KR20180078584A

KR20180078584A - 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20180078584A
Application number: KR1020160183489A
Authority: KR
Inventors: 윤상득
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2018-07-10

Abstract

본 발명은 액화가스 저장탱크에서 증발가스의 열 팽창에 의해 액화가스 저장탱크의 내압이 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있는 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템 및 압력 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템은 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 및 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 연료로써 공급하는 증발가스 회수라인;을 포함하고, 상기 증발가스 회수라인에는, 상기 증발가스의 적어도 일부를 응축시키는 증발가스 응축기; 및 상기 증발가스 응축기에서 응축되지 않은 기체를 상기 선박의 연료로 공급하는 연료 공급 장치;가 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템 및 방법 {Pressure Control System and Method for Liquefied Gas Storage Tank of Ship}

본 발명은 액화가스 저장탱크에서 증발가스의 열 팽창에 의해 액화가스 저장탱크의 내압이 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있는 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템 및 압력 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스(Natural Gas, 이하 'NG'라 함)는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된 후, LNG 부유식 저장 및 재기화 장치(FSRU, Floating Storage and Regasification Unit) 또는 육상의 하역 터미널을 거치면서 재기화되어 소비처로 공급된다.

LNG 재기화선(LNG RV, Regasification Vessel)에 의해 LNG가 수송되는 경우에는, FSRU 또는 육상의 하역 터미널을 거치치 않고도 LNG RV 자체에서 재기화되어 소비처로 직접 공급된다.

천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃보다 약간만 높아도 증발된다. LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas, 이하 'BOG'라 함)가 발생한다.

이렇게 LNG 저장탱크 내에 BOG가 발생하면, LNG 저장탱크의 압력이 상승하여 위험하므로, 종래에는, LNG 저장탱크의 압력을 안전한 상태로 유지하기 위해서 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG를 LNG 운반선의 추진 연료로서 사용하거나 가스 연소기(GCU, Gas Combustion Unit) 등에서 소각시킴으로써 BOG를 소모시키는 방법, 발생한 BOG를 재액화하여 다시 LNG 저장탱크로 복귀시킴으로써 BOG를 회수하는 방법, 또는 LNG 저장탱크의 설계압력(Design Pressure)을 높게 하여 일정 수준의 압력 상승을 허용함으로써 압력 상승에 따르는 현열 증가분에 의해 유입 열량이 흡수되어 증발가스 발생을 감소시키는 방법 등이 상용화되고 있다.

LNG 저장탱크의 압력을 제어하기 위해 BOG를 LNG 운반선의 추진 연료로서 사용하는 방법은, 가스 상태의 연료를 공급해야 하므로, 액체 연료를 공급하는 것에 비해 설치비(CAPEX) 및 운전비(OPEX)가 큰 컴프레서(Compressor) 등을 사용하는 기체 압축 방식을 적용해야 하고, BOG를 다시 재액화시키는 방법 역시, BOG를 재액화시키기 위한 과냉각 장치 또는 냉각기 등을 포함하여 복잡한 구성 요소들이 추가되어야 하므로 전체적인 선박 가격의 증가 및 선박의 경하 중량이 커진다는 등의 문제가 있다. 또한, BOG를 소각하여 처리하는 것은 결국 LNG의 손실을 초래한다.

또한, LNG 저장탱크의 설계압력(Design Pressure) 높게 하여 BOG를 LNG 저장탱크 내에 저장하더라도, LNG를 다루는 선박의 LNG 저장탱크에서 BOG가 발생하는 것을 원천적으로 방지할 수는 없으므로, 결국에는 설계 압력 이상에 도달하면 안전밸브를 통해 외기로 배출시킬 수밖에 없다.

이렇듯, BOG의 발생이 LNG 저장탱크의 압력에 미치는 영향은 대단히 커서 BOG를 소모하지 않으면 결국 시간이 지남에 따라 LNG 저장탱크의 압력이 설계 압력 이상으로 올라가게 되는데, LNG 저장탱크 내의 BOG를 소비하지 않고 배출을 차단하는 경우, LNG 저장탱크 내의 압력 상승은 BOG의 발생량과 비례하지 않으며, LNG 저장탱크 외부의 열 침투에 의해 저장탱크라는 한정된 공간(volume) 내에서 BOG의 열 팽창에 의해 그 체적이 압력으로 변환되기 때문에 LNG 저장탱크의 내압은 BOG의 발생량보다 훨씬 급격하게 상승하는 현상이 발생하게 된다.

이와 같이, LNG 저장탱크의 압력을 제어하는 것은 안전 및 비용과 직결되는 매우 중요한 요소이며, 따라서, 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하고, BOG에 의해 LNG 저장탱크의 압력이 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있는 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 및 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 연료로써 공급하는 증발가스 회수라인;을 포함하고, 상기 증발가스 회수라인에는, 상기 증발가스의 적어도 일부를 응축시키는 증발가스 응축기; 및 상기 증발가스 응축기에서 응축되지 않은 기체를 상기 선박의 연료로 공급하는 연료 공급 장치;가 마련되는 것을 특징으로 하는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 증발가스 응축기에서 응축된 액체를 상기 액화가스 저장탱크로 재공급하는 컨덴세이트 회수라인;을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 증발가스 응축기로 상기 증발가스를 응축시키는 냉열원으로써 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 공급하는 제1 액화가스 분사라인; 및 상기 제1 액화가스 분사라인을 통해 공급되는 액화가스를 상기 증발가스 응축기 내에 분사하는 제1 액화가스 분사노즐;을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 액화가스 저장탱크 내에 마련되어 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 하역하는 카고 펌프; 및 상기 액화가스 저장탱크 내에 마련되며 카고 펌프보다 토출 유량이 적은 소형 펌프;를 더 포함하여, 상기 제1 액화가스 분사라인은 상기 소형 펌프로부터 연결될 수 있다.

바람직하게는, 상기 소형 펌프는 스트리핑 기능을 하는 스트리핑 펌프(stripping pump); 및 연료 공급을 위해 액화가스를 펌핑하는 연료 공급 펌프(fuel gas pump); 중 어느 하나일 수 있다.

바람직하게는, 상기 액화가스 저장탱크는 압력 탱크이고, 상기 저장탱크의 상부에는 가스 돔이 형성되어 상기 증발가스 회수라인은 상기 가스 돔으로부터 연결될 수 있다.

바람직하게는, 상기 액화가스 저장탱크 상부의 증발가스를 냉각시키기 위해 상기 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크의 상부로 공급하는 제2 액화가스 분사라인; 및 상기 제2 액화가스 분사라인을 통해 공급되는 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크의 상부에 분사하는 제2 액화가스 분사노즐;을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 외부로 배출시키는 증발가스 배출라인;을 더 포함하고, 상기 증발가스 회수라인은 상기 증발가스 배출라인으로부터 분기될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 증발가스 응축기로 공급하고, 액화가스 저장탱크에서 펌핑한 액화가스를 상기 증발가스 응축기로 분사하여 상기 증발가스의 적어도 일부를 응축시키고, 상기 증발가스 응축기에서 응축되지 않은 기체를 압축하여 선박의 연료로 공급할 수 있다.

바람직하게는, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스는 증발가스 배출라인을 통해 선박 내 증발가스 수요처로 공급하거나 외부로 배출시키되, 상기 증발가스를 상기 증발가스 응축기로 공급하는 증발가스 회수라인은 상기 증발가스 배출라인이 차단되었을 때 개방할 수 있다.

본 발명에 따르면, BOG에 의해 액화가스 저장탱크의 압력이 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 간단한 장비를 활용하여 액화가스 저장탱크의 압력을 제어함으로써 안전성을 확보할 수 있고, 비용을 절감할 수 있으며, 유지 및 보수가 용이하다.

또한, 액화가스 저장탱크의 압력을 제어하고, 액화가스 저장탱크 내부의 BOG 온도는 상대적으로 높은 온도로 유지하면서도, 액화가스 저장탱크 내부를 등온 상태(Isothermal Condition)로 장시간 유지시킬 수 있다.

또한, 새로 건조될 선박뿐만 아니라 기존에 건조되어 적용되고 있는 선박에도 최소한의 설계 변경으로 간단하게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 액화가스 저장탱크에 저장되는 액화가스는, LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas) 등 상온·상압에서 가스 상태로 존재하나 가압 내지는 냉각 등의 공정을 통해 액화시켜 액체 상태로 저장 및 운송하는 유체를 말한다.

이러한 액화가스는 저장탱크 내에서 외부로부터 침입하는 열 에너지나 탱크 내부의 압력 변화, 슬로싱(Sloshing) 현상 등에 의해 지속적으로 BOG(Boil-Off Gas)가 발생하는데, 액화가스 저장탱크는 액화가스를 액체 상태로 유지하기 위해 단열 처리가 되어 있는 것을 특징으로 하며, 이러한 BOG를 배출시키는 수단을 포함하여 저장탱크 내부의 압력을 제어하기 위한 수단이 마련되어야 한다.

또한, 이러한 액화가스 저장탱크가 마련되는 선박은, LNG 운반선(LNG Carrier), LPG 운반선(LPG Carrier), LNG RV(LNG Regasification Vessel), LNG 벙커링 선박(LNG Bunkering Ship) 등 액화가스를 운용하는 선박일 수 있으며, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 BOG를 공급받아 활용할 수 있는 수단, 예를 들어 BOG를 연료로 하는 엔진, 엔진으로 BOG를 연료화하여 공급하는 각종 장치들 또는 BOG를 재액화시켜 다시 저장탱크로 회수하는 장비 등을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템은 액화가스 저장탱크에서 BOG가 발생하는 것을 억제하는 것이 아니라, BOG가 외부로부터의 열 침투에 의해 한정된 공간(Volume) 내에서 열 팽창에 의해 압력으로 변환되어 액화가스 저장탱크의 내압이 액화가스 저장탱크의 설계 압력 또는 그 이상으로 급격하게 상승하는 것을 방지하고, 액화가스 저장탱크의 내압을 선형적(Linear)으로 변화시키도록 하면서, 액화가스 저장탱크의 온도 분포가 균일한 등온 상태(Isothermal Condition)를 장시간 유지시키는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템 및 방법은 액화가스 저장탱크가 마련되는 선박에서, 액화가스로부터 발생하는 BOG를 처리하는 다른 수단과 더불어 적용되는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.

이하, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템 및 방법의 일 실시예를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하기로 하며, 액화가스는 LNG, 액화가스 저장탱크는 LNG 저장탱크, 선박은 LNG 운반선인 것을 예로 들기로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템은, 선박에 마련되며 LNG와 같은 액화가스를 저장하는 LNG 저장탱크(10)와 LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 선박의 엔진과 같은 연료 수요처의 공급 조건에 맞춰 공급하는 연료 공급 장치(90)를 포함하고, LNG 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스는 증발가스 회수라인(61)을 따라 연료 공급 장치(90)로 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 증발가스 회수라인(61)에는 LNG 저장탱크(10)의 외부에 마련되며, LNG 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스, 즉 BOG(Boil-Off Gas)를 냉각(cooling)시키거나 적어도 일부를 응축(condensate)시키는 증발가스 응축기(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

LNG를 운반하는 LNG 운반선에 마련되며 화물 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크(10)는, 극저온 상태로 액화된 LNG를 목적지까지 운반하기 위하여 기본적으로 LNG 저장탱크(10)의 내부를 극저온으로 유지시키기 위해 단열 처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열 침입 등에 의하여 LNG가 자연증발하는 것을 완전히 방지할 수는 없어 LNG 저장탱크(10)에서는 운반선이 운항하는 동안 지속적으로 증발가스가 발생한다. 이와 같이 지속적으로 발생하는 증발가스에 의해 저장탱크(10)의 내압이 상승하게 되고, 저장탱크(10)의 압력이 너무 높아지게 되면 안전성의 문제가 발생하게 되므로 증발가스를 저장탱크(10)로부터 배출시켜야만 한다.

본 발명에 따르면, LNG 저장탱크(10)는 일정 수준의 압력 증가분을 견딜 수 있도록 압력 탱크로 마련된다. 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 외부로 배출시켜 소모하지 않으면, 시간이 지남에 따라 탱크(10) 내 압력이 압력탱크의 설계 압력(design condition)까지 도달하게 되므로, LNG 저장탱크(10)의 상부로는, 압력 탱크(10)의 내압이 압력 탱크(10)의 설계 압력 근처에 도달하게 되면, 압력 탱크(10)로부터 증발가스를 배출시키는 증발가스 배출라인(60)을 통해 LNG 저장탱크(10)로부터 증발가스를 선박 내 증발가스 수요처로 배출시키거나, 외부로 배출(dumping)시킬 수 있다.

증발가스 배출라인(60)은 액화가스 저장탱크(10)의 내부로부터 액화가스 저장탱크(10)의 상부에 형성되는 돔 형태의 가스 돔(11)을 통과하여 액화가스 저장탱크(10) 외부로 연장되도록 마련될 수 있다.

본 발명에 따른 증발가스 회수라인(61)은 상술한 증발가스 배출라인(60)으로부터 분기될 수 있으며, 바람직하게는, 증발가스 배출라인(60)을 통해 증발가스를 배출시킬 수 없을 때, 선박 내 증발가스 수요처에서의 증발가스 소비가 불가하여 증발가스 배출라인(60)이 인위적으로 차단되었을 때, 개방하여 증발가스 회수라인(61)을 따라 증발가스를 연료 공급 장치(90)로 공급할 수 있다.

증발가스 회수라인(61)이 증발가스 배출라인(60)으로부터 분기되는 분기점은 증발가스 배출라인(60)을 차단하는 수단, 예를 들어 개폐 밸브보다 전단에 위치하는 것이 바람직하다.

증발가스를 소비하지 않고 증발가스 배출라인(60)이 인위적으로 차단되면 저장탱크(10)의 압력 상승은 증발가스의 발생량과 비례하지 않고, 그보다 훨씬 급격하게 상승하게 되는데, 증발가스가 외부의 열 침투에 의해 한정된 공간 내에서 열팽창에 의해 압력으로 변환되어 급격하게 탱크 내압이 상승하는 현상이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 이와 같이 선박 내 증발가스 소비가 차단되었을 때, 탱크(10)내 급격한 압력 상승을 억제하고, 완만한(linear) 상승으로 유도하여 장시간 동안 탱크(10) 내 압력을 설계 압력(design condition) 이하로 유지시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발가스 배출라인(60)으로 증발가스의 배출이 차단되었을 때, 증발가스 회수라인(61)을 개방하여, 증발가스를 연료 공급 장치(90)로 공급하여 소비시킴으로써 저장탱크(10) 내의 압력이 급격하게 상승하지 않고 선형적으로 상승하도록 유도하고, 연료 공급 장치(90)에서는 증발가스 연료를 공급받는 엔진이나 보일러 등의 요구 조건에 따라 증발가스의 압력 및 온도를 조절하여 증발가스를 연료로써 공급할 수 있다.

바람직하게는, 연료 공급 장치(90)를 통해 증발가스 연료를 공급받는 공급처는 선박의 발전 엔진용 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진, 또는 선박의 추진 엔진용 ME-GI 엔진일 수 있으며, 증발가스 회수라인(61)을 통해 엔진의 연료로 공급되는 증발가스는 연료 공급 장치(90)의 컴프레서(compressor)(미도시)로 공급될 수 있고 컴프레서는 다단(multi stage)으로 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발가스 회수라인(61)에는, 구체적으로 증발가스 회수라인(61)의 연료 공급 장치(90) 전단에는 증발가스 응축기(40)가 마련되어 증발가스 회수라인(61)을 통해 흐르는 증발가스를 냉각시켜 적어도 일부를 응축시킬 수 있다.

증발가스 응축기(40)로 증발가스를 냉각 내지는 응축시키기 위해 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스, 예를 들어 LNG를 흡입하여 LNG를 증발가스를 냉각시키는 냉열원으로써 공급하는 제1 액화가스 분사라인(30)이 연결되고, 바람직하게는 제1 액화가스 분사라인(30)은 증발가스 응축기(40) 내부로 연장되어 증발가스 응축기(40) 내부로 연장된 제1 액화가스 분사라인(30)의 끝단에는 다수 개의 제1 액화가스 분사노즐(31)이 마련될 수 있다.

제1 액화가스 분사라인(30)에는 제1 액화가스 분사라인(30)의 개폐를 조절하는 제1 밸브(V1)가 마련될 수 있고, 제1 밸브(V1)는 도시하지 않은 제어부에 의해 증발가스 응축기(40)로 증발가스를 냉각 내지는 응축시키기 위해 액화가스를 공급할 필요가 있을 때 개방될 수 있다.

제1 액화가스 분사라인(30)을 통해 증발가스 응축기(40)로 공급되는 LNG는 제1 액화가스 분사노즐(31)에 의해 증발가스 응축기(40) 내부, 바람직하게는 증발가스 응축기(40)의 상부에서 분사되어 증발가스 응축기(40) 내에 수용된 증발가스를 냉각시키고, 증발가스의 적어도 일부는 응축될 수 있다.

증발가스 응축기(40)에서 응축된 액체 상태의 컨덴세이트(condensate)는 증발가스 응축기(40)의 하부로부터 액화가스 저장탱크(10) 내부로 연장된 컨덴세이트 회수라인(50)을 통해 액화가스 저장탱크(10)로 회수되고, 증발가스 응축기(40)에서 응축되지 않은 냉각된 기체 상태의 증발가스는 증발가스 응축기(40)의 상부로부터 상술한 연료 공급 장치(90)로 연결되는 연료 공급 라인(80)을 통해 연료 공급 장치(90)로 공급된다.

이와 같이, 증발가스 응축기(40)에서 냉각된 증발가스가 연료 공급 장치(90)의 컴프레서(미도시)로 공급됨으로써 컴프레서에서의 압축 효율은 더욱 향상될 수 있으며, 컨덴세이트 회수라인(50)을 따라 응축 증발가스(컨덴세이트)가 액화가스 저장탱크(10)로 회수됨으로써, 저장탱크(10) 내부의 압력 상승이 완만해지고 저장탱크(10) 내부를 쿨다운(cooldown)시키는 효과가 있다.

증발가스 응축기(40) 내부, 구체적으로는 증발가스 응축기(40) 내부의 상측에 제1 액화가스 분사노즐(31) 보다는 하부에 위치하는 충진재(packing material)을 더 마련하여, 제1 액화가스 분사노즐(31)에 의해 증발가스 응축기(40)의 하방을 향해 분사되는 액화가스는 충진재를 통과하면서 전열면적 및 열교환 시간이 증가함으로써 증발가스의 응축 효과를 증대시킬 수 있다.

증발가스 응축기(40)는 선박의 데크 상(on deck)에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)는 선체(Hull) 내부에 마련될 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스의 적어도 일부 또는 전부는 증발가스 응축기(40)에서 포집하여 냉각시키거나 적어도 일부를 응축시킬 수 있다.

제1 액화가스 분사라인(30)은 액화가스 저장탱크(10) 내에 마련되는 소형 펌프(20)와 연결되고, 소형 펌프(20)에 의해 펌핑된 액화가스를 제1 액화가스 분사라인(30)을 통하여 증발가스 응축기(40)의 냉열원으로써 공급할 수 있다.

액화가스 저장탱크(10) 내에는, 저장탱크(10) 내에 저장되어 있는 액화가스를 하역하기 위해 마련되고 토출량이 액화가스 저장탱크(10) 내에 마련되는 펌프 중에서 가장 큰 카고 펌프(미도시)가 마련되고, 카고 펌프를 이용하여 액화가스를 하역하기 위해서는 액화가스 저장탱크(10) 내의 액화가스 레벨이 일정 수준 이상이 되어야 하는데 하역 중에 액화가스의 수위 레벨이 그 이하일 때, 저수위의 액화가스를 펌핑하여 하역 내지는 외부로 배출시키는 스트리핑 펌프(stripping pump) 및 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 선박 내 연료로 사용하기 위하여 액화가스를 펌핑하는 연료 펌프(fuel gas pump) 등이 마련된다.

카고 펌프를 상대적으로 대형 펌프라고 하면, 스트리핑 펌프나 연료 펌프는 카고 펌프에 비해 흡입량 및 토출량이 현저히 적은 소형 펌프라 할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 액화가스 분사라인(30)은 상술한 스트리핑 펌프 또는 연료 펌프와 같은 소형 펌프(20)와 연결되는 것이 바람직하고, 토출량이 적을 수록 유리하다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시한 바와 같이, 증발가스 응축기(40)와 더불어 제2 액화가스 분사라인(70)을 더 마련하여 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 펌핑하여 액화가스 저장탱크(10)의 상부, 즉 액화가스 저장탱크(10) 내에서 발생한 증발가스가 머무르는 상측에 액화가스를 분사 공급해줌으로써 액화가스 저장탱크(10) 상부에 저장된 증발가스를 냉각 내지는 응축시킬 수 있다.

제2 액화가스 분사라인(70)은 도 2에 도시한 바와 같이 제1 액화가스 분사라인(30)으로부터 분기될 수 있으며, 소형 펌프(20)에 의해 펌핑된 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)의 상부로 분사 공급한다.

또한, 제2 액화가스 분사라인(70)은 도 2에는 저장탱크(10)의 외부로 연장되어 외부에서 제1 액화가스 분사라인(30)으로부터 분기되고, 가스 돔(11)을 통해 저장탱크(10) 내부로 연장되도록 도시하였지만, 이에 한정하지 않고, 제1 액화가스 분사라인(30)으로부터 저장탱크(10)의 내부에서 분기되어 저장탱크(10) 내부에서 액화가스 저장탱크(10)의 상부로 연장되는 것이 바람직하다.

제2 액화가스 분사라인(70)의 끝단은, 도 2에 도시한 바와 같이 저장탱크(10)의 상부, 바람직하게는 가스 돔(11)이 형성된 위치보다 하부에서 저장탱크(10)의 바닥면과 평행하도록 연장되도록 마련하고, 다수 개의 제2 액화가스 분사노즐(71)을 마련하여, 액화가스 저장탱크(10)의 하방을 향해 액화가스를 분사 공급할 수 있다.

또한, 제1 액화가스 분사라인(30)으로부터 분기된 제2 액화가스 분사라인(70)에는 제2 액화가스 분사라인(70)의 개폐 및 유량을 조절하는 제2 밸브(V2)를 더 마련할 수 있고, 제2 밸브(V2)는 도시하지 않은 제어부에 의해 제어될 수 있다.

제1 액화가스 분사라인(30) 및 제2 액화가스 분사라인(70) 모두로 액화가스를 공급할 수도 있고, 둘 중 어느 하나의 수단만을 이용하여 액화가스를 공급할 수도 있다.

즉, 제1 액화가스 분사라인(30)의 제1 밸브(V1) 및 제2 액화가스 분사라인(30)의 제2 밸브(V2)를 모두 개방하여 증발가스 응축기(40) 및 액화가스 저장탱크(10)의 상부로 액화가스를 함께 분사 공급하여 증발가스를 냉각시키거나 응축시킬 수도 있고, 이 때 증발가스 응축기(40)로 공급할 액화가스의 유량과 액화가스 저장탱크(10)의 상부로 공급할 액화가스의 유량은 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)의 개도량을 제어함으로써 조절할 수 있다. 또는, 제1 액화가스 분사라인(30)만을 개방하여 증발가스 응축기(40)에서만 증발가스를 냉각 내지는 응축시킬 수도 있고, 제2 액화가스 분사라인(70)만을 이용하여 액화가스를 공급할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 외부로 배출하는 증발가스 배출라인(60)이 차단되었을 때, 액화가스 저장탱크(10) 내에서 증발가스가 열 팽창함에 따라 급격하게 저장탱크(10)의 내압이 상승하는 것을 방지하기 위하여, 증발가스를 증발가스 회수라인(61)을 따라 증발가스 응축기(40)로 공급함으로써 적어도 일부는 액체 상태로 컨덴세이트 회수라인(50)을 따라 저장탱크(10)로 회수되고, 응축되지 않은 나머지는 연료 공급 라인(80)을 따라 연료 공급 장치(90)로 공급하여 선박 내 연료로 활용함으로써, 액화가스 저장탱크(10) 내의 압력 상승을 선형적으로 유도하고, 최소한의 열 에너지만을 소모하며, 장시간 동안 저장탱크(10)의 내압을 설계 압력 이하로 유지시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10 : 액화가스 저장탱크
20 : 소형 펌프
30 : 제1 액화가스 분사라인
40 : 증발가스 응축기
50 : 컨덴세이트 회수라인
60 : 증발가스 배출라인
70 : 제2 액화가스 분사라인
80 : 연료 공급 라인
90 : 연료 공급 장치

Claims

선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 및
상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 연료로써 공급하는 증발가스 회수라인;을 포함하고,
상기 증발가스 회수라인에는,
상기 증발가스의 적어도 일부를 응축시키는 증발가스 응축기; 및
상기 증발가스 응축기에서 응축되지 않은 기체를 상기 선박의 연료로 공급하는 연료 공급 장치;가 마련되는 것을 특징으로 하는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템
청구항 1에 있어서,
상기 증발가스 응축기에서 응축된 액체를 상기 액화가스 저장탱크로 재공급하는 컨덴세이트 회수라인;을 더 포함하는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 증발가스 응축기로 상기 증발가스를 응축시키는 냉열원으로써 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 공급하는 제1 액화가스 분사라인; 및
상기 제1 액화가스 분사라인을 통해 공급되는 액화가스를 상기 증발가스 응축기 내에 분사하는 제1 액화가스 분사노즐;을 더 포함하는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크 내에 마련되어 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 하역하는 카고 펌프; 및
상기 액화가스 저장탱크 내에 마련되며 카고 펌프보다 토출 유량이 적은 소형 펌프;를 더 포함하여,
상기 제1 액화가스 분사라인은 상기 소형 펌프로부터 연결되는 것을 특징으로 하는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 소형 펌프는
스트리핑 기능을 하는 스트리핑 펌프(stripping pump); 및
연료 공급을 위해 액화가스를 펌핑하는 연료 공급 펌프(fuel gas pump); 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크는 압력 탱크이고,
상기 저장탱크의 상부에는 가스 돔이 형성되어 상기 증발가스 회수라인은 상기 가스 돔으로부터 연결되는 것을 특징으로 하는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크 상부의 증발가스를 냉각시키기 위해 상기 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크의 상부로 공급하는 제2 액화가스 분사라인; 및
상기 제2 액화가스 분사라인을 통해 공급되는 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크의 상부에 분사하는 제2 액화가스 분사노즐;을 더 포함하는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 외부로 배출시키는 증발가스 배출라인;을 더 포함하고,
상기 증발가스 회수라인은 상기 증발가스 배출라인으로부터 분기되는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 시스템.
액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 증발가스 응축기로 공급하고,
액화가스 저장탱크에서 펌핑한 액화가스를 상기 증발가스 응축기로 분사하여 상기 증발가스의 적어도 일부를 응축시키고,
상기 증발가스 응축기에서 응축되지 않은 기체를 압축하여 선박의 연료로 공급하는 것을 특징으로 하는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스는 증발가스 배출라인을 통해 선박 내 증발가스 수요처로 공급하거나 외부로 배출시키되,
상기 증발가스를 상기 증발가스 응축기로 공급하는 증발가스 회수라인은 상기 증발가스 배출라인이 차단되었을 때 개방하는 것을 특징으로 하는, 선박의 액화가스 저장탱크의 압력 제어 방법.