KR101342810B1 - 액화가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 액화가스 공급 라인; 상기 수요처와 상기 액화가스 저장탱크 사이의 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 열 전달매체와 열교환시키는 열교환기; 열 전달매체를 가열하는 매체 히터; 상기 매체 히터로부터 상기 열교환기까지 연결된 매체 순환 라인; 상기 매체 순환 라인 상에 마련되며, 열 전달매체의 상태를 측정하는 매체 상태감지센서; 및 열 전달매체가 기화되는 것을 방지하기 위한 기화방지 기준값을 설정하고, 상기 매체 상태감지센서에 의한 열 전달매체의 상태값과 상기 기화방지 기준값을 토대로, 상기 매체 히터에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 열교환기 내부나 하류 또는 매체 히터의 하류에서 감지되는 열 전달매체의 온도를 토대로, 열 전달매체에 포함된 물 등이 얼거나 증발되지 않도록 열 전달매체의 가열 정도를 제어하여 열 전달매체의 원활한 순환을 구현할 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템 및 방법{A Treatment System and Method of Liquefied Gas}
본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.
이러한 액화가스는 다양한 수요처로 공급되어 사용되는데, 최근에는 액화천연가스를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 개발되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
그러나 엔진 등과 같은 수요처가 요구하는 액화가스의 온도 및 압력 등은, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 액화가스의 온도 및 압력 등을 제어하여 수요처에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수요처로 전달되는 액화가스의 측정온도를 통해 액화가스와 열교환되는 열 전달매체의 목표온도를 산출하고, 열 전달매체의 목표온도를 토대로 매체 히터에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터에서 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어하여, 수요처에 공급되는 액화가스의 온도를 효율적으로 제어할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 액화가스의 측정온도로 열 전달매체의 목표온도를 산정하고, 열 전달매체의 목표온도로 열 전달매체가 적절히 가열되도록 하는 캐스케이드(Cascade) 제어를 통해, 액화가스가 수요처의 요구 온도에 적합한 상태로 공급될 수 있도록 하는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 열 전달매체의 목표온도에 따라 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터를 우회하도록 하거나, 열 전달매체를 매체 히터에 공급하는 매체 펌프의 구동을 제어하여 매체 히터의 유입량을 가변하거나, 매체 히터에서 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 조절하여, 열 전달매체가 액화가스에 전달하는 열량을 용이하게 제어할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 열교환기에서 액화가스로 인해 열 전달매체가 과냉되어 열 전달매체에 포함된 물 등이 어는 것(아이싱(Icing) 현상)을 방지하기 위하여, 열교환기 하류에서의 열 전달매체 온도를 감지하여 열 전달매체의 온도가 일정 온도 이하로 내려가지 않도록 열 전달매체의 흐름을 제어함으로써 시스템의 안정적인 구현이 가능한 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 열교환기에 잔류하는 열 전달매체가 액화가스에 의해 냉각되어 아이싱 현상이 발생됨에 따라 시스템 구동에 문제를 일으키는 것을 방지하기 위해서, 필요 시 열교환기에 유입된 열 전달매체를 매체 방출 라인을 통해 외부로 배출시켜 열교환기 및 시스템을 보호할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 매체 히터에서 열 전달매체가 지나치게 과열됨에 따라 열 전달매체에 포함된 물 등이 증발하는 것(크래킹(Cracing) 현상)을 방지하기 위하여, 매체 히터로의 열 전달매체 유입량 또는 매체 히터의 열원 공급량을 조절하여 열 전달매체를 효율적으로 사용할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 액화가스가 수요처의 액화가스 요구 온도까지 가열될 수 있도록 열교환기 전후단에서의 열 전달매체의 온도 차이를 충분히 크게 유지하되, 열 전달매체의 순환 유량을 감소시켜, 매체 펌프의 효율을 극대화할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 액화가스 공급 라인; 상기 수요처와 상기 액화가스 저장탱크 사이의 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 열 전달매체와 열교환시키는 열교환기; 열 전달매체를 가열하는 매체 히터; 상기 매체 히터로부터 상기 열교환기까지 연결된 매체 순환 라인; 상기 매체 순환 라인 상에 마련되며, 열 전달매체의 상태를 측정하는 매체 상태감지센서; 및 열 전달매체가 기화되는 것을 방지하기 위한 기화방지 기준값을 설정하고, 상기 매체 상태감지센서에 의한 열 전달매체의 상태값과 상기 기화방지 기준값을 토대로, 상기 매체 히터에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 매체 순환 라인 상에서 상기 매체 히터의 하류에 마련되어 열 전달매체가 기화된 것을 감지하는 상분리기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 상분리기는, 기화된 열 전달매체를 외부로 방출하고 나머지를 상기 매체 순환 라인을 통해 상기 열교환기로 유입시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 매체 상태감지센서는, 상기 매체 순환 라인 상에서 상기 매체 히터의 하류에 마련되어 상기 열 전달매체의 온도를 감지할 수 있다.
구체적으로, 상기 기화방지 기준값은, 상기 열 전달매체에 포함된 물이 기화되는 것을 방지하기 위한 온도일 수 있다.
구체적으로, 상기 컨트롤러는, 상기 열 전달매체의 상태값이 상기 기화방지 기준값 이하가 되도록 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변할 수 있다.
구체적으로, 적어도 일부의 열 전달매체가 상기 매체 순환 라인에서 분기되어 상기 매체 히터를 우회하도록 하는 분기 라인을 더 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 분기 라인 상에 마련되는 우회 조절밸브를 통해 상기 분기 라인에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량을 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체를 저장하는 매체 탱크; 및 상기 매체 탱크에 저장된 상기 열 전달매체를 상기 매체 히터에 공급하는 매체 펌프를 더 포함하되, 상기 컨트롤러는, 상기 매체 펌프의 구동을 제어하여 상기 매체 펌프로부터 상기 매체 히터로 공급되는 상기 열 전달매체의 유량을 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 매체 히터에 열원을 공급하는 열원 공급 라인; 및 상기 열원 공급 라인 상에 마련되어 상기 열원 공급 라인의 개도를 조절하는 열원 공급밸브를 더 포함하되, 상기 컨트롤러는, 상기 열원 공급밸브의 개도를 제어하여 상기 매체 히터가 열 전달매체에 공급하는 열원의 양을 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 펌프를 더 포함하고, 상기 열교환기는, 상기 펌프로부터 공급되는 액화가스를 열 전달매체와 열교환시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체는, 글리콜 워터일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 방법은, 액화가스를 열교환기에서 열 전달매체로 가열하여 수요처에 공급하되, 매체 히터가 열 전달매체를 가열하여 상기 열교환기에 공급하는 액화가스 처리 시스템을 구동하는 방법에 있어서, 열 전달매체가 기화되는 것을 방지하기 위한 기화방지 기준값을 설정하는 단계; 열 전달매체의 상태를 감지하는 단계; 및 상기 열 전달매체의 상태값과 상기 기화방지 기준값을 토대로, 상기 매체 히터에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 기화방지 기준값을 설정하는 단계는, 상기 열 전달매체에 포함된 물이 기화되는 것을 방지하기 위한 온도를 설정할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체의 상태를 감지하는 단계는, 상기 매체 히터의 하류에서 열 전달매체의 온도를 감지할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는, 상기 열 전달매체의 상태값이 상기 기화방지 기준값 이하가 되도록 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는, 적어도 일부의 열 전달매체가 상기 매체 히터를 우회하도록 하되, 상기 매체 히터를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는, 상기 매체 히터에 상기 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프의 구동을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계는, 상기 매체 히터에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 열교환기 후단에서의 액화가스 측정온도를 통해 열 전달매체의 목표온도를 도출하고, 열 전달매체의 매체 히터 유입량 등을 조절하여 열 전달매체를 용이하게 목표온도로 가열함으로써, 액화가스가 수요처의 요구 온도에 적합한 상태로 수요처로 공급되도록 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터를 우회하도록 하거나, 매체 펌프의 구동에 따라 매체 히터의 열 전달매체 유입량을 가변하거나, 매체 히터에 공급되는 열원의 양을 제어함으로써, 효과적으로 열 전달매체의 온도를 제어할 수 있다.
또한 본 발명의 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 열교환기 내부나 하류 또는 매체 히터의 하류에서 감지되는 열 전달매체의 온도를 토대로, 열 전달매체에 포함된 물 등이 얼거나 증발되지 않도록 열 전달매체의 가열 정도를 제어하여 열 전달매체의 원활한 순환을 구현할 수 있다.
또한 본 발명의 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 열교환기에 유입된 열 전달매체가 액화가스에 의해 필요 이상으로 냉각되는 경우, 매체 방출 라인을 따라 열교환기에서 배출되도록 함으로써 열교환기의 고장을 방지하고 시스템의 shutdown을 막을 수 있다.
또한 본 발명의 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 열 전달매체의 순환 유량을 감소시키되, 열교환기 전후단에서의 열 전달매체의 온도차이를 충분히 유지하여, 열 전달매체의 순환 효율을 향상시키는 동시에 액화가스를 적절한 온도로 가열하여 수요처에 공급할 수 있다.
도 1은 종래의 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S130의 세부 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S230의 세부 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S330의 세부 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S430의 세부 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 엔진(20), 펌프(30), 전기히터(40)를 포함한다. 이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다.
종래의 액화가스 처리 시스템(1)은, 전기에너지를 공급받아 액화가스를 직접 가열하는 전기히터(40)를 사용하였다. 그러나 전기히터(40)를 구동하기 위하여 필요한 전기에너지는, 연료를 사용하여 발전기(도시하지 않음)를 구동하여야만 획득할 수 있기 때문에, 연료 소비에 의한 비용 문제와, 연료 연소 시 발생하는 배기에 의한 환경오염 문제 등이 발생될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다. 도 2에서 점선은 신호가 송수신되는 흐름을 의미한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 엔진(20), 펌프(30), 열교환기(50), 매체 공급 장치(60), 액화가스 온도센서(70), 매체 상태감지센서(80), 컨트롤러(90)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 액화가스 저장탱크(10), 엔진(20), 펌프(30) 등은 종래의 액화가스 처리 시스템(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부를 포함한다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.
내조 탱크는, 외조 탱크의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 외조 탱크의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때 서포트는 내조 탱크의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크의 측면에도 구비될 수 있다.
내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크의 내부에 구비된 액화가스가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.
내조 탱크의 내부에는 배플(Baffle; 도시하지 않음)이 구비될 수 있다. 배플은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플이 설치됨에 따라 내조 탱크 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.
단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 단열부는 진공상태일 수 있다. 단열부를 진공으로 형성함에 따라, 액화가스 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 액화가스 저장탱크(10)는 진공의 단열부를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 진공 형태의 단열부를 외조 탱크와 내조 탱크 사이에 구비하는 압력 탱크형 액화가스 저장탱크(10)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 액화가스 저장탱크(10)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.
수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받는다. 수요처(20)는 액화가스를 통해 구동되어 동력을 발생시키는 엔진일 수 있으며, 일례로 선박에 탑재되는 MEGI 엔진 또는 이중연료 엔진일 수 있다.
수요처(20)가 이중연료 엔진일 경우, 액화가스인 LNG와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 LNG 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
엔진은 액화가스의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 엔진 구동 시 최종적으로 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진하게 된다.
물론 본 실시예에서 수요처(20)인 엔진은 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 엔진의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 엔진은 액화가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)와 수요처(20) 사이에는 액화가스를 전달하는 액화가스 공급 라인(21)이 설치될 수 있고, 액화가스 공급 라인(21)에는 펌프(30), 열교환기(50) 등이 구비되어 액화가스가 수요처(20)에 공급되도록 할 수 있다.
이때 액화가스 공급 라인(21)에는 액화가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 액화가스 공급 밸브의 개도 조절에 따라 액화가스의 공급량이 조절될 수 있다.
또한 액화가스 공급 라인(21)에는 액화가스 온도센서(70)가 구비되며, 본 실시예는 액화가스의 온도에 따라 액화가스에 열을 공급하는 열 전달매체의 목표온도를 산출하고, 매체 히터(63)를 통해 가열된 열 전달매체의 온도를 적절히 가변하여 목표온도에 도달하도록 하는 캐스케이드(Cascade) 제어를 구현할 수 있다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.
펌프(30)는, 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 가압한다. 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함할 수 있다.
부스팅 펌프(31)는, 액화가스 저장탱크(10)와 고압 펌프(32) 사이의 액화가스 공급 라인(21) 상에, 또는 액화가스 저장탱크(10) 내에 구비될 수 있으며, 고압 펌프(32)에 충분한 양의 액화가스가 공급되도록 하여 고압 펌프(32)의 공동현상(cavitation)을 방지한다. 또한 부스팅 펌프(31)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 빼내어서 액화가스를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(31)를 거친 액화가스는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(31)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액화가스는 여전히 액체 상태일 수 있다.
고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출된 액화가스를 고압으로 가압하여, 수요처(20)에 액화가스가 공급되도록 한다. 액화가스는 액화가스 저장탱크(10)로부터 약 10bar 이내의 압력으로 배출된 후 부스팅 펌프(31)에 의해 1차로 가압되는데, 고압 펌프(32)는 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액체상태의 액화가스를 2차로 가압하여, 후술할 열교환기(50)에 공급한다.
이때 고압 펌프(32)는 액화가스를 수요처(20)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 수요처(20)에 공급함으로써, 수요처(20)가 액화가스를 통해 동력 등을 생산하도록 할 수 있다.
고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 고압으로 가압하되, 액화가스가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 높은 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때 초임계 상태인 액화가스의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높을 수 있다.
또는 고압 펌프(32)는, 액체 상태의 액화가스를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 액화가스란 액화가스의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태이다.
구체적으로 고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, 액화가스의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 과냉액체 상태인 액화가스의 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 -140도 내지 -60도일 수 있다.
다만 고압 펌프(32)는, 수요처(20)가 저압 엔진일 경우에는 생략될 수 있다. 즉 수요처(20)가 저압 엔진인 이중연료 엔진일 경우, 액화가스는 부스팅 펌프(31)에 의하여 가압된 뒤 후술할 열교환기(50)를 통해 수요처(20)로 공급될 수 있다.
열교환기(50)는, 수요처(20)와 펌프(30) 사이의 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며, 펌프(30)로부터 공급되는 액화가스를 열 전달매체와 열교환시켜서 수요처(20)에 공급한다. 열교환기(50)에 액화가스를 공급하는 펌프(30)는 고압 펌프(32)일 수 있으며, 열교환기(50)는 과냉액체 상태 또는 초임계 상태의 액화가스를 고압 펌프(32)에서 배출되는 압력인 200bar 내지 400bar를 유지하면서 가열시켜서, 30도 내지 60도의 초임계 상태의 액화가스로 변환한 후 수요처(20)에 공급할 수 있다.
본 실시예에서의 열교환기(50)는, 후술할 매체 히터(63)로부터 공급되는 열 전달매체를 사용하여 액화가스를 가열할 수 있다. 이때 열 전달매체는 글리콜 워터일 수 있고, 글리콜 워터라 함은 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)과 물을 혼합한 유체로서, 매체 히터(63)에서 가열되고 열교환기(50)에서 냉각되어 매체 순환 라인(64)을 따라 순환할 수 있다.
열교환기(50)에서 액화가스와 열교환한 후 토출되는 열 전달매체의 온도는, 앞서 언급한 고압 펌프(32)의 액화가스 상변화에 따라 달라질 수 있다. 즉 고압 펌프(32)가 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킨 후 열교환기(50)에 공급하면, 열 전달매체는 과냉액체 상태인 액화가스를 30도 내지 60도까지 가열하면서 냉각될 수 있고, 또는 고압 펌프(32)가 액화가스를 초임계 상태로 상변화시킨 후 열교환기(50)에 공급하면, 열 전달매체는 과냉액체 상태보다 온도가 높은 초임계 상태의 액화가스를 수요처(20)의 요구 온도까지 가열하면서 냉각될 수 있다. 이때 과냉액체 상태의 액화가스와 열교환하는 경우의 열 전달매체는, 초임계 상태의 액화가스와 열교환하는 경우의 열 전달매체보다 낮은 온도로 냉각된 후 매체 탱크(61)로 순환될 수 있다.
열교환기(50)에서 배출되는 액화가스가 수요처(20)에서 요구하는 온도에 미치지 못하거나 지나치게 높을 경우, 본 실시예는 액화가스의 측정온도에 따라 열 전달매체의 목표온도를 산출하고, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터(63)를 우회하도록 하거나, 매체 펌프(62)에 의한 열 전달매체의 유량을 제어하거나, 또는 매체 히터(63)에 공급되는 열원의 양을 조절하여 열 전달매체의 목표온도까지 열 전달매체가 가열되도록 함으로써, 액화가스의 온도가 수요처(20)의 액화가스 요구 온도에 적합하도록 제어할 수 있다. 이러한 캐스케이드(Cascade) 제어에 대해서는 후술하도록 한다.
다만 열교환기(50)에서 액화가스와 열교환한 열 전달매체의 온도가 특정 압력에서 물이 어는 온도보다 낮을 경우, 열 전달매체에 포함되어 있는 물이 얼게 되어 열 전달매체가 물과 에틸렌글리콜로 분리될 수 있다. 그러나 본 실시예는 열교환기(50)의 내부 또는 하류에서 열 전달매체의 온도를 감지하고 이를 통해 열 전달매체 가열 흐름을 제어하여, 열 전달매체에서 물이 분리되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
매체 공급 장치(60)는, 열교환기(50)에 열 전달매체를 공급한다. 매체 공급 장치(60)는 매체 탱크(61), 매체 펌프(62), 매체 히터(63), 매체 순환 라인(64), 분기 라인(65), 열원 공급 라인(66), 유량 조절밸브(67)를 포함한다.
매체 탱크(61)는, 열 전달매체를 저장한다. 열 전달매체는 앞서 언급한 바와 같이 글리콜 워터일 수 있으며, 매체 탱크(61)는 글리콜 워터의 크래킹(Cracking; 물의 상변화로 인해 물과 에틸렌글리콜이 분리되는 현상)을 방지할 수 있는 온도로 열 전달매체를 보관할 수 있다.
매체 탱크(61)의 하류에는 매체 펌프(62)가 구비되어, 매체 펌프(62)에 의해 일정량의 열 전달매체가 매체 탱크(61)로부터 매체 히터(63)로 유입될 수 있다. 또한 매체 탱크(61)의 상류에는 열교환기(50)가 연결되어, 액화가스에 열을 공급하고 냉각된 열 전달매체가 매체 탱크(61)로 재유입될 수 있다.
매체 탱크(61)와 매체 펌프(62), 매체 히터(63) 및 열교환기(50)는, 매체 순환 라인(64)에 의해 연결될 수 있다. 즉 열 전달매체는 매체 순환 라인(64)을 따라 유동하면서, 매체 탱크(61), 매체 펌프(62), 매체 히터(63), 열교환기(50) 순으로 이동하여 가열 또는 냉각될 수 있다.
매체 펌프(62)는, 매체 탱크(61)에 저장된 열 전달매체를 매체 히터(63)에 공급한다. 매체 펌프(62)는 매체 탱크(61)의 하류에 구비될 수 있고, 복수 개로 구비되어 어느 하나의 매체 펌프(62)가 파손될 경우 다른 하나의 매체 펌프(62)를 통해 열 전달매체가 원활히 공급되도록 할 수 있다.
매체 펌프(62)는, 후술할 컨트롤러(90)에 의해 구동이 제어되어 매체 히터(63)로 공급되는 열 전달매체의 유량을 제어할 수 있다. 즉 매체 펌프(62)의 구동 속도(RPM), 압력 등이 컨트롤러(90)에 의하여 가변될 수 있으며, 이는 결국 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량이 달라짐을 의미한다.
본 실시예는, 액화가스가 열교환기(50)에서 가열될 때, 가열된 액화가스가 수요처(20)의 액화가스 요구 온도에 적합한 한도 내에서, 매체 펌프(62)의 가동을 최소화하여 순환하는 열 전달매체의 유량을 감소시킬 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 매체 펌프(62) 등의 효율을 향상시킬 수 있고, 소비 에너지를 절감할 수 있다.
매체 히터(63)는, 매체 탱크(61)로부터 배출되는 열 전달매체를 가열한 뒤 열교환기(50)에 공급한다. 매체 히터(63)는 열 전달매체를 일정한 온도로 가열함으로써, 열 전달매체가 열교환기(50)에서 충분한 열을 액화가스에 공급하도록 할 수 있다.
매체 히터(63)는 전기에너지를 사용하여 열 전달매체를 가열할 수도 있으나, 본 실시예는 스팀을 사용할 수 있다. 즉 매체 히터(63)에는 열원을 공급하는 열원 공급 라인(66)이 연결되고, 열원 공급 라인(66)은 보일러(도시하지 않음)에 의해 생성되는 스팀을 매체 히터(63)에 공급하며, 스팀은 열 전달매체에 열을 공급하고 열 전달매체는 스팀을 냉각시켜서, 열 전달매체는 가열되고 스팀은 응축수로 응축될 수 있다.
이때 응축수는 응축수 탱크(도시하지 않음)를 통해 보일러로 재유입되어 스팀으로 변화한 뒤 다시 매체 히터(63)에 유입될 수 있으며, 스팀에 의해 가열된 열 전달매체는 매체 히터(63)로부터 배출되어 열교환기(50)에 유입될 수 있다.
매체 순환 라인(64)은, 매체 히터(63)로부터 열교환기(50)까지 연결되어 열 전달매체를 순환시킨다. 열 전달매체는 매체 순환 라인(64)을 따라 순환하면서 매체 히터(63)에서 가열되고 열교환기(50)에서 액화가스에 의하여 냉각될 수 있다.
또한 매체 순환 라인(64)은, 매체 탱크(61), 매체 펌프(62), 매체 히터(63), 열교환기(50)를 연결하여 열 전달매체가 순환하도록 할 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 열 전달매체를 재사용함으로써 효율을 높일 수 있다.
분기 라인(65)은, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 순환 라인(64)에서 분기되어 매체 히터(63)를 우회하도록 한다. 분기 라인(65)은 매체 순환 라인(64) 상에서 매체 히터(63)의 상류 지점에서 분기되어, 매체 히터(63)의 하류 지점에서 합류할 수 있다.
분기 라인(65)을 통해 매체 히터(63)를 우회한 열 전달매체와, 분기 라인(65)으로 유입되지 않고 매체 순환 라인(64)을 통해 매체 히터(63)에 유입된 열 전달매체는 매체 히터(63)의 하류에서 합류될 수 있으며, 이때 매체 히터(63)를 우회한 열 전달매체의 온도는 매체 히터(63)에서 가열된 열 전달매체보다 온도가 낮을 수 있다.
이 경우 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량을 조절하면, 열교환기(50)에 유입되는 열 전달매체의 온도를 효과적으로 제어할 수 있다. 즉 본 실시예는 열 전달매체 중 일부가 매체 히터(63)를 우회한 뒤 합류하도록 함으로써 열 전달매체의 온도를 가변시킬 수 있다.
분기 라인(65)에는, 우회 조절밸브(651)가 구비될 수 있다. 우회 조절밸브(651)는 후술할 컨트롤러(90)에 의해 개도가 제어되어, 분기 라인(65)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 조절할 수 있다. 우회 조절밸브(651)는 분기 라인(65) 상에 마련되는 2방향 밸브일 수 있으며, 분기 라인(65)을 따라 유동하는 열 전달매체의 구체적인 흐름에 대해서는 후술하도록 한다.
열원 공급 라인(66)은, 매체 히터(63)에 열원을 공급한다. 이때 열원은 열 전달매체를 가열하여 가열된 열 전달매체가 액화가스를 가열할 수 있도록 한 것으로서, 스팀일 수 있다. 즉 열원 공급 라인(66)은 스팀 공급 라인일 수 있다. 열원 공급 라인(66) 상에는 열원 공급밸브(661)가 마련될 수 있다.
열원 공급밸브(661)는 열원 공급 라인(66)의 개도를 조절할 수 있으며, 열원 공급밸브(661)에 의하여 열원 공급 라인(66)을 따라 유동하는 스팀의 양이 제어되고, 매체 히터(63)에서 가열되는 열 전달매체의 온도가 가변될 수 있다. 이러한 열원 공급밸브(661)는 컨트롤러(90)에 의해서 제어되어, 열 전달매체가 기화되어 열 전달매체에 포함된 물질(열 전달매체가 글리콜 워터일 경우 물을 의미한다.)이 분리되는 크래킹 현상이 방지될 수 있다.
유량 조절밸브(67)는, 매체 순환 라인(64) 상에 마련되며 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 조절한다. 유량 조절밸브(67)는 매체 펌프(62)의 하류에 마련될 수 있으며, 컨트롤러(90)에 의해 개도가 제어되어 매체 순환 라인(64)을 따라 순환하는 열 전달매체의 유량을 가변할 수 있다.
이때 유량 조절밸브(67)의 일측에는, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 측정하는 매체 유량센서(68)가 구비될 수 있다. 매체 유량센서(68)는 매체 순환 라인(64) 상에 마련되어, 매체 순환 라인(64)에서 순환하는 열 전달매체의 유량을 측정하고, 측정한 유량을 컨트롤러(90)에 전달하여, 컨트롤러(90)가 적절히 유량 조절밸브(67)의 개도를 조절하도록 할 수 있다.
액화가스 온도센서(70)는, 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며 액화가스의 온도를 측정한다. 액화가스 온도센서(70)는 액화가스 공급 라인(21) 상에서 열교환기(50)와 수요처(20) 사이에 마련되며, 열교환기(50)에서 열 전달매체에 의해 가열된 후의 액화가스 온도를 측정할 수 있다.
측정된 액화가스의 온도는 후술할 컨트롤러(90)에 의해 수요처(20)의 액화가스 요구 온도과 비교될 수 있으며, 이를 통해 컨트롤러(90)의 목표온도 산출기(91)는 열 전달매체의 목표온도를 산출할 수 있다. 이는 후술하도록 한다.
매체 상태감지센서(80)는, 매체 순환 라인(64) 상에 마련되며, 열 전달매체의 상태를 측정한다. 매체 상태감지센서(80)는, 매체 히터(63)의 하류에서 열 전달매체의 온도를 감지하는 제1 매체 상태감지센서(81)와, 열교환기(50)의 하류 또는 내부에서 열 전달매체의 온도를 감지하는 제2 매체 상태감지센서(82)를 포함할 수 있다.
제1 매체 상태감지센서(81)는, 매체 순환 라인(64) 상에서 매체 히터(63)의 하류에 마련되며, 매체 히터(63)에서 가열된 열 전달매체의 온도를 측정할 수 있다. 제1 매체 상태감지센서(81)가 감지하는 열 전달매체는, 매체 히터(63)에 의하여 가열된 이후의 열 전달매체를 의미하며, 열교환기(50)에서 액화가스에 공급할 열을 포함하고 있는 상태이다.
제1 매체 상태감지센서(81)에 의해 감지된 열 전달매체의 온도가 낮다면, 열교환기(50)에서 열 전달매체로부터 열을 공급받아 가열되는 액화가스의 온도 역시 낮을 것이며, 반면 제1 매체 상태감지센서(81)에 의해 감지된 열 전달매체의 온도가 높다면, 열교환기(50)에서 배출되는 액화가스의 온도 역시 높을 것이다.
즉 제1 매체 상태감지센서(81)에 의해 감지된 온도는, 열교환기(50)에서 수요처(20)로 공급되는 액화가스의 온도를 추정할 수 있는 값이며, 이를 통해 본 실시예는 액화가스의 온도가 수요처(20)의 요구 온도에 대응하도록 하기 위하여, 열 전달매체의 온도를 가변시킬 수 있다. 열 전달매체의 온도는 앞서 언급한 분기 라인(65)이나 매체 펌프(62), 열원 공급밸브(661) 등에 의해 조절될 수 있다.
제1 매체 상태감지센서(81)는, 매체 순환 라인(64) 상에서 분기 라인(65)을 통해 우회하는 열 전달매체가 합류하는 지점의 상류에 구비될 수 있다. 이 경우 제1 매체 상태감지센서(81)는 매체 히터(63)에서 토출된 열 전달매체의 온도를 감지하며, 감지된 온도는 열 전달매체가 기화됨에 따라 발생할 수 있는 열 전달매체의 크래킹(Cracking) 현상을 방지하는데 사용될 수 있다.
물론 제1 매체 상태감지센서(81)는, 매체 순환 라인(64) 상에서 분기 라인(65)을 통해 우회하는 열 전달매체가 합류하는 지점의 하류에 구비될 수도 있다. 이 경우 제1 매체 상태감지센서(81)와 제2 매체 상태감지센서(82)에 의해 파악되는 온도 차이는, 열교환기(50)에서 액화가스에 공급되는 열량을 의미할 수 있다.
제2 매체 상태감지센서(82)는, 매체 순환 라인(64) 상에서 열교환기(50)의 하류에 마련되거나 또는 열교환기(50)의 내부에 마련되어, 열 전달매체의 온도를 감지할 수 있다. 제2 매체 상태감지센서(82)가 감지하는 열 전달매체의 온도는, 열교환기(50)에서 액화가스에 의해 냉각된 열 전달매체의 온도를 의미한다.
제2 매체 상태감지센서(82)에 의해 감지된 온도가 지나치게 낮다면, 열 전달매체에 포함된 물질(일례로 물 등)이 응고되었을 우려가 있다. 따라서 본 실시예는 제2 매체 상태감지센서(82)에 의해 감지되는 온도를 응고방지 기준값과 비교함으로써 열 전달매체의 아이싱(Icing) 현상을 방지할 수 있다.
또한 매체 상태감지센서(80)는, 제1 매체 상태감지센서(81)와 제2 매체 상태감지센서(82)를 이용하여 열교환기(50) 전후단에서의 열 전달매체의 온도 차이를 감지할 수 있다. 이때 열 전달매체의 온도 차이는 컨트롤러(90)에 전송되며, 컨트롤러(90)는 열 전달매체의 온도 차이가 기설정값 이상이 되도록 함으로써, 액화가스가 수요처(20)의 액화가스 요구 온도까지 충분히 가열되도록 할 수 있다. 이 경우 컨트롤러(90)는 열 전달매체의 온도 차이가 기설정값 이상이 되는 한도 내에서, 열 전달매체의 유량을 감소시켜 매체 펌프(62)의 효율을 높일 수 있다.
컨트롤러(90)는, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변한다. 이하에서는 각 실시예별로 컨트롤러(90)의 제어에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 제1 실시예에서 컨트롤러(90)는, 액화가스의 측정온도를 토대로 열 전달매체의 유량 또는 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변할 수 있다. 구체적으로 컨트롤러(90)는, 액화가스 측정온도를 이용하여 열 전달매체의 목표온도를 산출하는 목표온도 산출기(91)를 포함하며, 열 전달매체의 목표온도를 토대로 열 전달매체의 유량 등을 가변할 수 있다.
즉 컨트롤러(90)는, 액화가스의 측정온도를 이용하여 열 전달매체의 유량 등을 직접 제어할 수 있으며, 또는 액화가스 측정온도로 열 전달매체의 목표온도를 산출한 뒤 열 전달매체의 목표온도를 이용하여 열 전달매체의 유량 등을 제어할 수 있다. 후자의 경우 캐스케이드(Cascade) 제어라 한다.
이때 목표온도 산출기(91)는, 수요처(20)의 액화가스 요구 온도와, 액화가스의 측정온도 간의 편차를 이용한 PID 제어를 통해 열 전달매체의 목표온도를 산출할 수 있다. PID 제어라 함은 편차의 비례항, 편차의 누적값을 의미하는 적분항, 전회 편차와의 차를 의미하는 미분항을 사용하여 열 전달매체의 온도를 출력하는 것으로서, PID 제어의 구체적 계산식은 일반적인 사항이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
목표온도 산출기(91)는, 이와 같은 PID 제어를 통해 일정 시간 간격 또는 실시간으로 액화가스의 측정온도를 이용하여 열 전달매체의 목표온도를 산출할 수 있으며, 열 전달매체의 목표온도는 컨트롤러(90)에 전송될 수 있다.
일례로 액화가스가 LNG이고, 수요처(20)는 엔진이며, 수요처(20)의 액화가스 요구 온도가 45도일 때, 현재 액화가스의 측정온도가 50도이면, 열 전달매체의 목표온도는 현재 액화가스의 측정온도와 수요처(20)의 액화가스 요구 온도의 편차인 5도를 토대로 산출될 수 있다. 일례로 열 전달매체의 목표온도가 60도로 산출될 수 있고, 열 전달매체의 온도가 목표온도에 도달하는지 여부는 앞서 언급한 매체 상태감지센서(80)(특히 제1 매체 상태감지센서(81))에 의해 확인될 수 있다.
열 전달매체의 온도가 목표온도로 근접함에 따라 액화가스의 측정온도는 가변될 수 있다. 열 전달매체의 온도가 60도로 근접하면서 하강하였을 경우, 액화가스의 측정온도는 45도 이하인 43도가 될 수도 있다. 이때 목표온도 산출기(91)는 PID 제어를 통해 열 전달매체의 온도를 재산출하여, 열 전달매체의 온도가 일례로 62도가 되도록 할 수 있다. 이와 같이 열 전달매체의 온도가 가변함에 따라 액화가스의 온도가 다시 변경되는 것을 감안하여, 목표온도 산출기(91)는 일정 시간 간격 또는 실시간으로 열 전달매체의 목표온도를 산출할 수 있고, 결국 액화가스는 수요처(20)의 액화가스 요구 온도로 수렴할 수 있다.
다만 열 전달매체의 목표온도는 기설정되는 열 전달매체의 온도범위(range) 내에 위치하도록 할 수 있다. 일례로 열 전달매체의 온도범위는 45도 내지 85도일 수 있으며, 이는 입력에 의해 설정될 수 있는 값이다.
또는 목표온도 산출기(91)는, 수요처(20)의 액화가스 요구 온도범위와 열 전달매체의 온도범위를 이용하여, 액화가스의 측정온도를 통해 열전달매체의 목표온도를 산출할 수 있다. 이때 각 온도범위는 기설정되는 값일 수 있다.
일례로 수요처(20)의 액화가스 요구 온도에 대한 온도 범위가 40도 내지 60도(20도 간격)이고, 열 전달매체의 온도범위가 45도 내지 85도(40도 간격)일 경우, 액화가스 측정온도가 43도일 때 범위 비례 환산(온도범위의 최저온도보다 3도 높으며, 열 전달매체의 온도범위에 반영 시 최저온도보다 6도 높게 적용)에 의해 열 전달매체의 온도는 51도가 대응될 수 있다. 따라서 목표온도 산출기(91)는, 온도범위를 감안한 비례적 환산을 통하여 열 전달매체의 목표온도를 산출할 수도 있다.
컨트롤러(90)는, 목표온도 산출기(91)에 의하여 산출된 열 전달매체의 목표온도를 기반으로 하여, 매체 펌프(62)의 구동을 제어하여 매체 펌프(62)로부터 매체 히터(63)로 공급되는 열 전달매체의 유량을 제어할 수 있고, 또는 분기 라인(65) 상에 마련되는 우회 조절밸브(651)를 통해 분기 라인(65)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 조절할 수 있다.
구체적으로, 목표온도가 현재 열 전달매체의 온도보다 높을 경우, 컨트롤러(90)는 매체 펌프(62)의 RPM 등을 높여서 매체 히터(63)에 많은 유량이 공급되도록 하거나, 분기 라인(65)으로 우회하는 열 전달매체의 유량을 감소시켜서, 열교환기(50)에서 열 전달매체가 액화가스에 공급할 수 있는 열량을 상승시킬 수 있다. 물론 목표온도가 현재 열 전달매체의 온도보다 낮다면, 앞서 언급한 것과 반대되는 제어가 이루어질 수 있다.
이때 매체 펌프(62)를 제어하는 경우에는, 목표온도 산출기(91)에 의해 산출된 목표온도 및 매체 유량센서(67)에 의해 감지된 열 전달매체의 유량, 액화가스의 유량(별도의 액화가스 유량센서(도시하지 않음)에 의해 감지될 수 있음)이 함께 고려되어 열 전달매체의 목표열량이 산출되고, 목표열량에 따라 매체 펌프(62)가 제어될 수도 있다. 이는 매체 히터(63)에서 열원에 의해 가열된 열 전달매체의 온도가 유량과 무관하게 일정할 경우를 대비하기 위함이다.
즉 열 전달매체는 매체 히터(63)에 의해 목표온도에 도달하여 열교환기(50)에 유입되더라도, 액화가스는 수요처(20)의 액화가스 요구 온도에 도달하지 못할 수 있다. 이는 열 전달매체의 유량이 부족하기 때문이다.
따라서 목표온도 산출기(91)는 액화가스의 유량, 열 전달매체의 유량을 감안하여 열 전달매체의 목표열량을 산출할 수 있고, 매체 펌프(62)는 열 전달매체의 목표열량을 토대로 구동이 제어될 수 있다.
뿐만 아니라 컨트롤러(90)는, 열원 공급 라인(66)에 구비되는 열원 공급밸브(661)의 개도 조절을 통해서 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열원의 양을 제어하여, 열 전달매체의 가열 온도를 가변시킬 수 있다. 즉 컨트롤러(90)는, 목표온도가 현재 열 전달매체의 온도보다 높으면 열원의 공급량이 늘어나도록 하고, 반대의 경우 열원의 공급량이 줄어들도록 열원 공급밸브(661)의 개도를 조절할 수 있다.
또한 컨트롤러(90)는, 매체 펌프(62)로부터 매체 히터(63)로 유동하는 열 전달매체의 적어도 일부를 매체 탱크(61) 또는 매체 펌프(62)로 되돌려서 매체 히터(63)의 유입량을 가변할 수 있다. 본 실시예의 컨트롤러(90)는 상기 내용으로 한정되지 않으며, 매체 히터(63)에 공급되는 열 전달매체의 유량을 가변할 수 있다면 어떠한 제어도 가능하다.
이와 같이 본 실시예는, 액화가스의 측정온도를 이용하여 열 전달매체의 목표온도를 산출하고, 산출된 열 전달매체의 목표온도를 이용하여 열 전달매체의 흐름을 제어함으로써, 효율적으로 액화가스가 수요처(20)의 액화가스 요구 온도로 가열되도록 할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서 컨트롤러(90)는, 열 전달매체가 응고(열 전달매체에 포함된 물질의 응고일 수 있음)되는 것을 방지하기 위한 응고방지 기준값을 설정하고, 매체 상태감지센서(80)에 의한 열 전달매체의 상태값과 응고방지 기준값을 토대로, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변한다.
열 전달매체는 앞서 언급한 바와 같이 글리콜 워터일 수 있고, 물이 포함되어 있을 수 있다. 열 전달매체가 열교환기(50)에서 액화가스에 의해 냉각되는 과정에서, 일정 온도 이하로 과냉되면 열 전달매체에 포함된 물이 얼게 됨에 따라 열 전달매체의 사용이 불가할 수 있다.
따라서 컨트롤러(90)는 열 전달매체에 포함된 물이 어는 것을 방지하기 위한 응고방지 기준값을 미리 설정해둘 수 있다. 응고방지 기준값은 일례로 30도일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 열 전달매체 또는 액화가스의 압력이나 유량 등에 따라 가변될 수 있다.
컨트롤러(90)는, 열 전달매체의 상태값이 응고방지 기준값 이상이 되도록 열 전달매체의 유량 등을 가변할 수 있다. 이때 열 전달매체의 상태값이라 함은 제2 매체 상태감지센서(82)에 의한 상태값, 즉 열교환기(50)에서 냉각된 열 전달매체의 온도를 의미한다.
컨트롤러(90)는 열교환기(50)에서 냉각되는 열 전달매체의 온도가, 응고방지 기준값 이상의 온도가 되도록 함으로써, 열 전달매체에 포함된 물이 어는 아이싱 현상을 미연에 방지할 수 있다.
이를 위해 컨트롤러(90)는 분기 라인(65)에 구비되는 우회 조절밸브(651)를 제어하거나, 매체 펌프(62)의 구동을 제어하거나, 또는 열원 공급밸브(661)를 제어함으로써, 열 전달매체가 매체 히터(63)에 공급되는 유량 또는 열 전달매체에 공급되는 열량을 가변시켜서 열 전달매체의 상태값이 응고방지 기준값 이상을 유지하도록 할 수 있다.
구체적으로, 컨트롤러(90)는 열 전달매체의 온도가 응고방지 기준값보다 낮을 경우, 우회 조절밸브(651)의 개도를 낮추거나(매체 히터(63)를 우회한 열 전달매체와 매체 히터(63)에서 가열된 열 전달매체가 합류하였을 때 충분한 온도를 갖도록 하여 아이싱 현상 방지), 매체 펌프(62)의 RPM을 높이거나(매체 히터(63)에서 충분한 열원이 공급되는 것을 가정할 때 열 전달매체가 공급받을 수 있는 총 열량을 높여 아이싱 현상 방지), 열원 공급밸브(661)의 개도를 높여서 열 전달매체의 온도 또는 열량을 상승시킬 수 있다.
따라서 본 실시예는 열교환기(50)에서 열 전달매체가 액화가스에 의해 냉각되더라도, 아이싱 현상이 발생하지 않도록 열 전달매체의 온도 또는 열량을 충분히 높여줌으로써, 열 전달매체의 원활한 순활이 가능하다.
다만 열교환기(50)에 유입된 열 전달매체가 예상치 못한 요인에 의해 열교환기(50)로부터 매체 순환 라인(64)을 따라 배출되지 못할 경우, 열교환기(50)에 지속적으로 유입된 액화가스에 의해 열 전달매체가 냉각되어 아이싱 현상이 발생될 수 있다.
따라서 본 실시예는, 열 전달매체의 순환이 원활하지 않을 시 열교환기(50)에 유입된 열 전달매체에 아이싱 현상이 발생하고, 아이싱 현상이 발생된 열 전달매체로 인해 열교환기(50)가 파손되거나, 시스템이 정지되는 것을 방지하기 위하여, 매체 방출 라인(93)을 더 포함할 수 있다.
매체 방출 라인(93)은, 열교환기(50)에 연결되어 열교환기(50)에 유입된 열 전달매체를 외부로 배출시킨다. 앞서 언급한 컨트롤러(90)의 제어에 의하여 정상적인 매체 순환이 이루어질 경우에는, 열교환기(50)에서 열 전달매체의 아이싱 현상이 발생되지 않는다. 그러나 매체 순환에 문제가 발생하여 열교환기(50)에서 열 전달매체가 빠져나가지 못하고 잔류해 있을 경우, 지속적으로 열교환기(50)에 공급되는 액화가스의 냉열에 의하여 열 전달매체에 아이싱 현상이 발생할 수 있다.
따라서 본 실시예는 열교환기(50)의 일측에 매체 방출 라인(93)을 구비하고, 매체 순환에 문제가 발생한 것이 감지되면 열교환기(50)에 잔류해 있는 열 전달매체를 외부로 방출시킬 수 있다.
이때 매체 방출 라인(93) 상에는 매체 방출밸브(94)가 마련될 수 있다. 매체 방출밸브(94)는 매체 방출 라인(93) 상에 마련되며 매체 상태감지센서(80)(특히 제2 매체 상태감지센서(82))에 의한 열 전달매체의 상태값과 응고방지 기준값을 토대로, 개도가 조절될 수 있다.
제2 매체 상태감지센서(82)가 열교환기(50)의 하류 또는 내부에 구비되므로, 매체 방출밸브(94)는 열교환기(50)에서 냉각된 열 전달매체의 온도와, 응고방지 기준값을 비교하고, 열 전달매체의 온도가 응고방지 기준값보다 낮다면 개도가 증가되어 열 전달매체를 매체 방출 라인(93)으로 배출시킬 수 있다.
물론 매체 방출밸브(94)는 열 전달매체의 온도가 아이싱 현상에 의한 시스템 정지 위험이 우려될 정도로 낮은 경우 개도가 제어될 수 있으며, 이는 매체 방출밸브(94)에 의해 매체 방출 라인(93)을 따라 열 전달매체가 방출되면, 액화가스의 가열에 지장이 있을 수 있기 때문이다.
매체 방출 라인(93)은, 열교환기(50)에서 배출된 열 전달매체를 별도의 매체 처리 설비(도시하지 않음)로 보낼 수 있으며, 이 경우 별도의 매체 처리 설비는 열교환기(50)로부터 방출된 열 전달매체를 버리거나, 또는 가열하여 매체 순환 라인(64)에 재유입시킬 수 있다.
또는 매체 방출 라인(93)은, 일단이 열교환기(50)에 연결되고 타단이 매체 탱크(61)에 연결되어, 열교환기(50)에 유입된 열 전달매체를 매체 탱크(61)로 회수할 수 있다. 이를 통해 열 전달매체는 매체 탱크(61), 매체 펌프(62), 매체 히터(63)를 따라 재순환되어 사용될 수 있다.
또는 매체 방출 라인(93)은, 일단이 열교환기(50)에 연결되고 타단이 매체 펌프(62)의 내부 또는 매체 펌프(62)의 상류에 연결되어, 열교환기(50)에 유입된 열 전달매체를 매체 펌프(62)로 공급할 수 있다. 이 역시 앞서 언급한 바와 마찬가지로 열 전달매체의 재사용이 가능하다.
다만 매체 방출 라인(93)을 따라 배출되는 열 전달매체는 아이싱 현상의 위험이 높을 정도로 저온일 수 있으므로, 매체 방출 라인(93)에는 보조히터(도시하지 않음)를 구비하여, 열 전달매체를 가열한 뒤 매체 탱크(61) 또는 매체 펌프(62)로 공급함으로써, 열 전달매체가 원활하게 사용되도록 할 수 있다.
매체 방출 라인(93)에는 매체 임시저장탱크(95)가 구비될 수 있다. 매체 임시저장탱크(95)는 열교환기(50)에서 방출된 저온의 열 전달매체를 임시로 저장하고 외부 열원(대기 등)을 통해 가열한 뒤, 매체 탱크(61) 또는 매체 펌프(62)에 공급할 수 있다.
매체 방출 라인(93)은, 열교환기(50)에서 배출된 열 전달매체가 매체 임시저장탱크(95)를 경유하여 매체 탱크(61) 또는 매체 펌프(62)로 공급되도록 하거나, 또는 열교환기(50)에서 배출된 열 전달매체가 매체 임시저장탱크(95)를 우회하여 매체 탱크(61) 또는 매체 펌프(62)로 공급되도록 할 수 있다.
이를 위해 매체 방출 라인(93)은 매체 임시저장탱크(95)의 상류에서 분기되어 매체 임시저장탱크(95) 또는 매체 탱크(61)나 매체 펌프(62)로 연결되며, 매체 임시저장탱크(95)의 경유 또는 우회는 매체 방출 라인(93)에 마련되는 임시저장밸브(도시하지 않음)에 의해 제어될 수 있다. 이때 임시저장밸브는 매체 임시저장탱크(95)의 상류에서 매체 방출 라인(93)의 분기점에 구비될 수 있다.
매체 방출 라인(93)을 따라 열 전달매체가 배출되면, 매체 탱크(61)의 수위는 낮아진 상태로 유지될 수 있다. 따라서 매체 펌프(62)에는 매체 임시저장탱크(95)에 저장된 열 전달매체가 우선적으로 공급될 수 있다.
또는 매체 탱크(61)와 매체 임시저장탱크(95)에 저장된 열 전달매체는, 동시에 매체 펌프(62)로 유입되거나, 또는 개별적으로 매체 펌프(62)에 유입될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 열교환기(50)에서 냉각되는 열 전달매체에 아이싱 현상이 발생하지 않도록 열 전달매체의 매체 히터(63) 유입량 또는 매체 히터(63)에서 열 전달매체에 공급되는 열량을 가변할 수 있고, 매체 순환에 이상이 발생되면 열교환기(50) 내부에 잔류한 열 전달매체를 매체 방출 라인(93)으로 배출함으로써, 아이싱 현상에 의한 열교환기(50)의 파손 또는 시스템 정지 등의 문제가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에서 컨트롤러(90)는, 열 전달매체가 기화(열 전달매체에 포함된 물질의 기화일 수 있음)되는 것을 방지하기 위한 기화방지 기준값을 설정하고, 매체 상태감지센서(80)에 의한 열 전달매체의 상태값과 기화방지 기준값을 토대로, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변한다.
열 전달매체는 제2 실시예에서 언급한 바와 같이 글리콜 워터일 수 있고, 물이 포함되어 있을 수 있다. 따라서 열 전달매체가 매체 히터(63)에서 과열되면, 열 전달매체에 포함된 물이 증발하여 빠져나감으로써 열 전달매체의 사용이 불가하게 될 수 있다.
따라서 컨트롤러(90)는, 열 전달매체의 상태값인 온도가, 기화방지 기준값으로 설정되는 온도 이하가 되도록 할 수 있다. 이때 기화방지 기준값은 열 전달매체에 포함된 물이 기화되는 것을 방지하기 위한 온도로서 95도 일 수 있으나 이 수치는 가변 가능하다.
이때 매체 상태감지센서(80)는 제1 매체 상태감지센서(81)를 의미하며, 열 전달매체의 상태값은 매체 히터(63)에서 가열된 열 전달매체의 온도를 의미한다. 매체 히터(63)에서 열 전달매체에 공급되는 열원에 따라 열 전달매체의 온도가 달라질 수 있는데, 열 전달매체의 유량이 감소함에 따라 매체 히터(63)에 공급된 열원에 의해 열 전달매체가 단위유량별로 상대적으로 많은 열량을 공급받을 경우에는, 열 전달매체의 온도가 상승하여 물이 분리되는 크래킹(Cracking) 현상이 발생될 수 있다.
이를 방지하기 위해서, 컨트롤러(90)는 매체 히터(63)에서 배출되는 열 전달매체의 온도가, 기화방지 기준값으로 설정된 온도보다 낮은 온도가 되도록, 우회 조절밸브(651)를 제어하거나, 매체 펌프(62)의 구동을 제어하거나, 열원 공급밸브(661)의 개도를 제어할 수 있다.
구체적으로 열 전달매체의 온도가 기화방지 기준값 이상일 경우, 컨트롤러(90)는 우회 조절밸브(651)의 개도를 높이거나(매체 히터(63)를 우회한 열 전달매체와 매체 히터(63)를 통과한 열 전달매체의 합류 흐름에서 크래킹 현상을 방지), 매체 펌프(62)의 RPM을 높이거나(매체 히터(63)에서 공급되는 열량이 일정할 경우 매체 히터(63)의 공급 열량에 의하여 열 전달매체가 단위유량별로 상대적으로 적은 열량을 공급받도록 하여 크래킹 현상 방지), 열원 공급밸브(661)의 개도를 낮춰줌으로써 매체 히터(63)로부터 배출되어 열교환기(50)로 이동하는 열 전달매체의 온도를 하강시켜서 크래킹 현상의 발생을 방지할 수 있다.
또한 본 실시예는, 상분리기(92)를 더 포함할 수 있다. 상분리기(92)는 매체 순환 라인(64) 상에서 매체 히터(63)의 하류에 마련되어 열 전달매체가 기화(또는 열 전달매체에 포함된 물질이 기화)된 것을 감지하고, 기화된 열 전달매체(또는 열 전달매체에 포함된 물질)를 외부로 방출하고 나머지를 매체 순환 라인(64)을 통해 열교환기(50)로 유입시킨다.
상분리기(92)는 기액분리기일 수 있으며, 크래킹 현상이 일어난 열 전달매체에 대해, 증발한 기체를 분리하고 액체 상태의 열 전달매체를 열교환기(50)로 공급할 수 있다. 상분리기(92)는 매체 히터(63)의 하류에서 분기 라인(65)이 매체 순환 라인(64)에 연결되는 지점의 하류에 구비될 수 있다.
즉 앞서 설명한 컨트롤러(90)의 제어는 크래킹의 방지를 위한 것이며, 상분리기(92)는 크래킹이 일어났을 경우를 대비하기 위한 것이다. 이때 상분리기(92)에서 배출된 물질은 증기일 수 있으므로 별도의 정화 없이 대기중으로 배출될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 컨트롤러(90)가 매체 히터(63)에서 가열된 열 전달매체의 온도를 기화방지 기준값보다 낮게 유지함으로써 열 전달매체의 크래킹을 방지할 수 있고, 크래킹이 일어나더라도 상분리기(92)를 통해 기체 상태의 물질을 제거하여 원활한 액화가스 가열을 구현할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에서 컨트롤러(90)는, 액화가스의 측정온도가 수요처(20)의 요구 온도 이상이 되도록 하되, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 감소(최소화)시킨다. 액화가스의 측정온도는 액화가스 온도센서(70)에 의해 측정되는 값으로서 열교환기(50)에서 가열된 액화가스의 온도를 의미한다.
컨트롤러(90)는, 액화가스가 수요처(20)의 요구 온도를 만족시키도록 하는 범주 내에서, 열 전달매체의 순환 유량을 감소시켜서, 매체 펌프(62)의 효율을 향상시킬 수 있다.
매체 순환 라인(64)을 따라 순환하는 열 전달매체의 유량이 많을수록 매체 순환 라인(64)에 구비되는 매체 펌프(62) 등의 효율이 저하될 수 있다. 따라서 컨트롤러(90)는, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 이전 대비 감소시킬 수 있으며, 다만 열 전달매체의 유량 감소로 인해 액화가스의 가열 온도가 필요 이상으로 저하되는 것을 방지하기 위해, 액화가스 측정온도는 수요처(20)의 요구 온도를 만족시키도록 할 수 있다.
컨트롤러(90)는, 매체 펌프(62)의 구동을 제어하여 매체 펌프(62)로부터 매체 히터(63)로 공급되는 열 전달매체의 유량을 제어할 수 있으며, 구체적으로는 매체 펌프(62)의 RPM을 조절할 수 있다. 또한 컨트롤러(90)는, 매체 순환 라인(64) 상에서 매체 펌프(62)의 하류에 마련되는 유량 조절밸브(67)의 개도를 조절하여 열 전달매체의 유량을 제어할 수 있다.
이와 같은 컨트롤러(90)는, 액화가스 측정온도를 기반으로 열 전달매체의 유량을 감소시킬 수 있고, 또는 매체 상태감지센서(80)에 의해 감지된 열교환기(50) 전후단에서의 열 전달매체의 온도 차이가 기설정값 이상이 되도록 하면서 열 전달매체의 유량을 줄일 수 있다.
열교환기(50) 전후단에서의 열 전달매체의 온도 차이는, 제1 매체 상태감지센서(81)에 의한 측정온도와 제2 매체 상태감지센서(82)에 의한 측정온도 간의 온도 차이를 의미하며, 액화가스에 공급하는 열량을 의미할 수 있다. 즉 열교환기(50) 전후단에서의 온도 차이가 클 경우 액화가스는 많은 양의 열을 공급받았음을 의미한다. 따라서 컨트롤러(90)는, 열 전달매체의 온도 차이가 액화가스를 수요처(20)의 액화가스 요구 온도까지 충분히 가열시킬 수 있는 기설정값 이상이 되도록 하는 동시에, 열 전달매체의 유량을 감소시킬 수 있다.
이때 열교환기(50) 전후단에서의 열 전달매체의 온도 차이와 대비하기 위한 기설정값은 액화가스의 유량에 따라 달라질 수 있으므로, 컨트롤러(90)는 열 전달매체의 온도 차이 외에도 열 전달매체의 유량을 함께 고려할 수 있다. 열 전달매체의 유량은 앞서 언급한 매체 유량센서(68)에 의해 파악될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 열 전달매체의 유량, 열교환기(50) 전후단에서의 온도 차이 등을 고려하여 액화가스가 수요처(20)의 액화가스 요구 온도로 가열되도록 하되, 매체 히터(63)로 유입되는 열 전달매체의 유량을 감소시켜 매체 펌프(62)의 효율을 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법에 대해 도 3 내지 도 10을 참고하여 자세히 설명하도록 한다. 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 앞서 설명한 제1 내지 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)에 의해 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 수요처(20)로 공급되는 액화가스의 온도를 측정하는 단계(S110), 액화가스의 측정온도를 토대로 열 전달매체의 목표온도를 산출하는 단계(S120), 열 전달매체의 목표온도에 따라 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계(S130)를 포함한다.
단계 S110에서는, 수요처(20)로 공급되는 액화가스의 온도를 측정한다. 액화가스의 온도는 액화가스 온도센서(70)에 의해 측정될 수 있으며, 이때 측정된 액화가스의 온도는 열교환기(50)와 수요처(20) 사이의 액화가스의 온도로서, 열교환기(50)에서 가열된 액화가스의 온도일 수 있다.
단계 S110에서 측정된 액화가스의 온도가 수요처(20)의 액화가스 요구 온도에 적합하지 않을 경우, 컨트롤러(90)는 매체 히터(63)에 공급될 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)에서 열 전달매체에 공급되는 유량을 제어할 수 있다.
단계 S120에서는, 액화가스의 측정온도를 토대로 열 전달매체의 목표온도를 산출한다. 열 전달매체의 목표온도는, 액화가스의 측정온도와 수요처(20)의 액화가스 요구 온도 간의 편차를 통해 PID 제어로 산출될 수 있다. 또는 수요처(20)의 액화가스 요구 온도의 온도범위와 열 전달매체의 온도범위를 이용하여 비례적 환산을 통해 열 전달매체의 목표온도가 산출될 수 있다. 이러한 목표온도 산출에 대해서는 앞서 목표온도 산출기(91)에서 설명한 바 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
이와 같이 본 실시예는 액화가스 측정온도로 열 전달매체의 목표온도를 산출한 뒤 목표온도를 기반으로 열 전달매체의 흐름을 제어하는 캐스케이드(Cascade) 제어를 구현할 수 있다. 물론 본 실시예는 단계 S120을 생략하고 액화가스 측정온도를 통해 직접 열 전달매체의 유량 등을 제어할 수도 있다.
단계 S130에서는, 열 전달매체의 목표온도에 따라 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변한다. 단계 S130에서 본 실시예는 액화가스 측정온도를 통해 열 전달매체의 목표온도를 도출하고, 열 전달매체의 목표온도로 액화가스의 흐름을 제어하는 캐스케이드 제어를 구현할 수 있고, 또는 열 전달매체의 목표온도를 사용하는 것 대신, 액화가스의 측정온도에 따라 열 전달매체의 흐름을 가변하는 직접 제어를 구현할 수도 있다. 단계 S130에서 열 전달매체의 흐름이 제어되는 구체적인 내용은 이하 도 4를 통해 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S130의 세부 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S130은, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터(63)를 우회하도록 하되, 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어하는 단계(S131), 매체 히터(63)에 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프(62)의 구동을 제어하는 단계(S132), 매체 히터(63)에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어하는 단계(S133)를 포함할 수 있다.
단계 S131에서는, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터(63)를 우회하도록 하되, 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어한다. 이를 위해 본 실시예는 앞서 설명한 분기 라인(65)을 사용할 수 있다.
열 전달매체는 매체 펌프(62)를 거쳐 매체 히터(63)로 유입되는데, 일부의 열 전달매체는 분기 라인(65) 상에 마련되는 우회 조절밸브(651)에 의해 분기 라인(65)을 거쳐 매체 히터(63)의 하류로 흐르며, 나머지 열 전달매체는 매체 히터(63)에 유입되어 매체 히터(63)에서 스팀 등에 의해 가열될 수 있다.
이때 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량이 많을수록 매체 히터(63)의 하류, 즉 열교환기(50)의 상류에서 열 전달매체의 온도가 낮아질 수 있고, 반대로 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량이 적을수록 열교환기(50)에 유입되는 열 전달매체의 온도는 높아질 수 있다.
즉 단계 S131에서 컨트롤러(90)는, 액화가스의 측정온도가 수요처(20)의 액화가스 요구 온도보다 낮으면, 수요처(20)의 액화가스 요구 온도를 만족시키기 위해 산출된 열 전달매체의 목표온도에 따라, 매체 히터(63)를 우회하는 유량을 감소시킬 수 있으며, 반대로 액화가스 측정온도가 수요처(20)의 액화가스 요구 온도보다 높으면, 목표온도 산출기(91)에 의해 산출된 열 전달매체의 목표온도를 통해 매체 히터(63)를 우회하는 유량을 증가시켜서 열교환기(50)에 유입되는 열 전달매체의 온도를 낮출 수 있다.
단계 S132에서는, 매체 히터(63)에 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프(62)의 구동을 제어한다. 단계 S131에서는 열 전달매체의 일부가 매체 히터(63)를 우회하도록 한 반면, 단계 S132에서는 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 흐름을 변화시킬 수 있다.
즉 본 실시예는 매체 펌프(62)의 속도나 압력 등을 제어하여, 매체 펌프(62)로부터 매체 히터(63)에 공급되는 유량을 가변시킬 수 있고, 이를 통해 단계 S131과 마찬가지로 열 전달매체가 매체 히터(63)에 의해 목표온도로 가열된 후 열교환기(50)에 유입되도록 할 수 있다.
단계 S133에서는, 매체 히터(63)에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어한다. 단계 S131과 S132의 경우 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 제어하는 반면, 단계 S133의 경우 매체 히터(63)의 열원 공급량을 제어할 수 있다. 이때 열원은 스팀일 수 있고, 열원의 양은 매체 히터(63)에 연결된 열원 공급 라인(66)의 개도 조절에 의해 이루어질 수 있다. 열원 공급 라인(66)의 개도는 열원 공급 라인(66) 상에 마련된 열원 공급밸브(661)에 의해 구현될 수 있다.
열원의 양이 가변되면 매체 히터(63)에서 가열되어 토출된 열 전달매체의 열량이 달라질 수 있으며, 이를 통해 본 실시예는 열 전달매체가 목표온도까지 가열됨에 따라, 열교환기(50)에서 액화가스를 수요처(20) 요구 온도까지 충분히 가열하도록 할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 액화가스의 측정온도를 통해 열 전달매체의 목표온도를 산출하고, 열 전달매체의 목표온도를 통해 매체 히터(63)에 공급되는 유량 또는 매체 히터(63)에서 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 조절하는 캐스케이드 제어를 구현함으로써, 액화가스의 온도가 수요처(20)의 액화가스 요구 온도에 적합하도록 용이하게 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 열 전달매체가 응고되는 것을 방지하기 위한 응고방지 기준값을 설정하는 단계(S210), 매체 히터(63)와 열교환기(50)를 순환하는 열 전달매체의 상태를 감지하는 단계(S220), 열 전달매체의 상태값과 응고방지 기준값을 토대로, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계(S230)를 포함한다.
단계 S210에서는, 열 전달매체가 응고(열 전달매체에 포함된 물질의 응고일 수 있음)되는 것을 방지하기 위한 응고방지 기준값을 설정한다. 열 전달매체는 글리콜 워터일 수 있고, 물과 에틸렌 글리콜로 구성될 수 있다. 이때 물은 열 전달매체가 극저온 상태로 냉각되면 얼게 되어 열 전달매체의 이용을 방해할 수 있다. 따라서 단계 S210에서는 열 전달매체에 포함된 물이 어는 것을 방지하기 위한 온도, 응고방지 기준값을 설정할 수 있으며, 응고방지 기준값은 일례로 30도일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
단계 S220에서는, 매체 히터(63)와 열교환기(50)를 순환하는 열 전달매체의 상태를 감지한다. 열 전달매체의 상태는 열 전달매체의 온도를 의미할 수 있으며, 열 전달매체의 온도는 열교환기(50)의 하류 또는 내부에서 감지될 수 있다.
즉 열 전달매체의 상태는 열교환기(50)에서 액화가스에 의해 냉각된 열 전달매체의 온도를 의미하며, 열 전달매체가 과냉되었다고 판단되면, 단계 S230에서 열 전달매체의 온도를 높여줄 수 있다.
단계 S230에서는, 열 전달매체의 상태값과 응고방지 기준값을 토대로, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변한다. 단계 S230은 열 전달매체의 상태값이 응고방지 기준값 이상이 되도록 할 수 있으며, 단계 S230에 대해서는 이하 도 6을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S230의 세부 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S230은, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터(63)를 우회하도록 하되, 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어하는 단계(S231), 매체 히터(63)에 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프(62)의 구동을 제어하는 단계(S232), 매체 히터(63)에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어하는 단계(S233)를 포함할 수 있다.
단계 S231에서는, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터(63)를 우회하도록 하되, 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어한다. 매체 히터(63)의 우회 유량을 조절하는 것은 앞서 단계 S131에서 설명한 바와 동일하다. 다만 본 실시예는 열 전달매체가 열교환기(50)에서 냉각될 때 냉각된 열 전달매체의 온도를 응고방지 기준값과 대비시켜서 우회 조절밸브(651)의 개도를 변경하는 것이 상이하다.
즉 열교환기(50)에서 토출된 열 전달매체의 온도가 응고방지 기준값보다 낮으면, 컨트롤러(90)는 우회 조절밸브(651)의 개도를 낮춤으로써, 대부분의 열 전달매체가 매체 히터(63)로 유입되도록 하여, 열교환기(50)에서 열 전달매체가 냉각되더라도 아이싱 현상이 발생되지 않도록 할 수 있다.
단계 S232에서는, 매체 히터(63)에 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프(62)의 구동을 제어한다. 매체 펌프(62)의 구동 제어는 단계 S132에서 설명한 바와 동일하며, 본 실시예는 열 전달매체의 아이싱을 방지하기 위해 매체 펌프(62)의 RPM 등을 조절할 수 있다. 즉 열교환기(50)의 하류에서 열 전달매체의 온도가 응고방지 기준값 이하로 감지되면, 매체 펌프(62)의 RPM을 증가시켜 열교환기(50)에 공급되는 열 전달매체의 총 열량을 증가시킬 수 있다. 이를 통해 열 전달매체가 액화가스에 열을 빼앗기더라도 아이싱 현상이 발생되지 않도록 할 수 있다.
단계 S233에서는, 매체 히터(63)에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어한다. 매체 히터(63)에 공급되는 열원의 양은 앞서 단계 S133에서 설명한 바와 같이 열원 공급밸브(661)의 개도 조절에 의해 이루어질 수 있다.
열 전달매체의 온도가 응고방지 기준값 이하로 감지되면 열원 공급밸브(661)의 개도가 확장되어, 열 전달매체가 매체 히터(63)에서 상대적으로 많은 양의 열원(스팀 등)을 공급받아 열교환기(50)에 유입되도록 하여, 액화가스와 열교환 시 냉각되더라도 열 전달매체에 포함된 물이 얼지 않도록 할 수 있다.
또한 본 실시예는, 열 전달매체의 상태값과 응고방지 기준값을 토대로, 열교환기(50)에 유입된 열 전달매체를 외부로 방출하는 단계(S240)를 더 포함할 수 있다.
단계 S240에서는, 열 전달매체가 열교환기(50)에서 아이싱되는 경우를 대비하기 위함이다. 일례로 매체 순환에 문제가 발생하게 되면, 열 전달매체가 충분한 열량을 내포하고 열교환기(50)에 유입되더라도, 지속적으로 액화가스에 의해 냉각됨에 따라 과냉될 수 있고, 열교환기(50)의 성능을 저하시키거나, 심할 경우 시스템을 정지시킬 수 있다.
따라서 단계 S240에서는, 열 전달매체의 상태값인 열교환기(50) 내부 또는 하류에서의 온도가 응고방지 기준값보다 낮으면, 아이싱 현상의 위험이 증가한 것으로 추정하고 열교환기(50)에 잔류하고 있는 열 전달매체를 외부로 방출할 수 있다.
이때 방출된 열 전달매체는 매체 방출 라인(93)을 따라 매체 탱크(61) 또는 매체 펌프(62)로 복귀될 수 있고, 매체 임시저장탱크(95)에 저장되었다가 처리될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 매체 히터(63)에서 가열되어 열교환기(50)로 유입된 열 전달매체가, 액화가스에 의해 과냉되어 열 전달매체에 포함된 물이 어는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 매체 순환에 문제가 발생하여 열교환기(50)에 잔류한 열 전달매체에서 아이싱 현상의 위험이 증가할 경우, 매체 방출 라인(93)을 통해 열 전달매체가 외부로 방출되도록 함으로써, 열 전달매체의 아이싱 현상 방지 및 열교환기(50)의 파손 방지를 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 열 전달매체가 기화되는 것을 방지하기 위한 기화방지 기준값을 설정하는 단계(S310), 매체 히터(63)와 열교환기(50)를 순환하는 열 전달매체의 상태를 감지하는 단계(S320), 열 전달매체의 상태값과 기화방지 기준값을 토대로, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계(S330)를 포함한다.
단계 S310에서는, 열 전달매체가 기화(열 전달매체에 포함된 물질의 기화일 수 있음)되는 것을 방지하기 위한 기화방지 기준값을 설정한다. 열 전달매체는 앞서 제2 실시예와 마찬가지로 글리콜 워터일 수 있고, 글리콜 워터일 경우 물이 포함됨에 따라, 열 전달매체가 과열되면 물이 증발될 수 있다.
따라서 본 실시예는 매체 히터(63)에서 열 전달매체가 과열되는 것을 방지하기 위해, 기화방지 기준값을 설정할 수 있고, 기화방지 기준값은 열 전달매체에 포함된 물이 기화되는 것을 방지하기 위한 온도일 수 있고, 일례로 95도 일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
단계 S320에서는, 매체 히터(63)와 열교환기(50)를 순환하는 열 전달매체의 상태를 감지한다. 열 전달매체의 상태는 매체 히터(63)의 하류에서 열교환기(50)로 흐르는 열 전달매체의 온도일 수 있으며, 이때 열 전달매체의 온도는 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체가 합류하기 전의 온도이거나, 합류 후의 온도일 수 있다.
단계 S330에서는, 열 전달매체의 상태값과 기화방지 기준값을 토대로, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변한다. 단계 S330에서는 열 전달매체의 상태값이 기화방지 기준값보다 낮도록 할 수 있으며, 구체적인 내용은 이하 도 8을 참조하여 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S330의 세부 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S330은, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터(63)를 우회하도록 하되, 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어하는 단계(S331), 매체 히터(63)에 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프(62)의 구동을 제어하는 단계(S332), 매체 히터(63)에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어하는 단계(S333)를 포함할 수 있다.
단계 S331에서는, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터(63)를 우회하도록 하되, 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어한다. 단계 S331에서 매체 히터(63)의 우회 유량 조절 내용은 앞서 단계 S131 및 단계 S231에서 설명한 바와 유사하며, 다만 본 실시예는 매체 히터(63)의 하류에서 열 전달매체가 과열되는 것을 방지하기 위한 것이므로, 열 전달매체의 온도가 기화방지 기준값보다 높으면 우회 조절밸브(651)의 개도를 높일 수 있다. 우회 조절밸브(651)의 개도를 높이게 되면, 매체 히터(63)를 통과한 열 전달매체와 매체 히터(63)를 우회한 열 전달매체의 합류 시 크래킹 위험이 감소할 수 있다.
단계 S332에서는, 매체 히터(63)에 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프(62)의 구동을 제어한다. 단계 S332 역시 단계 S132 및 단계 S232와 유사하며, 열 전달매체의 온도가 기화방지 기준값보다 높은 것으로 감지될 경우, 매체 히터(63)에서 일정한 열원(스팀 등)이 열 전달매체에 공급되는 것을 가정할 때, 매체 펌프(62)의 RPM을 높여 열 전달매체가 매체 히터(63)에 공급되는 유량을 증가시켜서, 열 전달매체가 스팀에 의해 과열되는 것을 방지할 수 있다.
단계 S333에서는, 매체 히터(63)에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어한다. 단계 S333은 단계 S133 및 단계 S233과 유사하며, 본 실시예는 열 전달매체의 크래킹 현상을 방지하기 위한 것이므로, 열 전달매체의 온도 및 기화방지 기준값을 통해, 필요 시 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 낮춰줄 수 있다.
또한 본 실시예는, 매체 히터(63)에서 토출된 열 전달매체에서 기화된 물질(열 전달매체이거나 열 전달매체에 포함된 물질일 수 있음)을 외부로 방출하는 단계(도시하지 않음)를 더 포함하고, 기화된 물질을 제외한 나머지 열 전달매체가 열교환기(50)로 유입되도록 하여 원활한 액화가스 가열이 이루어지도록 할 수도 있다.
이와 같이 본 실시예는, 열 전달매체가 매체 히터(63)에서 가열되어 열교환기(50)로 유입될 때, 매체 히터(63)에 의해 열 전달매체가 과열되는 것을 차단하여 열 전달매체의 크래킹 현상을 미연에 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 수요처(20)로 공급되는 액화가스의 온도를 측정하는 단계(S410), 매체 히터(63)와 열교환기(50)를 순환하는 열 전달매체의 상태를 감지하는 단계(S420), 액화가스의 측정온도가 수요처(20)의 요구 온도 이상이 되도록 하되, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 감소시키는 단계(S430)를 포함한다.
단계 S410에서는, 수요처(20)로 공급되는 액화가스의 온도를 측정한다. 액화가스의 온도는 액화가스 온도센서(70)에 의해 측정되며, 액화가스 온도센서(70)가 열교환기(50)와 수요처(20) 사이에 구비될 경우, 액화가스의 측정온도는 열교환기(50)에서 열 전달매체에 의해 가열된 후의 온도일 수 있다.
단계 S420에서는, 매체 히터(63)와 열교환기(50)를 순환하는 열 전달매체의 상태를 감지한다. 단계 S420에서는 열교환기(50) 전후단에서의 열 전달매체의 온도 차이를 감지할 수 있다. 온도 차이는 제1 매체 상태감지센서(81)와 제2 매체 상태감지센서(82)에 의해 각각 감지된 온도의 차이를 의미하며, 매체 순환 라인(64) 상에서 제1 매체 상태감지센서(81)가 열교환기(50)의 상류에 구비되고 제2 매체 상태감지센서(82)가 열교환기(50)의 하류에 구비되므로, 온도 차이는 제1 매체 상태감지센서(81)의 온도에서 제2 매체 상태감지센서(82)의 온도를 제한 값일 수 있다.
열 전달매체의 온도 차이는, 열교환기(50)에서 액화가스에 공급하는 열량을 의미할 수 있다. 이때 열량을 명확히 파악하기 위해 단계 S420에서는 열 전달매체의 유량을 함께 고려할 수 있고, 열 전달매체의 유량은 매체 유량센서(68)에 의해 측정될 수 있다.
열 전달매체의 온도 차이와 유량이 획득되면, 열교환기(50)에서 액화가스에 공급된 열량을 산출할 수 있다. 따라서 본 실시예는 앞서 단계 S410에서 측정된 액화가스의 측정온도와 수요처(20)의 액화가스 요구 온도의 비교를 통해, 열 전달매체의 온도 차이가 일정한 값 이상이 되어야 함을 파악할 수 있다.
단계 S430에서는, 액화가스의 측정온도가 수요처(20)의 요구 온도 이상이 되도록 하되, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 감소(최소화)시킨다. 액화가스의 측정온도가 수요처(20)의 요구 온도 이상이 되도록 하려면 열 전달매체의 열량이 충분히 확보되어야 한다. 따라서 단계 S430에서는 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 줄이면서도, 열교환기(50) 전후단에서 열 전달매체의 온도 차이가 기설정값 이상이 되도록 할 수 있다.
이때 기설정값은 액화가스의 측정온도, 수요처(20)의 요구 온도, 열 전달매체의 유량 등을 통해 산출될 수 있으며, 산출 과정은 일반적인 열량 계산에 의거하여 이루어질 수 있다.
이하에서는 단계 S430에서 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 감소시키는 내용에 대해, 도 10을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S430의 세부 순서도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S430은, 매체 히터(63)에 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프(62)의 구동을 제어하는 단계(S431), 매체 히터(63)의 상류에 구비되는 유량 조절밸브(67)의 개도를 제어하는 단계(S432)를 포함할 수 있다.
단계 S431에서는, 매체 히터(63)에 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프(62)의 구동을 제어한다. 단계 S431은 앞서 설명한 단계 S132, 단계 S232, 단계 S332와 유사하며, 본 실시예는 매체 펌프(62)의 구동을 최소화하여 매체 펌프(62)의 효율을 높이고, 에너지 사용량을 절감할 수 있다. 즉 본 실시예는 열교환기(50) 전후단에서 열 전달매체의 온도 차이가 충분히 확보되도록 하되, 매체 펌프(62)의 구동을 낮춰 열 전달매체의 유량을 감소시킬 수 있다. 이때 열 전달매체의 온도 차이가 충분히 확보되는지 여부는 각 매체 상태감지센서(80)에 의해 확인될 수 있다.
단계 S432에서는, 매체 히터(63)의 상류에 구비되는 유량 조절밸브(67)의 개도를 제어한다. 매체 히터(63)의 상류에는 앞서 액화가스 처리 시스템(2)에서 언급한 바와 같이 유량 조절밸브(67)가 구비될 수 있다. 유량 조절밸브(67)는 개도 조절에 의해 매체 히터(63)로 유입되는 열 전달매체의 유량을 가변시킬 수 있으며, 매체 펌프(62)의 하류에 구비될 수 있다.
유량 조절밸브(67)는 액화가스가 수요처(20)의 액화가스 요구 온도로 충분히 가열될 수 있도록 하는 범위 내에서, 개도가 감소(최소화)될 수 있다. 물론 유량 조절밸브(67)에 의해 개도가 낮춰지더라도, 열교환기(50) 전후단에서 열 전달매체의 온도 차이는 기설정값 이상으로 유지되므로, 액화가스는 충분한 열량을 공급받을 수 있다.
물론 본 실시예는 단계 S431 및 단계 S432가 별개로 작동하는 것 외에도, 동시에 구동되어 매체 펌프(62)의 RPM을 조절하면서 유량 조절밸브(67)의 개도를 조절할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 액화가스가 열교환기(50)에서 수요처(20)의 액화가스 요구 온도를 만족시킬 수 있도록 가열되되, 매체 순환 라인(64)을 따라 열교환기(50), 매체 펌프(62) 등을 통과하는 열 전달매체의 유량을 감소시킴으로써, 매체 펌프(62)의 효율을 향상시킬 수 있다.
1: 종래의 액화가스 처리 시스템 2: 본 발명의 액화가스 처리 시스템
10: 액화가스 저장탱크 20: 수요처
21: 액화가스 공급 라인 30: 펌프
31: 부스팅 펌프 32: 고압 펌프
40: 전기히터 50: 열교환기
60: 매체 공급 장치 61: 매체 탱크
62: 매체 펌프 63: 매체 히터
64: 매체 순환 라인 65: 분기 라인
651: 우회 조절밸브 66: 열원 공급 라인
67: 유량 조절밸브 68: 매체 유량센서
661: 열원 공급밸브 70: 액화가스 온도센서
80: 매체 상태감지센서 81: 제1 매체 상태감지센서
82: 제2 매체 상태감지센서 90: 컨트롤러
91: 목표온도 산출기 92: 상분리기
93: 매체 방출 라인 94: 매체 방출밸브
95: 매체 임시저장탱크

Claims (18)

  1. 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 액화가스 공급 라인;
    상기 수요처와 상기 액화가스 저장탱크 사이의 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 열 전달매체와 열교환시키는 열교환기;
    열 전달매체를 가열하는 매체 히터;
    상기 매체 히터로부터 상기 열교환기까지 연결된 매체 순환 라인;
    상기 매체 순환 라인 상에 마련되며, 열 전달매체의 상태를 측정하는 매체 상태감지센서; 및
    열 전달매체가 기화되는 것을 방지하기 위한 기화방지 기준값을 설정하고, 상기 매체 상태감지센서에 의한 열 전달매체의 상태값과 상기 기화방지 기준값을 토대로, 상기 매체 히터에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 매체 순환 라인 상에서 상기 매체 히터의 하류에 마련되어 열 전달매체가 기화된 것을 감지하는 상분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 상분리기는,
    기화된 열 전달매체를 외부로 방출하고 나머지를 상기 매체 순환 라인을 통해 상기 열교환기로 유입시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 매체 상태감지센서는,
    상기 매체 순환 라인 상에서 상기 매체 히터의 하류에 마련되어 상기 열 전달매체의 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 기화방지 기준값은,
    상기 열 전달매체에 포함된 물이 기화되는 것을 방지하기 위한 온도인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 열 전달매체의 상태값이 상기 기화방지 기준값 이하가 되도록 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 일부의 열 전달매체가 상기 매체 순환 라인에서 분기되어 상기 매체 히터를 우회하도록 하는 분기 라인을 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 분기 라인 상에 마련되는 우회 조절밸브를 통해 상기 분기 라인에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전달매체를 저장하는 매체 탱크; 및
    상기 매체 탱크에 저장된 상기 열 전달매체를 상기 매체 히터에 공급하는 매체 펌프를 더 포함하되,
    상기 컨트롤러는, 상기 매체 펌프의 구동을 제어하여 상기 매체 펌프로부터 상기 매체 히터로 공급되는 상기 열 전달매체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 매체 히터에 열원을 공급하는 열원 공급 라인; 및
    상기 열원 공급 라인 상에 마련되어 상기 열원 공급 라인의 개도를 조절하는 열원 공급밸브를 더 포함하되,
    상기 컨트롤러는, 상기 열원 공급밸브의 개도를 제어하여 상기 매체 히터가 열 전달매체에 공급하는 열원의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 펌프를 더 포함하고,
    상기 열교환기는, 상기 펌프로부터 공급되는 액화가스를 열 전달매체와 열교환시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 열 전달매체는,
    글리콜 워터인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  12. 액화가스를 열교환기에서 열 전달매체로 가열하여 수요처에 공급하되, 매체 히터가 열 전달매체를 가열하여 상기 열교환기에 공급하는 액화가스 처리 시스템을 구동하는 방법에 있어서,
    열 전달매체가 기화되는 것을 방지하기 위한 기화방지 기준값을 설정하는 단계;
    열 전달매체의 상태를 감지하는 단계; 및
    상기 열 전달매체의 상태값과 상기 기화방지 기준값을 토대로, 상기 매체 히터에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 기화방지 기준값을 설정하는 단계는,
    상기 열 전달매체에 포함된 물이 기화되는 것을 방지하기 위한 온도를 설정하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 열 전달매체의 상태를 감지하는 단계는,
    상기 매체 히터의 하류에서 열 전달매체의 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는,
    상기 열 전달매체의 상태값이 상기 기화방지 기준값 이하가 되도록 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는,
    적어도 일부의 열 전달매체가 상기 매체 히터를 우회하도록 하되, 상기 매체 히터를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는,
    상기 매체 히터에 상기 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계는,
    상기 매체 히터에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
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