KR100726292B1 - 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG저장탱크 내의 LNG 증발가스의 온도와 유량을 최대한 일정화시켜 증발가스 압축기의 운전조건 및 증발가스 액화기의 효율을 최대화할 수 있는 액화천연가스(LNG) 운반선용 LNG 재액화 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 LNG 운반선용 LNG 재액화 장치는 외부 환경변화에 따라 LNG저장탱크(10)에서 증발가스가 발생하는 것을 재액화 처리하는 것으로서, 상기 LNG저장탱크(10)에서 발생된 증발가스의 유량 및 온도를 일정하게 유지할 수 있게 결합된 증발가스 전처리부(210)와; 상기 증발가스 전처리부(210)를 통과한 증발가스를 액화시키고 증발가스-질소가스 열교환 및 질소가스-질소가스 열교환을 수행하도록 결합된 증발가스 액화부(220)와; 상기 질소가스를 증발가스 액화부(220)에 공급하고 회수하도록 결합된 질소냉매 생성부(230)를 포함하고, 상기 증발가스 전처리부(210)는, 상기 증발가스의 주성분인 메탄과 질소가 서로 분리되지 않은 상태로 액화 처리를 수행하도록, 증발가스 유량조절기(20), 증발가스 온도조절기(40), 및 이들 사이에 배치된 증발가스 압축기(30, 31)를 포함한다.

LNG, 운반선, 재액화, 증발가스, 압축기, 액화기

Description

액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 방법 및 장치{LNG reliquefaction method and apparatus in LNG carrier}

도 1a는 종래 기술에 따른 LNG 운반선의 스프레이냉각 방식의 증발가스 재액화 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 1b는 종래 기술에 따른 LNG 운반선의 질소-메탄분리 방식의 증발가스 재액화 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 LNG 운반선용 LNG 재액화 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 3은 도 2에 도시된 장치에 의해 구현되는 LNG 운반선용 LNG 재액화 방법의 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : LNG저장탱크 20 : 증발가스 유량조절기

30, 31 : 증발가스 압축기 40: 증발가스 온도조절기

210 : 증발가스 전처리부 220 : 증발가스 액화부

230 : 질소냉매 생성부

본 발명은 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 도시가스로서 가정용 연료로 사용되거나, 발전용 또는 산업용 가스보일러의 연료로 사용되는 액화천연가스(이하, 'LNG'라 칭함)를 선박에서 직접 재액화(再液化 : reliquefaction)시키는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 LNG는 'Liquefied Natural Gas'의 약자로 메탄을 주성분으로 한 혼합가스이며 천연가스를 냉각해서 액화한 것이다.

LNG는 메탄을 주성분으로, 에탄, 프로판, 노멀부탄, 이소부탄, 펜탄 및 질소 등과 같이 경질 파라핀계 탄화수소를 함유하고 있다.

LNG는 -162℃까지 냉각하여 액화되며, 약 1/600의 작은 부피가 된다.

종래 기술에 따른 LNG 운반선(또는 선박)의 스프레이냉각 방식의 증발가스 재액화 장치는 도 1a에 도시한 바와 같이, 극저온의 상태로 액화된 LNG를 저장 및 운송하는 LNG 운반선의 저장탱크(2) 내에서 외부의 열로 인해 기화되어 발생하는 LNG 증발가스(이하, '증발가스'로 칭함)의 재액화 구성을 갖는다.

이런 종래 기술은 증발가스 액화기(1)에서 액화된 액화증발가스(이하, '액화증발가스'라 칭함) 일부, 저장탱크(2)에서 발생한 증발가스 각각을 압축기(3)로 주입시, 압축기(3) 전(도 1a에서 아래쪽 위치)에 위치한 스프레이냉각기(4)를 개시 하고 있다.

이런 종래 기술은 선박의 경우와 같이 아침과 저녁 또는 적도와 극지방과 같은 온도차가 극심한 상황에서 나타나는 문제점을 갖는다.

즉, 선박의 운항 중에 증발가스의 온도는 밤과 낮의 경우 -140℃ ∼ -60℃의 극심한 편차를 보여 주며, 이것은 발생되는 증발가스의 양도 매우 큰 편차를 갖고, 편차는 스프레이냉각기(4)에 영향을 미친다.

즉, 스프레이냉각기(4)를 갖는 종래 기술의 스프레이냉각 방식의 증발가스 재액화 장치는 증발가스의 열원에 의하여 액화증발가스를 기화시키는 방식이기 때문에, 외부 온도가 낮을 경우에는 더욱 더 압축기(3)에 공급되는 증발가스의 양이 줄어들고, 압축기(3)와 열교환기인 증발가스 액화기(1)에 공급되는 인입조건이 증발가스의 온도와 유량 양면에서 일정하지 않는 단점을 갖는다.

따라서, 종래 기술의 스프레이냉각 방식의 증발가스 재액화 장치는 운전효율과 기기의 안정성이 현저히 저하될 가능성을 갖고 있다.

다른 종래 기술에 따른 LNG 운반선의 질소-메탄분리 방식의 증발가스 재액화 장치는 도 1b에 도시된 바와 같이, 극저온의 상태로 액화된 질소 및 메탄을 실질적으로 포함하는 LNG를 저장 및 운송하는 LNG 운반선의 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스의 재액화 장치이다.

상기 종래 기술은 증발가스 액화기(5)에서 액화된 액화증발가스의 일부와, 질소-메탄분리기(6)에서 분리한 액화증발가스 각각을 증발가스 압축기(7)의 후단에 주입한 후, 저온의 질소와 열교환을 하여 액체상태로 될 수 있도록, 증발가스 액화 기(5)로 주입되는 증발가스의 온도와 유량을 일정하게 유지하려는 시도를 하였다.

그러한 경우에 있어서도 역시 가장 어려운 문제는 선박의 경우와 동일하게 아침과 저녁 또는 적도의 극지방과 같은 온도차가 극심한 상황에서 나타나는 문제를 여전히 해결하지 못하고 있다. 즉, 선박의 운항 중에 증발가스의 온도는 밤과 낮의 경우 -140℃∼ -60℃의 극심한 편차를 보여 주며, 이것은 발생되는 증발가스의 양도 매우 큰 편차를 갖는다.

이런 연유로, 종래 기술에서는 우선 증발가스 압축기(7) 후단에 액화증발가스가 주입되기 때문에 증발가스 압축기(7)에서 유량이 불안정할 수 있는 단점이 있다.

또한, 질소-메탄분리기(6)에서 분리한 액화증발가스는 질소를 포함하지 않기 때문에 운전 중 증발가스의 성분과 일치하지 않아 운전 조건이 불안정할 수 있는 문제가 있다.

또한, 증발가스의 약 10%에 해당하는 양으로서, 증발가스 액화기(5)에서 냉각되고 질소-메탄분리기(6)에서 분리된 증발가스는 퍼지(8)를 통하여 배출되기 때문에 10%의 냉각열을 소모하는 문제점도 있다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출한 본 발명의 목적은, 극저온의 상태로 액화된 질소 및 메탄을 실질적으로 포함하는 LNG를 저장 및 운송하는 LNG 운반선의 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스의 재액화에 관한 것으로서, 증발가스 의 초기조건이 급격히 변화하는 경우에도 최적의 운전조건을 구현하고 동시에 장치의 수명을 연장할 수 있는 LNG 운반선용 LNG 재액화 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, LNG저장탱크 내의 증발가스의 유량과 온도가 외부환경에 의하여 변화가 심할 경우 그 온도와 유량을 최대한 일정화시켜 증발가스 압축기의 운전조건을 최적화 시킬 수 있는 LNG 운반선용 LNG 재액화 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 고온의 증발가스와 저온고압의 질소가스가 열교환을 하는 증발가스 액화기의 초기조건을 유량과 온도 모두 일정하게 하여 열교환기인 증발가스 액화기의 효율을 최대화하고 동시에 온도가 불규칙하게 변할 때 열교환기가 치명적으로 받는 열에 의한 스트레스를 막을 수 있는 LNG 운반선용 LNG 재액화 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 역시 다른 목적은, 기존의 종래 기술들이 증발가스를 액화시 자동적으로 분리되는 메탄과 질소 성분을 함께 처리하지 못하여 질소가스를 LNG저장탱크로 재순환시키거나 외부 또는 연소기로 보냄에 따라서, LNG의 액화공정 중에 증발가스의 메탄과 질소의 성분비가 맞지 않아 압축기와 열교환기가 최적의 상태에서 운전되지 못하는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 증발가스 조절기로 증발가스와 액화증발가스를 순환시켜, 증발가스와 액화증발가스 간에 자연스런 열교환이 이루어지고 공정상의 어느 부분에도 증발가스의 메탄과 질소성분이 따로 분리되지 않고 동시에 그 성분비가 일정하게 유지되는 공정을 구현할 수 있는 LNG 운 반선용 LNG 재액화 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적들 중 어느 하나는 외부 환경변화에 따라 LNG저장탱크에서 증발가스가 발생되는 단계를 갖는 액화천연가스(LNG) 운반선용 LNG 재액화 방법에 있어서, 상기 LNG저장탱크에서 발생된 일측 증발가스와 증발가스 조절기에서 발생된 타측 증발가스를 증발가스 유량조절기에서 합하는 증발가스의 유량 조절단계와; 상기 유량이 조절되어 합쳐진 증발가스를 증발가스 압축기로 압축시키는 증발가스의 압축단계와; 상기 압축된 증발가스와 증발가스 조절기의 액화증발가스를 증발가스 온도조절기에서 열교환시키는 증발가스의 온도 조절단계와; 상기 유량 및 온도가 조절된 증발가스를 증발가스 액화기에서 질소가스와 열교환시켜 액화시키는 증발가스의 액화단계와; 상기 질소가스를 복수개의 질소가스 압축기 및 수냉 냉각기로 압축시키는 질소가스의 압축단계와; 상기 압축된 질소가스로 상기 증발가스 액화기에서 빠져나온 질소가스를 열교환시키는 질소가스의 1차 냉각단계와; 상기 1차 냉각단계를 거친 질소가스를 팽창시켜 냉각시킨 다음 상기 증발가스 액화기로 공급하는 질소가스의 팽창과 2차 냉각단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 방법에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 다른 목적들은 외부 환경변화에 따라 LNG저장탱크에서 증발가스가 발생되는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 장치에 있어서, 상기 LNG저장탱크에서 발생된 증발가스의 유량 및 온도를 일정하게 유지할 수 있게 결합된 증발가스 전처리부와; 상기 증발가스 전처리부를 통과한 증발가스를 액화시키고 증발가스-질소가스 열교환 및 질소가스-질소가스 열교환을 수행하도록 결합된 증발가스 액화부와; 상기 질소가스를 증발가스 액화부에 공급하고 회수하도록 결합된 질소냉매 생성부를 포함하고, 상기 증발가스 전처리부는, 상기 증발가스의 주성분인 메탄과 질소가 서로 분리되지 않은 상태로 액화 처리를 수행하도록, 증발가스 유량조절기, 증발가스 온도조절기, 및 이들 사이에 배치된 증발가스 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 장치에 의해 달성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 LNG 운반선용 LNG 재액화 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시된 장치에 의해 구현되는 LNG 운반선용 LNG 재액화 방법의 흐름도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 LNG 운반선용 LNG 재액화 장치는 1단계 구성에 해당하여 증발가스의 유량 및 온도를 일정하게 유지할 수 있게 구성된 증발가스 전처리부(210)를 갖는다.

또한, 본 발명의 LNG 운반선용 LNG 재액화 장치는 2단계 구성에 해당하고 상기 증발가스 전처리부(210)에 결합되어 증발가스를 액화시키게 증발가스-질소가스 열교환 및 질소가스-질소가스 열교환을 수행하도록 구성된 증발가스 액화부(220)를 갖는다.

그리고, 마지막 3단계 구성에 해당하고 상기 증발가스 액화부(220)에 질소냉매를 공급 및 회수하도록 결합된 질소냉매 생성부(230)가 본 발명에 제공되어서, 극저온의 액화천연가스인 LNG를 운송하는 LNG 운반선의 운항 중 외부 열원과의 상호작용에 의하여 자연적으로 발생하는 증발가스를 액화 처리하는 공정을 수행하게 된다.

먼저, 1단계 구성에 관하여 상세히 설명하면, 증발가스 전처리부(210)는 LNG공급배관에 배관되고 LNG저장탱크(10) 내의 증발가스의 압력이 일정 압력 이상에서 작동되는 압력 밸브(107)와 온도 등 외부의 조건에 따라 증발가스의 유량과 온도가 변화되는 경우에 이를 일정하게 유지시켜주도록 상기 증발가스를 주입 받을 수 있게 결합된 증발가스 유량조절기(20)와, 이런 증발가스 유량조절기(20)의 출력측 배관에 결합된 증발가스 압축기(30, 31)를 포함한다.

여기서, LNG저장탱크(10)는 선박의 운항 중 LNG를 저장하는 구조물로서, 개폐를 조절하기 위한 개폐 조절 밸브(103) 및 압력 밸브(107)를 갖는다. 그리고, 증발가스 유량조절기(20)는 증발가스 압축기(30, 31)의 인입 유량을 일정하게 조절하기 위한 것으로서, 주 목적은 유량 조절이나, 일정하게 조절된 유량에 상응하게 온도도 일부 조절될 수 있다. 그리고, 증발가스 압축기(30, 31)는 통상적인 LNG 압축용 다단식 압축펌프들로 구성되어 있다.

또한, 증발가스 전처리부(210)는 본 발명에 개시된 장치의 1단계 구성에 역시 해당하는 것으로서, 마지막 증발가스 압축기(31)의 출력측 배관에 배치된 증발가스 온도조절기(40)와, 증발가스 액화기(60)를 통과하여 액화된 액화증발가스를 LNG저장탱크(10)에 돌려보내도록, LNG저장탱크(10)와 제1연결배관(104a)을 통해 결합된 증발가스 조절기(50)를 더 포함한다.

여기서, 증발가스 온도조절기(40)는 증발가스 압축기(30, 31)에 의해 압축된 증발가스의 온도 및 유량을 일정하게 유지시켜 하기에 개시될 증발가스 액화부(220)의 증발가스 액화기(60)로 주입시키게 배관되어 있다.

그리고, 증발가스 조절기(50)는 LNG저장탱크(10)와 동일한 재질로서 상대적으로 소량인 LNG를 충진하고 있는 것으로서, 기상의 증발가스와 액상의 액화증발가스를 보관하고 있다. 이런 증발가스 조절기(50)는 그의 액화증발가스를 LNG저장탱크(10)에 돌려보내거나, 또는 그 일부를 증발가스와 액화증발가스의 형태로 증발가스 압축기(30, 31)의 전후에서 증발가스 유량조절기(20) 또는 증발가스 온도조절기(40)에 공급하여 증발가스의 유량과 온도를 제어해주기 위한 계통적 조절시스템(도시 안됨)을 더 포함한다.

이런 증발가스 조절기(50)는 그의 내측 하부에 존재하는 액화증발가스를 LNG저장탱크(10)쪽으로 공급하는 제1연결배관(104a) 상에 설치된 제1주변장치 밸브(104)를 갖고 있고, 그의 내측 상부에 존재하는 기상의 증발가스 일부를 증발가스 유량 조절기(20)쪽으로 공급하는 제2연결배관(105a) 상에 설치된 제2주변장치 밸브(105)를 갖고 있고, 마지막으로 그의 내측 하부에 존재하는 액화증발가스를 증발가스 온도조절기(40)쪽으로 흘려보내는 제3연결배관(106a) 상에 설치된 제3주변장치 밸브(106)를 갖고 있다.

또한, 증발가스 조절기(50)는 증발가스 온도조절기(40)를 통과하면서 열교환한 액화증발가스를 다시 회수하기 위한 제1회수배관(201)과, 증발가스 액화기(60)를 통과하면서 열교환한 액화증발가스를 다시 회수하기 위한 제2회수배관(202) 을 더 포함한다.

2단계 구성에 관하여 상세히 설명하면, 증발가스 액화부(220)는 증발가스와 저온고압의 질소가스가 서로 열을 주고받아 열교환하게 구성한 증발가스 액화기(60)를 포함한다.

증발가스 액화기(60)에서 질소가스와 열교환한 증발가스는 액화되어 액화증발가스로 생성되고, 이후 제2회수배관(202)을 통해 증발가스 조절기(50)로 회수된다.

또한, 증발가스 액화부(220)는 상기 증발가스 액화기(60)로부터 열교환을 수행하여 열을 흡수함에 따라 온도가 1차 상승된 질소가스, 하기에 개시될 질소냉매 생성부(230)의 질소 압축기(80, 81, 82)에서 압축되고 수냉 냉각기(90, 91, 92)에서 더욱 온도가 저하된 저온 고압의 질소가스 각각을 상호 열교환시키도록, 증발가스 액화기(60)와 상기 질소 압축기(80, 81, 82)의 사이에 결합된 질소-질소열교환기(70)를 포함한다.

여기서, 질소가스는 1차적으로 질소-질소열교환기(70)에서 질소가스-질소가스 열교환을 수행하고, 2차적으로 증발가스 액화기(60)에서 증발가스-질소가스 열교환을 수행하게 된 후, 질소 압축기(80, 81, 82) 및 수냉 냉각기(90, 91, 92)로 재유입 및 사용된다.

3단계 구성에 관하여 상세히 설명하면, 질소냉매 생성부(230)는 앞서 언급한 바와 같이, 전원으로 구동되는 구동모터(100)의 구동력으로 작동되며, 구동축에 일렬로 배열된 복수개의 질소 압축기(80, 81, 82) 및 질소 팽창기(83)를 포함한다.

또한, 질소냉매 생성부(230)는 용수를 사용하여 압축질소가스에서 발생하는 열을 흡수하도록 상기 질소 압축기(80, 81, 82) 및 질소 팽창기(83) 사이사이에 각각 결합된 복수개의 수냉 냉각기(90, 91, 92)와 상기 질소-질소열교환기(70)와 첫 번째 질소 압축기(80)로 질소가스를 공급하고 순환되는 질소가스를 보관하고 보충해주도록 개폐 조절 밸브(102)를 개재한 상태로 결합된 질소저장탱크(110)와 질소가스 순환 시 실링 등으로 일부 소모되는 질소가스를 보충하는 통상의 질소생성수단으로 구성되어 있으며 개폐 조절 밸브(101) 및 해당 연결배관을 통해서 상기 질소저장탱크(110)와 결합된 질소발생기(120)를 포함한다.

이하, 본 발명에 따른 LNG 운반선용 LNG 재액화 방법에 대해서 상세히 설명하도록 하겠다.

본 발명의 LNG 재액화 공정은 도 3에 도시한 바와 같이 제1에서 제8운전단계로 이루어져 있고, 이에 대해 도 2와 도 3을 병행 참조하여 설명하고자 한다.

- 제1운전단계 : 증발가스의 발생단계.

LNG저장탱크(10) 내의 액체 LNG는 외부와의 열교환에 의하여 일부가 기화되어 증발가스가 발생된다. 증발가스의 압력이 일정 압력 이상이 되면, LNG공급배관의 압력 밸브(107)가 압력 세팅값에서 작동되어서 증발가스가 LNG저장탱크(10)를 빠져나갈 수 있게 된다. 여기서, 압력 세팅값은 약 1.03 bar 전후에서 결정한다(S100).

- 제2운전단계 : 증발가스의 유량 조절단계.

상기와 같이 LNG저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 상기 압력 밸브(107)가 결합된 LNG공급배관을 통하여 증발가스 유량조절기(20)쪽으로 유입된다. 이런 증발가스는 외부의 온도 조건에 따라 -140℃ ∼ -60℃의 편차를 가질 수 있으며 이에 따라 증발가스의 유량도 큰 편차를 갖게 되는 경우가 존재한다. 이를 위해 증발가스 유량조절기(20)가 이용된다.

증발가스 유량조절기(20)의 내부에서는, 증발가스 조절기(50)의 내측 상부 각각으로부터 발생된 각각의 증발가스가 LNG저장탱크(10)의 내측 상부로부터 발생된 증발가스에 보충된다.

보충되는 증발가스의 양은 재액화 운전값에 반영되어 LNG저장탱크(10)에서 배출된 증발가스량과, 증발가스 조절기(50)의 내측 상부로부터 보충되는 증발가스량의 합이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 조절시스템을 통하여 조절한다. 보충가스의 양은 조절 밸브 타입의 제2주변장치 밸브(105)를 통하여 이루어진다.

여기서, 증발가스의 온도도 일정하게 유지되는 것이 유리하나 증발가스 유량조절기(20)에서는 온도 보다는 유량을 우선하여 일정하게 유지하도록 한다(S110).

- 제3운전단계 : 증발가스의 압축단계.

증발가스 유량조절기(20)를 통하여 일정량에 이르게 된 증발가스는 압축을 위하여 증발가스 압축기(30, 31)로 들어간다. 이때 압축기의 부하가 일정하게 유지 되는 것이 중요하며, 이를 위해 증발가스 유량조절기(20)가 사용된 것이다(S120).

- 제4운전단계 : 증발가스의 온도 조절단계.

증발가스 압축기(30, 31)를 통과한 증발가스는 압력과 온도가 상승하며 액화되기 위하여 증발가스 액화기(60)로 들어갈 단계이다. 그러나 여기에서 제2운전단계(S110)에서 전술한 증발가스 유량조절기(20)를 통과할 때, 온도와 유량이 모두 일정한 조건에 도달할 수 없을 수도 있기 때문에, 여기서 최종적으로 온도와 유량을 일정하게 유지시켜 주기 위한 증발가스 온도조절기(40)가 구동된다.

여기서, 증발가스 조절기(50) 하부로부터 공급되는 액화증발가스는 제3주변장치 밸브(106) 및 해당 배관을 통해서 증발가스 온도조절기(40) 내부로 흘러들어간다. 이렇게 흘러들어온 액화증발가스는 증발가스 온도조절기(40)로 유입되는 증발가스와 열교환을 수행하고, 결국 증발가스 압축기(30, 31)를 통과한 증발가스로 하여금 그의 온도가 일정한 재액화 운전값에 도달하게 해준다.

반면, 열교환을 끝낸 액화증발가스는 제3연결배관(106a) 및 제3주변장치 밸브(106)를 따라 액체와 기체상태 하에서 증발가스 조절기(50)로 재순환 된다(S130).

- 제5운전단계 : 증발가스의 액화단계.

증발가스 유량조절기(20)와 증발가스 온도조절기(40)를 통하여 유량과 온도가 일정하게 유지된 증발가스는 증발가스 액화기(60)로 들어간다.

이때, 질소 압축기(80, 81, 82), 질소 팽창기(83), 수냉 냉각기(90, 91, 92)를 통하여 저온(예 : -150℃ 전후)과 일정 압력(예 : 4bar 전후)으로 냉각된 질소가스가 역시 증발가스 액화기(60)로 흘러 들어오며 서로 열을 교환하고 이를 통해 증발가스는 액화된 후 제2회수배관(202)을 통해 증발가스 조절기(50)로 흘러 들어간다. 증발가스 조절기(50)로 들어간 액화증발가스의 일부는 증발가스액화를 위한 유량 및 온도 조절용으로 증발가스 유량조절기(20) 및 증발가스 온도조절기(40)에서 이용되고, 그 나머지는 제1연결배관(104a) 상에 설치된 제1주변장치 밸브(104)를 통해 LNG저장탱크(10)쪽으로 저장된다(S140).

- 제6운전단계 : 질소가스의 압축단계.

증발가스 액화기(60)로 흘러 들어오는 상대적으로 고온인 증발가스를 액화시키기 위하여, 저온의 냉매가 필요하며 이를 위해 질소가스가 사용된다. 선박에서는 냉매의 효율 보다는 장치의 간편성과 운전의 안정성이 더욱 중요하게 되므로 질소가스를 냉매로 하며 압축과 팽창과정도 최소한으로 수행하기로 한다.

질소가스는 질소발생기(120)에서 발생하며 이를 위해 따로 설비를 설치함이 없이 선박에 기 설치된 설비를 이용해도 무관하다. 질소발생기(120)에서 발생한 질소는 질소저장탱크(110)에 저장되며 질소가스가 운전 중 실링 등의 용도로 운전에 필요한 일정량에 미달할 경우에 조금씩 보충해주는 정도면 충분하다.

질소저장탱크(110) 내의 일부 질소가스가 질소냉매의 순환 싸이클을 위하여 배출되며 질소가스는 순환되기 때문에 운전을 위하여 필요한 일정량에 미달할 경우에 조금씩 보충해주는 정도면 충분하다.

질소가스는 먼저 첫 번째 질소 압축기(80)를 통하여 1차 압축되며 온도가 상승하지만 이때 첫 번째 수냉 냉각기(90)를 통하여 열을 빼앗기고 온도가 하강한다.

1차 압축된 질소가스는 두 번째 질소 압축기(81)를 통하여 2차 압축되며 이때 두 번째 수냉 냉각기(91)에서 열을 빼앗기고 온도가 더욱 하강한다.

2차 압축된 질소가스는 세 번째 질소 압축기(82)를 통하여 3차 압축되며 이때 세 번째 수냉 냉각기(92)에서 열을 빼앗기고 온도가 더 더욱 하강한다(S150).

- 제7운전단계 : 질소가스의 1차 냉각단계.

3차 압축되고 해당 수냉 냉각기(90, 91, 92)를 통하여 냉각된 질소가스는 질소-질소열교환기(70)로 흘러들어간다. 이때 저온의 질소가스는 증발가스 액화기(60)에서 증발가스와 열교환을 통하여 열을 빼앗은 상태이지만 여전히 저온이며, 이후 다시 질소-질소열교환기(70)의 반대편으로 들어온 질소가스와 열교환을 통하여 1차 냉각된 후 약 -135℃ 내외까지 냉각된다(S160).

- 제8운전단계 : 질소가스의 팽창과 2차 냉각단계.

상기 제7운전단계를 통하여 1차 냉각된 질소가스는 팽창을 위하여 질소 팽창기(83)로 흘러들어 간다. 이때 질소가스 팽창을 위한 동력은 구동모터(100)와 질소 압축기(80, 81, 82)의 압축 시의 동력을 일부 이용할 수 있도록 되어 있다.

1차 냉각된 질소가스는 팽창을 통하여 약 -160℃ 전후까지 2차 냉각되며 이때 압력은 15bar 내외로 낮아진다. 이렇게 2차 냉각된 질소가스는 증발가스 액화기(60)로 흘러 들어가 증발가스 액화를 위한 증발가스-질소가스 열교환을 수행한 후 다시 상기 제7운전단계를 통하여 1차 냉각된 질소가스와의 질소가스-질소가스 열교환을 위하여 연속적인 순환을 수행하게 된다(S170).

이상 설명한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 LNG 운반선용 LNG 재액화 방법 및 장치는 LNG저장탱크 내의 증발가스의 유량과 온도가 외부환경에 의하여 변화가 심할 경우 그 온도와 유량을 최대한 일정화시켜 증발가스 압축기의 운전조건을 최적화 시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 LNG 운반선용 LNG 재액화 방법 및 장치는 고온의 증발가스와 저온고압의 질소가스가 열교환을 하는 증발가스 액화기의 초기조건을 유량과 온도 모두 일정하게 하여 열교환기인 증발가스 액화기의 효율을 최대화하고 동시에 온도가 불규칙하게 변할 때 증발가스 액화기가가 치명적으로 받는 열에 의한 스트레스 즉, 열응력을 최소화하는 공정 및 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다. 증발가스 액화기와 같은 열교환기에 작용하는 열응력은 열교환기의 오작동과 수명의 결정적 요인이다.

또한, 본 발명에 따른 LNG 운반선용 LNG 재액화 방법 및 장치는 기존의 발명들이 증발가스를 액화 시 자동적으로 분리되는 메탄과 질소 성분을 함께 처리하 지 못하여 질소가스를 LNG저장탱크로 재순환 시키거나 외부 또는 연소기로 보내어 LNG의 액화공정 중에 증발가스의 메탄과 질소의 성분비가 맞지 않아 압축기와 열교환기가 최적의 상태에서 운전되지 못하는 문제가 있었다. 그러한 문제점을 증발가스 조절기를 통하여 증발가스와 액화증발가스의 순환을 통하여 증발가스와 액화증발가스 간에 자연스런 열교환이 이루어지고, 공정상의 어느 부분에도 증발가스의 메탄과 질소성분이 따로 분리되지 않고 동시에 그 성분비가 일정하게 유지되는 공정 및 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 LNG 운반선용 LNG 재액화 방법 및 장치는 향후 LNG와 유사한 프로판과 같은 천연가스나 이산화탄소 등의 기화성 성질을 갖는 물질을 운반할 때 그 들을 재처리할 수 있는 개념을 제공해 줄 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 외부 환경변화에 따라 LNG저장탱크에서 증발가스가 발생되되, 상기 LNG저장탱크에서 발생된 일측 증발가스와 증발가스 조절기에서 발생된 타측 증발가스를 증발가스 유량조절기에서 합하는 증발가스의 유량 조절단계(S110)와; 상기 유량이 조절되어 합쳐진 증발가스를 증발가스 압축기로 압축시키는 증발가스의 압축단계(S120)와; 상기 압축된 증발가스와 증발가스 조절기의 액화증발가스를 증발가스 온도조절기에서 열교환시키는 증발가스의 온도 조절단계(S130)와; 상기 유량 및 온도가 조절된 증발가스를 증발가스 액화기에서 질소가스와 열교환시켜 액화시키는 증발가스의 액화단계(S140)와; 상기 질소가스를 복수개의 질소가스 압축기 및 수냉 냉각기로 압축시키는 질소가스의 압축단계(S150)와; 상기 압축된 질소가스로 상기 증발가스 액화기에서 빠져나온 질소가스를 열교환시키는 질소가스의 1차 냉각단계(S160)와; 상기 1차 냉각단계를 거친 질소가스를 팽창시켜 냉각시킨 다음 상기 증발가스 액화기로 공급하는 질소가스의 팽창과 2차 냉각단계(S170)를 포함하는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 방법에 있어서,

   상기 증발가스의 유량 조절단계(S110)에서는 상기 증발가스 조절기의 내측 상부에 있는 증발가스가 상기 증발가스 유량조절기로 유입되도록 제2연결배관 상에 설치된 제2주변장치 밸브를 개폐하고, 상기 LNG저장탱크에서 발생된 일측 증발가스량과, 증발가스 조절기에서 발생된 타측 증발가스량의 합을 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 증발가스의 온도 조절단계(S130)에서는 상기 증발가스 조절기의 내측 하부에 있는 액화증발가스가 상기 증발가스 온도조절기로 유입되도록 제3연결배관 상에 설치된 제3주변장치 밸브를 개폐하여 증발가스의 온도를 재액화 운전값에 도달시키는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 방법.
4. 외부 환경변화에 따라 LNG저장탱크(10)에서 증발가스가 발생되는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 장치에 있어서,

   상기 LNG저장탱크(10)에서 발생된 증발가스의 유량 및 온도를 일정하게 유지할 수 있게 결합된 증발가스 전처리부(210)와;

   상기 증발가스 전처리부(210)를 통과한 증발가스를 액화시키고 증발가스-질소가스 열교환 및 질소가스-질소가스 열교환을 수행하도록 결합된 증발가스 액화부(220)와;

   상기 질소가스를 증발가스 액화부(220)에 공급하고 회수하도록 결합된 질소냉매 생성부(230)를 포함하고,

   상기 증발가스 전처리부(210)는, 상기 증발가스의 주성분인 메탄과 질소가 서로 분리되지 않은 상태로 액화 처리를 수행하도록, 증발가스 유량조절기(20), 증발가스 온도조절기(40), 및 이들 사이에 배치된 증발가스 압축기(30, 31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 증발가스 전처리부(210)는,

   상기 LNG저장탱크(10) 내의 증발가스의 압력이 일정 압력 이상에서 작동되게 LNG공급배관에 결합된 압력 밸브(107)와;

   상기 LNG저장탱크(10)의 액화된 액화증발가스를 공유하도록 제1연결배관(104a)을 통해 결합된 증발가스 조절기(50)와;

   상기 LNG저장탱크(10)에서 발생된 일측 증발가스와 상기 증발가스 조절기 (50)에서 발생된 타측 증발가스를 합하도록 상기 LNG공급배관에 결합된 상기 증발가스 유량조절기(20)와;

   상기 증발가스 유량조절기(20)를 통과한 증발가스를 압축시키는 상기 증발가스 압축기(30, 31)와;

   상기 증발가스 압축기(30, 31)를 통해 압축된 증발가스와 상기 증발가스 조절기(50)의 액화증발가스를 열교환시키도록 상기 증발가스 압축기(30, 31)의 후에 결합된 상기 증발가스 온도조절기(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 증발가스 조절기(50)는 상기 증발가스 온도조절기(40)를 통과하면서 열교환한 액화증발가스를 다시 회수하기 위한 제1회수배관(201)과, 증발가스 액화기(60)를 통과하면서 열교환한 액화증발가스를 다시 회수하기 위한 제2회수배관(202)을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 증발가스 조절기(50)가 증발가스와 액화증발가스를 저장하고 있고, 상기 액화증발가스를 상기 LNG저장탱크(10)쪽으로 공급하는 상기 제1연결배관(104a) 상에 설치된 제1주변장치 밸브(104)와;

   상기 증발가스를 상기 증발가스 유량조절기(20)쪽으로 공급하는 제2연결배관(105a) 상에 설치된 제2주변장치 밸브(105)와;

   상기 액화증발가스를 상기 증발가스 온도조절기(40)쪽으로 흘려보내는 제3연결배관(106a) 상에 설치된 제3주변장치 밸브(106)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선용 액화천연가스 재액화 장치.

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