KR20110048264A - 대형 이산화탄소 운반선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화된 이산화탄소를 저장하는 탱크가 구비된 이산화탄소 운반선에 관한 것으로, 특히 일정 규모 이상의 크기로 제작되기 어려운 탱크의 제조한계를 고려하여, 대형으로 제작되는 운반선의 내부공간 내에 탱크가 집약적으로 배치되는 대형 이산화탄소의 운반선에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 대형 이산화탄소 운반선은 실린더형 압력탱크가 뉘어져 설치되는 이산화탄소 운반선에 있어서, 이산화탄소 운반선의 화물창에는 상하층을 구분하는 내부갑판이 설치되어 압력탱크가 상하로 배치되는 것을 특징으로 한다.

이로써, 이산화탄소 운반선을 기존의 설계 개념에 따른 형상으로 제작하면서 제조 크기의 제한이 있는 실린더형 압력탱크를 집약적으로 배치하여, 이산화탄소 운반의 효율성을 증대시키는 효과를 갖는다.

압력탱크, 운반선, 화물창, 라인, 배관

Description

대형 이산화탄소 운반선{carrier for CO2 gas}

본 발명은 액화된 이산화탄소를 저장하는 탱크가 구비된 이산화탄소 운반선에 관한 것으로, 특히 일정 규모 이상의 크기로 제작되기 어려운 탱크의 제조한계를 고려하여, 대형으로 제작되는 운반선의 내부공간 내에 탱크가 집약적으로 배치되는 대형 이산화탄소의 운반선에 관한 것이다.

화석 연료의 사용 증가에 따라 대량으로 배출되는 이산화탄소는 지구온난화 현상을 야기하는 온실가스(Greenhouse Gas, GHG)중 하나로 지정되어 있다. 이산화탄소는 지구온난화지수는 다른 온실가스에 비하여 낮지만, 전체 온실가스 배출의 대략 80%를 차지하는 점과 또한 배출량을 규제 가능한 점에서 매우 중요한 온실가스로 분류되고 있다. 따라서 다양한 국제 협약을 통하여 각국에서 온실가스의 배출을 저감하도록 규제하고 있으며, 이로부터 파생되는 기술 중 하나로 각종 산업현장에서 발생되는 이산화탄소를 회수하여 별도의 장소에 격리 저장함으로써 대기 중에 방출되는 이산화탄소량을 저감시키는 이산화탄소 처리 기술이 등장하게 되었다.

이러한 이산화탄소의 배출을 저감하기 위한 처리 단계는 크게 이산화탄소의 회수, 분리 농축, 수송, 저장의 네 단계를 거쳐 이루어진다.

이산화탄소의 수송에 있어서, 운반효율을 증대시키 위해서는 기체 상태보다 체적이 작은 액체 상태에서 이산화탄소의 수송이 이루어지는 것이 바람직하다. 이산화탄소의 삼중점은 -56.3℃, 0.517MPa로 알려져 있으며, 기체상의 이산화탄소를 냉각, 압축하는 공지의 공정을 거침으로써 액화시킬 수 있다.

액화된 이산화탄소의 수송은 수송 거리가 1000km 이상인 경우에는 파이프를 이용하는 것보다 선박을 이용하는 것이 경제적인 것으로 알려져 있다. 따라서 국가 간 이산화탄소의 수송에 있어서 이산화탄소의 수송수단으로는 선박이 타당하며, 이산화탄소 운반용 선박은 고압, 저온으로 냉각된 이산화탄소의 액화상태를 유지할 수 있는 탱크 시설을 갖추어야 한다.

운송선에 구비되는 탱크는, 이산화탄소를 액화상태로 유지하기 위하여 대략 -60 내지 -20℃로 이산화탄소를 냉각시킬 수 있으며 아울러 0.5 내지 2 MPa 정도의 고압을 견딜 수 있게 압력탱크로 제작되어야 한다.

상기 조건을 만족하는 압력탱크는 현재의 기술상 크기의 한계가 있다.

먼저 형상측면에서 기존의 액화가스 운반선인 LNG선이나 LPG선에 채용되는 멤브레인 타입은 이송대상인 액화가스가 상압 또는 상압부근에서 액화되어 저장되는 것이고 액체 이산화탄소와 같이 고압의 저장환경을 요구하는 경우에는 사용할 수 없는 것이다. 한편, 모스형인 경우에는 이산화탄소의 고압을 충분히 견딜 수 있는 구조이나 구형으로 제작됨에 따라 공간활용도가 매우 떨어지는 단점을 가지게 된다. 따라서 액체 이산화탄소를 저장하기 위한 압력탱크는 실린더형으로 제작된 다.

실린더형의 압력탱크의 크기는 탱크의 재질, 설계압력, 탱크의 두께 등에 의하여 그 크기가 결정된다. 압력탱크를 제작함에 있어 대표적인 규제인 ASME(American Society of Mechanical Engineers) code에 의하면, 탱크의 직경(R)은 아래와 같은 관계식에 의하여 제한된다.

R = t/R*(S*E+0.4*P)

여기서, t는 탱크의 두께, P는 설계압력, S는 재질에 따른 응력치, E는 연결효율이다. 전술된 이산화탄소의 압력조건(P)을 만족하며 경제적으로 저렴하여 통상 사용되는 재질인 Low temperature steel의 응력치(S)와, 압력탱크용도로 제공되는 강판의 사용 최대두께(t) 등의 현실적인 제조 조건을 고려하면 압력탱크의 설계직경은 대략 10m 내외로 한정된다. 한편, 운반선에 구비되는 압력탱크의 적재량은 안전성을 이유로 보통 40t 이하로 제작되는데, 상기 ASME code에 따르더라도 압력탱크의 직경이 6m로 제각되는 경우에 적재량은 40t을 넘으며, 직경이 10m인 경우에는 적재량이 70t을 넘게 된다. 따라서 압력탱크의 적정 직경은 10m 내외로 한정되는 것이다.

한편, 대형 액화가스의 운반선의 폭은 40 내지 50m이고, 화물창의 깊이는 20 내지 30m로 제작된다. 이러한 선박(200)에 상기 조건의 압력탱크(210)를 뉘어 배치하는 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이, 화물창(220)의 상부에 빈 공간이 형성되는 문제가 있다.

따라서 종래에는 탱크의 제작 크기에 따라 운반선의 크기를 중·소형으로 제작할 수밖에 없다. 중·소형으로 제작되는 이송선에 의한 1회 이송량은 점차 거래량이 증가하는 이산화탄소 시장에서 단위 무게당 운송비용이 증대하게 되므로 경쟁력 있는 운송방안이 될 수 없다.

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 실시예는 일정 규모 이상의 크기로 제작되기 어려운 압력탱크의 크기를 고려하여, 대형으로 제작되는 운반선의 화물창 내에 압력탱크가 집약적으로 배치하는 목적을 갖는다.

또한 어느 한 압력탱크에서 급증하는 증발기체를 다른 압력탱크로 전가하여 증발기체 문제를 해소하는 목적도 갖는다.

또한 화물창 내에 다수가 설치되는 압력탱크의 라인과 운용설비를 가능한 줄이는 목적을 갖는다.

구체적으로, 증발기체의 강제배출을 위한 압력안전밸브의 설치 수를 줄여 관리비용을 줄이는 목적도 갖는다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실시예로 실린더형 압력탱크가 뉘어져 설치되는 이산화탄소 운반선에 있어서, 상기 이산화탄소 운반선의 화물창에는 상하층을 구분하는 내부갑판이 설치되어 상기 압력탱크가 상하로 배치되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선을 제시한다.

또한, 상기 압력탱크는 상기 화물창의 길이방향의 폭에 따라 나란하게 다수가 설치되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선을 제시한다.

또한, 상기 화물창의 바닥에 설치되는 압력탱크와, 상기 내부갑판 상에 설치되는 압력탱크는 각각 공용라인으로 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선을 제시한다.

또한, 상기 공용라인은 각 층에서 나란하게 폭 방향으로 다수 배열되는 압력탱크 및 상기 압력탱크에 연달아 길이 방향으로 마주보는 압력탱크에 연통되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선을 제시한다.

또한, 각 상기 공용라인은 상기 내부갑판에 형성된 연통구를 통하여 상갑판의 상부로 연장되는 외부라인에 연통되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선을 제시한다.

또한, 상기 외부라인에는 상기 압력탱크 내에 압력이 상승하는 경우에 작동하여 증기기체를 강제배출하는 증발기체배출수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선을 제시한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 대형 이산화탄소 운반선에 따르면, 이산화탄소 운반선을 기존의 설계 개념에 따른 형상으로 제작하면서 제조 크기의 제한이 있는 실린더형 압력탱크를 집약적으로 배치하여, 이산화탄소 운반의 효율성을 증대시키는 효과를 갖는다.

나아가 기존의 대형 화물선을 이산화탄소 운반선으로 개조할 때에, 운영조건에 따라 적정 사이즈로 제작되는 압력탱크를 집약적으로 배치할 수 있게 되는 효과 도 갖는다.

한편, 공용라인에 의하여 일부 압력탱크에서 급증한 증발기체가 다른 압력탱크로 전가되어, 문제된 압력탱크의 압력을 저감할 수 있어 압력탱크의 운용이 안정적으로 이루어지고, 대기로 배출되어 버려지는 이산화탄소의 량을 저감할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 공용라인에 연통되는 외부라인에 의하여, 압력탱크의 수만큼 요구되는 각종 배관과 이송펌프 등의 운용설비를 줄일 수 있어, 설비비용이 절감되며 설비운용, 유지보수 등의 관리가 용이해지는 효과를 갖는다.

또한, 증발기체를 배출하는 각 압력탱크의 기체 이산화탄소 배출라인에 통합되는 외부라인에 압력안전밸브에 압력밸브가 구비되어, 전체 선박에 설치되는 압력안전밸브의 수를 줄여 설치비용 및 유지보수관리의 수고가 절감되는 효과를 갖는다.

이하, 첨부도면의 바람직한 실시예를 통하여, 본 발명인 대형 이산화탄소 운반선의 기능, 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대형 이산화탄소 운반선의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 개략적인 전면 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 개략적인 측면 단면도이다.

본 발명의 실시예에 의한 대형 이산화탄소 운반선(100)의 화물창(110)에는 실린더형 압력탱크(10)가 뉘어져 설치되는 것으로, 화물창(110)에는 상하층을 구분하는 내부갑판(120)이 설치되고 화물창의 하층과 상층에 압력탱크(10)가 각각 배치되는 것이다.

이렇게 압력탱크(10)의 상하 배치로 인하여 직육면체로 형성되는 화물창(110)의 데드 스페이스(dead space)를 최소화하여, 화물창의 공간활용도를 최대화 할 수 있게 된다.

이때, 도시하지 아니하였으나, 내부갑판에는 압력탱크의 하중을 견디기 위하여, 압력탱크를 지지하는 서포터부재와, 상기 서포터부재에 연결되며 내부갑판의 강도를 보강하는 구조강화부재가 내부갑판에 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 대형 이산화탄소 운반선(100)의 화물창은 통상 그 가로 폭이 압력탱크(10)의 직경에 비하여 매우 넓게 형성되므로, 상기 압력탱크(10)는 상기 화물창(110)의 길이방향의 폭에 따라 나란하게 다수가 설치되는 것이다. 이때 나란하게 배열되는 압력탱크(10)는 파랑 등 외력에 대형 이산화탄소 운반선의 선체 변형시에 압력탱크간 저촉을 방지하도록 이격되게 설치되며, 이웃하는 압력탱크 사이에는 탄성재질의 충격흡수부재(도시 생략)가 더 구비될 수 있는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 대형 이산화탄소 운반선의 화물창(110)에는 내부갑판(120)에 의하여 화물창(110)의 내부공간을 1,2층으로 분할하고, 각 층에는 가 로방향으로 4개의 압력탱크(10)가 나란하게 배열되며, 선체의 길이 방향으로는 압력탱크가 길이 방향으로 다수 열을 형성하게 구비되는 것이다.

이 경우, 제조원가가 저렴한 크기의 압력탱크를 이용하여 이산화탄소 운반선을 대형으로 제작할 수 있게 된다. 구체적으로, 운반선 선체의 가로, 세로비를 기존 운반선의 설계개념에 맞추어 제작하면서, 화물창의 데드 스페이스를 최소화하여 이산화탄소의 운반량을 증대시킬 수 있게 되는 것이다. 특히, 상하로 적층되는 형상을 가지는 압력탱크의 배치로 인하여 압력탱크의 크기에 영향을 받지 아니하고, 배의 기본 성능을 발휘할 수 있는 형상으로 선체를 건조하면서도 압력탱크의 집약적인 배치가 가능하게 된다.

다른 측면에서, 기존의 컨테이너선 등의 화물선을 개조하여 이산화탄소 운반선으로 사용할 수 있게 된다. 기존의 화물선의 화물창에 상하공간을 구획하는 내부갑판을 설치하고, 각 층에 압력탱크 및 이산화탄소 처리 시설을 부가하여 공간활용도가 높은 이산화탄소 운반선으로 개조할 수 있게 된다.

한편, 화물창의 바닥과 상기 내부갑판(120) 상에 상하로 설치되는 압력탱크(10)는 각각 공용라인(2)으로 서로 연통될 수 있다.

압력탱크(10)를 운용하기 위해서는 액체 이산화탄소의 유출입라인과 운송기간 동안 발생하는 증발기체(BOG)를 처리하기 위한 기체 이산화탄소의 배출라인(1)이 요구된다. 이러한 각종 라인은 그 종류별로 압력탱크끼리 공유하는 공용라인으 로 통합될 수 있다.

일예로, 도 1 내지 도 3에서는 증발기체를 인출하기 위하여 각 압력탱크(10) 상단에 구비된 기체 이산화탄소의 배출라인(1)이 공용라인(2)으로 연통되는 것을 나타내고 있다. 이 경우, 일부 압력탱크에서 증발기체가 다량 발생하는 경우에 공용라인을 통하여 연결된 다른 압력탱크로 고압의 증발기체가 배분되어 문제된 압력탱크의 내부압력을 분산시켜 저감하여 다른 압력탱크가 완충 역할을 하게 된다.

한편, 각 공용라인(2)은 상기 내부갑판(120)에 형성된 연통구(121)를 통하여 상갑판의 상부로 연장되는 외부라인(3)에 연통될 수 있다.

외부라인(3)은 상갑판(130)에 형성된 돔(131)과, 내부갑판(120)에 형성된 연통구(121)를 통하여 화물창(110)의 각 층에 연결된다. 이 외부라인(3)에 기체 배출라인이 연결됨으로써 화물창의 바닥층에 구비된 압력탱크(10)와 내부갑판으로 형성된 상부층의 압력탱크(10)는 서로 연통된다. 따라서 일부 압력탱크에서 급증한 증발기체를 배분하여 완충하는 기능은 상하 배치된 다수의 압력탱크를 통하여 이루어지게 되므로 더욱 효과적이게 된다.

한편, 공용라인(2)과 외부라인(3)이 구비됨에 따라 화물창(110) 내에 집약 배치된 압력탱크(10)의 운용을 위한 설비가 줄어들게 된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 기체 이산화탄소의 배출라인에 연결된 공용라인(2)에 외부라인(3)을 연결하고, 이 외부라인(3)에는 상기 압력탱크 내에 압력이 상승하는 경우에 작동하여 증기기체를 외부로 배출하는 증발기체배출수단(4)이 구비될 수 있다. 이때, 증발기체배출수단(4)에는 상기 외부라인(3)에서 분기되는 보조라인(41) 상에 미리 설정된 일정 압력보다 높은 압력이 가해질 때에 개방되어 증발기체를 외부로 배기하는 압력안전밸브(pressure safety valve, PSV)(42)가 포함된다.

이 경우, 다수의 압력탱크(10)에 대하여 소수의 압력안전밸브(42)가 설치되므로, 증발기체배출수단(4)의 설치비용이 저감되고, 유지보수 등의 제반관리가 편리해지는 효과를 가지게 된다.

다른 예로, 도시되지 아니하였으나, 각 압력탱크에 구비된 기체 이산화탄소의 배출라인이 연통되게 하는 공용라인은 액체 이산화탄소의 배출을 위한 배출라인과, 외부의 스테이션에서 액체 이산화탄소를 압력탱크 내부에 유입되게 하는 유입라인에 동일한 구조로 적용될 수 있다. 배출라인 또는 유입라인에 각각 해당 공용라인을 설치하고, 각 해당 공용라인에 연결되는 해당 외부라인이 설치되는 경우에 액체 이산화탄소의 유입 또는 배출을 이송을 위한 배관설비, 이송펌프 등의 운용설비의 수를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

한편, 공용라인(2)과 외부라인(3)의 연결에 있어서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 각 층의 공용라인(2)이 하나의 외부라인(3)에 모두 연통되게 연결되거나, 도 4에 도시된 바와 같이 각 공용라인(2)별로 개별 외부라인(3a)에 연통되게 구성될 수도 있다. 도 4에 따라 하나의 공용라인(2)에 하나의 외부라인(3a)이 연결 되는 방식은, 각 층에서 공용라인(2)으로 연통되는 압력탱크(10)의 수가 많은 경우 또는 하나의 내부갑판에 의하여 2층 구조로 압력탱크(10)가 적층되어 구조가 간단한 경우 등에서 설계자의 선태에 의하여 활용될 수 있는 것이다.

한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개략적인 측면 단면도이다.

하기의 설명을 제외하고는 전술된 실시예와 동일하므로, 중복된 설명은 생략한다.

내부갑판(120)은 다층 구조를 가짐으로써 상하로 구획되어 압력탱크(10)가 설비되는 층 역시 다수 층으로 형성될 수 있다. 도 5에는 내부갑판(120)이 2층으로 설치됨에 따라 압력탱크(10)는 3층으로 적층되는 구조를 갖는다. 이는 액체 이산화탄소를 낮은 온도, 높은 압력으로 운송하는 경우에 압력탱크의 고압 운영 조건과 그에 따른 제조경비의 경제성 등을 고려하여 작은 크기의 압력탱크(10)를 구비하는 경우에 고려될 수 있는 배치구조이다.

압력탱크(10)는 각 층에서 대형 이산화탄소 운반선의 화물창(110)에 폭 방향으로 다수가 나란하게 설치되며, 또한 화물창의 길이방향을 따라 압력탱크는 다수의 열을 형성하게 배치된다.

이때, 공용라인(2)은 각 층에서 나란하게 폭 방향으로 다수 배열되는 압력탱크(10a) 및 상기 압력탱크(10a)에 연달아 길이 방향으로 배열되는 압력탱크(10b)에 연통될 수 있다.

구체적으로, 도 6은 도 5에 도시된 본 발명 중 배출라인(1), 공용라인(2) 및 외부라인(3)을 개략적으로 나타낸 사시도를 참고하면, 공용라인(2)은 나란하게 구비되는 압력탱크를 연통되게 하는 제1공용라인(21)과, 이웃하는 제1공용라인(21)끼리 연통되게 하는 제2공용라인(22)으로 이루어진다. 즉, 각 층에서 나란하게 구비되는 압력탱크의 배출라인(1)은 제1공용라인(21)에 의하여 연통되며, 또한 전,후가 서로 마주보는 압력탱크의 공용라인(2)도 제2공용라인(22)에 의하여 연통된다.

이로써, 화물창의 어느 한 층의 중앙지점에서 전,후가 마주보는 압력탱크(10)와 나란하게 폭 방향으로 설치된 압력탱크(10)는 서로 연통된다.

또한, 각 층을 관통하는 외부라인(3)은 제2공용라인(22)에 서로 연통되게 구비된다.

이로써 집약적으로 상하 설치되는 압력탱크(10)에 요구되는 운용라인은 소수의 외부라인(3)에 의하여 통합되어, 적은 수의 운용설비만으로도 대형 이산화탄소 운반선의 운용이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대형 이산화탄소 운반선의 개략적인 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 개략적인 전면 단면도.

도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 개략적인 측면 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개략적인 측면 단면도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개략적인 측면 단면도.

도 6은 도 5에 도시된 본 발명 중 압력탱크의 배열, 공용라인 및 외부라인을 개략적으로 나타낸 사시도.

도 7은 종래의 기술을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 운반선

110 : 화물창

120 : 내부갑판 121 : 연통구

130 : 상갑판 131 : 돔

10,10a,10b : 압력탱크

1 : 배출라인

2 : 공용라인 21 : 제1공용라인 22 : 제2공용라인

3 : 외부라인

4 : 증발기체배출수단 41 : 보조라인 42 : 압력안전밸브

Claims (6)

1. 실린더형 압력탱크(10)가 뉘어져 설치되는 이산화탄소 운반선에 있어서,

   상기 이산화탄소 운반선의 화물창(110)에는 상하층을 구분하는 내부갑판(120)이 설치되어 상기 압력탱크(10)가 상하로 배치되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선.
2. 제1항에서,

   상기 압력탱크(10)는 상기 화물창(110)의 길이방향의 폭에 따라 나란하게 다수가 설치되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선.
3. 제2항에서,

   상기 화물창(110)의 바닥에 설치되는 압력탱크(10)와, 상기 내부갑판(120) 상에 설치되는 압력탱크(10)는 각각 공용라인(2)으로 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선.
4. 제3항에서,

   상기 공용라인(2)은 각 층에서 나란하게 폭 방향으로 다수 배열되는 압력탱크(10) 및 상기 압력탱크(10)에 연달아 길이 방향으로 마주보는 압력탱크(10)에 연통되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선.
5. 제3항 또는 제4항에서, 각 상기 공용라인(2)은

   상기 내부갑판(120)에 형성된 연통구(121)를 통하여 상갑판(130)의 상부로 연장되는 외부라인(3)에 연통되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선.
6. 제5항에서,

   상기 외부라인(3)에는 상기 압력탱크(10) 내에 압력이 상승하는 경우에 작동하여 증기기체를 외부로 배출하는 증발기체배출수단(4)이 구비되는 것을 특징으로 하는 대형 이산화탄소 운반선.

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