KR20210152835A - 반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 - Google Patents

반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20210152835A
KR20210152835A KR1020200069801A KR20200069801A KR20210152835A KR 20210152835 A KR20210152835 A KR 20210152835A KR 1020200069801 A KR1020200069801 A KR 1020200069801A KR 20200069801 A KR20200069801 A KR 20200069801A KR 20210152835 A KR20210152835 A KR 20210152835A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane
storage tank
liquefied gas
gas storage
metal membrane
Prior art date
Application number
KR1020200069801A
Other languages
English (en)
Inventor
지혜련
이재봉
박성우
천병희
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020200069801A priority Critical patent/KR20210152835A/ko
Publication of KR20210152835A publication Critical patent/KR20210152835A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/025—Bulk storage in barges or on ships
    • F17C3/027—Wallpanels for so-called membrane tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/004—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels for large storage vessels not under pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/02—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
    • B63B25/08—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
    • B63B25/12—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
    • B63B25/16—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/01—Reinforcing or suspension means
    • F17C2203/011—Reinforcing means
    • F17C2203/012—Reinforcing means on or in the wall, e.g. ribs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/03—Thermal insulations
    • F17C2203/0304—Thermal insulations by solid means
    • F17C2203/0329—Foam
    • F17C2203/0333—Polyurethane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0636—Metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/23—Manufacturing of particular parts or at special locations
    • F17C2209/232—Manufacturing of particular parts or at special locations of walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

본 발명은 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재의 상면에 상부 플레이트가 부착되는 단열패널들이 연달아 배치되어 구성되는 단열층과, 다수의 금속 멤브레인 시트들로 구성되며 단열층의 상부에 적층되어 밀봉 기능을 수행하는 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 있어서, 멤브레인 시트는 평판 형태의 시트로부터 하방으로 함몰되는 형태로 형성되는 복수의 주름을 포함하고, 상기 주름은 단면이 밀폐된 도형을 이루며, 각각의 주름이 멤브레인 시트 내에서 일정한 간격을 이루며 독립적으로 형성됨으로써, 액화가스 저장탱크 내에서 작용하는 열응력에 대하여 균일한 열하중의 배치가 가능함은 물론 설치 작업시 시공성이 현저하게 향상되는, 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 제공한다.

Description

반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 {INSULATING SYSTEM FOR LIQUEFIED GAS STORAGE TANK INCLUDING METAL MEMBRANE WITH HEMISPHERE-SHAPED CORRUGATIONS}
본 발명은 반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 액화가스 저장탱크 내에서 작용하는 열응력에 대하여 균일한 열하중의 배치가 가능함은 물론 설치 작업시 시공성이 현저하게 향상될 수 있도록 반구 형상의 주름 구조가 구현된 금속 멤브레인 및 이를 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템의 구조에 관한 것이다.
천연가스는 대기압에서 대략 -162℃의 온도에 이르게 되면 액체상태를 유지하므로 단열 기능을 가진 저장탱크에 액체상태로 저장할 수 있다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')와 같은 액화가스를 저장하는 저장탱크는 극저온 유체를 안전하게 저장하기 위하여 열전달을 차단하는 재료로 이루어지는 단열층과 밀봉 기능을 가지는 멤브레인(membrane, 흔히 '밀봉벽'이라고도 함)을 포함하는 단열 구조를 가진다.
일반적으로 멤브레인은 극저온 상태에 의한 응력 변화에 대응할 수 있도록 저온 취성이 강한 금속 재질로 마련되며, 다수의 멤브레인 시트가 겹치기 용접에 의해 서로 연결되어 저장탱크의 기밀성이 유지되도록 한다.
이때, 멤브레인은 극저온의 유체에 의한 반복적인 온도 변화 및 하중 변화에 대응하여 수축 및 팽창이 가능하도록 설계 및 제작되어야 한다. 일반적으로 멤브레인은 극저온 상태에 의한 열수축 발생시 멤브레인의 변형을 흡수할 수 있도록 종방향 및 횡방향으로 배열되는 복수의 주름부(corrugation)를 포함하는 구조로 설계되어, 멤브레인의 용접 부위에 열응력이 발생하여 파손되는 위험성을 방지한다.
액화가스 저장탱크에 사용되는 멤브레인의 주름은 내부에 저장되는 극저온 유체의 특성으로 인한 내부 온도 변화에 대하여 수축과 팽창 응력을 흡수할 수 있는 형상으로 디자인되어 발전되어 왔다.
현재 상용화된 대형 액화가스 저장탱크에서는, 프랑스 엔지니어링 회사인 GTT(Gaztransport & Technigaz)사에 의해 개발된 MARK Ⅲ형 저장탱크의 멤브레인 주름 구조가 가장 널리 이용되고 있다.
도 1은 종래 MARK Ⅲ형 저장탱크의 멤브레인 주름 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 MARK Ⅲ형 저장탱크에서 멤브레인을 구성하는 단위 멤브레인 시트(10)는 사각형의 단면을 가지는 얇은 금속판으로서, 온도 및 하중의 변화에 수축 및 팽창이 용이하도록 종방향 및 횡방향으로 배열된 복수의 주름부(11, 12)를 포함하며, 서로 이웃하는 단위 멤브레인 시트(10)끼리 가장자리가 서로 겹치기 용접되어 멤브레인을 구성한다.
이때, 종방향 또는 횡방향을 따라 연장되는 주름부(11, 12)가 멤브레인 시트(10)의 평판으로부터 상방으로 융기되는 형태를 가지며, 종방향 주름부(11)와 횡방향 주름부(12)가 서로 교차하는 부위에는 교차부(13)가 형성된다.
이러한 종래의 멤브레인의 주름 구조는, 종방향 및 횡방향 주름부(11, 12)가 교차되는 부위에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위하여 교차부(13)가 복잡한 형태를 가지게 되는 바, 복잡한 형태로 인하여 멤브레인의 성형 작업이 매우 까다롭다는 단점이 있다.
또한, 종래의 멤브레인에서는 종방향 및 횡방향 주름부(11, 12)가 서로 교차되기 위하여 교차 부위의 높이가 서로 다르게 형성될 수 밖에 없었으며, 이에 따라 종방향 주름부(11)와 횡방향 주름부(12)의 면강성(In-plate stiffness)에 차이가 발생한다.
멤브레인의 면강성은 주름 자체의 형상보다는 교차부(13)의 강성에 크게 좌우되는데, 교차 부위가 비대칭적인 형상을 가지는 종래의 멤브레인은, 교차부(13)의 형상을 아무리 복잡한 구조로 개선한다 하더라도 저장탱크 내에서 발생하는 슬로싱(sloshing) 하중 등에 의해 붕괴될 위험이 항시 존재하였으며, 이는 액화가스 저장탱크의 구조적 안정성을 저해하는 요인이 되었다.
더불어, 종래의 멤브레인은, 도면에 도시된 바와 같이 종방향 및 횡방향 주름부(11, 12)가 멤브레인 시트(10)의 가장자리까지 형성되므로 이웃하는 멤브레인 시트(10) 간의 겹치기 용접시 용접 영역에 대한 제약이 발생하였으며, 저장탱크 내에서 설치가 이루어질 때 멤브레인 상에 돌출된 주름 구조에 의하여 작업자가 작업 공간을 용이하게 확보하는 것이 어려웠으며, 결과적으로 멤브레인의 시공성이 떨어지는 문제가 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상술한 종래 멤브레인 구조의 문제점을 해결하고, 액화가스 저장탱크 내에서 작용하는 열응력에 대하여 균일한 열하중의 배치가 가능함은 물론 설치 작업시 시공성이 현저하게 향상될 수 있도록 반구 형상의 주름 구조가 구현된 금속 멤브레인 및 이를 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템의 구조를 개발하여 제공하고자 하는 것이다.
현재 액화가스 저장탱크 분야에서 상용되고 있는 멤브레인의 주름 구조는 대체로 프랑스 엔지니어링 회사인 GTT(Gaztransport & Technigaz)에 의해 개발된 구조를 따르고 있는 실정인데, 본 발명은 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인의 고유 설계를 개발하여 이에 관한 독자기술을 확보함으로써, 한국 조선업의 경쟁력을 높이고 국내산업의 발전에 기여하는 것을 궁극적인 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재의 상면에 상부 플레이트가 부착되는 단열패널들이 연달아 배치되어 구성되는 단열층과, 다수의 금속 멤브레인 시트들로 구성되며 상기 단열층의 상부에 적층되어 밀봉 기능을 수행하는 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 있어서, 상기 멤브레인 시트는 평판 형태의 시트로부터 하방으로 함몰되는 형태로 형성되는 복수의 주름을 포함하고, 상기 주름은 단면이 밀폐된 도형을 이루며, 각각의 상기 주름이 상기 멤브레인 시트 내에서 일정한 간격을 이루며 독립적으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 제공될 수 있다.
상기 복수의 주름이 상기 멤브레인 시트 내에 형성됨에 따라 상기 멤브레인 시트의 가장자리는 모두 평판 형태로 구비될 수 있다.
상기 주름은 단면이 원 또는 타원형인 반구 형상이나 단면이 십(十)자 형태를 가지면서 함몰된 형상을 가질 수 있다.
상기 상부 플레이트에는 상기 주름을 수용할 수 있도록 수용부가 형성될 수 있다.
상기 수용부는 상기 주름의 형상에 대응하는 홈 또는 상기 주름과 동일한 직경을 가지면서 상기 상부 플레이트를 두께 방향으로 완전 관통하는 홀 형태로 가공될 수 있다.
상기 멤브레인 시트의 평판부와 주름이 접하는 부위에는 일정한 반지름 값을 가지도록 라운드 처리되어 응력 집중을 분산시킬 수 있다.
상기 멤브레인 시트의 평판부와 주름 사이의 라운드진 형상에 대응하여, 상기 수용부의 입구 둘레를 따라 라운드 처리될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상면에 상부 플레이트가 부착된 단열재를 일정한 형태로 가공하여 제작되는 단열패널들로 구성되는 단열층과, 상기 단열층의 상부에 적층되는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 있어서, 상기 금속 멤브레인은 반구 형상을 가지면서 하방으로 함몰되는 형태의 복수의 주름을 포함하되, 상기 복수의 주름은 상기 금속 멤브레인 상에 일정한 간격을 이루며 독립적으로 형성되어, 상기 각각의 주름마다 열수축량이 동일하게 반영되어 열응력에 대한 균일한 열하중 배치가 가능한 것을 특징으로 하는, 반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 제공될 수 있다.
상기 상부 플레이트에는 상기 주름을 수용할 수 있도록 홈 또는 홀 형태를 가지는 수용부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 멤브레인 주름 구조는 다음과 같은 효과의 구현이 가능하게 한다.
본 발명에 의하면, 멤브레인 내에 독립된 형태를 이루는 주름이 일정한 간격으로 형성됨에 따라, 각각의 주름마다 열수축량이 동일하게 반영될 수 있어 열응력에 대한 균일한 열하중 배치가 가능하고, 멤브레인 내에서 국부적으로 열응력이 집중되는 곳을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 극저온 유체에 의한 반복적인 온도 변화 및 극저온 유체의 하중 변화에 대응하여, 멤브레인의 낮은 면강성을 유지하는 것이 가능하여 구조 건전성을 높일 수 있고, 멤브레인의 피로수명 향상 및 이에 따른 액화가스 저장탱크의 구조적 안정성이 전체적으로 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 밀봉을 형성하는 멤브레인으로부터 저장탱크의 내측 방향을 향하여 돌출되는 부위가 없으므로, 저장탱크 내에서 발생하는 슬로싱과 같은 동적 하중에도 대응이 용이하다는 장점이 있다.
더불어, 본 발명은 상기한 돌출부의 부재로 인하여 작업자의 작업 공간 확보에도 제약이 없으며, 멤브레인 시트의 가장자리가 모두 평판 형태로 구비되기에 겹치기 용접시 용접 영역에 대한 제한도 없으므로, 기존 대비 시공성이 현저하게 향상되는 효과가 있다.
본 발명은 상기와 같이 월등한 효과를 가지는 고유 설계로서의 독자 기술을 확보하는 것이 가능하게 함으로써, 액화가스 저장탱크의 국산화 및 이를 통하여 세계 시장에서의 시장 점유을을 확보하는 것을 가능하게 하며, 이는 한국 조선업계의 경쟁력을 갖추고 궁극적으로는 국내산업의 발전에 기여하는 데 큰 기여를 할 것이다.
도 1은 종래 MARK Ⅲ형 저장탱크의 멤브레인 주름 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 단열 구조물들이 조합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에서 멤브레인을 구성하는 단위 멤브레인 시트를 나타낸 도면으로서, (a)는 사시도, (b)는 평면도, (c)는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 멤브레인 시트에서 주름이 형성되는 부위를 확대 도시한 측단면도이다.
도 6은 본 발명에서 단열패널을 구성하는 상부 플레이트를 나타낸 도면으로서, (a)는 사시도, (b)는 평면도, (c)는 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 멤브레인의 수축/팽창 작용을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 열수축시 멤브레인의 거동을 나타낸 것이고, (b)는 열팽창시 멤브레인의 거동을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에서 멤브레인에 형성되는 주름의 배치 구조를 나타낸 도면으로서, (a)는 복수의 주름이 직렬 배치되는 것을 나타낸 것이고, (b)는 복수의 주름이 교차 배치되는 것을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 멤브레인 주름 구조의 변형예로서, (a)는 주름이 타원 형상으로 형성되는 것, (b)는 주름이 십자 형상으로 형성되는 것을 각각 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 명세서에서 관례상 저장탱크의 요소에 적용된 용어 '상부' 또는 '위'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 저장탱크의 내측을 향하는 방향을 가리키는 것이고, 마찬가지로 용어 '하부' 또는 '아래'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 저장탱크의 외측을 향하는 방향을 가리키는 것이다.
또한, 본 발명에서 '액화가스'는, LNG를 비롯하여 LPG(Liquefied Petroleum Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이 저온으로 액화시켜 저장 및 수송될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있음을 첨언한다.
도 2는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 단열 구조물들이 조합된 상태를 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명에서 멤브레인을 구성하는 단위 멤브레인 시트를 나타낸 도면으로서, (a)는 사시도, (b)는 평면도, (c)는 측면도이다. 도 5는 본 발명의 멤브레인 시트에서 주름이 형성되는 부위를 확대 도시한 측단면도이다. 도 6은 본 발명에서 단열패널을 구성하는 상부 플레이트를 나타낸 도면으로서, (a)는 사시도, (b)는 평면도, (c)는 측면도이다. 도 7은 본 발명에 따른 멤브레인의 수축/팽창 작용을 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 열수축시 멤브레인의 거동을 나타낸 것이고, (b)는 열팽창시 멤브레인의 거동을 나타낸 것이다. 도 8은 본 발명에서 멤브레인에 형성되는 주름의 배치 구조를 나타낸 도면으로서, (a)는 복수의 주름이 직렬 배치되는 것을 나타낸 것이고, (b)는 복수의 주름이 교차 배치되는 것을 나타낸 것이다. 도 9는 본 발명에 따른 멤브레인 주름 구조의 변형예로서, (a)는 주름이 타원 형상으로 형성되는 것, (b)는 주름이 십자 형상으로 형성되는 것을 각각 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크는 극저온의 액화가스를 안전하게 저장하기 위하여 열전달을 차단할 수 있는 재료로 이루어지는 단열층과 밀봉 기능을 가지는 멤브레인을 포함할 수 있다.
단열층은 단열재를 일정한 형태로 가공하여 제작되는 다수의 단열패널(100)들로 구성될 수 있다. 도면에는 단열패널(100)이 하나만 도시되어 있지만, 다수의 단열패널(100)들이 저장탱크의 내벽 상에 연달아 배치됨으로써 단열층이 구성되는 것으로 이해되어야 한다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명에서 단열패널(100)은, 폴리우레탄 폼(PUF) 또는 강화 폴리우레탄 폼(R-PUF)으로 이루어지는 단열재(110)와, 단열재(110)의 상면에 부착되는 상부 플레이트(120)를 포함하여 대략 육면체 형태의 패널로 제작될 수 있다.
이때, 상부 플레이트(120)는 유연한 소재로 이루어지는 단열재(110)에 기계적인 강성을 부여하기 위한 것으로서, 플라이우드(plywood) 또는 섬유강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastics)과 같은 소재를 이용할 수 있으며, 단열재(110)의 상면에 접착제에 의해 접착될 수 있다.
도면에는 상부 플레이트(120)만이 도시되어 있지만, 필요에 따라 단열재(110)의 하면에도 추가적으로 하부 플레이트(미도시)가 부착될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명에서 단열패널(100)의 형태가 육면체 형태로 한정되는 것은 아니며, 저장탱크 내에서 연속적으로 배치되기에 용이한 구조라면 다양한 형태로 변경될 수 있음도 물론이다.
멤브레인은 단열층의 상부에 적층되어 밀봉 기능을 수행한다. 멤브레인은 극저온의 액화가스에 의한 응력 변화에 대응할 수 있도록 저온 취성이 강한 금속 재질로 마련될 수 있으며, 바람직하게는 스테인리스강(SUS)이나 인바(Invar) 또는 알루미늄(Aluminum) 합급 등의 저온강이 이용될 수 있다.
멤브레인은 다수의 멤브레인 시트(200)로 구성될 수 있으며, 서로 이웃하는 멤브레인 시트(200)끼리 겹치기 용접되어 밀봉을 형성할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 멤브레인 시트(200)는, 평판 형태의 시트로부터 하방으로 반구 형상을 가지면서 함몰되는 복수의 주름(210)을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 종래와 같이 멤브레인 상에 직선 형태의 주름이 형성되는 것이 아니라, 반구 형상의 주름(210)이 멤브레인 시트(200) 내에 일정한 간격을 가지며 독립적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
반구 형상의 주름(210)은 압축 공법을 통하여 멤브레인 시트(200) 상에 가공이 이루어질 수 있으며, 극저온 유체에 의한 온도 변화에 따른 멤브레인의 수축 또는 팽창시 높이 방향을 따라 수축/이완하여 멤브레인의 변형을 흡수함으로써, 멤브레인 내에 응력이 집중되는 것을 방지한다.
주름(210)의 반구 형상은 극저온에 노출시 수축되는 금속의 특성에 대응하기 위함이며, 이때 주름(210)의 깊이는 반구 형상을 통해 수축되는 멤브레인의 면적만큼 낮아지도록 설계될 수 있다. 즉, 멤브레인의 수축시 주름(210)의 깊이가 낮아지면서 멤브레인의 평면 면적을 넓히는 기능을 한다.
본 발명에서 주름(210)의 형상이 반구 형상으로 국한되는 것은 아니다. 주름(210)의 형상은 멤브레인의 수축/팽창을 용이하게 흡수할 수 있는 구조라면 다양한 형상으로 변형되어 적용될 수 있음도 물론이다. 일예로, 주름(210)은 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 단면이 타원형인 타원형 반구 형상, 또는 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 단면이 십(十)자 형상을 가지면서 함몰된 형상으로 형성될 수도 있으며, 이외에도 다양한 형상으로 변형되어 적용될 수 있다.
다만, 본 발명에서 주름(210)은 멤브레인에 작용하는 열응력에 대하여 균일한 열하중의 배치가 가능하도록 중심을 기준으로 대칭을 이루는 형상으로 마련되는 것이 바람직하며, 또한 각각의 주름(210)이 멤브레인 시트(200) 내에서 일정한 간격을 가지면서 독립적으로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 주름(210)의 형상 변형이 이루어지더라도 각각의 주름(210)마다 단면이 밀폐된 도형을 이루도록 디자인이 설계될 수 있다.
한편, 멤브레인 시트(200)에서 평판부와 주름(210)이 접하는 부위는 플랫(flat)한 면과 굴곡부가 만나는 지점으로서 열수축에 따른 응력 집중도가 매우 높게 형성될 수 있기 때문에 구조적으로 취약할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 미연에 방지하기 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 멤브레인 시트(200)의 평판부와 주름(210)이 접하는 부위를 일정한 R(반지름) 값을 가지도록 라운드 처리하여, 극저온에 의한 열수축시에도 멤브레인의 자유로운 거동이 가능하고 응력의 집중이 분산될 수 있도록 디자인을 구현하였다.
멤브레인 시트(200) 상에 형성되는 주름(210)은 일정한 패턴을 가지며 배치될 수 있다. 예컨대, 본 발명에서 주름(210)은 멤브레인 시트(200) 상에 직렬 배치 및 교차 배치가 모두 가능하다. 여기서 주름(210)의 직렬 배치란, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 복수의 주름(210)이 멤브레인 시트(200) 상에서 종방향 및 횡방향을 따른 가상의 라인 상에 일정한 간격을 이루며 배치되는 것을 의미할 수 있다. 그리고, 주름(210)의 교차 배치란, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 복수의 주름(210)이 멤브레인 시트(200) 상에서 대각선을 따른 가상의 라인 상에 일정한 간격을 이루며 배치되는 것을 의미할 수 있다.
상술한 바와 같이 멤브레인 시트(200) 상의 주름(210)이 하방(저장탱크의 외측을 향한 방향)으로 함몰되는 형태로 제공됨에 따라, 단열패널(100)의 상부 플레이트(120)에는 주름(210)을 수용할 수 있는 수용부(121)가 형성될 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 상부 플레이트(120)에 형성되는 수용부(121)는 홈(groove) 또는 홀(hole) 형태로(도면에는 홀 형태로 가공되는 실시예를 도시하였음) 가공될 수 있다. 수용부(121)가 홈 형태로 가공되는 경우에는 주름(210)의 형상에 대응되는 형상으로 가공될 수 있으며, 수용부(121)가 홀 형태로 가공되는 경우에는 주름(210)에서 가장 크게 형성되는 부분과 동일한 직경을 가지도록 가공될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 주름(210)의 형상이 변형되는 경우에는 수용부(121)의 형상도 주름(210)에 대응하여 변형될 수 있을 것이다.
단열패널(100)의 상부 플레이트(120)는 액화가스 저장탱크 내에 멤브레인 설치 또는 차후 수리 작업시 그리고 저장탱크 내 유체로 인한 하중에 준하여 멤브레인의 지지력을 확보하는 기능을 한다. 따라서, 상부 플레이트(120)가 수용부(121) 외의 영역만으로도 멤브레인의 지지력을 충분히 확보할 수 있다면, 수용부(121)를 홀 형태로 가공하는 것이 가공성의 측면이나 반복적인 수축/이완이 이루어지는 주름(210)의 구조 건전성 측면에서 유리할 수 있다.
즉, 수용부(121)를 홀 형태로 가공하는 것이 주름(210)의 신축에 대응하여 구조적으로 안정적일 수 있다. 다만, 수용부(121)를 홀 형태로 가공하는 경우에는 홀을 통한 열손실이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 수용부(121) 내부에서 주름(210)과 단열재(110)의 사이에 신축성이 있는 단열소재를 추가로 삽입 배치할 수 있다. 이러한 단열소재로는 글라스울(glass wool)이나 멜라민 폼(melamine foma) 등이 고려될 수 있을 것이다.
전술한 멤브레인 시트(200)의 평판부와 주름(210) 사이의 라운드진 형상에 대응하여, 수용부(121)의 입구 둘레를 따라 라운드 처리가 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 멤브레인은 전술한 바와 같이 다수의 멤브레인 시트(200)들이 연속하여 이루어질 수 있으며, 이때 단열패널(100)의 상부 플레이트(120) 상에는 멤브레인 시트(200)가 용접되기 위한 인바 소재의 스트립(strip)이 설치될 수 있다. 다수의 멤브레인 시트(200) 중 일부가 상부 플레이트(120) 상에 설치되는 상기 스트립에 태그 용접(tag welding)되고, 그에 이웃하는 멤브레인 시트(200)의 가장자리가 겹쳐진 상태에서 라인 용접(line welding)을 통하여 멤브레인의 밀봉을 형성할 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 멤브레인의 수축 또는 팽창시의 작용에 대하여 설명한다.
본 발명에서 멤브레인이 극저온에 노출시에는 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 반구 형상의 주름(210)의 높이가 낮아지는 형태로 수축에 대응한다. 반면, 온도 상승에 따라 멤브레인의 팽창시에는 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 주름(210)의 형상이 원래대로 복귀하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 멤브레인의 주름 구조는, 멤브레인에 작용하는 열하중에 따라 주름(210)의 깊이가 변화함으로써 멤브레인의 열하중을 감쇄시키는 것이 가능하게 하는 것이다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 멤브레인 주름 구조는 다음과 같은 효과의 구현이 가능하게 한다.
우선, 본 발명에 따른 멤브레인의 주름 구조는 열응력에 대한 균일한 열하중 배치가 가능하다. 구체적으로, 본 발명은 멤브레인 시트(200) 내에 독립된 형태를 이루는 주름(210)이 일정한 간격으로 형성됨에 따라, 각각의 주름(210)마다 열수축량이 동일하게 반영될 수 있어 멤브레인의 형상 변화가 적고, 멤브레인 내에서 국부적으로 열응력이 집중되는 곳을 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 극저온 유체에 의한 반복적인 온도 변화 및 극저온 유체의 하중 변화에 대응하여, 멤브레인의 낮은 면강성을 유지하는 것이 가능하여 구조 건전성을 높일 수 있고, 멤브레인의 피로수명 향상 및 이에 따른 액화가스 저장탱크의 구조적 안정성이 전체적으로 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 밀봉을 형성하는 멤브레인으로부터 저장탱크의 내측 방향을 향하여 돌출되는 부위가 없으므로, 저장탱크 내에서 발생하는 슬로싱과 같은 동적 하중에도 대응이 용이하다는 장점이 있다.
더불어, 본 발명은 상기한 돌출부의 부재로 인하여 작업자의 작업 공간 확보에도 제약이 없으며(예컨대, 발판 등의 배치시 배치가 자유로움), 멤브레인 시트(200)의 가장자리가 모두 평판 형태로 구비되기에 겹치기 용접시 용접 영역에 대한 제한도 없으므로, 기존 대비 시공성이 현저하게 향상되는 효과가 있다.
본 발명은 상기와 같이 월등한 효과를 가지는 고유 설계로서의 독자 기술을 확보하는 것이 가능하게 함으로써, 액화가스 저장탱크의 국산화 및 이를 통하여 세계 시장에서의 시장 점유을을 확보하는 것을 가능하게 하며, 이는 한국 조선업계의 경쟁력을 갖추고 궁극적으로는 국내산업의 발전에 기여하는 데 큰 기여를 할 것이다.
상기에서 설명한 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 : 단열패널
110 : 단열재
120 : 상부 플레이트
121 : 수용부
200 : 멤브레인 시트
210 : 주름

Claims (9)

  1. 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재의 상면에 상부 플레이트가 부착되는 단열패널들이 연달아 배치되어 구성되는 단열층과, 다수의 금속 멤브레인 시트들로 구성되며 상기 단열층의 상부에 적층되어 밀봉 기능을 수행하는 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 있어서,
    상기 멤브레인 시트는 평판 형태의 시트로부터 하방으로 함몰되는 형태로 형성되는 복수의 주름을 포함하고,
    상기 주름은 단면이 밀폐된 도형을 이루며, 각각의 상기 주름이 상기 멤브레인 시트 내에서 일정한 간격을 이루며 독립적으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 주름이 상기 멤브레인 시트 내에 형성됨에 따라 상기 멤브레인 시트의 가장자리는 모두 평판 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는,
    금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 주름은 단면이 원 또는 타원형인 반구 형상이나 단면이 십(十)자 형태를 가지면서 함몰된 형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
    금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 플레이트에는 상기 주름을 수용할 수 있도록 수용부가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 수용부는 상기 주름의 형상에 대응하는 홈 또는 상기 주름과 동일한 직경을 가지면서 상기 상부 플레이트를 두께 방향으로 완전 관통하는 홀 형태로 가공되는 것을 특징으로 하는,
    금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 멤브레인 시트의 평판부와 주름이 접하는 부위에는 일정한 반지름 값을 가지도록 라운드 처리되어 응력 집중을 분산시키는 것을 특징으로 하는,
    금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 멤브레인 시트의 평판부와 주름 사이의 라운드진 형상에 대응하여, 상기 수용부의 입구 둘레를 따라 라운드 처리되는 것을 특징으로 하는,
    금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  8. 상면에 상부 플레이트가 부착된 단열재를 일정한 형태로 가공하여 제작되는 단열패널들로 구성되는 단열층과, 상기 단열층의 상부에 적층되는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 있어서,
    상기 금속 멤브레인은 반구 형상을 가지면서 하방으로 함몰되는 형태의 복수의 주름을 포함하되, 상기 복수의 주름은 상기 금속 멤브레인 상에 일정한 간격을 이루며 독립적으로 형성되어, 상기 각각의 주름마다 열수축량이 동일하게 반영되어 열응력에 대한 균일한 열하중 배치가 가능한 것을 특징으로 하는,
    반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부 플레이트에는 상기 주름을 수용할 수 있도록 홈 또는 홀 형태를 가지는 수용부가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
KR1020200069801A 2020-06-09 2020-06-09 반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 KR20210152835A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200069801A KR20210152835A (ko) 2020-06-09 2020-06-09 반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200069801A KR20210152835A (ko) 2020-06-09 2020-06-09 반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210152835A true KR20210152835A (ko) 2021-12-16

Family

ID=79032994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200069801A KR20210152835A (ko) 2020-06-09 2020-06-09 반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210152835A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI510419B (zh) 包含一基座之密封絕緣槽
KR101069643B1 (ko) 액화천연가스 화물창의 보강구조
KR20210016561A (ko) 단열 밀봉 탱크
KR101031242B1 (ko) 액화천연가스 화물창의 멤브레인 보강구조
KR20160024016A (ko) 화물창 방벽구조
KR101225168B1 (ko) 액화천연가스 화물창의 단열구조 및 이를 구비한 선박
KR101625877B1 (ko) 액화가스 화물창 및 그 제작방법
KR101556259B1 (ko) 액화가스 화물창의 멤브레인
KR20210152835A (ko) 반구 형상의 주름을 가지는 금속 멤브레인을 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템
KR101988534B1 (ko) 액화가스 화물창의 방벽구조물 및 그 설치방법
KR102044272B1 (ko) 저온유체 저장탱크의 금속 멤브레인
KR20100022679A (ko) 액화천연가스 화물창의 코너 패널에 설치되는 앵글피스
KR102176548B1 (ko) 극저온 유체 저장용 탱크의 멤브레인
KR102020969B1 (ko) 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템
KR101588661B1 (ko) 화물창 및 이에 사용되는 방벽 보강부재
KR102095422B1 (ko) 액화천연가스 저장탱크용 금속 멤브레인
KR102490347B1 (ko) 멤브레인 주름 보강구조체 및 이를 포함하는 lng 저장 탱크
KR20220021739A (ko) 액화가스 저장탱크의 단열층 및 멤브레인 고정장치
KR20210152834A (ko) 액화가스 저장탱크용 금속 멤브레인
KR20160087652A (ko) 화물창의 멤브레인, 이를 포함하는 화물창 및 그 제조방법
KR101644354B1 (ko) 화물창 방벽구조
KR101732568B1 (ko) 액화가스 화물창의 단열구조체 및 그 제작방법
KR101644341B1 (ko) 화물창에 사용되는 방벽 보강부재 및 이를 이용하는 화물창
KR20120013223A (ko) 액화천연가스 저장 탱크의 1차 방벽 보강 부재용 고정 구조체
KR101805506B1 (ko) 극저온 유체 저장 탱크의 단열 구조체 및 단열 구조체 설치 방법