KR20210116956A

KR20210116956A - 선박용 액화 화물 저장탱크

Info

Publication number: KR20210116956A
Application number: KR1020200033196A
Authority: KR
Inventors: 김세훈; 오세면; 이동현; 최순호
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-09-28

Abstract

본 발명은 액화가스 저장탱크를 제공한다. 본 발명의 액화가스 저장탱크는 액화 화물이 저장되는 탱크 바디; 상기 탱크 바디의 내부에서 상기 액화 화물의 자유수면보다 상부에 설치되어 상기 액화 화물의 자유수면 상부의 기체와 열교환을 위한 열교환기; 상기 탱크 바디의 외부에 제공되고, 냉매를 냉각시키는 냉각기; 및 상기 냉매가 상기 냉각기와 상기 열교환기를 순환하도록 제공되는 순환라인을 포함할 수 있다.

Description

선박용 액화 화물 저장탱크{LIQUEFIED CARGO STORAGE TANK FOR SHIP}

본 발명은 해양 구조물의 액화가스 저장탱크에 관한 것이다.

최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas; LPG) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.

예를 들어, 액화천연가스(LNG)는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

이와 같이, LNG와 같은 액화가스를 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 운반선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해양구조물 내에는 LNG를 극저온 액체 상태로 저장하기 위한 저장탱크가 설치되어 있다.

LNG나 LPG 등의 액화가스가 저장탱크의 내부에 가득 차 있는 상태에서는 파도 등에 의한 선박의 동요가 발생하더라도, 액체의 유동으로 인한 저장탱크의 측벽 및 천장 구조물에 슬로싱(sloshing)으로 인한 충격이 거의 전달되지 않는다. 슬로싱이란, 선박이나 부유식 구조물이 다양한 해상 상태에서 운동할 때 저장탱크 내에 수용된 액체 상태의 물질, 즉 LNG가 유동하는 현상을 말한다. 저장탱크 내부에 빈 공간이 있을 때, 유체의 유동에 의한 슬로싱에 의해 저장탱크의 벽면과 천장은 심한 충격을 받게 된다.

이러한 슬로싱으로 인한 저장탱크 내부 손상은 저장탱크의 크기가 커질수록 높아지는 경향이 있어, 이러한 저장탱크의 크기를 대형으로 결정하는 데 많은 제약으로 작용된다.

따라서, 이러한 슬로싱 현상은 선박의 운항 중에 필연적으로 발생하므로, 슬로싱에 의한 하중을 견디기 위해 충분한 강도를 가지도록 저장탱크 구조를 설계하거나, 슬로싱 감소 기능을 갖는 저장탱크에 대한 필요성이 요구된다.

본 발명의 일 과제는, 액화 화물의 슬로싱을 최소화할 수 있는 액화 화물 저장탱크 및 이를 갖는 선박을 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화 화물이 저장되는 탱크 바디; 상기 탱크 바디의 내부에서 상기 액화 화물의 자유수면보다 상부에 설치되어 상기 액화 화물의 자유수면 상부의 기체와 열교환을 위한 열교환기; 상기 탱크 바디의 외부에 제공되고, 냉매를 냉각시키는 냉각기; 및 상기 냉매가 상기 냉각기와 상기 열교환기를 순환하도록 제공되는 순환라인을 포함하는 액화 화물 저장탱크가 제공될 수 있다.

또한, 상기 순환라인에 설치되는 펌프를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉매는 액화질소일 수 있다.

또한, 상기 액화 화물의 유동을 감지하고 감지신호를 출력하는 계측기; 및 상기 계측기로부터 수신된 감지신호를 검출하여, 상기 순환라인에서의 상기 냉매 유동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 액화 화물의 표면을 슬러시 상태로 만들어 액화 화물의 슬로싱을 최소화할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 구비한 해양구조물의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 기본 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 저장탱크를 구비한 해양구조물의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 기본 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 해양 구조물(10)의 선체(12)에는 복수의 액화가스 저장 탱크(100)가 형성되어 있다. 액화가스 저장탱크(100)는 탱크 본체(110) 및 냉각 장치(200)를 포함할 수 있다.

액화 가스 저장탱크(100)는, LNG나 LPG, 액화질소와 같은 액화가스를 저장하며, 해양구조물(10)의 길이 방향으로 형성되는 좌측 횡벽(110a) 및 우측 횡벽(110b)과, 좌우측 횡벽(110a, 110b) 사이에 형성되는 전후방 격벽(110c, 110d),바닥(120), 천장(130)의 구성으로 이루어지는 탱크 본체(110)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의해 탱크 본체(110)에는 저장공간(150)이 만들어진다. 좌우측 횡벽(110a, 110b)과 전후방 격벽(110c, 110d)은 액화가스 저장탱크(100)의 측벽이라 할 수 있다.

탱크 본체(110)는, 저장공간(150)에 저장된 액화가스(140)가 유동함에 따라 발생하는 슬로싱 충격력을 감소시키기 위해 길이방향을 따라 좌우측 횡벽의 상부와 하부에 대략 45도 각도로 경사진 상부/하부 챔퍼(chamfer)(110e,110f)를 가지며, 상부/하부 챔퍼(chamfer)(110e,110f)는 좌우측 횡벽(110a, 110b)에 포함될 수 있다.

이러한 액화가스 저장탱크(100)는, 해양구조물(10)에 설치되는 멤브레인형 액화가스 화물창의 기본적인 형태를 나타내고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 변형된 다양한 형태의 화물창을 적용하는 것이 가능함은 물론이다.

상기에서, 해양구조물(10)은 액화가스(140)를 해상에서 수송하거나 보관하는 구조물로서, 예를 들어 액화가스(140)가 LNG일 경우, LNG 운반선, LNG RV(Regasification Vessel), LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등일 수 있다.

한편, 냉각 장치(200)는 탱크 본체(110)에 수용되는 액화 화물( 일예로 액화천연가스)의 슬로싱 충격을 감소시키기 위해 그리고 증발가스를 재액화시키기 위해 제공될 수 있다. 냉각 장치(200)는 탱크 본체(110)에 저장된 액화 화물의 표면을 어는 점까지 냉각시키기 위한 것이다.

일 예로, 냉각 장치(200)는 열교환기(210), 냉각기(230), 순환라인(220) 그리고 순환펌프(240)를 포함할 수 있다.

열교환기(210)는 탱크 본체(110)의 내부에서 액화 화물의 자유수면보다 상부에 위치되도록 제공될 수 있다. 열교환기(210)는 냉매(이하, 액화질소)의 냉열을 이용해 액화 화물의 자유수면 상부의 기체와 열교환을 한다. 열교환기(210)는 탱크 본체(110)의 천장(130)에 고정 설치될 수 있다.

냉각기(230)는 탱크 본체(110)의 외부에 제공될 수 있다. 액화질소는 열교환기(210)를 통과하면서 기체와 열교환되어 기화질소로 변할 수 있으며, 이렇게 온도가 올라간 액화질소는 냉각기(230)에서 재냉각된 후 다시 열교환기(210)로 공급될 수 있다.

순환라인(220)은 냉각기(230)와 열교환기(210)에 연결되어 액화질소가 순환될 수 있도록 제공될 수 있으며, 순환펌프(240)는 순환라인(220) 상에 설치될 수 있다. 도시하지 않았지만, 순환라인(220) 상에는 액화 질소의 유량을 조절하기 위한 밸브 및 개폐 밸브가 설치될 수 있다.

상기와 같이, 냉각 장치(200)는 액화질소가 냉각기(230)에 의해 냉각된 후 순환라인(220)을 따라 탱크 본체(110) 내부에 설치된 열교환기(210)에서 기체로부터 열을 흡수하여 냉각시키고, 이러한 작용이 연속되어 액화 화물 자유수면 부근이 슬러시 상태가 되면, 액체 상태보다 훨씬 점성이 높아지면서 액체 상태일 때보다 상대적으로 유체 운동을 억제시킬 수 있다. 이때, 액화 화물의 경우 물과 얼음과는 다르게 얼어있는 액화화물은 탱크 본체 아래로 가라앉게 된다.

액화 화물이 슬러시 또는 얼음 상태가 되면 액체상태(밀도 0.424kg/m3)보다 고체상태의 비중(밀도 0.520kg/m3)가 높기 때문에 선박의 무게중심이 아래쪽으로 가면서 안정성 측면에서도 긍정적인 효과가 존재한다. 액화 화물의 자유수면을 냉각시키는 이유는 액화 화물을 직접적으로 냉각시키면 기체를 냉각시키는 것보다 훨씬 큰 열량이 소모되기 때문에 슬로싱(sloshing)의 주된 요인이 되는 액체상태의 자유표면을 냉각시키는 것이 효율적일 수 있다.

또한, 열교환기(210)를 탱크 본체(110) 내에 설치함으로써 BOG(Boil off gas)도 줄어드는 효과도 볼 수 있기 때문에 운동 효율이 높아지는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.

도 3에서와 같이, 다른 실시예에 따른 액화가스 저장탱크(100a)는 탱크 본체(110), 열교환기(210), 냉각기(230), 순환라인(220) 그리고 순환펌프(240)를 포함하며, 이들은 도 1 및 도 2에 도시된 탱크 본체 및 냉각 장치와 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 다른예를 설명하기로 한다.

액화 가스 저장탱크(100a)는 액화 화물의 유동을 감지하고 감지신호를 출력하는 계측기(300) 및 계측기(300)로부터 수신된 감지신호를 검출하여, 냉각 장치(200)의 가동 여부를 제어하는 제어기(400)를 갖는다는데 그 특징이 있다.

계측기(300)는 탱크 본체(110)의 측벽에 설치될 수 있으며, 액화 화물의 유동을 감지하여 후술할 제어기(140)에 감지신호를 출력할 수 있다. 계측기(30))는, 기울기 센서 또는 유동센서일 수 있다.

계측기(300)는 탱크 본체(110)의 바닥의 중앙 부분에 하나를 설치하여 액화 화물이 유동하는지를 감지할 수 있지만, 위치별로 액화 화물의 유동에 차이가 있을 수 있으므로, 측벽 여러 곳에 골고루 복수 개 설치하는 것이 바람직하다.

제어기(400)는 탱크 본체(1100 외부에 설치되며, 계측기(300)로부터 수신된 감지신호를 검출하여, 순환라인(210)에서의 냉매(액화질소) 유동을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어기(400)는 계측기(300)로부터 액화 화물이 유동하고 있는 신호가 수신되면, 액화질소가 순환라인(220)을 따라 순환되도록 그리고 냉각기(230) 및 순환펌프(240)를 가동시킬 수 있다.

따라서, 선박이 순항중으로 액화 화물의 유동이 발생되지 않을때에는 냉각 장치의 가동을 중지시킴으로써, 액화 질소를 냉각하는데 필요한 에너지 사용을 억제할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 액화가스 저장탱크 110 : 탱크 본체
200 : 냉각 장치 210 : 열교환기
220 : 순환라인 230 : 냉각기
240 : 순환펌프

Claims

액화 화물이 저장되는 탱크 바디;
상기 탱크 바디의 내부에서 상기 액화 화물의 자유수면보다 상부에 설치되어 상기 액화 화물의 자유수면 상부의 기체와 열교환을 위한 열교환기;
상기 탱크 바디의 외부에 제공되고, 냉매를 냉각시키는 냉각기; 및
상기 냉매가 상기 냉각기와 상기 열교환기를 순환하도록 제공되는 순환라인을 포함하는 선박용 액화 화물 저장탱크.
제 1 항에 있어서,
상기 냉매는 액화질소인 선박용 액화 화물 저장탱크.
제 1 항에 있어서,
상기 액화 화물의 유동을 감지하고 감지신호를 출력하는 계측기; 및
상기 계측기로부터 수신된 감지신호를 검출하여, 상기 순환라인에서의 상기 냉매 유동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 선박용 액화 화물 저장탱크.