KR200440011Y1 - Ｌｎｇ 수송선의 저장탱크 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 LNG 수송선의 총중량을 증대시키거나 저장탱크의 개수를 늘리지 않도록 간단한 구성을 가지면서도 액체상태의 LNG가 저장탱크 내에서 유동하면서 야기되는 슬로싱 하중을 충분히 지지할 수 있는 LNG 수송선의 저장탱크 구조를 제공하고자 하는 것으로서, 본 고안에 따르면, 상부 및 하부의 측면 모서리에 형성된 상부 및 하부 메인 챔퍼를 가지며, 단열벽 및 밀봉벽으로 이루어진 LNG 수송선의 저장탱크 구조에 있어서, 상기 저장탱크의 상부면 가장자리에 보조 챔퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 LNG 수송선의 저장탱크 구조가 제공된다.

슬로싱(sloshing), LNG, 저장탱크, 메인 챔퍼, 보조 챔퍼, 밀봉벽, 단열벽

Description

ＬＮＧ 수송선의 저장탱크 구조{STRUCTURES OF A LNG STORAGE TANK}

도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 LNG 수송선의 저장탱크 구조인 GTT NO 96형 저장탱크 구조의 단면도 및 사시도,

도 3 및 도 4는 종래기술에 따른 또 다른 LNG 수송선의 저장탱크 구조인 Mark Ⅲ형 저장탱크 구조의 단면도 및 사시도,

도 5는 종래기술에 따른 LNG 수송선의 저장탱크 외형을 나타내는 사시도,

도 6은 종래기술에 따른 LNG 수송선의 저장탱크 구조를 나타내는 일부 절결 사시도,

도 7은 본 고안에 따른 LNG 수송선의 저장탱크를 횡으로 절단한 상태의 횡단면도,

도 8은 본 고안에 따른 LNG 수송선의 저장탱크를 종으로 절단한 상태의 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

40 : 저장탱크 40a : 상부면

40b : 전방면 40c : 후방면

41 : 상부 메인 챔퍼 42 : 하부 메인 챔퍼

43 : 제1 보조 챔퍼 44 : 제2 보조 챔퍼

본 고안은 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)를 운반하기 위한 LNG 수송선의 저장탱크 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 간단한 구성을 가지면서도 저장탱크 내에서 유동하는 LNG로 인한 슬로싱(sloshing) 하중을 확실하게 지지할 수 있는 LNG 수송선의 저장탱크 구조에 관한 것이다.

근래, 천연가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 캐리어(특히, LNG 수송선)에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG 수송선은, 액화천연가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 액화천연가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다.

LNG 수송선의 내부에 설치되는 LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Tank)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다. 그 중 멤브레인형 저장탱크는 다시 GTT NO 96형과 Mark Ⅲ형으로 나눠지며, 이러한 저장탱크 구조는 미국 특허 제 5,269,247 호, 제 5,501,359 호 등에 기재되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 GTT NO 96형의 저장탱크는, 0.5 ~ 0.7㎜ 두께의 인바(Invar) 강(36% Ni)으로 이루어지는 1차 밀봉벽(10) 및 2차 밀봉벽(15)과, 플라이우드 박스(plywood box) 및 펄라이트(perlite) 등으로 이루어지는 1차 단열벽(11) 및 2차 단열벽(16)이, 선체의 내부표면(1, 2) 상에 번갈아 적층 설치되어 이루어진다.

상기 GTT NO 96형의 경우, 1차 밀봉벽(10) 및 2차 밀봉벽(15)이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 갖고 있어 1차 밀봉벽(10)의 누설시 상당한 기간 동안 2차 밀봉벽(15)만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다. 또한 GTT NO 96형의 밀봉벽(10, 15)은 멤브레인(Membrane)이 직선형이므로 Mark Ⅲ형의 파형 멤브레인보다 용접이 간편하여 자동화율은 높으나, 전체적인 용접장은 Mark Ⅲ형보다 길다. 또한, GTT NO 96형의 경우 단열재 상자(즉, 단열벽, 11, 16)를 지지하기 위해서 더블 커플(Double Couple)(17)을 이용하고 있다.

한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 Mark Ⅲ형의 저장탱크는, 1.2㎜ 두께의 스테인리스강 멤브레인(Membrane)으로 이루어지는 1차 밀봉벽(20) 및 트리플렉스(triplex)로 이루어지는 2차 밀봉벽(25)과, 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 등으로 이루어지는 1차 단열벽(21) 및 2차 단열벽(26)이, 선체의 내부표면(1, 2) 상에 번갈아 적층 설치되어 이루어진다.

Mark Ⅲ형의 경우에 밀봉벽은 파형 주름부를 가지며, 극저온 상태인 LNG에 의한 수축은 파형 주름부에서 흡수하여 멤브레인 내에는 큰 응력이 생기지 않는다. Mark Ⅲ형 방열 시스템은 내부 구조상 보강이 쉽지 않으며 2차 밀봉벽의 특성상 GTT NO 96형의 2차 밀봉벽에 비해 LNG 누수를 방지하는 기능이 약하다.

그런데, 상술한 멤브레인형의 액화천연가스 저장탱크는 구조 특성상 강성이 약하기 때문에 슬로싱(sloshing) 문제에 보다 취약할 수밖에 없다. 슬로싱이란, 선박이 다양한 해상 상태에서 운동할 때 저장탱크 내에 수용된 액체 상태의 물질, 즉 LNG가 유동하는 현상을 말하는 것으로, 슬로싱에 의해 저장탱크의 벽면은 심한 충격을 받게 된다.

이러한 슬로싱 현상은 선박의 운항 중에 필연적으로 발생하므로, 슬로싱에 의한 하중을 견디기 위해 충분한 강도를 가지도록 저장탱크 구조를 설계할 필요가 있다.

도 5 및 도 6에는, LNG의 슬로싱 하중, 특히 선박의 좌우측 방향으로의 슬로싱 하중을 감소시키고자 저장탱크(30)의 측면 상부 및 하부에 대략 45도 각도로 경사진 상부 및 하부 챔퍼(chamfer)(31, 32)를 형성한 저장탱크(30)의 일례가 도시되어 있다.

이와 같이 챔퍼(31, 32)를 갖는 종래의 저장탱크(30)의 경우, 저장탱크의 상부 및 하부에 챔퍼(31, 32)를 형성함으로써 어느 정도의 하중을 견딜 수는 있었지만, LNG 수송선이 점차 대형화됨에 따라 저장탱크(30)의 크기도 대형화되고 슬로싱 하중도 크게 증가되었다.

그에 따라 GTT NO 96형의 경우 저장탱크를 형성하는 각각의 박스 중 저장탱크 상부에 배치되는 박스로서 보강된 박스를 이용하는 방법 등에 의해 증가된 슬로 싱 하중에 대응하였다. 또한 20만㎥ 이상의 대형 LNG 수송선에 있어서 GTT NO 96형이나 보강이 상대적으로 어려운 Mark Ⅲ형의 경우, 용적이 커짐에 따라 슬로싱 하중이 크게 증가되므로 저장탱크의 크기를 늘리지는 못하고 저장탱크의 개수를 증가시키는 방법에 의해 슬로싱 하중이 증가되지 않도록 하였다.

그러나, 상기된 바와 같은, 슬로싱 하중을 감소시키기 위한 여러 가지 노력들 중 저장탱크를 형성하는 박스로서 보강된 박스를 사용하는 방법은, 슬로싱 하중을 감소시키기 위해 저장탱크의 측면 상부 및 하부에 형성한 챔퍼의 크기 역시 저장탱크의 대형화에 비례하여 커지게 되고, 보강된 단열 박스의 수가 많아져 선박의 중량을 증가시키고 보강으로 인한 무게의 증가로 작업성이 현저하게 저하되는 문제가 있었다.

또한 저장탱크의 개수를 늘리는 방법은, LNG 수송선 내에 형성되는 저장탱크의 개수가 많아짐에 따라 저장탱크를 형성하기 위한 비용, 시간 등이 많이 소요될 뿐만 아니라 선박 내의 LNG를 저장할 수 있는 공간을 감소시킨다는 문제가 있었다.

본 고안은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은, LNG 수송선의 총중량을 증대시키거나 저장탱크의 개수를 늘리지 않도록 간단한 구성을 가지면서도 액체상태의 LNG가 저장탱크 내에서 유동하면서 야기되는 슬로싱 하중을 충분히 지지할 수 있는 LNG 수송선의 저장탱크 구조를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따르면, 상부 및 하부의 측면 모서리에 형성된 상부 및 하부 메인 챔퍼를 가지며, 단열벽 및 밀봉벽으로 이루어진 LNG 수송선의 저장탱크 구조에 있어서, 상기 저장탱크의 상부면 가장자리에 보조 챔퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 LNG 수송선의 저장탱크 구조가 제공된다.

여기에서, 상기 보조 챔퍼는 상기 저장탱크의 상부면과의 사이에서 상기 상부 메인 챔퍼가 이루는 각도의 1/3 내지 2/3에 해당하는 각도를 가지는 것이 바람직하다.

상기 보조 챔퍼는, 상기 저장탱크의 상부면과 상기 상부 메인 챔퍼와의 사이에 종방향으로 형성되어 있는 제1 보조 챔퍼를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보조 챔퍼는, 상기 저장탱크의 상부면과 상기 저장탱크의 전방면과의 사이, 그리고 상기 저장탱크의 상부면과 상기 저장탱크의 후방면과의 사이에 각각 횡방향으로 형성되어 있는 제2 보조 챔퍼를 포함할 수 있다.

또한, 상기 보조 챔퍼는, 상기 저장탱크의 상부면, 상기 저장탱크의 전방면 또는 후방면, 그리고 상기 저장탱크의 메인 챔퍼가 만나는 코너 부분에 형성되어 있는 제3 보조 챔퍼를 포함할 수 있다.

상기 보조 챔퍼는, 삼각기둥 형태로 별개로 제작된 후 이미 제작되어 있는 저장탱크의 해당 위치에 설치될 수 있다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 LNG 수송선의 저장탱크 구조를 도 7 및 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 7에는 본 고안에 따른 LNG 수송선의 저장탱크를 횡으로 절단한 상태의 횡단면도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 고안에 따른 LNG 수송선의 저장탱크를 종으로 절단한 상태의 종단면도가 도시되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 LNG 수송선의 저장탱크 구조는, 저장탱크(40) 내부에 수용된 LNG의 슬로싱 하중, 특히 선박의 횡방향, 즉 좌우측 방향으로의 슬로싱 하중을 감소시키고자 저장탱크(40)의 측면 상부 및 하부 모서리에 대략 45도 각도로 경사진 상부 및 하부 메인 챔퍼(chamfer)(41, 42)를 가진다.

저장탱크(40)의 측면 상부에 형성된 상부 메인 챔퍼(41)의 경우에는 저장탱크(40)의 전체 높이의 대략 30% 정도에 해당하는 높이를 가지도록 형성되고, 저장탱크(40)의 측면 하부에 형성된 하부 챔퍼(42)의 경우에는 저장탱크(40)의 전체 높이의 대략 10% 정도에 해당하는 높이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

다만, 본 고안에 따르면, 이들 상부 메인 챔퍼(41) 및 하부 메인 챔퍼(42)의 높이는, 설계시 적절하게 증감될 수 있다.

상부 및 하부 메인 챔퍼(41, 42)를 갖는 저장탱크(40)의 경우, 실제 작용면적/거리에 따른 슬로싱 하중을 검토해 보면, 국부적인 위치에 큰 하중이 작용하고 나머지 위치에는 하중의 크기가 현저히 감소하는 경향을 가진다.

그에 따라 본 고안에 의하면, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 슬로싱 하중이 크게 작용하는 저장탱크(40)의 상단 모서리 부위에 대하여 제1 및 제2 보조 챔퍼(43, 44)를 형성함으로써 슬로싱 하중을 견딜 수 있는 저장탱크가 제작된다.

제1 보조 챔퍼(43)는, 저장탱크를 횡으로 절단한 상태의 횡단면도인 도 7에 도시된 바와 같이, 저장탱크(40)의 상부면(40a)과 상부 메인 챔퍼(41)와의 사이에 종방향으로 형성되어 있다.

제2 보조 챔버(44)는 저장탱크를 종으로 절단한 상태의 종단면도인 도 8에 도시된 바와 같이, 저장탱크(40)의 상부면(40a)과 전방면(40b)과의 사이, 그리고 저장탱크(40)의 상부면(40a)과 후방면(40c)과의 사이에 각각 횡방향으로 형성되어 있다. 도 8에서 볼 때 좌측을 전방, 우측을 후방인 것으로 예시하고 있다.

상기 제1 및 제2 보조 챔퍼(43, 44)는 상부 메인 챔퍼(41) 각도의 대략 1/3 내지 2/3 정도의 각도를 가지는 것이 바람직하고, 대략 절반 정도의 각도, 즉 상부면(40a)으로부터 대략 22.5도 정도의 기울기를 가지는 것이 더욱 바람직하다.

상기 제1 및 제2 보조 챔퍼(43, 44)의 각도가 상부 메인 챔퍼(41) 각도의 대략 1/3 내지 2/3를 벗어나는 정도의 각도를 가지게 되면, 슬로싱 하중을 충분히 견디기 위한 강도를 가질 수 없어 바람직하지 않다.

본 고안에 따르면, 저장탱크(40)의 상부면에 종방향으로 제1 보조 챔퍼(43)만을 형성하여도 슬로싱 하중을 지지할 수 있으나, 설계시 필요에 따라 저장탱크의 상부면에 횡방향으로 제2 보조 챔퍼(44)를 형성할 수도 있다.

또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 설계시 필요에 따라 상기 저장탱크의 상부 코너 부분, 즉 상기 저장탱크의 상부면(40a)과 메인 챔퍼(41)와 전방면(40b) 혹은 후방면(40c) 사이의 꼭지점을 이루는 부분에는 삼각뿔 형상을 가지는 제3 보조 챔퍼가 형성되어도 좋다.

상기 제1 및 제2 보조 챔퍼(43, 44)는 저장탱크(40)를 제작할 때 일체로 형 성될 수도 있지만, 삼각기둥 형태로 별개로 제작된 제1 및 제2 보조 챔퍼를 이미 제작되어 있는 저장탱크의 해당 위치에 설치할 수도 있다. 또한, 상기 제3 보조 챔퍼(도시생략) 역시 저장탱크(40)를 제작할 때 일체로 형성될 수도 있지만, 삼각뿔 형태로 별개로 제작된 제3 보조 챔퍼를 이미 제작되어 있는 저장탱크의 해당 위치에 설치할 수도 있음은 물론이다.

이상 상술한 바와 같이 본 고안에 따르면, 저장탱크의 상부면 모서리 부분을 따라 제1 및 제2 보조 챔퍼를 형성함으로써, 보강된 박스나 격벽 혹은 보강 프레임 등의 추가적인 보강 구조물을 사용하지 않으면서도 슬로싱 하중을 충분히 지탱할 수 있는 LNG 수송선의 저장탱크 구조가 제공될 수 있다.

그에 따라, 선박의 총중량이 크게 증가되지 않고도 슬로싱으로 인한 문제가 해결될 수 있으며, 보강을 위한 무거운 구조물을 사용하는 것에 비해 작업자의 작업효율 및 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 슬로싱 하중이 큰 선박이나 저장탱크의 부피가 큰 선박의 개발 및 제작에 보다 유리한 저장탱크 구조가 제공될 수 있다.

이상과 같이 본 고안에 따른 저장탱크 구조를, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 고안은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같은 본 고안에 의하면, LNG 수송선의 총중량을 증대시키거나 저장탱크의 개수를 늘리지 않도록 간단한 구성을 가지면서도 액체상태의 LNG가 저장탱크 내에서 유동하면서 야기되는 슬로싱 하중을 충분히 지지할 수 있는 LNG 수송선의 저장탱크 구조가 제공된다.

Claims (6)

1. 상부 및 하부의 측면 모서리에 형성된 상부 및 하부 메인 챔퍼를 가지며, 단열벽 및 밀봉벽으로 이루어진 LNG 수송선의 저장탱크 구조에 있어서,

   상기 저장탱크의 상부면 가장자리에 보조 챔퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 LNG 수송선의 저장탱크 구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 보조 챔퍼는 상기 저장탱크의 상부면과의 사이에서 상기 상부 메인 챔퍼가 이루는 각도의 1/3 내지 2/3에 해당하는 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 LNG 수송선의 저장탱크 구조.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 보조 챔퍼는, 상기 저장탱크의 상부면과 상기 상부 메인 챔퍼와의 사이에 종방향으로 형성되어 있는 제1 보조 챔퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 수송선의 저장탱크 구조.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 보조 챔퍼는, 상기 저장탱크의 상부면과 상기 저장탱크의 전방면과의 사이, 그리고 상기 저장탱크의 상부면과 상기 저장탱크의 후방면과의 사이에 각각 횡방향으로 형성되어 있는 제2 보조 챔퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 수송선의 저장탱크 구조.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 보조 챔퍼는, 상기 저장탱크의 상부면, 상기 저장탱크의 전방면 또는 후방면, 그리고 상기 저장탱크의 메인 챔퍼가 만나는 코너 부분에 형성되어 있는 제3 보조 챔퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 수송선의 저장탱크 구조.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 보조 챔퍼는, 삼각기둥이나 삼각뿔 형태로 별개로 제작된 후 이미 제작되어 있는 저장탱크의 해당 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 수송선의 저장탱크 구조.

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