KR20210082678A - 액화가스 저장탱크의 펌프타워 - Google Patents

액화가스 저장탱크의 펌프타워 Download PDF

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KR20210082678A
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이희정
이민헌
장진열
오훈택
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

액화가스 저장탱크의 펌프타워가 개시된다. 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 펌프타워는, 액화가스 저장탱크의 상부에 개구부 형태로 마련되는 돔에 장착되는 구조물로서 내부가 중공으로 마련되되 상부가 폐쇄되어 개구부를 밀폐시키는 돔 하우징; 및 외부로부터 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 유입시키는 배관으로서 돔 하우징을 관통하여 액화가스 저장탱크의 내부로 연장되며 하단부가 액화가스 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트에 직접적으로 고정되어 펌프타워에 작용하는 하중에 대한 메인 서포트(main support) 역할을 하는 충전용 파이프를 포함하고, 상기 충전용 파이프는 메인 서포트 역할을 할 수 있도록 직경이 실제 유체 유동 용량보다 크게 설계되되, 충전용 파이프의 상측 일정 부분을 이중배관 구조로 마련하고, 충전용 파이프의 외부관을 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 분사하는 경로를 형성하는 스프레잉 파이프로 이용하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 저장탱크의 펌프타워 {Pump Tower of Liquefied Gas Storage Tank}
본 발명은 액화가스 저장탱크의 펌프타워에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기존의 대형 펌프타워보다 단순하고 가벼운 구조로 중/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 구조를 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, 중/소형으로 제작되는 LNG 저장탱크에는 매우 비효율적인 설계이다.
그러나 종래에는 중/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, 중/소형 LNG 저장탱크에는 대형 LNG 저장탱크에 적합하게 설계된 종래의 대형 펌프타워 구조물을 탑재하는 것이 용이하지 않고, 중/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 중/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 펌프타워 대비 단순하고 가벼운 구조의 펌프타워를 제안하고, 제안된 펌프타워에 적합하도록 고정 및 지지 구조 역시 새롭게 개선함으로써, 통합된 돔 구조물을 포함하는 중/소형 액화가스 저장탱크에 가장 최적화된 단열시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 저장탱크의 상부에 개구부 형태로 마련되는 돔에 장착되는 구조물로서, 내부가 중공으로 마련되되 상부가 폐쇄되어 상기 개구부를 밀폐시키는 돔 하우징; 및 외부로부터 상기 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 유입시키는 배관으로서, 상기 돔 하우징을 관통하여 상기 액화가스 저장탱크의 내부로 연장되며, 하단부가 상기 액화가스 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트에 직접적으로 고정되어 상기 펌프타워에 작용하는 하중에 대한 메인 서포트(main support) 역할을 하는 충전용 파이프를 포함하고, 상기 충전용 파이프는 메인 서포트 역할을 할 수 있도록 직경이 실제 유체 유동 용량보다 크게 설계되되, 상기 충전용 파이프의 상측 일정 부분을 이중배관 구조로 마련하고, 상기 충전용 파이프의 외부관을 상기 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 분사하는 경로를 형성하는 스프레잉 파이프로 이용하는 것을 특징으로 하는, 액화가스 저장탱크의 펌프타워가 제공될 수 있다.
상기 충전용 파이프는, 외부의 로딩장치와 연결되어 상기 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스의 충전시 액화가스의 유입 경로를 형성하는 내부관과, 상기 내부관을 둘러싸도록 설치되는 외부관으로서 상기 스프레잉 파이프를 포함하여 이중배관 구조로 마련되는 상부 주입관; 및 상기 상부 주입관의 하단에 연결되되, 상기 내부관과 연통되어 상기 내부관으로 공급되는 액화가스를 전달받아 상기 액화가스 저장탱크 내부로 충전시키는 하부 주입관을 포함할 수 있다.
상기 스프레잉 파이프는 상기 내부관을 통한 액화가스의 유입 경로와 별도의 액화가스 유입 경로를 가질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 저장탱크의 펌프타워는, 상기 스프레잉 파이프의 하단부에 직경이 확장된 원통 형태로 연결되는 확장관; 상기 확장관의 둘레를 따라 형성되는 복수의 분사부; 상기 분사부마다 다수로 형성되어 상기 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 분사하는 분사노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 확장관은 상기 스프레잉 파이프의 하단부와 연통되고, 상기 분사부는 상기 확장관과 연통될 수 있다.
상기 분사부는 상기 확장관의 둘레에 복수개가 방사상으로 형성될 수 있다.
상기 분사노즐은 인접하게 배치되는 파이프를 향하지 않고 상기 액화가스 저장탱크의 내측 공간을 향하여 액화가스를 분사할 수 있도록 분사 각도가 조절될 수 있다.
상기 분사노즐은 각각의 상기 분사부마다 2열 이상으로 배치될 수 있다.
상기 분사노즐은 각각의 상기 분사부마다 2 이상의 층을 이루어 배치될 수 있다.
상기 분사부는 상기 액화가스 저장탱크의 천장에 설치되는 1차 단열층의 레벨 하측에 근접하게 배치될 수 있다.
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, 충전용 파이프와 스프레잉 파이프를 이중배관 구조로 마련하는 본 발명에 의하면, 스프레잉 파이프를 설치하기 위한 공간이 최소화되어 돔 구조물의 크기를 줄이는 것이 가능하고, 이에 따라 돔 구조물을 통한 열 침입량이 감소되어 단열성능이 향상되는 효과가 있다.
더불어, 본 발명에 의하면, 액화가스 저장탱크 내에 펌프타워의 탑재가 용이하고 간편하게 이루어질 수 있도록 개선된 펌프타워 고정/지지 구조가 제공됨으로써, 용접에 대한 편의성이 증대되고 현장 시공 시간의 단축에 따라 생산성이 향상되는 효과를 도모할 수 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 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 펌프타워의 전체적인 구조를 나타낸 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 펌프타워의 상부 구조물인 돔 하우징에 각종 파이프들이 연결되는 구조를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 펌프타워에서 충전용 파이프의 연결부를 확대 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 펌프타워의 상측 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 펌프타워에 배치되는 스프레잉 파이프의 하단부 구조를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 펌프타워의 하부 구조를 나타낸 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 측면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 펌프타워의 하부 구조를 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 펌프타워가 베이스 서포트 상에 고정되는 구조를 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 펌프타워를 고정시키기 위해 베이스 서포트 상에 설치되는 고정장치의 결합 관계를 나타낸 사시도이다.
도 15는 본 발명에 따른 펌프타워가 베이스 서포트 상에 고정되는 구조를 나타낸 정면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 펌프타워가 베이스 서포트 상에 고정되는 구조를 나타낸 평면도이다.
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 중/소형 액화가스 저장탱크에 적합하게 설계된 것으로서, 소형 액화가스 저장탱크가 구비되는 선박에 바람직하게 적용될 수 있다. 여기서 중/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 정면도, 도 7은 본 발명에 따른 펌프타워의 상부 구조물인 돔 하우징에 각종 파이프들이 연결되는 구조를 나타낸 사시도, 도 8은 본 발명에 따른 펌프타워에서 충전용 파이프의 연결부를 확대 도시한 사시도, 도 9는 본 발명에 따른 펌프타워의 상측 내부 구조를 나타낸 단면도, 도 10은 본 발명에 따른 펌프타워에 배치되는 스프레잉 파이프의 하단부 구조를 나타낸 사시도이다.
그리고 도 11은 본 발명에 따른 펌프타워의 하부 구조를 나타낸 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 측면도이고, 도 12는 본 발명에 따른 펌프타워의 하부 구조를 나타낸 평면도, 도 13은 본 발명에 따른 펌프타워가 베이스 서포트 상에 고정되는 구조를 나타낸 사시도, 도 14는 본 발명에 따른 펌프타워를 고정시키기 위해 베이스 서포트 상에 설치되는 고정장치의 결합 관계를 나타낸 사시도, 도 15는 본 발명에 따른 펌프타워가 베이스 서포트 상에 고정되는 구조를 나타낸 정면도, 도 16은 본 발명에 따른 펌프타워가 베이스 서포트 상에 고정되는 구조를 나타낸 평면도이다.
도 6을 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, 이하 도면들에는 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 수도 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 개구부 형태의 통합 돔에 장착되는 돔 하우징(110)과, 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 주입하는 충전용 파이프(120)와, 액화가스 저장탱크 내부의 액화가스를 외부로 배출하는 한 쌍의 배출용 파이프(130)를 포함한다.
돔 하우징(110)은 내부가 중공인 원통 형태로 마련되어 통합 돔의 내주면에 밀착되게 장착될 수 있으며, 하부는 개방되어 각종 파이프들이 액화가스 저장탱크 내부로 연장되는 공간을 제공하고, 상부는 폐쇄되어 통합 돔을 밀폐시킨다.
돔 하우징(110)은 하단부가 통합 돔의 내주면에 밀착되게 설치되어 액화가스 저장탱크의 상부로 돌출되는 형태로 장착되며, 액화가스 저장탱크의 상부로 돌출되는 부위에는 각종 파이프들이 관통되게 연결되어 탱크 내부로 연장된다. 돔 하우징(110)은 내측에 수용되는 각종 파이프들을 고정시키고 이들을 둘러싸서 보호하는 역할을 한다.
돔 하우징(110)은 하단부 둘레면이 액화가스 저장탱크의 천장 외벽(내부 선각, inner hull)에 용접에 의해 고정됨으로써 밀폐를 구성하고, 이에 따라 액화가스 저장탱크 내부의 액화가스의 누출을 방지할 수 있다.
이때 돔 하우징(110)에서 액화가스 저장탱크의 외벽과 용접되는 하단부는 레벨링 작업을 위하여 두께가 증가된 슬리브(sleeve) 타입으로 제작될 수 있다. 이와 같이 돔 하우징(110)의 하단부를 슬리브 타입으로 마련하면, 액화가스 저장탱크 내에 펌프타워(100) 탑재시 돔 하우징(110)의 용접 부위를 상하로 조정하는 것이 가능하므로, 펌프타워(100)를 베이스 서포트(200) 상에 고정시킬 때 펌프타워(100)의 하단부와 베이스 서포트(200) 상부의 갭(gap)을 맞추기 위한 추가 작업이 필요하지 않다는 장점이 있다.
충전용 파이프(120)는 외부의 로딩장치에 연결되어 액화가스 저장탱크의 내부로 액화가스를 유입시키는 배관이다.
본 발명에서 충전용 파이프(120)는 돔 하우징(110)의 상부 중심을 관통하도록 설치되어 펌프타워(100)의 중앙부에 배치된다. 그리고 충전용 파이프(120)는 하단부가 후술하는 베이스 서포트(200)에 직접적으로 고정됨으로써, 펌프타워(100)에 작용하는 하중에 대한 메인 서포트(main support) 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 상단부에 벨로우즈(bellows) 구조를 적용한다.
우선, 충전용 파이프(120)의 유체 유동 용량은 액화가스의 충전(로딩)시 액화가스가 실제로 유동하는 양을 산정하는 것으로서, 충전 설비가 무엇인지에 따라 그리고 액화가스 저장탱크의 설계 용량에 따라 정해질 수 있는데, 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, 본 발명은 충전용 파이프(120)의 직경을 단순히 확장시키는데 그치지 않고, 직경이 확장된 충전용 파이프(120)를 이중배관 구조로 설계하고 외부관을 스프레잉 파이프(spraying pipe)로서 이용할 수 있다. 즉, 본 발명은 충전용 파이프(120)를 이중배관 구조로 설계하여 스프레잉 기능이 병합된 형태로 제공할 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 도 9 및 도 10을 참조하여 더욱 자세히 설명하도록 한다.
다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 충전용 파이프(120)가 돔 하우징(110)으로 관통 삽입되는 연결부에는 벨로우즈(141)가 설치되고, 벨로우즈(141)의 주변부에는 벨로우즈(141)를 잡아줄 수 있도록 보조 지지부재(142)가 추가로 설치되며, 충전용 파이프(120)의 상단부가 보조 지지부재(142)에 U자형 볼트(U-bolt)(143)에 의해 고정될 수 있다.
이와 같이 본 발명은, 1) 충전용 파이프(120)를 실제 유체 유동 용량보다 크게 설계하고, 2) 충전용 파이프(120)의 상단부에 벨로우즈 구조를 적용함으로써, 충전용 파이프(120)가 열수축 문제를 극복하고 주요 구조부재 역할을 할 수 있도록 한다.
다시 도 6을 참조하면, 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 발명에서 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 중/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 후술하는 펌프 고정용 거치대(320)에 장착되어 고정될 수 있다.
본 발명은 배출용 파이프(130)에 작용하는 열응력을 흡수할 수 있도록, 배출용 파이프(130)와 카고펌프(CP)의 연결부에 벨로우즈 구조를 적용하거나 또는 배출용 파이프(130)의 하단부를 U자형 굴곡 배관으로 구성할 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 펌프타워(100)에 구비되는 나머지 파이프들에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 펌프타워(100)는, 돔 하우징(110)의 일측면에 관통되게 연결되며 액화가스 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스(BOG)를 배출하는 가스 메인 파이프(151)와, 액화가스 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 탱크 내부로 리턴시키는 가스 리턴 파이프(152)를 더 포함할 수 있다. 가스 메인 파이프(151)를 통해 배출되는 증발가스는 선박에 구비되는 엔진의 연료로서 공급되거나 또는 벤트마스트(vent mast)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 펌프타워(100)는, 액화가스 저장탱크 내부를 허용 압력 내로 유지할 수 있도록 마련되는 압력유지 파이프(161, 162)와, 압력유지 파이프(161, 162)의 끝단에 설치되는 압력 밸브(pressure valve)의 음압을 상쇄시킬 필요가 발생하는 경우 증발가스를 배출시키기 위한 튜빙(turbing) 또는 배관 라인이 연결되는 매니폴더(mainfolder)(163)를 더 포함할 수 있다.
전술한 가스 메인 파이프(151)와 가스 리턴 파이프(152)는 필요시 증발가스의 배출 또는 인입을 위한 목적으로 마련되는 것이고, 압력유지 파이프(161, 162)의 경우에는 비상시 탱크를 보호하기 위한 목적으로 마련되는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 펌프타워(100)는, 샘플링(sampling)의 목적으로 액화가스 저장탱크 내부에 저장된 액화가스의 일부를 추출하는 제1 및 제2 샘플링 파이프(171, 172)와, 액화가스 저장탱크 내부에 저장된 액화가스의 온도를 측정하기 위한 제1 및 제2 온도 측정용 파이프(173, 174), 그리고 액화가스 저장탱크 내부에 저장된 액화가스의 수위를 측정하는 한 쌍의 레벨링 파이프(175, 176)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 샘플링 파이프(171)는 액화가스 저장탱크의 중간(middle) 지점에서 액화가스를 추출하도록, 제2 샘플링 파이프(172)는 액화가스 저장탱크 하부(bottom) 지점에서 액화가스를 추출하도록 설치될 수 있다.
유사하게, 제1 온도 측정용 파이프(173)는 액화가스 저장탱크의 중간 지점에서의 액화가스의 온도를 측정하도록, 제2 온도 측정용 파이프(174)는 액화가스 저장탱크의 하부 지점에서의 액화가스의 온도를 측정하도록 설치될 수 있다.
한 쌍의 레벨링 파이프(175, 176) 중 어느 하나에는, 액화가스 저장탱크의 내부 수위가 일정 수준 이상으로 증가하는 경우를 감지하여 알람을 발생시키는 레벨 알람(level alarm)이 설치될 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 펌프타워(100)는, 카고펌프(CP)에 전력을 공급하기 위한 케이블이 내부에 설치되는 전장 케이블용 파이프(180)와, 액화가스 저장탱크 내부에 고인 가스의 제거 및 액화가스 저장탱크 내부의 산소(O2) 가스 샘플링의 목적으로 설치되는 퍼징/샘플링 파이프(190)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 리퀴드 돔과 가스 돔을 하나의 돔 구조물(통합 돔)로 통합시키고, 액화가스 및 기화가스의 취급에 관련된 각종 파이프들을 돔 구조물에 최적 배치함으로써, 용접에 대한 편의성 증대와 설치 간소화라는 긍적적인 효과를 도모할 수 있다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 펌프타워(100)에서 스프레잉 기능이 병합된 이중배관 구조의 충전용 파이프(120)에 대하여 더 상세히 설명한다.
본 발명은 중/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 파이프를 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.
특히 본 발명은 충전용 파이프(120)가 주요 구조부재 역할을 할 수 있도록 실제로 내부를 흐르는 액화가스의 유량(유체 유동 용량)보다 더 큰 사이즈로 설계함에 있어서, 충전용 파이프(120)를 이중배관 구조로 설계하고 외부관을 스프레잉 파이프(122)로 이용함으로써, 충전용 파이프(120)에 로딩(loading) 기능과 스프레잉(spraying) 기능을 병합시키는 것을 특징으로 한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 충전용 파이프(120)는, 외부의 로딩장치와 연결되어 액화가스를 공급받는 내부관(121)과 내부관(121)을 둘러싸도록 설치되는 스프레잉 파이프(122)를 포함하여 이중배관 구조로 마련되는 상부 주입관; 및 상부 주입관의 하단에 연결되되 내부관(121)과 연통되어 내부관(121)으로 공급되는 액화가스를 전달받아 액화가스 저장탱크 내부로 충전시키는 하부 주입관(123)을 포함한다.
여기서 실제 유체 유동 용량보다 큰 직경으로 설계되는 것은 외부관을 구성하는 스프레잉 파이프(122)와 하부 주입관(123)이며, 내부관(121)은 실제 유체 유동 용량에 대응되는 사이즈로 설계될 수 있다.
돔 하우징(110)의 외측으로 돌출되는 내부관(121)의 일단부에는 제1 액화가스 유입구(121a)가 형성된다. 제1 액화가스 유입구(121a)는 액화가스 저장탱크에 액화가스를 선적(로딩)할 때 외부의 로딩장치와 연결되는 곳이다.
스프레잉 파이프(122)는 내부관(121)과의 사이에 공간이 형성되도록 내부관(121)의 외측 둘레에 형성되며, 돔 하우징(110)의 외측으로 돌출되는 부위의 일측면에 제2 액화가스 유입구(122a)가 형성된다.
즉, 본 발명에서 스프레잉 파이프(122)는, 액화가스의 로딩시 액화가스가 공급되는 제1 액화가스 유입구(121a)와는 별도의 액화가스 유입 경로를 통해 액화가스를 공급받아 저장탱크 내부에 분사하는 방식으로 공급할 수 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 펌프타워(100)는, 스프레잉 파이프(122)의 하단부에 직경이 확장된 원통 형태로 연결되는 확장관(124)과, 확장관(124)의 둘레를 따라 형성되는 복수의 분사부(125), 그리고 각각의 분사부(125)마다 다수로 형성되는 분사노즐(126)을 포함할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 충전용 파이프(120)와 일체로 형성되는 스프레잉 파이프(122)가 펌프타워(100)의 중앙부에 배치됨에 따라, 확장관(124)의 둘레에 방사상으로 설치되는 분사부(125)는 인접하는 파이프들 사이에 배치되게 된다.
이를 고려하여 본 발명은 분사부(125)에 형성되는 분사노즐(126)에 소정의 각도를 부여함으로써, 스프레잉 파이프(122)를 통해 공급되는 액화가스가 액화가스 저장탱크 내부에 고루 분사되도록 할 수 있다. 이때 소정의 각도는 분사노즐(126)의 분사 방향이 인접한 파이프를 향하지 않고 액화가스 저장탱크 내측의 빈 공간을 향하도록 하는 각도를 의미할 수 있다.
분사노즐(126)은 액화가스를 더 넓은 분사 각도로 저장탱크 내부에 분사할 수 있도록 2열 이상으로 배치될 수 있으며, 이때 2열 이상으로 배치되는 분사노즐(126)은 확장관(124)으로부터 분사부(125)가 돌출되는 방향을 따른 가상의 선에 대하여 서로 대향되는 각도를 가질 수 있다. 또한, 분사노즐(126)은 분사부(125) 상에 2 이상의 층으로 형성될 수도 있다. 도 10은 3개의 층으로 형성된 분사노즐(126)들이 2열 배치된 실시예를 도시한 것이다.
또한, 확장관(124)의 하부 및 분사부(125)의 하부에 분사노즐(126-a)이 추가 설치되어, 액화가스를 분사하는 용도 뿐만 아니라 드레인(drain)하는 용도로도 사용될 수 있다.
스프레잉 파이프(122)의 하단부에 형성되는 분사부(125)는. 액화가스 저장탱크의 내부 상측 영역으로 액화가스를 분사할 수 있도록 저장탱크의 상측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 분사부(125)는 액화가스 저장탱크의 천장에 설치되는 1차 단열층(primary insulation)의 레벨 하측에 근접하게 위치할 수 있다.
본 발명은 스프레잉 파이프(122)를 통해 액화가스를 액화가스 저장탱크 내부에 분사함으로써 액화가스 저장탱크의 내부 온도를 낮출 수 있다. 이와 같은 스프레잉 파이프(122)를 통한 액화가스의 분사는, 액화가스 저장탱크 내부에 액화가스의 선적이 이루어지기 전에 탱크 내부를 쿨다운시키기 위하여, 또는 선박의 운항 중에 액화가스 저장탱크 내부에서 증발가스가 발생하는 것을 억제하기 위하여 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이 충전용 파이프(120)를 이중배관 구조로 마련하여 스프레잉 파이프(122)의 기능을 겸하도록 하는 본 발명에 의하면, 스프레잉 파이프(122)의 설치를 위한 공간을 최소화할 수 있어 돔의 크기를 줄일 수 있고, 이것은 곧 곧 액화가스 저장탱크 내의 열 침입량 감소로 이어져 증발가스로 인해 손실되는 액화가스의 양을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 펌프타워(100)의 직상부에 스프레잉 파이프(122)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.
더불어, 본 발명에 의하면, 충전용 파이프(120) 및 스프레잉 파이프(122)의 핏업(fit up) 작업 및 구조물에 대한 지지대 용접 작업의 생략이 가능하여, 용접에 대한 편의성이 증대되고 현장 시공 시간의 단축에 따라 생산성이 향상되는 효과를 도모할 수 있다.
한편, 본 발명이 적용되는 중/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(122)의 기능을 고려하였을 때, 통합 돔을 액화가스 저장탱크의 상부 중앙에 위치시키는 것이 가장 유리할 수 있다.
이하에서는 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명에 따른 펌프타워(100)의 하부 구조에 대하여 설명한다.
먼저 도 11을 참조하면, 본 발명에서 충전용 파이프(120)는 펌프타워(100)의 중앙부에 배치되어 주요 구조부재 역할을 하고, 충전용 파이프(120)의 주변부에 설치되는 파이프들(173, 174, 175, 176, 180)은 충전용 파이프(120)의 외주면에 설치되는 지지 프레임(S)에 고정 및 지지된다.
이때 본 발명은 주요 구조부재 역할을 하는 충전용 파이프(120)에 열수축 발생시 다른 파이프들(173, 174, 175, 176, 180)에 영향이 미치는 것을 방지하기 위하여, 상기 파이프들(173, 174, 175, 176, 180)이 충전용 파이프(120)에 슬라이딩(sliding) 가능하게 지지되도록 한다.
구체적으로, 지지 프레임(S)은 충전용 파이프(120)의 외주면에 용접에 의해 부착되고, 대응되는 파이프가 관통 삽입되는 삽입홀을 포함할 수 있다. 지지 프레임(S)에 의해 지지되는 상기 파이프들(173, 174, 175, 176, 180)은 삽입홀 내에서 상하 방향으로 슬라이딩이 가능하도록, 즉 상하 방향으로의 구속 없이 수평 방향으로만 지지된다. 이때 지지 프레임(S)에 형성되는 삽입홀은 고정되는 해당 파이프의 직경에 대응되는 크기로 형성되되, 내주면에 슬라이딩시 마찰을 방지하는 슬라이딩 패드(sliding pad)가 부착되어 파이프의 매끄러운 슬라이딩을 유도할 수 있다. 슬라이딩 패드는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE: High Density PolyEthylene) 소재로 마련될 수 있다.
도 11 및 도 12를 계속 참조하면, 본 발명에 따른 펌프타워(100)는 하단부가 펌프타워 고정용 하우징(300)과 결합될 수 있다. 펌프타워 고정용 하우징(300)은 후술하는 베이스 서포트(200) 상에 직접적으로 고정 및 지지된다.
펌프타워 고정용 하우징(300)은 펌프타워(100)의 제작시 일체로 결합되어 생산될 수 있으며, 펌프타워(100)와 결합된 상태로 베이스 서포트(200) 상에 고정이 이루어짐으로써 액화가스 저장탱크 내에 펌프타워(100)의 탑재 작업이 간편하게 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에서 펌프타워 고정용 하우징(300)은 액화가스 저장탱크 내에 펌프타워(100)의 탑재가 간편하게 이루어질 수 있도록 마련되는 구성인데, 펌프타워 고정용 하우징(300)이 베이스 서포트(200) 상에 고정되는 내용에 대해서는 뒤에서 도 13 내지 도 16을 참조하여 더욱 자세히 설명하도록 한다.
펌프타워 고정용 하우징(300)은 본 발명의 펌프타워(100)에서 주요 구조부재 역할을 하는 충전용 파이프(120)의 하단부와 결합된다. 펌프타워 고정용 하우징(300)은 내부에 공간이 형성되는 육면체 형태의 구조물로 마련될 수 있으며, 내부 공간은 충전용 파이프(120)와 연통된다. 따라서 충전용 파이프(120)를 통해 공급되는 액화가스가 펌프타워 고정용 하우징(300)으로 전달될 수 있다.
그리고 펌프타워 고정용 하우징(300)의 하단부에는 충전용 파이프(120)를 통해 전달되는 액화가스를 액화가스 저장탱크 내부로 공급할 수 있도록 주입홀(310)이 형성된다. 주입홀(310)은 펌프타워 고정용 하우징(300)의 네 측면 중 적어도 2 이상의 측면에 형성될 수 있으며, 네 측면에 모두 형성될 수도 있다.
본 발명에서 펌프타워 고정용 하우징(300)은 펌프타워(100)에 작용하는 하중을 지지하는 동시에 액화가스의 극저온에 견딜 수 있도록 스테인리스강(SUS) 또는 저온강 재질로 마련되는 것이 바람직하다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 펌프타워 고정용 하우징(300)의 일측면에는 전술한 카고펌프(CP)를 지지하기 위하여 펌프 고정용 거치대(320)가 설치될 수 있다.
펌프 고정용 거치대(320)는, 펌프타워 고정용 하우징(300)의 일측면에 설치되되, 펌프타워 고정용 하우징(300)의 일측면에서 중앙 부분을 후술하는 고정장치(400)의 설치 공간 확보를 위해 남겨두고 양측 가장자리로부터 돌출되게 형성될 수 있다.
이와 같은 구조에 의해, 펌프타워(100)에 구비되는 카고펌프(CP)는 중앙부에 배치되는 충전용 파이프(120)를 기준으로 한 쪽으로 편심되게 배치된다.
이하에서는 도 13 내지 도 16을 참조하여, 펌프타워(100)가 액화가스 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트(200)에 의해 고정 및 지지되는 구조에 대하여 설명한다.
우선, 본 발명에서 베이스 서포트(200)는, 도 15에 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 중/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. 제1 플레이트(201)과 베이스 서포트(200)의 외주면 사이에는 제1 플레이트(201)의 강도를 보강하기 위한 보강부재(203)가 추가 설치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 펌프타워(100)의 하단부에 일체로 결합되는 펌프타워 고정용 하우징(300)을 제공함에 따라, 베이스 서포트(200) 상에 별도로 펌프 등의 장치를 지지하기 위한 구조물이 구비될 필요가 없다.
따라서 본 발명에서 베이스 서포트(200)는 최상면이 1차 멤브레인과 동일한 평면을 이루도록 배치될 수 있으며, 베이스 서포트(200)의 상부에는 펌프타워 고정용 하우징(300)을 고정시키기 위한 고정장치(400)를 제외하고는 그 어떠한 구조물도 설치되지 않을 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 전술한 카고펌프(CP)의 흡입구가 액화가스 저장탱크의 바닥면에 근접하게 설치될 수 있으므로, 필요시 저장탱크 내부의 잔여 액화가스까지도 원활하게 배출시킬 수 있고, 따라서 잔여 액화가스에 대한 효과적인 처리가 가능하다.
도 13 내지 도 16을 계속 참조하면, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크는, 베이스 서포트(200) 상에 펌프타워 고정용 하우징(300)을 고정시키기 위한 고정장치(400)를 더 포함할 수 있다.
고정장치(400)는, 베이스 서포트(200)의 상부에 용접에 의해 고정되는 고정 지지대(410)와, 고정 지지대(410)에 체결되며 펌프타워 고정용 하우징(300)의 측면과 면접촉하여 지지하는 지지부재(420)를 포함할 수 있다.
도 14를 참조하면, 고정장치(400)를 구성하는 각 부재(410, 420)의 더욱 상세한 구조를 확인할 수 있다.
고정 지지대(410)는, 펌프타워 고정용 하우징(300)의 네 측면에 대응되도록 네 방향에 각각 설치될 수 있으며, 후술하는 지지부재(420)와 볼팅(bolting) 결합을 위한 제1 체결홀(411)이 형성될 수 있다.
지지부재(420)는, 펌프타워 고정용 하우징(300)의 측면과 면접촉하도록 배치되는 지지 플레이트(421)와, 지지 플레이트(421)의 면방향과 직교하는 방향으로 형성되어 고정 지지대(410)와 볼팅 결합되는 고정 플레이트(422)를 포함할 수 있다.
고정 플레이트(422)에는 고정 지지대(410)에 형성되는 제1 체결홀(411)과 대응되는 위치에 제2 체결홀(423)이 형성될 수 있으며, 상기 제1 체결홀(411) 및 제2 체결홀(423)에 볼트를 관통 삽입시킨 상태에서 너트를 체결시킴으로써 지지부재(420)가 고정 지지대(410)에 견고하게 고정될 수 있다.
이때 지지 플레이트(421)와 펌프타워 고정용 하우징(300)의 측면이 접하는 면에는 지지부재(420)와 펌프타워 고정용 하우징(300) 간의 갭 조정 기능을 위한 패드(430)가 삽입 배치될 수 있다. 패드(430)는 테프론(teflon)과 같은 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE: Polytetrafluoroethylene) 섬유로 제작될 수 있다.
즉, 본 발명은 별도의 추가 가공 없이도 패드(430)에 의해 허용 공차를 쉽게 맞출 수 있도록 설계되어, 빠른 시간 내에 펌프타워(100)의 고정 작업이 마무리될 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 고정장치(400)에서, 베이스 서포트(200) 상에 용접에 의해 고정 설치되는 고정 지지대(410)를 제외하고, 지지부재(420)는 분리 및 휴대가 가능한 부재로 제공될 수 있으며, 이에 따라 가공 및 설치가 더욱 용이해지는 장점이 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 하단부에 펌프타워 고정용 하우징(300)이 일체로 결합된 펌프타워(100)를 액화가스 저장탱크 내부에서 하방으로 내려서 베이스 서포트(200) 상에 거치시킨 후, 베이스 서포트(200) 상에 기용접된 고정 지지대(410)에 지지부재(420)를 결합시키는 것에 의해 펌프타워(100)의 설치 작업이 간편하게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 과정에서, 전술한 바와 같이 펌프타워(100)의 돔 하우징(110)이 슬리브 타입으로 마련됨에 따라 용접시 상하 조정(레벨링)이 용이하므로, 펌프타워(100)와 베이스 서포트(200) 간에 갭을 맞추기 위한 추가 작업도 필요하지 않다.
본 발명의 펌프타워(100)의 설치 과정을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같은 과정으로 이루어질 수 있다.
1) 우선, 선체 내벽에 베이스 서포트(200)의 설치 및 주변 단열재의 설치 작업이 수행된다. 이때 베이스 서포트(200)의 상부에 고정 지지대(410)가 일체로 용접되어 제작 및 설치될 수 있다.
2) 그리고 펌프타워(100)의 탑재 이전에, 펌프타워(100)의 하단부에 펌프타워 고정용 하우징(300)의 결합이 이루어지며, 이때 펌프 고정용 거치대(320)에 카고펌프(CP)의 장착도 함께 이루어질 수 있다.
3) 다음으로, 펌프타워 고정용 하우징(300)이 결합된 상태의 펌프타워(100)를 액화가스 저장탱크 내에 탑재시킨다. 이때 펌프타워(100)의 돔 하우징(110)이 통합 돔의 개구부에 용접될 수 있으며, 돔 하우징(110)의 용접 부위를 상하 조정하는 것에 의해 펌프타워(100)의 레벨링이 이루어질 수 있다. 따라서 펌프타워(100)와 베이스 서포트(200) 간의 갭을 맞추기 위한 추가 작업은 필요하지 않다.
4) 마지막으로, 펌프타워(100)의 하단부를 고정시키는 작업이 이루어진다. 이는 고정장치(400)에 의해 펌프타워 고정용 하우징(300)의 네 측면을 사방으로 가압하는 것에 의해 이루어질 수 있으며, 더욱 구체적으로는, 펌프타워 고정용 하우징(300)을 면접촉 지지하는 지지부재(420)를 베이스 서포트(200) 상에 기용접된 고정 지지대(410)에 체결시켜는 것에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 펌프타워(100)의 고정 및 지지 구조에 따르면, 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 중/소형 액화가스 저장탱크의 설계에 적합하다.
또한, 본 발명에 따른 펌프타워(100)의 설치 과정에 따르면, 기존 대비 후행 공정에서 추가 설치 M/H(Man Hour)가 절감되어 설치 공정이 대폭 간소화되며, 밀폐 구역에서의 작업 시간이 단축되는 효과가 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 : 펌프타워
110 : 돔 하우징
120 : 충전용 파이프
121 : 내부관
122 : 스프레잉 파이프
123 : 하부 주입관
124 : 확장관
125 : 분사부
126 : 분사노즐
130 : 배출용 파이프
151 : 가스 메인 파이프
152 : 가스 리턴 파이프
161, 162 : 압력유지 파이프
163 : 매니폴더
171 : 제1 샘플링 파이프
172 : 제2 샘플링 파이프
173 : 제1 온도 측정용 파이프
174 : 제2 온도 측정용 파이프
175, 176 : 레벨링 파이프
180 : 전장 케이블용 파이프
190 : 퍼징/샘플링 파이프
200 : 베이스 서포트
300 : 펌프타워 고정용 하우징
310 : 주입홀
320 : 펌프 고정용 거치대
400 : 고정장치
410 : 고정 지지대
411 : 제1 체결홀
420 : 지지부재
421 : 지지 플레이트
422 : 고정 플레이트
423 : 제2 체결홀
430 : 패드

Claims (10)

  1. 액화가스 저장탱크의 상부에 개구부 형태로 마련되는 돔에 장착되는 구조물로서, 내부가 중공으로 마련되되 상부가 폐쇄되어 상기 개구부를 밀폐시키는 돔 하우징; 및
    외부로부터 상기 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 유입시키는 배관으로서, 상기 돔 하우징을 관통하여 상기 액화가스 저장탱크의 내부로 연장되며, 하단부가 상기 액화가스 저장탱크의 바닥에 설치되는 베이스 서포트에 직접적으로 고정되어 상기 펌프타워에 작용하는 하중에 대한 메인 서포트(main support) 역할을 하는 충전용 파이프를 포함하고,
    상기 충전용 파이프는 메인 서포트 역할을 할 수 있도록 직경이 실제 유체 유동 용량보다 크게 설계되되, 상기 충전용 파이프의 상측 일정 부분을 이중배관 구조로 마련하고, 상기 충전용 파이프의 외부관을 상기 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 분사하는 경로를 형성하는 스프레잉 파이프로 이용하는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 펌프타워.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전용 파이프는,
    외부의 로딩장치와 연결되어 상기 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스의 충전시 액화가스의 유입 경로를 형성하는 내부관과, 상기 내부관을 둘러싸도록 설치되는 외부관으로서 상기 스프레잉 파이프를 포함하여 이중배관 구조로 마련되는 상부 주입관; 및
    상기 상부 주입관의 하단에 연결되되, 상기 내부관과 연통되어 상기 내부관으로 공급되는 액화가스를 전달받아 상기 액화가스 저장탱크 내부로 충전시키는 하부 주입관을 포함하는,
    액화가스 저장탱크의 펌프타워.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스프레잉 파이프는 상기 내부관을 통한 액화가스의 유입 경로와 별도의 액화가스 유입 경로를 가지는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 펌프타워.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스프레잉 파이프의 하단부에 직경이 확장된 원통 형태로 연결되는 확장관;
    상기 확장관의 둘레를 따라 형성되는 복수의 분사부;
    상기 분사부마다 다수로 형성되어 상기 액화가스 저장탱크 내부로 액화가스를 분사하는 분사노즐을 더 포함하는,
    액화가스 저장탱크의 펌프타워.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 확장관은 상기 스프레잉 파이프의 하단부와 연통되고, 상기 분사부는 상기 확장관과 연통되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 펌프타워.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 분사부는 상기 확장관의 둘레에 복수개가 방사상으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 펌프타워.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 분사노즐은 인접하게 배치되는 파이프를 향하지 않고 상기 액화가스 저장탱크의 내측 공간을 향하여 액화가스를 분사할 수 있도록 분사 각도가 조절되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 펌프타워.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 분사노즐은 각각의 상기 분사부마다 2열 이상으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 펌프타워.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 분사노즐은 각각의 상기 분사부마다 2 이상의 층을 이루어 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 펌프타워.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 분사부는 상기 액화가스 저장탱크의 천장에 설치되는 1차 단열층의 레벨 하측에 근접하게 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 펌프타워.
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