KR20200081548A - 멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크 - Google Patents

멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크 Download PDF

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Abstract

멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크가 개시된다. 본 발명은 다수의 단열패널이 배열되어 이루어지는 단열벽과, 단열벽의 상부에 설치되는 밀봉벽을 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서, 단열패널의 상단부 가장자리 둘레를 따라 단차부를 형성하고, 서로 이웃하는 단차부 사이에 걸쳐지도록 브릿지 플레이트를 설치함으로써, 밀봉벽의 하부 지지구조를 보강하고, 단열패널 사이에 발생하는 급격한 수직단차를 저감하는 것을 특징으로 한다.

Description

멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크 {LNG Storage Tanks including Bridge Structure to Prevent Membrane Damage}
본 발명은 멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인접하는 단열패널 사이를 연결하는 브릿지 구조에 의해 멤브레인의 하부 지지구조를 보강함으로써 멤브레인의 손상을 방지하는, 멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선 등과 같이 LNG를 수송 혹은 저장하기 위한 구조물에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히 '화물창'이라고도 함)가 설치된다.
LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Tank Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다. 통상적으로 멤브레인형 저장탱크는 GTT의 NO 96형과 MARK Ⅲ형 등으로 나눠지며, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형 등으로 나눠진다.
NO 96형 저장탱크는, 0.5 ~ 0.7㎜ 두께의 인바(Invar, 36% 니켈강) 멤브레인으로 이루어지는 1차 및 2차 밀봉벽과, 플라이우드 박스(plywood box)에 펄라이트(perlite) 분말 등의 단열재를 채운 단열박스 형태로 마련되는 1차 및 2차 단열벽을 포함한다.
NO 96형 저장탱크는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 가지고 있어, 1차 밀봉벽의 누설시 상당한 기간동안 2차 밀봉벽만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다.
또한, NO 96형 저장탱크는 단열벽이 목재 상자 내부에 단열재를 채운 형태이므로, MARK Ⅲ형 저장탱크에 비하여 높은 압축강도와 강성을 갖출 수 있으며, 용접이 간편하여 자동화율이 높다.
MARK Ⅲ형 저장탱크는, 1.2mm 두께의 스테인리스강(SUS) 멤브레인으로 이루어지는 1차 밀봉벽과, 트리플렉스(triplex)로 이루어지는 2차 밀봉벽, 그리고 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)의 상면 또는 하면에 목재 합판을 접착한 단열패널로 마련되는 1차 및 2차 단열벽을 포함한다.
MARK Ⅲ형 저장탱크의 1차 밀봉벽은 극저온 상태의 LNG에 의한 열수축을 흡수하기 위해 파형 주름부를 가지며, 이러한 파형 주름부에서 멤브레인의 변형을 흡수하므로 멤브레인 내에는 큰 응력이 생기지 않는다.
MARK Ⅲ형 저장탱크는 파형 주름을 가지는 1차 밀봉벽의 용접 자동화율이 낮아 설치/제작 측면에서 불리함이 있으나, 인바 멤브레인에 비해 스테인리스강 멤브레인 및 트리플렉스의 가격이 싸고 시공이 간편하며, 폴리우레탄 폼의 단열효과가 뛰어나 널리 사용되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인접하는 단열패널 사이를 연결하는 브릿지 구조에 의해 멤브레인의 하부 지지구조를 보강함으로써 멤브레인의 손상을 방지하는, 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 단열패널이 배열되어 이루어지는 단열벽과, 상기 단열벽의 상부에 설치되는 밀봉벽을 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서, 상기 단열패널의 상단부 가장자리 둘레를 따라 형성되는 단차부; 및 서로 이웃하는 상기 단열패널에 형성되는 각각의 단차부에 걸쳐지도록 안착되어, 서로 이웃하는 상기 단열패널 사이를 연결하는 브릿지 플레이트를 포함하고, 상기 브릿지 플레이트는, 상면이 상기 단열패널의 상면과 동일평면을 이루도록 배치되어, 상기 밀봉벽의 하부를 지지하는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크를 제공한다.
상기 밀봉벽은 다수의 단위 멤브레인이 연속적으로 용접되어 이루어지되, 상기 단위 멤브레인은 가장자리는 상기 단열패널의 가장자리와 어긋나게 배치되어, 상기 브릿지 플레이트에 의해 상기 단위 멤브레인의 중간 부분이 지지될 수 있다.
상기 브릿지 플레이트는 다수 개의 단위 플레이트로 제작되어, 상기 단열패널의 가장자리를 따라 연속적으로 배열되며, 각각의 상기 단위 플레이트는, 상기 단열패널의 상부에 형성되는 슬릿(slit) 간의 간격 내에 배치될 수 있다.
상기 브릿지 플레이트는, 양단 중 적어도 어느 일단이 상기 단열패널에 형성된 단차부에 고정될 수 있다.
그리고 본 발명에서 상기 단열벽은, 선체 내벽 상에 배열되는 다수의 2차 단열패널로 이루어지는 2차 단열벽과, 다수의 1차 단열패널로 이루어지며 상기 2차 단열패널의 상부에 배치되는 1차 단열벽을 포함하고, 상기 밀봉벽은, 상기 2차 단열벽과 상기 1차 단열벽의 사이에 설치되는 2차 밀봉벽과, 상기 1차 단열벽의 상부에 설치되는 1차 밀봉벽을 포함하며, 상기 브릿지 플레이트는, 서로 이웃하는 상기 2차 단열패널 사이를 연결하는 2차 브릿지 플레이트와, 서로 이웃하는 상기 1차 단열패널 사이를 연결하는 1차 브릿지 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 2차 브릿지 플레이트는, 서로 이웃하는 상기 2차 단열패널 중 적어도 어느 하나에 고정되며, 상기 1차 브릿지 플레이트는, 서로 이웃하는 상기 1차 단열패널 모두에 고정될 수 있다.
상기 1차 및 2차 단열패널은, 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재와 상기 단열재의 상부에 부착되는 플라이우드 재질의 상부합판을 포함하고, 상기 2차 밀봉벽은, 다수의 인바 스트레이크(invar strake)가 상기 2차 단열패널의 상부에 설치되는 텅(tongue) 부재에 연속적으로 용접됨으로써 이루어지되, 상기 인바 스트레이크의 가장자리가 상기 2차 단열패널의 가장자리와 어긋나게 배치되어, 상기 2차 브릿지 플레이트에 의해 상기 인바 스트레이크의 중간 부분이 지지될 수 있다.
상기 1차 밀봉벽은, 다수의 스테인리스강(SUS) 멤브레인이 상기 1차 단열패널의 상부에 마련되는 앵커 스트립(anchor strip)에 연속적으로 용접됨으로써 이루어지되, 상기 스테인리스강 멤브레인의 가장자리가 상기 1차 단열패널의 가장자리와 어긋나게 배치되어, 상기 1차 브릿지 플레이트에 의해 상기 스테인리스강 멤브레인의 중간 부분이 지지될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 단열패널이 배열되어 이루어지는 단열벽과, 상기 단열벽의 상부에 설치되는 밀봉벽을 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서, 상기 단열패널의 상단부 가장자리 둘레를 따라 단차부를 형성하고, 서로 이웃하는 상기 단차부 사이에 걸쳐지도록 브릿지 플레이트를 설치함으로써, 상기 밀봉벽의 하부 지지구조를 보강하고, 상기 단열패널 사이에 발생하는 급격한 수직단차를 저감하는 것을 특징으로 하는, 멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크를 제공한다.
본 발명은 단열벽을 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열패널로 구성하면서도, 2차 밀봉벽을 평편한 플랫 인바 멤브레인으로 구성하는 것이 가능한 개선된 형태의 패널 타입(panel type) 단열시스템을 제공한다.
따라서 본 발명은 2차 단열벽의 상부에 2차 밀봉벽을 설치함에 있어서 용접의 자동화가 가능하므로 생산성이 향상되고, 1차 및 2차 단열벽이 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열패널로 마련됨에 따라 단열성능이 우수해지는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크는, 서로 이웃하는 단열패널 사이를 연결하는 브릿지 플레이트에 의해 밀봉벽의 하부 지지구조가 보강됨으로써, 멤브레인의 특정 부위에 응력이 집중되는 현상을 방지하는 효과가 있다.
더불어, 본 발명은 서로 이웃하는 단열패널 사이를 연결하는 브릿지 플레이트에 의해, 단열패널 간의 높이 단차가 최대한 연속적으로 만들어짐에 따라, 선체의 변형에 기인하는 하중에 의해 멤브레인의 불연속적인 부분에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 2차 단열패널의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 1차 단열패널의 사시도이다.
도 4는 단열패널간 브릿지 구조가 적용되지 않은 단열구조의 문제점을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 화물의 하중에 따른 멤브레인의 응력 집중 현상을 나타낸 것이고, (b)는 선체의 변형에 기인한 하중에 따른 멤브레인의 응력 집중 현상을 나타낸 것이다.
도 5는 단열패널간 브릿지 구조가 적용된 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 나타낸 분해사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 단열패널간 브릿지 구조가 적용된 2차 단열벽의 구조를 개략적으로 나타낸 내부 사시도이다.
도 7은 도 6의 A 방향에서 바라본 2차 단열벽의 측단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 단열패널간 브릿지 구조가 적용된 1차 단열벽의 구조를 개략적으로 나타낸 내부 사시도이다.
도 9는 도 8의 B 방향에서 바라본 1차 단열벽의 측단면도이다.
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.
본 발명에서 '1차' 및 '2차'라는 용어의 사용은, 저장탱크에 저장된 LNG를 기준으로 LNG를 1차적으로 밀봉 또는 단열하는 기능을 하는 것인지, 2차적으로 밀봉 또는 단열하는 기능을 하는 것인지에 대한 구분 기준으로 구사된 것이다.
또한, 관례상 탱크의 요소에 적용된 용어 '상부' 또는 '위'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 내측을 향하는 방향을 가리키는 것이고, 마찬가지로, 용어 '하부' 또는 '아래'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 외측을 향하는 방향을 가리키는 것이다.
아울러, 본 명세서에서 사용되는 용어 '길이방향 가장자리'는 단열패널의 길이방향을 따라 연장되는 가장자리를 가리키는 것이고, 용어 '종방향 가장자리'는 단열패널의 폭방향을 따라 연장되는 가장자리를 가리키는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 2차 단열패널의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 1차 단열패널의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 선체(H) 내벽에 배열되는 다수의 2차 단열패널(110)로 이루어지는 2차 단열벽(100)과, 2차 단열벽(100) 상에 설치되는 2차 밀봉벽(200)과, 2차 밀봉벽(200) 상에 배열되는 다수의 1차 단열패널(310)로 이루어지는 1차 단열벽(300)과, 1차 단열벽(300) 상에 설치되는 1차 밀봉벽(400)을 포함하는 구조를 가진다.
1차 및 2차 단열패널(310, 110)은, 너비와 길이가 대략 1:3 비율을 가지는 융면체 형태의 단위패널로 제작될 수 있고, 바람직하게는 대략 1m×3m 사이즈의 단위 패널로 제작될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
2차 단열패널(110)은 폴리우레탄 폼(PUF: polyurethane foam)으로 이루어지는 단열재(111)의 상면이나 하면 혹은 상하면 모두에 플라이우드 합판(112, 113)이 접착된 샌드위치 패널로 마련될 수 있다.
마찬가지로, 1차 단열패널(310)도 폴리우레탄 폼으로 이루어진 단열재(311)의 상면 및/또는 하면에 플라이우드 합판(312, 313)이 접착된 샌드위치 패널로 마련될 수 있다.
1차 및 2차 단열패널(310, 110)은, 후술하는 바와 같이 2차 밀봉벽(200)을 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인(flat invar membrane)으로 구성하기 위해, 일반 폴리우레탄 폼보다 강도가 높은 강화 폴리우레탄 폼(Rigid Polyurethane Foam, RPUF)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
2차 단열패널(110)은 선체(H) 내벽에 매스틱(mastic)과 같은 접착제나 스터드에 의해 고정될 수 있고, 1차 단열패널(310)은 2차 단열패널(110)과의 사이에 2차 밀봉벽(200)이 개재된 상태에서 2차 단열패널(110)의 상부에 마련되는 고정장치(S1)에 결합됨으로써 2차 밀봉벽(200)의 상부에 밀착되게 고정될 수 있다.
2차 밀봉벽(200)은 인바(Invar) 멤브레인으로 이루어질 수 있다. 구체적으로는 인바 스트레이크(invar strake)로 호칭되는 띠 형상의 금속 플레이트가 2차 단열패널(110)의 상부에 설치되는 텅(tongue) 부재에 연속적으로 용접됨으로써, 2차 밀봉벽(200)이 2차 단열벽(100)의 상부에 설치될 수 있다.
2차 밀봉벽(200)에는 2차 단열패널(110)의 상부에 마련되는 고정장치(S1)에 포함되는 스터드 볼트가 관통되도록 관통홀이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 단열벽(100, 300)이 폴리우레탄 폼의 상면 및/또는 하면에 목재 합판을 접착한 단열패널 형태로 이루어지는 패널 타입(panel type)의 단열시스템으로 마련되되, 2차 밀봉벽(200)이 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
통상적으로 플랫 인바 멤브레인은 열수축 계수가 작으므로, 단열패널이 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 패널 타입의 단열시스템에는 적합하지 않다. 플랫 인바 멤브레인을 적용하기 위해서는, 종래의 NO 96형 저장탱크와 같이 멤브레인을 지지하는 단열벽이 열수축 변형이 적고 강성이 높은 단열박스로 구성되어야 한다.
그러나 본 발명에서는 2차 단열벽(100)의 강성을 보강하는 구조를 제공함으로써, 2차 단열벽(100)을 단열박스가 아닌 단열패널(폴리우레탄 폼으로 이루어지는) 형태로 마련하면서도, 2차 밀봉벽(200)을 플랫 인바 멤브레인으로 구성하는 것이 가능하게끔 한다.
구체적으로 본 발명은, 저장탱크의 코너부에 2차 밀봉벽(200)의 양단을 지지하는 트랜스버스 연결체(transverse connector, 미도시)를 설치함으로써, 2차 단열벽(100)의 강성을 보강한다.
트랜스버스 연결체는 저장탱크의 전방벽 및 후방벽 가장자리를 따라 설치되는 격자 형태의 구조물로, 일단이 선체 내벽에 마련되는 앵커링 바(anchoring bar)에 용접됨으로써 저장탱크의 코너부에 고정 설치되고, 타단은 1차 밀봉벽(400)과 2차 밀봉벽(200)의 각 양단을 지지해줌으로써, 이들에 가해지는 각종 하중을 선체로 전달하는 역할을 한다.
트랜스버스 연결체는 강성이 높은 인바 재질로 마련되는 것이 바람직하고, 트랜스버스 연결체의 내부 및 트랜스버스 연결체와 선체 사이에는, 트랜스버스 연결체를 지지하기 위해 강성이 높은 단열박스가 개재될 수 있다. 단열박스는 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 등의 단열재를 채운 형태로 마련될 수 있다.
본 발명은 이와 같이 저장탱크의 코너부에 설치되는 트랜스버스 연걸체에 의해 1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)에 가해지는 하중의 일부가 선체로 전달되어 해소되므로, 플랫 인바 멤브레인으로 마련되는 2차 밀봉벽(200)을 지지하는 2차 단열벽(100)을 단열박스보다 강성이 약한 단열패널로 구성하는 것이 가능하다.
따라서 본 발명은 2차 단열벽(100)의 상부에 2차 밀봉벽(200)을 설치함에 있어서 용접 라인(welding line)을 직선으로 형성할 수 있고, 이에 따라 용접의 자동화가 가능하여 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 1차 및 2차 단열벽(300, 100)이 폴리우레탄 폼으로 이루어짐에 따라 단열성능도 우수해진다. 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 단열벽이 단열박스 형태로 마련되는 종래의 NO 96형 저장탱크와 대비하여, 1차 단열벽의 두께를 대략 40% 이상, 그리고 2차 단열벽의 두께를 대략 20% 이상 감소시키면서도 동일한 단열효과를 거둘 수 있다.
1차 밀봉벽(400)은 LNG와 직접 접촉하여 밀봉하는 것으로서, 극저온에 의한 수축을 흡수하기 위해 저장탱크의 내부를 향해 다수의 파형 주름이 형성된 스테인리스강(SUS) 멤브레인으로 마련될 수 있다.
1차 밀봉벽(400)은 1차 단열패널(310)의 단위패널과 대응되는 사이즈를 가지는 다수의 단위 멤브레인으로 이루어질 수 있으며, 다수의 단위 멤브레인이 1차 단열패널(310)의 상부에 마련되는 앵커 스트립(anchor strip, 316)에 빈틈 없이 용접됨으로써, 1차 밀봉벽(400)이 1차 단열벽(300)의 상부에 설치될 수 있다.
앵커 스트립(316)은 인바 재질의 금속 플레이트로 마련될 수 있으며, 플라이우드로 이루어진 1차 단열패널(310)의 1차 상부합판(312)에 형성된 홈에 삽입된 후, 리벳(rivet) 또는 스크류(screw) 등의 체결부재에 의해 기계적으로 체결될 수 있다.
여기서, 후술하는 바와 같이 고정장치(S1)와 결합되는 고정부(S2)가 1차 단열패널(310)의 수직 모서리 부위에 형성되므로, 앵커 스트립(316)은 1차 단열패널(310)의 상면에서 모서리가 아닌 내측에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 앵커 스트립(316)이 서로 직교하는 두 방향의 스트립 형상으로 마련되는 것을 바람직한 실시예로 제시하고 있으며, 두 방향의 스트립은 1차 단열패널(310)의 폭방향 중심선과 길이방향 중심선을 따라 연장될 수 있다.
1차 밀봉벽(400)을 구성하는 단위 멤브레인은 가장자리가 앵커 스트립(316)에 용접에 의해 접합되고, 이때 서로 이웃하는 단위 멤브레인의 가장자리가 상호 겹쳐진 상태에서 겹치기 용접될 수 있다.
1차 밀봉벽(400)을 구성하는 하나의 단위 멤브레인은 네 개의 1차 단열패널(310) 상에 걸쳐지도록 배치될 수 있다.
한편, 본 발명은 2차 단열패널(110)과 그 상부에 배치되는 1차 단열패널(310)이 서로 교차 배치되는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 1차 단열패널(310)은 모퉁이 부위가 2차 단열패널(110)의 중심부에 놓이도록 서로 어긋나게 배치될 수 있으며, 이에 따라 하나의 1차 단열패널(310)은 하부에 배치되는 네 개의 2차 단열패널(110)의 상면에 걸쳐지도록 배치된다.
1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)의 교차배치를 위해, 이들간의 결합을 위해 마련되는 고정장치(S1)는, 2차 단열패널(110)의 상부에서 모서리 내측에 배치될 수 있다.
고정장치(S1)는 2차 단열패널(110)의 정중앙에 하나가 배치되고, 정중앙에 배치되는 고정장치(S1)로부터 전방 및 후방으로 패널의 길이방향으로 동일한 거리만큼 이격되는 위치에 나머지 고정장치(S1)가 각각 배치될 수 있다.
이때 2차 단열패널(110)의 정중앙에 배치되는 고정장치(S1)로부터 전방 및 후방으로 이격되게 배치되는 고정장치(S1)까지의 거리(L1)는, 2차 단열패널(110)의 폭방향 가장자리로부터 인접하는 고정장치(S1)까지의 거리(L2)의 2배가 되도록 배치될 수 있다.
고정장치(S1)는 2차 단열패널(110) 상에서 폭방향으로의 중심선(C) 상에 배치되어, 패널에 작용하는 응력에 의해 고정장치(S1)가 폭방향으로 변위되는 것이 최소화될 수 있다.
또한, 각 고정장치(S1)를 기준으로 전방 및 후방에 동일한 거리만큼 이격된 위치에 슬릿(114)이 형성되어, 패널에 작용하는 응력에 의해 고정장치(S1)가 길이방향으로 변위되는 것이 최소화될 수 있다.
2차 단열패널(110) 상에 형성되는 슬릿(114) 간의 간격은 일정하게 형성될 수 있으며, 도면에 도시된 바와 같이, 슬릿(114)은 2차 단열패널(110)의 상부에 부착되는 2차 상부합판(112)에도 함께 형성될 수 있다.
고정장치(S1)와의 결합을 위해 1차 단열패널(310)에 마련되는 고정부(S2)는, 1차 단열패널(310)의 네 모퉁이를 포함한 측단부 수직 모서리 부위에 배치될 수 있다. 고정부(S2)는 1차 단열패널(310)의 길이방향을 따라 동일한 간격을 가지도록 이격 배치될 수 있다.
고정부(S2)는 단면이 반원 또는 부채꼴 형태인 홈으로 마련될 수 있으며, 고정장치(S1)에 마련되는 스터드(stud)가 고정부(S2)에 관통 삽입된 상태에서 너트를 체결하여 고정부(S2)를 가압함으로써, 1차 단열패널(310)이 2차 단열패널(110) 상에 고정 설치될 수 있다.
본 발명에서는, 2차 단열패널(110)의 상부에 3개의 고정장치(S1)가 마련되고 1차 단열패널(310)의 수직 모서리 부위에 8개의 고정부(S2)가 마련되는 것을 바람직한 실시예로 제시하고 있다.
본 실시예에 따르면, 2차 단열패널(110)의 중앙에 배치되는 고정장치(S1)에는 4개의 1차 단열패널(310)에 형성된 고정부(S2)가 한 번에 결합되고, 2차 단열패널(110)에서 중앙으로부터 이격되게 배치되는 고정장치(S1)에는 2개의 1차 단열패널(310)에 형성된 고정부(S2)가 한 번에 결합된다.
이와 같이 서로 인접하는 1차 단열패널(310)은 그 사이에 배치되는 고정장치(S1)를 서로 공유할 수 있으며, 본 실시예에서는 하나의 2차 단열패널(110)에 3개의 고정장치(S1)를 마련하는 것만으로도, 1차 단열패널(310)의 지지점을 8 포인트나 확보할 수 있게 된다.
즉, 본 발명은 2차 단열패널(110)과 1차 단열패널(310)의 교차 배치에 의해, 적은 수의 고정장치(S1)로도 1차 단열패널(310)의 지지점을 최대한으로 확보하는 것이 가능하고, 따라서 지지 구조의 안정성이 향상됨은 물론 단열패널의 생산성이 향상되는 효과가 있다.
미설명부호 115는 2차 밀봉벽(200)을 구성하는 인바 스트레이크가 용접되는 텅(tongue)이 삽입되기 위한 삽입홈이고, 미설명부호 315는 상기 삽입홈에 삽입되는 텅의 돌출부와 이에 용접되는 2차 밀봉벽(200)의 절곡부를 수용하기 위한 수용홈이다.
또한, 미설명부호 314는 열수축에 의한 응력이 집중되는 것을 분산시키기 위해 1차 단열패널(310)의 상부에 일정한 간격을 가지면서 횡방향 및 종방향으로 형성되는 슬릿이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 저장탱크의 코너부를 벗어난 부분에서 폴리우레탄 폼을 적용한 단열패널을 적용한다는 점에서 종래의 NO 96형 저장탱크와 차이가 있다.
종래의 NO 96형 저장탱크는 2차 밀봉벽을 강성이 높은 단열박스가 지지하고 있으며, 단열박스의 열수축량이 크지 않아 수직 단차 또는 수평방향에서의 단열박스간 갭(gap)이 적절히 제어된다. 그러나 여전히 단열박스 간의 갭은 존재하며, 이 부분에서 2차 밀봉벽을 지지하는 구조가 없는 형태이다. 종래의 NO 96형 저장탱크에서 상기와 같은 갭에 작용하는 압력은 크지 않지만, 만약 1차 밀봉벽이 파손되어 LNG의 하중이 작용하게 될 때에는 해당 부분이 취약해질 수 밖에 없다.
반면, 본 발명은 1차 밀봉벽(400) 및 2차 밀봉벽(200)을 지지하는 단열벽(300, 100)을 폴리우레탄 폼으로 이루어진 단열패널(310, 110)로 구성한다는 점에서, 종래의 NO 96형 저장탱크에 비해 저온 조건에서 단열벽(300, 100)의 열수축량이 더 크므로 수직 및 수평방향으로의 변형이 더 크게 발생한다.
따라서 단열벽(100, 300)을 구성하는 단열패널(110, 310)이 LNG의 극저온에 의해 열수축되면, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 서로 이웃하는 단열패널(110, 310) 간에 갭(gap)이 더 크게 발생하고, 이 상태에서 밀봉벽(200, 400), 즉 멤브레인이 화물(LNG)의 하중을 받으면 특정 부위에 응력이 집중되는 현상이 발생한다.
또한, 도 4의 (b)와 같이, 선체의 변형에 기인하는 하중에 의해 이웃하는 단열패널(310, 110) 간에 수직 단차가 발생할 수 있으며, 이러한 높이 단차에 의해 생기는 멤브레인의 불연속적인 부분에 응력이 집중될 수 있다.
본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)을 상호 교차 배치시키는 구성에 의해 단열벽(300, 100)의 수직방향으로의 변형이 어느정도 완화될 수 있으나, 이것이 완벽한 해결책이 되지는 못한다.
멤브레인에 응력 집중이 과도하게 작용하면, 밀봉벽(200, 400)이 파손되어 기밀이 깨어지는 등의 심각한 문제로 이어질 수 있으므로, 이에 대한 대응 방안이 요구된다.
이하에서는, 도 4에서 지적한 문제점을 해결하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크의 구조에 대하여 설명한다.
도 5는 단열패널간 브릿지 구조가 적용된 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열구조를 나타낸 분해사시도이다.
또한, 도 6은 본 발명에 따른 단열패널간 브릿지 구조가 적용된 2차 단열벽의 구조를 개략적으로 나타낸 내부 사시도이고, 도 7은 도 6의 A 방향에서 바라본 2차 단열벽의 측단면도이다.
아울러, 도 8은 본 발명에 따른 단열패널간 브릿지 구조가 적용된 1차 단열벽의 구조를 개략적으로 나타낸 내부 사시도이고, 도 9는 도 8의 B 방향에서 바라본 1차 단열벽의 측단면도이다.
참고로 도 6 및 도 8에서는, 구성 간의 구분을 뚜렷히 하기 위해, 1차 및 2차 브릿지 플레이트(320, 120)에 도트(dot) 표시를 하였다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 서로 이웃하는 2차 단열패널(110) 사이를 연결하는 2차 브릿지 플레이트(120)와, 서로 이웃하는 1차 단열패널(310) 사이를 연결하는 1차 브릿지 플레이트(320)를 더 포함할 수 있다.
1차 및 2차 브릿지 플레이트(320, 120)는 단열패널(310, 110)의 상부합판(312, 112)와 동일한 재질인 플라이우드로 마련될 수 있다. 다만, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 1차 및 2차 브릿지 플레이트(320, 120)가 금속 플레이트로 마련될 수도 있음은 물론이다.
먼저 도 5 내지 도 7을 참조하여, 2차 단열벽(100)에 적용되는 브릿지 구조에 대해 자세히 살펴보면, 2차 브릿지 플레이트(120)는 서로 이웃하는 2차 단열패널(110) 사이에 걸쳐지도록 배치되는 구조임을 알 수 있다.
서로 이웃하는 2차 단열패널(110)은 상단부 가장자리가 2차 브릿지 플레이트(120)에 의해 서로 연결되고, 2차 단열패널(110)의 상단부 가장자리에는 2차 브릿지 플레이트(120)가 안착되는 단차부가 형성될 수 있다.
구체적으로는, 2차 단열패널(110)은 2차 상부합판(112)의 둘레를 따라 단차지게 형성되어 2차 브릿지 플레이트(120)가 안착되는 단차부를 포함할 수 있으며, 이때 단차부에 안착된 2차 브릿지 플레이트(120)의 상면은 2차 상부합판(112)의 상면과 동일평면을 이룰 수 있다.
2차 밀봉벽(200)은 서로 이웃하는 2차 단열패널(110)의 상부에 걸쳐지도록 설치되므로, 서로 이웃하는 2차 단열패널(110)의 상단부 가장자리에 형성되는 단차부에 걸쳐지게 배치되는 2차 브릿지 플레이트(120)는 2차 밀봉벽(200)의 중간 부분을 지지하게 된다.
또한, 2차 브릿지 플레이트(120)는, 저장탱크의 종방향으로 배열되어 이웃하는 2차 단열패널(110)의 길이방향 가장자리를 서로 연결하는 종방향 2차 브릿지 플레이트(121)와, 저장탱크의 횡방향으로 배열되어 이웃하는 2차 단열패널(110)의 폭방향 가장자리를 서로 연결하는 횡방향 2차 브릿지 플레이트(122)를 포함할 수 있다.
종방향 2차 브릿지 플레이트(121)는 다수 개의 단위 플레이트로 제작되어, 2차 단열패널(110)의 길이방향 가장자리를 따라 연속적으로 배열될 수 있다.
종방향 2차 브릿지 플레이트(121)를 구성하는 단위 플레이트는, 2차 단열패널(110)에 형성되는 슬릿(114) 간의 간격 내에 배치될 수 있다. 즉, 각각의 단위 플레이트가 슬릿(114)과 슬릿(114) 사이에 배치될 수 있으며, 이를 위해 단위 플레이트는 슬릿(114) 간의 간격에 대응되거나 또는 보다 짧은 길이로 제작될 수 있다.
이는 2차 단열패널(110)에 미치는 열응력을 분산시키는 슬릿(114)의 효과가 종방향 2차 브릿지 플레이트(120)에 의해 방해받지 않도록 하기 위함이다.
마찬가지로, 횡방향 2차 브릿지 플레이트(122) 또한 다수 개의 단위 플레이트로 제작되어, 2차 단열패널(110)의 폭방향 가장자리를 따라 연속적으로 배열될 수 있으며, 이때 각각의 단위 플레이트는 2차 단열패널(110)에 형성되는 삽입홈(115) 간의 간격 내에 배치될 수 있다.
2차 브릿지 플레이트(120)는 2차 단열패널(110)의 상단부 가장자리에 형성되는 단차부에 스크류(screw) 또는 리벳(rivet) 등에 의해 고정될 수 있다.
이때 2차 단열패널(110)의 경우에는 1차 단열패널(310)보다는 열수축이 상대적으로 작게 발생하므로, 2차 브릿지 플레이트(120)의 양단 중 적어도 어느 하나 이상만 고정되어도 된다.
바람직하게는, 2차 단열패널(110)의 짧은 변, 즉 폭방향 가장자리를 따라 배열되는 횡방향 2차 브릿지 플레이트(122)는 양단이 양 쪽 2차 단열패널(110)의 단차부에 모두 고정될 수 있으며, 2차 단열패널(110)의 긴 변, 즉 길이방향 가장자리를 따라 배열되는 종방향 2차 브릿지 플레이트(121)는 양단 중 한 쪽만 2차 단열패널(110)의 단차부에 고정될 수 있다.
다음으로 도 5, 도 8 및 도 9를 참조하면, 1차 단열벽(300)에 적용되는 브릿지 구조는 상술한 2차 단열벽(100)에 적용되는 브릿지 구조와 유사한 형태로 마련되는 것을 알 수 있다.
즉, 서로 이웃하는 1차 단열패널(310)은 상단부 가장자리가 1차 브릿지 플레이트(320)에 의해 서로 연결되고, 1차 단열패널(310)의 상단부 가장자리에는 1차 브릿지 플레이트(320)가 안착되는 단차부가 형성될 수 있다.
구체적으로는, 1차 단열패널(310)은 1차 상부합판(312)의 둘레를 따라 단차지게 형성되어 1차 브릿지 플레이트(320)가 안착되는 단차부를 포함할 수 있으며, 이때 단차부에 안착된 1차 브릿지 플레이트(320)의 상면은 1차 상부합판(312)의 상면과 동일평면을 이룰 수 있다.
1차 밀봉벽(400)의 단위 멤브레인이 서로 이웃하는 1차 단열패널(310)의 상부에 걸쳐지도록 설치되므로, 서로 이웃하는 1차 단열패널(310)의 상단부 가장자리에 형성되는 단차부에 걸쳐지게 배치되는 1차 브릿지 플레이트(320)는 1차 밀봉벽(400)의 중간 부분을 지지하게 된다.
또한, 1차 브릿지 플레이트(320)는, 저장탱크의 종방향으로 배열되어 이웃하는 1차 단열패널(310)의 길이방향 가장자리를 서로 연결하는 종방향 1차 브릿지 플레이트(321)와, 저장탱크의 횡방향으로 배열되어 이웃하는 1차 단열패널(310)의 폭방향 가장자리를 서로 연결하는 횡방향 1차 브릿지 플레이트(322)를 포함할 수 있다.
종방향 1차 브릿지 플레이트(321)와 횡방향 1차 브릿지 플레이트(322)는, 다수 개의 단위 플레이트로 제작될 수 있으며, 각각의 단위 플레이트가 1차 단열패널(310)의 상부에 격자 형태로 형성되는 슬릿(314) 간의 간격 내에 배치될 수 있다.
1차 브릿지 플레이트(320)는 1차 단열패널(310)의 상단부 가장자리에 형성되는 단차부에 스크류 또는 리벳 등의 체결부재에 의해 고정될 수 있다.
이때 1차 단열패널(310)은 2차 단열패널(110) 대비 더 낮은 온도에 노출되고, 패널 하부가 본딩(bonding)에 의해 결합되는 방식이 아니므로 열수축이 크게 발생하게 된다. 따라서 1차 브릿지 플레이트(320)는 패널의 열수축을 제어하는 역할을 수행하기 위해 양단이 양 쪽 1차 단열패널(310)의 단차부에 모두 고정되는 것이 바람직하다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 1차 단열패널(310) 상부에 마련되는 앵커 스트립(316)과 연결되는 1차 브릿지 플레이트(320)에도 앵커 스트립을 마련하여, 앵커 스트립(316)의 연속성이 유지되도록 할 수 있다.
미설명부호 130은 2차 단열패널(110)들 사이의 공간에 삽입되는 글라스 울(glass wool) 재질의 플랫 조인트(flat joint)이다. 도면에는 도시되지 않았지만, 이러한 플랫 조인트(130)는 1차 단열패널(310)들 사이에 형성되는 공간에도 삽입될 수 있다.
본 발명에 따른 멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크는, 서로 이웃하는 단열패널(110, 310) 사이를 연결하는 브릿지 플레이트(120, 320)에 의해 밀봉벽(200, 400)의 하부 지지구조가 보강됨으로써, 멤브레인의 특정 부위에 응력이 집중되는 현상을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 서로 이웃하는 단열패널(110, 310) 사이를 연결하는 브릿지 플레이트(120, 320)에 의해, 단열패널(110, 310) 간의 높이 단차가 최대한 연속적으로 만들어짐에 따라, 선체의 변형에 기인하는 하중에 의해 멤브레인의 불연속적인 부분에 응력이 집중되는 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.
100 : 2차 단열벽 110 : 2차 단열패널
111 : 2차 단열재 112 : 2차 상부합판
113 : 2차 하부합판 114 : 슬릿
115 : 삽입홈 120 : 2차 브릿지 플레이트
121 : 종방향 2차 브릿지 플레이트 122 : 횡방향 2차 브릿지 플레이트
200 : 2차 밀봉벽
300 : 1차 단열벽 310 : 1차 단열패널
311 : 1차 단열재 312 : 1차 상부합판
313 : 1차 하부합판 314 : 슬릿
315 : 수용홈 316 : 앵커 스트립
320 : 1차 브릿지 플레이트 321 : 종방향 1차 브릿지 플레이트
322 : 횡방향 1차 브릿지 플레이트
400 : 1차 밀봉벽
S1 : 고정장치 S2 : 고정부

Claims (9)

  1. 다수의 단열패널이 배열되어 이루어지는 단열벽과, 상기 단열벽의 상부에 설치되는 밀봉벽을 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서,
    상기 단열패널의 상단부 가장자리 둘레를 따라 형성되는 단차부; 및
    서로 이웃하는 상기 단열패널에 형성되는 각각의 단차부에 걸쳐지도록 안착되어, 서로 이웃하는 상기 단열패널 사이를 연결하는 브릿지 플레이트를 포함하고,
    상기 브릿지 플레이트는, 상면이 상기 단열패널의 상면과 동일평면을 이루도록 배치되어, 상기 밀봉벽의 하부를 지지하는 것을 특징으로 하는,
    멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀봉벽은 다수의 단위 멤브레인이 연속적으로 용접되어 이루어지되,
    상기 단위 멤브레인은 가장자리는 상기 단열패널의 가장자리와 어긋나게 배치되어, 상기 브릿지 플레이트에 의해 상기 단위 멤브레인의 중간 부분이 지지되는 것을 특징으로 하는,
    멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 브릿지 플레이트는 다수 개의 단위 플레이트로 제작되어, 상기 단열패널의 가장자리를 따라 연속적으로 배열되며,
    각각의 상기 단위 플레이트는, 상기 단열패널의 상부에 형성되는 슬릿(slit) 간의 간격 내에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 브릿지 플레이트는, 양단 중 적어도 어느 일단이 상기 단열패널에 형성된 단차부에 고정되는 것을 특징으로 하는,
    멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단열벽은, 선체 내벽 상에 배열되는 다수의 2차 단열패널로 이루어지는 2차 단열벽과, 다수의 1차 단열패널로 이루어지며 상기 2차 단열패널의 상부에 배치되는 1차 단열벽을 포함하고,
    상기 밀봉벽은, 상기 2차 단열벽과 상기 1차 단열벽의 사이에 설치되는 2차 밀봉벽과, 상기 1차 단열벽의 상부에 설치되는 1차 밀봉벽을 포함하며,
    상기 브릿지 플레이트는, 서로 이웃하는 상기 2차 단열패널 사이를 연결하는 2차 브릿지 플레이트와, 서로 이웃하는 상기 1차 단열패널 사이를 연결하는 1차 브릿지 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 2차 브릿지 플레이트는, 서로 이웃하는 상기 2차 단열패널 중 적어도 어느 하나에 고정되며,
    상기 1차 브릿지 플레이트는, 서로 이웃하는 상기 1차 단열패널 모두에 고정되는 것을 특징으로 하는,
    멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 1차 및 2차 단열패널은, 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재와 상기 단열재의 상부에 부착되는 플라이우드 재질의 상부합판을 포함하고,
    상기 2차 밀봉벽은, 다수의 인바 스트레이크(invar strake)가 상기 2차 단열패널의 상부에 설치되는 텅(tongue) 부재에 연속적으로 용접됨으로써 이루어지되,
    상기 인바 스트레이크의 가장자리가 상기 2차 단열패널의 가장자리와 어긋나게 배치되어, 상기 2차 브릿지 플레이트에 의해 상기 인바 스트레이크의 중간 부분이 지지되는 것을 특징으로 하는,
    멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 1차 밀봉벽은, 다수의 스테인리스강(SUS) 멤브레인이 상기 1차 단열패널의 상부에 마련되는 앵커 스트립(anchor strip)에 연속적으로 용접됨으로써 이루어지되,
    상기 스테인리스강 멤브레인의 가장자리가 상기 1차 단열패널의 가장자리와 어긋나게 배치되어, 상기 1차 브릿지 플레이트에 의해 상기 스테인리스강 멤브레인의 중간 부분이 지지되는 것을 특징으로 하는,
    멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크.
  9. 다수의 단열패널이 배열되어 이루어지는 단열벽과, 상기 단열벽의 상부에 설치되는 밀봉벽을 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서,
    상기 단열패널의 상단부 가장자리 둘레를 따라 단차부를 형성하고, 서로 이웃하는 상기 단차부 사이에 걸쳐지도록 브릿지 플레이트를 설치함으로써, 상기 밀봉벽의 하부 지지구조를 보강하고, 상기 단열패널 사이에 발생하는 급격한 수직단차를 저감하는 것을 특징으로 하는,
    멤브레인 손상 방지를 위한 브릿지 구조를 포함하는 액화천연가스 저장탱크.
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