KR20230097254A - 액화가스 저장탱크의 단열시스템 - Google Patents

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KR20230097254A
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박광준
황범석
허행성
오훈택
황윤식
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한화오션 주식회사
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Abstract

두 내벽이 각도를 가지면서 만나는 코너부에 배치되는 코너패널을 포함하는 액화가스 저장탱크에 있어서, 상기 코너패널은, 두 내벽이 절곡되는 각도에 대응되는 각도로 절곡되는 하부코너패널; 하부코너패널의 내측면에 배치되되 내측면이 둔각으로 2번 이상 절곡되도록 형성되는 상부코너패널; 및 상부코너패널의 내측면에 설치되며 액화가스를 밀봉하기 위한 금속 방벽이 용접에 의해 연결되는 코너스틸을 포함하는, 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 개시된다.

Description

액화가스 저장탱크의 단열시스템 {INSULATION SYSTEM OF LIQUEFIED GAS STORAGE TANK}
본 발명은 액화가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 극저온 액화가스의 기밀한 저장을 위하여 단열벽의 상부에 이중의 금속 방벽이 연속하여 설치되는 액화가스 저장탱크의 코너부 및 그 인근에 구축되는 단열시스템 구조에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')는 천연가스를 대략 -163℃의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
해상에서 LNG를 싣고 운항하여 육상 소요처에 하역하기 위한 LNG 운반선(LNG Carrier, LNGC) 등과 같이 LNG를 수송 혹은 저장하기 위한 구조물에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있도록 특수 설계된 저장탱크(흔히 '화물창'이라고도 함)가 설치된다.
일반적으로 LNG 저장탱크는 극저온의 LNG를 안전하게 저장하기 위하여 하나 이상의 방벽과 방벽 주위를 둘러싸고 있는 단열벽으로 단열시스템이 구성되며, 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 멤브레인형(membrane type)과 독립형(independent type)으로 구분될 수 있다.
멤브레인형 저장탱크는 선체 구조와 일체형으로 제작되는 탱크로서, 선체 내벽 상에 2차 단열벽, 2차 방벽, 1차 단열벽 및 1차 방벽이 순차적으로 적층 배치되는 이중 밀봉구조(혹은 이중 단열구조)로 단열시스템이 구성된다. 대표적인 멤브레인형 저장탱크로는 GTT社의 NO 96 타입과 MARK Ⅲ 타입이 있다.
NO 96 타입 저장탱크는 1차 및 2차 단열벽이 플라이우드(plywood) 박스 내부에 펄라이트(perlite) 분말이나 글라스 울(glass wool) 등의 단열재를 채운 단열박스(insulation box)들로 구성되며, 각 단열벽의 상부에 0.5 내지 0.7㎜ 두께의 인바강(invar steel, 36% 니켈강) 멤브레인이 설치되어 방벽을 형성하는 구조이다.
NO 96 타입 저장탱크는 1차 방벽과 2차 방벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 가지므로, 1차 방벽의 누설시 2차 방벽만으로도 상당한 기간 동안 화물을 안전하게 지탱할 수 있고, 단열박스로 구성되는 단열벽이 높은 압축강도와 강성을 갖출 수 있으며, 용접의 자동화율이 높다는 장점이 있다.
MARK Ⅲ 타입 저장탱크는 1차 및 2차 단열벽이 폴리우레탄폼(polyurethane foam, PUF)의 상하면에 목재 합판을 접착시킨 단열패널(insulation panel)들로 구성되며, 1차 단열벽의 상부에 대략 1.2mm 두께의 스테인리스강(stainless steel, SUS) 멤브레인이 설치되어 1차 방벽을 형성하고, 2차 단열벽의 상부에는 트리플렉스(triplex)라는 복합재가 설치되어 2차 방벽을 형성하는 구조이다.
MARK Ⅲ 타입 저장탱크는 폴리우레탄폼 단열재를 기반으로 한 단열패널의 단열효과가 뛰어나 BOR(Boil-Off Rate)의 측면에서 유리하지만, 단열패널이 유연한 성질을 가지기 때문에 열변형이나 선체 변형에 취약한 특징을 가진다. 따라서 MARK Ⅲ 타입 저장탱크에서는 방벽을 구성하는 소재로서 NO 96 타입에 적용되는 인바강을 이용하는 것이 쉽지 않고, 열수축 변형을 흡수할 수 있도록 파형 주름이 형성된 스테인리스강 멤브레인을 이용하여 1차 방벽을 형성하고 있다.
또한, 파형 주름이 형성된 스테인리스강 멤브레인은 돌출 구조를 포함하기에 1, 2차 단열벽 사이에 설치하는 것에 어려움이 있다. 따라서 현재 MARK Ⅲ 타입 저장탱크에서는 금속 멤브레인 대신 트리플렉스라고 하는 복합재를 사용하여 2차 방벽을 형성하고 있는데, 이는 1, 2차 방벽이 모두 금속 재질로 이루어지는 단열시스템과 대비하여 수밀에 취약할 수 밖에 없다는 단점이 있다.
NO 96 타입 저장탱크와 같이 단열벽이 단열박스들로 구성되는 단열시스템을 박스 타입(box type) 단열시스템이라 하고, 이와 구분하여 MARK Ⅲ 타입 저장탱크와 같이 단열벽이 폴리우레탄폼 단열재를 기반으로 한 단열패널들로 구성되는 단열시스템을 패널 타입(panel type) 단열시스템이라 부르기도 한다.
한편, MARK Ⅲ 타입 저장탱크와 같이 폴리우레탄폼 단열재를 기반으로 단열벽을 구성하여 기본적으로 패널 타입 단열시스템 구조를 취하면서 1, 2차 단열벽 사이에 방벽을 설치하지 않고 전체 단열벽 위에 두 개의 방벽을 2단으로 배치하는 KC-1 단열시스템이 개발되어 알려진 바 있다.
그러나 상기한 KC-1 단열시스템은 단열벽을 구성하는 단열패널들이 서로 연결되어 있지 않기 때문에, 열변형이나 선체 변형에 취약하다는 패널 타입 단열시스템의 단점이 더욱 크게 작용하는 또 다른 문제점을 가진다.
일반적으로 멤브레인형 저장탱크는 극저온 열수축에 대응하기 위하여 견고한 구조를 가지며, 특히 코너부와 그 인근 구조물은 극저온 열수축에 견딜 수 있음은 물론 저장탱크 내에서 발생하는 슬로싱 하중에도 견딜 수 있도록 설계되어야 하기 때문에 이를 위한 고도의 기술이 요구된다.
이에 본 발명은 극저온에 의한 열수축은 물론 슬로싱 하중에도 효과적으로 견딜 수 있는 액화가스 저장탱크의 코너부와 그 인근 구조물의 구조 및 배치를 제공함으로써, 액화가스 저장탱크의 구조적 성능을 크게 개선시키는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 단열벽의 상부에 이중의 금속 방벽 구조가 구현되는 액화가스 저장탱크 내에 구축되는 것으로서, 우수한 단열성능 및 신뢰성의 확보가 가능하고, 슬로싱 하중에 용이한 대응이 가능하며, 설치구조가 대폭 간소화됨에 따라 시공성을 크게 향상시킬 수 있는 액화가스 저장탱크의 단열시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 두 내벽이 각도를 가지면서 만나는 코너부에 배치되는 코너패널을 포함하는 액화가스 저장탱크에 있어서, 상기 코너패널은, 상기 두 내벽이 절곡되는 각도에 대응되는 각도로 절곡되는 하부코너패널; 상기 하부코너패널의 내측면에 배치되되 내측면이 둔각으로 2번 이상 절곡되도록 형성되는 상부코너패널; 및 상기 상부코너패널의 내측면에 설치되며 액화가스를 밀봉하기 위한 금속 방벽이 용접에 의해 연결되는 코너스틸을 포함하는, 액화가스 저장탱크의 단열시스템이 제공될 수 있다.
상기 상부코너패널의 내측면은 135°각도로 두 번 절곡될 수 있다.
상기 하부코너패널은 강화 폴리우레탄폼 단열재의 하면에 하부플레이트를 접착시킨 형태로 구성되고, 상기 상부코너패널은 상기 강화 폴리우레탄폼보다 강도가 높은 HD폼 단열재의 상면에 상부플레이트를 접착시킨 형태로 구성되며, 상기 코너스틸은 상기 상부코너패널의 상부플레이트 상에 볼팅 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 상기 코너부를 제외한 상기 저장탱크의 내벽 상에 평평하게 형성되는 일반구역에 배치되는 플랫패널을 더 포함하고, 상기 플랫패널은, 강화 폴리우레탄폼 단열재의 하면에 하부플레이트를 접착시킨 형태로 구성되는 하부플랫패널; 및 강화 폴리우레탄폼 단열재의 상면에 상부플레이트를 접착시킨 형태로 구성되는 상부플랫패널을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 상기 코너부에 가장 인접하게 배치되는 상기 플랫패널과 상기 코너패널 사이에 배치되는 보더패널을 더 포함하고, 상기 보더패널은, 상기 하부코너패널과 상기 하부플랫패널 사이에 배치되는 갭단열재; 및 상기 상부코너패널과 상기 상부플랫패널 사이에 배치되며, 상기 하부코너패널과 상기 하부플랫패널의 경계부를 덮으면서 배치되는 보더브릿지패널을 포함할 수 있다.
상기 보더브릿지패널의 강성은 상기 상부코너패널의 강성과 상기 상부플랫패널의 강성의 사이 값을 가질 수 있다.
두께 방향을 따른 상기 보더브릿지패널의 열수축량은 상기 상부코너패널의 열수축량과 상기 상부플랫패널의 열수축량의 사이 값을 가질 수 있다.
상기 보더브릿지패널은 상기 강화 폴리우레탄폼보다 강도가 높은 HD폼 단열재의 상면에 상부플레이트를 접착시킨 형태로 구성되고, 상기 보더브릿지패널의 상부플레이트는 플라이우드로 구성되는 반면, 상기 상부코너패널의 상부플레이트는 하드우드로 구성될 수 있다.
상기 상부코너패널의 상부플레이트는 상기 보더브릿지패널의 상부플레이트보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 기본적으로 폴리우레탄폼 단열재를 포함하는 단열패널을 기반으로 단열벽이 구성되는 패널 타입의 단열시스템으로서, NO 96 저장탱크와 같은 박스 타입의 단열시스템과 대비하여 우수한 단열성능을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 단열벽의 상부에 연속하여 설치되는 이중 금속 방벽에 의해 이중의 기밀이 구현됨에 따라 종래 MARK Ⅲ 저장탱크가 가지는 수밀에 취약한 단점이 보완될 수 있고, 따라서 우수한 단열성능 뿐만 아니라 단열시스템의 높은 신뢰성이 확보될 수 있다.
특히, 본 발명에 의해 제안되는 코너부와 그 인근 구조물의 개선된 구조 및 배치를 포함하는 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 코너부 및 그 인근에 구축되는 단열시스템의 구조적 성능이 우수하여 극저온에 의한 열수축 뿐만 아니라 저장탱크 내에서 발생하는 슬로싱 하중에도 용이한 대응이 가능하며, 설치구조가 대폭 간소화됨에 따라 시공성이 크게 향상되고 액화가스 저장탱크의 건조 기간이 단축되는 효과가 기대될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부 및 그 인근에 설치되는 단열벽 구조를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 설치되는 코너패널을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 설치되는 코너패널을 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부 및 그 인근에 단열벽이 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크에서 단열벽의 상부에 2차 방벽이 설치되는 과정을 나타낸 도면들로서, 도 5는 2차 플랫 멤브레인시트가 설치되는 것, 도 6은 2차 보더 멤브레인시트가 설치되는 것, 그리고 도 7은 2차 앵글피스가 설치되는 것을 각각 나타내는 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크에서 2차 방벽의 상부에 서포팅 플라이우드가 설치되는 것을 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크에서 서포팅 플라이우드의 상부에 1차 방벽이 설치되는 과정을 나타낸 도면들로서, 도 9는 1차 플랫 멤브레인시트가 설치되는 것, 도 10은 1차 보더 멤브레인시트가 설치되는 것, 그리고 도 11은 1차 앵글피스가 설치되는 것을 각각 나타내는 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적 및 효과를 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조해야 한다.
본 명세서에 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와는 다소 상이할 수 있으며, 도면에 도시된 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장되거나 축소될 수 있고 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 본 명세서에서 어떤 구성요소를 '포함'한다고 하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결'된다고 하는 것은 직접적인 연결은 물론 간접적인 연결을 포함하는 것이며, 두 구성요소 사이에 다른 구성요소가 존재할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 의미로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 액화가스 저장탱크는, 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 명세서에서 액화가스 저장탱크에 대해 '1차' 및 '2차'라는 용어를 사용하는 것은, 저장탱크 내부에 저장된 액화가스를 기준으로 액화가스를 1차적으로 밀봉 또는 단열하는 것인지 2차적으로 밀봉 또는 단열하는 것인지에 대한 기준으로 구사된 것이다.
또한, 관례상 액화가스 저장탱크에 적용된 용어 '상부', '상측' 또는 '위'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 탱크의 내측을 향하는 방향을 가리키는 것이고, 마찬가지로 용어 '하부', '하측' 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. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서 이에 의하여 본 발명이 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부 및 그 인근에 설치되는 단열벽 구조를 나타낸 측면도이다. 그리고 도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부에 설치되는 코너패널을 나타낸 사시도 및 측면도이다.
도 4 내지 도 11은 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크 내부에 단열시스템이 구축되는 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 구체적으로, 도 4는 액화가스 저장탱크의 코너부 및 그 인근에 단열벽이 설치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 5 내지 도 7은 단열벽의 상부에 2차 방벽이 설치되는 과정을 나타낸 도면들이며, 도 8은 2차 방벽의 상부에 서포팅 플라이우드가 설치되는 것을 나타낸 도면이고, 도 9 내지 도 11은 서포팅 플라이우드의 상부에 1차 방벽이 설치되는 과정을 나타낸 도면들이다.
첨부된 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 선체 내벽(H)에 설치되는 단열벽(10)과, 단열벽(10)의 상부에 설치되는 2차 방벽(20) 및 1차 방벽(40)을 포함하여 구성될 수 있다.
단열벽(10)은 본 단열시스템에서 주된 단열 기능, 즉 저장탱크 외부로부터의 열침입을 방지하는 기능을 하는 것으로서, 폴리우레탄폼 또는 강화 폴리우레탄폼(reinforced polyurethane foams, R-PUF)과 같은 단열재를 기반으로 하여 패널 타입의 단열시스템과 유사하게 구성될 수 있다.
구체적으로, 단열벽(10)은 폴리우레탄폼, 보다 바람직하게는 강화 폴리우레탄폼으로 구성되는 단열재와, 상기 단열재에 기계적인 강성을 부여하기 위하여 플라이우드 또는 섬유강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics, FRP)과 같은 복합재료가 복합된 형태의 단열패널들로 구성될 수 있다.
본 발명에서 단열벽(10)은 적어도 2 이상의 층을 가지는 다층 구조로 마련될 수 있으며, 이하에서는 단열벽(10)이 하부 단열층과 상부 단열층을 포함하여 두 개의 층으로 구성되는 것을 바람직한 실시예로 제시한다.
도 1에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 내부는, 두 내벽이 각도를 가지면서 만나는 코너구역(Corner Area, 이하 '코너부'라 함)과, 저장탱크의 내벽 상에 평평하게 형성되는 일반구역(General Area), 그리고 코너부와 일반구역의 경계에 형성되는 보더구역(Border Area)으로 구분될 수 있다.
또한, 단열벽(10)을 구성하는 단열패널들은 배치 위치에 따라 일반구역에 배치되는 플랫패널(100)과, 코너부에 배치되는 코너패널(200), 그리고 플랫패널(100)과 코너패널(200) 사이 즉 보더구역에 배치되는 보더패널(300)로 구분될 수 있다.
플랫패널(100)은 액화가스 저장탱크의 내부에서 코너부를 제외한 평평한 구역에 배치되는 단열패널로서, 하부플랫패널(110)과 그 위에 배치되는 상부플랫패널(120)을 포함하며, 다수개가 선체 내벽(H) 상에 횡방향 및 종방향을 따라 연달아 배열됨으로써 일반구역에서의 단열벽(10)을 구성할 수 있다.
하부플랫패널(110)과 상부플랫패널(120)은 소정의 길이와 너비 및 높이를 가지는 육면체 형태로 마련될 수 있고, 하부플랫패널(110)과 상부플랫패널(120)은 서로 마주하는 면이 접착되어 고정될 수 있다. 플랫패널(100)은 외부에서 하부플랫패널(110)과 상부플랫패널(120)이 상호 접착에 의해 고정된 일체의 모듈로 제작된 후 액화가스 저장탱크 내부로 투입되어 설치될 수 있다.
하부플랫패널(110)은 폴리우레탄폼, 보다 바람직하게는 강화 폴리우레탄폼으로 이루어지는 단열재(111)의 하면에 플라이우드 또는 복합재료(예컨대, 섬유강화 플라스틱)로 이루어지는 하부플레이트(112)를 접착시킨 형태로 제작될 수 있다.
유사하게, 상부플랫패널(120)은 폴리우레탄폼, 보다 바람직하게는 강화 폴리우레탄폼으로 이루어지는 단열재(121)의 하면에 플라이우드 또는 복합재료(예컨대, 섬유강화 플라스틱)로 이루어지는 상부플레이트(122)를 접착시킨 형태로 제작될 수 있다.
상부플랫패널(120)은 하부플랫패널(110)의 상면에 접착에 의해 고정될 수 있는데, 이때 상부플랫패널(120)은 하부플랫패널(110)보다 길이 및 너비가 작게 형성되어 하부플랫패널(110)의 면적 내에 배치될 수 있다. 즉, 하부플랫패널(110)의 상면 네 가장자리 부분에는 상부플랫패널(120)에 의해 덮이지 않는 노출면이 존재하게 되고(도 4 참조), 수평 방향으로 서로 이웃하는 상부플랫패널(120)들은 서로 간격을 두고 배치된다.
하부플랫패널(110)의 하부플레이트(112)와 선체 내벽(H) 사이에는 매스틱(mastic) 또는 레진(resin)과 같은 접착제 물질이 도포되어 플랫패널(100)을 고정 및 지지할 수 있다. 또한, 선체 내벽(H)에 구비되는 스터드 등에 의해 하부플레이트(112)를 포함하는 하부플랫패널(110)의 하단부가 고정될 수도 있다.
서로 이웃하는 상부플랫패널(120) 사이에는 브릿지패널(130)이 배치될 수 있다. 브릿지패널(130)은 서로 이웃하는 하부플랫패널(110) 사이의 경계부를 덮으면서 배치된다.
브릿지패널(130)은 상부플랫패널(120)과 유사하게 폴리우레탄폼, 보다 바람직하게는 강화 폴리우레탄폼으로 이루어지는 단열재(131)의 상면에 플라이우드 또는 복합재료(예컨대, 섬유강화 플라스틱)로 이루어지는 상부플레이트(132)를 접착시킨 형태로 제작될 수 있으며, 상부플랫패널(120)과 마찬가지로 하부플랫패널(110)의 상면에 접착 방식으로 고정될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에서 단열벽(10)은 적어도 2 이상의 다층 구조로 마련되는 것이 바람직하다. 이는 본 단열시스템이 기존과 달리 방벽에 의해 단열벽(10)이 분리되지 않는 구조이기 때문인데, 구체적으로는 단열벽(10)을 단일층으로 형성하면 단열벽(10)을 형성하는 단열패널 간의 경계부에서 대류에 의한 열손실이 발생할 수 있고, 선체 변형(hull deflection)으로 인한 단열패널의 수직방향 변형에도 구조적으로 취약점이 발생할 수 있음을 고려한 것이다.
일반구역의 경우, 플랫패널(100)의 하부플랫패널(110)이 하부 단열층을 구성하고, 상부플랫패널(120)이 그 사이에 배치되는 브릿지패널(130)과 함께 상부 단열층을 구성할 수 있다.
한편, 상부플랫패널(120)과 브릿지패널(130)의 상부면에는 2차 방벽(20)의 고정을 위한 앵커스트립(anchor strip, 미도시)이 구비될 수 있다. 앵커스트립은 상부플랫패널(120)과 브릿지패널(130)의 상부플레이트(122, 132)에 형성되는 홈에 안착되어 스크류(screw)나 리벳(rivet) 등에 의해 기계적으로 체결 및 고정될 수 있다.
앵커스트립은 다수의 상부플랫패널(120)과 브릿지패널(130) 상에 연속적으로 배치될 수 있다. 다만, 앵커스트립은 모든 상부플랫패널(120)과 브릿지패널(130) 상에 구비되어야 하는 것은 아니고, 2차 방벽(20)을 구성하는 다수의 멤브레인시트가 서로 연결되는 부위에 대응하여 필요한 부위에만 설치될 수 있다. 보다 구체적으로, 2차 방벽(20)을 구성하는 다수의 멤브레인시트의 네 가장자리가 앵커스트립 라인 상에 놓일 수 있도록 단열벽(10)의 상부에 앵커스트립이 격자 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상부플랫패널(120)과 브릿지패널(130)의 상부에는 후술하는 서포팅 플라이우드(30)를 고정시키기 위한 고정장치(securing device, 미도시)가 구비될 수 있다. 고정장치는, 상부플랫패널(120) 및 브릿지패널(130)의 상부면에 삽입 고정되는 베이스소켓(base socket)과, 하단부가 상기 베이스소켓에 체결되며 상방으로 돌출되어 서포팅 플라이우드(30)의 체결 부위를 제공하는 스터드볼트(stud bolt)를 포함하는 형태로 마련될 수 있다.
단열벽(10)의 상부에는 다수개의 고정장치가 일정한 간격을 두고 설치될 수 있는데, 고정장치를 일정한 간격으로 설치하기 위해서는 상부플랫패널(120)의 너비를 브릿지패널(130)의 너비의 정수배로 형성하는 것이 설계상 유리할 수 있다.
단열시스템을 구성하는 단열패널의 열수축시 스트레스 완화의 목적으로 서로 이웃하는 하부플랫패널(110) 사이 그리고 서로 이웃하는 상부플랫패널(120)과 브릿지패널(130) 상호 간에 소정의 갭(gap)을 두고 배치될 수 있다. 이에 따라 상부플랫패널(120)과 브릿지패널(130)의 상부에 구비되는 앵커스트립도 그 사이에 형성되는 갭 상에서는 단절된 구조로 마련될 수 있다.
상기와 같이 서로 이웃하는 상/하부플랫패널(110, 120) 사이가 브릿지패널(130)에 의해 연결되는 본 단열시스템은, 서로 이웃하는 하부플랫패널(110) 간의 경계부에서 발생하는 열침입(대류)으로 인한 열손실이 감소되어 단열성능이 향상되고, 선체 변형으로 인해 단열패널에 수직방향으로 작용하는 하중에 대해서도 유연한 거동이 가능한 장점이 있다.
코너패널(200)은 액화가스 저장탱크의 두 내벽이 만나는 코너부에 배치되는 단열패널로서, 하부코너패널(210)과 그 위에 순차적으로 적층 배치되는 상부코너패널(220) 및 코너스틸(230)을 포함하여 구성되며, 다수개가 액화가스 저장탱크의 코너부가 연장되는 방향(저장탱크의 두 내벽이 접하는 라인 방향)을 따라 연달아 배열되어 코너부에서의 단열벽(10)을 구성할 수 있다.
참고로, 전술한 바와 같이 본 명세서에서 '위' 또는 '상부'라는 용어는 저장탱크의 내측을 향하는 방향을 가리키는 것이므로, 여기서 하부코너패널(210) 위에 배치된다고 하는 것은 하부코너패널(210)의 절곡된 내측면 상에 배치되는 것으로 이해되어야 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면 코너패널(200)의 구조 및 형상의 특징을 보다 구체적으로 확인할 수 있다.
하부플랫패널(110)과 유사하게, 하부코너패널(210)은 폴리우레탄폼, 보다 바람직하게는 강화 폴리우레탄폼으로 이루어지는 단열재(211)의 하면에 플라이우드 또는 복합재료(예컨대, 섬유강화 플라스틱)로 이루어지는 하부플레이트(212)를 접착시킨 형태로 제작될 수 있으며, 하부플레이트(212)와 선체 내벽(H) 사이에 도포되는 매스틱 또는 레진과 같은 접착제 물질에 의해 고정 및 지지될 수 있다. 또한, 하부플레이트(212)를 포함하는 하부코너패널(210)의 하단부가 선체 내벽(H)에 구비되는 스터드 등에 의해 고정될 수 있음도 물론이다.
하부코너패널(210)은 저장탱크의 코너부, 즉 저장탱크의 어느 한 내벽과 다른 내벽이 만나는 부위에서 서로 이웃하는 내벽이 이루는 각도에 대응하여 절곡된 형태로 마련될 수 있다. 예컨대, 도면에 도시된 바와 같이 저장탱크의 내벽이 서로 90°각도를 이루는 경우 하부코너패널(210) 역시 90°로 절곡되어 'ㄴ'자 형태의 단면을 가질 수 있으며, 만약 저장탱크의 내벽이 서로 135°각도를 이루는 경우에는 하부코너패널(210)이 절곡되는 각도도 135°로 형성될 수 있다.
또한, 도면에 도시된 바와 같이, 하부코너패널(210)은 일측이 경사지게 형성되는 2개의 패널을 포함하여, 2개의 패널의 경사면이 서로 대향되게 배치됨으로써 절곡된 형태가 구현될 수 있다. 이때 2개의 패널의 경사면이 서로 마주하는 공간에는 글라스울이 충진될 수 있다.
상부코너패널(220)은 강화 폴리우레탄폼보다 강도가 높은 소재, 예컨대 HD폼(High Density Foam)으로 이루어지는 단열재(221)의 상면에 하드우드(hard wood)로 이루어지는 상부플레이트(222)를 접착시킨 형태로 제작될 수 있다.
상부코너패널(220)은 하부코너패널(210)의 상부에 접착 방식으로 고정될 수 있으며, 이를 위해 하부코너패널(210)과 맞닿는 외측면이 하부코너패널(210)과 동일한 각도로 절곡될 수 있다.
반면, 상부코너패널(220)의 내측면은 135°각도로 절곡되는 절곡면을 포함하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상부코너패널(220)의 내측면은 저장탱크의 두 내벽과 평행하게 연장되는 수평/수직면, 그리고 수평면과 수직면을 상호 135°각도로 연결하는 경사면을 포함하여, 2번 절곡되는 형태로 마련될 수 있다.
즉, 상부코너패널(220)의 내측면이 절곡되는 각도(α, β)는 액화가스 저장탱크의 내벽이 이루는 각도에 대응되는 것이 아니라 135°로 형성될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 90°코너부를 마치 135°코너부로 구성하는 것과 동일한 효과를 도모하여 슬로싱 하중에 유리한 설계 구조를 구현하기 위함이다.
다만, 상부코너패널(220)의 내측면의 절곡 각도(α, β)가 반드시 135°로 제한되는 것은 아니다. 액화가스 저장탱크의 코너를 기준으로 대칭되는 구조를 구현하기 위해 상부코너패널(220)의 내측면이 절곡되는 2개의 각도(α, β)가 동일하게 135°로 형성되는 것이 가장 바람직하기는 하지만, 각각의 절곡 각도(α, β)는 둔각, 바람직하게는 120 내지 150°범위의 각도로 형성될 수 있다.
상부코너패널(220)의 단열재(221) 및 상부플레이트(222)는, 135°경사면을 가지면서 중앙에 배치되는 구성(221a, 222a)과, 중앙에 배치되는 것(221a, 222a)의 수직/수평 방향을 따른 측면부에 각각 배치되는 구성(221b, 222b)을 포함할 수 있고, 각 구성은 분리 제작된 후 접착에 의해 결합되거나 혹은 처음부터 일체로 제작될 수도 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상부코너패널(220)은 액화가스 저장탱크의 코너부의 연장 방향을 따라 복수개로 분리 제작되어 하부코너패널(210)의 내측면에 연접하여 배치될 수 있다. 복수개로 분리 제작되는 상부코너패널(220)은 하부코너패널(210)의 내측면 그리고 상호 간에 접착될 수 있다.
플랫패널(100)에서 상부플랫패널(120)이 하부플랫패널(110)의 면적 내에 배치되는 것과 유사하게, 코너패널(200)에서도 상부코너패널(220)의 하면(외측면) 면적이 하부코너패널(210)의 상면(내측면) 면적보다 작게 형성되고, 이에 따라 상부코너패널(220)이 하부코너패널(210)의 면적 중 일부만을 차지하면서 배치될 수 있다. 하부코너패널(210)의 나머지 면적에는 후술하는 보더브릿지패널(320)이 하부플랫패널(110)에 함께 걸쳐지면서 배치된다.
한편, 액화가스 저장탱크의 코너부는 구조적인 특성상 비대칭적인 하중이 작용할 뿐만 아니라 슬로싱에 의한 충격을 특히 많이 받는 구역이다. 이에 본 발명은 액화가스 저장탱크의 코너부에 비대칭적으로 작용하는 하중 및 슬로싱 하중에 대하여 구조적인 안정성을 확보할 수 있도록, 코너패널(200)을 일반구역에 배치되는 플랫패널(100)보다 높은 강도로 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 단열시스템의 코너부에서 상부 단열층을 구성하는 상부코너패널(220)의 단열재(221)는 강화 폴리우레탄폼보다 강도가 높은 HD폼으로 구성하고, 상부코너패널(220)의 상부플레이트(222)는 플라이우드보다 압축강도가 우수한 하드우드로 구성함으로써, 액화가스 저장탱크의 코너부에서 요구되는 구조적 강도를 만족시키도록 한다.
또한, 액화가스 저장탱크의 코너부에서 요구되는 구조적 강도를 만족시키기 위하여, 상부코너패널(220)의 상부플레이트(222)를 상부플랫패널(120)의 상부플레이트(122)보다 두껍게 형성할 수 있다. 상부코너패널(220)의 상부플레이트(222)를 두껍게 형성하는 것은 그 위에 설치되는 코너스틸(230)의 견고한 체결에도 도움을 줄 수 있다.
코너스틸(230)은 상부코너패널(220)의 상부 즉 절곡된 내측면에 배치될 수 있다. 코너스틸(230)은 상부코너패널(220)의 상부플레이트(222)과 볼팅(bolting) 결합될 수 있으며, 코너패널(200)을 구성하는 요소들 중에서 코너스틸(230)을 제외한 나머지 구성들을 모두 본딩(bonding)에 의해 접합될 수 있다. 여기서 볼팅 결합은 스크류 또는 리벳을 이용한 기계적 체결을 포함할 수 있다.
코너스틸(230)은, 상부코너패널(220)의 내측면 중 중앙의 경사면에 위치되는 제1 코너스틸(230a)과, 제1 코너스틸(203a)의 양단부로부터 절곡 연장되어 상부코너패널(220)의 내측면 중 수평/수직면에 위치되는 제2 코너스틸(230b)를 포함할 수 있다. 여기서 코너스틸(230)은 2차 방벽(20)과 동일한 레벨에서의 밀봉을 수행하게 되므로, 일체의 구성이 가공을 통해 구부러진 형태를 갖추거나 또는 용접을 통해 기밀하게 연결된 구조를 갖추는 것이 바람직하다.
코너스틸(230)의 상면은 전술한 상부플랫패널(120) 및 후술할 보더브릿지패널(320)의 상면과 동일평면을 이룰 수 있다. 즉, 상부코너패널(220)과 코너스틸(230)의 두께의 합이 상부플랫패널(120) 및 보더브릿지패널(320)의 두께와 동일하게 형성될 수 있다.
제2 코너스틸(230b)의 상면에는 단열벽(10)의 상부에 설치되는 2차 방벽(20)의 끝단이 위치할 수 있으며, 2차 방벽(20)의 끝단이 제2 코너스틸(230b)과 용접되어 밀봉을 형성할 수 있다. 2차 방벽(20)과의 용접을 위하여 코너스틸(230)의 소재로는 스테인리스강이나 인바 또는 알루미늄 합금 등의 저온강이 바람직하게 이용될 수 있다.
본 발명은 액화가스 저장탱크의 코너부에 상대적으로 견고한 코너스틸(230)을 배치함으로써 인접하는 2개의 멤브레인, 즉 수평 방향으로 설치되는 2차 방벽(20)과 수직 방향으로 설치되는 2차 방벽(20)으로부터 전달되는 극저온 열전달 하중을 견딜 수 있도록 단열시스템을 구성하는 것이다.
코너스틸(230)의 상에는 후술하는 서포팅 플라이우드(30)를 고정시키기 위한 스터드부가 형성되어 있을 수 있다.
한편, 일반적으로 액화가스 저장탱크의 단열시스템에서 단열벽을 구성하는 단열패널의 제작 및 설치시에는 공차가 발생하며, 다수의 단열패널이 반복적으로 배열됨에 따라 누적된 공차에 의해 저장탱크의 코너부에 가변적인 갭(variable gap)이 발생한다.
본 단열시스템에서는 일반구역에 다수의 플랫패널(100)이 반복 설치됨에 따라 코너부에 가장 인접하게 설치되는 플랫패널(100)과 코너패널(200) 사이에 가변적인 갭이 발생하게 되는데, 이러한 공차를 보완하기 위하여 실제 계측을 통해 특수한 사이즈로 제작되는 보더패널(300)을 해당 위치에 배치한다.
이에 따라 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템에서 단열벽(10)의 설치 과정은, 표준 사이즈로 사전 제작된 플랫패널(100) 및 코너패널(200)의 설치 이후, 그 연결부에 발생하는 가변적인 갭의 사이즈를 계측하고 해당 사이즈에 맞추어 보더패널(300)을 제작하여 설치하는 순서로 진행될 수 있다.
보더패널(300)은, 플랫패널(100)의 하부플랫패널(110)과 코너패널(200)의 하부코너패널(210) 사이에 배치되는 갭단열재(310), 그리고 플랫패널(100)의 상부플랫패널(120)과 코너패널(200)의 상부코너패널(220) 사이에 배치되는 보더브릿지패널(320)을 포함할 수 있다.
갭단열재(310)는 폴리우레탄폼이나 강화 폴리우레탄폼 또는 글라스울과 같은 단열재로 구성될 수 있다. 갭단열재(310)는 하부플랫패널(110)이나 하부코너패널(210)과 같이 별도의 하부플레이트를 갖추는 것도 가능하지만, 갭이 크지 않은 경우에는 단열재만으로 구성되어 해당 위치에 삽입되어도 충분하다.
보더브릿지패널(320)은 일반구역의 상부플랫패널(120)과 코너부의 상부코너패널(220) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 보더브릿지패널(320)은 하부플랫패널(110)과 하부코너패널(210) 사이의 경계부를 덮으면서 걸쳐지게 배치된다. 보더브릿지패널(320)은 하면이 하부플랫패널(110)과 하부코너패널(210)의 상면에 접착에 의해 고정될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 플랫패널(100)과 대비하여 코너패널(200)의 강도가 높게 구성됨에 따라, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부 및 그 인근에서 극저온에 의한 열수축 발생시 단열벽(10)을 구성하는 구성요소들의 열수축량 차이에 의하여 높이 단차가 발생할 우려가 있다.
종래에는 코너부와 일반구역에 배치되는 단열패널들의 강성 차이에 의해 단차가 발생하는 경우, 그 위에 배치되는 방벽(멤브레인)이 급격한 경사를 견뎌낼 수밖에 없는 실정이었다. 그러나 이러한 경우 단차 발생 위치에서 방벽(멤브레인)이 변형 또는 응력 집중에 의한 파손이 야기되는 현상이 빈번하게 발생하였고, 이는 액화가스 저장탱크 본연의 기능을 상실케 하는 등의 심각한 문제로 이어질 수 있기 때문에, 본 발명은 상기와 같은 문제점의 발생을 미연에 방지하기 위하여 아래와 같은 구조를 제안한다.
본 발명은 액화가스 저장탱크에 구축되는 단열벽(10)의 구조강성이 코너부에서 인접하는 일반구역으로 갈수록 순차적으로 감소하도록 설계함으로써, 극저온에 의한 열수축이 발생시에도 완만한 경사가 형성될 수 있도록 하는 것을 기본적인 기술사상으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 단열벽(10)의 상부 단열층을 구성하는 단열패널들(110, 220, 320)의 구조강성이 코너부에서 일반구역으로 갈수록 순차적으로 감소하도록 구성한다. 즉, 코너부에 배치되는 상부코너패널(220)이 가장 높은 강성을 가지고, 일반구역에 배치되는 상부플랫패널(110)이 가장 낮은 강성을 가지며, 그 중간에 배치되는 보더브릿지패널(320)이 중간 강성을 가지도록 본 단열시스템이 구성될 수 있다. 여기서 '중간'이란 정확히 중간값을 의미하는 것이 아니라 상부코너패널(220)의 강성과 상부플랫패널(120)의 강성의 사이에 해당하는 값을 의미할 수 있다.
또한, 보더브릿지패널(320)이 상부코너패널(220)과 상부플랫패널(120)의 중간 강성을 가진다는 것은, 보더브릿지패널(320)의 두께 방향(상하 방향)을 따른 열수축량이 상부코너패널(220)의 열수축량과 상부플랫패널(120)의 열수축량의 중간값을 가진다는 의미로 해석될 수도 있다.
이를 위하여, 보더브릿지패널(320)은 형태적으로는 상부플랫패널(120)과 유사하게 단열재(321)의 상면에 플라이우드 또는 복합재료로 이루어지는 상부플레이트(322)가 부착된 패널 타입으로 제작되되, 이때 단열재(321)로서 강화 폴리우레탄폼보다 강성이 높은 소재, 예컨대 HD폼이 이용될 수 있다. 즉, 보더브릿지패널(320)을 구성하는 단열재(321)는 상부코너패널(220)을 구성하는 단열재(221)와 동일하게 HD폼을 이용하여 제작될 수 있다.
또한, 상부코너패널(220)과 보더브릿지패널(320) 간의 강성 차이는 상부플레이트(222, 322)의 소재의 차이로서 구현할 수 있다. 상부코너패널(220)의 상부플레이트(222)가 하드우드로 마련되는 것과는 달리, 보더브릿지패널(320)의 상부플레이트(322)는 플라이우드로 마련될 수 있다. 즉, 보더브릿지패널(320)은 단열재(321)로서는 상부코너패널(220)과 동일한 HD폼을 사용하고, 상부플레이트(322)로서는 상부플랫패널(120)과 동일한 플라이우드를 사용하는 것이다.
또한, 상부코너패널(220)의 강성을 보더브릿지패널(320)보다 높게 형성하기 위하여, 상부코너패널(220)의 상부플레이트(222)의 두께를 보더브릿지패널(320)의 상부플레이트(322)보다 두껍게 형성할 수 있다.
본 단열시스템에서 하부플랫패널(110), 상부플랫패널(120), 브릿지패널(130) 및 하부코너패널(210)을 구성하는 단열재(111, 121, 131, 211)는 강화 폴리우레탄폼으로서 110~150 kg/m3, 보다 바람직하게는 130 kg/m3의 밀도를 가질 수 있다. 그리고 상부코너패널(220) 및 보더브릿지패널(320)을 구성하는 단열재(221, 321)는 HD폼으로서 190~230 kg/m3, 보다 바람직하게는 210 kg/m3의 밀도를 가질 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 코너부 및 그 인근에 배치되는 상부 단열층은 상부코너패널(220)＞보더브릿지패널(320)＞상부플랫패널(120) 순으로 구조강성이 순차적으로 감소하도록 배치되며, 이에 따라 상부코너패널(220)과 상부플랫패널(120) 사이에서 열수축량 차이에 기인하여 발생하는 단차 또한 완만하게 형성될 수 있고, 궁극적으로는 그 위에 배치되는 2차 방벽(20)의 변형을 구조적으로 완화시키는 것이 가능해진다.
한편, 보더브릿지패널(320)의 상부면에는 2차 방벽(20)의 고정을 위한 앵커스트립(도 4의 'A')이 구비될 수 있다. 앵커스트립(A)은 보더브릿지패널(320)의 상부플레이트(322)에 형성되는 홈에 안착되어 스크류나 리벳 등에 의해 기계적으로 체결 및 고정될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템에서 단열벽(10)의 상부에 설치되는 이중 방벽(20, 40)의 구조에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은, 단열벽(10)의 상부에 2차 방벽(20)과 1차 방벽(40)이 서로 이격되어 2단으로 연속 설치되는 형태로 이중 금속 방벽 구조가 구현된다.
즉, 본 단열시스템은 하부 단열층과 상부 단열층 사이에 방벽을 설치하는 기존의 공정을 삭제하고, 하부 단열층과 상부 단열층을 포함하여 적어도 2 이상의 다층 구조를 가지도록 단열벽(10)을 형성한 후, 그 위에 금속 멤브레인으로 구성되는 2차 방벽(20) 및 1차 방벽(40)을 연속적으로 설치하여 이중 금속 방벽 구조를 구현하는 것이다.
1차 및 2차 방벽(40, 20)은 저장탱크 내부에 수용되는 액화가스를 밀봉(액밀/기밀)하는 역할을 수행한다. 1차 방벽(40)은 저장탱크 내부에 수용되는 극저온 액화가스와 직접 접촉하여 1차적인 밀봉 기능을 수행하고, 2차 방벽(20)은 1차 방벽(40)의 누설시 2차적인 밀봉 기능을 수행하는 것으로서 1차 방벽(40)의 누설이 발생하더라도 상당한 기간동안 액화가스의 액밀 및 지탱이 가능하도록 설계된다.
액화가스 저장탱크의 내부는 극저온(LNG의 경우, -163℃) 상태이므로, 방벽(20, 40)은 액화가스에 의한 응력 변화에 대응할 수 있도록 저온취성이 강한 금속 재질로 마련될 수 있으며, 예를 들어 스테인리스강이나 인바 또는 알루미늄 합금 등의 저온강이 이용될 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 내부에 설치되는 단열벽(10)의 구조를 구체적으로 보여주기 위함이기에 1차 및 2차 방벽(40, 20)의 구성이 삭제되어 있으나, 도 5 이하를 참조하면 2차 방벽(20)부터 1차 방벽(40)이 설치되는 구조를 구체적으로 확인할 수 있다.
첨부된 도면을 참조하면, 본 발명은 방벽(20, 40)으로서 스테인리스강 멤브레인이 적용되는 것을 바람직한 실시예로 제시한다. 스테인리스강 멤브레인으로 구성되는 방벽(20, 40)은 극저온에 의한 열수축을 용이하게 흡수할 수 있는 구조로서 다수의 주름(corrugation)을 포함할 수 있다. 다수의 주름은 방벽(20, 40) 상에서 저장탱크의 내측 방향을 향하여 융기되는 형태로 형성될 수 있으며, 저장탱크의 횡방향을 따라 연장되는 다수의 횡방향 주름과 종방향을 따라 연장되는 다수의 종방향 주름을 포함하여 대략 격자 형태를 이룰 수 있다.
2차 방벽(20)은 단위유닛으로 마련되는 다수의 2차 플랫 멤브레인시트(21)가 연속되는 구조로 이루어질 수 있다. 다수의 2차 플랫 멤브레인시트(21)는 상부플랫패널(120), 브릿지패널(130) 및 보더브릿지패널(320) 상에 구비되는 앵커스트립 상에서 용접되어 연속적으로 연결될 수 있다. 도 4에는 보더브릿지패널(320)에 구비되는 앵커스트립(A)만 도시되어 있으나, 2차 플랫 멤브레인시트(21)의 가장자리에 해당하는 부위에 배치되는 생략된 상부플랫패널(120) 및 브릿지패널(130) 상에도 앵커스트립이 구비될 수 있음은 당연하다.
또한, 코너패널(200)과 플랫패널(100) 사이에 배치되는 보더패널(300)이 계측된 특수 사이즈로 제작되는 것과 유사하게, 코너부에 가장 인접하게 설치되는 2차 플랫 멤브레인시트(21)와 코너스틸(230) 사이에는 실제 계측을 통해 특수한 사이즈로 제작되는 2차 보더 멤브레인시트(22)가 배치될 수 있다.
2차 플랫 멤브레인시트(21) 및 2차 보더 멤브레인시트(22)를 포함하여 서로 이웃하는 2차 멤브레인시트(21, 22)의 가장자리가 서로 겹치기 용접됨으로써 2차 방벽(20)의 밀봉 구조가 형성될 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 2차 보더 멤브레인시트(22)는 일측 가장자리가 앵커스트립(A) 상에서 2차 플랫 멤브레인시트(21)와 겹치기 용접되고, 타측 가장자리는 코너패널(200)의 코너스틸(230) 상에 용접되어 밀봉을 형성할 수 있다.
2차 멤브레인시트(21, 22)는 소정의 길이와 폭을 가지는 금속 시트로서 저장탱크의 내측 방향을 향하여 융기된 주름을 포함할 수 있다. 2차 플랫 멤브레인시트(21)는 표준화된 사이즈로 사전 제작되는 반면, 2차 보더 멤브레인시트(22)는 2차 플랫 멤브레인시트(21)의 설치 이후 코너스틸(230)과의 사이에 남는 거리를 실제로 계측하여 특수한 사이즈로 제작된다는 점에서 차이가 있을 뿐이다.
단열벽(10) 상에 서포팅 플라이우드(30)를 고정하기 위한 고정장치가 설치되어 있는 경우에는, 고정장치에 구비되는 돌출 구조물(예컨대, 스터드볼트)이 관통될 수 있도록 2차 멤브레인시트(21, 22) 상에 관통홀이 형성될 수 있으며, 2차 멤브레인시트(21, 22)에 형성되는 관통홀 주변부를 고정장치 측에 용접하여 밀봉을 유지시킬 수 있다.
한편, 단열벽(10)의 상측에 설치되는 2개의 방벽(20, 40)은 액화가스의 극저온에 의한 영향을 받아 신축이 발생할 수 있으므로, 서로 접촉되지 않게 이격된 구조로 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명은 2차 방벽(20)과 1차 방벽(40) 사이에 스페이서(spacer)의 역할을 하는 서포팅 플라이우드(30)를 배치하여, 1차 방벽(40)이 2차 방벽(20)의 상측으로 일정 간격 이격 설치될 수 있도록 한다.
서포팅 플라이우드(30)는 2차 방벽(20)과 1차 방벽(40) 사이를 이격시키기 위하여 소정의 두께를 가지는 판 형태로 마련될 수 있는데, 이때 서포팅 플라이우드(30)는 소정의 강도를 가지고 극저온 상태에서 사용이 가능하며 가공이 편리한 소재로서 플라이우드로 제작될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기의 조건을 만족하는 소재(예컨대, 섬유강화 플라스틱)라면 어떠한 것이라도 서포팅 플라이우드(30)의 소재로서 적용될 수 있음은 물론이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 서포팅 플라이우드(30)는 2차 방벽(20) 상에서 주름 이외의 평평한 영역, 즉 주름 사이의 간격 내에 설치될 수 있다. 서포팅 플라이우드(30)는 2차 방벽(20)에서 주름이 형성된 부분을 제외한 나머지 영역 전체에 설치될 수 있으나, 구조해석을 통하여 주름을 제외한 나머지 부분 중 일부에만 설치될 수도 있음은 물론이다.
서포팅 플라이우드(30)는 단열벽(10)의 상부에 설치되어 2차 방벽(20)을 관통하는 고정장치에 체결됨으로써 2차 방벽(20)의 상부에 고정될 수 있다.
1차 방벽(40)은 서포팅 플라이우드(30)의 상부에 설치됨으로써 서포팅 플라이우드(30)의 두께에 해당하는 높이만큼 2차 방벽(20)의 상측으로 이격되어 위치할 수 있다.
서포팅 플라이우드(30)의 상부면에는 1차 방벽(40)의 고정을 위하여 상부플랫패널(120), 브릿지패널(130) 및 보더브릿지패널(320)의 상부면에 구비되는 것과 유사 또는 동일한 형태의 앵커스트립(도 8의 'A')이 구비될 수 있으며, 1차 방벽(40)은 서포팅 플라이우드(30)에 구비되는 앵커스트립에 용접에 의해 고정될 수 있다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 서포팅 플라이우드(30)의 상부에 1차 방벽(40)이 설치되는 구조를 구체적으로 확인할 수 있다.
2차 방벽(20)의 설치 구조와 유사하게, 1차 방벽(40)은 단위유닛으로 마련되는 다수의 1차 플랫 멤브레인시트(41)가 연속되는 구조로 이루어질 수 있으며, 코너부 인근에는 실제 계측을 통해 특수한 사이즈로 제작되는 1차 보더 멤브레인시트(42)가 배치될 수 있다.
1차 플랫 멤브레인시트(41) 및 1차 보더 멤브레인시트(42)를 포함하여 서로 이웃하는 1차 멤브레인시트(41, 42)의 가장자리가 서로 겹치기 용접됨으로써 1차 방벽(40)의 밀봉 구조가 형성될 수 있다.
1차 멤브레인시트(41, 42)는 소정의 길이와 폭을 가지는 금속 시트로서 저장탱크의 내측 방향을 향하여 융기된 주름을 포함할 수 있다. 1차 플랫 멤브레인시트(41)는 표준화된 사이즈로 사전 제작되는 반면, 1차 보더 멤브레인시트(42)는 코너부에 남는 거리를 실제로 계측하여 특수한 사이즈로 제작된다는 점에서 차이가 있을 뿐이다.
이하에서는 도 4 내지 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 내부에 단열벽(10), 2차 방벽(20) 및 1차 방벽(40)을 포함하는 단열시스템이 설치되는 과정을 구체적으로 살펴본다.
먼저 도 4를 참조하면, 선체 내벽(H) 상에 플랫패널(100), 코너패널(200) 및 보더패널(300)을 포함하는 단열벽(10)이 설치된다. 이때 단열벽(10)이 설치되는 순서를 살펴보면, 저장탱크의 코너부에 코너패널(200)을 설치하는 작업이 선행되고, 나머지 일반구역에 다수의 플랫패널(100)을 저장탱크의 중앙부로부터 코너부를 향하여 순차적으로 설치하는 작업이 수행되며, 코너패널(200)과 플랫패널(100)의 설치가 완료된 이후 코너부에 가장 인접하는 플랫패널(100)과 코너패널(200) 사이의 거리를 계측하여 보더패널(300)을 제작하고 설치하는 작업이 수행된다.
단열벽(10)의 설치가 완료되면 그 위에 2차 방벽(20)의 설치 작업이 수행된다. 이하 도 5 내지 도 7을 참조하여 2차 방벽(20)의 설치 과정을 차례대로 살펴본다.
우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 표준 사이즈로 제작되는 2차 플랫 멤브레인시트(21)가 단열벽(10)의 상부에 전체적으로 설치된다. 도면에는 하나의 2차 플랫 멤브레인시트(21)만 도시되어 있지만, 서로 이웃하는 2차 플랫 멤브레인시트(21)의 가장자리끼리 서로 겹치기 용접될 수 있으며, 이러한 겹치기 용접은 단열벽(10)의 상부에 구비되는 앵커스트립(A) 상에서 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 코너부에 가장 인접하게 설치되는 2차 플랫 멤브레인시트(21)와 코너스틸(230) 사이에 2차 보더 멤브레인시트(22)가 설치된다. 이때 표준 사이즈로 제작되는 2차 플랫 멤브레인시트(21)와는 달리, 2차 보더 멤브레인시트(22)는 2차 플랫 멤브레인시트(21)의 설치 이후 현장에서 직접 코너스틸(230)과의 사이에 남는 거리를 계측하여 특수한 사이즈로 제작될 수 있다. 2차 보더 멤브레인시트(22)는 일측 가장자리가 보더브릿지패널(320)의 상부면에 구비된 앵커스트립(A) 상에서 2차 플랫 멤브레인시트(21)와 겹치기 용접되고, 타측 가장자리는 코너스틸(230) 상에 용접된다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 서로 이웃하는 2차 보더 멤브레인시트(22)의 가장자리끼리도 서로 겹치기 용접을 통해 기밀하게 연결될 수 있다.
도 7을 참조하면, 2차 보더 멤브레인시트(22)의 설치까지 완료된 이후에는 2차 보더 멤브레인시트(22) 상에 형성된 주름을 마감하기 위한 2차 앵글피스(23)가 코너스틸(230) 상에 설치된다. 도면에는 수평 방향으로 설치되는 2차 방벽(20)만 도시되어 있으나 수직 방향으로도 동일한 구조의 2차 방벽이 설치될 수 있으며, 2차 앵글피스(23)는 코너스틸(230)의 절곡된 내측면에 대응되는 각도로 절곡되되, 수평 및 수직 방향으로 설치되는 2차 보더 멤브레인시트(22)의 주름을 서로 연결하여 마감하는 주름을 포함할 수 있다.
상기한 일련의 과정을 거쳐 2차 방벽(20)의 설치가 완료되면, 도 8에 도시된 바와 같이 2차 방벽(20)의 상부에 서포팅 플라이우드(30)를 설치하는 작업이 수행된다. 서포팅 플라이우드(30)는 2차 방벽(20)에 형성되는 주름 간 간격 내에 배치될 수 있으며, 단열벽(10) 상에 설치되어 2차 방벽(20)을 관통하는 고정장치에 의해 고정될 수 있다. 또한, 저장탱크의 코너부에서는 서포팅 플라이우드(30)가 코너스틸(230) 상에서 서로 이웃하는 2차 앵글피스(23) 사이에 배치될 수 있고, 코너스틸(230) 상에 미리 형성되어 있는 스터드부에 의해 고정될 수 있다. 2차 방벽(20)의 상부에 설치되는 다수의 서포팅 플라이우드(30) 중 일부는 1차 방벽(40)의 용접을 위한 앵커스트립(A)을 포함할 수 있다.
서포팅 플라이우드(30)의 설치가 완료되면 그 위에 1차 방벽(40)을 설치하는 작업이 수행된다. 이하 도 9 내지 도 11을 참조하여 1차 방벽(40)의 설치 과정을 차례대로 살펴본다.
우선, 도 9에 도시된 바와 같이, 표준 사이즈로 제작되는 1차 플랫 멤브레인시트(41)가 2차 방벽(20)의 상부에 서포팅 플라이우드(30)의 두께만큼 이격되어 전체적으로 설치된다. 도면에는 하나의 1차 플랫 멤브레인시트(41)만 도시되어 있지만, 서로 이웃하는 1차 플랫 멤브레인시트(41)의 가장자리끼리 서로 겹치기 용접될 수 있으며, 이러한 겹치기 용접은 서포팅 플라이우드(30)의 상부에 구비되는 앵커스트립(A) 상에서 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 코너부의 남는 공간에 1차 보더 멤브레인시트(42)가 설치된다. 이때 표준 사이즈로 제작되는 1차 플랫 멤브레인시트(41)와는 달리, 1차 보더 멤브레인시트(42)는 1차 플랫 멤브레인시트(41)의 설치 이후 코너부의 남는 거리를 현장에서 직접 계측하여 특수한 사이즈로 제작될 수 있다. 1차 보더 멤브레인시트(42)는 일측 가장자리가 서포팅 플라이우드(30)의 상부면에 구비된 앵커스트립(A) 상에서 1차 플랫 멤브레인시트(41)와 겹치기 용접되고, 타측 가장자리는 코너부에 설치되는 서포팅 플라이우드(30)의 상부면에 구비된 앵커스트립(A)에 용접된다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 서로 이웃하는 1차 보더 멤브레인시트(42)의 가장자리끼리도 서로 겹치기 용접을 통해 기밀하게 연결될 수 있다.
도 11을 참조하면, 1차 보더 멤브레인시트(42)의 설치까지 완료된 이후에는 1차 보더 멤브레인시트(42) 상에 형성된 주름을 마감하기 위한 1차 앵글피스(43)가 설치된다. 도면에는 수평 방향으로 설치되는 1차 방벽(40)만 도시되어 있으나 수직 방향으로도 동일한 구조의 1차 방벽이 설치될 수 있으며, 1차 앵글피스(43)는 코너패널(200)의 절곡된 내측면에 대응되는 각도로 절곡되되, 수평 및 수직 방향으로 설치되는 1차 보더 멤브레인시트(42)의 주름을 서로 연결하여 마감하는 주름을 포함할 수 있다.
이때, 2차 앵글피스(23)가 코너스틸(230)과 용접되어 기밀이 형성되던 것과는 달리, 1차 앵글피스(43)의 경우에는 플라이우드로 제작되는 서포팅 플라이우드(30)의 상면 일부만을 차지하는 앵커스트립(A) 상에 용접되는 것이기에 앵커스트립(A)과의 용접만으로는 완벽한 기밀을 구현하기 어렵고, 따라서 1차 앵글피스(43)는 2차 앵글피스(23)와 대비하여 폭이 넓게 제작되어 서로 이웃하는 구성끼리 가장자리가 겹치기 용접됨이 바람직하다. 이를 위하여 코너부의 135°경사면에 설치되는 서포팅 플라이우드(30)에는 1차 앵글피스(43)의 가장자리 부위에 대응하여 코너부의 연장 방향과 직교하는 방향으로 설치되는 앵커스트립(A)이 포함될 수 있다.
상기와 같이 제안되는 본 발명의 구조 적용시, 액화가스 저장탱크의 90°코너부가 135°경사를 가지도록 구성되어 상대적으로 슬로싱 하중에 유리한 구조를 가질 수 있다. 또한, 액화가스 저장탱크의 코너부에서 순차적으로 강성이 변할 수 있도록 단열패널들의 밀도 및 소재의 변화를 주어 배치시킴으로써 그 위에 배치되는 멤브레인(방벽)의 구조 건전성에서도 긍정적인 효과를 가질 것으로 기대된다.
뿐만 아니라, 본 발명의 제안 구조에 의하면, 135°앵글피스 두 개로 코너부에서의 멤브레인(방벽) 마감 처리가 가능하므로, 90°앵글피스 없이 제품군을 통일할 수 있다는 점에서 제품 관리에도 유리한 측면이 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크는, 폴리우레탄폼을 사용하여 단열벽을 구성하는 패널 타입의 단열시스템을 갖춤으로써 종래 박스 타입의 단열시스템보다 우수한 단열성능을 가진다. 이때, 본 발명은 패널 타입의 단열시스템을 구축함에 있어서 최대 난제인 이중 금속 방벽의 구현이 가능하게 함으로써, 수밀에 취약한 종래 패널 타입 단열시스템의 단점을 보완하는 것이 가능하며, 따라서 밀봉의 신뢰성이 증가하고 궁극적으로는 액화가스 저장탱크의 구조적 안정성이 향상되는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 단열시스템은 단열벽과 방벽의 설치, 특히 코너부 및 그 인근 구조물의 설치가 보다 간편하게 이루어질 수 있는 개선된 구조를 제공한다. 구체적으로, 본 발명은 두 개의 단열층 사이에 2차 방벽을 설치하는 종래의 복잡성을 제거하였고, 상/하부 단열층을 구성하는 단열패널들을 하나의 유닛으로 모듈화하여 제작하는 것이 가능해짐에 따라 시공성이 현저하게 향상되고, 궁극적으로는 액화가스 저장탱크의 건조 기간 단축이 가능한 효과가 도모될 수 있다.
또한, 본 발명은 액화가스 저장탱크의 코너부에서 발생하는 높이 단차에 의한 방벽의 변형을 구조적으로 완화시킬 수 있는 개선된 코너부 및 그 인근의 구조 및 배치를 제공함으로써, 완화된 방벽 설계의 수행이 가능하고 액화가스 저장탱크의 구조적 안정성이 향상되는 효과가 있다. 특히, 본 발명은 단열벽을 구성하는 단열패널의 소재(단열재)에 변화를 주거나 혹은 상부플레이트의 두께를 변화시키는 비교적 간단한 방식으로 액화가스 저장탱크의 코너부 및 그 인근에서의 완만한 단차 변화를 유도하고 구조적으로 안전한 설계를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 방벽이 선체 내벽과 직접적으로 연결되는 구조를 회피함으로써 선체의 변형으로 인한 거동이 방벽으로 직접 전달되는 것을 방지하고, 방벽이 금속 소재의 고정구를 통하여 선체 내벽과 연결되는 경우에 발생하는 열손실의 문제도 미연에 방지할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 단열벽
20: 2차 방벽
21: 2차 플랫 멤브레인시트
22: 2차 보더 멤브레인시트
23: 2차 앵글피스
30: 서포팅 플라이우드
40: 1차 방벽
41: 1차 플랫 멤브레인시트
42: 1차 보더 멤브레인시트
43: 1차 앵글피스
100: 플랫패널
110: 하부플랫패널
120: 상부플랫패널
130: 브릿지패널
200: 코너패널
210: 하부코너패널
220: 상부코너패널
230: 코너스틸
300: 보더패널
310: 갭단열재
320: 보더브릿지패널

Claims (9)

  1. 두 내벽이 각도를 가지면서 만나는 코너부에 배치되는 코너패널을 포함하는 액화가스 저장탱크에 있어서,
    상기 코너패널은,
    상기 두 내벽이 절곡되는 각도에 대응되는 각도로 절곡되는 하부코너패널;
    상기 하부코너패널의 내측면에 배치되되 내측면이 둔각으로 2번 이상 절곡되도록 형성되는 상부코너패널; 및
    상기 상부코너패널의 내측면에 설치되며 액화가스를 밀봉하기 위한 금속 방벽이 용접에 의해 연결되는 코너스틸을 포함하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부코너패널의 내측면은 135°각도로 두 번 절곡되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 하부코너패널은 강화 폴리우레탄폼 단열재의 하면에 하부플레이트를 접착시킨 형태로 구성되고,
    상기 상부코너패널은 상기 강화 폴리우레탄폼보다 강도가 높은 HD폼 단열재의 상면에 상부플레이트를 접착시킨 형태로 구성되며,
    상기 코너스틸은 상기 상부코너패널의 상부플레이트 상에 볼팅 결합되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 코너부를 제외한 상기 저장탱크의 내벽 상에 평평하게 형성되는 일반구역에 배치되는 플랫패널을 더 포함하고,
    상기 플랫패널은,
    강화 폴리우레탄폼 단열재의 하면에 하부플레이트를 접착시킨 형태로 구성되는 하부플랫패널; 및
    강화 폴리우레탄폼 단열재의 상면에 상부플레이트를 접착시킨 형태로 구성되는 상부플랫패널을 포함하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  5. 청구항 5에 있어서,
    상기 코너부에 가장 인접하게 배치되는 상기 플랫패널과 상기 코너패널 사이에 배치되는 보더패널을 더 포함하고,
    상기 보더패널은,
    상기 하부코너패널과 상기 하부플랫패널 사이에 배치되는 갭단열재; 및
    상기 상부코너패널과 상기 상부플랫패널 사이에 배치되며, 상기 하부코너패널과 상기 하부플랫패널의 경계부를 덮으면서 배치되는 보더브릿지패널을 포함하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보더브릿지패널의 강성은 상기 상부코너패널의 강성과 상기 상부플랫패널의 강성의 사이 값을 가지는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    두께 방향을 따른 상기 보더브릿지패널의 열수축량은 상기 상부코너패널의 열수축량과 상기 상부플랫패널의 열수축량의 사이 값을 가지는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 보더브릿지패널은 상기 강화 폴리우레탄폼보다 강도가 높은 HD폼 단열재의 상면에 상부플레이트를 접착시킨 형태로 구성되고,
    상기 보더브릿지패널의 상부플레이트는 플라이우드로 구성되는 반면, 상기 상부코너패널의 상부플레이트는 하드우드로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부코너패널의 상부플레이트는 상기 보더브릿지패널의 상부플레이트보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는,
    액화가스 저장탱크의 단열시스템.
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