KR20100023276A

KR20100023276A - Ｌｎｇ 저장탱크의 누설검사 장치

Info

Publication number: KR20100023276A
Application number: KR1020080081955A
Authority: KR
Inventors: 김동섭; 양현중
Original assignee: 주식회사 디섹
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2010-03-04
Also published as: KR100951772B1

Abstract

본 발명은 지상 또는 LNG 선박에서 사용되고 있는 LNG 저장탱크에서 LNG 가스가 누설되는 경우에 해당 누설부위를 찾아서 유지보수 하기 위한 유지보수의 단계 즉 수리단계에서의 누설검사에 필요한 누설검사 장치에 관한 것으로서, LNG 저장탱크 내의 기존 접근 불가능 구역을 별도의 족장 설치 없이도 검사할 수 있도록 헬륨가스 검출용 프로브를 검사대상 구역까지 이동시켜 줌과 동시에 이를 사용함에 있어서 발생할 수 있는 헬륨풍선의 헬륨가스 누설로 인한 LNG 저장탱크 내의 오염으로부터 검사구역의 검사조건을 안정적으로 확보해 주는 역할을 하는 LNG 저장탱크의 누설검사 장치에 관한 것이다.

LNG, LNG 저장탱크, 헬륨가스, 누설검사

Description

ＬＮＧ 저장탱크의 누설검사 장치{LNG Tank Leak Testing Equipment}

본 발명은 기밀용기나 저장탱크의 누설 여부를 검사하는 비파괴검사인 누설검사 분야에 속하는 기술로, LNG 선박 또는 지상에 설치된 LNG 저장탱크의 기밀 여부를 검사하기 위하여 사용되는 누설검사 장치에 관한 것이다.

LNG 저장탱크는 [도 1]처럼 콘크리트, 금속으로 저장탱크 외벽(50)을 구성하고 내부에 1차 단열막(20) 및 2차 단열막(30)으로 2개의 단열구역을 형성하며 각각의 단열구역에는 단열재(40)가 포함되어 있는 구조, 또는 콘크리트, 금속으로 저장탱크 외벽(50)을 구성하고 내부에 1차 단열막(20)으로 1개의 단열구역을 형성하며 단열구역에는 단열재(40)가 포함되어 있는 구조로 되어 있다. 이하에서는 1차 및 2차 단열막으로 구성된 LNG 저장탱크의 검사방법을 위주로 하여 설명한다.

여기서 단열막(Membrane)은 스테인레스, 인바(Invar, 철과 니켈이 주성분인 열팽창률이 아주 작은 합금) 등으로 구성되며, 두께는 0.7밀리미터 내지 3밀리미터 이하의 아주 얇은 판을 일정 크기로 조립하고 용접하여 제작한다.

단열재(40)는 유리섬유, 퍼라이트, 우레탄폼 등을 일정 크기로 제작하여 조립되어지며 저장탱크 외벽(50)과 2차 단열막(30), 2차 단열막(30)과 1차 단열 막(20) 사이를 단열하는 역할을 한다.

LNG 저장탱크의 제작 과정에서 보면, [도 2]처럼 LNG 저장탱크의 외벽(50)을 제작하고 외벽(50)의 내부 둘레로 단열재(40)를 시공한 후 2차 단열막(30)을 조립 용접하여 1차 누설 검사를 시행한다. 이때, 저장탱크 외벽(50)과 2차 단열막(30) 사이의 구간을 2차 단열구역이라 한다.

2차 단열구역에 누설이 없는 것이 검증되면 2차 단열막(30) 위에 단열재(40)를 다시 시공하고 1차 단열막(20)을 조립 용접한 후 2차 누설검사를 시행한다(이때, 2차 단열막(30)과 1차 단열막(20) 사이의 구간을 1차 단열구역이라 한다). 2차 누설검사가 완료되면 LNG 저장탱크의 누설검사가 완료된다.

모든 검사 완료 후에 LNG 저장탱크에 LNG를 저장하기 위하여 LNG 저장탱크의 1차 단열구역 내부에 질소가스를 주입하여 탱크를 냉각시킨다. 이는 대기 중에 노출되어 상온을 유지하고 있는 LNG 저장탱크의 단열막을 보호하고 액화 LNG 주입 시 온도차에 의해 격렬히 기화하는 가스의 압력으로 인하여 LNG 저장탱크에 갑자기 가해지는 압력을 최소화하기 위함이다. 즉, LNG 저장탱크 내부의 온도를 미리 냉각시켜서 공급되는 액화 LNG의 기화를 최대한 막는 것이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 검사대상이 되는 지상 또는 LNG 선박의 LNG 저장탱크는 고압으로 압축하여 액화된 영하 162˚C의 초저온 LNG를 저장, 운반하는 특성상 LNG의 저장 및 하역에 따른 압력변화에 따라서 지속적인 압축과 팽창과 같 은 구조적 스트레스를 받게 된다. 더욱이 LNG 선박은 험난한 대양을 운항하면서 LNG를 운반하는 선박으로 LNG 저장탱크 내부에서 LNG가 액체상태로 운반되며 이에 따른 LNG 저장탱크 내의 액체의 유동에 의한 슬로싱이 발생하여 지속적으로 LNG 저장탱크의 구조물 즉 단열막에 충격을 가하여 피로를 누적시킨다.

이로 인하여 1차, 2차 단열막(20, 30)에 용접 결함이나 물리적인 요인에 의하여 단열막이 손상되면 단열막 내부의 진공 또는 가압 상태가 유지되지 못하여 단열효과의 저하 및 LNG의 누설을 초래하게 된다.

일단 단열막의 누설로 인한 단열성능 저하는 저장 중인 LNG의 기화 압력을 높이게 되는데, 그것이 LNG 저장탱크의 설계압력보다 높아지게 되면 LNG를 외부로 배출하여 LNG 저장탱크의 압력을 낮추어야 하는 문제가 발생한다. 이것은 저장된 LNG의 소모를 뜻한다.

LNG 선박의 경우 운반 중에 기화된 LNG가 과압으로 인하여 외부로 배출되어 소모된다면 큰 손해(추정금액 수십억)를 보게 된다. 또한 1차 단열막이 손상을 입어서 누설되면 기화된 LNG가 1차 단열재(40)로 유입되어 폭발할 우려가 있으므로 위험하다. 이러한 이유 때문에 LNG 저장탱크의 누설검사가 꼭 필요하다.

본 발명은 LNG 저장탱크의 제작단계의 검사에서 필요한 누설검사 장치에 관한 것이 아니라, 제작과 검사를 모두 마치고 실제 LNG를 저장하고 운반하는 사용단계에서 발생하는 LNG 가스의 누설부위를 찾아서 유지보수 하기 위한 유지보수의 단계 즉 수리단계에서의 누설검사에 필요한 누설검사 장치에 관한 것이다.

LNG 저장탱크에는 제작 당시 단열막의 내부에 일정 간격으로 온도센서를 설치하고 단열공간과 연결된 배관라인에 압력측정기기와 가스측정구를 설치하는데, 이러한 센서들을 이용하여 단열막의 누설여부 및 LNG 가스의 누설을 감지하게 된다. 즉, LNG 저장탱크의 단열막의 손상으로 인하여 누설부위가 발생하게 되면 가장 먼저 1차, 2차 단열막(20, 30)에 설치된 온도센서의 온도변화가 감지되는데(온도가 내려감), 이때의 온도변화와 단열공간의 압력변화를 이용하여 가스의 누설 여부를 알 수 있으며, 더불어 배관에 설치된 가스측정구에서 가스측정기로 가스농도를 측정하여 가스의 누설 여부를 알 수도 있는 것이다.

본 발명은 이처럼 가스누출이 의심되거나 선박에 설치된 기기들에 의해서 가스누출이 확인되어 수리를 할 경우에 적용되는 누설검사 장치에 관한 것인데, 이하에서는 관련된 기술적 사항을 LNG 선박의 예를 들어서 설명하도록 한다(지상의 LNG 저장탱크 보다 해상에서 운항하는 LNG 선박이 더욱더 악조건에서 운영되므로).

LNG 선박은 조선소에서 건조될 당시 LNG 저장탱크의 단열공간에 대한 기밀 여부를 검사하기 위하여 누설검사를 실시한다. LNG 선박의 건조 당시 누설검사가 완료되어 선박의 운항에 안전하다고 판정을 받고 해상 시운전 및 실제 LNG 인수기지에서의 가스하역 테스트 등을 통과한 후 실해역에 투입되어 LNG를 운반하게 되는 것이다.

그런데, LNG 선박이 운항하게 되는 해상은 많은 악조건이 존재하며 LNG 저장탱크 내부에 저장 중인 영하 162˚C의 초저온 LNG의 슬러싱(유동)과 장기간의 운항 에 따라 반복되는 저장탱크의 압력변화에 의하여 저장탱크를 구성하는 단열막의 모재나 용접부에 문제가 발생하여 단열구역 내부로 LNG가 누설되는 사고가 발생하기도 한다.

이처럼 실해역에 투입되어 운항 중에 있는 LNG 선박의 LNG 저장탱크에서 누설이 발생할 경우에는 선박의 운항을 중단하고 적재 중인 LNG를 모두 하역한 상태에서 수리 조선소로 입항 또는 Redocking(수리를 위하여 DOCK에 배치시키는 것)하여 최대한 빨리 수리를 완료하여야만 한다.

누설부위를 수리하기 위해서는 먼저 정확한 누설부위를 찾아야만 하고, 정확한 누설부위를 찾기 위해서는 누설검사를 수행하여야만 하는데, LNG 저장탱크의 어느 부위에서 누설이 발생하였는지 알 수 없기 때문에 LNG 저장탱크의 1차 단열막(20)을 전부 검사하여서 누설부위를 찾아야만 한다.

이때, 기존의 검사방법에 따르면, 제작 당시와 같은 방식의 누설검사를 하여야 하는데, 그러기 위해서는 LNG 저장탱크의 내부 전부분에 작업용 족장을 설치하여서 1차 단열막(20)의 표면의 전면(全面)에 작업자의 접근이 가능하게 하여야만 한다.

그러나 선주에게 인도되어 운항 중인 LNG 선박의 LNG 저장탱크 내부에는 [도 3]처럼 검사나 작업에 필요한 족장 등의 시설물이 설치되어 있지 않다. 따라서 이처럼 검사 또는 수리작업을 위한 족장 설치에 소요되는 비용과 기간은 상당할 수밖에 없다.

LNG 선박의 LNG 저장탱크 내부 크기는 대략 길이 40미터, 폭 30미터, 높이 30미터 이상으로 작업용 조립식 족장이 없으면 LNG 저장탱크의 특정 높이 이상은 검사 및 수리작업을 할 수 없다. 더욱이 최근에 제작되는 LNG 선박들은 그 크기가 훨씬 더 크다. 최대한의 수송성능을 발휘하기 위하여 점점 대형화되어 가고 있는 것이다. 그리고 LNG 저장탱크의 내부로 접근하기 위한 출입구(개구부)도 한정적이며 크기도 작다. 대략 직경 2미터 정도의 Liquid Dome(저장탱트 천정부 위치)의 Cover를 Open 하여야만 검사와 수리작업에 필요한 장비 자재 등을 운반할 수 있다.

이러한 작은 공간으로 LNG 저장탱크의 내부에 조립식 작업족장(작업발판)을 전부 설치하려면 한 탱크 당 20억원 이상의 족장설치비와 30일 이상의 기간이 소요 되므로 선박운항 지연에 따른 선주 측의 금전적 손실 부담(추정컨대 1일 운항을 못할 때 마다 몇 억씩 손해를 보게 된다)이 크게 된다.

또한 LNG 저장탱크 내부 전체에 족장을 설치하는 경우 많은 자재들의 출입이 있으므로 이로 인한 단열막의 훼손 가능성 또한 높아지게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 극복하고자 LNG 저장탱크 내부 전체에 족장을 설치하지 않고도 누설부위를 신속하게 검출할 수 있도록 하는 장치를 제안하게 되었으며 그 기본적인 방향은 다음과 같다.

일단 누설구역을 정확하게 찾아내고 해당 구역에만 족장을 설치한 후 보수작업을 완료한다. 누설부위에 대한 보수작업이 완료되면 보수용접부위의 누설여부에 대한 확인 검사를 시행하고 이상이 없으면 LNG 저장탱크의 전체적인 누설여부 검사 를 최종적으로 하여 이상이 없으면 작업을 종료한다.

그런데, 이러한 일련의 과정과 목적을 이루기 위해서는 작업자(검사자)가 누설구역을 찾아내기 위하여 직접 접근할 수 없는 높은 구역에 대한 검사장치가 필요하다. LNG 선박의 경우 LNG 저장탱크의 높이가 최소 30미터 이상이 되므로 발판이나 족장이 없이는 상부로의 접근이 불가능하기 때문이다.

한편, LNG 저장탱크의 수리를 위한 검사는 LNG 저장탱크의 제작 당시의 검사조건 보다 더 까다롭다. LNG 저장탱크의 사용에 따른 노후화 및 피로의 누적으로 LNG 저장탱크의 강도가 약해진 상태이므로 누설검사를 위하여 사용되는 추적가스의 종류 및 압력의 선택을 신중하게 해야 한다.

누설검사를 위하여 LNG 저장탱크의 1차, 2차 단열구역에 가압 또는 감압(진공)의 상태를 유지하게 되는데, 이때의 압력이 제작검사 당시에 사용된 압력 범위를 넘어서서는 안 되며 안전을 위하여 제작 당시보다 낮은 압력 범위를 유지하여야만 한다. 그 이유는 노후화로 인하여 약해진 단열막의 누설부위가 약간의 힘에도 크게 파손되어 누설검사를 하기 위해 주입된 추적가스의 대량 누설을 야기할 수 있으며, 이때 사용되는 추적가스의 종류에 따라 LNG 저장탱크 내부에서 검사나 작업 중인 사람들에게 치명상을 입힐 수 있기 때문이다.

추적가스로 사용될 수 있는 가스의 종류에는 헬륨(He), 암모니아(NH₃), 질소(N₂), 건조공기(dry air) 등이 있다. 수소는 폭발위험성이 큰 기체라서 사용하지 않는다.

그런데, 암모니아(NH₃)는 LNG 저장탱크 내부에서 대량으로 누설될 경우 질식사고 및 폭발을 일으킬 수 있어 치명적이기 때문에 수리선의 검사에는 부적합하다. 또한, 질소(N₂), 건조공기(dry air)를 추적가스로 사용하는 경우에는 정밀하게 극소량을 검출하기 어려워 사용에 적합하지 않다.

이러한 이유로 LNG 저장탱크의 유지보수, 즉 수리를 위한 누설검사용 추적가스로는 헬륨(He)이 가장 적합하며 분자가 수소 다음으로 작아서 누설의 검출감도가 가장 좋다.

수리선의 누설검사에 사용되는 추적가스 검출장비로는 극소량의 헬륨가스도 검출할 수 있는 고정밀 헬륨가스 검출용 디텍터를 사용한다. 헬륨가스 검출용 디텍터의 본체에는 진공펌프가 구성되어 있으며 이것과 연결된 진공튜브의 끝단부에는 헬륨가스 검출용 프로브(탐지체)가 연결된다.

이 헬륨가스 검출용 프로브를 누설이 의심되는 검사구역에 근접시키면, 헬륨가스 검출용 디텍터의 진공펌프가 대기 중의 공기를 흡입하게 되는데, 헬륨가스 검출용 디텍터는 이때 흡입된 공기 중에서 헬륨가스가 얼마나 존재하는지를 감지하여 수치화시키고 그것이 미리 설정된 기준치를 초과하면 알람 시그널을 작동시키게 된다. 물론 대기 중에도 헬륨가스가 존재하므로, 평균적인 대기 중의 헬륨가스 농도를 미리 헬륨가스 검출용 디텍터에 교정을 하여서 기준치를 정하고 이 기준치를 초과하는 부위를 추적함으로써 누설부위를 찾게 되는 것이다.

이때, 사람이 접근하지 못하는 높은 구역, 즉 LNG 저장탱크의 약 2미터 이상의 구역은 헬륨가스 검출용 디텍터 및 진공튜브와 연결된 헬륨가스 검출용 프로브를 접근시키기 위한 수단이 필요하다. 만약, 헬륨가스 검출용 프로브를 상부까지 접근시킬 방법이 없다면 LNG 저장탱크 내부 전체에 족장이나 발판을 설치해야 하는데, 이렇게 될 경우 앞서 설명한 것과 같이 많은 비용과 기간이 소요되어서 저장탱크 운영자의 경제적 손실이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, LNG 저장탱크 내의 접근 불가능 구역을 별도의 족장 설치 없이도 검사할 수 있도록 헬륨가스 검출용 프로브를 검사대상 구역까지 이동시켜 줌과 동시에 이를 사용함에 있어서 발생할 수 있는 헬륨풍선의 헬륨가스 누설로 인한 LNG 저장탱크 내의 오염으로부터 검사구역의 검사조건을 안정적으로 확보해 주는 역할을 하는 LNG 저장탱크의 누설검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 몸통 후미의 가스 주입구(5a)로부터 주입된 헬륨가스(2)에 의하여 공중으로 부상하는 성질을 갖게 되는 내부 풍선(1a)과, 이러한 내부 풍선(1a)의 몸통 바깥 전면(全面)을 둘러싸서 몸통 안으로 수용하되 몸통 후미의 가스 주입구(5b)로부터는 공기(3)가 주입되는 외부 풍선(1b)이, 내부 풍선(1a)의 몸통 바깥과 외부 풍선(1b)의 몸통 안 공간 사이에 위치하면서 내부 풍선(1a) 및 외부 풍선(1b)을 상호 접착시켜 내부 풍선(1a)이 외부 풍선(1b)의 몸통 안에서 고정될 수 있도록 하는 다수 개의 고정용 프레임(6)에 의하 여 일체를 이룸으로써 전체적으로 보아 헬륨가스(2) 및 공기(3)가 층을 이루어 분포하는 2중막 구조를 갖게 되는 헬륨풍선(1); 외부 풍선(1b)의 몸통 앞쪽 끝단에 부착된 상태에서 주위의 공기(3)를 집중적으로 흡입하는 헬륨가스 검출용 프로브(12); 일 끝단은 헬륨가스 검출용 프로브(12)와 연결되고 타 끝단은 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 진공펌프 흡입구와 연결되는 튜브로서, 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 진공펌프가 구동함에 따라 헬륨가스 검출용 프로브(12)가 흡입한 주위의 공기(3)를 헬륨가스 검출용 디텍터(10)로 보내는 진공튜브(4); 헬륨가스 검출용 프로브(12)가 흡입한 공기(3) 중의 헬륨가스를 검출해 내는 헬륨가스 검출용 디텍터(10); 외부 풍선(1b)의 몸통 바깥 표면에 다수 개가 부착되며, 몸체에는 홈이 형성되어 있는 로프 결속 고리(8); 및 일 끝단이 로프 결속 고리(8)와 결속된 상태에서 아래 방향으로 길게 늘어뜨려지는 위치 조정용 로프(7)를 포함하는 LNG 저장탱크의 누설검사 장치를 제시한다.

본 발명은 기존의 누설검사 방법인 LNG 저장탱크 내부에 전체적으로 족장을 설치하고 직접 검사하는 방법에서 벗어나 족장을 설치하지 않고 헬륨풍선을 이용하여 간접적으로 누설부위를 검사할 수 있도록 하는 방법을 실현하기 위하여 개발된 것으로서, 기존의 족장설치비(LNG 저장탱크 당 약 20억)와 수리기간(족장 설치기간만 약 30일)의 부담을 해소하여 LNG 저장탱크의 검사에 소요되는 비용과 기간의 절감 효과를 이끌어 낼 수 있다.

본 발명에 따르면 LNG 저장탱크 내 접근 불가능 구역을 별도의 족장 설치 없 이도 검사할 수 있을 뿐만 아니라 헬륨풍선을 사용함에 있어서 발생할 수 있는 헬륨가스 누설로 인한 LNG 저장탱크 내의 오염으로부터 검사구역의 검사조건을 안정적으로 확보할 수 있게 된다. 또한 필요에 따라서는 카메라를 장착할 수 있어서 헬륨풍선의 선단부에 장착된 카메라를 통하여 누설부위를 육안으로 확인할 수 있으며 당해 영상을 저장하여 확인용 자료로 활용할 수 있다.

본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하고자 우선적으로 헬륨가스 검출용 프 로브(12)를 공중으로 부양시켜 목표하는 검사구역까지 이동시킬 수 있는 헬륨풍선(1)을 제작하기에 이르렀다.

이에 따르면, 대형 헬륨풍선(1)을 제작한 후 내부에 헬륨가스(2)를 충전시키고, 헬륨가스 검출용 프로브(12)를 헬륨풍선(1)의 끝단부에 고정시키는 한편, 헬륨가스 검출용 프로브(12)를 진공튜브(4)와 연결하여 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 진공펌프 흡입구와 연결시켜서 대기 중의 공기(3)를 흡입하게 하고, 헬륨풍선(1)의 외부에 위치 조정용 로프(7)를 앞, 뒤, 좌, 우에 다수 결속하여 헬륨풍선(1)을 원하는 위치까지 이동시켜서 헬륨풍선(1)의 끝단부에 장착된 헬륨가스 검출용 프로브(12)를 검사하고자 하는 지점에 고정시켜 누설검사를 실시함으로써 접근 불가구역의 누설검사를 간단하게 할 수 있다.

그러나 이러한 방법에도 문제점이 있다. 검출하려는 추적가스가 헬륨가스이기 때문에 헬륨가스(2)가 들어간 헬륨풍선(1)을 이용하게 되면 누설검사의 검사 감도에 문제가 발생한다.

헬륨풍선(1)의 외부막을 아무리 잘 만들더라도 헬륨가스(2)의 특성상 아주 미세한 틈이라도 있으면 누설될 수 있고, 헬륨풍선(1)에 헬륨가스(2)를 주입하여 가스주입구를 단단히 밀폐하더라도 헬륨가스(2)는 가스를 주입하는 순간부터 이미 헬륨풍선(1)에서 누설될 수 있기 때문이다.

헬륨풍선(1)에 주입된 헬륨가스(2)가 누설되어 새어 나오면 검사하고자 하는 LNG 저장탱크의 내부에 퍼져나가고 LNG 저장탱크의 상부구간부터 서서히 헬륨가 스(2)의 농도는 높아지게 된다.

또한 LNG 저장탱크의 단열막이 용접으로 인하여 날카롭게 되어 있는 구간에 헬륨풍선(1)이 손상을 입어 구멍이 나면 헬륨풍선(1) 내부에 주입된 헬륨가스(2)가 대기 중으로 확산되며, 이 경우 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 민감한 센서가 금방 반응하고 그 결과 LNG 저장탱크의 전 구역에서 알람 시그널이 울리게 되어 검사가 어려워지게 된다.

이처럼 헬륨풍선(1)에 주입되는 가스와 검출하려는 추적가스가 동일한 것이기 때문에 누설검사가 불가능하거나 검사가능 시간이 아주 작아지는 문제(LNG 저장탱크 내부의 공기(3) 중에 누설된 헬륨가스(2)가 확산되기 전에 검사를 완료하여야 함)가 발생하는 것이다.

따라서 앞에서 제시한 방법이 좋은 방법이기는 하나 이러한 문제점을 가지고 있기 때문에 실제 현장의 누설검사에 이를 그대로 적용하기에는 한계가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 [도 6]처럼 헬륨가스(2)가 주입되어 공중으로 부양하는 헬륨풍선(1)의 막을 2중으로 설계함으로써 만족스런 결과를 만들어 냈다.

즉, 본 발명에 따른 헬륨풍선(1)은, 몸통 후미의 가스 주입구(5a)로부터 주입된 헬륨가스(2)에 의하여 공중으로 부상하는 성질을 갖게 되는 내부 풍선(1a)과, 이러한 내부 풍선(1a)의 몸통 바깥 전면(全面)을 둘러싸서 몸통 안으로 수용하되 몸통 후미의 가스 주입구(5b)로부터는 공기(3)가 주입되는 외부 풍선(1b)이, 내부 풍선(1a)의 몸통 바깥과 외부 풍선(1b)의 몸통 안 공간 사이에 위치하면서 내부 풍선(1a) 및 외부 풍선(1b)을 상호 접착시켜 내부 풍선(1a)이 외부 풍선(1b)의 몸통 안에서 고정될 수 있도록 하는 다수 개의 고정용 프레임(6)에 의하여 일체를 이룸으로써 전체적으로 보아 헬륨가스(2) 및 공기(3)가 층을 이루어 분포하는 2중막 구조를 갖게 되는 것이다([도 6] 참조).

이에 따르면, [도 6]처럼 앞부분이 돌출된 원기둥 형상의 내부 풍선(1a)에 헬륨가스(2)를 충전시키고, [도 5]처럼 헬륨가스 검출용 프로브(12)를 외부 풍선(1b)의 돌출된 끝단부에 고정시키는 한편 헬륨가스 검출용 프로브(12)를 진공튜브(4)와 연결하여 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 진공펌프 흡입구와 연결시켜서 대기 중의 공기(3)를 흡입하게 하고, [도 4]처럼 외부 풍선(1b)의 외부에 위치 조정용 로프(7)를 앞, 뒤, 좌, 우에 다수 결속하여 헬륨풍선(1)을 원하는 위치까지 이동시켜서 외부 풍선(1b)의 돌출된 끝단부에 장착된 헬륨가스 검출용 프로브(12)를 검사하고자 하는 지점에 고정시켜 누설검사를 실시함으로써 접근 불가구역의 누설검사를 간단하게 할 수 있다.

여기서, 외부 풍선(1b)은 몸통 앞부분이 원추형으로 돌출된 원기둥 형상을 갖는 것이 바람직한데, 그 이유는 이렇게 함으로써 외부 풍선(1b)의 선단부가 뾰족해지면 지상에서 헬륨풍선(1)을 조정하는 작업자의 시야가 보다 많이 확보될 수 있어([도 5] 참조) 외부 풍선(1b)의 돌출된 끝단부에 장착된 헬륨가스 검출용 프로브(12)를 검사하고자 하는 지점에 보다 정밀하게 근접시킬 수 있기 때문이다.

헬륨가스 검출용 프로브(12)는 외부 풍선(1b)의 몸통 앞쪽 끝단에 부착된 상 태에서 주위의 공기를 집중적으로 흡입하는 역할을 한다. 그리고 진공튜브(4)는 일 끝단이 헬륨가스 검출용 프로브(12)와 연결되고 타 끝단이 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 진공펌프 흡입구와 연결되는 튜브로서, 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 진공펌프가 구동함에 따라 헬륨가스 검출용 프로브(12)가 흡입한 주위의 공기를 헬륨가스 검출용 디텍터(10)로 보내는 역할을 한다.

헬륨가스 검출용 디텍터(10)는 헬륨가스 검출용 프로브(12)가 흡입한 공기 중의 헬륨가스를 검출해 내는 역할을 한다. 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 본체에는 진공펌프(미도시)가 구성되어 있으며 이것과 연결된 진공튜브(4)의 끝단부는 헬륨가스 검출용 프로브(12)와 연결된다. 이 헬륨가스 검출용 프로브(12)를 누설이 의심되는 검사구역에 근접시키면, 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 진공펌프가 대기 중의 공기를 흡입하게 되며, 헬륨가스 검출용 디텍터(10)는 이때 흡입된 공기 중에서 헬륨가스가 얼마나 존재하는지를 감지하여 수치화시키고 그것이 미리 설정된 기준치를 초과하면 알람 시그널을 작동시키게 된다.

한편, 헬륨풍선(1)은 헬륨가스 검출용 프로브(12) 및 진공튜브(4), 기타 장비 등을 충분히 부양시킬 수 있는 크기로 제작되어야 하는데, 헬륨풍선(1)은 헬륨가스(2)의 주입량에 따라서 공중으로 부양하려는 힘이 좌우되는 바, 결국 헬륨풍선(1)의 크기는 공중으로 부양하기 위하여 필요한 헬륨가스(2)의 양(부피)과 연관된다. 이러한 관점에 기초하여 헬륨풍선(1)의 전체적인 크기를 계산하면 다음과 같다.

헬륨풍선(1)이 부양해야 하는 무게 = (내부 풍선(1a) + 외부 풍선(1b) + 위치 조정용 로프(7) + 진공튜브(4) + 헬륨가스 검출용 프로브(12) + 영상장치 등 기타장치)의 무게

헬륨의 비중 = 0.1785Kg/m³

공기의 비중 = 1.293Kg/m³

헬륨과 공기의 비중 차 = 1.1145Kg/m³

필요한 헬륨가스(2)의 양(부피) = 헬륨풍선(1)이 부양해야 하는 무게 ÷ 1.1145Kg/m³

위의 공식으로부터 도출된 헬륨가스(2)의 양을 수용할 수 있는 용적의 내부 풍선(1a)을 제작하면 된다.

그리고 외부 풍선(1b)의 크기는 다음과 같은 공식에 따라서 제작하면 된다.

외부 풍선(1b)의 지름 = 내부 풍선(1a)의 지름 + ( 20mm X 2 )

이는 외부 풍선(1b)과 내부 풍선(1a)의 사이 공간의 간격이 20밀리미터 이상 되어야 내부 풍선(1a)에서 누설되는 헬륨가스(2)를 충분히 희석시킬 수 있음을 반영한 것이다(보다 상세하게는 후술함).

헬륨풍선(1)의 전체적인 크기가 결정되었다면 아래와 같은 방법에 따라 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 누설검사 장치를 제작 및 구성하면 된다.

먼저 가벼운 천의 재질에 코팅을 한 코팅천 또는 비닐 등 접착이 가능한 재질의 얇은 막을 재단하여 길이가 긴 원통형의 내부 풍선(1a)을 제작한다. 이때 내부 풍선(1a)의 앞부분은 [도 4]처럼 원추형태로 제작하며 뒷부분에는 가스 주입구(5a)를 원통형태로 제작한다. 이때 [도 6]처럼 내부 풍선의 가스 주입구(5a)의 길이는 손으로 충분히 묶을 수 있을 정도의 길이로 하되 나중에 제작될 외부 풍선의 가스 주입구(5b)보다 직경이 작으면서 길이는 길게 제작한다.

그 다음에 외부 풍선(1b)을 제작하는데, 외부 풍선(1b)은 내부 풍선(1a)에서 누설되는 헬륨가스(2)를 외부 풍선(1b) 내의 공기(3) 중에서 충분히 희석시킬 수 있도록 하기 위해 내부 풍선(1a)과 약 20밀리미터 정도의 간격을 유지하여야 하는 바(즉 내부 풍선(1a)의 몸통 바깥과 외부 풍선(1b)의 몸통 안 공간의 간격이 최소 20 밀리미터 이상 유지되도록 하여야 함), 이를 위해서 외부 풍선(1b)은 내부 풍선(1a)보다 더 크게 제작되며, 내부 풍선(1a)의 외피에 부착된 고정용 프레임(6)에 하나씩 접착하면서 제작하게 된다([도 6] 참조). 즉, 외부 풍선(1b)의 안쪽면에 고정용 프레임(6)을 내부 풍선(1a)에 가스를 충진시켰을 때의 크기에 맞게 [도 6]처럼 일정 간격으로 접착한 후, 어느 한쪽 면부터 내부 풍선(1a)의 외부에 순서대로 접착하여 외부 풍선(1b)이 내부 풍선(1a)을 감싸게 하고 최종적으로 외부 풍선(1b)의 가장자리 접착부를 접착하여 외부 풍선(1b)의 형태를 갖추게 하면 되는 것이다.

외부 풍선(1b)에도 가스 주입구를 제작하여 외부 풍선(1b)의 후미에 접착하 여 주며, 이때 외부 풍선의 가스 주입구(5b)는 내부 풍선의 가스 주입구(5a)의 외경보다 커야 하며 길이는 짧아야 한다. 작업자는 내부 풍선의 가스 주입구(5a)를 외부 풍선의 가스 주입구(5b)로부터 꺼낸 후 헬륨가스(2)를 천천히 주입하면서 내부풍선(1a)이 정상적인 형태로 펴지게 한다.

내부 풍선(1a)에 헬륨가스(2)가 가득 차면 헬륨풍선(1)이 공중으로 떠오르게 되는데, 이때 외부 풍선(1b)에 연결된 위치 조절용 로프(7)를 잘 고정키고 난 후 내부 풍선의 가스 주입구(5a)를 헬륨가스(2)가 새지 않게 밀폐하여 외부 풍선의 가스 주입구(5b) 안으로 밀어 넣고 외부 풍선의 가스 주입구(5b)에는 공기(3)를 주입시킨다. 이때 공기(3)는 외부풍선(1b)의 형태가 잘 유지될 정도로 넣는다. 헬륨풍선(1)이 팽팽하지 않으면 위치 컨트롤이 어려워지기 때문이다. 공기(3)의 주입이 충분히 완료되면 외부 풍선의 가스 주입구(5b)를 공기(3)가 누설 되지 않도록 밀봉한다.

그리고 외부 풍선(1b)의 선단부에 헬륨가스 검출용 프로브(12)를 고정시키되 가스 흡입구가 전방을 향하게 한다. 헬륨가스 검출용 프로브(12)의 후미에 연결된 진공튜브(4)는 저장탱크 바닥에 설치된 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 진공펌프와 연결시킨다.

이렇게 하면 2중막 구조로 된 헬륨풍선(1)의 내부에 위치한 내부 풍선(1a)에는 헬륨가스(2)가 채워져서 공중으로 부양하려고 하는 양력이 생기므로 헬륨가스 검출용 프로브(12)와 헬륨가스 검출용 프로브(12)에 연결된 진공튜브(4) 등을 공중 으로 부양시킬 수 있게 된다.

그리고 외부 풍선(1b)과 내부 풍선(1a) 사이에는 공기(3)가 채워져 있어서, 만약 내부 풍선(1a)에서 헬륨가스(2)가 누설된다 할지라도 그 농도가 희석되므로 LNG 저장탱크의 검사구간에 대한 헬륨가스(2)의 오염을 막을 수 있다.

한편, 외부 풍선(1b)은 날카로운 단열막과의 접촉으로 인하여 내부 풍선(1a)이 파손될 위험을 1차적으로 막아주는 보호막 역할을 하게 된다.

이처럼 본 발명은 LNG 저장탱크 내에 족장을 설치하지 않고서는 검사가 불가능한 높은 구역을 검사할 수 있도록 헬륨가스 검출용 프로브(12)를 검사대상 구역까지 이동시켜 줌과 동시에 이를 사용함에 있어서 발생할 수 있는 헬륨풍선(1)의 헬륨가스(2) 누설로 인한 LNG 저장탱크 내의 오염으로부터 검사구역의 검사조건을 안정적으로 확보해 주는 효과가 있다.

한편, 작업자가 헬륨풍선(1)을 쉽게 컨트롤 할 수 있도록 하기 위하여 [도 4]처럼 외부 풍선(1b)에 위치 조정용 로프(7)를 결속할 수 있는 로프 결속 고리(8)를 제작하여 부착한다.

로프 결속 고리(8)는 외부 풍선(1b)의 몸통 바깥 표면에 다수 개가 부착되는데 몸체에는 홈이 형성되어 있어서 위치 조정용 로프(7)의 일 끝단이 이러한 로프 결속 고리(8)와 결속된 상태에서 아래 방향으로 길게 늘어뜨려지게 된다. 지상의 작업자는 이러한 위치 조정용 로프(7)를 풀거나 당기는 과정을 통하여 헬륨풍선(1)의 움직임을 컨트롤할 수 있다.

이때, 로프 결속 고리(8)는 [도 4]처럼 헬륨풍선(1)의 몸통 둘레에 동서남북의 방향으로 하나씩 부착되는 것이 바람직하다. 그 이유는 헬륨풍선(1)에 헬륨가스(2)가 채워져서 공중에 떠오르기까지는 헬륨풍선(1)의 상하를 구분할 수가 없기 때문에 헬륨풍선(1)이 어떠한 자세로 부양되는지와 무관하게 헬륨풍선(1)을 컨트롤할 수 있도록 하기 위함이다.

이때 [도 4]처럼 헬륨풍선(1)의 앞과 뒤에는 로프 결속 고리(8)에 최소한 한개 이상의 위치 조정용 로프(7)를 결속하여 헬륨풍선(1)을 컨트롤할 준비가 되어 있어야 한다. 나머지 위치 조정용 로프(7)는 필요에 따라서 추가할 수 있다.

지상 또는 LNG 선박의 LNG 저장탱크에 문제가 발생하여 LNG가 누설될 경우에는 비파괴검사의 한 분야인 누설검사를 실시하여 누설부위를 찾은 다음 누설부위를 수리하여 LNG 저장탱크의 안전성을 확보하여야 한다.

이때, LNG 저장탱크의 1차, 2차 단열구역에 누설된 LNG를 외부로 배기(제거)하고 진공을 형성하기 위하여 단열구역을 감압하는 동안 LNG 저장탱크 내부로 작업자가 진입하여 육안으로 직접 누설부위를 검사하는데, 이때 청각을 이용하거나 청진기 또는 소리 증폭기능을 갖는 기기를 이용하여 청음테스트(Sounding Test)를 함께 실시하게 된다. 이러한 방법을 적용하는 이유는 만일 누설이 클 경우 LNG 저장탱크의 바닥 및 가시거리 내의 누설부위는 육안검사 및 청음테스트를 이용하여도 발견할 수 있기 때문이며 이 경우 단시간에 검사를 완료할 수도 있기 때문이다.

그런데, 이러한 육안검사 및 청음테스트를 실시하여도 LNG 저장탱크의 바닥 구역에서 누설부위를 발견하지 못할 경우이거나 육안검사 및 청음테스트를 통하여 누설부위를 발견하고 당해 누설부위를 용접하여 수정하였음에도 불구하고 최종적인 압력온도변화 모니터링 테스트(Global Test)에서 누설부위가 아직 존재한다고 판단되는 경우에는, 앞의 육안검사 및 청음테스트에서 발견되지 않은 미세한 누설이거나 족장 없이는 접근이 불가능한 구역 즉 LNG 저장탱크의 상부구역에서 누설이 발생하였을 수 있기 때문에, LNG 저장탱크의 상부구역을 검사하기 위하여 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 누설검사 장치를 이용하여 헬륨누설검사(Helium Leak Test)를 실시하게 된다.

즉, 헬륨풍선(1)을 이용하여 LNG 저장탱크의 상부구역에 가스검출용 프로브(12)를 이동시켜 누설이 의심되는 지점을 찾은 다음 이 부분에 조립식 이동형 족장을 부분적으로 설치하여 누설발생 부위로 이동한 후 헬륨가스 검출용 디텍터(10)를 이용하여 헬륨가스의 누설 여부를 감지해 내는 것이다.

누설부위가 발견되면 당해 누설부위를 용접하여 수정하며 수정된 용접부위에 대해서는 비파괴검사의 한 방법인 침투탐상의 방법 및 진공상자시험(Vacuum Box Test)을 실시하여 누설 여부를 다시 검사한다. 그리고 최종적인 압력온도변화 모니터링 테스트에서 누설부위가 없다고 판단되면 LNG 저장탱크의 누설검사에서 합격하였으므로 누설검사를 종료하게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 LNG 저장탱크의 단열공간 구조를 나태내고 있다.

도 2는 LNG 선박에 탑재된 LNG 저장탱크의 구조를 나태내고 있다.

도 3은 LNG 선박에 탑재된 LNG 저장탱크의 내부를 촬영한 사진이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헬륨풍선(1)의 외부 형상을 나타내고 있다.

도 5는 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 누설검사 장치를 이용하여 누설검사를 수행하는 상황을 나타내고 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 헬륨풍선(1)의 내부 구조를 나타내는 절단도이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

1 : 헬륨풍선 7 : 위치 조정용 로프

1-a : 내부 풍선 8 : 로프 결속고리

1-b : 외부 풍선 10 : 헬륨가스 검출용 디텍터

2 : 헬륨가스 12 : 헬륨가스 검출용 프로브

3 : 공기 15 : 선박외벽

4 : 진공튜브 20 : 1차 단열막

5-a : 내부 풍선의 가스 주입구 30 : 2차 단열막

5-b : 외부 풍선의 가스 주입구 40 : 단열재

6 : 고정용 프레임 50 : 저장탱크 외벽

Claims

몸통 후미의 가스 주입구(5a)로부터 주입된 헬륨가스(2)에 의하여 공중으로 부상하는 성질을 갖게 되는 내부 풍선(1a)과, 이러한 내부 풍선(1a)의 몸통 바깥 전면(全面)을 둘러싸서 몸통 안으로 수용하되 몸통 후미의 가스 주입구(5b)로부터는 공기(3)가 주입되는 외부 풍선(1b)이, 내부 풍선(1a)의 몸통 바깥과 외부 풍선(1b)의 몸통 안 공간 사이에 위치하면서 내부 풍선(1a) 및 외부 풍선(1b)을 상호 접착시켜 내부 풍선(1a)이 외부 풍선(1b)의 몸통 안에서 고정될 수 있도록 하는 다수 개의 고정용 프레임(6)에 의하여 일체를 이룸으로써 전체적으로 보아 헬륨가스(2) 및 공기(3)가 층을 이루어 분포하는 2중막 구조를 갖게 되는 헬륨풍선(1);

외부 풍선(1b)의 몸통 앞쪽 끝단에 부착된 상태에서 주위의 공기(3)를 집중적으로 흡입하는 헬륨가스 검출용 프로브(12);

일 끝단은 헬륨가스 검출용 프로브(12)와 연결되고 타 끝단은 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 진공펌프 흡입구와 연결되는 튜브로서, 헬륨가스 검출용 디텍터(10)의 진공펌프가 구동함에 따라 헬륨가스 검출용 프로브(12)가 흡입한 주위의 공기(3)를 헬륨가스 검출용 디텍터(10)로 보내는 진공튜브(4);

헬륨가스 검출용 프로브(12)가 흡입한 공기(3) 중의 헬륨가스를 검출해 내는 헬륨가스 검출용 디텍터(10);

외부 풍선(1b)의 몸통 바깥 표면에 다수 개가 부착되며, 몸체에는 홈이 형성되어 있는 로프 결속 고리(8); 및

일 끝단이 로프 결속 고리(8)와 결속된 상태에서 아래 방향으로 길게 늘어뜨려지는 위치 조정용 로프(7)

를 포함하는 LNG 저장탱크의 누설검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 헬륨풍선(1)은,

내부 풍선(1a)의 몸통 바깥과 외부 풍선(1b)의 몸통 안 공간의 간격이 최소 20 밀리미터 이상 유지되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 누설검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 외부 풍선(1b)은,

몸통 앞부분이 원추형으로 돌출된 원기둥 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 누설검사 장치.