KR20090084421A - 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템에 관한 것으로서, 액화천연가스를 저장하는 저장탱크와, 저장탱크로부터 이어지는 배관상에 설치되어 공급받은 증발가스를 배분하여 압축시키는 두 대의 고압컴프레서와, 고압컴프레서에서 압축된 증발가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 가동되는 연료엔진과, 배관 상에 설치되어 잉여 증발가스를 소각하기 위한 가스소각기와, 가스소각기로 보내지는 증발가스를 전량 압축시킬 수 있는 저압컴프레서를 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 증발가스를 50%씩 각각 처리할 수 있는 두 대의 고압컴프레서와 증발가스를 소각하기 위해 사용되는 한 대의 저압컴프레서를 설치함으로써, 용량이 낮아진 고압컴프레서는 가격이 저렴하며, 크기가 작아 설치 공간이 축소되고, 진동도 감소될 수 있는 효과가 있다. 또한, 저압 컴프레서의 이상시 두 대의 고압 컴프레서에서 배분된 증발가스를 압축하고 잉여 증발가스는 가스소각기에서 소각시킬 수 있도록 하여 효용성을 높인 효과를 가진다.

액화천연가스 운반선, 저장탱크, 고압컴프레서, 저압컴프레서

Description

액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템{FUEL GAS SUPPLY SYSTEM OF LNG CARRIER}

본 발명은 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이중의 연료를 사용하는 엔진에서 엔진 로드에 따라 요구되는 고압의 연료가스를 공급함에 있어서 연료 효율이 뛰어나고, 연료기름과 연료가스의 혼합 가용성이 우수한 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.

전 세계에 분포된 천연가스 생산지에서는 많은 양의 천연가스(주로 메탄)가 생산된다. 이렇게 생산된 천연가스가 생산지에서 소비지까지 손쉽게 운반될 수 있다면, 석유의 부족으로 인해 에너지부족을 염려하는 현재 실정에서 천연가스는 매우 유용한 대체 에너지로서 자리할 수 있을 것이다.

만일 천연가스의 생산지가 이의 소비지와 인접해 있는 경우라면, 수중 또는 지상으로 설치된 파이프 라인을 통하여 손쉽게 운송 되어질 수 있다. 그러나 이와 달리 천연가스의 생산지와 이의 소비지가 서로 먼 거리상에 위치하는 경우에는 상기와 같은 파이프 라인을 이용할 수 없으므로, 별도의 운반수단을 고려해야만 한다.

일반적으로 소비지와 떨어진 원격지 상에서 생산된 천연가스는 선박에 의해 운반 되어지는게 보편적이다. 즉, 생산지의 가스전서 채취된 천연가스가 선박에 적재되고, 선박에 의해서 소비지까지 운송된 후 하역된다. 이때, 천연가스는 선박에 적재되기 전 액화되는 과정을 통하여 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)의 형태로 만들어진다.

액화천연가스란 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 1 기압(atm) 하에서 대략 -163℃ 이하로 온도 하강시킨 것으로, 채취된 기체상태의 천연가스를 액체상태로 상변화시킨 것을 말한다. 이러한 액화천연가스의 부피는 기체상태의 천연가스에 비해 1/600 정도이며, 비중은 0.42로 기체상태의 천연가스에 비해 절반 정도 되는 특징을 가진다. 이러한 특징에 기인하여 천연가스는 액화천연가스의 형태로 만들어진 후 선박에 적재되어 운반되는데, 더 많은 양의 천연가스가 한번에 운반될 수 있게 된다.

이렇게 선박에 의해 소비지까지 운반된 액화천연가스는 다시 연료로서 사용할 수 있는 형태, 즉 천연가스로 만들어져야 하는데, 이러한 과정을 액화천연가스의 재기화(Regasification) 과정이라 한다.

이때, 이러한 소비지가 천연가스를 꾸준히 사용하는 곳이라면, 소비지 또는 그 인근 육상에 액화천연가스를 재기화시키는 별도의 시설물들을 건설하여도 무방하다. 그러나 이와 달리 일시적인 또는 계절적인 요인으로 인하여 천연가스를 필요로 하는 소비지에는 상기와 같은 별도의 재기화 시설물을 건설하는 것이 비경제적이다.

이러한 이유로 최근에는 선박 내에 장착할 수 있는 재기화장치에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.

도 1은 종래의 스팀터빈추진 액화천연가스운반선의 재기화 시스템을 도시한 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스팀터빈추진 액화천연가스운반선의 재기화 시스템은 액화천연가스를 저장하는 저장 탱크(1, Cargo Tank)와, 저장 탱크(1)로 부터 가스를 공급받아 압축시키는 컴프레서(3, Compressor)와, 컴프레서(3)에 연결된 가스 차단밸브(5)와, 컴프레서(3)를 통과한 가스를 이용하여 고온의 스팀을 생성하는 보일러(7)와, 스팀을 이용하여 동력을 생성시키는 터빈(9, Turbine)과, 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기(13)와, 스팀을 이용하여 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키는 재기화 장치(15, Regasification Plant) 및 터빈(9)으로부터 동력을 전달받아 선박을 추진시키는 프로펠러(11)를 포함한다.

이러한 스팀터빈추진 액화천연가스운반선에는 반드시 보일러(7)가 구비되어 있으며, 이러한 보일러(7)에서 생성된 대량의 스팀으로 터빈(9)과, 발전기(13)와, 재기화 장치(15) 모두를 가동시키게 된다. 즉, 터빈(9)은 스팀에 의해 구동되어 프로펠러(11)를 회전시키며, 발전기(13)는 스팀에 의해 구동되어 선박의 상용전력을 발생시키며, 재기화 장치(15)는 스팀의 고온을 이용하여 액화천연가스를 천연가스로 재기화시킨다.

그러나 이와 같은 종래의 스팀터빈추진 액화천연가스운반선은 소음이 심하고, 그 크기 또한 거대하여 화물창, 즉 액화천연가스를 보관할 저장 탱크의 영역이 좁아지는 단점이 있었다. 이러한 이유로 최근 등장하게 것이 전기추진방식의 액화 천연가스 운반선이다. 전기추진방식의 액화천연가스운반선은 스팀터빈추진 액화천연가스운반선에 비해 소음이 적고, 그 크기 또한 작으며, 친환경적이라는 장점이 있다.

도 2는 종래에 이중연료사용엔진의 추진장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 2에 도시된 것과 같이, 저장탱크(10)와, 저장탱크(10)내에서 자연 발생된 증발가스(BOG)를 압축하도록 설치되는 고압컴프레서(12)와, 압축된 증발가스와 연료 오일(fuel oil)중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 가동되는 이중연료엔진(14)을 포함한다.

여기서 고압컴프레서(12)는 두 대가 설치되나, 하나에서 전량의 증발가스를 압축하며, 다른 하나는 고장이나 기타 상황을 대비한 예비용이다.

그리고 압축된 증발가스가 이중연료엔진(14)으로 공급되는 배관상에는 가스소각기(18)가 장착될 수 있는데, 가스소각기(18)는 생성된 증발가스의 공급량이 이중연료엔진(14)에서 필요한 수요량 보다 과다할 경우 이를 소각시켜 잉여 증발가스로 인한 위험을 방지하고자 하는 장치이다.

그러나, 자연 발생하는 증발가스를 전량 처리할 수 있는 고압컴프레서(12)는 그 가격이 만만치 않으며, 더욱이 두 개를 사용함으로써 경제적면에서 선주들이 부담을 느끼게 된다. 또한, 종래의 고압컴프레서(12)는 크기도 커서 설치 공간을 많이 차지하고, 진동도 커서 사용에 큰 부담을 주는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 증발가스를 배분하여 각각 처리할 수 있는 두 대의 고압컴프레서와 증발가스를 소각하기 위해 사용되는 한 대의 저압컴프레서를 설치함으로써, 용량이 낮아진 고압컴프레서는 가격이 저렴하며, 크기가 작아 설치 공간이 축소되고, 진동도 감소될 수 있는 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는 저압컴프레서의 이상시 두 대의 고압컴프레서에서 배분된 증발가스를 압축하고 잉여 증발가스는 가스소각기에서 소각시킬 수 있도록 하여 효용성을 높인 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템에 있어서, 액화천연가스를 저장하는 저장탱크와, 저장탱크로부터 이어지는 배관상에 설치되어 공급받은 증발가스를 배분하여 압축시키는 두 대의 고압컴 프레서와, 고압컴프레서에서 압축된 증발가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 가동되는 연료엔진과, 배관 상에 설치되어 잉여 증발가스를 소각하기 위한 가스소각기와, 가스소각기로 보내지는 증발가스를 전량 압축시킬 수 있는 저압컴프레서를 포함하는 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템을 제공한다.

그리고 바람직하게 저압컴프레서의 이상 시 상기 두 대의 고압컴프레서에서 분배된 증발가스를 압축하고 동시에 잉여 증발가스는 가스소각기에서 소각이 이루어질 수 있도록 하였다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템에 따르면, 증발가스를 배분하여 각각 처리할 수 있는 두 대의 고압 컴프레서와 증발가스를 소각하기 위해 사용되는 한 대의 저압 컴프레서를 설치함으로써, 용량이 낮아진 고압 컴프레서는 가격이 저렴하며, 크기가 작아 설치 공간이 축소되고, 진동도 감소될 수 있는 효과가 있다. 또한, 저압 컴프레서의 이상시 두 대의 고압 컴프레서에서 배분된 증발가스를 압축하고 잉여 증발가스는 가스소각기에서 소각시킬 수 있도록 하여 효용성을 높인 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 용 어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템의 구성도이다.

도 3에 도시된 액화천연가스 운반선의 고압연료가스 공급시스템은, 액화천연가스를 저장하는 저장탱크(100)와, 증발가스를 압축하는 고압컴프레서(110)와, 연료를 공급받아 가동되는 연료엔진(120)과, 잉여 증발가스를 소각하는 가스소각기(150)와, 가스소각기(150)로 압축 가스를 보내는 저압컴프레서(140)로 구성된다.

본 발명의 특징에 따른 배관(102)상에 설치되는 두 대의 고압컴프레서(110)는, 증발가스를 각각 배분하여 처리할 수 있도록 용량과 크기가 축소된 컴프레서로서, 가격도 저렴하다.

바람직하게 두 대의 고압컴프레서(110)에서 각각 50%씩 처리가 이루어진다.

그리고 고압컴프레서(110)의 전단 배관(102)상에 설치되는 저압컴프레서(140)는, 잉여 증발가스를 100% 처리할 수 있다.

한편, 두 대의 고압컴프레서(110)는 저압컴프레서(140)의 이상시 한 대에서는 증발가스를 압축하고, 동시에 다른 한 대에서는 가스소각기(150)를 통하여 잉여 증발가스를 소각시킬 수 있도록 사용된다.

이와 같은 구조로 이루어진 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

다시 도 3을 참고하면, 기체상태의 천연가스는 극저온으로 액화되어 대기압(1.013bar)로 저장탱크(cargo tank:100)에 저장된다. 하지만 액화천연가스의 수송중 지속되는 외부로부터의 열전달로 인하여 증발가스(BOG)가 발생하며 이는 저장탱크(100)의 압력 상승 요인으로 작용한다. 따라서 저장탱크(100)를 대기압 수준으로 일정하게 유지되도록 하기 위하여 저장탱크(100)의 압력이 1.03bar 에 도달하면 미도시된 안전밸브가 열리고 증발가스가 배출된다.

이렇게 배출된 증발가스는 배관(102)을 통해 고압컴프레서(110)에 유입되고, 이때, 증발가스의 50%씩 나뉘어서 각각의 고압컴프레서(110)에서 증발가스를 150barA∼265barA로 압축하게 된다.

그리고 압축된 증발가스는 연료엔진(120)에서 가동 연료로 사용되어지며, 여기서 연료엔진(120)은 선택적으로 공급되는 연료 오일(fuel oil)로도 가동이 가능하다.

한편, 생성된 증발가스의 공급량이 연료엔진(120)에서 필요한 수요량 보다 과다할 경우 이를 가스소각기(150)에서 소각시키게 되는데, 가스소각기(150)에서 요구되는 압력으로 저압컴프레서(140)에서 잉여 증발가스 전량을 압축하여 보내게 된다.

더욱이 저압컴프레서(140)의 이상시 두 대의 고압컴프레서(110)가 엔진과 가스소각을 위해서 사용될 수 있도록 하여 증발가스 처리를 위한 한 대의 장비가 고장나더라도 언제든지 다른 장비가 작동되어 증발가스를 처리할 수 있도록 하였다.

따라서 본 발명에서의 고압컴프레서는 미도시된 피스톤 실린더 4개를 사용하 므로 장비 가격의 절감과 설치되는 공간 축소, 그리고 진동이 감속되어 경쟁력 있고, 선박에 장착시 현실성이 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템에 대한 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 재기화 기능을 갖는 스팀터빈추진 액화천연가스운반선의 구성도이고,

도 2는 종래에 이중연료사용엔진의 추진장치를 설명하기 위한 구성도이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 저장탱크 102 : 배관

110 : 고압컴프레서 120 : 연료엔진

140 : 저압컴프레서 150 : 가스소각기

Claims (3)

1. 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템에 있어서,

   액화천연가스를 저장하는 저장탱크와,

   상기 저장탱크로부터 이어지는 배관상에 설치되어 공급받은 증발가스를 배분하여 압축시키는 두 대의 고압컴프레서와,

   상기 고압컴프레서에서 압축된 증발가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 가동되는 연료엔진과,

   상기 배관 상에 설치되어 잉여 증발가스를 소각하기 위한 가스소각기와,

   상기 가스소각기로 보내지는 상기 증발가스를 전량 압축시킬 수 있는 저압컴프레서

   를 포함하는 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 저압컴프레서의 이상 시 상기 두 대의 고압컴프레서에서 분배된 증발가스를 압축하고 동시에 잉여 증발가스는 상기 가스소각기에서 소각이 이루어질 수 있도록 하는 액화천연가스 운반선의 연료가스 공급시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고압컴프레서에서는 증발가스를 150barA∼265barA로 압축하는 액화천연 가스 운반선의 연료가스 공급시스템.

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