KR20200091989A - 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템 - Google Patents

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Abstract

액화천연가스 저장탱크의 단열시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 다수의 단열패널로 이루어지는 단열벽과, 단열벽 상에 설치되어 액화천연가스를 밀봉하는 밀봉벽을 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서, 저장탱크의 코너부에 설치되어 밀봉벽을 지지함으로써 밀봉벽에 가해지는 하중을 선체로 전달하는 트랜스버스 연결체; 트랜스버스 연결체를 지지하기 위해 저장탱크의 코너부에 설치되는 단열박스; 및 단열박스와 단열패널 중에서 저장ㅌ애크의 코너부에 가장 근접하게 배치되는 단열패널(보더패널) 사이에 형성되는 갭에 삽입 배치되는 공간단열부재를 포함하고, 다수의 단열패널은 단열재와 플라이우드의 복합체로 이루어진 샌드위치 패널로 마련되되, 보더패널은 나머지 단열패널보다 고밀도의 폴리우레탄 폼으로 이루어지며, 공간단열부재는 단열박스와 보더패널의 평균 열수축량을 가지도록 마련되어, 저장탱크의 저장탱크의 코너부에서 단열벽의 구조 강성이 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

액화천연가스 저장탱크의 단열시스템 {Insulation System of Liquefied Natural Gas Storage Tank}
본 발명은 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액화천연가스 저장탱크의 코너부에 구역별로 강성의 차이가 있는 단열시스템을 배치하는 경우, 형태가 다른 단열층(단열박스와 단열패널)의 경계부에서 단차가 발생하는 것을 최소화하여, 금속 멤브레인의 손상을 효과적으로 방지하는 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')의 상태로 LNG 수송선에 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 수송선 등과 같이 LNG를 수송 혹은 저장하기 위한 구조물에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히 '화물창'이라고도 함)가 설치된다.
LNG 저장탱크는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는지 여부에 따라 독립탱크형(Independent Tank Type)과 멤브레인형(Membrane Type)으로 분류할 수 있다. 통상적으로 멤브레인형 저장탱크는 GTT의 NO 96형과 MARK Ⅲ형 등으로 나눠지며, 독립탱크형 저장탱크는 MOSS형과 IHI-SPB형 등으로 나눠진다.
멤브레인형 저장탱크 중에서 NO 96형 저장탱크는, 0.5 ~ 0.7㎜ 두께의 인바(Invar, 36% 니켈강) 멤브레인으로 이루어지는 1차 및 2차 밀봉벽과, 플라이우드 박스(plywood box)에 펄라이트(perlite) 분말 등의 단열재를 채운 단열박스 형태로 마련되는 1차 및 2차 단열벽을 포함한다.
NO 96형 저장탱크는 1차 밀봉벽 및 2차 밀봉벽이 거의 같은 정도의 액밀성 및 강도를 가지고 있어, 1차 밀봉벽의 누설시 상당한 기간동안 2차 밀봉벽만으로도 화물을 안전하게 지탱할 수 있다.
또한, NO 96형 저장탱크는 단열벽이 목재 상자 내부에 단열재를 채운 형태이므로, MARK Ⅲ형 저장탱크에 비하여 높은 압축강도와 강성을 갖출 수 있으며, 용접이 간편하여 자동화율이 높다.
한편, MARK Ⅲ형 저장탱크는, 1.2mm 두께의 스테인리스강(SUS) 멤브레인으로 이루어지는 1차 밀봉벽과, 트리플렉스(triplex)로 이루어지는 2차 밀봉벽, 그리고 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)의 상면 또는 하면에 목재 합판을 접착한 단열패널로 마련되는 1차 및 2차 단열벽을 포함한다.
MARK Ⅲ형 저장탱크의 1차 밀봉벽은 극저온 상태의 LNG에 의한 열수축을 흡수하기 위해 파형 주름부를 가지며, 이러한 파형 주름부에서 멤브레인의 변형을 흡수하므로 멤브레인 내에는 큰 응력이 생기지 않는다.
그러나 MARK Ⅲ형 저장탱크는 단열벽과의 간섭 때문에 2차 밀봉벽에 주름 구조의 스테인리스강 멤브레인을 적용하기 어려워 트리플렉스를 적용하므로 NO 96형 저장탱크보다 안정성이 낮아지는 단점이 있다.
MARK Ⅲ형 저장탱크는 파형 주름을 가지는 1차 밀봉벽의 용접 자동화율이 낮아 설치/제작 측면에서 불리함이 있으나, 인바 멤브레인에 비해 스테인리스강 멤브레인 및 트리플렉스의 가격이 싸고 시공이 간편하며, 폴리우레탄 폼의 단열효과가 뛰어나기 때문에 NO 96형 저장탱크와 함께 널리 사용되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 액화천연가스 저장탱크의 코너부에 구역별로 강성의 차이가 있는 단열시스템을 배치하는 경우, 형태가 다른 단열층(단열박스와 단열패널)의 경계부에서 단차가 발생하는 것을 최소화하여, 금속 멤브레인의 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 단열패널로 이루어지는 단열벽과, 상기 단열벽 상에 설치되어 액화천연가스를 밀봉하는 밀봉벽을 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서, 상기 저장탱크의 코너부에 설치되어 상기 밀봉벽을 지지함으로써 상기 밀봉벽에 가해지는 하중을 선체로 전달하는 트랜스버스 연결체; 상기 트랜스버스 연결체를 지지하기 위해 상기 저장탱크의 코너부에 설치되는 단열박스; 및 상기 단열박스와 상기 단열패널 중에서 상기 저장탱크의 코너부에 가장 근접하게 배치되는 단열패널(이하 '보더패널') 사이에 형성되는 갭에 삽입 배치되는 공간단열부재를 포함하고, 상기 다수의 단열패널은 단열재와 플라이우드의 복합체로 이루어진 샌드위치 패널로 마련되되, 상기 보더패널은 나머지 단열패널과 동일하거나 또는 상대적으로 밀도가 높은 폴리우레탄 폼으로 이루어지며, 상기 공간단열부재는 상기 단열박스와 상기 보더패널의 평균 열수축량을 가지도록 마련되어, 상기 저장탱크의 저장탱크의 코너부에서 단열벽의 구조 강성이 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템을 제공한다.
상기 공간단열부재는, 상기 단열패널을 구성하는 단열재가 가지는 방향성과 수직한 방향성을 가지는 단열재를 포함할 수 있다.
상기 단열패널을 구성하는 단열재와, 상기 공간단열부재를 구성하는 단열재는 폴리우레탄 폼(PUF) 또는 섬유강화 폴리우레탄 폼(R-PUF) 중 어느 하나로 마련되고, 상기 공간단열부재를 구성하는 단열재는 면내 방향이 상기 저장탱크의 내벽에 대하여 수직한 방향으로 형성될 수 있다.
상기 보더패널과 상기 공간단열재를 구성하는 단열재는, 밀도 170kg/m3 이상의 섬유강화 폴리우레탄 폼으로 마련되고, 상기 보더패널을 제외한 나머지 단열패널을 구성하는 단열재는, 밀도 130kg/m3 이상의 섬유강화 폴리우레탄 폼으로 마련될 수 있다.
상기 단열박스와 상기 보더패널 사이에 형성되는 갭은, 서로 인접하는 상기 단열패널 사이에 형성되는 갭의 5 내지 20배 크기의 간격으로 형성될 수 있다.
서로 인접하는 상기 단열패널 사이에 형성되는 갭에 글라스 울 또는 폴리우레탄 폼 단열재를 채운 형태 또는 빈 공간으로 마련되는 단열패널 연결부를 더 포함하고, 상기 공간단열부재는 상기 단열패널 연결부의 1.2배 내지 4배의 두께 방향 재료 강성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 선체 내벽에 배열되는 다수의 2차 단열패널로 이루어지는 2차 단열벽과, 상기 2차 단열벽 상에 설치되는 2차 밀봉벽과, 상기 2차 밀봉벽 상에 배열되는 다수의 1차 단열패널로 이루어지는 1차 단열벽과, 상기 1차 단열벽 상에 설치되는 1차 밀봉벽을 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서, 상기 저장탱크의 코너부에 설치되어 상기 1차 밀봉벽 및 상기 2차 밀봉벽을 지지하여 상기 1차 밀봉벽 및 상기 2차 밀봉벽에 가해지는 하중을 선체로 전달하는 트랜스버스 연결체; 및 상기 트랜스버스 연결체를 지지하는 단열박스를 포함하고, 상기 단열박스는, 상기 1차 단열벽의 레벨에 상기 1차 단열패널과 인접하게 배치되는 1차 코너박스와, 상기 2차 단열벽의 레벨에 상기 2차 단열패널과 인접하게 배치되는 2차 코너박스를 포함하며, 상기 1차 단열패널과 상기 2차 단열패널이 서로 교차 배치되도록, 상기 2차 코너박스는 상기 1차 코너박스보다 상기 트랜스버스 연결체의 외측으로 더 돌출되어, 상기 1차 코너박스와 상기 2차 코너박스가 계단식으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템을 제공한다.
상기 1차 단열패널과 상기 2차 단열패널은 폴리우레탄 폼으로 이루어진 단열재와 플라이우드의 복합체로 이루어진 샌드위치 패널로 마련되고, 상기 1차 밀봉벽 및 상기 2차 밀봉벽은 금속 멤브레인으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 상기 1차 코너박스와 상기 1차 단열패널 사이에 형성되는 갭(a)에 배치되며, 양 측에 배치되는 상기 1차 코너박스 및 상기 1차 단열패널의 평균 열수축량을 가지는 1차 공간단열부재; 및 상기 2차 단열패널과 상기 2차 코너박스 사이에 형성되는 갭(a')에 배치되며, 양 측에 배치되는 상기 2차 코너박스와 상기 2차 단열패널의 평균 열수축량을 가지는 2차 공간단열부재를 더 포함할 수 있다.
상기 1차 공간단열부재와 상기 2차 공간단열부재는, 각각 인접하는 1차 단열패널 및 2차 단열패널의 폴리우레탄 폼 단열재와 수직하는 방향성을 가지는 폴리우레탄 폼 단열재를 포함할 수 있다.
상기 1차 공간단열부재와 상기 2차 공간단열부재에 포함되는 폴리우레탄 폼 단열재는, 면내 방향이 상기 저장탱크의 내벽에 대하여 수직한 방향으로 형성될 수 있다.
상기 1차 공간단열부재와 상기 2차 공간단열부재는, 두께 방향이 단열층의 두께 방향과 일치하는 적어도 하나 이상의 플라이우드를 포함할 수 있다.
상기 1차 공간단열부재와 상기 2차 공간단열부재는, 두께 방향이 단열층의 두께 방향과 일치하는 다수의 플라이우드 합판이 적층된 형태로 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 액화천연가스 저장탱크의 코너부에 구역별로 강성의 차이가 있는 단열시스템을 배치하는 경우, 단열패널 간의 교차 배치와 형태가 다른 단열층(단열박스와 단열패널)의 경계부에 평균 열수축 정도에 가지는 공간 단열재를 배치함으로써, 저장탱크의 코너부에서의 단열층의 구조 강성이 순차적으로 이루어짐에 따라, 형태가 다른 단열층의 경계부에서 열수축 차이에 의해 단차가 발생하는 것을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 형태가 다른 단열층의 경계부에 배치되는 공간 단열재를 별도의 재료 추가 없이 기존 단열시스템에서 사용되고 있는 재료의 방향성을 고려하여 제작할 수 있고, 공간 단열재가 배치되는 해당 구역은 선체의 제작 공차에 따라 유동적인 공간이므로, 공간 단열재가 치수 맞춤용 단열재의 역할도 동시에 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템에서, 공간단열부재와 그 옆에 배치되는 단열패널을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템을 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
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.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템에서, 공간단열부재와 그 옆에 배치되는 단열패널을 나타낸 도면이다.
또한, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템을 나타낸 도면이다.
우선 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 선체(H)의 내벽 상에 배열되는 다수의 2차 단열패널(110)로 이루어지는 2차 단열벽(100)과, 2차 단열벽(100) 상에 설치되는 2차 밀봉벽(200)과, 2차 밀봉벽(200) 상에 배열되는 다수의 1차 단열패널(310)로 이루어지는 1차 단열벽(300)과, 1차 단열벽(300) 상에 설치되는 1차 밀봉벽(400)을 포함하는 구조임을 알 수 있다.
1차 단열패널(310)은 육면체 또는 그 이상의 다면체 형태의 단위패널로 제작되어, 2차 밀봉벽(200) 상에 다수의 1차 단열패널(310)이 횡방향 및 종방향으로 배열됨으로써 1차 단열벽(300)을 형성할 수 있다.
2차 단열패널(110)도 마찬가지로 육면체 또는 그 이상의 다면체 형태의 단위패널로 제작되어, 선체(H)의 내벽에 다수의 2차 단열패널(110)이 횡방향 및 종방향으로 배열됨으로써 2차 단열벽(100)을 형성할 수 있다.
1차 및 2차 단열패널(310, 110)은, 폴리우레탄 폼(PUF) 또는 섬유강화 폴리우레탄 폼(RPUF: reinforces polyurethane foam)과 같은 단열재(311, 111)의 상면이나 하면 혹은 상하면 모두에 플라이우드 또는 복합재료(예를 들어, 섬유강화 플라스틱)로 이루어진 보호판(312, 112)이 접착된 샌드위치 패널(sandwich panel)로 마련될 수 있다.
2차 단열벽(100)은 선체(H)의 내벽에 에폭시 매스틱(epoxy mastic)과 같은 접착제나 스터드에 의해 고정될 수 있고, 1차 단열벽(300)은 2차 단열벽(100)과의 사이에 2차 밀봉벽(200)이 개재된 상태에서, 2차 단열패널(110)의 상부에 마련되는 고정장치(securing device)에 1차 단열패널(310)이 결합됨으로써 2차 밀봉벽(200)의 상부에 밀착되게 고정될 수 있다.
1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)은 금속 멤브레인으로 이루어질 수 있다.
1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)은, 인바(Invar), 스테인리스강(SUS), 알루미늄(Aluminum) 합금 등, 저온 취성에 강한 다양한 금속 재질 중 어느 하나를 선택적으로 채용하여 이루어질 수 있으며, 평판 혹은 주름형 금속 멤브레인을 모두 포함할 수 있다.
본 발명에서는 바람직한 실시예로서, 1차 밀봉벽(400)이 스테인리스강(SUS) 재질의 주름 멤브레인으로 이루어지고, 2차 밀봉벽(200)은 인바(Invar) 재질의 평판 멤브레인으로 이루어지는 액화천연가스의 단열시스템을 제공한다.
1차 밀봉벽(400)은 LNG와 직접 접촉하여 밀봉하는 것으로서, 저장탱크의 내측 방향으로 형성된 다수의 주름(corrugation)을 포함하는 스테인리스강 멤브레인으로 마련될 수 있으며, 멤브레인에 형성되는 다수의 주름이 극저온에 의한 수축을 흡수하여 응력이 집중되는 것을 방지한다.
2차 밀봉벽(200)은 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인(flat invar membrane)으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 2차 밀봉벽(200)이 평편한 형태의 플랫 인바 멤브레인으로 마련되기 위하여, 저장탱크의 코너부에 인바강으로 제작되는 구조물이 설치될 수 있다.
통상적으로 플랫 인바 멤브레인은 열수축 계수가 작으므로, 단열벽으로서 폴리우레탄 폼과 플라이우드 복합재로 이루어지는 단열패널(insulation panel)을 사용하는 것은 적합하지 않다. 플랫 인바 멤브레인을 적용하기 위해서는, 종래의 NO 96형 저장탱크와 같이 멤브레인을 지지하는 단열벽이 열수축 변형이 적고 강성이 높은 단열박스(insulation box)로 구성되어야 한다.
그러나 본 발명은 저장탱크의 코너부에 인바강으로 제작되는 구조물인 트랜스버스 연결체(transverse connector, 500)를 설치함으로써, 2차 단열벽(100)을 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열패널로 구성하면서도, 2차 밀봉벽(200)을 평판 멤브레인으로 구성하는 것이 가능하게끔 한다.
구체적으로는, 트랜스버스 연결체(500)는 저장탱크의 전방벽 및 후방벽 가장자리를 따라 설치되는 격자 형태의 구조물로, 일단이 선체 내벽에 마련되는 앵커링 바(anchoring bar)에 용접됨으로써 저장탱크의 코너부에 고정 설치되고, 타단은 1차 밀봉벽(400)과 2차 밀봉벽(200)의 각 양단을 지지해줌으로써, 이들에 가해지는 각종 하중을 선체(H)로 전달하는 역할을 한다.
이와 같이 저장탱크의 코너부에 설치되는 트랜스버스 연결체(500)에 의해 1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)에 가해지는 하중의 일부가 선체(H)로 전달되어 해소되므로, 평판 멤브레인으로 마련되는 2차 밀봉벽(200)을 지지하는 2차 단열벽(100)을 단열박스보다 강성이 약한 단열패널로 구성하는 것이 가능해진다.
따라서 본 발명은 2차 단열벽(100)의 상부에 2차 밀봉벽(200)을 설치함에 있어서 용접 라인(welding line)을 직선으로 형성할 수 있고, 이에 따라 용접의 자동화가 가능하여 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 단열벽(300, 100)이 폴리우레탄 폼으로 이루어짐에 따라 단열성능도 우수해진다. 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 단열벽이 단열박스 형태로 마련되는 종래의 NO 96형 저장탱크와 대비하여, 1차 단열벽과 2차 단열벽의 두께를 대폭 감소시키면서도 동일한 단열효과를 거둘 수 있다.
한편, 트랜스버스 연결체(500)의 내부 및 트랜스버스 연결체(500)와 선체(H) 사이에는, 트랜스버스 연결체(500)를 지지하기 위해 강성이 높은 단열박스(510)가 배치될 수 있다. 단열박스(510)는 플라이우드 박스 내부에 펄라이트(perlite) 분말 또는 글라스울(glass wool) 등의 단열재를 채운 형태로 마련될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크는, 단열벽(300, 100)의 대부분이 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 단열패널(310, 110)로 구성되지만, 저장탱크의 코너부에서는 단열박스(510)가 혼재되는 구조를 가지게 된다.
그런데 이때 코너부에 설치되는 단열박스(510)의 강성은 높은데 반해 단열패널(310, 110)의 강성은 낮기 때문에, 단열박스(510)와 단열패널(310, 110)의 열수축 정도에 차이가 생긴다.
따라서 극저온의 LNG에 의한 열수축시, 단열박스(510)와 단열패널(310, 110)의 구조 건전성 차이, 및 열하중과 액화가스의 유체력 등에 의하여, 단열박스(510)와 단열패널(310, 110) 간의 경계부에서 열수축에 의한 높이 단차가 발생하게 되고, 그로 인해 단열벽(300, 100) 위에 설치되는 밀봉벽(400, 200)에 열응력이 발생하여 밀봉벽(400, 200)이 손상될 우려가 있다.
이하에서는, 상기와 같이 저장탱크의 코너부에 설치되는 단열박스(510)와 코너부 외의 지역에 설치되는 단열패널(310, 110) 사이에 발생하는 단차에 의해 밀봉벽(400, 200)의 금속 멤브레인이 손상되는 것을 방지하기 위한 기술적 구성을, 제1 실시예 내지 제4 실시예로 나누어 구체적으로 살펴본다.
제1 실시예
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 선체(H)의 내벽 상에 배열되는 다수의 2차 단열패널(110)로 이루어지는 2차 단열벽(100)과, 2차 단열벽(100) 상에 설치되는 2차 밀봉벽(200)과, 2차 밀봉벽(200) 상에 배열되는 다수의 1차 단열패널(310)로 이루어지는 1차 단열벽(300)과, 1차 단열벽(300) 상에 설치되는 1차 밀봉벽(400), 그리고 저장탱크의 코너부에 설치되어 1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)의 단부를 지지하는 트랜스버스 연결체(500)를 포함한다.
트랜스버스 연결체(500)의 내부 및 트랜스버스 연결체(500)와 선체(H) 내벽 사이에 트랜스버스 연결체(500)의 지지를 위한 다수의 단열박스(510)가 배치된다.
여기서 트랜스버스 연결체(500)의 지지를 위해 설치되는 단열박스(510) 중에서, 트랜스버스 연결체(500)의 사이드에 단열패널(310, 110)과 인접하게 배치되는 단열박스(510', 510'')를 코너박스(corner box)로 정의한다.
코너박스(510', 510'')는 1차 단열벽(300)의 레벨에 배치되는 1차 코너박스(510')와 2차 단열벽(100)의 레벨에 배치되는 2차 코너박스(510'')를 포함한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 1차 단열벽(300)을 구성하는 1차 단열패널(310)과 2차 단열벽(100)을 구성하는 2차 단열패널(110)이 교차 배치되는 구조를 갖는다.
또한, 1차 코너박스(510')와 2차 코너박스(510'') 역시 교차 배치될 수 있으며, 이를 위해 2차 코너박스(510'')는 1차 코너박스(510')보다 트랜스버스 연결체(500)의 외측으로 더 돌출되게 마련된다. 즉, 저장탱크의 종방향을 따른 2차 코너박스(510'')의 길이가 1차 코너박스(510')의 길이보다 길게 제작되어, 1차 코너박스(510')와 2차 코너박스(510'')가 계단식으로 배치될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 1차 및 2차 코너박스(510', 510'')가 서로 교차 배치되고, 1차 및 2차 단열패널(310, 110)이 서로 교차 배치됨으로써, 단열박스(510)와 단열패널(310, 110) 간의 경계부에서 발생하는 단차에 의한 밀봉벽(400, 200)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 실시예에서 단열패널(310, 110)은 상하 플라이우드 사이에 밀도 130kg/m3 이상 급 섬유강화 폴리우레탄 폼 단열재가 형성되는 샌드위치 패널로 마련될 수 있다.
또한, 본 실시예는 교차 배치시 2차 단열벽(100)에 배치되는 단열층의 강성을 1차 단열벽(300)에 배치되는 단열층의 강성보다 같거나 크게 구성함으로써, 단차를 더욱 효과적으로 최소화할 수 있다.
제2 실시예
다음으로 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 제1 실시예의 구성을 그대로 포함하되, 1차 코너박스(510')와 1차 단열패널(310) 사이에 갭(a)을 형성하여 상기 갭(a)에 1차 공간단열부재(320)를 추가로 배치하고, 마찬가지로 2차 코너박스(510'')와 2차 단열패널(110) 사이에 갭(a')을 형성하여 상기 갭(a')에 2차 공간단열부재(120)를 추가로 배치하는 구조로 마련될 수 있다.
1차 공간단열부재(320)는 1차 코너박스(510')와 1차 단열패널(310) 사이에 배치되며, 두 단열층(510', 310)의 평균 열수축량을 가지도록 마련될 수 있다.
또한, 2차 공간단열부재(120)는 2차 코너박스(510'')와 2차 단열패널(110) 사이에 배치되며, 두 단열층(510''. 110)의 평균 열수축량을 가지도록 마련될 수 있다.
즉, 본 실시예에서 1차 및 2차 공간단열부재(320, 120)는, 각각 1차 및 2차 코너박스(510', 510'')의 열수축량과 1차 및 2차 단열패널(310, 110)의 열수축량의 중간에 해당하는 열수축량을 구비하며, 이에 따라 가장 큰 강성을 가지는 코너박스(510', 510'')와 중간 강성을 가지는 공간단열부재(320, 120), 그리고 가장 작은 강성을 가지는 단열패널(310, 110)이 순차적으로 배치되게 된다.
따라서 저장탱크의 코너부에서의 단열층의 구조 강성이 순차적으로 이루어짐에 따라, 코너박스(510', 510'')로부터 단열패널(310, 110)로 갈수록 열수축 정도 차이에 따른 단열 높이가 완만하게 이루어질 수 있게 되므로, 코너박스(510', 510'')와 단열패널(310, 110) 사이의 연결부에서의 단차가 최소화되어, 1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 단열층을 구성하는 플라이우드 및 폴리우레탄 폼은 방향성이 있는 재료를 사용한다. 단열층의 재료 및 방향성에 대한 열수축 계수는 다음과 같다.
재료 및 방향성 열수축 계수
플라이우드 면내 방향 6 ×10-6
플라이우드 두께 방향 25 ×10-6
섬유강화 폴리우레탄폼 면내 방향 25 ×10-6
섬유강화 폴리우레탄폼 두께 방향 75 ×10-6
단열박스(510)는 플라이우드의 강성이 높은 방향을 수직 부재로 사용하는 관계로, 열하중에 의한 단열박스(510)의 두께 방향 수축은 플라이우드의 면내 방향의 열수축이 지배적이다. 여기서 '면내 방향'이란 재료의 두께 방향과 수직한 방향을 나타내는 것으로서, 평판에서 판면 접선 방향을 의미한다.
반면, 샌드위치 패널 형태로 마련되는 단열패널(310, 110)은 강도와 단열성능을 고려하여 심재인 섬유강화 폴리우레탄 폼의 두께 방향(발포 방향)을 단열층의 두께 방향으로 사용하는 관계로, 단열패널(310, 110)의 두께 방향 수축은 섬유강화 폴리우레탄 폼의 두께 방향의 열수축이 지배적이다.
따라서 코너박스(510', 510'')와 단열패널(310, 110)의 경계부에 시공되는 공간단열부재(320, 120)는, 이 둘의 평균 수준임을 고려하여 별도의 재료를 사용하지 않고, 섬유강화 폴리우레탄 폼의 면내 방향을 공간단열부재(320, 120)의 두께 방향으로 배치하거나, 플라이우드의 두께 방향을 단열층의 두께 방향으로 적층하여 배치함으로써 평균에 해당하는 시스템으로 사용할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템에 적용되는 공간단열부재(320, 120)의 다양한 예시가 도시되어 있다.
도 3의 (a)를 참조하면, 본 실시예에서 공간단열부재(320, 120)는 면내 방향이 단열층의 두께 방향과 동일한 방향, 즉 수직 방향으로 형성되는 단열재(321, 121)를 포함할 수 있다. 이때 단열재(321, 121)는 폴리우레탄 폼 또는 섬유강화 폴리우레탄 폼으로 마련될 수 있고, 더욱 바람직하게는 단열패널(310, 110)의 단열재(311, 111)과 마찬가지로 밀도 130kg/m3 이상 급 섬유강화 폴리우레탄 폼으로 마련될 수 있다.
또한, 공간단열부재(320, 120)는, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 면내 방향이 수직 방향으로 형성되는 단열재(321, 121)의 상하면에 접착되는 플라이우드(322, 122)를 더 포함할 수 있다.
이때 공간단열부재(320, 120)의 단열재(321, 121)가 가진 방향성(면내 방향이 단열층의 두께 방향과 동일한 방향으로 형성됨)은, 단열패널(310, 110)의 단열재(311, 111)가 가진 방향성(면내 방향이 단열층의 두께 방향과 수직한 방향으로 형성됨)과 서로 수직을 이룰 수 있다.
한편, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 공간단열부재(320, 120)는 플라이우드(322, 122)만으로 이루어질 수도 있다. 이때 공간단열부재(320, 120)를 구성하는 플라이우드(322, 122)는 두께 방향이 단열층의 두께 방향과 일치하는 다수개의 플라이우드 합판이 적층된 형태로 마련되거나 또는 일체형으로 마련될 수 있다. 도 3의 (c)에 도시된 실시예는, 플라이우드(322, 122)의 두께 방향 열수축량이 단열재(321, 121)의 면내 방향 열수축량과 유사한 수준으로 적용될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 기존 단열시스템에서 사용되는 재료의 방향성을 고려하여 별도의 재료 추가 없이 공간단열부재(320, 120)를 제작할 수 있고, 이를 형태가 다른 단열층(단열박스와 단열패널)의 경계부에 배치함으로써 저장탱크 코너부에서 발생하는 단차의 최소화를 도모할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템에서, 1차 코너박스(510')와 1차 단열패널(310) 간에 형성되는 갭(a)은, 서로 인접하는 1차 단열패널(310) 간에 형성되는 갭(b)의 5 ~ 20배 크기의 간격으로 마련될 수 있으며, 유사하게 2차 코너박스(520')와 2차 단열패널(110) 간에 형성되는 갭(a')은, 서로 인접하는 2차 단열패널(110) 간에 형성되는 갭(b')의 5 ~ 20배 크기의 간격으로 마련될 수 있다.
또한, 서로 인접하는 1차 단열패널(310) 간에 형성되는 갭(b)과, 서로 인접하는 2차 단열패널(110) 간에 형성되는 갭(b')에는 글라스울(glass)이나 폴리우레탄 폼 등의 단열재가 채워지거나 그 공간이 협소한 경우에는 빈 공간으로 마련되는 단열패널 연결부(330, 130)가 배치될 수 있는데, 본 실시예의 1차 공간단열부재(320)는 서로 인접하는 1차 단열패널(310) 사이에 배치되는 단열패널 연결부(330)보다 두께 방향 재료 강성이 1.2 ~ 4배의 물성을 가지도록, 그리고 2차 공간단열부재(120)는 서로 인접하는 2차 단열패널(110) 사이에 배치되는 단열패널 연결부(130)보다 두께 방향 재료 강성이 1.2 ~ 4배의 물성을 가지도록 마련될 수 있다.
상술한 갭(a, a')은 선체의 제작 공차에 따라 공간이 유동적일 수 있으므로, 1차 및 2차 공간단열부재(320, 120)는 해당 구역(a, a')의 유동적인 공간에 맞춰 사용됨으로써 치수 맞춤용 단열재의 역할을 동시에 할 수도 있다.
제3 실시예
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 제1 실시예의 구성을 그대로 포함하되, 다수의 단열패널(310, 110) 중에서 코너박스(510', 510'')와 인접하게 배치되는 단열패널(310', 110')의 강성(stiffness)에 변화를 준 것이다.
본 실시예와 이하 기술되는 제4 실시예에서는, 코너박스(510', 510'')와 인접하게 배치되는 단열패널(310', 110')을 보더패널(border panel)로 정의하고, 이를 제외한 나머지 단열패널(310, 110)은 일반 단열패널로 정의한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 1차 및 2차 단열패널(310, 110) 중에서 저장탱크 코너부의 코너박스(510', 510'')와 인접하게 배치되는 1차 및 2차 보더패널(310', 110')을 나머지 일반 단열패널(310, 110)보다 강성이 높은 고밀도 폴리우레탄 폼으로 마련한다.
더욱 바람직하게는, 보더패널(310', 110')은 상하 플라이우드 사이에 밀도 170kg/m3 이상 급 섬유강화 폴리우레탄 폼 단열재가 형성되는 샌드위치 패널로 마련될 수 있으며, 일반 단열패널(310, 110)은 전술한 바와 같이 상하 플라이우드 사이에 밀도 130kg/m3 이상 급 섬유강화 폴리우레탄 폼 단열재가 형성되는 샌드위치 패널로 마련될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 코너박스(510', 510'')로부터 보더패널(310' 110'), 그리고 나머지 일반 단열패널(310, 110)로 갈수록 강성이 점점 감소하도록 배치되고, 이에 따라 코너박스(510', 510'')로부터 단열패널(310, 110)로 갈수록 열수축 정도 차이에 따른 단열 높이가 완만하게 이루어질 수 있게 되므로, 코너박스(510', 510'')와 단열패널(310, 110) 사이의 연결부에서의 단차가 최소화되어, 1차 및 2차 밀봉벽(400, 200)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
제4 실시예
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 제3 실시예의 구성을 그대로 포함하되, 1차 코너박스(510')와 1차 보더패널(310') 사이에 갭(a)을 형성하여 상기 갭(a)에 1차 공간단열부재(320')를 추가로 배치하고, 마찬가지로 2차 코너박스(510'')와 2차 보더패널(110') 사이에 갭(a')을 형성하여 상기 갭(a')에 2차 공간단열부재(120')를 추가로 배치한 구조로 마련될 수 있다.
즉, 본 발명의 제4 실시예는 제2 실시예와 제3 실시예의 특징을 조합하여 구성한 것이라 할 수 있다.
1차 공간단열부재(320')는 1차 코너박스(510')와 1차 보더패널(310') 사이에 배치되며, 두 단열층(510', 310')의 평균 열수축량을 가지도록 마련될 수 있다.
또한, 2차 공간단열부재(120')는 2차 코너박스(510'')와 2차 보더패널(110') 사이에 배치되며, 두 단열층(510'', 110')의 평균 열수축량을 가지도록 마련될 수 있다.
1차 및 2차 공간단열부재(320', 120')는, 도 3에 도시된 1차 및 2차 공간단열부재(320, 120)의 구성이 그대로 채용될 수 있다.
즉, 1차 및 2차 공간단열부재(320', 120')는 면내 방향이 단열층의 두께 방향과 동일한 단열재(폴리우레탄 폼 또는 섬유강화 폴리우레탄 폼)로 이루어진 형태이거나, 또는 그 단열재의 상하면에 플라이우드가 접착된 형태이거나, 또는 두께 방향이 단열층의 두께 방향과 일치하도록 형성되는 플라이우드로 이루어진 형태 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
다만, 1차 및 2차 공간단열부재(320', 120')는 코너박스(510', 510'')와 보더패널(310', 110') 단열층의 평균 열수축량을 가지도록 마련되는 것이므로, 보더패널(310', 110')의 단열재가 밀도 170kg/m3 이상 급 섬유강화 폴리우레탄 폼으로 이루어지는 경우, 공간단열부재(320', 120')를 구성하는 단열재 역시 밀도 170kg/m3 이상 급 섬유강화 폴리우레탄 폼으로 마련될 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 다수의 단열패널(310, 110) 중에서 저장탱크의 코너부 측에 가장 가깝게 배치되는 보더패널(310', 110')을 다른 일반 단열패널(310, 110)보다 큰 강성을 가지도록 하고, 이와 더불어 코너박스(510', 510'')와 보더패널(310', 110') 사이에 이들의 평균 열수축량을 가지는 공간단열부재(320', 120')까지 배치하는 구조까지 모두 적용함으로써, 본 명세서에서 기술되고 있는 다양한 실시예 중에서 저장탱크의 코너부에서 코너박스(510', 510'')와 단열패널(310, 110)간 연결부에서 발생하는 단차를 최소화시키는 효과가 가장 극대화될 수 있다.
본 발명의 제1 내지 제4 실시예에서 기술되는 본 발명의 액화천연가스 저장탱크의 단열시스템은, 저장탱크의 폭방향의 모서리 부분(90°코너부) 뿐만 아니라, 저장탱크의 길이방향의 모서리 부분(135°코너부)에도 동일하게 적용될 수 있다.
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 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 2차 단열벽 110 : 2차 단열패널
110' : 2차 보더패널 120 : 2차 공간단열부재
121 : 단열재 122 : 플라이우드
200 : 2차 밀봉벽
300 : 1차 단열벽 310 : 1차 단열패널
310' : 1차 보더패널 320 : 1차 공간단열부재
321 : 단열재 322 : 플라이우드
400 : 1차 밀봉벽
500 : 트랜스버스 연결체 510 : 단열박스
510' : 1차 코너박스 510'' : 2차 코너박스

Claims (13)

  1. 다수의 단열패널로 이루어지는 단열벽과, 상기 단열벽 상에 설치되어 액화천연가스를 밀봉하는 밀봉벽을 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서,
    상기 저장탱크의 코너부에 설치되어 상기 밀봉벽을 지지함으로써 상기 밀봉벽에 가해지는 하중을 선체로 전달하는 트랜스버스 연결체;
    상기 트랜스버스 연결체를 지지하기 위해 상기 저장탱크의 코너부에 설치되는 단열박스; 및
    상기 단열박스와 상기 단열패널 중에서 상기 저장탱크의 코너부에 가장 근접하게 배치되는 단열패널(이하 '보더패널') 사이에 형성되는 갭에 삽입 배치되는 공간단열부재를 포함하고,
    상기 다수의 단열패널은 단열재와 플라이우드의 복합체로 이루어진 샌드위치 패널로 마련되되, 상기 보더패널은 나머지 단열패널과 동일하거나 또는 상대적으로 밀도가 높은 폴리우레탄 폼으로 이루어지며,
    상기 공간단열부재는 상기 단열박스와 상기 보더패널의 평균 열수축량을 가지도록 마련되어,
    상기 저장탱크의 저장탱크의 코너부에서 단열벽의 구조 강성이 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공간단열부재는, 상기 단열패널을 구성하는 단열재가 가지는 방향성과 수직한 방향성을 가지는 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 단열패널을 구성하는 단열재와, 상기 공간단열부재를 구성하는 단열재는 폴리우레탄 폼(PUF) 또는 섬유강화 폴리우레탄 폼(R-PUF) 중 어느 하나로 마련되고,
    상기 공간단열부재를 구성하는 단열재는, 면내 방향이 상기 저장탱크의 내벽에 대하여 수직한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 보더패널과 상기 공간단열재를 구성하는 단열재는, 밀도 170kg/m3 이상의 섬유강화 폴리우레탄 폼으로 마련되고,
    상기 보더패널을 제외한 나머지 단열패널을 구성하는 단열재는, 밀도 130kg/m3 이상의 섬유강화 폴리우레탄 폼으로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 단열박스와 상기 보더패널 사이에 형성되는 갭은, 서로 인접하는 상기 단열패널 사이에 형성되는 갭의 5 내지 20배 크기의 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    서로 인접하는 상기 단열패널 사이에 형성되는 갭에 글라스 울 또는 폴리우레탄 폼 단열재를 채운 형태 또는 빈 공간으로 마련되는 단열패널 연결부를 더 포함하고,
    상기 공간단열부재는 상기 단열패널 연결부의 1.2 내지 4배의 두께 방향 재료 강성을 가지는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  7. 선체 내벽에 배열되는 다수의 2차 단열패널로 이루어지는 2차 단열벽과, 상기 2차 단열벽 상에 설치되는 2차 밀봉벽과, 상기 2차 밀봉벽 상에 배열되는 다수의 1차 단열패널로 이루어지는 1차 단열벽과, 상기 1차 단열벽 상에 설치되는 1차 밀봉벽을 포함하는 액화천연가스 저장탱크에 있어서,
    상기 저장탱크의 코너부에 설치되어 상기 1차 밀봉벽 및 상기 2차 밀봉벽을 지지하여 상기 1차 밀봉벽 및 상기 2차 밀봉벽에 가해지는 하중을 선체로 전달하는 트랜스버스 연결체; 및
    상기 트랜스버스 연결체를 지지하는 단열박스를 포함하고,
    상기 단열박스는, 상기 1차 단열벽의 레벨에 상기 1차 단열패널과 인접하게 배치되는 1차 코너박스와, 상기 2차 단열벽의 레벨에 상기 2차 단열패널과 인접하게 배치되는 2차 코너박스를 포함하며,
    상기 1차 단열패널과 상기 2차 단열패널이 서로 교차 배치되도록, 상기 2차 코너박스는 상기 1차 코너박스보다 상기 트랜스버스 연결체의 외측으로 더 돌출되어, 상기 1차 코너박스와 상기 2차 코너박스가 계단식으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 1차 단열패널과 상기 2차 단열패널은 폴리우레탄 폼으로 이루어진 단열재와 플라이우드의 복합체로 이루어진 샌드위치 패널로 마련되고,
    상기 1차 밀봉벽 및 상기 2차 밀봉벽은 금속 멤브레인으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 1차 코너박스와 상기 1차 단열패널 사이에 형성되는 갭(a)에 배치되며, 양 측에 배치되는 상기 1차 코너박스 및 상기 1차 단열패널의 평균 열수축량을 가지는 1차 공간단열부재; 및
    상기 2차 단열패널과 상기 2차 코너박스 사이에 형성되는 갭(a')에 배치되며, 양 측에 배치되는 상기 2차 코너박스와 상기 2차 단열패널의 평균 열수축량을 가지는 2차 공간단열부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 1차 공간단열부재와 상기 2차 공간단열부재는, 각각 인접하는 1차 단열패널 및 2차 단열패널의 폴리우레탄 폼 단열재와 수직하는 방향성을 가지는 폴리우레탄 폼 단열재를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 1차 공간단열부재와 상기 2차 공간단열부재에 포함되는 폴리우레탄 폼 단열재는, 면내 방향이 상기 저장탱크의 내벽에 대하여 수직한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 1차 공간단열부재와 상기 2차 공간단열부재는, 두께 방향이 단열층의 두께 방향과 일치하는 적어도 하나 이상의 플라이우드를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 1차 공간단열부재와 상기 2차 공간단열부재는, 두께 방향이 단열층의 두께 방향과 일치하는 다수의 플라이우드 합판이 적층된 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    액화천연가스 저장탱크의 단열시스템.
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