KR20210091165A - 선박의 유지 관리 방법 - Google Patents

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니콜라 듀폰
플로랑 우브라르
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가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
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Abstract

본 발명은 액화 가스를 운송하기 위한 적어도 하나의 밀봉 단열 탱크를 포함하는 선박의 유지 관리 방법에 대한 것이다. 상기 방법은, 상기 탱크의 현재의 충전 레벨을 결정하는 단계(310); 상기 선박의 현재의 이동 상태를 결정하는 단계(320); 상기 탱크의 위치와 형상을 고려하여, 상기 탱크의 현재의 충전 레벨 및 상기 선박의 현재의 이동 상태로부터 현재의 슬로싱 지수(IBi)를 결정하는 단계(330); 결정된 현재의 슬로싱 지수(IBi)를 슬로싱 지수의 이력을 고려한 마모 지수(IUi)로 적분하는 단계(340);를 포함한다. 상기 마모 지수는 비교의 결과에 따라 탱크가 검사될 필요가 있는지를 나타내기 위하여 임계값에 비교된다.

Description

선박의 유지 관리 방법
본 발명은 하나 이상의 탱크를 포함하는 선박의 유지 관리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 보다 구체적으로 액화 가스를 운송하기 위한 밀봉 및 단열 탱크의 검사 및 유지 보수에 관한 것이다. 본 명세서에서 "선박"이라는 용어는 하나 이상의 액화 가스를 처리 및/또는 저장하기 위해 지구의 두 지점 또는 부유 장치 사이에서 액화 가스를 운송하는 수단을 가리킨다.
밀봉 및 단열 탱크는 예를 들어 -50℃에서 0℃ 사이의 온도에서 액화 석유 가스(LPG)를 운송하기위한 탱크 또는 대기압에서 약 -162℃의 액화 천연 가스(LNG) 운송하기 위한 탱크와 같이 저온에서 액화 가스를 저장 및/또는 운송하는 데 일반적으로 사용된다. 이들 탱크는 액화 가스를 운송하고 /하거나 부유 구조물의 추진을 위한 연료 역할을 하는 액화 가스를 수용하기 위한 것일 수 있다. 따라서 수많은 액화 가스, 특히 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 또는 에틸렌이 예상될 수 있다.
선박 탱크는 대기압에서 운송할 수 있는 단일 밀봉 또는 이중 밀봉 멤브레인 탱크일 수 있다. 밀봉 멤브레인은 일반적으로 얇은 시트 스테인리스 스틸 또는 Invar로 만들어진다. 멤브레인은 일반적으로 액화 가스와 직접 접촉한다.
운송 중에 탱크에 들어있는 액체는 다양한 움직임을 겪게 된다. 특히, 예를 들어, 바다에 있는 상태나 바람과 같은 기후 조건의 영향으로 인해 바다에서 선박의 움직임은 탱크 내의 액체의 교반으로 이어진다. 일반적으로 "슬로싱(sloshing)"(또는 프랑스어로 ballottement)으로 나타내어지는 액체의 교반은 탱크 벽에 응력을 발생시켜 탱크의 무결성을 손상시킬 수 있다.
이러한 슬로싱 현상은 천연 가스를 운송하는 선박(이하 LNG 또는 메탄 탱커)과 일반적으로 추출 플랫폼 및 FLNG(Floating Liquefied Natural Gas) 장치 또는 FSRU(Floating Storage and Regaseification Unit)로 알려진 천연 가스 액화 플랜트와 같은 FPSO(Floating Production Storage & Offloading) 장치로 알려진 고정된 저장 선박, 즉 보다 일반적으로 떠다니는 생산, 저장 및 추출 지지체에서 나타난다. 슬로싱 현상은 선박이 받게 되는 낮은 진폭의 경우에도 팽창에 의해 생성된 여기에 액화 가스 화물이 공명하자 마자 고요한 바다의 상태보다는 거친 바다의 상태에서 더 발생하게 된다. 이러한 공명 상황에서, 슬로싱은 특히 수직 벽이나 모서리가 파손될 정도로 극도로 격렬해져서, 액화 가스의 봉쇄 시스템 또는 상기 봉쇄 시스템 바로 뒤에 있는 절연 시스템이 손상될 위험이 있다.
이제 탱크의 무결성은 운송되는 액체의 인화성 또는 폭발성 특성과 누출시 부유 장치의 강철 선체의 냉점 위험 때문에 LNG 탱크와 같은 액화 가스 탱크의 맥락에서 특히 중요한다.
미국 특허 제 8,643,509 호는 액화 가스 화물의 슬로싱과 관련된 위험을 줄이는 방법을 개시한다. 이 문서에서, 탱크에 있는 액체의 공진 주파수는 탱크 및 충전 레벨의 함수로 추정된다. 운송 중 선박의 이동 빈도는 기후 및 해상 조건 및 선박 속도의 함수로 평가된다. 예상 이동 빈도는 선박이 따라야 하는 경로에서도 평가된다. 이동 주파수 중 하나가 탱크에 있는 액체의 공진 주파수에 너무 가까워지면, 위험한 상황을 피하기 위해 경로 변경 및/또는 선박 속도 변경에 대한 경보가 제공된다.
슬로싱 감소 조치에도 불구하고, 특히 공명 현상으로 인해 탱크 내 액체의 슬로싱은 1 차 밀봉 멤브레인의 변형, 짧은 기간 또는 중간의 기간으로 1차 밀봉 멤브레인에 손상을 주기 쉬운, 특히 고정된 설비로부터 물체가 떨어지는 1차 밀봉 멤브레인이 안착되는 1차 및/또는 2차 공간에 존재하는 가로 놓인 구조체에 대한 손상, 또는 이러한 구조적 공차를 넘어서는 1차 밀봉 멤브레인의 추가적인 변경의 국부적인 위험을 초래할 수 있다. 탱크의 양호한 상태를 확인하기 위해 선박의 예방 유지 보수 차원에서 탱크 검사가 제공된다. 그러나 탱크 검사는 탱크의 완전한 배수를 필요로 하여, 선박을 고정 시키거나 일정 시간 동안 부유 장치의 저장 탱크를 사용할 수 없게 만든다. 탱크가 한 개 이상인 선박에서는 대부분 또는 모든 탱크가 일반적으로 검사되며 이는 운항의 부족을 초래하여 결국 매우 비용이 많이 소요되게 한다. 이제 대부분의 경우 검사에서, 결함이 없거나 수리가 필요한 결함이 없는 것으로 밝혀질 수 있는데, 이는 검사가 불필요한데도 불구하고 선박이 쓸모없이 정박되었음을 의미한다. 사실, 예를 들어 검사로 인해 탱크를 세워두는 비용은 선박의 비용 효율성에 영향을 미친다. 즉, 탱크 검사는 불필요한 정박의 위험을 무시할 수 없는 수준으로 초래한다.
본 발명의 기초가 되는 아이디어는 탱크가 가용 수명 동안 수행하는 것의 함수로서 선박의 탱크에 대한 잠재적인 손상 위험 수준을 결정하는 것에 기초하되, 이러한 잠재적인 손상 위험 수준은 탱크의 실제 사용연수를 나타내는 "마모 지수"와 같은 것이 된다. 이를 위해, 액체 슬로싱 지수는 선박이 2지점 간에 항해하거나 멈춰 있는 동안에 선박의 움직임에 따라 결정된다. 이러한 액체 슬로싱 지수는 탱크의 마모 지수를 얻기 위해 시간이 지남에 따라 저장 및 적분(integrating)된다. 그런 다음 마모 지수는 탱크 검사를 시작하거나 선박의 모든 탱크 중에서 잠재적으로 가장 손상된 탱크를 결정하는 데 사용된다.
제 1 실시예에 따르면, 본 발명은 액화 가스를 운송하기 위한 밀봉되고 단열된 적어도 하나의 탱크를 포함하는 선박의 유지 보수 관리 방법을 제공하며, 상기 탱크는 선박상의 기하학적 구조와 위치를 갖는다. 상기 방법은,
- 상기 탱크의 현재 충전 수준을 결정하는 단계;
- 상기 선박의 현재 이동 상태를 결정하는 단계;
- 탱크의 위치와 형상을 고려하여 탱크의 현재 충전 수준과 선박의 현재 이동 상태에서 현재 슬로싱 지수를 결정하는 단계;
- 결정된 현재 슬로싱 지수를 슬로싱 지수의 이력을 고려한 마모 지수에 적분하는 단계; 및
- 비교 결과에 따라 탱크를 검사해야 하는지 여부를 나타내기 위해 마모 지수를 제 1 임계값과 비교하는 단계;를 포함한다.
제 1 임계값을 사용함으로 인하여, 탱크의 잠재적인 마모를 나타내는 객관적인 기준에 따라 탱크 검사를 수행할지 여부를 결정할 수 있다. 제 1 임계값은 다양한 방식으로 설정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 임계값은 탱크가 검사되어야 하는 마모 수준을 나타내는 절대적인 방식으로 설정될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 임계값은 다른 탱크보다 잠재적으로 더 큰 마모를 겪은 탱크를 나타내는 상대 값이다.
슬로싱 지수의 이력은 예를 들어 선박의 시운전 또는 탱크의 최근 수리(부분 또는 전체)에서의 액체의 현재 슬로싱 지수의 기록과 관련이 있다. 따라서 액체의 현재 슬로싱 지수는 이전에 측정/기록된 현재 슬로싱 지수에서 파생되는 마모 지수를 증가시키게 된다.
바람직한 실시예에 따르면, 선박은 복수의 탱크를 포함하고, 각 탱크에 대해 마모 지수가 결정되고, 제 1 임계값은 최고 수준의 마모 지수를 가진 탱크에 대해서 검사가 수행되어야 함을 나타내기 위하여 다른 탱크의 마모 지수에 대응한다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 유형의 방법은 다음과 같은 특징을 가진다.
탱크가 제 1 임계값을 넘어선 것으로 표시되면 표시된 탱크에 대한 검사를 수행할 수 있다.
가장 높은 마모 지수에 해당하는 탱크를 검사한 후 검사한 탱크가 손상되면 다음 탱크가 나머지 탱크 중 가장 마모 지수가 높은 탱크여서 검사해야 하는 것으로 결정된다. 이리하여, 탱크 검사는 부분 또는 전체 수리가 필요하지 않은 결함이 없음을 보여줄 때까지 마모 지수의 내림차순으로 수행된다.
이 방법 덕분에, 탱크 검사 후, 탱크가 손상되지 않은 경우 탱크 검사를 중지할 수 있다.
마모 지수와 임계값의 비교는 선박의 유지 보수 작업 중에 수행된다.
변형예에 따르면, 선박의 현재 이동 상태를 결정하는 것은 파도의 높이, 파도의 주기, 선박의 방향에 대한 파도의 공격 각, 선박의 속력, 선박의 진동, 선박의 측정 된 움직임 중 적어도 하나의 매개 변수를 결정하는 것을 포함한다.
측정된 선박의 움직임은 선박의 하나 이상의 실제 움직임을 측정한 것으로 이해해야 한다. 이 변형예에 따르면, 선박의 측정된 움직임을 결정하는 것은 3 개의 상호 수직축을 중심으로 병진 및 회전 가속도를 측정하는 것을 포함할 수 있다.
다른 변형예에 따르면, 현재 슬로싱 지수를 결정하는 것은, 탱크가 받은 열 사이클 수, 선박의 연신율, 선체의 강성 수준, 액화 가스의 특성, 밸러스트 탱크의 충전 수준 중 하나 이상의 추가적인 구조 상태 매개 변수를 고려한다.
현재의 슬로싱 지수를 결정하는 것은 선박이 현재 이동 상태에 있을 때 탱크의 열화 확률을 결정하는 것으로 구성되는 것이 바람직하다.
특정 실시예에 따르면, 현재의 슬로싱 지수는 다중 엔트리 대응 표의 값, 탱크 충전에 대응하는 엔트리, 선박의 현재 이동 상태에 대응하는 적어도 하나의 엔트리 및 선박 및 탱크의 열화 가능성을 나타내는 판독 값을 읽어서 얻어질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 현재 슬로싱 지수를 적분하는 것은 현재 슬로싱 지수의 합에 해당하며, 지수는 연속적인 측정 기간 동안 연속적으로 계산된다.
제 2 실시예에 따르면, 본 발명은 또한 액화 가스를 운송하기 위한 적어도 하나의 밀봉된 단열 탱크를 포함하는 선박의 유지 보수 관리 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 적어도 하나의 탱크 충전 레벨 센서, 선박의 움직임을 평가하기 위한 장치, 처리 수단 및 경고 장치를 포함한다. 적어도 하나의 탱크 충전 레벨 센서는 적어도 하나의 탱크의 현재 충전 레벨을 측정하도록 구성된다. 선박의 이동을 평가하기 위한 장치는 선박의 현재 이동 상태를 결정하도록 된다. 상기 처리 수단은 현재의 슬로싱 지수를 탱크의 위치와 형상을 고려하여 탱크의 현재 충전 레벨과 선박의 현재 이동 상태로부터 결정하여, 결정된 현재 슬로싱 지수를 슬로싱 지수의 이력을 고려하여 마모 지수에 적분하고, 상기 마모 지수를 제 1 임계값과 비교하도록 된다. 상기 경고 장치는 비교 결과의 함수로 하나 이상의 탱크 또는 각 탱크에 대한 검사를 수행해야 하는지 여부를 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 선박의 움직임을 평가하기 위한 장치는 선박의 주변의 파도의 높이, 주파수 및 방향을 측정하는 기상 스테이션을 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 선박의 움직임을 평가하기 위한 장치는 선박에 배치된 가속도계를 포함한다.
바람직한 예에서, 상기 처리 수단은 부분적으로 육상의 모니터링 스테이션에 위치하며, 예를 들어 무선 또는 기타 통신 수단에 의해 선박과 통신하여 탱크의 적어도 하나의 현재 충전 레벨 및 선박의 현재 이동 상태에 대한 정보를 수신한다.
다른 실시예에서, 액화 가스 운송 선박은 복수의 밀봉 단열된 탱크와 각 탱크에 대한 관리 시스템을 포함한다.
첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 예시로만 제공되는 본 발명의 특정 실시예에 대한 다음의 설명 과정에서, 본 발명은 더 잘 이해될 것이고, 다른 목적, 세부 사항, 특징 및 이점은 명확해질 것이다.
도 1은 액화 가스 운송선의 개략도이다.
도 2는 도 1에서 선박에 통합된 관리 시스템을 나타낸다.
도 3은 다른 실시예에 따른 관리 시스템을 나타낸다.
도 4는 마모 지수를 업데이트하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 선박 탱크의 유지 보수 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하 실시예는 복수의 밀폐 및 단열 탱크가 배치된 지지 구조물을 형성하는 이중 선체를 포함하는 선박을 참조하여 설명한다. 이러한 종류의 지지 구조체에서 탱크는 예를 들어 프리즘 모양의 다면체 형상을 가진다.
이러한 종류의 밀폐 및 단열 탱크는 예를 들어 액화 가스의 운송을 위해 제공된다. 액화 가스는 저온에서 이런 종류의 탱크에 저장되고 운송되며, 이는 그 온도에서 액화 가스를 유지하기 위해 단열 탱크 벽을 필요로 한다. 따라서 밀봉 멤브레인 아래에 위치한 단열 공간을 포함하여 탱크 벽의 무결성을 온전히 유지하는 것, 한편으로는 탱크의 밀봉을 유지하고 탱크로부터 액화 가스가 누설되는 것을 방지하고, 다른 한편으로는 가스를 액화 형태로 유지하기 위해 탱크의 절연 특성이 저하되는 것을 방지하는 것이 특히 중요하다.
이러한 종류의 밀봉 및 단열 탱크는 또한 선박의 이중 선체에 고정되고 적어도 하나의 밀봉 된 멤브레인을 운송하는 단열 장벽을 포함한다. 예를 들어, 이러한 종류의 탱크는 출원인의 상표 Mark III® 및 NO96® 또는 기타 상표로 판매되는 기술을 사용하여 생산될 수 있다.
도 1은 4개의 밀봉 단열 탱크(2)를 포함하는 선박(1)을 도시한다. 4 개의 탱크(2)는 동일하거나 서로 상이한 충전 상태를 가질 수 있다. 바다에 있을 때, 선박(1)은 항해 조건과 관련된 수많은 움직임을 겪게 된다. 선박(1)의 이러한 움직임은 탱크(3, 4, 5, 6)에 포함된 액체로 전달되며, 결과적으로 상기 액체는 탱크(3, 4, 5, 6)의 움직임에 영향을 받는다. 탱크(3, 4, 5, 6)에서의 액체의 이러한 움직임은 탱크(3, 4, 5, 6)의 벽에 충격을 발생시키게 되어, 너무 심할 경우 경우 즉시 탱크를 손상시킬 수 있다. 더욱이, 높지만 비-파괴적인 수준에서 탱크(3, 4, 5, 6)의 벽에 반복적인 충격은 피로 마모를 통해 상기 벽을 열화시킬 수 있다. 이제 탱크(3, 4, 5, 6)의 밀봉 및 단열 특성을 보존하기 위해 탱크(3, 4, 5, 6)의 벽의 무결성을 보존하는 것이 중요한다.
탱크에 대한 즉각적인 손상을 줄 수 있는 액체 움직임을 피하기 위해 심각한 항해 조건을 피하는 것이 알려져 있다. 충격을 받은 재료의 마모와 관련된 손상이 우려되는 경우 정기적인 탱크 검사를 통해서만 손상된 상태를 감지할 수 있다. 탱크 검사를 위해서는 탱크 내부에 들어갈 수 있도록 탱크를 전체적으로 배수할 필요가 있다. 이러한 유형의 작업은 상대적으로 많은 시간이 소요되고 선박을 오랫동안 정박시켜야 한다. 탱크 검사를 최적화하기 위해, 본 발명은 이러한 종류의 검사 기회를 결정하기 위해 탱크 마모 지수를 결정할 것을 제안한다.
선박 탱크의 마모 지수는 액화 가스 화물의 슬로싱과 관련된 충격의 함수로서 탱크 손상 위험을 나타낸다. 선박의 극저온 탱크 손상 위험은 다음 공식으로 표현할 수 있다.
[수식 1]
Figure pct00001
여기서 :
- nr(t)는 시간 t에서 탱크의 충전 수준을 나타내며,
- mvt(t)는 시간 t에서 탱크의 움직임을 나타내며,
- Pres(dS, t)는 시간 t에서 탱크의 단위 표면적 dS에 가해지는 압력을 나타내며,
- Res(dS)는 탱크의 단위 표면적 dS의 강도를 나타내며,
- Prob(Pres(dS, t)> Res(dS) | nr(t), mvt(t))는 탱크의 충전 레벨 및 움직임의 함수로서 단위 표면적에 대하여 강도보다 더 큰 압력을 가질 확률을 나타내며,
- T는 손상 위험이 설정되는 기간이다.
상기 식의 근사값을 상기 탱크의 실제 수명 조건에 적용하여 탱크 마모 지수를 생성할 수 있다. 따라서 탱크가 실제로 겪게 될 영향에 따라 마모 지수는 손상 가능성을 나타내는 값을 제공한다.
도 2는 선박(1)에 탑재된 예시적인 관리 시스템(100)을 도시한다. 상기 관리 시스템(100)은 상이한 매개 변수가 측정될 수 있도록 하는 복수의 온보드 센서(120)에 연결된 중앙 처리 장치(110)를 포함한다. 따라서 상기 센서(120)는 비-포괄적인 예로서, 각 탱크에 대한 적어도 하나의 충전 레벨 센서(121), 다양한 선박 이동 센서(122)(타코미터, 헤딩) 및 해상 상태 센서(123)를 포함한다. 관리 시스템(100)은 또한 통신 인터페이스(130)를 포함하되, 상기 통신 인터페이스는 중앙 처리 장치(110)가 예를 들어 기상 데이터, 선박 위치 데이터 등을 획득하기 위해 원거리 장치와 통신할 수 있도록 한다.
상기 이동 센서(122) 및 해상 상태 센서(123)의 개수 및 유형은 선박이 받는 이동 및 임의의 중복되는 측정치를 결정하기 위해 당업자가 선택하는 방법에 따라 달라진다. 바람직한 실시예에서, 상기 해상 상태 센서는 선박의 주변의 파도의 높이, 주파수 및 방향을 측정하는 기상 스테이션을 포함한다. 대안으로, 해상 상태는 측정되지 않고 선박의 정확한 위치에 따라 날씨 정보로부터 추론될 수 있다. 그러나 일부 센서의 고장에 대해 일부 중복성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 관리 시스템(100)은 휴먼-머신 인터페이스(140)를 더 포함한다. 휴먼-머신 인터페이스(140)는 디스플레이 수단(41)을 포함한다. 이 디스플레이 수단(41)은 오퍼레이터가 시스템에 의해 계산되거나 또는 센서(120)나 현재의 슬로싱 데이터에 의해 얻어진 측정치에 의해 계산된 관리 정보를 얻을 수 있게 한다.
상기 휴먼-기계 인터페이스(140)는 오퍼레이터가 수동으로 크기를 중앙 처리 장치(110)에 공급할 수 있도록 해주는 획득 수단(42)을 더 포함하여, 센서에 의해 얻을 수 없는 데이터를 중앙 처리 장치(110)에 공급하게 하는데, 그 이유는 상기 선박은 필요한 센서를 포함하지 않거나 센서가 손상될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상기 획득 수단은 오퍼레이터가 시각적 관찰에 기초하여 파도의 높이에 대한 정보를 입력할 수 있게 한다.
관리 시스템(100)은 데이터베이스(150)를 포함한다. 데이터베이스(150)는 항해시 영향을 받는 측정 값이 저장되도록 한다. 바람직한 실시예에 따르면, 데이터베이스는 실험실에서 또는 해상에서 온보드 측정 캠페인 중에 얻은 일부 측정치를 포함한다.
도 3은 육상에 위치하여 상기 선박(1)과 통신하는 관리 시스템(200)의 예를 도시한다. 상기 선박은 중앙 처리 장치(110), 센서(120) 및 통신 인터페이스(130)를 포함한다. 상기 관리 시스템(200)은 중앙 처리 장치(210), 통신 인터페이스(230), 휴먼-머신 인터페이스(240) 및 데이터베이스(250)를 포함한다. 상기 관리 시스템(200)의 기능은 관리 시스템(100)의 기능과 유사하며, 선박(1)의 센서(120)에 의해 측정된 정보를 통신 인터페이스(130, 230)를 통하여 육상의 관리 시스템(200)에 전송하는 점에서만 다르다. 예를 들어, 상기 통신 인터페이스는 지상 또는 위성 무선 데이터 전송을 사용할 수 있다.
마모 지수를 업데이트하는 예는 도 4의 흐름도에 예시되어 있다. 제 1 실시예에 따르면, 이 업데이트는 단일 처리 수단을 형성하는 중앙 처리 장치(110)에서 전적으로 영향을 받는다. 제 2 실시예에 따르면, 이 업데이트는 부분적으로 중앙 처리 장치(110)에서 수행되고 부분적으로 중앙 처리 장치(210)에서 수행되며, 그 조합은 공유 처리 수단을 형성한다. 제 1 단계(310) 동안, 선박의 각 탱크(3, 4, 5, 6)의 탱크 충전 레벨 센서(121)는 각 탱크(i)의 현재 충전 레벨을 결정하기 위해 각 탱크의 액체 레벨을 측정한다. 이후, 제 2 단계(320)에서, 이동 센서(122) 및 해상 상태 센서(123)는 선박의 현재 이동 상태를 판단하기 위해 중앙 처리 장치(110)로 정보를 전송한다.
계산을 단순화하기 위해, 측정이 고정된 것으로 간주되는 단위 시간 간격에 걸쳐 측정을 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 1 시간의 단위 기간이 적합하다. 따라서 현재 충전 레벨 측정은 측정에 영향을 주기 위해 액체의 움직임을 무시할 수 있는 1 시간 동안의 평균 측정일 수 있다. 선박의 현재 이동 상태와 관련된 경우, 단위 기간 동안 평균 측정 또는 최악의 경우 측정을 고려할 수 있다. 예를 들어, 단위 기간 동안 해상 상태 센서가 2m의 파도와 8m의 파도를 측정하는 경우, 유지되는 측정 값은 8m의 파도에 해당한다. 반면에 파동의 주파수와 관련된 경우 평균 측정이 적합할 수 있다.
일단 측정이 이루어지면, 현재의 슬로싱 지수(IBi)는 단계(330) 동안 각 탱크에 대해 계산된다. 현재의 슬로싱 지수(IBi)는 탱크의 충전 레벨에서 수행되는 다양한 측정치와 탱크의 위치와 기하학을 고려하여 탱크와 선박의 현재 이동 상태의 함수로서 다양한 방식으로 결정될 수 있다.
예를 들어, 단순화된 제 1 실시예는 탱크의 평균 충전 레벨과 1 시간 동안의 파도의 최대 높이를 고려하지 않는다. 이러한 제 1 실시예에 따르면, 데이터베이스(150 또는 250)에 포함된 대응 테이블은 수행된 측정치의 함수로서 테이블에서 간단한 판독의 도움으로 대응하는 슬로싱 지수(IBi)를 결정하는데 사용된다. 대응표는 유사한 기하학적 프로파일을 갖고 탱크 벽에 대한 액체의 충격의 횟수와 힘이 측정된 탱크에 대한 측정 캠페인 중에 생성 될 수 있다. 이러한 측정 결과는 아래 표 1과 같은 대응 테이블에 배치된다.
[표 1]
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충진 레벨의 함수로서 그리고 파도 높이의 함수로서, 현재 슬로싱 지수(IB)의 값은 탱크의 형상을 고려하여 직접 판독된다. 테이블이 클수록 현재 슬로싱 지수(IB)가 더 정확하게 된다는 것은 명확하다. 또한, 액체의 슬로싱은 특히 탱크의 모양과 선박에서의 위치에 따라 달라지기 때문에 테이블은 선박의 각 탱크에 대응해야 한다.
파도의 높이와 같은 단일 이동 매개 변수를 사용하는 것만으로는 슬로싱 효과를 정확하게 결정할 수 없으며 대략적인 표시만 얻을 수 있다. 사실, 파도의 주파수, 선박에서 파도의 입사각, 선박의 전진 속력과 같은 액체 슬로싱을 결정하기 위해 많은 다른 매개 변수를 사용할 수 있다. 또한 바람과 해류의 힘과 방향과 같은 2 차 매개 변수도 추가할 수 있다. 더 많은 엔트리가 포함된 대응 표를 사용하는 것이 좋다. 표에서 데이터를 사용하기 전에 데이터를 처리하는 것도 똑같이 가능한다. 예를 들어, 파도의 주파수, 파도의 공격 각도 및 선박의 속력은 선박에 작용하는 파도 주파수로 결합될 수 있으므로, 이 세 가지 매개 변수를 단일 매개 변수로 축소하여 여러 매개 변수를 고려하여 표의 크기를 줄일 수 있다. 또다른 가능성은 각각 부분 슬로싱 지수를 제공하는 복수의 표를 결정하고 이러한 인덱스를 예를 들어 부분 지수를 곱하여 함께 그룹화하는 것이다.
표를 사용하면 선박, 바지선 또는 단순히 탱크의 진동과 같은 간접적 인 운동 원인을 고려할 수 있으며, 상기 진동은 예를 들어 선박의 추진 시스템 또는 프로펠러의 블레이드에 의해 생성된다. 진동의 진폭과 주파수는 비슷한 크기의 탱크에서 시행 착오를 거쳐 얻은 표의 두가지 엔트리가 될 수 있다.
또다른 가능성은 바다의 상태를 추상화하여 선박의 동요를 실제 측정하는 것이다. 센서(120)는 예를 들어, 병진 및 회전에서 3 개의 수직 축상에서 선박이 받게 되는 가속도를 측정함으로써 선박의 측정된 움직임을 결정한다. 선박의 움직임을 평가하기 위해, 하나 이상의 가속도계 및/또는 하나 이상의 자이로스코프, 예를 들어 기계식 자이로스코프 및/또는 하나 이상의 자력계로 구성된 관성 측정 장치(IMU)가 사용되는 것이 바람직하다. (동일한 유형 또는 2 개의 다른 유형의) 복수가 사용된다는 가정하에, 이러한 측정 유닛은 선박의 움직임에 대한 정확한 측정을 기록하는 방식으로 선박 전체에 분포되는 것이 바람직하다. IMU는 때때로 MRU(운동 기준 장치: Motion Reference Unit)라고도 한다. 다시, 대응하는 표가 사용될 수 있으며, 상기 표는 각각의 측정치에 대한 엔트리를 갖는다.
선택적으로, 탱크 내의 액체의 교반을 나타내는 지수를 다른 방식으로 계산하는 것도 똑같이 가능하다. 예를 들어, 탱크에 있는 액체의 공진 주파수는 액체 레벨과 탱크의 기하학적 구조의 함수로서 계산된다. 선박의 평균 진동 주파수는 예를 들어 가속도계를 사용하여 선박의 평균 주파수 및 평균 진동 진폭을 측정하여 결정된다. 현재의 슬로싱 지수(IBi)는 선박의 진동 진폭에 비례할 수 있고 탱크의 공진 주파수와 선박의 진동 주파수 간의 차이에 반비례 할 수 있다.
순간 슬로싱 지수를 결정하기 위해, 탱크의 손상 위험에 영향을 미칠 수 있는 추가 구조 상태 매개 변수를 고려하는 것도 똑같이 가능하다. 상기 탱크는 탱크를 늘리고 줄이는 효과가 있는 큰 열 변화를 겪게 된다. 탱크가 받는 열적 사이클은 또한 탱크를 약화시키는 마모 효과가 있다. 순간 슬로싱 지수의 승수 계수는 열적 사이클 수를 고려하여 열적 사이클 수의 함수로 슬로싱과 관련된 손상 위험이 증가했음을 나타낸다. 열적 사이클은 온도가 변할 수 있고 이에 따라 열적 사이클의 진폭이 변할 수 있는 탱크의 액체 함량의 함수로서 동일하게 가중될 수 있다.
또다른 추가 매개 변수는 선박의 연신율, 즉 부유 구조물의 길이 변화와 관련이 있다. 선박은 금속으로 만들어졌고, 길이의 변화는 바다와 태양의 온도에 따라 발생한다. 이러한 길이의 변화는 액화 가스의 온도와 관련된 탱크 멤브레인의 팽창과 무관한다. 이러한 팽창 차이로 인해 멤브레인의 수준에서 추가 응력이 발생하여 멤브레인을 더 크거나 더 약하게 약화시킬 수 있다. 여기서도 곱셈 계수를 도입하면 예를 들어 신장으로 인한 응력이 소정의 임계값을 초과하는 경우 순간 슬로싱 지수의 10 % 가중치를 부여함으로써 이러한 현상을 고려할 수 있다.
선체의 강성 수준 또는 선체의 유연성은 특히 탱크 또는 탱크들이 이동 선박에 설치될 때 동일하게 고려 될 수 있다. 선박이 파도에 노출되면, 파도에 대한 위치의 함수로서 다소간 비틀어진다. 변형이 발생되면 순간 슬로싱 지수를 결정할 때 고려해야 하는 탱크에 응력을 유발한다.
운송되는 극저온 액체의 특성은 순간 슬로싱 지수의 결정에 영향을 미칠 수 있다. 액화 가스의 조성은 밀도와 유동성을 변화시켜 슬로싱과 관련된 효과를 긍정적 또는 부정적 방식으로 변경하거나 단순히 탱크 내 액체의 공진 주파수를 변경한다. 탱크가 하나 이상의 가스 유형을 대상으로 하는 경우, 순간 슬로싱 지수를 결정할 때 운송되는 극저온 액체의 특성에 특정한 추가 매개 변수를 고려해야한다.
밸러스트 탱크의 액체 기둥 높이는 순간 슬로싱 지수를 계산할 때 고려할 수 있는 또 다른 추가적인 매개 변수이다. 일부 선박에서, 밸러스트 탱크가 탱크를 지지하는 벽과 직접 접촉할 수 있다. 밸러스트 탱크 내에 있는 해수도 슬로싱의 대상이 된다. 그러나 밸러스트 탱크의 충전의 함수로서, 탱크와 밸러스트 탱크의 슬로싱 현상이 증폭되거나 감쇠될 수 있다. 선박의 구조만이 결과적인 효과를 결정할 수 있다.
현재의 슬로싱 지수(IBi)가 단위 기간 동안 선박의 각 탱크에 대해 결정되면, 이를 단계(340) 동안 탱크 마모 지수(IUi)에 적분할 필요가 있다. 이전에 계산된 마모 지수(IUi)에서 현재의 슬로싱 지수(IBi)를 더함으로써 단순히 업데이트하여 주어진 시간 동안 계산된 슬로싱 지수는 예를 들어 선박 시운전으로부터 슬로싱 지수의 이력을 고려하는 마모 지수(IUi)를 결정하는데 충분하다.
손상 가능성을 염려하기 때문에, 슬로싱 지수(IBi)와 마모 지수(IUi)는 단일하지 않다. 또한 이러한 지수(IBi 및 IUi)의 크기는 얻고자 하는 계산 정확도에 따라 달라진다. 경험이 많은 사람은 이러한 지수에 사용할 크기를 결정할 수도 있다. 예를 들어 현재의 슬로싱 지수(IBi)가 한 시간에 걸쳐 0에서 15 사이로 결정된 경우, 선박의 30 년 사용 수명 동안 누적 마모 지수(IUi)는 0에서 400만 사이이다.
제 2 실시예에 따르면, 도 4의 흐름도는 선박과 통신하는 육상의 관리 시스템(200)에서 부분적으로 실행된다. 제 2 실시예에 따르면, 선박(1)은 센서(120)로부터 오는 모든 정보를 육상 스테이션으로 전송한다. 선택적으로, 항해 중에 슬로싱 지수(IBi)가 계산되어 선박에 저장되고, 선박에 의해 행해지는 운항 중에 계산되는 슬로싱 지수(IBi)를 전송한 후에 선박이 도착할 때, 마모 지수(IUi)가 계산된다.
마모 지수(IUi)가 계산되면, 올바른 항구에 도착했을 때 사용되는 도 5의 흐름도를 통해 유지 관리 시스템에서 사용된다. 이러한 흐름도는 유지 보수 인력에 의해 수행되는 단계 및 관리 시스템(100 또는 200)에 의해 실행되는 다른 단계를 포함한다. 유지 보수의 자동화 수준에 따라, 일부 단계는 유지 보수 인력에 의해 수행되거나 시스템에 의해 수행될 수 있다. 단계(410)는 선박의 모든 탱크의 마모 지수(IUi)를 복원한다. 제 1 테스트(420)는 선박에 의해 영향을 받는 해상에서의 현재 날짜 및 일수를 고려하여 탱크 검사가 예상되어야 하는지 결정하기 위해 수행된다.
검사가 예정되지 않은 경우, 상기 테스트(430)는 마모 지수(IUi)를 검사 날짜 이전에 정상적으로 도달해서는 안되는 높은 손상 위험에 해당하는 검사 임계값(SV)과 비교한다. 검사 임계값(SV)이 하나 이상의 마모 지수(IUi)에 도달하면, 예를 들어, 단계(440) 동안에 시작적 알람 또는 청각적 알람을 작동시켜서, 임계값(SV)에 도달한 각 탱크에 대해 탱크 검사를 수행해야 함을 표시해야한다. 따라서 승무원은 관련 탱크에 대한 항구 도착시 탱크 검사를 실시해야한다는 사실을 경고받게 된다. 임계값(SV)를 초과하지 않거나, 단계(440)이 수행된 후에, 흐름도는 종료된다.
테스트(420)가 탱크 검사가 예정된 것으로 결정하면, 단계(450)는 마모 지수가 가장 높은 탱크를 결정할 수 있게 한다. 이를 위해 각 마모 지수(IUi)를 다른 모든 탱크의 마모 지수(IUi)와 비교하여 마모 지수 Max(IUi)가 가장 높은 탱크를 결정한다.
최고 마모 지수 Max(IUi)가 결정되면, 관리 시스템은 단계(460) 동안 해당 탱크에 플래그를 지정하고 검사는 해당 탱크에 대해서만 수행된다.
탱크 검사 후, 다른 탱크를 검사해야 하는지 여부를 결정하기 위해 새로운 테스트(470)가 수행된다. 이 테스트(470)는 검사된 탱크가 손상되었는지 여부를 확인하는 것으로 구성된다. 탱크가 손상되지 않은 경우, 마모 지수(IUi)에 따라, 손상 위험이 낮은 다른 탱크를 검사할 필요가 없다. 반면에 탱크가 손상되면 단계(480)를 수행해야 한다.
상기 단계(480)는 상기 단계(450)를 반복하기 전에 선박의 마모 지수에서 방금 검사한 손상된 탱크에 해당하는 마모 지수를 제거하여 나머지 탱크 중 가장 높은 마모 지수를 가진 탱크인 검사해야 할 다음 탱크를 결정하게 된다. 탱크 자체가 손상되면 마모 지수(IUi)의 내림차순으로 탱크를 계속 검사한다.
탱크 검사에서 결함이나 적어도 한 번의 수리가 필요한 결함이 발견되지 않으면, 다른 탱크는 검사할 필요가 없다. 이런 종류의 방법을 사용하면 검사하는 탱크의 수를 크게 줄일 수 있다. 검사된 탱크의 수는 손상된 탱크의 수에 1을 더한 수로 줄어들어 모든 탱크를 배수시키는 상황을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 자동화는 다소 강렬할 수 있다. 비교적 낮은 자동화 실시예에 따르면, 관리 시스템(100 및 200)은 단지 마모 지수(IUi)를 저장하고 이들을 서로 및 검사 임계값(SV)과 비교한다. 그런 다음 관리 시스템은 임계값(SV)을 지나쳤는지 여부를 나타내는 시각적(예: 빨간색/녹색) 표시기와 함께 마모 지수(IUi)를 내림차순으로 표시한다. 이 구성에서, 단계(410, 430 및 450)만이 관리 시스템(100 또는 200)에 의해 실행되고, 도 5의 흐름도의 나머지 부분은 유지 보수 담당자가 수행한다.
고도로 자동화된 실시예에 따르면, 단계(440 및 460)의 검사 만이 유지 보수 담당자에 의해 수행되며, 검사 결과는 시스템에 기록된다.
선택적으로, 단계(460)는 또한 마모 지수(Max(IUi))를 탱크 검사를 수행할 필요가 없는 최소 마모 임계값과 비교할 수 있다. 이를 통해 불필요한 탱크 검사를 하지 않아도 된다.
선택적으로, 테스트(430) 및 단계(440)가 생략될 수 있다. 실제로 각 항해에서 탱크 검사를 피하기 위해 검사 임계값(SV)은 상대적으로 높아야 한다. 임계값이 매우 높으면 효용이 없음을 증명할 수 있다.
또다른 변형에 따르면, 검사 날짜가 필요하지 않다고 생각할 수 있으며, 반대로 검사 임계값(SV)만 검사를 트리거하는 데 사용된다는 것을 고려할 수 있다. 이 경우, 테스트(430)는 다수의 탱크가 임계값(SV)보다 높은 마모 지수(IUi)를 갖는다는 것을 나타낼 수 있다. 복수의 탱크에 대한 검사를 피하기 위해, 단계(440)는 단계(450 및 480)에 해당하는 단계로 대체되어, 손상되지 않은 경우 하나의 탱크만 검사할 수 있다.
임계값(SV)에 도달하고 탱크가 손상되지 않은 경우, 획득 수단(42)에 입력된 새로운 값으로 임계값(SV)을 증가시킬 필요가 있다.
탱크 검사에서 탱크가 손상되었다고 결론을 내리면, 해당 탱크는 즉시 또는 이후 항구에서 정지하는 동안 수리해야 하지만 탱크는 수리를 위해 가동이 중단된 것으로 간주된다. 도 5의 순서도를 실행할 때, 가동이 중단된 탱크는 무시될 수 있다.
탱크를 수리하지 않는 한, 선박 건조시 탱크의 마모를 나타내는 마모 지수를 보존할 필요가 있다. 탱크가 수리되면 마모 지수가 더 이상 해당 탱크의 마모 상태를 나타내지 않으며, 해당 지수를 수정해야 할 수 있다. 탱크 수리가 사실상 모든 탱크를 재건하는 것으로 구성되는 경우, 수리된 탱크는 새 것으로 간주될 수 있으므로 획득 수단(42)을 사용하여 마모 지수(IUi)를 0으로 재설정해야한다. 한편, 탱크의 부분적 수리가 완료되었으며 경미한 것으로 간주되는 특정 마모 흔적이 수리로 이어지지 않으며, 마모 지수가 감소하거나 동일하게 유지될 수 있다. 특히 수리가 탱크의 최소 영역과 관련된 경우, 이러한 지수는 변경되지 않는다.
본 발명이 복수의 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 어떠한 방식 으로든 이에 제한되지 않으며, 이러한 복수의 실시예들은 본 발명의 범위 내에 속하는 경우 설명된 수단의 모든 기술적 등가물 및 조합을 포함한다는 것은 명백하다.
동사 "포함하다"또는 "구비하다" 및 그것의 결합 형태의 사용은 청구 범위에 언급 된 것 이외의 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다.
청구항에서 괄호 사이의 참조 부호는 청구항의 제한으로 해석되어서는 아니된다.
1: 선 박 2: 밀봉 단열 탱크
3, 4, 5, 6: 탱크
100: 관리 시스템 110: 중앙 처리 장치

Claims (15)

  1. 액화 가스를 운송하기 위한 적어도 하나의 밀봉 단열 탱크를 포함하는 선박의 유지 관리 방법에 있어서, 상기 탱크는 상기 선박 상에서 형상과 위치를 가지되, 상기 방법은,
    상기 탱크의 현재의 충전 레벨을 결정하는 단계(310);
    상기 선박의 현재의 이동 상태를 결정하는 단계(320);
    상기 탱크의 위치와 형상을 고려하여, 상기 탱크의 현재의 충전 레벨 및 상기 선박의 현재의 이동 상태로부터 현재의 슬로싱 지수(IBi)를 결정하는 단계(330);
    결정된 현재의 슬로싱 지수(IBi)를 슬로싱 지수의 이력을 고려한 마모 지수(IUi)로 적분(integrating)하는 단계(340); 및
    상기 마모 지수를 제 1 임계값에 비교하는 단계로서, 비교 결과에 따라 상기 탱크가 검사될 필요가 있는지를 나타내기 위하여 상기 마모 지수를 제 1 임계값에 비교하는 단계(430, 450);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선박은 복수의 탱크(3 4, 5, 6)를 포함하되, 상기 마모 지수(IUi)는 각각의 탱크에 대하여 결정되며, 상기 제 1 임계값은 최고 마모 지수(Max(IUi))를 가지는 탱크의 검사가 수행되어야 하는지를 나타내기 위하여 다른 탱크의 마모 지수(IUi)에 대응하는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    나태내어진 상기 탱크에 대한 검사가 수행되는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 탱크가 상기 최고 마모 지수(Mac(IUi))에 대응하는 지를 검사한 후에, 검사된 탱크가 손상을 입었고 나머지 탱크 중 최고 마모 지수를 가지는 탱크이어서 검사되어야 하는 그 다음의 탱크가 있는지를 결정하는 단계(480)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    탱크를 검사한 후에, 상기 탱크가 손상을 입었으면 탱크의 검사가 중단되는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마모 지수(IUi)를 임계값에 비교하는 단계는 선박의 유지 작업 도중에 수행되는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선박의 현재의 이동 상태를 결정하는 단계는,
    파도의 높이;
    파도의 주기;
    상기 선박의 방향에 대한 파도의 공격 각도(angle of attack);
    상기 선박의 속력;
    상기 선박의 진동; 및
    상기 선박의 측정된 이동 중 적어도 하나의 매개 변수를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    현재의 슬로싱 지수(IBi)를 결정하는 단계는,
    상기 탱크가 받는 열적 사이클의 횟수;
    상기 선박의 연신율;
    상기 선체의 경직 레벨;
    상기 액화 가스의 특성; 및
    상기 밸러스트 탱크의 충전 레벨; 중 적어도 하나의 추가적인 구조 상태 매개 변수를 고려하는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    현재의 슬로싱 지수(IBi)를 결정하는 단계는 선박의 현재의 이동 상태에서의 탱크의 열화 가능성을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    현재의 슬로싱 지수(IBi)는 다중 엔트리 대응 표의 값, 상기 탱크의 충전에 대응하는 엔트리, 상기 선박의 현재의 이동 상태에 대응하는 적어도 하나의 엔트리의 값 및 상기 탱크의 열화 가능성을 나타내는 판독 값을 판독하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    현재의 슬로싱 지수(IBi)를 적분하는 것은 현재의 슬로싱 지수의 합에 대응하며, 현재의 슬로싱 지수는 연속적인 측정 동안에 연속적으로 계산되는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 방법.
  12. 액화 가스를 운송하기 위한 적어도 하나의 밀봉 단열 탱크를 포함하는 선박의 유지 관리 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
    적어도 하나의 탱크의 현재의 충전 레벨을 측정하기 위한 적어도 하나의 탱크 충전 레벨 센서(121, 230);
    상기 선박의 현재의 이동 상태를 결정할 수 있는 선박의 이동을 평가하는 장치(122, 123, 130, 230);
    상기 탱크의 위치와 형상을 고려하여, 상기 탱크의 현재의 충전 레벨과 상기 선박의 현재의 이동 상태로부터 현재의 슬로싱 지수(IBi)를 결정하고;
    상기 슬로시 지수의 이력을 고려한 마모 지수에 결정된 현재의 슬로싱 지수(IBi)를 적분하고;
    상기 마모 지수를 제 1 임계값에 비교하도록 된,
    처리 수단(110, 210);
    비교 결과의 함수로서, 적어도 하나의 상기 탱크에 대한 검사가 수행되어야 하는지를 나타내는 경고 장치(41);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 선박(123)의 이동을 평가하는 장치는 선박의 주변의 파도의 높이, 주파수 및 방향을 측정하는 기상 스테이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 시스템.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 처리 수단은 육상의 모니터링 스테이션(200)에 부분적으로 위치되고 상기 선박에 무선으로 통신하여, 적어도 하나의 상기 탱크의 현재의 충전 레벨 및 상기 선박의 현재의 이동 상태에 대한 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 선박의 유지 관리 시스템.
  15. 복수의 밀봉 단열 탱크를 포함하는 액화 가스를 운송하기 위한 선박에 있어서,
    상기 선박은 각각의 탱크에 대하여 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 선박의 유지 관리 시스템(100)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
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