KR101246064B1 - 액화천연가스의 재기화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액화천연가스의 재기화 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스 저장탱크로부터 수요처까지 연장되는 재기화 라인; 상기 재기화 라인과 교차되며 열 매개 유체가 순환하는 제 1 순환라인; 상기 재기화 라인 및 상기 제 1 순환라인과 교차되며 청수가 순환하는 제 2 순환라인; 상기 재기화 라인과 상기 제 1 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 액화천연가스를 열 매개 유체와 열 교환하여 천연가스로 재기화하는 제 1 열교환기; 상기 재기화 라인과 상기 제 2 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스를 청수와 열 교환하여 가열하는 제 2 열교환기; 상기 제 1 순환라인과 상기 제 2 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 상기 제 1 열교환기를 통과한 열 매개 유체와 상기 제 2 열교환기를 통과한 청수를 열 교환하여 열 매개 유체를 가열하는 제 3 열교환기; 및 상기 제 2 순환라인에 설치되며, 청수를 가열하는 청수 가열기가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스 저장탱크로부터 수요처까지 연장되는 재기화 라인; 상기 재기화 라인과 교차되며 열 매개 유체가 순환하는 제 1 순환라인; 상기 재기화 라인 및 상기 제 1 순환라인과 교차되며 청수가 순환하는 제 2 순환라인; 상기 재기화 라인과 상기 제 1 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 액화천연가스를 열 매개 유체와 열 교환하여 천연가스로 재기화하는 제 1 열교환기; 상기 재기화 라인과 상기 제 2 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스를 청수와 열 교환하여 가열하는 제 2 열교환기; 상기 제 1 순환라인과 상기 제 2 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 상기 제 1 열교환기를 통과한 열 매개 유체와 상기 제 2 열교환기를 통과한 청수를 열 교환하여 열 매개 유체를 가열하는 제 3 열교환기; 및 상기 제 2 순환라인에 설치되며, 청수를 가열하는 청수 가열기가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 액화천연가스의 재기화 장치에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스(Natural Gas, 이하 "NG"라 함)를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, NG와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, NG의 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있으며, 일 예로 LNG를 해상으로 수송(운반)할 수 있는 LNG 운반선이 사용되고 있다.
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 LNGC(liquefied natural gas carrier), 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 선박 및 해상구조물을 포함하는 부유식 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.
최근에는 앨 매개 유체를 보일러에서 공급되는 스팀으로 가열한 후 열 매개 유체와 액화천연가스를 열 교환하는 간접 가열 방식이 사용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제가 있다.
해수를 사용하여 재기화하는 경우, 선박에서 배출되는 해수에 관한 각종 환경 규제에 따른 제약이 있다는 문제가 있다.
또한, 해수 내에 존재하는 부유물에 의해 재기화 장치 내부 배관에 부식이 발생될 수 있다는 문제가 있다.
또한, 간접 가열 방식을 사용하는 경우에는, 보일러로부터 공급되는 스팀의 열량이 열 매개 유체를 통해 간접적으로 액화천연가스에 전달되므로, 재기화 과정에서 불필요한 열 손실이 발생된다는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은, 해수에 관한 환경 규제 및 해수에 의한 부식 문제로부터 자유로운 액화천연가스의 재기화 장치를 제공하고자 한다.
또한, 수요처로 공급되는 천연가스의 온도 제어를 용이하게 할 수 있는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스 저장탱크로부터 수요처까지 연장되는 재기화 라인; 상기 재기화 라인과 교차되며 열 매개 유체가 순환하는 제 1 순환라인; 상기 재기화 라인 및 상기 제 1 순환라인과 교차되며 청수가 순환하는 제 2 순환라인; 상기 재기화 라인과 상기 제 1 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 액화천연가스를 열 매개 유체와 열 교환하여 천연가스로 재기화하는 제 1 열교환기; 상기 재기화 라인과 상기 제 2 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스를 청수와 열 교환하여 가열하는 제 2 열교환기; 상기 제 1 순환라인과 상기 제 2 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 상기 제 1 열교환기를 통과한 열 매개 유체와 상기 제 2 열교환기를 통과한 청수를 열 교환하여 열 매개 유체를 가열하는 제 3 열교환기; 및 상기 제 2 순환라인에 설치되며, 청수를 가열하는 청수 가열기가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 청수 가열기는 상기 제 3 열교환기의 후단에 설치되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 2 순환라인에 설치되며, 상기 제 3 열교환기를 통과한 청수가 저장되는 청수 탱크; 및 상기 제 2 순환라인에 설치되며, 상기 청수 탱크로부터 청수를 펌핑하여 상기 청수 가열기로 공급하는 펌프가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공할 수 있다.
또한, 열 매개 유체는 상기 제 1 열교환기를 통과하며 응축되고, 상기 제 3 열교환기를 통과하며 기화되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 열 매개 유체는 상온에서 증발 상태를 유지하는 증발성 유체인 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 청수 가열기는 물을 직접 가열하는 온수 보일러, 상기 저장탱크에서 발생된 증발가스를 연소시키는 보일러에서 발생된 스팀과 청수를 열 교환하는 장치, 해수와 청수를 열교환하는 장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 해수를 재기화에 사용하지 않음으로써 해수에 관한 환경 규제 및 해수에 의한 부식 문제로부터 자유로울 수 있다.
또한, 액화천연가스를 2회로 나누어 재기화 및 가열함으로써 수요처로 공급되는 천연가스의 온도를 용이하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치의 구성을 보여주는 도면.
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 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 천연가스(natural gas, 이하 "NG")로 재기화한 후, 가열하여 수요처(300)로 공급한다.
상기 저장탱크(210)와 상기 재기화 장치(100)와 상기 수요처(300)는 재기화 라인(101)으로 연결되며, LNG는 상기 재기화 라인(101)을 통해 상기 재기화 장치(100)로 공급되어 재기화 및 가열된 후 상기 수요처(300)로 공급된다.
상기 재기화 장치(100)는 LNGC(liquefied natural gas carrier), 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 선박 및 해상구조물을 포함하는 부유식 구조물에 설치될 수 있다.
상기 저장탱크(210)에는 LNG를 상기 재기화 라인(101)으로 펌핑하는 저압 펌프(211)가 제공될 수 있다. 상기 저압 펌프(211)에서 펌핑된 LNG는 상기 재기화 라인(101)에 설치된 버퍼 탱크(220)로 공급되고, 상기 버퍼 탱크(220)의 LNG는 상기 재기화 라인(101)에 설치된 고압 펌프(221)에 의해 고압으로 압축되어 상기 재기화 장치(100)로 유입된다.
상기 고압 펌프(221)에서 고압으로 압축된 LNG는 제 1 열교환기(110)에 유입되어 재기화된다.
상세히, 상기 제 1 열교환기(110)는 제 1 순환라인(102)을 따라 순환하는 열 매개 유체와 LNG를 열 교환시켜 LNG를 NG로 재기화시킨다. 즉, 상기 제 1 열교환기(110)에서는 LNG의 상변화가 일어나 LNG가 NG로 재기화된다. 상기 제 1 순환라인(102)은 상기 재기화 라인(101)과 교차되도록 형성되며, 상기 제 1 열교환기(110)는 상기 재기화 라인(101)과 상기 제 1 순환라인(102)의 교차지점에 설치될 수 있다.
상기 제 1 순환라인(102)을 순환하는 열 매개 유체는, 프로판, 암모니아 등 상온에서 기체 상태를 유지하는 증발성 유체, 또는 글리콜 워터 등의 부동액일 수 있다. 본 실시예에서는 프로판을 열 매개 유체로 사용하는 경우를 예로 설명하겠다.
여기서, 상기 제 1 순환라인(102)은 열 매개 유체가 순환하는 유로로서 열 매개 유체 순환라인이라고도 할 수 있다.
상기 제 1 순환라인(102)에는 열 매개 유체를 순환시키는 제 1 순환펌프(172)와, 열 매개 유체를 가열하는 제 3 열교환기(130)가 제공될 수 있다. 상기 제 3 열교환기(130)는 열 매개 유체를 후술할 제 2 순환라인(103)을 순환하는 청수와 열 교환하여 가열하며, 가열된 열 매개 유체는 상기 제 1 순환라인(102)을 따라 상기 제 1 열교환기(110)로 안내된다.
여기서, 열 매개 유체는 상기 제 1 열교환기(110)에서 LNG로 열을 빼앗겨 액화될 수 있고, 상기 제 3 열교환기(130)에서 청수로부터 열을 빼앗아 기화될 수 있다. 즉, 상기 제 1 열교환기(110) 및 상기 제 3 열교환기(130)에서는 열 매개 유체의 잠열을 사용할 수 있다.
상기 제 1 열교환기(110)에서 재기화된 NG는 상기 재기화 라인(101)을 따라 제 2 열교환기(120)로 유입되어 가열된다. 상기 제 2 열교환기(120)는 제 2 순환라인(103)을 따라 순환하는 청수와 NG를 열 교환시켜, 재기화된 NG를 원하는 온도로 가열하여 상기 수요처(300)로 공급한다.
상기 제 2 순환라인(103)은 상기 재기화 라인(101) 및 상기 제 1 순환라인(102)과 교차되도록 형성되며, 상기 제 2 열교환기(120)는 상기 재기화 라인(101)과 상기 제 2 순환라인(103)의 교차 지점에 제공될 수 있다.
상기 제 2 순환라인(103)에는 청수가 저장되는 청수 탱크(140)가 제공될 수 있으며, 상기 청수 탱크(140)로부터 청수를 펌핑하여 상기 제 2 순환라인(103)을 순환시키는 제 2 순환펌프(173), 상기 제 2 순환펌프(173)에 의해 펌핑된 청수를 가열하는 청수 가열기(150)가 더 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 2 순환라인(103)에는 상기 제 3 열교환기(130)가 설치된다. 상기 제 3 열교환기(130)는 상기 제 1 열교환기(110)에서 NG에 열을 빼앗긴 열 매개 유체를 청수와 열 교환하여 가열한다. 즉, 상기 제 3 열교환기(130)는 상기 제 1 순환라인(102)과 상기 제 2 순환라인(103)의 교차지점에 제공되어 열 매개 유체와 청수를 열 교환할 수 있다.
상기 제 3 열교환기(130)에서 열 매개 유체는 청수로부터 열을 흡수하여 온도가 상승된다. 따라서, 열 매개 유체는 상기 제 1 순환라인(102)을 따라 순환하며 일정한 온도 범위를 유지할 수 있다.
또한, 상기 제 2 열교환기(120) 및 상기 제 3 열교환기(130)에서 순차적으로 열을 빼앗긴 청수는 상기 청수 탱크(140)에 임시로 저장되었다가, 상기 제 2 펌프(173)에 의해 펌핑되어 상기 청수 가열기(150)로 공급되어 가열될 수 있다. 이에 의해 청수는 상기 제 2 순환라인(103)을 따라 순환하며 일정한 온도 범위를 유지할 수 있다.
상기 청수 가열기(150)는 물을 직접 가열하는 온수 보일러(hot water boiler)나, 상기 저장탱크(210)에서 발생된 BOG를 연소시키는 보일러에서 발생된 스팀과 청수를 열 교환하는 장치일 수도 있다. 또는, 상기 청수 가열기(150)는 밸러스트 탱크 등과 연결되어 해수와 청수를 열 교환하는 장치일 수도 있다.
또한, 상기 청수 탱크(140)는 상기 제 3 열교환기(130)의 후단에 배치될 수 있으며, 상기 제 2 순환라인(103)을 순환하는 청수의 유량이 충분한 경우에는 생략될 수도 있다.
아울러, 상기 제 2 순환라인(103)은 청수가 순환되는 유로로서 청수 순환라인이라고도 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치(100) 에 의하면, LNG의 재기화에 해수를 사용하지 않음으로써 해수에 관한 환경 규제 및 해수에 의한 부식 문제로부터 자유로울 수 있다.
또한, 상기 제 1 열교환기(110)에서 1차적으로 LNG를 재기화한 후, 상기 제 2 열교환기(120)에서 NG를 가열할 수 있으므로, 상기 제 2 열교환기(120)에 유입되는 청수의 온도, 유량 등을 조절하여 상기 제 2 열교환기(120)에서 배출되는 NG의 온도를 정확하게 제어할 수 있다.
한편, 상기 청수 가열기(150)는 액화천연가스 운반선 등 상기 예시한 부유식 구조물의 갑판 위에 설치되어 폭발의 위험성을 줄여 안전하게 구동되도록 할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치의 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 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 : 재기화 장치 101 : 재기화 라인
102 : 제 1 순환라인 103 : 제 2 순환라인
110 : 제 1 열교환기 120 : 제 2 열교환기
130 : 제 3 열교환기 140 : 청수탱크
150 : 청수 가열기 210 : LNG 저장탱크
220 : 버퍼 탱크 300 : 수요처
102 : 제 1 순환라인 103 : 제 2 순환라인
110 : 제 1 열교환기 120 : 제 2 열교환기
130 : 제 3 열교환기 140 : 청수탱크
150 : 청수 가열기 210 : LNG 저장탱크
220 : 버퍼 탱크 300 : 수요처
Claims (6)
- 액화천연가스 저장탱크로부터 수요처까지 연장되는 재기화 라인;
상기 재기화 라인과 교차되며 열 매개 유체가 순환하는 제 1 순환라인;
상기 재기화 라인 및 상기 제 1 순환라인과 교차되며 청수가 순환하는 제 2 순환라인;
상기 재기화 라인과 상기 제 1 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 액화천연가스를 열 매개 유체와 열 교환하여 천연가스로 재기화하는 제 1 열교환기;
상기 재기화 라인과 상기 제 2 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 상기 제 1 열교환기에서 재기화된 천연가스를 청수와 열 교환하여 가열하는 제 2 열교환기;
상기 제 1 순환라인과 상기 제 2 순환라인의 교차 지점에 설치되며, 상기 제 1 열교환기를 통과한 열 매개 유체와 상기 제 2 열교환기를 통과한 청수를 열 교환하여 열 매개 유체를 가열하는 제 3 열교환기; 및
상기 제 2 순환라인에 설치되며, 청수를 가열하는 청수 가열기가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 순환라인에 설치되며, 상기 제 3 열교환기를 통과한 청수가 저장되는 청수 탱크; 및
상기 제 2 순환라인에 설치되며, 상기 청수 탱크로부터 청수를 펌핑하여 상기 청수 가열기로 공급하는 펌프가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 청수 가열기는 상기 펌프와 상기 제 2 열교환기의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 매개 유체는 상기 제 1 열교환기를 통과하며 응축되고, 상기 제 3 열교환기를 통과하며 기화되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 매개 유체는 상온에서 증발 상태를 유지하는 증발성 유체인 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 청수 가열기는 물을 직접 가열하는 온수 보일러, 상기 액화천연가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 연소시키는 보일러에서 발생된 스팀과 청수를 열 교환하는 장치, 해수와 청수를 열교환하는 장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
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