KR20130003759A - Ｌｎｇ 화물창의 인슐레이션 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNG 화물창의 인슐레이션 구조에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, LNG가 저장되는 화물창의 인슐레이션 구조에 있어서, 적층되도록 배치되는 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널; 제 1 인슐레이션 패널의 내측에 배치되는 1차 방벽; 상기 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널 사이에 설치되는 2차 방벽; 및 상기 제 1 인슐레이션 패널과 상기 2차 방벽 사이 및 상기 제 2 인슐레이션 패널과 상기 2차 방벽 사이 중 적어도 한 곳에 설치되며, 상기 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널보다 낮은 열팽창계수를 갖는 보강재를 포함하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조를 제공할 수 있다.

Description

ＬＮＧ 화물창의 인슐레이션 구조{INSULATION STRUCTURE OF LNG CARGO TANK}
본 발명은 LNG 화물창의 인슐레이션 구조에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있으며, 일 예로 LNG를 해상으로 수송(운반)할 수 있는 LNG 운반선이 사용되고 있다.
이와 같은 LNG 운반선에는 LNG의 저장을 위한 화물창이 마련되는데, 도 1에 도시된 LNG 화물창의 인슐레이션 구조(2)는 1차 방벽(3) 및 2차 방벽(4)과, 1차 방벽(3)과 2차 방벽(4) 사이에 설치되는 제 1 인슐레이션 패널(5)과, 2차 방벽(4)과 선체(1) 사이에 설치되는 제 2 인슐레이션 패널(6)로 구성되어 있다.
이와 같은 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(5,6)의 두께는 그 재질의 열전도도에 따라 화물수송 일정 내에 BOR(Boil Off Rate)이 일정 수준 이하가 되도록 결정된다. 제 2 인슐레이션 패널(6)의 두께는 IGC 코드 상의 요건인 1차 방벽(3) 파손 시 15일 동안 선체 구조가 안전해야하는 조건에 의해 결정된다.
GTT 社의 Mk-III를 예로 보면, 제 2 인슐레이션 패널(6)은 170mm이며 전체 두께는 270mm로써 제 1 인슐레이션 패널(5)의 두께는 100mm로 결정된다. 이러한 두께비에서는 2차 방벽(4)이 -95˚C 정도에 노출되며, 이러한 극저온 열변형에 의해 1차 방벽(5)에 이어 보조 밀폐기능을 하는 2차 방벽(4)에 열하중에 의한 면내 인장력(tensile force)이 과도하게 발생된다. 이러한 면내 하중은 2차 방벽(4)과 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(5, 6)을 접착하는 접착제에 큰 응력을 발생시킨다. 이로 인해 2차 방벽(4)을 구성하는 박판 구조재나 접착제의 소성 변형 및 취성 파괴가 발생하게 되어 2차 방벽(4)의 목적인 보조 밀폐기능이 제기능을 발휘할 수 없게 되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명의 실시예들은 LNG 운반선에 마련된 화물창의 2차 방벽의 열변형 크기를 줄임으로써 열변형에 의한 면내 하중을 줄이고, 2차 방벽을 구성하는 박판 구조재나 접착제의 소성변형 및 취성 파괴 발생 가능성을 현저하게 낮추어 2차 방벽의 목적인 보조 밀폐기능을 신뢰성 있게 달성할 수 있는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, LNG가 저장되는 화물창의 인슐레이션 구조에 있어서, 적층되도록 배치되는 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널; 제 1 인슐레이션 패널의 내측에 배치되는 1차 방벽; 상기 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널 사이에 설치되는 2차 방벽; 및 상기 제 1 인슐레이션 패널과 상기 2차 방벽 사이 및 상기 제 2 인슐레이션 패널과 상기 2차 방벽 사이 중 적어도 한 곳에 설치되며, 상기 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널보다 낮은 열팽창계수를 갖는 보강재를 포함하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조를 제공할 수 있다.
또한, 상기 보강재는 상기 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널보다 강성이 높은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조를 제공할 수 있다.
또한, 상기 보강재는 플라이우드(plywood)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 1 인슐레이션 패널 사이에 설치되는 탑브리지패널과 상기 2차 방벽의 사이를 제외하고 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조를 제공할 수 있다.
또한, 상기 보강재는 상기 제 1 인슐레이션 패널에 부착된 후 상기 2차 방벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 LNG 운반선에 마련된 화물창의 2차 방벽의 열변형 크기를 줄임으로써 열변형에 의한 면내 하중을 줄일 수 있고, 2차 방벽을 구성하는 박판 구조재나 접착제의 소성 변형 및 취성 파괴 발생 가능성을 현저하게 낮추어 2차 방벽의 목적인 보조 밀폐기능이 제기능을 발휘할 수 있도록 한다.
또한, 2차 방벽의 리크(leak)를 모니터링하는데 사용하는 값(NPA)의 변화량을 최소화하여 모니터링의 정도를 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 LNG 화물창의 인슐레이션 구조를 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LNG 화물창의 인슐레이션 구조를 도시한 단면도이고,
도 3은 종래의 기술에 따른 LNG 화물창의 인슐레이션 구조에서 2차 방벽의 열변형률을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LNG 화물창의 인슐레이션 구조에서 2차 방벽의 열변형률을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LNG 화물창의 인슐레이션 구조를 도시한 단면도으로서, 도 2에서 인슐레이션 구조(10)의 내측(도 2의 상측)은 LNG가 저장되는 영역에 대응된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LNG 화물창의 인슐레이션 구조(10)는 선체(1)에 상하로 설치되는 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12)과, 제 1 인슐레이션 패널(11)의 내측에 설치되는 1차 방벽(15)과, 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12) 사이에 설치되는 2차 방벽(13)과, 제 1 인슐레이션 패널(11)과 2차 방벽(13)의 사이(도 2에서 2차 방벽(13)의 상부) 및 제 2 인슐레이션 패널(12)과 2차 방벽(13)의 사이(도 2에서 2차 방벽(13)의 하부) 중 적어도 한 곳 이상에 설치되는 보강재(14)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 제 1 인슐레이션 패널(11)과 2차 방벽(13)의 사이 및 제 2 인슐레이션 패널(12)과 2차 방벽(13)의 사이 모두, 즉 2차 방벽(13)의 상부과 하부에 모두 보강재(14)가 설치되는 경우를 예로 들어 설명하겠다.
제 1 인슐레이션 패널(11)은 1차 방벽(15)과 2차 방벽(13) 사이에 위치하도록 설치된다. 또한, 제 2 인슐레이션 패널(12)은 2차 방벽(13)과 선체(1) 사이에 위치하도록 설치된다. 따라서, 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12)은 선체(1)에 상하로 적층되는 단열 구조를 이루게 된다.
2차 방벽(13)은 일례로 트리플렉스(triplex) 재질로 이루어질 수 있으며, 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12) 사이에 설치되어 1차 방벽(15)에 대한 보조 밀폐기능을 가진다. 한편, 1차 방벽(15)은 코러게이티드 멤브레인(corrugated membrane)으로 이루어질 수 있다.
보강재(14)는 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12)보다 낮은 열팽창계수를 갖는다. 따라서, 보강재(14)는 2차 방벽(13)과 2차 방벽(13) 상하부 접촉면의 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12)의 수축량을 감소시킴으로써, 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12)의 수축에 의한 후프 스트레스(hoof stress)가 2차 방벽(13)의 구조재 및 접착제에 가하는 인장력을 감소시키도록 한다.
보강재(14)는 일례로 플라이우드(plywood)로 이루어질 수 있고, 이외에도 상기한 바와 같은 조건을 만족하는 다양한 소재로 이루어질 수 있으며, 에폭시 글루 등의 접착제를 사용하여 2차 방벽(13)과 제 2 인슐레이션 패널(12) 사이, 그리고, 2차 방벽(13)과 제 1 인슐레이션 패널(11) 사이에 설치될 수 있다.
보강재(14)는 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12)의 열수축에 저항하기 위한 두께를 가지며, 2차 방벽(13)의 상측과 하측에 부착된 보강재(14)의 총 두께가 제 1 또는 제 2 인슐레이션 패널(11,12) 두께의 10% ∼ 30%에 해당되도록 형성될 수 있다. 이 경우, 보강재(14)는 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11, 12)의 열수축에 영향을 받지 않고 보강재(14) 자체의 열 변형이 가능하다.
따라서 보강재(14)는 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12)의 수축에 저항할 수 있는 충분한 두께를 가짐으로써 기존 보냉 구조의 열수축과 같이 변형되지 않고, 자체의 열수축률에 따른 열변형이 가능해지며, 이로 인해 2차 방벽(13)을 구성하는 박판 구조재나 접착제의 소성 변형 및 취성 파괴 발생 가능성을 현저하게 저하시킬 수 있다.
한편, 보강재(14)는 제 1 인슐레이션 패널(11) 및 제 2 인슐레이션 패널(12)에 미리 접착된 후 2차 방벽(13)에 부착됨으로써, LNG 화물창 제작의 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 상세히, 보강재(14)는 제 1 인슐레이션 패널(11)과 제 2 인슐레이션 패널(12) 각각에 접착되어 인슐레이션 패널(11, 12)과 함께 하나의 유닛처럼 조립될 수 있다.
또한, 보강재(14)는 제 1 또는 제 2 인슐레이션 패널(11,12)에 비하여 강성이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 보강재(14)에 의해 인슐레이션 구조(10)의 충격 한계를 향상시킬 수 있다.
또한, 인슐레이션 구조(10)의 단열 성능 향상을 위해 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12)을 두껍게 형성하더라도, 보강재(14)의 두께는 일정하게 유지시킬 수 있다.
한편, 보강재(14)는 2차 방벽(13)의 상측에서 제 1 인슐레이션 패널(11) 사이에 설치되는 탑브리지패널(top bridge panel; 16)의 하부를 피하여 설치될 수도 있다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널(11,12) 사이의 2차 방벽(13) 형성 후 탑브리지패널(16)로 마감할 때 탑브리지패널(16) 하부에는 보강재(14)를 포함하지 않도록 할 수 있다. 이로 인해 인슐레이션 구조(10)의 조립성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 보강재(14)가 2차 방벽(13)의 상하에 모두 제공되는 것을 예로 들었으나, 더 낮은 온도에 노출되는 2차 방벽(13)의 상측에만 보강재(14)가 마련될 수도 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 LNG 화물창의 인슐레이션 구조의 작동을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
도 3은 보강재(14)가 없는 경우의 2차 방벽(13)의 열변형률을 나타내는 도면이고, 도 4는 보강재(14)가 있는 경우의 2차 방벽(13)의 열변형률을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는, 제 1 인슐레이션 패널(11) 및 제 2 인슐레이션 패널(12)이 RPUF 소재로 80mm 및 150mm의 두께를 갖고, 보강재(14)는 플라이우드 재질로 형성되며, 2차 방벽(13)의 상부의 보강재(14)와 하부의 보강재(14)의 두께 비가 1:1.1로 형성되고, 2차 방벽(13)은 트리플렉스(Triplex)인 것을 조건으로 분석된 데이터이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 보강재(14)가 없는 경우의 2차 방벽(13)의 최대 열변형률은 약 0.48%이고, 보강재(14)가 있는 경우의 2차 방벽(13)의 최대 열변형률은 약 0.25%이다.
그런데, 2차 방벽(13)은 주변 부재에 고정되어 있으므로 실질적으로 열변형되지 않으며, 열변형을 일으키는 힘은 2차 방벽(13)에 내부 응력으로 작용하게 된다. 2차 방벽(13)에 작용하는 내부 응력은 탄성계수(Elastic Modulus, E)와 기계적 변형률(Mechanical strain, εM)의 곱으로 얻을 수 있다.
이때, 기계적 변형률(εM)은 아래와 같은 수학식 1로 얻을 수 있으며, 2차 방벽(13)의 물성치(α = 21×10-6/℃)와 2차 방벽(13)의 일반적인 온도 변화량(△T= -123℃)을 대입하면, 보강재(14)가 없는 경우의 2차 방벽(13)의 최대 기계적 변형률은 약 0.74%이고, 보강재(14)가 있는 경우의 2차 방벽(13)의 최대 기계적 변형률은 약 0.51%인 것을 알 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
즉, 보강재(14)를 설치함으로써 최대 기계적 변형률이 약 0.23% 감소하는 것을알 수 있으며, 보강재(14)를 설치함으로써 2차 방벽(13)이 받는 내부 응력의 크기가 줄어드는 것을 의미한다.
따라서, 2차 방벽(13)을 구성하는 박판 구조재나 접착제의 소성 변형 및 취성 파괴의 발생 가능성을 현저하게 낮추어 2차 방벽(13)의 목적인 보조 밀폐기능이 제기능을 발휘하도록 하며, 2차 방벽(13)의 기능, 즉 2차 방벽(13)의 리크(leak)를 모니터링하는데 사용하는 값(NPA)의 변화량을 최소화하여 모니터링의 정도를 개선할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
11 : 제 1 인슐레이션 패널 12 : 제 2 인슐레이션 패널
13 : 2차 방벽 14 : 보강재
15 : 1차 방벽 16 : 탑브리지패널

Claims (5)

  1. LNG가 저장되는 화물창의 인슐레이션 구조에 있어서,
    적층되도록 배치되는 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널;
    제 1 인슐레이션 패널의 내측에 배치되는 1차 방벽;
    상기 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널 사이에 설치되는 2차 방벽; 및
    상기 제 1 인슐레이션 패널과 상기 2차 방벽 사이 및 상기 제 2 인슐레이션 패널과 상기 2차 방벽 사이 중 적어도 한 곳에 설치되며, 상기 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널보다 낮은 열팽창계수를 갖는 보강재
    를 포함하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강재는
    상기 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널보다 강성이 높은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보강재는,
    상기 제 1 인슐레이션 패널 사이에 설치되는 탑브리지패널과 상기 2차 방벽의 사이를 제외하고 설치되는 것
    을 특징으로 하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강재는
    플라이우드(plywood)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강재는 상기 제 1 및 제 2 인슐레이션 패널에 부착된 후 상기 2차 방벽에 부착되는 것을 특징으로 하는 LNG 화물창의 인슐레이션 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101497321B1 (ko) * 2013-07-26 2015-03-02 삼성중공업 주식회사 화물창 방벽구조
KR102183947B1 (ko) * 2019-06-12 2020-11-27 대우조선해양 주식회사 멤브레인형 저장탱크의 단열패널

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