KR20100047387A - 증발가스 처리 장치와 이를 이용한 액화천연가스 운반선 - Google Patents

증발가스 처리 장치와 이를 이용한 액화천연가스 운반선 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증발가스 처리 장치와 이를 이용한 액화천연가스 운반선에 관한 것으로서, 카고 탱크의 증발가스가 배출되는 배출 라인에 연결되는 압축 탱크와, 배출 라인으로부터 압축 탱크로 증발가스의 공급을 개폐시키는 회수 밸브와, 회수 밸브의 개방에 의해 공급되는 증발가스를 압축 탱크에 압축시키는 압축기를 포함한다. 따라서, 본 발명은 카고 탱크로부터 발생되어 남아도는 증발가스를 회수하여 저장함으로써 증발가스의 활용도를 높이도록 함과 아울러 에너지 절약에 기여하고, 회수된 증발가스의 저장을 위해 큰 공간을 필요로 하지 않음으로써 액화천연가스 운반선 내의 공간 활용도를 높이며, 증발가스의 회수를 용이하도록 하는 효과를 가진다.
카고 탱크, 증발가스, 회수 밸브, 압축기, 체크 밸브, 압력 센서, 농도 센서

Description

증발가스 처리 장치와 이를 이용한 액화천연가스 운반선{BOIL OFF GAS TREATMENT APPARATUS AND LNG CARRIER USING THE SAME}
본 발명은 카고 탱크로부터 발생되어 남아도는 증발가스를 회수하여 저장함으로써 증발가스의 활용도를 높이도록 하는 증발가스 처리 장치와 이를 이용한 액화천연가스 운반선에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스는 생산되는 지역으로부터 소비되는 지역으로 파이프라인에 의해 수송된다. 그러나 생산이 수요를 초과하는 나라에서는 많은 양의 천연가스가 남을 것이고, 수요가 공급보다 초과하는 지역으로 천연가스를 수송할 수 있는 효율적인 방법이 없다면 에너지의 수요와 공급에 대한 불균형이 점차 확대될 것이다.
이러한 천연가스의 보관 및 수송을 용이하게 하기 위하여 천연가스를 액화시키는데, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)는 천연가스를 비등점(주위 압력에서 -259℉) 이하로 냉각시켜서 만들어지고, 가스 상태에서 천연가스의 동일한 양이 차지하는 부피의 약 1/600만으로 부피가 감소된다.
액화천연가스 운반선은 연료 오일 이외에 카고 탱크(Cargo tank)에서 자연 기화되는 증발가스(Boil off gas, BOG)를 엔진에 흡입하여 엔진을 구동시키는 듀얼 퓨얼(Dual fuel) 추진방식 또는 가스 터빈(Gas turbine) 추진방식이 적용되는 경우 경유(Diesel oil), 중유(Heavy oil), 천연가스를 연료로서 사용할 수 있다. 이 때, 액화천연가스 운반선에서 증발가스를 엔진뿐만 아니라 보일러 등에 연료로서 사용할 수 있으며, 자연 기화되는 증발가스가 부족한 경우 재기화 장치의 구동에 의해 강제로 액화천연가스를 기화시켜서 연료로 사용하며, 자연 기화되는 증발가스가 과다한 경우 증발가스를 공기 중으로 방출시키거나 가스 소각 장치(Gas combustion unit, GCU)에 의해 소각시킨다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 액화천연가스 운반선은 자연 발생되거나 강제 발생되는 증발가스를 연료로 사용하게 됨으로써 하역 지점에서는 운송 전에 비하여 화물량이 감소될 수밖에 없으며, 자연 기화되는 증발가스를 연료로 사용하기에 과다하여 공기 중으로 방출시키거나, 소각시키는 경우 비경제적이라는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 이러한 문제를 해결하기 위하여 증발가스의 잉여 부분을 재액화시키는 경우 고가의 재액화 장치를 필요로 하고, 기화된 천연가스의 양을 보상하기 위하여 카고 탱크를 확장 설계하는 경우 발화성 화물의 안전성 관련 규정을 준수하는데 어려움을 초래하고, 액화천연가스 운반선의 건조 비용에 많은 비용이 소요되는 다른 문제점을 야기시킨다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 카고 탱크로부터 발생되어 남아도는 증발가스를 압축하여 저장함으로써 증발가스의 활용도를 높이도록 하며, 이로 인해 에너지 절약에 기여하도록 한다.
본 발명에 따른 증발가스 처리 장치는, 액화천연가스 운반선의 카고 탱크로부터 발생되는 증발가스를 회수하는 장치로서, 카고 탱크의 증발가스가 배출되는 배출 라인에 연결되는 압축 탱크와, 배출 라인으로부터 압축 탱크로 증발가스의 공급을 개폐시키는 회수 밸브와, 회수 밸브의 개방에 의해 공급되는 증발가스를 압축 탱크에 압축시키는 압축기를 포함한다.
본 발명에 따른 액화천연가스 운반선은, 카고 탱크의 증발가스가 배출되는 배출 라인에 연결되는 압축 탱크와, 배출 라인으로부터 압축 탱크로 증발가스의 공급을 개폐시키는 회수 밸브와, 회수 밸브의 개방에 의해 공급되는 증발가스를 압축 탱크에 압축시키는 압축기를 포함하는 증발가스 처리 장치를 가진다.
본 발명은 카고 탱크로부터 발생되어 남아도는 증발가스를 회수하여 저장함으로써 증발가스의 활용도를 높이도록 함과 아울러 에너지 절약에 기여하고, 회수된 증발가스의 저장을 위해 큰 공간을 필요로 하지 않음으로써 액화천연가스 운반선 내의 공간 활용도를 높이며, 증발가스의 회수를 용이하도록 하는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 증발가스 처리 장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 증발가스 처리 장치(100)는 액화천연가스 운반선의 카고 탱크(Cargo tank; 210)로부터 발생되는 증발가스(Boil off gas)를 회수하여 활용하도록 하는 장치로서, 증발가스가 압축에 의해 저장되는 압축 탱크(110)와, 카고 탱크(210)로부터 압축 탱크(110)로 증발가스의 공급을 개폐시키는 회수 밸브(120)와, 증발가스를 압축 탱크(110)에 압축시키는 압축기(130)를 포함한다.
압축 탱크(110)는 카고 탱크(210)에서 발생되는 증발가스가 배출되는 배출 라인(211)에 연결되고, 증발가스를 고압으로 압축시켜서 기체 상태로 저장되도록 하며, 증발가스의 압축에 충분히 견디는 구조를 가지거나 재질로 이루어지고, 일 예로 실린더(Cylinder) 형태의 압축가스 저장수단이 사용된다.
압축 탱크(110)는 배출 라인(211)에 연결되는 회수 라인(140)을 통해서 연결되는데, 다수로 이루어짐으로써 선택적으로 또는 동시에 증발가스가 압축에 의해 저장되도록 함으로써 각각이 증발가스의 저장을 분담하도록 할 수 있으며, 이를 위해 회수 라인(140)의 분기된 끝단, 즉 분기단(141)에 각각 연결된다.
분기단(141) 각각에는 압축 탱크(110)에 압축 저장된 증발가스를 반대로 배출시켜서 활용하지 않는 한, 압축 탱크(110)에 저장된 증발가스가 역으로 배출되어 손실되지 않도록 체크 밸브(142)가 설치될 수 있다.
압축 탱크(110)는 선체(220)에서 활용되지 아니한 공간에 설치되고, 일 예로서 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 선체(220)에서 카고 탱크(210)와 엔진 룸(230) 사이의 공간에 측방향으로 배열되도록 설치될 수 있으며, 이 경우 카고 탱크(210) 최후방 격벽과 엔진 룸(230)의 최전방 격벽 사이에 설치되고, 다른 실시예로서 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 선체(220)의 데크(Deck; 240)에 배열되도록 설치될 수도 있고, 이 경우 선실 최전방 격벽 앞의 데크(240) 상에 설치되어 가급적 엔진 룸(230)에 가깝게 위치되도록 할 수 있다.
회수 밸브(120)는 배출 라인(211)으로부터 압축 탱크(110)로 공급되는 증발가스의 공급을 개폐시키기 위한 것으로서, 증발가스의 이동 경로를 개폐시킬 뿐만 아니라 증발가스의 공급량을 조절할 수 있는 유량 조절 밸브로 구성될 수도 있다.
압축기(130)는 회수 밸브(120)의 개방에 의해 배출 라인(211)에 연결된 회수라인(140)을 통해서 공급되는 증발가스를 압축 탱크(110)에 압축시킨다.
회수 밸브(120) 및 압축기(130)는 압축 탱크(110)가 다수로 이루어지는 경우 압축 탱크(110)의 개수에 상응하는 개수로 이루어져서 회수 라인(140)의 분기단(141) 각각에 설치될 수 있는데, 압축기(130)의 경우 단일로 이루어짐으로써 회수 라인(140)에서 압축 탱크(110) 각각으로 공급되는 증발가스가 공통적으로 통과하는 부위에 설치될 수도 있다.
본 발명에 따른 증발가스 처리 장치(100)는 증발가스의 회수를 용이하도록 하기 위하여 감지 수단(150)과 제어부(160)를 더 포함한다.
감지 수단(150)은 증발가스의 압력과 농도 중 어느 하나 또는 이들 모두를 감지하여 감지신호로 출력한다.
감지 수단(150)은 카고 탱크(210) 내측에서 액화천연가스가 도달하지 아니하는 공간에 설치되는 압력 센서(151) 또는 농도 센서(152)이거나, 본 실시예에서처럼 이러한 압력 센서(151) 및 농도 센서(152)의 조합으로 이루어질 수 있다.
압력 센서(151)는 카고 탱크(210) 내측의 증발가스 압력을 측정함으로써 감지신호를 제어부(160)로 출력한다. 이 때, 증발가스의 압력이라 함은 압력 센서(151)가 설치되는 공간 내에서 증발가스가 함유되는 기체의 압력을 포함하는 의미이다.
농도 센서(152)는 카고 탱크(210) 내측의 증발가스 농도를 측정함으로써 감지신호를 제어부(160)로 출력한다.
압력 센서(151) 및 농도 센서(152)는 압축 탱크(110)에 저장되기 전의 증발가스 압력 및 농도를 각각 측정하기 위하여 회수 라인(140)뿐만 아니라 배출 라인(211) 등에도 설치될 수 있다.
제어부(160)는 감지 수단(150)의 감지신호를 수신받아 회수 밸브(120) 및 압축기(130)를 각각 제어한다.
제어부(160)는 압력 센서(151)로부터 출력되는 증발가스의 압력이 설정된 압력 이상이거나, 농도 센서(152)로부터 출력되는 증발가스의 농도가 설정된 농도 이 상인 경우 카고 탱크(210) 내측에 존재하는 증발가스의 양이 연료로 사용되지 않는 경우는 물론 연료로 사용되는 경우에 과다하다고 판단하여 회수 밸브(120)의 개방 및 압축기(130)의 구동에 의해 카고 탱크(210) 내의 증발가스를 배출 라인(211) 및 회수 라인(140)을 거쳐서 압축 탱크(110)에 압축 저장되도록 한다.
제어부(160)는 본 실시예에서처럼 압력 센서(151)와 농도 센서(152)가 함께 마련되는 경우 압력 센서(151)에 의해 측정된 압력과 농도 센서(152)에 의해 측정된 농도 중에서 어느 하나가 설정된 값 이상인 경우에 증발가스가 압축 탱크(110)에 저장되도록 할 수 있으며, 이와 달리, 압력 센서(151)에 의해 측정된 압력과 농도 센서(152)에 의해 측정된 농도 모두가 설정된 값 이상인 경우에 증발가스가 압축 탱크(110)에 저장되도록 할 수도 있다.
본 발명에 따른 액화천연가스 운반선(200)은 본 발명에 따른 증발가스 처리 장치(100)를 가지며, 이러한 증발가스 처리 장치(100)에 대해서 이미 상세히 설명하였으므로 그 설명을 생략하기로 하겠다.
한편, 본 발명에 따른 액화천연가스 운반선(200)은 카고 탱크(210)로부터 자연적 또는 강제적으로 발생되는 증발가스를 배출 라인(211)을 통해서 엔진(231)으로 공급함으로써 추력을 얻기 위한 연료로 사용되도록 하고, 이 뿐만 아니라 카고 탱크(210)로부터 발생되는 증발가스를 보일러(Boiler) 등의 연료로 사용되도록 할 수도 있으며, 배출 라인(211)에 증발가스의 공급을 개폐시키기 위한 밸브(212)와 증발가스를 원하는 압력으로 유지시켜 공급하기 위한 레귤레이터(Regulator; 213)가 설치된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 증발가스 처리 장치와 이를 이용한 액화천연가스 운반선의 작용을 설명하면 다음과 같다.
카고 탱크(210)로부터 자연적으로 발생되거나, 재기화 장치 등에 의해 강제적으로 발생되는 증발가스는 배출 라인(211)을 통해서 엔진(231) 또는 보일러(미도시) 등의 장치로 공급됨으로써 연료로 사용된다.
증발가스가 연료로 사용되는 경우나 연료로 사용되지 않는 경우에 압력 센서(151)와 농도 센서(152)에 의해 각각 측정되는 증발가스의 압력과 농도 중 어느 하나 또는 이들 모두가 설정된 값 이상인 경우 회수 밸브(120)의 개방 및 압축기(130)의 구동에 의해 카고 탱크(210) 내의 증발가스가 압축 탱크(110)에 압축되어 저장되도록 한다.
이 때, 제어부(160)는 다수의 압축 탱크(110) 모두에 증발가스가 동시에 저장되도록 하거나, 압축 탱크(110) 각각에 순차적으로 저장되도록 회수 밸브(120) 및 압축기(130)를 제어할 수 있으며, 압축 탱크(110)에 증발가스를 압축 저장시키는 과정은 압력 센서(151)와 농도 센서(152)에 의해 각각 측정되는 증발가스의 압력과 농도 중 어느 하나 또는 이들 모두가 설정된 값 미만인 경우까지 계속되며, 회수 밸브(120)가 유량 조절 밸브인 경우 압력 센서(151)와 농도 센서(152)에 의해 각각 측정되는 증발가스의 압력과 농도 중 어느 하나 또는 모두가 설정된 값에 도달할수록 회수 밸브(120)의 개폐 정도를 크게 또는 작게 변화시킬 수 있다.
압축 탱크(110)에 증발가스가 압축되어 저장을 마치면, 압축 탱크(110)는 설치된 장소로부터 분리되어 증발가스를 제품화하여 판매될 수 있도록 하거나, 내측 에 저장된 증발가스를 액화천연가스 운반선(200) 내에서 필요로 하는 연료로 활용할 수 있도록 한다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 카고 탱크로부터 발생되어 남아도는 증발가스를 회수하여 카고 탱크와는 별개로 이루어지는 압축 탱크에 저장함으로써 증발가스를 방출 또는 소각시키거나 재액화할 필요가 없기 때문에 증발가스의 활용도를 높이도록 함과 아울러 에너지 절약에 기여하고, 압축 탱크를 선체에서 사용하지 않는 공간에 설치되도록 함으로써 회수된 증발가스의 저장을 위해 큰 공간을 필요로 하지 않아 액화천연가스 운반선 내의 공간 활용도를 높이며, 증발가스의 압력이나 농도 또는 이들 모두를 통해서 증발가스의 회수 시점을 자동으로 판단하도록 함으로써 증발가스의 회수를 용이하도록 한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 증발가스 처리 장치를 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액화천연가스 운반선을 도시한 측단면도이고,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액화천연가스 운반선을 도시한 평단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액화천연가스 운반선을 도시한 측면도이고,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액화천연가스 운반선을 도시한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 압축 탱크 120 : 회수 밸브
130 : 압축기 140 : 회수 라인
141 : 분기단 142 : 체크 밸브
150 : 감지 수단 151 : 압력 센서
152 : 농도 센서 160 : 제어부
210 : 카고 탱크 211 : 배출 라인
212 : 밸브 213 : 레귤레이터
220 : 선체 230 : 엔진 룸
231 : 엔진 240 : 데크

Claims (8)

  1. 액화천연가스 운반선의 카고 탱크로부터 발생되는 증발가스를 회수하는 장치로서,
    상기 카고 탱크의 증발가스가 배출되는 배출 라인에 연결되는 압축 탱크와,
    상기 배출 라인으로부터 상기 압축 탱크로 증발가스의 공급을 개폐시키는 회수 밸브와,
    상기 회수 밸브의 개방에 의해 공급되는 증발가스를 상기 압축 탱크에 압축시키는 압축기
    를 포함하는 증발가스 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 탱크는,
    선체에서 상기 카고 탱크와 엔진 룸 사이에 설치되는 증발가스 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 탱크는,
    선체의 데크 상에 설치되는 증발가스 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 탱크는,
    상기 배출 라인에 연결되는 회수 라인의 분기된 끝단에 각각 연결되도록 다수로 이루어지는 증발가스 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회수 라인의 분기된 끝단 각각에 상기 압축기 및 상기 회수 밸브가 설치되는 증발가스 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    증발가스의 압력과 농도 중 어느 하나 또는 이들 모두를 감지하여 감지신호로 출력하는 감지수단과,
    상기 감지수단의 감지신호를 수신받아 상기 회수 밸브 및 상기 압축기를 각각 제어하는 제어부
    를 포함하는 증발가스 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 감지수단은,
    상기 카고 탱크 내측에 설치되는 압력 센서 또는 농도 센서이거나, 상기 압력 센서 및 상기 농도 센서로 이루어지는 증발가스 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 기재된 증발가스 처리 장치를 가지는 액화천연가스 운반선.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101291131B1 (ko) * 2011-05-13 2013-08-01 삼성중공업 주식회사 부유식 액화천연가스 생산저장설비 선박의 탑 사이드 테스트 방법
KR20160091785A (ko) * 2015-01-26 2016-08-03 대우조선해양 주식회사 부유식 액화천연가스 생산저장하역시설
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