KR102232225B1 - 격납 시스템 및 이의 시공 방법 - Google Patents

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Abstract

격납 시스템과 이의 시공 방법이 개시된다. 격납 시스템은 액화가스 저장을 위한 내부 공간을 가지는 탱크와, 탱크의 외벽의 적어도 일부에 비접착 상태로 고정된 버퍼층과, 버퍼층의 외면을 덮으며 스프레이 방식으로 형성된 발포 단열층을 포함한다. 버퍼층은 발포 단열층보다 얇고 유연하며, 발포 단열층의 탄성계수보다 작은 탄성계수를 가지는 재료로 형성된다.

Description

격납 시스템 및 이의 시공 방법 {CONTAINMENT SYSTEM AND INSTALLATION METHOD THEREOF}
본 발명은 격납 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액화가스를 저장하고 운반하는 격납 시스템 및 이의 시공 방법에 관한 것이다.
액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(LPG, Liquefied Petroleum Gas)와 같은 극저온 액화가스는 탱크, 선박, 파이프와 같은 다양한 격납 시스템(containment system)에 의해 저장 및 운반된다. 격납 시스템은 선박, 바지선, 부유식 플랫폼, 또는 육상 등에 설치될 수 있다.
격납 시스템은 크게 독립형(independent type)과 멤브레인형(membrane type)으로 구분된다. 독립형은 알루미늄, 스테인리스 강, 강 합금 등으로 제작된 견고한 구조의 탱크와, 탱크의 외벽에 부착된 단열재로 구성된다. 단열재는 단열 패널로 구성되거나, 스프레이 방식으로 형성된 단열층으로 구성될 수 있다.
단열 패널은 폴리우레탄 폼이나 발포 폴리스티렌 등으로 제작될 수 있고, 스터드 볼트와 같은 고정구(fastener)에 의해 탱크 외벽에 고정된다. 단열층은 폴리우레탄을 포함할 수 있으며, 탱크 외벽에 스프레이 건으로 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)를 혼합 분사하는 방법으로 제작될 수 있다.
단열층은 탱크 외벽에 고정구를 설치할 필요가 없고, 탱크 외벽에 대한 접착성이 매우 우수하다. 반면, 두꺼운 절연이 필요할 때 탱크가 작을수록, 각기둥형과 같이 모서리가 있는 형상일수록, 단열층에 균열과 박리가 발생할 위험이 높아진다. 이는 탱크에 액화가스 저장 시 탱크와 외기의 온도 차이로 인해 단열층을 가로지르는 200℃ 정도의 온도 구배와, 탱크와 단열층의 열팽창 계수 차이에 기인한다.
본 발명의 일 측면은 스프레이 방식의 단열층을 구비한 격납 시스템에 있어서, 단열층의 균열과 박리 발생을 억제할 수 있는 격납 시스템 및 이의 시공 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 격납 시스템은, 액화가스 저장을 위한 내부 공간을 가지는 탱크와, 탱크의 외벽의 적어도 일부에 비접착 상태로 고정된 버퍼층과, 버퍼층의 외면을 덮으며 스프레이 방식으로 형성된 발포 단열층을 포함한다. 버퍼층은 발포 단열층보다 얇고 유연하며, 발포 단열층의 탄성계수보다 작은 탄성계수를 가지는 재료로 형성된다.
버퍼층은 단열층을 포함할 수 있다. 단열층은 글래스 울(glass wool), 암면(rock wool), 소프트 발포 우레탄 폼, 소프트 발포 폴리스티렌, 멜라민 폼, 및 폴리에틸렌 폼으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단열층의 내면과 외면은 금속박판으로 덮일 수 있고, 단열층과 금속박판이 단열부를 구성할 수 있다. 버퍼층은 단열부의 외면을 덮는 제1 크랙 배리어를 포함할 수 있다. 제1 크랙 배리어는 글래스 클로스(glass cloth)와 글래스 메쉬(glass mesh) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
버퍼층은 시트 형태로 제작될 수 있고, 고정구에 의해 탱크의 외벽의 적어도 일부에 물리적으로 고정될 수 있다. 고정구는, 탱크의 외벽에 고정되며 버퍼층을 관통하는 스터드 볼트와, 버퍼층 위에서 스터드 볼트에 체결된 고정 와셔와, 고정 와셔 위에서 스터드 볼트에 체결된 고정 너트를 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 고정구는, 탱크의 외벽에 고정되며 버퍼층을 관통하는 스터드 핀과, 버퍼층 위에서 스터드 핀에 체결된 고정 와셔를 포함할 수 있다. 스터드 핀은 버퍼층과 고정 와셔를 관통하는 수직부와, 수직부로부터 절곡되어 고정 와셔의 윗면에 밀착된 수평부를 포함할 수 있다.
격납 시스템은 발포 단열층의 외면을 덮는 가요성 보호층을 더 포함할 수 있다. 발포 단열층과 가요성 보호층은 이음매가 없는 단일 구조를 이룰 수 있다. 발포 단열층의 내부에 제2 크랙 배리어가 위치할 수 있다. 제2 크랙 베리어는 글래스 클로스와 글래스 메쉬 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 격납 시스템의 시공 방법은, 액화가스 저장을 위한 탱크를 제공하는 단계와, 탱크의 외벽의 적어도 일부에 고정구를 이용하여 버퍼층을 고정시키는 단계와, 버퍼층의 외면에 스프레이 방식으로 발포 단열층을 형성하는 단계를 포함한다. 버퍼층은 발포 단열층보다 얇고 유연하며, 발포 단열층의 탄성계수보다 작은 탄성계수를 가지는 재료로 형성된다.
버퍼층은 길다란 시트가 둥글게 말린 롤 형태로 제작되어 탱크의 외벽으로 이송될 수 있고, 롤에서 시트가 풀리면서 탱크의 외벽에 순차적으로 배치될 수 있다. 탱크의 외벽에 배치된 버퍼층은 두 겹의 시트가 중첩된 오버랩 영역을 포함할 수 있다.
버퍼층은 고정구에 의해 탱크의 적어도 일부에 물리적으로 고정될 수 있고, 물리적으로 고정된 버퍼층 가운데 고정구와 겹치지 않는 부분은 탱크의 외벽과 비접착 상태를 유지할 수 있다.
고정구는 탱크의 외벽에 고정된 스터드 볼트를 포함할 수 있다. 버퍼층이 탱크의 외벽에 배치될 때 스터드 볼트가 버퍼층을 관통할 수 있고, 스터드 볼트에 고정 와셔와 고정 너트가 순차적으로 체결될 수 있다.
다른 한편으로, 고정구는 탱크의 외벽에 고정된 스터드 핀을 포함할 수 있다. 버퍼층이 탱크의 외벽에 배치될 때 스터드 핀이 버퍼층을 관통할 수 있고, 스터드 핀에 고정 와셔가 체결될 수 있으며, 스터드 핀이 절곡되어 스터드 핀의 일부가 고정 와셔의 윗면에 밀착될 수 있다.
버퍼층은 탱크와 마주하는 단열부와, 단열부의 외면을 덮는 제1 크랙 배리어를 포함할 수 있다. 단열부는, 글래스 울, 암면, 소프트 발포 우레탄 폼, 소프트 발포 폴리스티렌, 멜라민 폼, 및 폴리에틸렌 폼으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 단열층과, 단열층의 내면과 외면을 덮는 금속박판을 포함할 수 있다. 제1 크랙 배리어는 글래스 클로스와 글래스 메쉬 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
발포 단열층을 형성하는 단계는, 버퍼층 위에 스프레이 방식으로 제1 발포 단열층을 형성하고, 제1 발포 단열층 위에 글래스 클로스와 글래스 메쉬 중 어느 하나를 포함하는 제2 크랙 배리어를 배치하며, 제2 크랙 배리어 위에 스프레이 방식으로 제2 발포 단열층을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
격납 시스템의 시공 방법은, 발포 단열층을 형성하는 단계 이후, 발포 단열층 위에 스프레이 방식으로 가요성 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 격납 시스템은 빠르고 간편한 시공이 가능하고, 시공 비용이 낮아 경제성이 높다. 또한, 기계적 고정을 최소화하여 다양한 형상의 탱크에 적용 가능하고, 발포 단열층의 균열과 박리를 효과적으로 억제할 수 있으며, 극단적인 온도 변화에 견딜 수 있어 운용 상의 자유도가 높다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 격납 시스템의 부분 확대 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 격납 시스템 중 버퍼층의 확대 단면도이다.
도 3은 굴곡부에 해당하는 격납 시스템의 부분 확대 단면도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 격납 시스템의 부분 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 격납 시스템 중 버퍼층과 고정구의 부분 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 격납 시스템의 시공 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8과 도 9는 도 7에 도시한 제1 단계와 제2 단계를 설명하기 위해 도시한 탱크의 개략도이다.
도 10과 도 11은 도 7에 도시한 제2 단계를 설명하기 위한 버퍼층과 고정구의 확대 단면도이다.
도 12는 도 7에 도시한 제4 단계 이후 격납 시스템을 도시한 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 격납 시스템의 부분 확대 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 격납 시스템 중 버퍼층의 확대 단면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 제1 실시예의 격납 시스템(100)은 액화가스를 저장하는 탱크(10)와, 탱크(10)의 외벽에 비접착 상태로 고정된 버퍼층(20)과, 버퍼층(20)의 외면을 덮는 발포 단열층(30)을 포함한다.
탱크(10)는 구형(spherical type), 원통형(cylindrical type), 각기둥형(prismatic type) 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있고, 알루미늄, 스테인리스 강, 강 합금 등의 금속으로 제작될 수 있다. 액화가스는 탱크(10)의 밀폐된 내부 공간에 저장된다.
버퍼층(20)은 탱크(10)와 마주하는 단열부(21)와, 단열부(21)의 외면을 덮는 크랙 배리어(22)를 포함한다. 단열부(21)는 단열층(211)과, 단열층(211)의 양면을 덮는 금속박판(212)을 포함할 수 있다.
단열층(211)은 글래스 울(glass wool), 암면(rock wool), 소프트 발포 우레탄 폼, 소프트 발포 폴리스티렌, 멜라민 폼, 폴리에틸렌 폼 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 금속박판(212)은 알루미늄 박판일 수 있으며, 보다 바람직하게는 알루미늄 박판에 화이바글라스가 접착된 박판(ALGC, Aluminium & Glass-Cloth)일 수 있다. 크랙 배리어(22)는 글래스 클로스(glass cloth)와 글래스 메쉬(glass mesh) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
버퍼층(20)은 시트(sheet) 형태로 미리 제작되고, 탱크(10)의 외벽에서 접착제와 같은 접착 수단 없이 고정구(40)에 의해 물리적으로 고정된다. 고정구(40)는 스터드 볼트(41)와 적어도 하나의 고정 와셔(42) 및 고정 너트(43)의 조합으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 스터드 볼트(41)는 용접 등의 방법으로 탱크(10)의 외벽에 고정되며, 버퍼층(20)을 관통한다. 제1 고정 와셔(421)는 버퍼층(20) 위에서 스터드 볼트(41)에 체결되고, 제1 고정 와셔(421) 위에 제2 고정 와셔(422)와 고정 너트(43)가 차례로 스터드 볼트(41)에 체결된다. 고정 너트(43)의 체결력에 의해 제1 고정 와셔(421)가 버퍼층(20)을 강하게 누르면서 버퍼층(20)을 탱크(10)에 견고하게 고정시킨다.
제1 고정 와셔(421)는 우레탄 고무와 합판 및 플라스틱 중 어느 하나로 제작될 수 있고, 버퍼층(20)과 충분한 접촉 면적을 확보하도록 비교적 큰 직경으로 형성될 수 있다. 제2 고정 와셔(422)는 금속으로 제작될 수 있고, 제1 고정 와셔(421)보다 작은 크기로 형성된다. 제2 고정 와셔(422)는 강도 보강용으로서, 제1 고정 와셔(421)의 깨짐과 같은 파손의 우려가 있을 때 선택적으로 사용될 수 있다.
고정구(40)는 탱크(10)의 외벽에 서로간 거리를 두고 복수 개로 구비된다. 편의상 도 1에서는 하나의 고정구(40)를 도시하였다. 버퍼층(20)은 고정구(40)가 누르는 물리적인 힘에 의해 위치 고정이 이루어지며, 탱크(10)의 외벽의 적어도 일부에 비접착 상태로 견고하게 고정된다. 이때 '비접착'은 화학적인 접착 수단이 배제된 것을 의미한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 버퍼층(20)이 탱크(10)의 외벽 전체에 비접착 상태로 고정될 수 있지만, 탱크(10)의 외벽 일부에만 비접착 상태로 고정되면서 나머지 일부에는 접착 상태로 고정될 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 버퍼층(20)이 탱크(10)의 외벽 전체에 비접착 상태로 고정된 경우뿐만 아니라, 버퍼층(20)이 탱크(10)의 외벽 일부에 비접착 상태로 고정된 경우도 포함한다.
발포 단열층(30)은 스프레이 방식으로 형성되며, 별도의 접착 수단 없이 버퍼층(20)의 외면에 고정된다. 발포 단열층(30)은 폴리우레탄을 포함할 수 있고, 고정구(40)와 버퍼층(20)의 외면에 스프레이 건(spray gun)으로 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)를 혼합 분사하는 방법으로 제작될 수 있다.
폴리올과 이소시아네이트는 각자의 컨테이너에 담겨 있다가 호스를 통해 스프레이 건으로 펌핑되어 혼합되며, 이들의 혼합물이 버퍼층(20)의 외면에 분사된다. 분사된 혼합물은 버퍼층(20)의 외면에 달라 붙어 팽창을 시작하는데, 팽창 과정에서 혼합물은 단단한 다공성 구조로 변형되어 보온성이 강화된 셀룰러 폼(cellular foam)을 생성하면서 버퍼층(20)의 외면에 영구적으로 고정된다.
전술하였듯이, 크랙 배리어(22)는 글래스 클로스와 글래스 메쉬 중 어느 하나를 포함하므로, 미세한 구멍이 형성된 직물 조직 또는 메쉬 구조를 가진다. 따라서, 발포 단열층(30)은 크랙 배리어(22)의 미세 구멍 또는 틈새를 침투하여 단열부(21)의 금속박판(212)과 접촉할 수 있으며, 버퍼층(20)에 매우 견고하게 부착될 수 있다.
발포 단열층(30)은 가요성 보호층(50)으로 덮일 수 있다. 가요성 보호층(50)은 반가요성(semi-flexible) 코팅층 또는 반가요성 매스틱(mastic)으로 구성될 수 있다.
가요성 보호층(50)은 적절한 도구 및 장비를 이용하여 발포 단열층(30)의 외면에 코팅재 조성물을 스프레이 분사 후 경화하거나, 매스틱 조성물을 도포 후 경화하는 방식으로 형성될 수 있다. 코팅재 조성물은 폴리우레탄 기반의 조성물일 수 있다.
격납 시스템(100)에서 탱크(10)를 제외한 버퍼층(20)과 발포 단열층(30) 및 가요성 보호층(50)이 극저온 단열 구조(60)를 구성한다. 발포 단열층(30)은 부피면에서 극저온 단열 구조(60)의 대부분을 차지한다. 즉 버퍼층(20)과 가요성 보호층(50)은 발포 단열층(30)과 비교할 때 극히 작은 두께를 가진다.
발포 단열층(30)과 가요성 보호층(50) 각각은 이음매가 없는(seamless) 단일 구조로 이루어진다. 심리스 구조물인 발포 단열층(30)과 가요성 보호층(50)은 격납 시스템(100)의 표면을 매끄럽게 하며, 격납 시스템(100)의 기밀성을 향상시킨다. 또한, 가요성 보호층(50)은 격납 시스템(100) 표면의 견고성을 높인다.
전술한 격납 시스템(100)에서, 탱크(10)와 발포 단열층(30) 사이에 위치하는 버퍼층(20)은 발포 단열층(30)보다 얇고 유연하며(flexible), 발포 단열층(30)보다 작은 탄성계수(elastic modulus)를 가지는 재료로 형성된다. 또한, 버퍼층(20)은 고정구(40)에 의해 탱크(10)의 외벽에 비접착 상태로 고정되므로, 버퍼층(20) 가운데 복수의 고정구(40)와 겹치지 않는 부분(편의상 '비고정 부위'라 한다)은 탱크(10) 외벽에 대한 구속력이 작용하지 않는다.
다시 말해, 버퍼층(20)의 비고정 부위는 접착제 없이 단순히 탱크(10)의 외벽을 덮고 있으므로, 탱크(10)의 외벽과 비고정 부위 사이에 소정의 틈(Gap)이 존재하며, 탱크(10)의 외벽과 비고정 부위 사이에는 상호 구속력이 작용하지 않는다.
극저온 단열 구조(60)는 탱크(10)의 외벽 전체에 위치한다. 이때 탱크(10) 외벽은 평탄부와 굴곡부를 포함할 수 있다. 도 3은 굴곡부에 해당하는 격납 시스템(100)의 부분 확대 단면도이다. 도 1의 격납 시스템(100)은 평탄부를 나타내고 있다. 도 1과 도 3을 참고하면, 평탄부와 굴곡부 모두에서 고정구(40)는 서로간 거리를 두고 복수 개로 설치되며, 같은 구성의 극저온 단열 구조(60)가 평탄부와 굴곡부 모두에 위치한다.
탱크(10)에 액화가스가 저장되기 전, 발포 단열층(30)의 내면과 외면은 같은 온도를 유지한다. 예를 들어 외기가 20℃인 경우, 발포 단열층(30)의 내면과 외면은 모두 20℃의 온도를 유지할 수 있다. 발포 단열층(30)에는 온도 구배가 존재하지 않는다.
탱크(10)에 액화가스, 예를 들어 액화천연가스(LNG)가 유입되면 탱크(10)의 외벽과 접하는 버퍼층(20) 및 버퍼층(20)과 접하는 발포 단열층(30)의 내면은 대략 -163℃로 냉각되는 반면, 발포 단열층(30)의 외면은 여전이 20℃를 유지한다. 발포 단열층(30)에는 대략 183℃에 이르는 온도 구배가 존재하며, 탱크(10)와 발포 단열층(30)의 열팽창 계수 차이에 의해 버퍼층(20)과 발포 단열층(30)에 응력이 발생한다.
이때 응력은 발포 단열층(30)의 내면과 접하는 버퍼층(30)에 집중되는데, 버퍼층(20)은 발포 단열층(30)보다 얇고 유연하며 탄성계수가 낮은 재료적 특성에 의해 쉽게 변형된다. 버퍼층(20)의 변형은 발포 단열층(30)의 변형률을 흡수하여 발포 단열층(30)의 응력을 저감시키는 작용을 한다.
또한, 외기의 온도가 45℃로 상승하면 발포 단열층(30)을 가로지르는 온도 구배는 대략 208℃로 상승한다. 이 경우 발포 단열층(30)의 응력이 더 커지면서 변형률도 커지는데, 버퍼층(20)이 전술한 경우(외기가 20℃인 경우)보다 더 많이 변형되면서 발포 단열층(30)의 변형률을 흡수하여 발포 단열층(30)의 응력을 저감시킨다.
전술한 두 경우 모두에서, 버퍼층(20)은 탱크(10) 외벽에 비접착 상태로 고정되어 있으므로, 발포 단열층(30)은 탱크(10)와 거동이 연계되지 않는다. 즉, 액화가스에 의해 탱크(10)와 발포 단열층(30)이 냉각될 때, 탱크(10)와 발포 단열층(30)은 열팽창 계수 차이에 의해 수축률에 차이가 발생하지만, 버퍼층(20)과 탱크(10) 외벽 사이에 존재하는 틈이 탱크(10)와 발포 단열층(30)의 직접적인 상호작용을 차단한다.
예를 들어, 버퍼층(20)이 생략되고, 발포 단열층(30)이 탱크(10) 외벽에 직접 스프레이 방식으로 형성된 경우를 가정하면, 발포 단열층(30)은 탱크(10)와 거동이 연계된다.
구체적으로, 탱크(10)와 발포 단열층(30)이 냉각될 때, 발포 단열층(30)의 수축률은 탱크(10)의 수축률과 다르지만 발포 단열층(30)의 내면은 탱크(10)의 수축률을 따라야 한다. 이로 인해 온도 구배가 커질수록 발포 단열층(30)의 응력이 높아지며, 발포 단열층(30)에 균열과 박리가 발생할 위험이 커진다.
그러나 본 실시예의 격납 시스템(100)에서는 버퍼층(20)의 고정 구조에 의해 탱크(10)와 발포 단열층(30)의 거동이 직접 연계되지 않으므로, 탱크(10)의 수축-팽창에 의한 발포 단열층(30)의 균열과 박리를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 4와 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 격납 시스템의 부분 확대 단면도이다. 도 4는 탱크 외벽의 평탄부에 해당하고, 도 5는 탱크 외벽의 굴곡부에 해당한다.
도 4와 도 5를 참고하면, 제2 실시예의 격납 시스템(200)에서 발포 단열층(30)의 내부에 제2 크랙 배리어(33)가 위치한다. 버퍼층(20)에 포함된 크랙 배리어(22)를 편의상 '제1 크랙 배리어'라 한다. 발포 단열층(30)은 제1 크랙 배리어(22)와 제2 크랙 배리어(33) 사이에 위치하는 제1 발포 단열층(31)과, 제2 크랙 배리어(33)와 가요성 보호층(50) 사이에 위치하는 제2 발포 단열층(32)으로 구성될 수 있다.
제1 발포 단열층(31)은 제1 크랙 배리어(22) 위에 스프레이 방식으로 형성될 수 있고, 제1 발포 단열층(31) 위에 제2 크랙 배리어(33)가 위치할 수 있다. 제2 발포 단열층(32)은 제2 크랙 배리어(33) 위에 스프레이 방식으로 형성될 수 있다.
제2 크랙 배리어(33)는 발포 단열층(30)보다 얇고 유연하며, 발포 단열층(30)의 탄성계수보다 작은 탄성계수를 가지는 재료로 형성된다. 예를 들어, 제2 크랙 배리어(33)는 글래스 클로스와 글래스 메쉬 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 제1 크랙 배리어(22)와 동일한 소재로 형성될 수 있다. 따라서, 탱크(10)에 액화가스가 저장되어 발포 단열층(30)에 응력이 발생할 때, 제2 크랙 배리어(33)가 재료적 특성에 의해 쉽게 변형되면서 발포 단열층(30)의 변형률을 흡수하여 발포 단열층(30)의 응력을 저감시킨다.
버퍼층(20)과 더불어 제2 크랙 배리어(33)를 구비한 제2 실시예의 격납 시스템(200)은 발포 단열층(30)의 균열과 박리 발생을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 발포 단열층(30)을 가로지르는 온도 구배가 매우 클 경우에 보다 효과적으로 발포 단열층(30)의 응력을 저감시킬 수 있다. 제2 실시예의 격납 시스템(200)은 제2 크랙 배리어(33)가 추가된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어지며, 중복되는 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 격납 시스템 중 버퍼층과 고정구의 부분 확대 단면도이다.
도 6을 참고하면, 제3 실시예의 격납 시스템에서 고정구(401)는 스터드 핀(45)과 고정 와셔(46)를 포함할 수 있다. 스터드 핀(45)은 버퍼층(20)과 고정 와셔(46)를 관통하는 수직부(451)와, 수직부(451)로부터 절곡되어 고정 와셔(46)의 윗면에 밀착된 수평부(452)로 구성될 수 있다. 수평부(452)는 수직부(451)로부터 직각으로 꺾일 수 있으며, 수평부(452)의 단부는 뾰족한 형상일 수 있다.
스터드 핀(45)은 최초 막대 형상일 수 있으며, 이 상태에서 버퍼층(20)을 관통한다. 고정 와셔(46)는 버퍼층(20) 위에서 스터드 핀(45)에 체결된다. 고정 와셔(46)는 제1 실시예의 제1 고정 와셔(421)와 동일한 재질과 형상으로 이루어질 수 있다. 버퍼층(20)과 고정 와셔(46)가 스터드 핀(45)에 결합된 후, 스터드 핀(45)의 윗부분이 직각으로 꺾여 수평부(452)가 되며, 수평부(452)가 고정 와셔(46)와 버퍼층(20)을 강하게 눌러 버퍼층(20)을 탱크(10)에 견고하게 고정시킨다.
이와 같이 스터드 핀(45)의 수평부(452)는 제1 실시예의 고정 너트(43)로 기능한다. 전술한 고정구(401)는 고정 너트를 생략하여 부품 수를 줄이고, 전체 구성을 간소화할 수 있다. 제3 실시예의 격납 시스템은 고정구(401)의 구성을 제외하고 전술한 제1 실시예 및 제2 실시예 중 어느 한 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 격납 시스템의 시공 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참고하면, 일 실시예에 따른 격납 시스템의 시공 방법은, 액화가스 저장을 위한 탱크를 제공하는 제1 단계(S10)와, 복수의 고정구를 이용하여 탱크 외벽에 버퍼층을 고정하는 제2 단계(S20)와, 버퍼층의 외면에 스프레이 방식으로 발포 단열층을 형성하는 제3 단계(S30)를 포함한다. 제3 단계(S30) 이후, 발포 단열층 위에 가요성 보호층을 형성하는 제4 단계(S40)가 수행될 수 있다.
도 8과 도 9는 도 7에 도시한 제1 단계와 제2 단계를 설명하기 위해 도시한 탱크의 개략도이다.
도 8과 도 9를 참고하면, 제1 단계(S10)에서 탱크(10)는 구형, 각기둥형, 원통형 중 어느 하나의 형상일 수 있고, 알루미늄, 스테인리스 강, 강 합금 등으로 제작될 수 있다. 탱크(10)는 액화가스의 유입과 배출을 위한 관로 구조물(11)을 구비한다. 관로 구조물(11)은 탱크(10)의 외측으로 돌출된 구조물일 수 있다.
도 8에서는 탱크(10)가 각기둥형인 경우를 예로 들어 도시하였고, 도 9에서는 탱크(10)가 원통형이면서 두 개의 서포트(12) 위에 설치된 경우를 예로 들어 도시하였다. 탱크(10)의 형상과 지지 구조는 도시한 예시로 한정되지 않는다.
제2 단계(S20)에서 탱크(10)의 외벽에 복수의 스터드 볼트(41)가 서로간 거리를 두고 설치된다. 다른 한편으로, 스터드 볼트(41) 대신 탱크(10)의 외벽에 복수의 스터드 핀(45)이 서로간 거리를 두고 설치될 수 있다. 스터드 볼트(41)와 스터드 핀(45)은 탱크(10)와 같은 금속으로 제작될 수 있고, 용접 등의 방법으로 탱크(10)의 외벽에 부착된다.
도 10과 도 11은 도 7에 도시한 제2 단계를 설명하기 위한 버퍼층과 고정구의 확대 단면도이다. 도 10에서는 제1 실시예의 고정구(40)를 도시하였고, 도 11에서는 제3 실시예의 고정구(401)를 도시하였다.
도 8 내지 도 11을 참고하면, 관로 구조물(11)을 제외한 탱크(10)의 외벽 전체에 버퍼층(20)이 배치되며, 이 과정에서 스터드 볼트(41) 또는 스터드 핀(45)이 버퍼층(20)을 관통한다. 즉, 버퍼층(20)에는 스터드 볼트(41) 또는 스터드 핀(45)에 해당하는 관통구멍이 형성되고, 버퍼층(20)은 스터드 볼트(41) 또는 스터드 핀(45)에 의해 임시로 위치 고정이 이루어진다.
버퍼층(20)은 일정한 폭을 가진 길다란 시트 형태일 수 있으며, 탱크(10)의 외벽에 시공되기 전, 롤(roll) 형태로 둥글게 말린 형태로 제작될 수 있다. 롤 형태로 제작된 버퍼층(20)은 공장에서 현장으로 이송된 후 롤에서 시트가 풀어지면서 탱크(10) 외벽에 순차적으로 배치될 수 있다.
이때 롤에서 풀린 버퍼층(20)은 먼저 배치된 이웃한 버퍼층(20)과 일부 겹칠 수 있다. 따라서 탱크(10) 외벽에서 버퍼층(20)은 두 겹의 시트가 중첩된 오버랩(overlap) 영역(21)(도 9 참조)을 가질 수 있다. 롤 형태의 버퍼층(20)은 이송과 보관이 용이하고, 탱크(10) 모양에 상관없이 빠른 시간에 배치될 수 있는 편리함이 있다.
한편, 버퍼층(20)의 다른 형태로서, 긴 시트 형태가 아닌 일정한 규격의 시트 형태로 제작될 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(20)은 탱크(10)의 외벽에 시공되기 전, 일정한 가로와 세로의 규격을 가지는 사각형 시트 형태로 제작될 수 있다. 이러한 경우, 사각형 시트 형태의 버퍼층(20)을 서로 나란하게 인접시키거나 가장자리를 서로 중첩시켜서 버퍼층(20)을 탱크(10) 외벽에 배치할 수 있다.
스터드 볼트(41)의 경우, 버퍼층(20) 위로 제1 및 제2 고정 와셔(421, 422)와 고정 너트(43)가 스터드 볼트(41)에 차례로 체결되면서 버퍼층(20)을 견고하게 고정시킨다. 스터드 핀(45)의 경우, 버퍼층(20) 위로 고정 와셔(46)가 스터드 핀(45)에 체결되고, 고정 와셔(46) 위에서 스터드 핀(45)이 직각으로 꺾이면서 고정 와셔(46)를 눌러 버퍼층(20)을 견고하게 고정시킨다.
버퍼층(20)은 탱크(10)와 마주하는 단열부(21)와, 단열부(21)의 외면을 덮는 크랙 배리어(22)를 포함하며, 복수의 고정구(40, 401)에 의해 탱크(10) 외벽에 위치 고정이 이루어진다. 버퍼층(20) 가운데 고정구(40, 401)와 겹치지 않는 부위(비고정 부위)에서는 탱크(10) 외벽과의 사이에 소정의 틈이 존재한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 버퍼층(20)이 탱크(10)의 외벽 전체에 고정구(40, 401)를 통하여 비접착 상태로 고정될 수 있지만, 탱크(10)의 외벽 일부에만 비접착 상태로 고정되면서 나머지 일부에는 접착 상태로 고정될 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 버퍼층(20)을 탱크(10)의 외벽 전체에 고정구(40, 401)를 통하여 비접착 상태로 고정하는 방법뿐만 아니라, 버퍼층(20)을 탱크(10)의 외벽 일부에 비접착 상태로 고정하는 방법도 포함한다.
도 1과 도 7을 참고하면, 제3 단계(S30)에서 버퍼층(20)의 외면에 스프레이 방식으로 발포 단열층(30)이 형성된다. 발포 단열층(30)은 폴리우레탄을 포함할 수 있으며, 버퍼층(20)의 외면에 스프레이 건으로 폴리올과 이소시아네이트를 혼합 분사하는 방법으로 형성될 수 있다. 분사된 혼합물은 버퍼층(20)의 외면에 달라붙어 팽창하고, 팽창 과정에서 다공성 구조로 변하면서 경화되어 발포 단열층(30)을 구성한다.
다른 한편으로, 도 4와 도 7을 참고하면, 제3 단계(S30)에서 발포 단열층(30)은 제1 발포 단열층(31)과 제2 발포 단열층(32)으로 나누어 형성될 수 있고, 제1 발포 단열층(31)과 제2 발포 단열층(32) 사이에 제2 크랙 배리어(33)가 위치할 수 있다.
구체적으로, 버퍼층(20)의 외면에 스프레이 방식으로 제1 발포 단열층(31)이 형성될 수 있고, 글래스 클로스와 글래스 메쉬 중 어느 하나로 구성된 제2 크랙 배리어(33)가 제1 발포 단열층(31) 위에 배치될 수 있다. 이어서 제2 크랙 배리어(33) 위에 스프레이 방식으로 제2 발포 단열층(32)이 형성될 수 있다.
제2 크랙 배리어(33)는 전술한 버퍼층(20)과 마찬가지로 길다란 시트가 둥글게 말린 롤 형태로 제작될 수 있으며, 시트가 풀어지면서 제1 발포 단열층(31) 위에 배치될 수 있다. 제2 크랙 배리어(33)는 발포 단열층(30)에 응력 발생 시 쉽게 변형되면서 발포 단열층(30)의 변형율을 흡수하여 발포 단열층(30)의 응력을 저감시킨다.
도 1과 도 4 및 도 7을 참고하면, 제4 단계(S40)에서 발포 단열층(30) 위에 가요성 보호층(50)이 형성된다. 가요성 보호층(50)은 폴리우레탄 기반의 코팅재 조성물을 스프레이 분사 후 경화하거나, 매스틱 조성물을 도포 후 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
도 12는 도 7에 도시한 제4 단계 이후 격납 시스템을 도시한 개략도이다.
도 12를 참고하면, 격납 시스템(100)에서 극저온 단열 구조(60)는 탱크(10) 형상에 관계없이 빠르고 간편한 시공이 가능하고, 극단적인 온도 변화에 견딜 수 있으므로 운용 상의 자유도가 높다. 또한, 발포 단열층(30)과 가요성 보호층(50)은 이음매가 없는 단일 구조이므로 격납 시스템(100)의 표면을 매끄럽게 하며, 격납 시스템(100) 표면의 기밀성과 견고성을 향상시킨다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 200: 격납 시스템 10: 탱크
20: 버퍼층 21: 단열부
22: 크랙 배리어(제1 크랙 배리어) 30: 발포 단열층
31: 제1 발포 단열층 32: 제2 발포 단열층
33: 제2 크랙 배리어 40, 401: 고정구
41: 스터드 볼트 42, 46: 고정 와셔
43: 고정 너트 45: 스터드 핀
50: 가요성 보호층 60: 극저온 단열 구조

Claims (17)

  1. 액화가스 저장을 위한 내부 공간을 가지는 탱크;
    상기 탱크와 마주하는 단열층 및 단열층의 외측에 위치하는 크랙 배리어를 포함하고, 유연한 시트 형태로 이루어지며, 고정구를 이용하여 상기 탱크의 외벽에 물리적으로 고정되고, 상기 탱크의 외벽 일부와 비접착 상태를 유지하는 버퍼층; 및
    상기 버퍼층의 외면 및 상기 고정구를 덮으며, 스프레이 방식으로 형성된 발포 단열층;
    을 포함하고,
    상기 버퍼층은 상기 발포 단열층의 변형을 흡수하도록, 상기 발포 단열층보다 얇고 유연하며, 상기 발포 단열층의 탄성계수보다 작은 탄성계수를 가지며,
    상기 고정구는
    상기 탱크의 외벽에 고정되며 상기 버퍼층을 관통하는 스터드 볼트;
    상기 버퍼층 위에서 상기 스터드 볼트에 체결되어 상기 버퍼층의 외면에 접촉된 상태로 상기 버퍼층을 상기 탱크를 향해 가압하는 고정 와셔; 및
    상기 고정 와셔 위에서 상기 스터드 볼트에 체결된 고정 너트를 포함하는 격납 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼층에 포함된 상기 단열층은 글래스 울(glass wool), 암면(rock wool), 소프트 발포 우레탄 폼, 소프트 발포 폴리스티렌, 멜라민 폼, 및 폴리에틸렌 폼으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 격납 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단열층의 내면과 외면은 금속박판으로 덮이고,
    상기 단열층과 상기 금속박판이 단열부를 구성하는 격납 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 크랙 배리어는 상기 단열부의 외면을 덮으며, 글래스 클로스(glass cloth)와 글래스 메쉬(glass mesh) 중 어느 하나를 포함하는 격납 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 액화가스 저장을 위한 내부 공간을 가지는 탱크;
    상기 탱크와 마주하는 단열층 및 단열층의 외측에 위치하는 크랙 배리어를 포함하고, 유연한 시트 형태로 이루어지며, 고정구를 이용하여 상기 탱크의 외벽에 물리적으로 고정되고, 상기 탱크의 외벽 일부와 비접착 상태를 유지하는 버퍼층; 및
    상기 버퍼층의 외면 및 상기 고정구를 덮으며, 스프레이 방식으로 형성된 발포 단열층;
    을 포함하고,
    상기 버퍼층은 상기 발포 단열층의 변형을 흡수하도록, 상기 발포 단열층보다 얇고 유연하며, 상기 발포 단열층의 탄성계수보다 작은 탄성계수를 가지고,
    상기 고정구는,
    상기 탱크의 외벽에 고정되며 상기 버퍼층을 관통하는 스터드 핀; 및
    상기 버퍼층 위에서 상기 스터드 핀에 체결되어 상기 버퍼층의 외면에 접촉된 상태로 상기 버퍼층을 상기 탱크를 향해 가압하는 고정 와셔를 포함하며,
    상기 스터드 핀은 상기 버퍼층과 상기 고정 와셔를 관통하는 수직부와, 상기 수직부로부터 절곡되어 상기 고정 와셔의 윗면에 밀착된 수평부를 포함하는 격납 시스템.
  8. 제1항 내지 제4항, 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발포 단열층의 외면을 덮는 가요성 보호층을 더 포함하며,
    상기 발포 단열층과 상기 가요성 보호층은 이음매가 없는 단일 구조를 이루는 격납 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 크랙 배리어는 제1 크랙 배리어이고,
    상기 발포 단열층의 내부에 제2 크랙 배리어가 위치하며,
    상기 제2 크랙 배리어는 글래스 클로스와 글래스 메쉬 중 어느 하나를 포함하는 격납 시스템.
  10. 액화가스 저장을 위한 탱크를 제공하는 단계;
    단열층과 크랙 배리어의 적층 구조를 가지면서 유연한 시트 형태로 이루어진 버퍼층을 준비하고, 단열층이 상기 탱크와 마주하도록 버퍼층을 배치하며, 상기 탱크의 외벽에 고정구를 이용하여 버퍼층을 고정시키되 버퍼층은 상기 탱크의 외벽 일부와 비접착 상태를 유지하는 단계;
    상기 버퍼층의 외면에 스프레이 방식으로 발포 단열층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 버퍼층은 상기 발포 단열층의 변형을 흡수하도록, 상기 발포 단열층보다 얇고 유연하며, 상기 발포 단열층의 탄성계수보다 작은 탄성계수를 가지는 재료로 형성되고,
    상기 고정구는
    상기 탱크의 외벽에 고정되며 상기 버퍼층을 관통하는 스터드 볼트;
    상기 버퍼층 위에서 상기 스터드 볼트에 체결되어 상기 버퍼층의 외면에 접촉된 상태로 상기 버퍼층을 상기 탱크를 향해 가압하는 고정 와셔; 및
    상기 고정 와셔 위에서 상기 스터드 볼트에 체결된 고정 너트를 포함하며,
    상기 발포 단열층은 상기 버퍼층의 외면 및 상기 고정구를 덮는 격납 시스템의 시공 방법.
  11. 액화가스 저장을 위한 탱크를 제공하는 단계;
    단열층과 크랙 배리어의 적층 구조를 가지면서 유연한 시트 형태로 이루어진 버퍼층을 준비하고, 단열층이 상기 탱크와 마주하도록 버퍼층을 배치하며, 상기 탱크의 외벽에 고정구를 이용하여 버퍼층을 고정시키되 버퍼층은 상기 탱크의 외벽 일부와 비접착 상태를 유지하는 단계;
    상기 버퍼층의 외면에 스프레이 방식으로 발포 단열층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 버퍼층은 상기 발포 단열층의 변형을 흡수하도록, 상기 발포 단열층보다 얇고 유연하며, 상기 발포 단열층의 탄성계수보다 작은 탄성계수를 가지는 재료로 형성되고,
    상기 버퍼층은 길다란 시트가 둥글게 말린 롤 형태로 제작되어 상기 탱크의 외벽으로 이송되고, 상기 롤에서 상기 시트가 풀리면서 상기 탱크의 외벽에 순차적으로 배치되며,
    상기 탱크의 외벽에 배치된 상기 버퍼층은 두 겹의 시트가 중첩된 오버랩 영역을 포함하는 격납 시스템의 시공 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 액화가스 저장을 위한 탱크를 제공하는 단계;
    단열층과 크랙 배리어의 적층 구조를 가지면서 유연한 시트 형태로 이루어진 버퍼층을 준비하고, 단열층이 상기 탱크와 마주하도록 버퍼층을 배치하며, 상기 탱크의 외벽에 고정구를 이용하여 버퍼층을 고정시키되 버퍼층은 상기 탱크의 외벽 일부와 비접착 상태를 유지하는 단계;
    상기 버퍼층의 외면에 스프레이 방식으로 발포 단열층을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 버퍼층은 상기 발포 단열층의 변형을 흡수하도록, 상기 발포 단열층보다 얇고 유연하며, 상기 발포 단열층의 탄성계수보다 작은 탄성계수를 가지는 재료로 형성되고,
    상기 고정구는 상기 탱크의 외벽에 고정되고 상기 버퍼층을 관통하는 스터드 핀, 및 상기 버퍼층 위에서 상기 스터드 핀에 체결되어 상기 버퍼층의 외면에 접촉된 상태로 상기 버퍼층을 상기 탱크를 향해 가압하는 고정 와셔를 포함하고,
    상기 발포 단열층은 상기 버퍼층의 외면 및 상기 고정구를 덮는 격납 시스템의 시공 방법.
  15. 제10항, 제11항, 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열층은 글래스 울, 암면, 소프트 발포 우레탄 폼, 소프트 발포 폴리스티렌, 멜라민 폼, 및 폴리에틸렌 폼으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,
    상기 단열층의 내면과 외면은 금속박판으로 덮이며,
    상기 크랙 배리어는 글래스 클로스와 글래스 메쉬 중 어느 하나를 포함하는 격납 시스템의 시공 방법.
  16. 제10항, 제11항, 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크랙 배리어는 제1 크랙 배리어이고,
    상기 발포 단열층을 형성하는 단계는,
    상기 버퍼층 위에 스프레이 방식으로 제1 발포 단열층을 형성하고, 상기 제1 발포 단열층 위에 글래스 클로스와 글래스 메쉬 중 어느 하나를 포함하는 제2 크랙 배리어를 배치하며, 상기 제2 크랙 배리어 위에 스프레이 방식으로 제2 발포 단열층을 형성하는 과정을 포함하는 격납 시스템의 시공 방법.
  17. 제10항, 제11항, 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발포 단열층을 형성하는 단계 이후, 상기 발포 단열층 위에 스프레이 방식으로 가요성 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 격납 시스템의 시공 방법.
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