KR102276359B1 - Lngc 언로딩 시스템의 안전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNGC 언로딩(unloading) 시스템에 관한 것으로, LNGC 언로딩 시스템에서 언로딩 완료 후에 베이퍼 라인 내에 잔존하는 차가운 천연 가스(Cold NG) 또는 LNG에 의한 폭발을 방지하기 위한 안전 장치에 관한 것이다.
본 발명의 LNGC(Liquefied Natural Gas Carrier) 언로딩(unloading) 시스템의 안전 장치는 LNG의 언로딩 완료 후 베이퍼 라인(vapor line)내에 잔류되어 있는 차가운 천연 가스(Cold NG) 또는 LNG의 기화 및 팽창으로 인하여 베이퍼 라인이 폭발하는 것을 방지하기 위하여 천연가스를 LNGC의 LNG 카고 탱크(cargo tank)로 배출할 수 있도록 동작한다.

Description

LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치 {SAFETY APPARATUS OF LNGC UNLOADING SYSTEM}
본 발명은 LNGC 언로딩(unloading) 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색 무취의 투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다.
이와 같은 LNG는 종래에는 육상에 건설된 생산 플랜트에서 생산되어 운반선으로 소비지에 공급되었다. 그러나 최근 해상 가스전의 개발이 많아짐에 따라, 가스전에서 육상의 플랜트까지 파이프라인을 통해 천연가스를 이송하는 경우 육상에서 원거리인 가스전은 천연가스 이송이 어려운 문제가 있고, 육상에 플랜트 건설을 위한 부지 확보의 문제도 있어, 해상에서 천연가스를 액화시켜 LNG를 생산할 수 있도록 생산 플랜트를 갖춘 해양 구조물의 개발이 활발해지고 있다.
LNG Plant는 기체상태의 Natural Gas(천연 가스)를 냉각, 액화시켜 부피가 작은 액체상태로 만드는 공정을 가진다. LNG의 부피는 기체상태의 Natural Gas 부피의 약 1/600정도이기 때문에 운송이 용이하다.
Natural Gas를 이송하는 방법에는 Pipeline을 이용하는 방법과 LNG로 만들어 이송하는 방법이 있다. Pipeline으로 Gas를 공급 받지 못하는 대만, 한국, 일본의 경우 LNG Terminal Plant를 주로 사용하여 왔다.
LNG Carrier는 LNG Receiving Terminal에 도착하여 LNG선 한 척분의 LNG를 LNG Carrier(LNGC)의 Cargo pump를 이용해 LNG Storage Tank로 언로딩(Unloading)한다. LNG는 LNG Unloading arm을 통하여 Unloading 되며, Return Gas는 Ship-Vapor Return Arm을 통하여 LNGC로 Return 된다.
Unloading 작업의 초기에 LNGC로부터 Unloading 되는 LNG는 Unloading Arm과 그 보조 장치들을 냉각시키기 위하여 사용된다. 일단 냉각작업이 완료되면, LNG의 언로딩 속도를 설계 유량에 도달할 때까지 증가시킨다. 초기 언로딩 시작으로부터 설계유량에 도달할 때까지 경과하는 시간은 약 30분 ~ 1시간이 예상된다.
언로딩 작업은 LNGC가 거의 비울 때까지 계속되며, 이 시점에서 언로딩 레이트(Unloading Rate)를 감소시킨다. 정상 상태에서 LNGC 한 척의 LNG을 전부 언로딩하는데는 약 18hr가 소요되며(작은 선박은 12 ~ 18hr), 이 때 설계 언로딩 레이트는 15,000m3/hr이다(266,000㎥ LNG Carrier: 15,000㎥/hr, 135,000㎥ LNG Carrier: 11,000㎥/hr 언로딩 레이트).
일반적으로 언로딩 시스템이라 함은 LNGC로부터 LNG Storage Tank로 이송하기 위하여 LNGC에 연결하는 장치를 포함하는 것으로 다음과 같은 주요기기로 구성될 수 있다.
- LNG 언로딩 암
LNGC의 LNG를 LNG Storage Tank로 이송하기 위한 장치이다.
-Ship-Vapor Return Arm
LNGC가 LNG Receiving Terminal에 도착하기 전에, 저장탱크의 운전압력은 LNGC의 Tank 압력(0.17bar.g)보다 낮게 유지한다. 이런 상태를 유지함으로써 LNGC에서 발생한 BOG(Boil Off Gas)를 언로딩 작업이 시작되기 전에 Ship-Vapor Return Arm을 통하여 LNG Storage Tank로 보낼 수 있게 한다.
언로딩이 진행되고 있는 동안 LNGC에서의 BOG 생성 속도가 LNG 언로딩으로 인하여 생기는 공간 부피를 충당하기에는 역 부족이므로, 이 공간을 대처하기 위하여 Return Gas Line을 통한 언로딩 속도와 평형이 될 수 있도록 Return Gas를 공급한다. 또한 저장 탱크와 선박 언로딩의 압력 조절이 불가능하여 언로딩이 안될 경우를 대비하여, BOG 압축기의 토출 부분 배관과 연결해 두어야 한다.
본 발명은 LNGC 언로딩(unloading) 시스템에 관한 것으로, LNGC 언로딩 시스템에서 언로딩 완료 후에 베이퍼 라인 내에 잔존하는 차가운 천연 가스(Cold NG) 또는 LNG에 의한 폭발을 방지하기 위한 안전 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치의 일 측면에 따라,
LNGC(Liquefied Natural Gas Carrier) 언로딩(unloading) 시스템의 안전 장치에 있어서,
LNG의 언로딩 완료 후 베이퍼 라인(vapor line)내에 잔류되어 있는 차가운 천연 가스(Cold NG) 또는 LNG의 기화 및 팽창으로 인하여 상승되는 압력을 센싱하고, 상기 압력이 제 1 설정값에 도달시 알람(alarm)을 발생시키는 PT(pressure transmitter); 및
상기 PT 에서 센싱된 압력이 제 1 설정값보다 큰 제 2 설정값에 도달시 밸브를 개방시켜 상기 베이퍼 라인(vapor line)의 압력을 제어하도록 구성된 압력제어 밸브(PCV : pressure control valve);를 포함한다.
바람직하게는,
상기 압력제어 밸브의 동작과는 독립적으로 밸브를 개방시켜 상기 베이퍼 라인의 압력을 제어하는 안전 밸브(safety valve);를 더 포함한다.
바람직하게는,
상기 안전 밸브는 상기 압력 제어 밸브의 고장시에 개방 동작을 수행하도록 구성된다.
바람직하게는,
상기 PT는 임의의 두개의 베이퍼 매니폴드(vapor manifold)사이를 연결하는 매니폴드 라인(manifold line)상에 배치되고, 상기 매니폴드 라인은 상기 베이퍼 라인과 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 압력제어 밸브 및 상기 안전 밸브는 서로 다른 리턴 라인(return line)상에 구성되며, 상기 리턴 라인(return line)은 상기 매니폴드 라인상의 일 지점과 상기 LNGC의 LNG 카고 탱크(cargo tank)를 연결하도록 구성된다.
본 발명에 따른 LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치의 일 측면에 따라,
LNGC(Liquefied Natural Gas Carrier) 언로딩(unloading) 시스템의 안전 장치에 있어서,
LNG의 언로딩 완료 후 베이퍼 라인(vapor line)내에 잔류되어 있는 차가운 천연 가스(Cold NG) 또는 LNG의 기화 및 팽창으로 인하여 상기 베이퍼 라인이 폭발하는 것을 방지하기 위하여 상기 천연가스를 상기 LNGC의 LNG 카고 탱크(cargo tank)로 배출할 수 있도록 구성된다.
바람직하게는,
상기 안전 장치는 임의의 두개의 베이퍼 매니폴드(vapor manifold)사이를 연결하는 매니폴드 라인(manifold line)상에 배치되어 상기 매니폴드 라인 및 상기 베이퍼 라인내의 압력을 센싱하는 PT(pressure transmitter);
상기 매니폴드 라인과 상기 LNG 저장 탱크를 연결하는 리턴 라인(return line)상에 위치하여 밸브를 개방함으로써 상기 매니폴드 라인 및 상기 베이퍼 라인의 압력을 제어하는 압력제어 밸브(PCV : pressure control valve);를 포함하되,
상기 베이퍼 라인과 상기 매니폴드 라인은 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 매니폴드 라인 및 상기 베이퍼 라인의 압력을 추가적으로 제어하기 위하여 상기 압력제어 밸브가 배치된 리턴 라인과 다른 제 2 리턴 라인상에 배치된 안전 밸브(safety valve);를 더 포함한다.
바람직하게는,
상기 압력제어 밸브의 고장시에 상기 안전 밸브를 개방시키는 동작을 수행한다.
바람직하게는,
상기 PT는 제 1 설정값에서 알람(alarm)을 발생시키고, 상기 PT에서 센싱된 압력이 상기 제 1 설정값보다 큰 제 2 설정값에서 상기 압력제어 밸브가 개방되도록 제어된다.
본 발명에 따른 LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치에 의하면, LNGC 언로딩(unloading) 완료 후 베이퍼 라인 중간에 설치된 차단 밸브가 작업자의 실수로 폐쇄된 상태에서도 관내 고립된 NG 때문에 베이퍼 라인이 폭발하는 사고가 발생하지 않는 효과가 있다.
도 1은 LNGC 언로딩(unloading) 시스템의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 LGNC 언로딩 이후의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
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.
본원 발명은LNGC(Liquefied Natural Gas Carrier) 언로딩(unloading) 시스템의 안전 장치에 관한 것으로, LNG의 언로딩 완료 후 베이퍼 라인(vapor line)내에 잔류되어 있는 차가운 천연 가스(Cold NG) 또는 LNG의 기화 및 팽창으로 인하여 베이퍼 라인이 폭발하는 것을 방지하기 위하여 천연가스를 LNGC의 LNG 카고 탱크(cargo tank)로 배출할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본원 발명에서의 안전 장치는 임의의 두개의 베이퍼 매니폴드(vapor manifold)사이를 연결하는 매니폴드 라인(manifold line)상에 배치되어 매니폴드 라인 및 상기 베이퍼 라인내의 압력을 센싱하는 PT(pressure transmitter); 및 매니폴드 라인과 LNG 저장 탱크를 연결하는 리턴 라인(return line)상에 위치하여 밸브를 개방함으로써 매니폴드 라인 및 베이퍼 라인의 압력을 제어하는 압력제어 밸브(PCV : pressure control valve);를 포함하되, 베이퍼 라인과 매니폴드 라인은 연결되는 것을 특징으로 한다.
본원 발명에서의 매니폴드 라인 및 베이퍼 라인의 압력을 추가적으로 제어하기 위하여 압력제어 밸브가 배치된 리턴 라인과 다른 제 2 리턴 라인상에 배치된 안전 밸브(safety valve);를 더 포함할 수 있다.
본원 발명의 안전장치는 압력제어 밸브의 고장시에 안전 밸브를 개방시키는 동작을 수행한다.
본원 발명의 안정장치에 있어서, PT는 제 1 설정값에서 알람(alarm)을 발생시키고, PT에서 센싱된 압력이 제 1 설정값보다 큰 제 2 설정값에서 압력제어 밸브가 개방되도록 제어된다.
도 1 은 LNGC의 언로딩 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 에는 LNGC(100)내에 LNG 카고 탱크(cargo tank)(105)가 하나인 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 명확성과 용이성을 위한 것이며, 실제 LNGC 내에는 LNG 저장 탱크가 복수개로 구성되어 있음은 당업자에게 자명한 사실이다.
해상의 Receiving Terminal의 LNGC로부터 육상에 설치된 저장탱크(storage tank)(110)로 LNG을 언로딩하는 동작은 리퀴드 라인(liquid line)(120)을 통하여 수행된다. 또한, 육상의 저장 탱크(110)로부터 LNGC의 카고 탱크(105)로는 베이퍼 라인 (vapor line)(130)을 통하여 천연 가스(NG : Natural Gas)가 이송된다.
베이퍼 라인(130)을 통한 천연 가스의 공급 이유는 LNG 언로딩에 의해 비워지는 카고 탱크(105)의 공간 부피를 대처하기 위한 것으로 언로딩 속도와 평형이 되도록 베이퍼 라인을 통하여 Return Gas, 천연 가스(NG)를 공급한다.
도 2는 LGNC 언로딩 이후의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 에 도시된 바와 같이 LNGC(200)으로부터 육상의 저장탱크(210)로의 LNG 로딩이 완료된 이후에 리퀴드 라인(220)과 베이퍼 라인(230)은 저장탱크(210)와 아이솔레이션(isolation) 된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 육상의 저장탱크(210)와의 연결이 차단되며 카고 탱크(205)와 순환라인을 형성한다.
개략적으로 도시된 도 2를 살펴보면, 리퀴드 라인(220)은 카고 탱크(205)에 대하여 하나의 폐루프(closed loop)를 형성하며, 베이퍼 라인(vapor line)(230) 역시 카고 탱크(205)에 대하여 하나의 별도의 폐루프를 형성한다.
도 1 에서의 언로딩이 완료된 이후에(저장탱크(210)와 아이솔레이션이 수행된 이후에)는 리퀴드 라인(220)에서는 N2 퍼징(purging)이 수행된다. 리퀴드 라인 내에 잔존하는 LNG를 불활성 기체인 N2 로 치환하기 위한 동작이다.
N2 퍼징을 수행하는 이유는 리퀴드 라인 내에 잔존할 수 있는 LNG를 보다 안정한 기체인 N2 로 대체 또는 치환하는 동작이다.
육상의 저장 탱크(210)와의 아이솔레이션 이후에 형성된 독립적인 베이퍼 라인의 폐루프(230)내에는 적어도 하나 이상의 차단 밸브가 있을 수 있다.
작업자는 LNG의 언로딩이후에 형성된 베이퍼 라인(230)내의 차단 밸브(241 내지 244)를 모두 개방하여야 한다. 차단 밸브(241 내지 244)를 개방하지 않은 상태에서는 베이퍼 라인 내에 고립된 차가운 천연 가스(Cold NG) 또는 LNG가 기화/팽창하여 관내 압력이 상승하여 폭발할 수 있다.
만약 베이퍼라인 내의 차단 밸브 미 개방시 가장 폭발의 위험이 높은 지점중 하나는 베이퍼 매니폴드로부터 개방되지 않은 차단밸브가 있는 구간이다.
베이퍼라인에는 기체 상태의 NG만을 이송토록 설계되어 있으나 베이퍼 라인에 액상 또는 clod NG가 유입되어 고립된 관내에서 기화/팽창하여 관내 압력이 상승 및 폭발한 것으로 추정된다.
도 3은 본 발명에 따른 LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본원 발명에서의 LNGC(Liquefied Natural Gas Carrier) 언로딩(unloading) 시스템의 안전 장치는 PT(pressure transmitter)(310), 압력제어 밸브(320) 및/또는 안전 밸브(330)를 포함하여 구성된다.
PT(pressure transmitter)(310)는 LNG의 언로딩 완료 후 베이퍼 라인(vapor line)(300)내에 잔류되어 있는 차가운 천연 가스(Cold NG) 또는 LNG의 기화 및 팽창으로 인하여 상승되는 압력을 센싱하고, 센싱된 압력이 제 1 설정값에 도달시 알람(alarm)을 발생시킨다.
압력제어 밸브(PCV : pressure control valve)(320)는 PT(310) 에서 센싱된 압력이 제 1 설정값보다 큰 제 2 설정값에 도달시 밸브를 개방시켜 베이퍼 라인(vapor line)의 압력을 제어하도록 구성된다.
본원 발명에서의 LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치는 압력제어 밸브의 동작과는 독립적으로 밸브를 개방시켜 베이퍼 라인의 압력을 제어하는 안전 밸브(safety valve)(330)를 더 포함할 수 있다.
안전 밸브(330)는 압력제어 밸브(320)의 고장시에 안전 밸브를 개방시켜 베이퍼 라인내의 압력을 낮춘다.
본원 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 폭발의 위험성이 가장 높은 부분 중 한 지점(예, 베이퍼 매니폴드(350 및 360)와 폐쇄된 밸브 사이)에서의 폭발을 방지하기 위한 것이다. 따라서, 각 구성요소의 배치 위치는 다음과 같을 수 있다. 다만, 각 구성요소의 배치는 예시의 목적으로 제시된 것이며, 다른 실시예가 가능한 것은 당업자에게 자명한 사실이다.
일 실시예로서 PT(310)는 임의의 두개의 베이퍼 매니폴드(vapor manifold)(350 및 360)사이를 연결하는 매니폴드 라인(manifold line)(370)상에 배치되고, 매니폴드 라인(370)은 베이퍼 라인(300)과 연결된다.
도 3에 명시적으로 도시되지 않았으나, 도 3 의 베이퍼 라인(300)에는 작업자의 실수로 개방되지 않은 적어도 하나의 차단 밸브가 있을 수 있다.
압력제어 밸브(320) 및 안전 밸브(330)는 서로 다른 리턴 라인(return line)(380 또는 390)상에 구성되며, 리턴 라인(return line)(380 또는 390)은 매니폴드 라인(370)상의 일 지점과 LNGC의 LNG 카고 탱크(cargo tank)(340)를 연결하도록 구성된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
베이퍼 라인(vapor line) - 300
PT(pressure transmitter) - 310
압력제어 밸브(PCV : pressure control valve) - 320
안전 밸브(safety valve) - 330
매니폴드 라인 - 370
리턴 라인 - 380, 390
카고 탱크 - 340
베이퍼 매니폴드 - 350 및 360

Claims (10)

  1. LNGC(Liquefied Natural Gas Carrier) 언로딩(unloading) 시스템의 안전 장치에 있어서,
    LNG의 언로딩 완료 후 베이퍼 라인(vapor line)내에 잔류되어 있는 차가운 천연 가스(Cold NG) 또는 LNG의 기화 및 팽창으로 인하여 상승되는 압력을 센싱하고, 상기 압력이 제 1 설정값에 도달시 알람(alarm)을 발생시키는 PT(pressure transmitter);
    상기 PT 에서 센싱된 압력이 제 1 설정값보다 큰 제 2 설정값에 도달시 밸브를 개방시켜 상기 베이퍼 라인(vapor line)의 압력을 제어하도록 구성된 압력제어 밸브(PCV : pressure control valve); 및
    상기 압력제어 밸브의 동작과는 독립적으로 밸브를 개방시켜 상기 베이퍼 라인의 압력을 제어하는 안전 밸브(safety valve);를 포함하고,
    상기 PT는 임의의 두개의 베이퍼 매니폴드(vapor manifold)사이를 연결하는 매니폴드 라인(manifold line)상에 배치되고, 상기 매니폴드 라인은 상기 베이퍼 라인과 연결되는 것을 특징으로 하는, LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 안전 밸브는 상기 압력 제어 밸브의 고장시에 개방 동작을 수행하도록 구성되는, LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력제어 밸브 및 상기 안전 밸브는 서로 다른 리턴 라인(return line)상에 구성되며, 상기 리턴 라인(return line)은 상기 매니폴드 라인상의 일 지점과 상기 LNGC의 LNG 카고 탱크(cargo tank)를 연결하도록 구성되는, LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치.
  6. LNGC(Liquefied Natural Gas Carrier) 언로딩(unloading) 시스템의 안전 장치에 있어서,
    LNG의 언로딩 완료 후 베이퍼 라인(vapor line)내에 잔류되어 있는 차가운 천연 가스(Cold NG) 또는 LNG의 기화 및 팽창으로 인하여 상기 베이퍼 라인이 폭발하는 것을 방지하기 위하여 상기 차가운 천연가스 또는 LNG를 상기 LNGC의 LNG 카고 탱크(cargo tank)로 배출할 수 있도록 구성되고,
    상기 안전 장치는 임의의 두개의 베이퍼 매니폴드(vapor manifold)사이를 연결하는 매니폴드 라인(manifold line)상에 배치되어 상기 매니폴드 라인 및 상기 베이퍼 라인내의 압력을 센싱하는 PT(pressure transmitter);
    상기 매니폴드 라인과 상기 LNGC의 LNG 카고 탱크를 연결하는 리턴 라인(return line)상에 위치하여 밸브를 개방함으로써 상기 매니폴드 라인 및 상기 베이퍼 라인의 압력을 제어하는 압력제어 밸브(PCV : pressure control valve);를 포함하되,
    상기 베이퍼 라인과 상기 매니폴드 라인은 연결되는 것을 특징으로 하는, LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 매니폴드 라인 및 상기 베이퍼 라인의 압력을 추가적으로 제어하기 위하여 상기 압력제어 밸브가 배치된 리턴 라인과 다른 제 2 리턴 라인상에 배치된 안전 밸브(safety valve);를 더 포함하는, LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 압력제어 밸브의 고장시에 상기 안전 밸브를 개방시키는 동작을 수행하는, LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 PT는 제 1 설정값에서 알람(alarm)을 발생시키고, 상기 PT에서 센싱된 압력이 상기 제 1 설정값보다 큰 제 2 설정값에서 상기 압력제어 밸브가 개방되도록 제어되는, LNGC 언로딩 시스템의 안전 장치.
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