特開 2024-118793 ＬＮＧタンクのパージ方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024118793

(43)【公開日】2024-09-02

(54)【発明の名称】ＬＮＧタンクのパージ方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 9/00 20060101AFI20240826BHJP

   F17C 9/02 20060101ALI20240826BHJP

【ＦＩ】

F17C9/00 B

F17C9/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023025292

(22)【出願日】2023-02-21

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 和弘

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 大地

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 理孝

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA03

3E172AA05

3E172AA06

3E172AB04

3E172AB20

3E172BA06

3E172BB04

3E172BD05

3E172DA90

3E172KA03

3E172KA21

(57)【要約】

【課題】効率的にタンク内を窒素ガスで置換することが可能なＬＮＧタンクのパージ方法を提供する。
【解決手段】ＬＮＧタンクのパージ方法は、ＬＮＧタンク内のタンク下部へ窒素ガスよりも比重の小さい置換ガスを供給するとともに、タンク下部から排気して、タンク内を置換ガスで置換すること、タンク内を置換ガスで置換した後、タンク下部へ窒素ガスを供給するとともに、タンク上部から排気して、タンク内を窒素ガスで置換すること、を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＬＮＧタンク内のタンク下部へ窒素ガスよりも比重の小さい置換ガスを供給するとともに、前記タンク下部から排気して、タンク内を前記置換ガスで置換すること、
タンク内を前記置換ガスで置換した後、前記タンク下部へ窒素ガスを供給するとともに、タンク上部から排気して、タンク内を窒素ガスで置換すること、を含む、
ＬＮＧタンクのパージ方法。

【請求項2】

タンク内を前記窒素ガスで置換した後、前記タンク上部へ空気を供給するとともに、前記タンク下部から排気して、タンク内を空気で置換すること、を更に含む、
請求項１に記載のＬＮＧタンクのパージ方法。

【請求項3】

前記置換ガスは、常温のメタンガスである、
請求項１又は２に記載のＬＮＧタンクのパージ方法。

【請求項4】

前記置換ガスは、前記ＬＮＧタンク又は他のＬＮＧタンクで自然気化により生じた気化ガスである、
請求項１又は２に記載のＬＮＧタンクのパージ方法。

【請求項5】

前記置換ガスは、前記タンク下部から排出された気化ガスとメタンガスとの混合気体である、
請求項１又は２に記載のＬＮＧタンクのパージ方法。

【請求項6】

前記タンク下部からの排気を、前記タンク下部に開口部を有する仮設配管を通じて行う、
請求項１又は２に記載のＬＮＧタンクのパージ方法。

【請求項7】

タンクに仮設されたサンプリング配管によってタンク内の高さの異なる複数の位置でサンプリングを行い、サンプリングされた気体の少なくとも１つの成分濃度を検出する、
請求項１又は２に記載のＬＮＧタンクのパージ方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、液化天然ガス（以下、ＬＮＧ）を貯蔵するＬＮＧタンクにおいて、タンク内をパージする方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＮＧタンクのメンテナンスに先立って行われるパージ作業では、一般に、タンク内のＬＮＧの払い出し、残液の蒸発、タンク内の窒素ガス置換、及び、タンク内の空気置換の順に工程が進行する。

【0003】

ＬＮＧには、メタンだけではなく、エタン、プロパン、及びブタンなどの重質成分が含まれている。定常運転中のＬＮＧタンク内で発生する気化ガス（以下、ＢＯＧ）の成分は大部分がメタンである。パージ作業開始時のＬＮＧタンク底部には重質成分を多く含む残液が存在することがある。特許文献１では、ＬＮＧタンクの残液を排出する方法が開示されている。

【0004】

特許文献１に開示されたＬＮＧタンクの残液排出方法では、先ず、タンク内部に常温に温められたメタンガスが供給される。このメタンガスによってタンク底部の重質成分が強制的に気化され、この重質成分の気化ガスはメタンガスで希釈されて、メタンガスと重質成分の気化ガスが混合したＢＯＧとなってタンク内部に充満する。タンク内が上記のＢＯＧで満たされた状態となったらメタンガスの供給が停止され、その後、タンク内のガスが窒素ガスに一旦置換されてから、更に、この窒素ガスが空気に置換される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１０－１８５０９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＬＮＧタンクに残留しているＬＮＧが気化すると、比重の違いによってプロパンガス及びブタンガスからなるプロパン・ブタン層、エタンガスからなるエタン層、及び、メタンから成るメタン層が形成される。この状態でＬＮＧタンク内を窒素ガスに置換する場合に、以下のような理由から理想的なピストンフローを形成することが難しい。第１に、エタンガスの比重（1.049）と窒素ガスの比重（0.967）が近いことから、ＬＮＧタンク内に供給された窒素ガスがエタン層で拡散して、置換のために多量の窒素ガスが必要となる。第２に、プロパンガスの比重（1.56）及びブタンガスの比重（2．09）は窒素ガスの比重よりも著しく大きいことから、プロパン・ブタン層がタンク底部に滞留してしまう。ここで、比重は標準状態（０℃、101523Ｐａ）における或る物質の質量の、それと同じ体積の空気の質量に対する比を表す。理想的なピストンフローが形成されると、窒素ガスの気流がピストンのように動いてタンク内の残留気体を押し出し、効率よくタンク内を窒素ガス置換できる。理想的なピストンフローを形成するためには、窒素ガス置換作業開始時のＬＮＧタンク内が窒素ガスよりも比重の小さいガスで充填された状態であることが望ましい。

【0007】

以上の事情に鑑み、本開示では、ＬＮＧタンク内をパージする方法であって、効率的にタンク内を窒素ガス置換できるものを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様に係るＬＮＧタンクのパージ方法は、
ＬＮＧタンク内のタンク下部へ窒素ガスよりも比重の小さい置換ガスを供給するとともに、前記タンク下部から排気して、タンク内を前記置換ガスで置換すること、
タンク内を前記置換ガスで置換した後、前記タンク下部へ窒素ガスを供給するとともに、タンク上部から排気して、タンク内を窒素ガスで置換すること、を含むものである。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、効率的にタンク内を窒素ガスで置換することが可能なＬＮＧタンクのパージ方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係るパージ方法が適用されるＬＮＧタンクの概略構成を示す図である。

【図2】図２は、パージ作業開始時のＬＮＧタンクを示す図である。

【図3】図３は、パージ作業の流れ図である。

【図4】図４は、置換ガス置換中のＬＮＧタンクの変形例を示す図である。

【図5】図５は、窒素ガス置換中のＬＮＧタンクを示す図である。

【図6】図６は、空気置換中のＬＮＧタンクを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本開示に係るＬＮＧタンクのパージ方法が適用されるＬＮＧタンク１の概略構成を示す図である。図１に示すＬＮＧタンク１は、陸上に設置され、内部に液化天然ガス（以下、ＬＮＧ）が貯蔵される。

【0012】

本実施形態に係るＬＮＧタンク１は平底円筒型であるが、ＬＮＧタンク１の形状はこれに限定されない。説明の便宜を図って、ＬＮＧタンク１内の上部を「タンク上部」と称する。タンク上部は、タンク内の頂部から下方へタンクの高さの１／４程度の範囲を指す。また、説明の便宜を図って、ＬＮＧタンク１内の下部を「タンク下部」と称する。タンク下部は、タンク内の底部から上方へタンクの高さの１／４程度の範囲を指す。タンク下部のうち底部により近い部分を特に「タンク底部」と称する。

【0013】

ＬＮＧタンク１の頂部には、ＢＯＧライン１１が接続されている。ＢＯＧライン１１には、ＢＯＧ圧縮機１２が設けられている。ＢＯＧライン１１のＢＯＧ圧縮機１２よりも上流には、ベントライン１７が接続されており、ベントライン１７にはフレアスタックが接続されている。ＢＯＧライン１１のＢＯＧ圧縮機１２より下流には再液化ライン１８が接続されており、再液化ライン１８は再液化装置と接続されている。また、再液化ライン１８は、ＢＯＧを燃料として使用するＢＯＧ使用設備と接続されていてもよい。

【0014】

ＢＯＧライン１１はタンク上部の常に気相となる部分に開口しており、タンク内で気化したＬＮＧ（以下、ＢＯＧ）はＢＯＧライン１１へ排出される。ＬＮＧタンク１内の余剰のＢＯＧは、タンク内圧によって自然に排出される、又は、ＢＯＧ圧縮機１２の稼働によって強制的に排出される。ＬＮＧタンク１からＢＯＧライン１１へ排出されたＢＯＧは、再液化ライン１８を通じて再液化装置へ送られて再液化されたり、外部へ送出されたり、後述する還流ライン１９（図２、参照）を通じてＬＮＧタンク１へ還流されたり、ベントライン１７を通じてフレアスタックへ送られて焼却されたりしてよい。

【0015】

タンク下部には、ポンプ１３が設置されている。ポンプ１３は、望ましくは、ポンプバレル１４の底部に配置されている。ポンプ１３とポンプバレル１４が接続されており、ポンプ１３の稼働によってＬＮＧタンク１内のＬＮＧはポンプバレル１４を通じてＬＮＧタンク１から排出される。また、ポンプバレル１４を通じてタンク下部から気体を排出したりタンク下部へ気体を供給したりする場合には、ポンプ１３に代えてダミーポンプが設置される。

【0016】

ここで、上記構成のＬＮＧタンク１のパージ方法を説明する。図２ではパージ作業開始時のＬＮＧタンク１が示されている。図２に示すように、パージ作業開始時のＬＮＧタンク１のタンク底部には、プロパンやブタンを多く含むＢＯＧが存在する。タンク底部には、プロパンやブタンなどの重質成分を多く含む残液が僅かに存在することもある。パージ作業に先立って、ＬＮＧタンク１に還流ライン１９及びガス吸引配管２１が仮設される。還流ライン１９は、ポンプバレル１４とベントライン１７とを接続する配管である。ポンプバレル１４を流れる流体の一部又は全部を、還流ライン１９を通じてベントライン１７へ送ることができる。また、還流ライン１９は、ポンプバレル１４とＢＯＧライン１１のＢＯＧ圧縮機１２より下流又は再液化ライン１８とを接続する配管である。ＢＯＧライン１１を流れる流体の一部又は全部を、ＢＯＧ圧縮機１２で圧縮してから、還流ライン１９へ送ることができる。還流ライン１９は、ベントライン１７と、ＢＯＧライン１１又は再液化ライン１８とに、選択的に接続されてよい。この場合、還流ライン１９に流路切替弁が設けられるか、仮設の還流ライン１９の接続先が自由に選択可能であってよい。ガス吸引配管２１は、ＬＮＧタンク１内からガスを排出するために使用される配管である。ガス吸引配管２１の開口部は、タンク下部の気相部分のうち、より低い位置に配置される。ガス吸引配管２１の他方の端は還流ライン１９と接続される。ガス吸引配管２１には、ガス吸引ポンプ２２が設けられている。

【0017】

更に、パージ作業に先立って、ＬＮＧタンク１に複数のサンプリング配管２４が仮設される。複数のサンプリング配管２４は、ＬＮＧタンク１内の異なる高さ位置に開口したサンプリング配管２４ａ，２４ｂ，２４ｃを含む。本実施形態では、タンク下部に開口部を有する下部サンプリング配管２４ａ、タンク上部に開口部を有する上部サンプリング配管２４ｂ、及び、タンク下部とタンク上部の間に開口部を有する中部サンプリング配管２４ｃの複数のサンプリング配管２４が設置されている。複数のサンプリング配管２４の開口部は、ＬＮＧタンク１内の気相部分のうちより低い位置であって、平面視においてタンク中央部分に配置されている。但し、サンプリング配管２４の数や開口部の位置は本実施形態に限定されない。

【0018】

複数のサンプリング配管２４には、サンプルガス吸引ポンプ２５が設けられている。複数のサンプリング配管２４に対して１つのサンプルガス吸引ポンプ２５が設けられていてもよいし、各サンプリング配管２４に対して１つのサンプルガス吸引ポンプ２５が設けられていてもよい。サンプルガス吸引ポンプ２５の稼働によってサンプリング配管２４を通じてタンク内の気体が採取される。気体のサンプリングはパージ作業中の適時に行われ、サンプリングされた気体の成分が分析器２６によって分析される。ここで、分析は、気体のメタンガス濃度又は窒素濃度の測定、及び、酸素濃度の測定などであってよい。

【0019】

図３は、パージ作業の流れ図である。パージ作業では、先ず、ＬＮＧタンク１内が置換ガスに置き換えられる。図３に示すように、タンク下部及びタンク上部からの強制排気が開始され、タンク下部への置換ガスの供給が開始される（ステップＳ１）。但し、強制排気はタンク下部のみから行われてもよい。

【0020】

ガス吸引ポンプ２２が稼働され、タンク下部からガス吸引配管２１へ強制排気される。ガス吸引配管２１へ流出したガスはタンク下部に滞留しているプロパンガス及びブタンガスを多く含み、還流ライン１９及びポンプバレル１４を通じて置換ガスとしてＬＮＧタンク１へ供給される。また、ＢＯＧライン１１を通じてタンク上部からＢＯＧが自然又は強制排気される。タンク上部からＢＯＧライン１１へ流出したＢＯＧは、ベントライン１７を通じて焼却される、再液化ライン１８を通じて再液化などの再利用に供される、又は、還流ライン１９を通じて置換ガスとして利用される。

【0021】

置換ガス供給の際には、ポンプバレル１４に接続されたポンプ１３がダミーポンプに置き換えられ、ポンプバレル１４を通じて置換ガスがタンク底部へ供給される。置換ガスは、窒素ガスよりも比重が小さい気体である。置換ガスと窒素ガスは、置換ガスが充填された空間に窒素ガスが供給された場合に置換ガス層と窒素ガス層とに比重分離される程度に十分な比重差を有することが望ましい。また、置換ガスは、ＬＮＧタンク１の残液よりも温度が高く且つＬＮＧタンク１内よりも高圧である。

【0022】

置換ガスは、常温のメタンガスであってよい。この場合、図４に示すように、ポンプバレル１４に置換ガス源としてＬＮＧタンク１とは別のＬＮＧタンクのＢＯＧラインが接続されて、他のＬＮＧタンクで生じた自然気化ガスがタンク下部へ供給されてよい。なお、ＬＮＧの自然気化ガスは殆どがメタンガスである。

【0023】

置換ガスの供給は、タンク下部の残液が殆ど蒸発した状態で行われることが望ましいが、残液が存在していてもかまわない。残液が存在する場合には、上記のようにタンク下部に置換ガスが供給されることによって、タンク下部の残液が気化する。残液には、エタン、プロパン、及びブタンなどの重質成分が多く含まれている。残液の気化により、主にエタンガス、プロパンガス、ブタンガスが生じる。エタンガスは、プロパンガス及びブタンガスよりも比重が小さいので上昇し、プロパンガス及びブタンガスはタンク下部に滞留する。

【0024】

上記のようにＬＮＧタンク１から強制排気されたプロパンガス及びブタンガスを多く含む気化ガスの一部又は全部は、置換ガスの一部として用いられてよい。この場合、タンク下部から強制排気された気化ガスは重質成分を多く含むため、気化ガスはメタンガスによって希釈された置換ガスとしてタンク内へ戻される。

【0025】

タンク下部への置換ガスの供給とタンク下部からの強制排気とが継続されると、タンク内からプロパンガス及びブタンガスの殆どが排出されて、タンク下部の気体はエタンガスに置き換わる。エタンガスは置換ガスよりも比重が大きい。エタンガスのタンク下部からの強制排気及びＢＯＧライン１１を通じたタンク上部からの排気が更に継続されると、タンク内からエタンガスの殆どが排出されて、タンク下部の気体は置換ガスに置き換わる。このように、ＬＮＧタンク１内の重質成分の気化ガスが積極的に排出されることから、ＬＮＧタンク１内に可燃性ガスである重質成分の気化ガスの残留を防ぐことができる。

【0026】

ＬＮＧタンク１内が置換ガスに置き換われば（ステップＳ２でＹＥＳ）、タンク下部への置換ガス（ここでは、常温のメタンガス）の供給が停止され、タンク下部及びタンク上部からの強制排気が停止される（ステップＳ３）。タンク下部の気体が置換ガスに置き換わったことは、ＬＮＧタンク１内が置換ガスに置き換わったことを意味する。本実施形態において、タンク下部の気体が置換ガスであるメタンガスに置き換わったことは、下部サンプリング配管２４ａを通じてサンプリングされた気体のメタンガス濃度に基づいて検出できる。なお、ＬＮＧタンク１内が置換ガスに置き換わった状態は、ＬＮＧタンク１内が完全に置換ガスで充填された状態に限定されず、窒素ガスと比重分離される程度に比重が十分に小さい気体でＬＮＧタンク１内が満たされた状態も含まれる。例えば、置換ガスがメタンガスである場合に、タンク下部からサンプリングされた気体のメタン濃度が６０vol％以上でＬＮＧタンク１内が置換ガスに置き換わったと見做してよい。

【0027】

続いて、ＬＮＧタンク１内が窒素ガスに置換される。ここで、タンク上部からの強制排気が開始され、タンク上部への窒素ガスの供給が開始される（ステップＳ４）。窒素ガスは、ポンプバレル１４を通じてタンク底部へ供給されてよい。

【0028】

図５は、窒素ガス置換中のＬＮＧタンク１を示す図である。図５に示すように、ポンプバレル１４に窒素ガス源が接続されて、ポンプバレル１４を通ってポンプ１３からタンク下部へ窒素ガスが供給されてよい。また、ＢＯＧ圧縮機１２の稼働によって、タンク上部の気体がＢＯＧライン１１を通じてタンク外へ強制排気され、再液化ライン１８で再液化等の再利用に供されるか、又は、ベントライン１７を通じて焼却されてよい。

【0029】

タンク下部に窒素ガスが供給されると、窒素ガスの比重はメタンガスよりも大きいことから、タンク底部からタンク内に溜まっていく窒素ガスがピストンの働きをして、タンク内のメタンガスがＢＯＧライン１１を通じてタンク外へ押し出される。更に、窒素ガスとメタンガスの比重差によって、メタンガス中への窒素ガスの拡散が抑制される。このようにして、ＬＮＧタンク１内に理想的なピストンフローが形成されることによって、ＬＮＧタンク１内を効率よく窒素ガスに置換できる。

【0030】

ＬＮＧタンク１内が窒素ガスに置き換われば（ステップＳ５でＹＥＳ）、タンク下部への窒素ガスの供給が停止され、タンク上部からの強制排気が停止される（ステップＳ６）。ＬＮＧタンク１内が窒素ガスに置き換わったことは、上部サンプリング配管２４ｂを通じてサンプリングされた気体の成分を分析することによって検出できる。タンク上部からサンプリングされた気体のメタンガス濃度が１００％ＬＥＬ未満の所定の許容値になった時点でＬＮＧタンク１内が窒素ガスに置き換わったと見做してよい。上記の許容値は、タンク上部からサンプリングされる気体の組成や、ＬＮＧタンク１に規定される爆発下限界濃度に応じて、適宜設定されてよい。

【0031】

最後に、ＬＮＧタンク１内が空気に置き換えられる。ここで、タンク下部が大気開放され、タンク上部への空気の供給が開始される（ステップＳ７）。図６に示すように、タンク下部は、ポンプバレル１４を通じて大気に開放されてよい。また、ＢＯＧライン１１にエアブロワ等を含む空気源が接続されて、ＢＯＧライン１１を通じてタンク上部へ空気が供給されてよい。ＬＮＧタンク１内が空気に置き換われば（ステップＳ８でＹＥＳ）、タンク下部の大気開放が停止又は継続され、タンク上部への空気の供給が停止される（ステップＳ９）。空気への置換作業は、タンク内の酸素濃度が所定濃度となるまで継続される。なお、ＬＮＧタンク１内が空気に置き換わったことは、下部サンプリング配管２４ａでサンプリングされたタンク下部の気体の酸素濃度が１８vol％以上となったことでＬＮＧタンク１内が空気に置き換わったと見做してよい。上記の酸素濃度は、ＬＮＧタンク１の作業環境規定に応じて、適宜設定されてよい。

【0032】

以上に説明したように、本実施形態のＬＮＧタンク１のパージ方法は、
タンク下部へ窒素ガスよりも比重の小さい置換ガスを供給するとともに、タンク下部から排気して、タンク内を置換ガスで置換すること、
タンク内を置換ガスで置換した後、タンク下部へ窒素ガスを供給するとともに、タンク上部から排気して、タンク内を窒素ガスで置換すること、を含む。
上記のＬＮＧタンク１のパージ方法は、
タンク内を窒素ガスで置換した後、タンク上部へ空気を供給するとともに、タンク下部から排気して、タンク内を空気で置換すること、を更に含んでよい。

【0033】

上記のＬＮＧタンク１のパージ方法によれば、タンク内を窒素ガスで置換する際に、タンク内は窒素ガスと比重差のある置換ガスで満たされているため、タンク内に供給された窒素ガスの置換ガス中への拡散が抑えられ、窒素ガス層がピストン様に置換ガス層に作用して置換ガスがタンク外に押し出される。このように、窒素ガスの置換に際し理想的なピストンフローが形成されるので、使用される窒素ガス量が抑えられるとともに、効率的な置換が行われる。

【0034】

上記のＬＮＧタンク１のパージ方法において、置換ガスは常温のメタンガスであってよい。或いは、置換ガスはＬＮＧタンク１又は他のＬＮＧタンクで自然気化により生じたＬＮＧの気化ガスであってよい。或いは、置換ガスは、タンク下部から排出された気化ガスとメタンガスとの混合気体であってよい。

【0035】

また、本実施形態のＬＮＧタンク１のパージ方法では、タンク下部からの排気が、タンク下部に開口部を有する仮設配管（即ち、ガス吸引配管２１）を通じて行われる。

【0036】

ＬＮＧタンク１からの排気のために仮設配管を用いることで排気位置の自由度が高まり、残液の液面により近づいた位置から排気することが可能となる。

【0037】

また、本実施形態のＬＮＧタンク１のパージ方法では、タンクに仮設されたサンプリング配管２４によってタンク内の高さの異なる複数の位置でサンプリングを行い、サンプリングされた気体の少なくとも１つの成分濃度を検出している。

【0038】

これにより、パージ作業中のタンク内の気体のモニタリング精度を向上できる。例えば、タンク下部の気体の滞留状況、タンク高さ方向の気体の比重分布、タンク高さ方向の窒素ガス置換状況を、パージ作業中にモニタリングすることが可能となる。

【0039】

本開示の実施形態は例示及び説明の目的で提示されたものであり、本開示を本明細書に開示される形態に限定することを意図するものではない。例えば、本開示に含まれる特徴は、上記で論じたもの以外の代替の実施形態、構成、又は態様に組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0040】

１ ：ＬＮＧタンク
１１ ：ＢＯＧライン
１２ ：ＢＯＧ圧縮機
１３ ：ポンプ
１４ ：ポンプバレル
１７ ：ベントライン
１８ ：再液化ライン
１９ ：還流ライン
２１ ：ガス吸引配管(仮設配管)
２２ ：ガス吸引ポンプ
２４ ：サンプリング配管
２５ ：サンプルガス吸引ポンプ
２６ ：分析器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】