KR102130719B1

KR102130719B1 - Flng의 lng 하역 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102130719B1
Application number: KR1020130098161A
Authority: KR
Inventors: 정회민
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2020-07-06
Also published as: KR20150020964A

Abstract

FLNG의 LNG 하역 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 FLNG의 LNG 하역 시스템은, FLNG에서 LNG 운반선으로 LNG를 하역하는 시스템에 있어서, FLNG의 저장탱크에 저장된 LNG를 LNG 운반선으로 이송하는 하역 라인; 및 LNG 운반선으로 이송된 LNG에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 FLNG로 이송하는 BOG 라인을 포함하되, BOG 라인은 FLNG의 저장탱크에 LNG를 분배하는 헤더에 연결되어, BOG는 헤더를 통해 저장탱크의 바닥부로 주입되는 것을 특징으로 한다.

Description

FLNG의 LNG 하역 시스템 및 방법{LNG Offloading System And Method For FLNG}

본 발명은 FLNG의 LNG 하역 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 FLNG의 저장탱크에 저장된 LNG를 LNG 운반선으로 이송하되, 이송된 LNG에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 FLNG의 저장탱크에 LNG를 공급하는 헤더로 도입시켜, 헤더를 통해 저장탱크의 바닥부로 BOG를 주입시키는 FLNG의 LNG 하역 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)는 메탄(Methane)을 주성분으로 한 천연가스를 대기압에서 -162℃의 극저온 상태로 냉각시켜 그 부피를 600분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체로서, 기체상태보다 수송 효율이 좋아서 장거리 수송에 경제성이 있는 것으로 알려져 있다.

이와 같은 액화천연가스는 생산 플랜트의 건설 및 운반선의 건조 비용이 많이 소요되어 경제성을 만족시키기 위해서 대규모, 장거리 수송에 적용되어 왔으며, 이에 반하여, 소규모, 단거리 수송에는 파이프라인이나 CNG(Compressed Natural Gas)가 경제성이 있다고 알려져 있다.

하지만 파이프라인을 이용한 수송의 경우 지리적 제약이 따르며, 환경 파괴의 문제 등을 야기할 수 있고, CNG는 수송 효율이 낮은 단점이 있어, 상압(1bar)인 극저온의 LNG를 적재할 수 있는 저장 용기를 마련한 LNG carrier와 같은 선박으로 수송하는 경우가 많다.

그런데 액화천연가스는 극저온 상태를 유지할 수 있는 저장 용기를 갖추더라도 LNG는 저장 용기 내부에서 지속적으로 자연 기화되기 때문에 상당한 양의 BOG(증발가스)가 발생한다. 저장 용기 내에 BOG가 과다하게 되면 이로 인해 용기 내 압력이 상승하면서 용기가 내부 압력을 견딜 수 없어 폭발할 위험이 있으므로, BOG는 배출시켜 액화한 후 다시 저장하거나, 연소시켜 제거하는 방식으로 처리하게 된다. 선박으로 운송할 경우 단열 구조를 갖추더라도, 저장 탱크 내에서 발생하는 증발가스(BOG)의 양은 약 0.05 vol%/day에 이르며, 종래 액화천연가스 운반선의 운항시 시간당 4 내지 6 톤(t), 한번 운항시 약 300톤의 액화천연가스가 증발가스화되는 것으로 알려진다.

이처럼 액화천연가스 등의 극저온 액화가스는 온도, 압력 등의 변화에 매우 민감하며 저장탱크에서는 대량의 BOG가 발생하므로 BOG의 처리는 매우 중요한 문제이다.

출원번호 제10-2010-7002140호

해상에 부유하며 LNG를 저장하고, LNG 운반선에 LNG를 하역할 수 있는 FPSO(Floating production, Storage and Offloading)와 같은 설비에서 LNG 운반선으로 LNG를 하역하는 경우에도 이송된 LNG에서 다량의 BOG가 발생할 수 있다.

도 1에는 FPSO에서 LNG 운반선으로 LNG가 하역되는 모습의 일 예를 개략적으로 도시하였다.

도 1에 도시된 바와 같이, FPSO에서 LNG 운반선으로 LNG를 하역하면서, 이송된 LNG에서 발생하는 BOG는 FPSO로 다시 공급하여 FPSO의 BOG와 함께 처리할 수 있다. BOG의 처리 방법으로는 재액화하거나 연소시켜 제거하는 등을 예로 들 수 있다.

그러나 LNG 운반선에서 이송된 LNG에서 발생하는 BOG는 외부 환경에 노출되어 이송되면서, FPSO에서 발생하는 BOG보다 상대적으로 온도가 높을 수 있다. 따라서 LNG 운반선으로부터 이송된 BOG는, FPSO의 BOG 처리설비의 설계조건보다 높은 온도로 운전이 어려울 수 있고, 이는 컴프레서 등 BOG 처리설비의 과부하를 초래할 수도 있다. 따라서 LNG 운반선으로 이송된 LNG에서 발생하는 BOG를 적절히 처리할 수 있는 방법이 요구된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, FLNG에서 LNG 운반선으로 LNG를 하역하는 시스템에 있어서,

상기 FLNG의 저장탱크에 저장된 상기 LNG를 LNG 운반선으로 이송하는 하역 라인; 및

상기 LNG 운반선으로 이송된 상기 LNG에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 상기 FLNG로 이송하는 BOG 라인을 포함하되,

상기 BOG 라인은 상기 FLNG의 저장탱크에 LNG를 공급하는 헤더에 연결되어, 상기 BOG는 상기 헤더를 통해 상기 저장탱크의 바닥부로 주입되는 것을 특징으로 하는 FLNG의 LNG 하역 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 헤더의 말단은 상기 저장탱크의 바닥부에서 퍼지는 형태로 마련됨으로써 상기 BOG는 상기 저장탱크의 바닥부에서 넓은 영역에 분포되어, 상기 저장탱크에 저장된 LNG와 접촉으로 냉각되고, 상기 BOG의 적어도 일부는 상기 저장탱크의 수두압으로 재액화될 수 있다.

바람직하게는, 상기 헤더의 말단은 상기 저장탱크의 바닥부에서 링 형태로 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 FLNG는 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 헤더는 상기 FLNG에서 생산된 LNG를 상기 저장탱크에 공급하는 공급용 헤더일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, FLNG에서 LNG를 하역하는 방법에 있어서,

상기 FLNG의 저장탱크에 저장된 상기 LNG를 LNG 운반선으로 이송하되, 상기 LNG 운반선으로 이송된 상기 LNG에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 상기 FLNG로 이송하고 상기 FLNG의 저장탱크에 LNG를 공급하는 헤더로 도입시켜, 상기 헤더를 통해 상기 저장탱크의 바닥부로 상기 BOG를 주입시키는 것을 특징으로 하는 FLNG의 LNG 하역 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 BOG는 상기 헤더를 통해 상기 저장탱크의 바닥부에 넓게 분사시켜, 바닥부로 주입된 상기 BOG는 상기 저장탱크에 저장된 LNG와 접촉으로 냉각시키고, 상기 BOG의 적어도 일부는 상기 저장탱크의 수두압으로 재액화시킬 수 있다.

본 발명의 FLNG의 LNG 하역 시스템 및 방법은 FLNG의 저장탱크에 저장된 LNG를 LNG 운반선으로 이송하되, 이송된 LNG에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 FLNG의 저장탱크에 LNG를 공급하는 헤더로 도입시켜, 헤더를 통해 저장탱크의 바닥부로 BOG를 주입시킨다.

헤더를 통해 저장탱크의 바닥부로 주입됨으로써 BOG는 저장탱크에 저장된 LNG와 접촉으로 냉각되고, 그 중 일부는 저장탱크의 수두압으로 재액화될 수 있다. 또한 LNG 운반선에서 발생하는 BOG를 처리할 수 있고, 도입된 BOG를 통해 저장탱크 내부의 LNG를 교반시켜 Roll over 위험을 낮출 수 있다.

도 1에는 LNG가 저장된 FPSO에서 LNG 운반선으로 LNG가 하역되는 모습을 개략적으로 도시하였다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 FLNG의 LNG 하역 시스템의 개념을 개략적으로 도시하였다.

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 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 FLNG(F)의 LNG 하역 시스템의 개념이 개략적으로 도시된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 FLNG(F)의 LNG 하역 시스템은, FLNG(F)에서 LNG 운반선으로 LNG를 하역하는 시스템에 있어서, FLNG(F)의 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 LNG 운반선(S)으로 이송하는 하역 라인(OL)과, LNG 운반선(S)으로 이송된 LNG에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 FLNG(F)로 이송하는 BOG 라인(BL)을 포함하되, BOG 라인(BL)은 FLNG(F)의 저장탱크(T)에 LNG를 분배하는 헤더(H)에 연결되어, BOG는 헤더(H)를 통해 저장탱크(T)의 바닥부로 주입되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 FLNG(F)은 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)를 포함할 수 있다.

FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)는 해상에 부유하며 LNG를 처리하는 해양 구조물로서, 대표적으로 LNG-FPSO(Liquefied Natural Gas - 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 운반선(S)으로 하역 또는 선적하여 공급할 수 있는 특수선박이다.

하역 라인(OL)에는 LNG 운반선(S)으로 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 하역할 수 있도록 액중 펌프인 하역용 펌프(P)가 마련될 수 있다.

이와 같이, LNG-FPSO는 생산, 액화 및 저장 단계를 한꺼번에 처리할 수 있는 구조물로서 이를 위한 설비들을 갖추게 되는데, 본 실시예에서의 헤더(H)는 FPSO에서 생산된 LNG를 저장탱크(T)에 공급하는 공급용 헤더(H)일 수 있다. 공급용 헤더(H)는 도 2에서와 같이 저장탱크(T)의 상부로 도입되어 말단이 바닥부까지 연장된 형태일 수도 있고, 저장탱크(T)의 하부로 도입되는 형태로 설계될 수 있다.

LNG 운반선(S)으로 하역을 위해 이송된 LNG에서는 온도 변화에 따라 기화된 LNG, 즉 BOG가 발생하고, LNG 운반선(S)의 저장용기(ST)로 도입되면서 압력 변화에 의해 Flash gas도 발생할 수 있다. LNG 운반선(S)에도 이들 증발가스를 재액화하거나 연료로 사용하는 등의 방법으로 처리하기 위한 설비를 갖출 수도 있으나, 하역시 특히 다량의 증발가스가 발생하므로 LNG 운반선(S)의 증발가스 처리용량을 넘어설 수 있다. 또한 재액화 비용은 고가이므로 LNG 운반선(S)에 따라 증발가스를 연소시켜 제거하는 경우도 있다. 특히 FPSO에서는 LNG 운반선(S)보다 증발가스 처리용량을 크게 갖춘 경우가 많기 때문에, 하역 중 발생하는 BOG는 FPSO로 이송하여 처리하는 경우가 많다. 그러나 이송과정을 거치면서 BOG는 저장탱크(T)에서 발생하는 BOG보다 상대적으로 온도가 높아지게 되므로, FPSO의 BOG 처리설비의 설계조건의 온도와 다를 수 있고 다량의 BOG로 과부하가 발생할 수도 있디. 따라서 본 실시예는 BOG의 온도를 낮추고, 일부는 FPSO의 BOG 처리설비를 거치지 않고도 재액화시킬 수 있도록 LNG 운반선(S)에서 이송된 BOG를 저장탱크(T)의 바닥부로 도입시킨다.

FPSO의 저장탱크(T) 바닥부에 있는 LNG는 수두압으로 인해 저장탱크(T) 상부의 LNG보다 온도가 상대적으로 낮으므로, LNG 운반선(S)으로부터 이송된 BOG를 헤더(H)를 통해 저장탱크(T) 바닥부로 주입하면 효과적으로 열교환시킬 수 있다.

특히 본 실시예에서 헤더(H)의 말단은 저장탱크(T)의 바닥부에서 퍼지는 형태로 마련됨으로써 BOG는 저장탱크(T)의 바닥부에서 넓은 영역에 분포되어, 저장탱크(T)에 저장된 LNG와 접촉으로 냉각되고, BOG의 적어도 일부는 저장탱크(T)의 수두압으로 재액화될 수 있다.

바닥부에서 퍼지는 형태의 헤더(H) 말단을 통해 상대적으로 저온인 저장탱크(T) 바닥부의 LNG와의 접촉 면적을 늘림으로써 열교환을 통한 BOG의 냉각 또는 재액화가 효과적으로 이루어질 수 있다.

일 예를 들어, 헤더(H)의 말단은 저장탱크(T)의 바닥부에서 링 형태로 마련되어, 저장탱크(T)의 바닥부의 넓은 영역으로 LNG를 분포시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, FLNG(F)에서 LNG를 하역하는 방법에 있어서,

FLNG(F)의 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 LNG 운반선(S)으로 이송하되, LNG 운반선(S)으로 이송된 LNG에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 FLNG(F)로 이송하고 FLNG(F)의 저장탱크(T)에 LNG를 분배하는 헤더(H)로 도입시켜, 헤더(H)를 통해 저장탱크(T)의 바닥부로 BOG를 주입시키는 것을 특징으로 하는 FLNG(F)의 LNG 하역 방법이 제공된다.

바람직하게는, BOG는 헤더(H)를 통해 저장탱크(T)의 바닥부에 넓게 분사시켜, 바닥부로 주입된 BOG는 저장탱크(T)에 저장된 LNG와 접촉으로 냉각시키고, BOG의 적어도 일부는 저장탱크(T)의 수두압으로 재액화시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예의 FLNG(F)의 LNG 하역 시스템 및 방법은 FLNG(F)의 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 LNG 운반선(S)으로 이송하되, 이송된 LNG에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 FLNG(F)의 저장탱크(T)에 LNG를 공급하는 헤더(H)로 도입시켜, 헤더(H)를 통해 저장탱크(T)의 바닥부로 BOG를 주입시킨다.

링 형태를 포함하여 저장탱크(T)의 바닥부에서 퍼지는 형태의 헤더(H)를 통해 저장탱크(T)의 바닥부로 넓게 분사되어 주입됨으로써, BOG는 저장탱크(T)에 저장된 LNG와 접촉으로 냉각되고, 그 중 일부는 저장탱크(T)의 수두압으로 재액화될 수 있다. 이로써, 하역시 LNG 운반선(S)에서 발생하는 BOG를 적절히 처리할 수 있고, 종래의 일 예처럼 이송 중 온도 상승으로 인해 상대적으로 높은 온도의 BOG를 컴프레서에 도입시킬 때 설계조건의 차이에 따라 발생할 수 있는 컴프레서의 과부하를 방지할 수 있다.

또한 도입된 BOG를 통해 저장탱크(T) 내부의 LNG를 교반(agitating)시킴으로써 저장탱크(T)에서의 Roll over 위험을 낮출 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

F: FLNG
T: 저장탱크
S: LNG 운반선
ST: LNG 운반선의 저장용기
OL: 하역 라인
BL: BOG 라인
H: 헤더
P: 하역용 펌프

Claims

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FLNG에서 LNG 운반선으로 LNG를 하역하는 방법에 있어서,
상기 FLNG의 저장탱크에 저장된 상기 LNG를 LNG 운반선으로 이송하되, 상기 LNG 운반선으로 이송된 상기 LNG에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 상기 FLNG로 이송하고, 상기 FLNG의 저장탱크에 LNG를 공급하는 헤더로 도입시켜, 상기 헤더를 통해 상기 저장탱크의 바닥부로 상기 BOG를 주입시키되,
상기 헤더는 상기 FLNG에서 생산된 LNG를 상기 FLNG의 저장탱크로 공급하기 위해 마련되는 공급용 헤더이며, 상기 헤더의 말단을 상기 저장탱크의 바닥부에 퍼지는 형태로 마련하여,
상기 헤더에 의해 주입되는 BOG는 상기 저장탱크의 바닥부에 넓게 분사되며 바닥부의 LNG와 접촉으로 인한 냉각 및 수두압에 의해 적어도 일부가 재액화되는 것을 특징으로 하는 FLNG의 LNG 하역 방법.
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