KR20150105711A - Lng 저장탱크 워밍 업 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNG 저장탱크 워밍 업 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 FLNG 탑사이드에서의 가스 액화 공정(gas liquefaction process)에서 발생되는 디프로스트 가스(defrost gas)를 이용하여 LNG 저장탱크의 유지보수에 앞서 탱크를 워밍 업하는 LNG 저장탱크 워밍 업 장치에 관한 것이다.
가스 시운전시에만 필요한 별도의 컴프레서 및 히터를 마련하지 않고 FLNG 탑사이드에서의 가스 액화 공정(gas liquefaction process)에서 발생되는 디프로스트 가스(defrost gas)를 활용함으로써 선내 장치에서의 신뢰성이 매우 높고 비용면에서도 경제적이며, 선박 내 공간 확보 측면에서도 유리하다.

Description

LNG 저장탱크 워밍 업 장치{Warming Up Apparatus For LNG Cargo Tank Maintenance}
본 발명은 LNG 저장탱크 워밍 업 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 FLNG (Floating Liquefied Natural Gas) 탑사이드에서의 가스 액화 공정(gas liquefaction process)에서 발생되는 디프로스트 가스(defrost gas)를 이용하여 LNG 저장탱크의 유지보수에 앞서 탱크를 워밍 업하는 LNG 저장탱크 워밍 업 장치에 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 선박은 크기가 수백m에 이르고, 해상에 부유할 수 있는 구조물에 천연가스를 시추하여 LNG를 생산하고 저장할 수 있는 플랜트 시설까지 갖추게 되므로 건조 비용이 수 천억에서 수 조원에 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 선박의 각종 설비 및 장치들의 정상 작동 여부를 검증하고 점검해야 한다. 이를 가스 시운전(gas trial)이라고 하는데, 이들 선박에 마련되는 LNG 저장탱크의 경우 가스 시운전 중에 유지보수(maintenance)가 이루어진다.
도 1 은 종래 LNG 탱크 워밍 업 장치의 개략도를 보여주는 도면이다.
LNG 탱크의 유지보수를 위해서는 그에 앞서, 탱크를 워밍 업하고, 불활성 가스를 공급하여 불활성화하는 단계가 필요하다.
LNG 탱크(110)의 워밍 업을 위해 별도의 워밍-업 컴프레서(warm-up compressor)(120) 및 워밍-업 가스 히터(warm-up gas heater)(130)를 마련하여 천연가스를 압축한 후, 히터로 가열하여 탱크를 워밍 업하는 방법을 고려할 수 있는데, 이와 같이 탱크 워밍 업만을 위한 별도의 컴프레서와 히터가 마련되면 공간 및 비용 측면에서 비경제적인 문제가 있다. 또한, LNG Cargo 탱크(110),워밍-업 컴프레서(warm-up compressor)(120) 및 워밍-업 가스 히터(warm-up gas heater)(130)는 모두 FLNG의 탑사이드 아래에 위치하게 되어 공간 비효율성이 더욱 문제된다. 따라서 이러한 문제점을 해결할 수 있는 장치를 제안하고자 한다.
출원번호 제10-2010-0122050호
본 발명은 LNG 저장탱크 워밍 업 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 저장탱크의 워밍 업만을 위한 별도의 컴프레서와 히터를 구비하지 않고, FLNG 탑사이드에서의 가스 액화 공정(gas liquefaction process)에서 발생되는 디프로스트 가스(defrost gas)를 이용하여 LNG 저장탱크의 유지보수에 앞서 탱크를 워밍 업하는 LNG 저장탱크 워밍 업 장치에 관한 것이다.
본 발명의 LNG 저장탱크 워밍 업 장치의 일 측면에 따라,
FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)에 마련된 LNG 저장탱크 워밍 업(warming up) 장치에 있어서,
상기 FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)의 탑사이드(Topside)에서 디프로스트 가스(defrost gas)를 공급하는 디프로스트 가스 헤더(defrost gas header); 및
상기 디프로스트 가스를 수용하기 위한 적어도 하나이상의 파이프 라인을 각각 구비한 복수개의 LNG 저장탱크;를 포함하여,
상기 디프로스트 가스를 이용하여 상기 탑사이드에 구비된 장비의 유지보수(maintenance) 및 상기 LNG 저장탱크의 워밍 업을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 디프로스트 가스는 상기 FLNG의 탑사이드에서 수행되는 가스 액화 과정(liquefaction system)에서 발생되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 가스 액화 과정에서 발생된 가스에서 수분을 제거하는 수분 제거기(dehydrator);를 추가로 포함하되,
상기 디프로스트 가스는 상기 수분 제거기의 출력 가스인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 디프로스트 가스에 의한 상기 LNG 저장탱크의 워밍 업은 상기 LNG 저장탱크의 내부 온도가 -40 ℃에 이를 때까지 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 LNG 저장탱크의 워밍 업은 상기 LNG 저장탱크의 유지보수(maintenance)를 위해 질소가스를 공급하여 불활성화(inerting)하는 단계에 앞서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 FLNG는 천연가스를 액화하여 액화천연가스를 생산하고, 저장 및 하역하는 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 LNG 저장 탱크는 상기 FLNG의 탑사이드 아래에 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LNG 저장탱크 워밍 업 장치에서는 LNG 저장탱크를 갖춘 선박의 탑사이드에 마련되어 있는 가스 액화 공정(gas liquefaction process)에서 발생되는 디프로스트 가스(defrost gas)를 이용하여 LNG 탱크를 워밍 업하게 된다. 가스 시운전시에만 필요한 별도의 컴프레서 및 히터를 마련하지 않고 FLNG 탑사이드에서의 가스 액화 공정(gas liquefaction process)에서 발생되는 디프로스트 가스(defrost gas)를 활용함으로써 선내 장치에서의 신뢰성이 매우 높고 비용면에서도 경제적이며, 선박 내 공간 확보 측면에서도 유리하다.
도 1 은 종래 LNG 탱크 워밍 업 장치의 개략도를 보여주는 도면이다.
도 2 는 FLNG의 탑사이드 구성 및 프로세스를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 LNG 탱크 워밍 업 장치의 개략도를 보여주는 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 2 는 FLNG의 탑사이드 구성 및 프로세스를 개략적으로 보여주는 도면이다.
FLNG의 탑사이드는 터렛(Turret)(210),거주구(living quarter)(220),가스 터빈 제너레이터(230), Field Specific Part(240),Liquefaction Part(250),플레어 타워(260)를 포함한다.
FLNG의 탑사이드 아래에는 LPG 탱크(270),복수개의 LNG 탱크(290), Condensate 탱크(280)를 포함한다.
터렛(210)은 FLNG와 같은 계류구조물이 바람, 조류, 파도의 작용 방향에 따라 순응하며 선회하는 계류 방식을 말하는 것으로, 터렛은 계류 구조물의 선회축을 형성하는 장치를 지칭한다. 최근에는 심해 유전 개발 FPSO(부유식 석유 생산 저장하역 플랫폼의 계류 방식으로도 활용되고 있다.
플레어 타워(260)는 가스 압력을 조절하거나 비상시에 대비해 생산가스 일부를 불로 태우는 시설을 말한다.
구체적으로 Field Specific Part(240)는 Slug Catcher, Gas/Liquid Separator, Stabilizer 단계를 포함한다.
Slug Catcher는 고형물질(모래) 제거 및 Slug Flow(액체와 기체가 각각 덩어리짐)을 안정화시키는 공정이다.
Gas/Liquid Separator는 밀도 차이로 오일과 가스를 분리하는 공정이다.
Stabilizer는 Separator에서 분리되지 못하고 들어온 가스(LNG, LPG, NGL)를 다시 Separator로 보내고 오일은 Condensate 탱크(280)로 보낸다.
Liquefaction Part(250)공정은 Acid Gas Removal System, Dehydrate System, Mercury Removal System, Liquefaction System, Fractionation System, Cooling System, Heating System, Inert Gas Supplier, Nitrogen Gas Supplier, HPU(Hydraulic Power Unit),를 포함한다
Acid Gas Removal System은 파이프 라인 내부를 부식시키는 H2S, CO2를 제거한다.
Dehydrate System은 파이프 라인 내부에서 응결 가능성이 있는 수분을 제거한다.
Mercury Removal System은 알루미늄 재질의 파이프 라인과 장비를 부식시키는 수은을 제거한다.
Liquefaction System은 가스(LNG, LPG, NGL)를 예냉하여 LPG 를 액화시키고, LNG를 1기압하의 -163℃이하의 온도에서 액화시킨다.
Fractionation System은 LPG를 분별 증류하여 LPG 탱크에 저장한다.
Cooling System은 질소 가스의 냉각을 위한 해수, 청수를 펌프로 순환시킨다.
Heating System은 분별 증류(Stabilizer, Fractionation)를 위해 열을 공급한다.
Inert Gas Supplier는 LNG 탱크 내에 채울 불활성 기체를 생성한다.
Nitrogen Gas Supplier는 냉매로 사용되는 질소 가스를 생성한다.
HPU(Hydraulic Power Unit)는 유압으로 동작하는 장치에 유압을 공급한다.
본 실시예에서는 대표적인 실시예로서 FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것을 아니다. LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크(CT)가 마련되는 선박, 특히 천연가스를 액화하여 액화천연가스를 생산하고, 저장 및 하역하는 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)일 수 있으나, 그 외에도 LNG-FSRU(Floating, Storage and Regasification Unit), LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 BOG의 재액화공정을 위해 BOG 컴프레서(200)가 필요한 LNG carrier나 LNG-RV(Regasification Vessel) 등도 포함한다.
해상에서 가동되는 LNG-FPSO와 같은 선박은 많은 장비들이 탑재되고 장치 구성이 매우 복잡하고 고가이며, 일단 해상 가스전 등에 설치되면 수십 년에 이르는 장기간 동안 연중 무휴로 가동된다. 따라서 선주에게 인도되기 전에 선박이 건조된 곳 또는 인근의 해역에서 가스 시운전(gas trial)을 하면서, 각종 장치 및 장치의 오작동을 점검하고 극저온 조건에서의 작동을 조정하며, 공정 수행을 테스트하게 된다.
이러한 가스 시운전시에는 LNG를 기화시켜 천연가스를 공급하면서 선박의 탑사이드(topside)에 마련된 액화공정 설비들을 점검하고 LNG 저장탱크(CT)의 유지보수도 이루어지게 된다. 가스 시운전시에 LNG 저장탱크(CT)에는 탑사이드에서 액화된 LNG나 다른 선박으로부터 공급받은 LNG가 저장될 수 있는데, LNG 저장탱크(CT)를 유지보수하기 위해서는 해당 탱크 내부의 LNG를 외부로 배출시키고, 극저온의 LNG가 저장되었던 LNG 저장탱크(CT)의 온도를 높이고 불활성화하는 과정을 거치게 된다.
이를 좀더 자세히 살펴보면, 유지 보수할 해당 LNG 저장탱크(CT)는 유지보수에 앞서, LNG를 배출시키고, 천연가스의 온도를 높여 탱크에 공급하여 워밍 업(warming up)한다. 탱크가 일정한 온도에 이를 때까지 천연가스로 워밍 업한 후, 불활성 가스로 다시 워밍 업하고 불활성 가스를 탱크에 공급하여 LNG 저장탱크(CT)를 불활성화(inerting)한다. 그 후 통기 과정(Aeration)을 거친 후 LNG 저장탱크(CT)를 유지보수한다.
본원 발명의 특징은 가스 시운전시에만 필요한 별도의 컴프레서 및 히터를 마련하지 않고 FLNG 탑사이드에서의 가스 액화 공정(gas liquefaction process)에서 발생되는 디프로스트 가스(defrost gas)를 활용함으로써 선내 장치에서의 신뢰성이 매우 높이고, 공간 활용성을 높이는 것이다.
이러한 유지보수의 전 단계로 저장탱크의 워밍 업을 위한 천연가스를 공급하기 위해, 본 실시예는 선박의 탑사이드에 마련되는 디프로스트 가스 헤더(310)를 탑사이드 아래에 위치된 LNG 저장탱크(CT : cargo tank)로 공급하게 된다.
본 발명에 따른 FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)에 마련된 LNG 저장탱크 워밍 업(warming up) 장치는 FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)의 탑사이드(Topside)에서 디프로스트 가스(defrost gas)를 공급하는 디프로스트 가스 헤더(defrost gas header)(310) 및 디프로스트 가스를 수용하기 위한 적어도 하나이상의 파이프 라인을 각각 구비한 복수개의 LNG 저장탱크(320)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 일 실시예 따른 워밍업시스템에 의하면, 디프로스트 가스를 이용하여 탑사이드에 구비된 장비의 유지보수(maintenance) 및 LNG 저장탱크를 워밍 업을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다. 디프로스트 가스는 상기 FLNG의 탑사이드에서 수행되는 가스 액화 과정(liquefaction system)(250)에서 발생된다
본원 발명은 디프로스트 가스를 생성하기 위해 가스 액화 과정에서 발생된 가스에서 수분을 제거하기 위하여 수분 제거기(dehydrator)(미도시)를 이용할 수 있고, 디프로스트 가스는 수분 제거기의 출력 가스일 수 있다.
일 실시예에 따라, 디프로스트 가스에 의한 LNG 탱크 워밍 업은 LNG 저장탱크의 내부 온도가 -40 ℃에 이를 때까지 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 천연가스를 통한 탱크 워밍 업은 LNG 저장탱크(CT)의 유지보수(maintenance)를 위해 질소가스를 공급하여 불활성화(inerting)하는 단계에 앞서 이루어지는데, 예를 들어 천연가스에 의한 탱크 워밍 업은 LNG 저장탱크(CT)의 내부 온도가 -40℃에 이를 때까지 이루어질 수 있다. 탱크 내부 온도가 -40℃를 넘어서면 질소가스로 워밍 업한 후, 질소가스를 LNG 저장탱크(CT)에 공급하여 불활성화하게 된다.
탱크 워밍 업은 상기 LNG 저장탱크의 유지보수(maintenance)를 위해 질소가스를 공급하여 불활성화(inerting)하는 단계에 앞서 이루어진다.
본원 발명에서의 FLNG는 천연가스를 액화하여 액화천연가스를 생산하고, 저장 및 하역하는 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)를 포함한다.
본원 발명에 의하면, 탑사이드 상부에 위치한 디프로스트 가스를 이용하여 탑사이드 하부에 위치한 LNG 저장탱크 워밍 업을 동시에 수행할 수 있다는 것에 특징이 있다.
이와 같이, 가스 시운전시에만 필요한 별도의 컴프레서 및 히터를 마련하지 않고 디프로스트 가스를 활용하여 LNG 저장 탱크의 워밍업을 수행한다. 따라서 선내 장치에서의 신뢰성이 매우 높고 설치 및 유지 비용면에서도 경제적이며, 선박 내 공간 확보 측면에서도 유리하다.
또한, 본 장치를 적용하여 워밍 업을 거쳐 LNG 저장탱크(CT)를 유지 보수하면서 가스 시운전을 통해 충분한 성능 테스트가 이루어짐으로써, 필드에서 장기간 가동될 선박 구조물의 확실한 성능 검증이 이루어지고, 선주의 신뢰성을 확보할 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.
310 : 디프로스트 가스 헤더
320 : LNG 저장탱크(Cargo Tank)

Claims (7)

  1. FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)에 마련된 LNG 저장탱크 워밍 업(warming up) 장치에 있어서,
    상기 FLNG(Floating Liquefied Natural Gas)의 탑사이드(Topside)에서 디프로스트 가스(defrost gas)를 공급하는 디프로스트 가스 헤더(defrost gas header); 및
    상기 디프로스트 가스를 수용하기 위한 적어도 하나이상의 파이프 라인을 각각 구비한 복수개의 LNG 저장탱크;를 포함하여,
    상기 디프로스트 가스를 이용하여 상기 탑사이드에 구비된 장비의 유지보수(maintenance) 및 상기 LNG 저장탱크의 워밍 업을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는, LNG 저장탱크 워밍 업 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 디프로스트 가스는 상기 FLNG의 탑사이드에서 수행되는 가스 액화 과정(liquefaction system)에서 발생되는 것을 특징으로 하는, LNG 저장탱크 워밍 업 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 액화 과정에서 발생된 가스에서 수분을 제거하는 수분 제거기(dehydrator);를 추가로 포함하되,
    상기 디프로스트 가스는 상기 수분 제거기의 출력 가스인 것을 특징으로 하는, LNG 저장탱크 워밍 업 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 디프로스트 가스에 의한 상기 LNG 저장탱크의 워밍 업은 상기 LNG 저장탱크의 내부 온도가 -40 ℃에 이를 때까지 이루어지는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크 워밍 업 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크 워밍 업은 상기 LNG 저장탱크의 유지보수(maintenance)를 위해 질소가스를 공급하여 불활성화(inerting)하는 단계에 앞서 이루어지는 것을 특징으로 하는, LNG 저장탱크 워밍 업 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 FLNG는 천연가스를 액화하여 액화천연가스를 생산하고, 저장 및 하역하는 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)를 포함하는 것을 특징으로 하는, LNG 저장탱크 워밍 업 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 LNG 저장 탱크는 상기 FLNG의 탑사이드 아래에 구비되는 것을 특징으로 하는, LNG 저장탱크 워밍 업 장치.
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