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KR102342200B1 - 모듈형 벙커링 시스템 및 방법 - Google Patents

모듈형 벙커링 시스템 및 방법 Download PDF

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KR102342200B1
KR102342200B1 KR1020210082138A KR20210082138A KR102342200B1 KR 102342200 B1 KR102342200 B1 KR 102342200B1 KR 1020210082138 A KR1020210082138 A KR 1020210082138A KR 20210082138 A KR20210082138 A KR 20210082138A KR 102342200 B1 KR102342200 B1 KR 102342200B1
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KR
South Korea
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lng
storage means
bunkering
pump
lng storage
Prior art date
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KR1020210082138A
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정재호
박성진
박상기
이창현
Original Assignee
(주)한준에프알
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Publication date
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Abstract

본 발명은 액화가스 연료 선박에 액화가스 연료를 공급하는 모듈형 벙커링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 모듈형 벙커링 시스템은, 제1 LNG 가압수단을 포함하며, 적어도 2대 이상의 LNG 저장수단과 연결되는 제1 펌프 스키드; 제2 LNG 가압수단을 포함하며, 적어도 2대 이상의 LNG 저장수단과 연결되는 제2 펌프 스키드; LNG 연료선박과 연결되며, 상기 제1 펌프 스키드 및 제2 펌프 스키드 중 어느 하나 이상으로부터 이송받은 LNG를 상기 LNG 연료선박의 연료탱크로 공급하는 공급 스키드; 및 상기 제1 펌프 스키드, 제2 펌프 스키드 및 공급 스키드를 포함하며 표준 규격의 화물 컨테이너 크기로 제작되는 벙커링 모듈;을 포함하고, 상기 벙커링 모듈을 하나 이상 포함한다.

Description

모듈형 벙커링 시스템 및 방법 {Bunkering Module System and Bunkering Method for a Ship}
본 발명은 액화가스 연료 선박에 액화가스 연료를 공급하는 모듈형 벙커링 시스템 및 방법에 관한 것이다.
국제해사기구(International Maritime Organization) IMO 2020에 따라, 선박의 연료유에 대한 황 함유량 감축 규제가 강화되고 있고, 항만에서의 대기 오염 규제가 엄격해짐에 따라, LNG(Liquefied Natural Gas)를 연료로 사용하는 선박(LFS; LNG Fueled Ship)의 수요가 급증하고 있다.
LFS에는 LNG 연료를 저장하는 연료탱크가 구비되고, 선박이 운항 일정에 따라 정상적으로 운항할 수 있도록 반복적으로 연료탱크에 LNG를 채우는 작업(벙커링(bunkering))이 필요하다.
LNG 벙커링은, 운항 중에 LFS가 직접 벙커링 설비가 구비되어 있는 항구로 이동하여 실시하거나 또는 벙커링 선박을 통해 해상에서 실시할 수 있다.
LFS의 연료탱크에 LNG 연료를 채워주기 위한 LNG 벙커링 방법은 TTS(truck-to-ship) 방식과, PTS(pipe-to-ship) 방식, 그리고 STS(ship-to-ship) 방식 등이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2078587호 (2020.02.19.)
항구에서 실시되는 벙커링은, 육상에 설치된 벙커링 설비와 도크에 접안한 LFS를 연결한 후, LNG가 충전되어 있는 탱크로리로부터 LFS의 연료탱크로 LNG를 이송하는데, 시간적 효율성을 꾀하기 위하여, 화물의 상하역과 동시에 실시되는 것이 일반적이다. 최근에는 항구에 설치되는 상하역설비의 현대화로 인해 선박의 장시간 정박이 불필요해졌을 뿐 아니라, 용선료 등 경제적인 이유로 인해 장시간 정박은 기피되어야 하는 요소이다.
그러나 한 대의 탱크로리(약 33m3)로부터 출하 가능한 양은 약 30m3이고, 1대의 탱크로리로부터의 LFS의 연료탱크로의 LNG 이송에는 약 1시간이 소요되며, 중소형선인 150m3급 LFS의 경우, LNG 연료를 이송하는 데에만 5 내지 6시간이 소요된다. 1,600m3급 이상의 대형 LFS인 경우에는 더 많은 시간이 소요되므로 육상 벙커링보다는 해상에서의 STS 방식이 선호된다.
그뿐 아니라, 벙커링을 실시하기 위해서는, 벙커링 장비와 선박을 연결하기 위한 플랜징 작업이나 질소퍼징, 쿨다운 등 사전준비 및 대기시간이 소요되고, 이는 벙커링을 실시할 때마다 소요되며 LNG 연료의 실 선적시간과 거의 대등한 수준에 달한다.
본 발명의 발명자들은 기존의 LNG 벙커링 방법은 선적 시간과 준비시간에 장시간이 소요되어 비용과 시간적으로 불리하고, 선박의 운항 일정이 길어져 활용성이 떨어질 뿐 아니라, LFS의 크기(연료탱크의 용량)와 벙커링 양에 따라서 각각 다르게 적용되어야 한다는 문제점을 해결하고자 본 발명을 도출하였다.
따라서, 본 발명은, LFS 선박의 다양한 연료탱크 용량에도 적용할 수 있으면서도 단시간내에 벙커링을 완료할 수 있는, 듀얼 펌프식 MTTS(Multi-Truck-to-Ship) 모듈형 벙커링 시스템 및 방법을 제안하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 제1 LNG 가압수단을 포함하며, 적어도 2대 이상의 LNG 저장수단과 연결되는 제1 펌프 스키드; 제2 LNG 가압수단을 포함하며, 적어도 2대 이상의 LNG 저장수단과 연결되는 제2 펌프 스키드; LNG 연료선박과 연결되며, 상기 제1 펌프 스키드 및 제2 펌프 스키드 중 어느 하나 이상으로부터 이송받은 LNG를 상기 LNG 연료선박의 연료탱크로 공급하는 공급 스키드; 및 상기 제1 펌프 스키드, 제2 펌프 스키드 및 공급 스키드를 포함하며 표준 규격의 화물 컨테이너 크기로 제작되는 벙커링 모듈;을 포함하고, 상기 벙커링 모듈을 하나 이상 포함하는, 모듈형 벙커링 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 펌프 스키드는, 상기 LNG 저장수단으로부터 연료탱크로 LNG를 공급하기 위하여 상기 제1 LNG 가압수단을 연결하고, 상기 LNG 저장수단에 채워진 LNG가 모두 소진되면 연결을 해제시킬 수 있는 연결부;를 포함하고, 상기 연결부는, 상기 LNG 저장수단과 연결되는 공급 연결부; 및 스탠바이 상태에 있는 예비 연결부;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 예비 연결부는, 상기 공급 연결부에 연결된 LNG 저장수단으로부터 LNG 연료 선박으로 LNG를 공급하는 중에 새로운 LNG 저장수단과 연결되어 새로운 LNG 저장수단으로부터 LNG 연료 선박으로의 준비 작업을 실시하는 수단으로 사용되고, 상기 LNG 저장수단으로부터의 LNG 공급이 완료되면 연결된 새로운 LNG 저장수단으로부터 LNG 연료 선박으로 연속적으로 LNG를 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 LNG 가압수단은, 상기 2대 이상의 LNG 저장수단과 연료탱크의 압력을 동등하게 유지시키면서 상기 LNG 저장수단으로부터 LNG를 연료탱크로 보내는 제1 펌프; 및 상기 제1 펌프에 의해 가압된 LNG의 일부를 기화시켜 상기 LNG 저장수단으로 되돌려보내, 상기 LNG 저장수단과 연료탱크의 압력차를 발생시켜 상기 LNG 저장수단으로부터 LNG를 연료탱크로 보내는 빌드업 기화기;를 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 모듈형 벙커링 시스템과 LNG 연료 선박의 연료탱크를 연결하는 연결 단계; 상기 모듈형 벙커링 시스템을 이용하여 LNG 저장수단으로부터 연료탱크로 LNG를 벙커링하는 벙커링 단계; 및 상기 연료탱크와 연결된 LNG 저장수단으로부터 벙커링을 완료하는 완료 단계;를 포함하는, 모듈형 벙커링 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 완료 단계 이전에는, 상기 LNG 저장수단이 연결되지 않은 예비 연결부를 이용하여 질소 퍼징하는 단계; 상기 질소 퍼징 후, 상기 예비 연결부를 이용하여 쿨 다운하는 단계; LNG가 채워진 새로운 LNG 저장수단을 상기 예비 연결부를 통해 상기 벙커링 모듈과 연결하는 단계; 상기 벙커링이 완료된 LNG 저장수단과 상기 벙커링 시스템의 연결은 해제하고 상기 예비 연결부와 연결된 LNG 저장수단으로부터 LNG 연료 선박으로 LNG를 공급하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 모듈형 벙커링 시스템 및 방법은, 여러 대의 LNG 저장수단을 이용하여 동시에 연료탱크에 액화가스 연료를 선적할 수 있다.
또한, 예비 연결부를 이용하여 액화가스 연료를 이송하기 전에 미리 쿨다운을 실시할 수 있으므로, 선적 시간 및 벙커링을 위한 사전준비 시간을 줄여 벙커링 시간을 단축할 수 있어, 액화가스 연료 선박이 항구에 정박하는 시간을 줄이고, 선박의 활용도를 증대시킬 수 있다.
또한, 하나의 모듈당 2대 이상의 펌프를 구비하여, 벙커링이 중단되지 않고 연속적으로 실시할 수 있으며, 벙커링 시간이 단축되어 증발가스 발생을 억제할 수 있다.
또한, 벙커링 시스템을 표준 규격의 모듈형으로 제공함으로써, 운송수단을 이용하여 육상 및 해상으로 벙커링 시스템을 쉽게 이동시킬 수 있고, 따라서 육상은 물론 해상에서도 벙커링을 실시할 수 있다.
또한, 액화가스 연료 선박의 크기나 연료탱크 용량 및 항만 사정에 따라 벙커링 시스템의 증설 및 감축이 용이하여, 다양한 벙커링량에 대응할 수 있다.
또한, 펌프식 벙커링 방식에 빌드업 방식을 접목할 수 있어, 가스 발생을 억제할 수 있고 펌프를 안정적으로 운영할 수 있다.
또한, 한 장소에서 여러 대의 탱크로리를 이용하여 벙커링을 실시할 경우, 탱크로리와 선박을 연결하는 라인이 복잡하여 위험하다는 문제점이 있었으나, 본 발명에 따르면 벙커링 시스템을 모듈형으로 제공함으로써, 컴팩트한 스키드 설계 제작으로 복잡한 항만에서 안전공간을 확보하기에 용이하고, 비용을 최소화하고 운영의 편의성을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 벙커링 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야 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, 액화가스 및 액화가스에서 발생하는 증발가스를 추진용 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스 또는 증발가스를 선내 기관의 연료로 사용하는 모든 종류의 액화가스 연료 선박(LFS)으로, 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 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, 본 발명에서 액화가스는, 엔진의 연료로 사용될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서 엔진은, 선박에 사용되는 엔진 중 이중연료로서 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 가스연료 엔진일 수 있으며, 고압가스 분사엔진, 중압가스 분사엔진 및 저압가스 분사엔진 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 벙커링 시스템 및 방법을 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 벙커링 시스템은, 벙커링 모듈(MD) 내에, 제1 펌프(120)를 이용하여 적어도 2대 이상의 LNG 저장수단(R1, R2)으로부터 LNG를 배출시켜 가압하는 제1 펌프 스키드(100)와, 제2 펌프(220)를 이용하여 적어도 2대 이상의 LNG 저장수단(I1, I2)으로부터 LNG를 배출시켜 가압하는 제2 펌프 스키드(200)와, 제1 펌프(120) 및 제2 펌프(220) 중 어느 하나 이상에 의해 가압된 LNG를 LFS 선박(S)의 연료탱크(T)로 이송하는 공급 스키드(300)를 포함한다.
본 실시예에서 제1 펌프(120) 및 제2 펌프(220)는 원심펌프일 수 있다.
본 실시예에서 제1 펌프 스키드(100), 제2 펌프 스키드(200) 및 공급 스키드(300)는, LNG 저장수단(R1, R2, I1, I2)으로부터 연료탱크(T)로 유체가 이송 가능하도록 경로를 제공하는 각종 배관 또는 플렉시블 호스들과, 다수의 밸브와, 유체의 이송을 제어하기 위한 다수의 압력측정부 및 압력신호전송부(PT)와 같은 제어수단들을 포함한다.
제1 공급라인(L1a), 제 공급라인(L2a) 등 벙커링 모듈(MD) 내에 설치되는 각 라인들은 배관 또는 플렉시블 호스일 수 있고, 단열 처리되어 있을 수 있다.
본 실시예에서 벙커링 모듈(MD)에 설치되는 각 라인들의 사용 온도 범위는 -196 내지 60℃일 수 있고, 제1 펌프(210) 및 제2 펌프(220)는 극저온용 펌프일 수 있다.
또한, 본 실시예에서 벙커링 모듈(MD)에 포함되는 각 배관 또는 플렉시블 호스들은, LNG 저장수단(R1, R2, I1, I2)의 내압을 상승시키기 위한 빌드업 목적의 배관(L5, L6)이나, 펌프(120, 220)의 흡입압력 등을 제어하기 위한 재순환 라인(도면부호 미부여) 등 제어 목적의 일부 배관들을 제외하고는, 모두 LNG 저장수단(R1, R2, I1, I2)으로부터 LFS 선박(S)의 연료탱크(T)로 향하며, 연료탱크(T)로부터 본 실시예의 벙커링 모듈(MD) 측으로 유체가 회수되도록 형성되는 라인은 존재하지 않는다.
LFS 선박(S)의 연료탱크(T)는 주로 C 타입의 압력탱크가 적용된다. 연료탱크(T) 측에서 생성되는 증발가스나 플래시 가스 등은 LFS 선박 내에서 처리되고 벙커링 모듈(MD) 측으로 회수되지 않으며, 벙커링 모듈(MD)에서 측에서 생성되는 가스는 벙커링 모듈(MD)이 설치되는 육상이나 선박의 벤트 마스트 등 증발가스 처리 시스템에서 처리된다.
또한, 본 실시예에서 밸브나 압력 측정부 등 모든 제어설비(계전설비)는 국제규격 및 국제법규의 방폭기준과 누설요구 수준을 충족하도록 구비될 수 있다.
한편, 도 1에는 본 실시예의 제1 펌프 스키드(100) 및 제2 펌프 스키드(200)가 각각 2개의 LNG 저장수단과 연결되어, 펌프(120, 220)가 각각 2대의 LNG 저장수단으로부터 이송되는 LNG를 가압하여 공급 스키드(300)로 공급하는 것을 예로 들어 도시되어 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 제1 펌프 스키드(100)와 제2 펌프 스키드(200)는 각각 2대 이상의 저장수단과 연결될 수 있을 것이다.
다만, 펌프(120, 220)는 항구에서 허용 가능한 수준의 용량의 것으로 채용되며, 펌프 스키드(100, 200)와 연결되는 LNG 저장수단의 수는 펌프(120, 220)의 용량이나 허용 가능한 유속에 따라 3대 이상이 될 수도 있을 것이다.
본 실시예에서 제1 펌프(120) 및 제2 펌프(220)의 용량 범위는 40 내지 130 m3/hr, 또는 40 내지 200m3/hr일 수 있고, ISO 코드인 배관의 직경 4인치를 기준으로 유체의 유속이 12m/s가 되도록 채택되는 것일 수 있으나, ISO 코드를 만족하면서도 벙커링 모듈(MD)의 경량화를 위해, 배관 무게를 최소화하기 위하여, 바람직하게는 유체의 유속이 8m/s가 되도록 채택될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 최대 1회 벙커링 양은 800m3, 최대 1회 벙커링 시간은 4시간일 수 있다.
본 실시예에서 LNG 저장수단은, 탱크로리(R1, R2), ISO(International Standardizing Organization) 규격의 LNG 탱크 컨테이너(I1, I2)와 같이 육상이나 해상용 운송수단에 의해 운반될 수 있는 것일 수 있고, 또는 고정 설치형 탱크일 수도 있다.
도 1에서는 제1 펌프 스키드(100)에는 2대의 탱크로리(R1, R2)가 연결되고, 제2 펌프 스키드(200)에는 2대의 LNG 탱크 컨테이너(I1, I2)가 연결되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 제1 펌프 스키드(100)와 제2 펌프 스키드(200)에는 같은 종류의 LNG 저장수단이 연결될 수도 있고, 서로 다른 종류의 LNG 저장수단이 연결될 수도 있다.
본 실시예의 제1 펌프 스키드(100)는, LNG가 충전되어 있는 LNG 저장수단, 즉 본 실시예에서 2대의 탱크로리(R1, R2)와 각각 연결 및 해제 가능하도록 구비되는 제1 공급 연결부(C1a) 및 제2 공급 연결부(C2a)와, 제1 기화 연결부(C1b) 및 제2 기화 연결부(C2b)를 포함한다.
또한, 제2 펌프 스키드(200)는, LNG가 충전되어 있는 LNG 저장수단, 즉 본 실시예에서 2대의 탱크 컨테이너(I1, I2)와 각각 연결 및 해제 가능하도록 구비되는 제3 공급 연결부(C3a) 및 제4 공급 연결부(C4a)와, 제3 기화 연결부(C3b) 및 제4 기화 연결부(C4b)를 포함한다.
제1 공급 연결부(C1a)는 제1 펌프(120)와 제1 공급라인(L1a)에 의해 연결되고, 제2 공급 연결부(C2a)는 제1 펌프(120)와 제2 공급라인(L2a)에 의해 연결되며, 제3 공급 연결부(C3a)는 제2 펌프(220)와 제3 공급라인(L3a)에 의해 연결되고, 제4 공급 연결부(C4a)는 제2 펌프(220)와 제4 공급라인(L4a)에 의해 연결된다.
예를 들어, 제1 공급 연결부(C1a)가 제1 탱크로리(R1)와 연결되면 제1 탱크로리(R1)로부터 배출되는 유체, 즉 LNG는 제1 공급라인(L1a)을 따라 제1 펌프(120)로 이송되고, 제2 공급 연결부(C2a)가 제2 탱크로리(R1)와 연결되면 제2 탱크로리(R2)로부터 배출되는 LNG는 제2 공급라인(L2a)을 따라 제1 펌프(120)로 이송될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 펌프 스키드(100)는, 제1 공급라인(L1a) 및 제2 공급라인(L2a), 그리고 후술하는 제7 공급라인(L7)과 연결되고, 제1 공급라인(L1a)을 통해 제1 탱크로리(R1)로부터 이송된 LNG와 제2 공급라인(L2a)을 통해 제2 탱크로리(R2)로부터 이송된 LNG를 하나의 흐름으로 통합하는 매니폴드인 제1 통합부(M1)와, 제1 통합부(M1)와 제1 펌프(120)를 연결하는 제7 공급라인(L7)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 펌프 스키드(100)는, 제1 펌프(120)에 의해 가압된 LNG 흐름 중 일부를 기화시켜 제1 탱크로리(R1) 및 제2 탱크로리(R2) 중 어느 하나 이상으로 재공급하는 제1 빌드업 기화기(110)를 더 포함한다.
제1 펌프(120)에 의해 가압된 LNG 중 일부는, 제1 펌프(120)의 하류에서 제7 공급라인(L7)으로부터 분기되어 제1 빌드업 기화기(110)로 연결되는 제5 기화라인(L5)을 따라 제1 빌드업 기화기(110)로 이송된다.
제1 빌드업 기화기(110)에서 기화된 천연가스는, 제1 빌드업 기화기(110)와 제1 기화 연결부(C1b)를 연결하는 제1 기화라인(L1b)과 제1 빌드업 기화기(110)와 제2 기화 연결부(C2b)를 연결하는 제2 기화라인(L2b)을 통해 제1 탱크로리(R1)와 제2 탱크로리(R2) 중 어느 하나 이상으로 재공급될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 빌드업 기화기(110)에 의해, 탱크로리(R1, R2)의 내압을 높여줌으로써, 탱크로리(R1, R2)로부터 공급 스키드(300)로의 유체 흐름이 원활하게 이루어지도록 할 수 있고, 제1 펌프(120)의 흡입압력을 안정적으로 유지시킬 수 있다.
마찬가지로, 제3 공급 연결부(C3a)가 제1 탱크 컨테이너(I1)와 연결되면 제1 탱크 컨테이너(I1)로부터 배출되는 LNG는 제3 공급라인(L3a)을 따라 제2 펌프(220)로 이송될 수 있고, 제4 공급 연결부(C4a)가 제2 탱크 컨테이너(I2)와 연결되면 제2 탱크 컨테이너(I2)로부터 배출되는 LNG는 제4 공급라인(L4a)을 따라 제2 펌프(220)로 이송될 수 있다.
또한, 제2 펌프 스키드(200)는, 제3 공급라인(L3a) 및 제4 공급라인(L4a), 그리고 후술하는 제8 공급라인(L8)과 연결되고, 제3 공급라인(L3a)을 통해 제1 탱크 컨테이너(I1)로부터 이송된 LNG와 제4 공급라인(L4a)을 통해 제2 탱크 컨테이너(I2)로부터 이송된 LNG를 하나의 흐름으로 통합하는 매니폴드인 제2 통합부(M2)와, 제2 통합부(M2)와 제2 펌프(220)를 연결하는 제8 공급라인(L8)을 더 포함할 수 있다.
제2 펌프 스키드(100)는, 제2 펌프(220)에 의해 가압된 LNG 흐름 중 일부를 기화시켜 제1 탱크 컨테이너(I1) 및 제2 탱크 컨테이너(I2) 중 어느 하나 이상으로 재공급하는 제2 빌드업 기화기(210)를 더 포함한다.
제2 펌프(220)에 의해 가압된 LNG 중 일부는, 제2 펌프(220)의 하류에서 제8 공급라인(L8)으로부터 분기되어 제2 빌드업 기화기(210)로 연결되는 제6 기화라인(L6)을 따라 제2 빌드업 기화기(210)로 이송된다. 제2 빌드업 기화기(210)에서 기화된 천연가스는, 제2 빌드업 기화기(210)와 제3 기화 연결부(C3b)를 연결하는 제3 기화라인(L3b)과 제2 빌드업 기화기(210)와 제4 기화 연결부(C4b)를 연결하는 제4 기화라인(L4b)을 통해 제1 탱크 컨테이너(I1)와 제2 탱크 컨테이너(I2) 중 어느 하나 이상으로 재공급될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제2 빌드업 기화기(210)에 의해, 탱크 컨테이너(I1, I2)의 내압을 높여줌으로써 탱크 컨테이너(I1, I2)로부터 공급 스키드(300)로의 유체 흐름이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 제1 펌프 스키드(100)는 제1 펌프(120) 하류의 제7 공급라인(L7)으로부터 분기되어 제1 펌프(120) 상류의 제7 공급라인(L7)으로 합류되는 제1 재순환 라인(도면부호 미부여)을 더 포함할 수 있고, 제2 펌프 스키드(200)는 제2 펌프(220) 하류의 제8 공급라인(L8)으로부터 분기되어 제2 펌프(220) 상류의 제8 공급라인(L8)으로 합류되는 제2 재순환 라인(도면부호 미부여)를 더 포함할 수 있다.
전력이 공급되지 않는 등 제1 펌프(120)와 제2 펌프(220)를 사용할 수 없거나, 펌프식 벙커링이 불가능한 상황이 발생하면, 제어부는 제1 재순환 라인에 구비되는 제1 재순환 밸브와 제2 재순환 라인에 구비되는 제2 재순환 밸브 중 어느 하나 이상을 개방하여, 차압식 선적이 가능하도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 필요에 따라서, 빌드업 기화기(110, 210)를 이용하여 일부의 LNG를 기화시켜 이때 생기는 압력으로 수두 차이와 손실 수두를 극복하고 LFS 선박(S)으로 LNG를 벙커링하는 빌드업 방식과, 펌프(120, 220)를 이용한 펌프식 방식을 선택적으로 활용할 수 있다.
한편, 제5 공급라인(L5)과 제6 공급라인(L6)을 연결하는 제10 공급라인(L10)에 의해 연결되어, 제5 공급라인(L5)과 제6 공급라인(L6) 사이의 유체 흐름을 허용할 수 있다.
예를 들어, 제1 펌프(120)를 정상적으로 운전할 수 없는 경우, 제10 공급라인(L10)에 구비된 밸브를 개방하여 제2 펌프(220)에 의해 가압된 LNG 흐름이 제1 기화기(110)로 공급되도록 할 수 있다.
도 1에는 제10 공급라인(L10)이 제1 펌프(120)와 제2 펌프(220) 하류에서 제5 공급라인(L5)과 제6 공급라인(L6)을 연결하도록 도시되어 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 제10 공급라인(L10)은 제1 펌프(120)와 제2 펌프(220) 중 어느 하나를 사용할 수 없는 경우 작동 가능한 나머지 하나의 펌프(120, 220)를 이용하여 LNG를 가압하고 일부의 흐름을 빌드업 기화기(110, 210)로 공급할 수 있도록 연결될 수 있다.
일반적으로 LNG의 하역 작업 시, 트레일러에는 기화기가 장착되어 있다. 트레일러에 장착되어 있는 기존의 기화기로 목표압력, 예를 들어 약 7kg/cm2 을 충족시킬 수 있다면, 본 실시예의 빌드업 기화기(110, 210)는 생략이 가능하다.
본 실시예에 따른 공급 스키드(300)는, 제1 펌프 스키드(100)와 제2 펌프 스키드(200)로부터 이송된 LNG의 흐름을 하나의 흐름으로 통합하는 매니폴드인 제3 통합부(M3)와, LNG 벙커링이 필요한 LFS 선박(S)의 연료탱크(T)와 연결 및 해제 가능하도록 구비되는 제5 연결부(C5)를 포함하며, 제3 통합부(M3)와 제5 연결부(C5)는 제9 공급라인(L9)에 의해 연결된다.
제9 공급라인(L9)을 따라 제3 통합부(M3)로부터 배출되어 LFS 선박(S)으로 향하는 LNG 흐름은, 제5 연결부(C5)와 LFS 선박(S)의 연료탱크(T)를 연결하는 연료 공급라인(LL)을 따라 연료탱크(T)에 저장된다.
제9 공급라인(L9)에는 유량계(310)가 설치될 수 있으며, 제3 통합부(M3)로부터 연료탱크(T)로 이송되는 LNG의 유량을 측정할 수 있다.
제1 탱크로리(R1)와 제2 탱크로리(R2)에 채워진 LNG가 모두 소진되는 등 더 이상 제1 탱크로리(R1)와 제2 탱크로리(R2) 중 어느 하나 이상으로부터 제1 펌프(120)로 LNG를 이송할 수 없는 경우, 각 공급 연결부(C1a, C2a) 및 각 기화 연결부(C1b, C2b)와의 연결을 해제하고, LNG가 채워진 새로운 탱크로리와 연결하여 공급을 개시할 수 있다.
마찬가지로, 제1 탱크 컨테이너(I1)와 제2 탱크 컨테이너(I2)에 채워진 LNG가 모두 소진되는 등 더이상 제1 탱크 컨테이너(I1)와 제2 탱크 컨테이너(I2) 중 어느 하나 이상으로부터 제2 펌프(220)로 LNG를 이송할 수 없는 경우, 각 공급 연결부(C3a, C4a) 및 각 기화 연결부(C3b, C4b)와의 연결을 해제하고, LNG가 채워진 새로운 탱크 컨테이너와 연결하여 공급을 개시할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 펌프 스키드(100)에는, 제1 통합부(M1)와 제1 예비라인(L1r)에 의해 연결되며 LNG 저장수단과 연결 및 해제가 가능한 제1 예비 연결부(C1r) 및 제1 통합부(M1)와 제2 예비라인(L2r)에 의해 연결되며 LNG 저장수단과 연결 및 해제가 가능한 제2 예비 연결부(C2r)가 구비된다.
또한, 제2 펌프 스키드(200)에도, 제2 통합부(M2)와 제3 예비라인(L3r)에 의해 연결되며 LNG 저장수단과 연결 및 해제가 가능한 제3 예비 연결부(C3r) 및 제2 통합부(M2)와 제4 예비라인(L4r)에 의해 연결되며 LNG 저장수단과 연결 및 해제가 가능한 제4 예비 연결부(C4r)가 구비된다.
도면에 도시되어 있지는 않지만, 제1 내지 제4 예비 연결부(C1r, C2r, C3r, C4r)는, 상술한 제1 내지 제4 공급 연결부(C1a, C2a, C3a, C4a)에 각각 대응하는 예비 연결부와, 상술한 제1 내지 제4 기화 연결부(C1b, C2b, C3b, C4b)에 각각 대응하는 예비 연결부를 모두 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따르면, 제1 펌프 스키드(100) 및 제2 펌프 스키드(200)는 동시에 4대, 최대 8대의 LNG 저장수단과 연결될 수 있고, 제1 펌프(210)와 제2 펌프(220)는 동시에 4대, 최대 8대의 LNG 저장수단으로부터 LNG를 공급받아 제3 통합부(M3)로 이송할 수 있다.
특히, 본 실시예에서 예비 연결부(C1r, C2r, C3r, C4r)는 본 실시예에 따른 벙커링 모듈(MD)로부터 LFS 선박(S)으로의 LNG 공급이 연속적으로 이루어질 수 있도록 하는 수단으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서 4대의 LNG 저장수단(R1, R2, I1, I2)이 모두 각각 공급 연결부(C1a, C2a, C3a, C4a)와 연결되어 LFS 선박(S)으로 LNG를 공급중일 때, LNG가 채워진 새로운 LNG 저장수단을 예비 연결부(C1r, C2r, C3r, C4r)와 연결하여 LFS 선박(S)으로 LNG를 공급해주기 전에 필요한 쿨 다운 등 일련의 작업들을 미리 실시하여, 공급 연결부(C1a, C2a, C3a, C4a)와 연결되어 있는 LNG 저장수단(R1, R2, I1, I2)으로부터의 LNG 공급이 완료되면, 곧바로 이어서 예비 연결부(C1r, C2r, C3r, C4r)와 연결된 LNG 저장수단으로부터 LFS 선박(S)으로 LNG를 공급해줄 수 있다.
제1 펌프 스키드(100)에서, 제1 공급 연결부(C1a)와 제2 공급 연결부(C2a)에 각각 LNG 저장수단이 연결되어 연료탱크(T)로 벙커링을 실시하고 있을 때, 제1 예비 연결부(C1r) 및 제2 예비 연결부(C2r)를 이용하여 제1 예비라인(L1r) 및 제2 예비라인(L2r) 등 제1 펌프 스키드(100)의 질소 퍼징과 쿨-다운 등 공급 준비 작업을 실시하고, 제1 공급 연결부(C1a)와 제2 공급 연결부(C2a)와 연결된 LNG 저장수단으로부터의 공급이 끝난 후, 새로운 LNG 저장수단은 제1 예비 연결부(C1r) 및 제2 예비 연결부(C2r)와 연결되어 연료탱크(T)로 연속적으로 LNG 연료를 공급해줄 수 있다.
이때, 제1 공급 연결부(C1a)와 제2 공급 연결부(C2a)와 LNG 저장수단과의 연결이 해제되면, 제1 공급 연결부(C1a)와 제2 공급 연결부(C2a)를 통해 공급 준비 작업을 실시한 후, 제1 예비 연결부(C1r)와 제2 예비 연결부(C2r)를 통한 연료공급이 끝나면 새로운 LNG 저장수단이 제1 공급 연결부(C1a)와 제2 공급 연결부(C2a)에 연결되어 연속적으로 LNG 연료를 공급할 수 있다.
본 실시예의 예비 연결부(C1r, C2r, C3r, C4r)는 공급 연결부(C1a, C2a, C3a, C4a)를 이용하여 LNG 벙커링을 실시할 때 스탠바이 상태에 두어, 벙커링 사전 준비 작업과 대기시간을 없애거나 단축할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 제1 예비 연결부(C1r)와 제2 예비 연결부(C2r)를 구비함으로써, 벙커링 작업과 질소 퍼징이나 쿨-다운과 같은 연료 공급 준비 작업을 동시에 실시할 수 있어 벙커링을 연속적으로 빠르게 실시할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 제1 예비 연결부(C1r), 제2 예비 연결부(C2r), 제3 예비 연결부(C3r) 및 제4 예비 연결부(C4r)는 제1 공급 연결부(C1a), 제2 공급 연결부(C2a), 제3 공급 연결부(C3a) 및 제4 공급 연결부(C4a)의 리던던시로서의 역할을 할 수도 있고, 유지보수의 목적으로 사용될 수도 있을 것이다.
또한, 벙커링 모듈(MD) 내에 설치되는 각 라인들과 제1 병합부(M1), 제2 병합부(M2) 및 제3 병합부(M3)에는 퍼징(purging)용 질소를 공급하기 위한 퍼징부(도면부호 미부여)가 구비될 수 있다.
또한, 본 실시예의 제7 공급라인(L7)의 제1 펌프(120)의 상류에는 제1 안전밸브(EV1)가 구비되고 제8 공급라인(L8)의 제2 펌프(220)의 상류에는 제2 안전밸브(EV2)가 구비될 수 있다.
제1 안전밸브(EV1) 및 제2 안전밸브(EV2)는 비상용 셧다운 밸브일 수 있으며, 도시하지 않은 제어부를 이용하여 제1 펌프(120)의 토출압력과 제2 펌프(220)의 토출압력을 측정하고, 압력 측정값이 설정값 이상으로 높아지는 경우, 자동으로 제1 안전밸브(EV1) 및 제2 안전밸브(EV2)를 이용하여 차단할 수 있다. 제1 안전밸브(EV1) 및 제2 안전밸브(EV2)는 비상 시에는 수동으로 차단할 수도 있도록 구비된다.
ISO 코드에서(ISO 20519 5.4.5)는　펌프의 토출 유량이　150m3/hr　이하일 경우ERS(Emergency Response Service) 및 ESD(Emergency Shut-Down) Link system을　생략하고 운전할 수 있다고 규정하고 있으나, 본 실시예에서는　제1　안전밸브(EV1)　및 제2　안전밸브(EV2)를 포함하여 다양한 유량에 대응할 수 있도록 하였다.
본 실시예의 벙커링 모듈(MD)은 동시에 여러대의 LNG 저장수단(R1, R2, I1, I2)과 접속하여 LFS 선박(S)으로의 벙커링 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 벙커링 모듈(MD)은 하나 이상 구비될 수 있고, 벙커링 모듈(MD) 내에 펌프 스키드(100, 200)는 둘 이상 구비될 수 있으므로, LFS 선박(S)의 연료탱크(T)의 용량이나, 본 실시예에 따른 벙커링 시스템이 구비되는 장소(항구나 선박)의 상황에 따라 벙커링 용량을 자유롭게 증감할 수 있다.
한편, 벙커링 시스템은 LFS 선박(S)의 연료탱크(T) 용량에 따라 서로 다른 방식이 적용되는 것이 효과적이다.
150m3미만급 소형 선박의 경우, 기화기를 이용한 빌드업 방식의 차압식 TTS(truck-to-ship) 방식이 효과적이고, 150 내지 1,600m3급 중형 선박의 경우에는, 펌프를 이용한 TTS 방식이 효과적이며, 1,600m3 이상급 대형, 초대형선 선박의 경우에는 STS(ship-to-ship) 방식이 효과적인 것으로 알려져있다.
본 실시예에 따르면, 필요에 따라서, 일부의 LNG를 기화시켜 이때 생기는 압력으로 수두 차이와 손실 수두를 극복하고 LFS 선박(S)으로 LNG를 벙커링하는 빌드업 방식과 펌프를 이용한 펌프식 방식을 모두 활용할 수 있으므로, 선박의 연료탱크의 타입에 관계없이 모든 종류의 LFS 선박으로 LNG 벙커링을 실시할 수 있다.
유체의 압력이 높을수록 포화온도는 증가하므로, LNG의 압력이 높을수록 BOG의 발생은 억제된다. LNG 저장수단(R1, R2, I1, I2)의 LNG 액면 압력이 LFS 선박(S)의 연료탱크(T)의 LNG 액면 압력보다 높아지면 수두 차이가 증가하고, 이를 극복하기 위해 LNG 저장수단의 LNG 액면 압력을 증가시켜야 하는데, LNG 저장수단이 견딜 수 있는 설계압력에는 한계가 있고, 연료탱크의 LNG 액면 압력은 상대적으로 작으므로 포화온도가 낮아 결국 증발가스 발생량이 증가하게 된다. 이 현상은 LFS 선박이 대형일수록 더 극대화된다. 선내 탱크에서 증발가스는 대기로 방출하는 등 자체 처리해야 하는데 선박이 대형이면 그 양도 많아져 최근 규제가 강해지는 추세인 선박의 오염물질 배출 규제인 Emsission Zero 요구를 충족할 수 없게 된다.
즉, 벙커링 시스템이 차압식으로만 구비된다면 대형 선박에 LNG를 벙커링해주는데 제한적이다.
한편, 원심펌프(120, 220)를 이용한 펌프식 벙커링은, 일반적으로 증발가스의 대기 방출을 방지하기 위하여, LFS 선박(S)의 연료탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 벙커링 시스템의 LNG 저장수단(R1, R2, I1, I2)으로 회수하고, 원심펌프의 펌프 양정으로 수두 차이와 손실 수두를 극복하여 연료탱크로 벙커링하는 방식이다.
즉, 이 방식의 경우 LNG 저장수단의 LNG 액면 압력과 연료탱크의 LNG 액면 압력은 거의 동등하다. 이 방식의 경우, 여전히 LNG의 일부를 기화시켜 LNG 저장수단 내의 압력을 높이는 빌드업 공정이 필요하지만, 빌드업 공정에 의한 압력 증가는, 증발가스 발생량 억제와, 원심펌프(120, 220)의 흡입압력을 유지시켜 공동현상을 방지하기 위한 용도이다. 그렇긴 하지만 결과적으로 연료탱크의 LNG 압력이 상대적으로 높아지게 되므로 결국 증발가스의 발생을 억제하게 되고, 연료탱크로부터 증발가스를 대기로 방출하지 않으므로 Emission Zero 요구를 충족할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 차압식 방식과 펌프식 방식을 선택적으로 이용할 수 있도록 빌드업 기화기(110, 210)와 원심펌프(210, 220)를 모두 구비하되, 빌드업 기화기(110, 210)에 의해 원심펌프(210, 220)의 흡입압력을 충족시키는 등 펌프 운전의 안정화를 도모할 수 있고, 전체 계통의 압력을 충분히 유지할 수 있으며, 벙커링 중에 증발가스의 발생도 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 빌드업 기화기(110, 210)를 구비함으로써, ISO 규격의 탱크 컨테이너(I1, I2)를 활용할 수 있다.
또한, 본 실시예의 벙커링 모듈(MD)은, 20ft 표준 컨테이너 규격으로 제작되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 본 실시예의 벙커링 모듈(MD)은, 육상 및 해상의 운송 수단의 규격에 맞아 이동이 수시로 가능하여 이동성을 극대화시킬 수 있고, 부피와 무게의 경량화 및 컴팩트화 설계가 가능하다.
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 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 제1 펌프 스키드 200 : 제2 펌프 스키드
C1a : 제1 공급 연결부 C3a : 제3 공급 연결부
C2a : 제2 공급 연결부 C4a : 제4 공급 연결부
C1b : 제1 기화 연결부 C3b : 제3 기화 연결부
C2b : 제2 기화 연결부 C4b : 제4 기화 연결부
C1r : 제1 예비 연결부 C3r : 제3 예비 연결부
C2r : 제2 예비 연결부 C4r : 제4 예비 연결부
110 : 제1 빌드업 기화기 210 : 제2 빌드업 기화기
120 : 제1 펌프 220 : 제2 펌프
M1 : 제1 통합부 M2 : 제2 통합부
EV1 : 제1 안전밸브 EV2 : 제2 안전밸브
300 : 공급 스키드 MD : 벙커링 모듈
C5 : 제5 연결부 R1, R2, I1, I2 : LNG 저장수단
M3 : 제3 통합부 S : LFS 선박
310 : 유량계 T : 연료탱크

Claims (6)

  1. 제1 LNG 가압수단을 포함하며, 적어도 2대 이상의 LNG 저장수단과 연결되는 제1 펌프 스키드;
    제2 LNG 가압수단을 포함하며, 적어도 2대 이상의 LNG 저장수단과 연결되는 제2 펌프 스키드;
    LNG 연료선박과 연결되며, 상기 제1 펌프 스키드 및 제2 펌프 스키드 중 어느 하나 이상으로부터 이송받은 LNG를 상기 LNG 연료선박의 연료탱크로 공급하는 공급 스키드; 및
    상기 제1 펌프 스키드, 제2 펌프 스키드 및 공급 스키드를 포함하며 표준 규격의 화물 컨테이너 크기로 제작되는 벙커링 모듈;을 포함하고,
    상기 벙커링 모듈을 하나 이상 포함하며,
    상기 제1 펌프 스키드는,
    상기 LNG 저장수단으로부터 연료탱크로 LNG를 공급하기 위하여 상기 제1 LNG 가압수단을 연결하고, 상기 LNG 저장수단에 채워진 LNG가 모두 소진되면 연결을 해제시킬 수 있는 연결부;를 포함하고,
    상기 연결부는,
    상기 LNG 저장수단과 연결되는 공급 연결부; 및
    스탠바이 상태에 있는 예비 연결부;를 포함하며,
    상기 예비 연결부는,
    상기 공급 연결부에 연결된 LNG 저장수단으로부터 LNG 연료 선박으로 LNG를 공급하는 중에 새로운 LNG 저장수단과 연결되어 새로운 LNG 저장수단으로부터 LNG 연료 선박으로의 준비 작업을 실시하는 수단으로 사용되고, 상기 LNG 저장수단으로부터의 LNG 공급이 완료되면 연결된 새로운 LNG 저장수단으로부터 LNG 연료 선박으로 연속적으로 LNG를 공급되는, 모듈형 벙커링 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 LNG 가압수단은,
    상기 2대 이상의 LNG 저장수단과 연료탱크의 압력을 동등하게 유지시키면서 상기 LNG 저장수단으로부터 LNG를 연료탱크로 보내는 제1 펌프; 및
    상기 제1 펌프에 의해 가압된 LNG의 일부를 기화시켜 상기 LNG 저장수단으로 되돌려보내, 상기 LNG 저장수단과 연료탱크의 압력차를 발생시켜, 상기 LNG 저장수단으로부터 LNG를 연료탱크로 보내는 빌드업 기화기;를 포함하는, 모듈형 벙커링 시스템.
  5. 청구항 1 및 4 중 어느 한 항의 모듈형 벙커링 시스템과 LNG 연료 선박의 연료탱크를 연결하는 연결 단계;
    상기 모듈형 벙커링 시스템을 이용하여 LNG 저장수단으로부터 연료탱크로 LNG를 벙커링하는 벙커링 단계; 및
    상기 연료탱크와 연결된 LNG 저장수단으로부터 벙커링을 완료하는 완료 단계;를 포함하는, 모듈형 벙커링 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 완료 단계 이전에는,
    상기 LNG 저장수단이 연결되지 않은 예비 연결부를 이용하여 질소 퍼징하는 단계;
    상기 질소 퍼징 후, 상기 예비 연결부를 이용하여 쿨 다운하는 단계;
    LNG가 채워진 새로운 LNG 저장수단을 상기 예비 연결부를 통해 상기 벙커링 모듈과 연결하는 단계;
    상기 벙커링이 완료된 LNG 저장수단과 상기 벙커링 시스템의 연결은 해제하고 상기 예비 연결부와 연결된 LNG 저장수단으로부터 LNG 연료 선박으로 LNG를 공급하는 단계;를 포함하는, 모듈형 벙커링 방법.
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