KR101875089B1 - 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화천연가스가 저장되어 있는 탱크에 이상 고압 또는 이상 저압이 발생하는 경우 탱크를 보호할 수 있는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치는 부유식 액화천연가스 설비에 설치되어 액화천연가스를 저장하는 LNG 저장탱크(100); 및 상기 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간과 연결하되, 상기 LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이상 또는 이하인 경우에 개방되는 안전밸브(200);를 포함하되, 상기 안전밸브(200)는 상기 부유식 액화천연가스 설비에 전원공급이 중단되는 경우에 작동하는 것;을 특징으로 한다.

Description

부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치{ABNORMAL PRESSURE PROTECTION APPARATUS FOR FLNG STORAGE}

본 발명은 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화천연가스가 저장되어 있는 탱크에 이상 고압 또는 이상 저압이 발생하는 경우 탱크를 보호할 수 있는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치에 관한 것이다.

천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나 액화천연가스(LNG; liquefied natureal gas) 또는 액화석유가스(LPG; liquefied petroleum gas) 상태로 액화된 후에 LNG 수송선이나 LPG 수송선에 저장되어 운반된다.

액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스상태와 비교할 때 그 부피가 대략 1/600로 줄어들기 때문에 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

최근에는 LNG FPSO(floating, production, storage and offloading)나 LNG FSRU(floating storage and regasification unit), FLNG(floating LNG)와 같이 심해에서 시추 또는 생산된 LNG를 LNG가 소비지역으로 운반하는 LNG 운반선으로 하역하기 전에 이를 보관하는 해상부유 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 해상부유 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 LNG 저장탱크가 포함된다.

한편, LNG 저장탱크 내에는 액화천연가스가 지속적으로 자연 기화되어 증발가스(boil-off gas)가 발생하게 되는데, 증발가스가 축적되면 LNG 저장탱크 내의 압력은 과도하게 상승하게 되어 LNG 저장탱크에 손상을 야기하게 되므로 이상 고압을 해소시킬 필요가 있고, 종래에는 LNG 저장탱크를 보호하기 위해 증발가스를 가스 연소기(gas combstion unit, GCU)로 보내거나 플레어 시스템(flare system)에 의해 소각하는 방법으로 이상고압을 방지하였다.

그러나, 이러한 이상고압 방지를 위한 장치들은 별도의 고가 장비들을 설치하여야 하는 단점이 있고, 해상부유 구조물에 전원공급이 끊어진 경우에는 작동이 되지 않아 여전히 증발가스로 인한 LNG 저장탱크의 손상 위험을 가지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액화천연가스 설비에 전원공급이 공급되는 경우뿐만 아니라 전원공급이 차단되는 경우에도 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 처리할 수 있도록 하여 LNG 저장탱크의 손상을 방지하고 함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 부유식 액화천연가스 설비에 설치되어 액화천연가스를 저장하는 LNG 저장탱크(100); 및 상기 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간과 연결하되, 상기 LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이상 또는 이하인 경우에 개방되는 안전밸브(200);를 포함하되, 상기 안전밸브(200)는 상기 부유식 액화천연가스 설비에 전원공급이 중단되는 경우에 작동하는 것;을 특징으로 하는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치를 제공한다.

상기 안전밸브(200)의 입구는 상기 LNG 저장탱크의 상부 공간과 연결되며, 출구는 외기와 연결되는 것;을 특징으로 한다.

상기 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간과 연결하되, 증발가스가 흐르는 증발가스라인(300); 상기 LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이하인 경우에 상기 증발가스라인(300)을 통해 상기 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간으로 증발가스를 주입하는 증발가스 주입수단(310); 및 상기 LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이상인 경우에 상기 증발가스라인(300)을 통해 상기 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간으로부터 증발가스를 배출하는 증발가스 배출수단(320);을 더 포함하되, 상기 증발가스 주입수단(310) 및 증발가스 배출수단(320)은 상기 부유식 액화천연가스 설비에 전원공급이 이루어지는 경우에 작동하는 것;을 특징으로 한다.

상기 증발가스 주입수단(310) 및 증발가스 배출수단(320)은 펌프인 것;을 특징으로 한다.

상기 LNG 저장탱크(100)는 다수개 설치하되, 상기 안전밸브(200)는 적어도 하나의 LNG 저장탱크(100)에 설치되고, 상기 LNG 저장탱크(100) 각각의 상부공간과 연결되는 증발가스라인(300)이 합류하되, 상기 증발가스 주입수단(310) 및 증발가스 배출수단(320)의 전단에 설치되는 증발가스 헤더(400);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 부유식 액화천연가스 설비에 전원공급이 중단되는 경우에 액화천연가스를 저장하는 LNG 저장탱크(100) 내부의 압력이 일정압력 이상이거나 이하인 경우 개방되어 상기 LNG 저장탱크(100)를 보호하는 안전밸브(200);를 포함하며, 상기 설비에 정상적으로 전원이 공급되는 경우에 상기 LNG 저장탱크(100) 내부의 압력이 일정압력 이상인 경우 증발가스 배출수단(320)에 의해 LNG 저장탱크(100) 내부공간의 증발가스를 외부로 배출하고, 일정압력 이하인 경우 증발가스 주입수단에 의해 LNG 저장탱크(100) 내부로 증발가스를 주입하는 것;을 특징으로 하는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치를 제공한다.

상기 부유식 액화천연가스 설비는 FLNG 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 액화천연가스 설비에 전원이 공급되는 경우뿐만 아니라 전원이 차단되는 경우에도 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스로 인한 과압(overpressure)을 처리할 수 있을 뿐만아니라 진공 등으로 인한 저장탱크의 부압 생성을 막아 저장탱크의 파손을 방지할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치를 개략적으로 도시한 도면.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명한다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치는, LNG 저장탱크(100) 및 안전밸브(200)를 포함한다.

LNG 저장탱크(100)는 부유식 액화천연가스 설비에 설치되어 액화천연가스를 저장하기 위하여 특수하게 제작된 탱크로, 천연가스 저장시설이나 LNG수송선 또는 육상저장시설 등에서 종래에 일반적으로 사용되는 것이다.

안전밸브(200)는 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간과 연결하되, LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이상 또는 이하인 경우에 개방되어 LNG 저장탱크(100)의 내부 압력을 안정화시키도록 한다.

즉, 안전밸브(200)의 입구는 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간과 연결되고, 출구는 외기 또는 별도의 다른 저장용기에 연결되어, LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이상인 경우에는 안전밸브(200)가 개방되어 LNG 저장탱크(100) 상부의 증발가스를 외기로 배출하거나 별도의 저장용기에 저장되도록 할 수 있고, LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이하인 경우에는 안전밸브(200)가 개방되어 외기 또는 또다른 별도의 저장용기에 저장되어 있는 불활성 가스 등이 LNG 저장탱크(100)로 공급되도록 할 수 있다.

이로 인해 저장탱크(100)가 과압(overpressure) 또는 부압(負壓 : 진공을 포함하는 개념)으로 인해 파손되는 것을 방지하게 된다.

안전밸브(200)가 작동하는 일정압력 이상인 경우의 압력은 LNG 저장탱크가 견딜수 있는 내부 팽창 압력(예를 들면, 25 kPag) 이상의 압력이 될 수 있고, 일정압력 이하인 경우의 압력은 LNG 저장탱크(100)가 견딜 수 있는 내부 감소 압력(예를 들면, -1 kPag) 이하의 압력이 될 수 있다.

이러한 안전밸브(200)는 부유식 액화천연가스 설비에 전원공급이 중단되는 등 전기장치들이 작동하지 않는 비상시에 작동하도록 설치한다.

본 발명에 따른 이상압력 보호장치는, LNG 저장탱크(100)의 상부 공간과 연결되어 내부에 증발가스가 흐르는 증발가스라인(300)고, 증발가스 주입수단(310) 및 증발가스 배출수단(320)을 더 포함할 수 있는데, 증발가스 주입수단(310) 및 증발가스 배출수단(320)은 부유식 액화천연가스 설비에 전원공급이 이루어지는 경우에 작동되도록 한다.

증발가스 주입수단(310)은 LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이하인 경우에 증발가스라인(300)을 통해 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간으로 증발가스를 주입하도록 하며, 증발가스 배출수단(320) LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이상인 경우에 증발가스라인(300)을 통해 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간으로부터 증발가스를 배출하도록 한다.

이들 증발가스 주입수단(310) 및 증발가스 배출수단(320)은 부유식 액화천연가스 설비가 정상작동 중에 작동되는 수단들이므로 상술한 안전밸브(200)가 작동되는 압력과 반드시 동일하도록 설정될 필요는 없을 것이다.

즉, 안전밸브(200)는 비상시에 작동하도록 설치되는 장비이므로 안전밸브(200)가 작동되는 압력은 비상시에 LNG 저장탱크(100)가 견딜수 있는 한계압력과 근사할 정도일 수 있으나, 증발가스 주입수단(310) 및 배출수단(320)은 정상 운전시 작동하도록 설치되는 장비이므로 작동 압력은 액화천연가스설비의 운전범위에 따라 적정하게 설정될 수 있다.

증발가스 배출수단(320)은 LNG 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스를 LNG 저장탱크(100) 외부로 배출하여 처리하는 수단으로서, 단순히 발생된 증발가스를 소비시키는 가스 연소기(GCU) 또는 플레어 시스템(330)이거나, 증발가스를 필요로하는 각종 수요처일 수 있으며, 발생된 증발가스를 재활용하기 위해 별도의 탱크에 저장시킬 수도 있을 것이다.

증발가스 주입수단(310)에서 LNG 저장탱크(100)로 주입하는 증발가스는 증발가스 배출수단(320)에 의해 배출되는 증발가스를 저장시킨 탱크로부터 공급받거나, 별도로 LNG를 기화시켜 얻는 증발가스를 사용할 수 있다.

이러한 증발가스 주입수단(310) 및 배출수단(320)은 일반적인 펌프 또는 컴프레서(compressor)를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 다른 부유식 액화천연가스 설비는 다수개 설치되는 LNG 저장탱크(100) 각각의 상부공간과 연결되는 증발가스라인(300)이 합류할 수 있도록 증발가스 주입수단(310) 및 증발가스 배출수단(320)의 전단에 증발가스 헤더(400)를 설치할 있다.

증발가스 헤더(400)는 증발가스를 일정량 수용할 수 있어 증발가스량의 급격한 변화를 흡수할 수 있도록 하여 이상압력 보호장치에 시스템충격이 가해지는 것을 방지하도록 한다.

또한, 증발가스 배출수단의 전단에 증발가스 석션드럼(321)을 설치하여 LNG 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스를 1차적으로 저장한 후 증발가스 배출수단(320)으로 증발가스를 처리하도록 하여 추가적으로 증발가스량의 급격한 변화에 대처하도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 LNG 저장탱크(100)의 내부에는 LNG 저장탱크(100) 내의 LNG 상태(압력, 밀도, 온도, 액위 등)를 측정할 수 있는 센서(150)를 설치할 수 있다.

도 1 및 도 2에서는 일예로 액위, 온도 및 밀도를 측정할 수 있는 LTD(Level, Temperature and Density) 센서를 LNG 저장탱크(100)의 내부에 설치한 것을 도시하였다.

이러한 센서(150)는 LTD 센서와 같이 하나의 측정장치에서 온도와 밀도 및 LNG의 액위를 측정할 수 있는 센서는 물론 온도·밀도·위치센서가 각각 탱크의 내부에 설치되어 LNG의 각 층별 밀도와 온도, 압력 등을 측정할 수 있으며, 필요에 따라서는 동일한 센서가 다수 개씩 동시에 설치될 수도 있는 등 LNG의 온도와 밀도 등 LNG의 상태를 측정할 수 있는 장치라면 공지의 다양한 구성을 가진 센서가 사용될 수 있다.

증발가스라인(300)은 LNG 저장탱크(100) 상측에 수용되어 있는 액화천연가스를 배출할 수 있도록 LNG 저장탱크(100)의 상측에 설치되는 것이 바람직하며, 증발가스를 배출 및 주입하는데 적합한 공지의 파이프라인으로 구성될 수 있다.

증발가스라인(300)에는 게이트밸브(미도시)나 컨트롤밸브(미도시) 등 공지의 다양한 차단밸브 또는 안전밸브가 구비될 수 있는데, 증발가스의 흐름을 외부 또는 원거리에서 자동으로 제어할 수 컨트롤밸브(180)가 구비될 수 있으며, 비상시에는 수동으로 라인을 차단할 수 있는 게이트밸브(160)가 더 구비될 수 있다.

그 외에도 증발가스라인(300)에는 필요에 따라 다양한 계측유닛과 밸브가 구비될 수 있음은 물론이다.

이 때, 비상시에는 증발가스 주입 및 배출에 관련된 전기장비들이 작동되지 않으므로 증발가스라인(300)에 설치되는 밸브들은 전기공급이 중단되는 경우 자동으로 닫히도록 구성되는 밸브를 사용하여 비상시에 정상운전 중에 사용되는 장비들이 보호될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치는, 부유식 액화천연가스 설비에 전원공급이 중단되는 경우에는 액화천연가스를 저장하는 LNG 저장탱크(100) 내부의 압력이 일정압력 이상이거나 이하인 경우 개방되어 LNG 저장탱크(100)를 보호하는 안전밸브(200);를 포함하며, 부유식 액화천연가스 설비에 정상적으로 전원이 공급되는 경우에는 LNG 저장탱크(100) 내부의 압력이 일정압력 이상인 경우 증발가스 배출수단(320)에 의해 LNG 저장탱크(100) 내부공간의 증발가스를 외부로 배출하고, 일정압력 이하인 경우 증발가스 주입수단에 의해 LNG 저장탱크(100) 내부로 증발가스를 주입하도록 한다.

본 실시예에서도 상술한 실시예와 같은 추가 기술구성들이 부가될 수 있음은 당연하고, 동일한 기술구성은 동일한 기능을 한다.

본 발명에 따른 실시예의 부유식 액화천연가스 설비는 FLNG인 것이 바람직하다.

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.

100: 제1 저장탱크
130: 제1 펌프
150: 이송관
160: 게이트밸브
180: 컨트롤밸브
200: 제2 제1 저장탱크

Claims (7)

1. 부유식 액화천연가스 설비에 설치되어 액화천연가스를 저장하는 LNG 저장탱크(100); 및
   상기 LNG 저장탱크(100)의 상부와 연결되며, 증발가스가 흐르는 증발가스라인(300);
   상기 LNG 저장탱크(100)의 상부와 연결되되 상기 증발가스라인(300)과는 별도로 마련되는 라인 상에 설치되며, 상기 LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이상 또는 이하인 경우에 개방되는 안전밸브(200);
   상기 LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이하인 경우에 상기 증발가스라인(300)을 통해 상기 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간으로 증발가스를 주입하는 증발가스 주입수단(310); 및
   상기 LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 일정압력 이상인 경우에 상기 증발가스라인(300)을 통해 상기 LNG 저장탱크(100)의 상부 공간으로부터 증발가스를 배출하는 증발가스 배출수단(320);을 더 포함하고,
   상기 증발가스 주입수단(310) 및 증발가스 배출수단(320)은 상기 부유식 액화천연가스 설비에 전원공급이 이루어지는 경우에 작동하고,
   상기 안전밸브(200)는 상기 부유식 액화천연가스 설비에 전원공급이 중단되는 경우에 작동하되,
   상기 안전밸브(200)가 작동하는 일정압력 이상의 압력과 일정압력 이하의 압력은 기설정되는 것;
   을 특징으로 하는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 안전밸브(200)의 입구는 상기 LNG 저장탱크의 상부 공간과 연결되며, 출구는 외기와 연결되는 것;
   을 특징으로 하는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 상기 LNG 저장탱크(100)가 견딜 수 있는 내부 팽창 압력 이상인 경우, 상기 안전밸브(200)가 개방되어 상기 LNG 저장탱크(100) 내부의 증발가스를 배출하며,
   상기 LNG 저장탱크(100) 내의 압력이 상기 LNG 저장탱크(100)가 견딜 수 있는 내부 감소 압력 이하인 경우, 상기 안전밸브(200)가 개방되어 상기 LNG 저장탱크(100) 내로 불활성 가스가 공급되는 것;
   을 특징으로 하는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 증발가스 주입수단(310) 및 증발가스 배출수단(320)은 펌프인 것;
   을 특징으로 하는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크(100)는 다수개 설치하되, 상기 안전밸브(200)는 적어도 하나의 LNG 저장탱크(100)에 설치되고,
   상기 LNG 저장탱크(100) 각각의 상부공간과 연결되는 증발가스라인(300)이 합류하되, 상기 증발가스 주입수단(310) 및 증발가스 배출수단(320)의 전단에 설치되는 증발가스 헤더(400);
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 증발가스 배출수단(320)의 전단에 설치되어, 상기 LNG 저장탱크(100)에 서 발생하는 증발가스가 상기 증발가스 배출수단(320)에 의해 처리되기 전에 1차적으로 저장하는 증발가스 석션드럼(321);을 더 포함하는 것;
   을 특징으로 하는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부유식 액화천연가스 설비는 FLNG 인 것;
   을 특징으로 하는 부유식 액화천연가스 설비의 이상압력 보호장치.

Images