KR20030073975A - Boil off gas management method and system assembly of Liquefied Natural Gas Carrier - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 천연 가스 운반선의 운항중 외부에서 전달되는 열량으로 인해 저장 탱크에서 발생되는 증발가스의 처리 방법 및 시스템 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상기 증발가스의 온도와 압력을 상승시키기 위한 압축기는 보일러의 최대 연료 소모량을 기준으로 하여 산정 되고 있으나 실제 선박 운항 시 LNG의 가격이 선박유보다 고가이므로 운항비를 절감하고자 기화기를 사용하지 않는 것에 착안하여 저장탱크에서 발생되는 증발가스만 저효율 압축기로 처리하는 시스템으로 단순화시킴으로써 운전 및 유지 보수가 용이하고 제작원가가 절감되는 LNG 운반선의 증발가스 처리 방법 및 시스템 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for treating boil-off gas generated in a storage tank due to the amount of heat transferred from the outside during operation of a natural gas carrier, and more particularly, a compressor for raising the temperature and pressure of the boil-off gas. Is estimated based on the maximum fuel consumption of the boiler, but since the price of LNG is higher than that of ship oil in actual vessel operation, only the evaporated gas generated from the storage tank is used as a low-efficiency compressor. The present invention relates to a method and a system apparatus for treating boil-off gas of an LNG carrier, which is easy to operate and maintain by reducing the system to be treated, thereby reducing manufacturing costs.
일반적으로, 천연가스 운반선(이하 LNG 운반선이라 칭함.)은 기체 상태의 천연가스(Natural Gas)를 -163 ℃로 액화시킨 액화 천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 칭함.)를 저장하여 운송하는 선박이다.Generally, natural gas carriers (hereinafter referred to as LNG carriers) store liquefied natural gas (LNG, Liquefied Natural Gas, hereinafter referred to as LNG) by liquefying gaseous natural gas at -163 ° C. It is a ship to transport.
상기 LNG 운반선의 저장탱크는 극 저온에서도 강성을 유지해야 하는 특성 때문에 알루미늄으로만 제작된다.The storage tank of the LNG carrier is made of aluminum only because of the property of maintaining rigidity even at extremely low temperatures.
상기 LNG 운반선의 저장탱크 형성방식은 구형 독립 탱크 방식과 멤브레인 식(일명 다이아 프램식) 두 가지가 많이 쓰이는데, 개발자의 이름을 따서 구형 독립 탱크 방식은 모스식(Moss)이라 하고, 멤브레인 식은 테크니가스 식(Technigas)과 가스 트랜스 포트식(Gas Transport)으로 불린다.There are two types of storage tank formation methods of the LNG carrier, a spherical independent tank type and a membrane type (aka diaphragm type), and a spherical independent tank type is named Moss after the developer's name, and the membrane type is Technigas. It's called Technigas and Gas Transport.
상기 구형 독립 탱크 방식은 선박을 먼저 건조시킨 후에 알루미늄으로 직경 40 m나 되는 볼형태의 탱크를 제작하여 중간 높이의 허리 부분을 지지하여 선박에 고정시키는 방법으로서, 보강재를 사용하지 않으므로 용접량이 최소화되고 제작시 또는 사용시 응력 집중점이 적은 장점을 가지고 있다.The spherical independent tank method is a method of manufacturing a ball-shaped tank having a diameter of 40 m and then fixing it to the ship by making a ball-shaped tank having a diameter of 40 m with aluminum. It has the advantage of low stress concentration point in manufacturing or use.
그러나, 선박의 지상고가 높아져 선박 운항시 바람을 많이 받으므로 조타 장치와 계선 계류 장치를 강화시켜야 하는 단점을 가지고 있다.However, since the ground height of the vessel is increased and receives a lot of wind during the operation of the vessel, the steering and mooring mooring device has to be strengthened.
상기 멤브레인 방식은 별도의 탱크를 제작하지 않고 선박의 화물창 내벽에 보온을 잘하고, 상기 보온 표면을 얇은 금속판으로 밀폐시킨 방식으로, 선체가 최적화 사이즈로 작아지고 특수 설비의 장착이 불필요하다는 장점이 있는 반면에 제작시 또는 사용시 응력 집중점이 많고 선체 외부의 충돌시 좌초 등과 같은 손상요인을 피해야 하는 단점을 가지고 있다.The membrane method is a good way to keep warm on the inner wall of the cargo hold of the ship without making a separate tank, and the heat insulating surface is sealed with a thin metal plate, while the hull is reduced to an optimized size and the installation of special equipment is unnecessary It has the disadvantages that many stress concentration points are used during fabrication or use, and damage factors such as stranding in case of collision outside the hull are to be avoided.
상기 멤브레인 방식의 테크니가스 식과 가스 트랜스 포트식의 차이는 보온재의 구성과 시공 방법에 있다.The difference between the membrane type technigas formula and the gas transport formula lies in the construction and construction method of the insulation.
상기 LNG 운반선은 운항 중 태양의 직사광과 같은 외부 열이 저장탱크에 전달되는데, 이 때, 상기 저장탱크 내에서는 LNG의 일부가 기화되는 증발가스(BOG, Boil Off Gas)가 발생된다.In the LNG carrier, external heat such as direct sunlight of the sun is transmitted to the storage tank during operation, and at this time, a boil off gas (BOG) in which a part of LNG is vaporized is generated in the storage tank.
상기 저장탱크 내에서 기화되는 증발가스의 증발량은 겨울철과 여름철에 따라 다르지만 평균적으로 1일에 전체 저장된 가스량의 0.15%정도 발생된다.The amount of evaporated gas evaporated in the storage tank varies depending on winter and summer, but on average, about 0.15% of the total amount of stored gas is generated in one day.
상기 증발가스는 설정해 놓은 안전 압력(0.25 bar)이상이 되면 안전 밸브를 통해 저장 탱크에서 배출되는데, 배출된 증발가스는 선박의 운항을 위한 보일러의연료로 사용함으로써 가스 저장탱크의 압력이 안정되게 유지된다.The boil-off gas is discharged from the storage tank through a safety valve when the set pressure is higher than the set safety pressure (0.25 bar). The discharged boil-off gas is used as a fuel of a boiler for the operation of the vessel, thereby keeping the pressure in the gas storage tank stable. do.
도 1은 기존 LNG 운반선의 증발가스 처리 시스템 장치를 도시하는 배관도로서, 상기 도면에 도시하였듯이, 저장 탱크(1)에서 발생되는 증발 가스는 상기 저장 탱크(1)의 상단측에 형성된 가스 돔(2)을 통해 배출된다.1 is a piping diagram showing an apparatus for treating an evaporative gas treatment system of an existing LNG carrier, and as shown in the drawing, the gas dome 2 formed on the upper side of the storage tank 1 is generated by the evaporated gas generated in the storage tank 1. Is discharged through).
상기 가스 돔(2)을 통해 배출된 증발가스는 이송 배관을 따라 데미스터(3)로 이송된다.The boil-off gas discharged through the gas dome 2 is transferred to the demister 3 along the transfer pipe.
상기 데미스터(3)를 통과한 증발가스는 변속 모터(4)가 부착된 제 1 압축기(5)로 이송된다.The boil-off gas passing through the demister 3 is transferred to the first compressor 5 to which the variable speed motor 4 is attached.
상기 제 1 압축기(5)를 통과한 저온 고압의 증발가스는 연소에 적합한 온도로 상승시키기 위해 가스 가열기(6)로 이송된다.The low temperature and high pressure evaporated gas passing through the first compressor 5 is transferred to the gas heater 6 to raise the temperature suitable for combustion.
상기 제 1 압축기(5)에서 가스 가열기(6)로 연결되는 배관의 중간에는 제 1 압축기(5)로의 역 이송을 방지하는 체크 밸브(17)가 설치된다.In the middle of the pipe connected from the first compressor 5 to the gas heater 6, a check valve 17 is installed to prevent the reverse conveyance to the first compressor 5.
상기 제 1 압축기(5)의 정비 또는 보수가 요구되는 비상시를 대비하기 위해서 변속 모터(4)를 이용하여 구동되는 제 2 압축기(18)가 설치된다.In order to prepare for an emergency in which maintenance or repair of the first compressor 5 is required, a second compressor 18 driven by the transmission motor 4 is installed.
상기 가스 가열기(6)를 통과한 고온 고압의 증발가스는 주 밸브(7)를 통해 엔진룸(8)에 설치된 보일러(9)로 이송되어 연소된다.The high temperature and high pressure evaporated gas passing through the gas heater 6 is transferred to the boiler 9 installed in the engine room 8 through the main valve 7 and combusted.
상기 저장 탱크(1)의 하부측에는 상기 보일러(9)의 연소중 발생할 수 있는 가스 부족분을 충족시키기 위해 LNG를 공급하는 스트립 스프레이 펌프(10)가 장착된다.The lower side of the storage tank 1 is equipped with a strip spray pump 10 for supplying LNG to meet gas shortages that may occur during combustion of the boiler 9.
상기 스트립 스프레이 펌프(10)에 의해 배출된 LNG의 일부는 압력 조절밸브(11)를 통해 유량 조절 밸브(12)로 이송되고, 나머지는 회수 라인(14)을 따라 저장탱크(1)에 다시 회수된다.Part of the LNG discharged by the strip spray pump 10 is transferred to the flow control valve 12 through the pressure control valve 11, and the rest is recovered back to the storage tank 1 along the recovery line 14 do.
상기 유량 조절 밸브(12)로 이송된 LNG의 일부는 온도 조절 밸브(13)로 이송되고, 나머지는 기화기(15)로 이송되어 액체 상태에서 기체 상태로 상변화 된다.Part of the LNG transferred to the flow control valve 12 is transferred to the temperature control valve 13, the remainder is transferred to the vaporizer 15 is phase-changed from the liquid state to the gas state.
상기 기화기(15)를 통과한 기체 상태의 LNG와 상기 온도 조절 밸브(13)를 통해 이송된 액체 상태의 LNG가 혼합기(16)에서 서로 혼합된다.The gaseous LNG passing through the vaporizer 15 and the liquid LNG transferred through the temperature regulating valve 13 are mixed with each other in the mixer 16.
상기 혼합기(16)를 통과한 LNG는 액화 온도의 차이로 인해 액체성분과 기체 성분이 혼합된 상태로 이송 배관을 따라 상기 데미스터(3)로 이송된다.The LNG passing through the mixer 16 is transferred to the demister 3 along the transfer pipe in a state where the liquid component and the gas component are mixed due to the difference in the liquefaction temperature.
상기 데미스터(3)에서는 액체성분과 기체 성분이 혼합된 상태의 LNG에서 액화된 성분이 분리되고, 기체 상태의 LNG성분과 상기 저장탱크(1)에서 직접 배출된 증발가스가 혼합되어 상기 제 1 저효율 압축기(5)로 이송된다.In the demister 3, a liquefied component is separated from LNG in a state in which a liquid component and a gas component are mixed, and a gaseous LNG component and an evaporated gas discharged directly from the storage tank 1 are mixed to form the first component. Conveyed to a low efficiency compressor (5).
상기와 같은 구성으로 이루어지는 기존 LNG 운반선의 증발가스 처리 시스템은 증발가스를 압축시키는 저효율 압축기의 운전 영역은 넓지만 상용 운전은 저속의 일부분에서 작동되므로 효용가치가 적고, 상기 기화기의 사용시 반드시 데미스터가 필요한 복잡한 구조로 형성되어 있어서 유지 및 보수가 어려운 문제점을 가지고 있다.The conventional LNG carrier's boil-off gas treatment system has the wider operating range of the low-efficiency compressor that compresses the boil-off gas, but commercial operation is operated at a low speed, so the utility value is low. Since it is formed in a complex structure required, it is difficult to maintain and repair.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 저장탱크에서 발생하는 증발 가스만 저효율 압축기로 처리하고 기화기의 사용시 데미스터가 삭제되는 시스템으로 단순화시킴으로써 유지 및 보수를 용이하게 하고, 작동및 효율 측면에서 기능을 향상시키는데 있다.An object of the present invention devised to solve the problems as described above is to facilitate the maintenance and operation by treating only the evaporated gas generated in the storage tank with a low efficiency compressor and simplifying the system to eliminate the demister when using the vaporizer. And in terms of efficiency.
전술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 저장 탱크에서 배출되는 증발가스를 정속 모터가 부착된 저효율 압축기와 가스 가열기를 이용하여 보일러로 이송시킴으로써 선박의 연료로 사용하고, 상기 보일러의 연소중 연료 부족분을 공급하기 위해 스트립 스프레이 펌프와 기화기 및 혼합기를 이용하여 기화된 LNG를 저장 탱크에서 보일러로 공급하는 LNG 운반선의 증발가스 처리 방법 및 시스템 장치를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the evaporated gas discharged from the storage tank is used as a fuel of the vessel by transferring to the boiler by using a low efficiency compressor and gas heater with a constant speed motor, and during combustion of the boiler Provided is a method and system for treating boil-off gas of an LNG carrier, which supplies vaporized LNG from a storage tank to a boiler by using a strip spray pump, a vaporizer, and a mixer to supply a fuel shortage.
도 1은 기존 LNG 운반선의 증발가스 처리 시스템 장치를 도시하는 배관도.1 is a piping diagram showing a boil-off gas treatment system apparatus of an existing LNG carrier.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의 증발가스 처리 시스템 장치를 도시하는 배관도.2 is a piping diagram showing a boil-off gas treatment system apparatus of the LNG carrier according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의 증발가스 처리 방법의 순서를 도시하는 순서도.Figure 3 is a flow chart showing the procedure of the boil-off gas treatment method of the LNG carrier according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
20 : 저장 탱크30 : 가스 돔20: storage tank 30: gas dome
40 : 정속 모터50 : 제 1 저효율 압축기40: constant speed motor 50: first low efficiency compressor
60 : 가스 가열기70 : 주 밸브60 gas heater 70 main valve
80 : 엔진 룸90 : 보일러80: engine room 90: boiler
100 : 스트립 스프레이 펌프110 : 압력 제어 밸브100: strip spray pump 110: pressure control valve
120 : 유량 제어 밸브130 : 회수 라인120: flow control valve 130: recovery line
140 : 온도 조절 밸브150 : 기화기140: temperature control valve 150: carburetor
160 : 혼합기170 : 체크 밸브160: mixer 170: check valve
180 : 제 2 저효율 압축기180: second low efficiency compressor
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의 증발가스 처리 방법 및 시스템 장치에 관해서 상세히 설명한다.Hereinafter, a method and a system apparatus for treating boil-off gas of an LNG carrier according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의 증발가스 처리 시스템 장치를 도시하는 배관도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의 증발가스 처리 방법의 순서를 도시하는 순서도이다.FIG. 2 is a piping diagram illustrating an apparatus for treating boil-off gas in an LNG carrier according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of treating boil-off gas in an LNG carrier according to an embodiment of the present invention. .
상기 도면에 도시하였듯이, 저장 탱크(20)에서 발생되는 증발 가스는 상기 저장 탱크(20)의 상단측에 형성된 가스 돔(30)을 통해 배출된다.(ST 10)As shown in the figure, the evaporated gas generated in the storage tank 20 is discharged through the gas dome 30 formed on the upper side of the storage tank 20. (ST 10)
상기 가스 돔(30)을 통해 배출된 증발가스는 압력을 상승시키기 위해 이송 배관을 따라 정속 모터(40)가 부착된 제 1 저효율 압축기(50)로 이송된다.(ST 20)The boil-off gas discharged through the gas dome 30 is transferred to the first low efficiency compressor 50 to which the constant speed motor 40 is attached along the transfer pipe to increase the pressure. (ST 20)
상기 제 1 저효율 압축기(50)를 통과한 저온 고압의 증발가스는 연소에 적합한 온도로 상승시키기 위해 가스 가열기(60)로 이송된다.(ST 30)The low temperature and high pressure evaporated gas passing through the first low efficiency compressor 50 is transferred to the gas heater 60 to raise the temperature suitable for combustion. (ST 30)
상기 제 1 저효율 압축기(50)에서 가스 가열기(60)로 연결되는 배관의 중간에는 제 1 저효율 압축기(50)로의 역 이송을 방지하는 체크 밸브(170)가 설치된다.In the middle of the pipe connected from the first low efficiency compressor 50 to the gas heater 60 is provided a check valve 170 to prevent the reverse transfer to the first low efficiency compressor 50.
상기 증발가스를 제 1 저효율 압축기(50)로 이송시키는 배관은 상기 제 1 저효율 압축기(50)를 사용하지 못하는 비상시를 대비하기 위해서 정속 모터(40)가 부착된 제 2 저효율 압축기(180)와도 연결된다.The pipe for transferring the boil-off gas to the first low efficiency compressor 50 is also connected to the second low efficiency compressor 180 to which the constant speed motor 40 is attached to prepare for an emergency in which the first low efficiency compressor 50 is not used. do.
상기 가스 가열기(60)를 통과한 고온 고압의 증발가스는 주 밸브(70)를 통해 엔진룸(80)에 설치된 보일러(90)로 이송되어 연소된다.(ST 40)The high temperature and high pressure evaporated gas passing through the gas heater 60 is transferred to the boiler 90 installed in the engine room 80 through the main valve 70 and combusted. (ST 40)
상기 저장 탱크(20)의 하부측에는 상기 보일러(90)의 연소중 발생할 수 있는 가스 부족분을 충족시키기 위해 LNG를 공급하는 스트립 스프레이 펌프(100)가 장착된다.The lower side of the storage tank 20 is equipped with a strip spray pump 100 for supplying LNG to meet the gas shortage that may occur during combustion of the boiler (90).
상기 스트립 스프레이 펌프(100)에 의해 배출된 LNG의 일부는 압력 조절 밸브(110)를 통해 유량 조절 밸브(120)로 이송되고, 나머지는 회수 라인(130)을 따라 저장탱크(20)에 다시 회수된다.(ST 50)A portion of the LNG discharged by the strip spray pump 100 is transferred to the flow control valve 120 through the pressure control valve 110, and the rest is recovered back to the storage tank 20 along the recovery line 130. (ST 50)
상기 유량 조절 밸브(120)로 이송된 LNG의 일부는 온도 조절 밸브(140)로 이송되고, 나머지는 기화기(150)로 이송되어 액체 상태에서 기체 상태로 상변화 된다.(ST 60)A portion of the LNG transferred to the flow control valve 120 is transferred to the temperature control valve 140, the rest is transferred to the vaporizer 150 is phase-changed from the liquid state to the gas state. (ST 60)
상기 기화기(150)를 통과한 기체 상태의 LNG와 상기 온도 조절 밸브(140)를 통해 이송된 액체 상태의 LNG가 혼합기(160)에서 서로 혼합된다.(ST 70)The gaseous LNG passing through the vaporizer 150 and the liquid LNG transferred through the temperature control valve 140 are mixed with each other in the mixer 160. (ST 70)
상기 혼합기(160)를 통과한 기체 상태의 LNG는 상기 주밸브(70)를 통해 상기 보일러(90)로 이송되어 연소된다.(ST 80)The gaseous LNG passing through the mixer 160 is transferred to the boiler 90 through the main valve 70 and combusted. (ST 80)
상기와 같은 구성으로 이루어 지는 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의증발가스 처리 시스템은 정속 모터(40)가 부착된 저효율 압축기(50)를 사용하고 기화기(150)의 사용시 액체 성분을 분리시키기 위해 설치되던 데미스터가 기화기(150)의 출구측 운전 온도 수정 및 연결 위치 변경으로 인해 삭제되어 시스템이 단순해진다.Evaporation gas treatment system of the LNG carrier according to an embodiment of the present invention made of the above configuration is to use a low-efficiency compressor 50 is attached to the constant speed motor 40 and to separate the liquid components when using the vaporizer 150 The demister installed for the sake of the carburettor 150 is deleted due to the change in the operating temperature of the outlet side and the change in the connection position, thereby simplifying the system.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 저장 탱크에서 발생된 증발가스를 보일러로 공급하여 연소시키는 증발가스 처리 시스템을 단순화시킴으로써 정비와 작동이 용이하고 효율 측면에서 기능이 향상되는 효과를 갖는다.The present invention having the configuration as described above has the effect that the maintenance and operation is easy and the function is improved in terms of efficiency by simplifying the boil-off gas treatment system for supplying and burning the boil-off gas generated in the storage tank to the boiler.
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