KR102651474B1 - Lng 저장탱크의 단열시스템 - Google Patents

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Abstract

LNG 저장탱크의 단열시스템이 개시된다. 본 발명은 상부 단열벽과 하부 단열벽을 포함하는 이중 방벽 구조를 가지는 LNG 저장탱크에 있어서, 1차 단열패널을 고정하기 위해 2차 단열패널에 마련되는 고정장치를 선체 내벽에 고정시킴으로써 고정장치와 밀봉벽의 멤브레인 용접부의 피로 성능이 개선되는 효과가 있다.

Description

LNG 저장탱크의 단열시스템 {Insulation System of Liquefied Natural Gas Storage Tank}
본 발명은 LNG 저장탱크의 단열시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1차 단열패널을 고정하기 위해 2차 단열패널에 마련되는 고정장치를 선체 내벽에 고정함으로써 고정장치와 밀봉벽의 멤브레인 용접부의 피로 성능을 개선시킨 LNG 저장탱크의 단열시스템에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')의 상태로 LNG 운반선에 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 운반선 등과 같이 LNG를 수송 혹은 저장하기 위한 구조물에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히 '화물창'이라고도 함)가 설치된다.
LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Tank Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다. 통상적으로 멤브레인형 저장탱크는 GTT의 NO 96형과 MARK Ⅲ형 등으로 나눠지며, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형 등으로 나눠진다.
멤브레인형 저장탱크 중에서 NO 96형 저장탱크는, 0.5 ~ 0.7㎜ 두께의 인바(Invar, 36% 니켈강) 멤브레인으로 이루어지는 1차 및 2차 밀봉벽과, 플라이우드 박스(plywood box)에 펄라이트(perlite) 분말 등의 단열재를 채운 단열박스(insulation box) 형태로 마련되는 1차 및 2차 단열벽을 포함한다.
NO 96형 저장탱크는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 가지고 있어, 1차 밀봉벽의 누설시 상당한 기간동안 2차 밀봉벽만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다.
또한, NO 96형 저장탱크는 단열벽이 목재 상자 내부에 단열재를 채운 형태이므로, MARK Ⅲ형 저장탱크에 비하여 높은 압축강도와 강성을 갖출 수 있으며, 용접이 간편하여 자동화율이 높다.
MARK Ⅲ형 저장탱크는, 1.2mm 두께의 스테인리스강(SUS) 멤브레인으로 이루어지는 1차 밀봉벽과, 리지드 트리플렉스(rigid triplex)로 이루어지는 2차 밀봉벽, 그리고 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)의 상면 또는 하면에 플라이우드 합판을 접착한 단열패널(insulation panel)로 마련되는 1차 및 2차 단열벽을 포함한다.
MARK Ⅲ형 저장탱크의 1차 밀봉벽은 극저온 상태의 LNG에 의한 열수축을 흡수하기 위해 파형 주름부를 가지며, 이러한 파형 주름부에서 멤브레인의 변형을 흡수하므로 멤브레인 내에는 큰 응력이 생기지 않는다.
그러나 MARK Ⅲ형 저장탱크에서 2차 밀봉벽은, 상하에 배치되는 단열벽과의 간섭때문에 주름 구조의 스테인리스강 멤브레인을 적용하기 어렵고, 또한 폴리우레탄 폼과 플라이우드의 조합으로 단열층을 형성하는 단열패널의 특성상 NO 96형 저장탱크와 같이 열수축 계수가 작은 인바 멤브레인을 적용하기에도 무리가 있기 때문에, 통상적으로 금속 멤브레인 대신 트리플렉스를 사용하게 되는데 이러한 구조는 NO 96형 저장탱크보다 안정성이 낮다는 단점이 있다.
또한, MARK Ⅲ형 저장탱크는 파형 주름을 가지는 1차 밀봉벽의 용접 자동화율이 낮아 설치/제작 측면에서 불리함이 있으나, 인바 멤브레인에 비해 스테인리스강 멤브레인 및 트리플렉스의 가격이 싸고 시공이 간편하며, 폴리우레탄 폼의 단열효과가 뛰어나기 때문에 NO 96형 저장탱크와 함께 널리 사용되고 있다.
이와 같이 멤브레인형 저장탱크는 단열벽과 밀봉벽이 이중으로 구성되는 이중 방벽(double barrier) 구조를 가지며, NO 96형 저장탱크에서는 다수의 단열박스에 의해, MARK Ⅲ형 저장탱크에서는 다수의 단열패널에 의해 단열벽이 구성된다.
단열벽을 구성하는 구성요소(단열박스/단열패널) 간에는 설치 공차를 위해 소정의 갭(gap)이 형성되는데, 이때 1차 단열벽과 2차 단열벽이 서로 평행하게 배치하면, 1차 단열벽 측의 갭과 2차 단열벽 측의 갭이 수직 방향으로 일치되어 LNG가 수용되는 공간으로부터 1차 및 2차 단열벽을 거쳐 선체까지 일직선으로 이어지는 공간이 형성되고, 이 공간을 통하여 대류 작용에 의한 열손실이 발생하게 되어 저장탱크의 단열 성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
이에 서로 인접하는 단열층 사이에 형성되는 갭을 통하여 열손실이 발생하는 것을 최소화하고 저장탱크의 단열 성능을 향상시키기 위한 다양한 연구 및 개발이 시도되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, LNG 저장탱크의 1차 단열벽 및 2차 단열벽을 구성하는 단열패널들을 서로 어긋나도록 교차 배치함으로써 단열패널간의 갭을 통한 대류 작용을 감소시켜 저장탱크의 단열 성능을 향상시키는 것과 더불어, 1차 단열패널을 고정하기 위해 2차 단열패널에 마련되는 고정장치를 선체 내벽에 고정함으로써 고정장치와 밀봉벽의 멤브레인 용접부의 피로 성능을 개선시키고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선체 내벽에 고정되는 다수의 2차 단열패널로 이루어지는 2차 단열벽과, 상기 2차 단열패널의 상부에 고정되는 다수의 1차 단열패널로 이루어지는 1차 단열벽을 포함하는 이중 방벽 구조의 LNG 저장탱크에 있어서, 상기 1차 단열패널을 상기 2차 단열패널의 상부에 고정하는 고정장치를 포함하고, 상기 고정장치는, 상기 선체 내벽에 고정되는 베이스 소켓; 상기 베이스 소켓에 결합되며 상기 2차 단열패널을 관통하여 상방으로 연장되는 커플러 로드; 상기 커플러 로드의 상단부와 결합되며 상기 1차 단열패널의 하부 플레이트에 의해 지지되는 세팅플레이트; 및 상기 커플러 로드의 상단부에 체결되어 상기 세팅플레이트를 상기 선체 내벽을 향한 방향으로 가압하는 고정너트를 포함하고, 상기 베이스 소켓은, 상기 커플러 로드의 하단부에 형성되는 제1 스터드와 결합되는 너트부; 및 상기 너트부와 상기 선체 내벽 사이에 설치되어 상기 너트부를 지지하여 상기 고정장치에 수직 방향으로 작용하는 변위를 흡수하는 스프링 와셔를 포함하는 것을 특징으로 하는, LNG 저장탱크의 단열시스템을 제공한다.
상기 세팅 플레이트에는 상기 커플러 로드의 상단부에 형성되는 제2 스터드가 관통 삽입되기 위한 구멍이 형성되고, 상기 고정너트는 상기 제2 스터드에 볼트/너트 체결되어 상기 세팅플레이트의 이탈을 방지할 수 잇다.
상기 1차 단열패널의 네 모퉁이를 포함하는 가장자리 수직 모서리 부위에 상기 고정장치와의 결합을 위한 고정부가 마련되고, 상기 고정부와 결합되는 상기 고정장치는 상기 2차 단열패널의 가장자리 내측에 배치되어, 상기 1차 단열패널의 가장자리와 상기 2차 단열패널의 가장자리가 서로 어긋나도록 교차 배치될 수 있다.
상기 고정장치에는 서로 인접하게 배치되는 적어도 2 이상의 상기 1차 단열패널에 마련되는 상기 고정부가 동시에 고정될 수 있다.
본 발명은 상기 고정장치에 의해 동시에 고정되는 2 이상의 상기 고정부 사이에 형성되는 공간에 삽입되는 충진 단열재를 더 포함하고, 상기 충진 단열재는, 상기 충진 단열재에 강성을 부여하는 수직부재와, 상기 충진 단열재에 유연성을 부여하는 단열부재의 복합체로 마련되어, 하단부는 상기 세팅플레이트에 의해 지지되고, 상면은 상기 1차 단열패널의 상면과 동일평면을 이루어 상기 1차 밀봉벽의 하부를 지지할 수 있다.
상기 수직부재는 플라이우드로 마련되고, 상기 단열부재는 폴리우레탄 폼, 글라스 울 및 멜라민 폼 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
상기 수직부재는 서로 직교하는 2개의 플라이우드 합판이 서로 끼워 맞춤식으로 결합되어 단면이 십(十)자 형태로 마련될 수 있다.
상기 충진 단열재는 원기둥 형태로 마련되며, 상기 수직부재에 의해 구획되는 나머지 공간에 상기 단열부재가 채워질 수 있다.
본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, 1차 단열벽 및 2차 단열벽을 구성하는 단열패널들을 서로 어긋나도록 교차 배치시킴으로써, 단열층 사이의 공간에서 발생할 수 있는 열손실이 감소하고, 이에 따라 저장탱크의 단열성능이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, 1차 단열패널을 고정하기 위해 2차 단열패널에 마련되는 고정장치가 선체 내벽에 고정되며, 저장탱크 내에서 수직 방향으로 발생하는 변위를 흡수하는 스프링 와셔를 포함함으로써, 저장탱크 내에서 동압력 또는 슬로싱 하중에 의한 Rebound 발생시에도 패널을 안전하게 보호할 수 있고, 상대적으로 고정장치의 변위가 적어 2차 밀봉벽의 멤브레인 용접부의 피로 성능이 개선되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템의 적층구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 2차 단열패널을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 1차 단열패널을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 1차 및 2차 단열패널이 1:1 비율로 마련되는 경우의 단열패널간 결합관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 1차 및 2차 단열패널이 1:2 비율로 마련되는 경우의 단열패널간 결합관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 1차 및 2차 단열패널이 1:3 비율로 마련되는 경우의 단열패널간 결합관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 단열패널이 서로 다른 사이즈로 혼재되는 경우의 단열패널간 결합관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에서 1차 단열패널의 고정을 위해 2차 단열패널의 상부에 마련되는 고정장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에서 1차 단열패널의 고정을 위해 2차 단열패널을 관통하여 마련되는 고정장치를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 본 발명의 고정장치의 분해사시도이다.
도 11은 본 발명에서 1차 단열패널에 마련되는 고정부에 삽입되는 충진 단열재를 나타낸 도면이다.
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.
본 발명에서 '1차' 및 '2차'라는 용어의 사용은, 저장탱크에 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 1은 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템의 적층구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크는, 선체(H)의 내벽 상에 배열되는 다수의 2차 단열패널(110)로 이루어지는 2차 단열벽(100)과, 2차 단열벽(100) 상에 설치되는 2차 밀봉벽(200)과, 2차 밀봉벽(200) 상에 배열되는 다수의 1차 단열패널(310)로 이루어지는 1차 단열벽(300)과, 1차 단열벽(300) 상에 설치되는 1차 밀봉벽(400)이 순차적으로 적층되는 이중 방벽(Double Barrier) 구조로 마련된다.
1차 단열패널(310)은 육면체 또는 그 이상의 다면체 형태의 단위패널로 제작되어, 2차 밀봉벽(200) 상에 다수의 1차 단열패널(310)이 횡방향 및 종방향으로 배열됨으로써 1차 단열벽(300)을 형성할 수 있다.
2차 단열패널(110)도 마찬가지로 육면체 또는 그 이상의 다면체 형태의 단위패널로 제작되어, 선체(H)의 내벽에 다수의 2차 단열패널(110)이 횡방향 및 종방향으로 배열됨으로써 2차 단열벽(100)을 형성할 수 있다.
1차 및 2차 단열패널(310, 110)은, 폴리우레탄 폼(PUF) 또는 강화 폴리우레탄 폼(R-PUF: Reinforced Polyurethane Foam)과 같은 단열재의 상면이나 하면 혹은 상하면 모두에 플라이우드(plywood) 또는 섬유강화 플라스틱(GRP: Glass Reinforced Plastic)과 같은 복합재(composite materials)로 이루어지는 플레이트가 부착된 샌드위치 패널(sandwich panel)로 마련될 수 있다. 단열패널(310, 110)의 상하부 플레이트는 패널에 기계적인 강성을 부여하는 역할을 한다.
2차 단열패널(210)은 선체(H) 내벽에 에폭시 매스틱(epoxy mastic)과 같은 접착제나 스터드에 의해 고정될 수 있고, 1차 단열패널(310)은 2차 단열패널(110)에 마련되는 고정장치(securing module, 500)에 결합되는 것에 의해 2차 밀봉벽(200)의 상부에 밀착되게 고정될 수 있다.
1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)은 금속 멤브레인으로 이루어질 수 있다.
1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)은 인바(Invar), 스테인리스강(SUS), 알루미늄(Aluminum) 합금 등, 저온 취성에 강한 다양한 금속 재질 중 어느 하나를 선택적으로 채용하여 이루어질 수 있으며, 평판 혹은 주름형 금속 멤브레인을 모두 포함할 수 있다.
본 발명에서는 바람직한 실시예로서, 1차 밀봉벽(400)이 스테인리스강 재질의 주름 멤브레인(corrugation membarne)으로 이루어지고, 2차 밀봉벽(200)은 인바 재질의 평판 멤브레인(flat membrane)으로 이루어지는 LNG 저장탱크를 제공한다.
1차 밀봉벽(400)은 LNG와 직접 접촉하여 밀봉하는 것으로서, 극저온에 의한 수축을 흡수하기 위해 저장탱크의 내측 방향으로 형성된 다수의 파형 주름을 포함하는 스테인리스강 멤브레인으로 마련될 수 있다.
1차 밀봉벽(400)은 1차 단열패널(310)의 단위패널과 대응되는 사이즈를 가지는 다수의 단위 멤브레인으로 이루어질 수 있으며, 다수의 단위 멤브레인이 1차 단열패널(310)의 상부에 마련되는 앵커 스트립(anchor strip)에 빈틈 없이 용접됨으로써 1차 단열벽(300)의 상부에 설치될 수 있다.
2차 밀봉벽(200)은 플랫 인바 멤브레인으로 이루어질 수 있다. 구체적으로는 인바 스트레이크(invar strake)로 호칭되는 금속 플레이트가 2차 단열패널(110)의 상부에 설치되는 텅(tongue) 부재에 연속적으로 용접되는 것에 의해 2차 단열벽(100)의 상부에 설치될 수 있다.
2차 밀봉벽(200)에는 2차 단열패널(110)에 마련되는 고정장치(500)에 포함되는 스터드가 관통되도록 관통홀이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 LNG 저장탱크는, 2차 단열패널(110)과 그 상부에 배치되는 1차 단열패널(310)이 서로 '교차 배치'되는 구조를 갖는다.
상하부 단열패널, 즉 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)간의 교차 배치는, 1차 단열벽(300) 측에 형성되는 갭(gap)과 2차 단열벽(100) 측에 형성되는 갭이 서로 이어지지 않도록 함으로써 단열층 내부의 대류 작용을 감소시키고 저장탱크의 단열 성능을 향상시키기 위함이다.
또한, 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)간의 교차 배치를 통하여 단열벽의 지지구조의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)을 상호 교차 배치시키기 위한 기술적 수단에 대하여 더욱 구체적으로 살펴본다.
도 2는 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 2차 단열패널을 나타낸 도면으로서, (a)는 너비와 길이가 1:1 비율로 제작되는 것, (b)는 너비와 길이가 1:2 비율로 제작되는 것, (c)는 너비와 길이가 1:3 비율로 제작되는 것을 나타낸 것이다.
그리고 도 3은 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 1차 단열패널을 나타낸 도면으로서, (a)는 너비와 길이가 1:1 비율로 제작되는 것, (b)는 너비와 길이가 1:2 비율로 제작되는 것, (c)는 너비와 길이가 1:3 비율로 제작되는 것을 나타낸 것이다.
먼저 도 2를 참조하여 본 발명의 2차 단열패널(110)의 구조를 살펴보면, 2차 단열패널(110)은 길이(length)가 너비(width)의 정수(n)배인 단위패널로 제작될 수 있다. 즉, 2차 단열패널(110)의 너비가 d일 때, 2차 단열패널(110)의 길이는 d×n (n=1,2,3 …)으로 마련될 수 있다. 예컨대, 2차 단열패널(110)은 1m×1m, 1m×2m, 1m×3m … 중 어느 하나의 사이즈로 구비될 수 있다.
이때 서로 인접하는 2차 단열패널(110)간에는 설치 공차를 위해 소정의 갭이 형성될 수 있고, 2차 단열패널(110)의 실제 너비와 길이는 이러한 설치 공차를 고려하여 설계될 수 있다. 예컨대, 2차 단열패널(110)이 1m×1m 사이즈의 단위패널로 마련된다고 하였을 때 설치공차가 20mm라면, 2차 단열패널(110)의 실제 사이즈는 980mm×980mm로 제작될 수 있을 것이다. 이러한 설치 공차는 후술하는 1차 단열패널(310)의 제작에도 마찬가지로 고려될 수 있다.
2차 단열패널(110)에는 1차 단열패널(310)과의 결합을 위한 고정장치(500)가 설치된다.
2차 단열패널(110)의 너비와 길이가 1:1 비율(n=1)로 제작되는 경우에는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 2차 단열패널(110)에는 상부 중앙에 1개의 고정장치(500)가 설치될 수 있다.
또한, 2차 단열패널(110)의 너비와 길이가 1:2 비율(n=2)로 제작되는 경우에는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 2차 단열패널(110)은 패널의 중앙을 가로지르도록 형성되는 슬릿(111)에 의해 상부면이 1:1 비율을 가지는 두 개의 파트(part)로 구획되고, 각 파트의 중앙에 고정장치(500)가 설치될 수 있다.
즉, 너비와 길이가 1:2 비율로 제작되는 2차 단열패널(110)은, 2개의 고정장치(500)를 포함하게 되는데, 이때 고정장치(500) 사이의 거리는 2차 단열패널(110)의 너비와 동일하게 d로 마련되고, 고정장치(500)로부터 2차 단열패널(110)의 가장자리까지의 거리는 각각 d/2로 마련된다.
그리고 2차 단열패널(110)의 너비와 길이가 1:3 비율(n=3)로 제작되는 경우에는, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 2차 단열패널(110)은 패널의 길이방향으로의 1/3 지점과 2/3 지점에 형성되는 슬릿(111)에 의해 2차 단열패널(110)의 상부면이 1:1 비율을 가지는 세 개의 파트로 구획되고, 각 파트의 중앙에 고정장치(500)가 설치될 수 있다.
즉, 너비와 길이가 1:3 비율로 제작되는 2차 단열패널(110)은, 3개의 고정장치(500)를 포함하게 되는데, 고정장치(500) 사이의 거리는 2차 단열패널(110)의 너비와 동일하게 d로 마련되고, 고정장치(500)로부터 2차 단열패널(110)의 가장자리까지의 거리는 각각 d/2로 마련된다.
이와 같이 너비와 길이가 1:n의 비율로 제작되는 2차 단열패널(110)은, n≥2 일때, 2차 단열패널(110)의 상부면을 열수축 거동이 따로 이루어지는 n개의 파트로 구획하는 n-1개의 슬릿(111)을 포함하고, 각 파트의 중앙에 1차 단열패널(310)과 결합되는 고정장치(500)가 각각 설치된다.
즉, 2차 단열패널(110)의 비율이 증가함에 따라 2차 단열패널(110)에 구비되는 고정장치(500)의 수 역시 비례적으로 증가됨을 알 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하면, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 저장탱크의 횡방향 및 종방향으로 배열되는 2차 단열패널(110)로 이루어지는 2차 단열벽(100) 상에 동일한 단위간격(d)을 가지는 다수의 고정장치(500)가 오와 열을 맞추어 격자 배치된다. 즉, 2차 단열벽(100) 상에 다수의 고정장치(500)가 동일한 단위간격(d)을 가지도록 바둑판 식으로 배치되는 것으로 이해할 수 있다.
한편, 고정장치(500)는 2차 단열패널(110)의 폭방향으로의 중심에 배치됨으로써, 2차 단열패널(110)의 폭방향으로 작용하는 응력에 의해 고정점이 변위되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 고정장치(500)는 2차 단열패널(110)의 상부에 형성되는 슬릿(111)에 의해 정사각형 형태로 구획되는 파트의 중앙에 배치됨으로써, 2차 단열패널(110)의 길이방향으로 작용하는 응력에 의해 고정점이 변위되는 것 또한 방지될 수 있다.
즉, 2차 단열패널(100)의 슬릿(111)은 2차 단열패널(110)의 상부면을 열수축 거동이 별개로 이루어지는 2 이상의 파트로 구획함으로써, 2차 단열패널(110)의 상부에 응력이 집중되는 것을 분산시키는 역할을 수행함과 동시에, 2차 단열패널(110)에 설치되는 고정장치(500)의 고정점의 위치가 변위되는 것을 방지하는 역할까지 함께 수행한다고 할 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하여 본 발명의 1차 단열패널(310)의 구조를 살펴보면, 1차 단열패널(310)은 2차 단열패널(110)과 동일한 너비를 가지고, 2차 단열패널(110)과 마찬가지로 길이가 너비의 정수(n')배인 단위패널로 제작될 수 있다.
즉, 1차 단열패널(310)의 너비가 d일 때, 1차 단열패널(310)의 길이는 d×n' (n'=1,2,3…)으로 마련될 수 있다. 예컨대, 1차 단열패널(310)은 1m×1m, 1m×2m, 1m×3m … 중 어느 하나의 사이즈로 구비될 수 있다.
1차 단열패널(310)은 2차 단열패널(110)에 마련되는 고정장치(500)와의 결합을 위한 고정부(S)를 포함한다.
1차 단열패널(310)은 패널의 네 모퉁이의 수직 모서리 부위에 각각 형성되는 복수의 고정부(S)를 포함할 수 있으며, n'≥2 일때에는 1차 단열패널(310)을 길이방향으로 n'등분한 위치의 수직 모서리 부위에 상기 고정부(S)가 더 형성될 수 있다.
즉, 고정부(S)는 1차 단열패널(310)의 둘레를 따라 패널의 가장자리 수직 모서리 부위에 형성되며, 복수의 고정부(S)가 일정한 단위간격(d)으로 이격되게 배치될 수 있다.
1차 단열패널(310)에 형성되는 고정부(S)는, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 2차 단열벽(110) 상에 동일한 단위간격(d)으로 격자 배치되는 고정장치(500)에 결합될 수 있다.
이때 서로 인접하는 1차 단열패널(310)은 그 사이에 배치되는 고정장치(500)를 서로 공유할 수 있다. 즉, 1개의 고정장치(500)에 적어도 2 이상의 1차 단열패널(310)이 함께 결합될 수 있다.
고정부(S)는 단면이 부채꼴 또는 반원 형태의 홈으로 마련될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 고정장치(500)의 구성들을 수용하기에 용이한 구조라면 어떠한 형상으로 마련되더라도 무방하다.
1차 단열패널(310)에서 고정부(S)가 형성되는 부분은, 상부 플레이트 및 단열제가 제거되고 하부 플레이트의 일부가 노출된 상태로 마련된다.
본 발명에서 1차 단열패널(310)을 2차 단열패널(110)의 상부에 고정시키는 것은, 2차 단열패널(110)에 마련되는 고정장치(500)의 스터드가 고정부(S)의 하부 플레이트에 삽입된 상태에서, 고정너트 등을 체결하여 고정부(S)의 하부 플레이트를 가압하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 더 자세히 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 1차 및 2차 단열패널이 1:1 비율로 마련되는 경우의 단열패널간 결합관계를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 1차 및 2차 단열패널이 1:2 비율로 마련되는 경우의 단열패널간 결합관계를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 1차 및 2차 단열패널이 1:3 비율로 마련되는 경우의 단열패널간 결합관계를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 단열패널이 서로 다른 사이즈로 혼재되는 경우의 단열패널간 결합관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6에는 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)이 동일한 사이즈로 제작되는 경우의 단열패널간 결합관계가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 1차 및 2차 단열패널(310, 110)이 1:1 비율로 마련되는 경우에는, 1차 단열패널(310)의 모퉁이에 형성되는 고정부(S)가 2차 단열패널(110)의 중앙에 위치하는 고정장치(500)에 결합되고, 이에 따라 네 개의 1차 단열패널(310)이 1개의 고정장치(500)에 의해 동시에 고정될 수 있다. 따라서 2차 단열패널(110)에 1개의 고정장치(500)를 마련하는 것만으로 1차 단열패널(310)의 지지점이 4 포인트 확보될 수 있다.
이와 유사하게, 1차 및 2차 단열패널(310, 110)이 1:2 비율로 마련되는 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이 2차 단열패널(110)에 2개의 고정장치(500)를 마련하는 것만으로 1차 단열패널(310)의 지지점을 6 포인트 확보할 수 있으며, 1차 및 2차 단열패널(310, 110)이 1:3 비율로 마련되는 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같이 2차 단열패널(110)에 3개의 고정장치(500)를 마련하는 것만으로 1차 단열패널(310)의 지지점을 8 포인트 확보할 수 있게 된다.
따라서 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, 적은 수의 고정장치(500)로도 1차 단열패널(310)의 지지점을 최대한으로 확보하는 것이 가능하여 단열벽 지지구조의 안정성이 향상되는 효과가 있다고 할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, 단열벽(300, 100)이 서로 다른 2 이상의 사이즈로 제작되는 단열패널(310, 110)이 혼재되는 구조로 이루어질 수도 있다. 이때 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)의 사이즈가 반드시 동일해야 하는 것도 아니다.
도 7을 참조하면, 1:3 비율로 마련되는 두 개의 2차 단열패널(110) 상부에 걸쳐지게 배치되는 1차 단열패널(310)은 1:3 비율로 마련되고, 1:1 비율의 2차 단열패널(110)과 1:3 비율의 2차 단열패널(110) 사이에 결쳐지게 배치되는 1차 단열패널(310)은 1:2 비율로 마련될 수 있다. 그러나 도 7에 도시된 실시예는 본 발명의 구조적 개념을 적용한 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 이에 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 2차 단열벽(100) 상에 저장탱크의 횡방향 및 종방향을 따라 배열되는 다수의 고정장치(500)가 일정한 단위간격(d)을 가지도록 격자 배치되고, 1차 단열패널(310)에 형성되는 고정부(S)간의 간격이 단위간격(d)과 동일하게 마련되므로, 2차 단열벽(100)의 상부에 1차 단열패널(310)의 자유로운 배치가 가능하다.
따라서 본 발명은 저장탱크 내부 구역의 복잡도에 따라 다양한 사이즈의 단열패널(310, 110)을 활용하여 배치하는 것이 가능하고, 이에 따라 LNG 저장탱크의 설치 작업이 매우 유연하게 이루어질 수 있는 장점이 있다. 예컨대, 저장탱크의 코너부나 리퀴드돔(liquid dome), 가스돔(gas dome), 펌프타워 베이스 서포트(PTBS)와 같이 특수한 형태의 구조물이 마련되어 복잡도가 높은 구역에는 사이즈가 작은 단열패널을 조합하여 배치하고, 복잡도가 낮은 나머지 구역에는 사이즈가 큰 단열패널을 배치하는 등의 방식으로 이용될 수 있을 것이다.
이하에서는 1차 단열패널(310)을 2차 단열패널(110)의 상부에 고정하는 고정장치(500)의 구조에 대하여 더욱 자세히 살펴본다.
도 8은 본 발명에서 1차 단열패널의 고정을 위해 2차 단열패널의 상부에 마련되는 고정장치를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 고정장치(500)는 2차 단열패널(110)의 상부에 마련될 수 있다. 구체적으로는 2차 단열패널(110)의 상부에 베이스 소켓을 마련하여 스터드를 고정시키고, 스터드의 주위에 1차 단열패널(310)의 고정부(S)를 위치시킨 상태에서 스터드에 고정너트 등을 체결하여 고정부(S)의 하부 플레이트를 가압함으로써, 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110) 간의 고정이 이루어질 수 있다.
그런데 도 8에 도시된 실시예와 같이 고정장치(500)가 2차 단열패널(110)의 상부에 마련되는 경우에는, 극저온에 의한 열수축으로 2차 단열패널(110)의 변형 발생시 고정장치(500)에도 변위가 심하게 발생한다.
상술한 바와 같이 고정장치(500)를 2차 단열패널(110)의 폭방향 중심부에 마련하고, 2차 단열패널(110)에 슬릿(111)을 형성하여 고정장치(500)가 열수축 거동이 따로 이루어지는 파트의 중앙에 위치시키는 것에 의해 고정장치(500)의 변위가 어느정도 방지될 수 는 있다 하더라도, 이와 같은 방법이 근본적인 해결책이 되는 것은 아니다.
고정장치(500)의 변위가 발생하면 고정장치(500)와 용접에 의해 연결되는 2차 밀봉벽(200)의 멤브레인 용접부의 피로 손상이 유발되어, 심한 경우에는 2차 밀봉벽(200)이 파손되는 등의 심각한 문제로 이어질 수 있다.
따라서 본 발명은 2차 단열패널(110)에 설치되는 고정장치(500)가 2차 단열패널(110)의 열수축에 의해 변위되는 것을 방지하여 고정장치(500)와 2차 밀봉벽(200)의 멤브레인 용접부의 피로 성능을 개선시키는 것을 최선의 과제로 하며, 이를 위하여 도 9에 도시된 실시예와 같이 2차 단열패널(110)을 관통하여 마련되는 고정장치(500)를 제공한다.
도 9는 본 발명에서 1차 단열패널의 고정을 위해 2차 단열패널을 관통하여 마련되는 고정장치를 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 본 발명의 고정장치의 분해사시도이다. 또한, 도 11은 본 발명에서 1차 단열패널에 마련되는 고정부에 삽입되는 충진 단열재를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 고정장치(500)는 2차 단열패널(110)을 관통하여 하단부가 선체(H) 내벽에 고정되는 구조로 마련됨을 알 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 고정장치(500)는, 선체(H) 내벽에 용접에 의해 고정되는 베이스 소켓(510)과, 베이스 소켓(510)에 결합되며 2차 단열패널(110)을 관통하여 상방으로 연장되는 커플러 로드(520)와, 커플러 로드(520)의 상단부와 결합되며 1차 단열패널(310)의 하부 플레이트의 노출된 상면에 의해 지지되는 세팅플레이트(530), 그리고 커플러 로드(520)의 상단부에 체결되어 세팅플레이트(530)를 가압하는 고정너트(540)를 포함한다.
베이스 소켓(510)은 2차 단열패널(110)에 마련되는 고정장치(500)가 배치될 위치(도 2 참조)의 선체(H) 내벽에 용접에 의해 고정된다.
베이스 소켓(510)은 커플러 로드(520)와의 결합을 위해 내부에 너트부(511)를 포함하고, 너트부(511)는 스프링 와셔(spring washer, 512)에 의해 지지될 수 있다.
너트부(511)는 베이스 소켓(510)의 상부로 돌출되게 형성되어 커플러 로드(520)의 하단부에 형성되는 제1 스터드(521)와 볼트/너트 체결에 의해 결합될 수 있다.
스프링 와셔(512)는 LNG 선박의 운항시 LNG 저장탱크 내에 동압력(dynamic pressure) 및 슬로싱 하중(sloshing load)가 작용하여 압축 변위가 발생하는 것을 흡수하기 위한 구성이다. 즉, 스프링 와셔(512)는 LNG 저장탱크 내에서 상기 고정장치(500)에 수직 방향으로의 작용하는 변위를 흡수한다.
커플러 로드(520)는 2차 단열패널(110)을 관통하여 상방으로 연장된다. 이때 2차 밀봉벽(200)에 형성되는 관통홀이 커플러 로드(520)의 상단부에 형성되는 제2 스터드(522)에 끼워지도록 2차 밀봉벽(200)이 2차 단열패널(110)의 상부에 배치되며, 이 상태에서 2차 밀봉벽(200)이 스팟 용접(spot welding)에 의해 고정장치(500)와 연결된다.
이후 2차 밀봉벽(200)의 상부에 1차 단열패널(310)이 배치되는데, 이때 1차 단열패널(310)에 마련되는 고정부(S)를 커플러 로드(520)의 제2 스터드(522) 주위에 배치시킨 상태에서, 제2 스터드(522)에 세팅플레이트(530)를 끼운 후 고정너트(540)를 체결하여 세팅플레이트(530)를 선체(H) 내벽을 향한 방향으로 가압함으로써, 1차 단열패널(310)을 2차 단열패널(110)의 상부에 고정시킨다.
세팅플레이트(530)는 서로 인접하는 1차 단열패널(310)의 고정부(S)에 의해 마련되는 공간에 대응되도록 원판 형태로 마련될 수 있으며, 중앙에 커플러 로드(520)의 제2 스터드(522)가 관통 삽입될 수 있도록 구멍이 형성될 수 있다.
세팅플레이트(530)는 1차 단열패널(310)의 고정부(S)의 하부 플레이트에 의해 지지될 수 있는데, 이때 고정부(S)의 하부 플레이트는 1차 단열패널(310)의 하부 플레이트 중에서 고정부(S)의 형성에 의해 노출되는 부분을 의미한다.
고정너트(540)는 커플러 로드의 제2 스터드(522)에 볼트/너트 체결되어 세팅플레이트(530)를 가압하는 동시에 세팅플레이트(530)가 커플러 로드(520)로부터 이탈하는 것을 방지하는 역할을 한다.
고정너트(540)는 후술하는 충진 단열재(600)의 배치를 위하여 단면이 사각 또는 육각 형상으로 마련되는 것이 바람직하나, 이에 본 발명이 한정되는 것은 아니며 원형 또는 그 외의 다양한 형상으로 마련될 수도 있다.
한편, 2차 단열패널(110)에 마련되는 고정장치(500)와 1차 단열패널(310)에 마련되는 고정부(S) 간의 결합이 이루어지고 난 후 고정부(S)의 남는 빈 공간에는, 해당 공간의 상부의 멤브레인의 건전성을 유지하고 동시에 단열 기능을 수행할 수 있는 충진 단열재(600)가 충진될 수 있다.
충진 단열재(600)는 1차 밀봉벽(400)의 하중을 지지할 수 있도록 강성이 있는 소재와, 해당 공간의 크기 변동에 유연하게 대처할 수 있도록 신축성이 있는 소재의 복합체로 마련될 수 있다.
구체적으로 충진 단열재(600)의 강성은 플라이우드로 마련되는 수직부재(610)에 의해 제공되고, 충진 단열재(600)의 유연성은 폴리우레탄 폼과 같은 단열재로 마련되는 단열부재(620)에 제공될 수 있다.
수직부재(610)는 서로 직교하는 2개의 플라이우드 합판이 서로 끼워 맞춤식으로 결합되어 단면이 십(十)자 형태로 마련될 수 있다.
단열부재(620)는 수직부재(610)에 의해 구획되는 나머지 공간을 채워 단열 기능을 수행하는 것으로서, 폴리우레탄 폼 외에도 글라스 울(glass wool), 멜라민 폼(melamine foam) 등의 신축성 있는 소재가 사용될 수도 있다.
단열부재(610)의 상면은 1차 단열패널(310)의 상면과 동일평면을 이루어 해당 위치에서의 1차 밀봉벽(400)의 하중을 지지한다.
본 발명에서 단열부재(610)에 압축 하중이 작용하는 경우, 압축 하중은 단열부재(610)를 지지하는 고정장치(500)에 전달되어 고정장치(500) 하부에 설치되는 스프링 와셔(512)에 의해 흡수될 수 있다. 따라서 본 발명은 저장탱크 내에서 동압력 또는 슬로싱 하중에 의한 Rebound 발생시에도 패널을 안전하게 보호할 수 있다.
또한, 본 발명은 고정장치(500)가 선체(H) 내벽에 고정되므로, 상대적으로 고정장치(500)의 변위가 적어 2차 밀봉벽(200)의 멤브레인 용접부의 피로 성능이 개선되는 효과가 있다.
이와 같은 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.
100 : 2차 단열벽
110 : 2차 단열패널
200 : 2차 밀봉벽
300 : 1차 단열벽
310 : 1차 단열패널
400 : 1차 밀봉벽
500 : 고정장치
510 : 베이스 소켓
511 : 너트부
512 : 스프링 와셔
520 : 커플러 로드
521 : 제1 스터드
522 : 제2 스터드
530 : 세팅플레이트
540 : 고정너트
600 : 충진 단열재
610 : 수직부재
620 : 단열부재
S : 고정부

Claims (8)

  1. 선체 내벽에 고정되는 다수의 2차 단열패널로 이루어지는 2차 단열벽과, 상기 2차 단열벽 상에 설치되는 2차 밀봉벽과, 상기 2차 밀봉벽 상에 배열되는 다수의 1차 단열패널로 이루어지는 1차 단열벽과, 상기 1차 단열벽 상에 설치되는 1차 밀봉벽이 순차적으로 적층된 이중 방벽 구조의 LNG 저장탱크에 있어서,
    상기 1차 단열패널을 상기 2차 단열패널의 상부에 고정하는 고정장치를 포함하고,
    상기 고정장치는,
    상기 선체 내벽에 고정되는 베이스 소켓;
    상기 베이스 소켓에 결합되며 상기 2차 단열패널을 관통하여 상방으로 연장되는 커플러 로드;
    상기 커플러 로드의 상단부와 결합되며 상기 1차 단열패널의 하부 플레이트에 의해 지지되는 세팅플레이트; 및
    상기 커플러 로드의 상단부에 체결되어 상기 세팅플레이트를 상기 선체 내벽을 향한 방향으로 가압하는 고정너트를 포함하고,
    상기 베이스 소켓은,
    상기 커플러 로드의 하단부에 형성되는 제1 스터드와 결합되는 너트부; 및
    상기 너트부와 상기 선체 내벽 사이에 설치되어 상기 너트부를 지지하여 상기 고정장치에 수직 방향으로 작용하는 변위를 흡수하는 스프링 와셔를 포함하고,
    상기 1차 단열패널의 네 모퉁이를 포함하는 가장자리 수직 모서리 부위에 상기 고정장치와의 결합을 위한 고정부가 마련되고,
    상기 고정부와 결합되는 상기 고정장치는 상기 2차 단열패널의 가장자리 내측에 배치되어, 상기 1차 단열패널의 가장자리와 상기 2차 단열패널의 가장자리가 서로 어긋나도록 교차 배치되고,
    상기 고정장치에는 서로 인접하게 배치되는 적어도 2 이상의 상기 1차 단열패널에 마련되는 상기 고정부가 동시에 고정되고,
    상기 고정장치에 의해 동시에 고정되는 2 이상의 상기 고정부 사이에 형성되는 공간에 삽입되는 충진 단열재를 더 포함하고,
    상기 충진 단열재는, 상기 충진 단열재에 강성을 부여하는 수직부재와, 상기 충진 단열재에 유연성을 부여하는 단열부재의 복합체로 마련되어,
    하단부는 상기 세팅플레이트에 의해 지지되고, 상면은 상기 1차 단열패널의 상면과 동일평면을 이루어 상기 1차 밀봉벽의 하부를 지지하는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세팅 플레이트에는 상기 커플러 로드의 상단부에 형성되는 제2 스터드가 관통 삽입되기 위한 구멍이 형성되고,
    상기 고정너트는 상기 제2 스터드에 볼트/너트 체결되어 상기 세팅플레이트의 이탈을 방지하는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수직부재는 플라이우드로 마련되고,
    상기 단열부재는 폴리우레탄 폼, 글라스 울 및 멜라민 폼 중 어느 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 수직부재는 서로 직교하는 2개의 플라이우드 합판이 서로 끼워 맞춤식으로 결합되어 단면이 십(十)자 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 충진 단열재는 원기둥 형태로 마련되며, 상기 수직부재에 의해 구획되는 나머지 공간에 상기 단열부재가 채워지는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
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