KR101491033B1 - 선박의 가스 시운전 시스템 및 가스 시운전 방법 - Google Patents

선박의 가스 시운전 시스템 및 가스 시운전 방법 Download PDF

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Abstract

선박의 가스 시운전 시스템 및 가스 시운전 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 가스 시운전 시스템은, 선박의 저장탱크에 저장된 LNG를 이송하는 오프로딩 펌프; 오프로딩 펌프에 의해 이송된 LNG를 재기화시키는 저압 기화기; 및 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 압축하는 BOG 컴프레서를 포함하며, 저압 기화기에서 재기화된 천연가스를 BOG 컴프레서로 선박의 피처리 가스의 압력으로 압축하여 선박의 액화 공정 설비를 시운전하도록 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 가스 시운전 시스템 및 가스 시운전 방법{Gas Trial System And Method For Ship}
본 발명은 선박의 가스 시운전 시스템 및 가스 시운전 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 선박에 저압 기화기를 마련하고 저장탱크에 있는 오프로딩 펌프로 이송된 LNG를 저압 기화기에서 재기화한 후, BOG 컴프레서로 선박의 피처리 가스의 압력으로 압축하여 선박의 액화 공정 설비를 시운전하도록 공급하는 선박의 가스 시운전 시스템 및 가스 시운전 방법에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색 무취의 투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다.
이와 같은 LNG는 종래에는 육상에 건설된 생산 플랜트에서 생산되어 운반선으로 소비지에 공급되었다. 그러나 최근 해상 가스전의 개발이 많아짐에 따라, 가스전에서 육상의 플랜트까지 파이프라인을 통해 천연가스를 이송하는 경우 육상에서 원거리인 가스전은 천연가스 이송이 어려운 문제가 있고, 육상에 플랜트 건설을 위한 부지 확보의 문제도 있어, 해상에서 천연가스를 액화시켜 LNG를 생산할 수 있도록 생산 플랜트를 갖춘 해양 구조물의 개발이 활발해지고 있다.
최근 개발되고 있는 선박에는 해양플랫폼이나 각종 해양 구조물 등도 포함되는데, 그 중 FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)는 해상에 부유하며 LNG를 처리하는 해양 구조물로서, 대표적으로 LNG-FPSO(Floating Production, Storage and Offloading)와 LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)가 이에 포함된다. 특히 LNG-FPSO는 LNG의 생산 및 액화설비 그리고 저장시설을 갖추어, 해상의 가스전에서 시추한 천연가스로 LNG를 생산하여 저장하고 LNG 운반선으로 하역할 수 있는 특수선박이다.
이와 같은 LNG-FPSO는 생산, 액화 및 저장 단계를 한꺼번에 처리하므로 기존의 방식보다 LNG 생산 및 공급에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있고, 한 가스전에서의 생산이 끝나면 다른 해상의 가스전으로 이동시켜 활용할 수 있으므로, 경제성도 갖출 수 있다.
출원번호 제10-2010-0122050호
LNG-FPSO와 같은 선박은 크기가 수백m에 이르고, 해상에 부유할 수 있는 구조물에 천연가스를 시추하여 LNG를 생산하고 저장할 수 있는 플랜트 시설까지 갖추게 되므로 건조 비용이 수천억에서 수조원에 이르는 고가이다. 또한 해상의 가스전에서 가동되므로 각종 설비의 이상이 발생하면 육상에 비해 수리하는 것이 어렵고 제한적일 수 있다.
따라서 건조 및 시험 운영 단계 등 선주에게 인도되기 전에 충분한 성능 테스트를 통해 설비의 정상 작동 여부를 검증해야 한다.
이러한 선박의 액화공정 장치의 성능 테스트를 위해서는 설비를 시험가동하기 위한 LNG를 재기화시켜 다량의 가압된 천연가스를 선박의 액화공정으로 공급하면서 테스트하게 된다. 이를 위해 재기화 설비를 갖춘 RV(Regasification Vessel)를 통해 LNG를 재기화시킬 수 있는데, RV를 이용하는 것은 시간과 비용 면에서 비경제적이다.
따라서 본 발명은 이러한 문제를 해결하여, 경제적으로 선박의 가스 시운전할 수 있는 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 가스 시운전 시스템에 있어서,
상기 선박의 저장탱크에 저장된 LNG를 이송하는 오프로딩 펌프;
상기 오프로딩 펌프에 의해 이송된 LNG를 재기화시키는 저압 기화기; 및
상기 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 압축하는 BOG 컴프레서를 포함하며,
상기 저압 기화기에서 재기화된 천연가스를 상기 BOG 컴프레서로 압축하여 상기 선박의 액화 공정 설비를 시운전하도록 공급하는 것을 특징으로 하는 선박의 가스 시운전 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 저압 기화기에서 재기화된 천연가스는 상기 BOG 컴프레서를 통해, 상기 선박의 필드(field) 적용시 탑사이드에서의 가스처리 공정을 거쳐 상기 액화 공정 설비로 도입되는 피처리 가스의 압력으로 압축될 수 있다.
바람직하게는, 상기 저장탱크로부터 저압 기화기로 상기 LNG를 이송하는 제1 유로와, 상기 저압 기화기에서 재기화된 천연가스를 상기 BOG 컴프레서로 이송하는 제2 유로와, 상기 제1 유로에서 분기되어 상기 저압 기화기를 바이패스하여 상기 제2 유로로 연결되는 제3 유로를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 저장탱크에서 발생하는 BOG는 상기 제3 유로를 통해 상기 저압 기화기를 바이패스하여 상기 BOG 컴프레서로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 유로에서 상기 제3 유로의 분기된 지점 이후에 마련되는 제1 제어밸브와, 상기 제3 유로에 마련되는 제2 제어밸브를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박은 천연가스를 액화하여 액화천연가스를 생산하고, 저장 및 하역하는 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 가스 시운전 방법에 있어서,
1) 상기 선박의 저장탱크에 저장된 LNG를 펌핑하여 이송하는 단계;
2) 이송된 LNG를 저압으로 재기화시키는 단계; 및
3) 재기화된 천연가스를, 상기 선박의 저장탱크에서 발생하는 BOG를 압축하는 컴프레서를 이용하여 상기 선박의 피처리 가스의 압력으로 압축하고, 상기 선박의 액화 공정을 시운전하도록 공급하는 단계를 포함하는 선박의 가스 시운전 방법이 제공된다.
본 발명의 선박의 가스 시운전 시스템은 선박에 저압 기화기를 마련하고 저장탱크에 있는 오프로딩 펌프로 이송된 LNG를 저압 기화기에서 재기화한 후, BOG 컴프레서로 선박의 피처리 가스의 압력으로 압축하여 선박의 액화 공정 설비를 시운전하도록 공급하게 된다. 저압 기화기만 추가하고 각 밸브들의 제어를 통해 선박에 기설치된 펌프와 컴프레서를 이용하여 가스 시운전을 위한 고압의 천연가스를 공급할 수 있으므로, 시스템이 컴팩트하고, 설치 및 운전 비용 절감효과도 크다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 가스 시운전 시스템을 개략적으로 도시한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 가스 시운전 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 선박의 가스 시운전 시스템에 있어서, 선박의 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 이송하는 오프로딩 펌프(Offloading pump, 100)와, 오프로딩 펌프(100)에 의해 이송된 LNG를 재기화시키는 저압 기화기(200)와, 저장탱크(T)에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 압축하는 BOG 컴프레서(300)를 포함하며, 저압 기화기(200)에서 재기화된 천연가스를 BOG 컴프레서(300)로 압축하여 선박의 액화 공정 설비(400)를 시운전하도록 공급한다.
본 실시예에서의 선박은, 해상을 운항하거나 해상에 부유하는 해양 구조물을 통칭하는 의미로서, LNG의 액화공정이 필요한 선박, 특히 천연가스를 액화하여 액화천연가스를 생산하고, 저장 및 하역하는 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)일 수 있으나, 그 외에도 LNG-FSRU(Floating, Storage and Regasification Unit), BOG의 재액화공정이 필요한 LNG carrier나 LNG-RV(Regasification Vessel) 등도 포함한다.
이러한 선박에는 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 하역(offloading)하거나 연료로 공급할 수 있도록 저장탱크(T)로부터 펌핑하는 펌프가 마련되는데, 본 실시예는 이러한 펌프, 즉 오프로딩 펌프(100)를 통해 가스 시운전을 위한 LNG를 저압 기화기(200)로 이송하여 재기화시킨다.
저압 기화기(200)에서 재기화된 천연가스는 BOG 컴프레서(300)를 통해, 선박의 필드(field) 적용시 탑사이드에서의 가스처리 공정을 거쳐 액화 공정 설비(400)로 도입되는 피처리 가스의 압력으로 압축된다.
여기서, 피처리 가스란 FPSO에서는 전처리 과정, 즉 선박의 topside에서 산성가스 제거, 탈수, 탈황 과정, 중탄화수소 제거 등 일련의 가스처리 공정들(미도시)을 거쳐 액화공정으로 도입되는 천연가스를 말한다.
가스 시운전을 위해서는, 전처리 과정을 거쳐 액화공정으로 도입되는 피처리 가스의 온도 및 압력 조건에 맞추어 재기화된 천연가스를 공급하는 것이 바람직하다. 예를 들어 FPSO에서 Niche process에 의한 액화공정이 수행되는 경우, 가스정(Gas well)에서 생산된 천연가스는 선박의 topside에서 일련의 가스처리 공정들을 거쳐 약 50 내지 80℃의 온도 및 약 40 내지 80 bar의 압력을 지닌 상태로 액화 공정 설비(400)로 도입된다.
한편, 선박에는 선박의 발전 설비나 추진 설비(600)에서 LNG나 LNG로부터 발생하는 BOG를 연료로 사용하는 경우, 발전 설비나 추진 설비(600)의 엔진에서 필요로 하는 공급압력에 맞추어 연료가스를 공급하기 위하여 압축기가 마련된다. 상기 BOG 컴프레서(300)는 이러한 연료가스 공급을 위한 압축기로서, 본 실시예는 선박에 기설치된 BOG 컴프레서(300)를 이용하여 재기화된 천연가스를 피처리 가스의 압력 조건에 맞추어 압축하여 액화 공정 설비(400)의 가스 시운전을 위해 공급하도록 한다.
선박의 발전 설비나 추진 설비(600)의 엔진이 필요로 하는 연료가스의 압력이 피처리 가스의 압력과 다른 경우에는, BOG 컴프레서(300)의 토출압력을 조절하거나 컴프레서 중 일부만 거쳐 액화 공정 설비(400)로 공급될 수 있도록 하여 피처리 가스의 압력으로 맞출 수 있다.
저압 기화기(200)에는 온도 조절 밸브를 마련하여 재기화된 천연가스를 피처리 가스의 온도 조건에 맞출 수 있다.
본 실시예는, 저장탱크(T)로부터 저압 기화기(200)로 LNG를 이송하는 제1 유로(L1)와, 저압 기화기(200)에서 재기화된 천연가스를 BOG 컴프레서(300)로 이송하는 제2 유로(L2)와, 제1 유로(L1)에서 분기되어 저압 기화기(200)를 바이패스하여 제2 유로(L2)로 연결되는 제3 유로(L3)를 더 포함한다.
본 실시예에서 제1 유로(L1)에서 제3 유로(L3)의 분기된 지점 이후에는 제1 제어밸브(110)가 마련되고, 제3 유로(L3)에는 제2 제어밸브(120)가 마련되고, 제1 및 제2 제어밸브(120)의 조작을 통해 저장탱크(T)에서 발생하는 BOG는 제3 유로(L3)를 통해 저압 기화기(200)를 바이패스하여 BOG 컴프레서(300)로 공급될 수 있다.
한편, 액화 공정 설비(400)를 거쳐 재액화된 LNG는 앤드 플래쉬 드럼(end flash drum) 등의 저장시설(500)로 저장될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 가스 시운전 방법에 있어서,
1) 선박의 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 펌핑하여 이송하는 단계;
2) 이송된 LNG를 저압으로 재기화시키는 단계; 및
3) 재기화된 천연가스를, 선박의 저장탱크(T)에서 발생하는 BOG를 압축하는 컴프레서를 이용하여 선박의 피처리 가스의 압력으로 압축하고, 선박의 액화 공정(400)을 시운전하도록 공급하는 단계를 포함하는 선박의 가스 시운전 방법이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시에에서는 건조된 선박의 가스 시운전을 위해, 선박에 저압 기화기(200)를 마련하고 저장탱크(T)에 있는 오프로딩 펌프(100)로 이송된 LNG를 저압 기화기(200)에서 재기화한 후, BOG 컴프레서(300)로 선박의 피처리 가스의 압력으로 압축하여 선박의 액화 공정 설비(400)을 시운전할 수 있도록 공급한다.
이와 같이 저압 기화기(200)만 추가되고 각 밸브들의 제어를 통해 선박에 기설치된 펌프와 컴프레서를 이용하여 가스 시운전을 위한 고압의 천연가스를 공급할 수 있으므로, LNG RV의 용선이나 복잡한 재기화가스 공급 장치 없이도 가스 시운전이 가능하다.
또한 시스템이 컴팩트하여 선박의 설계에 과도한 부담을 주지 않고, 설치 및 운전 비용 절감효과도 크며, 경제적이고 충분한 가스 시운전을 통해 충분히 성능 테스트가 이루어질 있어 선주의 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
T: 저장탱크
L1: 제1 유로
L2: 제2 유로
L3: 제3 유로
100: 오프로딩 펌프
110: 제1 제어밸브
120: 제2 제어밸브
200: 저압 기화기
300: BOG 컴프레서
400: 액화 공정 설비
500: 저장시설
600: 발전 설비 또는 추진 설비

Claims (7)

  1. 선박의 가스 시운전 시스템에 있어서,
    상기 선박의 저장탱크에 저장된 LNG를 이송하는 오프로딩 펌프;
    상기 오프로딩 펌프에 의해 이송된 LNG를 재기화시키는 저압 기화기;
    상기 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 압축하는 BOG 컴프레서;
    상기 저장탱크로부터 저압 기화기로 상기 LNG를 이송하는 제1 유로;
    상기 저압 기화기에서 재기화된 천연가스를 상기 BOG 컴프레서로 이송하는 제2 유로; 및
    상기 제1 유로에서 분기되어 상기 저압 기화기를 바이패스하여 상기 제2 유로로 연결되는 제3 유로를 포함하되,
    상기 저압 기화기에서 재기화된 천연가스를 상기 BOG 컴프레서로 압축하여 상기 선박의 액화 공정 설비를 시운전하도록 공급하는 것을 특징으로 하는 선박의 가스 시운전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저압 기화기에서 재기화된 천연가스는 상기 BOG 컴프레서를 통해, 상기 선박의 필드(field) 적용시 탑사이드에서의 가스처리 공정을 거쳐 상기 액화 공정 설비로 도입되는 피처리 가스의 압력으로 압축되는 것을 특징으로 하는 선박의 가스 시운전 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 저장탱크에서 발생하는 BOG는 상기 제3 유로를 통해 상기 저압 기화기를 바이패스하여 상기 BOG 컴프레서로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 가스 시운전 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 유로에서 상기 제3 유로의 분기된 지점 이후에 마련되는 제1 제어밸브; 및
    상기 제3 유로에 마련되는 제2 제어밸브를 더 포함하는 선박의 가스 시운전 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 선박은 천연가스를 액화하여 액화천연가스를 생산하고, 저장 및 하역하는 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 가스 시운전 시스템.
  7. 선박의 가스 시운전 방법에 있어서,
    1) 상기 선박의 저장탱크에 저장된 LNG를 펌핑하여 저압 기화기로 이송하는 제1 유로를 이용하여 이송하는 단계;
    2) 이송된 LNG를 저압으로 재기화시키는 단계; 및
    3) 재기화된 천연가스를 BOG 컴프레서로 이송하는 제2 유로를 이용하여 상기 BOG 컴프레서로 이송하여, 상기 선박의 저장탱크에서 발생하는 BOG를 압축하는 컴프레서를 이용하여 상기 선박의 피처리 가스의 압력으로 압축하고, 상기 선박의 액화 공정을 시운전하도록 공급하는 단계를 포함하는 선박의 가스 시운전 방법.
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