KR100766702B1 - 선박 발라스트 탱크의 장수명화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 발라스트 탱크의 장수명화 방법에 관한 것으로, 그 목적은 선박의 구조수명 및 해상안전과 직결되는 선박의 이중선체 구조의 주요 부분인 발라스트 탱크의 방식수명을 15년 이상으로 향상시킴으로써 현재의 방식기술을 대체할 수 있는 방법에 관한 것이다.

상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 탄소강소재보다 해수 침적 조건에서의 내식성이 월등히 우수한 스테인레스강, 구리 혹은 구리합금, 니켈 혹은 니켈합금, 티타늄 혹은 티타늄 합금 등의 내식합금층으로 얇게 클래딩된 강판으로 선박의 발라스트탱크 내부를 제작하여 도장작업을 생략하고 방식수명을 획기적으로 연장하는 방법을 그 기술적 요지로 한다.

발라스트탱크, 클래드강판, 내식합금, 방식수명, 도장작업

Description

선박 발라스트 탱크의 장수명화 방법{Method for the extension of the corrosion life time of ship's water ballast tank}

도 1 은 종래의 발라스트탱크의 도장작업 공정을 나타낸 공정개략도이고,

도 2 는 종래의 발라스트탱크 음극방식용 희생양극 설치 개략도이고,

도 3 은 본 발명의 내식합금 클래드 강판으로 제작된 발라스트 탱크 예시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 일면만이 클래드된 내식합금층을 갖는 주강판

(2) : 양면이 모두 클래드된 내식합금층을 갖는 보강재용 강판

(3) : 클래드된 내식합금층

(4) : 절단면 오버레이 용접부

(5) : 탄소강과 내식합금의 2단 용접부

본 발명은 선박 발라스트탱크의 장수명화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하 게는 해수침적 조건에서의 내식성이 탄소강 대비 월등히 우수한 내식합금을 클래드 강판 형태의 구조재로 적용하여 발라스트탱크 방식의 수명을 장수명화 하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 발라스트탱크에 적용하는 방식기술은 유기도장 및 이를 보완하기 위한 음극방식기술로서 현재까지 가장 널리 사용되고 있는 기술이다. 이와 같은 기존의 유기도장 방법 및 음극방식을 병용한 발라스트탱크의 방식기술을 설명하면 다음과 같다.

먼저 유기도장방법을 설명한다. 선박의 발라스트 탱크는 선박의 화물 선적시에는 비어있고 화물 하역시에는 선박의 균형을 유지하기 위하여 자연해수로 채워지는 반복적인 조건에 노출되며, 원유운반선과 같이 화물이 약 60℃의 비교적 고온일 경우에는 일정온도의 열이력도 겪게되는 등 비교적 가혹한 부식조건으로 여겨지고 있다. 과거에 선박이 단일 선체 구조로 제작될 당시에는 현재와 같이 선박의 발라스트탱크가 복잡하고 협소한 구조를 갖지 않아 비교적 방식도장작업이 용이한 편에 속했으나 현재와 같이 선박의 안전 및 해양환경 오염을 방지하기 위해 개선된 이중선체 구조의 발라스트탱크는 그 구조가 매우 복잡하고 협소하여 도장작업이 매우 어려운 현실이다.

따라서, 현재는 선박이 완전히 조립되기 전, 단위 블록단계에서 발라스트탱크의 내부에 표면전처리를 실시하고 도장을 실시하고 있다. 이러한 발라스트탱크는 선체의 구조적 안정성 및 장기수명과 직결되는 부분이기 때문에 도장작업 공정 및 검사 기준이 선박의 어느 부분보다도 까다롭고 철저하다.

구체적으로 설명하자면 도 1에 나타낸 바와 같이 발라스트탱크의 도장공정을 간략하게 살펴보면 크게 3단계로 나누어 진행된다.

우선 단위블록단계의 공장 내 작업에서는 소지금속을 금속연마재를 이용하여 표면 블라스팅 처리를 실시하고 스프레이방법으로 첫 번째 도장작업을 실시한다.

이후, 일정시간의 건조기간이 경과한 후, 발라스트탱크 내의 모서리부위 등과 같은 도막 두께 미달 가능성이 높은 지역에 대한 소위, 스트라이프(stripe) 도장작업을 롤로 혹은 브러쉬 등을 이용하여 실시하며 이후 두 번째 스프레이 도장작업을 실시한다. 이 때, 표면전처리 후 및 두 번째 스프레이 도장 후 검사단계가 추가된다.

이후, 일정시간의 건조기간이 경과되면 블록 형태에서 선박의 형태로 각각의 블록을 탑재하게 되고 탑재중 연결용접된 부위에 대해서는 다시 전동공구 혹은 이동형 블라스팅 장비를 이용한 도크내에서의 표면전처리, 1차 스프레이 도장작업, 건조, 2차 스프레이 도장작업, 건조의 과정을 다시 거치게 된다. 이러한 단위블록의 복합 블록조립 혹은 탑재공정은 일반적으로 2단계로 이루어진다.

상기와 같이 도장처리된 선박의 발라스트탱크는 약 5년간의 선박운항 후, 부분 혹은 전면 보수도장작업을 실시하며, 이후로도 선박의 수명이 다할 때까지 약 5년간의 주기로 보수도장작업을 반복적으로 실시한다.

한편, 상기와 같은 유기 도장작업 외에 방식도장을 보완할 수 있는 음극방식 기술이 병용하여 적용된다. 도 2에 나타낸 바와 같이 발라스트 탱크의 음극방식 기술을 간략하게 살펴보면, 도장에 의해 형성된 도막은 근본적으로 도막결함을 내포하고 있고 시간이 경과함에 따라, 도막균열, 박리, 블리스터링 등의 기타결함의 형태로 도막손상이 발생하게 된다. 이렇게 손상된 도막부위의 소지금속은 급격히 부식이 진행되어 선체구조의 안정성을 심각히 위협하게 된다.

따라서, 이러한 불안정한 도막의 근본 특성상 선박의 발라스트탱크에는 이를 보완할 수 있게 전기방식 기법의 일종인 희생양극형 음극방식 기술을 적용하고 있다. 즉, 알루미늄 혹은 아연 등과 같이 철강소재보다 해수에서의 이온화 경향이 높아 철강을 부식으로부터 보호해줄 수 있는 음극방식 전류를 공급할 수 있는 희생양극형 이종금속을 선박의 발라스트탱크 내부에 일정량 부착함으로써 도막손상 부위의 나금속 상태의 탄소강 소지면을 부식으로부터 보호하게 된다. 음극방식용 희생양극의 크기 및 수량은 5년후의 도막손상 발생량을 예상하여 설계 및 설치되고 있으며 선박의 크기 및 설계 조건에 따라 차이는 있지만, 대략 6~12 kg 의 아연양극의 경우 1천~2천개 가량의 양극이 소요된다. 이렇게 수많은 양극의 설치는 발라스트탱크의 구조가 복잡하기 때문에 대부분 블록 제작전 선행단계에서 실시되고 있으며 많은 인력이 투입되어 설치를 위한 용접 및 볼팅 작업이 이루어진다. 또한, 선박 5년 운항 후에는 발라스트 탱크의 도장보수와 더불어 양극에 대해서도 검사 및 교체작업이 실시된다.

하지만 상기한 종래 발라스트탱크의 방식기술의 문제점은

첫째, 도료 및 도장작업의 근본적인 특성상 유기용제에 의한 작업자의 안전성, 스프레이 작업에 의한 근골격계 질환 문제 및 환경문제 등이 있다. 이밖에도 도료 및 도장작업에 소요되는 신너 등은 화재 및 폭발위험성이 있어 특별한 관리 등이 요구되는 문제점도 있다.

둘째, 최근의 선박의 방식수명을 최소 15년으로 늘리고자 하는 산업계의 움직임이 가시화되고 있으나, 현재의 도료 및 도장기술로는 이러한 요구조건을 만족시키기 어려울 뿐만 아니라 만족시키려 해도 표면전처리조건, 도장작업 요구 조건 등이 지나치게 강화되어 조선산업의 생산성의 급격한 저하 및 선가의 상승 등의 문제점이 있다.

셋째, 현재의 도장작업 및 검사 공정은 지나치게 까다롭고 많은 인력 및 시간이 소요되는 다단계 공정으로 현재의 조선산업 생산성 향상의 가장 큰 병목 공정으로 여겨지고 있으나 도장작업 특성 및 선박발라스트탱크의 구조특성상 일반산업계에서 일반화된 생산기술 자동화나 흐름생산 등이 곤란하다는 문제점도 있다. 또한, 도장작업공정에서 중요한 단계 중에 하나인 검사단계에 있어서 현재까지도 그 검사기준이나 기술적 근거가 명확하지 않아 특히, 표면 전처리후의 표면조건에 대한 검사자와 피검사자간의 의견 대립으로 인한 생산지연, 도장품질 저하 등의 문제점이 항상 상존해 있다.

넷째, 현재의 도장에 의한 발라스트탱크 방식기술은 필연적으로 일정기간 후(현재는 약 5년 후)에 보수작업을 실시해야 하므로 이를 위한 선박운항정지 및 보수 자체에 소요되는 경제적 손실이 대단히 크다는 문제점이 있다.

다섯째, 철저하게 관리된 도료 및 도장작업에도 불구하고 선박 운항초기에 예기치 못한 조기 도막손상으로 이의 원인분석, 운항정지, 보수작업으로 막대한 경제적 손실이 선주사, 건조사 및 도료제조사에 발생할 수 있다는 문제점이 있으며, 문제발생시 도료 및 도막의 특성상 그 발생원인을 규명하기가 대단히 어려워 문제처리에 상당한 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 또한, 그 문제점의 발생 빈도도 금속소재 대비 대단히 빈번하다는 문제점도 있다.

여섯째, 도장기술은 그 자체만으로는 충분한 철강소지금속의 방식대책이 될 수 없기 때문에 반드시 음극방식 기술이 병용되어야 하므로 인해, 이에 소요되는 희생양극의 설치 및 일정시간 경과 후의 교체 등에 요구되는 경제적 비용도 매우 크다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 선박의 구조수명 및 해상안전과 직결되는 선박의 이중선체 구조의 주요 부분인 발라스트 탱크의 방식수명을 최소 15년 이상으로 향상시킴으로써 현재의 방식기술을 대체할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수 행하는 본 발명은 주판과 이를 보강하는 형강 구조를 가지는 이중선체 구조의 선박 발라스트탱크 내부를 방식하는 방법에 있어서,

주판에 대해서는 탄소강 일면만이 클래드 된 내식합금층을 갖는 주강판으로 형성하는 단계와;

탄소강 양면이 모두 클래드된 내식합금층을 갖는 보강재용 강판을 클래드층 소재에 해당되는 탄소강측 1차용접 및 내식합금층 2차용접으로 2단 용접부를 형성하는 단계와;

이후 강판의 절단 작업으로 발생된 단면, 맨홀 및 각종 부재구멍의 탄소강 노출부위에는 클래드 강판용 내식합금층 수준의 용접재를 내식합금층 클래드 두께와 동일하게 용접하는 절단면 오버레이 용접부를 형성하는 단계를 거쳐 발라스트탱크 내부 구조를 방식하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 내식합금 클래드강판으로 이루어진 발라스트탱크의 일부를 나타낸 개략도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 해수에서의 장기간 내식성이 검증된 내식합금의 선정 및 방식수명을 고려한 내식합금층 두께의 계산, 내식합금 클래드 강판의 용접, 합금층 누락부의 오버레이 용접의 단계; 로 이루어진다

구체적으로 해수에서의 장기간 내식성이 검증된 내식합금 즉, 스테인레스강, 듀플렉스 스테인레스강, 초내식성 스테인레스강, 구리 및 구리합금, 니켈 및 니켈 합금, 티타늄 및 티타늄 합금 등의 내식합금의 해수 침적조건하에서의 연간부식데이터에 방식수명을 곱하고 안전율을 고려하여 아래의 식 1과 같이 내식합금층의 두께를 계산한다.

각 내식합금의 연간부식데이터는 설계기준으로 일반적인 부식데이터 핸드북을 참조하거나 보다 정확한 해당합금의 부식데이터는 내식합금 클래드 강판 공급사에 요구할 수 있다. 요구방식수명은 선주의 특별한 요구가 없을 경우, 국제해사기구 등에서 규정하려하는 15년의 수명을 기준으로 할 수 있으며, 선주의 요구에 따라 차등 적용될 수도 있다. 안전율은 선박 제작사와 선주사와의 협의를 통해 변경 적용될 수 있으나 특별한 요구가 없을 경우 일반적으로 1.5~2.0을 적용할 수 있다.

<식 1>

내식합금층 두께(mm) = 연간부식률(mm/year) × 요구방식수명(year) × 안전율

보다 상세히 설명하자면 상기 식 1에 따라 선정 및 계산된 내식합금층(3)으로 이루어진 클래드 강판을 주판에 대해서는 탄소강 일면만이 클래드된 내식합금층(3)을 갖는 주강판(1)으로 형성하고, 주강판을 보강하도록 'T'자형으로 보강하는 보강재용 형강에는 탄소강 양면이 모두 클래드된 내식합금층(3)을 갖는 보강재용 강판(2)을 강재공장으로부터 공급받아 조선소에서 이를 탄소강과 내식합금층에 2단 용접부(5)를 형성 즉, 각 클래드층 소재에 해당되는 탄소강측 1차용접 및 내식합금층 2차용접으로 2단으로 용접하여 제작하고, 그 밖에 강판의 절단 작업으로 발생된 단면, 맨홀 및 각종 부재구멍의 탄소강 노출부위에는 클래드 강판용 내식합금 수준의 용접재를 내식합금 클래드 두께와 동일하게 절단면 오버레이 용접부(4)로 마무리하여 발라스트 탱크 구조를 완성한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는, 조선 산업 생산성 및 선박발라스트탱크 방식수명(15년 이상) 및 안정성 신뢰도의 획기적 향상, 조선산업에서의 유기용제 사용으로 인한 안전, 환경 문제를 해결할 수 있다는 장점을 가진다.

구체적으로 본원 발명은 내식합금층이 클래딩된 강판으로 선박의 발라스트탱크를 제작하므로써 도료 및 유기용제의 사용으로 인한 작업자 안전성, 환경, 위험관리 문제가 사라지게 되며, 강판제작공장에서 이미 제작되어 들어온 클래드 강판을 사용함으로써 그동안 조선생산 공정의 병목공정으로 여겨졌던 표면 블라스팅, 도장 및 검사 공정을 모두 생략할 수 있는 방식방법이라는 장점과,

또한 블록 탑재 후의 도크 내에서 실시되던 표면전처리작업 및 도장공정도 생략할 수 있어 도크의 회전율도 크게 향상될 수 있고, 또한 정기적인 보수작업이 불필요하므로 선박의 수명이 다할 때까지 한번의 시공으로 끝까지 사용할 수 있는 방식방법이라는 장점과,

또한 본 발명은 음극방식기법을 추가로 사용할 필요가 없으므로 희생양극의 설치 및 재설치 비용 절감뿐만 아니라 선박자체 하중의 감소로 선적화물량을 늘릴 수 있는 방식방법이라는 장점과,

또한 본 발명은 클래드 강판과 같은 금속 소재를 사용함으로써 도료 및 도막대비 조기에 문제점이 발생할 가능성이 현저히 낮으며 문제발생시에도 금속소재의 특성상 그 원인분석이 도료, 도막 대비 비교적 정확하고 신속하게 이루어질 수 있는 방식 방법이라는 장점을 가진 매우 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 주판과 이를 보강하는 형강 구조를 가지는 이중선체 구조의 선박 발라스트탱크 내부를 방식하는 방법에 있어서,

   주판에 대해서는 탄소강 일면만이 클래드 된 내식합금층을 갖는 주강판으로 형성하는 단계와;

   탄소강 양면이 모두 클래드된 내식합금층을 갖는 보강재용 강판을 클래드층 소재에 해당되는 탄소강측 1차용접 및 내식합금층 2차용접으로 2단 용접부를 형성하는 단계와;

   이후 강판의 절단 작업으로 발생된 단면, 맨홀 및 각종 부재구멍의 탄소강 노출부위에는 클래드 강판용 내식합금층 수준의 용접재를 내식합금층 클래드 두께와 동일하게 용접하는 절단면 오버레이 용접부를 형성하는 단계를 거쳐 발라스트탱크 내부 구조를 방식하는 것을 특징으로 하는 선박 발라스트 탱크의 장수명화 방법.
2. 제 1항에 있어서

   상기 클래드된 내식합금층의 두께는 아래의 <식 1>에 따라 계산하는 것을 특징으로 하는 선박 발라스트 탱크의 장수명화 방법.

   <식 1 >

   내식합금층 두께(mm) = 연간부식률(mm/year) × 요구방식수명(year) × 안전율
3. 제 1항에 있어서,

   상기 소정의 내식합금은 스테인레스강, 듀플렉스 스테인레스강, 초내식성 스테인레스강, 구리 혹은 구리합금, 니켈 혹은 니켈합금, 티타늄 혹은 티타늄 합금으로 이루어진 철강소재보다 해수에서의 내식성이 우수한 금속소재군중에서 선택된 어느 하나이상인 것을 특징으로 하는 선박 발라스트 탱크의 장수명화 방법.

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