KR100955419B1 - 액화천연가스 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법 - Google Patents

액화천연가스 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액화천연가스(LNG) 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법을 개시한다. 본 발명에 따른 방벽용 금속판은 액화천연가스의 저장을 위하여 액화천연가스와 접촉되는 방벽을 구성하며 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 복수의 주름들과 그 계면에 용접에 의한 용접부를 갖는다. 본 발명은 극저온에서 상기 용접부에 작용되는 인장응력을 감쇄시킬 수 있는 압축응력이 상온에서 용접부에 작용되도록 주름들의 양측에 폭 방향으로 조임력을 부여하여 주름들을 변형시키고, 주름들의 폭 방향으로 부여되는 조임력은 용접부의 용접 후 제거한다. 본 발명에 의하면, LNG 운반선의 화물창 등의 방벽용 금속판들의 주름들에 상온에서 압축응력이 작용되도록 주름들을 형성하여 금속판들의 열수축에 의하여 작용되는 인장응력을 상쇄시킴으로써, 용접부 및 단열층의 균열을 방지하여 방벽 구조의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

액화천연가스 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법{METHOD FOR CONSTRUCTING METAL PLATE OF BARRIER FOR LIQUEFIED NATURAL GAS CONTAINMENT SYSTEM}
본 발명은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속판의 열응력을 감소시킬 수 있는 LNG 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법에 관한 것이다.
LNG 운반선의 화물창(Cargo Containment System)은 -165℃의 초저온 LNG를 저장 및 운반하기 위하여 구형 탱크(Spherical Type Tank)보다 용량이 크고 제작이 간편한 멤브레인형 탱크(Membrane Type Tank)가 선호되고 있다. 멤브레인형 LNG 운반선의 보냉 시스템은 프랑스의 가즈트랜스포트 이트 테크니가즈(Gaz Transport Et Technigaz, France)사에 의하여 개발된 가즈트랜스포트 시스템(Gaz Transport System)과 테크니가즈 시스템(Technigaz System)이 사용되고 있다.
가즈트랜스포트 시스템은 마크-Ⅲ(MarkⅢ) 시스템으로 부르고도 있다. 가즈트랜스포트 시스템의 제1 방벽과 제2 방벽은 열팽창이 매우 낮은 인바강(Invar, 36% 니켈강)이 사용되고 있으며, 제1 및 제2 방벽 사이에는 펄라이트(Pearlite)가 채워진 단열 박스가 사용되고 있다. 테크니가즈 시스템의 제1 방벽은 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 주름(Corrugation)이 성형된 스테인리스스틸시트(Stainless Steel Sheet)가 사용되고 있으며, 제2 방벽은 알루미늄포일(Aluminium Foil)의 양면에 유리섬유 복합재료가 접합된 형태의 트리플렉스(Triplex)가 사용되고 있다. 그리고 단열재 역할을 하는 폴리우레탄폼(Polyurethane Form)이 제1 및 제2 방벽 사이에 장착되어 있다. 가즈트랜스포트 시스템과 테크니가즈 시스템의 가스 기화율(BOR, Boiloff Rate)은 비슷한 것으로 알려져 있으나, 인바 멤브레인에 비해 스테인리스스틸시트 및 트리플렉스의 가격이 싸고 시공이 간편하며 폴리우레탄폼의 단열효과가 뛰어나기 때문에 테크니가즈 시스템이 선호되고 있다.
미국공개특허공보 제2005/0082297호에는 테크니가즈 시스템의 구조 및 시공방법이 개시되어 있다. 이 특허 문헌의 기술은 스테인리스스틸시트에 의하여 방벽을 시공하고 있다. 스테인리스스틸시트는 LNG의 저장 온도인 -165℃에서 열수축(Thermal Shrinkage)에 의한 화물창의 열변형을 방지하기 위하여 주름을 구비하여 면강성(Surface Stiffness)을 낮추어야만 하는 단점이 있다. 또한, 스테인리스스틸시트의 용접선에 작용하는 응력을 완전히 해소할 수 없는 단점이 있다. 극저온에서 스테인리스스틸시트의 열수축은 용접에 의하여 접합되어 있는 단열층의 변형을 발생시키는 원인이 된다. 스테인리스스틸시트와 단열층의 접합부는 선체의 변형 및 출렁임(Sloshing)에 의한 충격하중에 더욱 취약해지는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 상온에서 방벽용 금속판들의 주름들에 압축응력이 작용되도록 주름들을 형성하는 LNG 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 주름들에 작용되는 압축응력이 금속판들의 열수축에 의하여 작용되는 인장응력을 상쇄시킴으로써, 용접부 및 단열층의 균열을 방지하여 방벽 구조의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 LNG 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 액화천연가스의 저장을 위하여 상기 액화천연가스와 접촉되는 방벽을 구성하며 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 복수의 주름들과 그 계면에 용접에 의한 용접부를 갖는 복수의 금속판들을 시공하는 액화천연가스 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법에 있어서, 극저온에서 상기 용접부에 작용되는 인장응력을 감쇄시킬 수 있는 압축응력이 상온에서 용접부에 작용되도록 주름들의 양측에 폭 방향으로 조임력을 부여하여 주름들을 변형시키고, 주름들의 폭 방향으로 부여되는 조임력은 용접부의 용접 후 제거하는 액화천연가스 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법에 있다.
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본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 LNG 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1에 LNG 저장시스템의 일례가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, LNG 저장시스템은 예를 들어 LNG 운반선의 화물창을 구성하는 벽(2)의 내측에 설치되는 제1 방벽(10), 제1 패널(Panel: 20), 제1 단열층(30), 제2 방벽(40), 제2 단열층(50)과 제2 패널(60)로 구성되어 있다.
제1 방벽(10)은 복수의 금속판(12)들로 구성되어 있으며, 금속판(12)들의 일면에 열변형으로 인한 수축 및 팽창이 가능하도록 복수의 주름(14)들이 형성되어 있다. 금속판(12)들은 스테인리스스틸시트로 구성될 수 있다. 주름(14)들을 갖는 금속판(12)들은 멤브레인(Membrane)이라 부르고도 있다. 금속판(12)들은 화물창에 저장되는 LNG와 접촉되어 액밀(Liquid Tightness)을 지지하고, 액압 등의 하중은 제1 단열층(30), 제2 단열층(50) 등을 통하여 벽(2)에 전달한다.
제1 패널(20)은 제1 방벽(10)의 이면에 장착되어 있다. 제1 패널(20)은 플라이우드(Fly Wood: 22), 샌드위치패널(Sandwich Panel) 등으로 구성될 수 있다. 제1 단열층(30)은 제1 패널(20)의 이면에 장착되어 있고, 제2 방벽(40)은 제1 및 제2 단열층(30, 50)의 사이에 장착되어 있다. 제2 방벽(40)은 복수의 섬유강화복합재료(Fiber Reinforced Composite, FRC) 패널(42)들로 구성될 수 있다.
제2 단열층(50)은 제2 방벽(40)의 이면에 장착되어 있다. 제1 및 제2 단열층(30, 50) 각각은 복수의 단위단열블록(32, 52)들로 구성되어 있으며, 단위단열블록(32, 52)들은 우수한 단열성을 보유하는 단열재, 예를 들어 마이크로셀룰로이드폼(Micro-celluloid Form), 나노셀룰로이드폼(Nano-celluloid Form), 폴리우레탄폼, 샌드위치폼(Sandwich Form) 등으로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 단위단열블록(32, 52)들의 접합을 위하여 제1 및 제2 단위단열블록(32, 52)들 사이에 퍼티(Putty)가 충전될 수 있다. 제2 패널(60)은 제2 방벽(40)의 이면에 밀착되어 있다. 제2 패널(60)은 플라이우드(62), 샌드위치패널 등으로 구성될 수 있다. 제2 패널(60)의 이면은 매스틱(Mastic: 64)에 의하여 LNG 운반선의 벽(2)의 내면에 부착되어 있으며, 매스틱(64)은 에폭시수지로 구성될 수 있다. 제2 패널(60)은 복수의 볼트(66)들의 체결에 의하여 벽(2)에 견고하게 고정된다.
도 1과 도 2를 참조하면, 금속판(12)들의 계면은 용접부(16)에 의하여 용접되어 있다. LNG가 저장되는 극저온에서 열응력이 금속판(12)들의 용접부(16)에 발생되며, 열응력에 의하여 도 2의 화살표 “Tsw”로 도시되어 있는 바와 같이 용접 부(16)의 폭 방향으로 인장응력(Tensile Stress, Tsw)이 작용된다. 또한, 도 2의 화살표 “Tst”로 도시되어 있는 바와 같이 제1 단열층(30)의 두께 방향으로 인장응력(Tst)이 작용된다.
도 3과 도 4에 본 발명에 따른 방벽용 금속판의 시공방법에 일 실시예가 도시되어 있다. 도 3과 도 4를 참조하면, 금속판(12)들의 주름(14)들은 소성가공에 의하여 형성되고, 상온에서 용접부(16)에 압축응력이 작용되도록 주름(14)들에 열적 또는 기계적 변형이 가해진다. 금속판(12)들의 주름(14)들은 가열수단(100), 예를 들어 토치램프(Torch Lamp: 102)에 의하여 가열한 후 서서히 냉각한다. 가열수단(100)은 제1 패널(20)과 제1 단열층(30)의 손상을 방지하기 위하여 주름(14)들의 상방에서 주름(14)들을 가열한다. 주름(14)들은 가열수단(100)의 가열에 의하여 도 4에 가상선으로 도시되어 있는 바와 같이 열변형된다. 또한, 도 4에 화살표 “Csw”로 도시되어 있는 바와 같이, 상온에서 주름(14)들의 열변형에 의하여 용접부(16)의 폭 방향으로 압축응력(Compressive Stress, Csw)이 작용된다. 용접부(16)에 작용되는 압축응력(Csw)은 극저온에서 열수축에 의하여 용접부(16)에 작용되는 인장응력을 상쇄시킨다.
도 5와 도 6에 본 발명에 따른 방벽용 금속판의 시공방법에 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 금속판(12)들의 표면에 복수의 주름(14)들이 형성되어 있다. 금속판(12)들의 표면 또는 주름(14)의 표면에 복수의 딤플(Dimple: 18)들이 형성되어 있다. 금속판(12)들의 용접 후 금속판(12)들의 주름(14)들은 가압수단(110), 예를 들어 프레스(112)에 의하여 가압한다. 가압수단(110)은 주름(14)들 의 정점을 금속판(12)들에 대한 수직 방향으로 가압한다. 주름(14)들은 도 6에 가상선으로 도시되어 있는 바와 같이 가압수단(110)의 가압력에 의하여 변형되고, 주름(14)들의 변형에 의하여 딤플(18)들이 압축응력을 부여받아 딤플(18)들의 크기가 작아진다. 또한, 주름(14)들의 변형에 의하여 상온에서 용접부(16)의 폭 방향으로 압축응력(Csw)이 작용되며, 이 압축응력(Csw)은 극저온에서 열수축에 의하여 용접부(16)에 작용되는 인장응력을 상쇄시킨다.
도 7과 도 8에 본 발명에 따른 방벽용 금속판의 시공방법에 제3 실시예가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 금속판(12)들이 제1 패널(20)의 표면에 설치된 후, 금속판(12)들의 용접 전에 조임수단(120), 예를 들어 클램프(Clamping: 122)에 의하여 주름(14)들을 폭 방향으로 조여 주름(14)들의 양측에 조임력을 부여한다. 금속판(12)들의 주름(14)들에 조임수단(120)의 조임력이 부여되면, 도 8에 가상선으로 도시되어 있는 바와 같이 주름(14)들은 폭 방향으로 압축되어 변형되고, 주름(14)들에 압축응력(Csw)이 작용된다. 주름(14)들이 조임수단(120)의 조임력에 의하여 변형되면, 금속판(12)들의 계면을 따라 용접부(16)를 용접하여 금속판(12)들의 설치를 완료한다. 상온에서 주름(14)들에 작용되는 압축응력(Csw)은 극저온에서 금속판(12)들의 용접부(16)에 작용되는 인장응력을 상쇄시킨다.
도 9와 도 10에 본 발명에 따른 방벽용 금속판의 시공방법에 제4 실시예가 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 금속판(12)들의 표면에 복수의 주름(14)들이 형성되어 있다. 금속판(12)들의 표면과 주름(14)들에 복수의 잔주름(Wrinkle: 12a, 14a)들이 각각 형성되어 있다. 잔주름(12a, 14a)들은 프레스가공에 의하여 주 름(14)들과 동시에 형성된다. 도 9와 도 10에 잔주름(12a, 14a)들은 금속판(12)들의 표면과 주름(14)들의 표면에 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 잔주름(12a, 14a)들은 금속판(12)들의 표면과 주름(14)들의 표면 중 어느 하나에만 형성될 수 있다. 또한, 잔주름(12a, 14a)들은 딤플, 비드(Bead), 돌기 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다.
제1 단열층의 표면에 금속판(12)들을 시공하고, 금속판(12)들의 용접 후 잔주름(12a, 14a)들이 형성되어 있는 부분을 가압수단(130), 예를 들어 금형(132)에 의하여 가압한다. 한편, 가압수단(130)은 망치 등의 타격체에 의하여 잔주름(12a, 14a)들을 국부적으로 두드려 변형시킬 수도 있다.
잔주름(12a, 14a)들은 도 10에 가상선으로 도시되어 있는 바와 같이 가압수단(110)의 가압력에 의하여 변형되며, 잔주름(12a, 14a)들의 크기가 작아진다. 또한, 잔주름(12a, 14a)들의 변형에 의하여 상온에서 용접부(16)의 폭 방향으로 압축응력(Csw)이 작용되며, 이 압축응력(Csw)은 극저온에서 열수축에 의하여 용접부(16)에 작용되는 인장응력을 상쇄시킨다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 LNG 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법에 의하면, LNG 운반선의 화물창 등의 방벽용 금속판들의 주름들에 상온에서 압축응력이 작용되도록 주름들을 형성하여 금속판들의 열수축에 의하여 작용되는 인장응력을 상쇄시킴으로써, 용접부 및 단열층의 균열을 방지하여 방벽 구조의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방벽용 금속판이 적용되는 LNG 저장시스템의 일례를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 방벽용 금속판에 작용되는 인장응력을 설명하기 위하여 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 금속판의 시공방법의 일 실시예를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속판의 시공방법의 작용을 설명하기 위하여 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 금속판의 시공방법의 제2 실시예를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속판의 시공방법의 작용을 설명하기 위하여 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 금속판의 시공방법의 제3 실시예를 나타낸 단면도,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 금속판의 시공방법의 작용을 설명하기 위하여 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 금속판의 시공방법의 제4 실시예를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속판의 시공방법의 작용을 설명하기 위하여 나타낸 단면도이다.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 제1 방벽 12: 금속판
12a, 14a: 잔주름 14: 주름
16: 용접부 18: 딤플
20: 제1 패널 30: 제1 단열층
40: 제2 방벽 50: 제2 단열층
60: 제2 패널 100: 가열수단
102: 토치렌치 110: 가압수단
112: 프레스 120: 조임수단
122: 클램프 130: 가압수단
132: 상부금형

Claims (9)

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  6. 액화천연가스의 저장을 위하여 상기 액화천연가스와 접촉되는 방벽을 구성하며 열변형으로 인한 수축 및 팽창을 흡수하기 위하여 복수의 주름들과 그 계면에 용접에 의한 용접부를 갖는 복수의 금속판들을 시공하는 액화천연가스 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법에 있어서,
    극저온에서 상기 용접부에 작용되는 인장응력을 감쇄시킬 수 있는 압축응력이 상온에서 상기 용접부에 작용되도록 상기 주름들의 양측에 폭 방향으로 조임력을 부여하여 상기 주름들을 변형시키고, 상기 주름들의 폭 방향으로 부여되는 상기 조임력은 상기 용접부의 용접 후 제거하는 액화천연가스 저장시스템의 방벽용 금속판의 시공방법.
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