KR20240042836A - 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템과 그 방법 - Google Patents

선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템과 그 방법 Download PDF

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Abstract

선박에 구비되며 내부에 액화가스가 저장되는 액화가스 탱크; 선박의 모션 해석 및 상기 모션 해석을 기반으로 한 CFD 슬로싱 분석을 수행하여 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중 값을 계산하고, 액화가스 탱크에 설치되는 센서에서 수집되는 데이터를 이용하여 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중이 액화가스 탱크의 헐에 미치는 영향 및 구조하중을 분석하는 데이터 플랫폼; 상기 데이터 플랫폼에서 모니터링 및 분석된 정보를 전달받아 시계열 분석을 수행함으로써 액화가스 탱크의 상태 및 성능을 평가하는 육상 센터; 및 상기 데이터 플랫폼으로부터 모니터링 및 분석된 정보를 전달받아 저장하고 상기 육상 센터로 전송하는 클라우드 서버를 포함하는, 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템이 개시된다.

Description

선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템과 그 방법 {Liquefied gas tank condition monitoring and diagnostic system and method for ships}
본 발명은 선박에 구비되는 액화가스 탱크의 상태 및 안정성에 관한 정보를 육상에서 실시간으로 모니터링하고 진단할 수 있는 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템과 그 방법에 관한 것이다.
메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스(natural gas)는 연소시 환경오염 물질의 배출이 매우 적다는 점에서 기존의 연료유(fuel oil)를 대체할 친환경 연료로 주목받고 있다.
천연가스의 원거리 수송은 대부분 액화된 상태로 이루어진다. 천연가스를 대략 -163℃의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')는 가스 상태일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로, 액화된 LNG 상태로 운반하는 것이 원거리 수송의 효율 측면에서 유리하기 때문이다.
또한, LNG의 원거리 수송은 주로 해상을 통해 이루어지는데, LNG를 싣고 해상을 운항하여 육상 소요처에 하역하기 위한 LNG 운반선(LNG Carrier, LNGC) 등과 같이 LNG를 저장 및 수송하는 해상 구조물에는 극저온의 LNG를 일정 기간 이상 안전하게 보관할 수 있도록 특수 설계된 저장탱크(흔히 '화물창'이라고도 함)가 구비된다.
또한, 최근에는 천연가스를 연료로 사용하여 구동 가능한 이종연료엔진(Dual Fuel Engine)이 개발되면서 천연가스를 연료로 사용하여 추진하는 LNG 추진선(LNG Fueled ship, LFS)이 많이 도입되고 있으며, 이러한 LNG 추진선에도 연료로서 사용되는 LNG를 액화 상태로 보관하는 연료탱크가 구비되어야 한다.
LNG 탱크가 구비되는 LNG 선박에 대한 수요가 점차 늘어나면서 LNG 탱크의 안전성에 대한 문제가 대두되고 있다.
LNG가 기화된 천연가스는 공기 또는 산소와 혼합시 폭발성 가스가 되므로 누출되지 않도록 안전하게 저장되어야 한다. 따라서 LNG 선박에 구비되는 LNG 탱크의 안정성에 대한 확인이 중요하게 요구되지만, 종래에는 LNG 탱크의 시뮬레이션 및 모델 테스트를 통해 안정성을 추정하고 있을 뿐이었다.
또한, LNG 선박의 운항 중에 발생하는 슬로싱(sloshing) 현상으로 인해 LNG 탱크에 구조적인 충격이 발생하여 피로하중이 누적되지만, 종래에는 선박이 운항 중인 해상 상태를 통해 슬로싱 하중의 정도를 추측하는 정도에 그쳤을 뿐이고, 수치해석적인 접근을 이용한 정확한 검증은 이루어지지 못했다.
즉, LNG 선박에 구비되는 LNG 탱크의 상태 및 안정성을 실시간으로 정확하게 파악할 수 있는 모니터링 및 진단 시스템이 요구되고 있지만, 현재 육상에서 실제 운항 중인 LNG 선박의 LNG 탱크 상태를 모니터링할 수 있는 시스템은 없고, LNG 탱크의 성능 검증 및 안전성 진단을 위한 시스템 또한 없는 실정이다.
이에 본 발명은 실제 운항 중인 선박에 구비되는 액화가스 탱크의 상태를 육상에서 실시간으로 모니터링하면서 성능을 검증하고 안정성을 진단할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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, 선박에 구비되며 내부에 액화가스가 저장되는 액화가스 탱크; 상기 선박의 모션 해석 및 상기 모션 해석을 기반으로 한 CFD 슬로싱 분석을 수행하여 상기 선박의 모션에 따른 상기 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중 값을 계산하고, 상기 액화가스 탱크에 설치되는 센서에서 수집되는 데이터를 이용하여 상기 선박의 모션에 따른 상기 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중이 상기 액화가스 탱크의 헐에 미치는 영향 및 구조하중을 분석하는 데이터 플랫폼; 상기 데이터 플랫폼에서 모니터링 및 분석된 정보를 전달받아 시계열 분석을 수행함으로써 상기 액화가스 탱크의 상태 및 성능을 평가하는 육상 센터; 및 상기 데이터 플랫폼으로부터 상기 모니터링 및 분석된 정보를 전달받아 저장하고 상기 육상 센터로 전송하는 클라우드 서버를 포함하는, 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템이 제공될 수 있다.
상기 센서는, 상기 액화가스 탱크에 설치되어 상기 선박의 모션이자 상기 액화가스 탱크의 모션을 계측하는 가속도계; 및 상기 액화가스 탱크의 헐 변형을 계측하여 상기 액화가스 탱크에 작용하는 피로하중을 측정하는 변형계를 포함할 수 있다.
상기 데이터 플랫폼은 상기 선박의 모델 테스트를 기반으로 상기 선박의 모션 해석을 수행할 수 있다.
상기 데이터 플랫폼은 상기 센서에서 계측되는 값과 상기 CFD 슬로싱 분석 결과를 연계하여 상기 선박의 모션에 따른 상기 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중과 상기 액화가스 탱크의 헐에 작용하는 피로하중 간의 상관관계를 분석하고, 상기 액화가스 탱크 내에 작용하는 슬로싱 하중의 정도에 따라 상기 액화가스 탱크의 상태를 적어도 2 이상의 단계로 분류하는 진단 기준을 마련할 수 있다.
상기 액화가스 탱크의 상태는 안전, 주의, 위험 단계 중 어느 하나로 분류되며, 상기 데이터 플랫폼은 상기 액화가스 탱크의 상태가 주의 또는 위험 단계에 해당하는 데이터들을 이상 데이터(outlier data)로 구별하여 관리할 수 있다.
상기 이상 데이터 및 상기 센서에 의해 수집되는 센서 데이터가 상기 클라우드 서버를 통해 상기 육상 센터로 전송되고, 상기 육상 센터는 상기 이상 데이터 및 상기 센서 데이터에 대한 시계열 분석을 수행할 수 있다.
상기 육상 센터는 실제 운항 중인 선박에서 상기 가속도계에 의해 실시간으로 계촉되는 상기 선박의 모션 값과 상기 변형계에 의해 실시간으로 계측되는 상기 액화가스 탱크의 피로하중 값에 대응되는 범위를 상기 데이터 플랫폼에 의해 분류되어 있는 상기 액화가스의 상태와 매칭시킬 수 있다.
상기 육상 센터는 상기 시계열 분석에 의해 형성되는 디스플레이 정보를 표시하는 모니터링 장치를 포함하되, 상기 액화가스 탱크의 현재 상태가 안전 단계에에 해당하는 경우 시계열 분석된 데이터 정보를 그대로 디스플레이 화면에 표시하고, 상기 상기 액화가스 탱크의 현재 상태가 주의 또는 위험 단계에 해당하는 경우에는 알람 및 가이던스 정보를 생성하여 디스플레이 화면에 표시할 수 있다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화가스 탱크가 구비되는 선박의 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 방법에 있어서, 선박 모델 테스트에 기반한 모션 해석 및 CFD 슬로싱 분석을 수행함으로써 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크내 슬로싱 하중 값을 계산하는 단계; 상기 액화가스 탱크에 설치되는 가속도계와 변형계를 통해 누적 수집된 데이터와 상기 CFD 슬로싱 분석 결과를 연계하여 선박의 모션에 따른 상기 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중이 상기 액화가스 탱크에 미치는 영향 및 구조하중을 계산하는 단계; 전체 구조 응답 범위 내에서 슬로싱 하중 값에 따른 상기 액화가스 탱크의 상태를 안전, 주의, 위험 단계로 분류하며, 상기 액화가스 탱크의 상태가 주의 및 위험 단계에 해당하는 데이터들을 이상 데이터로 분류하여 관리하는 단계; 상기 이상 데이터 및 상기 가속도계 및 변형계를 통해 실시간 수집되는 센서 데이터를 클라우드 서버를 통해 육상 센터로 전송하는 단계; 및 상기 육상 센터에서 상기 이상 데이터 및 상기 센터 데이터에 대한 시계열 분석을 실시하여 현재 실운항 중인 상기 선박의 상기 액화가스 탱크의 상태를 실시간으로 모니터링하고 진단하는 단계를 포함하는, 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 방법이 제공될 수 있다.
상기 육상 센터는 상기 시계열 분석을 통해 현재 실운항 중인 상기 선박의 모션에 따른 상기 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중의 강도, 상기 액화가스 탱크에 작용하는 피로하중 및 피로하중의 누적 정도를 포함하여, 상기 액화가스 탱크의 실시간 상태 및 성능에 관한 지표를 나타내는 디스플레이 정보를 형성하여 모니터링 장치에 표시할 수 있다.
상기 육상 센터는, 상기 액화가스 탱크의 현재 상태가 안전 단계에 해당되는 경우 상기 시계열 분석된 데이터를 그대로 상기 모니터링 장치에 표시하여 통상적인 모니터링 작업이 계속 수행되도록 하고, 상기 액화가스 탱크의 현재 상태가 주의 또는 위험 단계에 해당하는 경우에는 알람 및 그에 대한 대응방안을 나타내는 가이던스 정보를 생성하여 상기 모니터링 장치에 표시할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실제 운항 중인 선박에 구비되는 액화가스 탱크의 상태를 육상 센터에서 실시간으로 모니터링하면서 성능을 정확하게 파악하고 안정성에 관한 진단을 내릴 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 선박의 모델 테스트에 기반한 CFD 해석 및 선박에 설치되는 각종 센서에서 수집되는 센서 데이터를 이용하여 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중 및 액화가스 탱크에 작용하는 구조하중에 대한 분석을 수행하는 것으로서, 액화가스 탱크의 현재 상태 및 성능에 대하여 수치해석 및 계측 데이터를 기반으로 한 정밀한 분석이 가능한 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 의하면, 액화가스 탱크에 누적된 피로하중의 비교적 정확한 추정이 가능하므로, 액화가스 탱크에 균열 및 손상이 발생하는 문제를 미연에 방지할 수 있게 된다.
이상과 같은 본 발명은 계속하여 수요가 증가하고 있는 LNG 선박 등에 대한 미래 개선 방향 및 연구 개발 방향을 제시할 수 있는 기술이다.
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 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 절차를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템에 의해 제공되는 디스플레이 화면 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 및 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 본 명세서에서 사용되는 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성요소들 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성요소들 또는 일부 단계들을 포함하지 않거나 또는 추가적인 구성요소들 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
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/수송될 수 있는 다양한 종류의 액화가스를 모두 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 '선박'은 상기와 같이 다양한 액화가스를 저장하는 탱크가 마련되는 모든 종류의 선박을 포함할 수 있다. 대표적으로는 LNG 운반선이나 LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여 LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.
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 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 실시예들은 이 분야의 통상의 기술자에게 다양한 응용을 가질 수 있음은 당연하다.
도 1은 본 발명에 따른 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템은, 선박에 구비되며 내부에 액화가스가 저장되는 액화가스 탱크(T); 선박의 모션 해석을 기반으로 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크(T) 내 슬로싱 하중 분석을 수행하고, 액화가스 탱크(T)에 설치되는 센서(가속도계, 변형계 등)에서 수집되는 데이터를 이용하여 선박의 모션에 따라 발생하는 액화가스 탱크(T) 내 슬로싱 하중에 의해 액화가스 탱크(T)의 헐(hull)에 작용하는 피로하중 값을 계산하고 임계값을 벗어나는 비정상적인 데이터를 이상 데이터(outlier data)로서 도출하는 데이터 플랫폼(data platform, 10); 데이터 플랫폼(10)에 의해 도출되는 이상 데이터와 상기 센서에 의해 실시간으로 수집되는 센서 데이터(sensor data)를 전달받아 시계열 분석(time series analysis)을 실시함으로써 현재 실운항 중인 선박의 액화가스 탱크(T) 상태를 모니터링하고 진단하는 육상 센터(onshore center, 20); 데이터 플랫폼(10)의 모니터링 및 분석 정보를 저장하고 육상 센터(30)로 전송하는 클라우드 서버(cloud server, 30)를 포함할 수 있다.
데이터 플랫폼(10)은 선박의 모션 해석 및 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크(T) 내 슬로싱 하중에 대한 분석을 수행하고, 액화가스 탱크(T) 내에 발생한 슬로싱 하중과 액화가스 탱크(T)의 헐에 작용하는 피로하중 간의 상관관계를 분석할 수 있으며, 선박의 모션 상태에 따라 계산되는 슬로싱 하중 값에 따른 액화가스 탱크(T)의 상태를 분류할 수 있다.
구체적으로, 선박의 설계 단계에서 선박을 모델링한 후 여러 환경 조건으로 RAO(Response Amplitude Operator, 진폭응답함수)를 계산할 수 있고, 선박의 RAO를 계산할 수 있다면 해상환경(파고, 파주기)을 인풋(input) 값으로 입력하여 해당 해상환경에서의 선박 모션 예측이 가능하다. 데이터 플랫폼(10)은 이와 같은 선박의 모델 테스트를 기반으로 선박 모션 해석을 수행한다.
또한, 데이터 플랫폼(10)은 선박의 모션에 기반한 CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석을 수행함으로써 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크(T) 내 슬로싱 하중 값을 계산할 수 있다. 이러한 CFD 슬로싱 분석을 수행함에 있어서 상술한 해상환경(파고, 파주기 등)에 관한 정보를 비롯하여 선박의 전체 적재 상태, 액화가스 탱크(T)의 적재 상태, 선박의 속도 및 기타 등등 요인이 입력조건으로 부여될 수 있으며, 해당 입력조건 하에서 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크(T) 내 슬로싱 하중 값이 계산될 수 있다. 또한, 이를 위해 선박에는 CFD 슬로싱 분석시 입력되는 각종 데이터들을 수집하기 위한 센서들, 예컨대 액화가스 탱크(T) 내부에 적재된 액화가스의 양을 측정하는 필링 게이지(filling guage), 운항 중인 해상의 파고를 측정하기 위한 파고계(wave guage) 등이 설치될 수 있다.
또한, 데이터 플랫폼(10)은 CFD 슬로싱 분석 결과를 바탕으로 슬로싱 모델 테스트와 비교하여 데이터베이스(database)를 구축할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 액화가스 탱크(T)의 내부 또는 외부에는 선박의 모션을 측정하기 위한 가속도계(accelerometer)와 액화가스 탱크(T)의 헐 변형을 계측함으로써 액화가스 탱크(T)에 작용하는 피로하중을 측정하는 변형계(strain guage)가 설치될 수 있다. 데이터 플랫폼(10)은 이러한 가속도계 및 변형계에서 측정되는 데이터 및 상술한 CFD 슬로싱 분석 결과를 이용하여 선박의 모션에 따른 슬로싱 하중이 액화가스 탱크(T)의 구조에 미치는 영향 및 구조하중을 계산할 수 있다.
데이터 플랫폼(10)은 이상과 같은 일련의 분석 과정을 통해 소정의 입력조건에서 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크(T) 내 슬로싱 하중 및 액화가스 탱크(T)에 작용하는 구조하중 계산을 수행할 수 있고, 이를 토대로 전체 구조 응답 범위 내에서 슬로싱 하중 값에 따른 액화가스 탱크(T)의 상태를 적어도 2 이상의 단계로 분류하여 진단 기준을 마련할 수 있다.
보다 구체적으로, 데이터 플랫폼(10)은 분석 결과로 도출되는 액화가스 탱크(T)의 구조하중 값이 일정 수준 이하인 경우 액화가스 탱크(T)의 상태를 '안전' 단계로, 구조하중 값이 소정의 설정 범위 내에 속하는 경우 액화가스 탱크(T)의 상태를 '주의' 단계로, 그리고 구조하중 값이 임계치를 초과하는 경우에는 액화가스 탱크(T)의 상태를 '위험' 단계로 분류할 수 있다. 또한, 데이터 플랫폼(10)은 액화가스 탱크(T)의 상태가 '주의' 및 '위험' 단계에 해당하는 데이터들을 '이상 데이터'로 구별하여 관리할 수 있다.
데이터 플랫폼(10)에 의해 도출되는 '이상 데이터' 그리고 액화가스 탱크(T)에 설치되는 센서, 즉 가속도계 및 변형계에 의해 계측되는 '센서 데이터'가 클라우드 서버(30)를 통해 육상 센터(20)로 전송될 수 있다.
육상 센터(20)는 데이터 플랫폼(10)으로부터 전송되는 이상 데이터 및 센서 데이터에 대한 시계열 분석을 수행함으로써, 실제 운항 중인 선박에서 실시간으로 계측되는 모션 값(가속도계에 의해 취득)과 액화가스 탱크(T)의 피로하중 값(변형계에 의해 취득)에 대응되는 범위를 데이터 플랫폼(10)의 일련의 분석에 의해 분류되어 있는 "슬로싱 하중에 따른 액화가스 탱크의 상태"와 매칭시키고, 이에 따라 현재 액화가스 탱크(T)의 상태가 안전/주의/위험 단계 중 어느 단계에 해당하는지를 추정할 수 있다.
육상 센터(20)는 시계열 분석에 의해 형성되는 정보를 표시하는 모니터링 장치를 포함할 수 있으며, 현재 액화가스 탱크(T)의 상태가 '안전' 단계에 해당하는 경우 시계열 분석된 데이터 정보를 그래도 디스플레이 화면에 표시하고, '주의' 또는 '위험' 단계에 해당하는 경우에는 알람(alarm)을 생성하고 그에 대한 대응방안을 디스플레이 화면에 표시할 수 있다. 모니터링 장치에는 연동된 장비의 실시간 모니터링 정보가 함께 표시될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 절차를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 절차에 대하여 살펴본다. 이하에서 기술되는 모니터링 및 진단 절차는 앞에서 설명된 본 발명에 따른 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 데이터 플랫폼(10)은 선박 모델 테스트에 기반한 모션 해석 및 CFD 슬로싱 분석을 수행함으로써 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크(T) 내 슬로싱 하중 값을 계산할 수 있다. 그리고 액화가스 탱크(T)에 설치되는 가속도계와 변형계를 통해 누적 수집된 데이터와 상기 슬로싱 분석 결과를 연계하여 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크(T) 내 슬로싱 하중이 액화가스 탱크(T)에 미치는 영향 및 구조하중을 계산할 수 있다.
또한, 데이터 플랫폼(10)은 분석 결과에 따라 전체 구조 응답 범위 내에서 슬로싱 하중 값에 따른 액화가스 탱크(T)의 상태를 안전/주의/위험 단계로 분류하는 진단 기준을 마련할 수 있으며, 이때 주의 및 위험 단계에 해당하는 데이터들을 '이상 데이터'로 분류하여 관리할 수 있다.
데이터 플랫폼(10)에 의해 도출되는 '이상 데이터'와 액화가스 탱크(T)에 설치되는 가속도계 및 변형계를 통해 실시간으로 수집되는 '센서 데이터'가 클라우드 서버(30)로 전송되어 저장되고, 또 클라우드 서버(30)를 통해 육상 센터(20)로 전송될 수 있다.
육상 센터(20)는 클라우드 서버(30)로부터 전송되는 '이상 데이터' 및 '센서 데이터'에 대한 시계열 분석을 실시함으로써 현재 실운항 중인 선박의 액화가스 탱크(T)의 상태를 실시간으로 모니터링하면서 상태 진단 및 이상 유무를 파악할 수 있다.
육상 센터(20)는 전송받은 모니터링 정보의 시계열 분석을 통해 액화가스 탱크(T)의 실시간 성능(performance) 및 건전성(health)을 평가하고, 이를 디스플레이 정보로 형성하여 모니터링 장치에 표시할 수 있다.
보다 구체적으로, 육상 센터(20)는 시계열 분석을 통하여 현재 실운항 중인 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크(T) 내 슬로싱 하중의 강도, 액화가스 탱크(T)에 작용하는 피로하중 및 피로하중의 누적 정도를 포함하는 디스플레이 정보를 형성하여 모니터링 장치에 표시할 수 있으며, 이를 종합하여 산출된 액화가스 탱크(T)의 성능 및 건전성 평가값을 모니터링 장치에 함께 표시할 수 있다.
또한, 육상 센터(20)는 실시간으로 수집되는 '센서 데이터'에 대한 시계열 분석 데이터가 '이상 데이터'에 해당되면 알람 신호를 발생시킴과 아울러 액화가스 탱크(T)의 상태가 어떤 단계에 해당되는지와 그에 대한 대응방안을 마련하여 모니터링 장치에 표시할 수 있다. 반면, 이상 데이터에 해당되지 않는 경우에는 시계열 분석된 데이터를 그대로 모니터링 장치에 표시하고 통상적인 모니터링 작업이 계속 수행되도록 한다.
이상과 같이 육상 센터(20)는 시계열 분석을 통한 액화가스 탱크(T)의 상태 진단, 이상 유무, 고장 진단 및 예측, 유지보수 시기 등을 도출할 수 있으며, 육상 센터(20)에 근무하는 관리자는 모니터링 장치를 통해 이러한 정보들을 직접 확인하고 의사결정을 할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템의 육상 센터(20)에 구비되는 모니터링 장치에 표시되는 디스플레이 화면 구성의 예시를 나타낸 것이다.
육상 센터(20)의 모니터링 장치에 의해 제공되는 디스플레이 화면은 선박 및 선박에 구비되는 장비의 상태, 운전 현황 및 실시간 성능을 한 눈에 파악할 수 있도록 화면이 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 디스플레이 화면의 좌측 상단에 선사명과 선박명이 표시되고, 그 아래에 화면 이동을 위한 메뉴가 구성될 수 있다.
디스플레이 화면의 중앙부에는 현재 선박의 실시간 위치를 나타내는 맵(map)이 표시될 수 있으며, 맵 상에 현재 선박의 실시간 위치에 대한 좌표(위도, 경도)와 선박에 구비되는 액화가스 탱크의 상태를 요약한 정보가 함께 표시될 수 있다.
그리고 맵 아래에는 현재 액화가스 탱크 내부에 작용하고 있는 슬로싱 하중의 강도를 실시간으로 표시하는 창과, 선박의 모션 정보를 나타내는 창이 각각 구성될 수 있다.
디스플레이 화면의 우측 상단에는 화물 적재 상태, 선속 및 선수각 등을 포함하는 선박 상태 정보(Ship Condition)가 표시될 수 있다.
선박 상태 정보 아래에는 액화가스 탱크 내부에 작용하는 슬로싱 하중 값, 일정기간 동안 작용한 슬로싱 하중의 평균값, 액화가스 탱크의 횡요각(roll angle) 및 종요각(pitch angle)을 포함하는 탱크 상태 정보(Tank Condition)가 표시될 수 있다. 이때 탱크 상태 정보에는 액화가스 탱크 내 화물 적재 상태를 가시화하여 나타낸 2D 혹은 3D 도면이 함께 표시될 수 있다.
그리고 디스플레이 화면의 우측 하단에는 액화가스 탱크의 헐에 작용하는 응력(stress)이 게이지 형태(실시간으로 표시) 및/또는 그래프 형태(시간의 흐름에 따라 표시)로 표시될 수 있다.
이상에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서, 이에 의하여 본 발명이 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 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: 데이터 플랫폼
20: 육상 센터
30: 클라우드 서버

Claims (11)

  1. 선박에 구비되며 내부에 액화가스가 저장되는 액화가스 탱크;
    상기 선박의 모션 해석 및 상기 모션 해석을 기반으로 한 CFD 슬로싱 분석을 수행하여 상기 선박의 모션에 따른 상기 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중 값을 계산하고, 상기 액화가스 탱크에 설치되는 센서에서 수집되는 데이터를 이용하여 상기 선박의 모션에 따른 상기 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중이 상기 액화가스 탱크의 헐에 미치는 영향 및 구조하중을 분석하는 데이터 플랫폼;
    상기 데이터 플랫폼에서 모니터링 및 분석된 정보를 전달받아 시계열 분석을 수행함으로써 상기 액화가스 탱크의 상태 및 성능을 평가하는 육상 센터; 및
    상기 데이터 플랫폼으로부터 상기 모니터링 및 분석된 정보를 전달받아 저장하고 상기 육상 센터로 전송하는 클라우드 서버를 포함하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서는,
    상기 액화가스 탱크에 설치되어 상기 선박의 모션이자 상기 액화가스 탱크의 모션을 계측하는 가속도계; 및
    상기 액화가스 탱크의 헐 변형을 계측하여 상기 액화가스 탱크에 작용하는 피로하중을 측정하는 변형계를 포함하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 데이터 플랫폼은 상기 선박의 모델 테스트를 기반으로 상기 선박의 모션 해석을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 데이터 플랫폼은 상기 센서에서 계측되는 값과 상기 CFD 슬로싱 분석 결과를 연계하여 상기 선박의 모션에 따른 상기 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중과 상기 액화가스 탱크의 헐에 작용하는 피로하중 간의 상관관계를 분석하고, 상기 액화가스 탱크 내에 작용하는 슬로싱 하중의 정도에 따라 상기 액화가스 탱크의 상태를 적어도 2 이상의 단계로 분류하는 진단 기준을 마련하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 액화가스 탱크의 상태는 안전, 주의, 위험 단계 중 어느 하나로 분류되며, 상기 데이터 플랫폼은 상기 액화가스 탱크의 상태가 주의 또는 위험 단계에 해당하는 데이터들을 이상 데이터(outlier data)로 구별하여 관리하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이상 데이터 및 상기 센서에 의해 수집되는 센서 데이터가 상기 클라우드 서버를 통해 상기 육상 센터로 전송되고, 상기 육상 센터는 상기 이상 데이터 및 상기 센서 데이터에 대한 시계열 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 육상 센터는 실제 운항 중인 선박에서 상기 가속도계에 의해 실시간으로 계촉되는 상기 선박의 모션 값과 상기 변형계에 의해 실시간으로 계측되는 상기 액화가스 탱크의 피로하중 값에 대응되는 범위를 상기 데이터 플랫폼에 의해 분류되어 있는 상기 액화가스의 상태와 매칭시키는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 육상 센터는 상기 시계열 분석에 의해 형성되는 디스플레이 정보를 표시하는 모니터링 장치를 포함하되, 상기 액화가스 탱크의 현재 상태가 안전 단계에에 해당하는 경우 시계열 분석된 데이터 정보를 그대로 디스플레이 화면에 표시하고, 상기 상기 액화가스 탱크의 현재 상태가 주의 또는 위험 단계에 해당하는 경우에는 알람 및 가이던스 정보를 생성하여 디스플레이 화면에 표시하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 시스템.
  9. 액화가스 탱크가 구비되는 선박의 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 방법에 있어서,
    선박 모델 테스트에 기반한 모션 해석 및 CFD 슬로싱 분석을 수행함으로써 선박의 모션에 따른 액화가스 탱크내 슬로싱 하중 값을 계산하는 단계;
    상기 액화가스 탱크에 설치되는 가속도계와 변형계를 통해 누적 수집된 데이터와 상기 CFD 슬로싱 분석 결과를 연계하여 선박의 모션에 따른 상기 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중이 상기 액화가스 탱크에 미치는 영향 및 구조하중을 계산하는 단계;
    전체 구조 응답 범위 내에서 슬로싱 하중 값에 따른 상기 액화가스 탱크의 상태를 안전, 주의, 위험 단계로 분류하며, 상기 액화가스 탱크의 상태가 주의 및 위험 단계에 해당하는 데이터들을 이상 데이터로 분류하여 관리하는 단계;
    상기 이상 데이터 및 상기 가속도계 및 변형계를 통해 실시간 수집되는 센서 데이터를 클라우드 서버를 통해 육상 센터로 전송하는 단계; 및
    상기 육상 센터에서 상기 이상 데이터 및 상기 센터 데이터에 대한 시계열 분석을 실시하여 현재 실운항 중인 상기 선박의 상기 액화가스 탱크의 상태를 실시간으로 모니터링하고 진단하는 단계를 포함하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 육상 센터는 상기 시계열 분석을 통해 현재 실운항 중인 상기 선박의 모션에 따른 상기 액화가스 탱크 내 슬로싱 하중의 강도, 상기 액화가스 탱크에 작용하는 피로하중 및 피로하중의 누적 정도를 포함하여, 상기 액화가스 탱크의 실시간 상태 및 성능에 관한 지표를 나타내는 디스플레이 정보를 형성하여 모니터링 장치에 표시하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 육상 센터는,
    상기 액화가스 탱크의 현재 상태가 안전 단계에 해당되는 경우 상기 시계열 분석된 데이터를 그대로 상기 모니터링 장치에 표시하여 통상적인 모니터링 작업이 계속 수행되도록 하고,
    상기 액화가스 탱크의 현재 상태가 주의 또는 위험 단계에 해당하는 경우에는 알람 및 그에 대한 대응방안을 나타내는 가이던스 정보를 생성하여 상기 모니터링 장치에 표시하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 액화가스 탱크 상태 모니터링 및 진단 방법.
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