KR20170022410A

KR20170022410A - 펌프타워

Info

Publication number: KR20170022410A
Application number: KR1020150117333A
Authority: KR
Inventors: 최승원; 진용민
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-03-02
Also published as: KR101732642B1

Abstract

펌프타워가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프타워는, 주 배관; 상기 주 배관 하부에 연결되며, 하부에 드레인 홀이 형성된 배출 파이프; 상기 배출 파이프의 하단에 연결되는 체크밸브; 및 상기 체크밸브의 하단에 연결되는 배출 펌프를 포함하되, 상기 배출 파이프, 상기 체크밸브 및 상기 배출 펌프가 상기 주 배관에 대해 일직선 상에 배치될 수 있다.

Description

펌프타워{Pump tower}

본 발명은 펌프타워에 관한 것이다.

액화천연가스(LNG)는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이다. 천연가스를 -162℃의 상태에서 약 600배로 압축하여 액화시킨 상태의 가스로, 정제 과정을 거쳐 순수 메탄의 성분이 매우 높고 수분의 함량이 없는 청정연료이다.

이러한 액화천연가스가 에너지 자원으로 등장함에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화천연가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화천연가스 운반선이 등장하게 되었다.

액화천연가스 운반선에는 초저온 상태로 액화시킨 액화천연가스를 보관 및 저장할 수 있는 화물창(cargo)이 구비된다. 이러한 화물창에는 액화천연가스를 저장하고 배출하는데 사용되는 펌프타워가 설치된다. 이하, 펌프타워에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 화물창 내에 설치되는 펌프타워를 나타낸 도면이고, 도 2는 기존 펌프 타워의 하부에 설치되는 디스차징 파이프를 도시한 도면이다.

펌프타워(10)는 액화천연가스 운반선의 크기에 따라 달라지지만 일반적인 액화천연가스 운반선들일 경우 약 30m 정도의 높이를 가지는 대형구조물이다.

도시된 것처럼 펌프타워(10)는 운항 중 선박의 운동에 의한 액체화물(액화천연가스)의 유동에 견딜 수 있도록, 삼각으로 위치한 주 배관들(11a~11c, 이하 '11'이라고도 통칭)과 주 배관들(11)을 지지하는 복합한 수평 및 대각 보강재들(12)을 포함한다. 주 배관(11)은 주로 액화천연가스의 배출 파이프(discharging pipe), 충전 파이프(filling pipe), 응급 파이프(emergency pipe)와 같은 속성으로 사용되며, 그 속성에 따른 개수는 달라질 수 있다.

수평 및 대각 보강재들(12)은 수평방향으로 주 배관들(11)을 지지하고 있는 수평 보강재들(13)과, 상하 이웃하는 수평보강재들의 뒤틀림 등을 견디기 위해 상하 방향으로 연결되는 대각 보강재들(14)을 포함하고 있어, 운항 중 액화천연가스의 유동에 따른 주 배관(11)의 거동을 지지하게 된다.

기존 펌프타워(10)의 경우, 도 2에 도시된 것처럼 배출 파이프(21)가 펌프타워(23)의 주 배관(11) 하부에서 브랜치(branch) 형태로 연결되어 있다. 한국등록실용신안 제20-0413790호에도 배출 파이프의 하부에 펌프가 브랜치 형태로 연결되어 있는 구조가 도시되어 있기도 하다.

이는 배출 펌프(23)가 작동을 멈출 경우, 배출 파이프(21) 내의 액체화물이 배출 펌프(23)를 통해 역류하게 되면 펌프의 임펠러(impeller)에 문제가 발생할 수 있기 때문에, 그 하부를 브랜치 형태로 만들어 준 것이고, 브랜치에액체화물이 빠져나갈 수 있는 홀(hole)이 존재하고 있다.

하지만, 브랜치 형태의 배출 파이프는 제작이 어렵고, 화물창 내부의 액체화물에 의한 슬로싱 영향을 많이 받아 구조적인 문제가 발생할 수 있다.

한국등록실용신안 제20-0413790호 (2006.04.05. 등록) - 엘엔지 선박의 액체화물 양하역을 위한 카고탱크의 펌프타워

본 발명은 브랜치 형태 대신에 I자 형태로 배출 파이프 및 펌프를 배치시킴으로써 제작을 용이하게 하고 화물창 내부에서의 액체화물에 의한 슬로싱 영향을 최소화한 펌프타워의 I자형 배출 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 I자형 배출 파이프 내에 잔존하는 액체화물을 화물창 내로 리턴(return)시키는 드레인 홀이 드레인 홀 캡에 의해 액체화물의 정상적인 배출 과정에서는 폐쇄되어 언로딩(unloading) 과정에서 펌프 성능 저하를 방지하고, 홀 사이즈를 크게 할 수 있어 리턴 시간을 감소시킬 수 있는 펌프타워의 I자형 배출 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 주 배관; 상기 주 배관 하부에 연결되며, 하부에 드레인 홀이 형성된 배출 파이프; 상기 배출 파이프의 하단에 연결되는 체크밸브; 및 상기 체크밸브의 하단에 연결되는 배출 펌프를 포함하되, 상기 배출 파이프, 상기 체크밸브 및 상기 배출 펌프가 상기 주 배관에 대해 일직선 상에 배치되는, 펌프타워가 제공된다.

상기 배출 파이프 내에 설치되어, 액체화물의 상승 또는 하강에 연동하여 상승 또는 하강하는 드레인 홀 캡을 더 포함하되, 상기 드레인 홀 캡이 상승하면 상기 드레인 홀이 폐쇄되고, 상기 드레인 홀 캡이 하강하면 상기 드레인 홀이 개방될 수 있다.

상기 드레인 홀 캡은, 하면이 개방된 원통 형상의 몸체와; 상기 몸체의 상부에서 내측으로 일정 길이만큼 연장된 플랜지를 포함하되, 상기 드레인 홀 캡의 상면 중심에는 소정 직경의 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 드레인 홀의 하단은 상기 몸체의 높이보다 높이 위치할 수 있다.

상기 배출 파이프의 내면 중 상기 드레인 홀의 상부에 상기 드레인 홀 캡의 상승을 제한하도록 돌출된 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 브랜치 형태 대신에 I자 형태로 배출 파이프 및 펌프를 배치시킴으로써 제작을 용이하게 하고 화물창 내부에서의 액체화물에 의한 슬로싱 영향을 최소화한 효과가 있다.

또한, I자형 배출 파이프 내에 잔존하는 액체화물을 화물창 내로 리턴(return)시키는 드레인 홀이 드레인 홀 캡에 의해 액체화물의 정상적인 배출 과정에서는 폐쇄되어 언로딩(unloading) 과정에서 펌프 성능 저하를 방지하고, 홀 사이즈를 크게 할 수 있어 리턴 시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 화물창 내에 설치되는 펌프타워를 나타낸 도면,
도 2는 기존 펌프 타워의 하부에 설치되는 디스차징 파이프를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 I자형 배출 시스템을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 I자형 배출 시스템의 I자형 배출 파이프 내부 단면도,
도 5는 I자형 배출 파이프 내에 설치되는 드레인 홀 캡의 사시도,
도 6은 액체화물의 유동에 따른 드레인 홀 캡의 작동 모습을 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 명세서에기재된 "…부", "…모듈" 등의용어는적어도하나의기능이나동작을처리하는단위를의미하며, 이는하드웨어나소프트웨어또는하드웨어및소프트웨어의결합으로구현될수있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프타워의 I자형 배출 시스템을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 I자형 배출 시스템의 I자형 배출 파이프 내부 단면도이며, 도 5는 I자형 배출 파이프 내에 설치되는 드레인 홀 캡의 사시도이고, 도 6은 액체화물의 유동에 따른 드레인 홀 캡의 작동 모습을 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 6에는 I자형 배출 시스템(100), I자형 배출 파이프(110), 체크밸브(120), 배출 펌프(130), 드레인 홀(112), 액체화물(50a, 50b), 드레인 홀 캡(200), 스토퍼(114), 몸체(210), 플랜지(220), 관통홀(230)이 도시되어 있다.

본 실시예에서는 I자형 배출 시스템(100)이 적용된 펌프타워가 액화천연가스 운반선의 화물창에 설치된 경우를 가정하여 설명하지만, 이는 일 실시예에 불과하며, 액화천연가스 이외에도 액체화물을 저장하고 있는 경우라면 동일한 기술적 사상이 적용될 수 있을 것이다.

종래 브랜치 형태로 연결되던 배출 파이프와 배출 펌프가 본 실시예에서는 펌프타워의 주 배관의 하부에서 I자형, 즉 일직선으로 연장된 형태로 연결되어 선박의 화물창 내의 액체화물을 저장(loading)하거나 배출(unloading)하도록 한다. 본 명세서에서는 액체화물을 화물창 외부로 배출하는 것을 언로딩(unloading)이라고 하고, 액체화물의 언로딩이 중단된 경우 잔존 액체화물을 화물창 내로 배출하는 것을 리턴(return)이라고 하기로 한다.

본 실시예에 따른 I자형 배출 시스템(100)은 수직으로 일직선 상에 배치된 I자형 배출 파이프(110)와 배출 펌프(130)를 포함한다.

배출 펌프(130)는 하부 및 상부에 유입구(inlet) 및 배출구(outlet)가 마련되어 있다. 배출 펌프(130)가 작동하면, 화물창 내에 저장되어 있는 액체화물이 유입구를 통해 유입되어 배출구를 통해 배출되어 상방으로 전달될 수 있다.

배출 펌프(130)의 상부에는 펌프타워의 주 배관과 일직선 상에 연장된 상태에 연결되는 I자형 배출 파이프(110)가 연결된다. 배출 펌프(130)를 통해 유입된 액체화물은 I자형 배출 파이프(110)를 통해 상방으로 진행하여 펌프타워의 주 배관을 통해 화물창 외부로 배출될 수 있다.

I자형 배출 파이프(110)와 배출 펌프(130) 사이에 체크밸브(120)가 개재될 수 있다. 체크밸브(120)의 개폐에 의해 I자형 배출 파이프(110)와 배출 펌프(130) 사이의 액체화물 전달이 조절될 수 있다.

체크밸브(120)의 개폐는 별도의 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있으며, 배출 펌프(130)의 동작에 연동하여 개폐될 수 있다. 배출 펌프(130)가 작동하여 액체화물을 언로딩하고자 할 때에는 체크밸브(120)가 개방되도록 하고, 액체화물의 배출(언로딩)을 중단하고자 할 때에는 배출 펌프(130)의 작동이 정지되고 체크밸브(120)가 폐쇄되도록 할 수 있다.

체크밸브(120)가 개방되면 I자형 배출 파이프(110)와 배출 펌프(130)가 연통되어 액체화물이 원활히 상방으로 원활히 배출되며, 체크밸브(120)가 폐쇄되면 I자형 배출 파이프(110)와 배출 펌프(130)의 연통이 단절되어 I자형 배출 파이프(110) 내의 잔존 액체화물이 배출 펌프(130)로 더 이상 공급되지 않도록 한다.

본 실시예에 따른 I자형 배출 파이프(110)에는 하단으로부터 소정 높이 이격된 부분에 드레인 홀(112)이 형성되어 있다.

액체화물의 화물창 외부로의 배출이 중단된 경우, 체크밸브(120)가 폐쇄되어 I자형 배출 파이프(110) 내에 남아있는 잔존 액체화물(50a)은 드레인 홀(112)을 통해 I자형 배출 파이프(110)에서 배출되어 화물창으로 리턴될 수 있다(도 3의 ① 참조). 그리고 체크밸브(120)와 배출 펌프(130) 사이의 잔존 액체화물(50b)은 배출 펌프(130)의 유입구를 통해 배출될 수 있다(도 3의 ② 참조).

이처럼 I자형 배출 시스템(100)을 적용하는 경우 기존의 브랜치 형태에 비해 그 제작이 용이하여 제작단가가 절감되고, 그 구조가 간단하여 화물창 내에 저장되어 있는 액체화물의 슬로싱에 의한 영향을 최소화할 수 있게 된다.

다만, I자형 배출 파이프(110)의 하단에 형성된 드레인 홀(112)의 존재로 인해 액체화물을 화물창 외부로 언로딩하는 과정에서 배출 펌프(130)의 펌핑 능력 저하가 발생될 수 있다. 이는 액체화물이 상방으로 이동하는 과정 중에 드레인 홀(112)을 통한 누수가 발생하기 때문이다.

따라서, 본 실시예에서는 체크밸브(120) 상부에 드레인 홀 캡(200)을 설치하여 액체화물의 언로딩 과정에서는 드레인 홀(112)을 폐쇄하여 액체화물의 누수를 방지함으로써 배출 펌프(130)의 성능 저하를 방지할 수 있도록 한다.

이하에서는 발명의 이해와 설명의 편의를 위해 I자형 배출 파이프(110)의 단면이 원형인 경우를 가정하여 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 드레인 홀 캡(200)은 내부가 빈 원통 형상의 몸체(210)를 포함하며, 몸체(210)의 상부에는 내측으로 일정 길이만큼 연장된 플랜지(220)가 형성되어 있다. 즉, 드레인 홀 캡(200)은 하면이 개방된 원통형 캡(cap)에 대해 그 상면 중심에 소정 크기의 관통홀(230)이 형성된 형상을 가진다.

관통홀(230)를 통해 액체화물이 큰 저항 없이 상승하거나 하강할 수 있으며, 액체화물의 상승 과정에서 플랜지(220)에 가해지는 힘을 이용하여 드레인 홀 캡(200)이 상승할 수 있다.

몸체(210)의 외경은 I자형 배출 파이프(110)의 내경에 상응하는 길이를 가지고 있어, 드레인 홀 캡(200)이 I자형 배출 파이프(110)의 내부에서 상하로 원활히 이동하면서 드레인 홀(112)의 완전 폐쇄가 가능할 수 있다.

몸체(210)의 높이(h1)는 드레인 홀(112)의 직경(d1)보다 커서, 드레인 홀 캡(200)에 의해 드레인 홀(112)이 완전 폐쇄될 수 있도록 한다.

드레인 홀(112)의 형성 위치는 드레인 홀 캡(200)이 체크밸브(120)의 상단에 놓여진 경우 드레인 홀(112)이 완전 개방되기에 충분하도록, 드레인 홀(112)의 하단 위치가 드레인 홀 캡(200)의 몸체(210)의 높이보다 높게 할 수 있다.

I자형 배출 파이프(110)의 내면에서 드레인 홀(112)의 상단 상부에는 스토퍼(114)가 돌출 설치되어 있을 수 있다. 스토퍼(114)는 드레인 홀 캡(200)이 액체화물의 유동에 의해 상방으로 이동하는 경우 그 이동폭을 제한하기 위한 수단이다.

도 6을 참조하여, 드레인 홀 캡(200)의 동작에 대해 설명하기로 한다.

도 6의 (a)를 참조하면, 화물창 내의 액체화물이 배출 펌프(130)의 펌핑 동작에 의해 언로딩될 때, 상방으로 액체화물의 유동이 발생한다. 이 경우 드레인 홀 캡(200)은 플랜지(220)에 의해 상방으로 힘을 받게 되고, 액체화물의 유동에 따라 드레인 홀 캡(200) 역시 상방으로 이동하게 된다. 여기서, 드레인 홀 캡(200)의 상승은 스토퍼(114)에 의해 제한되어, 몸체(210)에 의해 드레인 홀(112)이 완전 폐쇄된다.

따라서, 액체화물은 드레인 홀(112)을 통한 누수 없이 I자형 배출 파이프(110)를 따라 상방으로 이동하여 화물창 외부로 배출될 수 있으며, 배출 펌프(130)의 성능 저하도 없게 된다.

도 6의 (b)를 참조하면, 액체화물의 언로딩이 중단된 경우, 체크밸브(120)가 폐쇄되면 I자형 배출 파이프(110) 내에 잔존 액체화물이 존재하게 된다.

이 경우 잔존 액체화물의 상승력이 사라져 자중에 의해 하방으로 흐르게 되며, 드레인 홀 캡(200) 역시 같이 하강하게 된다.

드레인 홀 캡(200)이 하강하게 되면 소정 높이에 위치하는 드레인 홀(112)이 개방되며, I자형 배출 파이프(110)에 잔존하던 액체화물 대부분이 드레인 홀(112)을 통해 화물창 내로 리턴될 수 있다.

본 실시예에와 같이 드레인 홀 캡(200)을 적용함으로써 드레인 홀(112)의 완전 폐쇄가 가능하여, 펌프의 성능 저하를 우려하여 그 크기를 크게 할 수 없었던 드레인 홀(112)의 홀 사이즈를 크게 할 수 있게 되어 배출 펌프(130)가 중지된 경우 화물창 내로 액체화물이 리턴되는 시간을 줄일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: I자형 배출 시스템 110: I자형 배출 파이프
120: 체크밸브 130: 배출 펌프
112: 드레인 홀 114: 스토퍼
200: 드레인 홀 캡 210: 몸체
220: 플랜지 230: 관통홀

Claims

주 배관;
상기 주 배관 하부에 연결되며, 하부에 드레인 홀이 형성된 배출 파이프;
상기 배출 파이프의 하단에 연결되는 체크밸브; 및
상기 체크밸브의 하단에 연결되는 배출 펌프를 포함하되,
상기 배출 파이프, 상기 체크밸브 및 상기 배출 펌프가 상기 주 배관에 대해 일직선 상에 배치되는, 펌프타워.
제1항에 있어서,
상기 배출 파이프 내에 설치되어, 액체화물의 상승 또는 하강에 연동하여 상승 또는 하강하는 드레인 홀 캡을 더 포함하되,
상기 드레인 홀 캡이 상승하면 상기 드레인 홀이 폐쇄되고, 상기 드레인 홀 캡이 하강하면 상기 드레인 홀이 개방되는, 펌프타워.
제2항에 있어서,
상기 드레인 홀 캡은, 하면이 개방된 원통 형상의 몸체와; 상기 몸체의 상부에서 내측으로 일정 길이만큼 연장된 플랜지를 포함하되,
상기 드레인 홀 캡의 상면 중심에는 소정 직경의 관통홀이 형성되는, 펌프타워.
제2항에 있어서,
상기 드레인 홀의 하단은 상기 몸체의 높이보다 높이 위치하는, 펌프타워.
제2항에 있어서,
상기 배출 파이프의 내면 중 상기 드레인 홀의 상부에 상기 드레인 홀 캡의 상승을 제한하도록 돌출된 스토퍼를 더 포함하는, 펌프타워.