KR20220062405A

KR20220062405A - 밀폐 단열된 탱크

Info

Publication number: KR20220062405A
Application number: KR1020227012765A
Authority: KR
Inventors: 아모리 망쥬
Original assignee: 가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2022-05-16
Also published as: CN114423986B; WO2021053055A1; FR3100860A1; EP4031798A1; CN114423986A; FR3100860B1

Abstract

본 발명은 액화 가스를 저장하기 위한 밀폐 및 단열 탱크(1)에 관한 것으로, 상기 탱크(1)는 다음을 포함한다:
- 액화 가스를 저장하도록 의도된 내부 공간(3)을 정의하는 복수의 벽으로서, 상부 벽(10)을 포함하는 복수의 벽; 그리고
증기상의 액화 가스를 추출하도록 의도된 수집 라인(2), 상기 수집 라인은 상부 벽(10)을 넘어 아래쪽으로 돌출되고;
- 탱크(1)의 내부 공간(3)으로부터 수집 라인(2)으로 증기상의 액화 가스를 운반하기 위한 적어도 하나의 제1 파이프(22), 제1 파이프(22)는 우회 섹션( 25) 제1 파이프(22)의 제1 끝과 제2 끝(23, 24)을 연결하기 위해 수집 라인(2)의 바닥 끝(15) 아래에서 연장된다.

Description

밀폐 단열된 탱크

본 발명은 액화 가스를 저장 및/또는 운반하기 위해 밀폐 단열된 탱크에 관한 것이다. 상기 탱크는 예를 들어 온도가 -50°C 내지 0°C 인 LPG(Liquefied petroleum gas)를 운송하거나, 대기압에서 약 -162°C인 LNG(Liquefied natural gas)를 운송한다.

이 탱크는 육지나 부유식 구조물에 설치할 수 있다. 부유식 구조물의 경우 탱크는 액화 가스를 수송하거나 부유식 구조물을 추진하기 위한 연료 역할을 하는 액화 가스를 수용하도록 의도될 수 있다.

문헌 WO2013093261은 액체-증기 평형 상태에서 액화 가스를 저장하기 위한 밀폐 단열된 탱크를 개시하고 있다. 탱크 내부와 외부 사이의 열전달 현상으로 인해 탱크에 저장된 액화가스는 열을 흡수하여 증발을 유발한다. 따라서 탱크에는, 탱크의 벽을 통과하고, 가스로 채워진 탱크의 천장에서 증기를 추출하기 위한 수집 라인이 장착되어 있다. 수집 라인은 탱크의 내부 공간과 증기 수집기 사이의 통로를 형성하도록 탱크의 내부에서 개방되고, 증기 수집기는 탱크의 바깥에 배치되고 예시로 탈기 마스트를 통해 수집 라인과 연결된다. 수집 라인은 탱크의 가스로 채워진 천장의 증기압이 임계 압력보다 높을 때 탱크에서 증기상의 가스를 배출하도록 보정된 안전 밸브를 통해 증기 수집기에 연결된다. 이것은 탱크를 손상시킬 가능성이 있는 과압을 피하기 위해 탱크 내부의 압력을 제어하는 것을 가능하게 한다.

밀폐된 탱크의 벽은 다층 구조, 즉 탱크 외부에서 내부로 연속적으로 2차 단열 배리어, 2차 밀폐 멤브레인, 1차 단열 배리어 및 1차 밀폐 멤브레인으로 구성된다. 수집 라인 주변의 1차 밀폐 멤브레인의 연속성을 보장하기 위해 끝부분은 L자형 단면을 갖고 탱크의 내부 공간 내부로 돌출된 칼라를 통해 1차 밀폐 멤브레인에 단단히 연결된다. 따라서 수집 라인의 바닥 단부는 1차 밀폐 멤브레인 너머로 탱크의 내부 공간으로 돌출된다.

안전상의 이유로 탱크가 최대 수위까지 채워졌을 때 탱크의 가스로 채워진 천장이 수집 라인 내부와 연결된 상태를 유지하는지 확인하는 것이 중요하다. 이때, 수집 라인의 하단부가 액화 가스의 액상에 잠기는 것을 방지하기 위하여, 탱크 내부 공간의 상부에 존재하는 기체가 수집 라인에 의해 추출되는 것이 방지되므로, 탱크의 최대 선적 레벨이 줄어들 가능성이 있으며 이는 완전히 만족스럽지 않다.

이 결점은 또한 1차 밀폐 멤브레인과 수집 라인 사이의 연결에 더 큰 유연성을 부여하기 위해 칼라의 높이가 크거나 탱크의 내부 공간이 낮은 높이일 때 특히 중요하다.

본 발명의 기반이 되는 한 가지 아이디어는 탱크 천장에 채워진 가스로부터 증기를 수집하기 위한 수집 라인이 장착된 탱크 및 수집 라인이 탱크의 천장 벽을 관통하여 수집 라인을 통해 증기를 추출하는 동안 탱크 내부 공간에서 돌출 형성된 증기 수집 라인 부분의 수직 치수에 관계 없이 최적의 액화 가스를 수집할 수 있는 점이다.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 액화 가스를 저장하기 위한 밀폐 단열된 탱크를 제공하며, 상기 탱크는:

- 액화 가스를 저장하도록 의도된 내부 공간을 정의하는 복수의 벽으로서, 상기 복수의 벽은 상부 벽을 포함하는, 복수의 벽; 및

- 탱크의 내부 공간으로부터 증기상의 액화 가스를 추출하도록 의도된 수집 라인으로서, 상기 수집 라인은 상부 벽을 통과하고, 내부 공간에서 개방되고 상부 벽을 넘어 아래쪽으로 높이(h)까지 돌출된 바닥 단부를 포함하는, 수집 라인; 및

- 탱크의 내부 공간에서 수집 라인으로 증기상 액화 가스를 운반하도록 의도된 적어도 하나의 제1 파이프로서, 상기 제1 파이프는 제1 및 제2 단부를 포함하고, 제1 단부는 수집 라인의 외부이며 탱크의 내부 공간에 위치되고, h보다 큰 높이(h1)에서 상기 내부 공간에서 개방되며, 제2 단부는 h보다 큰 높이(h2)에서 수집 라인의 내부에서 개방되며, 상기 제1 파이프는 제1 파이프의 제1 단부와 제2 단부를 연결하기 위하여 수집 라인의 바닥 단부 아래에서 연장되는 우회 섹션(diverted section)을 구비하는, 적어도 하나의 제1 파이프를 포함한다.

따라서, 제1 파이프는 수집 라인의 바닥 단부가 액화 가스의 액상에 잠겨 있어도 가스가 채워진 천장과 수집 라인의 내부 공간 사이의 유체 연결을 보장한다.

실시예에 따르면, 이러한 탱크는 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 우회 섹션은 U-형상을 갖는다.

일 실시예에 따르면, 높이(h)는 최대 선적 레벨(hmax)보다 낮다. 따라서 파이프는 과압의 경우 가스가 채워진 천장에서 증기를 추출할 수 있도록 하는 동시에 수집 라인의 바닥 단부 위로 탱크를 채울 수 있다.

일 실시예에 따르면, 높이(h1)는 최대 선적 레벨(hmax)보다 높다.

일 실시예에 따르면, 높이(h2)는 최대 선적 레벨(hmax)보다 높다.

일 실시예에 따르면, 수집 라인은 수집 라인의 내부 공간의 압력이 임계 압력(Ps) 이상일 때 수집 라인으로부터 증기상의 액화 가스를 추출하도록 구성된 안전 밸브에 연결된다.

일 실시예에 따르면, 임계 압력(Ps)은 다음 부등식을 만족한다:

Ps < P design - φ* g * min

min: (h2 - h3) 및 l 중 가장 작은 값.

Ps < P design - φ* g * min

P design: 탱크의 치수가 결정된 최대 설계 압력.

φ : 탱크에 저장되는 액화가스의 밀도

g : 지구 중력의 수직 가속도;

h2: 제1 파이프의 제2 단부의 높이 그리고

h3: 제1 파이프의 가장 낮은 지점의 높이.

일 실시예에 따르면, 임계 압력(Ps)은 다음 부등식을 추가로 만족시킨다:

Ps > Pdesign - φ * g * (h2 - h3) - k;

k는 100에서 1000Pa 사이이다.

다른 실시예에 따르면, 임계 압력(Ps)은 다음 부등식을 만족한다:

Ps < Pdesign - φ* g * l

P design: 치수가 결정된 탱크에 대한 최대 설계 압력.

φ: 탱크에 저장되는 액화가스의 밀도

g : 지구 중력의 수직 가속도; 그리고

l : 탱크에 최대 선적 레벨(hmax)까지 액화가스를 채웠을 때 액화가스가 충전될 수 있는 제1 파이프의 길이.

Ps > Pdesign - φ * g * l - k;

k는 100에서 1000Pa 사이이다.

일 실시예에 따르면, 상부 벽은 탱크에 저장된 액화 가스와 접촉하도록 의도된 1차 밀폐 멤브레인을 포함하고, 상기 1차 밀폐 멤브레인은 탱크의 내부를 향하여 돌출된 주름부 및 1차 밀폐 멤브레인을 지나 탱크의 내부로 돌출된 수집 라인을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 수집 라인은 80mm 초과, 바람직하게는 100mm 초과, 예를 들어 대략 150mm 정도의 수직 거리만큼 상부 벽을 넘어 내부 공간 내부로 돌출한다.

일 실시예에 따르면, 탱크는 수집 라인 내부에서 실행되는 탱크의 선적 및/또는 하역을 위해 의도된 하나 이상의 라인을 포함한다. 따라서 수집 라인은 가스 돔 구조와 액체 돔 구조를 모두 형성하여 탱크 구성을 단순화하고 비용을 절감할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상부 벽은 적어도 하나의 1차 단열 배리어 및 1차 단열 배리어에 고정된 1차 밀폐 멤브레인을 포함하고, 상부 벽은 1차 단열 배리어 상에 고정되고 금속 시트에 고정되는 금속 고정 플레이트를 포함한다. 상기 1차 밀폐 멤브레인의 일부는 단단히 용접되며, 제1 파이프는 금속 고정 플레이트 중 하나에 형성된 고정 구역에 고정되거나 금속 고정 플레이트 중 하나에 고정되는 1차 밀폐 멤브레인의 일부에 형성된다. 이에 의해 1차 밀폐 멤브레인이 찢어지는 것을 방지할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 탱크는 탱크의 내부 공간으로부터 수집 라인으로 증기상 액화 가스를 전달하도록 의도된 제2 파이프를 포함하고, 상기 제2 파이프는 제1 및 제2 단부를 포함하고, 상기 제1 단부는 수집 라인의 외부인 탱크의 내부 공간에 배치되되, h보다 큰 높이(h'1)에서 상기 내부 공간에서 개방되고고, 제2 단부는 h보다 큰 높이(h'2)에서 수집 라인 내부의 개구부에서 개방된다.

일 실시예에 따르면, 제1 파이프의 제1 단부 및 제2 파이프의 제1 단부는 탱크의 중앙 세로 수직 평면의 양쪽에 배치된다.

일 실시예에 따르면, 제1 파이프의 제1 단부와 제2 파이프의 제1 단부는 용기의 길이 방향에 직각으로 횡방향으로 서로 대향하는 상부 벽의 두 단부에 근접하게 배치된다.

일 실시예에 따르면, 탱크의 중앙 세로 수직 평면은 탱크가 통합되는 용기의 세로 방향과 평행하고 용기의 무게 중심을 통과한다.

일 실시예에 따르면, 상부 벽은 내부 공간을 덮는다.

이러한 탱크는 예를 들어 LNG를 저장하기 위한 육상 저장 설비의 일부를 형성하거나 부유식, 연안 또는 심해 구조물, 특히 메탄 탱커, 부유식 저장 및 재기화 장치(FSRU), 부유식 생산 및 저장 근해 장치(FPSO : Floating Production and Storage Offshore Unit) 등을 형성한다.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 유체를 수송하는 선박에 제공되고, 상기 선박은 이중 선체 및 상기 이중 선체에 배치된 상기 탱크를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 또한 이러한 선박을 선적하거나 하역하기 위한 방법을 제공하며, 여기서 유체는 절연 파이프라인을 통해 부유식 또는 육상 저장 설비에서 선박의 탱크로 또는 그 반대로 운반된다.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 또한 유체를 위한 이송 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 전술한 선박, 선박의 선체에 설치된 탱크를 부유식 또는 육상 저장 설비에 연결하도록 배열된 절연 파이프라인 및 절연 파이프라인을 통해 부유식 또는 육상 저장 설비로 또는 선박의 탱크로 또는 그로부터 유체를 이동시키는 펌프를 포함한다.

첨부된 도면을 참조하여 오직 예시적이고 비제한적인 방식으로 주어진, 본 발명의 여러 특정 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 본 발명은 보다 잘 이해될 것이며, 다른 목적, 세부사항, 특징 및 이점은 보다 명확해질 것이다.

도 1은 수집 라인 및 탱크의 천장부에 채워진 가스를 수집 라인의 내부 공간으로 이송하는 파이프가 장착된 밀폐된 단열 탱크의 횡단면도이다.
도 2는 도 1의 수집라인 및 배관을 상세하게 도시한 정면도이다.
도 3은 도 1의 수집라인과 배관을 상세하게 도시한 저면사시도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 밀폐 및 단열 탱크의 횡단면 개략도이다.
도 5는 제1 실시예에 따른, 파이프의 고정을 위한 상부 벽의 1차 밀폐 멤브레인 구역의 개략도이다.
도 6은 제2 실시예에 따른, 파이프의 고정을 위해 의도된 상부 벽의 1차 밀폐 멤브레인 구역의 개략도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 상부 벽에 파이프를 고정하기 위한 수단을 도시한다.
도 8은 액화천연가스 저장탱크와 이 탱크를 하역하기 위한 터미널을 포함하는 선박의 개략적인 단면도이다.

도 1과 관련하여, 탱크의 내부 공간으로부터 증기상 액화 가스를 추출하도록 의도된 수집 라인(2)이 장착된 밀폐되고 단열된 탱크(1)가 관찰된다. 탱크(1)는 예를 들어 액화 천연 가스(LNG) 및 액화 석유 가스(LPG) 중에서 선택되는 액화 가스를 저장하기 위한 것이다.

탱크(1)는 예를 들어 선박의 이중 선체에 의해 형성되지만 보다 일반적으로 적절한 기계적 특성을 갖는 임의의 유형의 강성 파티션에 의해 형성될 수 있는 지지 구조체(4) 내부에 배치된다.

탱크(1)는 바람직하게는 멤브레인을 갖는 탱크이다. 탱크(1)는 액화 가스의 저장을 위한 내부 공간(3)을 정의하는 복수의 벽을 갖는다. 각 벽은 다층 구조를 가지며 탱크(1)의 외부에서 내부까지 벽의 두께 방향으로 지지 구조(4)에 대해 지지되는 2차 단열 배리어(5), 2차 단열 배리어(5)으로 지지되는 2차 밀폐 멤브레인(6), 2차 밀폐 멤브레인(6)으로 지지되는 1차 단열 배리어(7) 및 탱크에 저장되어 있는 액화 가스와 접촉하고 1차 단열 배리어(7)으로 지지되는 1차 밀폐 멤브레인(8)을 포함한다. 대안적인 실시예에 따르면, 각각의 벽은 1차 밀폐 멤브레인(8) 및 지지 구조체(4)로 지지되는 1차 단열 배리어(7)만을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 1차 밀폐 멤브레인(8)은 주름진 멤브레인이다. 따라서, 1차 밀폐 멤브레인(8)은 탱크(1)의 내부 공간(3)을 향해 돌출된 주름을 포함하는 복수의 금속 시트를 포함하여, 1차 밀폐 멤브레인(8)이 탱크(1)에 저장된 액화 가스에 의해 생성된 열 및 기계적 응력의 영향으로 변형되도록 한다. 이러한 탱크(1)는 예를 들어 특허 출원 FR2691520에 기재된 바와 같은 Mark III® 유형이다. 예를 들어, 탱크(1)는 특허 출원 FR2877638에 기술된 바와 같이 NO96 ® 유형일 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 탱크(1)는 바닥 벽(9), 바닥 벽(9) 반대편의 상부 벽(10), 바닥 벽(9)과 상부 벽(10)을 연결하는 측벽(11, 12, 13) 및 바닥 벽(9)와 상부 벽(10)을 연결하는 횡방향 벽(14)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 탱크(1)는 횡단면 상의 단면에서 팔각형 형태의 단면을 갖는다. 따라서, 탱크(1)는 수직 측벽(11) 및 상기 수직 측벽(11) 중 하나를 바닥 벽(9) 또는 천장 벽(10)에 각각 연결하는 경사 측벽(12, 13)을 갖는다.

탱크(1)는 가스로 채워진 천장에 포함된 액화 가스 증기, 즉 액화 가스가 가스 상태에 있는 탱크(1)의 내부 공간(3)의 상단 부분에 포함된 액화 가스 증기를 추출하도록 의도된 수집 라인(2)을 포함한다. 수집 라인(2)은 탱크(1)의 천장 벽(10)을 통과한다. 수집 라인(2)은 탱크(1)의 내부 공간(3)으로 개방되고 천장 벽(10)을 넘어 아래쪽으로 돌출하는 개방된 바닥 단부(15)를 포함한다. 수집 라인(2)의 바닥 단부(15)는 탱크(1)의 바닥 벽(9)에 대해 높이(h)에 위치된다. 높이(h)는 탱크(1)의 최대 선적 레벨(hmax)보다 낮아서 탱크(1)에 액화 가스가 최대 선적 레벨(hmax)까지 선적될 때 수집 라인(2)의 바닥 단부(15)가 액화 가스의 액상에 잠기게 된다. 수집 라인(2)의 상부 단부(16)는 커버(17)에 의해 단단히 폐쇄된다.

수집 라인(2)의 내부 공간(18)은 안전 밸브(19)가 장착된 적어도 하나의 라인을 통해 도시되지 않은 증기 수집기에 연결된다. 안전 밸브(19)는 수집 라인(2)의 내부 공간(18)의 압력이 임계 압력(Ps)을 초과할 때 기체 상태의 가스 배출을 보장하도록 보정(캘리브레이션)된다. 따라서 수집 라인(2)은 과압의 경우 가스가 채워진 천장에서 증기를 추출하는 것을 목표로 하고 따라서 탱크(1)를 손상시킬 수 있는 과압을 방지하도록 가스가 채워진 천장의 압력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 증기 수집기는 추출된 증기를 탈기 마스트, 버너, 선박의 추진 장치 또는 증기 상태의 기체가 재액화된 후 액상으로 탱크에 재도입되게 하는 액화 장치로 수송한다. 도시된 실시예에서, 수집 라인(2)의 내부 공간(18)은 2개의 안전 밸브(19)를 통해 증기 수집기에 연결되며, 이는 증기 추출의 신뢰성을 향상시키는 것을 가능하게 하는 리던던시(Redundancy) 수준을 확보하게 한다.

수집 라인(2)은 밀폐의 연속성을 보장하기 위해 1차 밀폐 멤브레인(8)에 단단히 연결되어 있다. 이를 위해 수집 라인(2)은 L자형 단면을 갖는 칼라(20)를 통해 1차 밀폐 멤브레인(8)에 연결된다. 칼라(20)는 수직 배향의 원통형 부분과 수평 배향의 환형 플랜지를 포함한다. 원통형 부분은 수집 라인(2) 전체에 단단히 감겨 있다. 환형 플랜지는 원통형 부분의 상단에서 수평으로 돌출되고 1차 밀폐 멤브레인(8)에 단단히 용접된다. 이러한 칼라(20)는 수집 라인(2)과 1차 밀폐 멤브레인(8)의 연결부에 열 및 동적 응력을 흡수하는 것을 가능하게 하는 유연성을 부여하는 것을 가능하게 한다.

바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 탱크(1)는 수집 라인(2) 내부에서 작동되고 그 커버(17)를 완전히 통과하는 탱크(1)의 선적 및/또는 하역을 위해 의도된 하나 이상의 라인(21)을 포함한다. 탱크(1)의 하역을 보장하기 위한 라인(21)은 하부 벽(9)의 바로 근처까지 연장된다. 라인(21)의 하단에는 도 1에 나타내지 않은 하역 펌프가 장착된다.

도시되지 않은 실시예에 따르면, 선적 및/또는 하역을 위해 의도된 라인은 선적/하역 라이저의 수직 마스트에 의해 형성된다. 선적/하역 라이저는 예를 들어 삼각대 구조를 포함하며, 다시 말해서 크로스멤버에 의해 서로 고정되는 3개의 수직 마스트를 포함한다. 각각의 마스트는 속이 비어 있고 수집 라인(2)의 덮개(17)를 통과한다. 따라서 각 마스트는 하역 펌프가 고장날 경우에 대비하여, 액화 가스를 탱크(1)에 적재할 수 있도록 하는 선적 라인, 탱크(1)에서 액화 가스를 하역할 수 있도록 하는 하역 라인, 또는 백업 펌프와 하역 라인을 허용하는 릴리프 웰(relief well)을 형성한다.

따라서, 전술한 실시예에서, 수집 라인(2)은 가스 돔 구조와 액체 돔 구조 모두를 형성한다. 즉, 가스로 채워진 천장의 압력 관리 기능과 액화 가스를 탱크(1)에 적재 및/또는 하역하는 기능이 단일 구조로 보장되어 탱크의 구성을 단순화할 수 있으며, 특정 구조의 수를 제한하여 비용을 줄일 수 있다. 그러나 다른 한편으로, 수집 라인(2)이 적어도 하나의 선적 및/또는 하역 라인(21)의 통로를 위해 사용되는 경우, 더 큰 직경을 가지며, 수집 라인(2)과 밀폐 멤브레인 사이의 링크에 충분한 유연성을 부여하기 위해 칼라(20)의 축방향 치수 및 탱크(1)의 내부에 돌출된 수집 라인(2)의 부분 치수를 증가시킨다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 1차 밀폐 멤브레인(8)이 탱크(1)의 내부 공간(3)을 향해 돌출된 주름을 포함하는 주름진 멤브레인인 경우, 수집 라인(2)은 주름부를 지나 탱크(1)의 내부 공간(3) 내부에서 바닥을 향해 돌출된다.

일 실시예에 따르면, 수집 라인(2)은 상부 벽(10)의 1차 밀폐 멤브레인(8)을 기준으로 탱크(1) 내부로 80mm 초과, 바람직하게는 100mm 초과, 예를 들면 150mm로 돌출된다.

또한, 탱크(1)에는 가스로 채워진 천장에서 수집 라인(2)의 내부 공간(18)으로 액화 가스를 운반하기 위한 파이프(22)가 장착되어 있다. 파이프(22)는 수집 라인(2) 외부의 탱크(1)의 내부 공간(3)에 위치한 제1 단부(23)를 포함한다. 제1 단부(23)는 수집 라인(2)의 바닥 단부(15) 높이(h)보다 높고 탱크(1)의 최대 선적 레벨(hmax)보다 높은 높이(h1)에서 탱크(1)의 내부 공간(3)으로 개방된다. 또한, 상기 파이프(22)는 높이(h2)에서 수집 라인(2)의 내부 공간(18)으로 개방되는 제2 단부(24)를 포함한다. 높이(h2)는 수집 라인(2)의 바닥 단부(15)의 높이(h)보다 높고 최대 선적 레벨(hmax)보다 높다.

따라서, 파이프(22)의 제1 및 제2 단부(23, 24)는 탱크(1)의 최대 선적 레벨(hmax) 위에 위치하는 반면 수집 라인(2)의 바닥 단부(15)는 그 아래에 위치하여, 비록 수집 라인(2)의 바닥 단부(15)가 액화 가스의 액상에 잠겨 있어도, 탱크(1)의 가스로 채워진 천장과 수집 라인(2)의 내부 공간(18) 사이의 유체 연결을 보장할 수 있다.

파이프(22)는 수집 라인(2)의 제1 단부(23)와 제2 단부(24)를 연결하기 위해 수집 라인(2)의 바닥 단부(15) 아래로 이어지는 우회 섹션(25)을 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 상기 우회 섹션(25)은 파이프(22)가 필요 없이 파이프(22)의 제1 및 제2 단부(23, 24)를 연결하도록 수집 라인(2)의 바닥 단부(15) 아래로 흐르게 하는 U자형을 갖는다. 따라서 파이프(22)는 탱크(1)의 내부 공간(3)으로 돌출된 수집 라인(2) 부분을 통과하지 않는다. 우회 섹션(25)의 가장 낮은 부분은 탱크(1)의 바닥 벽(9)으로부터 높이(h3)에 배치된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 탱크(1)에 액화 가스가 최대 선적 레벨(hmax)로 채워져 수집 라인(2)의 바닥 단부(15)가 액화 가스의 액상에 잠기게 되면 파이프(22)의 우회 섹션(25)은 액상의 액화 가스로 채워진다. 그러나, 가스로 채워진 천장과 수집 라인(2)의 내부 공간(18) 사이의 압력 차가 충분하다면 파이프(22)의 우회 섹션(25)에 포함된 액상의 액화 가스가 배출될 수 있다.

바람직하게는, 정상적인 운항 상태에서 가스로 채워진 천장의 압력이 탱크(1)가 견딜 수 있는 최대 압력(Pdesign)에 결코 도달하지 않도록 하기 위해, 파이프(22)의 기하학적 구조와 안전 밸브(19)의 임계 압력(Ps)을 측정할 때 액체 상태의 액화 가스를 탱크에서 몰아내는 데 필요한 추가 과압이 고려된다.

파이프(22)의 기하학적 구조에 따라, 임계 압력(Ps)의 크기는 탱크(1)에 최대 선적 레벨(hmax) 또는 높이 차이(h2-h3)까지 액화 가스가 적재될 때 또는 액화 가스로 채워질 가능성이 있는 파이프(22)의 길이(l)에 따라 달라진다. 도 1의 실시예에서, 길이(l)는 최대 선적 레벨(hmax) 아래에 위치한 파이프(22)의 우회된 부분의 길이에 실질적으로 대응하고, 바람직하게는 길이(l)는 최대 선적 레벨(hmax) 아래에 위치한 파이프(22)의 우회된 부분의 길이에 대응한다.

본 발명을 나타내기 위해 선택된 예에서, 파이프(22)는 중앙 부분이 선형으로 연장되는 U자형을 가지며; 2개의 대향 단부는 2개의 말단부에 의해 연장된다. 탱크가 기울어지지 않는 경우 피치 또는 롤 현상으로 인해 파이프(22)의 중앙부는 수평으로 연장되고 두 말단부는 수직으로 연장된다. 따라서 임계 압력(Ps)의 치수는, 최대 선적 레벨(hmax) 하의 각 말단 부분의 길이를 고려한 파이프(22)의 높이 및 파이프(22)의 중심부의 길이를 고려한 두가지 특정 경우에 따라 측정된다. 여기서 길이(l)은 최대 선적 레벨(hmax)에서 중앙 부분과 두 말단 부분의 길이의 합에 해당한다. 파이프(22)의 중앙 부분의 길이는 선박의 롤 또는 피치 현상 및 액화 가스, LPG/LNG 또는 기타 가스의 경향을 고려할 수 있게 한다. 명백하게, 예를 들어 중앙 부분 및 원위 부분이 선형으로 연장되지 않은 경우와 같은 파이프(22)의 임의의 다른 형태는 이 파이프(22)의 기능 및 임계 압력(Ps)의 치수에 대한 관계를 수정하지 않을 것이다.

제1 실시예에 따르면, 탱크(1)에 액화 가스가 최대 선적 레벨(hmax)까지 적재될 때 액화 가스가 채워질 가능성이 있는 파이프(22)의 길이(l)는 높이 차이(h2-h3)보다 크다. 이 경우, 안전 밸브(19)의 임계 압력(Ps)은 다음 부등식으로 확인된다.

Ps < Pdesign - φ* g * (h2 - h3);

Ps: 안전 밸브(19)의 임계 압력;

P design: 탱크(1)의 치수가 결정된 최대 설계 압력.

φ : 탱크(1)에 저장되는 액화가스의 밀도

g : 지구 중력의 수직 가속도;

h2: 파이프(22)의 제2 단부(24)의 높이; 및

h3: 파이프(22)의 가장 낮은 지점의 높이.

바람직하게는, 안전 밸브(19)의 임계 압력(Ps)을 과소 평가하지 않고 탱크(1)의 압력 상승 용량을 손실하지 않기 위해 임계 압력(Ps)은 또한 다음 부등식으로 확인된다.

Ps > Pdesign - φ * g * (h2 - h3) - k;

k는 50 내지 20,000 Pa, 바람직하게는 100 내지 1000 Pa, 우선적으로는 100 Pa 정도이다.

제2 실시예에 따르면, 탱크(1)에 액화 가스가 최대 선적 레벨(hmax)까지 적재될 때 액화 가스가 채워질 가능성이 있는 파이프(22)의 길이(l)는 높이 차이(h2-h3)보다 작다. 이 경우, 안전 밸브(19)의 임계 압력(Ps)은 다음 부등식으로 확인된다.

Ps < Pdesign - φ* g * l.

바람직하게는, 임계 압력(Ps)를 과소 평가하지 않기 위해 후자는 또한 다음 부등식으로 확인된다.

Ps > Pdesign - φ* g * l - k ;

도 4와 관련하여, 본 발명의 다른 실시예가 이하에서 설명된다. 이 실시예에서, 탱크(1)는 가스로 채워진 천장의 구역으로부터 수집 라인(2)의 내부 공간(18)으로 증기상의 액화 가스를 각각 운반하도록 의도된 적어도 2개의 파이프(22, 26)를 포함한다.

제2 파이프(26)는 다음을 포함한다:

- 탱크(1)의 내부 공간(3)에 위치하며 수집 라인(2) 외부에 위치하며 높이(h)보다 높고 hmax보다 높은 높이(h'1)에서 개방되는 제1 단부(27);

- h보다 크고 hmax보다 높은 높이(h'2)에서 수집 라인(2)의 내부 공간(18)으로 개방되는 제2 단부(28); 및

- 제2 파이프(26)의 제1 단부(27)와 제2 단부(28)를 연결하기 위해 수집 라인(2)의 바닥 단부(15) 아래로 이어지는 우회 섹션(29).

파이프(22, 26)의 제1 단부(23, 27)는 탱크(1) 내부 공간(3)의 2개 구역에서 탱크(1) 내부에 개방되며, 이 구역은 선박의 세로 방향에 평행이고 수직이며 선박의 무게 중심을 통과하는 중앙 세로 평면(P)의 양쪽에 위치한다. 바람직하게는, 탱크(1)의 내부 공간(3)의 2개의 구역은 상부 벽(10)의 2개의 단부에 근접하게 위치되며, 선박의 길이 방향에 직각인 횡방향으로 서로 마주한다. 따라서, 선박이 리스트 경사를 나타내는 기울어진 자세로 고정되면 두 개의 파이프(22, 26) 중 적어도 하나가 탱크(1)의 가장 높은 지점에서 개방되고 따라서 탱크에 저장된 극저온의 증기상을 배출할 수 있다.

더욱이, 바람직하게는, 2개의 파이프(22, 26)의 제1 단부(23, 27)는 용기의 길이 방향에 직교하는 중앙 횡단면에 근접하게 위치된다. 즉 제1 단부(23, 27)는 선박의 길이 방향에서 탱크(1)의 치수의 30-70% 사이에 있는 탱크(1)의 횡벽(14) 중 하나로부터 이격되게 위치한다. 이는 선박이 트림 경사를 나타내는 기울어진 자세로 고정될 때 파이프(22, 26)의 제1 단부(23, 27)가 액화 가스의 액상에 잠길 위험을 제한하는 것을 가능하게 한다.

도 5 및 도 6과 관련하여, 상부 벽(10) 상에 파이프(22)를 고정하기 위한 구역이 2개의 실시예에 따라 예시된다. 이들 2개의 실시예에서, 파이프(22)의 고정으로 인한 1차 밀폐 멤브레인(8)의 응력을 제한하기 위해, 파이프는 1차 단열 배리어(7)의 단열 패널 상에 직접 고정되고 1차 밀폐 멤브레인(8)의 시트(33, 34, 35, 36, 37)에 견고하게 용접되는 금속 고정 플레이트(30, 31, 32) 상에 고정된다.

도 5는 1차 단열 배리어(7)의 단열 패널에 고정된 금속 고정 플레이트(30, 31)의 위치를 점선으로 도시한다. 금속 고정 플레이트(30)는 서로 직교하는 두 방향으로 배치된다. 1차 밀폐 멤브레인(8)의 금속 시트(33, 34, 35, 36)는 금속 고정 플레이트(30)를 따라 서로 겹침 용접된다. 또한, 인접한 금속 플레이트의 엣지에 의해 덮인 금속판(33, 34, 35, 36)의 엣지는 금속 고정 플레이트(30) 중 하나에 용접으로 고정된다. 금속 시트(33, 34, 35, 36)의 코너 영역은 절단되어 4개의 인접한 금속 시트(33, 34, 35, 36) 사이의 교차점에서 금속 고정 플레이트(30) 중 하나의 영역이 어떠한 4개의 인접한 금속 시트(33, 34, 35, 36) 로도 덮이지 않도록 절단된다. 바람직하게는, 이러한 덮이지 않은 구역은 파이프(22)를 위한 고정 구역(38)을 형성한다.

도 6에서, 점선으로 표시된 금속 고정 플레이트(32)는 1차 밀폐 멤브레인(8)의 금속 시트(37)로 덮여 있다. 금속 시트(37)는 오리피스(39)를 포함한다. 금속 시트(37)는 상기 오리피스의 전체 둘레에서 금속 고정 플레이트(32)에 단단히 용접된다. 따라서 금속 시트(37)의 오리피스(39) 반대편에 배치된 금속 고정 플레이트(32)의 구역은 파이프(22)를 위한 고정 구역(40)을 구성할 수 있다. 대안적인 실시예에 따르면, 이러한 고정 구역이 금속 고정 플레이트(32) 상의 금속 시트(37)의 고정부와 일렬로 된다면, 파이프의 고정 구역(40)은 금속 시트(37) 상에 형성될 수 있다. 도 7은 일 실시예에 따른 상부 벽(10)에 파이프(22)를 고정하기 위한 수단을 도시한다. 이 실시예에서, 고정 수단은 파이프(22)가 통과하는 클램프(41)를 포함한다. 상기 클램프(41)는 도 5 및 도 6과 관련하여 전술한 바와 같이 고정 구역에 고정된다. 일 실시예에 따르면, 파이프(22)는 온도차의 영향 하에 파이프(22)가 자유롭게 수축 또는 팽창할 수 있도록 클램프(41) 내부에 슬라이딩 가능하게 장착된다.

도시되지 않은 다른 실시예에 따르면, 파이프(22)는 수축 및 팽창을 허용하도록 길이 방향으로 유연성을 제공하는 것을 가능하게 하는 하나 이상의 보상 장치(compensation device)를 포함한다. 보상 장치는 특히 벨로우즈 또는 보상 루프로 생산할 수 있다.

도 8을 참조하면, 메탄 탱커 선박(170)의 단면도는 선박의 이중 선체(172)에 장착된 일반적으로 프리즘 형태의 밀폐되고 절연된 탱크(171)를 도시한다. 탱크(171)의 벽은 탱크에 포함된 LNG와 접촉하도록 의도된 1차 밀폐 멤브레인, 1차 밀폐 멤브레인과 선박의 이중 선체(172) 사이에 배치된 2차 밀폐 멤브레인, 및 1차 밀폐 멤브레인과 2차 밀폐 멤브레인, 그리고 2차 밀폐 멤브레인과 이중 선체(172) 사이에 각각 배치된 2개의 단열 배리어로 구성된다.

그 자체로 알려진 바와 같이, 선박의 상부 데크에 배치된 선적/하역 파이프라인(173)은 탱크(171)로부터 또는 탱크(171)로 LNG 화물을 이송하기 위해 적절한 커넥터에 의해 해상 또는 항구 터미널에 연결될 수 있다.

도 8은 또한 하역 스테이션(175), 해저 라인(176) 및 육상 설비(177)를 포함하는 해상 터미널의 예를 나타낸다. 선적 및 하역 스테이션(175)은 이동식 아암(174) 및 상기 이동식 아암(174)을 지지하는 라이저(178)를 포함하는 고정 해양 설비이다. 상기 이동식 아암(174)은 선적/하역 파이프라인(173)에 연결될 수 있는 단열된 가요성 파이프(179)의 번들을 지지한다. 지향성 이동식 아암(174)은 모든 메탄 탱커 템플릿에 적응한다. 표시되지 않은 링크 라인은 라이저(178) 내부로 확장된다. 선적 및 하역 스테이션(175)은 메탄 탱커(170)가 육상 설비(177)로부터 또는 육상 설비(177)로 선적 및 하역되도록 한다. 이것은 액화 가스 저장 탱크(180) 및 해저 라인(176)에 의해 선적 또는 하역 스테이션(175)에 연결된 링크 라인(181)을 포함한다. 해저 라인(176)은 선적 또는 하역 스테이션(175)과 육상 설비(177) 사이에서 액화 가스를 먼 거리, 예를 들어 5km에 걸쳐 이송하는 것을 가능하게 하여, 선적 및 하역 작업 중 해안으로부터 멀리 떨어진 곳에 메탄 탱커 선박(170)을 유지하는 것을 가능하게 한다.

액화 가스의 이송에 필요한 압력을 생성하기 위해 선박(170)에 탑재된 펌프 및/또는 육상 설비(177)에 장착된 펌프 및/또는 로딩 및 하역 스테이션(175)에 장착된 펌프가 구현된다.

본 발명이 몇몇 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것이 이에 제한되지 않고 설명된 수단의 모든 기술적 등가물, 및 발명의 청구된 내용의 맥락에 속하는 경우 이들의 조합을 포괄한다는 것은 자명하다.

동사 "구비하다" 또는 "포함하다"의 사용과 그 활용 형태는 청구항에 명시된 것 이외의 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다.

청구 범위에서 괄호 사이의 참조 기호는 청구 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims

액화 가스를 저장하기 위한 밀폐 단열된 탱크(1)로서, 상기 탱크(1)는:
- 액화 가스를 저장하도록 의도된 내부 공간(3)을 정의하는 복수의 벽으로서, 상부 벽(10)을 포함하는 복수의 벽; 및
- 탱크(1)의 내부 공간(3)으로부터 증기상의 액화 가스를 추출하도록 된 수집 라인(2)으로서, 상기 수집 라인(2)은 상부 벽(10)을 통과하고, 상기 수집 내부 공간(3)으로 개방되고 상부 벽(10)을 넘어 높이(h)까지 아래쪽으로 돌출하는 바닥 단부(15)를 포함하는, 수집 라인(2); 및
- 탱크(1)의 내부 공간(3)으로부터 수집 라인(2)으로 증기상의 액화 가스를 운반하도록 된 적어도 하나의 제1 파이프(22)로서, 상기 제1 파이프(22)는 제1 단부(23) 및 제2 단부(24)를 포함하되, 상기 제1 단부(23)는 수집 라인(2)의 외부에 있되 탱크(1)의 내부 공간(3)에 배치되고, h보다 더 높은 높이(h1)에서 상기 내부 공간(3)으로 개방되고, 상기 제2 단부(24)는 h보다 더 높은 높이(h2)에서 수집 라인(2) 내부에서 개방되고, 상기 제1 파이프(22)는 제1 파이프(22)의 제1 단부(23) 및 제2 단부(24)를 연결하기 위해 수집 라인(2)의 바닥 단부(15) 아래에서 연장되는 우회 섹션(25)을 포함하고, 상기 수집 라인(2)은, 수집 라인(2)의 내부 공간(18)의 압력이 임계 압력(Ps)보다 크고, 상기 임계 압력(Ps)은 하기 부등식을 충족할 때 수집 라인(2)으로부터 증기상으로 액화 가스를 추출하도록 된 안전 밸브(19)에 연결되는, 적어도 하나의 제1 파이프(22);를 포함하는, 밀폐 단열된 탱크(1).
Ps < Pdesign - φ * g * min;
P design: 탱크(1)의 치수가 지정된 최대 설계 압력;
φ : 탱크(1)에 저장될 액화가스의 밀도;
g : 지구 중력의 수직 가속도;
min: (h2 - h3) 및 l 중 가장 작은 값;
h2: 제1 파이프(22)의 제2 단부의 높이;
h3: 제 1 파이프(22)의 가장 낮은 지점의 높이;
l : 탱크(1)에 최대 선적 레벨(hmax)까지 액화 가스를 선적할 때 액화 가스가 충진될 가능성이 있는 제1 파이프(22)의 길이.
제1항에 있어서, 상기 우회 섹션(25)은 U자 형상을 갖는, 밀폐 단열된 탱크(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 높이(h)는 최대 선적 레벨(hmax)보다 낮고 높이(h1, h2)는 최대 선적 레벨(hmax)보다 높은, 밀폐 단열된 탱크(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 임계 압력(Ps)은 다음 부등식을 추가로 만족하는, 밀폐 단열된 탱크(1).
Ps > Pdesign - φ * g * min - k;
k는 100에서 1000Pa 사이의 값.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상부 벽(10)은 탱크(1)에 저장된 액화 가스와 접촉하도록 의도된 1차 밀폐 멤브레인(8)을 포함하고, 1차 밀폐 멤브레인(8)은 탱크(1)의 내부를 향해 돌출된 주름을 갖고 상기 수집 라인(2)은 1차 밀폐 멤브레인(8)의 주름을 넘어 내부 공간(3) 내부로 돌출하는, 밀폐 단열된 탱크(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 수집 라인(2)은 80mm보다 큰 수직 거리만큼 상부 벽(10)을 넘어 내부 공간(3) 내부로 돌출하는, 밀폐 단열된 탱크(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 탱크(1)는 수집 라인(2) 내부에서 진행되는 탱크(1)의 선적 및/또는 하역을 위한 하나 이상의 라인을 포함하는, 밀폐 단열된 탱크(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상부 벽(10)은 적어도 하나의 1차 단열 배리어(7) 및 1차 단열 배리어에 고정된 1차 밀폐 멤브레인(8)을 포함하고,
상기 상부 벽(10)은 1차 단열 배리어(7)에 고정되고 1차 밀폐 멤브레인(8)의 금속 시트(33, 34, 35, 36, 37)가 견고하게 용접되는 금속 고정 플레이트(30, 31, 32)를 포함하고,
제1 파이프(22)는 금속 고정 플레이트(30, 31, 32) 중 하나에 형성되거나 금속 고정 플레이트(30, 31, 32) 중 하나에 고정된 1차 밀폐 멤브레인(8)의 부분에 형성되는 고정 영역(38, 40)에 고정되는, 밀폐 단열된 탱크(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 탱크(1)는 탱크(1)의 내부 공간(3)으로부터 증기상으로 액화 가스를 수집 라인(2)으로 운반하도록 된 제2 파이프(26)를 포함하고,
상기 제2 파이프(26)는 제1 단부(27) 및 제2 단부(28)를 포함하고,
상기 제1 단부(27)는 수집 라인(2)의 외부에 있되 탱크(1)의 내부 공간(3)에 배치되고, h보다 높은 높이(h'1)에서 내부 공간(3)으로 개방되고,
상기 제2 단부(28)는 h보다 높은 높인(h'2)에서 수집 라인(2)으로 개방되는, 밀폐 단열된 탱크(1).
제9항에 있어서, 제1 파이프(22)의 제1 단부(23) 및 제2 파이프(26)의 제1 단부(27)는 중앙 세로 수직 평면의 양쪽에 배치되는, 밀폐 단열된 탱크(1).
유체를 운송하기 위한 선박(170)으로서, 이중 선체(172) 및 상기 이중 선체에 배치된 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 탱크(171)를 포함하는 선박.
제11항에 따른 선박(170), 상기 선박의 선체에 설치된 탱크(171)를 부유식 또는 육상 저장 설비(177)에 연결하도록 된 단열 파이프라인(173, 179, 176, 181) 및 상기 단열 파이프라인을 통해 선박의 탱크에서 부유식 또는 육상 저장 설비로 또는 부유식 또는 육상 저장 설비에서 선박의 탱크로 유체의 흐름을 구동하기 위한 펌프를 포함하는 유체 이송 시스템.
제13항에 따른 선박(170)의 선적 또는 하역 방법에 있어서, 유체는 절연 파이프라인(173, 179, 176, 181)을 통해 부유식 또는 육상 저장 설비(177)로 또는 그로부터 선박의 탱크(171)로 운반되는, 선적 또는 하역 방법.