KR101293003B1 - 액화가스유조선 또는 액화가스터미널에 설치된가스소성로장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스소성로장치에 관한 것으로, 연소가스를 생산하는 히터본체(5)를 갖춘 연소실(3)과 연소를 위해 상기 히터본체(5)에 냉각공기(9)를 공급하는 적어도 하나의 팬(7a,7b) 및 연소가스와 상기 냉각공기로 형성된 혼합물(13)을 배출하는 배출굴뚝(11)로 이루어진다. 상기 연소실(3)은 연소냉각공기(9a) 또는 상기 적어도 하나의 팬(7a,7b)으로 유발하는 냉각공기의 흐름이 지나가는 상기 연소실(3)과 배출굴뚝(11) 사이에 환형상의 덕트(21)가 존재하는 방식으로 상기 배출굴뚝(11)에 장착되며, 상기 연소실(3)은 냉각공기의 일부가 상기 환형상의 덕트(21)에 주입되어 흐르도록 다수의 주입오리피스 또는 튜브(29a,29b)를 구비한다.

Description

액화가스유조선 또는 액화가스터미널에 설치된 가스소성로장치{Gas incinerator installed on a liquefied gas tanker ship or a liquefied gas terminal}

도 1은 본 발명에 따른 가스소성로장치의 개략도이다.

도 2는 도 1의 가스소성로장치를 구비한 선박의 개략도이다.

도 3은 종래기술에 따른 가스소성로장치의 개략도이다.

본 발명은 일반적인 가스소성로에 관한 것으로, 특히 액화가스유조선 또는 액화가스터미널에 설치된 가스소성로장치에 관한 것이다.

일반적으로, 예컨대 석유 또는 천연가스를 운송하는 액화가스유조선은 대기압과 -160℃의 온도에서 액화가스를 저장하는 탱크로 이루어진다. 화물을 수용하는 탱크가 단열처리되었어도, 절연체를 관통하여 열이 통과하기 때문에 화물의 일부는 통상적으로 매일 0.1~0.3% 정도 증발한다.

항해중인 탱커에서, 액화가스증기가 선박을 추진하는 연료로서 사용되는 것이 바람직하다. 액화가스증기가 추진목적으로 사용되지 않거나 증기가 초과되어 발생되면, 액화가스증기를 직접 대기중으로 방출하지 못하도록 방지하고 있기 때문에 초과가스를 연소제거시키거나 재액화시킬 필요가 있다.

선박의 선내에 재액화기의 설치는 일반적으로 대부분의 상황하에서 용액상태로 제공되어져 초과가스증기를 소진시키기 때문에 매우 복잡하고 고가이다. 그러므로, 선박의 선내에서 안전하게, 특히 화염이 보이지 않게 가스를 소각하는 수단을 갖출 필요가 있으며, 또한 강제로 조절되어 450℃ 이하의 온도로 연소가스를 배출한다.

이러한 상태에서 안정성을 확보하기 위해, 액화가스유조선은 스팀터빈추진시스템이 장착될 때까지 액화가스증기는 추진시스템의 보일러에서 연소된다. 보일러에서 생산된 스팀은 선박을 추진하는 터빈 또는 스팀/물 응축기로 직접 안내되어 스팀양이 선박의 에너지요구량을 초과하게 한다. 이러한 상황하에서, 보일러는 추진시스템용 스팀생성기 및 선박의 에너지요구량이 작을 때 초과된 액화가스증기의 소각로로서 작동한다.

불행하게도, 액화가스유조선용 스팀터빈추진의 유형은, 특히

·낮은 효율성, 특히 효율성은 가스디젤추진시스템, 가스터빈시스템 또는 저속 또는 중유디젤시스템보다 낮으며,

·대규모, 선박의 선체의 용적으로 화물의 가용용적이 줄어들고,

·일반적이지 않은 추진기술, 유지와 취급자의 훈련이 어렵다는 등의 다수의 단점을 갖는다.

그러므로, 이러한 유형의 추진은 가스를 연소하는 디젤엔진추진시스템, 가스터빈, 중유로 작동하는 디젤엔진으로 교체된다. 불행히도, 이러한 추진시스템은 초과 액화가스증기를 소각하는데 사용할 수 없다. 그러므로, 이러한 가스를 소각하기 위한 특정한 장치와 병합될 필요가 있다.

저속디젤엔진이 연료로 천연가스증기를 사용하지 못하고 일반적으로 재액화기와 결합되어도, 하나 이상의 소각로는 2가지 기능을 수행하도록 회사분류를 위해 여전히 필요로 하는바, 제1기능은 재액화하는 데에 경제적이지 못한 천연가스증기의 풍부한 질소 일부를 제거하는 것이며, 제2기능은 재액화기가 고장났을 때에 모든 증기를 제거하는 것이다.

그러므로, 선박이 탱크에서 배출된 증기를 연소할 수 있는 스팀추진을 사용하지 못하여도, 회사분류에서는 여전히 증기를 소각하기 위해 추가적인 장치를 필요로 한다.

도 3은 가스 또는 증기를 소각하는 종래기술에 따른 선내의 장치(101)를 개략적으로 도시한 것이다.

장치(101)는 연소실(103)과 굴뚝(111)을 구비한다. 연소실(103)은 일반적으로 굴뚝(111)의 직경보다 큰 연소실(103)의 엔클러저에 안착된 하나 이상의 버너(147)를 갖춘 히터본체(105)를 구비한다. 그러므로, 연소실(103)은 팽창효과를 상쇄하도록 부드러운 연결부(108)을 매개로 연결부재(106)로서 굴뚝(111)에 연결된다.

가스(113)의 온도를 굴뚝(111)에서 적당한 온도로 배출하기 위해서, 연소실(103)은 초과공기를 공급받아 버너(147)의 화염(131)에서의 고온가스가 냉각공기와 혼합된다. 이러한 희박한 연소공기는 모터(113a,113b)로 구동될 팬(107a,107b)을 통해 연소실(103)에 강제로 송풍된다.

고온가스와 냉각공기 사이를 강제로 혼합하기 위해서, 터뷰레이터(turbulator;135)는 연소실(103) 또는 굴뚝(111)에 선택적으로 안착된다. 터뷰레이터(135)는 내화성 소재, 예컨대 내화성 강재 또는 내화벽돌로 만들어질 필요가 있으며, 이들은 구매와 유지비용이 비싸다.

동시에 연소와 희석을 보장하기 위한 주변공기의 사용이 2개의 일련의 팬을 수단으로 2개의 기능을 때때로 분리할 수 있다. 일련의 제1팬(107a,107b)은 주로 연소공기를 공급하는 한편, 모터(114)로 구동될 일련의 제2팬(108)은 희석공기를 공급한다. 팬(108)으로 전달된 냉각공기의 주입지점은 일반적으로 연소실(103)의 상부지점에 위치되므로서, 가능한 한 헤드손실을 줄일 수 있게 한다.

버너(147)는 가스 또는 연료오일용 별도의 회로를 통해서 제공된 파일럿(pilot) 화염(132)으로 점화된다. 이는 구매와 유지보수 중에 별도의 비용이 들어가며, 추가 연료의 사용으로 화염의 위해성을 야기할 수 있다. 파일럿 화염(132)은 전기 스파크플러그(171)으로 점화된다.

격막(151)은 선택적으로 버너(147)와 수평되게 안착되어 버너 주변으로 공기의 분산을 최적화하고 화염(131)을 "캐칭(catching)"하도록 난류를 생성한다.

버너를 취급하는 사람의 위험성을 배제하기 위해서, 연소실(103)과 굴뚝 (111)은 내부 또는 외부 상으로 단열부(104)와 일치시킨다.

안전상의 목적으로, 버너(147)까지 가스를 공급하는 선(157)은 2개의 차단밸브(161,163)와 결속되며, 화염(131)이 버너(147)에서 감지되지 않는 경우에 차단될 수 있다. 덧붙여서, 안전성을 확보하기 위해서, 제3밸브(173)는 2개의 밸브(161,163) 사이에서 배출을 위한 임의의 가스를 안내하도록 배치된다.

소각로(101)에서 처리되도록 보내질 가스의 유속은 일반적으로 조절밸브(159)로 제어된다.

가스선(157)에서 일시적인 조정을 위해서, 예컨대 엔진 또는 재액화기의 작동속도를 변속할 때, 완충탱크(181)가 선택적으로 밸브(159,161,163)의 상류흐름에 안착될 수 있다. 완충탱크(181)는 가스선(157)에 변동압력을 완화하도록 돕는바, 예컨대 가스선(157)의 초과가스를 연소하기 전에 소성로(101)에서 연속적인 점화를 이룬다.

완충탱크(181)는 엔진 또는 재액화기를 공급하는 선을 위한 최소압력과 최대압력 사이에서 작동하고, 수백 키로파스칼(kPa) 정도의 비교적 작은 압력범위를 이룬다. 그러므로, 완충탱크(181)는 매우 큰 용적을 갖춰야만 하는바, 통상적으로 수십 ㎥이므로 비용과 부피의 요소를 보여준다.

덧붙여서 추진시스템으로 소비되지 않거나 재액화기로 재액화지 않되지 않은 선박의 탱크에서 유출되는 천연가스증기를 연소하기 위해, 선내의 메탄탱커에 소성로는 천연가스와 불활성가스의 혼합물을 제거하도록 유지작동하는 동안에 사용된다.

유지작동이 탱크 내부에서 필요할 때, 천연가스는 불활성가스로 최초 교체되어야만 하고 그런 다음에 공기로 교체된다.

마지막 액화천연가스가 배출된 후에, 천연가스증기로 충전되어진 탱크는 우선적으로 열교환기를 통해 폐쇄회로에서 순환하는 가스의 일부를 점차적으로 가열시킨다. 가열작업중에 탱크에서 일정한 압력을 유지하기 위해, 증기의 일부가 선박의 추진시스템 또는 소성로(101)에서 연소된다.

일단 탱크의 온도가 주변온도와 근접해지면, 선박의 불활성가스 생성기로 공급될 질소와 이산화탄소의 혼합물은 탱크에 주입되어 천연가스증기를 방출한다. 천연가스증기와 불활성가스의 혼합물이 연소되기 위해 소성로(101)로 옮겨진다. 특히 작업의 끝 부근에서 이 혼합물의 메탄함량이 낮기 때문에, 연료오일과 같이 다른 연료를 통상적으로 태우는 보조지지화염(파일럿 화염(132))이 혼합물을 연소시키는 데에 사용되므로, 화염의 위험성은 증가한다.

추가로, 독일특허 제DE10211645호는 선박에 설치되고 2개의 연소실과 굴뚝을 갖춘 가스소성로를 기재하고 있다. 연소실은 방사구조의 팬 또는 송풍기를 매개로 연소공기와 방사구조의 팬을 매개로 희석공기가 공급된다. 연소실과 굴뚝 사이의 연결부는 상기 연소실에서 배출구로 위치되므로 굴뚝에서 방출될 고온가스와 동일한 온도이므로써, 파열된 상태에서 위험하게 운행하면 소성로가 위치된 전제부에서 고온가스가 누출된다.

덧붙여서 고온가스의 누출위험성으로, 종래기술에 따른 소성로장치는 다수의 단점을 보인다.

이러한 장치들은 상당한 전력을 요구하는 팬과 모터를 필요로 하기 때문에 부피가 크고 헤드손실이 크다.

그러므로, 본 발명은 부피가 작고 액화가스유조선 또는 해안의 가스터미널에 설치가 쉬운 가스소성로장치를 갖춰 전술된 단점들을 완화하도록 한다.

본 발명의 다른 목적은 향상된 신뢰성과 안전성을 위해 그리고 유지가 쉽고 비용이 저감되도록 소성로장치의 구조를 간략화한다.

이러한 목적들은 연소가스를 생산하는 히터본체를 갖춘 연소실과, 연소를 위해 냉각공기를 히터본체에 공급하는 적어도 하나의 팬 및, 연소가스와 냉각공기로 형성된 혼합물을 배출하는 배출굴뚝으로 이루어진 가스소성로장치로서 성취되되, 연소실은 연소실과 배출굴뚝 사이에 환형상의 덕트가 있는 방식으로 배출굴뚝에 장착되어 상기 적어도 하나의 팬에서 유발하는 차가운 공기 또는 연소용 냉각공기의 흐름을 통과시키며, 상기 연소실은 냉각공기의 일부가 환형상의 덕트에 주입되어 흐를 수 있게 다수의 주입오리피스 또는 튜브를 갖춘다.

그러므로, 연결부가 필요 없으며 연소실과 굴뚝 사이에 맞춤부재와 부드러운 연결부가 필요 없게 된다. 고온가스가 연결부를 관통하면서 누출되는 위험성을 제거하며 또한 비용과 헤드손실을 줄여 안전성이 향상한다.

덧붙여서, 소성로(연소실의 공급기)의 제조업자와 조선업자(배출굴뚝이 설치됨) 사이의 경계가 단순해져서 위해성과 비용을 줄인다.

배출굴뚝은 제1지지부로 고정될 수 있고 연소실은 제2지지부로 고정될 수 있다.

변형예에서, 배출굴뚝은 제1지지부로 고정되고 연소실은 환형상의 덕트에서 흐르는 공기로 냉각될 서스펜션수단으로 배출굴뚝에서 매달린다.

바람직하기로, 연소실은 냉각공기의 일부가 환형상의 덕트에 주입되어 흐를 수 있게 다수의 주입오리피스 또는 튜브를 갖춘다.

본 발명의 한 양상에서, 장치는 연소실 상으로 위치된 다수의 튜브를 구비하되, 상기 적어도 하나의 팬으로 유발되는 냉가공기로 만들어질 흡입효과로서 외부에서 추가 냉각공기를 가져온다.

바람직하기로, 장치는 냉각공기와 연소가스 사이의 혼합을 용이하게 하도록 터뷰레이터를 구비하되, 상기 터뷰레이터는 다수의 튜브 상에 장착된다.

본 발명의 다른 양상에서, 장치는 그 단부에 제1분사노즐을 갖추면서 상기 다수의 튜브 중 적어도 하나의 튜브 내부로 수용된 적어도 하나의 제1물회로를 구비하되, 제1분사노즐은 연소가스와 냉각공기의 혼합물에 물을 주입한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 장치는 배출굴뚝의 상부 둘레에 장착되고 흡입효과로서 주변공기의 추가흐름을 반출하는 추가 덕트를 구비한다.

장치는 상기 추가덕트 내부로 수용된 단부에서 제2분사노즐을 갖춘 적어도 하나의 제2물회로를 구비한다.

본 발명의 특징에 따르면, 히터본체는 고속의 흐름속도를 갖는 주회로와 저속의 흐름속도를 갖는 제2회로로서 독립적으로 가스를 공급하되, 주회로와 제2회로 는 가스선으로 연결된다.

주회로는 상기 적어도 하나의 팬이 오작동상태에서 압력감지기 또는 점화가 일어나지 않으면 화염감지기의 제어로 차단되는 제1 및 제2밸브로 제어된다.

제2회로느 상기 적어도 하나의 팬이 오작동상태에서 압력감지기의 제어로 차단되는 제3 및 제4밸브로 제어될 수 있다.

바람직하기로, 장치는 압력을 제어하는 제5 및 제6밸브를 수단으로 가스선 또는 감압되도록 제3, 제4 및 제5밸브를 수단으로 히터본체와 연결된 완충탱크를 구비한다.

또한, 본 발명은 액화가스탱크를 구비하고 전술된 특징을 갖춘 소성로장치를 구비한 유조선을 제공한다.

또한, 본 발명은 전술된 특징을 갖춘 소성로장치를 구비한 가스터미널을 제공한다.

본 발명의 소성로장치, 선박 및 가스터미널의 특징과 장점들은 첨부도면을 참조로 하며 이에 국한되지 않고 아래의 명세서로 이해될 것이다.

본 발명에 따르면, 도 1은 액화가스유조선의 선내 또는 해안의 가스터미널에 설치되기 적당한 가스소성로장치(1)를 개략적으로 도시한 것이다. 소성로장치(1)는 연소가스를 생산하는 히터본체(5)를 갖춘 단일 연소실(3)과, 연소를 위해 히터본체(5)에 냉각공기(9)를 공급하는 적어도 하나의 팬(7a,7b) 및, 연소가스와 냉각공기 (9)의 혼합물(13)을 배출하는 배출굴뚝(11)으로 이루어진다.

도 1의 실례에서, 소성로장치(1)는 연소실(3)의 축 아래로 2개의 팬(7a,7b)를 구비한다. 팬(7a,7b)은 2개의 모터(13a,13b)로 구동된다. 팬(7a,7b)으로 유발되는 냉각공기(9)는 공기박스(15)를 매개로 연소실(3) 내부로 강제 유입된다. 조립체의 작동을 쉽게 하고 진동의 전달을 줄이기 위해서, 공기박스(15)가 부드러운 슬리브(17)를 매개로 팬(7a,7b)과 배출굴뚝(11)에 연결된다.

팬(7a,7b)이 오작동되어도 부분적으로 작동가능하도록, 체크밸브(19)는 팬(7a,7b)의 배출구에 선택적으로 위치되어 팬(7a,7b)으로 송풍될 모든 냉각공기를 연소실(3)로 안내하도록 작동한다.

본 발명에 따르면, 연소실(3)은 연소실(3)과 배출굴뚝(11) 사이에 환형상의 덕트(21)가 있는 방식으로 배출굴뚝(11)에 장착되어 팬(7a,7b)으로 유발되는 차가운 공기 또는 연소용 냉각공기(9)의 흐름을 통과시킨다. 히터본체(5)를 둘러싸고 있는 연소실(3)은 냉각공기(9)의 일부가 주입되어 히터본체(5)의 화염(31)에 근접하도록 환형상의 덕트(11)에 다수의 주입튜브(29b)와 오리피스(29a)를 구비하므로, 상기 냉각공기가 연소가스와 혼합한다. 다시 말하자면, 주입튜브(29b)와 오리피스(29a)는 냉각공기를 직접 고온흐름에 주입시켜 상기 냉각공기(9a)를 고온흐름에 혼합한다. 환형상의 덕트(21)와 연소실(3)의 내부에 공급할 팬은 동일한 것을 사용하므로 구조가 간단해지고 설치의 전기소모와 비용을 줄인다.

바람직하기로 연소실(3)은 배출굴뚝(11, 예컨대 원통형상)과 동일한 기하학적 형상을 갖고, 배출굴뚝의 바닥부에 직접적으로 삽입된다. 연소실(3)과 배출굴뚝 (11) 사이에서 임의의 고온 연결 및 아답터부품이 배제할 수 있다. 덧붙여서, 환형상의 덕트(21)는 배출굴뚝(11)에 연소실(3)을 쉽게 삽입하여 설치하도록 기계적 틈새를 갖는다.

실례에서, 굴뚝(11)은 부드러운 슬리브(17)를 구비한 보정기(compensator)를 매개로 환형상의 공간(21)에 연결된다. 그러므로 연결부는 주변온도(통상적으로 100℃ 이하)에 인접한 온도에서 작동하는 보상기를 매개로 발생할 수 있어서, 강화시트-금속 벨로우즈(bellows)와 같이 가격이 저렴한 수단을 사용할 수 있다. 덧붙여서, 누출물은 주변온도와 거의 인접해 있는 공기로 이루어져 있기 때문에 누출의 위험성이 줄어든다.

추가로, 소성로의 제조업자와 일반적으로 배출굴뚝(11)을 공급하는 조선업자 사이의 경계가 단순해진다. 연소실(3)과 배출굴뚝(11) 사이의 환형상의 덕트 또는 공간(21)은 연소실(3)의 상부를 향해 희석공기(9)의 일부를 운반하는 덕트로서 그리고 고가이고 부피가 큰 설치를 사용할 필요 없이 선박의 승무원들에게 위험하지 않은 온도를 유지되도록 배출굴뚝(11)의 하부의 벽에 열차폐막으로써 사용된다.

또한, 환형상의 덕트(21)로 흐르는 냉각공기(9a)는 연소실(3)의 벽을 냉각하므로, 특별한 단열부로 보호될 필요 없으므로 비싸지 않은 소재를 사용할 수 있다.

그러므로, 연소실(3)은 아래로부터 희석공기와 연소공기를 공급받으며 환형상의 덕트(21)를 매개로 주변을 관통하는 추가 희석공기를 공급받는다.

팬(7a,7b)으로 운반된 모든 공기(연소공기와 희석공기)는 연소실(3)을 관통하여 지나가거나 주입튜브 또는 오리피스(29a,29b)를 지나가기 전에 주변 둘레를 흐른다.

실례에 의하면, 가스소성로장치(1)가 선박의 선내에 위치될 때 배출굴뚝(11)은 선박의 상부갑판(24a)에 제1지지부(23a)로 지지 또는 고정될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 연소실(3)과 히터본체(5) 및 공기박스(15)는 선박의 중간갑판(24b)에서 제2지지부(23b)로 고정될 수 있는 반면에, 팬(7a,7b)은 하부덕트(24c)에서 제3지지부(23c)로 고정될 수 있다. 이러한 구조로서, 조선업자에 의한 굴뚝(11)은 연소실(3)과, 히터본체(5), 공기박스(15) 및, 팬(7a,7b)로 개별되게 지지되되, 모든 설비의 부품들은 소성로의 제조업자를 통해 제공되므로 조선업자와 설비제조업자 사이의 기계적인 경계를 간략화한다.

배출굴뚝(11)이 제1지지부(23a)로 고정되기 때문에, 굴뚝이 연소실(3) 둘레를 따라 충분히 내려와서 공기박스(15)와 연소실(3)을 연결하는 부드러운 연결부(17)가 지지부(23b)에 기계적으로 연결하여 고온가스(13)에 노출되지 않고 환형상의 덕트(21)를 흐르는 냉각공기(9a)의 흐름을 연소실(3)과 굴뚝 사이에서 만들어진다.

변형예에서, 연소실(3)은 서스펜션수단(25)으로 배출굴뚝(11)에 매달려지는바, 바람직하기로 연소실(3)의 냉각부에 제공되며 환형상의 덕트(21)를 흐르는 냉각공기(9a)로서 냉각된다.

다른 변형예에서, 배출굴뚝(11), 연소실(3), 히터본체(5) 및, 공기박스(15)는 중간갑판 또는 상부갑판에서 공통지지부(23a,23b)로 고정될 수 있다.

이는 배출굴뚝(11) 또는 연소실(3)과 지지부(23a,23b) 사이에 기계적인 경계 부(27)를 사용하여 가능해지고 구조는 간단해진다. 이러한 기계적인 경계부(27)는 환형상의 덕트(21)를 흐르는 냉각공기(9a)의 흐름 때문에 주변온도와 근접한 온도를 유지한다.

덧붙여서, 소성로장치(1)는 팬(7a,7b)으로 유발하는 냉각공기(9)로 창출될 흡입효과로서 외부에서 추가 냉각공기(9b)를 도입하도록 연소실(3) 위에 배치된 다수의 파이프 또는 튜브(33)를 구비한다.

그러므로, 희석공기의 추가분은 배출굴뚝(11)의 외부에 연결된 다수의 튜브(33)를 매개로 고온가스로 주입된다. 튜브(33)는 길이가 통상적으로 배출굴뚝(11)의 직경의 1/5 정도로 짧기 때문에, 흡입된 공기에 의한 헤드손실이 줄어들고 통상적으로 10~20% 정도로 추가 희석공기의 흐름을 전달할 수 있다. 이러한 배열은 연소실(3)의 상부와 병합하는 추가 팬의 설치를 생략할 수 있으므로 설치를 간략화한다.

추가로, 소성로장치(1)는 연소가스와 냉각공기를 용이하게 혼합하는 터뷰레이터(35)를 구비한다. 터뷰레이터(35)는 다수의 튜브(33)의 일부분에 장착된다. 바람직하기로, 터뷰레이터(35)는 일부 튜브(33)로 지지되어 흡입된 냉각공기(9b)가 터뷰레이터를 냉각하도록 사용될 수 있다. 그러므로, 단열부 또는 터뷰레이터의 외부에 고가의 내화성 소재를 사용할 필요가 없다.

배출굴뚝(11)으로부터 배출구에서 주어진 배출온도를 위해 팬(7a,7b)의 크기를 줄이기 위해서, 소성로장치(1)는 그 단부에 제1분사노즐(39)을 갖추고서 다수의 튜브(33) 중 적어도 하나 내부에 수용된 적어도 하나의 제1물회로(37)를 구비한다. 제1분사노즐(39)은 연소가스와 냉각공기의 혼합물에 물을 분사하여 부분 또는 완전증발상태로 냉각한다.

이러한 시도는 고온가스의 중앙에 물을 분사하므로 달성되되 노즐이 공기흡입튜브(33) 내부에 위치되어 있기 때문에 고온에 분사노즐(39)이 노출되는 것을 방지하여서 주변온도와 인접한 온도로 공기와 직접 접촉하게 한다. 선택적으로, 해수를 사용할 수 있는 반면에 소금이 적층되는 위험성과, 물회로와 분사노즐에 부식 또는 응고되는 것을 줄여야 한다.

소성로장치(1)는 선택적으로 배출굴뚝(11)의 상부 둘레에 장착된 추가덕트(41)를 구비하여 주변공기의 추가흐름을 흡입효과로서 고온가스의 줄기흐름에 흡기한다.

이런 환경하에서, 소성로장치(1)는 낮은 온도의 줄기흐름을 획득하기 위해 그 단부에 제2분사노즐(45)을 갖추고서 상기 추가덕트(41) 내부에 수용된 제2물회로(43)를 구비한다.

그러므로, 연소실(3)의 벽의 냉각은 외부면 위로 강제대류 열교환으로 성취되는 반면에, 고온가스의 냉각은 물회로(37,43)을 매개로 주입되어 고온흐름에 냉각공기덕트(33)로 유도된다. 추가냉각공기와 고온가스를 포함한 물의 혼합이 냉각공기와 물주입덕트(29a,29b,37,43)로 만들어진 난류와 터뷰레이터(35)로 보장된다.

환형상의 덕트(21)와 연소실(3)의 내부 사이에 압력차는 통상적으로 100파스칼(Pa), 다시 말하자면 1밀리바아(mbar)로 매우 낮다. 우선적으로 고온가스는 약 "70"의 혼합비율로 공기박스를 관통하는 공기를 공급받는 연소실(3)의 하부로부터 혼합된다. 그런 다음에, 고온가스는 난류와, 튜브 또는 오리피스(29a,29b) 또는 터뷰레이터(35)를 매개로 만들어질 냉각공기의 추가공급으로 혼합된다.

그러므로 버너는 약 70정도의 비율로 아래에서부터 초과공급되기 때문에, 고온가스의 평균온도는 바닥부에서 대략 700℃ 이다. 환형상의 덕트(21)로 연소실의 벽을 냉각하는 효과와 조합되어져, 고온가스의 온도는 바닥부에서 대략 550℃ 로 떨어지므로, 연소실에 스테인레스강과 같이 비내화성 소재를 사용할 수 있다.

추가로 히터본체(5)는 하나 이상의 버너(47)로 이루어지되, 버너는 예컨대 자외선 감지셀을 구비한 화염감지시스템(49)의 제어로 점화된다.

격막(51)은 선택적으로 버너(47)와 수평되게 안착되어 공기를 분산하고 화염을 캐칭하도록 난류를 생성한다.

또한, 히터본체(5)는 고속의 흐름속도를 갖는 주회로(53)와 저속의 흐름속도를 가는 제2회로(55)로 개별적인 방식으로 가스가 공급된다. 주회로 및 제2회로(55,53)는 예컨대 선박(도 2에 도시됨)의 가스선(57)으로 공급된다. 가스흐름은 제어밸브(59)로 조절되는 가스선(57)에서 소성로장치(1)까지 이송된다.

그럼므로, 히터본체(5)의 버너(47)는 가스선(57)에서 흐름속도의 2개의 다른 범위에 대응하는 2개의 경로를 매개로 공급된다.

주회로 또는 경로(53)가 팬(7a,7b)의 오작동 상황에서 압력센서 또는 감지기(65)의 제어로 차단된 제1 및 제2밸브(61,63) 또는 버너의 오작동 상황에서 화염감지기(49)로 제어된다.

대조적으로, 제2회로 또는 경로(55)는 팬(7a,7b)의 오작동 상황에서 압력센 서(65)의 제어로 차단된 제3 및 제4밸브(67,69)로 제어된다.

고속흐름의 주회로 또는 경로(53)는 소성로(1)로 이송된 가스가 점화기(71;예컨대 전기스파이크 플러그)로 점화될 수 있게 메탄을 풍부하게 함유하고 있을 때에 정상작업에서 사용되어, 화염감지기(49)로 감지될 수 있는 연소와 화염(31)을 만든다.

더욱 안전하도록, 화염(31)이 어떠한 연유로든 화염감지기(49)로 더 이상 감지되않으면, 제1 및 제2밸브(61,63)가 차단되고 안전밸브(73)가 개방되어 환기를 위해서 2개의 밸브(61,63) 사이로 배출하도록 안내된 가스를 배출한다.

그럼에도 불구하고 소성로(1)가 비연소성인 천연가스와 메탄의 혼합물을 처리해야만 하기 때문에, 본 발명의 장치는 상기 고속의 흐름을 갖는 주회로(53)가 차단될 때 가스혼합물이 비연소성일지라도 버너(47)에 가스혼합물의 흐름을 전달하도록 제2회로(55)를 사용한다. 연소실(3)에 주입된 가스혼합물은 팬(7a,7b)과 튜브(33) 및 덕트(41)로 전달된 공기로 희석된다. 혼합물의 메탄함유량은 추가로 저감하여 배출굴뚝(11)에서 빠져나가는 가스에 메탐함유량이 폭발이 발생할 수 있는 범위 보다 낮게 유지되도록 한다.

그러므로, 소성로장치(1)가 이러한 방법으로 작동되면, 점화기(71)는 예컨대 불활성가스로 충전된 선박의 탱크에서 천연가스증기로 충전된 다른 탱크까지 개폐상태로 재점화를 위해 조절되어 작동될 수 있으며 혼합물은 다시 연소된다. 연소가 지속되면, 그런 다음에 화염(31)은 화염감지기(49)로 다시 감지될 수 있어서 주호로(53)의 제1 및 제2밸브(61,63)가 다시 개방되어 처리용 탱크에서 가스흐름의 속 도를 높일 수 있다.

천연가스와 불활성가스의 혼합물이 저속의 흐름속도에서 희석 또는 고속의 흐름속도에서 연소로만 자동적으로 처리될 수 있으며, 충분하게 풍부한 혼합물을 제공한다. 이는 작동을 위해 필요한 시간이 가스로 재충전되거나 탱크 불활성을 만들도록 돕는다.

소성로장치(1)가 희석모드로 작동할 때, 안전은 팬(7a,7b)이 오작동하는 상황에서 제3 및 제4밸브(67,69)의 차단에 따르고 더이상 혼합물이 충분하게 희석되지 않게 한다. 이런 안전은 팬(7a,7b)과 연소실(3) 사이에서 버너(47)에 근접하게 안착된 격막(51)을 관통하는 헤드손실을 측정하는 압력센서(65)로 제어될 수 있다.

그러므로 소성로장치(1)의 안전은 압력센서(65)가 매우 낮은 압력을 감지하자 마자 제3 및 제4밸브(67,69)를 차단하고 배출을 위해 연결된 다른 밸브(75)를 개방하여 저속의 흐름속도를 보장하므로써, 혼합물이 연소 또는 희석될 수 있는 메탄을 충분히 포함됐는지 상관없이 공기흐름이 매우 낮아 소성로(1)에 전달될 가스의 혼합물과 충분히 희석되지 않는다.

유사하기로, 안전은 화염감지기(49)가 갑자기 발생하는 재점화의 위험성을 갖는 화염을 더 이상 감지하지 못하거나 압력센서(65)가 높은 배출온도의 위험성을 갖는 팬(7a,7b)의 오작동을 감지하지 마자 주회로(53)의 제1 및 제2밸브(61,63)를 차단하고 밸브(73)를 개방하여 고속의 흐름속도를 보장한다.

제2회로(55)에 최대흐름속도는 특수한 흡착 또는 제3 및 제4밸브(67,69)의 선택으로 제어될 수 있다. 그러므로, 소성로(1)의 주입구에서 가스혼합물의 상태에 서 최대압력과 점화기(71)로 가스혼합물의 재점화가 위험하지 않도록 연소실(3)에 희속도를 보장하여 혼합물이 다시 연소한다.

일단 화염감지기(49)로 작동되고 감지되면, 점화기(71)와 결합된 제2회로(55)는 밸브(61,63)로 제어된 주회로(53)을 개방하여 공급된 주화염(1)을 점화하도록 돕는 파일럿화염으로 작동한다.

추가로 재액화기를 구비한 저속디젤선박에서, 제2회로(55)는 재액화되지 않고 탱크로 복귀하는 질소가 풍부한 증기의 일부를 처리하는 데에 사용될 수 있으며, 이러한 처리는 연소와 희석으로 달성된다. 대조적으로, 주회로(53)는 소성로(1)가 선박의 탱크에서 유발하는 증기의 일부 또는 전부를 연소시킬 필요가 있을 때에 재화기가 오작동(또는 개시 또는 중지 중 일시적인 작동)하는 상황에서 작동된다.

바람직하기로, 소성로장치(1)는 압력을 제어하도록 제5 및 제6밸브(83,85)를 매개로 가스선(57) 또는 감압을 위해서 제3, 제4 및 제5밸브(67,69,83)을 매개로 히터본체(5)와 상호연통된 완충탱크(81)를 구비한다. 소성로(1)로 처리될 가스의 흐름속도는 일시적으로 완화한다.

완충탱크(81)는 밸브(67,69)의 상류에 연결되었어도 밸브(83)로 분리될 수 있다. 추가로, 완충탱크(81)는 주회로와 제2회로(53,55) 사이에 안착된 밸브(85)에 결합된다. 이러한 배열은 가스선(57)에 압력의 최대값과 최소값 사이에 있지 않는 대신에 최대압력과 연소실(3)의 압력보다 약간 높은 압력 사이에서 완충용량을 사용하게 한다.

특히 추진목적을 위해 가스증기를 사용하는 선박에서, 가스선(57)에 정상상태하에서 가스흐름속도는 선박을 추진하고 소성로(1)로 처리하기 위한 가스의 흐름속도를 야기하는 엔진의 필요성을 만족하도록 이 목적을 위해서 제공된 가압 및 재가열시스템(도시되지 않음)으로 조절되어 영까지 줄어든다. 비교적 높은 소성로의 전기소비를 줄이기 위해서, 초과가스증기가 제거되지 않는 동안에 시스템의 정상상태하에서 팬(7a,7b)을 정지시킬 수 있다. 이러한 상황하에서, 상태의 급작스런 변동 또는 선박의 하나 이상의 추진엔진이 정지할 경우에 시간의 총 기간 중에 팬(7a,7b)을 작동상태로 되돌리기 위해, 압력감지기(85)가 충분한 압력을 감지하며 제2회로(55)를 개방하고, 연속적으로 화염감지기(49)가 화염(31)을 감지하고 주회로(53)를 개방하는 동안에 압력상승을 방지하기 위해 가스선(57)에 초과 천연가스증기를 흡수할 필요가 있다.

소성로가 비활성되어 팬(7a,7b)이 멈춰지고 밸브(61,63,67,69)가 차단될 때, 완충탱크(81)는 대기압에 인접해지는 압력을 갖는다.

그러나, 가스선(57)에 가스압이 최대한계치에 근접해질 때 팬(7a,7b)가 개시되고 밸브(59,85)가 개방된다. 그러므로, 가스선(57)에 있는 가스의 일부는 가스선(57)의 가스를 급진적으로 압력상승되어 완충탱크(71)로 흡수될 수 있다.

일단 팬(7a,7b)이 충분한 속도로 올라가면, 압력센서(65)로 제어된 경보가 올라가고 제2회로(65)의 밸브(67,69)가 개방될 수 있으며 점화기(71)가 활성화된다. 만약 가스가 메탄을 충분히 함유하고 있다면, 연소되기 시작하고 화염감지기(49)로 제어된 다른 경보가 또한 올라가며 주회로(53)가 밸브(61,63)의 제어하에서 개방된다.

그런 다음에, 소성로(1)가 정상범위내에서 처리하기 위해 가스의 흐름속도에 따라 충만된 동력에서 작동될 수 있다. 그런 다음에, 밸브(85)가 차단되어 탱크(81)가 가스선(57에서 분리되는 반면에, 제2회로(55)를 매개로 번와(57)와 상호연통되어 밸브(67,69,83)을 개방한다.

버너(57)가 적당하게 선택되는 기술에 있어서, 매우 낮은 헤드손실, 통상적으로 10kPa 이하의 헤드손실을 갖고 작동될 수 있다. 이러한 상황하에서, 완충탱크(81)에 흡수된 가스는 탱크가 대기압과 비슷한 연소실(3)의 압력과 근접한 압력으로 도달할 때까지 버너(47)로 배출된다. 완충탱크(18)에 압력이 이 수치에 도달할 때, 밸브(67,69,83)가 차단될 수 있으며 완충탱크(81)는 가스선(57)에 일시적인 압력을 수용하도록 사용되도록 차단될 수 있다.

가스선(57)에 정상최대압력과 대기압 사이에 있는 완충탱크(81)의 작동압력범위는 가스선의 최대압력과 최소압력 사이에 놓인다.

통상적으로, 가스선(57)의 정상압력은 0.6MPa~0.8MPa 범위로 변화하는 반면에, 완충탱크(81)에 압력은 0.8MPa~대기압 사이에서 변화한다. 그러므로, 주어진 가스양을 흡수하기 위해 완충탱크(81)의 부피는 종래기술에 따른 탱크부피의 1/4 정도이기에, 비용과 크기면에서 매우 중요한 장점을 갖는다.

제2 및 제1회로(55,53) 또는 완충탱크(81)에 폭발성 혼합물의 위험성을 제거하기 위해서, 체크밸브(87) 또는 예컨대 질소를 주입하는 불활성가스주입회로(도시되지 않음)와 같은 장치를 장착할 수 있다.

연소될 가스선(57)의 초과가스에 필요한 압력변이가 통과될 때, 밸브(67,69,57)가 차단될 수 있고 팬(7a,7b)이 다시 작동을 멈춘다. 그러므로, 작은 크기의 완충탱크(81)가 가스의 연소에 과도량을 수용하는 한편 팬(7a,7b)으로 소비될 전력량을 최소화한다.

도 2는 액화가스탱크(91)를 갖추고 탱크에서 빠져나온 증기를 연소하기 위해 도 1의 소성로장치를 구비한 유조선의 개략도이다.

이 실례에서, 배출굴뚝(11)은 상부갑판(24a)에 장착되고 팬(7a,7b)은 선박의 하부갑판(24c)에 장착된다. 이와는 달리, 연소실(3), 히터본체(5) 및 공기박스(15)는 선박의 중간갑판(24b)에 장착된다.

또한, 소성로장치는 가스터미널에 사용될 수 있다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 부피가 작고 액화가스유조선 또는 해안의 가스터미널에 설치가 쉬운 가스소성로장치를 갖춰서 더욱 향상된 신뢰성과 안전성을 보장하고 유지가 쉽고 비용이 저감되도록 소성로장치의 구조를 간략화하도록 제공된다.

Claims (14)

1. 연소가스를 생산하는 히터본체(5)를 갖춘 연소실(3)과, 연소를 위해 상기 히터본체(5)에 냉각공기(9)를 공급하는 적어도 하나의 팬(7a,7b) 및, 연소가스와 상기 냉각공기로 형성된 혼합물(13)을 배출하는 배출굴뚝(11)을 포함하는 가스소성로장치로서, 상기 연소실(3)은 연소냉각공기(9a) 또는 상기 적어도 하나의 팬(7a,7b)으로 유발하는 냉각공기의 흐름이 지나가는 상기 연소실(3)과 배출굴뚝(11) 사이에 환형상의 덕트(21)가 존재하도록 상기 배출굴뚝(11)에 장착되고, 또 상기 연소실(3)은 냉각공기의 일부가 상기 환형상의 덕트(21)에 주입되어 흐르도록 다수의 주입오리피스 또는 튜브(29a,29b)를 구비하며,

   상기 히터본체(5)는, 고속의 흐름속도를 제공하는 주회로(53)와 저속의 흐름속도를 제공하는 제2회로(55)에 의해 개별적으로 가스를 공급받고, 상기 주 및 제2회로는 가스선(57)에 연결되고,

   상기 주회로(53)는, 상기 적어도 하나의 팬(7a,7b)이 오작동하는 상황에서 압력감지기(65)의 제어로 차단된 제1 및 제2밸브(61,63) 또는 점화가 실패한 상황에서 화염감지기(49)를 통해 제어되며,

   상기 제2회로(55)는, 상기 적어도 하나의 팬(7a,7b)이 오작동하는 상황에서 압력감지기(65)의 제어로 차단된 제3 및 제4밸브(67,69)를 통해 제어되고,

   상기 가스소성로장치는, 내부의 압력을 제어하도록 제5 및 제6밸브(83,85)를 매개로 상기 가스선(57) 또는 감압되도록 상기 제3, 제4 및 제5밸브(67,69,83)를 매개로 상기 히터본체(5)와 상호연통되어 있는 완충탱크(81)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스소성로장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 배출굴뚝(11)은 제1지지부(23a)로 고정되고 상기 연소실(3)은 제2지지부(23b)로 고정되는 것을 특징으로 하는 가스소성로장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 배출굴뚝(11)은 제1지지부(23a)로 고정되고 상기 연소실(3)은 상기 환형상의 덕트(21)에서 흐르는 공기로 냉각될 서스펜션수단(25)으로 배출굴뚝(11)에 매달려 있는 것을 특징으로 하는 가스소성로장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 튜브(33)가 연소실(3) 상 에 배치되고 상기 적어도 하나의 팬(7a,7b)으로 유발하는 냉각공기로 형성된 흡입효과를 통해 외부에서 추가냉각공기를 전달하는 것을 특징으로 하는 가스소성로장치.
5. 제4항에 있어서, 연소가스와 냉각공기의 혼합을 돕는 터뷰레이터(35)를 구비하되, 상기 터뷰레이터는 상기 다수의 튜브(33) 중 일부에 장착되는 것을 특징으로 하는 가스소성로장치.
6. 제4항에 있어서, 그 단부에 제1분사노즐(39)를 갖추고서 상기 다수의 튜브(33) 중 적어도 하나의 튜브 내부에 수용된 적어도 하나의 제1물회로를 구비하되, 상기 제1분사노즐은 연소가스와 냉각공기로 형성된 혼합물에 물을 주입하는 것을 특징으로 하는 가스소성로장치.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출굴뚝(11)의 상부 둘레에 장착되고 흡입효과를 통해 주변공기의 추가흐름을 발생시키는 추가덕트(41)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스소성로장치.
8. 제7항에 있어서, 그 단부에 제2분사노즐(45)을 갖추고서 상기 추가덕트(41) 내부에 수용된 적어도 하나의 제2물회로(43)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스소성로장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 청구항 제1항에 따른 가스소성로장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 유조선.
14. 청구항 제1항에 따른 가스소성로장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스터미널.

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