KR20170000777U

KR20170000777U - 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치

Info

Publication number: KR20170000777U
Application number: KR2020150005606U
Authority: KR
Inventors: 이수호
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-03-02

Abstract

본 고안은 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치에 관한 것으로, 유체탱크의 슬로싱 저감을 위해서 유체탱크 안에 부유되는 다수의 단위 부유구조물로 구성되는 것으로, 단위 부유구조물이 수직단면을 기준으로 중심부에서 가장자리로 갈수록 두께가 감소하는 형상으로 형성됨으로써, 복원력과 넓이를 가질 수 있어 유체의 표면을 항상 고르게 덮을 수 있고, 단위 부유구조물 간의 연결구조가 필요하지 않아 제작 및 설치, 유지보수 작업이 매우 간편하며, 단위 부유구조물은 원구형에 비해 동일한 체적으로 좀 더 넓은 유체표면을 효과적으로 덮을 수 있어 경제적이며, 선박의 동요에 따른 탱크 내의 유체가 유동하여 단위 부유구조물끼리 엉켜 겹침이 발생하더라도 형상적 특징에 의해 최대 표면적을 형성하도록 자율적으로 신속하게 분산되는 특징이 있다.

Description

해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치{SLOSHING REDUCING APPARATUS OF LIQUID STORAGE TANK IN OFFSHORE FLOATING}

본 고안은 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 유체탱크의 슬로싱 저감을 위해서 유체탱크 안에 부유되는 다수의 단위 부유구조물로 구성되며, 단위 부유구조물이 수직단면을 기준으로 중심부에서 가장자리로 갈수록 두께가 감소하는 형상으로 형성됨으로써, 복원력과 넓이를 가질 수 있어 저장탱크에 저장된 유체 표면을 항상 고르게 덮을 수 있고, 단위 부유구조물 간의 연결구조가 필요하지 않아 제작 및 설치가 매우 간편하며, 슬로싱 저감 효과가 높은 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치에 관한 것이다.

액화천연가스(liquefied natural gas, LNG)(이하, LNG’라고 함)는 가스전(田)에서 채취한 천연가스를 액화시킨 것으로, 주성분이 메탄이라는 점에서 액화석유가스(liquefied petroleum gas, LPG)와 구별된다.

LNG는 압력을 가해 액화시키면 부피가 1/600로 줄어들지만, 메탄의 비점(沸點)이 －162℃로 낮아 냉각 또는 압축하여 액화, 특수하게 단열된 전용 탱크로 반출된다. LNG는 무색, 투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이며 주로 도시가스로 사용된다.

한편, LNG를 운반하기 위한 목적으로 제조된 선박을 액화천연가스 수송선(liquefied natural gas carrier, LNGC)(이하, ‘LNG 선박’이라고 함)이라고 한다. 이러한 LNG 선박은 LNG를 수용할 수 있는 단열 전용 화물 탱크(이하, ‘LNG 탱크’라 함)를 구비한다.

LNG 선박의 LNG 탱크는 도 1에서 보는 바와 같이, 금속으로 제작된 선박 외벽 내에 저온에 강한 금속으로 제작된 LNG 탱크 외벽(5)을 구성하고, 내부에는 LNG 탱크 외벽(5)과 2차 단열 막(3)으로 이루어진 2차 단열구역(7)과 2차 단열 막(3)과, 1차 단열 막(2)으로 이루어진 1차 단열구역(6)으로 두 개의 단열구역을 형성하며, 각각의 단열구역에는 단열재(4)가 포함되어 있는 구조로 되어 있다.

1차 단열 막(2)은 LNG 탱크의 내부 공간을 형성하며 극저온의 LNG와 직접 접촉하게 되므로 1차 단열 막(2)에 누설이 발생하면 LNG가 1차 단열구역(6)으로 침투하여 LNG 선박에 위험을 초래하여 폭발 위험성이 발생한다. 여기서 단열막(membrane)은 스테인레스, 인바(invar, 철과 니켈이 주성분인 열팽창률이 아주 작은 합금) 등으로 구성되며, 두께는 0.7밀리미터 내지 3밀리미터 이하의 아주 얇은 판을 일정 크기로 조립하고 용접하여 제작한다. 단열재(4)는 유리섬유, 펄라이트, 우레탄 폼 등을 일정 크기로 제작하여 조립되며, LNG 탱크 외벽(5)과 2차 단열 막(3), 2차 단열 막(3)과 1차 단열 막(2) 사이를 단열하는 역할을 한다.

LNG 선박의 LNG 탱크는 고압으로 압축하여 액화된 －162℃의 초저온 LNG를 저장, 운반하는 특성상 LNG의 저장 및 하역에 따른 압력변화에 따라서 지속적인 압축, 팽창과 같은 구조적 스트레스를 받게 된다.

더욱이 LNG 선박은 험난한 대양을 운항하면서 LNG를 운반하며 이 과정에서 roll, pitch, yaw 등의 6자 운동을 하게 되므로 이에 따른 LNG 탱크 내의 액체 유동에 의하여 슬로싱(sloshing)이 발생하여 지속적으로 LNG 탱크의 구조물, 즉 단열 막에 충격을 가하여 피로를 누적시킨다. 이로 인하여 1차 및 2차 단열 막(2, 3)에 용접 결함이나 물리적인 요인에 의하여 단열 막이 손상되면 단열 막 내부의 진공 또는 가압상태가 유지되지 못하여 단열효과의 저하 및 LNG의 누설을 초래하게 된다.

단열 막의 누설로 인한 단열성능 저하는 저장 중인 LNG의 기화 압력을 높이게 되는데, 그것이 LNG 탱크의 설계압력보다 높아지게 되면 LNG를 외부로 배출하여 LNG 탱크의 압력을 낮추어야 하는 문제가 발생한다. 이것은 저장된 LNG의 소모를 뜻한다. LNG 선박은 운반 중에 기화된 LNG가 과압으로 인하여 외부로 배출되어 소모된다면 큰 손해를 보게 된다. 또한, 1차 단열 막이 손상을 입어서 누설되면 기화된 LNG가 1차 단열재(4)로 유입되어 폭발할 우려가 있으므로 위험하다.

도 2는 공보 등록번호 제10-1162469호에 개시된 종래 매트형 플로팅 결합체를 보인 도면이다.

도 2를 참조하면, 종래 매트형 플로팅 결합체(10)는 각 면이 교접할 수 있는 다면체의 형상을 하는 다수 개의 플로팅 매트 단위체(11)의 결합에 의해 판 형상으로 이루어진다.

종래 매트형 플로팅 결합체(1)는 액화천연가스 수송선의 화물 탱크 내에 수용된 액화천연가스의 표면에서 액화천연가스의 유동에 따라 함께 부유하되, 플로팅 매트 단위체(11)는 교접한 면이 완전히 붙어 고정되는 것이 아니라 외력이 작용하면 꺾일 수 있는 상태가 되도록 상호 결합하도록 구성된다.

도 3은 공보 공개특허 제10-2010-0077787호에 개시된 종래 네트형 결합체를 보인 사시도이다.

도 3을 참조하면, 종래 네트형 결합체는 메인 지지체(20)가 스테인레스 재질로 형성되며, 내부가 빈 육각 형상의 격자형 지지체(21)가 상호 간에 연속적으로 연결된 형태로 형성된다. 그리고 메인 지지체(20)는 화물 탱크의 중간부 이상의 상부 측 내면 즉, 화물 탱크 내부의 상측 경사 부가 시작되는 경계지점에 인접되어 상기 탱크 본체의 내부에 수용된 액화천연가스의 표면을 덮는 형태로 벌집 모양의 구조로 형성된다.

도 4는 공보 공개특허 제10-2009-0037635호에 개시된 종래 슬로싱 저감을 위한 유체 탱크용 부유구를 보인 사시도이다.

도 4를 참조하면, 종래 슬로싱 저감을 위한 유체 탱크용 부유구는 부유구의 본체(10)가 서로 다른 두 반구 체를 열 융착으로 접합하여 구성된다. 각 반구 체는 다수의 슬로싱 감쇠 공(11)이 형성되어 있으며, 상기 본체(10)의 형상은 슬로싱 현상 발생시 부유하는 다수의 부유구 끼리 부딪치게 되어 본체(10)가 파손되는 경우를 방지하기 위해 본체(10)의 형상은 구형으로 형성된다.

국내 등록번호 제10-1162469호 국내 공개번호 제10-2010-0077787호 국내 공개번호 제10-2009-0037635호

본 고안은 유체탱크의 슬로싱 저감을 위해서 유체탱크 안에 부유되는 다수의 단위 부유구조물로 구성되는 것으로, 단위 부유구조물이 수직단면을 기준으로 중심부에서 가장자리로 갈수록 두께가 감소하는 형상으로 형성됨으로써, 복원력과 넓이를 가질 수 있어 저장탱크에 저장된 유체 표면을 항상 고르게 덮을 수 있고, 단위 부유구조물 간의 연결구조가 필요하지 않아 제작 및 설치가 매우 간편하며, 마모가 쉽게 되지 않고 유지보수 필요성이 거의 없으면서도 슬로싱 저감 효과가 높은 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 유체탱크의 슬로싱 저감을 위해서 상기 유체탱크 안에 부유되는 다수의 단위 부유구조물로 구성되는 유체탱크 슬로싱 저감장치로서, 상기 단위 부유구조물은 수직단면을 기준으로 중심부에서 가장자리로 갈수록 두께가 감소하는 형상으로 형성된다.

상기 단위 부유구조물은 평면도 상에서 볼 때, 원형, 타원형, 사각형, 다각형 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.

상기 단위 부유구조물에는 유체이동 홀이 형성될 수 있으며, 상기 유체이동 홀은 수직방향을 형성될 수 있다.

상기 단위 부유구조물 안에는 수평방향으로 와이어가 삽입될 수 있다.

상기 단위 부유구조물 안에는 상기 중심부에 무게추가 삽입될 수 있다.

상기 단위 부유구조물 안에는 상기 중심부에 무게추가 삽입되고, 상기 단위 부유구조물 안에는 수평방향으로 와이어가 삽입될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 복원력과 넓이를 가질 수 있어 유체의 표면을 항상 고르게 덮을 수 있고, 단위 부유구조물 간의 연결구조가 필요하지 않아 제작 및 설치, 유지보수 작업이 매우 간편하다.

또한, 단위 부유구조물은 원구형에 비해 동일한 체적으로 좀 더 넓은 유체표면을 효과적으로 덮을 수 있어 경제적이다.

또한, 선박의 동요에 따른 탱크 내의 유체가 유동하여 단위 부유구조물끼리 엉켜 겹침이 발생하더라도 형상적 특징에 의해 최대 표면적을 형성하도록 자율적으로 신속하게 분산되는 특징이 있다.

또한, 탱크 형상에 따라 유체가 채워지는 정도에 따라 유체 표면적이 변하더라도 각각의 단위 부유구조물이 유체 전체 수평면적에 자유롭게 맞추어 배치됨으로써 슬로싱 저감 효과가 높다.

도 1은 일반적인 LNG 선박의 LNG 탱크구조를 보인 단면도
도 2는 공보 등록번호 제10-1162469호에 개시된 종래 매트형 플로팅 결합체를 보인 도면
도 3은 공보 공개특허 제10-2010-0077787호에 개시된 종래 네트형 결합체를 보인 사시도
도 4는 공보 공개특허 제10-2009-0037635호에 개시된 종래 슬로싱 저감을 위한 유체 탱크용 부유구를 보인 사시도
도 5는 본 고안의 제1 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 평면도
도 6은 도 5의 A-A선 단면도
도 7은 유체이동 홀을 갖는 단위 부유구조물을 보인 단면도
도 8은 본 고안의 제1 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치의 작용을 설명하는 도면
도 9는 본 고안의 제2 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 평면도
도 10은 본 고안의 제3 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 평면도
도 11은 본 고안의 제4 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 평면도
도 12는 본 고안의 제5 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 단면도
도 13은 본 고안의 제6 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 단면도
도 14는 본 고안의 제7 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 단면도

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치에 대하여 상세하게 설명한다.

본 고안은 유체탱크의 슬로싱 저감을 위해서 유체탱크 안에 부유되는 다수의 부유구조물로 구성되는 유체탱크 슬로싱 저감장치를 제공한다.

도 5는 본 고안의 제1 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 평면도이고, 도 6은 도 5의 A-A선 단면도이며, 도 7은 유체이동 홀을 갖는 단위 부유구조물을 보인 단면도이고, 도 8은 본 고안의 제1 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치의 작용을 설명하는 도면이다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 고안의 제1 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치는 다수의 단위 부유구조물(110)이 서로 인접하여 저장탱크에 설치되어 유체의 슬로싱을 방지하는 역할을 한다.

단위 부유구조물(110)은 수직단면을 기준으로 중심부에서 가장자리로 갈수록 두께(t)가 점차 감소하는 형상, 예를 들어 유선형상으로 형성될 수 있다.

단위 부유구조물(110)에는 다수의 에어 홀(110a)이 형성될 수도 있다. 에어 홀(110a)은 단위 부유구조물(110)의 부력을 증가시키고 진동을 흡수하는 역할을 한다.

단위 부유구조물(110)에는 다수의 유체이동 홀(111)이 형성될 수 있으며, 유체이동 홀(111)은 수직방향으로 형성될 수 있다.

단위 부유구조물(110)은 평면도 상에서 볼 때, 원형뿐만 아니라 도 9에 도시된 타원형, 도 10에 도시된 사각형, 도 11에 도시된 다각형 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 고안의 제1 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치는, 단위 부력체인 단위 부유구조물(110)들이 서로 엉킬 경우 단위 부유구조물(110)의 경사면을 타고 서로 다른 방향으로 내려가려는 현상이 발생하므로 고리를 사용하여 단위 부유구조물(110)들을 서로 연결하지 않고도 항상 탱크 내부의 유체 표면을 고르게 덮을 수 있기 때문에 슬로싱 저감 효과가 매우 뛰어나다.

한편, 도 12는 본 고안의 제5 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 단면도이다.

도 12를 참조하면, 본 고안의 제5 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치는 단위 부유구조물 안에 수평방향으로 와이어가 삽입될 수 있다. 이와 같이 단위 부유구조물(110) 안에 수평방향으로 와이어가 삽입되는 구조는 부력체인 단위 부유구조물(110)의 접힘을 효과적으로 방지하는 역할을 한다.

도 13은 본 고안의 제6 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 단면도이다.

도 13을 참조하면, 본 고안의 제6 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치는 단위 부유구조물(110) 내측에, 특히 중심부에 무게추가 삽입될 수 있다. 이와 같이 단위 부유구조물(110) 안에 무게추가 삽입되는 구조는 부력체인 단위 부유구조물(110)의 무게가 증가하여 단위 부유구조물(110)들이 분리되는 시간을 단축할 수 있다.

도 14는 본 고안의 제7 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치를 보인 단면도이다.

도 14를 참조하면, 본 고안의 제7 실시 예에 따른 유체탱크 슬로싱 저감장치(100)는 단위 부유구조물(110) 안의 중심부에 무게추가 삽입되고, 단위 부유구조물(110) 안에 수평방향으로 와이어가 삽입될 수 있다. 이와 같이 단위 부유구조물(110) 안에 무게추가 삽입되고, 와이어가 삽입되는 구조는 부력체인 단위 부유구조물(110)의 접힘을 효과적으로 방지하고 단위 부유구조물(110)의 무게가 증가하여 단위 부유구조물(110)들이 분리되는 시간을 단축할 수 있다.

110: 단위 부유구조물
110a: 에어 홀
111: 유체이동 홀
t: 두께

Claims

유체탱크의 슬로싱 저감을 위해서 상기 유체탱크 안에 부유되는 다수의 단위 부유구조물로 구성되는 유체탱크 슬로싱 저감장치로서,
상기 단위 부유구조물은 수직단면을 기준으로 중심부에서 가장자리로 갈수록 두께가 감소하는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 단위 부유구조물은 평면도 상에서 볼 때, 원형, 사각형, 다각형 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 단위 부유구조물에는 유체이동 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치.
청구항 3에 있어서,
상기 유체이동 홀은 수직방향으로 관통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 단위 부유구조물 안에는 수평방향으로 와이어가 삽입되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 단위 부유구조물 내측에는 무게추가 삽입되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치.
청구항 6에 있어서,
상기 무게추는 상기 단위 부유구조물의 중심부에 설치되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 유체탱크 슬로싱 저감장치.