KR20220147162A - 선박의 가스 관리시스템 - Google Patents

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KR20220147162A
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gas
line
storage tank
boil
management system
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KR1020210053158A
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정현수
박건일
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

선박의 가스 관리시스템이 개시된다. 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용하는 저장탱크, 저장탱크의 증발가스를 가압하는 압축부가 마련되고, 압축부에 의해 가압된 증발가스를 엔진 등 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인, 압축부에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 냉각시키는 냉각부와, 냉각부를 통과하면서 발생되는 기액 혼합상태의 가스흐름을 저장탱크로 재공급하는 회수라인을 구비하는 재액화라인을 포함하고, 회수라인은 기액 혼합상태의 가스흐름을 밀도 차에 의해 하측의 액체성분과 상측의 기체성분으로 분리하여 이송시키는 기액분리라인과, 입구 측 단부는 기액분리라인의 하면으로부터 분기되어 액체성분을 추출하고, 출구 측 단부는 저장탱크의 내부 하측에 연결되는 제1 주입라인과, 입구 측 단부는 기액분리라인의 출구단으로부터 연장 형성되어 기체성분을 추출하고, 출구 측 단부는 저장탱크의 내부 상측에 연결되는 제2 주입라인을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

선박의 가스 관리시스템{GAS MANAGEMENT SYSTEM IN SHIP}
본 발명은 선박의 가스 관리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모할 수 있는 선박의 가스 관리시스템에 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.
천연가스(Natural Gas)는 통상적으로 저장 및 수송의 용이성을 위해, 천연가스를 약 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상 변화하여 관리 및 운용을 수행하고 있다.
이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화천연가스의 완전한 단열을 구현하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다. 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으므로 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.
이에 종래에는 저장탱크의 상측에 마련되는 벤트마스트(Vent mast)로 증발가스를 흘려 보내거나, GCU(Gas Combustion Unit)을 이용하여 증발가스를 태워버리는 방안 등이 이용되었다. 그러나 이는 에너지 효율 면에서 바람직하지 못하므로 증발가스를 액화천연가스와 함께 또는 각각 선박의 엔진에 연료가스로 공급하거나, 냉동 사이클 등으로 이루어지는 재액화장치를 이용해 증발가스를 재액화시켜 활용하는 방안이 이용되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)
본 실시 예는 저장탱크에 수용된 액화천연가스로부터 증발가스의 발생을 억제 및 최소화할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 재액화 설비의 운용에 투입되는 비용 및 시간을 절감할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 저장탱크 등 설비의 구조 안정성을 도모할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 증발가스의 재액화 공정을 안정적으로 수행할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 압축부가 마련되고, 상기 압축부에 의해 가압된 증발가스를 엔진 등 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인; 및 상기 압축부에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부를 통과하면서 발생되는 기액 혼합상태의 가스흐름을 상기 저장탱크로 재공급하는 회수라인을 구비하는 재액화라인을 포함하고, 상기 회수라인은 상기 기액 혼합상태의 가스흐름을 밀도 차에 의해 하측의 액체성분과 상측의 기체성분으로 분리하여 이송시키는 기액분리라인과, 입구 측 단부는 상기 기액분리라인의 하면으로부터 분기되어 상기 액체성분을 추출하고, 출구 측 단부는 상기 저장탱크의 내부 하측에 연결되는 제1 주입라인과, 입구 측 단부는 상기 기액분리라인의 출구단으로부터 연장 형성되어 상기 기체성분을 추출하고, 출구 측 단부는 상기 저장탱크의 내부 상측에 연결되는 제2 주입라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 기액분리라인은 상기 기액 혼합상태의 가스흐름이 이송되면서 상하 방향으로 상기 액체성분 및 상기 기체성분이 분리되도록 적어도 일부의 부위가 수평 또는 경사지게 배치될 수 있다.
상기 제1 주입라인의 입구 측 단부에는 자중에 의해 상기 액체성분이 추출되도록 하향 연장 형성되는 적어도 하나의 추출라인이 마련될 수 있다.
상기 제1 주입라인의 출구 측 단부에는 상기 저장탱크에 수용된 액화가스에 침수되어 마련되는 제1 배출구를 구비할 수 있다.
상기 제2 주입라인의 출구 측 단부에는 상기 저장탱크에 수용된 증발가스 또는 빈 공간 측에 연통되어 마련되는 제2 배출구를 구비할 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 제2 주입라인으로 유입되는 기체성분의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 기액 혼합상태의 가스흐름의 유속을 측정하는 감지부를 더 포함하고, 상기 유량조절밸브는 상기 감지부가 측정한 유속정보에 근거하여 상기 제2 주입라인으로 유입되는 기체성분의 유량을 조절할 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 기액 혼합상태의 가스흐름의 기체성분 함량을 측정하는 감지부를 더 포함하고, 상기 유량조절밸브는 상기 감지부가 측정한 함량정보에 근거하여 상기 제2 주입라인으로 유입되는 기체성분의 유량을 조절할 수 있다.
상기 냉각부로 극저온의 냉열을 제공하는 냉매순환라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 저장탱크에 수용된 액화천연가스로부터 증발가스의 발생을 억제 및 최소화하는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 재액화 설비의 운용에 투입되는 비용 및 시간을 절감하는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 저장탱크 등 설비의 구조 안정성을 도모하는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용이 가능해지는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 에너지 효율이 향상되는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 증발가스의 재액화 공정을 안정적으로 수행하는 효과를 가진다.
도 1은 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 실시 예에 의한 회수라인과 유량조절밸브를 확대 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대 도시한 도면이다.
이하에서는 본 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 수용된 증발가스를 가압하는 압축부(121)가 마련되고 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스를 엔진 등 수요처(10)로 공급하는 증발가스 공급라인(120), 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(130), 재액화라인(130)으로 극저온의 냉열을 제공하는 냉매순환라인(140), 센서의 측정 정보에 근거하여 밸브(135)의 개폐작동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함하여 마련될 수 있다.
본 실시 예에 의한 가스 관리시스템(100)은 다양한 부유식 해상구조물에 적용될 수 있다. 즉, 본 실시 예에서 설명하는 선박은 후술하는 바와 같이 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 처리 및 제거하기 위해 재액화설비를 구비한다면, 액화천연가스를 산지로부터 공급받아 목적지까지 운송하는 LNG 캐리어(LNG Carrier), 해상에 부유된 상태에서 저장된 액화천연가스를 재기화하여 육상의 터미널로 공급하는 LNG 재기화 선박(LNG RV; LNG Regasification Vessel), 부유식 LNG 생산·저장 및 하역설비(FPSO; Floating Production Storage Offloading) 등 다양한 구조 및 방식의 부유식 해상 구조물로 이루어질 수 있다.
이하에서 설명하는 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)에서는 액화천연가스 및 이로부터 발생되는 천연 증발가스를 대상으로 하는 것으로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄(Ethane), 액화프로판(Propane), 액화부탄(butane) 등 다양한 성분을 함유하는 각종 액화가스 및 이로부터 발생되는 증발가스를 관리 및 처리하는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
저장탱크(110)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 실시 예와 같이 증발가스 공급라인(120)에 의해 엔진의 연료가스로 이용되거나 재액화라인(130)에 의해 재액화되어 저장탱크(110)로 재공급될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 저장탱크(110)의 상부에 마련되는 벤트 마스트(미도시)로 공급하여 증발가스를 처리 또는 소모시킬 수도 있다.
수요처(10)는 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다. 도 1에서는 후술하는 증발가스 공급라인(120)으로부터 가압된 증발가스를 연료가스로 공급받는 하나의 수요처(10)를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수요처(10)는 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 고압 엔진, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 저압 엔진, 잉여의 연료가스를 공급받아 소모시키는 GCU(Gas Combustion Unit) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 수요처(10)는 상대적으로 고압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진, 상대적으로 저압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진 등을 포함할 수 있다.
증발가스 공급라인(120)은 후술하는 압축부(121)에 의해 저장탱크(110)에 존재하는 증발가스를 가압하여 수요처(10) 및 재액화라인(130)으로 공급하도록 마련될 수 있다. 증발가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)에 발생 및 수용된 증발가스를 유입시킬 수 있도록 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부 상측에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 엔진 등의 수요처(10)에 연결될 수 있다. 수요처(10)가 서로 다른 압력수준의 연료가스를 공급받는 복수의 엔진으로 마련되는 경우 각 수요처(10)의 요구 압력수준에 맞추어 가압된 증발가스의 압력을 조절하는 감압밸브(미도시)가 각각 마련될 수 있다.
증발가스 공급라인(120)에는 저장탱크(110)로부터 배출되는 증발가스를 수요처(10)가 요구하는 조건에 맞추어 가압하거나 재액화효율을 높이기 위해 가압하는 압축부(121)가 마련될 수 있다. 압축부(121)는 증발가스 공급라인(120)을 통해 유입되는 증발가스를 압축하는 컴프레서(121a)와, 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(121b)를 포함할 수 있다. 수요처(10)가 서로 다른 압력조건을 갖는 복수개의 엔진을 포함하는 경우에는 압축부(121)의 중단부로부터 분기라인(미도시)이 분기되어 일부 가압된 증발가스를 수요처(10) 측으로 공급할 수 있다.
압축부(121)의 컴프레서(121a)는 및 쿨러(121b)는 복수단으로 마련될 수 있으며, 도면에는 도시하지 않았으나, 어느 하나의 컴프레서(121a)가 고장 또는 유지보수 등 작동 불능인 상태에서도 별도로 배치되는 다른 컴프레서(121a)를 작동시켜 저장탱크(110)에서 발생되는 증발가스를 안정적으로 처리할 수 있도록 복수개의 압축부(121)가 서로 병렬로 배치될 수도 있다. 또한 도 1에서는 압축부(121)가 2개의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)를 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 엔진의 요구 압력조건 및 온도에 따라 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)는 다양한 수로 이루어질 수 있다.
재액화라인(130)은 증발가스 공급라인(120)의 압축부(121)를 통과하며 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키도록 마련된다.
재액화라인(130)은 유입된 증발가스를 냉각시키는 냉각부(131)와, 냉각부(131)를 거쳐 냉각 및 재액화된 기액 혼합상태의 가스흐름을 저장탱크(110)로 재공급하는 회수라인(132)을 포함할 수 있다.
냉각부(131)는 압축부(121)에 의해 가압된 증발가스를 열교환을 통해 냉각시키도록 마련된다. 냉각부(131)는 재액화라인(130)으로 유입되는 가압된 증발가스와 극저온의 냉매와 열교환하는 열교환장치로 마련될 수 있으며, 이를 위해 냉각부(131)를 통과하는 증발가스로 냉열을 제공하는 냉매순환라인(140)이 마련될 수 있다. 냉매순환라인(140)은 프로필렌(C3H6), 헬륨(He), 질소(N2) 등을 포함하는 다양한 냉매가 적용될 수 있으며, 냉매순환라인(140)은 냉각부(131)를 경유하면서 증발가스 측으로 냉열을 제공한 냉매를 순환시켜 다시금 극저온으로 냉각시켜주는 냉각장치(141)를 포함할 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 냉각장치(141)는 냉매를 가압하는 압축기와, 압축기를 거쳐 가압된 냉매를 냉각시키는 냉각기와, 냉각기에 의해 냉각된 냉매를 감압하는 팽창기를 포함할 수 있다. 압축기와 냉각기 및 팽창기를 순차적으로 통과한 냉매는 극저온 상태이므로 재액화라인(130)의 냉각부(132)를 통과하는 가압된 증발가스로 냉열을 전달함으로써 증발가스를 액화점까지 냉각시켜 재액화를 구현할 수 있다.
한편, 재액화라인(130)으로 유입된 증발가스는 냉각부(131)를 통과하면서 냉각 및 재액화가 이루어지기는 하나 증발가스의 질소성분 또는 메탄성분 함량이나, 압축부(121)의 가압 정도 등에 따라 재액화 효율이 달라질 수 있으며, 재액화라인(130)을 따라 증발가스가 이송되는 중에도 외부의 열이 지속적으로 침입하게 되므로 완전한 재액화가 이루어지는 것은 불가능하다. 다시 말해, 냉각부(131)를 통과하여 발생되는 가스흐름에는 일부 재액화가 이루어지지 않은 기체성분이 함유될 수 밖에 없으며 이에 따라 기액 혼합상태를 이루게 된다.
이 때, 냉각부(131)를 통과한 가스흐름은 압축부(121)에 의해 일정 압력으로 가압된 상태이며 기체성분은 액체성분에 비해 밀도가 낮으므로 기체성분의 유속은 액체성분의 유속보다 약 5배 이상 빠르다. 따라서, 냉각부(131)를 거친 가스흐름의 재액화효율이 낮아 기체성분의 함량이 높은 경우, 이를 저장탱크(110)에 수용 및 적재된 액화천연가스의 내측으로 주입 및 공급할 경우 순간적으로 주변의 액화천연가스 압력이 낮아지면서 증발가스가 다량 발생될 우려가 있다. 아울러, 기체성분의 빠른 유속은 액화천연가스에 유동을 발생시키게 되는데 이는 곧 외부로부터 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스로 에너지가 유입시키는 것이므로 증발가스의 발생을 더욱 촉진시키는 문제점이 있다.
이에 본 실시 예에 의한 재액화라인(130)의 회수라인(132)은 냉각부(131)를 통과하면서 발생되는 기액 혼합상태의 가스흐름을 액체성분과 기체성분으로 분리하여 저장탱크(110)로 재공급 및 회수하되, 저장탱크(110)의 내부에 증발가스가 발생되는 것을 억제 및 최소화하도록 액체성분은 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 측으로 곧바로 주입하고, 기체성분은 저장탱크(110)에 수용된 증발가스 또는 빈 공간 측으로 공급할 수 있다.
도 2는 본 실시 예에 의한 회수라인과 유량조절밸브를 확대 도시한 도면며, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대 도시한 도면으로서, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 회수라인(132)은 기액 혼합상태의 가스흐름을 밀도 차에 의해 하측의 액체성분과 상측의 기체성분으로 분리하여 이송시키는 기액분리라인(133)과, 기액분리라인(133)을 따라 이송되면서 분리된 액체성분을 저장탱크(110) 내부의 액화천연가스 측으로 직접적으로 공급하는 제1 주입라인(134)과, 기액분리라인(133)을 따라 이송되면서 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 내부의 증발가스 또는 빈 공간 측으로 공급하는 제2 주입라인(137)을 포함할 수 있다.
이하에서 설명하는 회수라인(132)에 대한 설명 중, 상측 및 하측(하단)은 특정 위치나 지점을 의미하는 것이 아니라, 발명에 대한 설명과 이해를 돕기 위해 상대적인 위치를 지칭하는 것이다. 즉, 본 실시 예에서 설명하는 상측 및 하측(하단)은 설명하고자 하는 대상 부위를 보다 명확히 하기 위한 상대적 개념으로 이해되어야 한다.
기액분리라인(133)은 입구 측 단부가 냉각부(131)의 후단에 연결되고, 출구 측 단부는 제1 주입라인(134)의 추출라인(135)과 제2 주입라인(137)으로 분기될 수 있다. 기액분리라인(133)은 냉각부(131)를 통과하면서 발생되는 기액 혼합상태의 가스흐름이 저장탱크(110)로 이송되면서 밀도 차에 의해 하측의 액체성분과 상측의 기체성분으로 분리되도록 적어도 일부의 부위가 수평 또는 경사지게 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 기액분리라인(133)이 수평으로 배치 및 연장 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 기액 혼합상태의 가스흐름이 상측과 하측에 각각 기체성분과 액체성분으로 분리될 수 있다면 일정 각도만큼 경사지게 배치될 수 있음은 물론이다.
제1 주입라인(134)은 기액분리라인(133)을 따라 이송되면서 분리되는 하측의 액체성분을 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 측으로 주입 및 공급하도록 마련된다. 이를 위해 제1 주입라인(134)은 입구 측 단부가 기액분리라인(133)의 하면으로부터 분기되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부 하측에 연결될 수 있다.
제1 주입라인(134)의 입구 측 단부에는 기액분리라인(133)에서 분리된 하측의 액체성분이 자중에 의해 추출되도록 기액분리라인(133)으로부터 하향 연장 형성되는 추출라인(135)이 마련될 수 있다. 추출라인(135)은 기액분리라인(133)을 따라 이송된 하측의 액체성분을 안정적으로 추출할 수 있도록 적어도 하나 이상 마련될 수 있으며, 도 2 및 도 3에서는 추출라인(135) 두 개 마련되는 것으로 도시되어 있으나, 그 수에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 다양한 수로 마련될 수 있다.
추출라인(135)에 의해 분리 및 추출된 액체성분은 제1 주입라인(134)을 따라 이송되어 제1 주입라인(134)의 출구단에 마련되는 제1 배출구(134a)를 통해 저장탱크(110)의 내부 하측에 연통된다. 제1 배출구(134a)는 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스에 침수되게 배치될 수 있으며, 이로써 제1 주입라인(134)을 따라 이송되는 액체성분은 액화천연가스의 내측에 곧바로 주입될 수 있다. 제1 주입라인(134)은 냉각부(131)를 통과하면서 발생되는 가스흐름에 함유된 액체성분을 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스의 내측으로 곧바로 주입 및 공급함으로써, 재액화성분을 저장탱크(110)로 신속하게 회수할 수 있다.
제2 주입라인(137)은 기액분리라인(133)을 따라 이송되면서 분리되는 상측의 기체성분을 저장탱크(110)에 수용된 증발가스 또는 빈 공간 측으로 주입 및 공급하도록 마련된다. 이를 위해 제2 주입라인(137)은 입구 측 단부가 기액분리라인(133)의 출구단으로부터 연장 형성되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부 상측에 연결될 수 있다.
제2 주입라인(137)의 입구 측 단부는 기액분리라인(133)의 출구단, 구체적으로 기액분리라인(133) 상에서 추출라인(135)이 분기되는 지점의 후단으로부터 연장 형성됨으로써 기액분리라인(133)에서 분리된 기체성분을 추출 및 공급받을 수 있다. 제2 주입라인(136)을 따라 이송되는 기체성분은 출구단에 마련되는 제2 배출구(137a)를 통해 저장탱크(110)의 내부 상측에 연통된다. 제2 배출구(137a)는 저장탱크(110)에 발생 및 수용된 천연가스 또는 상측의 빈 공간 측에 연통되어 마련된다. 이로써 제2 주입라인(137)을 따라 이송되는 기체성분은 저장탱크(110) 내부의 빈 공간 또는 증발가스 측으로 공급 및 주입될 수 있다. 이에 따라, 냉각부(131)의 재액화 효율이 낮아 재액화 공정에서 미액화성분인 기체성분이 발생되더라도, 기체성분을 액화천연가스 측으로 주입하지 않고 기액분리라인(133)에 분리하여 제2 주입라인(137)을 통해 저장탱크(110)의 상측으로 재공급 및 회수할 수 있으므로, 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스로부터 증발가스가 발생하는 것을 억제 및 최소화할 수 있다.
유량조절밸브(138)는 제2 주입라인(137)으로 공급되는 기체성분의 유량을 조절하도록 마련된다. 이를 위해 유량조절밸브(138)는 제2 주입라인(137) 상에 마련될 수 있으며, 유량조절밸브(138)는 감지부(139)가 감지한 정보에 근거하여 개폐 정도 또는 개폐 여부를 조절할 수 있다.
감지부(139)는 재액화라인(130) 상의 냉각부(131)를 통과하여 발생되는 기액 혼합상태의 가스흐름에 대한 유속 또는 기체성분의 함량을 측정하도록 마련된다. 이를 위해 감지부(139)는 재액화라인(130) 상의 냉각부(131) 후단 또는 기액분리라인(133) 상에 배치될 수 있으며, 유속센서 또는 기체유량센서 등으로 이루어질 수 있다. 감지부(139)는 측정한 정보를 제어부(미도시)로 송출할 수 있으며, 제어부(미도시)는 감지부(139)로부터 송출받은 정보에 근거하여 유량조절밸브(138)의 개폐 정도 또는 개폐 여부를 조절할 수 있다.
구체적으로, 감지부(139)가 기액 혼합상태의 가스흐름의 유속을 측정하되, 감지부(139)가 측정한 유속이 기 설정된 유속 범위보다 낮은 경우, 제어부는 가스흐름에 기체성분 함량이 낮아 충분한 재액화가 이루어진 것으로 판단하여 유량조절밸브(138)를 통해 제2 주입라인(137)을 폐쇄시키는 방향으로 제어할 수 있다. 이로써, 재액화성분인 액체성분이 제1 주입라인(134)을 통해 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스로 곧바로 주입됨으로써 신속한 재액화공정을 도모할 수 있다. 반대로, 감지부(139)가 측정한 유속이 기 설정된 유속 범위보다 높은 경우, 제어부는 가스흐름에 기체성분 함량이 높은 것으로 판단하여 유량조절밸브(138)를 통해 제2 주입라인(137)은 개방시키는 방향으로 제어할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 기체성분은 유속이 액체성분 보다 높으므로 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스로 직접 주입될 경우 다량의 증발가스를 발생시킬 우려가 있다. 이에 제어부는 기액분리라인(133)에 의해 분리된 기체성분이 제2 주입라인(137)을 통해 저장탱크(110) 내부의 빈 공간 또는 증발가스 측으로 분사되도록 유량조절밸브(138)를 개방시킴으로써, 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스로부터 증발가스가 발생하는 것을 억제 및 최소화할 수 있다.
이와는 달리, 감지부(139)가 기액 혼합상태의 가스흐름의 기체성분 함량을 측정하되, 감지부(139)가 측정한 기체성분의 함량이 기 설정된 함량 범위보다 낮은 경우, 제어부는 가스흐름의 충분한 재액화가 이루어진 것으로 판단하여 유량조절밸브(138)를 통해 제2 주입라인(137)을 폐쇄시키는 방향으로 제어할 수 있다/ 이로써, 재액화성분인 액체성분이 제1 주입라인(134)을 통해 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스로 곧바로 주입됨으로써 신속한 재액화공정을 도모할 수 있다. 반대로, 감지부(139)가 측정한 기체성분의 함량이 기 설정된 함량 범위보다 높은 경우, 제어부는 저장탱크(110)에서 추가적으로 증발가스가 발생되는 것을 억제하도록 유량조절밸브(138)를 통해 제2 주입라인(137)은 개방시키는 방향으로 제어할 수 있다. 이로써, 기액분리라인(137)에서 분리된 기체성분이 제2 주입라인(137)를 통해 저장탱크(110) 내부의 빈 공간 또는 증발가스 측으로 분사됨으로써, 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스로부터 증발가스가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
이와 같은 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)은 재액화 공정에서 발생되는 기액 혼합상태의 가스흐름을 액체성분과 기체성분으로 분리하고, 이를 제1 주입라인(134) 및 제2 주입라인(137)을 통해 각각 저장탱크(110)로 회수 및 주입함으로써, 저장탱크(110) 내부에서 추가적인 증발가스의 발생을 억제 및 최소화할 수 있다. 나아가 저장탱크(110) 내부의 증발가스 발생량을 억제함에 따라 재액화설비를 운용하기 위한 시간과 비용을 절감할 수 있다. 아울러, 별도의 기액분리기 또는 세퍼레이터 없이도 재액화 공정에서 발생되는 기액 혼합상태의 가스흐름을 기액분리라인(133)에 의해 액체성분과 기체성분으로 분리하여 취급할 수 있으므로 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있다.
100: 가스 관리시스템 110: 저장탱크
120: 증발가스 공급라인 121: 압축부
130: 재액화라인 131: 냉각부
132: 회수라인 133: 기액분리라인
134: 제1 주입라인 134a: 제1 배출구
135: 추출라인 137: 제2 주입라인
137a: 제2 배출구 138: 유량조절밸브
139: 감지부 140: 냉매순환라인

Claims (9)

  1. 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 압축부가 마련되고, 상기 압축부에 의해 가압된 증발가스를 엔진 등 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인; 및
    상기 압축부에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부를 통과하면서 발생되는 기액 혼합상태의 가스흐름을 상기 저장탱크로 재공급하는 회수라인을 구비하는 재액화라인을 포함하고,
    상기 회수라인은
    상기 기액 혼합상태의 가스흐름을 밀도 차에 의해 하측의 액체성분과 상측의 기체성분으로 분리하여 이송시키는 기액분리라인과,
    입구 측 단부는 상기 기액분리라인의 하면으로부터 분기되어 상기 액체성분을 추출하고, 출구 측 단부는 상기 저장탱크의 내부 하측에 연결되는 제1 주입라인과,
    입구 측 단부는 상기 기액분리라인의 출구단으로부터 연장 형성되어 상기 기체성분을 추출하고, 출구 측 단부는 상기 저장탱크의 내부 상측에 연결되는 제2 주입라인을 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기액분리라인은
    상기 기액 혼합상태의 가스흐름이 이송되면서 상하 방향으로 상기 액체성분 및 상기 기체성분이 분리되도록 적어도 일부의 부위가 수평 또는 경사지게 배치되는 선박의 가스 관리시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 주입라인의 입구 측 단부에는
    자중에 의해 상기 액체성분이 추출되도록 하향 연장 형성되는 적어도 하나의 추출라인이 마련되는 선박의 가스 관리시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 주입라인의 출구 측 단부에는
    상기 저장탱크에 수용된 액화가스에 침수되어 마련되는 제1 배출구를 구비하는 선박의 가스 관리시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 주입라인의 출구 측 단부에는
    상기 저장탱크에 수용된 증발가스 또는 빈 공간 측에 연통되어 마련되는 제2 배출구를 구비하는 선박의 가스 관리시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 제2 주입라인으로 유입되는 기체성분의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 더 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 기액 혼합상태의 가스흐름의 유속을 측정하는 감지부를 더 포함하고,
    상기 유량조절밸브는
    상기 감지부가 측정한 유속정보에 근거하여 상기 제2 주입라인으로 유입되는 기체성분의 유량을 조절하는 선박의 가스 관리시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 기액 혼합상태의 가스흐름의 기체성분 함량을 측정하는 감지부를 더 포함하고,
    상기 유량조절밸브는
    상기 감지부가 측정한 함량정보에 근거하여 상기 제2 주입라인으로 유입되는 기체성분의 유량을 조절하는 선박의 가스 관리시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부로 극저온의 냉열을 제공하는 냉매순환라인을 더 포함하는 선박의 가스 관리시스템.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100035223A (ko) 2008-09-26 2010-04-05 현대중공업 주식회사 이종연료 디젤엔진 추진기관을 사용하는 액화천연가스 운반선을 위한 연료공급시스템

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KR20100035223A (ko) 2008-09-26 2010-04-05 현대중공업 주식회사 이종연료 디젤엔진 추진기관을 사용하는 액화천연가스 운반선을 위한 연료공급시스템

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