KR101797622B1 - Ｆｌｎｇ의 불활성가스 공급 시스템 및 ｆｌｎｇ에서의 불활성가스 공급 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연가스를 액화하기 위한 액화설비에 냉매로서 공급되기 위한 질소 가스를 생산하는 질소발생기, 상기 질소발생기로부터 발생된 질소 가스를 저장하기 위한 질소 저장탱크 및 액화천연가스를 비롯한 저장 유체를 저장하기 위해 마련되는 유체 저장탱크를 포함하고, 상기 질소 저장탱크에 저장된 질소 가스가 상기 유체 저장탱크에 공급되어 상기 유체 저장탱크의 내부를 치환하는 것을 특징으로 하는 FLNG의 불활성가스 공급 시스템으로서, 본 발명에 의하면, 별도의 불활성가스 생산시설 없이 불활성가스 퍼징을 요하는 저장탱크에 불활성가스를 공급할 수 있게 한다.

Description

ＦＬＮＧ의 불활성가스 공급 시스템 및 ＦＬＮＧ에서의 불활성가스 공급 방법{INERT GAS SUPPLYING SYSTEM OF FLNG AND INERT GAS SUPPLYING METHOD IN FLNG}

본 발명은 FLNG에서 불활성가스를 이용하여 각종 유체 저장탱크를 퍼징하기 위한 불활성가스 공급 시스템 및 그 공급 방법에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 연소 시 대기오염물질 배출이 적은 친환경 연료로서, 그 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있다. 일반적으로 액화가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 후 수송선(LNGC, LNG Carrier)에 의해 목적지까지 이송되는데, 가스를 극저온으로 액화시킨 액화천연가스는 기체 상태로 존재할 때에 비해 그 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송을 용이하게 하는 장점이 있다.

최근에는 이를 하나의 부유식 구조물에서 LNG의 생산과 저장 및 하역을 할 수 있도록 제작된 구조물로서, LNG-FPSO(LNG Floating Production, Storage and Offloading, FLNG)가 개발되어 이용되고 있다.

즉, FLNG는 천연가스 매장 지역에 계류하여 천연가스를 채굴하여 액화천연가스 생산설비에 의해 액화천연가스를 생산하고, 이를 저장하기 위한 다수의 액화천연가스 저장탱크를 구비하고 있으며, 액화천연가스 생산 과정에서 산출되는 경제성을 갖는 컨덴세이트(CONDENSATE)를 저장하기 위한 컨덴세이트 저장탱크 또한 구비하게 된다.

이와 같이 생산되는 액화천연가스는 메테인을 비롯한 탄화수소 계열이 주성분을 이루고, 액화과정에 의해서 초저온 상태로 고압으로 압축되어 저장되기 때문에 폭발 위험성을 내포하고 있다.

그래서, 저장탱크는 최대한 저온상태를 유지할 수 있는 특성을 지녀야 하며, 폭발의 위험을 방지하기 위해서 질소 등의 불활성가스를 저장탱크에 채워 퍼징(Purging)을 실시하게 된다.

따라서, 기존의 FLNG 등에서는 저장탱크에 불활성가스 퍼징을 위해서 별도의 불활성가스를 생산하기 위한 장치 및 이를 저장 및 공급하기 위한 장치들을 갖추었어야 했다.

한국등록특허공보 제10-1447864호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 별도의 불활성가스 생산시설 없이 불활성가스 퍼징을 요하는 저장탱크에 불활성가스를 공급할 수 있는 FLNG의 불활성가스 공급 시스템 및 FLNG에서의 불활성가스 공급 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 FLNG의 불활성가스 공급 시스템은, 천연가스를 액화하기 위한 액화설비에 냉매로서 공급되기 위한 질소 가스를 생산하는 질소발생기, 상기 질소발생기로부터 발생된 질소 가스를 저장하기 위한 질소 저장탱크 및 액화천연가스를 비롯한 저장 유체를 저장하기 위해 마련되는 유체 저장탱크를 포함하고, 상기 질소 저장탱크에 저장된 질소 가스가 상기 유체 저장탱크에 공급되어 상기 유체 저장탱크의 내부를 치환하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 질소발생기로부터 발생된 질소 가스의 산소 농도를 분석하고, 분석된 산소 농도가 3% 이하인 경우에만 상기 질소 저장탱크로 질소 가스를 공급하는 산소농도 분석기를 더 포함할 수 있다.

나아가, 상기 질소 저장탱크는 NLQ 저장탱크(low-quality-nitrogen storage tank)이며, 상기 NLQ 저장탱크에 저장된 질소 가스의 산소 농도를 1% 이하로 조절하기 위한 NHQ 프로세스유닛(high-quality-nitrogen process unit) 및 상기 NHQ 프로세스유닛에 의해 산소 농도가 1% 이하로 조절된 질소 가스를 저장하기 위한 NHQ 저장탱크(high-quality-nitrogen storage tank)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 유체 저장탱크는 액화천연가스 저장탱크(LNG tank) 및 아민 저장탱크(Amine tank)를 포함하고, 상기 액화천연가스 저장탱크에는 상기 NHQ 저장탱크에 저장된 질소 가스가 공급되는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 유체 저장탱크는 컨덴세이트 저장탱크(Condensate tank)를 포함하고, 상기 컨덴세이트 저장탱크에는 상기 NLQ 저장탱크에 저장된 질소 가스가 공급될 수 있다.

본 발명에 따른 FLNG에서의 불활성가스 공급 방법은, 천연가스를 액화하기 위한 액화설비에 냉매로서 공급되기 위한 질소 가스를 생산하는 단계, 상기 단계에서 생산된 질소 가스를 질소 저장탱크에 저장하는 단계, 액화천연가스를 비롯한 저장 유체를 저장하기 위해 마련되는 유체 저장탱크에 상기 단계에서 저장된 질소 가스를 공급하는 단계를 포함한다.

그리고, 상기 질소 가스를 생산하는 단계에 의해 생산된 질소 가스의 산소 농도를 분석하는 단계를 더 포함하고, 상기 단계에서 분석된 산소 농도가 3% 이하인 경우에만 상기 질소 저장탱크로 질소 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 질소 저장탱크는 NLQ 저장탱크(low-quality-nitrogen storage tank)이며, 상기 NLQ 저장탱크에 저장된 질소 가스의 산소 농도를 1% 이하로 조절하는 단계, 상기 단계에서 산소 농도가 조절된 질소 가스를 NHQ 저장탱크(high-quality-nitrogen storage tank)에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 유체 저장탱크는 액화천연가스 저장탱크(LNG tank) 및 아민 저장탱크(Amine tank)를 포함하고, 상기 유체 저장탱크에 질소 가스를 공급하는 단계는, 상기 액화천연가스 저장탱크 또는 아민 저장탱크에 상기 NHQ 저장탱크에 저장된 질소 가스를 공급하는 단계인 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 유체 저장탱크는 컨덴세이트 저장탱크(Condensate tank)를 포함하고, 상기 유체 저장탱크에 질소 가스를 공급하는 단계는, 상기 컨덴세이트 저장탱크에 상기 NLQ 저장탱크에 저장된 질소 가스를 공급하는 단계인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 FLNG의 불활성가스 공급 시스템 및 FLNG에서의 불활성가스 공급 방법에 의하면, 액화천연가스 저장탱크를 비롯한 각 저장탱크에 공급하기 위한 불활성가스를 생산하기 위한 별도의 장치를 요하지 않고, FLNG에서 필수적으로 구비되는 장치를 이용하여 생산된 불활성가스를 이용하여 이를 해결한다.

그리고, 각각의 유체 저장탱크가 필요로 하는 농도에 맞도록 불활성가스의 농도를 조절하여 제공함으로써, 불활성가스에 의한 저장탱크의 퍼징이 원활히 수행될 수 있게 한다.

또한, 불필요한 장치를 제거할 수 있어 경제적이며, 자원 및 에너지를 절약할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 FLNG의 불활성가스 공급 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

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.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해 필요한 공지의 기술은 필요에 따라 그 설명을 생략하거나 줄이도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 FLNG의 불활성가스 공급 시스템을 개략적으로 도시한 것으로서, 이하 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 FLNG의 불활성가스 공급 시스템 및 이를 이용한 불활성가스 공급 방법을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 FLNG의 불활성가스 공급 시스템은, 천연가스를 액화하기 위한 액화설비에 냉매로서 공급되기 위한 질소 가스를 생산하는 질소발생기(10)에서 질소 가스를 수급하여 이를 불활성 가스로 치환이 필요한 유체 저장탱크에 공급함으로써, 불활성 가스를 이용한 퍼징(Purging)을 위해 별도의 불활성 가스 생산설비 없이 FLNG에 필수적으로 구비되는 질소발생기(10)를 이용하여 퍼징을 수행할 수 있게 한다.

FLNG(Floating LNG, LNG-FPSO)는 천연가스를 채굴, 인입하여 FLNG의 탑사이드에 모듈화되어 마련되는 전처리설비에 의해서 천연가스를 전처리하고, 전처리된 천연가스를 액화설비에 의해서 액화공정을 수행함으로써 액체 상태로 변환하여 이를 LNG 저장탱크에 저장한 후, LNG 운반선 등에 이를 하역할 수 있게 마련된다.

또한, 전처리과정 중 산성가스의 제거를 위해 필요로 하는 아민(Amine)의 저장을 위한 저장탱크 및 천연가스의 분리 과정에서 프로판, 부탄, 나프타 등의 함량이 높아 경제성을 갖는 컨덴세이트를 위한 저장탱크도 구비된다.

본 발명에 따른 FLNG의 불활성가스 공급 시스템은, FLNG이기 때문에 필수적으로 갖추게 되는 천연가스를 액화를 위한 냉매로서의 질소를 생산하는 질소발생기에서 질소 가스를 수급하여 이를 LNG 저장탱크, 컨덴세이트 탱크, 아민 탱크 등에 퍼징을 위해서 공급되도록 하는 것이다.

질소발생기(10)에서 발생되는 질소 가스는 산소농도 분석기(20)를 거치면서 질소 가스에 포함된 산소의 농도를 분석하게 되고, 분석된 질소 가스의 산소 농도가 3% 이하인 경우에만 질소 가스를 NLQ 저장탱크(30, low-quality-nitrogen storage tank)로 공급되게 한다.

이는 FLNG의 선체에 저장하는 다양한 저장유체마다 퍼징을 위해 필요로 하는 질소 가스의 농도가 다르기 때문이며, 폭발성에 따라서 LNG 저장탱크(51) 및 아민 저장탱크(52)는 질소 농도 99% 이상, 산소 농도 1% 이하의 질소 가스에 의한 퍼징이 필요하고, 컨덴세이트 탱크(31)나 슬롭 탱크(33) 또는 오프스펙 컨덴세이트 탱크(34) 등은 질소 농도 97% 이상, 산소 농도 3% 이하의 질소 가스에 의한 퍼징을 요한다.

여기서, 슬롭 탱크(33, slop tank)는 처리과정에 의한 제거가 필요한 유체를 저장하기 위한 것이며, 오프스펙 컨덴세이트 탱크(34, off-spec condensate tank)는 컨덴세이트의 조건에 미달되어 재처리가 필요한 컨덴세이트를 저장하기 위한 탱크이다.

이와 같이 질소발생기(10)에서는 우선적으로 산소 농도가 3% 이하인 질소 가스를 NLQ 저장탱크(30)로 공급하여 이를 저장하고, 산소 농도가 3%를 초과하는 질소 가스는 이를 방출시키게 한다.

한편, 질소발생기(10)를 통해 NLQ 저장탱크(30)로 공급되는 압축 가스는 그 순도를 높이기 위해 필터 수단을 거치게 할 수 있다.

NLQ 저장탱크(30)에 저장된 97% 이상의 질소 농도를 갖는 질소 가스는 이후 퍼징을 요하는 시점에 컨덴세이트 탱크(31), 슬롭 탱크(33) 및 오프스펙 컨덴세이트 탱크(34)에 공급될 수 있게 한다.

이를 위해서 공급 유로 및 필요한 밸브 및 이의 제어 수단 등이 구비될 수 있다.

그리고, 가스의 공급 및 압력의 유지를 위해 저장탱크로의 가스 라인 상에 PV-breaker 가 구비될 수도 있다.

나아가, NLQ 저장탱크(30)에 저장된 질소 가스의 산소 농도를 1% 이하로 조절하기 위한 NHQ 프로세스유닛(40, NHQ process unit)과 산소 농도가 1% 이하로 조절된 질소 가스를 저장하기 위한 NHQ 저장탱크(50, high-quality-nitrogen storage tank)를 더 구비하여 질소 농도 99% 이상의 질소 가스를 LNG 저장탱크(51) 또는 아민 저장탱크(52)에 공급할 수 있게 한다.

NHQ 프로세스유닛(40)은 질소 농도 97% 이상인 압축 가스를 질소 농도 99% 이상으로 순도를 높이기 위한 프로세스를 담당하는 단위로서, 예를 들면 산소 농도 3% 이하의 질소 가스를 반복적으로 압축 및 냉각시키는 것에 의하는 것 등이다.

NHQ 프로세스유닛(40)에 의해 농도 조절되어 NHQ 저장탱크(30)에 저장된 99% 이상의 질소 농도를 갖는 질소 가스는 이후 퍼징을 요하는 시점에 LNG 저장탱크(51)에 공급될 수 있게 한다.

이를 위해서 공급 유로 및 필요한 밸브 및 이의 제어 수단 등이 구비될 수 있고, 가스의 공급 및 압력의 유지를 위해 저장탱크로의 가스 라인 상에 PV-breaker 가 구비될 수도 있다.

이상에서 살핀 바와 같이, 본 발명에 따른 FLNG의 불활성가스 공급시스템 및 FLNG에서의 불활성가스 공급 방법에 의하면, 천연가스를 액화하기 위한 액화설비에 냉매로서 공급되기 위한 질소 가스를 생산하는 질소발생기(10)에서 질소 가스를 수급하여 이를 불활성 가스로 치환이 필요한 유체 저장탱크에 공급함으로써, 불활성 가스를 이용한 퍼징(Purging)을 위해 별도의 불활성 가스 생산설비 없이 FLNG에 필수적으로 구비되는 질소발생기를 이용하여 퍼징을 수행할 수 있게 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 FLNG의 불활성가스 공급시스템 및 FLNG에서의 불활성가스 공급 방법은, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

10 : 질소발생기
20 : 산소농도 분석기
30 : NLQ 저장탱크
40 : NHQ 프로세스유닛
50 : NHQ 저장탱크
51 : LNG 저장탱크
52 : 아민 저장탱크

Claims (10)

1. 천연가스를 액화하기 위한 액화설비에 냉매로서 공급되기 위한 질소 가스를 생산하는 질소발생기;
   액화천연가스를 비롯한 저장 유체를 저장하기 위해 마련되는 유체 저장탱크;
   상기 질소발생기에서 생성된 질소 가스를 저장하기 위한 질소 저장탱크; 및
   상기 질소발생기로부터 발생된 질소 가스의 산소 농도를 분석하고, 분석된 산소 농도가 제1 농도 이하인 경우에만 상기 질소 저장탱크로 질소 가스를 공급하는 산소분석기;를 포함하고,
   상기 질소 저장탱크는 상기 산소 농도가 제1 농도 이하인 질소 가스를 저장하는 NLQ 저장탱크(low-quality-nitrogen storage tank);를 포함하며,
   상기 NLQ 저장탱크에 저장된 질소 가스의 산소 농도를 제2 농도 이하로 조절하기 위한 NHQ 프로세스유닛(high-quality-nitrogen process unit);를 더 포함하고,
   상기 질소 저장탱크는 상기 NHQ 프로세스유닛에 의해 산소 농도가 조절된 질소 가스를 저장하는 NHQ 저장탱크(high-quality-nitrogen storage tank);를 더 포함하여,
   상기 NLQ 저장탱크 또는 NHQ 저장탱크 중 어느 하나에 저장된 질소 가스가 상기 유체 저장탱크에 공급되어 상기 유체 저장탱크의 내부를 치환하는 것을 특징으로 하는, FLNG의 불활성가스 공급 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 농도는 3% 이하이고,
   상기 산소분석기는 상기 질소 가스의 산소 농도가 3% 이하인 경우에만 상기 NLQ 저장탱크로 질소 가스를 공급하도록 하는, FLNG의 불활성가스 공급 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 농도는 1% 이하이고,
   상기 NHQ 프로세스유닛에 의해 산소 농도가 1% 이하로 조절된 질소 가스가 상기 NHQ 저장탱크에 저장되는, FLNG의 불활성가스 공급 시스템.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유체 저장탱크는 액화천연가스 저장탱크(LNG tank) 및 아민 저장탱크(Amine tank)를 포함하고,
   상기 액화천연가스 저장탱크 또는 아민 저장탱크에는 상기 NHQ 저장탱크에 저장된 질소 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는, FLNG의 불활성가스 공급 시스템.
5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유체 저장탱크는 컨덴세이트 저장탱크(Condensate tank)를 포함하고,
   상기 컨덴세이트 저장탱크에는 상기 NLQ 저장탱크에 저장된 질소 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는, FLNG의 불활성가스 공급 시스템.
6. 천연가스를 액화하기 위한 액화설비에 냉매로서 공급되기 위한 질소 가스를 생산하는 단계;
   상기 단계에서 생산된 질소 가스를 질소 저장탱크에 저장하는 단계;
   액화천연가스를 비롯한 저장 유체를 저장하기 위해 마련되는 유체 저장탱크에 상기 단계에서 저장된 질소 가스를 공급하는 단계;를 포함하고,
   상기 질소 가스를 질소 저장탱크에 저장하는 단계는,
   상기 생산된 질소 가스의 산소 농도를 분석하는 단계;를 더 포함하여,
   상기 분석된 산소 농도가 제1 농도 이하인 경우에만 NLQ 저장탱크로 질소 가스를 공급하여 저장하고,
   상기 NLQ 저장탱크에 저장된 질소 가스의 산소 농도를 제2 농도 이하로 조절하는 단계;를 더 포함하여,
   상기 산소 농도가 제2 농도 이하로 조절된 질소 가스를 NHQ 저장탱크에 저장하고,
   상기 NLQ 및 NHQ 저장탱크 중 어느 하나에 저장된 질소 가스를 상기 유체 저장탱크에 공급하여 유체 저장탱크의 내부를 치환하는, FLNG에서의 불활성가스 공급 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제1 농도는 3% 이하이고,
   상기 산소 농도를 분석하는 단계에서 분석된 산소 농도가 3% 이하인 경우에만 상기 NLQ 저장탱크로 질소 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는, FLNG에서의 불활성가스 공급 방법.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 제2 농도는 1% 이하인, FLNG에서의 불활성가스 공급 방법.
9. 청구항 6 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유체 저장탱크는 액화천연가스 저장탱크(LNG tank) 및 아민 저장탱크(Amine tank)를 포함하고,
   상기 유체 저장탱크에 질소 가스를 공급하는 단계는,
   상기 액화천연가스 저장탱크 또는 아민 저장탱크에 상기 NHQ 저장탱크에 저장된 질소 가스를 공급하는 단계인 것을 특징으로 하는, FLNG에서의 불활성가스 공급 방법.
10. 청구항 6 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 저장탱크는 컨덴세이트 저장탱크(Condensate tank)를 포함하고,
    상기 유체 저장탱크에 질소 가스를 공급하는 단계는,
    상기 컨덴세이트 저장탱크에 상기 NLQ 저장탱크에 저장된 질소 가스를 공급하는 단계인 것을 특징으로 하는, FLNG에서의 불활성가스 공급 방법.

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