KR20220087198A - 화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템 및 과도 증발가스의 bor 계산 방법 - Google Patents

화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템 및 과도 증발가스의 bor 계산 방법 Download PDF

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Abstract

화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템 및 과도 증발가스의 BOR 계산 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 과도 증발가스 모니터링 시스템 및 과도 증발가스의 BOR 계산 방법에 의하면, 화물창 내부에 실제로 설치되는 단열재에 위치한 온도센서에서 측정된 값을 이용하여 구획별로 열 분포를 가정한 후 열전달 계산 모델을 적용하여 화물창의 전체적인 열 분포를 추정함으로써, CFD 해석을 이용하지 않고도 운항 조건에 따른 과도 증발가스의 BOR을 단기간 내에 예측해 낼 수 있으며, 이를 통하여 데이터 기반 운항 서비스를 제공할 수 있다.

Description

화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템 및 과도 증발가스의 BOR 계산 방법 {EXCESSIVE BOIL OFF GAS MONITORING SYSTEM FOR CARGO CONTAINMENT SYSTEM AND BOR CALCULATION METHOD FOR EXCESSIVE BOIL OFF GAS}
본 발명은 화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템 및 과도 증발가스의 BOR 계산 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 극저온 화물선의 화물창 내에 설치되는 단열재에 위치하는 온도센서를 활용하여 화물창 내부의 전체적인 온도 분포를 측정함으로써 단기간에 화물창 내에서 발생하는 과도 증발가스의 BOR을 예측하고, 이를 통해 데이터 기반 운항 서비스를 제공하는 화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템 및 과도 증발가스의 BOR 계산 방법에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나 또는 액화된 상태로 LNG 운반선(LNG Carrier, LNGC)에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG')는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 하역하기 위한 LNG 운반선 등의 해상 선박에는 극저온의 LNG를 장기간 저장할 수 있도록 설계된 화물창(CCS: Cargo Containment System)이 설치된다.
화물창의 내부는 1bar의 압력으로 유지되도록 설계되어 있으나, 단열성능이 아무리 뛰어나더라도 운항 중 외부에서 유입되는 열에 의하여 증발가스(BOG, Boil Off Gas)가 발생하게 된다.
또한, 통상적으로 LNG 운반선은 LNG 화물을 싣기 전에 스프레이를 통해 화물창의 내부 온도를 -130℃까지 냉각(쿨다운)시킨 후 본격적인 로딩을 시작한다. 이는 화물창 내부에 LNG 화물을 로딩하기 전에 미리 내부 온도를 낮추어 증발가스의 발생을 막기 위한 하나의 방편이다.
그러나 화물창 내부를 쿨다운시키는 작업을 수행함에도 불구하고 화물창의 충분한 냉각이 이루어지기는 어렵기 때문에, 화물창 내부에 LNG를 로딩하여 운항을 개시한 후에도 5~6일 정도는 과도한 증발가스가 발생하게 되며, 이를 '과도 증발가스(Excessive BOG)'라 한다.
과도 증발가스는 화물창의 내부가 안정화되기 전의 대략 5~6일 동안 발생하는 증발가스를 의미하는 것으로서, 화물창의 내부 온도가 안정화된 이후에 외부와의 지속적인 열교환에 의해 발생하는 'Nominal 증발가스'와는 구분되는 개념으로 이해되어야 한다.
도 1은 극저온 화물의 적재 상태에 따른 화물창의 내부 온도 변화를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, LNG와 같은 극저온 화물을 운반하는 화물창은 화물의 적재 상태와 외부 조건에 따라 극심한 온도 변화를 겪게 된다.
① 구간은 화물창 내에 극저온 LNG 화물이 98% 적재된 상태로 운항하는 구간을 나타낸 것으로서, 이 구간에서는 화물창의 내부 온도가 LNG 화물의 온도와 거의 유사한 -163℃를 유지하며 안정화된 상태라 할 수 있다.
② 구간은 화물창으로부터 LNG 화물의 언로딩(unloading)이 이루어지는 구간을 나타낸 것으로서, LNG 화물의 언로딩과 동시에 화물창의 내부 온도가 상승하게 된다.
③ 구간은 화물창 내부에 냉각용을 위한 극소량의 LNG 화물만 싣고 운항하는 구간을 나타낸 것으로서, 시간이 지남에 따라 화물창의 내부 온도가 지속적으로 상승하는 것을 알 수 있다.
④ 구간은 화물창 내에 새로운 LNG 화물을 로딩하기 이전에 쿨다운 작업을 수행하는 구간을 나타낸 것으로서, 화물창의 내부 온도가 대략 -130℃가 될 때까지 쿨다운 작업이 수행된다.
⑤ 구간은 화물창 내부로 LNG 화물의 로딩(loading)이 이루어지는 구간을 나타낸 것으로서, 극저온의 LNG 화물이 화물창 내에 채워짐에 따라 화물창의 내부 온도도 함께 낮아지게 된다.
⑥ 구간은 화물창의 로딩이 완료된 시점으로부터 다시 내부 온도가 안정화되기까지의 구간으로서, 해당 구간에서 화물창의 내부 온도가 안정화되기까지 과도 증발가스가 발생하게 된다. 통상 화물창의 로딩 시점으로부터 화물창의 내부 온도가 안정화되기까지는 대략 5~6일이 소요된다.
이와 같은 과도 증발가스의 BOR(Boil Off Rate)을 예측하는 것은 극저온 화물선의 운항 효율을 높이기 위하여 반드시 필요하고, 또한 선내에 증발가스의 처리를 위한 재액화 설비 및 GCU(Gas Combustion Unit) 설비의 설계 기준값이 되기 때문에 매우 중요하다.
그러나 종래에는 주로 Nominal 증발가스의 BOR을 계산하는 방법만 알려져 있고, 화물창 내에서 로딩 직후 5~6일 동안 발생하는 과도 증발가스의 양을 예측하는 방법에 대해서는 구체적으로 알려진 바가 없으며, 경험적 정보나 CFD(Cimputatinal Fluid Dynamics) 해석에 의존하고 있는 실정이다.
또한, 화물창 내에서 발생하는 과도 증발가스의 BOR은 화물창의 내/외부 온도 및 압력 조건, 선박의 운항 조건 등에 따라 달라지게 되는데, 모든 경우를 CFD로 해석하기에는 정확도가 떨어지고 상당한 시간이 소요된다는 문제가 있어 바람직한 예측 방법이 될 수 없다.
본 발명의 목적은, 화물의 로딩 직후로부터 화물창의 내부 온도가 안정화되기까지의 기간 동안 발생하는 과도 증발가스의 BOR을 보다 정확하고 신속하게 예측하고, 이를 통해 데이터 기반 운항 서비스를 제공할 수 있는 화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 화물창 내부에 실제로 설치되는 단열재에 위치한 온도센서를 활용함으로써, CFD 해석을 이용하지 않고도 화물창의 내부 온도 분포를 추정하고 이를 토대로 운항 조건에 따른 과도 증발가스의 BOR을 보다 정확하게 그리고 신속하게 예측해낼 수 있는 화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템을 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 극저온 액화 화물을 수용하기 위하여 내벽면에 단열재가 설치되는 화물창에 있어서, 상기 단열재에 설치된 온도센서에서 측정된 값으로 상기 화물창의 내부 온도 분포를 추정하고, 상기 화물창 내부에 설치되는 복수의 단열재의 온도가 상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도로 수렴할 때까지 필요한 총 열량을 계산함으로써, 상기 화물창 내부에서 발생하는 과도 증발가스의 BOR(Boil Off Rate)를 계산하는 것을 특징으로 하는, 화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템이 제공될 수 있다.
상기 복수의 단열재 중 온도센서가 설치된 단열재를 기준으로 상기 화물창 내부를 복수의 구역으로 구획하고, 상기 온도센서에서 설치된 온도 데이터를 수신받아 각 구획에 설치된 단열재의 온도가 상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도로 수렴할 때까지 필요한 열량을 합산하여 상기 총 열량을 구할 수 있다.
서로 이격 설치되는 상기 온도센서 간의 온도는 보간법을 이용하여 추정할 수 있다.
상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도는 상기 극저온 액화 화물의 온도와 동일하게 설정될 수 있다.
상기 화물창은 밀폐된 공간을 이루는 탱크 구조물로 제작되고, 상기 온도 센서는 상기 화물창을 구성하는 각각의 내벽면마다 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
상기 화물창은 팔각 형상의 전방벽과 후방벽, 상기 전방벽과 상기 후방벽의 상하측 모서리 사이에 형성되는 천장벽과 바닥벽, 상기 전방벽과 상기 후방벽의 좌우측 모서리 사이에 형성되는 측벽, 상기 천장벽과 상기 측벽 사이 그리고 상기 천장벽과 상기 바닥벽 사이에 형성되는 챔퍼벽을 포함하여, 횡단면이 팔각형으로 이루어지는 탱크 구조물로 제작되고, 상기 온도센서는, 상기 전방벽 및 상기 후방벽에서 높이 방향을 따른 중심선 상에 위치되는 것을 포함하여 적어도 2개 이상 설치되고, 상기 천장벽과 상기 바닥벽에서는 정중앙에 위치되는 것을 포함하여 적어도 1개 이상 설치되며, 상기 측벽에는 길이 방향을 따른 중심선 상에 적어도 1개 이상 설치될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 극저온 액화 화물을 수용하기 위하여 내벽면에 단열재가 설치되는 화물창에 있어서, 상기 단열재에 설치된 온도센서에서 측정된 값으로 상기 화물창의 내부 온도 분포를 추정하는 단계; 상기 화물창 내부에 설치되는 복수의 단열재의 온도가 상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도로 수렴할 때까지 필요한 총 열량을 계산하는 단계; 및 상기 총 열량을 이용하여 상기 화물창 내부에서 발생하는 과도 증발가스의 BOR(Boil Off Rate)를 계산하는 단계를 포함하는, 화물창의 과도 증발가스 BOR 계산 방법이 제공될 수 있다.
상기 총 열량을 계산하는 단계에서는, 상기 온도센서의 위치에 따라 구획된 상기 화물창의 각 구획에서의 단열재의 온도가 상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도로 수렴할 때까지 필요한 열량을 합산하여 상기 총 열량을 구할 수 있다.
상기 화물창의 내부 온도 분포를 추정하는 단계에서, 서로 이격 설치되는 상기 온도센서 간의 온도는 보간법을 이용하여 추정할 수 있다.
상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도는 상기 극저온 액화 화물의 온도와 동일하게 설정될 수 있다.
본 발명에 의하면, 화물창 내부에 실제로 설치되는 단열재에 위치한 온도센서에서 측정된 값을 이용하여 구획별로 열 분포를 가정한 후 열전달 계산 모델을 적용하여 화물창의 전체적인 열 분포를 추정함으로써, CFD 해석을 이용하지 않고도 운항 조건에 따른 과도 증발가스의 BOR을 단기간 내에 예측해 낼 수 있으며, 이를 통하여 데이터 기반 운항 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 극저온 화물의 적재 상태에 따른 화물창의 내부 온도 변화를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 화물창의 전체적인 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 화물창 내부에 설치되는 단열시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 화물창에 설치되는 온도센서의 배치 예를 나타낸 도면으로서 화물창을 선수 방향으로부터 바라본 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 화물창에 설치되는 온도센서의 배치 예를 나타낸 도면으로서 화물창을 선미 방향으로부터 바라본 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 명세서에서는 극저온 화물의 가장 대표적인 예로서 LNG 화물창을 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 LNG 이외에도 LPG(Liquefied petroleum gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이 저온으로 액화시켜 저장/수송될 수 있는 다양한 종류의 액화가스를 저장하는 화물창에 적용될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 화물창의 전체적인 구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 화물창 내부에 설치되는 단열시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 화물창은, 팔각 형상을 가지는 전방벽(1)과 후방벽(2), 전방벽(1)과 후방벽(2)의 각 모서리 사이에 형성되는 천장벽(3), 바닥벽(4), 측벽(5) 및 챔퍼벽(6)을 포함하여 전체적으로 횡단면이 팔각형으로 이루어지는 탱크 구조물로 제작될 수 있다. 여기서 챔퍼벽(6)은 극저온 화물선의 운항시 화물창 내에 발생하는 슬로싱(sloshing) 하중 등의 영향을 고려한 설계이다.
다만, 본 발명의 화물창 형상이 이에 제한되는 것은 아니며, 이하 기술되는 바와 같이 본 발명은 화물창의 내벽에 설치되는 단열재에 위치한 온도센서를 이용하여 과도 증발가스의 BOR을 예측하는 것에 관한 기술이므로, 화물창의 내벽에 단열재가 설치되는 구조라면 화물창의 형상이 어떠한 형상으로 변형되더라도 본 발명의 기술적 사상이 그대로 적용될 수 있을 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 화물창의 단열시스템은, 화물창의 내벽(Inner hull) 상에 2차 단열층(Secondary Insulation Layer), 2차 방벽(Secondary Barrier), 1차 단열층(Primary Insulation Layer) 및 1차 방벽(Primary Barrier)이 순차적으로 적층된 형태의 구조를 가질 수 있다.
단열층(Insulation Layer)은 화물창 내부에 수용되는 극저온 화물에 대하여 외부로부터의 열침입을 방지하는 것을 주 목적으로 하는 것으로서, 폴리우레탄 폼(PUF) 계열 또는 그에 등가하는 단열재를 포함할 수 있다.
방벽(Barrier)은 화물창 내부에 수용되는 극저온 화물을 밀봉(액밀 및 기밀)하는 기능을 수행하는 것이다. 이때, 단열시스템을 1차 방벽과 2차 방벽을 포함하여 이중의 방벽 구조로 구현하는 것은, 1차 방벽에서 누설이 발생하였을 시에도 상당한 기간 동안 2차 방벽만으로도 화물의 밀봉 및 지탱이 가능하도록 한 설계이다.
다만, 본 발명의 단열시스템 구조가 이에 제한되는 것은 아니며, 단열층과 방벽의 적층 순서가 일부 변경되거나 또는 일부 단열층을 삭제하는 변형이 이루어지더라도, 단열층을 구성하는 단열재 내에 온도센서가 설치되는 구조라면 본 발명의 기술적 사상이 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 화물창 내에 극저온 화물의 로딩 직후로부터 대략 5~6일 동안 발생하는 과도 증발가스의 BOR을 보다 정확하게 그리고 신속하게 예측해 낼 수 있는 화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
보다 구체적으로, 본 출원인은 화물창의 내부 온도 분포(열 분포)를 알아내면 화물창 내에서 발생하는 과도 증발가스의 양, 즉 과도 증발가스의 BOR을 매 시간 계산할 수 있음에 착안하여, 화물창의 내부 온도 분포를 추정하는 방법과 이를 이용하여 과도 증발가스의 BOR을 계산하는 방법까지 구체적으로 제시하고자 한다.
통상적으로 화물창의 내부에는 화물의 로딩 및 언로딩 등을 위한 배관 설치를 위하여 펌프타워(Pump Tower)가 수직 방향으로 설치된다. 그리고 펌프타워 상에는 다수의 온도 및 압력 센서가 위치하여 높이에 따른 평균적인 온도 및 압력을 계측할 수 있도록 설계된다. 그러나 펌프타워는 화물창 내부에서 선미 측에 치우쳐져 위치하게 되고 높이에 따른 온도 분포만을 계측할 수 있으므로, 펌프타워에 설치된 온도센서를 이용하여 화물창 내부의 전체적인 온도 분포를 추정하는 것은 현실적으로 어렵다.
한편, 화물창 내에 설치되는 단열재(단열층의 구성요소로서)에는 단열시스템의 결함이 발생할시 누설(leakage)을 감지하기 위하여 온도센서가 설치된다. 본 출원인은 이와 같이 단열재에 설치되는 온도센서를 본래의 목적 외에도 화물창의 전체 온도 분포를 추정하는데에 활용하고, 단열재의 온도센서에서 측정된 값을 이용하여 과도 증발가스의 BOR을 계산하는 방법에 대한 지침을 제공하고자 한다.
극저온 화물선의 운항 조건에 따른 외기 온도, 대류 열전달계수 등은 이미 알려져 있다. 따라서 극저온 화물의 수송량이 결정되면 운항 중 화물창의 각 부위의 수렴온도를 간단하게 추정할 수 있다. 그러나 이때 기존의 CFD 해석은 화물창을 구성하는 단열재 등의 질량은 고려하지 않은 채, 열전도율만 가지고 화물창의 내부 온도 분포를 예측하기 때문에 과도 증발가스의 BOR을 정확하게 추정하기는 어렵다.
이러한 기존 CFD 해석의 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 본 발명에서는, 화물창 내부에 실제로 설치되는 단열재에 위치한 온도센서의 측정값을 이용하여 화물창의 구획별로 온도 분포를 가정한 후, 아래와 같은 방식의 열전달 계산 모델을 적용하여 화물창의 전체적인 온도 분포를 추정하며, 이를 이용하여 과도 증발가스의 BOR을 계산할 수 있다.
먼저, 화물창 내 과도 증발가스의 BOR은 아래의 [수학식 1]을 이용하여 구할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
°
Figure pat00002
: 과도 증발가스의 Boil Off Rate[%/day]
°
Figure pat00003
: 과도 증발가스[kg/s]
°
Figure pat00004
: 화물창 내 단열재들의 온도가
Figure pat00005
와 같아질 때까지 필요한 총 열량[W]
°
Figure pat00006
: LNG의 밀도[kg/m3]
°
Figure pat00007
: LNG의 부피[m3]
°
Figure pat00008
: LNG의 잠열[W/kg]
여기서 LNG의 밀도, LNG의 부피 및 잠열은 알려져 있는 것이므로, 즉 화물창 내부에 설치되는 단열재들의 온도가
Figure pat00009
와 같아질 때까지(수렴할 때까지) 필요한 총 열량
Figure pat00010
만 계산해 내면 과도 증발가스의 BOR을 계산해 낼 수 있다.
Figure pat00011
는 화물창의 내부 온도가 안정화된 때의 온도를 의미하는 것으로서, 화물창 내부에 수용되는 극저온 화물의 온도(LNG의 경우에는 -163℃)와 동일하게 설정될 수 있다.
단열재가
Figure pat00012
와 같아질 때까지 필요한 열량
Figure pat00013
는 온도센서의 위치에 따른 각 구획에서 단열재의 온도가
Figure pat00014
와 같아질 때까지 필요한 열량
Figure pat00015
를 합산하여 구할 수 있으며, 아래의 [수학식 2]를 이용하여 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00016
°
Figure pat00017
: 총량
°
Figure pat00018
: 온도센서의 위치에 따른 각 구획
°
Figure pat00019
: 운항 조건에 따른 수렴상태
°
Figure pat00020
: 단열재
°
Figure pat00021
: 각 구획의 단열재 온도가
Figure pat00022
와 같아질 때까지 필요한 총 열량[W]
°
Figure pat00023
: 온도센서가 위치하는 각 구획에서의 열용량[J/kg·K]
°
Figure pat00024
: 온도센서가 위치하는 각 구획에서의 단열재의 밀도[kg/m3]
°
Figure pat00025
: 온도센서가 위치하는 각 구획에서의 단열재의 부피[m3]
°
Figure pat00026
: 온도센서가 위치하는 각 구획에서의 단열재의 온도[K]
Figure pat00027
는 온도센서의 위치에 따라 구분된 각 구획에서 선측내판, 선측외판 및 공기와 해수로 채워져있는 밸러스트탱크(ballast tank) 등을 포함한 일체의 구조의 평균 열용량으로 계산할 수 있다.
단열재의 밀도나 부피는 사용하는 제품에 따라 알려져 있는 것이므로, 각 구획에서의 단열재의 온도
Figure pat00028
만 구하면
Figure pat00029
를 계산해 낼 수 있다.
여기서 온도센서가 위치하는 각 구획에서 단열재의 온도
Figure pat00030
는 해당 구획에 설치된 온도센서로부터 측정된 값을 수신받아 사용할 수 있으며, 서로 이격 설치되는 온도센서 간의 온도는 보간법(interpolation)을 이용하여 추정 및 계산함으로써 화물창의 전체적인 온도 분포를 추정해낼 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 과도 증발가스 BOR 계산 방법에 따르면, 단열재의 질량 및 단열재에 포함된 열을 냉각하는 열량까지 고려하여 과도 증발가스의 BOR을 계산하고 모니터링하는 것이 가능하게 된다.
한편, 본 발명에서 온도센서는 도 2를 참조하여 설명한 단열시스템에서 단열층(Insulation Layer)을 구성하는 단열재 내에 위치할 수 있으며(보다 구체적으로는 1차 단열층과 2차 단열층 사이의 틈에 설치될 수 있음), 화물창을 구성하는 각각의 내벽면 상에 소정의 간격을 두고 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에서 단열재에 설치되는 온도센서는 화물창을 구성하는 각각의 벽면마다 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 화물창에 설치되는 온도센서의 배치 예를 나타낸 도면으로서, 각각 화물창을 선수 방향 및 선미 방향으로부터 바라본 도면이다. 도면에서 점으로 표시된 부분이 온도센서가 배치되는 부위를 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 화물창을 구성하는 전방벽(1) 및 후방벽(2)에는 높이 방향을 따른 중심선 상에 위치되는 것을 포함하여 적어도 1개 이상의 온도센서가 설치될 수 있고, 천장벽(3)에는 중앙부에 형성되는 가스돔 측에 위치되는 것을 포함하여 적어도 1개 이상의 온도센서가 설치될 수 있다. 도면에서는 보이지 않으나 바닥벽(4)에도 천장벽(3)과 유사하게 정중앙에 위치되는 것을 포함하여 적어도 1개 이상의 온도센서가 설치될 수 있다. 또한, 측벽(5)과 챔퍼벽(6)에는 각각 길이 방향을 따른 중심선 상에 위치되는 것을 포함하여 적어도 1개 이상의 온도 센서가 설치될 수 있다.
다만, 도 4 및 도 5에 도시된 온도센서의 배치 예는 본 발명의 일 실시예를 제시하는 것일 뿐, 본 발명에서 온도센서의 배치 위치가 도시된 바에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도시된 실시예는 화물창의 내부 온도 분포를 파악하기 위하여 바람직하게 설치가 요구되는 지점을 나타낸 것이고, 더욱 정확한 측정을 위하여 보다 많은 온도센서가 적용될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템은 화물창 내에 설치되는 단열재에 위치하는 온도센서의 측정값을 활용하여 실시간으로 과도 증발가스의 BOR을 계측, 모니터링하여 극저온 화물선의 운항 중에 발생하는 과도 증발가스의 BOR 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 화물창 내부에 실제로 설치되는 단열재에 위치한 온도센서에서 측정된 값을 이용하여 구획별로 온도 분포를 가정한 후, 열전달 계산 모델을 적용하여 화물창의 운항 조건에 따른 수렴온도 분포를 CFD 해석을 이용하지 않고 예측할 수 있으며, 이를 토대로 실시간으로 과도 증발가스의 BOR을 계산하여 데이터 기반 운항 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 화물창 내에서 발생하는 과도 증발가스의 BOR을 예측 및 모니터링하기 위하여 제공되는 것이나, 화물창의 내부 온도가 안정된 이후 발생하는 Nominal 증발가스의 BOR을 예측 및 모니터링하는 데에 활용될 수도 있을 것이다.
본 발명은 기재된 실시예에 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 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1: 전방벽
2: 후방벽
3: 천장벽
4: 바닥벽
5: 측벽
6: 챔퍼벽

Claims (10)

  1. 극저온 액화 화물을 수용하기 위하여 내벽면에 단열재가 설치되는 화물창에 있어서,
    상기 단열재에 설치된 온도센서에서 측정된 값으로 상기 화물창의 내부 온도 분포를 추정하고, 상기 화물창 내부에 설치되는 복수의 단열재의 온도가 상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도로 수렴할 때까지 필요한 총 열량을 계산함으로써, 상기 화물창 내부에서 발생하는 과도 증발가스의 BOR(Boil Off Rate)를 계산하는 것을 특징으로 하는,
    화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 단열재 중 온도센서가 설치된 단열재를 기준으로 상기 화물창 내부를 복수의 구역으로 구획하고,
    상기 온도센서에서 설치된 온도 데이터를 수신받아 각 구획에 설치된 단열재의 온도가 상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도로 수렴할 때까지 필요한 열량을 합산하여 상기 총 열량을 구하는 것을 특징으로 하는,
    화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    서로 이격 설치되는 상기 온도센서 간의 온도는 보간법을 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는,
    화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도는 상기 극저온 액화 화물의 온도와 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는,
    화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 화물창은 밀폐된 공간을 이루는 탱크 구조물로 제작되고, 상기 온도 센서는 상기 화물창을 구성하는 각각의 내벽면마다 적어도 하나 이상 설치되는 것을 특징으로 하는,
    화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 화물창은 팔각 형상의 전방벽과 후방벽, 상기 전방벽과 상기 후방벽의 상하측 모서리 사이에 형성되는 천장벽과 바닥벽, 상기 전방벽과 상기 후방벽의 좌우측 모서리 사이에 형성되는 측벽, 상기 천장벽과 상기 측벽 사이 그리고 상기 천장벽과 상기 바닥벽 사이에 형성되는 챔퍼벽을 포함하여, 횡단면이 팔각형으로 이루어지는 탱크 구조물로 제작되고,
    상기 온도센서는, 상기 전방벽 및 상기 후방벽에서 높이 방향을 따른 중심선 상에 위치되는 것을 포함하여 적어도 2개 이상 설치되고, 상기 천장벽과 상기 바닥벽에서는 정중앙에 위치되는 것을 포함하여 적어도 1개 이상 설치되며, 상기 측벽에는 길이 방향을 따른 중심선 상에 적어도 1개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는,
    화물창의 과도 증발가스 모니터링 시스템.
  7. 극저온 액화 화물을 수용하기 위하여 내벽면에 단열재가 설치되는 화물창에 있어서,
    상기 단열재에 설치된 온도센서에서 측정된 값으로 상기 화물창의 내부 온도 분포를 추정하는 단계;
    상기 화물창 내부에 설치되는 복수의 단열재의 온도가 상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도로 수렴할 때까지 필요한 총 열량을 계산하는 단계; 및
    상기 총 열량을 이용하여 상기 화물창 내부에서 발생하는 과도 증발가스의 BOR(Boil Off Rate)를 계산하는 단계를 포함하는,
    화물창의 과도 증발가스 BOR 계산 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 총 열량을 계산하는 단계에서는, 상기 온도센서의 위치에 따라 구획된 상기 화물창의 각 구획에서의 단열재의 온도가 상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도로 수렴할 때까지 필요한 열량을 합산하여 상기 총 열량을 구하는 것을 특징으로 하는,
    화물창의 과도 증발가스 BOR 계산 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 화물창의 내부 온도 분포를 추정하는 단계에서, 서로 이격 설치되는 상기 온도센서 간의 온도는 보간법을 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는,
    화물창의 과도 증발가스 BOR 계산 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 화물창의 내부가 안정화된 때의 온도는 상기 극저온 액화 화물의 온도와 동일하게 설정되는 것을 특징으로 하는,
    화물창의 과도 증발가스 BOR 계산 방법.
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