KR20020018706A - 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조 - Google Patents
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Abstract
폴리이소시아누레이트폼으로 적어도 반(1/2) 원통형으로 제작되어 저온 물질이 이송되는 파이프 외주면에 순차적으로 결합되는 내부단열층(120), 중간단열층(130), 외부단열층(140)을 포함하는 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조에 있어서, 상기 내부단열층(120)과 중간단열층(130)의 접합부(150)는 계단형으로 이루어지며, 상기 외부단열층(140)의 접합부에는 접합틈새(200)가 형성되고 이 접합틈새에 폴리우레탄 원액을 주입, 현장발포하여 접착하는 것을 특징으로 하는 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조가 개시된다. 본 발명에 따르면, 외부로부터 공기와 수증기의 유입이 완전히 차단되어 단열재 내부에서의 수증기의 결빙 및 그로 인한 단열재의 박리와 같은 문제점이 발생하지 않는다.
Description
본 발명은 저온 물질 이송용 배관의 보냉(保冷) 단열재 구조에 관한 것으로서, 구체적으로는 LNG, LPG, LEG와 같은 저온 액화 가스를 이송하는 파이프를 감싸서 외부 공기와 차단시킴으로써 파이프 내부 물질에 대한 보냉을 유지하는 단열재 구조에 관한 것이다.
LNG, LPG, LEG와 같은 액화 가스는 예를 들어 선박에서 비축기지의 탱크로 이송되어 저장된 후 공급라인의 파이프를 통해 각 소비지역으로 공급된다. 이 때, 상기 배관 파이프를 통해 이송되는 액화 가스의 온도는 초저온으로서 매우 낮은데, 만약 장거리에 걸친 이송 도중에 외부 공기의 온도로 인해 그 온도가 상승하게 되면 파이프 내부에서 액화 가스의 기화가 일어나 제대로 이송이 되지 않을 뿐만 아니라 내부 압력의 팽창으로 파이프에 손상이 생겨 치명적인 사고를 초래할 수 있다.
이러한 점을 감안하여 상기 배관 파이프에 단열재를 감싸서 외부공기와 차단되도록 하고 있는데 그러한 종래 단열재 구조의 일 예가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.
도면들을 참조하면, 상기 단열재 구조는 저온 물질이 이송되는 이송용 파이프(10)의 외주면에 1차적으로 결합되는 내부단열층(20)와, 상기 내부단열층(20) 위에 순차적으로 결합되는 중간단열층(30) 및 외부단열층(40)을 포함한다. 상기 내부(20), 중간(30), 외부단열층(30)은 모두 폴리이소시아누레이트 (polyisocyanurate; 이하 'PIR'이라 함) 포옴(foam)을 반(1/2)원통형 또는 1/4 원통형으로 가공 제작하여 실런트(sealant)(50)로 접착시킨다.
내부단열층(20) 및 중간단열층(30) 위에는 유리섬유 보강 테이프(21)(31)가 권선되어 이들을 견고하게 지지하도록 되어 있다. 또한, 수분침투를 막기위해 상기 중간단열층(30)위에는 2차증기차단막(60)으로서 마닐라 호일을, 외부단열층(40)위에는 약 30%의 고형분과 약 70%의 휘발성분으로 이루어진 매스틱(mastic)으로 1차 증기차단막(70)이 씌워진다. 상기 증기차단막(70) 위에는 다시 금속보호막으로 스테인레스 스틸 등으로 된 재킷층(80)이 도포되고, 재킷층(80) 위에는 역시 스테인레스 스틸로 이루어진 테이프(90)를 밴딩하여 마무리한다.
도 3은 종래의 보냉 단열재 구조의 측단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 저온 물질을 이송하는 파이프(10) 위에 순차적으로 결합된 내부단열층(20), 중간단열층(30) 및 외부단열층(40)은 수축연결부(100)에 의해 종방향으로 연결되어 있다. 즉, 배관 내부에 저온의 액화가스가 유동할 때와 유동하지 않을 때의 온도차이로 PIR단열재가 길이방향으로 수축 및 팽창하면서 이로 인해 치수 오차 및 뒤틀림 등이 발생할 수 있으므로 이렇게 각 단열층의 수축 및 팽창을 유연하게 흡수하기 위해 수축연결부(100)가 개재된다. 구체적으로 내부단열층(20)에는 최대 매 6m 간격마다 100mm의 두께로, 중간단열층(30)과 외부단열층(40)에는 최대 매 6m마다 50mm의 두께로 글라스 울(glass wool)(100)을 채워 넣으며 외부단열층(40) 부분에는 증기차단을 위해 부틸고무재(미도시)로 커버한다.
그런데, 상기와 같은 종래의 보냉 단열재 구조에 있어서는, 내부단열층(20), 중간단열층(30) 및 외부단열층(40)의 실런트(50) 접합부가 일자형으로 되어 있어외부공기 및 수증기가 이 접합부 틈새로 유입될 우려가 있다. 더욱이, 수축연결부(100)는 전술한 바와 같이 글라스 울을 채워 팽창시킴으로써 공간을 메우는데 그 신뢰성이 떨어져 이를 통한 공기유입의 가능성은 더욱 높다. 나아가, 상기 1차 증기차단막은 약 30%의 고형분과 70%의 휘발성분으로 이루어진 매스틱(mastic)을 사용하게 되는데, 이러한 매스틱은 일정 두께로 도포하는 것이 어렵고 수증기를 완전히 차단할 수 없어 이를 통한 수증기의 유입을 완전히 막지는 못한다.
위와 같이 유입된 외부공기와 수증기는 액화가스의 낮은 온도로 인해 단열재 내부에서 결빙되고 이로 인해 단열재의 단열효율은 저하된다. 더욱이, 이러한 결빙은 종국적으로 단열재의 손상 및 파괴를 초래하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 외부로부터의 공기 및 수증기의 유입을 완전히 차단할 수 있도록 구조가 개선된 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 배관의 보냉 단열재 구조를 도시한 일부 절개 사시도.
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도.
도 3은 종래 배관에서 수축연결부의 보냉단열재에 대한 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 배관의 보냉 단열재 구조를 도시한 일부 절개 사시도.
도 5는 도 4의 V-V선에 따른 단면도.
도 6은 본 고안에 따른 수축연결부의 보냉단열재에 대한 측단면도.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10,110..파이프 20,120..내부단열층
30,130..중간단열층 40,140..외부단열층
21,31,121,131..유리섬유 보강 테이프 100,300..글라스울
160..제1증기차단막 170..제2증기차단막
180..재킷층
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조는, PIR 포옴으로 적어도 반(1/2) 원통형으로 제작되어 저온 물질이 이송되는 파이프 외주면에 순차적으로 결합되는 내부단열층, 중간단열층, 외부단열층을 포함하는 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조에 있어서,상기 내부단열층과 중간단열층의 접합부는 계단형으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부단열층의 접합부에는 접합틈새가 형성되고 이 접합틈새에 폴리우레탄 폼이 주입되어 경화되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 중간단열층과 외부단열층 사이에는 제1 증기차단막이 개재되고, 이 제1 증기차단막은 양면이 폴리에틸렌으로 코팅된 알루미늄 박판으로 이루어진다.
더욱 바람직하게, 상기 외부단열층 위에는 제2 증기차단막이 결합되며, 이 제2 증기차단막은 폴리에스터 수지에 글라스 매트(glass mat) 및 야안천(yarn cloth)을 함침시킨 FRP를 도포하고 경화시킴으로서 제조된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, PIR 포옴으로 적어도 반(1/2) 원통형으로 제작되어 저온 물질이 이송되는 파이프 외주면에 순차적으로 결합되는 내부단열층, 중간단열층, 외부단열층을 포함하는 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조에 있어서, 상기 내부단열층과 중간단열층에는 길이방향으로 수축연결부가 구비되며, 이 수축연결부는 소정 틈새에 글라스 울이 충진됨으로써 이루어지는 반면, 상기 외부단열층에는 수축연결부가 형성되지 않는 보냉 단열재 구조가 제공된다.
이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조를 도시한 것이다. 도면들을 참조하면, 본 발명의 보냉 단열재 구조는 이송용 파이프(110)의 외주면에 순차적으로 결합되는 내부단열층(120), 중간단열층(130) 및 외부단열층(140)을 포함한다.
상기 단열층들은 전술한 바와 같은 PIR 포옴으로 이루어진 것으로서 반(1/2)원통형으로 가공 제작된 뒤 서로 맞붙여 결합된다. 본 실시예에서는 반 원통형으로 제작되어 결합되었으나 이것에 한정되지 않으며 적어도 두 부분이상 즉 1/3 원통형, 1/4 원통형으로도 제작가능하다.
본 발명의 특징에 따르면, 상기 내부단열층(120)과 중간단열층(130)의 접합부(150)는 계단모양을 이루고 있다. 이러한 계단 접합부(150)는 종래의 일자형 접합부(도 1의 50 참조)에 비해 기밀성이 우수하여 외부 공기가 유입될 가능성이 최소화된다. 상기 계단 접합부(150)는 바람직하게 조인트 실란트로 접착된다. 이어서, 상기 결합된 내부단열층(120) 위에는 유리섬유 보강 테이프(121), 바람직하게 3M사의 898을 사용하여 권선시켜 더욱 단단하게 지지되도록 한다.
상기 내부단열층(120) 위에는 다시 동일한 재질의 중간단열층(130)이 역시 동일한 구조로 결합된다. 이때, 중간단열층(130)의 계단 접합부는 내부단열층(120)의 계단 접합부와 서로 다른 지점에 위치하도록 결합되어 기밀성을 더욱 높이는 것이 바람직하다. 중간단열층(130) 위에는 전술한 바와 동일한 유리섬유 보강 테이프(131)가 권선된다.
상기 중간단열층(130)과 외부단열층(140) 사이에는 제1 증기차단막(160)이 개재된다. 상기 제1 증기차단막(160)은 양면이 폴리에틸렌으로 코팅된 알루미늄 박판으로서 그 내면에 접착제가 도포되어 점착성을 가지므로 중간단열층(130)과 완전히 밀착된다.
상기 제1 증기차단막(160)이 결합된 후에는 그 위에 다시 전술한 바와 동일한 유리섬유 보강 테이프(131)가 권선된다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 외부단열층(140)은 계단식 접합부를 가지는 것이 아니라 그 사이에 약 20mm 정도의 접합틈새(200)가 형성되고, 이 접합틈새(200)에 폴리우레탄 원액을 주입, 현장 발포하여 접합한다. 이러한 폴리우레탄 폼은 예를 들어, 화인텍사의 FINEpol-240과 같이 40-50kg/m3의 밀도를 가지는 것이 바람직하다. 폴리우레탄 원액의 주입은 현장에서 시공시 직접 이루어져 접합부를 보다 확실하게 밀폐시키도록 하며, 약 20mm 정도의 간격 유지를 위해 별도의 스페이서가 채용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 폴리우레탄 원액 주입시에 폼이 주위로 흐르거나 번지는 것을 방지하기 위해 상기 접합틈새(200)에 메탈라이즈드 폴리에스터(metalized polyester) 테이프(201)를 부착한 다음 그 공간 내부에 폴리우레탄 원액을 주입한 뒤, 경화가 끝나면 이 테이프(201)를 제거한다.
상기 외부단열층(200) 위에는 제2 증기차단막(170)이 도포된다. 상기 제2 증기차단막(170)은 폴리에스터 수지에 글라스 매트(glass mat) 및 야안천(yarn cloth)을 함침시킨 FRP(Fiber Reinforce Plastic)을 도포하고 경화시킴으로서 제조되는데, 예를 들어 세원화성(주)의 Polystar R-235SE 폴리에스터 수지와, 한국오웬스코닝(주)의 CM300-104 글라스 매트와, 강남정공의 KN2100S 야안천을 사용하여 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 제2 증기차단막(170)은 그 투습계수가 거의 제로를 나타내 수증기의 유입을 완전히 차단한다. 상기 제2 증기차단막(170)과 동일한 재료는 전술한 접합틈새(200)에 폴리우레탄 원액이 주입 및 경화된 후 이 부분을 실링하도록 부분적으로 도포한다.
상기 제2 증기차단막(170) 위에는 다시 스테인레스 스틸로 이루어진 재킷층(180)이 결합되며, 이것은 그 위에 권선되는 스테인레스 스틸 밴드(190)에 의해 견고하게 결합 지지된다. 또한, 상기 재킷층(180)의 표면 접합부분은 금속 실런트로 접합되어 실링됨으로써 공기의 유입이 차단되도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보냉 단열재 구조의 측단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 내부단열층(120)과 중간단열층(130)에는 길이방향으로 수축연결부(300)가 구비되는데, 내부단열층은 최대 6m마다 100mm의 틈새를 두고 이 틈새에 글라스 울이 충진되며 중간단열층은 최대 6m마다 50mm의 틈새를 두고 이 틈새에 글라스 울이 충진됨으로서 수축연결부를 구성한다. 바람직하게, 상기 내부단열층(120)과 중간단열층(130)의 수축연결부(300)의 간격은 약 150mm가 적당하다.
또한, 외부단열층(140)에는 수축연결부가 마련되지 않는데 그 이유는 외부단열층(140)이 파이프(110)를 통해 흐르는 액화가스의 온도 영향을 거의 받지 않는다는 점을 본 발명자가 발견했기 때문이다. 구체적으로 아래 표1은 본 발명의 단열재로 사용된 PIR의 한쪽면을 -192℃의 액체질소와 접하도록 하고 다른 면은 상온(30℃)으로 유지시킨 뒤 PIR의 두께에 따른 온도를 측정한 결과이다.
| 액체질소로부터의 거리(mm) | 측정된 온도(℃) |
| 10 | -174.6 |
| 20 | -157.6 |
| 40 | -122 |
| 60 | -105 |
| 80 | -92 |
| 100 | -75 |
| 120 | -54.6 |
| 140 | -32 |
| 160 | -21.7 |
| 180 | 16.2 |
| 190 | 27.2 |
표로부터 알 수 있듯이, 만약 내부단열층(120), 중간단열층(130) 및 외부단열층(140)의 두께가 각각 50mm, 100mm, 50mm인 경우에 외부단열층(140)에서는 온도편차가 거의 없으므로 별도의 수축연결부를 구비하지 않아도 된다. 따라서, 본 발명에서와 같이 외부단열층(140)에 별도의 수축연결부를 두지 않음으로써 공기와 수증기가 유입될 여지를 완전히 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 각 단열층의 접합부분이 계단형을 이루고 있고, 양면이 폴리에틸렌으로 도포된 알루미늄 박판의 제1 증기차단막(160)을 채용하고, 외부단열층(140)에 폴리우레탄 원액을 주입하는 동시에, 제2 증기차단막(170)으로서 투습계수율이 0인 FRP를 사용함으로써, 외부로부터 배관내부로 공기나 수증기가 유입되는 것을 차단할 수 있고, 이로 인해 종래 보냉 단열재 구조에서 문제시 되었던 결빙이나 단열재의 박리 및 손상, 파괴 등을 방지할 수 있다.
Claims (6)
- 폴리이소시아누레이트로 적어도 반(1/2) 원통형으로 제작되어 저온 물질이 이송되는 파이프 외주면에 순차적으로 결합되는 내부단열층(120), 중간단열층(130), 외부단열층(140)을 포함하는 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조에 있어서,상기 내부단열층(120)과 중간단열층(130)의 접합부(150)는 계단형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조.
- 제1항에 있어서, 상기 외부단열층(140)의 접합부에는 접합틈새(200)가 형성되고 이 접합틈새에 폴리우레탄 원액을 주입, 현장발포하여 접착하여 된 것을 특징으로 하는 보냉 단열재 구조.
- 제2항에 있어서, 상기 중간단열층(130)과 외부단열층(140) 사이에는 제1 증기차단막(160)이 개재되고, 이 제1 증기차단막(160)은 양면이 폴리에틸렌으로 코팅된 것으로 내면이 점착성이 있는 알루미늄 박판으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 보냉 단열재 구조.
- 제3항에 있어서, 상기 외부단열층(140) 위에는 제2 증기차단막(170)이 결합되며, 이 제2 증기차단막(170)은 폴리에스터 수지에 글라스 매트(glass mat) 및 야안천(yarn cloth)을 함침시킨 FRP를 도포하고 경화시킴으로서 제조된 것을 특징으로 하는 보냉 단열재 구조.
- 폴리이소시아누레이트로 적어도 반(1/2) 원통형으로 제작되어 저온 물질이 이송되는 파이프 외주면에 순차적으로 결합되는 내부단열층(120), 중간단열층(130), 외부단열층(140)을 포함하는 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조에 있어서,상기 내부단열층(120)과 중간단열층(130)에는 길이방향으로 수축연결부(300)가 구비되며, 이 수축연결부는 소정 틈새에 글라스 울이 충진됨으로써 이루어지는 반면, 상기 외부단열층(140)에는 수축연결부가 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 저온 물질 이송용 배관의 보냉 단열재 구조.
- 제 5항에 있어서, 상기 내부단열층은 최대 6m마다 100mm의 틈새를 두고 이 틈새에 글라스 울이 충진되며, 상기 중간단열층은 최대 6m마다 50mm의 틈새를 두고 이 틈새에 글라스 울이 충진된 것을 특징으로 하는 보냉 단열재 구조.
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