KR100678725B1 - 엘엔지 선박용 엘엔지의 통합 열교환시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG(액화천연가스)의 운송을 위한 선박의 LNG 저장탱크로부터 배출되는 LNG 또는 그 휘발가스(BOG: Boil-off gas)를 증발 및 가열시키기 위한 열교환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 운항중에 필요한 연료의 공급을 위한 열교환시스템과 선박의 접안(Dock-in) 후 LNG의 하역작업시 또는 선박의 운항중 긴급상황시에 사용되는 LNG 배출용 열교환시스템을 스위치밸브와 가변증발기를 이용한 하나의 열교환시스템으로 통합시킴으로서, 증발기의 사용 개수 및 그에 따른 전체적인 배관구조를 합리적으로 개선하여 열교환시스템의 설비와 그 운용에 따른 경제성과 편의성 및 효율성을 최대한으로 향상시킬 수 있도록 한 엘엔지 선박용 엘엔지의 통합 열교환시스템에 관한 것이다.

본 발명에 의한 엘엔지 선박용 엘엔지의 통합 열교환시스템은, LNG(액화천연가스)의 운반을 위한 선박의 LNG 저장탱크(1)로부터 배출되는 LNG(2) 또는 그 휘발가스(BOG: Boil-off gas)를 증발 및 가열시키기 위한 열교환시스템에 있어서, 상기 LNG 저장탱크(1)로부터 연장되는 휘발가스(BOG)의 배출라인(3a)이 컴프레셔(6)의 유입측과 연결 설치되고, 상기 컴프레셔(6)는 그 토출라인(6a)에 의하여 선박의 엔진 또는 보일러로 연료를 공급하기 위한 히터(8)와 연결 설치되며, 상기 LNG 저장탱크(1) 내부의 수중펌프(4)로부터 연장되는 LNG(2)의 배출라인(4a)이 가변증발기(10)의 유입부측과 연결 설치되고, 상기 가변증발기(10)의 배출부측에는 스위치밸브(21)(22)를 구비하는 한 쌍의 공급라인(10a)(10b)이 분기되어, 하나의 공급라인 (10a)은 컴프레셔(6)의 유입측과 연결 설치되고, 또 다른 하나의 공급라인(10b)은 LNG 저장탱크(1)의 내부로 연장되도록 설치되며, 상기 컴프레셔(6)의 가동을 위한 구동모터(7)와 각각의 스위치밸브(21)(22)는 컨트롤패널(20)과 케이블(23)로 접속되어 그 자동적인 제어가 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

LNG(액화천연가스), BOG(Boil-off gas), 열교환시스템, 증발기, 히터

Description

엘엔지 선박용 엘엔지의 통합 열교환시스템{Unionized heat-exchanging system for LNG of LNG transporting ship}

도 1은 엘엔지 선박에 설치되는 종래의 열교환시스템을 나타내는 계통도.

도 2는 본 발명에 의한 엘엔지 선박용 엘엔지의 통합 열교환시스템을 나타내는 계통도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : LNG 저장탱크 2 : LNG 3 : BOG 수집탱크

3a,4a : 배출라인 4 : 수중펌프 4b : 분기라인

4c : 리턴라인 5 : 강제증발기 5' : LNG 증발기

5a,5b,9a : 공급라인 6 : 컴프레셔 6a : 토출라인

7 : 구동모터 8 : 히터 8a,10a,10b : 공급라인

9 : 미분분리기 10 : 가변증발기 11 : 스팀라인

20 : 컨트롤패널 21,22 : 스위치밸브 23 : 케이블

본 발명은 LNG(액화천연가스)의 운송을 위한 선박의 LNG 저장탱크로부터 배 출되는 LNG 또는 그 휘발가스(BOG: Boil-off gas)를 증발 및 가열시키기 위한 열교환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 운항중에 필요한 연료의 공급을 위한 열교환시스템과 선박의 접안(Dock-in) 후 LNG의 하역작업시 또는 선박의 운항중 긴급상황시에 사용되는 LNG 배출용 열교환시스템을 스위치밸브와 가변증발기를 이용한 하나의 열교환시스템으로 통합시킴으로서, 증발기의 사용 개수 및 그에 따른 전체적인 배관구조를 합리적으로 개선하여 열교환시스템의 설비와 그 운용에 따른 경제성과 편의성 및 효율성을 최대한으로 향상시킬 수 있도록 한 엘엔지 선박용 엘엔지의 통합 열교환시스템에 관한 것이다.

일반적으로 액화천연가스(LNG: Liquefied natural gas)의 운반을 위한 선박에는 프로펠러 구동용 터빈을 가동시키기 위한 증기발생기관과 같은 각종 동력발생수단을 포함하여 선박에 탑승한 승무원의 생활을 위한 각종 에너지 생산설비가 갖추어져 있으며, 이와 같은 각종 동력발생수단 및 에너지의 생산설비를 가동시키기 위한 연료로서 선박에 선적된 LNG 또는 그 휘발가스(BOG: Boil off gas)를 사용하게 된다.

상기와 같이 LNG 운반용 선박의 운항을 위한 각종 동력발생수단이나 에너지의 생산설비측으로 연료를 공급하기 위한 대표적인 열교환시스템으로서 국제특허출원 PCT/NO97/00056호(공개번호: WO 97/32157, 공개일자: 1997년 09월 04일)호에 기재된 액화가스로부터 발생한 휘발가스를 사용하기 위한 방법 및 장치와, 미국특허공보 제 6,598,564호(등록일자: 2003년 07월 29일)에 기재된 천연가스의 공급장치 등이 알려져 있다.

또한, LNG 운반용 선박의 운항에 필요한 연료의 공급을 위한 상기 열교환시스템과 함께, 선박의 접안(Dock-in)후 LNG를 육상으로 하역하는 작업을 하거나, 선박의 운항중에 화재와 같은 긴급상황이 발생하여 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 신속하게 외부로 배출시킬 경우, LNG 저장탱크의 내압이 진공수준까지 급격히 저하되는 것을 방지하여 LNG의 펌핑작업을 용이하게 수행할 수 있도록 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 증발(기화)시켜 LNG 저장탱크의 내부로 다시 공급하도록 하는 LNG 배출용 열교환시스템이 사용되고 있다.

상기와 같이 LNG 선박의 운항에 필요한 연료의 공급 및 LNG의 배출을 위한 종래의 열교환시스템은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, LNG 저장탱크(1)의 상부측에 구비되는 BOG 수집탱크(3)로부터 휘발가스(BOG)의 배출라인(3a)이 연장되어 미분분리기(Mist separator)(9)와 연결 설치되고, 상기 미분분리기(9)를 거친 휘발가스(BOG)가 공급라인(9a)을 통하여 컴프레셔(6)측으로 유입되도록 설치되며, 이로 인하여 상기 휘발가스(BOG)가 컴프레셔(6)에 의한 압축 과정을 거치면서 1차적으로 가열된다.

또한, 상기 컴프레셔(6)의 토출측으로부터 연장되는 토출라인(6a)이 스팀라인(11)을 가열원으로 하는 히터(8)와 연결 설치됨으로서, 컴프레셔(6)에 의하여 1차 가열된 휘발가스(BOG)가 상기 히터(8)의 내부에서 2차 가열된 다음, 히터(8)로부터 연장되는 공급라인(8a)을 통하여 선박의 엔진 또는 보일러 등에 사용될 연료로서 공급되는 것이다.

따라서, 모스형이나 메인브레인형과 같은 LNG 저장탱크(1)의 형상에 관계없 이 저장탱크(1)를 싸고 있는 절연체를 통한 외부열의 유입 결과로 인하여 LNG(2)의 전체 저장량 중 하루평균 0.1% 내지 3% 정도로 발생하는 휘발가스(BOG)를 선박의 엔진 또는 보일러의 연료로 사용하도록 함으로서, LNG 저장탱크(1)의 내압증가 및 이로 인한 폭발사고의 위험을 방지하도록 함과 동시에, LNG(2)의 불필요한 연소처리 및 이로 인한 대기오염과 자원낭비 또한 방지할 수 있도록 하였다.

상기와 같이 LNG 저장탱크(1)로부터 배출되는 휘발가스(BOG)가 선박의 엔진 또는 보일러의 연료로 사용되는 것은 전체 연료사용량의 약 2/3에 해당하므로, 나머지 1/3에 해당하는 연료는 LNG(2) 자체를 펌핑(Pumping)하여 사용하게 되는 데, 이를 위하여 상기 LNG 저장탱크(1)의 내부 바닥측에는 수중펌프(4)가 설치되어 있으며, 상기 수중펌프(4)로부터 LNG(2)의 배출라인(4a)이 연장되어 강제증발기(5)의 유입부측과 연결 설치되어 있으며, 상기 배출라인(4a)으로부터는 리턴라인(4c)이 분기되어 LNG 저장탱크(1)의 내부까지 연장되어 있다.

상기 강제증발기(5)(Forcing vaporizer)는 히터(8)와 마찬가지로 선박의 엔진 즉, 터빈기관이나 보일러의 가동에 따라 생성되는 스팀(Steam: 증기)을 LNG(2)의 증발(기화)열원으로 사용할 수 있도록 하는 스팀라인(11)이 하나의 열교환구조를 이루도록 그 내부에 삽입 설치되며, 상기 강제증발기(5)의 배출부측에서 연장되는 증발가스(NG: Natural gas)의 공급라인(5a)이 미분분리기(9)와 연결 설치됨으로서, 미분분리기(9)의 내부로 유입된 증발가스(NG)가 상기 휘발가스(BOG)와 함께 공급라인(9a)을 통하여 컴프레셔(6)로 유입될 수 있도록 이루어져 있다.

따라서, 상기 수중펌프(4)의 작동에 따라 LNG(2) 자체가 강제증발기(5)의 내 부로 유입됨과 동시에, 강제증발기(5)를 통하여 유동하는 고온유체(스팀)와의 열교환 작용으로 일정 온도만큼 1차 가열 및 증발(기화)된 다음, 이와 같이 증발된 증발가스(NG)가 휘발가스(BOG)와 함께 컴프레셔(6) 및 히터(8)를 거쳐 연소에 적합한 온도 수준으로 최종 가열된 상태에서 공급라인(8a)를 통하여 선박의 엔진 또는 보일러측으로 공급될 수 있도록 이루어져 있다.

상기와 같이 LNG 운반용 선박의 운항에 필요한 연료의 공급을 위한 열교환시스템과 함께 설치되는 LNG 배출용 열교환시스템은, 상기 수중펌프(4)로부터 연장되는 LNG(2)의 배출라인(4a)으로부터 또 다른 배관인 분기라인(4b)이 연장되어, 상기 분기라인(4b)이 스팀라인(11)을 가열원으로 하는 LNG 증발기(5')의 유입부측과 연결 설치되고, 상기 LNG 증발기(5')로부터 연장되는 증발가스(NG)의 공급라인(5b)이 LNG 저장탱크(1)의 내부로 삽입 설치된다.

상기 열교환시스템은 선박의 접안(Dock-in)후 LNG(2)의 하역작업을 수행하거나 또는 선박의 운항중에 화재 등이 발생하여, 도시되지 않은 대용량의 펌프로서 LNG(2)를 선박의 외부로 신속히 배출시킬 경우, LNG 저장탱크(1)의 내압이 진공수준까지 급격히 저하되는 것을 방지하여 펌핑작업의 속도 및 저장탱크(1)의 안전성을 확보할 수 있도록, 상기 수중펌프(4)에 의하여 LNG 저장탱크(1)로부터 배출된 LNG(2)를 LNG 증발기(5')에서 증발(기화)시킨 다음 저장탱크(1)의 내부로 재공급시키도록 한 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 열교환시스템은 2대의 증발기(5)(5')를 사용하여 각각 별도의 시스템으로 분리 설치되는 것이 일반적이기 때문에, LNG 운반용 선 박에 설비되는 모든 LNG 저장탱크(1)의 LNG(2) 배출라인(4a)으로부터 별도의 분기라인(4b)을 연장시켜 2대의 증발기(5)(5')를 병렬식으로 연결시켜야 함으로서, 증발기(5)(5')의 설치 개수 및 그 설치에 따른 공간이 불필요하게 증가될 뿐만 아니라, 열교환시스템을 이루는 전체적인 배관구조가 복잡하게 되는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 열교환시스템을 선박에 설비하는 데 따른 시간과 비용이 과도하게 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 선박의 정상적인 운항시 연료의 공급을 위한 열교환시스템의 작동과 선박의 접안(Dock-in)후 또는 선박의 운항중 긴급상황시에 사용되는 LNG 배출용 열교환시스템의 작동을 2대의 증발기(5)(5')를 이용하여 상황시마다 개별적으로 수행하여야 함으로서, 열교환시스템의 운용에 따른 혼선과 불편이 가중되어 열교환시스템의 사용에 따른 편의성과 능률성이 저하되는 문제점이 있었다.

특히, 선박에 화재가 발생하여 LNG 저장탱크(1)의 폭발위험성이 매우 높은 긴급상황시, 연료의 공급을 위한 열교환시스템으로부터 LNG(2)의 배출을 위한 열교환시스템으로의 전환 후, 해당 열교환시스템의 정상적인 작동 즉, LNG 증발기(5')의 정상작동이 이루어지기까지 어느 정도의 시간이 소요되므로 긴급상황에 대한 대처능력이 저하되는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 LNG 저장탱크(1)의 폭발사고와 같은 대형사고를 보다 안전하게 예방하는 측면에 그다지 크게 기여하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 엘엔지 선박용 엘엔지의 통합 열교환시스템은 선박의 운항중에 필요한 연료의 공급을 위한 열교환시스템과 선박의 접안(Dock-in) 후 LNG의 하역작업시 또는 선박의 운항중 긴급상황시에 사용되는 LNG 배출용 열교환시스템을 스위치밸브와 가변증발기를 이용한 하나의 열교환시스템으로 통합시킴으로서, 증발기의 사용 개수 및 그에 따른 전체적인 배관구조를 합리적으로 개선하여 열교환시스템의 설비와 그 운용에 따른 경제성과 편의성 및 효율성을 최대한으로 향상시킬 수 있도록 함과 동시에, 긴급상황에 대한 신속한 대처가 가능하도록 하여 LNG 저장탱크의 폭발사고와 같은 대형사고의 예방 측면에 보다 더 크게 기여할 수 있도록 하는 것을 그 기술적인 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, LNG(액화천연가스)의 운반을 위한 선박의 LNG 저장탱크로부터 배출되는 LNG 또는 그 휘발가스(BOG: Boil-off gas)를 증발 및 가열시키기 위한 열교환시스템에 있어서, 상기 LNG 저장탱크로부터 연장되는 휘발가스(BOG)의 배출라인이 컴프레셔의 유입측과 연결 설치되고, 상기 컴프레셔는 그 토출라인에 의하여 선박의 엔진 또는 보일러로 연료를 공급하기 위한 히터와 연결 설치되며, 상기 LNG 저장탱크 내부의 수중펌프로부터 연장되는 LNG의 배출라인이 가변증발기의 유입부측과 연결 설치되고, 상기 가변증발기의 배출부측에는 스위치밸브를 구비하는 한 쌍의 공급라인이 분기되어, 하나의 공급라인은 컴프레셔의 유입측과 연결 설치되고, 또 다른 하나의 공급라인은 LNG 저장탱크의 내부로 연장되도록 설치되며, 상기 컴프레셔의 가동을 위한 구동모터와 각각의 스위치밸브는 컨트롤패널과 케이블로 접속되어 그 자동적인 제어가 가능하도록 설치 되는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 엘엔지 선박용 엘엔지의 통합 열교환시스템은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, LNG 저장탱크(1)의 상부측에 설치되는 BOG 수집탱크(3)로부터 연장되는 휘발가스(BOG)의 배출라인(3a)이 미분분리기(Mist separator)(9)와 연결 설치되고, 상기 미분분리기(9)를 거친 휘발가스(BOG)가 공급라인(9a)을 통하여 컴프레셔(6)측으로 유입되도록 설치되며, 상기 컴프레셔(6)는 그 토출라인(6a)에 의하여 스팀라인(11)을 가열원으로 하는 히터(8)와 연결 설치되고, 상기 히터(8)로부터 연장되는 공급라인(8a)이 미도시된 선박의 엔진 또는 보일러 등의 연소실과 연결 설치된다.

그리고, 상기 LNG 저장탱크(1)의 내부 바닥측에 위치하는 수중펌프(4)로부터 LNG(2)의 배출라인(4a)이 연장되어 이 배출라인(4a)이 가변증발기(10)의 유입부측과 연결 설치되고, 상기 배출라인(4a)으로부터는 리턴라인(4c)이 분기되어 LNG 저장탱크(1)의 내부까지 연장되어 있으며, 상기 가변증발기(10)의 배출부측에는 증발가스(NG)의 공급을 위하여 스위치밸브(21)(22)를 각각 구비하는 한 쌍의 공급라인(10a)(10b)이 분기되도록 설치된다.

상기 공급라인(10a)(10b) 중 하나의 공급라인(10a)은 미분분리기(9)와 연결 설치됨으로서, 미분분리기(9)의 내부로 유입된 증발가스(NG)를 휘발가스(BOG)와 함 께 공급라인(9a)을 통하여 컴프레셔(6)로 유입시킬 수 있도록 이루어져 있으며, 또 다른 하나의 공급라인(10b)은 LNG 저장탱크(1)의 내부로 연장되도록 설치됨으로서, 가변증발기(10)에서 발생한 증발가스(NG)를 LNG 저장탱크(1)의 내부로 재공급시킬 수 있도록 한 구성으로 이루어진다.

상기 BOG 수집탱크(3)는 도면에 도시되어 있는 바와 같이 LNG 저장탱크(1)의 상부측에 별도의 공간을 형성하도록 돌출 설치된 것일 수도 있고, 이와는 달리 LNG 저장탱크(1)의 내부에 저장된 LNG(2)의 액면과 LNG 저장탱크(1)의 상단 내측면 사이에서 LNG(2)의 휘발에 따라 자연적으로 발생하는 공간이 될 수도 있으며, 상기 배출라인(3a)의 선단부는 LNG 저장탱크(1)의 상단부를 관통하여 휘발가스(BOG)가 존재하는 공간에 위치하게 된다.

그리고, 상기 가변증발기(10)(Variable vaporizer)는 종래의 기술내용에서 설명되어진 바와 같이 선박의 엔진 즉, 터빈기관이나 보일러의 가동에 따라 생성되는 스팀(Steam: 증기)을 LNG(2)의 증발열원으로 사용할 수 있도록 하는 스팀라인(11)이 하나의 열교환구조를 이루면서 그 내부에 삽입 설치되어 있으며, 종래 기술내용에서 설명되어진 강제증발기(5)와 LNG 증발기(5')의 역할을 동시에 수행할 수 있도록 그 처리용량이 LNG 증발기(5') 정도로 크게 되는 것을 설치하여 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 미분분리기(9)는 증발가스(NG) 및 휘발가스(BOG)에 함유된 미세먼지와 같은 이물질을 제거하는 필터의 역할을 수행하는 것으로서, 컴프레셔(6)의 유입측에 설치하여 증발가스(NG) 및 휘발가스(BOG)에 함유된 이물질을 사전에 통합처리토록 하는 것이 바람직하지만, 상기 미분분리기(9)가 설치되는 위치는 컴프레셔(6)의 토출라인(6a) 또는 히터(8)의 공급라인(8a)과 같은 다른 위치가 될 수도 있으며, 이 경우 휘발가스(BOG)의 배출라인(3a)과 가변증발기(10)의 공급라인(10a)은 컴프레셔(6)의 유입측과 직접적으로 연결 설치된다.

그리고, 상기 히터(8) 또한 종래의 기술내용에서 설명되어진 바와 같이, 가변증발기(10)에 의하여 1차 가열 및 증발(기화)된 증발가스(NG)와 배출라인(3a)을 통하여 배출되는 휘발가스(BOG)와의 혼합가스를 컴프레셔(6)에 의한 압축 과정에서 추가적으로 가열시킨 다음, 이와 같은 가열된 혼합가스를 연소에 적합한 온도 수준까지 최종적으로 가열시키기 위한 것이다.

상기와 같이 연료의 공급을 위한 열교환시스템과 LNG(2)의 하역작업 또는 선박의 운항중 긴급상황시에 사용되는 LNG 배출용 열교환시스템을 하나의 가변증발기(10)를 사용하여 선택적으로 운용시키거나 또는 동시에 운용시킬 수 있도록 하기 위한 것으로서, 상기 컴프레셔(6)의 가동을 위한 구동모터(7)와 각각의 스위치밸브(21)(22)는 선박의 기관실이나 조타실과 같은 장소에 비치되는 컨트롤패널(20)과 케이블(23)로 접속되어 그 자동적인 제어가 가능하도록 설치된다.

상기와 같이 컨트롤패널(20)과 케이블(23)에 의하여 접속되는 각각의 스위치밸브(21)(22)는 컨트롤패널(20)에 설치되는 스위치나 레버 또는 버튼 등의 조작에 따라 일정한 신호가 입력되면 해당 배관, 즉 증발가스(NG)의 공급라인(10a)(10b)을 개폐시키는 역할을 수행하는 것으로서, 단순한 솔레노이드(Solenoid)식의 개폐밸브를 사용할 수도 있고, 그 개폐량의 조절이 가능한 제어밸브(Control valve)가 사용 될 수도 있으며, 그 이외의 다른 여러 가지 밸브기구가 사용될 수 있다.

위에서 설명되어진 본 발명에 따른 열교환시스템은 LNG(2) 및 그 휘발가스(BOG)와 증발가스(NG)의 유동을 기준으로 하여 대표적인 파이프라인만을 도시하였으나, 종래 기술내용에서 언급되어진 미국특허공보 제 6,598,564호(등록일자: 2003년 07월 29일)의 도면 및 명세서에 기재되어 있는 바와 같이, 히터(8)와 가변증발기(10)의 유입부측과 배출부측에 해당하는 배관이 각종 제어밸브를 구비하는 바이패스 배관으로 연결될 수도 있다.

또한, 상기 컴프레셔(6)와 히터(8) 및 가변증발기(10)와 이를 연결하는 각각의 배관상에 컨트롤패널(20)과 접속되는 온도센서나 압력센서 또는 유량센서 등을 설치하여, 열교환시스템의 작동에 따른 각종 정보가 컨트롤패널(20)에 구비되는 아날로그식 또는 디지털식 게이지 등을 통하여 표시되도록 할 수도 있으며, 이와 같이 입력된 각종 정보가 컨트롤패널(20)에 구비되는 중앙처리장치(CPU)로 전송되도록 함으로서, 컨트롤패널(20)의 중앙처리장치(CPU)가 이러한 정보들을 연산 처리하여 컴프레셔(6)의 가동을 위한 구동모터(7)와 수중펌프(4) 및 각각의 스위치밸브(21)(22)를 전자적으로 제어토록 할 수도 있으며, 이 또한 본 발명이 추구하고자 하는 기술적 사상의 범위내에 당연히 포함되는 것임을 밝혀두는 바이다.

이하, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 작용관계를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 선박의 정상적인 운항시에는 상기 컨트롤패널(20)을 이용하여 가변증발기(10)와 LNG 저장탱크(1)를 연결하는 공급라인(10b)상의 스위치밸브(22)는 폐쇄 시키고, 가변증발기(10)와 미분분리기(9)를 연결하는 공급라인(10a)상에 설치되는 스위치밸브(21)는 개방시킴과 동시에, 컴프레셔(6)의 구동모터(7)와 수중펌프(4)를 각각 가동시키게 되면, 선박의 정상운항에 필요한 연료의 공급을 위한 열교환시스템이 작동된다.

즉, BOG 수집탱크(3)(또는 LNG 저장탱크 자체)로부터 연장되는 배출라인(3a)을 통하여 휘발가스(BOG)가 미분분리기(9)를 거쳐 컴프레셔(6)측으로 유입됨으로서 그 온도가 일차 상승된 다음, 컴프레셔(6)의 토출라인(6a)을 통하여 히터(8)의 내부로 공급됨으로서, 상기 휘발가스(BOG)가 연소에 적합한 온도로 2차 가열되며, 이와 같이 가열된 휘발가스(BOG)가 공급라인(8a)을 통하여 선박의 엔진 또는 보일러측으로 공급된다.

이와 동시에, 수중펌프(4)의 작동에 따라 LNG 저장탱크(1)로부터 LNG(2)가 배출라인(4a)을 통하여 가변증발기(10)의 내부로 유입됨으로서, 가변증발기(10)를 통하여 유동하는 고온스팀과의 열교환 작용으로 일정 온도만큼 1차 가열 및 증발(기화)되고, 이와 같이 증발된 증발가스(NG)가 가변증발기(10)의 일측 공급라인(10a) 및 미분분리기(9)를 거쳐 휘발가스(BOG)와 함께 컴프레셔(6)와 히터(8)를 순차적으로 통과하게 된다.

따라서, LNG 저장탱크(1)로부터 배출된 LNG(2)가 가변증발기(10)와 컴프레셔(6) 및 히터(8)를 거치는 과정에서 휘발가스(BOG)와 함께 연소에 적합한 온도 수준으로 최종 가열된 다음 선박의 엔진 또는 보일러 측으로 공급되는 것이며, 가변증발기(10)의 내부에서 발생하는 LNG(2)의 증발에 따른 압력 상승으로 LNG(2)의 역류 가 발생하게 되면, 해당 량만큼의 LNG(2)가 상기 리턴라인(4c)을 통하여 LNG 저장탱크(1)로 회수된다.

상기와 같은 방식으로 선박의 정상적인 운항에 필요한 연료 공급용 열교환시스템을 사용하다가, 선박의 접안(Dock-in) 후 LNG(2)의 하역작업을 수행하고자 하거나 또는 선박의 운항중에 화재 등이 발생하는 것과 같은 긴급상황시에는, 미도시된 대용량의 펌프를 사용하여 LNG 저장탱크(1)의 내부에 저장된 LNG(2)를 신속하게 외부로 배출시킴과 동시에, LNG 저장탱크(1)의 급격한 내압저하를 방지할 수 있도록 LNG 배출용 열교환시스템을 작동시키게 된다.

먼저, 선박의 접안(Dock-in) 후 LNG(2)의 하역작업을 수행할 시에는, 상기 컨트롤패널(20)을 이용하여 가변증발기(10)로부터 LNG 저장탱크(1)의 내부로 연장되는 공급라인(10b)상의 스위치밸브(22)는 개방되도록 하고, 가변증발기(10)와 미분분리기(9)를 연결하는 공급라인(10a)상의 스위치밸브(21)는 폐쇄되도록 함과 동시에, 컴프레셔(6)의 구동모터(7) 또한 그 작동이 중지되도록 하게 된다.

상기와 같은 상태로 열교환시스템이 세팅되면, 수중펌프(4)의 작동에 따라 LNG 저장탱크(1)로부터 LNG(2)가 배출라인(4a)을 통하여 가변증발기(10)의 내부로 유입됨으로서, 가변증발기(10)를 통하여 유동하는 고온스팀과의 열교환 작용으로 일정 온도만큼 1차 가열 및 증발(기화)되고, 이와 같이 증발된 증발가스(NG)가 상기 공급라인(10b)을 통하여 LNG 저장탱크(1)의 내부로 공급된다.

따라서, LNG(2)의 하역작업으로 인하여 LNG 저장탱크(1)의 내부에 저장된 LNG(2)가 배출됨에 따라 LNG 저장탱크(1)의 내부에 발생하는 빈 공간이 증발가스 (NG) 및/또는 증발가스(NG)와 LNG(2)가 혼합됨으로서 발생하는 휘발가스(BOG)로 채워지게 됨으로서, LNG(2)의 하역작업에 따른 LNG 저장탱크(1)의 급격한 내압저하를 방지하여 펌핑작업의 속도 및 저장탱크(1)의 안전성을 확보할 수 있게 되며, 가변증발기(10)의 내부에서 발생하는 LNG(2)의 증발에 따른 압력 상승으로 LNG(2)의 역류가 발생하게 되면, 해당 량만큼의 LNG(2)가 상기 리턴라인(4c)을 통하여 LNG 저장탱크(1)로 회수된다.

또한, 선박의 운항중에 화재 등과 같은 긴급상황이 발생하여 미도시된 대용량의 펌프로서 LNG(2)를 선박 외부로 신속히 배출시켜야 할 경우에는, 상기 컨트롤패널(20)을 이용하여 가변증발기(10)로부터 연장되는 공급라인(10a)(10b)상의 스위치밸브(21)(22)를 모두 개방시킴과 동시에 컴프레셔(6)의 구동모터(7)를 작동시키게 되면, 위에서 설명되어진 바와 같은 연료 공급용 열교환시스템과 LNG 배출용 열교환시스템이 동시에 작동되어 선박의 운항중에 발생하는 화재와 같은 긴급상황에 대한 대처를 행할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 선박의 운항이나 접안(Dock-in)시 발생하는 각종 상황에 맞추어 열교환시스템의 운용을 최적으로 제어할 수 있게 됨과 동시에, 이러한 열교환시스템의 운용이 하나의 가변증발기(10)를 중심으로 컨트롤패널(20)에 의한 스위치밸브(21)(22) 및 컴프레셔(6) 가동용 구동모터(7)의 자동적인 조작에 따라 혼선없이 신속하고 손쉽게 이루어질 수 있게 된다.

또한, 선박의 운항중에 화재와 같은 긴급상황이 발생하여 LNG 배출용 열교환시스템을 적용시키고자 할 경우, 선박의 운항을 위하여 상기 가변증발기(10)가 이 미 정상 작동되고 있는 상태이므로, LNG 배출용 열교환시스템의 적용과 동시에 해당 시스템이 정상적으로 작동될 수 있는 것이며, 이로 인하여 화재와 같은 긴급상황에 대한 신속한 대처가 가능하게 됨으로서 LNG 저장탱크(1)의 폭발사고와 같은 대형사고의 예방측면에 보다 더 크게 기여할 수 있게 된다.

또한, LNG 운반용 선박에 구비되는 다수 개의 LNG 저장탱크(1)로부터 LNG(2)의 배출라인(4a)을 각각 하나씩만 연장시킨 다음, 각각의 LNG(2) 배출라인(4a)이 하나의 배관을 이루면서 가변증발기(10)의 유입부측과 연결되도록 하면 LNG(2)의 배출라인(4a)에 대한 배관설비가 간단하게 완료되며, 이로 인하여 종래의 경우와 같이 다수 개의 배출라인(4a)으로부터 별도의 분기라인(4b)을 연장시켜 이를 LNG 증발기(5')와 개별적으로 연결시키도록 한 것보다 열교환시스템의 설비에 따른 시간과 비용을 최대한으로 절감시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 엘엔지 선박용 엘엔지의 통합 열교환시스템은, 선박의 운항중에 필요한 연료의 공급을 위한 열교환시스템과 선박의 접안(Dock-in) 후 LNG의 하역작업시 또는 선박의 운항중 긴급상황시에 사용되는 LNG 배출용 열교환시스템을 스위치밸브와 가변증발기를 이용한 하나의 열교환시스템으로 통합시키도록 하는 효과가 있으며, 이로 인하여 증발기의 사용 개수 및 그에 따른 전체적인 배관구조를 합리적으로 개선하여 열교환시스템의 설비에 따른 시간과 비용을 최대한으로 절감시키는 효과가 있다.

또한, 선박의 정상적인 운항시 연료의 공급을 위한 열교환시스템의 작동과 선박의 접안(Dock-in) 후 LNG의 하역작업시 또는 선박의 운항중 긴급상황시에 사용되는 LNG 배출용 열교환시스템의 작동을 하나의 가변증발기를 중심으로 컨트롤패널에 의한 스위치밸브 및 컴프레셔 가동용 구동모터의 자동적인 조작에 따라 혼선없이 신속하고 손쉽게 이루어낼 수 있는 효과가 있으며, 이로 인하여 열교환시스템의 사용에 따른 편의성과 능률성을 극대화시키는 효과가 있다.

특히, 선박의 운항중에 화재와 같은 긴급상황이 발생하여 LNG 배출용 열교환시스템을 적용시키고자 할 경우, 선박의 운항을 위하여 상기 가변증발기가 이미 정상 작동되고 있는 상태이므로, LNG 배출용 열교환시스템의 적용과 동시에 해당 시스템이 정상적으로 작동될 수 있는 것이며, 이로 인하여 화재와 같은 긴급상황에 대한 신속한 대처가 가능하게 됨으로서 LNG 저장탱크의 폭발사고와 같은 대형사고의 예방측면에도 보다 더 크게 기여토록 하는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. LNG(액화천연가스)의 운반을 위한 선박의 LNG 저장탱크(1)로부터 배출되는 LNG(2) 또는 그 휘발가스(BOG: Boil-off gas)를 증발 및 가열시키기 위한 열교환시스템에 있어서,

   상기 LNG 저장탱크(1)로부터 연장되는 휘발가스(BOG)의 배출라인(3a)이 컴프레셔(6)의 유입측과 연결 설치되고,

   상기 컴프레셔(6)는 그 토출라인(6a)에 의하여 선박의 엔진 또는 보일러로 연료를 공급하기 위한 히터(8)와 연결 설치되며,

   상기 LNG 저장탱크(1) 내부의 수중펌프(4)로부터 연장되는 LNG(2)의 배출라인(4a)이 가변증발기(10)의 유입부측과 연결 설치되고,

   상기 가변증발기(10)의 배출부측에는 스위치밸브(21)(22)를 구비하는 한 쌍의 공급라인(10a)(10b)이 분기되어, 하나의 공급라인(10a)은 컴프레셔(6)의 유입측과 연결 설치되고, 또 다른 하나의 공급라인(10b)은 LNG 저장탱크(1)의 내부로 연장되도록 설치되며,

   상기 컴프레셔(6)의 가동을 위한 구동모터(7)와 각각의 스위치밸브(21)(22)는 컨트롤패널(20)과 케이블(23)로 접속되어 그 자동적인 제어가 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 엘엔지 선박용 엘엔지의 통합 열교환시스템.

Images