KR102150153B1 - 가스 처리 시스템 및 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템 및 선박에 관한 것으로서, 선체의 내부에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 선체에 탑재되는 고압수요처 및 저압수요처로 공급될 액화가스를 저장하는 액화가스 연료탱크; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기 및 압축된 증발가스를 응축시키는 응축기를 갖는 재액화장치; 상기 액화가스 연료탱크에서 배출된 액화가스를 상기 저압수요처로 공급하기 위한 압력으로 가압하는 저압펌프 및 상기 저압펌프에서 가압된 액화가스를 상기 고압수요처로 공급하기 위한 압력으로 가압하는 고압펌프를 갖는 액화가스 공급장치; 및 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 저압펌프에서 가압되어 상기 저압수요처로 공급되는 액화가스에 합류시키는 증발가스 전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 선박{Gas treatment system and ship having the same}
본 발명은 가스 처리 시스템 및 선박에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진이나 가스 터빈 등을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤 등의 오일 연료를 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 하고, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하며, 반면 가스 터빈은 압축 공기와 함께 연료를 연소시키고, 연소 공기의 온도/압력을 통해 터빈 날개를 회전시킴으로써 발전하여 프로펠러에 동력을 전달하는 방식을 사용한다.
그러나 최근에는, 액화가스의 일종인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진이나 터빈 등의 수요처를 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하기 때문에, 수요처의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
더 나아가 액화천연가스 외에도 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas)나 에탄(ethane) 등과 같이, 비등점이 상온보다 낮아 상온에서 기체 상태로 존재하며 액상으로 저장되는 가스를 연료로 사용하기 위한 연구가 이루어지고 있다.
그러나 아직까지는 디젤과 같은 오일 연료를 이용하는 종래의 경우와 대비할 때, 가스 연료를 사용하는 경우에서 해결해야 하는 문제들이 다수 존재하는 상황이어서, 가스 연료를 처리하는 기술에 대해 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 에탄을 엔진의 연료로 사용하기 위하여 에탄을 효율적으로 처리할 수 있도록 하는 가스 처리 시스템 및 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 선체의 내부에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 선체에 탑재되는 고압수요처 및 저압수요처로 공급될 액화가스를 저장하는 액화가스 연료탱크; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기 및 압축된 증발가스를 응축시키는 응축기를 갖는 재액화장치; 상기 액화가스 연료탱크에서 배출된 액화가스를 상기 저압수요처로 공급하기 위한 압력으로 가압하는 저압펌프 및 상기 저압펌프에서 가압된 액화가스를 상기 고압수요처로 공급하기 위한 압력으로 가압하는 고압펌프를 갖는 액화가스 공급장치; 및 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 저압펌프에서 가압되어 상기 저압수요처로 공급되는 액화가스에 합류시키는 증발가스 전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 액화가스는, 에탄일 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 연료탱크는, 상기 선체의 외부에 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 재액화장치는, 상기 응축기에서 응축된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크 또는 상기 액화가스 연료탱크로 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 액화가스 연료탱크로 연결되는 액화가스 전달라인; 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 재액화장치를 거쳐 상기 액화가스 저장탱크 또는 상기 액화가스 연료탱크로 연결되는 증발가스 액화라인; 상기 액화가스 연료탱크에서 상기 저압펌프 및 상기 고압펌프를 거쳐 상기 고압수요처로 연결되는 고압액화가스 공급라인; 및 상기 고압액화가스 공급라인에서 상기 저압펌프의 하류로부터 분기되어 상기 저압수요처로 연결되는 저압액화가스 공급라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 고압액화가스 공급라인에서 상기 고압펌프의 하류에 마련되어 고압으로 가압된 액화가스를 가열하는 기화기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 저압액화가스 공급라인에 마련되는 강제기화기 및 히터를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 전달부는, 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 강제기화기의 하류에서 액화가스에 합류시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 선박은, 에탄을 선박의 추진용 연료로서 엔진에 공급하는 과정에서, 에탄의 압축, 유동 등의 처리를 효과적으로 구현하여 시스템 효율성 및 안정성 등을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 갖는 선박의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만 이하에서 기화라 함은 반드시 액체 상태에서 기체 상태로 변화하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 이미 기화된 상태에서 가열되는 것을 의미할 수도 있다.
또한 액화가스 또는 증발가스는, 물질의 상태가 용어로 인해 제한되지 않는다. 일례로 액화가스가 기체 상태로 기화된 것도 액화가스로 지칭될 수 있으며, 반대로 증발가스가 액체 상태로 액화된 것도 증발가스로 지칭될 수 있다. 다만 탱크 내에 저장된 액화가스가 자연기화한 것은 증발가스로 지칭된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 갖는 선박의 측면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(2)을 갖는 선박(1)은, 액화가스를 적재하는 액화가스 운반선일 수 있다. 다만 본 명세서에서 선박(1)은 액화가스를 저장하는 해양 플랜트를 포괄하는 의미로 사용된다.
액화가스는 에탄일 수 있다. 즉 본 실시예의 선박(1)은 에탄 운반선일 수 있다. 다만 본 발명은 액화가스가 에탄인 것으로 한정되지는 않으며, 액화가스는 에탄 외에도 액화천연가스나 액화석유가스 등일 수 있음은 물론이다.
선박(1)에는 액화가스 저장탱크(20) 및 액화가스 연료탱크(30)가 마련된다. 액화가스 저장탱크(20)는 선체(10)의 내부에 마련될 수 있으며, 선박(1)의 길이 방향으로 복수 개가 나란히 마련되어 있을 수 있다. 액화가스 저장탱크(20)는 멤브레인형, 독립형 등의 타입으로 이루어질 수 있지만 특별히 한정되지 않는다.
액화가스 저장탱크(20)는 에탄을 비등점보다 낮은 극저온으로 보관하게 된다. 그런데 액화가스 저장탱크(20)에는 외부로부터 열이 침투할 수 있고, 이 경우 액화가스 저장탱크(20) 내에 액상으로 저장되어 있던 에탄 중 일부는 기화할 수 있다.
기화된 에탄은 증발가스로서 액화가스 저장탱크(20)의 내압 상승을 방지하기 위해 외부로 배출되며, 배출된 증발가스는 후술할 재액화장치(40)에 의해 재액화되어 처리될 수 있다. 이를 위하여 액화가스 저장탱크(20)에서 재액화장치(40)로는 증발가스 액화라인(41)이 연결될 수 있다.
복수 개의 액화가스 저장탱크(20) 각각에는 증발가스 배출을 위해 증발가스 액화라인(41)이 마련될 수 있는데, 증발가스 액화라인(41)은 vapor main에서 서로 통합될 수 있다.
액화가스 저장탱크(20)에 저장된 액화가스는 선박(1)이 목적지까지 운반해야 하는 화물로서, 손망실이 발생해서는 안된다. 따라서 액화가스 저장탱크(20)에 저장된 액화가스는 선박(1) 내에서 소비되지 않는 것이 원칙이다.
이를 위해 선박(1)은 액화가스 연료탱크(30)에 저장된 액화가스를 소비하여 운항을 할 수 있으며, 다만 일정한 사정에 의해 액화가스 저장탱크(20)에서 액화가스 연료탱크(30)로 액화가스나 증발가스 등이 전달될 수 있으며, 이 경우 액화가스 저장탱크(20)로부터 배출된 유량이 체크되어 향후 정산에 이용될 수 있다.
액화가스 저장탱크(20)로부터 외부(액화가스 연료탱크(30) 등)로는 액화가스 배출라인(21)이 마련될 수 있으며, 액화가스 배출라인(21)은 액화가스의 언로딩(unloading)에 사용될 수 있다.
vapor main과 유사하게 복수 개의 액화가스 저장탱크(20)에 마련된 액화가스 배출라인(21)은 liquid main에서 통합될 수 있는데, 다만 액화가스 연료탱크(30)로 연결되는 액화가스 배출라인(21)은 liquid main을 거치지 않고 특정한 액화가스 저장탱크(20)로부터 직접 연결될 수 있다. 즉 복수 개의 액화가스 저장탱크(20) 중 액화가스 연료탱크(30)로 액화가스를 전달하는 액화가스 저장탱크(20)는 일부일 수 있다.
액화가스 배출라인(21)에는 이송펌프(211)가 마련될 수 있고, 이송펌프(211)는 액화가스 저장탱크(20)의 내부에 잠겨있는 잠형 펌프일 수 있지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 즉 이송펌프(211)는 액화가스 저장탱크(20)의 외부에 마련될 수도 있다.
이하에서는 액화가스 저장탱크(20)를 탑재한 액화가스 운반선에 마련되는 가스 처리 시스템(2)에 대해 서술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 연료탱크(30), 재액화장치(40), 액화가스 공급장치(50), 증발가스 전달부(60), 벤트부(70), 리턴부(80), 누출검사부(100)를 포함한다.
액화가스 연료탱크(30)는, 선체(10)에 탑재되는 고압수요처(90) 및 저압수요처(110)로 공급될 액화가스를 저장한다. 여기서 고압수요처(90)라 함은 선박(1)을 추진시키기 위한 고압엔진으로서, ME-GIE, XDF 엔진 등일 수 있다. 고압수요처(90)가 소비하는 액화가스의 압력은 200bar 내지 400bar일 수 있지만 특별히 한정되는 것은 아니다.
저압수요처(110)는 선박(1) 내 전력 수요를 충족시키기 위한 발전엔진으로서, 복수 개가 마련될 수 있고 DFDE 등일 수 있다. 이때 저압수요처(110)가 소비하는 액화가스의 압력은 10bar 내외일 수 있다.
다만 본 명세서에서 고압과 저압은 상대적인 의미일 수 있는바, 반드시 수치적으로 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 즉 고압수요처(90)는 저압수요처(110)보다 높은 압력의 액화가스를 소비하는 설비를 의미일 수 있다.
액화가스 연료탱크(30)는 선체(10)의 외부에 마련될 수 있으며, 일례로 상갑판(11) 상에 마련될 수 있다. 선체(10)의 내부에는 액화가스 저장탱크(20)가 배치되며 본 선박(1)은 상갑판(11) 위에 충분한 여유 공간을 갖고 있는바, 액화가스 연료탱크(30)는 상갑판(11)에 새들(부호 도시하지 않음) 등에 의해 고정 지지되도록 마련될 수 있다.
액화가스 연료탱크(30)는 압력형 용기 타입일 수 있고, 캡슐 형태를 가질 수 있다. 액화가스 연료탱크(30)는 액화가스를 대기압 이상의 압력으로 저장할 수 있으며, 다만 액화가스 연료탱크(30)에서 배출되는 액화가스는 저압펌프(52)를 통해 가압되어 저압수요처(110)의 요구압력이 도달할 수 있다. 즉 액화가스 연료탱크(30)는 저압수요처(110)의 요구압력보다는 낮은 압력으로 액화가스를 저장할 수 있다.
물론 액화가스 연료탱크(30)는 저압수요처(110)의 요구압력 이상으로 액화가스를 저장할 수 있고, 이 경우 후술할 저압펌프(52)는 생략되거나 밸브 등과 같이 흐름을 제어하는 구성으로 대체될 수 있다.
액화가스 연료탱크(30)는 선박(1)이 액화가스 저장탱크(20)에 액화가스를 로딩(loading)한 후 출항하기 전에 육상 등의 외부로부터 액화가스를 공급받을 수 있다. 따라서 선박(1)은 목적지까지 운항하는 동안 액화가스 연료탱크(30)에 저장된 액화가스를 사용하게 되므로, 액화가스 저장탱크(20)에 저장된 액화가스를 소비하지 않아도 될 수 있다.
액화가스 저장탱크(20)와 마찬가지로 액화가스 연료탱크(30)에서도 증발가스가 발생할 수 있다. 그런데 본 실시예는 액화가스 연료탱크(30)의 증발가스를 제외한 액화가스만 저압수요처(110)나 고압수요처(90)로 전달하게 되는바, 액화가스 연료탱크(30)에서 발생한 증발가스는 액화가스 저장탱크(20)로 리턴될 수 있다. 이 경우 액화가스 연료탱크(30)에서 액화가스 저장탱크(20)로는 증발가스 회수라인(31)이 마련된다.
증발가스 회수라인(31)을 통해 액화가스 저장탱크(20)로 회수된 증발가스는, 액화가스 저장탱크(20)에서 재액화장치(40)로 연결되는 증발가스 액화라인(41)을 통해 재액화장치(40)에서 재액화될 수 있다.
재액화장치(40)는, 액화가스 저장탱크(20)에서 발생하는 증발가스를 재액화한다. 재액화장치(40)는 압축기(42), 응축기(43)를 포함할 수 있다. 압축기(42)는 액화가스 저장탱크(20)로부터 배출된 증발가스를 압축할 수 있고, 압축에 의하여 증발가스는 비등점이 상승할 수 있다. 따라서 압축된 증발가스는 대기압에서의 비등점까지 냉각되지 않더라도 액화가 가능하다.
압축기(42)는 일례로 10bar 내외로 증발가스를 압축할 수 있으며, 저압펌프(52)에서 토출되는 액화가스의 압력과 대응되는 압력으로 증발가스를 압축할 수 있다. 이는 후술하겠으나 압축기(42)에서 압축된 증발가스 중 적어도 일부는 응축기(43)로 전달되지 않고 저압수요처(110)로 공급될 수 있기 때문이다.
압축기(42)는 복수 개가 직렬로 배치되어 다단 압축을 구현할 수 있으며, 및/또는 복수 개가 병렬로 배치되어 부하를 나누거나 백업을 구현할 수 있다. 압축기(42)는 cargo compressor로서 재액화용 외에 액화가스 저장탱크(20)의 warming-up 등에 사용될 수도 있다.
응축기(43)는, 다양한 냉매를 이용하여 증발가스를 액화시킨다. 일례로 응축기(43)는 질소, R134a, 프로판, 메탄 등을 냉매로 사용할 수 있다. 또는 응축기(43)는 냉매를 이용한 열교환과 함께 또는 열교환을 대체하여, 압축된 증발가스를 줄-톰슨 밸브로 감압하여 액화하는 것을 포괄하는 개념임을 알려둔다. 즉 응축기(43)는 제한되지 않는 다양한 방법으로 증발가스를 액화시키는 구성일 수 있다.
액화가스 저장탱크(20)에서 재액화장치(40)로는 증발가스 액화라인(41)이 마련되며, 증발가스 액화라인(41)은 재액화장치(40)로부터 액화가스 저장탱크(20) 또는 액화가스 연료탱크(30)로 연장될 수 있다.
따라서 재액화장치(40)에서 액화된 증발가스는 액화가스 저장탱크(20)로 리턴되거나 액화가스 연료탱크(30)로 전달될 수 있다. 앞서 액화가스 연료탱크(30)에서 설명한 바와 같이 액화가스 연료탱크(30)에서 발생한 증발가스도 액화가스 저장탱크(20)를 거쳐 재액화장치(40)로 유입될 수 있으므로, 재액화장치(40)에서 액화된 증발가스를 액화가스 연료탱크(30)로 전달하더라도 액화가스 저장탱크(20)에 저장된 화물인 액화가스의 저장량을 감소시키지 않을 수 있다.
물론 재액화장치(40)에서 액화가스 연료탱크(30)로 전달되는 증발가스의 유량은 액화가스 연료탱크(30)에서 액화가스 저장탱크(20)로 회수되는 증발가스의 유량을 토대로 제어될 수 있다.
액화가스 공급장치(50)는, 액화가스 연료탱크(30)의 액화가스를 저압수요처(110) 및/또는 고압수요처(90)로 공급한다. 액화가스 공급장치(50)는 액화가스 연료탱크(30)에서 고압수요처(90)로 연결되는 고압액화가스 공급라인(51)과, 고압액화가스 공급라인(51)에서 분기되어 저압수요처(110)로 연결되는 저압액화가스 공급라인(55)을 포함한다.
액화가스 공급장치(50)는, 고압액화가스 공급라인(51)에 마련되는 저압펌프(52), 고압펌프(53), 기화기(54) 등을 포함할 수 있다. 따라서 액화가스는 액화가스 연료탱크(30)에서 저압펌프(52) 및 고압펌프(53) 등을 차례로 경유한 뒤 고압수요처(90)로 전달될 수 있다.
즉 고압액화가스 공급라인(51)은 액화가스 연료탱크(30)에서 저압펌프(52) 및 고압펌프(53)를 거쳐 고압수요처(90)로 연결되는데, 고압액화가스 공급라인(51)에서 고압수요처(90)의 상류에는, 액화가스의 댐핑을 억제하기 위한 댐퍼(511), 액화가스의 유량을 체크하기 위한 유량계(512), 고압수요처(90)로 공급되는 액화가스의 유량을 조절하는 가스밸브 트레인(513) 등의 다양한 부가 구성들이 배치될 수 있다.
저압펌프(52)는, 액화가스 연료탱크(30)에서 배출된 액화가스를 가압한다. 저압펌프(52)는 액화가스를 저압수요처(110)로 공급하기 위한 압력으로 가압할 수 있으며, 일례로 저압펌프(52)는 저압수요처(110)의 요구압력인 10bar 내외로 액화가스를 가압할 수 있다.
고압수요처(90)로 연결되는 고압액화가스 공급라인(51) 상에 마련되는 저압펌프(52)의 토출압력이 저압수요처(110)의 요구압력에 맞게 이루어지는 것은, 고압액화가스 공급라인(51)에서 저압펌프(52)의 하류로부터 저압수요처(110)를 향해 저압액화가스 공급라인(55)이 분기되어 있기 때문이다.
저압펌프(52)는 복수 개가 병렬로 마련될 수 있으며, 압축기(42)에서 설명한 바와 같이 복수 개의 저압펌프(52)는 서로 백업 가능하거나 부하 분담이 가능할 수 있다.
고압펌프(53)는, 저압펌프(52)에서 가압된 액화가스를 고압수요처(90)로 공급하기 위한 압력으로 가압한다. 고압펌프(53)는 고압수요처(90)의 요구압력인 200bar 내지 400bar로 액화가스를 가압할 수 있으며, 고압펌프(53)는 고압수요처(90)와 저압수요처(110)의 요구압력 차이만큼 액화가스를 가압할 수 있다.
고압펌프(53) 또한 저압펌프(52)와 동일/유사하게 복수 개가 병렬로 마련될 수 있으며, 저압펌프(52)와 고압펌프(53)는 동일한 타입이거나 상이한 타입으로 마련될 수 있다. 일례로 고압펌프(53)는 왕복동형일 수 있고, 저압펌프(52)는 원심형 등일 수 있다.
기화기(54)는, 고압액화가스 공급라인(51)에서 고압펌프(53)의 하류에 마련되어 고압으로 가압된 액화가스를 가열한다. 기화기(54)는 해수, 글리콜워터, 브라인(brine), 스팀 등의 제한되지 않는 다양한 열매를 이용하여 액화가스를 고압수요처(90)의 요구 온도까지 가열할 수 있고, 일례로 기화기(54)는 액화가스를 40도 내외로 가열할 수 있다.
액화가스 공급장치(50)는, 앞서 언급한 바와 같이 고압액화가스 공급라인(51)에서 저압펌프(52)의 하류로부터 분기되어 저압수요처(110)로 연결되는 저압액화가스 공급라인(55)을 포함하며, 저압액화가스 공급라인(55)에 마련되는 강제기화기(56), 히터(57), 버퍼탱크(58) 등을 포함할 수 있다.
강제기화기(56)는 저압펌프(52)에서 가압된 후 저압액화가스 공급라인(55)으로 분기되는 액화가스를 기화시킨다. 이때 강제기화기(56)는 글리콜워터 등의 다양한 열매를 사용할 수 있으며, 액화가스를 저압수요처(110)의 요구온도까지 가열할 수 있다.
다만 강제기화기(56)가 액화가스를 저압수요처(110)의 요구온도까지 가열하더라도, 강제기화기(56)의 하류에서 압축된 증발가스가 합류되면서 온도가 변화할 수 있기 때문에, 강제기화기(56)의 하류에는 액화가스의 온도를 저압수요처(110)의 요구온도로 맞춰주기 위한 히터(57)가 마련될 수 있다.
히터(57)는 강제기화기(56)에서 기화된 액화가스를 가열한다. 히터(57)는 기화기(54)나 강제기화기(56) 등에서 설명한 바와 같이 글리콜워터 등의 제한되지 않는 다양한 열매를 사용하여 액화가스를 가열하며, 강제기화기(56)에서 기화된 후 증발가스의 합류로 인해 온도가 다소 낮아진 액화가스를 저압수요처(110)의 요구온도로 맞춰줄 수 있다.
버퍼탱크(58)는 저압수요처(110)로 공급되는 액화가스의 맥동을 억제한다. 버퍼탱크(58)는 임시 저장공간을 형성하는 탱크 형태이거나, 저압액화가스 공급라인(55)에서 직경이 확장된 형태 등일 수 있으며, 액화가스의 압력변동 등을 줄여서 저압수요처(110)의 가동 효율을 높이고 시스템 안정성을 확보할 수 있다.
저압액화가스 공급라인(55)에서 저압수요처(110)의 상류에는 가스밸브 트레인(551)이 마련될 수 있으며, 고압액화가스 공급라인(51)에서 설명한 바와 같은 유량계(도시하지 않음) 등도 저압액화가스 공급라인(55)에 마련될 수 있음은 물론이다.
저압수요처(110)는 선박(1)의 추진을 위해 마련되는 고압수요처(90)와 달리 선내 전력 수요를 고려하여 복수 개가 마련될 수 있는데, 일례로 저압수요처(110)는 발전용량이 상대적으로 큰 발전엔진 2대와, 발전용량이 상대적으로 작은 발전엔진 2대로 구성될 수 있다. 이 경우 저압액화가스 공급라인(55)은, 버퍼탱크(58)의 하류에서 분기되어 각 발전엔진으로 연결될 수 있다.
증발가스 전달부(60)는, 재액화장치(40)의 압축기(42)에서 압축된 증발가스를 저압펌프(52)에서 가압되어 저압수요처(110)로 공급되는 액화가스에 합류시킨다. 이를 위해 증발가스 전달부(60)는 증발가스 액화라인(41)에서 압축기(42)와 응축기(43)의 사이로부터, 저압액화가스 공급라인(55)에서 강제기화기(56)의 하류에 연결되는 라인 형태로 마련될 수 있다.
따라서 증발가스 전달부(60)는, 압축기(42)에서 압축된 증발가스를 강제기화기(56)의 하류에서 액화가스에 합류시킬 수 있고, 저압액화가스 공급라인(55)에서 증발가스 전달부(60)가 연결되는 지점에는 혼합기(도시하지 않음)가 마련될 수 있다.
본 실시예는 액화가스 연료탱크(30)에 저장된 액화가스를 이용하여 고압수요처(90)와 저압수요처(110)를 가동할 수 있으며, 액화가스 연료탱크(30)에서 발생한 증발가스는 고압수요처(90) 등으로 직접 전달되지는 않는다.
다만 액화가스 저장탱크(20)에서 발생한 증발가스 중에서 적어도 일부가 증발가스 전달부(60)를 통해 저압수요처(110)로 전달될 수 있다. 즉 고압수요처(90)는 액화가스로만 가동되고, 저압수요처(110)는 액화가스 및 증발가스로 가동될 수 있다.
액화가스 연료탱크(30)에서 발생한 증발가스는 증발가스 회수라인(31)을 통해 액화가스 저장탱크(20)로 회수되며, 액화가스 저장탱크(20) 내의 증발가스는 재액화장치(40)의 압축기(42)로 전달되므로, 액화가스 연료탱크(30)에서 발생한 증발가스는 액화가스 저장탱크(20), 재액화장치(40)의 압축기(42)를 경유하여 저압수요처(110)의 연료로 사용되는 것이라고 볼 수 있다.
이 경우 액화가스 저장탱크(20)에서 발생한 증발가스를 저압수요처(110)에서 소비하더라도 액화가스 저장탱크(20)의 저장용량이 줄어드는 것은 아닐 수 있다. 물론 액화가스 연료탱크(30)에서 액화가스 저장탱크(20)로 회수되는 증발가스의 유량을 고려하여, 증발가스 전달부(60)를 통해 저압액화가스 공급라인(55)으로 전달되는 증발가스의 유량이 제어될 수 있다.
재액화장치(40)의 압축기(42), 응축기(43), 그리고 저압펌프(52)의 가동은 증발가스의 양에 따라 다음과 같이 이루어질 수 있다. 저압펌프(52)는 고압수요처(90) 및 저압수요처(110)의 가동을 위해 증발가스 유량과 무관하게 지속적으로 가동될 수 있으며, 응축기(43)는 증발가스 유량에 따라 가동 여부가 제어될 수 있다.
또한 압축기(42) 역시 증발가스 유량에 따라 가동 여부가 제어될 수 있는데, 다만 증발가스가 충분한 경우 압축기(42)에서 압축된 증발가스 중 일부는 응축기(43)로 전달되지 않고 증발가스 전달부(60)를 통하여 저압수요처(110)로 공급될 수 있다. 이 경우 응축기(43)로 유입되는 증발가스의 유량은, 압축기(42)로 유입되는 증발가스의 유량보다 적을 수 있다.
증발가스 유량 충분 부족
압축기(42) 가동
(압축된 증발가스는 증발가스 전달부(60)를 통해 저압수요처(110)로 공급)		 가동X
응축기(43) 가동 가동X
저압펌프(52) 가동 가동
다만 재액화장치(40)에 마련되는 압축기(42)는 앞서 언급한 바와 같이 다단으로 마련될 수 있는데, 증발가스 전달부(60)는 압축기(42)의 중간단에서 저압액화가스 공급라인(55)으로 연결될 수도 있다. 이 경우 증발가스 전달부(60)로 전달되지 않은 나머지 증발가스는 압축기(42)에 의해 추가 압축된 후 응축기(43)로 전달될 수 있다. 물론 재액화장치(40) 내에서 증발가스 전달부(60)가 연결되는 지점은, 압축기(42)의 압축 제원과 저압수요처(110)의 요구압력에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
벤트부(70)는, 액화가스 저장탱크(20)에서 발생하는 증발가스 및/또는 고압액화가스 공급라인(51)의 액화가스 등을 외부로 배출한다. 벤트부(70)는 증발가스나 액화가스를 소비하지 못하는 상황에서 증발가스 등을 외부(대기 등)로 배출하기 위해 마련되며, 저압 벤트라인(71)과 고압 벤트라인(72)을 포함할 수 있다.
저압 벤트라인(71)은, 액화가스 저장탱크(20)에서 발생한 증발가스를 외부로 배출한다. 저압 벤트라인(71)은 증발가스의 배출을 위해 저압 벤트마스트(711)를 포함할 수 있다.
액화가스 연료탱크(30)에서 발생한 증발가스는 증발가스 회수라인(31)을 통해 액화가스 저장탱크(20)로 회수되므로, 액화가스 연료탱크(30)에서 발생한 증발가스는 액화가스 저장탱크(20)를 경유하여 저압 벤트라인(71)을 거쳐 저압 벤트마스트(711)로 배출될 수 있다.
물론 저압 벤트라인(71)은 액화가스 연료탱크(30)에 직접 연결될 수도 있으며, 또는 증발가스 회수라인(31)에서 저압 벤트마스트(711)로 연결되는 증발가스 배출라인(73)을 마련할 수도 있다.
즉 액화가스 연료탱크(30)의 증발가스는, 액화가스 연료탱크(30)에 직접 연결되는 저압 벤트라인(71)을 통해 저압 벤트마스트(711)로 배출되거나, 증발가스 회수라인(31)을 통해 액화가스 저장탱크(20)를 경유하여 저압 벤트마스트(711)로 배출되거나, 및/또는 증발가스 회수라인(31)과 증발가스 배출라인(73)을 통해 저압 벤트라인(71)으로 유입되어 저압 벤트마스트(711)로 배출될 수 있다.
다만 저압 벤트라인(71), 증발가스 회수라인(31)이나 증발가스 배출라인(73) 등에는 밸브(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 각 밸브의 개방 압력이 서로 상이하게 마련될 수 있다.
일례로 액화가스 연료탱크(30)의 증발가스는 액화가스 저장탱크(20)를 경유해 저압 벤트마스트(711)로 전달되는 것이 기본이며, 액화가스 연료탱크(30)의 내압이 제1 압력을 넘어서면 증발가스 배출라인(73)이 개방되고, 액화가스 연료탱크(30)의 내압이 제1 압력보다 큰 제2 압력도 넘어서면 액화가스 연료탱크(30)에 직접 연결된 저압 벤트라인(71)이 개방될 수 있다.
고압 벤트라인(72)은, 고압펌프(53)의 하류에서 고압의 액화가스를 외부로 배출한다. 고압 벤트라인(72)은 고압 액화가스의 배출을 위해 고압 벤트마스트(721)를 포함할 수 있으며, 저압 벤트라인(71)과 달리 고압 액화가스의 배출 시 발생하는 소음, 진동을 저감하기 위해, 고압 벤트라인(72)에는 사일런서(722)(silencer)가 마련될 수 있다.
고압 벤트라인(72)은 기화기(54)의 상류 및 하류에 마련될 수 있으며, 고압액화가스 공급라인(51)에서 기화기(54)의 상류로부터 분기되는 고압 벤트라인(72)과, 고압액화가스 공급라인(51)에서 기화기(54)의 하류로부터 분기되는 고압 벤트라인(72)은, 서로 합류되어 고압 벤트마스트(721)로 연결될 수 있다.
기화기(54) 전후의 액화가스를 통합하여 고압 벤트마스트(721)로 배출할 수 있는 것은, 벤트의 경우 배출되는 액화가스의 온도는 별로 중요하지 않고 압력이 중요하기 때문이다.
즉 압력이 다르면 하나의 벤트마스트에서 배출시킬 수 없는데, 기화기(54) 전후에서 배출된 액화가스는 모두 동일/유사한 고압이므로, 하나의 고압 벤트마스트(721)를 통해 배출할 수 있다. 물론 액화가스 연료탱크(30)에서 발생한 증발가스는 기화기(54) 전후의 액화가스와 달리 저압이므로 고압 벤트마스트(721)가 아닌 저압 벤트마스트(711)를 이용해야 할 수 있다.
리턴부(80)는, 액화가스 연료탱크(30)에서 고압수요처(90)로 공급되는 액화가스를 리턴시킨다. 리턴부(80)는 액화가스 연료탱크(30)에서 배출되고 저압펌프(52)에 유입되기 전의 액화가스를 리턴시키는 액화가스 회수라인(81)을 포함한다.
액화가스 회수라인(81)은 저압펌프(52)의 유효흡입수두(NPSHr) 이상의 충분한 액화가스가 액화가스 연료탱크(30)에서 배출될 때, 저압펌프(52)에 유입되지 않은 잉여분의 액화가스를 액화가스 연료탱크(30)로 회수할 수 있다.
리턴부(80)는 저압펌프(52)의 하류에서 액화가스를 액화가스 연료탱크(30)로 회수하는 저압액화가스 리턴라인(82)을 포함하며, 저압액화가스 리턴라인(82)은 저압펌프(52)의 부하가 일정 수준 이상을 유지할 수 있도록 일정량의 액화가스가 저압펌프(52)에 순환되도록 하는 라인일 수 있다. 따라서 저압액화가스 리턴라인(82)은 minimum flow line으로 지칭될 수 있다.
또한 리턴부(80)는, 고압펌프(53)의 하류 및 기화기(54)의 하류에서 각각 액화가스를 액화가스 연료탱크(30)로 회수하는 고압액화가스 리턴라인(83)과 고온액화가스 리턴라인(84)을 포함할 수 있다.
액화가스 회수라인(81)과 저압액화가스 리턴라인(82)은 저압펌프(52)의 유효흡입수두 충족 및 저압펌프(52)의 최소가동 보장이라는 각각의 효과를 구현하기 위해 서로 독립적으로 마련될 수 있는 반면, 고압액화가스 리턴라인(83)과 고온액화가스 리턴라인(84)은 서로 통합되어 액화가스 연료탱크(30)로 연결될 수 있다.
이와 같은 리턴부(80)는, 고압수요처(90)에서 소비되지 못하는 잉여분의 액화가스를 액화가스 연료탱크(30)로 리턴시켜서 고압액화가스 공급라인(51)에서의 과압을 방지할 수 있으며, 고압액화가스 리턴라인(83)과 고온액화가스 리턴라인(84)에 각각 마련되는 리턴밸브(부호 도시하지 않음)는, 서로 다른 압력 조건에서 개방되도록 마련될 수 있다. 일례로 고온액화가스 리턴라인(84)에 마련된 리턴밸브의 개방 압력은, 고압액화가스 리턴라인(83)에 마련된 리턴밸브의 개방 압력보다 높을 수 있다.
누출검사부(100)는, 고압액화가스 공급라인(51) 등에서의 액화가스 누출을 검사한다. 누출검사부(100)는 고압수요처(90)에 연결되는 고압 벤트라인(72)과 고압액화가스 공급라인(51)에 마련될 수 있다.
고압 벤트라인(72)과 고압액화가스 공급라인(51)은 폭발성의 액화가스를 유동해야 하는 것이어서 안전 등을 이유로 이중관 구조로 마련될 수 있는데, 누출검사부(100)는 고압 벤트라인(72)의 외측관으로 공기를 유입하는 공기 유입부(101)와, 고압액화가스 공급라인(51)의 외측관을 통해 공기를 배출하는 공기 배출부(102)를 갖는다.
이 경우 누출검사부(100)는, 고압 벤트라인(72)의 공기 유입부(101)를 통해 공기를 유입하고, 고압수요처(90)의 일부분을 거쳐 고압액화가스 공급라인(51)의 공기 배출부(102)를 통해 빠져나오는 공기를 수집한 뒤, 수집된 공기에 액화가스가 포함되어 있는지를 확인하여 액화가스 누출을 검사할 수 있다.
상기 공기 배출부(102)는 고압액화가스 공급라인(51)에서 가스밸브 트레인(513)과 고압수요처(90) 사이에 마련될 수 있다. 물론 누출검사부(100)에서 공기 유입부(101)와 공기 배출부(102)의 위치는 서로 반대될 수도 있다. 또한 누출검사부(100)는 공기 대신 액화가스와 구분될 수 있는 어떠한 유체도 사용 가능하다.
이와 같이 본 실시예는, 에탄을 운반하는 에탄 운반선에 있어서 에탄을 추진용 엔진의 연료로 사용할 수 있도록 하는 최적화된 시스템을 구축함으로써, 안정성 향상, 효율성 증대, 비용 절감 등의 효과를 확보할 수 있다.
본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 상기 실시예와 공지기술의 조합에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 선박 2: 가스 처리 시스템
10: 선체 11: 상갑판
20: 액화가스 저장탱크 21: 액화가스 배출라인
211: 이송펌프 30: 액화가스 연료탱크
31: 증발가스 회수라인 40: 재액화장치
41: 증발가스 액화라인 42: 압축기
43: 응축기 50: 액화가스 공급장치
51: 고압액화가스 공급라인 511: 댐퍼
512: 유량계 513: 가스밸브 트레인
52: 저압펌프 53: 고압펌프
54: 기화기 55: 저압액화가스 공급라인
551: 가스밸브 트레인 56: 강제기화기
57: 히터 58: 버퍼탱크
60: 증발가스 전달부 70: 벤트부
71: 저압 벤트라인 711: 저압 벤트마스트
72: 고압 벤트라인 721: 고압 벤트마스트
722: 사일런서 73: 증발가스 배출라인
80: 리턴부 81: 액화가스 회수라인
82: 저압액화가스 리턴라인 83: 고압액화가스 리턴라인
84: 고온액화가스 리턴라인 90: 고압수요처
100: 누출검사부 101: 공기 유입부
102: 공기 배출부 110: 저압수요처

Claims (9)

  1. 선체의 내부에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크;
    상기 선체에 탑재되는 고압수요처 및 저압수요처로 공급될 액화가스를 저장하는 액화가스 연료탱크;
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기 및 압축된 증발가스를 응축시키는 응축기를 갖는 재액화장치;
    상기 액화가스 연료탱크에서 배출된 액화가스를 상기 저압수요처로 공급하기 위한 압력으로 가압하는 저압펌프 및 상기 저압펌프에서 가압된 액화가스를 상기 고압수요처로 공급하기 위한 압력으로 가압하는 고압펌프를 갖는 액화가스 공급장치; 및
    상기 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 저압펌프에서 가압되어 상기 저압수요처로 공급되는 액화가스에 합류시키는 증발가스 전달부를 포함하며,
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 액화가스 연료탱크로 연결되는 액화가스 배출라인;
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 재액화장치를 거쳐 상기 액화가스 저장탱크 또는 상기 액화가스 연료탱크로 연결되는 증발가스 액화라인; 및
    상기 액화가스 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 전달하는 증발가스 회수라인을 더 포함하며,
    상기 액화가스 연료탱크에서 발생하는 증발가스는, 상기 증발가스 회수라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크를 거쳐 상기 증발가스 액화라인을 따라 상기 재액화장치로 유입되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액화가스는,
    에탄인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액화가스 연료탱크는,
    상기 선체의 외부에 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 재액화장치는,
    상기 응축기에서 응축된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크 또는 상기 액화가스 연료탱크로 전달하며,
    상기 액화가스 연료탱크에서 상기 증발가스 회수라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 회수되는 증발가스의 유량을 토대로, 상기 액화가스 연료탱크로 전달되는 증발가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 연료탱크에서 상기 저압펌프 및 상기 고압펌프를 거쳐 상기 고압수요처로 연결되는 고압액화가스 공급라인; 및
    상기 고압액화가스 공급라인에서 상기 저압펌프의 하류로부터 분기되어 상기 저압수요처로 연결되는 저압액화가스 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고압액화가스 공급라인에서 상기 고압펌프의 하류에 마련되어 고압으로 가압된 액화가스를 가열하는 기화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 저압액화가스 공급라인에 마련되는 강제기화기 및 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 증발가스 전달부는,
    상기 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 강제기화기의 하류에서 액화가스에 합류시키는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
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