ガスタンクの安全な設置のために
2021年11月25日 地質
ガスタンクは正式にはガスホルダーといい、家庭や工場に送る前のガスを溜めておくための施設です。常圧タンクと高圧タンクがあり、事故が起きないようにいずれも綿密な設計がなされています。ガスタンクを設置する地盤の強固さも安全のために欠かせません。
ガスタンクの役割
ガスタンクは都市ガスや化学工業用の原料ガスを貯蔵します。可搬用の小型圧力ガス容器はガスボンベまたはガスシリンダーと呼ばれ、ガスタンクとは区別します。
ガス工場から送られるガスは非常に高圧 (0.98～6.86Mpa) で、一般家庭でそのまま利用できません。そのため、少しずつ圧力を落として低圧 (1.0～2.5Kpa) にしていきます。ガスタンクの中身は、この低圧にしていく過程にある中圧 (0.29～0.97Mpa) のガスです。ガス消費量の少ない深夜に貯留し、消費量の増える朝や夕方などの時間帯にガスタンクから送り出します。こうして需要・供給のバランスをとっているのです。
ガスタンクの構造
ガスを常圧で貯蔵するタンクを常圧タンクといいます。常圧タンクはガスの量の増減に応じてタンク内の容積を変えます。土台の部分を水封されているドームが上下する湿式タンクと、ピストンが内部を上下する乾式タンクがあります。
湿式タンクは水封式のため水溶性ガスには用いられません。ガス中に水蒸気が飽和する・基盤の重量負荷が大きいなどの事情で数万㎥以下の容量のものが多いようです。乾式タンクは気密（気体の流通を密閉によって防ぎ、気圧の変化の影響を抑えること）方式の違いによって容量が60万㎥級または十数万㎥級に分かれます。
都市ガスを貯蔵しているタンクの多くは高圧タンクに分類されます。配管や貯槽を小型化させるため、また、小型化に伴う高い内部圧力に耐えるために球形が多いのが特徴です。球形であれば抵抗値が大きく内圧が均等にかかるのです。都市ガスを貯蔵するタンクの厚さは35mmほどで、通常の2倍の強度の特殊鋼板を幾枚もつなぎ合わせています。容量は1000㎥級から20万㎥級まであります。50㎥級以下の小型タンクは横置円筒型のものがよく見られます。定置タンク以外にも輸送用タンクローリーとして使用され、圧力も100気圧以上に及びます。
ガスタンクの安全な設置
ガスタンクは地質調査に基づいて選定した強固な地盤に頑丈な杭を打ち込み、鉄筋コンクリートの基礎の上に据え付けられているので、震度6の大地震にも耐えるといわれます。もし地盤の強度が小さければ安全は保てないということです。設置前には地盤調査を行い、土地の諸条件に応じた地盤改良を実施しましょう。
重要ポイントをQ&A形式で確認
Q1. ガスタンク（ガスホルダー）とは何ですか?どのような役割を果たしていますか?
A1. ガスタンクは正式には「ガスホルダー」と呼ばれ、都市ガスや化学工業用の原料ガスを貯蔵するための大型施設です。家庭や工場に送る前のガスを一時的に溜めておく重要な役割を担っています。なお、持ち運び可能な小型の圧力ガス容器はガスボンベまたはガスシリンダーと呼ばれ、ガスタンクとは区別されます。
ガスタンクの主な役割は、ガス供給の需要と供給のバランスを調整することにあります。ガス工場から送られるガスは非常に高い圧力(0.98~6.86MPa)で送られてきますが、一般家庭ではそのまま使用できません。そこで段階的に圧力を下げていく必要があり、ガスタンク内には中圧(0.29~0.97MPa)の状態で貯蔵されています。ガス消費量の少ない深夜の時間帯にガスを貯留し、消費量が増える朝や夕方などの時間帯にタンクから送り出すことで、時間帯による需要の変動に対応しているのです。最終的には低圧(1.0~2.5kPa)まで圧力を下げて各家庭に供給されます。
Q2. 常圧タンクにはどのような種類がありますか?それぞれの特徴を教えてください
A2. 常圧タンクとは、ガスを常圧で貯蔵するタイプのガスタンクで、ガスの量の増減に応じてタンク内の容積を変化させる構造になっています。主に湿式タンクと乾式タンクの2種類に分類されます。
湿式タンクは、土台の部分を水で封じられたドームが上下する構造を持つタンクです。水封式という特性上、水に溶けやすい水溶性ガスの貯蔵には使用できません。また、ガス中に水蒸気が飽和しやすいことや基盤への重量負荷が大きいという制約があるため、容量は数万立方メートル以下のものが多く見られます。
一方、乾式タンクは内部でピストンが上下する構造を持ち、気密方式の違いによって容量が大きく異なります。気密とは気体の流通を密閉によって防ぎ、気圧の変化の影響を抑える技術のことです。気密方式の種類によって、60万立方メートル級の大容量タイプと十数万立方メートル級の中容量タイプに分かれています。湿式タンクに比べて水の制約がないため、より大容量の貯蔵が可能です。
Q3. 都市ガス用の高圧タンクはなぜ球形が多いのですか?
A3. 都市ガスを貯蔵しているタンクの多くは高圧タンクに分類され、その形状は球形が特徴的です。球形が採用される理由は主に2つあります。
第一に、配管や貯槽を小型化させるためです。高圧で貯蔵することでガスの体積を圧縮できるため、同じ量のガスをより小さなスペースで保管できます。これにより設置面積を抑えられ、都市部などの限られた土地でも効率的に貯蔵施設を運用できます。
第二に、小型化に伴う高い内部圧力に効率的に耐えるためです。球形は幾何学的に抵抗値が大きく、内部の圧力が表面全体に均等にかかる構造になっています。これにより特定の部分に負荷が集中することなく、タンク全体で圧力を分散して受け止めることができます。
都市ガス用の高圧タンクは厚さ約35ミリメートルの特殊鋼板で作られており、通常の2倍の強度を持つ鋼板を何枚もつなぎ合わせて構成されています。容量は1000立方メートル級から20万立方メートル級まで幅広く存在します。なお、50立方メートル級以下の小型タンクについては横置円筒型のものもよく見られ、定置タンクとしてだけでなく輸送用タンクローリーとしても使用され、その圧力は100気圧以上に達することもあります。
Q4. ガスタンクの設置において地盤の強度が重要なのはなぜですか?
A4. ガスタンクの安全な設置において、地盤の強度は極めて重要な要素です。どれほど頑丈にタンクを作っても、設置する土台となる地盤が弱ければ安全性は確保できません。
ガスタンクは地質調査に基づいて選定した強固な地盤に頑丈な杭を打ち込み、その上に鉄筋コンクリートの基礎を構築してから据え付けられています。この適切な設置により、震度6の大地震にも耐えられるといわれています。しかし、これは強固な地盤があって初めて実現できる耐震性です。
地盤の強度が不足している場合、タンクの重量や内部のガスの重量によって地盤沈下が起こる可能性があります。また、地震などの外力が加わった際に地盤が変形し、タンクの構造に悪影響を及ぼす危険性もあります。高圧のガスを大量に貯蔵する施設だけに、万が一の事故は周辺地域に重大な被害をもたらす可能性があるため、地盤の確実性は安全対策の基礎となるのです。
Q5. ガスタンクを設置する前にどのような調査や対策が必要ですか?
A5. ガスタンクを安全に設置するためには、設置前の十分な調査と適切な対策が不可欠です。まず実施すべきは地盤調査です。この調査では、設置予定地の土質、地層構成、地下水位、地盤の支持力などを詳細に調べます。地質調査の結果をもとに、その土地がガスタンクの重量と運用時の負荷に耐えられるかを判断します。
調査の結果、地盤の強度が基準に満たない場合には、土地の諸条件に応じた地盤改良を実施する必要があります。地盤改良の方法は土地の状況によって異なりますが、代表的なものとしては、セメント系固化材を地盤に注入して強度を高める方法や、地盤の深部まで杭を打ち込んで支持層に到達させる方法などがあります。
これらの事前調査と対策を適切に実施することで、常圧タンクと高圧タンクのいずれであっても、事故が起きないような綿密な設計と安全な設置が可能になります。ガスタンクは都市のインフラとして長期間使用される施設であるため、初期段階での十分な調査と対策への投資が、長期的な安全性と信頼性の確保につながります。
Q6. 常圧タンクと高圧タンクの使い分けはどのように決まりますか?
A6. 常圧タンクと高圧タンクの使い分けは、貯蔵するガスの種類、必要な貯蔵容量、設置場所の条件、運用目的などによって決定されます。
常圧タンクは比較的大容量の貯蔵に適しており、特に乾式タンクでは60万立方メートル級の大型貯蔵が可能です。ガスの量の増減に応じてタンク内の容積を物理的に変化させる構造のため、貯蔵量の変動が大きい用途に向いています。ただし、湿式タンクは水封式のため水溶性ガスには使用できないという制約があります。
一方、高圧タンクは都市ガスの貯蔵に多く用いられています。高圧で貯蔵することでガスを圧縮できるため、同じ量のガスをより小さなスペースで保管できます。特に都市部など設置面積に制約がある場所では、小型化できる高圧タンクが有利です。球形構造により高い内部圧力に効率的に耐えられるため、安全性と経済性のバランスが取れた選択となります。
また、用途によっても使い分けがなされます。大規模なガス供給のバックアップ施設としては大容量の常圧タンクが、中小規模の供給調整や輸送用途には高圧タンクが選ばれる傾向があります。設置にあたっては、これらの要素を総合的に検討して最適なタイプが選定されます。
Q7. ガスタンクの圧力管理はどのように行われていますか?
A7. ガスタンクの圧力管理は、都市ガス供給システム全体の安全性と効率性を保つために極めて重要な役割を果たしています。ガス工場から送られてくるガスは非常に高圧(0.98~6.86MPa)の状態にあり、このままでは一般家庭で使用できません。そのため、段階的に圧力を下げていく必要があります。
ガスタンク内では中圧(0.29~0.97MPa)の状態でガスが貯蔵されています。これは高圧から低圧への移行過程における中間段階の圧力です。タンクから送り出されたガスはさらに圧力調整を経て、最終的には低圧(1.0~2.5kPa)まで下げられて各家庭に供給されます。
この段階的な圧力調整により、安全性を確保しながら効率的なガス供給が実現されています。特に高圧タンクでは、100気圧以上に達することもある高い内部圧力を安全に管理するため、通常の2倍の強度を持つ特殊鋼板が使用され、球形構造により内圧を均等に分散させる設計がなされています。圧力管理は自動制御システムによって常時監視され、異常があれば即座に対応できる体制が整えられています。
Q8. ガスタンクの耐震性能はどのように確保されていますか?
A8. ガスタンクの耐震性能は、設計段階から施工、設置に至るまでの総合的な対策によって確保されています。特に日本は地震大国であるため、ガスタンクの耐震性は安全対策の中でも最重要項目の一つとなっています。
耐震性確保の基礎となるのが強固な地盤です。まず地質調査を実施し、その結果に基づいて選定された強固な地盤に頑丈な杭を打ち込みます。この杭は地盤の深部にある支持層まで到達し、上部構造をしっかりと支える役割を果たします。その上に鉄筋コンクリートの基礎を構築し、ガスタンクを据え付けます。この適切な基礎工事により、震度6の大地震にも耐えられる構造が実現されています。
また、タンク本体の構造も耐震性を考慮して設計されています。特に高圧タンクの球形構造は、地震による揺れに対して力が分散されやすく、特定の部分に負荷が集中しにくい利点があります。厚さ約35ミリメートルの特殊鋼板を何枚もつなぎ合わせた構造は、地震の衝撃にも耐えられる強度を持っています。
ただし、これらの耐震性能は強固な地盤があって初めて発揮されるものです。地盤の強度が不足していれば、どれほど頑丈な構造でも安全は保てません。そのため、設置前の地盤調査と必要に応じた地盤改良が耐震性確保の出発点となります。
