KR20210079451A - 액화가스 저장탱크의 단열시스템 - Google Patents

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조영천
강중규
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Abstract

본 발명은, 선체 내벽 상에 배치되는 2차 단열층과, 2차 단열층의 상부에 설치되며 금속 멤브레인으로 이루어지는 2차 밀봉벽과, 2차 밀봉벽 상에 배치되는 1차 단열층과, 1차 단열층의 상부에 설치되며 금속 멤브레인으로 이루어지는 1차 밀봉벽을 포함하는 이중 방벽(double barrier) 구조의 액화가스 저장탱크에 있어서, 액화가스 저장탱크의 수평방향 내벽과 수직방향 내벽이 만나는 코너 부우에 설치되며, 2차 밀봉벽과 연결되어 2차 밀봉벽에 작용하는 하중을 선체로 전달하는 크로스 커넥터를 포함하고, 상기 크로스 커넥터는, 일단부는 선체 내벽에 고정되고 타단부는 수평방향으로 설치되는 2차 밀봉벽의 끝단부가 용접에 의해 연결되는 제1 플레이트와, 일단부는 선체 내벽에 고정되고 타단부는 수직방향으로 설치되는 2차 밀봉벽의 끝단부가 용접에 의해 연결되는 제2 플레이트를 포함하되, 제1 플레이트와 제2 플레이트가 서로 직교하여 십(十)자 형태의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 제공한다.

Description

액화가스 저장탱크의 단열시스템 {Insulation System of Liquefied Gas Storage Tank}
본 발명은 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단열층과 밀봉벽이 순차적으로 적층되어 이루어지는 이중 방벽 구조의 액화가스 저장탱크의 코너부에 구축되는 단열시스템에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 운반선 등과 같이 LNG를 수송 혹은 저장하기 위한 구조물에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히 '화물창'이라고도 함)가 설치된다.
LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립형(Independent Type) 저장탱크과 멤브레인형(Membrane Type) 저장탱크로 분류할 수 있다. 통상적으로 멤브레인형 저장탱크는 GTT의 NO 96형과 MARK Ⅲ형 등으로 나눠지며, 독립형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형 등으로 나눠진다.
도 1은 종래 NO 96형 저장탱크의 코너부 구조를 나타낸 내부사시도, 도 2는 종래 NO 96형 저장탱크의 코너부 구조를 나타낸 측단면도이다. 그리고 도 3은 종래 NO 96형 저장탱크의 코너부에 설치되는 인바튜브만 따로 도시한 것으로서, (a)는 사시도, (b)는 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 NO 96형 저장탱크는 2차 단열층(10)과 2차 밀봉벽(20) 그리고 1차 단열층(30)과 1차 밀봉벽(40)이 순차적으로 적층되는 이중 방벽 구조로 단열시스템이 구성된다. 참고로, 도 1은 저장탱크의 코너부에 설치되는 연결 구조를 자세히 나타내기 위하여 단열박스로 이루어지는 단열층(10, 30)의 구성을 제외하고 도시한 것이다.
NO 96형 저장탱크에서, 1차 및 2차 밀봉벽(40, 20)은 0.5 내지 0.7㎜ 두께의 인바(Invar, 36% 니켈강) 멤브레인으로 이루어지고, 1차 및 2차 단열층(30, 10)은 플라이우드 박스 내부에 펄라이트(perlite) 분말 등의 단열재를 채운 단열박스(insulation box)들로 이루어진다.
NO 96형 저장탱크는 1차 밀봉벽(40) 및 2차 밀봉벽(20)이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 가지고 있어, 1차 밀봉벽(40)의 누설시 상당한 기간동안 2차 밀봉벽(20)만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다.
또한, NO 96형 저장탱크는 단열층(30, 10)이 목재 상자 내부에 단열재를 채운 형태로 구성되므로, MARK Ⅲ형 저장탱크에 비하여 높은 압축강도와 강성을 갖출 수 있으며 용접이 간편하여 자동화율이 높다.
한편, LNG 저장탱크의 내부에는 극저온(-163℃) 상태의 LNG가 수용되기에 저장탱크 내부의 단열재와 밀봉벽들을 수축시킨다. 특히, 전술한 바와 같이 LNG 저장탱크의 밀봉벽은 매우 얇은 두께로 형성되므로, 열수축과 선체의 변형에 대하여 형상을 유지하면서 구조적인 안정성을 확보하기 위해 탱크 내벽(선체)과 연결된다.
NO 96형 저장탱크에서는, 1차 및 2차 밀봉벽(40, 20)이 저장탱크의 코너부에 설치되는 인바튜브(invar tube)(50)에 의해 선체(H) 내벽과 연결되고, 1차 및 2차 밀봉벽(40, 20)에 가해지는 각종 하중(예컨대, 저장탱크 내부에 수용되는 LNG의 하중, 극저온 상태의 LNG에 의한 열변형, LNG의 슬로싱 현상에 의해 야기하는 슬로싱 하중 등)이 인바튜브(50)에 의해 탱크 선체(H)으로 전달되는 구조이다.
이와 같이 종래 NO 96형 저장탱크에 적용되는 인바튜브(50)는, 수평방향으로 설치되는 밀봉벽과 수직방향으로 설치되는 밀봉벽이 교차되는 저장탱크의 코너부에 설치되며, 1차 밀봉벽(40)과 2차 밀봉벽(20)이 동시에 연결되기 위하여 '#' 형상의 격자 구조를 가진다. 종래 인바튜브(50)의 구체적인 구조는 도 3에서 확인할 수 있다.
그런데 종래의 인바튜브(50)는 복잡한 '#' 형상으로 인하여 제작이 쉽지 않고, 인바튜브(50)와 선체(H) 사이 그리고 인바튜브(50) 내부에 구조물의 지지를 위한 단열박스(51)의 설치가 매우 복잡해지는 문제를 가지고 있다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 밀봉벽을 선체 내벽에 연결시키는 구조물로서 격자 구조를 가지는 종래의 인바튜브 대신에 단일의 십(十)자 구조를 가지는 크로스 커넥터를 제공함으로써, 액화가스 저장탱크의 코너부에 구축되는 단열시스템의 구조를 단순화시키는 것을 기술적 과제로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선체 내벽 상에 배치되는 2차 단열층과, 상기 2차 단열층의 상부에 설치되며 금속 멤브레인으로 이루어지는 2차 밀봉벽과, 상기 2차 밀봉벽 상에 배치되는 1차 단열층과, 상기 1차 단열층의 상부에 설치되며 금속 멤브레인으로 이루어지는 1차 밀봉벽을 포함하는 이중 방벽(double barrier) 구조의 액화가스 저장탱크에 있어서, 상기 액화가스 저장탱크의 수평방향 내벽과 수직방향 내벽이 만나는 코너 부위에 설치되며, 상기 2차 밀봉벽과 연결되어 상기 2차 밀봉벽에 작용하는 하중을 선체로 전달하는 크로스 커넥터를 포함하고, 상기 크로스 커넥터는, 일단부는 선체 내벽에 고정되고 타단부는 수평방향으로 설치되는 2차 밀봉벽의 끝단부가 용접에 의해 연결되는 제1 플레이트와, 일단부는 선체 내벽에 고정되고 타단부는 수직방향으로 설치되는 2차 밀봉벽의 끝단부가 용접에 의해 연결되는 제2 플레이트를 포함하되, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트가 서로 직교하여 십(十)자 형태의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 제공될 수 있다.
상기 2차 단열층은, 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재의 상면과 하면 중 적어도 하나에 플라이우드로 이루어지는 보호판이 접착된 형태로 마련되는 다수개의 2차 단열패널로 구성될 수 있다.
상기 2차 밀봉벽은, 인바 플랫 멤브레인(invar flat membrane)으로 이루어질 수 있다.
상기 1차 단열층은, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재의 상면과 하면 중 적어도 하나에 플라이우드로 이루어지는 보호판이 접착된 형태로 마련되는 다수개의 1차 단열패널로 구성될 수 있다.
상기 1차 밀봉벽은, 다수의 파형 주름(corrugation)을 가지는 주름 멤브레인(corrugated membrane)으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 상기 크로스 커넥터와 상기 선체 사이에 배치되어 상기 크로스 커넥터를 지지하는 2차 코너부재; 및 상기 크로스 커넥터의 교차 지점이 이루는 코너 부위에 설치되는 1차 코너부재를 더 포함할 수 있다.
상기 2차 코너부재는, 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울을 채운 단열박스 형태 또는 폴리우레탄 폼과 플라이우드를 복합 적층시킨 단열패널 형태로 마련될 수 있다.
상기 1차 코너부재는, 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울을 채운 단열박스 형태 또는 폴리우레탄 폼과 플라이우드를 복합 적층시킨 단열패널 형태로 마련될 수 있다.
상기 1차 코너부재는, 상기 크로스 커넥터에 의해 지지되는 외측 벽면과 상기 1차 밀봉벽과 연결되는 내측 벽면이 각각 90°로 절곡되어 'ㄴ' 형태의 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 1차 코너부재는, 가운데 배치되어 상기 크로스 커넥터에 의해 직접적으로 지지되는 제1 블럭; 상기 제1 블럭에서 수평방향으로의 측부에 결합되는 제2 블럭; 상기 제1 블럭에서 수직방향으로의 측부에 결합되는 제3 블럭; 및 상기 제1 블럭 내지 상기 제3 블럭에 의해 구성되는 상기 1차 코너부재의 내측 절곡면에 설치되어, 상기 1차 밀봉벽이 용접에 의해 연결되는 코너스틸을 포함할 수 있다.
상기 제1 블럭은, 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울을 채운 단열박스 형태 또는 압축목재로 마련되고, 상기 제2 및 제3 블럭은, 폴리우레탄 폼과 플라이우드를 복합 적층시킨 단열패널 형태로 마련될 수 있다.
상기 코너스틸은 스테인리스강 또는 인바 재질의 플레이트로 마련되되, 상기 1차 코너부재의 내측 절곡면과 대응되는 각도로 절곡될 수 있다.
상기 제1 블럭에서 상기 액화가스 저장탱크의 내측 방향을 향하는 모서리 부분은 라운드지게 형성되고, 상기 코너스틸의 절곡부는 상기 제1 블럭의 내측면과 동일한 곡률을 가지면서 라운드지게 절곡될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체 내벽 상에 배치되는 2차 단열층과, 상기 2차 단열층의 상부에 설치되며 금속 멤브레인으로 이루어지는 2차 밀봉벽과, 상기 2차 밀봉벽 상에 배치되는 1차 단열층과, 상기 1차 단열층의 상부에 설치되며 금속 멤브레인으로 이루어지는 1차 밀봉벽을 포함하는 이중 방벽(double barrier) 구조의 액화가스 저장탱크에 있어서, 상기 2차 밀봉벽은 인바 플랫 멤브레인(invar flat membrane)으로 구성하되, 상기 액화가스 저장탱크의 코너부에 상기 2차 밀봉벽의 양 끝단이 연결되는 십(十)자 구조의 크로스 커넥터를 설치하여, 상기 2차 밀봉벽에 가해지는 하중은 상기 크로스 커넥터를 통해 선체로 전달되도록 구성하고, 상기 1차 밀봉벽은 주름 멤브레인(corrugated membrane)으로 구성하여, 상기 1차 밀봉벽에 가해지는 하중은 상기 1차 밀봉벽 측에서 자체적으로 흡수하도록 구성하는 것을 특징으로 하는, 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 밀봉벽을 선체 내벽에 연결시키기 위해 액화가스 저장탱크의 코너부에 설치되는 구조물을 종래의 격자 형태와는 다른 단일의 십(十)자 형태로 제공함으로써, 액화가스 저장탱크의 코너부에 구축되는 단열시스템의 구조가 단순화되는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 코너부에 설치되는 연결 구조물의 형상이 단순화됨에 따라 제작이 용이할 뿐만 아니라, 연결 구조물의 주변에 배치되는 단열재의 설치 작업이 용이해져 생산성이 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 종래 NO 96형 저장탱크의 코너부 구조를 나타낸 내부사시도이다.
도 2는 종래 NO 96형 저장탱크의 코너부 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 3은 종래 NO 96형 저장탱크의 코너부에 설치되는 인바튜브만 따로 도시한 것으로서, (a)는 사시도, (b)는 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부 구조를 나타낸 내부사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 설치되는 크로스 커넥터만 따로 도시한 것으로서, (a)는 사시도, (b)는 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 설치되는 1차 코너부재만 따로 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 구성되는 단열시스템의 설치 순서를 설명하기 위한 도면으로, 제1 설치과정을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 구성되는 단열시스템의 설치 순서를 설명하기 위한 도면으로, 제2 설치과정을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 구성되는 단열시스템의 설치 순서를 설명하기 위한 도면으로, 제3 설치과정을 나타낸 것이다.
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 해상을 통해 LNG를 원거리 수송하기 위한 LNGC(LNG Carrier)나 LNG를 연료로 하여 추진하는 LFS(LNG Fueled Ship)과 같이 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.
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 개념으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 '1차' 및 '2차'라는 용어의 사용은, 화물창에 저장된 LNG를 기준으로 LNG를 1차적으로 밀봉 또는 단열하는 기능을 하는 것인지, 2차적으로 밀봉 또는 단열하는 기능을 하는 것인지에 대한 구분 기준으로 구사된 것이다.
또한, 관례상 탱크의 요소에 적용된 용어 '상부' 또는 '위'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 내측을 향하는 방향을 가리키는 것이고, 마찬가지로, 용어 '하부' 또는 '아래'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 외측을 향하는 방향을 가리키는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부 구조를 나타낸 내부사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부 구조를 나타낸 측단면도이다. 도 6은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 설치되는 크로스 커넥터만 따로 도시한 것으로서, (a)는 사시도, (b)는 측면도이다. 도 7은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 설치되는 1차 코너부재만 따로 도시한 사시도이다. 그리고 도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 구성되는 단열시스템의 설치 순서를 설명하기 위한 도면으로, 각각 제1 설치과정, 제2 설치과정, 제3 설치과정을 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크는, 선체(H) 내벽에 배치되는 2차 단열층(100), 2차 단열층(100)의 상부에 설치되는 2차 밀봉벽(200), 2차 밀봉벽(200) 상에 배치되는 1차 단열층(300), 그리고 1차 단열층(300)의 상부에 설치되는 1차 밀봉벽(400)이 순차적으로 적층되는 이중 방벽(double barrier) 구조로 이루어짐을 알 수 있다. 참고로, 도 4는 저장탱크의 코너부에 설치되는 연결 구조를 자세히 나타내기 위하여 단열층(100, 300)의 구성을 제외하고 도시한 것이다.
2차 단열층(100)은 폴리우레탄 폼(PUF)과 플라이우드(plywood)가 복합된 형태의 2차 단열패널(110)로 구성될 수 있다. 구체적으로는, 2차 단열패널(110)은 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재의 상면이나 하면 혹은 상하면 모두에 플라이우드로 이루어지는 보호판이 접착된 샌드위치 패널(sandwich panel)로 마련될 수 있으며, 다수개의 2차 단열패널(110)이 선체(H) 내벽에 연속적으로 배열되어 2차 단열층(100)을 구성할 수 있다. 여기서, 보호판의 소재로서 플라이우드 대신에 섬유강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastics)과 같은 복합재료(composite material)를 적용할 수도 있다.
2차 단열패널(110)은 선체(H) 내벽에 레진(resin)과 같은 접착제와 스터드(stud)를 이용하여 고정될 수 있다.
2차 밀봉벽(200)은 편평한 형태의 인바 플랫 멤브레인(invar flar membrane)으로 이루어질 수 있다. 구체적으로는, 길게 연장되는 복수의 인바 스트레이크(invar strake)가 2차 단열층(100)의 상부에 연속적으로 배치됨으로써 2차 밀봉벽(200)을 구성할 수 있으며, 이때 인바 스트레이크의 가장자리가 2차 단열패널(110)의 상부에 설치되는 텅(tongue) 부재에 연속적으로 용접됨으로써 밀봉을 구성할 수 있다.
1차 단열층(300)은 2차 단열층(100)과 유사하게 폴리우레탄 폼과 플라이우드가 복합된 형태의 1차 단열패널(310)로 구성될 수 있다. 구체적으로는, 1차 단열패널(310)은 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재의 상면이나 하면 혹은 상하면 모두에 플라이우드 또는 복합재료로 이루어지는 보호판이 접착된 샌드위치 패널로 마련될 수 있으며, 다수개의 1차 단열패널(310)이 2차 밀봉벽(200)의 상부에 연속적으로 배열되어 1차 단열층(300)을 구성할 수 있다.
1차 단열패널(310)은, 2차 단열패널(110)과의 사이에 2차 밀봉벽(200)이 개재된 상태에서, 2차 단열패널(110)의 상부에 구비되는 고정장치(미도시)에 의해 고정됨으로써 2차 밀봉벽(200)의 상부에 밀착되게 설치될 수 있다.
1차 밀봉벽(400)은 2차 밀봉벽(200)과 유사하게 인바 플랫 멤브레인으로 이루어지거나, 또는 다수의 파형 주름(corrugation)을 가지는 주름 멤브레인(corrugated membrane)으로 이루어질 수 있다. 이때 1차 밀봉벽(400)을 구성하는 멤브레인의 소재로는 스테인리스강(SUS)이나 고망간강(high manganese steel) 등의 저온강이 적용될 수 있다.
다만, 1차 밀봉벽(400)은 저장탱크 내부에 수용되는 액화가스와 직접적으로 접촉하는 부위이므로 열수축에 대한 대응이 2차 밀봉벽(200)보다 중요하다. 또한, 본 발명에서 후술하는 크로스 커넥터(500)에는 2차 밀봉벽(200)만 연결되기 때문에 1차 밀봉벽(400)에 작용하는 하중은 선체(H)로 전달하기 힘든 구조임을 고려하면, 1차 밀봉벽(400)은 자체적으로 열수축을 흡수할 수 있도록 주름 멤브레인으로 제공되는 것이 유리할 것이다.
구체적으로는, 자체적으로 주름을 포함하는 복수의 멤브레인 시트(membrane sheet)가 1차 단열층(300)의 상부에 연속적으로 배치됨으로써 1차 밀봉벽(400)을 구성할 수 있다. 멤브레인 시트는 1차 단열패널(310)의 상부에 설치되는 앵커 스트립(anchor strip)에 빈틈 없이 용접될 수 있고, 서로 이웃하는 멤브레인 시트의 가장자리가 서로 겹치기 용접됨으로써 밀봉을 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에는, 2차 밀봉벽(200)을 선체(H) 내벽과 연결하기 위한 구조물로서, 십(十)자 형태의 단면 형상을 가지는 크로스 커넥터(Cross Connector)(500)가 설치될 수 있다.
크로스 커넥터(500)는 저장탱크의 코너부에서 선체(H) 내부 선각을 따라 설치되며, 수평방향 및 수직방향으로 설치되는 2차 밀봉벽(200)과 각각 연결되어 2차 밀봉벽(200)에 가해지는 각종 하중을 선체(H)로 전달한다.
종래의 NO 96형 저장탱크(도 1 내지 3 참조)에서 인바튜브(50)가 격자 구조로 마련되는 것과는 달리, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크에 설치되는 크로스 커넥터(500)는 단일의 십(十)자 구조로 마련된다. 크로스 커넥터(500)의 구체적인 구조는 도 6에서 확인할 수 있다.
이와 같이 크로스 커넥터(500)를 '#' 형상이 아닌 십(十)자 형상의 구조로 마련하는 본 발명은, 전술한 바와 같이 1차 밀봉벽(400)이 열수축에 대응이 용이한 주름 멤브레인으로 이루어지는 경우에 더욱 바람직하게 적용될 수 있다.
즉, 본 발명은 인바 멤브레인으로 이루어지는 2차 밀봉벽(200)에 가해지는 하중은 크로스 커넥터(500)를 통해 선체(H)로 전달되도록 구성하고, 1차 밀봉벽(400)에 가해지는 하중은 1차 밀봉벽(400) 측에서 자체적으로 흡수하여 대응이 가능하도록 구성할 수 있다.
다만, 본 발명이 이에 제한되거나 한정되는 것은 아니며, 구조 해석에 의해 저장탱크의 코너부에 작용하는 하중이 크지 않은 경우 또는 저장탱크의 코너부에 1차 밀봉벽(400)에 가해지는 하중을 흡수할 수 있도록 별도의 장치를 마련하는 경우에는, 1차 밀봉벽(400)을 편평한 형태의 인바 멤브레인으로 마련할 수도 있음은 물론이다.
한편, 본 발명에서 2차 밀봉벽(200)은 열수축 계수가 작은 인바 멤브레인으로 이루어지기에, 2차 밀봉벽(200)을 지지하는 2차 단열층(100)의 강성이 너무 약해서는 안된다.
이에 본 발명은 2차 단열층(100)을 구성하는 2차 단열패널(110)의 단열재로서 폴리우레탄 폼의 강도를 향상시킨 강화 폴리우레탄 폼(R-PUF)을 적용하여 2차 단열층(100)의 강성을 보완할 수 있다. 구체적으로, 2차 단열패널(110)의 단열재는, 바람직하게는 130kg/m3 이상의 밀도를 가지는 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어질 수 있으며, 더욱 바람직하게는 170kg/m3 내지 210kg/m3 의 밀도를 가지는 고밀도 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어질 수 있다.
또한, 경우에 따라서는 2차 단열패널(110)을 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울(glass wool) 등의 단열재를 채운 단열박스 형태로 마련하여, 2차 단열층(100)을 박스 타입(box type)의 단열층으로 구성하는 것도 가능하다.
본 발명에서 1차 밀봉벽(400)은 극저온의 액화가스에 의한 열수축을 주름에서 흡수한다 하더라도 액화가스와 직접 접촉하는 부위이므로 열수축/이완이 반복적으로 일어날 수 있다.
따라서 1차 밀봉벽(400)을 지지하는 1차 단열층(300)은, 전술한 바와 같이 폴리우레탄 폼과 플라이우드(또는 복합재료)를 복합 적층시킨 패널 타입(panel type)의 단열층으로 구성되는 것이 바람직하다. 여기서 1차 단열층(300)을 구성하는 1차 단열패널(310)의 단열재로는 일반 폴리우레탄 폼과 강화 폴리우레탄 폼 중 어느 것을 사용하여도 무방하다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 종래에는 없던 신규한 형태의 크로스 커넥터(500)가 설치됨에 따라, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 구축되는 단열시스템 또한 구조가 변경 적용되어야 한다. 이하에서는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부 단열시스템의 구조를 상세히 설명한다.
먼저 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 설치되는 크로스 커넥터(500)는, 수평방향으로 연장되는 제1 플레이트(510)와 수직방향으로 연장되는 제2 플레이트(520)가 서로 직교하여 십(十)자 구조를 가진다.
이때, 제1 플레이트(510)와 제2 플레이트(520)가 교차하는 교차점(C)이 십(十)자 구조에서 정중앙에 형성되지 않고 저장탱크의 내측을 향하여 치우치게 형성된다. 이러한 크로스 커넥터(500)의 비대칭적인 구조는 2차 단열층(100)의 두께가 1차 단열층(300)의 두께보다 두껍게 형성되는 것에 기인하는 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 크로스 커넥터(500)는 앵커링 바(anchoring bar)와 같은 연결부재(A)에 의해 선체(H) 내벽에 고정되고, 2차 밀봉벽(200)의 양 끝단이 크로스 커넥터(500)에 용접에 의해 밀봉 연결된다.
크로스 커넥터(500)는 인바 소재의 구조물로 제작될 수 있으며, 크로스 커넥터(500)와 선체(H) 사이에는 크로스 커넥터(500)의 지지를 위하여 2차 코너부재(120)가 설치된다.
2차 코너부재(120)는 크로스 커넥터(500)를 지지하는 동시에 단열 기능을 수행할 수 있도록 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울 등의 단열재를 채운 단열박스 형태로 마련될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 만약 패널 타입으로도 충분한 지지가 가능한 경우에는 2차 코너부재(120)를 폴리우레탄 폼과 플라이우드를 복합 적층시킨 단열패널 형태로 마련할 수 있다. 또한, 2차 코너부재(120)를 단열패널 형태로 마련하는 경우에는, 2차 단열패널(110)과 인접하게 배치되는 2차 코너부재(120)를 굳이 따로 제작하여 배치하지 않고, 2차 단열패널(110)을 해당 위치에 배치하여 크로스 커넥터(500)를 지지하도록 구성할 수도 있다.
2차 코너부재(120)는 복수개로 마련되어 저장탱크의 코너부를 따라 연속적으로 배치될 수 있으며, 서로 이웃하는 2차 코너부재(120) 사이에 발생하는 갭(gap)에는 글라스울 등의 단열재가 삽입될 수 있다.
2차 코너부재(120)는 선체(H) 내벽에 설치되는 고정장치(S)에 의해 고정될 수 있다. 2차 코너부재(120)의 측면에는 고정장치(S)에 의해 가압될 수 있도록 클리트(cleat)(120c)가 돌출되게 설치될 수 있다. 2차 코너부재(120)는 고정장치(S)에 의해 인접하는 2차 단열패널(110)과 동시에 고정될 수 있으며, 고정장치(S)가 더블 커플러(double coupler) 형식으로 마련되는 경우에는 후술하는 1차 코너부재(320)의 고정도 함께 이루어질 수 있다.
크로스 커넥터(500)에 2차 밀봉벽(200)의 용접 연결이 이루어진 후, 크로스 커넥터(500)의 교차 지점이 이루는 코너 부위에는 1차 코너부재(320)가 설치된다.
1차 코너부재(320)는, 크로스 커넥터(500)에 의해 지지되는 외측 벽면이 90°로 절곡되고, 1차 밀봉벽(400)과 연결되는 내측 벽면 또한 90°로 절곡되어, 대략 'ㄴ' 형태의 단면 형상을 가질 수 있다.
이때 1차 코너부재(320)는 단면이 'ㄴ' 형상을 가지는 일체형으로 제작될 수도 있으나, 가공에 소요되는 시간 및 비용을 고려하여 3개의 부재로 나누어 제작된 후 조립되는 것이 바람직하다.
도 7을 참조하면, 1차 코너부재(320)는, 가운데 배치되는 제1 블럭(321)과 제1 블럭(321)에서 수평방향 및 수직방향으로의 측부에 각각 결합되는 제2 블럭(322) 및 제3 블럭(323)을 포함할 수 있다.
본 발명에서 1차 코너부재(320)는 1차 밀봉벽(400)의 굽힘 하중을 지지하기 위하여 강도가 높은 단열박스 형태(플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울 등의 단열재를 채운 형태)로 제작하거나 두꺼운 압축목재를 사용하여 제작될 수 있다. 다만, 구조 해석을 통하여 요구되는 강도가 크지 않은 경우에는 1차 코너부재(320)를 단열패널 형태(폴리우레탄 폼과 플라이우드를 복합 적층시킨 형태)로 제작하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은 1차 코너부재(320)를 3개의 부재(321, 322, 323)으로 분할 제작함에 따라, 1차 밀봉벽(400)의 굽힘 하중을 직접적으로 받는 제1 블럭(321)은 단열박스 또는 압축목재로 제작하고, 제1 블럭(321)의 측부에 배치되는 제2 및 제3 블럭(322, 323)은 단열패널로 제작하여, 강도와 단열성능의 측면을 모두 고려하여 유리한 형태로 1차 코너부재(320)를 제공할 수 있다.
여기서 제1 블럭(321)은 생산에 유리하도록 단순 육면체 형태로 마련될 수도 있으나, 액화가스 저장탱크의 코너부가 극저온에 의한 열하중과 슬로싱 하중 등이 국부적으로 집중되는 부위임을 고려하여, 하중에 유연한 대처가 가능하도록 저장탱크의 내측 방향을 향한 모서리 부분이 라운드지게 형성될 수 있다.
제2 및 제3 블럭(322, 323)의 길이방향 양 측부 하단에 돌출되게 형성되는 돌출부(322c, 323c)는, 더블 커플러 형식으로 마련되는 고정장치(S)(도 5 참조)에 의해 가압되는 부위를 제공하기 위해 마련되는 구성이다.
제1 내지 제3 블럭(321, 322, 323)의 조합으로 이루어지는 1차 코너부재(320)의 내측 절곡면에는, 1차 밀봉벽(400)의 용접 연결을 위해 코너스틸(corner steel)(324)이 설치될 수 있다.
코너스틸(324)은 스테인리스강 또는 인바 소재의 플레이트로 마련될 수 있으며, 1차 코너부재(320)의 내측 절곡면과 대응되는 각도로 절곡된 형태로 마련될 수 있다. 제1 블럭(321)의 모서리 부분이 라운드지게 형성되는 경우에는, 코너스틸(324)의 절곡부도 제1 블럭(321)의 내측면과 동일한 곡률을 가지면서 라운드지게 절곡될 수 있다.
또한, 1차 코너부재(320)는, 저장탱크 코너부에서의 지지강도 보강의 목적으로 코너스틸(324)의 하측으로 돌출되게 형성되는 스티프너(stiffener)(325)를 포함할 수 있다.
스티프너(325)는 코너스틸(324)과 동종의 재질로 마련되어 코너스틸(324)의 하면에 용접에 의해 연결될 수 있으며, 적어도 하나 이상이 일정한 간격을 이루며 설치될 수 있다.
코너스틸(324)은 1차 코너부재(320)의 상부에 리벳(rivet), 스크류(screw) 등의 체결부재 또는 접착제에 의해 고정될 수 있으며, 1차 코너부재(320)의 상부에는 스티프너(325)의 삽입을 위한 삽입홈이 형성될 수 있다.
코너스틸(324)에는 1차 밀봉벽(400)의 끝단이 용접에 의해 밀봉 연결된다. 이때 1차 밀봉벽(400)이 주름을 포함하는 주름 멤브레인으로 이루어지는 경우에는, 주름의 밀봉 마감을 위하여 엔드캡(end cap)이나 앵글피스(angle piece)와 같은 주름마감부재가 추가로 설치될 수 있다.
1차 코너부재(320)는 복수개로 마련되어 액화가스 저장탱크의 코너부를 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 이때 1차 밀봉벽(400)의 구조에 따라 1차 코너부재(320)의 길이가 결정될 수 있다. 구체적으로는 1차 밀봉벽(400)이 주름 멤브레인으로 이루어지는 경우에는 주름의 간격을 고려하여, 1차 밀봉벽(400)이 플랫 멤브레인으로 이루어지는 경우에는 1차 밀봉벽(400)의 설치를 위해 1차 단열층(300)의 상부에 설치되는 텅 부재의 간격을 고려하여 1차 코너부재(320)의 길이가 결정될 수 있다. 서로 이웃하는 1차 코너부재(320) 사이에 발생하는 갭에는 글라스울 등의 단열재가 삽입될 수 있다.
본 발명에서 1차 코너부재(320)는 액화가스 저장탱크 내부로 투입되기 전에 외부에서 미리 조립이 이루어질 수 있으며, 제1 내지 제3 블럭(321, 322, 323)과 코너스틸(324)의 결합이 모두 이루어진 일체의 상태로 액화가스 저장탱크 내부로 투입 및 설치가 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 액화가스 저장탱크의 코너부에 설치되는 크로스 커넥터(500)가 2차 밀봉벽(200)과만 연결되므로, 종래 NO 96형 저장탱크에서 인바튜브가 격자 형태를 가지는 것과는 달리 단일의 십(十)자 구조로 마련되면 족하고, 따라서 액화가스 저장탱크의 단열시스템의 코너부 구조가 단순화되는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 코너부에 설치되는 연결 구조물인 크로스 커넥터(500)의 형상이 단순화됨에 따라 제작이 용이할 뿐만 아니라, 크로스 커넥터(500)의 주변에 배치되는 단열재의 설치 작업이 용이해져 생산성이 향상되는 효과가 있다.
더불어, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 단열층(100, 300)을 박스 타입의 단열층 대신 패널 타입의 단열층으로 구성하는 것이 가능하여 단열성능이 향상되는 효과가 있다.
이하에서는 도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 구성되는 단열시스템의 설치 순서에 대하여 설명한다.
먼저 도 8을 참조하면, 저장탱크의 수평방향 내벽과 수직방향 내벽이 만나는 코너부에 2차 코너부재(120)를 설치하고, 2차 코너부재(120)의 상부에 지지되도록 크로스 커넥터(500)를 설치한다. 이때 크로스 커넥터(500)는 선체(H) 내벽에 기용접된 앵커링 바(A)에 용접된다.
크로스 커넥터(500)의 설치가 완료되면, 도 9에 도시된 바와 같이, 크로스 커넥터(500)와 선체(H) 내벽 사이의 남는 공간에 2차 코너부재(120)를 마저 설치한다. 2차 코너부재(120)는 측면의 클리트(120c)가 선체(H) 내벽에 설치되는 고정장치(S)(도 5 참조)에 의해 가압됨으로써 선체(H) 내벽에 고정될 수 있다. 이때 2차 코너부재(120)는 고정장치(S)에 의해 인접하는 2차 단열패널(110)과 동시에 고정될 수 있으며, 고정장치(S)가 더블 커플러형식으로 마련되는 경우에는 후술하는 1차 코너부재(320)의 고정도 함께 이루어질 수 있다.
그리고, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 2차 단열층(100)의 설치가 이루어진다. 2차 단열층(100)의 설치는 다수개의 2차 단열패널(110)을 선체(H) 내벽에 레진 및 스터드를 이용하여 고정하는 작업으로 수행될 수 있다.
2차 단열층(100)의 설치가 완료되면, 2차 단열층(100)의 상부에 2차 밀봉벽(200)을 설치하는 작업이 수행된다. 이때 2차 밀봉벽(200)의 양 끝단은 크로스 커넥터(500)에 용접에 의해 연결된다.
2차 밀봉벽(200)의 설치가 완료되면, 도 10에 도시된 바와 같이, 크로스 커넥트(500)의 교차 지점이 이루는 코너 부위에 1차 코너부재(320)를 설치한다. 이때 1차 코너부재(320)는 전술한 더블 커플러 형식의 고정장치(S)(도 5 참조)에 의해 2차 코너부재(120)와 함께 선체(H) 내벽에 고정될 수 있다.
그리고, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 1차 단열층(300)의 설치가 이루어진다. 1차 단열층(300)의 설치는 다수개의 1차 단열패널(310)을 2차 단열패널(110)의 상부에 마련되는 고정장치(미도시)에 고정시키는 작업으로 수행될 수 있다.
1차 단열층(300)의 설치가 완료되면, 1차 단열층(300)의 상부에 1차 밀봉벽(400)을 설치하는 작업이 수행된다. 이때 1차 밀봉벽(400)의 양 끝단은 1차 코너부재(320)의 상부에 배치되는 코너스틸(324)에 용접에 의해 연결되며, 1차 밀봉벽(400)이 주름 멤브레인으로 이루어지는 경우에는 주름을 마감하는 작업이 추가로 수행될 수 있다.
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 : 2차 단열층
110 : 2차 단열패널 120 : 2차 코너부재
200 : 2차 밀봉벽
300 : 1차 단열층
310 : 1차 단열패널 320 : 1차 코너부재
321 : 제1 블럭 322 : 제2 블럭
323 : 제3 블럭 324 : 코너스틸
325 : 스티프너
400 : 1차 밀봉벽
500 : 크로스 커넥터
510 : 제1 플레이트 520 : 제2 플레이트

Claims (14)

  1. 선체 내벽 상에 배치되는 2차 단열층과, 상기 2차 단열층의 상부에 설치되며 금속 멤브레인으로 이루어지는 2차 밀봉벽과, 상기 2차 밀봉벽 상에 배치되는 1차 단열층과, 상기 1차 단열층의 상부에 설치되며 금속 멤브레인으로 이루어지는 1차 밀봉벽을 포함하는 이중 방벽(double barrier) 구조의 액화가스 저장탱크에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크의 수평방향 내벽과 수직방향 내벽이 만나는 코너 부위에 설치되며, 상기 2차 밀봉벽과 연결되어 상기 2차 밀봉벽에 작용하는 하중을 선체로 전달하는 크로스 커넥터를 포함하고,
    상기 크로스 커넥터는, 일단부는 선체 내벽에 고정되고 타단부는 수평방향으로 설치되는 2차 밀봉벽의 끝단부가 용접에 의해 연결되는 제1 플레이트와, 일단부는 선체 내벽에 고정되고 타단부는 수직방향으로 설치되는 2차 밀봉벽의 끝단부가 용접에 의해 연결되는 제2 플레이트를 포함하되, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트가 서로 직교하여 십(十)자 형태의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차 단열층은, 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재의 상면과 하면 중 적어도 하나에 플라이우드로 이루어지는 보호판이 접착된 형태로 마련되는 다수개의 2차 단열패널로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 2차 밀봉벽은, 인바 플랫 멤브레인(invar flat membrane)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 1차 단열층은, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재의 상면과 하면 중 적어도 하나에 플라이우드로 이루어지는 보호판이 접착된 형태로 마련되는 다수개의 1차 단열패널로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 1차 밀봉벽은, 다수의 파형 주름(corrugation)을 가지는 주름 멤브레인(corrugated membrane)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 크로스 커넥터와 상기 선체 사이에 배치되어 상기 크로스 커넥터를 지지하는 2차 코너부재; 및
    상키 크로스 커넥터의 교차 지점이 이루는 코너 부위에 설치되는 1차 코너부재를 더 포함하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 2차 코너부재는, 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울을 채운 단열박스 형태 또는 폴리우레탄 폼과 플라이우드를 복합 적층시킨 단열패널 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 1차 코너부재는, 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울을 채운 단열박스 형태 또는 폴리우레탄 폼과 플라이우드를 복합 적층시킨 단열패널 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 1차 코너부재는, 상기 크로스 커넥터에 의해 지지되는 외측 벽면과 상기 1차 밀봉벽과 연결되는 내측 벽면이 각각 90°로 절곡되어 'ㄴ' 형태의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 1차 코너부재는,
    가운데 배치되어 상기 크로스 커넥터에 의해 직접적으로 지지되는 제1 블럭;
    상기 제1 블럭에서 수평방향으로의 측부에 결합되는 제2 블럭;
    상기 제1 블럭에서 수직방향으로의 측부에 결합되는 제3 블럭; 및
    상기 제1 블럭 내지 상기 제3 블럭에 의해 구성되는 상기 1차 코너부재의 내측 절곡면에 설치되어, 상기 1차 밀봉벽이 용접에 의해 연결되는 코너스틸을 포함하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 블럭은, 플라이우드 박스 내부에 펄라이트 분말 또는 글라스울을 채운 단열박스 형태 또는 압축목재로 마련되고,
    상기 제2 및 제3 블럭은, 폴리우레탄 폼과 플라이우드를 복합 적층시킨 단열패널 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 코너스틸은 스테인리스강 또는 인바 재질의 플레이트로 마련되되, 상기 1차 코너부재의 내측 절곡면과 대응되는 각도로 절곡되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 블럭에서 상기 액화가스 저장탱크의 내측 방향을 향하는 모서리 부분은 라운드지게 형성되고,
    상기 코너스틸의 절곡부는 상기 제1 블럭의 내측면과 동일한 곡률을 가지면서 라운드지게 절곡되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  14. 선체 내벽 상에 배치되는 2차 단열층과, 상기 2차 단열층의 상부에 설치되며 금속 멤브레인으로 이루어지는 2차 밀봉벽과, 상기 2차 밀봉벽 상에 배치되는 1차 단열층과, 상기 1차 단열층의 상부에 설치되며 금속 멤브레인으로 이루어지는 1차 밀봉벽을 포함하는 이중 방벽(double barrier) 구조의 액화가스 저장탱크에 있어서,
    상기 2차 밀봉벽은 인바 플랫 멤브레인(invar flat membrane)으로 구성하되, 상기 액화가스 저장탱크의 코너부에 상기 2차 밀봉벽의 양 끝단이 연결되는 십(十)자 구조의 크로스 커넥터를 설치하여, 상기 2차 밀봉벽에 가해지는 하중은 상기 크로스 커넥터를 통해 선체로 전달되도록 구성하고,
    상기 1차 밀봉벽은 주름 멤브레인(corrugated membrane)으로 구성하여, 상기 1차 밀봉벽에 가해지는 하중은 상기 1차 밀봉벽 측에서 자체적으로 흡수하도록 구성하는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
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