KR102275021B1 - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템은, 하역용 액화가스 저장탱크와 선적용 액화가스 저장탱크를 연결하는 벙커링 라인; 상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 리턴 증발가스를 회수하는 증발가스 리턴라인; 상기 하역용 액화가스 저장탱크와 추진용 수요처를 연결하는 연료 공급라인; 상기 연료 공급라인 상에 구비되며 상기 하역용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 압축하는 제1 증발가스 압축기; 및 상기 연료 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 압축기에 병렬로 구비되는 제2 증발가스 압축기를 포함하고, 상기 증발가스 리턴라인은, 상기 연료 공급라인 상의 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기 상류에 연결되며, 상기 리턴 증발가스를 상기 제1 증발가스 압축기 또는 상기 제2 증발가스 압축기 중 적어도 하나에 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{Gas Treatment System and Vessel having the same}
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
본 발명은 국토교통부(Ministry of Land, Infrastructure and Transport) 및 국토교통과학기술진흥원(Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement)의 중소형 모듈러 LNG 저장탱크 개발 및 실용화(Development of modular LNG tank with small and medium capacity) 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제고유번호:16IFIP-C113546-01, 주관기관: Hyundai Heavy Industries, 연구기간: 2016.06.01 ~ 2019.05.31]
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.
이러한 액화가스는 다양한 수요처로 공급되어 사용되는데, 최근에는 액화천연가스를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 개발되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
따라서, LNG를 연료로 추진하는 선박이 다수 건조되고 운용됨에 따라 LNG 추진 선박에 LNG를 공급하는 LNG 벙커링 선박의 수요가 급증하고 있고, 그에 따라 LNG 벙커링 선박을 건조하기 위해 다양한 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, LNG 추진 선박에 LNG를 벙커링시 발생하는 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템은, 하역용 액화가스 저장탱크와 선적용 액화가스 저장탱크를 연결하는 벙커링 라인; 상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 리턴 증발가스를 회수하는 증발가스 리턴라인; 상기 하역용 액화가스 저장탱크와 추진용 수요처를 연결하는 연료 공급라인; 상기 연료 공급라인 상에 구비되며 상기 하역용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 압축하는 제1 증발가스 압축기; 및 상기 연료 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 압축기에 병렬로 구비되는 제2 증발가스 압축기를 포함하고, 상기 증발가스 리턴라인은, 상기 연료 공급라인 상의 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기 상류에 연결되며, 상기 리턴 증발가스를 상기 제1 증발가스 압축기 또는 상기 제2 증발가스 압축기 중 적어도 하나에 공급하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 정상 동작 시, 상기 제1 증발가스 압축기만을 구동하여 상기 하역용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 압축하여 상기 추진용 수요처에 공급하고, 벙커링 동작 시, 상기 제1 증발가스 압축기 및 상기 제2 증발가스 압축기를 모두 구동하여 상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축하여 상기 추진용 수요처 또는 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 정상 동작 시, 상기 제1 증발가스 압축기 및 상기 제2 증발가스 압축기를 모두 구동하여 상기 하역용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 압축하여 상기 추진용 수요처에 공급하고, 벙커링 동작 시, 상기 제1 증발가스 압축기 및 상기 제2 증발가스 압축기를 모두 구동하여 상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축하여 상기 추진용 수요처 또는 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 연료 공급라인 상의 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기 상류에 구비되며, 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기로 공급되는 액화가스 또는 증발가스를 임시 저장하는 버퍼 탱크를 더 포함하고, 상기 증발가스 리턴라인은, 상기 버퍼 탱크에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 하역용 액화가스 저장탱크는, 5 내지 10 바아(bar)의 압력을 견디는 독립형 저장탱크일 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기는, 제1 및 제2 로우듀티 압축기(LD Compressor)일 수 있다.
구체적으로, 상기 연료 공급라인은, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 상기 추진용 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인; 및 상기 하역용 액화가스 저장탱크와 상기 추진용 수요처를 연결하며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 추진용 수요처로 공급하는 액화가스 공급라인을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 벙커링 라인 상에 구비되며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 선적용 액화가스 저장탱크로 공급하는 하역용 펌프; 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 추진용 수요처로 공급하는 연료공급용 펌프; 및 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 연료공급용 펌프로부터 공급되는 액화가스를 기화시키는 기화기를 더 포함하고, 상기 증발가스 공급라인은, 상기 액화가스 공급라인 상의 상기 기화기와 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기 사이에서 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급라인 상의 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기 하류에서 분기되어 상기 하역용 액화가스 저장탱크와 연결되는 가스 회수라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 선박일 수 있다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 벙커링 시 발생되는 리턴되는 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있어, 증발가스의 낭비를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 리턴되는 증발가스를 액화가스 저장탱크에 충진함으로써, 벙커링 시 별도로 액화가스 저장탱크에 가압용 기체를 인입할 필요가 없고 그에 따라 벙커링 구동 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 리턴되는 증발가스를 처리하기 위한 압축기로 기존에 구축되는 로우듀티 컴프레서(LD Compressor)를 활용하거나 추가함으로써 시스템 구축 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 구비한 선박의 벙커링 실시 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 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.
이하에서 액화가스는 LPG, LNG, 에탄 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있으며, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다.
액화가스는 액체 상태, 기체 상태, 액체와 기체 혼합 상태, 과냉 상태, 초임계 상태 등과 같이 상태 변화와 무관하게 지칭될 수 있으며, 증발가스 역시 마찬가지임을 알려 둔다. 또한 본 발명은 처리 대상이 액화가스로 한정되지 않고, 액화가스 처리 시스템 및/또는 증발가스 처리 시스템일 수 있고, 하기 설시할 각 도면의 시스템은 서로 적용될 수 있음은 자명하다.
또한, 본 발명의 가스 처리 시스템(100,200)의 실시예들은 각각 서로 조합되어 구성될 수 있으며, 각 구성들의 추가가 서로 교차로 이루어질 수 있음은 물론이다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(100,200)은, 선체(도시되지 않음)에 장착될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 구비한 선박의 벙커링 실시 개념도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 가스 처리 시스템(100)을 구비한 선박(1)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10), 하역용 펌프(20), 연료공급용 펌프(21), 기화기(30), 제1 로우듀티 압축기(40), 하이듀티 압축기(50), 추진 엔진(60), 선적용 액화가스 저장탱크(70)를 포함한다.
이때, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100,200)을 포함하는 선박(1)은 벙커링 선박(1)일 수 있으며, 벙커링 선박(1)에 의해 액화가스를 선적받는 선박(2)은 LNG 추진 선박(2)일 수 있다. 또한, 벙커링 선박(1)에 의해 액화가스를 선적받는 선박(2)은 반드시 LNG 추진 선박(2)에만 한정되는 것은 아니며 LNG Carrier 등, LNG 저장탱크를 구비하는 모든 선박에 해당할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)을 설명하기에 앞서, 도 1에 도시된 본 발명의 가스 처리 시스템(100)을 포함하는 선박(1)의 액화가스 하역작업(벙커링)에 대해서 기술하도록 한다.
도 1을 살펴보면, 벙커링 선박(1)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 하역용 펌프(20)를 통해 LNG 추진 선박(2)의 선적용 액화가스 저장탱크(70)에 공급한다.
하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 가스 처리 시스템(100,200)에서 처리 후 벙커링 라인(L1)을 통해서 선적용 액화가스 저장탱크(70)로 공급되고, 액화가스의 선적에 의해 생성되는 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생하는 증발가스는, 증발가스 리턴라인(L2)에 의해 벙커링 선박(1)의 가스 처리 시스템(100,200)으로 공급되어 처리 후 추진엔진(60) 또는 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급될 수 있다.
벙커링 선박(1)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 추진엔진(60)을 통해서 추진하며, 추진엔진(60)은, 가스 처리 시스템(100,200)에서 처리된 액화가스 또는 증발가스를 액화가스 공급라인(L3)을 통해 공급받아 소비할 수 있다. 이때, 추진엔진(60)은 추진용 수요처로도 호칭될 수 있다.
LNG 추진 선박(2)은, 추진용 액화가스 저장탱크(80)에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 추진엔진(83)을 통해서 추진하며, 추진엔진(83)은, 추진용 액화가스 저장탱크(80)에 저장된 액화가스를 공급받아 소비한다. 추진용 액화가스 저장탱크(80)에 저장된 액화가스는, 연료공급용 펌프(81)에 의해 가압되어 연료 처리 시스템(82)에서 고압 기화 처리 된 후 공급라인(부호 도시하지 않음)을 통해 추진엔진(83)으로 공급된다.
상기에서 LNG 추진 선박(2)의 액화가스 저장탱크를 선적용 액화가스 저장탱크(70) 및 추진용 액화가스 저장탱크(80)로 분리하여 기술하였으나, 이는 한정되는 것이 아니고, 추진엔진(83)은 추진용 액화가스 저장탱크(80)가 아닌 선적용 액화가스 저장탱크(70)에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 연료로 사용할 수 있고, 벙커링 선박(1)은, 선적용 액화가스 저장탱크(70)뿐만 아니라 추진용 액화가스 저장탱크(80)에도 액화가스를 선적할 수 있음은 물론이다.
이하 도 2를 참고로 하여, 상기 기술한 벙커링 선박(1)의 액화가스 하역작업(벙커링)을 수행하기 위한 가스 처리 시스템(100)에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(100)의 개별적인 구성을 기술하기에 앞서, 개별적인 구성들을 유기적으로 연결하는 기본적인 유로들에 대해서 설명하기로 한다. 여기서 유로는 유체가 흐르는 통로로 라인(Line)일 수 있으며 이에 한정되지 않고 유체가 유동하는 구성이면 모두 가능하다.
본 발명의 실시예에서는, 벙커링 라인(L1), 증발가스 리턴라인(L2), 증발가스 분기라인(L2a), 가스 회수라인(L2b), 액화가스 공급라인(L3), 증발가스 소비처 공급라인(L3a), 증발가스 공급라인(L4)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
벙커링 라인(L1)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 선적용 액화가스 저장탱크(70)를 연결하며, 하역용 펌프(20)를 구비하여 하역용 펌프(20)를 통해 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 선적용 액화가스 저장탱크(70)로 공급할 수 있다.
증발가스 리턴라인(L2)은, 선적용 액화가스 저장탱크(70)와 추진엔진(60; 추진용 수요처)를 연결하며, 하이듀티 압축기(50)를 구비하여 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스를 회수하여 하이듀티 압축기(50)로 압축한 후 추진엔진(60)으로 공급할 수 있다.
이때, 증발가스 리턴라인(L2)은, 하이듀티 압축기(50) 상류에서 분기되어 버퍼탱크(B2)와 연결되는 증발가스 분기라인(L2a) 및 하이듀티 압축기(50) 하류에서 분기되어 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 연결되는 가스 회수라인(L2b)을 더 포함할 수 있다.
액화가스 공급라인(L3)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 추진엔진(60)을 연결하며, 연료공급용 펌프(21), 기화기(30), 버퍼탱크(B1, B2), 제1 로우듀티 압축기(40)를 구비하여 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 추진엔진(60)으로 공급할 수 있다.
이때, 액화가스 공급라인(L3)은, 버퍼탱크(B1)의 하류에서 분기되어 증발가스 소비처(61)와 연결되는 증발가스 소비처 공급라인(L3a)을 더 포함할 수 있다.
증발가스 공급라인(L4)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 액화가스 공급라인(L3) 상의 기화기(30)와 버퍼탱크(B2) 사이에 연결되며, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 추진엔진(60)으로 공급할 수 있다.
여기서 액화가스 공급라인(L3) 및 증발가스 공급라인(L4)은, 연료 공급라인으로 통칭될 수 있으며, 연료 공급라인은 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 추진용 수요처(60)를 연결할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L1~L4)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 처리 시스템(100)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
하역용 액화가스 저장탱크(10)는, 선적용 액화가스 저장탱크(70)에 공급될 액화가스를 저장한다. 하역용 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
여기서 하역용 액화가스 저장탱크(10)는, 선체의 내부에 배치되며, 엔진룸(부호 도시하지 않음)의 전방에 일례로 4개 형성될 수 있다.
또한, 하역용 액화가스 저장탱크(10)는 5 내지 10바아(bar)의 압력(바람직하게는 7 내지 8bar)을 견디는 독립형 저장탱크로 C-type 형태의 독립형 저장탱크일 수 있다.
이로 인해 선적용 액화가스 저장탱크(70)에 액화가스 선적 시 발생하는 리턴 증발가스를 적어도 일부 수용할 수 있게 되어, 리턴 증발가스의 효율적인 처리가 가능해지는 효과가 있고, 벙커링 시 별도로 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 가압용 기체를 인입할 필요가 없어 벙커링 구동 비용이 절감되는 효과가 있다.
하역용 펌프(20)는, 벙커링 라인(L1) 상에 구비되고, 하역용 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부에 설치되어 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 선적용 액화가스 저장탱크(70)로 공급할 수 있다.
여기서 하역용 펌프(20)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도가 다소 높아질 수 있으며, 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다.
이때, 하역용 펌프(20)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10) 내부에 구비되는 경우 잠형 펌프일 수 있고, 하역용 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 설치되는 경우에는 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 선체 내부의 위치에 구비될 수 있고 원심형 펌프일 수 있다.
연료공급용 펌프(21)는, 액화가스 공급라인(L3) 상에 구비되고, 하역용 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부에 설치되어 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 기화기(30)로 공급할 수 있다.
구체적으로, 연료공급용 펌프(21)는, 액화가스 공급라인(L3) 상에 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 기화기(30) 사이에 구비되어 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 가압하여 기화기(30)로 공급할 수 있다.
연료공급용 펌프(21)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 5 내지 20bar로 가압하여 기화기(30)로 공급할 수 있다. 물론, 연료공급용 펌프(21)는, 가압압력이 5 내지 20bar에 한정되지 않고 기화기(30)의 요구압력에 따라 변동가능할 수 있다 여기서 연료공급용 펌프(21)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도가 다소 높아질 수 있으며, 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다.
이때, 연료공급용 펌프(21)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10) 내부에 구비되는 경우 잠형 펌프일 수 있고, 하역용 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 설치되는 경우에는 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 선체 내부의 위치에 구비될 수 있고 원심형 펌프일 수 있다.
기화기(30)는, 액화가스 공급라인(L3)에 연결되어 연료공급용 펌프(21)로부터 배출되는 액화가스를 기화시킨 후 추진용 수요처(60) 또는 증발가스 소비처(61)로 기화된 액화가스를 공급할 수 있다.
구체적으로, 기화기(30)는, 추진용 수요처(60)와 액화가스 공급라인(L3)을 통해 연결될 수 있으며, 연료공급용 펌프(21)로부터 배출되는 5 내지 20bar의 압력을 가진 액화가스를 기화시킨 후 추진용 수요처(60) 또는 증발가스 소비처(61)로 기화된 액화가스를 공급할 수 있다.
기화기(30)는, 직접 기화 방식의 경우 별도의 해수 공급라인(도시하지 않음)을 통해 액화가스를 기화시킬 수 있으며, 간접 기화 방식의 경우 중간 열매체 열교환기(도시하지 않음)와 중간 열매체 순환라인(도시하지 않음)을 통해 연결되어 중간 열매체를 공급받아 액화가스와 열교환하여 액화가스를 기화시킬 수 있다.
제1 로우듀티 압축기(40)는, 액화가스 공급라인(L5) 상의 버퍼탱크(B2)와 퍼버탱크(B1) 사이에 배치되며, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스 또는 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장되되 기화기(30)에 의해 기화된 액화가스를 압축한다.
제1 로우듀티 압축기(40)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 리턴 증발가스 또는 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장되되 기화기(30)에 의해 기화된 액화가스를 압축하여, 추진용 수요처(60; 추진엔진) 또는 증발가스 소비처(61)로 공급할 수 있으며, 이때, 제1 로우듀티 압축기(40)는 5 내지 20bar로 압축할 수 있다.
또한, 제1 로우듀티 압축기(40)는, 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스를 공급받아 압축할 수 있다.
구체적으로, 제1 로우듀티 압축기(40)는, 액화가스 공급라인(L3)을 통해서 기화된 액화가스를 공급받거나 또는 증발가스 리턴라인(L2)을 통해서 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 리턴 증발가스를 공급받아 압축할 수 있으며, 액화가스 공급라인(L3)을 통해서 압축된 증발가스를 추진용 수요처(60)로 공급하거나, 증발가스 소비처 공급라인(L3a)을 통해 압축된 증발가스를 증발가스 소비처(61)로 공급할 수 있다.
즉, 제1 로우듀티 압축기(40)는 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 증발가스 또는 액화가스뿐만 아니라 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 리턴되는 리턴 증발가스 역시 처리할 수 있으며, 정상 동작 시에는 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 증발가스 또는 액화가스만을 압축하고, 벙커링 동작 시에는 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 증발가스 또는 액화가스와 함께 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 리턴되는 리턴 증발가스를 압축할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 제1 로우듀티 압축기(40)를 리턴 증발가스를 처리하는데 추가적으로 사용함으로써, 시스템 구축 비용이 절감되는 효과가 있다.
하이듀티 압축기(50)는, 증발가스 리턴라인(L2) 상에 구비되며, 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축한다.
이때 하이듀티 압축기(50)는, 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되어 리턴하는 리턴 증발가스만을 압축하며 압축된 리턴 증발가스를 증발가스 리턴라인(L2)을 통해 추진용 수요처(60)로 공급하거나, 증발가스 소비처 공급라인(L3a)을 통해 증발가스 소비처(61)로 공급할 수 있고, 또는 가스 회수라인(L2b)을 통해 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급할 수 있다.
하이듀티 압축기(50)는 추진용 수요처(60) 또는 증발가스 소비처(61)로 공급시에 5 내지 20bar로 압축할 수 있으며, 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급 시에는 5 내지 10bar로 압축할 수 있다.
즉, 하이듀티 압축기(50)는 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 리턴되는 리턴 증발가스만을 처리할 수 있으며, 정상 동작 시에는 가동되지 않고 벙커링 동작 시에만 가동될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 증발가스 리턴라인(L2)은, 하이듀티 압축기(50)의 상류에서 분기되어 액화가스 공급라인(L3) 상의 제1 로우듀티 압축기(40) 상류에 연결될 수 있으며(구체적으로 증발가스 리턴라인(L2)은, 하이듀티 압축기(50)의 상류에서 분기되어 액화가스 공급라인(L3) 상의 제1 로우듀티 압축기(40) 상류와 기화기(30) 사이에 연결되거나 버퍼탱크(B2)에 연결될 수 있다), 리턴 증발가스를 하이듀티 압축기(50) 또는 제1 로우듀티 압축기(40)로 공급할 수 있다.
이러한 리턴 증발가스의 제어를 위해 본 발명의 실시예에서는, 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제어부는 유선 또는 무선으로 제1 로우듀티 압축기(40) 및 하이듀티 압축기(50)와 연결될 수 있으며, 또한 증발가스 리턴라인(L2) 또는 액화가스 공급라인(L3) 상에 구비되는 밸브들 역시 유선 또는 무선으로 연결되어, 제어부의 제어를 받을 수 있다.
제어부는, 제1 로우듀티 압축기(40) 및 하이듀티 압축기(50)의 구동을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부는, 정상 동작 시에 제1 로우듀티 압축기(40)만을 구동시켜 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 압축하여 추진용 수요처(60)에 공급하도록 제어하고, 벙커링 동작 시, 제1 로우듀티 압축기(40)와 하이듀티 압축기(50) 모두 가동하여 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축하여 추진용 수요처(60) 또는 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급하도록 제어할 수 있다.
이때, 벙커링 동작 시 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스이 양이 기설정값보다 작으면, 제1 로우듀티 압축기(40)는 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 압축하여 추진용 수요처(60)에 공급하도록 제어하고, 하이듀티 압축기(50)는, 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축하여 추진용 수요처(60) 또는 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급하도록 제어할 수 있다.
여기서 벙커링 선박(1)은, 벙커링 동작 시 많은 전력을 필요로 하므로, 추진용 수요처(60)에서 리턴 증발가스를 소비하지 않더라도 증발가스 소비처(61)에서 발전을 위해 소비하기 때문에 상기와 같은 제어를 통한 리턴 증발가스를 제1 로우듀티 압축기(40) 및 하이듀티 압축기(50)로 충분히 처리할 수 있다.
추진 엔진(60)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 연료로 하여 벙커링 선박(1)에 추력을 공급한다.
추진엔진(60)은, 액화가스, 증발가스 또는 오일 등의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(부호 도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서, 추진엔진(60)은, 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(부호 도시하지 않음)가 회전함에 따라, 벙커링 선박(1)이 전진 또는 후진할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 추진엔진(60)은, 이중연료엔진(DFDE)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 고압가스분사엔진(MEGI) 또는 저속 2행정 저압가스분사엔진(XDF)일 수도 있다. 즉, 추진엔진(60)의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
증발가스 소비처(61)는, 액화가스 공급라인(L3) 상의 버퍼탱크(B1) 하류에서 분기되어 증발가스 소비처 공급라인(L3a)과 연결되며, 하역용 액화가스 저장탱크(10) 또는 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생된 증발가스를 소비할 수 있다.
증발가스 소비처(61)는, 일례로 가스연소장치(GCU), 보일러(Boiler) 또는 발전용 엔진(DFDG)일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 증발가스를 소비할 수 있는 모든 장치가 가능할 수 있다.
선적용 액화가스 저장탱크(70)는, 운반될 액화가스를 저장한다. 선적용 액화가스 저장탱크(70)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 선적용 액화가스 저장탱크(70)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
여기서 선적용 액화가스 저장탱크(70)는, LNG 추진 선박(2)의 내부에 구비되며, 엔진룸(부호 도시하지 않음)의 전방에 일례로 3개 형성될 수 있다. 또한, 선적용 액화가스 저장탱크(70)는 일례로 멤브레인 형 탱크이나, 이에 한정되지 않고 독립형 탱크 등, 다양한 형태로 그 종류를 특별히 한정하지는 않는다.
버퍼탱크(B1)는, 액화가스 공급라인(L3) 상의 제1 로우듀티 압축기(40)와 추진엔진(60) 사이에 배치되며, 추진엔진(60) 또는 증발가스 소비처(61)로 공급될 증발가스를 임시저장할 수 있다.
이를 통해서 버퍼탱크(B1)는, 추진엔진(60) 또는 증발가스 소비처(61)로 안정적인 압력 또는 온도의 증발가스를 공급할 수 있어, 추진엔진(60) 또는 증발가스 소비처(61)의 효율이 증대되는 효과가 있다.
버퍼탱크(B2)는, 액화가스 공급라인(L3) 상의 제1 로우듀티 압축기(40)와 기화기(30) 사이에 배치되며, 제1 로우듀티 압축기(40)로 공급될 기화된 액화가스를 임시저장할 수 있다.
이때 버퍼탱크(B2)는, 증발가스 리턴라인(L2)과도 연결되어 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 리턴되는 리턴 증발가스의 양이 하이듀티 압축기(50)에서 처리할 수 있는 용량보다 많은 경우, 리턴 증발가스를 임시저장할 수 있다.
이를 통해서 버퍼탱크(B2)는, 제1 로우듀티 압축기(40)로 안정적인 압력 또는 온도의 증발가스를 공급할 수 있어, 제1 로우듀티 압축기(40)의 효율이 증대되는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는, 액화가스 공급라인(L3) 상에 구비되는 제1 로유듀티 압축기(40)의 상류에 기화기(30)가 배치되지 않고 제1 로우듀티 압축기(40)의 하류에 기화기(30)가 배치되도록 설계변경할 수 있다. 이를 통해서 제1 로유듀티 압축기(40)의 과부하를 방지할 수 있고 구동 전력을 줄일 수 있어 시스템 구동 효율이 증대되는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는, 하역용 액화가스 저장탱크(10)가 C-type의 독립형 저장탱크가 아닌 멤브레인형 저장탱크로 설계변경 가능하며, 이 경우 하역용 액화가스 저장탱크(10)는 고압(5 내지 10바(bar))의 증발가스를 저장할 수 없기 때문에 별도로 재액화장치(도시하지 않음)를 구비하여 리턴 증발가스를 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급하는 것이 아닌 재액화 장치로 공급하여 처리할 수도 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)은, 벙커링 시 발생되는 리턴되는 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있어, 증발가스의 낭비를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)은, 리턴되는 증발가스를 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 충진함으로써, 벙커링 시 별도로 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 가압용 기체를 인입할 필요가 없고 그에 따라 벙커링 구동 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)은, 리턴되는 증발가스를 처리하기 위한 압축기로 기존에 구축되는 로우듀티 컴프레서(LD Compressor;40)를 활용함으로써 시스템 구축 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 가스 처리 시스템(200)을 구비한 선박(1)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10), 하역용 펌프(20), 연료공급용 펌프(21), 기화기(30), 제1 로우듀티 압축기(40), 제2 로우듀티 압축기(41), 추진 엔진(60), 선적용 액화가스 저장탱크(70)를 포함한다.
이하 도 3을 참고로 하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(200)을 설명하도록 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(200)은, 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(100)에 비해, 제2 로우듀티 압축기(41)가 추가 구축되고, 하이듀티 압축기(50)가 생략되었으며, 증발가스 리턴라인(L2)의 연결 구조가 변경된 차이점이 있다. 여기서 가스 회수라인(L3c)은, 액화가스 공급라인(L3) 상의 제1 및 제2 로우듀티 압축기(40,41) 하류에서 분기되어 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 연결될 수 있다.
그에 따라 이하에서는 상기 차이점을 위주로 상세히 설명하도록 한다.
제2 로우듀티 압축기(41)는, 액화가스 공급라인(L3)상의 제1 로우듀티 압축기(40)에 병렬로 구비된다. 구체적으로, 제2 로유듀티 압축기(41)는, 액화가스 공급라인(L3)상의 제1 로우듀티 압축기(40)의 상류에서 분기되어 하류로 연결되는 증발가스 압축기 병렬라인(L3b) 상에 구비되며, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스 뿐만 아니라 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축하여 추진용 수요처(60)에 공급할 수 있다.
이때, 제2 로우듀티 압축기(41)는, 추진용 수요처(60)뿐만 아니라, 증발가스 소비처(61) 또는 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 압축된 증발가스를 공급할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서는, 증발가스 리턴라인(L2) 상에 제2 로우듀티 압축기(41)가 배치되지 않고 액화가스 공급라인(L3) 상의 제1 로우듀티 압축기(40)에 병렬로 구비됨으로써, 별도로 고가의 하이듀티 압축기를 구비할 필요가 없이 제1 및 제2 로우듀티 압축기(40,41)로 리턴 증발가스를 처리할 수 있어 시스템 구축 비용이 절감되는 효과가 있다.
이때, 증발가스 리턴라인(L2)은, 액화가스 공급라인(L3) 상의 제1 및 제2 로우듀티 압축기(40,41)의 상류에 연결되며(구체적으로, 증발가스 리턴라인(L2)은, 액화가스 공급라인(L3) 상의 제1 및 제2 로우듀티 압축기(40,41)와 기화기(30) 사이에 연결되거나 또는 버퍼탱크(B2)로 바로 연결될 수 있다), 리턴 증발가스를 제1 로우듀티 압축기(40) 또는 제2 로우듀티 압축기(41) 중 적어도 하나에 공급하도록 할 수 있다.
이러한 리턴 증발가스의 제어를 위해 본 발명의 실시예에서는, 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제어부는 유선 또는 무선으로 제1 로우듀티 압축기(40) 및 제2 로우듀티 압축기(41)와 연결될 수 있으며, 또한 증발가스 리턴라인(L2) 또는 액화가스 공급라인(L3) 상에 구비되는 밸브들 역시 유선 또는 무선으로 연결되어, 제어부의 제어를 받을 수 있다.
제어부는, 제1 로우듀티 압축기(40) 및 제2 로우듀티 압축기(41)의 구동을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부는, 정상 동작 시에 제1 로우듀티 압축기(40)만을 구동시켜 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 압축하여 추진용 수요처(60)에 공급하도록 제어하고, 벙커링 동작 시, 제1 및 제2 로우듀티 압축기(40,41) 모두 구동하여 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축하여 추진용 수요처(60) 또는 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부는, 정상동작 시에 상기 제어 외에 다음과 같은 변형 제어가 가능하다.
제어부는, 정상 동작 시에 제1 및 제2 로우듀티 압축기(40,41) 모두 구동하여 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 압축하여 추진용 수요처(60)에 공급하도록 제어하고, 벙커링 동작 시에도, 제1 및 제2 로우듀티 압축기(40,41) 모두 구동하여 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축하여 추진용 수요처(60) 또는 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급하도록 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(200)은, 벙커링 시 발생되는 리턴되는 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있어, 증발가스의 낭비를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(200)은, 리턴되는 증발가스를 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 충진함으로써, 벙커링 시 별도로 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 가압용 기체를 인입할 필요가 없고 그에 따라 벙커링 구동 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(200)은, 리턴되는 증발가스를 처리하기 위한 압축기로 기존에 구축되는 로우듀티 컴프레서(LD Compressor)를 추가 구축함으로써 시스템 구축 비용이 절감되는 효과가 있다.
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: 벙커링 선박 2: LNG 추진 선박
10: 하역용 액화가스 저장탱크 20: 하역용 펌프
21: 연료공급용 펌프 30: 기화기
40: 제1 로우듀티 압축기 41: 제2 로우듀티 압축기
50: 하이듀티 압축기 60: 추진엔진
61: 증발가스 소비처 70: 선적용 액화가스 저장탱크
80: 추진용 액화가스 저장탱크 81: 연료공급용 펌프
82: 연료 처리 시스템 83: 추진엔진
100, 200: 가스 처리 시스템 B1, B2: 버퍼 탱크
L1: 벙커링 라인 L2: 증발가스 리턴라인
L2a: 증발가스 분기라인 L2b: 가스 회수라인
L3: 액화가스 공급라인 L3a: 증발가스 소비처 공급라인
L3b: 증발가스 압축기 병렬라인 L3c: 가스 회수라인
L4: 증발가스 공급라인

Claims (10)

  1. 하역용 액화가스 저장탱크와 선적용 액화가스 저장탱크를 연결하는 벙커링 라인;
    상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 리턴 증발가스를 회수하는 증발가스 리턴라인;
    상기 하역용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 추진용 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인과, 상기 하역용 액화가스 저장탱크와 상기 추진용 수요처를 연결하며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 추진용 수요처로 공급하는 액화가스 공급라인을 포함하는 연료 공급라인;
    상기 연료 공급라인 상에 구비되며 상기 하역용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 압축하는 제1 증발가스 압축기;
    상기 연료 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 압축기에 병렬로 구비되는 제2 증발가스 압축기;
    상기 벙커링 라인 상에 구비되며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 선적용 액화가스 저장탱크로 공급하는 하역용 펌프;
    상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 추진용 수요처로 공급하는 연료공급용 펌프; 및
    상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 연료공급용 펌프로부터 공급되는 액화가스를 기화시키는 기화기를 포함하고,
    상기 증발가스 리턴라인은,
    상기 연료 공급라인 상의 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기 상류에 연결되며,
    상기 리턴 증발가스를 상기 제1 증발가스 압축기 또는 상기 제2 증발가스 압축기 중 적어도 하나에 공급하며,
    상기 증발가스 공급라인은,
    상기 액화가스 공급라인 상의 상기 기화기와 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기 사이에서 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증발가스 압축기의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    정상 동작 시, 상기 제1 증발가스 압축기만을 구동하여 상기 하역용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 압축하여 상기 추진용 수요처에 공급하고,
    벙커링 동작 시, 상기 제1 증발가스 압축기 및 상기 제2 증발가스 압축기를 모두 구동하여 상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축하여 상기 추진용 수요처 또는 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증발가스 압축기의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    정상 동작 시, 상기 제1 증발가스 압축기 및 상기 제2 증발가스 압축기를 모두 구동하여 상기 하역용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 압축하여 상기 추진용 수요처에 공급하고,
    벙커링 동작 시, 상기 제1 증발가스 압축기 및 상기 제2 증발가스 압축기를 모두 구동하여 상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축하여 상기 추진용 수요처 또는 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 공급라인 상의 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기 상류에 구비되며, 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기로 공급되는 액화가스 또는 증발가스를 임시 저장하는 버퍼 탱크를 더 포함하고,
    상기 증발가스 리턴라인은,
    상기 버퍼 탱크에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 하역용 액화가스 저장탱크는,
    5 내지 10 바아(bar)의 압력을 견디는 독립형 저장탱크인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 증발가스 압축기는, 제1 및 제2 로우듀티 압축기(LD Compressor)인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 공급라인 상의 상기 제1 및 제2 증발가스 압축기 하류에서 분기되어 상기 하역용 액화가스 저장탱크와 연결되는 가스 회수라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 9 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 선박.
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