KR20090063318A - 부유식 해상구조물의 ｌｎｇ 저장탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 FSRU (Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크에 관한 것으로서, LNG가 부분적으로 적재된 상태에서도 슬로싱(sloshing)의 발생을 최소화할 수 있는, 부유식 해상구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크로서, LNG가 부분적으로 적재된 상태에서도 슬로싱의 발생을 최소화할 수 있도록 상기 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크가 제공된다.

부유식 해상구조물, LNG 저장탱크, 슬로싱, 돌출부, 챔퍼

Description

부유식 해상구조물의 ＬＮＧ 저장탱크{LNG STORAGE TANK FOR A FLOATING STRUCTURE}

본 발명은 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 FSRU (Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크에 관한 것으로서, LNG가 부분적으로 적재된 상태에서도 슬로싱(sloshing)의 발생을 최소화할 수 있는, 부유식 해상구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크에 관한 것이다.

천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 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.

LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선은, 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.

상술한 LNG 저장탱크는 해상에서 사용되는 것이기 때문에 슬로싱(sloshing) 문제가 필연적으로 발생할 수밖에 없다. 슬로싱이란, 선박이 다양한 해상 상태에서 운동할 때 저장탱크 내에 수용된 액체 상태의 물질, 즉 LNG가 유동하는 현상을 말하는 것으로, 슬로싱에 의해 LNG 저장탱크의 벽면은 심한 충격을 받게 된다.

LNG 저장탱크 내부에 LNG가 대략 30 ~ 50% 정도 부분적으로 적재되어 있을 때 슬로싱에 의한 하중이 가장 크게 작용하기 때문에, LNG 수송선의 경우에는 이러한 부분 적재 상태를 피할 수 있도록 인위적으로 LNG를 저장탱크 내에 가득 채우거나 완전히 비운 상태에서 운항하도록 하고 있었다.

그런데, 최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하면서, 이러한 부유식 해상 구조물에 설치된 LNG 저장탱크에 있어서도 슬로싱 문제를 해결할 것이 요구되었다.

LNG FPSO는, 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 LNG 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. 또 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 LNG 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

따라서 이러한 부유식 해상 구조물에 설치된 LNG 저장탱크의 경우에는, LNG 수송선의 LNG 저장탱크와는 달리, 저장되는 LNG의 양을 임의로 조절할 수 없으므로, 상술한 바와 같이 슬로싱에 의한 하중이 가장 크게 작용하는 부분 적재 상태를 피할 수 없게 된다.

도 1 및 도 2에는, LNG의 슬로싱 하중, 특히 좌우측 방향으로의 슬로싱 하중을 감소시키고자 LNG 저장탱크(10)의 측면 상부 및 하부에 대략 45도 각도로 경사진 상부 및 하부 챔퍼(chamfer)(11, 12)를 형성한 LNG 저장탱크(10)의 일례가 도시되어 있다.

또한, 도시하지는 않았지만, 슬로싱 하중을 감소시키기 위한 또 다른 방법으로서 LNG 저장탱크의 내부에 격벽을 설치하여 하나의 LNG 저장탱크의 내부 공간을 여러 개의 공간으로 분할하는 방법도 사용되고 있다.

부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크는, 상술한 LNG 수송선의 LNG 저장탱크와 마찬가지로, 독립탱크형(Independent Tank)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다.

그런데, 독립탱크형 LNG 저장탱크의 경우에는 고가의 합금을 사용하고 있었기 때문에 격벽을 설치할 경우 제조비가 증가하는 문제가 있었고, 멤브레인형 LNG 저장탱크의 경우에는 구조상 격벽의 설치가 불가능하기 때문에 슬로싱 하중 감소를 위해 크기가 작은 탱크를 여러 개 사용할 수밖에 없다는 문제가 있었다.

이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, LNG FPSO나 LNG FSRU와 같은 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에, 돌출부를 형성함으로써, LNG가 부분적으로 적재된 상태에서도 슬로싱의 발생을 최소화할 수 있도록 한, 부유식 해상 구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크로서, LNG가 부분적으로 적재된 상태에서도 슬로싱의 발생을 최소화할 수 있도록 상기 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크가 제공된다.

상기 돌출부는 상기 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에서 상기 LNG 저장탱크의 길이방향을 따라서 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 돌출부는 상기 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에서 상기 LNG 저장탱크의 폭방향을 따라서 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 돌출부는 상기 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에서 상기 LNG 저장탱크의 길이방향 및 폭방향을 따라서 연장되어 십자형을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 LNG 저장탱크는, 측면 상부 및 하부 모서리 부분이 경사지게 형성된 상부 및 하부 챔퍼를 가지는 것이 바람직하다.

상기 돌출부는, 상단 모서리 부분이 경사지게 형성된 상단 경사면을 가지는 것이 바람직하다.

상기 돌출부는, 바닥면과 연결되는 하단 부분이 경사지게 형성된 하부 보조 챔퍼를 가지는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, LNG FPSO나 LNG FSRU와 같은 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에, 돌출부를 형성함으로써, LNG가 부분적으로 적재된 상태에서도 슬로싱의 발생을 최소화할 수 있도록 한, 부유식 해상 구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크가 제공될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 부유식 해상구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크를 횡으로 절단한 상태의 횡단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 상기 LNG 저장탱크를 수평으로 절단하여 위에서 본 평면도가 도시되어 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크(20)는, 내부에 수용된 LNG의 슬로싱 하중을 감소시키기 위해서, 저장탱크 내부의 바닥에 볼록하게 돌출 형성된 돌출부(23)를 포함한다. 이 돌출부(23)는 저장탱크의 내부에 설치되는 격벽과는 달리 저장탱크(20)의 외형을 변형시킴으로써 저장탱크의 형상 자체를 변형시켜 만들어진다.

돌출부(23)가 형성되는 저장탱크로서는, 독립탱크형 저장탱크, 멤브레인형 저장탱크를 비롯하여 LNG 를 저장할 수 있다면 어떠한 종류의 것이라도 좋다.

또, 본 발명에 따른 LNG 저장탱크(20)는, 내부에 수용된 LNG의 슬로싱 하중을 감소시키기 위해서, 저장탱크(20)의 측면 상부 및 하부 모서리에 대략 45도 각도로 경사지도록 형성된 상부 및 하부 챔퍼(chamfer)(21, 22)를 더 포함할 수 있다.

저장탱크(20)의 측면 상부에 형성된 상부 챔퍼(21)의 경우에는 저장탱크(20)의 전체 높이의 대략 30% 정도에 해당하는 높이를 가지도록 형성되고, 저장탱크(20)의 측면 하부에 형성된 하부 챔퍼(22)의 경우에는 저장탱크(20)의 전체 높이의 대략 10% 정도에 해당하는 높이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명에 따르면, 이들 상부 챔퍼(21) 및 하부 챔퍼(22)의 높이는 설계시 적절하게 증감될 수 있으며, 챔퍼를 전혀 형성하지 않을 수도 있다.

한편, LNG 저장탱크(20)의 내부에 볼록하게 형성되는 돌출부(23)의 높이는, LNG 저장탱크(20)의 크기, 운용될 해상의 조건 등에 따라 설계시 변동될 수 있는데, 전체 탱크 높이의 5 ~ 95%의 범위 내에서 정해질 수 있다.

특히, LNG 저장탱크 내부에 LNG가 대략 30 ~ 50% 정도 부분적으로 적재되어 있을 때 슬로싱에 의한 하중이 가장 크게 작용하기 때문에, 돌출부(23)의 높이는 이때의 슬로싱 하중을 감소시키기에 가장 효율적인 높이로 정해지는 것이 바람직하다.

즉, 돌출부(23)의 높이는, 슬로싱 하중을 효과적으로 감소시킬 수만 있다면, 설계시 어떠한 높이를 가지도록 설계될 수 있음은 물론이다.

돌출부(23)는 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이 평면에서 볼 때 십자형으로, 즉 LNG 저장탱크(20)의 길이방향 및 폭방향을 따라서 연장되도록 배치될 수 있지만, 그것만으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 4에는 돌출부(23)가 길이방향 중심 및 폭방향 중심을 따라 각각 1열로 형성된 것으로 도시하고 있지만, 그 설치 위치나 설치 개수에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 돌출부(23)는, 도 5에 도시된 바와 같이 LNG 저장탱크(20)의 길이방향만을 따라서 혹은 도시하지는 않았지만 LNG 저장탱크의 폭방향만을 따라서 연장되도록 배치될 수 있다.

LNG 저장탱크(20)의 길이방향 및 폭방향을 따라서 연장되는 돌출부(23)는 불연속되는 부분, 즉 불연속부(24)를 가지는 것이 바람직하다. 이 불연속부(24)의 바닥 높이는 돌출부(23)가 형성되지 않은 LNG 저장탱크의 바닥 높이와 동일하다.

LNG 저장탱크(20)의 바닥에는 저장된 LNG를 탱크 외부로 배출시키기 위한 펌프(도시 생략)가 설치되는데, 돌출부(23)에 불연속부(24)가 형성되어 있지 않다면 하나의 펌프로 모든 LNG를 배출시킬 수 없기 때문에 바람직하지 않다.

도 6에는 본 발명의 변형예에 따른 돌출부(33)가 도시되어 있다. 도 6의 돌출부(33)는, 도 3 내지 도 5에 도시된 대략 직사각형 단면 형상을 갖는 돌출부(23)와는 달리, 모서리 부분이 경사지게 형성된 단면 형상을 가지도록 변형되어 있다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 변형예에 따른 돌출부(33)는, 상단 모서리 부분이 대 략 45도로 경사지게 형성된 상단 경사면(35)과, 바닥면과 연결되는 하단 부분이 대략 45도로 경사지게 형성된 하부 보조 챔퍼(36)를 포함한다.

한편, 본 발명에 따르면, 도 6에 도시된 형상 이외에도, 상단 모서리 부분과 하단 부분이 둥글게 라운드 처리되거나, 전체적인 단면형상이 대략 삼각형을 이루도록 변형 실시되어도 좋다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, LNG 저장탱크의 내부에 별도의 격벽 부재를 추가로 설치하는 것이 아니라, LNG 저장탱크의 외형 자체를 변형시킴으로써 돌출부를 형성하는 것이다. 그러므로, LNG 저장탱크의 외형을 이루는 금속 구조물이 강도를 향상시키는 역할을 수행할 수 있어, LNG 저장탱크의 내부에 격벽을 설치하는 것에 비해 더욱 강한 구조를 이룰 수 있다.

또한, 본 발명의 돌출부에 의하면, LNG 저장탱크 내부에서 유동하는 LNG의 유동을 방해함으로써 슬로싱의 발생을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 결과적으로 슬로싱에 의한 하중의 크기가 감소된다.

결국, 본 발명에 따르면, 크기가 작은 저장탱크를 여러 개 사용하는 방법이나 저장탱크의 내부에 보강용 격벽을 설치하는 방법에 비해, 저렴한 비용으로 슬로싱 발생을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

또한, LNG 저장탱크의 형상이 변경되는 것이므로, 격벽을 설치할 때와는 달리, 종래의 LNG 저장탱크에서 사용되는 제조방법이나 각종 장비 등이 그대로 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 돌출부는 FPSO 혹은 FSRU와 같은 부유식 해상구조물뿐만 아 니라 LNG 수송선의 내부에 설치되는 LNG 저장탱크 등 슬로싱이 일어날 수 있는 모든 LNG 저장탱크에 적용될 수 있음은 물론이다.

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

도 1은 종래기술에 따른 LNG 저장탱크의 외형을 나타내는 사시도,

도 2는 종래기술에 따른 LNG 저장탱크의 일부 절결 사시도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 부유식 해상 구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크를 횡으로 절단한 상태의 횡단면도,

도 4는 상기 LNG 저장탱크를 수평으로 절단하여 위에서 본 평면도,

도 5 및 도 6은 본 발명의 변형 실시예에 따른, 부유식 해상 구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크를 횡으로 절단한 상태의 횡단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : LNG 저장탱크 21 : 상부 챔퍼

22 : 하부 챔퍼 23, 33 : 돌출부

24 : 불연속부 35 : 상단 경사면

36 : 하부 보조 챔퍼

Claims (7)

1. 부유식 해상 구조물 내에 설치되어 LNG를 저장할 수 있는 LNG 저장탱크로서,

   LNG가 부분적으로 적재된 상태에서도 슬로싱의 발생을 최소화할 수 있도록 상기 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 돌출부는 상기 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에서 상기 LNG 저장탱크의 길이방향을 따라서 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 돌출부는 상기 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에서 상기 LNG 저장탱크의 폭방향을 따라서 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 돌출부는 상기 LNG 저장탱크의 내부 바닥표면에서 상기 LNG 저장탱크의 길이방향 및 폭방향을 따라서 연장되어 십자형을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물 내에 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 LNG 저장탱크는, 측면 상부 및 하부 모서리 부분이 경사지게 형성된 상부 및 하부 챔퍼를 가지는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 돌출부는, 상단 모서리 부분이 경사지게 형성된 상단 경사면을 가지는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 돌출부는, 바닥면과 연결되는 하단 부분이 경사지게 형성된 하부 보조 챔퍼를 가지는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 LNG 저장탱크.

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