KR20120013230A - 액화 천연 가스 저장 탱크 - Google Patents

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Abstract

액화 천연 가스 저장 탱크가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크는 액화 천연 가스와 접촉하며 주름부를 가지는 1차 방벽, 상기 1차 방벽의 이면에 설치되며 상기 액화 천연 가스를 외부로부터 단열시키는 단열 보드, 상기 주름부의 내측에 설치되는 필러를 포함하고, 상기 필러는 복수개의 내부 연통구를 가질 수 있다.

Description

액화 천연 가스 저장 탱크{LIQUEFIED NATURAL GAS STORAGE TANK}
본 발명은 액화 천연 가스 저장 탱크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1차 방벽에 주름부를 가진 액화 천연 가스 저장 탱크에 관한 것이다.
일반적으로, 액화 천연 가스(LNG)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -163℃로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.
이러한 액화 천연 가스가 에너지 자원으로 사용됨에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화 천연 가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화 천연 가스 운반선이 개발되었다.
그런데, 액화 천연 가스 운반선에는 초저온상태로 액화시킨 액화 천연 가스를 보관 및 저장할 수 있는 액화 천연 가스 저장 탱크가 구비되어 있어야 하는데, 이러한 액화 천연 가스 저장 탱크에 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있었다.
즉, 액화 천연 가스는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며, 대략 -163℃ 정도의 비등 온도를 갖기 때문에, 이러한 액화 천연 가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해서는 이를 저장하는 액화 천연 가스 저장 탱크는 초저온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 알루미늄강, 스테인리스강, 35% 니켈강 등으로 제작되어야 하며, 기타 열응력 및 열수축에 강하고, 열침입을 막을 수 있는 독특한 단열 구조로 설계되어야 했다.
종래의 액화 천연 가스 저장 탱크는 액화 천연 가스 운반선의 내부 선체에 직사각형 형상의 하부 단열 보드, 2차 방벽 및 상부 단열 보드가 차례로 적층되고, 상부 단열 보드 위에 1차 방벽이 부착되어있다.
특히, 1차 방벽은 -163℃의 극저온 상태의 LNG와 직접적으로 접촉하게 되므로 응력 변화에 대응할 수 있는 알루미늄 합금, 인바(Invar), 9% 니켈강 등 저온 취성에 강한 재질의 금속재질이 사용되며, 대략 직사각형으로 제작되고, 반복적인 온도 변화 및 저장 액체의 하중 변화에 팽창 및 수축이 용이하도록 중앙부가 융기된 주름부가 1차 방벽 전체에 걸쳐 형성되어 있으며, 복수의 1차 방벽의 모서리 및 4변이 이웃하는 또 다른 1차 방벽의 모서리 및 4변에 의해 겹쳐진 후 겹치기 용접에 의해 서로 연결되어 액화 천연 가스 저장 탱크의 기밀성을 유지하도록 되어 있다.
그러나 액화 천연 가스 저장 탱크 운반선의 대형화 추세에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크내 증가된 동압(dynamic pressure) 하에서 1차 방벽의 융기된 주름부가 쉽게 붕괴되는 문제점이 발생할 수 있다. 예컨대 액화 천연 가스에 의해 가해지는 유체 정역학적 압력이 주름부에 상당한 소성 변형을 일으킬 수 있으며 특히 교차하는 주름부로부터 소정의 거리에 있는 주름부의 측면이 압착될 수 있다.
또한, 1차 방벽의 주름부의 내측 공간에는 기밀성 유지를 위해 N2 등의 기밀성 유지 가스가 주입된다. 그러나, 액화 천연 가스 저장 탱크 운반선의 대형화 추세에 따라 주름부의 내측 공간이 커질수록 기밀성 유지 가스의 양이 증가되어 기밀성을 유지하기 어려운 문제가 있다.
본 발명에서는 1차 방벽의 주름부의 변형을 방지하면서도 기밀성 유지 가스의 양을 줄일 수 있는 액화 천연 가스 저장 탱크를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크는 액화 천연 가스와 접촉하며 주름부를 가지는 1차 방벽, 상기 1차 방벽의 이면에 설치되며 상기 액화 천연 가스를 외부로부터 단열시키는 단열 보드, 상기 주름부의 내측에 설치되는 필러를 포함하고, 상기 필러는 복수개의 내부 연통구를 가질 수 있다.
상기 필러의 표면에는 상기 내부 연통구의 길이 방향을 따라 복수개의 표면 연통구가 형성될 수 있다.
상기 필러는 불연성 폼 또는 나무 재질의 저열전도성 물질을 포함할 수 있다.
상기 필러와 상기 1차 방벽 사이에 위치하는 보강 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 보강 부재의 외측면은 상기 1차 방벽의 내측면과 접촉될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 1차 방벽의 주름부의 내측에 기밀성 유지 가스가 통과할 수 있는 복수개의 내부 연통구를 가지는 필러를 설치함으로써, 기밀성 유지 가스가 차지하는 공간을 감소시켜 초기 냉각 공정 또는 이후의 반복 냉각 공정 동안 사용되는 기밀성 유지 가스의 양을 줄일 수 있다.
또한, 필러를 저열전도성 물질로 형성함으로써, 기밀성 유지 가스가 차지하는 공간의 냉각 속도를 늦추어 기밀성 유지 가스의 축소 속도를 늦출 수 있으므로 기밀성 유지 가스의 생산 용량을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크의 1차 방벽, 필러 및 상부 단열 보드의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크의 1차 방벽, 필러 및 상부 단열 보드의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크의 1차 방벽, 필러 및 상부 단열 보드의 확대 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크의 1차 방벽, 필러 및 상부 단열 보드의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크의 1차 방벽, 필러 및 상부 단열 보드의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크는 액화 천연 가스 운반선의 내부 선체(2)의 내측에 설치되며 액화 천연 가스와 접촉하는 1차 방벽(100), 1차 방벽(100)의 이면에 설치되며 액화 천연 가스를 외부로부터 단열시키는 단열 보드(200)를 포함한다.
1차 방벽(100)은 열변형으로 인한 수축 및 팽창이 가능하도록 형성되어 있는 복수개의 주름부(110)를 가진다. 1차 방벽(100)은 -163℃의 극저온 상태의 액화 천연 가스와 직접적으로 접촉하게 되므로 응력 변화에 대응할 수 있는 알루미늄 합금, 인바(Invar), 9% 니켈강, 스테인리스스틸시트 등 저온 취성에 강한 재질의 금속재질이 사용되며, 반복적인 온도 변화 및 저장 액체의 하중 변화에도 팽창 및 수축이 용이하도록 중앙부가 융기된 복수개의 주름부(110)가 1차 방벽(100) 전체에 걸쳐 형성되어 있다. 인접하는 1차 방벽(100)은 그 가장자리를 따라 용접하여 서로 접합할 수 있다.
주름부(110)의 내측에는 필러(Filler)(120)가 채워져 있다. 필러(120)는 주름부(110)의 내측에 주입되는 기밀성 유지 가스가 차지하는 공간을 감소시켜 초기 냉각 공정 또는 이후의 반복 냉각 공정 동안 사용되는 기밀성 유지 가스의 양을 줄일 수 있다.
이러한 필러(120)는 N2 등의 기밀성 유지 가스가 통과할 수 있는 복수개의 내부 연통구(120a)를 가진다. 복수개의 내부 연통구(120a)의 직경은 서로 동일하거나 다를 수 있다.
또한, 필러(120)의 표면에는 내부 연통구(120a)의 길이 방향을 따라 복수개의 표면 연통구(120b)가 형성될 수 있다. 표면 연통구(120b)와 주름부(110)의 사이 공간을 통해서도 기밀성 유지 가스가 채워진다.
기밀성 유지 가스는 액화 천연 가스가 액화 천연 가스 저장 탱크의 내부에 저장되어 있는 동안 액화 천연 가스가 액화 천연 가스 저장 탱크의 외부로 새어 나올 경우를 대비하기 위해 1차 방벽(100)의 주름부(110)의 내측에 주입되어 있다. 기밀성 유지 가스는 일단 일정한 양이 주입된 이후에는 그 양이 고정되어 있으며, 주름부(110)의 내측에 주입되어 있어 주름부(110) 내측의 습기 생성을 방지할 수 있다. 또한, 기밀성 유지 가스는 불활성 기체로 이루어져 액화 천연 가스의 누출 시, 폭발을 방지하는 역할을 할 수도 있다.
이러한 필러(120)는 불연성 폼 또는 나무 재질의 저열전도성 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 필러(120)는 기밀성 유지 가스의 열전도성을 낮출수 있으므로 기밀성 유지 가스가 차지하는 공간의 냉각 속도를 늦추어 기밀성 유지 가스의 축소 속도를 늦출 수 있으므로 기밀성 유지 가스의 생산 용량을 줄일 수 있다.
또한, 이러한 필러(120)의 단면 형상은 주름부(110)의 내측의 단면 형상과 같은 곡면 형상으로 이루어지므로 필러(120)는 액화 천연 가스의 압력에 의한 주름부(110)의 소성 변형을 방지할 수 있다.
단열 보드(200)는 상부 단열 보드(210), 상부 단열 보드(210)의 이면에 위치하여 액화 천연 가스의 누출을 방지하는 2차 방벽(220) 및 2차 방벽(220)의 이면에 위치하는 하부 단열 보드(230)를 포함한다.
상부 단열 보드(210)는 상부 단열 부재 보호판(211), 상부 단열 부재 보호판(211)의 이면에 부착되는 상부 단열 부재(212)를 포함한다. 상부 단열 부재 보호판(211)은 플라이우드(plywood) 등의 목재로 이루어질 수 있다. 그리고 상부 단열 부재(212)는 단열성을 보유하는 단열재, 예를 들어 폴리우레탄폼(polyurethane foam) 등을 포함할 수 있다.
2차 방벽(220)은 하부 단열 보드(230) 상면에 위치하는 주 2차 방벽(221), 서로 인접한 주 2차 방벽(221)의 상면에 위치하는 보조 2차 방벽(222)을 포함한다.
주 2차 방벽(221)과 보조 2차 방벽(222) 사이에는 제1 접착제층(10)이 형성되어 있어 서로를 접합시킨다. 제1 접착제층(10)은 열경화성 접착제층으로서, 에폭시수지(Epoxy Resin), 폴리우레탄수지(Polyurethane Resin), 페놀수지(Phenolic Resin), 폴리에스테르수지(Polyester Resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제1 접착제층(10)은 비 스테이지(B stage)의 프리프레그(Prepreg)나 열경화성 박막필름접착제를 포함할 수 있다. 제1 접착제층(10)은 50 내지 120℃의 온도로 열에너지를 가하면, 가교반응(Cross-linking)에 의하여 고화되어 주 2차 방벽(221)과 보조 2차 방벽(222)을 서로 접합시킨다.
2차 방벽(220)은 스테인레스스틸, 알루미늄, 황동, 아연 및 유리 섬유와 같은 섬유강화복합재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 마주하는 두 알루미늄 포일(aluminum foil) 사이에 유리 섬유 복합재(glass-fiber composite)를 부착하여 형성할 수 있다.
인접하는 상부 단열 보드(210) 사이의 보조 2차 방벽(222) 위에는 인접하는 단열 보드(200)를 서로 연결하는 연결 보드(300)가 위치하고 있다. 연결 보드(300)는 연결 부재 보호판(310), 연결 부재 보호판(310)의 이면에 부착되는 연결 부재(320)를 포함한다. 연결 부재 보호판(310)은 플라이우드(ply wood) 등의 목재로 이루어질 수 있다. 그리고 연결 부재(320)는 단열성을 보유하는 단열재, 예를 들어 폴리우레탄폼(polyurethane foam) 등으로 형성될 수 있다.
보조 2차 방벽(222)과 연결 부재(320) 사이에는 제2 접착제층(20)이 형성되어 있어 서로를 접합시키고, 제2 접착제층(20)은 열경화성 접착제층으로서, 에폭시수지(Epoxy Resin), 폴리우레탄수지(Polyurethane Resin), 페놀수지(Phenolic Resin), 폴리에스테르수지(Polyester Resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제2 접착제층(20)은 비 스테이지(B stage)의 프리프레그(Prepreg)나 열경화성 박막필름접착제를 포함할 수 있다. 제2 접착제층(20)은 50 내지 120℃의 온도로 열에너지를 가하면, 가교반응(Cross-linking)에 의하여 고화되어 보조 2차 방벽(222)과 연결 부재(320)을 서로 접합시킨다.
하부 단열 보드(230)는 하부 단열 부재(231), 하부 단열 부재(231)의 이면에 부착되는 하부 단열 부재 보호판(232)을 포함한다. 그리고 하부 단열 부재(231)는 단열성을 보유하는 단열재, 예를 들어 폴리우레탄폼(polyurethane foam) 등으로 이루어질 수 있다.
하부 단열 부재 보호판(232)은 복수개의 접착 부재(30)에 의해 내부 선체(2)에 부착되어 있으며, 접착 부재(30)는 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 복수개의 접착 부재(30)를 이용하여 하부 단열 부재 보호판(232)을 내부 선체(2)에 부착하는 방법을 제시하였으나, 이에 한정되지 않고 별도의 고정부재(미도시)를 이용하여 내부 선체(2)에 하부 단열 보드(230)를 고정시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 실시예에서 필러만이 설치되어 있으나, 별도의 보강 부재가 주름부의 내측에 설치되는 제2 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 4를 참고하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크의 1차 방벽, 필러 및 상부 단열 보드의 확대 단면도이다.
제2 실시예는 도 1 내지 도 3에 도시된 제1 실시예와 비교하여 보강 부재가 설치된 것만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화 천연 가스 저장 탱크는 필러(120)와 1차 방벽(100) 사이에 보강 부재(121)가 설치되어 있다. 이러한 보강 부재(121)의 외측면은 1차 방벽(100)의 주름부(110)의 내측면과 접촉하고 있어 주름부(110)를 지지하고 있다. 이러한 주름부(110)는 알루미늄 합금, 인바(Invar), 9% 니켈강, 스테인리스스틸시트 등 저온 취성에 강한 재질의 금속재질을 포함할 수 있다.
따라서, 보강 부재(121)는 필러(120)와 함께 액화 천연 가스의 압력에 의한 주름부(110)의 소성 변형을 방지할 수 있다. 이러한 보강 부재(121)는 주름부(110)의 강성을 보강하고 단열 효율도 증가시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
2: 내부 선체 10: 제1 접착제층
20: 제2 접착제층 100: 1차 방벽
110: 주름부 120: 필러
120a: 내부 연통구 120b: 표면 연통구
121: 보강 부재 200: 단열 보드
210: 상부 단열 보드 220: 2차 방벽
230: 하부 단열 보드 300: 연결 보드

Claims (5)

  1. 액화 천연 가스와 접촉하며 주름부를 가지는 1차 방벽,
    상기 1차 방벽의 이면에 설치되며 상기 액화 천연 가스를 외부로부터 단열시키는 단열 보드,
    상기 주름부의 내측에 설치되는 필러
    를 포함하고,
    상기 필러는 복수개의 내부 연통구를 가지는 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스 저장 탱크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필러의 표면에는 상기 내부 연통구의 길이 방향을 따라 복수개의 표면 연통구가 형성되는 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스 저장 탱크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필러는 불연성 폼 또는 나무 재질의 저열전도성 물질을 포함하는 액화 천연 가스 저장 탱크.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필러와 상기 1차 방벽 사이에 위치하는 보강 부재를 더 포함하는 액화 천연 가스 저장 탱크.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보강 부재의 외측면은 상기 1차 방벽의 내측면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스 저장 탱크.
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KR20150033945A (ko) * 2013-09-25 2015-04-02 현대중공업 주식회사 액화천연가스 운반선용 카고 탱크

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