KR102651094B1 - 펌프타워 로우어 서포트 - Google Patents

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Abstract

펌프타워 로우어 서포트가 개시된다. 본 발명은 화물창 내측에 마련되는 펌프타워 하부를 지지하는 베이스 서포트에 있어서, 화물창의 2차 방벽과 동일 평면상에 위치하는 제2 플레이트; 화물창의 1차 방벽과 동일 평면상에 위치하는 제1 플레이트; 선체 내벽과 제2 플레이트 사이에 형성되는 바닥 지지부; 제1 플레이트와 제2 플레이트 사이에 형성되는 중간 지지부; 및 제1 플레이트의 상부에 형성되는 탑 지지부;를 포함하고, 바닥 지지부와 중간 지지부는 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 점점 줄어드는 경사면을 가지는 콘 형태로 마련되되, 중간 지지부의 기울기가 바닥 지지부의 기울기보다 크게 마련되는 것을 특징으로 하는, 펌프타워 로우어 서포트를 제공한다.

Description

펌프타워 로우어 서포트 {Pump Tower Lower Support}
본 발명은 펌프타워 로우어 서포트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액화천연가스 화물창의 내부의 펌프타워를 지지하기 위해 설치되는 펌프타워 베이스 서포트(PTBS : Pump Tower Base Support)의 구조적/열적 성능을 개선하여 개발된 펌프타워 로우어 서포트(PTLS : Pump Tower Lower Support)에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선 등과 같이 LNG를 수송 혹은 저장하기 위한 구조물에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히 '화물창'이라고도 함)가 설치된다.
화물창의 내부에는 LNG를 로딩(loading) 및 언로딩(unloading) 시키는 펌프타워(pump tower)를 구비하는데, 펌프타워는 로딩 장치에 연결되어 화물창 내부로 LNG를 유입시키는 충전 파이프(filling pipe), 언로딩 장치에 연결되어 화물창 내부의 LNG를 유출시키는 방출 파이프(discharge pipe), 비상시에 사용되는 응급 파이프(emergency pipe) 등의 다양한 부속물을 포함한다.
펌프타워는 통상적으로 선미 쪽의 격벽(bulkhead)에 가깝게 설치되고, 리퀴드 돔(liquid dome)에 고정된 상태에서 화물창에 마련된 베이스 서포트(base support)에 의해 지지된다.
도 1은 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트의 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 펌프타워 베이스 서포트의 단면도, 그리고 도 3은 펌프타워 베이스 서포트의 온도 구배를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 베이스 서포트에 해당하는 지지대는 원통형의 성형물로 제작되며, 화물창의 내측 바닥면으로부터 1차 방벽의 위쪽 일정부분까지 직경이 점점 줄어드는 콘 형상으로 형성된다.
구체적으로는, 종래의 펌프타워 베이스 서포트(10)는, 화물창의 2차 방벽(secondary barrier)과 동일 평면상에 위치하는 제2 플레이트(12); 화물창의 1차 방벽(primary barrier)과 동일 평면상에 위치하는 제1 플레이트(11); 선체 내벽(H)과 제2 플레이트(12) 사이에 형성되는 바닥 지지부(13); 제1 플레이트(11)와 제2 플레이트(12) 사이에 형성되는 중간 지지부(14); 제1 플레이트(11)의 상부에 형성되는 탑 지지부(15)로 구성된다.
이때 탑 지지부(15)는 직경이 일정한 원통 형태로 제작되고, 중간 지지부(14)와 바닥 지지부(13)는 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 점점 줄어드는 경사면을 가지는 콘 형태로 제작된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 펌프타워 베이스 서포트(10)는 대기온도에서 -163℃의 극저온에 이르는 선형적 온도 구배를 가지며, 극저온부로 갈수록 열수축이 더 크게 일어나기 때문에, 열수축에 의한 응력 발생을 줄이기 위하여 펌프타워 베이스 서포트(10)의 형상이 1차 방벽의 위쪽 일정 부분까지 상부로 갈수록 단면적이 더 적어지도록 마련되는 것이다.
국내 공개특허공보 제10-2018-0054334호 (2018.05.24 공개)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 펌프타워 베이스 서포트(PTBS)보다 구조적/열적 성능이 개선된 펌프타워 로우어 서포트(PTLS : Pump Tower Lower Support)를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화물창 내측에 마련되는 펌프타워 하부를 지지하는 베이스 서포트에 있어서, 상기 화물창의 2차 방벽과 동일 평면상에 위치하는 제2 플레이트; 상기 화물창의 1차 방벽과 동일 평면상에 위치하는 제1 플레이트; 선체 내벽과 상기 제2 플레이트 사이에 형성되는 바닥 지지부; 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 형성되는 중간 지지부; 및 상기 제1 플레이트의 상부에 형성되는 탑 지지부;를 포함하고, 상기 바닥 지지부와 상기 중간 지지부는 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 점점 줄어드는 경사면을 가지는 콘 형태로 마련되되, 상기 중간 지지부의 기울기가 상기 바닥 지지부의 기울기보다 크게 마련되는 것을 특징으로 하는, 펌프타워 로우어 서포트를 제공한다.
상기 중간 지지부가 상기 선체 내벽과 이루는 β 각도는, 상기 바닥 지지부가 상기 선체 내벽과 이루는 α 각도보다 크게 형성될 수 있다.
상기 β 각도는 70°내지 80°로 형성되고, 상기 α 각도는 60°내지 70°로 형성될 수 있다.
상기 β 각도는 상기 α 각도보다 10°내지 20°크게 형성될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화물창 내측에 마련되는 펌프타워 하부를 지지하는 베이스 서포트에 있어서, 직경이 일정한 원통 형태로 마련되는 상부 구조물과, 상기 상부 구조물의 하부에 배치되되 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 점점 줄어드는 경사면을 가지는 콘 형태로 마련되는 하부 구조물을 포함하고, 상기 하부 구조물은 기울기가 다른 경사면을 포함하되, 상기 하부 구조물의 상측 경사면의 기울기가 하측 경사면의 기울기보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는, 펌프타워 로우어 서포트를 제공한다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화물창 내측에 마련되는 펌프타워 하부를 지지하는 베이스 서포트에 있어서, 상기 화물창의 2차 방벽과 동일 평면상에 위치하는 제2 플레이트; 상기 화물창의 1차 방벽과 동일 평면상에 위치하는 제1 플레이트; 선체 내벽과 상기 제2 플레이트 사이에 형성되는 바닥 지지부; 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 형성되는 중간 지지부; 및 상기 제1 플레이트의 상부에 형성되는 탑 지지부;를 포함하고, 상기 바닥 지지부와 상기 중간 지지부는 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 점점 줄어드는 경사면을 가지는 콘 형태로 마련되되, 상기 중간 지지부와 상기 바닥 지지부가 연결되는 지점은, 상기 중간 지지부의 최상단 외측부와 상기 바닥 지지부의 최하단 외측부를 일직선 상으로 연결한 라인의 내측에 형성되는 것을 특징으로 하는, 펌프타워 로우어 서포트를 제공한다.
본 발명은 화물창 내측에 마련되는 펌프타워 하부를 지지하는 베이스 서포트에 있어서, 종래의 펌프타워 베이스 서포트(PTBS)보다 구조적/열적 성능이 개선된 펌프타워 로우어 서포트(PTLS)를 제공한다.
도 1은 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트의 사시도
도 2는 도 1에 도시된 펌프타워 베이스 서포트의 단면도
도 3은 펌프타워 베이스 서포트의 온도 구배를 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트의 단면도
도 5는 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트의 중간 지지부 및 바닥 지지부의 단면적이 종래에 비해 축소되는 것을 설명하기 위한 도면
도 6은 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트와 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트의 열변형에 의한 응력 변화를 비교한 도면
도 7은 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트와 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트의 횡하중에 의한 응력 변화를 비교한 도면
도 8은 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트와 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트의 열변형 및 횡하중의 복합적 요소에 의한 응력 변화를 비교한 도면
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.
본 발명에서 '1차' 및 '2차'라는 용어의 사용은, 화물창에 저장된 LNG를 기준으로 LNG를 1차적으로 밀봉 또는 단열하는 기능을 하는 것인지, 2차적으로 밀봉 또는 단열하는 기능을 하는 것인지에 대한 구분 기준으로 구사된 것이다.
또한, 관례상 탱크의 요소에 적용된 용어 '상부' 또는 '위'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 내측을 향하는 방향을 가리키는 것이고, 마찬가지로, 용어 '하부' 또는 '아래'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 외측을 향하는 방향을 가리키는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트의 단면도, 그리고 도 5는 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트의 중간 지지부 및 바닥 지지부의 단면적이 종래에 비해 축소되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(100)는, 화물창의 2차 방벽(secondary barrier)과 동일 평면상에 위치하는 제2 플레이트(102); 화물창의 1차 방벽(primary barrier)과 동일 평면상에 위치하는 제1 플레이트(101); 선체 내벽(H)과 제2 플레이트(102) 사이에 형성되는 바닥 지지부(103); 제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(102) 사이에 형성되는 중간 지지부(104); 제1 플레이트(101)의 상부에 형성되는 탑 지지부(105)로 구성된다.
본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(100)는, 전체적으로 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트(10, 도 2 참조)와 유사한 형태로 제작된다.
즉, 탑 지지부(105)는 직경이 일정한 원통 형태로 마련되고, 중간 지지부(104)와 바닥 지지부(103)는 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 점점 줄어드는 경사면을 가지는 콘 형태로 마련될 수 있다.
한편, 종래의 펌프타워 베이스 서포트(10)에서는 바닥 지지부(13)와 중간 지지부(14)가 동일한 각도로 경사지게 형성되는 것과는 달리, 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(100)는, 경사진 형태로 마련되는 중간 지지부(104)와 바닥 지지부(103)의 전체적인 단면적을 더욱 축소하기 위하여, 중간 지지부(104)와 바닥 지지부(103)의 경사가 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
중간 지지부(104)와 바닥 지지부(103)는 용접에 의해 연결될 수 있는데, 본 발명에서는 중간 지지부(104)와 바닥 지지부(103)가 용접되는 부분을 종래보다 콘 형상 내부로 더 끌어들임으로써, 중간 지지부(104)와 바닥 지지부(103)의 전체적인 단면적을 축소시킨 것이다.
이를 구현하기 위하여, 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(100)는, 중간 지지부(104)의 경사가 바닥 지지부(103)의 경사보다 크게 마련될 수 있다.
다시 말해, 종래의 펌프타워 베이스 서포트(10)는 바닥 지지부(13)와 선체 내벽(H)이 이루는 각도(θ)와 중간 지지부(14)와 선체 내벽(H)이 이루는 각도(θ)가 동일하게 형성되었는데(도 2 참조), 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(100)는 중간 지지부(104)가 선체 내벽(H)과 이루는 각도(β)가 바닥 지지부(103)가 선체 내벽(H)과 이루는 각도(α)보다 크게 마련되도록 한다.
도 5에서 도면 부호 'ℓ'은 종래에 중간 지지부(14) 및 바닥 지지부(13)가 설치되는 라인을 의미한다(도 2 참조). 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(100)는 종래보다 'S'로 표시한 공간만큼 전체적인 단면적이 축소되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 중간 지지부(104) 및 바닥 지지부(103)의 전체적인 단면적이 종래보다 축소됨에 따라 상부로 갈수록 열수축에 의한 응력 발생이 줄어들어 구조적으로 뛰어난 효과가 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 선체 내벽(H)과 화물창 내부 간에 발생하는 열전도(heat conduction)는 중간 지지부(104)의 단면적의 영향을 받는 것을 알 수 있는데, 본 발명은 중간 지지부(104)의 전체적인 단면적이 축소되어 열전도의 정도를 감소시킬 수 있으므로, 종래기술보다 열적으로도 뛰어난 효과가 있다.
구조적 성능과 열적 성능을 모두 만족시키기 위한 최적의 각도로써, 중간 지지부(104)가 선체 내벽(H)과 이루는 각도(β)는 대략 70°내지 80°사이의 각도로, 바닥 지지부(103)가 선체 내벽(H)과 이루는 각도(α)는 대략 60°내지 70°사이의 각도로 마련되는 것이 바람직하다.
이때 중간 지지부(104)가 선체 내벽(H)과 이루는 각도(β)는, 바닥 지지부(103)가 선체 내벽(H)과 이루는 각도(α)보다 10°내지 20°큰 것이 바람직하다.
또한, 중간 지지부(104)가 선체 내벽(H)과 이루는 각도(β), 그리고 바닥 지지부(103)가 선체 내벽(H)과 이루는 각도(α)는 구조적 안정성을 위하여 둘 다 최소 45°이상으로 마련됨이 바람직하다.
도 6 내지 도 8은 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트(10, 도 1 및 도 2 참조)와 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(100)의 성능을 비교하기 위한 도면으로서, 도 6은 열변형에 의한 응력 변화를 비교한 것, 도 7은 횡하중에 의한 응력 변화를 비교한 것, 도 8은 열변형 및 횡하중의 복합적 요소에 의한 응력 변화를 비교한 것이다.
도 6 내지 도 8 각각에서, 왼쪽에는 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트(10)에 대한 해석이, 오른쪽에는 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(100)에 대한 해석이 도시되어 있다.
먼저 도 7을 참조하면, 횡하중에 의한 응력에 대해서는 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(PTLS)가 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트(PTBS)보다 구조적으로 취약한 부분이 있다.
그러나 도 6을 참조하면, 열변형에 의한 응력에 대하여 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(PTLS)가 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트(PTBS)보다 좋은 성능을 가지는 것을 확인할 수 있다.
펌프타워를 지지하는 베이스 서포트(base support)에 대하여, 열변형에 의한 응력 변화가 횡하중에 의한 응력 변화보다 더 지배적이기 때문에, 열변형과 횡하중을 복합적으로 고려한 응력에 대하여 최종적으로 본 발명에 따른 펌프타워 로우어 서포트(PTLS)가 종래기술에 따른 펌프타워 베이스 서포트(PTBS)보다 구조적/열적 성능이 우수하며, 이와 같은 해석 결과를 도 8에서 확인할 수 있다.
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 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 펌프타워 로우어 서포트
101 : 제1 플레이트
102 : 제2 플레이트
103 : 바닥 지지부
104 : 중간 지지부
105 : 탑 지지부

Claims (6)

  1. 화물창 내측에 마련되는 펌프타워 하부를 지지하는 베이스 서포트에 있어서,
    상기 화물창의 2차 방벽과 동일 평면상에 위치하는 제2 플레이트;
    상기 화물창의 1차 방벽과 동일 평면상에 위치하는 제1 플레이트;
    선체 내벽과 상기 제2 플레이트 사이에 형성되는 바닥 지지부;
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 형성되는 중간 지지부; 및
    상기 제1 플레이트의 상부에 형성되는 탑 지지부;를 포함하고,
    상기 바닥 지지부와 상기 중간 지지부는 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 점점 줄어드는 경사면을 가지는 콘 형태로 마련되되, 상기 중간 지지부의 기울기가 상기 바닥 지지부의 기울기보다 크게 마련되는 것을 특징으로 하는,
    펌프타워 로우어 서포트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 지지부가 상기 선체 내벽과 이루는 β 각도는, 상기 바닥 지지부가 상기 선체 내벽과 이루는 α 각도보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는,
    펌프타워 로우어 서포트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 β 각도는 70°내지 80°로 형성되고, 상기 α 각도는 60°내지 70°로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    펌프타워 로우어 서포트.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 β 각도는 상기 α 각도보다 10°내지 20°크게 형성되는 것을 특징으로 하는,
    펌프타워 로우어 서포트.
  5. 화물창 내측에 마련되는 펌프타워 하부를 지지하는 베이스 서포트에 있어서,
    직경이 일정한 원통 형태로 마련되는 상부 구조물과, 상기 상부 구조물의 하부에 배치되되 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 점점 줄어드는 경사면을 가지는 콘 형태로 마련되는 하부 구조물을 포함하고,
    상기 하부 구조물은 기울기가 다른 경사면을 포함하되,
    상기 하부 구조물의 상측 경사면의 기울기가 하측 경사면의 기울기보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는,
    펌프타워 로우어 서포트.
  6. 화물창 내측에 마련되는 펌프타워 하부를 지지하는 베이스 서포트에 있어서,
    상기 화물창의 2차 방벽과 동일 평면상에 위치하는 제2 플레이트;
    상기 화물창의 1차 방벽과 동일 평면상에 위치하는 제1 플레이트;
    선체 내벽과 상기 제2 플레이트 사이에 형성되는 바닥 지지부;
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 형성되는 중간 지지부; 및
    상기 제1 플레이트의 상부에 형성되는 탑 지지부;를 포함하고,
    상기 바닥 지지부와 상기 중간 지지부는 각각 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 점점 줄어드는 경사면을 가지는 콘 형태로 마련되되,
    상기 중간 지지부와 상기 바닥 지지부가 연결되는 지점은, 상기 중간 지지부의 최상단 외측부와 상기 바닥 지지부의 최하단 외측부를 일직선 상으로 연결한 라인의 내측에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    펌프타워 로우어 서포트.
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