KR20090018500A

KR20090018500A - 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치

Info

Publication number: KR20090018500A
Application number: KR1020070082983A
Authority: KR
Inventors: 변철욱; 김철년; 안만희; 이춘식
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2009-02-20

Abstract

본 발명은 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치에 관한 것으로서, 엘엔지/엘피지 복합 운반선에서 엘엔지 또는 엘피지를 적재할 수 있는 카고탱크와, 카고탱크의 상단에 설치된 증발가스 배출관과 연결되어 분기되는 공급라인과, 공급라인 상에 설치되어 카고탱크에 엘엔지의 적재시 엘엔지의 증발가스를 내연기관의 추진 연료로 사용할 수 있도록 유로 변경하고 카고탱크에 엘피지의 적재시에는 엘피지의 증발가스를 재액화장치로 유입되도록 절환밸브를 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 카고탱크에 LPG 적재시 재액화장치로 순환시키고, LNG의 적재시에는 내연기관으로 보내 연료로 사용할 수 있도록 유로 변경을 위한 절환밸브를 설치함으로써, 엘엔지/엘피지 복합 운반선에서 적재되는 가스의 증발가스 종류에 따라 적절하게 대처하여 효과적으로 재활용할 수 있는 효과를 가진다.

엘엔지/엘피지 복합운반선, 카고탱크, 증발가스

Description

엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치{APPARATUS FOR BOIL OFF GAS RECYCLING OF COMBINED LNG/LPG CARRIER}

본 발명은 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화천연가스 또는 액화석유가스를 운반하는 가스운반선에서는 액화천연가스 또는 액화석유가스를 적재할 수 있는 카고탱크(cargo tank)가 설치되며, 이 카고탱크에서 발생하는 액화천연가스 또는 액화석유가스의 각 증발가스(BOG:Boil Off Gas)에 대하여 적절하게 활용 가능하도록 하는 증발가스 재활용 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다.

LNG는 천연가스의 주성분인 메탄을 1기압 하에서 섭씨 -162도 이하로 온도를 내리면 생성되는 액체인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.

이런 연유로 LNG는 수송 및 저장이 수월한 이점이 있는 반면, 극저온의 성질 을 가지고 있어 누출될 경우 매우 위험하므로, 선박 또는 부유식 또는 고정식 가스처리 설비에서 절연체(단열재)로 제작된 별도의 가스저장탱크로 운송 또는 보관을 하게된다.

특히, LNG 선박의 경우 원유 운반선과 다른 것은 -162℃의 극저온의 액체상태에서 운반하게 되며, LNG의 기화점이 -162℃로 극히 낮기 때문에 기화를 막기 위해서 철저한 보온이 요구된다.

그러나 완전한 보온은 실제적으로 불가능하며 선박이 운항하는 동안 약 하루 기준 0.15%의 비율로 액화상태의 LNG가 기체상태의 증발가스로 변화하고 있는 실정이다.

이러한 이유들로 선박에서는 증발가스를 자연스럽게 추진기관의 연료로 처리하여 사용하거나, 잉여 증발가스를 단순히 연소시켜 없애는 일종의 간이 소각로인 써멀옥시다이저(thermal oxidizer) 등의 연료로 사용하여 왔다.

예컨대, 추진기관은 증발가스를 연료로 하여 보일러에서 고압의 스팀을 발생시키고 이 스팀은 스팀터빈을 구동시켜 추진력을 얻게 된다.

이러한 LNG선박의 종래 기술에 대한 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 선박의 증발가스 처리시스템은, 카고탱크(1)의 상부의 증발가스 배출관(BOG vent pipe:2)과 연결된 연료가스 컴프레서(3)와 가스터빈 및 이중연료엔진을 포함하는 내연기관(10) 등으로 이루어져 있다.

여기에서는, 카고탱크(1)에 별도의 연소장치(9)를 연결 설치하며, 증발가스 가 소정의 관로 변경 수단에 의해서 연소장치(9) 또는 내연기관(10) 중 어느 하나로 이송되도록 결합되어 있다.

선박의 운항시, 증발가스는 내연기관(10)으로 보내져 추진용으로 사용될 수 있도록 하는 한편, 선박이 내연기관(10)에 의해 추진되지 않을 경우, 카고탱크(1)에서 발생된 잉여 증발가스가 연소장치(9)로 보내져 직접 연소될 수 있도록 되어 있다.

한편, 액화천연가스와 더불어 액화석유가스(LPG)도 연료로서 각광받고 있다.

LPG는 천연가스의 주성분인 메탄을 1기압 하에서 섭씨 -50도 이하로 온도를 내리면 생성되는 액체이다.

따라서 LPG도 LNG보다는 극저온 성질이 낮지만 누출시 매우 위험하므로 LNG와 같이 선박 또는 부유식 또는 고정식 가스처리 설비에서 절연체(단열재)로 제작된 별도의 가스저장탱크로 운송 또는 보관을 하게 된다.

이 역시 완전한 보온은 실제적으로 불가능하며 선박이 운항하는 동안 LPG가 기체상태의 증발가스로 변화하고 있다.

그러나 LPG는 LNG와는 달리 LPG용 운반선의 건조시 적용 지침인 IGC(International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk)코드에 따라 LPG는 추진 연료로 사용할 수 없는 가스로 분류되어 도 2에서와 같이 선박의 증발가스 처리시스템을 갖는다.

도 2에서는, 카고탱크(21)의 상부의 증발가스 배출관(BOG vent pipe:22)과 연결된 연료가스 컴프레서(23)와 연소장치(24)로 이루어져 있다.

그리고 연료가스 컴프레서(23)와 연소장치(24)의 사이에 재액화장치(25)가 연결 설치되어 연료가스 컴프레서(23)를 통하여 전달되는 증발가스가 소정의 관로 변경 수단에 의해서 연소장치(24) 또는 재액화장치(25)중 어느 하나로 이송되며, 재액화장치(25)에서는 기화된 증발가스를 냉각하여 재액화된 LPG를 카고탱크(21)로 재이송시키게 된다.

한편, 근래에는 LNG와 LPG를 복합 운반할 수 있도록 탱크가 구비된 선박들이 제조되고 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 LPG는 IGC 코드에 따라 추진 엔진의 연료로 사용할 수 없으므로 LPG의 운반시에는 증발가스 처리를 위한 재액화장치와, LNG의 운반시에는 LNG의 재액화를 위한 장치가 각각 별도로 설치해야 하므로 비용과 설치 공간의 문제점이 있었다.

따라서 본 발명에서는 엘엔지/엘피지 복합 운반선에 있어서 엘피지 또는 엘엔지가 적재되는 카고탱크로부터 공급라인을 통하여 재액화장치와 내연기관에 각각 연결하고 공급라인에 유로 변경을 위한 절환밸브를 설치함으로써, 카고탱크에 LPG 적재시 증발가스를 재액화장치로 순환시키고, LNG의 적재시에는 증발가스를 내연기관으로 보내 연료로 사용할 수 있도록 한 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치에 있어서, 엘엔지/엘피지 복합 운반선에서 엘엔지 또는 엘피지를 적재할 수 있는 카고탱크와, 카고탱크의 상단에 설치된 증발가스 배출관과 연결되어 분기되는 공급라인과, 공급라인 상에 설치되어 카고탱크에 엘엔지의 적재시 엘엔지의 증발가스를 내연기관의 추진 연료로 사용할 수 있도록 유로 변경하고 카고탱크에 엘피지의 적재시에는 엘피지의 증발가스를 재액화장치로 유입되도록 절환밸 브를 포함하는 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치를 제공한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치에 따르면, 카고탱크에 LPG 적재시 재액화장치로 순환시키고, LNG의 적재시에는 내연기관으로 보내 연료로 사용할 수 있도록 유로 변경을 위한 절환밸브를 설치함으로써, 엘엔지/엘피지 복합 운반선에서 적재되는 가스의 증발가스 종류에 따라 적절하게 대처하여 효과적으로 재활용할 수 있는 효과를 가진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 LNG와 LPG를 복합 적재할 수 있는 카고탱크를 구비한 선박에 있어서, LPG의 증발가스는 재액화하여 카고탱크로 재이송하고, LNG는 증발가스를 추진 연료로 사용할 수 있도록 한 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치의 구성도이다.

도 3에 도시된 엘엔지/엘피지 복합 운반선에서 카고탱크(100)는 선박에서 운반할 엘엔지(이하, 'LNG'라 칭함)를 적재하거나, 또는 엘피지(이하, 'LPG'라 칭함)를 적재하고 저장하는 구조물이다.

카고탱크(100)의 상부측으로는 자연 증발가스를 방출시키기 위한 증발가스 배출관(102)이 형성되어 있고, 증발가스 배출관(102)의 상단측으로는 공급라인(120)의 일측 끝단이 연결되어 있다.

공급라인(120)은 섭씨 -162도 이하로 과냉각된 상태인 액상 LNG나 -50도 이하의 액상 LPG의 증발가스를 카고탱크(100)로부터 송출하는 라인이다.

공급라인(120)에는 별도의 추가적인 냉각 수단을 사용하지 않고 카고탱크(100)에서 과냉각 상태의 액상가스를 자체 냉각매체로서 자연 증발가스(BOG)의 액화 또는 재액화에 활용하기 위한 액상가스가 유동한다.

덧붙여, 공급라인(120)에는 바람직하게 컴프레서(110)가 설치되어 있다. 컴프레서(110)는 자연 증발가스를 공급받은 후 5∼10기압으로 압축한 증발가스를 배출시키기 위한 저압력 압축장치를 의미한다.

이러한 공급라인(120)은 양측으로 분기되며, 분기된 공급라인(120)의 일단은 LPG의 증발가스를 강제로 재액화시키기 위한 재액화장치(130)에 연결되고, 타단은 내연기관(150)의 추진 연료로의 사용을 위하여 내연기관(150)에 연결되어 있다.

한편, 공급라인(120)의 분기점에는 카고탱크(100)에 LNG의 적재시 LNG의 증발가스를 내연기관의 추진 연료로 사용할 수 있도록 유로 변경하고, 카고탱크(100)에 LPG의 적재시에는 LPG의 증발가스를 재액화장치(130)로 유입되도록 하는 절환밸 브(122)가 설치된다.

바람직하게 절환밸브(122)는 3웨이밸브가 사용되며, 필요한 만큼의 액상가스유량의 공급방향(예 : 재액화장치 방향 또는 내연기관 방향)을 선택하거나, 액상가스유량의 분배 비율을 조절하는 것을 수행하는 통상적인 밸브제어용 논리회로에 의해서, 각각의 밸브 개폐가 조절된다.

덧붙여 절환밸브(122)는 통상적인 전자적 계통제어회로(도시 안됨)에 미리 저장된 소정 조건값, 예컨대 선박의 계류 또는 정박 유무, 가스처리 설비의 비정상 운전 유무, 증발가스 과다 발생 유무, 기화가스비상처리 요구 유무 등을 기준으로 각각의 밸브 개방 및 폐쇄를 수행하거나, 또는 밸브 개폐 크기 비율을 조절한다.

이를 위해서, 절환밸브(122)는 전자적 계통제어회로(도시 안됨)의 입출력 인터페이스에 전기, 전자적으로 결합되어 있다.

전자적 계통제어회로에서 미리 정해진 설계치를 추종하여 액상가스를 기화시키도록, 입력 유량과 출력 유량 각각의 온도, 압력, 유량의 정밀 측정값을 입력받아 온도 제어, 압력 제어, 유량 제어를 수행하는 알고리즘을 갖는 것이 바람직하다.

그리고 재액화장치(130)에서는 회수를 위한 회수라인(132)이 카고탱크(100)에 연결 설치된다.

그리고 카고탱크(100)의 일측으로는 배관을 통하여 선박의 계류 또는 정박시 증발가스를 강제 연소시키기 위한 연소장치(140)가 설치되는 구성을 가진다.

이와 같은 구조로 이루어진 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

다시 도 3을 참고하면, 카고탱크(100)로부터 송출된 자연 증발가스는 컴프레서(110)를 통하여 5∼10기압으로 압축된 증발가스가 된 후, 증발가스 배출관(102)을 통하여 공급라인(120)으로 유입된다.

공급라인(120)으로 유입된 증발가스는 절환밸브(122)의 절환을 통하여 카고탱크(100)에 적재된 가스가 LPG일 경우에는 재액화장치(130)로 유입되어 액상가스와 혼합시 열교환하게 되며, 그 결과 증발가스가 포함된 액상가스가 재액화된다.

그리고 재액화장치(130)에서 재액화된 가스는 회수라인(132)을 통하여 카고탱크(100)에 재유입된다.

한편, 공급라인(120)으로 유입된 증발가스가 LNG일 경우에는 절환밸브(122)의 절환을 통하여 내연기관(150)으로 유입되어 추진 연료로 사용된다.

내연기관(150)은 선박의 추진시스템이다. 추진시스템은 미도시되었지만 예컨대, 보일러 및 스팀터빈시스템, 이중연료 엔진 전기추진시스템, 가스터빈 전기추진시스템 중에서 한 개 또는 복수개를 선택하여 사용한다.

보일러 및 스팀터빈시스템은 LNG와 같은 유체의 증발 또는 기화가스를 보일러의 연료로 사용하여 스팀을 발생시키고, 이러한 스팀을 스팀터빈에 공급시켜 추진력을 발생시키는 선박의 추진 방식이다.

이중연료엔진 전기추진시스템은 LNG와 같은 유체의 증발 또는 기화가스를 연료로 사용하여 내연기관을 작동시키고, 이때 나오는 기계적 에너지를 이용하여 전기를 발전시켜 모터를 돌리고 추진력을 얻는 선박의 추진 방식이다.

가스터빈 전기추진시스템은 LNG와 같은 유체의 증발 또는 기화가스를 연료로 사용하여 가스터빈을 작동시키고, 이때 나오는 기계적 에너지를 이용하여 전기를 발전시켜 모터를 돌리고 추진력을 얻는 선박의 추진 방식이다.

그리고 선박의 계류 또는 정박시 기설정된 조건값 즉, 미리 정해진 연료공급량과 회수량의 비율과 상관관계를 갖도록 소정의 회수 및 연료공급 운전프로그램의 데이터 값에 따라 카고탱크(100)의 내부에서 소정의 관로 변경 수단에 의해서 증발가스를 연소장치(140)로 보내 강제 기화시키게 된다.

따라서 엘엔지/엘피지 복합 운반선에 있어서 공급라인(120)상에 절환밸브(122)를 설치함으로써 LNG 또는 LPG의 적재시 발생하는 증발가스를 적절히 대응하여 재활용할 수 있게 되었다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치는 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 종래의 액화천연가스 운반선에서 증발가스 처리시스템을 도시한 구성도이고,

도 2는 종래의 액화석유가스 운반선에서 증발가스 처리시스템을 도시한 구성도이고,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 카고탱크 102 : 증발가스 배출관

110 : 컴프레서 120 : 공급라인

122 : 절환밸브 130 : 재액화장치

132 : 회수라인 140 : 연소장치

150 : 내연기관

Claims

엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치에 있어서,

상기 엘엔지/엘피지 복합 운반선에서 상기 엘엔지 또는 상기 엘피지를 적재할 수 있는 카고탱크와,

상기 카고탱크의 상단에 설치된 증발가스 배출관과 연결되어 분기되는 공급라인과,

상기 공급라인 상에 설치되어 상기 카고탱크에 상기 엘엔지의 적재시 상기 엘엔지의 증발가스를 내연기관의 추진 연료로 사용할 수 있도록 유로 변경하고, 상기 카고탱크에 상기 엘피지의 적재시에는 상기 엘피지의 증발가스를 재액화장치로 유입되도록 절환밸브

를 포함하는 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 절환밸브는,

3웨이 밸브인 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 카고탱크의 일측으로 배관을 통하여 증발가스를 강제 연소시키기 위한 연소장치가 더 포함되는 엘엔지/엘피지 복합 운반선의 증발가스 재활용 장치.