KR100899997B1 - Ｂｏｇ 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창 - Google Patents

Ｂｏｇ 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창 Download PDF

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Abstract

본 발명은 BOG(Boil Off Gas)의 재액화 또는 활용을 위한 BOG처리장치와, 화물저장탱크 내부에 별도로 설치한 고압저장용기를 이용하여, 화물저장탱크에 저장된 액체화물의 자유표면 증가를 최소화시켜 슬러싱을 억제 또는 방지할 수 있는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창을 제공한다.
본 발명의 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창은 선박에서 액체화물을 격납시키는 제반 설비와 화물저장탱크(110)를 구비하되, 선박의 운항 도중에 발생하는 BOG의 발생량 및 운항 중 연료로 사용할 용량을 고려하여 액체화물 일부를 미리 저장하도록 상기 화물저장탱크의 내부에 배치된 고압저장용기(120)와, BOG의 재액화를 위해 BOG를 포집하도록 상기 화물저장탱크 상부에 형성된 포집구조물(130)과, 상기 포집구조물에 의해 포집된 BOG로부터 만든 재액화 액체화물을 상기 액체화물 일부와 함께 상기 고압저장용기에 저장시키고, 상기 BOG 발생에 상응한 화물저장탱크의 액체화물 감소를 보상하도록, 상기 고압저장용기의 액체화물 일부 또는 재액화 액체화물을 화물저장탱크 쪽으로 유입시키는 BOG처리장치(140)를 갖는다.
BOG, 재액화, 액체화물, 슬러싱, 화물저장탱크, 고압저장용기

Description

ＢＯＧ 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창{SLOSHING FREE CARGO TANK BY RE-LIQUEFACTION OF BOIL OFF GAS}
본 발명은 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창에 관한 것이다.
일반적으로 액체화물은 액체가스물질, 액체화합물, 인화성액체물질, 유행성액체물질 등을 지칭하는 것으로서, 온도 0도 이상이거나, 0도 미만 극저온(예 : 약 -163℃ 정도) 이상의 상태로 존재할 수 있다.
예컨대, 극저온의 액화천연가스는 화물창(Cargo Tank) 내에 액화된 상태로 저장되어 액화천연가스운반선 또는 엘엔지수송선에 의해 운반된다.
액화천연가스운반선에 설치된 화물창은 화물저장탱크의 형식 분류에 따라 독립탱크형(Independent Tank : MOSS, IHI-SPB)과 멤브레인형(Membrane Type : GTT Mark Ⅲ, GTT NO96-2)으로 구분될 수 있다.
화물저장탱크의 형식 분류는 단열재에 화물의 하중이 직접적으로 작용하는 유무에 따른 분류이다.
즉, 멤브레인형 화물저장탱크는 선체의 일부를 구성하지 아니하는 비자기(非 自己)지지형의 구조를 갖는 대신, 독립탱크형 화물저장탱크는 자기(自己)지지형의 구조를 갖는다.
멤브레인형 화물저장탱크에는 일명 GTT NO 96형과 GTT Mark Ⅲ형이 있다.
GTT는 1995년 Gaz Transport(GT)사와 Technigaz(TGZ)사가 GTT(Gaztransport & Technigaz)사로 명칭을 변경하면서 사용한 것이다. 여기서, 기존의 GT형은 GTT NO 96형으로 개칭되어 사용 중이며, 기존 TGZ형은 GTT Mark Ⅲ형로 개칭되어 사용되고 있다.
이러한 멤브레인형 화물저장탱크는 극저온에 의한 선체의 취성(脆性)파괴 등을 우려하여 다층으로 방열재 또는 단열재(insulation)에 의한 방열조치가 되어 있다.
종래 기술에 따른 액화천연가스운반선과 같은 선박(1)은, 도 1을 참조하면, 복수의 화물저장탱크(2)와 관련된 액체화물 격납을 위한 제반 설비를 포함한 화물창을 갖는다.
화물저장탱크(2)는 극저온, 고압의 액체화물을 저장하기 위해 해당 기술 규격 또는 규정에 의한 내압성능과 함께 방열성능을 발휘하도록 제작되어 있다.
만일 멤브레인형인 경우, 화물저장탱크(2)와 다른 화물저장탱크 사이에 단열재 및 선체에 대한 직접적인 하중 전달, 기계적 또는 열적 특성에 의한 위험성 등을 회피하기 위해 코퍼댐(cofferdam)(도시 안됨)이 설치된다.
또한, 화물저장탱크(2)는 그 곳에 저장된 액체화물(예 : 엘엔지) 주위의 입열에 의해 증발하여 발생하는 가스, 즉 BOG(Boil Off Gas)를 액체화물 자체의 냉열을 이용하여 처리하는 종래 기술의 BOG 재액화 시스템(3)을 구비하고 있다.
종래 기술의 BOG 재액화 시스템(3)은 화물저장탱크(2)에서 발생한 BOG를 단순히 압축기(C)로 가압하여 재액화시킨 후 다시 화물저장탱크(2) 내부로 회귀시키고, 주지의 스프레이냉각 시스템에서와 같이, 펌프(P)로 액체화물 일부를 화물저장탱크(2) 상부로 압송하여 액체화물의 냉열을 BOG 재기화에 활용하도록 되어 있다.
그러나, 종래 기술의 BOG 재액화 시스템(3)은 BOG가 형성되는 것을 그대로 방치함에 따라, BOG 발생량에 비례하게 액체화물의 자유표면(F)을 증가시켜 결국 액체화물에 의한 슬러싱(S)(sloshing)을 증가시키는 단점을 갖는다.
여기서, 화물저장탱크의 상부 구조와 같이 상협하광의 탱크 내부 구조상 기화에 따른 BOG 생성에 의해 액체화물의 레벨(level)이 내려갈 경우, 액체화물의 자유표면(F)은 증가되도록 되어 있다.
또한, 종래 기술의 BOG 재액화 시스템(3)은 선박(1)의 제반적인 항해 조건을 고려할 때, 아침과 저녁간 시간에 따른 온도차 또는 적도와 극지방과 같은 지역에 따른 온도차로 인한 문제점과, 파랑, 외란 등에 따른 슬러싱(S) 증가의 문제점에 노출되어 있다.
특히, BOG의 일부는 선박 연료로 활용되거나 과도 압력 상승시 외부로 그대로 방출(vent) 되고 있으므로, 액체화물의 자유표면(F)의 변화 내지 증가를 가중시켜 슬러싱(S)을 증가시킬 수 있다.
예컨대, 온도차에 의한 문제점을 살펴보면, 선박(1)의 항해 중에 BOG의 온도가 밤과 낮의 경우 -140℃ ∼ -60℃의 극심한 편차를 갖고, 이때 발생되는 BOG의 발생량도 매우 큰 편차를 갖고 있어서, 그 편차가 BOG 재액화 시스템(3)의 작동 성능에 영향을 미친다.
즉, 종래 기술의 BOG 재액화 시스템(3)은 BOG의 상황 변화에 따라 BOG량의 증감이 일정하지 않고, 이에 따른 사용할 액체화물의 유량도 일정하지 않게 되어 효율이 매우 떨어지거나 작동상 무리가 발생되거나 시스템 운전효율과 안정성에 악영향을 받고 있다.
또한, 종래 기술의 BOG 재액화 시스템(3)은 액체화물의 압력상승에 따른 기화를 억제하는 쪽으로 구성되어 있으므로, 해당 화물저장탱크(2)의 내압성능 강화요구가 필수적이다.
그러나, 경제적으로 기술적으로 화물저장탱크(2) 전체에 대해 내압성능을 강화시키기 매우 어렵고, 이런 점은 화물저장탱크(2) 설계에서 회피되어야 할 것으로 이해된다.
그럼에도 불구하고, 액체화물의 특성상 기화가 필연적으로 발생할 수 있고, 이런 기화를 통해 발생한 기체(예 : BOG)가 화물저장탱크(2)의 내압을 증가시키고, 이에 따른 탱크 구조적 문제를 야기하거나, 압력 증가에 따른 액체화물의 온도 상승을 유발할 수 있다.
한편, 앞서 언급한 슬러싱(S)은 파랑, 외란 등에 의해 선체가 6자유도 운동을 할 때, 그러한 선체의 6자유도 운동이 화물저장탱크(2) 내의 액체화물의 유동을 가속시켜서, 원치 않는 액체화물의 운동을 유발하고, 이러한 화물저장탱크(2)에 대한 액체화물의 상대 운동이 경우에 따라 큰 충격 하중으로 작용되는 현상을 의미한다.
슬러싱 현상은 각종 선박 관련 기준에서도 언급될 만큼, 화물저장탱크(2)의 설계하중을 정의할 때 고려되고, 액체화물의 안전성과 화물저장탱크(2)의 구조적 안전성에 매우 중요한 인자로 작용한다.
즉, 슬러싱 현상은 화물저장탱크(2)의 단열구조에 악영향을 주게 되므로 최대한 회피, 억제, 저감, 최소화 내지 방지되는 것이 바람직하다.
슬러싱 현상의 최소화 등을 위해서 근본적인 해결책은 바로 액체화물이 갖는 자유표면(F)이 증가됨에 따라 발생할 수 있는 내부 유동을 최소화 또는 억제시키는 것이다.
이런 관점에서 종래에서는 BOG 재액화 또는 화물저장탱크(2)의 내압성능 강화요구 등을 전혀 고려하지 않은 상태에서 액체화물의 내부 유동을 최소화시키려는 목적으로 기하학적 형상 또는 돌설된 구조만을 사용하여 슬러싱을 저감하려 시도한 바 있다.
예컨대, 종래 기술의 화물창 또는 화물저장탱크(2)에서는 안티 슬러싱 벌크헤드(anti-sloshing bulkhead), 탱크 바닥면에서 상향으로 설치된 격판, 탱크 상부 내표면에서 하향으로 돌설된 복수의 플레이트 등과 같이, 고정식 구조 또는 기하학적 형상을 이용하여 슬러싱(S)을 저감하고자 하였다.
그러나, 종래 기술의 슬러싱 감소 시도는 BOG의 발생이나 활용, 내압증가, 온도상승 등을 전혀 고려하지 않은 상태에서 단순히 액체화물의 유동을 제어하려는 쪽으로만 형성되어서, BOG 발생 증가, 선박의 발라스트(ballast) 항해시, 또는 액체화물이 화물저장탱크 내부에 낮게 채워진 상황(low filling)에 맞춰 BOG를 처리하는 것과 병행하여 화물저장탱크의 내압성능 강화요구 없이도 효율적으로 BOG를 사용 및 처리할 수 있음과 함께 슬러싱을 근본적으로 해결할 대안을 제시하지 못하고 있다.
즉, 앞서 언급한 종래 기술의 BOG 재액화 시스템(3)은 BOG를 엔진이나 터빈구동을 위한 연료로 사용하거나 재액화시켜 화물저장탱크(2) 내부로 재주입하여 단순히 BOG를 효율적으로 활용하기 위한 방법을 제공할 뿐, 슬러싱 현상에 대한 근본적인 대책을 제공하지 못하고 있으며, 화물저장탱크(2)의 설계상 회피되어야 하는 화물저장탱크(2)의 내압성능 강화와 같은 문제에 봉착되어 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, BOG(Boil Off Gas)의 재액화 또는 활용을 위한 BOG처리장치와, 화물저장탱크 내부에 별도로 설치한 고압저장용기를 이용하여, 화물저장탱크에 저장된 액체화물의 자유표면 증가를 최소화시켜 슬러싱을 억제 또는 방지할 수 있는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 고압저장용기를 선박의 발라스트(ballast) 항해시 액체화물의 저장공간으로 전용하거나, 화물저장탱크의 저온 유지 수단으로서 활용하고, 액체화물이 화물저장탱크 내부에 낮게 채워진 상황에서도 액체화물의 자유표면 증가를 억제 또는 조절하여 슬러싱 현상 증가를 미연에 방지할 수 있는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창을 제공하고자 한다.
앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적은 하기에 상세히 설명할 바와 같이, 선박에서 액체화물을 격납시키는 제반 설비와 화물저장탱크를 구비한 화물창에 있어서, 상기 선박의 운항 도중에 발생하는 BOG의 발생량 및 운항 중 연료로 사용할 용량을 고려하여 액체화물 일부를 미리 저장하도록 상기 화물저장탱크의 내부에 배치된 고압저장용기; BOG의 재액화를 위해 BOG를 포집하도록 상기 화물저장탱크 상 부에 형성된 포집구조물; 상기 포집구조물에 의해 포집된 BOG로부터 만든 재액화 액체화물을 상기 액체화물 일부와 함께 상기 고압저장용기에 저장시키고, 상기 BOG 발생에 상응한 화물저장탱크의 액체화물 감소를 보상하도록, 상기 고압저장용기의 액체화물 일부 또는 재액화 액체화물을 화물저장탱크 쪽으로 유입시키는 BOG처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창에 의해 달성된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 포집구조물과 상기 BOG처리장치 사이에 관통하게 포집관부재; 상기 BOG처리장치와 상기 고압저장용기 사이에 관통하게 연결된 공급관부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창은 화물저장탱크 내부에 별도 설치한 것으로서 기존 화물저장탱크의 액체화물 또는 BOG처리장치에 의해 BOG를 가압 및 냉각시켜 만든 재액화 액체화물을 보관하는 고압저장용기를 제공함으로써, 고압저장용기가 화물저장탱크에 의해 보호되는 구조를 실현함과 함께, 고압저장용기 주위의 액체화물의 냉열이 고압저장용기를 냉각시키도록 함에 따라, BOG를 보다 쉽게 액화시키거나, 고압저장용기 내부의 압력이 급격히 상승하는 것을 조절 및 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창은 고압저장용기 내에 미리 액체화물을 저장한 후 BOG 발생에 비례하게 상기 저장한 액체화물이 화물저장탱크 내부에 유입되도록 조절함에 따라 액체화물의 자유표면이 최소화되도록 하여 슬러싱을 방지 또는 억제할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창은 선박의 발라스트 항해시에 필요한 액체화물을 화물저장탱크 내에 소량으로 저장시키지 않은 대신 고압저장용기 자체를 상기 액체화물의 전용 저장 공간으로 활용함으로써, 액체화물이 화물저장탱크 내부에 낮게 채워진 상황(low filling)에 따라 발생 가능한 슬러싱 현상을 미연에 또는 원천적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창은 복수의 고압저장용기를 구비하여 고압저장용기의 용량대비 표면적을 증가시켜 냉각효과를 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창은 복수의 고압저장용기를 수직으로 세워 배치함에 따라, 상기 세워진 고압저장용기들이 열 순환 수단(예 : 히트펌프, 히트싱크, 히트파이프 등)과 같이 작용하여 화물저장탱크 하부와 상부간 열 순환을 촉진시켜 화물저장탱크 내의 온도분포를 균일하게 할 수 있고, BOG의 발생량을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제1실시예
도면에서, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 고압저장용기의 정면 기준 단면도이다. 또한, 도 4는 도 2에 도시된 화물창의 화물저장탱크 내에 액체화물이 적재된 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 화물창의 화물저장탱크 내에서 BOG 발생시 고압저장용기의 액체화물을 화물저장탱크 내부로 유입시키는 단면도이다. 또한, 도 6은 도 2에 도시된 화물창의 화물저장탱크를 탑재한 선박이 발라스트 항해시 고압저장용기의 용도를 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창은 제1실시예(100)로서 개시된다.
제1실시예(100)는 주지의 화물창 기술 규격(예컨대, Membrane Type : GTT Mark Ⅲ, GTT NO96-2)에 대응하여 액체화물 격납을 수행하는 제반 설비와, 상기 제반 설비와 상기 화물창 기술 규격에 상응하게 선박에 설치된 적어도 하나의 화물저장탱크(110)를 갖는다.
화물저장탱크(110)에는 기 설치 및 세워된 구조물로서 펌프 타워(111)(pump tower)가 구비되어 있다.
제1실시예(100)는 화물저장탱크(110)의 내부에 배치 및 설치된 고압저장용기(120)를 제공한다.
고압저장용기(120)는 액체화물 일부 또는 하기의 BOG처리장치(140)에 의해 BOG가 재액화 처리되어 만들어진 액체화물(이하 재액화 액체화물이라 칭함)을 화물저장탱크(110) 내부에서 별도 저장하는 역할을 담당한다.
고압저장용기(120)는 행거 또는 홀더와 같은 탱크지지설치 구조물(121)을 통해 화물저장탱크(110)의 바닥, 벽체, 천정, 하기에 설명할 포집구조물(130) 중 어느 하나를 기반으로 설치되어 있다.
고압저장용기(120)는 실린더형 또는 저온고압형 탱크구조를 갖는 용기본체를 갖는다.
고압저장용기(120)는 상기 액체화물 일부 또는 상기 재액화 액체화물을 화물저장탱크(110) 쪽으로 공급하기 위해 상기 용기본체에서 관통하게 형성된 배출구(122)를 갖는다.
고압저장용기(120)는 개폐 작동 하도록 상기 배출구(122)에 설치된 제1전자변(123)을 갖는다.
제1실시예(100)는 BOG의 재액화를 위해 BOG를 포집하는 포집구조물(130)을 제공한다.
포집구조물(130)은 별도 구조물로서 화물저장탱크(110)에 부가 설치되거나, 화물저장탱크(110)의 천정에 일체형으로 형성되는 것이 바람직하다.
포집구조물(130)은 GTT Mark Ⅲ 또는 GTT NO96, GTT NO96-2 등과 같은 멤브레인형 화물저장탱크(110)의 상부형상에 대응하게 연결된 평활면 또는 곡면을 이용하여 형성됨에 따라, 경사형, 빗면형, 콘형, 스커트형, 벨마우스형 중 어느 하나의 단면 형상을 갖는 것이 바람직하다.
이런 포집구조물(130)은 BOG를 효율적으로 포집하여 BOG처리장치(140)에게 제공하는 배관구조를 갖는다.
배관구조에 대해 예를 들면, 포집관부재(131)는 포집구조물(130)과 BOG처리장치(140) 사이에 관통하게 연결되어 있다. 여기서, 포집구조물(130) 의 단면 형상 상부쪽에는 연결구멍이 형성되어 있고, 상기 연결구멍에는 포집관부재(131)의 일측 끝단이 각각 관통하게 연결되어 있다. 이런 포집관부재(131)의 타측 끝단은 BOG처리장치(140)에 연결된다.
포집관부재(131)는 도시되어 있지 않지만 주지의 액위면을 이용한 밸브시스템을 활용하여 포집된 BOG를 하기에 설명할 가압 액화 수단(141) 쪽으로 전달시킨다.
또한 포집관부재(131)에는 액체화물 유입을 억제하는 대신 기체와 같은 BOG만을 통과시키는 가스통과 체크밸브(132)가 각각 결합되어 있는 것이 바람직하다.
제1실시예(100)는 BOG의 재액화 또는 다양한 역할 또는 활용을 수행하도록 BOG를 가압 냉각시키거나, BOG를 연료로 사용케 하거나, BOG를 방출시키거나, 재액화 또는 재기화를 위해 선박에 기 설치된 기존설비(10)와 연동하는 BOG처리장치(140)를 갖는다.
BOG처리장치(140)는 상기 포집관부재(131)의 타측 끝단과 각각 관통하게 연결되어서 BOG를 재액화 처리하는 주지의 가압 액화 수단(141)(예 : 컴프레셔, 터빈, 액화기)과, 상기 가압 액화 수단(141)에 의해 BOG가 가압 및 냉각되어 만들어진 재액화 액체화물을 고압저장용기(120)에게 공급시키도록 고압저장용기(120)와 BOG처리장치(140) 사이에 관통하게 연결된 공급관부재(142)와, 상기 공급관부재(142)에 설치되어 공급관부재(142)를 개폐시키는 제2전자변(143)과, 상기 기존설 비(10)와 연동하도록 구성된 연동설비(144)와, 상기 제1, 제2전자변(123, 143)에 대해 전기회로적으로 연결되어 개폐를 제어하도록 구성된 밸브개폐제어부(145)와, 압력차 조절 장치(예 : 펌프, 압력 조절기 등)를 갖는다.
BOG처리장치(140)는 BOG를 고압저장용기(120)로 전송할 때, 상기 가압 액화 수단(141)으로 BOG를 고압으로 압축한 후, 고압저장용기(120)내에서 재액화가 이루어지는 온도 및 압력 조건에 맞춰 전송시킨다.
선박에 기 설치된 기존설비(10)와 연동하도록, BOG처리장치(140)는 BOG의 별도 활용이 필요한 경우에 BOG처리장치(140) 외부의 기존설비(10)에게 BOG를 보낼 수 있도록 공급시스템을 구비하고 있다.
또한, BOG처리장치(140)는 기 설치된 다른 가압 및 냉각 장치에 이상이 생겨서 BOG를 고압저장용기(120) 쪽으로 보낼 수 없는 경우를 대비하여 바이패스(bypass)관부재 및 안전변(saftey valve)을 구비하고 있고, 이를 통해 적정압력 이상이 되는 경우에 BOG를 외부로 방출(vent) 하도록 되어 있다.
또한, BOG처리장치(140)는 BOG를 연료로 활용하기 위해 연료 사용에 적정한 압력으로 BOG를 가압한 후, 전달관부재(146) 등을 통하여 기존의 연료 계통에 전송하도록 되어 있다.
또한, BOG처리장치(140)는 카고 펌프(cargo pump)(도시 안됨)를 보조하는 부압 유지 수단으로 활용 가능하도록, 상기 카고 펌프와 연결되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 밸브개폐제어부(145)는 최초 액체화물 저장을 위한 초기 작동(도 4참 조), 또는 선박의 발라스트 항해 작동(도 6참조) 각각을 위해 설정한 충진량만큼 액체화물을 미리 고압저장용기(120)에 보관하는 역할을 담당한다.
예컨대, 밸브개폐제어부(145)는 제2전자변(143)을 개방시키고, 고압저장용기(120)의 내부 압력을 상기 화물저장탱크(110)의 내부 압력보다 상대적으로 작게 유지하여 압력차가 발생되도록 BOG처리장치(140)의 압력차 조절 장치를 제어하고, 이후 제1전자변(123)을 개방시킴에 따라, 화물저장탱크(110)의 액체화물이 고압저장용기(120)의 내부로 유입되도록 하고, 충진이 완료되는 시점을 기준으로 상기 제1전자변(123)을 폐쇄시킨다.
또한, 밸브개폐제어부(145)는 액체화물 보상(compensation) 작동(도 5참조)을 위해서 고압저장용기(120)의 액체화물을 화물저장탱크(110) 쪽으로 유입시켜 결국 화물저장탱크(110) 내의 자유표면(F)(도 5참조)의 증가를 억제 또는 조절하는 역할을 담당한다.
예컨대, 밸브개폐제어부(145)는 BOG를 포집하여 재액화시키는 포집량을 주지의 유량계로 측정하고, 그 유량계의 측정값에 대응하게 고압저장용기(120)에서 화물저장탱크(110) 쪽으로 유입시킬 액체화물의 유입량을 도출한 후, 그 도출한 유입량을 만족시키도록 상기 제1전자변(123)을 개방 또는 폐쇄시키는 것이 바람직하다.
아울러 밸브개폐제어부(145)에 의한 상기 제1전자변(123)의 개방 또는 폐쇄 제어는 BOG 발생에 상응한 화물저장탱크의 액체화물 감소를 보상할 수 있는 쪽으로 구현되는 것이 바람직하다.
한편, 연동설비(144)는 전달관부재(146)를 통해 상기 기존설비(10)와 연결되 어서, BOG를 연료로 사용케 하거나, 재액화 또는 재기화를 위한 처리를 수행하거나, BOG를 선박 외부로 방출 또는 연소시키는 역할을 수행한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고압저장용기(120)는 앞서 언급한 탱크구조의 용기본체를 갖는다.
고압저장용기(120)는 액체화물 또는 재액화 액체화물의 자유표면효과도 역시 최소화하기 위해서 용기본체의 내표면을 기반으로 형성된 격벽(124, 125)을 갖는다.
아울러 고압저장용기(120)는 압축천연가스(CNG)나 수소저장을 위해 개발된 저장용기와 같은 상용품을 활용하거나, 기술 개발을 통해 새롭게 설계할 기타 저온고압 용기구조를 이용하는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 최초 액체화물 100% 저장 상태와 같이, 화물저장탱크(110) 내에는 액체화물이 적재되어 있고, 화물저장탱크(110)의 상부에는 고압저장용기(120)가 설치되며, 그 고압저장용기(120)의 내부에는 BOG처리장치(140)에 의해서 액체화물 일부가 미리 설정된 양만큼 충진 되어 있다.
고압저장용기(120)의 설계 용량은 상기 미리 설정된 양만큼 액체화물 일부를 충진시킬 수 있는 공간 크기에, 향후 BOG를 포집하여 만들 재액화 액체화물을 저장시킬 수 있는 공간 크기를 더한 값을 기준으로 한다.
최초 액체화물 100% 저장 상태에서 재액화 액체화물의 저장 전에는 고압저장용기(120)와 화물저장탱크(110) 각각의 내부 압력이 서로 동일하게 유지된다.
도 5에 도시된 바와 같이 화물저장탱크(110)의 내부에서 발생된 BOG는 포집 구조물(130)을 통해 포집된 후 BOG처리장치(140)로 유입된다.
BOG처리장치(140)는 BOG를 가압 및 냉각시켜 이를 고압저장용기(120)의 내부로 유입시킨다.
최초 액체화물 100% 저장 상태 이후 BOG가 발생되어 고압저장용기(120)의 내부로 유입된 상태에서, 고압저장용기(120)의 내부 압력은 화물저장탱크(110)의 내부 압력에 비해 상대적으로 커진 상태이다.
가압 및 냉각된 BOG 즉 재액화 액체화물은 고압저장용기(120)내에서 상대적으로 고압이면서 액상 상태를 유지하되, 고압저장용기(120) 주위의 액체화물에 의해서 추가적으로 냉각된다.
이런 추가적 냉각은 고압저장용기(120)내의 기상의 BOG 또는 액상의 재액화 액체화물 저장시 발생 가능한 압력 급상승을 방지하여 주는 부가적인 특징도 갖는다.
액체화물 감소에 따른 보상(compensation)을 통해 액체화물의 자유표면(F)의 증가가 억제 또는 방지되는 것에 대해서 설명하도록 하겠다.
먼저, BOG처리장치(140) 및 그와 관련된 밸브개폐제어부(145)와 제1, 제2전자변(123, 143)은 앞서 도 2에서 설명한 액체화물 보상 작동과 같이 작동시킨다.
이때, 고압저장용기(120)의 내부 압력이 화물저장탱크(110)의 내부 압력에 비해 상대적으로 크기 때문에, 고압저장용기(120)내에 저장된 액체화물 일부가 적정량만큼 화물저장탱크(110) 쪽으로 유입되고, 결국 BOG 발생에 상응한 화물저장탱크(110)의 액체화물 감소를 보상한다.
이런 경우, 화물저장탱크(110)내의 액체화물의 양이 보존되고, 이에 따라 액체화물의 자유표면(F)의 증가도 억제 또는 방지할 수 있다.
이러한 과정을 통해서 화물저장탱크(110)의 BOG는 고압저장용기(120)에서 가압 및 액화된 상태로 보관되고, 화물저장탱크(110) 내부의 압력을 초기 압력 상태로 유지시킬 수 있다.
액체화물의 하역시에도 고압저장용기(120)의 재액화 액체화물은 기 설치된 카고 펌프를 보조하는 부압 유지 수단으로 활용 가능하다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 선박의 발라스트 항해시, 화물저장탱크(110)의 저온 유지, 연료 공급 등을 목적으로 액체화물 또는 재액화 액체화물을 보관하는 경우를 살펴보고자 한다.
종전에서 선박의 발라스트 항해시 멤브레인 형식의 선박은 화물창의 냉각 및 연료로의 활용을 위해 일정 수준 이하의 액체화물을 화물저장탱크(110) 내부에 낮게 채워 운항하게 된다. 그러나 본 발명에서는 도 6에서처럼, 필요한 액체화물을 고압저장용기(120)에 보관함에 따라 화물저장탱크(110)내의 액체화물의 자유표면을 아예 없앨 수 있어 슬러싱 문제를 최소화하거나 근본적으로 해결할 수 있다.
이렇게 본 발명의 핵심은 액체화물에서 발생하는 BOG를 화물저장탱크(110) 내의 고압저장용기(120)에 다시 저장한다는 점과, 이때 고압저장용기(120)내에는 선박 운항 중에 발생하는 BOG의 발생량 또는 선박 운항 중 연료로 사용할 용량을 고려하여 액체화물의 일부가 미리 저장되어 있다는 점이다.
이렇게 할 경우 본 발명은 종래 기술과 달리 화물저장탱크(110) 전체를 내압 구조로 강화하여서 액체화물의 BOG 발생을 차단할 필요가 없고, 화물저장탱크(110) 전체의 내압구조화에 따른 구조적 보강과 피로 및 균열에 대한 고려 또는 강화 등이 필요 없을 뿐만 아니라, 슬러싱 현상을 효과적으로 억제 및 방지할 수 있게 된다.
제2실시예
제2실시예에서는 복수의 고압저장용기를 화물저장탱크 상부에 수평배열하고, 복수로서 상대적으로 소형인 포집구조물을 설치한 것을 제외하고는 앞서 상세히 설명한 제1실시예와 동일 또는 유사한 기술적 사상을 갖고 있으므로, 해당 유사 내지 동일 구성에 대한 상세 설명이 생략되며, 이와 관련된 도면부호도 유사내지 동일한 것이 사용 가능하다.
도면에서, 도 7은 본 발명의 제2실시예(200)에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 화물저장탱크(110)의 상부에는 앞서 설명한 고압저장용기(120)들이 복수로서 수평 배열되어 있다.
복수의 고압저장용기(120)는 수평 배열의 조합을 통해서 BOG 포집을 형상 구조적으로 보다 용이하게 포집하는데 도움이 되며, 액체화물에 의한 고압저장용기(120)에 가해지는 유체력을 감소시키는데 도움이 될 것으로 이해된다.
복수의 고압저장용기(120)를 화물저장탱크(110)에 설치시키기 위해 별도의 트러스 구조물과 같은 복수탱크지지설치 구조물(126)이 사용 가능하다.
한편, 복수의 포집구조물(130)도 앞서 설명한 제1실시예의 것과 달리 소형으로 각각 제작된 후, 화물저장탱크(110)의 상부 천정에 수평방향으로 배열되는 것이 바람직하다.
복수의 포집구조물(130)과 복수의 고압저장용기(120)의 적용을 위해서, 포집관부재(131)에는 상기 복수의 포집구조물(130)에 관통하게 배관된 포집다지관(139)이 더 결합되어 있고, 공급관부재(142)에는 복수의 고압저장용기(120)에 관통하게 배관된 공급다지관(149)이 더 결합되어 있는 것이 바람직하다.
BOG처리장치(140)에 구비된 밸브개폐제어부(145)는 고압저장용기(120) 또는 공급관부재(142) 별로 각각 구비된 복수의 제1, 제2전자변(123, 143)을 동시 또는 차례로 개폐시킬 수 있도록 연결 구성되는 것이 바람직하다.
이런 복수의 고압저장용기(120)는 탱크의 용량대비 표면적을 증가시켜 냉각효과를 극대화 시킬 수 있다.
제3실시예
제3실시예에서는 복수의 고압저장용기가 화물저장탱크의 벽체를 따라 상하로 각각 배치된 후 화물저장탱크의 수평방향을 따라 설정된 간격을 유지하면서 배열되어 있는 것을 제외하고는 앞서 상세히 설명한 제1, 제2실시예와 동일 또는 유사한 기술적 사상을 갖고 있으므로, 해당 유사 내지 동일 구성에 대한 상세 설명이 생략되며, 이와 관련된 도면부호도 유사내지 동일한 것이 사용 가능하다.
도면에서, 도 8은 본 발명의 제3실시예(300)에 따른 BOG 재액화에 의한 액체 화물의 슬러싱 방지 화물창의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 복수의 고압저장용기(120)는 수직 배열 구조를 갖는다.
즉, 복수의 고압저장용기(120)는 화물저장탱크(110)의 기 설치된 구조물인 펌프 타워(111)를 기반으로 설치되어 있다.
펌프 타워(111)에는 단열 또는 복수열로 연결된 수평 설치대(112)가 더 구비되어 있어서, 복수의 고압저장용기(120)의 설치가 용이하다.
복수의 고압저장용기(120)는 수평 설치대(112)에 의해 지지된 상태에서 상기 화물저장탱크의 바닥면에서 각각 수직하게 세워진 후 수평 설치대(112)의 연장 방향을 따라 상호 이격 배열된다.
이런 복수의 고압저장용기(120)는 히트펌프로서 작용하여 화물저장탱크(110) 하부와 상부간 열순환을 촉진시켜 화물저장탱크(110) 내의 온도분포를 균일하게 할 수 있고, 그만큼 BOG의 발생량을 저감시킬 수 있다.
포집구조물(130) 및 관련 배관은 제1 또는 제2실시예에 개시된 것이거나 이들을 조합한 것으로 활용할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 선박에 설치된 화물저장탱크의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 고압저장용기의 정면 기준 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 화물창의 화물저장탱크 내에 액체화물이 적재된 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 화물창의 화물저장탱크 내에서 BOG 발생시 고압저장용기의 액체화물을 화물저장탱크 내부로 유입시키는 단면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 화물창의 화물저장탱크를 탑재한 선박이 발라스트 항해시 고압저장용기의 용도를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
110 : 화물저장탱크 120 : 고압저장용기
130 : 포집구조물 140 : BOG처리장치

Claims (9)

  1. 선박에서 액체화물을 격납시키는 제반 설비와 화물저장탱크를 구비한 화물창에 있어서,
    선박의 운항 도중에 발생하는 BOG(Boil Off Gas)의 발생량 또는 운항 중 연료로 사용할 용량을 고려하여 액체화물 일부를 미리 저장하도록 상기 화물저장탱크의 내부에 배치된 고압저장용기;
    BOG의 재액화를 위해 BOG를 포집하도록 상기 화물저장탱크 상부에 형성된 포집구조물;
    상기 포집구조물에 의해 포집된 BOG로부터 만든 재액화 액체화물을 상기 액체화물 일부와 함께 상기 고압저장용기에 저장시키고, 상기 BOG 발생에 상응한 화물저장탱크의 액체화물 감소를 보상하도록, 상기 고압저장용기의 액체화물 일부 또는 재액화 액체화물을 화물저장탱크 쪽으로 유입시키는 BOG처리장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포집구조물과 상기 BOG처리장치 사이에 관통하게 포집관부재;
    상기 BOG처리장치와 상기 고압저장용기 사이에 관통하게 연결된 공급관부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 포집관부재에는 액체화물 유입을 억제하는 대신 BOG만을 통과시키는 가스통과 체크밸브가 더 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압저장용기는
    실린더형 또는 저온고압형 탱크구조를 갖는 용기본체;
    상기 용기본체의 내표면을 기반으로 적어도 하나 형성된 격벽;
    상기 용기본체에서 관통하게 형성된 배출구;
    상기 배출구에서 개폐 작동 하도록 설치된 제1전자변;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압저장용기는 탱크지지설치 구조물을 통해 화물저장탱크의 바닥, 벽체, 천정, 상기 포집구조물 중 어느 하나를 기반으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압저장용기는 복수개로서 상기 화물저장탱크의 상부에 수평 배열되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압저장용기는 화물저장탱크에 설치된 구조물인 펌프 타워를 기반으로 상기 화물저장탱크의 바닥면에서 각각 수직하게 세워진 후 상호 이격되도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포집구조물은 화물저장탱크의 상부형상에 대응하게 연결된 평활면 또는 곡면을 이용하여 형성됨에 따라, 경사형, 빗면형, 콘형, 스커트형, 벨마우스형 중 어느 하나의 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BOG처리장치는 고압저장용기에 설치된 제1전자변 또는 공급관부재에 설치된 제2전자변을, 최초 액체화물 저장을 위한 초기 작동과, 선박의 발라스트 항해 작동과, 액체화물 보상 작동 중 어느 하나의 작동에 상응하여 개폐시키는 밸브개폐제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BOG 재액화에 의한 액체화물의 슬러싱 방지 화물창.
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