KR20140087794A

KR20140087794A - 저온고압탱크의 압력제어방법

Info

Publication number: KR20140087794A
Application number: KR1020120158461A
Authority: KR
Inventors: 유병용
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2014-07-09

Abstract

저온고압탱크의 압력제어방법이 개시된다. 본 발명의 저온고압탱크의 압력제어방법은, 액화천연가스가 저장되는 저온고압탱크의 압력제어방법에 있어서, 저온고압탱크는 내부 탱크와 외부 탱크의 사이에 마련되어 내부 탱크와 외부 탱크 사이의 공간을 가스가 채워진 밀폐된 공간으로 구획하는 밀봉방벽을 포함하며, 내부 탱크의 압력과, 내부 탱크와 상기 밀봉방벽 사이의 제1 공간부의압력을 검출하여 압력 차이가 발생되는 경우 제 1공간부로 가스를 공급하거나 배출하여 내부 탱크의 압력과 제1 공간부의 압력을 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법을 포함한다.

Description

저온고압탱크의 압력제어방법{METHOD FOR CONTROLLING PRESSURE OF CRYOGENIC TANK}

본 발명은, 저온고압탱크의 압력제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 내부 탱크의 누설 여부를을 빠른 시점에 탐지할 수 있고 능동적으로 압력을 제어할 수 있는 저온고압탱크의 압력제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 대기압에서 -162℃의 극저온 상태로 냉각시켜 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체로서, 기체상태보다 수송 효율이 좋아서 장거리 수송에 경제성이 있는 것으로 알려져 있다.

이와 같은 액화천연가스는 생산 플랜트의 건설 및 운반선의 건조 비용이 많이 소요되어 경제성을 만족시키기 위해서 대규모, 장거리 수송에 적용되어 왔으며, 이에 반하여, 소규모, 단거리 수송에는 파이프라인이나 CNG(Compressed Natural Gas)가 경제성이 있다고 알려져 있으나, 파이프라인을 이용한 수송의 경우 지리적 제약이 따르며, 환경 파괴의 문제 등을 야기할 수 있고, CNG는 수송 효율이 낮은 단점을 가지고 있다.

종래의 액화천연가스를 소비지에 분배하는 방법은 고비용을 요구할 뿐만 아니라, 소비지의 다양한 요구에 유연하게 대처하기 어렵고, 소비지에 별도의 저장 탱크를 필요로 함으로써 인프라 투자에 많은 비용이 소요되며, 액화천연가스의 하역에도 많은 시간과 노력을 필요로 하는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 천연가스는 대기압에서 -163℃의 액화점을 가지며, 일정한 압력이 작용할 경우 액화점이 대기압 하에서 보다 상승하는 특성이 있다. 이러한 특성은 액화 공정 중에서 산성 가스(Acid gas)의 제거 및 NGL(Natural Gas Liquid)의 분별(Fractionation) 등과 같은 처리 단계를 축소할 수 있으며, 이에 따른 설비와 설비 용량의 감소로 이어져서 액화천연가스의 생산 단가를 감소시키도록 하는 장점을 가지게 된다.

그러나, 종래의 액화천연가스 터미널이나 가스화 시설을 갖춘 선박에 마련된 액화천연가스 저장탱크는 일정한 크기로 제한되어 있을 뿐만 아니라, 상기한 바와 같은 천연가스의 특성을 반영하여 경제성을 가지도록 하는 액화천연가스의 저장에 부적합하고, 다양한 수요자의 요구에 맞춰서 손쉽게 소비지로 액화천연가스를 운반하는 것이 어렵다.

상기한 문제를 해결하기 위하여 일반적인 액화천연가스뿐만 아니라 일정한 압력으로 가압된 액화천연가스를 저장하기 위하여, 저온 특성이 우수한 금속 소재를 사용하여, -120℃ 이상의 극저온 및 고압을 견딜 수 있도록 하는 용기 제작이 가능하나, 이를 위해 용기의 벽체 두께가 증가할 수밖에 없으며, 저온 특성이 우수한 고가의 금속 사용으로 인해 경제성 확보에 어려움을 가지는 다른 문제점을 가지게 된다.

특히 이러한 용기에서 용기의 내벽에서 누설이 발생되어 액화천연가스가 용기의 내벽과 외벽 사이의 공간으로 유입되었을 때 용기의 외벽이 극저온의 액화천연가스에 직접적으로 접촉되어 손상이 발생되는 문제점이 있었다. 또한 용기의 내벽과 외벽 사이에 압력 차이가 발생되어 용기가 구조적으로 불안정한 문제점이 있었다.

따라서 이러한 누설 여부를 빨리 감지할 수 있고, 용기의 내벽과 외벽 사이의 압력차이를 능동적으로 제어할 수 있는 새로운 개선책이 요구된다.

한국특허공개공보 제2012-0127311호(대우조선해양 주식회사) 2012. 11. 21.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 액화천연가스의 누설 여부를 빠른 시간에 탐지할 수 있고, 각각의 공간에 압력 차이가 발생된 경우 압력을 능동적으로 제어하여 내부 탱크의 구조적 안정성을 확보할 수 있는 저온고압탱크의 압력제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스가 저장되는 저온고압탱크의 압력제어방법에 있어서, 상기 저온고압탱크는 내부 탱크와 외부 탱크의 사이에 마련되어 상기 내부 탱크와 상기 외부 탱크 사이의 공간을 가스가 채워진 밀폐된 공간으로 구획하는 밀봉밀봉방벽을 포함하며, 상기 내부 탱크의 압력과, 상기 내부 탱크와 상기 밀봉방벽 사이의 제1 공간부의압력을 검출하여 압력 차이가 발생되는 경우 상기 제 1공간부로 가스를 공급하거나 배출하여 상기 내부 탱크의 압력과 상기 제1 공간부의 압력을 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법이 제공될 수 있다.

상기 제1 공간부의 압력이 상기 탱크 내부의 압력보다 클 경우 상기 제1 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브를 개방시켜 상기 제1 공간부의 가스를 배출시킴으로써 상기 제1 공간부의 압력과 상기 탱크 내부의 압력을 동일하게 제어할 수 있다.

상기 제1 공간부의 압력이 상기 탱크 내부의 압력보다 작을 경우 상기 제1 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브를 개방시켜 상기 제1 공간부로 가스를 공급함으로써 상기 제1 공간부의 압력과 상기 탱크 내부의 압력을 동일하게 제어할 수 있다.

상기 제1 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브는 상기 압력 차이가 발생되는 경우 제어부의 전기적 신호 또는 탄성력과 압력 차이에 의한 기계적인 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 개폐될 수 있다.

상기 제1 공간부의 압력과, 상기 밀봉방벽과 상기 외부 탱크 사이의 제2 공간부의 압력을 검출하여 압력 차이가 발생되는 경우 상기 제 2공간부로 가스를 공급하거나 배출하여 상기 제1 공간부의 압력과 상기 제2 공간부의 압력을 동일하게 제어할 수 있다.

상기 제2 공간부의 압력이 상기 제1 공간부의 압력보다 작을 경우 상기 제2 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브를 개방시켜 상기 제2 공간부로 가스를 공급함으로써 상기 제1 공간부의 압력과 상기 제2 공간부의 압력을 동일하게 제어할 수 있다.

상기 제2 공간부의 압력이 상기 제1 공간부의 압력보다 클 경우 상기 제2 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브를 개방시켜 상기 제2 공간부의 가스를 배출시킴으로써 상기 제1 공간부의 압력과 상기 제2 공간부의 압력을 동일하게 제어할 수 있다.

상기 제2 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브는 상기 압력 차이가 발생되는 경우 제어부의 전기적 신호 또는 탄성력과 압력 차이에 의한 기계적인 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 개폐될 수 있다.

상기 내부 탱크에 상기 액화천연가스를 로딩(Loading)하기 전에 상기 가스를 상기 내부 탱크 및 상기 밀봉방벽에 의해 구획된 상기 밀폐된 공간에 충진하여 상기 내부 탱크 및 상기 밀폐된 공간의 압력이 미리 결정된 동일한 압력을 가질 수 있다.

상기 내부 탱크에서 누설되어 기화된 가스는 상기 내부 탱크에 연결되는 누출가스 배출라인에 의해 상기 외부 탱크의 외부로 배출될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부 탱크와 외부 탱크의 사이에 마련된 밀봉방벽에 의해 제1 공간부와 제2 공간부로 구획되는 저온고압탱크의 상기 내부 탱크, 상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부 중 어느 하나가 압력 차이가 나는 경우 상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부 중 어느 하나로 가스를 공급하거나 배출하여 상기 내부 탱크, 상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부의 압력을 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법이 제공될 수 있다.

상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부 중 적어도 어느 하나의 공간부에는 N₂ 가스를 포함하는 가스가 채워질 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 내부 탱크와 제1 공간부의 압력을 실시간으로 검출하여 내부 탱크에서 누설이 발생되는 경우 누설 여부를 빠른 시점에 검출할 수 있고, 내부 탱크와 제1 공간부의 압력을 능동적으로 제어하여 동일하게 유지함으로써 내부 탱크의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온고압탱크를 개략적으로 도시한 정단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 저온고압탱크에서 밀봉방벽과 외부 탱크의 근처에서 급격한 온도 구배가 발생하여 외부 탱크의 온도가 일정 온도 이상으로 유지되는 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 도 1의 "A" 영역을 확대 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 "B" 영역을 확대 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 도면에 밀봉방벽 파손 방지부와 누출가스 배출 라인이 부가된 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 저온고압탱크에 액화천연가스를 로딩하기 전에 내부 탱크, 제1 공간부 및 제2 공간부에 가스를 공급하여 압력을 동일하게 하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온고압탱크를 개략적으로 도시한 정단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 저온고압탱크에서 밀봉방벽과 외부 탱크의 근처에서 급격한 온도 구배가 발생하여 외부 탱크의 온도가 일정 온도 이상으로 유지되는 상태를 나타낸 것이고, 도 3은 도 1의 "A" 영역을 확대 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 "B" 영역을 확대 도시한 도면이고, 도 5는 도 1에 도시된 도면에 밀봉방벽 파손 방지부와 누출가스 배출 라인이 부가된 도면이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 저온고압탱크(1)는, 액화천연가스가 내부에 저장되는 내부 탱크(100)와, 내부 탱크(100)와 이격 배치되며 내부 탱크(100)의 외주면을 둘러싸는 외부 탱크(200)와, 내부 탱크(100)와 외부 탱크(200)의 사이의 공간에 마련되어 공간을 내부 탱크(100)와 가까운 제1 공간부(S1)와 외부 탱크(200)와 가까운 제2 공간부(S2)의 밀폐된 공간으로 구획하는 밀봉방벽(300)과, 내부 탱크(100)의 압력과 제1 공간부(S1)의 압력을 동일하게 제어하는 제1 압력제어수단(400)과, 제1 공간부(S1)의 압력과 제2 공간부(S2)의 압력을 동일하게 제어하는 제2 압력제어수단(500)과, 일측부는 내부 탱크(100)를 지지하고 타측부는 외부 탱크(200)에 지지되는 지지대(600)와, 밀봉방벽(300)이 설계압력의 초과로 파손되는 것을 방지하는 밀봉방벽 파손 방지부(700)와, 제1 공간부(S1)로 누설되어 기화된 가스를 외부 탱크(200)의 외부로 배출시키는 누출가스 배출라인(800)을 구비한다.

내부 탱크(100)는, 내측에 액화천연가스가 저장되기 위한 공간을 형성하고, -60℃ 이하의 온도를 설계온도(Design Temperature)로 갖는 극저온 소재, 예를 들면, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 5~9%니켈강 등과 같은 저온 특성이 우수한 금속으로 제작될 수 있다.

또한 본 실시예에서 내부 탱크(100)는 세로로 긴 튜브 형태나 가로로 긴 튜브 형태로 이루어지거나, 그 밖의 다면체를 비롯한 다양한 형상을 가질 수 있다.

나아가 본 실시 예는 내부 탱크(100) 의 내부 압력과 제1 공간부(S1)의 차압이 0~5bar 이하가 되도록 제작될 수 있다. 이는 내부 탱크(100)에 저장되는 화물의 압력과 제1 공간부(S1)의 차압이 탱크의 두께를 결정하기 때문이다. 한편 내부 탱크(100)의 외측에는 단열재(I)가 마련될 수 있고, 본 실시 예에서 단열재(I)는 고밀도의 폴리우레탄폼이나 에폭시 소재 등을 사용할 수 있고, 내부 탱크(100)에 저장되는 액화천연가스는 천연가스를 13 ~ 25bar의 압력과 -120 ~ -95℃의 온도에서 액화시킨 가압액화천연가스가 저장될 수 있다.

외부 탱크(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 탱크(100)와의 사이에 공간을 형성하도록 내부 탱크(100)의 외측을 감싼다.

본 실시 예에서 외부 탱크(200)는 내부 탱크(100)에 가해지는 압력을 분담하도록 강 소재로 제작되어 고가의 내부 탱크(100) 소재의 사용을 절감하도록 하여 제작 비용을 절감하도록 한다.

본 실시 예에서 외부 탱크(200)는 극저온에 대비한 것이 아닌 압력을 분담하는 역할을 하므로 -60~0℃의 온도를 설계온도로 갖는 소재로 제작될 수 있고, 3~40bar의 증기압을 견디도록 제작될 수 있다.

밀봉방벽(300)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 탱크(100)와 외부 탱크(200)의 사이에 마련되어 내부 탱크(100)와 외부 탱크(200) 사이의 공간을 내부 탱크(100)와 밀봉방벽(300) 사이의 밀폐된 공간인 제1 공간부(S1)와, 외부 탱크(200)와 밀봉방벽(300) 사이의 밀폐된 공간인 제2 공간부(S2)로 구획하여 내부 탱크(100)에서 누설되는 액화천연가스가 외부 탱크(200)에 직접 접촉되는 것을 방지함으로써 외부 탱크(200)를 보호하는 역할을 한다.

즉 본 실시 예에서 내부 탱크(100)에서 누설이 발생된 경우 제1 공간부(S1)에 누설된 액화천연가스가 저장되고, 이 경우 내부 탱크(100) 및 밀봉방벽(300) 모두 극저온에 견디는 재질로 제작되므로 손상이 없다.

또한 내부 탱크(100)에서 누설이 발생되어 밀봉방벽(300)의 온도가 극저온으로 떨어졌을 때에도 제2 공간부(S2)가 단열재 역할을 하여 외부 탱크(200)의 온도가 극저온으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

본 실시 예에서 밀봉방벽(300)은 -60℃ 이하의 온도를 설계온도로 갖는 극저온 소재로 제작될 수 있다. 예를 들어 알루미늄, 스테인레스 스틸, 5~9%니켈강 등과 같은 저온 특성이 우수한 금속이나 얇은 판재를 사용할 수 있다.

또한 본 실시 예에서 밀봉방벽(300)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 탱크(100) 및 외부 탱크(200)의 두께보다 얇은 두께로 제작될 수 있다.

그리고 본 실시 예에서 밀봉방벽(300)은 내부 탱크(100)에 결합되어 내부 탱크(100)와 같이 운동될 수도 있고, 밀봉방벽(300)의 하부를, 도 1에 도시된 바와 같이, 지지대(600)에 용접 또는 볼트 결합의 방식으로 결합시킬 수도 있다.

한편 본 실시 예에서 밀봉방벽(300)에 의해 마련되는 제2 공간부(S2)는 제1 공간부(S1)로부터 누설이 발생하여 밀봉방벽(300)이 누설된 액화천연가스와 접촉되어도 도 2에 도시된 온도 구배를 갖도록 간격이 형성되어 외부 탱크(200)의 손상을 방지할 수 있다.

전술한 제2 공간부(S2)의 간격이 작아서 외부 탱크(200)의 온도가 설계온도보다 낮게 떨어질 염려가 있는 경우에는 외부 탱크(200)의 외측 공간이 적절한 온도로 유지되는 가열시스템(미도시)을 가동시켜서 외부 탱크(200)의 온도를 항상 일정한 온도로 유지할 수도 있다. 가열시스템은 히터나 보일러 등을 포함할 수 있다.

또한 본 실시 예에서 제1 공간부(S1)와 제 2공간부에는 N₂ 가스를 포함하는 가스가 채워져 대류에 의한 열전달을 최소화할 수 있다.

제1 압력제어수단(400)은, 내부 탱크(100)와 제1 공간부(S1)의 압력을 검출한 후 압력 차이가 나는 경우 제1 공간부(S1)로 가스를 공급하거나 제1 공간부(S1)의 가스를 배출하여 내부 탱크(100)와 제1 공간부(S1)의 압력을 동일하게 제어하는 역할을 한다.

본 실시 예에서 제1 압력제어수단(400)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 탱크(100)의 압력과 제1 공간부(S1)의 압력을 검출하여 내부 탱크(100)의 압력과 제1 공간부(S1)의 압력을 동일하게 제어하는 제1 압력제어부(410)와, 내부 탱크(100)의 압력과 제1 공간부(S1)의 압력 차이가 나는 경우 탄성력과 공급되는 가스의 압력 차이에 의해 기계적으로 내부 탱크(100)의 압력과 제1 공간부(S1)의 압력을 동일하게 제어하는 제1 안전제어부(420)를 포함한다.

즉 본 실시 예에서 제1 압력제어수단(400)은 내부 탱크(100)와 제1 공간부(S1)의 압력을 검출하여 제어부(C)에서 전기적으로 압력을 제어할 수도 있고, 정전이나 부품의 고장 등의 상황에도 기계적인 방법으로 안정적으로 작동되어 압력을 제어할 수도 있다.

제 1 압력제어수단의 제1 압력제어부(410)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 공간부(S1)에 연결되어 제1 공간부(S1)로 공급되는 가스의 연결통로가 되는 제1 가스공급라인(411)과, 제1 가스공급라인(411)에 마련되며 내부 탱크(100)의 압력과 제1 공간부(S1)의 압력 차이가 나는 경우 제어부(C)에서 전달되는 신호로 작동되어 제1 가스공급라인(411)을 개폐시키는 제1 밸브(412)와, 제1 공간부(S1)에 연결되어 제1 공간부(S1)에서 배출되는 가스의 연결통로가 되는 제1 가스배출라인(413)과, 제1 가스배출라인(413)에 마련되며 내부 탱크(100)의 압력과 제1 공간부(S1)의 압력 차이가 나는 경우 제어부(C)에서 전달되는 신호로 작동되어 제1 가스배출라인(413)을 개폐시키는 제2 밸브(414)를 포함한다.

본 실시 예에서 제1 밸브(412)와 제2 밸브(414)는 내부 탱크(100)의 압력과 제1 공간부(S1)의 압력 차이가 나는 경우 제어부(C)의 전기적 신호를 기초로 개폐될 수 있다.

구체적으로 내부 탱크(100)의 내부 압력은 제1 압력검출라인(PL1)을 통해 제1 압력트랜스미터(PT1)로 전달되고, 제1 압력트랜스미터(PT1)는 이를 신호로 변환시켜 제어부(C)로 전달한다. 제1 공간부(S1)의 압력은 제2 압력검출라인(PL2)을 통해 제2 압력트랜스미터(PT2)로 전달되고, 제2 압력트랜스미터(PT2)는 이를 신호로 변환시켜 제어부(C)로 전달한다.

제어부(C)는 전달되는 신호를 기초로 제1 공간부(S1)의 압력이 내부 탱크(100)의 내부 압력보다 큰 경우 제2 밸브(414)를 개방시켜 제1 공간부(S1)의 가스를 배출하고, 그 반대의 경우 제1 밸브(412)를 개방시켜 제1 공간부(S1)로 가스가 유입되게 함으로써 내부 탱크(100)의 내부 압력과 제1 공간부(S1)의 압력을 동일하게 제어할 수 있다.

제1 압력제어수단(400)의 제1 안전제어부(420)는 전술한 제1 압력제어부(410)와 달리 기계적인 방법에 의해 작동되는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 공간부(S1)의 압력이 내부 탱크(100)의 압력 보다 작은 경우 탄성력과 제1 공간부(S1) 및 내부 탱크(100)의 압력 차이에 의해 개방되어 제1 공간부(S1)로 가스를 공급시키는 제1 가스공급밸브(430)와, 제1 공간부(S1)의 압력이 내부 탱크(100)의 압력 보다 큰 경우 탄성력과 제1 공간부(S1) 및 내부 탱크(100)의 압력 차이에 의해 개방되어 제1 공간부(S1)의 가스를 배출시키는 제1 가스배출밸브(440)를 포함한다.

본 실시 예에서 제1 가스공급밸브(430)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 내부 탱크(100)의 가스가 유입되는 제1 가스유입구(431a)와 제1 공간부(S1)의 가스가 유입되는 제2 가스유입구(431b)와 제1 가스공급라인(411)에서 공급되는 가스를 제1 공간부(S1)로 공급시키는 통로가 되는 제1 가스통로(431c)가 마련된 제1 몸체(431)와, 제1 몸체(431)에 마련되어 제1 가스유입구(431a)로 유입된 가스의 공간과 제2 가스유입구(431b)로 유입된 가스의 공간을 각각 밀폐된 공간으로 구획하며 탄성력과 제1 몸체(431)의 내부 압력 차이에 의해 제1 가스통로(431c)를 개폐시키는 제1 로드(432)와, 제1 몸체(431)의 내부에 마련되어 제1 로드(432)에 탄성력을 제공하는 제1 탄성체(433)를 포함한다.

또한 본 실시 예에서 제1 가스공급밸브(430)는 내부 탱크(100)의 내부 압력과 제1 공간부(S1)의 압력이 동일한 경우 제1 로드(432)가 제1 가스통로(431c)를 막아 제1 공간부(S1)로 가스가 공급되지 않는다.

본 실시 예에서 제1 가스배출밸브(400) 는, 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 탱크(100)의 가스가 유입되는 제3 가스유입구(441a)와 제1 공간부(S1)에서 공급되는 가스의 배출 통로가 되는 제2 가스통로(441b)가 마련된 제2 몸체(441)와, 제2 몸체(441)에 마련되어 제3 가스유입구(441a)로 유입된 가스의 공간과 그외의 공간을 각각 밀폐된 공간으로 구획하며 탄성력과 제2 몸체(441)의 내부 압력 차이에 의해 제2 가스통로(441b)를 개폐시키는 제2 로드(442)와, 제2 몸체(441)의 내부에 마련되어 제2 로드(442)에 탄성력을 제공하는 제2 탄성체(443)를 포함한다.

이하에서 도 1 내지 도 3을 참고하여 제1 안전제어부(420)의 작동 상태를 설명하며, 이는 후술하는 제2 안전제어부(520)에도 동일하게 적용될 수 있다.

먼저 제1 공간부(S1)의 압력이 내부 탱크(100)의 압력보다 작아 제1 가스공급밸브(430)를 개방시켜 제1 공간부(S1)로 가스가 공급되게 함으로써 제1 공간부(S1)의 압력과 내부 탱크(100)의 내부 압력이 동일하게 제어되는 작동을 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이 제1 공간부(S1)의 가스가 제2 가스유입구(431b)를 통해 제1 몸체(431)의 내부 상단에서 아래로 유입되면서 유입되는 가스의 압력과 제1 탄성체(433)의 압력에 의해 제1 가스통로(431c)가 닫혀 있다. 이때 제1 가스유입구(431a)를 통해서도 내부 탱크(100)의 가스가 공급되며, 이 가스는 제1 압력검출라인(PL1)에서 분기되는 라인을 통해 공급될 수 있다.

이 상태에서 제1 공간부(S1)의 압력이 내부 탱크(100)의 내부 압력보다 작아지거나, 내부 탱크(100)의 내부 압력이 커져서 내부 탱크(100)의 내부 압력이 제2 가스유입구(431b)로 유입되는 가스의 압력 및 제1 탄성체(433)의 탄성력 보다 커지면 제1 로드(432)가 상측부로 이동되어 제1 가스통로(431c)가 개방되어 제1 라인(L1)을 통해 제1 공간부(S1)로 가스가 공급될 수 있다.

공급되는 가스에 의해 제1 공간부(S1)의 압력이 다시 커지면 제1 로드(432)는 하측부로 이동되어 제1 가스통로(431c)를 차단하며 제1 공간부(S1)로의 가스 공급은 중단된다.

다음으로 제1 공간부(S1)의 압력이 내부 탱크(100)의 압력보다 커서 제1 가스배출밸브(440)를 개방시켜 외부 탱크(200)의 외부로 가스를 배출시킴으로써 제1 공간부(S1)의 압력과 내부 탱크(100)의 내부 압력이 동일하게 제어되는 작동을 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이 내부 탱크(100)의 가스가 제3 가스유입구(441a)를 통해 제2 몸체(441)의 내부 상단으로 공급되어 제3 가스유입구(441a)를 통해 유입되는 가스의 압력과 제2 탄성체(443)의 압력에 의해 제2 가스통로(441b)는 닫혀 있다. 이때 제2 가스통로(441b)로 유입될 수 있는 제1 공간부(S1)의 가스는 제2 라인(L2)을 통해 유입될 수 있다.

이 상태에서 제1 공간부(S1)의 압력이 내부 탱크(100)의 내부 압력과 제2 탄성체(443)의 압력을 합한 압력보다 커지면 제2 로드(442)가 상측부로 이동되어 제2 가스통로(441b)가 개방되어 가스가 배출된다.

배출되는 가스에 의해 제1 공간부(S1)의 압력이 작아지면 제2 로드(442)는 하측으로 이동되어 제2 가스통로(441b)를 차단하며 제1 공간부(S1)에서의 가스 배출은 중단된다.

제2 압력제어수단(500)은, 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력 차이가 나는 경우 제2 공간부(S2)로 가스를 공급하거나 제2 공간부(S2)의 가스를 배출하여 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력을 동일하게 제어하는 역할을 한다.

즉 제2 압력제어수단(500)는 제2 공간부(S2)의 가스를 배출하거나 제2 공간부(S2)로 가스를 공급하여 압력를 제어하는 점에서 제1 공간부(S1)로 가스를 배출하거나 공급하는 제1 압력제어수단(400)과 차이점이 있다.

본 실시 예에서 제2 압력제어수단(500)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 공간부(S1)의 압력과 제2 공간부(S2)의 압력을 검출하여 제1 공간부(S1)의 압력과 제2 공간부(S2)의 압력을 동일하게 제어하는 제2 압력제어부(510)와, 제1 공간부(S1)의 압력과 제2 공간부(S2)의 압력 차이가 나는 경우 탄성력과 공급되는 가스의 압력 차이에 의해 기계적으로 제1 공간부(S1)의 압력과 제2 공간부(S2)의 압력을 동일하게 제어하는 제2 안전제어부(520)를 포함한다.

즉 본 실시 예에서 제2 압력제어수단(500)은 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력을 검출하여 제어부(C)에서 전기적으로 압력을 제어할 수도 있고, 정전이나 부품의 고장 등의 상황에도 기계적인 방법으로 안정적으로 작동되어 압력을 제어할 수도 있다.

제 2 압력제어수단의 제2 압력제어부(510)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 공간부(S2)에 연결되어 제2 공간부(S2)로 공급되는 가스의 연결통로가 되는 제2 가스공급라인(511)과, 제2 가스공급라인(511)에 마련되며 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력 차이가 나는 경우 제어부(C)에서 전달되는 신호로 작동되어 제2 가스공급라인(511)을 개폐시키는 제3 밸브(512)와, 제2 공간부(S2)에 연결되어 제2 공간부(S2)에서 배출되는 가스의 연결통로가 되는 제2 가스배출라인(513)과, 제2 가스배출라인(513)에 마련되며 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력 차이가 나는 경우 제어부(C)에서 전달되는 신호로 작동되어 제2 가스배출라인(513)을 개폐시키는 제4 밸브(514)를 포함한다.

본 실시 예에서 제3 밸브(512)와 제4 밸브(514)는 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력 차이가 나는 경우 제어부(C)의 전기적 신호를 기초로 개폐될 수 있다.

구체적으로 제1 공간부(S1)의 압력은 제2 압력검출라인(PL2)을 통해 제2 압력트랜스미터(PT2)로 전달되고, 제2 압력트랜스미터(PT2)는 이를 신호로 변환시켜 제어부(C)로 전달한다. 제2 공간부(S2)의 압력은 제3 압력검출라인(PL3)을 통해 제3 압력트랜스미터(PT3)로 전달되고, 제3 압력트랜스미터(PT3)는 이를 신호로 변환시켜 제어부(C)로 전달한다.

제어부(C)는 전달되는 신호를 기초로 제2 공간부(S2)의 압력이 제1 공간부(S1)의 압력보다 큰 경우 제4 밸브(514)를 개방시켜 제2 공간부(S2)의 가스를 배출하고, 그 반대의 경우 제3 밸브(512)를 개방시켜 제2 공간부(S2)로 가스가 유입되게 함으로써 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력을 동일하게 제어할 수 있다.

제2 압력제어수단(500)의 제2 안전제어부(520)는 전술한 제2 압력제어부(510)와 달리 기계적인 방법에 의해 작동되는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 공간부(S2)의 압력이 제1 공간부(S1)의 압력 보다 작은 경우 탄성력과 제1 공간부(S1) 및 제2 공간부(S2)의 압력 차이에 의해 개방되어 제2 공간부(S2)로 가스를 공급시키는 제2 가스공급밸브(530)와, 제2 공간부(S2)의 압력이 제1 공간부(S1)의 압력 보다 큰 경우 탄성력과 제1 공간부(S1) 및 제2 공간부(S2)의 압력 차이에 의해 개방되어 제2 공간부(S2)의 가스를 배출시키는 제2 가스배출밸브(540)를 포함한다.

본 실시 예에서 제2 가스공급밸브(540)는 제1 가스공급밸브(430)와 그 구성 및 작동이 동일할 수 있고, 제2 가스배출밸브(540)는 제1 가스배출밸브(440)와 그 구성 및 작동이 동일할 수 있다.

또한 제2 안전제어부(520)는 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력 제어를 대상으로 하므로 제1 공간부(S1)에서 제2 가스공급밸브(540) 및 제2 가스배출밸브(540)로 공급되는 가스는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 압력검출라인(PL2)에서 분기되는 라인을 통해 공급될 수 있다.

또한 제2 가스공급라인(511)을 통해 제2 가스공급밸브(540)로 유입되는 가스는 제3 라인(L3)을 통해 제2 공간부(S2)로 유입될 수 있고, 제2 공간부(S2)에 있는 가스는 제4 라인(L4)을 통해 제2 가스배출밸브(540)로 공급된 후 제2 가스배출라인(513)을 통해 배출될 수 있으며, 전술한 차이점을 제외하고는 제2 안전제어부(520)는 제1 안전제어부(420)와 작동 메커니즘이 동일하므로 제2 안전제어부(520)의 상세한 작동 설명은 생략한다.

한편 본 실시 예에서 제1 가스공급라인(411)과 제2 가스공급라인(511)으로 공급되는 가스는 외부 탱크(200)의 외측에 마련되는 가스공급원(미도시)에서 공급될 수 있다.

또한 가스공급원은 제1 가스공급라인(411)으로 가스를 공급하는 제1 가스공급원(미도시)과, 제2 가스공급라인(511)으로 가스를 공급하는 제2 가스공급원(미도시)을 포함할 수 있다.

지지대(600)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 일측부는 내부 탱크(100)에 연결되어 내부 탱크(100)를 지지하고 타측부는 밀봉방벽(300)을 관통하여 외부 탱크(200)에 연결되어 내부 탱크(100)의 하중을 외부 탱크(200)로 전달 및 내부 탱크(100)를 지지하는 역할을 한다.

본 실시 에에서 지지대(600)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 탱크(100)의 하측부에 배치될 수도 있으며, 이에 한정되지 않고 내부 탱크(100)의 상측부 및 내부 탱크(100)의 측면부 등 다양한 위치에 복수로 배치될 수도 있다.

또한 본 실시 예에서 지지대(600)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 층으로 분할될 수 있고, 복수의 층은 서로 다른 소재로 제작될 수 있다. 일 예로 제1 공간부(S1)에 배치되는 영역의 제1 지지부(610)는 알루미늄, 스테인레스 스틸을 포함하는 극저온 소재로 제작될 수 있고, 제2 공간부(S2)에 배치되는 영역 중 극저온 소재와 접촉되는 영역의 제2 지지부(620)는 우든 블록(Wooden Block)을 포함하는 목재 재질로 제작될 수 있고, 외부 탱크(200)에 지지되는 제3 지지부(630)는 스틸(Steel) 재질로 제작될 수 있다.

나아가 지지대(600)의 외측벽에는 전술한 단열재(I)가 마련될 수 있다.

한편 본 실시 예는, 도 5에 도시된 바와 같이, 밀봉방벽 파손 방지부(700)와 누출가스 배출 라인(800)을 더 포함할 수 있다.

밀봉방벽 파손 방지부(700)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)를 연결하도록 마련되되 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력이 밀봉방벽(300)의 설계압력에 가까워질 경우 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)를 연통시켜 밀봉방벽(300)이 설계압력의 초과로 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다.

본 실시 예에서 밀봉방벽 파손 방지부(700)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)를 연결하는 연결라인(710)과, 연결라인(710)에 마련되며 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력이 밀봉방벽(300)의 설계압력에 가까워지기 전까지는 연결라인(710)을 막고 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)의 압력이 밀봉방벽(300)의 설계압력에 가까워지는 경우 개방되어 연결라인(710)을 연통시키는 파손방지부재(720)를 포함한다.

본 실시 예에서 파손방지부재(720)는 럽쳐 디스크(Rupture Disk) 또는 압력 안전 밸브(Pressure Safety Valve) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

누출가스 배출라인(800)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 탱크(200)의 외측에서 제1 공간부(S1)로 연결되어 내부 탱크(100)에서 누설되어 기화된 가스를 외부 탱크(200)의 외부로 배출시키는 역할을 한다.

내부 탱크(100)에서 누설이 발생된 경우 누설된 액화천연가스는 제1 공간부(S1)에 저장되고, 제1 공간부(S1)에 저장된 액화천연가스는 외부 탱크(200)의 외부로부터 전달되는 열에 의해 기화된다.

이렇게 기화된 가스는 누출가스 배출라인(800)을 통해 외부 탱크(200)의 외부로 배출된다.

도 6은 도 1에 도시된 저온고압탱크에 액화천연가스를 로딩하기 전에 내부 탱크(100), 제1 공간부(S1) 및 제2 공간부(S2)에 가스를 공급하여 압력을 동일하게 하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예는 액화천연가스를 내부 탱크(100)로 로딩하기 전에 가스라인(GL)을 통해 내부 탱크(100), 제1 공간부(S1) 및 제2 공간부(S2)의 압력을 미리 설정된 동일한 압력 예를 들어 20bar로 가압하는 작업이 이루어진다.

본 실시 예에서처럼 미리 내부 탱크(100), 제1 공간부(S1) 및 제2 공간부(S2)의 압력을 동일하게 한 후 액화천연가스를 로딩하면 내부 탱크(100) 내에서 압력 변화가 크지 않으므로 내부 탱크(100) 내의 가스 공간의 압력 제어를 충분히 제어할 수 있는 이점이 있다.

본 실시 예에서 내부 탱크(100)의 내부로 액화천연가스를 공급하는 로딩 라인(LL)의 상측부는, 도 6에 도시된 바와 같이, 데크(D)의 위에 설치할 수도 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 내부 탱크와 외부 탱크의 사이의 공간을 밀봉방벽에 의해 밀폐된 공간으로 구획함으로써 내부 탱크에서 누설되는 극저온 액체가 외부 탱크에 직접적으로 접촉되는 것을 막아 외부 탱크의 손상을 방지할 수 있고, 외부 탱크의 재질을 저온 특성이 우수한 금속 재질이 아닌 일반 소재를 사용할 수 있으므로 제작 비용을 절감할 수 있다.

또한 내부 탱크에서 누설이 발생된 경우 미리 동일하게 세팅된 내부 탱크의 압력과 제1 공간부의 압력 차이가 나므로 누설을 빠른 시간에 탐지할 수 있고, 제1 공간부와 제2 공간부의 압력을 능동적으로 제어함으로써 내부 탱크의 압력 변화와 관계없이 항상 내부 탱크의 구조적 안정성을 보장할 수 있다.

나아가 내부 탱크나 제1 공간부나 제2 공간부의 압력이 급격히 떨어지거나 올라가는 데 자동으로 밸브가 작동되지 않는 경우 기계적인 메커니즘에 의해 수동으로 밸브를 작동시켜 압력을 동일하게 제어할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 저온고압탱크 100 : 내부 탱크
200 : 외부 탱크 300 : 밀봉방벽
400 : 제1 압력제어수단 410 : 제1 압력제어부
420 : 제1 안전제어부 430 : 제1 가스공급밸브
440 : 제1 가스배출밸브 500 : 제2 압력제어수단
510 : 제2 압력제어부 520 : 제2 안전제어부
530 : 제2 가스공급밸브 540 : 제2 가스배출밸브
600 : 지지대 610 : 제1 지지부
620 : 제2 지지부 630 : 제3 지지부
700 : 밀봉방벽 710 : 연결라인
720 : 파손방지부재 800 : 누출가스 배출 라인
C : 컨트롤러 I : 단열재
S1 : 제1 공간부 S2 : 제2 공간부

Claims

액화천연가스가 저장되는 저온고압탱크의 압력제어방법에 있어서,
상기 저온고압탱크는 내부 탱크와 외부 탱크의 사이에 마련되어 상기 내부 탱크와 상기 외부 탱크 사이의 공간을 가스가 채워진 밀폐된 공간으로 구획하는 밀봉방벽을 포함하며,
상기 내부 탱크의 압력과, 상기 내부 탱크와 상기 밀봉방벽 사이의 제1 공간부의 압력을 검출하여 압력 차이가 발생되는 경우 상기 제 1공간부로 가스를 공급하거나 배출하여 상기 내부 탱크의 압력과 상기 제1 공간부의 압력을 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 공간부의 압력이 상기 탱크 내부의 압력보다 클 경우 상기 제1 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브를 개방시켜 상기 제1 공간부의 가스를 배출시킴으로써 상기 제1 공간부의 압력과 상기 탱크 내부의 압력을 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 공간부의 압력이 상기 탱크 내부의 압력보다 작을 경우 상기 제1 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브를 개방시켜 상기 제1 공간부로 가스를 공급함으로써 상기 제1 공간부의 압력과 상기 탱크 내부의 압력을 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제1 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브는 상기 압력 차이가 발생되는 경우 제어부의 전기적 신호 또는 탄성력과 압력 차이에 의한 기계적인 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 개폐되는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 공간부의 압력과, 상기 밀봉방벽과 상기 외부 탱크 사이의 제2 공간부의 압력을 검출하여 압력 차이가 발생되는 경우 상기 제 2공간부로 가스를 공급하거나 배출하여 상기 제1 공간부의 압력과 상기 제2 공간부의 압력을 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 공간부의 압력이 상기 제1 공간부의 압력보다 작을 경우 상기 제2 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브를 개방시켜 상기 제2 공간부로 가스를 공급함으로써 상기 제1 공간부의 압력과 상기 제2 공간부의 압력을 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 공간부의 압력이 상기 제1 공간부의 압력보다 클 경우 상기 제2 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브를 개방시켜 상기 제2 공간부의 가스를 배출시킴으로써 상기 제1 공간부의 압력과 상기 제2 공간부의 압력을 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 제2 공간부에 연결된 배관에 마련된 밸브는 상기 압력 차이가 발생되는 경우 제어부의 전기적 신호 또는 탄성력과 압력 차이에 의한 기계적인 방법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 개폐되는것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 내부 탱크에 상기 액화천연가스를 로딩(Loading)하기 전에 상기 가스를 상기 내부 탱크 및 상기 밀봉방벽에 의해 구획된 상기 밀폐된 공간에 충진하여 상기 내부 탱크 및 상기 밀폐된 공간의 압력이 미리 결정된 동일한 압력을 갖는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 내부 탱크에서 누설되어 기화된 가스는 상기 내부 탱크에 연결되는 누출가스 배출라인에 의해 상기 외부 탱크의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
내부 탱크와 외부 탱크의 사이에 마련된 밀봉방벽에 의해 제1 공간부와 제2 공간부로 구획되는 저온고압탱크의 상기 내부 탱크, 상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부 중 어느 하나가 압력 차이가 나는 경우 상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부 중 어느 하나로 가스를 공급하거나 배출하여 상기 내부 탱크, 상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부의 압력을 동일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부 중 적어도 어느 하나의 공간부에는 N₂ 가스를 포함하는 가스가 채워져 있는 것을 특징으로 하는 저온고압탱크의 압력제어방법.