KR100885796B1 - 증발가스 재액화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스를 저장탱크 내에서 액화시킴으로써 증발가스의 발생을 억제할 수 있는 증발가스 재액화 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 액화가스를 저장하기 위한 액화가스 저장탱크를 구비한 액화가스 운반선에 설치되는 증발가스 재액화 장치로서, 상기 증발가스 재액화 장치는, 냉매를 수용하고 있는 냉매 저장탱크와; 냉매를 냉각시키는 냉매 냉각장치와; 상기 액화가스 저장탱크 내에 설치되어 있으며, 상기 냉매 냉각장치에 의해 냉각된 냉매를 공급받아 상기 액화가스 저장탱크 내의 증발가스를 재액화시키는 냉각 코일; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치가 제공된다.
액화가스, 증발가스, 재액화, 액화가스 저장탱크, 냉매 저장탱크, 냉매 냉각장치, 냉각 코일, 돔 구조부

Description

증발가스 재액화 장치{BOIL-OFF GAS RELIQUEFACTION APPARATUS}
도 1은 본 발명에 따른 증발가스 재액화 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 액화가스 저장탱크 11, 12 : 돔 구조부
21 : 냉매 저장탱크 23 : 냉매 냉각장치
25, 26 : 냉각 코일 31 : 제1 공급라인
32 : 제2 공급라인 41 : 제1 회수라인
42 : 제2 회수라인
본 발명은 액화가스 운반선에서의 증발가스 재액화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스를 저장탱크 내에서 액화시킴으로써 증발가스의 발생을 억제할 수 있는 증발가스 재액화 장치에 관한 것이다.
근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액 화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다.
액화가스 운반선의 저장탱크 내에 수용된 액화가스는, 운송되는 도중, 자연증발에 의해 기화되어 이 저장탱크에는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생하게 된다. 발생된 증발가스는 저장탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에, 증발가스의 발생을 억제할 필요가 있다.
종래, 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서의 증발가스를 억제하기 위해, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 소각해 버리는 방법, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시킨 후 다시 저장탱크로 복귀시키는 방법, 선박의 추진기관에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법, 저장탱크의 내부압력을 높게 유지함으로써 증발가스의 발생을 억제하는 방법 등이 단독으로 혹은 복합적으로 사용되고 있었다.
그러나, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 소각해 버리는 방법은, 액화가스를 운반하는 도중에 기화되는 증발가스를 모두 낭비하게 된다는 문제가 있었다.
또한, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시킨 후 다시 저장탱크로 복귀시키는 방법은, 공간이 부족한 액화가스 운반선 내에 복잡하고 대형인 재액화 장치를 설치해야 하는 문제가 있었다.
또한, 선박의 추진기관에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법은, 증발가스를 연료로 사용할 수 있는 추진기관을 별도로 설치해야 하고, 추진력이 요구되지 않는 경우, 즉 운하 운항시, 항구 통과시, 터미널 정박시 등에는 여분의 증발가스를 그대로 소각시켜야 하는 문제가 있었다.
또한, 저장탱크의 내부압력을 높게 유지함으로써 증발가스의 발생을 억제하는 방법은, 저장탱크가 고압에 견딜 수 있도록 이 저장탱크를 보강해야 하며, 비상시 사용할 수 있도록 증발가스의 소각설비를 갖추어야 하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은, 이와 같은 종래의 증발가스 억제방법이 가지는 문제를 개선하여, 설비 추가에 따른 비용을 절감하면서도 액화가스를 낭비하지 않도록, 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스를 저장탱크 내에서 직접 재액화시킴으로써 증발가스의 발생을 억제할 수 있는 증발가스 재액화 장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하기 위한 액화가스 저장탱크를 구비한 액화가스 운반선에 설치되는 증발가스 재액화 장치로서, 상기 증발가스 재액화 장치는, 냉매를 수용하고 있는 냉매 저장탱크와; 냉매를 냉각시키는 냉매 냉각장치와; 상기 액화가스 저장탱크 내에 설치되어 있으며, 상기 냉매 냉각장치에 의해 냉각된 냉매를 공급받아 상기 액화가스 저장탱크 내의 증발가스를 재액화시키는 냉각 코일; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치가 제공된다.
상기 액화가스 저장탱크는 상부표면에 하나 이상의 돔 구조부를 가지며, 상기 냉각 코일은 각각의 상기 돔 구조부 내에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 증발가스 재액화 장치는, 상기 냉매 냉각장치에서 냉각된 냉매를 상기 냉각 코일로 공급하기 위한 냉매 공급라인과, 상기 냉각 코일에서 증발가스를 재액화시킨 뒤 온도가 상승된 냉매를 상기 냉매 냉각장치로 회수하기 위한 냉매 회수라인을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 냉각 코일은 상기 액화가스 저장탱크 내에 복수개 설치되고, 상기 냉매 공급라인과 상기 냉매 회수라인은 상기 냉각 코일의 설치 개수와 동일한 개수로 분기되는 것이 바람직하다.
상기 증발가스 재액화 장치는, 순환하는 냉매의 양을 증가시킬 필요가 있을 때, 냉매를 추가로 공급받을 수 있도록 상기 냉매 공급라인에 연결된 상기 냉매 저장탱크를 가지는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증발가스 재액화 장치를 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1에는 본 발명에 따른 증발가스 재액화 장치를 개략적으로 나타내는 도면이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액화가스 액화가스 저장탱크(10)는, 상부표면에 하나 이상의 돔 구조부(11, 12)를 가진다. 이 돔 구조부(11, 12)는 상부표면 중 일부분을 위쪽으로 볼록하게 함으로써 형성될 수 있다.
증발가스는 액체 상태의 액화가스에 비해 비중이 작으므로 액화가스 액화가스 저장탱크(10)의 상부에 위치되고, 비중이 큰 액화가스는 액화가스 액화가스 저장탱크(10)의 하부에 위치된다. 그에 따라 액화가스 액화가스 저장탱크(10)의 상부표면에 형성되는 하나 이상의 돔 구조부(11, 12)에는 증발가스만이 존재하게 된다.
도 1에는 돔 구조부(11, 12)가 사각 형상을 가지며 총 2개 설치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 돔 구조부(11, 12)의 형상 및 설치 개수는 본 발명을 한정하는 것이 아님은 물론이다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 재액화 장치는, 액화가스 액화가스 저장탱크(10) 내의 증발가스에 냉열을 공급하기 위해 냉매 순환 시스템을 가진다. 이하에서는 냉매로서는 예를 들어 질소를 사용하는 것으로 설명이 이루어진다.
냉매인 질소(액화질소)는 냉매 저장탱크(21) 내에 수용되어 있으며, 필요에 따라 이 냉매 저장탱크(21)에 수용된 냉매를 뽑아내어 재액화 장치에서 사용하게 된다. 냉매 저장탱크(21)는 질소 발생장치(도시생략)로부터 질소를 공급받도록 구성되어도 좋다.
냉매 순환 시스템에는 냉매인 질소를 냉각시키기 위한 냉매 냉각장치(23)가 포함된다. 도 1에는 냉매 저장탱크(21) 내의 냉매가 냉매 냉각장치(23)를 거치지 않고 곧바로 액화가스 저장탱크(10) 측으로 공급되는 것으로 도시되어 있지만, 냉매 저장탱크(21) 내의 냉매가 냉매 냉각장치(23)를 거친 후 액화가스 저장탱크(10) 측으로 공급되도록 구성되어도 좋다.
냉매 냉각장치(23)는 압축기, 팽창기 등으로 이루어지며, 냉매를 증발가스의 재액화에 필요한 극저온의 온도까지 냉각시킬 수 있다면 어떠한 구조의 것도 사용될 수 있다.
또한, 액화가스 저장탱크(10)의 각각의 돔 구조부(11, 12)에는 냉각 코일(25, 26)이 마련된다. 이 냉각 코일(25, 26)에는 냉매 냉각장치(23)에 의해 극저온 상태로 냉각된 냉매가 공급된다.
증발가스에 냉열을 공급하여 이 증발가스를 재액화시키기 위해 냉매 냉각장치(23)에서 극저온 상태로 냉각된 냉매는 냉매 공급라인을 통하여 액화가스 저장탱크(10) 내부의 냉각 코일(25, 26)까지 공급된다. 냉매의 순환을 위해 도시하지 않은 펌프 등이 사용될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 액화가스 저장탱크(10)에 형성된 2개의 돔 구조부(11, 12) 내에 각각 하나씩의 냉각 코일(25, 26)이 설치되어 있으며, 이들 2개의 냉각 코일(25, 26)에 냉매를 공급하기 위해 냉매 공급라인은 제1 공급라인(31)과 제2 공 급라인(32)으로 분기된다. 분기된 공급라인의 개수는 돔 구조부 및 냉각 코일의 개수와 동일한 것이 바람직하다.
냉매 냉각장치(23)에 의해 냉각된 후 냉매 공급라인(즉, 제1 공급라인(31) 및 제2 공급라인(32))을 따라 액화가스 저장탱크(10)의 내부로 공급된 냉매는, 이 액화가스 저장탱크(10)의 내부에서 냉열을 방출하는 동시에 증발가스로부터 열을 흡수함으로써 증발가스를 재액화시킨다.
증발가스를 재액화시키는 과정에서 증발가스로부터 열을 흡수하여 온도가 상승된 냉매는 냉매 회수라인을 통해 회수되어 냉매 냉각장치(23)로 복귀된다. 냉매 회수라인은, 각각의 냉각 코일(25, 26)로부터 연장되는 제1 회수라인(41) 및 제2 회수라인(42)을 가지며, 이들 제1 및 제2 회수라인(41, 42)은 냉매 냉각장치(23)의 상류측에서 합류된다. 공급라인의 경우와 마찬가지로, 분기된 회수라인의 개수는 돔 구조부 및 냉각 코일의 개수와 동일한 것이 바람직하다.
냉매 공급라인과 냉매 회수라인에는 적절한 위치에 밸브들이 설치되어 냉매 냉각장치(23)로부터 액화가스 저장탱크(10) 내의 냉각 코일(25, 26)로 공급되는 냉매의 양이나, 액화가스 저장탱크(10) 내의 냉각 코일(25, 26)로부터 냉매 냉각장치(23)로 복귀되는 냉매의 양을 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 증발가스를 재액화시키는 도중에, 냉매의 양을 감소시킬 필요가 있으면, 냉매 회수라인에 설치된 밸브를 통하여 냉매 순환 시스템의 외부로 배출시킬 수 있다. 한편 냉매의 양을 증가시킬 필요가 있으면, 냉매 공급라인에 연결된 냉매 저장탱크(21)로부터 냉매를 추가로 공급받을 수 있다.
상기된 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스 재액화 방법은 다음과 같다.
우선, 냉매 냉각장치(23)가 작동되어 냉매, 예를 들어 액화질소를 극저온 상태로 냉각시킨다. 냉각된 냉매는 복수의 라인으로 분기되어 있는 냉매 공급라인을 통하여 액화가스 저장탱크(10) 내부에 설치된 복수의 냉각 코일(25, 26)로 공급된다.
냉각 코일(25, 26)로 공급된 극저온 상태의 냉매와의 열교환으로 인하여 액화가스 저장탱크(10) 내부의 증발가스는 재액화된다. 계속해서, 증발가스를 재액화시키고 온도가 상승된 냉매는 복수의 라인으로 분기되어 있는 냉매 회수라인을 통하여 냉매 냉각장치(23)로 회수된다.
한편, 증발가스를 재액화시키는 도중에, 냉매의 양을 감소시킬 필요가 있으면, 냉매 회수라인에 설치된 밸브를 통하여 냉매 순환 시스템의 외부로 배출시킬 수 있다. 한편 냉매의 양을 증가시킬 필요가 있으면, 냉매 공급라인에 연결된 냉매 저장탱크(21)로부터 냉매를 추가로 공급받을 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 액화가스 저장탱크(10) 내에서 발생된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10) 내에 냉매를 순환시킴으로써 직접 재액화시키므로, 증발가스의 낭비가 원천적으로 방지될 수 있다. 또한, 별도의 재액화 장치나 증발가스용 추진장치 등을 선박에 설치할 필요가 없어 공간 활용면에서 우수하고 설치 비용이 저렴하며, 선박 추진기관을 구동하지 않는 동안에도 증발가스의 낭비 없이 이 증발가스의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 저장탱크의 내부압력이 과도하게 증가되지 않아 저장탱크의 벽면을 보강할 필요가 없게 되는 등, 최소한의 설비 및 운용비용만으로 증발가스의 억제 및 관리가 가능해진다.
이상과 같이 본 발명에 따른 증발가스 재액화 장치 및 증발가스 재액화 방법을, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 설비 추가에 따른 비용을 절감하면서도 액화가스를 낭비하지 않도록, 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스를 저장탱크 내에서 직접 재액화시킴으로써 증발가스의 발생을 억제할 수 있는 증발가스 재액화 장치가 제공된다.

Claims (5)

  1. 액화가스를 저장하기 위한 액화가스 저장탱크를 구비한 액화가스 운반선에 설치되는 증발가스 재액화 장치로서, 상기 증발가스 재액화 장치는,
    냉매를 수용하고 있는 냉매 저장탱크와;
    냉매를 냉각시키는 냉매 냉각장치와;
    증발가스가 집중될 수 있도록 상기 액화가스 저장탱크의 상부표면 중 일부분이 위쪽으로 볼록하게 형성된 볼록부 내에 설치되어 있으며, 상기 냉매 냉각장치에 의해 냉각된 냉매를 공급받아 상기 볼록부에 집중된 증발가스를 재액화시키는 냉각 코일;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 증발가스 재액화 장치는, 상기 냉매 냉각장치에서 냉각된 냉매를 상기 냉각 코일로 공급하기 위한 냉매 공급라인과, 상기 냉각 코일에서 증발가스를 재액화시킨 뒤 온도가 상승된 냉매를 상기 냉매 냉각장치로 회수하기 위한 냉매 회수라 인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 냉각 코일은 상기 액화가스 저장탱크 내에 복수개 설치되고,
    상기 냉매 공급라인과 상기 냉매 회수라인은 상기 냉각 코일의 설치 개수와 동일한 개수로 분기되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 증발가스 재액화 장치는, 순환하는 냉매의 양을 증가시킬 필요가 있을 때, 냉매를 추가로 공급받을 수 있도록 상기 냉매 공급라인에 연결된 상기 냉매 저장탱크를 가지는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 장치.
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