KR101534239B1 - 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템이 개시된다. 본 발명의 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템은, 복수의 LNG 저장탱크를 연결하는 증기 헤더 라인(vapor header line)에 마련되어 베이퍼 헤드 라인의 압력을 전송하는 압력 전송기; 및 증기 헤더 라인에서 분기되며, 증기 헤더 라인의 증기압이 미리 설정된 범위보다 낮은 경우 복수의 LNG 저장탱크로 불활성 가스를 공급시켜 증기압을 보상하고, 높은 경우 증기 헤더 라인에 있는 BOG를 연소부로 보내 연소시키는 분기라인을 포함한다.

Description

부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템 및 방법{VAPOR PRESSURE CONTROL SYSTEM AND METHOD OF FLOATING MARINE STRUCTURE}

본 발명은, 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, LNG 저장탱크의 증기압이 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우 증기압을 미리 설정된 범위로 유지시키는 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하, 'LNG'라 함)의 상태로 LNG 수송선에 저장되어 원거리의 소비처로 운반된다.

이러한 LNG는 천연가스를 극저온, 예컨대 대략 -163℃로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다.

이와 같은 LNG는 LNG 수송선에 실려서 바다를 통해 운반되어 육상 소요처에 하역되거나, LNG RV(LNG Regasification Vessel)에 실려서 바다를 통해 운반되어 육상 소요처에 도달한 후 재기화되어 천연가스 상태로 하역될 수 있는데, LNG 수송선과 LNG RV에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크('화물창'이라고도 함)가 마련된다.

또한, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 LNG 저장탱크가 포함된다.

여기서, LNG FPSO는 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요 시 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 해상 구조물이다.

LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 저장탱크에 저장한 후, 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 해상 구조물이다.

한편, 종래의 LNG 수송선에서 LNG 저장탱크의 증기압(vapor pressure) 조절은 연료 가스 압축기(fuel gas compressor), 증발기(vaporizer), 안전 밸브(safety valve) 등을 이용하여 조절하였다.

부유식 해상구조물인 LNG FPSO에도 LNG 저장탱크가 마련되므로, LNG 저장탱크의 증기압 조절이 필요한 데 LNG 수송선의 증기압 조절 방식을 그대로 채용하기에는 어려움이 있다.

즉, LNG FPSO는 천연가스를 추출 및 액화시키는 설비를 구비하므로 LNG 수송선과 구성이 다르고, 프로세스(process)가 이루어지는 탑사이드(topside)와의 인터페이스(interface)를 고려해야 하므로 증기압 조절의 메커니즘 변경이 불가피하게 되었다.

한국특허등록공보 제10-0834271호(대우조선해양 주식회사) 2008. 05. 26.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, LNG 수송선에 적용되는 증기압 조절방법을 개선하여 부유식 해상구조물에 적용할 수 있는 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 LNG 저장탱크를 연결하는 증기 헤더 라인(vapor header line)에 마련되어 상기 베이퍼 헤드 라인의 압력을 전송하는 압력 전송기; 및 상기 증기 헤더 라인에서 분기되며, 상기 증기 헤더 라인의 증기압이 미리 설정된 범위보다 낮은 경우 상기 복수의 LNG 저장탱크로 불활성 가스를 공급시켜 상기 증기압을 보상하고, 높은 경우 상기 증기 헤더 라인에 있는 BOG를 연소부로 보내 연소시키는 분기라인을 포함하는 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템이 제공될 수 있다.

상기 증기압의 미리 설정된 범위는 0.06 ~ 0.23 barg를 갖고, 상기 증기압이 0.06 barg 보다 낮아지는 경우 상기 불활성 가스를 상기 복수의 LNG 저장탱크로 공급하여 상기 증기압을 0.06 barg 보다 높게 유지시키고, 상기 증기압이 0.23 barg 보다 높아지는 경우 상기 BOG를 상기 분기라인을 통해 상기 연소부로 보내 연소함으로써 상기 증기압을 0.23 barg 보다 낮게 유지시킬 수 있다.

상기 분기라인은, 상기 베이퍼 헤드 라인에서 분기되며 상기 증기압이 미리 설정된 범위보다 낮아지는 경우 상기 불활성 가스를 상기 복수의 LNG 저장탱크로 공급시키는 제1 분기라인; 및 상기 베이퍼 헤드 라인에서 분기되며 상기 증기압이 미리 설정된 범위보다 높아지는 경우 상기 BOG를 상기 연소부로 보내는 제2 분기라인을 포함할 수 있다.

상기 분기라인에 마련되어 상기 압력 전송기에서 보내지는 신호를 이용하여 작동되어 상기 분기라인을 개폐시키는 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 압력 전송기는 선수 최전방 및 선미 최후방의 상기 증기 헤더 라인에 각각 마련될 수 있다.

상기 부유식 해상구조물은, 상기 복수의 LNG 저장탱크와 상기 연소부가 마련되는 선체; 및 상기 선체의 상부 갑판에 마련되며 천연가스를 추출 및 액화시키는 액화설비가 구비된 탑사이드 모듈이 구비된 LNG FPSO을 포함할 수 있다.

상기 탑사이드 모듈에는 상기 분기라인과 연결되며 질소를 생성하는 질소 발생기가 마련되고, 상기 불활성 가스는 질소 가스를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 LNG 저장탱크를 연결하는 증기 헤더 라인(vapor header line)의 증기압이 미리 설정된 범위보다 낮은 경우 상기 복수의 LNG 저장탱크로 불활성 가스를 공급시켜 상기 증기압을 보상하고, 상기 증기압이 미리 설정된 범위보다 높은 경우 상기 증기 헤더 라인에 있는 BOG를 연소부로 보내 상기 증기압을 미리 설정된 범위로 유지시키는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 증기압 제어방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, LNG 저장탱크의 증기압이 미리 설정된 범위보다 높은 경우 분기라인을 통해 연소부로 보내 압력을 낮춤과 동시에 대기로 방출 시 폭발의 위험성이 큰 기화된 천연 가스를 연소시켜 안정성을 높일 수 있고, 증기압이 미리 설정된 범위보다 낮은 경우 산소가 섞인 대기 대신 이너를 가스를 공급하여 압력을 보상할 뿐만 아니라 해양 구조물, 인명, 환경의 안전성을 더욱 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템에서 부유식 해상구조물인 LNG FPSO를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 LNG FPSO에서 질소 발생기가 마련된 위치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템의 주요부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 주요부에서 복수의 LNG 저장탱크로 불활성 가스가 공급되는 상태를 개략적으로 도시한 작동도이다.
도 5는 도 3의 주요부에서 복수의 LNG 저장탱크의 BOG가 연소부로 공급되는 상태를 개략적으로 도시한 작동도이다.

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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템에서 부유식 해상구조물인 LNG FPSO를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 LNG FPSO에서 질소 발생기가 마련된 위치를 개략적으로 도시한 평면도이다.

본 실시 예에서 부유식 해상구조물은, 도 1에 도시된 바와 같은, LNG FPSO일 수 있고, LNG FPSO는 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요 시 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 해상 구조물이다.

LNG FPSO의 선체 내부에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 액화된 LNG가 저장되는 복수의 LNG 저장탱크(T)가 마련되고, 상부 갑판에는 천연가스를 생산 및 액화하기 위한 필요한 각종 설비들, 즉 탑사이드 모듈(TM, topside module)이 마련된다.

이 탑사이드 모듈(TM)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 천연가스를 생산하는 생산 설비(P)와, 생산된 천연가스를 액화시키는 액화 설비(L)와, 질소 발생기(NG)와 실험실과 발전설비 등이 마련되는 유틸리비 설비(U)를 포함하며, 질소 발생기(NG)에서 생성된 불활성 가스인 질소는 후술하는 분기라인(20)을 통해 복수의 LNG 저장탱크(T)로 공급될 수 있다.

또한, LNG FPSO의 상부 갑판에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 연소부(FS)가 마련되며, 연소부(FS)에는 후술하는 분기라인(20)과 연결되며 BOG의 연소 배출 통로로 사용되는 라인이 마련된다. 본 실시 예에서 연소부는 플레어 스택(flare stack)일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템의 주요부를 개략적으로 도시한 도면이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템(1)은, 복수의 LNG 저장탱크(T)를 연결하는 증기 헤더 라인(VL, vapor header line)에 마련되어 베이퍼 헤드 라인(VL)의 압력을 전송하는 압력 전송기(10)와, 증기 헤더 라인(VL)에서 분기되며 증기 헤더 라인(VL)의 증기압(vapor pressure)이 미리 설정된 범위로 유지되도록 불활성 가스(inert gas)를 공급하거나 BOG를 배출시키는 분기라인(20)과, 분기라인(20)에 마련되어 압력 전송기(10)에서 보내지는 신호를 이용하여 작동되어 분기라인(20)을 개폐시키는 밸브(30)를 구비한다.

압력 전송기(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 LNG 저장탱크(T)를 연결하는 증기 헤더 라인(VL)에 마련되어 증기 헤더 라인(VL)에서 측정된 증기압을 감지하여 밸브 개폐 제어시스템(13)으로 보낸다.

본 실시 예에서 압력 전송기(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 선수 최전방 및 선미 최후방에 배치되는 LNG 저장탱크(T)와 연결되는 증기 헤더 라인(VL)에 마련될 수 있다.

일반적으로 선수 최전방 및 선미 최후방에 배치되는 LNG 저장탱크(T)는 선수부와 선미부 사이에 배치되는 LNG 저장탱크(T)에 비해 열 침입이 많다. 선수부와 선미부 사이에 배치되는 LNG 저장탱크(T)는 단열벽에 의해 선체의 길이 방향으로 상호 간 단열이 가능하지만, 선수부의 최전방 및 선미부의 최후방에 배치되는 LNG 저장탱크(T)는 일측 방향이 선체와 접하고 있으므로 선수부와 선미부 사이에 비해 단열 성능이 떨어진다. 이는 BOG(Boiled-off Gas)의 발생을 촉진시켜 LNG 저장탱크(T)의 안정성에 영향을 미친다.

즉, 열 침입이 많다는 것은 압력의 변동도 그만큼 크다는 것을 의미하므로, 이러한 영역에 압력 전송기(10)를 설치하면 압력의 변동을 빨리 알 수 있어 좀더 안정적으로 압력을 제어할 수 있는 이점이 있다.

본 실시 예에서 압력 전송기(10)는 프로세스용 압력전송기(pressure transmitter) 또는 차압전송기(differential pressure transmitter)를 포함한다.

덧붙여, 증기 헤더 라인(VL)은 각각의 LNG 저장탱크(T)에 대해 공통으로 접속되어 있고, 각각의 LNG 저장탱크(T) 내에서 증발한 BOG를 회수하는 배관이다.

분기라인(20)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 LNG 저장탱크(T)를 연결하는 증기 헤더 라인(VL)에서 분기되어 LNG 저장탱크(T)의 증기압이 미리 설정된 범위보다 낮아지는 경우 낮아진 압력을 보상하는 불활성 가스를 LNG 저장탱크(T)의 내부로 공급되도록 하고, LNG 저장탱크(T)의 증기압이 미리 설정된 범위보다 높아지는 경우 증기 헤더 라인(VL)에 있는 BOG를 연소부(FS)로 배출시키는 역할을 한다.

본 실시 예에서 분기라인(20)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 증기 헤더 라인(VL)에서 분기되며 증기압이 미리 설정된 범위보다 낮아지는 경우 불활성 가스를 복수의 LNG 저장탱크(T)로 공급시키는 제1 분기라인(21)과, 증기 헤더 라인(VL)에서 분기되며 증기압이 미리 설정된 범위보다 높아지는 경우 BOG를 연소부(FS)로 보내는 제2 분기라인(23)를 포함한다.

그리고, 본 실시 예에서 증기압의 미리 설정된 범위는 0.06 ~ 0.23 barg를 갖고, 증기압이 0.06 barg 보다 낮아지는 경우 탑사이드 모듈(TM)에 마련된 질소 발생기(NG)에서 생성된 불활성 가스가 제1 분기라인(21)을 통해 복수의 LNG 저장탱크(T)로 공급되어 증기압을 0.06 barg 보다 높게 유지할 수 있다.

또한, 증기압이 0.23 barg 보다 높아지는 경우 BOG를 제2 분기라인(23)을 통해 연소부(FS)로 보내 연소함으로써 증기압을 0.23 barg 보다 낮게 유지할 수 있고, 대기 방출 시 폭발의 위험성이 큰 기화된 천연가스를 연소부(FS)에서 연소하므로 안정성이 향상된다.

한편, 본 실시예에서 증기압의 미리 설정된 범위는 전술한 범위에 한정되지 않고 작업자에 의해 변경 설정될 수 있다.

밸브(30)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 분기라인(20)에 마련되어 압력 전송기(10)에서 보내지는 신호를 이용하여 작동되어 분기라인(20)을 개폐하는 것으로서, 제1 분기라인(21)에 마련되어 질소 발생기(NG)에서 생성된 질소 가스가 LNG 저장탱크(T)로 공급되도록 제1 분기라인(21)을 개폐하는 제1 밸브(31)와, 제2 분기라인(23)에 마련되어 증기압이 미리 설정된 범위인 0.23 barg를 넘어서는 경우 BOG가 연소부(FS)로 공급되도록 제2 분기라인(23)을 개폐하는 제2 밸브(33)를 포함한다.

본 실시 예에서 밸브(30)는 밸브 개폐 제어시스템(13)에서 보내는 신호에 의해 작동되며, 전기적 신호에 의해 작동되는 전자 밸브일 수 있다. 즉, 일 예로 증기압이 정상적으로 조절이 되지 않아 압력이 0.06 barg 이하로 낮아질 때 압력 전송기(10)가 감지하여 밸브 개폐 제어시스템(13)으로 신호를 보내고, 밸브 개폐 제어시스템(13)에서는 제1 밸브(31)를 오픈(open) 하게끔 신호를 제1 밸브(31)로 보내 질소 발생기(NG)에서 생성된 질소가 제1 분기라인(21)을 통해 LNG 저장탱크(T)로 공급되게 한다.

이하에서 도 4와 도 5를 참조하여 본 실시예인 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템의 작동을 간략히 설명한다.

도 4는 도 3의 주요부에서 복수의 LNG 저장탱크로 불활성 가스가 공급되는 상태를 개략적으로 도시한 작동도이다.

증기압이 정상적으로 조절되지 않아 압력이 0.06 barg로 낮아지면 증기 헤더 라인(VL)에 마련된 압력 전송기(10)가 이를 감지하여 밸브 개폐 제어시스템(13)으로 신호를 보낸다.

밸브 개폐 제어시스템(13)은 제1 분기라인(21)을 오픈 하게끔 신호를 제1 밸브(31)로 보내 탑사이드 모듈(TM)의 질소 발생기(NG)에서 생성된 질소가 제1 분기라인(21)으로 공급되게 하여 증기압이 떨어지는 상황을 피하게 된다.

도 5는 도 3의 주요부에서 복수의 LNG 저장탱크의 BOG가 연소부로 공급되는 상태를 개략적으로 도시한 작동도이다.

반대로 LNG 저장탱크(T)의 BOG가 많이 발생되어 증기압이 0.23 barg 보다 높아지면 압력 전송기(10)가 이를 감지하여 밸브 개폐 제어시스템(13)으로 신호를 보내고, 밸브 개폐 제어시스템(13)은 제2 분기라인(23)을 오픈 하게끔 신호를 제2 밸브(33)로 보내 BOG를 연소부(FS)로 방출 연소시키게 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 LNG 수송선에 적용되는 증기압 조절방법을 개선하여 부유식 해상구조물에 적용함으로써 LNG 저장탱크의 증기압이 미리 설정된 범위보다 높은 경우 분기라인을 통해 연소부로 보내 압력을 낮춤과 동시에 대기로 방출 시 폭발의 위험성이 큰 기화된 천연 가스를 연소시켜 안정성을 높일 수 있다.

또한, 증기압이 미리 설정된 범위보다 낮은 경우 산소가 섞인 대기 대신 불활성 가스를 공급하여 압력을 보상할 뿐만 아니라 해양 구조물, 인명, 환경의 안전성을 더욱 높일 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 부유식 해상구조물의 증기압 제어시스템 10 : 압력 전송기
13 : 밸브 개폐 제어시스템 20 : 분기라인
21 : 제1 분기라인 23 : 제2 분기라인
30 : 밸브 31 : 제1 밸브
33 : 제2 밸브 FS : 연소부
L : 액화 설비 NG : 질소 발생기
P : 생산 설비 T : LNG 저장탱크
TM : 탑사이드 모듈 U : 유틸리티 설비
VL : 증기 헤더 라인(vapor header line)

Claims (8)

1. 복수의 LNG 저장탱크, 선체 상부 갑판에 설치되는 탑사이드 모듈 및 선체 상부 갑판에 설치되는 플레어 스택을 포함하는 LNG FPSO의 증기압 제어시스템에 있어서,
   상기 복수의 LNG 저장탱크를 연결하는 증기 헤더 라인(vapor header line);
   상기 복수의 LNG 저장탱크 중 선수 최전방 및 선미 최후방에 배치되는 LNG 저장탱크와 연결되는 증기 헤더 라인에 각각 설치되어, 상기 증기 헤더 라인의 압력을 전송하는 압력 전송기;
   상기 증기 헤더 라인에서 분기되는 분기라인; 및
   상기 탑사이드 모듈에 설치되어 상기 분기라인과 연결되며 질소를 생성하는 질소 발생기;를 포함하고,
   상기 분기라인은, 상기 압력 전송기가 전송하는 압력이 미리 설정된 범위보다 낮은 경우 상기 복수의 LNG 저장탱크 내부로 질소 가스를 공급하고, 상기 압력 전송기가 전송하는 압력이 미리 설정된 범위보다 높은 경우 상기 LNG 저장탱크 내부의 BOG를 상기 플레어 스택으로 보내 연소시키는, LNG FPSO의 증기압 제어시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 증기 헤더 라인의 미리 설정된 압력 범위는 0.06 ~ 0.23 barg인, LNG FPSO의 증기압 제어시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 분기라인은,
   상기 압력 전송기가 전송하는 압력이 미리 설정된 범위보다 낮은 경우 상기 질소 가스를 상기 복수의 LNG 저장탱크로 공급하는 제1 분기라인; 및
   상기 압력 전송기가 전송하는 압력이 미리 설정된 범위보다 높은 경우 상기 LNG 저장탱크 내부의 BOG를 상기 플레어 스택로 보내는 제2 분기라인;
   을 포함하는, LNG FPSO의 증기압 제어시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 분기라인에 설치되고, 상기 압력 전송기가 전송하는 신호에 의해 작동되어 상기 분기라인을 개폐시키는 밸브를 더 포함하는, LNG FPSO의 증기압 제어시스템.
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