KR101632104B1 - 슬로싱 방지 장치 및 슬로싱 방지 방법 - Google Patents

슬로싱 방지 장치 및 슬로싱 방지 방법 Download PDF

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Abstract

단순 또는 간소한 구조의 슬로싱 방지 장치(20)는 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설(1)의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크(10)에서의 슬로싱 현상을 방지한다. 슬로싱 방지 장치는 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 배열된 복수의 부유체(24); 및 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 부유체를 지지하고 부유체를 수직방향으로 안내하는 수직 폴(23)을 포함한다. 부유체는 적당한 흘수 깊이(D)를 보장하기 위한 무게를 가진다. 부유체는 자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하기 위해 탱크 내에서 자유 액면(LL) 상에 부유하며, 그결과 탱크에서의 액체 진동의 고유 주파수가 고주파수 대역으로 이동한다.

Description

슬로싱 방지 장치 및 슬로싱 방지 방법{SLOSHING PREVENTING DEVICE AND SLOSHING PREVENTING METHOD}
본 발명은 슬로싱(sloshing) 방지 장치 및 슬로싱 방지 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 설비의 탱크에 슬로싱 현상이 발생하는 것을 방지하는 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크를 위한 슬로싱 방지 장치 및 방법에 관한 것이다.
액화 천연 가스의 장거리 해상 수송 액화 천연 가스 수송선(이하 "LNG 선"이라 함)이 알려져 있다. 극저온(-162 ℃)에서 액체로의 가스의 농축에 의해 생산된 액상의 천연 가스, 즉 액화 천연 가스는 기상의 천연 가스에 비해 부피에서 상당히 감소되고, 그러므로 액화 천연 가스는 효율적으로 운반될 수 있다. LNG 선은 그런 극저온(-162 ℃)에 견디도록 전문화된 구성을 가지는 LNG 저장 탱크가 있다. 기존의 LNG 저장 탱크의 방식으로는 구형(spherical) 탱크 방식, 각형(rectangular) 멤브레인 방식, 각형 SPB 방식 등이 알려져 있다. 현재, 구형 탱크 방식 및 각형 멤브레인 방식의 LNG 저장 탱크가 주류이다.
구형 탱크 방식의 LNG 저장 탱크 구조는 구조적 강도에서 유리하지만, 내부 부피 효율성 때문에, 선체 사이즈가 대형화되는 경향이 있다. 반면에, 멤브레인 방식의 LNG 저장 탱크는 동등한 적재 능력이면 선체 사이즈가 특정한 운반 용량에 대해 감소될 수 있기 때문에, 건설 비용, 항로의 선택권 등의 측면에서 유리하다. 따라서, LNG 수요 및 수송 부피의 증가에 따른 LNG 저장 탱크의 대형화 추세와 함께, 멤브레인 탱크 방식의 LNG 저장 탱크가 최근 몇 년 동안 LNG 선 설계에서 사용되는 경향이 있다.
멤브레인 탱크 방식의 LNG 저장 탱크의 약점으로, 부분 부하 상태에서 발생하는 탱크 내의 액체의 슬로싱 현상이 알려져 있다. 슬로싱은 액체화물이 탱크의 운동에 의한 여기(excitation)로 인해 격렬하게 진동하는 현상이다. 슬로싱 현상은 탱크의 내벽에 작용하는 과도한 충격 압력의 문제로 이어지고, 탱크의 지지 구조에 대한 파동 하중, 수송선의 운동에 미치는 영향, 액체의 비산 또는 스플래싱(splashing) 등의 문제를 야기한다. 한편, 고정식 플랫폼을 대체할 수 있는 천연 가스 생산 설비로 LNG-FPSO 시스템(Floating Production, Storage and Offloading system : 부유식 해양 석유 가스 생산 저장 하역 설비)와 같은 FLNG(Floating LNG) 시설이 최근 주목되고 있다. FPSO 설비는 시추공에서의 천연 가스를 해상에서 받아 들여 가스의 분리 및 전처리후 액화하고, LNG로 저장 및 출하한다. FPSO 설비의 부유 시설은 해상에 고정되고, 따라서 일반 선박과 다르게 악천후의 대피 조치를 취할 수 없다. 게다가, LNG 저장 탱크의 부분 부하 상태가 LNG 생산 과정, 수송선으로의 LNG 이송 과정 동안 반드시 발생한다. 따라서, 멤브레인 방식의 LNG 저장 탱크를 갖춘 FPSO 방식의 부유 시설에서는 슬로싱 현상의 발생이 특히 염려된다.
일본특허공개공보 제2009-18608호(특허 문헌 1)는 독립식 구형 탱크와 멤브레인 타입의 탱크를 모두 갖춘 LNG 선을 개시하고 있다. 일본특허공개공보 제2011-505298호(특허 문헌 2)는 멤브레인 방식의 LNG 저장 탱크를 갖춘 대형 LNG 선과 관련한 슬로싱 방지 기술을 개시하고 있는데, LNG 저장 탱크가 벌크헤드(bulkhead)에 의해 분할된다. 특허 문헌 1에 개시된 LNG 선은 구형 탱크 내의 액화 천연 가스를 멤브레인 타입의 탱크로 적절하게 이송하여 멤브레인 타입의 탱크 내를 항상 가득 채워진 상태(fully loaded condition)로 유지하여 슬로싱의 발생을 방지하려고 한 것이다. 특허 문헌 2에 개시된 LNG 저장 탱크는 개별 내부 공간의 부피 감소를 위해 탱크 내의 영역을 완전하게 분할함으로써 슬로싱 현상의 발생을 방지하려고 한 것이다.
또한 이러한 슬로싱 현상은 밸러스트(ballast) 탱크에 밸러스트 수(water)에서도 발생한다. 일본특허공개공보 제53-44237호(특허 문헌 3)는 밸러스트 수의 슬로싱 현상을 방지하는 기술을 개시하는데, 슬로싱 방지 장치는 밸러스트 수의 자유 액면(free liquid surface)을 분할하는 부유 타입의 벌크헤드를 구비하고, 감소된 면적의 자유 액면이 벌크헤드의 각 측면에 형성된다. 또한, 일본실용신안공개공보 제53-1792호(특허 문헌 4)는 밸러스트 수의 자유 액면에서 부유 다수의 평판형 부유체(floating body)에 의해 자유 액면의 면적을 크게 감축하도록 구성된 슬로싱 방지 장치를 개시하고 있다.
특허 문헌 1 : 일본특허공개공보 제2009-18608호 특허 문헌 2 : 일본특허공개공보 제2011-505298호 특허 문헌 3 : 일본특허공개공보 제53-44237호 특허 문헌 4 : 일본실용신안공개공보 제53-1792호
특허 문헌 1에 개시된 LNG 선은 멤브레인 타입의 탱크의 액량이 감소할 때 구형 탱크 내의 액체를 멤브레인 타입의 탱크 내에 적절히 공급하도록 구성되고, 따라서 멤브레인 타입 탱크의 가득 채워진 상태가 항상 유지된다. 따라서, 특허 문헌 1의 LNG 선은 이종 방식의 탱크를 상시 병용하여야 하며, 또한 구형 탱크와 멤브레인 타입의 탱크 사이의 액화 천연 가스를 이송하는 설비들이 선체에 설치되기 때문에, LNG 선의 구조가 전체적으로 복잡해진다.
특허 문헌 2에 개시된 슬로싱 방지 장치는 멤브레인 타입의 탱크 내의 공간을 벌크헤드에 의해 완전하게 분리하도록 구성된다. 그러나, 탱크의 내면은 1mm 이하의 두께의 얇은 금속 합금으로 커버된다. 25m ~ 40m의 높이에 달하는 자립 또는 직립 벌크헤드의 구조적 안정성, 강도 및 내구성, 벌크헤드 및 탱크 내면과의 접합 구조, 벌크헤드를 지지하는 견고한 지지 구조 등이 고려될 때, 이러한 벌크헤드를 사용하여 멤브레인 타입의 탱크를 분할하는 것은 건설 비용상의 단점, 선체 구조의 복잡화, 선체의 설계 및 건조의 곤란성 등을 동반한다.
특허 문헌 3에 개시된 부유 벌크헤드는 벌크헤드를 안내 및 유지하기 위해 밸러스트 탱크에 고정된 강재(steel members)를 구비하여, 밸러스트 수의 자유 액면이 벌크헤드에 의해 분할되고, 이를 통해 벌크헤드의 각 측면에 있는 자유 액면이 감소된 면적을 가진다. 이 구성은 밸러스트 탱크의 슬로싱 방지에 관한 것이다. 그러나, 멤브레인 타입의 탱크의 내면이 두께 1mm 이하의 얇은 금속 합금에 의해 형성되고, 따라서 탱크의 내면은 벌크헤드를 지지하기에 충분한 강도를 보유하지 않고, 이러한 강재를 탱크의 내면에 설치하는 것이 매우 곤란하다. 또한, 벌크헤드의 양단은 탱크의 내벽면에 의해 수직으로 이동가능하게 지지되고, 벌크헤드는 탱크의 전체 길이 또는 전체 폭에 걸쳐 연장한다. 따라서, 대용량의 대형 탱크의 경우에, 벌크헤드의 지주들(fulcrums) 사이의 거리(벌크헤드의 전체 길이)가 증가되기 때문에, 벌크헤드의 강도 및 내구성을 확보하는 것이 곤란하다. 또한, 슬로싱이 발생할 때, 자유 액면의 레벨 차이가 벌크헤드의 길이 방향으로도 발생하므로 벌크헤드는 액면 레벨 차이 이상의 높이를 갖도록 설계해야 한다. 부가적으로, 이러한 액면 레벨 차이는 벌크헤드가 일반적으로 경사지게 할 수 있다. 따라서, 안내 및 유지를 위한 강재가 벌크헤드를 방해하거나 또는 구속할 수 있고, 결과적으로 벌크헤드는 수직으로 자유롭게 이동할 수 없게 된다.
특허 문헌 4에 개시된 슬로싱 방지 수단은 다수의 판상 부유체에 의해 밸러스트 수의 자유 액면의 동작을 일반적으로 억제하고 방해하도록 구성되며, 따라서 탱크는 많은 판상 부유체를 지지하기 위한 많은 가이드 부재들을 탱크 내에 설치해야 한다. 이 구성은 밸러스트 탱크의 슬로싱 방지에 관해서 적용될 수 있을지 모른다. 그러나, 액화 천연 가스를 수송하는 멤브레인 타입의 탱크는 탱크의 내면이 두께 1mm 이하의 얇은 금속 합금에 의해 형성되기 때문에 많은 가이드 부재 및 지지 구조를 설치하기 어렵다. 또한, 특허 문헌 4에 개시된 슬로싱 방지 수단은 단지 자유 수면의 면적을 감소시킬 수 있으며, 수면 아래의 물의 거동 또는 진동을 직접적으로 규제 또는 통제할 수 없다.
본 발명의 목적은 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 저장된 액체의 슬로싱 현상을 효과적으로 방지하는 단순 또는 간소한 구조의 슬로싱 방지 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 저장된 액체의 슬로싱 현상을 단순 또는 간소한 구성을 통해 효과적으로 방지할 수 있는 슬로싱 방지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 설치되고, 상기 탱크 내에서 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 장치에 있어서, 상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 배열된 복수의 부유체; 및 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 상기 부유체를 지지하고 상기 부유체를 수직방향으로 안내하는 복수의 수직 폴들을 포함하고, 각각의 부유체는 소정의 흘수 깊이를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 자유 액면 상에 부유하기 위한 무게를 가지고, 상기 부유체는 상기 자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하기 위해 상기 자유 액면 상에 부유하며, 상기 부유체의 각 면의 액체가 상기 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록 하는 슬로싱 방지 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크 내에 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 방법에 있어서, 상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 복수의 부유체를 배열하는 단계를 포함하고, 상기 부유체는 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 지지되고 액체 레벨(liquid level)의 변화에 대응하여 수직으로 이동되며; 자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하여 부유체의 각 면의 액체가 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록, 각각의 부유체가 부유체의 흘수 상태를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 자유 액면 상에 부유하는 단계를 포함하며, 이에 따라, 상기 탱크 내의 액체 진동의 고유 주파수를 고주파수 대역으로 이동시켜 슬로싱 현상의 발생을 방지하는 슬로싱 방지 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 구성에 의하면, 탱크에 저장된 액체는 액면과 액면 근방의 액체만 부유체에 의해 분할되어, 탱크 내의 액체는 부유체의 아래쪽 영역에서 전체적으로 연속한다. 각 부유체는 액면의 수직 운동에 대응하여 수직적으로 그리고 독립적으로 이동한다. 탱크 내의 액체 진동은 부유체의 수직 이동에 의해 감쇠되고, 액체 진동의 고유 주파수는 자유 액면 분할에 의해 고주파수 대역으로 이동한다. 본 발명에 의하면, 이러한 고유 주파수의 이동은 탱크 내의 액체 진동이 해양 파도 및 선체 운동으로 동기하는 것을 방지하고, 이를 통하여 슬로싱 발생이 방지되거나 또는 슬로싱이 억제된다. 또한, 부유체가 탱크 내의 공간을 U자관 형태로 분할하지만, 본 발명자의 연구에 따르면, 유해한 U자관 진동은 발생하지 않는다. 부유체의 열은 선체의 롤링(rolling) 운동에 의한 슬로싱을 방지하기 위해 선체의 길이방향(선체의 전후방향, 종방향 또는 롤링 축방향)으로 배열되는 반면, 선체의 피칭(pitching) 운동에 의한 슬로싱을 방지하기 위해 선체의 횡방향(선체의 가로방향, 폭방향 또는 피칭 축방향)으로 배열된다.
본 발명자의 연구에 따르면, 액면 및 액면 아래의 액체의 분할에 의해 얻어지는 슬로싱 방지 효과는 탱크 내의 액체를 전부 벌크헤드에 의해 분할하는 경우에 얻을 수 있는 슬로싱 방지 효과와 실질적으로 동일하거나 동등한 것으로 밝혀졌다. 즉, 본 발명에 의하면, 탱크 내의 액체를 벌크헤드에 의해 전체적으로 분할하지 않고, 또한 자립 또는 직립의 벌크헤드의 구조적 안정성, 강도 및 내구성, 벌크헤드와 탱크 내면과의 접합 구조, 벌크헤드를 지지하는 견고한 지지 구조 등의 문제를 고려하지 않고 부유체의 열을 탱크 내에 부유시킴으로써 탱크내에 슬로싱 방지 기구를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 있어서, 이종 방식의 탱크의 병용이 요구되지 않으며, 탱크 사이의 LNG의 이송이 요구되지 않는다. 또한, 본 발명에 의하면, 자유 액면 및 액면 근방의 액체만이 부유체의 열에 의해 분할되며, 자유 액면의 거동을 광역에 걸쳐 억제 및 제한할 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 따른 슬로싱 방지 장치는 단순 또는 간소한 구조의 슬로싱 방지기구에 의해 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크의 슬로싱 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수의 부유체에 의해 액면이 분할되고, 부유체의 지주들(fulcrums) 사이의 수평 거리가 대폭 단축된다. 따라서, 부유체의 강도가 비교적 쉽게 확보될 수 있다. 또한, 부유체 열 방향으로 부유체의 열을 따라 초래되는 자유 액면의 레벨 차이는 부유체의 레벨의 차이에 의해 거의 보상될 수 있으므로, 부유체의 높이가 감축될 수 있다.
본 발명의 슬로싱 방지 장치에 의하면, 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 저장된 액체의 슬로싱 현상 발생이 단순 또는 간소한 구조에 의해 효과적으로 방지될 수있다.
본 발명의 슬로싱 방지 방법에 의하면, 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 저장된 액체 슬로싱 현상 발생이 단순 또는 간소한 구성을 통해 효과적으로 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지 장치를 갖춘 LNG 선을 개략적으로 나타내는 종단면도이다.
도 2a는 도 1의 I-I 라인의 LNG 저장 탱크의 단면도이고, 도 2b는 LNG 저장 탱크에 적용되는 적재 범위의 제한을 나타내는 단면도이다.
도 3은 슬로싱 방지 장치를 갖춘, 정사각형 또는 직사각형 단면을 갖는 LNG 저장 탱크의 구성을 나타내는 평면도와 부분 확대 평면도이다.
도 4a는 도 3의 II-II 라인의 단면도이고, 도 4b는 도 3의 III-III 라인의 단면도이다.
도 5는 부유체의 구조 및 단면 형상을 보여주는 개략 단면도이다.
도 6은 가로방향(선체의 폭방향)의 진동을 야기하는 파도의 가진(exciting) 주파수와 LNG 저장 탱크 내에서 발생하는 롤링 각도 1도 당 최대 파장폭과의 관계를 나타내는 그래프이며, 탱크 내의 액체 레벨 비율이 63%로 추정되는, 수치 해석 결과가 도 6에 도시되어 있다.
도 7은 가로방향의 진동을 야기하는 파도의 가진 주파수와 탱크 내에 발생하는 롤링 각도 1도 당 최대 파장폭과의 관계를 나타내는 그래프이며, 탱크 내의 액체 레벨 비율이 30%로 추정되는, 수치 해석 결과가 도 7에 도시되어 있다.
도 8은 LNG 저장 탱크 내의 액체 운동의 1차 고유 주파수와 탱크 내의 액체 레벨 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 부유체에 의한 액면 분할을 위한 방법의 예를 보여주는 단면도이다.
도 10은 자유 액면 숫자의 차이와 관련된 고유 주파수의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 9a에 표시된 부유체의 슬로싱 방지 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 최대 파장폭과 진동 중심의 높이 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
바람직하게, 부유체는 서로 이격되어 배치되고, 인접한 부유체 사이에는 액체가 유동가능한 갭이 형성된다. 또한, 부유체와 탱크의 내벽면 사이에도 액체가 유동가능한 갭이 형성된다. 갭내의 액체의 유동은 탱크 내의 액체의 진동을 감쇠하도록 작용한다. 그런 감쇄(damping) 효과는 슬로싱 발생이 더욱 효과적으로 방지되도록 한다.
바람직하게, 부유체의 흘수(immersed) 깊이는 H × 0.05 이상으로, 바람직하게 H × 0.1 이상으로 설정되고, 또는 탱크의 바닥면과 부유체의 하단부 사이의 거리는 h가 H × 0.5일 때 h × 0.80 이하로 설정되며, 여기서 "H"는 탱크의 전체 높이를 나타내고, "h"는 액체 높이를 나타낸다. 예를 들어, h가 H × 0.3 ~ H × 0.7의 범위(또는 H × 0.4 ~ H × 0.6의 범위)일 때, 탱크의 바닥면과 부유체의 하단부 사이의 거리는 h × 0.80 이하로 설정되고, 부유체의 흘수 깊이는 h × 0.20 이상으로 설정된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수직 폴(pole)은 부유체를 통과하여 연장한다. 폴의 상단부 및 하단부를 지지하는 상부 및 하부 베이스부가 탱크 천장면 및 바닥면에 고정된다. 베이스부들은 부유체의 수직 이동의 범위를 규정하고 부유체가 탱크의 천장 또는 바닥면에 충돌하는 것을 방지한다. 또한, 베이스부들은 폴의 지지 지점들(supporting points) 사이의 거리를 탱크의 내부 영역의 전체 높이보다 작은 거리로 단축시키며, 그결과 폴의 강도 및 강성을 향상시킨다. 바람직하게, 부유체의 상승을 억제하는 상부 베이스부의 하부면과 천장면 사이의 거리는 H × 0.3 이하가 되게 설정된다. 더욱 바람직하게, 부유체의 하강을 억제하는 하부 베이스부의 상부면과 탱크의 바닥면 사이의 거리는 H × 0.1 이하가 되게 설정된다.
바람직하게, 액체의 자유 액면은 전후방향(선체의 길이방향)으로 배열된 부유체에 의해 선체의 가로방향(선체의 폭방향)으로 균등하게 분할된다. 각 부유체는 선체의 전후방향으로 서로 이격되어, 복수의 수직 폴들에 의해 수직 이동가능하게 지지된다. 예를 들어, 부유체는 선체의 전후방향으로 연장하는 탱크의 중심 선상에 정렬 배치되거나, 또는 실질적으로 평행한 열들(rows)로 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 부유체는 부력을 확보하기 위한 내부 공동(cavity)이 제공되는, 수직면과 수평면으로 구성되는 중공(hollow) 다면체로 구성된다. 바람직하게, 부유체는 수직으로 연장하는 디바이더부(divider part) 및 상기 디바이더부에서 측면으로 연장하는 측면 돌출부를 가진다. 측면 돌출부는 액체 진동을 감쇠시키고 부유체 자신의 수직 운동을 억제하도록 기능한다.
선택적으로, 부유체는 부유체의 흘수 깊이를 조절하기 위한 부력 조절 수단을 가진다. 바람직하게, 부력 조절 수단은 탱크내의 액체를 부유체의 내부 공동에 유입시키는 부력 저감 수단, 또는 상기 부유체의 무게를 조절하기 위한 무게 조절 수단이있다. 탱크 내의 액체 레벨과 관련하여 흘수 깊이를 가변적으로 제어가능한 부력 제어 수단을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 수직 절단면에 의해 절단된 탱크의 단면은 직사각형 또는 정사각형이다. 일반적으로, 그런 단면의 탱크는, 슬로싱 방지의 관점에서, 팔각형 단면의 탱크에 비해 불리하다. 그러므로, 종래에는 부피의 효율성이 떨어진다는 사실에도 불구하고 팔각형 단면의 탱크가 일반적으로 사용되어 왔다. 그러나, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가지는 탱크에서의 상기 구성의 슬로싱 방지기구의 채택에 의해 탱크의 슬로싱 방지 기능의 향상 및 부피 효율성의 향상이 모두 달성될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 LNG 선(액화 천연 가스 수송선)의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 종단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 슬로싱 방지 장치(20)를 갖춘 LNG 선이 도 1에 도시된다. LNG 선(1)은 뱃머리부(2), 탱크 칸막이 구역(3), 기관실(4) 및 선미부(5)를 가진다. 기관실(4)의 상부에는 거주 구역(6) 및 조타실(7)이 배치된다. 탱크 칸막이 구역(3)은 전후방향(선체의 폭 방향)으로 연장하는 벌크헤드(8)에 의해 칸들로 분활된다. 각각의 칸에는, 슬로싱 방지 장치(20)를 갖춘, 멤브레인 방식의 LNG 저장 탱크(10)가 배치된다. 도 1에 도시된 LNG 선(1)은 LNG-FPSO라고 생각할 수도 있다. 이 경우에, LNG 선(1)은 고정 위치에 있는 해수면(WL)에 계류된다.
도 2a는 도 1의 I-I 라인에 따라 취해진 LNG 저장 탱크(10)의 단면도이고, 선체가 가상 선(일점 쇄선)에 의해 도시된다.
LNG 저장 탱크(10)(이하 "탱크(10)"라 함)은 선체 내부에 거치된 방열 재료(11)의 표면이 두께 1mm 이하의 금속 박막 멤브레인(12)으로 완전히 피복한 구조를 가진다. 선체의 가로방향의 수직 절단면(I-I 선)에 의해 절단된 탱크(10)의 단면은 팔각형이다. 방열 재료(11)로, 각각이 발포 펄라이트(foamed pearlite), 폴리우레탄계 절연 재료 등을 포함하는, 합판으로 만들어진 박스들이 일반적으로 사용된다. 금속 박막 멤브레인(12)으로, 두께 0.7mm 정도의 인버(invar) 합금 재료(36 % 니켈), 또는 SUS3041 멤브레인 등이 일반적으로 사용된다. 탱크(10)는 30 ~ 40m의 폭을 가진 대형 멤브레인 타입의 LNG 저장 탱크를 구성한다.
도 2b는 이러한 멤브레인 타입의 LNG 저장 탱크에 적용되는 적재 제한을 나타내는 단면도이다.
탱크(10)에는 액화 천연 가스(LNG)를 수용할 수 있는 LNG 수용 영역(15)이 형성된다. 액화 천연 가스의 자유 액면(LL)은 탱크 내부의 공간적 관점으로, LNG 수용 영역(15) 전체 높이(H의) 범위에서 임의의 레벨로 설정가능하다. 그러나, LNG 수용 영역(15)에서 액체(액화 천연 가스)에 슬로싱 현상이 발생하면, 과도하게 높은 액체 압력이 액체의 격렬한 충돌에 의해 금속 박막 멤브레인(12)에 작용하고, 그결과 탱크(10)의 구조의 파괴가 과다 액체 압력에 의해 초래될 수 있다. 예를 들어, 나무 보냉 박스로 이루어진 방열 재료(11)가 슬로싱 발생시 액체 압력에 의해 붕괴되어, 금속 박막 멤브레인(12)이 파괴된 사고가 알려져 있다. 극저온의 액화 천연 가스가 금속 박막 멤브레인(12)의 파손 또는 손상에 의해 배 밖으로 유출된 경우에, 액체는 즉시 기화된다. 이것은 화재 사고를 초래할 수 있다. 그러므로, 이러한 상황은 방지해야 할 필요가 있다.
이러한 상황하에서, 멤브레인 타입의 LNG 저장 탱크의 적재 제한이 선급 협회 규칙 등에서 규정되어 있으며, 액면(LL)은 높이 h1 또는 h3에 대응하는 범위 k1, k3에 한정되며, 액면(LL)이 높이 h2의 범위(범위 k2)에 나타나는 부분 적재 상태는 허용되지 않는다. 선급 협회 규칙 등의 규정은 규칙 개정 등에 따라 향후 변경될 가능성도 있지만, 현재 선급 협회 규칙 등에서 규정된 적재 조건에 따르면, 높이 h1는 전체 높이 H × 0.1이고, 높이 h1 + h2는 전체 높이 H × 0.7이 되어야 한다. 즉, 멤브레인 타입의 LNG 저장 탱크의 적재가능한 높이 범위는 높이 H × 0.7 이상의 범위 k3, 또는 높이 H × 0.1 이하의 범위 k1에 제한된다. 그러나, 해상의 LNG-FPSO의 생산 과정 또는 이송 과정에 있어서, 높이 h2의 범위(즉, H × 0.1 ~ H ×0.7의 범위 k2)에 액면(LL)이 위치되는 부분 적재 상태가 반드시 발생한다. 또한, 대형 LNG 선과 관련하여, 소위 2항구(two ports) 적재, 즉 여러 항구에서 액화 천연 가스가 연속적으로 적재되는, 다량의 액화 천연 가스를 운반하는 장거리 해상 수송 형태가 요청 또는 요구될 수 있다. 그런 수송 형태에서, 높이 h2의 범위 k2에 액면(LL)이 있는 부분 부하 상태가 과도하게 발생할 수 있다. 그러나, 슬로싱이 부분 부하 상태 때문에 발생될 수 있기 때문에, LNG-FPSO의 부분 적재 상태는 생산 과정 또는 이송 과정에서 허용되기 어렵다. 또한, LNG 선의 부분 부하 상태가 2개 항구 적재 등에 의해 초래되는, LNG 선박 수송 형태는 적재 상태에 대한 상기 제한 하에서 허용되지 않는다.
본 실시예의 LNG 선(1)은 부분 적재 상태에서 발생하는 슬로싱을 방지하는 슬로싱 방지 장치(20)를 구비한다. 슬로싱은 일종의 진동 현상이며, 탱크(10) 내의 액체 운동(액화 천연 가스의 진동)의 고유 주파수와 탱크(10)를 진동시키는 해양 파랑의 주파수(가진 주파수)의 동기화에 기인한 공진에 의해 발생된다. 그런 동기화는 탱크(10) 내의 액체 운동의 고유 주파수가 선체의 롤링 운동의 고유 주파수와 동기화할 때 발생하며, 그러므로 이러한 동기화에 대해 주의를 기울일 필요가 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 슬로싱 방지 장치(20)는 상단 베이스부(21)와 하단 베이스부(22)의 쌍, 수직 폴 또는 기둥(23) 및 부유체(24)를 포함한다. 폴(23)은 베이스부들(21, 22) 사이로 수직으로 연장한다. 하단 베이스부(21)는 탱크의 바닥면(13)에 직립 위치로 제공되며, 상단 베이스부(22)는 탱크의 천장면(14)에 매달린다. 폴(23)은 부유체(24)를 수직으로 안내하는 가이드 수단을 구성한다. 베이스부들(21, 22)은 부유체(24) 수직 이동 범위를 한정하는 스토퍼 또는 수직 운동 규제 수단을 구성한다. 베이스부들(21, 22)은 부유체(24)가 바닥면(13) 또는 천장면(14)에 충돌하는 것을 방지한다. 또한, 베이스부들(21, 22)은 폴(23)의 하단부 및 상단부를 바닥면(13) 또는 천장면(14)에 각각 견고하게 고정하는 폴의 강성 지지체로서 기능한다. 폴(23)의 지지 지점들 사이의 거리(j2)는 베이스부들(21, 22)의 높이(j1, j3)의 설정에 의해 결정되고, 폴(23)의 강성 및 강도는 거리(j2)와 직접적으로 관련된다. 슬로싱 발생시에, 비교적 큰 액체 압력이 수평 외력으로 부유체(24)에 작용하고, 그러므로 비교적 큰 수평 하중이 폴(23)에 작용한다. 그러나, 베이스부들(21, 22)의 높이(j1, j3)가 지지 지점들 사이의 거리(j2)를 감축시키도록 증대될 수 있으며 , 그결과 폴(23)의 강성과 강도를 향상시킬 수 있다.
높이(j1)는 탱크의 바닥면(13)과 가장 낮은 위치에서의 부유체(24)의 하단부 또는 바닥면 사이의 거리와 실질적으로 동일하다. 높이(j3)는 탱크의 천장면(14)과 최대 상승 위치의 부유체(24)의 상부 또는 상부면 사이의 거리와 실질적으로 동일하다. 높이(j1, j2, j3)는 높이(h1, h2, h3) 및 범위(k1, k2, k3)에 각각 대응한다. 예를 들어, 높이(j1, j2, j3)는 높이(h1, h2, h3)와 실질적으로 동일한 값으로 설정된다. 선택적으로, 치수는 j1≤h1 및 j3≤h3로 설정되어, 부유체(24)의 충분한 수직 이동의 범위가 확보된다.
도 3은 탱크(10)의 구성을 개념적으로 보여주는 평면도와 부분 확대 평면도이고, 도 4는 도 3의 II-II 선 및 III-III 라인의 단면도를 포함하며, 탱크(10)는 직사각형 또는 정사각형 단면(II-II 선의 단면)을 가진다.
일반적으로, LNG 저장 탱크는 주로 슬로싱 방지를 고려하여 바닥 영역 및 상부 영역의 폭이 점차적으로 감소하는 팔각형 단면으로 설계된다. 그러나, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 탱크(10)는 가로방향으로 연장하는 수직 절단면을 따라 절단된 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진다. 슬로싱 방지 장치(20)의 슬로싱 방지 효과에 따르면, 팔각형 단면은 LNG 저장 탱크의 단면으로 반드시 채택되지 않고, 직사각형 또는 정사각형 단면이 탱크의 단면으로 채택될 수 있다. 동등한 높이 및 폭을 가진 탱크를 설계하는 경우, 직사각형 또는 정사각형 단면의 탱크는 팔각형 단면의 탱크와 비교하여 부피 효율성의 개선에 유리하다.
도 3 및도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 탱크(10)는 서로 이격되어 선체의 전후방향(선체의 길이방향)으로 직렬로 배치된 복수의 부유체(24)(본 예에서, 3개의 부유체)를 가진다. 액면(LL)은 부유체(24)에 의해 가로방향으로 배열된 2개의 부분으로 분할된다. 인접한 부유체(24) 사이에는 간극 또는 갭(25)이 형성되어, 액화 천연 가스가 유동 가능하게 된다. 또한 부유체(24)와 탱크 내벽면(16)의 사이에는 간극 또는 갭(26)이 형성되어, 액화 천연 가스가 유동 가능하게 된다. 예를 들어, 폭(G)와 부유체(24)의 전체 길이(E)의 비율(즉, G/E)은 1/100 ~ 1/10로 설정된다.
수직 폴(23)은 선체의 전후방향 또는 길이방향으로 연장하는 탱크(10)의 중심선 X-X에 정렬 배치된다. 각각의 부유체(24)는 부유체(24)를 통과하여 연장하는 복수의 수직 폴(23)(본 실시예에서, 한 쌍의 폴(23))에 의해 수직으로 이동가능하게 지지된다. 각각의 부유체(24)는 부유체(24)의 부력에 의해 액면(LL) 상에 항상 부유하는, 밀폐 및 기밀 구조를 가지는 금속성 중공 부재이다. 부유체(24)의 흘수 깊이(D)는 부유체(24)의 무게와 부력에 의존한다. 예를 들면, 부유체(24)의 흘수 깊이(D)를 적절히 확보하기 어려운 경우에, 부유체의 부력 조절을 위한 수단으로, 부유체 내로의 액체(LNG)의 유입을 위한 구멍 또는 개구부가 부유체의 바닥부에 형성될 수 있고, 또는 그렇지 않으면 비교적 높은 비중의 다수의 액체 또는 고체 물질 등을 부유체(24)에 부가적으로 수용되게 할 수 있다.
도 5는 부유체(24)의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도 및 사시도이다. 도 5a 및 도 5b에는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 역 T자형 단면을 가지는 부유체(24)가 도시된다. 도 5c에는 측면 돌출부를 구비하지 않은 I형 단면을 가지는 부유체(24)가 도시되어 있다. 또한 도 5d에는 십자가 모양의 단면을 가지는 부유체(24)가 도시되고, 도 5e에는 변형된 역 T자형 단면을 가지는 부유체(24)가 도시되어 있다. 또한, 도 5f에는 부유체의 하부 가장자리들에 매달리는 한쌍의 좌우 돌출부(29)를 가지는, 역 Y 자형 단면의 부유체(24)이 표시되어있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 역 T자형 단면을 갖는 부유체(24)는 부유체의 하부로부터 연장하는 측면 돌출부를 가진다. 부유체(24)는 각각 직사각형 또는 정사각형 단면을 가지는 복수의 슬리브(28)를 구비한다. 각각의 슬리브(28)는 부유체(24)를 수직으로 통과하여 연장한다. 각각의 수직 폴(23)은 각각의 슬리브(28)를 통과하여 연장한다. 예를 들면, 폴(23)은 두께 5cm 및 외형 치수 80cm × 40cm의 직사각형 단면을 갖는 스테인리스 금속 판으로 제조되는 금속 관이다. 간단한 구조 설계에 따르면, 이러한 금속 관은 폴(23)의 기능을 확보하는데 충분한 구조적 강도를 가질 수 있다. 그러나, 액체 진동과 관련한 부유체(24)의 감쇠 효과의 관점에서, 폴(23)의 단면 치수는 더욱 상세한 액체 운동 시뮬레이션을 수행함으로써 축소될 수 있다. 슬리브(28)는 폴(23)의 외형과 유사한 직사각형 도는 정사각형 단면을 가진다. 폴(23)의 외부면과 슬리브(28)의 내부면 사이에는 소정의 간극이 확보된다. 복수의 폴(23)은 부유체의 자세를 유지한 상태로 부유체(24)의 수직 운동을 안내한다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 부유체(24)의 변형예로서 도 5f에 도시된 역 Y자형 단면의 부유체(24)가 있다. 돌출부(29)는 부유체(24)의 하부면 근방의 유체 흐름을 방해하도록 작용한다.
도 5c에 도시된 부유체(24)는 내부에 공동(27)을 가지고 직사각형 단면을 가지는, 측면 돌출부가 없는 박스 또는 하우징 모양의 중공 패널이다. 이런 단면을 갖는 부유체(24)는 액면(LL) 및 액면(LL) 근처의 액체를 분할하여, 슬로싱 발생을 효과적으로 방지한다.
도 5a, 도 5d 및 도 5e에 도시된 바와 같이, 웨이브리스(waveless) 구성으로 알려진 단면, 즉 히이빙(heaving) 운동의 파랑 강제력(wave exciting forces)을 받을 수 없는 단면이 채용될 수 있고, 이를 통하여 슬로싱 발생시 부유체(24)의 히이빙 운동의 억제에 의해 부유체(24)의 슬로싱 방지 효과가 더욱 향상될 수 있다.
도 5a, 도 5d 및 도 5e에 도시된 것 이외의 웨이브리스 구성으로서, 만곡형 바닥면을 가진 부유체의 구성, 삼각 바닥면을 가진 부유체의 구성 등이 고려될 수 있다. 어떤 경우에, 도 5a, 도 5d 및 도 5e에 도시된 바와 같은 측면 돌출부를 갖는 구성은 액체 운동을 감쇠시키는 작용을 하고, 상기 돌출부는 슬로싱의 방지에 유리하다.
슬로싱 방지를 요하는, 액체 진동 주파수는 탱크(10)의 형상과 크기, 탱크(10)의 지지 구조의 구조적 특성, 코스상의 해역의 파랑 특성 등에 따라 다르다. 그러므로, 부유체(24)의 각 부분의 치수를 확실히 결정할 수 없다. 예를 들면, 아래의 설명에서 슬로싱 현상은 겨울에 북대서양에서 폭 40m, 높이 40m인 FPSO의 탱크(10)에 대해 슬로싱 현상이 방지된다고 추정된다. 부유체의 치수는 탱크(10) 내의 액체 진동의 주파수가 0.15Hz 이상이 되는 조건에서 연구된다. 부유체의 치수가 부유체의 수직 이동을 억제하고 어떤 액체 높이에서 실질적으로 슬로싱을 방지하기 위해 연구될 때, 다음의 치수가 얻어진다:
도 5a 및 도 5d에 도시된 바와 같은 부유체(24)의 단면과 관련하여 T = 8m, T1 = 4.8m, B = 3.3m, B1 = 7m이며,
도 5e에 도시된 바와 같은 부유체(24)m의 단면과 관련하여 T = 8m, T1 = 4.8m, T2 = 1.6m, B = 3.3m, B1 = 7.6m, B2 = 2m.
이런 치수의 조합은 어디까지나 예시이며, 동등한 슬로싱 방지 성능을 발휘하는 다른 파라미터의 여러 조합도 당연히 예측되는 것은 말할 것도 없다. 또한, 부유체(24)의 단면 형상에 대해서도 하변을 개방한 직사각형 단면(아래쪽으로 개방한 리세스 단면, Π형 단면), 역 Y형 단면, X형 단면 등을 채용할 수 있다.
부유체(24)는 탱크(10) 내의 액체를 전체적으로 분할하는 것이 아니라 액면(LL) 및 그 근방의 액체만을 분할한다. 따라서, 부유체(24)의 각 면의 액체는 부유체(24)의 아래쪽 영역을 통해 서로 연속적이다. 부유체(24)는 액면(LL)의 거동에 응답하여 행동하고 탱크(10) 내의 액체 진동을 억제한다. 액면(LL)의 분할은 액체 운동의 고유 주파수가 고주파수 대역으로 이동하게 한다. 이것은 벌크헤드를 사용하여 탱크 내의 영역을 완전히 분할함으로써 얻어지는 효과와 동일한 효과를 제공한다. 부유체(24)는 탱크 내의 공간을 U자관 형태로 분할하며, 이는 좌우의 액체 기둥이 교대로 상승하는 U자관 모드 진동의 발생이 우려될 수 있다. 그러나, 그런 U자관 모드 진동은 과도하게 발생하지 않으며, 후술하는 바와 같이, 해로운 U자관 진동은 발생되지 않는다.
도 6 및 도 7은 롤링 각도 1도 당 파도의 가진(exciting) 주파수와 탱크 내에에서 발생되는 롤링 각도 1도 당 최대 파장폭(μ) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 최대 파장폭(μ)은 수평 액면에 대한 진동시의 액면 가장자리 상승량(최대 값)이다. 가진 주파수와 최대 파장폭 사이의 관계는 폭 40m, 높이 40m의 LNG 저장 탱크에 대한 수치 해석 결과이다. 도 6에는 액체 높이 비율(h/ H)이 63%(h=약 25m)로 설정한 경우에 얻어진 수치 해석 결과가 도시되어 있다. 도 7에는 액체 높이 비율(h/H)이 30%(h=12m)로 설정한 경우에 얻어진 다른 수치 해석 결과가 도시되어 있다. 롤링 운동의 중심(C)은 탱크의 중심(Xc=20m, Zc=20m)으로 설정된다.
가진 주파수의 높은 발생율 대역(α)이 도 6 및 도 7에서 표시되고, 여기서 해양 파랑이 겨울에 북대서양에서 발생하는 확률이 높다. 일반적으로, 겨울에 북대서양에서 발생하는 해양 파랑은 대체로 대역(α)의 주파수(약 0.11 ~ 약 0.14Hz)에 속한다. 또한, 도 6 및 도 7에는 LNG 선(1)의 선체의 롤링 운동의 고유 주파수가 표시되어 있다. 본 실시예에서, 선체의 롤링 운동의 고유 주파수는 대역(α)보다 훨씬 낮은 주파수 대역에 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 수치 해석 결과는 각각 폭 40m, 높이 40m를 가지는 다음의 3종류의 LNG 저장 탱크와 관련하여 얻어진다:
(1) 벌크헤드 및 슬로싱 방지 장치를 구비하지 않고, 내구재를 전혀 구비하지 않은 LNG 저장 탱크(비교예 1)
(2) 탱크의 내부 영역을 좌우로 분할하는 벌크헤드가 슬로싱 방지 장치(20)의 위치(폭 방향의 중앙에)에 구비되는 LNG 저장 탱크(비교예 2)
(3) 슬로싱 방지 장치(20)를 갖춘 본 발명의 탱크(10)(실시예)
내구재를 전혀 구비하지않은 LNG 저장 탱크(비교예 1)에서, 최대 파장폭(μ)은 0.13Hz ~ 0.14Hz(도 6) 범위의 가진 주파수 또는 약 0.12Hz(도 7)의 가진 주파수에서 급격히 증가한다. 이 주파수는 대역(α)에 속한다. 따라서, 대역(α)에서, 비교예 1의 탱크는 해양 파랑에 동기하는 동기점을 가진다. 따라서, 탱크내의 액체와 해양 파랑의 동기화가 슬로싱을 발생시킬 가능성이 있다.
탱크의 내부 영역을 2개의 영역으로 분할하는 벌크헤드를 구비한 LNG 탱크(비교예 2)에서, 최대 파장폭(μ)은 0.20Hz ~ 0.21Hz(도 6)의 가진 주파수 또는 약 0.20Hz(도 7)의 가진 주파수에서 급격히 증가한다. 이 주파수는 대역(α)보다 훨씬 고주파수 대역에 속한다. 즉, 탱크의 내부 영역이 벌크헤드에 의해 분할된다면, 동기점은 고주파수 대역으로 현저하게 이동하고, 따라서 탱크내의 액체와 해양 파랑의 동기화 발생이 방지될 수 있으며, 슬로싱의 발생이 방지가능해진다. 그러나, 자립 또는 직립의 벌크헤드의 구조적 안정성, 강도 및 항복 강도(yield strength), 벌크헤드와 탱크 내면의 접합 구조, 벌크헤드를 지지하는 지지 구조 등을 고려하면, 벌크헤드를 사용한 멤브레인 타입 탱크의 분할은 공사비용의 단점에 포함되는 경제적 또는 실용적인 어려움, 선체 구조의 복잡화, 선체의 설계와 구성의 어려움 등을 수반한다.
한편, 슬로싱 방지 장치(20)를 구비한 본 실시예의 탱크(10)에서, 비교예 2와 유사하게, 최대 파장폭(μ)은 0.20Hz ~ 0.21Hz 범위(도 6)의 가진 주파수 또는 약 0.20Hz(도 7)의 가진 주파수에서 급격히 증가한다. 이 주파수는 대역(α)보다 훨씬 고주파수 대역에 속한다. 즉, 부유체(24)가 단지 액면(LL) 및 그 근방을 분할하더라도, 벌크헤드를 구비한 비교예 2의 탱크와 유사하게, 동기점은 고주파수 대역으로 현저하게 이동하며, 따라서 탱크 내의 액체와 해양 파랑의 동기화 발생이 방지되어, 슬로싱의 발생이 방지가능해진다.
도 6(하단 그래프)은 가진 주파수와 액면(LL)에 대한 부유체(24)의 수직 운동 사이의 관계를 도시한다. 부유체(24)의 수직 운동은 0.20Hz ~ 0.21Hz 범위의 주파수 대역에서 발생하는 비교적 작은 거동에 지나지 않는다. 또한, 도 6에는 0.14Hz ~ 0.15Hz 범위의 주파수 대역에서의 부유체(24)의 수직 운동의 발생이 도시되어 있다. 이것은 단지 부유체(24) 자신의 고유 주파수가 이 주파수 대역에 있는 것에서 기인하며, 이런 수직 운동은 단지 비교적 작은 거동이다.
도 8은 LNG 탱크 내의 액체 운동의 1차 고유 주파수(f1)와 탱크 내의 액체 높이(h) 사이의 관계에 대한 수치 계산 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8에서, 내구재를 전혀 구비하지 않은, H=40m의 높이를 가지는 LNG 저장 탱크와 관련하여, 탱크의 폭(W)을 40m, 20m, 15m로 변화시킴으로써 얻을 수 있는 1차 고유 주파수(f1)와 액체 높이(h) 사이의 관계가 도시되어 있다. 또한, 도 8에는 겨울에 북대서양에서 발생하는 확률이 높은 해양 파랑의 주파수 대역, 즉 상기 주파수 대역(α)이 표시되어 있다. 도 8에서 액체 높이(h)와 폭(W)이 대역(α)에 속하는 경우에, 이런 상황은 슬로싱 현상이 매우 발생하기 쉬운 조건이 성립하는 것으로 고려된다. 1차 고유 주파수(f1)에 관하여, 그것의 값은 도 8에 도시된 바와 같이 슬로싱의 고유 주파수의 추정 식에 의해 얻어진다.
도 8에 도시된 바와 같이, 액체 높이(h)가 약 8m를 초과한다면, 폭 W=40m을 갖는 LNG 탱크의 1차 고유 주파수(f1)는 대역(α)에 속한다. 즉, 슬로싱 현상을 확실히 방지하기 위하여, 액체 높이(h)는 8m 이하로 제한할 필요가 있다. 한편, 액체 높이(h)가 약 2m ~ 3m에 있다면, 폭 W=20m을 갖는 LNG 탱크의 1차 고유 주파수(f1)는 대역(α)에 속한다. 그러나, 액체 높이(h)가 약 4m를 초과하면, 1차 고유 주파수(f1)는 대역(α) 보다 고주파수 대역에 속한다. 또한, 액체 높이가 약 2m일 때, 폭 W=15m을 갖는 LNG 탱크의 1차 고유 주파수(f1)는 대역(α)에 속한다. 그러나, 액체 높이가 약 3m를 초과하면, 1차 고유 주파수(f1)는 대역(α)보다 고주파수 대역에 속한다. 즉, 폭 W=20m 또는 W=15m을 갖는 LNG 탱크 내의 액체는 해양 파랑과 동기화되기 어렵고, 따라서 슬로싱 현상은 발생하기 어렵다. 이것은 폭 W=40m의 LNG 탱크를 폭 W=20m 이하의 복수의 섹션들로 분할함으로써 해양 파랑과 탱크 내의 액체의 동기화가 방지되고, 그결과 슬로싱 발생이 방지가능해진다는 것을 의미한다. 폭 W=20m의 탱크에 관련하여, 약 2m ~ 3m의 액체 높이(h)는 대역(α)에 속한다. 폭 W=15m의 탱크에 관련하여, 약 2m의 액체 높이는 대역(α)에 속한다. 그러나, 그런 액체 높이들은 단지 전통적으로 허용된 액체 높이의 적재 상태, 즉 탱크에 손상을 야기하는 과도한 액체 압력이 탱크 내에 발생되지 않는 높이 H × 0.1(도 2b에 ㄷ도시된 바와 같은 범위 k1) 이하의 적재 상태에 지나지 않는다.
즉, 도 8에서 이해할 수 있는 바와 같이, 벌크헤드에 의해 LNG 수용 영역(15)을 폭 20m 이하의 칸들로 분할함으로써 슬로싱이 효과적으로 방지될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 벌크헤드의 사용으로 영역(15)을 완전히 분할하는 효과와 유사한 슬로싱 방지 작용이 액면(LL) 및 그 근방만을 분할하는 부유체(24)에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 벌크헤드에 의한 영역(15)의 분할과 유사하게, 부유체(24)에 의해 단지 액면(LL) 및 그 근방이 각각 20m 이하의 폭을 가지는 섹션들로 분할되는, 본 실시예의 탱크(10)에 따르면, 슬로싱이 효과적으로 방지될 수 있다. 또한, 인접한 부유체(24) 사이에 형성된 갭들(25, 26)(도 3 및 도 4)은 액체 진동을 감쇠시키도록 그것을 통해서 액체의 흐름을 방해하는 작용을 한다. 따라서, 본 발명의 슬로싱 방지 장치(20)에 따른 갭들(25, 26)의 형성에 의해 슬로싱 발생이 더욱 효과적으로 방지될 수 있다. 게다가, 액면(LL) 및 그 근방이 부유체(24)에 의해 분할되는, 본 발명의 구성은 벌크헤드의 설치에 따른 구조적 단점을 제공하지 않는다.
도 9는 부유체(24)에 의한 액면(LL)의 분할 방식을 보여주는 탱크(10)의 단면도이다. 도 10은 자유 액면의 수(N)와 관련된 고유 주파수의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 9에서, 액면 상승량(η)는 정지시 수평 액면 대한, 진동 동안의 액면의 가장자리 부분에서의 상승량이다. 도 10에서, 최대 파장폭(ηmax)은 선체의 롤링 각도가 1도로 설정될 때 얻어지는 액면 상승량(η)의 최대 값이다.
도 9에서, 폭 W = 58m, 높이 H = 40m의 탱크(10)가 도시되어 있다. 도 9a는 액면(LL)을 하나의 열로 배열된 단일 시리즈의 부유체(24)로 균등하게 분할된 상태(N = 2)를 도시한다. 도 9b는 액면(LL)을 두개의 열로 배열된 2개 시리즈의 부유체(24)에 의해 균등하게 분할된 상태(N = 3)를 도시한다. 도 9c는 액면(LL)을 3개의 열로 배열된 3개 시리즈의 부유체(24)에 의해 균등하게 분할된 상태(N = 4)를 도시한다. 부유체(24)는 탱크(10)의 중심선 방향으로 정렬된다. 각각의 부유체(24)는 직사각형 단면을 가지는 박스 또는 하우징 모양으로 구성되고 흘수 깊이 D=14.2m, 폭 B=2m을 가지는, 내부 공동을 갖는 중공 패널이다. 또한, 액체 높이는 높이 h=25.2m로 설정되고, 롤링 운동의 중심(C)의 위치는 탱크의 횡단면의 폭 방향 중심(Xc = 20m), 높이 Zc = 10m로 설정된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 자유 액면 수(N)가 증가함에 따라 동기점은 고주파수 대역으로 이동한다. 따라서, 선체 구조, 탱크 모양, 액면 레벨 등에 따라, 부유체(24)의 배치 및 부유체(24)의 열들의 수 등을 적절히 설정하여, 동기점은 원하는 바와 같이 고주파수 대역으로 이동될 수 있다.
도 11은 흘수 깊이 D = 5m, 폭 B = 2m의 조건에서, 박스 구성을 가지고 폭 W=58m, 높이 H=40m의 탱크에 제공되는 부유체의 슬로싱 방지 효과를 설명하기 위한 그래프이다. 도 11a는 부유체(24)가 구비되지 않은 탱크(10)의 단부(액면의 가장자리)에 초래되는 시시각각의 액면의 수직 위치 변화를 도시한다. 도 11b는 부유체(24)가 구비된 탱크(10)의 단부에 초래되는 시시각각의 액면의 수직 위치 변화를 도시한다. 각각의 도면에 도시된 바와 같은 액면의 수직 위치는 5.95m의 유효 파고와 10.1초의 평균주기를 갖는 불규칙한 파도가 선체에 작용하는 상태에서 얻어지는, 액면의 수치 해석 결과이다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 액면의 수직 위치(η)가 15m 이상이 되는, 액체 진동이 부유체(24)를 구비하지 않은 탱크(10)에서 슬로싱에 의해 발생되고, 그결과 액체가 탱크의 천장면(14)에 충돌하는 현상이 탱크 (10) 내에서 발생한다. 한편, 그런 과도한 진동은, 부유체(24)가 슬로싱을 효과적으로 방지하기 때문에, 도 11b에 도시된 바와 같이 부유체(24)를 구비한 탱크(10)에서 발생하지 않는다.
도 12는 진동의 중심(C)의 높이(Zc)의 변화와 전술한 최대 파장폭(ηmax)의 관계를 나타내는 그래프이다.
중심(C)의 높이(Zc)가 폭 방향 중심 위치(Xc=W/2)에서 Zc=20m, 10m, 5m로 변경하면, 진동의 중심(C)이 낮은 위치로 변경됨에 따라 0.20Hz 근방의 최대 파장폭(ηmax)은 크게 증가한다. 또한 진동의 중심(C)이 0.10Hz 근방의 주파수로 변경됨에 따라 0.10Hz 근방의 최대 파장폭(ηmax)은 증가하는 현상이 발생한다. 이 현상은 탱크 내부의 공간의 프로파일이 U자관 구성으로 변형됨으로써 U자관 모드 진동이 발생한 것에 기인하는 것으로 생각된다. 이러한 U자관 진동은 비교적 장시간에 걸쳐 동일하거나 동등한 조건의 가진(excitation)을 지속함으로써 초래되는 현상이며, 따라서 U자관 진동이 발생할 가능성은 비교적 낮다. 만일 U자관 모드 진동이 발생하더라도, 0.10Hz 근방의 주파수 영역에서 발생하는 진동은 비교적 작고, 따라서 부유체(24)을 마련함으로써 유해한 U자관 진동이 발생할 가능성은 낮다고 생각된다.
본 발명이 바람직한 실시예에 대해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 개시된 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 또는 변경이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시예에 있어서, 탱크(10)는 선형 대형으로 배열되는 3개의 부유체(24)를 구비하지만, 2개의 부유체(24), 또는 4개 이상의 부유체(24)가 탱크(10)에 어떤 대형으로 정렬될 수 있다.
또한, 상기 실시태에 있어서, 하나의 열의 단일 시리즈의 부유체가 탱크(10)의 중심축(X-X)에 배치되어 액면(LL)이 균등하게 분할되도록 하지만, 2개 이상의 열들의 2개 이상의 시리즈의 부유체가 탱크(10) 내에 배치되거나 또는 액면(LL)이 균일하지 않게 분할될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서, 각각의 부유체(24)가 한 쌍의 수직 폴(23)에 의해 유지되지만, 각각의 부유체(24)는 3개 이상의 수직 폴(23)에 의해 유지될 수 있다.
게다가, 부유체(24)는 반드시 엄격하게 선형 대형으로 정렬될 필요는 없고, 부유체(24)는 예를 들어 약간 어긋난 위치로, 이를 테면 지그재그 대형으로 배열될 수 있다.
산업상 이용 가능성
본 발명은 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 설비의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 바람직하게 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 슬로싱 방지 기술은 부분 적재 상태에서 액체화물을 저장 또는 수송하는 것이 곤란하다고 종래부터 인식되어 온 대형 LNG 선 또는 FLNG 시설에서 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명은 이러한 대형 LNG 선 또는 FLNG 시설이 부분 적재 상태에서 액체화물을 저장 또는 수송하는 것을 허용하고, 따라서 본 발명의 실제 효과는 현저하다. 또한, 본 발명의 슬로싱 방지 장치는 어떤 액체화물을 운반하는 선박의 탱크에 적용될 수 있다.
1 : LNG 선(액화 천연 가스 수송선) 10 : LNG 저장 탱크
20 : 슬로싱 방지 장치 21, 22 : 베이스부
23 : 수직 폴 24 : 부유체
D : 흘수 깊이 LL : 액면(자유 액면)

Claims (21)

  1. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 설치되고, 상기 탱크 내에서 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 장치에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 배열된 복수의 부유체; 및
    상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 상기 부유체를 지지하고 상기 부유체를 수직방향으로 안내하는 복수의 수직 폴들을 포함하고,
    상기 부유체는 상기 자유 액면 또는 자유 액면 근방의 액체를 분할하도록 수직으로 연장하는 디바이더부, 및 액체 진동을 감쇠하도록 상기 디바이더부에서 측면으로 연장하는 측면 돌출부를 갖으며,
    상기 부유체는 소정의 흘수 깊이를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 상기 자유 액면 상에 부유하기 위한 무게를 가지고,
    상기 부유체는 상기 자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하기 위해 상기 자유 액면 상에 부유하며, 상기 부유체의 각 면의 액체가 상기 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록 하는 슬로싱 방지 장치.
  2. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 설치되고, 상기 탱크 내에서 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 장치에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 배열되고, 상기 탱크 내의 자유 액면을 분할하는 직렬의 부유체의 열을 구성함과 동시에, 액면의 수직 운동에 대응하여 수직적으로 그리고 독립적으로 이동하는 복수의 부유체와,
    상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 상기 부유체를 지지하고 상기 부유체를 수직방향으로 안내하는 복수의 수직 폴을 포함하고,
    상기 부유체의 열을 구성하는 상기 부유체는 서로 이격되어 배치되고, 직렬방향으로 인접한 부유체 사이에는 액체의 유동을 위한 갭이 형성되고, 상기 부유체와 상기 탱크의 내벽면 사이에는 액체의 유동을 위한 다른 갭이 형성되며,
    상기 갭의 폭(G)와 직렬방향의 부유체(24)의 전체 길이(E)의 비율(G/E)은 1/100 ~ 1/10의 범위 내로 설정되고,
    상기 부유체는 소정의 흘수 깊이를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 상기 자유 액면 상에 부유하기 위한 무게를 가지고,
    상기 부유체는 상기 자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하기 위해 상기 자유 액면 상에 부유하며, 상기 부유체의 열의 각 면의 액체가 상기 부유체의 아래쪽 영역 및 상기 갭을 통하여 서로 연속적이도록 하는 슬로싱 방지 장치.
  3. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 설치되고, 상기 탱크 내에서 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 장치에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 배열된 복수의 부유체; 및
    상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 상기 부유체를 지지하고 상기 부유체를 수직방향으로 안내하는 복수의 수직 폴들을 포함하고,
    상기 부유체의 흘수 깊이(D)는 탱크 전고(全高) H × 0.1 이상으로 설정되고, 또는 탱크 전고(全高) H × 0.5의 액체 높이가 h 일 때, 상기 탱크의 바닥면과 상기 부유체의 하단부 사이의 거리 (h-D)가 액위 h × 0.80 이하로 설정되며,
    상기 부유체는 소정의 흘수 깊이를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 상기 자유 액면 상에 부유하기 위한 무게를 가지고,
    상기 부유체는 상기 탱크 내의 상기 자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하기 위해 상기 자유 액면 상에 부유하며, 상기 부유체의 각 면의 액체가 상기 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록 하는 슬로싱 방지 장치.
  4. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 설치되고, 상기 탱크 내에서 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 장치에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 배열된 복수의 부유체; 및
    상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 상기 부유체를 지지하고 상기 부유체를 수직방향으로 안내하는 복수의 수직 폴들을 포함하고,
    상기 수직 폴은 상기 부유체를 통과하여 연장하고, 상기 수직 폴의 상단부와 하단부를 지지하는 상단 베이스부와 하단 베이스부는 상기 탱크의 천장면과 바닥면에 고정되며, 상기 베이스부들은 상기 부유체가 상기 탱크의 천장과 바닥면에 충돌하는 것을 방지하고, 상기 베이스부들은 상기 수직 폴의 지지 지점들 사이의 거리를 상기 탱크의 내부 영역의 전체 높이보다 작게 감축시키고,
    상기 부유체는 소정의 흘수 깊이를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 상기 자유 액면 상에 부유하기 위한 무게를 가지고,
    상기 부유체는 상기 탱크 내의 상기 자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하기 위해 상기 자유 액면 상에 부유하며, 상기 부유체의 각 면의 액체가 상기 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록 하는 슬로싱 방지 장치.
  5. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 설치되고, 상기 탱크 내에서 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 장치에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 배열된 복수의 부유체; 및
    상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 상기 부유체를 지지하고 상기 부유체를 수직방향으로 안내하는 복수의 수직 폴들을 포함하고,
    상기 자유 액면은 선체의 길이방향으로 지향된 열로 배열되는 상기 부유체에 의해 균등하게 분할되며, 각각의 부유체는 선체의 길이방향으로 서로 이격된 복수의 수직 폴들에 의해 지지되고 안내되고,
    상기 부유체는 소정의 흘수 깊이를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 상기 자유 액면 상에 부유하기 위한 무게를 가지고,
    상기 부유체는 상기 탱크 내의 상기 자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하기 위해 상기 자유 액면 상에 부유하며, 상기 부유체의 각 면의 액체가 상기 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록 하는 슬로싱 방지 장치.
  6. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크에 설치되고, 상기 탱크 내에서 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 장치에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 배열된 복수의 부유체; 및
    상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 상기 부유체를 지지하고 상기 부유체를 수직방향으로 안내하는 복수의 수직 폴들을 포함하고,
    상기 자유 액면은 실질적으로 평행한 열들로 배열되는 상기 부유체에 의해 분할되며, 각각의 부유체는 선체의 길이방향으로 이격된 복수의 수직 폴들에 의해 수직으로 이동가능하게 지지되고,
    상기 부유체는 소정의 흘수 깊이를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 상기 자유 액면 상에 부유하기 위한 무게를 가지고,
    상기 부유체는 상기 탱크 내의 상기 자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하기 위해 상기 자유 액면 상에 부유하며, 상기 부유체의 각 면의 액체가 상기 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록 하는 슬로싱 방지 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부유체는 부력을 확보하기 위한 내부 공동을 갖는, 수직면과 수평면으로 구성되는 중공 다면체로 이루어지는 슬로싱 방지 장치.
  8. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부유체는 상기 자유 액면 또는 자유 액면 근방의 액체를 분할하도록 수직으로 연장하는 디바이더부, 및 액체 진동을 감쇠하도록 상기 디바이더부에서 측면으로 연장하는 측면 돌출부를 갖는 슬로싱 방지 장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부유체는 상기 부유체의 흘수 깊이를 조절하기 위한 부력 조절 수단을 갖는 슬로싱 방지 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부력 조절 수단은 상기 탱크 내의 액체를 상기 부유체의 내부 공동에 유입시키도록 하는 부력 저감 수단, 또는 상기 부유체의 무게를 조절하기 위한 무게 조절 수단을 갖는 슬로싱 방지 장치.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    수직 절단면에 의해 절단된 상기 탱크의 단면은 직사각형 또는 정사각형인 슬로싱 방지 장치.
  12. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크 내에 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 방법에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 복수의 부유체를 배열하는 단계를 포함하고, 상기 부유체는 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 지지되고 액체 레벨의 변화에 대응하여 수직으로 이동되며;
    자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하여 부유체의 각 면의 액체가 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록, 각각의 부유체가 부유체의 흘수 상태를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 자유 액면 상에 부유하는 단계를 포함하며,
    자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체는 부유체의 수직으로 연장하는 디바이더부에 의해 분할되고, 액체의 진동은 상기 디바이더부로부터 측면으로 연장하는 측면 돌출부에 의해 감쇠되고,
    상기 탱크 내의 액체 진동의 고유 주파수를 고주파수 대역으로 이동시켜 슬로싱 현상의 발생을 방지하는 슬로싱 방지 방법.
  13. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크 내에 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 방법에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 복수의 부유체를 배열하는 단계를 포함하고, 상기 부유체는 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 지지되고 액체 레벨의 변화에 대응하여 수직으로 이동되며;
    상기 탱크의 천장면과 바닥면에 의해 지지되는 복수의 수직 폴들이 상기 탱크 내에 배열되며, 상기 수직 폴들은 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 상기 부유체를 지탱하고 상기 부유체를 수직으로 안내하고,
    자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하여 부유체의 각 면의 액체가 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록, 각각의 부유체가 부유체의 흘수 상태를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 자유 액면 상에 부유하는 단계를 포함하며,
    상기 탱크 내의 액체 진동의 고유 주파수를 고주파수 대역으로 이동시켜 슬로싱 현상의 발생을 방지하는 슬로싱 방지 방법.
  14. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크 내에 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 방법에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 복수의 부유체를 배열하는 단계를 포함하고, 상기 부유체는 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 지지되고 액체 레벨의 변화에 대응하여 독립적으로 수직으로 이동되며;
    상기 탱크 내의 자유 액면을 분할하는 직렬의 부유체의 열을 구성하고,
    부유체의 열로 부유체는 서로 이격되어 배치되고, 직렬방향으로 인접한 부유체 사이에는 액체의 유동을 위한 갭이 형성되고, 상기 부유체와 상기 탱크의 내벽면 사이에는 액체의 유동을 위한 다른 갭이 형성되고,
    상기 갭의 폭(G)와 직렬방향의 부유체(24)의 전체 길이(E)의 비율(G/E)은 1/100 ~ 1/10의 범위 내로 설정되고,
    자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하여 상기 부유체의 열의 각 면의 액체가 부유체의 아래쪽 영역과 상기 갭을 통하여 서로 연속적이도록, 각각의 부유체가 부유체의 흘수 상태를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 자유 액면 상에 부유하는 단계를 포함하며,
    상기 탱크 내의 액체 진동의 고유 주파수를 고주파수 대역으로 이동시켜 슬로싱 현상의 발생을 방지하는 슬로싱 방지 방법.
  15. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크 내에 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 방법에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 복수의 부유체를 배열하는 단계를 포함하고, 상기 부유체는 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 지지되고 액체 레벨의 변화에 대응하여 수직으로 이동되며;
    상기 부유체의 흘수 깊이(D)는 탱크 전고(全高) H × 0.1 이상으로 설정되고, 또는 탱크 전고(全高) H × 0.5의 액체 높이가 h 일 때,
    상기 탱크의 바닥면과 상기 부유체의 하단부 사이의 거리 (h-D)가 액위 h × 0.80 이하로 설정되며,
    자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하여 부유체의 각 면의 액체가 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록, 각각의 부유체가 부유체의 흘수 상태를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 자유 액면 상에 부유하는 단계를 포함하며,
    상기 탱크 내의 액체 진동의 고유 주파수를 고주파수 대역으로 이동시켜 슬로싱 현상의 발생을 방지하는 슬로싱 방지 방법.
  16. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크 내에 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 방법에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 복수의 부유체를 배열하는 단계를 포함하고, 상기 부유체는 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 지지되고 액체 레벨의 변화에 대응하여 수직으로 이동되며;
    상기 탱크의 천장면과 바닥면에 의해 지지되는 복수의 수직 폴들이 상기 탱크 내에 배열되며, 상기 수직 폴들은 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 상기 부유체를 지탱하고 상기 부유체를 수직으로 안내하고,
    수직 폴을 지지하는 베이스부들은 상기 탱크의 천장면과 바닥면에 고정되며, 상기 수직 폴의 상단부와 하단부는 상기 베이스부들에 고정되어, 상기 베이스부들은 부유체가 상기 탱크의 천장과 바닥면에 충돌하는 것을 방지하고, 상기 베이스부들은 상기 수직 폴의 지지 지점들 사이의 거리를 상기 탱크의 내부 영역의 전체 높이보다 작게 감축시키고,
    자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하여 부유체의 각 면의 액체가 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록, 각각의 부유체가 부유체의 흘수 상태를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 자유 액면 상에 부유하는 단계를 포함하며,
    상기 탱크 내의 액체 진동의 고유 주파수를 고주파수 대역으로 이동시켜 슬로싱 현상의 발생을 방지하는 슬로싱 방지 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    부유체의 상승을 억제하는 상부 베이스부의 하단면과 상기 천장면 사이의 거리는 H × 0.3 이하로 설정하고, 여기서 H는 상기 탱크의 전체 높이를 나타내는 슬로싱 방지 방법.
  18. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크 내에 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 방법에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 복수의 부유체를 배열하는 단계를 포함하고, 상기 부유체는 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 지지되고 액체 레벨의 변화에 대응하여 수직으로 이동되며;
    상기 자유 액면은 선체의 전후 방향으로 배열된 부유체에 의해 선체의 가로방향으로 균등하게 분할되며,
    자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하여 부유체의 각 면의 액체가 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록, 각각의 부유체가 부유체의 흘수 상태를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 자유 액면 상에 부유하는 단계를 포함하며,
    상기 탱크 내의 액체 진동의 고유 주파수를 고주파수 대역으로 이동시켜 슬로싱 현상의 발생을 방지하는 슬로싱 방지 방법.
  19. 액체화물 수송선 또는 부유식 해양 시설의 멤브레인 타입의 액체 저장 탱크 내에 발생하는 슬로싱 현상을 방지하는 슬로싱 방지 방법에 있어서,
    상기 수송선 또는 시설의 길이방향 또는 횡방향으로 직렬로 복수의 부유체를 배열하는 단계를 포함하고, 상기 부유체는 상기 부유체에 작용하는 수평 외력에 저항하여 지지되고 액체 레벨의 변화에 대응하여 수직으로 이동되며;
    상기 자유 액면은 실질적으로 평행한 열로 배열되는 부유체에 의해 분할되고,
    자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체를 분할하여 부유체의 각 면의 액체가 부유체의 아래쪽 영역을 통하여 서로 연속적이도록, 각각의 부유체가 부유체의 흘수 상태를 유지하는 동안 상기 탱크 내의 자유 액면 상에 부유하는 단계를 포함하며,
    상기 탱크 내의 액체 진동의 고유 주파수를 고주파수 대역으로 이동시켜 슬로싱 현상의 발생을 방지하는 슬로싱 방지 방법.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    자유 액면 및 자유 액면 근방의 액체는 부유체의 수직으로 연장하는 디바이더부에 의해 분할되고, 액체의 진동은 상기 디바이더부로부터 측면으로 연장하는 측면 돌출부에 의해 감쇠되는 슬로싱 방지 방법.
  21. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    탱크 내의 액체가 부유체의 내부 공동에 유입되게 하거나, 또는 부유체의 무게가 부유체의 흘수 깊이를 조정하기 위해 조절되는 슬로싱 방지 방법.
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