KR20150096970A - 가스공정을 테스트하기 위한 가스공급 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

가스공정을 테스트하기 위한 가스공급 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 가스공급 시스템은, 가스공정 장치가 마련된 선박 또는 해상구조물의 가스공정을 테스트하기 위한 가스공급 시스템에 있어서, 상기 선박 또는 해상구조물에 마련되어 LNG가 저장되는 LNG 저장탱크; 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 공급받아, 가스공정으로 도입되는 피드 가스(feed gas)의 압력만큼 LNG를 압축하는 부스팅 펌프; 및 상기 부스팅 펌프에서 압축된 LNG를 공급받아 기화시키는 기화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스공정을 테스트하기 위한 가스공급 시스템 및 방법{Gas Supply System And Method For Commissioning Of Gas Processing}

본 발명은 가스공정을 테스트하기 위한 가스공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 또는 해상구조물의 LNG 저장탱크로부터 LNG를 공급받아, 가스공정으로 도입되는 피드 가스(feed gas)의 압력만큼 LNG를 압축하는 부스팅 펌프와, 부스팅 펌프에서 압축된 LNG를 공급받아 기화시키는 기화기를 포함하여, 가스공정 장치가 마련된 선박 또는 해상구조물의 가스공정을 테스트하기 위한 가스를 공급할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색 무취의 투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다.

이와 같은 LNG는 종래에는 육상에 건설된 생산 플랜트에서 생산되어 운반선으로 소비지에 공급되었다. 그러나 최근 해상 가스전의 개발이 많아짐에 따라, 가스전에서 육상의 플랜트까지 파이프라인을 통해 천연가스를 이송하는 경우 육상에서 원거리인 가스전은 천연가스 이송이 어려운 문제가 있고, 육상에 플랜트 건설을 위한 부지 확보의 문제도 있어, 해상에서 천연가스를 액화시켜 LNG를 생산할 수 있도록 생산 플랜트를 갖춘 해양 구조물의 개발이 활발해지고 있다.

최근 개발되고 있는 선박에는 해양플랫폼이나 각종 해양 구조물 등도 포함되는데, 그 중 FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)는 해상에 부유하며 LNG를 처리하는 해양 구조물로서, 대표적으로 LNG-FPSO(Floating Production, Storage and Offloading)와 LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)가 이에 포함된다. 특히 LNG-FPSO는 LNG의 생산 및 액화설비 그리고 저장시설을 갖추어, 해상의 가스전에서 시추한 천연가스로 LNG를 생산하여 저장하고 LNG 운반선으로 하역할 수 있는 특수선박이다.

이와 같은 LNG-FPSO는 생산, 액화 및 저장 단계를 한꺼번에 처리하므로 기존의 방식보다 LNG 생산 및 공급에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있고, 한 가스전에서의 생산이 끝나면 다른 해상의 가스전으로 이동시켜 활용할 수 있으므로, 경제성도 갖출 수 있다.

LNG-FPSO와 같은 해상구조물은 크기가 수백m에 이르고, 해상에 부유할 수 있는 구조물에 천연가스를 시추하여 LNG를 생산하고 저장할 수 있는 플랜트 시설까지 갖추게 되므로 건조 비용이 수천억에서 수조원에 이르는 고가이다. 또한 해상의 가스전에서 가동되므로 각종 설비의 이상이 발생하면 육상에 비해 수리하는 것이 어렵고 제한적일 수 있다.

따라서 건조 및 시험 운영 단계 등 선주에게 인도되기 전에 충분한 성능 테스트를 통해 설비의 정상 작동 여부를 검증해야 한다.

해양 플랜트의 가스공정 장치에는 가스가 공급되는데, 예를 들어 FPSO의 탑사이드에 마련되는 액화공정 장치들에는 LNG 생산을 위해 고압의 피드 가스가 공급되며, 이를 테스트하기 위해서는 공정 장치로 공급되는 천연가스의 공급 조건에 맞추어 천연가스를 공급하여야 한다.

본 발명은 이러한 가스공정 장치의 테스트를 위해 피드 가스 공급 조건에 맞추어 모사 피드 가스를 공급할 수 있는 가스공급 시스템 및 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 가스공정 장치가 마련된 선박 또는 해상구조물의 가스공정을 테스트하기 위한 가스공급 시스템에 있어서,

상기 선박 또는 해상구조물에 마련되어 LNG가 저장되는 LNG 저장탱크;

상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 공급받아, 가스공정으로 도입되는 피드 가스(feed gas)의 압력만큼 LNG를 압축하는 부스팅 펌프; 및

상기 부스팅 펌프에서 압축된 LNG를 공급받아 기화시키는 기화기를 포함하는 가스공급 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 이송하는 이송 펌프와, 상기 부스팅 펌프의 상류에 마련되어 상기 LNG 저장탱크로부터 이송 펌프를 통해 LNG를 공급받아 기화된 가스를 제거하고 상기 부스팅 펌프로 공급하는 LNG 리시버를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 기화기의 하류에 마련되어 압축 및 기화된 가스를 공급받아 일정 압력으로 상기 가스공정 장치로 공급하는 고압가스 리시버를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 고압가스 리시버에서 응축된 LNG는 가스로부터 분리되어 상기 LNG 저장탱크로 회수될 수 있다.

바람직하게는, 상기 압축 및 기화된 가스는 상기 고압가스 리시버로부터 상기 선박 또는 해상구조물에 마련되는 추진 또는 발전용 엔진의 연료로 공급될 수 있다.

바람직하게는, 상기 선박 또는 해상구조물은 LNG-FPSO(Floating Production Storage and Offloading)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 가스공정 장치가 마련된 선박 또는 해상구조물의 가스공정을 테스트하기 위한 가스공급 방법에 있어서,

1) 상기 선박 또는 해상구조물의 LNG 저장탱크에 LNG를 공급하는 단계;

2) 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 이송하여 가스공정으로 도입되는 피드 가스(feed gas)의 압력만큼 고압으로 압축하고 기화시키는 단계; 및

3) 압축 및 기화된 가스를 상기 가스공정 장치로 공급하는 단계를 포함하는 가스공급 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 압축 및 기화된 가스로부터 응축된 LNG는 가스로부터 분리하여 상기 LNG 저장탱크로 회수될 수 있다.

본 발명의 가스공급 시스템은 LNG 저장탱크에 LNG를 공급하여 채워두고 LNG 저장탱크로부터 LNG를 이송하여, 가스공정으로 도입되는 피드 가스(feed gas)의 압력만큼 압축하고 기화시켜 모사 피드 가스를 생성하여 가스공정 테스트 또는 시운전(commissioning)을 위해 공급하게 된다.

이와 같은 시스템을 통해 테스트 기간 동안 모사 피드 가스를 안정적으로 공급할 수 있고, 가스 공급을 통해 충분한 테스트를 수행할 수 있어 site에서 발생할 수 있는 문제를 방지하고 선주의 신뢰성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스공급 시스템을 개략적으로 도시한다.

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 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스공급 시스템을 개략적으로 도시하였다.

본 실시예의 선박 또는 해상구조물은 해상을 운항하거나 해상에 부유하는 해양 구조물을 통칭하는 의미로서, 천연가스를 이용한 가스공정(Gas Processing)이 이루어지는 선박이나 해양 플랜트일 수 있다. 가스공정은 예를 들어 천연가스로부터 LNG를 생산하는 액화공정일 수 있으며, 따라서 본 실시예의 선박 또는 해양 플랜트는 예를 들어 LNG-FPSO(Floating Production Storage and Offloading)와 LNG-FSRU와 같은 FLNG를 비롯하여, BOG의 재액화공정이 필요한 LNG carrier나 LNG-RV 등에도 본 실시예의 가스공급 시스템을 적용하여 테스트 또는 시운전할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 가스공급 시스템은 액화공정 장치가 마련된 선박 또는 해상구조물의 액화공정을 테스트 또는 시운전(commissioning)하기 위한 가스공급 시스템으로서, 선박 또는 해상구조물에 마련되어 LNG가 저장되는 LNG 저장탱크(T)와, LNG 저장탱크(T)로부터 LNG를 공급받아, 액화공정으로 도입되는 피드 가스(feed gas)의 압력만큼 LNG를 압축하는 부스팅 펌프(boosting pump, 100)와, 부스팅 펌프(100)에서 압축된 LNG를 공급받아 기화시키는 기화기(200)를 포함한다.

FPSO의 경우, 가스정(Gas well)에서 생산된 천연가스는 탑사이드에서 산성가스 제거, 탈수, 탈황 과정, 중탄화수소 제거 등 일련의 가스처리 공정들을 거쳐 약 50 내지 80℃의 온도 및 약 40 내지 80 bar의 압력을 지닌 천연가스 상태로 액화공정이 수행된다. 따라서 이러한 탑사이드 설비를 테스트하기 위해서는 이에 상당하는 압력 조건의 모사 가스를 공급해야 하며, 본 실시예의 부스팅 펌프(100)는 공급받은 LNG를 피드 가스의 압력만큼, 약 40 내지 80 bar, 바람직하게는 50 내지 70bar로 압축한다.

테스트에 앞서 선박 또는 해상구조물의 LNG 저장탱크(T)에 LNG를 일단 공급하여 채워두고, 부스팅 펌프(100)로 공급하여 압축한다.

LNG 저장탱크(T)에는 LNG를 펌핑하여 이송하는 이송 펌프(300)가 마련된다. FPSO의 경우 이송 펌프(300)는, LNG 저장탱크(T)로부터 LNG의 하역을 위해 기 설치된 하역용 펌프(Offloading pump)를 이용할 수 있다.

부스팅 펌프(100)의 상류에는 LNG 리시버(receiver, 400)가 마련되어, LNG 저장탱크(T)로부터 이송 펌프(300)를 통해 LNG를 공급받아 이송과정 중 기화된 가스를 제거하고 액체 상태인 LNG만을 부스팅 펌프(100)로 공급하게 된다.

LNG 리시버(400)에서 LNG로부터 분리된 가스는 플레어(flare)로 보내 처리할 수 있다.

부스팅 펌프(100)에서 고압으로 압축된 LNG는 기화기(200)로 도입되어 열 매체(Heat Medium)와의 열교환을 통해 열에너지를 공급받고 기화된다. 기화기(200)로 공급되는 열 매체로는 예를 들어 선박에서 취수가 용이한 해수(seawater), 온수, 글리콜 워터 등이 사용될 수도 있다.

기화기(200)의 하류에는 고압가스 리시버(500)가 마련되어, 압축 및 기화된 가스를 공급받아 일정 압력으로 액화공정 장치로 공급하게 된다(FL). 이를 위해 고압가스 리시버(500)의 하류에서 가스의 압력을 측정하고 일정 압력으로 조절하기 위한 압력 컨트롤러와 밸브를 포함하는 제어부(600)가 마련될 수 있다.

한편 압축 및 기화된 가스로부터 응축된 LNG는 고압가스 리시버(500)에서 가스로부터 분리하여 LNG 저장탱크(T)로 회수되도록 한다.

압축 및 기화된 가스는 고압가스 리시버(500)로부터 액화공정 테스트 외에 선박 또는 해상구조물의 추진 또는 발전용 엔진의 연료로도 공급될 수 있는데, 이를 위해 가스 라인을 고압가스 리시버(500)의 하류에서 분기하여 마련하여 압축 및 기화된 가스를 연료 공급 시스템(F)으로 공급할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 가스공정 장치가 마련된 선박 또는 해상구조물의 가스공정을 테스트하기 위하여, 1) 선박 또는 해상구조물의 LNG 저장탱크(T)에 LNG를 공급하는 단계; 2) LNG 저장탱크(T)로부터 LNG를 이송하여 가스공정으로 도입되는 피드 가스(feed gas)의 압력만큼 고압으로 압축하고 기화시키는 단계; 및 3) 압축 및 기화된 가스를 가스공정 장치로 공급하는 단계를 포함하여 가스공급이 이루어지게 된다. 압축 및 기화된 가스로부터 응축된 LNG는 가스로부터 분리하여 LNG 저장탱크(T)로 회수한다.

이와 같이 본 실시예를 통해 피드 가스에 유사한 모사 가스를 테스트 기간 동안 안정적으로 공급할 수 있다. 또한 모사 가스 공급을 통해 site에 적용되기 전 가스공정 장치의 성능을 테스트하여 선박의 성능을 검증할 수 있어, site에서 발생할 수 있는 문제를 예방할 수 있고, 충분한 성능 테스트와 시운전을 통해 선주의 신뢰 확보에 기여할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

T: LNG 저장탱크
100: 부스팅 펌프
200: 기화기
300: 이송 펌프
400: LNG 리시버
500: 고압가스 리시버
600: 제어부
FL: 탑사이드 액화공정
F: 연료 공급 시스템

Claims (8)

1. 가스공정 장치가 마련된 선박 또는 해상구조물의 가스공정을 테스트하기 위한 가스공급 시스템에 있어서,
   상기 선박 또는 해상구조물에 마련되어 LNG가 저장되는 LNG 저장탱크;
   상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 공급받아, 가스공정으로 도입되는 피드 가스(feed gas)의 압력만큼 LNG를 압축하는 부스팅 펌프; 및
   상기 부스팅 펌프에서 압축된 LNG를 공급받아 기화시키는 기화기를 포함하는 가스공급 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 이송하는 이송 펌프; 및
   상기 부스팅 펌프의 상류에 마련되어 상기 LNG 저장탱크로부터 이송 펌프를 통해 LNG를 공급받아 기화된 가스를 제거하고 상기 부스팅 펌프로 공급하는 LNG 리시버를 더 포함하는 가스공급 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 기화기의 하류에 마련되어 압축 및 기화된 가스를 공급받아 일정 압력으로 상기 가스공정 장치로 공급하는 고압가스 리시버를 더 포함하는 가스공급 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 고압가스 리시버에서 응축된 LNG는 가스로부터 분리되어 상기 LNG 저장탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 가스공급 시스템.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 압축 및 기화된 가스는 상기 고압가스 리시버로부터 상기 선박 또는 해상구조물에 마련되는 추진 또는 발전용 엔진의 연료로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스공급 시스템.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 선박 또는 해상구조물은 LNG-FPSO(Floating Production Storage and Offloading)를 포함하는 가스공급 시스템.
7. 가스공정 장치가 마련된 선박 또는 해상구조물의 가스공정을 테스트하기 위한 가스공급 방법에 있어서,
   1) 상기 선박 또는 해상구조물의 LNG 저장탱크에 LNG를 공급하는 단계;
   2) 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 이송하여 가스공정으로 도입되는 피드 가스(feed gas)의 압력만큼 고압으로 압축하고 기화시키는 단계; 및
   3) 압축 및 기화된 가스를 상기 가스공정 장치로 공급하는 단계를 포함하는 가스공급 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 압축 및 기화된 가스로부터 응축된 LNG는 가스로부터 분리하여 상기 LNG 저장탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 가스공급 방법.

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