KR20140056271A - Lng선 - Google Patents

Abstract

[과제] LNG－FPSO 또는 LNG 운반선에 탑재되는 멤브레인식 LNG 저장탱크로서, 용량효율이 높고, 또한, 악천후에도 슬로싱이 잘 일어나지 않는 것을 얻는다. [해결수단] 멤브레인식 탱크(16)는, 갑판 밑의 주탱크(16a)와 갑판 상의 박스형 헤드부 탱크(16b)로 구성된다. 이 주탱크 및 헤드부 탱크는 갑판에 뚫린 구멍(17)을 통해 서로 연통하여, 하나의 탱크를 형성하고 있다. 주탱크(16a)는, 이중바닥(18) 및 좌우의 세로격벽(15)의 내측에 단열층(19)을 형성하고, 다시 그 위를 인바 등의 멤브레인(20)으로 액밀 상태로 덮는 것에 의해 형성된다. 마찬가지로, 헤드부 탱크(16b)도 내면에 단열층과 멤브레인을 형성한다.

Description

LNG선{LNG CARRIER}

본 발명은 LNG(액화천연가스)를 저장하기 위한 탱크를 구비한 LNG선에 관한 것이다. 이 "LNG선"이라는 말은 LNG를 산지로부터 소비지로 운반하기 위한 LNG 운반선뿐만 아니라 LNG 저장탱크와 LNG 액화플랜트를 바지선에 탑재한 LNG-FPSO(Floating LNG Production, Storage and Off-loading system) 및 LNG 저장탱크와 재가스화플랜트를 바지선에 탑재한 LNG-FSRU(Floating LNG Storage and Re-gasification Unit)도 포함하는 것에 대해 사용한다.

세계적으로 에너지 가격이 상승하고 있어 육상에서 멀리 멀어진 대규모 해저 가스전의 개발 프로젝트가 현재 본격화되고 있다. 여기에 이용하는 LNG-FPSO는 해저 가스전으로부터 발생하는 가스를 해상에서 액화시켜 LNG를 생산하고, 그것을 탱크에 저장하여, LNG 운반선에 실어 내는 기능을 구비하고 있다. (또한 LNG-FSRU는 LNG 운반선으로부터 수용한 LNG를 가스화하여 육상으로 내보내는 기능을 가진다).

LNG-FPSO는 생산한 대량의 LNG를 저장하기 위한 탱크를 구비하는데, 그 탱크 구조는 지금까지의 LNG 운반선의 건조를 통해 쌓아 온 LNG 탱크 기술이 채용될 전망이다. 그러나, LNG-FPSO와 LNG 운반선에서는 LNG 저장탱크의 사용법이 동일하지 않기 때문에 주의가 필요하다. LNG 운반선의 경우, LNG 저장탱크는 가득 차거나 비거나 둘 중 하나의 상태로 운용되며, 반적재 상태는 없기 때문에, 악천후에도 탱크 내의 액체화물이 격렬하게 물결치는 현상(슬로싱 현상)은 잘 일어나지 않는다. 하역작업시에만 탱크 액위가 크게 변화하지만, 하역작업은 대부분 파도가 잔잔하고 바람이 없는 항구 내에서 이루어지고 있었기 때문에, 슬로싱은 거의 무시할 수 있었다.

한편, LNG-FPSO는 기상 조건이 변동되기 쉬운 먼 바다에 상시 계류되며, 그 LNG 저장탱크의 액위는 LNG 생산량과 LNG 운반선에 실어 내는 양의 균형으로 시시각각 변동하여 반적재상태가 일상적으로 생기므로, 슬로싱 현상이 일어나기 쉽다고 생각되고 있다. LNG-FPSO에서 한 가지 더 중요한 것은 LNG 운반선에 액체화물을 실어낼 때, STS(ship to ship)로, 특히 LNG-FPSO에 LNG 운반선을 옆에 바로 붙여(side by side) 로딩 암을 사용하여 실시하는 것이 생각되고 있다. 지금까지의 LNG 운반선이 안전한 항구 내에 마련된 정박소에 계선되어 하역이 이루어지고 있던 것을 생각하면, 이러한 먼 바다에서의 STS 하역은 리스크가 높아, LNG-FPSO와 그것에 접현하려고 하는 LNG 운반선 사이에 충돌사고가 발생하여 선체를 손상시키거나, 로딩 암으로부터 액체화물이 누설되어 선체 손상 등의 사고가 발생할 수 있다고 생각된다. 따라서, LNG-FPSO의 탱크 설계시에는 이러한 리스크도 충분히 고려할 필요가 있다.

또한, 앞으로의 LNG 운반선은 기상 조건이 변동되기 쉬운 먼 바다에서 LNG-FPSO로부터 LNG를 실어내는 상황도 고려해 둘 필요가 있으며, 특히 적하 도중 슬로싱 대책이 필요하다.

LNG 운반선에서 종래부터 이용되어 온 LNG 저장탱크에는, 자립구형 탱크(MOSS 방식 탱크), 자립각형 탱크(SPB 방식) 및 멤브레인 탱크가 있으며, LNG-FPSO에서도 이 3가지 탱크 형식 중 어느 하나가 채용될 것으로 예상되고 있다. 먼저, 자립구형 탱크인데, 이것은 알루미늄 합금으로 만들어진 자립식 탱크로서, 그 적도부에서부터 뻗는 스커트를 통하여 이중선각으로 만들어진 선창 내에 지지된다. 단열층은 탱크의 외면에 형성된다(외부단열 방식). 자립구형 탱크는 구형이기 때문에 선창 내에 잘 수용되지 않아 용적효율이 좋지 않다고 하는 결점이 있다. 이 방식의 탱크에서는 외부단열식이므로 악천후일 때 적하가 물결쳐도 단열층에 손상이 발생하는 일은 없다.

자립각형 탱크는 본체가 알루미늄 합금제인 사각형 탱크로서, 탱크를 보강하는 세로 부재는 탱크의 내측에 형성되고 단열재는 탱크의 외면에 형성된다. 여기에서는 각형 탱크와 배의 내각 사이에 보이드 스페이스가 필요하여 그만큼 탱크의 용적효율이 낮아진다. 한편, 탱크 내에 세로 부재를 형성할 수 있으므로 악천후시 액체화물의 슬로싱이 잘 일어나지 않고, 비록 일어났다고 해도 탱크의 외면에 있는 단열층은 손상을 받지 않는다.

멤브레인 방식인데, 이것은 이중선각 구조로 만들어진 선창 내면에, 단열층을 사이에 두고 니켈강이나 스테인리스강의 박판(멤브레인)을 펼쳐 붙여 LNG 탱크를 형성한다. 이 방식에서는 선창 용적의 대부분을 탱크 용적으로 이용할 수 있어 용적효율이 우수하다. 반면, 액체화물의 슬로싱에 의해 멤브레인이나 단열층이 손상을 받기 쉽다고 하는 결점이 있다. 또한, 보냉 공사, 특히 멤브레인들 간의 용접이 복잡하여 건조에 긴 공사기간을 필요로 한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 주로 멤브레인식 LNG 저장탱크를 가지는 LNG선(즉, LNG 운반선, LNG-FPSO, LNG-FSRU)에 관한 것으로, 탱크의 용적효율이 좋고, 또한, 악천후에도 액체화물의 슬로싱이 잘 일어나지 않는 것을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 LNG선은 멤브레인식 또는 자립각형(SPB 방식)의 LNG 저장탱크를 가진다. 이 LNG 저장탱크들은 다중선각으로 둘러싸인 선내 스페이스에 형성된 주탱크, 상기 주탱크 바로 위의 갑판 상에 설치되는 것으로, 상기 주탱크보다 폭이 좁은 박스형 헤드부 탱크로 구성된다. 이 주탱크 및 헤드부 탱크는 서로 연통하여 하나의 탱크를 형성하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같이, 선내에 형성되는 주탱크뿐만 아니라, 갑판상에 박스형의 헤드부 탱크를 구비하고 있으므로, 선체 자체를 크게 하지 않아도, 큰 탱크 용적을 얻을 수 있다. 또한, 헤드부 탱크는 그 아래의 주탱크보다 폭이 좁기 때문에, 적하의 액면이 헤드부 탱크에 도달한 경우에는 슬로싱이 잘 일어나지 않는다는 이점이 있다. 슬로싱 저감의 효과를 충분하게 하려면, 상기 헤드부 탱크의 폭은 그 주탱크 폭의 약 50 내지 약 70%의 범위인 것이 바람직하다. 헤드부 탱크는 높이가 낮으면 용적이 증가하지 않고, 높이가 너무 높으면 구조적으로 불안정해지므로, 헤드부 탱크의 높이는 그 탱크 폭의 20% 내지 60%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

주탱크는 선체를 이중선각 구조로 하고, 상기 이중선각 구조와 상갑판으로 둘러싸인 스페이스 내에 형성할 수 있다. 그리고, 이중선각 구조와 상갑판으로 둘러싸인 스페이스 내에 좌우 세로격벽을 형성하고, 그 세로격벽으로 상기 스페이스 내를 3개의 구획, 즉 중앙구획과 좌우의 측부구획으로 나누어 상기 중앙구획 내에 상기 주탱크를 형성할 수 있다. 이 구조에서는 주탱크가 삼중선각 구조(즉, 외판, 내각 및 세로통과격벽)로 보호되므로, 다른 선박과의 충돌사고로 선체가 손상되는 경우에도 주탱크가 손상될 위험을 줄일 수 있다.

삼중선각 구조에 의해 만들어진 좌우측부 구획은 LNG-FPSO의 경우, LNG의 생산과정에서 발생하는 LPG 등의 부산물을 저장하는 컨덴세이트 탱크나 청수 탱크로서 효과적으로 사용할 수 있다. LNG 운반선의 경우는, 좌우측부 구획은 밸러스트 탱크로서 이용하며, 해수 밸러스트의 양을 가감하여 흘수조정이나 선체의 롤링(좌우로 흔들리는 것) 주기의 조정에 이용한다.

이 LNG선은 LNG 저장탱크가 멤브레인 방식이며, 격렬한 슬로싱이 일어났을 때 격렬하게 물결치는 액체화물의 압력으로 멤브레인이나 단열재가 손상을 받기 쉽다. 한편, 독립식 LNG 저장탱크는 탱크의 외면에 단열층이 있으므로, 슬로싱이 일어나서 단열층이 손상되는 일은 일어나기 어렵다. 슬로싱은 탱크 내 액체화물의 액면위치가 문제이며, 액면이 탱크 깊이의 20% 내지 80% 정도 사이에 있으면 슬로싱이 일어나기 쉬워 위험하다고 생각되고 있다. 그래서, LNG 저장탱크를 전부 멤브레인식으로 하는 것이 아니라 하나라도 독립식 LNG 저장탱크, 예를 들어 독립식 자립 탱크(Moss) 또는 독립식 각형 탱크(SPB 방식)를 추가하면 된다. 이와 같이 독립식 탱크라면, LNG-FPSO 에서는 LNG 생산 플랜트에 의해 생산되는 LNG는, 먼저 이 독립 탱크에 모으도록 하고, 어느 정도 양의 LNG가 모이면, 그 LNG를 한번에 멤브레인 탱크로 이송하도록 함으로써 멤브레인 탱크의 액면이 위험액면 존에 장시간 머무는 일을 피할 수 있다.

도 1은 LNG-FPSO의 개략 측면도이다.
도 2는 도 1 또는 도 4의 B 방향에서 본 상갑판의 평면도이다.
도 3은 도 1 또는 도 4의 A－A 선체 횡단면도이다.
도 4는 LNG 운반선의 개략측면도이다.
도 5는 SPB 탱크를 탑재한 LNG선의 횡단면도이다.

도 1은 본 발명에 의한, 부호 1a로 나타내는 LNG-FPSO의 측면도이다. 단, 이 배는 원래 원유/광석 전용선이었던 것을 개장한 것이다. 물론, 처음부터 새로 건조하는 것도 가능하다. 선미에 기관실(2)이 있고, 그 전방이 탱크 스페이스(3)로 되어 있다. 상갑판 후부에 주거구(4)가 있고, 그 앞에 LNG 생산 플랜트(5)가 탑재되어 있다. 선수부에는 LNG-FPSO에는 항상 있는 터릿(6)이 설치되어 있고, 해저에 고정된 앵커로부터 연장되는 계류삭구(7)는 이 터릿에 접속되어, 일점계류인 상태로 각종 작업을 한다. 터릿에는 해저로부터 세워지는 라이저 파이프(8)도 접속되고, 가스전에서 채취된 천연가스는 이 파이프를 통과하여 선상의 LNG 생산 플랜트(5)로 보내진다. 천연가스는 여기서 정제, 액화되어 탱크 스페이스(3)에 설치된 몇 개의 LNG 저장탱크(16, 23)에 보내져 저장된다. 저장한 LNG는 LNG-FPSO(1a)에 LNG 운반선을 옆에 붙이고, 상갑판 위에 설치된 로딩 암(도시생략.)을 이용하여 액체화물이 LNG 운반선에 실려서 옮겨진다.

도 3은 LNG-FPSO의 중앙탱크부 단면도이며, 개장전의 원유/광석 전용선이 구비하고 있던 외각(10)과 내각(11)으로 이루어지는 이중선각 구조를 그대로 사용하여, 외각와 내각 사이의 스페이스(12)를 해수 밸라스트 탱크로서 이용한다. 내각(11)과 상갑판(13)으로 둘러싸인 스페이스도 원유/광석 전용선이었던 때부터 좌우 한 쌍의 세로격벽(14)과 몇 개의 가로격벽(15)에 의해 몇 개의 구획으로 나뉘어져 있다. 좌우 세로격벽(14) 사이에 형성되는 중앙열의 구획은 원래 원유 겸 광석창이었던 적도 있으며, 이 구획들을 이용하여 몇 개의 멤브레인식 LNG 저장탱크(16)를 형성한다. 좌우의 열구획(17)(원래 원유탱크)은 청수나 컨덴세이트 등의 저장 스페이스로서 이용한다.

각 멤브레인식 탱크(16)는 갑판 밑의 주탱크(16a)와 갑판상의 박스형 헤드부 탱크(16b)로 구성된다. 이 배가 원유/광석 전용선이었을 때, 상갑판에는 광석을 쌓기 위한 창구(해치 웨이)가 열려 있었고, 창구의 주위를 둘러싸고 해치 코밍이 세워져 있었다. 개장시에는 이 해치 코밍에 이어지도록 하여 측벽을 위로 높여서 천장을 마련함으로써 헤드부 탱크(16b)가 만들어진다. 이렇게 해서 만들어지는 헤드부 탱크는 갑판상에 뚫려 있는 구멍(18)(원래 창구)을 통해 주탱크와 하나의 탱크를 형성하고 있다.

주탱크(16a)는 이중바닥(19) 및 좌우의 세로격벽(14)의 내측에 단열층(20)을 형성하고, 다시 그 위를 인바 등의 멤브레인(21)으로 액밀 상태로 덮는 것에 의해 형성된다. 부호 24는 상갑판(13)의 하측에 형성된 보이드 스페이스이다. 단, 전후의 LNG 탱크 사이에는 2개의 가로격벽으로 둘러싸인 형태로 코퍼댐(22)을 마련한다(도 1 및 도 2 참조). 헤드부 탱크(16b)도 마찬가지로 내면에 단열층(20)과 멤브레인(21)을 형성한다.

부호 25는 헤드부 탱크 주위에 설치되어 있는 보강용 브래킷이다.

또한, 헤드부 탱크(16b)는 도 3에 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 측판을 경사시켜 횡단면을 사다리꼴로 형성할 수도 있다.

이 LNG선의 LNG 저장탱크(16)는 주탱크(16a) 바로 위의 갑판 상에 헤드부 탱크(16b)를 부가한 점이 특징적이다. 이렇게 하여 생기는 가장 큰 장점은 전체적으로 큰 탱크 용량을 확보할 수 있다는 것이다. 주탱크만인 경우에 비해 15 내지 25% 전후의 용량 증가를 기대할 수 있다. 두 번째 장점은 주탱크에 헤드부 탱크를 부가하는 것에 의해, 전체적으로 병과 같은 탱크 형상이 되고, 주탱크에 비해 헤드부 탱크는 가로폭이 좁기 때문에 액체화물의 액면이 헤드부 탱크에 닿을 만큼 높은 위치에 있으면 슬로싱이 잘 일어나지 않게 된다는 효과가 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 이 배는 자립식 LNG 저장탱크(23)를 하나만 최전방부에 마련하고 있으며, 자립식 LNG 탱크는 구형 탱크(MOSS 타입)여도 되지만, 여기에서는 각형 탱크(SPB 방식)를 채용하고 있다. 이 자립식 탱크는 전술한 바와 같이, 멤브레인식 LNG 저장탱크(16)의 액체화물의 액면이 슬로싱 위험 존에 머무는 것을 피하는 것을 의도한 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 LNG 운반선(1b)(생산 설비(5)가 없는 것)의 측면도이다. 이 LNG 운반선도 역시 원유/광석 전용선을 개장한 것인데, 처음부터 새로 건조해도 된다. 이 LNG 운반선에는 LNG 생산 플랜트(5), 터릿(6) 및 최전방부의 독립식 LNG 탱크(23)는 없지만, 그 외에는 전술한 LNG-FPSO와 동일한 구조를 구비하고 있다. LNG 운반선의 중앙탱크부도 전술한 LNG-FPSO와 동일하며, 앞에 나온 도 2 및 도 3으로 나타내는 바와 같다. 좌우의 열구획(17)(원래 원유탱크)은 LNG-FPSO에서는 청수나 컨덴세이트 등의 저장 스페이스로 이용했지만, 이 LNG 운반선에서는 밸러스트를 저장하기 위한 딥탱크로서 이용한다.

LNG 운반선에 먼 바다에서 LNG-FPSO로부터 LNG가 옮겨 실리는 경우, LNG 탱크의 액면은 제로에서 거의 가득까지 변동하므로, LNG 운반선에서도 슬로싱 대책이 필요해진다. 그 대책으로서, 이 밸러스트 딥탱크(17)가 도움이 된다. 일반적으로 빈 상태에서부터 액체화물을 실어 가면, 실린 액체화물은 LNG 탱크의 바닥에서부터 서서히 채워져 가므로, 처음에는 배의 무게중심이 낮아지는 경향이 있다. 즉, 배는 보텀헤비 상태가 되어, 고유 롤링 주기가 작고, 배는 롤링되기 쉬워져, LNG 탱크 안에서 액체화물이 격렬하게 물결치는 위험이 생긴다. (그러나, 그 후 싣기가 진행되면, LNG 탱크의 액면이 높아져 가므로, 배의 무게중심도 높아져서 롤링은 가라앉는다.)

이 LNG 운반선에서는 LNG를 싣기에 앞서, 밸러스트 탱크에 충분한 양의 해수를 채워 두고 LNG를 싣는 도중에는 그 밸러스트 탱크(17)의 해수를 조금씩 배 밖으로 배출해 내도록 한다. 이렇게 하면, 보텀헤비 상태에 빠지는 것을 피할 수 있고, 배의 롤링을 작게 억제하여 슬로싱을 억제할 수 있다.

또한, 적하 작업중에는 LNG-FPSO가 서서히 떠오르는 한편, LNG 운반선은 서서히 가라앉는데, 딥 밸러스트 탱크(17)에 미리 실어 둔 해수 밸러스트를 적하 작업중에 서서히 배출하도록 하면, 양 배의 상하 상대변위를 작게 할 수 있어, 로딩 암에 무리한 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있는 효과도 있다.

도 5는 LNG선의 LNG 저장탱크(1)를 멤브레인 탱크(16) 대신에 자립각형(SPB 방식) 탱크(30)으로 구성한 것이다. 탱크 형상은 도 3의 멤브레인 탱크와 마찬가지로, 갑판 밑의 주탱크(30a)와 갑판상의 헤드부 탱크(30b)로 구성되어 있다. 탱크 벽(31)을 보강하는 세로 부재(32)는 탱크의 내면에 설치되어 있고, 단열층(33)은 탱크의 외면에 형성된다. 부호 34는 탱크의 저부 및 측부를 지지하는 지지 블록이다. 이와 같이, 멤브레인 탱크가 아니라 자립각형 탱크를 채용하면, 악천후에 슬로싱이 잘 생기지 않는 이점이 있다. 게다가, 탱크 벽(31)과 세로격벽(14) 사이에 공간이 형성되어, 세로격벽은 LNG 탱크로부터의 저온 영향을 받기 어려워져 세로격벽에 고장력강을 사용할 수 있는 범위가 확대된다고 하는 장점이 있다.

1: LNG선 1a: LNG-FPSO
1b: LNG 운반선 10: 외각
11: 내각 13: 상갑판
14: 세로격벽 15: 가로격벽
16: LNG 저장탱크 16a: 주탱크
16b: 헤드부 탱크 17: 좌우의 측부 구획
18: 구멍 23: 자립식 각형 LNG 탱크
30: 자립식 각형 LNG 탱크 30a: 주탱크
30b: 헤드부 탱크

Claims (10)

1. 멤브레인식 LNG 저장 탱크를 구비하고 있으며, 상기 탱크가, 다중선각으로 둘러싸인 선내 스페이스 내에 형성된 주탱크와, 상기 주탱크 바로 위의 갑판 상에 설치된 것으로, 상기 주탱크보다 폭이 좁은 박스형 헤드부 탱크로 이루어지고, 상기 주탱크와 상기 헤드부 탱크는 상기 상갑판에 뚫린 구멍을 통해 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 LNG선.
2. 자립 각형 LNG 저장 탱크를 구비하고 있으며, 상기 탱크가, 다중선각으로 둘러싸인 선내 스페이스 내에 형성된 주탱크와, 상기 주탱크 바로 위의 갑판 상에 설치된 것으로, 상기 주탱크보다 폭이 좁은 박스형 헤드부 탱크로 이루어지고, 상기 주탱크와 상기 헤드부 탱크는 상기 상갑판에 뚫린 구멍을 통해 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 LNG선.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 헤드부 탱크의 폭이, 상기 주탱크 폭의 50% 내지 70%의 범위인 LNG선.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 헤드부 탱크의 높이가, 상기 헤드부 탱크 폭의 20% 내지 60%의 범위인 LNG선.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 이중선각 구조와 상갑판으로 둘러싸인 스페이스 내에 좌우 세로격벽을 형성하고, 그 세로격벽으로 상기 스페이스 내를 3개의 구획, 즉 중앙구획과 좌우의 측부구획으로 나누어, 상기 중앙구획 내에 상기 주부탱크를 형성한 LNG선.
6. 제5항에 있어서,
   상기 측부구획이 컨덴세이트 탱크로 형성되는 LNG선.
7. 제5항에 있어서,
   상기 측부구획이 밸러스트용 딥 탱크로 형성되는 LNG선.
8. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서,
   LNG 생산 플랜트를 가지며, LNG－FPSO로서 이용되는 LNG선.
9. 제8항에 있어서,
   상기 멤브레인식 LNG 탱크 외에, 적어도 하나의 독립식 LNG 저장 탱크를 구비하고 있는 LNG선.
10. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항 또는 제7항에 있어서,
    LNG의 운반에 이용되는 LNG선.

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