KR20160039055A - 액체화물 저장탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액체화물 저장탱크는, 공간을 구획하는 격벽부재를 포함하는 메인탱크; 및 상기 메인탱크의 내벽 및 상기 격벽부재 각각에 수평방향으로 가로질러 연결되는 스트링거를 포함하되, 상기 스트링거는, 상기 메인탱크의 내벽에 연결되는 제1 부재; 및 상기 격벽부재에 연결되는 제2 부재를 포함하며, 상기 제1 부재는 상기 제2 부재보다 단면적이 크게 이루어지도록 상기 제2 부재보다 돌출길이가 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액체화물 저장탱크는, 액화가스의 동하중이 크게 발생되는 위치 상에 단면적을 넓게 하고, 상대적으로 동하중이 작게 발생되는 위치 상의 단면적을 줄이는 바와 같이, 메인탱크에 설치되는 위치에 따라 스트링거의 형태를 달리 이루어, 슬로싱 현상을 감소시키면서도 스트링거의 단면적이 불필요하게 넓어지는 것을 방지하여 선박의 전체 하중이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

Description

액체화물 저장탱크{Cargo tank for ship}

본 발명은 액화가스 운반선에 마련되는 액체화물 저장탱크에 관한 것이다.

최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액체화물 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액체화물 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.

여기서, 해상으로 액체 화물을 운반하기 위하여 여러 가지 형태의 선박들이 제작되고 있다. 예를 들면 LNG(liquefied natural gas), LPG(liquefied petroleum gas), 원유(crude oil) 등의 액체 화물을 옮기기 위하여 각각의 화물 특징에 따라 선체가 제작되고, 이러한 선체에 화물을 저온 또는 고압 등으로 밀폐, 보온되도록 하기 위하여 특수한 형태의 액체화물 저장탱크들이 적용되고 있다.

이러한 선체 및 액체화물 저장탱크를 제작함에 있어서 주요한 하중 조건 중의 하나가 슬로싱(sloshing) 문제인데, 슬로싱이란 액체 화물이 선체의 움직임으로 인해 운동에너지를 계속적으로 받게 됨으로써 자유 표면을 가지는 액체 화물이 급격히 흔들리면서 저장 공간(즉, 액체화물 저장탱크)의 내측벽에 강한 충격을 유발하는 유체의 거동을 지칭하는 것으로서, 이러한 슬로싱은 선체 및 액체화물 저장탱크의 제작 초기부터 고려된다.

이와 같이, 선체와 액체화물 저장탱크의 형태는 액체 화물에 의한 슬로싱을 최소화함과 동시에 예상되는 슬로싱 하중을 충분히 견딜 수 있도록 설계되어 왔고, 이러한 과정에서 구조적으로 견디기 어려운 슬로싱 하중을 피하기 위하여 선주들은 화물의 적재량이 제한되는 조건부 운항 조건을 받아들여야 했다.

그런데, 액체화물 저장탱크에 저장되는 액체화물과 같은 유체는 좌우 또는 전후 이동으로 액체화물 저장탱크의 내벽에 부딪혀 상하 운동이 발생될 수 있다. 즉, 선박이나 해양구조물의 운항 및 파도의 영향 등에 의해 발생하는 슬로싱 하중의 불확실성으로 인하여 예상치 못한 액체화물 저장탱크의 손상에 대한 여러 가지 문제점들이 계속해서 발생되어 개선될 필요가 있다.

본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액체화물의 유동에 의한 슬로싱 현상을 저감시켜 액체화물 저장탱크의 손상을 감소킬 수 있는 액체화물 저장탱크를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액체화물 저장탱크는, 공간을 구획하는 격벽부재를 포함하는 메인탱크; 및 상기 메인탱크의 내벽 및 상기 격벽부재 각각에 수평방향으로 가로질러 연결되는 스트링거를 포함하되, 상기 스트링거는, 상기 메인탱크의 내벽에 연결되는 제1 부재; 및 상기 격벽부재에 연결되는 제2 부재를 포함하며, 상기 제1 부재는 상기 제2 부재보다 단면적이 크게 이루어지도록 상기 제2 부재보다 돌출길이가 큰 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제2 부재는 격벽부재를 향해 오목하게 이루어지는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 메인탱크는 상기 격벽부재를 사이에 두고 양측에 제1 실과 제2 실이 마련되고, 상기 스트링거는 상기 제1 실과 상기 제2 실에 비대칭으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제2 부재는, 상기 격벽부재의 일측에 마련되도록, 상기 제1 실에 구비되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제1 부재는, 상기 메인탱크 내부의 액화가스가 유동하도록 복수의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 스트링거는, 상기 격벽부재에 대향하여 상기 메인탱크 내벽의 전후에 마련되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제1 부재는, 상기 메인탱크의 내벽에 연결되는 일측과 직선형태의 변을 갖는 타측으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액체화물 저장탱크는, 액화가스의 동하중이 크게 발생되는 위치 상에 단면적을 넓게 하고, 상대적으로 동하중이 작게 발생되는 위치 상의 단면적을 줄이는 바와 같이, 메인탱크에 설치되는 위치에 따라 스트링거의 형태를 달리 이루어, 슬로싱 현상을 감소시키면서도 스트링거의 단면적이 불필요하게 넓어지는 것을 방지하여 선박의 전체 하중이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체화물 저장탱크를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체화물 저장탱크를 도시한 평면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체화물 저장탱크를 도시한 측면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체화물 저장탱크를 도시한 평면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 액체화물 저장탱크(100)는 메인탱크(110) 및 스트링거(120)를 포함한다.

액체화물 저장탱크(100)는, 엔진(도시하지 않음)과 같은 수요처에 공급될 액화가스(이하에서는 LNG를 예로 들어 설명하도록 한다)를 저장할 수 있다. 액체화물 저장탱크(100)는 LNG를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액체화물 저장탱크(100)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 이하 본 명세서에서, LNG는 편의상 액체상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있다.

이러한, 액체화물 저장탱크(100)는 메인탱크(110) 및 스트링거(120)를 포함한다. 여기서, 메인탱크(110)는 액체화물 저장탱크(100)의 저장공간이 형성되도록 중공부가 마련되는 탱크일 수 있다.

메인탱크(110)는 내부 공간을 구획하도록 중심을 수직으로 가로지르는 격벽부재(110A)를 포함할 수 있다. 메인탱크(110)는 격벽부재(110A)를 사이에 두고 메인탱크(110)의 일측에는 제1 실(100A)이 마련되며, 메인탱크(110)의 타측에는 제2 실(100B)이 마련될 수 있다. 여기서, 격벽부재(110A)는 제수격벽(wash bulkhead)으로서 종동요 운동(pich motion)으로 발생하는 하중을 감소시킬 수 있으며, 격벽부재(110A)는 선박의 전후 방향으로 제1 실(100A)과 제2 실(100B)이 마련되도록 메인탱크(110)의 내부 앞뒤 공간을 가로지르도록 마련될 수 있다.

메인탱크(110)의 상부에는 맨홀구조(도시하지 않음)의 돔(Dome)이 마련될 수 있고, 액체화물 저장탱크(100)의 외벽을 이루는 구조로 스틸 재질로 형성될 수 있으며, 단면이 원형 형태 또는 다각형 형태 등 스트링거(120)를 설치 할 수 있는 여러 가지 형태일 수 있다.

메인탱크(110) 하단에는 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 선박의 홀드(Hold; 도시하지 않음)의 내부에 지지 설치된다. 이때 서포트는 메인탱크(100)의 하단에 구비되며, 물론 메인 탱크(100)의 좌우 유동에 의한 움직임을 억제하기 위해 탱크의 측면 및 상부에도 구비될 수 있다.

메인 탱크(110)는 일반적인 스틸 재질을 포함한 니켈강, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄과 같은 재질로도 형성될 수 있다. 메인 탱크(110) 상부는 최소 0.275Bar 이상의 압력에 견딜 수 있어야 하며, 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 메인 탱크(110)의 내부에 구비된 액화가스가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 메인 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.

또한, 메인탱크(110)의 내측에는 스트링거(120)가 구비될 수 있으며, 스트링거(120)는 내조 탱크의 내벽 및 격벽부재(110A) 각각에 연결되어, 선박이 다양한 해상 상태에서 운동을 하게 되어 메인탱크(110) 내부에 저장되는 액화가스가 심하게 움직이며 메인탱크(110) 내의 벽면에 심한 충격을 발생시키는 슬로싱 현상을 감소시킨다.

즉, 액화가스를 운송함에 있어 움직임 (선박의 운동 등)으로 인해 액화가스가 메인탱크(110) 내부에서 유동하면서 메인탱크(110) 내 일정 부분에 큰 압력을 가하게 된다(슬로싱 압력). 본 실시예는 슬로싱 압력이 구조적인 손상을 가져올 수 있기 때문에 스트링거(120)에 의해 액화가스가 상부로 치고 올라가는 것을 줄이도록 한다.

일반적으로 멤브레인 타입의 탱크는 10% 내지 70%의 저장을 금지하고 있으며, 이는 10% 및 70%에서 탱크가 견딜 수 있는 압력을 초과한다는 것을 의미하는 것으로, 실제 손상 사례들을 보면 탱크의 옆면(side wall)인 내조 탱크와 천장모서리에서 손상이 많이 발생한다.

따라서 본 실시예에서 제시되는 스트링거(120)는 액화가스의 상하운동에 의한 동하중을 줄이도록 메인탱크(110) 내부에서 가로방향으로 수평하게 마련될 수 있다.

본 실시예에서는 일반적으로 설치되는 스트링거(120)의 위치 또는 압력이 크게 걸릴 것으로 예상되는 위치에서 메인 탱크(100)의 일측에 상하 일렬로 2개가 마련되고, 메인 탱크(100)의 내부에서 전 후 방향(제1 실이 후방에 위치되고 제2 실이 전방에 위치되는 경우, 제1 실에서 스트링거(120)는 후방에 위치되며, 제2 실에서 스트링거(120)는 전방에 위치됨)에 마련되는 것을 예로 들어 설명한다.

그러나 이는 일 실시예에 불과하며, 이와 달리 스트링거(120)가 제1 실(100A)에 상하 일렬로 3개 이상이 마련되거나, 제1 실(100A)에서 후방뿐만 아니라 좌우측에 분산되어 마련되는 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

스트링거(120)는 제1 부재(121) 및 제2 부재(122)를 포함한다.

제1 부재(121)는 격벽부재(110A)에 대향하여 내조 탱크의 전후에 마련될 수 있어, 제1 실(100A)과 제2 실(100B)에 각각 마련되어, 제1 실(100A)이 선박의 후방측에 마련되고 제2 실이 선박의 전방에 위치되는 경우, 제1 부재(121)는 제1 실(100A)에서는 후방에 위치되며 제2 실(100B)에서는 전방에 위치될 수 있다.

이러한, 제1 부재(121)는 동하중을 감소시키도록 메인탱크(110)의 내벽에 연결되는 일측과 직선형태의 변을 갖는 타측으로 이루어진다. 후술되는 제2 부재(122)가 오목하게 형성되는 것에 대비하여 제1 부재(121)는 직선형태의 변을 갖는 타측으로 이루어져 제2 부재(122)에 비하여 단면적이 넓어지는 것은 물론, 제1 부재(121)와 제2 부재(122)는 비대칭으로 이루어져, 제1 부재(121)는 제2 부재(122)보다 단면적이 크게 이루어지도록 돌출길이가 크게 이루어진다.

제2 부재(122)에 대비하여 단면적이 큰 제1 부재(121)는 메인탱크(110) 내부의 액화가스가 유동하도록 복수의 관통홀(121A)이 형성될 수 있다. 관통홀(121A)은 제1 부재(121)에서 서로 이격되게 복수로 마련됨으로써, 제1 부재(121)에 의해 유동이 차단되는 메인탱크(110) 내부의 액화가스가 제1 부재(121)를 사이에 두고 상하 이동될 수 있도록 한다. 이에 따라, 제1 부재(121)와 제2 부재(122) 사이에 형성되는 협소한 공간을 통해 액화가스가 유동할 뿐만 아니라, 제1 부재(121)의 관통홀(121A)을 통해 액화가스가 이동할 수 있어, 액화가스의 출렁거림을 저감시킬 수 있다.

본 실시예의 메인탱크(110)가 격벽부재(110A)에 의해 공간이 구획되어 제1 실(100A)과 제2 실(100B)을 포함하는 경우, 스트링거(120)는 제1 실(100A)과 제2 실(100B)에 비대칭으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 실(100A)에는 제1 부재(121)와 제2 부재(122)가 마련되고, 제2 실(100B)에는 제1 부재(121)가 마련되되 제2 부재(122)가 생략될 수 있다.

제2 부재(122)는 격벽부재(110A)에 연결되며, 격벽부재(110A)의 일측에 마련되도록 제1 실(100A)에 구비될 수 있다.

제2 부재(122)는 제수격벽인 격벽부재(110A)에 마련되어 격벽부재(110A)를 향해 오목하게 이루어질 수 있으며, 제1 부재(121)에 대비하여 단면적이 줄어 부재를 절감할 수 있음은 물론, 선박의 전체 하중을 줄일 수 있다.

이와 같이, 액화가스의 동하중이 크게 발생되는 위치 상에 단면적을 넓게 하는 등, 메인탱크(110)에 설치되는 위치에 따라 스트링거(120)의 형태를 달리 이루어, 슬로싱 현상을 감소시키면서도 스트링거(120)의 단면적이 불필요하게 넓어지는 것을 방지하여 선박의 전체 하중이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 액체화물 저장탱크(100)의 구조가 동하중의 크기가 다르게 발생되는 위치에 따라 스트링거(120)의 단면적을 확장시키거나 오목하게 줄여 슬로싱 현상을 감소시키면서도, 단면적이 넓어지는 것을 방지하여 선박의 전체 하중이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 액체화물 저장탱크 100A: 제1 실
100B: 제2 실 110: 메인탱크
120: 스트링거 121: 제1 부재
121A: 관통홀 122: 제2 부재

Claims (7)

1. 공간을 구획하는 격벽부재를 포함하는 메인탱크; 및
   상기 메인탱크의 내벽 및 상기 격벽부재 각각에 수평방향으로 가로질러 연결되는 스트링거를 포함하되,
   상기 스트링거는,
   상기 메인탱크의 내벽에 연결되는 제1 부재; 및
   상기 격벽부재에 연결되는 제2 부재를 포함하며,
   상기 제1 부재는 상기 제2 부재보다 단면적이 크게 이루어지도록 상기 제2 부재보다 돌출길이가 큰 것을 특징으로 하는 액체화물 저장탱크.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 부재는 격벽부재를 향해 오목하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체화물 저장탱크.
3. 제1항에 있어서,
   상기 메인탱크는 상기 격벽부재를 사이에 두고 양측에 제1 실과 제2 실이 마련되고,
   상기 스트링거는 상기 제1 실과 상기 제2 실에 비대칭으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체화물 저장탱크.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2 부재는,
   상기 격벽부재의 일측에 마련되도록, 상기 제1 실에 구비되는 것을 특징으로 하는 액체화물 저장탱크.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 부재는,
   상기 메인탱크 내부의 액화가스가 유동하도록 복수의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 액체화물 저장탱크.
6. 제1항에 있어서, 상기 스트링거는,
   상기 격벽부재에 대향하여 상기 메인탱크 내벽의 전후에 마련되는 것을 특징으로 하는 액체화물 저장탱크.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 부재는,
   상기 메인탱크의 내벽에 연결되는 일측과 직선형태의 변을 갖는 타측으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체화물 저장탱크.

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