KR20220036383A

KR20220036383A - 액화가스 저장탱크의 단열시스템 및 그 시공방법

Info

Publication number: KR20220036383A
Application number: KR1020200117452A
Authority: KR
Inventors: 지혜련; 박성우
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-03-23

Abstract

본 발명은 탱크 몸체 내부에 저장된 액화가스를 단열하기 위한 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것으로, 상기 탱크 몸체의 외부에서 발포폼을 분사 적층시켜 형성되는 단열부; 및 상기 탱크 몸체에 상기 발포폼을 분사하기 이전에 상기 탱크 몸체와 상기 단열부 사이에 마련되는 시트부를 포함하고, 상기 시트부는 서로 밀도가 다른 두개 이상의 통기성 단열재를 포함하며, 상대적으로 높은 밀도를 갖는 통기성 단열재는 상기 탱크 몸체에서 상기 단열부의 자중 영향을 받는 위치에 설치된다.

Description

액화가스 저장탱크의 단열시스템 및 그 시공방법{INSULATION SYSTEM FOR LIQUIFIED GAS STORAGE TANK AND CONTRUCTION METHOD THEREOF}

본 발명은 액화가스를 저장하기 위한 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저장탱크 외벽에 폴리머 계열(polymeric)의 분사 발포폼(spray foam)을 분사 적층시켜 이루어지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 및 그 시공방법에 관한 것이다.

최근 선박에 대한 환경오염 규제 기준이 강화됨으로 인해, 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 또는, 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 친환경 고효율의 액화가스(Liquified Gas) 연료에 대한 관심이 증가하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판과 부탄을 주성분으로 하는 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다.

특히, 액화천연가스(이하, ‘LNG’라 함)는 천연가스를 극저온(약 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

액화가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액체 상태로 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다.

LNG등의 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 액화가스를 하역하기 위한 액화가스 운반선이나, LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 액화가스 저장탱크(흔히, ‘화물창’이라 함)가 마련된다

또한, 생산된 천연가스를 해상에 직접 액화시켜 저장하고, 필요시 저장된 LNG를 LNG 운반선으로 옮겨 싣기 위해 사용되는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), 해상에서 LNG 운반선으로부터 하역되는 LNG를 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등과 같은 해양구조물에도 LNG 운반선이나 LNG RV에 설치되는 액화가스 저장탱크가 포함된다.

이러한 액화가스 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 멤브레인형(Membrane Type)과 독립형(Independent Type)으로 분류할 수 있다.

멤브레인형 저장탱크는 No 96형과 Mark III형으로 나눠지고, 독립형 저장탱크는 국제 해사 기구(IMO; International Maritime Organization)의 규정에 따라서 Type A, Type B, Type C로 나뉘며, 그 중 Type B 독립형 저장탱크는 구형(spherical type)의 MOSS 탱크와 각형(prismatic type)의 SPB 탱크가 있다.

멤브레인형 저장탱크는 선체의 구조에 직접 연결되어 선체와 분리되지 않으며, 선체의 내벽에 1차 방벽(Primary barrier) 및 2차 방벽(Secondary barrier)이 적층된 구조를 가진다. 멤브레인형 탱크는 선체와 직접 연결됨에 따라 내부에 저장된 액화가스의 하중을 탱크가 지지하지 않고 선체로 전달하게 된다.

반면, 독립형 저장탱크는 선체의 구조와 분리되어 선체에 탑재되는 형태로 제작되며, 탱크 외벽에 단열재가 둘러싸인 구조를 갖는다. 독립형 탱크는 선체와 분리되어 선체의 내부에 마련되는 서포트(support) 구조물에 의해 지지됨에 따라 내부에 저장된 액화가스의 하중이 탱크에 적접적으로 작용하게 된다.

독립형 저장탱크는, 멤브레인형 저장탱크와 달리 복잡한 방벽의 구조를 갖지 않으며, 맴브레인 저장탱크 대비 슬로싱(Sloshing) 등에 대한 구조적 안정성 측면에서도 상대적으로 유리할 뿐만 아니라, 탱크 외벽에 단열재가 마련되므로 작업자의 유지보수(maintenance)가 용이해지는 장점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1034472호

독립형 저장탱크는, LNG 등 극저온의 액화가스를 저장하기 위한 내부공간을 갖는 탱크 몸체와, 탱크 몸체 내부에 저장된 극저온의 액화가스로의 열침투를 최소화하여 액화가스의 증발, 즉, 증발가스(BOG; Boil-off Gas)를 줄이기 위한 단열시스템으로 구성되며, 선체 내부에 마련된 별도의 서포트 구조물(Support structure)에 의해 지지된다.

종래기술에서 독립형 저장탱크는, 알루미늄 합금(aluminum alloy), SUS(Steel Use Stainless) 또는, 9% 니켈 합금(9% Nickel steel) 등 저온에 강한 합금으로 제조되는 탱크 몸체의 외측 표면에 폴리우레탄 폼(PUF; Polyurethane Foam)과 같은 폴리머 계열(polymeric)의 발포폼(spray foam)을 분사(발포 또는, 도포)시켜 단열시스템을 형성하게 된다.

단열시스템은, 스프레이 건(spray gun) 등의 장치를 이용하여 탱크 몸체의 외측 표면에 발포폼을 일정 시간을 두고 복수회 분사 적층시키는 방식이 적용될 수 있으며, 발포폼의 종류 또는 해당 발포폼의 단열 성능에 따라 그 두께가 결정된다.

여기서, LPG 저장탱크와 같이 저온(-40℃) 환경에서는 저장탱크의 외벽에 분사된 발포폼을 통한 단열시스템의 단열 성능이 유지될 수 있으나, LNG 저장탱크와 같은 극저온(-163℃) 환경에서는 저장탱크의 외벽과 저장탱크의 외벽에 분사된 발포폼과의 큰 열팽창계수 차이로 인해 단열시스템의 단열 성능이 저하될 수 있다.

구체적으로, 내부에 액화가스가 저장된 탱크 몸체와 탱크 몸체의 외측 표면에 분사된 발포폼의 큰 열팽창계수 차이로 인해 발포폼이 수축 또는 이완되어 균열(crack)과 같은 단열시스템의 손상이 발생될 수 있으며, 액화가스의 누출(또는, 누설, leakage)이 발생되는 경우 누출된 액화가스로 인해 탱크 몸체에 접착된 발포폼이 탱크 몸체로부터 분리되어 단열시스템의 단열 성능 저하를 초래할 수 있다.

한편, 이러한 독립형 저장탱크는, 액화가스의 누출 발생 시 선체로의 직접적인 영향을 최소화하도록 누설 경로(Leak path)가 마련되어야 하는데, 탱크 몸체의 외측 표면에 폴리우레탄 폼과 같은 발포폼을 분사시켜 단열시스템을 형성하는 경우, 탱크 몸체와 발포폼이 완전 접착되어 액화가스의 누출을 대비하기 위한 누설 경로를 형성하는데 어려움이 있다.

본 발명은 저장탱크 외벽에 발포폼을 분사하여 저장탱크 내부에 수용된 액화가스의 단열을 위한 단열시스템을 형성하되, 극저온 환경에서 저장탱크 외벽과 발포폼의 열팽창계수 차이로 인한 단열시스템의 손상을 방지하고 단열시스템의 단열 성능을 유지할 수 있는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 액화가스의 누출 발생 시 누출된 액화가스의 이동이 가능한 누설 경로를 마련하여 액화가스가 누출되는 것에 대한 대비를 할 수 있는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 및 그 시공방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 탱크 몸체 내부에 저장된 액화가스를 단열하기 위한 액화가스 저장탱크의 단열시스템으로서, 상기 탱크 몸체의 외부에서 발포폼을 분사 적층시켜 형성되는 단열부; 및 상기 탱크 몸체에 상기 발포폼을 분사하기 이전에 상기 탱크 몸체와 상기 단열부 사이에 마련되는 시트부를 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 제공될 수 있다.

상기 시트부는 서로 밀도가 다른 두개 이상의 통기성 단열재를 포함할 수 있다.

또한, 상대적으로 높은 밀도를 갖는 통기성 단열재는 상기 탱크 몸체에서 상기 단열부의 자중 영향을 받는 위치에 설치될 수 있으며, 상기 탱크 몸체의 측면 및 하면은 서로 밀도가 다른 두개 이상의 통기성 단열재 중 밀도가 낮은 단열재가 설치될 수 있다.

또한, 상기 시트부는 60kg/㎥ 이상의 고밀도 통기성 단열재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 시트부를 상기 탱크 몸체에 고정하기 위한 고정부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 고정부는, 상기 탱크 몸체에 설치되는 스터드(stud); 및 상기 스터드에 결합되는 체결부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스터드는 금속 소재, 복합재 또는 목재 중 어느 하나의 재질로 마련될 수 있다.

또한, 상기 고정부는, 상기 스터드를 상기 탱크 몸체에 설치하기 위해 상기 탱크 몸체의 외측표면에 고정되는 연결부재를 더 포함하고, 상기 스터드는 상기 연결부재에 의해 상기 탱크 몸체의 외측 표면에 수직되게 설치될 수 있다.

또한, 상기 체결부재는 와셔(washer) 또는 너트(nut) 중 어느 하나로 마련될 수 있다.

또한, 상기 단열부의 수밀성 향상 및 손상을 방지하기 위해 상기 단열부 상에 도포되는 보호 코팅층(protection coating layer)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 탱크 몸체 내부에 저장된 액화가스를 단열하기 위한 액화가스 저장탱크의 단열시스템 시공방법으로서, 상기 탱크 몸체에 설치되는 고정부를 통해 상기 탱크 몸체의 외부에 시트부를 설치하는 단계; 및 상기 시트부 상에 발포폼을 분사 적층시켜 단열부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 시트부는 서로 밀도가 다른 두개 이상의 통기성 단열재를 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 시공방법이 제공될 수 있다.

상기 시트부를 설치하는 단계에서, 상대적으로 높은 밀도를 갖는 통기성 단열재는 상기 탱크 몸체에서 상기 단열부의 자중 영향을 받는 위치에 설치될 수 있다.

본 발명은 탱크 몸체의 외측 표면에 시트부를 고정하고, 시트부 상에 폴리우레탄 폼과 같은 발포폼을 설계된 두께만큼 분사 적층시켜 단열부를 형성함으로써, 내부에 액화가스를 수용하는 탱크 몸체와 발포폼의 열팽창계수 차이로 인한 단열시스템의 손상을 방지하고, 단열시스템의 단열 성능을 유지할 수 있다.

또한, 시트부는 통기성 단열재를 포함하여, 액화가스의 누출 위치에 관계 없이 탱크 몸체의 외측 표면 전 영역에서 누출된 액화가스의 이동이 가능하므로, 액화가스의 누출로 인한 단열시스템의 손상 및 그로 인한 단열 성능 저하를 방지할 수 있는 유리한 효과를 가질 수 있다.

또한, 탱크 몸체의 위치에 따라 밀도가 다른 통기성 단열재를 사용함으로써, 탱크 몸체의 위치에 상관 없이 누출된 액화가스의 원활한 이동이 가능하고, 액화가스 누출로 인한 비상 상황에 유연하게 대처가 가능할 뿐만 아니라, 액화가스의 누출로 인한 폭발 또는 화재의 위험성 또한 저감시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 ‘A’영역을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 단열시스템의 일부 구성을 제외한 평면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템의 시트부가 서로 다른 밀도를 갖는 2개 이상의 통기성 단열재를 포함하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 보강층이 더 형성되어 있는 것을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 고정브라켓을 확대하여 사시도로 나타낸 도면이다.

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 발명을 설명함에 있어서, 액화가스는 극저온(대략 -163℃ 정도)의 LNG(Liquified Natural Gas)를 비롯하여, LPG(Liquefied Petroleum Gas)나 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas) 등과 같이 일반적으로 액화시킨 상태로 저장되는 모든 가스 연료를 포함할 수 있으며, 액화가스는 액체 상태의 액화가스뿐만 아니라 기화된 액화가스까지 포함하는 의미일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 ‘A’영역을 확대하여 도시한 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 단열시스템의 일부 구성을 제외한 평면도를 도시한 도면이다.

또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템의 시트부가 서로 다른 밀도를 갖는 2개 이상의 통기성 단열재를 포함하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 보강층이 더 형성되어 있는 것을 도시한 도면이다.

본 발명은 탱크 몸체(10)의 외측 표면에 발포폼(spray foam)을 분사 적층시켜 저장탱크 내부에 저장된 액화가스를 단열하기 위한 액화가스 저장탱크의 단열시스템(100)에 관한 것으로, 선체의 구조와는 별도로 마련되어 선체에 탑재되는 형태로 제작되는 독립형 액화가스 저장탱크에 적용될 수 있으며, 바람직하게는 SPB(Self-supporting prismatic-shape IMO Type B) 타입의 독립형 액화가스 저장탱크에 적용될 수 있다.

탱크 몸체(10)는 알루미늄 합금(aluminum alloy), SUS(Steel Use Stainless) 또는, 9% 니켈 합금(9% Nickel steel) 등 저온에 강한 합금으로 제조될 수 있으며, 바람직하게는, 가격이 저렴하면서도 저온에서 내취성 특성이 우수하여 극저온에 견딜 수 있는 고망간강(High-Mn steel) 재질로 마련될 수 있다.

단열시스템(100)은, 이러한 탱크 몸체(10)의 외측 표면에 폴리우레탄 폼(PUF; Polyurethane Foam)과 같은 발포폼을 분사 적층시켜 형성될 수 있다.

이때, 탱크 몸체(10) 내부에 LNG를 저장하는 경우, LNG의 온도는 대략 -163℃ 정도로서 대략 -40℃ 정도의 온도를 갖는 LPG에 비해 매우 낮으므로, 극저온 환경에서의 금속 재질의 탱크 몸체(10)와 폴리머 계열(polymeric) 발포폼의 열팽창계수 차이로 인한 단열시스템의 손상을 방지하고 단열 성능을 유지할 필요가 있다.

도 1내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템(100)은, 탱크 몸체(10)의 외면에 시트부(110)를 설치하고, 시트부(110) 상에 발포폼을 복수회 분사 적층시킴으로써 단열부(130)를 형성하여 이루어진다.

본 실시예에서, 탱크 몸체(10)는 저온에 강한 합금으로 제조되어 내부에 저장된 액화가스의 1차 방벽(Primary barrier) 역할을 하며, 단열시스템(100)은 극저온의 액화가스가 선체로 열전달이 이루어지지 않도록 보호하는 역할을 할 수 있다.

다시 말해, 단열시스템(100)은 탱크 몸체(10) 내부에 저장된 극저온의 액화가스로의 열침투를 최소화하는 단열 기능과 함께 탱크 몸체(10)에서 누출된 액화가스 또는, 누출된 액화가스가 증발하여 생성되는 극저온의 기체(이하, ‘증발가스’라 함)로 인한 선체의 열변형 또는 파손 등을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템(100)에 대해 자세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템(100)은, 탱크 몸체(10)의 외부에서 발포폼을 분사하기 이전에 시트부(110)를 탱크 몸체(10)의 외측 표면에 고정시키고, 시트부(110) 상에 발포폼을 설계된 두께만큼 적층 분사시켜 단열부(130)를 형성함으로써, 단열부(130)가 탱크 몸체(10)에 직접 닿지 않을 수 있으며, 탱크 몸체(10)와 발포폼의 열팽창계수 차이로 인한 인한 단열부(130)의 손상을 방지할 수 있다.

시트부(110)는, 탱크 몸체(10)의 외부에서 발포폼을 분사하기 이전에 탱크 몸체(10)의 외측 표면에 설치되는 것으로, 탱크 몸체의 상면과 저면 및 측면을 포함하여 탱크 몸체(10)의 외측 표면 전체에 걸쳐 적용될 수 있다.

시트부(110)는 투습성을 갖는 통기성 단열재(111)를 포함할 수 있으며, 본 실시예의 통기성 단열재(111)는 글래스울(glass wool)과 멜라민 폼(melamine foam) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

종래기술에서는, 저장탱크에서 액화가스의 누출 발생 시 단열시스템으로의 직접적인 영향을 최소화하도록 누설 경로(leak path)를 설치하며, 누설 경로를 따라 누출된 액화가스가 흐를 수 있도록 한다.

누출된 액화가스 중 증발가스는 외부와 연결된 벤트 라인(vent line)을 통해 배출되며, 액체 상태의 액화가스는 별도로 설치된 누출액 수집 장치에 저장되어 15일간 유지되게 된다.

여기에서, 누설 경로는 저장탱크 외벽을 형성하는 외판용접부 또는, 내부보강재(거더 또는 론지 등) 용접부 등 액화가스의 누출 발생 가능성이 높은 취약부에 찬넬 또는 흡습성 단열재를 설치하여 형성되나, 취약부 이외의 영역에서 액화가스의 누출이 발생될 가능성 또한 존재하므로, 액화가스의 누출 발생 시 누출된 액화가스로 인한 단열시스템의 손상과 그로 인한 단열 성능 저하의 우려가 여전히 남아있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 다른 액화가스 저장탱크의 단열시스템(100)은, 투습성을 갖는 통기성 단열재(111)가 탱크 몸체(10)의 외측 표면 전 영역에 걸쳐 설치되어, 액화가스의 누출 위치에 관계 없이 누출된 액화가스의 이동이 가능하므로, 액화가스의 누출로 인한 단열시스템(100)의 손상 및 그로 인한 단열 성능 저하를 방지할 수 있다.

시트부(110)는, 하나의 통기성 단열재(111)가 탱크 몸체(10)의 외면 전체를 덮도록 마련될 수 있으나, 바람직하게는, 설치 작업의 편의를 위해 일정 크기를 갖는 복수개의 통기성 단열재(111)를 마련하고 탱크 몸체(10)의 외면에서 서로 연결되도록 마련될 수 있다.

또한, 본 실시예의 통기성 단열재(111)는, 탱크 몸체(10)의 외면에서 하나 이상의 층(layer)을 이루도록 구성될 수 있으며, 설계에 따라 탱크 몸체(10)의 외면에 일정 간격으로 부착되거나, 후술하는 별도의 고정부(120)를 통해 탱크 몸체의 외면에 고정될 수 있다.

본 실시예의 시트부(110)는, 설치 위치에 따라 하나 이상의 불투수층(113)을 더 포함할 수 있다.

불투수층(113)은, 시트부(110) 상에 발포폼을 분사 적층시키는 과정에서 겔(gel) 상태의 발포폼이 통기성 단열재(111)로 과도한 침투가 발생되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다.

본 실시예의 불투수층(113)은 글래스 클로스(glass-coth), 알루미늄 호일(Aluminum hoil), 또는 크래프트지(kraft paper) 중 어느 하나로 마련될 수 있다.

통기성 단열재(111)가 복수의 층을 형성하는 경우, 불투수층(113)은 각각의 층을 형성하는 통기성 단열재(111)의 사이 중 적어도 하나에 마련되는 것이 바람직할 수 있다.

일 예로서, 통기성 단열재(111)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 불투수층(113)을 사이에 두고 분리되어 2개의 층을 이루어질 수 있다.

이때, 불투수층(113)을 기준으로, 탱크 몸체(10)측 방향에 위치된 통기성 단열재(111)는 누출된 액화가스의 누설 경로(leak path) 또는 증발가스를 외부로 배출(또는, vent)하기 위한 통로 역할을 할 수 있으며, 반대측 방향의 통기성 단열재(111)는 시트부(110) 상에 분사 적층되는 발포폼의 접착력을 향상시키는 역할을 할 수 있다.

본 실시예에서, 불투수층(113)은, 작업자의 설치 편의성 및 효율성을 고려하여, 탱크 몸체(10)의 외면 전체에 설치되지 않고, 일부 구역에만 설치되도록 할 수 있다.

통기성 단열재(111)가 충분한 두께를 갖는 경우에는 통기성 단열재(111)에 발포품이 침투되더라도 누출된 액화가스의 누설 경로 또는 증발가스의 배출 통로가 차단될 우려가 줄어들게 되므로, 불투수층(113)의 설치가 필요하지 않을 수 있다.

통기성 단열재(111)의 두께를 증가시시키게 되면 단열 성능은 오히려 저하되게 되므로, 탱크 몸체(10)의 측면부나 하면부와 같이, 단열 성능이 충분히 필요한 구역은 통기성 단열재(111)의 사이에 불투수층(113)을 설치하여 발포폼이 침투되는 것을 방지하여야 하며, 반대로 탱크 몸체(10)의 상면부와 같이, 액화가스의 누출이 발생되더라도 선체로의 영향이 적으며 증발가스의 이동이 확실히 필요한 구역의 경우에는 불투수층(113)의 설치 없이, 통기성 단열재(111)를 두껍게 설치함으로써, 누출된 액화가스 또는 증발가스의 원활한 흐름이 가능할 수 있다.

또한, 탱크 몸체(10)를 지지하는 키(key)나 서포트 구조물 등이 위치되어 복잡한 형상을 갖는 구역에는 불투수층(113)의 설치 작업이 번거로울 수 있으므로, 해당 구역은 불투수층(113) 없이 통기성 단열재를 압축 설치하는 것으로 대체될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템(100)은, 시트부(110)를 탱크 몸체(10)에 고정하기 위한 고정부(120)를 더 포함할 수 있다.

고정부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 탱크 몸체(10)에 설치되는 스터드(stud)(121)와, 스터드에 결합되는 체결부재(123)로 마련될 수 있다.

스터드(121)는 금속 소재, 복합재 또는, 목재 중 어느 하나일 수 있으며, 체결부재(123)는 와셔(washer) 또는 너트(nut) 중 어느 하나로 마련될 수 있다.

여기에서, 체결부재(123)로서 와셔가 사용되는 경우, 와셔의 내부 직경은 스터드의 직경과 대응되고, 와셔의 내주면에는 스터드(121)의 외주면에 형성된 나사산에 대응되는 나사홈이 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 고정부(120)는, 스터드(121)를 탱크 몸체(10)에 설치하기 위하여 탱크 몸체(10)의 외측 표면에 고정되는 연결부재(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 스터드(121)는 연결부재를 통해 탱크 몸체(10)의 외측 표면에 수직되게 설치될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 연결부재는 금속 재질로 마련되어 탱크 몸체(10)에 용접되거나, 비금속 재질로 마련되어 탱크 몸체(10)에 접착 고정될 수 있다.

여기에서, 시트부(110)는 탱크 몸체(10)의 외면에 설치하기 전에 스터드(121)의 직경에 대응되거나 또는 그 이상의 크기를 갖는 홀(미부호)이 미리 형성되어 있을 수 있다.

단열부(130)는 탱크 몸체(10)의 외부에서 폴리머 계열의 발포폼이 복수회 분사 적층되어 형성되는 것으로, 발포폼은 단열 성능이 우수한 폴리우레탄 폼(PUF) 소재를 포함할 수 있다.

본 실시예의 단열부(130)는, 탱크 몸체(10)에서 액화가스의 누출 발생 시 통기성 단열재(111)를 통해 누출된 액화가스 또는 액화가스가 증발된 극저온의 기체가 단열시스템(100)의 외부로 누출되는 것을 방지하는 기능을 수행하게 된다.

본 실시예의 단열부(130)는, 탱크 몸체(10)의 크기와 타입에 따라 두께를 달리할 수 있으며, 탱크 몸체(100)의 외면에 적층 분사되는 발포폼의 밀도를 고려하여 충분한 단열 성능이 확보될 수 있는 두께를 갖도록 설계되는 것이 바람직할 수 있다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 단열부(130)는 하나의 층으로 이루어져 있는 것이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 단열부(130)는 하나의 층으로 이루어질 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 층으로 이루어질 수도 있다.

또한, 설계된 단열부(130)의 두께를 가질 때까지 반복하여 작업이 이루어질 수 있으며, 단열부(130)의 최외측에는 단열부(130)의 수밀성 향상 및 단열부(130)의 손상을 방지하기 위한 보호 코팅층(protection coating layer)(140)이 도포 형성될 수 있다.

단열부(130)는 스프레이 건 등의 장치를 이용하여 탱크 몸체(10)의 외부에서 발포폼을 분사 적층시켜 형성될 수 있으며, 이러한 발포폼을 분사 적층시켜 단열부(130)를 형성하는 방법은 공지된 사항으로서, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

한편, 탱크 몸체(10)는 특정 위치에서 단열시스템(100) 자체의 자중의 영향을 받게 된다. 특히, 통기성 단열재(111)를 기준으로 중력방향에 반대되는 방향으로 단열부(130)가 형성되는 경우, 통기성 단열재(111)에 이러한 자중이 가해지게 되면 시간이 지남에 따라 통기성 단열재(111)가 압축될 수 있다.

또한, 탱크 몸체(10)의 외부에 통기성 단열재(111)를 설치하는 과정에서 작업자가 해당 위치에 올라서서 작업을 진행하게 되면, 작업자의 무게가 더해져 통기성 단열재(111)가 완전 압축될 수 있으며, 그에 따라, 통기성 단열재(111)를 통한 누출된 액화가스 또는 증발가스의 흐름이 차단될 우려가 있다.

이를 해결하기 위하여, 탱크 몸체(10)의 외면 전체에 고밀도(60kg/㎥ 이상)의 통기성 단열재를 설치하는 것을 고려해볼 수 있으나, 고밀도의 통기성 단열재는 고가일 뿐만 아니라, 누출된 액화가스의 신속한 이동이 어려워지게 되므로, 경제적인 측면과 안정성 측면에서 모두 비효율적일 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템의 시트부(110)가 서로 다른 밀도를 갖는 2개의 이상의 통기성 단열재(111)를 포함하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템(100)은, 누출된 액화가스의 원활한 흐름이 가능하도록 탱크 몸체(10)의 위치에 따라 서로 다른 밀도의 통기성 단열재(111)를 설치함으로써 시트부(110)를 형성할 수 있다.

구체적으로, 탱크 몸체(10)의 측면 및 하면에는 경제성 및 액화가스의 누출 발생 시 신속한 대응을 위해 상대적으로 낮은 밀도를 갖는 통기성 단열재(111a)를 설치하고, 탱크 몸체(10)의 상면을 포함한 자중의 영향을 받는 구역에는 누출된 액화가스의 원활한 흐름을 위하여 높은 밀도를 갖는 통기성 단열재(111b)를 설치할 수 있다.

본 실시예에서, 탱크 몸체(10)의 상면을 포함한 자중의 영향을 받는 구역은, 탱크 몸체(10)의 단면 형상에 따라 구분될 수 있다.

탱크 몸체(10)의 단면 형상이 사각형인 경우, 해당 구역은, 도 4에 도시된 바와 같이, 탱크 몸체(10)의 상부 양측 모서리를 포함하는 탱크 몸체(10)의 상면이 될 수 있으며, 탱크 몸체(10)가 오각형 또는 팔각형 등 오각형 이상의 단면 형상을 갖는 경우에는 상부 경사면 또한 자중의 영향을 받게 되므로, 이러한 경사면을 포함하는 영역을 의미할 수 있다.

상대적으로 낮은 밀도를 갖는 통기성 단열재(111a)는 탱크 몸체(10)에 용접된 금속 소재 또는 목재의 스터드(121)와, 체결부재(123)를 통해 고정 설치될 수 있으며, 그 설치 높이는 단열 성능에 따라 결정될 수 있다.

높은 밀도를 갖는 통기성 단열재(111b)는, 낮은 밀도를 갖는 통기성 단열재(111a)와 유사하게, 탱크 몸체(10)에 용접된 금속 소재 또는 목재의 스터드(121)와, 체결부재(123)를 통해 고정 설치될 수 있으며, 그 설치 높이는 단열 성능뿐만 아니라 단열시스템(100) 자체의 자중과 설치 공정에 따라 계산되어 결정될 수 있다.

본 실시예에서, 단열시스템(100)의 자중의 영향을 받는 구역에는, 단열시스템(100) 자체의 자중 및 시공 작업자의 무게를 감안하여, 밀도가 60kg/㎥ 이상의 고밀도 통기성 단열재(111b)가 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템(100)은, 서로 다른 밀도를 갖는 2개의 이상의 통기성 단열재(111)를 이용하여 시트부(110)를 형성함으로써, 단열시스템(100)의 시공 방법이나 작업자의 수행능력에 관계 없이, 탱크 몸체(10)의 특정 위치에서 통기성 단열재(111)가 압축되어 누출된 액화가스의 흐름이 차단되는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 그로 인해, 폭발 또는 화재의 위험이 저감되는 효과를 가질 수 있다.

한편, 탱크 몸체(10)에서 액화가스의 누출이 발생되면, 탱크 몸체(10)와 단열부(130) 사이의 압력이 증가하게 되며 극저온의 환경에 노출되어 단열부(130)를 구성하는 발포폼이 수축 또는 이완되어 균열(crack)이 발생되게 되고, 균열이 전이됨으로 인해 단열부(130)가 탱크 몸체(10)로부터 분리될 수 있다.

또한, 시트부(110)를 탱크 몸체(10)의 외측 표면에 고정시키고, 시트부(110) 상에 발포폼을 설계된 두께만큼 분사 적층시켜 단열부(130)를 형성하더라도, 단열부(130)는 누출된 액화가스 또는 증발가스로 인한 압력의 영향을 받게 되므로, 시트부(110) 상에 분사 적층 되는 발포폼의 견고성이 유지되어야 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 보강층(150)이 더 형성되어 있는 것을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 고정브라켓을 확대하여 사시도로 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템(100)은, 시트부(110) 상에 발포폼을 분사 적층시켜 2개 이상의 층을 갖는 단열부(130)를 형성하되, 시트부(110) 상에 발포되는 발포폼의 견고성을 높이기 위한 보강층(150)을 더 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 단열부(130)는, 시트부(110) 상에 형성되는 1차 단열층(131)과, 보강층(150) 상에 형성되는 2차 단열층(132)을 포함할 수 있다.

즉, 탱크 몸체(10)의 외면에 통기성 단열재(111)를 포함하는 시트부(110)를 설치하고, 시트부(110) 상에 발포폼을 분사 적층시켜 1차 단열층(131)을 형성하고, 1차 단열층(131) 상에 메쉬 형태의 보강층(150)을 설치하며, 보강층(150) 상에 발포폼을 다시 분사시켜 2차 단열층(132)을 형성할 수 있다.

본 실시예의 1차 단열층(131)과 2차 단열층(132)은, 동일한 밀도를 갖는 발포폼이 분사 적층되어 형성될 수도 있으며, 동일한 소재로 이루어지되 서로 다른 밀도를 갖도록 형성될 수도 있다.

보강층(150)은, 1차 방벽 역할을 하는 탱크 몸체(10)에서 액화가스 누출로 인한 압력 상승 시 발포폼의 균열(crack)이 발생되거나 진전되는 것을 방지하는 보강재(crack arrester) 역할을 할 수 있다.

보강층(150)은 스틸(steel), 플라스틱(platic), 또는, 섬유(fabric) 등 다양한 재질로 구성될 수 있으며, 체인(chain)이나 망(net) 등의 메쉬(mesh) 형태로 마련될 수 있다.

본 실시예에서, 보강층(150)은 탱크 몸체(10)에 설치되는 스터드(121)에 의해 끼워질 수 있으며, 스터드(121)는 통기성 단열재(111)를 탱크 몸체(10)에 고정시킴과 아울러, 메쉬 형태의 보강층(150)을 고정하는 역할을 할 수 있다.

이때, 스터드(121)는 단열 성능에 따라 계산된 통기성 단열재(111)의 높이와 보강층(150)의 설치 높이에 따라 그 길이가 결정될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템(100)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 보강층(150)을 고정하기 위하여 스터드(121)의 단부에 결합되는 고정브라켓(160)을 더 포함할 수 있다.

고정브라켓(160)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 스터드(121)의 끝단이 관통 삽입될 수 있도록 절개홈(160a)을 갖는 중앙부(161)와, 중앙부(161)를 중심으로 양측에 길게 형성된 날개부(163)를 포함할 수 있다.

본 실시예의 고정브라켓(160)은, 일방향으로 길고 폭이 좁은 직사각형 형상 또는, 얇고 긴 막대기(bar) 형상을 가질 수 있으며, 적어도 절개홈(160a)이 형성된 중앙부(161)는 일정 탄성을 가지도록 형성될 수 있다.

즉, 본 실시예의 고정브라켓(160)은, 옷의 단추 구멍(button hole)과 유사하게, 절개홈(160a)의 내부 면적이 어느정도 가변이 가능하도록 마련될 수 있으며, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 절개홈(160a)을 늘려 내부로 스터드(121)의 끝단부를 통과시킴으로써, 스터드(121)로부터의 이탈이 방지되고 보강층(150)을 고정하는 역할을 수행할 수 있다.

여기에서, 스터드(121)의 끝단부는 직경이 확장되어 볼트머리 형상을 가질 수도 있으며, 또는, 스터드(121)의 끝단부에 별도의 너트 등을 결합시킴으로써, 스터드(121)로부터 고정브라켓(160)이 분리되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

본 실시예의 보강층(150)은, 고정브라켓(160)에 의해 스터드(121)의 끝단부에 위치 고정될 수 있으며, 탱크 몸체(10)와 단열부(130) 사이에서 액화가스의 누출로 인한 발포폼의 균열(crack)이 발생 또는, 진전되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

본 실시예에서, 보강층(150)의 재질 및 설치 높이는 단열 성능 해석에 따라 설계 변경 될 수 있다.

또한, 시트부 상에 발포되는 발포폼의 견고성을 높이기 위한 메쉬 형태의 보강층 및 보강층을 고정하기 위한 고정브라켓을 더 포함하여, 탱크 몸체와 단열부 사이에서 액화가스의 누출로 인한 압력 상승 시 발포폼의 균열(crack)이 발생되거나 탱크 몸체로부터 단열부가 분리되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 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.

10: 탱크 몸체
100: 단열시스템
110: 시트부
111: 통기성 단열재
113: 불투수층
120: 고정부
130: 단열부
140: 보호층(Protection coating layer)

Claims

탱크 몸체 내부에 저장된 액화가스를 단열하기 위한 액화가스 저장탱크의 단열시스템으로서,
상기 탱크 몸체의 외부에서 발포폼을 분사 적층시켜 형성되는 단열부; 및
상기 탱크 몸체에 상기 발포폼을 분사하기 이전에 상기 탱크 몸체와 상기 단열부 사이에 마련되는 시트부를 포함하고,
상기 시트부는 서로 밀도가 다른 두개 이상의 통기성 단열재를 포함하며,
상대적으로 높은 밀도를 갖는 통기성 단열재는 상기 탱크 몸체에서 상기 단열부의 자중 영향을 받는 위치에 설치되는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
제 1항에 있어서,
상기 탱크 몸체의 측면 및 하면은 서로 밀도가 다른 두개 이상의 통기성 단열재 중 밀도가 낮은 단열재가 설치되는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
제 1항에 있어서,
상기 시트부는 60kg/㎥ 이상의 고밀도 통기성 단열재를 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
제 1항에 있어서,
상기 시트부를 상기 탱크 몸체에 고정하기 위한 고정부를 더 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
제 4항에 있어서,
상기 고정부는,
상기 탱크 몸체에 설치되는 스터드(stud); 및
상기 스터드에 결합되는 체결부재를 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
제 5항에 있어서,
상기 스터드는 금속 소재, 복합재 또는 목재 중 어느 하나의 재질로 마련되는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
제 5항에 있어서,
상기 고정부는 상기 스터드를 상기 탱크 몸체에 설치하기 위해 상기 탱크 몸체의 외측표면에 고정되는 연결부재를 더 포함하고,
상기 스터드는 상기 연결부재에 의해 상기 탱크 몸체의 외측 표면에 수직되게 설치되는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
제 5항에 있어서,
상기 체결부재는 와셔(washer) 또는 너트(nut) 중 어느 하나로 마련되는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
제 1항에 있어서,
상기 단열부의 수밀성 향상 및 손상을 방지하기 위해 상기 단열부 상에 도포되는 보호 코팅층(protection coating layer)을 더 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
탱크 몸체 내부에 저장된 액화가스를 단열하기 위한 액화가스 저장탱크의 단열시스템 시공방법으로서,
상기 탱크 몸체에 설치되는 고정부를 통해 상기 탱크 몸체의 외부에 시트부를 설치하는 단계; 및
상기 시트부 상에 발포폼을 분사 적층시켜 단열부를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 시트부는 서로 밀도가 다른 두개 이상의 통기성 단열재를 포함하며,
상기 시트부를 설치하는 단계에서,
상대적으로 높은 밀도를 갖는 통기성 단열재는 상기 탱크 몸체에서 상기 단열부의 자중 영향을 받는 위치에 설치되는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 시공방법.