KR20150104452A - 잠수식 저장탱크 및 이를 가지는 부유식 구조물 - Google Patents

Abstract

해저에 설치되어 액체화물을 저장할 수 있는 잠수식 저장탱크 및 이를 가지는 부유식 구조물이 개시된다.
잠수식 저장탱크는, 액체화물을 수용하며 내부벽 및 외부벽에 의해 이중벽 구조를 갖는 탱크 몸체와; 상기 탱크 몸체의 내부벽과 외부벽 사이에 형성되는 밸러스트 탱크와; 해상의 부유식 구조물로부터 연장하는 라이저 조립체가 연결될 수 있도록 상기 탱크 몸체에 형성되는 연결부; 를 포함한다.

Description

잠수식 저장탱크 및 이를 가지는 부유식 구조물 {SUBMERSIBLE STORAGE TANK AND FLOATING STRUCTURE WITH THE SAME}

본 발명은 해저에 설치되어 액체화물을 저장할 수 있는 잠수식 저장탱크 및 이를 가지는 부유식 구조물에 관한 것이다.

근래, 석유나 석탄에 비해 환경오염의 우려가 적은 청정연료로서의 천연가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다.

예를 들어 LNG (Liquefied Natural Gas)나 LPG (Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 저장 및 수송에 매우 적합하다.

LNG 운반선 등의 액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다. 이와 같이 극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 마련된 부유식 구조물의 예로서는, 액화가스 운반선 이외에도 LNG RV (Regasification Vessel)와 같은 선박이나, LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading), BMPP (Barge Mounted Power Plant), FSPP (Floating and Storage Power Plant)와 같은 플랜트 등을 들 수 있다.

LNG RV는 자력 항해 및 부유가 가능한 액화천연가스 운반선에 LNG 재기화 설비를 설치한 것이다. LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 액화천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 구조물이고, LNG FPSO는 채굴된 천연가스를 해상에서 정제한 후 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 구조물이다. 그리고 BMPP는 바지선에 발전설비를 탑재하여 해상에서 전기를 생산하기 위해 사용되는 구조물이며, FSPP는 해상에 부유된 구조물에 발전설비와 저장탱크를 탑재하여 전기를 생산하는 해상 플랜트이다.

이와 같이, LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU, BMPP, FSPP 등의 부유식 구조물 내에는 액체화물인 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 저장탱크가 설치되어 있다.

이 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Tank)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다. 하기 표 1에서 나타난 바와 같이, 통상 멤브레인형 저장탱크는 GT NO 96형과 TGZ Mark Ⅲ형으로 나눠지며, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형으로 나눠진다.

전술된 GT형 및 TGZ형 탱크구조는 미국 특허 제 6,035,795 호, 제 6,378,722 호, 제 5,586,513 호 및 미국 특허공개 제 2003-0000949 호 등과, 대한민국 특허공개 제 10-2000-0011347 호 및 제 10-2000-0011346 호 등에 기재되어 있다. 또한, 독립탱크형 저장탱크의 구조는 대한민국 특허 제 10-15063 호 및 제 10-305513 호 등에 기재되어 있다.

상기 GT NO 96형의 저장탱크는, 0.5 ~ 0.7㎜ 두께의 인바(Invar) 강(36% Ni)으로 이루어지는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽과, 플라이우드 박스(plywood box) 및 펄라이트(perlite) 등으로 이루어지는 1차 단열벽 및 2차 단열벽이, 선체의 내부표면 상에 번갈아 적층 설치되어 이루어진다. 상기 GT NO 96형의 경우, 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 갖고 있어 1차 밀봉벽의 누설시 상당한 기간 동안 2차 밀봉벽만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다.

한편, 상기 TGZ Mark Ⅲ형의 저장탱크는, 1.2㎜ 두께의 스테인리스강 멤브레인(Membrane)으로 이루어지는 1차 밀봉벽 및 트리플렉스(triplex)로 이루어지는 2차 밀봉벽과, 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 등으로 이루어지는 1차 단열벽 및 2차 단열벽이, 선체의 내부표면 상에 번갈아 적층 설치되어 이루어진다. TGZ Mark Ⅲ형의 경우에 밀봉벽은 파형 주름부를 가지며, 극저온 상태인 LNG에 의한 수축은 파형 주름부에서 흡수하여 멤브레인 내에는 큰 응력이 생기지 않는다. TGZ Mark Ⅲ형 방열 시스템은 내부 구조상 보강이 쉽지 않으며 2차 밀봉벽의 특성상 GT NO 96형의 2차 밀봉벽에 비해 LNG 누수를 방지하는 기능이 약하다.

그런데, 상술한 멤브레인형의 액화천연가스 저장탱크는 구조 특성상 저장탱크 내부의 보강재 설치가 쉽지 않기 때문에 현재 구조로서는 독립형 탱크에 비해 슬로싱(sloshing) 문제에 보다 취약할 수밖에 없다. 슬로싱이란, 부유식 구조물이 다양한 해상 상태에서 운동할 때 저장탱크 내에 수용된 액체 상태의 물질, 즉 LNG가 유동하는 현상을 말하는 것으로, 슬로싱에 의해 저장탱크의 벽면은 심한 충격을 받게 된다. 이러한 슬로싱 현상은 부분적재시에 더 심하게 발생한다.

강도가 높아 슬로싱 하중 측면에서 유리하다고 생각되는 IHI-SPB 타입 등의 독립형 저장탱크를 사용할 경우에는 제작단가가 크게 증가하고, 독립형 저장탱크를 대형의 저장탱크에 적용하기 위해서는 저장탱크와 선체와의 사이의 고정, 알루미늄 또는 SUS에 대한 숙련된 용접사의 절대적인 부족, 무게의 증가, 특수 코팅 시공이나 제작과정 중의 품질관리 등 아직 검증되지 않은 각종 기술적인 문제를 해결해야 하는 문제가 있다.

그에 따라 대부분의 부유식 구조물에는 멤브레인형 저장탱크가 설치되어 있으며, 슬로싱 현상은 해상에서 부유된 채 사용되는 부유식 구조물에 대해 필연적으로 발생하므로, 슬로싱에 의한 하중을 견디기 위해 충분한 강도를 가지도록 저장탱크 구조를 설계할 필요가 있다.

상술한 바와 같이 멤브레인형 저장탱크는 내부에 보강재를 설치하기 어렵기 때문에, 슬로싱 하중을 감소시키고자 저장탱크의 측면 상부 및 하부에 대략 45도 각도로 경사진 상부 챔퍼(chamfer) 및 하부 챔퍼를 형성하는 방법이 제안되었다. 상부 및 하부 챔퍼를 갖는 멤브레인형 저장탱크의 경우, 저장탱크의 형상을 변형함으로써 어느 정도의 하중을 견딜 수는 있었지만, 이 역시 표준 적재 조건에서만 운용이 가능하고, 저장용량의 희생이 불가피하며, 다양한 해상 조건에서도 부분 적재 상태에서 슬로싱에 의한 충격력을 충분히 안전하게 견디기 위해서는 추가 조치가 필요하다고 인식되고 있다.

그에 따라, LNG의 저장공간이 줄어드는 단점이 있지만 선체의 내부에 종방향으로 연장되는 코퍼댐을 설치하여 저장탱크를 2열로 배치함으로써 저장탱크의 크기를 작게 하여 슬로싱에 의한 영향을 감소시키는 방법이나, 제조비용의 증가에도 불구하고 저장탱크의 내부에 부착되는 밀봉벽의 형상을 개선하거나 단열벽을 형성하는 단열박스의 강도를 증가시킨 보강 단열박스를 사용하는 방법도 제시되고 있다.

그러나, 선박의 대형화에 따라 LNG 저장탱크 역시 대형화하는 추세에 있으므로, 종래에 비해 더욱 슬로싱 현상으로 인한 하중, 즉 슬로싱의 충격력이 커지고 있으며 이를 안전하게 지지하기 위한 연구가 계속될 필요가 있다.

액체화물을 저장하고 있는 부유식 구조물의 저장탱크에서 발생하는 슬로싱에 의한 영향을 원천적으로 배제시키는 동시에, 추가적인 저장공간을 확보할 수 있도록, 연근해의 한 지점에 장기간 계류된 채 사용되는 부유식 구조물과 함께 사용될 수 있는 잠수식 저장탱크가 제안되었다.

그런데, 해저에 설치되는 잠수식 저장탱크는 한번 설치된 후에는 유지보수나 타지역으로의 설치위치 변경이 불가능하다는 문제가 있다. 또한, 조선소에서 제작한 후 설치위치까지 이동시킬 때 대형 바지선을 이용해야 하므로, 바지선의 크기에 맞춰 저장탱크의 크기가 제한되거나, 하나의 저장탱크를 복수의 모듈로 분할하여 설치위치까지 이동시킨 후 현장에서 조립해야 하는 등의 불편함이 있다.

이러한 잠수식 저장탱크의 문제점을 해결하고자 하는 본 발명은, 해저에 설치하여 슬로싱에 의한 영향을 원천적으로 배제시킬 수 있고 추가적인 저장공간을 확보할 수 있는 동시에, 밸러스트 탱크를 부착시킴으로써 유지보수 및 설치위치 변경이 가능하고 이동이 자유로운 잠수식 저장탱크 및 이를 가지는 부유식 구조물을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해저에 설치되어 액체화물을 저장할 수 있는 잠수식 저장탱크로서, 액체화물을 수용하며 내부벽 및 외부벽에 의해 이중벽 구조를 갖는 탱크 몸체와; 상기 탱크 몸체의 내부벽과 외부벽 사이에 형성되는 밸러스트 탱크와; 해상의 부유식 구조물로부터 연장하는 라이저 조립체가 연결될 수 있도록 상기 탱크 몸체에 형성되는 연결부; 를 포함하는, 잠수식 저장탱크가 제공된다.

상기 연결부는, 상기 잠수식 저장탱크에 저장된 액체화물을 배출시키기 위한 배출펌프를 포함할 수 있다.

상기 연결부는, 상기 잠수식 저장탱크의 내부압력이 상승하여 액체화물이 분출되는 것을 방지하는 BOP를 포함할 수 있다.

상기 잠수식 저장탱크는, 액체화물의 배출을 위해 상기 잠수식 저장탱크 내부에서 연장하는 파이프 조립체를 더 포함할 수 있다. 상기 파이프 조립체의 하단에는 저장된 액체화물을 배출시키기 위한 배출펌프가 설치될 수 있다.

상기 잠수식 저장탱크는, 상기 밸러스트 탱크에 밸러스트수를 공급 및 배출시키기 위한 하나 이상의 밸러스트수 펌프를 포함할 수 있다.

상기 잠수식 저장탱크는, 상기 밸러스트 탱크에 밸러스트수를 공급하기 위한 하나 이상의 개폐 밸브를 포함할 수 있다.

상기 잠수식 저장탱크는, 상기 탱크 몸체의 외부에 탈부착이 가능한 중량물을 포함할 수 있다. 상기 중량물은, 보조 밸러스트 탱크 또는 GBS일 수 있다.

상기 잠수식 저장탱크는, 상기 내부벽의 내부에 적층 설치되는 밀봉 및 단열방벽을 포함하는 멤브레인형 탱크일 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 해저에 설치되어 액체화물을 저장할 수 있는 잠수식 저장탱크로서, 액체화물을 수용하는 탱크 몸체와; 상기 탱크 몸체에 형성되는 밸러스트 탱크와; 해상의 부유식 구조물로부터 연장하는 라이저 조립체가 연결될 수 있도록 상기 탱크 몸체에 형성되는 연결부; 를 포함하는, 잠수식 저장탱크가 제공된다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 해상에서 부유된 채 사용되는 부유식 구조물로서, 해저에 설치되어 액체화물을 저장할 수 있는 잠수식 저장탱크와; 상기 부유식 구조물과 상기 잠수식 저장탱크 사이를 연결하는 라이저 조립체; 를 포함하는, 부유식 구조물이 제공된다.

상기 라이저 조립체는, 액체화물을 이송시키기 위한 액체화물 통로와, 상기 잠수식 저장탱크에 저장된 액체화물로부터 발생하는 증발가스를 처리하기 위해 상기 부유식 구조물로 증발가스를 이송시키기 위한 증발가스 통로를 포함할 수 있다.

상기 부유식 구조물은, LNG FRU, LNG FSRU, BMPP, FSPP, LNG FPSO로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.

상기 부유식 구조물은, 액체화물을 저장할 수 있는 자체 저장탱크가 선체 내에 설치되어 있어 액체화물을 상기 잠수식 저장탱크 또는 상기 자체 저장탱크에 저장할 수 있거나, 액체화물을 저장할 수 있는 자체 저장탱크가 선체 내에 설치되어 있지 않아 액체화물을 상기 잠수식 저장탱크에만 저장할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액체화물을 수용하는 탱크 몸체와, 상기 탱크 몸체에 형성되는 밸러스트 탱크와, 해상의 부유식 구조물로부터 연장하는 라이저 조립체가 연결될 수 있도록 상기 탱크 몸체에 형성되는 연결부를 갖는 잠수식 저장탱크를 해저에 설치하는 방법으로서, 상기 밸러스트 탱크에 수용되는 밸러스트수의 양을 조절하여 상기 잠수식 저장탱크가 반잠수 상태가 되도록 하는 단계와; 반잠수 상태의 잠수식 저장탱크를 예인하는 단계와; 착탈 가능한 중량물을 부착시켜 상기 잠수식 저장탱크를 해저의 설치위치까지 하강시키는 단계와; 상기 잠수식 저장탱크가 해저에 설치된 후, 상기 라이저 조립체에 의해 상기 부유식 구조물과 상기 잠수식 저장탱크를 연결하는 단계; 를 포함하는, 잠수식 저장탱크의 설치방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액체화물을 수용하는 탱크 몸체와, 상기 탱크 몸체에 형성되는 밸러스트 탱크와, 해상의 부유식 구조물로부터 연장하는 라이저 조립체가 연결될 수 있도록 상기 탱크 몸체에 형성되는 연결부를 갖는 잠수식 저장탱크의 유지보수 방법으로서, 상기 부유식 구조물과 상기 잠수식 저장탱크 사이를 연결하는 상기 라이저 조립체의 연결을 해제시키는 단계와; 상기 밸러스트 탱크에 저장되어 있는 밸러스트수를 배출시켜 상기 잠수식 저장탱크를 해수면까지 상승시키는 단계와; 해상까지 부상된 상기 잠수식 저장탱크에 대한 유지보수 작업을 수행하는 단계; 를 포함하는, 잠수식 저장탱크의 유지보수 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 해저에 설치될 수 있어 슬로싱에 의한 영향을 원천적으로 배제시킬 수 있고 추가적인 저장공간을 확보할 수 있는 잠수식 저장탱크가 제공될 수 있다.

본 발명의 잠수식 저장탱크에 의하면, 슬로싱이 발생하지 않으므로 슬로싱 현상을 억제하기 위하여 저장탱크 내에 별도의 구조물을 설치하거나 밀봉벽의 형상을 변경할 필요가 없고, 슬로싱으로 인한 충격을 견딜 수 있도록 단열박스를 보강할 필요가 없다.

또한, 저장탱크의 내부에 챔퍼를 형성하거나 코퍼댐에 의해 저장탱크를 2열로 배치하는 등의 슬로싱 대처방안이 필요하지 않아, 저장탱크의 용량을 최대한 확보할 수 있게 된다. 저장탱크의 내부에 대략 45도로 경사진 챔퍼를 형성하지 않을 경우, 경사진 부분을 위해 밀봉벽 및 단열벽 구조를 특별히 제작할 필요가 없으므로, 밀봉벽 및 단열벽 설치에 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 잠수식 저장탱크에 의하면, 저장탱크의 몸체를 이중벽 구조로 형성하고 내부벽과 외부벽 사이에 밸러스트 탱크를 형성함에 따라, 필요시 해저로부터 부상시켜 유지보수를 용이하게 실시할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 잠수식 저장탱크에 의하면, 바지선 위에 저장탱크를 적재하여 이동하는 대신에, 밸러스트 탱크를 활용하여 저장탱크를 반잠수 상태로 한 다음 예인선이나 바지선에 의해 설치위치까지 저장탱크를 예인하여 이동할 수 있으므로, 자유로운 이동이 가능하고, 저장탱크의 제작을 완료한 후 설치위치까지 이동시킬 수 있어 설치위치에서의 조립작업이 불필요하게 된다.

또한, 저장탱크를 해저에 설치한 이후에도, 필요시 밸러스트 탱크를 활용하여 저장탱크를 부상시킬 수 있으며, 또 다른 위치로 이동시킨 후 재설치하여 사용할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크를 도시하는 개략적인 단면도,
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크가 해저에 설치된 후 부유식 구조물과 연결된 상태를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크를 이동시키는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크를 도시하는 개략적인 단면도, 그리고
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크를 도시하는 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 작용을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크(10)의 개략적인 단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크(10)가 해저에 설치된 후 부유식 구조물과 연결된 상태를 나타낸 도면이 도시되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크(10)는, 대략 육면체 형상을 가지며 내부벽(12) 및 외부벽(13)에 의해 이중벽 구조로 이루어지는 탱크 몸체(11)와, 이 탱크 몸체(11)의 내부벽(12)과 외부벽(13) 사이에 형성되는 밸러스트 탱크(15)와, 해상에 부유된 부유식 구조물(2)로부터 연장하는 라이저(riser) 조립체(3)가 연결될 수 있도록 탱크 몸체(11)에 형성되는 연결부(16)를 포함한다.

잠수식 저장탱크(10)는, 특히 LNG와 같이 극저온에서 액화되는 탄화수소성분을 포함하는 액체화물을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 잠수식 저장탱크(10)에 저장될 수 있는 액체화물로서는, LNG 이외에도, LPG, 액화이산화탄소, 원유, 정제유 등을 들 수 있다.

잠수식 저장탱크(10)는, LNG와 같은 극저온 액체화물을 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열방벽(14)을 갖는 독립형 탱크 또는 멤브레인형 탱크일 수 있다. 해저에 고정적으로 설치되는 잠수식 저장탱크에서는 슬로싱 현상이 발생하지 않으므로, 독립형 탱크에 비해 상대적으로 저렴한 멤브레인형 탱크를 사용하면 제조비용을 절감할 수 있어 유리하다. 본 발명에 따르면, 멤브레인형 탱크 이외에도, 슬로싱으로 인한 영향에 민감한 종류의 저장탱크가 잠수식 저장탱크로서 사용되는 것이 유리하다.

본 명세서에서 부유식 구조물이란, LNG 운반선(LNG carrier)과 같은 각종 액화가스 운반선, LNG RV (LNG Regasification Vessel) 등의 선박을 비롯하여, LNG FPSO (LNG Floating, Production, Storage and Off-loading), Oil FPSO, LNG FSRU (LNG Floating Storage and Regasification Unit), LNG FRU (LNG Floating and Regasification Unit), BMPP (Barge Mounted Power Plant), FSPP (Floating and Storage Power Plant) 등의 플랜트까지도 모두 포함하는 개념이다. 부유식 구조물은, 선체 내에 액체화물을 저장할 수 있는 저장탱크가 설치되어 있는 것일 수도 있고, 저장탱크가 별도로 설치되지 않아 저장기능이 생략된 것일 수도 있다.

다만, 저장탱크가 별도로 설치되지 않는다는 표현은, 예를 들어 생산 및 액화설비에서 생산된 LNG를 잠수식 저장탱크로 공급하기 위해 일시적으로 저장하기 위한, 또는 발전설비에 공급하기 위해 일시적으로 LNG를 저장하는 버퍼탱크 개념의 소형 저장탱크(잠수식 저장탱크에 비해 상대적으로 소형임을 의미)의 존재까지도 부정하고자 하는 것은 아니다.

잠수식 저장탱크와 함께 사용되는 부유식 구조물로서는, 선체에 LNG의 재기화 장치를 장착하여, LNG를 재기화하여 수요처에 공급하기 위한 기능을 갖는 부유식 구조물인 것이 특히 유리할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크(10)가 LNG를 저장하기 위해 만들어진 멤브레인형 탱크인 경우, 내부벽(12)의 내측에는 밀봉 및 단열방벽(14)이 적층 설치된다. 밀봉 및 단열방벽(14)은 통상적인 멤브레인형 LNG 저장탱크에 설치되는 것과 동일한 것이 사용될 수 있으므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

잠수식 저장탱크(10)는 해저에 고정적으로 설치된 상태에서 LNG를 저장하므로, 해상에 부유되어 있는 부유식 구조물과는 달리 외력에 의한 요동이 발생하지 않아 저장탱크의 상하부 모서리에 챔퍼(chamfer)를 형성할 필요가 없다. 그에 따라 저장공간을 증가시킬 수 있고, 경사진 챔퍼 부분을 형성하기 위해 밀봉 및 단열방벽을 특별하게 설계할 필요가 없으므로, 부유식 구조물에 설치되는 밀봉 및 단열방벽에 비해 설치 비용이 절감될 수 있다.

탱크 몸체(11)의 내부벽(12)과 외부벽(13) 사이에는, 하나 이상의 밸러스트 탱크(15)가 형성될 수 있다. 밸러스트 탱크(15)에 채워지는 밸러스트수로서는 해수가 사용될 수 있다.

탱크 몸체(11)의 외부, 특히 탱크 몸체(11)의 상부에는 라이저 조립체(3)가 연결될 수 있도록 연결부(16)가 형성된다. 해상의 부유식 구조물(2)로부터 연장하는 라이저 조립체(3)는, 일정한 길이의 단위 라이저들이 연결되어 형성되며, LNG 등의 액체화물의 이동통로로서 사용된다. 도 2에는 부유식 구조물(2)과 잠수식 저장탱크(10) 사이를 한 줄의 라이저 조립체(3)가 연결하는 것으로 예시되어 있지만, 한 줄 이상의 라이저 조립체(3)에 의해 부유식 구조물(2)과 잠수식 저장탱크(10) 사이를 연결할 수도 있다.

또, 라이저 조립체(3)는, 액체화물인 LNG가 자연적으로 증발하면서 발생하는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)나, LNG의 공급 초기에 발생하는 플래시 가스 등을 배출시켜 처리하기 위한 증발가스용 라이저 조립체(즉, 증발가스용 통로)를 더 포함할 수도 있다.

한 줄의 라이저 조립체(3) 내에는 복수의 통로가 내장되어 있을 수도 있으며, 이 경우 한 줄의 라이저 조립체 내에 액체화물용 통로와 증발가스용 통로가 함께 설치될 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 부유식 구조물(2)과 잠수식 저장탱크(10)가 라이저 조립체(3)에 의해 연결된 상태에서는, 액체화물을 부유식 구조물(2)과 잠수식 저장탱크(10) 사이에서 이동시키는 것이 가능하다. 부유식 구조물(2)에 저장탱크가 설치되어 있는 경우, 부유식 구조물(2)에 설치된 저장탱크 내의 액체화물의 양을, 슬로싱으로 인한 영향이 가장 적어질 수 있도록 조절할 수 있다. 즉, 액체화물의 양이 저장탱크 전체 용적의 대략 30% 정도일 때 슬로싱으로 인한 충격력이 가장 커지므로, 부유식 구조물의 저장탱크에 수용된 액체화물이 양에 따라 부유식 구조물(2)의 액체화물을 잠수식 저장탱크(10)로 이송시키거나 그 반대로 이송시킴으로써, 부유식 구조물(2) 내의 저장탱크에 수용된 액체화물이 저장탱크 전체 용적의 30%가 되는 것을 방지하도록 잠수식 저장탱크(10)를 운용할 수 있다.

라이저 조립체(3)가 연결될 수 있도록 탱크 몸체(11)의 상부에 형성되는 연결부(16)는, 액체화물을 잠수식 저장탱크(10)로부터 배출시키기 위한 배출펌프(17)를 포함할 수 있다. 액체화물의 배출을 위해 잠수식 저장탱크(10) 내부에는 바닥 부근까지 연장하는 파이프 조립체(19)가 설치된다. 파이프 조립체(19)는, 저장탱크에 액체화물을 공급할 때 사용하는 공급 파이프와, 액체화물을 배출할 때 사용하는 배출 파이프를 포함할 수 있다. 공급 파이프와 배출 파이프는 별개로 형성될 수도 있고, 하나로 형성될 수도 있다.

또한, 연결부(16)는 저장탱크 내부에서 액체화물이 분출되는 것을 방지하는 BOP (Blow Out Preventer)를 포함할 수 있다. BOP는 저장탱크 내부의 압력이 급격히 상승하는 비상시, 라이저 조립체를 통해 부유식 구조물에까지 압력상승의 악영향이 전달되는 것을 방지하기 위해 BOP의 내부를 통과하는 파이프를 절단하고 밀봉하는 장치이다.

또한, 연결부(16)는 밸러스트 탱크(15)에 밸러스트수를 공급 및 배출시키기 위한 하나 이상의 밸러스트수 펌프(18)를 포함할 수 있다. 밸러스트수 펌프(18)는, 밸러스트수를 공급하기 위한 펌프와, 밸러스트수를 배출하기 위한 펌프를 포함할 수 있다. 밸러스트수를 공급하기 위한 펌프와 밸러스트수를 배출하기 위한 펌프는 각각 별도로 마련될 수도 있고, 하나의 펌프에 의해 공급 및 배출작업을 수행하도록 구성될 수도 있다.

도 3에는 본 발명에 따른 잠수식 저장탱크를 이동시키는 방법을 설명하기 위한 모식도가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 잠수식 저장탱크(10)는, 밸러스트 탱크 내부에 수용되는 밸러스트수의 양을 조절하여 부력을 제어함으로써 해상에서 반잠수 상태로 유지될 수 있으며, 반잠수 상태에서 예인선(4)에 의해 잠수식 저장탱크를 제작한 장소에서 설치할 장소까지 이동이 가능하다.

이하, 잠수식 저장탱크(10)를 제작한 장소에서 설치할 장소까지 이동시켜 해저에 설치하는 일련의 과정을 더욱 상세하게 설명한다.

제작이 완료된 잠수식 저장탱크(10)는 예를 들어 조선소의 안벽에서 크레인에 의해 해상으로 옮겨질 수 있다. 이때, 잠수식 저장탱크(10)에 설치되어 있는 밸러스트 탱크에 수용되는 밸러스트수의 양을 조절하여 잠수식 저장탱크(10)가 반잠수 상태가 되도록 한다. 반잠수 상태의 잠수식 저장탱크(10)는, 예인선이나 바지선을 이용하여 잠수식 저장탱크(10)를 설치할 위치까지 예인해 간다. 반잠수 상태에서 잠수식 저장탱크를 이동시킬 때에는 잠수식 저장탱크의 내부가 비어 있는 상태이므로, 슬로싱으로 인한 문제는 발생하지 않는다.

잠수식 저장탱크(10)를 설치할 위치까지 이동시킨 후에는, 밸러스트 탱크에 밸러스트수를 추가로 유입시켜 잠수식 저장탱크(10)가 중성부력 상태가 되도록 한다. 중성부력은 부력과 중력의 힘이 동일한 상태이므로, 중성부력을 유지하면 물에서 뜨지도 가라앉지도 않는다.

중성부력이 맞춰진 잠수식 저장탱크(10)는 착탈 가능한 보조 밸러스트 탱크에 의해 해저의 설치위치까지 하강될 수 있다. 해저면에 대한 잠수식 저장탱크(10)의 설치가 완료되면, 라이저 조립체(3)에 의해 부유식 구조물(2)과 잠수식 저장탱크(10)를 연결하고, 라이저 조립체(3)를 통하여 액체화물을 잠수식 저장탱크에 공급한다. 해저면에 고정된 상태로 설치된 잠수식 저장탱크(10)는 요동하지 않으므로, 액체화물을 저장하더라도 슬로싱으로 인한 문제는 발생하지 않는다.

한편, 유지보수가 요구되거나, 설치위치를 변경할 필요가 있을 때에는, 라이저 조립체(3)의 연결을 해제시킨 후, 밸러스트 탱크에 저장되어 있는 밸러스트수를 펌프에 의해 배출시킴으로써 잠수식 저장탱크(10)를 해수면까지 상승시킬 수 있다. 유지보수 작업이 완료된 후, 혹은 또 다른 설치위치로의 이동이 완료된 후, 위에서 설명한 과정을 반복함으로써 잠수식 저장탱크를 가라앉혀 재설치할 수 있다.

도 4에는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크를 도시하는 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

제2 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크(10)는, 전술한 제1 실시형태와 마찬가지로, 대략 육면체 형상을 가지며 내부벽(12) 및 외부벽(13)에 의해 이중벽 구조로 이루어지는 탱크 몸체(11)와, 이 탱크 몸체(11)의 내부벽(12)과 외부벽(13) 사이에 형성되는 밸러스트 탱크(15)와, 해상에 부유된 부유식 구조물(2)로부터 연장하는 라이저 조립체(3)가 연결될 수 있도록 탱크 몸체(11)에 형성되는 연결부(16)를 포함한다.

다만, 제2 실시형태의 잠수식 저장탱크(10)는, 저장되어 있는 액체화물을 배출시키기 위한 배출펌프(17)가 저장탱크의 내부에 설치되어 있고, 밸러스트 탱크(15)에 밸러스트수를 공급하기 위하여 펌프 대신에 개폐 밸브(21, 22)를 사용할 수 있도록 하는 점에서 전술한 제1 실시형태의 잠수식 저장탱크(10)와 차이점이 있다. 이어지는 제2 실시형태의 설명에서는, 제1 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 부재번호를 부여하면서 그에 대한 상세한 설명은 생략하고, 제1 실시형태와의 차이점을 더욱 상세하게 설명한다.

제2 실시형태의 잠수식 저장탱크(10)는, 액체화물의 배출을 위해 저장탱크의 내부에서 바닥까지 연장되는 파이프 조립체(19)의 하단에 장착된 배출펌프(17)를 포함한다. 제2 실시형태의 배출펌프(17) 및 파이프 조립체(19)는, 일반적인 멤브레인형 LNG 저장탱크의 내부에 설치되는 펌프 타워의 구조와 유사한 구조물을 형성한다.

한편, 제2 실시형태의 잠수식 저장탱크(10)는, 밸러스트수를 밸러스트 탱크(15)의 내부에 공급하기 위해 개폐밸브(21, 22)를 포함할 수 있다. 개폐밸브(21, 22)는 잠수식 저장탱크(10)의 하부 및 상부에 각각 설치될 수 있다. 하부 개폐밸브(21)를 개방시킨 상태에서, 크레인 등을 이용하여 잠수식 저장탱크(10)를 해상에 내려놓으면, 자중에 의해 하부 개폐밸브(21)가 설치된 잠수식 저장탱크(10)의 하부가 물에 잠기면서 밸러스트 탱크(15)에 해수가 유입될 수 있다.

하부 개폐밸브(21)가 개방된 상태로 잠수식 저장탱크(10)가 해저에 설치될 경우, 해저의 모래 등이 밸러스트 탱크(15)의 내부로 유입될 우려가 있으므로, 잠수식 저장탱크(10)가 하강하여 상부 개폐밸브(22)가 물에 잠기면 하부 개폐밸브(21)를 폐쇄시키고 상부 개폐밸브(22)를 개방시켜 계속해서 밸러스트 탱크(15)에 밸러스트수를 공급할 수 있다.

밸러스트 탱크(15)에 필요한 양의 해수가 유입되면 상부 및 하부 개폐밸브(21, 22)를 모두 폐쇄시킨다. 밸러스트수의 배출 작업은, 전술한 제1 실시형태에서와 마찬가지로, 밸러스트수 배출용 펌프에 의해 수행될 수 있다.

도 5에는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크를 도시하는 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

제3 실시형태에 따른 잠수식 저장탱크(10)는, 전술한 제1 실시형태와 마찬가지로, 대략 육면체 형상을 가지며 내부벽(12) 및 외부벽(13)에 의해 이중벽 구조로 이루어지는 탱크 몸체(11)와, 이 탱크 몸체(11)의 내부벽(12)과 외부벽(13) 사이에 형성되는 밸러스트 탱크(15)와, 해상에 부유된 부유식 구조물(2)로부터 연장하는 라이저 조립체(3)가 연결될 수 있도록 탱크 몸체(11)에 형성되는 연결부(16)를 포함한다.

다만, 제3 실시형태의 잠수식 저장탱크(10)는, 탱크 몸체(11)의 외부에 탈부착이 가능한 중량물(31)을 더 포함하고 있다는 점에서 전술한 제1 실시형태의 잠수식 저장탱크(10)와 차이점이 있다. 이어지는 제3 실시형태의 설명에서는, 제1 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 부재번호를 부여하면서 그에 대한 상세한 설명은 생략하고, 제1 실시형태와의 차이점을 더욱 상세하게 설명한다.

잠수식 저장탱크(10)의 용량이 큰 경우, 탱크 자체의 무게와, 밸러스트 탱크(15)에 저장된 밸러스트수의 무게만으로는 액체화물이 저장되지 않고 비어 있는 잠수식 저장탱크(10)를 해저에 가라앉히지 못할 우려가 있다.

이때, 밸러스트 탱크의 용량을 크게 하면 비어 있는 잠수식 저장탱크를 가라앉힐 수 있지만, 밸러스트 탱크의 용량을 크게 하려면 액체화물의 저장공간이 감소되어 저장용량이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.

밸러스트 탱크의 용량을 증가시키는 대신에, 비어 있는 잠수식 저장탱크(10)를 가라앉혀 해저에 설치하기 위해 탈부착이 가능한 중량물(31)을 잠수식 저장탱크(10)의 외부에 부착시킬 수 있다. 중량물(31)은, 내부에 밸러스트수로서 해수 등을 수용할 수 있는 보조 밸러스트 탱크일 수 있도 있고, 콘크리트 등으로 제작된 GBS(Gravity-Based Structure)일 수도 있다. 보조 밸러스트 탱크에는 해수 이외에도 모래나 돌 등과 같이 해수보다 비중이 큰 물체가 수용될 수 있다.

유지보수나 이동 재설치를 위해 잠수식 저장탱크(10)를 부상시킬 경우를 감안하여, 중량물(31)은 필요시 잠수식 저장탱크(10)로부터 이탈될 수 있도록 구성된다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태들에 따른 잠수식 저장탱크 및 이를 가지는 부유식 구조물의 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.

2: 부유식 구조물
3: 라이저 조립체
4: 예인선
10: 잠수식 저장탱크
11: 탱크 몸체
12: 내부벽
13: 외부벽
14: 밀봉 및 단열방벽
15: 밸러스트 탱크
16: 연결부
17: 배출펌프
18: 밸러스트수 펌프
19: 파이프 조립체
21: 하부 개폐밸브
22: 상부 개폐밸브
31: 중량물

Claims (18)

1. 해저에 설치되어 액체화물을 저장할 수 있는 잠수식 저장탱크로서,
   액체화물을 수용하며 내부벽 및 외부벽에 의해 이중벽 구조를 갖는 탱크 몸체와;
   상기 탱크 몸체의 내부벽과 외부벽 사이에 형성되는 밸러스트 탱크와;
   해상의 부유식 구조물로부터 연장하는 라이저 조립체가 연결될 수 있도록 상기 탱크 몸체에 형성되는 연결부;
   를 포함하는, 잠수식 저장탱크.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결부는, 상기 잠수식 저장탱크에 저장된 액체화물을 배출시키기 위한 배출펌프를 포함하는, 잠수식 저장탱크.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결부는, 상기 잠수식 저장탱크의 내부압력이 상승하여 액체화물이 분출되는 것을 방지하는 BOP를 포함하는, 잠수식 저장탱크.
4. 청구항 1에 있어서,
   액체화물의 배출을 위해 상기 잠수식 저장탱크 내부에서 연장하는 파이프 조립체를 더 포함하는, 잠수식 저장탱크.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 파이프 조립체의 하단에는 저장된 액체화물을 배출시키기 위한 배출펌프가 설치되는, 잠수식 저장탱크.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸러스트 탱크에 밸러스트수를 공급 및 배출시키기 위한 하나 이상의 밸러스트수 펌프를 포함하는, 잠수식 저장탱크.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸러스트 탱크에 밸러스트수를 공급하기 위한 하나 이상의 개폐 밸브를 포함하는, 잠수식 저장탱크.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 탱크 몸체의 외부에 탈부착이 가능한 중량물을 포함하는, 잠수식 저장탱크.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 중량물은, 보조 밸러스트 탱크 또는 GBS인, 잠수식 저장탱크.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 잠수식 저장탱크는, 상기 내부벽의 내부에 적층 설치되는 밀봉 및 단열방벽을 포함하는 멤브레인형 탱크인, 잠수식 저장탱크.
11. 해저에 설치되어 액체화물을 저장할 수 있는 잠수식 저장탱크로서,
    LNG를 수용하는 탱크 몸체와;
    상기 탱크 몸체에 형성되는 밸러스트 탱크와;
    해상의 부유식 구조물로부터 연장하는 라이저 조립체가 연결될 수 있도록 상기 탱크 몸체에 형성되는 연결부;
    를 포함하는, 잠수식 저장탱크.
12. 해상에서 부유된 채 사용되는 부유식 구조물로서,
    해저에 설치되어 액체화물을 저장할 수 있는 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 잠수식 저장탱크와;
    상기 부유식 구조물과 상기 잠수식 저장탱크 사이를 연결하는 라이저 조립체;
    를 포함하는, 부유식 구조물.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 라이저 조립체는, 액체화물을 이송시키기 위한 액체화물 통로와, 상기 잠수식 저장탱크에 저장된 액체화물로부터 발생하는 증발가스를 처리하기 위해 상기 부유식 구조물로 증발가스를 이송시키기 위한 증발가스 통로를 포함하는, 부유식 구조물.
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 부유식 구조물은, LNG FRU, LNG FSRU, BMPP, FSPP, LNG FPSO로 이루어지는 군에서 선택되는, 부유식 구조물.
15. 청구항 12에 있어서,
    액체화물을 저장할 수 있는 자체 저장탱크가 선체 내에 설치되어 있어 액체화물을 상기 잠수식 저장탱크 또는 상기 자체 저장탱크에 저장할 수 있는, 부유식 구조물.
16. 청구항 12에 있어서,
    액체화물을 저장할 수 있는 자체 저장탱크가 선체 내에 설치되어 있지 않아 액체화물을 상기 잠수식 저장탱크에 저장하는, 부유식 구조물.
17. 액체화물을 수용하는 탱크 몸체와, 상기 탱크 몸체에 형성되는 밸러스트 탱크와, 해상의 부유식 구조물로부터 연장하는 라이저 조립체가 연결될 수 있도록 상기 탱크 몸체에 형성되는 연결부를 갖는 잠수식 저장탱크를 해저에 설치하는 방법으로서,
    상기 밸러스트 탱크에 수용되는 밸러스트수의 양을 조절하여 상기 잠수식 저장탱크가 반잠수 상태가 되도록 하는 단계와;
    반잠수 상태의 잠수식 저장탱크를 예인하는 단계와;
    착탈 가능한 중량물을 부착시켜 상기 잠수식 저장탱크를 해저의 설치위치까지 하강시키는 단계와;
    상기 잠수식 저장탱크가 해저에 설치된 후, 상기 라이저 조립체에 의해 상기 부유식 구조물과 상기 잠수식 저장탱크를 연결하는 단계;
    를 포함하는, 잠수식 저장탱크의 설치방법.
18. 액체화물을 수용하는 탱크 몸체와, 상기 탱크 몸체에 형성되는 밸러스트 탱크와, 해상의 부유식 구조물로부터 연장하는 라이저 조립체가 연결될 수 있도록 상기 탱크 몸체에 형성되는 연결부를 갖는 잠수식 저장탱크의 유지보수 방법으로서,
    상기 부유식 구조물과 상기 잠수식 저장탱크 사이를 연결하는 상기 라이저 조립체의 연결을 해제시키는 단계와;
    상기 밸러스트 탱크에 저장되어 있는 밸러스트수를 배출시켜 상기 잠수식 저장탱크를 해수면까지 상승시키는 단계와;
    해상까지 부상된 상기 잠수식 저장탱크에 대한 유지보수 작업을 수행하는 단계;
    를 포함하는, 잠수식 저장탱크의 유지보수 방법.

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