D 液日団協技術資料 D 液地下埋設式バルク貯槽の発生能力 1. 制定目的バルク貯槽を地下埋設し自然気化によってLPガスを消費しようとする場合需要家の消費量に対して十分な量のLPガスを供給することのできる大きさのバルク貯槽を設置しなければならないがバ

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1 日団協技術資料地下埋設式バルク貯槽の発生能力 1. 制定目的バルク貯槽を地下埋設し自然気化によってLPガスを消費しようとする場合需要家の消費量に対して十分な量のLPガスを供給することのできる大きさのバルク貯槽を設置しなければならないがバルク貯槽の設置状況 ( 地中温度充填時液温等 ) 需要家の消費パターン( 連続消費時間等 ) 及びLPガス供給側のバルク運用状況 ( 残液量等 ) などの設計条件が個々の設置ケースで異なるので一律の基準を設けても運用上に不都合が生じることが予想される従って本基準では連続消費時間の大小又は残液量の多少によって地下埋設式バルク貯槽の発生能力がどのように変化するかを計算で示しバルク貯槽の設置基準の一部とすることを目的とする 2. 適用範囲地下埋設式バルク貯槽で次の条件に該当するものの発生能力について規定する 1バルク貯槽の貯蔵量は 150 kg 200 kg 300 kg 500 kg 1t 及び 2.9tとする 2LPガスの品質はい号 ( 充填時液相プロパン分は 95mol% 及び 90mol%) とする 3 地中温度は 0 5 及び 10 とする 4 充填時液温は地中温度と同じとする 5 連続消費時間は 1 時間 1.5 時間 2 時間 3 時間 4 時間 5 時間 6 時間 7 時間及び 8 時間とする 6 残液量は 15wt% 20wt% 30wt% 40wt% 及び 50wt% とする 3. 用語の意味この基準で用いる主な用語の意味は次の通りである 1バルク貯槽液化石油ガス法で規定される開放検査周期の長い貯槽をいう 2 縦型バルク貯槽の胴部を地盤面に対して垂直に設置するものをいう 3 充填時組成バルク貯槽に最大貯蔵量のLPガスを充填した時の液相組成をいう 4 地中温度地中埋設したバルク貯槽の周囲温度とする 5 充填時液温バルク貯槽に最大貯蔵量のLPガスを充填した時の液温をいう 6 開始液温任意の残液量で消費を開始しようとする時の液温をいう 7 圧力の単位本基準で用いる圧力の単位は絶対圧力とする 8 発生能力開始液温で自然気化消費し消費終了時の容器圧力が MPa に低下する時の平均 LPガス発生量をいう 9 連続消費時間需要家におけるLPガス消費量 ( kg /h) は消費時間中必ずしも一定ではないが発生能力の計算上これを一定と仮定した場合の継続時間をいう 1

4. 地下埋設式縦型バルク貯槽発生能力計算の基礎式自然気化消費における地下埋設式縦型バルク貯槽の発生能力を計算しようとする場合図 1に示すように開始液温が残液量の減少と共に降下するのでこれを忠実に再現する計算モデルが必 1) 要となる本基準では 50 kg容器等の発生能力推算法を改良した発生能力計算式及び D 液 -001 地上設置式横型バルク貯槽等の発生能力解説 4

2 4. 地下埋設式縦型バルク貯槽発生能力計算の基礎式自然気化消費における地下埋設式縦型バルク貯槽の発生能力を計算しようとする場合図 1に示すように開始液温が残液量の減少と共に降下するのでこれを忠実に再現する計算モデルが必 1) 要となる本基準では 50 kg容器等の発生能力推算法を改良した発生能力計算式及び D 液 -001 地上設置式横型バルク貯槽等の発生能力解説 4 で提示した液温回復計算式によって任意の残液量における開始液温を予測する計算手法を確立し地下埋設式に特徴的な開始液温の変化を実態に即して再現することによりその発生能力計算精度の向上を図った以下に地下埋設式縦柄バルク貯槽の発生能力を計算するための諸式を示す図 1 地下埋設式縦型バルク貯槽の自然気化消費における液温変化状況の例 4.1 地下埋設式縦型バルク貯槽の発生能力計算式及び液温回復計算式 UA(T S -T E ) 1 W W= + P (1) L 1-exp(-ατ E ) τ E 3.6 U A ここで α= (2) wc l +w m C m w (P a -P E ) W P =(V- ) ρ v (3) ρ l W : 発生能力 ( kg /h) U : 総括伝熱係数 (W/m 2 K) A : 伝熱面積 (m 2 ) T S : 地中温度 T E : 消費終了時の液温 2 L : 蒸発潜熱 (kj/ kg ) τ E : 連続消費時間 (h) w : 残液量 ( kg ) C l : 液比熱 (kj/ kg K) w m : 顕熱に寄与するバルク貯槽の重量 ( kg ) C m : バルク貯槽の比熱 (kj/ kg K) V : バルク貯槽の内容積 (m 3 ) ρ l : 液密度 ( kg /m 3 ) ρ v : ベーパー密度 ( kg /m 3 ) 1) 大井 : LP ガス容器の発生能力推算法高圧ガス Vol.16 9(1979)

3 P a : 消費開始時の圧力 P E : 消費終了時の圧力尚発生能力をその要因別に表すと以下の通りになる伝熱発生速度 W h = UA(T S -T E ) 1 L 1-exp(-ατ E ) -W l (4) 2) 顕熱発生速度 W = (wc l +w m C m ) (T a -T E ) 1 l L (5) ベーパー発生速度 W V = (6) W P τ E ここで W h : 伝熱による発生速度 ( kg /h) W l : LP ガスの顕熱及びバルク貯槽の顕熱による発生速度 ( kg /h) W V : 気相部のベーパーの圧力低下による発生速度 ( kg /h) T a : 開始温度一方液温回復温度計算式は次式による T R=T a-(t a-t E) exp(-ατ R) (7) ここで T R : 消費終了 τ R 時間後の液温 τ R : 消費終了からの経過時間 (h) τ E 4.2 自然気化消費に伴う液相及び気相組成変化計算式 LPガス組成をプロパンノルマルブタン及びイソブタンの三成分とし自然気化消費に伴う液組成変化を以下の式で計算する 1-x P,k-1 x Pj,k W P-Pj k ( ) ( ) =( ) (k=1,2,,n) (8) 1-x,k x,k-1 W k-1 ここで p =exp(k 1, -K 2, /T) (9) p j = π 0.k -p x,k-1 1-x,k-1 π 0,k =Σp x,k-1 (10) (11) 但し k=1 のとき x,0 =x F w 0 =w F k=n のとき x,n =x w n =w x : 成分の液相組成モル分率 x F : 充填時の液相組成モル分率 w : 残液量 (wt 比 ) w F : 充填時の液残量 =1.0 (wt 比 ) π 0 : 全圧 p : 成分の蒸気圧 p j : 成分以外の蒸気圧 K 1,, K 2, : 定数 ( 表 1 に示す ) T : 温度 2) (4) 式を (2) 式と (5) 式を用いて書き換えると次式を得る UA(T S -T E ) 1 UA(T a -T E ) 1 W h = - L 1-exp(-ατ E ) L ατ E 3

4 又気相組成は理想気体を仮定すると次式で計算される y =p x /Σp x (12) ここで y : 成分の気相モル分率 4.3 総括伝熱係数 ΔT E 0.45 U=1.7 ( ) (13) Z mean ここで U : 総括伝熱係数 (W/m 2 K) ΔT E : 温度差 Z mean : 平均液深さ = + (14) Z mean Z D (m) D : バルク貯槽の内径 (m) Z : 液深さ (m) 4.4 液深さ任意の残液量における液深さを残液量が鏡部容積以上の場合は (15) 式それ以外の場合は (16) 式で与えるものとする 4 w w/ρ l V d のとき Z= πd 2 ( -V ρ d )+Z d (15) l 4 w w/ρ l <V d のとき Z 3 -D Z 2 + =0 の解 Z (16) 3 πρ l ここで w : 残液量 ( kg ) 4.5 伝熱面積 ρ l : 液密度 ( kg /m 3 ) V d : 鏡部の容積 (m 3 ) Z d : 鏡部の液深さ任意の残液量における伝熱面積は液深さ Z における濡れ面積とし残液量が鏡部容積以上の場合は (17) 式それ以外の場合は (18) 式で与えるものとする 4w 4 w/ρ l V d のとき A= - V d +S d (17) Dρ l D Z w/ρ l <V d のとき A=S d (18) Z d (m) 4.6 発生能力に寄与するバルク貯槽の顕熱発生能力に寄与するバルク貯槽の顕熱は w mc m で与えられるがこの顕熱の源泉となるバルク貯槽の重量を次式で与える w m =w m0 S Z S all (19) 4

5 ここで w m : バルク貯槽の顕熱に寄与するバルク貯槽の重量 ( kg ) w m0 : バルク貯槽本体重量 ( kg ) S z : 液深さZにおける伝熱面積 (m 2 ) S all : バルク貯槽の全表面積 (m 2 ) 4.7 LPガスの物性値 1 液密度 ρ l =ΣX (K 3, -K 4, T) (20) 2 ベーパー密度 ρ v =Σy K 5, /T (21) 3 蒸発潜熱 L=ΣX (K 6, -K 7, T) (22) 4 液比熱 C l =ΣX (K 8, +K 9, T) (23) 但し X =M x /Σm x (24) ここで X : 成分の液相組成重量分率 M : 成分の分子量 T : 温度表 1 LP ガス物性値計算式の定数の値成分 M K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 K 7 K 8 K 9 C 3 H nc 4 H C 4 H バルク貯槽の主要寸法及び重量バルク貯槽の主要寸法及び重量を表 2 に示す表 2 バルク貯槽の主要寸法及び重量種類充填量内容積内径全長スレートスレート鏡部鏡部容積鏡部表面全表貯槽部長さ部容積液深さ (1/2) 積 (1/2) 面積重量 ( kg ) (m 3 ) (m) (m) (m) (m 3 ) (m) (m 3 ) (m 2 ) (m 2 ) ( kg ) 150kg型 kg型 kg型 kg型 t 型 t 型 ( 注 ) 鏡部 ( 回転楕円体 ) の短軸と長軸の比は 1:2 とした 5

6 6. バルク貯槽の発生能力 6.1 地中温度と充填時温度地下埋設式縦型バルク貯槽の発生能力計算においては地上設置式バルク貯槽の発生能力計算式における外気温に相当するパラメータを主として地中温度とし充填時液温考慮しているこれらのパラメータの設定方法について本基準では以下の通りとする 1 地中温度はバルク貯槽を設置した地区の実測データとする尚地中温度の参考データとして高圧ガス保安協会で実施したデータを解説 3 に掲載する 2 充填時液温はバルク貯槽に充填した直後の液温とする 6.2 地下埋設式バルク貯槽の発生能力地下埋設式縦型バルク貯槽の発生能力計算結果については充填時液相組成 C 3H 8 分 95mol% の場合を付表 1 及び付図 1 に充填時液相組成 C 3H 8 分 90mol% の場合を付表 2 及び付図 2 に示す尚付表においては発生能力の値と共にその計算条件における開始液温も併記するものとし充填液温を充填時液温に読み替えるものとする又参考データとして地下埋設式縦型バルク貯槽の発生能力をその貯蔵量に対して表示した結果を付表 3~ 付表 4 及び付図 3~ 付図 4 に示すと共に地下埋設式横型バルク貯槽の発生能力を付表 5~ 付表 6 及び付図 5~ 付図 6 に示す 6.3 本基準の利用地下埋設式における縦型バルク貯槽と横型バルク貯槽の発生能力は解説 5 における検討の通りほぼ同等の値と考えられるので本基準の利用に当たっては横型バルク貯槽の発生能力についても縦型バルク貯槽の発生能力 ( 付表 1~ 付表 4 及び付図 1~ 付図 4) を使用するものとし横型バルク貯槽としての発生能力計算データについては参考 3 の範囲にとどめた制定日本資料の制定日は 2000 年 7 月 1 日とする改正日本資料の第 1 回改正 :2008 年 11 月 26 日第 2 回改正 :2016 年 3 月 11 日 6

D 液日団協技術資料 D 液地上設置式横型バルク貯槽等の発生能力 1. 制定目的バルク貯槽又はバルク容器 ( 以下バルク貯槽等という ) を設置し自然気化によってLP ガスを消費しようとする場合需要家の消費量に対して十分な量のLPガスを供給すること

D 液日団協技術資料 D 液地上設置式横型バルク貯槽等の発生能力 1. 制定目的バルク貯槽又はバルク容器 ( 以下バルク貯槽等という ) を設置し自然気化によってLP ガスを消費しようとする場合需要家の消費量に対して十分な量のLPガスを供給すること日団協技術資料地上設置式横型バルク貯槽等の発生能力 1. 制定目的バルク貯槽又はバルク容器 ( 以下バルク貯槽等という ) を設置し自然気化によってLP ガスを消費しようとする場合需要家の消費量に対して十分な量のLPガスを供給することのできるバルク貯槽等の大きさを必要とするがバルク貯槽等の設置状況 ( 外気温等 ) 需要家の消費パターン ( 連続消費時間等 ) 及びLPガス供給側のバルク運用状況