KR100967815B1 - 부유식 해상구조물의 ｌｎｇ 저장탱크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬로싱 현상을 억제하기 위한 코퍼댐 등의 보강 구조물에 의해 내부 공간이 분할되는 LNG 저장탱크에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크로서, LNG로 인한 슬로싱 현상의 영향을 감소시킬 수 있도록 상기 LNG 저장탱크의 내부 공간을 분할하는 보강 구조물과; LNG의 이동이 가능하도록 상기 보강 구조물에 관통 형성되는 유체 통로; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크가 제공된다.
부유식 해상구조물, LNG 저장탱크, 슬로싱, 코퍼댐, 돌출벽, 유체 통로

Description

부유식 해상구조물의 ＬＮＧ 저장탱크{LNG STORAGE TANK FOR A FLOATING STRUCTURE}
본 발명은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬로싱 현상을 억제하기 위한 코퍼댐 등의 보강 구조물에 의해 내부 공간이 분할되는 LNG 저장탱크에 관한 것이다.
천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선은, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다. LNG 수송선의 내부에 설치되는 LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Tank)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다.
상술한 LNG 저장탱크는 해상에서 사용되는 것이기 때문에 슬로싱(sloshing) 문제가 필연적으로 발생할 수밖에 없다. 슬로싱이란, 선박이 다양한 해상 상태에서 운동할 때 저장탱크 내에 수용된 액체 상태의 물질, 즉 LNG가 유동하는 현상을 말하는 것으로, 슬로싱에 의해 LNG 저장탱크의 벽면은 심한 충격을 받게 된다.
도 1에는, LNG의 슬로싱 하중, 특히 좌우측 방향으로의 슬로싱 하중을 감소시키고자 LNG 저장탱크(10)의 측면 상부 및 하부에 대략 45도 각도로 경사진 상부 및 하부 챔퍼(chamfer)(11, 12)를 형성한 LNG 저장탱크(10)의 일례가 도시되어 있다.
LNG 저장탱크 내부에 LNG가 대략 30 ~ 50% 정도 부분적으로 적재되어 있을 때 슬로싱에 의한 하중이 가장 크게 작용하기 때문에, LNG 수송선의 경우에는 이러한 부분 적재 상태를 피할 수 있도록 인위적으로 LNG를 저장탱크 내에 가득 채우거나 완전히 비운 상태에서 운항하도록 하고 있었다.
그런데, 최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하면서, 이러한 부유식 해상 구조물에 설치된 LNG 저장탱크에 있어서도 슬로싱 문제를 해결할 것이 요구되었다.
LNG FPSO는, 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 LNG 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. 또 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 LNG 저장탱크에 저장한 후 필요에 따 라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.
따라서 이러한 부유식 해상 구조물에 설치된 LNG 저장탱크의 경우에는, LNG 수송선의 LNG 저장탱크와는 달리, 저장되는 LNG의 양을 임의로 조절할 수 없으므로, 상술한 바와 같이 슬로싱에 의한 하중이 가장 크게 작용하는 부분 적재 상태를 피할 수 없게 된다.
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도 2에는, 슬로싱 하중을 감소시키기 위하여 본 출원인이 제시하는 또 다른 방법이 도시된다. 도 2에 도시된 방법은, 특히 LNG FPSO나 LNG FSRU에 있어서는, 슬로싱에 의한 영향을 감소시키는 동시에 상부 구조물의 무게 증가에 따른 강도 보강을 위해서, LNG 저장탱크(10)의 내부에 코퍼댐(15)과 같은 격벽 구조물을 설치하여 하나의 LNG 저장탱크의 내부 공간을 여러 개의 공간으로 분할하는 방법이다.
그런데, 이와 같이 LNG 저장탱크의 내부에 격벽 구조물을 설치하는 경우 LNG 저장탱크의 내부 공간이 별개의 공간으로 분할되므로, LNG 저장탱크의 내부에 적재된 LNG를 외부로 배출시키기 위한 펌프나 펌프 타워 등의 장비 및 배관이 각각의 공간에 별도로 설치되어야 하는 문제가 있었다. 또한, LNG 저장탱크의 제조비용이 증가할 뿐만 아니라 LNG 저장탱크의 운영 및 관리도 복잡해지는 문제가 있었다.
이러한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, LNG 저장탱크의 강도를 향상시키기 위해 설치되는 격벽 구조물에 의해 LNG 저장탱크의 내부공간이 복수개로 분할되더라도, 격벽 구조물에 유체 통로를 형성함으로써 LNG 저장탱크의 내부에 적재된 LNG를 배출시키기 위한 설비의 설치개수를 증가시키지 않도록 한 부유식 해상 구조물의 LNG 저장탱크를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크로서, LNG로 인한 슬로싱 현상의 영향을 감소시킬 수 있도록 상기 LNG 저장탱크의 내부 공간을 분할하는 보강 구조물과; LNG의 이동이 가능하도록 상기 보강 구조물에 관통 형성되는 유체 통로; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크가 제공된다.
상기 보강 구조물은, 상기 LNG 저장탱크의 바닥에서 천장까지 연장되어 상기 LNG 저장탱크의 내부공간을 양분하는 코퍼댐이나 격벽일 수 있다.
이때, 상기 유체 통로는, 상기 코퍼댐의 상부에 형성되어 LNG의 수송중 발생하는 증발가스의 이동을 가능하게 하는 상부 유체 통로와, 상기 코퍼댐의 하부에 형성되어 LNG의 이동을 가능하게 하는 하부 유체 통로를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 상부 유체 통로는 상기 코퍼댐의 최상단 부분에 상기 LNG 저장탱크의 천장에 인접하도록 형성되며, 상기 하부 유체 통로는 상기 코퍼댐의 최하단 부분에 상기 LNG 저장탱크의 바닥에 인접하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 보강 구조물은, 상기 LNG 저장탱크의 바닥에서 일정 높이까지 돌출 형성되는 돌출벽일 수 있다.
이때, 상기 유체 통로는, 상기 돌출벽의 하부에 형성되어 LNG의 이동을 가능하게 하는 하부 유체 통로인 것이 바람직하다.
상기 하부 유체 통로는 상기 돌출벽의 최하단 부분에 상기 LNG 저장탱크의 바닥에 인접하도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 보강 구조물은, 상기 LNG 저장탱크의 내부에 길이방향이나 폭방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 유체 통로는 상기 LNG 저장탱크의 외부로부터의 열전달을 방지할 수 있도록 단열되는 것이 바람직하다.
상기 부유식 해상구조물은, 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유 상태로 사용되는, LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, LNG 저장탱크의 강도를 향상시키기 위해 설치되는 격벽 구조물에 의해 LNG 저장탱크의 내부공간이 복수개로 분할되더라도, 격벽 구조물에 유체 통로를 형성함으로써 LNG 저장탱크의 내부에 적재된 LNG를 배출시키기 위한 설비의 설치개수를 증가시키지 않도록 한 부유식 해상 구조물의 LNG 저장탱크가 제공될 수 있다.
그에 따라 본 발명에 의하면, LNG 저장탱크의 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 LNG 저장탱크의 운영 및 관리도 용이해질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 부유식 해상구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 부유식 해상구조물이란, LNG와 같이 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유된 채 사용되는 구조물과 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상구조물뿐만 아니라 LNG 수송선이나 LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박을 모두 포함하는 것이다.
도 3에는 본 발명의 제1 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크를 횡으로 절단한 상태의 횡단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 상기 LNG 저장탱크의 내부 구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해낸 사시도가 도시되어 있다. 그리고, 도 5에는 본 발명의 제2 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크의 내부 구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해낸 사시도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 LNG 저장탱크(20)는, 수용된 LNG의 슬로싱 현상으로 인한 영향을 감소시키기 위해서 내부 공간을 제1 공간(21)과 제2 공간(22)으로 양분하는 코퍼댐(25)을 포함한다.
여기에서, 상기 LNG 저장탱크가 멤브레인형 저장탱크일 경우에는 내부 공간을 양분하는 구조물로서 코퍼댐이 사용되고, 상기 LNG 저장탱크가 독립형 저장탱크일 경우에는 내부 공간을 양분하는 구조물로서 격벽이 사용될 수 있다. 이하, 상기 LNG 저장탱크가 멤브레인형 저장탱크이고, 내부 공간을 양분하는 구조물로서 코퍼댐이 사용되는 것으로 하여 설명이 이루어지지만, 이것만으로 본 발명이 한정되지 않음은 물론이다.
제1 실시형태에 따르면, 코퍼댐(25)의 상부 및 하부에는 각각 하나 이상의 상부 유체 통로(27) 및 하부 유체 통로(28)가 관통 형성된다. 이들 상부 유체 통로(27) 및 하부 유체 통로(28)는 LNG 저장탱크(20) 내부의 제1 공간(21)과 제2 공간(22)을 서로 연통시킨다.
상부 유체 통로(27)는 LNG의 수송중 자연적으로 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 이동할 수 있도록 하기 위한 것이고, 하부 유체 통로(28)는 LNG가 이동할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 상부 유체 통로(27)로 인하여 기체 상태인 BOG는 LNG 저장탱크(20) 내부의 제1 공간(21)과 제2 공간(22) 사이에서 이동할 수 있다. LNG 저장탱크(20)의 내부압력에 따라 또는 다른 이유로 BOG를 외부로 배출할 수 있는 가스 돔(도시생략)과 같은 설비가 LNG 저장탱크(20) 내에 하나만 설치되더라도, LNG 저장탱크(20) 내의 모든 BOG를 배출시킬 수 있도록, 상부 유체 통로(27)는 코퍼댐(25)의 최상단 부분에, 즉 LNG 저장탱크(20)의 천장에 인접하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 하부 유체 통로(28)로 인하여 액체 상태인 LNG는 LNG 저장탱크(20) 내부의 제1 공간(21)과 제2 공간(22) 사이에서 이동할 수 있다. LNG 저장탱크(20) 내에 저장된 LNG를 외부로 배출할 수 있는 펌프(도시생략) 및 펌프 타워(도시생략)와 같은 설비가 LNG 저장탱크(20) 내에 하나만 설치되더라도, LNG 저장탱크(20) 내의 모든 LNG를 배출시킬 수 있도록, 하부 유체 통로(28)는 코퍼댐(25)의 최하단 부분에, 즉 LNG 저장탱크(20)의 바닥에 인접하도록 형성되는 것이 바람직하다.
상부 유체 통로(27) 및 하부 유체 통로(28)의 설치 개수나 형태는 본 발명을 한정하지 않으며, LNG 저장탱크(20)의 크기 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.
또한, 상부 유체 통로(27) 및 하부 유체 통로(28)는 LNG 저장탱크(20)의 외부로부터의 열전달을 방지할 수 있도록 단열되는 것이 바람직하며, 단열 방법으로는 멤브레인형(membrane type) 저장탱크나 독립형(independent type) 저장탱크에 적용되고 있는 어떠한 단열 기술이 활용되어도 좋다.
도 5에는 본 발명의 제2 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크의 내부 구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해낸 사시도가 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LNG 저장탱크(30)는, 수용된 LNG의 슬로싱 현상으로 인한 영향을 감소시키기 위해서 저장탱크 내부 바닥에 일정 높이로 돌출 형성되는 돌출벽(35)을 포함한다.
제1 실시형태의 코퍼댐(25)이 LNG 저장탱크의 바닥에서 천장까지 형성되어 LNG 저장탱크의 내부 공간을 완전히 분할하고 있는 것에 비해, 제2 실시형태의 돌출벽(35)은 LNG 저장탱크의 바닥으로부터 일정 높이까지 돌출되어 있어 하부 공간은 분할하지만 상부 공간은 분할하지 않도록 형성된다.
돌출벽(35)의 높이는, 슬로싱으로 인한 영향을 효과적으로 감소시킬 수만 있다면, 설계시 어떠한 높이를 가지도록 설계될 수 있다.
제2 실시형태에 따르면, 돌출벽(35)의 하부에만 하나 이상의 하부 유체 통로(38)가 관통 형성된다. 이 하부 유체 통로(38)는 LNG가 이동할 수 있도록 하기 위한 것이다.
하부 유체 통로(38)로 인하여 액체 상태인 LNG가 LNG 저장탱크(30) 내부의 돌출벽(35)을 지나 이동할 수 있다. LNG 저장탱크(30) 내에 저장된 LNG를 외부로 배출할 수 있는 펌프(도시생략) 및 펌프 타워(도시생략)와 같은 설비가 LNG 저장탱크(30) 내에 하나만 설치되더라도, LNG 저장탱크(30) 내의 모든 LNG를 배출시킬 수 있도록, 하부 유체 통로(38)는 돌출벽(35)의 최하단 부분에, 즉 LNG 저장탱크(30)의 바닥에 인접하도록 형성되는 것이 바람직하다.
하부 유체 통로(38)의 설치 개수나 형태는 본 발명을 한정하지 않으며, LNG 저장탱크(30)의 크기 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.
또한, 하부 유체 통로(38)는 LNG 저장탱크(30)의 외부로부터의 열전달을 방지할 수 있도록 단열되는 것이 바람직하며, 단열 방법으로는 멤브레인형(membrane type) 저장탱크나 독립형(independent type) 저장탱크에 적용되고 있는 어떠한 단열 기술이 활용되어도 좋다.
제2 실시형태에서의 돌출벽(35)은, 단순히 LNG 저장탱크의 내부에 설치되는 격벽과 같은 구조일 수도 있고, LNG 저장탱크의 외형을 변형시킴으로써 저장탱크의 형상 자체를 변형시켜 만들어지는 구조일 수도 있다.
상술한 코퍼댐(25)(독립형 저장탱크일 경우에는 격벽)이나 돌출벽(35)과 같은 보강 구조물이 형성되는 저장탱크로서는, 독립형 저장탱크, 멤브레인형 저장탱크를 비롯하여 LNG를 저장할 수 있다면 어떠한 종류의 저장탱크일 수 있다.
LNG 저장탱크의 내부에 설치되는 코퍼댐(25)이나 돌출벽(35) 등의 보강 구조물은, 평면에서 볼 때 십자형으로, 즉 LNG 저장탱크(20, 30)의 길이방향 및 폭방향을 따라서 연장되도록 배치될 수도 있고, 길이방향만을 따라서 또는 폭방향만을 따라서 연장되도록 배치될 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, LNG 저장탱크의 내부에 슬로싱 현상을 억제하기 위한 코퍼댐, 격벽, 돌출벽 등의 보강 구조물이 설치되어, 내부 공간이 분할되는 경우에도, 적재된 LNG와 BOG를 외부로 배출시키기 위한 펌프, 펌프 타워 및 가스 돔 등의 설비를 하나의 LNG 저장탱크 당 하나씩 설치하는 것만으로도 LNG 저장탱크를 원활하게 운영할 수 있게 된다. 그에 따라 LNG 저장탱크의 제조원가를 절감하고 운영 및 관리가 용이하게 될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 부유식 해상구조물의 저장탱크 구조를, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지 식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 1은 종래기술에 따른 LNG 저장탱크의 외형을 나타내는 사시도,
도 2는 종래기술에 따른 LNG 저장탱크를 횡으로 절단한 횡단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크를 횡으로 절단한 상태의 횡단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크의 내부 구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해낸 사시도, 그리고
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크의 내부 구조를 설명하기 위하여 일부를 절단해낸 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20, 30 : LNG 저장탱크 21 : 제1 공간
22 : 제2 공간 25 : 코퍼댐
27 : 상부 유체 통로 28, 38 : 하부 유체 통로
35 : 돌출벽

Claims (11)

  1. LNG로 인한 슬로싱 현상의 영향을 감소시킬 수 있도록 LNG 저장탱크의 내부 공간을 분할하는 보강 구조물과, LNG의 이동이 가능하도록 상기 보강 구조물에 관통 형성되는 유체 통로와, 상기 LNG 저장탱크에 수용된 LNG를 배출하기 위해 분할된 내부 공간들 중 하나에 설치되는 펌프 타워를 포함하며, 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 상기 LNG 저장탱크에 있어서,
    상기 보강 구조물은 상기 LNG 저장탱크의 바닥에서 천장까지 연장되어 상기 LNG 저장탱크의 내부공간을 양분하는 코퍼댐이고,
    분할된 각각의 내부 공간에 수용된 LNG가 상기 유체 통로를 통하여 상기 펌프 타워가 설치되어 있는 내부 공간으로 유동함으로써 상기 펌프 타워를 통해 배출될 수 있도록, 상기 유체 통로는 상기 코퍼댐의 최하단 부분에 상기 LNG 저장탱크의 바닥에 인접하도록 형성되어 LNG의 이동을 가능하게 하며,
    상기 유체 통로는 상기 LNG 저장탱크의 외부로부터의 열전달을 방지할 수 있도록 단열되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유체 통로는, 상기 코퍼댐의 상부에 형성되어 LNG의 수송중 발생하는 증발가스의 이동을 가능하게 하는 상부 유체 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상부 유체 통로는 상기 코퍼댐의 최상단 부분에 상기 LNG 저장탱크의 천장에 인접하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강 구조물은, 상기 LNG 저장탱크의 내부에 길이방향이나 폭방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
  10. 삭제
  11. 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부유식 해상구조물은, 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유 상태로 사용되는, LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
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