JP2007024166A

JP2007024166A - 低温液化ガス供給装置

Info

Publication number: JP2007024166A
Application number: JP2005206647A
Authority: JP
Inventors: Kanichi Hirai; 寛一平井; Masaki Hirokawa; 昌樹弘川; Akira Takaike; 明高池
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】液化ガスポンプを停止させたときの低温液化ガスの蒸発ロスを低減することができ、高価な低温液化ガスを有効に利用することができる低温液化ガス供給装置を提供する。
【解決手段】低温液化ガス貯槽１１に貯蔵した低温液化ガスをサブマージドポンプ１２で昇圧して供給する低温液化ガス供給装置において、液化ガス供給弁１４Ｖを閉じてサブマージドポンプ１２を停止させたときに、ポンプ入口弁１３Ｖを開状態に保ちつつ、バイパス弁１５Ｖ及びベント弁１６Ｖを閉状態とし、バイパス経路１５及びベント経路１６内で蒸発したガスの圧力により、これらの経路内及びサブマージドポンプ１２のケーシング１２ａ内に残留した低温液化ガスを断熱構造に優れた低温液化ガス貯槽１１に回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温液化ガス供給装置に関し、詳しくは、液化窒素、液化酸素、液化アルゴン、液化天然ガス、液化石油ガス等の低温液化ガスを貯蔵した低温液化ガス貯槽からポンプを使用して低温液化ガスを供給する低温液化ガス供給装置に関する。

例えば、低温液化ガス貯槽に貯蔵した低温液化ガスを他の低温液化ガス貯槽やタンクローリーに移液したり、昇圧した低温液化ガスを蒸発させた後に高圧ガス容器に充填したりするため、低温液化ガス貯槽に貯蔵した低温液化ガスを貯槽底部から液導入経路（ポンプ入口経路）に抜き出し、液化ガスポンプで所定圧力に昇圧して液化ガス供給先に供給する低温液化ガス供給装置が用いられている。また、液化ガスポンプの吐出側には、ポンプ部で発生した気泡を低温液化ガス貯槽に戻すためのガス抜出経路（ベント経路）や、余剰の低温液化ガスを低温液化ガス貯槽に戻すための戻し経路（バイパス経路）、さらに、低温液化ガス貯槽内が一定圧力以上に上昇することを防止するための圧力調整弁等が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

このような低温液化ガス供給装置では、低温液化ガスの供給を開始する前に、低温液化ガスが接触するポンプや配管等の機器をあらかじめ低温液化ガスの温度にまで冷却する予冷操作を行う必要がある。通常、この予冷操作は、ベント経路に設けられているベント弁及びバイパス経路に設けられているバイパス弁を開いた後、ポンプ入口経路に設けられているポンプ入口弁を開いて低温液化ガス貯槽の底部から液化ガスポンプに低温液化ガスを導入し、ポンプ部や配管に接触して蒸発したガスをベント経路やバイパス経路を通して低温液化ガス貯槽の上部に回収することにより行われている。また、蒸発ガスの流入によって低温液化ガス貯槽内の圧力が設定圧力より上昇したときには、圧力調整弁が開いて貯槽内のガスを放出するようにしている。

予冷操作が完了すると、液化ガス供給弁の一次側では低温液化ガスはほとんど蒸発しなくなり、ベント経路やバイパス経路に流れ込んだ低温液化ガスの液面は、低温液化ガス貯槽内の液面と同じ高さとなる。この状態で液化ガスポンプを起動するとともに液化ガス供給弁を開くことにより、昇圧した低温液化ガスが液化ガス供給経路を通って供給先に供給される。また、昇圧した低温液化ガスの一部は、バイパス経路を通って低温液化ガス貯槽内に戻され、ポンプ部で発生した気泡もベント経路を通って低温液化ガス貯槽内に回収される。

低温液化ガスの供給を停止するときには、液化ガス供給弁を閉じるとともに液化ガスポンプを停止させ、ベント弁やバイパス弁、ポンプ入口弁は開いたままの待機状態としておくことにより、低温液化ガスの供給を再開するときに予冷操作を行わずに迅速に起動できるようにしている。
実用新案登録第３０６５１３１号公報

しかし、前述の待機時間が長くなると、低温液化ガス貯槽に比べて断熱性能が低い配管部分等での外部からの熱侵入により、バイパス経路やベント経路、ポンプ入口経路内の低温液化ガスが蒸発し、蒸発ガスがバイパス経路やベント経路を通って低温液化ガス貯槽内に流入するとともに、バイパス経路やベント経路における液面のバランスを保つために低温液化ガス貯槽内の低温液化ガスがポンプ入口経路を通ってこれらの経路内に流入する。これらの経路内に新たに流入した低温液化ガスも外部からの熱侵入によって蒸発するため、蒸発して昇温したガスが次々と低温液化ガス貯槽内に流入することになる。これにより、低温液化ガス貯槽内の圧力が次第に上昇し、貯槽内の圧力が所定圧力を超えると圧力調整弁が開いて貯槽内のガスを外部に放出する。したがって、待機時間が長くなるのに伴って低温液化ガスの蒸発ロスが増加することになる。

蒸発ロスを低減するため、低温液化ガスが流れる配管を真空断熱構造として断熱性能を向上させることも可能ではあるが、弁や各種計測器を含めた配管全体の断熱性能を上げるためには多大な費用が必要であり、装置コストの大幅な上昇を招くことになる。また、ポンプ入口弁を閉じることにより、低温液化ガス貯槽内の低温液化ガスが各経路内に新たに流入することを防止することはできるが、この場合でも、ポンプ部やバイパス経路、ベント経路に残留した低温液化ガスが蒸発して低温液化ガス貯槽内に流入し、貯槽内の圧力を上昇させるため、最終的には圧力調整弁から放出されて蒸発ロスとなる。

そこで本発明は、液化ガスポンプを停止させたときの低温液化ガスの蒸発ロスを低減することができ、高価な低温液化ガスを有効に利用することができる低温液化ガス供給装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の低温液化ガス供給装置は、低温液化ガス貯槽に貯蔵した低温液化ガスを液化ガスポンプで昇圧して供給する低温液化ガス供給装置において、ポンプ入口弁を介して前記低温液化ガス貯槽の下部と前記液化ガスポンプの液導入口とを接続するポンプ入口経路と、液化ガス供給弁を介して前記液化ガスポンプの液吐出口と液化ガス供給先とを接続する液化ガス供給経路と、バイパス弁を介して前記液化ガスポンプの液吐出口と前記低温液化ガス貯槽の上部とを接続するバイパス経路と、前記低温液化ガス貯槽内の圧力上昇を防止するための圧力調整弁とを備え、前記液化ガス供給弁を閉じて前記液化ガスポンプを停止させたときに、前記ポンプ入口弁を開状態に保ちつつ、前記バイパス弁が閉状態となることを特徴としている。

特に、本発明の低温液化ガス供給装置は、前記液化ガスポンプが真空断熱されたケーシング内の低温液化ガス中にポンプ本体を浸漬させるサブマージドポンプであり、ベント弁を介して前記低温液化ガス貯槽の上部と前記ケーシングの上部とを接続するベント経路を有するとともに、前記ベント弁は、前記液化ガスポンプの停止時に閉状態となることを特徴としている。

さらに、本発明の低温液化ガス供給装置は、前記バイパス弁やベント弁が前記低温液化ガス貯槽の最高貯蔵液面レベルよりも高位置に設けられていること、前記液化ガスポンプの液導入口より上方位置に設定した基準液面レベルよりも液面が低下したときに前記ポンプ入口弁が閉状態となり、かつ、前記バイパス弁及び前記ベント弁の少なくともいずれか一方が開状態となること、前記バイパス経路は前記液化ガスポンプの液吐出口との接続側から、また、前記ベント経路はケーシング上部との接続部から鉛直方向に立ち上がって前記低温液化ガス貯槽の上部に接続していることを特徴としている。

本発明の低温液化ガス供給装置によれば、液化ガス供給弁を閉じて液化ガスポンプを停止させたときに、ポンプ入口弁を開状態、バイパス弁やベント弁を閉状態とするので、バイパス経路やベント経路で蒸発したガスは、閉状態のバイパス弁やベント弁によって低温液化ガス貯槽側の経路が遮断されているので低温液化ガス貯槽内に流入することはなく、蒸発したガスの圧力によってバイパス経路やベント経路内の低温液化ガスを液化ガスポンプ側に押し下げることになる。したがって、ポンプ部等に残留している低温液化ガスは液状態を保ったままポンプ入口経路を逆流して断熱性能に優れた低温液化ガス貯槽内に戻されることになるので、蒸発ロス量を大幅に低減することができる。

図１は本発明の第１形態例を示すもので、液化ガスポンプとしてサブマージドポンプを使用した低温液化ガス供給装置の系統図である。この低温液化ガス供給装置は、低温液化ガスを貯蔵する低温液化ガス貯槽１１と、低温液化ガスを昇圧する液化ガスポンプ（サブマージドポンプ）１２と、ポンプ入口弁１３Ｖを介して低温液化ガス貯槽１１の下部とサブマージドポンプ１２のケーシング１２ａに設けられた液導入口１２ｂとを接続するポンプ入口経路１３と、液化ガス供給弁１４Ｖ及び逆止弁１４Ｃを介してサブマージドポンプ１２の液吐出口１２ｃと液化ガス供給先（図示せず）とを接続する液化ガス供給経路１４と、バイパス弁１５Ｖを介してサブマージドポンプ１２の液吐出口１２ｃと低温液化ガス貯槽１１の上部とを接続するバイパス経路１５と、ベント弁１６Ｖを介してサブマージドポンプ１２のケーシング１２ａ上部と低温液化ガス貯槽１１の上部とを接続するベント経路１６と、低温液化ガス貯槽１１内の圧力上昇を防止するための圧力調整弁１７とを備えている。

低温液化ガス貯槽１１は、内槽と外槽との間に真空断熱層を形成したものであり、サブマージドポンプ１２のケーシング１２ａは、上部が開口した内容器と外容器との間に真空断熱層を形成し、上部開口を閉塞する蓋部材にポンプ本体１２ｄを吊り下げてケーシング１２ａ内に配置している。また、ケーシング１２ａの内部には、ケーシング１２ａ内の液面を検出する液面センサ１８が設けられている。

サブマージドポンプ１２は、低温液化ガス貯槽１１より下方に配置されており、低温液化ガス貯槽１１内の低温液化ガスは、自重によって低温液化ガス貯槽１１からサブマージドポンプ１２のケーシング１２ａ内に流入する。したがって、運転中のポンプ本体１２ｄは、ケーシング１２ａ内の低温液化ガス中に浸漬された状態となる。

ポンプ入口経路１３は、経路中にガス溜まりが発生して低温液化ガスの流れに支障を来さないようにサブマージドポンプ１２側に向かう下り勾配を有しており、ポンプ入口経路１３が接続する液導入口１２ｂは、ポンプ本体１２ｄの底部に設けられている吸込口よりも高位置に設けられている。

バイパス経路１５のポンプ側は、液化ガス供給経路１４と合流した状態でサブマージドポンプ１２の液吐出口１２ｃに接続しており、液吐出口１２ｃに対して鉛直方向に低温液化ガス貯槽１１の最上部付近まで立ち上がった後、低温液化ガス貯槽１１方向に屈曲して槽上部に接続している。ベント経路１６は、ケーシング１２ａの上部から鉛直方向に低温液化ガス貯槽１１の最上部付近まで立ち上がった後、低温液化ガス貯槽１１方向に屈曲して槽上部に接続している。また、バイパス弁１５Ｖ及びベント弁１６Ｖは、バイパス経路１５及びベント経路１６の上方部分で、低温液化ガス貯槽内の最高貯蔵液面レベルより上方位置に設けられている。

低温液化ガス供給装置を初めて運転するとき、あるいは、長期間休止後に運転を再開するときには、最初に予冷操作を行う。通常、この状態では低温液化ガス貯槽１１内の圧力は圧力調整弁１７の作用で一定に保たれており、各経路の弁は全て閉じ状態となっている。したがって、低温液化ガス貯槽１１内の圧力とポンプ部周辺経路内の圧力とが異なっているので、まず、バイパス弁１５Ｖ及びベント弁１６Ｖを開き、低温液化ガス貯槽１１内のガス相とポンプ部周辺経路内とを連通させて圧力を均衡させる。

圧力均衡化後にポンプ入口弁１３Ｖを開くと、低温液化ガス貯槽１１内の低温液化ガスが自重でポンプ入口経路１３に流入し、ポンプ入口経路１３を冷却しながら液導入口１２ｂを通ってケーシング１２ａ内に流入する。ケーシング１２ａ内に流入した低温液化ガスは、ケーシング１２ａやポンプ本体１２ｄ等を冷却することによって蒸発し、蒸発したガスは、バイパス経路１５やベント経路１６を通って低温液化ガス貯槽１１の上部に流入する。サブマージドポンプ１２が低温液化ガス温度に冷却されると、低温液化ガスはバイパス経路１５やベント経路１６を冷却しながら上昇し、最終的には、これらの経路内の液面が低温液化ガス貯槽１１内の液面と同一高さになる。予冷操作中は、蒸発して昇温したガスが低温液化ガス貯槽１１に流入して貯槽内圧力が上昇するので、圧力調整弁１７が適宜開閉作動して貯槽内のガスを外部に放出し、貯槽内圧力を一定に保つ。

予冷操作終了後にサブマージドポンプ１２を起動するとともに液化ガス供給弁１４Ｖを所定量開くことにより、昇圧された低温液化ガスは、液化ガス供給弁１４Ｖ及び逆止弁１４Ｃを通って液化ガス供給経路１４から液化ガス供給先に供給される。また、昇圧された低温液化ガスの一部は、バイパス経路１５を通り、所定開度に調節されたバイパス弁１５で貯槽内圧力程度に減圧されてから低温液化ガス貯槽１１に戻され、ケーシング１２ａ内で蒸発したガスは、ベント経路１６を通って低温液化ガス貯槽１１に戻される。

低温液化ガスの供給運転を停止する際には、液化ガス供給弁１４Ｖを閉じてサブマージドポンプ１２を停止させるとともに、前記ポンプ入口弁１３Ｖを開状態に保ちつつ、前記バイパス弁１５Ｖ及びベント弁１６Ｖを閉じ状態とする。

このように、停止時にポンプ入口弁１３Ｖを開状態、バイパス弁１５Ｖ及びベント弁１６Ｖを閉じ状態とすることにより、バイパス経路１５及びベント経路１６の低温液化ガス貯槽１１側が遮断された状態となる。したがって、バイパス経路１５及びベント経路１６内で熱侵入によって蒸発したガスは、バイパス弁１５Ｖ及びベント弁１６Ｖの一次側に溜まることになる。時間の経過とともに蒸発したガスの体積が増加すると、体積の増加に伴う圧力上昇により、バイパス経路１５及びベント経路１６の弁一次側に残留している低温液化ガスをサブマージドポンプ１２側に押し下げることになる。

すなわち、運転停止時にサブマージドポンプ１２のケーシング１２ａ内、バイパス経路１５内、ベント経路１６内に残留した低温液化ガスは、蒸発ガスの作用でポンプ入口経路１３を逆流し、断熱性能が高い低温液化ガス貯槽１１内に回収されることになり、経路中に残留していたときに比べて蒸発量が大幅に低減する。

このとき、バイパス弁１５Ｖやベント弁１６Ｖの二次側に低温液化ガスが残留していると、蒸発したガスは低温液化ガス貯槽１１の上部に流入してしまうので、低温液化ガスの貯槽内への回収には利用することができないが、バイパス弁１５Ｖ及びベント弁１６Ｖを低温液化ガス貯槽内の最高貯蔵液面レベルより上方位置に設けておくことにより、バイパス経路１５やベント経路１６内に残留した低温液化ガスの全量を低温液化ガスの貯槽内への回収に有効に利用することができる。低温液化ガスを低温液化ガス貯槽１１に回収することによって貯槽内圧力が上昇すると、圧力調整弁１７が作動して貯槽内圧力を自動的に一定に保つ。

この運転停止時間が長くなり、ケーシング１２ａ、バイパス経路１５、ベント経路１６で蒸発したガスの体積が増加してケーシング１２ａ内の液面が液導入口１２ｂより低下すると、蒸発ガスがポンプ入口経路１３を通って低温液化ガス貯槽１１の下部に流入し、蒸発ガスと接触した低温液化ガスを加温してしまい、低温液化ガス貯槽１１内で蒸発ロスが発生することになる。

そこで、ケーシング１２ａに設けた液面センサ１８でケーシング１２ａ内の液面を監視し、液導入口１２ｂより上方位置にあらかじめ設定した基準液面レベルよりもケーシング１２ａ内の液面が低下したときには、ポンプ入口弁１３Ｖを閉状態とし、ベント弁１６Ｖを開状態とする。これにより、ポンプ入口経路１３がポンプ入口弁１３Ｖによって遮断され、蒸発したガスはベント経路１６を通って低温液化ガス貯槽１１の上部に回収されるので、ケーシング１２ａ内の液面が液導入口１２ｂより低下しても、ポンプ入口経路１３を通って低温液化ガス貯槽１１の下部に蒸発ガスが流入することを防止できる。なお、ベント弁１６と同時にバイパス弁１５Ｖを開いてもよく、バイパス弁１５Ｖのみを開いてもよい。

図２は本発明の第２形態例を示すもので、液化ガスポンプとして常温部に配置した駆動装置、例えばモーターによって低温部のポンプ本体を駆動する形式のポンプを使用した低温液化ガス供給装置の系統図である。なお、以下の説明において、前記第１形態例で示した低温液化ガス供給装置における構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例に示すような液化ガスポンプ２１は、ポンプ本体２１ａの断熱構造としてパーライト、フォームグラス、硬質ポリウレタンフォーム等を使用した非真空断熱構造が多く採用されているため、前述のサブマージドポンプに比べてポンプ本体２１ａへの熱侵入量は多いが、構造が比較的簡単で安価であることから、低温液化ガス供給装置用の液化ガスポンプとして多く用いられている。

このような非真空断熱構造の液化ガスポンプを用いた従来の低温液化ガス供給装置では、液化ガス供給弁１４Ｖを閉じて液化ガスポンプ２１を停止させたときに、ポンプ入口弁１３Ｖを閉じてバイパス弁１５Ｖを開いた状態としていた。したがって、熱侵入量が多いことから、比較的短時間の運転停止でもポンプ入口弁１３Ｖの二次側に残留した低温液化ガスの略全量が蒸発し、バイパス経路１５を通って低温液化ガス貯槽１１の上部に流入し、最終的に圧力調整弁１７から外部に放出されていた。

そこで本形態例では、液化ガス供給弁１４Ｖを閉じて液化ガスポンプ２１を停止させたときに、ポンプ入口弁１３Ｖを開状態に保ちつつ、バイパス弁１５Ｖを閉状態とするようにしている。これにより、運転停止時にポンプ部等で蒸発したガスは、バイパス経路１５を上昇してバイパス弁１５Ｖの一次側に溜まり、蒸発ガス量の増加に伴う圧力上昇によってバイパス経路１５内の低温液化ガスを液化ガスポンプ２１側に押し下げる。したがって、ポンプ本体２１ａ内等の低温液化ガスは、ポンプ入口経路１３を逆流して断熱性能が高い低温液化ガス貯槽１１内に回収され、蒸発ロスを低減することができる。

また、前記第１形態例と同様に、残留した液面が液化ガスポンプ２１の液導入口２１ｂより低下すると、蒸発ガスがポンプ入口経路１３を通って低温液化ガス貯槽１１の下部に侵入し、貯蔵されている低温液化ガスを加温してしまうので、液導入口２１ｂよりも上方位置に液面センサ２２を配置し、基準液面レベルよりも液面が低下したときにポンプ入口弁１３Ｖを閉じてバイパス弁１５Ｖを開き、蒸発ガスが低温液化ガス貯槽１１の下部に侵入しないようにする。液面センサ２２は、ポンプ本体２１ａの構造に応じて適当な位置に設けることが可能であり、ポンプ本体２１ａ内に設けることもでき、液吐出口２１ｃに接続した配管部分に設けることもできる。

なお、液化ガスポンプとしては、ポンプ停止時に低温液化ガスが液吐出口側から液導入口側に流れる構造であれば、任意の構造を採用することができ、駆動部との接続も直結の他、ギアやベルトを用いた各種動力伝達構造を採用することができる

本発明の第１形態例を示す低温液化ガス供給装置の系統図である。本発明の第２形態例を示す低温液化ガス供給装置の系統図である。

符号の説明

１１…低温液化ガス貯槽、１２…液化ガスポンプ（サブマージドポンプ）、１２ａ…ケーシング、１２ｂ…液導入口、１２ｃ…液吐出口、１２ｄ…ポンプ本体、１３…ポンプ入口経路、１３Ｖ…ポンプ入口弁、１４…液化ガス供給経路、１４Ｃ…逆止弁、１４Ｖ…液化ガス供給弁、１５…バイパス経路、１５Ｖ…バイパス弁、１６…ベント経路、１６Ｖ…ベント弁、１７…圧力調整弁、１８…液面センサ、２１…液化ガスポンプ、２１ａ…ポンプ本体、２１ｂ…液導入口、２２…液面センサ

Claims

低温液化ガス貯槽に貯蔵した低温液化ガスを液化ガスポンプで昇圧して供給する低温液化ガス供給装置において、ポンプ入口弁を介して前記低温液化ガス貯槽の下部と前記液化ガスポンプの液導入口とを接続するポンプ入口経路と、液化ガス供給弁を介して前記液化ガスポンプの液吐出口と液化ガス供給先とを接続する液化ガス供給経路と、バイパス弁を介して前記液化ガスポンプの液吐出口と前記低温液化ガス貯槽の上部とを接続するバイパス経路と、前記低温液化ガス貯槽内の圧力上昇を防止するための圧力調整弁とを備え、前記液化ガス供給弁を閉じて前記液化ガスポンプを停止させたときに、前記ポンプ入口弁を開状態に保ちつつ、前記バイパス弁が閉状態となることを特徴とする低温液化ガス供給装置。
前記バイパス弁は、前記低温液化ガス貯槽の最高貯蔵液面レベルよりも高位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の低温液化ガス供給装置。
前記液化ガスポンプの液導入口より上方位置に設定した基準液面レベルよりも液面が低下したときに前記ポンプ入口弁が閉状態となり、かつ、前記バイパス弁が開状態となることを特徴とする請求項１又は２記載の低温液化ガス供給装置。
前記バイパス経路は、前記液化ガスポンプの液吐出口との接続側から鉛直方向に立ち上がって前記低温液化ガス貯槽の上部に接続していることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の低温液化ガス供給装置。
前記液化ガスポンプが真空断熱されたケーシング内の低温液化ガス中にポンプ本体を浸漬させるサブマージドポンプであり、ベント弁を介して前記低温液化ガス貯槽の上部と前記ケーシングの上部とを接続するベント経路を有するとともに、前記ベント弁は、前記液化ガスポンプの停止時に閉状態となることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の低温液化ガス供給装置。
前記ベント弁は、前記低温液化ガス貯槽の最高貯蔵液面レベルよりも高位置に設けられていることを特徴とする請求項５記載の低温液化ガス供給装置。
前記ケーシングに設けられた液導入口より上方位置に設定した基準液面レベルよりもケーシング内の液面が低下したときに前記ポンプ入口弁が閉状態となり、かつ、前記バイパス弁及び前記ベント弁の少なくともいずれか一方が開状態となることを特徴とする請求項５又は６記載の低温液化ガス供給装置。
前記ベント経路は、前記ケーシングの上部から鉛直方向に立ち上がって前記低温液化ガス貯槽の上部に接続していることを特徴とする請求項５乃至７いずれか１項記載の低温液化ガス供給装置。