KR101162469B1 - 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 각 면이 교접할 수 있는 다면체의 형상을 갖는 다수 개의 플로팅 매트 단위체의 결합에 따라 판 형상을 이루며, 이 상태에서 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내에 수용된 액화천연가스의 표면에서 액화천연가스의 유동에 따라 함께 부유하되, 상기 플로팅 매트 단위체는 교접한 면이 완전히 붙어 고정되는 것이 아니라 외력이 작용하면 꺾일 수 있는 상태가 되도록 상호 결합하는 것을 특징으로 하는 플로팅 매트 결합체 및; 상기 플로팅 매트 결합체의 하나 이상의 위치에 인입되며 상기 플로팅 매트 결합체의 부유 시 발생하는 가속도를 광센서 기술을 이용하여 계측하는 광 가속도 계측 센서;를 포함하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 액화천연가스의 슬로싱에 따른 유동 특성과 이로 인하여 화물 탱크 내벽에 가해지는 충격이나 변형을 다각적으로 계측하고 이를 효과적으로 분석해 냄으로써 액화천연가스의 슬로싱이 화물 탱크에 유발하는 문제점을 정확하게 파악하고 이를 바탕으로 보다 완벽한 화물 탱크의 설계 및 유지보수를 수행할 수 있다.

Description

액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치{device for sloshing monitoring in tank of liquified natural gas carrier}

본 발명은 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치에 관한 것이다. 본 발명은 필요한 경우 육상 및 해상 터미널의 탱크 등 보다 넒은 범위에 걸쳐 적용될 수 있다.

액화천연가스(liquified natural gas, LNG)(이하 설명의 편의상 ‘LNG’라고 함)는 가스전(田)에서 채취한 천연가스를 액화시킨 것이다. 주성분이 메탄이라는 점에서 액화석유가스(liquified petroleum gas, LPG)와 구별된다. LNG는 압력을 가해 액화시키면 부피가 1/600로 줄어들지만, 메탄의 비점(沸點)이 －162℃로 낮아 냉각 또는 압축하여 액화, 특수하게 단열된 전용 탱크로 반출된다. LNG는 무색, 투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이며 주로 도시가스로 사용된다.

한편, LNG를 운반하기 위한 목적으로 제조된 선박을 액화천연가스 수송선(liquified natural gas carrier, LNGC)(이하 설명의 편의상 ‘LNG 선박’이라고 함)이라고 한다. 이러한 LNG 선박은 LNG를 수용할 수 있는 단열된 전용 화물 탱크(이하 설명의 편의상 ‘LNG 탱크’라고 함)를 구비한다.

LNG 선박의 LNG 탱크는 도 1에서 보는 바와 같이 금속으로 제작된 선박외벽(15) 내에 저온에 강한 금속으로 제작된 LNG 탱크 외벽(50)을 구성하고, 내부에는 LNG 탱크 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 LNG 탱크의 내부 공간을 형성하며 극저온의 LNG와 직접 접촉하게 되므로 1차 단열막(20)에 누설이 발생하면 LNG가 1차 단열구역(60)으로 침투하여 LNG 선박에 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 LNG 탱크 외벽(50)과 2차 단열막(30), 2차 단열막(30)과 1차 단열막(20) 사이를 단열하는 역할을 한다.

LNG 선박의 LNG 탱크는 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 운반하며 이 과정에서 roll, pitch, yaw 등의 6자 운동을 하게 되므로 이에 따른 LNG 탱크 내의 액체 유동에 의하여 도 2에서 보는 바와 같은 슬로싱(sloshing)이 발생하여 지속적으로 LNG 탱크의 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 LNG 탱크의 설계압력보다 높아지게 되면 LNG를 외부로 배출하여 LNG 탱크의 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 LNG 탱크 내 LNG의 슬로싱 현상을 정확하게 계측하고 이에 대응한 설계나 유지보수를 하는 것이 꼭 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, LNG 탱크 내부에 광센서(optical sensor)와 이를 포함하는 플로팅 매트(floating mat)를 투입하여 LNG의 슬로싱에 따른 유동 특성과 이로 인하여 LNG 탱크 내벽에 가해지는 충격이나 변형을 다각적으로 계측하고 이를 효과적으로 분석할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

각 면이 교접할 수 있는 다면체의 형상을 갖는 다수 개의 플로팅 매트 단위체의 결합에 따라 판 형상을 이루며, 이 상태에서 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내에 수용된 액화천연가스의 표면에서 액화천연가스의 유동에 따라 함께 부유하되, 상기 플로팅 매트 단위체는 교접한 면이 완전히 붙어 고정되는 것이 아니라 외력이 작용하면 꺾일 수 있는 상태가 되도록 상호 결합하는 것을 특징으로 하는 플로팅 매트 결합체 및;

상기 플로팅 매트 결합체의 하나 이상의 위치에 인입되며 상기 플로팅 매트 결합체의 부유 시 발생하는 가속도를 광센서 기술을 이용하여 계측하는 광 가속도 계측 센서;

를 포함하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치를 제공한다.

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본 발명에 따르면 LNG 선박의 LNG 탱크 내 LNG의 슬로싱에 따른 유동 특성과 이로 인하여 LNG 탱크 내벽에 가해지는 충격이나 변형을 다각적으로 계측하고 이를 효과적으로 분석해 냄으로써 LNG의 슬로싱이 LNG 탱크에 유발하는 문제점을 정확하게 파악하고 이를 바탕으로 보다 완벽한 LNG 탱크의 설계 및 유지보수를 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 플로팅 매트 결합체는 LNG 탱크 내에서 LNG의 액화면과 기화면 간의 단열 및 밀도 분포 차단 효과를 증대시켜 LNG의 기화 현상을 극소화 한다. 뿐만 아니라 본 발명에 따른 플로팅 매트 결합체는 댐퍼(damper)로 작용하여 슬로싱으로 인하여 유도되는 LNG의 운동에너지 증가를 억제하여 LNG의 기화 현상을 극소화 하며 이와 동시에 LNG 탱크 내부 벽에 가해지는 충돌 및 충격을 최소화 한다. 이에 따라 LNG의 기화로 인하여 LNG 탱크 내 압력이 증가하는 현상이 극소화 되므로 안전운항을 위하여 대기 중으로 방출시켜야 하는 기화된 LNG의 양을 최소화 할 수 있다. 이는 환경오염을 방지함에 있어서 더 없이 유리한 효과로 작용한다.

도 1은 LNG 선박에 탑재된 LNG 탱크 및 그 단열구역의 구조.
도 2는 LNG 탱크 내의 액체 유동에 의하여 발생하는 슬로싱 현상.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플로팅 매트 단위체의 형상.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플로팅 매트 결합체의 평면 형상.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 플로팅 매트 결합체의 측면 형상.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치의 구현 모습.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 플로팅 매트 단위체의 결합 방식.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 플로팅 매트 결합체의 형상 변화 모습.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 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.

액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치

본 발명은 LNG 탱크 내부에 광센서(optical sensor)를 투입하여 LNG의 슬로싱(sloshing)에 따른 유동 특성과 이로 인하여 LNG 탱크 내벽에 가해지는 충격이나 변형을 다각적으로 계측하고 이를 효과적으로 분석할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플로팅 매트 결합체(1) 및 광 가속도 계측 센서(4)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 기본적인 기술 사상은 LNG 탱크 내부의 슬로싱 현상을 외부의 관찰자가 단지 시각적으로만 파악하고 끝내거나 현상을 유추하고 해석하는 데 그치는 것이 아니라 직접 LNG 탱크 내부의 LNG와 일체가 되어 함께 거동하고 슬로싱 현상을 경험하면서 이를 직접적으로 계측해 낸다는 데 있다. 본 발명은 이러한 본 발명의 기술 사상을 구현하기 위하여 플로팅 매트(floating mat) 결합체(1)를 도입하였다.

플로팅 매트 결합체(1)는 도 6에서 보는 바와 같이 LNG 선박의 LNG 탱크 내에 수용된 LNG(7)의 표면에서 LNG(7)의 유동에 따라 함께 부유하는 판 형상의 구조물이다. 따라서 플로팅 매트 결합체(1)는 LNG(7)의 유동이 없는 경우에는 LNG(7)의 표면에 부유한 채 정지해 있거나 아주 느린 속도로 움직일 뿐이지만 슬로싱 현상이 발생하여 LNG(7)가 요동을 칠 경우에는 이에 따라 플로팅 매트 결합체(1)도 LNG(7)의 표면에 부유한 상태에서 빠른 속도로 움직이면서 때로는 LNG 탱크 내벽(8)에 부딪치거나 튕겨져 나오기도 한다. 즉, 플로팅 매트 결합체(1)는 LNG(7)의 유체 운동과 동일한 양상의 움직임을 갖게 되는 것이다. 따라서 본 발명에서 LNG(7)의 슬로싱 현상은 그 당시 플로팅 매트 결합체(1)의 움직임을 계측하는 것으로써 동일하게 계측할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면 플로팅 매트 결합체(1)는 그 자체가 하나의 몸체로 이루어진 구조물인 것도 가능하지만, 도 3에서 보는 바와 같은 작은 크기의 플로팅 매트 단위체(2)가 다수 개 결합하여 큰 크기의 플로팅 매트 결합체(1)를 이루는 것이 더욱 바람직하다. 이는 거대 구조물인 LNG 탱크의 내부 면적에 대응할 만큼의 큰 크기를 갖는 플로팅 매트 결합체(1)를 한 번에 제조하는 것 자체가 작업공정상 부담이 될 수 있기 때문이기도 하지만 더 나아가 이처럼 작은 크기의 플로팅 매트 단위체(2)를 서로 결합하는 과정을 통하여 상황에 걸맞은 크기나 형상을 갖는 플로팅 매트 결합체(1)를 자유롭게 얻어낼 수 있기 때문이기도 하다.

상술한 플로팅 매트 단위체(2)는 각 면이 교접(交接)할 수 있는 다면체의 형상을 갖는 것이 좋다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 플로팅 매트 단위체(2)가 가질 수 있는 여러 가지 다면체의 형상 중 하나인 육면체 또는 정육면체의 형상을 보여준다. 그리고 도 4 및 도 5는 이처럼 육면체 또는 정육면체의 형상을 갖는 플로팅 매트 단위체(2)의 각 면이 연속으로 교접하여 전체적으로 넓은 판 형상의 플로팅 매트 결합체(1)를 이룬 모습(평면 및 측면)을 보여준다.

이 경우 플로팅 매트 단위체(2)는 도 7에서 보는 바와 같이 교접한 면(a)이 완전히 붙어 고정되는 것이 아니라 외력이 작용하면 꺾일 수 있는 상태가 되도록 상호 결합하는 것이 바람직하다(이 경우 플로팅 매트 단위체(2)는 예를 들면 끈 형태의 연결수단(b)에 의하여 상호 결합하는 것이 가능하다). 이렇게 하면 도 8에서 보는 바와 같이 LNG 탱크 내부에 LNG(7)가 가득 찼을 경우 LNG 탱크 천장에 닿은 넓은 판 형상의 플로팅 매트 결합체(1)가 접혀져서 파손되는 것을 막을 수 있어서 좋다. 물론 LNG(7)가 다시 빠질 경우에는 플로팅 매트 결합체(1)도 원래의 상태로 되돌아온다.

한편, 플로팅 매트 단위체(2)는 LNG(7) 내에서 부유 가능한 재질로 이루어져야 하며, 나아가 외력에 의해 변형 가능한 연성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 플로팅 매트 단위체(2)의 결합으로 이루어진 플로팅 매트 결합체(1)가 LNG(7) 표면의 유동에 따라 함께 변형하도록 함으로써 슬로싱 현상 발생 시 LNG(7) 표면의 유동 형태를 정확하게 계측할 수 있도록 함과 동시에 부유하던 플로팅 매트 결합체(1)가 LNG 탱크 내벽(8)에 부딪히는 경우에 이로 인하여 LNG 탱크 내벽(8)에 손상이 발생하는 것을 피하기 위함이다. 또한 더욱 바람직하게는 플로팅 매트 단위체(2)는 도 3에서 보는 바와 같이 몸체 내부에 별도의 밀폐된 빈 공간(3)을 갖는 것이 좋다. 이처럼 밀폐된 빈 공간(3)의 작용으로 플로팅 매트 단위체(2) 및 플로팅 매트 결합체(1)가 LNG(7) 내에서 보다 용이하게 부유할 수 있기 때문이다.

본 발명의 경우 플로팅 매트 결합체(1)의 형상에 대하여 특별히 한정하는 바는 없으나, 바람직하게는 플로팅 매트 결합체(1)는 정다각형 또는 원형의 판 형상을 갖는 것이 좋다. 이는 후술하는 광 가속도 계측 센서(4)를 플로팅 매트 결합체(1)에 균등하게 배치하는 데 도움이 되며, 나아가 LNG 탱크 내에서 부유하는 플로팅 매트 결합체(1)의 이동이나 변형의 정도를 특별한 방향성에 치우치지 않고 균등하게 수용하여 계측하는 데 도움이 되기 때문이다. 도 4의 실시 예에서는 정사각형의 형상을 갖는 플로팅 매트 결합체(1)를 볼 수 있다.

광 가속도 계측 센서(optical acceleration sensor)(4)는 플로팅 매트 결합체(1)의 하나 이상의 위치에 인입되며 플로팅 매트 결합체(1)의 부유 시 발생하는 가속도를 광센서 기술을 이용하여 계측한다. 광센서는 센서에서 특정 파장의 빛을 보낸 후 차단되거나(투수과형) 반사되는(반사형) 빛의 양이나 위치를 포토다이오드와 같은 소자로 검지하는바, 이러한 광센서의 장점은 비접촉식이어서 제품의 수명이 길고 응답 속도가 빨라 고속 생산 라인에도 적합하며 또한 광섬유를 사용하면 협소한 공간이나 작은 물체도 검지할 수 있으며 광학 렌즈를 사용하여 원거리에서도 측정이 가능하다는 것이다. 이렇듯 광센서는 다양한 어플리케이션에 적용할 수 있으면서도 그 기능에 비해 경제적인 것이 또 하나의 장점이라고 할 수 있다.

광 가속도 계측 센서(4)는 도 5에서 보는 바와 같이 플로팅 매트 결합체(1)에 인입된 상태에서 도 6에서 보는 바와 같이 플로팅 매트 결합체(1)와 그 움직임을 함께 하므로 본 발명에서 광 가속도 계측 센서(4)가 계측하는 가속도는 직접적으로는 플로팅 매트 결합체(1)의 이동이나 변형에 따른 가속도이지만 그것은 결국 LNG(7) 표면의 유동에 따른 가속도가 되는 것이다. 이 경우 광 가속도 계측 센서(4)는 계측의 정확성이나 신뢰도를 높이기 위하여 도 5에서 보는 바와 같이 플로팅 매트 결합체(1)에 균일한 간격으로, 더 나아가서는 방사상으로 인입되는 것이 바람직하다. 이는 LNG 탱크 내에서 부유하는 플로팅 매트 결합체(1)의 이동이나 변형의 정도를 특별한 방향성에 치우치지 않고 균등하게 수용하여 계측하는 데 도움을 준다. 한편, 이러한 다수 개의 광 가속도 계측 센서(4)는 도 4에서 보는 바와 같이 광섬유(6)로 서로 연결된다.

이상으로 본 발명은 플로팅 매트 결합체(1)를 도입하여 LNG 탱크 내 LNG(7)의 슬로싱에 따른 유동 현상을 그대로 반영하여 모델링 하였고, 이러한 플로팅 매트 결합체(1)의 이동이나 변형에 따른 가속도를 광 가속도 계측 센서(4)가 계측함으로써 LNG(7) 표면의 유동에 따른 가속도를 직접적으로 정확하게 계측하는 효과를 창출하였다. 하지만 본 발명은 여기서 그치지 아니하고 광 가속도 계측 센서(4)가 계측한 가속도 데이터로부터 LNG(7)의 슬로싱 현상을 보다 현실감 있게 구체적으로 파악할 수 있는 다각적인 결과 값들을 산출할 수 있는 수단을 더욱 구비함으로써 본 발명의 기술적 사상을 보다 완벽하게 구현하고자 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 데이터 분석수단(9)을 더욱 포함한다.

본 발명에서 데이터 분석수단(9)은 데이터의 입출력, 연산 및 처리기능을 구비하는 일종의 컴퓨터 장치인데, 이러한 데이터 분석수단(9)은 LNG 선박의 LNG 탱크 외부에서 광 가속도 계측 센서(4)와 교신하면서 광 가속도 계측 센서(4)로부터 데이터를 수신하고 이로부터 소정의 결과 값을 산출한다. 이 경우 데이터 분석수단(9)이 광 가속도 계측 센서(4)로부터 수신한 데이터, 즉 가속도 값으로부터 산출해 내는 결과 값에는 다음과 같은 것들이 있을 수 있다.

우선 데이터 분석수단(9)은 광 가속도 계측 센서(4)로부터 수신한 가속도 데이터로부터 플로팅 매트 결합체(1)의 부유 속도 및 거리를 산출해 낸다. 이러한 플로팅 매트 결합체(1)의 부유 속도 및 거리는 예를 들면 슬로싱이 발생했을 때 LNG 탱크 내 특정 위치에 존재하던 LNG(7) 유체 덩어리가 이동한 속도 및 거리에 해당하는 것이다.

또한 데이터 분석수단(9)은 광 가속도 계측 센서(4)로부터 수신한 가속도 데이터로부터 플로팅 매트 결합체(1)가 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내벽에 가하는 힘을 산출해 낸다. 이러한 플로팅 매트 결합체(1)가 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내벽에 가하는 힘은 예를 들면 슬로싱이 발생했을 때 LNG 탱크 내 특정 위치에 존재하던 LNG(7) 유체 덩어리가 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내벽에 가하는 힘에 해당하는 것이다.

또한 데이터 분석수단(9)은 광 가속도 계측 센서(4)로부터 수신한 가속도 데이터로부터 플로팅 매트 결합체(1)의 변형을 산출해 낸다. 이러한 플로팅 매트 결합체(1)의 변형은 예를 들면 슬로싱이 발생했을 때 LNG 탱크 내 특정 위치에 존재하던 LNG(7) 유체 덩어리가 유동에 의하여 표면의 형태가 변화하는 것에 해당한다.

이상으로 본 발명은 플로팅 매트 결합체(1), 광 가속도 계측 센서(4) 및 데이터 분석수단(9)을 창출함으로써 본 발명의 기술적 사상을 완벽하게 구현하였다. 하지만 이 시점에서 본 발명은 계측의 대상범위를 LNG(7) 자체에서 벗어나 LNG 탱크 내벽(8)으로 더욱 넓힘으로써 LNG 탱크 내 슬로싱 현상을 보다 포괄적으로 파악할 수 있는 기술을 구현하고자 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광 변형률 계측 센서(5)를 더욱 포함한다.

광 변형률 계측 센서(optical strain sensor)(5)는 도 6에서 보는 바와 같이 LNG 선박의 LNG 탱크 내벽(8)의 하나 이상의 위치에 인입되며 LNG(7)의 유동(슬로싱) 시 LNG 탱크 내벽(8)에 가해지는 충격으로 인하여 발생하는 LNG 탱크 내벽(8)의 변형(strain)을 광센서 기술을 이용하여 계측한다. 이 경우 광 변형률 계측 센서(5)는 계측의 정확성이나 효율성을 높이기 위하여 LNG 탱크 내벽(8)에 균일한 간격으로, 더 나아가서는 도 6에서 보는 바와 같이 LNG 탱크 내벽(8)의 천정 및 측면 상부에 집중적으로 인입되는 것이 바람직하다. 슬로싱이 발생하는 경우 충격을 받는 곳이 대부분 LNG 탱크 내벽(8)의 천정 및 측면 상부에 집중해 있기 때문이다. 그리고 이때 이러한 다수 개의 광 변형률 계측 센서(5)는 광섬유로 서로 연결된다. 한편, 데이터 분석수단(9)은 이러한 광 변형률 계측 센서(5)와도 교신하면서 광 가속도 계측 센서(4)로부터 데이터를 수신하고 이로부터 소정의 결과 값을 산출한다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면 LNG 탱크 바닥에 광 압력 계측 센서(optical pressure sensor)를 설치하여 LNG 탱크 내 LNG(7)의 레벨(level)을 계측함으로써 슬로싱 현상을 보다 포괄적으로 파악할 수 있는 풍부한 데이터를 확보할 수 있다. 이 경우 광 압력 계측 센서는 LNG 탱크 바닥의 하나 이상의 위치에 인입되며, 광센서 기술을 이용하여 LNG(7)의 레벨을 계측하게 된다. LNG 탱크 내 LNG(7)의 양에 따라 광 압력 계측 센서가 계측하는 압력 값은 변하게 되며 이러한 압력 값과 LNG 탱크의 부피를 계산하면 LNG 탱크 내 LNG(7)의 레벨을 산출해 낼 수 있다.

액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 방법

본 발명은 상술한 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치를 이용한 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 방법을 또한 제공하는바, 본 발명이 구현되는 상황을 단계별로 나누어 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이 경우 본 발명을 설명함에 있어서 상술한 내용과 동일한 부분의 중복적인 설명은 생략한다.

제 1 단계 : 플로팅 매트 결합체(1)가 LNG 선박의 LNG 탱크 내에 수용된 LNG(7)의 표면에서 LNG(7)의 유동에 따라 함께 부유한다.

제 2 단계 : 광 가속도 계측 센서(4)가 플로팅 매트 결합체(1)의 부유 시 발생하는 가속도를 광센서 기술을 이용하여 계측한다. 그리고 이와 동시에 광 변형률 계측 센서(5)가 LNG(7)의 유동(슬로싱) 시 LNG 탱크 내벽(8)에 가해지는 충격으로 인하여 발생하는 LNG 탱크 내벽(8)의 변형을 광센서 기술을 이용하여 계측한다.

제 3 단계 : 데이터 분석수단(9)이 LNG 선박의 LNG 탱크 외부에서 광 가속도 계측 센서(4) 또는 광 변형률 계측 센서(5)와 교신하면서 광 가속도 계측 센서(4) 또는 광 변형률 계측 센서(5)로부터 데이터를 수신하고 이로부터 소정의 결과 값을 산출한다. 이 경우 데이터 분석수단(9)은 플로팅 매트 결합체(1)의 부유 속도 및 거리, 플로팅 매트 결합체(1)가 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내벽에 가하는 힘, 플로팅 매트 결합체(1)의 변형 등을 산출한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 LNG 선박의 LNG 탱크 내 LNG의 슬로싱에 따른 유동 특성과 이로 인하여 LNG 탱크 내벽에 가해지는 충격이나 변형을 다각적으로 계측하고 이를 효과적으로 분석해 냄으로써 LNG의 슬로싱이 LNG 탱크에 유발하는 문제점을 정확하게 파악하고 이를 바탕으로 보다 완벽한 LNG 탱크의 설계 및 유지보수를 수행할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 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 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 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.

1 : 플로팅 매트 결합체 2 : 플로팅 매트 단위체
3 : 플로팅 매트 단위체 내부의 밀폐된 빈 공간
4 : 광 가속도 계측 센서 5 : 광 변형률 계측 센서
6 : 광섬유 7 : LNG
8 : LNG 탱크 내벽 9 : 데이터 분석수단
15 : LNG 선박 외벽 20 : 1차 단열막
30 : 2차 단열막 40 : 단열재
50 : LNG 탱크 외벽 60 : 1차 단열구역
70 : 2차 단열구역

Claims (25)

1. 각 면이 교접할 수 있는 다면체의 형상을 갖는 다수 개의 플로팅 매트 단위체의 결합에 따라 판 형상을 이루며, 이 상태에서 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내에 수용된 액화천연가스의 표면에서 액화천연가스의 유동에 따라 함께 부유하되, 상기 플로팅 매트 단위체는 교접한 면이 완전히 붙어 고정되는 것이 아니라 외력이 작용하면 꺾일 수 있는 상태가 되도록 상호 결합하는 것을 특징으로 하는 플로팅 매트 결합체 및;
   상기 플로팅 매트 결합체의 하나 이상의 위치에 인입되며 상기 플로팅 매트 결합체의 부유 시 발생하는 가속도를 광센서 기술을 이용하여 계측하는 광 가속도 계측 센서;
   를 포함하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내벽의 하나 이상의 위치에 인입되며 액화천연가스의 유동 시 화물 탱크 내벽에 가해지는 충격으로 인하여 발생하는 화물 탱크 내벽의 변형을 광센서 기술을 이용하여 계측하는 광 변형률 계측 센서;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
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6. 제 1 항에 있어서,
   상기 플로팅 매트 단위체는 액화천연가스 내에서 부유 가능한 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 플로팅 매트 단위체는 외력에 의해 변형 가능한 연성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 플로팅 매트 단위체는 몸체 내부에 별도의 밀폐된 빈 공간을 갖는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 플로팅 매트 결합체는 정다각형 또는 원형의 판 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 가속도 계측 센서는 상기 플로팅 매트 결합체에 균일한 간격으로 인입되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 가속도 계측 센서는 상기 플로팅 매트 결합체에 방사상으로 인입되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
12. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 변형률 계측 센서는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내벽에 균일한 간격으로 인입되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
13. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 변형률 계측 센서는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내벽의 천정 및 측면 상부에 인입되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    액화천연가스 수송선의 화물 탱크 외부에서 상기 광 가속도 계측 센서 또는 상기 광 변형률 계측 센서와 교신하면서 상기 광 가속도 계측 센서 또는 상기 광 변형률 계측 센서로부터 데이터를 수신하고 이로부터 소정의 결과 값을 산출하는 데이터 분석수단;을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 데이터 분석수단은 상기 광 가속도 계측 센서로부터 수신한 가속도 데이터로부터 상기 플로팅 매트 결합체의 부유 속도 및 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 데이터 분석수단은 상기 광 가속도 계측 센서로부터 수신한 가속도 데이터로부터 상기 플로팅 매트 결합체가 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내벽에 가하는 힘을 산출하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 데이터 분석수단은 상기 광 가속도 계측 센서로부터 수신한 가속도 데이터로부터 상기 플로팅 매트 결합체의 변형을 산출하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
18. 제 1 항에 있어서,
    액화천연가스 수송선의 화물 탱크 바닥의 하나 이상의 위치에 인입되어 광센서 기술을 이용하여 액화천연가스의 레벨을 계측하는 광 압력 계측 센서;를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내 슬로싱 현상의 계측 장치.
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