KR101300709B1 - Ｌｎｇ 운반선의 강제 기화기의 자동 운전 방법 - Google Patents

Abstract

LNG 운반선 강제 기화기의 자동 운전 시스템이 개시된다. 이 시스템은, 화물창으로부터 강제 기화기로 유입되는 배관라인에 설치되어 LNG 유량을 제어하는 유량 제어 밸브와; 상기 유량 제어 밸브의 상류 측에 설치되어 LNG 입력 온도를 제어하는 온도 제어 밸브와; 상기 LNG 입력 온도를 측정하는 제1 온도센서와; 상기 강제 기화기를 거친 BOG의 온도를 측정하는 제2 온도센서와; 상기 강제 기화기를 거친 BOG의 유량을 측정하는 유량센서와; 얻고자 하는 BOG의 온도와 얻고자 하는 BOG의 유량을 지령치로 두고서, 상기 제1 온도센서, 상기 제2 온도센서 및 상기 유량센서로부터 얻은 정보로 상기 유량 제어 밸브와 상기 온도 제어 밸브를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

ＬＮＧ 운반선의 강제 기화기 자동 운전 시스템 및 방법{AUTO OPERATION SYSTEM AND METHOD FOR FORCING VAPORIZER OF LNG CARRIER}

본 발명은 LNG 운반선의 강제 기화기에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 강제 기화기의 자동 운전 시스템 및 방법에 관한 것이다.

극저온의 액화천연가스, 즉, LNG(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 선박, 즉, LNG 운반선이 공지되어 있다. LNG는 비등점이 극히 낮은 천연가스를 극저온의 온도로 냉각, 액화하여 얻어진다. LNG 운반선으로는 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선이나, 마찬가지로 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel) 등이 있다. 최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 본 명세에서 소개되는 LNG 운반선에는 LNG FPSO 또는 LNG FSRU와 같은 해상구조물도 포함된다.

예컨대, 메인 보일러 및/또는 듀얼 연료 엔진을 포함하는 LNG 운반선의 추진 시스템에 LNG 화물창(LNG 카고탱크)에서 자연적으로 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 연료로 이용하는 기술이 개발된 바 있다.

종래에는 화물창으로부터 발생되는 BOG의 양이 불충하여 충분한 추진 연료로 사용치 못할 때, 강제 기화기를 수동으로 조작하여 추진 시스템이 요구하는 양의 BOG를 공급하도록 하고 있다.

종래의 기술은 운전자가 모든 운용 시간에 대하여 개별적으로 모니터링과 직접적인 운전을 해야 하는 수고로움과 어려움이 있었다. 또한, 수동으로 강제 기화기를 조작하는 종래의 기술은 화물창 내부 압력을 안전성 있게 확보하는데 있어서 어려움이 있다. 또한, 종래 기술에 따르면, BOG를 기관실로 보내는데 많은 시간이 소모되었다.

따라서, 본 발명이 해결하려는 하나의 과제는 LNG 운반선에서 추진 시스템에 이용되는 강제 기화기를 자동 운전하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 LNG 운반선 강제 기화기의 자동 운전 시스템은, 화물창으로부터 강제 기화기로 유입되는 배관라인에 설치되어 LNG 유량을 제어하는 유량 제어 밸브와; 상기 유량 제어 밸브의 상류 측에 설치되어 LNG 입력 온도를 제어하는 온도 제어 밸브와; 상기 LNG 입력 온도를 측정하는 제1 온도센서와; 상기 강제 기화기를 거친 BOG의 온도를 측정하는 제2 온도센서와; 상기 강제 기화기를 거친 BOG의 유량을 측정하는 유량센서와; 얻고자 하는 BOG의 온도와 얻고자 하는 BOG의 유량을 지령치로 두고서, 상기 제1 온도센서, 상기 제2 온도센서 및 상기 유량센서로부터 얻은 정보로 상기 유량 제어 밸브와 상기 온도 제어 밸브를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 컨트롤러는 상기 BOG 온도의 지령치와 상기 BOG 유량의 지령치를 두고서 상기 온도 제어 밸브와 상기 유량 제어 밸브를 제어하는 온도 제어기와 유량 제어기를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 의도된 BOG 온도와 의도된 BOG 유량을 온도제어기의 지령치 및 유량제어기의 지령치로 정하고, 측정된 BOG 온도가 상기 온도제어기의 지령치에 도달하도록, 강제 기화기 상류의 온도 제어밸브 및 유량 제어밸브를 제어하고, 상기 온도제어기의 지령치를 미리 정해진 대로 두고 상기 온도제어기를 자동모드로 변경하고, 상기 강제 기화기 상류의 온도 제어밸브 및 유량 제어밸브를 제어하는 과정은, A. 상기 강제 기화기의 자동운전을 시작하는 단계와, B. 상기 온도 제어 밸브를 미리 정해진 만큼 개방하는 단계와, C. 상기 강제 기화기의 상류에서 측정된 LNG 입력 온도가 1차 기준 온도보다 낮으면, 상기 유량 제어 밸브를 미리 정해진 만큼 개방하고 상기 온도 제어 밸브의 개방도를 미리 정해진 만큼 낮추는 단계를 포함하고, 상기 온도제어기를 자동모드로 변경하는 과정은, 상기 C단계 이후, 상기 강제 기화기의 상류에서 측정된 LNG 입력 온도가 2차 기준 온도보다 낮은 경우에 수행되며, 상기 온도제어기를 자동 모드로 변경한 상태에서 상기 강제 기화기의 상류에서 측정된 LNG 입력 온도가 미리 정해진 기준 온도보다 낮으면, 상기 유량제어기의 지령치를 미리 정해진 대로 두고 상기 유량제어기를 자동모드로 변경한다.

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이전에는 강제 기화기를 수동으로 운전하는 기술만이 존재하였지만, 본 발명은 강제 기화기를 자동으로 운전한다. 본 발명에 따라 자동 운전 로직이 개발됨으로써, 기관실의 추진 시스템이 요구하는 정확한 양의 BOG를 공급할 수 있게 되었다. 본 발명에 따르면, 운전자가 모든 운용 시간에 대한 개별 모니터링 및 직접 운전이 불필요한 자동 운전이 가능하다. 이로 인해, 운전의 편의성 및 화물창 압력의 안전성이 확보된다. 기존에는 수동으로만 요구된 BOG를 기관실로 보냄으로써 시간이 많이 소모되었으나, 본 발명에 따르면, 자동 운전 로직의 개발로 인해 시간이 단축되고, 운전자의 편의성 및 추진 시스템에 연료로서 BOG 공급의 안전성이 확보되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 운반선의 강제 기화기 자동 운전 시스템을 설명하기 위한 구성도이고,
도 2는 도 1에 도시된 자동 운전 시스템을 이용하는 LNG 운반선의 강제 기화기 자동 운전 시스템을 설명하는 플로우차트이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타내며, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 운반선의 강제 기화기 자동 운전 시스템을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 자동 운전 시스템을 이용하는 LNG 운반선의 강제 기화기 자동 운전 시스템을 설명하는 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 LNG 운반선의 강제 기화기 자동 운전 시스템은, 강제 기화기(2)와, 온도 제어 밸브(3)와, 유량 제어 밸브(4)와, 온도 제어기(5) 및 유량 제어기(6)를 포함하는 컨트롤러(C)와, 제1 온도 센서(7a) 및 제2 온도 센서(7b)와, 유량 센서(8)를 포함한다.

이하 자세히 설명되는 바와 같이, 상기 유량 제어 밸브(4)는 화물창(미도시됨)으로부터 강제 기화기(2)로 유입되는 배관라인에 설치되어 LNG 유량을 제어한다. 또한 상기 온도 제어 밸브(3)는 상기 유량 제어 밸브(4)의 상류 측에 설치되어 LNG 입력 온도를 제어한다. 제1 온도센서(7a)는 상기 LNG 입력 온도를 측정하며, 상기 제2 온도센서(7b)는 상기 강제 기화기(2)를 거친 BOG의 온도를 측정한다. 또한, 상기 유량센서(8)는 상기 강제 기화기(2)를 거친 BOG의 유량을 측정한다. 상기 컨트롤러(C)는 얻고자 하는 BOG의 온도와 얻고자 하는 BOG의 유량을 지령치로 두고서, 상기 제1 온도센서(7a), 상기 제2 온도센서(7b) 및 상기 유량센서(8)로부터 얻은 정보로 상기 유량 제어 밸브(4)와 상기 온도 제어 밸브(3)를 제어한다.

보다 구체적으로, 상기 유량 제어 밸브(4)는, 상기 강제 기화기(2)로 유입되는 LNG 유량을 제어하도록, LNG 화물창(미도시됨)으로부터 강제 기화기(2)로 이어진 배관 라인에 설치된다. 상기 온도 제어 밸브(3)는, 상기 강제 기화기(2)를 거친 BOG의 최종 온도를 제어하도록, 상기 유량 제어 밸브(6)의 상류 측에 설치된다. 본 실시예에 있어서, 상기 온도 제어 밸브(3)는 상기 유량 제어 밸브(6)의 상류 측 배관라인으로부터 분기되어 우회하는 다른 배관라인에 설치되어 있다.

상기 온도 제어기(5)는 상기 제1 온도 센서(7a) 및 상기 제2 온도 센서(7b)에서 측정된 현재의 LNG 온도를 기초로 하여 상기 온도 제어 밸브(3)를 제어한다. 상기 제1 온도 센서(7a)는 상기 온도 제어 밸브(3)의 설치 위치에 대하여 상류 측에 배치된다. 상기 유량 제어기(6)는 상기 유량 센서(8)에서 측정된 현재의 BOG 유량을 기초로 하여 상기 유량 제어 밸브(3)를 제어한다. 본 실시예에 있어서, 상기 유량 센서(8)는 상기 기화기(8)의 하류 측에 설치되어 BOG 유량을 측정한다. 추진 시스템에서 요구되는 BOG의 양에 비해 현재 측정되는 BOG의 양이 적은 경우, 더 많은 LNG 기화가 요구될 것이다. 본 발명은 추진 시스템에서 요구되는 BOG를 얻기 위한 강제 기화기의 자동 운전과 관련된다.

도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강제 기화기 자동 운전 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 2를 참조하면, 먼저 강제 기화기의 자동 운전을 시작한다(S1). 다음, 온도 제어 밸브(3)를 25%까지 연다(S2). 다음, 온도 제어기(5)에 의해 상기 입력 온도가 1차 기준 온도인 -10℃보다 낮은지 여부가 컨트롤러(C; 도 1 참조)에서 판단된다(S3). 입력 온도가 1차 기준 온도인 -10℃보다 낮은 것으로 판단되면, 유량 제어 밸브(4)를 17%까지 열고 온도 제어 밸브(3)를 13%까지 닫는다(S4). 다음 측정 입력 온도가 2차 기준 온도인 -90℃보다 낮은지 여부가 판단된다(S5). 측정 입력 온도가 2차 기준 온도인 -90℃보다 낮은 것으로 판단되면, 온도 제어기의 지령치, 즉, 강제 기화기(2)를 거쳐 나와 제2 센서(7b)에서 측정되는 BOG 온도를 대략 -40℃로 두고 자동 모드로 변경된다(S6). 제2 센서(7b)에서 측정되는 온도가 대략 -40℃로부터 많이 벗어난다면, 전술한 단계들 중 S2, S3, S4, S5 단계들이 다시 반복되어야 할 것이다.

자동 모드 변경 후, 측정 입력 온도가 3차 기준 온도인 -135℃ 이하인지 여부가 판단된다(S7). 측정 입력 온도가 -135℃ 이하인 것으로 판단되면, 유량 제어기의 지령치를 1500Kg/H로 두고 자동 모드로 변경된다(S8).
이와 같은 과정을 통해 BOG 온도를 더욱 신속하게 지령치인 -40℃에 이르게 할 수 있다. 즉, LNG는 LNG 화물창으로부터 강제 기화기 측으로 이어진 배관 라인을 따라 유동하는 과정에서 외부와의 열교환 등에 의해 온도가 상승하여 가스 상태로 변화하는 등의 과정을 거치게 되므로, 자동 운전의 초기 상태에서는 강제 기화기의 입력단에서 측정되는 LNG의 입력 온도에 따라 온도 제어 밸브(3) 및 유량 제어 밸브(4)를 제어하는 것이 BOG 온도를 더욱 신속하게 지령치에 도달하도록 할 수 있다. 다시 말하면, 자동 운전의 초기 상태에서는 강제 기화기로 입력되는 LNG의 상태가 불안정하므로, 제1 온도센서(7a)를 통해 LNG의 입력 온도를 측정하고, 측정된 입력 온도에 따라 온도 제어 밸브(3) 및 유량 제어 밸브(4)를 전술한 방식으로 제어함으로써, BOG의 온도가 신속하게 지령치에 근접하도록 할 수 있다. 이러한 과정에서 LNG의 상태는 상대적으로 안정화된다. 이와 같이 BOG의 온도가 지령치에 근접하게 되면, 온도 제어 밸브(3) 및 유량 제어 밸브(4)를 자동 모드로 변환하여 안정적으로 BOG를 추진 시스템 등에 공급할 수 있다.

본 발명에 따르면, 강제 기화기(2)를 자동 운전하는 것에 의해 희망하는 온도 및 유량의 BOG를 얻을 수 있으므로, 운전자의 편의성 및 화물창의 안전성 확보가 가능하다. 본 발명에 따라 자동 운전 로직이 구현되기 전 까지는, 수동으로만 요구된 BOG를 기관실로 보냄으로써 시간이 많이 소모되었으나, 상기 자동 운전 로직의 개발에 따라, 시간이 단축되고 운전자의 편의성 및 추진 시스템에 연료로서 BOG 공급의 안전성을 확보할 수 있게 되었다.

본 발명에 따르면, 요구되는 양의 BOG에 따라, 강제 기화기(2)의 운전을 도 2에 도시된 것과 같은 온도 제어와 유량 제어를 포함하는 자동 운전 소프트웨어 로직의 선택에 의해 자동으로 할 수 있게 되었으며, Load/up down도 자동적으로 수행된다.

2: 강제 기화기 3: 온도 조절 밸브
4: 유량 조절 밸브 5: 온도 제어기
6: 유량 제어기 7a: 제1 온도 센서
7b: 제2 온도 센서 8: 유량 센서

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 의도된 BOG 온도와 의도된 BOG 유량을 온도제어기의 지령치 및 유량제어기의 지령치로 정하고,
   측정된 BOG 온도가 상기 온도제어기의 지령치에 도달하도록, 강제 기화기 상류의 온도 제어밸브 및 유량 제어밸브를 제어하고,
   상기 온도제어기의 지령치를 미리 정해진 대로 두고 상기 온도제어기를 자동모드로 변경하고,
   상기 강제 기화기 상류의 온도 제어밸브 및 유량 제어밸브를 제어하는 과정은,
   A. 상기 강제 기화기의 자동운전을 시작하는 단계와,
   B. 상기 온도 제어 밸브를 미리 정해진 만큼 개방하는 단계와,
   C. 상기 강제 기화기의 상류에서 측정된 LNG 입력 온도가 1차 기준 온도보다 낮으면, 상기 유량 제어 밸브를 미리 정해진 만큼 개방하고 상기 온도 제어 밸브의 개방도를 미리 정해진 만큼 낮추는 단계를 포함하고,
   상기 온도제어기를 자동모드로 변경하는 과정은, 상기 C단계 이후, 상기 강제 기화기의 상류에서 측정된 LNG 입력 온도가 2차 기준 온도보다 낮은 경우에 수행되며,
   상기 온도제어기를 자동 모드로 변경한 상태에서 상기 강제 기화기의 상류에서 측정된 LNG 입력 온도가 미리 정해진 기준 온도보다 낮으면, 상기 유량제어기의 지령치를 미리 정해진 대로 두고 상기 유량제어기를 자동모드로 변경하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선 강제 기화기 자동 운전 방법.
   
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