KR20080099209A - Ｌｎｇ 운반선의 연료가스 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG 운반선의 연료가스 공급 장치에 관한 것으로, LNG 운반선에서 고압가스 분사엔진으로 연료가스를 공급함에 있어 구성이 간단하면서도 소요되는 동력을 절감함과 동시에 LNG 저장탱크 내의 증발가스 축적에 따른 과도한 압력 상승을 방지할 수 있도록 구성된 LNG 운반선의 연료가스 공급 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은, LNG 운반선의 고압가스 분사엔진에 연료가스를 공급하는 장치로서, 상기 LNG 운반선의 LNG 저장탱크로부터 LNG를 펌프에 의해 고압으로 압축하고 히터에 의해 기화시켜서 상기 고압가스 분사엔진으로 공급하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

고압가스 분사엔진, 증발가스, 열교환기

Description

ＬＮＧ 운반선의 연료가스 공급 장치{APPARATUS FOR SUPPLYING FUEL GAS OF LNG CARRIER}

본 발명은 LNG 운반선의 연료가스 공급 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, LNG 운반선에서 LNG 저장탱크로부터 고압가스 분사엔진에 연료가스를 효율적으로 공급할 수 있도록 구성된 LNG 운반선의 연료가스 공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 함)의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.

천연가스의 액화온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. LNG 운반선의 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.

LNG 운반선에서는, LNG 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 LNG 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하므로, LNG 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스를 처리하 기 위해 증발가스를 선박 추진 엔진의 연료로 사용하거나 가스 연소기에서 소각한다.

LNG 운반선의 선박 추진 엔진으로서 고압가스 분사엔진(예를 들어, MEGI 엔진(MAN B&W Diesel사 제품)이 사용되는 경우, 종래의 연료가스 공급 시스템에서는 증발가스를 고압으로 압축하기 위해 다단의 압축기가 적용되는데, 이러한 다단 압축으로 인해 연료가스 공급 시스템이 매우 복잡해지고 기체 상태인 증발가스를 고압으로 압축하는 데에 과도한 동력이 소요되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, LNG 운반선에서 고압가스 분사엔진으로 연료가스를 공급함에 있어 구성이 간단하면서도 소요되는 동력을 절감함과 동시에 LNG 저장탱크 내의 증발가스 축적에 따른 과도한 압력 상승을 방지할 수 있도록 구성된 LNG 운반선의 연료가스 공급 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 LNG 운반선의 연료가스 공급 장치는, LNG 운반선의 고압가스 분사엔진에 연료가스를 공급하는 시스템으로서, 상기 LNG 운반선의 LNG 저장탱크로부터 LNG를 펌프에 의해 고압으로 압축하고 히터에 의해 기화시켜서 상기 고압가스 분사엔진으로 공급하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 LNG 운반선의 연료가스 공급 장치에 의하면, LNG 저장탱크로부터 LNG를 빼내어서 고압으로 압축하고 기화시켜서 고압가스 분사엔진으로 공급하므로, LNG 운반선에서 고압가스 분사엔진으로 연료가스를 공급함에 있어 구성이 간단하면서도 소요되는 동력을 절감함과 동시에 LNG 저장탱크 내의 증발가스 축적에 따른 과도한 압력 상승을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템의 개략적인 구성도이다. 도시된 바와 같이, LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템은 LNG 운반선의 고압가스 분사엔진에 연료가스를 공급하는 것이다.

본 발명의 연료가스 공급 시스템은, LNG 운반선의 LNG 저장탱크(1)로부터 LNG를 빼내어서 고압가스 분사엔진으로 공급하는 연료가스 공급라인(L1)을 설치하고, 이 연료가스 공급라인(L1)의 도중에, LNG를 LNG 저장탱크(1)로부터 빼내어지는 증발가스와 열교환시키는 열교환기(3)를 설치한 것이다.

열교환기(3)의 상류의 연료가스 공급라인(L1)에는 LNG를 고압가스 분사엔진의 요구 압력에 맞게 압축시켜서 고압가스 분사엔진으로 공급하기 위한 1차 펌프(2)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는 1차 펌프(2)가 LNG 저장탱크(1) 내에 설치된 것으로 도시하였으나, LNG 저장탱크(1)의 외부의 열교환기(3)의 상류의 연료 가스 공급라인(L1)에도 설치될 수도 있다. 또한, 1차 펌프(2)를 1개의 펌프로 구성할 수도 있고, 2개의 펌프로 구성할 수도 있다.

열교환기(3)에는 LNG 저장탱크(1)의 상부로부터 증발가스를 빼내어서 LNG 저장탱크(1)의 일측으로 복귀시키는 증발가스 액화라인(L2)이 통과한다.

열교환기(3)에서, LNG는 증발가스와의 열교환에 의해 온도가 상승되어 고압가스 분사엔진으로 공급되고, 증발가스는 LNG와의 열교환에 의해 액화되어 LNG 저장탱크(1)로 복귀된다.

열교환기(3)의 하류의 연료가스 공급라인(L1)에는 LNG가 열교환기(3)에서 증발가스와 열교환된 LNG를 고압가스 분사엔진의 요구 압력에 맞게 압축시켜서 고압가스 분사엔진으로 공급하기 위한 2차 펌프(4)가 설치되어 있다.

2차 펌프(4)의 하류의 연료가스 공급라인(L1)에는 열교환기(3)에서 열교환된 LNG를 가열하여 고압가스 분사엔진으로 공급하기 위한 히터(5)가 설치되어 있다.

열교환기(3)의 상류의 증발가스 액화라인(L2)에는 LNG 저장탱크의 빼내어지는 증발가스를 압축 및 냉각시킨 다음 LNG와 열교환시키기 위하여 증발가스용 압축기(6) 및 냉각기(7)가 차례로 설치되어 있다.

고압가스 분사엔진이, 예를 들어, MAN B&W Diesel사에서 제조하여 판매하는 MEGI 엔진인 경우, MEGI 엔진에서 요구하는 연료가스의 압력은 200 바(게이지압) 내지 300 바(게이지압), 바람직하게는, 250 바(게이지압)인데, 1차 펌프(2)에서 LNG를 27 바(게이지압)로 압축한 다음 LNG가 열교환기(3)를 거치면서 온도가 약 -163℃에서 약 -100℃로 상승된 후 액체 상태로 2차 펌프(4)로 공급되어 2차 펌 프(4)에서 약 250 바(게이지압)로 압축된(초임계 상태이므로 액체, 기체 구분이 없음) 다음, 히터(5)에서 가열되면서 기화되어 고압가스 분사엔진으로 공급된다. 이 경우, 열교환기(3)로 공급되는 LNG의 압력이 높으므로 열교환기(3)를 거치면서 LNG의 온도가 상승하여도 LNG가 기화되지 않는다.

한편, 고압가스 분사엔진이, 예를 들어, 가스터빈 엔진인 경우, 가스터빈 엔진에서 요구하는 연료가스의 압력은 20 바(게이지압) 내지 40 바(게이지압), 바람직하게는, 30 바(게이지압)인데, 1차 펌프(2)에서 LNG를 30 바(게이지압)로 압축한 다음 LNG가 열교환기(3)를 거치면서 일부 기화된 후 히터(5)로 공급되어 히터(5)에서 가열되어 연료가스 추진수단으로 공급된다. 이 경우, 2차 펌프(4)가 필요 없다.

1차 펌프(2)의 전후의 연료가스 공급라인(L1)과, 2차 펌프(4)의 전후의 연료가스 공급라인(L1)과, 증발가스용 압축기(6) 및 냉각기(7)의 전후의 증발가스 액화라인(L2)에는 통과하는 유체의 압력을 조절하기 위하여 유량 조절형 압력 조절 밸브(11)가 병렬로 설치되어 있다.

또한, 히터(5)의 전후의 연료가스 공급라인(L1)에는 통과하는 유체의 온도를 조절하기 위하여 유량 조절형 온도 조절 밸브(12)가 병렬로 설치되어 있다.

1차 펌프(2)의 후단의 연료가스 공급라인(L1)과, 2차 펌프(4)의 후단의 연료가스 공급라인(L1)과, 증발가스용 압축기(6) 및 냉각기(7)의 후단의 증발가스 액화라인(L2)과, 각각의 압력 조절 밸브(11)들 사이에는 압력 센서(13)가 연결되어 있다. 또한, 히터(5)의 후단의 연료가스 공급라인(L1)과 온도 조절 밸브(12) 사이에 는 온도 센서(15)가 연결되어 있다.

유량 조절형 압력 조절 밸브(11)와 온도 조절 밸브(12)는 유량을 조절함으로써 통과하는 유체의 압력 또는 온도를 조절한다.

또한, 열교환기(3)의 하류의 증발가스 액화라인(L2)의 도중에는 통과하는 유체의 압력을 제어하기 위하여 팽창형 압력 조절 밸브(12a)가 설치되어 있다.

열교환기(3)의 하류의 증발가스 액화라인(L2)에 설치된 압력 조절 밸브(12a)의 전단의 증발가스 액화라인(L2)과 압력 조절 밸브(12a) 사이에도 압력 센서(13)가 연결되어 있다.

열교환기(3)의 하류의 증발가스 액화라인(L2)에 설치된 압력 조절 밸브(12a)는 통과하는 유체를 LNG 저장탱크(1)의 압력과 LNG 저장탱크(1) 내의 LNG의 수두에 의한 압력을 더한 값의 압력에 대응하도록 팽창시킴으로써 압력을 조절하는 팽창 밸브이며 팽창에 의해 LNG의 온도는 하강한다.

한편, 도 2에 예시된 바와 같이, 증발가스 액화라인(L2)을 LNG 저장탱크(1)의 상부로부터 열교환기(3)를 거쳐 연료가스 공급라인(L1)의 도중에서 열교환기(3)와 히터(5)의 사이에 연결되게 구성할 수도 있다. 이에 의하면, 증발가스는 열교환기(3)에서 LNG와의 열교환에 의해 액화되어 액체 상태로 압축된 후 기화되어 고압가스 분사엔진의 연료가스로서 사용된다. 이 경우, 열교환기(3)의 하류의 증발가스 액화라인(L2)에 설치된 압력 조절 밸브(12a)는 통과하는 유체를 열교환기(3)를 거친 연료가스 공급라인(L1)의 LNG의 압력에 대응하도록 조절한다.

또한, 본 발명의 LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템에서는, LNG 저장탱크의 내부에 발생된 증발가스를 기체 상태로 고압으로 압축하여 고압가스 분사엔진의 연료가스로서 사용하지 않는다.

또한, 본 발명의 LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템에 사용되는 LNG 저장탱크는, LNG 운반선의 운항 기간 동안에 내부에서 발생되는 증발가스에 의한 압력 상승을 허용하기 위해 증발가스에 의한 압력 상승분을 견딜 수 있는 강도를 가지도록 설계된 LNG 저장탱크일 수도 있다.

또한, 본 발명의 LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템은, 콜드박스와 냉동시스템으로 이루어진 증발가스 재액화 장치를 포함할 수도 있는데, 본 발명에서는 LNG 저장탱크 내의 LNG를 압축 및 기화시켜 연료가스로서 고압가스 분사엔진으로 보내는 연료가스 공급라인의 도중에 열교환기를 설치하고, LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스를 연료가스 공급라인의 도중의 LNG와 열교환시켜 증발가스를 액화시키므로, 별도로 설치되는 증발가스 재액화 장치의 용량을 적게 구성할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 연료가스 공급라인(L1)의 도중에, LNG를 LNG 저장탱크(1)로부터 빼내어지는 증발가스와 열교환시키는 열교환기(3)를 설치하였으나, 열교환기 대신에 LNG와 증발가스를 직접 혼합하는 재응축기를 설치할 수도 있다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1 : LNG 저장탱크 2 : LNG용 펌프

3 : 열교환기 4 : 연료가스용 펌프

5 : 히터 6 : 증발가스용 압축기

7 : 냉각기 L1 : 연료가스 공급라인

L2 : 증발가스 액화라인

Claims (1)

1. LNG 운반선의 고압가스 분사엔진에 연료가스를 공급하는 장치로서,

   상기 LNG 운반선의 LNG 저장탱크로부터 LNG를 펌프에 의해 고압으로 압축하고 히터에 의해 기화시켜서 상기 고압가스 분사엔진으로 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 연료가스 공급 장치.

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