KR101609570B1 - Lng 저장탱크 워밍 업 방법 - Google Patents

Abstract

LNG 저장탱크 워밍 업 방법이 개시된다. 본 발명의 LNG 저장탱크 워밍 업 방법은, 복수의 LNG 저장탱크가 마련된 선박에 시운전용 천연가스를 공급하는 단계; 상기 선박의 운항 중에 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 압축하도록 상기 선박에 설치되는 BOG 컴프레서로 상기 시운전용 천연가스를 압축하는 단계; 상기 압축된 시운전용 천연가스를 상기 복수의 LNG 저장탱크 중 워밍 업이 필요한 탱크로 공급하는 단계; 및 상기 워밍 업이 실시된 LNG 저장탱크의 시운전을 실시하는 단계;를 포함하여, 시운전용 천연가스를 압축하기 위한 시운전용 컴프레서를 마련하지 않고도, 시운전을 실시할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

LNG 저장탱크 워밍 업 방법 {Warming Up Method for LNG Cargo Tank}

본 발명은 LNG 저장탱크 워밍 업 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 탑사이드에 마련되는 BOG 컴프레서에서 천연가스를 압축하고 히터로 가열하여 LNG 저장탱크로 공급하여, LNG 저장탱크의 유지보수에 앞서 탱크 워밍 업하는 LNG 저장탱크 워밍 업 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 선박의 각종 설비 및 장치들의 정상 작동 여부를 검증하고 점검해야 한다. 이를 가스 시운전(gas trial)이라고 하는데, 이들 선박에 마련되는 LNG 저장탱크의 경우 가스 시운전 중에 유지보수(maintenance)가 이루어진다.

탱크의 유지보수를 위해서는 그에 앞서, 탱크를 워밍 업하고, 불활성 가스를 공급하여 불활성화하는 단계가 필요하다.

탱크의 워밍 업을 위해 HD(high duty) 컴프레서를 마련하여 천연가스를 압축한 후, 히터로 가열하여 탱크를 워밍 업하는 방법을 고려할 수 있는데, 이와 같이 탱크 워밍 업만을 위한 별도의 컴프레서가 마련되면 공간 및 비용 측면에서 비경제적인 문제가 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 LNG 저장탱크가 마련된 선박에 시운전용 천연가스를 공급하는 단계; 상기 선박의 운항 중에 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 압축하도록 상기 선박에 설치되는 BOG 컴프레서로 상기 시운전용 천연가스를 압축하는 단계; 상기 압축된 시운전용 천연가스를 상기 복수의 LNG 저장탱크 중 워밍 업이 필요한 탱크로 공급하는 단계; 및 상기 워밍 업이 실시된 LNG 저장탱크의 시운전을 실시하는 단계;를 포함하여, 시운전용 천연가스를 압축하기 위한 시운전용 컴프레서를 마련하지 않고도, 시운전을 실시할 수 있는 LNG 저장탱크 워밍 업 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 BOG 컴프레서로 상기 시운전용 천연가스를 압축하는 단계는, 상기 압축된 시운전용 천연가스의 적어도 일부를 분기시켜 히터로 공급하는 단계;를 더 포함하여, 상기 히터에서 가열된 시운전용 천연가스를 상기 워밍 업이 필요한 LNG 저장탱크로 공급할 수 있다.

바람직하게는, 상기 압축된 시운전용 천연가스의 나머지 일부는 상기 선박의 액화공정 설비로 공급하여 상기 액화공정 설비의 시운전을 실시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크로 공급되어 시운전을 실시한 후의 천연가스는 상기 BOG 컴프레서로 재공급하여 순환시키는 단계; 또는 상기 선박의 플레어나 벤트 헤더를 통해 대기중으로 배출시키는 단계; 중 어느 한 단계에 의해 처리할 수 있다.

바람직하게는, 상기 시운전용 천연가스를 워밍 업이 필요한 LNG 저장탱크로 공급하는 단계는, 상기 LNG 저장탱크의 바닥부로 상기 시운전용 천연가스를 공급하고, 상기 LNG 저장탱크의 내부 온도가 -40℃에 이를 때까지 실시할 수 있다.

바람직하게는, 상기 BOG 컴프레서로 상기 시운전용 천연가스를 압축하는 단계 이후에는, 상기 압축된 시운전용 천연가스를 압력조절밸브로 감압하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크의 시운전을 실시하는 단계는, 상기 LNG 저장탱크에 질소가스를 공급하여 상기 LNG 저장탱크를 불활성화(inerting)하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 선박에 시운전용 천연가스를 공급하는 단계는, 상기 선박을 선주에게 인도하기 전에, 다른 선박으로부터 LNG를 공급받아 상기 선박에서 기화시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 LNG 저장탱크 워밍 업 방법에서는 LNG 저장탱크를 갖춘 선박의 탑사이드에 마련되어 있는 BOG 컴프레서를 이용하여 천연가스를 압축하고 히터로 가열하여 LNG 저장탱크로 공급하여, LNG 저장탱크의 유지보수에 앞서 탱크 워밍 업하게 된다. 가스 시운전시에만 필요한 별도의 컴프레서를 마련하지 않고 기설치된 BOG 컴프레서를 활용함으로써 선내 시스템에서의 신뢰성이 매우 높고 비용면에서도 경제적이며, 선박 내 공간 확보 측면에서도 유리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크 워밍 업 시스템의 개략적인 구성을 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 LNG 저장탱크(CT) 워밍 업 시스템의 개략적인 구성이 도시된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 LNG 저장탱크(CT) 워밍 업 시스템은, 복수의 LNG 저장탱크(CT)가 마련된 선박의 탱크 워밍 업(warming up) 시스템에 있어서, 히터(100)와, LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 압축하는 BOG 컴프레서(200)를 포함하여, BOG 컴프레서(200)에서 압축된 천연가스를 히터(100)에서 가열하여 LNG 저장탱크(CT) 중 적어도 하나에 공급하여 탱크 워밍 업하게 된다.

본 실시예에서의 선박은, 해상을 운항하거나 해상에 부유하는 해양 구조물을 통칭하는 의미로서, LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크(CT)가 마련되는 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), LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 BOG의 재액화공정을 위해 BOG 컴프레서(200)가 필요한 LNG carrier나 LNG-RV(Regasification Vessel) 등도 포함한다.

해상에서 가동되는 LNG-FPSO와 같은 선박은 많은 장비들이 탑재되고 장치 구성이 매우 복잡하고 고가이며, 일단 해상 가스전 등에 설치되면 수십 년에 이르는 장기간 동안 연중 무휴로 가동된다. 따라서 선주에게 인도되기 전에 선박이 건조된 곳 또는 인근의 해역에서 가스 시운전(gas trial)을 하면서, 각종 장치 및 시스템의 오작동을 점검하고 극저온 조건에서의 작동을 조정하며, 공정 수행을 테스트하게 된다.

이러한 가스 시운전시에는 LNG를 기화시켜 천연가스를 공급하면서 선박의 탑사이드(topside)에 마련된 액화공정 설비(400)들을 점검하고 LNG 저장탱크(CT)의 유지보수도 이루어지게 된다. 가스 시운전시에 LNG 저장탱크(CT)에는 탑사이드에서 액화된 LNG나 다른 선박으로부터 공급받은 LNG가 저장될 수 있는데, LNG 저장탱크(CT)를 유지보수하기 위해서는 해당 탱크 내부의 LNG를 외부로 배출시키고, 극저온의 LNG가 저장되었던 LNG 저장탱크(CT)의 온도를 높이고 불활성화하는 과정을 거치게 된다.

이를 좀더 자세히 살펴보면, 유지보수할 해당 LNG 저장탱크(CT)는 유지보수에 앞서, LNG를 배출시키고, 천연가스의 온도를 높여 탱크에 공급하여 워밍 업(warming up)한다. 탱크가 일정한 온도에 이를 때까지 천연가스로 워밍 업한 후, 불활성 가스로 다시 워밍 업하고 불활성 가스를 탱크에 공급하여 LNG 저장탱크(CT)를 불활성화(inerting)한다. 그 후 통기 과정(Aeration)을 거친 후 LNG 저장탱크(CT)를 유지보수한다.

이러한 유지보수의 전단계로 저장탱크의 워밍 업을 위한 천연가스를 공급하기 위해, 본 실시예는 선박의 탑사이드에 마련되는 BOG 컴프레서(200)로 압축된 천연가스를 히터(100)로 가열하여 해당 LNG 저장탱크(CT)로 공급하게 된다.

본 실시예에서 히터(100)에서 가열된 천연가스는 LNG 저장탱크(CT)의 바닥부로 공급되며, BOG 컴프레서(200)에서 압축된 천연가스는 압력조절밸브(300)를 통해 필요한 압력으로 감압하여 LNG 저장탱크(CT)로 공급하게 된다.

상술한 바와 같이, 천연가스를 통한 탱크 워밍 업은 LNG 저장탱크(CT)의 유지보수(maintenance)를 위해 질소가스를 공급하여 불활성화(inerting)하는 단계에 앞서 이루어지는데, 예를 들어 천연가스에 의한 탱크 워밍 업은 LNG 저장탱크(CT)의 내부 온도가 -40℃에 이를 때까지 이루어질 수 있다. 탱크 내부 온도가 -40℃를 넘어서면 질소가스로 워밍 업한 후, 질소가스를 LNG 저장탱크(CT)에 공급하여 불활성화하게 된다.

이러한 질소가스로의 워밍 업 및 불활성화를 위한 질소가스 발생기(500)가 선박에 마련될 수 있고, 질소가스 발생기(500)에서 발생시킨 질소가스는 히터(100)로 도입시켜 가열한 후 LNG 저장탱크(CT)로 공급하여 탱크를 워밍 업하게 된다.

가스 시운전시에 BOG 컴프레서(200)에서는 BOG를 압축하여 제1 공급배관(L1)을 거쳐 선박의 탑사이드에 마련되는 액화공정 설비(400)로 공급하여 액화공정 설비(400)의 시운전할 수 있는데, 이와 같이 BOG 컴프레서(200)에서 압축된 천연가스가 히터(100)로 공급되어 LNG 저장탱크(CT)를 워밍 업할 수 있도록, 압축된 천연가스를 히터(100)로 유도하는 제2 공급배관(L2)이 제1 공급배관(L1)으로부터 분지된다.

제2 공급배관(L2)을 통해 히터(100)를 거쳐 LNG 저장탱크(CT)로 공급되었던 천연가스는 BOG 메인 헤더(600)를 통해 다시 BOG 컴프레서(200)로 순환될 수 있고, 필요에 따라 플레어(flare)나 벤트 헤더(vent header)를 통해 대기중으로 배출시킬 수도 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 LNG 저장탱크(CT)가 마련된 선박의 탱크 워밍 업(warming up) 방법에 있어서,

1) LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 압축하도록 마련되는 컴프레서로 천연가스를 압축하는 단계;

2) 압축된 천연가스를 감압 및 가열하는 단계; 및

3) 감압 및 가열된 천연가스를 LNG 저장탱크(CT) 중 유지보수(maintenance)가 필요한 탱크에 공급하는 단계를 포함하는 LNG 저장탱크(CT) 워밍 업 방법이 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 LNG 저장탱크(CT) 워밍 업 시스템에서는 LNG 저장탱크(CT)를 갖춘 선박의 저장탱크에서 발생하는 BOG를 처리하기 위해 탑사이드에 마련되어 있는 BOG 컴프레서(200)를 이용하여 천연가스를 압축한 후 히터(100)로 가열하고 탱크로 공급하여, LNG 저장탱크(CT)의 유지보수에 앞서 탱크 워밍 업한다.

이와 같이, 가스 시운전시에만 필요한 별도의 컴프레서를 마련하지 않고 기설치된 BOG 컴프레서(200)를 활용하도록 시스템을 구성한다. 따라서 선내 시스템에서의 신뢰성이 매우 높고 설치 및 유지 비용면에서도 경제적이며, 선박 내 공간 확보 측면에서도 유리하다.

또한, 본 시스템을 적용하여 워밍 업을 거쳐 LNG 저장탱크(CT)를 유지보수하면서 가스 시운전을 통해 충분한 성능 테스트가 이루어짐으로써, 필드에서 장기간 가동될 선박 구조물의 확실한 성능 검증이 이루어지고, 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.

CT: LNG 저장탱크
100: 히터
200: BOG 컴프레서
300: 압력조절밸브
400: 액화공정 설비
500: 질소가스 발생기
600: BOG 메인 헤더
L1: 제1 공급배관
L2: 제2 공급배관

Claims (8)

1. 복수의 LNG 저장탱크가 마련된 선박에 시운전용 천연가스를 공급하는 단계;
   상기 선박의 운항 중에 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 압축하도록 상기 선박에 설치되는 BOG 컴프레서로 상기 시운전용 천연가스를 압축하는 단계;
   상기 압축된 시운전용 천연가스를 상기 복수의 LNG 저장탱크 중 워밍 업이 필요한 탱크로 공급하는 단계; 및
   상기 워밍 업이 실시된 LNG 저장탱크의 시운전을 실시하는 단계;를 포함하여,
   시운전용 천연가스를 압축하기 위한 시운전용 컴프레서를 마련하지 않고도, 시운전을 실시할 수 있으며,
   상기 BOG 컴프레서로 상기 시운전용 천연가스를 압축하는 단계는,
   상기 압축된 시운전용 천연가스의 적어도 일부를 분기시켜 히터로 공급하는 단계;를 더 포함하여,
   상기 히터에서 가열된 시운전용 천연가스를 상기 워밍 업이 필요한 LNG 저장탱크로 공급하는, LNG 저장탱크 워밍 업 방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 압축된 시운전용 천연가스의 나머지 일부는 상기 선박의 액화공정 설비로 공급하여 상기 액화공정 설비의 시운전을 실시하는 단계;를 더 포함하는, LNG 저장탱크 워밍 업 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크로 공급되어 시운전을 실시한 후의 천연가스는
   상기 BOG 컴프레서로 재공급하여 순환시키는 단계; 또는
   상기 선박의 플레어나 벤트 헤더를 통해 대기중으로 배출시키는 단계; 중 어느 한 단계에 의해 처리하는, LNG 저장탱크 워밍 업 방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 시운전용 천연가스를 워밍 업이 필요한 LNG 저장탱크로 공급하는 단계는,
   상기 LNG 저장탱크의 바닥부로 상기 시운전용 천연가스를 공급하고,
   상기 LNG 저장탱크의 내부 온도가 -40℃에 이를 때까지 실시하는, LNG 저장탱크 워밍 업 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 BOG 컴프레서로 상기 시운전용 천연가스를 압축하는 단계 이후에는,
   상기 압축된 시운전용 천연가스를 압력조절밸브로 감압하는 단계;를 더 포함하는, LNG 저장탱크 워밍 업 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크의 시운전을 실시하는 단계는,
   상기 LNG 저장탱크에 질소가스를 공급하여 상기 LNG 저장탱크를 불활성화(inerting)하는 단계;를 더 포함하는, LNG 저장탱크 워밍 업 방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 선박에 시운전용 천연가스를 공급하는 단계는,
   상기 선박을 선주에게 인도하기 전에, 다른 선박으로부터 LNG를 공급받아 상기 선박에서 기화시키는 단계;를 더 포함하는, LNG 저장탱크 워밍 업 방법.

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