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KR20120036334A - 화물선용 연소가스-시스템 - Google Patents

화물선용 연소가스-시스템 Download PDF

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KR20120036334A
KR20120036334A KR1020127000191A KR20127000191A KR20120036334A KR 20120036334 A KR20120036334 A KR 20120036334A KR 1020127000191 A KR1020127000191 A KR 1020127000191A KR 20127000191 A KR20127000191 A KR 20127000191A KR 20120036334 A KR20120036334 A KR 20120036334A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tank
liquefied gas
gas
pressure
conveying means
Prior art date
Application number
KR1020127000191A
Other languages
English (en)
Inventor
올라프 바이어
아네테 칼스바흐
Original Assignee
티지이 마린 개스 엔지니어링 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 티지이 마린 개스 엔지니어링 게엠베하 filed Critical 티지이 마린 개스 엔지니어링 게엠베하
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Abstract

본 발명은 운반 수단 탱크(1), 특히 선박에 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 저장 탱크로부터 액화 가스를 제거하는 단계, 상기 제거된 액화 가스를 가열하는 단계, 상기 가열된 액화 가스를 운반 수단 탱크(1)에 펌핑함으로써 운반 수단 탱크(1)에 가열된 액화 가스를 주입하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명은 상기 방법이 실시될 수 있는 시스템 및 상기 시스템을 구비한 선박에 과한 것이다.

Description

화물선용 연소가스-시스템{COMBUSTION-GAS SYSTEM, IN PARTICULAR FOR CARGO VESSELS}
본 발명은 운반 수단, 특히 선박의 구동을 위해 제공된 극저온 액화 가스, 특히 운반 수단 탱크에 있는 LNG를 저장하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
오늘날, 배기 가스 한계 값 및 화물선 운항으로 인해 발생하는 유해 가스, 특히 SOx, CO2 및 NOx 배출을 감소시키려는 노력이 첨예화됨에 따라 선택적으로 천연 가스와 중유 및/또는 디젤 오일을 연소하는 소위 이중 연료-엔진 또는 가스를 연료로 사용하는 또 다른 장치에서 천연 가스에 기반하여 화물선을 구동시키는 시스템이 개발되고 있다.
가스 구동 방식(gas operation mode)은 대응하는 가스의 양이 갑판에 저장될 수 있다는 것을 전제 조건으로 한다. 이때, 필요한 가스의 양은 선박 모델 및 선박의 용도에 의해 좌우된다. 연소 가스의 가스 압력, 가스 온도 및 가스의 품질에 대한 요구 사항은 사용하는 개별 사용자에 의해 좌우된다.
상기 천연 가스의 낮은 에너지 밀도 때문에, 연소 가스의 바람직한 저장 형태로서 액화 천연 가스, 소위 LNG가 제공되며, 상기 액화 천연 가스는 상대적으로 낮은 압력과 극저온 온도에서 저장 용적의 상대적으로 높은 에너지 밀도를 허용하고, 이로써 선박 갑판의 제한된 공간 비율 하에서 필요한 에너지 양이 사용할 선박의 용적에 저장될 수 있다.
선박에 LNG 가스 공급을 위한 시스템은 일반적으로 아래의 구성 요소를 구비한다:
- 로딩 시스템(벙커 연결부);
- LNG-저장소(저장 용적에 인접해 있는 선박 챔버가 선박 제조 강철의 결함을 야기하는 극단적으로 낮은 온도에 노출되는 위험이 없도록 실시됨);
- 연료 펌핑 및 사용자가 원하는 압력으로 압력 상승;
- 연료 가공(온도 및 필요할 경우 품질 조절);
- 안전 장치.
선행 기술에 따르면, 상대적으로 작고, 진공 절연된 원통형 탱크가 일반적인 저장 탱크로 사용된다. 연료 가공은 상기 탱크에 설치된 펌프, 가스 형태의 증발을 통해 기화된 LNGs 및 압축기에서 압축을 통해 실시되거나, 또는 탱크의 바닥 배출구를 필요로 하는 자연 순환 증발기에서 압력 상승을 통해 실시된다.
로딩은 대략 소위 가스 변위(gas displacement)를 통해 실시된다. 즉, 빈 선박 탱크에 포함된 기체 상태(gas phase)의 가스는 보충된 액화 LNG를 통해 배출되고, 벙커 파이프와 함께 두 번째 파이프를 통해 채워진 선박 또한 저장 탱크로 되돌려 진다.
상기 탱크에 파이프를 연결하기 위해, 탱크는 일반적으로 파이프가 플랜지(flanged)된 연결부를 구비한다. 안전을 이유로 상기 파이프를 상기 탱크와 용접하는 것이 나을 수 있다. 그러나, 종래의 탱크의 경우, 이것이 실무에서 항상 실시될 수 있는 것은 아니다. 또한, 안전을 이유로 상기 파이프를 탱크 바닥 또는 상기 탱크의 측면 벽을 관통시키지 않도록 권장된다. 다른 경우에, 탱크 영역에 있는 파이프의 경우 대응하는 누출은 탱크의 액체가 중력 작용으로 유출되는 결과를 야기한다.
EP 1 353 113 A2은 가스 카고 탱크의 하역(unloading)을 위한 시스템 및 방법을 공지하고 있다. 상기 시스템은 수중 펌프를 장착한 카고 탱크(cargo tank) 및 수중 펌프를 미장착한 카고 탱크를 포함한다. 상기 카고 탱크는 두 개의 파이프로 서로 연결되어 있으며, 하나의 파이프는 압축기와 연결되어 있다. 상기 압축기를 이용하여 상기 수중 펌프를 장착한 카고 탱크으로부터 가스 상이 수중 펌프를 미장착한 탱크로 펌핑된다. 상기 수중 펌프를 미장착한 탱크에서 이렇게 야기된 압력 상승으로 인해 액체가 상기 수중 펌프를 미장착한 탱크로부터 또 다른 파이프를 지나 수중 펌프를 장착한 탱크에 도달한다. 상기 수중 펌프를 이용하여 액화 가스가 해당 탱크로부터 고정된 시설로 운반된다. 상기 시스템은 적합한 온도 조절을 가능하게 한다.
상기 탱크의 주입을 위해 공지된 또 다른 방법의 경우, 예를 들어 액화 천연 가스가 첫 번째 파이프를 통해 상기 탱크에 주입된다. 상기 탱크에서 생성된 소위 보일-오프가스(boil-off gas; 증발가스)는 두 번째 파이프를 통해 극저온 액체가 상기 가스 상으로 분무 됨으로써 응축된다. 필요할 경우, 세 번째 파이프를 통해 액화 가스가 탱크로부터 제거된다. WO 2009/063127 A1은 상기 방법이 실시되고 있는 탱크 장치를 공지하고 있다.
상기 탱크의 압력 초과를 억제하기 위해, 액화 가스로 주입되는 동안 상기 탱크에 있는 가스가 응축될 경우, 이것은 탱크에 액화 가스가 주입될 수 있는 속도를 제한한다.
전술한 방식의 종래의 탱크는 상기 파이프 연결을 위해 항상 8 내지 10개의 연결부를 구비하고 있다. 예를 들어 WO 2009/063127 A1에 그림으로 도시된 탱크는 6개의 파이프를 구비하며, 상기 파이프는 실용성의 이유에서 연결부를 통해 상기 탱크에 연결된다. 실무에서 WO 2009/063127 A1에 공지된 탱크는 도시되어 있지 않지만 또 다른 파이프를 필요로 한다.
운반 수단, 특히 선박 탱크의 경우 실무에서 상기 파이프를 탱크에 연결하기 위해 아래와 같은 파이프 또한 연결부가 필요하다.
제 1 연결부 또한 상기 연결부에 연결될 수 있는 파이프는 운반 수단인 탱크에 주입하기 위해 필요한 것이다. 상기 운반 수단 탱크에 수중 펌프가 있을 경우, 상기 운반 수단 탱크를 하역하기 위해 제 2 연결부 및 또 다른 파이프가 필요하다. 분무 파이프용 제 3 연결부는 상기 탱크에 적합한 온도를 조절하고, 보일-오프 가스를 응축하기 위해 필요하다. 제 4 연결부는 상기 기체 상태의 가스를 탱크로부터 전달하기 위해 사용된다. 또 다른 연결부는 안전 밸브 및 압력, 온도와 충전 상태와 같은 매개 변수를 측정하기 위해 제공된다.
본 발명의 목적은 운반 수단, 특히 선박의 탱크에 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 개선된 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. 이때, "저장"이라는 개념은 "넣다", 즉 "주입하다"의 의미, "비우다", 즉 "제거"의 의미, 및 "유지" 또는 "포함"의 의미를 암시한다.
본 발명의 상기 목적을 해결하기 위해 액화 가스가 가열되고, 가열 후 탱크에 펌핑됨으로써 LNG와 같은 액화 가스가 운반 수단 탱크에 주입된다.
가열이란, 저장된 액화 가스가 저장 탱크로부터 운반 수단 탱크로 펌핑되는 것만을 의미하는 것은 아니다. 그 대신, 상기 액화 가스가 저장 탱크로부터 활성적으로 가열되고, 가열된 후 운반 수단 탱크에 도달하게 된다. 본 발명의 의미에서 활성적 가열은 상기 저장 탱크에서 나오는 액화 가스에 열이 조절되어 공급되는 경우, 예를 들어 보일-오프 가스가 상기 액화 가스와 혼합되거나, 또는 저장 탱크로부터 나오는 액화 가스가 열 교환기로 가열되고, 상기 열 교환기에 의해 운반 수단 탱크에 도달됨으로써 실시된다.
전술한 것에 대응하여 본 발명은 극저온 액화 가스를 운반 수단, 특히 선박의 탱크에 저장하기 위한 방법에 관한 것으로서 다음과 같은 단계, 즉: 저장 탱크, 특히 고정된 저장 탱크로부터 액화 가스의 제거, 제거된 액화 가스의 가열, 상기 액화 가스를 운반 수단 탱크에 펌핑함으로써 가열된 액화 가스를 상기 운반 수단 탱크에 주입하는 단계를 포함한다.
예를 들어, 일반적으로 상기 LNG를 상용 압력에서 저장하기 위해 -161℃ 미만의 온도에서 저장 탱크에 LNG가 저장된다. 동일한 이유에서, 선박 탱크에 있는 LNG의 저장 온도는 마찬가지로 -161℃ 미만이다. 본 발명에 따른 가열을 통해 확실하게 가열된 액화 가스가 상기 선박 탱크에 도달한다. 가열된 LNGs의 온도는 예를 들어 가열 후 -163℃가 아닌 -140℃ 내지 -150℃일 수 있다.
상기 방법을 실행하기 위해, 특히 선박 탱크, 즉 LNG 저장을 위한 탱크에 LNG를 주입하는 시스템 및/또는 비우는 시스템이 제공되며, 상기 탱크의 송출 압력(설정 압력이라고도 함)은 적어도 5 bar g(바아 게이지(bar gauge); 대기에 대한 상대 압력), 바람직하게는 적어도 10 bar g이며, 상기 탱크에는 극저온 액화 가스를 위한 유입구 및 상기 탱크의 하역(unloading)을 위한 배출구가 제공되어 있고, 상기 유입구는 LNG 가열을 위한 수단을 포함한다.
본 발명은 운반 수단, 특히 상기 액화 가스를 저장하기 위한 운반 수단 탱크, 저장 탱크, 특히 고정된 저장 탱크로부터 상기 액화 가스의 제거, 제거된 상기 액화 가스의 가열 수단을 위한 유입 장치 및 가열된 액화 가스를 운반 수단 탱크에 펌핑하기 위해 펌핑 장치를 구비한 운반 수단 탱크용 주입 장치를 장착한 선박에 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템 및 운반 수단, 특히 상기 시스템을 구비한 선박에 관한 것이다.
가열에도 불구 하고 상기 운반 수단 탱크, 즉 선박 탱크에 상기 액체 상(liquid phase)이 존재하기 때문에 주입 후에 상기 운반 수단 탱크에 초과 압력이 발생한다. 본 발명에 따라 이러한 초과 압력은 연소를 통해 탱크로부터 제거될 수 있기 때문에 펌프를 사용하지 않는다. 상기 운반 수단 탱크에 있는 액화 가스의 온도는 바람직하게는 상용 압력에서 상기 액화 가스의 비등점(끓는 온도) 이상이다.
상기 초과 압력은 즉각적으로 준비되기 때문에 구동 모터에 가연성 가스를 공급하기 위해 주입 후, 즉 선박에 주입하고 나서 상기 액화 가스는 즉각적으로 제거될 수 있다. 따라서, 주입 후에 연료 공급을 위한 펌프를 사용하지 않고 선박이 계속해서 운항 될 수 있다.
본 발명의 실시 형태의 경우, 원하는 저장 압력에 도달하기 위해 상기 액화 가스는 적어도 10℃로 가열된다. 상기 온도 편차는 공지된 목적을 위해 운반 수단 탱크에서 즉각적으로 충분히 높은 저장 압력을 획득하기 위해 규칙적으로 지원되며, 또한 적어도 15℃로 가열될 수도 있다.
선박을 구동시키기 위해 필요한 충분한 연료량을 주입 후에 선박 탱크로부터 즉각적으로 제거하기 위해 상기 선박 탱크의 저장 압력은 바람직하게는 적어도 절대압력으로 3 bar이다; 상기 압력은 절대압력으로 5 bar 초과 또는 8 bar 초과일 수도 있다. 따라서, 사전에 상기 액화 가스가 대응하는 높은 온도로 가열된다.
상기 액화 가스를 가열하기 위해, 주입하는 동안 상기 선박 탱크에 있는 가스가 상기 선박 탱크에 유입된 액화 가스에 첨가된다. 이로 인해, 상기 액화 가스가 가열될 뿐 아니라, 동시에 바람직하게는 상기 선박 탱크에 있는 가스가 응축된다. 바람직하게는 상기 가스 공급은 공급 파이프로 실시되며, 상기 공급 파이프를 통해 상기 액화 가스가 선박 탱크로 펌핑된다. 바람직하게는, 이러한 공급은 선박 탱크 외부 및 특히 프로세스 영역(process area)에서 실시된다. 상기 가스는 선박 탱크로부터 두 번째 파이프를 통해서 흡입되고, 가스는 가압되어 상기 액화 가스를 선박 탱크로 펌핑하는 파이프로 들어간다. 상기 선박 탱크로부터 나오는 가스는 예를 들어 바람직하게는 고정된 혼합기를 통해 상기 액화 가스와 혼합된다. 또한 상기 혼합기는 바람직하게는 상기 프로세스 영역에 놓여 있다.
상기 선박 탱크에 있는 가스를 이용하여 상기 액화 가스는 가능하면 약 0.5℃ 내지 1℃까지만 가열되고, 경우에 따라 0.5℃ 내지 1℃ 가열이 불충분하기 때문에 바람직한 실시 형태에서 상기 액화 가스는 적어도 열 교환기로 보충 가열된다. 바람직하게는, 상기 열 교환기는 비용 문제 때문에 상기 선박 탱크 외부 및 특히 프로세스 영역에 위치한다. 상기 액화 가스가 선박 탱크로 펌핑될 경우, 상기 액화 가스는 우선 열 교환기에 도달하고, 상기 열 교환기로부터 상기 선박 탱크에 도달하게 된다.
상기 운반 수단 탱크에서 초과 압력이 형성되기 때문에, 상기 액화 가스는 펌프를 이용하여 탱크의 저장 압력 이상인 압력으로 상기 탱크 안으로 펌핑된다. 상기 탱크의 저장 압력이 절대압력으로 3 bar 일 경우, 상기 액화 가스는 절대압력으로 3 bar 초과 압력, 예를 들어 4 bar 압력으로 상기 탱크 안으로 펌핑된다. 상기 운반 수단 탱크 안으로 펌핑된 액화 가스에 상기 운반 수단 탱크에서 나온 가스가 첨가될 경우, 가열될 액화 가스의 유체 압력 이상의 압력을 갖는 상기 가스가 액화 가스 내로 가압되어 들어간다. 가열될 액화 가스의 유체 압력이 절대압력으로 4 bar 일 경우, 이러한 상기 가스 압력은 예를 들어 절대압력으로 5 bar(bar a)이다.
특히 상기 선박 탱크를 특히 빨리 액화 가스로 주입하기 위해, 상기 선박 탱크는 바람직하게는 단 하나의 공급 파이프를 통해 주입된다. 상기 액화 가스가 주입되어야 할 경우, 주입에 필요한 시간을 절약하기 위해 단 하나의 파이프(탱크용 파이프)가 연결되고, 주입 후에 제거될 수 있다. 상기 운반 수단 탱크에 상기 액화 가스가 주입되는 속도는 상기 탱크용 파이프의 횡단면과 상기 액화 가스를 탱크로 펌핑하는 압력에 좌우된다. 따라서, 상기 액화 가스를 고속으로 탱크에 펌핑하는 것이 가능하고, 상기 운반 수단에 빠르게 주입될 수 있다.
바람직하게는, 제거용 파이프가 개방됨으로써 운반 수단 탱크, 특히 가열된 액화 가스가 있는 상기 선박 탱크로부터 액화 가스가 제거된다. 상기 운반 수단 탱크의 초과 압력은 액체가 상기 제거용 파이프를 통해 탱크로부터 배출되고, 선박의 구동 장치에 공급될 수 있도록 한다. 선박의 경우, 바람직하게는 상기 제거용 파이프는 선박 탱크 상단 면을 지나 상기 선박 탱크의 바닥까지 도달한다. 상기 파이프가 상기 탱크의 상단 면을 지나 탱크에 가이드 될 경우, 이로써 탱크의 내용물이 완전히 유출될 수 있는 누출 위험이 최소화된다. 상기 제거용 파이프가 상기 선박 탱크의 바닥까지 도달할 경우, 이로써 상기 탱크의 내용물이 상기 제거용 파이프를 통해 완벽하게 배출될 수 있다.
탱크의 상단 면을 지나 탱크로부터 바깥쪽으로 뻗어 있는 상기 제거용 파이프의 누출이 선박에서 발생할 경우, 상기 탱크의 초과 압력으로 인해 연료가 유출되고, 선박이 손상될 수 있다. 물론, 누출의 경우 선박의 압력은 가스 배출을 통해 상대적으로 빨리 낮아질 수 있으므로, 적어도 바닥 배출구를 구비한 탱크가 위급한 상황에서 매우 적은 양이 탱크로부터 배출되는 장점을 갖는다. 이러한 방식으로 누출 발생시 선박 재료의 손상이 확실하게 억제될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에서, 제거용 파이프를 폐쇄하거나 또는 개방하는 밸브가 압력 탱크에 제공된다. 육중한 상기 밸브는 운반 수단 탱크에 인접해 있다. 상기 탱크를 기준으로 누출이 상기 밸브 후방에서 발생 될 경우, 상기 밸브는 즉각적으로 폐쇄된다. 이어서, 또 다른 액화 가스가 상기 탱크로부터 본 발명에 따른 시스템의 파이프에 도달하지 않으며, 누출이 발생하지 않을 수 있다. 이와 반대로 상기 탱크에 인접하여 배열되어 있고, 상기 제거용 파이프를 개방하고 폐쇄할 수 있는 밸브에서 누출이 발생할 경우, 상기 제거용 파이프를 폐쇄하고 상기 액화 가스의 또 다른 유출을 억제할 수 있는 가능성은 희박하다. 이러한 어려움은 상기 밸브를 바깥쪽으로 보호하는 추가 압력 탱크를 통해 해결된다. 이러한 밸브에서 누출이 발생할 경우, 상기 제거용 파이프가 폐쇄될 수 없다. 이렇게 유출된 액화 가스는 상기 액화 가스가 선박에 손상을 주지 않도록 제공된 압력 탱크 안으로 도달된다.
상기 제거용 파이프의 밸브는 바람직하게는 운반 수단 탱크, 특히 선박 탱크, 특히 바람직하게는 프로세스 영역에 배열되어 있다.
바람직하게는, 상기 제거용 파이프는 운반 수단 탱크를 주입하는 파이프와 비교할 때 상대적으로 얇은 횡 단면을 구비한다. 상기 탱크를 주입하는 파이프의 보다 큰 횡 단면은 바람직하게는 선박의 빠른 주입을 가능하게 한다. 제거가 배우 천천히 실시되기 때문에, 이를 위해 작은 횡 단면으로도 충분하고, 이로 인해 저렴한 비용의 제거용 파이프가 제공된다.
본 발명의 실시 형태의 경우, 상기 제거용 파이프는 상기 액화 가스를 선박 탱크에 펌핑하는 파이프 내에 배열되어 있다. 이로 인해, 서로 분리되어 탱크 안으로 가이드 된 파이프의 수량이 감소 된다. 또한 누출의 위험이 감소 된다. 이렇게 제공된 이중 파이프는 바람직하게는 단지 상기 탱크의 상부까지만 도달한다. 상기 제거용 파이프는 단지 상기 탱크의 바닥까지만 도달한다.
본 발명의 실시 형태의 경우, 상기 선박 탱크는 상기 가스를 상기 탱크로부터 제거할 수 있는 파이프를 구비한다. 따라서, 상기 파이프는 바람직하게는 상단 측으로부터 상기 선박 탱크로 이어져 있고 더 이상 탱크까지 도달하지 않는다. 상기 파이프는 가스를 가열하고 압축시키기 위해 열 교환기 및 바람직하게는 압축기와 연결되어 있으므로, 선박의 구동 장치를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 파이프는 예를 들어 구동 장치를 위해 상기 보일-오프 가스를 사용하기 위해 구동 장치에 도달된다.
상기 보일-오프 가스가 구동 장치를 위해 사용될 경우, 우선 주입되는 동안 가열을 위한 압력이 제공된다. 필요할 경우, 이러한 압력은 시스템의 압축기로부터 나온 뜨거운 가스의 재순환을 통해 조절되거나, 또는 가스로부터 연소를 위한 가스 흡입을 통해 조절된다.
전술한 프로세스 영역은 운반 수단 탱크, 특히 선박 탱크의 외부에 배열되어 있다. 상기 프로세스 영역은 특히 바람직하게는 특수 강으로 구성된 용기를 구비하고 있다. 바람직하게는 상기 프로세스 영역에 배열된 전술한 장치는 상기 용기 안 또는 위쪽에 배열되어 있다. 상기 장치에서 누출이 발생할 경우, 위에서 누출된 액화 가스는 상기 용기에 의해 집진 되고, 더 이상 손상이 발생하지 않도록 한다. 나아가, 상기 프로세스 영역은 개방되어 있긴 하지만 또한 완벽하게 폐쇄될 수도 있다.
본 발명의 실시 형태의 경우, 상기 운반 수단 탱크는 상기 탱크와 연결된 두 개의 파이프만을 포함한다. 이로 인해 발생할 수 있는 누출의 위험이 감소 된다. 실무에서 소량의 파이프가 일반적이며, 바람직하게는 상기 파이프는 탱크에 용접되어 있다. 또한, 이로 인해 안정성이 증가한다.
추가로, 본 발명의 실시 형태에서 상기 운반 수단 탱크에 인접하고 있는 액체용 파이프의 밸브는 집진 용기에 의해 감싸져 있으며, 상기 집진 용기의 송출 압력은 개별 탱크의 송출 압력보다 높다. 이로 인해 액체가 상기 프로세스 영역으로 누출될 가능성이 매우 적어진다. 상기 밸브는 기본적으로 원거리 조절이 가능하다.
본 발명의 실시 형태에서 상기 운반 수단 탱크와 연결된 파이프는 각각 캡슐화된 차단 장치, 예를 들어 전술한 원거리 조절 가능한 밸브를 구비한 집진 용기가 제공된다. 연결부와 함께 이러한 파이프는 바람직하게는 완벽하게 용접된 상태로 실시된다. 상기 파이프를 연결하기 위한 접속용 파이프는 없다. 또한 상기 시스템의 안정성이 향상된다.
본 발명을 개관하기 위해 본 발명의 바람직한 특징을 요약하면 번호 순서대로 아래와 같다:
1.
액화 가스를 가열하고, 가열된 상기 액화 가스를 상기 선박 탱크로 펌핑함으로서 액화 가스는 선박의 탱크에 주입 및/또는 상기 액화 가스를 상기 탱크로부터 제거하기 위한 방법.
2.
우선, 상기 액화 가스를 상용 압력으로 저장하고, 상기 상용 압력으로 저장된 액화 가스가 상용 압력에서 액화 가스의 비등점 이상의 온도로 가열되는 실시 형태 1에 따른 방법.
3.
상기 액화 가스가 적어도 10℃로 가열되는 전술한 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 방법.
4.
상기 선박 탱크에서 액화 가스의 저장 압력이 절대압력으로 적어도 3 bar 인 전술한 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 방법.
5.
상기 액화 가스는 상기 선박 탱크에 있는 액화 가스의 공급을 통해 가열되는 전술한 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 방법.
6.
상기 액화 가스가 열 교환기에서 가열되는 전술한 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 방법.
7.
상기 제거용 파이프의 밸브가 개방되고, 이어서 상기 탱크의 초과 압력을 통해 상기 액화 가스가 제거용 파이프를 지나 상기 선박 탱크로부터 배출됨으로써 상기 선박 탱크에 있는 액화 가스가 제거되는 전술한 실시 형태 가운데 특히 하나의 실시 형태에 따른 방법.
8.
제거된 액화 가스가 상기 선박의 구동을 위해 연료로 사용되는 전술한 실시 형태에 따른 방법.
9.
상기 탱크의 설정 압력은 적어도 5 bar g, 바람직하게는 적어도 10 bar g 이며, 상기 탱크는 극저온 액화 가스를 위한 유입구 및 상기 탱크의 하역을 위한 배출구를 구비하며, 상기 유입구는 LNG 가열을 위한 수단을 포함하는 선박의 탱크에 LNG, 즉 상기 LNG 저장을 위한 탱크를 주입하는 시스템 및/또는 비우는 시스템.
10.
상기 LNG를 가열하기 위한 수단으로서 열 교환기 및/또는 상기 탱크의 가스를 상기 탱크에 펌핑된 LNG에 첨가하기 위한 수단을 포함하는 전술한 실시 형태에 따른 시스템.
11.
탱크의 가스와 상기 탱크에 펌핑된 LNG를 혼합하기 위해 혼합기를 구비한 전술한 시스템 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 시스템:
12.
상기 LNG를 가열하기 위한 수단이 있는 프로세스 영역을 구비한 전술한 시스템 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 시스템.
13.
상기 LNG를 적어도 4 bar a, 바람직하게는 적어도 6 bar a의 압력으로 탱크에 펌핑할 수 있는 펌프를 구비한 전술한 시스템 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 시스템.
14.
탱크의 가스를 적어도 3 bar a, 바람직하게는 4 bar a의 압력으로 상기 탱크에 펌핑된 LNG로 펌핑할 수 있는 압축기를 구비한 전술한 시스템 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 시스템.
15.
탱크에 펌프가 설치되어 있지 않은 전술한 시스템의 실시 형태 가운데 어느 하나의 실시 형태에 따른 시스템.
16.
배출구로 사용되는 상기 탱크의 바닥까지 도달해 있는 제거용 파이프를 구비하고 있는 전술한 실시 형태 가운데 어느 하나의 실시 형태에 따른 시스템.
17.
특히 프로세스 영역에 있으며 탱크로부터 제거된 액화 가스를 위해 증발기를 구비한 전술한 시스템 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 시스템.
18.
선박 구동을 위해 연료를 탱크로부터 공급하기 위한 수단을 구비한 전술한 시스템 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 시스템.
19.
상기 탱크에 두 개의 파이프가 용접되어 있고, 두 개를 초과하는 파이프의 열결을 위한 탱크 접속 파이프가 탱크에 제공되어 있지 않은 전술한 시스템 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 시스템.
20.
하나 이상의 제거용 파이프 개방과 폐쇄를 위한 밸브를 감싸고 있는 하나 이상의 압력 탱크를 구비한 전술한 시스템 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 시스템.
21.
전술한 시스템 실시 형태 가운데 하나의 실시 형태에 따른 시스템을 구비한 선박.
전술한 것처럼, 본 발명은 선박뿐 아니라, 또 다른 이동 시스템, 즉 운반 수단, 예를 들어 항공기 또는 육상 교통 수단을 위해 사용될 수 있다. 선박 탱크 대신 항공기의 탱크에서, 일반적으로 운반 수단 탱크에 맞춰 조절된다.
전술한 상세한 설명 및 후술할 상세한 설명에 공지된 본 발명의 측면은 비록 명확하게 표현되어 있지는 않지만 본 발명에 따른 방법뿐 아니라 시스템과 관련을 맺고 있다. 개별 특징은 기본적으로 도시된 결합과 다른 결합에서도 본 발명에 따른 것일 수 있다.
본 발명은 실시예를 통해 아래에서 상세하게 설명되며, 이때 본 발명은 실시 예에 의해 제한되지 않는다:
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 또 다른 시스템을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 위한 공정 일람표를 도시하고 있다.
도 1은 선박에 있는 세 개의 탱크(1)를 횡단면으로 도시하고 있으며, 상기 탱크는 연료 유입을 위해 특정되어 설치되며, 규격화되어 있다. 탱크(1)는 상기 탱크가 -163℃ 내지 45℃에서 견딜 수 있도록 제공된다. 상기 탱크(1)의 송출 압력은 약 10 bar g 또는 약 10 bar g 이상이다. 개별 탱크(1)의 상단 측으로 파이프(2)가 이어져 있지만, 상기 탱크 안에까지 뻗어 있지는 않다. 또한, 개별 탱크(1)는 개별 탱크 상단 측을 지나 개별 탱크 바닥까지 뻗어 있는 파이프(3)를 구비하고 있다. 개별 파이프(3)는 해당 탱크(1)에 액화 가스 주입을 위해 사용된다. 또한, 이러한 파이프를 지나 상기 액화 가스가 탱크로부터 예를 들어 절대압력으로 3.5 bar 또는 9 bar의 상기 탱크의 초과 압력에 입각하여 배출되고, 선박 구동 장치, 예를 들어 선박의 모터 또는 터빈 쪽으로 계속해서 전달된다. 파이프(3)는 부분적으로 이중 파이프로 실시될 수 있다. 상기 이중 파이프의 안쪽 파이프를 통해 탱크로부터 상기 액화 가스가 제거된다. 상기 이중 파이프의 외부 파이프를 통해 상기 액화 가스가 개별 탱크 안으로 펌핑된다.
도 1에 도시된 시스템은 연결부(4)를 구비하며, 상기 탱크가 주입되어야 할 경우, 상기 연결부를 통해 가열될 액화 가스가 상기 시스템으로 가이드 된다. 상기 연결부(4)를 통해 상기 시스템에 도달한 액화 가스는 열 교환기(5)에서 가열된다. 상기 액화 가스는 혼합기(6)를 지나 가이드 되고, 여기서 탱크(1)로부터 나온 가스가 혼합된다. 이어서, 이렇게 가열된 액화 가스는 파이프(3)를 통해 상기 탱크(1) 안으로 펌핑된다.
주입하는 동안, 상기 탱크에 있는 보일-오프 가스가 파이프(2)를 통해 탱크로부터 가이드 된다. 가이드 된 가스는 필요에 따라 상기 가스를 가열하기 위해 열 교환기(7)를 통해 가이드 된다. 이어서, 상기 가스는 두 개의 압축기(8)로 가이드 되며, 상기 압축기는 상기 가스를 원하는 방식으로 압축할 수 있다. 오일이 혼합된 적당한 가격의 압축기(8)가 사용될 경우, 이어서 상기 가스는 오일 커터(oil cutter)(9)를 지나 가이드 된다. 커팅된 오일은 다시 상기 압축기(8)로 가이드 될 수 있다. 상기 압축기의 고장시 계속해서 가동될 수 있도록 하기 위해 두 개의 압축기가 여유있게 제공된다.
이어서, 상기 가스는 냉각기(10)를 지나 완충 용량부(buffer capacity)(11)로 유입된다. 상기 냉각기는 필요할 경우 사용자가 필요로 하는 온도로 상기 가스를 냉각시킨다. 상기 완충 용량부(11)는 짧은 시간에 불충분한 연료(액화 가스 또는 보일-오프 가스)가 탱크(1)로부터 제거될 경우, 가교의 역할을 한다.
상기 완충 용량부(11)에 의해 상기 가스가 파이프(12)를 통해 사용자에게 전달되거나, 또는 파이프(13)를 통해 혼합기(6)로 가이드 된다.
상기 파이프(13)는 가열될 액화 가스로 유입되는 가스를 사전에 정화하기 위해 활성탄 여과 장치(14)를 지나 가이드 될 수 있다.
상기 시스템은 파이프(3)에 연결된 펌프(15)를 포함하며, 상기 펌프를 통해 위급상황의 발생시 상기 탱크(1)가 비어 있도록 펌핑될 수 있다.
위급상황의 발생시, 파이프(16)를 통해 가스가 상기 시스템으로부터 배출될 수 있다.
상기 액화 가스가 상기 탱크로부터 배출될 경우, 상기 가스는 우선 증발기(17)로 유입되고 여기서 증발된다. 상기 증발기(17)로부터 가스는 상기 가스를 사용자에게 공급하기 위해 예를 들어 열 교환기(7)로 유입된다.
공지된 방법으로 상기 파이프를 통해 개별 장치로 유동을 조절하기 위해 상기 파이프에는 다수의 밸브(18)가 제공되어 있다.
도 1에 도시된 시스템에 부하 조절 우회로(19)가 제공되어 있으며, 상기 부하 조절 우회로를 통해 가스가 상기 압축기(8)의 후방으로 제거되고, 상기 압축기에 가스를 공급하는 파이프로 다시 공급될 수 있다. 이러한 부하 조절 우회로를 통해 원하지 않는 압력 동요 및 빠른 압력 변화가 보정될 수 있다.
도 1에 도시된 상기 시스템의 장치는 상기 프로세스 영역(20)의 내부에 배열되어 있으며, 상기 프로세스 영역의 아래쪽에 특수 강으로 구성된 집진 용기가 제공되어 있다.
상기 영역을 통해 탱크의 외부에 가이드 된 각각의 파이프는 안전 리스크(safety risk)를 나타낸다. 도 1에 도시된 실시 형태의 경우, 단지 두 개의 용접 연결부 및 각각의 선박 탱크(1)로부터 상기 프로세스 영역(20) 안으로 가이드 된 단지 두 개의 파이프만 존재한다.
예를 들어 원하는 노크 내성(knock resistance)을 달성하기 위해 보일-오프 가스와 증발된 가스의 혼합을 통해 연소 가스가 원하는 방식으로 가공될 수 있다.
도 1에 도시된 시스템은 시스템에서 압력을 적절하게 조절하기 위해 하나 또는 다수의 압력 조절기(PIC) 및/또는 압력 조절 밸브(PCV)를 포함할 수 있다. 온도 조절 도구(TIC)를 사용하여 상기 시스템에서 온도의 감시 및/또는 조절을 할 수 있다. 상기 온도 조절은 특히 탱크 주입시 실시된다.
상기 탱크 안으로 가이드 된 측정 파이프(measuring line)는 배열되어 있는 파이프, 특히 하역(unloading)을 위해 제공된 파이프(3)를 통해 상기 탱크 안에 도달된다. 이로써, 매우 높은 안전 기준이 달성된다. 이에 대응하여 안전 조치가 획득될 수 있다.
탱크를 냉각시키기 위한 분사용 파이프(spray pipeline)는 포기될 수 있다. 한편으로, 상기 탱크는 규정에 따라 지속적으로 극저온 액화 가스로 채워지며, 그 이유는 유사시 선박이 부족한 연료로 인해 가동될 수 없기 때문이다. 또한, 열에 의한 문제를 감소시키기 위해 상대적으로 따뜻한 액화 가스가 주입된다. LNG는 약 -140℃ 또는 약 -145 또는 -150℃의 온도에서 선박 탱크에 저장되고, 종래의 방법처럼 -160℃ 미만으로 저장되지 않는다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 형태를 도시하고 있다. 도 1에 따른 실시 형태와의 차이점은 원거리 조절 가능한 밸브가 내압성 용기(21)에 의해 감싸져 있다는 것이며, 상기 원거리 조절 가능한 밸브를 통해 탱크의 제거용 파이프가 폐쇄될 수 있고, 상기 밸브는 각각의 탱크에 인접하여 배열되어 있다. 상기 밸브에서 누출이 발생할 경우, 상기 액화 가스가 내압성 용기 안에 도달하게 되므로, 계속되는 손상이 억제된다. 파이프(22)를 통해 액화 가스가 내압성 용기(21)에 의해 시스템의 파이프로 적합하게 계속 가이드 될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 실시 형태는 특히 더 안전하다.
또한, 도 2에 도시된 실시 형태는 충전 레벨 측정기(23)를 포함한다. 상기 충전 레벨 측정기는 탱크에 가이드 된 세 번째 연결부이다. 또한, 상기 연결부는 외부 파이프와 연결되어 있지 않기 때문에 문제가 발생하지 않으며, 시스템 구성에 어려움을 주지 않는다. 충전 레벨 측정기의 충전 레벨 계기판은 상기 프로세스 영역에 있다. 상기 세 번째 연결부는 분리된 용기에도 설치될 수 있다. 대응하여 상기 프로세스 영역(20)에 배열되어 있는 또 다른 장치에도 해당된다.
본 발명에 따라, 선박 탱크(1)의 압력 감소를 통해 원하는 가스 양이 제공될 수 있으며, 그 이유는 상기 탱크의 초과 압력이 가스의 액화를 위해 필요하기 때문이다.
상기 선박 탱크의 저장 압력이 사용자가 필요로 하는 압력을 초과하는 경우, 사용자에게 필요한 가스 압력을 제공하기 위해 압축기가 필요 없다. 필요할 경우, 상기 가스 압력을 적합하게 낮출 수 있는 감압 밸브로 충분하다. 예를 들어 상기 탱크(6)의 저장 압력이 6 bar a이고, 사용자가 5 bar a의 가스 압력을 필요로 한다면 상기 탱크의 가스 압력을 낮추기 위해, 그리고 빠르게 충분한 가스를 사용하도록 하기 위해 충분히 높은 압력 편차가 제공된다. 다른 한편, 상기 가스를 사용자가 필요로 하는 압력으로 압축하기 위해 추가 압축기(compressor)가 불필요하다.
상기 선박 탱크(1)는 절연 또는 진공-절연될 수 있다. 상기 탱크에 있는 펌프는 불필요하므로 사용되지 않는다.
본 발명에 따른 시스템은 튼튼하고 고장이 덜 난다. 용접 부분은 상기 탱크의 외부에 있고, 따라서 상기 탱크를 통하지 않고도 용이하게 접근할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 일반적인 단계를 위한 공정 일람표를 도시하고 있다. 우선, LNG가 육지에 있는 고정된 저장 탱크에서 제거된다(31). 이렇게 제거되고 난 후, 그리고 상기 액화 가스가 선박의 탱크에 펌핑되기 전에, 상기 액화 가스는 열 교환기를 통해 가열된다(32). 이렇게 가열되고 난 후, 구동 연료로 사용하기 위해 상기 액화 가스는 선박의 탱크에 펌핑된다(33).

Claims (22)

  1. 운반 수단 탱크(1), 특히 선박에 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법은 저장 탱크, 특히 고정된 저장 탱크로부터 상기 액화 가스를 제거하는 단계와; 상기 제거된 액화 가스를 가열하는 단계와; 상기 가열된 액화 가스를 운반 수단 탱크(1)에 펌핑함으로써 운반 수단 탱크(1)에 가열된 액화 가스를 주입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액화 가스는 우선 상용 압력의 저장 탱크에 저장되고, 운반 수단의 탱크(1)에 주입하기 전에, 상용 압력으로 저장된 액화 가스가 상기 상용 압력의 액화 가스의 비등점 이상의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액화 가스는 적어도 10℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 수단의 탱크(1)에서 상기 액화 가스의 저장 압력은 절대압력으로 적어도 3 bar 인 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    운반 수단 탱크(1)로부터 가스가 운반 수단 탱크(1)로 주입될 액화 가스로 공급되므로, 운반 수단 탱크(1)로 주입될 상기 액화 가스가 공급된 가스를 통해 가열되는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액화 가스가 열 교환기(5, 7)에서 가열되는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 수단 탱크(1)의 압력이 초과 압력으로 되고, 상기 제거용 파이프(3)의 밸브가 개방되고, 이어서 상기 운반 수단 탱크(1)의 초과 압력으로 인해 상기 액화 가스가 제거용 파이프(3)를 지나 운반 수단 탱크(1)로부터 배출됨으로써 운반 수단 탱크(1)에 있는 액화 가스가 제거되는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 수단 탱크(1)로부터 제거된 액화 가스가 운반 수단의 구동을 위해 연료로 사용되는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 방법.
  9. 운반 수단, 특히 선박에 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 액화 가스를 저장하기 위한 운반 수단 탱크(1)와, 저장 탱크, 특히 고정된 저장 탱크로부터 액화 가스를 제거하기 위한 유입 장치(4)와, 제거된 액화 가스를 가열하기 위한 수단(5, 6, 7), 및 가열된 액화 가스를 운반 수단 탱크(1)에 펌핑하기 위해 펌핑 장치를 갖는 운반 수단 탱크용 주입 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 운반 수단 탱크(1)의 송출 압력은 적어도 5 bar g, 바람직하게는 적어도 10 bar g이고, 상기 운반 수단 탱크(1)는 상기 운반 수단 탱크(1)의 주입을 위한 액화 가스용 유입구(4)와 상기 운반 수단 탱크(1)를 비우기 위한 배출구를 구비하며, 상기 유입구(4)는 상기 액화 가스를 가열하기 위한 수단(5, 6)을 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 액화 가스를 가열하기 위한 수단(5, 6)으로서 열 교환기(5) 및/또는 가스를 운반 수단 탱크(1)로부터 탱크 안으로 펌핑된 액화 가스로 첨가하기 위한 수단(6)을 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 수단 탱크(1)의 가스와 상기 운반 수단 탱크(1) 안으로 펌핑된 액화 가스를 혼합하기 위한 혼합기(6)를 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액화 가스를 가열하기 위한 수단(5, 6, 7)이 있는 프로세스 영역(20)을 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액화 가스를 적어도 4 bar a, 바람직하게는 적어도 6 bar a로 상기 운반 수단 탱크(1)로 펌핑할 수 있는 펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 수단 탱크(1)의 가스를 적어도 3 bar a, 바람직하게는 적어도 4 bar a의 압력으로 상기 운반 수단 탱크(1)로 핌핑될 액화 가스로 펌핑할 수 있는 압축기(8)를 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 수단 탱크(1)는 안쪽에 펌핑 수단이 없는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    배출구로서 사용되며 상기 탱크(1)의 바닥까지 뻗어 있는 제거용 파이프(3)를 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  18. 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 수단 탱크(1)로부터 액화 가스를 증발시키는 증발기(17)를 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  19. 제9항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    선박 구동을 위해 상기 운반 수단 탱크(1)로부터 연료를 공급하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  20. 제9항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 수단 탱크(1)에 두 개의 파이프(2, 3)가 용접되어 있고, 두 개를 초과하는 파이프의 연결을 위한 접속 파이프가 제공되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  21. 제9항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 제거용 파이프(3)의 개방 및 폐쇄를 위한 하나 이상의 밸브(18)를 감싸고 있는 하나 이상의 압력 용기(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템.
  22. 제9항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 극저온 액화 가스를 저장하기 위한 시스템을 구비한 선박.
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