KR101654647B1

KR101654647B1 - 증발가스 처리 시스템 및 증발가스 처리 방법

Info

Publication number: KR101654647B1
Application number: KR1020150059848A
Authority: KR
Inventors: 배현
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2035-04-28

Abstract

본 발명은 연소공간을 가지며, 공급되는 증발가스를 연소공간에서 연소시키는 가스연소유닛, 액화천연가스 저장탱크로부터 발생되어 유입되는 증발가스를 상기 가스연소유닛에 공급하는 가스블로워 및 상기 가스블로워가 공급하는 증발가스량을 제어하는 제어부를 포함하는 증발가스 처리 시스템으로서, 본 발명에 의하면, 증발가스를 필요 이상으로 연소 처리하지 않도록 함으로써, 증발가스 수요처의 사용 및 에너지 절약을 고려할 수 있는 증발가스 처리 시스템의 제공이 가능하다.

Description

증발가스 처리 시스템 및 증발가스 처리 방법{BOIL-OFF GAS TREATMENT SYSTEM AND TREATMENT METHOD OF BOIL-OFF GAS}

본 발명은 증발가스 처리 시스템 및 증발가스 처리 방법에 관한 것으로서, 액화천연가스 저장탱크로부터 액화천연가스가 기화되어 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 시스템 및 그 처리방법에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 연소 시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로서, 그 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있다. 일반적으로 액화가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 후 수송선에 의해 목적지까지 이송되는데, 가스를 극저온으로 액화시킨 액화천연가스는 기체 상태로 존재할 때에 비해 그 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송을 용이하게 하는 장점이 있다.

특히, 액화천연가스(LNG)는 상압 -163℃의 극저온에서 액화되는데, 따라서 LNG는 그 온도가 상압 -163℃보다 약간만 높아도 증발되기 쉽다. 이에 따라 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있지만, 외부의 열이 지속적으로 전달되어 수송과정에서 LNG 저장탱크 내부에 저장된 LNG는 지속적으로 자연 기화되면서 저장탱크 내부에는 증발가스(Boil-Off Gas, 이하 'BOG'라 함)가 발생하게 된다. 이는 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas, 이하 'LPG'라 함), 액화에탄가스(Liquefied Ethane Gas, 이하 'LEG'라 함)등 다른 액화가스의 경우에도 해당된다.

액화가스 저장탱크에 증발가스(BOG)가 축적되면, 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하게 되므로, 안전상의 문제는 물론 증발가스 발생으로 인한 비용 손실이 발생하게 되므로, 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다.

즉, 증발가스를 엔진, 발전기 등의 가스 수요처에 공급하여 연료로서 사용하거나, 저장하거나, 또는 연소시켜 배출시키는(Combustion & Vent) 등으로 처리하는 것이 그것이다.

한편, 저장탱크의 액화천연가스가 기화가 되면, 저장탱크 내의 가스에 의한 폭발 위험을 제거하기 위해서, 불활성 가스(Inert Gas)를 주입하여 저장탱크 내의 천연가스를 불활성 가스로 치환하는 과정이 필요한데, 이를 퍼징(Purging)이라 한다.

그러므로, 기존에 액화천연가스를 저장 및 운반하는 선박에는 액화천연가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 연소시키기 위한 가스연소유닛(GCU, Gas Combustion Unit)과 불활성 가스를 생성, 공급하기 위한 불활성가스 발생기(IGG, Inert Gas Generator)를 포함하는 증발가스 처리시스템이 필수적으로 구비된다.

가스연소유닛(GCU)은 증발가스와 공기를 공급 받아 연소실에서 증발가스가 연소되게 하여 연소된 증발가스를 외부로 배출시키는 구성을 갖고, 불활성가스 발생기(IGG)는 공급되는 오일을 공기에 의해 연소시켜 불활성 가스를 생산하기 위한 구성을 갖는다.

그리고, 연소 후의 연소가스를 포함하는 찌꺼기는 해수 등을 이용하여 스크러빙(scrubbing)하여 배출시킨다.

또한, 최근에는 가스연소유닛과 불활성가스 발생기에서의 공정을 하나의 장치에서 처리 가능한 통합형 IGG/GCU(Combined IGG/GCU)가 개발되었다.

그러한 통합형 IGG/GCU는 GCU의 역할만 수행하는 GCU 모드나, IGG의 역할만 수행하는 IGG 모드로 동작될 수 있고, 나아가 액화천연가스 저장탱크로부터 공급되는 증발가스를 연소실에서 연소시키고, 그 연소 과정을 통해서 불활성 가스를 생성함으로써, 증발가스(BOG)를 연소시키면서 오일이 아닌 증발가스에 의해 불활성 가스를 생성하는 과정을 동시에 수행하는 IGG/GCU 동시모드로도 동작이 가능하게 되었다.

그런데, 이러한 가스연소유닛(GCU) 내지 통합형 IGG/GCU는, 그 작동 여부가 ON/OFF 신호에 의해서만 제어됨으로써, IGG 내지 GCU의 수행이 필요한 경우에 이를 가동시키면 정지시키기까지 가스연소유닛 내지 통합형 IGG/GCU의 처리 용량에 해당하는 증발가스가 계속 공급되어 공급된 증발가스를 모두 연소시키면서 불활성 가스 를 생성시킨다.

그래서, 필요 이상으로 증발가스를 소모시키게 되는 경우가 발생하게 되고, 증발가스의 연료 또는 다른 수요처에서의 사용이 제한될 수밖에 없고, 결국 에너지를 낭비하게 되는 측면이 있었다.

한국공개특허공보 제10-2014-0052815호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 가스연소유닛 내지 통합형 IGG/GCU에서 증발가스를 필요 이상으로 처리하지 않도록 함으로써, 증발가스 수요처의 사용 및 에너지 절약을 고려할 수 있는 증발가스 처리 시스템 및 처리 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 증발가스 처리 시스템은, 연소공간을 가지며, 공급되는 증발가스를 연소공간에서 연소시키는 가스연소유닛, 액화천연가스 저장탱크로부터 발생되어 유입되는 증발가스를 상기 가스연소유닛에 공급하는 가스블로워 및 상기 가스블로워가 공급하는 증발가스량을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 상기 가스블로워가 상기 가스연소유닛에 증발가스를 공급하는 속도를 제어함으로써, 상기 가스연소유닛에 공급되는 증발가스량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 가스블로워가 상기 가스연소유닛에 증발가스를 공급하는 시간을 제어함으로써, 상기 가스연소유닛에 공급되는 증발가스량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제어부는 상기 액화천연가스 저장탱크의 가스 압력에 따라 상기 가스블로워를 제어할 수 있다.

그리고, 상기 제어부는 상기 증발가스를 공급받아 사용하는 선박 내 기관의 사용량을 고려하여 상기 가스블로워를 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따른 증발가스 처리 시스템은, 연소공간을 가지며, 공급되는 증발가스를 연소공간에서 연소시키면서 동시에 불활성 가스를 생성하는 통합 IGG/GCU(Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit), 액화천연가스 저장탱크로부터 발생되어 유입되는 증발가스를 상기 통합 IGG/GCU에 공급하는 가스블로워 및 상기 가스블로워가 공급하는 증발가스량을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 상기 가스블로워가 상기 통합 IGG/GCU에 증발가스를 공급하는 속도를 제어함으로써, 상기 가스연소유닛에 공급되는 증발가스량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 가스블로워가 상기 통합 IGG/GCU에 증발가스를 공급하는 시간을 제어함으로써, 상기 가스연소유닛에 공급되는 증발가스량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 증발가스 처리 방법은, 액화천연가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 가스블로워로 공급하는 단계 및 상기 가스블로워로부터 가스연소수단에 공급되는 증발가스량을 제어하는 단계를 포함하여, 상기 가스연소수단에서 증발가스를 처리하는 양의 제어가 가능하다.

그리고, 상기 증발가스량을 제어하는 단계는, 상기 가스블로워가 상기 가스연소수단에 증발가스를 공급하는 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 증발가스량을 제어하는 단계는, 상기 가스블로워가 상기 가스연소수단에 증발가스를 공급하는 시간을 제어한는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 증발가스량을 제어하는 단계는, 상기 액화천연가스 저장탱크의 가스 압력에 따라 상기 가스블로워를 제어할 수 있다.

그리고, 상기 증발가스량을 제어하는 단계는, 상기 증발가스를 공급받아 사용하는 선박 내 기관의 사용량을 고려하여 상기 가스블로워를 제어할 수 있다.

본 발명의 증발가스 처리시스템 및 방법에 의하면, 가스연소유닛 내지 통합 IGG/GCU에서 처리하는 증발가스의 양을 조절하는 것이 가능하다.

그리고, 가스연소유닛 내지 통합 IGG/GCU에서 처리하는 증발가스의 양을 조절함으로써, 증발가스의 발생 상황에 맞게 적절하게 증발가스를 운영할 수 있게 된다.

또한, 증발가스를 필요 이상으로 연소시켜 버리지 않음으로써, 다른 증발가스 소모처의 사용을 충분히 보장할 수 있어 경제적이며 효율적이다.

도 1은 본 발명에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

도 1은 본 발명에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한 것으로서, 이하 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 증발가스 처리 시스템을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 증발가스 처리 시스템은, 가스연소유닛 또는 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit)(10), 가스블로워(Gas Blower)(20) 및 제어부(30)를 포함하여, 액화천연가스 저장탱크로부터 발생된 증발가스(BOG, Boil-Off Gas)를 가스블로워(20)가 가스연소유닛 내지 통합 IGG/GCU(10)에 공급하는 증발가스량을 제어부(IAS, Integrated Automation System)에서 제어하여 증발가스를 처리하는 시스템으로서, 본 발명에 따른 증발가스 처리 시스템은, 증발가스의 처리를 요하는, 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)를 저장 및 운송하는 FLNG, LNGC, FSRU, RV 등을 포함하는 LNG 운용 선박에서 모두 적용될 수 있는 시스템이다.

가스연소유닛(GCU, Gas Combustion Unit)은 공기를 공급받고, 압축되어 공급되는 증발가스를 연소공간 내에서 연소반응을 하게 한다. 그리고, 스크러빙(Scrubbing)을 위한 공간이 구비되어, 공급받는 해수에 의해 연소반응 후에 발생하는 연소가스를 냉각하고, 연소가스에 포함된 수용성 가스 및 연소 찌꺼기를 스크러빙하여 제거시킨다.

그리고, 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit)는 GCU의 기능과 IGG의 기능을 통합적으로 수행하는 장치로서, GCU 역할을 수행하는 GCU 모드, IGG 역할을 수행하는 IGG 모드 및 이를 동시에 수행하는 IGG/GCU 동시모드로 동작이 가능하다.

동시에 동작하는 모드는 위에서 설명한 GCU 동작에 더하여, GCU 기능에 의해서 천연가스와 공기가 반응하여 발생된 연소가스를 동시에 불활성 가스로 생성시키고, 이와 같이 생성된 불활성 가스를 액화천연가스 저장탱크로 공급하여 액화천연가스 저장탱크 내의 가스와 치환시킴으로써 퍼징(Purging)을 수행하게 한다.

통합 IGG/GCU에서 IGG 모드로 작동하는 경우는, 예를 들면, 통합 IGG/GCU로 공급되는 천연가스가 충분하지 않은 경우일 수 있다. 따라서, IGG 모드에서는 통합 IGG/GCU로 천연가스와 오일이 동시에 공급될 수도 있다.

따라서, IGG 모드에서는 오일, 혹은 오일과 천연가스가 통합 IGG/GCU로 공급되어 공기와 연소반응을 일으킨 후 불활성 가스가 생성되고, 이 불활성 가스를 액화천연가스 저장탱크에 공급하여 퍼징에 쓰이게 한다.

그리고, GCU 모드가 작동하는 경우는, 연소가스가 불활성가스로서 필요하지 않은 경우, 예를 들어 퍼징 작업을 하지 않는 경우일 수 있다.

다음으로, 가스블로워(20)는 액화천연가스 저장탱크로부터 발생되는 증발가스를 유입받아 이를 가스연소유닛 또는 통합 IGG/GCU(10)에 공급하고, 이러한 가스블로워(20)는 제어부(30)에 의해 제어된다.

본 발명의 증발가스 처리 시스템에서 제어부(30)의 가스블로워(20)의 제어는, 가스블로워(20)의 ON/OFF 동작 제어에 국한되지 않고, 가스블로워(20)가 가스연소유닛 또는 통합 IGG/GCU(10)에 공급하는 증발가스의 양을 제어할 수 있다.

즉, 제어부(30)는 가스블로워(20)가 가스연소유닛 또는 통합 IGG/GCU(10)에 증발가스를 공급하는 속도를 제어한다.

가스블로워(20)가 가동을 시작하도록 제어하여 가동 후 시간당 일정한 양을 공급하는 것이 아니라, 공급되는 속도를 가감할 수 있게 제어함으로써 증발가스의 연소 및 불활성 가스의 생성을 빠르게 또는 느리게 진행시킬 수 있게 하고, 정해진 시간 내에서 증발가스를 공급하는 양을 조절할 수 있게 하는 것이다.

또한, 제어부(30)는 가스블로워(20)가 가스연소유닛 또는 통합 IGG/GCU(10)에 증발가스를 공급하는 시간의 제어가 가능하다.

가스블로워(20)가 가동을 시작하도록 제어하여 가동 후 정해진 작동 시간없이 수동으로 정지 명령을 전달하는 것에 의해서 가동을 마치는 것이 아니라, 가스블로워(20)의 가동 시간을 설정하여 제어함으로써, 증발가스의 공급량을 조절하여 증발가스의 연소 및 불활성 가스의 생성을 제어하는 것이다.

이와 같은 증발가스의 공급 속도 또는 공급 시간의 설정은 액화천연가스 저장탱크 내의 가스 압력에 따라 설정될 수 있다.

즉, 액화천연가스 저장탱크 내의 가스 압력이 일정치 이상이면, 그에 따라 가스블로워(20)가 가동되게 하면서, 해당 가스 압력에 따라 이미 설정된 증발가스 공급량에 해당하는 증발가스를 공급하고 가동이 중단되게 하는 것이다.

보다 구체적으로는, 정해진 증발가스의 양에 따라 설정된 시간만큼 증발가스가 공급되게 하거나, 증발가스가 공급되는 속도가 다르게 설정하게 된다.

또한, 증발가스의 공급 속도 또는 공급 시간의 설정은 증발가스를 공급받아 사용하는 선박 내 기관의 사용량을 고려하여 설정될 수 있다.

액화천연가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스는 다양한 형태로 처리가 된다.

본 발명의 증발가스 처리 시스템 또한 그러한 한 형태로서, 본 발명과 같이 증발가스를 연소시켜 배출시키거나, 불활성 가스를 생성시킬 수 있고, 이를 추진 이나 발전을 위한 연료로서 공급할 수도 있으며, 냉열원으로도 사용될 수 있다.

즉, 증발가스를 공급받아 사용하는 선박 내 기관의 사용량을 고려하는 것은, 증발가스의 사용 내지 처리에 대해 설정된 우선 순위에 따르는 것이다.

증발가스의 발생량에 따라 선박 내의 특정한 기관으로의 공급을 일 순위로 기설정하고, 그러한 공급계획을 초과하는 양에 대해서 본 발명에 따른 증발가스 처리 시스템에 의해 처리될 수 있게 설정하여 제어하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 증발가스 처리 시스템에서의 정해진 처리 용량 이상의 증발가스는 다시 다른 기관에 공급되게 설정되어 유동적으로 제어되게 할 수 있다.

이러한 제어부의 제어는 상술한 바와 같이 미리 설정이 가능하고, 선박의 운영 상황 등에 따라 변경하거나, 이를 감안하여 그 양을 조정하게 할 수 있는 것이다.

그에 따라, 정해지는 가스블로워(20)의 공급 시점과 공급량에 해당하는 공급은, 설정된 시간만큼 증발가스가 공급되게 하거나, 증발가스가 공급되는 속도가 다르게 설정함으로써 달성된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 액화천연가스 저장탱크로부터 발생되는 증발가스를 처리하는 시스템은, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시 예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

10: 가스연소유닛 또는 통합 IGG/GCU
20: 가스블로워
30: 제어부

Claims

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연소공간을 가지며, 공급되는 증발가스를 연소공간에서 연소시키면서 동시에 불활성 가스를 생성하는 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit);
액화천연가스 저장탱크로부터 발생되어 유입되는 증발가스를 상기 통합 IGG/GCU에 공급하는 가스블로워; 및
상기 가스블로워가 공급하는 증발가스량을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 액화천연가스 저장탱크의 가스 압력이 일정치 이상이면, 정해진 증발가스의 양에 따라 상기 가스블로워가 상기 상기 통합 IGG/GCU에 증발가스를 공급하는 속도를 제어함으로써, 상기 통합 IGG/GCU에 공급되는 증발가스량을 제어하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
연소공간을 가지며, 공급되는 증발가스를 연소공간에서 연소시키면서 동시에 불활성 가스를 생성하는 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit);
액화천연가스 저장탱크로부터 발생되어 유입되는 증발가스를 상기 통합 IGG/GCU에 공급하는 가스블로워; 및
상기 가스블로워가 공급하는 증발가스량을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 액화천연가스 저장탱크의 가스 압력이 일정치 이상이면, 정해진 증발가스의 양에 따라 상기 가스블로워가 상기 통합 IGG/GCU에 증발가스를 공급하는 시간을 제어함으로써, 상기 통합 IGG/GCU에 공급되는 증발가스량을 제어하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
삭제
청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
상기 제어부는 상기 증발가스를 공급받아 사용하는 선박 내 기관의 사용량을 고려하여 상기 가스블로워를 제어하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
삭제
액화천연가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 가스블로워로 공급하는 단계; 및
상기 가스블로워로부터 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit)에 공급되는 증발가스량을 제어하는 단계를 포함하여,
상기 증발가스량을 제어하는 단계는,
상기 액화천연가스 저장탱크의 가스 압력이 일정치 이상이면, 정해진 증발가스의 양에 따라 상기 가스블로워가 상기 통합 IGG/GCU에 증발가스를 공급하는 속도를 제어함으로써, 상기 통합 IGG/GCU에 공급되는 증발가스량을 제어하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
액화천연가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 가스블로워로 공급하는 단계; 및
상기 가스블로워로부터 통합 IGG/GCU(Combined Inert Gas Generator/Gas Combustion Unit)에 공급되는 증발가스량을 제어하는 단계를 포함하여,
상기 증발가스량을 제어하는 단계는,
상기 액화천연가스 저장탱크의 가스 압력이 일정치 이상이면, 정해진 증발가스의 양에 따라 상기 가스블로워가 상기 통합 IGG/GCU에 증발가스를 공급하는 시간을 제어함으로써, 상기 통합 IGG/GCU에 공급되는 증발가스량을 제어하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.
삭제
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
상기 증발가스량을 제어하는 단계는,
상기 증발가스를 공급받아 사용하는 선박 내 기관의 사용량을 고려하여 상기 가스블로워를 제어하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 방법.