KR20210070757A - 이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 외부로부터 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 유입시키되 하단부가 액화가스 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트에 고정되어 하중에 대한 구조부재 역할을 하는 충전용 파이프를 포함하고, 상기 충전용 파이프는 구조부재 역할을 하기 위하여 직경이 유체 유동 용량보다 크게 설계되되 내부에 내부관을 포함하는 이중배관 구조로 마련되며, 상기 내부관은 충전용 파이프를 통한 액화가스의 유입경로와 별도의 유입경로를 형성하는 유입구; 및 내부관의 하단에 형성되며 충전용 파이프의 측면을 관통하여 액화가스 저장탱크의 내부와 연통되는 배출관을 포함하고, 상기 배출관은 유입구로 유입된 액화가스를 액화가스 저장탱크 내부로 탑 필링(top filling)하는 방식 또는 분사(spraying)하는 방식으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워를 제공한다.

Description

이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워 {Pump Tower of Liquefied Gas Storage Tank including Filling Pipe having Double Pipe Structure}

본 발명은 이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기존의 대형 펌프타워보다 단순하고 가벼운 구조로 소형 액화가스 저장탱크에 적합하게 설계된 액화가스 저장탱크의 펌프타워에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태의 천연가스일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNGC(LNG Carrier)와 같이 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하는 선박, 또는 LFS(LNG Fueled Ship)과 같이 LNG를 연료로 하여 추진하는 선박에는, LNG의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크가 설치된다.

또한, 이와 같은 LNG 저장탱크에는 LNG의 선적(loading)과 하역(unloading)을 위하여 내부에 파이프 구조물인 펌프타워(pump tower)가 설치된다. 펌프타워는 각종 배관류와 LNG 카고펌프(cargo pump)를 지지하는 동시에 파이프를 통해 LNG를 이송하는 배관으로도 사용된다.

도 1은 종래의 펌프타워를 포함하는 LNG 저장탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 내부사시도, 도 2는 종래 펌프타워의 전체적인 구조를 나타낸 사시도, 도 3은 종래 펌프타워의 평면도이다. 그리고 도 4는 종래 펌프타워의 지지를 위해 설치되는 베이스 서포트의 사시도이고, 도 5는 종래 펌프타워가 베이스 서포트에 고정되는 것을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 일반적으로 펌프타워(10)는 상부가 LNG 저장탱크 천장의 리퀴드 돔(liquid dome)에 고정된다. 그리고 펌프타워(10)의 하부는 LNG 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트(base support)에 의해 지지되는데, 이에 대한 구조는 도 5에서 확인할 수 있다.

펌프타워(10)는 통상 LNG 저장탱크의 선미 쪽 격벽(bulkhead)에 가깝게 설치된다. 이는 트림(trim) 조건에서 저장탱크 하부의 LNG를 더 효율적으로 석션(suction)할 수 있도록 하기 위함이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 종래 펌프타워의 구조를 더욱 구체적으로 살펴보면, 펌프타워(10)는 통상적으로 2개의 배출용 파이프(discharge pipe, 11), 1개의 충전용 파이프(filling pipe, 12)와 함께, 배출용 파이프가 정상 작동되지 않는 비상시 사용할 수 있는 이머전시 칼럼(emergency colume, 13)으로 구성된다.

종래의 펌프타워(10)는 안정적인 구조를 갖기 위하여 3개의 메인 파이프와 이들을 연결하는 트러스 구조(truss work)의 지지 파이프(14)들로 구성된다. 보다 구체적으로는, 한 쌍의 배출용 파이프(11)와 이머전시 칼럼(13)이 메인 파이프를 구성하여 펌프타워(10)에 작용하는 하중을 지지하는 주요 구조부재 역할을 하고, 배출용 파이프(11)와 이머전시 칼럼(13)을 사이를 지지하는 다수의 지지 파이프(14)들이 LNG를 배출하는 과정에서 발생하는 응력을 지탱한다.

한편, 충전용 파이프(12)는 LNG 저장탱크가 비어있는 상태에서 LNG의 선적이 이루어지는 경우 파이프 내외부 온도차가 극심한 환경에 노출되므로, 파이프의 열수축을 고려하여 트러스 구조로부터 이격 배치된다. 통상 충전용 파이프(12)는 별도로 이격되어 이머전시 칼럼(13)의 측면에 슬리브(sleeve) 형태로 배치된다.

즉, 충전용 파이프(12)는 LNG의 주입시 발생할 수 있는 열수축에 의한 응력이 구조물에 전달되지 않도록 메인 파이프(11, 13)들과는 별개의 구조를 이루고, 트러스 구조의 지지 파이프(14)들과도 서로 연결되지 않는다.

배출용 파이프(11)는 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 선외로 하역시킬 때 LNG의 이동 통로로 제공된다. 배출용 파이프(11)의 하부에는 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 외부로 배출시키기 위하여 카고펌프(CP)가 설치된다. 도면에는 설명의 편의상 하나의 카고펌프(CP)만 도시되어 있지만, 이머전시 칼럼(13)에 가려져 있는 후측의 배출용 파이프(11)의 하부에도 카고펌프가 대응되게 마련된다.

충전용 파이프(12)는 외부의 로딩장치에 연결되어 LNG 저장탱크의 내부로 LNG를 유입시키는 역할을 한다.

이머전시 칼럼(13)은 카고펌프(CP)의 고장시에 배출용 파이프(11)를 대체하기 위한 용도로 설치되는 것이다. 이머전시 칼럼(13)은 응급펌프(emergency pump)가 설치되는 장소를 제공하고, 카고펌프(CP)의 고장시에 상기 응급펌프가 작동하여 LNG 저장탱크 내부에 저장된 LNG를 외부로 배출시키게 된다.

상술한 바와 같은 종래의 펌프타워(10)는, 충전용 파이프(12)를 주요 구조부재인 메인 파이프(11, 13)와 이격되게 설치할 것이 요구되기 때문에, 그 구조가 복잡하여 펌프타워(10)의 하중 증가를 야기하는 것은 물론 설비의 구축에 많은 경제적 비용이 부담된다. 또한, 충전용 파이프(12)가 이머전시 칼럼(13)의 외측에 별도로 배치되는 구조는 LNG 저장탱크 내부 공간의 활용도 측면에서 비효율적이다.

종래의 펌프타워(10)는 하부가 LNG 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트(20)에 의해 지지된다.

도 4를 참조하면, 종래 펌프타워(10)를 지지하기 위해 설치되는 베이스 서포트(20)는, 선체(H) 내벽에 용접 방식으로 고정되는 하부 지지대(21)와, 하부 지지대(21)의 상부에 결합되는 상부 지지대(22), 그리고 상부 지지대(22)의 양측에 결합되는 소켓부(23)를 포함한다.

상부 지지대(22)는 가해지는 하중을 하측 방향으로 균일하게 전달할 수 있도록 전체 높이에 대하여 동일한 직경을 가지는 원통 형상으로 마련된다. 그리고 하부 지지대(21)는 상부로부터 전달되는 하중을 안정적으로 분산시킬 수 있도록 하측부에서 상측부로 갈수록 직경이 점점 줄어드는 콘(corn) 형상으로 마련된다.

그리고 도 5를 참조하면, 펌프타워(10)의 하단부에는 베이스 서포트(20)에의 지지를 위하여 베이스 플레이트(15)가 마련된다. 베이스 플레이트(15)에는 배출용 파이프(11), 이머전시 칼럼(13) 및 카고펌프(CP) 등이 고정되고, 하측에 베이스 서포트(20)와의 체결을 위하여 체결부(16)가 마련된다.

체결부(16)는 전술한 베이스 서포트(20)의 소켓부(23)에 삽입되는 형식으로 체결된다. 즉, 종래의 펌프타워(10)는 하단부에 마련되는 체결부(16)가 상기 소켓부(23)에 체결되는 것에 의해 베이스 서포트(20) 상에 고정 및 지지가 이루어진다.

대한민국 등록특허공보 제10-0695963호(2007.03.09) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0116257호(2015.10.15)

앞서 설명한 바와 같이, 일반적으로 LNG 저장탱크의 상부에는 펌프타워의 탑재를 위한 개구부로서 리퀴드 돔이 마련된다. 이러한 리퀴드 돔은 액화 상태의 LNG의 처리에 관련된 배관 및 장비들의 설치를 위해 저장탱크의 상부에 개구부를 형성하여 마련되는 구조물이다.

그리고 통상 LNG 저장탱크의 상부에는 리퀴드 돔과는 별도로 가스 돔(gas dome)이 더 마련된다. 가스 돔은 LNG가 기화된 증발가스(Boil-off Gas, BOG)의 처리에 관련된 배관 및 장비들의 설치를 위해 저장탱크의 상부에 개구부를 형성하여 마련되는 구조물로서, 가스 돔에는 BOG의 증발을 억제하기 위하여 저장탱크 내부로 LNG를 분사하는 스프레잉 파이프(spraying pipe), 저장탱크 내부에서 발생되는 BOG를 배출하거나 엔진의 연료로서 공급하기 위한 벤팅 파이프(venting pipe), 저장탱크 내에 불활성가스로서 질소(N₂) 가스를 공급하는 퍼징 파이프(purging pipe) 등이 구비된다.

가스 돔에 구비되는 스프레잉 파이프는 선박의 운항 중에 LNG 저장탱크 내부에서 발생하는 BOG를 억제하기 위한 용도로도 사용되지만, LNG 저장탱크로 LNG를 선적하기 전에 저장탱크 내부를 냉각시기키 위하여 쿨다운(cool-down) 작업을 수행하는 용도로도 사용된다.

한편, 기존의 LNG 저장탱크에서 리퀴드 돔과 가스 돔은 각각 분리되어 별개로 설치되었다. 리퀴드 돔과 가스 돔이 별개로 분리되어 설치될 수 밖에 없었던 이유는 다음과 같다.

기본적으로 리퀴드 돔은 트림 조건에서 저장탱크 하부의 LNG를 더 효율적으로 석션하기 위하여 선미 쪽에 배치되어야 하는 반면, 가스 돔의 경우에는 트림 및 6 자유도 모션(motion)에 대하여 액화 상태의 LNG에 가장 영향을 덜 받는 저장탱크의 중앙부에 배치되어야 한다.

또한, 리퀴드 돔은 하부에 설치되는 펌프타워 구조물에 의해 큰 장비나 단열재의 출입이 어렵게 되므로, 기존에는 가스 돔을 통해 유지보수를 위한 장비나 단열재 등이 이동될 수 있도록 LNG 저장탱크를 설계하였다. 즉, 유지보수의 편의를 위해서도 리퀴드 돔과 가스 돔은 서로 분리 설계되어야 했다.

이와 같이 리퀴드 돔과 가스 돔이 각각 LNG 저장탱크의 선미 쪽과 중앙부에 분리 설치되는 기존의 설계는, LNGC에 마련되는 대형 LNG 저장탱크에는 적합한 설계일지 모르나, 소형으로 제작되는 LNG 저장탱크에는 매우 비효율적인 설계이다.

그러나 종래에는 소형 LNG 저장탱크에도 기존의 방식을 그대로 모방 적용함으로써, 복잡한 구조에 의해 생산성이 저하되고, 두 개의 돔 구조물로 유입되는 열에 의해 저장탱크의 단열성능이 저하되는 문제가 있었다.

또한, 소형 LNG 저장탱크에는 대형 LNG 저장탱크에 적합하게 설계된 종래의 대형 펌프타워 구조물을 탑재하는 것이 용이하지 않고, 소형 LNG 저장탱크에서는 대형 LNG 저장탱크에서보다 슬로싱(sloshing) 하중이 적게 발생하는 바, 베이스 서포트를 종래의 방식(도 4 참조)과 같이 복잡한 형상으로 제작하는 것이 오히려 과도한 설계(overdesign)가 되어 생산성을 더욱 떨어뜨리는 요인이 된다.

이에 본 발명은 소형으로 제작되는 액화가스 저장탱크에 최적화된 단열시스템을 제공하는 것을 목적으로 하며, 보다 구체적으로는, 기존에 별개로 각각 마련되던 리퀴드 돔과 가스 돔을 하나의 돔 구조물로 통합시킴으로써, 기존 대비 단열성능을 향상시킴과 더불어 돔 주변의 복잡한 구조를 단순화시켜 생산성의 향상 및 비용절감을 도모하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 액화가스 저장탱크의 구조를 단순화시킴에 따라, 종래의 대형 펌프타워와 대비하여 구조가 단순하고 가볍게 설계된 펌프타워 및 개선된 펌프타워의 지지에 적합하게 설계된 베이스 서포트를 제공함으로써, 통합된 돔 구조물을 포함하는 소형 액화가스 저장탱크에 가장 최적화된 단열시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

더불어, 본 발명은 액화가스 저장탱크 내에 액화가스를 선적하기 위해 구비되는 충전용 파이프를 이중배관 구조로 마련하여, 탑 필링과 바텀 필링이 동시에 가능하게 하거나 또는 충전용 파이프에 스프레잉 기능을 병합시킴으로써, 돔 구조물을 통한 열 침입량을 감소시켜 단열성능의 향상을 도모하고, 구조적으로 활용도가 우수한 액화천연가스 단열시스템을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 외부로부터 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 유입시키되, 하단부가 상기 액화가스 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트에 고정되어 하중에 대한 구조부재 역할을 하는 충전용 파이프를 포함하고, 상기 충전용 파이프는 구조부재 역할을 하기 위하여 직경이 유체 유동 용량보다 크게 설계되되, 내부에 내부관을 포함하는 이중배관 구조로 마련되며, 상기 내부관은, 상기 충전용 파이프를 통한 액화가스의 유입경로와 별도의 유입경로를 형성하는 유입구; 및 상기 내부관의 하단에 형성되며, 상기 충전용 파이프의 측면을 관통하여 상기 액화가스 저장탱크의 내부와 연통되는 배출관을 포함하고, 상기 배출관은 상기 유입구로 유입된 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크 내부로 탑 필링(top filling)하는 방식 또는 분사(spraying)하는 방식으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워가 제공될 수 있다.

상기 배출관은 상기 액화가스 저장탱크의 내측 상부 영역에 상기 액화가스를 공급하도록 배치될 수 있다.

상기 배출관은 상기 내부관의 하단 둘레에 다수개가 방사상으로 형성될 수 있다.

상기 배출관이 상기 액화가스 저장탱크의 내부와 연통될 수 있도록, 상기 충전용 파이프의 둘레에는 상기 배출관과 대응되는 위치에 관통홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면은, 상기 배출관의 출구단에 체결되며, 내부에 액화가스가 흐르는 경로가 형성되는 볼트부재를 더 포함할 수 있다.

상기 배출관을 통한 액화가스의 공급이 탑 필링 방식으로 이루어지는 경우에 상기 볼트부재는 배관 타입(pipe type)으로 마련되고, 상기 배출관을 통한 액화가스의 공급이 분사 방식으로 이루어지는 경우에 상기 볼트부재는 노즐 타입(nozzle type)으로 마련될 수 있다.

상기 볼트부재는 상기 배출관의 출구단에 체결 이후 상기 충전용 파이프의 둘레에 형성되는 상기 관통홀과 가접(tack welding)될 수 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 외부로부터 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 유입시키는 충전용 파이프를 내부관을 포함하는 이중배관 구조로 마련하고, 상기 내부관은 상기 충전용 파이프와는 별도의 유입구를 가지며, 하단에 형성되는 배출관이 상기 액화가스 저장탱크의 내측 상부 영역과 연통되고, 상기 배출관은 상기 유입구를 통해 유입된 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크 내부로 주입(filling) 또는 분사(spraying)하는 방식으로 공급하는, 이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워가 제공될 수 있다.

상기 배출관을 통한 액화가스의 공급이 주입 방식으로 이루어지는 경우, 상기 충전용 파이프의 하단부를 통한 바텀 필링(bottom filling)과 상기 배출관을 통한 탑 필링(top filling)이 동시에 가능하다.

상기 배출관을 통한 액화가스의 공급이 분사 방식으로 이루어지는 경우, 상기 충전용 파이프는 상기 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 충전하는 로딩 기능과 상기 액화가스 저장탱크 내부에 액화가스를 분사하는 스프레잉 기능을 겸한다.

본 발명에 의하면, 기존에 분리 설치되던 리퀴드 돔과 가스 돔을 하나의 돔으로 통합 구성함으로써, 돔 주변의 복잡한 구조가 단순화되어 생산성이 향상됨은 물론, 저장탱크 내부로 유입되는 열이 최소화되어 액화가스 저장탱크의 단열성능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 액화가스 저장탱크에 탑재되는 펌프타워가 종래 대비 단순하고 가벼운 구조로 설계됨에 따라, 펌프타워의 제작이 용이하여 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 액화가스 저장탱크의 전체 무게가 감소하여 선박의 효율적인 운영이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면, 펌프타워의 하단부가 베이스 서포트의 클램프 구조에 의해 고정됨으로써, 액화가스 저장탱크 내부의 슬로싱과 열하중에 대하여 안정적인 지지가 가능하면서도 펌프타워의 가벼운 설계가 가능한 장점이 있다.

더불어, 본 발명에 의하면, 충전용 파이프를 이중배관 구조로 마련함에 따라 별도의 탑 필링 배관이나 스프레잉 배관의 삭제가 가능하므로, 돔 구조물의 크기를 줄이는 것이 가능하며, 이에 따라 돔 구조물을 통한 열 침입량이 감소되어 단열성능이 향상되는 효과가 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않는 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 종래의 펌프타워를 포함하는 LNG 저장탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 내부사시도이다.
도 2는 종래 펌프타워의 전체적인 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 종래 펌프타워의 평면도이다.
도 4는 종래 펌프타워의 지지를 위해 설치되는 베이스 서포트의 사시도이다.
도 5는 종래 펌프타워가 베이스 서포트에 고정되는 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 펌프타워의 전체적인 구조를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 펌프타워의 상부 구조를 나타낸 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 펌프타워에서 충전용 파이프의 외주면에 각종 배관들이 고정되는 구조를 나타낸 부분 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 펌프타워의 하부 구조를 나타낸 부분 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 펌프타워 하부의 내부 구조를 나타낸 절단 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 펌프타워의 지지를 위해 설치되는 베이스 서포트의 사시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 베이스 서포트의 상부에 설치되는 클램프 부재의 사시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 펌프타워에서 스프레잉 파이프의 구성만을 따로 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 돔 구조물에 설치되는 스프레잉 파이프의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 펌프타워에서 이중배관으로 마련되는 충전용 파이프의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 이중배관 구조의 충전용 파이프에 설치되는 볼트부재를 나타낸 도면으로서, (a)는 배관 타입의 볼트부재, (b)는 노즐 타입의 볼트부재이다.
도 17은 본 발명에 따른 이중배관 구조의 충전용 파이프를 설치하는 순서를 순차적으로 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명은 LFS와 같이 액화가스를 추진 연료로 소모하는 선박을 비롯하여 액화가스를 수송물로서 취급하기 위하여 액화가스 저장탱크를 갖춘 모든 선박에 적용될 수 있다. 본 발명에서 선박은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여 해상에 부유하고 있는 해상 구조물을 모두 포함하는 개념이다.

특히, 본 발명은 소형 액화가스 저장탱크에 적합하게 설계된 것으로서, 소형 액화가스 저장탱크가 구비되는 선박에 바람직하게 적용될 수 있다. 여기서 소형 액화가스 저장탱크란, 액화가스 연료 추진선에 사용되는 연료탱크나 연안 운송용 저장탱크 또는 항구에 정박되어 사용되는 저장탱크와 같이 저용량의 액화가스 저장탱크를 의미할 수 있으며, 구체적으로는 적재용량 50,000m³ 이하, 더욱 구체적으로는 25,000m³ 이하의 저장탱크를 의미할 수 있다.

그리고 본 발명에서 액화가스는, 가장 대표적인 액화가스인 LNG를 비롯하여 LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이 저온으로 액화시켜 저장 및 수송될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함하는 개념이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 6은 본 발명에 따른 펌프타워의 전체적인 구조를 나타낸 사시도, 도 7은 본 발명에 따른 펌프타워의 상부 구조를 나타낸 부분 사시도, 도 8은 본 발명에 따른 펌프타워에서 충전용 파이프의 외주면에 각종 배관들이 고정되는 구조를 나타낸 부분 사시도, 도 9는 본 발명에 따른 펌프타워의 하부 구조를 나타낸 부분 사시도, 도 10은 본 발명에 따른 펌프타워 하부의 내부 구조를 나타낸 절단 사시도이다.

도 11은 본 발명에 따른 펌프타워의 지지를 위해 설치되는 베이스 서포트의 사시도, 도 12는 본 발명에 따른 베이스 서포트의 상부에 설치되는 클램프 부재의 사시도이다. 그리고 도 13은 본 발명에 따른 펌프타워에서 스프레잉 파이프의 구성만을 따로 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 돔 구조물에 설치되는 스프레잉 파이프의 배치를 설명하기 위한 도면이다.

도 6 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크는, 저장탱크의 상부에 개구부 형태로 제공되는 통합 돔(Integrated Dome)과, 저장탱크 내부에 설치되는 펌프타워(100), 그리고 펌프타워(100)의 하단부가 고정 및 지지되는 베이스 서포트(200)를 포함한다.

통합 돔은 기존의 리퀴드 돔과 가스 돔이 하나로 통합된 구성으로서, 액화 상태의 액화가스의 취급에 관련된 배관 및 장비, 그리고 액화가스가 증발하여 발생하는 증발가스의 취급에 관련된 배관 및 장비가 설치된다. 이러한 각종 배관 및 장비는 펌프타워(100)에 구비될 수 있으며, 상기 통합 돔은 펌프타워(100)가 설치되는 장소를 제공한다.

통합 돔은 액화가스 저장탱크의 천장을 관통하도록 개구부를 형성하여 마련되는 구조물로서, 도면에는 원형 단면을 가지는 개구부에 의해 통합 돔이 구성되는 것이 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고 사각 형태의 단면을 가지는 개구부로 마련될 수도 있다.

통합 돔은 액화가스 저장탱크 내부로 각종 배관 및 장비의 출입이 이루어지는 통로로서 이용될 수 있다. 그러나 펌프타워(100)의 설치 이후에는 통합 돔을 통한 장비의 출입이 불가능해지므로, 본 발명은 유지보수용 장비나 작업자의 출입이 가능하도록 액화가스 저장탱크의 상부에 별도의 맨홀(manhole, 미도시)을 추가로 마련할 수 있다.

통합 돔의 상부에는 통합 돔으로부터 돌출되는 펌프타워(100)의 구성들을 수용할 수 있도록 소정의 높이를 가지는 돔 커버(Dome Cover)가 설치될 수 있다.

돔 커버에는 액화가스 저장탱크 내부에서 발생하는 증발가스를 배출할 수 있도록 증발가스 배출홀이 형성될 수 있다. 현재 도면에서는 가려서 보이지 않지만, 증발가스 배출홀은 도면 상에서 돔 커버의 후측면에 형성될 수 있다. 증발가스 배출홀을 통해 배출되는 증발가스는 선박에 구비되는 엔진의 연료로서 공급되거나 또는 벤트 마스트(vent mast)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

펌프타워(100)는 상술한 바와 같이 액화가스 및 증발가스의 취급에 관련된 배관 및 장비가 설치되는 구조물로서, 통합 돔을 형성하는 개구부를 이용하여 탑재되고 상부가 통합 돔 측에 고정된다. 그리고 펌프타워(100)의 하부는 액화가스 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트(200)에 의해 지지된다.

본 발명의 펌프타워(100)는, 액화가스 저장탱크 상부에 마련되는 통합 돔의 개구부에 장착되는 인렛 하우징(110)과, 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 주입하는 충전용 파이프(120)와, 액화가스 저장탱크 내부의 액화가스를 외부로 배출하는 한 쌍의 배출용 파이프(130)와, 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 분사하는 스프레잉 파이프(140)를 포함한다.

인렛 하우징(110)은 내부에 공간이 형성되고 상하부가 개방된 원통 형태로 마련되어 통합 돔의 내주면에 밀착되게 장착될 수 있다. 인렛 하우징(110)은 내측에 수용되는 각종 배관들을 고정시키고 이들을 둘러싸서 보호하는 역할을 한다.

인렛 하우징(110)에서 통합 돔의 내부로 삽입되는 부분은, 액화가스 저장탱크의 외벽으로부터 1차 단열층(primary insulation)의 레벨(level)까지 도달하도록 높이가 형성될 수 있다.

그리고 인렛 하우징(110)에서 통합 돔의 외부로 돌출되는 부분에는, 불활성가스 배출홀(111, 112)이 형성될 수 있다. 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 단열공간 내 수분을 제거하여 결빙(icing)을 방지하고, 소량의 액화가스 누출(leak)이 발생하면 이를 안전하게 배출하고자 불활성가스(주로 N₂)를 단열층 내 공간에 공급하는데, 불활성가스 배출홀(111, 112)은 단열층에 공급된 불활성가스를 외부로 배출하여 순환시키는 역할을 한다. 제1 불활성가스 배출홀(111)과 제2 불활성가스 배출홀(112)은 각각 1차 단열층(primary insulation) 및 2차 단열층(secondary insulation)과 연통될 수 있으며, 불활성가스 배출홀(111, 112)을 통해 배출되는 불활성가스는 벤트 마스트를 통해 외부로 배출될 수 있다.

충전용 파이프(120)는 외부의 로딩장치에 연결되어 액화가스 저장탱크의 내부로 액화가스를 유입시키는 배관이다.

본 발명에서 충전용 파이프(120)는 하단부가 후술하는 베이스 서포트(200)에 직접적으로 고정되는 구성으로서, 펌프타워(100)에 작용하는 하중에 대한 구조부재 역할을 한다. 즉, 종래(도 2, 3 참조)의 펌프타워(10)에서 충전용 파이프(12)는 메인 파이프(11, 13)들과 별개로 이격 배치되어 구조부재 역할을 하지 않았던 것과는 달리, 본 발명에서는 충전용 파이프(120)가 주요 구조부재 역할을 하는 것이다.

본 발명은 충전용 파이프(120)의 구조부재 역할이 가능하도록 하기 위하여, 첫째로 충전용 파이프(120)의 직경을 유체 유동 용량보다 크게 설계하고, 둘째로 충전용 파이프(120)의 하단부를 베이스 서포트(200)의 상부에 설치되는 클램프 부재(220)에 상하 방향으로 슬라이딩 가능하게 고정시킨다. 두 번째 내용에 대해서는 뒤에서 더욱 자세히 다루도록 한다.

충전용 파이프(120)의 유체 유동 용량은 액화가스의 충전(주입)시 액화가스가 실제로 유동하는 양을 산정하는 것으로서, 충전 설비가 무엇인지에 따라 그리고 액화가스 저장탱크의 설계 용량에 따라 정해질 수 있다. 본 발명에서는 충전 설비에 따른 유량 수준과 액화가스 저장탱크의 용량을 고려하여 충전용 파이프의 유체 유동 용량을 산정하고, 충전용 파이프(120)의 직경을 산정된 유체 유동 용량 대비 크게 설계한다.

또한, 충전용 파이프(120)의 직경이 유체 유동 용량보다 크게 설계됨에 따라, 외부의 로딩장치로부터 연결되는 배관과의 사이에 양단의 직경이 다르게 형성되는 이음관(reducer)(121)를 설치할 수 있다. 이음관(121)은 충전용 파이프(120)가 액화가스 저장탱크 내부로 진입하기 전에 직경을 키우기 위한 목적으로 마련되는 구성이다.

배출용 파이프(130)는 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 선박에 구비되는 엔진의 연료로 사용하거나 또는 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 선외로 하역할 때 액화가스의 이동 통로로 제공될 수 있다.

즉, 본 발명의 배출용 파이프(130)는, 액화가스를 엔진의 연료로서 공급하는 연료공급(fuel supply) 파이프로서의 역할과, 액화가스를 선외로 하역시키는 언로딩(unloading) 파이프로서의 역할을 모두 할 수 있다.

종래 LNGC에 마련되는 대형 LNG 저장탱크에는 펌프타워에 설치되는 하역용 파이프/펌프와는 별도의 연료공급용 파이프/펌프를 따로 두었다. 왜냐하면 연료공급용 파이프/펌프의 용량이 하역용으로 마련되는 파이프/펌프의 용량보다 훨씬 작기 때문에 이를 하역용으로 사용하기에 적합하지 않기 때문이다.

그러나 본 발명은 소형 액화가스 저장탱크에 적용됨에 따라, 하역용과 연료공급용의 목적을 구분하여 파이프 및 펌프를 별도로 마련하는 것이 아니라, 배출용 파이프(130)와 후술하는 카고펌프(CP)를 이용하여 연료 공급과 하역을 모두 수행할 수 있다.

특히 본 발명이 액화가스를 연료로서 저장하는 연료탱크에 적용되는 경우에는 비상상황 등 특별한 상황을 제외하고는 하역 기능이 필요하지 않게 되므로, 배출용 파이프(130) 및 카고펌프(CP)는 액화가스를 엔진의 연료로서 공급하는 것을 주된 목적으로 하며, 따라서 엔진의 요구에 맞추어 작은 용량으로 갖추어질 수 있다.

배출용 파이프(130)는 고장을 대비하여 리던던시(redundancy) 개념으로 한 쌍으로 마련될 수 있으며, 충전용 파이프(120)를 중심으로 양측에 각각 대향되도록 마련될 수 있다.

배출용 파이프(130)의 하부에는 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 외부로 배출시키기 위하여 카고펌프(CP)가 설치된다. 카고펌프(CP)는 베이스 서포트(200)의 양 측면에 돌출되게 설치되는 펌프 지지부재(210)에 장착되어 고정될 수 있다.

본 발명은 카고펌프(CP)가 상기와 같이 액화가스 저장탱크의 바닥에 고정되는 구조물인 베이스 서포트(200) 측에 고정되므로, 배출용 파이프(130)에 작용하는 열응력을 흡수할 수 있도록 배출용 파이프(130)의 하단부, 즉 배출용 파이프(130)와 카고펌프(CP)의 연결부에 벨로우즈(bellows) 구조를 적용하거나, 또는 배출용 파이프(130)의 하단부를 U자형 굴곡 배관으로 구성할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 펌프타워(100)는, 저장탱크 내부에 저장된 액화가스의 수위를 측정하는 레벨 게이지(level gauge), 온도 측정을 위한 온도 센서(temp. sensor), 레벨 알람(level alarm) 등이 설치되는 게이지 배관(GL), 그리고 카고펌프(CP)에 전력을 공급하기 위한 케이블이 내부에 설치되는 전장 배관(EL)을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 배출용 파이프(130), 게이지 배관(GL) 및 전장 배관(EL)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 충전용 파이프(120)의 외주면에 설치되는 고정부재(150)에 의해 슬라이딩(sliding) 가능하게 지지될 수 있다.

즉, 본 발명은 충전용 파이프(120)가 주요 구조부재 역할을 함에 따라, 충전용 파이프(120)의 열수축 발생시 타 배관(130, GL, EL)들이 영향을 받지 않도록 서로 간에 슬라이딩 구조를 적용한 것이다.

고정부재(150)는, 충전용 파이프(120)의 외주면에 용접에 의해 부착되는 지지 프레임(151)과, 지지 프레임(151)의 단부에 설치되며 상기 배관(130, GL, EL)들이 삽입되는 삽입홀이 형성되는 유동 플레이트(152)로 구성될 수 있다.

유동 플레이트(152)는 상기 배관(130, GL, EL)들이 삽입홀 내에서 상하방향으로 슬라이딩이 가능하도록, 상기 배관(130, GL, EL)들을 상하방향으로의 구속 없이 수평방향으로만 지지한다.

유동 플레이트(152)는 상기 배관(130, GL, EL)들의 슬라이딩시 마찰을 방지하여 완충시키는 역할을 하는 것으로서, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE: High Density PolyEthylene) 소재로 마련될 수 있다.

이하에서는 도 9 내지 도 12를 참조하여, 펌프타워(100)의 하단부가 액화가스 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트(200)에 의해 고정 및 지지되는 구조에 대하여 설명한다.

우선, 본 발명에서 베이스 서포트(200)는, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 전체 높이에 대하여 동일한 직경을 가지는 원통 형태로 마련될 수 있다.

도 4에 도시된 종래의 베이스 서포트(20)는 대형 펌프타워를 지지하기에 적합하도록 설계된 것으로서, 콘 형상의 구조물로 제작하는 것이 어렵고, 베이스 서포트(20)의 내부 및 주변 단열재의 형상도 함께 복잡해지기에 생산성을 떨어뜨리는 요인이 되었다.

그러나 본 발명은 소형 액화가스 저장탱크에 적용됨에 따라 저장탱크 내부에 작용하는 슬로싱 하중이 상대적으로 작으므로, 베이스 서포트(200)를 경사를 갖지 않는 직관형으로 설계하는 것이 가능하며, 이에 따라 제작에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.

직경이 동일한 원통 형태로 마련되는 베이스 서포트(200)의 외주면에는, 1차 멤브레인(primary membrane) 및 2차 멤브레인(secondary membrane)의 레벨에 대응되는 위치에 각각 제1 및 제2 플레이트(201, 202)가 돌출되게 형성되어, 해당 레벨에서 멤브레인이 용접에 의해 연결된다.

베이스 서포트(200)의 둘레에는 다수개의 제1홀(203)이 형성될 수 있다. 제1홀(203)은 베이스 서포트(200) 내부를 인접한 단열공간과 동일하게 불활성가스(N₂)가 흐르는 단열공간으로 만들며, 베이스 서포트(200) 내의 압력과 단열층 내의 압력을 동일하게 유지하는 기능을 한다. 베이스 서포트(200) 내에서 1차 단열층과 2차 단열층은 서로 연통되지 않도록 분리되고, 제1홀(203)은 1차 단열층 및 2차 단열층에 대응되는 레벨에 각각 형성될 수 있다. 베이스 서포트(200) 내의 공간에는 글라스 울(glass wool) 등의 단열재가 채워진다.

또한, 베이스 서포트(200)에서 제1 플레이트(201)의 상부에는 충전용 파이프(120)를 통해 유입되는 액화가스를 저장탱크 내부로 유입시키는 다수개의 제2홀(204)이 형성될 수 있다. 제2홀(204)은 제1홀(203)과 마찬가지로 베이스 서포트(200)의 둘레에 형성될 수 있다. 이때 제2홀(204)은 카고펌프(CP)의 성능에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여, 카고펌프(CP)를 향한 방향으로는 형성되지 않는 것이 바람직하다.

도면에서 제1홀(203)은 원 형상으로, 제2홀(204)은 사각 형상으로 각각 마련되는 것이 도시되어 있으나, 제1홀(203) 및 제2홀(204)의 형상이 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 도면에는 제2홀(204)이 제1홀(203)보다 크게 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 제2홀(204)이 제1홀(203)보다 반드시 크게 형성되어야 하는 것은 아니다.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 펌프타워(100)가 신규한 형태로 설계됨에 따라, 펌프타워(100)를 지지하기 위한 베이스 서포트(200)의 상부 구조물의 설계도 신규하게 적용된다.

구체적으로는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 베이스 서포트(200)의 상부에는 카고펌프(CP)의 지지를 위한 펌프 지지부재(210)가 설치된다.

펌프 지지부재(210)는 카고 펌프(CP)가 배치되는 위치에 대응하도록 베이스 서포트(200)의 양 측면에 용접될 수 있다. 또한, 펌프 지지부재(210)에서 상부면을 이루는 구성은 베이스 서포트(200)의 상단에 용접될 수 있다. 이때 펌프 지지부재(210)는 중간에 관통홀을 형성하는 방식 등으로, 충전용 파이프(120)의 끝단부가 베이스 서포트(200)의 상단부 내측으로 인입될 수 있도록 공간을 남겨둬야 한다.

베이스 서포트(200)의 상부에는 충전용 파이프(120)를 고정하는 클램프 부재(220)가 설치된다. 클램프 부재(220)는 하부면이 펌프 지지부재(210)의 상면에 용접에 의해 연결될 수 있으며, 만약 펌프 지지부재(210)가 베이스 서포트(200)의 측면에만 위치하는 경우라면 클램프 부재(220)가 베이스 서포트(200)의 상단에 바로 용접될 수도 있다.

클램프 부재(220)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 반원 형태의 내주면을 가지는 한 쌍의 부재로 구성될 수 있으며, 한 쌍의 부재가 도시된 것처럼 볼트/너트 체결에 의해 결합되거나 또는 용접에 의해 접합될 수 있다.

클램프 부재(220)는, 펌프 지지부재(210) 혹은 베이스 서포트(220)의 상부에 거치되어 용접에 의해 연결되는 판 형태의 거치부(221)와, 거치부(221)에 수직방향으로 형성되되 충전용 파이프(120)의 외주면에 대응하는 내주면을 가지는 파이프 지지부(222)와, 파이프 지지부(222)의 양 끝단에 형성되어 서로 마주하는 면이 볼트/너트 체결 혹은 용접에 의해 결합되는 결합부(223)와, 파이프 지지부(222)의 외주면에 접선 방향과 직교하는 방향으로 설치되어 거치부(221)와 파이프 지지부(222) 사이의 지지를 보강하는 보강부(224), 그리고 파이프 지지부(222)의 내주면에 부착되어 충전용 파이프(120)의 용이한 슬라이딩을 가이드하는 슬라이딩 패드(225)를 포함할 수 있다.

본 발명에서 펌프타워(100)는, 충전용 파이프(120)가 파이프 지지부(222)에 의해 형성되는 공간에 삽입되는 방식으로 고정 및 지지가 이루어진다. 충전용 파이프(120)는 외주면이 파이프 지지부(222)의 내주면에 의해 지지되고, 끝단 일부가 베이스 서포트(200)의 상단부 내측으로 인입되어 위치하게 된다. 이때 충전용 파이프의 끝단 위치는 전술한 제2홀(204)보다는 상측에 위치하는 것이 바람직하다.

클램프 부재(220)는 충전용 파이프(120)의 인입이 가능하도록 내부에 관통되는 공간부를 가지며, 이를 위해 거치부(221)는 서로 마주하는 면에 파이프 지지부(222)의 내주면과 동일한 형태로 라운드게 형성되는 홈을 포함할 수 있다.

슬라이딩 패드(225)는 충전용 파이프(120)의 슬라이딩시 마찰을 방지하여 완충시키는 역할을 하는 것으로서, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 소재로 마련될 수 있다.

슬라이딩 패드(225)는 파이프 지지부(222)의 내주면에 다수개가 일정한 간격으로 설치될 수 있으며, 일례로 도시된 바와 같이 4개의 슬라이딩 패드(225)가 90°간격으로 설치될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 슬라이딩 패드(225)의 개수를 자유롭게 증감시키거나, 파이프 지지부(222)의 내주면 전체를 덮더록 부착시킬 수도 있다. 다만, 슬라이딩 패드(225)가 다수개로 마련되는 경우에는 구조적 안정성을 위하여 최소한 3개 이상 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명의 펌프타워(100)의 설치 과정을 살펴보면, 우선 선체 내벽에 베이스 서포트(200)를 설치하고, 베이스 서포트(200)의 상부에 펌프 지지부재(210)를 설치한다. 이후 충전용 파이프(120)가 먼저 자리 잡고, 충전용 파이프(120)와 클램프 부재(220)를 맞물리도록 위치시킨 후, 클램프 부재(220)를 베이스 서포트(200)의 상부에 용접에 의해 고정시킨다.

이와 같은 본 발명의 펌프타워(100) 지지구조에 의하면, 충전용 파이프(120)가 주요 구조부재 역할을 하면서 베이스 서포트(200) 상부의 클램프 부재(220)에 직접적으로 고정 및 지지되므로, 종래(도 5 참조) 펌프타워(10)의 하단부에 마련되는 베이스 플레이트(15)와 같은 구조물이 필요하지 않다. 즉, 본 발명에 따른 펌프타워(100)는 베이스 플레이트가 필요한 기존의 펌프타워 구조물보다 상대적으로 중량이 감소하여 소형 액화가스 저장탱크의 설계에 적합하다.

이하에서는 도 13 및 도 14를 참조하여, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크 내 스프레잉 파이프(140)의 배치에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명은 소형 액화가스 저장탱크에 적합한 설계를 제공하는 것으로서, 기존의 리퀴드 돔과 가스 돔이 통합된 형태의 통합 돔을 구비하고, 이에 따라 기존에 가스 돔 측에 배치되었던 스프레잉 파이프(140)를 펌프타워(100)의 구성으로 포함시킨다.

즉, 본 발명은 리퀴드 돔과 가스 돔을 하나의 돔 구조물로 통합시킴에 따라, 기존의 리퀴드 돔 및 가스 돔에 각각 배치되었던 필수적인 구성들을 모두 구비할 수 있도록, 펌프타워(100)의 구조를 신규한 형태로 설계한 것이다.

도 7, 도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명에서 스프레잉 파이프(140)는 통합 돔을 관통하도록 배치되며, 하부는 루프(loof) 형태의 배관(142)으로 마련되어 인렛 하우징(110)의 하부면에 클램프(clamp) 등의 고정부재로 고정된다.

이때, 스프레잉 파이프(140)는 극저온에 의한 열수축을 고려하여 U자형 굴곡 배관(141)을 포함할 수 있으며, 필요에 따라 중간에 슬라이딩 타입(sliding type)의 서포트(support)를 둘 수도 있다.

스프레잉 파이프(140)의 하부에 형성되는 루프 형태의 배관(142)에는, 다수개의 분사노즐(143)이 방사상으로 형성되어 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 분사할 수 있다.

이와 같이 스프레잉 파이프(140)를 통합 돔 내부로 관통시켜 돔의 하부 구조에 바로 연결시키는 배치를 적용하는 본 발명에 의하면, 통합 돔 내부에 스프레잉 파이프(140)의 설치를 위한 별도의 덕트(duct)를 마련하지 않아도 되어 공간 활용 측면에서 효율적이다.

또한, 본 발명에 의하면, 펌프타워(100)의 직상부에 스프레잉 파이프(140)가 배치됨에 따라, 액화가스의 선적시 펌프타워(100)를 효과적으로 냉각시키는 것이 가능하여, 충전용 파이프(120)로 액화가스가 유입될 때의 열충격을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명이 적용되는 소형 액화가스 저장탱크는 슬로싱으로 인한 영향을 적게 받기에 선박의 트림 조건에도 크게 제약을 받지 않는다. 따라서 기존의 리퀴드 돔이나 가스 돔의 배치 위치에 제약이 있던 것과는 달리, 본 발명에서는 저장탱크 상부에서 통합 돔의 위치를 자유롭게 배치할 수 있다. 다만, 상술한 스프레잉 파이프(140)의 기능을 고려하였을 때, 통합 돔을 액화가스 저장탱크의 상부 중앙에 위치시키는 것이 가장 유리할 수 있다.

한편, 본 발명은 충전용 파이프(120)가 슬로싱 하중을 견디는 주 구조부재 역할을 하기 위하여 실제로 충전용 파이프(120) 내부를 흐르는 액화가스의 유량에 비해 더 큰 사이즈로 설계될 때, 충전용 파이프(120)를 이중배관 구조로 설계함으로써, 충전용 파이프(120)를 통한 액화가스의 탑 필링(top filling)과 바텀 필링(blottom filling)이 모두 가능하게 하거나, 또는 충전용 파이프(120)에 스프레잉 기능을 병합시킬 수 있다.

이하에서는 도 15 내지 도 17을 참조하여, 본 발명에 따른 충전용 파이프(120)의 이중배관 구조에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 15는 본 발명에 따른 펌프타워에서 이중배관으로 마련되는 충전용 파이프의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 16은 본 발명에 따른 이중배관 구조의 충전용 파이프에 설치되는 볼트부재를 나타낸 도면으로서, (a)는 배관 타입의 볼트부재, (b)는 노즐 타입의 볼트부재이다. 그리고 도 17은 본 발명에 따른 이중배관 구조의 충전용 파이프를 설치하는 순서를 순차적으로 도시한 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 충전용 파이프(120)는, 그 자체로 외부관을 이루며 내부에 내부관(160)을 더 포함하여 이중배관 구조로 마련될 수 있다.

내부관(160)은 돔 커버의 외측에 위치하는 충전용 파이프(120)를 관통하도록 형성되는 유입구(161)로부터 충전용 파이프(120)의 내부를 따라 일정 영역까지 연장되며, 내부관(160)의 하단에 형성되는 배출관(162)은 액화가스 저장탱크의 내부에 위치하는 충전용 파이프(120)의 측면을 관통하여 저장탱크의 내부와 연통된다.

유입구(161)는 액화가스를 내부관(160)으로 유입시키는 통로로서, 충전용 파이프(120)에 형성되는 액화가스의 유입경로(A)와는 별도의 유입경로(B)를 형성한다.

배출관(162)은 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 주입 또는 분사하는 구성으로서, 도시된 바와 같이, 내부관(160)의 둘레를 따라 복수개가 방사상으로 형성될 수 있다. 이때 복수의 배출관(162)은 내부관(160)의 둘레를 따라 일정한 간격으로 형성될 수 있다.

또한, 배출관(162)은 내부관(160)의 연장 방향을 따라 적어도 하나 이상의 층으로 마련될 수 있다. 도면에는 배출관(162)이 3개의 층으로 마련되는 것이 도시되어 있는데, 이 경우 각 층마다 복수개로 마련되는 배출관(162)이 또 복수의 층을 형성하여 마련되는 것이다.

본 발명에서 내부관(160)의 끝단, 즉 배출관(162)이 배치되는 위치는 액화가스 저장탱크의 내측 상부 영역일 수 있다. 더욱 구체적으로는, 배출관(162)은 액화천연가스 저장탱크의 천장을 구성하는 1차 단열층의 레벨 하측에 근접하게 위치가 형성될 수 있다.

그리고 충전용 파이프(120)의 둘레에는 배출관(162)과 대응되는 위치에 관통홀이 형성되어, 배출관(162)이 액화가스 저장탱크의 내부와 연통될 수 있도록 한다.

배출관(162)의 개방된 출구에는 볼트부재(163)가 체결될 수 있다. 이때 볼트부재(163)로서 도 16의 (a)에 도시된 배관 타입(pipe type)의 볼트부재 또는 도 16의 (b)에 도시된 노즐 타입(nozzle type)의 볼트부재가 사용될 수 있다.

유입구(161)를 통해 내부관(160)으로 유입된 액화가스는 배출관(162)을 통해 액화가스 저장탱크 내부로 공급될 수 있는데, 볼트부재(163)가 배관 타입으로 마련되는 경우 액화가스가 저장탱크 내부에 탑 필링(주입)되는 방식으로 공급되고, 볼트부재(163)가 노즐 타입으로 마련되는 경우에는 액화가스가 저장탱크 내부에 분사되는 방식으로 공급될 수 있다.

볼트부재(163)가 노즐 타입으로 마련되어 충전용 파이프(120)가 스프레잉 기능을 겸하는 경우에는, 전술한 스프레잉 파이프(140)가 삭제될 수도 있을 것이다.

볼트부재(163)는 배출관(162)에 볼트/너트 결합에 의해 체결될 수 있으며, 이를 위해 볼트부재(163)는 외주면과 배출관(162)의 출구측 내주면에는 서로 대응되는 나사산이 각각 형성될 수 있다.

또한, 배출관(162)의 출구단에 볼트부재(163)를 체결한 이후, 볼트부재(163)를 충전용 파이프(120)에 형성되는 관통홀과 가접(tack wedling)하여 볼트부재(163)의 휨이나 비틀림을 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 충전용 파이프(120)가 탑 필링 및 바텀 필링 기능을 모두 구비하거나 또는 스프레잉 기능까지 겸하도록 함으로써, 바텀 필링을 담당하는 충전용 파이프(120)와 별도로 마련되던 탑 필링 배관이나 스프레잉 배관을 삭제할 수 있고, 이에 따라 통합 돔 내부에 필요한 공간이 최소화되어 돔의 크기를 줄일 수 있으며, 이것은 곧 액화가스 저장탱크 내의 열 침입량 감소로 이어져 증발가스로 인해 손실되는 액화가스의 양을 최소화하는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명은 충전용 파이프(120)를 주요 구조부재 역할을 함에 따라 유체 유동 용량보다 크게 설계된 충전용 파이프(120)를 이중배관 구조로 마련함으로써 그 활용도를 극대화시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 볼트부재(163)를 배관 타입이나 노즐 타입으로 선택적으로 적용하는 것에 의해 내부관(160)의 기능을 간단하게 전환(탑 필링 ↔ 스프레잉)할 수 있으므로 활용도 측면에서 매우 우수하다.

이하, 도 17을 참조하여 이중배관 구조를 가지는 본 발명의 충전용 파이프(120)의 설치과정을 살펴본다.

도 17을 참조하면, 충전용 파이프(120)는, 액화가스 저장탱크의 내부에 수직으로 세워지는 제1 수직관(120a)과, 제1 수직관(120a)의 상부에 연결되며 수평방향으로 절환되어 돔 커버를 관통하도록 설치되는 제1 연결관(120b)과, 일단부가 제1 연결관(120b)과 연결되는 수평관(120c)으로 구성될 수 있다.

그리고 내부관(160)은, 제1 수직관(120a) 내부에서 수직으로 연장되는 제2 수직관(160a)과, 제2 수직관(160a)의 상부에 연결되어 제1 연결관(120b)을 따라 굴곡지게 형성되는 제2 연결관(160b)과, 일단부가 제2 연결관(160b)과 연결되며 'ㄱ'자 형태로 절곡되어 타단부가 수평관(120c)의 일 측면을 관통하도록 설치되는 절곡관(160c)으로 구성될 수 있다.

이중배관 구조를 가지는 충전용 파이프(120)의 설치는, 도 17의 (a) 내지 (c)의 과정을 따라 순차적으로 이루어질 수 있다.

우선 도 17의 (a)에 도시된 바와 같이, 제2 수직관(160a)가 제1 수직관(120a)의 내부에 삽입된 상태에서 제2 수직관(160a)의 상부에 제2 연결관(160b)을 용접(①)하여 연결한다.

그리고 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 수직관(120a)의 상부에 제1 연결관(120b)을 용접(②)하여 연결하고, 제1 연결관(120b)이 돔 커버를 관통하는 부위를 용접(③)하여 제1 연결관(120b)을 고정시킨다. 제1 연결관(120b)의 고정이 이루어진 이후에는, 볼트부재(163)를 배출관(162)에 체결하고 볼트부재(163)를 제1 수직관(120c)에 형성된 관통홀에 가접시킨다.

다음으로 도 17의 (c)에 도시된 바와 같이, 절곡관(160c)을 제2 연결관(160b)에 용접(④)하여 연결하고, 수평관(120c)을 제1 연결관(120b)에 용접(⑤)하여 연결하며, 이때 절곡관(160c)의 타단부를 수평관(120c)에 형성되는 관통홀로 관통시켜 접하는 부위를 용접(⑥)하여 마무리한다.

이어서, 노즐 타입의 볼트부재(163)가 적용되어 스프레잉 기능이 병합된 본 발명의 충전용 파이프(120)를 이용하여 액화가스 저장탱크 내부를 쿨다운시키는 동작에 대하여 더 살펴본다. 여기서는 대표적인 액화가스인 LNG를 예로 들어 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서 기존의 일반적인 쿨다운 수행 동작을 먼저 살펴보면, 기존에는 스프레잉 목적으로 별도로 구비되는 스프레잉 배관으로 극저온의 LNG가 유입되어 저장탱크 내부로 분사되는데, 스프레잉 배관으로 극저온 유체가 유입되는 경우 온도차로 인하여 과도한 열응력이 발생할 우려가 있다. 따라서 스프레잉 배관을 열수축이 거의 없는 인바(invar) 재질로 구성하거나, 또는 스프레잉 배관에 벨로우즈를 두어 응력을 완화시켜주어야 했다.

이에 반해, 제안된 본 발명에서는 스프레잉 기능을 가지는 내부관(160)을 이용하여 액화가스 저장탱크 내부를 쿨다운하기 전에, -130℃ 수준의 저온의 기화가스(NG)를 충전용 파이프(120) 내부로 먼저 주입(유입경로 A를 통해)하고, 이후에 내부관(160)으로 LNG를 주입(유입경로 B를 통해)함으로써, 충전용 파이프(120)와 내부관(160)의 온도차로 인한 열응력을 완화시킬 수 있다.

즉, 본 발명은 이중배관 구조로 마련되는 충전용 파이프(120)의 외부관을 이용하여 내부관(160)을 미리 소정의 온도로 냉각시킴으로써, 극저온의 LNG 유입시에도 극심한 온도차로 인한 열응력을 완화시키는 것이다.

제안된 방식에 의하면, 스프레잉 기능을 하는 내부관(160)을 인바 재질로 마련하거나 벨로우즈의 적용을 고려할 필요가 없다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 펌프타워
110 : 인렛 하우징
120 : 충전용 파이프
121 : 이음관
130 : 배출용 파이프
140 : 스프레잉 파이프
150 : 고정부재
160 : 내부관
161 : 유입구
162 : 배출관
163 : 볼트부재
200 : 베이스 서포트
210 : 펌프 지지부재
220 : 클램프 부재
EL : 전장 배관
GL : 게이지 배관

Claims (10)

1. 외부로부터 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 유입시키되, 하단부가 상기 액화가스 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트에 고정되어 하중에 대한 구조부재 역할을 하는 충전용 파이프를 포함하고,
   상기 충전용 파이프는 구조부재 역할을 하기 위하여 직경이 유체 유동 용량보다 크게 설계되되, 내부에 내부관을 포함하는 이중배관 구조로 마련되며,
   상기 내부관은,
   상기 충전용 파이프를 통한 액화가스의 유입경로와 별도의 유입경로를 형성하는 유입구; 및
   상기 내부관의 하단에 형성되며, 상기 충전용 파이프의 측면을 관통하여 상기 액화가스 저장탱크의 내부와 연통되는 배출관을 포함하고,
   상기 배출관은 상기 유입구로 유입된 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크 내부로 탑 필링(top filling)하는 방식 또는 분사(spraying)하는 방식으로 공급하는 것을 특징으로 하는,
   이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 배출관은 상기 액화가스 저장탱크의 내측 상부 영역에 상기 액화가스를 공급하도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
   이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 배출관은 상기 내부관의 하단 둘레에 다수개가 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
   이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 배출관이 상기 액화가스 저장탱크의 내부와 연통될 수 있도록, 상기 충전용 파이프의 둘레에는 상기 배출관과 대응되는 위치에 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는,
   이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 배출관의 출구단에 체결되며, 내부에 액화가스가 흐르는 경로가 형성되는 볼트부재를 더 포함하는,
   이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 배출관을 통한 액화가스의 공급이 탑 필링 방식으로 이루어지는 경우에 상기 볼트부재는 배관 타입(pipe type)으로 마련되고,
   상기 배출관을 통한 액화가스의 공급이 분사 방식으로 이루어지는 경우에 상기 볼트부재는 노즐 타입(nozzle type)으로 마련되는 것을 특징으로 하는,
   이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 볼트부재는 상기 배출관의 출구단에 체결 이후 상기 충전용 파이프의 둘레에 형성되는 상기 관통홀과 가접(tack welding)되는 것을 특징으로 하는,
   이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워.
8. 외부로부터 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 유입시키는 충전용 파이프를 내부관을 포함하는 이중배관 구조로 마련하고,
   상기 내부관은 상기 충전용 파이프와는 별도의 유입구를 가지며, 하단에 형성되는 배출관이 상기 액화가스 저장탱크의 내측 상부 영역과 연통되고,
   상기 배출관은 상기 유입구를 통해 유입된 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크 내부로 주입(filling) 또는 분사(spraying)하는 방식으로 공급하는,
   이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 배출관을 통한 액화가스의 공급이 주입 방식으로 이루어지는 경우, 상기 충전용 파이프의 하단부를 통한 바텀 필링(bottom filling)과 상기 배출관을 통한 탑 필링(top filling)이 동시에 가능한 것을 특징으로 하는,
   이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 배출관을 통한 액화가스의 공급이 분사 방식으로 이루어지는 경우, 상기 충전용 파이프는 상기 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 충전하는 로딩 기능과 상기 액화가스 저장탱크 내부에 액화가스를 분사하는 스프레잉 기능을 겸하는 것을 특징으로 하는,
    이중배관 구조의 충전용 파이프를 포함하는 액화가스 저장탱크의 펌프타워.

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