KR20120000143A - 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 연장되도록 배치되는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 해상에서 부유된 채 사용되는 해양 구조물로서, 선체의 좌현 측에서 선체의 길이방향을 따라 연장되도록 설치되는 좌현 밸러스트 탱크와; 선체의 우현 측에서 선체의 길이방향을 따라 연장되도록 설치되는 우현 밸러스트 탱크와; 선체의 폭방향 중앙에서 선체의 길이방향을 따라 연장되도록 설치되는 중앙 밸러스트 탱크; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물이 제공된다.

Description

중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물{MARINE STRUCTURE HAVING A CENTER BALLAST TANK}

본 발명은 선체의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 연장되도록 배치되는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물에 관한 것이다.

천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 LNG나 LPG와 같은 액화가스의 상태로 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 Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다.

독립탱크형 저장탱크에는 SPB 타입이나 Moss 타입의 저장탱크가 있는데, 이러한 타입의 저장탱크는 다량의 비철금속을 주재료로 사용하기 때문에 저장탱크 제조비용이 대폭 증가한다. 현재 LNG 저장탱크로는 멤브레인형 저장탱크가 가장 많이 사용되고 있으며, 멤브레인형 저장탱크는 가격이 상대적으로 저렴하고, 오랜 기간동안 안전상의 문제가 야기되지 않고 LNG 저장탱크 분야에 적용되어 온 검증된 기술이다.

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. 또한, MOSS형의 독립형 저장탱크의 구조는 대한민국 특허 제 10-15063 호 등에 기재되어 있고, SPB형의 독립형 저장탱크의 구조는 대한민국 특허 제 10-305513 호 등에 기재되어 있다.

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 LNG등의 액화가스가 유동하는 현상을 말하는 것으로, 슬로싱에 의해 저장탱크의 벽면은 심한 충격을 받게 된다.

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

특히, 최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상 플랜트, 즉 해양 구조물에 대한 수요가 점차 증가하면서, 이러한 해양 구조물에 설치된 저장탱크에 있어서도 슬로싱 문제와 상부 구조물의 하중 문제를 해결할 것이 요구되었다.

LNG FPSO는, 천연가스를 해상에서 직접 생산 및 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨 싣기 위해 사용되는 해양 구조물이다. 또 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 해양 구조물이다.

LNG FPSO나 LNG FSRU 등과 같이 상부에 각종 설비가 설치된 해양 구조물의 경우, 선체 내에 설치되는 저장탱크의 구조 및 강도를 고려하여, 상부 구조물의 배치에 많은 제약이 따른다는 문제가 있었다.

그에 따라, 해상에서의 동요로 인한 슬로싱을 감소시킬 수 있으며, 상부 구조물의 하중을 적절하게 지지할 수 있는 동시에, 상부 구조물의 배치를 위한 공간 및 액화가스의 저장용량을 증대시킬 수 있는 해양 구조물에 대한 연구가 계속될 필요가 있다.

이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 선체의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 연장되도록 중앙 밸러스트 탱크를 설치함으로써 선체의 요동을 감소시키고 화물의 선하적시 일정 흘수를 유지할 수 있는 해양 구조물을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 해상에서 부유된 채 사용되는 해양 구조물로서, 상기 선체의 내부공간을 구분할 수 있도록 길이방향 및 폭방향을 따라 설치되는 구획 구조물과; 선체의 좌현 측에서 선체의 길이방향을 따라 연장되도록 설치되는 좌현 밸러스트 탱크와; 선체의 우현 측에서 선체의 길이방향을 따라 연장되도록 설치되는 우현 밸러스트 탱크와; 선체의 폭방향 중앙에서 선체의 길이방향을 따라 연장되도록 설치되는 중앙 밸러스트 탱크; 를 포함하며, 상기 중앙 밸러스트 탱크는 상기 선체의 길이방향을 따라 설치되는 구획 구조물까지 연장되는 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물이 제공된다.

상기 해양 구조물은, 상기 구획 구조물에 의해 구분된 각각의 공간에 배치되며 화물을 수용할 수 있는 저장탱크를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 구획 구조물은 코퍼댐인 것이 바람직하다.

상기 좌현 및 우현 밸러스트 탱크와 상기 중앙 밸러스트 탱크는 상기 선체의 내부에 2열로 배치되는 저장탱크의 중앙 하부에 설치되는 구획공간에 의해 서로 구분되는 것이 바람직하다.

상기 선체의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 연장되는 구획 구조물인 길이방향 코퍼댐의 상단은 구획판에 의해 구획되어 상기 중앙 밸러스트 탱크에 채워지는 밸러스트수는 상기 구획판에 도달할 때까지 채워질 수 있다.

상기 구획판은 한 쌍의 상기 저장탱크의 서로 마주하는 상부 챔퍼의 하단 모서리를 서로 연결하도록 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 해양 구조물은, 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유 상태로 사용되는, LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 해상에서 부유된 채 사용되는 해양 구조물로서, 선체의 요동을 감소시키고 화물의 선하적시 일정 흘수를 유지할 수 있도록 선체의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 연장되는 길이방향 코퍼댐의 내부 공간을 중앙 밸러스트 탱크의 일부로서 사용하는 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물이 제공된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 선체의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 연장되도록 배치되는 중앙 밸러스트 탱크를 가지는 해양 구조물이 제공될 수 있다.

그에 따라 본 발명의 해양 구조물에 의하면, 중앙 밸러스트 탱크에 의해 선체의 요동을 감소시킬 수 있으며 화물의 선하적시 일정 흘수를 유지할 수 있게 된다.

또한, 중앙 밸러스트 탱크에 밸러스트수를 채워 선체에 가해지는 벤딩 모멘트를 저감시킬 수 있어, 선체의 구조적인 강도 보강을 위해 소요되는 보강부재를 절감할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해양 구조물의 개략적인 평면도, 그리고
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해양 구조물의 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물을 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 해양 구조물이란, LNG와 같은 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유된 채 사용되는 해상 플랜트와 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상 플랜트뿐만 아니라 LNG 수송선이나 LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박을 모두 포함하는 것이다.

도 1에는 해양 구조물의 평면도가 도시되어 있다. 슬로싱 문제를 해결하기 위해서, 도 1에 도시된 바와 같이, 저장탱크의 크기를 늘리는 대신에 해양 구조물의 선체 내부공간에 길이방향으로 코퍼댐이나 격벽 등의 구조물을 설치해 복수의 저장탱크를 2열로 배치함으로써 마치 작은 용량의 저장탱크를 여러 개 설치하는 것과 같은 효과를 거두는 방법이 제안되었다. 도 1에서 부재번호 3 및 4는 좌현 및 우현 밸러스트 탱크를 나타낸다.

본 발명에 따르면, 해양 구조물의 선체(1) 내부에는 이 내부공간을 구분할 수 있도록 길이방향 및 폭방향을 따라 설치되는 길이방향 구획 구조물(즉, 길이방향 코퍼댐 등) 및 폭방향 구획 구조물(즉, 폭방향 코퍼댐 등)이 설치된다.

이들 구획 구조물은 코퍼댐, 벌크헤드 등으로 이루어질 수 있으며, 이 구획 구조물에 의해 구분된 각각의 공간 내에 저장탱크(10)가 설치된다. 구획 구조물에 의해 각각의 저장탱크(10)의 내부 공간, 특히 저장탱크의 폭방향 길이가 감소되므로, 수용된 액화가스의 슬로싱 현상으로 인한 영향이 감소되는 동시에 상부 구조물의 하중이 지지될 수 있다.

본 발명에 있어서 코퍼댐은 코퍼댐 격벽(즉, 벌크헤드)의 내부에 공간부(void space)가 마련되는 격자 형태의 구조물로서, 부유식 해상 구조물의 내부 공간을 종횡으로 구획하여 각각의 구획에 멤브레인형 저장탱크를 설치할 수 있도록 하는 구조물이다. 이러한 코퍼댐은 종래 LNG 수송선 등에 있어서 길이방향을 따라 복수의 저장탱크들의 사이를 구획하기 위해 사용되고 있었다.

코퍼댐은 길이방향 코퍼댐(20)과 폭방향 코퍼댐(30)으로 크게 나눠질 수 있다. 폭방향 코퍼댐(30)은 해양 구조물의 선체 내부 공간을 가로로 구획하여 길이방향을 따라 멤브레인형 저장탱크가 배치될 수 있도록 하는 구조물이고, 길이방향 코퍼댐(20)은 해양 구조물의 선체 내부 공간을 세로로 구획하여 폭방향을 따라 멤브레인형 저장탱크가 배치될 수 있도록 하는 구조물이다. 폭방향 코퍼댐(30)의 코퍼댐 격벽(즉, 벌크헤드)은 저장탱크의 전방 벽부와 후방 벽부를 형성할 수 있고, 길이방향 코퍼댐(20)의 코퍼댐 격벽(즉, 벌크헤드)은 저장탱크의 좌측 혹은 우측 벽부를 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 액화가스 저장탱크로서 멤브레인형 저장탱크가 사용될 경우, 해양 구조물의 내부 공간을 양분하는 구조물로서 상기한 코퍼댐으로 이루어진 구획 구조물이 사용되고 있다. 독립형 저장탱크의 경우에는 해양 구조물의 내부 공간, 즉 저장탱크가 위치하는 탱크 홀드를 양분하는 구획 구조물로서 단순한 격벽이 사용될 수 있다.

본 발명에서와 같이, 극저온 상태의 액체화물인 LNG 등의 액화가스를 저장하기 위한 액화가스 저장탱크의 분야에서, 2열 배치 구조를 이루기 위해서는 단순히 하나의 저장탱크를 격벽에 의해 구획하는 것으로는 불가능하고, 저장탱크의 형상을 완전히 새롭게 설계해야 한다.

멤브레인형 저장탱크에 있어서 멤브레인 구조물(즉, 밀봉벽 구조)은 그 자체로서 격벽을 형성할 수 없으며, 기존의 멤브레인형 저장탱크 내에 비철금속제 격벽을 설치할 경우에는 고가의 비철금속 사용으로 인해 가격상승의 요인이 된다. 또한, 멤브레인형의 저장탱크 내부에 비철금속제 격벽을 설치할 경우, 격벽의 설치를 고려한 특별한 설계가 이루어져야 한다. 뿐만 아니라 저장탱크의 내부가 하나의 멤브레인 구조로 이루어질 수 없으며 멤브레인 구조와 격벽 사이에 불연속점이 생김으로써 격벽과의 연결 부분에 손상이 발생하거나 단열효과가 감소할 잠재적인 위험이 존재하여 바람직하지 않다.

본 발명의 발명자들은 멤브레인형 저장탱크에 의해 2열 배치 구조를 형성함에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 해양 구조물의 선체 내부에 종방향으로 연장되는 길이방향 코퍼댐(20)과 횡방향으로 연장되는 폭방향 코퍼댐(30)을 설치하여, 실질적으로 해양 구조물의 내부에 폭방향으로 2개의 LNG 저장탱크들이 길이방향을 따라 배열되는 저장탱크의 2열 배치 구조를 제안한다. 그에 따라 본 발명에 의하면, 선미에서 볼 때, 해양 구조물의 내부에 저장탱크들이 2열 종대로 배열된다.

2열로 배치된 저장탱크들의 사이에는 길이방향 코퍼댐(20), 즉 공간부(void space)가 형성되며, 이 공간부를 사이에 두고 양쪽에 2열로 배치되도록 형성되는 저장탱크는 각각 멤브레인 구조에 의해 완벽하게 밀봉된 별도의 저장공간을 확보할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 해양 구조물의 횡방향으로 볼 때, 멤브레인형 저장탱크, 코퍼댐, 그리고 또 다른 멤브레인형 저장탱크가 연달아 배치되는 구조가 이루어짐으로써, 기존의 멤브레인형 저장탱크의 검증된 제조 기술(폭방향 코퍼댐)을 적용하여 2열 배치 구조를 형성할 수 있고, 중간의 길이방향 코퍼댐(20)은 상부 구조물의 하중을 지지하는 역할을 동시에 수행하게 된다.

본 발명은 멤브레인형 저장탱크뿐만 아니라 SPB 타입 저장탱크에도 적용될 수 있다. 본 발명이 SPB 타입 저장탱크에 적용될 경우에는, SPB 타입 저장탱크가 배치되는 탱크 홀드의 내부에 단순히 격벽을 설치할 수도 있고, 코퍼댐을 설치하도록 구성할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 저장탱크(10)의 2열 배치 구조를 활용함에 따라 한 쌍의 저장탱크(10) 사이에 길이방향 코퍼댐(20)이 설치된다. 그리고, 도 2에 잘 도시된 바와 같이, 선체(1) 좌우현, 즉 저장탱크(10) 외측에는 좌현 밸러스트 탱크(3) 및 우현 밸러스트 탱크(4)가 설치되어 있으며, 선체(1)의 폭방향 중심, 즉 길이방향 코퍼댐(20)의 아래쪽에는 중앙 밸러스트 탱크(5)가 설치된다.

그에 따라 본 발명의 해양 구조물은, 선체의 폭방향으로 총 3개의 밸러스트 탱크, 즉 좌현 밸러스트 탱크(3), 중앙 밸러스트 탱크(5), 및 우현 밸러스트 탱크(4)를 가지도록 제작될 수 있다.

중앙 밸러스트 탱크(5)는 길이방향 코퍼댐(20)의 아래쪽에 설치되며, 본 발명에 따르면 중앙 밸러스트 탱크(5)와 길이방향 코퍼댐(20)과의 사이에는 특별히 구획되지 않고 서로 연통된 상태를 유지하므로, 하나의 공간으로 활용 가능하다. 즉, 본 발명에 따르면, 중앙 밸러스트 탱크(5)는 저장탱크(10)들 사이의 길이방향 코퍼댐(20)까지 연장될 수 있어, 밸러스트수가 길이방향 코퍼댐(20)의 내부에 채워질 수 있다.

길이방향 코퍼댐(20)의 상단은 한 쌍의 저장탱크(10)의 서로 마주하는 상부 챔퍼의 하단 모서리를 서로 연결하도록 설치되는 구획판(9)에 의해 구획되므로, 결과적으로 중앙 밸러스트 탱크(5)에 채워지는 밸러스트수는 구획판(9)에 도달할 때까지 채워질 수 있게 된다. 길이방향 코퍼댐(20)의 상부, 즉 구획판(9)의 위쪽 공간은 통상의 트렁크 스페이스로 이루어진다.

또한, 중앙 밸러스트 탱크(5)와 좌현 및 우현 밸러스트 탱크(3, 4)는 각각 저장탱크(10)의 대략 중앙 하부에 위치된 예컨대 구획 공간(7, 8)에 의해서 구획될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 구획판(9)과 좌우측의 구획 공간(7, 8)에 의해서 구획형성된 중앙 밸러스트 탱크(5)를 설치함으로써, 무게중심을 선체의 중심에 더욱 집중시킬 수 있어 해양 구조물의 선체의 요동을 감소시킬 수 있으며 화물의 선하적시 일정 흘수를 더욱 용이하게 유지할 수 있게 된다.

또한, 중앙 밸러스트 탱크(5)에 밸러스트수를 채워 선체에 가해지는 벤딩 모멘트를 저감시킬 수 있어, 선체의 구조적인 강도 보강을 위해 소요되는 보강부재를 절감할 수 있게 된다.

또한, 중앙 밸러스트 탱크(5)가 길이방향 코퍼댐(20)까지 연장됨에 따라 중앙 밸러스트 탱크(5) 내에 채워질 수 있는 밸러스트수의 용량을 증대시킴으로써 중앙 밸러스트 탱크의 효과를 극대화할 수 있게 된다.

이상과 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 해양 구조물의 구조를 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.

1 : 선체, 3: 좌현 밸러스트 탱크, 4: 우현 밸러스트 탱크, 5: 중앙 밸러스트 탱크, 7, 8: 구획 공간, 9: 구획판, 10 : 저장탱크, 20: 길이방향 코퍼댐, 30 : 폭방향 코퍼댐

Claims (8)

1. 해상에서 부유된 채 사용되는 해양 구조물로서,
   상기 선체의 내부공간을 구분할 수 있도록 길이방향 및 폭방향을 따라 설치되는 구획 구조물과;
   선체의 좌현 측에서 선체의 길이방향을 따라 연장되도록 설치되는 좌현 밸러스트 탱크와;
   선체의 우현 측에서 선체의 길이방향을 따라 연장되도록 설치되는 우현 밸러스트 탱크와;
   선체의 폭방향 중앙에서 선체의 길이방향을 따라 연장되도록 설치되는 중앙 밸러스트 탱크;
   를 포함하며,
   상기 중앙 밸러스트 탱크는 상기 선체의 길이방향을 따라 설치되는 구획 구조물까지 연장되는 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 구획 구조물에 의해 구분된 각각의 공간에 배치되며 화물을 수용할 수 있는 저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 구획 구조물은 코퍼댐인 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 좌현 및 우현 밸러스트 탱크와 상기 중앙 밸러스트 탱크는 상기 선체의 내부에 2열로 배치되는 저장탱크의 중앙 하부에 설치되는 구획공간에 의해 서로 구분되는 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 선체의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 연장되는 구획 구조물인 길이방향 코퍼댐의 상단은 구획판에 의해 구획되어 상기 중앙 밸러스트 탱크에 채워지는 밸러스트수는 상기 구획판에 도달할 때까지 채워질 수 있는 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 구획판은 한 쌍의 상기 저장탱크의 서로 마주하는 상부 챔퍼의 하단 모서리를 서로 연결하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 해양 구조물은, 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 유동이 발생하는 해상에서 부유 상태로 사용되는, LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물.
8. 해상에서 부유된 채 사용되는 해양 구조물로서, 선체의 요동을 감소시키고 화물의 선하적시 일정 흘수를 유지할 수 있도록 선체의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 연장되는 길이방향 코퍼댐의 내부 공간을 중앙 밸러스트 탱크의 일부로서 사용하는 것을 특징으로 하는 중앙 밸러스트 탱크를 갖는 해양 구조물.

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