KR20220140913A - 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템은. 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 저장하는 버퍼탱크; 및 상기 버퍼탱크로부터 상기 저장탱크로 연결되는 압력보상라인:을 포함하고, 상기 저장탱크의 압력 감소가 필요하면 상기 저장탱크로부터 버퍼탱크로 증발가스를 배출하고, 상기 저장탱크의 압력 증가가 필요할 때 상기 버퍼탱크로부터 증발가스를 상기 저장탱크로 주입하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템 및 방법{Pressure Control System And Method For Cargo Tank In Ship}
본 발명은 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저장탱크의 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 저장하는 버퍼탱크를 마련하고, 저장탱크의 압력 감소가 필요하면 저장탱크로부터 버퍼탱크로 증발가스를 배출하고, 저장탱크의 압력 증가가 필요할 때 버퍼탱크로부터 증발가스를 저장탱크로 주입하여 저장탱크의 압력을 조절하는 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템 및 방법에 관한 것이다.
근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소 시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.
증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료수요처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는, 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다.
도 1에는 종래 선박의 엔진으로의 연료 공급 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 액화가스가 저장된 저장탱크(T)로부터 액화가스를 펌프(P)로 이송하여 기화기(10)나 히터 등을 거쳐 가열한 후 엔진의 연료로 공급하거나, 컴프레서 등을 거쳐 연료로 공급한다.
저장탱크의 액화가스로부터 발생하는 증발가스는 탱크 압력 조절을 위해 저장탱크에서 배출시킨 후 압축기로 압축 후 연료로 공급하거나 재액화시켜 탱크로 회수하여 저장탱크의 압력 강하를 유도하고, 반대로 저장탱크의 압력이 낮은 때에는 엔진의 연료로 액화가스를 펌핑하여 기화시켜 공급하면서 탱크 압력 상승을 유도하였다. 예를 들어 선박이 계속해서 고속 운전하여 증발가스 발생량보다 연료로 소비되는 증발가스 양이 많은 때나, 저장탱크 내 액화가스 화물량이 적은 Ballast 항해와 같은 때, 재액화시스템이 과도하게 운용된 경우 등에는 저장탱크 압력이 하강하여 탱크 압력 조절이 필요할 수 있다.
이와 같은 연료 공급 및 탱크 압력 조절이 이루어지기 위해서는 액화가스를 연료로 공급하는 펌프, 기화기 등의 장치와, 증발가스를 엔진의 연료 공급 조건으로 맞추어 공급할 수 있는 압축기 등이 함께 설치되어야 한다.
그런데 최근 저장탱크의 단열성능이 개선되어 액화가스로부터 증발가스 발생량이 감소하고 있어, 그에 맞추어 적절히 연료 공급 및 탱크 압력 조절을 할 수 있으면서 필요한 장비를 줄여 설치비 및 운용 비용을 절감하고 선내 공간을 확보할 수 있는 개선된 시스템이 필요하다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 저장탱크;
상기 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 저장하는 버퍼탱크; 및
상기 버퍼탱크로부터 상기 저장탱크로 연결되는 압력보상라인:을 포함하고,
상기 저장탱크의 압력 감소가 필요하면 상기 저장탱크로부터 버퍼탱크로 증발가스를 배출하고, 상기 저장탱크의 압력 증가가 필요할 때 상기 버퍼탱크로부터 증발가스를 상기 저장탱크로 주입하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템.
바람직하게는, 상기 저장탱크로부터 선내 엔진으로 액화가스를 공급하는 연료공급라인; 상기 연료공급라인에 마련되며 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 가열하는 기화기; 및 상기 압력보상라인에 마련되며 상기 버퍼탱크로부터 상기 저장탱크로 이송되는 증발가스와 상기 기화기로 공급될 액화가스를 열교환시키는 열교환기:를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압력보상라인에서 상기 열교환기를 우회하도록 마련되는 바이패스라인; 및 상기 바이패스라인에 마련되는 바이패스밸브:를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 저장탱크로부터 상기 버퍼탱크로 공급되는 증발가스를 가압하는 송풍장치:를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박에 마련된 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 버퍼탱크로 배출시켜 저장하되,
상기 저장탱크의 압력 감소가 필요하면 상기 저장탱크로부터 버퍼탱크로 증발가스를 배출하고, 상기 저장탱크의 압력 증가가 필요할 때 상기 버퍼탱크로부터 증발가스를 상기 저장탱크로 주입하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박용 저장탱크의 압력 조절 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 저장탱크의 액화가스를 기화기에서 기화시켜 선내 엔진으로 공급하되, 상기 저장탱크에서 상기 기화기로 공급될 액화가스는 상기 버퍼탱크로부터 상기 저장탱크로 이송되는 증발가스와 열교환기에서 열교환될 수 있다.
바람직하게는, 상기 저장탱크에서 상기 버퍼탱크로 이송되는 증발가스는 송풍장치에 의해 가압되고, 상기 버퍼탱크로부터 상기 저장탱크로 이송되는 증발가스는 상기 열교환기를 우회하여 상기 저장탱크로 주입될 수 있다.
본 발명에서는 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 보관 및 운용할 수 있는 버퍼탱크를 마련하여, 엔진에는 액화가스를 연료로 공급하면서 저장탱크의 압력을 조절할 수 있도록 하였다.
이를 통해 설치비를 절감하면서도 수월하게 증발가스를 제어하여 저장탱크 및 선박의 안전을 확보할 수 있다.
또한, 저장탱크에 주입하는 증발가스를 통해 연료로 공급될 액화가스를 예열할 수 있어 액화가스 기화에 필요한 열매체 용량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래 선박의 연료 공급 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 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.
이하 본 발명에서의 선박은, LNG, LPG 등의 저온 액화가스를 선내 추진용 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 선내 기관의 연료로 사용하는 모든 종류의 선박으로, 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), LPG 운반선, 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다. 또한, 후술하는 액화가스는 LNG, LPG를 포함하여 저온에서 액화되어 저장 또는 수송 시 증발가스가 발생하며, 엔진 등 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스일 수 있다. 후술하는 실시예에서는 대표적인 저온 액화가스인 LNG를 예로 들어 설명한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 압력 조절 시스템은, 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 저장탱크(T)와, 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 저장하는 버퍼탱크(BT)를 포함하고, 저장탱크로부터 증발가스를 버퍼탱크로 이송하는 가스배출라인(GL)이 연결되고, 버퍼탱크로부터 다시 저장탱크로 증발가스를 이송할 수 있는 압력보상라인(PL)이 연결된다.
종래에는 저장탱크 내 액화가스에서 발생하는 증발가스를 배출시킨 후 고압 압축기 등으로 압축하여 엔진의 연료로 공급하거나 재액화하여 저장탱크의 압력을 낮추어 압력을 조절하였다. 이러한 고압 압축기를 포함하는 장치들은 설치비용도 높고 장비 운용을 위해 많은 전력이 소비된다. 그러나 최근 저장탱크 단열성능 개선으로 증발가스 발생량이 감소하고 있어, 이러한 장치들을 설치하고 운용하는 것보다 비용을 절감하면서도 효율적으로 증발가스 처리 및 저장탱크 압력 조절을 할 수 있는 개선된 방법이 필요하다.
본 실시예에서는 증발가스를 저장하고 저장탱크로 되돌릴 수 있는 버퍼탱크(BT)를 마련하여, 증발가스 발생 등으로 저장탱크(T)의 압력 감소가 필요하면 저장탱크로부터 버퍼탱크로 증발가스를 배출하여 탱크 압력을 낮추고, 저장탱크의 압력 증가가 필요할 때 버퍼탱크로부터 증발가스를 저장탱크로 주입하여 저장탱크의 압력을 조절할 수 있도록 한다. 예를 들어 선박이 계속해서 고속 운전하여 증발가스 발생량보다 연료로 소비되는 증발가스 양이 많거나, 재액화시스템이 과도하게 운용된 경우, 저장탱크 내 액화가스 화물량이 적은 Ballast 항해와 같은 때 등에 저장탱크 압력이 하강하여, 버퍼탱크로부터 증발가스를 공급하여 저장탱크 압력을 조절할 수 있다.
가스배출라인(GL)에는 증발가스를 가압하여 이송하는 송풍장치(300)가 마련되어, 저장탱크에서 배출된 증발가스를 가압하여 버퍼탱크(BT)로 이송하여 저장한다. 송풍장치는 예를 들어 송풍기(Blower)나 컴프레서(compressor)일 수 있다.
한편, 저장탱크(T)로부터 선내 엔진으로 액화가스를 공급하는 연료공급라인(FL)이 마련되고, 연료공급라인에는 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 가열하는 기화기(100)가 마련된다. 저장탱크에는 연료공급라인으로 액화가스를 펌핑하여 이송하는 펌프(P)가 마련된다.
선내 엔진은 선박의 추진용 또는 발전용 엔진으로 액화가스를 연료로 공급받는 이중연료엔진일 수 있다. 연료공급라인의 기화기를 거쳐 기화된 연료는 바로 엔진으로 공급될 수도 있고, 필요에 따라 압축기 등 장치를 거쳐 압축 후 연료로 공급될 수도 있다.
압력보상라인(PL)에는 열교환기(200)가 마련되어, 버퍼탱크(BT)로부터 저장탱크(T)로 이송되는 증발가스와 연료공급라인(FL)을 통해 기화기(100)로 공급될 액화가스가 열교환된다.
이와 같이 본 실시예 시스템에서는, 탱크 압력 조절을 위한 장치와 엔진으로의 연료 공급을 위한 시스템을 연계하여 압력보상라인을 따라 저장탱크로 회수되는 증발가스의 열을 이용하여, 기화기로 공급될 액화가스가 예열될 수 있도록 구성하였다. 이를 통해 기화기에서 필요한 열매체 용량을 줄이고 선박의 에너지 효율을 높일 수 있다.
버퍼탱크로의 증발가스 배출을 조절하기 위해 가스배출라인(GL)의 송풍장치(300) 전단에 제1 밸브(V1)가 마련되고, 버퍼탱크(BT)로부터 저장탱크(T)로 증발가스 회수를 조절하기 위해 압력보상라인(PL)의 열교환기(200) 전단 및 후단에 제2 및 제3 밸브(V2, V3)가 각 마련된다.
또한, 압력보상라인(PL)의 열교환기(200)를 우회하여 저장탱크로 증발가스를 공급할 수 있는 바이패스라인(BL)이 마련되고, 바이패스라인에는 배관 개폐 및 유량을 조절할 수 있는 바이패스밸브(BV)가 마련된다.
증발가스를 주입하여 저장탱크의 압력을 높여주어야 하나 연료공급라인을 통해 이송되는 액화가스는 없는 경우나 액화가스를 예열할 필요가 없는 경우와 같이 증발가스가 열교환기를 거칠 필요가 없는 때는 바이패스라인을 통해 버퍼탱크로부터 바로 저장탱크로 증발가스를 이송할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예 시스템에서는 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 배출시켜 저장할 수 있는 버퍼탱크를 마련하고, 저장탱크의 압력 감소가 필요하면 저장탱크로부터 버퍼탱크로 증발가스를 배출하고, 저장탱크의 압력 증가가 필요할 때 버퍼탱크로부터 증발가스를 저장탱크로 주입하여 저장탱크의 압력을 적절히 조절할 수 있다.
또한, 버퍼탱크로부터 저장탱크로 회수되는 증발가스와 저장탱크로부터 엔진으로 공급되는 액화가스가 열교환될 수 있는 열교환기를 마련하여, 연료 공급을 위해 기화될 액화가스를 버퍼탱크에서 이송되는 증발가스의 열을 이용해 예열함으로써, 기화기에 필요한 열매체 용량을 줄일 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
T: 저장탱크
P: 펌프
BT: 버퍼탱크
GL: 가스배출라인
PL: 압력보상라인
FL: 연료공급라인
BL: 바이패스라인
100: 기화기
200: 열교환기
300: 송풍장치

Claims (7)

  1. 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 저장하는 버퍼탱크; 및
    상기 버퍼탱크로부터 상기 저장탱크로 연결되는 압력보상라인:을 포함하고,
    상기 저장탱크의 압력 감소가 필요하면 상기 저장탱크로부터 버퍼탱크로 증발가스를 배출하고, 상기 저장탱크의 압력 증가가 필요할 때 상기 버퍼탱크로부터 증발가스를 상기 저장탱크로 주입하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 선내 엔진으로 액화가스를 공급하는 연료공급라인;
    상기 연료공급라인에 마련되며 선내 엔진으로 공급될 액화가스를 가열하는 기화기; 및
    상기 압력보상라인에 마련되며 상기 버퍼탱크로부터 상기 저장탱크로 이송되는 증발가스와 상기 기화기로 공급될 액화가스를 열교환시키는 열교환기:를 더 포함하는 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 압력보상라인에서 상기 열교환기를 우회하도록 마련되는 바이패스라인; 및
    상기 바이패스라인에 마련되는 바이패스밸브:를 더 포함하는 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 상기 버퍼탱크로 공급되는 증발가스를 가압하는 송풍장치:를 더 포함하는 선박용 저장탱크의 압력 조절 시스템.
  5. 선박에 마련된 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 버퍼탱크로 배출시켜 저장하되,
    상기 저장탱크의 압력 감소가 필요하면 상기 저장탱크로부터 버퍼탱크로 증발가스를 배출하고, 상기 저장탱크의 압력 증가가 필요할 때 상기 버퍼탱크로부터 증발가스를 상기 저장탱크로 주입하여 상기 저장탱크의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박용 저장탱크의 압력 조절 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 저장탱크의 액화가스를 기화기에서 기화시켜 선내 엔진으로 공급하되,
    상기 저장탱크에서 상기 기화기로 공급될 액화가스는 상기 버퍼탱크로부터 상기 저장탱크로 이송되는 증발가스와 열교환기에서 열교환될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 저장탱크의 압력 조절 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 저장탱크에서 상기 버퍼탱크로 이송되는 증발가스는 송풍장치에 의해 가압되고,
    상기 버퍼탱크로부터 상기 저장탱크로 이송되는 증발가스는 상기 열교환기를 우회하여 상기 저장탱크로 주입될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 저장탱크의 압력 조절 방법.
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