KR20100112857A

KR20100112857A - Ｌｎｇ가 저장되는 해상 부유 구조물과 ｌｎｇ 증발 가스의 배출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100112857A
Application number: KR1020090031360A
Authority: KR
Inventors: 조봉현; 윤상찬; 조남장; 이신구; 이진웅; 정회민
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-10-20

Abstract

여기에서는 복수의 LNG 탱크들과, 과도한 압력의 증발 가스를 LNG 탱크들로부터 대기로 배출시키는 증발 가스 배출장치를 포함하는 해상 부유 구조물이 개시된다. 개시된 증발 가스 배출장치는, LNG 탱크들 각각에 연결되는 복수의 지류라인들과, 복수의 지류라인들 각각에 설치되며, 증발 가스의 과도한 압력에 의해 지류라인들 각각의 유로를 개방하는 안전 밸브들과, 복수의 지류라인들과 공통적으로 만나며, 대기중의 임의의 위치로 증발 가스의 배출을 허용하는 합류라인을 포함한다.

LNG 탱크, 증발 가스, 배출장치, 해상 부유 구조물, LNG FPOS, 지류라인, 합류라인

Description

ＬＮＧ가 저장되는 해상 부유 구조물과 ＬＮＧ 증발 가스의 배출 장치 및 방법{FLOATING OFFSHORE STRUCTURE WITH LNG STORED THEREIN, AND METHOD AND APPARATUS LNG VAPOR GAS}

본 발명은 LNG 탱크들을 갖는 해상 부유 구조물에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 증발 가스에 의한 LNG 탱크의 과도 압력 상승 및 그에 의한 위험을 방지하는 증발 가스 배출장치 및 배출방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, LNG의 생산, 저장 및 하역을 모두 할 수 있는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading) 개념의 해양 구조물에 잘 부합된다.

액화천연가스(LNG; liquefied natural gas)는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

이전에는, 수송 기능만을 갖는, 즉, LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하는 일반 LNG 수송선이 대부분이었지만, 그 뒤, 본 발명의 출원인에 의해 최초 건조된 LNG RV(Regasification Vessel), 즉, 일반 LNG 수송선이나, 마찬가지로 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재 기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)와 같이 새로운 기능이 추가된 선박 또는 해양 부유 구조물에 대한 관심이 많아지고 있다.

최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같이, 기본적인 LNG 저장 기능 외에 더 많은 기능이 추가된 해상 부유 구조물에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.

특히, LNG FPSO는 천연가스의 생산 설비 및 액화 설비, 그리고, 그로부터 얻은 LNG를 저장하는 LNG 탱크들, 그리고, LNG를 수송선 또는 육상으로 하역하기 위한 하역 설비를 포함하는 개념의 해양 부유 구조물이다. 따라서, LNG FPSO는 해양의 가스정에서 천연가스를 추출하고, 그 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 LNG 탱크들 내에 저장하고, 필요시 이 LNG 탱크들 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨 실을 수 있다.

LNG 수송선과 달리, LNG FPSO는 LNG 탱크들 내 증발 가스에 의한 과도한 압력 상승 및 그에 따른 위험에 철저히 대비하여야 한다. 그 이유는, 일반 LNG 수송선의 경우 LNG 탱크가 정해진 양의 LNG를 저장하면 되지만, LNG FPSO의 경우, LNG 탱크들 각각으로의 LNG 유입 및 배출이 지속적으로 이루어지고, 그에 따른, LNG 탱크들 내부의 압력 변화도 크기 때문이다. 또한, LNG FPOS는, LNG 탱크들 중에서 일부를 선택하여 LNG를 비우고 다시 채우는 공정이 해상에서 계속 일어날 수 있으므로, LNG 탱크들 간의 관계도 고려되어야 한다.

LNG 탱크들을 포함하는 LNG FPSO 등의 해양 부유 구조물에 있어서, LNG 탱크들 중 적어도 하나에 과도한 압력이 발생한 경우, 안전 밸브의 개방을 통해 LNG 탱크의 증발 가스를 외부로 배출하여야 필요성이 있다. 그러나, LNG FPSO와 같은 해상 부유 구조물은, 데크 상부에 천연가스 및/또는 LNG의 처리를 위한 많은 설비들이 배치되어 있으므로, 그 설비들에 의해 증발 가스를 배출할 수 있는 공간에 많은 제약이 따를 것이다.

따라서, 본 발명의 하나의 기술적 과제는, 여러 루트로 여러 LNG 탱크들 각각의 과도 압력에 의한 개방을 허용하되, 여러 LNG 탱크들 중 적어도 하나에서 나온 증발 가스를 하나의 루트로 대기중에 배기할 수 있도록 구성됨으로써, LNG FPSO와 같이 데크 상부에 유휴 영역 또는 안전 영역이 적은 해양 부유 구조물에 특히 잘 부합되는 증발 가스 배출장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 여러 루트로 여러 LNG 탱크들 각각의 과도 압력에 의한 개방을 허용하되, 여러 LNG 탱크들 중 적어도 하나에서 나온 증발 가스를 하나의 루트로 대기중에 배기하는 방식을 이용하여, LNG FPSO와 같이 데크 상부에 유휴 영역 또는 안전 영역이 적은 해양 부유 구조물에 특히 잘 부합되는 증발 가스 배출방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 해상 부유 구조물은 복수의 LNG 탱크와 증발 가스 배출장치를 포함한다. 상기 증발 가스 배출장치는, 상기 LNG 탱크들 각각에 연결되 는 복수의 지류라인들과, 상기 복수의 지류라인들 각각에 설치되며, 증발 가스의 과도한 압력에 의해 상기 지류라인들 각각의 유로를 개방하는 안전 밸브들과, 상기 복수의 지류라인들과 공통적으로 만나며, 대기중의 임의의 위치로 상기 증발 가스의 배출을 허용하는 합류라인을 포함한다.

이때, 상기 해상 부유 구조물은 천연가스의 생산 설비와 액화 설비를 더 포함하는 FPSO인 것이 바람직하다. 이때, 상기 천연가스의 생산 설비와 액화 설비가 데크 상부에 배치되며, 상기 합류라인은 상기 생산 설비와 액화 설비를 피해 안전 영역(safety area)까지 이어진다.

바람직하게는, 상기 안전 밸브들 각각은 미리 설정된 압력 직하에서 해당 유로를 개방하는 릴리프 밸브일 수 있다. 그리고, 상기 증발 가스 배출 장치는 상기 지류라인들 중 해당 지류라인이 개방된 때, 해당 지류라인을 통해 다른 LNG 탱크로부터의 압축가스가 역류되어 흐르는 것을 차단하는 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 지류라인들 각각은 상기 해상 부유 구조물에 있는 모든 LNG 탱크들에 연결되고, 상기 모든 LNG 탱크들과 연결된 모든 지류라인들이 상기 합류라인과 공통적으로 만나는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따라, 복수의 LNG 탱크들을 포함하는 해상 부유 구조물에 설치되며, 과도한 압력에 의해 상기 LNG 탱크들 중 적어도 하나로부터 나온 증발 가스를 상기 LNG 탱크들과 연결된 지류라인들 중 적어도 하나의 지류라인과, 상기 지류라인들과 공통적으로 만나는 하나의 합류라인을 이용해 외부로 배출시키도록 구성된 해상부유 구조물의 LNG 증발 가스 배출장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 복수의 LNG 탱크들을 포함하는 해상 부유 구조물에서, 과도한 압력에 의해 상기 LNG 탱크들 중 적어도 하나로부터 나온 증발 가스를 상기 LNG 탱크들과 연결된 지류라인들 중 적어도 하나의 지류라인과, 상기 지류라인들과 공통적으로 만나는 하나의 합류라인을 이용해 외부로 배출시키는 해상 부유 구조물의 LNG 증발 가스 배출방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 복수의 LNG 탱크들을 구비한 해상 부유 구조물에서, 해당 LNG 탱크 내의 압력이 과도하게 상승할 때, 증발 가스 배출장치가 해당 LNG 탱크의 증발 가스를 대기중으로 배출시킴으로써, LNG 탱크들의 비정상적인 압력 상승 및 그에 따른 위험에 대처할 수 있다. 또한, 상기 증발 가스 배출장치는 LNG 탱크들에 대응되게 설치된 지류라인들을 복수로 구비하되, 그 지류라인들이 증발 가스를 대기중으로 배출시키는 하나의 합류라인에 통합되므로, LNG 증발 가스의 배출 라인 설치를 위한 데크 상부 공간의 효율적 이용이 가능하다. 이때, 상기 지류라인들 전부 또는 거의 대부분을 헐 측에 위치시키고 상기 합류라인의 전체 또는 거의 대부분을 데크 상부에 위치시킬 때, 공간 확보적인 측면에서 더욱 유리할 수 있다. 또한, 증발 가스가 배출되는 라인의 총 길이를 크게 줄일 수 있으므로, 자재비용의 절감 효과 또한 있다. 위와 같은 증발 가스 배출 장치는 데크 상부에 많은 설비들이 존재하는 해양 구조물, 특히, LNG FPOS에 매우 유리하게 적용될 수 있다. 합류라인이 복수의 LNG 탱크들에 연결된 지류라인과 연결됨에도 불구하고, 각 지류라인에 마련되는 차단 밸브(또는, 아이솔레이션(isolation valve))와 같은 수단을 이용 함으로써, 지류라인의 안전 밸브가 열리더라도, 역류, 즉, 다른 LNG 탱크(들)로부터 압축가스가 흘러들어가는 것을 막아줄 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1에는 본 발명의 설명을 위해, 본 발명에 잘 부합되는 해양구조물인 LNG FPSO가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, LNG FPSO(1)는 기본적으로 복수의 LNG 탱크(11)들을 구비하며, 그에 더하여, 천연가스의 생산 설비(22)와 액화 설비(21)를 포함한다. 상기 복수의 LNG 탱크(11)들은 헐(hull) 측에 위치하며, 상기 생산 설비(22)와 액화 설비(21)들은 데크 상부에 위치한다.

상기 LNG FPSO(1)는, 상기 생산 설비(22)가 해저 가스정(2)으로부터 채취된 정제되지 않은 천연가스를 처리하고, 액화 설비(21)가 생산 설비(22)를 거친 천연가스를 액화하여, 액화된 천연가스, 즉, LNG를 상기 복수의 LNG 탱크(11)들에 저장하도록 구성된다. 그리고, 상기 LNG FPSO(1)는 LNG 탱크(11)들에 저장되어 있는 LNG를 LNG 수송선으로 하역하는 역할도 할 수 있다.

상기 LNG 탱크(11)들은 그 내부의 LNG 증발 가스에 의해 압력이 상승하며, 과도한 압력 상승시 폭발 등의 큰 위험을 초래할 수 있다. 특히, LNG FPSO(1)는, 해상에서 생산 및 액화된 LNG가 LNG 탱크(11)들 내로 저장되는 구조이고, 필요에 따라 해상에서 다른 LNG 수송선으로 LNG를 하역하기 위해, 또는, LNG 탱크의 보수 유지를 위해, LNG 탱크를 비우는 것이 필요할 때가 있다. 이러한 LNG FPSO(1)의 본질적인 특성으로 인해, LNG 탱크(11)의 압력이 더욱 가변적이다. 따라서, LNG FPSO는 LNG 탱크(11) 내 압력을 적절한 압력 이하로 유지하는데 더욱 신중을 기해야 한다. LNG 저장 기능을 갖는 해상 부유 구조물, 특히, LNG FPSO는, 복수의 LNG 탱크(11)들 각각의 압력이 과도하게 상승하는 것을 막기 위해 이하에서 자세히 설명되는 것과 같은 증발 가스 배출장치를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG FPSO의 증발 가스 배출장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 증발 가스 배출장치는, LNG FPSO에 구비된 모든 LNG 탱크(11)들에 대하여, 과도 압력의 증발 가스를 외부로 배출시키도록 구성된다. 이를 위해, 상기 증발 가스 배출장치는, 상기 LNG 탱크(11)들 각각에 연결되는 복수의 지류라인(110)들과, 상기 복수의 지류라인(110)들과 공통적으로 만나는 하나의 합류라인(120)을 포함한다. 그리고, 상기 복수의 지류라인(110)들 각각에는 안전 밸브(114)들이 설치된다.

상기 안전 밸브(114)들 각각은 미리 설정된 압력 직하에서 지류라인(110)의 해당 유로를 개방하는 릴리프 밸브인 것이 바람직하다. 따라서, 해당 LNG 탱크(11) 내의 압력이 미리 설정된 임계 압력 직하 정도로 과도한 경우, 그와 직접 연결된 해당 지류라인(110) 상의 안전 밸브(114)가 그 지류라인(110)의 유로를 개방하게 된다. 이에 따라, 압력이 과도하게 커진 LNG 탱크(11) 내 증발 가스가 해당 지류라인(110)을 거쳐, 모든 지류라인(110)들이 공통적으로 만나는 합류라인(120) 내로 흐르고, 그 합류라인(120) 말단의 벤트 마스터(vent master; 미도시함)를 통해 대기중으로 배출된다. 본 실시예에서, 상기 과도한 압력이 0.25bar를 초과하는 압력이 상기 안전 밸브(114)가 0.25bar에서 상기 지류라인(110)의 유로를 개방하도록 되어 있지만, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

이때, 상기 합류라인(120)은, LNG FPSO의 데크 상부에 있는 많은 설비들(21, 22; 도 1 참조)을 피해, 안전 영역(safety area)까지 이어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 안전 영역은, 절대적인 안전 영역은 물론이고, 상대적으로 위험이 덜한 영역도 포함하는 의미로 이해되어야 할 것이다. 일 예로, 데크 상부 또는 그 주변에 합류라인(120)의 말단이 위치하는 영역보다 더 안전한 영역이 있다 하더라도, 여러 가지 조건 때문에, 상대적으로 덜 안전한 영역으로 합류라인(120)을 연장시키는 경우, 그와 같은 영역도 안전 영역으로 보아야 한다는 것이다. 본 명세서에서, 용어 '안전 영역'은 높이적으로 안전한 영역과, 평면적으로 안전한 영역을 모두 포함하는 의미로 이해되어야 할 것이다. 또한, 전술한 지류라인(110)들 각각의 전부 또는 거의 대부분을 헐(hull) 측에 배치하고, 상기 합류라인(120)의 전부 또는 거의 대부분은 데크 상부 측에 배치하는 것이 바람직하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2에는 상기 증발 가스 배출장치의 라인들(110, 120) 외에, 상기 LNG 탱크(11)들 각각에 가스 송출 라인(12)들이 설치된 구성이 보인다. 이 가스 송출 라인(12)들은 LNG 증발 가스를 다시 데크 상부의 액화 설비(22; 도 1참조)로 보낸다. 상기 가스 송출 라인(12)을 통해 액화 설비(21)로 보내진 LNG 증발 가스(또는, 천연가스)는 상기 액화 설비(21)에서 다시 재액화되어 LNG 상태로 상기 LNG 탱크(11)들 내로 회수된다. 상기 가스 송출 라인(12)은, LNG 탱크의 압력을 낮추는데 기여할 수 있지만, 이는 제한적일 수 밖에 없다. 따라서, 과도 압력의 LNG 증발 가스를 대기중으로 바로 내보내는 증발 가스 배출장치가 요구되는 것이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발 가스 배출장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 증발 가스 배출 장치는, 상기 지류라인(110)들 중 해당 지류라인(110)이 개방된 때, 해당 지류라인(110)을 통해 다른 LNG 탱크(11)로부터의 압축가스가 해당 LNG 탱크(11)로 역류되어 흐르는 것을 차단하는 수단을 더 포함한다. 상기 역류를 차단하는 수단은 LNG 탱크(11)와 상기 안전 밸브(114) 사이에서 지류라인(110)들 각각에 설치되는 차단 밸브(116)일 수 있다. 상기 차단 밸브(116)는, 지류라인(110)들 사이의 아이솔레이션을 위한 밸브로서, 평상시에는 열려 있지만, 상기 안전 밸브(114)가 지류라인(110)의 유로를 개방한 때에는 상기 지류라인(110)을 차단하도록 구성된다.

이때, 상기 차단 밸브(116)는, 압력 변화에 대응하여 자발적으로 유로를 개폐하는 구조이거나, 또는, 압력 감지 센서(미도시함)의 신호에 따른 제어장치(미도 시함)의 제어에 따라 유로를 개폐하는 동작이 전자적으로 이루어지는 구조일 수 있다. 그리고, 상기 차단 밸브(116)는, 단일 밸브일 수도 있지만, 복수의 밸브들이 전술한 역류를 차단하는 작용을 함께 수행하는, 즉, 한 그룹의 밸브들로 구성된 밸브 유닛일 수 있다.

도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 변형 가능한 다른 실시예들을 보여주는 도면들로서, 도 4의 (a)는 차단 밸브(116)가 안전 밸브(114)의 입구 측에 인접하게 배치된 증발 가스 배출장치를 보여주며, 도 4의 (b)는 차단 밸브(116)가 안전 밸브(114)의 출구 측에 인접하게 배치된 증발 가스 배출장치를 보여준다.

위에서 설명된 것과 같은 본 발명에 따른 증발 가스 장치를 이용하면, 복수의 LNG 탱크들을 포함하는 해상 부유 구조물(특히, FPSO)에서, 과도한 압력에 의해 LNG 탱크(11)들 중 적어도 하나로부터 나온 증발 가스를 상기 LNG 탱크(11)들과 연결된 지류라인(110)들 중 적어도 하나의 지류라인과, 상기 지류라인들과 공통적으로 만나는 하나의 합류라인(120)을 이용해 외부로 배출시키는 간단하면서도 안전한 방법에 의해 해상 부유 구조물에 설치된 LNG 탱크(11)들의 적정한 압력 관리가 가능하다.

본 발명은 위에서 자세히 설명한 LNG FPSO는 물론이고 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit), LNG 수송선, LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 다른 종류의 선박 및 해상 부유 구조물에도 적용될 수 있다. 다만, 본 발명은, 데크 상부가 천연가스의 생산 설비 및 액화 설비 등과 같은 많은 설비들로 가득 차고, LNG 탱크 내의 압력 변화가 상대적으로 큰 LNG FPSO에 적용되는 것이 특히 바람직하다.

이상과 같이, 예시된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 증발 가스 배출장치가 적용된 해상 부유 구조물의 일 예인 LNG FPSO를 도시시한 개념도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 해상 부유 구조물의 엘엔지 탱크들에 연결 설치되는 증발 가스 배출장치를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발 가스 배출 장치를 도시한 도면.

도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 변형 가능한 다른 실시예들을 설명하기 위한 도면들.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : LNG 탱크 12 : 가스 송출 라인

21: 액화 설비 22: 생산 설비

100: 증발 가스 배출장치 110: 지류라인

120: 합류라인 114: 안전 밸브

Claims

복수의 LNG 탱크들과, 과도한 압력의 증발 가스를 상기 LNG 탱크들로부터 대기로 배출시키는 증발 가스 배출장치를 포함하되, 상기 증발 가스 배출장치는,

상기 LNG 탱크들 각각에 연결되는 복수의 지류라인들과;

상기 복수의 지류라인들 각각에 설치되며, 증발 가스의 과도한 압력에 의해 상기 지류라인들 각각의 유로를 개방하는 안전 밸브들과;

상기 복수의 지류라인들과 공통적으로 만나며, 대기중의 임의의 위치로 상기 증발 가스의 배출을 허용하는 합류라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 부유 구조물.
청구항 1에 있어서, 천연가스의 생산 설비와 액화 설비를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 부유 구조물.
청구항 2에 있어서, 상기 천연가스의 생산 설비와 액화 설비가 데크 상부에 배치되며, 상기 합류라인은 상기 설비들을 피해 안전 영역(safety area)까지 이어진 것을 특징으로 하는 해상 부유 구조물.
청구항 1에 있어서, 상기 안전 밸브들 각각은 미리 설정된 압력 직하에서 해당 유로를 개방하는 릴리프 밸브인 것을 특징으로 하는 해상 부유 구조물.
청구항 1에 있어서, 상기 지류라인들 각각은 상기 해상 부유 구조물에 있는 모든 LNG 탱크들에 연결되고, 상기 모든 LNG 탱크들과 연결된 모든 지류라인들이 상기 합류라인과 공통적으로 만나는 것을 특징으로 하는 해상 부유 구조물.
복수의 LNG 탱크들을 포함하는 해상 부유 구조물에 설치되며, 과도한 압력에 의해 상기 LNG 탱크들 중 적어도 하나로부터 나온 증발 가스를 상기 LNG 탱크들과 연결된 지류라인들 중 적어도 하나의 지류라인과, 상기 지류라인들과 공통적으로 만나는 하나의 합류라인을 이용해 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 해상부유 구조물의 LNG 증발 가스 배출장치.
복수의 LNG 탱크들을 포함하는 해상 부유 구조물에서, 과도한 압력에 의해 상기 LNG 탱크들 중 적어도 하나로부터 나온 증발 가스를 상기 LNG 탱크들과 연결된 지류라인들 중 적어도 하나의 지류라인과, 상기 지류라인들과 공통적으로 만나는 하나의 합류라인을 이용해 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 해상 부유 구조물의 LNG 증발 가스 배출방법.