KR100823029B1 - 천연가스를 냉매로 사용하는 열교환기가 구비된액화천연가스 연료공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연가스를 냉매로 사용하는 열교환기가 구비된 액화천연가스 연료공급장치에 관한 것으로, 압축기의 후방에 냉각기를 설치하여 압축기에서 압축됨으로써 온도가 상승되는 저온의 천연증발가스(NBOG)와 강제기화증발가스(FBOG)를 냉각기를 통해 냉각시켜 다단으로 구성되는 압축 공정에서 압축기의 성능 및 효율이 향상되도록 하고, 카고 탱크에 저장된 저온의 천연증발가스(NBOG) 또는 액화천연가스(LNG))를 냉각기의 냉매로 사용함으로써 저온의 천연증발가스(NBOG) 또는 강제기화증발가스(FBOG)를 압축하기 위한 전처리 공정을 제거함은 물론 추가적인 냉매를 사용하지 않아 운전비용이 절감되도록 하는 천연가스를 냉매로 사용하는 액화천연가스 연료공급장치의 압축기 배출부의 열교환기를 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 액화천연가스가 냉동 저장되는 카고 탱크와; 상기 카고 탱크 내에 침수된 형태로 설치되어 액화천연가스(LNG)를 펌핑해 주는 LNG 펌프와; 상기 LNG펌프에 의해 펌핑된 액화천연가스(LNG)를 강제 기화시켜 강제기화증발가스(FBOG)를 발생시켜주는 FBOG생성가열기와; 상기 카고 탱크 내에서 자연적으로 발생하는 천연증발가스(NBOG) 또는 강제기화증발가스(FBOG)를 냉각해주는 LNG 분무식 냉각기와; 상기 LNG 분무식 냉각기를 통해 냉각된 액적상태의 천연가스방울을 제거하여 연료가스(FG)를 생성하는 액적제거장치와; 상기 연료가스(FG)를 사용장치로 공급하기 위하여 압축하는 압축기와; 상기 압축기에 의해 압축됨으로서 온도가 상승되는 연료가스(FG)를 냉각시켜 사용장치에서 요구하는 온도로 맞춰주되, 상기 카고 탱크내부의 천연증발가스(NBOG) 또는 액화천연가스(LNG)를 냉각열원으로 사용하는 FG냉각기; 로 구성되는 그 기술적 요지로 한다.

카고 탱크, 강제기화증발가스(FBOG), 천연증발가스(NBOG), 압축기, 상온가열기, FG냉각기, 냉각열원

Description

천연가스를 냉매로 사용하는 열교환기가 구비된 액화천연가스 연료공급장치{Fuel Gas Supply System of Liquefied Natural Gas Installing Heat Exchanger Using Natural Gas as Coolant}

도 1 은 본 발명의 일실시예에 의한 강제기화증발가스를 냉매로 사용하는 연료공급장치를 나타낸 예시도,

도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 의한 천연증발가스를 냉매로 사용하는 연료공급장치를 나타낸 예시도,

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 상온가열기의 설치상태를 나타낸 연료공급장치의 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 카고 탱크　　　　　　　　　　　　　 (11) : LNG 펌프

(20) : FBOG생성가열기　　　　　　　　 (21) : LNG 분무식 냉각기

(22) : 액적제거장치　　　　　　　　　　 (30) : 상온가열기

(40) : 압축기　　　　　　　　　　　　　　　　 (41) : FG냉각기

(50) : 2차 압축부　　　　　　　　　　　　 (60) : 사용장치

(100) : 천연증발가스(NBOG)　　　 (101) : 강제기화증발가스(FBOG)

(102) : 응축물　　　　　　　　　　　　　　　 (103) : 연료가스(FG)

(104) : 가열열원　　　　　　　　　　　　　 (105)(105a) : 냉각열원

(106) : 압축된 연료가스　　　　　　 (107) : 액화천연가스(LNG)

본 발명은 천연가스를 냉매로 사용하는 열교환기가 구비된 액화천연가스 연료공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기의 배출부에 냉각기를 설치함으로써 천연가스를 연료로 사용하는 장치의 공급온도를 제어할 수 있고, 카고 탱크 내부에 저장된 저온의 액화천연가스 또는 천연증발가스를 이용하여 냉각기의 냉각열원으로 사용함으로써 별도의 추가적인 냉매를 사용하게 되는 운전비용을 절감할 수 있고, 이에 따른 환경오염을 방지할 수 있는 천연가스를 냉매로 사용하는 열교환기가 구비된 액화천연가스 연료공급장치를 제공함에 있다.

일반적으로, 액화천연가스(LNG : Liquified Natural Gas) 운반선 및 터미널의 천연가스(NG : Natural Gas)를 연료로 사용하는 기화 설비에서는 추진 또는 전력 생산을 위하여 화물창에서 자연 발생되는 저온의 천연증발가스(NBOG : Natural Boil-off Gas)와 열교환기에서 강제 기화시킨 저온의 강제기화증발가스(FBOG : Forcing Boil-off Gas)를 엔진이나 보일러의 연료로 사용한다.

상기와 같은 형성된 천연증발가스(NBOG)와 강제기화증발가스(FBOG)는 저온상태로서 엔진 등과 간은 천연가스를 연료로 사용하는 사용장치에는 바로 사용할 수 없으며, 사용장치의 요구 온도를 충족시켜 주기 위하여 압축기의 배출부에 별도의 후처리 장치를 설치하여 압축기에 의해 압축함으로써 높아지는 연료가스의 온도를 낮춰 사용장치에서 요구하는 온도로 조절하여 공급해야하는 문제점이 있다.

또한 이렇게 상승된 연료가스의 온도를 낮춰주기 위하여 추가적인 냉매를 사용해야 함으로써 운전비용이 증감되고, 추가적인 냉매 사용에 따른 환경오염의 문제점이 있다.

또한 압축기를 다단으로 연결할 경우 1차압축기에서 압축된 가스가 바로 2차,3차 압축기로 공급되므로 압축효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출되는 것으로, 압축기의 후방에 냉각기를 설치하여 압축기에서 압축됨으로써 온도가 상승되는 저온의 천연증발가스(NBOG)와 강제기화증발가스(FBOG)를 냉각기를 통해 냉각시켜 다단으로 구성되는 압축 공정에서 압축기의 성능 및 효율이 향상되도록 하고, 카고 탱크에 저장된 저온의 천연증발가스(NBOG) 또는 액화천연가스(LNG))를 냉각기의 냉매로 사용함으로써 저온의 천연증발가스(NBOG) 또는 강제기화증발가스(FBOG)를 압축하기 위한 전처리 공정을 제거함은 물론 추가적인 냉매를 사용하지 않아 운전비용이 절감되도록 하는 천연가스를 냉매로 사용하는 액화천연가스 연료공급장치의 압축기 배출부의 열교환기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 액화천연가스가 냉동 저장되는 카고 탱크와; 상기 카고 탱크 내에 침수된 형태로 설치되어 액화천연가스(LNG)를 펌핑해 주는 LNG 펌프와; 상기 LNG펌프에 의해 펌핑된 액화천연가스(LNG)를 강제 기화시켜 강제기화증발가스(FBOG)를 발생시켜주는 FBOG생성가열기와; 상기 카고 탱크 내에서 자연적으로 발생하는 천연증발가스(NBOG) 또는 강제기화증발가스(FBOG)를 냉각해주는 LNG 분무식 냉각기와; 상기 LNG 분무식 냉각기를 통해 냉각된 가스의 액적상태의 천연가스방울 제거하여 연료가스(FG)를 생성하는 액적제거장치와; 상기 연료가스(FG)를 사용장치로 공급하기 위하여 압축하는 압축기와; 상기 압축기에 의해 압축됨으로서 온도가 상승되는 연료가스(FG)를 냉각시켜 사용장치에서 요구하는 온도로 맞춰주되, 상기 카고 탱크내부의 천연증발가스(NBOG) 또는 액화천연가스(LNG)를 냉각열원으로 사용하는 FG냉각기; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 압축기의 전방에 설치되어 액적제거장치를 통해 걸러진 저온의 연료가스(FG)를 상온으로 가열해주는 상온가열기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 구성 및 작용을 첨부도면과 연계하여 상세히 설명한다.

도면에서와 같이 액화천연가스(LNG)가 냉동 저장되어 있는 카고 탱크(10)와,

상기 카고 탱크(10) 내에 침수된 형태로 설치되어 액화천연가스(LNG)를 펌핑 하여 주는 LNG펌프(11)와,

상기 LNG펌프(11)에 의해 펌핑된 액화천연가스(107)를 가열열원(104)을 이용하여 강제 기화시켜 강제기화증발가스(101)가 생성되도록 하는 FBOG생성가열기(20)와,

상기 카고 탱크(10) 내에서 자연적으로 발생하는 천연증발가스(100) 또는 상기 FBOG생성가열기(20)에서 발생된 강제기화증발가스(101)를 냉각시켜주는 LNG 분무식 냉각기(21)와,

상기 LNG 분무식 냉각기(21)를 통해 냉각된 가스에 포함되는 액적상태의 천연가스방울을 제거하여 연료가스(FG : Forcing Gas)(103)가 생성되도록 하고, 응축시 발생되는 응축물(102)을 상기 카고 탱크(10)로 공급해주는 액적제거장치(22)와,

상기 액적제거장치(22)에서 액적상태의 천연가스방울이 제거된 연료가스(103)를 사용장치(60)로 공급하기 위하여 압축해주는 압축기(40)와,

상기 압축기(40)에 의해 압축되면서 고온으로 상승된 연료가스(103)를 냉각시켜 사용장치(60)에서 요구하는 온도로 맞춰주는 FG냉각기(41)로 구성된다.

상기 FG냉각기(41)는 도 1 에서와 같이 상기 카고 탱크(10) 내부에 저장된 저온의 액화천연가스(107)를 냉각열원(105)으로 하여 연료가스(103)를 냉각한다.

이때의 액화천연가스(107)는 상기 LNG 펌프(11)에 의해 펌핑되어 FG냉각기(41)로 공급되는 것이다.

한편 상기 FG냉각기(41)는 도 2 에서와 같이 상기 카고 탱크(10) 내부에 자연적으로 발생되는 저온의 천연증발가스(100)를 냉각열원(105a)으로 하여 연료가스(103)를 냉각할 수도 있다.

이와 같은 실시예에 의한 본 발명은 도 1,2에서와 같이 FG냉각기(41)의 냉각열원(105)(105a)으로 사용된 액화천연가스(107) 또는 천연증발가스(100)는 FG냉각기(41)에서 냉매로 작용한 후 상기 LNG 분무식 냉각기(21)로 전달되어 다시 냉각되며, 액적제거장치(22)를 통해 액적상태의 천연가스방울을 제거한 후 압축기(40)로 다시 공급하는 재순환 구조로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 대한 구성은 FG냉각기(41)를 통해 냉각된 연료가스(103)를 연속적으로 압축할 수 있도록 압축기(40)와 FG냉각기(41)로 이루어진 2차 압축부(50) 및 3차 압축부(도시없음)를 연속적으로 설치하여 압축기의 효율을 높여줄 수 있다.

한편 상기 도1, 2의 실시예에 의한 본 발명은 상기 압축기(40)와 액적제거장치(22) 사이에 상온가열기(30)를 더 설치하여 액적제거장치(22)에서 액적상태의 천연가스방울이 제거된 저온의 연료가스(103)를 상온으로 가열해준다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 구성을 이용한 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명의 장치는 카고 탱크(10)와, LNG 펌프(11)와, FBOG생성가열기(20)와, LNG 분무식 냉각기(21)와, 액적제거장치(22)와, 압축기(40)와, FG냉각 기(41); 로 구성되며 상기 압축기(40)와 액적제거장치(22) 사이에 상온가열기(30)를 더 설치할 수 있는 것을 주요 기술 요소로 한다.

이때, 상기 카고 탱크(10)는 액화천연가스(107)가 냉동 저장되는 것인데, 일반적으로 원유나 석유제품을 거래할 때 쓰이는 단위로서 원유의 경우, 1카고는 50만 배럴을 말하며, 그밖에 카고는 cargo tank의 줄임말로도 사용되고, 카고 탱크란 원유탱크나 LPG, LNG의 냉동 탱커에 내장한 적하용 탱크를 말한다.

또, 상기 LNG 펌프(11)는 카고 탱크(10) 내에 침수된 형태로 설치되어 카고 탱크(10) 내에 저장된 액화천연가스(107)를 펌핑하여 FBOG생성가열기(20)에 제공하게 되며, FBOG생성가열기(20)에는 펌핑된 액화천연가스(107)를 가열열원(104)을 통해 가열함으로써 강제기화증발가스(101))를 생성하게 된다.

한편 상기 LNG 펌프(11)를 통해 펌핑된 저온의 액화천연가스(107)의 일부는 FG냉각기(41)로 공급되어 압축기(40)에 의해 압축되면서 온도가 상승된 연료가스(103)를 냉각시켜 주는 냉각열원(105)으로 사용된다.

한편 상기 LNG 분무식 냉각기(21)는 FG냉각기(41)에 제공되어 냉각열원(105)(105a)으로 사용됨으로써 온도가 상승되는 카고 탱크(10) 내의 액화천연가스(107) 또는 천연증발가스(100)를 다시 냉각시켜주는 역할을 한다.

또한 액적제거장치(22)는 상기 카고 탱크(10)와 연결되어 FG냉각기(41)에 냉각열원(105)(105a)으로 공급된 액화천연가스(107)와 천연증발가스(100)가 카고 탱크(10)로 다시 순환될 수 있도록 한다.

한편 압축기(40)의 후방에 FG냉각기(41)를 설치함으로써 천연가스를 연료로 사용하는 사용장치(60)의 연료가스(103) 공급온도를 제어할 수 있어 기존 압축된 연료가스(106)를 처리하기 위한 후처리 장치를 제거할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 상기 FG냉각기(41)에 제공되는 냉각열원(105)(105a)을 카고 탱크(10) 내부의 액화천연가스(107) 또는 천연증발가스(100)를 사용함으로써 저온의 천연증발가스(100) 혹은 액화천연가스(107)를 압축하기 위한 전처리 공정을 제거할 수 있고, 추가적인 냉각용 냉매를 사용하지 않게 되어 운전비용을 절감하게 될 뿐만 아니라, 추가적인 냉매를 사용할 경우 발생되는 환경오염을 방지하게 된다.

아울러 비상 정지시 연료공급장치에 과압을 발생시키는 저온의 연료가스를 가열하기 위해 필요한 전처리 장치 없이 배출할 수 있어 안전장치 설치 및 설계비용을 절감할 수 있다.

특히 압축기(40)와 FG냉각기(41)가 구비되어 있는 2차 압축부(50) 및 3차 압축부와 같이 다단으로 압축기(41)가 설치될 경우, 압축기(41)에 의해 압축됨으로써 가열되는 연료가스(103)를 FG냉각기(41)로 냉각하여 후단에 설치되는 압축기(41)로 공급함에 따라, 후단에 설치되어 있는 압축기(41)의 성능 및 효율을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

한편 상온가열기(30)는 압축기(40)로 유입되는 연료가스(103)를 상온으로 가열 운전함으로써 압축기(40)의 재질을 저온에서 상온용으로 대체하여 압축기(40)의 제작비용과 유지보수 비용을 절감할 수 있도록 하여 경제성을 높일 수 있다.

또한 비상운전시 과압을 발생시키는 연료가스를 배출할 때 전 처리 공정이 불 필요하도록 한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는, 압축기의 배출부에 FG냉각기를 설치함으로써 천연가스를 연료로 사용하는 사용장치의 후처리 공정을 제거할 수 있고, 다단으로 구성되는 압축기 공정에서 압축기의 성능 및 효율이 향상될 뿐만 아니라, 상기 압축기의 냉매열원을 카고 탱크 내부에 저장된 천연증발가스(NBOG) 또는 액화천연가스(LNG))로 사용함으로써 별도의 추가적인 냉매를 사용하게 되는 운전비용을 절감할 수 있고, 이에 따른 환경오염을 방지할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 액화천연가스가 저장되는 카고 탱크에서 액화천연가스(LNG)를 펌핑하고, 펌핑된 액화천연가스를 FBOG생성가열기를 통해 강제기화시켜 강제기화증발가스(FBOG)를 생성하며, 상기 강제기화증발가스(FBOG) 또는 카고 탱크 내에서 자연적으로 발생하는 천연증발가스(NBOG)를 냉각기로 냉각시키고, 냉각된 가스를 액적제거장치를 통해 액적상태의 천연가스방울을 제거하여 연료가스(FG)를 생성한 후 사용하고자 하는 사용장치로 공급해주는 액화천연가스 연료공급장치에 있어서,

   상기 액적제거장치에서 천연가스방울이 제거된 연료가스(FG)를 사용장치로 공급하기 위하여 압축하는 압축기와;

   상기 압축기에 의해 압축됨으로서 온도가 상승되는 연료가스(FG)를 냉각시켜 사용장치에서 요구하는 온도로 맞춰주되, 상기 카고 탱크내부의 천연증발가스(NBOG) 또는 액화천연가스(LNG)를 냉각열원으로 사용하는 FG냉각기; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연가스를 냉매로 사용하는 열교환기가 구비된 액화천연가스 연료공급장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 압축기의 전방에 설치되어 액적제거장치를 통해 걸러진 저온의 연료가스(FG)를 상온으로 가열해주는 상온가열기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연가스를 냉매로 사용하는 열교환기가 구비된 액화천연가스 연료공급장치.

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