KR20190066178A - 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템 - Google Patents

Abstract

액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템은, 액화천연가스가 저장되는 화물창; 상기 화물창 내부의 하측에 배치되는 액화질소 저장탱크;를 포함하여, 상기 액화질소 저장탱크에 저장된 액화질소의 냉열로 상기 화물창의 온도를 낮추며, 상기 화물창에서 발생하는 증발가스를 재액화시키는 것을 특징으로 한다.

Description

액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템 {BOIL-OF-RATE REDUCTION SYSTEM FOR LNG CARGO}

본 발명은 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 액화천연가스 화물창의 내부의 하측에 액화질소 저장탱크를 배치하여, 액화질소의 냉열에 의해 액화천연가스 화물창 내부의 온도를 낮춤으로써 액화천연가스의 기화율을 획기적으로 저감하는, 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스(Natural Gas)는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 상태로 만들어진 후 액화천연가스 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.

천연가스의 액화온도는 상압에서 -163℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 액화천연가스 운반선의 액화천연가스 화물창의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 액화천연가스에 지속적으로 전달되므로, 액화천연가스 운반선에 의해 액화천연가스를 수송하는 도중에 액화천연가스가 액화천연가스 화물창 내에서 지속적으로 기화되어 액화천연가스 화물창 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.

이렇게 액화천연가스 화물창 내에 증발가스가 발생하면, 액화천연가스 저장탱크의 압력이 상승하여 위험하게 된다.

종래에는 액화천연가스 화물창의 압력을 안전한 상태로 유지하기 위해서 액화천연가스 화물창의 압력이 설정 압력 이상으로 높아지면 증발가스를 화물창의 외부로 배출시켜, 이 배출된 증발가스를 액화천연가스 운반선의 추진 연료로서 사용하곤 했지만, 액화천연가스 화물창에서 발생된 증발가스를 보일러에서 연소하여 발생하는 스팀으로 구동되는 스팀 터빈 추진 방식은 추진 효율이 낮은 문제점이 있다.

또한, 액화천연가스 화물창에서 발생된 증발가스를 압축하여 디젤 엔진의 연료로 사용하는 이중 연료 디젤 전기 추진 시스템(dual fuel diesel electric propulsion system)은, 스팀 터빈 추진 방식에 비해 효율은 높아지나 중속 엔진과 전기 추진 장치가 복잡하여 장비의 유지 보수에 많은 어려움이 있다. 또한, 이러한 방식은 BOG를 연료로 공급해야 하므로 액체압축에 비해 설치비 및 운전비가 큰 기체압축 방법이 적용될 수밖에 없다. 그리고, 이렇게 증발가스를 추진용 연료로서 사용하는 방식은, 어떠한 경우에도 일반선박에 사용되는 2행정 저속 디젤 엔진의 효율에는 미치지 못한다.

이와 같이, 액화천연가스는 운반시 필연적으로 발생하는 자연 기화 현상으로 인해 기화되는 천연가스인 증발가스가 발생하며, 이를 재액화 시키기 위해 막대한 비용이 소모되고 있는 실정이다. 이에, 상기 비용을 절감하고자 하는 노력이 계속되고 있는바, 비용 절감을 위해서는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열 성능 및 재액화 시설의 개선이 필요하다.

종래, 상기 액화천연가스의 기화율을 저감시키기 위한 방안으로서, 액화천연가스 화물창의 단열시스템에 적용되는 단열박스 또는 단열 패널의 재료와 적용 사이즈를 조절하는 기술, 또는 상기 기화된 증발가스를 재액화 시키기 위한 재액화 장치를 구비하는 기술 등이 개발되었으나, 여전히 막대한 비용이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 액화천연가스 화물창의 내부의 하측에 액화질소 저장탱크를 배치하여, 액화질소의 냉열에 의해 액화천연가스 화물창 내부의 온도를 낮춤으로써 액화천연가스의 기화율을 획기적으로 저감하는, 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템에 있어서, 액화천연가스가 저장되는 화물창; 상기 화물창 내부의 하측에 배치되는 액화질소 저장탱크;를 포함하여, 상기 액화질소 저장탱크에 저장된 액화질소의 냉열로 상기 화물창의 온도를 낮추어 상기 화물창에서의 증발가스 발생을 저감시키는 것을 특징으로 하는, 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템을 제공한다.

상기 액화질소 저장탱크 내부에서 기화된 질소를 배출하는 기화질소 배출관을 더 포함하고, 상기 기화질소 배출관은 상기 액화질소 저장탱크의 상부에 마련되며, 상기 화물창의 내부 공간을 가로질러 상기 화물창의 상부 외측 공간으로 연장될 수 있다.

상기 기화질소 배출관의 상부에는 상기 액화질소 저장탱크 내부의 압력에 따라 개폐되어, 상기 액화질소 저장탱크 내부의 질소를 외부로 퍼징되도록 하는 밸브가 설치될 수 있다.

상기 기화질소 배출관은 상기 화물창 내부에 구비되는 펌프타워와 인접하여 나란히 배치될 수 있다.

상기 화물창은 멤브레인형 화물창이며, 상기 기화질소 배출관으로 배출되는 기화질소는 멤브레인 내부의 단열공간으로 공급될 수 있다.

본 발명에 따른 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템은, 액화천연가스가 저장되는 화물창의 내부 바닥에 액화질소 저장탱크를 배치하여 상기 화물창 내부의 온도를 낮추고, 상기 액화질소 저장탱크에 저장된 액화질소와 상기 화물창에 저장된 액화천연가스의 끓는점의 차이에 의하여, 상기 액화질소는 상기 화물창에 저장된 상기 액화천연가스를 대신하여 기화되는 것을 특징으로 한다.

상기 액화질소 저장탱크에서 기화된 질소가스는 상기 화물창의 내부공간을 가로질러 상기 화물창의 상측 외부공간으로 연장된 기화질소 배출관을 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

상기 기화질소 배출관을 통해 배출되는 기화질소는 외부로 배출되거나, 또는 상기 화물창의 단열공간에 불활성 가스로서 공급될 수 있다.

본 발명에 따르면, 화물창 내부에 액화질소 저장탱크를 배치하여 저온의 액화질소에 의하여 화물창의 온도를 낮춤으로써, 화물창 내부에서 액화천연가스가 기화되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 액화질소와 액화천연가스의 끓는점 차이로 인하여, 액화천연가스의 기화를 상대적으로 저렴한 액화질소의 기화로 대체함으로써, 액화천연가스의 기화율을 저감하는 효과가 있다.

또한, 본 실시예에서 액화질소 저장탱크는 화물창의 바닥에 넓은 형태로 배치됨으로써, 화물창 내에서 발생하는 슬로싱(sloshing) 영향을 최소화할 수 있으며, 화물창의 바닥부에서 들어오는 열에 의한 화물창 내부의 액화천연가스 대류 현상을 차단하는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템을 나타낸 도면이다.

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 발명에 따른 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템은, 액화천연가스가 저장되는 화물창(10)의 내부 하측에 배치되는 액화질소 저장탱크(20)를 포함한다.

액화천연가스는 상압에서 끓는점이 -163℃이므로, 액화천연가스의 온도가 -163℃보다 조금만 높아도 쉽게 증발하여 증발된 천연가스, 즉 증발가스(boil-off gas)가 발생하게 되고, 화물창(10) 내 압력이 증가하게 된다.

본 실시예에서는 이러한 액화천연가스가 쉽게 기화되는 것을 막기 위하여, 화물창(10)의 내부에 액화질소 저장탱크(20)를 배치하는 것이다.

액화질소 저장탱크(20)에 저장되는 액화질소는 상압에서 끓는점이 -196℃이므로, 화물창(10)의 바닥에 배치되는 액화질소 저장탱크(20)에 의해 화물창(10) 내부의 온도를 낮출 수 있고, 이에 따라 화물창(10)에서 액화천연가스가 기화되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 액화질소 저장탱크(20)에 저장된 액화질소와 화물창(10)에 저장된 액화천연가스의 끓는점 차이로 인하여, 액화질소가 냉열을 빼앗겨 액화천연가스를 대신하여 기화된다. 즉, 액화천연가스의 증발률(BOR: boil-off rate)을 액화질소의 증발률(BOR)로 대체하는 것이다.

본 실시예에서는 액화질소 저장탱크(20)를 화물창(10)의 내부에 배치함으로써, 액화질소가 가진 저온의 특성의 활용을 극대화할 수 있다.

만약 액화질소 저장탱크(20)가 화물창(10)의 외부에 배치되는 경우에는, 액화질소를 화물창(10) 내부로 공급하기 위한 라인이 별도로 추가되어야 하고, 이러한 라인이 화물창(10)의 외부에 구비됨으로써 외부 대기의 열에 의한 폐열 손실이 발생할 수 있는데, 본 실시예에서는 액화질소 저장탱크(20)가 화물창(10) 내부에 배치됨으로써, 액화질소와 액화천연가스의 열교환 등의 작용이 모두 화물창(10) 내부에서 일어나고, 외부 대기에 의한 영향을 전혀 받지 않는다.

또한, 본 실시예에서 액화질소 저장탱크(20)는 화물창(10)의 바닥에 넓은 형태로 배치됨으로써, 화물창(10) 내에서 발생하는 슬로싱(sloshing) 영향을 최소화할 수 있으며, 화물창(10)의 바닥부에서 들어오는 열에 의한 화물창(10) 내부의 액화천연가스 대류 현상을 차단하는 효과도 있다.

액화질소 저장탱크(20)의 상부에는 액화질소 저장탱크(20) 내부에서 기화된 질소를 배출하는 기화질소 배출관(21)이 마련될 수 있으며, 기화질소 배출관(21)은 액화질소 저장탱크(20)의 상부로부터 화물창(10)의 내부공간을 가로질러 화물창(10)의 상측 외부공간으로 연장되도록 수직 형성될 수 있다.

기화질소 배출관(21)은 화물창(10) 내부에 구비되는 펌프타워(11)와 인접하여 나란히 배치될 수 있다.

기화질소 배출관(21)의 상부에는 액화질소 저장탱크(20)의 내부 압력에 따라 개폐되는 밸브(22)가 설치될 수 있으며, 액화질소 저장탱크(20) 내부의 압력이 너무 높아지면, 밸브(22)를 개방하여 액화질소 저장탱크(20) 내부의 질소를 외부로 퍼징되도록 할 수 있다.

상술한 바와 같이 기화질소 배출관(21)은 화물창(10)의 내부공간을 가로지르도록 연장되는데, 기화질소 배출관(21)을 따라 이동하는 기화된 질소에 의해 화물창(10) 내부의 액화천연가스의 온도가 효과적으로 낮춰질 수 있다.

또한, 이 과정에서 기화질소 배출관(21) 주위에 있는 액화천연가스의 증발가스가 응축되어 재액화되는 부가적인 효과도 거둘 수 있다.

본 실시예에서 화물창(10)은 멤브레인형 화물창일 수 있으며, 상기 기화질소 배출관(21)으로 배출되는 기화질소를 멤브레인 내부의 단열공간, 구체적으로는 1차 멤브레인과 2차 멤브레인 사이의 단열공간에 공급되도록 하여 화물창(10)의 단열 성능을 개선할 수도 있다.

즉, 상기 기화질소 배출관(21)으로 배출되는 기화질소를, 화물창(10)의 단열공간에 충전되는 불활성가스로서 이용하는 것이다.

본 발명에 따르면, 화물창 내부에 액화질소 저장탱크를 배치하여 저온의 액화질소에 의하여 화물창의 온도를 낮춤으로써, 화물창 내부에서 액화천연가스가 기화되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 액화질소와 액화천연가스의 끓는점 차이로 인하여, 액화천연가스의 기화를 상대적으로 저렴한 액화질소의 기화로 대체함으로써, 액화천연가스의 기화율을 저감하는 효과가 있다.

이와 같은 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.

10 : 화물창 20 : 액화질소 저장탱크
21 : 기화질소 배출관 22 : 밸브

Claims (8)

1. 액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템에 있어서,
   액화천연가스가 저장되는 화물창;
   상기 화물창 내부의 하측에 배치되는 액화질소 저장탱크;를 포함하여,
   상기 액화질소 저장탱크에 저장된 액화질소의 냉열로 상기 화물창의 온도를 낮추어 상기 화물창에서의 증발가스 발생을 저감시키는 것을 특징으로 하는,
   액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 액화질소 저장탱크 내부에서 기화된 질소를 배출하는 기화질소 배출관을 더 포함하고,
   상기 기화질소 배출관은 상기 액화질소 저장탱크의 상부에 마련되며, 상기 화물창의 내부 공간을 가로질러 상기 화물창의 상부 외측 공간으로 연장되는 것을 특징으로 하는,
   액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 기화질소 배출관의 상부에는 상기 액화질소 저장탱크 내부의 압력에 따라 개폐되어, 상기 액화질소 저장탱크 내부의 질소를 외부로 퍼징되도록 하는 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는,
   액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 기화질소 배출관은 상기 화물창 내부에 구비되는 펌프타워와 인접하여 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는,
   액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 화물창은 멤브레인형 화물창이며,
   상기 기화질소 배출관으로 배출되는 기화질소는 멤브레인 내부의 단열공간으로 공급되는 것을 특징으로 하는,
   액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템.
6. 액화천연가스가 저장되는 화물창의 내부 바닥에 액화질소 저장탱크를 배치하여 상기 화물창 내부의 온도를 낮추고, 상기 액화질소 저장탱크에 저장된 액화질소와 상기 화물창에 저장된 액화천연가스의 끓는점의 차이에 의하여, 상기 액화질소가 상기 액화천연가스를 대신하여 기화되는 것을 특징으로 하는,
   액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 액화질소 저장탱크에서 기화된 질소가스는 상기 화물창의 내부공간을 가로질러 상기 화물창의 상측 외부공간으로 연장된 기화질소 배출관을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는,
   액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 기화질소 배출관을 통해 배출되는 기화질소는 외부로 배출되거나, 또는 상기 화물창의 단열공간에 불활성 가스로서 공급되는 것을 특징으로 하는,
   액화천연가스 화물창의 기화율 저감 시스템.

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