JP7358072B2

JP7358072B2 - 液化天然ガスタンク用断熱材およびその施工方法並びに液化天然ガスタンク

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Publication number: JP7358072B2
Application number: JP2019092827A
Authority: JP
Inventors: 正明加藤; 久美後藤; 直樹鎌田
Original assignee: Ask Sanshin Engineering Corp
Current assignee: Ask Sanshin Engineering Corp
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2023-10-10
Anticipated expiration: 2039-05-16
Also published as: JP2020186790A

Description

本発明は、液化天然ガスタンク用断熱材およびその施工方法並びに液化天然ガスタンクに関し、詳しくは、液化天然ガスタンクの鋼板に顕著な熱収縮が生じた場合でも亀裂や剥離等が抑制され、施工も容易な液化天然ガスタンク用断熱材およびその施工方法並びに該断熱材を備えてなる液化天然ガスタンクに関する。

液化天然ガス（以下、ＬＮＧと呼ぶことがある）を運搬または燃料とするＬＮＧ運搬船は、－１６３℃ともなる極低温のＬＮＧを貯蔵するＬＮＧタンクを備えている。ＬＮＧタンクにおいては、国際海事機関（ＩＭＯ）によって基準が定められ、その内、自立タンク方式としては完全二次防壁のタイプＡ、部分二次防壁のタイプＢ、二次防壁不要の圧力容器であるタイプＣの各ＬＮＧタンクがある。

前記タイプＣのＬＮＧタンクは一般的に、非大型船舶に搭載され、ＬＮＧの内部圧力に十分耐え得る鋼製となっている。またＬＮＧは上記のように極低温であるがために、タイプＣのＬＮＧタンクの外表面には例えば樹脂発泡体からなる多数の断熱材ボードが設けられている。

しかしながら、従来の前記断熱材ボードは、亀裂や剥離が生じ易いという問題点がある。その理由として、鋼製のＬＮＧタンクが内部に存在する極低温のＬＮＧによって顕著に収縮し、断熱材ボードが収縮した鋼に追随できないことが挙げられる。
一方、ＬＮＧタンクの外表面に多数の断熱材パネルを設けると、ＬＮＧタンクと断熱材パネルとの間の固定部や断熱材パネルの目地部により断熱効果が低下してしまうという問題点もある。

かかる問題点を解消するために、例えば特許文献１（特開平６－７４３９４号公報）には、タンク鋼鈑の外表面にグラスウールを貼着し、該グラスウール上にグラスクロスを貼着固定し、該グラスクロス上に樹脂発泡材を吹き付け、該吹き付けた樹脂発泡材上に耐食性金属からなる金網を取り付け、該金網上から再度樹脂発泡材を吹き付けてなることを特徴とする低温貯蔵用金属製タンクの保冷構造が開示されている。
しかし、特許文献１に開示された技術でも、鋼板の収縮による樹脂発泡材の亀裂や剥離の問題点が依然として残り、またその施工にも高いコストがかかるという問題点がある。

特開平６－７４３９４号公報

したがって本発明の目的は、液化天然ガスタンクの鋼板に顕著な熱収縮が生じた場合でも亀裂や剥離等が抑制され、施工も容易な液化天然ガスタンク用断熱材およびその施工方法を提供することにある。
また本発明の別の目的は、液化天然ガスタンクの鋼板に顕著な熱収縮が生じた場合でも亀裂や剥離等が抑制された前記断熱材を備えてなる液化天然ガスタンクを提供することにある。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、断熱材としてタンク鋼板側から外側に向かって密度が減少する樹脂発泡体を用いることにより、前記課題を解決できることを見い出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は以下の通りである。

１．液化天然ガスタンクのタンク鋼板の外表面に設けられる断熱材であって、
前記断熱材は、樹脂発泡体を含み、
前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有する
ことを特徴とする液化天然ガスタンク用断熱材。
２．前記樹脂発泡体が、ポリウレタンフォームであることを特徴とする前記１に記載の液化天然ガスタンク用断熱材。
３．前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって、８０ｋｇ／ｍ^３～３０ｋｇ／ｍ^３の範囲で前記樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有することを特徴とする前記１または２に記載の液化天然ガスタンク用断熱材。
４．前記断熱材の厚さが、３００ｍｍ～５００ｍｍの範囲内であることを特徴とする前記１～３のいずれかに記載の液化天然ガスタンク用断熱材。
５．前記断熱材は、厚さ方向において密度が異なる樹脂発泡体の複数の層からなることにより、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記樹脂発泡体の密度が段階的に減少する密度勾配を有することを特徴とする前記１～４のいずれかに記載の液化天然ガスタンク用断熱材。
６．前記断熱材の厚さ方向と直交する方向に平面を有するように、ガラスメッシュが設けられてなることを特徴とする前記１～５のいずれかに記載の液化天然ガスタンク用断熱材。
７．液化天然ガスタンクのタンク鋼板の外表面に、樹脂発泡体を含む断熱材を設ける断熱材形成工程を有し、
前記断熱材形成工程によって、前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有する
ことを特徴とする液化天然ガスタンク用断熱材の施工方法。
８．前記樹脂発泡体が、ポリウレタンフォームであり、
前記断熱材形成工程は、前記ポリウレタンフォームを吹き付ける吹付工程を含み、
前記吹付工程は、密度の異なるポリウレタンフォームを複数回にわたり吹き付けて前記タンク鋼板の外表面に断熱材を形成するものであり、
前記吹付工程によって、前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記ポリウレタンフォームの密度が減少する密度勾配が形成される
ことを特徴とする前記７に記載の液化天然ガスタンク用断熱材の施工方法。
９．前記１～５のいずれかに記載の液化天然ガスタンク用断熱材が、タンク鋼板の外表面に設けられ、前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記ポリウレタンフォームの密度が減少する密度勾配を有する
ことを特徴とする液化天然ガスタンク。
１０．船舶に固定される前記９に記載の液化天然ガスタンク。
１１．タイプＣである前記１０に記載の液化天然ガスタンク。

本発明の液化天然ガスタンク用断熱材は、液化天然ガスタンクのタンク鋼板の外表面に設けられ、樹脂発泡体を含むとともに、前記タンク鋼板側から外側に向かって樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有することを特徴としているので、液化天然ガスタンクの鋼板に顕著な熱収縮が生じた場合でも、高密度の樹脂発泡体が前記鋼板の熱収縮に追随し、断熱材の亀裂や剥離等を抑制できる。また高密度の樹脂発泡体は断熱性を低下させるが、低密度の樹脂発泡体は断熱性に優れるので、高密度の樹脂発泡体の有する前記欠点を補うことができる。また、樹脂発泡体の密度は、発泡剤の量により容易に制御できるため、施工性にも優れる。
また本発明の液化天然ガスタンク用断熱材の施工方法は、液化天然ガスタンクのタンク鋼板の外表面に、樹脂発泡体を含む断熱材を設ける断熱材形成工程を有し、前記断熱材形成工程によって、前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有することを特徴としているので、施工が容易であるとともに、コスト面にも優れる。また、液化天然ガスタンクの鋼板に顕著な熱収縮が生じた場合でも、断熱材の亀裂や剥離等を抑制できる。
また本発明の液化天然ガスタンクは、前記本発明の断熱材を備えていることを特徴としているので、液化天然ガスタンクの鋼板に顕著な熱収縮が生じた場合でも亀裂や剥離等が抑制される。また、断熱性および施工性にも優れる。

本発明に適用され得るタイプＣの液化天然ガスタンクを説明するための図である。本発明の液化天然ガスタンク用断熱材を説明するための断面図である。本発明の液化天然ガスタンク用断熱材の別の形態を説明するための断面図である。本発明の液化天然ガスタンク用断熱材の別の形態を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながらさらに説明する。
図１は、本発明に適用され得るタイプＣの液化天然ガスタンクを説明するための図であり、図１（ａ）は液化天然ガスタンクの長手方向の側面図であり、（ｂ）は液化天然ガスタンクの直径方向の正面図である。

図１において、タイプＣの液化天然ガスタンク（ＬＮＧタンク）１は、円筒状の圧力容器１２を備え、圧力容器１２は架台１４によって支持されている。一般的にタイプＣのＬＮＧタンクは、３０～１０，０００ｍ^３の容量を有し、タンクの数量としては１個または複数個である。圧力容器１２は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル鋼等の鋼板から構成される。

圧力容器１２における鋼板の熱膨張収縮特性の一例として、ステンレス鋼からなる圧力容器に、－１６３℃ともなる極低温のＬＮＧを貯蔵すると、ステンレス鋼が１ｍあたり約３ｍｍ熱収縮する。

本発明の断熱材は、圧力容器１２の外表面に設けられる。
図２は、本発明の断熱材を説明するための断面図である。
図２において、本発明の断熱材２０は、圧力容器の鋼板１２１上に、鋼板１２１側から外側（Ａ方向）に向かって樹脂発泡体２２、２４が設けられ、樹脂発泡体２４の密度は、樹脂発泡体２２の密度よりも低く設定されている。すなわち、本発明の断熱材２０は、圧力容器の鋼板１２１側から外側（Ａ方向）に向かって樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有する。また、樹脂発泡体２４の上部、すなわち断熱材の最表面側には、さらに亀裂や剥離を抑制する目的でＦＲＰ（繊維強化プラスチック）やポリウレア樹脂からなる補強層２６を設けることもできる。

本発明では、断熱材２０が鋼板１２１側から外側に向かって、８０ｋｇ／ｍ^３～３０ｋｇ／ｍ^３の範囲で樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有することが好ましい。このように密度を設定することで、断熱材の亀裂や剥離等をさらに抑制することができる。

なお本発明で言う密度は、ＪＩＳＫ７２２２「発泡プラスチック及びゴム－見掛け密度の求め方」により一般的に測定される。

例えば図２に示す形態において、樹脂発泡体２２の密度は、例えば、３５ｋｇ／ｍ^３～８０ｋｇ／ｍ^３であり、好ましくは５０ｋｇ／ｍ^３～６５ｇ／ｍ^３である。また、樹脂発泡体２４の密度は、例えば３０ｋｇ／ｍ^３～５５ｋｇ／ｍ^３であり、好ましくは３５ｋｇ／ｍ^３～５０ｋｇ／ｍ^３である。なお、樹脂発泡体２２と２４との密度差は、例えば５ｋｇ／ｍ^３～２５ｋｇ／ｍ^３であり、好ましくは１０ｋｇ／ｍ^３～２０ｋｇ／ｍ^３である。

本発明の断熱材２０の合計の厚さは、３００ｍｍ～５００ｍｍであることが好ましく、３５０ｍｍ～４５０ｍｍであることがさらに好ましい。

図２に示す形態において、樹脂発泡体２２の厚さとしては、例えば２０ｍｍ～１００ｍｍであり、４０ｍｍ～８０ｍｍが好ましい。樹脂発泡体２４の厚さとしては、例えば２００ｍｍ～４８０ｍｍであり、２５０ｍｍ～４５０ｍｍが好ましい。

なお本発明の断熱材は、図２に示す形態に制限されない。例えば図３に示すように、樹脂発泡体２２と樹脂発泡体２４との間にｎ個の断熱材の層を介在させ、鋼板１２１側から外側に向かって樹脂発泡体の密度が段階的に減少する密度勾配を持たせてもよい。この形態では、様々な形状の圧力容器に対応が可能であり、断熱材の亀裂や剥離を抑制できる。なお、ｎは０～４が好ましい。

このように本発明の断熱材は、厚さ方向において密度が異なる樹脂発泡体の複数の層からなることにより、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記樹脂発泡体の密度が段階的に減少する密度勾配を有することが好ましい。このような形態によれば、施工が容易であるとともに、断熱材の亀裂や剥離を良好に抑制できる。

また本発明の別の形態によれば、断熱材の厚さ方向と直交する方向に平面を有するように、ガラスメッシュを設けてもよい。このような形態によれば、断熱材の亀裂や剥離がさらに抑制される。図４は、ガラスメッシュを設けた本発明の断熱材を説明するための断面図である。樹脂発泡体２２と樹脂発泡体２４との間に、ガラスメッシュ４２が設けられている。ガラスメッシュ４２の目幅は、例えば５ｍｍ～１５ｍｍであり、好ましくは７．５ｍｍ～１２．５ｍｍである。なお、このようなガラスメッシュ４２は、図３で示したように樹脂発泡体２２と樹脂発泡体２４との間にｎ個の断熱材の層を介在させた場合は、密度の異なる層を積層する毎にガラスメッシュ４２を設置してもよい。

なお、樹脂発泡体２２、２４は、鋼板１２１の熱収縮に対する追随性が良好であるという観点から、かつ施工性に優れるという観点から、２液型のポリウレタンフォームであることが好ましい。

ポリウレタンフォームの密度は、発泡剤（例えばハイドロフルオロカーボンＨＦＣや水等）の注入量により制御することが可能である。

樹脂発泡体２２の引張強さは、亀裂や剥離をさらに抑制するという観点から、例えば常温（２０℃）において２０～５５Ｎ／ｃｍ^２であることが好ましく、樹脂発泡体２４の前記引張強さは、１０～３５Ｎ／ｃｍ^２であることが好ましい。
引張強さは、ＪＩＳＡ９５１１「発泡プラスチック保温材」により一般的に測定される。

本発明の液化天然ガスタンク用断熱材の施工方法は、液化天然ガスタンクのタンク鋼板の外表面に、樹脂発泡体を含む断熱材を設ける断熱材形成工程を有し、前記断熱材形成工程によって、前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有することを特徴とする。
とくに好適な前記施工方法は、前記樹脂発泡体が、ポリウレタンフォームであり、前記断熱材形成工程は、前記ポリウレタンフォームを吹き付ける吹付工程を含み、前記吹付工程は、密度の異なるポリウレタンフォームを複数回にわたり吹き付けて前記タンク鋼板の外表面に断熱材を形成するものであり、前記吹付工程によって、前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記ポリウレタンフォームの密度が減少する密度勾配が形成されるというものである。
ポリウレタンフォームの吹き付けは公知技術を適用することができる。例えばポリウレタンフォームを２液型とし、圧力および温度を制御しながら２液を撹拌し、スプレーにより吹き付ける方法が挙げられる。

また、例えば樹脂発泡体２２、２４の形成は、それぞれの発泡体が所定の厚さとなるまで、複数回吹き付けてもよい。例えば樹脂発泡体２２の厚さが厚い場合（例えば１００ｍｍ程度）、１回の吹き付け厚を４０ｍｍ以下とし、この吹き付けを複数回繰り返すことにより、所定の厚さ（１００ｍｍ）に樹脂発泡体２２を形成することができる。その他の発泡体の層についても同様である。

本発明の液化天然ガスタンクは、本発明の断熱材を備えていることを特徴とする。すなわち、本発明の断熱材をタンク鋼板の外表面に設け、断熱材が前記タンク鋼板側から外側に向かってポリウレタンフォームの密度が減少する密度勾配を有することを特徴とする。本発明のＬＮＧタンクは、船舶に固定された、とくにタイプＣのＬＮＧタンクとするのが好適である。上述のように、タイプＣのＬＮＧタンクは、船舶の大きさ等によって様々な形状を取り得るが、本発明の断熱材を適用することにより、ＬＮＧタンクの鋼板に顕著な熱収縮が生じた場合でも亀裂や剥離等が抑制される。

なお、本発明者らは、タイプＣのＬＮＧタンクにＬＮＧを貯蔵し、圧力容器の鋼板側から外側に向かって樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有する断熱材を用いることにより、鋼板が熱収縮しても断熱材に亀裂や剥離が生じないことを確認している。
具体的には、図２に示す形態において、樹脂発泡体２２および２４として２液型のポリウレタンフォームを用い、樹脂発泡体２２の密度を６０ｋｇ／ｍ^３、樹脂発泡体２４の密度を４０ｋｇ／ｍ^３とし、断熱材の合計厚さを４００ｍｍとしたときに、鋼板が熱収縮しても断熱材に亀裂や剥離が生じないことを確認している。

１タイプＣの液化天然ガスタンク
１２圧力容器
１４架台
２０本発明の断熱材
２２樹脂発泡体
２４樹脂発泡体
２６補強層
１２１鋼板
４２ガラスメッシュ

Claims

タイプＣの液化天然ガスタンクのタンク鋼板の外表面に設けられる断熱材であって、
前記断熱材は、樹脂発泡体を含み、
前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって８０ｋｇ／ｍ^３～３０ｋｇ／ｍ^３の範囲で前記樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有し、
前記断熱材の厚さが、３００ｍｍ～５００ｍｍの範囲内である、
ことを特徴とする液化天然ガスタンク用断熱材。
前記樹脂発泡体が、ポリウレタンフォームであることを特徴とする請求項１に記載の液化天然ガスタンク用断熱材。
前記断熱材は、厚さ方向において密度が異なる樹脂発泡体の複数の層からなることにより、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記樹脂発泡体の密度が段階的に減少する密度勾配を有することを特徴とする請求項１または２に記載の液化天然ガスタンク用断熱材。
前記断熱材の厚さ方向と直交する方向に平面を有するように、ガラスメッシュが設けられてなることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の液化天然ガスタンク用断熱材。
タイプＣの液化天然ガスタンクのタンク鋼板の外表面に、樹脂発泡体を含む断熱材を設ける断熱材形成工程を有し、
前記断熱材形成工程によって、前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって８０ｋｇ／ｍ^３～３０ｋｇ／ｍ^３の範囲で前記樹脂発泡体の密度が減少する密度勾配を有し、
前記断熱材の厚さが、３００ｍｍ～５００ｍｍの範囲内である
ことを特徴とする液化天然ガスタンク用断熱材の施工方法。
前記樹脂発泡体が、ポリウレタンフォームであり、
前記断熱材形成工程は、前記ポリウレタンフォームを吹き付ける吹付工程を含み、
前記吹付工程は、密度の異なるポリウレタンフォームを複数回にわたり吹き付けて前記タンク鋼板の外表面に断熱材を形成するものであり、
前記吹付工程によって、前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記ポリウレタンフォームの密度が減少する密度勾配が形成される
ことを特徴とする請求項５に記載の液化天然ガスタンク用断熱材の施工方法。
請求項２に記載の液化天然ガスタンク用断熱材が、タンク鋼板の外表面に設けられ、前記断熱材は、前記タンク鋼板側から外側に向かって前記ポリウレタンフォームの密度が減少する密度勾配を有することを特徴とするタイプＣの液化天然ガスタンク。