KR101532278B1 - Ｌｎｇ 화물창의 단열 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG 화물창의 단열 구조물에 관한 것으로서, LNG 저장탱크의 단열을 위한 LNG 화물창의 단열 구조물에 있어서, 선체의 내측 면 상에 설치되는 2차 단열 벽; 상기 2차 단열 벽 상에 설치되는 1차 단열 벽; 상기 1차 단열 벽과 상기 2차 단열 벽 사이에 설치되는 2차 밀봉 벽; 및, LNG 저장탱크와 상기 1차 단열 벽 사이에 설치되는 1차 밀봉 벽;을 포함하되, 상기 1차 단열 벽과 2차 단열 벽은 서로 다른 단열재를 구비하는 상부 단열부와 하부 단열재로 각각 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

ＬＮＧ 화물창의 단열 구조물{INSULATING STRUCTURE OF LNG CARGO CONTAINMENT SYSTEM}

본 발명은 LNG 화물창에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LNG를 운반하는 가스 운반선(carrier), 부유식 해상 구조물(LNG-FPSO, LNG-FSRU) 및 LNG 재기화 선박(LNG-RV) 등에 설치되어 단열 성능의 향상을 통해 BOR(Boil Off Ratio)을 만족할 수 있도록 한 LNG 화물창의 단열 구조물에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하, 'LNG'라 함)의 상태로 LNG 수송선에 저장되어 원거리의 소비처로 운반된다.

이러한 LNG는 천연가스를 극저온, 예컨대 대략 -163℃로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다.

이와 같은 LNG는 LNG 수송선에 실려서 바다를 통해 운반되어 육상 소요처에 하역되거나, LNG RV(LNG Regasification Vessel)에 실려서 바다를 통해 운반되어 육상 소요처에 도달한 후 재기화되어 천연가스 상태로 하역될 수 있는데, LNG 수송선과 LNG RV에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크('화물창'이라고도 함)가 마련된다.

또한, 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 LNG 저장탱크가 마련된다.

여기서, LNG FPSO는 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요 시 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다.

또한, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 저장탱크에 저장한 후, 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

이와 같은 LNG 저장탱크는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 단열재가 화물의 하중에 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(independent tank type)과 멤브레인형(membrane type)으로 분류되고, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형으로 나뉘며, 멤브레인형 저장탱크는 GT NO 96형과 TGZ Mark Ⅲ형으로 나누어진다.

종래기술에 따른 멤브레인형인 GT NO 96형 화물창은, 선체의 내벽에 적층되어 설치되되 플라이우드 박스(plywood box) 및 펄라이트(perlite) 등으로 이루어지는 1차 단열 벽 및 2차 단열 벽을 포함하는 단열 구조물이 구성된다.

이러한 화물창에 관련된 선행기술이 대한민국 특허공개공보 제2003-0039709호(2003.05.22)에 개시되어 있다.

상기 화물창의 1차 방벽은 LNG 측에 위치하고, 2차 방벽은 선체의 내벽 측에 위치하도록 설치된다.

그리고, 상기 1차 방벽 및 2차 방벽은 LNG를 단열시키는 단열벽을 포함하고, 각각의 단열벽의 상측에는 0.5~0.7㎜ 두께의 인바(Invar) 강으로 이루어지는 1차 밀봉 벽 및 2차 밀봉 벽이 각각 설치된다.

따라서, 1차 방벽과 2차 방벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 갖고 있어 1차 방벽의 누설시 상당한 기간 동안 2차 방벽만으로도 화물인 LNG를 안전하게 지탱할 수 있다.

이와 같은 종래기술에 따른 화물창은 1차 방벽과 2차 방벽 각각의 단열 공간을 입자형의 펄라이트로 채운 다음, 질소가스를 충전하여 단열성능을 확보하도록 함과 아울러, 누설된 가스를 감지하는 데에 사용되도록 한다.

그러나, 종래기술에 따른 화물창은 전체 열손실에서 질소가스를 통한 열손실이 차지하는 비중이 작지 않으며, 단열성능의 저하로 인한 증발가스(Boil Off Gas, 이하 'BOG'라 함)의 발생을 증가시키는 문제점이 있었다.

대한민국 특허공개공보 제2003-39709호(2003.05.22)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 단열 성능의 향상을 위한 단열 구조물의 개선을 통해 BOR(Boil Off Ratio)을 만족할 수 있는 LNG 화물창의 단열 구조물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 LNG 화물창의 단열 구조물은, LNG 저장탱크의 단열을 위한 LNG 화물창의 단열 구조물에 있어서, 선체의 내측 면 상에 설치되는 2차 단열 벽; 상기 2차 단열 벽 상에 설치되는 1차 단열 벽; 상기 1차 단열 벽과 상기 2차 단열 벽 사이에 설치되는 2차 밀봉 벽; 및, LNG 저장탱크와 상기 1차 단열 벽 사이에 설치되는 1차 밀봉 벽을 포함하되, 상기 1차 단열 벽과 2차 단열 벽은 서로 다른 단열재를 구비하는 상부 단열부와 하부 단열부로 각각 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 상부 단열부는 유리섬유로 채워지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 하부 단열부는 폴리우레탄 폼으로 채워지도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 1차 밀봉 벽과 2차 밀봉 벽은, 양단부가 상향 절곡되는 채널 단면형으로 구성되며 상기 상부 단열벽에 고정되는 인바 스트레이크(invar strake)와, 이웃하는 인바 스트레이크 사이에 수직 방향으로 돌출 형성되어 고정 설치되는 인바 텅(invar tongue)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 1차 단열 벽의 하부 단열부에는, 상기 2차 밀봉 벽의 인바 텅의 돌출 부위를 좌우로 마감하는 동시에 상기 하부 단열부를 복수개로 분할하는 보강 벽체가 설치된 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 LNG 화물창의 단열 구조물에 의하면, 4층 구조로 이루어져 열전달율이 감소되고, 열전달율과 비례관계에 있는 BOR이 줄어들게 되므로 요구되는 BOR을 만족시키면서 단열 성능을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 열변형에 대한 신뢰성을 유지하여 설계적 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LNG 화물창의 단열 구조물을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 밀봉 벽을 나타내는 도면이다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, LNG 선박의 화물창은 선체(H)를 따라 상호 격리되는 형태로 배치되는 복수의 LNG 저장탱크(T)가 설치된다.

상기 LNG 저장탱크(T)는 대표적으로 독립형(Independent Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류하되, 상기 멤브레인형 저장탱크는 GTT NO 96, Mark Ⅲ 및 CS1으로 나눠지게 된다.

본 발명에 따른 LNG 저장탱크(T)는 상기 멤브레인형 저장탱크인 GTT NO 96의 개선형 탱크로서, 상기 선체(H)와 LNG 저장탱크(T) 사이에는 단열 구조물이 설치되는바, 상기 단열 구조물은 LNG 저장탱크(T)의 외부를 둘러싸도록 형성되어 외부로의 열손실이나 열의 유입을 차단함으로써 일정한 온도를 유지하도록 하는 동시에, 상기 LNG 저장탱크(T)를 안정적으로 지지하는 역할을 한다.

본 발명에서 '1차' 및 '2차'라는 용어의 사용은 LNG 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 기준으로 하여 LNG를 1차적으로 밀봉 또는 단열하는 기능을 하는 것인지 2차적으로 밀봉 또는 단열하는 기능을 하는 것인지에 대한 구분 기준으로 설정한다.

본 발명의 실시예에 따른 단열 구조물은 1,2차 단열 벽(primary barrier, secondary barrier, 100,200)으로 구성되며, 각각의 단열 벽들은 2층 구조를 가지므로 모두 4층 구조로 구성된다.

상기 1차 단열 벽(100)은 1차적으로 LNG 저장탱크(T)에 열이 침입하는 것을 방지하는 것으로, 상,하부 단열부(110,120)로 구분할 수 있다.

상기 상부 단열부(110)는 복수열로 배치되는 단열박스로 이루어지며, 상기 상부 단열부(110)의 내부에는 유리섬유(Glass Wool)와 같은 입자형 단열재가 채워지게 된다.

상기 입자형 단열재는 단열재의 크기를 사전에 단열박스의 크기에 맞춰 준비할 필요가 없으므로 단열 박스를 용이하게 제작할 수 있으며, 단열성과 함께 충분한 통기성을 가지게 된다.

그리고 상기 하부 단열부(120)는 상기 유리섬유의 우수한 열적 특성과 가공성을 유지하면서도 유리섬유에 의해 제작되는 단열 박스의 강도를 향상시키기 위해 상기 하부 단열부(120)의 내부에는 LNG 저장탱크(T)의 사용 환경에서도 완충 성능을 나타낼 수 있는 물질, 예컨대 폴리우레탄 폼과 같은 부피형 단열재가 채워지게 된다.

이와 같은 부피형 단열재를 개재시킴으로써 상부 단열부(120)에 가해지는 충격이나 하중을 완충시킬 수 있게 된다.

상기 2차 단열 벽(200)은, 1차 단열 벽(100)과 선체(H)의 내측 면 사이에 배치되어 2차적으로 LNG 저장탱크(T)에 열이 침입하는 것을 방지하는 것으로, 1차 단열 벽(100)과 마찬가지로, 상,하부 단열부(210,220)로 구분 가능하며, 각각 입자형 단열재와 부피형 단열재가 채워지게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 단열 구조물을 2개의 단열 벽(barrier)으로 나누고, 다시 단열 벽을 2개의 층 구조로 구분함으로써, 단열재의 두께를 증가시키는 것보다 상대적으로 열전달율을 감소시키게 되며, 열전달율과 비례관계에 있는 BOR(Boil Off Ratio, 증발가스 발생량)을 줄여 단열 성능을 향상시키게 된다.

한편, 상기 LNG 저장탱크(T)와 상기 1차 단열 벽(100) 사이, 그리고 상기 1차 단열 벽(100)과 상기 2차 단열 벽(200) 사이에는 양단부가 상향 절곡되는 채널 단면형으로 상기 상부 단열부(110,210)에 고정되는 인바 스트레이크(invar strake,S)가 각각 좌우로 연속 배치되어 있다. 그리고 상기 인바 스트레이크(S)의 양단부는 클램핑 지그(미도시)로 고정된 상태에서 용접을 통해 연결하게 되며, 이들 사이에는 수직 방향으로 돌출 형성된 인바 텅(invar tongue,I)이 고정 설치되어 탱크(T)의 지지강도를 크게 높이도록 한다.

본 발명에서 이와 같은 인바 스트레이크(S)와 인바 텅(I)의 결합 구조를 밀봉 벽이라고 정하며, 상기 LNG 저장탱크(T)와 상기 1차 단열 벽(100) 사이에 설치된 밀봉 벽을 1차 밀봉 벽(300)이라 하고, 상기 1차 단열 벽(100)과 상기 2차 단열 벽(200) 사이에 설치된 밀봉 벽을 2차 밀봉 벽(400)이라고 한다.

상기 1차 밀봉 벽(300)은, -163°정도의 LNG가 직접 맞닿는 부분으로 LNG 저장탱크(T)를 구성하며, 상기 2차 밀봉 벽(400)은 상기 1차 밀봉 벽(300)이 파손될 경우 일정 기간 동안 LNG의 누설을 방지하는 기능을 하게 된다.

그리고, 상기 1,2차 밀봉 벽(300,400)은 화물창의 균일한 높이를 확보하도록 하는 기능도 하게 된다.

이와 같은 1,2차 밀봉 벽(300,400)은 액밀성 및 상당한 강도를 보유하고 있어, 단열 구조물에 대한 열전달율을 감소시켜 BOR을 줄임으로써, 단열 성능을 더욱 향상시키게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 LNG 화물창의 단열 구조물는, 먼저 선체(H)의 내측면에 2차 단열 벽(200)이 설치되면, 그 상부 면에 2차 밀봉 벽(400)이 설치되고, 상기 2차 밀봉 벽(400)의 상부 면에 다시 1차 단열 벽(100), 1차 밀봉 벽(300)이 순차적으로 설치되는 것이다.

한편, 상기 1차 단열 벽(100)의 하부 단열부(120)에는 상기 2차 밀봉 벽(400)의 인바 텅(I)의 돌출 부위를 좌우로 마감하는 동시에 상기 하부 단열부(120)를 복수개로 분할하는 보강 벽체(500)가 설치될 수 있다.

상기 보강 벽체(500)는 탱크(T)의 하중이 작용하는 작용점 부근에 설치되어 상기 하부 단열부(120)에 수용되는 단열 박스의 구조적 강성을 향상시킬 수 있게 된다.

이와 같은 보강 벽체(500)는 본 발명에서는 하부 단열부(120)만이 설치되는 것으로 한정하였으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 상기 1차 단열 벽(100)의 상부 단열부(110)에, 나아가 2차 단열 벽(200) 모두에 설치될 수도 있다.

한편, 미설명 구성부호 500은 단열재 및 선체(H)가 직접적인 하중을 받아 LNG 저장탱크(T) 사이에 기계적/열적 특성에 의한 위험성을 피하기 위하여 선체(H)와 LNG 저장탱크(T) 사이에 수직으로 설치되는 코퍼댐(Coffer Dam)을 나타낸다.

따라서, 본 발명에 따른 LNG 화물창의 단열 구조물은, 복수의 층 구조를 이루는 단열재의 단열 성능에 미치는 영향을 이용하여 BOR을 만족시키면서 단열 성능을 유지할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 1차 단열 벽 110 : 상부 단열부
120 : 하부 단열부 200 : 2차 단열 벽
210 : 상부 단열부 220 : 하부 단열부
300 : 1차 밀봉 벽 400 : 2차 밀봉 벽
500 : 보강 벽체

Claims (5)

1. LNG 저장탱크의 단열을 위한 LNG 화물창의 단열 구조물에 있어서,
   선체의 내측 면 상에 설치되는 2차 단열 벽;
   상기 2차 단열 벽 상에 설치되는 1차 단열 벽;
   상기 1차 단열 벽과 상기 2차 단열 벽 사이에 설치되는 2차 밀봉 벽; 및,
   LNG 저장탱크와 상기 1차 단열 벽 사이에 설치되는 1차 밀봉 벽;을 포함하되,
   상기 1차 단열 벽과 2차 단열 벽은 서로 다른 단열재를 구비하는 상부 단열부와 하부 단열부로 각각 구성되고,
   상기 1차 밀봉 벽과 2차 밀봉 벽은 양단부가 상향 절곡되는 채널 단면형으로 구성되어 상기 상부 단열벽에 고정되는 인바 스트레이크(invar strake) 및 이웃하는 인바 스트레이크 사이에 수직 방향으로 돌출 형성되어 고정 설치되는 인바 텅(invar tongue)으로 이루어지며,
   상기 1차 단열 벽의 하부 단열부에는 상기 2차 밀봉 벽의 인바 텅의 돌출 부위 길이방향을 중심으로 좌우를 마감하는 동시에 상기 하부 단열부를 복수개로 분할하는 보강 벽체가 설치된 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 단열 구조물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부 단열부는 유리섬유로 채워지도록 구성된 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 단열 구조물.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 하부 단열부는 폴리우레탄 폼으로 채워지도록 구성된 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 단열 구조물.
   
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