KR101017480B1 - 열영상 적외선카메라를 이용한 ｌｎｇｃ 화물창 누설검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지상 또는 LNGC 선박에서 사용되고 있는 LNG 운반용 화물창에서 LNG 가스가 누설되는 경우에 해당 누설부위를 찾아서 유지보수 하기 위한 유지보수의 단계 즉 수리단계에서의 누설검사 장치 및 이를 이용한 누설검사 방법에 관한 것으로서, 화물창 내의 2차 단열구역 중 1차 단열막에 막혀 검사를 위한 직접적인 접근이 불가능한 구역인 2차 단열막에 발생한 누설부위를 검사하고자 하는 것이며, 이와 더불어 2차 단열막의 누설을 별도의 족장 설치 없이도 검사할 수 있도록 2차 단열막의 누설부위를 1차 단열막을 통하여 탐지하여 원거리에서 육안으로 확인하는 열영상 적외선카메라를 이용한 LNGC 화물창 누설검사 방법에 관한 것이다.

LNGC, LNG, LNG 화물창, 추적가스, 누설검사, 적외선, 열영상 적외선카메라, 이중막 단열구조

Description

열영상 적외선카메라를 이용한 ＬＮＧＣ 화물창 누설검사 방법{METHOD OF LEAK DETECTION FOR LNGC CARGO TANK USING INFRARED RAYS CAMERA}

본 발명은 기밀용기나 화물창의 누설 여부를 검사하는 비파괴검사인 누설검사 분야에 속하는 기술로, LNGC(LNG 운반 선박)에 설치된 LNG 운반용 화물창의 기밀 여부를 검사하기 위하여 적용되는 누설검사 방법에 관한 것이다.

LNGC의 화물창은 [도 1]처럼 금속으로 제작된 선박외벽(15) 내에 저온에 강한 금속으로 제작된 화물창 외벽(50)을 구성하고, 내부에는 화물창 외벽(50)과 2차 단열막(30)으로 이루어진 2차 단열구역(70)과 2차 단열막(30)과 1차 단열막(20)으로 이루어진 1차 단열구역(60)으로 두개의 단열구역을 형성하며, 각각의 단열구역에는 단열재(40)가 포함되어 있는 구조로 되어 있다.

1차 단열막(20)은 화물창의 내부 공간을 형성하며 극저온의 LNG와 직접 접촉하게 되므로 1차 단열막(20)에 누설이 발생하면 LNG가 1차 단열구역(60)으로 침투하여 LNGC에 위험을 초래하여 폭발 위험성이 발생한다.

여기서 단열막(Membrane)은 스테인레스, 인바(Invar, 철과 니켈이 주성분인 열팽창률이 아주 작은 합금) 등으로 구성되며, 두께는 0.7밀리미터 내지 3밀리미터 이하의 아주 얇은 판을 일정 크기로 조립하고 용접하여 제작한다.

단열재(40)는 유리섬유, 퍼라이트, 우레탄폼 등을 일정 크기로 제작하여 조립되어지며 화물창 외벽(50)과 2차 단열막(30), 2차 단열막(30)과 1차 단열막(20) 사이를 단열하는 역할을 한다.

LNGC의 화물창 제작 과정에서 보면, [도 2]처럼 화물창 외벽(50)을 제작하고 화물창 외벽(50)의 내부 둘레로 단열재(40)를 시공한 후 2차 단열막(30)을 조립 용접하여 1차 누설검사를 시행한다. 이때, 화물창 외벽(50)과 2차 단열막(30) 사이의 구간을 2차 단열구역(70)이라 한다.

2차 단열구역(70)에 누설이 없는 것이 검증되면 2차 단열막(30) 위에 단열재(40)를 다시 시공하고 1차 단열막(20)을 조립 용접한 후 2차 누설검사를 시행한다(이때, 2차 단열막(30)과 1차 단열막(20) 사이의 구간을 1차 단열구역(60)이라 한다). 2차 누설검사가 완료되면 화물창의 누설검사가 완료된다.

모든 검사 완료 후에 화물창에 LNG를 저장하기 위하여 화물창의 1차 단열구역(60) 내부에 질소가스를 주입하여 화물창을 냉각시킨다. 이는 대기 중에 노출되어 상온을 유지하고 있는 화물창의 단열막을 보호하고 액화 LNG 주입 시 온도차에 의해 격렬히 기화하는 가스의 압력으로 인하여 화물창에 갑자기 가해지는 압력을 최소화하기 위함이다. 즉, 화물창 내부의 온도를 미리 냉각시켜서 공급되는 액화 LNG의 기화를 최대한 막는 것이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 검사대상이 되는 LNGC(LNG 운반 선박)의 화물창은 고압으로 압축하여 액화된 영하 162˚C의 초저온 LNG를 저장, 운반하는 특성상 LNG의 저장 및 하역에 따른 압력변화에 따라서 지속적인 압축, 팽창과 같은 구조적 스트레스를 받게 된다. 더욱이 LNG 선박은 험난한 대양을 운항하면서 LNG를 운반하는 선박으로 화물창 내부에서 LNG가 액체상태로 운반되며 이에 따른 화물창 내의 액체의 유동에 의한 슬로싱이 발생하여 지속적으로 화물창의 구조물 즉 단열막에 충격을 가하여 피로를 누적시킨다.

이로 인하여 1차, 2차 단열막(20, 30)에 용접 결함이나 물리적인 요인에 의하여 단열막이 손상되면 단열막 내부의 진공 또는 가압 상태가 유지되지 못하여 단열효과의 저하 및 LNG의 누설을 초래하게 된다.

단열막의 누설로 인한 단열성능 저하는 저장 중인 LNG의 기화 압력을 높이게 되는데, 그것이 화물창의 설계압력보다 높아지게 되면 LNG를 외부로 배출하여 화물창의 압력을 낮추어야 하는 문제가 발생한다. 이것은 저장된 LNG의 소모를 뜻한다.

LNG 선박의 경우 운반 중에 기화된 LNG가 과압으로 인하여 외부로 배출되어 소모된다면 큰 손해(추정금액 수십억)를 보게 된다. 또한 1차 단열막이 손상을 입어서 누설되면 기화된 LNG가 1차 단열재(40)로 유입되어 폭발할 우려가 있으므로 위험하다. 이러한 이유 때문에 화물창의 누설검사가 꼭 필요하다.

본 발명은 화물창의 제작단계의 검사에서 필요한 누설검사 방법에 관한 것이 아니라, 제작과 검사를 모두 마치고 실제 LNG를 저장하고 운반하는 사용단계에서 발생하는 LNG 가스의 누설부위를 찾아서 유지보수 하기 위한 유지보수의 단계 즉 수리단계에서의 누설검사에 필요한 누설검사 방법에 관한 것이다.

화물창에는 제작 당시 단열막의 내부에 일정 간격으로 온도센서를 설치하고 단열구역과 연결된 배관라인에 압력측정기기와 가스측정구를 설치하는데, 이러한 센서들을 이용하여 단열막의 누설여부 및 LNG 가스의 누설을 감지하게 된다. 즉, 화물창의 단열막의 손상으로 인하여 누설부위가 발생하게 되면 가장 먼저 1차, 2차 단열막(20, 30)에 설치된 온도센서의 온도변화가 감지되는데(온도가 내려감), 이때의 온도변화와 단열구역의 압력변화를 이용하여 가스의 누설 여부를 알 수 있으며, 더불어 배관에 설치된 가스측정구에서 가스측정기로 가스농도를 측정하여 가스의 누설 여부를 알 수도 있는 것이다.

본 발명은 이처럼 가스누출이 의심되거나 선박에 설치된 기기들에 의해서 가스누출이 확인되어 수리를 할 경우에 적용되는 누설검사 방법에 관한 것인데, 이하에서는 관련된 기술적 사항을 LNG 선박의 예를 들어서 설명하도록 한다(지상의 LNG 저장탱크 보다 해상에서 운항하는 LNG 선박이 더욱더 악조건에서 운영되므로).

LNG 선박은 조선소에서 건조될 당시 화물창의 단열구역에 대한 기밀 여부를 검사하기 위하여 누설검사를 실시한다. LNG 선박의 건조 당시 누설검사가 완료되어 선박의 운항에 안전하다고 판정을 받고 해상 시운전 및 실제 LNG 인수기지에서의 가스하역 테스트 등을 통과한 후 실해역에 투입되어 LNG를 운반하게 되는 것이다.

그런데, LNGC가 운항하게 되는 해상은 많은 악조건이 존재하며 화물창 내부 에 저장 중인 영하 162˚C의 초저온 LNG의 슬러싱(유동)과 장기간의 운항에 따라 반복되는 화물창의 압력변화에 의하여 화물창을 구성하는 단열막의 모재나 용접부에 문제가 발생하여 단열구역 내부로 LNG가 누설되는 사고가 발생하기도 한다.

이처럼 실해역에 투입되어 운항 중에 있는 LNG 선박의 화물창에서 누설이 발생할 경우에는 선박의 운항을 중단하고 적재 중인 LNG를 모두 하역한 상태에서 수리 조선소로 입항 또는 Redocking(수리를 위하여 DOCK에 배치시키는 것)하여 최대한 빨리 수리를 완료하여야만 한다.

누설부위를 수리하기 위해서는 먼저 정확한 누설부위를 찾아야 하고, 정확한 누설부위를 찾기 위해서는 누설검사를 수행하여야 하는데, 화물창의 어느 부위에서 누설이 발생하였는지 알 수 없기 때문에 화물창의 1차 단열막(20)을 전부 검사하여서 누설부위를 찾아야만 한다.

이때, 기존의 검사방법에 따르면, 제작 당시와 같은 방식의 누설검사를 하여야 하는데, 그러기 위해서는 화물창의 내부 전부분에 작업용 족장을 설치하여서 1차 단열막(20)의 표면의 전면(全面)에 작업자의 접근이 가능하게 하여야만 한다.

그러나 선주에게 인도되어 운항 중인 LNG 선박의 화물창 내부에는 [도 3]처럼 검사나 작업에 필요한 족장 등의 시설물이 설치되어 있지 않다. 따라서 이처럼 검사 또는 수리작업을 위한 족장 설치에 소요되는 비용과 기간은 상당할 수밖에 없다.

[도 2]처럼 LNG 선박의 화물창 내부 크기는 대략 길이 40미터, 폭 30미터, 높이 30미터 이상으로 작업용 조립식 족장이 없으면 화물창의 특정 높이 이상은 검사 및 수리작업을 할 수 없다. 더욱이 최근에 제작되는 LNG 선박들은 그 크기가 훨씬 더 크다. 최대한의 수송성능을 발휘하기 위하여 점점 대형화되어 가고 있는 것이다. 그리고 화물창의 내부로 접근하기 위한 출입구(개구부)도 한정적이며 크기도 작다. 대략 직경 2미터 정도의 Gas Dome(80)(저장탱크 천정부 위치)의 Cover를 Open 하여야만 검사와 수리작업에 필요한 장비 자재 등을 운반할 수 있다.

이러한 작은 공간으로 화물창의 내부에 조립식 작업족장(작업발판)을 전부 설치하려면 1개의 화물창 당 20억원 이상의 족장설치비와 30일 이상의 기간이 소요되므로 선박운항 지연에 따른 선주 측의 금전적 손실 부담(추정컨대 1일 운항을 못할 때 마다 몇 억씩 손해를 보게 된다)이 크게 된다. 또한 화물창 내부 전체에 족장을 설치하는 경우 많은 자재들의 출입이 있으므로 이로 인한 단열막의 훼손 가능성 또한 높아지게 된다.

한편, 본 발명에서는 상기에서 언급한 당면과제보다 더욱 힘든 2차 단열막(30)의 누설을 검사할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.

[도 1]처럼 2차 단열막(30)은 화물창 외벽(50)과 1차 단열막(20)의 사이에 존재하며 화물창 외벽(50)과 2차 단열막(30)의 사이에 2차 단열구역(70)을 만들어 주어 1차 단열막(20)에서 누설이 발생하여 화물창에 실려 있는 LNG(영하162도의 액화 천연가스)가 1차 단열구역(60)으로 침투할 경우 화물창 외벽(50)을 극저온의 LNG로부터 보호하는 기능을 하는 것으로 일종의 안전장치라고 할 만큼 중요한 구조 이다.

그런데, LNGC(LNG 운반 선박)의 경우 2차 단열막(30)은 1차 단열막(20)에 가려져 있기 때문에 접근을 할 수 없으며, 더욱이 화물창의 높이가 최소 30미터 이상이 되므로 발판이나 족장이 없이는 상부로의 접근이 불가능하다. 따라서 1차 단열막(20)에 가려져 검사할 수 없는 2차 단열막(30)을 1차 단열막(20)을 훼손하지 않고 검사할 수 있는 한편 화물창 내의 접근 불가능 구역을 별도의 족장 설치 없이도 검사할 수 있는 누설검사 방법을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 1차 단열막에 가려져 검사할 수 없었던 2차 단열막을 1차 단열막을 훼손하지 않고 검사할 수 있는 한편 화물창 내의 접근 불가능 구역을 별도의 족장 설치 없이도 검사할 수 있는 누설검사 방법을 제시한다. 즉, 본 발명은 추적가스로 인한 1차 단열막의 표면상의 온도 변화를 원거리에서 육안으로 감지함으로써 지상 또는 LNGC 선박에서 사용되고 있는 LNG 운반용 화물창 내의 2차 단열구역 중 2차 단열막에 발생한 누설부위를 확인하는 한편 기존 접근 불가능 구역을 별도의 족장 설치 없이도 검사할 수 있도록 하는 열영상 적외선카메라를 이용한 LNGC 화물창 누설검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 추적가스(2)가 압축 보관된 가스통과 연결되어 있으며 가스통으로부터 배출되어 나오는 추적가스(2)의 압력을 1차적으로 조절하는 1차 압력밸브(2-1), 1차 압력밸브(2-1)를 통과한 추적가스(2)의 온도를 조절하는 추적가스 온도조절기(3), 추적가스(2)의 온도를 측정하는 추적가 스 온도측정기(3-1), N2가스주입배관(10)을 통하여 화물창의 2차 단열구역(70)에 주입되는 추적가스(2)의 압력을 최종적으로 조절하는 2차 압력밸브(2-2), 추적가스(2)와 화물창 내부의 대기 온도차를 발생시킴으로써 2차 단열막(30)에 발생한 누설부위로부터 누설되어 나오는 추적가스(2)로 인한 1차 단열막(20)의 온도 변화가 열영상 적외선카메라(1)에 의해서 용이하게 감지되도록 하는 화물창 온도조절기(4), 화물창 내부의 대기 온도를 측정하는 화물창 온도측정기(4-1), 및 누설구역의 1차 단열막(20)의 표면온도 변화를 원거리에서 감지하여 2차 단열막(30)에서의 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하는 열영상 적외선카메라(1)를 이용한 LNGC 화물창 누설검사 방법으로서, 화물창의 상태 및 구조, 용량, 사용 년수를 파악하고, 화물창과 연결된 주변기기의 사용가능 여부와 운항 중 측정된 가스감지 및 온도측정 데이터를 확인하는 단계(S100); 화물창의 내부로 출입할 수 있는 출입구를 개방하고 화물창 내부의 공기를 환기시키는 단계(S200); 화물창의 질소가스 공급 및 배기용 라인(배관)과 누설검사장치(압력조정 및 모니터링 장치)를 연결하기 위하여 가배관을 설치 연결하는 단계(S300); 화물창의 1차, 2차 단열구역에 질소가스 또는 건조공기를 주입하여 순환 배기시켜 1차, 2차 단열구역의 내부에 잔존하는 LNG를 배출시키는 단계(S400); 진공펌프를 이용하여 화물창의 1차 단열구역(60), 2차 단열구역(70)에 진공이 형성되도록 한 후 1차 단열구역(60), 2차 단열구역(70)에 대기압 이상의 정해진 압력조건까지 추적가스(2)를 주입하는 단계(S500); 및 화물창 내부에서 육안검사 및 청음테스트를 실시하고 그 결과에 따라 열영상 적외선카메라(1)로 누설구역의 1차 단열막(20)의 표면온도 변화를 원거리에서 감지하여 2차 단열막(30)에서의 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하는 방법을 이용하여 누설검사를 실시하는 단계(S600)를 포함하는 열영상 적외선카메라를 이용한 LNGC 화물창 누설검사 방법을 제시한다.

본 발명의 가장 큰 효과는 기존에는 검사하기가 매우 어렵고 번거로웠던 2차 단열막의 누설을 손쉽게 검사할 수 있는 방법을 구현하였다는 데에 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 2차 단열막에 누설이 발생하였을 경우 1차 단열막을 해체하지 않고서도 누설구역을 쉽게 탐지할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명은 기존의 제작단계의 누설검사 방법인 화물창 내부에 전체적으로 족장을 설치하고 직접 검사하는 방법에서 벗어나, 족장을 설치하지 않고 원거리에서 열영상 적외선카메라를 이용하여 족장 설치 없이는 사람이 접근하지 못하는 구역을 간접적으로 검사할 수 있도록 하는 방법을 실현하기 위하여 개발된 것으로서, 화물창 전체를 직접 검사하는 기존의 누설검사 방법보다 빠른 시간 내에 검사를 완료할 수 있으며, 누설이 발견되면 누설부위만 부분적으로 족장을 설치하면 되므로 기존의 화물창 내부 전체에 대한 족장설치비(화물창 당 약 20억)와 수리기간(족장 설치기간만 약 30일)의 부담을 해소하여 화물창의 검사에 소요되는 비용과 기간의 절감 효과를 이끌어 낼 수 있다.

본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

A. 화물창의 누설검사 장치

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하고자 [도 3] 및 [도 4]처럼 물체의 표면온도를 영상화하여 검출할 수 있는 열영상 적외선카메라(1)를 이용하여 2차 단열막(30)에 발생한 누설부위로부터 누설되어 나오는 추적가스(2)와 화물창 대기 중 공기 상호간의 온도차에 의해서 발생하는 1차 단열막(20) 표면에서의 적외선의 강약을 영상으로 표현하여 검사자가 직접 또는 디스플레이장치를 통해서 확인하는 과정을 통하여 화물창의 2차 단열막(30)의 누설 여부를 검사할 수 있는 방법을 구현하였다.

본 발명에서 열영상 적외선카메라(1)는 물체의 표면온도를 측정하여 영상으로 표현(물체의 표면에서 반사되는 적외선을 검출하여 영상으로 출력)할 수 있는 기능이 장착된 적외선카메라로, 2차 단열막(30)에 발생한 누설부위로부터 누설되어 나오는 추적가스(2)에 의해 부분적으로 온도가 변한 1차 단열막(20)의 일부 표면(1차 단열막(20) 중 2차 단열막(30)에 발생한 누설부위와 근접하여 있는 부분)과 화물창 대기의 온도와 비슷한 1차 단열막(20)의 표면(1차 단열막(20) 중 2차 단열막(30)에 발생한 누설부위로부터 멀리 떨어져 있는 부분) 상호간의 온도차를 검출하여 2차 단열막(30)에 발생한 누설부위를 찾아내는 수단으로 사용된다([도 3] 및 [도 4] 참조).

본 발명은 [도 5]에서 보는 바와 같이 화물창의 2차 단열구역(70) 내부에 추적가스(2)를 주입하기 위하여 N2가스주입배관(10)을 이용한다. N2가스주입배관(10)은 LNGC 선체 상부의 배관라인을 형성하고 있으며 각각의 화물창의 2차 단열구역(70)과 연결되어 있다.

본 발명은 추적가스(2)가 압축 보관된 가스통과 연결되어 있으며 가스통으로부터 배출되어 나오는 추적가스(2)의 압력을 1차적으로 조절하는 1차 압력밸브(2-1), 1차 압력밸브(2-1)를 통과한 추적가스(2)의 온도를 조절하는 추적가스 온도조절기(3), 추적가스(2)의 온도를 측정하는 추적가스 온도측정기(3-1), N2가스주입배관(10)을 통하여 화물창의 2차 단열구역(70)에 주입되는 추적가스(2)의 압력을 최종적으로 조절하는 2차 압력밸브(2-2), 추적가스(2)와 화물창 내부의 대기 온도차 를 발생시킴으로써 2차 단열막(30)에 발생한 누설부위로부터 누설되어 나오는 추적가스(2)로 인한 1차 단열막(20)의 온도 변화가 열영상 적외선카메라(1)에 의해서 용이하게 감지되도록 하는 화물창 온도조절기(4), 화물창 내부의 대기 온도를 측정하는 화물창 온도측정기(4-1), 및 누설구역의 1차 단열막(20)의 표면온도 변화를 원거리에서 감지하여 2차 단열막(30)에서의 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하는 열영상 적외선카메라(1)를 포함하는 일련의 누설검사 장치를 기반으로 하여 실현될 수 있다.

추적가스(2)가 압축되어 있는 가스통에 1차 압력밸브(2-1)가 설치되고, 1차 압력밸브(2-1)에서 압력이 조절된 추적가스(2)는 N2가스주입배관(10)을 따라서 추적가스 온도조절기(3)를 통과하면서 상황에 따라서 냉각 또는 가열되며, 추적가스(2)의 온도는 추적가스 온도측정기(3-1)에 의해서 측정되고, 냉각 또는 가열되어진 추적가스(2)는 2차 압력밸브(2-2)에 의해서 최종적으로 압력이 조절되어 N2가스주입배관(10)을 통하여 2차 단열구역(70)으로 주입되어진다.

본 발명에서 열영상 적외선카메라(1)가 추적가스(2)로 인하여 부분적으로 온도가 변한 1차 단열막(20)의 온도 변화를 검출할 수 있는 감도를 높이기 위해서는 대기 중의 공기의 온도를 조절하여 추적가스(2)와의 온도차를 발생시켜야 하는데(추적가스(2)와 대기 중 공기의 온도차가 10℃ 이상 나는 경우 검출감도가 더욱 향상되는 특징이 있음), 이를 위하여 화물창 내부의 온도를 냉각 또는 가열하여 주는 화물창 온도조절기(4)를 추가적으로 구성한다.

이때, 화물창 온도조절기(4)는 추적가스(2)나 대기 중의 공기에 직접 온도변화를 주는 구조가 아니고 배관이나 열교환기 등을 통해서 간접적으로 온도변화를 주는 구조이어야 한다. 그 이유는 사용되는 추적가스(2)가 가연성 가스와 같이 폭발 위험성이 있는 가스가 될 수 있기 때문이며, 화물창 내부나 1차 단열구역(60), 2차 단열구역(70)에 습기(수분)가 유입되면 부식현상 또는 화물창 내 LNG 주입 시 습기에 의한 결빙현상이 발생하게 되어 이를 방지하기 위한 제습작업을 실시해야 하기 때문이다. 이 경우, 가열 또는 냉각된 건조공기 혹은 N2가스(질소가스)를 화물창의 상부 중앙에 있는 Gas Dome을 이용하여 주입하면 쉽게 화물창의 온도를 조절할 수 있다.

화물창 온도조절기(4)는 냉각과 가열 겸용의 장치를 사용하면 되나 굳이 이러한 장치가 아니더라도 냉각 또는 가열만 할 수 있는 장치를 사용할 경우는 어느 쪽이든 냉각 또는 가열의 조건이 필요한 쪽에 사용되면 된다. 화물창 내부의 온도는 화물창 온도측정기(4-1)에 의해서 측정된다.

검사를 실시하는 곳의 온도 상태를 파악하여 예를 들면, 여름의 경우는 화물창 내부의 온도가 높을 것이므로 화물창의 온도는 조금 더 높여주고 추적가스(2)의 온도는 냉각시켜 화물창 내부의 온도보다 10℃이상 낮게 만들어주면 되고 겨울의 경우는 정반대의 조건을 만들어주면 된다.

상기의 방법으로 열영상 적외선카메라(1)의 검출감도를 향상시키면 20~30m 떨어진 원거리에서도 일정량 이상으로 누설된 추적가스(2)에 의하여 부분적으로 온도가 변한 1차 단열막(20)의 위치 및 범위를 검출할 수 있다. [도 4]처럼 화물창 내부의 중앙 위치에 열영상 적외선카메라(1)를 외부에서 원격조정 할 수 있는 상하좌우 회전이 가능한 거치대 위에 설치하고 사람들을 대피시킨다. 작업자는 열영상 적외선카메라(1)를 화물창의 외부에서 원격으로 조작할 수 있으며, 열영상 적외선카메라(1)로 촬영한 영상을 판독하여 추적가스(2)가 누설되는 부위를 확인할 수 있다.

냉각 또는 가열한 추적가스(2)를 N2가스주입배관(10)을 통하여 주입하면 [도 3]처럼 2차 단열구역(70) 내에 추적가스(2)가 채워지게 되는데, 이때의 압력은 제작 당시의 검사조건 압력보다 낮게 유지시켜 줘야 한다. 만일 압력을 제작 당시의 검사 압력보다 더 높일 경우 기존의 검사 완료된 누설검사 결과를 보증하지 못하는 상황이 발생하고 만다.

만약 2차 단열막(30)에 누설이 발생한 경우에는 2차 단열구역(70)의 내부에 추적가스(2)를 주입함과 동시에 2차 단열막(30)에 발생한 누설부위에서 추적가스(2)가 누설되어 1차 단열구역(60) 내부로 나오게 될 것이며, 1차 단열막(20)의 표면 중 일부분에서는 추적가스(2)로 인한 온도의 변화가 나타나게 될 것이다. 이것을 열영상 적외선카메라(1)를 이용하여 검출하여 해당 누설부위를 찾는 것이다. 이러한 장치를 사용하면, 검사하고자 하는 지점에 직접 올라가지 않고서도 화물창의 특정 위치에서 원격으로 안전하게 누설검사를 실시함으로써 접근 불가구역의 누설검사를 간단하게 할 수 있다.

B. 화물창의 누설검사 방법

지상 또는 LNG 선박의 화물창에 문제가 발생하여 LNG가 누설될 경우 비파괴검사의 한 분야인 누설검사를 실시하여 누설부위를 찾은 다음 누설부위를 수리하여 화물창의 안전성을 확보하여야 하는 바, 이하에서는 본 발명에 따른 열영상 적외선카메라를 이용한 LNGC 화물창 누설검사 방법을 이용하여 이러한 누설검사를 수행하는 방법(순서)에 대하여 상세하게 설명한다([도 6] 참조).

본 발명에 따른 화물창 누설검사 방법은 크게 화물창 데이터 획득 단계(S100), 출입구 개방 및 환기 단계(S200), 가배관 연결 단계(S300), 단열구역 배기 단계(S400), 단열구역 감압 및 가압 단계(S500), 육안검사 및 청음테스트 단계(S600)를 포함하고 있으며, 육안검사 및 청음테스트 단계(S600) 이후에 본 발명에 따른 화물창 누설검사 방법의 본격적인 적용이 이루어지게 된다.

S100. 화물창 데이터 획득 단계

먼저 화물창의 상태 및 구조, 용량, 사용 년수 등을 파악하고 화물창과 연결된 주변기기의 사용가능 여부를 확인한다. 또한, 운항 중 측정된 가스감지 및 온도측정 데이터를 확인한다.

S200. 출입구 개방 및 환기 단계

화물창의 내부로 출입할 수 있는 출입구를 개방하고 화물창 내부의 공기를 환기시켜서 산소, 일산화탄소, 메탄의 농도를 확인하여 작업자 출입이 가능한 기준이 되도록 환기시킨다.

S300. 가배관 연결 단계

화물창의 1차 단열구역(60), 2차 단열구역(70)에는 냉각을 위한 질소가스 공급 및 배기용 라인(배관)이 각각 설치되어 있는데, 이러한 질소가스 공급 및 배기용 라인(배관)과 기존 누설검사장치(압력조정 및 모니터링 장치)를 연결하기 위하여 가배관을 설치 연결한다.

S400. 단열구역 배기 단계

화물창의 1차 단열구역(60), 2차 단열구역(70)에 질소가스 또는 건조공기를 주입하여 순환 배기시켜 단열구역의 내부에 잔존하는 LNG를 배출시킨다. 잔존 LNG가스(hydrocarbon)의 농도를 화기작업이 가능한 기준까지 저하시켜야 하기 때문이다.

S500. 단열구역 감압 및 가압 단계

1차 단열구역(60), 2차 단열구역(70) 내의 LNG가스 농도가 낮아지면 누설검사 장치의 대용량 진공펌프를 이용하여 화물창의 1차 단열구역(60), 2차 단열구역(70)에 진공이 형성되도록 한다(감압).

이때, 진공 형성 및 가압시 2차 단열구역(70)의 압력은 1차 단열구역(60)의 압력과 같거나 낮아야 한다. 그 이유는 2차 단열구역(70)의 압력이 1차 단열구역(70)의 압력보다 클 경우에는 단열재(40) 및 1차, 2차 단열막(20, 30)의 구조적 변형을 초래할 수 있기 때문이다. 따라서 본 단계에서는 2차 단열구역(70)에 먼저 진공을 형성한 후 1차 단열구역(60)에 진공을 형성하는 것이 바람직하다.

이처럼 단열구역에 진공이 형성되도록 하는 이유는 화물창의 단열구역은 단열재(40)가 조밀하게 부착되어 있는 구조이므로 단열구역에 진공을 형성한 후 추적(2)가스를 +압력으로 가압하면 추적가스(2)가 빠른 시간 내에 균일하게 주입될 수 있기 때문이다.

단열구역에 진공이 형성되고 나면 2차 단열구역(70)에 +15mbar 이하의 정해진 압력조건까지 추적가스(2)를 주입한다(가압). 추적가스(2)는 농도를 조절하기 위하여 질소 또는 건조공기와 혼합하여 주입할 수도 있다. 1차 단열구역(60)은 대기압과 같게 밸브를 열어 대기 중에 공유시킨다.

이때, 수리단계의 누설검사 시에는 제작단계의 누설검사 압력조건보다 더 작은 압력을 사용하여야 한다. 그 이유는 화물창의 단열구역을 감압 또는 가압하면 1차 단열막(20), 2차 단열막(30)이 늘어나게 되는데, 사용 년수에 따라서 다르지만 화물창의 단열막은 이미 스트레스를 받거나 부식되어서 약해져 있는 상태이므로 압력조건을 낮추어서 검사하여야만 이러한 단열막의 파손을 방지할 수 있기 때문이다.

예를 들자면 제작검사 당시 -800mbar의 진공을 걸었다면 수리검사 시에는 이 보다 낮은 -525mbar 정도의 진공을 걸고, 제작검사 당시 +20mbar의 가압을 하였다면 수리검사 시에는 이보다 낮은 +15mbar 정도의 압력으로 검사를 하여야 하는 것이다.

S600. 육안검사 및 청음테스트 단계

화물창의 1차 단열구역(60), 2차 단열구역(70)에 진공을 형성하기 전 및 감압하는 동안 화물창 내부로 작업자가 진입하여 육안으로 직접 누설부위를 검사하는데, 이때 청각을 이용하거나 청진기 또는 소리 증폭기능을 갖는 기기를 이용하여 청음테스트(Sounding Test)를 함께 실시한다.

위의 방법을 적용하는 이유는 만일 누설이 클 경우 화물창의 바닥 및 가시거리 내의 누설부위는 육안검사 및 청음테스트를 이용하여 발견 가능하며 이 경우 단시간에 검사를 완료할 수 있기 때문이다.

< 누설부위 발견시 >

S601. 육안검사 및 청음테스트를 통하여 누설부위를 발견하게 되면 누설부위를 용접하여 수정하며 수정된 용접부위에 대해서는 아래와 같은 검사를 실시한다.

S602. 비파괴검사의 한 방법인 침투탐상의 방법을 이용하여 검사하고 발견되는 결함은 보수작업을 한 후 결함이 전부 제거될 때까지 다시 검사한다.

S603. 진공상자시험(Vacuum Box Test)을 실시하여 누설 여부를 검사한다. 누설이 재 발견되면 수정용접을 한 후 상기 S602의 검사를 다시 실시한다.

S604. 상기 S602 및 S603의 검사에서 누설부위가 발견되지 않으면 압력온도변화 모니터링 테스트(Global Test)를 실시한다.

S605. 압력온도변화 모니터링 테스트에서 누설부위가 아직 존재한다고 판단되면, 앞의 육안검사 및 청음테스트에서 발견되지 않은 미세한 누설 및 족장 없이는 접근이 불가능한 구역 즉 화물창 상부구역에서의 누설이므로, 화물창의 상부구역을 검사하기 위하여 열영상 적외선카메라(1)를 이용한 누설검사(Leak Test)를 실시한다.

즉, 열영상 적외선카메라(1)로 누설구역의 1차 단열막(20)의 표면온도 변화를 원거리에서 감지하여 2차 단열막(30)에서의 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하는 방법을 이용하여 족장 등의 보조설비 없이는 접근이 불가능한 화물창의 상부구역에 누설이 의심되는 지점을 찾은 다음 이 부분에 조립식 이동형 족장을 부분적으로 설치하여 누설발생 부위로 이동한 후 열영상 적외선카메라(1)를 이용하여 보다 정밀하게 추적가스(2)의 누설 여부를 확인해 내는 것이다.

누설부위가 발견되면 누설부위를 용접하여 수정하며(S601), 수정된 용접부위에 대해서는 상기 S602 내지 S604와 같은 검사를 다시 시행한다.

S606. 압력온도변화 모니터링 테스트에서 누설부위가 없다고 판단되면 화물창의 누설검사에서 합격하였으므로 누설검사를 종료한다. 열영상 적외선카메라를 이용한 LNGC 화물창 누설검사 방법에서 누설부위를 발견할 수 없는 경우에도 물론 누설검사를 종료한다.

< 누설부위 미발견시 >

S605. 육안검사 및 청음테스트를 실시하여도 화물창의 바닥구역에서 누설부위를 발견하지 못하였을 경우에는, 앞의 육안검사 및 청음테스트에서 발견되지 않은 미세한 누설 및 족장 없이는 접근이 불가능한 구역 즉 화물창 상부구역에서의 누설이므로, 화물창의 상부구역을 검사하기 위하여 열영상 적외선카메라(1)를 이용한 누설검사를 실시한다.

즉, 열영상 적외선카메라(1)로 누설구역의 1차 단열막(20)의 표면온도 변화를 원거리에서 감지하여 2차 단열막(30)에서의 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하는 방법을 이용하여 족장 등의 보조설비 없이는 접근이 불가능한 화물창의 상부구역에 누설이 의심되는 지점을 찾은 다음 이 부분에 조립식 이동형 족장을 부분적으로 설치하여 누설발생 부위로 이동한 후 열영상 적외선카메라(1)를 이용하여 보다 정밀하게 추적가스(2)의 누설 여부를 확인해 내는 것이다.

누설부위가 발견되면 누설부위를 용접하여 수정하며(S601), 수정된 용접부위에 대해서는 상기 S602 내지 S604와 같은 검사를 다시 시행한다.

S606. 압력온도변화 모니터링 테스트에서 누설부위가 없다고 판단되면 화물창의 누설검사에서 합격하였으므로 누설검사를 종료한다. 열영상 적외선카메라(1)를 이용한 누설검사 시 누설부위를 발견할 수 없는 경우에도 물론 누설검사를 종료한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으 로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 LNG 선박에 탑재된 화물창의 구조 및 단열구역의 구조를 나태내고 있다.

도 2는 LNG 선박에 탑재된 화물창의 내부를 촬영한 사진이다.

도 3은 열영상 적외선카메라를 이용하여 누설을 검출하는 원리를 설명한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 바람직한 실시예로 화물창을 열영상 적외선카메라를 이용하여 누설검사를 수행하는 상황을 나타내고 있다.

도 5는 본 발명의 열영상 적외선카메라의 추적가스 검출감도를 높이기 위한 방법을 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 화물창의 누설검사 방법이 실행되는 과정을 보여주는 플로 차트이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

1 : 열영상 적외선카메라 10 : N2가스주입배관

2 : 추적가스 15 : 선박외벽

2-1: 1차 압력밸브 20 : 1차 단열막

2-2: 2차 압력밸브 30 : 2차 단열막

3 : 추적가스 온도조절기 40 : 단열재

3-1 : 추적가스 온도측정기 50 : 화물창 외벽

4 : 화물창 온도조절기 60 : 1차 단열구역

4-1 : 화물창 온도측정기 70 : 2차 단열구역

80 : Gas Dome구역

Claims (3)

1. 추적가스(2)가 압축 보관된 가스통과 연결되어 있으며 가스통으로부터 배출되어 나오는 추적가스(2)의 압력을 1차적으로 조절하는 1차 압력밸브(2-1), 1차 압력밸브(2-1)를 통과한 추적가스(2)의 온도를 조절하는 추적가스 온도조절기(3), 추적가스(2)의 온도를 측정하는 추적가스 온도측정기(3-1), N2가스주입배관(10)을 통하여 화물창의 2차 단열구역(70)에 주입되는 추적가스(2)의 압력을 최종적으로 조절하는 2차 압력밸브(2-2), 추적가스(2)와 화물창 내부의 대기 온도차를 발생시킴으로써 2차 단열막(30)에 발생한 누설부위로부터 누설되어 나오는 추적가스(2)로 인한 1차 단열막(20)의 온도 변화가 열영상 적외선카메라(1)에 의해서 용이하게 감지되도록 하는 화물창 온도조절기(4), 화물창 내부의 대기 온도를 측정하는 화물창 온도측정기(4-1), 및 누설구역의 1차 단열막(20)의 표면온도 변화를 원거리에서 감지하여 2차 단열막(30)에서의 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하는 열영상 적외선카메라(1)를 이용한 LNGC 화물창 누설검사 방법으로서,

   화물창의 상태 및 구조, 용량, 사용 년수를 파악하고, 화물창과 연결된 주변기기의 사용가능 여부와 운항 중 측정된 가스감지 및 온도측정 데이터를 확인하는 단계(S100);

   화물창의 내부로 출입할 수 있는 출입구를 개방하고 화물창 내부의 공기를 환기시키는 단계(S200);

   화물창의 질소가스 공급 및 배기용 라인(배관)과 누설검사장치(압력조정 및 모니터링 장치)를 연결하기 위하여 가배관을 설치 연결하는 단계(S300);

   화물창의 1차, 2차 단열구역에 질소가스 또는 건조공기를 주입하여 순환 배기시켜 1차, 2차 단열구역의 내부에 잔존하는 LNG를 배출시키는 단계(S400);

   진공펌프를 이용하여 화물창의 1차 단열구역(60), 2차 단열구역(70)에 진공이 형성되도록 한 후 1차 단열구역(60), 2차 단열구역(70)에 대기압 이상의 정해진 압력조건까지 추적가스(2)를 주입하는 단계(S500); 및

   화물창 내부에서 육안검사 및 청음테스트를 실시하고 그 결과에 따라 열영상 적외선카메라(1)로 누설구역의 1차 단열막(20)의 표면온도 변화를 원거리에서 감지하여 2차 단열막(30)에서의 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하는 방법을 이용하여 누설검사를 실시하는 단계(S600)

   를 포함하는 열영상 적외선카메라를 이용한 LNGC 화물창 누설검사 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 S600 단계는,

   육안검사 및 청음테스트에서 누설부위가 발견되는 경우에는,

   당해 누설부위를 용접하여 수정하는 단계(S601);

   수정된 부위를 비파괴검사의 한 방법인 침투탐상의 방법을 이용하여 검사하고 발견되는 결함은 보수작업을 하는 단계(S602);

   진공상자시험을 실시하여 누설 여부를 검사하고 누설이 또 발견되면 수정용접을 한 후 상기 S602 단계의 검사를 다시 실시하는 단계(S603);

   상기 S602 및 S603 단계의 검사에서 누설부위가 더 이상 발견되지 않으면 압력온도변화 모니터링 테스트를 실시하는 단계(S604);

   압력온도변화 모니터링 테스트에서 누설부위가 아직 존재한다고 판단되면, 열영상 적외선카메라(1)로 누설구역의 1차 단열막(20)의 표면온도 변화를 원거리에서 감지하여 2차 단열막(30)에서의 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하는 방법을 이용하여 족장 등의 보조설비 없이는 접근이 불가능한 화물창의 상부구역에 누설이 의심되는 지점을 찾은 다음 이 부분에 조립식 이동형 족장을 부분적으로 설치하여 누설발생 부위로 이동한 후 열영상 적외선카메라(1)를 이용하여 보다 정밀하게 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하고, 누설부위가 발견되면 당해 누설부위를 용접하여 수정하며 수정된 용접부위에 대해서는 상기 S602 내지 S604와 같은 검사를 다시 시행하는 단계(S605); 및

   압력온도변화 모니터링 테스트에서 누설부위가 없다고 판단되거나 열영상 적외선카메라(1)를 이용한 누설검사에서 누설부위를 발견할 수 없는 경우에는 누설검사를 종료하는 단계(S606)

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열영상 적외선카메라를 이용한 LNGC 화물창 누설검사 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 S600 단계는,

   육안검사 및 청음테스트에서 누설부위가 발견되지 않는 경우에는,

   열영상 적외선카메라(1)로 누설구역의 1차 단열막(20)의 표면온도 변화를 원거리에서 감지하여 2차 단열막(30)에서의 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하는 방법을 이용하여 족장 등의 보조설비 없이는 접근이 불가능한 화물창의 상부구역에 누설이 의심되는 지점을 찾은 다음 이 부분에 조립식 이동형 족장을 부분적으로 설치하여 누설발생 부위로 이동한 후 열영상 적외선카메라(1)를 이용하여 보다 정밀하게 추적가스(2)의 누설 여부를 확인하고, 누설부위가 발견되면 당해 누설부위를 용접하여 수정하며 수정된 용접부위에 대해서는 상기 S602 내지 S604와 같은 검사를 다시 시행하는 단계(S605); 및

   압력온도변화 모니터링 테스트에서 누설부위가 없다고 판단되거나 열영상 적외선카메라(1)를 이용한 누설검사에서 누설부위를 발견할 수 없는 경우에는 누설검사를 종료하는 단계(S606)

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열영상 적외선카메라를 이용한 LNGC 화물창 누설검사 방법.

Images