KR20220068318A - 이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 - Google Patents

이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 Download PDF

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Abstract

액화가스 저장탱크의 단열시스템이 개시된다. 적어도 2 이상의 층으로 구성되며 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼 단열재를 포함하는 단열층; 단열층의 상부에 설치되는 2차 방벽; 2차 방벽의 상측에 설치되는 1차 방벽; 및 2차 방벽과 1차 방벽 사이에 배치되어 1차 방벽을 2차 방벽으로부터 이격시키는 이격층을 포함하고, 2차 방벽은 다수의 인바강 멤브레인으로 구성되되, 서로 인접하는 인바강 멤브레인이 단열층의 상부에 설치되는 앵커 스트립 상에서 겹치기 용접되어 단열층의 상부에 고정되며 밀봉을 형성하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 의하면, 패널 타입의 단열시스템에 이중 금속 방벽의 적용이 가능하도록 개선된 구조를 제공함으로써, 우수한 단열성능을 가지는 동시에 구조적 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 {INSULATION SYSTEM OF LIQUEFIED GAS STORAGE TANK WITH DOUBLE METALLIC BARRIER STRUCTURE}
본 발명은 이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 패널 타입의 단열시스템에 이중 금속 방벽의 적용이 가능하도록 개선된 구조를 제공함으로써, 우수한 단열성능을 가지는 동시에 구조적 안정성을 확보할 수 있는 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나 또는 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')의 상태로 LNG 운반선에 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 해상 구조물에는 극저온의 LNG를 상당한 기간 동안 안전하게 저장할 수 있도록 저장탱크(흔히 '화물창'이라고도 함)가 설치된다.
LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립형(Independent Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다. 통상 멤브레인형 저장탱크는 선체 내벽 상에 2차 단열층, 2차 방벽, 1차 단열층 및 1차 방벽이 순차적으로 적층되는 이중 방벽 구조로 이루어지는데, 대표적으로 GTT社의 NO 96 타입과 MARK Ⅲ 타입이 있다.
NO 96 타입 저장탱크는, 1차 및 2차 단열층이 플라이우드 박스 내부에 펄라이트(perlite) 분말 또는 글라스 울(glass wool) 등의 단열재를 채운 형태의 단열박스(insulation box)로 구성되고, 각 층을 이루는 단열박스의 상부에 0.5 내지 0.7㎜ 두께의 인바강(invar steel, 36% 니켈강) 멤브레인을 설치하여 방벽을 형성하는 구조를 가진다.
이러한 NO 96 타입 저장탱크는 1차 방벽과 2차 방벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 가지고 있어 1차 방벽의 누설시 상당한 기간동안 2차 방벽만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있고, 단열박스로 구성되는 단열층이 높은 압축강도와 강성을 갖출 수 있으며, 용접의 자동화율이 높다는 장점이 있다.
한편, MARK Ⅲ 타입 저장탱크는, 단열층이 폴리우레탄 폼(PUF)의 상면 또는 하면에 목재 합판을 접착시킨 형태의 단열패널(insulation panel)로 구성되고, 1차 단열층의 상부에는 대략 1.2mm 두께의 스테인리스강(stainless steel, SUS) 멤브레인을 설치하여 1차 방벽을 형성하며, 2차 단열층의 상부에는 트리플렉스(triplex)라는 복합재를 사용하여 2차 방벽을 형성하고 있다.
이러한 MARK Ⅲ 타입 저장탱크는 폴리우레탄 폼 단열재를 기반으로 한 단열패널의 단열효과가 뛰어나 전술한 NO 96 타입보다 BOR(Boil Off Rate)의 측면에서 유리하지만, 단열패널이 유연한 성질을 가지기 때문에 열변형이나 선체의 변형에 취약한 특징을 가진다.
따라서 MARK Ⅲ 타입 저장탱크에서는 NO 96 타입에서와 같이 인바강 소재의 멤브레인을 적용하는 것이 쉽지 않고, 열수축 변형을 흡수할 수 있도록 파형 주름부가 형성된 스테인리스강 멤브레인을 이용하여 1차 방벽을 형성한다.
또한, 파형 주름부를 가지는 스테인리스강 멤브레인의 구조적 특성상 1, 2차 단열층 사이에 금속 멤브레인을 설치하는 것에 어려움이 있기에, 현재 MARK Ⅲ 타입 저장탱크에서는 금속 대신 트리플렉스라고 하는 복합재를 사용하여 2차 방벽을 형성하고 있는데, 이는 1, 2차 방벽이 모두 금속 재질로 이루어지는 단열시스템과 대비하여 수밀에 취약하다는 단점(누설의 우려가 있음)이 있다.
전술한 NO 96 타입과 같이 단열층이 단열박스로 구성되는 단열시스템을 박스 타입(box type)의 단열시스템이라 하고, 이와 구분하여 MARK Ⅲ 타입과 같이 단열층이 단열패널로 구성되는 단열시스템을 패널 타입(panel type)의 단열시스템이라 부르기도 한다.
상술한 바와 같은 단점을 가짐에도 불구하고 패널 타입의 단열시스템은 단열성능의 측면에서 우수한 효과를 가지기에 다양한 액화가스 저장탱크 분야에서 널리 사용되고 있다.
이에 본 발명은 패널 타입의 단열시스템에 이중 금속 방벽 구조의 적용이 가능하도록 함으로써, 단열성능과 구조적 안정성의 측면에서 모두 기존 대비 우위의 성능을 갖출 수 있는 개선된 형태의 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 상기와 같은 이중 금속 방벽 구조의 패널 타입 단열시스템을 구현함에 있어서, 본 발명은 보다 간소화된 2차 방벽의 설치구조를 제공하여 시공성을 크게 향상시키고 액화가스 저장탱크의 건조에 소요되는 기간의 단축이 가능한 효과를 도모하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 적어도 2 이상의 층으로 구성되며 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼 단열재를 포함하는 단열층; 상기 단열층의 상부에 설치되는 2차 방벽; 상기 2차 방벽의 상측에 설치되는 1차 방벽; 및 상기 2차 방벽과 상기 1차 방벽 사이에 배치되어 상기 1차 방벽을 상기 2차 방벽으로부터 이격시키는 이격층을 포함하고, 상기 2차 방벽은 다수의 인바강 멤브레인으로 구성되되, 서로 인접하는 상기 인바강 멤브레인이 상기 단열층의 상부에 설치되는 앵커 스트립 상에서 겹치기 용접되어 상기 단열층의 상부에 고정되며 밀봉을 형성하는 것을 특징으로 하는, 이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 제공될 수 있다.
상기 앵커 스트립은 상기 단열층의 상단에 위치하는 상부 플레이트 상에 형성된 홈에 안착되어 고정될 수 있다.
상기 2차 방벽은 상기 단열층 측을 향하여 하방으로 돌출된 형태의 주름을 포함할 수 있다.
상기 주름은 단면이 'V'자 형태를 가질 수 있다.
상기 단열층은, 하부 단열층을 구성하는 다수의 하부 단열패널; 상기 하부 단열패널의 상부에 배치되어 상부 단열층을 구성하는 상부 단열패널; 및 서로 이웃하는 상기 상부 단열패널 사이에 서로 이웃하는 상기 하부 단열패널 사이의 경계부를 덮도록 배치되며, 상기 상부 단열패널과 함께 상기 상부 단열층을 구성하는 브릿지 패널을 포함할 수 있다.
상기 상부 단열패널과 상기 브릿지 패널은 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼 단열재의 상면에 상기 상부 플레이트가 부착된 형태로 제작되고, 상기 상부 플레이트의 상부면에는 상기 앵커 스트립이 안착되는 홈이 형성될 수 있다.
상기 주름은 상기 상부 단열패널과 상기 브릿지 패널 사이의 경계부에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
상기 상부 단열패널 및 상기 브릿지 패널의 상단 가장자리에는 상기 주름을 수용할 수 있도록 그루브 가공이 이루어질 수 있다.
상기 이격층은 플라이우드를 소정의 두께를 가지는 판 형태로 제작한 다수의 갭 플라이우드로 구성될 수 있다.
상기 1차 방벽은 다수의 스테인리스강 멤브레인 또는 다수의 인바강 멤브레인으로 구성되며, 상기 이격층의 상부에 설치되는 고정부에 용접에 의해 고정되어 밀봉을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은 기본적으로 패널 타입의 단열시스템을 갖춤으로써 박스 타입의 단열시스템과 대비하여 단열성능의 우위를 가질 수 있다.
이때, 본 발명에 의하면 종래 패널 타입 단열시스템의 최대 난제였던 이중 금속 방벽의 구현이 가능하므로, 종래 패널 타입 단열시스템이 수밀에 취약한 단점이 보완되고, 따라서 우수한 단열성능을 가질 뿐만 아니라 단열시스템의 신뢰성 및 구조적 안정성이 크게 향상되는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 2차 방벽의 간소화된 설치구조에 의하여 상기와 같이 패널 타입의 단열시스템에 이중 금속 방벽 구조를 적용하는 것이 보다 용이해지고, 시공성이 크게 향상되어 액화가스 저장탱크의 건조 기간 단축이 가능한 효과도 가진다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 단열시스템에서 2차 방벽의 고정부 구조를 확대 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 단열시스템에서 2차 방벽의 설치구조를 사시도로 나타낸 도면이다.
도 4는 종래 NO 96 타입 저장탱크의 멤브레인 고정부 구조를 나타낸 도면이다.
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 액화가스 저장탱크는, 가장 대표적인 액화가스인 LNG를 비롯하여 LPG(Liquefied petroleum gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이 저온으로 액화시켜 저장/수송될 수 있는 다양한 종류의 액화가스를 저장하는 저장탱크를 모두 포함할 수 있다.
본 발명에서 '1차' 및 '2차'라는 용어의 사용은, 저장탱크에 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 1은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 그리고 도 2는 본 발명에 따른 단열시스템에서 2차 방벽의 고정부 구조를 확대 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 단열시스템에서 2차 방벽의 설치구조를 사시도로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 선체 내벽(H)에 설치되는 단열층(100)과, 단열층(100)의 상부에 설치되는 2차 방벽(200) 및 1차 방벽(400)을 포함한다. 2차 방벽(200)과 1차 방벽(400) 사이에는 두 방벽(200, 400) 사이를 일정 간격으로 이격시키기 위한 이격층(300)이 배치될 수 있다.
단열층(100)은 본 발명의 단열시스템에서 주된 단열 기능, 즉 저장탱크의 외부로부터의 열침입을 방지하는 기능을 하는 것으로서, 폴리우레탄 폼(PUF) 또는 강화 폴리우레탄 폼(R-PUF: Reinforced Polyurethane Foam)으로 이루어지는 단열재를 포함할 수 있으며, 이러한 단열재에 기계적인 강성을 부여하기 위하여 플라이우드(plywood)나 섬유강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastics)과 같은 복합재료(Composite material)가 복합된 형태로 제공될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 단열층(100)이 폴리우레탄 폼(또는 강화 폴리우레탄 폼) 단열재를 기반으로 구성되는 패널 타입의 단열시스템이라 할 수 있으며, 기존에 알려진 박스 타입의 단열시스템과 대비하여 우수한 단열성능을 가질 수 있다.
한편, 본 발명에서 1, 2차 방벽(400, 200)은 모두 단열층(100)의 상측에 위치하게 되는데, 이때 단열층(100)을 단일층으로 형성하면 패널 간의 경계부에서 대류에 의한 열손실이 발생할 수 있고, 선체 변형(hull deflection)으로 인한 패널의 수직방향 변형에도 구조적으로 취약점이 발생할 수 있으므로, 본 발명에서 단열층(100)은 하부 단열층과 상부 단열층을 포함하여 적어도 2 이상의 다층 구조로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 단열층(100)은 선체 내벽(H) 상에 배치되는 하부 단열패널(110)과 그 상부에 배치되는 상부 단열패널(120) 및 브릿지 패널(130)을 포함할 수 있다.
하부 단열패널(110)은 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재(111)를 포함할 수 있으며, 대략 육면체 형태로 제작되는 다수의 하부 단열패널(110)이 선체 내벽(H) 상에 횡방향 및 종방향을 따라 연달아 배열됨으로써 본 단열시스템의 하부 단열층을 구성할 수 있다.
이때, 하부 단열패널(110)이 선체 내벽(H) 상에 안정적으로 지지될 수 있도록, 단열재(111)의 하면에는 플라이우드 또는 강화 플라스틱과 같은 복합소재로 이루어지는 하부 플레이트(112)가 부착될 수 있다. 하부 단열패널(110)은 선체 내벽(H)에 설치되는 스터드(stud)에 의해 고정될 수 있으며, 매스틱(mastic) 또는 레진(resin) 등의 접착제 물질에 의해 선체와 연결될 수 있다.
상부 단열패널(120)은 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재(121)를 포함할 수 있으며, 하부 단열패널(110)의 상면에 접착 방식으로 고정될 수 있다.
상부 단열패널(120)은 하부 단열패널(110)보다 단면적이 작게 제작되어 하부 단열패널(110)의 면적 내에 배치될 수 있으며, 서로 이웃하는 상부 단열패널(120) 간의 간격 내에는 브릿지 패널(130)이 배치될 수 있다.
브릿지 패널(130)도 상부 단열패널(120)과 마찬가지로 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열재(131)를 포함할 수 있으며, 하부 단열패널(110)의 상면에 접착 방식으로 고정될 수 있다. 즉, 하부 단열패널(110)과 상부 단열패널(120) 및 브릿지 패널(130) 간의 고정은 단열재(111↔121/131) 간의 접착 방식을 통해 이루어질 수 있다.
상부 단열패널(120)과 브릿지 패널(130)의 단열재(121, 131)는 일정한 형태(예컨대, 육면체 형태)로 가공될 수 있으며, 단열재(121, 131)의 상부에는 기계적인 강성을 부여하고 또 후술하는 바와 같이 2차 방벽(40)의 고정을 위한 앵커 스트립(A)의 설치 공간을 제공하기 위하여 상부 플레이트(122, 132)가 부착될 수 있다.
이와 같이, 상부 단열패널(120)과 브릿지 패널(130)은 하부 단열패널(110)의 면적 내에 배치되는지 또는 경계부에 배치되는지의 위치에서 차이가 있지만 형태는 유사하게 제작될 수 있다. 또한, 상부 단열패널(120)과 브릿지 패널(130)은 두께가 동일하게 형성되어 본 단열시스템의 상부 단열층을 구성할 수 있으며, 다만 브릿지 패널(130)은 서로 이웃하는 상부 단열패널(120) 사이의 간격에 대응되는 사이즈로 제작된다는 점에서 두 패널(120, 130)의 사이즈는 다를 수 있다.
본 발명에서 브릿지 패널(130)은 서로 이웃하는 하부 단열패널(110) 사이의 경계부를 덮도록, 즉 서로 이웃하는 하부 단열패널(110)의 상부면을 연결하도록 배치되는데, 이는 하부 단열패널(110) 간의 경계부에서 발생하는 열침입(대류)으로 인한 열손실을 방지하고, 또 선체 변형으로 인한 단열패널(110, 120)의 수직방향 변형에도 유연하게 거동할 수 있는 구조로 단열시스템을 구성하기 위함이다.
한편, 본 발명은 단열층(100)의 상측에 2차 방벽(200)과 1차 방벽(400)을 연속하여 배치시킴으로써 이중 금속 방벽 구조를 구현한다. 즉, 본 발명은 기존 단열시스템에서 단열층 사이에 방벽을 설치하는 공정을 삭제하고, 단열층(100)을 적어도 2 이상의 다층 구조로 형성하여 전체적으로 두꺼운 단열층을 형성한 후 그 위에 이중의 방벽(200, 400)을 설치하는 것이다.
1차 방벽(400)은 저장탱크 내부에 수용되는 극저온 액화가스와 직접 접촉하여 1차적인 밀봉 기능을 수행하는 것이고, 2차 방벽(200)은 1차 방벽(400)의 누설시 2차적인 밀봉 기능을 수행하는 것으로서 1차 방벽(400)의 누설이 발생하더라도 상당한 기간동안 액화가스의 액밀 및 지탱이 가능하도록 설계되어야 한다.
1, 2차 방벽(400, 200)은 저장탱크 내부에 수용되는 액화가스의 극저온에 의한 응력 변화에 대응할 수 있도록 저온취성이 강한 금속 재질로 마련될 수 있으며, 예를 들어 스테인리스강이나 인바강 또는 알루미늄 합금 등과 같은 저온강이 이용될 수 있다.
후술하겠지만, 본 발명에서는 2차 방벽(200)의 설치구조를 보다 간소화시키기 위하여, 2차 방벽(200)을 인바강 소재의 멤브레인으로 구성하는 것을 바람직한 실시예로 제시한다.
1차 방벽(400)의 상부에는 별도의 설치 구조물이 존재하지 않으므로, 1차 방벽(400)으로서는 소재에 큰 제약 없이 다양한 금속 멤브레인이 이용될 수 있다. 예컨대, 열수축 변형을 흡수하기 위하여 다수의 파형 주름을 포함하는 스테인리스강 멤브레인 또는 평판 형태로서 시공상의 이점을 가지는 인바강 소재의 멤브레인이 1차 방벽(400)으로서 이용될 수 있다.
1차 방벽(400)과 2차 방벽(200)은 각각 극저온 액화가스에 의한 영향으로 수축이 발생할 수 있으므로, 1차 방벽(400)과 2차 방벽(200)이 서로 접촉하지 않도록 이격된 구조로 마련되는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 본 발명은 2차 방벽(200)과 1차 방벽(400) 사이에 소정의 두께로 형성되는 이격층(300)을 배치하여 서로 열수축 정도를 달리할 수 있는 1, 2차 방벽(400, 200)을 서로 이격되게 위치시키고, 이를 통해 단열시스템의 구조적 안정성을 꾀할 수 있다.
이격층(300)은 극저온 상태에서 사용이 가능하고 가공이 편리하며 하중을 견디는 구조재로서의 역할을 하는 동시에 단열재로서의 기능도 겸할 수 있는 플라이우드 소재를 이용하여 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 이격층(300)으로서는 상기와 같은 기능(극저온 상태에서 구조재 및 단열재로서 사용 가능한 것)을 갖춘 다양한 소재가 이용될 수 있으며, 예컨대 섬유강화 플라스틱과 같은 복합재료나 고밀도의 폴리우레탄 폼을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에서는 이격층(300)이 다수의 갭 플라이우드(310)로 구성되는 것을 바람직한 실시예로 제시한다. 갭 플라이우드(310)는 플라이우드를 소정의 두께를 가지는 판 형태로 가공·제작한 부재로서, 다수의 갭 플라이우드(310)가 2차 방벽(200)의 상부에 연속적으로 배치 및 고정되어 본 단열시스템의 이격층(300)을 형성할 수 있다.
이하에서는 본 단열시스템의 2차 방벽(200) 및 1차 방벽(100)의 설치구조에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 2차 방벽(200)으로서 금속 소재의 멤브레인을 사용하여 이중 금속 방벽 구조의 단열시스템을 구현하고, 이로써 종래 패널 타입 단열시스템의 우수한 단열성능을 취하면서도 수밀에 취약한 단점을 보완하여 구조적인 안정성을 확보하는 것을 하나의 과제로 한다.
이를 위하여 본 발명은 기존 단열시스템과는 달리 2차 방벽(200)을 단열층(100)의 사이가 아니라 상측에 위치시키는 것을 하나의 해결수단으로 하고 있는데, 종래에 금속 재질의 2차 방벽을 단열층 사이에 위치시키기 어려웠던 이유가 금속 멤브레인의 구조적인 특성에 기인한 시공의 어려움 때문이었음을 고려하였을 때, 본 발명에서 2차 방벽(200)의 설치시 그 상부에 배치되는 이격층(300)과의 간섭 문제도 회피할 수 있는 구조가 제공되어야 상기한 본 발명의 목적을 확실하게 달성할 수 있는 것이라 할 수 있겠다.
따라서, 본 발명은 2차 방벽(200)의 설치구조를 보다 간소화하여 2차 방벽(200)의 설치 관점에서는 물론 이격층(300)의 설치 관점에서도 시공이 용이하게 이루어질 수 있는 구조를 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 2차 방벽(200)으로서 인바강 멤브레인을 적용하여 단열시스템의 구조를 보다 단순화시키는 것을 특징으로 한다. 인바강 멤브레인은 스테인리스강 멤브레인과 대비하여 열수축 변형이 적어 파형 주름부를 포함하지 않아도 되며, 따라서 직선 용접이 가능하여 설치 및 시공상의 이점이 있다.
종래 NO 96 타입 저장탱크에서도 인바강 멤브레인을 이용하여 방벽을 구성하고 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 종래 NO 96 타입 저장탱크에서는 2차 단열층을 구성하는 2차 단열박스(1)의 상부에 상방으로 돌출된 형태의 텅(tongue) 부재(2)를 설치하고, 통상 '인바 스트레이크(invar strake)'라고 불리우는 인바강 멤브레인(3)의 양측 가장자리 부위(3-1)를 위로 절곡시켜 상기 텅 부재(2)에 심 용접(seam welding)시키는 구조를 적용하고 있다.
그런데, 이러한 종래 NO 96 타입 저장탱크는 2차 방벽(3)의 상부로 텅 부재(2)가 돌출되는 구조였기 때문에, 이러한 돌출 부위를 수용하기 위하여 상측에 배치되는 1차 단열층(미도시)의 하부 가공이 반드시 필요하게 되었고, 이는 시공상의 어려움을 가져올 뿐만 아니라 가공 부위를 통한 열손실이 발생하는 요인이 되기도 하였다.
이러한 종래 NO 96 타입 저장탱크의 구조와 대비하여, 본 발명은 단열층(100)의 상부면에 텅 부재 대신 앵커 스트립(A)이라는 금속 판을 설치하여, 2차 방벽(200)을 구성하는 인바강 멤브레인이 앵커 스트립(A) 상에서 서로 겹치기 용접(overlap welding)을 통해 고정 및 밀봉을 형성할 수 있도록 단열시스템을 구성한다.
보다 구체적으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에서 단열층(100)의 상부 단열층을 구성하는 상부 단열패널(120) 및/또는 브릿지 패널(130)의 상부면에는 앵커 스트립(A)이 설치될 수 있다. 앵커 스트립(A)은 상부 단열패널(120) 또는 브릿지 패널(130)의 상부면에 가공된 홈에 안착되어 스크류(screw) 또는 리벳(rivet) 등의 체결부재에 의해 고정될 수 있다.
그리고, 2차 방벽(200)을 구성하는 어느 하나의 일측 멤브레인(201)은 상부 단열패널(120) 또는 브릿지 패널(130)의 상부면에 설치된 앵커 스트립(A) 상에 가용접(tack welding)되고, 그와 이웃하게 배치되는 타측 멤브레인(202)의 가장자리가 일측 멤브레인(201)의 가장자리를 덮은 상태에서 겹치기 용접될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 종래 NO 96 타입 저장탱크의 구조와 대비하여 2차 방벽(200)이 단열층(100)의 사이가 아니라 단열층(100)의 상측에 위치한다는 점에서 기본적으로 차이가 있고, 또한, 2차 방벽(200)을 고정시키기 위한 부재로서 텅 부재가 아닌 평판 형태의 앵커 스트립(A)을 사용한다는 점에서 2차 방벽(200)의 상부로 돌출되는 구조가 없게 된다.
즉, 본 발명에서는 2차 방벽(200)의 상부에 설치되는 이격층(300)과의 간섭 문제가 발생하지 않고, 또한 2차 방벽(200)을 구성하는 인바강 멤브레인의 심 용접을 위하여 가장자리 부위를 절곡시키는 등의 가공이 필요하지 않기 때문에 설치 및 시공상의 이점을 가질 수 있다.
또한, 상기한 구조에 따라 이격층(300)을 구성하는 갭 플라이우드(310)도 불필요한 별도의 가공 없이 단순한 형태로 제작이 가능하므로, 이격층(300)을 구성하는 부재의 제작 및 설치도 훨씬 간편한 방식으로 이루어질 수 있다.
도 1에는 다수의 갭 플라이우드(310)가 수평방향으로 소정의 간격을 두고 이격 설치되는 것이 도시되어 있지만, 본 발명에서 2차 방벽(200)과 1차 방벽(400) 사이에는 별도의 간섭물(돌출부)이 존재하지 않으므로, 이격층(300)을 구성하는 갭 플라이우드(310)를 설치 공차만 고려하여 2차 방벽(200)의 상측 전체 영역에 설치하는 것도 가능함은 물론이다.
한편, 본 발명에서 2차 방벽(200)은 'V'자 형태의 하방 주름(210)을 포함할 수 있다. 2차 방벽(200)을 구성하는 인바강 멤브레인은 열수축 변형이 적기 때문에 주름이 반드시 필요한 것은 아니나, 2차 방벽(200)에 발생하는 열수축 변형이 하방 주름(210)에 의해 어느정도 흡수되도록 함으로써 저장탱크의 코너부에 전달되는 하중을 최소화하고, 이에 따라 저장탱크의 코너부 설계도 간소화가 가능하도록 시스템을 구성하기 위함이다.
즉, 본 발명은 종래 NO 96 타입 저장탱크에서 인바강 멤브레인이 텅 부재에 심 용접되던 방식을 앵커 스트립(A)을 이용한 겹치기 용접 방식으로 변경하여 설치구조의 간소화를 도모하고, 또 종래 NO 96 타입에서 텅 부재에 의한 효과를 2차 방벽(200)에 형성되는 'V'자 형태의 하방 주름(210)에 의해서 달성할 수 있도록 구조를 개선한 것이다.
2차 방벽(200)에 형성되는 하방 주름(210)은 상부 단열패널(120)과 브릿지 패널(130) 사이의 경계부마다 위치가 대응되도록 형성될 수 있다. 또한, 상부 단열패널(120)과 브릿지 패널(130)의 상단 가장자리에는 2차 방벽(200)의 하방 주름(210)을 수용할 수 있도록 그루브(groove) 가공이 이루어질 수 있다.
한편, 1차 방벽(400)은 전술한 바와 같이 소재에 상관 없이 다양한 금속 멤브레인으로 구성될 수 있으며, 이격층(300)의 상부에 설치되는 별도의 고정부(미도시)에 의해 고정이 이루어질 수 있다.
예를 들어, 1차 방벽(400)이 파형 주름부를 포함하는 스테인리스강 멤브레인으로 구성되는 경우에는, 2차 방벽(200)과 마찬가지로 이격층(300)의 상부면에 앵커 스트립을 설치하여 1차 방벽(400)을 겹치기 용접하는 방식으로 고정시킬 수 있다. 이 경우 1차 방벽(400)에 형성되는 파형 주름부는 저장탱크의 내측 방향을 향하여 융기되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또 다른 예로서, 1차 방벽(400)이 인바강 멤브레인으로 구성되는 경우에는, 2차 방벽(200)과 마찬가지로 이격층(300)의 상부면에 앵커 스트립을 설치하여 1차 방벽(400)을 겹치기 용접하는 방식으로 고정시키거나, 또는 1차 방벽(400)의 상부에 별도의 설치 구조물이 존재하지 않으므로 종래 NO 96 타입 저장탱크에서와 같이 이격층(300)의 상부에 텅 부재를 설치하여 1차 방벽(400)을 심 용접하는 방식을 적용하는 것도 가능할 것이다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 기본적으로 폴리우레탄 폼 계열의 단열재를 사용하여 단열층을 구성하는 패널 타입의 단열시스템을 갖춤으로써 종래 박스 타입의 단열시스템보다 우수한 단열성능을 가진다.
이때, 본 발명은 패널 타입의 단열시스템을 구축함에 있어서 종래 패널 타입 단열시스템의 최대 난제였던 이중 금속 방벽 구조의 구현이 가능하게 함으로써, 수밀에 취약한 종래 패널 타입 단열시스템의 단점이 보완되고, 이에 따라 밀봉의 신뢰성이 증가하고 궁극적으로는 액화가스 저장탱크의 구조적 안정성이 향상되는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 2차 방벽의 간소화된 설치구조에 의하여 상기와 같이 패널 타입의 단열시스템에 이중 금속 방벽 구조를 적용하는 것이 보다 용이해지고, 시공성이 크게 향상되어 액화가스 저장탱크의 건조 기간 단축이 가능한 효과도 가진다.
보다 구체적으로, 본 발명에서 1, 2차 방벽(400, 200)은 모두 단열층(100)의 상측에 위치하므로 종래와 같이 상하 단열층 사이에 방벽이 설치되는 공정을 삭제할 수 있고, 또한 2차 방벽(200)은 그 상부에 배치되는 이격층(300)과의 관계를 고려하더라도 시공성이 크게 향상될 수 있도록 설치구조가 간소화됨으로써, 본 발명에 따른 단열시스템은 1, 2차 방벽(400, 200)으로서 모두 금속 소재의 멤브레인을 적용하는 이중 금속 방벽 구조의 구현에 매우 유리한 구조를 가진다.
더불어, 본 발명은 1, 2차 방벽(400, 200)이 선체 내벽(H)과 연결되는 구조를 회피함으로써, 선체의 변형으로 인한 거동이 방벽(200, 400)으로 직접적으로 전달되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 방벽이 금속 소재의 고정장치를 통해 선체 내벽과 연결되는 종래 단열시스템에서 발생하던 열손실의 문제도 발생하지 않는다.
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 : 단열층
110 : 하부 단열패널
111 : 단열재
112 : 하부 플레이트
120 : 상부 단열패널
121 : 단열재
122 : 상부 플레이트
130 : 브릿지 패널
131 : 단열재
132 : 상부 플레이트
200 : 2차 방벽
210 : 주름
300 : 이격층
310 : 갭 플라이우드
400 : 1차 방벽

Claims (10)

  1. 적어도 2 이상의 층으로 구성되며 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼 단열재를 포함하는 단열층;
    상기 단열층의 상부에 설치되는 2차 방벽;
    상기 2차 방벽의 상측에 설치되는 1차 방벽; 및
    상기 2차 방벽과 상기 1차 방벽 사이에 배치되어 상기 1차 방벽을 상기 2차 방벽으로부터 이격시키는 이격층을 포함하고,
    상기 2차 방벽은 다수의 인바강 멤브레인으로 구성되되, 서로 인접하는 상기 인바강 멤브레인이 상기 단열층의 상부에 설치되는 앵커 스트립 상에서 겹치기 용접되어 상기 단열층의 상부에 고정되며 밀봉을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 앵커 스트립은 상기 단열층의 상단에 위치하는 상부 플레이트 상에 형성된 홈에 안착되어 고정되는 것을 특징으로 하는,
    이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 2차 방벽은 상기 단열층 측을 향하여 하방으로 돌출된 형태의 주름을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 주름은 단면이 'V'자 형태를 가지는 것을 특징으로 하는,
    이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 단열층은,
    하부 단열층을 구성하는 다수의 하부 단열패널;
    상기 하부 단열패널의 상부에 배치되어 상부 단열층을 구성하는 상부 단열패널; 및
    서로 이웃하는 상기 상부 단열패널 사이에 서로 이웃하는 상기 하부 단열패널 사이의 경계부를 덮도록 배치되며, 상기 상부 단열패널과 함께 상기 상부 단열층을 구성하는 브릿지 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 상부 단열패널과 상기 브릿지 패널은 폴리우레탄 폼 또는 강화 폴리우레탄 폼 단열재의 상면에 상기 상부 플레이트가 부착된 형태로 제작되고,
    상기 상부 플레이트의 상부면에는 상기 앵커 스트립이 안착되는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는,
    이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 주름은 상기 상부 단열패널과 상기 브릿지 패널 사이의 경계부에 대응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 상부 단열패널 및 상기 브릿지 패널의 상단 가장자리에는 상기 주름을 수용할 수 있도록 그루브 가공이 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 이격층은 플라이우드를 소정의 두께를 가지는 판 형태로 제작한 다수의 갭 플라이우드로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 1차 방벽은 다수의 스테인리스강 멤브레인 또는 다수의 인바강 멤브레인으로 구성되며, 상기 이격층의 상부에 설치되는 고정부에 용접에 의해 고정되어 밀봉을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템.
KR1020200154667A 2020-11-18 2020-11-18 이중 금속 방벽 구조를 가지는 액화가스 저장탱크의 단열시스템 KR20220068318A (ko)

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