KR102239825B1

KR102239825B1 - 액화가스 저장탱크의 상부구조

Info

Publication number: KR102239825B1
Application number: KR1020190101121A
Authority: KR
Inventors: 이재봉; 윤준영; 지혜련; 황윤식
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2021-04-13
Also published as: KR20210021766A; KR102239825B9

Abstract

본 발명은 액화가스 저장탱크를 구비하는 선박에 있어서, 액화가스 저장탱크는, 액화가스 저장탱크 내부에 저장되는 액화가스의 처리에 관련된 배관이 설치되는 리퀴드 돔(liquid dome); 액화가스 저장탱크 내부의 액화가스가 기화되어 발생하는 증발가스의 처리에 관련된 배관이 설치되는 가스 돔(gas dome); 액화가스 저장탱크의 각 코너부 상부에 설치되어, 저장탱크 내부에서 발생하는 증발가스를 배출하는 복수의 벤팅 파이프(venting pipe); 및 벤팅 파이프에 설치되는 PRV(Pressure Relif Valve)를 포함하는, 액화가스 저장탱크의 상부구조를 제공한다.

Description

액화가스 저장탱크의 상부구조 {Upper Structure of Liquefied Gas Storage Tanks}

본 발명은 액화가스 저장탱크의 상부구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 리퀴드 돔 및 가스 돔으로 유입되는 열을 최소화시키고, 돔 주변의 복잡한 구조를 단순화시킬 수 있도록 개선된 액화가스 저장탱크의 상부구조에 관한 것이다.

액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태의 천연가스일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNGC(LNG Carrier)와 같이 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하는 선박, 또는 LFS(LNG Fueled Ship)과 같이 LNG를 연료로 하여 추진하는 선박에는, LNG의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크가 설치된다.

LNG 저장탱크의 상부에는 리퀴드 돔(liquid dome)과 가스 돔(gas dome) 구조물이 마련된다.

리퀴드 돔은 액화 상태의 LNG의 처리에 관련된 배관 및 장비들의 설치를 위해 저장탱크의 상부에 개구부를 형성하여 마련되는 구성으로서, 리퀴드 돔에는 LNG의 선적 및 하역을 위한 로딩/언로딩(loading/unloading) 배관, 저장탱크의 쿨다운(cool-down)을 위한 스트리핑/스프레이(stripping/spray) 배관, LNG를 엔진의 연료로서 공급하기 위한 연료가스(fuel gas) 배관, 이머전시(emergency) 배관, 유지보수를 위한 맨홀(manhole) 등이 구비된다.

가스 돔은 LNG가 기화된 증발가스(BOG: Boil-off Gas)의 처리에 관련된 배관 및 장비들의 설치를 위해 저장탱크의 상부에 개구부를 형성하여 마련되는 구성으로서, 가스 돔에는 BOG의 증발을 억제하기 위하여 LNG를 분사하는 LNG 스프레이(spray) 라인, 저장탱크 내부에서 발생되는 BOG를 배출하거나 연료가스로서 엔진으로 공급하기 위한 벤팅(venting) 파이프, 저장탱크 내에 불활성가스로서 질소가스를 공급하는 질소 퍼징(N₂ purging) 라인, 유지보수를 위한 맨홀 등이 구비된다.

한편, 종래의 LNG 저장탱크에서는 상기의 리퀴드 돔과 가스 돔은 각각 분리되어 별개로 설치되었다. 리퀴드 돔과 가스 돔이 별개로 분리되어 설치될 수 밖에 없었던 이유는 다음과 같다.

기본적으로 리퀴드 돔은 트림(trim) 조건에서 저장탱크 하부의 LNG를 더 효율적으로 석션(suction)하기 위하여 선미 쪽에 배치되어야 하는 반면, 가스 돔의 경우에는 트림 및 6 자유도 모션(motion)에 대하여 액화 상태의 LNG에 가장 영향을 덜 받는 저장탱크의 중앙부에 배치되어야 하기 때문이다.

또한, 리퀴드 돔은 하부에 설치되는 펌프타워(pump tower) 구조물에 의해 큰 장비나 단열재의 출입이 어렵게 되므로, 종래에는 가스 돔을 통해 유지보수를 위한 장비나 단열재 등이 이동될 수 있도록 LNG 저장탱크를 설계하였다. 즉, 유지보수의 편의를 위해서도 리퀴드 돔과 가스 돔은 서로 분리 설계되어야 했다.

리퀴드 돔은 저장탱크의 선미 쪽에, 가스 돔은 저장탱크의 중앙에 각각 분리하여 마련하는 종래의 설계는, LNGC에 마련되는 대형 LNG 저장탱크에는 적합한 설계일지 모르나, 소형으로 제작되는 LNG 저장탱크에는 매우 비효율적인 설계이다.

그러나 종래에는 소형 LNG 저장탱크에도 기존의 방식을 그대로 모방 적용함으로써, 복잡한 구조에 의해 생산성이 저하되고, 두 개의 돔으로 유입되는 열에 의해 저장탱크의 단열 성능이 저하되는 문제가 있었다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소형 액화가스 저장탱크의 설계 및 생산에 있어서, 기존의 리퀴드 돔 및 가스 돔으로 유입되는 열을 최소화시키고, 돔 주변의 복잡한 구조를 단순화시킬 수 있도록 개선된 액화가스 저장탱크의 상부구조를 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 액화가스 저장탱크를 구비하는 선박에 있어서, 상기 액화가스 저장탱크는, 상기 액화가스 저장탱크 내부에 저장되는 액화가스의 처리에 관련된 배관이 설치되는 리퀴드 돔(liquid dome); 상기 액화가스 저장탱크 내부의 액화가스가 기화되어 발생하는 증발가스의 처리에 관련된 배관이 설치되는 가스 돔(gas dome); 상기 액화가스 저장탱크의 각 코너부 상부에 설치되어, 상기 저장탱크 내부에서 발생하는 증발가스를 배출하는 복수의 벤팅 파이프(venting pipe); 및 상기 벤팅 파이프에 설치되는 PRV(Pressure Relif Valve)를 포함하는, 액화가스 저장탱크의 상부구조를 제공한다.

상기 가스 돔은 상기 액화가스 저장탱크의 상부에서 중앙부로부터 편심되게 배치될 수 있다.

상기 가스 돔에는 별도의 벤팅 파이프 및 PRV가 설치되지 않을 수 있다.

상기 액화가스 저장탱크는 연안 운송용 저장탱크나 액화가스 연료 추진선에 사용되는 연료탱크로서, 적재용량 50,000m³ 이하의 저장탱크일 수 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양은, 액화가스 저장탱크를 구비하는 선박에 있어서, 상기 액화가스 저장탱크가 소형으로 마련되어 상기 액화가스 저장탱크의 상부에 형성되는 가스 돔(gas dome)이 중앙부로부터 편심되게 배치되는 경우, 상기 가스 돔에 기존에 설치되는 벤팅 파이프(venting pipe) 및 PRV(Pressure Relif Valve)를 삭제하고, 상기 액화가스 저장탱크의 각 코너부 상부에 상기 벤팅 파이프 및 상기 PRV를 분개 설치하여, 상기 저장탱크 내부에서 발생하는 증발가스를 배출시키는 것을 특징으로 하는, 액화가스 저장탱크의 상부구조를 제공한다.

본 발명에 의하면, 소형 액화가스 저장탱크에 대하여, 기존의 리퀴드 돔과 가스 돔을 하나의 돔으로 통합 구성하거나 또는 리퀴드 돔과 가스 돔을 아예 삭제시킴으로써, 기존의 리퀴드 돔 및 가스 돔으로 유입되는 열을 최소화시키고 돔 주변의 복잡한 구조가 단순화되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 상부구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 상부구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 상부구조를 도시한 도면으로, (a)는 평단면도, (b)는 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 상부구조를 도시한 도면이다.

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

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

이하 본 명세서에서 선박은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여 해상에 부유하고 있는 해상 구조물을 모두 포함하는 개념이며, 특히 본 발명은 LFS와 같이 액화가스를 추진 연료로 소모하는 선박을 비롯하여, 액화가스를 수송물로서 취급하기 위해 액화가스 저장탱크를 갖춘 모든 선박에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은 소형의 액화가스 저장탱크가 구비되는 선박에 바람직하게 적용될 수 있으며, 여기서 소형의 액화가스 저장탱크란, 연안 운송용 저장탱크나 액화가스 연료 추진선에 사용되는 연료탱크를 의미할 수 있으며, 구체적으로는 적재용량 50,000m³ 이하, 더욱 구체적으로는 25,000m³ 이하의 저장탱크를 의미할 수 있다.

이하 본 명세서에서 설명되는 액화가스는, LNG, LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이, 저온으로 액화시켜 저장 및/또는 수송될 수 있고 저장된 상태에서 증발가스가 발생하여 엔진의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함하는 개념이다.

본 발명은 소형 액화가스 저장탱크가 구비되는 선박에 있어서, 외부로부터 유입되는 열을 최소화시키고, 저장탱크의 설계 및 생산의 단순화를 도모하기 위해 하기의 네 가지 실시예를 제공한다.

이하 기술되는 실시예들은, 소형으로 제작되는 액화가스 저장탱크는 슬로싱(sloshing)으로 인한 영향을 적게 받기에 선박의 트림 조건에 제약을 크게 받지 않으므로, 종래와 같이 리퀴드 돔을 반드시 저장탱크의 선미 쪽에 배치할 필요가 없음에 착안한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 상부구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(T)는, 기존의 리퀴드 돔과 가스 돔이 하나로 통합된 통합 돔(100)과, 액화가스 저장탱크(T)의 유지보수를 위한 장비 및 단열재의 출입이 가능하도록 마련되는 맨홀(200)을 포함한다.

즉, 본 실시예는 기존의 리퀴드 돔과 가스 돔을 1개의 관통 구조로 통합시키고, 유지보수용으로 마련되는 작은 맨홀(200)을 별도로 구비하는 액화가스 저장탱크(T)의 상부구조를 제안한다.

통합 돔(100)은, 액화 상태의 액화가스에 관련된 배관 및 장비 그리고 기화 상태의 액화가스에 관련된 배관 및 장비가 설치되는 공간을 제공할 수 있으며, 이들 배관 및 장비를 모두 수용할 수 있도록 사이즈가 설계될 수 있다.

통합 돔(100)이 액화 상태의 액화가스 및 기화 상태의 액화가스에 관련된 배관 및 장비를 모두 수용하도록 설계되더라도, 기존에 2개의 돔을 구비하던 저장탱크 대비 외부로부터의 열유입량을 현저히 감소시킬 수 있으며, 하나의 돔을 통합 구축함에 따라 설계 및 생산의 작업 난이도도 낮출 수 있다.

맨홀(200)은, 유지보수용 장비와 단열재의 크기를 고려하여 사이즈가 설계될 수 있으며, 통합 돔(100)보다는 작은 사이즈로 마련될 수 있다.

본 실시예는 소형의 액화가스 저장탱크(T)에 적용되는 것으로서, 통합 돔(100)은 액화가스 저장탱크(T)의 센터 위치에 형성되는 것이 가장 유리할 것이나 위치 제약이 크게 있는 것은 아니다.

도면에는 통합 돔(100)과 맨홀(200)의 단면이 원형으로 마련되는 것이 도시되어 있지만, 통합 돔(100)과 맨홀(200)은 사각 단면을 포함하여 다양한 형상으로 마련될 수도 있음은 물론이다.

본 실시예에서 액화가스 저장탱크(T)에는, 통합 돔(100)과 맨홀(200) 외에는 배관 또는 장비의 출입을 위한 다른 개구부는 마련되지 않을 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 상부구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(T)는, 제1 실시예에서와 유사하게 기존의 리퀴드 돔과 가스 돔을 하나의 통합 돔(100)으로 통합하여 구성하되, 별도로 맨홀을 더 구비하는 것이 아니라, 통합 돔(100)의 일측부를 개방이 가능하게 마련하는 상부구조를 제안한다.

통합 돔(100)은, 제1 실시예에서와 마찬가지로 액화 상태의 액화가스에 관련된 배관 및 장비 그리고 기화 상태의 액화가스에 관련된 배관 및 장비가 설치되는 공간을 제공할 수 있으며, 여기에 유지보수용 장비 및 단열재의 출입을 더 고려하여 사이즈가 최종 설계될 수 있다.

또한, 통합 돔(100)은, 도면에 도시된 원형 단면 뿐만 아니라 사각 단면을 포함하여 다양한 형상으로 마련될 수 있다.

본 실시예에서도 통합 돔(100)은 액화가스 저장탱크(T)의 센터 위치에 형성되는 것이 가장 유리할 것이나 위치 제약이 크게 있는 것은 아니다.

또한, 본 실시예에서 액화가스 저장탱크(T)에는, 통합 돔(100) 외에는 배관 또는 장비의 출입을 위한 다른 개구부는 마련되지 않을 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 상부구조를 도시한 도면으로, (a)는 평단면도, (b)는 측단면도이다.

도 3을 참조하면, 제3 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(T)는, 별도의 리퀴드 돔 또는 가스 돔을 구비하지 않고, 저장탱크(T) 내측으로 설치되는 배관(P)이 저장탱크(T)의 외벽과 저장탱크(T) 내측에 배치되는 단열층(I)을 바로 관통하는 구조를 제안한다.

전술한 제1 및 제2 실시예가 기존의 리퀴드 돔과 가스 돔을 1개의 관통 구조로 통합시키는 구조에 관한 것이었다면, 본 실시예는 기존의 리퀴드 돔과 가스 돔을 아예 삭제하는 구조에 관한 것이다.

이와 같은 본 실시예는, 소형 액화가스 저장탱크는 슬로싱으로 인한 영향을 적게 받으므로, 단열층에 배관을 바로 설치해도 구조적으로 문제가 없다는 점에 착안한 것이다.

본 실시예에서 액화가스 저장탱크(T)는, 액화 상태의 액화가스와 기화 상태의 액화가스를 취급하기 위한 각종 배관(P)들이 저장탱크(T)의 외벽과 저장탱크(T)의 내부 단열층(I)을 바로 관통하여 설치되기 때문에 별도의 돔 구조물을 구비할 필요가 없으며, 액화가스 저장탱크(T)의 상부에서 관통되는 구조물로는 유지보수용으로 마련되는 맨홀(200)만을 포함한다.

본 실시예에서 단열층(I)은 각종 배관(P)이 관통될 관통 구멍이 미리 형성된 후 액화가스 저장탱크(T)의 내벽에 설치되고, 단열층(I)이 저장탱크(T) 내벽에 배치된 상태에서 단열층(I)의 관통 구멍에 배관(P)을 연결하는 작업이 저장탱크(T) 내부에서 이루어질 수 있다.

맨홀(200)은, 액화가스 저장탱크(T)의 유지보수를 위한 장비 및 단열재의 출입을 위해 마련되는 구성으로서, 유지보수용 장비와 단열재의 크기를 고려하여 사이즈가 설계될 수 있으며, 도면에 도시된 원형 단면 뿐만 아니라 사각 단면을 포함하여 다양한 형상으로 마련될 수 있다.

한편, 본 실시예에서 액화가스의 취급과 관련된 배관 중 BOG의 증발을 억제하기 위하여 탱크 상부에 액화가스를 분사하는 액화가스 스프레이 라인(S)은, 맨홀(200) 측에 설치될 수 있다. 액화가스 스프레이 라인(S)은 향후 유지보수의 용이성을 위하여 관통부에 설치하는 것이다.

본 실시예에서 액화가스 저장탱크(T)에는, 맨홀(200) 외에는 배관 또는 장비의 출입을 위한 다른 개구부는 마련되지 않을 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 상부구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 제4 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(T)는, 서로 분리되어 별개로 마련되는 리퀴드 돔(LD) 및 가스 돔(GD)을 포함한다. 즉, 본 실시예는 기존과 같이 리퀴드 돔(LD)과 가스 돔(GD)을 모두 포함하는 상부구조를 갖는다.

본 실시예에서 리퀴드 돔(LD)과 가스 돔(GD)은, 소형 액화가스 저장탱크(T)에 적용됨에 따라 최소화 설계가 이루어질 수 있다.

한편, 대형의 액화가스 저장탱크에서는 가스 돔이 중앙부에 배치되는 것이 가능한 반면, 본 실시예에서 다루는 소형 액화가스 저장탱크(T)에서는 탱크 면적의 부족으로 리퀴드 돔(LD)과 가스 돔(GD)이 저장탱크(T)의 중앙부로부터 편심되게 배치될 수 밖에 없다.

액화가스 추진선박에 적용되는 IGF code에서는, 액화가스 저장탱크에 마련되는 벤팅 파이프가 15°list와 0.015L trim 조건에서 가스(gas)에 위치해야 한다고 규정하고 있는데, 가스 돔(GD)이 중앙부에 배치되는 대형 액화가스 저장탱크의 경우에는 상기 규정을 만족시키는데 문제가 없지만, 본 실시예와 같이 가스 돔(GD)이 중앙부로부터 편심되게 배치되는 소형 액화가스 저장탱크(T)에서는 상기의 규정이 문제될 여지가 있다.

따라서 본 실시예는 상기 IFG code 규정을 만족시키기 위하여, 저장탱크(T)의 각 코너부 상부에 BOG의 배출을 위한 벤팅 파이프와 PRV(Pressure Relief Valve)(300)를 설치하여, 선박의 롤링(rolling) 및 트림(trim)의 발생에 의해 가스 돔(GD) 측에서 BOG의 배출이 어렵더라도, 저장탱크(T)의 코너부 4곳에 분개 설치되는 PRV(300)에 의해 저장탱크(T)의 압력 조절이 용이하게 이루어질 수 있는, 액화가스 저장탱크(T)의 상부구조를 제안한다.

또한, 본 실시예에서 액화가스 저장탱크(T)의 코너부 4곳에 PRV(300)가 설치됨에 따라 기존에 가스돔(GD) 측에 설치되는 PRV는 삭제될 수 있다.

한편, 본 실시예에서 가스 돔(GD)을 저장탱크(T)의 중앙부에 배치하는 것이 가능하더라도, IFG code 규정을 만족하는지를 해석으로 검증하여 필요에 따라 본 실시예를 적용할 수 있다.

또한, 전술한 제1 및 제2 실시예에서 통합 돔(100)의 배치 또는 전술한 제3 실시예에서 각종 배관(P)들 중 벤팅 파이프의 배치 위치가 상기 IFG code 규정을 만족시키지 못하는 경우에도, 본 실시예가 전술한 실시예들에 추가적으로 적용될 수 있을 것이다.

본 발명은 기재된 실시예에 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 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 통합 돔 200 : 맨홀
300 : PRV

Claims

내부에 저장되는 액화가스의 처리에 관련된 배관이 설치되는 리퀴드 돔(liquid dome) 및 상기 액화가스가 기화되어 발생하는 증발가스의 처리에 관련된 배관이 설치되는 가스 돔(gas dome)을 포함하는 액화가스 저장탱크를 구비하는 선박에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크는 상기 가스 돔을 탱크의 상부 중앙부에 배치시키기 어려운 소형탱크로서, 상기 가스 돔이 상기 액화가스 저장탱크의 중앙부로부터 편심되게 배치되고,
상기 액화가스 저장탱크의 각 코너부에는 상기 액화가스 저장탱크 내부에서 발생하는 증발가스를 배출할 수 있도록 벤팅 파이프(venting pipe)가 분개하여 설치되는 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크의 상부구조.
청구항 1에 있어서,
각각의 상기 벤팅 파이프에는 PRV(Pressure Relif Valve)가 설치되는 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크의 상부구조.
청구항 2에 있어서,
상기 가스 돔에는 별도의 벤팅 파이프 및 PRV가 설치되지 않는 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크의 상부구조.
청구항 1에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크는 연안 운송용 저장탱크나 액화가스 연료 추진선에 사용되는 연료탱크로서, 적재용량 50,000m³ 이하의 저장탱크인 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크의 상부구조.
액화가스 저장탱크를 구비하는 선박에 있어서, 상기 액화가스 저장탱크가 소형으로 마련되어 상기 액화가스 저장탱크의 상부에 형성되는 가스 돔(gas dome)이 중앙부로부터 편심되게 배치되는 경우,
상기 가스 돔에 기존에 설치되는 벤팅 파이프(venting pipe) 및 PRV(Pressure Relif Valve)를 삭제하고, 상기 액화가스 저장탱크의 각 코너부 상부에 상기 벤팅 파이프 및 상기 PRV를 분개 설치하여, 상기 저장탱크 내부에서 발생하는 증발가스를 배출시키는 것을 특징으로 하는,
액화가스 저장탱크의 상부구조.