KR101281179B1 - 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치 - Google Patents

원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치 Download PDF

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Abstract

원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예들에 따른 휘발성 유기 화합물 저감 장치는, 화물창 내부에 설치되어 수직 배관을 통해 유입된 액상의 원유와 기상의 VOC를 분리하는 2상 분리기를 구비한다. 2상 분리기에는, 2상 분리기 내에서 분리된 액상의 원유를 화물창 내로 배출하는 원유배출구와, 2상 분리기 내에서 분리된 기상의 VOC를 배출하는 배기구가 마련된다. 배기구에는 2상 분리기 내부의 압력을 일정한 설정 압력으로 유지하는 안전 밸브가 설치된다. 2상 분리기는 압력 용기 또는 사이클론일 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 선적 시 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 해상을 통해 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 선적 시 수직 배관 내에서 많이 발생하게 된다. 원유 운반선에는, 원유를 저장하기 위한 화물창이 마련되고, 화물창 내에 원유를 선적하기 위한 배관들로서, 화물창의 상부에 수평으로 배치된 수평 배관과, 수평 배관으로부터 화물창의 내부까지 수직으로 하향 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 VOC가 발생하게 된다.
이와 같이 발생된 VOC는 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 VOC의 발생을 저감하여, VOC의 선외 배출을 억제할 필요가 있다.
한편, 대한민국 공개특허공보 10-2004-0005906호에는, 유조선의 적하물 탱크 외부에 부압하에서 원유로부터 VOC를 분리하는 처리 용기가 설치되고, 처리 용기로부터 추출되는 VOC는 몇 개의 압축 단계와 냉각을 거쳐 액화되며, 원유는 액밀부를 통해서 적하물 탱크로 유입되는 구성이 개시되어 있다. 그런데, 상기한 선행기술은 발생된 VOC를 액화시켜 회수하는 기술에 관한 것이지, 원유의 선적 시 VOC의 발생을 저감하는 기술에 관한 것은 아니다.
KR 10-2004-0005906 2004. 1. 16.
본 발명의 실시예들은, 화물창에 원유를 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 배관으로부터 상기 화물창의 내부까지 수직으로 하향 연장된 수직 배관을 구비한 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 있어서,
상기 화물창 내부에 설치되어 상기 수직 배관을 통해 유입된 액상의 원유와 기상의 VOC를 분리하는 2상 분리기; 상기 2상 분리기에 마련되어 상기 2상 분리기 내에서 분리된 액상의 원유를 상기 화물창 내로 배출하는 원유배출구; 상기 2상 분리기에 마련되어 상기 2상 분리기 내에서 분리된 기상의 VOC를 배출하는 배기구; 및 상기 배기구에 설치되어 상기 2상 분리기 내부의 압력을 일정한 설정 압력으로 유지하는 안전 밸브;를 구비하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치가 제공된다.
그리고, 상기 2상 분리기는 압력 용기일 수 있다.
또한, 상기 압력 용기는 직경에 비해 높이가 높은 원통 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 수직 배관의 하단부와 상기 압력 용기를 연결하는 연결관을 더 구비하며, 상기 연결관은 상기 수직 배관의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 압력 용기의 측면 하단에 연결될 수 있다.
또한, 상기 수직 배관의 하단부와 상기 압력 용기를 연결하는 연결관을 더 구비하며, 상기 연결관은 상기 수직 배관의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 압력 용기의 측면 상단 가까이에 연결되고, 상기 압력 용기 내부에 상기 연결관과 연결되어 상기 압력 용기 내의 하단부까지 연장된 내부관이 설치될 수 있다.
또한, 상기 원유배출구는 상기 압력 용기의 측면에 마련되고, 상기 배기구는 상기 압력 용기의 상단에 마련될 수 있다.
또한, 상기 원유배출구에 원유의 배출을 단속하기 위한 원유배출밸브가 설치될 수 있다.
또한, 상기 2상 분리기는 사이클론일 수 있다.
또한, 상기 사이클론의 상부는 원통 형상으로 이루어지고, 하부는 원추 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 수직 배관의 하단부와 상기 사이클론을 연결하는 연결관을 더 구비하며, 상기 연결관은 상기 수직 배관의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 사이클론의 측면 상단에 접선 방향으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 원유배출구는 상기 사이클론의 하단에 마련되고, 상기 배기구는 상기 사이클론의 상단에 마련될 수 있다.
또한, 상기 설정 압력은 상기 수직 배관 내의 상단부의 압력이 원유의 증기압 이상이 되도록 하는 압력일 수 있다.
또한, 상기 배기구와 상기 수직 배관의 상단부 사이에 연결되어 상기 배기구를 통해 배출되는 VOC를 상기 수직 배관 내의 상단부로 주입하는 VOC 주입관;을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 VOC 주입관에 VOC를 압축하여 압력을 높이기 위한 압축기가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 의하면, 화물창 내에 설치된 압력 용기 또는 사이클론에 의해 수직 배관 내의 상단부 압력이 보다 빠른 시간 내에 원유의 증기압에 도달하게 된다. 따라서, 원유의 선적 시 수직 배관 내의 상단부에서 급격한 압력 강하에 따른 VOC의 발생이 저감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 연결관과 압력 용기의 연결 구조의 변형예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 압력 용기의 배기구에 VOC 주입관이 연결된 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 연결관과 사이클론의 연결 구조를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 사이클론의 배기구에 VOC 주입관이 연결된 예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 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 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 원유 운반선은 원유를 저장하여 해상을 통해 운송하기 위한 선박으로서, 원유를 저장하는 화물창(10)을 구비하고 있다. 그리고, 상기 화물창(10)에는 화물창(10) 내에 원유를 선적하기 위한 배관들로서, 상기 화물창(10)의 상부에 수평으로 배치된 수평 배관(20)과, 상기 수평 배관(20)으로부터 화물창(10)의 내부까지 수직으로 하향 연장된 수직 배관(30)이 마련된다. 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 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.
일반적으로, 화물창(10) 내에 원유가 채워지면서 화물창(10) 내의 원유의 높이가 높아지게 되면, 원유의 높이에 상응하는 유체 정압이 수직 배관(30) 내에도 미치게 되므로, 수직 배관(30) 내의 상단부(A) 압력도 높아지게 된다. 이때, 수직 배관(30) 내의 상단부(A) 압력이 원유의 증기압 이상이 되면 VOC의 발생이 급격히 감소하게 된다. 이와 같이, 수직 배관(30) 내의 상단부(A) 압력이 원유의 증기압 이상이 되도록 하는 화물창(10) 내의 원유의 높이를 임계 높이(critical level)라고 한다. 그런데, 화물창(10) 내에서 원유의 높이가 임계 높이에 도달하는데 소요되는 시간이 상당히 길기 때문에, 그 동안 수직 배관(30) 내에서 상당량의 VOC가 발생하게 되는 것이다.
따라서, 화물창(10) 내의 원유의 높이가 임계 높이에 도달하기 전이라도, 수직 배관(30) 내의 상단부(A) 압력이 원유의 증기압 이상이 되도록 하면, 수직 배관(30) 내에서의 VOC의 발생을 저감할 수 있게 되는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성 유기 화합물 저감 장치(100)는, 상기 화물창(10) 내에 설치되어 상기 수직 배관(30)을 통해 유입된 액상의 원유와 기상의 VOC를 분리하는 2상 분리기로서 압력 용기(120)를 구비한다.
그리고, 상기 압력 용기(120)에는 압력 용기(120) 내에서 분리된 액상의 원유와 기상의 VOC를 각각 배출하기 위한 원유배출구(130)와 배기구(140)가 마련된다.
구체적으로, 상기 압력 용기(120)는 원통 형상을 가지되, 직경에 비해 높이가 높은 형상, 즉 수직 방향으로 긴 형상을 가질 수 있다. 상기 압력 용기(120)는, 상기 수직 배관(30)과 연결관(110)의 직경보다 큰 직경을 가지고, 상기 화물창(10)의 체적보다는 훨씬 적은 체적을 가진다. 상기 압력 용기(120)는 화물창(10) 내에 설치되는데, 화물창(10)의 바닥면에 부착된 지지대(12) 상에 설치될 수 있다. 한편, 상기 압력 용기(120)는 상기 지지대(12) 없이 화물창(10)의 바닥면에 직접 접촉되도록 설치될 수도 있다.
상기 수직 배관(30)의 하단부와 상기 압력 용기(120)는 연결관(110)에 의해 연결될 수 있다. 상기 연결관(110)은 상기 수직 배관(30)의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 압력 용기(120)의 측면 하단에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 수평 배관(20)과 수직 배관(30)을 통해 공급되는 원유는 상기 연결관(110)을 통해 상기 압력 용기(120) 내로 유입될 수 있으며, 또한 수직 배관(30) 내의 상단부(A)에서 발생된 VOC도 원유와 함께 상기 연결관(110)을 통해 상기 압력 용기(120) 내로 유입될 수 있다. 한편, 상기한 연결관(110)과 압력 용기(120)의 연결 구조는 변형이 가능하며, 그 변형예에 대해서는 뒤에서 도 2를 참조하면서 설명하기로 한다.
상기 원유배출구(130)는 상기 압력 용기(120) 내의 원유를 화물창(10) 내로 배출하기 위한 출구로서, 압력 용기(120)의 측면에 마련된다. 상기 원유배출구(130)는 압력 용기(120) 전체 높이의 대략 1/3이 되는 높이에 마련될 수 있다. 그리고, 상기 원유배출구(130)에는 원유의 배출을 단속하기 위한 원유배출밸브(132)가 설치된다. 상기 원유배출밸브(132)의 개폐 시기는 아래에서 설명된다.
상기 배기구(140)는 상기 압력 용기(120) 내의 VOC를 화물창(10) 내로 배출하기 위한 출구로서, 압력 용기(120)의 상단에 마련된다. 상기 배기구(140)에는 상기 압력 용기(120) 내의 압력을 일정한 설정 압력으로 유지하기 위한 안전 밸브(safety valve, 142)가 설치된다. 상기 압력 용기(120) 내의 압력은 상기 연결관(110)을 통해 수직 배관(30) 내에도 미치게 되므로, 압력 용기(120) 내의 압력이 높아져 일정한 압력에 도달하게 되면, 상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A)의 압력도 높아져 원유의 증기압에 도달할 수 있다. 따라서, 상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A)의 압력이 원유의 증기압 이상이 되도록 하는 압력 용기(120) 내의 압력을 상기한 설정 압력으로 정할 수 있다. 상기 안전 밸브(142)는 압력 용기(120) 내의 압력이 상기 설정 압력 이상이 되면 자동으로 열리게 되고, 이에 따라 상기 배기구(140)를 통해 압력 용기(120) 내의 VOC가 화물창(10) 내로 배출됨으로써, 압력 용기(120) 내의 압력이 상기 설정 압력으로 유지될 수 있다.
이하에서는, 상기한 구성을 가진 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성 유기 화합물 저감 장치(100)의 작용에 대해 설명하기로 한다.
상기 화물창(10) 내에 원유를 선적하기 위해 상기 수평 배관(20)을 통해 원유가 공급된다. 상기 수평 배관(20)을 통해 공급되는 원유는 상기 수직 배관(30)과 연결관(110)을 통해 압력 용기(120) 내로 유입되며, 또한 상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A)에서 발생된 VOC도 원유와 함께 상기 연결관(110)을 통해 상기 압력 용기(120) 내로 유입된다. 이때, 상기 원유배출밸브(132)와 안전 밸브(142)는 모두 닫힌 상태로 유지된다. 상기 압력 용기(120) 내로 유입된 액상의 원유와 기상의 VOC는 상기 압력 용기(110) 내에서 분리되어, 기상의 VOC는 압력 용기(120) 내의 상부에 모이게 되고, 액상의 원유는 압력 용기(120) 내의 하부에 모이게 된다.
상기 수직 배관(30)과 연결관(110)을 통해 계속적으로 원유와 VOC가 유입됨에 따라, 상기 압력 용기(120) 내의 원유의 높이는 높아지게 되고, 또한 압력 용기(120) 내의 압력도 상승하게 된다. 상기 압력 용기(120) 내의 높아진 압력은 상기 연결관(110)을 통해 수직 배관(30) 내에도 미치게 되므로, 수직 배관(30) 내의 압력도 빠르게 높아지게 된다. 상기 압력 용기(120) 내의 압력이 상기 설정 압력에 도달하면, 상기한 바와 같이 상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A) 압력이 원유의 증기압에 도달하게 된다. 이와 같이, 화물창(10) 내의 원유의 높이가 임계 높이에 도달하기 전에도, 수직 배관(30) 내의 상단부(A) 압력이 빠른 시간 내에 원유의 증기압에 도달하게 되므로, 수직 배관(30) 내에서의 VOC의 발생이 현저하게 저감될 수 있다.
상기 압력 용기(120) 내의 압력이 상기 설정 압력 이상이 되면, 상기 배기구(140)에 설치된 안전 밸브(142)가 열리게 되므로, 압력 용기(120) 내의 VOC는 화물창(10) 내로 배출된다. VOC의 배출에 따라, 압력 용기(120) 내부의 압력이 낮아지게 될 경우, 상기 안전 밸브(142)가 닫히게 되고, 이에 따라 압력 용기(120) 내부의 압력이 다시 상승하게 된다. 이와 같이, 상기 안전 밸브(142)의 개폐가 반복되면서, 압력 용기(120) 내부의 압력은 상기 설정 압력으로 유지될 수 있다.
상기한 과정에서, 압력 용기(120) 내부의 VOC가 점차 배출되고 새로 유입되는 VOC도 감소하게 되므로, 원유의 높이는 점차 높아지게 된다. 상기 압력 용기(120) 내부의 원유의 높이가 상기 원유 배출구(130)의 높이를 넘어섰을 때, 상기 원유배출밸브(132)를 열어서 압력 용기(120) 내의 원유를 원유배출구(130)를 통해 화물창(10) 내로 배출할 수 있다. 이때, 상기 압력 용기(120) 내부의 압력이 낮아지는 것을 방지하기 위해, 상기 원유배출구(130)를 통해 배출되는 유량이 상기 연결관(110)을 통해 압력 용기(120) 내로 유입되는 유량보다 크지 않도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 원유배출구(130)의 단면적을 상기 연결관(110)의 단면적보다 작거나 같게 할 수 있다.
한편, 상기 압력 용기(120) 내부의 압력이 상기 설정 압력에 도달하지 못한 경우에는, 압력 용기(120) 내부의 원유의 높이가 상기 원유 배출구(130)의 높이에 도달하였어도 상기 원유배출구(130)를 통해 원유를 배출하지 않고, 압력 용기(120) 내부의 압력이 상기 설정 압력에 도달할 때까지 상기 원유배출밸브(132)의 닫힌 상태를 유지할 수 있다.
상기 압력 용기(120)로부터 배출된 원유가 상기 화물창(10) 내에 채워짐에 따라, 상기 화물창(10) 내의 원유의 높이가 상승하게 된다. 상기 화물창(10) 내의 원유의 높이가 높아지면서, 이에 상응하여 상기 압력 용기(120) 내의 원유의 높이도 높아져, 결국은 압력 용기(120) 내부를 원유가 완전히 채우게 된다. 이러한 상태는 원유가 화물창(10) 내부를 완전히 채울 때까지 유지된다.
도 2는 도 1에 도시된 연결관과 압력 용기의 연결 구조의 변형예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 수직 배관(30)의 하단부와 상기 압력 용기(120)를 연결하는 연결관(110)은, 상기 수직 배관(30)의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 압력 용기(120)의 측면 상단 가까이에 연결될 수 있다. 그리고, 상기 압력 용기(120) 내부에는, 상기 연결관(110)과 연결되어 압력 용기(120) 내의 하단부까지 연장된 내부관(112)이 설치될 수 있다. 상기 수평 배관(20)과 수직 배관(30)을 통해 공급되는 원유는 상기 연결관(110)을 통해 상기 압력 용기(120) 내로 유입되고, 상기 내부관(112)을 통해 상기 압력 용기(120) 내의 하단부까지 안내될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 압력 용기의 배기구에 VOC 주입관이 연결된 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 압력 용기(120)의 배기구(140)에는 VOC 주입관(150)이 연결될 수 있다. 상기 VOC 주입관(150)의 일단은 상기 배기구(140)에 연결되고, 타단은 상기 수직 배관(30) 내에서 압력의 저하가 크게 발생하는 부위, 즉 수직 배관(30)의 상단부(A)에 연결된다. 그리고, 상기 VOC 주입관(150)과 수직 배관(30)의 연결부는, 설치상 편의를 고려하여 도 3에 도시된 바와 같이 화물창(10)의 외부에 위치할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 상기 VOC 주입관(150)과 수직 배관(30)의 연결부는 화물창(10)의 내부에 위치할 수도 있다. 또한, 상기 VOC 주입관(150)에는, VOC를 압축하여 압력을 높이기 위한 압축기(160)가 설치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 압력 용기(120) 내의 압력이 상기 설정 압력에 도달하게 되면, 상기 배기구(140)에 설치된 안전 밸브(142)가 열리면서 압력 용기(120) 내의 VOC가 배출된다. 이와 같이 배출된 VOC는 상기 VOC 주입관(150)을 통해 상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A)로 주입된다. 상기 압력 용기(120)의 내부가 상기 설정 압력 이상인 상태에서 VOC가 배출되므로, 상기 VOC 주입관(150)을 통해 수직 배관(30) 내로 주입되는 VOC도 비교적 높은 압력을 가지게 된다. 그리고, 상기 VOC 주입관(150)에 상기 압축기(160)가 설치된 경우에는, 수직 배관(30) 내로 주입되는 VOC는 더욱 높은 압력을 가지게 된다.
상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A)로 VOC가 주입되면, 수직 배관(30) 내의 상단부(A)의 압력이 더욱 높아지게 되므로, 수직 배관(30) 내에서 VOC의 발생 저감에 도움을 주게 된다. 그리고, 수직 배관(30) 내로 주입된 기상의 VOC는 수직 배관(30) 내의 액상의 원유와 접촉하여 다시 액상으로 응축될 수 있다.
또한, 원유가 선적되기 전의 화물창(10) 내에는 불활성 가스, 예컨대 질소 가스가 채워지는데, 상기한 바와 같이, 원유 선적 과정에서 발생된 VOC가 상기 VOC 주입관(150)을 통해 다시 수직 배관(30) 내로 주입되므로, 화물창(10) 내의 불활성 가스와 VOC의 혼합을 저감할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 연결관과 사이클론의 연결 구조를 도시한 평면도이다.
도 4와 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 휘발성 유기 화합물 저감 장치(200)는, 상기 화물창(10) 내에 설치되어 상기 수직 배관(30)을 통해 유입된 액상의 원유와 기상의 VOC를 분리하는 2상 분리기로서 사이클론(220)을 구비한다.
그리고, 상기 사이클론(220)에는 사이클론(220) 내에서 분리된 액상의 원유와 기상의 VOC를 각각 배출하기 위한 원유배출구(230)와 배기구(240)가 마련된다.
구체적으로, 상기 사이클론(220)은 유체의 선회류에 의해 생기는 원심력을 이용한 분리장치로서, 상부는 원통 형상으로 이루어지고 하부는 원추 형상으로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 사이클론(220)은 전체가 원추 형상으로 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 사이클론(220)의 내부에는, 유입되는 유체가 사이클론(220)의 내측 벽면에 밀착하여 회전 유동할 수 있도록 안내하는 가이드(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 사이클론(220)은 화물창(10) 내에 설치되는데, 화물창(10)의 바닥면에 부착된 지지대(14) 상에 설치될 수 있다.
상기 수직 배관(30)의 하단부와 상기 사이클론(220)은 연결관(210)에 의해 연결될 수 있다. 상기 연결관(210)은 상기 수직 배관(30)의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 사이클론(220)의 측면 상단에 접선 방향으로 연결된다. 따라서, 상기 수평 배관(20)과 수직 배관(30)을 통해 공급되는 원유는 상기 연결관(210)을 통해 상기 사이클론(220) 내로 유입될 수 있으며, 또한 수직 배관(30) 내의 상단부(A)에서 발생된 VOC도 원유와 함께 상기 연결관(210)을 통해 상기 사이클론(220) 내로 유입될 수 있다.
상기 원유배출구(230)는 상기 사이클론(220) 내의 원유를 화물창(10) 내로 배출하기 위한 출구로서, 사이클론(220)의 하단에 마련된다.
상기 배기구(240)는 상기 사이클론(220) 내의 VOC를 화물창(10) 내로 배출하기 위한 출구로서, 사이클론(220)의 상단에 마련된다. 상기 배기구(240)는 상기 사이클론(220)의 내부로 소정 길이 연장될 수 있다. 상기 배기구(240)에는 상기 사이클론(220) 내의 압력을 일정한 설정 압력으로 유지하기 위한 안전 밸브(safety valve, 242)가 설치된다. 상기 사이클론(220) 내의 압력은 상기 연결관(210)을 통해 수직 배관(30) 내에도 미치게 되므로, 사이클론(220) 내의 압력이 높아져 일정한 압력에 도달하게 되면, 상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A)의 압력도 높아져 원유의 증기압에 도달할 수 있다. 따라서, 상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A)의 압력이 원유의 증기압 이상이 되도록 하는 사이클론(220) 내의 압력을 상기한 설정 압력으로 정할 수 있다. 상기 안전 밸브(242)는 사이클론(220) 내의 압력이 상기 설정 압력 이상이 되면 자동으로 열리게 되고, 이에 따라 상기 배기구(240)를 통해 사이클론(220) 내의 VOC가 화물창(10) 내로 배출됨으로써, 사이클론(220) 내의 압력이 상기 설정 압력으로 유지될 수 있다.
이하에서는, 상기한 구성을 가진 본 발명의 다른 실시예에 따른 휘발성 유기 화합물 저감 장치(200)의 작용에 대해 설명하기로 한다.
상기 화물창(10) 내에 원유를 선적하기 위해 상기 수평 배관(20)을 통해 원유가 공급된다. 상기 수평 배관(20)을 통해 공급되는 원유는 상기 수직 배관(30)과 연결관(210)을 통해 사이클론(220) 내로 유입되며, 또한 상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A)에서 발생된 VOC도 원유와 함께 상기 연결관(210)을 통해 상기 사이클론(220) 내로 유입된다. 이때, 상기 안전 밸브(242)는 닫힌 상태로 유지되며, 원유배출구(230)에는 밸브가 설치되어 있지 않으므로 원유배출구(230)는 열린 상태이다.
상기한 바와 같이, 상기 연결관(210)이 사이클론(220)의 측면 상단에 접선 방향으로 연결되어 있으므로, 상기 연결관(210)을 통해 사이클론(220) 내부로 유입되는 액상의 원유와 기상의 VOC는 사이클론(220) 내에서 원주 방향으로 회전하게 된다. 이때, 발생되는 원심력에 의해, 액상의 원유는 사이클론(210) 내의 중심부 둘레를 따라 선회류를 형성하면서 아래로 내려가고, 기상의 VOC는 액상의 원유로부터 분리되어 사이클론(210) 내의 중심부에 모이게 된다.
상기 수직 배관(30)과 연결관(210)을 통해 계속적으로 원유와 VOC가 유입되면, 액상의 원유는 선회류를 형성하면서 아래로 내려가 원유배출구(230)를 통해 화물창(10) 내로 배출되지만, 기상의 VOC는 사이클론(220) 내의 중심부에 계속 모이게 되어 사이클론(220) 내의 압력이 상승하게 된다. 이때, 상기 원유배출구(230)를 통해 배출되는 유량이 상기 연결관(210)을 통해 사이클론(220) 내로 유입되는 유량보다 크지 않도록, 상기 원유배출구(230)의 단면적을 상기 연결관(210)의 단면적보다 작거나 같게 할 수 있다.
상기 사이클론(220) 내의 높아진 압력은 상기 연결관(210)을 통해 수직 배관(30) 내에도 미치게 되므로, 수직 배관(30) 내의 압력도 빠르게 높아지게 된다. 상기 사이클론(220) 내의 압력이 상기 설정 압력에 도달하면, 상기한 바와 같이 상기 수직 배관(30) 내의 상단부(A) 압력이 원유의 증기압에 도달하게 된다. 이와 같이, 화물창(10) 내의 원유의 높이가 임계 높이에 도달하기 전에도, 수직 배관(30) 내의 상단부(A) 압력이 빠른 시간 내에 원유의 증기압에 도달하게 되므로, 수직 배관(30) 내에서의 VOC의 발생이 현저하게 저감될 수 있다.
상기 사이클론(220) 내의 압력이 상기 설정 압력 이상이 되면, 상기 배기구(240)에 설치된 안전 밸브(242)가 열리게 되므로, 사이클론(220) 내의 VOC는 화물창(10) 내로 배출된다. VOC의 배출에 따라, 사이클론(220) 내부의 압력이 낮아지게 될 경우, 상기 안전 밸브(242)가 닫히게 되고, 이에 따라 사이클론(220) 내부의 압력이 다시 상승하게 된다. 이와 같이, 상기 안전 밸브(242)의 개폐가 반복되면서, 사이클론(220) 내부의 압력은 상기 설정 압력으로 유지될 수 있다.
상기한 과정에서, 사이클론(220) 내부의 VOC가 점차 배출되고 새로 유입되는 VOC도 감소하게 되므로, 사이클론(220) 내부는 점차 원유로 채워지게 된다. 그리고, 상기 사이클론(220)으로부터 배출된 원유가 상기 화물창(10) 내에 채워짐에 따라, 상기 화물창(10) 내의 원유의 높이가 상승하게 된다. 상기 화물창(10) 내의 원유의 높이가 높아지면서, 상기 사이클론(220)이 원유에 잠기게 되면, 사이클론(220) 내부도 원유에 의해 완전히 채워지게 된다. 이러한 상태는 원유가 화물창(10) 내부를 완전히 채울 때까지 유지된다.
도 6은 도 4에 도시된 사이클론의 배기구에 VOC 주입관이 연결된 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 사이클론(220)의 배기구(240)에는 VOC 주입관(250)이 연결될 수 있다. 상기 VOC 주입관(250)의 일단은 상기 배기구(240)에 연결되고, 타단은 상기 수직 배관(30) 내에서 압력의 저하가 크게 발생하는 부위, 즉 수직 배관(30)의 상단부(A)에 연결된다. 그리고, 상기 VOC 주입관(250)과 수직 배관(30)의 연결부는, 설치상 편의를 고려하여 도 6에 도시된 바와 같이 화물창(10)의 외부에 위치할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 상기 VOC 주입관(250)과 수직 배관(30)의 연결부는 화물창(10)의 내부에 위치할 수도 있다. 또한, 상기 VOC 주입관(250)에는, VOC를 압축하여 압력을 높이기 위한 압축기(260)가 설치될 수 있다.
상기 VOC 주입관(150)과 압축기(260)의 작용 및 효과는 도 3에 도시된 VOC 주입관(150)과 압축기(160)의 작용 및 효과와 동일하므로, 이에 대한 설명은 반복을 피하기 위해 생략하기로 한다.
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 12,14...지지대
20...수평 배관 30...수직 배관
100,200...휘발성 유기 화합물 저감 장치
110,210...연결관 112...내부관
120...압력 용기 130,230...원유배출구
132...원유배출밸브 140,240...배기구
142,242...안전 밸브 150,250...VOC 주입관
160,260...압축기 220...사이클론

Claims (14)

  1. 원유를 저장하는 화물창의 상부에 수평으로 설치된 수평 배관과, 상기 수평 배관으로부터 상기 화물창의 내부까지 수직으로 하향 연장된 수직 배관을 구비한 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 있어서,
    상기 화물창 내부에 설치되어 상기 수직 배관을 통해 유입된 액상의 원유와 기상의 VOC를 분리하는 2상 분리기;
    상기 2상 분리기에 마련되어 상기 2상 분리기 내에서 분리된 액상의 원유를 상기 화물창 내로 배출하는 원유배출구;
    상기 2상 분리기에 마련되어 상기 2상 분리기 내에서 분리된 기상의 VOC를 배출하는 배기구; 및
    상기 배기구에 설치되어 상기 2상 분리기 내부의 압력을 일정한 설정 압력으로 유지하는 안전 밸브;를 구비하며,
    상기 2상 분리기는 압력 용기이고, 상기 원유배출구는 상기 압력 용기의 측면에 마련되며, 상기 배기구는 상기 압력 용기의 상단에 마련되고, 상기 원유배출구에 원유의 배출을 단속하기 위한 원유배출밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 용기는 직경에 비해 높이가 높은 원통 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수직 배관의 하단부와 상기 압력 용기를 연결하는 연결관을 더 구비하며, 상기 연결관은 상기 수직 배관의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 압력 용기의 측면 하단에 연결된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 수직 배관의 하단부와 상기 압력 용기를 연결하는 연결관을 더 구비하며, 상기 연결관은 상기 수직 배관의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 압력 용기의 측면 상단 가까이에 연결되고, 상기 압력 용기 내부에 상기 연결관과 연결되어 상기 압력 용기 내의 하단부까지 연장된 내부관이 설치된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 원유를 저장하는 화물창의 상부에 수평으로 설치된 수평 배관과, 상기 수평 배관으로부터 상기 화물창의 내부까지 수직으로 하향 연장된 수직 배관을 구비한 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치에 있어서,
    상기 화물창 내부에 설치되어 상기 수직 배관을 통해 유입된 액상의 원유와 기상의 VOC를 분리하는 2상 분리기;
    상기 2상 분리기에 마련되어 상기 2상 분리기 내에서 분리된 액상의 원유를 상기 화물창 내로 배출하는 원유배출구;
    상기 2상 분리기에 마련되어 상기 2상 분리기 내에서 분리된 기상의 VOC를 배출하는 배기구; 및
    상기 배기구에 설치되어 상기 2상 분리기 내부의 압력을 일정한 설정 압력으로 유지하는 안전 밸브;를 구비하며,
    상기 2상 분리기는 사이클론이고, 상기 원유배출구는 상기 사이클론의 하단에 마련되며, 상기 배기구는 상기 사이클론의 상단에 마련된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 사이클론의 상부는 원통 형상으로 이루어지고, 하부는 원추 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 수직 배관의 하단부와 상기 사이클론을 연결하는 연결관을 더 구비하며, 상기 연결관은 상기 수직 배관의 하단부로부터 수평으로 연장되어 상기 사이클론의 측면 상단에 접선 방향으로 연결된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
  11. 삭제
  12. 제 1항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 설정 압력은 상기 화물창의 천정벽에 인접한 상기 수직 배관 내의 상부의 압력이 원유의 증기압 이상이 되도록 하는 압력인 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
  13. 제 1항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 배기구와 상기 화물창의 천정벽에 인접한 상기 수직 배관의 상부 사이에 연결되어 상기 배기구를 통해 배출되는 VOC를 상기 수직 배관 내부로 주입하는 VOC 주입관;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 VOC 주입관에 VOC를 압축하여 압력을 높이기 위한 압축기가 설치된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
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