KR101304076B1 - 액화천연가스 기지의 증발가스 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화천연가스 기지의 증발가스 설비에 관한 것으로, BOG배관(20)의 전방 부분과 후방 부분 각각에 BOG컴프레서(30,40)가 설치되고, 상기 전방 부분과 후방 부분의 사이에 계통분리밸브(60)가 설치된다.
따라서, 상기 BOG배관(20)의 계통을 분리하여 운영할 수 있게 됨으로써 LNG 하역을 위한 저장탱크 감압 작업을 보다 신속하게 실시할 수 있으며, 이에 BOG컴프레서 운전비용과 유지보수비용이 절감된다.

Description

액화천연가스 기지의 증발가스 설비{equipment for Boil-off Gas control in LNG production base}

본 발명은 액화천연가스 기지의 증발가스 설비에 관한 것으로, 특히 LNG 하역 준비 작업을 용이하게 실시할 수 있도록 된 증발가스 설비에 관한 것이다.

액화천연가스(LNG : liquefied natural gas)는 천연가스 산지에서 생산 및 압축되어 운반선을 통해 국내로 반입되며, LNG 기지의 하역 부두에서 하역배관을 통해 저장탱크로 이송 저장된다.

하역시에는 하역배관의 LNG 순환을 정지하고, 하역암의 쿨다운(Cool down) 단계를 거친 후, 레이트업(rate-up; 운반선의 펌프 작동수를 점진적으로 증가시킴)을 실시하여 LNG 하역량을 점차적으로 늘려감으로써 초저온의 LNG에 의한 설비 충격을 완화한다.

한편, 상기 레이트업 단계에서 하역배관에 발생하는 증발가스(BOG : Boil-off Gas)로 인해 LNG 기지의 저장탱크 압력이 상승하고, 이와 같은 저장탱크의 압력 상승은 LNG의 원활한 하역을 저해하는 요소로 작용하게 된다.

따라서, 상기 현상을 방지하기 위해서 레이트업 단계 이전(약 8시간 전)에 BOG컴프레서를 추가로 작동시켜 저장탱크의 압력을 미리 낮추어주는 작업을 실시하고 있다.(약 22kpa → 약 20kpa이하)

그러나, 기지내 모든 저장탱크의 압력을 일괄적으로 감소시키기 위해서는 BOG컴프레서를 오랜 시간 동안 가동해야 하므로 운전시간이 증가하게 되며, 이에 사용 에너지 증가로 인해 운전비용이 증가되고, 또한 부품 마모로 인하여 BOG컴프레서의 유지관리비용이 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, BOG컴프레서의 가동 시간 및 가동 대수가 감소되어 BOG컴프레서 운전비용과 유지관리비용이 감소되고, LNG 하역을 위한 준비작업을 보다 짧은 시간내에 신속하게 실시할 수 있도록 된 액화천연가스 기지의 증발가스 설비를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

LNG 기지에 건설된 다수의 저장탱크들과;

상기 LNG 기지의 하역부두로부터 상기 저장탱크들에 연결 설치된 하역배관 및 상기 하역배관과 나란히 설치된 BOG배관과;

상기 BOG배관에서 LNG 하역중 레이트업 단계에서 이용되는 저장탱크 영역의 후단에 설치된 계통분리밸브와;

상기 계통분리밸브를 기준으로 상기 BOG배관의 전방 부분과 후방 부분에 각각 연결 설치된 BOG컴프레서들;을 포함한다.

또한, 상기 계통분리밸브는 LNG 비하역시 개방 상태로 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 계통분리밸브는 LNG 하역시 폐쇄 상태로 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 계통분리밸브는 전자제어 전동밸브인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저장탱크들 이외에 다른 저장탱크들이 신설되고, 상기 하역부두 이외에 다른 하역부두가 신설되며, 상기 신설 저장탱크들과 상기 신설 하역부두를 연결하는 다른 하역배관 및 BOG배관이 신설되고,

상기 신설 BOG배관은, 상기 신설 저장탱크가 상기 신설 하역부두의 LNG 하역시 레이트업에 이용될 수 있도록, 상기 BOG컴프레서들 중 상기 기존 하역부두를 이용한 LNG 하역시 레이트업 단계에서 이용되지 않는 저장탱크 영역의 BOG배관에 연결된 BOG컴프레서에 연결되며,

상기 신설 BOG배관(21)에서 상기 신설 저장탱크(TK213,TK214) 영역의 앞쪽에 상기 신설 하역부두측 BOG배관 및 상기 기존 BOG배관에 대해 계통을 분리하는 다른 계통분리밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, BOG배관의 전방부와 후방부에 각각의 BOG컴프레서가 설치됨으로써 BOG배관의 전방에 연결된 저장탱크 뿐만 아니라 후방에 연결된 저장탱크들의 BOG 제어가 용이하게 이루어지는 효과가 있다.

또한, 상기 계통분리밸브를 작동시켜 BOG배관을 전체 저장탱크 중 레이트업에 이용되는 일부 저장탱크에 해당되는 영역과 그렇지 않은 영역으로 계통 분리하여 운영할 수 있게 됨으로써 하역을 위한 저장탱크 감압 작업을 보다 신속하고 용이하게 실시할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한 상기 이유에 의해서 필요한 가동 BOG컴프레서의 수와 가동시간이 감소됨으로써 BOG컴프레서 가동을 위한 에너지 소비량이 감소되고 BOG컴프레서의 부품 마모가 감소되며, 이에 BOG컴프레서의 운전비용과 유지보수비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액화천연가스 기지의 증발가스 설비의 구성도로서, BOG배관의 계통 분리 전 BOG 처리 상태를 표시한 도면,
도 2는 BOG배관의 계통 분리 후 BOG 처리 상태를 표시한 도면,
도 3은 기지내 LNG 저장탱크 추가 건설시, 본 발명의 적용예를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, LNG 기지에는 다수의 저장탱크(TK201~TK212)들이 건설되어 있으며, 하역부두로부터 상기 저장탱크들에 연결되는 하역배관(10)이 설치된다. 상기 하역배관(10)은 LNG의 순환(하역배관의 냉각을 위함)이 가능하도록 폐루프를 구성하는 2열의 순환라인으로 구성되어 있다.

또한, 상기 하역배관(10)과 나란히 설치되어 상기 저장탱크들에 연결되는 BOG배관(20)이 설치되며, 상기 BOG배관에 BOG컴프레서(30,40)가 연결된다. 상기 BOG컴프레서는 도번 30과 40으로 각각 1개씩의 컴프레서만을 도시하였으나, 실제로는 특정 구역(예; A-zone, B-zone)내에 다수 개가 설치되어 있다. 본 명세서에서는 편의상 분리된 상기 두 구역내의 BOG컴프레서들을 각각 하나의 BOG컴프레서(각 도번 30과 40)로 통칭하기로 한다.

또한, 상기 BOG컴프레서(30,40)에는 재액화기(50)가 연결된다.

따라서, 상기 하역부두에 도착한 운반선으로부터 상기 하역배관(10)을 통해 LNG의 하역이 이루어져 상기 저장탱크들에 저장되고, 상기 하역배관(10) 및 저장탱크들에서 발생된 BOG는 상기 BOG배관(20)을 통해 BOG컴프레서(30,40)로 흡입되어 압축된 뒤, 상기 재액화기(50)에서 저장탱크로부터 공급(별도 배관 도시 생략)된 LNG와 혼합되어 재액화되고, 이후 기화기를 거쳐 기화된 천연가스는 정압, 계량, 부취 설비 등을 거쳐 수요처로 공급된다.

한편, 상기 저장탱크(TK201~TK212)들은 기지 규모 확대에 따라 하역부두에서 가까운 곳에서 먼곳으로 순차적으로 건설되며, 이에 따라 상기 하역배관(10) 및 BOG배관(20)의 증설도 이루어진다.

본 발명은 상기 BOG배관(20)에서 상기 레이트업 단계에서 이용되는 일부 저장탱크(TK201~TK203) 영역의 후단에 계통분리밸브(60)가 설치되고, 상기 계통분리밸브(60)를 기준으로 전방 부분과 후방 부분에 각각 상기 BOG컴프레서(30,40)가 연결 설치된 것을 특징으로 한다.(전술하였다시피 상기 BOG컴프레서(30,40) 각각은 다수의 BOG컴프레서들로 이루어진 BOG컴프레서 설치 구역을 의미한다.)

상기 계통분리밸브(60)는 전자제어를 통해 자동으로 개폐 전환되는 전자제어 전동밸브일 수 있다. 즉, 상기 계통분리밸브(60)는 LNG 기지의 시스템 운전실에서 전달되는 제어신호에 의해 개폐 조작될 수 있다.

상기 계통분리밸브(60)는 LNG 하역이 이루어지지 않는 평상시에 개방(open) 상태로 제어된다.

따라서, BOG배관(20) 전체는 하나의 계통으로 작용하게 되며, 전방 부분과 후방 부분 양쪽 모두에서 각각의 BOG컴프레서(30,40)에 의한 BOG 제거가 이루어짐으로써 상기 저장탱크 전체의 압력 제어가 원활하게 이루어진다.

특히 BOG배관(20)의 후방쪽 저장탱크들(예를 들어, TK208~TK212)의 BOG제거가 원활히 이루어짐으로써 후방쪽 저장탱크들의 압력 제어가 용이하다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, LNG 하역시에는 상기 계통분리밸브(60)가 폐쇄(close) 상태로 제어된다.

따라서, 상기 BOG배관(20)은 레이트업에 이용되는 일부 저장탱크(TK201~TK203) 계통과, 레이트업에 이용되지 않는 나머지 저장탱크(TK204~TK212) 계통으로 분리 운영된다.

따라서, 레이트업 단계에서 일부 저장탱크(TK201~TK203)만의 BOG를 제거하여 감압을 실시하면 되므로 LNG 하역을 위한 준비작업을 매우 신속하게 실시할 수 있게 된다.

또한, 상기 일부 저장탱크에 대해서만 감압을 실시하게 되므로 BOG컴프레서(30)의 필요 가동대수가 감소되므로 BOG컴프레서(30) 운전에 소비되는 에너지(전기에너지)량이 감소됨으로써 운전비용이 절감되며, 또한 BOG컴프레서(30) 운전시간이 감소됨으로써 부품의 마모가 감소되어 유지보수비용이 감소되는 효과가 있다.

도 3은 기지에 저장탱크가 증설되는 경우 본 발명의 적용예를 도시한 것이다.

기지의 부지 사정에 의해서, 증설되는 저장탱크를 반드시 먼저 건설된 저장탱크들의 인접 위치에 순차적으로 연이어 건설할 수는 없다. 즉, 도시된 경우와 같이, 먼저 건설된 저장탱크(TK211, TK212)들과 동떨어진 위치에 새로운 저장탱크(TK213,214)들이 건설될 수 있다.

한편, 저장탱크의 증설에 따라 하역부두의 수도 증가하게 되는데, 상기 신설된 하역부두(제2부두, 이에 대해 기존의 하역부두는 도면에 제1부두로 표시함)와 신설된 저장탱크(TK213,214)들의 하역배관(11)과 BOG배관(21)들은 기존 하역배관(10)과 BOG배관(20) 및 BOG컴프레서(40)와 연계 설치된다.

즉, 신설 하역배관(11)과 BOG배관(21)은 기존 하역배관(10)과 BOG배관(20)에서 레이트업에 이용되지 않는 저장탱크(TK204~TK212)들에 해당되는 영역에 연결된다.

특히, 상기 신설 BOG배관(21)은 신설 저장탱크(TK213,TK214)가 신설 하역부두(제2부두)를 이용한 LNG 하역시 레이트업에 이용될 수 있도록 기존에 레이트업용으로 이용되지 않았던 상기 BOG컴프레서(40)에 연결되고, 상기 신설된 BOG배관(21)에서 상기 신설 저장탱크(TK213,TK214) 영역의 앞쪽에 신설 하역부두(제2부두)측 BOG배관 및 기존 BOG배관(20)에 대해 배관 계통을 분리할 수 있도록 또 다른 계통분리밸브(계통분리밸브; 61)가 설치된다. 상기 신설 계통분리밸브(61) 역시 기존 계통분리밸브(60)와 동일하게 전자제어에 의해 자동으로 개폐 전환되는 전자제어 전동밸브이다.

이때 신설 저장탱크(TK214,213)와 기존에 레이트업에 사용되지 않았던 BOG컴프레서(40) 즉, 기존 BOG배관(20)에서 후방쪽에 연결된 BOG컴프레서(40)와는 배관길이 감소를 위해 상호 가까운 거리에 배치되는 것이 바람직하므로 상기 기존 BOG배관(20)에서 후방쪽에 연결된 BOG컴프레서(40)는 최초 설치시 향후 저장탱크들이 추가 건설될 부지에 인접한 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성에 의하여 신설 하역부두(제2부두)를 통한 LNG 하역시 상기 계통분리밸브(61)를 폐쇄하여 신설된 BOG배관(21)의 일부를 나머지 BOG배관(신설 BOG배관의 제2부두쪽 연결부분과 기존 BOG배관(20))에 대해 계통을 분리할 수 있으므로 상기 신설 저장탱크(TK213,214)만을 감압 대상으로 할 수 있으며, 이에 BOG컴프레서(40)의 필요 가동 대수가 감소되고 가동 시간이 감소되므로 운전비용과 유지보수비용이 절감됨과 더불어 하역 준비 작업의 소요 시간이 감소된다.

다음 표 1은 상기와 같이 저장탱크(TK213,214)가 신설된 상태에서 기존의 하역부두(제1부두)를 이용한 LNG 하역 준비시, BOG배관 계통분리방법 사용전과 후의 BOG컴프레서 가동시간을 비교한 것이다.(기존의 하역부두(제1부두)를 이용하므로 레이트업용 저장탱크로서는 TK201~TK203이 사용된다.)

구분	감압대상 저장탱크	BOG컴프레서 가동시간
		rate-up 8h전	rate-up 1h전	rate-up (1h 소요)	Total h
계통분리 적용 전	14기(TK201~ TK214)	1대*8h=8h 1대 추가기동	1대*1h=1h 1대 추가기동	2대*1h=2h 기동대수유지	11h
계통분리 적용 후	3기(TK201~ TK203)	추가기동없음	1대*1h=1h 1대 추가기동	1대*1h=1h 기동대수유지	2h

상기와 같이, BOG배관의 계통분리 적용 전에는, BOG 제어를 위해 평소 가동되던 BOG컴프레서에 더하여 2대의 BOG컴프레서를 추가 기동하고, 총 11시간분의 가동시간이 더 필요하였으나(실제 작업진행 시간은 레이트업 이전 작업 8시간과, 레이트업 소요시간 1시간을 더하여 9시간이다.), 계통분리 적용 후에는 1대의 BOG컴프레서만을 추가 기동하고 2시간분의 가동시간이 더 필요하였다.

상기와 같이 BOG배관에 계통분리밸브를 설치하여, 하역 준비 작업시, BOG배관을 레이트업에 사용되는 저장탱크 영역과 그렇지 않은 영역으로 계통 분리하고 하역 준비 작업(저장탱크 감압)을 실시할 수 있게 됨으로써 BOG컴프레서의 필요 가동 대수가 감소되고, 가동시간이 감소됨으로써 하역 준비 작업에 소요되는 에너지와 시간이 감소되고, 이에 BOG컴프레서의 운전 및 유지보수 비용이 감소되는 효과가 있음을 알 수 있다.

10,11 : 하역배관 20,21 : BOG배관
30,40 : BOG컴프레서 50 : 재액화기
60,61 : 계통분리밸브

Claims (5)

1. LNG 기지에 건설된 다수의 저장탱크들과;
   상기 LNG 기지의 하역부두로부터 상기 저장탱크들에 연결 설치된 하역배관 및 상기 하역배관과 나란히 설치된 BOG배관과;
   상기 BOG배관에서 LNG 하역중 레이트업 단계에서 이용되는 저장탱크 영역의 후단에 설치된 계통분리밸브와;
   상기 계통분리밸브를 기준으로 상기 BOG배관의 전방 부분과 후방 부분에 각각 연결 설치된 BOG컴프레서들;
   을 포함하는 액화천연가스 기지의 증발가스 설비.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 계통분리밸브는 LNG 비하역시 개방 상태로 제어되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 기지의 증발가스 설비.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 계통분리밸브는 LNG 하역시 폐쇄 상태로 제어되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 기지의 증발가스 설비.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 계통분리밸브는 전자제어 전동밸브인 것을 특징으로 하는 액화천연가스 기지의 증발가스 설비.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 저장탱크들 이외에 다른 신설 저장탱크가 신설되고, 상기 하역부두 이외에 다른 신설 하역부두가 신설되며, 상기 신설 저장탱크와 상기 신설 하역부두를 연결하는 다른 신설 하역배관 및 신설 BOG배관이 신설되고,
   상기 신설 BOG배관은, 상기 신설 저장탱크가 상기 신설 하역부두의 LNG 하역시 레이트업에 이용될 수 있도록, 상기 BOG컴프레서들 중 기존의 상기 하역부두를 이용한 LNG 하역시 레이트업 단계에서 이용되지 않는 저장탱크 영역의 BOG배관에 연결된 BOG컴프레서에 연결되며,
   상기 신설 BOG배관(21)에서 상기 신설 저장탱크(TK213,TK214) 영역의 앞쪽에 상기 신설 하역부두측 신설 BOG배관 및 기존의 상기 BOG배관에 대해 계통을 분리하는 다른 계통분리밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 기지의 증발가스 설비.
   

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