KR20210019626A - 선박의 재액화시스템 - Google Patents

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박경령
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Abstract

선박의 재액화시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 재액화시스템은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 연료탱크; 액화질소를 저장하는 액화질소저장탱크; 액화질소저장탱크로부터 공급된 액화질소를 연료탱크 내부에 분사시키는 분사부; 및 액화질소의 분사가 이루어진 연료탱크 내부의 기체성분을 공급받아, 질소가스와 천연가스로 분리시키는 분리부;를 포함한다.

Description

선박의 재액화시스템{RELIQUEFACTION SYSTEM OF SHIP}
본 발명은 선박의 재액화시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변화된다.
이러한 액화가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화가스를 완전히 단열시켜 수용하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화가스가 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적된다.
증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으며, 액화가스를 수송하는 과정에서 선박의 진동에 의해 저장탱크 및 선박의 구조적인 문제를 야기할 수 있으므로, 증발가스의 발생량을 감소시킬 필요성이 있다.
종래에는 저장탱크에 저장된 액화가스를 이용하여 증발가스를 줄이는 방법이 공개된 바 있으며, 관련된 기술로서 한국등록특허 제10-0814593호(2008.03.11. 등록일)를 참조하기 바란다.
한국등록특허 제10-0814593호(2008.03.11. 등록일)
본 발명의 실시 예는 액화질소를 이용하여 증발가스 재액화를 수행하고, 이때 발생한 기화된 성분으로부터 질소가스와 천연가스를 분리시켜 효과적으로 활용할 수 있는 선박의 재액화시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 연료탱크; 액화질소를 저장하는 액화질소저장탱크; 상기 액화질소저장탱크로부터 공급된 액화질소를 상기 연료탱크 내부에 분사시키는 분사부; 및 상기 액화질소의 분사가 이루어진 상기 연료탱크 내부의 기체성분을 공급받아, 질소가스와 천연가스로 분리시키는 분리부;를 포함하는 재액화시스템이 제공될 수 있다.
상기 분리된 천연가스를 압축시켜 저장하는 압축저장부와, 벙커링 시, 벙커링 선박의 저장탱크 압력 유지를 위해 상기 저장된 천연가스를 상기 벙커링 선박의 저장탱크 쪽으로 공급하는 압력유지라인을 더 포함할 수 있다.
상기 분리된 질소가스를 저장하는 질소가스저장부와, 상기 저장된 질소가스를 상기 연료탱크의 이너팅 가스로 공급하는 이너팅라인을 더 포함할 수 있다.
상기 분리된 질소가스를 저장하는 질소가스저장부와, 상기 저장된 질소가스를 상기 연료탱크의 단열 방벽층의 빈 공간으로 공급하는 질소가스공급라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 선박의 재액화시스템은 액화질소를 이용하여 증발가스 재액화를 수행하고, 이때 발생한 기화된 성분으로부터 질소가스와 천연가스를 분리시켜 효과적으로 활용할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 재액화시스템을 나타낸다.
도 2는 도 1의 재액화시스템에 압축저장부가 구비된 예를 나타낸 것이다.
도 3은 도 1의 재액화시스템에 이너팅라인이 구비된 예를 나타낸 것이다.
도 4는 도 1의 재액화시스템에 질소가스공급라인이 구비된 예를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 재액화시스템(100)은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 연료탱크(110)와, 액화질소를 저장하는 액화질소저장탱크(120)와, 액화질소저장탱크(120)로부터 공급된 액화질소를 연료탱크(110) 내부에 분사시키는 분사부(130)와, 액화질소의 분사가 이루어진 연료탱크(110) 내부의 기체성분을 공급받아, 질소가스와 천연가스로 분리시키는 분리부(140)를 포함한다. 이러한 재액화시스템(100)은 각종 액화가스 운반선, 액화가스 RV(Regasification Vessel), LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating, Storage and Regasification Unit) 및 액화가스를 연료로 사용하는 컨테이너선, 탱커선, 벌크선 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다.
상술한 연료탱크(110)는 LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나를 저장할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 연료탱크(110)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다.
액화질소저장탱크(120)는 액화질소를 저장하며, 액화질소공급라인(L1)을 통해 연료탱크(110)로 액화질소를 공급한다.
분사부(130)는 액화질소공급라인(L1)을 통해 액화질소저장탱크(120)로부터 공급받은 액화질소를 연료탱크(110) 내부에 분사시킨다.
액화가스를 완전히 단열시켜 연료탱크(110)에 수용하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화가스가 기화하여 발생되는 증발가스가 연료탱크(110)의 내부에 축적된다. 이때, 분사부(130)를 통해 분사된 액화질소에 의해 증발가스가 액화되어 연료탱크(110)의 내부에 축척된 증발가스의 양이 줄어들 수 있다.
분사부(130)는 예컨대 연료탱크(110)의 길이방향을 따라 설치된 분사라인(L2)과 분사라인(L2) 상에 마련된 복수의 노즐(132)을 포함할 수 있다.
예컨대 연료탱크(110)에 LNG가 저장된 경우, 액화질소는 LNG의 증발가스에 비해 온도가 낮기 때문에 분사부(130)에 의해 연료탱크(110) 내부에 분사되면 LNG 증발가스와 열교환되면서 기화된다.
따라서, 액화질소의 분사가 이루어진 연료탱크(110) 내부에는 주성분인 질소가스(N2)와 이에 비해 함량이 적은 천연가스(NG)의 혼합물이 존재하게 된다.
이때, 해당 혼합물은 분리라인(L3)을 통해 분리부(140)로 공급되고, 분리부(140)에 의해 분리된 질소가스는 질소가스저장부(150)에 저장될 수 있고, 분리부(140)에 의해 분리된 천연가스는 가스연소장치(GCU), 보일러, 가스터빈 등의 가스 소모처로 공급될 수 있다.
도 2를 참조하면, 선박의 재액화시스템(100)은 분리부(140)에 의해 분리된 천연가스를 압축시켜 저장하는 압축저장부(160)와, 벙커링 시, 벙커링 선박의 저장탱크(12) 압력 유지를 위해 저장된 천연가스를 벙커링 선박의 저장탱크(12) 쪽으로 공급하는 압력유지라인(L11)을 포함할 수 있다.
즉, 분리부(140)에 의해 분리된 천연가스는 설정 압력에 따라 압축저장부(160)에 저장된 후, 벙커링 시, 벙커링 선박의 저장탱크(12) 압력 유지를 위해 압력유지라인(L11)을 통해 벙커링 선박의 저장탱크(12)로 공급될 수 있다.
벙커링 선박에서 추진선으로 액화가스를 공급할 경우, 벙커링 선박의 저장탱크(12) 내에 마련된 펌프를 이용하여 액화가스를 이송시키게 된다. 이때, 펌프에서 발생하는 열과, 액화가스 이송을 위해 벙커링 선박과 추진선의 양쪽 탱크를 연결하는 로딩라인(미도시)이 받는 열과, 추진선의 연료탱크(110)가 받는 열 등은 추진선에 마련된 연료탱크(110) 내의 액화가스에 영향을 미쳐 증발가스를 발생시키게 되고, 연료탱크(110) 내부의 압력은 계속 증가하게 된다. 이 경우, 상술한 재액화시스템(100)을 통해 액화질소저장탱크(120)로부터 공급된 액화질소를 연료탱크(110) 내부에 분사시키는 방법이 사용될 수 있다.
이때, 벙커링 선박의 저장탱크(12) 압력 유지를 위해 압축저장부(160)에 저장된 천연가스를 압력유지라인(L11)을 통해 벙커링 선박의 저장탱크(12) 쪽으로 공급할 수 있다.
도 3을 참조하면, 선박의 재액화시스템(100)은 질소가스저장부(150)에 저장된 질소가스를 연료탱크(110)의 이너팅(inerting) 가스로 공급하는 이너팅라인(L12)을 포함할 수 있다. 참고로 도 3과 후술할 도 4에서는 설명의 편의상 분사부(130) 구성은 생략하였다.
즉, 연료탱크(110)에 액화가스를 로딩하기 이전에 연료탱크(110) 내의 수분을 제거하는 수분 제거 작업, 질소와 같은 불활성 가스 주입을 통한 이너팅 작업이 수행된다. 이때, 질소가스저장부(150)에 저장된 질소가스를 연료탱크(110)의 이너팅(inerting) 가스로 공급하여, 이너팅 작업의 효율성을 높일 수 있다.
도 4를 참조하면, 선박의 재액화시스템(100)은 질소가스저장부(150)에 저장된 질소가스를 연료탱크(110)의 단열 방벽층(112)의 빈 공간으로 공급하는 질소가스공급라인(L13)을 포함할 수 있다. 도 4에서는 이해를 돕기 위해 연료탱크(110)의 단열 방벽층(112)을 도시하였으나, 단열 방벽층(112)은 일반적으로 연료탱크(110)에 포함된 구성이므로 도 1 내지 도 3에서는 생략하였다.
구체적으로, 연료탱크(110)의 1차방벽(미도시)과 2차방벽(미도시) 사이 또는 2차방벽(미도시)과 탱크 외곽구조(미도시) 사이로 불활성기체로서 질소를 공급하여, 연료탱크의 단열 방벽층(112)이 적정 압력으로 유지되도록 할 수 있다. 이때, 질소가스저장부(150)에 저장된 질소가스를 연료탱크(110)의 단열 방벽층의 빈 공간으로 공급하여, 연료탱크(110)의 1차방벽(미도시) 및 2차방벽(미도시)의 누설 여부를 판단할 수 있도록 하여, 연료탱크(110) 운영의 안전성을 실시간으로 모니터링하는 데에 활용할 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110: 연료탱크 120: 액화질소저장탱크
130: 분사부 140: 분리부
150: 질소가스저장부 160: 압축저장부
L1: 액화질소공급라인 L2: 분사라인
L11: 압력유지라인 L12: 이너팅라인
L13: 질소가스공급라인

Claims (4)

  1. 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 연료탱크;
    액화질소를 저장하는 액화질소저장탱크;
    상기 액화질소저장탱크로부터 공급된 액화질소를 상기 연료탱크 내부에 분사시키는 분사부; 및
    상기 액화질소의 분사가 이루어진 상기 연료탱크 내부의 기체성분을 공급받아, 질소가스와 천연가스로 분리시키는 분리부;를 포함하는 선박의 재액화시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리된 천연가스를 압축시켜 저장하는 압축저장부와,
    벙커링 시, 벙커링 선박의 저장탱크 압력 유지를 위해 상기 저장된 천연가스를 상기 벙커링 선박의 저장탱크 쪽으로 공급하는 압력유지라인을 더 포함하는 선박의 재액화시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분리된 질소가스를 저장하는 질소가스저장부와,
    상기 저장된 질소가스를 상기 연료탱크의 이너팅 가스로 공급하는 이너팅라인을 더 포함하는 선박의 재액화시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분리된 질소가스를 저장하는 질소가스저장부와,
    상기 저장된 질소가스를 상기 연료탱크의 단열 방벽층의 빈 공간으로 공급하는 질소가스공급라인을 더 포함하는 선박의 재액화시스템.
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