KR101563024B1 - 천연 가스 공급 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액화된 천연 가스는, 예컨대 선상에서 저장 탱크(4, 6, 8, 10)의 배터리(2) 내에 저장된다. 침지식 펌프(16)는 2차 저장 용기(22)로 LNG를 이송하는데 사용된다. LNG의 압력이 상승되고, 2차 용기(22)로부터 강제식 기화기(36)로 이송되어, 이곳에서 기화된다. 각각의 침지식 펌프(16)의 출구 압력은 비교적 낮을 수 있으며, 상기 장치는 간헐적 또는 연속적으로 작동될 수 있다.

Description

천연 가스 공급 장치 및 방법{NATURAL GAS SUPPLY METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 가열 또는 발전을 목적으로 천연 가스 연료를 공급하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 LNG의 일부를 사용하여 배의 엔진 또는 다른 추진 시스템에 연료를 공급하기 위한 목적으로 액화 천연 가스(LNG)의 저장 및 운반을 위해 선상에서 사용하도록 구성되어 있다.
유럽 특허 공개 제 1 291 576 A 호는 천연 가스 연료를 공급하여 LNG 운반용 원양 항행 유조선의 보일러를 가열하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 적어도 하나의 LNG 저장 탱크의 누손 공간(ullage space)과 연통하는 입구와, 압축기로부터 보일러와 결합된 연료 버너로 통하는 도관과 연통하는 출구를 갖는 압축기와; 상기 탱크의 액체 저장 구역과 연통하는 입구와, 도관과 결합된 연료 버너로 통하는 같은 도관 또는 다른 도관과 연통하는 출구를 갖는 가압식 LNG 기화기를 포함한다.
또한, 이렇게 형성된 기화 천연 가스를 원양 항행 유조선 또는 배의 추진시 직접 사용하는 것이 공지되어 있다. 특히, 3종류의 추진 방식이 통상적으로 공지되어 있다. 첫번째로, 전기로 추진하는 중간 속도의 이중 연료 엔진이 있다. 이러한 시스템은 통상적으로 양호하게 성취되며, 증기 터빈으로 추진하는 기존에 사용되던 보일러 시스템과 비교된다. 두번째로, 자연 기화하는 천연 가스를 복귀시키기 위한 재액화 유닛과 조합된 저속의 연료용 중유 연소 디젤 엔진이 있다. 세번째로는, 가스 터빈 추진 시스템이 평가된다. 이들 추진 시스템은 보통 자연 증발된 천연 가스가 추진하는데 소모되거나 재액화되며, 비상시에만 통기되거나 또는 열적으로 산화된다.
중간 속도의 이중 연료 엔진에 공급되는 연료의 일부는 저장된 천연 가스로부터 취해진다. 천연 가스 연료의 일부는 배의 저장 탱크 내에서 자연 증발하는 가스로 형성된다. 나머지 천연 가스 연료는 강제적으로 기화된다. 이제 천연 가스가 배의 엔진에 직접 공급되기 때문에, 천연 가스 재액화 유닛 또는 열 산화기에서의 가스 배기 또는 연소에 있어서, 자연 증발된 천연 가스의 양이 선택된 배의 순항 속도를 위해 엔진에 의해 요구되는 양과 같거나 그보다 적게 제공될 필요가 없다.
국제 특허 공개 공보 제 WO 2006/077094 호는 배의 엔진 또는 다른 추진 유닛에 천연 가스를 공급하는 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다. 증발된 천연 가스의 1차 증기는 액화된 천연 가스 용기의 누손 공간으로부터 취해진다. 1차 증기는 강제적으로 형성된 2차 증기와 혼합되지만, 용기로부터 취해진 LNG 증기를 부분적으로 기화시키고, 기화된 증기로부터 기화되지 않은 천연 가스를 분리시킨다. 국제 공개 공보 제 WO 2006/077094 호에 설명된 바와 같이, 이러한 방법은 1차 증기 및 2차 증기를 혼합시킴으로써 형성된 천연 가스의 조성이 엔진 또는 다른 추진 유닛에 대한 시방서를 충족시키도록 제어될 수 있도록 한다.
고압 가스 분사를 위해 변형된 저속 디젤 엔진으로서 공지된 또다른 저속 직접 추진 수단은 LNG의 저장 및 운반용 원양 항행 운반선의 추진에 통상적으로 이용 가능하다. 엔진은 2행정 디젤식이다. 이러한 엔진은 고효율이며, 특히 프로펠러에 직접적으로 커플링된다. LNG 운반선 상에서, 소정의 추진 동력은 동력 "테이크 홈(take home)" 시스템과 조합된 단일 프로펠러를 구비한 단일 엔진에 의해, 또는 2개의 프로펠러를 직접 구동시키는 복식 엔진(double engine) 설비에 의해 발생될 수 있다. 고압 가스 분사 시스템을 구비한 복식 저속 디젤 엔진의 하나의 특별한 장점은 천연 가스 연료의 공급이 실패하는 경우 연료용 중유만으로 적어도 하나의 엔진을 작동시킬 수 있다는 점이며, 이는 환경적인 이유로 인해 전적으로 바람직한 것은 아니다. 고압 가스가 분사되는 저속 디젤 엔진은 상승된 압력의 천연 가스 공급을 이용한다. 높은 작동 효율을 성취하기 위해, 천연 가스는 일반적으로 200 바아 내지 300 바아의 범위 내의 압력까지 압축된다. 보다 낮은 부하에서, 필요한 압력은 엔진 부하의 30%까지 연속적으로 감소하며, 이는 일반적으로 150 바아의 압력을 필요로 한다. 압축된 증발 가스와 강제적으로 기화된 가스를 혼합하고 또한 각각의 추진 시스템에 있어서 상기 혼합물을 필요한 압력으로 압축시킴으로써 상승된 가스 공급을 형성하는 것이 제안되어 있다.
LNG의 저장 및 운반용 원양 항행 운반선의 선상에 LNG가 놓여질 수 있는 다른 용도가 존재한다. 예컨대, 국제 특허 공개 공보 제 WO 2005/068847 호는 LNG의 일부가 다단 압축기의 스테이지와 초기 스테이지의 상류 사이에서 증발된 천연 가스로부터 압축 열을 제거하는데 사용될 수 있다는 것을 개시한다.
배의 엔진(또는 가스 터빈과 같은 다른 추진 유닛)에 연료를 공급하기 위해 저장된 LNG의 일부를 사용하는 것은, 종래의 배치가 특히 공선 항해(ballast voyage)시 비교적 적은 양의 LNG만을 탱크가 수용하는 경우에 가장 적합하지는 않다는, 배의 저장 탱크로부터 천연 가스를 공급하기 위한 설비 상의 특정 요건을 제기한다. 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해 해결되는 특정 문제점은 하기에 기술된다.
본 발명에 따르면, 상승된 압력으로 천연 가스를 공급하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 적어도 하나의 LNG용 메인 저장 용기와, 상기 메인 저장 용기 내의 침지식 펌프를 포함하며, 상기 침지식 펌프는 LNG의 강제식 기화기가 위치되는 공급 파이프 라인과 연통하도록 위치될 수 있으며, 상기 강제식 기화기와 연통하도록 위치될 수 있는 적어도 하나의 LNG 유지용 2차 용기가 상기 천연 가스 공급 파이프 라인 내에 위치되며, 상기 2차 용기는 압력 하에서 상기 2차 용기로부터 상기 강제식 기화기로 LNG를 이송하기 위한 수단과 연통된다. 본 발명에 따른 장치의 바람직한 특징은 하기의 특허청구범위 제 2 항 내지 제 10 항에 설명된다.
또한, 본 발명은 상승된 압력으로 천연 가스를 공급하는 방법을 제공하며, 상기 천연 가스 공급 방법은, 적어도 하나의 메인 저장 용기 내에 LNG를 저장하는 단계와; 침지식 펌프에 의해 상기 메인 저장 용기로부터 파이프 라인을 따라 적어도 하나의 LNG 유지용 2차 용기로 LNG를 이송하는 단계와; LNG의 압력을 상승시키고, 상기 파이프 라인을 따라 상기 2차 용기로부터 상기 강제식 기화기로 상승된 압력의 LNG를 이송하는 단계와; 상기 강제식 기화기 내에서 LNG를 기화시키는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 특징은 하기의 특허청구범위 제 12 항 내지 제 17 항에 설명된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는, 특히 원양 항행 LNG 유조선의 선상의 추진 시스템에 천연 가스의 공급시 다수의 장점을 제공하며, 이는 하기와 같다.
각각의 메인 저장 용기 내의 침지식 펌프는 (예컨대, 3 바아 내지 4 바아의 출구 압력을 갖는) 저압 펌프일 수 있다;
본 발명에 따른 방법 및 장치는 압력 하에서 2차 용기와 결합된 압력 상승 수단의 선택에 따라 간헐적으로 또는 연속적으로 2차 용기로부터 강제식 기화기에 LNG를 공급하도록 작동될 수 있다;
각각의 침지식 펌프는 간헐적으로 또한 가스 공급 요건과 비교하여 감소된 시간 주기로 작동될 수 있다;
각각의 메인 저장 탱크는 공선 항해시 종래에 비해 적은 LNG를 이송할 수 있다;
본 발명에 따른 방법 및 장치는 LNG 레벨이 너무 낮아서 침지식 펌프가 준비되지 않는 경우에, LNG 저장 탱크 냉각을 위해 공선 항해의 종료시에 사용될 수 있다;
본 발명에 따른 방법 및 장치는 스테이지 사이에서 자연 기화된 LNG로부터 압축 열을 제거하기 위해 및/또는 자연 기화된 LNG에 대해 압축기의 상류 또는 압축기 내에서 자연 기화된 LNG를 사전 냉각하기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게, 각각의 2차 용기는 상측 액체 레벨 센서 및 하측 액체 레벨 센서를 구비하며, 상기 센서는 입구 밸브와 작동식으로 결합되며, 상기 2차 용기 내로의 LNG 유동은, 그 내의 LNG 레벨이 하측 액체 레벨 센서 아래로 떨어지는 경우에만 개시되고, 그 내의 LNG 레벨이 상측 액체 레벨 센서까지 상승하는 경우에만 정지되도록 구성된다.
일반적으로, 천연 가스는 강제식 기화기로부터 배 또는 운반선의 추진용 동력을 발생시키도록 작동 가능한 적어도 하나의 엔진 또는 터빈으로 이송된다. 각각의 2차 용기 내의 액체 천연 가스의 압력은 상기 엔진 또는 터빈의 작동 압력에 따라 상승된다. 몇몇의 비교적 저압인 시스템에서, 이러한 압력은 11 바아까지일 수 있다. 각각의 엔진 또는 터빈이 이러한 비교적 저압인 천연 가스가 간헐적으로만 공급되는 것을 필요로 하는 경우, 각각의 2차 용기를 분리시키고, 각각의 2차 용기의 누손 공간 내의 압력을 상승시키며, 그 후에 누손 공간 내의 압력을 전달할 수 있도록 강제식 기화기와 연통하는 각각의 2차 용기를 위치시킴으로써, 각각의 2차 용기로부터 강제식 기화기로 LNG가 이송될 수 있다. 이러한 이송 수단의 장점은 더 이상 기계적 펌프가 필요치 않다는 점이다. 2개 이상의 이러한 시스템이 평행하게 사용되는 경우, 가스 공급은 연속적이 될 수 있다. 일반적으로, 각각의 2차 용기는 저압의 침지식 펌프에 의해 LNG로 충전되기 전에 감압된다.
강제식 기화기로의 LNG의 연속적인 공급이 필요한 경우, 또는 2차 용기의 감압에 의한 임의의 가압된 가스 손실의 제거가 필요한 경우, 적어도 하나의 2차 펌프가 상기 2차 용기 및 강제식 펌프 중간의 파이프 라인 내에 제공될 수 있다. 2차 펌프(들)는 300 바아까지 임의의 상승된 압력을 생성하는데 사용될 수 있다. 단일 또는 복수의 실린더를 갖는 극저온 액체 왕복 펌프는, 고압 가스가 분사되는 저속 디젤 엔진 또는 가스 터빈에 기화된 천연 가스가 공급되는 경우에 일반적으로 요구되는 고압을 생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 배치의 장점은 고압 가스가 분사되는 저속 디젤 엔진 또는 임의의 종류의 가스 터빈에서 사용하기 위해, 기화된 천연 가스의 압력을 분사 압력까지 상승시키기 위한 고압 가스 압축기의 필요성이 제거된다는 점이다.
바람직하게, 고압 가스가 분사되는 저속 디젤 엔진 또는 가스 터빈에 천연 가스 연료를 공급하기 위한 본 발명에 따른 장치에서, 천연 가스 연료의 전체 유동은 상기 파이프 라인을 통해 유동하며, 자연 증발된 LNG 전체는 재액화된다. 재액화된 천연 가스는 각각의 2차 용기로 보내질 수 있으며, 임의의 초과분은 2차 용기로부터 메인 저장 용기(들)로 복귀된다. 변형적으로, 재액화된 천연 가스는 메인 저장 용기로 직접 보내질 수 있다. 자연 증발된 LNG가 재액화되는 이러한 배치는, 자연 증발된 천연 가스의 양이 선택된 배의 순항 속도 또는 엔진 부하를 위해 엔진에 의해 요구되는 양보다 큰 경우, 열 산화기에서 배기 또는 연소됨으로써 임의의 가능한 가스 폐기물을 제거할 것이다.
본 발명에 따른 장치가 자연 기화된 LNG를 압축하기 위한 압축기를 포함하는 경우, 스테이지 사이에서 자연 기화된 LNG로부터 압축 열을 제거하기 위한 목적을 위해 및/또는 자연 기화된 LNG를 사전 냉각하기 위해 각각의 2차 용기로부터의 LNG의 일부가 공급될 수 있다. 열 교환기는 이러한 목적을 위해 사용되었지만, 사전 냉각은 2차 용기로부터의 LNG를 자연 기화된 LNG와 혼합함으로써 이루어지는 것이 바람직하다.
일반적으로, 강제적으로 기화된 천연 가스는 강제식 기화기 내에서 직접적으로 또는 열 교환기를 통하는 통로에 의해 강제식 기화기의 하류에서 온도가 상승된다. 강제식 기화기 및 열 교환기는 엔진 냉각 시스템으로부터의 증기 또는 고온수와 같은 임의의 적절한 가열 매체에 의해 가열될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 첨부된 도면을 참조하여 예시의 방법으로 이제 기술될 것이다.
도 1은 LNG 저장 용기의 배터리로부터 천연 가스를 공급하는 제 1 장치의 개략적인 흐름도,
도 2는 LNG 저장 용기의 배터리로부터 천연 가스를 공급하는 제 2 장치의 개략적인 흐름도,
도 3은 LNG 저장 용기의 배터리로부터 천연 가스를 공급하는 제 2 장치의 개략적인 흐름도.
도면은 축척 설정되어 있지 않다.
도면에서 유사한 부품은 동일한 참조부호로 표시된다.
도 1을 참조하면, 메인 LNG 저장 탱크 또는 용기의 배터리(2)가 도시된다. 메인 저장 탱크 또는 용기는 원양 항행 운반선(도시되지 않음)의 선상에 위치된다. 4개의 본질적으로 동일한 저장 탱크(4, 6, 8, 10)가 도 1에 도시되어 있다. 일반적으로, 실제적으로는, 배터리(2)는 이들 4개의 저장 탱크(4, 6, 8, 10) 이상을 포함할 수도 있다. 각각의 LNG 저장 탱크(4, 6, 8, 10)는 단열되어, 이들의 내용물인 LNG가 주위 환경으로부터 열을 흡수하는 속도를 억제한다. 각각의 저장 탱크(4, 6, 8, 10)는 LNG의 체적(12)을 함유하는 것으로서 도 1에 도시되어 있다. 각각의 탱크(4, 6, 8, 10) 내의 누손 공간(14)이 그 내의 액체 레벨 위에 자연적으로 존재한다. 천연 가스는 대기 이하의 온도에서 잘 끓기 때문에, LNG는 각각의 체적(12)으로부터 상술한 누손 공간 내로 연속적으로 증발한다.
각각의 탱크(4, 6, 8, 10)는 탱크 내의 LNG 체적 내에 침지된 극저온 펌프(16)를 포함한다. 각각의 펌프(16)는 탱크 내에 위치된 LNG를 탱크 외부로 분배 헤더(distribution header)(18) 쪽으로 펌핑하도록 작동 가능하다. 상기 헤더(18)는 LNG 파이프 라인(20)과 연통한다. 각각의 탱크(4, 6, 8, 10)보다 작은 용량을 갖는 2차 단열 LNG 저장 용기 또는 드럼(22)은 일반적으로 파이프 라인(20) 내에 위치된다. 드럼(22)은 드럼(22)의 상류에 위치된 밸브(24)를 개방함으로써 헤더(18)와 연통하도록 위치될 수 있다. 따라서, 드럼은 LNG로 충전될 수 있다. 일 배치에서, 드럼(22)은 하측 레벨 센서(26)와 상측 레벨 센서(28)를 구비한다. 드럼(22) 내의 LNG 레벨이 하측 레벨 센서(26)의 레벨보다 아래로 떨어지면, 펌프(16)가 작동되어, 밸브(24)가 개방되고 LNG가 드럼(22)에 공급될 수 있다. 드럼(22) 내의 LNG의 레벨이 상측 레벨 센서(28)의 레벨에 도달하면, 펌프(16)의 작동이 정지되어, 밸브(24)가 다시 폐쇄될 수 있다.
드럼(22)은 기화기 또는 압력 상승 코일(30)과 작동식으로 결합된다. 기화기 또는 압력 상승 코일(30)은 드럼(22)의 바로 하류인 LNG 파이프 라인(20)의 구역으로부터 드럼(22)의 누손 공간 쪽으로 연장되는 도관(32) 내에 위치된다. 유동 제어 밸브(34)는 도관(32) 내에 위치된다. 기화기 또는 압력 상승 코일(30)은 파이프 라인(20)과 독립적으로 배치될 수 있지만, 드럼(22) 상에 직접적으로 배치될 수도 있다.
밸브(34)의 위치는 드럼(22)의 누손 공간 내의 압력 센서(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있으며, 그 내의 압력이 기화기 또는 압력 상승 코일(30) 내의 제어된 LNG 기화에 의해 통상적으로 일정한 레벨로 유지되도록 배치된다. 일반적으로, 이러한 압력은 5 바아 내지 11 바아의 절대 압력 범위 내에 있다.
드럼(22)의 누손 공간 내의 압력 하에서, LNG의 일괄 처리는 드럼(22)으로부터 파이프 라인(20)을 따라 강제식 LNG 기화 및 가열 유닛(36) 쪽으로 통과될 수 있다. 밸브(38)는 파이프 라인(20) 내에 위치되며, 폐쇄되는 경우에, LNG 기화 및 가열 유닛(36)을 드럼(22)으로부터 분리시킨다. 그러나, 밸브(38)가 개방되는 경우에, LNG는 누손 공간 내의 기화된 천연 가스의 압력 하에서 드럼(22)으로부터 강제식 LNG 기화 및 가열 유닛(36) 쪽으로 유동한다.
하나의 배치(도시되지 않음)에서, 강제식(또는 강제) 기화기는 증기 가열 또는 고온수 또는 고온수-글리콜 혼합물 가열을 이용하여 기화 챔버를 통해 유동하는 유체의 온도를 상승시킴으로써 드럼(22)으로부터 공급되는 LNG를 기화시키는 기화기 종류이다. 일 세트의 열 교환기 튜브는 증기, 고온수 또는 고온수-글리콜로부터 LNG에 열을 전달하는데 이용될 수 있다. 또한, 강제식 기화기는 기화기의 바로 상류로부터 기화기의 바로 하류인 정적(static) 혼합 챔버로 연장되는 바이패스 라인을 일반적으로 구비한다. 바이패스 라인은 기화기의 하류의 가스의 온도를 제어하는데 사용될 수 있다. 이러한 가스는 메인 저장 탱크(4, 6, 8, 10)로부터의 자연 증발된 가스와 혼합되는 것이 일반적이다. 증발된 가스는 탱크의 외부로 유동하여 제 2 천연 가스 파이프 라인(40)과 연통하는 제 2 헤더(39) 내로 유동한다. 다단 압축기(42)는 파이프 라인(40) 내에 위치된다. 압축기(42)는 증발된 천연 가스의 압력을 대략 드럼(22)의 누손 공간 내에 유지되는 압력까지 상승시키도록 작동된다. 압축된 증발 천연 가스는 강제적으로 기화된 천연 가스와 혼합되고, 상기 혼합물은, 바람직하게는 증기 또는 다른 가열 매체, 예컨대 고온수 또는 고온수-글리콜 혼합물과 열 교환기 내에서 간접적으로 열교환함으로써, 일반적으로 대략 대기 온도까지 상승된다. 통상적으로, 드럼(22)은 비교적 낮은 용량을 가지며, 추진 목적을 위한 대부분의 천연 가스는 압축기(42)로부터 제공된다. 또한, 압축기(42)가 복수의 스테이지를 갖는 종류인 경우, 압축된 천연 가스의 사전 냉각 및 중간 단계 냉각은 드럼(22)으로부터 LNG의 유동에 의해 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 LNG는 압축기(42) 내의 연속적인 압축 스테이지의 각각의 쌍 사이에서 증발된 천연 가스로부터 압축 열을 제거하는 열 교환기 또는 열 교환기들(도시되지 않음)로 밸브(44)를 통해 유동한다. 결과적으로 기화된 천연 가스는 증발된 가스와 혼합될 수 있다. 또한, 드럼(22)으로부터의 LNG의 일부는 압축기(42)의 상류의 증발된 가스와 사전 혼합되어 증발된 가스의 사전 냉각을 제공할 수 있다.
강제식 LNG 기화 및 가열 유닛(36)으로부터의 가열된 천연 가스는 원양 항행 운반선에 대한 추진 수단(46)의 하나 이상의 엔진 또는 가스 터빈에 파이프 라인(20)을 따라 공급된다. 도 1에 도시된 장치는 증발된 천연 가스의 기초 하중을 탱크(4, 6, 8, 10)로부터 추진 수단(46)에 제공할 수 있다. 이러한 기초 하중이 공급되는 속도는 탱크의 배터리(2)가 이송하는 LNG의 양에 따른다. 이들 탱크가 가득 적재되어 있는 경우, 이러한 기초 하중은, 일반적으로 탱크가 최대 용량의 단 3% 또는 그 미만까지 LNG로 충전될 수 있는 공선 항해시 탱크가 LNG를 이송하는 경우보다 크다. 강제식 기화기는 추진 수단(46)의 엔진으로의 천연 가스 공급 속도를 주기적으로 증대시키는데 이용될 수 있다. 이러한 능력은 중간 압력(5 바아 내지 10 바아의 범위를 말함)에서 이중 연료 엔진을 작동시키는 경우에 유리하다. 그러나, 주 하중의 LNG가 일단 배출되면 밸러스트(ballast)로서 탱크(4, 6, 8, 10) 내의 LNG의 양을 유지할 필요성이 최소화되는 충분한 용량의 드럼(22)을 사용할 수도 있다. 이러한 최소화된 밸러스트의 양은 배가 하역한 후에 남아있는 LNG의 펌핑 불가능한 잔류물로 구성된다. 이러한 경우에, 압축기(42)는 주기적으로 정지된다. 저장 탱크의 배터리(2)가 거의 비어있는 경우, 압축기(42)는 2.5일마다 0.5일동안 작동될 수 있다. 정지 주기 이후의 시동시, 압축기(42)의 배출 압력은, 압축기(42)의 상류의 BOG 온도를 낮추기 위해 드럼(22)으로부터 LNG를 사용하지 않는 DFDE 엔진을 포함하는 추진 시스템(46)에 비해 너무 낮다.
도 1에 도시된 장치의 하나의 장점은 침지식 펌프(16)가 비교적 저압의 종류만을 필요로 한다는 점이다. 이러한 펌프는 보통 분무 및 제거 목적을 위해 탱크 내에 미리 설치되어 있으며, 따라서 추가적인 고압 연료의 침지식 펌프가 탱크 내에 설치될 필요가 없다. 일반적으로, 펌프(16)는 3 바아 내지 4 바아의 압력 하에서 드럼(22)에 LNG를 공급한다. 또한, 펌프(16)는 보통 배의 추진을 위해 필요한 것보다 매우 큰 유동 능력을 갖기 때문에, LNG로 충전되는 드럼(22)을 유지하기 위해 간헐적으로만 작동될 필요가 있다. 결과적으로, 천연 가스 공급 시스템의 자본 및 작동 비용이 억제될 수 있다. 추가적으로, 임의의 펌프(16)의 기계적 마모의 위험성은 제한된 작동 시간으로 인해 감소된다. 이것은, 펌프(16)가 드라이 독(dry dock)에서만 수리될 수 있기 때문에, 상당한 장점이 된다.
도 1에 도시된 장치의 다른 특징은 침지식 펌프(16)가 LNG의 일부를 밸브(48)를 통해 탱크(4, 6, 8, 10)로 역으로 통과시키는데 사용될 수 있다는 것이다. 이러한 수단은 탱크(4, 6, 8, 10) 내의 온도 성층화를 억제하는 것을 보조한다. 펌프(16)의 다른 기능은 공선 항해시 분무에 의해 이들 탱크를 차갑게 유지하는 것이다. 도 1에 도시된 장치의 또다른 특징은, LNG의 자연 증발 초과의 경우, 초과한 증기가, 제 2 헤더(39)와 연통하는 도관(54) 내에 위치된 밸브(52)를 통해 벤트 마스트(vent mast)(50) 또는 열 산화기 유닛(도시되지 않음)으로 비상시에 배기될 수 있다는 것이다.
이제 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 장치의 변형예로서, 추진 시스템(46)의 엔진(또는 터빈)에 강제적으로 기화된 LNG의 (게이지 압력 10 바아까지의) 중간 압력의 공급을 제공하기 위한 장치가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 장치에 대한 하나의 결점은, 드럼(22) 내의 액체 레벨이 하측 레벨 센서(26)의 레벨 아래까지 떨어졌을 경우 통상적으로 [강제식 기화 및 가열 유닛(36)을 드럼(22)으로부터 분리시키기 위해] 밸브(38)를 폐쇄하고 드럼 내의 압력을 해제하여 LNG의 체적이 상측 레벨 센서(28)의 레벨까지 상승될 때까지 드럼(22)을 재충전하는 것이 바람직하다는 점이다. 도 2에 도시된 장치에서, 기계적 극저온 펌프(60)는 압력 구성 기화기 또는 코일(30)을 대체한다. 펌프(60)는 극저온 유체를 펌핑하고 가압하도록 구성된 임의의 종류로서, 예컨대 원심 왕복 또는 임의의 다른 정변위(positive displacement) 펌프의 일종일 수 있다. 이러한 펌프(60)는 도 2에 도시된 장치의 강제식 기화 및 가열 유닛(36)에 LNG를 연속적으로 공급하여 압축기(42)의 상류 및 스테이지 사이에서 증발된 가스를 냉각시키도록 작동 가능하다. 도관(32) 및 유동 제어 밸브(34)는 펌프(60)의 하류에 위치된 도관(32) 쪽 입구를 구비하여 유지되어, 낮은 엔진 부하의 경우에 최소 펌프 유동을 유지함으로써 천연 가스 소모를 감소시킨다. 펌프(60)는 임의의 초과 LNG가 도관(32)을 통해 드럼(22)으로 복귀되는 상태로 일정한 속도로 작동될 수 있다. 다른 관점에서, 도 2에 도시된 장치의 구성 및 작동은 도 1에 도시된 장치와 동일하다.
도 3에 도시된 장치는 일반적으로 11 바아 이상이며 200 바아 내지 300 바아의 범위 내의 초임계 압력까지인 고압으로 추진 시스템(46)에 천연 가스를 공급하도록 구성된다. 초임계 압력에서, 천연 가스가 가열 및 기화 유닛의 일부를 형성하는 강제식 기화기를 통과하는 경우 상(phase) 변화는 없다. 본 명세서의 문맥에서, 용어 '기화'는 액체로 존재하는 제 1 온도 및 드럼의 작동 압력에서 2차 용기 또는 드럼(22)으로 복귀되는 제 1 온도로부터, 가스로 존재하는 제 2 온도 및, 2차 용기 또는 드럼(22)의 작동 온도에서 2차 용기 또는 드럼으로 복귀되는 천연 가스인 제 1 온도보다 높은 제 2 온도까지의 초임계 유체의 가열을 포함한다. 펌프(60)는 일반적으로 천연 가스의 압력을 소정의 초임계 압력까지 상승시킬 수 있는 단일 또는 복수의 실린더 극저온 액체 왕복 펌프이다. 또다른 관점에서, 도 3에 도시된 장치의 구성 및 작동은 도 2에 도시된 것과 동일하다. 그러나, 다른 중요한 차이점은, 도 3에 도시된 장치의 작동시, 메인 저장 탱크의 배터리(2)로부터 자연 증발된 가스는 단지 압축되는 것이 아니고, 압축기(42) 대신에 (그러나 압축기는 여전히 포함함) 액화 장치(70)에서 액화된다는 점이다.
액화 장치(70)는 유럽 특허 공개 제 1 132 698 호에 개시된 종류일 수 있다. 일반적으로, 2개의 스테이지 압축기를 이용하며, 따라서 압축기의 중간 단계 냉각을 필요로 할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 압축기(42)의 상류의 증발된 가스를 사전 냉각하기 위해, 바람직하게는 증발된 가스와 혼합함으로써, 드럼으로부터의 LNG를 사용하는 것이 여전히 바람직하다. 변형적으로, 액화 장치(70)로부터의 액체의 일부는 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 밸브(44) 및 그 내에 위치된 파이프는 도 3에 도시된 장치로부터 제거될 수 있다. 액화 장치(70)로부터 2차 용기 또는 드럼(22)까지 연장되는 파이프(72)와, 파이프(72) 내에 위치되는 유동 제어 밸브(74)가 존재한다. 결과적으로, 모든 액화된 증발 가스는 드럼(22)으로 복귀된다. 이러한 액체의 드럼(22)으로의 복귀의 결과는, 드럼(22) 내로의 총 액체 유동 속도가 액체가 드럼(22)으로부터 빠져나가는 총 속도보다 일반적으로 빠르다는 것이다. 따라서, 초과 액체는 드럼(22)으로부터 추가 파이프(78)를 통해 메인 저장 탱크 또는 용기의 배터리(2)로 복귀되며, 추가 파이프(78)는 탱크의 배터리(2)로의 LNG의 복귀 속도를 조절함으로써 드럼(22) 내의 액체 레벨을 조절하기 위한 유동 제어 밸브(80)를 그 내에 배치하고 있다. 변형적으로, 재액화된 천연 가스는 액화 장치(70)로부터 메인 저장 탱크의 배터리(2)로 직접적으로 보내질 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 장치의 보통의 작동시, 메인 저장 탱크의 배터리(2)로부터 방출되는 자연 증발된 가스는 본질적으로 액화 장치(70)에 의해 모두 액화된다. 따라서, 도 2에 도시된 장치와 대응하는 도 3에 도시된 장치에는, 강제적으로 기화된 LNG를 혼합하기 위해 기화 및 가열 유닛(36)으로 압축된 증발 가스를 운반하는 라인이 없다.
도 3에 도시된 장치는 원양 항행 운반선의 추진 유닛(46)의 일부를 형성하는 고압 가스가 분사되는 저속 디젤 엔진(들) 내로 분사용 고압 가스를 연속적으로 공급하여 작동되도록 할 수 있다.
단일 드럼(22)을 갖는 대신에, 도면에 도시된 각각의 장치는 이러한 드럼을 복수 개 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 장치에서, 평행인 복수의 드럼이 도면에 도시된 단일 드럼(22)을 대체하는 경우, 이러한 추가된 각각의 드럼은 자체의 전용 펌프(60)를 갖는다.
도 2 또는 도 3에 도시된 장치의 다른 장점은 드럼(22) 및 펌프(60)가 유지 보수를 위해 용이하게 접근 가능하다는 점이다. 또한, 펌프(60)는 사용을 위해 용이하게 준비될 수 있다.
도 3에 도시된 장치는, 자연 증발된 천연 가스의 양이 선택된 배의 순항 속도 또는 엔진 부하를 위해 엔진에 의해 요구되는 양보다 큰 경우에 유리하다. 열 산화기 내에서 배기 또는 연소됨으로써 임의의 가능한 가스 폐기물이 회피된다. 이러한 폐기물은 설계 속도(최대 연속 속도) 대신에 일반적으로 보통의 배의 속도로 순항하는 경우, 중요할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 장치는, 액체 펌핑에 의해, 높은 동력 소모를 갖는 임의의 매우 고압의 가스 압축 기계 장치류의 사용을 회피하는데 유리하다.
2 : 배터리 4, 6, 8, 10 : 저장 탱크
12 : LNG의 체적 14 : 누손 공간
16, 60 : 펌프 18 : 분배 헤더
20, 40 : 파이프 라인 22 : 드럼
26 : 하측 레벨 센서 28 : 상측 레벨 센서
36 : 강제식 LNG 기화 및 가열 유닛 39 : 제 2 헤더
42 : 압축기 46 : 추진 수단
70 : 액화 장치

Claims (20)

  1. 상승된 압력으로 천연 가스를 공급하는 장치에 있어서,
    적어도 하나의 LNG용 메인 저장 용기와, 상기 메인 저장 용기 내의 침지식 펌프를 포함하며,
    상기 침지식 펌프는 LNG의 강제식 기화기가 위치되는 공급 파이프 라인과 연통하도록 위치될 수 있으며,
    상기 강제식 기화기와 연통하도록 위치될 수 있는 적어도 하나의 LNG 유지용 2차 용기가 상기 천연 가스 공급 파이프 라인 내에 위치되며,
    상기 2차 용기는 압력 하에서 상기 2차 용기로부터 상기 강제식 기화기로 LNG를 이송하기 위한 수단과 결합되고,
    상기 메인 저장 용기로부터의 자연 기화된 LNG를 압축시키기 위한 압축기와,
    상기 압축기의 상류의 자연 기화된 LNG를 상기 2차 용기로부터의 LNG로 사전 냉각시키는 수단을 더 포함하는
    천연 가스 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 용기로부터의 LNG를 상기 자연 기화된 LNG와 사전 혼합시키는 혼합기를 더 포함하는
    천연 가스 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기는 다단 압축기이고,
    한 쌍의 스테이지의 중간에 상기 자연 기화된 LNG로부터의 압축 열을 제거하기 위한 열 교환기가 존재하며,
    상기 열 교환기는 상기 2차 용기와 연통하도록 위치될 수 있는 냉각 통로를 갖는
    천연 가스 공급 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 용기는 상측 액체 레벨 센서 및 하측 액체 레벨 센서를 가지며, 이들 센서는 입구 밸브와 작동식으로 결합되며,
    상기 2차 용기 내로의 LNG 유동은, 2차 용기 내의 LNG 레벨이 상기 하측 액체 레벨 센서 아래로 떨어지는 경우에만 개시되고, 2차 용기 내의 LNG 레벨이 상기 상측 액체 레벨 센서까지 상승하는 경우에만 정지되도록 구성되는
    천연 가스 공급 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압력 하에서 LNG를 이송하는 상기 수단은 상기 2차 용기와 결합되는 압력 상승 코일 또는 열 교환기를 포함하는
    천연 가스 공급 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    LNG를 이송하는 상기 수단은 적어도 하나의 2차 펌프를 포함하는
    천연 가스 공급 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 2차 펌프는 하나 이상의 실린더를 갖는 왕복 펌프인
    천연 가스 공급 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    복수의 2차 용기가 병렬로 배치되어 있으며, 각각의 2차 용기는 자체의 2차 펌프를 구비하는
    천연 가스 공급 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 메인 저장 용기로부터 자연 기화된 LNG를 액화시키기 위한 액화 장치를 더 포함하며,
    상기 액화 장치는 상기 2차 용기 또는 상기 메인 저장 용기와 연통하도록 위치될 수 있는 LNG용 출구를 갖는
    천연 가스 공급 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 천연 가스 공급 장치는 원양 항행 LNG 유조선의 선상의 추진 시스템에 천연 가스를 공급하도록 배치되는
    천연 가스 공급 장치.
  11. 상승된 압력으로 천연 가스를 공급하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 메인 저장 용기 내에 LNG를 저장하는 단계와,
    침지식 펌프에 의해 상기 메인 저장 용기로부터 LNG의 강제식 기화기가 위치된 파이프 라인을 따라 적어도 하나의 LNG 유지용 2차 용기로 LNG를 이송하는 단계와,
    LNG의 압력을 상승시키고, 상기 파이프 라인을 따라 상기 2차 용기로부터 상기 강제식 기화기로 상승된 압력의 LNG를 이송하는 단계와,
    상기 강제식 기화기 내에서 LNG를 기화시키는 단계를 포함하며,
    상기 메인 저장 용기로부터의 자연 기화된 LNG를 압축하는 압축기의 상류의 자연 기화된 LNG를 상기 2차 용기로부터의 LNG로 사전 냉각하는 단계를 더 포함하는
    천연 가스 공급 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    LNG는 상기 2차 용기로부터 상기 강제식 기화기에 연속적으로 공급되는
    천연 가스 공급 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    LNG는 상기 2차 용기로부터 상기 강제식 기화기에 간헐적으로 공급되는
    천연 가스 공급 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    LNG는 상기 2차 용기의 누손 공간(ullage space) 내의 증기압 하에서 상기 2차 용기로부터 상기 강제식 기화기로 이송되는
    천연 가스 공급 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 증기압은 절대 압력 11 바아까지인
    천연 가스 공급 방법.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    LNG는 적어도 하나의 2차 펌프에 의해 상기 2차 용기로부터 상기 강제식 기화기로 이송되는
    천연 가스 공급 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 2차 펌프는 300 바아의 압력까지 LNG의 압력을 상승시키는
    천연 가스 공급 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 메인 저장 탱크로부터 자연 기화된 LNG를 액화시키는 단계와,
    이렇게 형성된 액체를 상기 2차 용기로 통과시키거나 상기 메인 저장 용기로 복귀시키는 단계를 더 포함하는
    천연 가스 공급 방법.
  19. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기화된 LNG는 상기 강제 기화기로부터 원양 항행 LNG 유조선의 추진 시스템에 공급되는
    천연 가스 공급 방법.
  20. 삭제
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