KR101137398B1 - 코퍼댐 가열장치 및 상기 코퍼댐 가열장치를 갖춘 부유식 해상 구조물 - Google Patents

코퍼댐 가열장치 및 상기 코퍼댐 가열장치를 갖춘 부유식 해상 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유식 해상 구조물 내에 2열로 배치된 액화가스 저장탱크들의 사이에 배치되는 코퍼댐의 내부에 열을 공급할 수 있는 코퍼댐 가열장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 복수의 액화가스 저장탱크가 설치된 부유식 해상 구조물에서 상기 액화가스 저장탱크들의 사이에 배치되는 코퍼댐의 내부에 열을 공급할 수 있는 코퍼댐 가열장치로서, 해수를 상기 코퍼댐의 내부에 분사시킴으로써 해수가 가진 열에 의해 상기 코퍼댐의 내부를 가열할 수 있는 메인 코퍼댐 가열장치와; 상기 코퍼댐의 내부 및 외부에 배열되는 열매체 파이프를 통하여 열교환 매체를 유동시킴으로써 열교환 매체가 가진 열에 의해 상기 코퍼댐의 내부를 가열할 수 있는 보조 코퍼댐 가열장치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치가 제공된다.
메인 코퍼댐 가열장치, 보조 코퍼댐 가열장치, 해수, 열교환 매체, 2열배치

Description

코퍼댐 가열장치 및 상기 코퍼댐 가열장치를 갖춘 부유식 해상 구조물 {APPARATUS FOR HEATING COFFERDAM AND FLOATING MARINE STRUCTURE HAVING THE APPARATUS}
본 발명은 해상에서 부유된 채 사용될 수 있는 부유식 해상 구조물 내에 구비되는 코퍼댐(cofferdam) 가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부유식 해상 구조물 내에 2열로 배치된 액화가스 저장탱크들의 사이에 배치되는 코퍼댐의 내부에 열을 공급할 수 있는 코퍼댐 가열장치에 관한 것이다.
천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화천연가스(LNG; liquefied natural gas)나 액화석유가스(LPG; liquefied petroleum gas)의 상태로 액화된 후 LNG 수송선이나 LPG 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 수송선이나, 마찬가지로 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)는, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라고 함)를 포함한다.
최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 부유식 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 저장탱크가 포함된다.
LNG FPSO는, 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. 또 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.
이와 같이 LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 내에는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 저장탱크가 설치되어 있다.
이 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립형(Independent Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다. 통상 멤브레인형 저장탱크는 GT NO 96형과 TGZ Mark Ⅲ형으로 나눠지며, 독립형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형으로 나눠진다.
전술된 GT형 및 TGZ형 탱크구조는 미국 특허 제 6,035,795 호, 제 6,378,722 호, 제 5,586,513 호 및 미국 특허공개 제 2003-0000949 호 등과, 대한민국 특허공개 제 10-2000-0011347 호 및 제 10-2000-0011346 호 등에 기재되어 있다. 또한, 독립형 저장탱크의 구조는 대한민국 특허 제 10-15063 호 및 제 10-305513 호 등에 기재되어 있다.
일반적으로 LNG를 저장하기 위한 저장탱크로서는 멤브레인형 탱크가 사용되고 있으며, 도 1에는 액화가스를 저장하기 위해 사용되는 종래의 멤브레인형 탱크의 일례가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, LNG 등의 액화가스를 저장하는 종래의 멤브레인형 액화가스 저장탱크(10)는, 선체(1)의 내측벽면(2) 또는 코퍼댐 격벽(5)(도 2 참조) 상에 2차 단열벽(13), 2차 밀봉벽(14), 1차 단열벽(15) 및 1차 밀봉벽(16)을 순차적으로 적층한 구조를 가진다. 선체(1)의 내부에는 밸러스트 탱크(3)가 마련되어 부유식 해상 구조물의 흘수를 안정적으로 유지할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 선체(1)의 내부에 배치되는 액화가스 저장탱크(10)들은 선체의 폭방향으로 연장되는 코퍼댐(20)에 의해 분리된다. 코퍼댐은 내부에 공간부(void space)가 마련되는 격자 형태의 구조물로서, 부유식 해상 구조물의 내부 공간을 구획하여 각각의 구획에 멤브레인형 저장탱크를 설치할 수 있도록 하는 구조물이다. 이러한 코퍼댐은 종래 부유식 해상 구조물의 길이방향을 따라 복수의 저장탱크들의 사이를 구획하기 위해 사용되고 있다.
내측벽면(2) 및 코퍼댐 격벽(5)이 비록 LNG와 직접적으로 접촉하지는 않지만, 액화가스 저장탱크(10)에 수용된 LNG는 대략 -163℃라는 극저온 상태이므로, LNG의 냉기로 인해 내측벽면(2) 및 코퍼댐 격벽(5)을 이루는 철판의 온도는 극히 낮아져 취성이 약해지게 된다. 따라서, 내측벽면(2) 및 코퍼댐 격벽(5)은 저온에 내성을 가지는 저온강으로 만들어져야 한다.
또한 저장탱크(10)의 사이에 위치하게 되는 코퍼댐(20)은 폐쇄된 공간이어서 외부로부터의 열 공급이 이루어지지 않아 내부 온도가 대략 -60℃ 정도까지 떨어질 수 있다. 따라서, 코퍼댐(20)의 내부 공간과 코퍼댐 격벽(5)을 가열하여 일정온도 이상을 유지하도록 할 필요가 있다.
이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 부유식 해상 구조물 내에서 액화가스 저장탱크들의 사이에 설치되어 있는 코퍼댐의 내부에 열을 공급할 수 있도록 한 코퍼댐 가열장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 액화가스 저장탱크가 설치된 부유식 해상 구조물에서 상기 액화가스 저장탱크들의 사이에 배치되는 코퍼댐의 내부에 열을 공급할 수 있는 코퍼댐 가열장치로서, 해수를 상기 코퍼댐의 내부에 분사시킴으로써 해수가 가진 열에 의해 상기 코퍼댐의 내부를 가열할 수 있는 메인 코퍼댐 가열장치와; 상기 코퍼댐의 내부 및 외부에 배열되는 열매체 파이프를 통하여 열교환 매체를 유동시킴으로써 열교환 매체가 가진 열에 의해 상기 코퍼댐의 내부를 가열할 수 있는 보조 코퍼댐 가열장치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치가 제공된다.
상기 메인 코퍼댐 가열장치는, 상기 코퍼댐의 내부에 해수를 분사할 수 있도록 설치되는 해수 파이프와, 상기 부유식 해상 구조물의 외부로부터 해수를 흡입하여 상기 해수 파이프를 통해 상기 코퍼댐의 내부에 해수를 공급하기 위한 해수 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 해수 파이프는, 상기 해수 펌프에 의해 공급된 해수를 상기 코퍼댐의 격벽을 향하여 분사할 수 있도록 설치되는 해수 분사수단을 포함하는 것이 바람직 하다.
상기 코퍼댐 가열장치는, 상기 해수 파이프를 통하여 상기 코퍼댐의 내부공간에 공급된 해수를 상기 코퍼댐의 외부로 배출시키기 위한 배출수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 해수 파이프는, 상기 해수 펌프에 의해 이송되는 해수를 상기 부유식 해상 구조물 내에 형성되는 복수의 상기 코퍼댐에 각각 공급할 수 있도록 연장되는 메인 해수 파이프와, 상기 메인 해수 파이프로부터 분기하여 각각의 상기 코퍼댐의 내부로 연장되는 분기 해수 파이프를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 분기 해수 파이프는 상기 코퍼댐의 내부에서 상하방향으로 배열되는 수직 파이프와 수평방향으로 배열되는 수평 파이프를 포함하며, 상기 수평 파이프에는 상기 해수 펌프에 의해 공급된 해수를 상기 코퍼댐의 격벽을 향하여 분사할 수 있도록 해수 분사수단이 설치되는 것이 바람직하다.
상기 코퍼댐 가열장치는, 해수의 온도가 낮은 경우에 해수를 가열하기 위한 해수 열교환기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
복수의 상기 액화가스 저장탱크는 상기 부유식 해상 구조물 내에서 길이방향을 따라 2열로 배열되고, 상기 코퍼댐은 상기 부유식 해상 구조물의 폭방향으로 연장되는 폭방향 코퍼댐과 길이방향으로 연장되는 길이방향 코퍼댐을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 폭방향 코퍼댐 및 상기 길이방향 코퍼댐의 내부공간에는 상기 해수 펌프에 의해 이송되는 해수를 분사할 수 있도록 설치되는 해수 파이프가 각각 포함되 는 것이 바람직하다.
상기 길이방향 코퍼댐의 내부에 설치되는 해수 파이프는, 상기 해수 펌프에 의해 이송되는 해수를 상기 부유식 해상 구조물 내에 형성되는 복수의 상기 길이방향 코퍼댐에 각각 공급할 수 있도록 연장되는 메인 해수 파이프와, 상기 메인 해수 파이프로부터 분기되어 상기 길이방향 코퍼댐의 내부에서 상하방향으로 배열되는 상하 파이프와, 상기 상하 파이프에 연결되며 상기 길이방향 코퍼댐의 내부에서 선체의 전후방향으로 배열되는 전후 파이프를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보조 코퍼댐 가열장치는, 상기 코퍼댐의 내부와 외부에 걸쳐 배열되는 열매체 파이프와, 상기 열매체 파이프 내에서 열교환 매체를 이송시키기 위한 열매체 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 코퍼댐 가열장치는, 상기 열교환 매체에 열을 공급하기 위한 열매체 가열수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열매체 가열수단은, 열교환기, 전기 히터 및 보일러 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 열매체 파이프는 폐쇄 회로를 이루며, 상기 코퍼댐의 내부에서 냉각된 상기 열교환 매체는 상기 열매체 가열수단에 의해 가열된 후 상기 열매체 펌프에 의해 상기 코퍼댐의 내부로 이송되는 것이 바람직하다.
상기 열교환 매체로서는 부동액, 담수 및 해수 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폭방향 코퍼댐 및 상기 길이방향 코퍼댐의 내부공간에는 상기 폭방향 코퍼댐 및 상기 길이방향 코퍼댐의 내부와 외부에 걸쳐 배열되어 열교환 매체를 이송시키는 열매체 파이프가 각각 포함되는 것이 바람직하다.
상기 길이방향 코퍼댐은 중앙 밸러스트 탱크의 일부로서 사용될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 해상에 부유되어 사용되는 부유식 해상 구조물로서, 액화가스를 수용하기 위한 복수의 액화가스 저장탱크와; 상기 액화가스 저장탱크들의 사이에 배치되는 코퍼댐과; 상기 코퍼댐의 내부에 열을 공급할 수 있는 코퍼댐 가열장치; 를 포함하며, 상기 코퍼댐 가열장치는, 해수를 상기 코퍼댐의 내부에 분사시킴으로써 해수가 가진 열에 의해 상기 코퍼댐의 내부를 가열할 수 있는 메인 코퍼댐 가열장치와, 상기 코퍼댐의 내부 및 외부에 배열되는 열매체 파이프를 통하여 열교환 매체를 유동시킴으로써 열교환 매체가 가진 열에 의해 상기 코퍼댐의 내부를 가열할 수 있는 보조 코퍼댐 가열장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 구조물이 제공된다.
상기 부유식 해상 구조물은, 액화가스를 저장하기 위한 저장탱크를 구비하면서 해상에서 부유된 채 사용되는 LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선, 및 LNG RV 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
복수의 상기 액화가스 저장탱크는 상기 부유식 해상 구조물 내에서 길이방향을 따라 2열로 배열되고, 상기 코퍼댐은 상기 부유식 해상 구조물의 폭방향으로 연장되는 폭방향 코퍼댐과 길이방향으로 연장되는 길이방향 코퍼댐을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수의 액화가스 저장탱크가 설치된 부유식 해상 구조물에서 상기 액화가스 저장탱크들의 사이에 배치되는 코퍼댐의 내부에 열을 공급할 수 있는 코퍼댐 가열방법으로서, 상기 코퍼댐의 내부에 해수를 분사시킴으로써 해수가 가지는 열에 의해 상기 코퍼댐의 내부를 가열하는 제1 가열단계와; 상기 코퍼댐의 내부 및 외부에 배열되는 열매체 파이프를 통하여 열교환 매체를 유동시킴으로써 열교환 매체가 가진 열에 의해 상기 코퍼댐의 내부를 가열하는 제2 가열단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열방법이 제공된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 부유식 해상 구조물 내에서 액화가스 저장탱크들의 사이에 설치되어 있는 코퍼댐의 내부에 열을 공급할 수 있도록 한 코퍼댐 가열장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 코퍼댐 가열장치에 의하면, 해수를 코퍼댐 격벽에 분사시켜 해수가 코퍼댐 격벽의 표면을 따라 흘러내리도록 함으로써 해수가 가진 열을 코퍼댐의 내부에 공급할 수 있도록 한 메인 코퍼댐 가열장치와, 파이프의 내부에서 유동하는 열교환 매체에 의해 코퍼댐의 내부에 열을 공급하는 보조 코퍼댐 가열장치가 함께 제공될 수 있다.
그에 따라, 메인 코퍼댐 가열장치와 보조 코퍼댐 가열장치를 선택적으로 혹은 동시에 작동시켜 코퍼댐 내부 상황에 신속하고 또한 적절하게 대응할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코퍼댐 가열장치 및 방법을, 도면 을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4에는 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치를 설명하기 위한 부유식 해상 구조물의 일부 측단면도 및 정단면도가 도시되어 있다. 도 5, 도 6 및 도 7에는 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치를 설명하기 위한 부유식 해상 구조물의 평면도, 일부 측단면도 및 정단면도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치는, 해수를 코퍼댐 격벽에 분사시켜 해수가 코퍼댐 격벽의 표면을 따라 흘러내리도록 함으로써 해수가 가진 열을 코퍼댐의 내부에 공급할 수 있도록 한 메인 코퍼댐 가열장치와, 파이프의 내부에서 유동하는 열교환 매체에 의해 코퍼댐의 내부에 열을 공급하는 보조 코퍼댐 가열장치를 포함한다.
해수를 분사하는 메인 코퍼댐 가열장치는, 선체(1)의 폭방향을 따라서 연장되는 폭방향 코퍼댐(20)의 내부 공간에 폭방향 코퍼댐 격벽(5)을 향하여 설치되는 해수 파이프와, 선체(1) 외부의 해수를 흡입하여 해수 파이프에 공급하기 위한 해수 펌프(22)를 포함한다.
또한, 본 제1 실시형태의 메인 코퍼댐 가열장치는, 해수 파이프에 공급된 해수를 폭방향 코퍼댐 격벽(5)을 향하여 분사할 수 있도록 해수 파이프에 설치되는 해수 분사수단(40)과, 이 해수 분사수단(40)을 통해 분사된 후 폭방향 코퍼댐 격벽(5)을 타고 흘러내려 폭방향 코퍼댐(20)의 하부에 고인 해수를 폭방향 코퍼댐(20)의 외부로 배출시키기 위한 배출수단을 더 포함한다.
해수 파이프는, 해수 펌프(22)에 의해 이송되는 해수를 부유식 해상 구조물 내에 형성되는 복수의 폭방향 코퍼댐(20)에 각각 공급할 수 있도록 연장되는 메인 해수 파이프(21)와, 이 메인 해수 파이프(21)로부터 분기하여 각각의 폭방향 코퍼댐(20)의 내부로 연장되는 분기 해수 파이프를 포함한다. 분기 해수 파이프는 폭방향 코퍼댐(20)의 내부에서 상하방향으로 배열되는 수직 파이프(24)와 수평방향으로 배열되는 수평 파이프(25)로 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수평 파이프(25)는 폭방향 코퍼댐(20)의 내부에서 갑판과 평행한 방향으로 복수개(도면에서는 4개)가 연장되어 있으며, 수직 파이프(24)는 복수의 수평 파이프(25)들을 상하로 연결하여 메인 해수 파이프(21)를 통하여 이송되어 온 해수를 각각의 수평 파이프(25)들에 공급할 수 있도록 한다.
폭방향 코퍼댐 격벽(5)의 표면에는 선체 강도를 보강하기 위한 보강부재(5a)가 갑판과 평행한 방향으로 연장되도록 설치되어 있다. 이 보강부재(5a)는 폭방향 코퍼댐 격벽(5)의 표면을 따라 흘러내리는 해수의 유동을 방해할 수 있으므로, 수평 파이프(25)는 기본적으로 폭방향 코퍼댐 격벽(5)의 가장 위쪽에 하나가 배열되고, 또한 보강부재(5a)의 아래쪽에 각각 하나씩 배열되는 것이 바람직하다. 따라서, 수평 파이프(25)의 개수는 보강부재(5a)의 개수보다 하나 많게 설치되는 것이 바람직하다.
해수의 이송을 위해 설치되는 해수 펌프(22)는 부유식 해상 구조물에 일반적으로 설치되는 소화 펌프(fire pump)나 워터 스프레이 펌프(water spray pump)를 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 코퍼댐 가열장치만을 위한 전용의 펌프 를 별도로 설치할 필요가 없으므로, 전체 시스템의 구성에 소요되는 비용 등을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 코퍼댐 가열장치는, 해수의 온도가 낮은 경우에 해수를 가열하기 위한 해수 열교환기(23)를 더 포함할 수 있다. 이 해수 열교환기(23)는 부유식 해상 구조물에 일반적으로 설치되는 각종 냉매 회로의 응축기 등을 사용할 수 있다. 따라서, 펌프의 경우와 마찬가지로, 본 발명에 따른 코퍼댐 가열장치만을 위한 전용의 열교환기를 별도로 설치할 필요가 없게 된다.
해수 파이프에 공급된 해수는, 이 해수 파이프에 설치되는 해수 분사수단(40)에 의해 폭방향 코퍼댐 격벽(5)을 향하여 분사된다. 해수 분사수단(40)으로서는 해수를 폭방향 코퍼댐 격벽(5)을 향해 분사시킬 수 있다면 어떠한 구조의 것이라도 사용될 수 있으며, 예를 들어, 플레이트 노즐 타입(plate nozzle type)의 분사수단이나 파이프 홀 타입(pipe hole type)의 분사수단이 사용될 수 있다.
해수 분사수단(40)을 통하여 분사된 해수는 폭방향 코퍼댐 격벽(5)의 표면을 따라 흘러내려 폭방향 코퍼댐(20)의 하부에 형성된 빌지 웰(bilge well)(27)에 고이게 된다. 도 3 및 도 4를 다시 참조하면, 빌지 웰(27)에 고인 해수는 배출수단으로서의 메인 배출 파이프(28)를 통하여 선체(1)의 외부로 배출될 수 있다. 해수의 배출에 사용되는 배수펌프 역시 일반적으로 부유식 해상 구조물 내에 설치되는 배수펌프 등을 사용할 수 있으므로, 본 발명에 따른 코퍼댐 가열장치만을 위한 전용의 배수펌프를 별도로 설치할 필요가 없게 된다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 파이프의 내부에서 유동하는 열교환 매체(열 매체)에 의해 코퍼댐의 내부에 열을 공급하는 보조 코퍼댐 가열장치는, 폭방향 코퍼댐(20)의 내부 및 외부에 걸쳐 배열되는 열매체 파이프(51)와, 이 열매체 파이프(51)를 통해 열교환 매체를 순환시키기 위한 펌프(52)와, 폭방향 코퍼댐(20)의 내부에서 냉각된 열교환 매체를 가열하기 위한 가열수단으로서의 열매체 열교환기(53)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시형태에 따른 보조 코퍼댐 가열장치의 열매체 파이프(51)는 폐쇄 루프를 형성할 수 있으며, 열매체 펌프(52) 및 열매체 가열수단(53)은 폭방향 코퍼댐(20)의 외부에 설치될 수 있다. 가열수단으로서는 열교환기 이외에도, 전기 히터나 보일러 등이 사용될 수 있다.
열교환 매체는 폭방향 코퍼댐(20)의 내부에 배열된 열매체 파이프를 통과하면서 이 열매체 파이프(51) 주위의 공기 혹은 밸러스트 수에 열을 전달함으로써 폭방향 코퍼댐(20)의 내부를 가열할 수 있다.
본 발명의 제1 실시형태에 따른 보조 코퍼댐 가열장치는 하나 이상의 폐쇄 루프를 가질 수 있다. 열매체 파이프(51)가 하나 이상의 폐쇄 루프를 가질 경우, 하나의 폐쇄 루프가 작동불능 상태에 빠지거나 하나의 폐쇄 루프만으로 충분한 열량을 폭방향 코퍼댐(20)의 내부에 전달할 수 없는 경우에 또 다른 폐쇄 루프를 사용하여 폭방향 코퍼댐(20)의 내부를 가열할 수 있어 바람직하다.
또한, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 보조 코퍼댐 가열장치의 열매체 파이프는 개방 루프의 형태로 배열될 수 있으며, 열매체 파이프(51)의 내부에서 순환하는 열교환 매체로서는 부동액, 담수를 비롯하여 해수 등을 사용할 수 있다.
개방 루프의 형태로 배열된 열매체 파이프를 통하여 해수를 공급하는 경우, 해수의 온도에 따라서는 해수에 추가로 열을 공급하지 않고 그대로 열매체 파이프(51)를 통해 폭방향 코퍼댐(20)의 내부로 해수를 이송시킴으로써 폭방향 코퍼댐(20)의 내부에 열을 공급할 수 있다.
폭방향 코퍼댐(20)의 내부에 배열되는 열매체 파이프(51)의 배열 형태는 설계에 따라서 변경될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치를 설명한다. 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치는, 부유식 해상 구조물의 내부에 액화가스 저장탱크가 2열로 배치되는 경우에 적용될 수 있다.
종래에는 부유식 해상 구조물의 내부에 설치되는 저장탱크가 선체 길이방향을 따라서 1열로 배열된 구조만이 알려져 있었지만, 슬로싱 현상으로 인한 충격을 감소시키기 위해 저장탱크의 2열 배치 구조가 개발되고 있다.
슬로싱(sloshing)이란, 선박이 다양한 해상 상태에서 운동할 때 저장탱크 내에 수용된 액체 상태의 물질, 즉 LNG가 유동하는 현상을 말하는 것으로, 슬로싱에 의해 저장탱크의 벽면은 심한 충격을 받게 된다. 이러한 슬로싱 현상은 부분적재시에 더 심하게 발생한다.
이러한 슬로싱 현상은 선박의 운항 중에 필연적으로 발생하므로, 슬로싱에 의한 하중을 견디기 위해 충분한 강도를 가지도록 저장탱크 구조를 설계할 필요가 있다.
배경기술에서 상술한 바와 같이, 액화가스 저장탱크에 수용된 LNG는 대략 -163℃라는 극저온 상태이므로, LNG의 냉기로 인해 저장탱크를 이루는 철판의 온도가 저하되어 저장탱크의 강도가 약해질 수 있으며, 그로 인해 슬로싱 현상으로 인한 충격력에 의해 파손의 우려가 높아진다.
또한 저장탱크의 사이에 위치하게 되는 코퍼댐은 폐쇄된 공간이어서 외부로부터의 열 공급이 이루어지지 않아 내부 온도가 대략 -60℃ 정도까지 떨어질 수 있다. 따라서, 코퍼댐의 내부를 가열하여 일정온도 이상을 유지하도록 할 필요가 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 저장탱크가 2열로 배치된 부유식 해상 구조물의 경우에는, 2열로 배치된 저장탱크(10)들 사이에 선체의 폭방향을 따라 설치되는 폭방향 코퍼댐(20) 이외에도 선체 중앙에 길이방향을 따라 설치되는 길이방향 코퍼댐(30)이 부유식 해상 구조물의 내부에 설치된다.
이와 같이 액화가스 저장탱크가 2열 배치되는 경우에는, 길이방향 코퍼댐(30) 주위에는 길이방향 코퍼댐 격벽(7)이 설치되고, 폭방향 코퍼댐(20) 주위에는 폭방향 코퍼댐 격벽(5)이 설치된다. 따라서, 도 3에서 볼 때 각각의 저장탱크(10)는 마주하는 한 쌍의 길이방향 코퍼댐 격벽(7)과 마주하는 한 쌍의 폭방향 코퍼댐 격벽(5)에 의해 구획될 수 있으며, 이들 길이방향 코퍼댐 격벽(7) 및 폭방향 코퍼댐 격벽(5)의 표면에는 도 1에 도시된 바와 같이 2차 단열벽(13), 2차 밀봉벽(14), 1차 단열벽(15) 및 1차 밀봉벽(16)이 순차적으로 적층되어 저장탱크(10)가 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 길이방향 코퍼댐 격벽(7) 사이의 공간, 즉 길이방향 코퍼댐(30)은 중앙 밸러스트 탱크(4)의 일부로서 사용될 수 있다.
액화가스 저장탱크가 2열 배치되어 길이방향 코퍼댐(30)이 설치되는 경우에, 이 길이방향 코퍼댐(30)과 폭방향 코퍼댐(20)에 대해서는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치가 설치된다.
도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치와 마찬가지로, 제2 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치는, 해수를 코퍼댐 격벽에 분사시켜 해수가 코퍼댐 격벽의 표면을 따라 흘러내리도록 함으로써 해수가 가진 열을 코퍼댐의 내부에 공급할 수 있도록 한 메인 코퍼댐 가열장치와, 파이프의 내부에서 유동하는 열교환 매체에 의해 코퍼댐의 내부에 열을 공급하는 보조 코퍼댐 가열장치를 포함한다.
제2 실시형태에 있어서, 각각의 폭방향 코퍼댐 격벽(5)에 배열되는 해수 파이프, 즉 수평 파이프(25) 및 수직 파이프(24)는 도 4를 참조하여 상술한 제1 실시형태에서 이미 상세하게 설명하였으므로 더 이상의 설명은 생략한다.
제2 실시형태의 메인 코퍼댐 가열장치는, 상술한 제1 실시형태의 메인 코퍼댐 가열장치에 비해, 길이방향 코퍼댐(30)의 내부에서 상하방향으로 배열되는 상하 파이프(34)와, 이 상하 파이프(34)에 연결되며 길이방향 코퍼댐(30)의 내부에서 선체의 전후방향으로 배열되는 전후 파이프(35)를 더 포함한다.
전후 파이프(35)의 개수는, 제1 실시형태에서와 마찬가지로 보강부재의 개수 와 동일하게 정해지는 것이 바람직하다. 또한, 전후 파이프(35)는 길이방향 코퍼댐(30)의 중심에 위치되며, 도 7에 도시된 바와 같이 좌우 양쪽으로 해수를 분사시키도록 해수 분사수단(40)이 형성되는 것이 바람직하다. 도 7에 도시된 해수 분사수단(40)은 파이프 홀 타입의 해수 분사수단이 전후 파이프(35)의 좌우 양쪽에 설치된 것이다.
필요에 따라서는, 마주하는 한쌍의 길이방향 코퍼댐 격벽(7) 각각에 대하여 상하 파이프(34) 및 전후 파이프(35)를 배열하여도 좋다.
제2 실시형태에 따른 메인 코퍼댐 가열장치에 의해 길이방향 코퍼댐(30)의 내부에서 분사된 해수는, 중앙 밸러스트 탱크(4)의 밸러스트수와 혼합된 다음, 밸러스트수와 함께 밸러스트수 배출 파이프(38) 등을 통하여 선체의 외부로 배수될 수 있다.
중앙 밸러스트 탱크가 설치되는 않는 경우에는, 길이방향 코퍼댐(30)의 하부에 고인 해수는 상술한 제1 실시형태에서와 같이 빌지 웰 및 메인 배출 파이프를 통해 선체의 외부로 배출될 수 있다.
도 7에는 메인 해수 파이프(21)가 3개인 것으로 도시되어 있고, 각각의 분기 해수 파이프(즉, 수평 파이프(25) 및 수직 파이프(24))는 별개의 메인 해수 파이프(21)에 각각 별도로 연결되는 것으로 도시되어 있지만, 설계에 따라서는 하나의 메인 해수 파이프(21)로부터 분기되는 것으로 변경될 수 있음은 물론이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 보조 코퍼댐 가열장치는, 상술한 제1 실시형태의 메인 코퍼댐 가열장치에 비해, 폭방향 코 퍼댐(20) 및 길이방향 코퍼댐(30)의 내부 및 외부에 걸쳐 배열되는 열교환 파이프(51)와, 이 열교환 파이프(51)를 통해 열교환 매체를 순환시키기 위한 열교환 펌프(52)와, 폭방향 코퍼댐(20) 및 길이방향 코퍼댐(30)의 내부에서 냉각된 열교환 매체를 가열하기 위한 가열수단으로서의 열매체 열교환기(53)를 포함한다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 보조 코퍼댐 가열장치의 열매체 파이프(51)는 폐쇄 루프를 형성할 수 있으며, 열매체 펌프(52) 및 열매체 열교환기(53)는 폭방향 코퍼댐(20) 및 길이방향 코퍼댐(30)의 외부에 설치될 수 있다. 가열수단으로서는 열교환기 이외에도, 전기 히터나 보일러 등이 사용될 수 있다.
열교환 매체는 폭방향 코퍼댐(20) 및 길이방향 코퍼댐(30)의 내부에 배열된 열매체 파이프(51)를 통과하면서 이 열매체 파이프(51) 주위의 공기 혹은 밸러스트 수에 열을 전달함으로써 폭방향 코퍼댐(20) 및 길이방향 코퍼댐(30)의 내부를 가열할 수 있다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 보조 코퍼댐 가열장치는 하나 이상의 폐쇄 루프를 가질 수 있다. 열매체 파이프(51)가 하나 이상의 폐쇄 루프를 가질 경우, 하나의 폐쇄 루프가 작동불능 상태에 빠지거나 하나의 폐쇄 루프만으로 충분한 열량을 폭방향 코퍼댐(20) 및 길이방향 코퍼댐(30)의 내부에 전달할 수 없는 경우에 또 다른 폐쇄 루프를 사용하여 폭방향 코퍼댐(20) 및 길이방향 코퍼댐(30)의 내부를 가열할 수 있어 바람직하다.
또한, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 보조 코퍼댐 가열장치의 열매체 파이프는 개방 루프의 형태로 배열될 수 있으며, 열매체 파이프(51)의 내부에서 순환하 는 열교환 매체로서는 부동액, 담수를 비롯하여 해수 등을 사용할 수 있다.
개방 루프의 형태로 배열된 파이프를 통하여 해수를 공급하는 경우, 해수의 온도에 따라서는 해수에 추가로 열을 공급하지 않고 그대로 열매체 파이프(51)를 통해 폭방향 코퍼댐(20) 및 길이방향 코퍼댐(30)의 내부로 해수를 이송시킴으로써 폭방향 코퍼댐(20) 및 길이방향 코퍼댐(30)의 내부에 열을 공급할 수 있다.
폭방향 코퍼댐(20) 및 길이방향 코퍼댐(30)의 내부에 배열되는 열매체 파이프(51)의 개수 및 배열 형태는 설계에 따라서 변경될 수 있음은 물론이다.
제2 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치에 의하면, 폭방향 코퍼댐(20)에 설치되는 메인 코퍼댐 가열장치와 길이방향 코퍼댐(30)에 설치되는 메인 코퍼댐 가열장치는 서로 별개의 회로를 가지도록 구성되어도 좋고, 하나의 회로를 가지도록 구성되어도 좋다. 즉, 폭방향 코퍼댐(20)에 설치되는 메인 코퍼댐 가열장치의 해수 파이프와 길이방향 코퍼댐(30)에 설치되는 메인 코퍼댐 가열장치의 해수 파이프는 서로 연결되어 있을 수 있다.
또한, 폭방향 코퍼댐(20)에 설치되는 보조 코퍼댐 가열장치와 길이방향 코퍼댐(30)에 설치되는 보조 코퍼댐 가열장치 역시 서로 별개의 회로를 가지도록 구성되어도 좋고, 하나의 회로를 가지도록 구성되어도 좋다. 즉, 폭방향 코퍼댐(20)에 설치되는 보조 코퍼댐 가열장치의 열매체 파이프와 길이방향 코퍼댐(30)에 설치되는 보조 코퍼댐 가열장치의 열매체 파이프는 서로 연결되어 있을 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 제1 및 제2 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치는 다양한 부유식 해상 구조물에 설치되어 사용될 수 있다.
본 명세서에서 부유식 해상 구조물이란, LNG나 LPG 등의 액화가스를 저장하기 위한 저장탱크를 구비하면서 해상에서 부유된 채 사용되는 선박 및 각종 구조물을 모두 포함하는 개념으로, 상기한 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)를 비롯하여, LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit), LNG 수송선이나 LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박 및 해상 구조물을 모두 포함하는 것이다.
상술한 제1 및 제2 실시형태에 따른 메인 코퍼댐 가열장치는, 반드시 상시적으로 작동될 필요는 없고, 코퍼댐의 내부온도에 따라 필요시 한번씩 코퍼댐의 내부로 해수를 공급하도록 구성되어도 좋다.
제1 및 제2 실시형태에 따른 보조 코퍼댐 가열장치는 메인 코퍼댐 가열장치와 함께 작동하여도 좋고, 평상시에는 메인 코퍼댐 가열장치만 사용하고 필요시에만 추가로 보조 코퍼댐 가열장치를 작동하여도 좋다. 즉 보조 코퍼댐 가열장치는 백업용으로 설치될 수 있다.
이상과 같이, 예시된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 1은 종래의 멤브레인형 LNG 저장탱크의 일례가 도시된 도면,
도 2는 종래의 LNG 운반선의 개략적인 구조가 도시된 평면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치를 설명하기 위한 부유식 해상 구조물의 일부 측단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치를 설명하기 위한 부유식 해상 구조물의 정단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치를 설명하기 위한 부유식 해상 구조물의 평면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치를 설명하기 위한 부유식 해상 구조물의 일부 측단면도, 그리고
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 코퍼댐 가열장치를 설명하기 위한 부유식 해상 구조물의 정단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 선체 2 : 내측벽면
3 : 밸러스트 탱크 4 : 중앙 밸러스트 탱크
5 : 폭방향 코퍼댐 격벽 5a : 보강부재
7 : 길이방향 코퍼댐 격벽 10 : 저장탱크
13 : 2차 단열벽 14 : 2차 밀봉벽
15 : 1차 단열벽 16 : 1차 밀봉벽
20 : 폭방향 코퍼댐 21 : 메인 해수 파이프
22 : 해수 펌프 23 : 해수 열교환기
24 : 수직 파이프 25 : 수평 파이프
27 : 빌지 웰 28 : 메인 배출 파이프
30 : 길이방향 코퍼댐 34 : 상하 파이프
35 : 전후 파이프 38 : 밸러스트수 배출 파이프
40 : 해수 분사수단 51 : 열매체 파이프
52 : 열매체 펌프 53 : 열매체 열교환기

Claims (21)

  1. 복수의 액화가스 저장탱크가 설치된 부유식 해상 구조물에서 상기 액화가스 저장탱크들의 사이에 배치되는 코퍼댐의 내부에 열을 공급할 수 있는 코퍼댐 가열장치로서,
    해수를 상기 코퍼댐의 내부에 분사시킴으로써 해수가 가진 열에 의해 상기 코퍼댐의 내부를 가열할 수 있는 메인 코퍼댐 가열장치와; 상기 코퍼댐의 내부 및 외부에 배열되는 열매체 파이프를 통하여 열교환 매체를 유동시킴으로써 열교환 매체가 가진 열에 의해 상기 코퍼댐의 내부를 가열할 수 있는 보조 코퍼댐 가열장치; 를 포함하며,
    상기 메인 코퍼댐 가열장치는 상기 코퍼댐의 내부에 해수를 분사할 수 있도록 설치되는 해수 파이프를 포함하며,
    상기 해수 파이프는, 상기 해수 펌프에 의해 이송되는 해수를 상기 부유식 해상 구조물 내에 형성되는 복수의 상기 코퍼댐에 각각 공급할 수 있도록 연장되는 메인 해수 파이프와, 상기 메인 해수 파이프로부터 분기하여 각각의 상기 코퍼댐의 내부로 연장되는 분기 해수 파이프를 포함하며,
    상기 분기 해수 파이프는 상기 코퍼댐의 내부에서 상하방향으로 배열되는 수직 파이프와 수평방향으로 배열되는 수평 파이프를 포함하며, 상기 수평 파이프에는 상기 해수 펌프에 의해 공급된 해수를 상기 코퍼댐의 격벽을 향하여 분사할 수 있도록 해수 분사수단이 설치되며,
    상기 수평 파이프는, 상기 코퍼댐의 격벽 가장 위쪽과, 상기 코퍼댐 격벽의 표면에 선체 강도를 보강하기 위하여 갑판과 평행한 방향으로 연장되도록 설치된 보강부재의 아래쪽에 각각 하나씩 배열되는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 코퍼댐 가열장치는, 상기 부유식 해상 구조물의 외부로부터 해수를 흡입하여 상기 해수 파이프를 통해 상기 코퍼댐의 내부에 해수를 공급하기 위한 해수 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 해수 파이프를 통하여 상기 코퍼댐의 내부공간에 공급된 해수를 상기 코퍼댐의 외부로 배출시키기 위한 배출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 2에 있어서,
    해수의 온도가 낮은 경우에 해수를 가열하기 위한 해수 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    복수의 상기 액화가스 저장탱크는 상기 부유식 해상 구조물 내에서 길이방향을 따라 2열로 배열되고, 상기 코퍼댐은 상기 부유식 해상 구조물의 폭방향으로 연장되는 폭방향 코퍼댐과 길이방향으로 연장되는 길이방향 코퍼댐을 포함하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 폭방향 코퍼댐 및 상기 길이방향 코퍼댐의 내부공간에는 상기 해수 펌프에 의해 이송되는 해수를 분사할 수 있도록 설치되는 해수 파이프가 각각 포함되는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 길이방향 코퍼댐의 내부에 설치되는 해수 파이프는, 상기 해수 펌프에 의해 이송되는 해수를 상기 부유식 해상 구조물 내에 형성되는 복수의 상기 길이방 향 코퍼댐에 각각 공급할 수 있도록 연장되는 메인 해수 파이프와, 상기 메인 해수 파이프로부터 분기되어 상기 길이방향 코퍼댐의 내부에서 상하방향으로 배열되는 상하 파이프와, 상기 상하 파이프에 연결되며 상기 길이방향 코퍼댐의 내부에서 선체의 전후방향으로 배열되는 전후 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조 코퍼댐 가열장치는, 상기 코퍼댐의 내부와 외부에 걸쳐 배열되는 열매체 파이프와, 상기 열매체 파이프 내에서 열교환 매체를 이송시키기 위한 열매체 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 열교환 매체에 열을 공급하기 위한 열매체 가열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 열매체 가열수단은, 열교환기, 전기 히터 및 보일러 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 열매체 파이프는 폐쇄 회로를 이루며, 상기 코퍼댐의 내부에서 냉각된 상기 열교환 매체는 상기 열매체 가열수단에 의해 가열된 후 상기 열매체 펌프에 의해 상기 코퍼댐의 내부로 이송되는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 열교환 매체로서는 부동액, 담수 및 해수 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  16. 청구항 8에 있어서,
    상기 폭방향 코퍼댐 및 상기 길이방향 코퍼댐의 내부공간에는 상기 폭방향 코퍼댐 및 상기 길이방향 코퍼댐의 내부와 외부에 걸쳐 배열되어 열교환 매체를 이송시키는 열매체 파이프가 각각 포함되는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
  17. 청구항 8에 있어서,
    상기 길이방향 코퍼댐은 중앙 밸러스트 탱크의 일부로서 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 코퍼댐 가열장치.
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