KR20160036838A - 선박의 lng 벙커링 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

선박의 LNG 벙커링 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 LNG 벙커링 시스템은 LNG 저장탱크에 LNG를 벙커링하는 시스템으로서, 상기 선박의 LNG 저장탱크로 LNG를 공급하는 리퀴드(liquid) 메인 라인; 상기 LNG 저장탱크의 LNG로부터 발생하는 증발가스(Boil Off Gas)를 상기 LNG 저장탱크의 외부로 이송하는 베이퍼(vapor) 메인 라인; 및 상기 베이퍼 메인 라인으로부터 분기되어 상기 증발가스를 상기 LNG 저장탱크로 공급되는 LNG로 냉각하여 상기 LNG 저장탱크에 재저장하는 베이퍼 분기 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 LNG 벙커링 시스템 및 방법{LNG Bunkering System And Method For Ship}

본 발명은 선박의 LNG 벙커링 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 저장탱크로 LNG를 공급하는 리퀴드(liquid) 메인 라인과, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil Off Gas)를 탱크 외부로 이송하는 베이퍼(vapor) 메인 라인을 포함하되, 베이퍼 메인 라인으로부터 분기되는 베이퍼 분기 라인을 마련하여 증발가스를 LNG 저장탱크로 공급될 LNG 냉열로 냉각하여 LNG 저장탱크에 재저장할 수 있는 선박의 LNG 벙커링 시스템 및 방법에 관한 것이다.

벙커링(bunkering)은 벙커유로 알려진 선박 연료유를 저장 및 전송하는 것을 주로 의미하는데, 최근에는 LNG 사용이 늘어남에 따라 LNG 연료의 전송 및 공급 또한 벙커링으로 포함되고 있다. 선박의 연료공급에서, 대량의 연료를 해안으로부터 선박까지 연료로 전송하기 위해 바지선이나 다른 컨테이너에 임시 저장될 수 있고, 따라서 연료 공급은 도크 또는 다른 항만 시설로부터 직접 이루어지거나, 바지선 또는 다른 연료 급유선에 의해 운반된 연료를 공급받아 이루어질 수도 있다.

한편, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다.

천연가스의 액화온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃ 보다 약간만 높아도 쉽게 증발되는데, 벙커링을 통해 선박의 LNG 저장탱크로 LNG를 이송할 때에도, 온도와 압력 등의 변화에 따라 다량의 증발가스가 발생한다.

도 1에는 LNG를 연료로 사용하는 선박에서 LNG를 벙커링하기 위한 시스템을 개략적으로 도시하였다.

LNG를 연료로 사용하는 선박에는, 연료인 LNG를 저장할 수 있도록 LNG 탱크(T)가 마련되는데, 증발가스로 인해 탱크 내부 압력이 상승하면 탱크의 균열 또는 손상 위험이 있고, 이는 선박의 안전과 직결되는 문제이다. 따라서 이러한 선박에는 LNG를 벙커링하기 위한 메인 라인(10)과, 탱크에서 발생하는 증발가스를 탱크 외부로 빼내기 위한 가스 라인(20)이 함께 마련되어 있다.

그러나 이러한 가스 라인(20)의 하류에서 이상이 발생하여 가스 라인 하류로 증발가스를 보낼 수 없는 경우에 증발가스의 처리가 문제되며, 증발가스로 인해 탱크 내압이 상승하면 더 이상 LNG를 공급받을 수 없게 되는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 벙커링 시 LNG 탱크에서 발생하는 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있는 벙커링 시스템 및 벙커링 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면 선박의 LNG 벙커링 시스템에 있어서,

상기 선박의 LNG 저장탱크로 LNG를 공급하는 리퀴드(liquid) 메인 라인;

상기 LNG 저장탱크의 LNG로부터 발생하는 증발가스(Boil Off Gas)를 상기 LNG 저장탱크의 외부로 이송하는 베이퍼(vapor) 메인 라인; 및

상기 베이퍼 메인 라인으로부터 분기되어 상기 증발가스를 상기 LNG 저장탱크로 공급되는 LNG로 냉각하여 상기 LNG 저장탱크에 재저장하는 베이퍼 분기 라인을 포함하는 선박의 LNG 벙커링 시스템이 제공된다.

바람직하게는 시스템은, 상기 리퀴드 메인 라인으로부터 분기되어 상기 베이퍼 분기 라인으로부터 공급되는 상기 증발가스를 냉각시킬 LNG가 이송되는 리퀴드 분기 라인; 및 상기 베이퍼 분기 라인에서 공급되는 상기 증발가스와 상기 리퀴드 분기 라인으로 이송되는 LNG가 열교환되는 열교환기를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 시스템은, 상기 열교환기의 하류에 마련되어 상기 열교환기에서 냉각된 상기 증발가스와 상기 리퀴드 분기 라인으로 이송되는 LNG를 혼합하여 상기 LNG 저장탱크로 공급하는 믹싱 유닛을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 시스템은, 상기 베이퍼 분기 라인에서 상기 열교환기 상류에 마련되는 제1 제어 밸브; 및 상기 리퀴드 분기 라인에 마련되어 상기 열교환기로 공급될 LNG를 조절하는 제2 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크는 10 bara까지 내부 압력을 견딜 수 있는 독립형 탱크일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 LNG 벙커링 방법에 있어서,

1) 상기 선박의 LNG 저장탱크로 LNG를 공급하는 단계; 및

2) 상기 LNG 저장탱크의 LNG로부터 발생하는 증발가스(Boil Off Gas)를 상기 LNG 저장탱크의 외부로 이송하는 단계를 포함하되,

상기 증발가스는 상기 LNG 저장탱크로 공급되는 LNG 중 적어도 일부로 냉각시켜 상기 LNG 저장탱크에 재저장할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 LNG 벙커링 방법이 제공된다.

본 발명의 선박의 LNG 벙커링 시스템에서는 베이퍼 메인 라인으로부터 분기되는 베이퍼 분기 라인을 마련하여 증발가스를 LNG 저장탱크로 공급될 LNG 냉열로 냉각하여 LNG 저장탱크에 재저장할 수 있도록 한다.

이로써 베이퍼 메인 라인 하류에서 장치 이상 등의 원인으로 베이퍼 메인 라인을 통한 증발가스의 이송이 어려운 경우에도, 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있다. 증발가스를 LNG 저장탱크로 공급될 LNG 자체의 냉열을 이용하여 냉각시키므로 냉열 공급을 위한 별도의 냉매 사이클을 필요로 하지 않아 시스템이 간단하고 경제적이다.

또한 증발가스를 냉각 및 액화시켜 저장함으로써, LNG 저장탱크의 과도한 압력 상승을 방지하여 LNG 저장탱크 및 선박의 안전성을 확보할 수 있고, LNG 저장탱크에 저장되는 LNG의 양을 늘릴 수 있다.

도 1은 LNG를 연료로 사용하는 선박에서 LNG를 벙커링하기 위한 종래 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 LNG 벙커링 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 기재 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 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 LNG 벙커링 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 선박의 LNG 벙커링 시스템은, 선박의 LNG 저장탱크(FT)로 LNG를 공급하는 리퀴드(liquid) 메인 라인(LML)과, LNG 저장탱크(FT)의 LNG로부터 발생하는 증발가스(Boil Off Gas)를 LNG 저장탱크(FT)의 외부로 이송하는 베이퍼(vapor) 메인 라인(VML)을 포함하며, 베이퍼 메인 라인(VML)으로부터 분기되는 베이퍼 분기 라인(VBL)을 마련하여 증발가스를 LNG 저장탱크(FT)로 공급되는 LNG로 냉각하여 LNG 저장탱크(FT)에 재저장할 수 있도록 한다.

우선, 본 실시예에서 선박에 마련되는 LNG 저장탱크(FT)는 10 bara까지 내부 압력을 견딜 수 있는 독립형의 내압성 탱크일 수 있는데, 예를 들어 선박의 운항 중 발생하는 BOG 또는 플래쉬 가스(flash gas)를 보유할 수 있도록 설계 압력이 설정된 독립형 IMO C type 탱크가 적용될 수 있다.

리퀴드 메인 라인(LML)은, 벙커링 선박이나 FPSO, LNG 공급 터미널 등의 LNG 로딩 장치로부터 공급받은 LNG를 이송하여 LNG 저장탱크(FT)에 LNG 연료를 채우기 위한 라인이다.

-163℃의 극저온인 LNG는 메인 라인을 거쳐 LNG 저장탱크(FT)로 저장되는 과정에서 온도나 압력 변화 등에 의해 증발가스(Boil Off Gas, BOG)를 발생시키며, 이러한 증발가스를 LNG 저장탱크(FT) 외부로 배출시키기 위해 베이퍼 메인 라인(VML)이 마련된다. 내압성 탱크가 마련되더라도 벙커링 과정에서 발생하는 증발가스를 그대로 탱크 내에 보유하면, 탱크 내압이 설계 압력 이상으로 높아질 위험이 있고, 탱크 내부 압력 때문에 LNG 저장탱크로 LNG를 공급하기 어려우므로, 벙커링 중 발생하는 증발가스는 외부로 배출시키게 된다.

이와 같이 벙커링 중 발생하여 베이퍼 메인 라인(VML)으로 배출된 증발가스는 가스 연료로 공급될 수도 있고, 벙커링 선박이나 LNG 공급 터미널 등으로 전달될 수도 있다.

그러나 베이퍼 메인 라인(VML)의 하류에서 장치 이상 등으로 증발가스를 베이퍼 메인 라인(VML)의 하류로 보낼 수 없는 경우에 증발가스의 처리가 문제되는데, 본 실시예에서는 베이퍼 메인 라인(VML)으로부터 분기되는 베이퍼 분기 라인(VBL)을 마련하여, 증발가스를 베이퍼 분기 라인(VBL)으로 공급하여 LNG 저장탱크(FT)로 이송되는 LNG의 냉열을 이용하여 냉각한 후 LNG 저장탱크(FT)에 저장하여 처리할 수 있도록 한다. 이를 위해 리퀴드 메인 라인(LML)에도 리퀴드 분기 라인(LBL)을 마련할 수 있다.

리퀴드 분기 라인(LBL)을 통해 베이퍼 분기 라인(VBL)으로부터 공급되는 증발가스를 냉각시킬 LNG를 이송하여, 베이퍼 분기 라인(VBL)에서 공급되는 증발가스와 리퀴드 분기 라인(LBL)으로 이송되는 LNG를 열교환기(100)에서 열교환시킴으로써, 증발가스를 냉각시킨다.

본 실시예의 시스템에서, 열교환기(100)의 하류에는 믹싱 유닛(200)이 추가로 마련되어, 열교환기(100)에서 냉각된 증발가스에 리퀴드 분기 라인(LBL)으로 이송되어 열교환기(100)를 거친 LNG를 분사하여, 증발가스와 LNG를 혼합하여 LNG 저장탱크(FT)에 저장하게 된다.

LNG 저장탱크(FT)에서 발생하는 증발가스의 온도는 약 -130 ℃인데 이러한 증발가스는, 리퀴드 메인 라인(LML)으로부터 분기되어 리퀴드 분기 라인(LBL)을 통해 열교환기(100)로 공급되는 약 -163 ℃의 LNG와 열교환으로 1차로 냉각되고, 열교환기(100)에서 1차적으로 냉각된 증발가스는 믹싱 유닛(200)에서 다시 -163℃의 LNG가 혼합으로 2차 냉각되면서 재액화된다. 재액화된 증발가스와 LNG는 함께 LNG 저장탱크(FT)로 이송되어 저장된다.

베이퍼 분기 라인(VBL)에서 열교환기(100) 상류에는 제1 제어 밸브(V1)가 마련되고, 리퀴드 분기 라인(LBL)에는 열교환기(100)로 공급될 LNG를 조절하기 위한 제2 제어 밸브(V2)가 마련된다. 베이퍼 메인 라인(VML) 하류로 증발가스를 이송할 때에는 제1 제어 밸브(V1)를 통해 베이퍼 분기 라인(VBL)을 차단할 수도 있다.

한편, 본 실시예에서의 선박은, LNG를 선박의 추진 연료로 사용하는 LFS(LNG Fuelled Ship)일 수 있으나, 그 외에도 본 실시예는 외부로부터 LNG를 공급받아 LNG 저장탱크(FT)로 저장하기 위한 공급라인이 마련되는 선박이나 해양 구조물 등에 널리 적용될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예의 시스템에서는, 1) 선박의 LNG 저장탱크(FT)로 LNG를 공급하고, 2) LNG 저장탱크(FT)의 LNG로부터 발생하는 증발가스(Boil Off Gas)를 LNG 저장탱크(FT)의 상부로 빼내 탱크 외부로 이송하면서, 증발가스를 LNG 저장탱크(FT)로 공급되는 LNG 중 적어도 일부로 냉각시켜 재액화시켜 LNG 저장탱크(FT)에 재저장할 수 있도록 한다.

이로써 베이퍼 메인 라인(VML)을 통한 증발가스의 이송이 어려운 경우에도, 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있고, LNG 저장탱크(FT)의 과도한 압력 상승을 방지하여 LNG 저장탱크(FT) 및 선박의 안전성을 확보할 수 있고, LNG 저장탱크(FT)에 저장되는 LNG의 양을 늘릴 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.

FT: LNG 저장탱크
LML: 리퀴드 메인 라인
LBL: 리퀴드 분기 라인
VML: 베이퍼 메인 라인
VBL: 베이퍼 분기 라인
V1: 제1 제어 밸브
V2: 제2 제어 밸브
100: 열교환기
200: 믹싱 유닛

Claims (6)

1. 선박의 LNG 벙커링 시스템에 있어서,
   상기 선박의 LNG 저장탱크로 LNG를 공급하는 리퀴드(liquid) 메인 라인;
   상기 LNG 저장탱크의 LNG로부터 발생하는 증발가스(Boil Off Gas)를 상기 LNG 저장탱크의 외부로 이송하는 베이퍼(vapor) 메인 라인; 및
   상기 베이퍼 메인 라인으로부터 분기되어 상기 증발가스를 상기 LNG 저장탱크로 공급되는 LNG로 냉각하여 상기 LNG 저장탱크에 재저장하는 베이퍼 분기 라인을 포함하는 선박의 LNG 벙커링 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 리퀴드 메인 라인으로부터 분기되어 상기 베이퍼 분기 라인으로부터 공급되는 상기 증발가스를 냉각시킬 LNG가 이송되는 리퀴드 분기 라인; 및
   상기 베이퍼 분기 라인에서 공급되는 상기 증발가스와 상기 리퀴드 분기 라인으로 이송되는 LNG가 열교환되는 열교환기를 더 포함하는 선박의 LNG 벙커링 시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 열교환기의 하류에 마련되어 상기 열교환기에서 냉각된 상기 증발가스와 상기 리퀴드 분기 라인으로 이송되는 LNG를 혼합하여 상기 LNG 저장탱크로 공급하는 믹싱 유닛을 더 포함하는 선박의 LNG 벙커링 시스템.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 베이퍼 분기 라인에서 상기 열교환기 상류에 마련되는 제1 제어 밸브; 및
   상기 리퀴드 분기 라인에 마련되어 상기 열교환기로 공급될 LNG를 조절하는 제2 제어 밸브를 더 포함하는 선박의 LNG 벙커링 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크는 10 bara까지 내부 압력을 견딜 수 있는 독립형 탱크인 것을 특징으로 하는 선박의 LNG 벙커링 시스템.
6. 선박의 LNG 벙커링 방법에 있어서,
   1) 상기 선박의 LNG 저장탱크로 LNG를 공급하는 단계; 및
   2) 상기 LNG 저장탱크의 LNG로부터 발생하는 증발가스(Boil Off Gas)를 상기 LNG 저장탱크의 외부로 이송하는 단계를 포함하되,
   상기 증발가스는 상기 LNG 저장탱크로 공급되는 LNG 중 적어도 일부로 냉각시켜 상기 LNG 저장탱크에 재저장할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 LNG 벙커링 방법.

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