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KR102394238B1 - 선박 추진을 위한 전력 생산용 장치로의 천연 가스의 처리 및 공급 방법 - Google Patents

선박 추진을 위한 전력 생산용 장치로의 천연 가스의 처리 및 공급 방법 Download PDF

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KR102394238B1
KR102394238B1 KR1020207034111A KR20207034111A KR102394238B1 KR 102394238 B1 KR102394238 B1 KR 102394238B1 KR 1020207034111 A KR1020207034111 A KR 1020207034111A KR 20207034111 A KR20207034111 A KR 20207034111A KR 102394238 B1 KR102394238 B1 KR 102394238B1
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KR
South Korea
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natural gas
tank
gas
energy production
production equipment
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KR1020207034111A
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피에르 르 브루쉨
피에르 르 브루??
아네이스 데니어-귀네고우
로익 구에르넥
로렌트 스피타엘
데이비드 보바이스
제롬 후셋
압도오레이 디오우프
Original Assignee
가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 선박(1) 내 천연 가스를 한편으로는 액화 가스 저장 탱크(2)로부터 에너지 생산 장비(4, 6)로, 다른 한편으로는 액화 가스 저장 탱크(2)로부터 에너지 생산 설비의 버너(5)로 처리 및 운반하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 순차적으로, 에너지 생산 장비(4, 6)로 공급하는 단계로서, 천연 가스가 상 분리기(11a, 11b)를 통해 전달됨으로써, 상기 천연 가스 중에서 탄소 고리가 가장 긴 탄화수소를 포함하는 무거운 부분이 응축물 형태로 탱크(2)로 복귀되고, 탄소 고리가 가장 짧은 탄화수소를 포함하는 가벼운 부분이 상기 에너지 생산 장비(4, 6)로 전달되도록 하는, 에너지 생상 장비로 공급하는 단계; 및 천연 가스의 무거운 부분을 회수하는 단계로서, 상기 천연 가스의 무거운 부분이 상기 탱크(2)에서 상기 상 분리기(11a, 11b)를 우회하여 상기 버너(5)로 전달되는, 천연 가스의 무거운 부분을 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

Description

선박 추진을 위한 전력 생산용 장치로의 천연 가스의 처리 및 공급 방법{METHOD FOR TREATING AND FEEDING NATURAL GAS TO AN APPARATUS FOR GENERATING POWER IN ORDER TO PROPEL A SHIP}
본 발명은 천연 가스로 추진되는 선박 분야에 관한 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은 액화 가스 저장 탱크로부터 연소 기관 등의 에너지 생산 장비로의 천연 가스의 처리 및 공급 방법 및 시스템에 관한 것이다.
천연 가스를 공급받아 선박을 추진하기 위한 연소 기관들을 포함하는 선박들은 종래에 알려진 기술이다. 이러한 연소 기관들이 제대로 작동하도록 하기 위해서는, 특정한 성질을 갖는 연소 가능 천연 가스를 사용해야 한다. 특히, 일반적으로 연소 기관의 제조업체에서 설정한 기준 이상의 메탄가를 포함하는 천연 가스를 사용해야 하는데, 이는 메탄가가 너무 낮은 기체들은 연소가 제대로 일어나지 않아 노킹(knocking) 현상을 일으킬 수 있기 때문이다.
엔진에 공급되는 천연 가스가 기준 이상의 메탄가를 갖도록 하기 위해, 종래 기술에서는 천연 가스 중에서 중 탄화수소(heavy hydrocarbon)가 응축된 형태로 저장 탱크로 되돌아가도록 하는 상 분리기(phase separator)를 엔진 공급 회로에 장착하는 것이 일반적이다.
그러나, 저장 탱크에 모인 중 탄화수소는 탱크 안에 쌓이게 된다. 이에 따라, 탱크 내 가스의 양이 바닥 날수록, 선박 추진에 사용할 수 없는 중 탄화수소의 잔여물이 남아있게 된다.
본 발명의 바탕이 되는 사상은 탱크 바닥에 중 탄화수소가 축적되는 문제를 해결할 수 있는, 액화 가스 저장 탱크로부터 선박 추진을 위한 연소 기관 등의 에너지 생산 장비로의 천연 가스의 처리 및 공급 방법 및 시스템을 제안하는 것이다.
일 실시 예에 따르면, 본 발명은 선박 내 천연 가스를 한편으로는 액화 가스 저장 탱크에서 에너지 생산 장비로, 다른 한편으로는 에너지 생산 설비의 버너로 처리 및 운반하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은 순차적으로,
- 에너지 생산 장비로 공급하는 단계로서, 상기 에너지 생산 장비로 공급하는 단계에서는 천연 가스가 상 분리기를 통해 전달됨으로써, 상기 천연 가스 중에서 탄소 고리가 가장 긴 탄화수소를 포함하는 무거운 부분이 응축물 형태로 탱크로 복귀되고, 탄소 고리가 가장 짧은 탄화수소를 포함하는 가벼운 부분이 상기 에너지 생산 장비로 전달 되도록 하는, 단계; 그리고 그 다음에는
- 천연 가스의 무거운 부분을 회수하는 단계로서, 상기 천연 가스의 무거운 부분을 회수하는 단계에서는 상기 천연 가스의 무거운 부분이 상기 탱크에서 상기 상 분리기를 우회하여 상기 버너로 전달되는 단계를 포함한다.
이에 따라, 상 분리기를 우회함으로써, 천연 가스의 무거운 부분은 버너가 마련된 에너지 생산 설비로 회수됨으로써 제거가 가능하다.
몇몇 실시 예들에 따르면, 이러한 방법은 하나 이상의 다음의 특징들을 포함할 수 있다.
- 상기 방법은 상기 에너지 생산 장비로 공급하는 단계 중에 상기 천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수가 모니터링하는 단계를 포함한다.
- 상기 방법은 운반되는 상기 천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수가 임계치(threshold)를 넘으면 상기 천연 가스의 무거운 부분을 회수하는 단계로 자동 전환이 이루어지고 및/또는 경고 신호가 발생되는 것을 포함한다.
- 운반되는 상기 천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수는 상기 상 분리기의 하류의 천연 가스의 가벼운 부분의 유량을 측정하고 및/또는 상기 탱크에 수집된 증발된 천연 가스의 온도를 측정하고 및/또는 응축물 수집 용기의 비워지는 빈도수 및/또는 높이(level)를 측정함으로써 결정된다.
일 실시 예에 따르면, 본 발명은 한편으로는 액화 가스 저장 탱크에서 에너지 생산 장비로, 다른 한편으로는 에너지 생산 설비의 버너로 천연 가스를 처리 및 운반하기 위한, 선박에 형성된 시스템을 제공하며, 상기 시스템은,
- 상기 에너지 생산 장비로의 공급을 위한 1차 공급 회로로서, 상기 1차 회로에는 상 분리기가 설치되고, 상기 상 분리기는 한편으로는 하류에서 복귀 관에 연결됨으로써, 상기 천연 가스 중에서 탄소 고리가 가장 긴 탄화수소를 포함하는 천연 가스의 무거운 부분이 응축물의 형태로 상기 탱크로 복귀되도록 하고, 다른 한편으로는, 상기 천연 가스 중에서 탄소 고리가 가장 짧은 탄화수소를 포함하는 가벼운 부분을 운반하도록 상기 에너지 생산 장비로 이어지는 운반 관에 연결되는, 1차 공급 회로; 및
- 상기 버너로의 공급을 위한 2차 공급 회로로서, 상기 2차 회로는 상기 상 분리기를 우회하는 2차 공급 회로를 포함한다.
몇몇 실시 예들에 따르면, 이러한 시스템은 하나 이상의 다음 특징들을 포함할 수 있다.
- 상기 1차 회로는, 상기 상 분리기의 상류에, 상기 2차 회로와 공유하며 상기 액화 천연 가스의 강제적인 증발을 허용하고 상기 탱크에서 증발된 천연 가스가 수집되도록 설계되는 적어도 하나의 회로 부분을 포함한다.
- 상기 1차 및 2차 회로와 공통되는 회로 부분은 상기 탱크의 바닥을 향해 개방되고, 펌프와, 상기 액화 천연 가스가 하나의 스트림의 기체로 변환되도록 하는 강제 증발 설비가 마련된 흡입 송유관을 포함한다.
- 상기 1차 및 2차 회로와 공통되는 회로 부분은 상기 탱크에서 증발된 천연 가스를 수집하기 위한 상기 탱크의 상부로 개방된 송유관을 포함한다.
- 상기 1차 및 2차 회로와 공통되는 회로 부분은, 하류 경계 부분에, 전환 가능한 3방향 연결 부재가 형성되어 상기 공통되는 회로 부분이 상기 상 분리기의 입구 또는 상기 버너로 이어지는 상기 제2 회로의 일부로 선택적으로 연결되도록 한다.
- 상기 버너로의 공급을 위한 상기 2차 회로에는 기체 가열 설비가 설치된다.
- 상기 에너지 생산 장비로 천연 가스를 공급하기 위한 1차 회로는 상기 상 분리기 하류에 위치한 압축기를 포함한다.
- 상기 시스템은 운반되는 액화 천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수를 모니터링하기 위한 장치를 포함한다.
- 상기 운반되는 액화 천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수를 모니터링하기 위한 장치는 상기 에너지 생산 장비를 향해 이어지는 운반 관 내의 유량을 측정하기 위한 센서 및/또는 상기 탱크에 수집된 증발된 천연 가스의 온도를 측정하기 위한 센서 및/또는 응축물 수집 용기 내의 응축물 높이를 측정하기 위한 센서 및/또는 응축물 수집 용기의 비워지는 빈도수를 측정하기 위한 카운터를 포함한다.
- 상기 모니터링 장치는 운반되는 액화 천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수가 임계치를 넘으면 상기 천연 가스를 상기 버너를 향해 유도하도록 경고 신호를 발생시키거나 및/또는 전환 가능한 3방향 연결 부재 상에서 작동하도록 설계되었다.
일 실시 예에 따르면, 본 발명은 또한 액화 가스 저장 탱크, 에너지 생산 장비, 및 버너와 상술한 천연 가스 처리 및 운반 시스템이 마련된 에너지 생산 설비를 포함하는 선박을 제공한다.
몇몇 실 시 예들에 따르면, 이러한 선박은 하나 이상의 다음의 특징들을 포함할 수 있다.
- 상기 에너지 생산 장비는 상기 선박의 추진을 위한 것이다.
- 상기 에너지 생산 장비는 이종 연료 디젤/천연 가스 연소 기관이다.
- 상기 액화 가스 저장 탱크는 멤브레인을 구비한 탱크이다.
- 상기 탱크는 대기 압력을 갖춘 저장 탱크이다.
일 실시 예에 따르면, 본 발명은 또한 상술한 선박의 탱크를 충진하는 방법을 제공하며, 이러한 방법에 따라 부유식 또는 해안 저장 설비로부터 단열 송유관들을 통해 상기 선박의 탱크를 향해 유체를 운반한다.
일 실시 예에 따르면, 본 발명은 또한 상술한 선박을 포함하는 시스템에 관한 것으로, 상기 선박의 선체에 설치된 상기 탱크를 부유식 또는 해안 저장 설비에 연결하도록 연결된 단열 송유관들과, 상기 부유식 또는 해상 저장 설비로부터 상기 단열 송유관들을 통해 하나의 스트림의 유체를 상기 선박의 탱크로 구동하기 위한 펌프를 포함한다.
본 발명, 및 본 발명의 추가적인 대상, 세부 사항, 특징 및 이점들은, 첨부된 도면을 참조로 단지 비한정적인 도시의 목적으로 기재된 본 발명의 구체적인 실시 예들에 대한 이어질 설명을 통해 더 분명해질 것이다.
도 1은 선박 내의 천연 가스 처리 및 운반 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 시스템을 도시한 것으로, 선박 추진을 위한 에너지 생산 장비로의 천연 가스 공급 및 전력 생산을 위한 에너지 생산 장비로의 천연 가스 공급의 경로가 굵은 선으로 강조되었다.
도 3은 도 1의 시스템을 도시한 것으로, 전력 생산을 위한 에너지 생산 장비로의 천연 가스의 경로가 굵은 선으로 강조되었다.
도 4는 도 1의 시스템을 도시한 것으로, 천연 가스 중 무거운 부분을 회수하고 활용하기 위한 에너지 생산 설비의 버너(burner)로의 천연 가스의 경로가 굵은 선으로 강조되었다.
도 5는 도 1의 시스템을 도시한 것으로, 탱크 안에서 증발된 천연 가스가 에너지 생산 설비의 버너를 향해 이동하는 경로가 굵은 선으로 강조되었다.
도 6은 도 1의 시스템을 도시한 것으로, 탱크 가열 방법 이행 시 천연 가스의 경로가 굵은 선으로 강조되었다.
도 7은 기체 저장 탱크 및 선박 추진을 위한 천연 가스가 공급된 에너지 생산 장비를 구비한 선박을 도시하고 있다.
본 명세서와 청구항에 있어서, "상류" 및 "하류"라는 용어는 천연 가스가 순환하는 방향을 기준으로 한 것이다.
도 7은 하나 이상의 액화 천연 가스 저장 탱크(2), 및 천연 가스가 공급된 연소 엔진, 연료 전지, 또는 가스 터빈 중에서 선택된 하나 이상의 에너지 생산 장치 아이템(4)들을 포함하는 추진부(propulsion unit)를 구비한 선박(1)을 도시하고 있다. 이러한 선박(1)은 액화 천연 가스 운송용 메탄 탱커(tanker)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다른 용도의 탱커일 수도 있다. 가령, 상선(merchant ship), 여객선, 어선 등이 될 수도 있다.
도 1은 천연 가스의 처리 및 운반을 위해 선박(1)에 마련된 천연 가스 저장 탱크(2) 및 시스템(3)을 도시하고 있다. 천연 가스 처리 및 운반 시스템(3)은 도 2에 도시된 바와 같이 추진부의 에너지 생산 장비(4)에 천연 가스를 공급하거나, 도 4, 도 5, 및 6에 도시된 바와 같이 버너(5)에 천연 가스를 공급하거나, 선택적으로는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 연소 기관, 연료 전지 또는 전기 발전기의 가스 터빈(6) 등의 추가적인 에너지 생산 장비에 천연 가스를 공급하기에 적합하도록 마련된다.
탱크(2)는 액화 천연 가스(LNG)를 저장하기에 적합한 밀폐된 단열 탱크이다. 탱크(2)는 특히 액화 천연 가스를 대기압에서 저장할 수 있는 막(membrane)들로 구성된 유형의 탱크일 수 있다.
추진부의 에너지 생산 장비(4)는 연소 기관, 연료 전지 및 가스 터빈들 중에서 선택된다. 에너지 생산 장비(4)가 연소 기관인 경우에는, 엔진이 디젤/천연 가스로 구동되는 하이브리드 엔진일 수 있다. 이러한 엔진(4)들은 디젤만 공급되는 디젤 모드로 작동하거나, 천연 가스 모드로 작동할 수 있는데, 천연 가스 모드의 경우에는 주 연료는 천연 가스이나 연소 점화를 위한 미량의 디젤을 포함할 수 있다.
추진부의 에너지 생산 장비(4)가 발생시키는 기계 에너지와 연계되는 출력 샤프트(output shaft)는 선박의 추진을 위해 하나 이상의 나사들과 결합하거나, 기계 에너지를 전기 에너지로 전환하도록 교류 발전기(alternator)와 결합할 수 있는데, 이 경우 발생된 전기 에너지는 선박의 추진을 위한 나사에 결합된 전기 모터를 구동하는데 사용된다. 후자의 경우, 연소 기관을 사용하는 경우의 엔진은 이종 연료 디젤 전기(Dual Fuel Diesel Electric)의 약자인 DFDE 형 엔진일 수 있다.
전력 생산을 위한 에너지 생산 장비(6)는 가령 DFDE 형의 디젤/천연 가스 이종 연료 연소 기관, 연료 전지 또는 가스 터빈일 수 있다.
버너(5)는 에너지 생산 설비 내부에 마련된다. 에너지 생산 설비는 특히 증기 생성을 위한 보일러(boiler)를 포함할 수 있다. 증기는 에너지 생산을 위한 증기 터빈 및/또는 선박(1)의 가열 네트워크로 공급되기 위한 용도로 생성될 수 있다.
도 2에서는 추진부의 에너지 생산 장비(4) 및 전기 발생을 위한 에너지 생산 장비(6) 각각으로의 공급을 위한 두 개의 회로를 도시하고 있다. 이하, 추진부의 에너지 생산 장비(4)로의 공급을 위한 회로는 "1차 회로"라고 하고, 전기 발생을 위한 에너지 생산 장비(6)로의 공급을 위한 회로는 "2차 회로"라고 할 것이다. 1차 회로는 천연 가스를 2차 회로로 전달하거나 또는 역으로 전달하는데도 사용될 수 있는데, 이러한 배열을 통해, 에너지 생산 장비(4, 6)들로의 공급의 가외성(redundancy)을 제공함으로써, 잠재적인 오작동에 대비할 수 있다.
1차 회로는 탱크(2)의 바닥을 향해 개방되고 펌프(8a)에 의해 공급되는 흡입 송유관(intake pipeline, 7a)을 포함한다. 흡입 송유관(7a)은 3방향 연결부(three-way connection, 23)로 액화 천연 가스를 운반하는데, 이 3방향 연결부(23)는 흡입 송유관(7a)이 한편으로는, 증발기라고도 불리는 강제 증발 설비(9a)의 입구에 연결된 밸브(123)가 구비된 송유관(24)에 연결되고, 다른 한편으로는 애터마이저(atomizer, 10a)에 연결된 밸브(223)를 구비한 송유관(25)에 연결되도록 한다. 강제 증발 설비(9a)는 액화 천연 가스가 하나의 스트림의 기체로 변환되도록 한다. 강제 증발 설비(9a)의 배출구는 기체 스트림을 상기 애터마이저(10a)를 향해 운반하도록 파이프(26)에 의해 연결된다. 애터마이저(10a)는 상기 강제 증발 설비(98a)의 상류에서 수집한 액화 천연 가스를, 강제 증발 설비(9a)의 배출구에서 수득한 기체 스트림으로 분사할 수 있다. 이에 따라, 애터마이저(10a)는 가장 무거운 탄화수소, 즉 탄소 고리가 가장 길고 증발 온도가 가장 높은 탄화수소가 응축되도록, 기체 스트림이 냉각되도록 한다. 기체 스트림은 일반적으로 -100℃ 미만으로 냉각된다.
부유하는 천연 가스 액적들로 가득 찬 기체 스트림은 애터마이저(10a)를 떠나 송유관(27)을 통해 상 분리기(11a)로 운반된다. 종종 미스트 분리기(mist separator)로 불리는 상 분리기(11a)는 기체상으로부터 액체상이 분리되도록 한다. 액체상은 천연 가스 중에서 중 탄화수소, 즉 탄소 고리가 가장 긴 탄화수소를 포함하는 무거운 부분으로 이루어진다. 천연 가스의 무거운 부분은 응축물의 형태로 응축물 복귀 송유관(condensate return pipeline, 12a)을 통해 저장 탱크(2)로 전달된다. 응축물 복귀 송유관(12a)에는 그 내부의 응축물의 높이가 한계치에 도달하면 비워지는 응축물 수집 용기(condensate collection container, 72a)가 마련된다.
천연 가스 중에서 가벼운 부분, 즉 탄소 고리가 가장 짧은 탄화수소를 포함하는 부분으로 이루어진 기체상은, 송유관(28)을 통해, 일반적으로 30℃로 기체상이 가열되도록 하는 기체 가열 설비(gas heating appliance, 13)로 전달된다. 이러한 기체 가열 설비(13)는 일반적으로 기체/액체 또는 기체/기체 가열 교환기이다. 여기서, 기체 가열 설비(13)에는 재순환 루프(29)가 마련된다.
마지막으로, 기체 가열 설비(13a)의 배출구에서, 기체 스트림은 송유관(30)을 통해 추진부의 에너지 생산 장비(4)를 향해 운반된다.
마찬가지로, 2차 회로는 탱크(2)의 바닥을 향해 개방되고 펌프(8b)에 의해 공급되는 흡입 송유관(7b)을 포함한다. 흡입 송유관(7b)은 액화 천연 가스가 강제 증발 설비(9b) 및 두 개의 애터마이저(10b, 31)들로 운반되도록 한다. 이를 위해, 흡입 송유관(7b)은 3방향 연결부(32)를 통해, 한편으로는 애터마이저(31)로 이어지는 밸브(132)가 마련된 송유관(33)에 연결되고, 다른 한편으로는 밸브(232)가 마련되고 그 자체로 3방향 연결부(35)에 연결된 송유관(34)에 연결되는데, 여기서 3방향 연결부(35)는 상기 송유관(34)이 한편으로는 송유관(36)을 통해 밸브(135)가 마련된 애터마이저(10b)로 연결되고, 다른 한편으로는 송유관(17)을 통해 밸브(235)가 마련된 강제 증발 설비(9b)의 입구로 연결되도록 한다.
강제 증발 설비(9b)의 배출구는 일련의 송유관(37, 38, 39)들에 의해 애터마이저(10a, 31)들에 연결됨으로써, 액화 천연 가스가 분무되어 가장 무거운 탄화수소를 응축할 수 있도록 한다. 애터마이저(31)에서 나온 기체 스트림은 송유관(40)을 통해 상 분리기(11b)의 입구로 운반된다.
마찬가지로, 상 분리기(11b)는 기체상으로부터 액체상이 분리될 수 있도록 하고, 응축물이 응축물 복귀 송유관(12b)을 통해 탱크(2)로 되돌아가도록 한다. 응축물 복귀 송유관(12b)에는 응축물을 수집하기 위한 용기(72b)가 마련되는데, 이 용기(72b)는 응축물 높이가 한계치에 도달하면 정규적으로 비워진다.
다른 한편으로, 상 분리기(11b)의 배출구에서, 천연 가스의 가벼운 부분으로 구성된 기체상은 기체상 송유관(42)을 통해, 병렬로 배치된 하나 이상의 압축기(16a, 16b)들로 운반된다. 기체 스트림이 다수의 압축기(16a, 16b)들로 평행하게 운반되도록 하기 위해, 송유관(42)에는 밸브(143, 243)들이 마련된 송유관들로 이어지는 하나 이상의 다중 연결부(multi-way connections, 43)가 마련된다. 도 2를 참조로, 기체 스트림은 두 개의 압축기(16a, 16b) 중 하나만을 통해 운반된다. 그러나, 에너지 생산 장비(4 또는 6)에 공급하기 위한 기준 유량에 따라, 두 개의 압축기(16a, 6b)를 통해 병렬로 기체 스트림이 통과할 수 있다.
가령, 압축기(16a, 16b)들은, 가령 DFDE 유형의 연소 기관의 경우 5 내지 6 바아(bar)의 절대 압력으로, 천연 가스가 공급되는 에너지 생산 장비(6)의 사양과 호환 가능한 압력으로 기체 스트림이 가열 및 압축되도록 하는 다단계 압축기들이다. 압축기(16a, 16b)는 양변위(positive-displacement) 압축기, 원심 압축기 또는 연소 기관, 연료 전지 또는 가스 터빈의 입구측의 공급 압력과 호환 가능한 압축기일 수 있다.
유리하게는, 시스템(3)에는 반-급증 보호 장치(anti-surge protection device)가 마련될 수 있는데, 이러한 장치는 입구측에서 낮은 체적 유량을 갖는 속도에 대해 압축기(16a, 16b)를 보호하기 위한 것이다. 이러한 장치는 압축기(16a, 16b)의 배출구 측에, 압축된 기체 스트림의 일부가 상기 압축기(16)의 상류로 되돌아가도록 하는 재순환 루프(recirculation loop, 44)를 포함한다. 재순환 루프(44)에는 재순환 루프(44)에서 유량을 제어할 수 있는 밸브(18a, 18b)가 마련된다. 본 실시 예에서, 재순환 루프(44)는 송유관(14)에 연결되는데, 이러한 배치는 추후 더 자세히 설명할 것이다.
압축기(들)(16a, 16b)에서 나온 기체 스트림은 기체 스트림의 온도를 기준 온도로 만드는 냉각 장치(19)로 운반된다. 시스템이 몇 개의 평행한 압축기(16a, 16b)들을 포함하는 경우, 상기 압축기(16a, 16b)들의 배출구들은 3방향 연결부(45, 63)들을 통해 냉각 장치(19)의 입구와 연결된다.
마지막으로, 냉각 장치(19)에서 나온 기체 스트림은 송유관(46)을 통해 전기 발전기의 에너지 생산 장비(6)로 운반된다. 주지할 사항은, 상기 송유관(46)에는 3방향 연결부(47)가 마련되는데, 이 3방향 연결부(47)의 두 개의 배출 경로들에는 밸브(147, 247)들이 마련되어 기체 스트림이 전기 발전기의 에너지 생산 장비(6)를 향해 및/또는 추진부의 에너지 생산 장비(4)를 향해 선택적으로 유도되도록 한다는 것이다.
또한 주지할 사항은, 본 실시 예에서, 에너지 생산 장비(4)에 공급하는 1차 회로에는 2차 회로와 달리 압축기가 마련되지 않는다는 것인데, 이는 1차 회로와 1차 회로의 흡입 송유관(7a)으로의 공급을 위한 펌프(8a)는 상기 에너지 생산 장비(4)의 작동 조건들에 부합하는 압력을 공급할 수 있기 때문이다.
도 3에서는 저장 탱크에서 증발한 천연 가스가 에너지 생산 장비(6)로의 공급을 위한 2차 공급 회로 안에 포함되는 경우의 상기 2차 회로를 통해 기체가 운반되는 것을 도시하고 있다.
이를 위해, 시스템(3)은 탱크(2)의 상부로 개방되는 송유관(71)을 포함한다. 3방향 연결부(70)는 탱크(2)의 상부로 개방되는 송유관(71)을 밸브(170)가 마련된 송유관(48)을 통해 2차 회로, 및 밸브(270)가 마련되고 가열 회로의 일부를 형성하는 송유관(49)에 연결한다. 그 이유에 대해서는 추후 자세히 설명할 것이다. 3방향 연결부(70)와 밸브(170, 270)들은 전환 가능한 3방향 연결 부재를 형성한다.
게다가, 송유관(48)은 3방향 연결부(50)를 통해 송유관(14)에 연결된다. 3방향 연결부(50)는 밸브(150)가 마련되고 가열 회로의 일부를 형성하는 송유관(51), 및 밸브(170)가 마련된 송유관(48)에, 송유관(14)을 연결한다. 3방향 연결부(50)와 밸브(150, 170)들 또한 전환 가능한 연결 부재를 형성한다.
송유관(14)은 애터마이저(10b)의 배출구와 상기 송유관(14)이 애터마이저(31)의 입구로 연결되도록 하는 3방향 연결부(54)를 통해 2차 회로에 연결된다. 이에 따라, 탱크(2)에서 증발된 기체는 제2 애터마이저(31)로 운반되기 전에 강제 증발 설비(9b)를 떠나 기체 스트림 안에 포함되나, 액화 상태의 천연 가스를 기체 스트림으로 분사함으로써 상 분리기(11b)를 진입하는 기체 스트림의 온도를 제어하는 기능도 갖고 있다. 이에 따라, 2차 공급 회로는, 그 상류 부분에, 탱크(2)에 수집된 증발된 천연 가스를 운반하기 위한 경로, 그리고 천연 가스의 강제 증발을 위한 경로를 포함한다.
탱크 내의 증발된 기체를 운반하기 위한 그러한 경로는 액화 천연 가스가 주위 온도에서 저장되었을 때 특히 적합하며, 그 결과 상당한 자연 증발이 발생한다.
도 4와 도 5는 버너(5)에 천연 가스를 공급하기 위한 경로를 도시하고 있다. 도 4에서는 천연 가스의 강제 증발의 경로를 도시한 반면, 도 5에서는 탱크(2) 안에 수집된 증발된 천연 가스의 경로를 도시하고 있다. 주지할 사실은, 두 경우 모두, 버너(5)로의 공급을 위한 회로는, 천연 가스의 무거운 부분에 포함된 에너지가 회수될 수 있도록 상 분리기(11b)를 우회한다는 점이다.
도 4에서, 버너(5)로의 공급을 위한 공급 회로는 2차 회로와 공유하는(in common) 회로 부분을 포함한다. 이 공유하는 회로 부분은 액화 천연 가스가 강제 증발되도록 하며, 펌프(8b)에 의해 공급되는 흡입 송유관(7b), 강제 증발 설비(9b), 그리고 선택적으로, 애터마이저(10b)를 포함한다.
강제 증발 설비(9b)의 하류에서는, 처리 및 운반 시스템(3)이 3방향 연결부(55)를 포함하는데, 이 3방향 연결부(55)는 강제 증발 설비(9b)의 배출구를 밸브(155)가 마련되고 상 분리기(11b)로 이어지는 일련의 송유관(38, 39, 40)들로 연결하고, 또한 밸브(255)가 마련된 송유관(56)을 포함함으로써, 상기 상 분리기(11b)를 우회하여 천연 가스의 무거운 부분이 버너(5)에서 회수되고 사용될 수 있도록 한다. 이에 따라, 이렇듯 형성된 전환 가능한 연결 부재는 강제 증발 설비(9b)로부터의 배출물이 상 분리기(11b)나 버너(5)를 향해 선택적으로 운반되도록 한다.
송유관(56)은 강제 증발 설비에서 나온 기체 스트림을 기체 가열 설비(57)를 향해 운반한다. 이 기체 가열 설비(57)는 가령, 기체/액체 또는 기체/기체 가열 교환기이다. 여기서, 기체 가열 설비(57)에는 재순환 루프(58)가 마련된다. 이 기체 가열 설비(57)는 기체상이 상기 버너(5)의 상류에서, 대량 30℃의 기준 온도로 가열되도록 한다. 기체 가열 설비(57)로부터의 배출구에서, 송유관(68, 59)들은 버너(5)를 향해 기체를 운반한다.
도 5에서, 버너(5)로의 공급을 위한 공급 회로는 2차 회로와 공유하는 또 다른 회로 부분을 포함한다. 공유하는 회로 부분은 탱크(2)에서 증발된 천연 가스가 수집되도록 한다. 이 공유하는 회로 부분은 탱크(2)의 상부로 개방되는 송유관(71), 3방향 연결부(70)에 의해 송유관(71)에 연결되는 송유관(48), 그리고 3방향 연결부(50)에 의해 송유관(71)으로 연결되는 송유관(14)을 포함한다. 송유관(14)은 또한 송유관(14)을, 상 분리기(11b) 및 밸브(143, 243)들을 향해 이어지는 일련의 송유관(39, 40)들로 연결하는 3방향 연결부(60), 및 천연 가스의 무거운 부분이 회수되어 버너(5)에서 사용할 수 있도록 상기 상 분리기(11b)를 우회하도록 하고 밸브(160)가 마련된 송유관(56)에 연결된다.
이후, 도 4를 참조로 앞서 상세히 설명한 바와 같이, 송유관(56)은 기체 스트림을 기체 가열 설비(57)를 향해 운반하고, 그런 다음, 기체 가열 설비(57)의 배출구에서, 송유관(58, 59)들은 기체를 버너(5)를 향해 운반한다.
주지할 사실은, 탱크(2) 내의 증발된 천연 가스의 경로와 천연 가스의 강제 증발의 경로가 두 개의 도면을 통해 도시되었지만, 이는 이해를 돕기 위한 것으로, 천연 가스를 버너(5)로 운반하기 위해 두 개의 경로들을 동시에 사용하는 것도 가능하다는 것이다.
천연 가스 처리 및 운반 시스템(3)에는 운반되는 액화 천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수를 모니터링하기 위한 장치가 마련되는 것이 유리하다. 메탄가는 바람직하지 않은 노킹 현상(phenomenon of knock)을 견딜 수 있는 기체 혼합물의 역량을 나타내는 것으로, 0 내지 100이다. 메탄가는 천연 가스의 구성에 따라 달라진다. 순수한 메탄의 메탄가는 100이다. 이 숫자는 프로판 및/또는 부탄 및/또는 펜탄 등과 같은 더 무거운 탄화수소의 비율이 증가할수록 감소한다.
천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수를 모니터링하기 위한 이러한 장치는 가령 송유관(42) 내 하나 또는 두 개의 상 분리기(11a, 11b)들의 하류에, 천연 가스의 가벼운 부분의 유량을 측정하기 위한 하나 이상의 유량 미터들을 포함할 수 있다. 이러한 유량은 운반되는 액화 천연 가스의 메탄가를 나타낸다. 이는 일정한 펌핑 유량에서의 안정된 조건에서는, 탱크(2)가 비워지고 중 탄화수소의 농도가 증가함에 따라 유량은 감소하는 경향이 있기 때문이다.
이에 대한 대안으로 또는 이와 더불어, 가령 증발된 기체의 온도를 측정하기 위해, 탱크(2) 내의 수집된 증발된 기체를 운반하기 위한 송유관(48) 안에 온도 센서를 배치할 수 있다. 이는 증발된 기체의 온도가 높을수록, 탱크 안에 포함된 중 탄화수소의 비율이 높아지는데, 이는 여정의 막바지에 가까워지기 때문이다.
또한, 이에 대한 대안으로 또는 이와 더불어, 적어도 하나의 응축물 수집 용기(72a, 72b)가 비워지는 빈도수를 기록하고 및/또는 적어도 하나의 용기(72a, 72b)의 응축물의 높이가 어떻게 변하는지 모니터링할 수 있다.
모니터링 장치는 또한 이하 설명할 센서들 중 적어도 하나에 의해 수집된 데이터를 수신하고 처리할 수 있는 제어부를 포함한다. 제어부는 메탄가를 나타내는 변수(들)을 기준과 비교한다. 이러한 비교를 바탕으로, 제어부는 경고를 발생시키거나 추진부 및/또는 전기 발전기의 에너지 생산 장비(4, 6)로 천연 가스가 공급되는 작동 모드로부터 천연 가스의 무거운 부분이 회수되어 에너지 생산 설비의 버너(5)로 운반되는 작동 모드로 자동 전환할 수 있다. 실제 상황에서는, 메탄가를 나타내는 변수가 대략 80 미만의 메탄가에 해당할 경우, 제어부는 경고를 발생시키거나 천연 가스의 무거운 부분이 회수되고 사용되는 모드로 자동 전환한다.
작동 모드 시 이러한 자동 전환을 예측하는 실시 예에서, 모니터링 장치는 상기 상 분리기(11b)를 우회해 버너(5)를 향하도록 기체 스트림을 전환하기 위해 3방향 연결부(55, 60)들에 마련된 하나 이상의 밸브(155, 255, 160, 143, 243)들로 기준 신호를 전송한다.
에너지 생산 장비가 가스/디젤 이종 연료 연소 기관인 경우, 천연 가스의 무거운 부분이 회수되어 버너(5)로 운반되는 작동 모드로의 전환과 함께, 추진부 및/또는 전기 발전기(6)의 연소 기관 또는 연료 전지 또는 가스 터빈(4)은 선박의 추진 및/또는 전기 발생을 계속하기 위해 디젤 모드로 전환한다.
도 6에서는 탱크(2) 가열 방법 이행 시 천연 가스의 경로를 도시하고 있다. 이 방법은 탱크가 거의 비워졌을 때 이행되며, 이때 탱크(2)에 남아 있는 천연 가스는 기체 형태이다.
가열 방법 이행 시, 천연 가스는 탱크(2)의 바닥부분 안으로 개방되는 송유관(52)을 사용해 탱크(2)의 바닥부분에서 수집된다.
설명한 본 실시 예에서, 탱크(2)의 바닥부분 안으로 개방되는 송유관(52)은 전환 가능한 연결 부재(53)에 연결되는데, 여기서 전환 가능한 연결 부재(53)는 기체 스트림이 탱크(2)의 바닥부분에서 수집되도록 가열 회로의 상류 부분의 송유관(51)에 상기 송유관(52)이 선택적으로 연결되게 하거나, 액화 천연 가스가 해안 저장소로부터 탱크(2)로 운반되도록 탱크(2)를 충진하기 위한 충진 회로(61)로 상기 송유관(52)이 연결되도록 한다.
게다가, 가열 회로의 상류 부분의 송유관(51)은 3방향 연결부(50)의 하류에 연결된다. 밸브(170, 150)들은 가열 회로의 상류 부분의 송유관(51), 또는 탱크(2)에 수집된 증발된 기체가 운반되도록 하는 송유관(48) 중에서 하나가 선택적으로 송유관(14)에 연결되도록 한다.
이에 따라, 가열 회로의 상류 부분은 송유관(39, 40, 42)들에 의해 압축기(16a, 16b)들의 입구에 연결됨으로써 탱크의 바닥부분에 수집된 기체를 압축기들로 운반되도록 한다. 탱크(2) 가열 방법을 이행하기 위해 압축기(16a, 16b)들을 빠져나가는 기체 스트림의 온도는 가령 대량 50℃이다.
이에 따라, 송유관(14, 39, 40, 42)들 및 압축기(16a, 16b)들 중 적어도 하나를 포함하는 회로 부분은 에너지 생산 장비(4, 6)와 가열 회로에 기체를 공급하는 2차 회로와 공통된다. 결과적으로, 기체들을 처리 및 운반하기 위한 시스템(3)의 디자인은 최적화되고, 압축기(16a, 16b)들 중 적어도 하나는 에너지 생산 장비(4, 6)로 공급하기 위한 기체 스트림을 준비하고, 탱크(2) 가열 방법을 이행하는데 관여한다.
압축기(16a, 16b)들의 배출구에서, 3방향 연결부(62, 63)들은 밸브(162, 163)들이 마련된 송유관(64, 65)들 및 2차 공급 회로를 향해 개방되고 밸브(262, 263)들이 마련된 송유관들로 압축기(16a, 16b)들의 배출구를 연결한다. 상기 송유관(64, 65)들은, 기체 가열 설비(57)로 이어지는 버너(5)로의 공급을 위한 공급 회로의 일부를 형성하는 송유관(56)에, 3방향 연결부(66, 67)들을 통해 연결된다.
이에 따라, 탱크(2)를 가열하기 위해, 기체 스트림은 압축기(16a, 16b)들과 가열 설비(57)들 둘 다를 통과한다. 기체 가열 설비(57)를 떠난 기체 스트림의 온도는 대략 80℃이다.
게다가, 기체 가열 설비(57)에서 나온 후, 송유관(68)은 3방향 연결부(69)로 이어지는데, 이 3방향 연결부(69)는 기체 스트림의 잉여 부분은 밸브(169)가 마련된 송유관(59)을 통해 버너(5)로 옮겨지도록 하고, 나머지 기체 부분은 밸브(269)가 마련되고 탱크(2)로 이어지는 복귀 섹션을 형성하는 송유관(49)을 통해 탱크(2)로 복귀된다.
이에 따라, 송유관(56), 기체 가열 설비(57) 및 송유관(68)은 탱크(2)를 가열하기 위한 가열 회로, 및 버너(5)에 기체를 공급하는 공급 회로와 공통되는 회로 부분을 형성함을 이해할 것이다. 결과적으로, 송유관(64, 65)들은 탱크(2) 가열 회로, 및 버너(5)에 기체를 공급하는 공급 회로에 공통되는 회로 부분에 압축기(16a, 16b)들의 배출구가 연결되도록 하는 연결 섹션들을 형성한다.
탱크(2)로 이어지는 복귀 섹션을 형성하는 송유관(49)은 탱크(2)의 상부로 개방되는 송유관(71)으로 3방향 연결부(70)를 통해 연결된다. 이에 따라, 밸브(170, 270)들의 위치에 따라, 에너지 생산 장비(4, 6) 또는 버너(5)에 천연 가스를 공급해야 할 때, 탱크(2)의 상부로 개방되는 송유관(71)은 탱크(2) 내 증발된 기체를 수집하기 위해, 또는 탱크(2)를 가열해야 할 때 고온 기체를 주입하는데 사용될 수 있다.
결과적으로, 탱크(2)의 가열 방법 이행 시, 고온 기체가 탱크(2)의 상부로 주입되는 동안 탱크(2)의 바닥 부분에서는 기체가 추출된다. 고온 기체는 탱크(2)의 상부로 상승하는 성질이 있기 때문에, 이러한 배치는 탱크(2)의 열 성층화를 가능하게 함으로써, 탱크(2) 가열 방법의 효율을 증대시킨다.
도 7에 도시된 바와 같이, 종래 방식에 따라, 적합한 연결부를 수단으로, 탱크(2)와의 사이에서 LNG 화물을 운송하기 위한 선적/하역 송유관들이 해상 또는 항만 터미널에 연결될 수 있다.
도 7에서는 액화 천연 가스 공급 스테이션(82), 수중 송유관(83), 및 해안 설비(81)를 포함하는 해상 터미널의 일 예를 도시하고 있다. 액화 천연 가스 공급 스테이션(82)은 이동식 팔(mobile arm, 84), 및 상기 이동식 팔(84)을 지지하는 탑(tower, 85)을 포함하는 고정식 연안 설비이다. 이동식 팔(84)은 선적 송유관들에 연결될 수 있는 단열 유연성 호스(80)들을 지탱한다. 이 배향 가능한 이동식 팔(84)은 모든 크기의 선박에 적용 가능하다. 연결관(미도시)이 탑(85) 안에서 위로 연장형성된다. 액화 천연 가스 공급 스테이션(82)은 선박(1)의 탱크가 해안 설비(81)로부터 공급받을 수 있도록 한다. 해안 설비(81)는 액화 천연 가스 공급 스테이션(82)에 수중 관(83)에 의해 연결된 액화 가스 저장 탱크(86)들과 연결 관(87)들을 포함한다. 수중 관(83)은 액화 천연 가스 공급 스테이션(82)과 해안 설비(81) 사이에서 액화 가스가 운반되도록 한다.
액화 가스 운반에 필요한 압력을 생성하기 위해, 선박(1)에 마련된 펌프들 및/또는 해안 설비(81)에 마련된 펌프들 및/또는 선적 및 하역 스테이션(82)에 마련된 펌프들이 사용된다.
본 발명이 몇몇의 특정 실시 예들을 참조로 설명되었으나, 그러한 실시 예들에만 한정되지 않으며, 본 발명의 범위에 해당하는 기재된 수단들의 모든 기술적 등가물 및 그 조합을 포함함은 물론이다.
특히, 상술한 실시 예들에서는 선박이 단지 하나의 액화 천연 가스 저장 탱크를 포함하지만, 기체 처리 및 운반 시스템은 복수의 저장 탱크들에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 저장 탱크들은 각각 펌프들에 의해 공급이 이루어지는 흡입 송유관들 및 탱크의 상부와 바닥 부분으로 개방되는 송유관들을 포함하며, 이들은 상술한 바와 같이 처리 시스템 회로들에 연결된다.
또한 주지할 사실은, 본 명세서에서 연결 부재라는 용어는 3방향 연결부와, 하나 이상의 주입 송유관들 또는 하나 이상의 배출 송유관들이 마련된 몇몇의 밸브들 사이의 결합을 설명하기 위해 사용되었으나, 연결 부재라는 용어는 두 개의 주입 송유관들을 배출 송유관들에 연결하거나, 하나의 주입 송유관을 두 개의 배출 송유관들에 연결할 수 있는 모든 기술적 등가물들을 포함하며, 연결 부재는 또한 상황에 따라, 두 개의 주입 송유관들 중 하나로부터 기체 스트림을 진행시키거나 두 개의 배출 송유관들 중 하나를 향해 기체 스트림을 진행시키거나 주입 기체 스트림이 두 개의 배출 스트림들로 갈라지게 하거나 두 개의 주입 기체 스트림들이 하나의 배출 기체 스트림으로 결합시키기 위해 선택할 수 있는 수단을 포함한다.
"포함하다", "구비하다" 등의 동사들 및 그러한 동사들의 변형을 사용했다고 해서 청구항에 기재된 구성 요소들 또는 그 외 단계들의 존재 가능성을 배제하지 않는다. 구성 요소나 단계에 사용된 "하나의"라는 부정 관사 또한, 달리 언급되어 있지 않은 한, 복수의 구성 요소나 단계들이 존재할 가능성을 배제하지 않는다.
청구항들에서, 괄호 안에 있는 참조 부호들은 청구항을 한정하는 것으로 해석되어져서는 안 된다.

Claims (4)

  1. 선박(1) 내 천연 가스를 한편으로는 액화 가스 저장 탱크(2)로부터 에너지 생산 장비(4, 6)로, 다른 한편으로는 액화 가스 저장 탱크(2)로부터 에너지 생산 설비의 버너(5)로 처리 및 운반하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 순차적으로,
    에너지 생산 장비(4, 6)로 공급하는 단계로서, 천연 가스가 상 분리기(11a, 11b)를 통해 전달됨으로써, 상기 천연 가스 중에서 탄소 고리가 가장 긴 탄화수소를 포함하는 무거운 부분이 응축물 형태로 탱크(2)로 복귀되고, 탄소 고리가 가장 짧은 탄화수소를 포함하는 가벼운 부분이 상기 에너지 생산 장비(4, 6)로 전달되도록 하고, 운반되는 상기 천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수가 모니터링되는, 에너지 생산 장비로 공급하는 단계; 및
    천연 가스의 무거운 부분을 상기 버너(5)로 공급하는 단계로서, 운반되는 상기 천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수가 임계치를 넘으면 상기 천연 가스의 무거운 부분을 상기 버너로 공급하는 단계로 자동 전환이 이루어지고, 상기 천연 가스는 상기 탱크(2)에 액체상으로 수집되고 상기 탱크(2)로부터 상기 상 분리기(11a, 11b)를 우회하여 상기 상 분리기(11a, 11b)를 통과하지 않고 상기 버너(5)로 전달되어, 상기 천연 가스의 무거운 부분이 제거되는, 천연 가스의 무거운 부분을 상기 버너로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    운반되는 상기 천연 가스의 메탄가를 나타내는 변수는 상기 상 분리기(11a, 11b)의 하류의 천연 가스의 가벼운 부분의 유량을 측정하거나, 상기 탱크에 수집된 증발된 천연 가스의 온도를 측정하거나, 응축물 수집 용기의 비워지는 빈도수 또는 높이를 측정함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
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