KR20140110900A - 다층 압력 용기 - Google Patents

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프란체스코 네티스
파올로 레돈디
바니 네리 토마셀리
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블루 웨이브 컴퍼니 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 가압된 가스를 격납하거나 수송하기 위한 압력 용기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 압축 천연 가스를 격납하거나 수송하기 위한 이러한 용기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 내륙 또는 연안의 가스를 저장하거나 수송하는 방법에 관한 것이며, 또한 특히 압축 천연 가스와 같은 가스를 수송하기 위한 운송체에 관한 것이다.

Description

다층 압력 용기{MULTILAYER PRESSURE VESSEL}
본 발명은 전반적으로는 선박에서 가압된 가스를 격납하거나 또는 수송하기 위한 압력 용기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 압축 천연 가스(CNG)를 격납하거나 수송하기 위한 이러한 용기에 관한 것이다.
본 발명은 또한 내륙 또는 연안의 가스를 저장하거나 수송하는 방법에 관한 것이며, 또한 특히 압축 천연 가스와 같은 가스를 수송하기 위한 운송체에 관한 것이다.
가압된 가스를 격납하거나 수송하기 위한 종래의 압력 용기는 통상적으로 단지 강(steel)을 기반으로 하여 만들어지고, 무게가 많이 나간다. 그러나, 강의 비용이 상당하기 때문에, 강의 내식 특성(corrosion resistant property)에도 불구하고, 해양 관련업 운송체(seafaring vehicle)에 대해서는 문제점을 나타낸다 - 해양 관련업 용기는 운송체의 부력에 기초한 적재 부하 한계치(load-bearing limit)를 가지며, 적재 용량(load capacity)의 대부분을 용기의 물리적 중량, 즉 용기의 "빈 상태의" 중량이 차지한다.
더욱이, 해양 관련업 운송체 상에서는, 필수 불가결하게, 염수 물보라(salty water spray)가 압력 용기의 스테인리스강과 선박 구조를 위해 사용된 탄소강 간의 바람직하지 않고 오래 지속되는 갈바닉 커플링을 생성한다. 이 커플링은 소위 해양 부식(marine corrosion)을 야기하며, 이러한 해양 부식은 시간이 경과함에 따라 더 큰 차이의 또는 더 강한 전기음성도(electronegativity)로 금속을 약화시킨다.
따라서, 본 발명은 공지의 압력 용기의 단점 중의 적어도 하나를 해소하거나 완화시키는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 해양 관련업 운송체에서의 혹독한 조건에 대해서 더욱 저항성을 나타내는 압력 용기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태는 구체적으로 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기에 관한 것이다. 압력 용기는 그 길이의 대부분에 걸쳐 전반적으로 원통형의 형상을 가지며, 가스 적하 및 양하와 액체 배출을 위한 하나 이상의 개구부를 포함한다. 압력 용기는, 비금속성 내부 코팅, 금속성 라이너(metallic liner), 및 하나 이상의 외부 섬유층을 포함한다.
개구부는 용기의 하부에 있는 것이 바람직하다. 용기는 원통 부분이 실질적으로 수직하도록 수직으로 세워지는 것이 바람직하다.
상기 비금속성 내부 코팅은 실질적으로 불활성인 것이 바람직할 수 있다.
상기 비금속성 내부 코팅은 적어도 스테인리스강의 코팅의 내식성(corrosion resistance)을 갖는 것이 이로울 수 있다.
상기 비금속성 내부 코팅은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 에폭시 수지, 폴리염화비닐(PVC) 등을 포함하는 군에서 선택될 수 있다.
상기 금속성 라이너는 산성 가스에 대해 내식성을 가질 수 있다.
상기 금속성 라이너는 저탄소강(low-carbon steel)으로 이루어질 수도 있다.
상기 섬유층은 상기 금속성 라이너에 대해 감겨진 섬유로 이루어질 수도 있다.
상기 섬유층은 탄소 섬유를 포함할 수 있다.
상기 압력 용기는 상기 금속성 라이너와 상기 탄소 섬유층 사이에 위치된 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 절연층은 가스 침투가능 층이어도 된다.
상기 섬유층은 유리 섬유를 포함할 수도 있다.
상기 압력 용기는, 상기 금속성 라이너와 상기 섬유층 사이에 위치된 가스 침투가능 층을 더 포함할 수도 있다.
상기 가스 침투가능 층은 유리 섬유를 포함할 수도 있다.
상기 압력 용기는, 가스 누출을 검지하기 위해 상기 가스 침투가능 층에 연결된 가스 검지기를 더 포함할 수도 있다.
상기 압력 용기는 그 길이의 대부분을 따라 내측과 외측이 근본적으로 원통 형상으로 될 수도 있다.
상기 압력 용기의 내경은 0.5 미터와 5 미터 사이이어도 된다.
상기 압력 용기의 내경은 1.5 미터와 3.5 미터 사이이어도 된다.
상기 압력 용기는, 상기 압력 용기의 내부에 진입하거나 및/또는 내부를 검사하기 위한 맨홀을 더 포함할 수도 있다. 상기 맨홀은 상기 압력 용기의 상단(top)에 있는 것이 바람직하다. 상기 맨홀은 예컨대 사람이 용기 내로 올라감으로써 내부 검사를 허용하기 위해 24 인치(60 cm) 맨홀 또는 그 동등 구성의 것이어도 된다. 상기 맨홀은 그 맨홀의 개구부의 밀봉 폐쇄를 허용하기 위한 폐쇄 수단을 가질 수도 있다.
검사 가능한 복수의 압력 용기는 모듈 또는 격실에 배열될 수 있으며, 이들 압력 용기는 적하 및 양하 작업을 위해 상호연결될 수 있다.
압력 용기 모두는 동일한 높이를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 선박의 선체의 곡률과 같은 가변의 바닥 상태(variable floor condition)에 부응하도록 상이한 높이를 가질 수도 있다.
본 발명의 제2 양태에 따라, 내륙 또는 연안의 특히 압축 천연 가스와 같은 가스를 저장하거나 수송하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 본 발명의 제1 양태의 전술한 구성 중 임의의 구성에 따른 하나 이상의 압력 용기를 이용하는 것을 포함한다.
본 발명의 제3 양태는 특히 압축 천연 가스와 같은 가스를 수송하기 위한 운송체에 관한 것으로, 상기 운송체는 본 발명의 제1 양태의 전술한 구성 중 임의의 구성에 따른 하나 이상의 용기를 포함한다.
상기 운송체는 선박이어도 되고, 또는 트럭 또는 열차와 같은 기타 형태의 몇몇의 운반 차량이어도 된다.
상기 가스 운송체에서는, 압력 용기들이 상호연결될 수도 있다.
본 발명에 따른 압력 용기는 동등한 구성의 스틸 용기에 비하여 생산 단가의 감소를 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 압력 용기는, 스틸 용기에 비하여, 용기와 이들을 수송하는 해양 선박업 운송체 간의 갈바닉 커플링의 감소를 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 추가의 장점은 동등한 구성의 스틸 용기에 비하여 압력 용기의 중량을 감소시킬 수 있으며, 감소된 중량은 선박이 주어진 배수량에 대해 주어진 부력을 갖기 때문에 더 큰 체적의 유체가 선박에 의해 운반될 수 있도록 한다.
더욱이, 본 발명은 여전히 내식성을 유지하면서도 더 적은 비용의 탄소강이 압력 용기 내에 사용될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 이러한 특징 및 기타 특징을 첨부 도면을 참조하여 순수하게 예로서 설명할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 압력 용기의 제1 실시예의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 압력 용기의 제2 실시예의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 압력 용기의 제3 실시예의 단면의 확대도이다.
도 4는 모듈로 배열된 본 발명에 따른 용기들 간의 상호연결 파이프(interconnecting piping)를 도시하는 개략 투시도이다.
도 5는 모듈 내에 줄지어 있는 용기들 간의 상호연결 파이프를 도시하는 개략 측면도이다.
도 6은 모듈 내에 줄지어 있는 용기들 간의 상호연결 파이프를 도시하는 개략 평면도이다.
도 7은 나란하게 배열된 2개의 모듈을 보여주는 선체 관통 단면을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 8은 상단측 배관(top-side pipework)의 상세도를 개략적으로 도시하는 도면이다.
CNG 수송의 분야에서의 증가된 용량 및 효율에 대한 요구와, 이를 위한 스틸-기반의 실린더의 공통적인 사용은, 더 두꺼운 구조를 갖는 스틸 기반의 실린더의 개발을 야기하며, 이것은 통상적으로 디바이스가 무겁게 되게 하거나, 또는 디바이스가 격납 시스템(containment system)에 대한 수송 가스의 더 낮은 질량비를 갖게 한다. 이러한 작용은 복합 구조(composite structure)와 같은 진보되고 더 경량의 재료로 극복될 수 있다.
따라서, 몇몇의 기존의 해법은 디바이스의 중량을 감소시키기 위해 이미 복합 구조를 이용하고 있지만, 복합 구조의 크기 및 구성이 예컨대 사용된 재료의 한계로 인해 최적화되어 있지 않다. 예컨대, 소형 실린더 또는 통상적이지 않은 형상의 용기의 사용은 수송되는 가스의 측면에서 더 낮은 효율(더 작은 용기는 더 높은 비점유 공간 비율을 야기할 수 있음) 및 용기 내부의 더욱 어려운 검사를 야기하는 경우가 있다. 또한, 용기의 원통 부분을 덮지만 용기의 단부(end)를 덮지 않는 부분적 랩핑(예컨대, 후프-랩핑 실린더(hoop-wrapped cylinder))의 이용은 용기의 랩핑된 부분과 용기의 단부 사이에 계면이 존재하게 하며, 이곳에서 금속 쉘(metal shell)만이 노출된다. 이것은 또한 부식과 같은 문제를 야기할 수 있다.
또한, 연속하는 구조적 부분에서의 재료들 간의 전이는 일반적으로 더 약한 영역과 그에 따라 고장이 발생하기가 더 쉬운 지점을 이룬다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용기(10)는 유압식 또는 유체공학적 격납이 가능한 내부 금속성 라이너(2)로 이루어진다. 금속성 라이너(2)의 안쪽은 원료 가스를 견뎌낼 수 있는 중합체층과 같은 비금속성층(1)으로 내부적으로 코팅된다. 금속 라이너(2)는 CNG 수송, 적하(loading), 및 양하(offloading) 단계 동안의 구조적 목적(structural aim)을 제공하기 위한 형태로 제공될 필요는 없다.
금속 라이너(2)는 내부가 비금속성 부식 방지층(1)으로 코팅되며, 라이너는 미처리된 또는 미가공된 가스를 운반할 수 있다. 바람직한 자재는 에폭시 수지, HDPE(고밀도 폴리에틸렌) 또는 PVC(폴리염화비닐)와 같은 얇은 중합체 비금속성층(1)을 갖는 탄소강 코팅된 금속성 라이너(2)이어도 된다. 바람직하게는, 금속 라이너는 50 MPa 또는 그보다 높은 인장 강도(tensile strength)를 갖는다. 바람직하게는, 금속 라이너는 3 GPa 또는 그보다 높은 영률(Young Modulus)을 갖는다. 바람직하게는, 금속 라이너는 실질적으로 화학적으로 불활성일 수 있다. 바람직하게는, 금속 라이너는 염화물을 포함한 넓은 범위의 화학적 조성물에 대해 내식성을 나타낸다.
이 구조는 또한 용기(10)가 14% 몰분율까지의 CO2 허용량(CO2 allowance)을 갖거나, 1.5% 몰분율까지의 H2S 허용량을 갖거나, 또는 H2 또는 CO2 가스를 갖는 천연 가스(메탄)와 같은 기타 가스를 운반하기 위해 이용될 수 있도록 한다. 그러나, 바람직한 용도는 CNG 수송이다.
CNG는 몇몇은 기체 상태로 있고 다른 몇몇은 액체 상태로 있거나 또는 기체 상태와 액체 상태의 혼합 상태로 있는 가변적인 혼합비의 다양한 잠재적인 성분부(potential component part)를 포함할 수 있다. 이들 성분부는 통상적으로 이하의 성분들 중의 하나 이상을 포함할 것이다: C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, C6H14, C7H16, C8H18, C9+ 하이드로카본, CO2 및 H2S, 이에 더하여 잠재적으로는 액체 상태의 톨루엔, 디젤 및 옥탄.
금속 라이너(2)는 바람직하게는 외부 섬유층(3)이 입혀지는 때에 그 위에 가해지는 기계적 응력과 같은 용기의 제조 공정에서 발생하는 기계적 응력을 견뎌내기에 충분한 정도로 강하게 될 필요가 있다. 이것은 가스의 가압 수송 동안의 구조적 지지가 그 대신에 외부 섬유층(3)에 의해 제공될 것이기 때문이다.
금속 라이너(2)가 탄소강으로 이루어지는 경우, API(American Petroleum Institute) 5L ×42 또는 ×60 또는 350 MPa 또는 그보다 높은 바람직한 인장 강도를 갖는 ASTM(American Society for Testing and Materials) A516으로부터 선택될 수 있다.
외부 섬유층(3)은 바람직하게는 탄소/그래파이트 섬유를 기반으로 하는 섬유 강화 폴리머로부터 선택되어, 용기(10)(용기 단부를 포함)를 완전히 랩핑하고, 서비스 동안 구조적 기여를 제공할 것이다.
외부 섬유층(3)에 탄소 섬유가 사용될 때, 3,200 MPa 또는 그보다 높은 바람직한 인장 강도 및/또는 230 GPa 또는 그보다 높은 바람직한 영률을 갖는 탄소 얀(carbon yarn)을 사용하는 것이 바람직하지만, 이러한 것으로 한정되지 않는다. 얀은 얀 당 12,000, 24,000 또는 48,000 필라멘트를 갖는 것이 이로울 수 있다.
복합 매트릭스는 중합체 수지 열경화성 수지 또는 열가소성 수지(polymeric resin thermoset or thermoplastic)인 것이 바람직하다. 보다 정확하게는, 열경화성 수지가 사용되면, 에폭시계 수지 또는 대안으로 비닐 에스테르 또는 폴리에스테르계 수지인 것이 바람직하다. 이것은 또한 비용 절감을 달성하게 한다.
탄소/에폭시 복합체를 포함하는 외부 섬유층(3)이 금속성 라이너(2)용으로 사용된 강과 같이 전기 전도성을 나타내므로, 가능한 갈바닉 커플링을 방지하기 위해 격리 특성을 갖는 추가의 절연 복합체층을 제공하는 것이 이롭다.
이 절연층은 에폭시 수지에 임베드되어 그에 따라 외부층의 수지와 매칭하는 유리 섬유로 이루어지는 것이 이로울 수 있다. 유리 섬유에 관해서는, E 유리 섬유 또는 S 유리 섬유를 사용하는 것이 바람직하지만 이러한 것으로 한정되지 않는다. 그러나, 유리 섬유는 1,000 MPa 또는 그보다 높은 제안된 인장 간도 및/또는 70 GPa 또는 그보다 높은 영률을 갖는 것이 바람직하다.
이와 달리, 도 2에 도시된 바와 같이, 절연층(4)으로서 중합체 코팅을 입히는 것이 유용할 수도 있다. 이 실시예에서는, 절연층이 라이너(2)와 섬유층(3) 사이에 있다. 절연층(4)은 에폭시 수지, HDPE(고밀도 폴리에틸렌) 또는 PVC(폴리염화비닐)와 같은 재료로부터 선택되는 것이 이로울 수 있다. 바람직하게는, 코팅은 50 MPa 또는 그보다 높은 인장 강도 및/또는 3 GPa 또는 그보다 높은 영률을 갖는다.
전형적으로 압축 응력을 단지 전달하여야 하는 절연층(4)은 기공성 특성(porous characteristic)을 가질 수도 있다. 즉, 절연층은 스틸 라이너로부터의 누출의 경우에 가스가 침투할 수 있어도 된다. 그러므로, 절연층(4)은 내부 라이너(2)로부터의 누출의 경우에 경고를 발생할 수 있는 통합된 가스 검지 디바이스를 더 포함하는 것이 이로울 수 있다. 도 3은 용기의 벽부에 통합될 수도 있는 이러한 디바이스에 대한 연결을 개략적으로 도시하고 있다. 이러한 디바이스는 선박의 다른 곳에, 보편적으로는 압력 용기 부근에, 탑재된 수신 유닛에의 무선 전송을 통해 작동될 수 있다.
금속 라이너(2)(제1 층)에 걸친 외부 복합체층(3)의 제조는 와인딩 기술(winding technology)을 수반하는 것이 바람직하다. 이것은 잠재적으로는 생산 시간의 면에서 높은 효율을 제공할 수 있다. 더욱이, 잠재적으로는 섬유의 배향(orientation)에서의 우수한 정밀도를 제공할 수 있다. 또한, 우수한 품질의 재현성(reproducibility)을 제공할 수 있다.
강화 섬유는 맨드릴(mandrel)을 통해 역장력으로 와인딩되는 것이 바람직하다. 맨드릴은 통상적으로 라이너이다. 그러므로, 라이너는 이러한 기술을 위한 수형 금형(male mould)을 구성한다. 와인딩은 섬유가 수지에 사전-함침된(pre-impregnated) 후에 수행되는 것이 바람직하다. 따라서, 함침된 섬유는, 주어진 직경에 대하여 필요한 두께에 도달할 때까지 금속성 라이너에 걸쳐 층들로 침적된다. 예컨대, 6 m의 직경에 대해, 탄소계 복합체의 경우에는 필요한 두께가 약 350 mm일 수 있거나 또는 유리계 복합체의 경우에는 필요한 두께가 약 650 mm일 수 있다.
본 발명은 실질적으로 완전히 랩핑된 압력 용기(10)에 관한 것이므로, 제조 프로세스에서 섬유를 위해 다중-축 크로스헤드(multi-axis crosshead)를 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 프로세스는 또한 압력 용기(10)의 단부(11, 12)의 대부분을 구조적 외부 복합체층(3)으로 덮는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
열경화성 수지를 사용하는 경우, 금속 라이너(2) 둘레에 섬유를 실제로 와인딩하기 전에 섬유를 함침하기 위하여, 섬유 침적 전에 함침 바스킷(impregnating basket)을 사용할 수 있다.
열가소성 수지를 사용하는 경우, 맨드릴에 도달하기 직전에 수지를 융해시키기 위해 섬유 침적 이전에 수지의 가열이 있을 수 있고, 또는 섬유가 금속 라이너 상에 복합 재료로서 침적되기 전에 열가소성 수지로 함침될 수 있다. 수지는 섬유 및 수지 복합체가 금속 라이너(2)에 도달하기 직전에 수지를 융해하기 위하여 섬유를 침적하기 전에 다시 가열된다.
압력 용기(10)에는 가스 적하 및 양하 그리고 액체 배출을 위한 개구부(7)가 제공될 수도 있다(이 개구부에는 캡 또는 커넥터가 제공됨). 개구부는 용기(10)의 양쪽 단부(11, 12)에 배치될 수도 있지만, 도시된 바와 같이 하단(12)에 있는 것이 바람직하다. 개구부는 배관에 연결하기 위한 12 인치(30 cm) 개구부이어도 된다.
압력 용기(10)는 또한 상단 단부(11)에 개구부(6)를 갖고, 이것은 적어도 18 인치(45 cm) 폭의 액세스 맨홀, 예컨대 밀봉되거나 밀봉가능한 커버를 갖는 맨홀(또는 더 바람직하게는 24 인치(60 cm) 맨홀)의 형태인 것이 바람직하다. 개구부는 바람직하게는 ASME(미국 기계 학회) 표준에 따라 제공된다. 바람직하게는, 개구부에 폐쇄 수단이 제공되고, 이러한 폐쇄 수단은 가스 수송 중에 개구부의 밀봉 폐쇄를 가능하게 하지만, 용기(10)가 사용되지 않을 때에는, 사람이 개구부/맨홀(6)을 통해 용기 내부로 올라가는 것에 의해 내부 검사를 가능하게 한다.
도 4는 모듈 또는 격실(40) 내의 복수의 용기의 배열을 나타낸다. 압력 용기(10)는 선박의 선체에서(도 6을 참조) 모듈 또는 격실(40)에 배열될 수 있고, 용기(10)들은 예컨대 배관(61)을 통한 적하 및 양하 작업을 위해 상호연결될 수 있다. 바람직 구성으로, 이러한 모듈 또는 격실(40)은 4개의 에지를 가지고(4변 형상임), 복수의 용기(10)를 포함하고 있다. 선택된 용기의 수는 용기의 직경 또는 형상과 모듈 또는 격실(40)의 크기에 따라 달라질 것이다. 나아가, 모듈 또는 격실의 수는 모듈 또는 격실(40)을 수용하기 위한 선박 선체의 구조적 제약에 따라 달라질 것이다. 모든 모듈 또는 격실이 동일한 크기 또는 형상을 가져야 하는 것은 아니고, 마찬가지로 동일한 크기 또는 형상의 압력 용기를 포함하거나 동일한 수의 용기를 포함할 필요가 없다.
용기(10)는 모듈 또는 격실 내에서 규칙적인 어레이를 이룰 수 있다 - 도시된 실시예에서는 4×7 어레이. 동일한 모듈 내에 있는지(즉, 상이한 크기의 압력 용기들), 또는 상이한 크기의 모듈들 내에 있는지에 따라, 기타 다른 어레이 크기도 예상될 수 있고, 이러한 배열은 선박의 선체에 적절하게 맞추어지도록 선택 및 설계될 수 있다.
외부 검사-가능성이라는 이유 때문에, 모듈 또는 격실(40) 내에서 용기(10) 사이의 거리는 적어도 380 mm, 또는 더 바람직하게는 600 mm인 것이 바람직하다. 이러한 거리는 또한 가압된 가스로 적재될 때에 용기 팽창을 위한 공간을 허용한다 - 용기는 적재될 때 부피가 2% 이상 팽창할 수 있다(그리고 주변 온도의 변화 또한 용기의 부피 변화를 초래할 수 있다).
바람직하게는, 모듈 또는 격실(40)들 사이의 거리, 또는 외측 용기(10A)와 모듈 또는 격실(40)의 벽 또는 경계(40A) 사이의 거리, 또는 이웃하는 모듈 또는 격실(40)의 인접하는 외측 용기들 사이의 거리는(예를 들어, 이웃하는 모듈 또는 격실(40)을 분리하는 어떠한 물리적인 벽이 없는 경우) 역시 외부 검사-가능성을 위해 및/또는 용기 팽창을 허용하기 위해 적어도 600 mm, 또는 더 바람직하게는 적어도 1 m가 될 것이다.
계속해서 도 4를 참조하면, 각각의 압력 용기 행(또는 열)은 예컨대 바람직하게는 12 인치(30 cm) 개구부(7)를 통한 각각의 용기(10)의 하부(12)로부터 메인 헤더로의 적하 및 양하 작업을 위한 파이프 시스템(60)과, 예컨대 전동 밸브를 통하여, 상호연결된다.
메인 헤더는 3가지 레벨(예컨대 250 bar의 고압, 예컨대 150 bar의 중간 압력, 및 예컨대 90 bar의 저압)을 포함한 다양한 상이한 압력 레벨을 갖고, 불활성을 목적으로 하는 하나의 질소 헤더 및 하나의 블로 다운 헤더(blow down header)를 포함할 수 있다.
또한 도 4에 도시된 바와 같이, 용기(10)는 바람직하게는 전용 지지대 또는 브래킷 상에, 또는 제 위치에 스트랩 결합됨으로써, 수직으로 장착되는 것이 바람직하다. 이러한 지지대(미도시)는 용기가 서로에 대해 수평으로 변위되는 것을 방지하도록 용기(10)를 홀딩한다. 클램프, 브래킷, 또는 기타 다른 기존의 압력 용기 유지 시스템이 이러한 목적으로 이용될 수 있고, 예를 들면 각각의 용기의 메인 실린더를 고정하는 후프 또는 스트립 등이 있다.
지지대는 예를 들어 약간의 탄성을 가짐으로써 용기 팽창을 수용하도록 설계될 수 있다.
용기(10)가 수직으로 장착되는 경우, 선박 이동으로부터 발생하는 이후의 동적 하중에 영향을 덜 받는다. 나아가, 이러한 수직 배열은 필요한 경우 모듈 또는 격실(40) 내에서 단일 용기들을 보다 쉽게 교체할 수 있게 한다 - 먼저 위쪽에서 다른 용기를 제거할 필요 없이 용기를 밖으로 들어올릴 수 있다. 이러한 구성은 또한 잠재적으로 신속한 설치 시간을 가능하게 할 수 있다. 수직 위치에서 용기(10)를 장착하게 되면 또한 응축된 액체가 중력의 영향 하에 하부로 하강할 수 있게 되고, 이에 의해 예를 들어 각각의 용기(10) 하부의 12 인치 개구부(7)를 이용하여 용기로부터 양하할 수 있게 된다.
가스의 양하는 또한 용기(10)의 하부로부터 이루어지는 것이 이로울 것이다.
파이프 및 밸브(60)의 대부분이 모듈(40)의 하부 쪽에 설치되면, 전체 배열의 무게 중심 또한 낮은 위치에 있게 될 것이며, 이것은 특히 해상에서의 또는 가스 수송 동안의 안정성을 개선하기 위해 권장되고 선호된다.
모듈 또는 격실(40)은 바람직하게는 용기(10)와 모듈의 벽(40A) 사이의 공간이 질소 가스로 채워지는 제어된 환경으로 유지되므로, 화재 위험을 줄이게 된다. 대안적으로, 이러한 불활성 기능을 위해 엔진 배기 가스가 이용될 수 있는데, 그 이유는 엔진 배기 가스의 조성에서 CO2가 풍부하기 때문이다.
개개의 용기(10)의 크기를 최대화함으로써, 예를 들어 용기의 지름을 6 미터까지로 하고, 길이를 30 미터까지로 함으로써, 격납되는 동일한 전체 부피에 대하여, 용기(10)의 총 개수가 감소될 수 있고, 이는 연결 및 상호-배관 복잡성을 줄일 수 있고, 따라서 용접부, 조인트 및 매니폴드와 같은 보다 약한 지점에서 통상적으로 발생하는 가능성 있는 누출 포인트들의 수를 줄이게 된다. 바람직한 구성은 적어도 2 m의 지름을 요한다.
가스 저장을 위해 이용되는 동일한 개념의 상호연결을 이용하는 액체 저장(콘덴세이트와 같은)을 위해 하나의 전용 모듈이 별도로 설정될 수 있다. 모듈(40)은 잠재적으로 모두 함께 연결되어 다른 모듈(40)로부터 전용 모듈로 이러한 액체의 분배가 가능해진다 - 선박은 통상적으로 다수의 모듈(40)을 특징으로 갖는다.
유입 및 유출 가스 저장 배관은 바람직하게는 밸브-연결된 매니폴드를 통해 계측, 가열, 및/또는 블로 다운 시스템 및 소기 시스템(scavenging system) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 바람직하게 이들은 분산 제어 시스템(DCS)에 의해 원격으로 작동될 수 있다.
배관 직경은 바람직하게는 다음과 같다:
CNG 적하/양하에 전용화된 3개의 메인 헤더(낮은 압력, 중간 압력 및 높은 압력)에 대해서는 18 인치.
블로 다운 CNG 라인에 대해서는 24 인치.
모듈에 불활성 가스를 공급하는 파이프에 대해서는 6 인치.
블로 다운 불활성 가스 라인에 대해서는 10 인치.
가능한 액체 적하/양하에 전용화된 파이프에 대해서는 10 인치.
국제 규정, 표준 및 규칙에 예상되는 바와 같이, 모든 모듈에는 적절한 소방 시스템이 장착되는 것이 바람직하다.
수송되는 CNG는 통상적으로 60 bar 초과를 초과하는 압력, 잠재적으로 100 bar, 150 bar, 200 bar 또는 250 bar를 초과하는 압력, 그리고 잠재적으로는 최고 300 bar 또는 350 bar의 압력에 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 압력 용기는 다양한 가스, 예컨대 보어 유정(bore well)으로부터 직접적인 원료 가스를 담을 수 있게 되며, 이러한 가스에는 원료 천연 가스, 예를 들어 압축된 경우 - 원료 CNG 또는 RCNG, 또는 H2, 또는 CO2 또는 가공된 천연 가스(메탄), 또는 원료 또는 부분 가공된 천연 가스, 예를 들면 14% 몰분율까지의 CO2 허용량, 1,000 ppm까지의 H2S 허용량, 또는 H2 및 CO2 가스 불순물, 또는 기타 다른 불순물 또는 부식성 종(corrosive species)이 있는 가스가 포함된다. 그러나, 바람직한 용도는 CNG 수송이며, 이때의 CNG는 상업용, 산업용 또는 주거용과 같은 최종 사용자에게 배송 가능한 표준으로 가공된 원료 CNG, 부분 가공된 CNG 또는 청정 CNG일 수 있다.
CNG는 몇몇은 기체 상태로 있고 다른 몇몇은 액체 상태로 있거나 또는 기체와 액체가 혼합된 상태로 있는 가변 혼합비의 다양한 잠재적인 성분부들을 포함할 수 있다. 이러한 성분부들은 통상적으로 다음의 화합물 중 하나 이상을 포함할 것이다: C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, C6H14, C7H16, C8H18, C9+ 탄화수소, CO2 및 H2S, 그리고 이에 더하여 잠재적으로는 톨루엔, 디젤 및 옥탄과, 기타 불순물/종.
다수의 기타 유효한 대안이 당업자에 의해 이루어질 수도 있음은 자명하다. 본 발명은 기술된 실시예로 한정되지 않고, 첨부된 청구범위의 사상 및 범위 내에 있는 당업자에게는 명백한 변형예 또한 포괄한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 길이의 대부분에 걸쳐 전반적으로 원통형의 형상을 가지며, 가스 적하 및 양하와 액체 배출을 위한 하나 이상의 개구부(7)를 포함하는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기(10)로서,
    비금속성 내부 코팅(1);
    금속성 라이너(2);
    탄소 섬유로 이루어진 하나 이상의 외부 섬유층(3); 및
    상기 금속성 라이너(2)와 탄소 섬유층(3) 사이에 위치되는 절연층(4)
    을 포함하는 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비금속성 내부 코팅(1)은 실질적으로 화학적으로 불활성인, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비금속성 내부 코팅(1)은 적어도 스테인리스강의 내식성(corrosion resistance)을 갖는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비금속성 내부 코팅(1)은 고밀도 폴리에틸렌, 에폭시 수지, 폴리염화비닐을 포함하는 군에서 선택되는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속성 라이너(2)는 산성 가스에 대해 내식성을 갖는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속성 라이너(2)는 저탄소강(low-carbon steel)으로 이루어지는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유층(3)은 상기 금속성 라이너(2)에 대해 감겨진 섬유로 이루어지는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층(4)은 가스 침투가능 층인, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유층(3)은 유리 섬유를 포함하는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속성 라이너(2)와 상기 유리 섬유층(3) 사이에 위치된 가스 침투가능 층(4)을 더 포함하는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  11. 제8항 또는 제10항에 있어서,
    상기 가스 침투가능 층(4)은 유리 섬유를 포함하는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  12. 제8항, 제10항 또는 제11항에 있어서,
    가스 누출을 검지하기 위해 상기 가스 침투가능 층(4)에 연결된 가스 검지기(5)를 더 포함하는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 용기(10)는 그 길이의 대부분을 따라 근본적으로 원통 형상으로 되는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 용기(10)의 내경은 0.5 미터와 5 미터 사이인, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 압력 용기(10)의 내경은 1.5 미터와 3.5 미터 사이인, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 용기(10)의 내부에 진입하거나 및/또는 내부를 검사하기 위한 맨홀(6)을 더 포함하는, 압축 천연 가스 격납 또는 수송을 위한 압력 용기.
  17. 전술한 청구항들 중의 임의의 청구항에서 정해진 바와 같은 검사 가능한 복수의 압력 용기(10)를 포함하는 모듈 또는 격실로서, 상기 압력 용기들이 적하 및 양하 작업을 위해 상호연결되는, 검사 가능한 복수의 압력 용기를 포함하는 모듈 또는 격실.
  18. 내륙 또는 연안의 특히 압축 천연 가스와 같은 가스를 저장하거나 수송하는 방법으로서, 전술한 청구항 1 내지 16 중의 임의의 청구항에 따른 하나 이상의 압력 용기 또는 청구항 17의 모듈 또는 격실을 이용하며, 상기 가스가 상기 모듈 또는 격실의 압력 용기 내에 격납되는, 가스를 저장하거나 수송하는 방법.
  19. 특히 압축 천연 가스와 같은 가스를 수송하기 위한 운송체로서, 청구항 1 내지 16의 임의의 청구항에 따른 하나 이상의 용기(10) 또는 청구항 17의 모듈 또는 격실을 포함하는, 가스를 수송하기 위한 운송체.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 운송체는 선박인, 가스를 수송하기 위한 운송체.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    복수의 압력 용기(10)가 있으며, 이들 용기(10)가 상호연결되는, 가스를 수송하기 위한 운송체.
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