KR102177967B1

KR102177967B1 - 지중식 멤브레인형 lng 저장탱크의 개방보수 방법

Info

Publication number: KR102177967B1
Application number: KR1020190058264A
Authority: KR
Inventors: 한창훈; 이관철; 조인규; 김기택; 이래춘; 손주성; 김명주
Original assignee: 한국가스공사
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2020-11-12

Abstract

본 발명은 보수 대상 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 소진시키는 단계, 상기 LNG 저장탱크에 연결된 배관을 분리 및 차단시키는 단계, 상기 LNG 저장탱크의 내부 감시공간(IBS)에 설치된 IBS 이너 링(IBS inner ring) 배관의 건전성을 시험하는 단계, 상기 LNG 저장탱크 내부를 질소로 치환하는 단계, 상기 LNG 저장탱크 내부를 공기로 치환하는 단계, 상기 LNG 저장탱크를 개방하는 단계를 포함하는 지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법으로서, 본 발명에 의하면, 일정기간 사용 후 가동을 중단한 LNG 저장탱크를 개방하여 LNG를 안전하게 다시 저장할 수 있도록 보수가 가능하게 한다.

Description

지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법{MAINTENANCE METHOD OF MEMBRANE TYPE UNDERGROUND LNG STORAGE TANK}

본 발명은 지중에 장기간 설치되어 운용되는 LNG 저장탱크를 개방하여 보수하는 방법에 관한 것이다.

천연가스(natural gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하고, 소량의 에탄(ethane), 프로판(propane) 등을 포함하는 화석연료로서, 최근 다양한 기술 분야에서 저공해 에너지원으로서 각광받고 있다.

천연가스는 해상에서 생산 또는 운반되어 지중의 LNG 저장시설에 저장하여 소비처에 공급하여 사용하게 된다.

액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -162℃ 이하)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들어 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

육상으로 운송된 LNG는 육상시설의 저장탱크에 저장된다. 액화천연가스는 약 -162℃ 정도이므로, 액화천연가스의 저장탱크는 액화천연가스를 안전하게 저장하기 위해 스테인리스강, 알루미늄강, 35% 니켈강 등과 같은 초저온에 견딜 수 있는 재료로 제작되며, 열응력 및 열수축에 강인하고, 열침입을 막을 수 있는 구조로 설계된다.

좋은 에너지 자원인 반면 LNG의 저장 및 취급은 안전하여야 하므로 LNG 저장탱크는 엄격한 공정 절차에 의해서 시공되어 지중에 설치된다.

그러나, 종래의 액화천연가스 저장탱크는 시공에 필요한 공정별 시공 절차는 있으나, 운영 중인 저장탱크를 보수하는 공정은 시공 못지 않게 어려운 과제임에도 불구하고, 장기간 가동된 저장탱크의 보수를 위한 방법은 정립되지 못한 상태이다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 일정기간 사용 후 가동을 중단한 LNG 저장탱크를 개방하여 LNG를 안전하게 다시 저장할 수 있도록 보수하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법은, 보수 대상 LNG 저장탱크 주변 지하수 수위를 낮추는 단계, 상기 LNG 저장탱크의 동결선 유지를 위해 동결설비를 설치 및 가동시키는 단계, 상기 LNG 저장탱크 주변 지하수 수위가 일정 수위에 도달하면 해당 수위를 유지시키는 단계, 상기 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 소진시키는 단계, 상기 LNG 저장탱크 내부의 공기를 치환하는 단계 및 상기 LNG 저장탱크를 개방하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 지하수 수위를 낮추는 단계는, 저수위용 드레인에이지 피트(Drainage Pit) 액위 측정용 배관인 버블링 파이프(Bubbing Pipe)로 절체하는 단계 및 드레인에이지 피트 펌프를 가동하는 단계를 포함한다.

그리고, 상기 동결설비를 설치 및 가동시키는 단계는, 상기 LNG 저장탱크 주변 동결배관 설치를 위한 보어링(Boring) 단계, 열해석을 통해 설계된 동결설비를 설치하는 단계, 동결을 위한 냉동설비를 제작 및 설치하는 단계 및 상기 동결설비를 운전하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 LNG를 소진시키는 단계는, 펌프에 의해 상기 LNG 저장탱크의 LNG 액위가 2M가 될 때까지 LNG를 펌핑하는 단계 및 상기 LNG를 펌핑하는 단계 중단 후 잔여 LNG를 자연 기화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 잔여 LNG를 자연 기화시키는 단계에서 기화되는 BOG(Boil off gas)는 가설 배관을 통해 회수하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 잔여 LNG를 자연 기화시키는 단계는 상기 LNG 저장탱크의 멤브레인 바닥 온도가 -20℃ 이상이 될 때까지 실시하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 LNG 저장탱크에 연결된 배관을 분리 및 차단시키는 단계 이후 상기 LNG 저장탱크의 내부 감시공간(IBS)에 설치된 IBS 이너 링(IBS inner ring) 배관의 건전성을 시험하는 단계를 더 포함하고, 상기 IBS 이너 링 배관의 건전성을 시험하는 단계는, 이너 링 배관에 헬륨가스 주입 호스를 설치하는 단계, 상기 헬륨가스 주입배관이 설치된 이너 링 배관 및 일부 이너 링 배관을 제외한 이너 링 배관과 아우터 링 배관의 밸브를 차단시키는 단계 및 상기 헬륨가스 주입 호스가 설치된 이너 링 배관의 주변 아우터 링 배관에서 헬륨가스 검출여부를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 밸브를 차단시키는 단계에서 밸브를 오픈시키는 일부 이너 링 배관은 상기 헬륨가스 주입 호스가 설치된 이너 링 배관의 180도 방향에 배치되는 이너 링 배관과 그것에 가장 인접한 이너링 배관을 포함하는 3개의 이너 링 배관인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 헬륨가스 검출여부를 측정하는 단계에서 측정되는 시간에 따라 상기 이너 링 배관의 손상 위치를 판단하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 헬륨가스 검출여부를 측정하는 단계에서 측정되는 시간에 따라 이너 링 배관이 건전한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 LNG 저장탱크 내부를 질소로 치환하는 제1 질소치환단계 및 상기 제1 질소치환단계 종료 후 상기 LNG 저장탱크 내부를 건조 공기로 치환하는 공기치환 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 질소치환단계 중 상기 LNG 저장탱크의 멤브레인 바닥 온도를 측정하여 측정된 온도가 -20℃ 이상에 도달하면, 상기 제1 질소치환의 착수 시점으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 질소치환단계는 상기 LNG 저장탱크 내부의 가연성 혼합가스농도 25LEL%(Lower Explosion Limit %) 이하에 달할 때까지 진행하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 공기치환단계는 상기 LNG 저장탱크 내부의 산소농도가 20% 이상, 가연성 혼합가스가 10 LEL%(Lower Explosion Limit %) 이하에 달할 때까지 진행하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 LNG 저장탱크를 개방하는 단계에 의해 개방된 상기 LNG 저장탱크의 멤브레인을 보수하는 단계 및 상기 멤브레인을 보수하는 단계 완료 후 상기 LNG 저장탱크 내부를 가동 가능한 조건으로 조성하는 리커미셔닝(recommissioning) 단계를 더 포함할 수 있다.

이러한 상기 리커미셔닝 단계는, 상기 LNG 저장탱크 내부에 질소를 주입하여 산소 농도와 이슬점을 낮추는 제2 질소치환단계 및 상기 제2 질소치환단계 종료 후 상기 LNG 저장탱크에 메탄가스를 주입하는 FG치환단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제2 질소치환단계는 상기 LNG 저장탱크의 구역별로 실시하고, 상기 LNG 저장탱크 내조(데크 하부 공간)에 대해서는 산소 농도가 1% 이하이고, 이슬점 온도가 -40℃이하가 되면 종료하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 질소치환단계는 상기 LNG 저장탱크의 구역별로 실시하고, 상기 LNG 저장탱크의 상부 돔(dome, 데크 상부 공간)에 대해서는 산소 농도가 1% 이하이고, 이슬점 온도가 -35℃이하가 되면 종료하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 리커미셔닝 단계는 상기 LNG 저장탱크에 LNG를 투입시켜 상기 저장탱크 내부의 상부온도가 -100℃, 하부온도가 -155℃가 되도록 냉각시키는 쿨다운(dool down) 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법에 의하면, 개방을 위해서 배관 등의 계통분리시 안전을 도모함으로써 개방시 LNG 유입으로 인해 발생할 수 있는 안전사고의 위험을 줄일 수 있게 한다.

또한, 저장탱크의 개방 후 작업 전에 가설 시설물을 안전하게 설치하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 하고, 철제지붕의 보수 및 보강 후 이에 대한 검증을 철저히 함으로써 철제지붕의 기밀을 확보하여 재가동될 저장탱크의 안전성이 보장될 수 있게 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 개방보수 방법을 구성하는 분기배관의 계통분리 방법에 관한 것이다.
도 3은 LNG 저장탱크에 구비되는 IBS를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 LNG 저장탱크 내부에 가설 장비 설치방법에 관한 것이다.
도 6은 본 발명의 LNG 저장탱크 메인 빔(main beam) 및 스티프너 빔(stiffener beam) 기밀보강 용접 방법을 도시한 것이다.
도 7 및 도 8은 LNG 저장탱크 철제지붕 헬륨검사 구간 및 주입방법을 도시 것이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 개방보수 방법을 구성하는 멤브레인 암모니아 검사 방법에 관한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

보수 대상이 되는 LNG 저장탱크가 선정이 되면, LNG 저장탱크를 개방하여 보수를 실시하기 위한 준비가 필요하다.

지중식 LNG 저장탱크는 탱크 본체의 온도상승에 의해 지하수가 탱크 본체로 유입되는 것을 방지하고자 탱크 지반을 저수위로 전환이 필요하다.

즉, 저장탱크의 지하수위를 저장탱크 바닥 콘크리트면(bottom slab) 이하로 유지시켜야 한다.

보다 구체적으로, 저수위용 드레인이지 피트(Drainage Pit) 액위 측정용 배관인 버블링 파이프(Bubbling Pipe)로 절체한 후, 버블링 파이프와 연결시킨 드레인이지 피트 펌프를 가동하여 지하수위를 낮추게 된다.

즉, 수위 측정 설비인 버블링 파이프는 고수위 측정용과 중수위 측정용으로 구분되고, 드레인이지 피트의 수위가 변함에 따라서 적정한 버블링 파이프로 절체하여 수위를 측정하면서 펌프를 가동시키는 것이다.

그리고, 개방보수 기간 중 LNG 저장탱크 콘크리트 구조물에 지하수, 우수의 유입을 차단하고 동결된 콘크리트 구조물의 해동을 방지하기 위해 지상에 지하수 동결을 위한 동결설비를 설치하고, 지중식 LNG 저장탱크 주변 지반을 동결한 후 LNG 저장탱크 저장된 LNG를 제거한다.

동결설비의 설치 및 가동은 먼저 LNG 저장탱크 주변에 동결배관 설치를 위한 보어링(Boring) 단계 후 열해석을 통해 설계된 동결설비를 보어링 내에 설치한다.

그리고, 동결을 위한 냉동설비를 해당 저장탱크 주변에 설치한 후 동결설비를 운전하여 실행한다.

동결설비는 저장탱크 내에 LNG를 비움으로써 지반 동결을 유지하기 위해 설치하는 설비이다. 저장탱크에 LNG가 있는 경우 LNG의 냉열로 지반 동결 유지가 가능하나, LNG가 없는 경우에는 동결설비를 설치하여 지반의 동결을 유지시켜야 한다. 동결설비는 냉동기, 열교환기, 브라인 배관 등을 포함한다.

그런 다음, LNG 저장탱크 주변 지하수 수위가 일정 수위에 도달하면 해당 수위를 유지시킨다.

그리고, LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 충분히 제거하고 송출 및 하역 배관 등의 계통을 분리 및 차단시킨 후 저장탱크를 개방하게 된다.

먼저, 보수 대상 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 소진시키기 위해서 펌프를 가동하여 LNG 저장탱크에 저장된 LNG의 저장 수위를 최대한 낮추게 된다.

이를 통해 자연기화에 소요되는 시간을 최소화시킬 수 있다.

펌프의 운전지침에 따라 펌프를 가동하여 LNG의 액위가 2M가 될 때까지 펌프를 가동시킨다.

그런 다음, 최소 액위까지 펌프를 가동 후, 펌프로 송출이 불가능한 잔여 LNG는 자연 상태에서 기화를 시킨다.

남아 있는 LNG는 자연적으로 BOG(Boil off gas)로 기화가 되는데, 기화된 BOG는 재사용을 위해서 가연성가스 90VOL%까지 회수할 수 있도록 한다.

철제 지붕, 탱크 내조, 멤브레인 바닥, 단열재 및 슬래브의 각 지점에서 온도를 측정하며, 멤브레인 바닥 온도가 -20℃ 이상에 도달할 때까지 자연 기화를 실시한다.

이와 같은 준비를 마친 후, 저장탱크의 개방 보수를 위해서 LNG 저장탱크와 연결된 배관을 차단하여 외부로부터 LNG, BOG, FG(Fuel Gas)의 유입을 차단하여야 개방 보수시 안전사고에 대비할 수 있다.

계통 분리는 저장탱크와 연결된 LNG하역 및 송출배관 등을 맹판으로 차단하고, 맹판으로 차단이 안되는 분기배관은 절단하고, 플랜지나 맹판을 설치하여 외부와 차단시키게 되는데, 이러한 분리 및 용접 과정은 배관 내 퍼지 작업이 수반되어져야 한다.

도 1은 LNG 분기 배관의 차단시 가스차단 방안에 대한 일 예이다.

우선, LNG 분기 배관(11)을 절단시키고, 절단면에 플랜지(12)를 용접한다.

LNG 분기 배관의 메탄 농도를 측정하여 메탄 농도가 10 LEL%(Lower Explosion Limit %) 미만시 배관을 절단한다.

그리고, 배관 삽입홀이 형성된 스폰지(13) 등의 NG 차단 부재를 배관에 투입시키고, 배관 삽입홀을 통해 질소공급호스(14)를 삽입한 후, 질소공급부로부터 질소가 공급되게 하여, NG 차단 부재에 의해 NG의 배출이 차단된 상태로 배관 속에 질소를 공급하여 퍼징(purging)이 이루어 질 수 있게 한다.

도 2는 LNG 분기 배관의 차단시 가스차단 방안의 다른 예이다.

도 1에 의한 방안은 LNG 분기 배관을 차단시켜 퍼징이 가능한 경우였으나, 그러한 방안이 불가한 경우 도 2와 같이 누출되는 가스를 외부로 방출시킬 수 있도록 한다.

즉, LNG 분기 배관(11)을 절단시키고, 절단면에 플랜지(12)를 용접한 상태에서, LNG 분기 배관(11)의 내경에 맞는 슬리브 배관(21)을 삽입시켜 슬리브 배관(21)을 통해서 가스가 대기 중으로 방출될 수 있게 하는 것이다.

그리고, 슬리브 배관(21)이 LNG 배관(11)에 밀착 삽입하고, 가스의 누출을 막기 위해서 슬리브 배관(21)의 둘레에는 실링 부재(22)가 더 부가될 수 있다.

이상과 같이 계통을 분리 및 차단시킨 후, 개방 전 품질입증 시험을 실시한다.

즉, 자연기화와 질소 치환 기간 동안 콘크리트 지붕에 가스 포집구를 설치하여 콘크리트 내 잔류 중인 메탄 농도와 압력 변화를 측정 및 기록하고, 보수 완료 후 측정값과 비교하여 철제지붕의 건전성을 확인하는 것이다.

먼저, 콘크리트 지붕 및 통로 연결부(walk-way joint부, 지붕과 벽체 연결부)에 일정한 간격으로 도장 표면을 제거하고 포집구를 설치한다.

그리고, 가스농도 측정기를 이용하여 포집구의 메탄 농도를 측정한다.

이에 병행하여 내부 감시공간인 IBS(Inner Barrier Space)의 아우터 링(outer ring) 측정구에 대한 메탄 농도를 측정한다. 이는 탱크 내부의 보수를 완료한 후에도 실시한다.

다음으로, IBS 이너 링(IBS inner ring) 배관의 건전성을 시험한다.

즉, 탱크 개방 전 IBS 이너 링 배관에 헬륨 가스를 주입 후 이너 링 배관에 인접한 아우터 링 배관의 측정구에서 헬륨가스가 검출되는지 연부와 검출되는 반응시간을 측정함으로써 이너 링 배관의 건전성을 확인하는 것이다.

IBS는 도 3과 같이 저장탱크의 벽체(34)와 내벽(35) 사이의 공간으로서, 이너 링(31)과 아우터 링(32)이 저장탱크의 IBS(36)에 관통하여 설치되어 있으며, 저장탱크의 둘레를 따라 일정 간격으로 되어 있다.

또한, IBS의 압력은 안정적인 설비운영을 위하여 0.5kPa 이하로 유지된다.

먼저, 이너 링의 헬륨가스 주입을 위한 호스에 연결되는 밸브를 제외한 모든 이너 링 및 아우터 링 배관의 밸브를 잠근다. 대신, IBS 압력 유지를 위해서 검사 지점의 반대방향(180도 방향)의 이너 링 배관의 밸브 3개소는 오픈한다.

IBS 압력은 0.2~0.5kPa를 유지하고, IBS 건전성 상태에 따라 이너링 배관의

밸브 오픈개소는 추가될 수 있다.

이너 링 주입배관 1개소를 선정하고, 헬륨가스를 주입하여 좌우측의 인접한 아우터 링 배관에서 헬륨가스가 검지되는지를 확인하여, 검출여부와 반응시간에 의해서 IBS 이너 링 배관의 건전성 여부를 판단하게 된다.

헬륨가스를 주입한 이너 링 배관에 인접한 아우터 링 배관에서 헬륨가스 주입 즉시 헬륨 가스가 검출되면 이너 링 배관의 상단부가 손상된 것으로 판단하고, 일정 시간 경과 후 검출되면 감지되는 시간에 따라 이너 링 배관의 손상 위치를 판단하게 된다.

이너 링으로 주입된 헬륨가스가 아우터 링으로 감지되는 시간에 따라 정상 여부를 판단한다.

이상과 같은 과정 후 탱크를 개방할 수 있는 탱크 내부 환경을 조성시킨다.

이는 탱크 내부의 질소치환 및 공기치환 과정이 수반된다.

질소치환은 탱크 내부를 불활성 가스인 질소로 치환하는 작업으로, 질소에 의한 초기 웜업(warm-up)을 피스톤 효과(Theoretical Piston Effect)를 이용하여 탱크 개방 전 내부에 잔존하는 메탄 등의 가연성 가스를 제거하기 위함이다.

먼저, 자연 기화 후 멤브레인 바닥 온도가 -20℃ 이상시 질소치환을 착수한다.

탱크 내부로 질소를 주입시키기 위한 배관, 밸브, 계량기, 압력계 등을 설치한다.

설치된 배관의 누설시험을 완료한 후, 단계적으로 질소 치환을 실시한다.

질소의 공급은 급격한 압력 상승을 방지하기 위해서 최초 500Nm³/hr에서 3,000Nm³/hr까지 단계적으로 상향해서 주입한다.

질소 공급 압력은 BOG 회수를 위하여 타 탱크 운전 압력보다 1~2kPa 이상 높게 유지시키며 실시하며, IBS 압력은 0.5kPa 이하를 유지한다.

탱크 내조의 BOG는 질소 공급 후 탱크 내부의 압력 및 온도의 주기적 측정 결과, 멤브레인 바닥 온도가 -20℃~-40℃ 이상에 도달하면, 탱크 내부 압력을 유지하면서 탱크 내조의 BOG를 회수한다.

BOG는 BOG 배관을 통해 회수하고, 가연성 혼합가스 농도 기준 약 90 VOL% 또는 천연가스 공급 배관망으로 공급되는 송출가스의 질소농도가 허용기준치(1.0mol% 미만)보다 높을 때까지 BOG를 회수를 한다.

BOG는 가연성 혼합가스농도 기준 약 90 VOL% 도달 전 탱크 상부 중앙의 Vacuum Breaker 배관의 차단밸브에 BOG 회수용 가설호스를 설치한다. BOG는 가연성 혼합가스 농도 기준 약 90 VOL%까지 회수하되, 가연성 혼합가스 농도 90 VOL% 이하시 BOG 회수를 중단하고, 안전을 위해 BOG 배관에 가설 호스를 연결하여 플레어 스택에 의해 소각될 수 있게 한다. 플레어 스택을 이용한 BOG 소각시 탱크 내부 압력은 8~12kPa를 유지한다.

플레어 스택에서 불꽃이 소멸되거나 가연성 혼합가스 농도가 40LEL%(Lower Explosion Limit %) 이하가 될 때까지 소각한다. 가연성 혼합가스 농도가 40LEL%(Lower Explosion Limit %) 이하가 되면 탱크 상부의 노즐을 통해 대기방출을 시행하며, 대기 방출시 탱크 내부 압력은 2~12kPa를 유지한다.

대기방출시 데크 상부 단열재에 흡착된 가연성 가스를 배출하기 위해 필요에 따라 가압벤트(Pressure Sweeping Mode)를 시행하고 가연성 혼합가스 농도가 25LEL%(Lower Explosion Limit %) 이하시 질소치환을 중단시킨다.

24시간 탱크 압력을 유지 후 3회 이상 가연성 혼합가스 성분분석을 실시하여 가연성 혼합가스 농도가 25LEL%(Lower Explosion Limit %) 이하시 질소치환을 최종 종료한다.

질소치환을 종료 후 BOG 배관을 차단하기 위해 탱크 감압을 시간당 3kPa 이하로 실시하며, 탱크 압력이 1kPa 이하에 도달하면 BOG 배관을 맹판으로 차단시킨다.

질소에 의한 불활성화 단계가 종료되면 탱크 내부에 건조공기를 주입함으로써 작업자가 탱크로 내부로 진입할 수 있도록 산소농도 20% 이상의 여건을 조성한다.

탱크 상부 하역배관 상단에 분기된 배관 말단부의 캡을 제거하고, 별도의 I.A(Instrument Air) 공급 장치 및 가설호스를 설치하여 탱크 내부로 공기 공급이 가능하게 한다.

공기 주입량은 단계적으로 500~1,000m³/hr로 상향하여 주입하고, 탱크 내부의 압력은 5~12kPa를 유지한다. 가연성 혼합가스 농도가 10LEL%(Lower Explosion Limit %) 이하, 산소농도가 20% 이상시 공기 공급을 중단하고, 24시간 탱크 압력을 유지 후 3회 이상 가연성 혼합가스 농도 및 산소농도를 측정하여 기준치에 충족시 공기치환을 종료시킨다.

이와 같이 개방 준비가 완료되면, 저장탱크를 개방하여 철제지붕 및 멤브레인 점검 및 보수를 위해 지정된 위치에 먼저 가설 장비 및 전력 설비를 설치한다.

1. 가설 장비 설치

탱크 보수를 위한 자재를 운반하기 위해 300ton 크레인을 이용하여 방액재 내부에 100ton의 자재 운반용 크레인을 운반한다.

자재 운반용 크레인을 이용하여 저장탱크 상부의 맨홀에 인접하여 마련되는 자재 적치대로 가설 자재를 운반하여 야적하고, 이후 맨홀을 통해 탱크 내부로 운반하여 탱크 내부에 설치된 자재 적치대에 자재를 야적한다.

탱크 내부로 운반하는 자재 중 비계파이프, 클램프 등 가설재와, 곤돌라, 트롤리(trolley), 프레임(frame) 등은 맨홀을 통해 인력으로 운반하고, 멤브레인, 보호합판 및 곤돌라 본체 등은 가스 돔 홀(gas dome material hole)을 통해 운반한다.

멤브레인 바닥에 자재 반입을 위해 탱크 최상층 가스 돔 홀 직상부에 자재 운반용 윈치(winch) 및 추락 방지망을 설치하고, 2 ton의 윈치를 이용하여 보호합판 및 곤돌라 자재 등을 멤브레인 바닥으로 운반한다.

다음으로, 데크 상부의 단열재 및 플라이우드를 철거한다.

데크 가장자리 부분에 설치된 박스형 단열재를 1차적으로 제거하고, 작업 및 통행 공간 확보를 위해 데크 가장자리 지역의 단열재 폭 5m를 철거한다.

그리고, 곤돌라 이동 및 비파괴검사를 위해 데크 가장자리 지역에 설치된 플라이우드(plywood)를 철거하되, 재설치시 동일한 위치에 설치할 수 있도록 철거 전 플라이우드에 번호를 표기하는 것이 바람직하다.

2. 보호합판 및 골함석 설치

도 4에서 참조되는 바와 같이, 데크 가장자리 단열재 및 플라이우드를 철거한 후 추락 및 낙하물 방지를 위해 철제지붕 가장자리 지역의 메인 빔(main beam)을 이용하여 추락방지 비계(36)를 설치하고, 곤돌라 운행시 낙하물 방지를 위해 멤브레인 보호합판(38)을 멤브레인 바닥 가장자리 지역 벽체로부터 폭 3m 이상 원둘레 방향으로 멤브레인 위에 설치한다.

보호합판은 틈새가 생기지 않도록 겹쳐지게 설치하고, 가스 돔 홀 직하부에는 자재 운반시 추락방지를 위해 지름 가로(10m) x 세로(10m) 이상의 크기로 보호합판을 설치한다.

그리고, 철제지붕 이동시 데크 AL-Sheet 보호를 위하여 이동통로(37)에는 보호합판을 설치하고, 이동 통로구역 외 단열재 미 철거지역은 단열재 상부에 골함석을 설치하여 철제지붕 점검시 낙하물 및 보수용접시 비산 가능한 불꽃을 방지한다.

다음으로 철제지붕 점검을 위한 가설비계를 설치한다.

비계 발판은 데크 가장자리부터 중앙으로 순차적으로 설치하고, 도 5와 같이 철제지붕의 경사로 인해 데크 가장자리 지역은 계단식으로 설치한다.

3. 멤브레인 점검용 곤돌라 설치

곤돌라 설치는 탱크에 곤돌라 모노레일의 설치 위치에 따라 달라진다.

곤돌라 모노레일이 데크 하부에 설치된 탱크의 경우, 곤돌라 운행을 위해 별도로 알루미늄 시트(AL-sheet)를 해체할 필요가 없다. 다만, 곤돌라 설치를 위해 지정된 장소의 알루미늄 시트를 해체하고, 가설비계 설치 후 곤돌라 장비를 설치한다.

곤돌라 모노레일이 데크 상부에 설치된 탱크의 경우, 곤돌라 운행이 가능하도록 데크 가장자리 지역의 알루미늄 시트를 일정폭 이상 원둘레 방향으로 해체가 필요하다.

4. 탱크 내부 전력설비 설치

탱크 내부 보수용 전력설비는 탱크 외부지역에 판넬, 변압기, 분전반, 케이블 등을 설치 후 탱크 내부로 전력 공급이 가능토록 하고, 데크 상부 및 멤브레인 바닥부에 분전반을 설치 후 케이블을 분기하여 전력을 공급한다.

전력설비는 탱크 상부 Vacuum Beaker line을 통해서 리프팅 와이어, 고정수단 등을 이용하여 전원케이블을 투입하고, 데크 상부 가설 비계 및 멤브레인 진입 사다리 등에 조명등을 설치한다.

5. 탱크 내부 공기 주입 및 배기팬 설치

상술한 가설 장비 및 전력 장비의 설치가 완료되면 후술할 탱크 내부의 보수 작업이 진행되는데, 작업자의 작업 환경을 위해 탱크 개방전 공기치환 작업시 기설치된 공기공급장비(I.A)를 이용하여 탱크 내부가 20% 이상의 산소농도를 유지하도록 지속적으로 공기를 주입한다.

그리고, 탱크 상부의 Vacuum Breaker 2개소를 해체 후 배기팬을 설치하여 탱크 내부 작업 중 발생하는 유해가스 및 분진을 탱크 외부로 배출시킨다.

이상과 같이 탱크 개방전 점검 및 준비가 마쳐지면, 탱크를 개방하여 실제 작업자가 투입되어 필요한 보수 및 보강작업을 수행하고, 보수 및 보강작업이 완료되면 시험에 의해 보수의 적정성을 판단하게 된다.

철제지붕 가설비계 설치 완료 후 보수 및 보강 작업을 실시하게 된다.

즉, 철제지붕 메인 빔(main beam) 및 스티프너 빔(stiffener beam)과 지붕 철판 사이의 이격된 공간을 철제지붕과 동일한 재질로 기밀보강용접을 시행하여 저장탱크의 기밀성을 확보하고, 해당 철판 및 빔의 형상 특성에 맞게 도 6과 같이 메인 빔은 ㄴ자 형상(39), 스티프너 빔은

형상(41)의 보강자재를 부착하여 기밀보강용접을 실시하게 된다. 메인 빔 기밀보강용접 연결부는 기밀보강용접 완료 후 공기가압누설시험을 위하여 홀이 가공된 보강자재(40)를 사용한다.

이와 같은 철제지붕 기밀보강용접을 시행함과 동시에 철제지붕 모재 및 용접 부위에 대한 결함 유무의 확인 작업을 수행한다.

1. 육안 검사(VT, Visual Test)

탱크 내부(철제 지붕 및 멤브레인)의 모재 및 용접부 상태, 내부 구조물의 부식, 균열 상태 등에 대한 전반적인 육안 검사를 실시한다.

탱크 내부의 육안검사 대상은 철제지붕의 본체, 가장자리, 내부 구조물의 모재 및 용접부와 멤브레인의 모재 및 용접부가 된다.

2. 헬륨 검사(He Test)

철제 지붕 가장자리 지역의 철판과 콘크리트 지붕 사이의 공간에 헬륨가스(추적 가스)를 주입하여 모재 및 용접부의 결함 위치를 찾아내도록 한다.

먼저, 내부누설 감시공간(IBS, Inner Barrier Space) 및 철제지붕 가장자리 지역의 압력을 측정할 수 있는 압력계를 탱크 내부에 설치한다.

압력계(수은 또는 물 U-Tube)는 헬륨 주입용 inlet, outlet 라인에 각각 1개씩 설치하고, 검사할 표면 부위의 페인트 및 이물질 등을 제거한다.

철제지붕 가장자리 지역의 헬륨검사를 위하여 모재 및 IBS 아우터 링(outer ring) 측정구에 헬륨 주입구 및 가설호스를 설치한다.

철제지붕 헬륨 주입구는 모재부를 드릴링하여 총 26개소(철제지붕 가장자리 지역 18개소, 가스 돔 지역 3개소, 펌프 노즐 지역 5개소)를 설치하여, 도 7과 같이 헬륨 용기로부터 헬륨 주입구를 통해 철제지붕 가장자리 지역과 IBS로 헬륨을 주입시켜 철제지붕 가장자리 지역의 모재 및 용접부와 철제지붕 노즐부 및 가스 돔 용접부에 대한 헬륨의 누설 여부를 검사한다.

헬륨 주입구는 헬륨 미주입시 헬륨 농도 측정구로 사용하며, 필요시 철제지붕 가장자리 지역에 원활한 헬륨 확산을 위해서 헬륨 주입구를 추가 설치할 수 있다.

그리고, IBS 아우터 링 2개소에 워터 가드(water guard)를 설치하여 IBS의 설정 압력(0.5kPa)보다 과압이 형성되면 압력을 자동으로 배출하여 IBS를 보호할 수 있게 한다.

철제지붕 가장자리 지역의 경우 검사 구역에 따라 검사방법을 달리 한다.

도 8은 철제지붕 가장자리 지역 헬륨검사 구역을 도시한 것으로서, Q, R, S, T, U 로 표시하였다.

철제지붕 가장자리 지역 중 Q, R 구역에 대해서는, 철제지붕 가장자리 지역 Q ~ R 모재에 설치한 헬륨 주입구를 통해서 헬륨을 주입하고, 헬륨 측정구에서 헬륨가스 기준농도(1.0ㅧ10^-4mbar, ℓ/sec)가 확인되면 헬륨검사를 실시한다.

헬륨 측정구는 다수의 헬륨 주입구 중 주입에 사용되지 않는 주입구가 될 수 있고, 주입은 농도가 확인된 다수의 헬륨 주입구에 대해 순차적으로 실시한다.

철제지붕 가장자리 지역 중 S, T, U 구역에 대해서는, IBS 아우터 링에 직접 헬륨 가스를 주입 후 농도를 측정하여 5% 이상이 확인되면 헬륨검사를 실시한다.

헬륨의 주입은 아우터 링 2개소를 선정하여 IBS 압력을 유지하며 주입한다.

아우터 링 전 구간에서 헬륨 흐름 확산이 확인되면 헬륨검사 기준 농도 5% 이상이 유지될 수 있도록 헬륨가스를 지속적으로 주입하고, 헬륨검사를 실시하며, 아우터 링 헬륨가스 주입시 IBS 압력이 0.5kPa을 초과하지 않도록 한다.

다음으로, 철제지붕 노즐부 및 가스 돔 용접부 중 가스 돔에 대해서는, 용접부 주변 모재에 헬륨 주입구 3개소를 설치하고, 1개소는 헬륨가스 주입용(주입압력 5~20kPa), 2개소는 헬륨농도 측정용으로 사용한다.

철제지붕 노즐부는 용접부 주변 모재에 헬륨 주입구를 5개소 설치하고, 1개소는 헬륨가스 주입용(주입압력 5~20kPa), 4개소는 헬륨 농도 측정용으로 사용한다.

상기 헬륨 주입구는 철제지붕 구조물 간섭으로 인하여 비파괴검사가 곤란한 용접부 지역에 대해서 필요시 추가 설치 후 검사가 가능하다.

이상과 같이 구역에 따라 헬륨을 공급하여 철제지붕 가장자리 지역 검사부위 전체에서 최초 대기 중에 측정한 헬륨 농도값보다 높지 않은 결과치가 나와야 보수가 완벽하게 된 것으로 판단할 수 있다.

3. 액체침투탐상검사(PT, Liquid Penetrant Test)

철제지붕 보수 및 기밀보강용접, 멤브레인 보수 용접이 완료된 후 침투제와 현상제를 이용하여 모재 및 용접부에 대한 표면 결함의 존재 유무를 확인하는 방법이다.

액체침투탐상검사의 대상은 철제지붕 기밀보강용접부, 보수용접부, 모재부, 기타 결함의심부가 있으며, 멤브레인은 보수용접부, 모재부, 기타 결함의심부 등이 있다.

시험체의 이물질 제거 등 전처리 후 침투액을 용접 완료 24시간 경과 후 스프레이, 붓 등에 의해 최소 침투시간을 고려하여 도포한다.

침투 지시의 모양은 독립 침투 지시, 선상 침투 지시, 원형상 침투 지시, 연속 침투지시, 분산 침투 지시 등이 나타날 수 있고, 그에 따라 갈라짐, 선상 결함, 원형상 결함 또는 독립 결함, 연속 결함, 분산 결함으로 판단하게 된다.

4. 진공상자 누설시험(VBT, Vacuum Box Test)

시험체 표면에 발포액을 도포하고 진공상자를 부착 후 음압을 형성하고, 누설부위를 통해 발생하는 기포를 확인하여 결함부를 찾는 시험이다.

진공상자 누설시험의 대상은 철제지붕 보수용접부, Lap Joint 용접부, 모재부, 기타 결함의심부가 있으며, 멤브레인은 보수용접부, 모재부, 기타 결함의심부 등이 있다.

발포액(거품형성용액)은 구성 재료가 액상세제, 글리세린, 물이고, 비율은 1:1:4.5가 바람직하다.

거품형성용액은 시험표면으로부터 이탈하지 않는 막을 만들고, 형성된 거품은 공기의 건조 또는 낮은 표면장력에 의해 급격히 소멸하지 않아야 한다.

진공상자의 크기는 시험체의 형태나 종류에 맞는 크기로 제작하여 사용하고, 진공상자는 최소 100kPa(1atm, 1bar)의 외압에 견뎌야 한다.

진공상자의 저면은 개구되며 밀폐를 위해 스폰지형 개스킷을 부착시키고, 상면은 관찰창을 형성시킨다.

시험부 표면온도는 5~50℃(40~125℉)의 범위를 유지해야 하고, 시험중 5~50℃(40~125 ℉)의 범위 내로 온도를 유지할 수 없을 경우에는 국부가열 또는 냉각을 하여야 한다.

발포액 적용시간은 1분을 초과하지 않아야 하며, 최대허용 온도가 초과하지 않도록 주의해야 한다. 온도가 과하게 높으면 발포액이 건조하여 증발하거나 끓는점이 낮아져 발포액에 기포가 형성될 가능성이 있다.

시험면에 발포액 도포 완료 후 시험면 위에 진공상자를 설치하고, 진공상자 내부를 1차 -200mbar, 2차 -550mbar에서 진공을 형성한 후 약 30초 동안 시험을 실시하며, 용접부 및 모재부에서 발포액에 의한 누설이 없어야 합격으로 판정할 수 있다.

5. 공기가압 누설검사(ATT, Air Tightness Test)

철제지붕 기밀보강 용접부에 대한 기밀성을 확보하기 위해 보강 용접부에 설치된 홀(40)을 통해서 내부에 에어를 공급하고, 가압한 상태에서 거품 시험 용액을 용접부에 도포하여 누설위치를 찾아내는 검사이다.

시험을 위한 건조 공기의 공급은 탱크 상부에 가설된 I.A(Instrument Air) 공급장비를 통해서 사용한다.

거품시험용액은 세모론, 글리세린, 물의 비율을 1 : 1: 4.5로 한다.

거품시험용액은 시험표면으로부터 이탈하지 않는 막을 형성해야 하고, 형성된 거품은 공기의 건조 또는 낮은 표면장력에 의해 급격히 소멸되지 않아야 한다.

시험체 표면온도는 시험기간 중 5~50℃(40~125℉) 범위 내로 유지하는 것을 원칙으로 한다. 다만, 시험품의 표면온도가 5℃ 이하로 냉각될 경우 거품시험 용액에 일정비율의 부동액을 혼합하여 별도의 시험편에 도포시험을 실시하고, 그 결과에 따라 온도범위를 조정할 수 있다.

시험면에 분무기를 이용하여 거품시험용액을 도포한 후 거품 발생여부를 확인하여 거품이 발생되면 누설로 판명한다.

그 다음, 탱크 내부 철제지붕 보강 용접부 및 기존 철판 용접부에 대해 부식 방지와 기밀성 확보를 위해 Rust Grip 도장을 실시한다.

도장 표면 및 용접부의 녹, 먼지, 타르 등의 이물질을 제거하고, 도장재를 적절하게 혼합하고, 붓, 롤러 등을 이용하여 도장을 실시한다.

철제지붕 1차 도장을 완료하고, 24시간 완전 건조 후 2차 도장을 실시한다.

도장 두께는 철제지붕 부식 방지 및 기밀성 확보를 위하여 80μm 이상으로

도포한다.

철제지붕에 대한 최종 도장이 완료되면 탱크 보수를 위해 설치되었던 가설장비 및 전력 설비를 철거한다.

가설 비계 철거는 비계발판 설치의 역순으로 철제지붕 중앙 지역부터 원둘레 방향으로 철거를 실시하여 철거 자재를 데크 가장자리에 지정된 적재소에 적재하고 철거 즉시 탱크 외부로 반출한다.

그리고, 철제지붕 가장자리 지역에 대한 비계를 철거하고, 곤돌라를 철거한다.

곤돌라의 경우 트롤리 등은 데크 상부에서 철거하여 진입 맨홀을 통해 반출하고, 곤돌라 케이지 등은 멤브레인 바닥에서 분해하여 가스 돔 홀을 통해 반출시킨다.

데크 상부에 설치되었던 보호합판 및 골함석과 멤브레인 바닥 가장자리 지역의 보호합판을 철거하고, 멤브레인 내부의 가설자재 반출이 완료되면 탱크 상부의 윈치 및 구조물을 철거한다.

탱크 상부 배기팬, 맨홀 주변 가설 적재소, 각종 안전 시설물을 순차적으로 철거하고, 자재운반용 크레인을 방액제 외부에서 300ton 이상 크레인을 사용하여 방액제 외부로 반출시킨다.

곤돌라, 트롤리 및 프레임 등 곤돌라 장비 철거가 완료되면, 플라이우드, 박스형 단열재 등을 철거한 역순으로 재설치하고, 데크 상부 전체에 단열재를 추가로 설치하여 보온효과를 보상해준다.

마지막으로 가설비계 및 멤브레인 사다리 등에 설치된 조명등 및 케이블 등의 전력설비를 철거하여 철거작업을 마감한다.

이후, LNG 저장탱크의 정상화를 위한 준비 및 추가 시험을 실시한다.

먼저, 멤브레인 암모니아 검사는 LNG 저장탱크 내부의 멤브레인 용접부에 암모니아 반응페인트를 도포하고 일정 시간 경과 후, 용접부의 변색 유무를 확인함으로써 보수 후 결함부를 검출하기 위한 것이다.

우선, 암모니아 혼합가스를 주입할 가설호스를 탱크 상부에 가설하고, 암모니아 혼합가스 확산 확인을 위해 멤브레인 바닥 및 벽체에 적절한 개소의 RLP(Reference Leakage Point)를 설치한다.

그리고, 암모니아 혼합가스 주입 호스를 통해 암모니아 혼합가스를 주입하고, 암모니아 농도 측정구에서 농도가 기준치 이상을 충족시 멤브레인 용접부 등에 반응페인트를 도포한 후, 반응페인트의 변색 여부를 확인하는 절차에 의한다.

암모니아 혼합가스는 저장탱크 외부지역에 주입장비를 설치 후 주입호스를 통해서 저장탱크 내부 멤브레인 바닥부터 최초 주입하고, 멤브레인 바닥 및 벽체 RLP를 통한 확산 여부를 확인한 후, IBS 아우터 링을 통해서 암모니아 혼합가스를 배출한다.

도 9에서 참조되는 바와 같이, 암모니아 혼합가스를 주입하기 위해서 암모니아 혼합가스 주입호스(42)를 저장탱크에 가스 돔 홀(44)을 통해 투입시키되, 저장 탱크 상부에 설치된 매니폴드(43, manifold)에서 분기된 다수의 주입호스가 바닥으로 설치되게 한다.

RLP는 암모니아 혼합가스의 주입, 주입 압력의 측정, 암모니아 혼합가스의 확산, 농도 확인, 린싱(Rinsing)을 위한 질소퍼지 용도로 사용한다.

RLP는 도 10과 같이 주름이 없는 멤브레인(48)의 평탄면을 드릴링하여 관통시키고, 니플(47)을 설치 후 고정하여 둘레 용접을 시행한다.

그리고, 니플(47)에 주입노즐 및 밸브 또는 측정용 밸브를 설치하여 이를 통해서 암모니아 혼합가스의 주입 및 농도를 측정할 수 있게 한다.

멤브레인에 RLP를 설치 후 도 1과 같이 암모니아 혼합가스 주입을 위한 주입호스를 바닥에 설치한다. 암모니아 혼합가스 주입은 멤브레인 바닥 중앙부 5개소로 동시 주입하고, 필요시 중앙 5개소 지역 외 다른 주입구를 통해 추가 주입도 가능하다.

이렇게 주입된 암모니아 혼합가스는 멤브레인 바닥부터 저장탱크 내벽 사이의 공간으로 확산되게 된다.

멤브레인 검사를 위한 암모니아 혼합가스의 주입 및 확산이 완료되었는지를 판단하기 위해서 RLP 및 IBS 아우터 링에서 암모니아 농도를 측정한다.

암모니아 혼합가스주입용 RLP 이외의 RLP에서 암모니아 농도를 측정하여 1% 이상이 측정될 때까지 암모니아 혼합가스를 주입시킨다.

결과적으로, 멤브레인 바닥 및 벽체 RLP에서 암모니아 농도 1% 이상, IBS 아우터 링 배출구에서 암모니아 3% 이상이 검출되면 반응 페인트를 도포한다. IBS 내 암모니아의 농도를 유지하기 위해 검사 기간 중 암모니아 혼합가스를 지속적으로 주입한다.

반응 페인트는 브롬-페놀이 혼합되어 있는 산성 페인트로서, 염기성 기체인 암모니아와 반응을 하면 노란색에서 청자색으로 변색되어 육안식별이 가능한 페인트이다.

멤브레인의 결함을 통해 누설되는 암모니아가 있는 경우, 저장탱크 내부 공간으로 암모니아가 누설 되고, 이는 반응 페인트와 반응하여 변색이 되므로 결함부 보수 완료 후 변색되는 부위가 발생되지 않아야 제대로 보수가 이루어진 것으로 판단할 수 있다.

그리고, 시간에 따라 주입시킨 암모니아는 IBS 아우터 링(45)을 통해 배출되게 되고, 아우터 링에 설치된 배출 가설호스(46)를 통해 이송 및 배출한다.

IBS를 통한 암모니아 공급은 용해 방지를 위해서 IBS 내의 산소농도를 3% 이하로 낮추는 것이 바람직하다.

그리고, 앞서 멤브레인 바닥에 설치된 암모니아 혼합가스 주입용 RLP를 통해서 질소를 주입시켜 IBS에 잔존하는 산소를 제거시키고, 산소농도가 3% 이하로 측정되면 암모니아 혼합가스 주입을 실시한다.

또한, 암모니아 시험의 신뢰성을 위해 암모니아 가스의 최저 농도는 1% 이상 유지하는 것이 바람직하다.

검사 이후, 반응페인트는 진공청소기 등을 통해 제거될 수 있게 하고, IBS 내의 암모니아를 배출하기 위해서 암모니아 혼합가스 주입용 RLP(5개소)를 통해 질소를 주입하여 린싱(Rinsing)을 실시하며 IBS 아우터 링 배출구에서 암모니아 농도가 0.5% 이하가 될 때까지 시행한다. 필요시 IBS 이너 링(IBS inner ring) 배관의 건전성이 확인된 배관을 통해 질소 주입 병행이 가능하다.

이상에서 멤브레인에 대한 암모니아 검사를 완료하면, 저장탱크 기밀성을 검사한다.

저장탱크 기밀성 검사는 저장탱크의 내부 보수와 보강용접이 완료된 후 실시하는 것으로서, 글로벌 시험에 의한다.

글로벌시험은 기설치된 I.A 공급 장치 및 가설호스를 이용하여 탱크 내부를 공기로 가압한다. 글로벌시험 착수전 IBS 내 암모니아 농도는 0.5% 이하, 산소농도는 500ppm 이하까지 제거한다.

상기 IBS 내 검사 조건이 완료되면 탱크 압력을 20kPa로 가압한 상태와 대기압인 상태에서 각각 72시간 동안 IBS 내 증가하는 산소농도값을 측정 및 비교하여, IBS 내 산소농도 비교값이 1,500ppm 이하시 탱크의 기밀성이 건전한 것으로 판단한다.

필요시 철제지붕 음향방출시험(acoustic emission test)을 병행하여 철제지붕의 건전성을 확인할 수 있다.

이상에서 살펴본 저장탱크 기밀시험이 완료되면, 최종적으로 LNG 저장탱크의 정상화를 위한 준비를 하게 된다.

이를 위한 준비는 질소치환, FG(Fuel Gas) 치환 및 쿨다운(cool-down)에 의한다.

질소치환은 탱크의 내부점검 및 보수공사를 완료하고 LNG 저장탱크를 정상화하기 위하여 임시로 설치된 질소공급 설비를 이용하여 탱크 내부를 불활성가스인 질소로 치환하여 탱크 내부의 산소농도 및 이슬점(dew point)을 기준치 이하로 낮추기 위함이다.

질소 주입량은 500~4,500Nm³/hr으로 단계적으로 상향하여 주입한다.

주입 과정에서 탱크 내부의 산소농도를 측정하고, 산소농도가 5% 이하가 되면 질소 주입을 중단하고 별도의 벤트 라인을 통해 대기 방출한다.

질소 공급 착수 후 탱크 내부의 압력은 8~18kPa이내가 되게 유지시킨다.

그리고, 배출되는 가스의 산소 농도 및 이슬점(dew point)를 측정하여 산소 농도와 측정 온도에 따라 종료 기준에 달할 때까지 실시한다.

DRY and Purge 작업은 탱크의 구역별로 실시하는 것이 바람직하고, 구역별 종료기준은 표 1과 같다.

지 역		산소농도 (%)	이슬점 (Dew-Point, ℃)
A	탱크내조	1%이하	-40 ℃이하
C	Dome 공간	1%이하	-35 ℃이하
B	IBS(Inner Barrier Space)	3%이하	--
D	Pump Column	1%이하	-35 ℃이하
E	기타 배관	1% 이하	-35 ℃이하

산소농도 1% 이하와 탱크 내조 -40℃ 및 돔 구역 -35℃이하에 도달하면, 배출 밸브를 잠그고 압력을 유지시킨다.

이상의 질소 치환 완료 후 FG(Fuel Gas) 치환을 실시한다. 즉, 탱크 내 FG(Fuel Gas)를 주입하여 질소를 방출한 후 탱크 내부를 순수한 메탄으로 채우는 작업을 수행한다.

500~1,500m³/h 범위 내에서 500m³/h부터 단계별로 유량을 상향하여 FG(Fuel Gas)를 주입하고, 치환과 함께 벤트호스를 통해 대기 방출시킨다.

FG치환은 측정된 메탄 농도가 5VOL%가 이상까지 진행하되 탱크 내부온도가 -20℃ 이하가 되면 종료시킨다. 그리고, 플레어링(flaring)을 실시하고, 메탄 농도가 40VOL% 이상이 되면 종료한다.

질소치환과 FG치환이 완료되면, 초저온의 LNG를 저장하기 위한 사전 작업으로 LNG를 저장탱크 내부로 투입시킨 스프레이 노즐을 통해 분사하여 저장탱크 Bottom Membrane 온도가 -150℃가 되도록 냉각작업을 실시한 후, 탱크 바닥으로부터 0.6m까지 LNG를 채운다.

Cool Down 온도의 평균 강하율은 -5 ~ -10℃/h로 일정하게 유지한다.

저장탱크 바닥 온도가 -150℃가 도달되면 Cool Down을 완료하고, 1차 Filling (0.6m)을 한다.

저장탱크 내 LNG 충진은 탱크 냉각작업 후 연속적으로 시행하며, 저장 탱크의 1차 펌프가 시운전이 가능한 5m의 높이까지 충진 한다.

저장탱크의 냉각작업 동안에는 탱크 바닥 온도감지기와 콘크리트 지붕 포집구 및 IBS의 메탄 농도 감시를 통해 저장탱크의 건전성을 확인한다.

콘크리트 지붕 포집구 및 IBS의 메탄농도는 FG(Fuel Gas) 치환부터 시운전 완료 시점까지 측정 한다.

이상과 같이 탱크 내부 Cool Down 및 기타 배관의 Cool Down 이 완료되면 LNG 저장탱크는 LNG 저장기능을 수행할 준비를 완료하게 된다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

11 : LNG 배관 12 : 플랜지 13 : 질소공급 가설 호스
21 : 슬리브 배관 22 : 실링 부재
36 : 추락방지 비계
37 : 이동통로
38 : 멤브레인 보호합판
39 : 메인 빔 보강자재
40 : 메인 빔 보강자재 연결부
41 : 스티프너 빔 보강자재
42 : 암모니아 혼합가스 주입호스
43 : 매니폴드(manifold)
44: 가스 돔 홀
45 : 아웃터 링 46 : 가설호스
47 : 니플 48 : 멤브레인

Claims

삭제
삭제
보수 대상 LNG 저장탱크 주변 지하수 수위를 낮추는 단계;
상기 LNG 저장탱크의 동결선 유지를 위해 동결설비를 설치 및 가동시키는 단계;
상기 LNG 저장탱크 주변 지하수 수위가 일정 수위에 도달하면 해당 수위를 유지시키는 단계;
상기 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 소진시키는 단계;
상기 LNG 저장탱크 내부의 공기를 치환하는 단계; 및
상기 LNG 저장탱크를 개방하는 단계를 포함하고,
상기 지하수 수위를 낮추는 단계는,
저수위용 드레인에이지 피트(Drainage Pit) 액위 측정용 배관인 버블링 파이프(Bubbling Pipe)로 절체하는 단계; 및
상기 버블링 파이프와 연결시킨 드레인에이지 피트 펌프를 가동하는 단계를 포함하며,
상기 동결설비를 설치 및 가동시키는 단계는,
상기 LNG 저장탱크 주변 동결배관 설치를 위한 보어링(Boring) 단계;
열해석을 통해 설계된 동결설비를 상기 보어링 내에 설치하는 단계;
동결을 위한 냉동설비를 제작 및 설치하는 단계; 및
상기 동결설비를 운전하는 단계를 포함하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 LNG를 소진시키는 단계는,
펌프에 의해 상기 LNG 저장탱크의 LNG를 펌핑하는 단계; 및
상기 LNG를 펌핑하는 단계 중단 후 잔여 LNG를 자연 기화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 잔여 LNG를 자연 기화시키는 단계에서 기화되는 BOG(Boil off gas)는 가설 배관을 통해 회수하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 잔여 LNG를 자연 기화시키는 단계는 상기 LNG 저장탱크의 멤브레인 바닥 온도가 -20℃ 이상이 될 때까지 실시하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 LNG 저장탱크에 연결된 배관을 분리 및 차단시키는 단계 이후 상기 LNG 저장탱크의 내부 감시공간(IBS)에 설치된 IBS 이너 링(IBS inner ring) 배관의 건전성을 시험하는 단계를 더 포함하고,
상기 IBS 이너 링 배관의 건전성을 시험하는 단계는,
이너 링 배관에 헬륨가스 주입 호스를 설치하는 단계;
상기 헬륨가스 주입호스가 설치된 이너 링 배관 및 일부 이너 링 배관을 제외한 이너 링 배관과 아우터 링 배관의 밸브를 차단시키는 단계; 및
상기 헬륨가스 주입 호스가 설치된 이너 링 배관의 주변 아우터 링 배관에서 헬륨가스 검출여부를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 밸브를 차단시키는 단계에서 밸브를 오픈시키는 일부 이너 링 배관은 상기 헬륨가스 주입 호스가 설치된 이너 링 배관의 180도 방향에 배치되는 이너 링 배관과 그것에 가장 인접한 이너링 배관을 포함하는 3개의 이너 링 배관인 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 헬륨가스 검출여부를 측정하는 단계에서 측정되는 시간에 따라 상기 이너 링 배관의 손상 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 헬륨가스 검출여부를 측정하는 단계에서 측정되는 시간에 따라 이너 링 배관이 건전한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 LNG 저장탱크 내부를 질소로 치환하는 제1 질소치환단계; 및
상기 제1 질소치환단계 종료 후 상기 LNG 저장탱크 내부를 건조 공기로 치환하는 공기치환 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제1 질소치환단계 중 상기 LNG 저장탱크의 멤브레인 바닥 온도를 측정하여 측정된 온도가 -20℃ 이상에 도달하면, 상기 제1 질소치환의 착수 시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제1 질소치환단계는 상기 LNG 저장탱크 내부의 가연성 혼합가스농도 25LEL%(Lower Explosion Limit %) 이하에 달할 때까지 진행하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 공기치환단계는 상기 LNG 저장탱크 내부의 산소농도가 20% 이상, 가연성 혼합가스가 10 LEL%(Lower Explosion Limit %) 이하에 달할 때까지 진행하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 LNG 저장탱크를 개방하는 단계에 의해 개방된 상기 LNG 저장탱크의 멤브레인을 보수하는 단계; 및
상기 멤브레인을 보수하는 단계 완료 후 상기 LNG 저장탱크 내부를 가동 가능한 조건으로 조성하는 리커미셔닝(recommissioning) 단계를 더 포함하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 리커미셔닝 단계는,
상기 LNG 저장탱크 내부에 질소를 주입하여 산소 농도와 이슬점을 낮추는 제2 질소치환단계; 및
상기 제2 질소치환단계 종료 후 상기 LNG 저장탱크에 메탄가스를 주입하는 FG치환단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 제2 질소치환단계는 상기 LNG 저장탱크의 구역별로 실시하고, 상기 LNG 저장탱크 내조(데크 하부 공간)에 대해서는 산소 농도가 1% 이하이고, 이슬점 온도가 -40℃이하가 되면 종료하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 질소치환단계는 상기 LNG 저장탱크의 구역별로 실시하고, 상기 LNG 저장탱크의 상부 돔(dome, 데크 상부 공간)에 대해서는 산소 농도가 1% 이하이고, 이슬점 온도가 -35℃이하가 되면 종료하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 리커미셔닝 단계는 상기 LNG 저장탱크에 LNG를 투입시켜 상기 저장탱크 내부의 상부온도가 -100℃, 하부온도가 -155℃가 되도록 냉각시키는 쿨다운(dool down) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
지중식 멤브레인형 LNG 저장탱크의 개방보수 방법.