KR102651476B1 - Lng 저장탱크의 단열시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선미 방향으로 후방 측 상부에 형성되는 리퀴드 돔을 포함하는 LNG 저장탱크의 단열시스템에 있어서, 금속 멤브레인으로 이루어져 LNG 저장탱크에 저장되는 LNG를 밀봉하는 밀봉벽; 및 LNG의 단열을 위해 밀봉벽의 외측에 설치되는 단열벽을 포함하고, 단열벽은, LNG 저장탱크의 내벽 가장자리 둘레 및 리퀴드 돔의 주위를 따라 배치되는 단열박스; 및 LNG 저장탱크의 내벽 상에서 단열박스가 배치되는 구역 이외의 구역에 배치되는 단열패널을 포함하되, 리퀴드 돔과 LNG 저장탱크의 후방벽 사이에 형성되는 단열벽은, 단열패널의 배치 없이 단열박스의 조합으로만 이루어지는 것을 특징으로 하는, LNG 저장탱크의 단열시스템을 제공한다.

Description

LNG 저장탱크의 단열시스템 {Insulation System of Liquefied Natural Gas Storage Tank}
본 발명은 LNG 저장탱크의 단열시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1차 및 2차 단열벽을 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 패널 타입의 단열층으로 마련하면서도 2차 밀봉벽을 평편한 플랫 인바 멤브레인으로 구성하는 것이 가능하고, 리퀴드 돔의 주변부 단열구조를 최대한 단순화시켜 생산성의 향상을 도모하는 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.
한편, 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.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, LNG 저장탱크의 1차 및 2차 단열벽을 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 패널 타입의 단열층으로 마련하면서도 2차 밀봉벽을 금속 멤브레인으로 구성할 수 있는 종래와는 전혀 다른 새로운 타입의 LNG 저장탱크의 단열시스템을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 새로운 타입의 LNG 저장탱크의 단열시스템을 제공함에 있어서, LNG 저장탱크에 마련되는 리퀴드 돔의 주변부의 단열구조를 최대한 단순화시켜, LNG 저장탱크의 건조에 있어서 생산성을 향상시키는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선미 방향으로 후방 측 상부에 형성되는 리퀴드 돔(liquid dome)을 포함하는 LNG 저장탱크의 단열시스템에 있어서, 금속 멤브레인으로 이루어져 상기 LNG 저장탱크에 저장되는 LNG를 밀봉하는 밀봉벽; 및 상기 LNG의 단열을 위해 상기 밀봉벽의 외측에 설치되는 단열벽을 포함하고, 상기 단열벽은, 상기 LNG 저장탱크의 내벽 가장자리 둘레 및 상기 리퀴드 돔의 주위를 따라 배치되는 단열박스; 및 상기 LNG 저장탱크의 내벽 상에서 상기 단열박스가 배치되는 구역 이외의 구역에 배치되는 단열패널을 포함하되, 상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 후방벽 사이에 형성되는 상기 단열벽은, 상기 단열패널의 배치 없이 상기 단열박스의 조합으로만 이루어지고, 상기 단열패널은 폼(foam) 단열재를 포함하는 샌드위치 패널로서, 플라이우드 박스로 이루어지는 상기 단열박스보다 낮은 강성을 가지는 것을 특징으로 하는, LNG 저장탱크의 단열시스템을 제공한다.
상기 단열박스는 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울로 이루어지는 단열재를 채운 형태로 마련되고, 상기 단열패널은 폴리우레탄 폼(PUF) 또는 유리섬유 강화 폴리우레탄 폼(R-PUF)으로 이루어지는 단열재의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나 이상에 플라이우드 또는 섬유강화 플라스틱으로 이루어지는 보호판이 접착된 형태로 마련될 수 있다.
상기 단열벽은, 상기 단열박스와 상기 단열패널이 마주하는 경계부에 삽입 배치되는 공간 단열재를 더 포함하고, 상기 공간 단열재의 강성은 상기 단열박스의 강성보다는 작고 상기 단열패널의 강성보다는 크게 마련되어, 상기 단열박스, 상기 공간단열재 및 상기 단열패널 순으로 배치되는 단열층의 구조 강성이 순차적으로 형성될 수 있다.
상기 공간단열재는 상기 단열박스와 상기 단열패널의 중간 강성을 가질 수 있다.
상기 밀봉벽은, 상기 LNG를 1차적으로 밀봉하는 1차 밀봉벽; 및 상기 LNG를 2차적으로 밀봉하는 2차 밀봉벽을 포함하고, 상기 단열벽은, 상기 1차 밀봉벽과 상기 2차 밀봉벽의 사이에 배치되는 1차 단열벽; 및 상기 2차 밀봉벽과 선체 내벽 사이에 배치되는 2차 단열벽을 포함하며, 상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 후방벽 사이의 공간에 형성되는 상기 2차 단열벽은, 상기 LNG 저장탱크의 종방향을 따라 단일 또는 복수개의 2차 단열박스가 배치되어 구성되고, 상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 후방벽 사이의 공간에 형성되는 상기 1차 단열벽은, 상기 LNG 저장탱크의 종방향을 따라 복수개의 1차 단열박스가 배치되어 구성되되, 상기 1차 단열박스와 상기 2차 단열박스는 교차 배치될 수 있다.
이때 서로 이웃하는 상기 1차 단열박스 간의 경계부는 상기 2차 단열박스의 끝단과 어긋나도록 배치될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양은, 선미 방향으로 후방 측 상부에 형성되는 리퀴드 돔(liquid dome)을 포함하는 LNG 저장탱크의 단열시스템에 있어서, 단열벽을 구성하는 구성요소로서, 플라이우드 박스 내부에 단열재가 채워진 형태의 단열박스; 및 폴리우레탄 폼의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나에 플라이우드 또는 섬유강화 플라스틱으로 마련되는 보호판이 부착된 형태의 단열패널을 포함하되, 상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 전방벽 및 측벽 사이에는, 상기 리퀴드 돔의 둘레 및 상기 LNG 저장탱크의 내벽 가장자리 둘레를 따라 상기 단열박스가 배치되고, 상기 단열박스가 배치되지 않은 공간에 상기 단열패널이 배치됨으로써 단열벽이 형성되고, 상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 후방벽 사이에는, 상기 단열패널의 배치 없이 상기 단열박스의 조합으로만 단열벽이 형성되는 것을 특징으로 하는, LNG 저장탱크의 단열시스템을 제공한다.
상기 LNG 저장탱크의 후방벽과 상기 리퀴드 돔 사이에 형성되는 단열벽은, 적어도 하나 이상의 2차 단열박스와 상기 2차 단열박스의 내측에 배치되는 복수의 1차 단열박스를 포함하고, 상기 2차 단열박스와 상기 1차 단열박스는 교차 배치될 수 있다.
상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 전방벽 및 측벽 사이에 형성되는 단열벽은, 상기 단열박스와 상기 단열패널이 마주하는 경계부에 삽입 배치되는 공간 단열재를 더 포함하고, 상기 공간 단열재는 상기 단열박스와 상기 단열패널의 중간 강성을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, LNG 저장탱크의 1차 및 2차 단열벽을 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 패널 타입의 단열층으로 마련하면서도 2차 밀봉벽을 금속 멤브레인으로 구성할 수 있는 종래와는 전혀 다른 새로운 타입의 LNG 저장탱크의 단열시스템을 제공한다.
이에 따라 본 발명은 1차 및 2차 단열벽을 폴리우레탄 폼으로 이루어진 단열패널로 구성하면서도 1차 및 2차 밀봉벽을 모두 금속 멤브레인으로 마련하는 것이 가능하여, 단열성능이 우수해짐과 동시에 안정성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 2차 밀봉벽으로 플랫 인바 멤브레인이 적용됨에 따라 2차 밀봉벽의 설치시 용접 라인이 직선으로 형성되므로, 용접의 자동화가 가능하여 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, 1차 단열벽과 2차 단열벽이 서로 교차 배치되고, 저장탱크의 코너부에서의 단열층의 구조 강성이 순차적으로 배치가 이루어짐에 따라, 저장탱크의 코너부에 배치되는 단열박스와 그 외의 구역에 배치되는 단열패널의 경계부에서 발생하는 단차 문제에 유연한 대처가 가능하여, 1차 및 2차 밀봉벽의 멤브레인에 손상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, 리퀴드 돔의 주변부의 단열구조를 최대한 단순화시켜 LNG 저장탱크의 건조에 있어서 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 외형을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 코너부 단열시스템을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 LNG 저장탱크에서 단열벽이 교차 배치되는 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 LNG 저장탱크에서 리퀴드 돔의 주변부 단열구조를 나타낸 내부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크의 리퀴드 돔 주변부 단열구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LNG 저장탱크의 리퀴드 돔 주변부 단열구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
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, 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 외형을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 코너부 단열시스템을 개략적으로 나타낸 측단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 LNG 저장탱크에서 단열벽이 교차 배치되는 구조를 나타낸 사시도이다.
우선 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크는, 내부에 저장되는 LNG의 슬로싱 하중, 특히 좌우측 방향으로의 슬로싱 하중을 감소시키고자 저장탱크의 측면 상부 및 하부에 대략 135°각도로 경사진 챔퍼(chamfer)가 형성될 수 있다.
도 2를 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)을 포함하는, 이중 방벽(Double Barrier) 구조의 단열시스템으로 구성되는 것을 알 수 있다.
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 또는 복합재료(예를 들어, 섬유강화 플라스틱)로 이루어진 보호판이 접착된 샌드위치 패널(sandwich panel)로 마련될 수 있다.
2차 단열벽(100)은 선체(H) 내벽에 에폭시 매스틱(epoxy mastic)과 같은 접착제나 스터드에 의해 고정될 수 있고, 1차 단열벽(300)은 2차 단열벽(100)과의 사이에 2차 밀봉벽(200)이 개재된 상태에서, 2차 단열패널(110)의 상부에 마련되는 고정장치(securing device)에 1차 단열패널(310)이 결합됨으로써 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, 스테인리스강 멤브레인에 저장탱크 내측 방향으로 형성된 다수의 주름을 포함할 수 있으며, 다수의 주름이 극저온에 의한 수축을 흡수함으로써 멤브레인에 응력이 집중되는 것을 방지한다.
2차 밀봉벽(200)은 플랫 인바 멤브레인으로 이루어질 수 있다. 구체적으로는 인바 스트레이크(invar strake)로 호칭되는 띠 형상의 금속 플레이트가 2차 단열패널(110)의 상부에 설치되는 텅(tongue) 부재에 연속적으로 용접되는 것에 의해 2차 단열벽(100)의 상부에 2차 밀봉벽(200)이 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 LNG 저장탱크는, 2차 밀봉벽(200)을 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인(flat invar membrane)으로 마련하기 위하여, 저장탱크의 횡방향 코너부에 인바강으로 제작되는 구조물이 설치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 통상적으로 플랫 인바 멤브레인은 열수축 계수가 작으므로 이를 지지하기 위한 단열벽으로서 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열패널(insulation panel), 즉 패널 타입(panel type)의 단열층을 사용하는 것은 적합하지 않다. 플랫 인바 멤브레인을 적용하기 위해서는 종래의 NO 96형 저장탱크와 같이 멤브레인을 지지하는 단열벽이 열수축 변형이 적고 강성이 높은 단열박스(insulation box), 즉 박스형 단열층으로 구성되어야 한다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 1차 및 2차 단열벽(300, 100)을 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 패널 타입의 단열층으로 마련하면서도 2차 밀봉벽(200)을 금속 멤브레인, 그 중에서도 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인으로 구성하는 것이 가능한 새로운 타입의 LNG 저장탱크의 단열시스템을 제공하고자 하는 것이며, 이와 같은 본 발명의 목적은 저장탱크의 코너부에 인바강으로 제작되는 구조물인 트랜스버스 연결체(transverse connector, 500)를 설치하는 것에 의해 달성될 수 있다.
구체적으로, 트랜스버스 연결체(500)는 저장탱크의 전방벽 및 후방벽 가장자리를 따라 설치되는 격자 형태의 구조물로, 일단이 선체(H) 내벽에 마련되는 앵커링 바(anchoring bar)에 용접됨으로써 저장탱크의 횡방향 코너부에 고정 설치되고, 타단은 1차 밀봉벽(400)과 2차 밀봉벽(200)의 각 양단을 지지해줌으로써, 이들에 가해지는 각종 하중을 선체(H)로 전달하는 역할을 한다.
본 발명은 저장탱크의 횡방향 코너부에 설치되는 트랜스버스 연결체(500)에 의해 1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)에 가해지는 하중의 일부가 선체(H)로 전달되어 해소되므로, 플랫 인바 멤브레인으로 마련되는 2차 밀봉벽(200)을 지지하는 2차 단열벽(100)을 단열박스(insulation box)보다 강성이 약한 단열패널(insulation panel)로 구성하는 것이 가능해진다.
다시 말해, 본 발명은 저장탱크의 횡방향 코너부에 설치되어 2차 밀봉벽(200)의 양단을 지지하는 트랜스버스 연결체(500)에 의해 2차 단열벽(100)의 강성이 보완됨으로써, 2차 밀봉벽(200)으로서 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인을 적용하는 것이 가능한 것이다.
또한, 본 발명은 2차 밀봉벽(200)을 플랫 인바 멤브레인으로 적용하기 위한 구성의 일환으로써, 2차 단열패널(110)을 구성하는 단열재로 대략 130kg/m3의 밀도보다 높은 고밀도의 유리섬유 강화 폴리우레탄폼(R-PUF)을 사용할 수 있다.
따라서 본 발명은 2차 단열벽(100)을 폴리우레탄 폼으로 이루어진 단열패널로 구성하면서도 2차 밀봉벽(200)을 금속 멤브레인으로 마련할 수 있어 안정성이 향상되고, 플랫 인바 멤브레인으로 마련되는 2차 밀봉벽(200)의 설치시 용접 라인이 직선으로 형성되므로 용접의 자동화가 가능하여 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 1차 및 2차 단열벽(300, 100)이 폴리우레탄 폼으로 이루어짐에 따라 단열성능이 우수해진다. 본 발명에 따른 LNG 저장탱크는 단열벽이 단열박스로만 마련되는 종래의 NO 96형 저장탱크와 대비하여, 1차 단열벽과 2차 단열벽의 두께를 대폭 감소시키면서도 동일하거나 그 이상의 단열효과를 거둘 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크에서 트랜스버스 연결체(500)의 내부 및 트랜스버스 연결체(500)와 선체(H) 사이에는, 트랜스버스 연결체(500)를 지지하기 위해 강성이 높은 단열박스(510)가 배치된다. 단열박스(510)는 플라이우드 박스 내부에 펄라이트(perlite) 분말 또는 글라스울(glass wool) 등의 단열재를 채운 형태로 마련될 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 LNG 저장탱크는, 단열벽(300, 100)의 대부분이 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열패널(310, 110)로 구성되지만, 저장탱크의 횡방향 코너부에서는 단열박스(510)가 혼재되는 구조를 가지게 된다.
이와 같이 코너부에 단열박스(510)가 혼재 배치되는 구조는 저장탱크의 종방향 코너부에도 유사하게 적용될 수 있으며, 따라서 본 발명에 따른 LNG 저장탱크는, 저장탱크를 구성하는 각 벽면의 가장자리 둘레를 따라 박스형 단열층이 배치되고 가장자리의 내측 방향으로는 패널 타입의 단열층이 배치되는 구조를 갖게 된다.
그런데 이때 저장탱크의 코너부에 설치되는 단열박스(510)의 강성은 높은데 반해 단열패널(310, 110)의 강성은 낮기 때문에 단열박스(510)와 단열패널(310, 110)의 열수축 정도에 차이가 생긴다. 따라서 극저온의 LNG에 의한 열수축시, 단열박스(510)와 단열패널(310, 110)의 구조 건전성 차이 및 열하중과 액화가스의 유체력 등에 의하여, 단열박스(510)와 단열패널(310, 110) 간의 경계부에서 열수축에 의한 높이 단차가 발생하게 되고, 그로 인해 단열벽(300, 100) 위에 설치되는 밀봉벽(400, 200)에 열응력이 발생하여 밀봉벽(400, 200)의 멤브레인이 손상될 우려가 있다.
이를 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, 우선 1차 단열벽(300)을 구성하는 1차 단열패널(310)과 2차 단열벽(100)을 구성하는 2차 단열패널(110)을 서로 교차 배치시킴으로써, 단열박스(510)와 단열패널(310, 110) 간의 경계부에서 발생하는 단차에 의한 밀봉벽(400, 200)의 손상을 최소화한다.
1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)의 교차 배치에 대하여 더욱 자세히 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 1차 단열패널(310)은 2차 단열패널(110)과 횡방향 및 종방향 끝단이 모두 일치하지 않도록 하부에 배치되는 다수의 2차 단열패널(110)과 어긋나게 배치될 수 있다.
더욱 바람직하게는 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)은 너비와 길이가 동일하게 마련되어, 1차 단열패널(310)의 네 귀퉁이 부분이 2차 단열패널(110)의 상부 중앙에 마련되는 고정장치에 고정되는 방식으로 배치될 수 있으며, 이에 따라 하나의 1차 단열패널(310)은 하부에 배치되는 네 개의 2차 단열패널(110)의 상부에 걸쳐지도록 배치될 수 있다.
이러한 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)의 교차 배치 방식은 저장탱크의 벽면 전체에 걸쳐 적용될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크의 코너부에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
이때 1차 단열패널(310)과 2차 단열패널(110)의 교차 배치가 저장탱크의 코너부에도 적용될 수 있도록, 1차 단열벽(300)의 레벨(level)에 배치되는 단열박스(510) 중 1차 단열패널(310)과 가장 인접하게 배치되는 단열박스(510', 이하 '1차 코너박스')와, 2차 단열벽(100)의 레벨(level)에 배치되는 단열박스(510) 중 2차 단열패널(110)과 가장 인접하게 배치되는 단열박스(510'', 이하 '2차 코너박스')를 계단식으로 배치한다.
1차 코너박스(510')와 2차 코너박스(510'')는 트랜스버스 연결체(500)에서 1차 밀봉벽(400) 및 2차 밀봉벽(200)과 연결되기 위해 돌출되는 부분을 지지하기 위하여 트랜스버스 연결체(500)의 사이드 부분에 배치되는 구성이다.
1차 코너박스(510')와 2차 코너박스(510'')의 계단식 배치는, 저장탱크의 종방향을 따른 2차 코너박스(510'')의 길이를 1차 코너박스(510')보다 길게 제작하여, 2차 코너박스(510'')가 1차 코너박스(510')보다 트랜스버스 연결체(500)의 외측으로 더 돌출되게 구성하는 방식으로 이루어질 수 있다.
한편, 1차 단열벽(300)을 구성하는 다수의 1차 단열패널(310) 중에서 저장탱크의 가장 코너 측에 배치되는 1차 단열패널(310)은, 코너박스(510', 510'')들과의 배치를 고려하여 길이가 조절될 수 있으며, 예컨대 코너부 외의 구역에 배치되는 다른 1차 단열패널(310)들보다 길이가 다소 짧게 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 코너측 1차 단열패널(310)의 길이를 조절하는 것이 아니라 코너박스(510', 510'')의 길이를 조절하는 것에 의해 코너부에서의 적절한 배치가 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, 단열박스(510)와 인접하게 배치되는 1차 및 2차 단열패널(310, 110)이 서로 교차 배치됨으로써, 단열박스(510)와 단열패널(310, 110) 간의 경계부에서 발생하는 단차에 의한 밀봉벽(400, 200)의 손상을 방지할 수 있다. 본 발명에서 1차 및 2차 단열패널(310, 110)의 교차 배치는 패널 간의 갭(gap)에 의해 형성되는 열 이동 경로를 연장시킴으로써 단열 성능이 증대되는 효과도 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, 단열박스(510)와 단열패널(310, 110) 간의 경계부에서 발생하는 단차에 의한 밀봉벽(400, 200)의 손상을 방지하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크의 코너부에 설치되는 코너박스(510', 510'')와 단열패널(310, 110) 사이에, 코너박스(510', 510'')와 단열패널(310, 110)의 중간 정도의 강성을 가지는 공간 단열재(320, 120)를 배치한다.
더욱 구체적으로는, 1차 코너박스(510')와 1차 단열패널(310) 사이에 1차 코너박스(510')와 1차 단열패널(310)의 평균 열수축량을 가지는 1차 공간단열재(320)를 배치하고, 2차 코너박스(510'')와 2차 단열패널(110) 사이에 2차 코너박스(510'')와 2차 단열패널(110)의 평균 열수축량을 가지는 2차 공간단열재(120)를 배치한다.
이에 따라 저장탱크의 코너부에는, 가장 큰 강성을 가지는 코너박스(510', 510'')와 중간 강성을 가지는 공간단열재(320, 110), 그리고 가장 작은 강성을 가지는 단열패널(310, 110)이 순차적으로 배치되게 된다.
따라서 본 발명은 저장탱크의 코너부에서의 단열층의 구조 강성이 순차적으로 이루어짐에 따라, 코너박스(510', 510'')로부터 단열패널(310, 110)로 갈수록 열수축 정도 차이에 따른 단열 높이가 완만하게 이루어질 수 있게 되므로, 단열박스(510)와 단열패널(310, 110) 사이의 연결부에서의 단차가 최소화되어, 1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)의 손상을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
더불어, 본 발명은 2차 단열벽(100)을 구성하는 단열층의 강성을 1차 단열벽(300)을 구성하는 단열층의 강성보다 같거나 크게 구성함으로써, 단열층의 경계부에서 발생하는 단차를 더욱 효율적으로 최소화할 수 있다.
한편, LNG 저장탱크에는 적재 및 하역을 위한 통로로서 리퀴드 돔(liquid dome)이 마련된다. 리퀴드 돔은 LNG 저장탱크의 상부에 위치하며 LNG의 적재 및 하역을 위한 통로로서 LNG 저장탱크의 일부를 구성한다
도 4는 본 발명에 따른 LNG 저장탱크에서 리퀴드 돔의 주변부 단열구조를 나타낸 내부 사시도이다. 참고로 도 4는 설명의 편의상 저장탱크의 내측이 상부를 향하도록 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크는, 리퀴드 돔을 형성하는 리퀴드 돔 박스(liquid dome box)가 저장탱크의 후방벽에 근접하게 배치된다. 즉, 리퀴드 돔 박스는 LNG 저장탱크에서 선미 방향으로 후방 측에 배치된다.
본 발명에 따른 LNG 저장탱크는, 전술한 바와 같이 1차 및 2차 단열벽(300, 100)이 서로 교차 배치되고, 저장탱크의 코너부 단열층의 구조 강성을 순차적으로 배치하여 단차를 최소화하는 개념을 리퀴드 돔의 주변부에도 적용한다.
도 5에는 상기의 개념이 적용된 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크의 리퀴드 돔 주변부 단열구조가 개략적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크는, 리퀴드 돔(600)의 주위에는 강성이 높은 1차 및 2차 단열박스(330, 130)가 배치되고, 리퀴드 돔(600)으로부터 멀어지는 방향으로 1차 및 2차 공간 단열재(320, 120), 그리고 1차 및 2차 단열패널(310, 110)이 순차적으로 배치되는 구조를 가질 수 있다.
이와 같은 배치 구조는, 리퀴드 돔(600)과 저장탱크의 전방벽 사이(도 5에서 리퀴드 돔의 오른쪽 부분)와, 리퀴드 돔(600)과 저장탱크의 측벽 사이(미도시)에는 문제 없이 적용될 수 있다.
그러나 도 5에서 리퀴드 돔(600)의 왼쪽에 도시된 부분과 같이, 리퀴드 돔(600)과 저장탱크의 후방벽 사이에는 단열패널이 배치될 충분한 공간이 확보되지 않으므로, 상기의 개념을 그대로 적용시, 해당 공간에는 단열패널 없이 저장탱크의 코너부에 배치되는 코너박스(510', 510'')와 공간 단열재(320, 120), 그리고 리퀴드 돔(600)의 주변부에 배치되는 단열박스(330, 130)의 조합만으로 구성되게 된다.
구체적으로, 리퀴드 돔(600)과 저장탱크의 후방벽 사이에 형성되는 2차 단열벽(100)은 저장탱크의 횡방향 코너부로부터 2차 코너박스(510'') - 2차 공간단열재(120) - 2차 단열박스(130)가 순차적으로 배치되는 구조, 그리고 1차 단열벽(300)은 저장탱크의 횡방향 코너부로부터 1차 코너박스(510') - 1차 공간단열재(320) - 1차 단열박스(330) - 1차 공간단열재(320) - 1차 단열박스(330)가 순차적으로 배치되는 구조가 도출된다.
그런데 전술한 바와 같이 공간 단열재(320, 120)는 단열박스(510)와 단열패널(310, 110) 간의 경계부에서 발생하는 단차에 대응하기 위해 마련되는 구성인데, 리퀴드 돔(600)과 저장탱크의 후방벽 사이의 공간에는 단열패널 없이 박스형 단열층으로만 구성되기 때문에 그 경계 간에 단차도 발생하지 않으므로 공간 단열재(320, 120)를 배치할 실익이 없게 된다.
따라서 본 발명은, 도 6에 도시된 바와 같이, 리퀴드 돔(600)과 저장탱크의 후방벽 사이에 형성되는 1차 및 2차 단열벽(300, 100)은, 단열패널(310, 110)은 물론 공간 단열재(320, 120)까지도 모두 제거되고 단열박스(330, 130)만으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 단열시스템을 제공한다.
본 발명에서 트랜스버스 연결체(500)를 지지하기 위해 마련되는 단열박스(510)와 리퀴드 돔(600)의 주변부에 배치되는 1차 및 2차 단열박스(330, 130)는, 사이즈에는 다소 차이가 있을 수 있으나 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울 등의 단열재를 채운 형태의 동일한 구조로 마련될 수 있다.
따라서 도 6에 도시된 실시예에서는, 리퀴드 돔(600)과 저장탱크의 후방벽 사이에 트랜스버스 연결체(500)의 지지를 위해 마련되는 1차 코너박스(510') 및 2차 코너박스(510'')의 부재번호를 각각 1차 단열박스(330) 및 2차 단열박스(130)와 통일하여 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 LNG 저장탱크에서 리퀴드 돔(600)과 저장탱크의 후방벽 사이에 형성되는 1차 단열벽(300) 및 2차 단열벽(100)은, 각각 1차 단열박스(330) 및 2차 단열박스(130)만 포함하여 박스형 단열층으로만 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 리퀴드 돔(600)과 저장탱크의 후방벽 사이에 형성되는 2차 단열벽(100)은, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 단일의 2차 단열박스(130)로 구성되거나, 또는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 복수의 2차 단열박스(130)로 구성될 수 있다.
또한, 리퀴드 돔(600)과 저장탱크의 후방벽 사이에 형성되는 1차 단열벽(300)은 복수의 1차 단열박스(330)로 구성될 수 있으며, 이때 1차 단열박스(330)는 2차 단열박스(130)와 교차 배치되도록 한다. 이 구역에서의 교차 배치란, 서로 이웃하는 1차 단열박스(330) 간의 경계부가 2차 단열박스(130)의 끝단이나 서로 이웃하는 2차 단열박스(130) 간의 경계부와 일치하지 않고 어긋나게 배치되는 것을 의미한다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다양한 실시예 중 하나의 예시일 뿐이며, 1차 및 2차 단열박스(330, 130)는 도 6에 도시된 것보다 더 많은 개수로 구비될 수도 있을 것이다. 그러나 다른 실시예에 의하더라도 1차 단열박스(330)와 2차 단열박스(130)는 서로 교차 배치됨이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따른 LNG 저장탱크의 단열시스템은, 리퀴드 돔(600)의 주변부의 단열구조를 최대한 단순화시켜 LNG 저장탱크의 건조에 있어서 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
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
120 : 2차 공간단열재 130 : 2차 단열박스
200 : 2차 밀봉벽
300 : 1차 단열벽 310 : 1차 단열패널
320 : 1차 공간단열재 330 : 1차 단열박스
400 : 1차 밀봉벽
500 : 트랜스버스 연결체 510 : 단열박스
510' : 1차 코너박스 510'' : 2차 코너박스
600 : 리퀴드 돔

Claims (9)

  1. 선미 방향으로 후방 측 상부에 형성되는 리퀴드 돔(liquid dome)을 포함하는 LNG 저장탱크의 단열시스템에 있어서,
    금속 멤브레인으로 이루어져 상기 LNG 저장탱크에 저장되는 LNG를 밀봉하는 밀봉벽; 및 상기 LNG의 단열을 위해 상기 밀봉벽의 외측에 설치되는 단열벽을 포함하고,
    상기 단열벽은,
    상기 LNG 저장탱크의 내벽 가장자리 둘레 및 상기 리퀴드 돔의 주위를 따라 배치되는 단열박스; 및 상기 LNG 저장탱크의 내벽 상에서 상기 단열박스가 배치되는 구역 이외의 구역에 배치되는 단열패널을 포함하되,
    상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 후방벽 사이에 형성되는 상기 단열벽은, 상기 단열패널의 배치 없이 상기 단열박스의 조합으로만 이루어지고,
    상기 단열패널은 폼(foam) 단열재를 포함하는 샌드위치 패널로서, 플라이우드 박스로 이루어지는 상기 단열박스보다 낮은 강성을 갖고,
    상기 단열박스는 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울로 이루어지는 단열재를 채운 형태로 마련되고,
    상기 단열패널은 폴리우레탄 폼(PUF) 또는 유리섬유 강화 폴리우레탄 폼(R-PUF)으로 이루어지는 단열재의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나 이상에 플라이우드 또는 섬유강화 플라스틱으로 이루어지는 보호판이 접착된 형태로 마련되고,
    상기 단열벽은,
    상기 단열박스와 상기 단열패널이 마주하는 경계부에 삽입 배치되는 공간 단열재를 더 포함하고,
    상기 공간 단열재의 강성은 상기 단열박스의 강성보다는 작고 상기 단열패널의 강성보다는 크게 마련되어, 상기 단열박스, 상기 공간단열재 및 상기 단열패널 순으로 배치되는 단열층의 구조 강성이 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공간단열재는 상기 단열박스와 상기 단열패널의 중간 강성을 가지는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀봉벽은, 상기 LNG를 1차적으로 밀봉하는 1차 밀봉벽; 및 상기 LNG를 2차적으로 밀봉하는 2차 밀봉벽을 포함하고,
    상기 단열벽은, 상기 1차 밀봉벽과 상기 2차 밀봉벽의 사이에 배치되는 1차 단열벽; 및 상기 2차 밀봉벽과 선체 내벽 사이에 배치되는 2차 단열벽을 포함하며,
    상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 후방벽 사이의 공간에 형성되는 상기 2차 단열벽은, 상기 LNG 저장탱크의 종방향을 따라 단일 또는 복수개의 2차 단열박스가 배치되어 구성되고,
    상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 후방벽 사이의 공간에 형성되는 상기 1차 단열벽은, 상기 LNG 저장탱크의 종방향을 따라 복수개의 1차 단열박스가 배치되어 구성되되,
    상기 1차 단열박스와 상기 2차 단열박스는 교차 배치되는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    서로 이웃하는 상기 1차 단열박스 간의 경계부는 상기 2차 단열박스의 끝단과 어긋나도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
  7. 선미 방향으로 후방 측 상부에 형성되는 리퀴드 돔(liquid dome)을 포함하는 LNG 저장탱크의 단열시스템에 있어서,
    단열벽을 구성하는 구성요소로서, 플라이우드 박스 내부에 단열재가 채워진 형태의 단열박스; 및 폴리우레탄 폼의 상면 및 하면 중 적어도 어느 하나에 플라이우드 또는 섬유강화 플라스틱으로 마련되는 보호판이 부착된 형태의 단열패널을 포함하되,
    상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 전방벽 및 측벽 사이에는, 상기 리퀴드 돔의 둘레 및 상기 LNG 저장탱크의 내벽 가장자리 둘레를 따라 상기 단열박스가 배치되고, 상기 단열박스가 배치되지 않은 공간에 상기 단열패널이 배치됨으로써 단열벽이 형성되고,
    상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 후방벽 사이에는, 상기 단열패널의 배치 없이 상기 단열박스의 조합으로만 단열벽이 형성되는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크의 후방벽과 상기 리퀴드 돔 사이에 형성되는 단열벽은, 적어도 하나 이상의 2차 단열박스와 상기 2차 단열박스의 내측에 배치되는 복수의 1차 단열박스를 포함하고,
    상기 2차 단열박스와 상기 1차 단열박스는 교차 배치되는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 리퀴드 돔과 상기 LNG 저장탱크의 전방벽 및 측벽 사이에 형성되는 단열벽은, 상기 단열박스와 상기 단열패널이 마주하는 경계부에 삽입 배치되는 공간 단열재를 더 포함하고,
    상기 공간 단열재는 상기 단열박스와 상기 단열패널의 중간 강성을 가지는 것을 특징으로 하는,
    LNG 저장탱크의 단열시스템.
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