JPS6212993Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、液化天然ガスの密度を測定する密度
測定装置に関する。

成分の異なる液化天然ガス（以下LNGと略記
する）が、同一タンク１内に貯留されて混合が不
充分であると、上部に密度の小さいLNGが、ま
た下部に密度の大きいLNGが存在したままとな
り、両者の間に安定な境界が形成される。LNG
の境界よりも下の部分は、タンク底部からの入熱
によつて密度が小さくなつてゆく。境界よりも上
の部分は、蒸発によつて密度が大きくなつてゆ
く。そのため或る時点に達すると、ロールオーバ
現象として知られている急激な気化が生じる。こ
のロールオーバによる急激なガスの発生を処理す
るためには、より大容量のガス処理設備が必要と
なる。したがつてLNG中の境界の有無を検出し
て、ロールオーバを防ぐ手段を予め講じておく必
要がある。

従来技術では、タンク内に上下方向に一定間隔
に取付けられた温度計によつてLNGの上下方向
の温度分布を測定して、ロールオーバの監視を行
なつている。しかしロールオーバの直接の原因で
あるLNGの密度差を検出するものではないの
で、確実に境界の有無を検出することは困難であ
る。

したがつて本考案の主な目的は、液化天然ガス
の上下方向各部分の密度を測定して貯留されてい
る液化天然ガスの上下方向の密度分布を測定する
ことができるようにした液化天然ガスの密度測定
装置を提供することである。

本考案は、液化天然ガス２が貯留されたタンク
１内に設けられかつ鉛直軸線を有する複数のセン
サ３，４，５，６を有し、各センサ３，４，５，
６は、金属製の直円筒状外筒電極７と、 外筒電極７内に同心に挿入され、外筒電極７よ
りも軸線方向に短く、外筒電極７の軸線方向両端
よりも内方に位置する両端を有する金属製の直円
筒状内筒電極８と、 外筒電極７の内周面と、内筒電極８の外周面と
の間に形成された円環状空隙９において、周方向
に間隔をあけて、かつ軸線方向に間隔をあけて設
けられた第１電気絶縁体１０と、 内筒電極８の上部外壁から外筒電極７を貫通し
て半径方向外方に突出された筒状の第２電気絶縁
体１１と、 外筒電極７の両端に形成される連結用フランジ
１３，１４と、 内筒電極８の上端に接続され、第２電気絶縁体
１１を挿通して上方に延びる内筒電極用リード線
１９，２０，２１，２２とを含み、 それらの各センサ３，４，５，６のうち、最下
位置にあるセンサ３の下端の前記フランジ１４は
第３電気絶縁体１５を介してタンク１の底１６に
固着され、 また、それらの各センサ３，４，５，６のう
ち、最上位置にあるセンサ６の上端の前記フラン
ジ１３ａは、タンク１の天井３３に取付けられて
いる上下に延びる筒状の端子箱１７の下端に嵌合
して電気的に絶縁されて保持され、 外筒電極７には半径方向に貫通した透孔１２が
軸線方向に散在して穿設され、 各外筒電極７は前記フランジ１３，１４によつ
て上下に同軸に連結されて電気的に接続され、 外筒電気的７の上端には外筒電極用リード線１
８が接続され、さらに、 内筒電極用リード線１９，２０，２１，２２が
それぞれ接続される個別接点２７〜３０と、個別
接点２７〜３０のうちの１つの選択的に切換わつ
て接続される共通接点３１とを有する切換えスイ
ツチ２４と、 共通接点３１と外筒電極用リード線１８とが接
続され、空隙９に介在されている液体の誘電率に
対応した密度を測定する検出回路２５とを含むこ
とを特徴とする液化天然ガスの密度測定装置であ
る。

第１図は本考案の一実施例の断面図である。タ
ンク１内には、LNG２が貯留されており、この
タンク１内において上下方向に複数（図示４個）
のセンサ３，４，５，６が鉛直軸線を有して配設
される。

第２図は第１図のセンサ３の縦断面図であり、
第３図はそのセンサ３の平面図である。このセン
サ３は、金属製の外筒電極７と、金属製の内筒電
極８とを含み、両電極７，８が同心にかつ環状の
空隙９をあけて配設されている。外筒電極７と内
筒電極８とは、空隙９において周方向に間隔をあ
けてかつ軸線方向に間隔をあけて設けられた複数
個の電気絶縁体１０と、内筒８の上部外壁から外
筒７を貫通して半径方向に外方に突出された筒状
の電気絶縁体１１とによつて、一体的に保持され
る。内筒電極８は外筒電極７よりも軸線方向に短
く、内筒電極８の軸線方向両端は外筒電極７の軸
線方向両端よりも軸線方向内方に位置される。外
筒電極７には半径方向に貫通した小径の透孔１２
が軸線方向に散在して穿設される。これによつて
センサ３が液体中である液化天然ガス２中に浸漬
されたとき、液体が空隙９内に流入することがで
きる。外筒電極７の軸線方向両端には連結用のフ
ランジ１３，１４が形成される。他のセンサ４，
５，６も上述のセンサ３と同一の構造を有する。
外筒電極７および内筒電極８は、図示のように直
円筒状である。

再び第１図を参照して、センサ３の下端のフラ
ンジ１４は、電気絶縁体１５を介して、タンク１
の底１６に固着される。センサ３，４，５，６
は、それらの軸線方向両端に形成されているフラ
ンジ１３などによつて、相互に同軸に連結され
る。それによつて、センサ３，４，５，６の各外
筒電極７などは相互に電気的に接続される。各内
筒電極の軸線方向両端は、各外筒電極の軸線方向
両端よりも内方に位置するので、この連結状態に
おいてセンサ３，４，５，６の各内筒電極は相互
に電気的に絶縁される。最上部のセンサ６の上端
の前記フランジ１３ａは、タンク１の天井３３に
取付けられている上下に延びる筒状の端子箱１７
の下端に嵌合して電気的に絶縁されて保持され
る。センサ３，４，５，６の外筒電極に共通に接
続されたリード線１８と、各センサ３，４，５，
６の内筒電極８などに個別的に接続されたリード
線１９，２０，２１，２２とは、測定手段２３に
接続される。

第４図は第１図〜第３図示の密度測定装置の原
理を示す電気回路図である。測定手段２３におい
て、センサ３〜６の誘電率εは、切換えスイツチ
２４を介して個別的に検出回路２５によつて検出
される。検出回路２５には表示装置２６が接続さ
れる。切換えスイツチ２４は、内筒電極用リード
線１９，２０，２１，２２がそれぞれ接続される
個別接点２７〜３０と、それらの個別接点２７〜
３０のうち１つの選択的に切り換わつて接続され
る共通接点３１とを有する。共通接点３１と外筒
電極用リード線１８とは、検出回路２５に接続さ
れる。

測定されるべきLNG２の密度Ｄは、次のよう
な原理に基づいて、測定される。すなわち無極性
分子から成る誘電体に関しては、一般的に次の
Clausius−Mosottiの関係式が成立する。

CM＝ε−１／ε＋２・１／ρ＝４／３π・No・α…(1
) ここで、CMはClausius−Mosotti function、
ρは密度（モル／cm³）、Noはアボガドロ数、αは
分極率である。第１式において右辺は各物質固有
の値であり、温度は、圧力および物質の状態に関
係しない定数である。LNG２のような多成分か
ら成る液体に関しても第１式と同様な関係式が成
立し、組成の異なるLNG毎に、各組成を有する
LNGに特定のCM値が存在する。さらに一定の温
度において、LNGの組成が変つたときの誘電率
εと密度Ｄの関係式が計算によつて次の通り導き
出される。

Ｄ＝ａ＋ｂ・（ε−１） …(2) ここで、Ｄは密度（ｇ／cm³）、ａ，ｂは定数で
ある。したがつてLNG２の密度Ｄは、その誘電
率εを測定することによつて、第２式から求める
ことができる。本考案者の実験によれば、−159℃
のLNGの規格化した誘電率ε／ε_０と、密度
Ｄ／D₀とについて第５図示の関係が成立ち、こ
のことからも第２式の成立が実証される。第５図
において、ε_０＝1.680であり、D₀＝0.47（ｇ／
cm³）である。

タンク１内にLNG２を貯留した場合、センサ
３，４，５，６のLNG２に浸漬されている部分
の外筒電極７などに穿設されている透孔１２を通
つてLNG２が流入し、センサ３，４，５，６内
の空隙９などにおける流入LNGの液面は、LNG
２の液面ｌ１と同一高さに位置する。それによつ
て各センサ３，４，５，６の静電容量が定まり、
それらの静電容量は各センサ３，４，５，６の空
隙９などに介在されているLNGの誘電率εに依
存する。たとえば図示の如くLNG２の液面ｌ１
がセンサ６における上下方向の途中に位置してい
る場合、切換えスイツチ２４を切換えて、センサ
３，４，５の静電容量を検出回路２５によつて測
定し、それらの静電容量に対応した誘電率εを検
出する。この誘電率εから、各センサ３，４，５
の位置におけるLNG２の密度が、表示装置２６
に表示される。それによつてタンク１内における
LNG２の上下方向の異なる位置の密度を測定す
ることができる。したがつてLNG２の上下方向
の密度分布を監視することができ、温度差による
境界の有無を検出することができる。

境界が検出されたときには、タンク１の底部か
らLNG２をポンプなどで抜出してタンク１の上
部に循環させればよい。それによつてタンク１内
のLNG２の上下方向の密度が均等化され、ロー
ルオーバの発生を未然に防ぐことができる。ある
いはまた、ロールオーバの発生を未然に防ぐため
に、LNG２が貯留されているタンク１に、LNG
２と異なる成分のLNGを新たに貯留するとき
に、既に貯留してあるLNG２の密度D1と新たな
LNGの密度D2とを測定する。その結果、D1＜D2
であればタンク１の上部から、またその逆にD1
＞D2であればタンク１の底部から、新たに貯留
されるべきLNGをタンク１に供給する。そうす
ることによつて、密度差による境界の形成したが
つてロールオーバの発生が防がれる。

LNG２の密度差による境界ｌ２が図示の如く
センサ４の上下方向の途中に形成されている場合
を想定する。このときセンサ３，４，５によつて
測定されたLNG２の密度ＤをそれぞれD3，D4，
D5とすれば、D3＞D4＞D5である。これらの密度
D3，D4，D5と、境界ｌ２のセンサ４の端部から
の距離h1，h2との間には次の式が成立つ。

〓〓＝Ｄ４−Ｄ５／Ｄ３−Ｄ４ …(3) これによつて、境界ｌ２の上下方向の位置を知
ることができる。

以上の如く本考案によれば、次の効果(a)〜(i)が
達成される。

(a) 鉛直軸線を有する複数のセンサを上下方向に
配設し、それらのセンサを用いて液化天然ガス
の誘電率を各センサ毎に個別に検出し密度を測
定するようにしたので、液体の上下方向すなわ
ち深さ方向の密度分布を測定することができ、
したがつてLNGに特有のいわゆるロールオー
バ現象の発生の危険性を予知することができ
る。

(b) 外筒電極７の両端には、連結用フランジ１
３，１４が形成されているので、密度を測定す
べき液体の貯留量に応じてセンサ３，４，５，
６を上下につなげばよく、したがつて液面ｌ１
に対応した数だけセンサ３，４，５，６を連結
すればよく、現場での設置作業の能率が向上す
るとともに、液面ｌ１に最適な上下の寸法を有
する液化天然ガスの密度測定装置が提供され
る。

(c) 検出回路２５は、内筒電極用リード線１９，
２０，２１，２２の切換えスイツチ２４によつ
て選択された１つと、外筒電極用リード線１８
とに接続されて空隙９に介在されている液体の
誘電率に対応した密度を測定するものであつ
て、内筒電極８は外筒電極用７よりも短く、か
つ各センサ３，４，５，６ごとに電気的に絶縁
されているので、各センサ３，４，５，６ごと
における液化天然ガスの密度を検出することが
でき、したがつて上述のように液化天然ガスに
特有のロールオーバ現象の発生の危険性を予知
することができる。

(d) また各センサ３，４，５，６ごとに境界ｌ２
および液面ｌ１を検出するようにしたので精度
が向上される。

(e) 内筒電極用リード線１９，２０，２１，２２
は、内筒電極８に接続されており、第２電気絶
縁体を挿通して外筒電極７を半径方向に貫通し
ており、したがつて空隙９を挿通したり内筒電
極８の内部空間を挿通したりする構成ではない
ので、現場における設置作業が容易である。

(f) 外筒電極７には、半径方向に貫通した透孔１
２が軸線方向に散在して穿設されているので、
空隙９内に液化天然ガスが確実に入込むことが
でき、液化天然ガスの密度の測定が正確とな
る。

(g) 外筒電極７と内筒電極８とは、直円筒状であ
り同心であるので、円環状の空隙９内に入込む
液化天然ガスの密度と、誘電率との関係は前述
の第５図に示されるように一直線となり、した
がつて液化天然ガスの密度の検出が容易であ
る。

(h) 内筒電極用リード線１９，２０，２１，２２
は、内筒電極８の上端に接続されて上方に延び
る。したがつてたとえば１つの内筒電極用リー
ド線１９が接続されている内筒電極８を外囲す
る外筒電極７に沿つて、その内筒電極用リード
線１９が延びることはない。したがつて液化天
然ガスの密度を高精度で測定することが可能に
なる。もしも内筒電極用リード線１９が、セン
サ３の内筒電極８の中腹または下端に接続され
ており、これによつて内筒電極８に接続されて
いる内筒電極用リード線１９が、その内筒電極
８を外囲する外筒電極７と、近接して平行に延
びる部分が比較的長いとすれば、その内筒電極
用リード線１９と外筒電極７との間に介在され
ている液化天然ガスの誘電率に起因して、測定
誤差を生じることになる。本考案はこの問題を
解決する。

(i) 内筒電極用リード線１９，２０，２１，２２
は、第２電気絶縁体１１を挿通しており、この
第２電気絶縁体は内筒電極８の上部外壁から外
筒電極７を貫通して、半径方向外方に突出され
ており、筒状に形成されている。したがつて内
筒電極用リード線１９，２０，２１，２２が、
液化天然ガスの揺れなどによつて振動しても、
外筒電極７と電気的に接続されてしまうおそれ
がなく、長期間に亘つて確実に密度を測定する
ことが可能である。

(j) 複数のセンサ３，４，５，６は鉛直軸線を有
し、最下位値にあるセンサ３の下端のフランジ
１４は、第３電気絶縁体１５を介してタンク１
の底に固着され、最上位置にあるセンサ６の上
端のフランジ１３ａは、タンク１の天井３３に
取付けられている。上下に延びる筒状の端子箱
１７の下端に嵌合して電気的に絶縁されて保持
される。

したがつてセンサ３，４，５，６はタンク１
と電気的に接続されており、測定精度を向上す
ることができる。またタンク１内に貯留されて
いる液化天然ガス２が揺れても、それに伴なつ
てセンサ３，４，５，６が揺れたりすることが
防がれ、強度が向上される。

(k) さらにまた最上位置にあるセンサ６の上端の
フランジ１３ａが上下に延びる筒状の端子箱１
７の下端に嵌合しているので、複数のセンサ
３，４，５，６の上下の変位が許容されるよう
になる。そのためセンサ３，４，５，６の熱膨
張および熱収縮が可能となる。したがつて、セ
ンサ３，４，５，６に不所望な熱応力が作用せ
ず、したがつてタンク１の底１６と天井３３と
に不所望な応力が作用せず、亀裂の発生などを
防ぐことができ、安全である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の縦断面図、第２図
はセンサ３の縦断面図、第３図はセンサ３の平面
図、第４図は第１図示の密度測定装置の原理を示
す電気回路図、第５図は本考案の実験による温度
−159℃のLNGの規格化した誘電率ε／ε_０と密
度Ｄ／D₀との関係を示すグラフである。 １……タンク、２……LNG、３，４，５，６
……センサ、７……外筒電極、８……内筒電極、
９……空隙、１０，１１，１５……電気絶縁体、
１２……透孔、１３，１４……フランジ、１６…
…タンク１の底、１７……端子箱、１８，１９，
２０，２１，２２……リード線、２３……測定手
段、２４……切換えスイツチ、２５……検出回
路、２６……表示装置、ｌ１……液面、ｌ２……
境界。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 液化天然ガス２が貯留されたタンク１内に設け
   られかつ鉛直軸線を有する複数のセンサ３，４，
   ５，６を有し、各センサ３，４，５，６は、 金属製の直円筒状外筒電極７と、 外筒電極７内に同心に挿入され、外筒電極７よ
   りも軸線方向に短く、外筒電極７の軸線方向両端
   よりも内方に位置する両端を有する金属製の直円
   筒状内筒電極８と、 外筒電極７の内周面と、内筒電極８の外周面と
   の間に形成された円環状空隙９において、周方向
   に間隔をあけて、かつ軸線方向に間隔をあけて設
   けられた第１電気絶縁体１０と、 内筒電極８の上部外壁から外筒電極７を貫通し
   て半径方向外方に突出された筒状の第２電気絶縁
   体１１と、 外筒電極７の両端に形成される連結用フランジ
   １３，１４と、 内筒電気絶縁体８の上端に接続され、第２電気
   絶縁体１１を挿通して上方に延びる内筒電極用リ
   ード線１９，２０，２１，２２とを含み、 それらの各センサ３，４，５，６のうち、最下
   位置にあるセンサ３の下端の前記フランジ１４は
   第３電気絶縁体１５を介してタンク１の底１６に
   固着され、 また、それらの各センサ３，４，５，６のう
   ち、最上位置にあるセンサ６の上端の前記フラン
   ジ１３ａは、タンク１の天井３３に取付けられて
   いる上下に延びる筒状の端子箱１７の下端に嵌合
   して電気的に絶縁されて保持され、 外筒電極７には半径方向に貫通した透孔１２が
   軸線方向に散在して穿設され、 各外筒電極７は前記フランジ１３，１４によつ
   て上下に同軸に連結されて電気的に接続され、 外筒電極７の上端には外筒電極用リード線１８
   が接続され、さらに、 内筒電極用リード線１９，２０，２１，２２が
   それぞれ接続される個別接点２７〜３０と、個別
   接点２７〜３０のうちの１つの選択的な切換わつ
   て接続される共通接点３１とを有する切換えスイ
   ツチ２４と、 共通接点３１と外筒電極用リード線１８とが接
   続され、空隙９に介在されている液体の誘電率に
   対応した密度を測定する検出回路２５とを含むこ
   とを特徴とする液化天然ガスの密度測定装置。