KR101521573B1

KR101521573B1 - 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치

Info

Publication number: KR101521573B1
Application number: KR1020120007409A
Authority: KR
Inventors: 신현준; 유진열; 류승각; 김남수
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2015-05-20
Also published as: KR20120030472A

Abstract

본 발명에 따른 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치는, 카고 탱크로부터 배출되어 압축 및 냉각된 증발가스를 재액화시키는 재액화 유닛과, 재액화 유닛에 의해 재액화되어 카고 탱크로 공급되는 증발가스로부터 플래쉬 가스를 분리하는 세퍼레이터와, 카고 탱크로부터 배출되는 LNG를 응축시켜서 연료로 사용되도록 하는 재응축기와, 재액화 유닛에 의해 재액화된 증발가스를 세퍼레이터를 바이패스하여 연료로 사용되도록 이송시키는 증발가스 연료라인을 포함한다. 이러한 본 발명에 따르면, 재액화된 증발가스가 세퍼레이터(Separator)를 바이패스(By-pass)하여 연료로 사용되도록 함으로써 플래쉬 가스(Flash gas)의 발생량을 줄이고, 파워 소모(Power consumption)를 감소시키도록 한다.

Description

액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치{Reliquefaction apparatus of a liquified natural gas carrier}

본 발명은 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치에 관한 것으로서, 플래쉬 가스(Flash gas)의 발생량과 파워 소모(Power consumption)를 줄일 수 있는 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액화가스 수송선(Liquified natural gas carrier)은 액화된 천연가스를 수송하기 위한 선박으로서 고도의 건조 기술이 요구되는 고부가가치를 가지는 특수한 선박이다.

최근에는 지구온난화에 따른 각종 기후 협약과 이산화탄소 발생량 규제가 심해짐에 따라 청정에너지인 천연가스에 대한 수요가 늘어나고 있으며, 이로 인해 세계 각국과 LNG 주요 생산국가인 동남아, 중동, 북아프리카 등을 연결하도록 하는 액화가스 수송선의 수요증가가 예상된다.

이러한 액화가스 수송선은 운항 중 자연 기화되는 증발가스(Boil Off Gas: BOG)를 다시 액화시켜서 카고 탱크(Cargo tank)로 되돌려 보내기 위한 재액화장치를 가지고 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치를 도시한 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치(10)는 카고 탱크(1)로부터 배출되는 증발가스를 압축시키는 압축기(12)와, 압축기(12)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(13)와, 쿨러(13)에 의해 냉각된 증발가스를 재액화시키는 재액화 유닛(14)과, 재액화 유닛(14)에 의해 재액화된 증발가스로부터 플래쉬 가스를 분리하여 액상의 증발가스를 카고 탱크(1)에 공급되도록 하는 세퍼레이터(15)를 포함한다.

이와 같은 종래의 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치(10)는, 재액화 유닛(14)에 의해 재액화된 증발가스를 세퍼레이터(15)에 공급하여 가벼운 질소와 메탄성분 중 일부(응축되지 않은 기체상태의 메탄 등)를 제거한 후, 포화상태의 응축물(즉, 재액화된 BOG)만을 인슐레이션(Insulation) 처리된 응축 회수 라인(Condensate return line)을 통해 카고 탱크(1)에 공급한다.

종래의 기술에 따른 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치는, 재액화된 증발가스가 카고 탱크로 리턴되는 도중에 열의 유입이나 압력 강하가 발생하여 플래쉬 가스가 발생하는 문제점을 가지고 있다. 즉, 플래쉬 가스가 카고 탱크로 리턴됨으로써 재액화에 필요한 에너지 소모를 증가시키는 원인이 되었다.

그러므로, 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 재액화된 증발가스를 연료로 사용하도록 함으로써 플래쉬 가스의 발생량을 줄이고, 파워 소모를 감소시킬 수 있는 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치에 있어서, 카고 탱크로부터 배출되어 압축 및 냉각된 증발가스를 재액화시키는 재액화 유닛과; 상기 재액화 유닛에 의해 재액화되어 상기 카고 탱크로 공급되는 액화증발가스로부터 플래쉬 가스를 분리하는 세퍼레이터와; 상기 카고 탱크로부터 배출되는 액화가스와의 열교환에 의해 증발가스를 재응축시켜서 엔진의 연료로 사용되도록 하는 재응축기와; 상기 재액화 유닛에 의해 재액화된 액화증발가스가 상기 세퍼레이터를 바이패스하여 상기 엔진의 연료로 사용되도록, 상기 액화증발가스를 이송하는 증발가스 연료라인; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치가 제공된다.

상기 증발가스 연료라인은, 상기 재액화 유닛의 후단과 상기 재응축기를 연결하는 것이 바람직하다.

상기 증발가스 재액화 장치는, 상기 카고 탱크로부터 배출되어 상기 재액화 유닛에 공급되는 증발가스를 압축시키는 증발가스 압축기(BOG compressor)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 엔진은 선박 추진용 ME-GI 엔진인 것이 바람직하다.

상기 증발가스 재액화 장치는, 상기 재액화 유닛의 상류측에 설치되어, 상기 카고 탱크로부터 배출되어 압축된 증발가스를, 상기 재응축기로부터 상기 엔진에 공급되는 액화가스와 열교환시켜 냉각시키기 위한 쿨러를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액화가스 수송선의 카고 탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하는 방법으로서, 카고 탱크로부터 증발가스를 배출시키는 단계와; 상기 카고 탱크로부터 배출된 증발가스를 재액화시키는 단계와; 재액화되어 상기 카고 탱크로 복귀되는 액화 증발가스 중 적어도 일부를 엔진의 연료로서 공급하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치에 의하면, 재액화된 증발가스가 세퍼레이터(Separator)를 바이패스(By-pass)하여 연료로 사용되도록 함으로써 플래쉬 가스(Flash gas)의 발생량을 줄이고, 파워 소모(Power consumption)를 감소시키도록 한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치를 도시한 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치를 도시한 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치(100)는 카고 탱크(1)로부터 배출되어 압축 및 냉각된 증발가스를 재액화시키는 재액화 유닛(Reliquefaction unit: 130)과, 재액화 유닛(130)에 의해 재액화된 증발가스로부터 플래쉬 가스(Flash gas)를 분리하는 세퍼레이터(Separator: 140)와, 카고 탱크(1)의 LNG를 응축시켜서 연료로 사용되도록 하는 재응축기(Recondenser: 150)와, 재액화 유닛(130)에 의해 재액화된 증발가스를 연료로 사용되기 위해 이송시키는 증발가스 연료라인(160)을 포함한다.

카고 탱크(1)로부터 배출된 증발가스를 압축 및 냉각시키기 위하여 압축기(Compressor: 110) 및 쿨러(Cooler: 120)가 각각 마련된다.

압축기(110)는 카고 탱크(1)로부터 배출되는 증발가스가 액화되어 카고 탱크(1)로 리턴되도록 하는 재액화라인(171)에 설치되고, 카고 탱크(1)로부터 배출되는 증발가스를 압축시킨다.

쿨러(120)는 재액화라인(171)에 설치되고, 압축기(110)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키되, 카고 탱크(1)로부터 연료공급라인(172)을 통해서 연료로 사용되기 위해 배출되는 저온의 LNG를 이용하여 증발가스를 냉각시킴으로써 증발가스의 액화에 소요되는 로드(Load)를 줄이도록 한다.

재액화 유닛(130)은 재액화라인(171)에 설치되고, 쿨러(120)에 의해 냉각된 증발가스를 재액화시키며, 증발가스가 응축되는 열교환기와 냉매를 순환시키는 N₂ 컴팬더(Compander)를 포함할 수 있다.

세퍼레이터(140)는 재액화라인(171)에 설치되고, 재액화 유닛(130)에 의해 재액화되어 카고 탱크(1)로 공급되는 증발가스로부터 플래쉬 가스를 분리함으로써 액상의 증발가스를 카고 탱크(1)에 공급되도록 한다. 세퍼레이터(140)에 의해 분리된 플래쉬 가스는 벤팅(Venting)되거나 연소기(GCU)로 보내어짐으로써 카고 탱크(1)에 열이 축적되는 것을 방지한다. 여기서, 재액화라인(171)은 세퍼레이터(140)의 전단과 후단에 재액화된 증발가스의 이동을 개폐시키는 밸브(171a,171b)가 설치된다.

재응축기(150)는 카고 탱크(1)로부터 ME-GI 엔진 등과 같은 연료사용처로 LNG를 공급시키는 연료공급라인(172)에 설치되어 카고 탱크(1)로부터 배출되는 LNG를 응축시켜서 연료사용처에 필요한 연료로 사용되도록 하며, 카고 탱크(1)로부터 연료공급라인(172)을 통해서 공급되는 LNG나 증발가스 연료라인(160)으로부터 공급되는 재액화된 증발가스를 응축한 다음, 연료로 사용되도록 공급한다. 여기서 연료공급라인(172)은 재응축기(150)의 전단에 밸브(172a)가 설치되며, 재응축기(150)의 후단에 연료를 약 250 barg로 승압하는 펌프(173)가 설치되며, 연료사용처로 공급되기 전의 연료를 기화시키도록 기화기(Vaporizer: 174)가 설치된다.

증발가스 연료라인(160)은, 재액화 유닛(130)에 의해 재액화된 액화증발가스 중 적어도 일부를, 세퍼레이터(140)를 바이패스하여 연료로 사용하기 위해 연료공급라인(172)으로 이송시킴으로써 플래쉬 가스(Flash gas)의 발생량을 줄이고, 파워 소모(Power consumption)를 감소시키도록 한다.

또한, 증발가스 연료라인(160)은 재액화 유닛(130)의 후단과 재응축기(150)를 연결시키도록 설치되며, 이로 인해 재액화 유닛(130)에 의해 재액화된 증발가스가 재응축기(150)로 공급되어 재응축됨으로써 연료로 사용되도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 액화가스 수송선의 증발가스 재액화 장치의 작동을 설명하기로 하겠다.

본 발명은 재액화 장치(100)가 탑재된 액화가스 수송선에서 극저온 매체의 처리가 가능한 증발가스 압축기(110)를 사용하여 넓은 범위의 증발가스 온도를 압축할 수 있는 프로세스를 기반으로 하고 있으며, 이를 통해 재액화 유닛(130)에 의해 재액화된 증발가스가 세퍼레이터(140)를 바이패스하여 과냉의 상태로 엔진 추진 등의 연료로 사용되도록 함으로써 플래쉬 가스의 발생량을 줄이고, 최소의 파워 소모(Power consumption)로 선박을 운용할 수 있도록 한다. 즉, 항해 시 발생하는 증발가스를 약 10 bara, -159℃로 재액화시킨 뒤, 세퍼레이터(140)를 바이패스하여 엔진 등으로 공급하는 구성을 적용함으로써 서브 쿨(Sub-cool) 상태의 액상 증발가스가 세퍼레이터(140)를 경유하지 않고서 증발가스 연료라인(160)을 통해서 연료공급라인(172)에 설치된 재응축기(150)로 보내지며, 이로 인해 플래쉬 가스의 발생을 막아 줌으로써 플래쉬 가스가 발생하지 않은 만큼의 재액화 파워가 소모되지 않도록 한다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110 : 압축기 120 : 쿨러
130 : 재액화 유닛 140 : 세퍼레이터
150 : 재응축기 160 : 증발가스 연료라인
171 : 재액화라인 171a,171b,172a : 밸브
172 : 연료공급라인 173 : 펌프
174 : 기화기

Claims

연료 공급 장치로서,
LNG 및 증발가스가 저장되어 있는 카고 탱크와;
상기 카고 탱크로부터 배출된 증발가스를 압축하는 압축기와;
상기 카고 탱크로부터 배출되어 압축 및 냉각된 증발가스를 재액화시키는 재액화 유닛과;
ME-GI 엔진과;
상기 카고 탱크로부터 배출된 LNG를 상기 엔진에서 요구하는 압력으로 압축시키는 펌프와;
상기 펌프에서 압축된 LNG와 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 열교환시킴으로써, LNG를 가열하고 증발가스를 냉각시키는 쿨러;
를 포함하며,
상기 쿨러는 상기 펌프의 하류측에 설치되며,
상기 재액화 유닛에 의해 재액화된 액화증발가스가 상기 펌프에 공급되는 LNG와 함께 상기 엔진의 연료로 사용되도록, 증발가스 연료라인이 상기 재액화 유닛의 하류측에서 연장하여 연료공급라인에 연결되며,
상기 쿨러에 의해 냉각된 증발가스가 상기 펌프에 공급되는 LNG와 함께 상기 엔진의 연료로 사용되도록, 냉각된 증발가스를 이송하기 위한 배관이 상기 쿨러의 하류측에서 연장하여 연료공급라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 장치.