KR20160033835A - 액화가스 단열구조체의 보수방법 - Google Patents

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김민규
박동희
양진혁
윤인근
이재훈
이종규
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

액화가스 단열구조체의 보수방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법은 액화가스 화물창에 마련되는 하부단열보드와 상부단열보드를 적층하여 제작하는 액화가스 단열구조체의 보수방법에 있어서, 하부단열보드의 상측에는 2차 방벽이 마련되고, 2차 방벽이 손상된 경우, 손상된 부위에 보수패치를 접착시켜 2차 방벽을 보수하는 공정을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

액화가스 단열구조체의 보수방법{MANUFACTURING METHOD OF LIQUEFIED GAS INSULATION STRUCTURE}
본 발명은 액화가스 단열구조체의 보수방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액화가스 화물창의 제작공정의 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 액화가스 단열구조체의 보수방법에 관한 것이다.
액화가스는 기체를 냉각 또는 압축하여 액체로 만든 것으로서, 수송 및 저장의 편의성을 위해 공업적으로 상온에서 기체인 것을 액체로 상변화한 것이다. 액화가스 중에서 널리 이용되고 중요한 자원으로 여겨지는 것 중 하나로 액화천연가스(LNG, Liquified Natural Gas)가 있다. 액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.
이러한 액화가스가 중요한 에너지 자원으로 사용됨에 따라 액화가스를 생산기지로부터 각종 수요지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔다. 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화가스를 해상을 통해 수송할 수 있는 액화가스 수송선박이 개발되었다.
액화가스 수송선박에는 초저온상태로 액화시킨 액화가스를 보관 및 저장할 수 있는 액화가스 화물창이 구비되어야 한다. 액화가스는 대기압보다 높은 증기압을 가지며, 초저온의 비등 온도를 갖기 때문에 이러한 액화가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해서는 액화가스 화물창이 초저온에 견딜 수 있는 재료로 제작되어야 하며, 기타 열응력 및 열수축에 강하고 열침입을 막을 수 있는 독특한 단열패널의 구조로 설계되어야 한다.
통상적으로 액화가스 화물창의 단열구조체는 1차 방벽, 상부단열보드, 2차 방벽 및 하부단열보드가 순차적으로 결합되는 구조로 이루어진다. 이는 1차 방벽에 소량의 극저온 유체의 누출이 있더라도, 2차 방벽에서 해당유체의 추가적인 누출을 방지하기 위함이다. 2차 방벽은 2차 주방벽과 2차 보조방벽을 포함한다.
액화가스 화물창은 그 크기가 매우 거대하므로, 액화가스 화물창의 단열구조체는 단위 박스로 수 만개가 설치된다. 액화가스 화물창의 단열구조체는 화물창 내벽에 동일한 두께를 가지는 복수의 하부단열보드를 고정시키고, 하부단열보드 상부에 2차 주방벽을 설치하고, 2차 주방벽 상부에 상부단열보드 및 1차 방벽을 설치하는 공정으로 이루어진다.
한편 2차 방벽이 금속의 재료로 이루어진 경우, 2차 방벽이 단열구조체의 제작공정 과정에서 또는 화물창의 기밀성능 테스트를 위해 진공시험을 실시 시에 손상이 발생한 때에는 이를 보수하기 위해 용접작업이 요구되었다.
그러나 2차 방벽은 무게가 0.8톤에 이르는 등 중량이 무겁고, 손상 부위를 일일이 작업자가 용접에 의해 보수작업을 수행하는 것은 공정의 효율성이 저하되고, 불필요한 노동력 및 시간이 소요되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0013228호(2012. 02. 14. 공개)
본 발명의 실시 예는 액화가스 화물창의 단열구조체 제작공정의 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 액화가스 단열구조체의 보수방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 단열구조체를 용이하고 효과적으로 보수작업을 수행할 수 있는 액화가스 단열구조체의 보수방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 단열구조체의 밀폐성과 연속성을 증대시킬 수 있는 액화가스 단열구조체의 보수방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 단열구조체의 품질 및 성능을 향상시켜 액화가스를 안정적으로 수용 및 저장할 수 있는 액화가스 단열구조체의 보수방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 화물창에 마련되는 하부단열보드와 상부단열보드를 적층하여 제작하는 액화가스 단열구조체의 보수방법에 있어서, 상기 하부단열보드의 상측에는 2차 방벽이 마련되고, 상기 2차 방벽이 손상된 경우, 손상된 부위에 보수패치를 접착시켜 상기 2차 방벽을 보수하는 공정을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 2차 방벽은 금속 재질로 이루어지고, 상기 보수패치는 서플 트리플렉스로 마련되어 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법은 액화가스 화물창의 단열구조체 제작공정의 효율성 및 생산성을 향상시키는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법은 단열구조체의 품질 및 성능을 향상시키는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법은 단열구조체의 보수작업이 용이해지는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법은 단열구조체의 밀폐성과 연속성을 증대시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법은 불필요한 노동력 및 공정을 절감할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법이 적용되는 액화가스 화물창의 단열구조체의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법에 의해 2차 방벽이 보수되는 상태를 나타내는 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
액화가스 화물창은 초저온의 액화가스(Liquefied gas)를 저장 및 운반하는 데 사용될 수 있다. 액화가스는 기체를 냉각 또는 압축하여 액체로 만든 것으로, 액화천연가스(LNG, Liquefied natural gas)와 액화석유가스(LPG, Liquefied petroleum gas)와 디메틸에테르(DME, Dimethyl ether) 등을 포함한다.
액화가스 화물창은 LNG 운반선, LNG RV(Regasification vessel) 운반선, LPG 운반선, 또는 에틸렌(Ethylene) 운반선 등 액화가스 화물을 운송하는 운반선과, FSRU(Floating Storage Regasification Unit), FPSO(Floating Production Storage Offloading), 또는 BMPP(Barge Mounted Power Plant) 등 액화가스 화물을 저장 또는 생산하거나 혹은 기화설비를 갖춘 해상 부유설비에 적용된다. 또한, 액화가스 화물창은 해상에 설치되는 설비뿐만 아니라 육지에 설치되어 액화가스를 저장 또는 생산하기 위한 설비에 사용되는 것을 포함한다.
이하에서는 액화가스 화물창 중 멤브레인 타입의 화물창을 일 예로 하여 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법이 적용되는 액화가스 화물창의 단열구조체의 일 예를 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법에 의해 2차 방벽(40)이 보수되는 상태를 나타내는 사시도이다. 도 1 및 도 2은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 일 예로서 제시되는 것이며, 본 발명과 무관한 구성요소들은 다양하게 변경될 수 있다.
도 1을 참조하면, 액화가스 화물창은 액화가스를 수용할 수 있는 공간을 둘러싸며 액화가스와 직접 접촉하는 1차 방벽(50)과, 1차 방벽(50)을 둘러싸며 액화가스를 외부로부터 단열하는 액화가스 단열구조체 및 액화가스 단열구조체를 둘러싸며 지지하는 외벽을 포함하여 마련될 수 있다.
단열구조체는 단열성능의 향상을 도모하고 수선 및 보수의 용이성을 위해 2중의 단열구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로 액화가스 화물창의 단열구조체는 외벽 측에 설치되는 하부단열보드(20)와 하부단열보드(20)의 상측에 설치되는 상부단열보드(30)를 포함하여 마련될 수 있다. 외벽으로는 이너 헐(Inner hull)이 사용될 수 있으며, 저장유체의 하중을 지지한다.
하부단열보드(20)는 외벽에 견고하게 고정될 수 있도록 저면에 하부보강패널(21)이 결합될 수 있으며, 스터드 볼트 등을 포함하는 다양한 고정부재에 의해 외벽과 결합할 수 있다. 하부보강패널(21)은 플라이우드(Plywood) 등의 재료로 이루어질 수 있으며, 에?시 글루(Epoxy glue) 등과 같은 접착제를 이용하여 하부단열보드(20)의 저면에 부착될 수 있다.
하부단열보드(20)의 상부에는 후술하는 2차 방벽(40)의 설치를 위해 하부보조패널(22)이 적층될 수 있다. 하부보조패널(22)은 하부보강패널(21)과 마찬가지로 플라이우드 등의 재료로 이루어질 수 있으며, 에폭시 글루 등과 같은 접착제를 이용하여 하부단열보드(20)에 부착될 수 있다.
하부단열보드(20)의 상측에는 상부단열보드(30)를 고정하는 패널고정유닛(25)이 마련될 수 있다. 패널고정유닛(25)은 하부보조패널(22)의 상면에 결합되어 마련될 수 있으며, 패널고정유닛(25)은 리벳 또는 나사결합 방법에 의해 하부보조패널(22)과 결합되는 결합부(25a)와 하부보조패널(22)의 상측으로 돌출되어 마련되어 상부단열보드(30)와 결합하는 돌출부(25b)를 포함할 수 있다. 돌출부(25b)는 외주면에 나사산이 형성되어 상부단열보드(30)와 나사결합의 방식으로 결합될 수 있다. 패널고정유닛(25)은 후술하는 2차 방벽(40)과 용접 접합된다.
액화가스 화물창의 단열구조체는 상부단열보드(30)와 하부단열보드(20) 사이에 개재되는 2차 방벽(40)을 포함할 수 있다. 2차 방벽(40)은 1차 방벽(50)이 기밀성을 잃더라도 하부단열보드(20)를 보호하여 수선 및 보수에 요구되는 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
2차 방벽(40)은 1차 방벽(50)과 동일하게 인바 합금(INVAR), 스테인리스강(SUS) 또는 알루미늄 합금 등의 금속재료로 이루어질 수 있으며, 리지드 트리플렉스(Rigid triplex)와 셔플 트리플렉스(Supple triplex)를 이용할 수 있다.
2차 방벽(40)은 하부단열보드(20)에 용접의 방법으로 부착될 수 있다. 용접에 의해 2차 방벽(40)을 부착하는 경우에는 하부보조패널(22)에 금속의 재질로 이루어지는 앵커스트립(24)에 용접되어 접합된다. 앵커스트립(24)은 리벳 등에 의하여 하부보조패널(22)과 기계적으로 결합할 수 있으며, 앵커스트립은 하부보조패널(22)에 형성되는 홈에 수용되어 하부보조패널(22)의 상면으로 돌출되지 않도록 마련될 수 있다.
앵커스트립(24)은 후술하는 바와 같이 인접하는 2차 방벽(40) 시트(Sheet) 간에 용접 시 용접선의 하부에 위치함으로서 용접열에 의해 2차 방벽(40) 시트가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 앵커스트립(24)은 서로 다른 방향으로 배열되어 교차부를 형성할 수 있다. 일 예로 서로 직교하는 두 방향의 스트립 형상으로 마련될 수 있다.
도 1에서는 8개의 하부단열보드(20)가 서로 인접하게 배치되고, 하부보조패널(22)에 마련되는 앵커스트립(24)의 형상에 대응되는 형상의 2차 방벽(40)이 8개의 하부단열보드(20) 상에 걸쳐지도록 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 그 수 및 형상에 한정되는 것은 아니다.
2차 방벽(40)은 복수개의 2차 방벽(40) 시트(Sheet)에 의해 구성될 수 있으며, 2차 방벽(40)에는 패널고정유닛(25)이 관통될 수 있는 홀을 구비한다. 2차 방벽(40)의 설치를 완료한 후에는 단열구조체의 기밀성 및 연속성을 확보하기 위해 2차 방벽(40)과 패널고정유닛(25)은 서로 용접하여 마감한다.
하나의 2차 방벽(40) 시트가 고정된 후에는 인접하는 일측면에 다른 2차 방벽(40) 시트가 고정 설치된다. 이 때 미리 설치된 2차 방벽(40) 시트와 인접하는 2차 방벽(40) 시트는 상호 인접하는 측의 모서리 일부가 겹쳐지도록 배치되어 설치된다.
2차 방벽(40)은 낮은 면 강성(In-Plane stiffness)을 갖기 위해 주름부(41)를 포함할 수 있다. 주름부(41)는 2차 방벽(40)에 가해지는 열응력에 대응하여 그 형상을 탄력적으로 변형 가능하게 함으로써 용접 부위의 열응력을 저감시켜줄 수 있다.
2차 방벽(40)은 서로 다른 방향으로 배치되는 제1주름부(41-1) 및 제2주름부(41-2)와 두 주름부가 교차되는 교차부(42)를 포함한다. 2차 방벽(40)의 면내 방향으로 작용하는 열응력은 서로 다른 방향의 주름부(41)에 의해 해소될 수 있다. 즉, 제1주름부(41-1)의 길이 방향으로 작용하는 열응력은 제2주름부(41-2)의 신축성에 의해 해소되고, 제2주름부(41-2)의 길이 방향으로 작용하는 열응력은 제1주름부(41-1)의 신축성에 의해 해소될 수 있다.
도 1에서는 두 주름부(41)가 서로 직교하는 방향으로 배치된 것으로 도시하였으나, 이는 일 예로서 설계 상 필요에 따라 다양한 수로 마련될 수 있다. 일 예로 주름부가 세 방향으로 배치될 경우에는 서로 60도의 각도를 두고 마련될 수 있다.
2차 방벽(40)에 마련되는 주름부(41)는 하측으로 볼록한 형상으로 마련될 수 있으며, 인접하는 하부단열보드(20)의 경계에 위치할 수 있다. 하부단열보드(20)의 모서리에는 챔퍼(Chamfer)가 형성되어 주름부(41)와의 간섭을 방지할 수 있다.
상부단열보드(30)는 하부단열보드(20)에 견고하게 고정될 수 있도록 저면에 상부보강패널(31)이 결합될 수 있다. 상부보강패널(31)은 플라이우드 등의 재료로 이루어질 수 있으며, 에폭시 글루 등과 같은 접착제를 이용하여 상부단열보드(30)에 부착될 수 있다.
상부단열보드(30)와 상부보강패널(31)에는 패널고정유닛(25)의 돌출부(25b)가 관통 또는 삽입될 수 있도록 관통홀(30a, 31a)을 구비한다. 관통홀(30a, 31a)의 내주면에는 나사산이 형성되어 패널고정유닛(25)의 돌출부(25b)와 나사결합함으로써 상부단열보드(30)가 고정 설치될 수 있다. 관통홀(30a, 31a)에는 폼 플러그(30b)가 삽입되어 기밀성을 유지할 수 있다.
상부단열보드(30)는 두 개의 하부단열보드(20)가 인접하여 배치되는 면적과 대응하는 크기 및 형상으로 마련될 수 있으며, 두 개의 패널고정유닛(25)에 의해 고정되어 상부단열보드(30)의 회전을 방지할 수 있다.
상부단열보드(30)의 상면에는 1차 방벽(50)의 설치를 위해 상부보조패널(32)이 마련될 수 있다. 상부보조패널(32)은 플라이우드 등의 재료로 이루어질 수 있으며 에폭시 글루 등과 같은 접착제를 이용하여 상부단열보드(30)에 부착될 수 있다.
상부보조패널(32)의 상면에는 앵커스트립(34)이 마련될 수 있다. 앵커스트립(34)은 SUS 등의 금속재질로 마련되어 1차 방벽(50)과 용접 결합될 수 있으며, 리벳 등에 의하여 상부보조패널(32)과 기계적으로 결합할 수 있다. 상부보조패널(32)의 상면에는 홈(32a)이 형성되어 앵커스트립(34)이 안착될 수 있으며 이에 따라 상부보조패널(32)의 상면으로 앵커스트립(34)이 돌출되지 않을 수 있다.
앵커스트립(34)은 서로 다른 방향으로 배열되어 교차부를 형성할 수 있다. 일 예로 서로 직교하는 두 방향의 스트립 형상으로 마련될 수 있으며, 1차 방벽(50)의 모서리 형상에 대응되는 위치에 마련될 수 있다.
1차 방벽(50)은 상부보조패널(32)의 앵커스트립(34)에 용접 접합되어 설치된다. 1차 방벽(50)은 초저온 상태에서도 물리적 및 화학적 상태를 유지할 수 있도록 인바 합금(INVAR), 스테인리스강(SUS) 또는 알루미늄 합금 등의 금속재료로 이루어질 수 있다. 1차 방벽(50)은 다수의 단위 1차 방벽(50) 시트(Sheet)가 연결되어 형성될 수 있으며, 기밀성을 확보하기 위해 상호 용접의 방식으로 접합하여 결합된다.
1차 방벽(50)은 초저온의 저장유체와 직접 접촉하기 때문에 급격한 수축 및 팽창에 노출되어 있다. 1차 방벽(50)은 열 수축과 열 팽창이 반복되면서 피로가 누적되어 파손되거나, 열 수축 시 용접 부위가 훼손되어 기밀성이 저하될 수 있다. 이러한 문제로 인해 1차 방벽(50)은 낮은 면 강성(In-plane stiffness)을 갖기 위해 주름부(51)을 포함한다. 주름부(51)는 1차 방벽(50)에 가해지는 열응력에 대응하여 그 형상을 탄력적으로 변형 가능하게 함으로써 용접 부위의 열응력을 저감시켜줄 수 있다.
1차 방벽(50)은 서로 다른 방향으로 배치되는 제1주름부(51-1) 및 제2주름부(51-2)와 두 주름부(51)가 교차되는 교차부(52)를 포함한다. 1차 방벽(50)의 면내 방향으로 작용하는 열응력은 서로 다른 방향의 주름부(51)에 의해 해소될 수 있다. 즉, 제1주름부(51-1)의 길이 방향으로 작용하는 열응력은 제2주름부(51-2)의 신축성에 의해 해소되고, 제2주름부(51-2)의 길이 방향으로 작용하는 열응력은 제1주름부(51-1)의 신축성에 의해 해소될 수 있다.
한편 하부보조패널(22)의 앵커스트립(24) 상에 용접되어 설치되는 2차 방벽(40)은 앞서 설명한 바와 같이, 그 재질이 인바 합금(INVAR), 스테인리스강(SUS) 또는 알루미늄 합금 등의 금속재료로 이루어지는데, 이 때, 2차 방벽(40)의 용접 또는 기타 단열구조체의 구성요소들을 2차 방벽(40) 상에 설치하는 과정에서 2차 방벽(40)이 손상이 발생할 수 있다.
2차 방벽(40)이 금속재료로 이루어질 경우, 손상된 2차 방벽(40)을 보수하기 위해서는 추가적으로 용접작업을 수행하는 경우가 발생하게 된다. 이 때 보수를 위한 용접작업 시 고열에 의해 단열구조체의 기타 구성요소에 불필요한 열이 가해져 단열구조체의 성능에 영향을 미칠 우려가 있으며, 작업자의 노동력 및 공정기간이 과도하게 소모되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법은 2차 방벽(40)이 설치 또는 제작 과정에서 손상되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 손상된 부위(10)에 보수패치(100)를 접착시켜 2차 방벽(40)을 보수하는 공정을 포함한다.
보수패치(100)는 FSB(Flexible Secondary Barrier)를 구성하는 서플 트리플렉스로 마련될 수 있으며, 보수패치(100)는 에폭시 글루 등의 접착제에 의해 2차 방벽(40)에 접착의 방식으로 결합하여 손상된 부위(10)를 기밀시킬 수 있다.
이와 같이 2차 방벽(40)의 손상 시 종래에는 추가적인 용접을 수행하여 2차 방벽(40)을 보수하는 방법 등이 이용되었으나, 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 단열구조체의 보수방법은 보수패치(100)를 손상된 부위(10)에 접착 방식으로 결합시켜 보수작업을 수행하므로, 작업절차가 간편해지면서도 단열구조체의 기밀성을 유지할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
20: 하부단열보드 21: 하부보강패널
22: 하부보조패널 30: 상부단열보드
31: 상부보강패널 32: 상부보조패널
40: 2차 방벽 50: 1차 방벽
100: 보수패치

Claims (2)

  1. 액화가스 화물창에 마련되는 하부단열보드와 상부단열보드를 적층하여 제작하는 액화가스 단열구조체의 보수방법에 있어서,
    상기 하부단열보드의 상측에는 2차 방벽이 마련되고,
    상기 2차 방벽이 손상된 경우, 손상된 부위에 보수패치를 접착시켜 상기 2차 방벽을 보수하는 공정을 포함하는 액화가스 단열구조체의 보수방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차 방벽은 금속 재질로 이루어지고,
    상기 보수패치는 서플 트리플렉스로 마련되는 액화가스 단열구조체의 보수방법.
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CN117450426A (zh) * 2023-12-21 2024-01-26 鞍山华信重工机械有限公司 一种钢制球形气体储罐及其气体泄露报警装置
FR3144852A1 (fr) * 2023-01-09 2024-07-12 Gaztransport Et Technigaz Bouchon de réparation et procédé de réparation d’une paroi étanche et thermiquement isolante

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