KR20200082579A - 극저온 유체 저장탱크의 멤브레인 - Google Patents

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Abstract

극저온 유체 저장탱크의 멤브레인이 개시된다. 본 발명은 금속 멤브레인 시트 상에 횡방향으로 형성되는 다수의 횡방향 코러게이션 및 종방향으로 형성되는 다수의 종방향 코러게이션을 포함하는 극저온 유체저장탱크의 멤브레인에 있어서, 상기 횡방향 및 종방향 코러게이션은 멤브레인 시트의 내측에서 모두 마감이 이루어져, 멤브레인 시트의 가장자리가 플랫한 형태로 마련되고, 멤브레인 시트의 플랫한 가장자리에 상기 횡방향 및 종방향 코러게이션보다 작은 폭과 높이를 가지는 보강 코러게이션이 형성됨으로써, 멤브레인 가장자리의 플랫한 용접라인 주위에 응력이 집중되는 것을 완화시킨다.

Description

극저온 유체 저장탱크의 멤브레인 {MEBRANE OF CRYOGENIC FLUID STORAGE TANK}
본 발명은 극저온 유체 저장탱크의 멤브레인에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 멤브레인의 끝단부를 플랫(flat)한 형태로 마련하여 용접의 자동화율을 높임과 더불어, 멤브레인 가장자리의 플랫한 용접라인 주위에 응력이 집중되는 것을 완화시키는, 극저온 유체 저장탱크의 멤브레인에 관한 것이다.
일반적으로 액화천연가스(Liquified Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 천연가스를 -163℃의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600으로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다.
이러한 LNG의 저장이 필요한 선박이나 부유식 해양 구조물, 예컨대 LNGC(LNG Carrier), LNG RV(Regasification Vessel), LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등에는, LNG의 저장을 위해 극저온에 견디기 위한 구조 및 재질로 이루어지는 저장탱크('화물창'이라고도 함)가 마련된다.
LNG 저장탱크 중에서 멤브레인 타입의 저장탱크는, 멤브레인 금속패널로 이루어진 내부탱크가 단열재로 둘러싸여짐으로써 외부의 잠입열량에 의한 기화가스의 발생이 최소가 되도록 한다.
멤브레인 금속패널은 극저온의 LNG와 직접적으로 접촉하게 됨으로써 응력변화에 대응할 수 있도록 저온 취성에 강한 금속 재질로 제작되고, 일정한 강도를 만족시킴과 동시에 반복적인 온도변화 및 LNG의 하중변화에 대해서 팽창 및 수축이 용이하도록 코러게이션(corrugation) 구조를 가진다.
또한, 다수의 멤브레인 금속패널이 겹치기 용접에 의해 서로 용접 연결되어 저장탱크의 기밀성을 유지하게 된다.
종래의 멤브레인 금속패널은, 도 1에 도시된 바와 같이, 대략 직사각형 형태로 제작되고 열수축에 용이하게 대응하도록 다수의 코러게이션이 금속패널 전체에 걸쳐 형성되어 있다.
그런데 상기 종래의 멤브레인 금속패널은 코러게이션의 불규칙적인 배열로 인해 각 모서리 끝단에 굴곡부가 형성되어 있어, 자재가 입고될 때부터 코러게이션의 각기 다른 굴곡부에 의해 크고 작은 공차가 미리 발생하게 되며, 이에 따라 이웃하는 금속패널과의 용접 작업시 오작업의 발생 가능성이 있다.
서로 이웃하는 멤브레인 금속패널 간에 겹치는 부분의 원활한 용접 작업을 위해서는 설치기준 공차가 0.3mm 이내가 되어야 하는데, 이미 공차가 발생된 기존의 멤브레인 금속패널은 0.3mm의 작은 공차 기준을 맞추는데 애로사항이 존재할 수 밖에 없다.
따라서 종래에는 설치 공차 기준을 맞추기 위해, 이웃하는 금속패널 간의 용접이 이루어지기 전에 이웃하는 금속패널 간에 겹치는 부분이 잘 밀착될 수 있도록 핏업(Fit-up) 작업이 선행되어야 했으며, 이는 LNG 저장탱크에 설치되는 전체 멤브레인 금속패널의 총 시수를 고려하였을 때 비용적인 측면에서 좋지 않으며 생산성을 저하시키는 요인이 되었다.
또한, 종래에는 멤브레인 금속패널의 끝단 굴곡부 간의 용접시 자동용접 시스템을 적용하기 어려워 작업 효율이 떨어지고, 용접의 불량 가능성이 높아 용접품질이 저하되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 한국공개특허 제10-2005-0050170호(ＬＮＧ 운반선 단열탱크의 멤브레인 금속패널)에는, 금속패널에 형성된 다수의 횡/종방향 직선 코러게이션의 양단부가 마감부에 의해 평면부와 연결되고, 상기 횡/종방향 직선 코러게이션의 마감부와 멤브레인 금속패널의 4변 사이에 일정폭을 구비하는 평면화된 접촉용접부가 형성됨으로써, 단일 멤브레인 금속패널과 또 다른 단일 멤브레인 금속패널을 겹치기 용접시, 평면화된 접촉용접부에 의해 직선용접이 가능하도록 한 구성이 제시된 바 있다. (도 2 참조)
그러나 이러한 개선된 형태의 멤브레인 금속패널은, 도 2에 도시된 바와 같이, 직선용접이 가능하도록 하기 위해 금속 패널의 모서리 부위를 평면화함에 따라, 코러세이션이 형성되지 않은 평면화된 부분에서 종방향 및 횡방향으로 응력이 집중되는 문제가 여전히 존재한다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 멤브레인의 끝단부를 플랫한 형태로 마련하여 용접의 자동화율을 높임과 동시에, 멤브레인 가장자리의 플랫한 용접라인 주위에 응력이 집중되는 것을 완화시킬 수 있는, 극저온 유체 저장탱크의 멤브레인을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 금속 멤브레인 시트 상에 횡방향으로 형성되는 다수의 횡방향 코러게이션 및 종방향으로 형성되는 다수의 종방향 코러게이션을 포함하는 극저온 유체저장탱크의 멤브레인에 있어서, 상기 횡방향 및 종방향 코러게이션은 모두 상기 멤브레인 시트의 내측에서 마감이 이루어져, 상기 멤브레인 시트의 가장자리가 플랫한 형태로 마련되고, 상기 멤브레인 시트의 플랫한 가장자리에 상기 횡방향 코러게이션 및 상기 종방향 코러게이션보다 작은 폭과 높이를 가지는 보강 코러게이션이 형성되는 것을 특징으로 하는, 극저온 유체저장탱크의 멤브레인을 제공한다.
상기 보강 코러게이션은, 상기 횡방향 코러게이션 및 상기 종방향 코러게이션보다 작은 폭과 높이를 가지는 두개의 주름이 교차하여 십(十)자 형태로 융기된 형상으로 마련되며, 다수 개가 상기 멤브레인 시트의 플랫한 가장자리에 균일한 간격으로 형성될 수 있다.
상기 횡방향 코러게이션 및 상기 종방향 코러게이션은 서로 교차하지 않도록 독립적으로 형성되고, 상기 보강 코러게이션은, 상기 멤브레인 시트의 길이방향 가장자리에 폭방향을 따라 길게 연장되는 횡방향 단일 코러게이션과, 상기 멤브레인 시트의 폭방향 가장자리에 길이방향을 따라 길게 연장되는 종방향 단일 코러게이션을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해, 금속 멤브레인 시트 상에 횡방향으로 형성되는 다수의 횡방향 코러게이션 및 종방향으로 형성되는 다수의 종방향 코러게이션을 포함하는 극저온 유체저장탱크의 멤브레인에 있어서, 상기 횡방향 및 종방향 코러게이션을 상기 멤브레인 시트의 끝단부까지 연장되지 않도록 형성하여, 상기 멤브레인 시트의 가장자리를 플랫한 형태로 마련하되, 상기 멤브레인 시트의 플랫한 가장자리에는 십(十)자 형태로 융기된 다수의 보강 코러게이션을 형성함으로써, 상기 멤브레인 시트의 플랫한 가장자리에 응력이 집중되는 것을 완화시키는 것을 특징으로 하는, 극저온 유체 저장탱크의 멤브레인을 제공한다.
상기 보강 코러게이션은, 상기 횡방향 코러게이션 및 상기 종방향 코러게이션보다 작은 폭과 높이를 가지는 두개의 주름이 교차하는 형태로 마련될 수 있다.
상기 보강 코러게이션은, 상기 멤브레인 시트의 가장자리에 균일한 간격으로 이격 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 멤브레인의 끝단부를 플랫한 형태로 마련하여 용접의 자동화율을 높임과 동시에, 멤브레인 가장자리의 플랫한 용접라인 주위에 응력이 집중되는 것까지 완화시키는 효과가 있다.
도 1은 종래의 멤브레인 금속패널을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 멤브레인 금속패널의 문제점을 해결하기 위해 제시된 개선된 형태의 멤브레인 금속패널을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멤브레인을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멤브레인을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멤브레인을 나타낸 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은 LNG와 같은 극저온의 유체를 저장하는 저장탱크에 있어서, 멤브레인 방벽을 형성하는 단위 멤브레인의 형상에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 멤브레인의 끝단부를 플랫한 형태로 마련하여 용접의 자동화율을 높임과 더불어, 멤브레인 가장자리의 플랫한 용접라인 주위에 응력이 집중되는 것을 완화시키는, 극저온 유체 저장탱크의 멤브레인에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 효과는 이하에서 기술되는 다양한 실시예에 의해 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멤브레인을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 멤브레인(100)은, 대략 직사각형 형태로 제작되는 금속 멤브레인 시트에, 열수축에 용이하게 대응할 수 있도록 다수의 코러게이션이 형성된 구조임을 알 수 있다.
구체적으로는, 제1 실시예에 따른 멤브레인(100)은, 저장탱크의 횡방향으로 형성되는 다수의 횡방향 코러게이션(110)과, 저장탱크의 종방향으로 형성되는 다수의 종방향 코러게이션(120)을 포함할 수 있다.
횡방향 코러게이션(110) 및 종방향 코러게이션(120)은, 멤브레인 시트의 상방으로 융기된 단면이 반원 형태의 주름 구조로 마련될 수 있다.
이때 다수의 횡방향 코러게이션(110) 및 종방향 코러게이션(120)은, 인접하는 횡방향 코러게이션(110) 사이에 종방향 코러게이션(120)이 배치되고, 또한 인접하는 종방향 코러게이션(120) 사이에 횡방향 코러게이션(110)이 배치되어, 횡방향 및 종방향 코러게이션(110, 120)이 서로 교차하지 않고 독립적으로 형성될 수 있다.
또한, 횡방향 코러게이션(110) 및 종방향 코러게이션(120)은 멤브레인 시트의 끝단부까지 연장되지 않는다. 즉, 횡방향 코러게이션(110)과 종방향 코러게이션(120) 중 멤브레인 시트의 가장 가장자리에 배치되는 코러게이션은 멤브레인 시트의 내측에서 마감이 이루어지고, 이에 따라 멤브레인 시트의 가장자리가 플랫한 형태로 마련될 수 있다.
제1 실시예에 따른 멤브레인(100)은, 상기와 같이 멤브레인 시트의 플랫한 가장자리에 십(十)자 돌기 형태로 융기하는 보강 코러게이션(130)을 더 포함한다.
보강 코러게이션(130)은 횡방향 코러게이션(110) 및 종방향 코러게이션(120)에 비해 작은 폭과 높이를 가지는 두개의 주름이 교차한 형태로 마련될 수 있으며, 다수개가 균일한 간격으로 이격 형성되어, 멤브레인 시트의 가장자리의 플랫한 용접라인 주위에 응력이 집중되는 것을 완화시키는 역할을 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 멤브레인 시트의 폭방향 가장자리에 형성되는 보강 코러게이션(130)은 멤브레인 시트의 폭방향 가장자리에 근접하게 배치되는 다수의 횡방향 코러게이션(110) 중 서로 이웃하는 한 쌍의 횡방향 코러게이션(110) 사이에 다수개가 균일한 간격으로 배치될 수 있고, 마찬가지로 멤브레인 시트의 길이방향 가장자리에 형성되는 보강 코러게이션(130)은 멤브레인 시트의 길이방향 가장자리에 근접하게 배치되는 다수의 종방향 코러게이션(120) 중 서로 이웃하하는 한 쌍의 종방향 코러게이션(120) 사이에 다수개가 균일한 간격으로 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멤브레인을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 멤브레인(200)은, 제1 실시예에 따른 멤브레인(100)과 마찬가지로, 대략 직사각형 형태로 제작되는 금속 멤브레인 시트에, 다수의 횡방향 코러게이션(210) 및 종방향 코러게이션(220)이 형성된 구조를 갖는다.
이때 제2 실시예에 따른 멤브레인(200)은, 멤브레인 시트의 길이방향 가장자리에 폭방향을 따라 길게 연장되는 횡방향 단일 코러게이션(211)과, 멤브레인 시트의 폭방향 가장자리에 길이방향을 따라 길게 연장되는 종방향 단일 코러게이션(221)을 더 포함한다.
횡방향 및 종방향 단일 코러게이션(211, 221)은, 이들의 내측에 배치되는 다수의 횡방향 및 종방향 코러게이션(210, 220)보다 주름의 폭과 높이가 작게 형성되어, 멤브레인 시트의 가장자리의 용접라인을 침해하지 않을 정도에서 최대한 근접하게 배치될 수 있다.
횡방향 및 종방향 단일 코러게이션(211, 221)은, 제1 실시예에서의 보강 코러게이션(130)의 역할을 대신한다. 즉, 제1 실시예에서는 멤브레인 시트의 가장자리에 십(十)자 돌기 형태의 보강 코러게이션(130)을 형성하여 멤브레인 시트의 플랫한 용접라인 주위에 응력이 집중되는 것을 완화시키는 것과 유사하게, 제2 실시예에서는 멤브레인 시트의 가장자리에 얇고 긴 형태의 횡방향 및 종방향 단일 코러게이션(211, 221)을 형성함으로써 멤브레인 시트의 플랫한 용접라인 주위에 응력이 집중되는 것을 완화시킨다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멤브레인을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 멤브레인(300)은, 제2 실시예에 따른 멤브레인(200)과 전체적으로 유사한 형태를 가지되, 다수의 횡방향 코러게이션(310) 중 멤브레인 시트의 폭방향 가장자리에 근접하게 배치되는 코러게이션을 종방향 단일 코러게이션(321)과 교차되도록 하고, 다수의 종방향 코러게이션(320) 중 멤브레인 시트의 길이방향 가장자리에 근접하게 배치되는 코러게이션을 횡방향 단일 코러게이션(311)과 교차되도록 한다.
제3 실시예의 횡방향 및 종방향 단일 코러게이션(311, 321)은, 멤브레인 시트의 전체에 걸쳐 형성되는 횡방향 및 종방향 코러게이션(310, 320)과 주름의 폭과 높이가 동일하게 형성될 수 있다.
이러한 교차 배치에 의해, 멤브레인 시트의 폭방향 및 길이방향 가장자리에는 횡방향 및 종방향 단일 코러게이션(311, 321)의 외측으로 돌출되는 다수의 코러게이션 헤드(h)가 형성된다.
제3 실시예에서는, 멤브레인 시트의 가장자리에 형성되는 코러게이션이 교차 타입으로 연속적으로 이루어짐과 더불어, 균일한 간격으로 돌출 형성되는 코러게이션 헤드(h)의 형상에 의해, 멤브레인 시트의 가장자리의 용접라인 주위에 응력이 집중되는 것을 더욱 효과적으로 완화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 극저온 유체 저장탱크의 멤브레인(100, 200, 300)은 극저온 유체, 예컨대 LNG의 저장이 필요한 선박이나 부유식 해양 구조물에 해당하는 LNGC(LNG Carrier), LNG RV(Regasification Vessel), LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등에 마련된 저장탱크에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 극저온 유체 저장탱크의 멤브레인(100, 200, 300)은 자신에 의해 제작되는 내부 탱크에 해당되는 내부 쉘, 온도차에 의한 영향을 감소시키는 단열박스에 해당하는 단열층부, 그리고 내압을 견디기 위하여 강소재로 이루어지는 외부 쉘을 포함하는 LNG의 저장, 공급 및 운반용 저장탱크 모두에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 극저온 유체 저장탱크의 멤브레인(100, 200, 300)은, 극저온의 유체에 의한 열수축에 대응하여 신축이 용이한 스테인리스강(SUS) 재질로 마련되는 것이 바람직하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이 밖에도 알루미늄 합금이나 인바(Invar)를 포함하는 니켈합금강 등과 같이, 저온 취성에 강한 금속 재질로 제작될수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 주름 구조로 이루어지는 코러게이션을 독립된 구조로 마련하여, 코러게이션의 복잡한 교차 부분을 없애거나(제1 실시예 및 제2 실시예) 또는 최소화하면서도(제3 실시예), 극저온 유체의 저장에 요구되는 강도와 열변형 스트레스의 저감을 만족시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 멤브레인의 끝단부를 플랫한 형태로 마련함으로써, 제작 및 설치시 기준 공차 0.3mm를 적용할 필요가 없으며, 용접의 자동화가 가능하여 생산성이 향상되는 효과가 있다.
동시에, 본 발명은 멤브레인의 끝단부를 플랫한 형태로 마련하면서도, 멤브레인 가장자리의 플랫한 용접라인 주위에 응력이 집중되는 것까지 완화시키는 효과까지 있다.
본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 멤브레인 110 : 횡방향 코러게이션
120 : 종방향 코러게이션 130 : 보강코러게이션
200 : 멤브레인 210 : 횡방향 코러게이션
211 : 횡방향 단일 코러게이션 220 : 종방향 코러게이션
221 : 종방향 단일 코러게이션
300 : 멤브레인 310 : 횡방향 코러게이션
311 : 횡방향 단일 코러게이션 320 : 종방향 코러게이션
321 : 종방향 단일 코러게이션 h : 코러게이션 헤드

Claims (6)

  1. 금속 멤브레인 시트 상에 횡방향으로 형성되는 다수의 횡방향 코러게이션 및 종방향으로 형성되는 다수의 종방향 코러게이션을 포함하는 극저온 유체저장탱크의 멤브레인에 있어서,
    상기 횡방향 및 종방향 코러게이션은 모두 상기 멤브레인 시트의 내측에서 마감이 이루어져, 상기 멤브레인 시트의 가장자리가 플랫한 형태로 마련되고,
    상기 멤브레인 시트의 플랫한 가장자리에 상기 횡방향 코러게이션 및 상기 종방향 코러게이션보다 작은 폭과 높이를 가지는 보강 코러게이션이 형성되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 유체저장탱크의 멤브레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보강 코러게이션은, 상기 횡방향 코러게이션 및 상기 종방향 코러게이션보다 작은 폭과 높이를 가지는 두개의 주름이 교차하여 십(十)자 형태로 융기된 형상으로 마련되며, 다수 개가 상기 멤브레인 시트의 플랫한 가장자리에 균일한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 유체저장탱크의 멤브레인.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 횡방향 코러게이션 및 상기 종방향 코러게이션은 서로 교차하지 않도록 독립적으로 형성되고,
    상기 보강 코러게이션은, 상기 멤브레인 시트의 길이방향 가장자리에 폭방향을 따라 길게 연장되는 횡방향 단일 코러게이션과, 상기 멤브레인 시트의 폭방향 가장자리에 길이방향을 따라 길게 연장되는 종방향 단일 코러게이션을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    극저온 유체저장탱크의 멤브레인.
  4. 금속 멤브레인 시트 상에 횡방향으로 형성되는 다수의 횡방향 코러게이션 및 종방향으로 형성되는 다수의 종방향 코러게이션을 포함하는 극저온 유체저장탱크의 멤브레인에 있어서,
    상기 횡방향 및 종방향 코러게이션을 상기 멤브레인 시트의 끝단부까지 연장되지 않도록 형성하여, 상기 멤브레인 시트의 가장자리를 플랫한 형태로 마련하되,
    상기 멤브레인 시트의 플랫한 가장자리에는 십(十)자 형태로 융기된 다수의 보강 코러게이션을 형성함으로써, 상기 멤브레인 시트의 플랫한 가장자리에 응력이 집중되는 것을 완화시키는 것을 특징으로 하는,
    극저온 유체 저장탱크의 멤브레인.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보강 코러게이션은, 상기 횡방향 코러게이션 및 상기 종방향 코러게이션보다 작은 폭과 높이를 가지는 두개의 주름이 교차하는 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 유체 저장탱크의 멤브레인.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보강 코러게이션은, 상기 멤브레인 시트의 가장자리에 균일한 간격으로 이격 형성되는 것을 특징으로 하는,
    극저온 유체 저장탱크의 멤브레인.
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