ内のボイルオフガスＢに接している。過冷却状態の貯留物３の冷熱が側壁４ｂを介してボイルオフガスＢに伝わると、冷熱を受け取ったボイルオフガスＢは凝縮し、凝縮ガスＣとなってアニュラスペースＡの底部に溜まる。

そして、本実施例では、判定部としての制御装置１４にて、アニュラスペースＡの底部に溜まる凝縮ガスＣの量を判定することができる。

凝縮ガスＣの発生量、ないしアニュラスペースＡの底部における蓄積量には種々の条件が関係する。通常、凝縮ガスＣの量を左右する最大の要因は上述の圧力ないし圧力の変動であるが、その他に、貯留物３の温度、貯留量、物性（飽和蒸気圧曲線、密度、粘性係数、比熱、熱伝導率、蒸発潜熱）、タンク１の寸法、タンク１の各部を構成する部材（例えば、外槽２や貯留槽４、底部断熱層６や側部断熱層７等。以下、「構成部材」と称する）の温度、寸法や物性（熱伝導率、密度、比熱、空隙率、透過係数）、タンク１内の空間（アニュラスペースＡや、その他外槽２より内側に画成された各空間）の温度、外気温、日射量、風速、地中温度（基礎５の温度や、基礎５の下方の地中の温度）、アニュラスペースＡにおけるボイルオフガスＢの分圧、などが凝縮ガスＣの量に関係する。

凝縮ガスＣは、アニュラスペースＡ内のボイルオフガスＢが冷却されるほど、すなわち、貯留槽４の内部から外部への冷熱の移動量が大きいほど多くなる。冷熱の移動量には、貯留物３の貯留量や物性（密度、粘性係数、比熱、熱伝導率）、貯留槽４の寸法や物性（熱伝導率、密度、比熱）、貯留物３や貯留槽４の温度、アニュラスペースＡ内の温度等が関係する。

一方、アニュラスペースＡ内のボイルオフガスＢや凝縮ガスＣは、外槽２の外からの入熱により温められる。この入熱は凝縮ガスＣを減少させる方向に働く。外からの入熱量には、タンク１ないし外槽２の寸法や物性（熱伝導率、密度、比熱、空隙率、透過係数）、外気温や基礎５の温度、日射量、風速、アニュラスペースＡの温度等が関係する。

また、凝縮ガスＣの量は、アニュラスペースＡ内に充満するボイルオフガスＢの量によっても変わる。ボイルオフガスＢの量には、タンク１内の圧力のほか、貯留物３の物性（飽和蒸気圧曲線、蒸発潜熱）、貯留物３の温度、アニュラスペースＡ内の温度、ボイルオフガスＢの分圧が関係する。

また、上に列挙した各パラメータは互いに関連し、相互に影響を及ぼしつつ、一部は時間経過に従って変動する。

これらの各パラメータは、制御装置１４の記憶部１６に入力され、記憶される。制御装置１４はまた、上述の各パラメータに基づいて凝縮ガスＣの量を判定する計算ツールＴを備えている。制御装置１４の計算部１７では、この計算ツールＴに各パラメータを記憶部１６から読み出して入力することで、アニュラスペースＡにおける凝縮ガスＣの現在の量を液面レベルとして算出できるようになっている。

計算ツールＴは、上述の各種パラメータを組み込んだ計算式を利用する。すなわち、貯留物３の温度、貯留量、物性（飽和蒸気圧曲線、密度、粘性係数、比熱、熱伝導率、蒸発潜熱）、タンク１の寸法、タンク１の構成部材の温度、寸法や物性（熱伝導率、密度、比熱、空隙率、透過係数）、タンク１内の圧力値や該圧力値の変動、タンク１内の空間の温度、外気温や地中温度等である。貯留物３の粘性係数、比熱、熱伝導率、蒸発潜熱、タンク１の構成部材の寸法や熱伝導率、密度、比熱等は定数である。貯留物３の飽和蒸気圧曲線は温度の関数として、密度は温度及び圧力の関数として与えられる。タンク１内の圧力やその変動、貯留物３の温度や貯留量、タンク１の構成部材の温度、タンク１内の空間の温度、外気温や地中温度、日射量、風速は変数である。

具体的な計算式を立てるにあたっては、まず、実際のタンク１において数種類の条件下で凝縮ガスＣの量を測定すると共に、その時の各パラメータの値を記録する。そして、各条件におけるパラメータの値から凝縮ガスＣの凝縮量を算出できるよう、各パラメータ毎に適当な係数や指数等を決定すれば良い。

すなわち、凝縮ガスＣの凝縮量は、算出に用いる各パラメータをＸ_１，Ｘ_２，……，Ｘ_ｎとし、凝縮ガスＣの液面レベルをＬとした場合、例えば以下の如き式にて与えられる。
［式１］
Ｌ＝ｋ_１Ｘ_１ ^ａ１＋ｋ_２Ｘ_２ ^ａ２＋……＋ｋ_ｎＸ_ｎ ^ａｎ＋ｃ

ここで、ｋ_１，ｋ_２，……，ｋ_ｎは各パラメータの係数、ａ_１，ａ_２，……，ａ_ｎは各パラメータの指数、ｃは定数である。そして、上記［式１］に、複数の測定条件におけるＸ_１，Ｘ_２，……，Ｘ_ｎ及びＬを代入し、各条件において［式１］が成立するよう、各係数ｋ_１，ｋ_２，……，ｋ_ｎ、各指数ａ_１，ａ_２，……，ａ_ｎ及び定数ｃを決定すれば良い。

この際、Ｘ_１，Ｘ_２，……，Ｘ_ｎとしては、上に列挙したパラメータの中から適宜取捨選択すれば良い。ただし、凝縮ガスＣの量には、上述の如く圧力値や該圧力値の変動が大きく関与するので、前記計算式は、特に圧力値または圧力値の変動の少なくとも一方を反映する設計とすべきである。また、圧力値やその変動に加えて他のパラメータをも適宜組み込めば、凝縮ガスＣの量をより正確に算出できる。尚、ここでは凝縮ガスＣの凝縮量を液面レベルとして算出する場合を例示したが、凝縮量は液面レベルに限らず、例えば体積として算出しても良い。

計算式を徒に煩雑にしないよう、最終的に計算される凝縮ガスＣへの寄与度が小さいパラメータに関しては、計算式に不採用としても良い。あるいは、測定や計算の難しい一部のパラメータに関しては、推定値や仮定値を用いても良い。例えば、貯留物３が燃料等である場合、貯留槽４と外槽２の間には窒素等の不活性ガスが充填されるが、その場合、アニュラスペースＡにおけるボイルオフガスＢの分圧は、圧力センサ９の検出値のみから単純に算出することはできない。そこで、凝縮ガスＣの量を算出するにあたっては、アニュラスペースＡ内の気体がすべてボイルオフガスＢに置き換わっているものと仮定しても良い。すなわち、ボイルオフガスＢの分圧に関しては、想定し得る最大量を算出すれば、後述する警報の発報に係る判定には足りる。

その他のパラメータに関しては、例えば以下の方法で取得できる。タンク１内の圧力値、及び該圧力値の変動は、圧力センサ９の検出値を記録することで把握できる。タンク１内の空間の温度、貯留物３の貯留量や温度は、温度センサ１０，１９の検出値により得られる。

タンク１の構成部材の温度についても、各所に設置した温度センサ１８，１９により取得できる。例えば、貯留槽４の側壁４ｂの温度は、該側壁４ｂに設置した温度センサ１８により直接測定することができる。この他に、例えば貯留物３の温度に、貯留物３や貯留槽４の物性に基づいた補正値等を加味して算出することもできる。また、側壁４ｂの温度は貯留物３の温度の変数であるとし、計算式には貯留物３の温度を採用して側壁４ｂの温度を用いないようにすることもできる。このほか、温度を直接測定することが難しい空間や部材については、例えば近接する部材の温度を近似値として用いても良い。あるいは、例えば適当な初期値を設定しておき、周辺の部材の物性や、圧力の変動等に基づいて対象の温度を推定しても良い。

貯留物３の物性のうち、粘性係数、比熱、熱伝導率、蒸発潜熱は、貯留物３の種類によって決まる。貯留物３の飽和蒸気圧や密度は、貯留物３の種類のほか、上述の如く温度や圧力により決まる。タンク１や、その構成部材の寸法は、予め測定することで得られる。また、タンク１や構成部材の物性（熱伝導率、密度、比熱、空隙率、透過係数）は素材の種類によって決まる。外気温は外槽２の外に備えた温度センサ１８により測定できる。地中温度は、図示しない別の温度センサにより測定しても良いし、外気温に基づいて推定することもできる。日射量や風速は、図示しないセンサを別途タンク１外に備えて測定すれば良い。
尚、上で説明した式１はあくまで一例であって、計算ツールＴにはこの他にも種々の形式の計算式を採用し得る。例えば、コンピュータのマクロ演算等を用いた数値解析により、各パラメータ同士の関係を近似的に算出し、上記式１とは異なる計算式を導出することもできる。

あるいは、計算ツールＴとしては、上述の各パラメータに応じた凝縮ガスＣの量が条件毎に入力されたテーブルとし、圧力センサ９や温度センサ１０，１８，１９の検出値に基づき、前記テーブルから条件に対応する凝縮ガスＣの量を呼び出すようにしても良い。また、計算式とテーブルを適宜組み合わせることもできる。

アニュラスペースＡの底部における凝縮ガスＣを含む液体の量に関しては、上述の如くケーブル１１に備えた測定端子１２からの検出値により測定することができる。すなわち、温度が下がった測定端子１２の配置された高さを、アニュラスペースＡの底部における液体の液面レベルとして把握することができる。

こうして、判定部１４では、貯留槽４の外に生じる凝縮ガスＣの量を、タンク１内の圧力値やその変動から把握することができる。温度センサ１０の検出値を通じてアニュラスペースＡの底部に液体が検出された際には、そのうち凝縮ガスＣの占める量を判定し、アニュラスペースＡ内の液体が貯留槽４から漏洩した貯留物３か、凝縮ガスＣかを区別することができる。また、これらが混ざり合っていた場合には、それぞれの占める量を把握することができる。

そして、本実施例のタンク１では、圧力センサ９や温度センサ１０，１８，１９による測定等に基づき計算ツールＴを用いて算出された凝縮ガスＣの算出量（以下、算出凝縮量Ｌ１）と、アニュラスペースＡの底部の測定端子１２の検出値から算出された液体の量（以下、測定液体量Ｌ２）との比較に基づき、警報装置１５から警報を発報するようになっている。すなわち、算出凝縮量Ｌ１と測定液体量Ｌ２とを制御装置１４の計算部１７にて照らし合わせ、測定液体量Ｌ２が算出凝縮量Ｌ１を上回った場合に、貯留槽４に漏洩が生じたと判定し、警報装置１５から警報を発報する。

警報発報までの手順を図５にフローチャートとして示す。制御装置１４には、圧力センサ９や温度センサ１０における検出値が圧力信号９ａや温度信号１０ａとして時々刻々入力され、記憶部１６に記憶される（ステップＳ１）。その他、温度センサ１８，１９や、図１に図示していない各種のセンサにより、貯留物３の温度や液面レベル、外気温や貯留槽４の側壁４ｂの温度、その他の各種の検出値を制御装置１４にて収集する。

ステップＳ１で収集したデータに基づき、ステップＳ２として、計算ツールＴにより算出凝縮量Ｌ１を算出する。ここでは、主要なパラメータとして、圧力センサ９により測定されたタンク１内の圧力値や、該圧力値の変動を利用することができる。また、その他のパラメータをも適宜利用しても良い。

算出凝縮量Ｌ１の算出に圧力値の変動を用いるにあたっては、例えば時々刻々変動する圧力値の微分値を用いることができるが、それではノイズの影響が大きくなってしまう問題がある。そこで、例えば現在までの一定時間における圧力値の変化、すなわち現時点の圧力値と、一定時間Δｔ前の時点における圧力値との差を圧力変動値として用いても良い。あるいは、圧力値やその微分値そのものではなく、圧力値が所定の閾値を超えた状態の継続時間をパラメータとして用いても良い。いずれにしても、凝縮ガスＣの量に関わる圧力値やその変動を反映した値であれば、適宜算出凝縮量Ｌ１の算出に利用することができる。

さらに、ステップＳ３として、ケーブル１１の測定端子１２における測定データに基づき、現在の測定液体量Ｌ２を決定する。

続くステップＳ４において、算出凝縮量Ｌ１と測定液体量Ｌ２を照らし合わせ、比較する。ここでは、例えばステップＳ２で液面レベルとして得られた算出凝縮量Ｌ１を、ステップＳ３で液面レベルとして得られた測定液体量Ｌ２と比較するといった処理を行う。尚、ここでは算出凝縮量Ｌ１を液面レベルとして算出した場合を説明しているが、仮に算出凝縮量Ｌ１を体積として算出する場合は、例えばステップＳ３で液面レベルとして得た測定液体量Ｌ２にアニュラスペースＡの断面積や空隙率等をかけ合わせてアニュラスペースＡにおける液体の体積を算出し、ステップＳ２で体積として得た算出凝縮量Ｌ１と比較するといった処理を行う。

ステップＳ４で測定液体量Ｌ２が算出凝縮量Ｌ１を上回っていた場合には、貯留槽４に漏洩が生じたと判定し、ステップＳ５に移る。ステップＳ５では、警報装置１５を作動させ、貯留槽４に漏洩が生じた旨の警報を発報する。ステップＳ４において、測定液体量Ｌ２が算出凝縮量Ｌ１以下であった場合には、ステップＳ１に戻って以降の工程を繰り返す。

上述の各ステップは、算出凝縮量Ｌ１と測定液体量Ｌ２とを適切に比較できる限りにおいて、適宜順序を入れ替えたり、分割・統合しても良い。例えば、ステップＳ２とステップＳ３の順序は問われない。ステップＳ３をステップＳ２の前に実行しても良いし、ステップＳ２とステップＳ３を並行して同時に実行しても良い。また例えば、ステップＳ１における各センサからの測定データの収集工程を分割し、ステップＳ２における算出凝縮量Ｌ１の算出のための測定と、ステップＳ３における測定液体量Ｌ２のための測定とを別のタイミングで行っても良い。

上述の工程において、測定液体量Ｌ２はケーブル１１の測定端子１２における検出値から直接的に把握することができる。一方、算出凝縮量Ｌ１に関しては圧力値やその変動等のパラメータから間接的に算出しており、誤差が含まれる可能性も多分に考慮すべきである。実際の凝縮ガスＣの量に対し、算出凝縮量Ｌ１を少なく算出してしまった場合には誤報が発報される可能性が高くなるし、逆に算出凝縮量Ｌ１を多く算出してしまうと、仮に貯留槽４に漏洩が生じていても警報が発報されない虞がある。

誤報の可能性を抑える方策としては、例えば算出凝縮量Ｌ１と測定液体量Ｌ２を比較するにあたり、測定液体量Ｌ２と算出凝縮量Ｌ１との差に所定の基準値を設ける。そして、測定液体量Ｌ２から算出凝縮量Ｌ１を差し引いた値が前記基準値を上回った場合に警報を発報するようにすれば良い。

誤報の可能性を抑える別の方策としては、例えば各パラメータから算出凝縮量Ｌ１を算出するにあたり、測定誤差が大きいパラメータや、推定が難しいパラメータに関しては、算出凝縮量Ｌ１を最も大きくするような値を仮定値として使用することができる。上述のボイルオフガスＢの分圧に関する推定（アニュラスペースＡ内の気体が全てボイルオフガスＢに置き換わっていると仮定して計算する）はその一例である。算出凝縮量Ｌ１が多めに算出されれば、警報発報の閾値が上がり、誤報の可能性が低くなる。

また逆に、漏洩の不検知を避ける方策としては、測定誤差の大きいパラメータや、推定の困難なパラメータに関し、算出凝縮量Ｌ１が小さくなるような値を仮定することができる。算出凝縮量Ｌ１が少なめに算出され、測定液体量Ｌ２が算出凝縮量Ｌ１を上回れば、残りが漏洩した貯留物３と判断される。したがって、誤報の可能性はやや高くなってしまう代わり、漏洩不検知の可能性は低くなる。尚、漏洩の不検知を避ける方策を採用した結果、誤報の可能性が高まってしまうとしても、算出凝縮量Ｌ１を測定液体量Ｌ２と比較して警報を発報すること自体は変わらない。つまり、凝縮ガスＣの量を推定できず、凝縮ガスＣの発生を貯留槽４からの貯留物３の漏洩と区別できない従来の技術と比較すれば、やはり誤報の可能性は抑えることができる。

このほか、各パラメータや最終的な算出凝縮量Ｌ１に対し、適当な補正値を計算に加えることで、判定に係る算出凝縮量Ｌ１の大小を適宜操作しても良い。こうした操作は、例えば実際にタンク１の運用を通して得られた実測データや、タンク１を運用する顧客の要求（例えば誤報の減少と、漏洩不検知の防止のいずれを重視するか）等に応じ、計算ツールＴにて用いる計算式やテーブルの内容を調整すること等により実行できる。

算出凝縮量Ｌ１の操作は、圧力センサ９の設置位置の選定によっても行うことができる。上述の如く、圧力センサ９はタンク１の複数箇所に設置されるが、圧力の動きは場所によって異なる。つまり、圧力値が上下しやすい場所としにくい場所、あるいは、圧力値の変動が凝縮ガスＣの発生に反映されやすい場所とされにくい場所等がある。算出凝縮量Ｌ１として精度の高い値を求めたい場合には、圧力値の変動が大きく、且つそこでの圧力値の変動が凝縮ガスＣの発生量に連動しやすい場所に設置した圧力センサ９の検出値をパラメータとして採用すれば良い。ただし、そのようにすると算出凝縮量Ｌ１に関しノイズの影響が大きくなり、誤報が生じやすくなる可能性がある。その場合は、ある程度圧力の変動が小さい場所に設置した圧力センサ９の検出値を採用することも有効である。こうした圧力センサ９の設置場所の選定は、やはりタンク１の運用を通して得られた実測データ等を参酌して経験的に行えば良い。

あるいは、複数の箇所に設置された圧力センサ９のそれぞれの検出値から算出凝縮量Ｌ１を算出すると共に測定液体量Ｌ２と比較し、いずれかの算出凝縮量Ｌ１を測定液体量Ｌ２が上回った場合に警報を発報しても良い。この方式では、複数の測定点にて漏洩の可能性を監視することで、漏洩の不検知をより確実に防止することができる。

以上のように、上記本実施例のタンクの凝縮ガス判定装置においては、貯留物３を貯留する貯留槽４と、該貯留槽４を内側に収容する外槽２と、前記貯留槽４と前記外槽２を備えたタンク１内の空間における圧力を測定する圧力センサ９と、少なくとも該圧力センサ９の示す圧力値または該圧力値の変動に基づき、前記貯留槽４と前記外槽２の間に凝縮する凝縮ガスＣの量を判定する判定部（制御装置）１４とを備えている。

また、本実施例のタンクの凝縮ガス判定方法においては、貯留物３を貯留する貯留槽４と、該貯留槽４を内側に収容する外槽２との間に凝縮する凝縮ガスＣの量を、前記タンク１内の空間における圧力値または該圧力値の変動に基づいて判定するようにしている。こうすることにより、貯留槽４と外槽２との間に溜まる凝縮ガスＣの量を判定することができる。

また、本実施例のタンクの凝縮ガス判定装置においては、前記貯留槽４と前記外槽２との間の下部における液体の量を測定する液体センサ（温度センサ）１０を備えると共に、前記判定部１４にて算出された凝縮ガスＣの算出凝縮量Ｌ１と、前記液体センサ１０の検出値により把握された測定液体量Ｌ２との比較に基づいて警報を発報する警報装置１５を備えている。こうすることで、貯留槽４外に溜まった凝縮ガスＣにより、貯留槽４における漏洩発生の誤報が発報される可能性を抑えることができる。

また、本実施例のタンクの凝縮ガス判定装置において、前記液体センサ１０は、前記貯留槽４と前記外槽２との間の下部に水平方向に対して傾斜配置されたケーブル１１と、該ケーブル１１に沿って配置された測定端子１２とを備えている。こうすることにより、貯留槽４外における高さ方向の温度分布を高い分解能で測定し、液面レベルを把握することができる。

また、本実施例のタンクの凝縮ガス判定装置においては、前記貯留槽４と前記外槽２の間に凝縮する凝縮ガスＣの量を判定するにあたり、パラメータとして前記圧力センサ９における圧力値または該圧力値の変動のほか、前記貯留物３の温度、前記貯留物３の貯留量、前記貯留物３の物性、タンク１の寸法、タンク１の構成部材の温度、タンク１の構成部材の寸法、タンク１の構成部材の物性、タンク１内の空間の温度、外気温、地中温度、日射量、風速のうち少なくとも一つを用いている。こうすることで、貯留槽４と外槽２との間に溜まる凝縮ガスＣの量をより正確に判定することができる。

したがって、上記本実施例によれば、貯留槽外に生じた凝縮ガスの量を把握し得る。

尚、本発明のタンクの凝縮ガス判定装置及び方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ タンク
２ 外槽
３ 貯留物
４ 貯留槽
９ 圧力センサ
１０ 液体センサ（温度センサ）
１１ ケーブル
１２ 測定端子
１４ 判定部（制御装置）
１５ 警報装置
Ｃ 凝縮ガス
Ｌ１ 算出凝縮量
Ｌ２ 測定液体量

Claims (5)

1. 貯留物を貯留する貯留槽と、
   該貯留槽を内側に収容する外槽と、
   前記貯留槽と前記外槽を備えたタンク内の空間における圧力を測定する圧力センサと、
   少なくとも該圧力センサの示す圧力値または該圧力値の変動に基づき、前記貯留槽と前記外槽の間に凝縮する凝縮ガスの量を判定する判定部と
   を備えたタンクの凝縮ガス判定装置。
2. 前記貯留槽と前記外槽との間の下部における液体の量を測定する液体センサを備えると共に、
   前記判定部にて算出された凝縮ガスの算出凝縮量と、前記液体センサの検出値により把握された測定液体量との比較に基づいて警報を発報する警報装置を備えた請求項１に記載のタンクの凝縮ガス判定装置。
3. 前記液体センサは、前記貯留槽と前記外槽との間の下部に水平方向に対して傾斜配置されたケーブルと、該ケーブルに沿って配置された測定端子とを備えている、請求項２に記載のタンクの凝縮ガス判定装置。
4. 前記貯留槽と前記外槽の間に凝縮する凝縮ガスの量を判定するにあたり、パラメータとして前記圧力センサにおける圧力値または該圧力値の変動のほか、
   前記貯留物の温度、
   前記貯留物の貯留量、
   前記貯留物の物性、
   タンクの寸法、
   タンクの構成部材の温度、
   タンクの構成部材の寸法、
   タンクの構成部材の物性、
   タンク内の空間の温度、
   外気温、
   地中温度、
   日射量、
   風速
   のうち少なくとも一つを用いる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のタンクの凝縮ガス判定装置。
5. 貯留物を貯留する貯留槽と、該貯留槽を内側に収容する外槽との間に凝縮する凝縮ガスの量を、前記タンク内の空間における圧力値または該圧力値の変動に基づいて判定する、タンクの凝縮ガス判定方法。

Images