KR20100122556A - 2열 배치 구조를 가지는 멤브레인형 ｌｎｇ 저장탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬로싱 현상을 억제하는 동시에 상부 구조물의 하중을 지지하기 위하여 설치되는 종방향 코퍼 댐을 중심으로 LNG 저장탱크가 2열로 배치되는 멤브레인형 LNG 저장탱크에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 멤브레인형 LNG 저장탱크로서, 슬로싱 현상의 영향을 감소시키는 동시에 상부 구조물의 하중을 지지할 수 있도록 상기 LNG 저장탱크의 내부 공간을 종방향으로 분할하는 코퍼 댐을 포함하여 상기 부유식 해상 구조물 내에 2열로 배치되는 것을 특징으로 하는 멤브레인형 LNG 저장탱크가 제공된다.

부유식 해상구조물, 멤브레인형 LNG 저장탱크, 2열 배치, 슬로싱, 상부 구조물, 하중 지지, 코퍼 댐

Description

2열 배치 구조를 가지는 멤브레인형 ＬＮＧ 저장탱크{MEMBRANE TYPE LNG STORAGE TANK HAVING A STRUCTURE IN TWO ROWS}

본 발명은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬로싱 현상을 억제하는 동시에 상부 구조물의 하중을 지지하기 위하여 설치되는 종방향 코퍼 댐을 중심으로 LNG 저장탱크가 2열로 배치되는 멤브레인형 LNG 저장탱크에 관한 것이다.

천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선은, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다. LNG 수송선의 내부에 설치되는 LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Type)과 멤브레 인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다.

독립탱크형 저장탱크에는 SPB 타입이나 Moss 타입의 저장탱크가 있는데, 이러한 타입의 저장탱크는 다량의 비철금속을 주재료로 사용하기 때문에 저장탱크 제조비용이 대폭 증가한다. 현재 LNG 저장탱크로는 멤브레인형 저장탱크가 가장 많이 사용되고 있으며, 멤브레인형 저장탱크는 가격이 상대적으로 저렴하고, 오랜 기간동안 안전상의 문제가 야기되지 않고 LNG 저장탱크 분야에 적용되어 온 검증된 기술이다.

멤브레인형 저장탱크는 다시 GTT NO 96형과 Mark Ⅲ형으로 나눠지며, 이러한 저장탱크 구조는 미국 특허 제 5,269,247 호, 제 5,501,359 호 등에 기재되어 있다.

상기 GTT NO 96형의 저장탱크는, 0.5 ~ 0.7㎜ 두께의 인바(Invar) 강(36% Ni)으로 이루어지는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽과, 플라이우드 박스(plywood box) 및 펄라이트(perlite) 등으로 이루어지는 1차 단열벽 및 2차 단열벽이, 선체의 내부표면 상에 번갈아 적층 설치되어 이루어진다.

상기 GTT NO 96형의 경우, 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 갖고 있어 1차 밀봉벽(10)의 누설시 상당한 기간 동안 2차 밀봉벽만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다. 또한 GTT NO 96형의 밀봉벽은 멤브레인(Membrane)이 직선형이므로 Mark Ⅲ형의 파형 멤브레인보다 용접이 간편하여 자동화율은 높으나, 전체적인 용접장은 Mark Ⅲ형보다 길다. 또한, GTT NO 96형의 경우 단열재 상자(즉, 단열벽)를 지지하기 위해서 더블 커플(Double Couple)을 이 용하고 있다.

한편, 상기 Mark Ⅲ형의 저장탱크는, 1.2㎜ 두께의 스테인리스강 멤브레인(Membrane)으로 이루어지는 1차 밀봉벽 및 트리플렉스(triplex)로 이루어지는 2차 밀봉벽과, 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 등으로 이루어지는 1차 단열벽 및 2차 단열벽이, 선체의 내부표면 상에 번갈아 적층 설치되어 이루어진다.

Mark Ⅲ형의 경우에 밀봉벽은 파형 주름부를 가지며, 극저온 상태인 LNG에 의한 수축은 파형 주름부에서 흡수하여 멤브레인 내에는 큰 응력이 생기지 않는다. Mark Ⅲ형 방열 시스템은 내부 구조상 보강이 쉽지 않으며 2차 밀봉벽의 특성상 GTT NO 96형의 2차 밀봉벽에 비해 LNG 누수를 방지하는 기능이 약하다.

상술한 멤브레인형의 액화천연가스 저장탱크는 구조 특성상 강성이 약하기 때문에 슬로싱(sloshing) 문제에 보다 취약할 수밖에 없다. 슬로싱이란, 선박이 다양한 해상 상태에서 운동할 때 저장탱크 내에 수용된 액체 상태의 물질, 즉 LNG가 유동하는 현상을 말하는 것으로, 슬로싱에 의해 저장탱크의 벽면은 심한 충격을 받게 된다.

이러한 슬로싱 현상은 선박의 운항 중에 필연적으로 발생하므로, 슬로싱에 의한 충격력을 견디기 위해 충분한 강도를 가지도록 저장탱크 구조를 설계할 필요가 있다.

도 1에는, LNG의 슬로싱 충격력, 특히 좌우측 방향으로의 슬로싱 충격력을 감소시키고자 LNG 저장탱크(10)의 측면 상부 및 하부에 대략 45도 각도로 경사진 상부 및 하부 챔퍼(chamfer)(11, 12)를 형성한 LNG 저장탱크(10)의 일례가 도시되 어 있다.

챔퍼(11, 12)를 갖는 종래의 저장탱크(10)의 경우, 저장탱크의 상부 및 하부에 챔퍼(11, 12)를 형성함으로써 어느 정도 슬로싱 현상으로 인한 문제를 해소할 수는 있었지만, LNG 수송선이 점차 대형화됨에 따라 저장탱크(10)의 크기도 대형화되고 슬로싱으로 인한 충격력도 크게 증가되었다.

이와 같이 저장탱크의 용적이 커짐에 따라 슬로싱으로 인한 충격력이 커진다는 문제 이외에도, 저장탱크의 상부에 설치되는 각종 장치들의 하중이 증가함에 따라 저장탱크가 상부 구조물의 하중을 지지하기 위해 보강될 필요성이 대두되었다.

특히, 최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하면서, 이러한 부유식 해상 구조물에 설치된 LNG 저장탱크에 있어서도 슬로싱 문제와 상부 구조물의 하중 문제를 해결할 것이 요구되었다.

LNG FPSO는, 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 LNG 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. 또 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 LNG 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

그에 따라, 저장탱크의 크기를 늘리는 대신에 저장탱크의 내부에 격벽과 같은 구조물을 설치해 하나의 저장탱크를 여러 개의 저장공간으로 분할함으로써 마치 작은 용량의 저장탱크를 여러 개 설치하는 것과 같은 효과를 거두어 슬로싱 문제를 해결하는 방법이 제안되었다.

도 2에는, 슬로싱에 의한 영향을 감소시키기 위해서, LNG 저장탱크(20)의 내부에 격벽 형태의 구조물을 설치하여 하나의 LNG 저장탱크(20)의 내부 공간을 2개의 공간으로 분할한 예가 도시되어 있다.

그런데, 종래에는 이와 같이 격벽에 의해 LNG 저장탱크(20)의 내부 공간을 양분하여 2열 배치 구조를 가지는 경우에도 분할된 각각의 공간에 상부 챔퍼(21)와 하부 챔퍼(22)를 형성하고 있었으므로, 1열 배치 구조의 LNG 저장탱크에 비하여 저장 공간이 상당히 감소하는 문제가 있었다.

LNG 저장탱크의 경우, 해상 조건에서 견딜 수 있는 안정성(특히, 슬로싱에 대한 안정성)과 저장용량이 매우 중요하다. 특히, 멤브레인형 저장탱크의 경우에는 기존의 다른 타입의 저장탱크에 비해 가격 등의 면에서 많은 장점을 가지지만, 슬로싱에 의한 손상을 방지하기 위해 상하부 모서리에 챔퍼를 설치해야 하고, 그에 따라 챔퍼가 형성된 공간만큼 저장용량이 감소하는 단점이 있었다.

이러한 저장공간의 손실은 LNG 수송량을 감소시키므로, LNG 수송과 관련된 시장에서 LNG 수송선의 성능을 판단하는 중요한 요소로 작용한다. 공간효율 문제는 선박의 거래 성사여부를 좌우할 만큼 대단히 중요한 사항이며, 저장용량은 LNG의 수송량에 직접적으로 영향을 미칠 뿐만 아니라 LNG 수송선 등의 부유식 해상구조물의 크기에 영향을 미친다. 즉, 저장용량이 낮아지면 같은 저장 공간을 확보하기 위해 그만큼 저장탱크의 크기가 커져야 하고, 이는 저장탱크가 설치된 부유식 해상구조물의 크기 증가로 이어진다.

저장탱크의 크기를 증가시키기 위해서는 값비싼 강재 수요가 증대되고, 구조적인 강도를 보강하기 위해 보강부재의 수요 역시 증대되기 때문에, 부유식 해상구조물의 제조 비용이 증가하여 가격 경쟁력이 떨어지게 된다.

또한, LNG FSRU 등과 같이 각종 설비가 설치된 부유식 해상구조물의 경우, 선체 내에 설치되는 저장탱크의 구조 및 강도를 고려하여, 상부 구조물의 배치에 많은 제약이 따른다는 문제가 있었다.

또한, LNG 저장탱크(20)의 내부에 격벽(25)을 설치하는 경우 LNG 저장탱크의 내부 공간이 별개의 공간으로 분할되므로, LNG 저장탱크의 내부에 적재된 LNG를 외부로 배출시키기 위한 펌프나 펌프 타워 등의 장비 및 배관이 각각의 공간에 별도로 설치되어야 하여, LNG 저장탱크의 제조비용이 증가할 뿐만 아니라 LNG 저장탱크의 운영 및 관리도 복잡해지는 문제가 있었다.

이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 슬로싱 현상을 억제하는 동시에 상부 구조물의 하중을 지지하기 위하여 종방향 코퍼 댐을 설치하여 LNG 저장탱크를 2열로 배치하더라도, 이 코퍼 댐의 상부나 하부, 또는 상하부에 챔퍼를 형성하지 않음으로써 저장 공간을 증가시킬 수 있도록 한, 2열 배치 구조를 가지는 멤브레인형 LNG 저장탱크를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 멤브레인형 LNG 저장탱크로서, 슬로싱 현상의 영향을 감소시키는 동시에 상부 구조물의 하중을 지지할 수 있도록 상기 LNG 저장탱크의 내부 공간을 종방향으로 분할하는 종방향 코퍼 댐을 포함하여 상기 부유식 해상 구조물 내에 2열로 배치되며, 상기 종방향 코퍼 댐의 상단 및 하단 중 적어도 한쪽에는 챔퍼가 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 멤브레인형 LNG 저장탱크가 제공된다.

상기 멤브레인형 LNG 저장탱크는, 2열로 배치된 상기 LNG 저장탱크 사이에서 LNG의 이동이 가능하도록 상기 종방향 코퍼 댐의 하부에 관통 형성되는 하부 유체 통로를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 하부 유체 통로는 상기 LNG 저장탱크의 외부로부터의 열전달을 방지할 수 있도록 단열되는 것이 바람직하다.

상기 멤브레인형 LNG 저장탱크는, 2열로 배치된 상기 LNG 저장탱크 사이에서 BOG의 이동이 가능하도록 상기 종방향 코퍼 댐의 상부에 관통 형성되는 상부 유체 통로를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 부유식 해상구조물은, 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유 상태로 사용되는, LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크가 내부에 설치되어 있는 부유식 해상 구조물로서, 슬로싱 현상의 영향을 감소시키는 동시에 상부 구조물의 하중을 지지할 수 있도록 상기 부유식 해상 구조물의 선체 내부 공간을 종방향 및 횡방향으로 분할하도록 배치되는 보강 구조물과, 상기 보강 구조물에 의해 분할되어 형성된 각각의 공간에 배치되는 상기 LNG 저장탱크를 포함하며, 상기 보강 구조물의 내부에는 공간부(void space)가 형성되어 있고, 상기 LNG 저장탱크는 상기 부유식 해상 구조물의 길이방향을 따라 복수 열로 배치되며, 상기 보강 구조물의 상단 및 하단 중 적어도 한쪽에는 챔퍼가 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 구조물이 제공된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 슬로싱 현상을 억제하는 동시에 상부 구조물의 하중을 지지하기 위하여 종방향 코퍼 댐을 설치하여 LNG 저장탱크를 2열로 배치하더라도, 이 코퍼 댐의 상부나 하부, 또는 상하부에 챔퍼를 형성하지 않음으로써 저장 공간을 증가시킬 수 있도록 한, 2열 배치 구조를 가지는 멤브레인형 LNG 저장탱크가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 코퍼 댐에 의해 LNG 저장탱크가 복수개로 구분되더라도, 이 코퍼 댐에 유체 통로를 형성함으로써 LNG 저장탱크의 내부에 적재된 LNG를 배출시키기 위한 설비의 설치개수를 증가시키지 않도록 할 수 있어, LNG 저장탱크의 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 LNG 저장탱크의 운영 및 관리도 용이해질 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 부유식 해상구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 부유식 해상구조물이란, LNG와 같이 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유된 채 사용되는 구조물과 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상구조물뿐만 아니라 LNG 수송선이나 LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박을 모두 포함하는 것이다.

도 3에는 본 발명의 제1 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크를 횡으로 절단한 상태의 횡단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 제1 실시형태의 LNG 저장탱크의 내부구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해 낸 사시도가 도시되어 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 LNG 저장 탱크(30)는, 수용된 LNG의 슬로싱 현상으로 인한 영향을 감소시키는 동시에 상부 구조물의 하중을 지지하기 위해서 부유식 해상 구조물의 내부 공간을 종방향을 따라 구분하도록 설치되는 종방향 코퍼 댐(35)을 포함한다.

본 발명에 있어서 코퍼 댐은 내부에 공간부(void space)가 마련되는 격자 형태의 구조물로서, 부유식 해상 구조물의 내부 공간을 종횡으로 구획하여 각각의 구획에 멤브레인형 저장탱크를 설치할 수 있도록 하는 구조물이다. 이러한 코퍼 댐은 종래 부유식 해상 구조물의 길이방향을 따라 복수의 저장탱크들의 사이를 구획하기 위해 사용되고 있었다.

본 발명에 따르면, 코퍼 댐은 종방향 코퍼 댐(35)과 횡방향 코퍼 댐으로 크게 나눠질 수 있다. 횡방향 코퍼 댐은 부유식 해상 구조물의 선체 내부 공간을 가로로 구획하여 길이방향을 따라 멤브레인형 LNG 저장탱크가 배치될 수 있도록 하는 구조물이고, 종방향 코퍼 댐(35)은 부유식 해상 구조물의 선체 내부 공간을 세로로 구획하여 폭방향을 따라 멤브레인형 LNG 저장탱크가 배치될 수 있도록 하는 구조물이다. 횡방향 코퍼 댐은 LNG 저장탱크의 전방 벽부와 후방 벽부를 형성할 수 있고, 종방향 코퍼 댐(35)은 LNG 저장탱크의 좌측 혹은 우측 벽부를 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 LNG 저장탱크는 멤브레인형 저장탱크이므로, 내부 공간을 양분하는 구조물로서 상기한 코퍼 댐이 사용되고 있다. 독립형 저장탱크의 경우에는 내부 공간을 양분하는 구조물로서 단순한 격벽이 사용될 수 있지만, 독립형 저장탱크에서의 격벽은 상부 구조물의 하중을 지지할 수 있을 정도의 강도를 가지는 것은 아니며, 상부 구조물의 하중을 지지할 수 있는 강도를 가지기 위해서는 격벽의 두께가 상당히 두꺼워져야 한다. 그런데, 독립형 저장탱크에 사용되는 재료의 가격은 고가이므로 이와 같이 두꺼운 격벽을 만들기 위해서는 저장탱크 제조비용이 큰 폭으로 증대될 수밖에 없으므로 가격 경쟁력 면에서 비현실적이다.

유조선이나 벌크 수송선(bulk carrier) 등의 분야에서 2열 배치 혹은 그 이상의 배치 구조의 탱크 배열이 알려져 있지만, 이러한 탱크는 슬로싱이나 열변형 등의 문제를 고려하지 않고 만들어진 것이므로 단순히 탱크 내부에 격벽을 하나 이상 설치한 것에 불과하다.

그러나, 극저온 상태의 액체화물인 LNG를 저장하여 수송하기 위한 LNG 저장탱크 분야에서, 2열 배치 구조를 이루기 위해서는 저장탱크의 형상을 완전히 새롭게 설계해야 한다.

멤브레인형 저장탱크에 있어서 멤브레인 구조물은 그 자체로서 격벽을 형성할 수 없으며, 기존의 멤브레인형 저장탱크 내에 비철금속제 격벽을 설치할 경우에는 고가의 비철금속 사용으로 인해 가격상승의 요인이 된다. 또한, 멤브레인형의 저장탱크 내부에 비철금속제 격벽을 설치할 경우, 격벽의 설치를 고려한 특별한 설계가 이루어져야 한다. 뿐만 아니라 저장탱크의 내부가 하나의 멤브레인 구조로 이루어질 수 없으며 멤브레인 구조와 격벽 사이에 불연속점이 생김으로써 격벽과의 연결 부분에 손상이 발생할 잠재적인 위험이 존재하여 바람직하지 않다.

본 발명의 발명자들은 멤브레인형 저장탱크에 의해 2열 배치 구조를 형성함에 있어서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 부유식 해상구조물의 선체 내부에 종방향으로 연장되는 종방향 코퍼 댐(35)과 횡방향으로 연장되는 횡방향 코퍼 댐을 설치하여, 실질적으로 부유식 해상구조물의 폭방향으로 2개의 LNG 저장탱크들이 길이방향을 따라 2열로 배치되는 구조를 제안한다.

2열로 배치된 저장탱크들의 사이에는 종방향 코퍼 댐(35), 즉 공간부(void space)가 형성되며, 이 공간부를 사이에 두고 양쪽에 2열로 배치되도록 형성되는 저장탱크는 각각 멤브레인 구조에 의해 완벽하게 밀봉된 별도의 저장공간을 확보할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 부유식 해상구조물의 횡방향으로 볼 때, 멤브레인형 저장탱크, 코퍼 댐, 그리고 또 다른 멤브레인형 저장탱크가 연달아 배치되는 구조가 이루어짐으로써, 기존의 멤브레인형 저장탱크의 검증된 제조 기술(횡방향 코퍼 댐)을 적용하여 2열 배치 구조를 형성할 수 있고, 중간의 종방향 코퍼 댐(35)은 상부 구조물의 하중을 지지하는 역할을 동시에 수행하게 된다.

본 발명은 멤브레인형 저장탱크뿐만 아니라 SPB 타입 저장탱크에도 적용될 수 있다. 본 발명이 SPB 타입 저장탱크에 적용될 경우에는, SPB 타입 저장탱크의 내부에 단순히 격벽을 설치하는 대신에, 도 3에 도시된 바와 같이 SPB 타입 저장탱크의 내부에 코퍼 댐을 설치하도록 구성할 수 있다.

저장탱크(30)를 2열로 배치함으로써 저장탱크에 가해지는 슬로싱에 의한 충격력은 급격히 감소될 수 있다. 수치해석결과를 고려할 때 크게 다음과 같은 두 가지 이유에서 슬로싱 충격력이 줄어드는 것으로 이해할 수 있다. 첫째로 저장되는 화물, 즉 LNG의 양이 줄어듦으로써 슬로싱에 의한 충격력이 감소하게 된다. 둘째로 저장탱크의 폭이 반 이상으로 감소됨에 따라 액체화물, 즉 LNG의 운동 고유주 기가 부유식 해상 구조물의 고유주기와 멀어지게 됨으로써 액체화물의 운동의 크기가 작아지게 된다.

또한, LNG FPSO 등의 해상구조물은 상부 구조물의 무게가 증가하기 때문에 이러한 무거운 하중을 견딜 수 있는 저장탱크가 요구되는데, 본 발명과 같은 2열 배치 구조의 저장탱크(30)의 경우 얇은 격벽으로 단순히 탱크를 반으로 나누는 것이 아니고 종방향 코퍼 댐(35)을 멤브레인형 저장탱크들(30)의 사이에 설치함으로써 코퍼 댐(35)이 상부하중을 지지 및 분산하는 역할을 수행할 수 있다.

이렇게 중앙부에 코퍼 댐(35)을 설치해서 상부하중을 지지하는 설계는 기존의 멤브레인형 탱크나, 모스타입 탱크, SPB 타입 탱크 등에서도 적용하지 못한 개념이다. 상술한 바와 같이 SPB의 경우 중앙 격벽이 존재하는 경우가 있지만, 이 중앙 격벽이 상부하중을 지지하기 위해서는 격벽이 상당히 두꺼워져야 하며, 이 경우에 가격이 급격히 증가하기 때문에 중앙 격벽을 상부 구조물의 무게를 지지하는데 사용하는 것은 비현실적이다.

본 발명에 따르면, 저장탱크(30)를 2열로 배치하면서도 저장용량을 확보할 수 있도록 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 코퍼 댐(35) 측의 하부에 챔퍼를 형성하지 않는다. 상술한 바와 같은 수치해석결과에 따라 코퍼 댐(35) 측의 하부에 챔퍼를 형성하지 않더라도, 2열 배치 구조를 가지는 저장탱크(30)는 슬로싱 충격력을 지지하는 것이 가능하다.

이와 같이 본 발명에서는 코퍼 댐(35)을 사이에 두고 멤브레인형 저장탱크(30)를 2열로 배치하면서 종방향 코퍼 댐(35)에 인접한 모서리는 종래의 멤브레 인형 저장탱크(20; 도 2 참조)와는 달리 대략 직각으로 형성함으로써 저장용량을 증대시킬 수 있다. 이는 멤브레인형 저장탱크가 부분적재 및 상부 구조물을 지지하는 부유식 해상구조물을 제작하기에 적합하지 않다는 기존의 개념을 깨뜨리고 멤브레인형 저장탱크의 시장진입을 가능하게 하는 중요한 개념의 변화이다.

도 5에는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LNG 저장탱크의 내부구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해 낸 사시도가 도시되어 있다. 제2 실시형태의 LNG 저장탱크(30)는 제1 실시형태의 LNG 저장탱크(30)에 비해 코퍼 댐(35)의 하부에 유체 통로(38)가 형성되어 있다는 점만이 상이하다. 즉, 제2 실시형태의 LNG 저장탱크(30)는, 부유식 해상구조물의 횡방향 단면을 기준으로 내측방향 상단, 즉 코퍼 댐(35)의 상단과 외측방향 상단에는 상부 챔퍼(31)가 각각 형성되고, 내측방향 하단, 즉 코퍼 댐(35)의 하단을 제외한 외측방향 하단에는 하부 챔퍼(32)가 형성된다.

제2 실시형태에 따르면, 코퍼 댐(35)의 하부에는 하나 이상의 하부 유체 통로(38)가 관통 형성된다. 이 하부 유체 통로(38)는 2열 배치된 LNG 저장탱크(30) 사이를 서로 연통시켜 LNG가 이동할 수 있도록 하기 위한 것이다.

하부 유체 통로(38)로 인하여 액체 상태인 LNG는 양쪽 LNG 저장탱크(30) 사이에서 이동할 수 있으므로, LNG 저장탱크(30) 내에 저장된 LNG를 외부로 배출할 수 있는 펌프(도시생략), 배관(도시생략) 및 펌프 타워(도시생략)와 같은 설비가 LNG 저장탱크(30) 내에 하나만 설치되더라도, LNG 저장탱크(30) 내의 모든 LNG를 배출시킬 수 있다. 이를 위해, 하부 유체 통로(38)는 코퍼 댐(35)의 최하단 부분에, 즉 LNG 저장탱크(30)의 바닥에 인접하도록 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 코퍼 댐(35)에 하부 유체 통로(38)를 형성함에 있어서, 본 발명에 따르면 코퍼 댐(35)의 하단에 챔퍼가 형성되지 않은 채 저장탱크의 바닥면과 대략 직각을 이루고 있기 때문에, 다음과 같은 이유로 인하여 챔퍼가 형성되는 경우에 비해 하부 유체 통로(38)를 형성하기 유리하다.

멤브레인형 저장탱크를 제작하기 위해서는 일정한 크기의 사각형 단열박스를 쌓아서 조립해야 하며, 특히 코너 부분에 대해서는 이 코너 부분의 형상에 맞는 형태의 박스를 별도 제작한 후 해당 부분에 조립함으로써 저장탱크를 제조하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같은 종래의 LNG 저장탱크(20)에 적용된 탱크 디자인을 이용한다면 코퍼 댐(25)의 하단에 하부 챔퍼(22)가 형성되어 있는데, 이러한 형태의 코퍼 댐(25)에 하부 유체 통로를 형성하기 위해서는 하부 챔퍼(22) 부분을 관통하도록 유체 통로를 형성하여야 한다.

따라서 하부 챔퍼(22)에 하부 유체 통로를 형성할 경우에는 종래의 LNG 저장탱크(20)에는 존재하지 않았던 새로운 형태의 단열 박스를 제작해야 한다. 이러한 새로운 형태의 단열 박스는 평평한 형태의 단열 박스에 비해 제조하기 까다롭고 작업시간이 많이 소요되는 등 생산단가가 증가할 수밖에 없다. 즉, 챔퍼 부분에 형성될 유체 통로의 형태에 맞춰 수작업으로 대형의 단열 박스를 제조해야 하고, 또한 단열 박스끼리의 접합을 위해 실시하는 용접 작업에 있어서도 복잡한 용접 작업을 수행해야 하는 어려움이 있게 된다.

그러나, 본 발명에서 제안된 바와 같이 코퍼 댐(35)의 하단 부분에 챔퍼가 형성되지 않고 저장탱크의 바닥과의 연결부위가 대략 직각인 형태를 가지도록 코퍼 댐(35)을 형성할 경우, 챔퍼가 형성된 경우에 비해 상대적으로 그 형상이 단순하고 경사면이 존재하지 않기 때문에 기존에 사용하던 단열박스의 제조방법이나 작업도구 및 기술을 그대로 활용할 수 있어 생산성이 향상될 수 있게 된다.

한편, 도시하지는 않았지만, 펌프 및 배관은 하부 유체 통로(38)의 상부에 배치되는 것이 바람직하다. 하부 유체 통로(38)의 설치 개수나 형태는 본 발명을 한정하지 않으며, LNG 저장탱크(30)의 크기 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.

또한, 하부 유체 통로(38)는 LNG 저장탱크(30)의 외부로부터의 열전달을 방지할 수 있도록 단열되는 것이 바람직하며, 단열 방법으로는 멤브레인형(membrane type) 저장탱크나 독립형(independent type) 저장탱크에 적용되고 있는 어떠한 단열 기술이 활용되어도 좋다.

하부 유체 통로(38) 이외에도, 코퍼 댐(35)의 상단에는 LNG의 수송중 자연적으로 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 이동할 수 있도록 하기 위한 상부 유체 통로가 형성될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시형태에 의하면, 부유식 해상구조물의 내부 공간이 분할되도록, 슬로싱 현상을 억제하고 상부 구조물의 하중을 지지하기 위한 종방향 코퍼 댐이 설치되어 멤브레인형 LNG 저장탱크가 2열 배치되는 경우에도, 적재된 LNG(또는 BOG)를 외부로 배출시키기 위한 펌프, 배관, 펌프 타워 및 가스 돔 등의 설비를 2열 배치된 2개의 LNG 저장탱크 당 하나씩 설치하는 것만 으로도 LNG 저장탱크를 원활하게 운영할 수 있게 된다. 그에 따라 LNG 저장탱크의 제조원가를 절감하고 운영 및 관리가 용이하게 될 수 있다.

도 6에는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 LNG 저장탱크의 내부구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해 낸 사시도가 도시되어 있다. 제3 실시형태의 LNG 저장탱크(40)는 제1 실시형태의 LNG 저장탱크(30)에 비해 코퍼 댐(35)의 하단뿐만 아니라 상단에도 챔퍼가 형성되지 않는다는 점만이 상이하다. 즉, 제3 실시형태의 LNG 저장탱크(40)는, 부유식 해상구조물의 횡방향 단면을 기준으로 외측방향 상단과 하단에만 각각 상부 챔퍼(41) 및 하부 챔퍼(42)가 형성된다.

이와 같이 코퍼 댐의 상하단에는 전혀 챔퍼가 형성되지 않는 구조는 해상 조건을 고려하여 슬로싱의 영향이 적은 경우에 채용되는 것이 바람직하다.

또, 도시하지는 않았지만, 제3 실시형태에 따른 LNG 저장탱크(40)에도 코퍼 댐을 관통하는 유체 통로(도시생략)가 설치될 수 있다.

또한, 코퍼 댐을 관통하는 유체 통로는 종방향 코퍼 댐뿐만 아니라 필요에 따라서는 횡방향 코퍼 댐에도 형성될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 부유식 해상구조물의 저장탱크 구조를, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 종래기술에 따른 LNG 저장탱크의 외형을 나타내는 사시도,

도 2는 종래기술에 따른 LNG 저장탱크를 횡으로 절단한 횡단면도,

도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크를 횡으로 절단한 상태의 횡단면도,

도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크의 내부 구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해낸 사시도,

도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크의 내부구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해 낸 사시도, 그리고

도 6은 본 발명의 제3 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크의 내부구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해 낸 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30, 40 : LNG 저장탱크 31, 41 : 상부 챔퍼

32, 42 : 하부 챔퍼 35 : 코퍼 댐

38 : 하부 유체 통로

Claims (6)

1. 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 멤브레인형 LNG 저장탱크로서,

   슬로싱 현상의 영향을 감소시키는 동시에 상부 구조물의 하중을 지지할 수 있도록 상기 LNG 저장탱크의 내부 공간을 종방향으로 분할하는 종방향 코퍼 댐을 포함하여 상기 부유식 해상 구조물 내에 2열로 배치되며,

   상기 종방향 코퍼 댐의 상단 및 하단 중 적어도 한쪽에는 챔퍼가 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 멤브레인형 LNG 저장탱크.
2. 청구항 1에 있어서,

   2열로 배치된 상기 LNG 저장탱크 사이에서 LNG의 이동이 가능하도록 상기 종방향 코퍼 댐의 하부에 관통 형성되는 하부 유체 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인형 LNG 저장탱크.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 하부 유체 통로는 상기 LNG 저장탱크의 외부로부터의 열전달을 방지할 수 있도록 단열되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   2열로 배치된 상기 LNG 저장탱크 사이에서 BOG의 이동이 가능하도록 상기 종방향 코퍼 댐의 상부에 관통 형성되는 상부 유체 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인형 LNG 저장탱크.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부유식 해상구조물은, 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유 상태로 사용되는, LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
6. LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크가 내부에 설치되어 있는 부유식 해상 구조물로서,

   슬로싱 현상의 영향을 감소시키는 동시에 상부 구조물의 하중을 지지할 수 있도록 상기 부유식 해상 구조물의 선체 내부 공간을 종방향 및 횡방향으로 분할하도록 배치되는 보강 구조물과, 상기 보강 구조물에 의해 분할되어 형성된 각각의 공간에 배치되는 상기 LNG 저장탱크를 포함하며,

   상기 보강 구조물의 내부에는 공간부(void space)가 형성되어 있고, 상기 LNG 저장탱크는 상기 부유식 해상 구조물의 길이방향을 따라 복수 열로 배치되며, 상기 보강 구조물의 상단 및 하단 중 적어도 한쪽에는 챔퍼가 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 구조물.

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