KR100758395B1 - 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치 - Google Patents

액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액화천연가스(LNG) 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액화천연가스 운반선의 탱크에서 자연 증발되는 증발가스(BOG;Boil Off Gas)를 재액화 시킬 때 증발가스의 온도를 항해의 종류 및 외부 조건에 관계없이 일정하게 유지하여 재액화 장치의 과부하 방지 및 재액화 효율의 극대화를 이룰 수 있는 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 액화천연가스와 증발가스의 혼합을 효율적으로 함과 아울러 액적이 증발가스와 함께 압축기로 공급되는 것을 효율적으로 차단함으로써, 압축기 및 재액화 시스템의 불안정한 작동을 해소할 수 있는 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 저장탱크(50)에서 발생된 증발가스가 인입 파이프(58)를 통해 인입 되도록 형성된 하우징(59)과, 상기한 하우징(59)에 설치되어 운무상태인 증발 가스를 걸러내어 증발가스만이 재액화 압축기(52)로 공급되도록 하는 액적추출기(61)를 포함하는 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치에 있어서,
상기한 인입 파이프(58)를 통해 하우징(59)으로 유입되는 증발가스가 하우징(59)으로 들어오는 즉시 충돌하여 방향이 하향되면서 액적이 낙하되도록 구성된 차단부재(1)와, 상기한 액적추출기(61)를 통과한 액화천연가스를 다시 인입 파이프(58)로 인출하여 증발가스가 하우징(59)으로 인입 되기전에 증발가스와 액화천연가스를 혼합하도록 설치된 공급 파이프(2)를 포함함을 특징으로 한다.
LNG 운반선용 재액화 시스템, BOG, LNG 운반선용 증발가스 처리 장치

Description

액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치{Pre-cooler for reliquefaction system of LNG carrier}
도1은 본 발명에 따른 액화천연가스(LNG) 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치를 도시한 개략도,
도2는 일반적인 액화천연가스 운반선용 재액화 시스템을 도시한 개략도,
도3은 도2에서 예냉기장치를 도시한 상세도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 차단부재 2: 공급 파이프
3: 혼합부재 50: 저장탱크
52: 재액화 압축기 58: 인입파이프
59: 하우징
본 발명은 액화천연가스(LNG) 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액화천연가스 운반선의 탱크에서 자연 증발되는 증발가스(BOG;Boil Off Gas)를 재액화시킬 때 증발가스의 온도를 항해의 종류 및 외부 조건에 관계없이 일정하게 유지하여 재액화 장치의 과부하 방지 및 재액화효율의 극대화를 이룰 수 있는 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스 즉, LNG(Liquified Petroleum Gas)는 메탄을 주성분으로 하는 천연가스(NG;Natural Gas)를 영하 162℃의 초저온 상태로 냉각하여 그 부피를 대략 1/600정도로 감소시킨 것이다.
상기한 액화천연가스를 에너지원으로 사용하기 위해서는 액화천연가스(LNG)의 생산기지로부터 수요자까지 대량 이송하는 것이 필요하게 되는 바, 이를 위해 액화천연가스 운반선이 필요하게 된다.
즉, 천연가스의 생산지인 로딩(Loading)항구에서 기체 상태인 천연가스를 초저온 상태로 액화시켜 액화천연가스 운반선의 저장탱크에 저장함과 아울러 언로딩(Unloading)항구에 도착한 후에는 초저온의 액화천연가스를 기화시켜 천연가스로 변환시킨 후, 이를 배관 등을 통해 수요자에게 공급하게 되는 것이다.
상기한 액화천연가스 운반선은 액화천연가스를 저장하도록 구형 독립탱크 방식 또는 멤브레인 방식의 탱크를 설비하고 있는 바, 멤브레인 방식의 경우에는 운반선의 화물창에 액화천연가스를 저장하여 운반하게 된다.
여기서, 상기한 운반선으로 액화천연가스를 운반할 때, 상기한 탱크에 외부의 열(태양열등)이 가해짐으로써 액화천연가스중 일부가 증발하여 증발가스(BOG;Boil Off Gas)가 대략 저장량의 0.15%정도씩 발생된다.
상기한 증발가스는 도2에 도시된 바와 같은 재액화 시스템에 의해 액화되어 재사용되는 바, 이는 액화천연가스 저장탱크(50)에서 증발된 증발가스를 냉각시키는 예냉기(51)와, 상기한 예냉기(51)를 통과한 증발가스를 압축시키는 재액화 압축기(52)와, 상기한 재액화 압축기(52)를 통과한 증발가스를 응축시켜 액화시키는 응축기(53)와, 상기한 응축기(53)에서 액화된 증발가스를 저장탱크(50)에 다시 되돌려 보내게 된다.
여기서, 상기한 응축기(53)로 공급된 극저온, 저압의 냉매는 증발가스를 응축시킨 후 다단의 압축기와 다수의 냉각기(57)를 거쳐 고압, 고온의 상태가 열교환기(56) 및 터빈(55)을 통해 다시 극저온, 저압의 냉매가 되어 응축기(53)로 되돌아가는 순환싸이클로서 이때 증발가스는 터빈(55)과 열교환기(56) 및 다수의 냉각기(57)를 통과하면서 온도는 더욱 하강되고 압력은 증가된다.
상기한 예냉기(51)는 도3에 도시된 바와 같이 증발가스가 인입 파이프(58)를 통해 저면으로 인입되도록 형성된 하우징(59)과, 상기한 하우징(59)의 내부에 코일 형태로 권취됨과 아울러 압축 냉각된 액화천연가스가 공급되어 하우징(59)에서 기화되고 상기한 인입 파이프(58)의 하우징(59) 인입 전에 가스와 혼합되도록 연결된 냉각 파이프(60)와, 상기한 냉각 파이프(60)의 상면에 위치되도록 하우징(59)에 설치되어 운무상태인 증발 가스를 걸러내어 증발가스만이 재액화 압축기(52)로 공급되도록 하는 액적추출기(61)로 이루어져 있다.
즉, 초저온으로 냉각된 액화천연가스가 냉각파이프(60)를 통해 하우징(59) 내부를 통과하면서 증발가스를 냉각시키고, 액적추출기(61)에서 증발가스만을 걸러내어 재액화 압축기(52)로 공급하도록 하는 것이다.
여기서, 상기한 액화천연가스(LNG)는 대략 -160℃정도의 온도이고, 증발가스는 -40∼-140℃정도의 온도 변화를 갖게 된다.
또한, 상기한 하우징(59)의 저면에는 액적 제거를 위한 드레인 밸브(D)가 설 치되어 있을 뿐만 아니라 액화천연가스의 공급을 제어하도록 공급 파이프에 콘트롤 밸브(CV)가 설치되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 항해의 종류 및 외부 환경 조건에 따라 증발가스의 온도 변화 폭이 너무 크기 때문에 압축기로 공급되는 증발가스의 온도차이 역시 너무 크게 되고, 이로 인해 압축기의 압축 작동에 과부하가 걸리거나 재액화 시스템 전체에 과부하게 걸리게 되어 재액화 시스템의 작동이 불안정하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액화천연가스와 증발가스의 혼합을 효율적으로 함과 아울러 액적이 증발가스와 함께 압축기로 공급되는 것을 효율적으로 차단하고 재액화 장치로 유입되는 증발가스의 온도를 항상 일정하게 유지시켜 줌으로써, 압축기 및 재액화 시스템의 불안정한 작동을 해소할 수 있는 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 저장탱크에서 발생된 증발가스가 인입 파이프를 통해 인입되도록 형성된 하우징과, 상기한 하우징에 설치되어 운무상태인 증발 가스를 걸러내어 증발가스만이 압축기로 공급되도록 하는 액적추출기를 포함하는 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치에 있어서,
상기한 인입 파이프를 통해 하우징으로 유입되는 증발가스가 하우징으로 들어오는 즉시 충돌하여 방향이 하향되면서 액적이 낙하되도록 구성된 차단부재와, 상기한 액적추출기를 통과한 액화천연가스를 다시 인입 파이프로 인출하여 증발가스가 하우징으로 인입되기전에 증발가스와 액화천연가스를 혼합하도록 설치된 공급 파이프를 포함함을 특징으로 한다.
도1은 본 발명에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치를 도시한 개략도로서, 인입 파이프(58)를 통해 하우징(59)으로 유입되는 증발가스가 하우징(59)으로 들어오는 즉시 충돌하여 방향이 하향되면서 액적이 낙하되도록 구성된 차단부재(1)와, 상기한 액적추출기를 통과한 액화천연가스를 다시 인입 파이프(58)로 인출하여 증발가스가 하우징(59)으로 인입되기전에 증발가스와 액화천연가스를 혼합하도록 설치된 공급 파이프(2)와, 상기한 증발가스와 액화천연가스가 혼합된 상태에서 하우징(59)으로 유입되기 전에 이를 혼합하도록 설치된 혼합부재(3)로 이루어져 있다.
즉, 상기한 공급파이프(2)로 공급된 액화천연가스와 인입파이프(58)로 공급된 증발가스가 혼합된 상태에서 혼합 부재(3)에 의해 균일하게 혼합되면서 일정한 온도가 되고, 균일하게 혼합된 액화천연가스와 증발가스의 혼합체가 하우징(59)에 유입되면서 차단부재(1)에 충돌하게 되는 바, 차단부재(1)에 충돌하면 가벼운 가스 성분은 액적추출기(61)를 통해 재액화 압축기(52)로 공급되고, 무거운 액적은 하우징(59) 저면으로 낙하하게 되는 것이다.
상기한 혼합부재(3)는 일반적으로 액체상태인 액화천연가스와 기체상태인 증발가스를 혼합하기 위해 사용한 것을 적용한 것인 바, 예를 들면 가스가 회전 또는 와류를 일으키면서 균일하게 혼합되도록 하는 것을 사용하면 된다.
여기서, 대략 -160℃정도인 액화천연가스와 -40∼-140℃정도인 증발가스가 혼합부재(3)에 의해 균일하게 혼합되면 대략 중간 온도인 혼합 가스가 형성되면 균일한 비율로 혼합된 가스에서의 액적 발생이 보다 감소하게 된다.
즉, 가스의 온도가 부분적으로 불균일하게 되면 이 부분에서 집중적으로 액적 발생이 많아지게 되지만, 가스의 온도가 매우 균일하게 되면 액적의 발생이 보다 적어지게 되는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 작용 효과를 설명하면 저장 탱크(50)에서 증발가스(BOG)가 발생되면, 상기한 증발가스는 인입 파이프(58)를 통해 하우징(59)으로 유입된다.
이때, 공급 파이프(2)를 통해 액적추출기(61)를 통과한 액화천연가스가 공급됨과 아울러 상기한 인입 파이프(58)에서 증발가스와 혼합되고, 상기한 액화천연가스와 증발가스의 혼합가스는 혼합부재(3)로 유입된다.
여기서, 상기한 증발가스와 액화천연가스가 혼합부재(3)에 의해 균일하게 혼합되면 가스의 온도가 균일하기 때문에 가스 자체에서 발생되는 결로 현상도 감소하게 된다.
혼합부재(3)로 유입된 혼합가스는 혼합부재(3)에서 균일하게 혼합되면서 혼합가스 전체가 매우 균일한 온도가 됨과 아울러 상기한 혼합가스가 하우징(59)으로 유입되면서 차단부재(1)에 충돌하게 된다.
차단부재(1)에 혼합가스가 충돌하게 되면 하향 낙하하게 되는 바, 상기한 혼 합가스에 포함된 액적은 하우징(59) 저면으로 낙하되고, 중량이 가벼운 가스는 하우징(59) 상부로 상승하게 된다.
즉, 상기한 차단부재(1)가 일차적으로 가스와 액적 모두를 차단하여 하향시킴으로써, 중량이 무거운 액적은 낙하하여 하우징(59) 저면의 드레인 밸브(D)를 통해 다시 저장탱크(50)로 유입되도록 하고, 중량이 가벼운 가스는 다시 상승하여 하우징 상부의 액적추출기(61)를 통과하도록 하는 것이다.
혼합부재(3) 및 차단부재(1)에 의해 액적이 효율적으로 제거된 가스가 액적추출기(61)를 통과하게 되면 잔존하는 액적이 완전하게 제거되고, 이 상태의 가스가 재액화 압축기(52)로 공급된다.
액적이 완벽하게 제거되고 온도가 항해의 종류 및 외부 조건에 관계없이 균일한 가스가 재액화 압축기(52)로 공급되면 재액화 압축기(52)의 작동에 과부하가 발생되지 않을 뿐만 아니라 재액화 시스템 전체적으로 과부하가 걸리지 않게 된다.
이상과 같이 본 발명은 하우징으로 유입되는 증발가스 및 액화천연가스를 혼합하여 혼합부재로 균일 혼합함과 아울러 하우징에 유입될 때 차단부재로 액적을 하향시켜 분리하도록 함으로써, 재액화 압축기에 공급되는 가스의 액적을 제거하고 온도를 항해의 종류 및 외부 조건에 관계없이 균일하게 하여 재액화 효율 향상 및 재액화 시스템의 과부하를 방지할 수 있는 잇점이 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 저장탱크에서 발생된 증발가스가 인입 파이프를 통해 인입되도록 형성된 하우징과, 상기한 하우징에 설치되어 운무상태인 증발 가스를 걸러내어 증발가스만이 압축기로 공급되도록 하는 액적추출기를 포함하는 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치에 있어서,
    상기한 인입 파이프를 통해 하우징으로 유입되는 증발가스가 하우징으로 들어오는 즉시 충돌하여 방향이 하향되면서 액적이 낙하되도록 구성된 차단부재와, 상기한 액적추출기를 통과한 액화천연가스를 다시 인입 파이프로 인출하여 증발가스가 하우징으로 인입되기전에 증발가스와 액화천연가스를 혼합하도록 설치된 공급 파이프를 포함함을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기한 증발가스와 액화천연가스가 혼합된 상태에서 하우징으로 유입되기 전에 이를 균일하게 믹싱하도록 인입 파이프에 설치된 혼합부재를 포함함을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선의 재액화 시스템용 예냉기장치.
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