KR20200053819A - 액화가스 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체 및 액화가스를 수용하며 선체에 선체의 종방향을 따라 구비되는 단일 구조의 액화가스 저장탱크를 포함하는 액화가스 선박을 제공한다.

Description

액화가스 선박{A LIQUEFIED GAS CARRIER}

본 발명은 액화가스 선박에 관한 것이다.

엘엔지(LNG; liquefied natural gas) 또는 엘피지(LPG; liquefied petroleum gas) 등과 같은 액화가스를 운반하는 액화가스 선박은 선체에 구비되는 액화가스 저장탱크 내 액상의 액화가스를 저장한 상태로 목적지까지 이동한다.

액화가스 선박의 이동 과정에서, 파도 또는 조류 등의 해상 환경에 의해 선체가 요동하는 경우, 액화가스 저장탱크 내 저장된 액화가스가 전후 또는 좌우 방향으로 유동하게 되고, 이로 인하여 액화가스 저장탱크의 전후면 또는 좌우면 내벽에 충격을 주는 슬로싱(sloshing) 현상이 발생할 수 있다.

이러한 슬로싱 현상은 액화가스 저장탱크의 벽면 손상을 유발할 수 있으며, 운항 중 액화가스 저장탱크의 벽면 손상은 액화가스 누출 및 이에 따른 폭발 위험 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에, 액화가스 저장탱크는 슬로싱 현상에 따른 하중까지 고려하여 액화가스 저장탱크를 설계하고 있다.

통상, 10K급(10,000㎥의 저장용량을 가지는 선박) 이하의 액화가스 선박을 소형 액화가스 선박으로 정의하고 있으며, 10K급을 초과하는 중대형 액화가스 선박이 주요 거점을 기준으로, 선적지에서 저장탱크 내 액화가스를 90% 이상 수위로 선적한 후, 하역지에서 저장탱크 내 액화가스를 10% 이하의 수위로 하역하는 메인 운반선의 역할을 한다면, 소형 액화가스 선박은 선적지에서 저장탱크 내 액화가스를 90% 이상의 수위로 선적한 후, 복수의 수요처로 수요자의 요구만큼 액화가스를 하역하는 공급선 또는 분배선의 역할을 할 수 있다.

이 때문에, 중대형 액화가스 선박 내 액화가스 저장탱크의 수위는 운반 중에 90% 이상 또는 10% 이하가 유지되나, 소형 액화가스 선박 내 액화가스 저장탱크의 수위는 운반 중에 1%부터 90%까지 다양하게 분포될 수 있다.

도 1은 종래 두 개의 액화가스 저장탱크(12)가 구비된 액화가스 선박(10)을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 종래 복수의 액화가스 저장탱크(12)가 구비된 액화가스 선박(10)의 일 예로써, 선체(11)에 두 개의 액화가스 저장탱크(12)가 구비된 7.5K급(7,500㎥의 저장용량을 가지는 선박)의 소형 액화가스 선박(10)을 보여주고 있다.

선체(11)에 선체(11)의 길이 대비 0.2 ~ 0.25배의 길이로 형성되는 두 개의 액화가스 저장탱크(12)가 선체(11)의 길이방향(종방향)으로 배치될 수 있으며, 두 개 이상의 액화가스 저장탱크를 구비하는 경우에는 액화가스 저장탱크의 길이방향(종방향)의 길이를 더 짧게 설계하여 선체에 복수 개를 배치할 수 있다.

한편, 복수의 액화가스 저장탱크를 구비한 구조의 액화가스 선박은, 액화가스 저장탱크 내 유체의 수위가 30% ~ 50% 범위에 있을 때, 선박의 요동으로 인한 선박의 공진주기와 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기가 중첩됨에 따른 슬로싱 하중 증가의 문제가 있었다.

즉, 액화가스 선박은 선체에 구비된 액화가스 저장탱크에 액화가스 등의 유체를 만재 상태로 채운 후 목적지까지 운반하게 되는데, 선박을 운항하는 과정에서, 다른 선박에 유체를 일부 공급하거나, 또는 다수의 목적지를 경유하여 유체를 하역하는 경우, 액화가스 저장탱크 내에 저장되는 유체의 수위가 50% 미만으로 낮아진 상태로 운항하는 경우가 많이 발생하고, 이 경우 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기와 선박의 공진주기가 상호 간섭되어, 액화가스 저장탱크 내 유체 유동에 의한 슬로싱 하중이 크게 증가됨으로써, 액화가스 저장탱크의 파손 위험이 높아질 수 있다.

본 발명에서는, 액화가스 선박, 구체적으로는 선체에 단일 구조의 액화가스 저장탱크를 구비하여, 공진 주기의 중첩에 따른 슬로싱 문제를 개선할 수 있는 액화가스 선박을 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 선체 및 액화가스를 수용하며, 선체에 선체의 종방향을 따라 구비되는 단일 구조의 액화가스 저장탱크를 포함하는 액화가스 선박을 제공한다.

또한, 액화가스 저장탱크의 종방향 길이는 선체의 종방향 길이의 45% 내지 70%인 액화가스 선박을 제공한다.

또한, 액화가스 저장탱크의 종방향으로 전면 및 후면의 하측에는 각각 챔퍼가 형성되는 액화가스 선박을 제공한다.

또한, 액화가스 선박은 10,000㎥ 이하의 크기를 가지는 소형 선박인 액화가스 선박을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 선박은, 선체에 선체의 길이 대비 0.45 ~ 0.7배의 길이로 형성되는 단일 구조의 액화가스 저장탱크를 구비하여, 선박의 공진주기와 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기 간의 간섭 문제를 방지함으로써, 액화가스 저장탱크 내에서 발생하는 슬로싱 문제를 개선할 수 있다.

또한, 액화가스 저장탱크의 외면에 가해지는 슬로싱 최대 하중의 감소로 인하여, 액화가스 저장탱크의 설계기준을 낮게 설정할 수 있어, 이에 따른 자재비용의 감소와 감소된 자재만큼의 액화가스 저장용량을 증가시킬 수 있다.

또한, 종래에 복수개로 구비되었던 액화가스 저장탱크를 단일 구조로 개선함으로써, 탱크마다 구비되는 펌프타워 및 가스돔 등의 장치를 절감할 수 있고, 탱크 사이에 개재되는 코퍼댐을 절감할 수 있어, 액화가스 선박의 전반적인 건조 비용을 절감할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 두 개의 액화가스 저장탱크가 구비된 액화가스 선박을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일의 액화가스 저장탱크가 구비된 액화가스 선박을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 공진주기 및 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기를 도시한 그래프 (a)와, 종래 선박의 공진주기 및 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기를 도시한 그래프 (b)를 비교하여 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 슬로싱 하중 평가 결과 그래프 (a)와, 종래 액화가스 저장탱크의 슬로싱 하중 평가 결과 그래프 (b)를 비교하여 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 선박의 액화가스 저장탱크 구조를 도시한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일의 액화가스 저장탱크(120)가 구비된 액화가스 선박(100)을 도시한 것이다.

본 실시예에서는 10K급(10,000㎥의 저장용량을 가지는 선박) 이하의 소형 액화가스 선박(100)을 예로 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 선박(100)은, 선체(110) 및 액화가스 저장탱크(120)를 포함할 수 있다.

선체(110)는 내부에 하나의 액화가스 저장탱크(120)를 구비할 수 있다.

구체적으로, 선체(110)의 길이 대비 소정 길이를 갖는 단일의 액화가스 저장탱크(120)가 선체(110) 내에 배치될 수 있다.

액화가스 저장탱크(120)는 내부에 엘엔지(LNG; liquefied natural gas) 또는 엘피지(LPG; liquefied petroleum gas) 등의 액화가스를 수용할 수 있도록 구성되며, 탱크 외벽이 1차 방벽 및 2창 방벽으로 이루어지는 이중 벽체 구조로 구성되어 있어, 저장탱크(120) 내부의 수용공간에 액화가스가 안전하게 수용될 수 있다.

또한, 액화가스 저장탱크(120)는 액화가스의 적하역에 필요한 펌프타워(미도시) 및 가스돔(미도시) 등의 장치를 포함할 수 있다.

또한, 액화가스 저장탱크(120)는 선체(110)의 길이 대비 소정 길이로 형성되어 선체(110)에 단일로 설치됨으로써, 선박에 다수개로 설치되었던 종래의 액화가스 저장탱크(120)에 비해 상대적으로 긴 길이로 형성되어 대용량의 액화가스를 수용하도록 형성될 수 있다.

이때, 본 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(120)의 길이는 선체(110)의 길이 대비 0.45 ~ 0.7배의 길이로 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 액화가스 선박(100)은 7.5K급(7,500㎥의 저장용량을 가지는 선박)의 소형 액화가스 선박(100)으로서, 선체(110)의 길이방향(종방향)의 길이가 92m이고, 선체(110)에 구비되는 액화가스 저장탱크(120)의 길이방향(종방향)의 길이가 44.2m로 형성되어, 45.8%의 비율을 확인할 수 있다.

선체(110)와 액화가스 저장탱크(120)의 길이비를 1 : 0.45 내지 1 : 0.7로 설계하여, 선체(110)에 단일 구조의 액화가스 저장탱크(120)를 구비하는 액화가스 선박(100)을 구성하는 경우, 종래의 복수개의 액화가스 저장탱크를 구비하는 액화가스 선박에 비해, 상대적으로 액화가스 저장탱크 내에서 발생하는 슬로싱 문제를 효과적으로 개선할 수 있다.

선박은 파도 등의 해상 환경에 의해 선체가 요동하게 되는 경우, 액화가스 저장탱크 내에 수용되는 액화가스 등의 유체가 전후 방향으로 유동하게 되면서 저장탱크의 전후면 또는 좌우면 내벽에 충격을 주는 슬로싱 현상이 발생될 수 있으며, 액화가스 저장탱크 내 슬로싱 하중이 상대적으로 크게 작용하게 되는 경우 액화가스 저장탱크의 파손을 초래할 수 있다.

이때, 선박의 요동에 의해 발생되는 선박의 공진주기와 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기가 서로 중첩되게 되면, 선박의 공진주기의 영향을 받아 액화가스 저장탱크 내 유체의 유동에 의한 슬로싱 하중이 크게 증가됨으로써, 액화가스 저장탱크의 파손 위험성이 더욱 증대될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 공진주기 및 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기를 도시한 그래프 (a)와, 종래 선박의 공진주기 및 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기를 도시한 그래프 (b)를 비교하여 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 선체(110)의 길이 대비 0.45 ~ 0.7배의 길이로 형성되는 단일 구조의 액화가스 저장탱크(120)를 구비하는 액화가스 선박(100, 도 2 참조)의 경우, 해상환경에 의한 선체(110)의 요동 시, 그래프 (a)에 도시된 바와 같이, 선체(110) 요동에 따른 선박의 공진주기와 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기가 서로 떨어져 있음을 확인할 수 있다.

반면, 종래 선체(10)의 길이 대비 0.2 ~ 0.25배의 길이로 형성되는 두 개의 액화가스 저장탱크(12)가 선체(11)의 길이방향(종방향)으로 배치되는 액화가스 선박(10, 도 1 참조)의 경우, 해상환경에 의한 선체(11)의 요동 시, 그래프 (b)에 도시된 바와 같이, 선체(11) 요동에 따른 선박의 공진주기와 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기에 서로 중첩되는 구간이 발생됨을 확인할 수 있다.

구체적으로, 그래프 (b)를 참조하면, 본 발명과 대비하여 상대적으로 짧은 길이의 복수의 액화가스 저장탱크(12)를 갖는 구조의 액화가스 선박(10, 도 1 참조)은, 액화가스 저장탱크(12) 내 유체의 수위가 30% ~ 50% 범위에 있을 때, 선박의 공진주기와 액화가스 저장탱크(12) 내 유체의 공진주기가 서로 중첩되며, 이때는 선박의 공진주기의 영향으로 액화가스 저장탱크(12) 내 유체의 유동에 의한 슬로싱 하중이 크게 증가되어, 액화가스 저장탱크(12)의 파손 위험성이 증대될 수 있다.

즉, 복수의 액화가스 저장탱크(12)를 갖는 구조의 액화가스 선박(10)은 액화가스 저장탱크(12) 내 유체의 수위가 90% 이상의 만재 상태에 가까운 경우 유동 공간의 제약으로 인해 슬로싱 현상이 억제되고, 유체의 수위가 15% 미만인 경우에는, 유체 자체의 중량이 작아 저장탱크(12)의 내측 벽에 가해지는 충격이 미미하기 때문에, 액화가스 저장탱크(12) 내 유체의 공진주기가 선박의 공진주기와 상호 간섭되지 않지만, 액화가스 저장탱크(12) 내 유체의 수위가 30% ~ 50% 범위에 있을 때에는 선박의 공진주기와 간섭되어 액화가스 저장탱크(12) 내 유체의 슬로싱 하중이 크게 증가될 수 있다.

통상, 액화가스 선박은 선체에 구비된 액화가스 저장탱크에 액화가스 등의 유체를 만재 상태로 채운 후 목적지까지 운반하게 되는데, 선박을 운항하는 과정에서, 다른 선박에 유체를 일부 공급하거나, 또는 다수의 목적지를 경유하여 유체를 하역하는 경우, 액화가스 저장탱크 내에 저장되는 유체의 수위가 50% 미만으로 낮아진 상태로 운항하는 경우가 비일비재하며, 이때 종래와 같이 복수의 액화가스 저장탱크(12)를 구비하는 선박(10)의 경우, 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기와 선박의 공진주기가 상호 간섭되어, 액화가스 저장탱크(12) 내 유체 유동에 의한 슬로싱 하중이 크게 증가됨으로써, 액화가스 저장탱크(12)의 파손 위험이 높아질 수 있다.

반면에, 그래프 (a)를 참조하면, 본 발명에 따른 선체(110)의 길이 대비 0.45 ~ 0.7배의 길이로 형성되는 단일 구조의 액화가스 저장탱크(120)를 갖는 액화가스 선박(100, 도 2 참조)의 경우에는, 선박의 공진주기와 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기 간의 간섭이 발생하지 않아, 액화가스 저장탱크(120) 내 슬로싱 하중이 증가되는 문제를 방지할 수 있다.

즉, 종래에 문제가 되었던 액화가스 저장탱크 내에 저장되는 유체의 수위가 50% 미만으로 낮아진 상태로 운항하는 경우에도, 선박의 공진주기와 액화가스 저장탱크 내 유체의 공진주기 간의 간섭이 없기 때문에, 액화가스 저장탱크(120) 내 슬로싱 하중이 증가되는 문제를 해결할 수 있고, 결과적으로 액화가스 저장탱크(120)의 안전성을 증대시킬 수 있다.

더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 구조의 액화가스 저장탱크(120)는 종래의 액화가스 저장탱크에 비해 상대적으로 슬로싱 현상을 개선할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 슬로싱 하중 평가 결과 그래프 (a)와, 종래 액화가스 저장탱크의 슬로싱 하중 평가 결과 그래프 (b)를 비교하여 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 종래 선체(11)의 길이 대비 0.2 ~ 0.25배의 길이로 형성되어 선체(11)에 두 개로 구비되는 구조의 액화가스 저장탱크(12, 도 1 참조)의 경우, 그래프 (b)에 도시된 바와 같이, 탱크 내에서 발생하는 종동요에 의한 슬로싱 하중의 최대값이 4.3 (bar)의 수치로 나타나고, 횡동요 및 종동요를 포함하는 입체적인 동요에 의한 슬로싱 하중의 최대값이 6.6 (bar)의 수치로 나타나고 있다.

이에 비해, 본 실시예에 따른 선체(110)의 길이 대비 0.45 ~ 0.7배의 길이로 형성되어 선체(110)에 단일로 구비되는 구조, 즉 단일 구조의 액화가스 저장탱크(120, 도 2 참조)의 경우, 그래프 (a)에 도시된 바와 같이, 탱크 내에서 발생하는 종동요에 의한 슬로싱 하중의 최대값이 3.3 (bar)의 수치로 나타나고, 횡동요 및 종동요를 포함하는 입체적인 동요에 의한 슬로싱 하중의 최대값이 5 (bar)의 수치로 나타나고 있어, 상술한 종래의 액화가스 저장탱크에 비해 상대적으로 슬로싱 하중의 최대값이 낮게 나타나고 있음을 알 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 단일 구조의 액화가스 저장탱크(120)의 경우, 종래의 액화가스 저장탱크(12)에 비해 슬로싱 현상에 의한 문제점을 크게 개선할 수 있고, 슬로싱 하중에 의해 저장탱크(120) 내에 가해지는 충격을 저감할 수 있어, 액화가스 저장탱크(120)의 안전성을 증대시킬 수 있다.

또한, 슬로싱 하중을 고려한 액화가스 저장탱크(120)의 설계 기준을 낮음 범위, 예를 들어 최대값 5 (bar)를 기준으로 설계할 수 있어, 이에 따른 자재비용의 감소 및 감소된 자재만큼의 액화가스 적재량을 증가시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 선박(100')의 액화가스 저장탱크(120) 구조를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 선체(110)에 구비되는 액화가스 저장탱크(120')에는 종동요에 따른 슬로싱 현상을 저감하기 위해 탱크 길이방향(종방향)의 전면 및 후면의 하측에 각각 챔퍼(121)가 형성될 수 있다.

이와 같이, 액화가스 저장탱크(120')의 전면 및 후면의 하측에 각각 챔퍼(121)가 형성되는 경우, 종동요에 의해 액화가스 저장탱크(120') 내 유체가 저장탱크(120')의 전면 또는 후면 내벽에 충격을 주는 슬로싱 현상이 발생하더라도, 액화가스 저장탱크(120')의 전후면에 각각 형성된 챔퍼(121)에 의해 유체에 의한 충격 하중을 저감할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액화가스 선박(100)은, 선체(110)와 액화가스 저장탱크(120) 간의 종방향 길이비를 1 : 0.45 내지 1 : 0.7로 설계하고, 선체(110)에 단일 구조의 액화가스 저장탱크(120)를 구비함으로써, 종래의 복수의 액화가스 저장탱크(12)를 구비하는 액화가스 선박(10)에 비해 액화가스 저장탱크(120) 내에서 발생하는 슬로싱 현상에 의한 충격 하중의 문제를 효과적으로 개선할 수 있다.

또한, 종래에 복수로 구비되었던 액화가스 저장탱크(120)를 단일 구조로 개선함으로써, 저장탱크마다 구비되는 펌프타워(미도시) 및 가스돔(미도시) 등의 장치를 절감할 수 있음은 물론, 탱크 사이에 개재되는 코퍼댐(미도시)을 절감할 수 있어, 액화가스 선박(100)의 전반적인 건조 비용을 절감할 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100,100' : 선박 110 : 선체
120,120' : 액화가스 저장탱크 121 : 챔퍼

Claims (4)

1. 선체; 및
   액화가스를 수용하며, 상기 선체에 상기 선체의 종방향을 따라 구비되는 단일 구조의 액화가스 저장탱크를 포함하는 액화가스 선박.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 액화가스 저장탱크의 종방향 길이는 상기 선체의 종방향 길이의 45% 내지 70%인 액화가스 선박.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 액화가스 저장탱크의 종방향으로 전면 및 후면의 하측에는 각각 챔퍼가 형성되는 액화가스 선박.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 액화가스 선박은 10,000㎥ 이하의 크기를 가지는 소형 선박인 액화가스 선박.

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