KR20200090535A - 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치 - Google Patents

해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치 Download PDF

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KR20200090535A
KR20200090535A KR1020190007673A KR20190007673A KR20200090535A KR 20200090535 A KR20200090535 A KR 20200090535A KR 1020190007673 A KR1020190007673 A KR 1020190007673A KR 20190007673 A KR20190007673 A KR 20190007673A KR 20200090535 A KR20200090535 A KR 20200090535A
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허종만
김정식
김경태
조득원
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Abstract

본 발명은, 컴프레서를 통해 대기로부터 흡입 압축된 압축공기로부터 먼지와 이물질을 제거하는 공기필터모듈; 상기 압축공기로부터 수분을 제거하는 히터모듈; 상기 가열된 압축공기로부터 순수건조 질소를 분리하는 멤브레인모듈; 및 상기 분리된 질소를 압축 저장하는 압축저장탱크모듈;을 포함하고, 해양플랜트 상부구조물의 스키드 상에 모듈화하여 해당섹션블록에 의해 상호 연결 배치하여서, 상부구조물의 파이프 또는 피팅부재와 상호 간섭없이, 스키드상에 모듈화된 구성을 해당 섹션블록에 의해 연결하여서, 설치프로세스를 쉽게 수행하고 해당모듈별로 유지보수를 쉽게 수행할 수 있고, 상부구조물의 공간을 효율적으로 활용할 수 있는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치를 개시한다.

Description

해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치{MODULE TYPE NITROGEN GENERATOR FOR TOPSIDE OF OFFSHORE PLANT}
본 발명은 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스키드상에 모듈화된 구성을 해당 섹션블록에 의해 쉽게 연결하여서, 설치프로세스를 쉽게 수행하고 해당 모듈별로 유지보수를 쉽게 수행할 수 있는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치에 관한 것이다.
통상, 조선 및 화학분야에서 이산화탄소를 대체하여 질소를 사용하는 시스템의 수요가 증가하고 있다.
예컨대, 오일 또는 가연성기체의 배관 수송시의 충전제(padding), 저장탱크의 이너트용(inert), 산화방지용, 배관 퍼지용(purge), 컴프레서 실링 충전용 또는 반응조 내 폭발방지용인 불활성 가스로로 이산화탄소보다 질소를 선호한다.
이와 관련한 해양플랜트용 질소발생장치는, 컴프레서에 의해 압축된 공기를 여과하는 필터와, 수분을 제거하는 히터와, 질소를 분리추출하는 멤브레인모듈과, 질소 압축저장탱크로 구성되고 해양플랜트의 상부구조물에 설치되어서, 질소를 분리추출하여 공급한다.
한편, FPSO(Floating Production Storage Offloading; 부유식 원유생산, 저장, 하역설비)와 같은 해양플랜트(offshore plant)의 특성상, 해양플랜트의 상부구조물에 설치 및 사용되는 질소발생장치(N2G; Nitrogen Generator)는 가혹한 환경에서도 지속적인 질소생산을 위해 높은 내구성을 가져야 하고, 이의 지속적인 유지보수 및 관리가 중요하다.
종래에는, 질소발생장치를 구성하는 각각의 아이템 또는 부품을 하나씩 개별 설치하고 선행적으로 설치한 부품을 기준으로 후속 아이템 또는 부품을 순차적으로 연결하여 설치하는 설치프로세스를 가져 제조 효율성이 저하될 뿐만 아니라, 개별 아이템별 또는 부품별로 관리하여 유지보수의 효율성 역시 저하되는 비효율적인 측면이 있었다.
한국 등록특허공보 제10-0614199호(2006.08.11) 한국 등록특허공보 제10-1430156호(2014.08.07)
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스키드상에 모듈별로 배치하여 설치프로세스와 유지보수를 쉽게 수행하고, 해양플랜트의 상부구조물 공간을 효율적으로 활용할 수 있는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은, 컴프레서를 통해 대기로부터 흡입 압축된 압축공기로부터 먼지와 이물질을 제거하는 공기필터모듈; 상기 압축공기로부터 수분을 제거하는 히터모듈; 상기 가열된 압축공기로부터 순수건조 질소를 분리하는 멤브레인모듈; 및 상기 분리된 질소를 압축 저장하는 압축저장탱크모듈;을 포함하고, 해양플랜트 상부구조물의 스키드 상에 모듈화하여 해당섹션블록에 의해 상호 연결 배치하는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치를 제공한다.
여기서, 상기 공기필터모듈은 공급밸브와, 병렬연결된 제1필터 및 제2필터와, 차압센서와, 레귤레이터밸브로 모듈화하여 구성되며, 상기 히터모듈은 소음기와, 공기유량측정기와, 병렬연결된 제1히터 및 제2히터와 온도센서로 모듈화하여 구성되고, 상기 멤브레인모듈은 병렬연결된 제1멤브레인 및 제2멤브레인과, 산소농도를 분석하는 산소분석계로 모듈화하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 공기필터모듈은 제1 섹션블록에 의해 상기 히터모듈과 연결되며, 상기 히터모듈은 제2 섹션블록에 의해 상기 멤브레인모듈과 연결되고, 상기 멤브레인모듈은 제3 섹션블록에 의해 상기 압축저장탱크모듈과 연결되되, 연결순서는 무작위일 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 섹션블록은 플랜지 타입의 밸브 또는 플랜지 타입의 파이프로 구성될 수 있다.
또한, 모듈형성시, 상기 공기필터모듈, 상기 히터모듈, 상기 멤브레인모듈, 및 상기 압축저장탱크모듈의 해당 연결라인은 폐쇄되고, 상기 밸브 또는 상기 파이프와의 연결시에 개방될 수 있다.
또한, 상기 압축저장탱크모듈에 저장된 질소를 질소필요구간으로 일정압력을 유지하여 공급하는 레귤레이터모듈과, 상기 공기필터모듈과 상기 히터모듈과 상기 멤브레인모듈과 상기 압축저장탱크모듈의 작동정보를 제공하고 통합 제어하는 제어패널모듈과, 상기 압축저장탱크모듈에 저장된 질소를 과냉각하여 LNG 또는 LPG를 저장하는 화물창 또는 유동하는 배관을 냉각시키는 과냉각모듈을 상기 스키드상에 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스키드는 상기 상부구조물 상에 방진패드를 개재하여 설치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상부구조물의 파이프 또는 피팅부재와 상호 간섭없이, 하나의 스키드상에 모듈화된 구성을 해당 섹션블록에 의해 연결하여서, 설치프로세스를 쉽게 수행하고 해당 모듈별로 유지보수를 쉽게 수행할 수 있고, 해양플랜트의 상부구조물의 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치를 개략적으로 블록화한 것이다.
도 2는 도 1의 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치의 P&ID를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치의 구성을 구현한 것이다.
도 4는 도 1의 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치의 모듈화된 공기필터모듈의 사진을 예시한 것이다.
도 5는 도 1의 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치의 설치프로세스를 개략적으로 예시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치를 개략적으로 블록화한 것이며, 도 2는 도 1의 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치의 P&ID를 도시한 것이며, 도 3은 도 1의 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치의 구성을 구현한 것이며, 도 4는 도 1의 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치의 모듈화된 공기필터모듈의 사진을 예시한 것이고, 도 5는 도 1의 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치의 설치프로세스를 개략적으로 예시한 것이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치는 압축공기로부터 순수건조 질소를 분리하여 제공하는데, 전체적으로, 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)을 해양플랜트 상부구조물의 스키드(150) 상에 모듈화하여 해당섹션블록(A, B, C)에 의해 상호 연결 배치하여서, 설치프로세스를 수행하고 해당모듈별로 유지보수를 수행하는 것을 요지로 한다.
우선, 공기필터모듈(110)은, 대기로부터 흡입 압축된 압축공기로부터 먼지와 이물질을 제거한다.
즉, 공기필터모듈(110)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전단의 컴프레서(10)를 통해 흡입되는 공기의 공압을 측정하여 흡기여부를 제어하는 공급밸브(111)와, 병렬연결된 제1필터(112)와 제2필터(113)와, 제1필터(112)와 제2필터(113)의 차압에 의해 필터성능을 측정하는 차압센서(114)와, 레귤레이터밸브(115)로 모듈화하여 구성된다.
여기서, 제1필터(112) 및 제2필터(113)는 각각 직렬로 배열된 벌크필터(bulk filter)와 파인필터(fine filter)로 구성되어 먼지와 이물질의 해당 크기별로 필터링할 수 있다. 예컨대, 1.0㎛ 메쉬의 벌크필터와 0.01㎛ 메쉬의 파인필터로 구성되어서 압축공기로부터 미세먼지와 초미세먼지를 순차적으로 제거할 수도 있다.
또한, 레귤레이터밸브(115)는 제1필터(112) 및 제2필터(113)의 후단라인으로부터 분기 형성되어 측로 또는 측관으로 공기를 바이패스시킨다.
한편, 컴프레서(10)는 대기중 공기 이외에 대기중으로부터 흡기할 수 없는 경우에, 주엔진룸으로부터 배출되는 가스를 압축하여 제공하여 재활용하도록 할 수도 있다.
다음, 히터모듈(120)은 일정온도로 가열하여 압축공기로부터 수분을 제거한다.
즉, 히터모듈(120)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전단의 소음기(121) 및 공기유량측정기(122)와, 병렬연결된 제1히터(123) 및 제2히터(124)와, 온도센서(125)로 모듈화하여 구성되고, 히터모듈(120)의 전단라인은 공기필터모듈(110)의 후단라인과 제1 섹션블록(A)에 의해 연결된다.
여기서, 온도센서(125)는 제1히터(123) 및 제2히터(124)의 전단 및 후단에 각각 형성되어 제1히터(123) 및 제2히터(124)의 통과 전후의 공기의 온도를 측정한다.
다음, 멤브레인모듈(130)은 가열되어 수분이 제거된 압축공기로부터 질소를 분리하는데, 히터모듈(120)을 통과한 압축공기로부터 질소와 산소의 용해 및 확산차이에 따른 상대투과속도를 이용하여 질소와 산소를 분리하여 순수건조 질소를 추출한다.
즉, 멤브레인모듈(130)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 병렬연결된 제1멤브레인(131) 및 제2멤브레인(132)과, 산소분석계(133)로 모듈화하여 구성되고, 멤브레인모듈(130)의 전단라인은 히터모듈(120)의 후단라인과 제2 섹션블록(B)에 의해 연결된다.
여기서, 산소분석계(133)는 제1 및 제2멤브레인(131,132)의 일측에 배치되어 산소농도를 분석하여, 기준값 이상의 산소농도가 검출되면 멤브레인모듈을 통과한 압축공기를 멤브레인모듈의 유입구로 회귀시키거나(return) 대기중으로 배출한다(air permeate).
예컨대, 멤브레인모듈(130)의 초기구동시, 낮은 압력으로 인해 질소와 산소 분리효율이 낮아 불활성기체로 활용할 수 없어서, 질소 순도가 99.9%에 도달할 때까지 멤브레인모듈(130)의 유입구로 회귀시켜 재분리하거나 대기중으로 배출할 수 있다.
한편, 멤브레인모듈(130) 전단에 압축공기의 잔류유분을 제거하고 탈취하는 카본필터(미도시)가 형성될 수도 있다.
구체적으로, 멤브레인모듈(130)은 질소추출관인 중공섬유(hollow fiber)다발로 구성된 멤브레인필터(미도시)로 유입되는 압축공기의 입구측 압력과 출구측 압력의 차압에 따른 투과속도차이에 의해 질소를 분리하는데, 투과속도가 빠른 산소는 멤브레인필터 일측에 연통하여 형성된 산소배출구를 통해 배출되고 투과속도가 느린 질소만 멤브레인필터 후단에 연통하여 형성된 질소배출구를 통해 추출된다.
다음, 압축저장탱크모듈(140)은 멤브레인모듈(130)에 의해 분리된 질소를 압축 저장한다.
여기서, 압축저장탱크모듈(140)의 전단라인은 멤브레인모듈(130)의 후단라인과 제3 섹션블록(C)에 의해 연결된다.
참고로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부구조물 상에 질소발생장치에 상응하는 스키드(150)를 배치하고(S110), 공기필터모듈(110)과 히터모듈(120)과 멤브레인모듈(130)과 압축저장탱크모듈(140)을 모듈화하여(S120), 스키드(150) 상에 연결순서 또는 연결절차와 무관하게 무작위로 배치하고(S130), 해당 섹션블록(A,B,C)에 의해 연결하여(S140), 모듈형 질소발생장치를 구성한다.
한편, 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)의 각 해당 연결라인은 플랜지 타입의 밸브 또는 플랜지 타입의 파이프로 구성되고, 이에 상응하여 전술한 제1 내지 제3 섹션블록(A,B,C)은 플랜지 타입의 밸브 또는 플랜지 타입의 파이프로 구성되어서, 모듈화된 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)을 제1 내지 제3 섹션블록(A,B,C)에 의해 연결순서 또는 연결절차의 설치프로세스와 무관하게 무작위로 스키드(150)상에 쉽게 조립할 수 있다.
여기서, 각 모듈형성시, 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)의 해당 연결라인은 폐쇄되고, 제1 내지 제3 섹션블록(A,B,C)의 밸브 또는 파이프과의 연결시에 개방되도록 구성하여, 연결전 이물질의 해당 모듈로의 유입을 차단하도록 한다.
추가로, 레귤레이터모듈(160)과 제어패널모듈(170)과, 과냉각모듈(180)을 스키드(150) 상에 배치할 수도 있다.
여기서, 레귤레이터모듈(160)은 압축저장탱크모듈(140)에 저장된 순수건조 질소를 질소필요구간으로 일정압력을 유지하여 가연성기체를 저장하는 탱크, 방열구역 또는 배관으로 공급하여서, 오일 또는 가연성기체의 배관 수송시의 충전제용(padding), 저장탱크의 이너트용(inert), 산화방지용, 배관 퍼지용(purge), 컴프레서 실링 충전용 또는 반응조 내 폭발방지용으로 활용된다.
또한, 제어패널모듈(170)은 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)의 작동정보 및 센서측정정보를 제공하고 제어한다.
예컨대, 제어패널모듈(170)은 컴프레서(10)와 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)의 구동을 제어하고, 해당센서로부터 제공되는 필터성능, 공압, 차압, 공기유량, 온도, 산소농도, 질소순도 및 질소생성수율정보를 실시간 디스플레이하여 제공할 수 있다.
또한, 과냉각모듈(180)은 압축저장탱크모듈(140)에 저장된 질소를 과냉각하여 LNG 또는 LPG를 저장하는 화물창 또는 유동하는 배관을 냉각시켜서 자연적인 기화를 차단하여 폭발의 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 스키드(150)는 상부구조물 상에 방진패드를 개재하여 설치되어서, 혹독한 해상조건에 따른 강풍과 너울에 의한 임계값 이상의 진동이 모듈로 직접 전달되지 않도록 하여 안정적으로 구동되도록 하고 내구성을 향상시킬 수도 있다.
한편, 해양플랜트의 상부구조물에 적용되는 모듈형 질소발생장치로 예시하나 LNG선과 같은 선박에도 동일하게 적용될 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치의 구성에 의해서, 상부구조물의 파이프 또는 피팅부재와 상호 간섭없이, 하나의 스키드상에 모듈화된 구성을 해당 섹션블록에 의해 설치프로세스와 무관하게 무작위로 쉽게 연결하여서, 설치프로세스를 쉽게 수행하고 해당모듈별로 유지보수를 쉽게 수행할 수 있고, 상부구조물의 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
110 : 공기필터모듈 111 : 공급밸브
112 : 제1필터 113 : 제2필터
114 : 차압센서 115 : 레귤레이터밸브
120 : 히터모듈 121 : 소음기
122 : 공기유량측정기 123 : 제1히터
124 : 제2히터 125 : 온도센서
130 : 멤브레인모듈 131 : 제1멤브레인
132 : 제2멤브레인 133 : 산소분석계
140 : 압축저장탱크모듈 150 : 스키드
160 : 레귤레이터모듈 170 : 제어패널모듈
180 : 과냉각모듈 10 : 컴프레서
A, B, C : 제1 내지 제3 섹션블록

Claims (7)

  1. 컴프레서를 통해 대기로부터 흡입 압축된 압축공기로부터 먼지와 이물질을 제거하는 공기필터모듈;
    상기 압축공기로부터 수분을 제거하는 히터모듈;
    상기 가열된 압축공기로부터 순수건조 질소를 분리하는 멤브레인모듈; 및
    상기 분리된 질소를 압축 저장하는 압축저장탱크모듈;을 포함하고, 해양플랜트 상부구조물의 스키드 상에 모듈화하여 해당섹션블록에 의해 상호 연결 배치하는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기필터모듈은 공급밸브와, 병렬연결된 제1필터 및 제2필터와, 차압센서와, 레귤레이터밸브로 모듈화하여 구성되며,
    상기 히터모듈은 소음기와, 공기유량측정기와, 병렬연결된 제1히터 및 제2히터와 온도센서로 모듈화하여 구성되고,
    상기 멤브레인모듈은 병렬연결된 제1멤브레인 및 제2멤브레인과, 산소농도를 분석하는 산소분석계로 모듈화하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기필터모듈은 제1 섹션블록에 의해 상기 히터모듈과 연결되며, 상기 히터모듈은 제2 섹션블록에 의해 상기 멤브레인모듈과 연결되고, 상기 멤브레인모듈은 제3 섹션블록에 의해 상기 압축저장탱크모듈과 연결되되, 연결순서는 무작위인 것을 특징으로 하는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 섹션블록은 플랜지 타입의 밸브 또는 플랜지 타입의 파이프로 구성되는 것을 특징으로 하는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    모듈형성시, 상기 공기필터모듈, 상기 히터모듈, 상기 멤브레인모듈, 및 상기 압축저장탱크모듈의 해당 연결라인은 폐쇄되고, 상기 밸브 또는 상기 파이프와의 연결시에 개방되는 것을 특징으로 하는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축저장탱크모듈에 저장된 질소를 질소필요구간으로 일정압력을 유지하여 공급하는 레귤레이터모듈과, 상기 공기필터모듈과 상기 히터모듈과 상기 멤브레인모듈과 상기 압축저장탱크모듈의 작동정보를 제공하고 통합 제어하는 제어패널모듈과, 상기 압축저장탱크모듈에 저장된 질소를 과냉각하여 LNG 또는 LPG를 저장하는 화물창 또는 유동하는 배관을 냉각시키는 과냉각모듈을 상기 스키드상에 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스키드는 상기 상부구조물 상에 방진패드를 개재하여 설치되는 것을 특징으로 하는, 해양플랜트의 상부구조물용 모듈형 질소발생장치.
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