KR100678853B1

KR100678853B1 - Ｌｎｇ 재기화 선박용 기화기

Info

Publication number: KR100678853B1
Application number: KR1020060055933A
Authority: KR
Inventors: 김은석; 이두영; 배종인
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2007-02-06

Abstract

본 발명은, LNG 재기화 선박의 기화기에 관한 것으로서, 액화천연가스의 재기화를 위해 해수 등의 열교환수를 이용하되, 열교환수 내의 가스 포함 여부를 검출하여, 열교환수 내에 가스가 포함된 경우, 이에 신속히 대처하는 것이 가능한 LNG 재기화 선박용 기화기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 LNG 재기화 선박에 설치되며, 유입된 액화천연가스를 재기화하여, 가스 상태의 천연가스를 배출하는 LNG 재기화 선박용 기화기를 제공한다. 본 발명에 따른 LNG 재기화 선박용 기화기는, 상기 기화기 내부를 지나며, 그 내부에는 액화천연가스의 기화용 열원을 갖는 열교환수가 흐르는 열교환 배관과; 상기 열교환 배관의 일측에 설치되어, 열교환수 내의 가스 포함 여부를 검출하는 가스검출장치를 포함한다.

가스검출장치, 열교환수, 해수, 기화기, 샘플링, 추출, 가스

Description

ＬＮＧ 재기화 선박용 기화기{VAPORIZER FOR LNG REGASIFICATION CARRIER}

도 1은 본 발명에 따른 기화기가 설치된 LNG 재기화 선박을 설명하기 위한 개념도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LNG 재기화 선박용 기화기를 도시한 개념도.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LNG 재기화 선박용 기화기를 도시한 개념도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

140: 기화기 142: 열교환 배관

200: 가스검출장치 210: 액체 샘플링 유닛

220: 가스 추출 유닛 240: 가스 검출 유닛

본 발명은 LNG 재기화 선박의 기화기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 액화천연가스의 재기화를 위해 해수 등의 열교환수를 이용하는 LNG 재기화 선박의 기화기에서 그 열교환수 내에 의도하지 않은 가스가 포함되는 것을 검출하여 안정된 액 화천연가스의 재기화 운전을 구현하기 위한 기술에 관한 것이다.

근래, 천연가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 액화천연가스의 상태로 LNG 캐리어(특히, LNG 수송선)에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -160℃)으로 압축 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG 수송선은, 액화천연가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 액화천연가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다. 통상, 이러한 LNG 수송선은 LNG 저장탱크 내의 액화천연가스를 액화된 상태 그대로 육상에 하역하며, 하역된 LNG는 육상에 설치된 LNG 재기화 설비에 의해 재기화된 후 천연가스의 소비처로 가스배관을 통해 운반된다.

이러한 육상의 LNG 재기화 설비는 천연가스 시장이 잘 형성되어 있어 안정적으로 천연가스의 수요가 있는 곳에 설치하는 경우에는 경제적으로 유리한 것으로 알려져 있다. 그러나, 천연가스의 수요가 계절적, 단기적 또는 주기적으로 있는 천연가스 소요처의 경우에는, 높은 설치비와 관리비로 인해, 육상에 LNG 재기화 설비를 설치하는 것이 경제적으로 매우 불리하다.

특히, 자연재해 등에 의해 육상의 LNG 재기화 설비가 파괴될 경우, LNG 수송선이 소요처에 LNG를 싣고 도달한다 하더라도, 그 LNG를 재기화할 수 없다는 점에 서 기존 LNG 수송선을 이용한 천연가스 운반은 한계성을 안고 있다.

이에 따라, 예를 들면, LNG 수송선에 LNG 재기화 설비를 마련하여, 해상에서 액화천연가스를 재기화하고, 그 재기화를 통해 얻어진 천연가스를 육상으로 공급하는 LNG 재기화 선박이 개발되었다. 그리고, 이러한 LNG 재기화 선박과 관련된 선행기술로는 한국특허등록번호 0569621(엑손모빌 오일 코포레이션, 수송선 상에서 액화천연가스를 가스화하는 방법 및 시스템), US6546739(Exmar Offshore Company, Method and apparatus for offshore LNG regasification), US6578366(Moss Maritime AS, Device for evaporation of liquefied natural gas), US6688114(El Paso Corporation LNG CARRIER, US6598408(El Paso Corporation, Method and apparatus for transporting LNG), KR0467963(강도욱, 앨앤지 알브이의 가스화 장치 운전 방법), US6945049(Hamworthy KSE a.s., Regasification system and method), 한국특허등록 0504237(대우조선해양 주식회사, 선저 개구부를 막을 수 있는 차폐수단이 구비된 선박), 한국특허등록 0474522(대우조선해양 주식회사, 해수 가열 시스템), 한국특허공개번호 2003-0090686(라이프 호에그 운트 코. 에이에스에이, 선박 및 하역 시스템), 미국특허공개US2005-0061002A(Shipboard regasification for LNG carriers with alternate propulsion plants), 한국특허공개번호 2004-0105801(엑셀레이트 에너지 리미티드 파트너쉽, 개량된 ＬＮＧ 운반선), 한국실용등록 0410836(삼성중공업 주식회사, 액화천연가스선의 액화천연가스 재기화시스템) 등이 있다.

이러한 LNG 재기화 선박은, LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스의 재기화를 위해, 기화기 등의 설비를 선박에 구비하며, 또한, 재기화된 천연가스를 육상 소요처로 공급하기 위해, 시스템 내 배관과 육상 소요처의 가스배관을 연결시키는 연결장치, 그리고, 천연가스의 하역이 이루어지는 동안 선박의 위치를 유지시키는 선박유지장치 등을 구비한다.

위와 같은 LNG 재기화 선박의 경우, 액화천연가스의 재기화를 해상의 선박이 담당하므로, 육상에서의 LNG 재기화 설비의 필요성을 없애주며, 이는 천연가스의 수요가 계절적, 단기적, 또는 주기적으로 있는 천연가스 시장에서 경제적으로 매우 유리하다.

위에서 언급한 바와 같이, LNG 재기화 선박에는 액화천연가스를 재기화하는 기화기가 설치된다. 그리고, 이러한 기화기를 이용한 액화천연가스의 재기화 운전에 있어서, 극저온의 액화천연가스를 기화시키기 위한 열교환수가 요구된다. 이러한 열교환수로는 해수 등이 주로 이용되며, 그 열교환수는 LNG 재기화 설비의 기화기에서 액화천연가스를 가열하여, 그 액화천연가스를 가스상태의 천연가스(NG)로 기화시키도록 작용한다.

종래의 LNG 재기화 선박에서, 액화천연가스의 기화에 이용되는 열교환 배관의 내부의 열교환수에 의도치 않은 가스가 포함되어, 열교환수의 정상적인 기화 작용을 저해하는 경우가 있었다. 이는 액화천연가스의 재기화에 악영향을 끼치며, 특히, 기화 중의 천연가스가 열교환 배관 내의 열교환수 내로 유입되는 경우 심각한 안전상의 위험을 초래할 수 있었다.

또한, LNG 재기화 선박이 파도 등의 외부 조건에 의해 항상 해상 위에서 불규칙하게 움직이고, LNG 선박에 설치된 기화기 또한 불규칙한 움직임을 하면서 액화천연가스를 기화시키므로, 전술한 열교환 배관 내에는 가스가 유입될 가능성이 매우 크다.

따라서, 열교환 배관 내부를 흐르는 열교환수 내의 가스 포함 여부를 미리 검출하여, 가스가 열교환수 내에 포함되었을 때 이에 신속히 대처하는 기술이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 액화천연가스의 재기화를 위해 해수 등의 열교환수를 이용하되, 열교환수 내의 가스 포함 여부를 검출하여, 열교환수 내에 가스가 포함된 경우, 이에 신속히 대처하는 것이 가능한 LNG 재기화 선박용 기화기를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 LNG 재기화 선박용 기화기는, LNG 재기화 선박에 설치되며, 유입된 액화천연가스를 재기화하여, 가스 상태의 천연가스를 배출하도록 구성된다. 그리고, 상기 LNG 재기화 선박용 기화기는, 상기 기화기 내부를 지나며, 그 내부에는 액화천연가스의 기화용 열원을 갖는 열교환수가 흐르는 열교환 배관과; 상기 열교환 배관의 일측에 설치되어, 열교환수 내의 가스 포함 여부를 검출하는 가스검출장치를; 포함한다.

이때, 상기 가스검출장치는, 상기 열교환 배관의 외측에 연결된 분기관로를 통해 열교환수 일부를 샘플링하는 액체 샘플링 유닛과; 상기 샘플링된 열교환수로 부터 그에 포함된 가스만을 추출하는 가스 추출 유닛과; 상기 가스 추출 유닛에 의해 추출된 가스를 감지하여, 열교환수 중의 가스 포함 여부를 검출하는 가스 검출 유닛을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 액체 샘플링 유닛은, 상기 열교환 배관의 직선 배관부에 설치되어 전후 압력차이를 생기게 하는 오리피스와, 상기 분기관로의 일부를 이루며 상기 압력차이에 의해 열교환수를 우회시키는 바이패스 관로와, 상기 바이패스 관로를 흐르는 열교환수가 머무르며, 그 열교환수 중의 가스가 부유되어 상측에 위치되는 샘플링 탱크를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 액체 샘플링 유닛은 상기 분기관로가 열교환 배관의 곡관부 상측과 통해 있도록 설치되어, 상기 곡관부 상측에서 가스가 포함된 열교환수를 직접 샘플링하도록 구성된다.

상기 가스 추출 유닛은 상기 액체 샘플링 유닛으로부터 상기 가스 검출 유닛을 향해 가스만의 통과를 허용하는 밸브를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가스 검출 유닛은, 상기 가스 추출 유닛에 의해 추출된 가스가 머무르는 검출탱크와, 상기 검출탱크 내의 가스를 감지하는 가스 센서를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하 실시예들의 설명으로부터 보다 명확하게 이해될 것이다.

실시예

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 기화기가 설치된 LNG 재기화 선박을 도시한 개념도이다. 도 1에서, LNG 재기화 선박은 점선으로 블록화되어 있으며, 그 점선의 블록 내측에는 본 발명에 따른 기화기를 갖는 LNG 재기화 설비가 설치되어 있다.

상기 LNG 재기화 설비(100)는, LNG 탱크(101)와, 그 LNG 탱크(101)로부터 끌어올려진 액화천연가스를 일시적으로 저장하는 석션드럼(110)과, 상기 석션드럼(110)으로부터 공급되는 액화천연가스를 고압으로 가압하는 복수의 고압펌프(120; 하나만이 도시됨)를 포함한다. 그리고, 본 발명에 따른 기화기(140)는 고압펌프(120)의 개수에 대응하는 복수개로 이루어진 채 고압펌프(120)들 각각에서 승압되어 공급된 액화천연가스를 재기화시키도록 구성된다. 상기 기화기(140)에는 열교환수(이하, '해수'라 함)가 흐르는 열교환 배관(142)이 설치되며, 그 열교환 배관(142)을 흐르는 해수가 기화기(140) 내로 유입된 극저온의 액화천연가스를 가열하여 그 액화천연가스를 가스 상태의 천연가스(NG)로 기화시키는 작용을 한다.

통상, 해수와 같이 액화천연가스 기화를 위한 열원을 갖는 열교환 액체로는 청수와, 해수 또는 청수에 다른 중간 열교환 매체(예컨대, 프로판, 에탄, 암모니아)가 포함된 액체가 이용할 수 있다(US 6945049호에 개시됨).

이하 구체적으로 설명되는 바와 같이, 상기 기화기(140)는 자체 열교환 배관(142) 일측에 설치되어 그 열교환 배관(142) 내에 의도치 않은 가스가 포함되었는지 여부를 검출하는 가스검출장치(200)를 포함한다.

그리고, LNG 재기화 선박은 자체 구비된 터릿(3)과 바다의 일정 깊이에 유지되어 있는 해저 부이(4)의 결합을 통해 기화기(140)에서 재기화된 천연가스를 해저 터미널(7)을 거쳐 육상으로 공급한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기화기(140)를 설명하기 위한 개념도이며, 도 2에는 기화기(140)에 구비되는 가스검출장치(200)가 확대된 채 함께 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 기화기(140)는 전단의 유입구(145)에서 액화천연가스의 공급배관(L1)에 연결되고, 후단의 배출구(146)에서 기화된 천연가스의 배출배관(L2)에 연결된다. 그리고, 도시되어 있지는 않지만, 상기 기화기(140)의 내측에는 상기 유입구(145)와 배출구(146)를 잇는 관로가 형성된다. 그리고, 상기 기화기(140)의 하측에는 해수 유입구(147)가 마련되고, 상기 기화기(140)의 상측에는 해수 배출구(148)이 마련되어, 그 해수 유입구(147) 및 해수 배출구(148)를 통해 열교환 배관(142)이 통과되는 것을 허용한다. 상기 열교환 배관(142) 내에는 액화천연가스를 가열하는 소정 온도의 해수가 흐르고 있다.

또한, 상기 열교환 배관(142)의 일측에는 가스검출장치(200)가 설치되는데, 본 실시예에서, 상기 가스검출장치(200)는 해수 배출구(148)를 통과한 열교환 배관(142)의 직선부 상에 설치된다.

도 2의 확대도에 도시된 바와 같이, 상기 가스검출장치(200)는 열교환 배관(142)을 흐르는 해수 내의 가스 검출을 위해 설치되며, 이러한 가스 검출을 위해, 상기 가스검출장치(200)는, 액체 샘플링 유닛(210)과, 가스 추출 유닛(220)과, 가스 검출 유닛(240)을 포함한다.

본 실시예에서, 상기 액체 샘플링 유닛(210)은 열교환 배관(142)의 직선부에 연결되어, 열교환 배관(142) 내의 해수 일부를 빼내어 샘플링하기 위한 분기관로(212a, 212b)를 포함한다. 그리고, 상기 액체 샘플링 유닛(210)은 열교환 배관(142)의 직선부 내측에 설치되어, 배관 내측의 압력손실, 즉, 전, 후 압력차이를 발생시킴으로써, 상기 분기관로(212a, 212b)를 통해 해수가 우회하여 흐르도록 해주는 오리피스(213)를 또한 포함한다.

직선부로 형성된 배관(142) 내에서는 그 내부의 유동 압력이 일정하여 전술한 분기관로(212a, 212b)를 통한 액체 샘플링(즉, 해수의 샘플링)이 어려운데, 상기 오리피스(213)는 배관(142)의 직선부 내측에 전후 압력 차이를 발생시켜 분기관로(212a, 212b)를 통한 해수 샘플링을 가능하게 한다. 이때, 분기관로(212a, 212b) 중 일부는 오리피스(213)의 전후로 해수를 우회시켜 흐르도록 하는 바이패스 관로(212a)로 되어 있다. 그리고, 상기 바이패스 관로(212a)의 양단은 배관(142)의 상측에 연결되는 것이 바람직한데, 이는 해수보다 비중이 작은 이유로 배관(142) 상측에 주로 존재하는 가스의 용이한 샘플링을 위한 것이다.

상기 바이패스 관로(212a)에는 우회되어 흐르는 해수가 소정의 높이로 머무르게 하는 샘플링 탱크(214)가 설치된다. 그리고, 상기 해수 내에 가스가 포함되어 있는 경우, 그 포함된 가스는, 해수에 비해 비중이 작으므로, 상기 샘플링 탱크(214)의 상측에 부유되어 모이게 된다. 추가로, 상기 샘플링 탱크(214)에는 가스 검출을 위해 개폐되는 온/오프 밸브(216)가 제공될 수 있다.

가스가 포함된 해수 일부가 상기 샘플링 탱크(214) 내로 샘플링되면, 가스 추출 유닛(220)은 상기 샘플링 탱크(214) 내의 해수로부터 가스를 추출하도록 작용 한다. 본 발명의 실시예에 따라, 상기 가스 추출 유닛(220)은 해수의 흐름을 차단하되 가스의 통과만을 허용하는 밸브, 보다 바람직하게는, 플로팅 밸브(floating valve ; 220)로 이루어진다.

또한, 전술한 가스 검출 유닛(240)은 상기 플로팅 밸브(220)를 통해 흐른 가스를 감지하여 전술한 해수 내부에 가스가 포함되어 있는지 여부를 검출하도록 작용한다. 본 실시예에서, 상기 가스 검출 유닛(240)은 플로팅 밸브(220)를 거쳐 흐른 가스가 일시 머무르는 가스 검출 탱크(242)와 그 가스 검출 탱크(242) 내의 가스 존재 여부를 연속적으로 감지하는 가스 센서(244)를 포함한다.

가스 센서(244)에 의해 가스가 감지되면, 전술한 열교환 배관(142) 내의 해수 중에 가스가 포함되어 있는 것이므로, 작업자는 이를 인식하여 기화기(140)의 점검, 보수, 유지 등 신속한 대처를 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기화기(140)를 도시한 개념도이다. 이하, 도 3을 설명함에 있어서, 앞선 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명이 이루어질 것이며, 같은 기능을 하는 구성요소에 대해서는 같은 도면부호가 사용된다.

도 3을 참조하면, 상기 가스검출장치(200)가 열교환 배관(142)의 직선부가 아닌 곡관부(142a)의 상측에 설치됨을 알 수 있다. 상기 곡관부(142a)에서는 앞선 실시예와 달리 오리피스를 설치하지 않고도 열교환 배관(142) 내 압력의 손실이 생기며, 가스가 해수 내에 포함된 경우, 상기 곡관부(142a)의 상측에 다량의 가스가 머무르게 된다.

따라서, 곡관부(142a) 자체가 앞선 실시예의 오리피스(213; 도 2 참조) 및 샘플링 탱크(214; 도 2 참조)의 역할을 대신할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 액체 샘플링 유닛(210)이 곡관부(142a) 상측으로 연결된 분기관로(212') 및 그 위쪽의 온/오프 밸브(216') 만을 포함하는 것이 가능하다.

곡관부(142a) 상측에서 가스를 포함하는 해수는 분기관로(212')를 통해 가스 추출 유닛, 즉 플로팅 밸브(220)에 이르며, 플로팅 밸브(220)는 가스만을 추출하여, 가스 검출 유닛(240)의 검출탱크(242)로 보낸다. 그 가스 검출 유닛(242)의 가스 센서(244)는 상기 검출탱크(242) 내의 가스를 감지하여, 해수 내부에 가스가 포함되어 있는지 여부를 검출할 수 있다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

본 발명에 따르면, LNG 재기화 선박에서, LNG의 재기화를 위해 사용되는 해수 등 열교환수 내의 가스 포함 여부를 간단하고 경제성 있는 방식으로 검출하여, 열교환수 내에 가스가 포함되는 비정상적인 경우에 신속하게 대처할 수 있도록 해준다.

Claims

LNG 재기화 선박에 설치되며, 유입된 액화천연가스를 재기화하여, 가스 상태의 천연가스를 배출하는 LNG 재기화 선박용 기화기에 있어서,

상기 기화기 내부를 지나며, 그 내부에는 액화천연가스의 기화용 열원을 갖는 열교환수가 흐르는 열교환 배관과;

상기 열교환 배관의 일측에 설치되어, 열교환수 내의 가스 포함 여부를 검출하는 가스검출장치를; 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 재기화 선박용 기화기.
청구항 1에 있어서, 상기 가스검출장치는,

상기 열교환 배관의 외측에 연결된 분기관로를 통해 열교환수 일부를 샘플링하는 액체 샘플링 유닛과;

상기 샘플링된 열교환수로부터 그에 포함된 가스만을 추출하는 가스 추출 유닛과;

상기 가스 추출 유닛에 의해 추출된 가스를 감지하여, 열교환수 중의 가스 포함 여부를 검출하는 가스 검출 유닛을;

포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 재기화 선박용 기화기.
청구항 2에 있어서, 상기 액체 샘플링 유닛은,

상기 열교환 배관의 직선 배관부에 설치되어 전후 압력차이를 생기게 하는 오리피스와,

상기 분기관로의 일부를 이루며 상기 압력차이에 의해 열교환수를 우회시키는 바이패스 관로와,

상기 바이패스 관로를 흐르는 열교환수가 머무르며, 그 열교환수 중의 가스가 부유되어 상측에 위치되는 샘플링 탱크를

포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 재기화 선박용 기화기.
청구항 2에 있어서, 상기 액체 샘플링 유닛은 상기 분기관로가 열교환 배관의 곡관부 상측과 통해 있도록 설치되어, 상기 곡관부 상측에서 가스가 포함된 열교환수를 직접 샘플링하는 것을 특징으로 하는 LNG 재기화 선박용 기화기.
청구항 2에 있어서, 상기 가스 추출 유닛은 상기 액체 샘플링 유닛으로부터 상기 가스 검출 유닛을 향해 가스만의 통과를 허용하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 재기화 선박용 기화기.
청구항 2에 있어서, 상기 가스 검출 유닛은, 상기 가스 추출 유닛에 의해 추출된 가스가 머무르는 검출탱크와, 상기 검출탱크 내의 가스를 감지하는 가스 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 재기화 선박용 기화기.
청구항 3에 있어서, 상기 바이패스 관로의 양단은 상기 직선 배관부의 상측에 연결되는 것을 특징으로 하는 LNG 재기화 선박용 기화기.