KR102503180B1 - 벙커링 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 벙커링 대상에 액화가스를 로딩 및 언로딩하기 위한 벙커링 선박으로서, 액화가스 저장탱크; 상기 벙커링 선박과 상기 벙커링 대상을 연통하여 액화가스를 유동시키는 크로스오버 라인; 상기 액화가스 저장탱크와 상기 크로스오버 라인을 연결하여 액상의 액화가스를 유동시키는 액화가스 이송라인; 상기 액화가스 이송라인에서 분기하여 수요처로 연결되며, 강제기화기를 구비하는 액화가스 공급라인; 및 상기 액화가스 공급라인의 상기 강제기화기의 하류에서 액화가스의 적어도 일부를 상기 액화가스 저장탱크로 공급하는 액화가스 리턴라인을 포함하는 것이다.

Description

벙커링 선박{Bunkering Vessel}
본 발명은 벙커링 선박 및 벙커링 선박의 운전 방법에 관한 것이다.
최근 환경 규제 등이 강화됨에 따라, 각종 연료 중에서 친환경 연료에 가까운 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 사용이 증대되고 있다. 액화천연가스는 일반적으로 LNG 운반선을 통해 운반되는데, 이때 액화천연가스는 1기압 하에서 -162℃ 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 LNG 운반선의 탱크에 보관될 수 있다. 액화천연가스는 액체 상태가 될 경우 기체 상태 대비 부피가 600 분의 1로 축소되므로 운반 효율이 증대될 수 있다.
액화천연가스의 산지로부터 소비지까지의 거리가 먼 경우에는 터미널이 사용될 수 있고, 벙커링 선박은 터미널 등 액화가스 공급처로부터 액화천연가스를 공급받아 액화천연가스를 운반하거나 연료로 사용하는 선박에 재분배할 수 있다. 종래 디젤 연료의 벙커링 과정과 달리, 액화천연가스의 로딩 또는 언로딩시에는 액화천연가스를 극저온 상태로 유지해야 한다. 그러나, 액화천연가스를 극저온으로 취급함에도 불구하고 액화천연가스의 로딩 또는 언로딩시에는 다량의 증발가스가 발생할 수 있기 때문에, 액화천연가스를 안정적으로 저장하기 위해서는 액화천연가스가 저장되는 저장탱크의 온도 및 압력을 제어해주어야 한다.
액화천연가스를 액체 상태로 유지하여 액화천연가스 운반선 또는 추진선에 공급하기 위한 시스템은 기능에 따라 여러가지 장비를 포함할 수 있는데, 액화천연가스 운반선 또는 추진선 대비 규모가 상대적으로 작은 벙커링 선박에서는 좁은 내부 공간의 활용성을 극대화하면서 보다 높은 벙커링 효율을 달성하기 위한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명은 목적은 벙커링 대상에 액화가스를 로딩 및 언로딩할 수 있는 벙커링 선박을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 벙커링 선박의 여러가지 화물 취급 동작을 수행할 수 있는 단일 시스템 및 이를 구비하는 벙커링 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면은 벙커링 대상에 액화가스를 로딩 및 언로딩하기 위한 벙커링 선박으로서, 액화가스 저장탱크, 상기 벙커링 선박과 상기 벙커링 대상을 연통하여 액화가스를 유동시키는 크로스오버 라인, 상기 액화가스 저장탱크와 상기 크로스오버 라인을 연결하여 액상의 액화가스를 유동시키는 액화가스 이송라인, 상기 액화가스 이송라인에서 분기하여 수요처로 연결되며, 강제기화기를 구비하는 액화가스 공급라인, 및 상기 액화가스 공급라인의 상기 강제기화기의 하류에서 액화가스의 적어도 일부를 상기 액화가스 저장탱크로 공급하는 액화가스 리턴라인을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 벙커링 선박은, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하여 상기 액화가스 공급라인으로 전달하는 증발가스 이송라인을 더 포함하며, 상기 증발가스 이송라인은, 압축된 증발가스를 상기 액화가스 공급라인의 상기 강제기화기의 하류에 전달하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 이송라인은, 다단으로 마련되는 제1 압축기를 구비하는 제1 증발가스 이송라인, 및 상기 제1 증발가스 이송라인에 대해 병렬로 마련되며, 다단으로 마련되는 제2 압축기를 구비하는 제2 증발가스 이송라인을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 벙커링 선박은, 상기 증발가스 이송라인에서 분기하여 압축된 증발가스를 상기 수요처로 전달하는 증발가스 공급라인, 및 상기 증발가스 공급라인을 통해 유동하는 압축된 증발가스로 상기 증발가스 이송라인의 증발가스를 예열시키는 증발가스 열교환기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 벙커링 선박은, 상기 액화가스 저장탱크의 내부 압력이 미리 정해진 값보다 낮은 경우, 상기 강제기화기에서 기화된 액화가스를 상기 액화가스 리턴라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 주입하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 벙커링 선박은, 상기 액화가스 저장탱크에 액화가스를 로딩하기 전에, 상기 크로스오버 라인을 통해 공급되는 액화가스를 상기 강제기화기에서 기화시켜 상기 액화가스 리턴라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 주입하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 벙커링 선박은, 상기 액화가스 저장탱크에 액화가스를 로딩하기 전에, 상기 크로스오버 라인을 통해 공급되는 액화가스를 상기 강제기화기에서 기화시켜 상기 액화가스 리턴라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 주입하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 강제기화기는, 용량가변형으로 마련되어 상기 강제기화기 내부를 유동하는 액화가스의 유속을 일정하게 유지하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 벙커링 선박은 극저온의 액화가스를 벙커링 대상으로 로딩 및 언로딩할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 벙커링 선박은 벙커링 선박에서 발생하는 증발가스 또는 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 벙커링 선박의 연료로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 벙커링 선박은 다단 병렬 구조의 압축기를 구비하여 증발가스의 연료 공급과 외부 배출 동작을 모두 수행할 수 있어, 선박 내 공간 활용성을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 벙커링 선박은 용량가변형 강제기화기를 구비하여 액화가스의 연료 공급, 액화가스 저장탱크의 내압 조절 및 액화가스 저장탱크 내부 환경의 치환 동작을 모두 수행할 수 있어, 선박 내 공간 활용성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박의 벙커링 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박에서 증발가스를 연료로 공급하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박에서 증발가스의 배출 과정을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박에서 액화가스를 연료로 공급하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박에서 액화가스 저장탱크의 내압을 조절하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박에서 액화가스 저장탱크 내부의 가스 치환 과정을 나타낸 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, 고압(HP: High pressure), 저압(LP: Low pressure), 고온 및 저온은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아니며, 본 발명의 각 실시예에 따라 상대적으로 사용될 수 있음을 알려둔다.
이하에서, 벙커링(bunkering)은 벙커링 선박으로부터 액화가스를 대상에 공급하는 로딩(loading) 및 대상으로부터 액화가스를 인출하여 벙커링 선박이 공급받는 언로딩(unloading)을 포괄하여 의미한다. 벙커링 선박은 터미널, 플랫폼, 항만, 다른 벙커링 선박 등 액화가스 공급처로부터 액화가스를 공급받아 벙커링 대상의 액화가스 저장탱크로 로딩 및 언로딩할 수 있으며, 저장되는 액화가스를 연료로 사용할 수 있는 선박을 의미한다.
이하에서, 벙커링 대상은 액화가스를 화물로 운반하는 액화가스 운반선, 액화가스를 연료로 사용할 수 있는 액화가스 추진선 외에도 FSRU, FPSO 등의 해양 플랜트를 모두 포괄하는 의미로 사용됨을 알려둔다. 또한, 벙커링 대상은 다른 벙커링 선박, 액화가스 저장탱크를 갖는 액화가스 운반 차량을 포괄하여 의미할 수 있다. 다만, 본 발명의 특정한 일 실시예에서는 대상이 전술한 것 중 어느 하나 이상으로 한정되는 것일 수 있다.
이하에서, 액화가스는 LNG, LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 저온의 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있다. 다만, 이하의 실시예 및 도면에서는 액화가스가 액화천연가스인 것을 예로 설명하기로 한다.
이하에서, 증발가스(BOG, Boil Off Gas)는 자연기화 또는 강제기화된 액화가스로 기상의 액화가스를 의미할 수 있다. 다만 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다. 또한, 이하에서 액화가스는, 액체 상태 또는 자연기화되거나 강제기화된 기체 상태 등을 모두 포괄하는 용어로 사용될 수 있음을 알려둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박의 내부 시스템으로서, 벙커링 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 벙커링 선박은 액화가스 저장탱크(10), 펌프(11), 강제기화기(12), 증발가스 열교환기(20), 제1 압축기(21, 22), 제2 압축기(23, 24), 제1 쿨러(25), 제2 쿨러(26), 수요처(30), 크로스오버 라인(40), 액화가스 이송라인(L10) 등을 포함한다. 이하에서, 도시하지 않았으나 각각의 라인은 해당 라인을 통해 유동하는 유체의 유량을 제어하기 위한 밸브를 구비할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 벙커링 선박의 내부에 탑재되어 벙커링 대상(도시하지 않음)으로 로딩 및 언로딩하기 위한 액화가스를 저장하는 저장탱크로서, 벙커링 선박의 카고탱크일 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)는 극저온의 액화가스를 저장하기에 적합한 멤브레인 방식의 단열 구조를 갖는 멤브레인 탱크일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 액화가스, 액화가스가 자연 증발되어 발생하는 증발가스 또는 외부로부터 주입되는 액화가스의 압력을 버틸 수 있는 압력 탱크일 수도 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 벙커링 선박의 내부에 복수 개로 마련될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 액화가스 저장탱크(10)는 선박의 선수부에서 선미부를 따라 나란하게 마련되거나, 선박의 좌현과 우현에 나란하게 마련될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 후술할 크로스오버 라인(40)과 연결되어 내부에 저장되는 액화가스를 크로스오버 라인(40)을 통해 벙커링 대상으로 공급하거나, 벙커링 대상으로부터 액화가스 등을 공급받을 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)가 복수 개로 마련되는 경우, 각각의 액화가스 저장탱크(10)에는 액화가스 이송라인(L10), 액화가스 재주입라인(L11), 제1 증발가스 이송라인(L20), 증발가스 응축라인(L21) 등이 연결될 수 있다.
액화가스 이송라인(L10)은 일단이 액화가스 저장탱크(10)에 연결되고, 타단이 크로스오버 라인(40)에 연결되어 액상의 액화가스를 유동시킬 수 있다. 액화가스 이송라인(L10)은 일단이 액화가스 저장탱크(10) 내부의 하단까지 연장되어 펌프(11)와 연결되고, 타단이 크로스오버 라인(40)과 연결될 수 있다. 벙커링 선박은 펌프(11)를 이용하여 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액상의 액화가스를 인출하고, 액화가스 이송라인(L10)을 통해 이송하여 크로스오버 라인(40)을 통해 벙커링 대상으로 액화가스를 공급할 수 있다.
도시하지 않았으나, 펌프(11)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 배치되는 펌프 타워의 하단에 마련될 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에 저장되는 액상의 액화가스 중에 잠기도록 설치될 수 있다. 펌프(11)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부 바닥면으로부터 이격되도록 설치될 수 있으며, 복수 개로 마련될 수 있다.
액화가스 이송라인(L10)은 액화가스 저장탱크(10)의 내부로 연결되도록 분기되는 액화가스 재주입라인(L11)을 더 포함할 수 있다. 액화가스 재주입라인(L11)은 액화가스 저장탱크(10)의 외부에서 액화가스 이송라인(L10)으로부터 분기하여 다시 액화가스 저장탱크(10)의 내부로 연결될 수 있으며, 별도의 펌프가 마련되지는 않는다. 벙커링 선박에 대한 로딩, 즉, 액상의 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)에 공급하는 경우, 크로스오버 라인(40)을 통해 공급되는 액상의 액화가스는 액화가스 이송라인(L10)을 통해 이송되다가 액화가스 재주입라인(L11)을 거쳐 액화가스 저장탱크(10)로 공급될 수 있다.
액화가스 공급라인(L12)은 액화가스 이송라인(L10)에서 분기하여 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스를 벙커링 선박 내 수요처(30)로 공급할 수 있다. 예를 들어, 액화가스 공급라인(L12)은 액화가스 이송라인(L10)에서 액화가스 재주입라인(L11)이 분기하는 지점과 크로스오버 라인(40)과의 사이에서 분기할 수 있다.
강제기화기(12)는 액화가스 공급라인(L12) 상에 마련되어, 액화가스 공급라인(L12)을 따라 유동하는 유체를 열매와 열교환시킬 수 있다. 예를 들어, 강제기화기(12)는 쉘-튜브형으로 마련되어, 강제기화기(12)로 공급되는 유체가 강제기화기(12)의 튜브를 통해 유입되어 열매와 열교환된 후 유출되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 강제기화기(12)는 강제기화기(12) 내부로 주입되는 유체의 유량을 조절할 수 있는 용량가변형 열교환기일 수 있다. 예를 들어, 강제기화기(12)가 쉘-튜브형인 경우, 유체가 유입 및 유출되는 튜브 입구의 적어도 일부가 기계으로 플러깅(plugging)되는 방식으로 용량가변이 이루어질 수 있다. 구체적으로, 강제기화기(12)의 유입구 및 유출구는 각각 다수의 튜브 구멍을 포함할 수 있으며, 모터로 구동되는 회전형 플러깅 월(wall)의 회전 각도에 따라 상기 다수의 구멍 중 적어도 일부가 차폐되는 방식으로 용량가변이 이루어질 수 있다.
강제기화기(12)를 용량가변형으로 구비하는 경우, 서로 다른 용량의 강제기화기를 복수 개로 마련하는 경우 대비 공간 활용성 및 열교환 효율이 향상될 수 있다. 상대적으로 작은 용량의 강제기화기는 유체 처리 용량에 한계가 있으며, 상대적으로 큰 용량의 강제기화기는 유입되는 유체의 용량이 일정 수준 미만이 되면 일부 튜브에 대한 유량 공급이 불균등해지거나, 튜브 내부를 유동하는 유체의 유속이 확보되지 아니하여 열 전달 효율이 급격히 감소하거나 유체 기화 과정에서 진동이 발생할 수 있다. 용량가변형 강제기화기(12)는 플러깅 월의 회전 각도를 조절하여 튜브의 차폐 정도를 조절함으로써 강제기화기(12) 내부를 유동하는 유체의 유속을 일정하게 유지하여 열 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
강제기화기(12)는 열매로 스팀, 해수, 청수, 부동액 등을 사용할 수 있다. 강제기화기(12)는 열매 공급라인(L30)으로부터 열매를 공급받아 강제기화기(12)로 공급되는 유체를 가열할 수 있다. 바람직하게는, 강제기화기(12)는 열매로 벙커링 선박 내에서 생산되는 스팀을 사용할 수 있고, 열매 공급라인(L30)을 통해 스팀을 공급받아 액화가스를 강제 기화시킬 수 있다.
도시하지 않았으나, 액화가스 공급라인(L10)에는 강제기화기(12)의 상류와 하류를 연결하여 강제기화기(12)를 우회시키는 바이패스 라인이 마련될 수 있다.
증발가스 이송라인은 일단이 액화가스 저장탱크(10)에 연결되고, 타단이 액화가스 공급라인(L12)에 연결되어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 유동시킬 수 있다. 증발가스 이송라인은 일단이 액화가스 저장탱크(10) 내부의 상단에 연결되고, 타단이 액화가스 공급라인(L12)의 강제기화기(12) 하류에 연결될 수 있다.
증발가스 이송라인은 액화가스 저장탱크(10)의 내부로 연결되도록 분기되는 증발가스 응축라인(L21)을 더 포함할 수 있다. 증발가스 응축라인(L21)은 액화가스 저장탱크(10)의 외부에서 증발가스 이송라인으로부터 분기하여 다시 액화가스 저장탱크(10)의 내부로 연결될 수 있다. 예를 들어, 증발가스 응축라인(L21)은 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 저장된 액상의 액화가스 중으로 연장될 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스의 적어도 일부는 증발가스 응축라인(L21)을 통해 액상의 액화가스 내로 주입되어 응축 또는 액화될 수 있다.
증발가스 이송라인은 증발가스 압축기를 구비하여 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스를 압축한 뒤 액화가스 공급라인(L12)으로 전달할 수 있다. 구체적으로, 증발가스 이송라인은 다단으로 마련되는 제1 압축기(21, 22)를 구비하는 제1 증발가스 이송라인(L20)과, 제1 증발가스 이송라인(L20)에 대해 병렬로 마련되며, 다단으로 마련되는 제2 압축기(23, 24)를 구비하는 제2 증발가스 이송라인(L22)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 증발가스 이송라인(L20)은 일단이 액화가스 저장탱크(10)의 상부에 연결되고, 타단이 액화가스 공급라인(L12)에 연결될 수 있다. 제1 증발가스 이송라인(L20)에는 증발가스의 흐름을 기준으로 제1 압축기의 제1 단(21)과 제1 쿨러(25) 및 제1 압축기의 제2 단(22)이 마련될 수 있다. 제1 쿨러(25)는 제1 압축기의 제1 단(21)에서 토출되는 증발가스를 냉각하여 제1 압축기의 제2 단(22)으로 공급할 수 있다. 도시하지 않았으나, 제1 증발가스 이송라인(L20)에는 제1 압축기의 제1 단(21)과 제1 쿨러(25)를 우회하기 위한 바이패스 라인과, 제1 쿨러(25)와 제1 압축기의 제2 단(22)을 우회하기 위한 바이패스 라인이 더 마련될 수 있다.
예를 들어, 제2 증발가스 이송라인(L22)은 제1 증발가스 이송라인(L20)을 통해 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 압축할 수 있다. 제2 증발가스 이송라인(L22)은 제1 증발가스 이송라인(L20)의 제1 압축기 제1 단(21)의 상류에서 분기하여 제1 압축기 제2 단(22)의 하류에서 다시 합류할 수 있다. 제2 증발가스 이송라인(L22)은 증발가스의 흐름을 기준으로 제2 압축기의 제1 단(23)과 제2 쿨러(26) 및 제2 압축기의 제2 단(24)이 마련될 수 있다. 도시하지 않았으나, 제2 증발가스 이송라인(L22)에는 제2 압축기의 제1 단(21)과 제2 쿨러(26)를 우회하기 위한 바이패스 라인과, 제2 쿨러(26)와 제2 압축기의 제2 단(24)을 우회하기 위한 바이패스 라인이 더 마련될 수 있다.
제1 압축기(21, 22)와 제2 압축기(23, 24) 중 적어도 하나는 기상의 액화가스를 1 내지 20 barg로 가압하는 LD 압축기일 수 있다. 바람직하게는, 제1 압축기(21, 22)와 제2 압축기(23, 24)는 설계 용량이 모두 동일한 것일 수 있다.
증발가스 공급라인(L23)은 증발가스 이송라인에서 압축된 증발가스를 수요처(30)로 전달할 수 있다. 구체적으로, 증발가스 공급라인(L23)은 일단이 증발가스 이송라인의 압축기 하류에 연결되고, 타단이 수요처(30)에 연결되어 증발가스를 전달할 수 있다. 예를 들어, 증발가스 공급라인(L23)은 제1 증발가스 이송라인(L20)의 제1 압축기 제2 단(22)의 하류에서 분기하여 수요처(30)로 직접 연결되거나, 수요처(30)로 연결되는 액화가스 공급라인(L12)에 연결될 수 있다.
증발가스 이송라인과 증발가스 공급라인(L23)에는 증발가스 열교환기(20)가 마련될 수 있다. 구체적으로, 증발가스 열교환기(20)는 제1 증발가스 이송라인(L20)과 증발가스 공급라인(L23) 상에 마련되어, 제1 증발가스 이송라인(L20)을 통해 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 증발가스를 증발가스 이송라인에서 압축된 증발가스와 열교환시킬 수 있다. 제1 압축기(21, 22)와 제2 압축기(23, 24) 중 적어도 하나에서 압축된 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스보다 고온이기 때문에, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스는 증발가스 열교환기(20)에서 예열된 상태로 압축기로 공급될 수 있게 된다.
액화가스 리턴라인(L24)은 일단이 증발가스 공급라인(L23)에 연결되고, 타단이 액화가스 저장탱크(10)와 크로스오버 라인(40) 중 적어도 하나에 연결될 수 있다. 구체적으로, 액화가스 리턴라인(L24)은 일단이 증발가스 공급라인(L23)에 연결되고, 타단이 두 방향으로 분기하여 증발가스 이동라인과 크로스오버 라인(40)에 각각 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 액화가스 리턴라인(L24)은 일단이 증발가스 공급라인(L23)에 연결되고, 타단이 두 방향으로 분기하여 제1 증발가스 이송라인(L20) 또는 증발가스 응축라인(L21)과 크로스오버 라인(40)에 각각 연결될 수 있다.
수요처(30)는 벙커링 선박의 액화가스 저장탱크(10) 내부에 저장되는 액화가스를 연료로 소비하는 액화가스 수요처일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 수요처(30)는 이중연료 엔진, 발전엔진(G/E), 가스연소유닛(GCU), 보조 보일러일 수 있으며, 바람직하게는 이중연료 엔진일 수 있다.
크로스오버 라인(40)은 벙커링 선박의 벙커링 스테이션에 연결되어, 벙커링 선박에 대해 액화가스를 유출입시킬 수 있다. 크로스오버 라인(40)의 일단은 액화가스 이송라인(L10)과 액화가스 리턴라인(L24)에 연결될 수 있고, 타단은 별도로 마련되는 배관(도시하지 않음)을 통해 벙커링 대상과 연통할 수 있게 된다. 벙커링 선박은 크로스오버 라인(40) 및 이에 연결되는 배관을 통해 벙커링 대상과 연결되어 액화가스를 유동시킬 수 있는 상태를 유지할 수 있다.
이상과 같은 본 실시예에 따른 벙커링 선박은 크로스오버 라인(40)과 수요처(30) 사이에 강제기화기(12)를 구비하고, 이를 벙커링 선박의 로딩 및 언로딩 과정과 벙커링 선박 내 수요처(30)에 대한 연료공급 과정 모두에 활용할 수 있도록 구성하여, 종래 액화가스의 로딩 및 언로딩에 사용하기 위한 강제기화기, 벙커링 선박 내 수요처로 액화가스를 공급하는 데에 사용하기 위한 강제기화기 및 히터를 개별적으로 마련하는 경우 대비 벙커링 효율을 증대시킬 수 있게 된다. 또한, 다단으로 마련되는 압축기를 병렬로 구비하여, 종래 HD 압축기 및 LD 압축기를 모두 구비하는 경우 대비 벙커링 선박 내 공간 활용성을 극대화시킬 수 있어 소형 벙커링 선박에 적합하다.
이하에서는 도 2 내지 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박을 이용한 액화가스의 처리 과정을 보다 구체적으로 설명한다. 도 2 내지 6에서는 액화가스가 액화천연가스인 경우에 그 흐름을 강조하여 도시한 것이다. 도 1을 통해 설명한 것과 동일한 내용은 그 설명을 앞선 실시예의 내용으로 갈음하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박에서 증발가스를 연료로 공급하는 과정을 나타낸 개념도이다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 액화가스 저장탱크(10) 내부의 압력이나 수요처(30)에 대한 정보를 수신하여 액화가스의 공급을 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 제1 증발가스 이송라인(L20)에 마련되는 제1 압축기(21, 22)와 제2 증발가스 이송라인(L22)에 마련되는 제2 압축기(23, 24)를 포함할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10) 내부의 압력이나 수요처(30)에서 요구하는 연료의 양에 따라 액화가스 저장탱크(10) 내부에서 발생한 증발가스를 수요처(30)에 연료로 공급하여 처리할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10) 내부에서 자연 발생하는 증발가스의 유량은 벙커링 선박이 액화가스를 로딩하거나 언로딩하는 과정에서 발생하는 증발가스의 유량 대비 상대적으로 적을 수 있다. 이러한 경우, 벙커링 선박은 상대적으로 적은 유량의 증발가스를 제1 증발가스 이송라인(L20)의 제1 압축기(21, 22)만을 이용하여 압축한 뒤, 수요처(30)에 연료로 공급할 수 있다. 이러한 경우, 제2 압축기(23, 24)는 동작하지 않고, 제1 압축기(21, 22)는 2단 직렬 압축 운전하여 증발가스를 수요처(30)에서 요구하는 압력으로 압축할 수 있다. 예를 들어, 제1 압축기(21, 22)는 2단 직렬 압축 운전을 통해 증발가스를 6barg 이상의 압력으로 압축하여 수요처(30)로 공급할 수 있다.
제1 압축기(21, 22)에서 압축된 증발가스는 온도에 따라 액화가스 공급라인(L21)을 거치거나, 증발가스 공급라인(L23)을 거쳐 수요처(30)로 공급될 수 있다. 벙커링 선박은 제1 압축기(21, 22)에서 압축된 증발가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 증발가스의 온도보다 높으면, 증발가스를 증발가스 공급라인(L23)으로 분기시켜 증발가스 열교환기(20)로 공급할 수 있다. 증발가스 열교환기(20)를 거친 증발가스는 수요처(30)에서 요구하는 온도로 냉각될 수 있다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 벙커링 선박의 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 벙커링 선박의 수요처(30)로 공급하여 처리할 수 있으며, 증발가스 공급과정에서 압축된 증발가스의 열을 이용하여 증발가스를 예열하도록 구성함에 따라 수요처(30)로 공급되는 연료 온도 조절을 위한 추가적인 쿨러나 히터를 생략하여 전체 시스템의 규모를 절감할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박에서 증발가스의 배출 과정을 나타낸 개념도이다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 액화가스 저장탱크(10) 내부의 압력에 대한 정보를 수신하여 액화가스의 공급을 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 액화가스 저장탱크(10) 내부의 압력이 미리 정해진 값보다 높거나, 벙커링 선박이 액화가스의 로딩 또는 언로딩 동작을 수행함에 따라 증발가스가 발생하는 경우, 증발가스를 크로스오버 라인(40)을 통해 배출시키는 동작을 수행할 수 있다.
액화가스의 로딩 또는 언로딩 동작시에는 액화가스 저장탱크(10) 내에서 자연 발생하는 증발가스보다 많은 유량의 증발가스가 발생한다. 또한, 증발가스를 크로스오버 라인(40)을 통해 벙커링 선박 외부의 터미널이나 다른 선박의 액화가스 저장탱크로 이송하는 경우, 벙커링 선박의 수요처(30)로 공급하는 경우 대비 상대적으로 낮은 압력이 요구된다. 이러한 경우, 벙커링 선박은 제1 증발가스 이송라인(L20)의 제1 압축기(21, 22)와 제2 증발가스 이송라인(L22)의 제2 압축기(23, 24)를 모두 이용하여 상대적으로 많은 유량의 증발가스를 동시에 처리할 수 있다. 구체적으로, 벙커링 선박은 제1 증발가스 이송라인(L20)과 제2 증발가스 이송라인(L22) 각각에 마련되는 하나 이상의 바이패스 라인을 이용하여 제1 압축기의 제1 단(21)과 제2 단(22)을 병렬 운전하고, 동시에 제2 압축기의 제1 단(23)과 제2 단(24)을 병렬 운전할 수 있다. 예를 들어, 제1 압축기(21, 22)와 제2 압축기(23, 24)는 증발가스를 1 내지 3barg의 압력으로 가압하여 크로스오버 라인(40)으로 공급할 수 있다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 제1 압축기(21, 22)와 제2 압축기(23, 24)를 서로 병렬이 되도록 구성하고, 각각의 압축기 또한 다단으로 구비하여 증발가스의 유량에 맞추어 압축기를 직렬 또는 병렬로 동작하여 처리할 수 있다. 이에 따라, 종래 LD 및 HD 압축기를 각각 구비하여 동작하는 시스템 대비 장비 대수 절감에 따른 전체 시스템의 규모를 절감할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박에서 액화가스를 연료로 공급하는 과정을 나타낸 개념도이다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 액화가스 저장탱크(10) 내부의 압력이나 수요처(30)에 대한 정보를 수신하여 액화가스의 공급을 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서 수요처(30)는 이중연료 엔진일 수 있으며, 벙커링 선박은 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액상의 액화가스를 강제기화기(12)에서 강제로 기화시킨 후 이중연료 엔진에 대한 연료로 공급할 수 있다.
제어부는 수요처(30)에서 요구하는 연료의 조건으로서 온도 및 압력 중 적어도 하나에 대한 정보를 수신하여, 강제기화기(12)로 공급되는 열매의 유량을 조절하거나, 강제기화기(12)를 바이패스하는 액화가스의 유량을 조절하거나, 용량가변형 강제 구동 장치를 활용하여 일부 유로를 플러깅(Plugging) 하여 용량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 수요처(30)로 공급되는 연료의 온도가 미리 정해진 값보다 낮으면 열매 공급라인(L30)을 통해 공급되는 열매의 유량을 증가시키거나, 강제기화기(12)를 바이패스하는 액화가스의 유량을 감소시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 우선적으로 수요처(30)에 대한 연료로 공급하여 사용하되, 부족분은 강제기화기(12)를 이용하여 기화시킨 액화가스를 공급하여 충당할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박에서 액화가스 저장탱크의 내압을 조절하는 과정을 나타낸 개념도이다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 크로스오버 라인(40)을 통해 외부로 공급하는 경우 액화가스 저장탱크(10) 내부의 압력을 일정하게 유지하여 벙커링 효율을 향상시키는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
제어부는 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력이 미리 정해진 값보다 낮은 경우, 강제기화기(12)에서 기화된 액화가스를 액화가스 리턴라인(L24)을 통해 액화가스 저장탱크(10)에 주입하는 방식으로 액화가스 저장탱크(10) 내부 압력을 유지할 수 있다.
구체적으로, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액상의 액화가스는 액화가스 이송라인(L10)을 통해 인출되어 액화가스 공급라인(L12)으로 전달된다. 액화가스 공급라인(L12)으로 공급된 액화가스의 적어도 일부는 강제기화기(12)에서 기화되어 증발가스 공급라인(L23)을 거치거나 거치지 않고 액화가스 리턴라인(L24)으로 공급될 수 있다. 액화가스 리턴라인(L24)은 강제 기화된 기상의 액화가스를 증발가스 이송라인의 증발가스 응축라인(L21)으로 공급할 수 있다.
제어부는 액화가스 저장탱크(10) 내부의 압력에 따라 열매 공급라인(L30)을 통해 공급되는 열매의 유량과 강제기화기(12)를 바이패스하는 액화가스의 유량을 조절할 수 있다. 강제기화기(12)는 본 실시예와 같이 액화가스 저장탱크(10) 내부의 압력을 조절하는 경우에 가장 많은 열교환량이 요구되는 바, 본 실시예의 열교환량에 맞는 용량으로 설계될 수 있으며, 용량가변형으로 마련되어 다른 동작시에는 상대적으로 작은 용량으로 동작할 수 있다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 강제기화기(12)를 사용하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압 조절 또는 필요시 증발가스의 발생량을 증가시켜 벙커링 선박의 벙커링 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박에서 액화가스 저장탱크 내부의 가스 치환 과정을 나타낸 개념도이다.
본 실시예에서 가스 치환은 벙커링 선박의 액화가스 저장탱크(10) 내부에 극저온의 액화가스를 로딩하기 전에, 액화가스 저장탱크(10) 내부의 환경을 액화가스 저장에 적합하게 조성해주기 위한 과정이다. 예를 들어, 가스 치환은 액화가스 저장탱크(10) 내부의 불활성가스나 이산화탄소를 제거하기 위해 액화가스의 로딩 대비 적은 유량의 액화가스를 공급하는 개싱업(gassing up) 과정일 수 있다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 액화가스 저장탱크(10)에 액화가스를 로딩하기 전에, 크로스오버 라인(40)을 통해 공급되는 액화가스를 강제기화기(12)에서 기화시켜 액화가스 리턴라인(L24)을 통해 액화가스 저장탱크(10)로 주입하는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
개싱업 과정은 액화가스 저장탱크(10)의 내부 환경 조건에 따라 복수 개의 단계로 구분하여 수행할 수 있다. 개싱업 과정은 액상의 액화가스를 기화시킨 다음 액화가스 저장탱크(10)에 공급하는 과정과, 액상의 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)에 공급하는 과정으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 강제 기화시킨 액화가스를 공급하여 내부의 가스를 치환하다가, 미리 정해진 온도 또는 액화가스 농도에 도달하면 액상의 액화가스를 공급할 수 있다.
구체적으로, 크로스오버 라인(40)으로부터 공급되는 액상의 액화가스는 액화가스 이송라인(L10)을 통해 액화가스 공급라인(L12)으로 전달된다. 액화가스 공급라인(L12)으로 공급된 액화가스의 적어도 일부는 강제기화기(12)에서 기화되어 증발가스 공급라인(L23)을 거치거나 거치지 않고 액화가스 리턴라인(L24)으로 공급될 수 있다. 액화가스 리턴라인(L24)은 강제 기화된 기상의 액화가스를 증발가스 이송라인의 증발가스 응축라인(L21)으로 공급할 수 있다.
본 실시예에 따른 벙커링 선박은 연료 공급이나 벙커링 과정에서 사용하는 강제기화기(12)를 이용하여 액화가스 저장탱크(10)에 대한 가스 치환 작업을 수행할 수 있도록 구성하여, 장비 대수 절감에 따른 전체 시스템의 규모를 절감할 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 액화가스 저장탱크 11: 펌프
12: 강제기화기 20: 증발가스 열교환기
21: 제1 압축기 제1 단 22: 제1 압축기 제2 단
23: 제2 압축기 제1 단 24: 제2 압축기 제2 단
25: 제1 쿨러 26: 제2 쿨러
30: 수요처 40: 크로스오버 라인
L10: 액화가스 이송라인 L11: 액화가스 재주입라인
L12: 액화가스 공급라인 L20: 제1 증발가스 이송라인
L21: 증발가스 응축라인 L22: 제2 증발가스 이송라인
L23: 증발가스 공급라인 L24: 액화가스 리턴라인
L30: 열매 공급라인

Claims (8)

  1. 벙커링 대상에 액화가스를 로딩 및 언로딩하기 위한 벙커링 선박으로서,
    액화가스 저장탱크;
    상기 벙커링 선박과 상기 벙커링 대상을 연통하여 액화가스를 유동시키는 크로스오버 라인;
    상기 액화가스 저장탱크와 상기 크로스오버 라인을 연결하여 액상의 액화가스를 유동시키는 액화가스 이송라인;
    상기 액화가스 이송라인에서 분기하여 수요처로 연결되며, 강제기화기를 구비하는 액화가스 공급라인; 및
    상기 액화가스 공급라인의 상기 강제기화기의 하류에서 액화가스의 적어도 일부를 상기 액화가스 저장탱크로 공급하는 액화가스 리턴라인을 포함하고,
    상기 강제기화기는,
    상기 액화가스 저장탱크로부터 공급되어 상기 액화가스 공급라인을 통해 상기 수요처로 주입되는 액화가스를 기화시키고,
    상기 크로스오버 라인으로부터 공급되어 상기 액화가스 리턴라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 주입되는 액화가스를 기화시키고,
    상기 액화가스 저장탱크로부터 공급되어 상기 액화가스 리턴라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 주입되는 액화가스를 기화시키는 벙커링 선박.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하여 상기 액화가스 공급라인으로 전달하는 증발가스 이송라인을 더 포함하며,
    상기 증발가스 이송라인은,
    압축된 증발가스를 상기 액화가스 공급라인의 상기 강제기화기의 하류에 전달하는 것인, 벙커링 선박.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 증발가스 이송라인은,
    다단으로 마련되는 제1 압축기를 구비하는 제1 증발가스 이송라인; 및
    상기 제1 증발가스 이송라인에 대해 병렬로 마련되며, 다단으로 마련되는 제2 압축기를 구비하는 제2 증발가스 이송라인을 포함하는 것인, 벙커링 선박.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 증발가스 이송라인에서 분기하여 압축된 증발가스를 상기 수요처로 전달하는 증발가스 공급라인; 및
    상기 증발가스 공급라인을 통해 유동하는 압축된 증발가스로 상기 증발가스 이송라인의 증발가스를 예열시키는 증발가스 열교환기를 더 포함하는 벙커링 선박.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크의 내부 압력이 미리 정해진 값보다 낮은 경우, 상기 강제기화기에서 기화된 액화가스를 상기 액화가스 리턴라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 주입하는 제어부를 더 포함하는 벙커링 선박.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에 액화가스를 로딩하기 전에, 상기 크로스오버 라인을 통해 공급되는 액화가스를 상기 강제기화기에서 기화시켜 상기 액화가스 리턴라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 주입하는 제어부를 더 포함하는 벙커링 선박.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 강제기화기는,
    용량가변형으로 마련되어 상기 강제기화기 내부를 유동하는 액화가스의 유속을 일정하게 유지하는 것인, 벙커링 선박.
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