KR101521570B1 - 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법 - Google Patents

선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101521570B1
KR101521570B1 KR1020140173607A KR20140173607A KR101521570B1 KR 101521570 B1 KR101521570 B1 KR 101521570B1 KR 1020140173607 A KR1020140173607 A KR 1020140173607A KR 20140173607 A KR20140173607 A KR 20140173607A KR 101521570 B1 KR101521570 B1 KR 101521570B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
compressed
storage tank
pressure
evaporated
Prior art date
Application number
KR1020140173607A
Other languages
English (en)
Inventor
남병탁
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020140173607A priority Critical patent/KR101521570B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101521570B1 publication Critical patent/KR101521570B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/02—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
    • B63B25/08—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
    • B63B25/12—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
    • B63B25/16—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated

Abstract

액화천연가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위하여 증발가스를 냉각 유체로 사용하는 재액화 장치가 개시된다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하는 증발가스 압축부; 상기 증발가스 압축부에서 압축된 증발가스의 에너지를 소비하는 가스터빈; 상기 가스터빈에서 일부 에너지를 소비한 압축 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 열교환시키는 자가열교환기; 상기 자가열교환기에서 열교환되어 온도가 낮아진 상기 압축 증발가스의 압력을 감소시키는 감압밸브; 및 상기 감압밸브에 의해 압력이 낮아진 압축 증발가스 중 액화된 압축 증발가스를 분리하여 상기 저장탱크로 돌려보내는 기액분리기;를 포함한다.

Description

선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법{BOG Re-liquefaction Apparatus and Method for Vessel}
본 발명은 선박에 적용되는 액화천연가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 재액화 장치 및 방법에 관한 것이다.
천연가스는 통상 액화되어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 액화천연가스는 천연가스를 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
액화천연가스 저장탱크를 단열하여도 외부의 열을 완벽하게 차단시키는데에는 한계가 있고, 액화천연가스 내부로 전달되는 열에 의해 액화천연가스는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화하게 된다. 저장탱크 내부에서 기화된 액화천연가스를 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)라고 한다.
증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 안전압력 이상이 되면, 증발가스는 안전밸브를 통하여 저장탱크의 외부로 배출된다. 저장탱크 외부로 배출된 증발가스는 선박의 연료로 사용되거나 재액화되어 다시 저장탱크로 돌려보내진다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DF(Dual Fuel)엔진 및 ME-GI엔진이 있다.
DF엔진은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
ME-GI엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다. 최근에는 연료 효율 및 추진 효율이 더 좋은 ME-GI엔진에 대한 관심이 커지고 있는 추세이다.
통상 증발가스 재액화 장치는 냉동 사이클을 가지며, 이 냉동 사이클에 의해 증발가스를 냉각시킴으로써 증발가스를 재액화시킨다. 증발가스를 냉각시키기 위하여 냉각 유체와 열교환을 시키는데, 증발가스를 자체를 냉각 유체로 사용하여 자가 열교환 시키는 방법인 부분 재액화 시스템(PRS; Partial Re-liquefaction System)이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 액화천연가스 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스는 증발가스 압축부(300)의 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 지나면서 여러 번의 압축 과정을 거치게 된다. 도 1에서는 증발가스가 다섯 번의 압축 과정을 거치는 모습이 도시되어 있다.
증발가스가 압축되면 압력뿐만 아니라 온도도 높아지게 되므로 각 압축기(311, 312, 313, 314, 315) 후단에 열교환기(321, 322, 323, 324, 325)를 설치하여 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 통과한 증발가스의 온도를 낮출 수 있도록 하였다. 각 압축기(311, 312, 313, 314, 315) 후단에 설치된 열교환기(321, 322, 323, 324, 325)를 통해, 일정한 온도 이하의 증발가스가 공급되도록 설정된 각 압축기(311, 312, 313, 314, 315)의 조건을 만족시키고, 증발가스의 온도를 낮춰 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에서의 압축 효율을 좋아지게 할 수 있다.
또한, 제 1 압축기(311) 전단과 제 1 열교환기(321) 후단을 연결하도록 제 1 바이패스(By-pass)라인(330)이 설치되고, 제 4 압축기(314) 전단과 제 5 열교환기(325) 후단을 연결하도록 제 2 바이패스라인(331)이 설치되는데, 제 1 바이패스라인(330)과 제 2 바이패스라인(331)은, 엔진에서 사용되는 증발가스의 양이 줄어드는 경우에 증발가스의 유량을 조절하고, 압축기(311, 312, 313, 314, 315) 내부의 서지(Surge) 현상을 방지하는 역할을 한다. 이러한 바이패스 라인은 압축기의 설계에 따라 수량 및 연결 위치가 다양할 수 있다.
액화천연가스 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스가 다섯 번의 압축 과정을 거치고 나면 대략 300bar, 40℃ 상태가 되고, 대략 300bar, 40℃ 상태가 된 증발가스의 일부는 ME-GI엔진으로 보내져(B라인) 연료로 사용되고, 나머지는 자가열교환기(200)로 보내진다(C라인).
대략 300bar, 40℃ 상태의 증발가스는 자가열교환기(200)에서 저장탱크(100)로부터 배출(D라인)되는 대략 상압, -160℃ 상태의 증발가스와 열교환되어 대략 300bar -120℃ 상태가 된다. 대략 300bar -120℃ 상태의 증발가스는 감압밸브에 의하여 팽창되어 일부 액화되고, 기액분리기(500)에 의하여 액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리되어, 기체상태의 증발가스는 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(D라인)와 섞여 다시 자가열교환기(200)로 보내지고, 액화된 증발가스는 저장탱크(100)으로 다시 보내지게 된다.
한편, 대략 상압, -160℃ 상태의 증발가스는, 다섯 번의 압축 과정을 거친 대략 300bar, 40℃ 상태의 증발가스와 자가열교환기(200)에서 열교환된 후, 대략 1.05bar, -72℃ 상태가 된다. 대략 1.05bar, -72℃ 상태의 증발가스는 제 1 압축기(311) 및 제 1 열교환기(321)를 지난 후 대략 3.13bar, 17℃ 상태가 되고, 제 2 압축기(312) 및 제 2 열교환기(322)를 지난 후 대략 12.64bar, 43℃ 상태가 되며, 제 3 압축기(313) 및 제 3 열교환기(323)를 지난 후 대략 40.67bar, 43℃ 상태가 된다.
대략 40.67bar, 43℃ 상태의 증발가스는, 일부 DF엔진으로 보내져(A라인) 연료로 사용되고, DF엔진으로 보내지고 남은 증발가스는 제 4 압축기(314) 및 제 4 열교환기(324)를 지난 후 대략 90.38bar, 43℃ 상태가 되고, 제 5 압축기(315) 및 제 5 열교환기(325)를 더 지나 총 다섯 번의 압축 과정을 모두 거치게 되면, 대략 300bar, 40℃의 상태가 된다. 대략 300bar, 40℃의 상태의 증발가스의 일부는 ME-GI엔진의 연료로 사용되고, 남은 일부는 자가열교환기(200)에서 증발가스를 액화시킬 수 있는 냉각 유체로 사용된다. A라인에는 감압밸브를 설치하여 DF엔진으로 공급되는 압축 증발가스의 압력을 낮추도록 할 수 있다.
연료유(Fuel Oil) 탱크(600)로부터 공급되는 연료유는, 다수개의 펌프(Pump, 700) 및 히터(Heater, 800)에 의해 DF엔진 또는 ME-GI엔진에서 사용될 수 있는 압력 및 온도 상태가 되어, DF엔진 또는 ME-GI엔진에 공급된다.
종래의 부분 재액화 시스템은, 가격이 비싼 재액화 장치를 별도로 설치하지 않고도 증발가스를 재액화할 수 있어, 액화천연가스 저장탱크의 전체적인 자연기화율(BOR; Boil-off Rate)을 효율적으로 감소시킬 수 있는 획기적인 기술로 평가받고 있다.
본 발명은, 부분 재액화 시스템의 액화량을 증대시키기 위하여, 압축된 증발가스를 자가열교환기로 보내기 전에 증발가스로 가스터빈 등의 장비를 구동시키는, 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위하여 증발가스를 냉각 유체로 사용하는 재액화 장치에 있어서, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하는 증발가스 압축부; 상기 증발가스 압축부에서 압축된 증발가스의 에너지를 소비하는 가스터빈; 상기 가스터빈에서 일부 에너지를 소비한 압축 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 열교환시키는 자가열교환기; 상기 자가열교환기에서 열교환되어 온도가 낮아진 상기 압축 증발가스의 압력을 감소시키는 감압밸브; 및 상기 감압밸브에 의해 압력이 낮아진 압축 증발가스 중 액화된 압축 증발가스를 분리하여 상기 저장탱크로 돌려보내는 기액분리기;를 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치가 제공된다.
상기 증발가스 압축부는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 다수개의 압축기; 및 상기 다수개의 압축기 후단에 각각 설치되어 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 다수개의 열교환기;를 포함할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 다수개의 압축기 중 일부 압축기만을 거친 증발가스의 일부를 DF엔진으로 보낼 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 증발가스 압축부에 의해 압축된 증발가스의 일부를 ME-GI엔진으로 보낼 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 가스터빈과 연결되어 전기를 생산하는 발전기; 및 상기 발전기에서 생산한 전기를 부하에 공급하는 배전반;을 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 발전기에서 생산한 전기를 열로서 소모하는 브레이크 레지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 발전기에서 생산한 전기를 저장하는 축전기를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 가스터빈 후단에서 상기 가스터빈을 작동시키고 난 후의 압축 증발가스의 온도를 측정하는 온도 트랜스미터; 상기 가스터빈 후단에서 상기 가스터빈을 작동시키고 난 후의 압축 증발가스의 압력을 측정하는 압력 트랜스미터; 및 상기 온도 트랜스미터가 전송하는 온도 값과 상기 압력 트랜스미트가 전송하는 압력 값에 따라 부하에 인가할 전력량을 조절하는 컨트롤러;를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 압축 증발가스의 에너지를 소모시키는 터보 익스팬더를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화천연가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위하여 증발가스를 냉각 유체로 사용하는 재액화 방법에 있어서, 상기 저장탱크로부터 증발가스가 배출되고, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는 압축되고, 상기 압축된 증발가스는 일부 에너지를 외부로 소비하고, 상기 일부 에너지를 소비한 압축 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 열교환되고, 열교환된 상기 압축 증발가스는 감압되어 일부가 재액화되는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법에 의하면, 압축 과정을 거친 증발가스(이하, 압축 증발가스라고 한다.)를 자가열교환기로 보내기 전에 증발가스로 가스터빈 등의 장비를 구동시키므로, 비교적 저압, 저온의 압축 증발가스를 저장탱크로부터 배출된 증발가스(이하, 배출 증발가스라고 한다.)와 열교환 시킬 수 있다.
따라서, 같은 양의 배출 증발가스와 열교환시킬 수 있는 압축 증발가스의 양이 증가하게 되므로, 한정된 냉각 매체로 기존 대비 더 많은 양의 증발가스를 재액화시킬 수 있다.
도 1은 종래의 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 방법의 개략적인 흐름도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법은 액화천연가스 화물창이 설치되는 선박 및 육상에서 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 내부에서 증발가스가 생성되는 액화천연가스 저장탱크(100); 배출 증발가스와 압축 증발가스를 열교환 시키는 자가열교환기(200); 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)와 다수개의 열교환기(321, 322, 323, 324, 325)를 포함하는 증발가스 압축부(300); 압축 증발가스의 에너지를 소비하는 가스터빈(400); 배출 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진 압축 증발가스의 압력을 낮춰주는 감압밸브; 및 액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스를 분리하는 기액분리기(500);를 포함한다.
본 실시예의 액화천연가스 저장탱크(100)는, 액화천연가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화천연가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 자가열교환기(200) 쪽으로 배출시킨다.
본 실시예의 자가열교환기(200)는, 액화천연가스 저장탱크(100)로부터 배출된 대략 상압, -160℃ 상태의 배출 증발가스를, 압축 과정을 거쳐 온도와 압력이 높아진 압축 증발가스와 열교환 시킨다. 자가열교환기(200)의 자가(Self-)는 저온의 증발가스 자체를 냉각 유체로 이용하여 고온의 증발가스와 열교환 시킨다는 의미를 가진다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 가스터빈(400)을 포함하여 종래 기술에 비하여 더 낮은 온도, 낮은 압력의 압축 증발가스를 자가열교환기(200)로 공급할 수 있으므로, 같은 양의 배출 증발가스를 냉각 유체로 사용하더라도 더 많은 압축 증발가스를 재액화시킬 수 있다.
본 실시예의 증발가스 압축부(300)는, DF엔진과 ME-GI엔진이 연료로 사용할 수 있도록 액화천연가스 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스를 압축시킨다. 증발가스 압축부(300)는 증발가스를 압축시키기 위한 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 포함하는데, 증발가스가 압축되면 압력뿐만 아니라 온도도 함께 올라가므로, 각 압축기(311, 312, 313, 314, 315) 후단에는 열교환기(321, 322, 323, 324, 325)를 설치하여 각 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 지난 증발가스의 온도를 각 열교환기(321, 322, 323, 324, 325)가 낮추도록 한다. 각 압축기(311, 312, 313, 314, 315)마다 공급되는 유체의 온도 및 압력 조건이 정해져 있으므로, 열교환기(321, 322, 323, 324, 325)를 이용하여 각 압축기(311, 312, 313, 314, 315)의 온도 조건을 맞춘다.
또한, 제 1 압축기(311) 전단과 제 1 열교환기(321) 후단을 연결하도록 제 1 바이패스라인(330)이 설치되고, 제 4 압축기(314) 전단과 제 5 열교환기(325) 후단을 연결하도록 제 2 바이패스라인(331)이 설치되는데, 제 1 바이패스라인(330)과 제 2 바이패스라인(331)은, 종래 기술과 마찬가지로, 엔진에서 사용되는 증발가스의 양이 줄어드는 경우에 증발가스의 유량을 조절하고, 압축기(311, 312, 313, 314, 315) 내부의 서지(Surge) 현상을 방지하는 역할을 한다. 이러한 바이패스 라인은 압축기의 설계에 따라 수량 및 연결 위치가 다양할 수 있다.
본 실시예의 가스터빈(400)은, 압축된 증발가스를 자가열교환기(200)로 공급하기 전에 증발가스의 에너지를 소모시키기 위해 설치되며, 다수개 설치될 수 있다. 닫힌계에서 외부로 일을 하면 닫힌계 내부의 전체적인 에너지가 감소되므로, 증발가스가 가스터빈(400)을 작동시키게 되면 증발가스의 온도 및 압력이 감소하게 된다. 압축 증발가스가 온도 및 압력이 감소된 상태로 자가열교환기(200)로 보내지면, 같은 양의 배출 증발가스로 더 많은 양의 압축 증발가스를 냉각시킬 수 있게 되므로 재액화 장치의 효율이 높아진다.
본 실시예의 가스터빈(400)은, 압축된 증발가스의 에너지를 소비시키기 위하여 증발가스를 팽창시키는 목적으로 설치된 것이며, 압축된 증발가스의 에너지를 소비시키기 위한 다른 장치로 대체될 수 있다. 일례로, 발전기가 연결된 터보 익스팬더(Turbo Expander) 등 압축 증발가스가 가진 에너지를 전력 등의 다른 형태로 전환할 수 있는 장치가 설치될 수 있다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 가스터빈(400)과 연결되어 전기를 생산하는 발전기(410); 발전기(410)에서 생산한 전기를 소모하는 브레이크 레지스터(Break Resister, 420); 발전기(410)에서 생산한 전기를 브레이크 레지스터(420)에 공급하는 배전반(Switch Board, 430); 가스터빈(400) 후단에서 가스터빈(400)을 작동시키고 난 후의 압축 증발가스의 온도를 측정하는 온도 트랜스미터(Temperature Transmitter, 440); 가스터빈(400) 후단에서 가스터빈(400)을 작동시키고 난 후의 압축 증발가스의 압력을 측정하는 압력 트랜스미터(Pressure Transmitter, 450); 및 온도 트랜스미터(440) 및 압력 트랜스미터(450)가 측정하는 증발가스의 온도 및 압력 값에 따라 브레이크 레지스터(420)에 인가할 전력량을 조절하는 컨트롤러(Controller, 460);를 더 포함할 수 있다.
압축 증발가스의 온도 및 압력을 낮추기 위해서는 압축 증발가스의 에너지를 소모해야 하므로, 본 실시예에서는 브레이크 레지스터(420)를 발전기(410)에 연결하여 압축 증발가스가 가진 에너지를 전기로 전환하여 브레이크 레지스터(420)가 열로서 소모할 수 있도록 하였다. 브레이크 레지스터(420)에서 발생되는 열은 공기 중이나 냉각수(Cooling Water)에 방출될 수 있다.
브레이크 레지스터(420) 이외에도, 가스터빈(400)에서 생산한 전력을 소비할 수 있는 다른 형태의 장치가 설치될 수 있으며, 전력을 저장할 수 있는 축전지 등의 장치가 설치될 수도 있다.
가스터빈(400) 후단에 설치되는 온도 트랜스미터(440) 및 압력 트랜스미터(450)는, 가스터빈(400)을 작동시키고 난 후의 압축 증발가스의 온도 및 압력을 측정하여 그 값을 컨트롤러(460)로 전송한다. 압축 증발가스의 온도 및 압력을 낮춘다는 측면에서는 브레이크 레지스터(420)가 에너지를 많이 소비하는 것이 좋지만, 압축 증발가스의 온도가 너무 많이 내려가면 가스터빈(400)이 손상될 수 있으므로, 재액화시킬 압축 증발가스의 유량에 따라 소비되어야 할 에너지가 조절되어야 한다. 따라서, 컨트롤러(460)가 가스터빈(400) 후단에서의 압축 증발가스의 온도 및 압력 값에 따라 브레이크 레지스터(420)로 보내는 전력량을 조절하게 한다.
컨트롤러(460)는, 온도 트랜스미터(440) 및 압력 트랜스미터(450)로부터 가스터빈(400) 후단에서의 압축 증발가스의 온도 및 압력 값을 전송받아, 압축 증발가스의 온도 및 압력을 더 낮출 필요가 있으면 브레이크 레지스터(420)에 더 많은 전력을 보내고, 압축 증발가스의 온도 및 압력이 정해진 값보다 낮아지면 브레이크 레지스터(420)에 보내는 전력량을 감소시키는 방식으로, 브레이크 레지스터(420)가 소비하는 에너지를 조절한다.
본 실시예의 감압밸브는, 배출 증발가스와 자가열교환기(200)에서 열교환된 압축 증발가스의 압력을 대략 상압 근처까지 낮춘다.
본 실시예의 기액분리기(500)는, 자가열교환기(200) 및 감압밸브를 지나면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리하여, 액화된 증발가스는 저장탱크(100)로 돌려보내고, 기체상태의 증발가스는 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스와 함께 다시 자가열교환기(200)로 보낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 방법은, 저장탱크(100)로부터 증발가스가 배출되고(S10), 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스를 자가열교환기(200)에서 압축 증발가스와 열교환시키고(S20), 열교환되어 온도가 높아진 배출 증발가스가 증발가스 압축부(300)를 통과하며 압축되고(S30, S40), 압축된 증발가스로 가스터빈(400)을 작동시켜 압축 증발가스의 온도 및 압력을 낮추고(S50), 온도 및 압력이 낮아진 압축 증발가스를 자가열교환기(200)로 보내(S60) 배출 증발가스와 열교환시키는 과정을 포함한다.
또한, 자가열교환기(200)에서 배출 증발가스와 열교환된 압축 증발가스는(S20), 감압밸브에 의해 대략 상압까지 압력이 낮아지고(S70), 기액분리기(500)로 보내져 부분적으로 액화된 증발가스가 분리된다(S80). 액화된 증발가스는 저장탱크(100)로 다시 보내지고(S90), 액화되지 못하고 기체상태로 남아있는 증발가스는 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스와 함께 자가열교환기(200)로 다시 보내진다(S91).
저장탱크(100)로부터 배출된 대략 상압, -160℃ 상태의 증발가스가, 대략 50bar, -70℃ 상태의 압축 증발가스와 자가열교환기(200)에서 열교환되어, 종래에 증발가스 압축부(300)에 공급되는 증발가스와 마찬가지로, 대략 1.05bar, -72℃ 상태가 된다. 이후, 대략 1.05bar, -72℃ 상태의 증발가스는 증발가스 압축부(300)에서는 종래와 마찬가지의 압축 과정을 거치게 된다.
대략 1.05bar, -72℃ 상태의 증발가스는 제 1 압축기(311)에 의해 압축되면 대략 3.20bar, 17℃ 상태가 되고, 제 1 열교환기(321)를 거쳐 대략 3.13bar, 17℃ 상태가 된다. 대략 3.13bar, 17℃ 상태의 증발가스는 제 2 압축기(312)에 의해 대략 13.06bar, 143℃로 압축되고, 제 2 열교환기(322)에 의해 대략 12.64bar, 43℃로 냉각된다. 대략 12.64bar, 43℃의 증발가스는 제 3 압축기(313)를 거쳐 대략 41.83bar, 150℃ 상태가 되고, 제 3 열교환기(323)를 거쳐 대략 40.67bar, 43℃ 상태가 된다.
세 번의 압축 과정을 거쳐 대략 40.67bar, 43℃ 상태가 된 증발가스의 일부는 DF엔진에 공급되고(도 1의 A라인, 도 2의 S31), 나머지는 계속하여 압축 과정을 거친다. A라인에는 감압밸브를 설치하여 DF엔진으로 공급되는 압축 증발가스의 압력을 낮추도록 할 수 있다.
대략 40.67bar, 43℃ 상태의 증발가스가 제 4 압축기(314)를 거쳐 대략 92.72bar, 114℃의 상태가 되고, 제 4 열교환기(324)를 거쳐 대략 90.38bar, 43℃의 상태가 된다. 대략 90.38bar, 43℃의 상태의 증발가스는 제 5 압축기(315)를 거쳐 대략 312.35bar, 152℃ 상태가 되고, 제 5 열교환기(325)를 거쳐 대략 300bar, 40℃ 상태가 된다.
다섯 번의 압축 과정을 거쳐 대략 300bar, 40℃ 상태가 된 증발가스의 일부는 ME-GI엔진에 공급되고(도 1의 B라인, 도 2의 S41), 나머지는 가스터빈(400)에 공급된다(도 1의 C라인).
가스터빈(400)에 의해 일부 에너지가 전력으로 전환되고 전체 에너지가 낮아진 압축 증발가스는 대략 50bar, -70℃ 상태가 되고(도 1의 C'라인), 대략 50bar, -70℃ 상태의 압축 증발가스는, 저장탱크(100)로부터 배출(D라인)된 대략 상압, -160℃ 상태의 증발가스와 자가열교환기(200)에서 열교환된다.
자가열교환기에서 배출 증발가스와 열교환된 후의 압축 증발가스는 대략 -120℃인 것이 바람직한데, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 방법에 의하면, 대략 40bar, -70℃ 상태의 압축 증발가스를 -50℃만큼만 냉각시키면 되므로, 기존에 가스터빈을 거치지 않은 대략 300bar, 40℃ 상태의 압축 증발가스를 -160℃만큼 냉각시켜야 할 때와 비교하여, 같은 양의 배출 증발가스를 냉각 유체로 사용하였을 때 세 배 이상의 압축 증발가스를 재액화시킬 수 있다.
본 실시예에서는 증발가스가 다섯 번의 압축과정을 거치는 경우를 설명하였으나, 증발가스는 증발가스 압축부(300)에서 필요한 만큼 압축될 수 있고, 압축 횟수가 한정되는 것은 아니다.
연료유(Fuel Oil) 탱크(600)로부터 공급되는 연료유는, 다수개의 펌프(Pump, 700) 및 히터(Heater, 800)에 의해 DF엔진 또는 ME-GI엔진에서 사용될 수 있는 압력 및 온도 상태가 되어, DF엔진 또는 ME-GI엔진에 공급된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 액화천연가스 저장탱크 200 : 자가열교환기
300 : 증발가스 압축부 311, 312, 313, 314, 315 : 압축기
321, 322, 323, 324, 325 : 열교환기 330, 331 : 바이패스라인
400 : 가스터빈 410 : 발전기
420 : 브레이크 레지스터 430 : 배전반
440 : 온도 트랜스미터 450 : 압력 트랜스미터
460 : 컨트롤러 500 : 기액분리기
600 : 연료유 탱크 700 : 펌프
800 : 히터

Claims (10)

  1. 선박에 설치된 액화천연가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위하여 증발가스를 냉각 유체로 사용하는 재액화 장치에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하는 증발가스 압축부;
    상기 증발가스 압축부에서 압축된 증발가스의 에너지를 소비하는 가스터빈;
    상기 가스터빈에서 일부 에너지를 소비한 압축 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 열교환시키는 자가열교환기;
    상기 자가열교환기에서 열교환되어 온도가 낮아진 상기 압축 증발가스의 압력을 감소시키는 감압밸브; 및
    상기 감압밸브에 의해 압력이 낮아진 압축 증발가스 중 액화된 압축 증발가스를 분리하여 상기 저장탱크로 돌려보내는 기액분리기;를 포함하고,
    상기 압축된 증발가스는 상기 가스터빈을 통과하면서 온도 및 압력이 감소된 후 상기 자가열교환기로 보내지는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 증발가스 압축부는,
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 다수개의 압축기; 및
    상기 다수개의 압축기 후단에 각각 설치되어 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 다수개의 열교환기;
    를 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 다수개의 압축기 중 일부 압축기만을 거친 증발가스의 일부를 DF엔진으로 보내는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 증발가스 압축부에 의해 압축된 증발가스의 일부를 ME-GI엔진으로 보내는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스터빈과 연결되어 전기를 생산하는 발전기; 및
    상기 발전기에서 생산한 전기를 부하에 공급하는 배전반;
    을 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 발전기에서 생산한 전기를 열로서 소모하는 브레이크 레지스터를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 발전기에서 생산한 전기를 저장하는 축전기를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 가스터빈 후단에서 상기 가스터빈을 작동시키고 난 후의 압축 증발가스의 온도를 측정하는 온도 트랜스미터;
    상기 가스터빈 후단에서 상기 가스터빈을 작동시키고 난 후의 압축 증발가스의 압력을 측정하는 압력 트랜스미터; 및
    상기 온도 트랜스미터가 전송하는 온도 값과 상기 압력 트랜스미트가 전송하는 압력 값에 따라 부하에 인가할 전력량을 조절하는 컨트롤러;
    를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축 증발가스의 에너지를 소모시키는 터보 익스팬더를 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  10. 액화천연가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위하여 증발가스를 냉각 유체로 사용하는 재액화 방법에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 증발가스가 배출되고,
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는 압축되고,
    상기 압축된 증발가스는 일부 에너지를 외부로 소비하고,
    상기 일부 에너지를 소비한 압축 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 열교환되고,
    열교환된 상기 압축 증발가스는 감압되어 일부가 재액화되고,
    상기 압축된 증발가스는 일부 에너지를 외부로 소비하여 온도 및 압력이 낮아진 상태로 열교환되는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
KR1020140173607A 2014-12-05 2014-12-05 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법 KR101521570B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140173607A KR101521570B1 (ko) 2014-12-05 2014-12-05 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140173607A KR101521570B1 (ko) 2014-12-05 2014-12-05 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101521570B1 true KR101521570B1 (ko) 2015-05-19

Family

ID=53395073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140173607A KR101521570B1 (ko) 2014-12-05 2014-12-05 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101521570B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160090080A (ko) * 2015-01-21 2016-07-29 대우조선해양 주식회사 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
KR20160096564A (ko) * 2016-03-10 2016-08-16 삼성중공업 주식회사 증발가스 처리장치
KR20170096727A (ko) * 2016-02-17 2017-08-25 현대중공업 주식회사 가스 처리 시스템
KR101775053B1 (ko) * 2016-05-18 2017-09-19 대우조선해양 주식회사 선박 및 해양플랜트의 질소산화물 배출 저감장치 및 질소산화물 배출 저감운용 방법
KR20190041254A (ko) * 2017-10-12 2019-04-22 삼성중공업 주식회사 재액화 시스템
KR20190041248A (ko) * 2017-10-12 2019-04-22 삼성중공업 주식회사 재액화 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110087464A (ko) * 2010-01-26 2011-08-03 대우조선해양 주식회사 증발가스 처리장치 및 방법
KR20120126889A (ko) * 2011-05-13 2012-11-21 삼성중공업 주식회사 부유식 액화천연가스 생산저장설비 선박의 탑사이드 테스트 시스템 및 이를 이용한 테스트 방법
JP2014515072A (ja) * 2011-03-22 2014-06-26 デウ シップビルディング アンド マリーン エンジニアリング カンパニー リミテッド 超過ボイルオフガス消費手段を備えた高圧天然ガス噴射エンジン用燃料供給システム
KR20140130092A (ko) * 2012-12-11 2014-11-07 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 처리 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110087464A (ko) * 2010-01-26 2011-08-03 대우조선해양 주식회사 증발가스 처리장치 및 방법
JP2014515072A (ja) * 2011-03-22 2014-06-26 デウ シップビルディング アンド マリーン エンジニアリング カンパニー リミテッド 超過ボイルオフガス消費手段を備えた高圧天然ガス噴射エンジン用燃料供給システム
KR20120126889A (ko) * 2011-05-13 2012-11-21 삼성중공업 주식회사 부유식 액화천연가스 생산저장설비 선박의 탑사이드 테스트 시스템 및 이를 이용한 테스트 방법
KR20140130092A (ko) * 2012-12-11 2014-11-07 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 처리 시스템

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160090080A (ko) * 2015-01-21 2016-07-29 대우조선해양 주식회사 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
KR101665479B1 (ko) 2015-01-21 2016-10-12 대우조선해양 주식회사 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
KR20170096727A (ko) * 2016-02-17 2017-08-25 현대중공업 주식회사 가스 처리 시스템
KR102162167B1 (ko) * 2016-02-17 2020-10-06 한국조선해양 주식회사 가스 처리 시스템
KR20160096564A (ko) * 2016-03-10 2016-08-16 삼성중공업 주식회사 증발가스 처리장치
KR102189807B1 (ko) 2016-03-10 2020-12-14 삼성중공업 주식회사 증발가스 처리장치
KR101775053B1 (ko) * 2016-05-18 2017-09-19 대우조선해양 주식회사 선박 및 해양플랜트의 질소산화물 배출 저감장치 및 질소산화물 배출 저감운용 방법
KR20190041254A (ko) * 2017-10-12 2019-04-22 삼성중공업 주식회사 재액화 시스템
KR20190041248A (ko) * 2017-10-12 2019-04-22 삼성중공업 주식회사 재액화 시스템
KR102334541B1 (ko) 2017-10-12 2021-12-07 삼성중공업 주식회사 재액화 시스템
KR102334545B1 (ko) 2017-10-12 2021-12-07 삼성중공업 주식회사 재액화 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101521570B1 (ko) 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
JP2018047900A (ja) 船舶
JP6204609B2 (ja) 船舶
JP2019509938A (ja) 船舶
KR101686911B1 (ko) 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
JP6887431B2 (ja) エンジンを備える船舶
KR20160112388A (ko) 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
KR101665479B1 (ko) 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
KR101751836B1 (ko) 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
JP2019501059A (ja) エンジンを備える船舶
KR102624234B1 (ko) 증발가스 재액화 시스템 및 방법
KR20170112947A (ko) 선박
KR101665495B1 (ko) 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
KR102632391B1 (ko) 선박의 연료 공급 시스템
JP6285565B2 (ja) 船舶
KR20160112389A (ko) 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
KR101681719B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 제어시스템
KR101670880B1 (ko) 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
KR101665498B1 (ko) 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
KR102654821B1 (ko) 선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법
KR20160112387A (ko) 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법
KR20210033093A (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR101623161B1 (ko) 선박용 부분재액화장치 성능 시험 설비
KR101623172B1 (ko) 선박용 부분재액화장치 성능 시험 설비
KR20200048095A (ko) 재기화 선박의 운전 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180511

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190514

Year of fee payment: 5