KR101195149B1 - 액화천연가스의 재기화 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화천연가스의 재기화 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스 저장탱크로부터 공급되는 액화천연가스와 보일러로부터 공급되는 스팀을 열 교환하는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스와 해수를 열 교환하는 제 2 열교환기; 및 상기 제 1 열교환기에서 배출되는 응축수와 상기 제 2 열교환기에 공급되기 전의 해수를 열 교환하는 제 3 열교환기가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치가 제공될 수 있다.

Description

액화천연가스의 재기화 장치 및 방법{Apparatus and method for regasification of liquefied natural gas}

본 발명은 액화천연가스의 재기화 장치 및 방법에 관한 것이다.

천연가스(natural gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하고, 소량의 에탄(ethane), 프로판(propane) 등을 포함하는 화석연료로서, 최근 다양한 기술 분야에서 저공해 에너지원으로서 각광받고 있다.

상기 천연가스를 생산지로부터 수요지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 지속적으로 검토되어 왔으며, 최근에는 천연가스를 액화시켜 대량으로 수송할 수 있는 액화천연가스(liquefied natural gas, LNG) 운반선이 주로 이용된다.

최근에는, 액화천연가스 운반선이나 부유식 구조물에 설치되어, 해상에서 액화천연가스를 천연가스로 재기화하고, 재기화를 통해 얻어진 천연가스를 육상으로 공급하는 LNG 재기화 장치가 사용되고 있다.

예를 들면, 액화천연가스 재기화 장치는 LNG RV(liquefied natural gas regasification vessel), LNG FSRU(liquefied natural gas floating storage and regasification unit), LNG FPSO(liquefied natural gas floating, production, storage and off-loading) 등의 해상 구조물에 설치될 수 있다.

상기 재기화 장치에서 액화천연가스를 천연가스로 재기화하는 방법으로는 해수를 이용하는 방법이나 글리콜 워터 등의 열 매개 유체를 사용하는 방법 등이 사용될 수 있다.

종래에는 해수와 액화천연가스를 직접 열 교환하는 직접 가열 방식이 주로 사용되었으나, 최근에는 선박에서 배출되는 해수에 관한 각종 환경 규제들이 채택되어 사용되고 있어, 앨 매개 유체를 보일러에서 발생된 스팀으로 가열한 후 열 매개 유체와 액화천연가스를 열 교환하는 간접 가열 방식이 사용되고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제가 있다.

소정의 열원으로부터 발생된 열을 직접 액화천연가스에 전달하지 못하고 열 매개 유체를 통해 간접적으로 전달하므로, 재기화 과정에서 불필요한 열 손실이 발생된다는 문제가 있다.

또한, 해수를 사용하고자 하더라도, 해수의 배출 지역 또는 배출 온도에 대한 환경 규제 때문에 해수를 재기화의 열원으로 사용할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 해수를 열원으로 사용하지 않는 경우, 해수를 열원으로 사용하는 경우에 비해 해수의 열 용량에 대응되는 에너지가 더 투입되어야 하므로, 재기화 장치의 효율이 낮다는 문제가 있다.

본 발명의 실시예들은, 열원으로부터 발생된 열을 열 손실을 최소화하여 재기화에 충분히 활용할 수 있는 액화천연가스 재기화 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

또한, 해수의 배출 지역 및 배출 온도에 대한 환경 규제를 지키면서 해수를 재기화의 열원으로 사용할 수 있는 액화천연가스 재기화 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

또한, 에너지 소비를 줄일 수 있는 액화천연가스 재기화 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

또한, 소비처에서 사용하기 적합한 온도의 천연가스를 공급할 수 있는 액화천연가스의 재기화 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스 저장탱크로부터 공급되는 액화천연가스와 보일러로부터 공급되는 스팀을 열 교환하는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스와 해수를 열 교환하는 제 2 열교환기; 및 상기 제 1 열교환기에서 배출되는 응축수와 상기 제 2 열교환기에 공급되기 전의 해수를 열 교환하는 제 3 열교환기가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 보일러에서 발생된 스팀은 상기 제 1 열교환기로 바로 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 3 열교환기로 공급되는 해수는 밸러스트 탱크에 저장된 해수 또는 선박의 외부로부터 공급되는 해수인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 2 열교환기를 통과한 해수는 상기 밸러스트 탱크로 복귀되거나 선박의 외부로 배출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스는 상기 제 2 열교환기를 선택적으로 통과하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 열교환기에서 배출되는 응축수는 상기 제 3 열교환기를 선택적으로 통과하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 열교환기에서 배출되는 응축수의 상기 제 3 열교환기 통과량은 상기 제 2 열교환기로부터 배출되는 천연가스의 온도에 따라 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화천연가스 또는 재기화된 천연가스가 수송되는 수송라인; 보일러로부터 생성된 스팀이 순환하는 스팀 순환라인; 밸러스트 탱크에 저장된 해수 또는 선박의 외부로부터 공급되는 해수가 순환되는 해수 순환라인; 상기 수송라인과 상기 스팀 순환라인의 교차 지점에 제공되며, 액화천연가스를 스팀과 열 교환하여 재기화시키는 제 1 열교환기; 상기 스팀 순환라인과 상기 해수 순환라인의 교차 지점에 제공되며, 해수를 상기 제 1 열교환기로부터 배출되는 응축수와 열 교환하여 가열하는 제 2 열교환기; 및 상기 수송라인과 상기 해수 순환라인의 교차지점에 제공되며, 재기화된 천연가스를 가열된 해수와 열 교환하여 가열하는 제 3 열교환기가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 수송라인에는 재기화된 천연가스가 상기 제 2 열교환기를 선택적으로 우회할 수 있는 천연가스 바이패스 라인이 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 스팀 순환라인에는 응축수가 상기 제 3 열교환기를 선택적으로 우회할 수 있는 응축수 바이패스 라인이 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 응축수의 우회 여부는 상기 제 2 열교환기에서 배출되는 해수 또는 천연가스의 온도에 따라 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 스팀 순환라인에는 상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스의 온도에 따라 상기 제 1 열교환기로 공급되는 스팀의 양을 조절하는 스팀 조절 밸브가 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 해수 순환라인에는 상기 제 2 열교환기에서 가열된 천연가스의 온도에 따라 상기 제 2 열교환기로 공급되는 해수의 양을 조절하는 해수 조절 밸브가 제공되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 해수 순환라인에는 상기 제 3 열교환기를 통과한 해수를 선박의 외부로 선택적으로 배출시키는 해수 배출라인이 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 해수 순환라인에는 시체스트로부터 공급되는 선박 외부의 해수를 직접 공급받을 수 있는 해수 공급라인이 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 해수 순환유로는 상기 밸러스트 탱크로부터 연장되어 상기 제 3 열교환기 및 상기 제 2 열교환기를 순차적으로 통과한 후 상기 밸러스트 탱크까지 연장되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 밸러스트 탱크에는 발열 기관을 냉각하는 냉각시스템이 연결되고, 상기 밸러스트 탱크에 저장된 해수는 상기 냉각시스템의 냉매로서 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 보일러는 상기 저장탱크로부터 발생되는 증발가스를 연소하여 스팀을 발생시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 스팀 순환유로는 상기 보일러와 상기 제 1 열교환기를 바로 연결하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 저장탱크로부터 공급되는 액화천연가스를 보일러에서 공급되는 스팀과 제 1 열교환시켜 재기화하는 단계; 및 상기 제 1 열교환된 응축수에 의해 가열된 해수와 재기화된 천연가스를 제 2 열교환시켜 가열하는 단계를 포함하는 액화천연가스의 재기화 방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 제 2 열교환된 해수를 선택적으로 선박 외부로 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 열교환을 위해 공급되는 스팀의 양은 재기화된 천연가스의 온도에 따라 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 2 열교환을 위해 공급되는 가열된 해수의 양은 가열된 천연가스의 온도에 따라 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 2 열교환은 선택적으로 생략 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 열교환된 응축수에 의해 가열되는 해수는 밸러스트 탱크에 저정된 해수 또는 선박의 외부로부터 공급되는 해수인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제 2 열교환된 해수는 상기 밸러스트 탱크로 복귀하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 보일러 등의 열원으로부터 발생된 열을 직접 액화천연가스와 열 교환함으로써 열 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 해수를 선택적으로 순환시킴으로써 해수 배출 지역에 대한 환경 규제가 있더라도 해수를 재기화의 열원으로 사용할 수 있다.

또한, 스팀에 의해 해수를 미리 가열한 후 열 교환시킴으로써 낮은 온도의 해수 배출을 방지할 수 있으므로, 해수 배출 온도에 대한 환경 규제가 있더라도 해수를 재기화의 열원으로 사용할 수 있다.

또한, 자연에서 얻을 수 있는 해수를 재기화의 열원으로 사용하는 바 재기화 장치의 에너지 소비를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 방법을 보여주는 순서도.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치(100)는 액화천연가스(liquefied natural gas, 이하 "LNG")를 저장하는 저장탱크(210)로부터 공급받은 LNG를 재기화한 후 수요처(300)로 공급한다.

상기 재기화 장치(100)는 LNG RV(liquefied natural gas regasification vessel), LNG FSRU(liquefied natural gas floating storage and regasification unit), LNG FPSO(liquefied natural gas floating, production, storage and off-loading) 등의 해상 구조물에 설치될 수 있다.

상기 재기화 장치(100)는 LNG를 천연가스(natural gas, 이하 "NG")로 재기화한 후 가열하여 상기 수요처(300)에 공급할 수 있다.

상세히, 상기 재기화 장치(100)에는 상기 저장탱크(210)로부터 공급되는 증발가스(boil of gas, BOG)를 이용하여 스팀을 발생시키는 보일러(140), 상기 보일러(140)에서 발생된 스팀과 상기 저장탱크(210)로부터 공급되는 LNG를 열 교환시키는 제 1 열교환기(110), 상기 제 1 열교환기(110)에서 발생된 NG를 상기 제 1 열교환기(110)를 통과한 응축수에 의해 가열된 해수와 열 교환시키는 제 2 열교환기(120), 및 상기 제 1 열교환기(110)를 통과한 응축수과 해수를 열 교환시켜 해수를 가열하는 제 3 열교환기(130)가 포함될 수 있다.

여기서, 상기 저장탱크(210)와 상기 제 1 열교환기(110)와 상기 제 2 열교환기(120) 및 상기 수요처(300)는 LNG/NG 수송라인(101)에 의해 연결될 수 있으며, 상기 수송라인(101)에는 LNG 또는 LNG가 재기화된 NG가 흐를 수 있다. 또한, 상기 보일러(140)와 상기 제 1 열교환기(110)와 상기 제 3 열교환기(130)는 스팀 순환라인(102)에 의해 연결될 수 있으며, 상기 스팀 순환라인(102)에는 스팀 또는 응축수가 흐를 수 있다. 또한, 상기 제 2 열교환기(120) 및 상기 제 3 열교환기(130)는 해수 순환라인(103)에 의해 연결될 수 있으며, 상기 해수 순환라인(103)에는 후술할 밸러스트 탱크(220)에 저장된 해수 또는 선박의 외부로부터 공급되는 해수가 흐를 수 있다.

다시 말하면, 상기 제 1 열교환기(110)는 상기 수송라인(101)과 상기 스팀 순환라인(102)의 교차지점에 제공될 수 있고, 상기 제 2 열교환기(120)는 상기 수송라인(101)과 상기 해수 순환라인(103)의 교차지점에 제공될 수 있으며, 상기 제 3 열교환기(130)는 상기 스팀 순환라인(102)과 상기 해수 순환라인(103)의 교차지점에 제공될 수 있다.

상기 보일러(140)는 상기 저장탱크(210)의 상부로부터 연장되는 BOG 공급라인 (211)에 의해 상기 저장탱크(210)와 연통되며, 상기 BOG 공급라인(211)을 통해 공급되는 BOG를 연소시켜 물을 가열함으로써 스팀을 발생시킬 수 있다. 상기 보일러(140)에서 발생된 스팀은 약 200℃ 내지 250℃의 온도를 가질 수 있으며, 상기 스팀 순환라인(102)을 따라 상기 제 1 열교환기(110)로 바로 공급될 수 있다.

한편, 상기 저장탱크(210)에 저장된 LNG는 상기 수송라인(101) 상에 설치되는 LNG 고압 펌프(171)에 의해 상기 제 1 열교환기(110)로 공급될 수 있다. 이때, 상기 제 1 열교환기(110)로 공급되는 LNG는 약 -162℃의 온도를 갖는다.

상기 제 1 열교환기(110)에서는 상기 수송라인(101)을 통해 공급되는 LNG와 상기 스팀 순환라인(102)을 통해 공급되는 스팀을 열 교환시킨다. LNG는 상기 제 1 열교환기(110)를 통과하며 스팀으로부터 열을 흡수해 NG로 재기화되며, 재기화된 NG의 온도는 약 -50℃ 내지 0℃일 수 있다.

스팀은 상기 제 1 열교환기(110)에서 LNG에 열을 빼앗겨 온도가 낮아지며, 상기 제 1 열교환기(110)의 출구 측에서의 온도는 약 80℃ 내지 150℃일 수 있다. 상기 제 1 열교환기(110)를 통과하며 스팀은 응축되어 응축수로 상 변화될 수 있으며, 스팀의 잠열은 LNG의 재기화에 사용될 수 있다. 상기 제 1 열교환기(110)에서 배출되는 응축수에는 일부 스팀이 포함되어 있을 수 있으나, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 모두 응축수로 상변화하는 경우를 예로 설명하겠다.

또한, 상기 수송라인(101) 상에는 상기 제 1 열교환기(110)로부터 배출되는 NG의 온도를 측정하기 위한 제 1 온도센서(161)가 제공될 수 있고, 상기 스팀 순환라인(102) 상에는 상기 제 1 온도센서(161)의 측정 값에 따라 상기 제 1 열교환기(110)로 유입되는 스팀의 유량을 조절할 수 있는 스팀 조절 밸브(151)가 제공될 수 있다. 상기 스팀 조절 밸브(151)는 상기 제 1 온도센서(161)에서 측정된 NG의 온도가 예시한 -50℃ 내지 0℃ 범위 내가 되도록 스팀의 유량을 조절할 수 있다.

상기 제 1 열교환기(110)에서 재기화된 NG는 상기 수송라인(101)을 따라 상기 제 2 열교환기(120)로 공급되며, 상기 제 3 열교환기(130)에서 가열된 해수와 열 교환하여 온도가 높아진다. 즉, 상기 제 2 열교환기(120)로 공급되는 해수는 상기 제 3 열교환기(130)에서 상기 제 1 열교환기(110)를 통과한 후의 응축수에 의해 미리 가열될 수 있다.

상기 제 3 열교환기(130)는 밸러스트 탱크(ballast tank, 220) 또는 시체스트(sea chest, 230)로부터 공급되는 해수와 상기 제 1 열교환기(110)를 통과하며 응축된 응축수를 열 교환함으로써 해수를 가열할 수 있다.

이때, 상기 제 2 열교환기(120)와 상기 제 3 열교환기(130)는 상기 해수 순환라인(103) 상에 배치된다.

상기 해수 순환라인(103)은 상기 밸러스트 탱크(220)에 연결되어, 상기 밸러스트 탱크(220)에 저장된 해수가 상기 제 3 열교환기(130) 및 상기 제 2 열교환기(120)를 통과한 후 다시 상기 밸러스트 탱크(220)로 유입되도록 형성될 수 있다. 상기 해수 순환라인(103)에는 상기 밸러스트 탱크(220)에 저장된 해수를 순환시키기 위한 해수 순환 펌프(173)가 제공될 수 있다.

상기 밸러스트 탱크(220)는 선체의 균형을 잡기 위해 제공되는 것으로서, 상기 시체스트(230)로부터 공급되는 해수를 저장할 수 있다. 상기 밸러스트 탱크(220)와 상기 시체스트(230)는 밸러스트 수 공급라인(231)에 의해 연결될 수 있으며, 상기 밸러스트 수 공급라인(231)에는 해수를 상기 시체스트(230)로부터 펌핑하기 위한 해수 펌프(172)가 제공될 수 있다. 또한, 상기 밸러스트 수 공급라인(231)의 일 지점에서는 상기 해수 순환라인(103)으로 해수를 직접 공급하기 위한 해수 공급라인(104)이 분지될 수 있다. 상기 해수 공급라인(104)이 분지되는 지점에는 밸브(233)가 제공되어, 상기 해수 펌프(172)에 의해 펌핑되는 해수가 선택적으로 상기 밸러스트 탱크(220) 또는 상기 해수 순환라인(103)으로 공급되도록 할 수 있다.

또한, 상기 해수 공급라인(104)이 상기 해수 순환라인(103)에 연결되는 지점에는 상기 제 3 열교환기(130)로 공급되는 해수를 선택하기 위한 밸브(156)가 더 제공될 수도 있다.

상기 밸브(233, 156)는 상기 제 3 열 교환기(130)로 공급되는 해수의 종류를 조절할 수 있다. 예를 들면, 해수의 흡입에 관한 환경 규제가 없는 지역에서 재기화가 수행되는 경우, 상기 밸브(233, 156)는 상기 해수 공급라인(104)을 통해 선박 외부의 해수를 직접 상기 해수 순환라인(103)에 공급하도록 조절될 수 있다. 반대로, 해수의 흡입에 관한 환경 규제가 있는 지역에서 재기화가 수행되는 경우, 상기 밸브(233, 156)는 상기 해수 순환라인(103)으로 상기 밸러스트 탱크(220)에 저장된 해수가 유입되도록 조절될 수 있다.

상기 해수 순환라인(103)을 통해 상기 제 3 열교환기(130)로 공급되는 해수는 상기 제 3 열교환기(130)에서 상기 제 1 열교환기(110)로부터 제공되는 응축수에 의해 가열될 수 있다. 상기 제 3 열교환기(130)에서 배출되는 가열된 해수는 약 20 ℃ 내지 35 ℃의 온도를 가질 수 있다.

아울러, 상기 제 3 열교환기(130)에서 해수에 열을 빼앗긴 응축수는 약 50 ℃ 내지 100 ℃의 온도로 배출될 수 있으며, 상기 스팀 순환라인(102)을 따라 상기 보일러(140)로 복귀함으로써 상기 보일러(140)와 상기 제 1 열교환기(110) 및 상기 제 3 열교환기(130)를 순환할 수 있다.

상기 제 3 열교환기(130)에서 가열된 해수는 상기 해수 순환라인(103)을 따라 상기 제 2 열교환기(120)로 공급되며, 상기 제 2 열교환기(120)에서 상기 수송라인(101)을 따라 공급되는 재기화된 NG와 열 교환함으로써 NG를 가열할 수 있다. 따라서, 재기화된 NG는 상기 제 2 열교환기(120)를 통과하며 상기 수요처(300)에서 사용하기 적합한 약 0 ℃ 내지 20 ℃의 온도로 가열될 수 있다.

한편, 상기 수송라인(101)에는 상기 제 2 열교환기(120)에서 가열되어 상기 수송처(300)로 공급되는 NG의 온도를 측정하기 위한 제 2 온도센서(162)가 제공될 수 있고, 상기 해수 순환라인(103) 상에는 상기 제 2 온도센서(162)의 측정 값에 따라 상기 제 2 열교환기(120)로 유입되는 해수의 유량을 조절할 수 있는 해수 조절 밸브(152)가 제공될 수 있다. 상기 해수 조절 밸브(152)는 상기 제 2 온도센서(162)에서 측정된 NG의 온도가 예시한 0℃ 내지 20℃ 범위 내가 되도록 해수의 유량을 조절할 수 있다.

이때, 상기 제 2 열교환기(120)를 통과한 해수는 NG에 열을 빼앗겨 약 5 ℃ 내지 20 ℃의 온도를 가질 수 있다.

상기 제 2 열교환기(120)를 통과한 해수는 상기 해수 순환라인(103)을 따라 상기 밸러스트 탱크(220)로 복귀하거나, 선박의 외부로 버려질 수 있다. 예를 들면, 선박이 배출되는 해수가 소정 온도 범위를 만족할 경우 해수 배출이 허용되는 지역에서 재기화가 수행되는 경우에는, 상기 제 2 열교환기(120)를 통과한 해수가 버려질 수도 있다.

상세히, 상기 해수 순환라인(103)에는 해수 배출라인(105)이 상기 제 2 열교환기(120)로부터 상기 밸러스트 탱크(153)로 해수가 복귀하는 위치에 연결될 수 있다. 상기 해수 배출라인(105)은 해수를 선박의 외부로 배출하는 해수 배출구(250)에 연결될 수 있으며, 상기 해수 순환라인(103)과 상기 해수 배출라인(105)의 연결 지점에는 해수 배출 밸브(153)가 제공될 수 있다.

또한, 상기 해수 순환라인(103) 상에는 상기 제 2 열교환기(120)로부터 배출되는 해수의 온도를 측정하기 위한 제 3 온도센서(163)가 제공될 수 있다. 상기 해수 배출 밸브(153)는 상기 제 3 온도센서(163)의 측정 값이 소정 범위 내이고, 해수 배출이 허용된 지역일 때 상기 해수 배출구(250)로 해수가 배출될 수 있도록 조절될 수 있다.

한편, 상기 밸러스트 탱크(220)에는 선박의 엔진 등의 발열 기관을 냉각하기 위한 냉각시스템(240)이 연결될 수 있다. 상세히, 상기 밸러스트 탱크(220)에 저장된 해수는 NG의 가열에 사용되어 저온 상태일 수 있으므로, 상기 냉각시스템(240)의 냉매를 냉각하거나 직접 냉매로서 사용될 수도 있다.

예를 들어, 상기 냉각시스템(240)이 청수가 흘러 발열 기관을 냉각시키는 냉각 라인(미도시)과, 청수를 해수와 열 교환하여 냉각시키는 청수/해수 열교환기(미도시)를 포함하는 경우, 상기 청수/해수 열교환기에 공급되는 해수는 상기 시체스트(230)로부터 직접 공급되는 해수이거나, 상기 밸러스트 탱크(220)로부터 공급되는 해수일 수 있다. 즉, 상기 밸러스트 탱크(220)에 저장된 해수는 상기 냉각 시스템(240)의 냉매(청수)를 냉각하는데 사용될 수 있다.

이 경우, 상기 밸러스트 수 공급라인(231)에는 상기 냉각시스템(240)으로 해수를 공급하는 라인이 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 밸브(233)로는 4방향 밸브가 제공되고, 상기 냉각시스템(240)으로 해수를 공급하는 라인은 상기 밸브(233)에 연결될 수도 있다. 이 경우, 상기 밸러스트 탱크(220)로는 상기 냉각시스템(240)을 통과한 해수가 공급될 수도 있다.

또는, 상기 냉각시스템(240)이 해수가 흘러 발열 기관을 냉각시키는 냉각라인(미도시)을 포함하는 경우, 냉각 라인에 직접 상기 밸러스트 탱크(240)에 저장된 해수의 일부가 흘러 발열 기관을 냉각시키는 냉매로서 사용될 수도 있다.

이 경우, 상기 밸러스트 탱크(220)에 저장된 해수가 지속적으로 재기화에 사용되어 온도가 낮아지는 것을 상기 냉각시스템(240)에서의 열 흡수를 통해 방지할 수 있다. 또한, 상기 냉각시스템(240)에 저온의 열원을 제공함으로써, 상기 냉각시스템(240)의 운영 효율을 높일 수 있다.

또한, 상기 냉각시스템(240)에서 온도가 높아진 해수는 다시 상기 밸러스트 탱크(220)로 복귀하여 저온의 해수와 섞이거나, 선박의 외부로 배출될 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치(100)의 작용 및 효과에 대해 설명하겠다.

상기 제 1 열교환기(110)는 상기 저장탱크(210)로부터 공급되는 LNG를 상기 보일러(140)에서 공급되는 스팀으로 가열하여 NG로 재기화시킨다. 재기화된 NG는 상기 수송라인(101)을 따라 상기 제 2 열교환기(120)로 공급된다.

상기 제 1 열교환기(110)에서 재기화에 사용된 스팀은 응축되어 상기 스팀 순환라인(102)을 따라 상기 제 3 열교환기(130)로 공급되고, 상기 제 3 열교환기(130)에서 상기 밸러스트 탱크(220) 또는 선박의 외부로부터 공급되는 해수를 가열한다. 상기 제 3 열교환기(130)에서 해수와 열 교환한 응축수는 상기 스팀 순환라인(102)을 따라 상기 보일러(140)로 복귀할 수 있다.

상기 제 3 열교환기(130)에서 응축수에 의해 가열된 해수는, 상기 해수 순환라인(103)을 따라 상기 제 2 열교환기(120)로 공급되고, 상기 제 2 열교환기(130)에서 NG를 가열한다. 상기 제 2 열교환기(120)에서 가열된 NG는 상기 수송라인(101)을 따라 상기 수요처(300)로 공급된다.

또한, 상기 제 2 열교환기(120)에서 배출되는 해수는 상기 해수 순환라인(103)을 따라 상기 밸러스트 탱크(220)로 복귀하거나, 상기 해수 배출구(250)를 통해 선박 외부로 배출될 수 있다. 즉, 선박이 해수 배출 규제 지역에서 재기화를 수행하는 경우에는, 상기 해수 순환라인(103)을 따라 해수를 상기 밸러스트 탱크(220)로 순환시킴으로써, 해수의 배출 없이도 해수를 재기화의 열원으로 사용할 수 있다.

특히, 해수와 NG의 열 교환 전에 해수를 미리 가열한 후 열 교환시킴으로써, 낮은 온도의 해수 배출을 방지할 수 있으므로, 해수 배출 온도에 대한 환경 규제가 있더라도 해수를 재기화의 열원으로 사용할 수 있다.

상기와 같이 LNG를 재기화한 후 가열하는 2회의 가열 과정을 통해, 상기 액화천연가스의 재기화 장치(100)는 상기 수요처(300)에서 사용하기 적합한 온도로 NG를 공급할 수 있다.

또한, NG의 목표 온도까지 2회에 나누어 가열하는 바, 각 가열 과정에서의 온도 변위가 작아지므로 최종 온도를 제어하기 더욱 용이하다.

또한, 상기 스팀 조절 밸브(151) 및 상기 해수 조절 밸브(152)를 조절하여 LNG 또는 NG에 가해지는 열량을 조절할 수 있으므로, 상기 제 1 열교환기(110) 및 상기 제 2 열교환(120)에서 배출되는 NG의 온도를 더욱 효과적으로 제어할 수 있다.

또한, 상기 보일러(140)에서 발생되는 고온의 스팀을 직접 LNG의 가열에 사용하므로, 스팀과 열 매개 유체를 이용한 간접 가열 방식에 비해 열 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 자연에서 얻을 수 있는 해수를 재기화의 열원으로 사용하는 바 상기 재기화 장치(100)의 에너지 소비를 줄일 수 있다.

또한, 상기 밸러스트 탱크(220)에 저장된 해수가 상기 냉각시스템(240)에서 사용되는 경우, 상기 밸러스트 탱크(220)에 저장된 해수가 지속적으로 재기화에 사용되어 온도가 낮아지는 것을 방지할 수 있고, 상기 냉각시스템(240)의 운영 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 실시예에는 LNG가 2회의 열 교환 후 상기 수요처(300)에 공급되는 것으로 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며, 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 당업자에 의해 실시예의 변경, 추가, 삭제가 가능하다. 예를 들면, LNG와 스팀의 열 교환 및 NG와 해수의 열 교환은 각각 다수 회 연속적으로 이뤄질 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 2 실시예는 제 1 실시예와 비교하여, 상기 수송라인(101) 및 상기 스팀 순환라인(102)에 바이패스(bypass) 라인이 제공되는 점에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 상기 수송라인(101) 상에는 상기 제 1 열교환기(110)에서 배출되는 NG가 상기 제 2 열교환기(120)로 공급되지 않고 바로 상기 수요처(300)로 공급될 수 있도록 제 1 바이패스 라인(106)이 형성될 수 있다. 상기 수송라인(101)에는 상기 제 1 바이패스 라인(106)으로 NG를 우회시키는 NG 바이패스 밸브(154)가 제공될 수 있으며, 상기 NG 바이패스 밸브(154)는 상기 제 1 온도센서(161)에서 감지된 온도 값에 따라 선택적으로 NG를 상기 제 1 바이패스 라인(106)으로 우회시킬 수 있다.

예를 들면, 상기 제 1 온도센서(161)에서 감지된 온도 값이 상기 수요처(300)에서 요구하는 특정 온도 범위를 만족시키는 경우, 상기 NG 바이패스 밸브(154)는 상기 제 1 열교환기(110)에서 배출되는 NG를 상기 제 1 바이패스 라인(106)으로 우회시킬 수 있다.

또한, 상기 스팀 순환라인(102) 상에는 상기 제 1 열교환기(110)에서 배출되는 응축수가 상기 제 3 열교환기(130)로 공급되지 않고 바로 상기 보일러(140)로 복귀할 수 있도록 제 2 바이패스 라인(107)이 형성될 수 있다. 상기 스팀 순환라인(102)에는 상기 제 2 바이패스 라인(107)로 응축수를 우회시키는 응축수 바이패스 밸브(155)가 제공될 수 있다.

예를 들면, 선박이 해수의 온도가 높은 지역에서 재기화를 수행하여, 해수를 미리 가열하지 않고도 상기 제 2 열교환기(120)에서 충분한 열 교환이 일어날 수 있는 경우, 상기 응축수 바이패스 밸브(155)는 응축수를 상기 제 2 바이패스 라인(107)으로 우회시킬 수 있다.

또한, 상기 제 2 온도센서(162) 또는 상기 제 3 온도센서(163)에서 측정되는 값이 기 설정된 온도 범위를 벗어나는 경우에도, 상기 응축수 바이패스 밸브(155)는 응축수를 상기 제 2 바이패스 라인(107)으로 우회시키거나, 상기 제 3 열교환기(130)로 유입되는 응축수의 유량을 조절하여 상기 제 2 열교환기(120)로 공급되는 해수가 불필요하게 가열되거나 덜 가열되는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치에 의하면, 상기 바이패스 라인(106, 107)을 형성함으로써 불필요한 열 교환을 방지하므로, 더욱 효율적으로 NG의 온도를 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 손실을 방지할 수 있다는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 방법을 보여주는 순서도이다.

도 3을 참조하면, 상기 저장탱크(210)로부터 공급되는 LNG는 상기 제 1 열교환기(110)에서 상기 보일러(140)로부터 공급되는 스팀과 열 교환하며, 상기 제 1 열교환기(110)에서의 열 교환을 제 1 열 교환이라 할 수 있다(S110).

상기 제 1 열 교환(S110) 과정에서 LNG는 NG로 재기화되고, 재기화된 NG는 상기 제 2 열교환기(120)로 공급된다. 상기 제 2 열교환기(120)에서는, 재기화된 NG와 상기 제 3 열교환기(130)에서 상기 제 1 열 교환된 응축수에 의해 미리 가열된 해수의 열 교환이 발생되며, 상기 제 2 열교환기(120)에서의 열 교환은 제 2 열 교환이라 할 수 있다(S120).

이때, 상기 제 3 열교환기(130) 및 상기 제 2 열교환기(120)를 통과하는 해수는 상기 밸러스트 탱크(220) 또는 상기 시체스트(230)로부터 공급될 수 있으며, 상기 제 2 열교환기(120)를 통과한 후 상기 밸러스트 탱크(220)로 복귀하거나, 선택적으로 상기 해수 배출구(250)를 통해 선박 외부로 배출될 수도 있다.

또한, 상기 제 3 열교환기(130)를 통과한 스팀은 응축되어 상기 보일러(140)로 복귀될 수 있다.

상기 제 2 열 교환(S120) 과정에서 NG는 가열되어 상기 수요처(300)에서 사용하기 적정한 온도로 상기 수요처(300)에 공급될 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치 및 방법의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 용이하게 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

100 : 액화천연가스의 재기화 장치 101 : 수송라인
102 : 스팀 순환라인 103 : 해수 순환라인
104 : 해수 공급라인 105 : 해수 배출라인
106 : NG 바이패스라인 107 : 스팀 바이패스라인
110 : 제 1 열교환기 120 : 제 2 열교환기
130 : 제 3 열교환기 140 : 보일러
151, 152, 153, 154, 155, 156 : 밸브
161, 162, 163 : 온도센서
210 : 저장탱크 220 : 밸러스트 탱크
230 : 시체스트 240 : 냉각시스템
250 : 해수 배출구 300 : 수요처

Claims (26)

1. 액화천연가스 저장탱크로부터 공급되는 액화천연가스와 보일러로부터 공급되는 스팀을 열 교환하는 제 1 열교환기;
   상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스와 해수를 열 교환하는 제 2 열교환기; 및
   상기 제 1 열교환기에서 배출되는 응축수와 상기 제 2 열교환기에 공급되기 전의 해수를 열 교환하는 제 3 열교환기가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 보일러에서 발생된 스팀은 상기 제 1 열교환기로 바로 공급되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 3 열교환기로 공급되는 해수는 밸러스트 탱크에 저장된 해수 또는 선박의 외부로부터 공급되는 해수인 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 열교환기를 통과한 해수는 밸러스트 탱크로 복귀되거나 선박의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스는 상기 제 2 열교환기를 선택적으로 통과하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 열교환기에서 배출되는 응축수는 상기 제 3 열교환기를 선택적으로 통과하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 1 열교환기에서 배출되는 응축수의 상기 제 3 열교환기 통과량은 상기 제 2 열교환기로부터 배출되는 천연가스의 온도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
8. 액화천연가스 또는 재기화된 천연가스가 수송되는 수송라인;
   보일러로부터 생성된 스팀이 순환하는 스팀 순환라인;
   밸러스트 탱크에 저장된 해수 또는 선박의 외부로부터 공급되는 해수가 순환되는 해수 순환라인;
   상기 수송라인과 상기 스팀 순환라인의 교차 지점에 제공되며, 액화천연가스를 스팀과 열 교환하여 재기화시키는 제 1 열교환기;
   상기 수송라인과 상기 해수 순환라인의 교차지점에 제공되며, 재기화된 천연가스를 가열된 해수와 열 교환하여 가열하는 제 2 열교환기; 및
   상기 스팀 순환라인과 상기 해수 순환라인의 교차 지점에 제공되며, 해수를 상기 제 1 열교환기로부터 배출되는 응축수와 열 교환하여 가열하는 제 3 열교환기가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 수송라인에는 재기화된 천연가스가 상기 제 2 열교환기를 선택적으로 우회할 수 있는 천연가스 바이패스 라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 스팀 순환라인에는 응축수가 상기 제 3 열교환기를 선택적으로 우회할 수 있는 응축수 바이패스 라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    응축수의 우회 여부는 상기 제 2 열교환기에서 배출되는 해수 또는 천연가스의 온도에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 스팀 순환라인에는 상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스의 온도에 따라 상기 제 1 열교환기로 공급되는 스팀의 양을 조절하는 스팀 조절 밸브가 제공되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 해수 순환라인에는 상기 제 2 열교환기에서 가열된 천연가스의 온도에 따라 상기 제 2 열교환기로 공급되는 해수의 양을 조절하는 해수 조절 밸브가 제공되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해수 순환라인에는 상기 제 2 열교환기를 통과한 해수를 선박의 외부로 선택적으로 배출시키는 해수 배출라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
15. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해수 순환라인에는 시체스트로부터 공급되는 선박 외부의 해수를 직접 공급받을 수 있는 해수 공급라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
16. 제 8 항에 있어서,
    상기 해수 순환라인은 상기 밸러스트 탱크로부터 연장되어 상기 제 3 열교환기 및 상기 제 2 열교환기를 순차적으로 통과한 후 상기 밸러스트 탱크까지 연장되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 밸러스트 탱크에는 발열 기관을 냉각하는 냉각시스템이 연결되고,
    상기 밸러스트 탱크에 저장된 해수는 상기 냉각시스템의 냉매로서 사용되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
18. 제 8 항에 있어서,
    상기 보일러는 액화천연가스 저장탱크로부터 발생되는 증발가스를 연소하여 스팀을 발생시키는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
19. 제 8 항에 있어서,
    상기 스팀 순환라인은 상기 보일러와 상기 제 1 열교환기를 바로 연결하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
20. 저장탱크로부터 공급되는 액화천연가스를 보일러에서 공급되는 스팀과 제 1 열교환시켜 재기화하는 단계; 및
    상기 제 1 열교환된 응축수에 의해 가열된 해수와 재기화된 천연가스를 제 2 열교환시켜 가열하는 단계를 포함하는 액화천연가스의 재기화 방법.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환된 해수를 선택적으로 선박 외부로 배출하는 단계를 더 포함하는 액화천연가스의 재기화 방법.
22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환을 위해 공급되는 스팀의 양은 재기화된 천연가스의 온도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 방법.
23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환을 위해 공급되는 가열된 해수의 양은 가열된 천연가스의 온도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 방법.
24. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환은 선택적으로 생략 가능한 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 방법.
25. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환된 응축수에 의해 가열되는 해수는 밸러스트 탱크에 저정된 해수 또는 선박의 외부로부터 공급되는 해수인 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 방법.
26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환된 해수는 상기 밸러스트 탱크로 복귀하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 방법.

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