KR102233194B1

KR102233194B1 - 재기화설비의 안전시스템

Info

Publication number: KR102233194B1
Application number: KR1020190102269A
Authority: KR
Inventors: 노중기
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2021-03-29
Also published as: KR20210022905A

Abstract

재기화설비의 안전시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 재기화설비의 안전시스템은, 액화가스를 재기화하여 육상으로 이송하기 위한 재기화설비 내에 비상상황 발생시 신호를 출력하여 전달하는 제1 비상차단부; 상기 제1 비상차단부로부터 전달되는 신호에 따라 상기 재기화설비에 구비되는 재기화 시스템을 셧다운하는 공정차단부; 및 상기 공정차단부의 하위에 구성되며 상기 재기화 시스템에 구비되는 다수의 재기화가스 트레인(Regas train)을 개별적으로 차단하는 다수의 트레인 차단부를 포함하고, 상기 재기화 시스템은, 비상상황 발생시 상기 공정차단부에 의해 시스템 전체가 차단되거나 또는 상기 트레인차단부에 의해 일부 공정만 차단될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

재기화설비의 안전시스템 {Safety System of Floating Regasification Unit}

본 발명은 재기화설비의 안전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재기화설비로 LNG의 선적 또는 하역 작업이 이루어지는 경우, 그리고 재기화설비로부터 육상으로 재기화가스의 이송이 이루어지는 경우에 안전을 확보할 수 있는 재기화설비의 안전시스템에 관한 것이다.

액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태의 천연가스일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG는 LNG 운반선에 의해 해상 수송되어 액화된 상태 그대로 육상의 터미널에 하역되며, 육상 터미널에 설치된 LNG 재기화설비에 의해 재기화된 후 가스배관을 통해 각 소비처로 공급된다.

이러한 육상의 LNG 재기화설비는 천연가스 시장이 잘 형성되어 있어 안정적으로 천연가스의 수요가 발생하는 지역에 설치하는 경우에는 경제적으로 유리한 것으로 알려져 있으나, 천연가스의 수요가 계절적 또는 단기적으로 한정되어 있는 수요처에 설치되는 경우에는 높은 설치비와 운영비로 인해 경제적으로 불리하다.

또한, 육상의 재기화 설비는 자연재해 등에 의해 파괴될 위험이 있고, 파괴될 경우에는 복구될 때까지 LNG를 재기화시켜 각 소비처로 공급해줄 수 없는 등 본질적인 한계를 가지고 있다.

이에 따라 종래 육상 LNG 재기화설비 대신, 해상 플랜트나 선박에 LNG 재기화설비를 마련하여 해상에서 액화천연가스를 재기화하고, 재기화를 통해 얻어진 천연가스를 육상으로 공급하는 해상 LNG 재기화설비가 각광받고 있다.

LNGC(LNG Carrier)는 LNG를 해상을 통해 원거리 수송하는 대표적인 선박이다. 그리고 LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)는 해상 플랜트에 재기화설비를 마련하여 해상에서 LNG를 재기화하고 재기화를 통해 얻어진 천연가스를 육상으로 공급하는 대표적인 해상 LNG 재기화설비이다.

LNG FSRU는 자체 추진 기능을 갖춘 LNGC에 의해 LNG를 공급받아 저장하고, 필요시 LNG를 재기화하여 생성되는 천연가스를 재기화가스 송출관(Regas send-out line)을 통해 육상의 터미널로 이송한다.

따라서 LNG FSRU는 접안된 LNGC로부터 LNG의 선적 또는 하역이 이루어지는 경우가 있고, LNG FSRU로부터 재기화가스 송출관을 통해 육상 터미널로 재기화가스의 이송이 이루어지는 경우가 있다.

이와 같은 과정에서 취급되는 LNG와 재기화가스는 폭발 위험이 있는 물질이므로, LNGC로부터 LNG FSRU로 LNG의 선적/하역이 이루어질 때, 그리고 LNG FSRU로부터 육상 터미널간로 재기화가스의 이송이 이루어질 때, LNGC와 LNG FSRU 상호간 그리고 LNG FSRU와 육상 터미널 상호간의 안전이 확보될 수 있도록 비상정지시스템(ESS: Emergency Shut-down System)이 마련된다.

특히, LNG의 선적/하역 작업 도중에 LNG FSRU 또는 LNGC에 화재와 같은 비상상황이 발생하면, 비상정지시스템(ESS)은 이를 감지하여 선적/하역 작업을 즉시 중단하고, LNGC를 LNG FSRU로부터 신속하게 분리하여 대형사고를 방지한다.

그런데 종래의 비상정지시스템(ESS)은, 위험의 정도 또는 위험 발생 지역과는 상관없이 비상상황의 발생이 감지되면 LNG 또는 재기화가스의 취급과 관련된 모든 장비의 전원을 오프(off)시키도록 동작하여, 경미한 문제가 발생하는 경우나 특정 지역에 국소적인 문제가 발생하는 경우에도 모든 장비의 작동이 전면적으로 중단되므로, 비상상황의 수습 후 장비들의 재작동시키기 위한 작업시간의 낭비와 에너지의 낭비를 초래하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0445323호 (2004.08.11)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 재기화설비에 적용되는 안전시스템의 표준을 정립하고, 재기화 시스템 내에서 트레인 별로 셧다운이 이루어질 수 있도록 비상정지시스템을 세분화함으로써, 국부적인 위험 발생시에는 관련된 최소한의 장비만 비상 정지시키는 것이 가능하도록 하여, 재기화설비의 보다 안전하고 효율적인 동작이 이루어질 수 있는 재기화설비의 안전시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 재기화설비의 안전시스템은, 해상에서 액화가스를 재기화하여 육상으로 이송하는 재기화설비 내에 비상상황 발생시 신호를 출력하여 전달하는 제1 비상차단부; 상기 재기화설비에 구비되는 재기화 시스템(Regas System)을 셧다운하는 공정차단부; 및 상기 공정차단부의 하위에 구성되며, 상기 재기화 시스템에 구비되는 다수의 재기화가스 트레인(Regas train)을 개별적으로 차단하는 다수의 트레인차단부를 포함하고, 상기 재기화 시스템은, 비상상황 발생시 상기 공정차단부에 의해 시스템 전체가 차단되거나 또는 상기 트레인차단부에 의해 시스템 내 일부 공정만 차단될 수 있는 것을 특징으로 하는, 재기화설비의 안전시스템을 제공한다.

본 발명은 상기 재기화설비와 LNG 선박 간에 LNG의 이송이 이루어지는 동안 비상상황이 발생하는지를 감지하여, 비상상황 발생시 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박을 분리시키는 제2 비상차단부; 및 상기 제1 및 제2 비상차단부로부터 신호를 수신받아 동작하며, 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박 중 어느 하나 또는 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박의 연결에 문제가 발생하는 경우, 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박 간에 이루어지는 LNG의 이송과 관련된 모든 동작을 중지시키는 로딩 차단부를 더 포함할 수 있다.

상기 로딩차단부는, 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박 사이에 연결된 파이프라인에 설치되는 밸브들을 관장하며, 비상상황 발생시 상기 파이프라인 상에 설치되는 밸브를 차단할 수 있다.

본 발명은 상기 재기화설비로부터 육상 터미널로 재기화가스의 이송이 이루어지는 동안 비상상황이 발생하는지를 감지하여, 비상상황 발생시 상기 재기화설비와 상기 육상 터미널을 분리시키는 제3 비상차단부를 더 포함하고, 상기 제3 비상차단부는, 비상상황 발생시 신호를 출력하여 상기 공정차단부로 전달할 수 있다.

상기 제1 비상차단부는, 상기 재기화 시스템 및 상기 재기화설비에 구비되는 LNG 핸들링 시스템에 구비되는 장비 및 배관 내부의 압력이 일정 수준 이상으로 상승하는 경우, 내부 압력을 배출밸브를 통해 해소시키는 블로우다운부를 포함하고, 상기 블로우다운부는, 상기 제1 비상차단부와 신호를 주고받을 수 있도록 상호 연결될 수 있다.

상기 제1 비상차단부는, 상기 재기화설비로부터 상기 육상 터미널로 재기화가스를 이송하는 재기화가스 송출관(Regas send-out line)에 문제가 발생하는 경우, 상기 재기화가스 송출관을 순간적으로 강제 차단하여 과압력으로부터 보호하는 송출관 비상차단부(HIPPS)를 더 포함하고, 상기 송출관 비상차단부는, 상기 재기화가스 송출관의 차단이 이루어지는 경우 신호를 생성하여 상기 공정차단부로 전달할 수 있다.

상기 제1 비상차단부는, 상기 재기화 시스템에서 LNG의 재기화시 LNG와의 열교환에 사용되는 글리콜 워터 내에 가스가 누수되었는지를 감지하고, 가스가 감지되는 경우 신호를 출력하여 상기 공정차단부로 전달하는 가스감지부를 더 포함할 수 있다.

상기 공정차단부는, 상기 제1 비상차단부 및 상기 제3 비상차단부로부터 전달받은 신호를 수신받아 동작하되, 필요에 따라 상기 재기화 시스템 전체를 셧다운하거나, 하위에 구성되는 개별 트레인차단부를 동작시켜 상기 재기화 시스템의 일부 공정만을 셧다운할 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양은, 해상에서 액화가스를 재기화하여 육상으로 이송하는 재기화설비 내에 비상상황 발생시 신호를 출력하여 전달하는 제1 비상차단부; 상기 재기화설비와 LNG 선박 간에 LNG의 이송이 이루어지는 동안 비상상황이 발생하는지를 감지하여, 비상상황 발생시 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박을 분리시키는 제2 비상차단부; 상기 재기화설비로부터 육상 터미널로 재기화가스의 이송이 이루어지는 동안 비상상황이 발생하는지를 감지하여, 비상상황 발생시 상기 재기화설비와 상기 육상 터미널을 분리시키는 제3 비상차단부; 상기 제1 및 제2 비상차단부로부터 신호를 수신받아 동작하며, 비상상황 발생시 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박 간에 이루어지는 LNG의 이송과 관련된 모든 동작을 중지시키는 로딩 차단부; 및 상기 제1 및 제3 비상차단부로부터 신호를 수신받아 동작하며, 상기 재기화 시스템에 구비되는 다수의 재기화가스 트레인을 개별적으로 차단하는 다수의 트레인차단부를 포함하여, 비상상황 발생시 상기 재기화 시스템 전체를 셧다운하거나 또는 상기 다수의 트레인차단부를 작동시켜 상기 재기화 시스템의 일부 공정만 셧다운하는 공정차단부를 포함하는, 재기화설비의 안전시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 재기화설비의 안전시스템은, 재기화설비에 적용되는 안전시스템의 인터페이스를 정립하는 것이 가능하고, 재기화설비를 보다 안전하고 효율적으로 운용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 재기화설비에서 LNG의 선적/하역 작업이 이루어지거나, 재기화설비로부터 육상으로 재기화가스의 이송이 이루어지는 경우, 또는 재기화 설비의 재기화 동작시, 발생할 수 있는 위험상황을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명은 국부적인 위험상황 발생시에는 관련된 개별 재기화가스 트레인만 비상 정지되도록 하여, 국부적인 위험상황에서는 최소한의 장비만 비상 정지됨에 따라, 재기화설비의 보다 안전하고 효율적인 동작이 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 재기화설비의 안전시스템의 개략도
도 2는 본 발명에 따른 재기화설비에 구비되는 재기화 시스템의 개략도

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

이하 본 명세서에서 선박은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여 해상에 부유하고 있는 해상 구조물을 모두 포함하는 개념이며, 특히 본 발명은 액화가스를 재기화시키는 설비를 갖춘 선박, 예컨대 LNG FSRU나 LNG RV 등의 선박에 바람직하게 적용될 수 있다.

또한, 이하 본 명세서에서 액화가스는, LNG, LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이, 저온으로 액화시켜 저장 및/또는 수송될 수 있고 저장된 상태에서 증발가스가 발생하여 엔진의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함하는 개념이다.

후술하는 실시예에서는 설명의 편의상 LNG 재기화설비를 갖춘 대표적인 선박 중 하나인 LNG FSRU를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 재기화설비의 안전시스템의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 재기화설비의 안전시스템은, 제1 비상차단부(110), 제2 비상차단부(120), 제3 비상차단부(130), 로딩차단부(200) 및 공정차단부(300) 및 개별 트레인차단부(310)를 포함한다.

제1 비상차단부(110)는, 재기화설비(FSRU)에서 이루어지는 재기화 동작(Regas operation)에 관련된 비상정지시스템이다.

제1 비상차단부(110)는, 화재 발생 또는 재기화설비(FSRU)에 구비되는 재기화 시스템(Regas System) 및 LNG 핸들링 시스템(LNG handling system)에서 비상상황이 발생하는지 여부를 감지하고, 이를 신호로 출력하여 전달할 수 있다.

구체적으로는, 재기화설비(FSRU) 측에서 화재가 발생하거나 재기화 시스템 또는 LNG 핸들링 시스템에서 취급되는 LNG 화물에 대한 안전 확보의 필요성이 발생하는 경우, 제1 비상차단부(110)는 신호를 생성하여 후술할 로딩차단부(200) 및 공정차단부(300)에 전달한다.

한편, 본 실시예에서 제1 비상차단부(110)는, 블로우다운부(111), 송출관 비상차단부(HIPPS: High Integrity Pressure Protection System, 112) 및 가스감지부(113)를 포함할 수 있다.

블로우다운부(111)는, 화재 발생시 또는 재기화 시스템 및 LNG 핸들링 시스템에 구비되는 장비 및 배관 내부의 압력이 일정 수준 이상으로 상승하는 경우, 내부 압력을 배출밸브를 통해 대기 중으로 배출하는 시스템이다.

블로우다운부(111)는, 내부 압력의 조절이 필요한 각종 장비 및 배관류에 설치되는 압력센서에서 감지되는 값을 토대로 IAS(Integrated Automation System)에 의해 자동으로 제어되거나, 또는 작동자가 수동으로 버튼을 눌러 동작될 수 있다.

블로우다운부(111)와 제1 비상차단부(110)는 상호간에 연결되어 신호를 주고 받을 수 있다. 예컨대, 제1 비상차단부(110)에서 화재 발생이 감지되는 경우, 제1 비상차단부(110)는 블로우다운부(111)에 신호를 전달하여 각종 장비 및 배관 내부의 압력을 해소시킬 수 있고, 반대로 블로우다운부(111)에서 각종 장비 및 배관 내부의 압력이 상승하는 경우 배출밸브를 통해 이를 해소시킴과 동시에 제1 비상차단부(110)로 신호를 전달하여 위험상황이 발생하였음을 알릴 수 있다.

블로우다운부(111)는 제1 비상차단부(110)가 활성화되고 수분(예컨대 2분)의 딜레이(delay)를 두고 동작할 수 있다.

송출관 비상차단부(112)는, 재기화설비(FSRU)로부터 육상 터미널(JETTY)로 재기화가스(천연가스)를 이송하는 재기화가스 송출관(Regas send-out line)에 문제가 발생하는 경우, 해당 파이프라인을 순간적으로 강제 차단시킴으로써 과압력으로부터 보호하는 시스템으로서, 재기화가스 송출관의 차단이 이루어지는 경우 신호를 생성하여 후술할 공정차단부(300)로 전달할 수 있다.

가스감지부(113)는, LNG의 재기화시 LNG와의 열교환(가열)에 사용되는 글리콜 워터(glycol water) 내에 가스가 누수되었는지를 감지하는 시스템으로서, 가스가 감지되는 경우 신호를 생성하여 후술할 공정차단부(300)로 전달할 수 있다.

제2 비상차단부(120)는, 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC) 간에 이루어지는 LNG의 선적/하역(loading/unloading)에 관련된 비상정지시스템이다.

제2 비상차단부(120)는, 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC) 사이에서 LNG의 이송(선적/하역)이 이루어지는 동안 비상상황이 발생하는지 여부를 감지하고, 문제 발생시 연결된 계류장치 및 파이프라인을 강제로 해제할 수 있다. 즉, 제2 비상차단부(120)는 비상시에 신속하게 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC)의 연결을 분리시킬 수 있다.

제2 비상차단부(120)는, ERS(Emergency Release System) 포지션 모니터링을 통해 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC) 사이의 연결에 문제 발생이 감지되는 경우 동작되거나, 또는 작동자가 수동으로 버튼을 눌러 동작될 수 있다.

또한, 제2 비상차단부(120)는, 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC) 사이에서 LNG의 이송(선적/하역)이 이루어지는 동안 비상상황이 발생하는 경우, 신호를 생성하여 후술할 로딩차단부(200)에 전달할 수 있다.

제3 비상차단부(130)는, 재기화설비(FSRU)와 육상 터미널(JETTY) 간에 이루어지는 재기화가스의 이송에 관련된 비상정지시스템이다.

제3 비상차단부(130)는, 재기화설비(FSRU)로부터 육상 터미널(JETTY)로 재기화가스의 이송이 이루어지는 동안 비상상황이 발생하는지 여부를 감지하고, 문제 발생시 연결된 계류장치 및 파이프라인을 강제로 해제할 수 있다. 즉, 제3 비상차단부(130)는 비상시 신속하게 재기화설비(FSRU)와 육상 터미널(JETTY)의 연결을 분리시킬 수 있다.

제3 비상차단부(130)는, ERS(Emergency Release System) 포지션 모니터링을 통해 재기화설비(FSRU)와 육상 터미널(JETTY) 사이의 연결에 문제 발생이 감지되는 경우 동작되거나, 또는 작동자가 수동으로 버튼을 눌러 동작될 수 있다.

또한, 제3 비상차단부(130)는, 재기화설비(FSRU)와 육상 터미널(JETTY)로 재기화가스의 이송이 이루어지는 동안 비상상황이 발생하는 경우, 신호를 생성하여 후술할 공정차단부(300)에 전달할 수 있다.

로딩차단부(200)는, 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC) 사이에 연결된 파이프라인에 설치되는 밸브들을 관장하는 시스템으로서, 비상상황 발생시 해당 파이프라인에 설치된 밸브들을 차단한다.

로딩차단부(200)는, 전술한 바와 같이 제1 비상차단부(110)와 제2 비상차단부(120)로부터 신호를 수신받아 동작될 수 있다. 또한, 로딩차단부(200)는 LNG 선박(LNGC) 측으로부터 신호를 수신받아 동작될 수도 있다. 구체적으로 LNG 선박(LNGC)은 선박 내에 구비되는 LNG 저장탱크나 카고 핸들링 시스템(Cargo handling system) 등에 비상상황이 발생하는지 여부를 감지하고, 이를 신호로 출력하여 로딩차단부(200)로 전달할 수 있다.

즉, 로딩차단부(200)는, 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC) 중 어느 하나에 비상상황이 발생하는 경우, 그리고 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC)의 연결에 문제가 발생하는 경우에 동작할 수 있다.

비상상황 발생시, 로딩차단부(220)는 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC) 사이의 LNG 이송(LNG transfer)에 관련된 모든 동작을 중지시킨다. 구체적으로는, 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC) 사이에 연결된 파이프라인에 설치되는 긴급 차단밸브(ESD Valve)를 모두 차단시키고, LNG의 이송을 위해 마련되는 카고펌프(cargo pump)와 고압 컴프레셔(HD compressor)를 트립(trip)시킨다.

공정차단부(300)는, 전술한 바와 같이 송출관 비상차단부(112)와 가스감지부(113)를 포함하는 제1 비상차단부(110) 및 제3 비상차단부(130)로부터 신호를 수신받아 동작될 수 있으며, 필요시 재기화 시스템 전체를 셧다운(shut down)하거나, 또는 하위에 구성되는 다수의 트레인차단부(310)를 개별적으로 셧다운할 수 있다.

트레인차단부(310)는, 재기화 시스템에 구비되는 다수의 재기화가스 트레인(Regas train) 별로 공정을 차단할 수 있도록, 각각의 재기화가스 트레인마다 개별적으로 설치될 수 있다.

따라서 국부적인 위험상황 발생시에는, 공정차단부(300)로부터 수신되는 정보를 판독하여 발생한 문제와 관련된 재기화가스 트레인만 개별적으로 차단될 수 있다.

공정차단부(300)와 트레인차단부(310)에 의해 재기화 시스템의 전체 또는 일부의 차단이 이루어지는 경우에는, 이에 대한 신호를 육상 터미널(JETTY) 측으로 송신하여 정보를 제공할 수 있다.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 재기화설비의 안전시스템은, 우선적으로 제1 비상차단부(110), 제2 비상차단부(120) 및 제3 비상차단부(130)가 구분됨으로써, 재기화설비(FSRU)에서 재기화 동작시 비상상황이 발생하는 경우와, 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC) 간에 비상상황이 발생한 경우, 그리고 재기화설비(FSRU)와 육상 터미널(JETTY) 간에 비상상황이 발생한 경우의 동작이 별개로 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 재기화설비의 안전시스템은, 재기화설비(FSRU)와 LNG 선박(LNGC) 간에 이루어지는 LNG의 이송(선적/하역)에 관한 비상정지시스템인 로딩차단부(200)와, 재기화설비(FSRU)에서의 재기화 동작과 재기화설비(FSRU)와 육상 터미널(JETTY) 간에 이루어지는 재기화가스의 이송에 관한 비상정지시스템인 공정차단부(300)가 구분되어 설계됨으로써, LNG의 이송 작업과 재기화가스에 관련된 작업이 서로 영향을 받지 않고 독립적으로 이루어질 수 있으며, 어느 한 쪽에 비상상황이 발생하더라도 문제가 발생하지 않은 나머지 작업은 중단 없이 지속적으로 이루어질 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 재기화설비의 안전시스템은, 재기화설비(FSRU)에 구비되는 재기화 시스템에 구비되는 다수의 재기화가스 트레인 별로 공정을 차단할 수 있도록 각각의 재기화가스 트레인마다 트레인차단부(310)를 개별적으로 설치함으로써, 국부적인 위험상황에서는 관련된 개별 재기화가스 트레인만 비상 정지되도록 하는 것이 가능하여, 재기화설비의 보다 안전하고 효율적인 동작이 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 재기화설비에 구비되는 재기화 시스템의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에서 재기화설비(FSRU)에 구비되는 재기화 시스템(Regas System)은, LNG가 저장되는 LNG 저장탱크(510), LNG 저장탱크(510)로부터 공급받은 LNG를 일시 저장하는 석션드럼(520), 석션드럼(520)으로부터 공급되는 LNG를 고압으로 승압시키는 고압펌프(HP Pump, 530), 고압펌프(530)에 의해 승압된 LNG를 기화시키는 고압기화기(HP Vaporizer, 540), 고압기화기(540)에 의해 재기화된 천연가스(NG)의 유량을 측정하는 미터링유닛(Metering Unit, 550)을 포함한다.

먼저, LNG 저장탱크(510)에 저장되는 LNG가 재기화되어 육상 터미널(JETTY)로 공급되는 일련의 과정을 간략히 살펴보면, LNG 저장탱크(510)에 저장된 LNG는 LNG 공급라인(L11)을 따라 석션드럼(520)으로 공급되어 일시 저장된 후, 재기화라인(L20)을 따라 고압펌프(530), 고압기화기(540)를 거치면서 재기화되며, 재기화된 천연가스는 미터링유닛(550)을 거쳐 육상 터미널(JETTY)과 연결된 매니폴드로 이송된다.

LNG 저장탱크(510)로부터 석션드럼(520)으로의 LNG의 공급은, LNG 저장탱크(510)에 구비되는 공급펌프(511)에 의해 이루어질 수 있다. 공급펌프(511)는 LNG 저장탱크(510) 내부에 마련되는 액중(液中)펌프로서 피드 펌프(Feed Pump)를 설치하거나 또는 탱크 내부에 기설치된 스트리핑 펌프(Stripping Pump)나 스프레이 펌프(Spray Pump)를 이용할 수도 있다.

LNG 공급라인(L11) 상에는, LNG 저장탱크(510)로부터 석션드럼(520)으로 공급되는 LNG의 유량을 조절하는 제1 입구밸브(V11)가 설치될 수 있다. 제1 입구밸브(V11)는 유량조절밸브(Flow Control Valve)로 마련될 수 있다.

석션드럼(520)은 재기화될 LNG의 안정된 제어를 위해 LNG를 일시적으로 저장하는 장치로서, 공급펌프(530)의 흡입 압력을 일정하게 유지하는 기능을 수행한다.

석션드럼(520)은 증발가스 공급라인(L12)을 통해 LNG 저장탱크(510)로부터 공급받은 증발가스에 의해 석션드럼(520) 내부를 가압하는 형태로 운전된다. 이때 LNG 저장탱크(510)에서 발생하는 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)가 저압 컴프레셔(LD Compressor, 512)에 의해 저압으로 압축되어 BOG 공급라인(L12)을 통해 석션드럼(520)으로 공급될 수 있다.

또한, 석션드럼(520)은 내측 상부에 설치되는 재응축기(521)를 포함하여, 증발가스를 LNG의 냉열에 의해 재응축시키는 기능을 동시에 수행할 수 있다.

고압펌프(530)는 석션드럼(520)에서 충분히 과냉된 LNG를 공급받아 이를 고압으로 승압하여 고압기화기(540) 측으로 전달한다.

석션드럼(520)과 고압펌프(530)를 연결하는 재기화라인(20) 상에서, 석션드럼(520)의 하류측에는 제1 출구밸브(V21)가, 고압펌프(530)의 상류측에는 제2 입구밸브(V22)가 각각 설치될 수 있다. 제1 출구밸브(V21)와 제2 입구밸브(V22)는 LNG의 유량을 조절할 수 있도록 유량조절밸브로 마련될 수 있다.

한편, 고압펌프(530)의 하류측 재기화라인(L20)으로부터 최소유량라인(L30)이 분기되어 다시 석션드럼(520) 측으로 연결될 수 있다. 고압펌프(530)는 고장 등의 문제 발생 없이 지속적으로 운전될 수 있는 최소 유량이 있는데, 이러한 최소 유량을 최소유량라인(L30)을 통해 확보하여 고압펌프(530)가 안정적으로 운전될 수 있게 하는 것이다. 이때 최소유량라인(L30)으로 유입된 LNG는, 최소유량라인(L30)으로부터 다시 분기된 제1 LNG 회수라인(L31)을 통해 LIQUID HEADER로 보내져 LNG 저장탱크(510)로 회수될 수도 있다.

최소유량라인(L30) 상에는, 고압펌프(530)로부터 고압기화기(540)로 공급되는 LNG의 일부를 석션드럼(520) 측으로 회수하기 위한 최소유량조절밸브(V30)가 설치될 수 있다.

그리고 제1 LNG 회수라인(L31)이 분기된 이후의 최소유량라인(L30)과 제1 LNG 회수라인(L31) 상에는, 각각 제어밸브(V31, V32)가 설치되어, 고압펌프(530)로부터 석션드럼(520) 측으로 또는 고압펌프(530)로부터 LIQUID HEADER 측으로 유동하는 LNG의 흐름을 제어할 수 있다.

또한, 고압펌프(530)의 상류측 재기화라인(L20)으로부터 제2 LNG 회수라인(L32)이 분기되어, 고압펌프(530) 전단의 LNG가 제2 LNG 회수라인(L32)을 통해 LIQUID HEADER로 회수될 수 있다. 제2 LNG 회수라인(L32)은 제1 LNG 회수라인(L31)과 합류될 수 있다.

제2 LNG 회수라인(L32) 상에는, 석션드럼(520)으로부터 LIQUID HEADER 측으로 유동하는 LNG의 흐름을 제어하는 제어밸브(V33)가 설치될 수 있다.

한편, 고압펌프(530) 내에서 발생하는 열에 의해 일부 LNG가 증발되어 고압펌프(530) 내에 증발가스가 발생할 수 있다. 고압펌프(530)에서 발생한 증발가스는 증발가스 배출라인(L40)을 통해 석션드럼(520) 또는 LNG 저장탱크(510)로 배출될 수 있으며, 본 실시예에서는 LNG 저장탱크(510) 측으로 배출시키는 것을 예로 들어 설명하였다.

증발가스 배출라인(L40) 상에는, 고압펌프(530) 내부의 증발가스를 배출시키기 위한 제1 증발가스 배출밸브(V40)가 설치될 수 있다.

기화기(540)는 고압펌프(530)에 의해 승압된 LNG를 공급받아 재기화시키고, 재기화된 천연가스를 육상 터미널(JETTY)과 연결된 매니폴드 측으로 전달한다.

재기화라인(L20) 상에서, 고압기화기(540)의 상류측에는 제3 입구밸브(V23)가, 고압기화기(540)의 하류측에는 제2 출구밸브(V24)가 설치될 수 있다. 제3 입구밸브(V23)는 고압기화기(540)로 유입되는 LNG의 유량을 조절하기 위해 유량조절밸브로 마련될 수 있으며, 제2 출구밸브(V24)는 개폐밸브로 마련될 수 있다.

한편, 고압기화기(540)에 의해 재기화된 천연가스는, 고압기화기(540)의 하류측 재기화라인(L20) 상에서 분기되는 압력보상라인(L50)을 통해 일부가 석션드럼(520) 측으로 회수될 수 있다. 따라서 석션드럼(520)의 내부 압력이 감소되어 압력을 증가시킬 필요가 있는 경우, 압력보상라인(L50)을 개방하여 재기화된 천연가스의 일부를 석션드럼(520)으로 회수시킴으로써 석션드럼(520) 내 압력 감소를 보상할 수 있다. 이때 압력보상라인(L50)을 통해 회수되는 천연가스는, LNG 저장탱크(510) 측으로 회수될 수도 있다.

반대로 석션드럼(520)의 내부 압력이 증가하여 압력을 감소시킬 필요가 있는 경우에는, 석션드럼(520) 내에 존재하는 증발가스 일부를 압력해소라인(L60)으로 배출시킬 수 있다. 압력해소라인(L60)을 통해 배출되는 증발가스는 LNG 저장탱크(510)로 회수될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에서 재기화 시스템은, 압력보상라인(L50)과 압력해소라인(L60)을 이용하여 석션드럼(520)의 내부 압력을 일정하게 제어할 수 있고, 따라서 고압펌프(530)로 일정한 압력의 LNG를 안정되게 공급하는 것이 가능하다.

압력보상라인(L50) 상에는, 고압기화기(540)에서 재기화된 천연가스의 일부를 석션드럼(520) 측으로 회수하기 위한 재기화가스 회수밸브(V51)와, 석션드럼(520) 측으로 공급되는 천연가스의 압력을 조절하는 회수가스 압력조절밸브(V52)가 설치될 수 있다.

그리고 압력해소라인(L60) 상에는, 석션드럼(520) 내부의 증발가스를 배출시키기 위한 제2 증발가스 배출밸브(V60)가 설치될 수 있다.

미터링유닛(550)은 고압기화기(540)의 하류측 재기화라인(L20) 상에 설치되어, 고압기화기(540)에 의해 재기화된 천연가스의 유량을 측정한다.

미터링유닛(550)의 하류측 재기화라인(L20) 상에는, 육상 터미널(JETTY)로 공급되는 천연가스의 유량을 조절하는 송출가스 유량조절밸브(V25)와, 소요처의 압력 변동에 따라 천연가스의 운전 압력을 조절하는 송출가스 압력조절밸브(V26)가 설치될 수 있다.

또한, 미터링유닛(550)의 하류측 재기화라인(L20) 상에는, 전술한 송출관 비상차단부(112)의 제어를 받아 비상상황 발생시 긴급 차단되는 한 쌍의 긴급차단밸브(Shut-off Valve, V27)가 설치될 수 있다.

한편, 재기화 라인(L20) 상에서, 고압기화기(540)의 하류측에 설치되는 제2 출구밸브(V24)의 전단 및 후단에는 제1 블로우다운라인(L71)이 각각 연결되고, 미터링유닛(550)의 전단 및 후단에는 제2 블로우다운라인(L72)이 각각 연결되며, 긴급차단밸브(V27)의 전단 및 후단에도 제3 블로우다운라인(L73)이 각각 연결될 수 있다.

제1 내지 제3 블로우다운라인(L71, L72, L73)은, 화재 등의 비상상황 발생시 재기화 라인(L20) 내부의 천연가스를 긴급 방출시키기 위해 구비된다. 도면 상에는 제1 블로우다운라인(L71)만 벤트 마스트 측으로 연결되게 도시되었지만, 제2 및 제3 블로우다운라인(L72, L73)도 벤트 마스트 측으로 연결될 수 있음은 물론이다.

제1 내지 제3 블로우다운라인(L71, L72, L73) 상에는, 비상상황 발생시 재기화 라인(L20) 내의 가스를 긴급 방출할 수 있도록, 제1 블로우다운밸브(V71), 제2 블로우다운밸브(V72), 제3 블로우다운밸브(V73)가 각각 설치될 수 있다.

전술한 밸브들 중에서 재기화 시스템 내의 장비 및 배관 내부의 압력을 제어하기 위해 마련되는, 최소유량조절밸브(V30), 제3 제어밸브(V33), 제1 증발가스 배출밸브(V40), 회수가스 압력조절밸브(V52), 제2 증발가스 배출밸브(V60) 및 제1 내지 제3 블로우다운 밸브(V71, V72, V73)은, 블로우다운부(BDS, 도 1에서 111)의 제어를 받을 수 있다.

블로우다운부(BDS)의 제어를 받는 상기 밸브들의 Fail Position은 모두 FO(Fail Open)로 설정되어, 비상상황 발생시 배관 내에 존재하는 LNG 또는 NG를 LNG 저장탱크(510)나 벤트 마스트 측으로 배출시킴으로써 배관 내 압력을 해소시킬 수 있다.

그리고 전술한 밸브들 중에서 제1 입구밸브(V11), 제1 출구밸브(V21), 제1 및 제2 제어밸브(V31, V32) 및 재기화가스 회수밸브(V51), 그리고 LNG 저장탱크(510) 내에 구비되는 공급펌프(511)는, 공정차단부(PSD1, 도 1에서 300)의 제어를 받을 수 있다.

즉, 재기화 시스템 전체를 셧다운할 필요가 있는 경우, 공정차단부(PSD1)는 제1 입구밸브(V11), 제1 출구밸브(V21), 제1 및 제2 제어밸브(V31, V32) 및 재기화가스 회수밸브(V51), 그리고 공급펌프(511)의 동작을 동시에 정지시킬 수 있다.

이때 제1 입구밸브(V11)와 제1 및 제2 제어밸브(V31, V32)의 Fail Position은 FL(Fail Locked)로, 제1 출구밸브(V21)와 재기화가스 회수밸브(V51)의 의 Fail Position은 FC(Fail Close)로 설정될 수 있다.

또한, 전술한 밸브들 중에서 제2 입구밸브(V22), 제3 입구밸브(V23) 및 제2 출구밸브(V24)는 트레인차단부(PSD2, 도 1에서 310)에 의해 제어를 받을 수 있다.

도면에는 고압펌프(530)와 고압기화기(540)로 이루어지는 재기화 유닛이 한 세트만 도시되어 있는데, 실제로는 각각 하나의 고압펌프와 고압기화기를 포함하는 재기화 유닛이 적어도 한 세트 이상으로 마련되어 병렬 배치될 수 있으며, 하나의 세트를 이루는 재기화 유닛이 각각 개별 트레인차단부(PSD2)에 의해 개별적으로 제어될 수 있다.

즉, 본 실시예에서 하나의 라인으로 연결되는 고압펌프(530)와 고압기화기(540)는 동일한 트레인차단부(PSD2)에 의해 제어될 수 있으므로, 도면상에 도시된 제2 입구밸브(V22), 제3 입구밸브(V23) 및 제2 출구밸브(V24)는 같은 트레인차단부(PSD2)에 의해 동시에 동작이 정지될 수 있다.

이때 제2 입구밸브(V22), 제3 입구밸브(V23) 및 제2 출구밸브(V24)의 Fail Position은 FC(Fail Close)로 설정될 수 있다.

또한, 송출가스 압력조절밸브(V26)는 제1 비상차단부(ESD, 도 1에서 110)의 제어를 받을 수 있고, 긴급차단밸브(V27)는 전술한 바와 같이 송출관 비상차단부(HIPPS, 도 1에서 112)의 제어를 받을 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 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 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

FSRU: 재기화설비
LNGC: 선박
JETTY: 육상 터미널
110 : 제1 비상차단부 111 : 블로우다운부
112 : 송출관 비상차단부 113 : 가스감지부
120 : 제2 비상차단부 130 : 제3 비상차단부
200 : 로딩차단부
300 : 공정차단부 310 : 트레인차단부
510 : LNG 저장탱크 511 : 공급펌프
512 : 저압 컴프레셔 520 : 석션드럼
530 : 고압펌프 540 : 고압기화기
550 : 미터링유닛
L11 : LNG 공급라인 L12 : BOG 공급라인
L20 : 재기화라인
L30 : 최소유량라인
L40 : 증발가스 배출라인
L50 : 압력보상라인
L60 : 압력해소라인
L71, L72, L73 : 제1 내지 제3 블로우다운라인
V11 : 제1 입구밸브
V21 : 제1 출구밸브 V22 : 제2 입구밸브
V23 : 제3 입구밸브 V24 : 제2 출구밸브
V25 : 송출가스 유량조절밸브
V26 : 송출가스 압력조절밸브
V27 : 긴급차단밸브
V30 : 최소유량조절밸브 V31, V32, V33 : 제어밸브
V40 : 제1 증발가스 배출라인
V51 : 재기화가스 회수밸브
V52 : 회수가스 압력조절밸브
V60 : 제2 증발가스 배출라인
V71, V72, V73 : 제1 내지 제3 블로우다운밸브

Claims

해상에서 액화가스를 재기화하여 육상으로 이송하는 재기화설비 내에 비상상황 발생시 신호를 출력하여 전달하는 제1 비상차단부;
상기 재기화설비와 LNG 선박 간에 LNG의 이송이 이루어지는 동안 비상상황이 발생하는지를 감지하여, 비상상황 발생시 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박을 분리시키는 제2 비상차단부;
상기 재기화설비로부터 육상 터미널로 재기화가스의 이송이 이루어지는 동안 비상상황이 발생하는지를 감지하여, 비상상황 발생시 상기 재기화설비와 상기 육상 터미널을 분리시키는 제3 비상차단부;
상기 재기화설비에 구비되는 재기화 시스템(Regas System)을 셧다운하는 공정차단부; 및
상기 공정차단부의 하위에 구성되며, 상기 재기화 시스템에 구비되는 다수의 재기화가스 트레인(Regas train)을 개별적으로 차단하는 다수의 트레인차단부를 포함하고,
상기 제1 비상차단부는, 상기 재기화 시스템 및 상기 재기화설비에 구비되는 LNG 핸들링 시스템에 구비되는 장비 및 배관 내부의 압력이 일정 수준 이상으로 상승하는 경우 내부 압력을 배출밸브를 통해 해소시키는 블로우다운부를 포함하고,
상기 블로우다운부는 상기 제1 비상차단부와 신호를 주고받을 수 있도록 상호 연결되고, 상기 제3 비상차단부는 비상상황 발생시 신호를 출력하여 상기 공정차단부로 전달하며,
상기 재기화 시스템은, 비상상황 발생시 상기 공정차단부에 의해 시스템 전체가 차단되거나 또는 상기 트레인차단부에 의해 시스템 내 일부 공정만 차단될 수 있는 것을 특징으로 하는,
재기화설비의 안전시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 비상차단부로부터 신호를 수신받아 동작하며, 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박 중 어느 하나 또는 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박의 연결에 문제가 발생하는 경우, 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박 간에 이루어지는 LNG의 이송과 관련된 모든 동작을 중지시키는 로딩 차단부를 더 포함하는,
재기화설비의 안전시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 로딩차단부는, 상기 재기화설비와 상기 LNG 선박 사이에 연결된 파이프라인에 설치되는 밸브들을 관장하며, 비상상황 발생시 상기 파이프라인 상에 설치되는 밸브를 차단하는 것을 특징으로 하는,
재기화설비의 안전시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 제1 비상차단부는,
상기 재기화설비로부터 상기 육상 터미널로 재기화가스를 이송하는 재기화가스 송출관(Regas send-out line)에 문제가 발생하는 경우, 상기 재기화가스 송출관을 순간적으로 강제 차단하여 과압력으로부터 보호하는 송출관 비상차단부(HIPPS)를 더 포함하고,
상기 송출관 비상차단부는, 상기 재기화가스 송출관의 차단이 이루어지는 경우 신호를 생성하여 상기 공정차단부로 전달하는 것을 특징으로 하는,
재기화설비의 안전시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 비상차단부는,
상기 재기화 시스템에서 LNG의 재기화시 LNG와의 열교환에 사용되는 글리콜 워터 내에 가스가 누수되었는지를 감지하고, 가스가 감지되는 경우 신호를 출력하여 상기 공정차단부로 전달하는 가스감지부를 더 포함하는,
재기화설비의 안전시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 공정차단부는, 상기 제1 비상차단부 및 상기 제3 비상차단부로부터 전달받은 신호를 수신받아 동작하되, 필요에 따라 상기 재기화 시스템 전체를 셧다운하거나, 하위에 구성되는 개별 트레인차단부를 동작시켜 상기 재기화 시스템의 일부 공정만을 셧다운하는 것을 특징으로 하는,
재기화설비의 안전시스템.
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