KR20160141534A - 불활성 가스 공급방법 및 불활성 가스 생성 및 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 불활성 가스 공급 방법은, 액화천연가스 저장탱크에서 발생된 증발가스(BOG)를 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit)로 공급하는 단계, 상기 단계에서 공급된 증발가스를 상기 통합 IGG/GCU에서 연소시키는 단계, 상기 단계에서 증발가스가 연소되어 발생되는 연소가스를 냉각 및 정제하여 불활성 가스를 생성하는 단계 및 상기 단계에서 생성된 불활성 가스를 유체저장탱크에 공급하는 단계를 포함함으로써, 액화천연가스 저장탱크에서 자연적으로 발생되는 증발가스를 연소시킴과 동시에 이를 이용하여 생성된 불활성 가스를 저장탱크에 공급함으로써 보다 효율적으로 퍼징을 수행할 수 있다.

Description

불활성 가스 공급방법 및 불활성 가스 생성 및 공급 시스템{SUPPLYING METHOD OF INERT GAS AND GENERATING AND SUPPLYING SYSTEM OF INERT GAS}

본 발명은 FLNG 등에서 각종 유체 저장탱크를 퍼징하기 위한 불활성 가스를 생성하여 공급하는 시스템과 그러한 불활성 가스를 공급하는 방법에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 연소 시 대기오염물질 배출이 적은 친환경 연료로서, 그 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있다. 일반적으로 액화가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 후 수송선(LNGC, LNG Carrier)에 의해 목적지까지 이송되는데, 가스를 극저온으로 액화시킨 액화천연가스는 기체 상태로 존재할 때에 비해 그 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송을 용이하게 하는 장점이 있다.

최근에는 이를 하나의 구조물에서 LNG의 생산과 저장 및 하역을 할 수 있는, LNG-FPSO(LNG Floating Production, Storage and Offloading, FLNG)가 개발되어 이용되고 있다.

즉, FLNG는 천연가스 매장 지역에 정박하여 천연가스를 채굴하여 액화천연가스 생산설비에 의해 액화천연가스를 생산하고, 이를 저장하기 위한 다수의 액화천연가스 저장탱크를 구비하고 있으며, 액화천연가스 생산 과정에서 산출되는 경제성을 갖는 컨덴세이트(CONDENSATE)를 저장하기 위한 컨덴세이트 저장탱크 또한 구비하게 된다.

이와 같이 생산되는 액화천연가스는 메테인을 비롯한 탄화수소 계열이 주성분을 이루고, 액화과정에 의해서 초저온 상태로 고압으로 압축되어 저장되기 때문에 폭발 위험성을 내포하고 있다.

그래서, 저장탱크는 최대한 저온상태를 유지할 수 있는 특성을 지녀야 하며, 폭발의 위험을 방지하기 위해서 질소 등의 불활성 가스를 저장탱크에 채워 퍼징(Purging)을 실시하게 된다.

한편, 액화천연가스(LNG)는 상압 -163℃의 극저온에서 액화되는데, 따라서 LNG는 그 온도가 상압 -163℃보다 약간만 높아도 증발되기 쉽다. 이에 따라 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있지만, 외부의 열이 지속적으로 전달되어 수송과정에서 LNG 저장탱크 내부에 저장된 LNG는 지속적으로 자연 기화되면서 저장탱크 내부에는 증발가스(Boil-Off Gas, 이하 'BOG'라 함)가 발생하게 된다. 이는 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas, 이하 'LPG'라 함), 액화에탄가스(Liquefied Ethane Gas, 이하 'LEG'라 함)등 다른 액화가스의 경우에도 해당된다.

액화가스 저장탱크에 증발가스(BOG)가 축적되면, 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하게 되므로, 안전상의 문제는 물론 증발가스 발생으로 인한 비용 손실이 발생하게 되므로, 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다.

즉, 증발가스를 엔진, 발전기 등의 가스 수요처에 공급하여 연료로서 사용하거나, 저장하거나, 또는 연소시켜 배출시키는(Combustion & Vent) 등으로 처리하는 것이 그것이다.

그러므로, 액화천연가스를 저장 및 운반하는 선박이나 구조물에는 액화천연가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 연소시키기 위한 가스연소유닛(GCU, Gas Combustion Unit)과 불활성 가스를 생성, 공급하기 위한 불활성 가스 생성기(IGG, Inert Gas Generator)가 필수적으로 구비된다.

가스연소유닛(GCC)은 증발가스와 공기를 공급 받아 연소실에서 증발가스가 연소되게 하여 연소된 증발가스를 외부로 배출시키는 구성을 갖고, 불활성 가스 생성기(IGG)는 공급되는 오일을 공기에 의해 연소시켜 불활성 가스를 생산하기 위한 구성을 갖는다.

그리고, 연소 후의 연소가스를 포함하는 찌꺼기는 해수 등을 이용하여 스크러빙(scrubbing)하여 배출시킨다.

한국공개특허공보 제10-2011-0027864호

본 발명은 액화천연가스 등을 저장하는 유체저장탱크를 불활성 가스로 치환하기 위한 불활성 가스 생성 및 공급 시스템 및 불활성 가스를 공급하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 태양에 따른 불활성 가스 공급 방법은, 액화천연가스 저장탱크에서 발생된 증발가스(BOG)를 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit)로 공급하는 단계, 상기 단계에서 공급된 증발가스를 상기 통합 IGG/GCU에서 연소시키는 단계, 상기 단계에서 증발가스가 연소되어 발생되는 연소가스를 냉각 및 정제하여 불활성 가스를 생성하는 단계 및 상기 단계에서 생성된 불활성 가스를 유체저장탱크에 공급하는 단계를 포함함으로써, 상기 통합 IGG/GCU에 의해 공급된 불활성 가스에 의해 상기 유체저장탱크 내부 기체가 치환되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 통합 IGG/GCU에서 증발가스를 연소시키는 단계와 상기 불활성 가스를 생성하는 단계는 동시에 진행되는 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.

나아가, 상기 유체저장탱크에 공급된 불활성 가스를 배출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

더 나아가, 상기 유체저장탱크의 내부 압력을 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 불활성 가스를 배출시키는 단계는, 상기 내부 압력을 측정하는 단계에서 측정된 내부 압력이 일정 압력 이상인 경우에 배출시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 태양에 따른 불활성 가스 생성 및 공급 시스템은, 액화천연가스 저장탱크에서 발생되어 공급되는 증발가스의 연소와, 유체저장탱크 내부의 치환을 위한 불활성 가스의 생성이 가능한 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit) 및 상기 통합 IGG/GCU로부터 생성된 불활성 가스를 공급받아 내부 기체를 치환하는 유체저장탱크를 포함한다.

그리고, 상기 통합 IGG/GCU는 상기 증발가스의 연소와 상기 불활성 가스의 생성을 동시에 수행 가능한 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 통합 IGG/GCU는 상기 증발가스를 연소시켜 상기 불활성 가스를 생성하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 통합 IGG/GCU가 상기 증발가스를 연소시켜 상기 불활성 가스를 생성하는 동시 모드로 동작되는 경우에, 상기 통합 IGG/GCU로부터 생성된 불활성 가스를 상기 유체저장탱크로 공급하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 유체저장탱크에 공급된 불활성 가스를 배출시키기 위해 상기 유체저장탱크와 연결되는 불활성 가스 배출 라인 및 상기 불활성 가스 배출 라인에 형성되어 불활성 가스의 배출을 조절하기 위한 배출 조절 밸브를 더 포함할 수 있다.

나아가, 상기 유체저장탱크에는, 내부 압력을 측정하기 위한 압력 센서 및 상기 압력 센서에 의해 측정된 내부 압력을 전달 받고, 상기 배출 조절 밸브를 제어하기 위한 압력 제어기가 형성된 것을 보다 구체적인 특징으로 한다.

상기 압력 제어기는, 상기 유체저장탱크 내부의 압력이 일정 압력 이상인 경우, 상기 배출 조절 밸브를 개방시키는 것을 또한 특징으로 한다.

본 발명에 따른 불활성 가스 생성 및 공급 시스템 및 불활성 가스 공급방법에 의하면, 액화천연가스 저장탱크에서 자연적으로 발생되는 증발가스를 연소시킴과 동시에 이를 이용하여 생성된 불활성 가스를 저장탱크에 공급함으로써 보다 효율적으로 퍼징을 수행할 수 있다.

또한, 증발가스의 양에 비해 불활성 가스의 양이 많아서 저장탱크 내 압력이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 불활성 가스 생성 및 공급 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 불활성 가스 공급 방법을 순서적으로 도시한 것이다.

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.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해 필요한 공지의 기술은 필요에 따라 그 설명을 생략하거나 줄이도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 불활성 가스 생성 및 공급 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 불활성 가스 생성 및 공급 시스템은, 통합 IGG/GCU(10, Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit) 및 유체저장탱크(20)를 포함하여, 불활성 가스를 생성하여 유체저장탱크에 공급함으로써 유체저장탱크 내부 기체를 치환할 수 있게 한다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 의한 불활성 가스 생성 및 공급 시스템은, 증발가스의 처리와 액화천연가스 저장탱크 등의 불활성 가스 치환을 요하는, 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)를 저장 및 운송하는 FLNG, LNGC, FSRU, RV 등을 포함하는 LNG 운용 선박에서 모두 적용될 수 있는 시스템이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 불활성 가스 생성 및 공급 시스템은 통합 IGG/GCU(10)에서 생성한 불활성 가스를 내부 기체의 치환이 필요한 액화천연가스 저장탱크 등의 유체저장탱크(20)에 공급한다.

통합 IGG/GCU(10)는 증발가스의 연소와 불활성 가스의 생성이 모두 처리 가능한 유닛이다.

증발가스의 연소 기능, 즉 GCU 기능은 액화천연가스 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스를 공급받아 연소시켜 배기시키는 기능이다.

이를 위해서 통합 IGG/GCU(10)는 압축되어 공급되는 증발가스와 공기를 공급받아 연소공간 내에서 연소반응을 하게 하고, 스크러빙(scrubbing) 공간에서 공급받은 물에 의해 연소반응 후 발생하는 연소가스를 냉각시키고, 연소가스에 포함된 수용성 가스 및 연소 찌꺼기를 스크러빙하여 제거시킨다.

그리고, 불활성 가스의 생성 기능, 즉 IGG 기능은 오일이나 가스를 공급받아 이를 연소시켜 불활성 가스를 생성한다.

본 발명에서의 통합 IGG/GCU(10)는 이러한 GCU 및 IGG 기능을 모두 수행할 수 있는 통합 유닛이다.

통합 IGG/GCU(10)는 GCU 및 IGG 기능을 각각 수행하도록 작동될 수 있다.

즉, GCU의 역할만 수행하는 GCU 모드나, IGG의 역할만 수행하는 IGG 모드로 동작될 수 있다.

나아가, 액화천연가스 저장탱크로부터 공급되는 증발가스를 연소실에서 연소시키고, 천연가스와 공기가 반응한 연소가스로부터 불활성 가스를 생성함으로써, 증발가스(BOG)를 연소시키면서 오일이 아닌 증발가스에 의해 불활성 가스를 생성하는 과정을 동시에 수행하는 IGG/GCU 동시모드로도 동작이 가능하다.

이와 같이 본 발명에서의 통합 IGG/GCU(10)가 IGG 모드 또는 IGG/GCU 동시모드로 가동하여 생성된 불활성 가스를 유체저장탱크에 공급되게 하여 유체저장탱크 내의 가스와 치환시킴으로써 퍼징(Purging)을 수행하게 한다.

한편, IGG/GCU 동시모드로 동작되는 경우, 공급되는 증발가스(BOG)의 양에 비해서 생성되는 불활성 가스의 양이 매우 많을 수 있다.

그러한 경우에 계속적으로 불활성 가스가 유체저장탱크(20)에 공급되게 되면, 유체저장탱크(20) 내의 압력이 급격히 증가하게 되는 문제가 발생할 수 있다.

이를 위해서 본 발명에 의한 불활성 가스 생성 및 공급 시스템은 유체저장탱크(20)와 연결되는 불활성 가스 배출 라인(30)을 더 포함한다.

그리고, 불활성 가스 배출 라인(30) 상에는 불활성 가스의 배출을 조절하기 위해서 배출 조절 밸브(31)가 형성됨으로써, 배출 조절 밸브(31)의 제어에 의해서 유체저장탱크(20) 내의 불활성 가스의 불활성 가스 배출 라인(30)을 통한 배출 여부가 제어될 수 있게 한다.

이러한 배출 조절 밸브(31)의 제어를 위해서, 유체저장탱크 내에는 내부 압력을 측정하기 위한 압력 센서(21)가 구비되고, 압력 센서(21)에 의한 압력 측정값을 수신하고, 그에 따라 배출 조절 밸브(31)의 개폐 여부를 제어하는 압력 제어기(22)가 압력 센서(21)와 전기적으로 연결된다.

이러한 압력 제어기(22)는 미리 정해진 압력값에 의해서 해당 압력값에 도달 여부에 따라서 배출 조절 밸브(31)를 제어하게 되고, 이와 같이 제어함에 의해서 통합 IGG/GCU(10)의 IGG/GCU 동시모드에서 공급되는 BOG에 비해서 생성되는 증발가스의 양이 과다한 경우에 과다한 증발가스를 배출시켜 유체저장탱크(20)를 안정화시키킬 수 있도록 구현되게 한다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 불활성 가스 공급 방법을 순서적으로 도시한 것이다.

도 2를 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 의한 불활성 가스 공급 방법을 설명하되, 앞선 실시예에 의해 설명된 구체적인 사항들에 대해서는 편의상 그 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 불활성 가스 공급 방법은 LNG 운용선박에서 액화천연가스 저장탱크에 저장된 액화천연가스가 자연기화되어 증발가스(BOG)가 발생됨을 전제로 한다.

이를 전제로 하여, 증발가스를 처리함에 있어서, 발생된 증발가스를 통합 IGG/GCU로 공급하게 된다(S10).

증발가스가 공급된 통합 IGG/GCU는 이를 연소시키기 위한 공기를 별도로 공급받고, 연소 공간 내에서 증발가스를 연소시키게 된다(S20).

본 발명의 불활성 가스 공급 방법은 증발가스의 연소와 불활성 가스의 생성이 통합 IGG/GCU에서 동시에 진행되는 것을 특징으로 한다.

즉, IGG/GCU 동시모드에 의해서 증발가스를 연소시킴과 동시에 발생되는 연소가스를 냉각 및 정제함으로써 불활성 가스를 생성하게 된다(S30).

이렇게 생성된 불활성 가스는 유체저장탱크로 공급됨으로써, 유체저장탱크 내부 기체가 불활성 가스로 치환될 수 있도록 한다(S40).

그런데, 공급되는 증발가스에 비해 불활성 가스가 과다 생성될 수가 있는데, 이를 위해 유체저장탱크의 내부 압력을 압력 센서에 의해서 측정하고(S50), 측정된 값이 미리 설계된 임계 압력을 초과하는지 여부를 판단한다(S60).

이에 의해 초과하는 것으로 판단되는 경우, 불활성 가스 배출 라인 상에 구비된 배출 조절 밸브를 제어함으로써, 불활성 가스가 불활성 가스 배출 라인을 통해 배출될 수 있도록 제어하여(S70), 유체저장탱크의 압력을 유지시키면서, 증발가스의 처리와 동시에 유체저장탱크의 내부 기체를 치환시킬 수 있게 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 불활성 가스 생성 및 공급 시스템 및 불활성 가스 공급 방법은, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

S10 : 증발가스 공급단계
S20 : 증발가스 연소단계
S30 : 불활성 가스 생성단계
S40 : 불활성 가스 공급단계
S50 : 내부 압력 측정단계
S60 : 내부 압력 판단단계
S70 : 불활성 가스 배출단계
10 : 통합 IGG/GCU
20 : 유체저장탱크
21 : 압력 센서
22 : 압력 제어기
30 : 불활성 가스 배출 라인
31 : 배출 조절 밸브

Claims (11)

1. 액화천연가스 저장탱크에서 발생된 증발가스(BOG)를 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit)로 공급하는 단계;
   상기 단계에서 공급된 증발가스를 상기 통합 IGG/GCU에서 연소시키는 단계;
   상기 단계에서 증발가스가 연소되어 발생되는 연소가스를 냉각 및 정제하여 불활성 가스를 생성하는 단계; 및
   상기 단계에서 생성된 불활성 가스를 유체저장탱크에 공급하는 단계를 포함함으로써,
   상기 통합 IGG/GCU에 의해 공급된 불활성 가스에 의해 상기 유체저장탱크 내부 기체가 치환되는 것을 특징으로 하는,
   불활성 가스 공급 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 통합 IGG/GCU에서 증발가스를 연소시키는 단계와 상기 불활성 가스를 생성하는 단계는 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는,
   불활성 가스 공급 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 유체저장탱크에 공급된 불활성 가스를 배출시키는 단계를 더 포함하는,
   불활성 가스 공급 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 유체저장탱크의 내부 압력을 측정하는 단계; 및
   상기 단계에서 측정된 내부 압력이 미리 설계된 특정 압력 이상인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하여,
   상기 단계에서 상기 내부 압력이 특정 압력 이상인 경우, 상기 유체저장탱크내의 불활성 가스를 배출시키는 것을 특징으로 하는,
   불활성 가스 공급 방법.
5. 액화천연가스 저장탱크에서 발생되어 공급되는 증발가스의 연소와, 유체저장탱크 내부의 치환을 위한 불활성 가스의 생성이 가능한 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit); 및
   상기 통합 IGG/GCU로부터 생성된 불활성 가스를 공급받아 내부 기체를 치환하는 유체저장탱크를 포함하는,
   불활성 가스 생성 및 공급 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 통합 IGG/GCU는 상기 증발가스의 연소와 상기 불활성 가스의 생성을 동시에 수행 가능한 것을 특징으로 하는,
   불활성 가스 생성 및 공급 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 통합 IGG/GCU는 상기 증발가스를 연소시켜 상기 불활성 가스를 생성하는 것을 특징으로 하는,
   불활성 가스 생성 및 공급 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 통합 IGG/GCU가 상기 증발가스를 연소시켜 상기 불활성 가스를 생성하는 동시 모드로 동작되는 경우에, 상기 통합 IGG/GCU로부터 생성된 불활성 가스를 상기 유체저장탱크로 공급하는 것을 특징으로 하는,
   불활성 가스 생성 및 공급 시스템.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 유체저장탱크에 공급된 불활성 가스를 배출시키기 위해 상기 유체저장탱크와 연결되는 불활성 가스 배출 라인; 및
   상기 불활성 가스 배출 라인에 형성되어 불활성 가스의 배출을 조절하기 위한 배출 조절 밸브를 더 포함하는,
   불활성 가스 생성 및 공급 시스템.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 유체저장탱크에는,
    내부 압력을 측정하기 위한 압력 센서; 및
    상기 압력 센서에 의해 측정된 내부 압력을 전달 받고, 상기 배출 조절 밸브를 제어하기 위한 압력 제어기가 형성된 것을 특징으로 하는,
    불활성 가스 생성 및 공급 시스템.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 압력 제어기는,
    상기 유체저장탱크 내부의 압력이 일정 압력 이상인 경우, 상기 배출 조절 밸브를 개방시키는 것을 특징으로 하는,
    불활성 가스 생성 및 공급 시스템.

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