KR102213510B1 - Lng 저장탱크의 단열박스 - Google Patents

Abstract

LNG 저장탱크의 단열박스가 개시된다. 본 발명의 LNG 저장탱크의 단열박스는, LNG 저장탱크의 단열벽을 형성하며 격벽을 구비한 LNG 저장탱크의 단열박스로서, 격벽은 평단면도 형상이 격벽의 길이 방향을 기준으로 사인 곡선 형상을 갖되 마루와 골에 각각 직선부가 마련된 것을 특징으로 한다.

Description

LNG 저장탱크의 단열박스{INSULATION BOX OF LNG STORAGE TANK}

본 발명은, LNG 저장탱크의 단열박스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 단열시키는 GTT NO 96형 저장탱크의 단열박스에 관한 것이다.

천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선이나, LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)는, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라고 함)를 포함한다.

최근에는 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 저장탱크가 마련된다.

LNG FPSO는, 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. 또 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

이와 같이 LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 내에는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 저장탱크가 설치되어 있다.

이 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Tank)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다. 통상 멤브레인형 저장탱크는 GTT NO 96형과 TGZ Mark Ⅲ형으로 나눠지며, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형으로 나눠진다.

GTT NO 96형의 저장탱크는, 0.5 ~ 0.7㎜ 두께의 인바(Invar) 강으로 이루어지는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽과, 플라이우드 박스(plywood box) 및 펄라이트(perlite) 등으로 이루어지는 1차 단열벽 및 2차 단열벽이, 선체의 내부 표면상에 번갈아 적층 설치된다.

GTT NO 96형의 경우, 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 갖고 있어 1차 밀봉벽의 누설시 상당한 기간 동안 2차 밀봉벽만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다.

GTT NO 96 타입의 단열 시스템은, 전술한 바와 같이 인바 강(9% 니켈강)과 펄라이트 및 플라이우드로 제작된 단열박스가 2개의 층으로 적층되어 이루어지며, 플라이우드는 단열박스의 구조 재료로 사용되고 있다.

플라이우드는 특성상 강에 비해 단열효과가 높고 열변형에 우수한 성질을 가지지만 강도가 약해, 저장탱크 내부의 LNG가 유동함으로써 발생하는 슬로싱 현상에 의한 충격으로 파손될 우려가 있다.

또한 종래 기술의 일 실시예에서 단열벽으로 사용되는 단열박스는 화물로부터 오는 하중을 견디기 위해 비교적 두꺼운 두께의 플라이우드를 수직 부재로 채택하여 좌굴 및 압축 강도를 확보하는 데, 이러한 수직부재를 통해 손실되는 열량이 전체 단열박스의 열손실의 40~50% 정도를 차지하여 단열 성능에 상당한 악영향으로 작용하는 문제점이 있다.

이러한 문제로 인해 단열박스에서 요구되는 구조강도를 만족하는 최적화(보강재 최소화) 작업을 통해 플라이우드를 기존의 NO 계열보다 적게 사용할 경우, 단열박스 내에서 강도부재의 비중이 상대적으로 낮아지므로 단열박스의 단열 성능을 높일 수 있다.

하지만 이때 단순 수직부재를 사용할 경우 배치 최적화를 통해 압축 강도를 만족할 수는 있지만 상대적으로 좌굴 강도를 만족하기는 힘들다. 즉, 직사각형 형상 단면의 격벽을 사용할 경우 I(단면 2차 모멘트;굽힘의 힘이 작용하였을 때, 소재가 변형에 저항하는 성질을 나타내는 것)값이 상대적으로 작기 때문에 좌굴 강도 면에서 상당히 취약한 문제가 발생 된다.

한국특허등록공보 제10-1012644호(대우조선해양 주식회사) 2011. 01. 27.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, LNG 저장탱크에 마련되는 단열박스에서 요구되는 구조 강도를 만족시키면서 열손실을 최소화할 수 있는 LNG 저장탱크의 단열박스를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, LNG 저장탱크의 단열벽을 형성하며 격벽을 구비한 LNG 저장탱크의 단열박스로서, 상기 격벽은 평단면도 형상이 상기 격벽의 길이 방향을 기준으로 사인 곡선 형상을 갖되 마루와 골에 각각 직선부가 마련된 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스가 제공될 수 있다.

상기 마루와 상기 골에 마련되는 상기 직선부는 상기 격벽의 길이 방향을 기준으로 등 간격으로 마련될 수 있다.

상기 격벽은 상기 사인 곡선 형상의 하나의 주기를 기준으로, 상기 마루에 마련된 제1 직선부와 상기 골에 마련된 제2 직선부에서 연장되어 마련되는 제1 경사부; 상기 제1 직선부에서 연장 형성되되 상기 제1 직선부에서 멀어질수로 경사가 낮아지는 제2 경사부; 및 상기 제2 직선부에서 연장 형성되되 상기 제2 직선부에서 멀어질수록 경사가 높아지는 제3 경사부를 포함할 수 있다.

상기 제1 직선부, 상기 제2 직선부, 상기 제1 경사부, 상기 제2 경사부 및 상기 제3 경사부는 동일한 두께를 갖고, 수평 길이는 상기 제1 경사부, 상기 제2 경사부 및 상기 제3 경사부, 상기 제1 직선부 및 상기 제2 직선부의 순서로 길 수 있다.

상기 제2 경사부와 상기 제3 경사부의 수평 길이는 동일하고, 상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부의 수평 길이는 동일할 수 있다.

상기 제1 직선부, 상기 제2 직선부, 상기 제1 경사부, 상기 제2 경사부, 상기 제3 경사부 중에서 상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부가 가장 두꺼운 두께를 갖고, 수평 길이는 상기 제1 경사부, 상기 제2 경사부 및 상기 제3 경사부, 상기 제1 직선부 및 상기 제2 직선부의 순서로 길 수 있다.

상기 제1 직선부, 상기 제2 직선부, 상기 제1 경사부, 상기 제2 경사부, 상기 제3 경사부 중에서 상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부가 가장 두꺼운 두께를 갖고, 수평 길이는 상기 제1 직선부 및 상기 제2 직선부, 상기 제1 경사부, 상기 제2 경사부 및 상기 제3 경사부의 순서로 길 수 있다.

상기 마루와 상기 사인 곡선 형상의 수평 중심선과의 높이와 상기 골과 상기 수평 중심선과의 높이는 동일할 수 있다.

상기 격벽은 강화플라스틱으로 제작될 수 있다.

상기 강화플라스틱은 폴리프로필렌을 포함하는 열가소성수지에 유리섬유 또는 탄소섬유를 함침시켜 제작될 수 있다.

상기 격벽의 테두리에는 상기 격벽을 상기 단열박스의 내부에 고정시키는 테두리 부재가 마련될 수 있다.

상기 격벽은 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 1차적으로 단열시키는 1차 단열박스와 상기 LNG를 2차적으로 단열시키는 2차 단열박스 중 적어도 하나에 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크로서, 전술한 단열박스에 의해 형성된 단열벽을 가지는 LNG 저장탱크가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 단열박스의 내부에 마련되는 강도부재인 격벽의 단면 형상을 직선부를 갖는 사인 곡선 형상으로 제작하여 구조 강도를 향상시키면서 단면적의 감소로 인한 열전달 감소로 단열성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 단열박스의 내부에 전술한 형상을 갖는 격벽을 마련함으로써 기존 사각형 단면 형상을 갖는 격벽을 배치하는 경우와 비교하여 좌굴 강도를 높이기 위한 추가 부재설치 및 제작 공수가 발생하지 않기 때문에 작업성 및 제작성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크의 단열박스를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 단열박스에 채용된 격벽을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 격벽의 일부 평단면도이다.
도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 격벽의 변형 실시예이다.

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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크의 단열박스를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 단열박스에 채용된 격벽을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 격벽의 일부 평단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 LNG 저장탱크의 단열박스(1)는, 평단면도 형상이 격벽(10)의 길이 방향을 기준으로 사인 곡선 형상을 갖되 마루와 골에 각각 직선부가 마련된 격벽(10)과, 격벽(10)의 테두리에 마련되어 격벽(10)을 박스몸체에 고정시키는 테두리 부재(20)를 구비한다.

격벽(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 단열박스(1)의 내부에 복수로 배치되어 LNG 저장탱크에 저장된 LNG에 의한 정수압(정지한 수중에 있는 면에 직각으로 작용하는 압력)과 슬로싱(sloshing)에 의한 충격력에 의해 단열박스가 견딜 수 있도록 단열박스를 보강하는 역할을 한다.

또한, 본 실시 예에서 격벽(10)은 단면적을 감소시켜 열손실을 최소로 함과 동시에 단면 2차 모멘트 값을 증가시켜 좌굴 강도를 향상시킬 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 사다리꼴 모양이 일정한 주기를 갖고 연속적으로 배치되는 형상, 즉 평단면도 형상이 격벽(10)의 길이 방향을 기준으로 사인 곡선 형상을 갖되 마루와 골에 각각 직선부가 마련된 형상(sawtooth 형상)을 가질 수 있다.

본 실시 예에서 격벽(10)은 도 3에 도시된 형상이 하나의 주기를 이루면서 반복될 수 있고, 격벽(10)의 정면도 형상은 직사각형 형상일 수 있다.

이때 하나의 주기를 이루는 격벽(10)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 주기의 마루를 이루는 제1 직선부(11)와, 하나의 주기의 골을 이루는 제2 직선부(12)와, 마루에 마련된 제1 직선부(11)와 골에 마련된 제2 직선부(12)에서 연장되어 마련되는 제1 경사부(13)와, 제1 직선부(11)에서 연장 형성되되 제1 직선부(11)에서 멀어질수로 경사가 낮아지는 제2 경사부(14)와, 제2 직선부(12)에서 연장 형성되되 제2 직선부(12)에서 멀어질수록 경사가 높아지는 제3 경사부(15)를 포함한다.

본 실시 예에서 마루와 골을 제1 직선부(11) 및 제2 직선부(12)와 같이 곡선이 아닌 직선 형태로 하면, 도 3에 도시된 수평 중심선으로부터 마루까지의 높이(c)와 수평 중심선으로부터 골까지의 높이(d)를 낮출 수 있다. 또한, 골과 마루를 곡선으로 하는 것에 비해 격벽(10)의 휘어짐이 줄어들어 구조적 안정성을 가질 수 있다.

한편 본 실시 예에서 제1 직선부(11)와 제2 직선부(12)의 두께(t₁)는 제1 경사부(13), 제2 경사부(14) 및 제3 경사부(15)의 두께(t₂)와 동일할 수 있다.

또한, 하나의 주기를 기준으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 경사부(13)의 길이(e)가 가장 길고, 다음으로 제2 경사부(14)의 길이(a)와 제3 경사부(15)의 길이(g)가 길되 제2 경사부(14)와 제3 경사부(15)의 길이를 동일하게 할 수 있다. 마지막으로, 제1 직선부(11)의 길이(b)와 제2 직선부(12)의 길이(f)를 가장 짧게 마련하되 제1 직선부(11)와 제2 직선부(12)의 길이를 같게 할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같은 형상으로 격벽(10)을 마련하면 동일한 면적, 면적 2차 모멘트(Ixx)를 갖는 사인파 형상의 격벽과 대비 시 응력(stress)이 다소 증가하는 경향을 보이지만 좌굴 강도 면에서는 60%의 성능이 향상되는 이점이 있다.

따라서 격벽(10)의 sawtooth 형상의 불연속 부분을 곡선 처리하여 응력 집중을 완화시킨다면 응력 레벨이 낮아질 것으로 예상되므로 사인파 형상의 단면 보다 sawtooth 단면 형상이 응력 측면의 성능 저하 없이 좌굴 강도 측면에서 향상된 성능을 가질 수 있다.

전술한 제1 직선부(11)와 제2 직선부(12)는 각각의 경사부가 접하는 영역으로 제1 직선부(11)와 제2 직선부(12)의 길이를 가장 짧게 하면 격벽(10)의 휘어짐을 줄일 수 있고, 하중이 집중되더라도 이를 견딜 수 있는 이점이 있다.

한편, 본 실시 예의 형상을 갖는 격벽(10)은 플라이우드로 제작하기가 거의 불가능하기 때문에 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지에 유리 섬유 또는 탄소 섬유 등을 함침시켜 성형되는 강화플라스틱으로 제작될 수 있다.

또한, 본 실시예의 격벽(10)은 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 1차적으로 단열시키는 1차 단열박스(100) 뿐만 아니라 LNG를 2차적으로 단열시키는 2차 단열박스(200)에도 적용될 수 있고, 1차 단열박스(100)와 2차 단열박스(200) 중 적어도 하나에 적용될 수도 있다.

나아가, 격벽(10) 사이의 단열박스 내부 공간에는 단열 성능을 확보하기 위해 단열재가 마련될 수 있다. 단열재로는 파우더 형태의 단열재, 글라스 울과 같은 부피 형태의 단열재, 폴리우레탄폼과 같은 발포형 단열재가 선택적으로 마련될 수 있다.

테두리 부재(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 격벽(10)의 테두리에 마련되어 격벽(10)이 단열박스의 내부에 고정되도록 함과 더불어 격벽(10)을 잡아주는 역할을 하며, 테두리 부재(20)는 격벽(10)에 끼워 맞춤 방식으로 결합 될 수 있고, 격벽(10)과 일체로 제작될 수도 있다. 또한, 테두리 부재(20)는 플라이 우드 재질로 제작될 수 있다.

본 실시 예에서 테두리 부재(20)는 단열박스에 폴리우레탄 계열 또는 에폭시 계열의 극저온 접착제, 스크류 또는 스테이플에 의해 결합 될 수 있다.

도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 격벽의 변형 실시예이다.

도 4에 도시된 격벽(10a)은, 제1 직선부(11)와 제2 직선부(12)의 두께를 가장 두껍게 하여 좌굴 강도뿐만 아니라 압축 강도도 향상시킬 수 있고, 제1 직선부(11)와 제2 직선부(12)의 두께 증가로 마루와 골에서의 휘어짐 등을 더욱 안정적으로 감소시킬 수 있다.

도 5와 도 6에 도시된 격벽(10b,10c)은, 제1 직선부(11)와 제2 직선부(12)의 두께를 가장 두껍게 하면서 그 길이도 제1 경사부(13), 제2 경사부(14) 및 제3 경사부(15) 보다 길게 한 점에서 차이점이 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 사인파 형상의 격벽 단면과 동일한 면적을 갖지만 면적 2차 모멘트가 60% 증가한 sawtooth 단면의 경우 좌굴 강도가 2배 이상 증가된다. 다만 이 경우 특정 성분의 응력이 현저히 증가된다.이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 단열박스의 내부에 마련되는 강도부재인 격벽의 단면 형상을 직선부를 갖는 사인 곡선 형상으로 제작하여 구조 강도를 향상시키면서 단면적의 감소로 인한 열전달 감소로 단열성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 단열박스의 내부에 전술한 형상을 갖는 격벽을 마련함으로써 기존 사각형 단면 형상을 갖는 격벽을 배치하는 경우와 비교하여 좌굴 강도를 높이기 위한 추가 부재설치 및 제작 공수가 발생하지 않기 때문에 작업성 및 제작성을 크게 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : LNG 저장탱크의 단열박스 10,10a,10b,10c : 격벽
11 : 제1 직선부 12 : 제2 직선부
13 : 제1 경사부 14 : 제2 경사부
15 : 제3 경사부 20 : 테두리 부재
100 : 1차 단열박스 200 : 2차 단열박스

Claims (13)

1. LNG 저장탱크의 단열벽을 형성하며 격벽을 구비한 LNG 저장탱크의 단열박스로서,
   상기 격벽은 평단면도 형상이 상기 격벽의 길이 방향을 기준으로 사인 곡선 형상을 갖되 마루와 골에 각각 직선부가 마련되고,
   상기 격벽은 상기 사인 곡선 형상의 하나의 주기를 기준으로,
   상기 마루에 마련된 제1 직선부와 상기 골에 마련된 제2 직선부에서 연장되어 마련되는 제1 경사부;
   상기 제1 직선부에서 연장 형성되되 상기 제1 직선부에서 멀어질수로 경사가 낮아지는 제2 경사부; 및
   상기 제2 직선부에서 연장 형성되되 상기 제2 직선부에서 멀어질수록 경사가 높아지는 제3 경사부를 포함하며,
   상기 제1 직선부, 상기 제2 직선부, 상기 제1 경사부, 상기 제2 경사부, 상기 제3 경사부 중에서 상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부가 가장 두꺼운 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 마루와 상기 골에 마련되는 상기 직선부는 상기 격벽의 길이 방향을 기준으로 등 간격으로 마련되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 경사부와 상기 제3 경사부의 수평 길이는 동일하고,
   상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부의 수평 길이는 동일한 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 경사부의 수평 길이가 가장 길고, 상기 제2 경사부 및 상기 제3 경사부의 수평 길이가 그 다음으로 길며, 상기 제1 직선부 및 상기 제2 직선부의 수평 길이가 가장 짧은 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1 직선부 및 상기 제2 직선부의 수평 길이가 가장 길고, 상기 제1 경사부의 수평 길이가 그 다음으로 길며, 상기 제2 경사부 및 상기 제3 경사부의 수평 길이가 가장 짧은 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 마루와 상기 사인 곡선 형상의 수평 중심선과의 높이와 상기 골과 상기 수평 중심선과의 높이는 동일한 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 격벽은 강화플라스틱으로 제작되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 강화플라스틱은 폴리프로필렌을 포함하는 열가소성수지에 유리섬유 또는 탄소섬유를 함침시켜 제작되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 격벽의 테두리에는 상기 격벽을 상기 단열박스의 내부에 고정시키는 테두리 부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 격벽은 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 1차적으로 단열시키는 1차 단열박스와 상기 LNG를 2차적으로 단열시키는 2차 단열박스 중 적어도 하나에 마련되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열박스.
13. LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크로서,
    상기 청구항 1 내지 2 및 청구항 5 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 단열박스에 의해 형성된 단열벽을 가지는 LNG 저장탱크.

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