KR101913386B1 - 액화가스 운반선 - Google Patents

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히데카즈 이와사키
노부히로 신무라
아키히로 안도
에이지 타모토
히로유키 타케다
카즈노리 아오키
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

액화가스 운반선은, 액화가스를 저장하기 위한 탱크와; 탱크 내에서 액화가스가 기화하여 발생한 기화가스가 연료로서 공급되는 가스연료기관과; 탱크로부터 가스연료기관에 기화가스를 공급하기 위한 가스공급라인과; 가스공급라인에 배치되고 기화가스를 가스연료기관으로 압송하는 가스 압축기와; 가스공급라인으로부터, 가스연료기관에 공급되지 않은 잉여 가스를 탱크로 되돌려보내기 위한 가스 리턴 라인과; 가스 리턴 라인을 개폐하는 가스 리턴 밸브; 를 구비한다. 가스 리턴 라인은, 탱크의 높낮이 방향의 중앙 영역 내에 위치하여, 잉여 가스를 탱크에 분출하는 잉여 가스 분출부를 가진다.

Description

액화가스 운반선{LIQUEFIED GAS CARRIER}
본 발명은, 액화가스를 연료로 하는 기관을 구비한 액화가스 운반선에 관한 것이다.
예를 들어, LNG (액화천연가스)를 운반하는 LNG 운반선에서는, LNG 운반선에 설비된 카고 탱크 내에, 천연가스를 냉각 및 액화하여 약 -162℃로 유지된 LNG를 대기압 부근에서 저장하여, 목적지의 하역지까지 수송하고 있다. LNG 운반선의 항해 중에, 카고 탱크 내에서는, 외부로부터의 입력 열에 의해 기화가스(BOG: boiled off gas)가 발생하여, 탱크 내부의 압력이 상승하게 된다. 이 때문에, 카고 탱크로부터 기화가스를 배출할 필요가 있지만, 배출된 기화가스를 소각처리해 버리는 것은 가스의 낭비가 되기 때문에, 배출된 기화가스를 해당 LNG 운반선의 주 기관 또는 보조 기관의 연료로 이용하는 것이나 배출된 기화가스를 재액화 하여 카고 탱크 안으로 되돌려보내는 것이 고려되고 있다.
예를 들면, 일본 특개2008-196685호 공보(이하, '특허문헌 1'이라고 한다.)에는, 기화가스를 추진 연료로 하는 가스연료 추진수단을 가지는 LNG 운반선이 개시되어 있다(도 4 참조). 이 LNG 운반선에서는, 카고 탱크(91) 내에서 발생한 기화가스를 가스연료 추진수단에 압축기(92)를 이용하여 압송시킴으로써, 카고 탱크(91) 내의 압력상승을 억제하는 한편, 압송된 기화가스를 가스연료 추진수단으로 이용하고 있다.
일본 특개2008-196685호 공보
그런데 기화가스를 연료로 이용하는 LNG 운반선에서, LNG 운반선 정박 시, 항만조선(港彎操船) 시, 운하통협(運河通峽) 시, 엔진 기동 시 등, 엔진 부하를 매우 낮추어 운전하는 경우나 엔진 부하를 급감시키는 경우에는, 엔진이 필요로 하는 이상으로 탱크 내의 기화가스가 엔진 측으로 공급되어 버린다. 그 결과, 탱크 내의 압력상승은 피할 수 있는 반면에, 잉여 기화가스로 압축기의 하류 측의 압력이 상승해 버린다. 특허문헌 1에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 기화가스를 압축한 후에, 상대적으로 저온인 카고 탱크(91)의 하부로 공급하는 것으로 도시되어 있지만, 카고 탱크(91)가 LNG로 만재(滿載) 되어 있는 경우에, 기화가스를 카고 탱크(91)의 하부까지 공급하기에는, 만재시의 큰 압력 헤드 이상으로 기화가스를 승압할 필요가 있고, 압축기의 동력을 크게 할 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 압축기의 동력을 억제하면서 잉여 가스를 탱크로 되돌려보낼 수 있는 액화가스 운반선을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 액화가스를 저장하기 위한 탱크와; 상기 탱크 내에서 상기 액화가스가 기화하여 발생한 기화가스가 연료로서 공급되는 가스연료기관과; 상기 탱크로부터 상기 가스연료기관에 상기 기화가스를 공급하기 위한 가스공급라인과; 상기 가스공급라인에 배치되고 상기 기화가스를 상기 가스연료기관으로 압송하는 가스 압축기와; 상기 가스공급라인으로부터, 상기 가스연료기관에 공급되지 않은 잉여 가스를 상기 탱크로 되돌려보내기 위한 가스 리턴 라인과; 상기 가스 리턴 라인을 개폐하는 가스 리턴 밸브; 를 구비하고, 상기 가스 리턴 라인은, 상기 탱크의 높낮이 방향의 중앙 영역 내에 위치하여, 잉여 가스를 상기 탱크에 분출하는 잉여 가스 분출부를 가지는 것을 특징으로 하는, 액화가스 운반선을 제공한다.
여기서, '탱크의 높낮이 방향의 중앙 영역'이란, 탱크 내부의 영역에 대해서, 탱크를 높낮이 방향으로 4등분 했을 경우에 위에서 1번째 영역, 2번째 영역, 3번째 영역 및 4번째 영역을, 각각 '제1 영역', '제2 영역', '제3 영역' 및 '제4 영역'이라고 정의했을 때의 '제2 영역'과 '제3 영역'을 합친 영역을 말한다.
본 발명에 의하면, 잉여 가스 분출부는, 탱크의 높낮이 방향의 중앙 영역에 위치하기 때문에, 탱크 만재시에도, 잉여 가스 분출부에서의 압력 헤드가 작고, 압축기의 동력을 억제하면서 잉여 가스를 탱크의 액체층에 분출할 수가 있다. 액층에 분출된 잉여 가스는 LNG의 냉열에 의해 응축하여, 탱크 내의 압력상승 문제가 발생하기 어렵다. 또한, 탱크 공재시(空載時)에는, 잉여 가스는 기체층으로 분출되지만, 잉여 가스의 양은, 탱크의 용적에 대해 충분히 작기 때문에, 탱크 내의 압력상승의 문제가 생기지 않는다. 이 때문에, 탱크 만재시 및 공재시 어느 경우에도, 탱크 압력의 급격한 상승을 회피하면서, 적은 동력으로 잉여 가스를 탱크로 되돌려보낼 수가 있다.
상기 액화가스 운반선에서, 상기 탱크는, 상기 탱크의 상부로부터 하부로 연장되는 파이프 타워를 구비하고, 상기 가스 리턴 라인의 하류 측 부분은, 상기 파이프 타워에 지지 되어 있어도 좋다. 이 구성에 의하면, 가스 리턴 라인의 하류 측 부분을 파이프 타워로 지지할 수 있기 때문에, 가스 리턴 라인을 지지하기 위한 설비를 탱크에 별도로 비치할 필요가 없고, 제조 비용을 억제할 수가 있다.
상기 액화가스 운반선에서, 상기 가스 리턴 라인의 하류 측 부분은, 상기 파이프 타워의 내부를 삽입 관통하고, 상기 파이프 타워를 따라서 상기 탱크의 상부로부터 중앙부에 걸쳐 연장되는 잉여 가스 공급부를 구비하고; 상기 잉여 가스 분출부는, 상기 잉여 가스 공급부의 하류 측으로부터 연장되어 상기 파이프 타워의 외부에 잉여 가스를 분사하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 가스 리턴 라인이, 파이프 타워 내에 배치되어 있기 때문에, 파이프 타워를 지나는 다른 배관과 마찬가지로, 탱크 내의 액화가스의 출렁임에 기인하는 충격으로부터 가스 리턴 라인을 보호할 수가 있다. 또한, 잉여 가스 분출부가, 상기 파이프 타워의 외부에 위치하기 때문에, 잉여 가스를 파이프 타워 외부의 대량의 액화가스에 접촉시켜서, 잉여 가스의 응축을 촉진할 수가 있다.
상기 액화가스 운반선에서, 상기 잉여 가스 분출부는, 상기 파이프 타워의 외주면을 따라 연장되어 있어도 좋다. 이 구성에 의하면, 탱크 내의 액화가스의 출렁임에 의해 잉여 가스 분출부에 발생하는 휨 모멘트를 억제하여, 고장 위험을 낮출 수가 있다.
상기 액화가스 운반선에서, 상기 잉여 가스 분출부는, 만재시에 상기 탱크 내의 액화가스의 흐름이 하강류인 영역에 위치하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 잉여 가스 분출부로부터 분출된 잉여 가스는, 상기 탱크 내의 하강류를 타기 때문에, 부상하여 기체층에 도달하지 않고, 상기 탱크 안으로 되돌아온 잉여 가스의 응축을 촉진할 수 있다.
상기 탱크는, 모스(MOSS)형 탱크이어도 좋다. 이 구성에 의하면, 가스 리턴 라인의 하류 부분을 지지하는데에 파이프 타워를 이용할 수가 있는 한편, 탱크 내의 하강류를 이용하여 잉여 가스의 응축을 촉진할 수가 있기 때문에, 특히 유용하다.
이러한 작용 효과는, 상기 가스연료기관이 상기 액화가스 운반선의 선박 주 기관일 경우에는, 엔진 극저운전(極低運轉) 하는 경우나 엔진 부하 급감시의 압축기 하류 측의 압력상승을 회피할 수가 있기 때문에, 특히 유용하다.
본 발명에 의하면, 액화가스 운반선에서, 압축기의 동력을 억제하면서 잉여 가스를 탱크로 되돌려보낼 수가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액화가스 운반선의 가스연료 공급계통의 개략 구성도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액화가스 운반선의 모스형 탱크의 개략 단면도로서, (a)는 모스형 탱크의 만재시의 상태를 나타내고, (b)는 모스형 탱크의 공재시의 상태를 나타낸다.
도 3의 (a)는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액화가스 운반선의 잉여 가스 분출부의 개략 상면 단면도이고, (b)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액화가스 운반선의 잉여 가스 분출부의 개략 정면도이다.
도 4는 종래의 액화가스 운반선의 연료 공급계통의 개략 구성도이다.
(제1 실시형태)
이하, 본 발명의 제1 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에는. 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액화가스 운반선에 대한 가스연료 공급계통의 개략 구성도가 도시되어 있다. LNG 운반선(1)(본 발명의 액화가스 운반선)은, LNG를 저장하기 위한 복수의 탱크(5)를 구비하고 있다. 또한, 이 LNG 운반선(1)은, 탱크(5) 내에서 LNG가 기화하여 발생한 기화가스가 연료로서 공급되는 가스연료기관(2)을 2개 구비하고 있다. 또한, 이 LNG 운반선(1)은, 탱크(5)로부터 가스연료기관(2)에 기화가스를 공급하기 위한 가스공급라인(3)과, 기화가스를 가스연료기관(2)으로 압송하는 가스 압축기(4)를 구비하고 있다.
본 실시형태에서, 가스연료기관(2)은, LNG 운반선의 추진용 주 기관으로서 탑재된 가스 엔진이다. 가스연료기관(2)은, 중유 연료와 가스연료를 모두 연료로서 사용할 수 있는 이원(二元) 연료 엔진이나 보일러를 탑재한 증기터빈 엔진이어도 좋고, 발전용으로서 탑재된 것이어도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는 가스연료기관(2)은 2개가 구비되어 있지만, 가스연료기관(2)은 1개여도, 3개 이상이어도 좋다.
탱크(5)는, LNG를 대기압하의 약 -162℃의 액체상태로 유지할 수 있도록, 극저온 상태를 유지할 수 있는 방열 성능을 가지는 탱크이다. 본 실시형태에서, 탱크(5)는, 모스형(MOSS) 탱크로서, 액화천연가스를 운반하는 선체에 탑재되는 탱크 형식의 하나이고, 탱크만으로 강도의 보증이 가능한, 선체로부터 독립한 구형(球形) 탱크이다. 탱크(5)는, 스커트라고 불리는 원통형 금속제의 탱크 지지부(도시 생략)를 통하여 선체에 지지되어 있다.
탱크(5)의 상단과 하단을 연결하는 중앙부에는, 파이프 타워(52)가 설치되어있다. 파이프 타워(52)는, 원통형으로서, 그 내부에는, 탱크(5)의 내부에 LNG를 적재 또는 내부로부터 LNG를 배출하기 위한 복수 개의 하액(荷液) 파이프, 탱크를 미리 냉각하기 위한 복수 개의 스프레이 파이프, 액면 게이지나 전기 배선(모두 도시 생략) 등이 설치되어 있다. 파이프 타워(52)는, 이러한 내부 부품을 탱크 내의 액체의 운동에 의한 하중으로부터 보호할 목적으로 설치되어 있다. 파이프 타워(52)의 상부 및 하부의 측벽에는, 몇 개의 개구부(도시 생략)가 형성되어 있고, 이러한 개구부를 LNG나 기화가스는 통과할 수 있도록 되어 있다. LNG가 이들 구멍을 통과하는 것에 의해, 파이프 타워(52)의 내부와 외부에서 액면(L)을 똑같게 하여, 파이프 타워(52)의 내부와 외부의 압력이 균일해진다.
탱크(5)는, 단열재로 덮여서 내부의 극저온 상태를 유지하고 있지만, 그렇더라도 항행 중에 탱크(5)의 내부에 열이 침입하고, LNG의 일부가 자연 기화해 기화가스가 되어, 탱크(5)의 상부에 모여있다. 이 탱크 상부에 모여있는 기화가스는, 가스연료기관(2)의 가스연료로서 사용하기 위하여, 가스공급라인(3)을 통해서 가스연료기관(2)에 공급된다.
가스공급라인(3)은, 상기 탱크(5)로부터 상기 가스연료기관(2)에 상기 기화가스를 공급하기 위한 것으로서, 예를 들면 파이프이다. 가스공급라인(3)은, 그 상류단에, 가스 흡입구(32)를 구비하고 있다. 가스 흡입구(32)는, 탱크(5)가 만재시에 있을 경우에도 탱크(5) 상부의 기화가스를 흡입할 수 있도록, 탱크(5)의 상부에 배치된다. 또한, 가스 흡입구(32)로부터 하류 측을 향하는 가스공급라인(3)의 중간에는 가스 압축기(4)가 배치되어 있고, 또한, 가스 압축기(4)의 하류 측에는 가스 헤더(34)가 배치되어 있다. 가스연료기관(2)이 복수일 경우, 가스공급라인(3)은, 가스 헤더(34)로부터 각 가스연료기관(2)에 이르는 복수의 지류로(支流路)(3c)를 포함한다.
가스 압축기(4)는, 기화가스를 압축하여 가스연료기관(2) 측으로 공급하는 장치이다. 상기 가스 흡입구(32)로부터 흡입된 기화가스는, 가스공급라인(3)의 상류 부분(3a)을 통하여 가스 압축기(4)에 보내진 후, 해당 가스 압축기(4)에 의해서 압축되고, 압축된 기화가스는, 다시 가스 압축기(4)로부터 가스 헤더(34)까지의 중간 부분(3b)을 통하여 가스 헤더(34)에 보내진다. 가스 헤더(34)에 보내진 기화가스는, 2개의 가스연료기관(2)에 보내져서, 각 가스연료기관(2)에서 가스연료로서 사용된다.
또한, 도 1에 도시된 LNG 운반선(1)은, 가스공급라인(3)으로부터 가스연료기관(2)에 공급되지 않은 잉여 가스를 탱크(5)로 되돌려보내기 위한 가스 리턴 라인(6)과, 가스 리턴 라인(6)을 개폐하는 가스 리턴 밸브(71)를 구비한다. 본 명세서에서, '잉여 가스'라 함은, 기화가스가 가스 압축기(4)의 하류 측으로 압송된 가스로서, 가스연료기관(2)에 공급되지 않은 가스를 말한다.
가스 리턴 라인(6)은, 예를 들면 파이프로서, 가스 리턴 라인(6)의 상류단은, 가스 헤더(34)에 연결되어 있다. 가스 리턴 라인(6)의 하류 측 부분(6b)은, 탱크(5)의 파이프 타워(52)에 지지 되어 있고, 파이프 타워(52)의 상부로부터 삽입 관통되어 탱크(5)의 중앙까지 연장되어 있다. 본 명세서에서, 가스 리턴 라인(6) 중, 탱크(5) 내에 위치하는 부분을 '가스 리턴 라인(6)의 하류 측 부분(6b)'이라고 하고, 그 이외의 부분을 '가스 리턴 라인(6)의 상류 측 부분(6a)'이라고 하여, 이하에서 설명한다.
가스 리턴 라인(6)의 하류 측 부분(6b)은, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 잉여 가스를 공급하는 잉여 가스 공급부(62)와, 잉여 가스 분출구(67)를 갖는 잉여 가스 분출부(66)를 가진다.
잉여 가스 공급부(62)는, 파이프 타워(52)의 내부에 삽입 관통되어 있고, 상기 파이프 타워(52)를 따라서 탱크(5) 상부로부터 중앙부에 걸쳐 연장되어 있다. 잉여 가스 공급부(62)의 상단은, 가스 리턴 라인(6)의 상류 측 부분(6a)과 연속하고 있고, 잉여 가스 공급부(62)의 하단은, 파이프 타워(52)의 외측을 향해서 만곡 되어 있으며, 도시하지 않은 지지 부재에 의해 지지 되어 있다. 잉여 가스 공급부(62)는, 가스 리턴 라인(6)의 상류 측 부분(6a)으로부터 공급되어 온 잉여 가스를 탱크 중앙까지 공급한다.
잉여 가스 공급부(62)의 하류 측은 굽어져서 파이프 타워(52)의 외측으로 연장되고, 파이프 타워의 외주에 형성된 구멍(53)을 통과하여 파이프 타워(52)의 측벽을 관통하여, 잉여 가스 분출부(66)와 연속하고 있다.
잉여 가스 분출부(66)는, 파이프 타워(52)의 외주면을 따라서 원주 방향으로 연장되어 있다. 잉여 가스 분출부(66)는, 파이프 타워(52)의 외주면을 따른 곡선 형상의 것이어도 좋고, 또한, 도 3의 (a)에 도시된 것처럼, 몇 개의 직선 형상의 부분으로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 잉여 가스 분출부(66)의 길이는, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같은 길이에 한정되지 않고, 예를 들면, 반원주 이상의 길이로 하여, 별도의 지지 부재로 고정하여도 좋다. 또한, 잉여 가스 분출부(66)는, 잉여 가스 공급부(62)의 하류단과 잉여 가스 분출부(66)의 단부가 연속하는 것으로 한정되지 않고, 예를 들면, 잉여 가스 공급부(62)의 하류단이 잉여 가스 분출부(66)의 중앙에서 연속하고 있고, 해당 연속하는 부분으로부터 파이프 타워(52)의 외주면을 따라서 시계 방향 및 시계 반대방향의 모든 방향에 대해서 원주 방향으로 연장하고 있는 형상이어도 좋다.
잉여 가스 분출부(66)에는, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 파이프 타워(52)의 중심축으로부터 반경 방향을 향해서 기화가스를 분출하도록, 잉여 가스 분출구(67)가 형성되어 있다. 잉여 가스 분출구(67)는, 상기 파이프 타워(52)의 둘레 방향을 따라서 소정의 간격으로 배열된 복수의 관통공(68)으로 구성되어 있다. 관통공(68)으로부터 분출되는 잉여 가스의 기포를 작게 하여 탱크 내의 LNG에 응축하기 쉽게 하기 위하여, 관통공(68)의 지름의 크기는 극히 작은 것이 바람직하다.
잉여 가스 분출부(66)가 파이프 타워(52)의 내부에 위치하면, 파이프 타워(52) 내부의 LNG에만 잉여 가스가 접촉하여 파이프 타워(52) 내부의 LNG의 온도가 상승하여 잉여 가스가 응축하기 어려워진다. 본 실시형태에서는, 잉여 가스 분출부(66)는, 파이프 타워(52)의 외부에 위치하기 때문에, 잉여 가스를 파이프 타워(52) 외부의 대량의 액화가스에 접촉시켜서, 잉여 가스의 응축을 촉진할 수가 있다.
잉여 가스 분출부(66)는, 파이프 타워(52)의 근방에 배치되는 것이 바람직하다. 잉여 가스 분출부(66)가 파이프 타워(52)로부터 멀어 질수록, 상기 잉여 가스 분출부(66)로의 하중이 커지게 되기 때문이다. 또한, 잉여 가스 분출부(66)가 상기 파이프 타워(52)의 근방에 배치됨에 따라, 후술하는 바와 같이, 탱크(5) 내의 LNG의 하강류에 잉여 가스 분출구(67)를 위치하게 할 수 있어, 잉여 가스의 응축을 촉진시킬 수가 있다. 여기서, 파이프 타워(52)의 '근방'이란, 파이프 타워(52)로부터의 범위가, 잉여 가스 분출부(66)가 그것에 가해지는 하중에 견딜 수 있는 범위 내이면서, 탱크(5) 내의 LNG의 하강류가 존재하는 범위 내를 말한다.
가스 리턴 라인(6)의 하류단에 있는 잉여 가스 분출구(67)는, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 탱크(5)의 높낮이 방향의 중앙 영역(Rm), 즉, 탱크(5)를 높낮이 방향으로 4등분 할 경우 위에서 2번째 영역인 제2 영역(R2)과 3번째 영역인 제3 영역(R3)을 합친 영역에 위치하고 있다.
가스 리턴 밸브(71)는, 제어 장치(72)에 접속되어, 가스 리턴 라인(6)의 개폐를 수행한다. 제어 장치(72)는, 가스 압축기(4)로부터의 공급 압력을 측정하기 위하여 가스 헤더(34)에 설치된 압력계(73)와 접속되어 있다. 제어 장치(72)에서는, 압력 값의 허용 값을 미리 설정할 수 있도록 되어 있다. 통상, 가스 리턴 밸브(71)는 닫혀 있다. 압력계(73)로부터 제어 장치(72)로 보내져 온 압력 값이, 제어 장치(72)에 설정된 허용 상한치를 상회 할 경우, 제어 장치(72)가 가스 리턴 밸브(71)를 열어 가스 리턴을 시작한다. 압력계(73)로부터 제어 장치(72)에 보내져 온 압력 값이, 제어 장치(72)에 설정된 허용 하한치를 하회 할 경우, 제어 장치(72)가 가스 리턴 밸브(71)를 닫아 가스 리턴을 정지한다. 가스 리턴 밸브(71)는, 압력 조정 밸브로서, 가스 리턴 밸브(71)의 밸브 개도는 PID 제어로 결정하고, 가스 헤더 압력을 미리 설정된 값으로 유지하도록 제어되고 있다. 압력계(73)가 설치되어 있는 위치는, 가스 압축기(4)로부터 가스연료기관(2)까지 사이의 잉여 가스의 압력을 측정할 수 있는 위치에 설치되어 있으면 좋으며, 가스 헤더(34)에 한정되지 않는다.
가스 리턴 밸브(71)는, 압력 값 이외의 신호에 의거하여 제어되는 것이어도 좋으며, 예를 들면, 엔진 정지 등, 가스 유량 급변이 예상되는 것과 같은 특정의 사건이 발생했을 때, 그때의 압력에 관계없이, 가스 리턴 밸브(71)를 열도록 설정되어 있어도 좋다.
가스 리턴 밸브(71)가 열려, 가스 리턴 라인(6)을 통해서 잉여 가스가 탱크(5)로 공급되지만, LNG 운반선(1)에서는 탱크(5) 내에 LNG를 적재하고 있을(만재) 때와 거의 적재하고 있지 않을(공재) 때가 있고, 그에 따라 잉여 가스가 액체층으로 분출되는 경우와 기체층으로 분출되는 경우가 존재하게 된다. 탱크 만재시와 공재시의 각 경우의 가스 리턴에 대해, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)를 참조하여 이하에 설명한다.
도 2의 (a)는, 탱크(5)의 개략 단면도로서, 탱크(5) 만재시의 상태를 나타내고 있다. 일반적으로, LNG 운반선은, 가스 생산지로부터 가스 소비지로 LNG를 운반할 때에는, LNG 운반선에 탑재된 LNG 저장 탱크를 만재한 상태로 운반한다. 본 실시형태에서의 탱크(5)에는, 예를 들면, 탱크 용량의 약 98.5%를 LNG로 가득 채운 상태가 '만재'이다. 즉, 탱크(5)를 만재한 상태에서는, 탱크(5) 내의 약 98.5%가 액체층이고, 나머지 약 1.5%가 기체층이다. LNG가 자연 기화하여 발생한 기화가스는, 탱크(5) 내의 기체층에 존재한다.
만재시의 LNG의 액면(L)은, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 탱크(5)를 높낮이 방향으로 4등분 했을 경우 위에서 1번째 영역인 제1 영역(R1)에 있다. 본 실시형태에 따른 LNG 운반선(1)에서는, 가스 리턴 라인(6)의 하류단에 있는 잉여 가스 분출구(67)는, 탱크(5)의 제2 영역(R2) 또는 제3 영역(R3)에 위치하기 때문에, 잉여 가스는, 만재시의 탱크 내의 액체층에 분출되어, 잉여 가스를 응축시킬 수가 있다. 만재시에는, 탱크 내의 기체층의 용적이 작기 때문에, 탱크 내의 기체층에 잉여 가스를 분출하면, 탱크 압력이 지나치게 상승한다는 문제가 생기지만, 본 실시형태에서는, 만재시의 탱크 내의 액체층에 잉여 가스가 분출되고, 액체층에 분출된 잉여 가스는, LNG의 냉열에 의해 응축하기 때문에, 탱크 압력 상승의 문제를 회피할 수가 있다. 또한, 만재시 탱크의 바닥 부근(제4 영역(R4))에 잉여 가스 분출구(67)가 있는 경우에 비해서, 압력 헤드가 작고, 압축기의 동력을 억제하면서, 잉여 가스를 탱크로 되돌려보낼 수가 있다.
또한, 탱크(5)가 만재일 경우, 가스 리턴을 수행하기에는, 가스 리턴 라인(6) 안에 채워져 있는 LNG를 밀어낸 후가 아니라면, 잉여 가스를 탱크(5)에 공급할 수가 없다. 그 때문에, 가스 리턴의 시작을 위해 가스 리턴 밸브(71)를 연 다음 실제로 잉여 가스가 탱크(5)에 공급될 때까지 사이에 시간지연이 발생한다. 만재시의 탱크(5)의 바닥 부근(제4 영역(R4))에 잉여 가스를 공급할 경우는, 이 시간지연이 길어지고, 가스 헤더(34)의 압력 제어에 장해가 될 수 있다. 이에 비하여, 탱크(5)의 중앙 영역(Rm)에 가스를 공급할 경우는, 이 시간지연이 경감되는 효과가 있다.
또한, 탱크(5)에서는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, LNG가 대류를 하고 있어 탱크의 중앙에는 하강류가 존재한다. 본 실시형태에 따른 LNG 운반선(1)에서는, 잉여 가스 분출부(66)는, 탱크 내의 하강류가 존재하는 위치에 배치되어 있어, 잉여 가스 분출부(66)로부터 분출된 잉여 가스는, 상기 탱크 내의 하강류를 타기 때문에, 부상하여 기체층에 도달하지 않고, 잉여 가스의 응축을 촉진할 수가 있다.
도 2의 (b)는, 탱크(5)의 개략 단면도로서, 탱크(5) 공재시의 상태를 나타내고 있다. 일반적으로, LNG 운반선은, 가스 소비지로부터 가스 생산지로 항행할 때에는, LNG 운반선에 탑재된 LNG 저장 탱크를 비운 상태로 항행한다. 본 실시형태의 탱크(5)에서는, 예를 들면, 탱크 용량의 약 1.5%를 LNG로 채운 상태가, '공재'이다. 즉, 탱크(5)를 공재 한 상태에서는, 탱크 내의 약 1.5%가 액체층이고, 나머지 약 98.5%가 기체층이다. 만재시와 마찬가지로, LNG가 자연기화하여 발생한 기화가스는, 탱크 내의 기체층에 존재한다.
공재시 LNG의 액면(L)은, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 탱크(5)를 높낮이 방향으로 4등분 했을 경우 위에서 4번째 영역인 제4 영역(R4)에 있다. 본 실시형태에 따른 LNG 운반선(1)에서는, 가스 리턴 라인(6)의 하류단에 있는 잉여 가스 분출구(67)는, 탱크(5)의 제2 영역(R2) 또는 제3 영역(R3)에 위치하기 때문에, 잉여 가스는, 공재시의 탱크 내의 기체층으로 분출된다. 공재시에는, 잉여 가스 분출구로부터 분출되는 잉여 가스의 양에 대해 탱크 내의 기체층의 용적이 충분히 크기 때문에, 탱크 내의 기체층에 잉여 가스를 분출하더라도, 탱크 압력이 지나치게 상승한다는 문제가 발생하지 않는다. 따라서, 탱크(5) 만재시 및 공재시의 어느 경우에서도, 탱크 압력의 급격한 상승을 회피하면서, 적은 동력으로 잉여 가스를 탱크(5)로 되돌려보낼 수가 있다.
(그 밖의 실시형태)
가스 리턴 라인의 하류 부분은, 상기 각 실시형태와 같이 반드시 모스형 탱크의 파이프 타워에 지지 될 필요는 없지만, 파이프 타워로 지지 되는 것이 더 바람직하다. 가스 리턴 라인의 하류 측 부분을 파이프 타워로 지지할 수 있다면, 가스 리턴 라인을 지지하기 위한 설비를 탱크에 별도로 비치할 필요가 없고, 제조 비용을 억제할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 실시형태의 LNG 운반선이 구비하는 탱크는, 모스형 탱크였지만, 이것에 한정되지 않고, LNG 운반선이 구비하는 탱크는, 예를 들어 멤브레인형 탱크여도 좋다.
상기 실시형태에서, 가스연료기관은, 액화가스 운반선의 추진용 주 기관으로서 설명되었지만, 예를 들어, 선박의 보조 기관인 발전용 가스연료기관 등이어도 좋다. 그러나 가스연료기관이 LNG 운반선의 박용(舶用) 주 기관일 경우에는, 엔진극저운전 하는 경우나 엔진 부하 급감시의 압축기 하류 측의 압력상승을 회피할 수가 있기 때문에, 특히 유용하다.
본 발명은, 환경 부하 저감을 위하여, 운반하는 LNG를 추진 주 기관의 연료로 이용하는 LNG 운반선으로서 유용하다.
1: LNG 운반선
2: 가스연료기관
3: 가스공급라인
34: 가스 헤더
4: 가스 압축기
5: 탱크
52: 파이프 타워
6: 가스 리턴 라인
6a: 가스 리턴 라인의 상류 측 부분
6b: 가스 리턴 라인의 하류 측 부분
62: 잉여 가스 공급부
66: 잉여 가스 분출부
68: 관통공
71: 가스 리턴 밸브
BOG: 기화가스
C: 탱크 내 액화가스의 대류
L: 탱크 내 액화가스의 액면
LNG: 액화천연가스
Rm: 중앙 영역
R1: 제1 영역
R2: 제2 영역
R3: 제3 영역
R4: 제4 영역

Claims (7)

  1. 액화가스를 저장하기 위한 모스형의 탱크와,
    상기 탱크 내에서 상기 액화가스가 기화하여 발생한 기화가스가 연료로서 공급되는 가스연료기관과,
    상기 탱크로부터 상기 가스연료기관에 상기 기화가스를 공급하기 위한 가스공급라인과,
    상기 가스공급라인에 배치되고, 상기 기화가스를 상기 가스연료기관으로 압송하는 가스 압축기와,
    상기 가스공급라인으로부터 상기 가스연료기관으로 공급되지 않는 잉여 가스를 상기 탱크로 되돌려보내기 위한 가스 리턴 라인과,
    상기 가스 리턴 라인을 개폐하는 가스 리턴 밸브를 구비하고,
    상기 탱크는, 상기 탱크의 상부로부터 하부로 연장되는 파이프 타워를 구비하며,
    상기 가스 리턴 라인의 하류 측 부분은, 상기 파이프 타워에 지지 되어 있으며, 상기 파이프 타워의 내부를 삽입 관통하고, 상기 파이프 타워를 따라서 상기 탱크의 상부로부터 중앙부에 걸쳐 연장되는 잉여 가스 공급부와,
    상기 탱크의 높낮이 방향의 중앙 영역 내에 위치하여, 잉여 가스를 상기 탱크에 분출하는 잉여 가스 분출부를 가지고,
    상기 잉여 가스 공급부의 하류 측은 상기 파이프 타워의 측벽을 관통하여 상기 잉여 가스 분출부와 연속하고 있으며,
    상기 잉여 가스 분출부는, 상기 파이프 타워의 외부로 잉여 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 잉여 가스 분출부는, 상기 파이프 타워의 외주면을 따라 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 잉여 가스 분출부는, 만재시에 상기 탱크 내의 액화가스의 흐름이 하강류인 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스연료기관은, 상기 액화가스 운반선에서의 박용 주기관인 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선.
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