JP2020530086A - 極低温流体貯蔵タンク - Google Patents

Abstract

極低温タンクのメンブレン壁を収容する密閉空間を提供する外側の機械的支持構造（20）を含む液化天然ガス（LNG）貯蔵タンクを開示する。スペーサ要素（21）が、鋼板、鋼棒、木製ビーム、および合板の混合物によって構成されるメンブレン壁を支持している。

Description

発明の分野
本発明は、極低温流体貯蔵タンクに関し、特に、少なくとも2つの独立して配置された同心的鋼要素を内側に支持する外側支持構造を含むタンク設計に関する。

発明の背景
天然ガスは、家庭にエネルギーを供給するだけでなく、多くの工業プロセスにおいて使用される主要なエネルギー源である。それぞれの消費者へのガスの供給は、地上ガス田だけでなく沖合ガス田からもガスを配給するインフラストラクチャを必要とする。不均一な生産速度または配給を考慮してバランスのとれたLNG消費を可能にすることは、通常、消費者とガス田からの供給との間に、生産速度または供給量の任意の変動の緩衝を提供する液化天然ガス（LNG）貯蔵タンク施設を必要とする。

天然ガスを運搬し、貯蔵するときの大きな問題がガスの体積である。したがって、体積は概して、天然ガスを冷却して−165℃付近でガスを液相に転換することによって減らされる。すると、液体の体積は出発ガスの体積のわずか約1/600になる。したがって、液化天然ガス（LNG）は、天然ガスを運搬し、貯蔵するときに好ましい相である。

当業者には公知であるように、メタン、エチレンおよびプロパンなどの他のタイプの極低温ガスを運搬し、貯蔵するときにも同じ技術が使用される。

極低温ガスの例として、本明細書においては、ガスまたは流体の非限定的な例としてLNGが使用される。

液化LNGの貯蔵および運搬は、低い温度だけが原因ではなく、安全性の問題にも起因して、技術的な難題である。

LNGシステムに伴う極低温は、バルク輸送および貯蔵に関していくつかの安全性考慮事項を生む。もっとも重要には、LNGは、周囲温度とLNG燃料温度との間の極端な温度差によって起こる燃料の一定の加熱のせいで、集中的なモニタリングおよび制御を要する燃料である。高度に断熱されたタンクでさえ、常に、連続的な内圧の増大と、たとえば燃料蒸気ベントを使用し、それによって蒸気を周囲大気へと安全に抜く必要がある。LNGをパイプで輸送するときには、過剰量の蒸気の形成、ひいてはパイプライン内での圧力増大を避けるために、輸送パイプラインを冷却する必要がある。

別の考慮事項は、低温では多くの材料がそれらの強度に変化をきたして、それらの所期の用途にとって潜在的に危険なものになり得るということである。たとえば、炭素鋼などの材料は低温で延性を失い、ゴムおよび一部のプラスチックなどの材料は延性および衝撃強さを大幅に低下させ、落としたとき、または他の外部衝撃力を受けたとき、ばらばらに壊れるおそれがある。

ISO規格12991:2012は、トラック積載LNG貯蔵タンクに関する安全規制を開示している。この規格は、車両上で使用される液化天然ガス（LNG）用の補給可能な燃料タンクの建造要件を規定し、また、火災および／または爆発に起因する人命および財産の損失に対する妥当なレベルの保護を保証するために必要な試験法を提供している。

欧州規格EN 14620、1-5は、LNG貯蔵のための平坦な底を有する垂直円柱形貯蔵タンクの設計ガイドラインを提供している。材料の性質および試験、材料の認証などに関する規則がある。

LNGを運搬する船の設計は厳格な安全要件に従う。船は、船がLNGまたは他の極低温流体を運搬することを許す船舶分類規則にしたがって建造されなければならない。国際海事機関（IMO）が、液化極低温ガスの運搬のために船上で使用される様々な極低温タンク設計に関連する一連の等級および規則を作成している。

フランスのGTT Technigaz社は、合板、波形鋼板および断熱材の組み合わせの使用に基づく、船に適した範囲のLNGタンク設計を開発した。その設計の例が図1に示されている。図1およびGTT技術のより詳細な説明は、リンクhttp://www.gtt.fr/technologies-services/our-technologies/mark-v-systemに開示されている。

GTT設計の主な概念は、断熱された耐漏れ性メンブレンを支持する支持構造として船殻の壁を使用することである。タンク壁はそれぞれの要素のサンドイッチ構造である。船殻は、アセンブル中にいっしょに溶接される波形鋼板を有する層を支持する第一の断熱層と、GTTタンク壁のアセンブル中にいっしょに溶接される波形鋼板の第二の層によって完成されたもう1つの断熱層とのアセンブリを担持する合板パネルを直接支持する。第一および第二の層の鋼板は断熱材料と直接接触している。鋼板面と断熱材料との間に十分な面接触を提供するために、波形は、板の縁に位置し、正方形または長方形の平らな形状の鋼板の周囲にV字形に成形されている。そして、1つの縁に沿うV字形波形のピークが、もう1つの隣接する縁に沿ってもう1つのV字形縁と直交し、すべての側面がいっしょになって、適合された断熱材要素を受けるように適合された平坦な底を有する規則的な嵌め込みを形成する。V字形の縁はいっしょに溶接され、それによってタンク壁の区分を形成する。V字形は、それぞれの鋼板中の熱誘導応力の影響を緩和するように設計されている。

極低温運搬・貯蔵タンク内での液化状態の極低温ガスの運搬は、それぞれのタンク設計が国内および国際的な安全規制を満たすことを必要とする。

液化極低温ガスを船で運搬するときの難題は、悪天候がタンクの機械的完全性に影響し得、それがガスの漏れおよび起こりうる爆発を招き得るということである。

船が過酷な天候条件にさらされるとき、液化ガスのタンク内の揺動および波動が、タンクメンブレンに対し、バリヤを破断し得る大きさの効果を提供し、その後、漏れおよび爆発が起こり得ることが知られている。

液化極低温ガスを陸路で運搬するときには、運搬タンクを支持するトラックが衝突事故を起こし、タンクが損傷するおそれがある。

液化極低温ガスを貯蔵タンクに入れて地上で貯蔵するときには、貯蔵タンクは、悪天候および／または地質学的現象からのバフェッティングを被るおそれがある。

従来技術において公知であるように、極低温は材料に影響を及ぼす。したがって、特定の鋼質だけが許される。たとえば、鋼質304が、極低温タンクの鋼メンブレンに一般的に使用されて、衝撃および極低温に対する機械的完全性に関して有益な性質を提供する。

LNGタンク設計または極低温タンク設計は概して従来当局において技術を認証するが、それぞれのLNGまたは極低温タンク設計の様々な適用分野に利用可能な特定の異なる設計があると思われる。たとえばLNGタンクの任意の適用分野は同じ技術的難題の多くに直面するという事実にもかかわらず、トラック積載LNG運搬タンクは陸上の垂直貯蔵タンクとは実質的に異なり、船上のLNG貯蔵タンクは他の適用分野の他の設計とは異なる。さらに、陸地ベースの貯蔵タンクに関する主な違いは、タンクが地上貯蔵タンク（AST）であるのか、地下貯蔵タンク（UST）であるのかである。

したがって、様々な極低温液体貯蔵タンク用途に適用し、適合させることができる改良された極低温貯蔵タンク設計、特にLNG貯蔵タンクが有利であり、特に、より効率的かつより簡単なLNG貯蔵タンク設計が有利であろう。

発明の目的
本発明のさらなる目的は、従来技術に代わるものを提供することである。

特に、を提供することが本発明の目的とみなされ得る。

したがって、上記目的およびいくつかの他の目的は、本発明の第一の局面において、を提供することによって得られると考えられる。

本発明は、特に、ただし非排他的に、を得るために好都合である。

本発明のそれぞれの局面は他の局面のいずれかと組み合わされてもよい。本発明のこれらおよび他の局面は、本明細書に記載される態様を参照することによって明らかになる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の極低温貯蔵タンクをさらに詳細に説明する。添付図面は、本発明の態様の例を示すものであり、特許請求の範囲に入る他の可能な態様を限定するものと解釈されてはならない。

本発明の態様の例を示す。 本発明の態様の別の例を示す。 本発明の態様の別の例を示す。 本発明の態様の別の例を示す。 本発明の態様の別の例を示す。 本発明の態様の別の例を示す。

態様の詳細な説明
本発明は、特定の態様に関連して説明されたが、決して提示された例に限定されるものと解釈されるべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって記載される。特許請求の範囲に関して、語「含む（「comprising」または「comprises」）」は、他の可能な要素または工程を排除しない。さらに、「1つの（「a」または「an」）」などのような言及は、複数を排除するものと解釈されるべきではない。図中に示される要素に関する特許請求の範囲における符番の使用もまた、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。さらに、異なる請求項の中で述べられる個々の特徴が好都合に組み合わされてもよく、異なる請求項におけるそのような特徴の言及は、特徴の組み合わせが可能かつ好都合ではないということを排除しない。

本発明は、たとえばメンブレン中の鋼板およびそれぞれの支持構造中の木製ビームならびに同じくそれぞれのメンブレンの部分を構成する合板を含む材料の組み合わせを使用する。

図1は、内側の二枚板メンブレン10が合板壁11によって支持されている、本発明の極低温タンク壁の態様の例を示す。図1は極低温壁の一区分を示す。図示される壁区分は、極低温タンクの周囲全体に伸長して、シールされた極低温タンクを画定する。

二枚板メンブレン10は第一および第二の波形鋼板10a、10bを含む。波形パターンは、互いに対面する第一および第二の鋼板上の凹みによって形成された、メンブレンの表面上に分布したバブルとして見ることができる。

第一の鋼板10a上の凹みは第二の鋼板10bの凹みに対して水平方向に変位している。そして、第一の鋼板10aの「山」が第二の鋼板10bの「谷」の上に位置している。これにより、密閉空間の繰り返しパターンが2つの鋼板の間に配置される。

第一の鋼板10aおよび第二の鋼板10bはそれぞれの溶接点15で互いに溶接されている。第一の鋼板10aは、第一の鋼板10aに隣接するさらなる第一の鋼板に溶接されることができる。同様に、第二の鋼板10bは、さらなる隣接する第二の鋼板に溶接されることができる。すると、符番14によって示すように、二枚板波形メンブレンを製作することができる。

また、図1に示す態様の例においては、さらなる合板壁23によって支持されたさらなる一枚板鋼メンブレン13がある。一枚板鋼板メンブレン13上、離間して波形12が配置されている。波形のための空間は、一枚板メンブレン13を支持する支持合板23の表面上に凹み12として配置されている。

一枚板メンブレンは、符番22によって示すように、複数の単一鋼板が溶接されることによって構成されている。接合カバー22がそれぞれの隣接する鋼板の間のジョイントに溶接されている。カバーのための空間が、二枚板メンブレン10を支持する鋼板11の内側に提供されている。

さらなる合板がさねはぎによって合板23と接合する。

タンク壁のそれぞれの区分は、タンク壁と外側の機械的支持構造20との間に空間を提供するスペーサ要素21に取り付けられる。外側の機械的支持構造は、船殻または陸地ベースのタンクアセンブリのコンクリート壁であることができる。他の外側支持構造はコンテナ壁および類似の物体であることができる。

結合要素19が、二枚板メンブレンの、合板壁11に対面する側に溶接されている。スペーサ要素21がたとえばねじカップリング18によって結合要素に取り付けられている。スペーサ要素はさらに、一枚板メンブレン13および合板壁23を通してガイドされ、たとえばヒンジ接続によって外側の機械的支持構造20に接続される。スペーサ要素21は一枚板メンブレン13を通してガイドされ、その中では、接合カバー17が、スペーサ要素21の周囲の全側面で一枚板メンブレン11表面に溶接されている。スペーサ要素21は、接合カバー17中の適合された穴を通過し、接合カバー17に溶接され得る。

スペーサ要素21は、内側の二枚板メンブレン10に取り付けられた結合要素19に接続されている鋼ボルトを含むハイブリッド設計である。機械的支持構造20に近い反対側で、鋼ボルトはたとえば木製ビームの中に組み込まれる。ナット19が木製ビーム21中のアクセス可能な空洞内に配置されている。ナット19が締められると、壁アセンブリ全体が接合カバー17と結合要素19との間で締め付けられて、耐漏れ性の極低温タンク壁を提供する。

図2は、本発明の態様の別の例を示す。この態様の例と図1に示す例との違いは、二枚板メンブレン10が一枚板波形鋼メンブレン10cによって置き換えられることである。スペーサ要素などに関する他の詳細は同じである。また、合板23によって支持された一枚板メンブレン13が存在する。

図3は、図1に示す例に開示されているような二枚板波形メンブレン10のみを含む本発明の態様のさらなる例を示す。この態様の例において、一枚板メンブレン13は除かれている。その結果、この態様の例においては合板壁23のみが存在する。スペーサ要素などは、本発明の他の態様の例におけるものと同じである。

図4は、図3に示す例の二枚板波形メンブレン10が、3つの接合された波形メンブレン板を含む三枚板メンブレン10dによって置き換えられる別の態様の例を示す。タンクの内側から順に見ると、図1および3に開示された態様の例におけるように、第一および第二の波形鋼板が配置されている。第一の波形鋼板は第二の波形鋼板に対して水平方向に変位して、上記のような「バブル」を画定している。第一および第二の波形鋼板に対して同じく水平方向に変位した第三の波形鋼板が第二の鋼板に取り付けられている。すると、二重の「バブル」セットができ、一方のバブルセットは、第一の波形鋼板と第二の波形鋼板との間に形成され、第二の「バブル」セットは第二の波形鋼板と第三の波形鋼板との間に形成される。

図5は、本発明の態様の別の例を示す。例として、図1に開示された同じ構成が使用されている。加えて、図5は、ハイブリッドスペーサ要素21の結合要素19および鋼ボルト中のショックアブソーバ51の使用を開示している。ショックアブソーバは磁気／電気タイプである。そのようなショックアブソーバの性質は、シャフトがショックアブソーバに対して出入りするとき、シャフトの制動を提供するために使用される磁力が磁束の変化とともに変化するという性質である。動きが低速であるとき、ショックアブソーバにおける吸収は最小限である。動きが高速であるとき、アブソーバは作用する。使用することができる別のタイプのショックアブソーバは、吸収の量を制御または調節することができる、磁性粘性流体に基づくものである。

極低温タンクが室温にあるとき、すなわち、タンク内に極低温流体がないとき、メンブレン10は合板壁11に載る。極低温流体がタンク内に充填されると、メンブレン10の鋼材料が収縮し始める。たとえば、タンクが円柱形を有するならば、タンクの直径が縮小する。壁の変位の絶対量はタンクの実寸法に依存する。大きなタンクはたとえば小さめのタンクよりも大きな直径縮小の絶対値を有する。しかし、動きはむしろ低速であり、アブソーバのシャフトは、接続されたメンブレンの内への動きに追従する。タンク内で突然のスラッシングがあるならば、内側メンブレンに対する衝撃はアブソーバによって吸収される。衝撃力は、他のメンブレンおよび鋼板パネルを通してガイドされて、外側の機械的支持構造20、たとえば船殻に入る。また、たとえば大きな波が船殻の側面に当たるならば、ショックアブソーバは、タンクのメンブレンおよび壁への力の伝達を最小限にするということに注目することが重要である。

図6は、本発明の態様の別の例を示す。この例は、スペーサ要素21と機械的支持構造20との間に位置するボールジョイント60の使用を例示する。同じボールジョイントがタンク壁のより近く、またはそれに隣接して配置されることができる。効果は、たとえば船殻に当たる波によって構造がねじれる、または動くとき、スペーサ要素へのねじれ力の伝達が最小限にされ、それにより、タンクの完全性がよりよく保護されることである。

本発明の局面は、本発明のLNG貯蔵タンクの強度が以下の特徴によって制御可能かつ達成可能であるということである：
・鋼質304が、鋼板を引き裂くことなく既知の限界内で鋼板の伸長を可能にする柔軟性および鋼質を提供する。
・熱膨張および収縮による鋼板の機械的移動が、メンブレン要素のそれぞれの鋼板面に提供された波形要素によって緩和される。
・それぞれのメンブレン要素を木製壁要素、スペーサ要素または直接、機械的支持構造に取り付ける締結ボルトの数を増すことにより、メンブレン要素の機械的完全性をさらに高めることができる。
・さらに、ボルト間のメンブレン面の区域が、それぞれの締結ボルトの周囲の波形によって鋼板中の熱誘導応力を緩和することができる。
・設計の木製要素がタンクの壁のねじれおよび伸長に耐えることができる。
・内側の二枚板メンブレン、木製壁要素および機械的支持構造の間の力の伝達が制御可能であり、特に、木製壁要素と内側の二枚板メンブレン要素との間の力の任意の伝達をなくす、または少なくとも有意に減らすことができる。
・スペーサ要素中、外側の機械的支持構造に接続されたショックアブソーバの使用。
・スペーサ要素中、タンク壁と外側の機械的支持構造との間のボールジョイントの使用。

Claims (10)

1. 極低温タンクのメンブレン壁を収容する密閉空間を提供する外側の機械的支持構造（20）を含む、液化天然（LNG）貯蔵タンクであって、
   該メンブレン壁が、該外側の機械的支持構造の内面側から該LNG貯蔵タンクの内部貯蔵空間へと順に、少なくとも以下の構造要素：
   一端が該機械的支持構造（20）の内面に接続されたスペーサ要素（21）、
   第一の合板壁（23）、
   該第一の合板壁（23）によって支持された一枚板波形鋼メンブレン（13）、
   第二の合板壁（11）、
   第二の波形鋼板（10b）に溶接された第一の波形鋼板（10a）を含む、該第二の合板壁（11）によって支持された二枚板メンブレン（10）
   によって構成されており、
   該第一の波形鋼板（10a）上の波形が該第二の鋼板（10b）に対して横方向に変位し、それにより、分散したバブルのパターンが該二枚板メンブレン（10）の表面上に配置され、
   該スペーサ要素（21）と一体化した鋼棒が一端で該二枚板メンブレン（10）に接続され、該鋼棒の他端が、該スペーサ要素（21）の側面の開口を介してアクセス可能なナット（19）に取り付けられている、
   貯蔵タンク。
2. スペーサ要素（21）の鋼棒が、接合板（17）中の適合された穴を通してガイドされ、該接合板（17）が、該スペーサ要素（21）の該鋼棒の周囲の全側面で一枚板メンブレン（13）に溶接されている、請求項1記載の貯蔵タンク。
3. 一枚板メンブレン（13）の表面上の波形が、第一の合板（23）の表面上の適合された切欠きに嵌め込まれている、請求項1記載の貯蔵タンク。
4. 隣接して位置する複数の合板（23）が、さねはぎ接続によって接続されている、請求項1記載の貯蔵タンク。
5. 二枚板メンブレン（10）が一枚板波形鋼メンブレンによって置き換えられる、請求項1記載の貯蔵タンク。
6. 第一の合板（23）によって支持された一枚板メンブレン（13）が省かれている、請求項1記載の貯蔵タンク。
7. 二枚板メンブレン（10）が、3つの接続された波形鋼板を含む三層メンブレンによって置き換えられる、請求項6記載の貯蔵タンク。
8. タンクの内部空間に対面する鋼メンブレンと、接続されたスペーサ要素（21）との間にショックアブソーバが配置されている、請求項1記載の貯蔵タンク。
9. スペーサ要素（21）の少なくとも一端にボールジョイントが接続されている、請求項1記載の貯蔵タンク。
10. スペーサ要素（21）と機械的支持構造（20）の内壁との間にヒンジが配置されている、請求項1記載の貯蔵タンク。

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