KR102485278B1 - 천연가스 플랜트용 모듈 - Google Patents

Abstract

기기의 집적도가 높고, 리스크에 따른 강도를 갖는 천연가스 플랜트용 모듈을 제공한다. 천연가스 플랜트용 모듈(M)은, 천연가스 플랜트의 일부를 구성하는 기기(6)의 그룹을 수용하는 프레임(30)과, 프레임(30) 내에 설치되고, 전력 소비기기에 대하여 전력을 공급하는 전력 공급기기, 또는 제어신호를 이용하여 피제어기기의 동작 제어를 행하는 컨트롤러에 대하여 상기 동작 제어에 관한 정보를 출력하는 제어정보 출력기기 중 적어도 하나를 수용하는 건물(50);을 포함하며, 상기 건물이 배치된 위치의 위쪽 영역은 천연가스 플랜트 내에서 취급되는 유체가 흐르는 배관 그룹을 상기 프레임에 유지하는 파이프 랙이 된다.

Description

천연가스 플랜트용 모듈

본 발명은 천연가스 플랜트를 건설하는 기술에 관한 것이다.

천연가스의 처리를 행하는 천연가스(NG) 플랜트에는, 천연가스의 액화를 행하는 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas) 플랜트나, 천연가스로부터 LPG(Liquefied Petroleum Gas)나 중질분의 분리 및 회수 등을 행하는 천연가스 처리 플랜트 등이 있다.

최근, NG 플랜트를 건설함에 있어, NG 플랜트를 구성하는 다수의 기기를 블록으로 나누고, 각 블록의 기기 군을 공통의 프레임 내에 조립하는 모듈화의 대처가 이루어지고 있다(예를 들어 LNG 플랜트에 관한 특허문헌 1). 이하, 천연가스 플랜트를 건설하기 위한 모듈을 천연가스(NG) 플랜트용 모듈이라 한다.

예를 들어, NG 플랜트용 모듈은 NG 플랜트의 건설부지와는 다른 장소에서 건조되고, 건설부지로 수송된 후, 그 부지 내에서 설치된다. 그리고, 복수의 NG 플랜트 모듈을 조합하는 것에 의해, NG 플랜트가 구성된다.

NG 플랜트용 모듈을 구성하는 프레임 내에는, 외부로부터 구동용 전력을 공급받는 기기(전력 소비기기)나, 제어신호에 기초하여 동작 제어가 행해지는 기기(피제어기기)가 여러 대 설치된다.

전력 소비기기에 대한 전력 공급과 관련하여, NG 플랜트용 모듈에는, 전압 변환을 행하는 변전기나, 각 전력 소비기기로의 급전 제어를 행하는 급전 제어설비, 차단기나 단로기 등의 전력 공급기기를 구비한 변전실이 병설되는 경우가 있다.

또한, 피제어기기의 동작 제어와 관련하여, NG 플랜트용 모듈에는 NG 플랜트 전체의 통괄 제어를 행하는 중앙제어실에서, 오퍼레이터 또는 자동제어장치로부터 접수한 유량 설정값이나 압력 설정값, 온도 설정값 등, 피제어기기의 동작 제어에 관한 정보를, 피제어기기의 동작 제어를 행하는 컨트롤러에 대해 출력하거나, 피제어기기를 이용하여 제어되는 유량, 압력, 온도 등의 정보를 중앙제어실을 향해 출력하거나 하는 제어정보 출력기기를 구비한 기기 제어실이 병설되는 경우도 있다.

특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 출원인은, NG 플랜트용 모듈의 외부에 전술한 변전실이나 기기 제어실을 구성하는 건물을 병설함에 있어, 당해 모듈의 건조지에서 모듈의 프레임에 건물을 연결하고, 이들 모듈과 건물을 함께 NG 플랜트의 건설부지로 수송하는 기술을 개발하였다(특허문헌 2). NG 플랜트의 건설부지에서는, NG 플랜트용 모듈과 건물을 연결하는 연결 부재를 제거하는 것에 의해, 이들 모듈과 건물이 분리되고, NG 플랜트용 모듈에 인접하는 위치에 건물이 병설된 상태로 된다.

특허문헌 2에 기재된 기술에 있어서는, 건물을 NG 플랜트용 모듈의 외부에 배치하는 것에 의해, 내폭 구조가 요구되는 범위를 국소 한정하고 있다. 그 결과, 내폭 구조의 건물을 NG 플랜트용 모듈 내에 마련하는 경우와 비교하여, 상기 모듈의 프레임 자체의 내폭화, 또는 내폭 구조에 수반하는 고하중의 건물을 지지하는 것에 수반하는 프레임을 구성하는 철골 재료의 대직경화를 억제하고 있다.

한편, NG 플랜트의 부지 면적의 제약 등으로부터, 변전실이나 기기 제어실인 건물의 병설용 부지를 확보할 수 없는 경우도 있다. 이러한 경우에, 어떠한 구성의 건물을 어디에 마련하는가에 대해서는, 특허문헌 1, 2에 기재되어 있지 않다.

특허문헌 1: 국제 공개 제2014/028961호 특허문헌 2: 국제 공개 제2019/008725호

본 발명은, 기기의 집적도가 높고, 리스크에 따른 강도를 갖는 천연가스 플랜트용 모듈을 제공한다.

본 발명의 천연가스 플랜트용 모듈은,

상기 천연가스 플랜트의 일부를 구성하는 기기 군을 수용하는 프레임과;

상기 프레임 내에 설치되고, 상기 기기 군에 포함되는 전력 소비기기에 대하여 전력을 공급하는 전력 공급기기, 또는, 상기 기기 군에 포함되고, 제어신호를 이용하여 피제어기기의 동작 제어를 행하는 컨트롤러에 대하여, 상기 동작 제어에 관한 정보를 출력하는 제어정보 출력기기 중 적어도 하나를 수용하는 건물;을 포함하며,

상기 건물이 배치된 위치의 위쪽 영역은, 상기 천연가스 플랜트 내에서 취급되는 유체가 흐르는 배관 군을 상기 프레임에 유지하는 파이프 랙으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 천연가스 플랜트용 모듈은 이하의 특징을 구비할 수 있다.

(a) 상기 프레임이 복수의 계층(階層)으로 구성되어 있는 경우에, 상기 건물은 최하층에 배치되는 것.

(b) 상기 건물에 상기 전력 공급기기가 수용되어 있는 경우에, 상기 전력 공급기기는 상기 프레임 내에 수용된 전력 소비기기와 접속된 상태로 되어 있는 것. 또한 상기 건물에, 전압 레벨이 상이한 복수 종류의 상기 전력 공급기기가 수용되어 있는 경우에, 전압 레벨이 1000V 이상의 상기 전력 소비기기는 해당 전압 레벨에 대응하는 상기 전력 공급기기와 미접속 상태이고, 전압 레벨이 1000V 미만의 상기 전력 소비기기에 대해서는 해당 전압 레벨에 대응하는 전력 공급기기와 접속된 상태로 되어 있는 것.

(c) 상기 건물에 상기 제어정보 출력기기가 수용되어 있는 경우에, 상기 제어정보 출력기기는 상기 프레임 내에 수용된 피제어기기와 접속된 상태로 되어 있는 것.

(d) 상기 건물에는, 해당 건물의 내압을 대기압보다 높은 압력으로 유지하기 위한 공기의 흡입 배관이 접속되고, 상기 흡입 배관 말단부의 공기 흡입부는 상기 프레임 내에 배치되어 있는 가연물 취급 기기보다 높은 위치에 배치되어 있는 것.

(e) 상기 건물에는, 상기 프레임의 측면을 향해 개구하도록 출입구가 설치되어 있는 것.

본 천연가스 플랜트용 모듈은, 프레임 내에 설치되고, 전력 공급기기 또는 제어정보 출력기기가 수용된 건물을 파이프 랙의 아래쪽 영역에 배치하고 있다. 파이프 랙 아래쪽의 공간을 이용하여 상기 건물을 배치하는 것에 의해, 천연가스 플랜트용 모듈의 설치 면적의 저감에 기여할 수 있다.

도 1은 액화천연가스(LNG) 플랜트에 포함되는 각 처리부의 구성예이다.
도 2는 상기 LNG 플랜트 내에 배치되는 천연가스 LNG 플랜트용 모듈의 레이아웃 예를 나타내는 평면도이다.
도 3은 실시형태에 따른 모듈의 측면도이다.
도 4a는 건조 중의 상기 모듈의 제1 측면도이다.
도 4b는 건조 중의 상기 모듈의 제2 측면도이다.

이하, 실시형태에 따른 천연가스 플랜트용 모듈에 의해 액화천연가스(LNG) 플랜트를 구성하는 예에 대해 설명한다. 이하, LNG 플랜트를 구성하는 상기 모듈을 단순히 "모듈"이라고도 한다.

도 1은 본 예의 LNG 플랜트의 개략 구성의 일례이다. LNG 플랜트는, NG로부터 액체를 분리하는 기액 분리부(11)와, NG 중의 수은 제거를 행하는 수은 제거부(12)와, NG로부터 이산화탄소나 황화수소 등의 산성가스를 제거하는 산성가스 제거부(13)와, NG에 포함되는 미량의 수분을 제거하는 수분 제거부(14)와, 이들 불순물이 제거된 NG를 냉각, 액화하여 LNG를 얻는 액화 처리부(15)와, 액화된 LNG를 저장하는 저장탱크(17)를 구비한다.

기액 분리부(11)는, 파이프라인 등에 의해 수송되어 온 NG로부터, 상온에서 액체인 콘덴세이트를 분리한다. 예를 들어 기액 분리부(11)는, 비중차를 이용하여 NG로부터 액체를 분리하기 위한 경사 배치된 기다란 파이프나 드럼, 수송 과정에 있어서의 파이프라인의 폐색을 방지할 목적으로 필요에 따라 첨가되는 부동액의 가열 재생을 행하는 부동액의 재생탑이나 리보일러, 및 이들 부대설비 등의 기기 군을 구비하고 있다.

수은 제거부(12)는 액체가 분리된 후의 NG에 포함된 미량의 수은을 제거한다. 예를 들어, 수은 제거부(12)는 흡착탑 내에 수은 제거제가 충전된 수은 흡착탑 및 그 부대설비 등의 기기 군을 구비하고 있다.

산성가스 제거부(13)는 액화 시에 LNG 중에서 고화될 우려가 있는 이산화탄소나 황화수소 등의 산성가스를 제거한다. 산성가스의 제거법으로서는, 아민 화합물 등을 포함하는 가스 흡수액을 이용하는 방법이나, NG 중의 산성가스를 투과시키는 가스 분리막을 이용하는 방법을 들 수 있다.

가스 흡수액이 채용되는 경우, 산성가스 제거부(13)는, NG와 가스 흡수액을 향류 접촉시키는 흡수탑이나, 산성가스를 흡수한 가스 흡수액을 재생하기 위한 재생탑, 재생탑 내의 가스 흡수액을 가열하기 위한 리보일러, 및 이들 부대설비 등의 기기 군을 구비한다.

또한, 가스 분리막이 채용되는 경우, 산성가스 제거부(13)는, 본체 내에 다수개의 중공사 막을 수용한 가스 분리 유닛이나 그 부대설비 등의 기기 군을 구비한다.

수분 제거부(14)는 NG에 포함되는 미량의 수분을 제거한다. 예를 들어, 수분 제거부(14)는, 몰큘러시브나 실리카겔 등의 흡착제가 충전되고, NG의 수분제거 조작과 수분을 흡착한 흡착제의 재생 조작이 교대로 전환되어 실시되는 복수의 흡착탑, 재생 조작이 행해지고 있는 흡착탑에 공급되는 흡착제의 재생용 가스(예를 들어 수분 제거 후의 NG)의 가열을 행하는 히터, 및 이들 부대설비 등의 기기 군을 구비한다.

이상에서 설명한 각 처리부(11∼14)에서 불순물이 제거된 후의 NG는, 액화 처리부(15)에 공급되어 액화된다. 예를 들어 액화 처리부(15)는, 프로판을 주성분으로 하는 예냉용 냉매에 의해 NG의 예냉을 행하는 예냉 열교환기, 예냉 후의 NG로부터 중질분을 제거하는 스크럽 칼럼, 질소, 메탄, 에탄, 프로판 등의 복수 종류의 냉매 원료를 포함하는 혼합냉매(Mixed Refrigerant)에 의해 NG를 냉각하여 액화, 과냉각하는 극저온 열교환기(MCHE: Main Cryogenic Heat Exchanger), 열교환에 의해 기화한 예냉용 냉매나 혼합냉매의 가스를 압축하는 냉매 압축기(21), 및 이들 부대설비 등의 기기 군을 구비한다.

또한 도 1에 있어서는, 예냉용 냉매나 혼합냉매의 개별 냉매 압축기(혼합냉매용의 저압 MR 압축기, 고압 MR 압축기, 예냉용 냉매용의 C3 압축기)를 1개로 정리하여 기재하였으며, 전술한 각 기기의 개별적인 설명은 생략하고 있다.

또한 도 1에는, 냉매 압축기(21)를 구동하는 동력원으로서 가스터빈(22)을 이용한 예를 나타내고 있지만, 냉매 압축기(21)의 규모 등에 따라 모터 등을 사용할 수도 있다.

또한 전술한 액화 처리부(15)의 각 냉매 압축기(21)의 후단에는, 압축된 냉매를 냉각하기 위한 각종 쿨러나 콘덴서가 설치되어 있는 경우가 있다. 그 밖에도, 산성가스 제거부(13)가 가스 흡수액을 사용하고 있는 경우에, 재생탑에서 재생된 가스 흡수액이나 탑정액(塔頂液)을 냉각하기 위한 쿨러가 설치되어 있는 경우도 있다. LNG 플랜트에는, 이들 쿨러나 콘덴서를 구성하고, 해당 LNG 플랜트 내에서 취급되는 유체의 냉각을 행하기 위한 다수의 공냉식 열교환기(ACHE: Air-Cooled Heat Exchanger)(41)가 설치되어 있다.

또한 액화 처리부(15)에는, 냉각된 NG로부터 분리된 액체(액체 중질분)로부터 에탄을 분리하는 디에타나이저와, 에탄 분리 후의 액체로부터 프로판을 분리하는 디프로파나이저와, 프로판 분리 후의 액체로부터 부탄을 분리하고, 상온에서 액체의 콘덴세이트를 얻는 디부타나이저를 포함하는 정류부(16)가 병설되어 있다. 디에타나이저, 디프로파나이저, 디부타나이저는, 각각 각 성분의 정류를 행하는 정류탑, 각 정류탑 내의 액체를 가열하는 리보일러, 및 이들 부대설비 등의 기기 군을 구비하고 있다. 정류부(16)는, 본 실시형태의 중질분 제거부에 상당한다.

저장탱크(17)에는, 액화 처리부(15)에서 액화, 과냉각된 후의 액화천연가스(LNG)가 이송되어 저장된다. 저장탱크(17)에 저장된 LNG는 도시되지 않은 LNG 펌프에 의해 이송되어, LNG 탱크나 파이프라인으로 출하된다.

이 밖에, LNG 플랜트 내에는, 전술한 각 처리부(11∼16)에서 실시되는 각종 가열 조작이나 저장탱크(17)의 저면에 설치된 지면의 동결 방지용의 히터 등에 공급되는 열매(예를 들어 핫 오일이나 증기 등)의 가열을 행하는 오일 히터나 보일러 등과 그 부대설비, LNG 플랜트 내에서 소비되는 전력을 공급하는 가스터빈 발전기나 가스엔진 발전기와 그 부대설비라고 하는 기기 군도 설치되어 있다.

도 2는 전술한 LNG 플랜트의 레이아웃의 일례를 나타낸다. 본 예의 LNG 플랜트는, 공통의 프레임(30)에, 각 처리부(11∼16)를 구성하는 기기 군(프레임 내 기기(6)나 ACHE(41) 등)을 수용하는 복수의 모듈(M)을 조합하여 구성되어 있다.

후술하는 변전실이나 기기 제어실을 구성하는 건물의 배치 위치를 나타내는 도시의 편의상, 도 2에 도시된 각 모듈(M)은, 복수 계층의 프레임(30)의 최하층에 있어서의 프레임 내 기기(6)의 배치 위치를 나타내고 있다. 단, ACHE(41)가 설치되어 있는 모듈(M)에 대해서는, 프레임(30)의 상면에 설치된 ACHE 군(4)을 병기하며, 일부의 프레임 내 기기(6)는 숨어있는 경우도 있다.

도 2에 도시하는 예에 있어서, 액화 처리부(15)를 구성하는 기기 군은, 복수의 그룹으로 더 나누어지고, 각각의 그룹의 기기 군을 프레임(30) 내에 수용한 복수의 모듈(M)이 설치되어 있다. 또한, 다른 처리부(11, 12, 13, 14, 16)나, 오일 히터, 보일러 등을 구성하는 각 기기군(프레임 내 기기(6)나 ACHE(41))에 대해서도, 처리부(11, 12, 13, 14, 16)마다 그룹으로 나눠지고, 각 그룹의 기기 군을 프레임(30)에 수용하는 복수의 모듈(M)이 설치되어 있다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 액화 처리부(15) 측의 복수의 모듈(M)을 횡 방향으로 배열하고, 또한, 다른 처리부(11, 12, 13, 14, 16 등)에 관련된 모듈(M)을 횡 방향으로 배열하여, 이들 2열의 모듈(M)에 의해 LNG 플랜트를 구성하고 있다. 또한, 액화 처리부(15)의 모듈(M)의 열의 양 옆에는, MR 압축기나 C3 압축기인 냉매 압축기(21)가 배치되어 있다.

이하의 설명에서, 도 2에 실선으로 나타낸 좌표축은 전체 LNG 플랜트 전체에 대한 방향을 나타내고 있다. 또한, 도 2 내지 도 4a 및 4b에 점선으로 나타낸 부좌표축은 각 모듈(M)에 주목한 방향을 나타내며, 부좌표축의 Y'축의 기점 측을 후단측, 화살표 방향 측을 선단측이라고 한다.

이하, 모듈(M)의 구체적인 구성예에 대해서 설명하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 예의 LNG 플랜트는, 그 상면 측에 복수대의 ACHE(41)가 설치된 모듈(M1)과, ACHE(41)가 설치되어 있지 않은 모듈(M2)과의 2종류의 모듈(M)에 의해 구성되어 있다.

이들 모듈(M1, M2)은, ACHE(41)의 유무를 제외하고 기본적인 구성은 공통되어 있다. 이하의 모듈(M)의 설명에 있어서는, ACHE(41)에 관한 설명 이외에는, 모듈(M1, M2)에 공통되는 구성이다.

도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 모듈(M)을 구성하는 프레임(30)은, 평면 형상이 개략적인 직사각형으로 형성됨과 함께, 각 처리부(11∼16)의 기기 군에 포함되는 기기를 상하 방향으로 다층으로 배치할 수 있는 철골제의 골조 구조이다.

프레임(30)의 상면에는, 선단측으로부터 후단측으로 향하는 Y축 방향을 따라 ACHE(41)를 복수대 배열한 열이 설치되어 있다. 또한 프레임(30)의 폭 방향을 향하여 ACHE(41)의 열을 복수 열(도시의 편의상, 도 2에는 3열의 예를 나타내고 있음) 설치하는 것에 의해, 다수의 ACHE 군(4)이 배치되어 있다. 이들 ACHE(41)는 각 처리부(11~16)의 기기 군의 일부를 구성한다.

도 3에 도시된 바와 같이, ACHE 군(4)이 배치되어 있는 영역의 아래쪽 공간은, 각 처리부(11~16) 사이에서 주고받는 유체가 흐르는 다수의 배관(42)을 배치한 파이프 랙으로 되어 있다. 이들 배관(42)에 대해서도, 각 처리부(11∼16)의 기기 군의 일부를 구성하고 있다.

또한, ACHE 군(4)이 배치되어 있지 않은 모듈(M2)에 있어서도, 다른 모듈(M1)의 ACHE 군(4)의 배치 영역과 옆으로 나란한 후단 측의 영역에 파이프 랙이 설치되어 있다.

또한, 파이프 랙에 배치된 배관(42)의 아래쪽이나, 파이프 랙보다 선단측의 공간에는, 이미 설명한 ACHE(41)와 함께, 각 처리부(11∼16)의 기기 군의 일부를 구성하는 프레임 내 기기(6)가 배치되어 있다. 프레임 내 기기(6)에는, 탑조나 열교환기 등의 정(靜)기기, 펌프(6a) 등의 동(動)기기, 각 정기기, 동기기 사이나 파이프 랙 측의 배관(42)과의 사이를 접속하는 접속 배관(미도시) 등을 포함한다.

전술한 구성을 구비한 모듈(M)에 있어서, 프레임(30)에 수용된 기기 중, ACHE(41)나 펌프(6a) 등, 구동용 전력을 소비하는 전력 소비기기에 대해서는, 각 전력 소비기기의 정격 전압에 따라 변압된 전력이 급전선을 통해 공급된다.

따라서, 이들 전력 소비기기를 수용하는 프레임(30)에는, 주위로부터 구획된 외곽 구조물로 이루어지는 건물 내에, 전압 변환을 행하는 변전기나, 각 전력 소비기기로의 급전 제어를 행하는 급전 제어 설비, 차단기나 단로기 등의 전력 공급기기를 수용하는 변전실(Substation, SS)이 병설된다.

또한, 프레임(30)에 수용된 각종 기기에는, 유체의 유량을 조정하는 유량조정 밸브나 탑조 내의 압력을 조정하는 압력조정 밸브, 온도 조정의 대상이 되는 유체의 열교환기 출구를 조정하기 위해서, 열매나 냉매의 유량을 증감하는 유량조정 밸브 등의 컨트롤 밸브나, 탑조 내의 액위 등에 따라 개폐 동작이 실행되는 개폐 밸브 등의 각종 피제어기기가 포함된다.

이들 피제어기기에는 컨트롤러가 병설되고, 유체의 유량, 압력, 온도나 액위 등을 검출부에서 검출한 결과에 기초하여, 컨트롤러로부터 피제어기기로 제어신호를 출력하고, 각 피제어기기의 동작 제어를 행하는 제어 루프가 구축되어 있다.

이 때, 이들 제어 루프에 관련한 기기를 수용하는 프레임(30)에는, 건물 내에, FCS(Field Control Station) 등으로 불리는 제어정보 출력기기를 수용하는 기기 제어실(Instrument Control Room, CR)이 병설되어 있을 수 있다. 제어정보 출력기기는, LNG 플랜트 전체의 통괄 제어를 행하는 중앙 제어실에서, 오퍼레이터 또는 자동제어장치로부터 접수한 유량 설정값이나 압력 설정값, 온도 설정값 등, 피제어기기의 동작 제어에 관한 정보를, 피제어기기의 동작 제어를 행하는 컨트롤러에 대해 출력하거나, 검출부에서 검출된 유체의 유량, 압력, 온도나 액위 등의 정보를 중앙 제어실을 향해 출력하거나 한다.

제어정보 출력기기와, 각 피제어기기의 컨트롤러나 검출부는, 신호선을 통해 접속되어 있다. 또 이하의 설명에서는, 전술한 변전실이나 기기 제어실을 구성하는 건물을 SS/CR(50)이라고 한다.

본 실시형태에 있어서, 각 모듈(M)에 병설되어 있는 SS/CR(50)은, 다른 프레임 내 기기(6) 군과 함께, 모듈(M)을 구성하는 프레임(30)에 의해 둘러싸인 영역의 내측에 설치되어, 모듈(M)과 일체로 수송 가능하게 되어 있다.

프레임(30)의 골조를 구성하는 다수의 기둥과 빔 중, 동일한 높이 위치에 횡으로 걸쳐진 복수의 빔에 의해 형성되는 면을 프레임(30)의 각 계층으로 했을 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임(30)은 복수 계층(도면의 예에서는 4 계층)으로 구성되어 있다.

본 예의 SS/CR(50)은 상기 복수 계층 구조의 프레임(30)의 최하층에 배치된다. 또한, 당해 SS/CR(50)이 배치되어 있는 위치의 위쪽 영역은, 위에서 설명한 바와 같이, LNG 플랜트 내에서 취급되는 유체가 흐르는 배관(42) 군이 프레임에 의해 유지된 파이프 랙으로 되어 있다. 즉, SS/CR(50)은 파이프 랙의 아래쪽 공간에 제공되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 예의 모듈(M)에 있어서는, 가연성 유체가 흐르는 배관(42)의 아래쪽에 밀폐 구조의 건물인 SS/CR(50)이 배치되어 있다. 일반적으로, 가연성 유체를 취급하는 기기(배관(42)을 포함)의 근방에 건물을 배치하는 경우에는, 내폭 구조, 방폭 구조의 검토가 행해진다.

내폭 구조란, 건물 주위에서 폭발이 발생한 경우에도, 건물의 파손을 억제하는 것이 가능하도록, 건물의 구성 부재의 강도 설계가 행해지고 있는 것이다. 또 방폭 구조란, 건물 내부로의 가연성 물질의 진입을 억제하고, 또한 가연성 물질이 진입한 경우에도 점화를 억제하는 구조이다.

내폭 구조와 관련한 건물의 구성 부재의 강도나, 건물 내에 진입한 독성물질의 배출능력 등을 결정하는 방법(Management System)의 하나로, API RP(American Petroleum Institute Recommended Practice) 752가 있다(이하, 간단히 "API 752"라고 기재).

내폭구조의 결정 방법에 관하여, API 752에는, (1) 건물에 영향을 미칠 수 있는 최대의 사상을 상정하고, 그 결과 생기는 귀결의 정량적, 정성적 평가를 행하는 것, (2) 해당 건물에 대한 인원의 체재 빈도나 피난 장소로서의 건물의 기능을 고려하는 것, (3) 이러한 검토 결과에 근거하여, 건물의 내폭 강도의 기준을 책정하고, 해당 기준에 준거하여 건물의 강도 설계를 행하는 것 등이 기재되어 있다.

API 752는 미국의 추천 방법이지만, 다른 나라에 있어서의 LNG 플랜트의 건설에 있어서도 당해 방법에 준거하여 건물의 강도 설계가 행해질 수 있다.

이 방법을 채용한 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 가연성의 유체가 흐르는 배관(42)이 배치된 파이프 랙의 아래쪽 공간에 SS/CR(50)을 배치하는 조건 하에서는, SS/CR(50)을 구성하는 건물에 대해서, 매우 높은 내폭 성능이 필요하게 될 가능성이 높다. 그 결과, SS/CR(50)의 중량도 증대되고, 해당 SS/CR(50)을 유지하기 위해서, 프레임(30)을 구성하는 철골 재료도 대직경화 되어, 프레임(30)의 재료비, 수송비가 상승하는 요인이 된다.

한편, 건설부지 내에 다수의 기기나 이들 기기를 지지하는 랙을 순차적으로 설치해 가는 종래의 LNG 플랜트와 비교하여, 본 예의 모듈(M)은, 각 프레임(30)에 있어서의 프레임 내 기기(6)의 집적도가 높다. 다시 말해서, 모듈(M)은 한정된 영역에 가연성의 유체를 취급하는 프레임 내 기기(6)가 집중적으로 배치되어 있다고 할 수 있다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 각 모듈(M)은 인접하는 다른 모듈(M)과의 사이에 간극을 두고 배치되어 있다. 즉, 지상에 다수의 기기가 배치된 종래의 LNG 플랜트와는 달리, 모듈(M)에 의해 구성되는 LNG 플랜트는, 모듈(M)의 밖으로 나오면, 상기 간극을 통해 퇴피하기 쉬운 구조로 되어 있다.

또한, LNG 플랜트의 오퍼레이터가 상주하고 있는 중앙 제어실과는 달리, 각 SS/CR(50)은, 점검이나 유지보수를 실시할 때 등을 제외하고, 통상적으로는 인원이 없는 건물이다.

이러한 것들을 고려하면, LNG 플랜트에 있어서의 건물의 내폭구조의 설계 방법(예를 들어 이미 설명한 API 752)에 따라 인원의 안전 확보를 행한 다음에, SS/CR(50)의 강도 설계를 행하는 것이 본 예의 모듈(M)에 있어서는 합리적이라고 할 수 있다.

인원의 안전 확보에 대해서는, 화재 등이 발생했을 경우 SS/CR(50) 내에 인원이 체재하고 있었을 경우에는, 해당 SS/CR(50) 내에 머무는 것이 아니라, 신속하게 모듈(M) 밖으로 퇴피하기 쉬운 구조를 채용하고, 그 다음에 SS/CR(50)이 가지는 안전에 관한 기능을 한정하는 것이 합리적이다.

이 관점에서 도 2에 도시된 바와 같이, 각 모듈(M) 내에 배치된 SS/CR(50)에는, 프레임(30)의 측면을 향해 개구하도록 서로 다른 위치에 복수의 출입구(도면에는 출입구의 도어(52)를 표시하고 있다)가 제공된다. 이와 같이 출입구를 배치하는 것에 의해, SS/CR(50) 내에 인원이 체재하고 있던 경우에도, 화재 등이 발생한 경우에는 즉시 모듈(M)의 외부로 퇴피할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 모듈(M)의 외부로 퇴피하는 것이 인원의 안전 확보의 전제로 되어 있는 경우, 과도한 내폭 구조의 SS/CR(50)을 마련하는 것은 합리적이지 않다.

프레임 내 기기(6)의 집적도가 높고, 인원이 퇴피하기 쉬운 모듈(M)의 구조에 주목하여, 리스크에 따른 내폭 강도를 채용함으로써, SS/CR(50)의 과잉 중량화나, SS/CR(50)을 유지하는 프레임(30)의 철골 재료의 대직경화도 억제할 수 있다.

또, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 예의 모듈(M)에 설치된 SS/CR(50)은 방폭 구조 중 하나로서 SS/CR(50)의 내압을 대기압보다 높은 압력으로 유지하기 위한 공기의 흡입 배관(531)이 접속되어 있다. 예를 들어, 흡입 배관(531)은 프레임(30)의 측면을 따라 위쪽을 향해 뻗어있도록 설치된다. 이 흡입 배관(531) 말단부의 공기의 흡입부(532)는, 모듈(M)의 프레임(30) 내에 배치되어 있는 가연물의 취급 기기보다도 높은 위치에 배치되어 있다. 특히 ACHE(41)가 설치된 모듈(M1)에 있어서는, 공기 흡입부(532)가 ACHE(41)의 배치 위치보다 높은 위치에 배치된다.

이상에서 설명한, 프레임(30)의 내측에 SS/CR(50)이 설치된 모듈(M)의 건조 공정에 대해서 도 4a 및 4b를 참조하면서 설명한다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 모듈(M)은 모듈 야드라고 불리는, LNG 플랜트의 건설부지와는 다른 건조지에서 건조된다. 한편, SS/CR(50)은, 당해 모듈 야드와는 상이한 장소이고, 전력 공급기기나 제어정보 출력기기의 제조사 근처 등에 설치된, 숍이라고 불리는 공장에서 조립되는 경우가 있다.

모듈 야드에 있어서, 건조중 모듈(M')은, 아래쪽의 계층으로부터 순서대로 프레임(30)을 지어올리면서, 각 계층에 프레임 내 기기(6)를 배치해 간다. 이 때, 프레임(30)의 최하층에 SS/CR(50)이 배치되는 경우에는, 숍에서의 SS/CR(50)의 조립이 완료되지 않으면, 건조중 모듈(M')의 건조에 착수할 수 없는 것처럼 생각될 수 있다.

그러나, SS/CR(50)의 조립 완료를 기다리는 경우, 모듈(M)의 건조 기간이 지나치게 길어질 우려가 있다. 따라서, 도 4a에 도시된 건조중 모듈(M')에 있어서는, SS/CR(50)이 배치될 공간을 남기고 건조중 모듈(M')의 건조가 진행된다. 이 기간에, 숍에서는, 가대(501) 상에 배치된 상태의 SS/CR(50)이 병행하여 조립되어 간다.

그리고 도 4b에 도시된 바와 같이, 모듈(M)의 건조가 거의 완성되면, 숍에서 조립된 SS/CR(50)을 모듈 야드로 반송하고, 파이프 랙 아래의 배치 영역에 SS/CR(50)을 삽입한다. 그 후, 예를 들어 가대(501)와 프레임(30)을 연결하는 것에 의해, 모듈(M) 내에 SS/CR(50)이 설치된 상태로 된다(도 4b).

여기서 이미 설명한 바와 같이, LNG 플랜트의 완성 후에는, SS/CR(50) 내의 전력 공급기기와 프레임(30) 내의 전력 소비기기는 급전선을 통해 접속되고, 또한 SS/CR(50) 내의 제어정보 출력기기와 프레임(30) 내의 피제어기기의 컨트롤러나 검출부는 신호선을 통해 접속된 상태로 된다.

이 때, 이미 SS/CR(50)이 설치된 상태의 모듈(M) 내에 있어서, 이들 급전선이나 신호선의 연결도 완료시켜 두는 쪽이, 모듈(M)을 건설부지에 설치한 후의 공수를 대폭적으로 저감시킬 수 있다.

따라서 프레임(30) 내에 SS/CR(50)을 설치한 후에는, SS/CR(50) 내에 수용되어 있는 도시하지 않은 전력 공급기기와, 동일한 프레임(30) 내에 배치된 전력 소비기기를 급전선(51)을 통하여 접속하고, 급전 시험을 행한다. 도 3에서, 급전선 (51)은 점선으로 표시되어 있다.

여기서 모듈(M) 내에는, 사용 전압이 상이한 복수 종류의 전압 레벨의 전력 소비기기가 배치되어 있는 경우가 있다. 이 때, 예를 들어 1000V 미만의 중압, 저압의 전압 레벨의 전력 소비기기는, 전력 공급기기와의 접속 작업이나 통전 시험도 비교적 용이하다. 이 때문에, 모듈(M)이 건설부지에 설치되기 전의 사전 접속 작업, 통전 시험 작업에 적합하다.

한편, 1000V 이상의 고압의 전압 레벨의 전력 소비기기는, 대형의 접속 지그나 시험 기기가 필요하기 때문에, 모듈 야드 내에서의 접속 작업, 통전 시험 작업에는 적합하지 않은 경우도 있다.

따라서, 본 예의 모듈(M)은 SS/CR(50)에 전압 레벨이 상이한 복수 종류의 전력 공급기기가 수용되어 있는 경우, 전압 레벨이 1000V 이상인 전력 소비기기는 해당 전압 레벨에 대응하는 상기 전력 공급기기와 미접속 상태로 할 수도 있다. 도 3에 도시된 모듈(M)의 예에서, 대형 펌프(6a)가 이것에 상당한다.

한편, 전압 레벨이 1000V 미만인 상기 전력 소비기기에 대해서는, 해당 전압 레벨에 대응하는 전력 공급기기와 접속된 상태로 되어 있다. 도 3에 도시된 예에서는, 각각의 ACHE(41)가 이것에 상당한다.

또한 모듈 야드에 있어서는, SS/CR(50)에 제어정보 출력기기가 수용되어 있는 경우에, 이들 제어정보 출력기기에 대해서는, 프레임(30) 내에 수용된 피제어기기와 신호선을 통해 접속하는 접속 작업, 제어신호의 송수신 시험 작업을 행할 수도 있다. 또한, 도 3에 있어서는, 제어정보 출력기기, 피제어기기, 신호선의 기재는 생략되어 있다.

이상 설명한 작업이 완료된 후, SS/CR(50)이 설치된 모듈(M)은 운반선이나 수송차량을 이용하여 건설부지로 수송된다. 이어서, 상기 부지 내에 미리 설치된 기초에 대하여 모듈(M)을 접속하고, 프레임(30)의 하단부나, SS/CR(50)의 가대(501)의 하단부를 기초에 고정한다.

소정의 위치에 모듈(M)을 설치하고, 복수의 모듈(M) 사이나 모듈(M)의 외부의 기기와의 사이에서의 배관의 연결, 발전 설비 등으로부터 변전실인 각각의 SS/CR(50)로의 급전선의 연결이나, 중앙 제어실과 기기 제어실인 각각의 SS/CR(50)과의 사이의 신호선의 연결 등을 행한다. 또한, 각 모듈(M) 내에 있어서, 1000V 이상의 고압의 전력 소비기기와, 해당 전압 레벨에 대응하는 전력 공급기기의 접속, 급전 시험이 완료되어 있지 않은 경우에는, 이들 작업도 실시한다.

이러한 작업을 실시하는 것에 의해, LNG 플랜트를 구성할 수 있다.

본 실시예에 따른 모듈(M)에 의하면 이하의 효과가 있다. 본 예의 모듈(M)은, 프레임(30) 내에 설치되고, 전력 공급기기 또는 제어정보 출력기기가 수용된 SS/CR(50)을 파이프 랙의 아래쪽 영역에 배치하고 있다. 파이프 랙 아래쪽의 공간을 이용하여 상기 건물을 배치하는 것에 의해, 모듈(M)의 설치면적 저감에 도움이 될 수 있다.

여기서, SS/CR(50)을 배치하는 위치는 프레임(30)의 최하층으로 한정되지 않는다. 프레임(30)의 상면(최상층)을 제외한 프레임(30)의 내측이라면, 2층 이상의 높이 위치에 SS/CR(50)을 배치할 수도 있다.

또한, SS/CR(50)이 설치된 상기 모듈(M)을 이용하여 건설 가능한 플랜트는 LNG 플랜트로 한정되지 않는다. 천연가스로부터 LPG나 중질분인 천연가스액의 분리 및 회수 처리 등을 행하는 천연가스 처리 플랜트에 대해서도 본 기술이 적용될 수 있다.

M, M1, M2: 모듈
30: 프레임
50: SS/CR
51: 급전선
6: 프레임 내 기기

Claims (7)

1. 천연가스 플랜트용 모듈에 있어서,
   상기 천연가스 플랜트의 일부를 구성하는 기기 군을 수용하는 프레임과;
   상기 프레임 내에 설치되고, 상기 기기 군에 포함되는 전력 소비기기에 대하여 전력을 공급하는 전력 공급기기, 또는, 상기 기기 군에 포함되고, 제어신호를 이용하여 피제어기기의 동작 제어를 행하는 컨트롤러에 대하여, 상기 동작 제어에 관한 정보를 출력하는 제어정보 출력기기 중 적어도 하나를 수용하는 건물;
   을 포함하며,
   상기 건물이 배치된 위치의 위쪽 영역은, 상기 천연가스 플랜트 내에서 취급되는 유체가 흐르는 배관 군을 상기 프레임에 유지하는 파이프 랙으로 되어 있으며,
   상기 파이프 랙과 상기 건물은 모두 상기 프레임 내에 설치되고, 상기 프레임 내에서 상기 건물은 상기 파이프 랙보다 아래에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 천연가스 플랜트용 모듈.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 프레임이 복수의 계층으로 구성되어 있는 경우에, 상기 건물은 최하층에 배치되는 것을 특징으로 하는 천연가스 플랜트용 모듈.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 건물에 상기 전력 공급기기가 수용되어 있는 경우에, 상기 전력 공급기기는 상기 프레임 내에 수용된 전력 소비기기와 접속된 상태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 천연가스 플랜트용 모듈.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 건물에, 전압 레벨이 상이한 복수 종류의 상기 전력 공급기기가 수용되어 있는 경우에, 전압 레벨이 1000V 이상의 상기 전력 소비기기는 해당 전압 레벨에 대응하는 상기 전력 공급기기와 미접속 상태이고, 전압 레벨이 1000V 미만의 상기 전력 소비기기에 대해서는 해당 전압 레벨에 대응하는 전력 공급기기와 접속된 상태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 천연가스 플랜트용 모듈.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 건물에 상기 제어정보 출력기기가 수용되어 있는 경우에, 상기 제어정보 출력기기는 상기 프레임 내에 수용된 피제어기기와 접속된 상태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 천연가스 플랜트용 모듈.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 건물에는, 해당 건물의 내압을 대기압보다 높은 압력으로 유지하기 위한 공기의 흡입 배관이 접속되고, 상기 흡입 배관 말단부의 공기 흡입부는, 상기 프레임 내에 배치되어 있는 가연물 취급 기기보다 높은 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 천연가스 플랜트용 모듈.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 건물에는, 상기 프레임의 측면을 향해 개구하도록 출입구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 천연가스 플랜트용 모듈.

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