KR20160022538A - Lng 저장탱크의 쿨-다운 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템은, LNG 운반선에 마련되는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템에 있어서, 상기 LNG 운반선의 추진 연료로 공급되는 LNG가 저장되는 연료 탱크; 상기 LNG 운반선의 화물창에 마련되는 LNG 저장탱크; 및 상기 LNG 저장탱크의 상부에 마련되며 LNG를 상기 LNG 저장탱크 내부에 분사하는 스프레이 노즐을 포함하여, 상기 LNG 운반선의 밸러스트 운항시에 상기 연료 탱크로부터 LNG를 상기 스프레이 노즐로 공급하여 상기 LNG 저장탱크를 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템 및 방법{Cool-down System And Method For LNG Cargo Tank}

본 발명은 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 운반선의 밸러스트 운항시에, LNG 운반선의 추진 연료로 공급되는 LNG가 저장되는 연료 탱크로부터 LNG를, LNG 저장탱크 상부의 스프레이 노즐로 공급하여 화물창에 마련된 LNG 저장탱크 내부에 분사하여 LNG 저장탱크를 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템 및 방법에 관한 것이다.

천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화천연가스(LNG; liquefied natural gas)나 액화석유가스(LPG; liquefied petroleum gas)의 상태로 액화된 후 LNG 수송선이나 LPG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선이나, 마찬가지로 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)는, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(통상, '화물창'이라고 함)를 포함한다.

LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 등에 마련되어 LNG와 같은 액화가스를 극저온 상태로 저장하기 위한 저장탱크는, 저장탱크의 제작이 완료된 이후 최초로 액화가스를 선적할 때, 또는 유지보수를 위해 저장탱크를 완전히 비우고 유지보수 작업이 완료된 이후에 액화가스를 선적할 때 등의 경우에, 액화가스가 극저온의 발화성 물질이라는 점을 감안하여 일반적인 저장탱크와는 다른 특별한 작업, 즉 치환작업이 선행되어야 한다.

일반적으로, 액화가스 저장탱크의 치환방법은 건조 가스를 액화가스 저장탱크의 내부에 공급하여 수분을 제거하고, 화재나 폭발의 가능성을 없애기 위해 불활성 가스를 액화가스 저장탱크의 내부에 공급하여 산소를 제거하는 워밍업 과정이 요구된다. 또한, 저장탱크에 저장될 액화가스와 같은 성분의 탄화수소 가스를 액화가스 저장탱크의 내부에 공급하여 불활성 가스를 제거하고, LNG 등의 액화가스를 이용하여 액화가스 저장탱크를 냉각시키는 쿨다운(cool-down) 과정을 포함한다.

이와 같은 치환방법을 수행한 후, 비로소 LNG 등의 액화가스를 액화가스저장탱크의 내부에 공급하여 선적 작업을 수행한다.

LNG는 극저온 상태로 온도가 높으면 쉽게 증발하므로, LNG 운반선에서 LNG를 선적하기에 앞서 저장탱크 내부를 냉각시켜야 한다. 저장탱크의 냉각은 탱크 내부에 LNG를 분사하여 이루어진다.

이를 위해 LNG 운반선에서 LNG 하역시에 LNG 저장탱크 내부에 LNG를 일부 남겨두게 된다.

도 1에는 LNG 저장탱크(T)에서 쿨-다운을 위해 탱크 내부에 마련된 스프레이 펌프(SP)와 스프레이(S) 등을 개략적으로 도시하였다. 도 1에 도시된 것과 같이 탱크 내부에 남은 LNG를 스프레이 펌프(SP)로 펌핑하여 저장탱크(T) 상부의 스프레이(S)로 분사하여 저장탱크를 냉각시킨다. 스프레이 펌프가 마련되는 펌프 타워(미도시)는 대개 저장탱크의 내부에서 선체 폭 방향으로 중앙에 마련된다.

그러나 LNG를 하역하고 난 후 LNG 운반선의 운항 중에, 선박이 좌현 또는 우현 방향으로 기울어 힐(heel)이 발생하면, 저장탱크 중심부에 배치된 스프레이 펌프를 통해 LNG를 펌핑할 수 없게 되어, 저장탱크의 냉각이 어려워진다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, LNG를 하역하고 난 후 LNG 운반선의 운항 중에, 선박이 좌현 또는 우현 방향으로 기울더라도 원활하게 저장탱크를 냉각시킬 수 있는, 쿨-다운 시스템을 제안하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, LNG 운반선에 마련되는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템에 있어서,

상기 LNG 운반선의 추진 연료로 공급되는 LNG가 저장되는 연료 탱크;

상기 LNG 운반선의 화물창에 마련되는 LNG 저장탱크; 및

상기 LNG 저장탱크의 상부에 마련되며 LNG를 상기 LNG 저장탱크 내부에 분사하는 스프레이 노즐을 포함하여,

상기 LNG 운반선의 밸러스트 운항시에 상기 연료 탱크로부터 LNG를 상기 스프레이 노즐로 공급하여 상기 LNG 저장탱크를 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 연료 탱크에 마련되어 상기 LNG 운반선의 추진 엔진 및 상기 스프레이 노즐로 LNG를 공급하는 연료공급 펌프를 더 포함하고, 상기 연료 탱크는 상기 LNG 운반선의 데크 상부에 마련되고, 상기 연료공급 펌프는 상기 연료 탱크의 일측 외부에 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 연료공급 펌프로부터 상기 추진 엔진으로 연결되는 연료 공급 라인과, 상기 연료 공급 라인으로부터 분기되어 상기 스프레이 노즐로 연결되는 스프레이 라인을 더 포함하고, 상기 LNG 저장탱크는 상기 화물창에 복수로 마련되고, 복수의 상기 LNG 저장탱크 각각의 상부에는 스프레이 노즐이 마련되며, 상기 스프레이 라인을 통해 각각의 상기 LNG 저장탱크로 냉각을 위한 LNG가 공급될 수 있다.

바람직하게는 상기 LNG 저장탱크의 냉각은, 상기 LNG 운반선의 밸러스트 운항시 힐-아웃 조건에서 상기 LNG 운반선에 LNG를 적재하기에 앞서, 상기 LNG 저장탱크의 온도가 -100 내지 -150 ℃에 이를 때까지 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 LNG 운반선의 밸러스트 운항시에 상기 연료 탱크로부터 LNG를 상기 스프레이 노즐로 공급하여 상기 LNG 저장탱크에 분사함으로써, 힐-아웃 조건에서도 상기 LNG 저장탱크를 냉각시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, LNG 운반선에 마련되는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 방법에 있어서,

상기 LNG 운반선의 추진 연료로 공급되는 LNG가 저장되는 연료 탱크로부터 상기 LNG 운반선의 화물창에 마련된 LNG 저장탱크의 상부의 스프레이 노즐로 LNG를 공급하여,

상기 LNG 운반선의 밸러스트 운항시 힐-아웃 조건에서 상기 연료 탱크로부터 공급된 LNG를 상기 스프레이 노즐로 분사하여 상기 LNG 저장탱크를 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 방법이 제공된다.

본 발명의 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템에서는 LNG 운반선의 추진 연료로 공급되는 LNG가 저장되는 연료 탱크로부터 LNG를, LNG 저장탱크 상부의 스프레이 노즐로 공급하여 화물창에 마련된 LNG 저장탱크 내부에 분사하여 LNG 저장탱크를 냉각시킬 수 있도록 함으로써, LNG 운반선의 밸러스트 운항시에 저장탱크에 원활하게 LNG를 분사하여 냉각시킬 수 있으며, 선적에 앞서 LNG 저장탱크를 충분히 냉각함으로써 터미널에서 LNG 운반선으로 LNG 선적에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

선박의 연료 탱크로부터 LNG를 공급하여 LNG 저장탱크의 냉각을 위해 분사할 수 있으므로, 힐-아웃 조건에서도 LNG 저장탱크를 냉각시킬 수 있고, 힐-아웃에 대비하여 다량의 LNG를 탱크 내부에 남겨둘 필요가 없어, 더 많은 LNG를 하역하여 LNG 운반선의 운송량을 늘릴 수 있다.

또한 선박의 추진 연료 공급을 위해 연료 탱크에 마련된 연료공급 펌프를 활용하고 기존의 스프레이 라인에 연결 라인만 추가하면 기 설치되던 스프레이 노즐을 통해 LNG를 탱크 내부로 분사할 수 있으므로, 많은 설계 변경이 필요 없이 수월하게 시스템을 설치할 수 있다. 또한 펌프 타워 내부에서 스프레이용 펌프과 스프레이용 라인 등을 삭제할 수 있어, 펌프 타워 설치 비용을 절감할 수 있어 경제성을 높일 수 있다.

도 1은 종래의 LNG 저장탱크의 쿨-다운 방법을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크의 쿨-다운 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.

이하에서 설명되는 본 발명에 따른 LNG 저장탱크(CT)의 쿨-다운 시스템은 대표적인 예로써 LNG 운반선(LNGC)에 마련된 LNG 저장탱크(CT)에 대해 설명하고 있다. 그러나 LNG 운반선뿐만 아니라, LNG RV(Regasification Vessel), LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상 구조물에도 채용될 수 있으며, 이외에도 다른 저온 액화가스, 액화수소, 액화질소, 액화이산화탄소, LPG 등의 저온 액체화물을 저장, 운반, 수송하기 위한 선박 또는 특수선박의 저장탱크 쿨-다운을 위해 채용될 수 있다. 예를 들어, LPG 선박의 LPG 연료탱크에 LPG를 이용한 쿨-다운, 에탄 운반선(Ethane carrier)의 Ethane 연료탱크에 대해 Ethane을 이용한 쿨-다운 등에도 적용될 수 있다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 저장탱크(CT)의 쿨-다운 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이, LNG 운반선에 마련되는 LNG 저장탱크(CT)의 쿨-다운 시스템에 있어서, LNG 운반선의 추진 연료로 공급되는 LNG가 저장되는 연료 탱크(FT)와, LNG 운반선의 화물창에 마련되는 LNG 저장탱크(CT)와, LNG 저장탱크(CT)의 상부에 마련되며 LNG를 LNG 저장탱크(CT) 내부에 분사하는 스프레이 노즐(100)을 포함하여, LNG 운반선의 밸러스트 운항시에 연료 탱크(FT)로부터 LNG를 스프레이 노즐(100)로 공급하여 LNG 저장탱크(CT)를 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

선박의 밸러스트 운항(Ballast condition)이란 LNG를 하역(Unloading)하여 LNG 저장탱크(CT)에 저장된 LNG가 적은 때를 의미한다. LNG 저장탱크(CT)에는 저온 유지나 연료 공급 등을 위해 하역시에 LNG 일부를 남겨두고 하역하며, 특히 탱크 내부에 남은 LNG를 펌프로 흡입하여 탱크 상부에 분사함으로써 LNG 선적에 앞서 탱크를 쿨-다운, 즉 냉각하였다. 이를 위한 스프레이 펌프는 펌프 타워에 설치되었는데 밸러스트 조건에서 선체가 운항에 따라 좌현 또는 우현 방향 일측으로 기울면 선체 폭 방향의 중심부에 있는 펌프 타워의 스프레이 펌프로는 LNG를 흡입할 수 없게 되어 쿨-다운이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 때를 힐-아웃(heel out)이라고 하는데, 본 실시예에서는 LNG 운반선의 추진 연료 공급을 위한 연료 탱크(FT)를 별도로 마련하고, 연료 탱크(FT)로부터 LNG를 공급하여 LNG 저장탱크(CT) 상부에 스프레이 노즐(100)로 분사할 수 있도록 함으로써, 선체가 좌현 또는 우현 방향으로 기울어지는 경우에도 원활하게 LNG를 분사하여 LNG 저장탱크(CT)를 냉각시킬 수 있다.

본 실시예에서 연료 탱크(FT)는 LNG 운반선의 데크 상부에 마련된다. 연료 탱크(FT)는 예를 들어 독립형 C-type 탱크로 마련할 수 있으며, LNG 운반선의 규모 등에 따라 B-type 등 다른 유형의 탱크를 마련하거나 복수의 연료 탱크(FT)를 마련할 수도 있다.

연료 탱크(FT)에는 LNG 운반선의 추진 엔진 및 스프레이 노즐(100)로 LNG를 공급하는 연료공급 펌프(200)가 마련되는데, 연료공급 펌프(200)는 연료 탱크(FT)의 일측 외부에 마련될 수 있다.

연료 탱크(FT)로부터 추진 엔진 및 스프레이 노즐(100)로의 LNG 공급을 위해, 연료공급 펌프(200)로부터 추진 엔진으로 연결되는 연료 공급 라인(L)과, 연료 공급 라인(L)으로부터 분기되어 스프레이 노즐(100)로 연결되는 스프레이 라인(SL)이 마련되고, LNG의 유량 조절을 위해 연료공급 펌프(200)의 하류로부터 LNG 일부를 연료 탱크(FT)로 복귀시킬 수 있는 필링(filling) 라인(FL)이 추가로 마련될 수 있다.

LNG 운반선의 화물창에는 복수의 LNG 저장탱크(CT)가 마련될 수 있으므로, 복수의 LNG 저장탱크(CT) 각각의 상부에 스프레이 노즐(100)을 마련하고, 스프레이 라인(SL)은 스프레이 메인 라인(SM)으로 연결되어 각각의 스프레이 노즐(100)로 연결되도록 분기되며, 이를 통해 각각의 LNG 저장탱크(CT)로 냉각을 위한 LNG가 공급될 수 있다.

한편, LNG 저장탱크(CT)의 냉각은, LNG 운반선의 밸러스트 운항시 힐-아웃 조건에서 LNG 운반선에 LNG를 적재하기에 앞서, LNG 저장탱크(CT)의 온도가 -100 내지 -150 ℃, 바람직하게는 약 -130℃에 이를 때까지 이루어지게 된다. 이처럼 선적에 앞서 LNG 운반선의 운항 중에, LNG 저장탱크(CT)를 충분히 냉각할 수 있어, 터미널에서 LNG 운반선으로 LNG 선적에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예를 적용함으로써, 밸러스트 운항시 힐-아웃 조건에서도 저장탱크에 원활하게 LNG를 분사하여 냉각시킬 수 있고, 힐-아웃에 대비하여 다량의 LNG를 탱크 내부에 남겨둘 필요가 없으므로 더 많은 LNG를 하역하여 LNG 운반선의 운송량을 늘릴 수 있다. 또한 많은 설계 변경이 필요 없이 수월하게 시스템을 설치할 수 있고, 스프레이 펌프 및 이를 위한 배관 등을 삭제할 수 있어 펌프 타워 설치 비용 등을 절감하고, 펌프 타워의 공간 확보에도 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.

FT: 연료 탱크
CT: LNG 저장탱크
100: 스프레이 노즐
200: 연료공급 펌프
L: 연료 공급 라인
FL: 필링 라인
SL: 스프레이 라인
SM: 스프레이 메인 라인

Claims (6)

1. LNG 운반선에 마련되는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템에 있어서,
   상기 LNG 운반선의 추진 연료로 공급되는 LNG가 저장되는 연료 탱크;
   상기 LNG 운반선의 화물창에 마련되는 LNG 저장탱크; 및
   상기 LNG 저장탱크의 상부에 마련되며 LNG를 상기 LNG 저장탱크 내부에 분사하는 스프레이 노즐을 포함하여,
   상기 LNG 운반선의 밸러스트 운항시에 상기 연료 탱크로부터 LNG를 상기 스프레이 노즐로 공급하여 상기 LNG 저장탱크를 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연료 탱크에 마련되어 상기 LNG 운반선의 추진 엔진 및 상기 스프레이 노즐로 LNG를 공급하는 연료공급 펌프를 더 포함하고,
   상기 연료 탱크는 상기 LNG 운반선의 데크 상부에 마련되고, 상기 연료공급 펌프는 상기 연료 탱크의 일측 외부에 마련되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 연료공급 펌프로부터 상기 추진 엔진으로 연결되는 연료 공급 라인; 및
   상기 연료 공급 라인으로부터 분기되어 상기 스프레이 노즐로 연결되는 스프레이 라인을 더 포함하고,
   상기 LNG 저장탱크는 상기 화물창에 복수로 마련되고, 복수의 상기 LNG 저장탱크 각각의 상부에는 스프레이 노즐이 마련되며, 상기 스프레이 라인을 통해 각각의 상기 LNG 저장탱크로 냉각을 위한 LNG가 공급되는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크의 냉각은, 상기 LNG 운반선의 밸러스트 운항시에 상기 LNG 운반선에 LNG를 적재하기에 앞서, 상기 LNG 저장탱크의 온도가 -100 내지 -150 ℃에 이를 때까지 이루어지는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 LNG 운반선의 밸러스트 운항시에 상기 연료 탱크로부터 LNG를 상기 스프레이 노즐로 공급하여 상기 LNG 저장탱크에 분사함으로써, 힐-아웃 조건에서도 상기 LNG 저장탱크를 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 시스템.
6. LNG 운반선에 마련되는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 방법에 있어서,
   상기 LNG 운반선의 추진 연료로 공급되는 LNG가 저장되는 연료 탱크로부터 상기 LNG 운반선의 화물창에 마련된 LNG 저장탱크의 상부의 스프레이 노즐로 LNG를 공급하여,
   상기 LNG 운반선의 밸러스트 운항시에 상기 연료 탱크로부터 공급된 LNG를 상기 스프레이 노즐로 분사하여 상기 LNG 저장탱크를 냉각시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 LNG 저장탱크의 쿨-다운 방법.

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