KR20150069084A - Ｌｎｇ 저장탱크의 펌프 타워 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체에 관한 것으로서, 저장탱크 내부로 LNG를 공급하기 위한 공급관과, 상기 저장탱크 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출하는 한 쌍의 배출관과, 상기 배출관에 연결되어 배출관으로 LNG를 공급하는 메인 펌프의 고장 시에 저장탱크 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출하기 위한 응급관으로 구성된 배관은 타원형 단면 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

ＬＮＧ 저장탱크의 펌프 타워 구조체{PUMP TOWER STRUCTURE OF LNG CARGO TANK}

본 발명은 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스 운반선, 부유식 해상 구조물(LNG-FPSO, LNG-FSRU), 및 LNG 재기화 선박(LNG-RV) 등의 저장탱크 내에 LNG를 적재 또는 하역하기 위한 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(이하, LNG라고 함)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다.

상기 LNG는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

상기 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선이나, 마찬가지로 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)는, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라고 함)를 포함한다.

최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 부유식 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 저장탱크가 포함된다.

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

이와 같이 LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 내에는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 저장탱크가 설치되어 있다.

상기 LNG 저장탱크는 대표적으로 독립형(Independent Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다.

그리고, 대표적으로 멤브레인형 저장탱크는 GTT NO 96, Mark Ⅲ 및 CS1으로 나눠지며, 독립형 저장탱크는 MOSS형과 SPB형으로 나눠진다.

상기 멤브레인형 LNG 저장탱크에는 LNG의 적재 또는 하역을 위해 펌프 타워가 존재하게 되는데, 상기 멤브레인형 LNG 저장탱크는 구조적 강성이 약하기 때문에 선박이 해상 상태에 따라 운동할 때 저장탱크 내에 수용된 LNG 등의 액체 상태의 물질이 유동하는 슬로싱(sloshing) 문제에 보다 취약할 수밖에 없어 저장탱크 내에 설치되어 있는 펌프 타워의 구조적 손상이 예상된다.

따라서, 이와 같은 펌프 타워의 구조적 손상을 예방하기 위한 LNG 저장탱크에 관한 예가 대한민국 공개특허공보 제2012-0077627호(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있다.

상기 종래기술은, 도 1에 도시한 바와 같이, 카고탱크(10) 내부로 LNG를 로딩하는 로딩 파이프(24)와, 상기 카고 탱크(10) 내부에 저장된 LNG를 배출하는 배출 파이프(21,22)와, 상기 배출 파이프(21,22)에 연결되어 LNG를 상기 배출 파이프(21,22)로 공급하는 메인 펌프와, 상기 메인 펌프의 고장 시에 상기 카고탱크(10) 내부에 저장된 LNG를 배출하기 위한 응급 펌프 웰(emergency pump well,23) 및, 상기 응급 펌프 웰(23)에 결합되어 상기 카고탱크 내에 잔존하는 가스의 성분을 체크하기 위한 적어도 하나의 샘플링 파이프(50)를 포함하는 펌프 타워에 관한 것이다.

그런데, 이러한 종래기술은 펌프 타워의 단면 형상이 원형 단면으로 형성되어 있어 유체역학적 관점에 따르면 전술한 바와 같은 슬로싱의 영향으로 인하여 매우 높은 항력 계수를 받게 되므로 구조적 강성이 매우 취약하여 쉽게 손상될 우려가 있다.

대한민국 공개특허공보 제2012-0077627호(2012.07.10)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 펌프 타워에 구비되는 배관의 단면 형상을 개선하여 펌프 타워 구조체에 작용하는 슬로싱 및 내부 유동에 의해 발생하는 하중을 감소시킬 수 있도록 하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체에 따르면, 저장탱크 내부로 LNG를 공급하기 위한 공급관과, 상기 저장탱크 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출하는 한 쌍의 배출관과, 상기 배출관에 연결되어 배출관으로 LNG를 공급하는 메인 펌프의 고장 시에 저장탱크 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출하기 위한 응급관으로 구성된 배관은 선박의 폭 방향으로 길게 연장된 타원형 단면 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 배관의 내부에는 배관의 중심을 지나는 보강재가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 보강재는 가장 짧은 직경을 갖는 배관의 내측 면에 설치되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체에 의하면, 펌프 타워에 구비된 배관 구조를 타원형 단면형상으로 형성하여 항력계수를 줄임으로써, 펌프 타워 구조체에 작용하는 슬로싱 및 내부 유동에 의해 발생하는 하중을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 펌프 타워 구조체의 배치 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 펌프 타워가 설치된 LNG 저장탱크를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체를 나타내는 평단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체의 항력 변화를 나타내는 그래프이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 펌프 타워가 설치된 LNG 저장탱크를 나타내는 개략적인 사시도로서, 본 발명의 실시예에 따른 펌프 타워(100)는, LNG를 운반 또는 저장하는 가스 운반선, 부유식 해상 구조물(LNG-레내 LNG-FSRU), 및 LNG 재기화 선박(LNG-RV) 등의 저장탱크(T)에 LNG를 적재(loading) 또는 하역(unloading)시키기 위하여 상기 저장탱크(T) 내에 설치된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 펌프 타워(100)는, 저장탱크(T) 내부로 LNG를 공급하기 위한 공급관(filling pipe, 210)과, 상기 저장탱크(T) 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출하는 한 쌍의 배출관(discharge pipe, 220)과, 상기 배출관(220)에 연결되어 배출관(220)으로 LNG를 공급하는 메인 펌프(미도시)의 고장 시에 저장탱크(T) 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출하기 위한 응급관(emergency pipe, 230)으로 구성된 배관(200)을 포함한다.

이와 같이 구성된 펌프 타워(100)는, 안정적인 구조를 갖도록 한 쌍의 배출관(220)과, 응급관(230)이 각각 하나의 모서리를 차지하는 삼각 구도로 배치된다.

그리고, 상기 공급관(210)은 상기 응급관(230)에 인접하게 배치된다.

상기 공급관(210)은 외부의 로딩장치(미도시)에 연결되어 저장탱크(T) 내부로 LNG를 적재시키고, 상기 배출관(220)은 외부의 언로딩장치(미도시)에 연결되어 저장탱크(T) 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출시킨다.

상기 메인 펌프는 상기 배출관(220)의 하부에 설치되어 배출관(220)으로 LNG를 공급하게 되며, 이렇게 배출관(220)으로 공급된 LNG는 배출관(220)을 통해 외부로 배출된다.

상기 응급관(230)은 메인 펌프 고장 시에 배출관(220)을 대체하기 위한 용도로 설치되는데, 상기 응급관(230)의 하부에는 응급 펌프(미도시)가 설치되며, 메인 펌프가 고장 시에 상기 응급 펌프가 작동하여 저장탱크(T) 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출시키게 된다.

이와 같이 펌프 타워(100)에는, LNG의 적재 및 하역을 위한 배관(200) 이외에도, 유지 보수를 위한 사다리(300), 발판(400), 배관(200) 간을 서로 연결 고정하기 위한 연결부재(500), 그리고 각종 전장용 케이블 웨이(cable way, 미도시)를 설치하게 된다.

이와 같이 구성되는 펌프 타워(100)는 저장탱크(T) 내의 LNG가 슬로싱 시에, 유체의 유속이 증가할수록, 그리고 항력계수가 증가할수록 펌프 타워(100)에 작용하는 하중이 증대되는데, 본 발명은 상기 펌프 타워(100)에 작용하는 하중을 저감시키기 위해 상기 펌프 타워(100)의 단면 형상에 의해 결정되는 항력계수를 줄이는데 주안점이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 펌프 타워(100)의 공급관(210), 배출관(220) 및 응급관(230)과 같은 배관(200)의 단면 형상을 원형보다 상대적으로 항력계수가 낮은 타원형으로 형성하게 된다.

이때, 상기 타원형 단면 형상은, 일반적인 선박의 슬로싱 방향에 대해 상대적으로 항력계수를 낮출 수 있도록 선박의 폭 방향으로 길게 연장되어 형성되는 것이 바람직하다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체의 항력 변화를 나타내는 그래프로서, 펌프 타워(100)에 설치된 배관(200)의 단면 형상이 원형에서 타원형으로 형상이 변할 경우 항력계수가 상당부분 감소하는 것을 나타낸다.

여기서, 도 4의 D는 배관(200)의 세로 직경을 나타내고, I는 배관(200)의 가로 직경을 나타내며, C_D는 항력계수를 나타내는데, 원형의 단면 형상에서 타원형의 단면 형상으로 변할수록 점차 낮아지는 경향을 나타낸다. 이때, 상기 항력계수의 경우 이론적으로 상기 배관(200)이 원형의 단면 형상일 경우 항력계수가 1이 됨을 알 수 있다.

따라서, 상기 펌프 타워(100)에 작용하는 하중을 경감시키기 위해서는 펌프 타워(100)에 설치된 배관(200)의 형상이 타원형 단면 형상으로 형성되는 것이 유리함을 알 수 있다.

한편, 이와 같이 항력계수가 낮은 타원형으로 배관(200)을 형성할 경우, 단면계수가 감소하여 상기 펌프 타워(100)가 받는 굽힘 모멘트가 감소하게 되는바, 이와 같은 구조적인 강성 변화를 극복하기 위하여 기하학적 특성을 유리하게 하거나 재료의 질을 높이는 형태로 구조체가 지닌 강성을 증대시킬 필요가 있다.

이를 위하여, 본 발명의 실시예에서는, 상기 배관(200)의 내부에는 배관(200)의 중심을 지나는 보강재(600)가 설치되는 것이 바람직한데, 상기 보강재(600)는 구조적으로 강성이 취약한 부분이기도 한 가장 짧은 직경을 갖는 배관(200)의 내측 면에 설치되는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 보강재(600)는 작용하는 하중을 나누어 전달받기 때문에 펌프 타워(100)의 하중 분포를 균일하게 하는 기능이 있으므로 설계에 따라 발생할 수 있는 최대 응력을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반복 하중의 범위에도 영향을 주게 되어 피로수명 증가에도 기여할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 펌프 타워 200 : 배관
210 : 공급관 220 : 배출관
230 : 응급관 300 : 사다리
400 : 발판 500 : 연결부재
600 : 보강재

Claims (3)

1. 저장탱크 내부로 LNG를 공급하기 위한 공급관과, 상기 저장탱크 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출하는 한 쌍의 배출관과, 상기 배출관에 연결되어 배출관으로 LNG를 공급하는 메인 펌프의 고장 시에 저장탱크 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출하기 위한 응급관으로 구성된 배관은 선박의 폭 방향으로 길게 연장된 타원형 단면 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 배관의 내부에는 배관의 중심을 지나는 보강재가 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 보강재는 가장 짧은 직경을 갖는 배관의 내측 면에 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 펌프 타워 구조체.
   
   

Images