KR100898110B1 - Device for Structural Health Monitoring of Insulation System in LNG Carriers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치에 관한 것으로, 본 발명의 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치는, LNG가 직접 접촉하는 1차 방벽을 구성하는 멤브레인 금속패널과, 이 멤브레인 금속패널에 일정한 하중이 걸리게 하는 제 1 플라이우드와, 폴리우레탄폼으로 이루어진 제 1 단열재와, 2차 방벽을 형성하는 트리플렉스와, 폴리우레탄폼으로 이루어진 제 2 단열재와, 제 2 플라이우드와, 화물과 단열시스템의 중량을 선체에 전달하는 마스틱으로 구성된 LNG 화물창의 단열시스템에 있어서, 상기 제 1단열재 및/또는 제 2단열재의 내측에 설치되어, 단열재의 손상, 변형률, 온도변화 등을 선택적으로 감지하여 단열재의 이상 유무를 실시간으로 감지하도록 된 광섬유센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a device for detecting the abnormality of insulation of LNG carriers, the device for detecting the abnormality of insulation of LNG carriers of the present invention, the membrane metal panel constituting the primary barrier that LNG is in direct contact with the membrane metal panel Load-bearing first plywood, first insulation made of polyurethane foam, triplex forming secondary barrier, second insulation made of polyurethane foam, second plywood, cargo and insulation system In the LNG cargo hold insulation system consisting of a mastic for transmitting the weight of the insulation to the hull, is installed inside the first insulation and / or the second insulation, and selectively detect the damage, strain, temperature change, etc. of the insulation. Characterized in that it comprises a fiber optic sensor to detect the presence or absence in real time.
이러한 본 발명에 따르면, 단열재 내부의 광섬유센서로 단열재의 손상, 변형률, 온도변화 등을 실시간으로 감지하여 단열재 이상 유무를 정확하게 첵크할 수 있으므로, 단열재의 이상 발생시 즉각적으로 조치를 취할 수 있으며, 따라서 LNG 운반선의 안전성을 대폭 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since the optical fiber sensor inside the insulation can be detected in real time by detecting damage, strain, temperature change, etc. of the insulation in real time, it is possible to immediately check whether there is an abnormality of the insulation, so that the action can be taken immediately in the event of the insulation, therefore LNG The safety of the carrier can be greatly improved.
LNG 운반선, 단열재, 이상유무 감지장치, 광섬유센서, LNG 화물창 LNG Carrier, Insulation Material, Abnormality Detector, Fiber Optic Sensor, LNG Cargo Depot
Description
도 1은 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치의 제 1 실시예의 구성을 나타낸 LNG 화물창의 단열시스템 투시도1 is a perspective view of the insulation system of the LNG cargo hold showing the configuration of the first embodiment of the insulation material abnormality detection device of the LNG carrier according to the present invention
도 2는 도 1의 단열시스템의 개략적인 요부 단면도Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the main part of the insulation system of Figure 1
도 3은 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치의 제 2 실시예의 구성을 나타낸 LNG 화물창의 단열시스템 투시도3 is a perspective view of the insulation system of the LNG cargo hold showing the configuration of the second embodiment of the insulation material abnormality detection device of the LNG carrier according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치의 제 3 실시예의 구성을 나타낸 LNG 화물창의 단열시스템 투시도Figure 4 is a perspective view of the insulation system of the LNG cargo hold showing the configuration of the third embodiment of the insulation material abnormality detection device of the LNG carrier according to the present invention
도 5는 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치의 제 4 실시예의 구성을 나타낸 LNG 화물창의 단열시스템의 개략적인 요부 단면도Figure 5 is a schematic cross-sectional view of the main part of the insulation system of the LNG cargo hold showing the configuration of the fourth embodiment of the insulation material abnormality detection device of the LNG carrier according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 금속패널 2 : 제 1 플라이우드1
3 : 제 1 단열재 4 : 트리플렉스3: first heat insulating material 4: triplex
5 : 제 2 단열재 6 : 제 2 플라이우드5: 2nd heat insulating material 6: 2nd plywood
7 : 마스틱 8 : 광섬유센서7: mastic 8: fiber optic sensor
9 : 구멍9: hole
본 발명은 LNG 운반선의 단열재의 이상 유무를 감지하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 운반선의 화물창을 둘러싸는 단열재의 동특성 상태에 따른 변형률, 충격에 의한 손상 및, 온도 변화 등의 이상 유무를 정확하고 안전하게 감지할 수 있는 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치에 관한 것이다. The present invention relates to a device for detecting the abnormality of the insulation of the LNG carrier, and more particularly, to the abnormality such as strain, shock damage, and temperature change according to the dynamic characteristics of the insulation surrounding the cargo hold of the LNG carrier. The present invention relates to a device for detecting abnormality of insulation of LNG carriers that can be accurately and safely detected.
일반적으로 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 지하에서 뽑아 올린 탄화수소 계열의 천연가스를, 운송과 저장의 편의를 위해 -163℃로 압축, 냉각, 액화시켜 부피를 1/600으로 줄인 극저온의 액체를 말한다. 이러한 액화천연가스는 가격에 비해 열량이 우수하여 석유 대체에너지로 각광받고 있으며, 청정에너지로서 LNG 교역량 증가에 따라 LNG 운반선(LNG Carrier)의 수요도 증가하고 있다.In general, Liquefied Natural Gas (LNG) is a hydrocarbon-based natural gas extracted from the ground, compressed, cooled, and liquefied to -163 ° C for convenience of transportation and storage. Cryogenic liquid reduced to 1/600. The LNG is spotlighted as an alternative to petroleum due to its excellent heat value compared to its price, and the demand for LNG carriers is increasing as LNG trade volume increases as clean energy.
LNG 운반선은 -163℃의 액화천연가스를 배 안에 설비된 초(超)저온 탱크 안에 저장해야하므로, 탱크 주위를 특수한 단열재로 보호해 주어야 한다. LNG carriers must store -163 ° C liquefied natural gas in super-cold tanks installed on board the ship, so the area around the tank must be protected with special insulation.
그런데, 이러한 LNG 운반선의 단열재는 선박의 수명기간동안 화물창에 LNG를 채우고 비움의 반복에 따라 액압 하중과 열하중에 의한 수축 및 팽창이 반복되는 피로하중 상태에 노출되어 있으며, 화물창 내에서 LNG 슬로싱(sloshing) 등에 따른 충격하중을 받게 된다. 이러한 반복 피로하중 및 슬로싱 충격하중은 단열재 내부의 손상을 야기하게 되는데, 단열재 내부의 손상은 선박의 운항중 실시간으로 확인하는 것이 불가능하여 적절한 조치를 취할 수 없었고, 따라서 선박의 안전성에 심각한 문제를 발생시키게 된다.However, the insulation of the LNG carriers is exposed to fatigue load conditions in which the LNG carrier fills LNG in the cargo hold for the life of the ship and repeatedly contracts and expands due to the hydraulic load and the heat load. impact load due to sloshing). These repeated fatigue loads and sloshing impact loads cause damage inside the insulation, and the damage inside the insulation is impossible to check in real time during the operation of the ship, so that proper measures could not be taken, thus seriously affecting the safety of the ship. Will be generated.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 LNG 운반선의 화물창 단열재의 손상, 동특성 상태에 따른 변형률, 단열재 손상에 따른 온도변화 등의 이상 유무를 광섬유센서를 이용하여 실시간으로 안전하고 정확하게 감지할 수 있는 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치를 제공함에 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, an object of the present invention is to use an optical fiber sensor for the abnormality such as damage of the cargo hold insulation of the LNG carrier, the strain according to the dynamic characteristics, the temperature change due to the insulation damage It is to provide a device for detecting abnormality of insulation of LNG carriers that can be detected safely and accurately in real time.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, LNG를 저장하는 화물창의 단열시스템을 형성하는 단열재 내부에 설치되어, 단열재의 손상, 변형률, 온도변화 등을 선택적으로 감지하여 단열재의 이상 유무를 실시간으로 감지하는 광섬유센서를 포함하여 구성된 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object, is installed inside the heat insulating material to form a heat insulation system of the cargo hold for storing LNG, by selectively detecting the damage, strain, temperature change, etc. of the heat insulating material in real time to check the abnormality of the heat insulating material It provides a device for detecting the abnormality of the insulation of the LNG carrier including the optical fiber sensor to detect.
본 발명의 한 실시형태에 따르면, LNG가 직접 접촉하는 1차 방벽을 구성하는 멤브레인 금속패널과, 이 멤브레인 금속패널에 일정한 하중이 걸리게 하는 제 1 플라이우드와, 폴리우레탄폼으로 이루어진 제 1 단열재와, 2차 방벽을 형성하는 트리플렉스와, 폴리우레탄폼으로 이루어진 제 2 단열재와, 제 2 플라이우드와, 화물과 단열시스템의 중량을 선체에 전달하는 마스틱으로 구성된 LNG 화물창의 단열시스템에 있어서, 상기 제 1단열재 및/또는 제 2단열재의 내측에 설치되어, 단열재의 손 상, 변형률, 온도변화 등을 선택적으로 감지하여 단열재의 이상 유무를 실시간으로 감지하도록 된 광섬유센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치가 제공된다.According to one embodiment of the present invention, the membrane metal panel constituting the primary barrier directly contacted by LNG, the first plywood to put a constant load on the membrane metal panel, and the first heat insulating member made of polyurethane foam In the insulation system of LNG cargo hold consisting of a triplex forming a secondary barrier, a second insulation made of polyurethane foam, a second plywood, and a mastic for transferring the weight of the cargo and the insulation system to the hull, And an optical fiber sensor installed inside the first insulation and / or the second insulation to selectively detect damages, strains, temperature changes, etc. of the insulation and to detect abnormality of the insulation in real time. There is provided a device for detecting abnormality of insulation of LNG carriers.
이러한 본 발명에 따르면, 단열재 내부의 광섬유센서로 단열재의 손상, 변형률, 온도변화 등을 실시간으로 감지하여 단열재 이상 유무를 정확하게 첵크할 수 있으므로, 단열재의 이상 발생시 즉각적으로 조치를 취할 수 있으며, 따라서 LNG 운반선의 안전성을 대폭 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since the optical fiber sensor inside the insulation can be detected in real time by detecting damage, strain, temperature change, etc. of the insulation in real time, it is possible to immediately check whether there is an abnormality of the insulation, so that the action can be taken immediately in the event of the insulation, therefore LNG The safety of the carrier can be greatly improved.
이하, 본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the abnormality detection device for the insulation of the LNG carrier according to the present invention will be described in detail.
도 1과 도 2는 본 발명에 따른 단열재 이상유무 감지장치의 제 1실시예가 적용된 LNG 운반선의 멤브레인타입 단열시스템의 일부를 투시하여 나타낸 사시도로, 단열시스템은 상측에서부터 순차적으로 LNG가 직접 접촉하는 1차 방벽을 구성하는 멤브레인 금속패널인 멤브레인 금속패널(1)과, 이 멤브레인 금속패널(1)의 외측에 형성되어 멤브레인 금속패널(1)에 일정한 하중이 걸리게 하는 제 1 플라이우드(2)와, 상기 제 1플라이우드(2)의 외측에 형성되며 폴리우레탄폼으로 이루어진 제 1 단열재(3)와, 상기 제 1 단열재(3)의 외측에 형성되어 2차 방벽을 형성하는 트리플렉스인 트리플렉스(4)와, 상기 트리플렉스(4)의 외측에 형성되며 폴리우레탄폼으로 이루어진 제 2 단열재(5)와, 상기 제 2 단열재(5)의 외측에 형성되는 제 2 플라이우드(6)와, 상기 제 2 플라이우드(6)의 외측에 설치되어 화물과 단열시스템의 중량을 선체에 전달하는 마스틱(7)을 포함하여 구성된다. 1 and 2 are perspective views showing a part of the membrane type insulation system of the LNG carrier in which the first embodiment of the insulation abnormality detection device according to the present invention is applied, the insulation system is a direct contact with LNG sequentially from the top 1 A
상기 제 2 단열재(5) 및/또는 제 1 단열재(3)의 내부에는 충격하중 또는 피로하중에 의한 단열재의 내부 손상과 단열재의 변형률, 온도변화 등을 실시간으로 선택적으로 감지하는 복수개의 광섬유센서(8)가 수평하게 설치된다. A plurality of optical fiber sensors for selectively detecting the internal damage of the insulation by the impact load or fatigue load and the strain rate, temperature change, etc. of the insulation in real time inside the second insulation (5) and / or the first insulation (3) 8) is installed horizontally.
상기 광섬유센서(8)는 광응용방식에 따라 강도형, 간섭형, 파장형 등 여러가지가 있으나, 구조 안전 모니터링을 위하여 개발된 형태라고 할 수 있는 격자형 광섬유 브래그-격자센서(FBG: Fiber Bragg Grating), 파장 분할 다중화기법(WDM; Wavelength Division Multiplexing)을 이용한 광섬유 브래그-격자센서(FBG) 등을 이용하여 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 광섬유센서(8)는 전기적인 신호를 시용하는 기존의 변형률 게이지보다 감도가 좋고, 광신호를 이용하기 때문에 전자기장에 대한 영향을 받지 않으며, LNG와 반응하여 폭발할 위험이 거의 없는 이점이 있다. 또한, 하나의 센서 라인에 여러개의 센서를 장착할 수 있기 때문에 설치가 용이하고, 크기가 작아 구조물에 최소한의 영향을 미치면서 설치가 가능한 이점도 있다. The
상기 광섬유센서(8)에 의한 감지신호는 LNG 운반선의 컨트롤러로 실시간으로 전달되고, 컨트롤러는 감지신호에 따라 단열재의 이상유무를 판단하여 이상 발생시 외부의 사용자에게 이를 통지한다. The detection signal by the
이 실시예에서 상기 광섬유센서(8)들은 그 축들이 상기 마스틱(7)에 대해 직교하는 방향으로 놓여지도록 설치된다. 하지만, 도 3에 두번째 실시예로 도시된 것과 같이, 광섬유센서(8)들이 제 1 단열재(3) 및 제 2 단열재(5) 내부에 수평하게 삽입되되, 그 축들이 마스틱(7)과 동일한 방향으로 놓여지도록 설치될 수도 있다.In this embodiment, the
또한, 전술한 첫번째 실시예와 두번째 실시예와는 다르게 도 4에 세번째 실시예로 도시된 것처럼 제 1 단열재(3)와 제 2 단열재(5)에 드릴과 같은 공구에 의 해 복수개의 구멍(9)이 천공되고, 이 구멍(9)들 속에 복수개의 광섬유센서(8)들이 수직하게 설치될 수도 있을 것이다. 이 경우, 상기 구멍(9)들은 광섬유센서(8)들을 삽입한 후 단열재와 동일한 폴리우레탄폼 또는 다른 수지로 채워질 것이다.Also, unlike the first and second embodiments described above, a plurality of
상기 광섬유센서(8)들은 제 1,2 단열재(3, 5)의 하단부로부터 대체로 동일한 높이에 배치될 수도 있지만, 서로 다른 높이에 배치될 수도 있다. The
또한, 상기 광섬유센서(8)들은 마스틱(7)의 상부 또는 마스틱(7) 사이에 위치하도록 배치될 수 있다. In addition, the
상기와 같이 광섬유센서(8)가 제 1,2 단열재(3, 5)의 내부에 설치되는 경우, 다음과 같은 방법으로 광섬유센서(8)를 제 1,2 단열재(3, 5) 내부에 설치할 수 있다. When the
첫번째로, 액체상태의 단열재 재료 속의 적절한 위치에 광섬유센서(8)들을 고정시킨 후, 수지와 함께 발포시킴으로써 단열재 내부에 광섬유센서(8)들을 고정되게 설치하는 방법이 있다.First, there is a method in which the
둘째, 제 1,2 단열재(3, 5)에 드릴과 같은 공구를 이용하여 구멍을 천공하고, 이 구멍속에 광섬유센서(8)를 삽입한 다음, 구멍에 수지를 채워넣는 방법이 있다. Second, there is a method of drilling a hole in the first and second
한편, 전술한 단열재 이상유무 감지장치의 실시예들은 광섬유센서(8)가 제 1,2 단열재(3, 5)의 내부에 삽입되도록 구성되지만, 이와 다르게 광섬유센서(8)가 제 2 단열재(5)와 제 2 플라이우드(6) 사이에 배치되도록 구성할 수도 있을 것이다. 이 경우, 광섬유센서(8)는 제 2 플라이우드(6)의 표면에 설치된 다음, 제 2 단 열재(5)를 구성하는 폴리우레탄폼과 접착되는 방식으로 설치된다. Meanwhile, embodiments of the above-described insulation material abnormality detecting device are configured such that the
또한, 도 5에 네번째 실시예로 도시된 것과 같이, 제 1,2 단열재(3, 5)를 연결하는 부위인 트리플렉스(4)의 접착제(4a)에 광섬유센서(8)를 삽입하여 설치할 수도 있다. In addition, as shown in the fourth embodiment in FIG. 5, the
이외에도 다양한 방식으로 단열시스템의 제 1,2 단열재(3, 5) 내측에 광섬유센서(8)를 설치하여, 단열재의 손상 및/또는 변형률, 온도변화 등 원하는 정보를 실시간으로 정확하게 안전하게 감지할 수 있을 것이다. In addition, by installing the
본 발명에 따른 LNG 운반선의 단열재 이상유무 감지장치는 전술한 실시예외에도 본 발명의 청구범위에 의해 정의되는 발명의 사상과 범위 내에서 다양한 실시 및 변형이 가능할 것이다. Insulation material abnormality detection device of the LNG carrier according to the present invention, in addition to the above-described embodiment will be possible in various embodiments and modifications within the spirit and scope of the invention defined by the claims of the present invention.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 단열재 내부의 광섬유센서로 단열재의 손상, 변형률, 온도변화 등을 실시간으로 감지하여 단열재 이상 유무를 정확하게 첵크할 수 있으므로, 단열재의 이상 발생시 즉각적으로 조치를 취할 수 있으며, 따라서 가스누출 및 대형 사고를 예방할 수 있고, LNG 운반선의 안전성을 대폭 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, by detecting the damage, strain, temperature change, etc. of the heat insulating material in real time by the optical fiber sensor inside the heat insulating material can accurately check whether there is an abnormality of the heat insulating material, it is possible to take immediate action in the event of a heat insulating material. Therefore, gas leakage and large accidents can be prevented and the safety of LNG carriers can be greatly improved.
특히, 본 발명의 단열재 이상유무를 구성하는 광섬유센서는 전기적인 신호를 시용하는 기존의 변형률 게이지보다 감도가 좋고, 광신호를 이용하기 때문에 전자기장에 대한 영향을 받지 않으며, LNG와 반응하여 폭발할 위험이 거의 없으므로, 안정적이고 정확한 감지 기능을 수행할 수 있는 이점이 있다.In particular, the optical fiber sensor constituting the abnormality of the insulating material of the present invention is more sensitive than the conventional strain gauge that uses an electrical signal, and because of the optical signal, it is not affected by the electromagnetic field and risks explosion by reacting with LNG. This virtually no benefit has the advantage of being able to perform stable and accurate sensing functions.
그리고, 광섬유센서는 하나의 센서 라인에 여러개의 센서를 장착할 수 있기 때문에 설치가 용이하고, 크기가 작아 구조물에 최소한의 영향을 미치면서 설치가 가능한 이점도 있다.In addition, the optical fiber sensor is easy to install because it can be equipped with a plurality of sensors in one sensor line, the small size has the advantage that can be installed with minimal impact on the structure.
이외에도, 상기와 같은 본 발명의 단열재 이상유무 감지장치에 의해 구조적 안전성이 확보되므로, LNG 운반선의 화물창 구조 설계가 용이하고, 다양한 기술을 적용할 수 있는 효과도 있다. In addition, since the structural safety is ensured by the insulation material abnormality detection device of the present invention as described above, it is easy to design the cargo hold structure of the LNG carrier, there is an effect that can apply a variety of technologies.
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KR20060086071A (en) * | 2005-01-26 | 2006-07-31 | 현대중공업 주식회사 | Heat insulating structure of insulated cargo tanks of lng carrier |
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