KR102426555B1 - 단열 성능이 향상된 2차 방벽을 포함하는 lng 저장탱크의 단열구조 - Google Patents

Abstract

단열 성능이 향상된 2차 방벽을 포함하는 LNG 저장탱크의 단열구조가 개시된다. 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열구조는, 2차 방벽에 형성되는 주름부에 유연성 단열재를 삽입하여, 2차 방벽 주름부의 빈 공간을 통해 대류에 의한 열손실이 발생하는 것을 방지함으로써, LNG 저장탱크의 전체 단열 성능을 향상시킨다.

Description

단열 성능이 향상된 2차 방벽을 포함하는 LNG 저장탱크의 단열구조 {INSULATION STRUCTURE OF LNG STPRAGE TANK INCLUDING SECONDARY BARRIER WITH IMPROVED INSULAION PERFORMANCE}

본 발명은 단열 성능이 향상된 2차 방벽을 포함하는 LNG 저장탱크의 단열구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LNG 저장탱크의 2차 방벽에 형성되는 주름부에 유연성 단열재를 삽입하여, 전체 단열 성능을 향상시키는 LNG 저장탱크의 단열구조에 관한 것이다.

일반적으로 천연가스는 육상이나 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; 이하, "LNG"라 함)의 상태로 LNG 운반선(LNG carrier)에 저장되어 운반된다. LNG는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 대략 -163℃로 냉각하여, 그 부피를 600분의 1로 줄임으로써 해상을 한 원거리 운반에 적합하다. 이러한 LNG의 운반에 사용되는 선박으로는 LNG 운반선 외에도, LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후, 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(LNG Regasification Vessel)가 있으며, 최근에는 LNG FPSO(LNG Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(LNG Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있다.

이와 같은 선박이나 부유식 해상 구조물은 초저온 상태로 액화시킨 LNG를 보관 및 저장할 수 있는 LNG 저장탱크(cargo, 화물창이라고도 함)가 구비되는데, 이러한 LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라, 멤브레인형(Membrane Type)과 독립탱크형(Independent Tank)으로 분류할 수 있다. 여기서 멤브레인형 저장탱크는 GTT NO 96형과 Mark Ⅲ형으로 나눠지며, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형으로 나눠진다.

도 1에 일반적인 멤브레인형 저장탱크의 구조가 개략적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 멤브레인형 저장탱크는 하부 단열패널(10), 2차 방벽(20), 상부 단열패널(30), 그리고 1차 방벽(40)이 헐(hull)의 내부 표면 상에 번갈아 적층되어 이루어진다.

하부 단열패널(10) 및 상부 단열패널(30)은 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 등의 단열재에 플라이우드(plywood) 등으로 이루어진 단열박스가 결합된 샌드위치 구조를 가질 수 있다.

1차 방벽(40)은 저장공간에 저장되는 극저온의 유체가 누출되지 않도록 저장공간을 밀폐하기 위한 것으로 기밀성이 요구된다. 1차 방벽(40)은 초저온 상태에서도 물리적 및 화학적 상태를 유지할 수 있도록, 인바 합금(INVAR), 스테인리스강(SUS), 또는 알류미늄 합금 등의 금속재료를 이용할 수 있다.

2차 방벽(20)은 하부 단열패널(10)과 상부 단열패널(30) 사이에 마련되어, 화물창 내부에 저장된 유체의 유출을 예비적으로 막아주는 역할을 한다. 즉, 2차 방벽(20)은 1차 방벽(40)이 침투되는 경우에 누출된 극저온의 유체를 2차적으로 밀폐함으로써 하부 단열패널(10) 및 헐(h)을 보호한다.

2차 방벽(20)은 1차 방벽(40)과 동일하게 인바 합금(INVAR), 스테인리스강(SUS), 또는 알류미늄 합금 등의 금속재료를 이용하거나, 리지드 트리플렉스(rigid triplex)와 서플 트리플렉스(supple triplex)를 이용할 수 있다.

한편, 1차 방벽(40)은 극저온의 LNG와 접촉하는 부분으로 저장공간의 온도 변화에 직접적으로 노출되어 있으므로, 1차 방벽(10)의 열수축과 열팽창이 반복되면서 피로가 누적되어 파괴되거나 열수축 발생시 용접 부위가 파손될 수 있다.

이러한 문제 때문에, 방벽(20, 40)들은 낮은 면강성을 갖기 위해 복수의 주름부(corrugation)를 갖는다. 주름부는 열수축 발생시 일정량 변형됨으로써 용접 부위에서의 열응력을 줄여준다.

1차 방벽(40)에 형성되는 1차 방벽 주름부(41)는 LNG가 저장되는 저장탱크의 내부를 향하여 볼록하게 형성될 수 있으며, 2차 방벽(20)은 형성되는 2차 방벽 주름부(21)는 헐(hull)을 향한 방향으로 볼록하게 형성될 수 있다.

LNG와 직접 접촉하는 1차 방벽(40)은 LNG의 자중 또는 LNG의 요동에 의한 슬로싱 하중이 작용하여, 이에 의해 1차 방벽 주름부(41)의 형상이 변형될 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 1차 방벽 주름부(41)의 빈 공간에는 주름부의 강성을 보강하기 위한 보강부재가 삽입될 수 있다.

반면, 2차 방벽 주름부(21)는 LNG의 하중을 직접 받는 부분이 아니므로 빈 공간이 그대로 남겨지게 되는데, 2차 방벽 주름부(21)의 빈 공간을 통한 공기의 대류로 인하여 열손실이 발생할 수 있으며, 2차 방벽 주름부(21)는 멤브레인형 저장탱크의 전체 공간에서 적지 않은 공간을 차지하므로 전체 단열 성능이 저하되는 문제가 있다.

또한, 1차 방벽(40)이 손상되어 LNG가 누출되었을 때, 상부 단열패널(30)로 침투한 LNG가 2차 방벽 주름부(21)에 고이는 현상이 발생할 수 있으며, 2차 방벽 주름부(21)에 축적된 극저온의 LNG에 의해 인접한 헐(hull)에 국부적인 손상이 가해지는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, LNG 저장탱크의 2차 방벽에 형성되는 주름부에 유연성 단열재를 삽입하여, 2차 방벽 주름부의 빈 공간을 통해 대류에 의한 열손실이 발생하는 것을 방지하고, 이에 따라 LNG 저장탱크의 전체 단열 성능을 향상시키고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 LNG 저장탱크의 2차 방벽에 형성되는 주름부의 상측에 막음판을 마련하여, 2차 방벽 주름부에 LNG가 고이는 것을 차단함으로써, 헐(hull)에 국부 손상이 발생하는 것을 사전에 방지하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하부 단열패널, 2차 방벽, 상부 단열패널 및 1차 방벽이 헐(hull)의 내부 표면 상에 번갈아 적층된 구조로 이루어진 LNG 저장탱크의 단열구조에 있어서, 상기 2차 방벽은 상기 헐을 향한 방향으로 볼록하게 형성된 2차 방벽 주름과, 상기 2차 방벽 주름부에 삽입되는 유연성 단열재를 포함하여, 상기 2차 방벽 주름부의 빈 공간으로 공기의 대류가 발생하는 것을 방지하는 LNG 저장탱크의 단열구조를 제공한다.

상기 유연성 단열재는 유연한(fexible)한 소재로 마련되며, 폴리우레탄폼, 강화 폴리우레탄 폼 또는 글라스 울일 수 있다.

상기 1차 방벽은 상기 LNG 저장탱크의 내부를 향한 방향으로 볼록하게 형성된 1차 방벽 주름부와, 상기 1차 방벽 주름부에 삽입되는 보강부재를 포함하며, 상기 보강부재는 강성을 가진 금속성 소재 또는 나무재로 마련될 수 있다.

상기 2차 방벽은, 상기 2차 방벽 주름부의 누출된 LNG가 축적되는 것을 방지하는 막음판을 더 포함할 수 있다.

상기 막음판은 상기 2차 방벽에 횡방향 및 종방향으로 형성된 다수의 2차 방벽 주름부를 덮도록 격자 형태로 마련될 수 있다.

상기 막음판은 상기 2차 방벽보다 열수축 계수가 작은 것으로 마련될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열구조는, LNG 저장탱크의 상부 단열패널의 내측에 배치되어 극저온의 LNG와 직접 접촉하는 1차 방벽에 형성되는 1차 방벽 주름부의 빈 공간에는 보강부재를 삽입하여, 주름부의 강성을 보강하고, 상기 LNG 저장탱크의 하부 단열패널과 상부 단열패널 사이에 배치되는 2차 방벽에 형성되는 주름부의 빈 공간에는 유연성 단열재를 삽입하여, 공기의 대류에 의한 열손실을 차단하되, 상기 보강부재는 강성을 가지는 소재인 반면, 상기 유연성 단열재는 유연한 소재인 것을 특징으로 한다.

상기 보강부재는 금속성 소재 또는 나무재로 마련되고, 상기 유연성 단열재는 폴리우레탄폼, 강화 폴리우레탄폼 또는 글라스울로 마련될 수 있다.

본 발명에 따르면, LNG 저장탱크의 2차 방벽에 형성되는 주름부에 삽입되는 유연성 단열재에 의하여, 2차 방벽 주름부의 빈 공간을 통해 대류에 의한 열손실이 발생하는 것이 방지되고, 이에 따라 LNG 저장탱크의 전체 단열 성능을 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 2차 방벽에 형성되는 주름부의 상부에 열수축의 영향을 적게 받는 막음판을 마련함으로써, 2차 방벽 주름부에 LNG가 고이는 것을 차단하고, 이에 따라 헐(hull)에 국부 손상이 발생하는 것을 사전에 방지한다.

도 1은 일반적인 멤브레인형 저장탱크의 단열구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 멤브레인형 저장탱크의 단열구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 2차 방벽의 단열구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 방벽의 단열구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 멤브레인형 저장탱크의 단열구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 일 실시예에 따른 2차 방벽의 단열구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2에서 2차 방벽의 단열구조 부분을 확대 도시한 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 멤브레인형 저장탱크는, 기본적으로 종래와 같이 하부 단열패널(10), 2차 방벽(20), 상부 단열패널(30), 그리고 1차 방벽(40)이(hull)의 내부 표면 상에 번갈아 적층된 구조로 이루어진다.

본 발명에 따른 멤브레인형 저장탱크에서 종래와 동일한 구성에 대한 설명은 편의상 간단히 기술하거나 생략한다.

본 발명에 따른 멤브레인형 저장탱크에서 1차 방벽(40) 및 2차 방벽(20)에는 온도 변화에 따른 열수축과 열팽창에 대응하기 위하여 주름부가 형성될 수 있다.

1차 방벽(40)에 형성되는 1차 방벽 주름부(41)는 LNG가 저장되는 저장탱크의 내부를 향하여 볼록하게 형성될 수 있으며, 2차 방벽(20)은 형성되는 2차 방벽 주름부(21)는 헐(hull)을 향한 방향으로 볼록하게 형성될 수 있다.

1차 방벽 주름부(41)의 빈 공간에는, LNG의 자중 또는 LNG의 요동에 의한 슬로싱 하중에 의한 주름부의 변형을 방지하기 위하여, 보강부재(42)가 삽입될 수 있다.

본 발명에 따른 멤브레인형 저장탱크의 가장 핵심적인 특징은, 2차 방벽 주름부(21)에 유연성 단열재(22)가 삽입된다는 것이다.

1차 방벽 주름부(41)에 삽입되는 보강부재(42)가 주름부의 강성을 보강하기 위한 구성이라면, 2차 방벽 주름부(21)에 삽입되는 유연성 단열재(22)는 주름부의 빈 공간을 통해 공기의 대류가 발생하는 것을 방지하기 위한 구성이다.

따라서, 보강부재(42)는 구조 강도가 큰 소재로 마련되는 것이 바람직하며, 강도가 우수한 금속성 소재 또는 나무재가 사용될 수 있다.

반면, 유연성 단열재(22)는 유연한(flexible) 소재로 마련되는 것이 바람직하며, 폴리우레탄폼, 강화 폴리우레탄폼, 또는 글라스울 등이 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 방벽의 단열구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

한편, 전술한 바와 같이 1차 방벽(40)이 손상되어 LNG가 누출되는 경우, 상부 단열패널(30)로 침투한 LNG가 2차 방벽 주름부(21)에 고이는 현상이 발생할 수 있으며, 누출된 LNG가 2차 방벽 주름부(21)에 축적되면 인접한 헐(hull)에 국부적인 손상이 가해질 우려가 있다.

이를 방지하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 방벽의 단열구조는, 2차 방벽 주름부(21)의 상측에 마련되어, 2차 방벽 주름부(21)에 LNG가 축적되는 것을 방지하는 막음판(50)을 더 포함할 수 있다.

막음판(50)은 2차 방벽 주름부(21)가 가지는 폭보다 넓은 폭을 가진 바(bar) 형태로 제작되어, 2차 방벽 주름부(21)의 움푹 패인 공간을 덮을 수 있도록, 2차 방벽(20)의 상부에 접합될 수 있다. 따라서, 막음판(50)은 2차 방벽(20)에 횡방향 및 종방향으로 형성된 다수의 2차 방벽 주름부(21)의 상측을 덮도록 격자 형태로 마련될 수 있다.

막음판(50)은 열수축의 영향이 적은 복합소재(composite material)로 이루어지는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 막음판(50)은 2차 방벽(20)보다 열수축 계수가 작은 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, LNG 저장탱크의 2차 방벽(20)에 형성되는 2차 방벽 주름부(21)에 삽입되는 유연성 단열재(22)에 의하여, 2차 방벽 주름부(21)의 빈 공간을 통한 공기의 대류에 의하여 열손실이 발생하는 것이 방지되고, 이에 따라 LNG 저장탱크의 전체 단열 성능을 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 LNG 저장탱크의 2차 방벽(20)에서 헐(hull) 측을 향하여 아래로 볼록하게 형성된 2차 방벽 주름부(21)의 상측을 막음판(50)으로 덮음으로써, 주름부가 형성하는 홈에 누출된 LNG가 축적되는 것을 방지하고, 이에 따라 2차 방벽(20)의 상부에 위치하는 상부 단열패널(30)에 누출된 LNG가 균일하게 분포될 수 있어, 헐(hull)에 국부적인 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 하부 단열패널 20 : 2차 방벽
21 : 2차 방벽 주름부 22 : 유연성 단열재
30 : 상부 단열패널 40 : 1차 방벽
41 : 1차 방벽 주름부 42 : 보강부재
50 : 막음판

Claims (8)

1. LNG 저장탱크의 단열구조에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크는 하부 단열패널, 2차 방벽, 상부 단열패널 및 1차 방벽이 헐(hull)의 내부 표면 상에 번갈아 적층된 구조로 이루어지고,
   상기 2차 방벽은,
   상기 헐을 향한 방향으로 볼록하게 형성된 2차 방벽 주름부;
   상기 2차 방벽 주름부의 공간 내부에 삽입되어 상기 2차 방벽 주름부의 공간으로 공기의 대류가 발생하는 것을 방지하는 유연성 단열재; 및
   상기 2차 방벽 주름부의 공간 상측을 덮어 상기 1차 방벽의 누설 발생시 누출된 LNG가 상기 2차 방벽 주름부의 공간에 고이는 것을 차단하는 막음판을 포함하는,
   LNG 저장탱크의 단열구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유연성 단열재는 유연한(fexible)한 소재로 마련되며, 폴리우레탄폼, 강화 폴리우레탄 폼 또는 글라스 울인 것을 특징으로 하는,
   LNG 저장탱크의 단열구조.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 1차 방벽은 상기 LNG 저장탱크의 내부를 향한 방향으로 볼록하게 형성된 1차 방벽 주름부와, 상기 1차 방벽 주름부에 삽입되는 보강부재를 포함하며,
   상기 보강부재는 강성을 가진 금속성 소재 또는 나무재로 마련되는 것을 특징으로 하는,
   LNG 저장탱크의 단열구조.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 막음판은 상기 2차 방벽에 횡방향 및 종방향으로 형성된 다수의 2차 방벽 주름부를 덮도록 격자 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는,
   LNG 저장탱크의 단열구조.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 막음판은 상기 2차 방벽보다 열수축 계수가 작은 것을 특징으로 하는,
   LNG 저장탱크의 단열구조.
7. LNG 저장탱크의 상부 단열패널의 내측에 배치되어 극저온의 LNG와 직접 접촉하는 1차 방벽에 형성되는 1차 방벽 주름부의 빈 공간에는 강성을 가지는 보강부재를 삽입하여 주름 강성을 보강하고,
   상기 LNG 저장탱크의 하부 단열패널과 상부 단열패널 사이에 배치되는 2차 방벽에 형성되는 2차 방벽 주름부의 빈 공간에는 유연한 소재의 유연성 단열재를 삽입하여 공기의 대류에 의한 열손실을 차단하며,
   상기 2차 방벽 주름부의 공간 상측을 막음판으로 덮어 상기 1차 방벽의 누설시 누출된 LNG가 상기 2차 방벽 주름부의 공간에 고이는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는,
   LNG 저장탱크의 단열구조.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 보강부재는 금속성 소재 또는 나무재로 마련되고,
   상기 유연성 단열재는 폴리우레탄폼, 강화 폴리우레탄폼 또는 글라스울로 마련되는 것을 특징으로 하는,
   LNG 저장탱크의 단열구조.

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