KR101814447B1 - 액화가스 화물창의 슬로싱 저감장치 및 그를 이용한 슬로싱 제어방법 - Google Patents

액화가스 화물창의 슬로싱 저감장치 및 그를 이용한 슬로싱 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 액화가스 화물창의 슬로싱 저감장치는 액화 가스 화물창의 하벽 일측에서 상부로 돌출되며 내부에 보조공간을 포함하는 돌출벽; 상기 보조공간과 상기 돌출벽 외부의 주공간을 연결하는 배관; 및 상기 배관에 마련된 펌프를 포함한다.

Description

액화가스 화물창의 슬로싱 저감장치 및 그를 이용한 슬로싱 제어방법{SLOSHING REDUCTION DEVICE FOR LIQUIFIED GAS CARRIER AND SLOTHING CONTROL METHOD USING THE SAME}
본 발명은 슬로싱 저감장치, 그를 구비하는 액화가스 화물창, 및 그를 이용한 슬로싱 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이중구조의 액화가스 화물창에 마련되어 선체의 유동에 의해 발생되는 슬로싱 현상을 줄이는 슬로싱 저감장치와, 그를 이용한 슬로싱 제어방법에 관한 것이다.
액화가스(Liquefied Gas)는 기체를 냉각 또는 압축하여 액체로 만든 것으로, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 특히 액화천연가스(LNG)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 영하 163로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체로, 여러모로 쓰임이 많아 수요가 크게 증가하고 있다.
이러한 액화천연가스가 에너지 자원으로 활용됨에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지 내지 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송방안이 검토되어 왔으며, 액화가스 운반선 내지 부유식 해상구조물의 출현은 이러한 노력의 일환으로 볼 수 있다.
액화가스 운반선에 마련되는 화물창은, 그 제조과정에서 높은 수준의 기술을 요한다. 화물창은 저온상태로 액화시킨 액화천연가스의 보관 및 운송을 위하여 선체 내부에 마련되는데, 이 화물창은 액화천연가스의 누설이 존재하지 않아야 할 뿐 아니라, 외부와 완전히 단열되어야 하고, 초저온 상태의 화물에 의해 발생되는 수축 및/또는 팽창을 고려한 안전성도 고려되어야 하기 때문이다. 이러한 화물창의 기본구조는 (특허문헌 1) 한국 공개특허공보 10-2012-0013233호에 잘 나타나 있다.
더욱이, 액화가스 화물창은 운반선이 해양 상태에서 운동할 때 화물창 내에 수용된 화물, 즉 LNG등의 액화가스에 의한 슬로싱(sloshing) 현상이 발생되기 때문에, 이를 고려한 구조 및 설계가 요구된다. 슬로싱은 유체와 유체를 담고 있는 용기 사이에서 발생하는 상대적 운동을 말하는데, 유체화물 운송시 운반용기 내부에서 발생되는 슬로싱 현상이 운반용기에 충격을 가하여 화물창의 파손을 초래하기에, 이것이 구체적으로 고려되어야 하는 것이다.
하지만, 이러한 액화가스 운반선은 슬로싱에 의한 피해를 최소화하는데 어려움이 있어, 슬로싱을 최소화하여 액화가스를 안정적으로 운송하는 문제가 더욱 이슈화되고 있다.
한국 공개특허공보 10-2012-0013233호(2012.02.14.)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 화물창 내부에 저장된 액화가스의 슬로싱 현상을 저감시키는 슬로싱 저감장치와, 그를 구비하는 액화가스 화물창, 및 그를 이용한 슬로싱 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화 가스 화물창의 하벽 일측에서 상부로 돌출되며 내부에 보조공간을 포함하는 돌출벽; 상기 보조공간과 상기 돌출벽 외부의 주공간을 연결하는 배관; 및 상기 배관에 마련된 펌프를 포함하는 슬로싱 저감장치가 제공될 수 있다.
또 상기 돌출벽은 양측면이 경사진 사다리꼴 형상일 수 있다.
또 상기 펌프는 상기 돌출벽의 좌측면과 연결되는 제1배관과 연결되는 제1펌프와, 상기 돌출벽의 우측면과 연결되는 제2배관과 연결되는 제2펌프를 포함하고, 상기 제1배관과 제2배관에는 각각 제1밸브와 제2밸브가 마련될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 주공간과 보조공간 내의 액화가스의 저장량를 감지하는 화물창의 수위감지단계; 상기 수위감지단계에서 측정된 정보를 기초로 슬로싱의 발생량을 계산하는 슬로싱예측단계; 및 상기 슬로싱예측단계에서 계산된 정보에 따라 펌프를 작동시켜 액화가스를 상기 주공간으로 배출하거나 상기 보조공간 내부로 수용하는 작동단계를 포함하는 슬로싱 저감장치를 이용한 슬로싱 제어방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액화가스 화물창의 슬로싱 저감장치 및 그를 이용한 슬로싱 제어방법은 돌출벽 내/외부로의 액화가스 교환을 통해, 슬로싱이 적게 발생되는 수위를 유지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치를 포함하는 화물창의 측단면을 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 X부분에 대한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치의 작동 전 상태를 나타내는 화물창의 제1작동례이다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치의 작동 후 상태를 나타내는 화물창의 제1작동례이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치의 작동 전 상태를 나타내는 화물창의 제2작동례이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치의 작동 후 상태를 나타내는 화물창의 제2작동례이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치를 포함하는 화물창의 제3작동례이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치를 포함하는 화물창의 측단면을 나타내는 개념도를 나타내고, 도 2는 도 1의 X부분에 대한 확대도를 나타낸다. 도시된 해수면(S)은 선체가 떠 있는 유체의 주변의 수면 높이를 나타내는 것으로, 일례로 바닷물이 만드는 해수면일 수 있다.
먼저, 도시된 선체(10)는 일반적으로 사용되는 화물창을 포함하는 액화가스 화물 운반선일 수 있다. 그리고 액화가스 화물창은 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(LPG: Liquefied Petroleum Gas), 디메틸에테르(DME: Dimethyl Ether) 등 극저온의 액화가스(liquefied gas)를 저장하는데 이용될 수 있다. 즉 선체(10)는 LNG 운반선, LNG RV(Regasification Vessel) 운반선, LPG 운반선, 또는 에틸렌(Ethylene) 운반선 등 액화가스 화물을 운송하는 운반선, 또는 FSRU(Floating Storage Regasification Unit), FPSO(Floating Production Storage Offloading), BMPP(Barge Mounted Power Plant) 등 액화가스의 저장 및 생산을 위한 해상 부유설비에 적용될 수 있다. 또 액화가스 화물창은 해상설비 뿐만 아니라 액화가스를 저장하기 위한 육상설비에도 적용될 수 있다.
화물창은 상벽(11)과 하벽(12)과 측벽(13)으로 이루어지되, 상벽(11)과 측벽(13), 하벽(12)과 측벽(13)이 만나는 모서리에는 챔퍼(chamfer)가 형성된 형태의 다각형 구조일 수 있다. 하벽(12)은 저장된 액화가스의 하중을 견디는 바닥면을, 상벽(11)은 하벽(12)과 평행하게 이격된 상부면을, 측벽(12)은 상벽(11)과 하벽(12)을 수직방향으로 이으며 지지하는 형태의 측방면을 말하는데, 상벽(11)과 하벽(12)과 측벽(13)은 모두 방벽 및 단열벽을 포함할 수 있다.
슬로싱 저감장치(100)는 화물창 내부에 발생되는 슬로싱 현상을 줄여주는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 기능은 돌출벽(110), 돌출벽(110) 내부의 보조공간(A2)과 상기 돌출벽(110) 외부의 주공간(A1)을 연결하는 배관, 및 상기 배관에 마련되어 유체의 흐름 방향을 결정하는 펌프(120)를 통해 구현될 수 있다. 슬로싱 현상은 화물창 내부의 수위에 의해 그 발생빈도와 크기가 결정되는데, 보조공간(A2) 내부의 공간을 통해 주공간(A1)에 저장된 액화가스의 수위를 조절하여 슬로싱 현상을 줄이는 것이다. 예를 들어, 주공간(A1) 내의 수위가 적정수위에 비해 높다면, 주공간(A1) 내의 액화가스를 보조공간(A2)으로 배관(130)을 통해 이송하고, 주공간(A1) 내의 수위가 적정수위에 비해 낮다면 보조공간(A2) 내의 액화가스를 배관(130)을 통해 주공간(A1)으로 이송하는 식이다. 이러한 슬로싱 저감장치(100)의 구체적 작동방식에 대하여는, 도 3 내지 7을 참조하며 후술하기로 한다.
슬로싱 저감장치(100)는 선체(10)의 무게중심을 바꿔주는 역할도 할 수 있다. 이는 슬로싱 저감장치(100)에 마련된 배관(130)을 통해 주공간(A1)과 보조공간(A2) 사이의 액화가스 교환을 통해 구현될 수 있다. 주공간(A1)에 저장된 액화가스의 수위를 조절하여 선체(10)의 무게중심을 바꿔주는 것이다. 보조공간(A2)에 액화가스가 가득찬 상태에서는 선체(10)의 무게중심이 낮아지고, 보조공간(A2)이 비워진 상태에서는 선체(10)의 무게중심이 높아지게 되는 원리이다.
슬로싱 저감장치(100)는 크게 돌출벽(110), 펌프(120), 배관(130), 밸브(140)를 포함할 수 있다. 상세하게는, 사다리꼴 형상의 돌출벽(110)이 하벽(12)에 설치되고, 돌출벽(110)의 좌측벽과 우측벽에 각각 제1배관(131)과 제2배관(132)이 설치되어, 제1배관(131)과 제2배관(132) 상에 각각 제1펌프(121)와 제2펌프(122), 제1밸브(141)와 제2밸브(142)가 마련될 수 있다.
돌출벽(110)은 액화가스를 내부의 보조공간과 외부의 주공간으로 구획하는 역할을 할 수 있다. 돌출벽(110) 내부에 저장된 액화가스와 돌출벽(110) 외부에 저장된 액화가스를 분리함으로써, 슬로싱 저감장치(100)가 화물창 내부에 저장된 액화가스의 수위를 조절가능하고, 이는 결국 화물창 내부에 발생되는 슬로싱 현상을 줄여주는 결과를 가져온다. 이때, 돌출벽(110) 내부와 외부는 배관(130)에 의해 연통됨으로써, 액화가스의 교환이 가능해진다.
펌프(120)는 돌출벽(110) 내부와 외부를 잇는 배관(130)에 유체, 즉 액화가스의 흐름을 만드는 동력원 역할을 할 수 있다. 펌프(120)를 통해 슬로싱 저감장치(100)는 슬로싱의 발생이 많은 수위에서 슬로싱의 발생이 적은 수위로 액화가스의 돌출벽(110) 외부 저장량을 조절 가능해진다.
이때, 펌프(120)는 압력작용을 이용하여 관을 통하여 유체를 수송하는 기계로, 왕복펌프, 로터리(회전)펌프, 원심펌프, 축류펌프, 마찰펌프 중 어느 하나일 수 있다.
펌프(120)는 복수개의 연결구(121a,121b,122a,122b)를 포함할 수 있다. 각각 제1펌프(121)에는 제1연결구(121a)와 제2연결구(121b)가 형성되고, 제2펌프(122)에는 제3연결구(122a)와 제4연결구(122b)가 마련되는 형태이다. 이때, 제1펌프(121)는 제1연결구(121a)가 흡입로 또는 토출로 기능을 하고, 제2연결구(121b)가 토출구 또는 흡입로 기능을 하여 일방향 흐름으로만 유체를 조절하거나, 이러한 구분 없이 양방향 흐름으로의 조절이 가능한 형태일 수 있다. 그리고 제2펌프(122)도 제1펌프(121)와 마찬가지로 작동될 수 있다.
배관(130)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 좌측으로 돌출벽(110) 외부와 연통된 제1배관(131)와, 우측으로 돌출벽(110) 외부와 연통된 제2배관(132)을 포함한다. 이때, 펌프(120)는 배관(130)과 마찬가지로, 제1배관(131) 상에 마련되는 제1펌프(121)와, 제2배관(132) 상에 마련되는 제2펌프(122)를 포함한다.
밸브(140)는 배관(130)의 개폐여부를 조절하는 역할을 할 수 있다. 이러한 개폐조절은 펌프(120)의 작동과 함께 돌출벽(110) 내/외부의 유체의 흐름을 조절한다. 이때 밸브(140)는 제1배관(131) 상에 마련되는 제1밸브(141)와, 제2배관(132) 상에 마련되는 제2밸브(142)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치의 작동 전 상태를 나타내는 화물창의 제1작동례이고, 도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치의 작동 후 상태를 나타내는 화물창의 제1작동례이다. 그리고 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치의 작동 전 상태를 나타내는 화물창의 제2작동례이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치의 작동 후 상태를 나타내는 화물창의 제2작동례이다.
먼저 도 3 및 4를 참조하여 제1작동례를 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치(100)는, 운항 중 BOG의 발생으로 인한 화물창 내부, 즉 주공간(A1)의 수위 하강 시, 슬로싱 저감장치(100)의 작동으로 돌출벽(110) 내부, 즉 보조공간(A2)에 저장된 액화가스를 외부로 배출하여, 슬로싱 현상의 발생을 최소화하는 수위로의 조절이 가능하다. 수위1(H1)에서 수위2(H2)의 상태로 변경하는 것이다.
또 도 5 및 6을 참조하여 제2작동례를 살펴보면, 돌출벽(110) 내부에 저장된 액화가스가 외부로 배출된 이후, 돌출벽(110) 외부에 BOG의 발생 등으로 인해 수위하강이 더 발생되는 경우에, 돌출벽(110) 내부로 액화가스를 다시 수용함으로써, 슬로싱 현상의 발생을 최소화하는 수위로 주공간(A1) 내의 액화가스 저장량의 조절이 가능하다. 수위3(H3) 상태에서 수위4(H4)의 상태로 변경하는 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치를 포함하는 화물창의 제3작동례이다. 이를 참조하면, 주공간(A1) 내의 액화가스의 저장량이 적어 수위5(H5)가 돌출벽(110)의 높이와 비슷한 경우에, 돌출벽(110)이 베플판(baffle board), 즉 유체의 흐름을 방해하는 방해판 역할을 할 수 있다.
이상으로 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치의 작동방식을 간략히 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치(100)를 이용한 슬로싱 제어방법을 살펴본다.
본 발명의 일실시예에 따른 슬로싱 저감장치(100)는 주공간(A1)과 보조공간(A2) 내의 액화가스의 저장량를 감지하는 화물창의 수위감지단계, 상기 수위감지단계에서 계측된 정보를 기초로 슬로싱의 예측 발생량을 계산하는 슬로싱예측단계, 및 상기 계산단계에서 계산된 정보에 따라 상기 펌프(120)를 작동시켜 액화가스를 주공간(A1)으로 배출하거나 보조공간(A2) 내부로 수용하는 작동단계를 포함할 수 있다.
수위감지단계에서 주공간(A1) 내부에 저장된 액화가스의 수위를 측정하고, 슬로싱예측단계에서 수위감지단계에서 측정된 정보를 기초로 슬로싱 발생량을 예측하며, 슬로싱예측단계에서 계산된 정보를 바탕으로 펌프(120)를 구동하여 주공간(A1)과 보조공간(A2) 사이에 액화가스를 교환하는 작동단계가 순차로 수행되는 방식이다. 이는 돌출벽(110) 내/외부로의 액화가스 교환을 통해, 슬로싱이 적게 발생되는 수위를 유지할 수 있는 효과를 가져온다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
S: 해수면 A1: 주공간
A2: 보조공간 H1: 수위1
H2: 수위2 H3: 수위3
H4: 수위4 H5: 수위5
10: 선체 11: 상벽
12: 하벽 13: 측벽
100: 슬로싱 저감장치 110: 돌출벽
120: 펌프 121: 제1펌프
122: 제2펌프 121a: 제1연결구
121b: 제2연결구 122a: 제3연결구
122b: 제4연결구 130: 배관
131: 제1배관 132: 제2배관
140: 밸브 141: 제1밸브
142: 제2밸브

Claims (4)

  1. 액화 가스 화물창의 하벽 일측에서 상부로 돌출되며 내부에 보조공간을 포함하는 돌출벽;
    상기 보조공간과 상기 돌출벽 외부의 주공간을 연결하는 배관; 및
    상기 배관에 마련된 펌프;를 포함하되,
    상기 펌프는 상기 돌출벽의 좌측면과 연결되는 제1배관과 연결되는 제1펌프와, 상기 돌출벽의 우측면과 연결되는 제2배관과 연결되는 제2펌프를 포함하고,
    상기 제1배관과 제2배관에는 각각 제1밸브와 제2밸브가 마련되는 슬로싱 저감장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출벽은
    양측면이 경사진 사다리꼴 형상인 슬로싱 저감장치.
  3. 삭제
  4. 주공간과 보조공간 내의 액화가스 저장량을 감지하는 화물창의 수위감지단계;
    상기 수위감지단계에서 측정된 정보를 기초로 슬로싱의 발생량을 계산하는 슬로싱예측단계; 및
    상기 슬로싱예측단계에서 계산된 정보에 따라 펌프를 작동시켜 액화가스를 상기 주공간으로 배출하거나 상기 보조공간 내부로 수용하는 작동단계를 포함하는 슬로싱 저감장치를 이용한 슬로싱 제어방법.
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