KR101310326B1 - 엘엔지 저장탱크용 플라이우드 및 그 보강방법 - Google Patents

Abstract

유리섬유 프리프레그를 이용하여 플라이우드 표면에 유리섬유층을 마련함으로써 부피나 제조비용이 과도하게 증가되지 않도록 하면서도 NO 96 타입의 저장탱크의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있도록 마련된 LNG 저장탱크용 플라이우드 및 그 보강방법이 개시된다.

Description

엘엔지 저장탱크용 플라이우드 및 그 보강방법{A PLYWOOD FOR LNG STORAGE TANK AND REINFORCEMENT METHOD THEREOF}

본 발명은 LNG 저장탱크용 플라이우드(plywood) 및 그 보강방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 NO 96 타입의 LNG 저장탱크용 단열박스에 채용되는 플라이우드 및 그 보강방법에 관한 것이다.

천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비자로 운반된다.

액화천연가스는 천연가스를 대략 -163℃ 정도의 극 저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태의 천연가스 상태보다 부피가 대략 1/600로 줄어들게 되어 해상을 통한 원거리 운반에 적합하게 된다.

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 저장탱크를 포함하도록 구성된다.

최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 부유식 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 저장탱크가 마련된다.

LNG FPSO는 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨 싣기 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 액상화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 내에는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 저장탱크가 설치된다.

이러한 저장탱크는 단열재에 화물이 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크(Independent Tank)와 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류되며, 멤브레인형 저장탱크는 통상 GTT의 NO 96형과 Mark Ⅲ형으로 구분된다.

이중 NO 96형 저장탱크(1)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 1차밀봉벽(11) 및 2차밀봉벽(13)과, 1차단열벽(12)과 2차단열벽(14)이 내부표면 상에 번갈아 적층되도록 마련되며, 1차 및 2차단열벽(12,14)은 각각 플라이우드(20)로 마련되어 내부에 방열소재(50)가 채워진 복수개의 단열박스(30)로 구성된다. 참고로 미설명 부호 2는 상기 저장탱크(1)가 설치되는 선박이나 구조물의 내부표면을 가리킨다.

따라서 상기 1차 및 2차단열벽(12,14)을 구성하는 단열박스(30)에서 외부 압력을 지탱하는 역할은 대부분 플라이우드(plywood)(20)가 담당하게 되는데, 슬로싱(sloshing)으로 인한 엄청난 외부의 충격에 견딜 수 있도록 플라이우드(20)는 충분한 강성을 갖도록 마련되어야 한다.

따라서 종래 NO 96 타입의 저장탱크(1)의 경우 플라이우드(20)의 두께를 증가시키거나 플라이우드(20)의 숫자를 늘리는 방식을 이용하여 단열박스(30)의 충분한 강도가 확보되도록 하고 있는 실정이다.

그러나 이와 같이 플라이우드(20)의 두께를 증가시키거나 플라이우드(20)의 숫자를 늘리는 종래 방식의 경우 저장탱크(1)의 전체부피가 과도하게 증가되도록 하거거나 저장탱크(1)의 제작에 따른 비용이 큰 폭으로 상승되도록 하는 또 다른 문제점을 발생시키고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 NO 96 타입의 LNG 저장탱크용으로써 저장탱크의 부피나 제조비용이 과도하게 증가되지 않도록 하면서도 저장탱크의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있도록 마련된 LNG 저장탱크용 플라이우드 및 그 보강방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 LNG 저장탱크용 플라이우드는 NO 96 타입 저장탱크의 단열벽을 형성하기 위해 내부에 방열소재가 채워지게 되는 단열박스를 구성하도록 마련된 것으로, 상기 플라이우드 표면에는 유리섬유층이 마련된 것을 특징으로 한다.

상기 유리섬유층은 복수의 유리섬유 프리프레그(prepreg)가 상기 플라이우드 표면에 적층되어 마련된 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 유리섬유 프리프레그(prepreg)는 유리섬유의 방향이 하중의 방향을 향할 수 있도록 상호 동일방향을 향하도록 적층된 것을 특징으로 한다.

상기 유리섬유 프리프레그(prepreg)의 얇은 필름형태로 마련되고, 상기 유리섬유층은 3겹의 유리섬유 프리프레그(prepreg)가 적층되어 0.054~0.162mm 의 두께를 갖도록 마련된 것을 특징으로 한다.

상기 복수개의 유리섬유 프리프레그(prepreg)는 상기 플라이우드 표면에 순차적으로 가열된 상태에서 가압되어 고정된 것을 특징으로 한다.

상기 유리섬유층은 상기 플라이우드의 테두리 면을 제외한 양면에 마련된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 LNG 저장탱크용 플라이우드 보강방법은 NO 96 타입 저장탱크의 단열벽을 형성하기 위해 내부에 방열소재가 채워지게 되는 단열박스를 구성하는 LNG 저장탱크용 플라이우드 표면에 복수의 유리섬유 프리프레그(prepreg)를 순차적으로 고온 고압 조건으로 성형하여 유리섬유층이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 유리섬유 프리프레그(prepreg)는 적층과정에서 유리섬유의 방향이 하중의 방향을 향할 수 있도록 상호 동일방향을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크용 플라이우드 및 그 보강방법에 따르면 비용이 저렴하면서도 두께가 얇은 유리섬유 프리프레그를 이용하여 플라이우드 표면에 유리섬유층을 마련함으로써 저장탱크의 부피나 제조비용이 과도하게 증가되지 않도록 하면서도 NO 96 타입의 저장탱크의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 NO 96 타입의 LNG 저장탱크의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 일반적인 NO 96 타입의 LNG 저장탱크의 요부 사시도이다.
도 3은 NO 96 타입 저장탱크의 단열벽을 형성하도록 종래 플라이우드가 채용된 단열박스의 단면도이다.
도 4는 NO 96 타입 저장탱크의 단열벽을 형성하도록 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크용 플라이우드가 채용된 단열박스의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크용 플라이우드의 구조의 요부를 확대 도시한 단면도로, 도 4의 “A"부위의 확대하여 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크용 플라이우드 표면에 유리섬유층을 형성하는 과정을 도시한 사시도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 NO 96 타입 저장탱크용 플라이우드의 구조 및 보강방법을 설명하도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 다른 플라이우드(40)는 1차밀봉벽(11) 및 2차밀봉벽(13)과, 1차단열벽(12)과 2차단열벽(14)이 내부표면 상에 번갈아 적층되도록 마련되는 NO 96형 저장탱크(1)에 있어서 상기 1차 및 2차단열벽(12,14)을 형성하는 단열박스(30′)를 구성하는데 사용된다.

즉 플라이우드(40)는 펄라이트 등으로 마련되어 단열박스(30′) 내부에 채워지게 되는 방열소재(50) 사이를 구획하고 단열박스(30′) 외면을 형성하는데 사용된다. 그리고 상기 1차 및 2차밀봉벽(11,13)의 경우 0.5 ~ 0.7mm 두께의 인바(Inver) 강(36% Ni) 등으로 구성될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 플라이우드(40)의 표면에는 강도 보강을 위해 유리섬유층(41)이 마련되며, 유리섬유층(41)은 복수개의 유리섬유 프리프레그(41a)가 플라이우드(40) 표면에 순차적으로 적층되어 마련된다. 참고로 도면에서는 복수개로 적층되는 유리섬유 프리프레그(41a)가 명확히 보일 수 있도록 실제보다 유리섬유 프리프레그(41a)의 두께를 크게 나타냈다.

유리섬유는 강도가 높으면서도 경량이고 부식에도 우수한 저항특성을 보이는 재질로써, 유리섬유 프리프레그(41a)는 이러한 유리섬유에 매트릭스 수지를 함침하여 마련된 얇은 필름형태 마련된다. 따라서 이러한 유리섬유 프리프레그(41a)는 열을 가한 상태로 가압했을 때 플라이우드(40) 표면에 즉각적으로 바로 고정될 수 있게 되며, 상기 수지로는 열융착이 용이한 에폭시가 사용된다.

이와 같이 유리섬유 프리프레그(41a)로 마련되는 유리섬유층(41)은 비용이 저렴하면서도 가볍고 얇아 NO 96 타입 저장탱크(1)의 부피와 제조비용이 과도하게 증가되지 않도록 하면서도 NO 96 타입의 저장탱크(1)의 강도를 효과적으로 향상시키게 된다.

또한 유리섬유는 열전도가 0.3-0.6 W/mK 의 범위로 매우 낮은 재질로써, 유리섬유 프리프레그(41a)를 통해 표면에 유리섬유층(41)이 형성되는 플라이우드(40)는 저장탱크의 열 차단 효과를 저하시킬 우려도 거의 없게 된다.

유리섬유층(41)은 플라이우드(40)의 테두리의 둘레면을 제외한 플라이우드(40)의 양면에 전체적으로 마련된다.

강도 보강을 위해 플라이우드(40) 표면에 유리섬유층을 형성할 때는 핫 프레스(hot press)를 사용하여 130 2기압에서 2시간의 고온 고압 조건으로 성형시 유리섬유 프리프레그(41a)를 플라이우드(40) 표면에 순차적으로 가열된 상태로 눌러 압착하게 되며, 이 상태의 유리섬유 프리프레그(41a)는 에폭시의 열융착 작용에 의해 즉각적으로 플라이우드(40) 표면에 부착된다.

따라서 유리섬유 프리프레그(41a)를 핫 프레스를 이용하여 플라이우드(40) 표면에 가열된 상태에서 압착하는 방식의 유리섬유층(41) 형성 과정은 작업이 빠르고 간단하여 효율적이다.

한편, 유리섬유 프리프레그(41a)는 유리섬유 조직을 통해 방향성을 갖게 되는데, 슬로싱 힘은 상기 단열박스(30′)에 수직으로 작용하게 되고, 이에 따라 상기 단열박스(30′) 구조에서는 좌우 양측에 세워지도록 배치되는 플라이우드(40)가 대부분의 슬로싱 하중을 지지하게 되므로, 유리섬유층(41)을 형성하는 복수의 유리섬유 프리프레그(41a)는 모두 유리섬유의 방향이 동일방향을 향하도록 적층되는 것이 플라이우드(40)의 하중 지지력 향상에 유리하게 된다.

즉 단열박스(30′)의 좌우 양측에 세워지도록 배치되는 플라이우드(40)는 그 길이방향으로 슬로싱 하중을 지지하게 되므로, 이때는 유리섬유층(41)을 형성하는 복수개의 유리섬유 프리프레그(41a)의 유리섬유 방향이 모두 슬로싱 하중 방향을 향하도록 배치되어야 유리섬유에 의한 플라이우드(40)의 하중 지지력이 보다 효과적으로 향상될 수 있게 되는 것이다.

따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 유리섬유층(41)을 구성하는 복수개의 유리섬유 프리프레그(41a)는 플라이우드(40) 표면에 유리섬유 프리프레그(41a)를 순차적으로 적층시키는 과정에서 모두 유리섬유의 방향이 하중의 방향을 향할 수 있도록 상호 동일 방향으로 향하도록 배치된 상태에서 상호 적층되며, 이와 같은 유리섬유 프리프레그(41a)의 적층과정에서는 부착될 유리섬유 프리프레그(41a)나 플라이우드(40)의 방향을 변화시킬 필요가 없게 되어 유리섬유층(41)을 보다 간편하게 형성할 수 있게 된다.

아래의 표 1에는 유리섬유층(41)을 구성하는 유리섬유 프리프레그(41a)의 적층 갯수에 따른 플라이우드(40)의 좌굴하중 증가율을 측정한 실험결과가 표시된다.

상기 표 1에 도시된 바와 같이, 유리섬유층(41)을 구비하는 플라이우드(40)는 유리섬유층(41)을 구성하는 유리섬유 프리프레그(41a)가 1층부터 3층을 이룰 때까지와는 달리 4층을 이룰 때부터 좌굴하중 증가율이 급격히 저하됨을 확인할 수 있다.

따라서 플라이우드(40)의 좌굴하중 증가율을 고려했을 때, 플라이우드(40) 표면에 마련되는 상기 유리섬유층(41)은 3겹의 유리섬유 프리프레그(41a)가 3층을 이루도록 적층되어 0.054~0.162mm 의 두께를 갖도록 마련되는 것이 바람직하다.

1: 저장탱크 11: 1차밀봉벽
12: 1차단열벽 13: 2차밀봉벽(13)
14: 2차단열벽 30′: 단열박스
40: 플라이우드 41: 유리섬유층
41a: 유리섬유 프리프레그 50: 방열소재

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7. NO 96 타입 저장탱크의 단열벽을 보강하기 위해 상기 단열벽을 구성하도록 내부에 방열소재가 채워지는 단열박스를 형성하는 LNG 저장 저장탱크용 플라이우드 표면을 유리섬유층으로 보강하는 LNG 저장탱크용 플라이우드 보강방법에 있어서,
   상기 유리섬유층은 에폭시로 마련된 매트릭스 수지와 유리섬유를 구비하여 얇은 필름형태로 제작된 유리섬유 프리프레그(prepreg)를 통해 상기 플라이우드의 테두리를 제외한 양면에 각각 마련되고,
   상기 유리섬유층을 제작하는 과정에서 상기 플라이우드 표면에는 복수 겹의 상기 유리섬유 프리프레그(prepreg)가 핫 프레스에 의해 가열된 상태에서 순차적으로 가압되어 열융착되며,
   복수 겹의 상기 유리섬유 프리프레그(prepreg)는 적층과정에서 각 유리섬유의 방향이 상기 플라이우드에 가해지는 슬로싱 하중의 방향을 향하도록 상호 동일방향을 향하도록 적층되고,
   각각의 상기 유리섬유층은 상기 유리섬유 프리프레그(prepreg) 3겹이 순차적으로 적층되어 0.162mm의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크용 플라이우드 보강방법.
   
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