KR101261866B1 - 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치 - Google Patents

Abstract

원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예들에 따른 휘발성 유기 화합물 저감 장치는, 수직 배관의 상단부에 배치되어 수평 배관을 통해 수직 배관 내로 유입되는 원유를 회전 유동시키는 스월 제너레이터를 구비한다. 수직 배관의 하단부에는 원유의 회전 유동을 층류로 바꾸어 주는 스월 스테이터가 배치될 수 있다. 스월 스테이터의 상부에는 스월 스테이터를 승강시키는 승강 수단이 설치될 수 있으며, 화물창 내부에는 수직 배관의 하단부를 둘러싸는 보조 탱크가 설치될 수 있다.

Description

원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치{VOC reducing apparatus for oil tanker}

본 발명은 원유 운반선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원유의 초기 선적시 휘발성 유기 화합물의 발생을 저감하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 관한 것이다.

원유 운반선(oil tanker)은 생산지에서 채굴된 원유를 다수의 원유 저장용 화물창 내에 선적하여 소비처까지 원거리 수송하는 선박을 말한다. 이러한 원유 운반선에 있어서, 원유를 화물창 내에 선적하거나 운항하는 기간 중에 원유로부터 상당량의 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compound; 이하, VOC라 칭한다)이 발생하게 된다.

특히, VOC는 원유의 초기 선적시 수직 배관 내에서 많이 발생하게 된다. 원유 운반선에는, 원유 선적 배관망으로서, 생산지의 원유 저장 탱크로부터 원유가 공급되는 수평 배관과, 수평 배관으로부터 수직으로 이어져 화물창 내의 하단부까지 연장된 수직 배관이 마련되어 있다. 상기 수평 배관을 통해 공급된 원유는 수직 배관에서 중력에 의해 급격히 낙하하게 되는데, 이때 수직 배관 내의 상단부에서 과도한 압력 강하가 일어나게 된다. 이때, 수직 배관 내의 상단부 압력이 증기압보다 낮아지게 되고, 이에 따라 수직 배관 내의 상단부에서 원유로부터 VOC의 증발이 현저하게 일어나게 된다.

이와 같이 발생된 VOC는 예컨대, 메탄, 프로탄, 부탄 및 에탄과 같은 다양한 유기 화합물을 포함하고 있으며, 이들은 인체에 유해하고, 대기 중으로 배출될 경우 스모그 등의 원인이 되어 대기오염을 유발하게 된다. 구체적으로, VOC는 대기 중에서 이동성이 강하고, 냄새를 유발할 뿐만 아니라, 잠재적인 독성 및 발암성을 가지고 있으며, 산화질소 및 다른 화합물질과 광화학적으로 반응하여 오존을 형성하기 때문에 이들에 의한 환경오염은 특별히 관심을 집중시키고 있는 실정이다. 또한, 선박 내에서 발생된 VOC를 대기 중으로 배출할 경우, 그만큼 운송하는 원유의 손실이 일어나는 것이다. 따라서, 선박 내에서 VOC가 발생되는 것을 저감하여, VOC의 선외 배출을 억제할 필요가 있다.

본 발명의 실시예들은, 화물창에 원유를 초기 선적할 때 수직 배관 내에서 발생하는 휘발성 유기 화합물을 저감하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치를 제공한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 원유를 저장하는 화물창의 상부에 수평으로 설치된 수평 배관과, 상기 수평 배관과 연결되는 것으로 상기 화물창의 상부에서 상기 화물창 내의 하단부까지 수직으로 연장된 수직 배관을 구비한 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 있어서,

상기 수직 배관의 상단부에 배치되어, 상기 수평 배관을 통해 상기 수직 배관 내로 유입되는 원유를 회전 유동시키는 스월 제너레이터;를 구비하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치가 제공된다.

그리고, 상기 수직 배관의 하단부에 배치되어, 상기 원유의 회전 유동을 층류로 바꾸어 주는 스월 스테이터;를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 화물창의 바닥면에 홈이 형성되고, 상기 홈에 상기 스월 스테이터가 설치될 수 있다.

또한, 상기 스월 제너레이터와 상기 스월 스테이터는 각각 회전축과 상기 회전축의 둘레에 나선형으로 형성된 베인을 포함할 수 있다.

또한, 상기 스월 제너레이터의 회전축은 아래쪽으로 가면서 점차 직경이 작아지는 형상을 가질 수 있으며, 상기 스월 스테이터의 회전축은 위쪽으로 가면서 점차 직경이 작아지는 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 스월 제너레이터는 상기 수직 배관의 상단부 내에 수직 방향으로 승강 가능하도록 설치되고, 상기 스월 제너레이터의 상부에는 상기 수직 배관 내의 상단부의 압력에 따라 상기 스월 제너레이터를 승강시키는 승강 수단이 설치될 수 있다.

또한, 상기 승강 수단은, 스프링, 유압, 공기압 및 안전 밸브 중 적어도 하나를 이용하는 것일 수 있다.

또한, 상기 수직 배관에는 상기 수직 배관 내의 상단부 압력을 측정하는 압력 센서가 설치되고, 상기 승강 수단은 상기 압력 센서에 의해 측정된 압력을 기초로 하여 상기 스월 제너레이터를 승강시키는 액츄에이터일 수 있다.

또한, 상기 수직 배관 내의 상단부 압력이 기준값보다 낮아지게 되면, 상기 스월 제너레이터는 하강하고, 상기 수직 배관 내의 상단부 압력이 기준값 이상으로 높아지게 되면, 상기 스월 제너레이터는 상승할 수 있다.

또한, 상기 수직 배관의 하단부를 둘러싸도록 상기 화물창 내부에 설치된 보조 탱크;를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 보조 탱크는 하단이 막히고 상단이 개방된 원통 형상을 가지며, 상기 보조 탱크의 내부에 상기 수직 배관의 하단부와 상기 스월 스테이터가 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 의하면, 수평 배관을 통해 수직 배관 내로 유입된 원유가 스월 제너레이터에 의해 회전 유동하게 되므로, 수직 배관 내의 상단부에서 중력에 의한 가속이 최소화되어 압력의 저하가 줄어들게 된다. 따라서, 원유의 초기 선적 시 수직 배관 내의 상단부에서 급격한 압력 강하에 따른 VOC의 발생이 감소될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성 유기 화합물 저감 장치를 도시한 도면이다.
도 2와 도 3은 도 1에 도시된 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 있어서 스월 제너레이터의 작동을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 도 1에 도시된 승강 수단의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 수직 배관의 하단부를 둘러싸는 보조 탱크가 설치된 예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 대해 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성 유기 화합물 저감 장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 원유 운반선은 원유를 저장하여 장거리 운송하기 위한 선박으로서, 원유를 저장하는 화물창(10)을 구비하고 있으며, 또한 상기 화물창(10)에 원유를 선적하기 위한 원유 선적 배관망을 구비하고 있다. 상기 원유 선적 배관망은, 상기 화물창(10)의 상부에 수평으로 설치된 수평 배관(20)과, 상기 수평 배관(20)과 연결되는 것으로 상기 화물창(10)의 상부에서 상기 화물창(10) 내의 하단부까지 수직으로 연장된 수직 배관(30)을 포함한다. 상기 수평 배관(20)은, 원유 운반선의 외부로부터, 예컨대 생산지의 원유 저장 탱크와 연결되며, 이를 통해 원유가 공급된다.

상기 원유 운반선에는 일반적으로 다수의 화물창(10)이 마련되지만, 도 1에는 설명의 편의와 명료한 도시를 위해 하나의 화물창(10)만 도시되어 있으며, 이하 도면들에서도 마찬가지이다.

전술한 바와 같이, 상기 화물창(10)에 원유를 초기 선적할 때, 상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A로 표시된 부분)에서 중력에 의한 가속에 의해 압력이 증기압 아래로 떨어지는 현상이 발생하고, 이로 인해 VOC가 비교적 많이 발생된다.

이를 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성 유기 화합물 저감 장치(100)는, 상기 수직 배관(30)의 상단부에 배치된 스월 제너레이터(swirl generator, 110)와, 상기 수직 배관(30)의 하단부에 배치된 스월 스테이터(swirl stator, 120)를 구비한다.

상기 스월 제너레이터(110)는, 상기 수평 배관(20)을 통해 상기 수직 배관(30) 내로 유입되는 원유를 회전 유동시키는 역할을 하는 것으로, 회전축(112)과, 상기 회전축(112)의 둘레에 나선형으로 형성된 베인(vane, 114)을 포함하는 구성을 가질 수 있다. 그리고, 상기 스월 제너레이터(110)의 회전축(112)은 아래쪽으로 가면서 점차 직경이 작아지는 형상을 가질 수 있으며, 이에 따라 상기 베인(114)의 외경도 아래쪽으로 가면서 점차 작아질 수 있다. 한편, 상기 스월 제너레이터(110)는 상기한 구성뿐만 아니라, 유체를 회전 유동시킬 수 있는 다양한 구성을 가질 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 수직 배관(30)의 상단부에 스월 제너레이터(110)가 설치됨으로써, 수평 배관(20)을 통해 수직 배관(30) 내로 유입된 원유는 회전 유동하면서 수직 배관(30)의 하단부로 이동하게 된다. 이와 같이, 수직 배관(30) 내에서 원유가 회전 유동하게 되면, 수직 배관(30) 내의 상단부(A로 표시된 부분)에서의 중력에 의한 가속이 최소화되어 압력의 저하가 줄어들게 된다. 따라서, 수직 배관(30) 내의 상단부(A로 표시된 부분)에서 급격한 압력 강하에 따른 VOC의 발생이 감소될 수 있다. 또한, 상기 수직 배관(30) 내의 상단부의 공간 일부를 상기 스월 제너레이터(110)가 차지하게 됨으로써, 상기 공간의 축소에 따른 압력 증가분도 VOC의 발생 감소에 기여할 수 있다.

그리고, 상기 스월 제너레이터(110)는, 상기 수직 배관(30)의 상단부 내에 수직 방향으로 승강 가능하도록 설치될 수 있으며, 상기 스월 제너레이터(110)의 상부에는 수직 배관(30) 내의 상단부의 압력에 따라 상기 스월 제너레이터(110)를 승강시키는 승강 수단이 설치될 수 있다. 상기 승강 수단으로서 스프링(132)이 사용될 수 있다. 한편, 상기 스프링(132) 이외에도 유압이나 공기압 또는 안전 밸브를 이용하거나, 이들 중 두 가지 이상을 함께 이용하는 다양한 승강 수단이 채용될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 도 2와 도 3을 참조하면서 다시 설명하도록 한다.

상기 스월 제너레이터(110)에 의한 원유의 회전 유동은 상기 수직 배관(30)의 하단부까지 유지된다. 만약, 원유가 회전 유동하는 상태로 수직 배관(30)의 하단부로부터 화물창(10) 내로 유입되면, 난류가 발생되고 이로 인해 VOC가 발생할 수 있다.

상기 스월 스테이터(120)는, 상기한 바와 같은 난류의 발생을 방지하기 위해, 상기 수직 배관(30)의 하단부에서 원유의 회전 유동을 층류로 바꾸어 주는 역할을 하는 것으로, 회전축(122)과, 상기 회전축(122)의 둘레에 나선형으로 형성된 베인(vane, 124)을 포함하는 구성을 가질 수 있다. 그리고, 상기 스월 스테이터(120)의 회전축(112)은 위쪽으로 가면서 점차 직경이 작아지는 형상을 가질 수 있으며, 이에 따라 상기 베인(114)의 외경도 위쪽으로 가면서 점차 작아질 수 있다. 한편, 상기 스월 스테이터(120)도 상기한 구성뿐만 아니라, 유체의 회전 유동을 층류로 바꾸어 주는 다양한 구성을 가질 수 있다.

상기 스월 스테이터(120)는 상기 화물창(10)의 바닥면 상에 설치될 수 있다. 그리고, 상기 화물창(10)의 바닥면에 소정 깊이의 홈(12)이 형성되고, 상기 홈(12)에 상기 스월 스테이터(120)가 설치될 수도 있다.

도 2와 도 3은 도 1에 도시된 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 있어서 스월 제너레이터의 작동을 설명하기 위한 도면들이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 상기 수직 배관(30) 내의 상단부 압력이 소정의 기준값보다 낮아지게 되면, 상기 스월 제너레이터(110)는 하강하게 된다. 이와 같이 하강된 스월 제너레이터(110)에 의해 수직 배관(30) 내의 상단부의 공간이 축소되고, 이에 따라 수직 배관(30) 내의 상단부의 압력 저하가 억제될 수 있다. 상기 기준값은 원유의 증기압으로 설정될 수 있다.

다음으로, 도 3을 참조하면, 상기 수직 배관(30) 내의 상단부 압력이 기준값 이상으로 높아지게 되면, 상기 스월 제너레이터(110)는 상승하게 된다. 이와 같이, 스월 제너레이터(110)가 상승하게 되면, 수직 배관(30) 내의 상단부의 공간이 넓어지게 되고, 이에 따라 압력이 낮아지게 된다. 이때, 압력이 기준값 이하로 낮아지게 되면, 다시 도 2에 도시된 바와 같이 상기 스월 제너레이터(110)가 하강하게 된다.

상기한 바와 같이, 상기 스월 제너레이터(110)는 상기 수직 배관(30) 내의 상단부 압력에 따라 승강하면서, 상기 수직 배관(30) 내의 상단부 압력이 기준값 이하로 낮아지는 것을 방지하는데 도움을 주게 된다.

도 4는 도 1에 도시된 승강 수단의 다른 예를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 스월 제너레이터(110)를 승강시키는 승강 수단으로서 능동적 시스템이 채용될 수 있다. 예컨대, 상기 수직 배관(30)에는 상기 수직 배관(30) 내의 상단부 압력을 측정하는 압력 센서(134)가 설치되고, 상기 스월 제너레이터(110)의 상부에는 상기 압력 센서(134)에 의해 측정된 압력을 기초로 하여 상기 스월 제너레이터(110)를 승강시키는 액츄에이터(136)가 설치될 수 있다. 구체적으로, 상기 압력 센서(134)에 의해 측정된 압력이 기준값보다 낮을 때에는, 상기 액츄에이터(136)는 상기 스월 제너레이터(110)를 하강시키고, 상기 압력 센서(134)에 의해 측정된 압력이 기준값보다 높을 때에는, 상기 액츄에이터(136)는 상기 스월 제너레이터(110)를 상승시킬 수 있다. 상기 스월 제너레이터(110)가 승강함에 따른 효과는 도 2와 도 3을 참조하면서 설명한 바와 같다.

도 5는 도 1에 도시된 수직 배관의 하단부를 둘러싸는 보조 탱크가 설치된 예를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치(100)는, 수직 배관(30)의 하단부를 둘러싸는 보조 탱크(140)를 더 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 화물창(10) 내부에는, 소정 높이를 가지며 하단이 막히고 상단이 개방된 원통 형상의 보조 탱크(140)가 설치되고, 상기 보조 탱크(140)의 내부에 상기 수직 배관(30)의 하단부가 위치할 수 있다. 그리고, 상기 스월 스테이터(120)도 상기 보조 탱크(140)의 내부에 설치될 수 있다.

상기한 바와 같이, 수직 배관(30)의 하단부를 둘러싸는 보조 탱크(140)가 설치되면, 원유가 상기 보조 탱크(140) 내부를 보조 탱크(140)의 높이까지 먼저 채우게 된다. 따라서, 상기 보조 탱크(140)의 높이에 대응되는 원유의 유체 정압이 수직 배관(30)의 내부에도 미치게 되고, 수직 배관(30) 내의 상단부 압력도 보다 빨리 원유의 증기압에 도달할 수 있게 되므로, 원유의 초기 선적시 VOC이 발생이 더욱 효과적으로 저감될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10...화물창 20...수평 배관
30...수직 배관 100..휘발성 유기 화합물 저감 장치
110...스월 제너레이터 112...회전축
114...베인(vane) 120...스월 스테이터
122...회전축 114...베인(vane)
132...스프링 134...압력 센서
136...액츄에이터 140...보조 탱크

Claims (11)

1. 원유를 저장하는 화물창의 상부에 수평으로 설치된 수평 배관과, 상기 수평 배관과 연결되는 것으로 상기 화물창의 상부에서 상기 화물창 내의 하단부까지 수직으로 연장된 수직 배관을 구비한 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 있어서,
   상기 수직 배관의 상단부에 배치되어, 상기 수평 배관을 통해 상기 수직 배관 내로 유입되는 원유를 회전 유동시키는 스월 제너레이터; 및
   상기 수직 배관의 하단부에 배치되어, 상기 원유의 회전 유동을 층류로 바꾸어 주는 스월 스테이터;를 구비하며,
   상기 스월 제너레이터와 상기 스월 스테이터는 각각 회전축과 상기 회전축의 둘레에 나선형으로 형성된 베인을 포함하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 화물창의 바닥면에 홈이 형성되고, 상기 홈에 상기 스월 스테이터가 설치된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 스월 제너레이터의 회전축은 아래쪽으로 가면서 점차 직경이 작아지는 형상을 가지며, 상기 스월 스테이터의 회전축은 위쪽으로 가면서 점차 직경이 작아지는 형상을 가진 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 스월 제너레이터는 상기 수직 배관의 상단부 내에 수직 방향으로 승강 가능하도록 설치되고, 상기 스월 제너레이터의 상부에는 상기 수직 배관 내의 상단부의 압력에 따라 상기 스월 제너레이터를 승강시키는 승강 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 승강 수단은, 스프링, 유압, 공기압 및 안전 밸브 중 적어도 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 수직 배관에는 상기 수직 배관 내의 상단부 압력을 측정하는 압력 센서가 설치되고, 상기 승강 수단은 상기 압력 센서에 의해 측정된 압력을 기초로 하여 상기 스월 제너레이터를 승강시키는 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수직 배관 내의 상단부 압력이 기준값보다 낮아지게 되면, 상기 스월 제너레이터는 하강하고, 상기 수직 배관 내의 상단부 압력이 기준값 이상으로 높아지게 되면, 상기 스월 제너레이터는 상승하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
10. 제 1항, 제 3항, 또는 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수직 배관의 하단부를 둘러싸도록 상기 화물창 내부에 설치된 보조 탱크;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 보조 탱크는 하단이 막히고 상단이 개방된 원통 형상을 가지며, 상기 보조 탱크의 내부에 상기 수직 배관의 하단부와 상기 스월 스테이터가 위치하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.

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