KR20220163235A - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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KR20220163235A
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Abstract

본 발명에 따른 증발가스를 압축 및 냉각하는 가스 처리 시스템은 액화가스를 저장하는 복수의 저장탱크; 상기 저장탱크를 서로 연결하는 증기라인; 및 상기 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 상기 액화가스를 과냉시키는 서브쿨러를 포함하고, 상기 서브쿨러에 의해 과냉된 액화가스는 상기 저장탱크 내 증발가스를 냉각하고, 상기 저장탱크는 제1 저장탱크 및 제2 저장탱크를 포함하고, 상기 제1 저장탱크는 가스추진 선박으로부터 매니폴드 증기라인을 통해 증발가스를 전달받고, 상기 제2 저장탱크는 상기 제1 저장탱크로부터 증발가스를 전달받아 상기 증발가스를 액화할 수 있다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{Gas treatment system and ship having the same}
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG 운반선 등의 액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다.
이와 같이 극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 마련된 해상 구조물의 예로서는 액화가스 운반선 이외에도 LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 선박이나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit), LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading)와 같은 구조물 등을 들 수 있다.
LNG RV는 자력 항해 및 부유가 가능한 액화천연가스 운반선에 LNG 재기화 설비를 설치한 것이고, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 액화 천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화 천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 해상 구조물이다. 그리고, LNG FPSO는 채굴된 천연가스를 해상에서 정제한 후 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨 싣기 위해 사용되는 해상 구조물이다. 본 명세서에서 선박이란, LNG 운반선과 같은 액화가스 운반선, LNG RV 등을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 구조물까지도 모두 포함하는 개념이다.
한편, 벙커링(bunkering)은 벙커유로 알려진 선박 연료유를 저장 및 전송하는 것을 주로 의미하는데, LNG 사용이 늘어남에 따라 LNG 연료의 전송 및 공급 또한 벙커링에 포함된다. 선박의 연료공급에서, 대량의 연료를 해안으로부터 선박까지 연료로 전송하기 위해 벙커링 선박이나 다른 컨테이너에 임시 저장될 수 있고, 따라서 연료 공급은 도크 또는 다른 항만 시설로부터 직접 이루어지거나, 벙커링 선박에 의해 운반된 연료를 공급받아 이루어질 수도 있다.
천연가스의 액화온도는 -163℃이므로 벙커링 선박에서 LNG를 공급하거나 벙커링 선박으로 LNG를 하역하는 경우, 온도와 압력 등의 변화에 따라 다량의 증발가스(BOG, Boil off gas)가 발생한다. 이러한 증발가스는 다시 액체 상태로 회수되지 않는 한 연료의 손실이자 탱크 내부에 축적되면 탱크 내압을 과도하게 상승시키는 위험 요소가 된다. 따라서, LNG의 이송과정에서 발생하는 증발가스를 처리하는 시설을 갖추도록 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 벙커링 선박(bunkering vessel, BV)의 탱크 내부 압력과 온도를 낮춰 벙커링 시 증발가스 발생을 줄이는 포함하는 가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은 증발가스를 압축 및 냉각하는 가스 처리 시스템에 있어서, 액화가스를 저장하는 복수의 저장탱크; 상기 저장탱크를 서로 연결하는 증기라인; 및 상기 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 상기 액화가스를 과냉시키는 서브쿨러를 포함하고, 상기 서브쿨러에 의해 과냉된 액화가스는 상기 저장탱크 내 증발가스를 냉각하고, 상기 저장탱크는 제1 저장탱크 및 제2 저장탱크를 포함하고, 상기 제1 저장탱크는 가스추진 선박으로부터 매니폴드 증기라인을 통해 증발가스를 전달받고, 상기 제2 저장탱크는 상기 제1 저장탱크로부터 증발가스를 전달받아 상기 증발가스를 액화할 수 있다.
구체적으로, 상기 매니폴드 증기라인에는 증발가스 압축기 및 증발가스 쿨러가 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 서브쿨러는 제2 저장탱크의 증발가스를 냉각할 수 있다.
구체적으로, 상기 저장탱크 내에 구비되는 연료공급펌프를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박은, 상기 가스 처리 시스템을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 선박은 벙커링 선박일 수 있다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 벙커링 선박의 저장탱크로 증발가스를 전달하고, 벙커링 선박의 저장탱크의 내부 압력과 온도를 낮춰 상기 저장탱크 내 증발가스 기화율(BOR, Boil off rate)을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 처리 시스템을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 2은 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 처리 시스템을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 가스 처리 시스템을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징은 첨부된 도면들과 관련된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성 요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 LNG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발 가스는 기체 상태의 증발 가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스를 전달하는 과정에서 발생하는 증발가스를 벙커링 선박(BV)의 저장탱크(110)로 전달한다.
상기 증발가스는 가스추진 선박(GFS)에 마련된 연료탱크(미도시)로 액화가스를 전달하는 과정에서 발생된 것일 수 있다. 상기 가스추진 선박(GFS)은, 액화가스 운반선 외의 상선으로서 벌크선, 컨테이너 운반선, 광물 운반선 등의 선종일 수 있고, 연료탱크(미도시)에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 펌프, 압축기, 열교환기 등에 의해 압축/가압/가열 추진엔진으로 공급하는 설비를 구비할 수 있다.
가스 처리 시스템(1)은, 가스추진 선박(GFS)으로 액화가스 또는 증발가스를 로딩하거나 또는 상기 가스추진 선박(GFS)으로부터 액화가스 또는 증발가스를 언로딩하는 로딩부(210)를 이용하여 액화가스 또는 증발가스를 저장탱크(110)로 전달할 수 있다.
상기 액화가스는 벙커링 선박(BV)에 구비된 매니폴드(120)를 통해서 전달될 수 있다. 즉, 상기 로딩부(210)가 연결되는 액화가스라인(L3) 또는 증기라인(L4)은 매니폴드(120)가 연결되는 매니폴드 액화가스라인(Liquid) 또는 매니폴드 증기라인(Vapor)과 연결될 수 있다.
저장탱크(110)는 멤브레인 타입 또는 C 타입의 탱크이며, 저장탱크(110) 내에 마련되는 이송펌프(111)에 의해 액화가스가 저장탱크(110)와 가스추진 선박(GFS)을 연결하는 액화가스라인(L3)을 따라 가스추진 선박(GFS)으로 전달될 수 있다.
또한 가스 처리 시스템(1)은, 가스추진 선박(GFS)에 액화가스가 공급될 때 가스추진 선박(GFS)의 연료탱크(미도시) 내에서 발생하는 증발가스를 벙커링 선박(BV)으로 리턴시키는 증기라인(L4)을 포함한다. 증발가스를 벙커링 선박(BV)으로 리턴시켜 가스추진 선박(GFS)에서 발생하는 증발가스를 처리할 수 있다.
매니폴드(120)와 연결되는 매니폴드 증기라인(Vapor)에는 증발가스 압축기(121) 및 증발가스 쿨러(122)가 구비될 수 있다. 증발가스가 벙커링 선박(BV)에 리턴되는 경우, 상기 증발가스는 증발가스 압축기(121) 및 증발가스 쿨러(122)를 통해서 재액화될 수 있다. 액화된 증발가스는 응축라인(L2)을 통해 저장탱크(110)로 주입된다.
한편, 벙커링 선박(BV) 내에는 저장탱크(110)가 2개 이상 구비될 수 있다. 예를 들어, 저장탱크(110)는 2개로 구성되어, 제1 저장탱크(110 (a)) 및 제2 저장탱크(110 (b))로 구성될 수 있다. 제1 저장탱크(110 (a))는 매니폴드 증기라인(Vapor)을 통해 액화된 증발가스를 공급받을 수 있으며, 제2 저장탱크(110 (b))는 제1 저장탱크(110 (a))와 증기라인(L4)를 통해 연결될 수 있다. 이와 같이 저장탱크(110)는 서로 증기라인(L4)을 통해 연결되어, 저장탱크(110) 내의 증발가스가 저장탱크 사이에서 이동할 수 있으므로, 일부 저장탱크(110)의 압력이 과도하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2 저장탱크(110 (b))에는 연료공급펌프(112)가 구비될 수 있고, 상기 연료공급펌프(112)는 제2 저장탱크(110 (b)) 내 액화가스 과냉을 위한 펌프로 사용될 수 있다. 또한 액화가스 과냉을 위한 펌프로 이송펌프(111) 또는 별도의 펌프가 사용될 수 있다.
제2 저장탱크(110 (b))는 과냉라인(L1)을 통해 서브쿨러(123)로 액화가스를 전달하며, 상기 서브쿨러(123)에서 냉각된 액화가스는 응축라인(L2)을 통해 제2 저장탱크(110 (b))로 전달된다.
상기 서브쿨러(123)는 액화가스를 냉매로 과냉시킬 수 있으며, 과냉되는 액화가스의 온도는 대기압에서 액화가스의 비등점(-163℃)보다 낮은 온도(일례로 -170℃ 내외)일 수 있다.
상기 서브쿨러(123)로 액화가스를 과냉해 리턴하여 저장탱크(110) 내 증발가스를 액화하여 증발가스를 줄일 수 있으므로, 상기 서브쿨러(123)는 저장탱크(110)의 내압을 조절할 수 있다.
복수의 저장탱크(110)를 서로 연결하여 각각의 저장탱크(110)에서 압력이 과도하게 증가하는 것을 방지하며, 이와 동시에 서브쿨러(123)를 구비하여 상기 서브쿨러(123)가 증발가스를 냉각하도록 하여 저장탱크(110) 내 압력을 조절할 수 있다.
상기에서는 저장탱크(110)가 2개인 것으로 예를 들었으나, 저장탱크(110)의 수는 이에 제한되지 않는다.
냉매의 공급 및 냉각을 위해서, 냉매 공급부, 냉매 압축기, 냉매 쿨러, 냉매 팽창기 등을 별도로 구비할 수 있다.
벙커링 선박(BV)은 벙커링을 하기 위한 정박 상태에서 증발가스 압축기(121), 증발가스 쿨러(122) 및 이송펌프(111) 등을 가동하기 위하여 비교적 큰 전력 확보가 필요하므로, 정박 시 발전엔진(130)이 가동되어야 한다. 이때 발전엔진(130)은 증기라인(L4)과 연결되는 증발가스 소비라인(L5)을 통해 증발가스를 공급받아 소비할 수 있다.
발전엔진(130)은 저장탱크(110)로부터 연료공급펌프(112), 기화기(131)를 거친 액화가스를 공급받아 소비할 수 있다. 또한, 발전엔진(130)은 가스추진 선박(GFS)로부터 증발가스를 공급받을 수 있고, 상기 증발가스는 증발가스 소비라인(L5)에 구비된 엔진압축기(132)에 의해 압축될 수 있다.
발전엔진(130)이 가동되지 못하는 경우 등의 상황에서 저장탱크(110)의 증발가스를 소비하기 위해 증발가스 소비라인(L5)은 가스연소장치(140)(또는 보일러 등)에 추가로 연결될 수 있다.
증기라인(L4)을 통해 리턴되는 증발가스 역시 발전엔진(130) 등의 연료로 사용될 수 있으며, 이때 증기라인(L4)은 증발가스 압축기(121)의 상류로 연결될 수 있지만 이로 한정하는 것은 아니다.
도 2은 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 2를 참고하면, 가스추진 선박(GFS)에 액화가스를 일부 주입하여 연료탱크(미도시)의 온도를 낮추는 과정(쿨다운)에서, 가스추진 선박(GFS)에서 발생한 증발가스를 벙커링 선박(BV)의 가스연소장치(140) 또는 저장탱크(110)로 전달하여 처리할 수 있다.
저장탱크(110)내에 구비된 연료공급펌프(112)는 액화가스라인(L3) 및 매니폴드 액화가스라인(Liquid)을 통해 가스추진 선박(GFS)에 액화가스를 공급할 수 있다. 연료탱크(미도시)에 연료를 로딩할 때 연료탱크(미도시)의 온도가 높으면 발생되는 증발가스가 많아지기 때문에, 연료탱크(미도시)의 온도를 낮춰 증발가스의 발생량을 줄이기 위해 저온의 액화가스를 연료탱크(미도시)로 전달하는 것이다.
연료탱크(미도시)에 액화가스가 전달되면 증발가스가 발생하게 되는데, 상기 증발가스를 벙커링 선박(BV)에서 처리한다.
복수의 저장탱크(110)를 서로 연결하여 각각의 저장탱크(110)에서 압력이 과도하게 증가하는 것을 방지하며, 이와 동시에 서브쿨러(123)를 구비하여 상기 서브쿨러(123)가 증발가스를 냉각하도록 하여 저장탱크(110) 내 증발가스를 줄이고 저장탱크(110)의 압력을 조절할 수 있다.
가스추진 선박(GFS)에서 전달되는 증발가스는 벙커링 선박(BV)의 가스연소장치(140)로 공급될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 3를 참고하면, 쿨다운 이후, 가스추진 선박(GFS)에 액화가스를 공급하는데(로딩), 이때 발생한 증발가스를 벙커링 선박(BV)의 가스연소장치(140) 또는 저장탱크(110)로 전달하여 처리할 수 있다.
연료탱크(미도시)에 액화가스가 공급되면 증발가스가 발생하게 되는데, 상기 증발가스를 벙커링 선박(BV)에서 처리한다.
복수의 저장탱크(110)를 서로 연결하여 각각의 저장탱크(110)에서 압력이 과도하게 증가하는 것을 방지하며, 이와 동시에 서브쿨러(123)를 구비하여 상기 서브쿨러(123)가 증발가스를 냉각하도록 하여 저장탱크(110) 내 증발가스를 줄이고 저장탱크(110)의 압력을 조절할 수 있다.
가스추진 선박(GFS)에서 벙커링 선박(BV)로 전달되는 증발가스는 벙커링 선박(BV)의 가스연소장치(140)로 공급되어 처리될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 가스추진 선박으로부터 증발가스를 전달받아 상기 증발가스를 액화시키며, 상기 증발가스를 전달받은 저장탱크와 다른 탱크로 상기 증발가스를 전달하여 특정 저장탱크에서 압력이 과도하게 커지는 것을 막을 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
BV: 벙커링 선박 GFS: 가스추진 선박
1: 가스 처리 시스템
110, 110(a), 110(b): 저장탱크 111: 이송펌프
112: 연료공급펌프 120: 매니폴드
121: 증발가스 압축기 122: 증발가스 쿨러
123: 서브쿨러 130: 발전엔진
131: 기화기 132: 엔진압축기
140: 가스연소장치 210: 로딩부
L1: 과냉라인 L2: 응축라인
L3: 액화가스라인 L4: 증기라인
L5: 증발가스 소비라인 Liquid: 매니폴드 액화가스라인
Vapor: 매니폴드 증기라인

Claims (6)

  1. 증발가스를 압축 및 냉각하는 가스 처리 시스템에 있어서,
    액화가스를 저장하는 복수의 저장탱크;
    상기 저장탱크를 서로 연결하는 증기라인; 및
    상기 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 상기 액화가스를 과냉시키는 서브쿨러를 포함하고,
    상기 서브쿨러에 의해 과냉된 액화가스는 상기 저장탱크 내 증발가스를 냉각하고,
    상기 저장탱크는 제1 저장탱크 및 제2 저장탱크를 포함하고,
    상기 제1 저장탱크는 가스추진 선박으로부터 매니폴드 증기라인을 통해 증발가스를 전달받고,
    상기 제2 저장탱크는 상기 제1 저장탱크로부터 증발가스를 전달받아 상기 증발가스를 액화하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매니폴드 증기라인에는 증발가스 압축기 및 증발가스 쿨러가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브쿨러는 제2 저장탱크의 증발가스를 냉각하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장탱크 내에 구비되는 연료공급펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 선박은 벙커링 선박인 것을 특징으로 하는 선박.
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