KR102136166B1

KR102136166B1 - Lng 벙커링 기자재 시험평가 설비

Info

Publication number: KR102136166B1
Application number: KR1020180093180A
Authority: KR
Inventors: 박재현; 배재환; 정진원; 전수성; 신봉재; 전영훈; 정지현; 김대환; 권순형; 심규은; 김정환
Original assignee: 재단법인한국조선해양기자재연구원
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-07-21
Anticipated expiration: 2038-08-09
Also published as: US20210372571A1; US11486546B2; CN112204370A; CN112204370B; WO2020032406A1; KR20200017802A

Abstract

본 발명에 의한 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비는, 저장탱크 모듈, 공급모듈 및 벙커링 모듈을 도입하여 실제 벙커링 상황을 모사하며, 해상 상황 모사 설비로서 시뮬레이션 모듈을 부가하여, 저장탱크 모듈 및 벙커링 모듈에 유동성을 부여하여 다양한 해역의 상황을 모사함으로서, 상기 저장탱크 모듈 및 벙커링 모듈에 사용되는 기자재 제품의 실제 운용상황에 대한 안정성 및 성능평가가 가능하도록 한다.

Description

LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비{Performance test facilities of LNG bunkering appliances}

본 발명은 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상 상황을 모사할 수 있는 장비를 구축하여 실제 운용 상황에 대한 LNG 벙커링 기자재의 안전성 시험 및 성능시험을 가능하게 하는 설비를 제공하는 것에 관한 것이다.

지구온난화 및 기후변화 방지를 위한 환경규제 대비 측면에서 국제적인 선박 배출가스 규제 강화로 인해 세계 각국은 친환경, 저탄소연료 사용 선박 개발에 주력하고 있다. 그리고 전 세계적인 기후변화와 대기오염 증대에 따라 국제해사기구(IMO), 유럽연합, 미국 등에서 선박으로부터 배출되는 오염물질에 대한 규제가 대폭 강화될 예정이다.

선박에서의 온실가스 배출 저감을 위해 국제해사기구는, 2005년 선박 배출량 기준으로 2020년까지 20%, 2050년까지 50% 배출량 감축을 목표로 제시한 바 있다.

이와 관련하여, 가장 유력한 대안으로 공해 물질이 다량 배출되는 디젤 연료 대신에 선박의 추진 연료로 LNG(Liquefied Natural Gas: 액화천연가스)가 고려되고 있다.

LNG는 기체상태의 천연가스를 액화시킨 것으로 액화된 천연가스는 기체상태일 때보다 부피가 약 600분의 1로 줄어들기 때문에 대량의 원거리 운반의 경우는 LNG가 가장 효율적이다.

상기와 같은 선박은 LNG를 연료로 사용하는 선박(이하, 'LNG추진선박'이라고 함)과 LNG를 받아서 저장하고 있다가 다른 선박에 주유해주는 선박(이하, 'LNG벙커링선박'이라고 함)으로 나누어질 수 있으며, LNG생산기지의 LNG를 운반하여 LNG를 저장하였다가 LNG추진선박 또는 LNG벙커링선박에 주유하는 주유 설비(이하, 'LNG벙커링터미널'이라고 함)에 공급하는 선박(이하, 'LNG운반선박'이라고 함)도 있다.

LNG는 황이 없는 청정한 연료로 연료처리설비가 별도로 없어 배출가스 규제가 적용되더라도 가격 상승은 없고, 국내 조선사들도 LNG추진선박이 향후 수년 내 새로운 수익창출원이 될 것으로 예상하고 있으며, 대한민국 정부는 LNG추진선박, LNG벙커링선박은 물론 부유식 LNG벙커링터미널 관련 기술개발을 서두르고 있다.

국외에서는, 유럽 및 북미를 중심으로 LNG 관련기술에 대한 연구개발이 진행중이며, 유럽 내 많은 국가에서 LNG 벙커링 설비를 구축하여 운영하고 있으며, 특히, 네덜란드는 가장 앞선 벙커링 시험평가 기술을 보유하고 있다.

반면, 국내는 LNG 벙커링 기반 사업의 활성화 및 항만 LNG 벙커링 시스템 도입을 위한 정부의 지원이 필요한 실정이다.

국내 개발 LNG 관련 기자재(벙커링 분야)는 시험평가 인프라가 전무하여, 성능 평가가 불가능하므로 국내 제품의 사업화는 사실상 어려움에 처해있다.

더욱 상세하게는, 실제 벙커링 상황을 모사해서 시험할 수 있는 설비가 없는 실정이다.

이에, 국내 개발 제품의 사업화를 위해 실제 벙커링 상황을 모사함과 동시에 다양한 해상의 상황을 모사함으로서, 실제 운용상황에 대한 LNG 벙커링 기자재의 성능 시험평가를 수행할 수 있는 시스템 및 시험인프라 구축이 필요하다.

KR 10-2015-0120727(2015.10.28.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 국내 LNG 벙커링 관련 기자재 개발 및 기술 사업화 역량 강화를 위해 실제 벙커링 상황을 모사하며, 동시에 다양한 해상 상황을 모사할 수 있는 설비를 구축하여 실제 운용 상황에 대한 LNG 벙커링 기자재에 대한 안정성 및 성능평가를 할 수 있는 설비를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의한 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비는,

액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)가 저장되는 저장탱크 모듈과, 상기 저장탱크 모듈에 저장된 액화천연가스를 공급받아 벙커링이 이루어지는 벙커링 모듈과, 상기 저장탱크 모듈과 상기 벙커링 모듈을 연결하며, 상기 저장탱크 모듈에 저장된 액화천연가스를 상기 벙커링 모듈로 공급하는 공급모듈과, 상기 벙커링 모듈 및 상기 공급모듈의 하부에 마련되며, 상기 벙커링 모듈 및 상기 공급모듈에 유동성을 부여하여 해상상황을 모사하는 시뮬레이션 모듈 및 상기 시뮬레이션 모듈의 구동을 제어하는 제어모듈을 포함하고, 상기 공급모듈은 상기 저장탱크 모듈의 일측에 설치되어 상기 저장탱크 모듈에 저장된 액화천연가스를 외부로 토출시키는 적어도 하나 이상의 펌프와, 상기 펌프와 연결되며 토출된 액화천연가스가 상기 벙커링 모듈로 이송되는 통로인 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 제어모듈은, 상기 시뮬레이션 모듈과 연동되어, 상기 시뮬레이션 모듈이 일정한 주기 및 각도로 직선운동 또는 회전운동하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 공급라인은, 일측은 상기 펌프와 연결되되, 타측에 상기 벙커링 모듈과 접속하기 위한 커플러가 형성된 로딩암, 또는 타측에 상기 벙커링 모듈과 접속하기 위한 접속구가 마련된 공급 호스로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 벙커링모듈은, 상기 저장탱크 모듈로부터 액화천연가스를 유입 받아 저장하고, 상기 저장된 액화천연가스를 유출시키는 제1 벙커링 스테이션과, 상기 제1 벙커링 스테이션으로부터 유출되는 액화천연가스를 공급받는 제2 벙커링 스테이션을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 제1 벙커링 스테이션과 상기 제2 벙커링 스테이션은, 적어도 하나 이상의 공급 호스로 연결되며, 상기 공급 호스는 양단에 상기 제1 벙커링 스테이션과 상기 제2 벙커링 스테이션이 접속되는 커플러가 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 제1 벙커링 스테이션과 상기 제2 벙커링 스테이션은, 상기 벙커링 모듈의 이상 상황을 감지하여, 상기 벙커링 모듈의 유로를 차단하는 비상정지부를 각각 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 비상정지부는, 실시간으로 상기 벙커링 모듈의 이상 상황을 감지하는 감지 센서와, 상기 이상 상황에서 상기 제1 벙커링 스테이션과 상기 제2 벙커링 스테이션의 유로 차단을 수행하는 적어도 하나 이상의 셧다운 밸브와, 상기 감지 센서의 작동에 따라 상기 셧다운 밸브의 작동을 제어하는 밸브제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비는, 상기 액화천연가스로부터 발생하는 증발증기를 재액화하며, 상기 재액화된 증발증기를 상기 저장탱크 모듈로 재이송하는 적어도 하나 이상의 재액화 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 재액화 모듈은, 질소 가스를 냉매로 사용하며, 상기 증발증기는 상기 질소 가스와 열교환을 통해 재액화되는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 재액화 모듈은, 상기 질소 가스를 가압 냉각하여, 생성되는 액화 질소를 공급하는 액화 질소 공급기와, 상기 액화 질소 공급기로부터 공급되는 상기 액화 질소와 상기 증발증기의 열교환을 통해 상기 증발증기를 재액화시키는 열교환기와, 상기 열교환기를 통해 재액화된 증발증기를 상기 저장탱크 모듈로 재이송시키는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게는, 상기 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비는, 상기 액화천연가스를 기화시켜 증발증기를 생성하며, 상기 생성된 증발증기를 상기 재액화 모듈로 이송하는 기화기 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비가 구축된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비를 도시한 구성도이다.
도 3는 본 발명에 따른 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비의 시뮬레이션 모듈에 의한 6자유도 운동을 나타내는 도면이다.

발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 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.

또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에서 증발증기는 BOG(Boil Off Gas), 플래시 가스(Flash Gas) 등 액체 상태의 액화천연가스로부터 기체 상태로 기화된 가스를 의미하며, 외부 열에 의해 기화된 가스뿐만 아니라, 롤 오버(대류현상), 탱크 내압, 탱크 내부와 외부의 압력차, 펌프 일(Work) 등에 의해 기화된 가스를 모두 포함하는 개념이다.

그러나 증발증기는 상술한 BOG와 플래시 가스를 모두 포함하는 개념이지만, 이를 구별하여 서술할 필요가 있는 경우에는 BOG와 플래시 가스를 구별하여 설명할 수도 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비에 대해 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비가 구축된 상태를 나타내는 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비를 도시한 구성도이다.

이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비의 구성에 대해 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비는, 저장탱크 모듈(100), 벙커링 모듈(200), 공급모듈(300), 시뮬레이션모듈(400), 제어모듈(미도시), 기화기모듈(500), 재액화모듈(600)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상기 저장탱크 모듈(100)은, 상기 벙커링 모듈(200)에 공급될 액화천연가스를 저장하는 적어도 하나 이상의 공급탱크(110)를 포함한다.

그리고, 상기 공급탱크(110)는 공급구(111)와 투입구(113)가 마련된다.

상기 공급구(111)는 상기 벙커링 모듈(200)에 공급될 액화천연가스가 배출되는 개구이며, 상기 투입구(113)는 후술할 재액화모듈(600)을 통해 재액화된 증발증기가 투입되는 개구로서, 상세한 내용은 후술하고자 한다.

또한, 상기 공급탱크(110)는, 상기 액화천연가스를 액체 형태로 저장한다.

그런데, 상기 액화천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, 상기 액화천연가스는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다.

따라서, 상기 공급탱크(110)가 단열처리가 되어 있더라도 외부의 열이 액화천연가스에 지속적으로 전달되므로, 상기액화천연가스는 상기 공급탱크(110) 내에서 지속적으로 기화될 수 있다.

이로 인해, 상기 공급탱크(110) 내에 증발증기(BOG, Boil-Off Gas)가 발생하여 내부의 압력이 올라갈 수 있으므로 상기 공급탱크(110)는 압력 탱크 형태일 수 있다.

상기 공급탱크(110)가 압력 탱크 형태라고 하더라도, 상기 공급탱크(110) 내부의 압력이 계속 증가하는 것을 방지하기 위해서는 증발증기를 상기 공급탱크(110)의 외부로 배출시키는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 증발증기는 외부로 배출되거나, 후술할 재액화모듈(600)을 통해 재액화되어서 다시 상기 공급탱크(110)로 보내질 수 있다.

그리고, 상기 저장탱크 모듈(100)의 일측에는 공급모듈(300)이 설치된다.

이하에서는, 상기 공급모듈(300)에 대해 상세히 설명하고자 한다.

상기 공급모듈(300)은 상기 저장탱크 모듈(100)과 상기 벙커링 모듈(200) 사이를 연결하며, 상기 저장탱크 모듈(100)에 저장된 액화천연가스를 상기 벙커링 모듈(200)로 공급하는 역할을 한다.

그리고, 상기 공급모듈(300)은, 상기 저장탱크의 공급구(111) 측에 설치되어 상기 저장탱크 모듈(100)에 저장된 액화천연가스를 외부로 토출시키는 적어도 하나 이상의 펌프(310)와, 상기 펌프(310)와 연결되며 토출된 액화천연가스가 상기 벙커링 모듈(200)로 이송되는 통로인 공급라인(330)을 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 공급탱크(110)에 저장된 액화천연가스는 상기 펌프(310)의 가동에 의해 외부로 토출된다.

이때, 상기 펌프(310)는 부스터펌프(Booster pump)일 수 있다.

부스터 펌프란, 고효율 펌프를 배관으로 연결하고 자동제어 시스템을 이용해 사용처의 필요 유량 및 양정의 변화에 효율적으로 펌프를 가동, 정지하도록 함으로써 필요에 따른 최상의 펌핑 유체 압력 및 유량을 유지하는 시스템이다.

이 때, 본 발명에 있어서, 상기 펌프(310)는 부스터 펌프 이외의 다양한 펌프가 사용될 수 있으며, 이와 같은 펌프의 종류에 의하여 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 펌프(310)는 시험하고자 하는 테스트 펌프로 교체 가능하며, 상기 테스트 펌프로 교체하여 상기 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비를 가동함으로써, 상기 테스트 펌프의 성능시험을 수행할 수 있다.

한편, 상기 펌프(310)를 통해 토출된 액화천연가스는 상기 공급라인(330)을 통하여 상기 벙커링 모듈(200)로 이송된다.

이때, 상기 공급라인(330)은 일측은 상기 펌프(310)와 연결되되, 타측에 상기 벙커링 모듈(200)과 접속하기 위한 커플러(DC)가 형성된 로딩암(LA), 또는 타측에 접속구(미도시)가 마련된 공급호스(SH)로 구성될 수 있다.

따라서, 상기 벙커링 모듈(200)은, 상기 공급라인과 접속하기 위해 상기 공급라인(330)과의 연결부위에 상기 커플러(DC), 또는 상기 접속구(미도시)와 연결되기 위한 접속 부재를 구비해야한다.

또한, 상기 커플러(DC)는, 로딩암(LA)의 단부에 설치되어 상기 로딩암(LA)이 상기 벙커링 모듈(200)에 신속하게 체결 및 분리될 수 있도록 하여, 하역작업시간을 단축시키는 QCDC(Quick Connect Disconnect Coupler)유형으로 구성될 수 있다.

즉, 상기 커플러(DC)는, 상기 공급라인(330)(더욱 자세히는 로딩암(LA)의 단부)과 상기 벙커링 모듈(200)의 연결부위에 설치되는 것으로, 액화천연가스 하역 작업 중 비상사태 발생시(액체가스 하역을 중단해야 하는 각종 위험상황 발생의 경우), 액화천연가스의 유출을 최소화하기 위해, 상기 로딩암(LA)이 안전하고 신속하게, 상기 벙커링 모듈(200)에서 분리될 수 있도록 하는 것이다.

또한, 상기 커플러(DC)는 별도의 유압 실린더에 의하여 클램프(clamp)의 open, close 작동이 신속히 이루어지도록 구성되어 있어, 하역작업에 소요되는 시간을 절약시켜 주는 역할을 하는 것이다.

또한, 상기 공급호스(SH)는 주름진 형상으로 뛰어난 유연성과 내굴곡성을 제공하는 플렉시블 호스의 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

이하에서는, 상기 저장탱크 모듈(100)에 저장된 액화천연가스를 공급받아, 벙커링이 이루어지는 벙커링 모듈(200)에 대해 설명하고자 한다.

상기 벙커링 모듈(200)은 제1 벙커링 스테이션(210)과 제2 벙커링 스테이션(230)을 포함하여 구성된다.

더욱 상세하게는, 상기 제1 벙커링 스테이션(210)은 상기 저장탱크 모듈(100)에 저장된 액화천연가스를 상기 공급모듈(300)을 통해 유입받아 저장하고, 상기 저장된 액화천연가스를 상기 제2 벙커링 스테이션(230)으로 공급한다.

즉, 상기 제1 벙커링 스테이션(210)과 상기 제2 벙커링 스테이션(230)은 액화천연가스를 공급하는 벙커링 작업이 가능하도록 공급호스(SH)로 연결되어 있으며, 상기 제2 벙커링 스테이션(230)은 액화천연가스를 연료로 사용하는 선박을 포함하여 액화천연가스를 공급받는 모든 선박을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

또한, 상기 제1 벙커링 스테이션(210)과 상기 제2 벙커링 스테이션(230)은, 적어도 하나 이상의 공급호스(SH)로 연결되며, 상기 공급호스(SH)의 양단은 커플러(DC)가 부착된 형태이다.

상기 공급호스(SH)는 주름진 형상으로 뛰어난 유연성과 내굴곡성을 제공하는 플렉시블 호스의 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 바와 같이 상기 공급호스(SH)를 통해 액화천연가스가 이송되며, 또는 액화천연가스로부터 발생되는 증발증기가 이송될 수 있수도 있다.

더욱 상세하게는, 벙커링 작업시, 상기 액화천연가스는 제1 벙커링 스테이션(210)으로부터 상기 제2 벙커링 스테이션(230)으로 이송된다.

또한, 후술할 재액화모듈(600)이 상기 제1 벙커링 스테이션(210)과 연결되어, 벙커링 모듈(200)에서 발생되는 증발 증기가 제1 벙커링 스테이션(210)을 통해 재액화모듈(600)로 이송되므로, 상기 증발증기는 상기 제2 벙커링 스테이션(230)으로부터 상기 제1 벙커링 스테이션(210)으로 이송되는 것을 특징으로 하며, 상기 재액화모듈(600)의 상세한 내용은 후술하고자 한다.

또한, 상기 커플러(DC)는 QCDC(Quick Connect Disconnect Coupler)유형으로 구성되어, 액화천연가스 하역 작업 중 비상사태 발생 시, 상기 제1 벙커링 스테이션(210)과 상기 제2 벙커링 스테이션(230)으로부터 상기 공급호스(SH)가 안전하고 신속하게 분리될 수 있도록 한다.

또한, 상기 제1 벙커링 스테이션(210)과 상기 제2 벙커링 스테이션(230)은 비상정지부(700)를 각각 포함한다.

상기 비상정지부(700)는 상기 벙커링 모듈(200)의 유로의 개폐를 제어할 수 있는 장치로서, 상기 벙커링 모듈(200)의 이상상황을 감지하여, 상기 벙커링 모듈(200)의 유로를 차단하여 위험한 상황의 발생을 방지한다.

또한, 벙커링 상황 중 비상상황 발생 시, 이를 감지하여 상기 제1 벙커링 스테이션(210)과 상기 제2 벙커링 스테이션(230)의 연결 구조를 신속히 차단 분리하여 긴급 대응할 수 있도록 한다.

즉, 상기 비상정지부(700)는 감지센서(미도시), 셧다운밸브(710) 및 밸브제어수단(미도시)을 포함하여 구성되며. 이하에서는 상기 각 구성에 대해 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 감지센서는 상기 벙커링 모듈(200)의 비정상적인 연결 상태를 포함한 이상상황을 감지한다.

이후, 상기 감지 센서의 작동에 의해 출력되는 이상신호는 상기 밸브제어수단에 전달되며, 상기 밸브제어수단은 상기 수신된 이상신호를 종합하여 이상상황 여부를 판단하여, 셧다운밸브(710)의 작동을 제어한다.

상기 셧다운밸브(710)는 상기 벙커링 모듈(200)의 각각의 유로에 설치되어, 비상시 유로를 차단하여 액화천연가스의 이송 및 공급을 중단한다.

상술한 바와 같이, 비상정지부(700)를 구비함으로써, 실시간으로 이상상황을 감지하고, 이를 기반으로 정확하고 신속한 대처가 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 유로를 차단하여 2차적 재난을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이하에서는, 상기 벙커링 모듈(200) 및 상기 공급모듈(300)의 하부에 마련되어, 상기 벙커링 모듈(200) 및 상기 공급모듈(300)에 유동성을 부여하여 해상상황을 모사하는 시뮬레이션모듈(400)에 대해 설명하고자 한다.

상기 시뮬레이션모듈(400)은, 실제 해상상황을 모사하여 상기 벙커링 모듈(200) 및 상기 공급모듈(300)의 기자재 제품에 대한 안정성 및 성능평가 시험을 가능하게 한다.

실제 해상상황에서, 선박의 동요를 유발하는 요인은 해상상태, 해류의 방향과 세기, 풍향 및 풍속을 포함하여 다양한 요인이 있지만, 이하에서는 해수의 유동에 의한 움직임을 중심으로 설명하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 이하에서는 해수의 유동에 의한 6자유도 운동의 모사를 설명하고자 하며, 이는 도 3를 참조하여 설명하고자 한다.

상기 시뮬레이션모듈(400)은 6자유도 운동을 모사하여, 상기 벙커링 모듈(200) 및 공급모듈(300)에 해수의 유동에 의한 움직임을 부여할 수 있다.

상기 6자유도 운동이란, 바다수면을 항해하는 선박이 해상파에 의해 받게 되는 진동운동을 의미하며, 선박에 가해지는 진동은 3개의 직선운동과 3개의 회전운동으로 구분한다.

더욱 상세하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 직선운동은 전후동요(surge, 선체의 진행방향 전후로 움직이는 직선운동), 좌우동요(sway, 선체의 횡방향으로 움직이는 직선운동), 상하동요(heave, 선체의 상하방향으로 움직이는 직선운동)로 구성된다.

또한, 상기 회전운동은 횡동요(rolling, 선박의 길이방향 축을 기준으로 한 회전운동), 종동요(pitching, 선박의 폭방향을 기준으로 한 회전 운동), 선수동요(yawing, 선박의 수직 방향축을 기준으로 한 회전운동)로 구성된다.

상술한 선체의 6자유도 운동에 의해 선박의 임의 위치에 있는 설비 및 기자재 등에는 가속도(국부 가속도)가 작용하게 되며, 가속도의 수준에 따라 상기 설비 및 기자재의 작동상태는 영향을 받게 된다.

즉, 상기 시뮬레이션모듈(400)은 상기 벙커링 모듈(200) 및 상기 공급모듈(300)에 상술한 움직임이 적용되도록 구동되어, 실제 해상상황 모사를 통한 실제 운용 상황에 대한 안정성 및 성능 시험을 제공한다.

또한, 상술한 상기 시뮬레이션모듈(400)의 구동은 제어모듈(미도시)을 통해서 제어된다.

구체적으로, 제어 모듈은 상기 시뮬레이션모듈(400)과 연동되어, 상기 벙커링 모듈(200) 및 상기 공급모듈(300)이 임의의 주기 및 각도로 동요되도록 움직임을 일정하게 조절하는 방식으로 상기 시뮬레이션모듈(400)을 구동시킬 수 있다.

다음으로는, 재액화모듈(600)에 대해 설명하고자 한다.

상기 재액화모듈(600)은, 상기 액화천연가스로부터 발생하는 증발증기를 재액화하며, 상기 재액화된 증발증기를 상기 저장탱크 모듈(100)로 재이송하는 역할을 한다.

상기 증발증기는 외부로부터의 열 유입으로 인해 지속적으로 발생하며, 상기 액화천연가스가 저장된 탱크, 혹은 상기 액화천연가스가 수송되는 통로에서 주로 발생한다.

이에 따라, 상기 재액화모듈(600)은 상기 액화천연가스가 저장되어 벙커링이 이루어지는 상기 제1 벙커링 스테이션(210)과 연결되어 설치될 수 있으며, 설치 위치는 제한되지 않는다.

더불어, 상기 재액화모듈(600)이 상기 제1 벙커링 스테이션(210)과 연결되어 설치되는 경우, 상기 제1 벙커링 스테이션(210)과 상기 제2 벙커링 스테이션(230)을 포함한 상기 벙커링 모듈(200)에서 발생되는 모든 증발증기는 상기 제1 벙커링 스테이션(210)을 통해 상기 재액화모듈(600)로 전달된다.

더욱 상세하게는, 상기 제2 벙커링 스테이션(230)에 생성된 증발증기는 상기 공급호스(SH)를 통해 상기 제1 벙커링 스테이션(210)을 통과하여, 상기 재액화모듈(600)로 이송되어 재액화된다.

또한, 상기 재액화모듈(600)은 상기 증발증기를 재액화하기 위한 냉매로 질소가스를 사용하며, 상기 증발증기는 상기 질소가스와 열교환을 통해 재액화되는 것을 특징으로 하며, 액화 질소 공급기(610), 열교환기(630) 및 배출구(650)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기 각 구성을 기반으로 하여 재액화 단계에 대해 상세히 설명하고자 한다.

먼저, 상기 액화 질소 공급기(610)는, 질소 가스를 가압 냉각하여 액화질소를 생산하며, 상기 생산된 액화질소를 상기 열교환기(630)로 이송한다.

이후, 상기 벙커링 모듈(200)에서 발생한 증발증기는 제1 벙커링 스테이션(210)을 통과하여 배출 라인(EL)을 따라 상기 재액화모듈(600)의 열교환기(630)로 이송되며, 상기 이송된 액화질소와의 열교환이 이루어지면서 상기 증발증기가 재액화된다.

상기 재액화된 증발증기는 상기 배출구(650)를 통해 배출되며, 상기 저장탱크 모듈(100)의 투입구(113)를 통과하여 상기 저장탱크 내부로 재회수된다.

또한, 상기 열교환을 통해 기화된 액화질소는 외부로 배출되거나, 재회수되어 재사용될 수 있다.

즉, 상기 재액화모듈(600)을 도입함으로써, LNG 벙커링 시험평가 진행 시 발생하는 증발증기를 재액화하여 재사용가능하다.

한편, 상기 재액화모듈(600)의 성능을 평가하기 위해, 인위적으로 액화천연가스를 기화시켜 증발증기를 발생시키는 장치를 더 구비할 수 있다.

액화천연가스가 기화되어 발생하는 증발증기를 사용하는 경우, 대기온도에 의한 자연 기화 용량으로는 사용목적의 용량을 충족시켜 줄 수 없으므로, 액화천연가스에 기화 잠열만큼 열을 가하여 강제로 기화시키는 일종의 열교환장치가 필요하다.

이를 위해, 제어 가능한 증발증기를 생성하는 기화기모듈(500)의 구성이 요구된다.

상기 기화기모듈(500)은, 내부에서 액체 상태로 존재하는 액화천연가스를 기체 상태로 기화시켜 증발증기를 생성하며, 이를 위해 물 또는 공기를 열원으로 하는 열매체를 이용한다.

즉, 상기 열매체와 상기 액화천연가스와의 열교환에 의해 상기 액화천연가스는 기화되어 증발증기를 생성하게 되는 것이다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기화기모듈(500)은 상기 제2 벙커링 스테이션(230)과 연결되어 설치될 수 있지만, 설치위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 상기 기화기모듈(500)이 상기 제2 벙커링 스테이션(230)과 연결되어 설치되는 경우, 상기 기화기모듈(500)에 의해 생성된 증발증기는 상기 제2 벙커링 스테이션(230)으로 이송된다.

또한, 상기 기화기모듈(500)과 상기 제2 벙커링 스테이션(230)은 로딩암(LA), 또는 공급호스(SH)로 연결되어 질 수 있다.

상기 로딩암(LA)은, 일측은 상기 기화기모듈(500)과 연결되되, 타측은 상기 제2 벙커링 스테이션(230)이 접속되는 커플러(DC)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 공급호스(SH)는 주름진 형상으로 뛰어난 유연성과 내굴곡성을 제공하는 플렉시블 호스의 형태로 구성되며, 일측은 상기 기화기모듈(500)과 연결되되, 타측은 상기 제2 벙커링 스테이션(230)이 접속되는 접속구를 구비할 수 있다.

즉, 상기 로딩암(LA), 또는 상기 공급호스(SH)는 상기 기화기모듈(500)에서 생성된 증발증기가 이송되는 통로이며, 상기 통로를 통해 상기 증발증기가 제2 벙커링 스테이션(230)으로 이송된다.

이후, 상기 제2 벙커링 스테이션(230) 내부에서 자연 발생된 증발증기와 상기 기화기모듈(500)에서 생성되어 전달된 증발증기는 모이게 되며, 상기 공급호스(SH)를 통해 상기 제1 벙커링 스테이션(210)을 통과하여 상기 재액화모듈(600)로 이송된다.

즉, 상기 기화기모듈(500)을 부가하여 인위적으로 액화천연가스를 기화시켜 생성되는 증발증기를 상기 재액화모듈(600)에 제공함으로써, 상기 재액화모듈(600)의 성능을 평가할 수 있다.

마지막으로, 상술한 내용을 바탕으로 정리하면, 본 발명에 의한 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비는 해상 상황을 모사할 수 있는 시뮬레이션 모듈(400)을 도입함으로써, 다양한 해역의 상황을 모사하여, LNG 벙커링 기자재 제품의 실제 운용상황에 대한 안정성 및 성능평가가 가능한 설비를 제공한다.

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 : 저장탱크 모듈
110 : 공급탱크
111 : 공급구
113 : 투입구
200 : 벙커링 모듈
210 : 제1 벙커링 스테이션
230 : 제2 벙커링 스테이션
300 : 공급모듈
310 : 펌프
330 : 공급라인
400 : 시뮬레이션모듈
500 : 기화기모듈
600 : 재액화모듈
610 : 액화 질소 공급기
630 : 열교환기
650 : 배출구
700 : 비상정지부
710 : 셧다운밸브
LA : 로딩암
SH : 공급호스
DC : 커플러
EL : 배출라인

Claims

액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)가 저장되는 저장탱크 모듈;
상기 저장탱크 모듈에 저장된 액화천연가스를 공급받아 저장하고, 상기 저장된 액화천연가스를 유출시키는 제1 벙커링 스테이션과 상기 제1 벙커링 스테이션으로부터 유출되는 액화천연가스를 공급받는 제2 벙커링 스테이션을 포함하는 벙커링 모듈;
상기 벙커링 모듈의 이상 상황을 감지하여, 상기 벙커링 모듈의 유로를 차단하는 비상정지부;
상기 저장탱크 모듈과 상기 벙커링 모듈을 연결하며, 상기 저장탱크 모듈에 저장된 액화천연가스를 상기 벙커링 모듈로 공급하는 공급모듈;
상기 벙커링 모듈에서 발생하는 증발증기를 재액화하며, 상기 재액화된 증발증기를 상기 저장탱크 모듈로 재이송하는 적어도 하나 이상의 재액화 모듈;
상기 액화천연가스를 기화시켜 증발증기를 생성하며, 상기 생성된 증발증기를 상기 재액화 모듈로 이송하는 기화기 모듈;
상기 벙커링 모듈 및 상기 공급모듈의 하부에 마련되며, 상기 벙커링 모듈 및 상기 공급모듈에 유동성을 부여하여 해상상황을 모사하는 시뮬레이션 모듈; 및
상기 시뮬레이션 모듈의 구동을 제어하는 제어모듈;을 포함하고,
상기 공급모듈은,
상기 저장탱크 모듈의 일측에 설치되어 상기 저장탱크 모듈에 저장된 액화천연가스를 외부로 토출시키는 적어도 하나 이상의 펌프와, 상기 펌프와 연결되며 토출된 액화천연가스가 상기 벙커링 모듈로 이송되는 통로인 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비.
제 1 항에 있어서,
상기 제어모듈은,
상기 시뮬레이션 모듈과 연동되어, 상기 시뮬레이션 모듈이 일정한 주기 및 각도로 직선운동 또는 회전운동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비.
제 1 항에 있어서,
상기 공급라인은,
일측은 상기 펌프와 연결되되, 타측에 상기 벙커링 모듈과 접속하기 위한 커플러가 형성된 로딩암, 또는 타측에 상기 벙커링 모듈과 접속하기 위한 접속구가 마련된 공급 호스로 구성되는 것을 특징으로 하는 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비.
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제 1항에 있어서,
상기 제1 벙커링 스테이션과 상기 제2 벙커링 스테이션은,
적어도 하나 이상의 공급 호스로 연결되며, 상기 공급 호스는 양단에 상기 제1 벙커링 스테이션과 상기 제2 벙커링 스테이션이 접속되는 커플러가 부착되는 것을 특징으로 하는 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비.
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제 1 항에 있어서,
상기 비상정지부는,
실시간으로 상기 벙커링 모듈의 이상 상황을 감지하는 감지 센서와, 상기 이상 상황에서 상기 제1 벙커링 스테이션과 상기 제2 벙커링 스테이션의 유로 차단을 수행하는 적어도 하나 이상의 셧다운 밸브와, 상기 감지 센서의 작동에 따라 상기 셧다운 밸브의 작동을 제어하는 밸브제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 재액화 모듈은,
질소 가스를 냉매로 사용하며, 상기 증발증기는 상기 질소 가스와 열교환을 통해 재액화되는 것을 특징으로 하는 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비.
제 9 항에 있어서,
상기 재액화 모듈은,
상기 질소 가스를 가압 냉각하여, 생성되는 액화 질소를 공급하는 액화 질소 공급기와, 상기 액화 질소 공급기로부터 공급되는 상기 액화 질소와 상기 증발증기의 열교환을 통해 상기 증발증기를 재액화시키는 열교환기와, 상기 열교환기를 통해 재액화된 증발증기를 상기 저장탱크 모듈로 재이송시키는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 벙커링 기자재 시험평가 설비.
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