KR0184706B1 - 액화천연가스 열량조절 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열량이 부족한 액화천연가스의 열량을 조정하기 위하여 액화천연가스의 기화후 승온과정에서 직접 액화석유가스를 혼합할수 있도록 한 천연가스 열량 조절 설비를 개시한다.

본 발명은 내부관과 외부관으로 구성된 다수의 이중관 주위에 해수를 순환시켜 열교환이 이루어 지도록 함으로써 기화시키고 기화된 천연가스를 승온수단의 전열관을 통과시켜 승온시키되, 전열관의 일측에 선회수단과 액화석유가스 노즐 그리고 분산벽을 설치하여 줌으로써 선회수단에 의해 기화된 천연가스의 체제시간을 늘려 열교환효율을 향상시킴으로써 기화가스의 온도를 급속히 상승시켜 액화석유가스의 액적이 원활하게 증발할수 있도록 하며 기화가스의 회전에 의한 혼합효율 향상으로 안정적인 열량 조절이 가능하게 된다.

이에 따라 본 발명은 액화천연가스 열량이 부족하거나 공급열량을 높일 경우에 열량을 조정하여 안정된 품질의 천연가스를 공급할수 있게 되는 효과가 있으며 열량조절이 용이하고 설치면적 및 설비투자비가 감소되는 잇점이 있다.

Description

액화천연가스 열량조절 설비

제1도는 일반적인 천연가스 열량 조절 설비를 보인 설명도.

제2도의 (a), (b)는 제1도에서 일반적으로 사용되는 오픈랙식 LNG기화기 열교환장치를 보인 설명도.

제3도는 본 발명에 의한 천연가스 열량 조절 설비를 보인 전체 설명도.

제4도는 본 발명에 의한 천연가스 열량 조절 설비중 선회부를 보인 설명도.

제5도는 본 발명에 의한 천연가스 열량 조절 설비중 분산벽의 구조를 보인 종단면도.

제6도는 본 발명에 의한 천연가스 열량 조절 설비중 선회수단과 노즐 및 분산벽을 보인 요부 설명도.

제7도는 본 발명에 의한 이중관의 내부관 및 외부관에 형성된 핀을 보인 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : LNG Header 102 : 전열관

103 : 해수산수장치 104 : NG Header

1 : 주입구 2 : 내부관

3 : 외부관 4 : 이중관

5 : 합류실 6 : 출구

7 : 배출구 8 : 기화부

9 : 전열관 10 : 승온부

11 : 배플 12 : 순환로

13 : 해수 유입구 14 : 해수 유출구

15 : 액화석유가스 탱크 16 :펌프

17 : 노즐 18 : 스파이럴 가이드

19 : 선회수단 20 : 분산벽

21 : 가온수단 22 : 핀

본 발명은 열량이 부족한 천연가스의 열량을 증가시킬수 있는 열량 조절설비에 관한 것이다.

LNG란 Liquefied Natural Gas(액화천연가스)의 약어로서 지하에서 뽑아올린 천연가스를 수송 및 저장을 위하여 천연가스 산지에서 냉각하여 부피를 1/600로 줄인 무색, 무취의 투명한 -l62℃의 초저온 액체를 말한다. LNG(액화천연가스)는 LNG수송선에 의해 산지에서 LNG인수기지에 수송되어 특수하게 제작된 LNG저장탱크에 저장되며 저장된 LNG는 공급을 위하여 LNG기화기에서 기화시켜 수요처에 공급하고 있다.

이러한 액화천연가스는 전세계적으로 산지에 따라 성분 구성이 각각 다르며 따라서 LNG생산 산지에 따라 열량범위는 9,500∼11,200kcal/Nm³로 다양하다.

천연가스의 안정적인 공급을 위한 LNG수입국의 다변화에 따라 낮은 열량의 LNG를 수입하여 공급하거나 공급기준 열량을 높일 경우 공급기준열량에 맞추어 공급하기 위해서는 천연가스보다 열량이 큰 액화석유가스(LPG)를 주입하는 열량조절 과정이 필요하다.

천연가스 열량조절방법에 대한 종래의 기술은

1) 기화된 천연가스에 기화된 프로판 가스를 주입하여 혼합하는 방법(기상-기상혼합방법)

2) 기화된 천연가스에 액체프로판을 주입하여 혼합하는 방법(기상-액상혼합방법)

3) 액체LNG에 액체프로판을 주입하는 방법(액상-액상혼합 방법)이 있다.

위의 3가지 방법중에서 현재 2번째 방법이 혼합 및 열량조절이 용이하여 경제성, 안정성 및 운전실적 면에서 유리하여 널리 사용되고 있다.

이러한 2번째 방식의 공정을 제1도로 보였다. 이에서 볼수 있는 바와 같이 종래에는 LNG를 오픈랙식 LNG기화기등으로 기화시킨후 혼합기에서 액화석유가스(LPG)를 주입하여 천연가스의 현열에 의해 LPG가 기화되어 혼합되거나 천연가스의 기화온도가 낮을 경우 LPG기화 열원으로 별도의 해수를 공급하여 LPG를 기화시키며 천연가스와 혼합시켜 수요처에 공급하는 방식이다.

일반적인 열량조절설비를 제1도로 보였으며 이때 사용되는 오픈랙식 LNG기화기의 열교환장치란 제2도에 보였다. 이는 LNG Header(101)에서 유입된 -l62℃의 LNG가 전열관(102)을 통과하면서 기화되어 NG Header(104)를 통하여 천연가스 공급관으로 배출되는 것이며, 이때 LNG기화관 외부에 10-20℃ 해수가 해수산수장치(103)를 거쳐 유하액막식으로 흘려내리도록 되어 있어서 해수로 부터의 열유입에 의해 LNG의 온도가 상승하면서 O℃이상으로 기화되도록 한 것이다.

이에서 볼수 있는 바와 같이 종래에는 오픈랙식 LNG기화용 열교환기를 거쳐 기화된 천연가스가 LPG 탱크에서 공급되는 LPG와 함께 혼합기에 투입되어 혼합된후 송출되도록 하였던 것이다.

이에 따라 혼합전의 천연가스 온도가 낮을경우 LPG의 증발이 원활하지 않거나 LNG기화가, 혼합기가 각각 분산되어 제어시스템 구성이 복잡해지며 혼합기 입구의 천연가스 온도에 따라 LPG기화율이 좌우되므로 안정적인 열량 조절이 어렵게 되는 문제점이 있으며 특히 겨울철에는 LNG기화기 가열원인 해수의 온도가 낮아 천연가스 온도가 떨어지므로 열량을 높일 수 있는 범위가 축소된다.

더욱이 이러한 종래의 방식에 의하면 필히 혼합기가 별도로 제작, 설치되어야 하는것이어서 설치면적 및 투자비가 많이 소요되는 문제점이 있다.

상술한 종래의 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 LNG기화기, 열량조절설비를 개별적으로 설치하는 기존의 방식과는 달리 하나의 케이싱 내부에서 LNG의 기화와 열량조절이 동시에 이루어 지도록 하는 천연가스 열량 조절 설비를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부관과 외부관으로 구성된 다수의 이중관 및 합류실로 구성된 기화부와 합류실의 출구 및 배출구와 연결된 전열관으로 구성된 승온부에 의하여 액화천연가스 기화용 열교환장치를 구성하되, 승온부의 전열관(9)에 LPG 압송수단과 연결된 분사노즐을 설치함과 아울러 혼합수단을 구비하여서 된 천연가스 열량 조절설비를 제안한다.

상술한 구성에 의하여 본 발명은 액화천연가스를 기화시키고 승온시킴과 동시에 액화석유가스를 주입하여 혼합시킬수 있으므로 별도의 혼합기가 불펄요하게 되어 시설투자비 및 점유면적을 감소시킬수 있다.

또한 LNG기화와 LPG혼합 및 혼합가스 승온이 하나의 기기에서 동시에 이루어 지므로 열량제어기술 적용이 용이하게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

제3도에서 본 발명에 의한 액화천연가스 열량 조절 설비를 보였다.

이에서 볼수 있는 바와 같이 본 발명은 액화천연가스가 주입되는 주입구(1)와 내부관(2) 및 외부관(3)을 구비하여서 된 다수의 이중관(4) 및 합류실(5)을 구비하여서 된 기화부(8)와, 합류실(5)의 출구(6) 및 배출구(7)에 연결된 전열관(9)으로 구성된 승온부(10) 그리고 이들 기화부(8)와 승온부(10)간에 배플(11)을 설치하여 순환로(12)가 형성되어 해수 유입구(13)와 해수 유출구(14)가 연통되도록 하되, 승온부(10)의 전열관(9) 일측에 액화석유가스 탱크(15) 및 펌프(16)에 연결된 노즐(17)을 설치하고, 노즐(17)을 중심으로 전,후에 스파이럴 가이드(18)로 구성된 선회수단(89)과 분산벽(20)으로 된 가온수단(21)을 설치한 것이다.

이와 갈이 된 본 발명은 액화천연가스가 유입구를 통하여 유입되고 내부관(2)을 경유하여 외부관(3)으로 돌아 나오면서 합류실(5)에서 합류하게 된다.

이에 따라 액화천연가스는 내부관(2)에서 기화되고 외부관(3)에서 가열된후, 합류실(5)에서 합류된후 승온부(10)의 전열관(9)에서 승온되어 수요자에게 공급된다.

본 발명에서는 이러한 과정에서 특히 액화천연가스가 산지 마다 열량이 다르므로 열량이 부족하거나 공급열량을 상향 조정하기 위하여 액화석유가스를 주입하게 되며 LPG펌프(16) 가동에 의해 노즐(17)에서 액화석유가스가 분무되는 것인바, 이러한 LPG혼합수단은 액체인 LPG 분사 노즐(17)을 설치하여 분사시킴으로써 천연가스의 현열에 의해 분무상태인 액체 LPG가 기화되면서 천연가스와 혼합되며 동시에 연속적으로 해수와 열교환으로 혼합가스가 승온되는 방식이다. 이때 본 발명에서는 다음에서 열거하는 바와 같은 선회수단(19)과 분산벽(20)에 의하여 해수와의 열교환이 활발하게 이루어 지도록 하여 LPG증발을 위한 기화가스 온도를 빠르게 상승시키고 선회하는 천연가스의 회전력에 의하여 고루 혼합될수 있도록 하여 안정적인 열량조절이 가능하게 되는 것이다.

즉, 본 발명에서는 노즐(17)의 전에 설치된 선회수단(19)에 의하여 천연가스가 회전하게 되는 것이다.

즉, 스파이럴 가이드(18)는 통과하는 천연가스를 회전시키게 되며 본 발명에서는 충분한 회전이 가능하도록 하기 위하여 제3도로 보인 바와 같이 승온부(10)의 전열관(9)상측에 스파이럴 가이드(18)를 설치하고 있다.

그러므로 해수와의 열교환효율이 향상되어 노즐(17)에서 분사되는 LPG의 액적을 원활하게 증발시킬수 있는 열을 제공할수 있게 되는 것이며, 또한 제6도로 보인 바와 같이 본 발명에서는 노즐(17)의 후단에 분산벽(20)을 설치하였으므로 노즐(17)에 의하여 분사된 액학석유가스가 회전되는 천연가스에 의하여 효과적으로 혼합되면서 분산벽(20)에 부딪혀 분산됨으로써 재차 효과적인 혼합이 가능하게 되는 것이며 이에서 천연가스의 온도가 더욱 상승하도록 하여 계절의 변화에 따라 겨울철에도 항상 0℃이상의 은도가 유지되도록 할수 있게 된다.

이에 따라 액화석유가스와 천연가스가 효과적으로 혼합되면서 기화된 천연가스의 열량이 상향 조절될수 있다.

이에 따라 본 발명은 전열관(9)에 의하여 천연가스를 O℃이상으로 승온시키며 동시에 액화석유가스(LPG)를 주입하여 혼합시키는 LPG혼합기로의 기능이 가능하게 되는것이다.

아울러 본 발명에서 사용되는 LNG 기화용 열교환 장치는 40bar이상의 고압 LNG유입,기화에 의해 발생되는 진동 및 관자체의 자중등으로 내부관(2) 고정부가 응력집중 되는 구조적 단점과 이중관(4) 내부의 액체인 LNG와 이중관(4) 외부의 기체인 천연가스와의 열전달율의 차이에 따라 필요이상으로 이중관(4) 내부의 관이 길어지게 되므로 이러한 문제점해결을 위하여 제6도로 보인 바와 같이 전열관(9) 외부에 핀(22)이 부착된 전열관(9)을 사용함으로써 핀(22)과 외부관(3)의 접측에 의해 전열관(9)의 진동을 억제하는 지지작용과 LNG증발관 내외부의 열전달율 차이에 따른 전열면적 확보를 모두 만족시킬수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 기화기와 열량조절설비를 개별적으로 설치한 종래의 기술과 비교하여 설비투자비 감소, 설치면적 감소, 안정적 열량조절이 가능하게 되는 잇점이 있다.

더구나 본 발명온 기화된 천연가스가 승온부(10)를 통과하는 동안 선회수단(19)과 분산수단에 의하여 그 주위를 순환하는 해수에 의하여 원활한 열교환이 가능하게 되는 것이어서, 천연가스의 은도를 층분히 상승시켜 분사되는 LPG의 액적이 신속하게 증발됨으로써 안정된 상태로 천연가스 열량조절을 실시하게 되는 잇점이 있다.

아울러 본 발명에서는 선회수단(19)으로 스파이럴 가이드(18)를 사용한 예를 도시하였으나 이외에도 관체 내벽에 나선형 요홈을 형성하여도 유사한 효과를 얻을수 있으며, 가온수단(21)으로 분산벽(20)을 사용하였으나, 이외에도 여러 가지 단면 형상으로된 턱을 형성하여 사용할수 있음은 물론이다.

Claims (4)

1. 액화천연가스가 주입되는 주입구(1)와 내부관(2) 및 외부관(3)을 구비하여서 된 다수의 이중관(4) 및 합류실(5)을 구비하여서 된 기화부(8)와, 합류실(5)의 출구(6) 및 배출구(7)에 연결된 전열관(9)으로 구성된 승온부(10) 그리고 이들 기화부(8)와 승온부(10)간에 배플(11)을 설치하여 순환로(12)가 형성되어 해수 유입구(13)와 해수 유출구(14)가 연통되도록 하여서 된 것에 있어서, 승온부(10)의 전열관(9) 일측에 액학석유가스 탱크(15) 및 펌프(16)에 연결된 노즐(17)을 설치하고, 노즐(17)을 중심으로 전,후에 선회수단(19)과 가온수단(21)을 설치하여서 됨을 특징으로 하는 천연가스 열량 조절 설비.
2. 제1항에 있어서, 선회수단(19)은 스파이럴 가이드(18)로 구성됨을 특징으로 하는 천연가스 열량 조절설비.
3. 제1항에 있어서, 가온수단(21)은 분산벽(20)으로 구성됨을 특징으로 하는 천연가스 열량 조절 설비.
4. 제1항에 있어서, 이중관(4)의 내부관(2)과 외부관(3)에 핀(22)을 부착함을 특징으로하는 천연가스 열량조절 설비.