KR100804954B1 - 조업 개시 안정화가 가능한 증발가스 재액화 장치 및 방법 - Google Patents

조업 개시 안정화가 가능한 증발가스 재액화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 조업 개시 안정화가 가능한 증발가스 재액화 장치 및 방법에 관한 것으로, 증발가스 재액화 조업을 개시함에 있어서 극저온 열교환기 쪽의 입구 밸브를 여는 순간 증발가스의 급격한 유량 변화가 발생되지 않도록 구성된 증발가스 재액화 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명은, LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 압축기에서 압축한 다음 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 다음 상기 극저온 열교환기의 후단에 설치된 기액분리기를 통해 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 증발가스 재액화 장치에 있어서, 상기 기액분리기에는 상기 기액분리기 내로 질소가스를 공급하는 질소가스 공급라인의 일단이 연결된 것을 특징으로 한다.
압축기, 극저온 열교환기, 기액분리기, 질소가스 공급라인

Description

조업 개시 안정화가 가능한 증발가스 재액화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RELIQUEFYING BOIL-OFF GAS CAPABLE OF STABILIZING OPERATION START-UP}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증발가스 재액화 장치의 개략도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : LNG 저장탱크 10 : 압축기
20 : 극저온 열교환기 30 : 기액분리기
40 : 질소 발생기 50 : 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 조업 개시 안정화가 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.
이러한 증발가스 재액화 장치에서의 증발가스 재액화 조업 개시는, 압축기에서 압축된 증발가스가 먼저 가스 연소기 또는 육상의 저장탱크로 보내어지다가, 압축기의 출구 온도가 안정된 후에, 극저온 열교환기의 입구 밸브가 개방됨으로써 이루어진다.
그런데, 압축기의 출구 압력과 극저온 열교환기 쪽의 압력이 상이하게 되면, 극저온 열교환기 쪽의 입구 밸브를 여는 순간 증발가스의 급격한 유량 변화로 인해 압축기의 운전이 불안정해지므로 증발가스 재액화 장치의 운전이 불안정하게 되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 증발가스 재액화 조업을 개시함에 있어서 극저온 열교환기 쪽의 입구 밸브를 여는 순간 증발가스의 급격한 유량 변화가 발생되지 않도록 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 압축기에서 압축한 다음 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 다음 상기 극저온 열교환기의 후단에 설치된 기액분리기를 통해 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 증발가스 재액화 장치에 있어서, 상기 기액분리기에는 상기 기액분리기 내로 질소가스를 공급하는 질소가스 공급라인의 일단이 연결된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 증발가스 재액화 방법은, LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 압축기에서 압축한 다음 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 후 상기 극저온 열교환기의 후단에 설치된 기액분리기를 통해 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 증발가스 재액화 방법에 있어서, 증발가스 재액화 조업을 개시하기 전에 상기 기액분리기의 압력이 상기 압축기 후단의 압력과 동일하게 되도록 상기 극저온 열교환기 후단의 상기 기액분리기에 질소가스를 공급하는 것을 특징으로 한 다.
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 압축기(10)와, 극저온 열교환기(20)와, 기액분리기(30)를 포함한다.
이러한 증발가스 재액화 장치에서의 증발가스 재액화 조업 개시는, 압축기(10)에서 압축된 증발가스가 먼저 배출 밸브(11)를 통해 가스 연소기 또는 육상의 저장탱크로 보내어지다가, 압축기(10)의 출구 온도가 안정된 후에, 극저온 열교환기(20)의 입구 밸브(21)가 개방됨으로써 이루어진다.
LNG 저장탱크(1)로부터 배출된 증발가스는 증발가스 배출라인(L1)을 통해 압축기(10)에서 압축된 다음 극저온 열교환기(20)를 통하면서 과냉 액화된 다음 극저온 열교환기(20)의 후단에 설치된 기액분리기(30)를 통하면서 액화된 액체와 액화되지 않은 기체로 분리된 다음 재액화 증발가스 복귀라인(L2)을 통해 액화된 액체만 LNG 저장탱크(1)로 복귀된다.
압축기(10)는 극저온 열교환기(20)에서의 증발가스 재액화의 안정성 및 효율성 향상을 위해, 극저온 열교환기(20)의 전단의 증발가스 배출라인(L1)에 마련되어 증발가스가 극저온 열교환기(20)로 보내지기 전에 증발가스를 고압으로 압축하여 보내는 역할을 한다.
극저온 열교환기(20)에는 질소(N2) 등의 냉매를 압축 및 팽창시키는 냉동 시스템(120)이 연결되어 있다. 냉동 시스템(120)에서 극저온 열교환기(20)를 통과하기 전의 저온의 냉매는 극저온 열교환기(20)를 통과하면서 고온의 냉매로 된다. 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(20)까지 연결되어 그 내부에 증기화된 증발가스가 흐르도록 구성된 라인을 증발가스 배출라인이라고 하고, 극저온 열교환기(20)에서부터 LNG 저장탱크(1)의 하부까지 연결되어 그 내부에 재액화된 증발가스가 흐르도록 구성된 라인을 재액화 증발가스 복귀라인이라고 하기로 한다.
기액분리기(30)의 상부에는 기액분리기(30) 내로 질소가스를 공급하는 질소가스 공급라인(L3)의 일단이 연결되어 있다. 질소가스 공급라인(L3)의 타단에는 질소 발생기(40)가 설치되어 있다. 질소 발생기(40)는 기관실(3)에 설치되는 것이 바람직하다.
여기에서, 질소 발생기(40)와 기액분리기(30)의 사이에는, 즉 질소가스 공급라인(L3)의 도중에는 기액분리기(30)의 압력이 압축기(10) 후단의 압력과 동일하게 되도록 하기 위하여 질소 발생기(40)로부터 기액분리기(30) 내로 공급되는 질소가스의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브(41)가 설치되어 있다.
또한, 질소 발생기(40)와 기액분리기(30)의 사이에는, 즉 질소가스 공급라인(L3)의 도중에는 기액분리기(30)의 비정상적인 압력 상승으로 인한 기액분리 기(30)로부터 질소 발생기(40)로의 역류를 방지하는 역류 방지 밸브(43)가 설치되어 있다.
한편, 증발가스가 극저온 열교환기(20)를 거치면서 과냉 액화되는 과정에서 응축된 액체가 과냉이 덜 되어 그 일부가 기체로 된 플래쉬가스가 발생되는데, 기액분리기(30)에서 액화된 액체와 액화되지 않은 기체인 플래쉬가스를 분리하여 액화된 액체는 재액화 증발가스 복귀라인(L2)을 통해 LNG 저장탱크(1)로 복귀시키고, 플래쉬가스는 기액분리기(30)의 외부로 방출하여 소각한다.
이를 위해, 기액분리기(30)에는 기액분리기(30)에서 발생하는 플래쉬가스를 배출하는 플래쉬가스 배출라인(L4)의 일단이 연결되어 있다. 플래쉬가스 배출라인(L4)의 타단에는 가스 연소기(50)가 설치되어 있다.
여기에서, 가스 연소기(50)와 기액분리기(30)의 사이에는, 즉 플래쉬가스 배출라인(L4)의 도중에는 기액분리기(30)의 압력을 일정하게 유지하기 위하여 기액분리기(30)에서 발생되어 가스 연소기(50)로 공급되는 플래쉬가스의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브(51)가 설치되어 있다.
또한, 가스 연소기(50)와 기액분리기(30)의 사이에는, 즉 플래쉬가스 배출라인(L4)의 도중에는 가스 연소기(50)의 비정상적인 압력 상승으로 인한 가스 연소기(50)로부터 기액분리기(30)로의 역류를 방지하는 역류 방지 밸브(53)가 설치되어 있다.
가스 연소기(50)는 LNG 선박의 후미 상단에 설치되는 것이 바람직하다.
유량 제어 밸브(41, 51)는 기액분리기(30)의 압력을 감지하는 압력 센서(33) 의 신호에 따라 유량을 제어한다.
기액분리기(30)의 후단에는 기액분리기(30)의 수위를 일정하게 유지시키기 위하여 수위 조절 밸브(31)가 설치되어 있다.
수위 조절 밸브(31)는 기액분리기(30)의 수위를 감지하는 수위 센서(35)의 신호에 따라 기액분리기(30)의 수위를 조절한다.
이상과 같은 조업 개시 안정화가 가능한 증발가스 재액화 장치를 이용하여 증발가스를 재액화하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 증발가스 재액화 방법에 의하면, 증발가스 재액화 조업을 개시하기 전에 질소 발생기(40)로부터 질소가스 공급라인(L3)을 통해 기액분리기(30)에 질소가스를 공급하되 기액분리기(30)의 압력이 압축기(10) 후단의 압력과 동일하게 되도록 공급한다. 기액분리기(30)의 압력이 압축기(10) 후단의 압력과 동일하게 되면, 압축기(10)의 출구 압력과 극저온 열교환기(20) 쪽의 압력이 동일하게 된다.
이렇게 증발가스 재액화 조업을 개시하기 전에 압축기(10)의 출구 압력과 극저온 열교환기(20) 쪽의 압력이 동일하게 되면, 극저온 열교환기(10) 쪽의 입구 밸브(11)를 여는 순간 증발가스의 급격한 유량 변화가 발생하지 않는다.
또한, 기액분리기(30) 내로 공급되는 질소가스의 유량을 조절하되 기액분리기(30)의 비정상적인 압력 상승으로 인한 기액분리기(30)부터 가스 공급원인 질소 발생기(40)로의 역류를 방지한다.
또한, 기액분리기(30)에서 발생하는 플래쉬가스를 배출하여 가스 연소기(50)에서 연소하되 가스 연소기(50)의 비정상적인 압력 상승으로 인한 가스연소기(50) 로부터 기액분리기(50)로의 플래쉬가스의 역류를 방지한다.
한편, 압축기(10)의 출구 압력과 극저온 열교환기(20) 쪽의 압력이 동일하게 되면, 증발가스 재액화 장치를 가동시켜 조업을 개시함과 동시에 유량 제어 밸브(41)를 폐쇄하여 질소 발생기(40)로부터 기액분리기(30) 내로 질소가스가 공급되지 않게 한다.
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 조업을 개시하기 전에 극저온 열교환기 후단의 기액분리기의 압력을 압축기 후단의 압력과 동일하게 하여 증발가스 재액화 조업 개시 시에 극저온 열교환기 쪽의 입구 밸브를 여는 순간 증발가스의 급격한 유량 변화가 발생되지 않도록 함으로써 압축기의 운전을 안정적으로 유지하는 것이 가능하게 되므로 증발가스 재액화 장치의 운전을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 압축기에서 압축한 다음 극저온 열교환기를 통하게 하여 과냉 액화시킨 후 상기 극저온 열교환기의 후단에 설치된 기액분리기를 통해 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 증발가스 재액화 방법에 있어서,
    증발가스 재액화 조업을 개시하기 전에 상기 기액분리기의 압력이 상기 압축기 후단의 압력과 동일하게 되도록 상기 극저온 열교환기 후단의 상기 기액분리기에 질소가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 기액분리기 내로 공급되는 질소가스의 유량을 조절하되 상기 기액분리기의 비정상적인 압력 상승으로 인한 상기 기액분리기로부터 질소가스 공급원으로의 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 기액분리기에서 발생하는 플래쉬가스를 배출하여 가스 연소기에서 연소하되 상기 가스 연소기의 비정상적인 압력 상승으로 인한 상기 가스연소기로부터 상기 기액분리기로의 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 방법.
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