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KR20050044687A - 로딩 칼럼에서의 방법과 설비 - Google Patents

로딩 칼럼에서의 방법과 설비 Download PDF

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KR20050044687A
KR20050044687A KR1020047008571A KR20047008571A KR20050044687A KR 20050044687 A KR20050044687 A KR 20050044687A KR 1020047008571 A KR1020047008571 A KR 1020047008571A KR 20047008571 A KR20047008571 A KR 20047008571A KR 20050044687 A KR20050044687 A KR 20050044687A
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로췌페르
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크누트센 오아스 쉬핑 아스
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Abstract

공급 파이프(6)를 통하여 저장 및/또는 수송 탱크(2)에 본질적인 액체 석유 제품을 채우는 동안 휘발성 유기 화합물(VOC)이나 다른 가스의 증발을 감소시키는 방법 및 설비로서, 상기 석유 제품은 상기 공급 파이프(6)의 횡단면보다 명백히 넓은 횡단면을 가지는 로딩 칼럼(8)을 통하여 상기 저장/수송 탱크에 옮겨진다.

Description

로딩 칼럼에서의 방법과 설비 {METHOD AND ARRANGEMENT AT A LOADING COLUMN}
본 발명은 탱크를 채우는 동안 이를테면 터미널, 생산 플랫폼 또는 부유(浮遊) 로딩 장치로부터 배에 선적하는 동안, 석유, 특히 원유로부터 분리되어 나오는 휘발성 유기 화합물(VOC)의 부분을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 설비를 포함한다. 상기 설비는 또한 단일 성분 예를 들면 프로판, 부탄, 에탄 그리고 액화 천연 가스를 채우는 동안 가스의 증발을 방지하는 데에 이용될 수 있다.
원유는 특정 압력과 특정 온도에서 안정화되는 서로 상이한 성분들로 이루어져 있다. 만약 이러한 상태가 압력의 감소나 온도의 증가를 통하여 바뀐다면, 휘발성 성분 부분이 분리되어 나올 것이고 가스화될 것이다. 이러한 성분은, 예를 들면 메탄, 프로판, 부탄 및 에탄과 같은 유기 화합물로 구성되며, 이들은 통상 VOC로 불리고 있다. 이러한 가스들을 제거하기 위한 시스템은 현존하고 있다. 본 출원의 설비와는 대조적으로, 오늘날의 시스템은 증발에 수반하는 배출 가스를 처리하기 위한 공정 설비를 제공함으로써 이미 분리된 가스를 처리하는 것을 기초로 하고 있다. 상기 가스들을 액체 상태로 되돌리기 위해 압력과 온도가 적용되기 때문에 이러한 플랜트는 구조가 복잡하고 많은 에너지를 필요로 할 것이다.
석유를 큰 탱크에 펌프로 넣는 동안 상대적으로 많은 양의 휘발성 유기 화합물이 증발한다는 것은 상식이다. 표준 환경 하에서는, 저장 및 수송 탱크 내에서 모두 1.05에서 1.07바(bar) 정도의 압력이 유지된다. 예를 들면 탱커(탱크로리)에 넣을 때에는, 석유가 저장 탱크로부터 공급 파이프를 통하여 화물 탱크 위의 위치까지 펌프로 넣어지는 것이 통상적인데, 그곳으로부터 석유는 탱크의 바닥까지 나 있는 드롭 라인(아래쪽으로 보내는 파이프)을 통해 탱크로 들어간다. 이러한 타입의 드롭 라인은 수십 미터 정도의 길이를 가진다.
석유가 드롭 라인의 상단부로 흘러 들어갈 때, 중력이 드롭 라인을 통해 흘러내리는 액체를 가속시키는데, 그것에 의해 공급 파이프와 드롭 라인의 상부 내에서는 더 낮은 정압(static pressure)이 생성된다. 이들 파이프에서는, 정압이 증기압보다 낮은 경우는, 휘발성 유기 화합물의 증발이 현저하며, 이러한 화합물은 표준 탱크 압력으로의 회귀에 의해서는 소량만이 액체 상태로 응측되게 된다.
도 1은 로딩 칼럼이 구비된 탱커에 석유가 펌프로 선적되는 로딩 설비의 단면을 개략적으로 나타낸다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 개선하는 것이다.
상기 목적은 하기 상세한 설명과 첨부된 청구항에 기재된 특징에 의하는 본 발명에 따라 성취된다.
실험을 통하여, 유입 유체가, 저장/수송 탱크 내 또는 이들 탱크와 연결되 위치하는 적합하게 속이 빈 칼럼 내를 통과한다면, 유체로부터 가스의 증발이 상당량 감소한다는 것을 확인하였다.
상기 속이 빈 칼럼은 바람직하게는 상단부 부근에서 접하는(tangential) 입구와 하단부 부근에서 출구를 가지는, 수직의 로딩 칼럼으로서 형성된다. 상기 출구는 저장/수송 탱크의 바닥이나 파이프 시스템 내로 유체를 방출하고, 상기 출구는 유체의 유입 후에는 유체가 현저한 압력저하를 받지 않도록 하면서 저장/수송 탱크의 내용물 내에 잠기게 된다.
유입되는 유체가 상기 로딩 칼럼의 상부에 있는 입구로부터 로딩 칼럼의 바닥이나 또는 저장/수송 탱크 내의 유체면의 높이에 상응하는 높이까지 떨어질 때, 상기 유입되는 유체로부터 가스의 초기 증발이 발생한다. 출원된 타입의 로딩 칼럼에서는, 유입된 유체가, 선행 기술을 사용할 때 통상적인 드롭 라인으로 흘러 내리도록 하면서 경험했던 것과 같은 정압에서 강하 현상을 받지 않는다. 비교적 짧은 유입 기간 뒤에, 로딩 칼럼 내의 공기는 유입된 유체로부터 증발된 가스로 포화되는데, 그 뒤에는 그 이상의 현저한 증발은 발생하지 않는다.
소위 프라우드 수는 개수로(開水路)의 수리학(水理學) 이론으로부터 알려져 있다. 무차원의 상기 프라우드 수 β는 관성의 힘과 유체에 작용하는 중력의 힘의 비로 정의된다:
여기서 V=유체속도(m/s), g=지구의 중력(m/s2) 그리고 hm=수압 평균 깊이이다.
상기 수압 깊이 hm을 상기 로딩 칼럼의 직경 D의 공식으로 대체함으로써, 적합한 로딩 칼럼 직경을 선택하는데 편리하다고 증명된 식이 발견된다.
수행된 개발 작업 경과, 식
의 값이 0.45보다 작을 때 증발이 감소한다는 것을 알 수 있었다. 0.31에서는, 칼럼 내의 압력이 균형을 이루게 된다. 최상의 효과는 0.18보다 작은 값에서 성취된다.
그러므로 상기 로딩 칼럼의 직경은 주로 유입되는 유체의 속도에 의존한다.
기 로딩 칼럼의 상부는 바람직하게는 적어도 하나의 압력 해제 밸브를 경유하여, 채워지고 있는 저장/수송 탱크와 통하거나, 또 다른 탱크와 통하는 것이 유리하다. 그러므로, 로딩 칼럼 내의 어떠한 과도압력이나 저압력도 상기 로딩 칼럼 및 대응하는 탱크 사이의 가스 수송에 의해 압력이 낮아지거나 평형 상태를 이루게 된다.
상기 로딩 칼럼의 출구는, 층류 유동(laminar flow)을 보장하기 위해, 그리고 상기 출구가 저장/수송 탱크에 채워지는 상대적으로 적은 양의 유체의 유입 후에 유입된 유체에 의해 잠기는 것을 보장하기 위해, 기지의 유체 유동 법칙에 따라 디자인된다.
본 발명에 따르는 상기 방법과 설비는 실제로 액체 석유 제품을 다룰 때 배나 다른 큰 탱크에 선적하는 동안 사용하는 데에 매우 적합하다.
하기는 첨부된 도면에 도시된 바람직한 설비와 방법의, 제한이 없는 실시예를 설명한다.
화살표로 표시된 나선은 로딩 칼럼에서의 석유의 유동 경로를 나타내는 반면, 역시 화살표로 표시된 타원은 로딩 칼럼에서의 가스의 유동 가능 경로를 나타낸다.
도면에서, 참조 번호 1은 석유 수송 탱크(2)가 있는 배를 표시한다. 비었을 때, 상기 배(1)는 물(4)에서 상대적으로 높게 뜬다. 석유는 펌핑 스테이션(미도시)으로부터 로딩 파이프(6)를 통하여, 접선 방향으로 로딩 칼럼(8)의 상단부(10)로 유동한다. 상기 로딩 칼럼(8)의 횡단면은 명백히 상기 로딩 파이프(6)의 횡단면보다 넓다. 상기 로딩 파이프(6)는 예를 들면 파이프, 호스 또는 다른 적당한 속이 빈 바디의 형상일 것이다.
이 바람직한 실시예에서, 상기 로딩 칼럼(8)은 배(1)에 선적된 수송 탱크(2)의 일부를 구성하고, 원통형 사일로 형태로 형성되어 있는데, 상기 원통형 사일로의 상단부(10)는 커버(12)를 구비하고 있고, 상기 원통형 사일로의 하단부(14)는 수송 탱크(2)로 배출하는 출구(16)를 구비하고 있다.
상기 로딩 칼럼(8)의 상부(10)는 밸브(22, 24) 뿐만 아니라 분기 파이프(18, 20)를 경유하여 수송 탱크(2)에 연결되고 연통된다. 압력 해제 밸브(22)는 로딩 칼럼(8)부터 화물창(2)으로 예정된 압력 차에서 열리도록 디자인되었고, 반면 압력 해제 밸브(24)는 화물창(2)부터 로딩 칼럼(8)으로 예정된 압력 차에서 열리도록 디자인되었다.
상대적으로 휘발성의 성분을 포함하는 석유는 로딩 파이프(6)를 통하여 상기 로딩 칼럼(8)의 상단부(10) 내로 펌핑되어 넣어지는데, 공급 파이프(6)가 로딩 칼럼(8)에 접선 방향으로 연결되기 때문에 로딩 칼럼(8)을 통하여 나선형의 하방 유동 패턴을 띄게 된다. 도 1에서, 상기 유동은 화살표로 된 나선에 의해 도시되어 있다.
석유가 로딩 칼럼(8)의 하단부(14)의 개구(16)를 통하여 흘러 나가는데, 상기 개구(16)는 수송 탱크(2)의 바닥 근처에서 종결된다. 개구(16)에서 난류가 발생하는 것을 방지하기 위해, 이것의 방지 수단이 개구(16) 근처에 설치될 수 있다. 상기 개구(16)는 상대적으로 적은 양의 석유(17)가 수송 탱크(2) 내에 펌프로 넣어진 후 잠기도록 디자인되는 것이 유리하다.
첫번째 량의 석유가 펌프로 넣어질 때에는, 석유의 보다 휘발성이 강한 성분의 일부가 로딩 칼럼(8)을 통하여 석유가 유동하는 동안 증발된다. 상대적으로 적은 양의 석유가 펌핑되어 유입된 후, 상기 로딩 칼럼의 대기는 휘발성의 가스로 포화되고, 석유로부터 그 이상의 가스의 증발은 근본적으로 중단된다.
선적 중에 로딩 칼럼내에 현존하는 가스는 이동할 것으로 예상된다. 도 1의 호살표로 된 타원은 가능한 유동 경로를 나타낸다.
본 발명의 유리한 효과가 로딩 칼럼(8)에 접하는 방식으로 연결된 로딩 파이프(6)에 반드시 의존하지는 않으나, 실험 결과 그러한 결합 구조가 유리하다는 것이 확인되었다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 로딩 칼럼과 관련하여 석유 선적 분야에 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (7)

  1. 공급 파이프(6)를 통하여 저장 및/또는 수송 탱크(2)에 본질적인 액체 석유 제품을 채우는 동안 휘발성 유기 화합물(VOC)이나 다른 가스의 증발을 감소시키는 방법으로서,
    상기 석유 제품이 상기 공급 파이프(6)의 횡단면보다 명백히 넓은 횡단면을 가지는 로딩 칼럼(8)을 통하여 저장/수송 탱크로 들어가는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 석유 제품은 상기 로딩 칼럼(8) 내로 접하여(tangentially) 옮겨지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 공급 파이프를 통하여 저장 및/또는 수송 탱크에 본질적인 액체 석유 제품을 채우는 동안 휘발성 유기 화합물(VOC)의 증발을 감소시키기 위한 설비에 있어서,
    공급 파이프(6)는 로딩 칼럼(8) 내로 방출되며, 상기 로딩 칼럼(8)의 횡단면은 상기 공급 파이프(6)의 횡단면보다 명백히 넓은 것을 특징으로 하는 설비.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 공급 파이프(6)는 본질적으로 접하는 방법으로(tangentially) 로딩 칼럼(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 설비.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 로딩 칼럼(8)은 주로 수송/저장 탱크(2)에 위치하는 것을 특징으로 하는 설비.
  6. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로딩 칼럼(8)은 상기 수송/저장 탱크(2)의 바닥 근처에 방출되는 개구(16)를 가지는 것을 특징으로 하는 설비.
  7. 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로딩 칼럼(8)의 상단부(10)는 수송/저장 탱크(2)에 연통되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 설비.
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