KR101069643B1 - 액화천연가스 화물창의 보강구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화천연가스 화물창의 보강구조에 관한 것으로서, 액화천연가스 화물창을 구성하는 1차 방벽의 멤브레인과, 멤브레인 내측에 삽입 설치되는 열십자 형태 보형물을 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 주름부의 교차부에 열십자 형태의 보형물을 삽입 위치시킴으로써, 한 방향으로 쏠림이 방지되어 주름부 전체에 열하중이나 충격에 강하도록 강성을 증대시킬 수 있으며, 단열층이 부가적으로 형성되어 단열 효율이 증가되는 효과를 가진다.
화물창, 멤브레인, 주름부, 보형물

Description

액화천연가스 화물창의 보강구조{REINFORCEMENT STRUCTURE OF LNG CARGO}
본 발명은 액화천연가스 화물창의 보강구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차 방벽을 구성하는 금속 멤브레인을 구조적으로 보강하고, 단열 효과도 높일 수 있는 액화천연가스 화물창의 보강구조에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(LNG)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 163℃로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.
이러한 액화천연가스가 에너지자원으로 등장함에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화천연가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화천연가스 운반선이 나타나게 되었다.
그런데 이러한 액화천연가스 운반선에는 초저온상태로 액화시킨 액화천연가스를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(Cargo)이 구비되어 있어야 하는데, 이러한 화물창에 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있었다. 즉, 액화천연가스는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며, 대략 163℃ 정도의 비등온도를 갖기 때문에, 이러한 액화천연가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해서는 이를 저장하는 화물창은 초저온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 알루미늄강, 스테인리스강, 36% 니켈강 등으로 제작되어야 하며, 기타 열응력 및 열수축에 강하고, 열침입을 막을 수 있는 독특한 인슐레이션 구조로 설계되어야 했다.
특히, 화물창의 1차 방벽인 금속 멤브레인은 163℃의 극저온 상태의 LNG와 직접적으로 접촉하게 되므로 응력변화에 대응할 수 있는 알루미늄 합금, 인바(Invar), 9% 니켈강 등 저온 취성에 강한 재질의 금속재질이 사용되며, 반복적인 온도변화 및 저장액체의 하중변화에 팽창 및 수축이 용이하도록 중앙부가 융기된 직선 주름부(코러게이션)를 구비하고 있으며, 다수의 멤브레인 금속패널 모서리가 겹치기 용접에 의해 서로 용접 연결되어 탱크의 기밀성을 유지하도록 용접부를 구비한다.
종래에 사용되고 있는 금속 멤브레인은 대략 직사각형으로 제작되고, 열과 하중의 변화에 팽창 및 수축이 용이하도록 다수개의 주름부가 금속패널 전체에 걸쳐 형성되어 있으며, 다수개의 주름부를 구비하는 단일 멤브레인 금속패널의 모서리 및 4 변이 이웃하는 또 다른 단일 멤브레인 금속패널의 모서리 및 4변에 의해 겹쳐진 후 겹치기 용접에 의해 서로 연결되어 탱크의 기밀성을 유지하도록 되어 있다.
그러나 이와 같은 종래의 금속 멤브레인에서 주름부가 융기된 관계로 LNG선의 대형화 추세에 따른 화물창내 증가된 동압(dynamic pressure) 하에서 쉽게 붕괴 되는 문제점이 예상되고 있다. 예컨대 액화가스에 의해 가해지는 유체 정역학적 압력이 주름부에 상당한 소성 변형을 일으킬 수 있으며 특히 교차하는 주름부로부터 소정의 거리에 있는 주름부의 측면이 압착될 수 있다.
이에 주름부의 강성 보강을 위한 해결책으로 멤브레인의 두께를 증가시키는 등의 많은 방법이 시행되었으나 가요성이 저하되는 등의 문제점이 있다.
따라서 종래 기술에 따른 일예로서 도 1에서는 하나 이상의 멤브레인(10)을 포함하는 밀봉 벽 구조물이 개시되어 있으며, 멤브레인은 직교하는 방향의 하나 이상의 제 1 주름부(5) 및 제 2 주름부(6)가 형성되고, 이 주름부(5)(6)는 탱크의 내부면을 향하여 돌출되며, 밀봉 벽 구조물은 다른 주름 열과의 두 개의 연속 교차부(8)를 형성한다.
그리고 이들 주름부(5)(6)의 내부로는 화물적재량에 의한 과도한 슬로싱에 대비하기 위해 두 가지 형태의 보형물(wedge:9)(11)을 삽입하였다.
그러나, 위와 같은 종래 기술에 따르는 보형물(9)(11)은, 주름부(5)(6)의 내부에 고정되어 있지 않아 한 방향으로 쏠림 현상이 일어나고, 이로 인하여 보형물(9)(11)이 위치되지 않은 주름부(5)(6)의 일부는 외부 압력에 더욱 취약해지는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명에서는 위와 같은 문제점을 해소하기 위하여 주름부의 교차부에 열십자 형태의 보형물을 삽입 위치시킴으로써, 한 방향으로 쏠림이 방지되어 주 름부 전체의 강성을 증대시킬 수 있는 액화천연가스 화물창의 보강구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 액화천연가스 화물창의 보강구조에 있어서, 액화천연가스 화물창을 구성하는 1차 방벽의 멤브레인과, 멤브레인 내측에 삽입 설치되는 열십자 형태 보형물을 포함하는 액화천연가스 화물창의 보강구조를 제공한다.
그리고 보형물은, 제 1 주름부와 제 2 주름부가 교차하는 교차부에 보형물의 열십자 중심이 위치될 수 있다.
또한, 보형물을 주름 교차부 홈에 억지끼워 고정시킬 수 있도록 할 수 있다.
또, 보형물은 부착유닛을 통하여 고정 설치될 수 있으며, 부착유닛으로는 양면 테이프 또는 보형물을 멤브레인의 설치 이전에 일시적으로 고정시키기 위하여 고무밴드가 사용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 액화천연가스 화물창의 보강구조에 따르면, 주름부의 교차부에 열십자 형태의 보형물을 삽입 위치시킴으로써, 한 방향으로 쏠림이 방지되어 주름부 전체에 열하중이나 충격에 강하도록 강성을 증대시킬 수 있으며, 단열층이 부가적으로 형성되어 단열 효율이 증가되는 효과를 가진다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기 에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열 구조의 단면도이고, 도 3은 본 발명에서 부착유닛의 다른 실시예에 따라 멤브레인에 보형물이 설치되는 것을 보여주는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 보강구조의 사시도이다.
도 2에 도시된 것과 같이 액화천연가스 운반선에서 저온 액체 탱크용 화물창의 단열 구조는, 액화천연가스운반선의 선체(100) 내측면에 에폭시 매스틱(102:Epoxy Mastic)과 스터드 볼트(104:Stud Bolt)에 의해 하부 인슐레이션 패널(110:Insulation Panel)이 고정판(110a)을 매개로 하여 부착 고정되는데, 이러한 하부 인슐레이션 패널(110)은 화물창의 2차 방벽 일부를 구성한다.
이때, 하부 인슐레이션 패널(110)과 상부 인슐레이션 패널(120)의 사이에는 리지드 트리플렉스(122:rigid triplex)가 개재되어 접착되어 있다. 이렇게 부착되어 형성된 방열 패널은 미리 샵(Shop)에서 제조되어 화물창 내부에 공급되는데, 이들 방열 패널을 화물창 벽에 부착시킬 때에는 글라스 울(glass wool)재질의 플랫 조인트(118:Flat Joint)가 서로 간의 빈 갭(140) 사이에 삽입될 수 있도록 간극을 두고 부착시킨다. 이후, 상부 인슐레이션 패널(120) 사이에 탑 브릿지 패널(150)을 부착시키는데, 이때 기존에 부착되어 있는 리지드 트리플렉스(122) 상에 에폭시 글루(124)로 하여 서플 트리플렉스(126:supple triplex)를 부착시키고, 그 위에 에폭시 글루(124)를 이용하여 탑 브릿지 패널(150)을 부착시킨다.
그리고 상부 인슐레이션 패널(120)과 탑 브릿지 패널(150)의 상부는 동일 평면을 갖게 되고, 이러한 동일 평면상에 1차 방벽으로 주름형상의 멤브레인(160: Membrane)이 부착되어 화물창 벽면이 완성된다.
액화천연가스의 무게를 지지하고, 슬로싱으로부터 지지하기 위한 하부 인슐레이션 패널(110)과 상부 인슐레이션 패널(120)의 재질은 폴리우레탄 폼(R-PUF)으로 이루어져 있다.
또한, 1차 방벽을 구성하는 멤브레인(160)은, 도 3에서와 같이 사각의 판상 형태로 -163℃의 극저온 상태의 액화천연가스와 직접적으로 접촉하게 되므로 응력변화에 대응할 수 있는 알루미늄 합금, 인바(Invar), 9% 니켈강 등 저온 취성에 강한 재질의 금속재질이 사용되며, 가로 방향의 제 1 주름부(162)와 세로 방향의 제 2 주름부(164)로 이루어지고, 이들 제 1 주름부(162)와 제 2 주름부(164)가 교차하는 부분에 교차부(166)가 형성된다.
여기서 제 1 주름부(162)와 제 2 주름부(164) 및 교차부(166)의 내측으로 열십자 형태의 보형물(170)이 삽입 설치되어 강성을 증대시키게 된다.
보형물(170)은 나무 또는 폴리우레탄 폼(R-PUF)의 재질일 수 있으며, 보형물(170)의 열십자 중심이 교차부(166)에 위치됨으로써, 제 1 주름부(162)와 제 2 주름부(164)의 어느 쪽으로의 쏠림이 방지될 수 있다.
덧붙여 이러한 보형물(170)은, 열십자의 중심부가 교차부(166)의 홈에 억지끼워져 고정되거나, 멤브레인(160)의 내측에 부착유닛을 이용하여 고정 설치될 수 있고, 부착유닛으로는 양면 테이프(180:도 2에 도시)가 사용될 수 있으며, 이 양면 테이프(180)로 하여 보형물(170)을 감싼 뒤에 멤브레인(160)에 부착 설치될 수 있다.
또, 부착유닛으로는 도 3에서와 같이, 고무밴드(182)가 사용될 수 있다.
멤브레인(160)을 뒤집은 상태에서 교차부(166)에 보형물(170)의 중심부를 위치시킨 후, 멤브레인(160)의 설치를 위하여 바로 위치하였을 때에 보형물(170)의 이탈이 방지되도록 멤브레인(160)의 저면에 걸쳐 보형물(170)을 지지할 수 있는 고무밴드(182)를 일시적으로 설치하게 된다. 고무밴드(182)의 양단은 멤브레인(160)에 클립 등을 통해 고정될 수 있으며, 고무밴드(182)는 멤브레인(160)의 용접 설치 이전에 제거가 이루어진다.
이와 같은 구조로 이루어진 액화천연가스 화물창의 멤브레인 구조에 따른 작용을 설명하면 다음과 같이 이루어진다.
도 4를 참고하면, 멤브레인(160)의 내측에 열십자 형태의 보형물(170)을 설치함으로써, 온도 변화에 따라 수축 및 팽창시 내측에서 지지하는 보형물(170)을 통하여 제 1, 2 주름부(162)(164) 및 교차부(166)는 열하중에 견딜 수 있다.
또한, 슬로싱과 같은 충격 하중시에도 보형물(170)로 인하여 제 1, 2 주름부(162)(164)의 변형을 최소화할 수 있으며, 더욱이 보형물(170)의 열십자 중심부 가 교차부(166)에 위치되어 한 쪽 방향으로의 쏠림 현상이 방지되어 멤브레인(160)의 전체에 걸쳐 강성이 증대될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 액화천연가스 화물창의 보강구조에 대하여 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 보형물이 금속 멤브레인에 설치된 상태의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 단열 구조의 단면도이고,
도 3은 본 발명에서 부착유닛의 다른 실시예에 따라 멤브레인에 보형물이 설치되는 것을 보여주는 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액화천연가스 화물창의 보강구조의 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 선체 102 : 매스틱
104 : 스터드 볼트 110 : 하부 인슐레이션 패널
118 : 플랫 조인트 120 : 상부 인슐레이션 패널
122 : 리지드 트리플렉스 124 : 에폭시 글루
126 : 서플 트리플렉스 140 : 갭
150 : 탑 브릿지 패널 160 : 멤브레인
162, 164 : 제 1, 2 주름부 166 : 교차부
170 : 보형물 180 : 양면 테이프
182 : 고무밴드

Claims (5)

  1. 액화천연가스 화물창의 보강구조에 있어서,
    상기 액화천연가스 화물창을 구성하는 1차 방벽으로서, 직교하는 방향의 하나 이상의 제 1 주름부와 제 2 주름부가 서로 교차하여 하나 이상의 연속하는 교차부가 형성된 멤브레인과,
    상기 멤브레인 내측에 삽입 설치되는 열십자 형태 보형물을 포함하되,
    상기 보형물은, 상기 멤브레인의 내측의 각각의 교차부에 부착유닛을 이용하여 고정 설치되는 액화천연가스 화물창의 보강구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부착유닛은, 양면 테이프가 사용되는 액화천연가스 화물창의 보강구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보형물은, 상기 멤브레인의 설치 이전에 상기 멤브레인의 저면에 걸쳐 일시적으로 설치된 고무밴드를 이용하여 상기 멤브레인의 내측에 지지되어 이탈이 방지되는 액화천연가스 화물창의 보강구조.
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