KR20160036839A - 중고 lng운반선을 개조하여 부유식 해상 구조물로 자원을 지원하는 방법 - Google Patents

Abstract

부유식 해상 구조물에 자원 지원 가능한 LNG 운반선의 개조 방법이 개시된다. 본 발명의 부유식 해상 구조물에 자원 지원 가능한 LNG 운반선의 개조 방법은, 중고 LNG 운반선의 스팀 터빈 엔진에 발전기를 연결하여 운항 또는 발전을 선택적으로 하고, 중고 LNG 운반선과 부유식 해상 구조물을 복합 케이블로 연결하여 전력, 천연 가스 및 고압 스팀 중 하나 이상을 서로 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

부유식 해상 구조물에 자원 지원 가능한 LNG 운반선의 개조 방법{REBUILDING METHOD OF LNG CARRIER}

본 발명은, LNG 운반선의 개조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 효율이 낮은 중고 LNG 운반선을 개조하여 부유식 해상 구조물을 서포트 할 수 있는 부유식 해상 구조물에 자원 지원 가능한 LNG 운반선의 개조 방법에 관한 것이다.

최근 원유가격이 급상승하고 청정에너지에 대한 수요가 기하급수적으로 증가함에 따라 전체 에너지 소비에서 천연가스가 차지하는 비중이 급격히 증가하고 있다. 해외에서 생산된 천연가스는 산지의 천연가스 액화 시설에서 완전 액화되어 액화 천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)의 형태로 LNG 운반선에 저장되어 수송된다.

LNG 운반선에서 LNG는 단열된 LNG 저장 탱크에 탑재되어 수송되게 되는데 이때 외부에서부터의 열취득으로 인하여 하루 약 0.15%(200,000 m3급 LNG 저장탱크 기준)가 기화하게 된다. 탱크 내에서 기화되는 가스를 증발기체(boil-off gas, 이하 BOG)라 부른다.

저장탱크 내의 압력을 유지시키기 위하여 BOG를 외부로 추출하여 주어야 하는데 종래에는 LNG 운반선의 추진동력인 스팀 터빈(steam turbine) 엔진의 연료로 공급되어 왔다.

그러나 최근에는 LNG 운반선이 대형화되고 LNG 운반선의 추진 방식이 종래의 스팀 터빈 방식으로부터 이중 연료 엔진인 ME-GI 엔진, DFDE가 주를 이루고 있는 상황이다.

고 효율의 LNG 운반선이 LNG 운송 시장을 장악하게 되자 선주들은 선령이 높은 저 효율의 스팀 LNG 운반선을 폐선하고 있다. 이러한 선박의 일반적인 처리 방법은 선박을 해체하는 것이다. 즉, 폐선박을 육상으로 최대한 끌어 이동시킨 상태에서 작업자가 용접 절단기를 들고 선박에 올라가 선박의 부분을 일일이 절단하는 방법으로 이루어진다.

전술한 선박의 처리 방법과는 달리 최근에는 사용되던 중고 선박이나 폐선박을 바다에 침몰시켜 인공 어초 대용으로 사용하거나, 폐선박을 이용하여 쓰레기를 소각 처리하는 용도로 사용하기도 한다.

하지만, 이러한 방법은 선박에 기 설치되어 있는 구조물을 효율적으로 이용하지 못한 면이 있으므로 이를 개선할 수 있는 새로운 대안책이 요구된다.

한국특허등록공보 제10-1039080호(김충부) 2011.05.30.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 효율이 낮은 중고 LNG 운반선을 개조하여 부유식 해상 구조물을 서포트 할 수 있는 부유식 해상 구조물에 자원 지원 가능한 LNG 운반선의 개조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 중고 LNG 운반선의 스팀 터빈 엔진에 발전기를 연결하여 운항 또는 발전을 선택적으로 하고, 상기 중고 LNG 운반선과 부유식 해상 구조물을 복합 케이블로 연결하여 전력, 천연 가스 및 고압 스팀 중 하나 이상을 서로 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 개조 방법이 제공될 수 있다.

상기 중고 LNG 운반선과 상기 부유식 해상 구조물이 먼 거리에 있는 경우 상기 전력은 직류 전압으로 공급될 수 있다.

상기 고압 스팀은 상기 중고 LNG 운반선에 마련된 메인 보일러에 의해 마련되고, 상기 메인 보일러의 작동에 필요한 연료는 상기 부유식 해상 구조물로부터 공급받을 수 있다.

상기 메인 보일러로 공급되는 잉여의 천연 가스는 상기 중고 LNG 운반선에 마련된 LNG 저장탱크에 저장될 수 있다.

상기 중고 LNG 운반선에는 주파수 변환장치가 마련될 수 있다.

상기 중고 LNG 운반선에는 재액화 장치가 마련될 수 있다.

상기 부유식 해상 구조물은 OIL FPSO 또는 LNG FPSO를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 효율이 낮은 중고 LNG 운반선에 전력, 천연 가스 및 고압 스팀 중 적어도 하나를 공급하는 복합 케이블을 마련하여 부유식 해상 구조물로 전력, 천연 가스 및 고압 스팀 중 적어도 하나를 공급할 수 있어 중고 LNG 운반선의 활용도를 높일 수 있다.

또한 중고 LNG 운반선을 부유식 해상 구조물의 지원선으로 개조 하면서 부유식 해상 구조물을 건조 할 때 설치 해야 하는 발전장치의 예비율을 낮출 수 있다. 이는 부유식 해상 구조물이 갖춰야 할 발전장치 예비율을 개조된 중고 LNG선에서 채워 줄 수 있기에 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 개조된 중고 LNG 운반선을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예를 선택적으로 발전 또는 운항할 수 있는 작동 메커니즘을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시 예에 채용된 복합 케이블을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시 예의 사용 상태도이다.

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 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 개조된 중고 LNG 운반선을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예를 선택적으로 발전 또는 운항할 수 있는 작동 메커니즘을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 실시 예에 채용된 복합 케이블을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 실시 예의 사용 상태도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 부유식 해상 구조물에 자원 지원 가능한 LNG 운반선의 개조 방법은, 중고 LNG 운반선(1)의 스팀 터빈 엔진(10)에 발전기(20)를 연결하여 운항 또는 발전을 선택적으로 하고, 중고 LNG 운반선(1)과 부유식 해상 구조물(100)을 복합 케이블(30)로 연결하여 전력, 천연 가스 및 고압 스팀 중 하나 이상을 선택적으로 서로 공급할 수 있다.

예를 들어, 상기 천연 가스는 부유식 해상 구조물에서 중고 LNG 운반선으로 공급되어, 상기 중고 LNG 운반선에서 전력 또는 고압 스팀을 생산하기 위한 연료로 사용될 수 있다.

또한, 상기 전력 또는 고압 스팀은 중고 LNG 운반선에서 부유식 해상 구조물로 공급되어, 상기 전력은 부유식 해상 구조물의 전력 소비처에 사용될 수 있고, 상기 고압 스팀은 압축기나 발전기를 구동시키기 위한 전력을 생산하는 스팀터빈을 구비된 부유식 해상 구조물로 공급되어, 상기 스팀터빈을 운전시키기 위한 동력원으로 사용될 수 있다.

본 실시 예에서 스팀 터빈 엔진(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 선미부의 엔진룸(ER)에 마련될 수 있고, 중고 LNG 운반선(1)에 기 설치된 스팀 터빈 엔진(10)을 그대로 이용할 수 있으며, 스팀 터빈 엔진(10)은 복수 개로 마련될 수 있다.

일반적으로 중고 LNG 운반선(1)에는 추진에 사용되는 메인 엔진과, 발전이나 보조 동력으로 사용되는 보조 엔진이 마련되며, 본 실시 예의 발전기(20)가 연결되는 스팀 터빈 엔진(10)은 메인 엔진일 수 있다.

스팀 터빈 엔진은, 고온고압의 기체를 축에 연결된 수많은 회전 날개에 부딪쳐서 축을 돌리게 하여 그 기체의 열에너지를 운동에너지로 전환한다. 스팀 터빈 엔진은 강한 힘을 낼 수 있어 LNG 운반선의 경우 2000년대 이전에는 대부분 스팀 터빈 엔진을 대부분 메인 엔진으로 사용하였다. 이는 LNG운반선에서 발생하는 증발가스를 연소할 수 있는 방식이 보일러뿐인 것이 한 요인이기도 하다.

상선에 적용되는 스팀 터빈 엔진은 고압 터빈에서는 5,000~7,000rpm, 저압 터빈에서는 3,000~5,000rpm 정도의 회전수를 낸다. 프로펠러는 낮은 회전수에서 효율이 좋기 때문에 스팀 터빈 엔진을 사용하는 경우 동력이 전달되는 추진축(PS)에 2단 기어 감속기나 유성기어를 채택한 3단 기어 감속기 등을 탑재하여 적정 회전수를 낸다.

스팀 터빈으로 발전 되는 경우, 50Hz 교류발전에는 3,000rpm, 60Hz 교류발전에는 3,600rpm 정도의 분당 회전수가 필요하다.

본 실시 예는 중고 LNG 운반선(1)에 설치된 스팀 터빈 엔진을 이용하여 발전하는 것으로서, 스팀 터빈 엔진 자체의 분당 회전수가 발전에 요구되는 회전수를 만족할 수 있다.

교류 발전기의 출력 진동수(Hz)는 전극의 수와 회전 속도에 따라 다르다. 특정 주파수에 상응하는 속도를 동기 속도(synchronous speed)라고 하고, 아래의 표 1에 몇 가지 예가 있다.

전극수	RPM(50Hz)	RPM(60Hz)	RPM(400Hz)
2	3,000	3,600	24,000
4	1,500	1,800	12,000
6	1,000	1,200	8,000
8	750	900	6,000
10	600	720	4,800
12	500	600	4,000
14	428.6	514.3	3,429
16	375	450	3,000
18	333.3	400	2,667
20	300	360	2,400
40	150	180	1,200

따라서, 개조된 중고 LNG 운반선(1)의 엔진으로 스팀 터빈 엔진(10)이 장착된 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10)으로 장착된 스팀 터빈 엔진(10)에 감속기(RG)를 탑재하지 않고 발전기(20)를 바로 연결하여 발전할 수 있다.

구체적으로, 저압 터빈에서는 3,000~5,000rpm 정도의 회전수를 내므로, 주파수로 50Hz와 60Hz를 선택하는 경우 감속기(RG)를 탑재하지 않고 발전기(20)를 스팀 터빈 엔진(10)에 바로 연결할 수 있다.

고압 터빈에서는 5,000~7,000rpm 정도의 회전수를 내므로, 주파수를 400Hz로 선택하는 경우 저압 터빈과 같이 발전기(20)를 스팀 터빈 엔진(10)에 바로 연결할 수 있다. 다만, 고압 터빈에서 주파수를 50Hz 또는 60Hz로 하는 경우 분당 회전수를 맞추기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 감속기(RG)를 사용할 수도 있다.

본 실시 예에서 발전기(20)는 교류 발전기가 사용될 수 있고, 발전기(20)에서 생산되는 전력의 주파수는 60Hz 또는 50Hz 일 수 있다.

본 실시 예에서 중고 LNG 운반선(1)의 전력, 천연 가스, 고압 스팀은, 도 3에 도시된 복합 케이블(30)을 통해 LNG FPSO나 OIL FPSO와 같은 부유식 해상 구조물(100)로 공급될 수 있다.

본 실시 예에서 복합 케이블(30)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 전력이 공급되며 상부 갑판(UD)을 통해 부유식 해상 구조물(100)로 연결되는 전력 케이블(31)과, 천연 가스가 공급되는 천연 가스관(32)과, 고압의 스팀이 공급되는 고압 스팀관(33)을 포함한다.

본 실시 예에서 천연 가스관(32)은 단열 처리될 수 있고, 고압의 스팀은 중고 LNG 운반선(1)에 마련된 메인 보일러를 통해 생성될 수 있다. 또한 메인 보일러를 작동하기 위해 필요한 연료는 부유식 해상 구조물(100)을 통해 공급받을 수도 있다. 나아가 부유식 해상 구조물(100)로부터 메인 보일러로 공급된 천연 가스 중 잉여 천연 가스는 중고 LNG 운반선(1)에 마련된 LNG 저장탱크(T)에 저장될 수 있다.

한편 본 실시 예에서 중고 LNG 운반선(1)에는 공지된 재액화 장치가 마련될 수 있다. 또한 중고 LNG 운반선(1)과 부유식 해상 플랜트의 주파수가 서로 맞지 않을 가능성이 있으므로 중고 LNG 운반선(1)에는 공지된 주파수 변환장치가 마련될 수 있다.

그리고 전력 케이블(31)을 통해서 교류 전압과 직류 전압이 부유식 해상 구조물(100)로 공급될 수 있고, 중고 LNG 운반선(1)과 부유식 해상 구조물(100)의 거리가 먼 경우에는 전력 강하 및 송전 효율을 고려하여 직류 전압으로 전송할 수 있다.

본 실시 예에서 중고 LNG 운반선(1)은 기 설치된 추진축(PS)을 그대로 두어 추진용으로 사용하고, 중고 LNG 운반선(1)을 운항하지 않는 경우 발전용으로 사용할 수 있도록 엔진(10)에서 프로펠러로 전달되는 동력을 선택적으로 차단하는 클러치(C)를 포함한다.

클러치(C)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진(10)과 감속기(RG)를 연결하는 추진축(PS)에 마련되어 엔진(10)에서 출력되는 회전력을 감속기(RG) 또는 발전기(20)로 선택적으로 전달시킬 수 있다.

따라서, 중고 추진체의 운항이 필요할 경우 엔진(10)과 감속기(RG)를 연결하는 추진축(PS)을 연결시켜 엔진(10)의 회전력이 프로펠러로 전달되도록 하고, 중고 추진체가 운항하지 않고 발전용으로 사용되는 경우 엔진(10)에서 출력되는 회전력이 발전기(20)로 전달되도록 엔진(10)과 감속기(RG)를 연결하는 추진축(PS)을 차단한다.

그리고 본 실시 예에서 중고 LNG 운반선(1)에는 거주구(LQ)가 마련되어 있으며, 이곳에는 30명 이상의 인원이 숙식할 수 있는 시설이 구비되어 있다. 물론 공기조화시스템, 조리구역, 여가 시설까지 구비되어 있으므로 부유식 해상 구조물(100)에서 핸들링 하지 못한 인원은 개조된 중고 LNG 운반선(1)에서 수용할 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 효율이 낮은 중고 LNG 운반선과 부유식 해상 구조물을 부유식 복합 케이블로 연결하여, 전력, 천연 가스 및 고압 스팀 중 하나 이상을 서로 공급하되, 예를 들어, 부유식 해상 구조물에서 중고 LNG 운반선으로 천연 가스를 공급하여 중고 LNG 운반선에서 전력이나 고압 스팀을 생산하기 위한 연료로서 사용할 수 있도록 할 수 있으며, 또한, 중고 LNG 운반선에서 부유식 해상 구조물로 전력 또는 고압 스팀을 공급할 수 있어, 중고 LNG 운반선의 활용도를 높일 수 있다.

또한 중고 LNG 운반선을 부유식 해상 구조물의 지원선으로 개조 하면서 부유식 해상 구조물을 건조 할 때 설치 해야 하는 발전장치의 예비율을 낮출 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.

1 : 중고 LNG 운반선
10 : 스팀 터빈 엔진 20 : 발전기
30 : 복합 케이블 31 : 전력 케이블
32 : 천연 가스관 33 : 고압 스팀관
100 : 부유식 해상 구조물 C : 클러치
ER : 엔진룸 LQ : 거주구
PS : 추진축 RC : 감속기어
T : LNG 저장탱크 UD : 상부 갑판

Claims (7)

1. 중고 LNG 운반선의 스팀 터빈 엔진에 발전기를 연결하여 운항 또는 발전을 선택적으로 하고,
   상기 중고 LNG 운반선과 부유식 해상 구조물을 복합 케이블로 연결하여 전력, 천연 가스 및 고압 스팀 중 하나 이상을 서로 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 개조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 중고 LNG 운반선과 상기 부유식 해상 구조물이 먼 거리에 있는 경우 상기 전력은 직류 전압으로 공급되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 개조 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 고압 스팀은 상기 중고 LNG 운반선에 마련된 메인 보일러에 의해 마련되고,
   상기 메인 보일러의 작동에 필요한 연료는 상기 부유식 해상 구조물로부터 공급받는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 개조 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 메인 보일러로 공급되는 잉여의 천연 가스는 상기 중고 LNG 운반선에 마련된 LNG 저장탱크에 저장되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 개조 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 중고 LNG 운반선에는 주파수 변환장치가 마련되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 개조 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 중고 LNG 운반선에는 재액화 장치가 마련되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 개조 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 부유식 해상 구조물은 OIL FPSO 또는 LNG FPSO를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 개조 방법.

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