KR100833028B1 - 액화천연가스 저장탱크의 멤브레인 금속패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화천연가스 저장탱크의 멤브레인 금속패널에 관한 것이며, 그 목적은 금속패널에 형성된 굴곡을 단순화하여 금속패널의 제조를 용이하게 하고, 굴곡의 교차부를 완만한 곡면을 이루도록 하여 응력집중이 적게 발생되도록 하며, 반복적인 온도변화 및 저장액체의 압력하중 변화에 의한 팽창 및 수축이 용이하도록 한 액화천연가스 저장탱크의 멤브레인 금속패널을 제공함에 있다.

본 발명은 서로 같은 높이로서 평행하게 등간격을 이루도록 융기된 다수의 횡방향 굴곡부와, 상기 횡방향 굴곡부와 같은 높이로서 횡방향 굴곡부와 직교하고, 서로 평행하게 등간격을 이루도록 융기된 다수의 종방향 굴곡부와, 상기 횡방향 굴곡부와 종방향 굴곡부가 교차하여 형성되는 교차부가 구비된 금속패널에 있어서, 상기 횡방향 굴곡부와 종방향 굴곡부의 단면 형상이 금속패널의 평탄부로부터 양쪽이 오목하게 올라가다가 상부에서 볼록하게 만나는 형상으로 형성되고, 이 두개의 굴곡부가 교차하여 교차부가 형성되며, 이 교차부의 곡면은 중앙부로 갈수록 곡률이 커지도록 구성된 액화천연가스 저장탱크의 멤브레인 금속패널에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

횡방향 굴곡부, 종방향 굴곡부, 교차부, 곡면, 금속패널

Description

액화천연가스 저장탱크의 멤브레인 금속패널{Membrane metal panel of insulated LNG tank}

도 1 은 본 발명에 따른 금속패널의 구성을 보인 예시도

도 2 는 본 발명에 따른 금속패널 굴곡형상을 보인 예시도

도 3 은 본 발명에 따른 금속패널의 굴곡 교차부 구성을 보인 예시도

도 4 는 본 발명에 따른 금속패널의 굴곡부 용접시 용접기 각도를 보인 예시도

도 5 는 종래 금속패널의 굴곡부 용접시 용접기 각도를 보인 예시도

도 6 내지 도 11 은 종래 멤브레인 금속패널의 또 다른 구성을 보인 예시도

도 12a,12b,12c 는 멤브레인 금속패널의 응력해석 결과를 나타낸 그림

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 횡방향 굴곡부 (20) : 종방향 굴곡부

(30) : 교차부 (40) : 평탄부

(50) : 제 1 곡선 (60) : 제 2 곡선

(70) : 곡면

(71)(72)(73)(74) : 부분곡면

(81)(82)(83)84) : 경계곡선

(91)(92) : 직선 (100) : 금속패널

(110) : 용접토치

본 발명은 액화천연가스 저장탱크의 금속패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액화천연가스가 저장되는 탱크를 구성하는 금속패널로서 온도와 하중변화에 따른 팽창 및 수축이 용이하도록 금속패널 전체에 걸쳐 형성된 굴곡이 비교적 완만한 곡선을 이루도록 형성하여 열변형 흡수가 용이하고, 제작 및 시공이 용이하도록 하는 액화천연가스 저장탱크의 금속패널에 관한 것이다.

일반적으로 천연가스는 대기압에서 영하 162℃의 온도에 이르게되면 액체상태를 유지하므로, 단열기능을 가진 저장탱크에 액체상태로 저장할 수 있다. 저장탱크의 단열구조는 열전달을 효과적으로 차단하는 재료와 액화천연가스 밀봉기능을 가지는 금속패널로 구성되며 금속패널을 구성하는 금속재료는 저온취성에 강한 재 질이 사용된다. 금속패널은 액화천연가스를 저장탱크내에 주입시 또는 제거시 발생하는 온도와 하중의 변화에 대응하여 팽창 및 수축을 할 수 있도록 설계 및 제작된다.

액체상태로 저장된 천연가스의 기화를 방지하기 위해서는 저장탱크 내부로 외부의 열량이 전달되지 않도록 하여야함으로 저장탱크 외부는 단열재로 감싸고 있으나, 일반적으로 단열재는 액체 또는 기체상태 천연가스의 투과를 효과적으로 차단하지 못하므로 금속패널을 단열재와 저장되는 액화천연가스사이에 배치하여 액체화물의 용기 기능을 수행하도록 하고 있다. 따라서 금속패널은 액화천연가스와 직접 접촉하게 되므로 열 수축 팽창에 대응할 수 있는 알루미늄 합금, 스테인레스강, 9% 니켈합금강 등이 사용된다. 또한, 상기 금속패널은 반복적인 온도변화 및 저장액체의 압력변화에 효과적으로 대응할 수 있도록 중앙부가 융기된 직선 굴곡을 구비하고 있으며, 여러 장의 금속패널 가장자리를 겹치기 용접하여 저장용기를 구성하므로 조각의 금속패널을 잇는 용접부를 구비한다.

종래에 사용되고 있는 금속패널은 도 6 에 도시된 바와 같이 대략 3000㎜× 1000㎜(가로×세로) 크기의 직사각형으로 제작되고, 온도와 하중의 변화에 따른 팽창 및 수축이 용이하도록 다수개의 직선 굴곡이 금속패널 전체에 걸쳐 형성되어 있으며, 상기와 같이 다수개의 직선 굴곡을 구비하는 직사각형 단일 금속패널 조각의 네 변이 이웃하는 금속패널 조각들의 변과 용접에 의해 서로 연결되어 탱크의 기밀성을 유지하도록 되어 있다.

그러나, 상기 종래의 금속패널에는 가로방향 굴곡과 세로 방향 굴곡이 교차 하도록 형성되어 있으며 금속패널 조각내에는 다수의 굴곡이 가로 및 세로 방향으로 배치되어 있다, 이와 같은 금속패널 굴곡의 교차부에는 가로 또는 세로 방향 굴곡의 곡면보다 곡률반경이 상대적으로 작은 곡면이 형성되므로 응력집중 현상이 발생하며 비교적 복잡한 형상을 가지므로 가공에 소요되는 공정과 시간이 상대적으로 비경제적이며, 또한 굴곡의 높이가 높기 때문에 가장자리 용접을 자동용접으로 시공하기 위해서는 별도의 용접 제어장치가 필요하므로 시공비용을 증가시키는 문제점이 있었다.

특히, 용접선상에 있는 굴곡을 용접할 경우, 용접속도 및 품질이 저하되며, 용접결함이 발생될 수도 있으며, 이로 인해 탱크의 기밀성을 유지하지 못하는 문제점이 발생되었다.

또한, 상기 종래에 사용되고 있는 멤브레인 금속패널로는 도 7 에서와 같이, 온도변화에 의한 팽창수축을 흡수해야 하는 연속된 육각형태(벌집구조)의 주름구조를 형성하여 각 주름들이 서로 120°의 각도를 가지고 Ｙ자형의 교점이 형성된 주름판(일본국 특허출원공고번호 소50-21008 호)과, 도 8 에 도시된 바와 같이 단면이 3각형의 3각주름과 이 3각주름에 직교하는 사다리꼴주름과, 직교의 사다리꼴주름의 정상면에 상기 3각주름을 끼워서 기립시키고 그 정상부가 만나 대향하는 한쌍의 3각면과 각각의 3각면의 양변과 상기 3각주름을 면적의 과부족없이 절곡형성되어 연결하는 4개의 평행사변형의 4각면을 가진 성형판체를 구비한 멤브레인 금속패널(일본특허공고 소60-14959 호)과, 도 9 에 도시된 바와 같이 저온 액화가스 탱크의 멤브레인 표면에 돌출성형된 주름이 적어도 1개의 집결부에 분기배열되어 있는 신축구조로 집결부에는 평판부에 대해 윗부분이 융기된 모양으로 절곡형성되어 있으며 윗부분과 상기 주름은 양쪽의 절곡면을 끼워 연결하도록 결합되어 용접형성되어 있는 멤브레인 금속패널(일본특허공보 소60-32079 호)과, 도 10 에 도시된 바와 같이 판재의 바깥쪽 모서리부에서 앵커볼트 고정용 구멍쪽으로 직선으로 향하며 십자형을 이루는 4개의 주름과 상기 4개의 주름의 단부와 연결되는 환형 외면 및 상기 환형외면과 대칭인 환형내면으로 구성된 멤브레인 금속패널(대한민국 특허특1997-0005078 호) 및 도 11 에 도시된 바와 같이 판재의 바깥쪽 모서리에서 중심부쪽으로 직선으로 향하는 단열주름부와 굴곡 마디형의 몸통부와 몸통부의 단부로부터 판재를 향해 굴곡된 연장부와 골부로 각각 구성된 4개의 다리로 이루어진 멤브레인 금속패널(대한민국 특허특 1997-0005077 호)이 있으나, 이와 같은 멤브레인 금속패널 역시, 3000㎜ ×1000㎜ (가로×세로) 크기의 직사각형내에는 다수개의 코러게이션(주름)이 형성되어 있으며, 이웃하는 또다른 멤브레인과 겹쳐지는 용접부위에도 다수개의 코러게이션(주름)이 형성되어 있어, 용접속도 및 품질을 저하시키는 등 여러가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 그 목적은 금속패널에 형성된 굴곡을 단순화하여 금속패널의 제조를 용이하게 하고, 굴곡의 교차부를 완만한 곡면을 이루도록 하여 응력집중이 적게 발생되도록 하며, 반복적인 온도변화 및 저장액체의 압력하중 변화에 의한 팽창 및 수축이 용이 하도록 한 액화천연가스 저장탱크의 멤브레인 금속패널을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 여러장의 금속패널을 이어서 전체 저장탱크를 형성할 때 가장자리 용접선이 완만한 굴곡을 이루도록 하여 용접자세의 변화가 없는 자동용접이 가능하게 함으로써 용접속도 향상 및 작업의 편리성을 증대시키고 용접의 품질을 향상시켜 저장탱크의 제작비용을 줄이고 신뢰성을 향상시키도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 서로 같은 높이로서 평행하게 등간격을 이루도록 융기된 다수의 횡방향 굴곡부와, 상기 횡방향 굴곡부와 같은 높이로서 횡방향 굴곡부와 직교하고, 서로 평행하게 등간격을 이루도록 융기된 다수의 종방향 굴곡부와, 상기 횡방향 굴곡부와 종방향 굴곡부가 교차하여 형성되는 교차부가 구비된 금속패널에 있어서, 상기 횡방향 굴곡부와 종방향 굴곡부의 단면 형상이 금속패널의 평탄부로부터 양쪽이 오목하게 올라가다가 상부에서 볼록하게 만나는 형상으로 형성되고, 이 두개의 굴곡부가 교차하여 교차부가 형성되며, 이 교차부의 곡면은 중앙부로 갈수록 곡률이 커지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 횡방향 굴곡부와 종방향 굴곡부의 굴곡 높이와 폭의 비가 1/16 이하로 구성되어 교차부 응력집중을 피할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 횡방향 굴곡부와 종방향 굴곡부의 단면형상이 국부 최대기울기가 20°미만으로 형성되어 용접토치의 각도변화없이 자동용접이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 금속패널의 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 금속패널 굴곡형상을 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명에 따른 금속패널의 굴곡 교차부 구성을 보인 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 금속패널의 굴곡부 용접시 용접기 각도를 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 금속패널에서 같은 높이로 융기된 채로 상호 직교하도록 형성된 두 굴곡부(10,20)에 의해 형성되는 교차부(30)에서 완만한 곡면을 형성하며, 이 곡면의 곡률이 교차부(30)의 중심으로 갈수록 커지도록 형성되어 기존 멤브레인 금속패널에서 작은주름에 의해 국부적으로 집중되는 소형변형 에너지를 넓은 범위로 분산시켜 소성 변형에 의한 결함을 방지할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 교차부(30)를 형성하는 횡방향 굴곡부(10)와 종방향 굴곡부(20)의 단면 형상은 도 2와 같이 서로 다른 곡률반경을 갖는 2개의 곡선(50,60)으로 이루어지며, 이중 금속패널(100)의 평탄부(40)에 접하는 제 1 곡선(50)은 아래쪽으로 오목하게 들어가며 상승하는 형상으로 형성되고, 나머지 하나의 제 2 곡선(60)은 상기 제 1 곡선(50)으로의 끝단으로부터 부드럽게 연장되어 상방향으로 볼록한 형상으로 형성되어 굴곡부(50,60)의 단면형상은 평탄부(40)로부터 양쪽이 오목하게 올라가다가 상부에서 볼록하게 만나는 형상으로 형성되어 있다.

또한 상기 횡방향 굴곡부(10)와 종방향 굴곡부(20)는 금속패널과 또 다른 금속패널을 용접하여 저장탱크를 구성할 때, 용접선을 따라 이동하는 용접토오치(110)의 각도를 변화시키지 않고 용접을 진행시킬 수 있도록 그 단면형상의 국부 최대기울기가 20°미만으로 형성되어 있다.

한편, 상기 두개의 굴곡부(10,20)는 그 높이(h)와 폭(b)의 비가 1/16 이하로 형성되어 있으며, 높이와 폭의 비가 1/16으로 형성되었을 때의 응력해석결과를 도 12a에서 보여주고 있다. 상기 도 12a에서 볼 수 있듯이 교차부(30)에 작용하는 응력이 분산됨을 알 수 있으며, 이때의 탄성 응력값은 885 MPa로서 낮은 응력이 발생됨을 알 수 있다.

또한, 도 12b,12c는 굴곡부의 높이와 폭의 비가 2/16, 7/10으로 형성되어 있는 금속패널의 교차부에 대한 응력을 해석한 것으로, 이때의 탄성 응력값은 948 MPa, 1610 MPa로서 높은 응력이 발생되며, 높이와 폭이 비가 증가할수록 교차부에 응력이 집중되는 것을 알 수 있다.

이와 같은 단면 형상의 횡방향 굴곡부(10)와 종방향 굴곡부(20)가 교차하여 형성되는 교차부(30)는 곡면(70)의 중심부로 갈수록 곡률이 커지도록 구성되어 기존 교차부(30)의 곡률이 굴곡부의 곡률보다 더 작은 곡률을 가지는 작은 주름으로 형성됨으로써 발생되는 응력집중현상을 방지하도록 구성되어 있다.

즉, 상기 교차부(30)는 횡방향 굴곡부(10)와 종방향 굴곡부(20)가 교차하며 이루게 되는 4개의 경계곡선(81,82,83,84)과 횡방향 굴곡부(10)와 종방향 굴곡부(20)의 정상을 나타낸 2개의 직선(91,92)으로 정의되는 곡면으로, 상기 2개의 직선(91,92)에 의해 4개의 부분으로 균일하게 분할된 부분곡면(71,72,73,74)이 연결되어 구성되고, 상기 부분곡면은 2개의 경계곡선과 2개의 직선으로 둘러싸인 곡면이며, 이 부분곡면은 마주보는 곡선상에 분포하는 다수의 절점을 연결하는 격자에 의하여 형성되는 완만한 곡면으로 이루어져 있다.

이와 같은 4개의 부분곡면(71,72,73,74)으로 이루어져 정의되는 교차부(30)의 곡면(70)은 중심부로 갈수록 그 곡률이 커지며 주름을 형성하지 않게 됨으로써 응력집중현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 이루어진 금속패널(100)은 동일 구조의 또 다른 금속패널과 용접되어 저장탱크를 구성하게 되며, 이때 금속패널의 네변(A,B,C,D)에 존재하는 용접선은 굴곡부의 위로 지나가게 되어 있으며, 자동용접으로 용접작업이 수행될 경우, 용접토오치의 각도변화 없이 용접기를 이송시키며 용접을 진행할 수 있을 정도로 그 폭에 비하여 높이가 현저히 낮은 완만한 굴곡을 형성함으로서 용접속도를 향상시킬 수 있게 된다.

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.

상술한 바와 같은 본 발명은 금속패널을 인접한 위치의 금속패널과 용접할 때 형성되는 용접선이 완만한 곡선을 형성하도록 하여 용접속도를 기존 굴곡형 금속패널을 용접할 때 보다 3~4배정도 향상시킬 수 있고, 교차부 곡면의 곡률이 커 완만하기 때문에 성형이 용이하며, 또한 기존 금속패널의 작은 주름에서 국부적으로 집중되는 소성변형 에너지를 본 발명은 넓은 범위로 분산시켜 소성변형에 의한 결합이 발생되는 것을 예방할 수 있게 되어 용접품질 및 기밀성을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한 본 발명은 금속패널의 제조에 저장탱크의 조립에 소요되는 시간과 공수를 절감할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 서로 같은 높이로서 평행하며 등간격을 이루도록 융기된 다수의 횡방향 굴곡부(10)와, 상기 횡방향 굴곡부(10)와 같은 높이로서 횡방향 굴곡부(10)와 직교하고, 서로 평행하며 등간격을 이루도록 융기된 다수의 종방향 굴곡부(20)와, 상기 횡방향 굴곡부(10)와 종방향 굴곡부(20)가 교차하여 형성되는 교차부(30)가 구비된 금속패널에 있어서,

   상기 횡방향 굴곡부(10)와 종방향 굴곡부(20)는 굴곡 높이(h)와 폭(b)의 비가 1/16 이하로써 단면 형상이 금속패널의 평탄부(40)로부터 양쪽이 오목하게 올라가다가 상부에서 볼록하게 만나는 형상으로 형성되고, 상기 두개의 굴곡부(10,20)가 교차하여 형성되는 교차부(130)의 곡면은 중앙부로 갈수록 곡률이 커지도록 구성된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 저장탱크의 멤브레인 금속패널.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 횡방향 굴곡부(10)와 종방향 굴곡부(20)의 단면형상이 국부 최대기울기가 20° 미만으로 형성되어 용접토치의 각도변화없이 자동용접이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 저장탱크의 멤브레인 금속패널.

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