KR101434144B1 - 부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템 - Google Patents

부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

부유식 생산저장설비(FPSO)의 불활성 가스 공급 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탑사이드(Top side)와, 컨덴세이트 오일탱크(condensate oil tank) 및 슬롭탱크(Slop Tank)를 포함하는 부유식 생산저장설비(FPSO)의 불활성 가스 공급 시스템은, 상기 탑사이드(Top Side)에 불활성 가스를 공급하는 가스 발생부; 상기 가스 발생부와 상기 탑사이드 사이에 연결 배치된 메인 공급관; 상기 메인 공급관과 연결되고, 상기 컨덴세이트 오일탱크 및 슬롭탱크(Slop Tank)에 상기 불활성 가스를 공급하는 연결관부; 상기 컨덴세이트 오일탱크 및 슬롭탱크의 내부 상태를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부에서 감지된 신호를 입력받아, 상기 컨덴세이트 오일탱크 및 슬롭탱크로 공급되는 불활성 가스의 공급량을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템{Inert Gas Supply System of Floating Production Storage Offloading}
본 발명은 컨덴세이트 오일탱크(condensate oil tank) 및 슬롭탱크(Slop Tank)의 압력을 안정적으로 유지하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 부유식 생산저장설비(Liquefied Natural Gas-Floating Production Storage Offloading)(이하 "LNG FPSO" 라고 한다)는 심해 유전지역에서 물 위에 떠서 원유를 추출하고, 끌어올려 탱크에 저장했다가, 셔틀탱커와 같은 운반선을 통해 저장한 기름을 건네주는 역할을 하는 선박 형태의 설비를 말한다. 상기 부유식 액화천연가스 생산저장설비는 대략 5년마다 액화천연가스 저장탱크의 정비 및 청소를 실시한다.
이때, 액화천연가스 저장탱크를 정비 및 청소하는 과정에서 탱크 내부에 잔존하는 가연성 물질등에 의한 폭발을 방지하기 위해 탱크 내부에 있는 가연성 물질 등을 불활성가스로 대체하여야 한다.
또한, 부유식 액화천연가스 생산저장설비에서는 액화천연가스를 생산하는 과정에서 함께 생산되는 오일(oil) 성분의 가스를 응축시켜 저장하기 위한 컨덴세이트 오일탱크(condensate oil tank)가 마련된다.
이때, 컨덴세이트 오일은 공기와 접하게 되면 폭발 위험이 있기 때문에 탱크내부의 증기공간(vapour space)을 불활성가스로 대체해야 한다.
또한, 상기 컨덴세이트 오일탱크(condensate oil tank)와 함께, LNG FPSO 선박에서는 각종 기름이 드레인되어 저장되는 슬롭탱크(Slop Tank)가 구비될 수 있다.
상기 슬롭탱크 또한 상기 컨덴세이트오일탱크와 마찬가지로 공기와 접하게 되면 폭발 위험이 있기 때문에 탱크내부의 증기공간(vapour space)을 불활성가스로 대체해야 한다.
이를 위해, 종래의 부유식 액화천연가스 생산저장설비(LNG FPSO)는 액화천연가스 저장탱크 및 컨덴세이트 오일탱크에 불활성가스를 DIGG(Dry Inert Gas Generator)장치에서 공급받아 사용하였다.
상기 DIGG장치는 비교적 큰 규모로 이루어진 설비에 해당되며, 상기 DIGG 장치에서 발생된 불활성 가스를 상기 컨덴세이트오일탱크와 슬롭탱크에 공급하는데 사용할 수는 있으나, 상기 컨덴세이트오일탱크와 슬롭탱크에 공급되는 불활성 가스의 양은 비교적 적은양이 공급되므로, 이를 위해 상기 DIGG를 작동시키는 것은 경제적으로 볼 때 상당히 비 효율적인 측면이 있었다.
또한 상기 DIGG 장치를 대신하여 IGG(Inert Gas Generator) 또는 IGS(Inert Gas System)를 설치하는 것도 추가적인 비용이 발생되므로, 비경제적이라고 볼 수 있다.
따라서, 컨덴세이트오일탱크와 슬롭탱크에 공급되는 적은 양의 불활성가스를 공급하기 위한 시스템이 요구되었다.
대한민국 등록특허 제10-0980674호 (등록일: 2010년09월01일)
본 발명의 실시예들은 기존의 FPSO에 탑재된 설비를 이용하여 컨덴세이트 오일탱크와 슬롭 탱크에 안정적으로 불활성 가스를 공급하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 탑사이드(Top side)와, 컨덴세이트 오일탱크(condensate oil tank) 및 슬롭탱크(Slop Tank)를 포함하는 부유식 생산저장설비(FPSO)의 불활성 가스 공급 시스템은, 상기 탑사이드(Top Side)에 불활성 가스를 공급하는 가스 발생부와; 상기 가스 발생부와 상기 탑사이드 사이에 연결 배치된 메인 공급관과; 상기 메인 공급관과 연결되고, 상기 컨덴세이트 오일탱크 및 슬롭탱크(Slop Tank)에 상기 불활성 가스를 공급하는 연결관부와; 상기 컨덴세이트 오일탱크 및 슬롭탱크의 내부 상태를 감지하는 감지부; 및 상기 감지부에서 감지된 신호를 입력받아, 상기 컨덴세이트 오일탱크 및 슬롭탱크로 공급되는 불활성 가스의 공급량을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 감지부는, 상기 컨덴세이트 오일탱크 및 슬롭탱크 내부의 압력을 감지하는 것을 특징으로 한다.
상기 연결관부는 상기 메인 공급관과 상기 컨덴세이트 오일탱크를 연결하는 제1 공급관과; 상기 제1 공급관과 상기 슬롭탱크를 연결하는 제2 공급관과; 상기 제1 공급관과 연결되고, 상기 제어부에 의해 상기 불활성 가스의 개도량을 조절하는 조절밸브를 포함한다.
상기 제1 공급관과 연결되는 제1 솔레노이드 밸브 및 상기 제2 공급관과 연결되는 제2 솔레노이드 밸브를 더 포함한다.
상기 제어부는 상기 컨덴세이트 오일탱크 또는 슬롭탱크 내부의 가스 압력이 기준치 압력보다 감소될 경우에는 상기 조절밸브의 개도량을 증가시키고, 상기 컨덴세이트 오일탱크 또는 슬롭탱크 내부의 가스 압력이 기준치 압력보다 증가될 경우에는 상기 가스가 외부로 배출되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들은 LNG FPSO 선박에서 컨덴세이트 오일탱크와 슬롭탱크의 압력을 안정적으로 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 간단한 구성으로, 경제적인 부유식 생산저장설비의 운용이 가능할 수 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템의 작동 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템의 작동 상태를 도시한 순서도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템의 작동 상태도.
본 발명의 일 실시예에 의한 부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1을 참조하면, 가스 발생부(100)는 탑사이드(Top side)(2) 및 Hull side에 불활성 가스인 질소를 공급하기 위해 구비된다. 가스 발생부(100)는 질소 가스를 생성하기 위한 소정의 부피를 갖는 탱크(미도시)가 구비될 수 있으며, 상기 탱크에서 발생된 질소 가스를 상기 탑사이드(2)에 공급하기 위한 공급부(110)를 포함한다.
상기 공급부(110)는 질소 가스를 소정의 압력으로 공급하기 위한 설비에 해당될 수 있다. 상기 탑사이드(2)와 가스 발생부(100) 사이에는 메인 공급관(10)이 연결되고, 상기 메인 공급관(10)은 상기 탑사이드(2)로 질소 가스를 공급한다.
상기 메인 공급관(10)은 연결관부(400)와 연결 배치되고, 상기 메인 공급관(10)에 결합된 연결관부(400)에는 예를 들어, 3웨이 밸브가 설치될 수 있다. 상기 연결관부(400)는 컨덴세이트 오일탱크(200)와 연결된 제1 공급관(410)이 구비된다. 여기서, 제1 공급관(410)은 메인 공급관(10)과 컨덴세이트 오일탱크(200)를 연결할 수 있다. 또한 상기 제1 공급관(410)과 후술할 제어부(600)에 의해 개도량이 선택적으로 조절되는 조절밸브(430)가 연결될 수 있다.
한편, 연결관부(400)는 슬롭탱크(300)와 제1 공급관(410)을 연결하는 제2 공급관(420)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 공급관(410)과 제2 공급관(420)의 사이에 조절밸브(430)가 연결될 수 있다.
상기 제1,2 공급관(410,420)의 직경 또는 길이에 대해 특별히 한정하지 않으며, 선박의 레이 아웃에 따라 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
또한, 첨부된 도 1에서는 설명의 편의를 위해 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)를 각각 1개씩 도시하였으나, 실제로는 다수개가 연결 배치될 수 있음을 밝혀 둔다.
상기 제1,2 공급관(410,420)은 조절밸브(430)를 경유한 불활성 가스의 공급량이 제어되는 솔레노이드 밸브부(402)를 더 포함한다. 솔레노이드 밸브부(402)는 상기 제1 공급관(410)에 구비된 제1 솔레노이드 밸브(402a)와, 상기 제2 공급관(420)에 구비된 제2 솔레노이드 밸브(402b)를 포함할 수 있다. 상기 제1,2 솔레노이드 밸브(402a,402b)는 온, 오프 개폐 작동될 수 있으며, 제어부(600)에 의해 작동 상태가 제어된다.
상기 제1,2 솔레노이드 밸브(402a,402b)는 컨덴세이트 오일탱크(200)와 조절밸브(430)의 사이 및 슬롭탱크(300)와 조절밸브(430)의 사이에 배치될 수 있다.
감지부(500)는 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)의 내부 압력을 감지하기 위해 구비되고, 상기 감지부(500)는 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)의 내부 압력을 감지하는 제1 감지기(510)를 포함할 수 있다. 또한, 슬롭탱크(300)의 내부 압력을 감지하기 위한 제2 감지기(520)를 포함할 수 있다.
상기 제1,2 감지기(510,520)는 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)의 내부 압력을 제어부(600)에 전송하고, 상기 제어부(600)는 이를 입력받아 가스 발생부(100)의 작동 상태를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 제어부에 대해 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.
제어부(600)는 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300) 내부의 기준치 압력이 미리 셋팅되어 있으며, 제1,2 감지기(510,520)에서 전송되는 감지 신호를 입력받아 기준치 압력과 지속적으로 비교 판단을 실시한다.
상기 제어부(600)는 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300) 내부의 가스 압력이 기준치 압력보다 감소될 경우에는 상기 조절밸브(430)의 개도량이 증가되도록 제어한다. 또한 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300) 내부의 가스 압력이 기준치 압력보다 증가될 경우에는 상기 가스가 외부로 배출되도록 제어한다. 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)는 가스 배출을 위해 제어부(600)에 의해 온 또는 오프 상태로 작동 상태가 제어되는 가스 배출 밸브(미도시)를 더 포함한다. 상기 가스 배출 밸브는 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)의 내부 압력이 기준치 압력 이하일 경우에는 제어부(600)에 의해 클로즈 상태로 제어되고, 기준치 압력 이상일 경우에만 제어부(600)에 의해 온 상태로 전환되어 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)의 기준치 이상으로 증가된 가스를 외부로 배출시킬 수 있다.
제어부(600)는 앞서 설명한 바와 같이, 가스 발생부(100)와 조절밸브(430) 및 제1,2 솔레노이드 밸브(402a,402b)의 작동 상태를 제어할 수 있으며, 일차적으로 가스 발생부(100)의 작동 상태를 제어하고, 2차적으로 상기 조절밸브(430) 및 제1,2 솔레노이드 밸브(402a,402b)의 작동 상태를 제어할 수 있다. 이 경우, 제1,2 솔레노이드 밸브(402a,402b)는 각각 독립적으로 제어될 수 있다.
예를 들어, 컨덴세이트 오일탱크(200) 내부의 압력은 기준치를 만족시키는 것으로 판단되나, 슬롭탱크(300) 내부의 압력이 기준치에 미달하는 경우에 상기 제어부(600)는 제1 솔레노이드 밸브(402a)가 클로즈되도록 제어하여 컨덴세이트 오일탱크(200)에 질소 가스가 유입되는 것을 방지한다.
또한, 제어부(600)는 제2 솔레노이드 밸브(402b)가 오픈 작동되도록 제어하여, 컨덴세이트 오일탱크(200)에 질소 가스를 유입되도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 제어부(600)는 컨덴세이트 오일탱크(200) 및 슬롭탱크(300)의 내부의 압력에 따라 제1,2 솔레노이드 밸브(402a,402b)의 작동 상태를 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
한편, 제어부(600)는 후술활 보조 가스 발생기(102)의 작동을 제어할 수 있다. 보조 가스 발생기(102)는 가스 발생부(100)에서 생성된 질소를 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)에 공급하기 어려울 때 가동될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템의 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 3 및 도 4를 참조하면, 제어부(600)는 탑사이드(2)에 공급되는 질소의 안정적인 공급을 위해 가스 발생부(100)를 통해 발생되는 질소의 발생량과 압력을 제어함과 동시에, 제1,2 감지기(510,520)를 통해 입력되는 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300) 내부의 가스 압력을 모니터링 한다.
예를 들어 상기 제1,2 감지기(510,520)가 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300) 내부의 가스 압력을 감지하고, 감지된 데이터를 제어부(600)에 전송하면, 상기 제어부(600)는 입력된 데이터와, 기준치 데이터를 서로 비교 판단한 후에, 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300) 내부의 압력이 기준치에 비해 상대적으로 저하된 상태라고 판단될 경우에는(ST100), 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300) 내부의 압력을 안정화시키기 위해 가스 발생부(100)제 제어 신호를 전송하고, 조절밸브(430)의 개도량 조절(ST200)을 위한 제어를 동시에 실시한다.
가스 발생부(100)에서 발생된 질소가스는 메인 공급관(10)을 통해 탑사이드(2)와 제1 공급관(410)으로 동시에 공급(ST210)되고, 조절밸브(430)는 제어부(600)에 의해 개도량이 조절되면서, 질소가스가 제1 공급관(410)과 제2 공급관(420)으로 각각 공급된다.
상기 제어부(600)는 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)에 공급되는 공급량을 제1,2 솔레노이드 밸브(402a,402b)를 통해 추가적으로 조절할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 제1,2 솔레노이드 밸브(402a,402b)가 모두 오픈 되도록 제어되면서, 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)에 질소가스가 공급될 수 있다.
제어부(600)는 소정의 시간이 경과된 후에, 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)의 내부 압력 상태를 제1,2 감지기(510,520)를 통해 재입력 받고, 상기 제1,2 감지기(510,520)를 통해 입력된 데이터를 재분석하여 기준치 압력을 만족하는지 판단(ST230)하고, 이를 만족시킬 경우에는 상기 조절밸브(430)의 개도량을 감소시키거나, 클로징되도록 제어신호를 조절밸브(430)에 전송(ST300한다. 이 경우에도, 가스 발생부(100)에서 발생된 질소가스는 탑사이드(2)에 연속적으로 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 부유식 생산저장설비의 불활성 가스 공급 시스템의 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 5를 참조하면, 가스 발생부(100)는 발생된 대부분의 질소가스가 탑사이드(2) 또는 Hull side로 공급될 수 있다. 제어부(600)는 만약, 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)의 내부 압력이 기준치 압력보다 저하되고, 여분의 질소가스를 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)에 공급하기 어려울 경우에는 보조 가스 발생기(102)에서 발생된 가스가 제2 공급관(420)으로 공급되도록, 상기 보조 가스 발생기(102)를 가동시킨다.
제어부(600)는 상기 제2 공급관(420)에 구비된 제1,2 솔레노이드 밸브(402a,402b)를 모두 온(On) 작동되도록 제어신호를 전송한다. 그러면, 불활성 가스가 상기 제2 공급관(420)을 통해 컨덴세이트 오일탱크(200)와 슬롭탱크(300)의 내부로 공급되면서 압력 불균형이 안정적으로 유지될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
2 : 탑사이드 100 : 가스 발생부
200 : 컨덴세이트 오일탱크 300 : 슬롭탱크
400 : 연결관부 410,420 : 제1,2 공급관
500 : 감지부 600 : 제어부

Claims (5)

  1. 탑사이드(Top side)(2)와, 컨덴세이트 오일탱크(condensate oil tank)(200) 및 슬롭탱크(Slop Tank)(300)를 포함하는 부유식 생산저장설비(FPSO)의 불활성 가스 공급 시스템에 있어서,
    상기 탑사이드(2)에 불활성 가스를 공급하는 가스 발생부(100);
    상기 가스 발생부(100)와 상기 탑사이드(2) 사이에 연결 배치된 메인 공급관(10);
    상기 메인 공급관(10)과 연결되고, 상기 컨덴세이트 오일탱크(200) 및 슬롭탱크(300)에 상기 불활성 가스를 공급하는 연결관부(400);
    상기 연결관부(400)와 연결되어, 상기 컨덴세이트 오일탱크(200) 및 슬롭탱크(300)의 내부 압력이 기준치 압력보다 저하될 경우 가동되어, 상기 컨덴세이트 오일탱크(200) 및 슬롭탱크(300)의 압력 불균형을 안정적으로 유지시키도록 보조하는 보조 가스 발생기(102);
    상기 컨덴세이트 오일탱크(200) 및 슬롭탱크(300)의 내부 상태를 감지하는 감지부(500); 및
    상기 감지부(500)에서 감지된 신호를 입력받아, 상기 컨덴세이트 오일탱크(200) 및 슬롭탱크(300)로 공급되는 불활성 가스의 공급량을 제어하는 제어부(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산저장설비(FPSO)의 불활성 가스 공급 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 감지부(500)는,
    상기 컨덴세이트 오일탱크(200) 및 슬롭탱크(300) 내부의 압력을 감지하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산저장설비(FPSO)의 불활성 가스 공급 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 연결관부(400)는
    상기 메인 공급관(10)과 상기 컨덴세이트 오일탱크(200)를 연결하는 제1 공급관(410);
    상기 제1 공급관(410)과 상기 슬롭탱크(300)를 연결하고, 상기 보조 가스 발생기(102)와 연통되는 제2 공급관(420);
    상기 제1 공급관(410)과 연결되고, 상기 제어부(600)에 의해 상기 불활성 가스의 개도량을 조절하는 조절밸브(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산저장설비(FPSO) 의 불활성 가스 공급 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 공급관(410)과 연결되는 제1 솔레노이드 밸브(402a) 및 상기 제2 공급관(420)과 연결되는 제2 솔레노이드 밸브(402b)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산저장설비(FPSO) 의 불활성 가스 공급 시스템.
  5. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 제어부(600)는
    상기 컨덴세이트 오일탱크(200) 또는 슬롭탱크(300) 내부의 가스 압력이 기준치 압력보다 감소될 경우에는 상기 조절밸브(430)의 개도량을 증가시키고,
    상기 컨덴세이트 오일탱크(200) 또는 슬롭탱크(300) 내부의 가스 압력이 기준치 압력보다 증가될 경우에는 상기 가스가 외부로 배출되도록 제어하되,
    상기 조절밸브(430)의 개도량을 증가시키더라도 상기 컨덴세이트 오일탱크(200) 또는 슬롭탱크(300) 내부의 가스 압력이 기준치 압력보다 저하되는 경우에는 상기 보조 가스 발생기(102)로부터 불활성 가스를 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 부유식 생산저장설비(FPSO) 의 불활성 가스 공급 시스템.
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