KR101763708B1 - 액화가스 저장 선박 - Google Patents

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Abstract

액화가스 저장 선박을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 액화가스 저장 선박은 액화가스 및 증발가스를 저장하는 저장탱크; 저장탱크보다 상위에 배치되며, 액화가스를 저장하는 독립형 탱크; 및 독립형 탱크에 저장된 액화가스를 저장탱크로 공급하여, 저장탱크 내벽을 쿨링시키는 쿨링라인;을 포함한다.

Description

액화가스 저장 선박{SHIP FOR STORAGE OF LIQUEFIED GAS}
본 발명은 액화가스 저장 선박에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변화되어 저장 및 운반되고 있다.
이러한 액화가스를 저장하는 선박은 액화가스를 저장할 수 있도록 단열 처리된 저장탱크를 구비한다. 이때, 선박의 엔진은 저장탱크의 액화가스를 강제 기화하여 연료로 이용하거나, 저장탱크에서 자연적으로 발생하는 증발가스(Boiled Off Gas)를 연료로 이용한다. 예컨대, 선박의 추진용 또는 선박의 발전용으로 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진 등과 같은 저압(약 5~8bar)의 분사엔진 및 ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압(약 150~400bar)의 분사엔진이 널리 이용되고 있다. 또한 중압(약 16~18bar)의 연료가스로 연소가 가능한 중압가스 분사엔진이 개발되어 이용되고 있다.
도 1은 종래의 액화가스 저장 선박을 나타낸다.
한편, 종래에는 액화가스를 하역하였거나 선박 연료로 전량 소진한 저장탱크에 액화가스를 다시 선적하기 이전에, 화재나 폭발 가능성을 없애기 위해 불활성 가스를 액화가스 저장탱크의 내부에 공급하여 산소를 제거한다.
다음으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1저장탱크(11)에 남은 액화가스를 연결관(20)을 따라 이동시켜 각각의 다른 저장탱크(12~14)의 내벽을 쿨링시키는 작업(냉각 과정)을 수행한다. 쿨링 작업이 이루어진 후에는, 각 저장탱크(11~14)에 액화가스를 채우는 로딩 과정을 수행하고, 저장탱크에 저장된 액화가스를 엔진 연료로 사용하게 된다.
상술한 쿨링 작업은 저장탱크(12~14)에 바로 액화가스를 채울 경우 열 충격(Thermal Shock)이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
그러나, 이러한 쿨링 작업을 수행하기 위해서는 모든 저장탱크(11~14)의 액화가스를 전량 하역하지 못하고, 제1저장탱크(11)에 적당량의 액화가스를 남겨야 한다. 또, 제1저장탱크(11) 내의 액화가스를 먼저 언로딩한 후, 각각의 다른 저장탱크(12~14)에 액화가스를 분사시켜 쿨링 작업을 수행하게 되므로, 상당한 시간이 소요되어 비효율적이다. 쿨링 작업과 관련된 기술로서, 한국공개특허 제10-2010-0110500호(2010.10.13. 공개)를 참조하기 바란다.
한국공개특허 제10-2010-0110500호(2010. 10. 13. 공개)
본 발명의 실시 예는 효율적인 쿨링 작업이 수행되도록 하는 액화가스 저장 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 증발가스를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크보다 상위에 배치되며, 액화가스를 저장하는 독립형 탱크; 및 상기 독립형 탱크에 저장된 액화가스를 상기 저장탱크로 공급하여, 상기 저장탱크 내벽을 쿨링시키는 쿨링라인;을 포함하는 액화가스 저장 선박이 제공될 수 있다.
상기 독립형 탱크 내에 저장된 액화가스를 상기 엔진의 연료로 공급하는 연료보충라인을 더 포함할 수 있다.
상기 저장탱크에 저장된 액화가스의 증발가스에 대한 재액화가 이루어지도록 상기 독립형 탱크의 액화가스를 상기 저장탱크로 공급하는 재액화라인과, 상기 재액화라인을 통해 공급된 액화가스를 상기 저장탱크 내부에 분사시키는 분사노즐을 더 포함하되, 상기 재액화라인은 상기 쿨링라인에서 분기되어 상기 저장탱크 내측으로 연장되게 마련될 수 있다.
상기 저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스를 압축하는 압축부와, 상기 독립형 탱크로부터 공급된 액화가스와 상기 압축된 액화가스 증발가스 간 열교환을 수행하는 열교환부와, 상기 열교환부를 통과한 액화가스 증발가스를 팽창시키는 팽창부와,
상기 팽창된 상기 액화가스 증발가스를 액체 성분과 기체 성분으로 분리시키는 세퍼레이터를 더 포함하되, 상기 분리된 액체 성분은 상기 저장탱크에 저장되고, 상기 분리된 기체 성분은 상기 독립형 탱크에 저장할 수 있다.
상기 열교환부를 거쳐 상기 독립형 탱크에 다시 저장되도록 상기 독립형 탱크 내의 액화가스를 순환 공급하는 순환라인을 더 포함할 수 있다.
상기 저장탱크는 선박 내부에 복수 개 설치되고, 상기 독립형 탱크는 선박 데크 상에 하나 이상 설치될 수 있다.'
상기 독립형 탱크는 압력식 탱크일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액화가스 저장 선박은 효율적인 쿨링 작업이 수행되도록 할 수 있다.
또, 독립형 탱크에 저장된 액화가스를 엔진의 연료로 이용할 수 있다.
또, 독립형 탱크에 저장된 액화가스를 각 저장탱크의 액화가스 증발가스의 재액화에 이용할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 액화가스 저장 선박을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액화가스 저장 선박을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 액화가스 저장 선박을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 액화가스 저장 선박(100)(이하, “선박(100)”이라 함)은 액화가스를 저장하는 저장탱크(101)보다 상위에 배치되며, 액화가스를 저장하는 독립형 탱크(110), 및 저장탱크(101)에 액화가스를 채우기 이전에, 독립형 탱크(110)에 저장된 액화가스를 저장탱크(101)로 공급하여, 저장탱크(101) 내벽에 대한 쿨링 작업이 수행되도록 하는 쿨링라인(L1)을 포함한다.
이러한 선박(100)은 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함할 수 있다. 또, 본 발명의 실시 예에 따른 액화가스는 액화천연가스, 액화에탄, 액화에틸렌, 액화석유가스, 액화프로판, 및 액화부탄 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
저장탱크(101)는 선박(100) 내부에 복수 개 설치되고, 예컨대 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크를 포함할 수 있다. 액화가스 하역 또는 선박 연료로 액화가스를 전량 소진하여 내부가 텅 빈 저장탱크(101)에 대해 불활성화 작업이 수행된 후 쿨링 작업이 진행될 수 있다. 불활성화 작업은 공지된 다양한 기술을 이용하여 수행될 수 있으므로 관련된 설명은 생략한다.
쿨링 작업은 독립형 탱크(110)에 저장된 액화가스를 이용하여 이루어질 수 있다. 즉, 종래에는 저장탱크 중 어느 하나에 잔량의 액화가스를 남겨두어 쿨링 작업을 수행하였으나, 본 발명의 실시 예에서는 독립형 탱크(110)에 미리 저장된 액화가스를 이용하여 쿨링 작업이 수행될 수 있다.
이러한 독립형 탱크(110)는 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 압력식 C타입 탱크일 수 있으며, 이외에도 다양한 종류의 압력식 탱크로 구현될 수 있다.
독립형 탱크(110)가 압력식 탱크로 제작된 경우, 액화가스에 의해 발생하는 증발가스 처리를 수행하지 않고도 상당 시간 동안 액화가스 증발가스를 홀딩할 수 있다.
독립형 탱크(110)는 저장탱크(101)보다 상위에 배치되되, 선박(100) 데크 상에 하나 이상 설치될 수 있다. 독립형 탱크(110)는 저장탱크(101)에 비해 사이즈가 매우 작아 선박 데크 상에 용이하게 설치될 수 있다.
이와 같이 독립형 탱크(110)가 저장탱크(101)가 배치되는 선박의 내부 공간을 차지하지 않으므로, 독립형 탱크(110)의 간섭을 받지 않고 저장탱크(101)를 대용량의 액화가스를 수용하도록 설계하여 선박 내부에 효과적으로 설치할 수 있다.
또, 독립형 탱크(110)가 저장탱크(101)보다 상위에 위치하고 있으므로, 쿨링 작업 시 독립형 탱크(110) 내의 액화가스를 위치 차이에 따른 압력에 의해 쿨링라인(L1)을 통해 저장탱크(101)로 효과적으로 내보낼 수 있다. 쿨링라인(L1)의 일측은 독립형 탱크(110)에 연결되고, 타측은 저장탱크(101) 내측으로 연장되게 마련되어 있다.
또, 도시하지는 않았으나, 스프레이장치에 의해 독립형 탱크(110)로부터 공급된 액화가스를 저장탱크(101) 내벽에 분사시켜 쿨링 작업을 수행할 수 있다. 스프레이장치(미도시)는 저장탱크(101) 내측의 쿨링라인(L1)에 마련되며, 독립형 탱크(110)로부터 공급받은 액화가스를 저장탱크(101) 내벽에 분사시킬 수 있다.
독립형 탱크(110)에 저장된 액화가스는 저장탱크(101)에 채워질 액화가스와 동일한 종류일 수 있다. 예컨대 저장탱크(101)에 저장된 액화가스(제1액화가스)가 연료로 전량 소진된 이후, 선박 정박 후 다른 종류의 액화가스(제2액화가스)를 저장탱크(101)에 채울 경우를 가정해 보자.
이때, 저장탱크(101)에 선적될 제2액화가스를 독립형 탱크(110)에 미리 저장시켜 두면, 선박 운항 중에 제1액화가스를 연료로 전량 소진한 저장탱크(101)에 대해 제2액화가스를 사용하여 미리 쿨링 작업을 수행할 수 있다.
통상적으로 저장탱크(101)는 상당히 규모가 크기 때문에, 쿨링 작업을 수행하는 데에 많은 시간이 소요될 수 있다. 이러한 쿨링 작업을 선박 정박 후 수행할 경우, 선박 운항 및 공급처에 일정에 따라 화물을 공급하는 데에 차질을 줄 수 있다. 따라서, 독립형 탱크(110)를 마련하여 선박 운항 중에 저장탱크(101)에 선적될 제2액화가스로 쿨링 작업을 수행할 수 있어, 차후 신속하고 효율적인 화물 선적 작업이 이루어질 수 있게 된다.
마찬가지로, 저장탱크(101)에 저장된 액화가스(제1액화가스)를 하역한 이후, 다른 종류의 액화가스(제2액화가스)를 저장탱크(101)에 채울 경우, 독립형 탱크(110)에 미리 저장시켜 둔 제2액화가스를 이용하여 저장탱크(101)에 대한 쿨링 작업을 수행할 수 있다.
이와 같이, 종래에는 저장탱크에 잔량의 액화가스를 남겨두어, 해당 액화가스를 언로딩한 후 다른 저장탱크에 대한 쿨링 작업을 수행하였으나, 본 발명의 실시 예에서는 저장탱크(101)에 비해 상위에 배치된 독립형 탱크(110)에 저장된 액화가스를 이용하여 복수의 저장탱크(101)에 대한 일괄적인 쿨링 작업이 효과적으로 수행될 수 있다.
독립형 탱크(110)에 저장된 액화가스를 이용하여 저장탱크(101) 내벽에 대한 쿨링 작업이 완료된 이후에는 저장탱크(101)에 대한 액화가스 로딩 작업이 이루어지고, 저장탱크(101)에 저장된 액화가스는 엔진(E)의 연료로 공급된다. 엔진(E)은 저압, 중압 또는 고압가스 분사엔진을 포함할 수 있다. 저압가스 분사엔진은 DFDE 엔진과 같은 발전용 엔진을 포함할 수 있다. 저압가스 분사엔진은 천연가스뿐 아니라 중유(HFO, Heavy Fuel Oil) 등을 연료로 이용할 수 있는 이중연료엔진일 수 있다. 중압가스 분사엔진은 대략 16 내지 18bar 정도의 연료가스를 이용할 수 있다. 고압가스 분사엔진은 대략 150 내지 400bar 정도의 연료가스를 이용하는 것으로 ME-GI 엔진을 포함할 수 있다.
이때, 선박(100) 운항 중에 저장탱크(101)에 채워진 액화가스를 엔진(E)의 연료로 공급하는 과정에서, 저장탱크(101)로부터 공급되는 액화가스가 엔진(E)이 필요로 하는 연료량보다 적은 경우, 부족한 연료량을 보충시키기 위해, 독립형 탱크(110) 내에 저장된 액화가스를 엔진(E)의 연료로 공급하는 연료보충라인(L2)이 마련될 수 있다. 이 경우, 쿨링라인(L1) 상의 제1밸브(V1)가 클로즈된 상태에서, 연료보충라인(L2) 상의 제2밸브(V2)가 오픈된다. 도시하지는 않았으나, 저장탱크(101)에 저장된 액화가스의 양 및 엔진(E)의 연료 소모량 등을 측정하는 센서가 마련될 수 있고, 제어부는 측정된 값을 기초로 각 밸브(V1, V2)를 제어할 수 있다.
또, 저장탱크(101)에 저장된 액화가스의 증발가스에 대한 재액화가 이루어지도록 독립형 탱크(110)의 액화가스를 저장탱크(101)로 공급하는 재액화라인(L3)과, 재액화라인(L3)을 통해 공급된 액화가스를 저장탱크(101) 내부에 분사시키는 분사노즐(120)이 마련될 수 있다.
재액화라인(L3)은 쿨링라인(L1)에서 분기된 형태로 각 저장탱크(101) 내측으로 연장되게 마련될 수 있다. 이때, 제1밸브(V1)가 오픈된 상태에서 재액화라인(L3) 상의 제3밸브(V3)가 오픈되고, 저장탱크(101) 내측으로 연장된 쿨링라인(L1) 상의 제4밸브(V4)는 클로즈된다. 그리고, 분사노즐(120)은 재액화라인(L3)을 통해 공급된 액화가스를 저장탱크(101) 내부에 분사시킨다. 분사노즐(120)은 재액화라인(L3)의 끝단에 마련될 수 있다.
한편 도 3을 참조하면, 다른 예로서 독립형 탱크(110)에 저장된 액화가스를 열교환 매체로 이용하여 저장탱크(101) 내부에 발생된 증발가스를 재액화시킬 수 있다. 이를 위해, 저장탱크(101)로부터 공급된 액화가스 증발가스를 압축하는 압축부(130)와, 독립형 탱크(110)로부터 공급된 액화가스와 압축부(130)에 의해 압축된 액화가스 증발가스 간 열교환을 수행하는 열교환부(140)와, 열교환부(140)를 통과한 액화가스 증발가스를 팽창시키는 팽창부(150)와, 팽창부(150)에 의해 팽창된 액화가스 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리시키는 세퍼레이터(160)가 마련될 수 있다.
여기서, 증발가스라인(L4)은 저장탱크(101), 압축부(130), 열교환부(140), 팽창부(150), 세퍼레이터(160) 및 독립형 탱크(110)를 연결한다.
또, 독립형 탱크(110)의 액화가스는 순환라인(L5)을 통해 열교환부(140)로 공급되어, 저장탱크(101)의 액화가스 증발가스와 열교환을 수행한 후, 독립형 탱크(110)에 다시 저장된다.
증발가스라인(L4)을 통해 공급된 저장탱크(101)의 액화가스 증발가스는 압축부(130), 열교환부(140), 팽창부(150)를 거쳐 세퍼레이터(160)에서 액체 성분과 기체 성분으로 분리된다. 분리된 액체 성분은 증발가스라인(L4)의 압축부(130) 전단과 연결된 복귀라인(L6)을 통해 저장탱크(101)에 저장되고, 분리된 기체 성분은 증발가스라인(L4)을 통해 독립형 탱크(110)에 저장된다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
101: 저장탱크 110: 독립형 탱크
120: 분사노즐 130: 압축부
140: 열교환부 150: 팽창부
160: 세퍼레이터 L1: 쿨링라인
L2: 연료보충라인 L3: 재액화라인
L4: 증발가스라인 L5: 순환라인
L6: 복귀라인

Claims (6)

  1. 액화가스 및 증발가스를 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크보다 상위에 배치되며, 액화가스를 저장하는 독립형 탱크;
    상기 독립형 탱크에 저장된 액화가스를 상기 저장탱크로 공급하여, 상기 저장탱크 내벽을 쿨링시키는 쿨링라인;
    상기 저장탱크로부터 공급된 액화가스 증발가스를 압축하는 압축부;
    상기 독립형 탱크로부터 공급된 액화가스와 상기 압축된 액화가스 증발가스 간 열교환을 수행하는 열교환부;
    상기 열교환부를 통과한 액화가스 증발가스를 팽창시키는 팽창부; 및
    상기 팽창된 액화가스 증발가스를 액체 성분과 기체 성분으로 분리시키는 세퍼레이터;를 포함하며,
    상기 분리된 액체 성분은 상기 저장탱크에 저장되고,
    상기 분리된 기체 성분은 상기 독립형 탱크에 저장되는 액화가스 저장 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 독립형 탱크 내에 저장된 액화가스를 엔진의 연료로 공급하는 연료보충라인을 더 포함하는 액화가스 저장 선박.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저장탱크에 저장된 액화가스의 증발가스에 대한 재액화가 이루어지도록 상기 독립형 탱크의 액화가스를 상기 저장탱크로 공급하는 재액화라인과,
    상기 재액화라인을 통해 공급된 액화가스를 상기 저장탱크 내부에 분사시키는 분사노즐을 더 포함하되,
    상기 재액화라인은 상기 쿨링라인에서 분기되어 상기 저장탱크 내측으로 연장되게 마련된 액화가스 저장 선박.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부를 거쳐 상기 독립형 탱크에 다시 저장되도록 상기 독립형 탱크 내의 액화가스를 순환 공급하는 순환라인을 더 포함하는 액화가스 저장 선박.
  6. 제1항 내지 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장탱크는 선박 내부에 복수 개 설치되고,
    상기 독립형 탱크는 선박 데크 상에 하나 이상 설치된 액화가스 저장 선박.
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