(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性液体を貯蔵するタンクの全面火災発生時に、前記タンク内の高温層と前記タンク内の底部に溜まっている水とが接触し発生するボイルオーバーを予測及び監視可能なボイルオーバー監視システムであって、
前記タンクの側壁外面の上部から下部にかけて帯状の示温材を備え、
前記示温材は、前記高温層よりも温度が低くかつ水の沸点以上の特定温度で変色し、
時間経過と共にその厚さを増しかつ降下する前記高温層の下端部のタンク高さ方向の動きを、前記特定温度の動きから検知可能なことを特徴とするボイルオーバー監視システム。
【請求項２】
前記特定温度が１１０〜１３０℃であることを特徴とする請求項１に記載のボイルオーバー監視システム。
【請求項３】
前記タンクは、前記示温材をタンクの側壁外面に平面視において９０°ピッチで４箇所に備え、前記示温材の幅は、前記タンクの防油提の外から示温材の色の変化を視認可能な幅であることを特徴とする請求項１又は２に記載のボイルオーバー監視システム。
【請求項４】
さらに前記示温材を撮影可能な監視カメラと、
前記監視カメラが撮影する示温材の画像を解析し、前記タンク内の温度分布を推算する画像解析装置と、
前記画像解析装置が推算する前記タンク内の温度分布を表示する表示装置と、を含み、
前記画像解析装置は、前記タンク内の温度分布の経時変化から前記高温層の下端部の位置及び降下速度を推算し、ボイルオーバーの発生時期を推定可能なことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のボイルオーバー監視システム。
【請求項５】
さらに警報装置を備え、
前記画像解析装置は、前記タンク内において前記高温層の下端部が所定の高さに達したか、又は前記高温層の下端部の経時変化から所定の時間内に前記高温層の下端部が所定の高さに達すると予測するときは、前記警報装置に信号を発しボイルオーバーの発生の危険性を報知することを特徴とする請求項４に記載のボイルオーバー監視システム。
【請求項６】
前記タンクの全面火災鎮火後も拡大又は降下する前記高温層の下端部の動きを、請求項１から５のいずれか１項に記載のボイルオーバー監視システムを用い、ボイルオーバーの発生の危険性がなくなるまで監視することを特徴とするボイルオーバー監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原油、重油などを貯蔵するタンクの全面火災時におけるボイルオーバーの発生を監視、予測するための監視システム及び監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製油所、火力発電所などでは、原油、重油などの石油を貯蔵するため大型の浮き屋根式のタンクが広く使用されている。図５は、従来の浮き屋根式のタンク１の基本的構成を示す断面図である。タンク１は、円筒形のタンク本体３内に石油２１が貯蔵され、金属製の浮き屋根１３が貯蔵された石油２１に浮いた状態で設けられている。
【０００３】
浮き屋根１３は、石油２１の液面２３の上下動に追従し移動できる構造であり、石油２１の漏洩及び蒸発を防止するため、タンク本体３の内面に接するように外周部にシール材１５が設けられている。これにより石油２１の漏洩を防止するが、地震などにより浮き屋根１３又はシール材１５に大きな力が加わるとシール部から石油２１が漏洩し火災が発生することがある。２００９年９月に発生した十勝沖地震では、石油２１の液面振動に伴い浮き屋根１３の損傷、沈没などが起こり、製油所の原油タンクがリング火災を起こし、ナフサタンクでは全面火災を起こしている。リング火災は、既存の消火設備で消火することは可能であるが、大型の浮き屋根式のタンク１が全面火災を起すと既存の消火設備で消火することは容易ではない。このため全面火災に対応した消火設備、消火方法が幾つか提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
浮き屋根式のタンク１において全面火災が発生すると、タンク１内に高温度領域（以下、高温層と記す）が形成され、この高温層がタンク１内の底部に溜まっている水２５に接触し、水２５が急激に沸騰し水蒸気となり、上部の石油２１を吹き飛ばすいわゆるボイルオーバーが発生し、周辺に甚大な二次被害を引き起こす危険性が指摘されている。ボイルオーバーの発生を監視、予測するには、タンク１内の石油２１の温度を計測し、高温層の発生、動きを監視する必要がある。例えば赤外線温度計を使用し、タンク１の側壁面５（以下、特に断らない限り側壁面は、側壁の外面を言うものとする）の温度を計測し、この温度からタンク１内に貯蔵されている石油２１の温度を推定し、ボイルオーバーの発生を予測する方法が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６６３４８号公報
【特許文献２】特開２００８−１６７８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
赤外線温度計を用いてタンクの側壁面の温度を計測し、ボイルオーバーの発生を監視、予測する方法は、赤外線温度計の準備、調整作業が必要であり、迅速な対応が求められる本ケースのような場合には不向きである。また温度計測可能な場所まで近づく必要があり、安全上問題がある。また大型のタンクであって、複数方向から温度計測を行いたい場合には、複数の計測機器を準備する必要があるが、使用頻度の少ない計測機器を常備し、日常点検を行うことは負担となる。
【０００７】
本発明の目的は、簡単な構成で使い勝手のよいボイルオーバーの発生を監視、予測できるボイルオーバー監視システム及び監視方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、可燃性液体を貯蔵するタンクの全面火災発生時に、前記タンク内の高温層と前記タンク内の底部に溜まっている水とが接触し発生するボイルオーバーを予測及び監視可能なボイルオーバー監視システムであって、前記タンクの側壁外面の上部から下部にかけて帯状の示温材を備え、前記示温材は、前記高温層よりも温度が低くかつ水の沸点以上の特定温度で変色し、時間経過と共にその厚さを増しかつ降下する前記高温層の下端部のタンク高さ方向の動きを、前記特定温度の動きから検知可能なことを特徴とするボイルオーバー監視システムである。
また本発明は、前記ボイルオーバー監視システムにおいて、前記特定温度が１１０〜１３０℃であることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記ボイルオーバー監視システムにおいて、前記タンクは、前記示温材をタンクの側壁外面に平面視において９０°ピッチで４箇所に備え、前記示温材の幅は、前記タンクの防油提の外から示温材の色の変化を視認可能な幅であることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記ボイルオーバー監視システムにおいて、さらに前記示温材を撮影可能な監視カメラと、前記監視カメラが撮影する示温材の画像を解析し、前記タンク内の温度分布を推算する画像解析装置と、前記画像解析装置が推算する前記タンク内の温度分布を表示する表示装置と、を含み、前記画像解析装置は、前記タンク内の温度分布の経時変化から前記高温層の下端部の位置及び降下速度を推算し、ボイルオーバーの発生時期を推定可能なことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記ボイルオーバー監視システムにおいて、さらに警報装置を備え、前記画像解析装置は、前記タンク内において前記高温層の下端部が所定の高さに達したか、又は前記高温層の下端部の経時変化から所定の時間内に前記高温層の下端部が所定の高さに達すると予測するときは、前記警報装置に信号を発しボイルオーバーの発生の危険性を報知することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記タンクの全面火災鎮火後も拡大又は降下する前記高温層の下端部の動きを、前記ボイルオーバー監視システムを用い、ボイルオーバーの発生の危険性がなくなるまで監視することを特徴とするボイルオーバー監視方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るボイルオーバー監視システムは、可燃性液体を貯蔵するタンクの側壁外面の上部から下部にかけて、タンク全面火災発生時に形成されるタンク内の高温層よりも温度が低くかつ水の沸点以上の特定温度で変色する帯状の示温材を備えるので、時間経過と共にその厚さを増しかつ降下する前記高温層の下端部のタンク高さ方向の動きを、前記特定温度の動きから検知することができる。これによりボイルオーバーの発生を精度よく監視、予測することができる。示温材は、安価であり既設のタンクにも容易に本発明を適用することができ使い勝手がよい監視システムと言える。このとき示温材の変色温度を１１０〜１３０℃とすることで、ボイルオーバーの発生の監視、予測を安全サイドで行うことができる。
【００１４】
また本発明によれば、示温材は、タンクの側壁外面に平面視において９０°ピッチで４箇所に設けられているため、複数の方向から温度を確認することができ、ボイルオーバーの発生の予測精度が向上する。また、示温材は、タンクの防油提の外から示温材の色の変化を視認可能な幅を有するので、安全な場所から、さらに多くの人が同時に温度を確認することができ使い勝手がよい。
【００１５】
また本発明によれば、本発明に係るボイルオーバー監視システムは、さらに示温材を撮影可能な監視カメラと、監視カメラが撮影する示温材の画像を解析し、タンク内の温度分布を推算する画像解析装置と、画像解析装置が推算するタンク内の温度分布を表示する表示装置と、を含み、画像解析装置がタンク内の温度分布の経時変化から高温層の下端部の位置及び降下速度を推算し、ボイルオーバーの発生時期を推定可能なため、より安全な場所からボイルオーバーの発生を監視、予測することができる。
【００１６】
また本発明によれば、本発明に係るボイルオーバー監視システムは、さらに警報装置を備え、画像解析装置は、タンク内において高温層の下端部が所定の高さに達したか、又は高温層の下端部の経時変化から所定の時間内に高温層の下端部が所定の高さに達すると予測するときは、前記警報装置に信号を発しボイルオーバーの発生の危険性を報知するので、避難等を含め事前に必要な対応を取ることができる。
【００１７】
また本発明に係るボイルオーバーの監視方法は、タンク全面火災が鎮火した後も拡大又は降下する高温層の下端部の動きを、前記ボイルオーバー監視システムを用い、ボイルオーバーの発生の危険性がなくなるまで監視を継続するので十分な安全が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態であり、側壁面５に示温材１７を備えるタンク１の斜視図である。
【図２】図１のタンク１の平面図である。
【図３】図１のタンク１が全面火災を起こしたときの示温材１７の色の変化を説明するための破断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態としてのボイルオーバー監視システムの概略的構成を示す図である。
【図５】従来の浮き屋根式のタンク１の基本的構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態であり、側壁面５に示温材１７を備えるタンク１の斜視図である。図２は、図１のタンク１の平面図である。図３は、図１のタンク１が全面火災を起こしたときの示温材１７の色の変化を説明するための破断面図である。
【００２０】
本発明に係るボイルオーバー監視システムは、重油、原油など石油２１を貯蔵するタンク１の側壁面５の温度を計測し、これからタンク１内の石油２１の温度を推算し、タンク全面火災時のボイルオーバーの発生を監視、予測するための監視システムであり、タンク１の側壁面５に温度により変色する示温材１７を備える。
【００２１】
タンク１は、上部に浮き屋根１３を持つ円筒形の浮き屋根式タンクであり、側壁面５に示温材１７を備える。示温材１７は、タンクの側壁面５に平面視において９０°ピッチで４箇所、タンク１の側壁面５の上部７から下部１１まで帯状に設けられ、示温材１７の幅は、タンク１の防油提１９の外から示温材１７の色の変化を視認可能な幅である。
【００２２】
示温材１７は、公知の示温材を使用することができる。示温材１７は、所定の温度に達すると溶融あるいは化学変化などにより不可逆的又は可逆的に色が変化するもので、塗料、ラベル状で通常用いられている。市販の示温塗料を塗布することで簡単にタンク１の側壁面５に示温材１７を設けることができる。示温材１７は、示温材毎に変色する温度が決まっているが、ここでは１１０〜１３０℃程度の温度で変色する示温材１７が好ましい。ボイルオーバーは、タンク１内の高温層２７がタンク底部の水２５と接触することで発生する。高温層２７は、２００〜２５０℃程度の温度と言われているから、この温度を検出することで高温層２７を検知できるが、タンク１内の温度分布、温度勾配、タンク１の側壁面５の表面温度と内部の石油２１の温度差、示温材１７の精度を考えれば、安全上、検出するタンク１の側壁面５の温度は、高温層２７の温度よりも低い温度を検出できるようにすべきである。なお、石油２１を貯蔵するタンク１は、通常、石油２１の流動性を確保し輸送を容易にするための加熱装置により加温されているが、その温度は約６０℃程度であり示温材１７は変色しない。
【００２３】
示温材１７は、側壁面５に一ヶ所にだけ設けてもよいけれども、タンク１の全周方向から視認できるように複数個所に設けることが好ましい。消火活動等に従事する者など同時に多数の者が視認することで、ボイルオーバーの発生をより精度よく監視、予測することができる。ボイルオーバーは、タンク１内の高温層２７がタンク１の底部の水２５と接触することで発生するため、側壁面５の下部１１付近にのみ示温材１７を設けることで、ボイルオーバーの発生を監視、予測できるが、温度誤差、水２５の水位の不確実性を考えれば予測精度に欠ける。これに対して、示温材１７をタンク１の側壁面５の上部７から下部１１まで設けることで、タンク高さ方向の高温層２７の動きを検知することが可能となり、精度よくボイルオーバーの発生を監視、予測することができる。このため示温材１７は、タンク１の側壁面５の上部７から下部１１まで塗布することが重要である。また示温材１７は、監視カメラ、望遠鏡等を介して視認してもよいことは言うまでもないが、通常、消火活動は防油提１９の外から行われるため、消火活動等に従事する者が容易に視認できるように、示温材１７の幅は、防油提１９の外から示温材１７の色の変化を容易に視認可能な幅であることが好ましい。
【００２４】
ボイルオーバー監視システムを用いたボイルオーバーの発生を監視方法について説明する。十勝沖地震で見られたように、浮き屋根式のタンク１は、大きな地震が発生すると浮き屋根１３が破壊されタンク本体３内に沈むことがある。浮き屋根１３が沈むと、石油２１の油面が大気に露出し蒸発した石油２１が大気と接触する。この時、静電気などにより火花が発生すると、蒸発した石油２１が着火しタンク１の上面が燃焼する全面火災が起きる。
【００２５】
タンク１で全面火災が発生すると、タンク１の上部が燃焼しているため、タンク１の側壁面５の上部７は容易に示温材１７の変色温度以上になり、示温材１７は変色する。火災発生の直後、上部７以外の側壁面５の温度は、貯蔵されている石油２１自身の温度に近く、その温度は低いため側壁面５の上部７を除き示温材１７は変色していない。
【００２６】
全面火災が発生すると、火炎２９からの熱により高温層２７が形成される。この高温層２７は、時間経過と共にその厚さを増し、さらに降下する。この高温層２７の降下により、側壁面５の中間部９も加熱され温度が上がり、タンク１の側壁面５に塗布された示温材１７は、上部７から下部１１に向かって変色する。色の変化速度は、高温層２７の降下速度に対応するため、これから高温層２７の位置及び降下速度を把握することができる。タンク１の底部には水２５があり、高温層２７がタンク１の底部に到達し水２５と接触すると、燃焼している石油２１を吹き飛ばす危険なボイルオーバーを引き起こす。そこで、示温材１７の色の変化により高温層２７がタンク１の底部に溜まっている水２５に到達するまでの時間を推定し、タンク１の消火活動、冷却操作等を行い、必要に応じて現場から避難をする。
【００２７】
ボイルオーバーを引き起こす高温層２７の温度は、２００〜２５０℃程度の温度と言われているから、示温材１７が変色する温度１１０〜１３０℃程度よりもかなり高く、単純に示温材１７が変色した位置を高温層２７の位置とすることはできない。実際には、示温材１７の変色位置よりも高い位置にあるものと推察される。しかしながら示温材１７の変色する温度誤差、示温材１７が検知する温度はタンク１の側壁の外面の温度であり、内部の石油２１との間に温度差があり、またタンク１内の温度分布、温度勾配、さらには安全を考えれば、変色した示温材１７の下端部１８を高温層の下端部２８と見なすことは十分に可能である。もちろん変色した示温材１７の下端部１８よりも若干高い位置を高温層の下端部２８とすることもできる。
【００２８】
ボイルオーバーの監視は、タンク全面火災が鎮火した後も継続することが重要である。タンク全面火災が鎮火してもタンク１内に高温層２７が存在しており、これらが拡大又は降下する恐れがある。このためタンク全面火災が鎮火後も、示温材１７の色の変化から高温層２７の動きの監視を継続し、必要に応じてタンク１の冷却操作を行い、高温層２７が消失するか、高温層２７の降下、拡大が完全に停止したことを確認できるまで監視を継続すべきである。
【００２９】
上記実施形態では、１１０〜１３０℃程度の温度で変色する示温材１７を使用する例を示したが、異なる温度で変色する２種類の示温材１７、例えば１１０〜１３０℃程度の温度で変色する示温材と２００℃の温度で変色する示温材とを並べて設ければ、より精度よくタンク１内温度を検知することができる。
【００３０】
図４は、本発明の第２実施形態としてのボイルオーバー監視システムの概略的構成を示す図である。このボイルオーバー監視システムは、大略的には第１実施形態のボイルオーバー監視システムを自動化したシステムである。第１実施形態のボイルオーバー監視システムと同一の部材には、同一の符号を付して説明を省略する。以下、示温材１７には、１１０℃の温度で色が変化する示温材が設けられているとする。
【００３１】
第２実施形態に示すボイルオーバー監視システムは、タンク１の側壁面５に設けられた示温材１７を監視カメラ３１で撮影し、監視カメラ３１が撮影する示温材１７の画像を解析し、タンク１内温度を推算し、これを表示装置３５に表示し、必要に応じて警報装置３７を介してボイルオーバーの発生の危険性を報知する。第２実施形態に示すボイルオーバー監視システムは、ボイルオーバーの監視を遠隔地から行うことができるので安全である。
【００３２】
監視カメラ３１は、可搬式のカメラ又は構内に設置された固定式のカメラであってもよく、少なくともタンク１の外周にある防油堤１９の外側から示温材１７の色を識別可能に撮影できるカメラであればよい。監視カメラ３１は、タンク１に設けられた示温材１７の数と同数、本実施形態では４台設置することが、ボイルオーバーの発生の予測精度を向上させる点からは好ましいが、１箇所の示温材１７のみを監視するようにしてもよい。監視カメラ３１で撮影した画像は、画像解析装置３３に送り、画像処理しタンク１内温度を推算する。
【００３３】
画像解析装置３３は、監視カメラ３１が撮影した示温材１７の色を解析することで、１１０℃以上の温度の領域を検出することができる。示温材１７の変色後の色は予め分かっているので、監視カメラ３１が撮影した画像から色を判別することで簡単に温度を算出することができる。画像解析装置３３は、示温材１７の色の変化から算出した温度に予め定めた温度、例えば２０℃加算した温度をタンク１内温度とする。画像解析装置３３は、監視カメラ３１が撮影した画像を経時的に処理し、タンク１内の温度分布の経時変化をグラフとして表示可能にし、データを表示装置３５に送る。さらに画像解析装置３３は、タンク１内の温度分布の経時変化から高温層２７の位置、降下速度を推算しボイルオーバーが発生する時期を推定する。ここで高温層２７の下端部２８を、第１実施形態で説明したように、変色した示温材１７の下端部１８と見なしてもよい。これにより安全な方向に進むと共に、高温層２７の位置、降下速度の算出が容易となる。なお、４本の示温材１７の変色を画像解析することにより詳細な平面温度分布が求められる。
【００３４】
表示装置３５は、画像解析装置３３が算出するタンク１内の温度分布図、高温層２７の位置、降下速度、ボイルオーバーが発生する時期などを表示する。
【００３５】
さらに画像解析装置３３は、算出するタンク１内の高温層２７の下端部２８が所定の高さに達したか、又は高温層２７の下端部２８の経時変化から所定の時間内に高温層２７の下端部２８が所定の高さに達すると予測するときには、警報装置３７に信号を発し、警報装置３７は、ボイルオーバーの発生の危険性を報知する。ここで所定の高さは、消火活動等に従事する者が余裕を持って避難できる時間が稼げる位置、例えばタンク１の底に溜まっている水から１〜２ｍ程度高い位置とすればよい。このような画像解析装置３３は、コンピュータとプログラムとを用いて実現できる。
【００３６】
以上、第１実施形態、第２実施形態に示したように本発明に係るボイルオーバー監視システムは、示温材の色の変化から常時かつ連続的にタンク内の可燃性液体の高さ方向の温度、さらには高温層の位置、降下速度を予測することが可能であり、簡単な構成ながら安全にボイルオーバーの発生を監視、予測することができる。また特別の機器を必要とせずに、タンク全面火災が鎮火後も継続して監視することができるので便利である。
【符号の説明】
【００３７】
１  タンク
３  タンク本体
５  タンクの側壁外面
７  タンク側壁外面の上部
１１  タンク側壁外面の下部
１７  示温材
１９  防油提
２１  石油
２５  水
２７  高温層
２９  火炎
３１  監視カメラ
３３  画像解析装置
３５  表示装置
３７  警報装置
【図１】
0005583414.tif 000002
【図２】
0005583414.tif 000003
【図３】
0005583414.tif 000004
【図４】
0005583414.tif 000005
【図５】
0005583414.tif 000006