KR101465951B1 - 펌프타워구조체 및 이를 갖춘 lng탱크 - Google Patents

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Abstract

LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체는 LNG의 레벨 및 상태량을 측정하기 위한 계측기와 펌프타워구조체의 일부에 설치되어, 펌프타워구조체에 LNG를 분사하는 LNG분사부 및 LNG분사부에 의해 분사되는 LNG로부터 계측기가 영향을 받지 않도록, 계측기의 외면에 설치되는 프로텍션커버를 포함한다.

Description

펌프타워구조체 및 이를 갖춘 LNG탱크{PUMP TOWER STRUCTURE AND LNG TANK HAVING THE SAME}
본 발명은 LNG탱크에서 LNG의 레벨을 정밀하게 측정하기 위한 펌프타워구조체 및 이를 갖춘 LNG탱크에 관한 것이다.
통상적인 선박용 LNG탱크는 해저에서 LNG를 시추하고 이를 운반하기 위한 드릴쉽 및 LNG운반선 등에 구비된다. 이러한 LNG탱크의 내부는 그 LNG의 증발을 막기 위하여 극저온 상태를 유지하여야 한다.
여기서 탱크 내에 저장된 극저온의 LNG의 레벨을 정확히 측정하는 것은 매우 중요한데, LNG의 정확한 레벨을 측정할 수 있다는 것은 적재된 LNG의 양 또한 정확히 알 수 있다는 것이기 때문이다. 이는 탱크 내에 LNG를 추가로 적재 가능한 양(quantity) 또는 적재되어있는 양을 정확히 알 수 있게 하여, 적재(loading) 및 하역(unloading)하는데 있어 작업효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 선체 전체의 정확한 하중을 앎으로 해서, 그를 고려한 제어를 통해 선박의 추진성능을 향상시킬 수 있다. 또한, LNG를 구매하고자 하는 이들에게 정확한 양의 LNG를 제공함으로써 신뢰도 높은 서비스를 제공하도록 할 수 있다.
하지만, 탱크 내에 저장된 극저온의 LNG는 그 정확한 레벨을 측정하기 매우 어렵다. 탱크의 크기가 크고, 내부 온도가 영하 160도 이하로써 사람이 직접 LNG의 레벨을 육안으로 판별하기 어려울 뿐만 아니라, 탱크 내부에서 천연가스의 기화 및 액화를 수반하는 상 변화가 계속적으로 이루어지며, 선박의 기울기 및 흔들림 등 제반 여건에 따라 측정치에 계속적으로 미세한 차이가 생기기 때문이다.
또한, LNG를 적재 및 이송하기 위한 펌프타워구조체에서는 LNG의 적재 및 하역 시 극저온의 LNG에 의한 펌프타워의 개별적인 열변형(heat strain) 및 뒤틀림을 억제하기 위하여 극저온의 LNG를 그 펌프타워구조체에 전체적으로 분사하게 되는데, 그에 따라 LNG의 레벨을 측정하는 계측장치 또한 영향을 받음으로써 정밀한 계측이 어려웠다.
따라서, 상술한 어려움을 극복하기 위한 LNG탱크의 레벨 정밀측정에 관한 많은 노력들이 이루어지고 있고, 본 발명은 그러한 노력의 일환이다.
본 발명의 실시 예는 극저온인 LNG의 특수성을 고려하여 LNG의 정확한 적재량을 측정하는 LNG탱크의 펌프타워구조체 및 이를 갖춘 LNG탱크를 제공하고자 한다.
또한, LNG탱크 내의 LNG의 정확한 적재량을 측정하도록 함으로써 LNG를 선박으로부터 이송 받고자 하는 고객에게 신뢰도 높은 서비스를 제공하고자 한다.
또한, LNG탱크의 적재 및 하역을 위한 펌프타워구조체의 열변형에 의한 뒤틀림을 최소화함으로써 내구성이 좋은 펌프타워구조체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, LNG를 이송하기 위한 파이프들을 포함하는 펌프타워구조체에 있어서, LNG의 레벨 및 상태량을 측정하기 위한 계측기와 펌프타워구조체의 일부에 설치되어, 상기 펌프타워구조체에 LNG를 분사하는 LNG분사부 및 상기 LNG분사부에 의해 분사되는 LNG로부터 상기 계측기가 영향을 받지 않도록, 상기 계측기의 외면에 설치되는 프로텍션커버를 포함하는 LNG탱크의 펌프타워구조체가 제공될 수 있다.
또한, 상기 펌프타워구조체는, LNG를 상기 LNG탱크에 적재하기 위한 로딩파이프와 상기 LNG탱크에서 LNG를 하역하기 위한 언로딩파이프 및 상기 로딩파이프 및 상기 언로딩파이프를 지지하기 위한 지지부재를 구비할 수 있다.
또한, 파이프 형상으로, 외주면에 높이방향으로 일정간격으로 홀이 형성된 레 벨게이지를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 계측기는, 온도센서를 구비하는 온도측정기 및 레이더파이프를 구비하는 레이더측정기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로텍션커버는, 상기 계측기 외면을 이격하여 감싸는 형태로 설치되며, 내측 원주면에 부착되는 단열재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체는 LNG탱크 내의 온도변화를 고려하여 온도센서 및 레이더파이프를 설치하도록 함으로써 LNG탱크 내의 적재량을 정확하게 측정할 수 있다.
또 본 실시 예에 따른 LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체는 LNG를 적재 및 하역하기 위한 구조물이 파손 및 고장이 발생하지 않도록 안정적으로 유지되도록 함으로써, LNG탱크의 내구성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체를 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체의 사시도이다.
도 4는 도1의 A-A부에 대한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체에서 도4에 대응되는 부분에 대한 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1 내지 도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체를 나타낸다.
도 1 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체는 LNG탱크(1), LNG탱크(1)로 LNG를 이송하기 위한 펌프타워구조체, LNG분사부(30), 프로텍션커버(300), 레벨게이지(100) 및 계측기(200)를 포함할 수 있다. 여기서, 펌프타워구조체는 로딩파이프(loading pipe, 20)와 언로딩파이프(unloading pipe, 10) 및 이들을 지지하기 위한 구조체를 말한다.
LNG탱크(1)는 일반적으로 선박 내에 LNG를 저장하기 위한 저장고로, 독립구형, 멤브레인형, 독립각형, 모스형(독립 원통형) 등으로 될 수 있는데, 상부가 갑판상에 나와 있는 형상으로 될 수 있다. 또한, 선박의 규모 및 형상에 따라 선체 내에 일렬로 4개에서 10개 정도가 설치될 수 있고, 극저온의 LNG에 압력을 가하고 그 상태로 LNG를 보관 유지하고 있어 주위를 단열재(미도시)로 둘러싼 형상이 될 수도 있다.
펌프타워구조체는 LNG를 이송하기 위한 로딩파이프(20) 및 언로딩파이프(10) 를 포함하는 구조체를 말한다. 여기서, 로딩파이프(20)는 LNG탱크(1)에 LNG를 적재하기 위한 수단을 말하고, 언로딩파이프(10)는 LNG탱크(1)에서 LNG를 하역하기 위한 수단으로 LNG를 이송시킬 수 있는 파이프를 말하는데, 이하에서는 LNG탱크(1)에 LNG를 적재하는 것을 로딩이라 하고, LNG를 하역하는 것을 언로딩이라 한다.
또한, 이 펌프타워구조체는 LNG탱크(1)의 내부에 설치된 펌프(미도시) 등에서 필요로 하는 각종 배선을 지지 및 가이드하는 전기배관(40) 및 상기 로딩파이프(20)와 언로딩파이프(10)를 지지하는 지지부재(11)를 더 포함할 수 있다. 지지부재(11)는 지그재그로 대각선으로 엇갈린 빔 또는 수평한 보 형상의 트러스 구조를 가져 로딩파이프(20), 언로딩파이프(10)를 안정적으로 지지하도록 될 수 있다. 이 밖에, 이러한 지지구조는 다양한 방식으로 될 수 있는데, 이는 설계자의 단순 선택사항으로, 필요에 따라 설계자가 선택하여 사용할 수 있을 것이다.
LNG분사부(30)는 언로딩파이프(10)의 일부분에 홀을 형성하고, 그 위치에 노즐을 설치하는 방식으로 될 수 있는데, 언로딩 시 LNG탱크(1) 내부의 LNG를 원하는 위치에 분사하도록 하여, 결과적으로 펌프타워구조체가 안정적으로 LNG의 언로딩을 수행할 수 있게 한다. 상세히는, LNG를 언로딩 시 언로딩파이프(10)의 내부유압에 의해 언로딩파이프(10)의 일부분에 형성된 홀에서 LNG가 새어 나오도록 하고, 그 홀이 형성된 위치에 설치된 노즐에 의해 설계자가 원하는 위치 및 방향으로 LNG가 분사되도록 하여, 극저온의 LNG에 의해 펌프타워구조체가 전체적으로 일정하게 열변형 되도록 함으로써, 구조물의 안정성을 높일 수 있게 되는 것이다.
또한, LNG분사부(30)는 언로딩파이프(10) 외부에 추가로 일단부가 LNG탱크(1)의 저면에 위치하고 타단부에는 노즐을 구비하는 파이프(미도시) 및 펌프(미도시)를 구비하고 상기 펌프(미도시)를 제어하도록 될 수 있다. 이러한 방식은 언로딩파이프(10)의 작동여부와 상관없이 원하는 때에 LNG의 분사여부를 결정하도록 하는 잇점을 가진다.
레벨게이지(100)는 외주면의 길이방향으로 일정간격으로 홀(100a)이 형성된 파이프 형상으로 LNG탱크(1) 내부에 수직으로 설치될 수 있다. LNG탱크(1) 내부의 LNG가 상기 홀(100a)을 통해 레벨게이지(100) 내부로 흘러 들어가도록 하고, 이를 통해 LNG탱크(1) 내부의 LNG 양을 측정하는 것이다. 즉, 레벨게이지(100) 내부로 흘러 들어온 LNG의 높이를 계측하고, 이로써 LNG의 레벨을 가늠하는 방식이다.
계측기(200)는 온도측정기(202)와 레이더측정기(201)를 포함할 수 있다. 여기서, 온도측정기(202)는 온도센서(temperature sensor, 202a)와 센서보호관(thermowell, 202b)을 구비할 수 있는데, 온도센서(202a)는 LNG탱크(1) 내부의 저면 가까이까지 뻗은 세로로 긴 파이프(pipe) 형상으로 되어, LNG탱크(1) 의 LNG의 온도를 정확하게 측정하도록 할 수 있고, 센서보호관(202b)는 그 온도센서(202a)를 보호하도록 할 수 있다. 특히, 계측기(200)로부터 얻을 수 있는 상태량 중 LNG의 온도는 LNG의 레벨을 가늠하는데 있어서 핵심요소라 할 수 있는데, 그 이유는 미세한 온도의 차이에 따라 LNG의 밀도와 부피가 현저히 달라지기 때문이다.
레이더측정기(201)는 LNG의 레벨을 정밀하게 측정하도록 하는 것으로, 전파를 이용하도록 할 수 있다. 전파가 목표물까지 직선으로 진행한 후 반사하여 돌아오는 성질을 이용하는 것이다. 상세히 설명하면, 레이더측정기(201)에서 전파를 발산하고, 그 전파가 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 목표물의 거리, 방향, 고도를 알아내고, 이러한 정보를 가지고 LNG의 레벨을 정밀하게 측정할 수 있는 것이다. 이때, 전파 중 주파수가 매우 높은 마이크로파를 이용할 수 있다.
상술한 레벨게이지(100)와 계측기(200)는 복합적으로 사용될 수 있다. 레벨게이지(100)로 얻을 수 있는 LNG의 레벨과 계측기(200)로부터 얻을 수 있는 LNG의 상태량(온도, 밀도 등) 및 LNG의 높이를 종합적으로 분석하여 LNG탱크(1)에 적재된 LNG의 레벨을 매우 정밀하게 측정토록 하는 것이다.
프로텍션커버(300)는 계측기(200)를 감싸는 형상으로 되어, LNG분사부(30)에서 분사되는 극저온의 LNG로부터 계측기(200)가 영향을 받지 않도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 프로텍션커버(300)는 일단부(300a)가 LNG탱크(1) 내벽에 결합되고, 긴 직사각형 사각틀 형상을 가지도록 될 수 있는데, LNG분사부(30)에서 분사되는 극저온의 LNG가 계측기(200)에 닿지 않도록, 계측기(200) 주위를 보호하는 형태로 될 수 있다. 여기서, 영향을 받지 않는다는 의미는 열전달에 의한 온도변화가 생기지 않는 것을 말한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 LNG탱크의 레벨 펌프타워구조체에서 도4에 대응되는 부분에 대한 단면도로, 프로텍션커버(300)에 대한 하나의 변형 예를 나타낸다.
도5를 참조하면, 프로텍션커버(310)는 원형의 파이프 형상으로 되고, 내측 원주면에 부착되는 단열재(311)를 더 포함하도록 될 수 있는데, 이러한 단열재(311)는 LNG에 의해 계측기(200)가 받을 수 있는 영향을 줄이도록 할 수 있다. 또한, 이러한 프로텍션커버(300)는 닫힌 원통형상으로 되고 내부(312)를 진공(vacuum)이 되게 하여 LNG에 의한 열전달을 최소로 할 수 있는데, 이는 설계자의 선택사항으로 LNG탱크(10)의 구조, 형상 및 크기에 따라 바뀔 수 있음은 통상의 기술자에게 있어 자명할 것이다.
이하에서는 LNG 레벨의 정밀계측 방식에 대하여 서술한다.
극저온의 LNG를 LNG탱크(1)로 로딩 및 언로딩 시 극저온의 LNG에 의하여 로딩파이프(20) 및 언로딩파이프(10)가 열변형이 발생하게 된다. 다시 말하면, 로딩 시에는 로딩파이프가 극저온의 LNG에 의해 수축이 일어나게 되고, 언로딩 시에는 언로딩파이프(10)가 극저온의 LNG에 의해 수축이 일어나게 된다.
이때, 로딩 및 언로딩의 상황에 따라 열변형이 일어나는 대상의 차이가 생기게 되고, 이러한 차이로 인하여 펌프타워구조체가 뒤틀림이 발생할 여지가 있게 된다. 이에 따라 펌프타워구조체의 각 부분이 전체적으로 동일한 수준의 열변형이 일어나게끔 할 필요가 있는데, LNG분사부(30)는 펌프타워구조체의 각 부분에 극저온의 LNG를 분사해 줌으로써 온도변화에 의한 펌프타워구조체의 뒤틀림 및 그로 인한 파손을 막을 수 있게 한다. 따라서, LNG를 적재 및 하역하기 위한 구조물이 파손 및 고장이 발생하지 않도록 안정적으로 유지되도록 하는 것이다
하지만, LNG분사부(30)가 펌프타워구조체에 극저온의 LNG를 분사함에 있어서, 그 LNG가 펌프타워구조체뿐만 아니라 계측기(200)에도 영향을 미침으로써 문제가 된다. 즉, 분사된 극저온의 LNG가 LNG탱크(1) 내부의 LNG의 온도, 레벨, 압력 등을 측정하는 데 사용하는 계측기(200)에도 영향을 미쳐 그 계측기(200)가 각종 상태량을 정확히 측정하는 것을 어렵게 하는 것이다. 예를 들면, 계측기(200) 중 온도센서(202a)를 구비하는 온도측정기(202)가 극저온의 LNG에 의해 열을 빼앗기게 되고, 이에 정밀한 온도 측정값을 얻기 어렵게 되는 것이다.
여기서, 프로텍션커버(300)가 계측기(200) 주위에 설치됨으로 해서, 극저온의 LNG로부터 그 계측기(200)가 영향을 받는 것을 막아주게 된다. 결과적으로, LNG분사부(30)를 구비함으로써 LNG를 적재 및 하역하기 위한 구조물이 파손 및 고장이 발생하지 않고 안정적으로 유지되도록 하여 LNG탱크의 내구성을 높이면서, 계측기(200)는 원하는 정밀한 측정값을 측정하도록 하여, LNG탱크(10) 내의 적재량을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
상술한 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것일 뿐, 본 발명이 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다.
1: LNG탱크, 10: 언로딩파이프,
11: 지지부재, 20: 로딩파이프,
30: LGN분사부, 40: 전기배관,
100: 레벨게이지, 200: 계측기,
201: 레이더측정기, 202: 온도측정기,
300: 프로텍션커버, 301: 프로텍션커버,
302: 단열재.

Claims (5)

  1. LNG를 이송하기 위한 파이프들을 포함하는 펌프타워구조체에 있어서,
    LNG의 레벨 및 상태량을 측정하기 위한 계측기;
    펌프타워구조체의 일부에 설치되어, 상기 펌프타워구조체에 LNG를 분사하는 LNG분사부;
    상기 LNG분사부에 의해 분사되는 LNG로부터 상기 계측기가 영향을 받지 않도록, 상기 계측기의 외면에 설치되는 프로텍션커버; 및
    외주면에 높이방향으로 일정간격으로 홀이 형성된 파이프 형상의 레벨게이지;를 포함하는 LNG탱크의 펌프타워구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펌프타워구조체는,
    LNG를 상기 LNG탱크에 적재하기 위한 로딩파이프와
    상기 LNG탱크에서 LNG를 하역하기 위한 언로딩파이프 및
    상기 로딩파이프 및 상기 언로딩파이프를 지지하기 위한 지지부재를 더 포함하는 LNG탱크의 펌프타워구조체.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 계측기는
    온도센서를 구비하는 온도측정기; 및
    레이더파이프를 구비하는 레이더측정기;를 더 포함하는 LNG탱크의 펌프타워구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로텍션커버는,
    상기 계측기 외면을 이격하여 감싸는 형태로 설치되며,
    내측 원주면에 부착되는 단열재를 더 포함하는 LNG탱크의 펌프타워구조체.
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