KR20190107464A

KR20190107464A - 활류배관의 단열구조 및 그 보수방법

Info

Publication number: KR20190107464A
Application number: KR1020180028745A
Authority: KR
Inventors: 표경원; 김문규; 강성우; 이영범
Original assignee: 한국가스공사
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-09-20

Abstract

본 발명의 일실시예에 따르면, 내부에 저온 유체가 흐르는 상태에서 배관의 단열재를 보수하기 위한 단열구조에 있어서, 상기 배관의 외주면에 직접 접촉하도록 결합되며 에어로젤 재질로 형성되는 최심부 단열층, 상기 최심부 단열층을 감싸도록 결합되는 적어도 하나 이상의 중간 단열층, 및 상기 중간 단열층을 감싸도록 결합되는 외부 단열층을 포함하는 활류배관의 단열구조 및 그 시공방법을 제공한다.

Description

활류배관의 단열구조 및 그 보수방법{Insulator structure for flowing pipe and repairing method thereof}

본 발명은 활류배관의 단열구조 및 그 보수방법에 관한 것이다.

액화천연가스(LNG)는 연소시 같은 양의 열량에 대하여 석탄이나 석유에 비해 낮은 이산화탄소를 배출하는 친환경적 에너지원으로서 점차 사용량이 증가하고 있다. 액화천연가스는 약 -162℃의 초저온으로 액화되어 LNG 운송배관 또는 LNG 운송 선박 등을 이용하여 생산지에서 소비지로 수송된다. 액화천연가스를 운송하는 배관은 외부의 열이 액화천연가스로 전달되지 않도록 배관 외부에 단열재를 설치하여 열의 이동을 차단한다. 이러한 액화천연가스 운송 배관을 감싸는 단열재의 성능은 배관 주변의 다양한 환경과 배관의 운영방식 등에 의해 시간이 지날수록 악화되므로, 배관을 감싸는 단열재를 일정 주기마다 교환할 필요가 있다.

한편, 액화천연가스를 운송하는 배관들 중에서 주요 배관들은 시설의 운영이 종료되기 전까지 항상 내부에 액화천연가스가 흐르는 상태로 운영된다. 따라서 내부에 액화천연가스와 같은 초저온 유체가 흐르는 활류배관(flowing pipe)을 감싸는 단열재를 보수시공하는 과정에서 액화천연가스의 낮은 온도로 인하여 발생되는 어려움이 있으며, 낮은 온도에서도 단열재를 효과적으로 보수할 수 있는 방법에 대한 요구가 있다.

KR 10-2007-0056570 A

본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 초저온 유체가 흐르는 상태에서 배관의 단열재를 효과적으로 보수하기 위한 단열구조 및 보수방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 배관에 발수성을 갖는 에어로젤 재질의 단열층을 최초로 형성하고, 미리 일정한 형태로 제작된 중간 단열층을 보수시공 현장에서 조립하는 방법으로 단열구조를 형성하는 활류배관의 단열구조 및 그 보수방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 중간 단열층에 배관의 길이방향으로 일정간격마다 열-스트레스를 완충할 수 있는 수축연결부가 형성된 활류배관의 단열구조 및 그 보수방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조는, 내부에 저온 유체가 흐르는 상태에서 배관의 단열재를 보수하기 위한 단열구조에 있어서, 상기 배관의 외주면에 직접 접촉하도록 결합되며 에어로젤 재질로 형성되는 최심부 단열층, 상기 최심부 단열층을 감싸도록 결합되는 적어도 하나 이상의 중간 단열층, 및 상기 중간 단열층을 감싸도록 결합되는 외부 단열층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 최심부 단열층은 발수성을 갖는 에어로젤 재질로 형성될 수 있다.

또한, 상기 최심부 단열층은 적어도 두 층 이상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 중간 단열층은 적어도 둘 이상의 미리 제작된 중간 단열층 세그먼트를 결합하여 형성되며, 상기 배관의 길이방향으로 일정간격마다 글라스 울이 충진된 수축연결부가 형성되고, 상기 외부 단열층은 적어도 둘 이상의 미리 제작된 외부 단열층 세그먼트를 결합하여 형성되며, 상기 외부 단열층 세그먼트 사이에 형성되는 접합공간에 발포폼이 주입되어 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조는, 상기 중간 단열층과 외부 단열층 사이에 배치되는 제1 증기차단막, 및 상기 외부 단열층을 감싸도록 배치되는 제2 증기차단막을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법은, 내부에 저온 유체가 흐르는 상태에서 배관을 감싸는 단열재를 보수하는 방법에 있어서, 상기 배관을 감싸고 있는 기존 단열층을 제거하는 단계, 상기 기존 단열층이 제거되어 공기중에 노출된 상기 배관의 외주면에 응결되는 수분을 제거하는 단계, 에어로젤 재질로 형성된 최심부 단열층을 상기 수분을 제거한 상기 배관의 외주면에 직접 접촉하도록 결합하는 최심부 단열층 결합단계, 상기 최심부 단열층을 감싸도록 중간 단열층을 결합하는 중간 단열층 결합단계, 및 상기 중간 단열층을 감싸도록 외부 단열층을 결합하는 외부 단열층 결합단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 최심부 단열층은 발수성을 갖는 에어로젤 재질로 형성되며, 상기 최심부 단열층 결합단계는 상기 수분을 제거한 상기 배관의 외주면에 직접 접촉하도록 제1 최심부 단열층을 결합하는 단계, 상기 제1 최심부 단열층의 외주면에 응결되는 수분을 제거하는 단계, 및 상기 수분을 제거한 상기 제1 최심부 단열층 상에 제2 최심부 단열층을 더 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 중간 단열층 결합단계는 적어도 둘 이상의 미리 제작된 중간 단열층 세그먼트를 수축연결부가 형성될 공간만큼 이격하여 상기 최심부 단열층을 감싸도록 결합하는 단계, 및 상기 수축연결부 내에 글라스 울을 충진하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 외부 단열층 결합단계는 적어도 둘 이상의 미리 제작된 외부 단열층 세그먼트를 상기 중간 단열층 세그먼트를 감싸도록 결합하는 단계, 및 상기 외부 단열층 세그먼트들 사이의 접합공간에 발포폼을 충진하여 상기 외부 단열층 세그먼트들을 고정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법은, 상기 중간 단열층 결합단계 이후에, 상기 중간 단열층을 감싸도록 제1 증기차단막을 형성하는 단계, 및 상기 외부 단열층 결합단계 이후에, 상기 외부 단열층을 감싸도록 제2 증기차단막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 및 그 보수방법은, 초저온 유체가 흐르는 상태의 배관에 발수성을 갖는 에어로젤 재질의 단열층을 가장 먼저 형성하여 대기중의 수분이 보수시공 과정에서 배관에 응결되는 것을 최소화할 수 있고, 따라서 단열구조 내부에 포함되는 수분을 최소화함으로써 단열구조의 건전성을 향상시키고 수명을 연장할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 및 그 보수방법은, 미리 일정한 형태로 제작된 중간 단열층 및 외부 단열층을 보수시공 현장에서 조립하는 방법을 사용하므로 균일한 단열성능을 갖는 단열구조를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 및 그 보수방법은, 중간 단열층에 배관의 길이방향으로 일정간격마다 수축연결부가 형성되어, 배관 내부의 간헐적인 유체 이동에 의한 온도변화에 따라 중간 단열층이 팽창/수축 되더라도 수축연결부가 팽창가능한 공간을 제공하므로, 열-스트레스에 의해 중간 단열층이 파괴되는 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 배관 원주방향에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 배관 길이방향에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법에서 최심부 단열층을 시공하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법의 실시과정에서 최심부 단열층을 시공한 상태의 활류배관을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법의 실시과정에서 중간 단열층을 시공한 상태의 활류배관을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법의 실시과정에서 외부 단열층을 시공한 상태의 활류배관을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일실시예의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 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, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조를 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 배관 원주방향에 따른 단면도이고, 도 3은 도 1의 배관 길이방향에 따른 단면도이다. 본 명세서에서 활류배관이란 내부에 유체가 흐르는 상태의 배관(10)을 말한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 저온 유체가 흐르는 상태에서 배관(10)의 단열재를 보수하기 위한 단열구조에 있어서, 본 발명의 일실시에에 따른 활류배관의 단열구조는, 상기 배관(10)의 외주면(11)에 직접 접촉하도록 결합되며 에어로젤 재질로 형성되는 최심부 단열층(110), 상기 최심부 단열층(110)을 감싸도록 결합되는 적어도 하나 이상의 중간 단열층(120), 상기 중간 단열층(120)을 감싸도록 결합되는 외부 단열층(130)을 포함할 수 있다.

최심부 단열층(110)은 에어로젤(aerogel) 재질로 형성될 수 있다. 에어로젤은 나노단위의 기공성 구조를 가진 저밀도 물질로서, 열전도도가 극히 낮으므로 단열 재료로 사용될 수 있다. 에어로젤은 실리카(Silica, SiO₂), 알루미나(Alumina, Al₂O₃), 티타니아(Titania, TiO₂), 탄소(Carbon, C) 중에서 선택되는 어느 1종 이상으로 구성되거나 유기 화합물로 구성될 수 있고, 각종 바인더, 난연제, 발수성 화합물 등을 포함할 수 있다.

최심부 단열층(110)을 형성하는 에어로젤은 밀도가 약 120 ~ 165 kg/m³ 범위일 수 있고, 바람직하게는 약 128 kg/m³ 또는 160 kg/m³ 일 수 있다. 최심부 단열층(110)을 형성하는 에어로젤은 -200℃에서 열전도도가 약 9.8 mW/mK, -100℃에서 열전도도가 약 12.3 ~ 15 mW/mK, 0℃에서 열전도도가 약 13.8 ~ 16 mW/mK, 23.9℃에서 열전도도가 약 17 mW/mK 일 수 있다. 최심부 단열층(110)은 20 ~ 40 mm 두께를 가질 수 있으며, 두께는 배관(10)의 크기에 따라 비례할 수 있다.

최심부 단열층(110)은 발수성을 갖는 에어로젤 재질로 형성될 수 있다. 최심부 단열층(110)을 제작할 때, 에어로젤의 재료가 되는 무기/유기 화합물에 발수성을 갖는 화합물을 함께 혼합하여 에어로젤을 제조함으로써, 발수성을 갖는 에어로젤 재질의 최심부 단열층(110)을 제작할 수 있다.

최심부 단열층(110)은 적어도 한 층 이상으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 두 층 이상으로 형성될 수 있다. 최심부 단열층(110)은 배관(10)의 외주면(11)에 직접 접촉하도록 결합되는 제1 최심부 단열층(111), 제1 최심부 단열층(111)을 감싸도록 결합되는 제2 최심부 단열층(112)을 포함할 수 있다. 최심부 단열층(110)은 배관(10)의 직경에 비례하여 다수의 단열층을 포함할 수 있다.

알루미늄 테이프(152) 등의 방수 테이프는, 최심부 단열층(110)이 배관(10)을 감싸도록 배관(10)의 외주면(11)에 직접 접촉하게 결합된 상태에서, 최심부 단열층(110)이 서로 맞닿는 연결부(110a)에 접착된다. 알루미늄 테이프(152)는 최심부 단열층(110)의 연결부(110a)를 밀봉하여 외부의 수분이 최심부 단열층(110)의 내부로 침투하지 않도록 차단한다. 섬유보강 테이프(151)는 최심부 단열층(110)을 둘러싸도록 접착되어 최심부 단열층(110)을 단단히 고정한다.

중간 단열층(120)은 최심부 단열층(110)을 감싸도록 결합될 수 있다. 중간 단열층(120)은 적어도 둘 이상의 미리 제작된 중간 단열층(120) 세그먼트를 결합하여 형성될 수 있다. 중간 단열층(120)은 서로 마주보게 결합하여 전체적으로 원통 형상을 구성할 수 있는 반원통 형상의 제1 중간 단열층 세그먼트(segment)(121) 및 제2 중간 단열층 세그먼트(122)를 포함할 수 있다. 중간 단열층 세그먼트(121, 122)는 1/3원통 또는 1/4원통 형상으로 형성할 수도 있다. 중간 단열층 세그먼트(121, 122)의 형상은 배관(10)의 형상에 따라 다각형이나 타원형으로 제작될 수도 있다.

중간 단열층 세그먼트(121, 122)는 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate, PIR) 폼(foam), 폴리우레탄(polyurethane) 폼(foam) 등의 재질로 형성될 수 있다. 적어도 둘 이상의 중간 단열층 세그먼트(예를 들어, 제1 중간 단열층 세그먼트(121) 및 제2 중간 단열층 세그먼트(122))는 활류배관의 단열구조 보수 현장에서 즉시 제작되는 것이 아니라, 미리 공장에서 반원통 형상으로 제작되어 품질검사를 통과한 다음 활류배관의 단열구조 보수에 사용된다.

종래, 내부에 초저온 유체가 흐르는 상태의 활류배관에 틀을 형성하고 폴리우레탄 폼을 시공현장에서 직접 주입-발포하는 방식으로 단열층을 제작하였다. 이러한 경우 활류배관의 낮은 온도로 인하여 우레탄 폼이 원하는 만큼 발포되지 않아서 단열층의 단열 성능이 저하되는 문제가 있다. 이에 비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 중간 단열층(120)은 미리 특정한 형상으로 제작되어 원하는 정도의 균일한 단열성능을 획득할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 중간 단열층 세그먼트(121, 122)는 서로 맞물리는 형태의 접합부(120a) 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 중간 단열층 세그먼트(121, 122)의 양 측면 접합부(120a)가 'Z'자 형태로 형성되어, 접합부(120a)끼리 서로 맞물리도록 결합될 수 있다. 중간 단열층 세그먼트(121, 122)의 접합부(120a)는 유연성을 갖는 접합물질(flexible joint sealant)을 이용하여 서로 결합된다. 섬유보강 테이프(151)는 중간 단열층(120)을 둘러싸도록 접착되어 중간 단열층(120)을 단단히 고정한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 중간 단열층(120)은 배관(10)의 길이방향으로 일정 간격마다 수축연결부(120b)가 형성된다. 중간 단열층(120) 세그먼트를 배관(10)의 길이방향(Ax)으로 연결할 때, 중간 단열층 세그먼트(121, 122) 사이를 일정간격 이격시켜서 수축연결부(120b)를 형성한다. 수축연결부(120b)에는 글라스 울(Glass Wool) 등의 단열성능이 좋은 단열섬유(123)가 충진될 수 있다. 단열섬유(123)는 섬유 사이에 공간을 포함하고 탄성력이 있어서, 중간 단열층 세그먼트(121, 122)가 배관(10)의 길이방향으로 수축 또는 팽창되는 경우에 발생하는 스트레스를 완충할 수 있다. 중간 단열층(120)이 두개 이상의 층으로 구성되는 경우, 수축연결부(120b)가 동일선상에 위치하지 않도록 배치하여, 수축연결부(120b)에 의한 단열성능 하락을 최소화할 수 있다.

종래, 우레탄 폼 등의 단열재로 배관(10)을 감싸는 단열구조의 경우, 배관(10) 내부에 초저온 유체가 흐를 때와 흐르지 않을 때의 온도차이(-162℃ ~ 25℃(상온))가 매우 커서 단열재가 온도에 따라 수축 또는 팽창하는 열-스트레스(heat-stress)를 받게 된다. 따라서 배관(10) 내부에 초저온 유체가 간헐적으로 흐르는 경우 반복되는 열-스트레스에 의해 단열재에 크랙(crack)이 발생하고, 크랙을 통하여 열이 전달되어 단열 성능을 크게 저하시키는 문제가 있다.

이에 비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 중간 단열층(120)은 배관(10)의 길이방향으로 일정간격마다 수축연결부(120b)가 형성되어, 중간 단열층(120)이 수축되거나 팽창하더라도 수축연결부(120b)가 여유공간으로 기능하여 열-스트레스에 의한 크랙 등의 발생을 방지할 수 있다.

외부 단열층(130)은 중간 단열층(120)을 감싸도록 결합되며, 적어도 둘 이상의 미리 제작된 외부 단열층 세그먼트(131, 132)를 결합하여 형성될 수 있다. 외부 단열층 세그먼트(131, 132)는 중간 단열층(120) 세그먼트와 같이, 미리 일정한 형태로 제작되어 활류배관 보수 시공현장에서 조립가능하도록 제작되며, 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate, PIR) 폼(foam), 폴리우레탄(polyurethane) 폼(foam) 등의 재질로 형성될 수 있다.

외부 단열층 세그먼트(131, 132)는 중간 단열층(120)을 덮도록 배치되고, 외부 단열층 세그먼트(131, 132) 사이에 형성되는 접합공간(133)에 발포폼(135)이 주입(도 7 참조)되어 고정될 수 있다. 발포폼(135)은 우레탄 폼 등으로 형성될 수 있으며, 활류배관의 단열구조 보수시공 현장에서 즉시 발포되어 형성될 수 있다. 섬유보강 테이프(151)는 중간 단열층(120)을 둘러싸도록 접착되어 중간 단열층(120)을 단단히 고정한다.

스페이서(134)는 외부 단열층 세그먼트(131, 132) 사이의 접합공간(133)에 위치하여, 발포폼(135)이 주입되기 위한 틀 역할을 하며, 외부 단열층 세그먼트(131, 132) 사이의 접합공간(133)의 간격을 일정하게 유지한다. 스페이서(134)는 배관(10)의 길이방향을 따라 형성되는 접합공간(133)에 배치될 수 있고, 배관(10)의 원주방향을 따라 형성되는 접합공간(133)에 배치될 수도 있다.

외부 단열층 세그먼트(131, 132)들 사이의 접합공간(133)이 중간 단열층(120)의 수축연결부(120b)와 동일선상에 위치하지 않도록 배치하여, 수축연결부(120b)와 접합공간(133)으로 인한 단열성능 저하를 최소화하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조는, 중간 단열층(120)과 외부 단열층(130) 사이에 배치되는 제1 증기차단막(141), 외부 단열층(130)을 감싸도록 배치되는 제2 증기차단막(142)을 더 포함할 수 있다.

증기차단막(141, 142)은 알루미늄 포일(Al foil)로 형성되거나, 수증기가 통과할 수 없는 다른 재질로 형성될 수 있다. 제1 증기차단막(141)은 알루미늄 포일로 형성될 수 있고, 제2 증기차단막(142)은 매스틱(mastic)-글라스 메쉬(glass mesh)-매스틱(mastic) 층으로 이루어지는 구조나 유리섬유를 주보강재로 하여 불포화폴리에스테르 수지(unsaturated polyester resin)을 함침 가공한 복합구조재인 에프알피(FRP)를 가질 수 있다. 제1 증기차단막(141)은 중간 단열층(120)을 감싸도록 형성되어, 중간 단열층(120)과 외부 단열층(130) 사이에 수분이 이동하지 못하게 차단한다. 제2 증기차단막(142)은 외부 단열층(130)을 감싸도록 형성되어, 대기중의 수분과 외부 단열층(130)이 접촉하지 못하도록 차단한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법을 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법에서 최심부 단열층(110)을 시공하는 과정을 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법의 실시과정에서 최심부 단열층(110)을 시공한 상태의 활류배관을 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이 내부에 저온 유체가 흐르는 상태에서 배관(10)을 감싸는 단열재를 보수하는 방법에 있어서, 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법은, 배관(10)을 감싸고 있는 기존 단열층(200)을 제거하는 단계(S111), 상기 기존 단열층(200)이 제거되어 공기중에 노출된 상기 배관(10)의 외주면(11)에 응결되는 수분을 제거하는 단계(S112), 에어로젤 재질로 형성된 최심부 단열층(110)을 상기 수분을 제거한 상기 배관(10)의 외주면(11)에 직접 접촉하도록 결합하는 최심부 단열층(110) 결합단계(S113), 상기 최심부 단열층(110)을 감싸도록 중간 단열층(120)을 결합하는 중간 단열층(120) 결합단계(S120), 및 상기 중간 단열층(120)을 감싸도록 외부 단열층(130)을 결합하는 외부 단열층(130) 결합단계(S130)를 포함할 수 있다.

내부에 액화천연가스와 같은 초저온 유체가 흐르는 상태에서, 배관(10)을 둘러싸는 단열재를 교체하거나 보수하는 시공을 하는 것은 배관(10)의 낮은 온도에 의한 제약이 존재한다. 종래, 내부에 액화천연가스가 흐르는 배관(10)의 기존 단열재를 제거한 다음, 배관(10)을 둘러싸는 최초 단열층을 글라스 울(Glass Wool)로 시공하고 폴리우레탄 폼을 주입-발포하는 방법을 사용하였다. 이러한 경우 배관(10)과 외부 대기와의 기온차에 의해 글라스 울 사이에 수분이 흡수되고 응결되며, 이러한 수분이 폴리우레탄 폼에 크랙(Crack)을 발생시키는 원인이 되는 문제가 있다. 또한, 배관(10)의 낮은 온도 때문에 폴리우레탄 폼의 발포 성형이 균일하게 이루어지지 않아 단열성능이 떨어지는 문제도 있다.

상술한 종래의 방법은 글라스 울로 배관(10)을 감싸고 폴리우레탄 폼 주입을 위한 틀을 형성한 다음 폴리우레탄 폼을 주입하였기 때문에, 대기 중의 수분이 글라스 울 사이로 흡수되어 결빙되기 위한 충분한 시간이 있었다. 이에 비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법은, 배관(10)의 기존 단열재를 제거하고 배관(10)의 낮은 온도로 인하여 배관(10)의 외주면(11)에 응결-결빙(Icing)되는 수분을 제거하는 즉시 에어로젤 재질의 최심부 단열층(110)으로 배관(10)을 감싼다. 따라서 배관(10)과 최심부 단열층(110) 사이에 응결되는 수분을 최소화할 수 있으므로, 전체적인 단열구조의 열화를 최대한 방지할 수 있다.

또한, 최심부 단열층(110)은 발수성을 갖는 에어로젤 재질로 형성될 수 있다. 배관(10) 내부를 흐르는 액화천연가스는 초저온이기 때문에, 배관(10)에 최심부 단열층(110)을 결합하는것 만으로 최심부 단열층(110) 상에 수분이 응결되는 것을 방지할 수는 없다. 중간 단열층(120)을 결합하기 이전에 최심부 단열층(110) 상에 응결되는 수분을 최소화할 필요가 있으며, 최심부 단열층(110)을 발수성을 갖는 에어로젤 재질로 형성함으로써 최심부 단열층(110) 상에 수분이 응결되는 것을 최대한 방지할 수 있다. 최심부 단열층(110) 상에 수분이 응결된 상태로 중간 단열층(120)을 결합하는 경우, 중간 단열층(120)이 열화되는 문제가 발생하기 때문에 최심부 단열층(110) 상에 응결되는 수분을 최소화하는 것은 중요하다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 최심부 단열층(110)은 두 개 이상의 층을 포함할 수 있다. 최심부 단열층(110) 결합단계는 수분을 제거한 상기 배관(10)의 외주면(11)에 직접 접촉하도록 제1 최심부 단열층(111)을 결합하는 단계(S113a), 제1 최심부 단열층(111)의 외주면(11)에 응결되는 수분을 제거하는 단계(S113b), 및 수분을 제거한 상기 제1 최심부 단열층(111) 상에 제2 최심부 단열층(112)을 더 형성하는 단계(S113c)를 포함할 수 있다.

제1 최심부 단열층(111)은 발수성을 갖는 에어로젤 재질로 형성되고 배관(10)의 둘레에 알맞게 미리 재단되어 준비되며, 배관(10)의 길이방향으로 이전 제1 최심부 단열층(111z)에 연속적으로 접촉하도록 배관(10)에 결합된다. 배관(10)에 제1 최심부 단열층(111)을 감싸고 제1 최심부 단열층(111)의 연결부에 알루미늄 테이프(152)를 접착하여 연결부를 밀봉한다. 제1 최심부 단열층(111)을 원주 방향으로 둘러싸도록 섬유보강 테이프(151)를 감아서 제1 최심부 단열층(111)을 배관(10)에 단단히 고정한다.

제2 최심부 단열층(112)은 제1 최심부 단열층(111)의 둘레에 알맞게 미리 재단되어 준비되며, 배관(10)의 길이방향으로 이전 제2 최심부 단열층(112z)에 연속적으로 접촉하도록 배관(10)에 결합된다. 배관(10)에 제2 최심부 단열층(112)을 감싸고 제2 최심부 단열층(112)의 연결부에 알루미늄 테이프(152)를 접착하여 연결부를 밀봉한다. 제2 최심부 단열층(112)을 원주 방향으로 둘러싸도록 섬유보강 테이프(151)를 감아서 제2 최심부 단열층(112)을 배관(10)에 단단히 고정한다. 제1 최심부 단열층(111)과 제2 최심부 단열층(112)을 모두 시공한 상태가 도 5에 도시된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법의 실시과정에서 중간 단열층(120)을 시공한 상태의 활류배관을 나타내는 도면이다.

다음으로, 최심부 단열층(110)을 감싸도록 중간 단열층(120)을 결합한다(중간 단열층(120) 결합단계(S120)). 중간 단열층(120) 결합단계는 적어도 둘 이상의 미리 제작된 중간 단열층(120) 세그먼트를 수축연결부(120b)가 형성될 공간만큼 이격하여 상기 최심부 단열층(110)을 감싸도록 결합하는 단계(S121), 및 상기 수축연결부(120b) 내에 단열섬유(123)를 충진하는 단계(S122)를 포함할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 단계 S121에서, 제1 중간 단열층 세그먼트(121)와 제2 중간 단열층 세그먼트(122)가 서로 접촉되는 접합부(120a)에 유연성을 갖는 접합물질(flexible joint sealant)을 도포하고, 최심부 단열층(110)을 감싸며 배관(10)의 길이방향으로 이전 중간 단열층(120)과 일정간격 이격되도록 최심부 단열층(110) 상에 제1 중간 단열층 세그먼트(121) 및 제2 중간 단열층 세그먼트(122)를 결합한다. 제1 중간 단열층 세그먼트(121) 및 제2 중간 단열층 세그먼트(122)를 배관(10)의 원주 방향으로 감싸도록 섬유보강 테이프(151)를 접착하여 제1 중간 단열층 세그먼트(121) 및 제2 중간 단열층 세그먼트(122)를 단단히 고정한다.

단계 S122에서, 중간 단열층(120)의 배관(10)의 길이방향으로 이격된 공간에 글라스 울을 충진하여 수축연결부(120b)를 형성한다. 수축연결부(120b)는 배관(10)의 원주방향을 따라 배관(10)을 둘러싸도록 형성된다. 중간 단열층(120)이 팽창되는 경우 수축연결부(120b)에 충진된 글라스 울의 부피가 수축하여 중간 단열층(120)이 팽창할 공간이 확보되므로 열 팽창 스트레스를 완화할 수 있고, 중간 단열층(120)이 수축되는 경우 글라스 울의 자체 탄성에 의하여 수축연결부(120b)를 채울 수 있으므로 이격공간인 수축연결부(120b)에 단열기능을 제공할 수 있다. 다음으로, 중간 단열층(120) 상에 접착제를 이용하여 알루미늄 포일 재질로 형성되는 제1 증기차단막(141)을 결합한다(S123).

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 보수방법의 실시과정에서 외부 단열층(130)을 시공한 상태의 활류배관을 나타내는 도면이다.

다음으로, 중간 단열층(120)을 감싸도록 외부 단열층(130)을 결합한다(외부 단열층 결합단계(S130)). 외부 단열층 결합단계(S130)는 적어도 둘 이상의 미리 제작된 외부 단열층 세그먼트(131, 132)를 상기 중간 단열층(120) 세그먼트를 감싸도록 결합하는 단계(S131), 및 상기 외부 단열층 세그먼트(131, 132)들 사이의 접합공간(133)에 발포폼(135)을 충진하여 상기 외부 단열층 세그먼트(131, 132)들을 고정하는 단계(S132)를 포함할 수 있다.

외부 단열층(130)을 구성하는 제1 외부 단열층 세그먼트(131) 및 제2 외부 단열층 세그먼트(132)를, 중간 단열층(120)을 감싸며 배관(10)의 길이방향으로 이전 외부 단열층(131z, 132z)과 일정간격(d3) 이격되고 제1 외부 단열층 세그먼트(131)와 제2 외부 단열층 세그먼트(132) 사이가 일정간격(d2) 이격되도록 결합한다. 제1 외부 단열층 세그먼트(131)와 마주보는 제2 외부 단열층 세그먼트(132) 사이 공간(133b) 및 외부 단열층 세그먼트(131, 132)와 배관(10)의 길이방향으로 이전 외부 단열층(130) 사이 공간(133a)이 접합공간(133)이 된다.

이때, 외부 단열층 세그먼트(131, 132)의 내부에 양면 스폰지 테이프의 일면을 접착하고 양면 스폰지 테이프의 타면을 중간 단열층(120)(제2 증기 차단막)에 접착시킴으로써, 외부 단열층 세그먼트(131, 132)를 중간 단열층(120)에 일시적으로 고정시킬 수 있다.

배관(10)의 길이 방향으로 형성되는 접합공간(133) 및 배관(10)의 원주 방향으로 형성되는 접합공간(133)의 내부에 적어도 하나 이상의 스페이서(134)를 삽입한다. 스페이서(134)는 폴리우레탄 폼 또는 PIR 재질로 미리 이격공간에 알맞게 형성될 수 있다. 스페이서(134)를 삽입한 다음 폴리우레탄 폼 등의 발포폼(135)을 접합공간(133b) 내부에 주입하여 발포시켜서 접합공간(133b)을 채운다. 동일하게, 접합공간(133a)에도 발포폼(135)를 주입하여 발포시켜 접합공간(133a)을 채운다. 다음으로 섬유보강 테이프(151)를 외부 단열층(130)을 감싸도록 접착하여 외부 단열층(130)을 단단히 고정한다. 다음으로 외부 단열층(130) 상에 제2 증기차단막(142)을 결합한다.

상술한 과정을 통하여 내부에 초저온 유체(액화천연가스 등)가 흐르는 상태에서, 배관(10)의 단열재를 효과적이고 신속하게 보수할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 및 그 보수방법은, 초저온 유체가 흐르는 상태의 배관(10)에 발수성을 갖는 에어로젤 재질의 단열층을 가장 먼저 형성하여 대기중의 수분이 보수시공 과정에서 배관(10)에 응결되는 것을 최소화할 수 있고, 따라서 단열구조 내부에 포함되는 수분을 최소화함으로써 단열구조의 건전성을 향상시키고 수명을 연장할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 및 그 보수방법은, 미리 일정한 형태로 제작된 중간 단열층(120) 및 외부 단열층(130)을 보수시공 현장에서 조립하는 방법을 사용하므로 균일한 단열성능을 갖는 단열구조를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 활류배관의 단열구조 및 그 보수방법은, 중간 단열층(120)에 배관(10)의 길이방향으로 일정간격마다 수축연결부(120b)가 형성되어, 배관(10) 내부의 간헐적인 유체 이동에 의한 온도변화에 따라 중간 단열층(120)이 팽창/수축 되더라도 수축연결부(120b)가 팽창가능한 공간을 제공하므로, 열-스트레스에 의해 중간 단열층(120)이 파괴되는 현상을 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.

10: 배관
110: 최심부 단열층
111: 제1 최심부 단열층
112: 제2 최심부 단열층
120: 중간 단열층
121: 제1 중간 단열층 세그먼트
122: 제2 중간 단열층 세그먼트
120a: 접합부
120b: 수축연결부
123: 단열섬유
130: 외부 단열층
131: 제1 외부 단열층 세그먼트
132: 제2 외부 단열층 세그먼트
133: 접합공간
134: 스페이서
135: 발포폼
141: 제1 증기차단막
142: 제2 증기차단막
151: 섬유보강 테이프
152: 알루미늄 테이프

Claims

내부에 저온 유체가 흐르는 상태에서 배관의 단열재를 보수하기 위한 단열구조에 있어서,
상기 배관의 외주면에 직접 접촉하도록 결합되며 에어로젤 재질로 형성되는 최심부 단열층;
상기 최심부 단열층을 감싸도록 결합되는 적어도 하나 이상의 중간 단열층; 및
상기 중간 단열층을 감싸도록 결합되는 외부 단열층을 포함하는, 활류배관의 단열구조.
청구항 1에 있어서,
상기 최심부 단열층은
발수성을 갖는 에어로젤 재질로 형성되는, 활류배관의 단열구조.
청구항 1에 있어서,
상기 최심부 단열층은
적어도 두 층 이상으로 형성되는, 활류배관의 단열구조.
청구항 1에 있어서,
상기 중간 단열층은
적어도 둘 이상의 미리 제작된 중간 단열층 세그먼트를 결합하여 형성되며, 상기 배관의 길이방향으로 일정간격마다 글라스 울이 충진된 수축연결부가 형성되고,
상기 외부 단열층은
적어도 둘 이상의 미리 제작된 외부 단열층 세그먼트를 결합하여 형성되며, 상기 외부 단열층 세그먼트 사이에 형성되는 접합공간에 발포폼이 주입되어 고정되는, 활류배관의 단열구조.
청구항 1에 있어서,
상기 중간 단열층과 외부 단열층 사이에 배치되는 제1 증기차단막; 및
상기 외부 단열층을 감싸도록 배치되는 제2 증기차단막을 더 포함하는, 활류배관의 단열구조.
내부에 저온 유체가 흐르는 상태에서 배관을 감싸는 단열재를 보수하는 방법에 있어서,
상기 배관을 감싸고 있는 기존 단열층을 제거하는 단계;
상기 기존 단열층이 제거되어 공기중에 노출된 상기 배관의 외주면에 응결되는 수분을 제거하는 단계;
에어로젤 재질로 형성된 최심부 단열층을 상기 수분을 제거한 상기 배관의 외주면에 직접 접촉하도록 결합하는 최심부 단열층 결합단계;
상기 최심부 단열층을 감싸도록 중간 단열층을 결합하는 중간 단열층 결합단계; 및
상기 중간 단열층을 감싸도록 외부 단열층을 결합하는 외부 단열층 결합단계를 포함하는, 활류배관의 단열구조 보수방법.
청구항 6에 있어서,
상기 최심부 단열층은
발수성을 갖는 에어로젤 재질로 형성되며,
상기 최심부 단열층 결합단계는
상기 수분을 제거한 상기 배관의 외주면에 직접 접촉하도록 제1 최심부 단열층을 결합하는 단계;
상기 제1 최심부 단열층의 외주면에 응결되는 수분을 제거하는 단계; 및
상기 수분을 제거한 상기 제1 최심부 단열층 상에 제2 최심부 단열층을 더 형성하는 단계를 포함하는, 활류배관의 단열구조 보수방법.
청구항 6에 있어서,
상기 중간 단열층 결합단계는
적어도 둘 이상의 미리 제작된 중간 단열층 세그먼트를 수축연결부가 형성될 공간만큼 이격하여 상기 최심부 단열층을 감싸도록 결합하는 단계; 및
상기 수축연결부 내에 단열섬유를 충진하는 단계를 포함하는, 활류배관의 단열구조 보수방법.
청구항 6에 있어서,
상기 외부 단열층 결합단계는
적어도 둘 이상의 미리 제작된 외부 단열층 세그먼트를 상기 중간 단열층 세그먼트를 감싸도록 결합하는 단계; 및
상기 외부 단열층 세그먼트들 사이의 접합공간에 발포폼을 충진하여 상기 외부 단열층 세그먼트들을 고정하는 단계를 포함하는, 활류배관의 단열구조 보수방법.
청구항 6에 있어서,
상기 중간 단열층 결합단계 이후에, 상기 중간 단열층을 감싸도록 제1 증기차단막을 형성하는 단계; 및
상기 외부 단열층 결합단계 이후에, 상기 외부 단열층을 감싸도록 제2 증기차단막을 형성하는 단계를 더 포함하는, 활류배관의 단열구조 보수방법.