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KR-20260060490-A - BOG Circulating Heating Module for removing Residual LNG in LNG Fuel Tank and method for removing Residual LNG using the same

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 기화시키는 LNG BOG 순환식 가열 모듈에 있어서, 벤트 헤더가 구비된 LNG 연료탱크(10), 상기 LNG 연료탱크의 일측과 연결되어 LNG 연료탱크 내부의 저온 BOG를 LNG 연료탱크 외부로 이송하는 저온 BOG 공급라인(100), 상기 저온 BOG 공급라인 상에 형성되며, 저온 BOG를 흡입하여 압축하고, 압축된 저온 BOG를 토출하는 터보블로워(200), 상기 터보블로워(200)로부터 토출된 압축된 저온 BOG를 공급받아 가열하여 가열 BOG를 생성하는 열 교환기(300), 일단은 상기 열 교환기(300)와 연결되고, 타단은 LNG 연료탱크의 내부에 연결되도록 형성되며, 가열 BOG를 이송하여 LNG 연료탱크 내부로 공급하는 가열 BOG 공급라인(400) 및 사전에 입력된 온도 및 압력 기준값을 기준으로 판단하여 상기 터보블로워, 열 교환기 및 벤트 헤더를 작동 혹은 중지하는 제어부(500)를 포함하는 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈(1000)이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 기화시켜 잔여 LNG를 처리하는 방법에 있어서, LNG 연료탱크 내부의 저온 BOG를 저온 BOG 공급라인을 따라 터보블로워(200)로 공급하는 저온 BOG 공급단계(S100), 공급된 저온 BOG를 터보블로워를 통해 단열 압축하여 토출하는 저온 BOG 압축단계(S200), 상기 압축된 저온 BOG를 열 교환기(300)로 공급하고, 가열하여 가열 BOG를 생성하는 BOG 가열단계(S300), 상기 가열 BOG를 가열 BOG 공급라인을 통해 이송하여 LNG 연료탱크 내부로 주입하는 가열 BOG 주입단계(S400), 상기 가열 BOG가 LNG 연료탱크 내부의 LNG를 기화시키는 잔여 LNG 기화 단계(S500)를 포함하는 BOG 순환식 가열 모듈을 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리 방법(S1000)이 제공된다. 본 발명에 따르면, 터보블로워와 열 교환기로만 구성되어 적은 에너지로 LNG 연료탱크 내부의 BOG를 압축 및 가열하여 LNG 연료탱크 내부의 잔여 LNG를 기화시킬 수 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈 및 이를 이용한 잔여 LNG 처리방법을 제공할 수 있다. 또한, 터보블로워로 인한 BOG의 지속적인 흡입, 토출의 반복을 통해 BOG가 LNG 연료탱크 전체를 순환할 수 있도록 하여, 공기의 흐름을 제어하기 위한 추가적인 구성이 필요 없으며, 열전달 효율을 증대시켜 작업시간을 단축시킬 수 있는 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈 및 이를 이용한 잔여 LNG 처리방법(S1000)을 제공할 수 있다.

Inventors

  • 허철구
  • 허철기
  • 정일웅
  • 김우성

Assignees

  • 주식회사 영광

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241024

Claims (11)

  1. 선박의 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 기화시키는 LNG BOG 순환식 가열 모듈에 있어서, 벤트 헤더가 구비된 LNG 연료탱크(10); 상기 LNG 연료탱크의 일측과 연결되어 LNG 연료탱크 내부의 저온 BOG를 LNG 연료탱크 외부로 이송하는 저온 BOG 공급라인(100); 상기 저온 BOG 공급라인 상에 형성되며, 저온 BOG를 흡입하여 압축하고, 압축된 저온 BOG를 토출하는 터보블로워(200); 상기 터보블로워(200)로부터 토출된 압축된 저온 BOG를 공급받아 가열하여 가열 BOG를 생성하는 열 교환기(300); 일단은 상기 열 교환기(300)와 연결되고, 타단은 LNG 연료탱크의 내부에 연결되도록 형성되며, 가열 BOG를 이송하여 LNG 연료탱크 내부로 공급하는 가열 BOG 공급라인(400); 및 사전에 입력된 온도 및 압력 기준값을 기준으로 판단하여 상기 터보블로워, 열 교환기 및 벤트 헤더를 작동 혹은 중지하는 제어부(500); 를 포함하는 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈(1000).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 저온 BOG 공급라인(100)은, LNG 연료탱크(10)의 상부에 연결되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈(1000).
  3. 제 1항에 있어서, LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈(1000)은, 저온 BOG 공급라인(100) 및 가열 BOG 공급라인(400) 상에 각각 설치되며, 상기 터보블로워(200)와 열 교환기(300)에 인접하게 설치되는 온도계(600); 상기 온도계에 인접하게 설치된 압력계(700); 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈(1000).
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(500)는, LNG 연료탱크의 내부표면이 설정된 온도 기준값에 도달 시, 터보블로워 및 열 교환기의 작동을 중지하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈(1000).
  5. 제 4항에 있어서, 상기 온도 기준값은, 0도 내지 5도인 것을 특징으로 하는 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈(1000).
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(500)는, 상기 LNG 연료탱크 내부 압력이 기준 값을 초과할 시, 벤트 헤더를 개방하여 LNG 연료탱크 내부 BOG를 배출하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈(1000).
  7. 제 1항에 있어서, 상기 가열 BOG 공급라인(400)은, 상기 LNG 연료탱크의 바닥부와 인접하게 설치되어 가열 BOG를 LNG 연료탱크의 바닥부 방향으로 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈(1000).
  8. 선박의 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 기화시켜 잔여 LNG를 처리하는 방법에 있어서, LNG 연료탱크 내부의 저온 BOG를 저온 BOG 공급라인을 따라 터보블로워(200)로 공급하는 저온 BOG 공급단계(S100); 공급된 저온 BOG를 터보블로워를 통해 단열 압축하여 토출하는 저온 BOG 압축단계(S200); 상기 압축된 저온 BOG를 열 교환기(300)로 공급하고, 가열하여 가열 BOG를 생성하는 BOG 가열단계(S300); 상기 가열 BOG를 가열 BOG 공급라인을 통해 이송하여 LNG 연료탱크 내부로 주입하는 가열 BOG 주입단계(S400); 상기 가열 BOG가 LNG 연료탱크 내부의 LNG를 기화시키는 잔여 LNG 기화 단계(S500); 를 포함하는 BOG 순환식 가열 모듈을 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리 방법(S1000).
  9. 제 8항에 있어서, 상기 BOG 순환식 가열 모듈을 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리방법(S1000)은, 잔여 LNG가 기화하여 LNG 연료탱크 내부 압력이 임계압력보다 승압될 경우 벤트 헤더를 개방하여 LNG 연료탱크 내 BOG를 대기중으로 일부 배출하는 BOG 배출 단계(S600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BOG 순환식 가열 모듈을 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리방법(S1000)
  10. 제 8항에 있어서, 상기 BOG 순환식 가열 모듈을 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리방법(S1000)은, LNG 연료탱크의 내부표면온도가 온도 기준값에 도달할 때까지 상기의 단계들을 반복하는 것을 특징으로 하는 BOG 순환식 가열 모듈을 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리방법(S1000).
  11. 제 10항에 있어서, 상기 온도 기준값은 0도 내지 5도인 것을 특징으로 하는 BOG 순환식 가열 모듈을 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리방법(S1000)

Description

LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈 및 이를 이용한 잔여 LNG 처리방법{BOG Circulating Heating Module for removing Residual LNG in LNG Fuel Tank and method for removing Residual LNG using the same} 본 발명은 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG(Boil off Gas, 증발가스) 순환식 가열 모듈 및 이를 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, LNG 연료 추진선의 LNG 연료탱크 내부 검사 및 설비 점검을 위해 LNG 연료탱크 내부의 잔여 LNG를 기화시켜 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG를 처리하기 위한 BOG 순환식 가열 모듈 및 이를 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리방법에 관한 것이다. 최근 세계적으로 지구 온난화와 같은 환경 문제가 대두됨에 따라, 정부의 탄소 감소 친환경 정책 및 국민들의 친환경에 대한 관심도가 높아지고 있다. 특히, 가솔린이나 디젤 연료를 사용하여 구동되는 자동차, 선박과 같이 화석연료를 사용하여 이산화탄소를 배출하는 이동 수단에 대하여 강한 규제가 적용되고 있는 추세이다. 선박 업계에서는 이러한 친환경 정책에 대응할 수 있는 선박인 LNG(Liquefied Natural Gas, 액화천연가스) 연료 추진선, 수소 선박, 암모니아 선박 등에 대한 발전이 가속화되고 있는 추세이다. 특히, LNG 연료 추진 선박에 대한 관심도가 매우 높으며, 실제로 많은 양의 수주를 받아 LNG 연료 추진 선박을 건조하고 있다. 상기 LNG 연료 추진 선박은 영하 162도의 온도에서 기체의 천연가스 부피를 약 1/600로 감소시켜 만든 액화천연가스 연료로 운행하는 선박이며, 높은 압력과 극저온을 버텨야 하므로 이를 버틸 수 있는 LNG 연료탱크를 제작하는 것이 필수적이다. 또한, 상기의 LNG 연료탱크 내부의 액화천연가스는 LNG 연료 추진 선박이 시운전 수행 이후에 연료탱크 내부 개방검사가 있거나 연료탱크 내부의 설비에 문제가 발생하여 확인해야 할 경우 검사원이나 작업자가 연료탱크 내부로 들어가기 위해서 폭발가스 치환작업(Gas Free)이 필수적으로 시행되어야 한다. LNG 연료탱크의 폭발가스 치환작업 방식은 일반적으로 내부에 잔여 LNG를 싣고 있는 선박이 접안한 상태에서, 접안된 LNG 연료 추진선박에 LN2(liquified Nitrogen, 액화질소)를 적재한 탱크로리를 근접시키고, LNG 벙커링 스테이션에 호스를 연결 후, LN2를 기화시켜 N2(Nitrogen, 질소)로 변환시킨 후, 이를 60 내지 80도로 가열하여 LNG 연료탱크로 공급하게 되고, LNG 연료탱크로 공급된 N2가 연료탱크 내부의 잔여 LNG를 기화시켜 대기로 방출하고, 연료탱크 내부 표면과 열 교환을 하며 연료탱크 내부 표면의 온도가 상온에 도달할 때까지 지속적으로 고온의 N₂를 공급하는 방식으로 폭발가스 치환작업이 시행되고 있다. 그러나, 상기의 LN₂ 사용방식은 LN₂ 공급과 기화기 및 가열히터 가동을 LNG 탱크가 0도 이상에 도달할 때까지 지속적으로 하여야 하며, 특히 LNG 탱크의 단열재의 두께는 통상 PUF 350㎜로 상당히 두꺼우므로, 0도 이상으로 도달시키기 위해서 용량 1,000㎥ 탱크의 경우 적어도 1주 이상의 장시간 동안 운전이 지속되어야 하므로, 곧 이는 운전인력, LN₂ 및 가열에너지의 과소모를 초래하는 문제점이 있었다. 따라서, 전력의 소모를 최소화하며 효율적으로 LNG 연료탱크 내부의 잔여 LNG를 처리할 수 있는 수단이 필요한 실정이다. 그 일예로, 대한민국 공개특허공보 제10-2023-0061619호(2023. 05. 09)는 LNG 저장탱크에서 발생되는 BOG를 압축하고, 히터를 통해 가열 후 기화시켜 LNG 저장탱크에 공급하는 복수의 LNG 저장탱크가 마련된 선박의 탱크 워밍 업(warming up) 시스템에 관하여 게시하고 있다. 그러나, 이 경우에는 압축부, 히터, 기화기가 각각 구비되며, 이에 따라 히터와 기화기로 분기되는 압축 천연가스의 흐름을 제어하기 위한 개폐밸브도 각각 필요하여 흐름 제어 공정으로 인한 추가적인 전력 소모가 발생하는 한계점은 여전히 존재한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 BOG 순환식 가열 모듈 및 이를 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리방법을 제공한다면, 간단한 구성 및 적은 에너지 소모로 LNG 연료탱크 내부의 잔여 LNG를 기화시킬 수 있을 것이다. 또한, 지속적인 흡입, 토출의 반복을 통해 LNG 연료탱크 전체를 순환할 수 있도록 하여 열전달 효과를 증대시켜 작업시간을 단축시킬 수 있을 것이라는 가능성에 주목하여 발명자는 본 발명에 이르렀다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BOG 순환식 가열 모듈의 전체 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BOG 순환식 가열 모듈의 세부 구성도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BOG 순환식 가열 모듈을 이용한 LNG 연료탱크 내 잔여 LNG 처리방법(S1000)의 전체 순서도이다. 후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. 이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BOG 순환식 가열 모듈의 전체 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BOG 순환식 가열 모듈의 세부 구성도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BOG 순환식 가열 모듈을 이용한 LNG 잔여 LNG 처리방법(S1000)의 전체 순서도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, BOG 순환식 가열 모듈은 벤트 헤더가 구비된 LNG 연료탱크(10)에 연결되어 LNG 연료탱크 내부에 남은 잔여 LNG를 기화시켜 내부 표면온도를 상승시킬 수 있는 BOG 순환식 가열 모듈에 해당한다. 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 본원 발명의 BOG 순환식 가열 모듈(1000)은 전체적으로는 저온 BOG 공급라인(100), 터보블로워(200), 열 교환기(300). 가열 BOG 공급라인(400), 제어부(500)로 구성될 수 있을 것이다. 먼저, 저온 BOG 공급라인(100)은, LNG 연료탱크(10)의 일측과 연결되어 LNG 연료탱크 내부의 저온 BOG를 LNG 연료탱크의 외부로 이송할 수 있을 것이다. 상기 저온 BOG 공급라인(100)은 LNG 연료탱크(10)의 상부에 연결될 수 있으며, LNG 연료탱크(10) 상부 쪽에 기화되어 존재하는 저온 BOG를 용이하게 외부로 이송할 수 있을 것이다. 다음으로, 상기 터보블로워(200)는, 상기 저온 BOG 공급라인(100) 상에 형성될 수 있으며, 저온 BOG 공급라인(100)을 통해 이송된 저온 BOG를 흡입하여 압축하고, 압축된 저온 BOG를 열 교환기(300) 방향으로 토출할 수 있을 것이다. 상기 열 교환기(300)는, 터보블로워(200)로부터 토출된 압축 저온 BOG를 공급받아 가열하여 가열 BOG를 생성할 수 있을 것이다. 상기 가열 BOG 공급라인(400)은, 일단은 열 교환기(300)와 연결되고, 타단은 LNG 연료탱크(10)의 내부에 연결되도록 형성될 수 있으며, 상기 가열 BOG를 이송하여 LNG 연료탱크 내부로 공급할 수 있을 것이다. 상기 가열 BOG 공급라인(400)은, LNG 연료탱크(10)의 바닥부와 인접하게 설치되어 가열 BOG를 LNG 연료탱크의 바닥부 방향으로 공급할 수 있을 것이다. LNG는 LNG 연료탱크 바닥부에 액체상태로 존재하므로, 가열 BOG 공급라인을 바닥부와 최대한 인접하게 설치함으로써, 가열 BOG가 LNG 연료탱크 내부에서 열을 잃기 전에 LNG 및 LNG 연료탱크 내부표면에 즉시 접촉하여 열전달 효율을 높일 수 있을 것이다. 상기 가열 BOG 공급라인을 통해 LNG 연료탱크의 바닥부 방향으로 주입된 가열 BOG는 바닥부의 LNG와 접촉하여 온도를 승온시키고, 이 후 승온된 LNG는 저온 BOG로 기화하게 된다. 상기 저온 BOG는 LNG의 연료탱크의 상부로 이동하고, 상부로 이동한 저온 BOG는 BOG 순환식 가열 모듈을 통해 재순환하며 지속적으로 바닥부의 LNG를 기화시키게 된다. 상기 가열 BOG와 바닥부의 LNG가 지속적으로 기화하며 BOG의 양은 증가하고, LNG의 양은 감소하며 LNG 연료탱크 내부의 온도와 압력을 지속적으로 상승시킬 수 있을 것이다. 결과적으로, LNG 연료탱크 내부의 LNG는 BOG로 치환되어 배출 혹은 에너지로 사용될 수 있을 것이며, LNG가 기화됨에 따라 LNG 연료탱크 내부표면의 온도는 상승하여 연료탱크 내부 검사 혹은 설비 점검을 위한 폭발가스 치환작업을 완료할 수 있을 것이다. 상기 제어부(500)는, 사전에 입력된 온도 및 압력 기준값을 기준으로 판단하여 상기 터보블로워, 열 교환기 및 벤트 헤더를 작동 혹은 중지할 수 있을 것이다. 상기 BOG 순환식 가열 모듈(1000)은, 온도계(600)와 압력계(700)를 추가적으로 구비할 수 있을 것이다. 상기 온도계(600)와 압력계(700)는 저온 BOG 공급라인