KR100777560B1

KR100777560B1 - 예비 성능 시험이 가능한 증발가스 재액화 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100777560B1
Application number: KR1020070014681A
Authority: KR
Inventors: 유진열; 박봉운; 김현진; 유광종
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2007-02-13
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2007-11-20

Abstract

본 발명은, 예비 성능 시험이 가능한 증발가스 재액화 장치 및 방법에 관한 것으로, 증발가스 재액화 장치를 실제 증발가스로 시운전하기 전에 예비 성능 시험을 할 수 있도록 구성된 증발가스 재액화 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은, LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 증발가스 배출라인을 통해 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 다음 상기 극저온 열교환기의 후단에 설치된 기액분리기를 통하게 하여 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 증발가스 재액화 장치에 있어서, 상기 증발가스 배출라인에는 저온 질소가스 공급라인의 일단이 선택적으로 연결되되 상기 증발가스 배출라인에 상기 LNG 저장탱크와 상기 저온 질소가스 공급라인 중 어느 하나만이 연결되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

증발가스 배출라인, 저온 질소가스 공급라인, LNG 저장탱크, 극저온 열교환기

Description

예비 성능 시험이 가능한 증발가스 재액화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RELIQUEFYING BOIL-OFF GAS CAPABLE OF PRE-PERFORMANCE TEST}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증발가스 재액화 장치의 개략도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : LNG 저장탱크 10 : 콜드 박스

11 : 극저온 열교환기 13 : 기액분리기

20 : 냉동 시스템 30 : 액화 질소 저장 탱크

40 : 기화기 41, 61 : 방향 전환 밸브

60 : 가스 연소기 L1 : 증발가스 배출라인

L2 : 재액화 증발가스 복귀라인 L3 : 질소가스 공급라인

L4 : 플래쉬가스 배출라인

본 발명은, 증발가스 재액화 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 천연가스를 액체 상태로 저장하는 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화함에 있어서 예비 성능 시험이 가능한 증발가스 재액화 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 함)의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.

천연가스의 액화온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. LNG 운반선의 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.

증발가스 재액화 장치가 설치된 LNG 운반선에서는, LNG 저장탱크 내에서 발생된 증발가스가 증발가스 재액화 장치에 의해 재액화되어 다시 LNG 저장탱크로 복귀됨으로써 저장탱크 압력이 안전한 상태로 유지된다. 그러나 이와 같은 증발가스 처리 시스템에 문제가 발생하게 될 경우, LNG 저장탱크의 압력이 상승하게 되고, 결국 설정된 안전압력 이상이 되면, 증발가스는 안전밸브를 통하여 LNG 저장탱크의 외부로 방출된다.

그런데, 이러한 증발가스 재액화 장치를 실제 증발가스로 바로 시운전하게 되면 시운전 중에 센서 등의 계장 장비의 오작동이 발생하거나 제어로직이 잘못 구성된 경우에 제어시스템을 수정해야 하는 등 예상치 못한 문제점들이 발생할 우려가 있을 뿐만 아니라 시운전 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 증발가스 재액화 장치를 실제 증발가스로 시운전하기 전에 예비 성능 시험을 할 수 있도록 구성된 증발가스 재액화 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 증발가스 재액화 장치는, LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 증발가스 배출라인을 통해 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 다음 상기 극저온 열교환기의 후단에 설치된 기액분리기를 통하게 하여 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 증발가스 재액화 장치에 있어서, 상기 증발가스 배출라인에는 저온 질소가스 공급라인의 일단이 선택적으로 연결되되 상기 증발가스 배출라인에 상기 LNG 저장탱크와 상기 저온 질소가스 공급라인 중 어느 하나만이 연결되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 증발가스 재액화 방법은, LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 증발가스 배출라인을 통해 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 다음 상기 극저온 열교환기의 후단에 설치된 기액분리기를 통하게 하여 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 증발가스 재액화 방법에 있어서, 증발가스 재액화 장치를 실제 증발가스로 시운전하기 전에 증발가스 배출라인에 저온 질소가스를 공급하여서 상기 저온 질소가스를 상기 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 후 상기 기액분리기를 통해 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다. 본 발명의 실시예에 따른 증발가스 재액화 장치는 콜드 박스(cold box, 10)를 포함하며, LNG 저장탱크(1)로부터 배출된 증발가스가 증발가스 배출라인(L1)을 통해 콜드 박스(10)를 거치면서 재액화된다. 콜드 박스(10)는 극저온 열교환기(11)와 이 극저온 열교환기(11)의 후단에 설치되는 기액분리기(13)를 포함한다. 극저온 열교환기(11)에는 질소(N₂) 등의 냉매를 압축 및 팽창시키는 냉동 시스템(20)이 연결되어 있다. 냉동 시스템(20)은 제1 단계, 제2 단계 및 제3 단계 압축기(21a, 21b, 21c)와 제1 단계, 제2 단계 및 제3 단계 중간냉각기(22a, 22b, 22c)로 이루어진 다단 압축기와 팽창기(23)와 모터(M)를 포함하는 것으로 예시되어 있다. 증발가스는 극저온 열교환기(11)를 통하면서 과냉 액화된 다음 기액분리기(13)를 통하면서 액화된 액체와 액화되지 않은 기체로 분리된 다음 재액화 증발가스 복귀라인(L2)을 통해 액화된 액체만 LNG 저장탱크(1)로 복귀된다.

도시하지는 않았지만, 증발가스 배출라인(L1)과 재액화 증발가스 복귀라인(L2)의 도중에는 이송 펌프가 설치됨을 알 수 있을 것이다. 여기에서, LNG 저장탱크(1)의 상부에서부터 극저온 열교환기(11)까지 연결되어 그 내부에 증기화된 증발가스가 흐르도록 구성된 라인을 증발가스 배출라인이라고 하고, 극저온 열교환기(11)에서부터 LNG 저장탱크(1)의 하부까지 연결되어 그 내부에 재액화된 증발가스가 흐르도록 구성된 라인을 재액화 증발가스 복귀라인이라고 하기로 한다.

증발가스 배출라인(L1)에는 저온 질소가스 공급라인(L3)의 일단이 선택적으 로 연결되어 있다. 여기에서, 증발가스 배출라인(L1)에는 LNG 저장탱크(1)와 저온 질소가스 공급라인(L3) 중 어느 하나만이 연결되도록 이루어져 있다. 즉, 증발가스 배출라인(L1)의 도중에는 예를 들어 3방 밸브인 방향 전환 밸브(41)가 설치되어 있는데, 이 방향 전환 밸브(41)의 3방 중 1방은 극저온 열교환기(11) 쪽에 항시 개방되게 연결되어 있고, 나머지 2방은 저온 질소가스 공급라인(L3)과 LNG 저장탱크(1)에 각각 개폐가능하게 연결되어 있다. 따라서, 방향 전환 밸브(41)에서, LNG 저장탱크(1) 방향과 저온 질소가스 공급라인(L3) 방향을 모두 폐쇄하면 극저온 열교환기(11) 쪽으로 아무런 유체의 이동이 없으며, LNG 저장탱크(1) 방향을 폐쇄하고 저온 질소가스 공급라인(L3) 방향을 개방하면 극저온 열교환기(11) 쪽으로 저온 질소가스가 공급되며, LNG 저장탱크(1) 방향을 개방하고 저온 질소가스 공급라인(L3) 방향을 폐쇄하면 극저온 열교환기(11) 쪽으로 증발가스가 공급된다.

저온 질소가스 공급라인(L3)의 타단에는 액화 질소 저장 탱크(30)와 기화기(40)가 설치되어 있다.

액화 질소 저장 탱크(30) 내의 액화 질소는 기화기(40)를 통하면서 기화되어 저온 질소가스의 상태로 증발가스 배출라인(L1)으로 공급된다.

액화 질소 저장 탱크(30) 내의 액화 질소는, 온도가 -168.5[℃]이고 압력이 9.6[bar, g]인 상태에서 2,300[㎏/hr]의 유량으로 기화기(40)로 유입되는 것이 바람직하다. 여기에서, [bar, g]의 g는 게이지 압력을 나타낸다. 기화기(40)는 대기온도를 이용하여 액화 질소를 기화시키는 것으로서, 온도가 -168.5[℃]이고 압력이 9.6[bar, g]인 2,300[㎏/hr]의 액화 질소를 -78.5℃ 까지 기화시키는데에 필요 한 기화기(40)의 열용량은 150 ㎾다.

기화기(40)를 통과한 저온 질소가스는, 온도가 -78.5℃이고, 압력이 9[bar, g]인 상태로 극저온 열교환기(11)로 유입되는 것이 바람직하다.

냉동 시스템(20)의 냉매는 온도가 -180[℃]이고 압력이 3.6[bar, g]이 되는 것이 바람직하며, 이 상태의 냉매는 27,215[㎏/hr]의 유량으로 극저온 열교환기(11)를 통과하면서 저온 질소가스와 열교환하여 온도가 36[℃]이고 압력이 3.25[bar, g]로 되는 것이 바람직하며, 극저온 열교환기(11)에서 냉동 시스템(20)의 냉매와 열교환하여 과냉 액화된 저온 질소는 온도가 -170[℃]이고 압력이 8.75[bar, g]인 것이 바람직하다.

한편, 저온 질소가스가 극저온 열교환기(11)를 거치면서 과냉 액화되는 과정에서 응축된 액체가 과냉이 덜 되어 그 일부가 기체로 된 플래쉬가스가 발생되는데, 기액분리기(13)에서 액화된 액체와 액화되지 않은 기체인 플래쉬가스를 분리하여 액화된 액체는 재액화 증발가스 복귀라인(L2)을 통해 LNG 저장탱크(1)로 보내고, 플래쉬가스는 플래쉬가스 배출라인(L4)을 통해 LNG 저장탱크(1)로 보낸다.

플래쉬가스 배출라인(L4)은 그 일단이 기액분리기(13)의 상부에 연결되어 있고 그 타단이 LNG 저장탱크(1)의 상부에 연결되어 있다.

여기에서, LNG 저장탱크(1)와 기액분리기(13)의 사이에는, 즉 플래쉬가스 배출라인(L4)의 도중에는 기액분리기(13)의 압력을 일정하게 유지하기 위하여 기액분리기(13)에서 발생되어 LNG 저장탱크(1)로 공급되는 플래쉬가스의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브(15)가 설치되어 있다.

또한, LNG 저장탱크(1)와 기액분리기(13)의 사이에는, 즉 플래쉬가스 배출라인(L4)의 도중에는 LNG 저장탱크(1)의 비정상적인 압력 상승으로 인한 LNG 저장탱크(1)로부터 기액분리기(13)로의 역류를 방지하는 역류 방지 밸브(17)가 설치되어 있다.

증발가스 재액화 장치의 예비 성능 시험에서는, 플래쉬가스가 질소가스이므로 플래쉬가스를 LNG 저장탱크(1)로 보내지만, 실제 운전에서는 플래쉬가스가 증발가스이므로 가스 연소기(60)로 보내어 소각처리한다.

플래쉬가스 배출라인(L4)의 도중에는 예를 들어, 3방 밸브인 방향 전환 밸브(61)가 설치되어 있는데, 이 방향 전환 밸브(61)의 3방 중 1방은 기액분리기(13) 쪽에 항시 개방되게 연결되어 있고, 나머지 2방은 LNG 저장탱크(1)와 가스 연소기(60)에 각각 개폐가능하게 연결되어 있다. 따라서, 방향 전환 밸브(61)에서, LNG 저장탱크(1) 방향을 개방하고 가스 연소기(60) 방향을 폐쇄하면 기액분리기(13)의 플래쉬가스가 LNG 저장탱크(1) 쪽으로 공급되고, LNG 저장탱크(1) 방향을 폐쇄하고 가스 연소기(60) 방향을 개방하면 기액분리기(13)의 플래쉬가스가 가스 연소기(60) 쪽으로 공급된다.

가스 연소기(60)는 LNG 선박의 후미 상단에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 기관실(3)에는 질소 발생기(50)가 설치되어 있다.

이상과 같은 예비 성능 시험이 가능한 증발가스 재액화 장치를 이용하여 증발가스를 재액화하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 증발가스 재액화 방법에 의하면, 증발가스 재액화 장치를 실제 증 발가스로 시운전하기 전에 증발가스 배출라인(L1)에 저온 질소가스를 공급하여, 즉, 방향 전환 밸브(41)에서 LNG 저장탱크(1) 방향을 폐쇄하고 저온 질소가스 공급라인(L3) 방향을 개방하여 극저온 열교환기(11) 쪽으로 저온 질소가스를 공급함으로써 저온 질소가스를 극저온 열교환기(11)를 통하게 하여 과냉 액화시킨 후 기액분리기(13)를 통해 LNG 저장탱크(1)로 복귀시킨다. 여기에서, 증발가스 배출라인(L1)에 질소가스를 공급하기 전에, 미리 냉동 시스템(20)을 가동시켜서 운전가능 상태로 유지한다.

이와 동시에, 방향 전환 밸브(61)에서 LNG 저장탱크(1) 방향을 개방하고 가스 연소기(60) 방향을 폐쇄하여 기액분리기(13)의 질소가스인 플래쉬가스가 LNG 저장탱크(1) 쪽으로 공급되게 한다. 이때, 역류 방지 밸브(17)가 작동하여 LNG 저장탱크(1)의 비정상적인 압력 상승으로 인한 LNG 저장탱크(1)로부터 기액분리기(13)로의 역류를 방지한다.

여기에서, 공급되는 질소가스의 양과 온도를 적절히 조절하고, 그에 따라 냉동 부하의 추종성과 질소가스의 액화 여부 등 재액화 시스템의 운전 성능을 모니터링한다.

이렇게 증발가스 재액화 장치를 실제 증발가스로 시운전하기 전에 질소가스를 이용하여 재액화 장치에 대한 예비 성능 시험을 해 봄으로써, 전체 시스템에 대한 운전 가능 여부 체크는 물론, 실제 증발가스 시운전 기간 중에 발생할 지도 모르는 예상치 못한 문제점을 미연에 방지할 수 있으며, 또한 실제 증발가스 시운전 기간도 단축할 수 있다.

예비 성능 시험이 끝나고 실제 증발가스로 시운전할 때에는, 방향 전환 밸브(41)에서 LNG 저장탱크(1) 방향을 개방하고 저온 질소가스 공급라인(L3) 방향을 폐쇄하여 극저온 열교환기(11) 쪽으로 증발가스를 공급하여 증발가스를 극저온 열교환기(11)를 통하게 하여 과냉 액화시킨 후 기액분리기(13)를 통해 LNG 저장탱크(1)로 복귀시킨다. 이와 동시에, 방향 전환 밸브(61)에서 LNG 저장탱크(1) 방향을 폐쇄하고 가스 연소기(60) 방향을 개방하여 기액분리기(13)의 증발가스인 플래쉬가스가 가스 연소기(60) 쪽으로 공급되게 하여 가스 연소기(60)에서 플래쉬가스를 연소하여 소각시킨다. 이때, 역류 방지 밸브(17)가 작동하여 가스 연소기(60)의 비정상적인 압력 상승으로 인한 가스 연소기(60)로부터 기액분리기(13)로의 역류를 방지한다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 증발가스 재액화 장치를 실제 증발가스로 시운전하기 전에 예비 성능 시험을 할 수 있도록 구성되어 있으므로, 전체 시스템에 대한 운전 가능 여부 체크는 물론, 실제 증발가스 시운전 중에 발생할 수 있는 예상치 못한 문제점들을 미연에 방지할 수 있으며, 또한 실제 증발가스 시운전 시간도 단축할 수 있다.

Claims

LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 증발가스 배출라인을 통해 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 다음 상기 극저온 열교환기의 후단에 설치된 기액분리기를 통하게 하여 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 증발가스 재액화 장치에 있어서,

상기 증발가스 배출라인에는 저온 질소가스 공급라인의 일단이 선택적으로 연결되되 상기 증발가스 배출라인에 상기 LNG 저장탱크와 상기 저온 질소가스 공급라인 중 어느 하나만이 연결되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 저온 질소가스 공급라인은 방향 전환 밸브에 의해 증발가스 배출라인에 연결된 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 저온 질소가스 공급라인의 타단에는 액화 질소 저장 탱크 및 기화기가 설치된 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 기액분리기에는 상기 기액분리기에서 발생하는 플래쉬가스를 배출하는 플래쉬가스 배출라인의 일단이 연결된 것을 특징으로 하는 증 발가스 재액화 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 플래쉬가스 배출라인의 타단은 상기 LNG 저장탱크와 가스 연소기 중 어느 하나만에 연결되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 플래쉬가스 배출라인의 타단과 상기 LNG 저장탱크와 가스 연소기는 방향 전환 밸브에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 플래쉬가스 배출라인의 도중에는 상기 기액분리기의 압력을 일정하게 유지하기 위하여 상기 기액분리기에서 발생되어 상기 LNG 저장탱크 또는 상기 가스 연소기로 공급되는 플래쉬가스의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 플래쉬가스 배출라인의 도중에는 상기 LNG 저장탱크 또는 상기 가스 연소기의 비정상적인 압력 상승으로 인한 상기 LNG 저장탱크 또는 상기 가스 연소기로부터 상기 기액분리기로의 역류를 방지하는 역류 방지 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 증발가스 배출라인을 통해 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 다음 상기 극저온 열교환기의 후단에 설치된 기액분리기를 통하게 하여 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 증발가스 재액화 방법에 있어서,

증발가스 재액화 장치를 실제 증발가스로 시운전하기 전에 증발가스 배출라인에 저온 질소가스를 공급하여서 상기 저온 질소가스를 상기 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 후 상기 기액분리기를 통해 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 방법.
청구항 9에 있어서, 상기 기액분리기에서 발생하는 플래쉬가스를 배출하여 상기 LNG 저장탱크로 공급하되 상기 LNG 저장탱크의 비정상적인 압력 상승으로 인한 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 기액분리기로의 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 방법.