KR101536394B1 - Liquefaction method, liquefaction device, and floating liquefied gas production equipment comprising same - Google Patents
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Abstract
피액화 가스를 액화시킬 때 액화 효율의 저하를 억제하는 것이 가능하고, 안전성도 우수하고, 또한, 설비의 컴팩트화가 가능한 액화 방법, 액화 장치 및 이것을 구비하는 부체식 액화 가스 제조 설비를 제공한다. 단일 성분의 고압 열매체와 열교환시킨 피액화 가스를 감압한 후에, 감압된 피액화 가스를 고압 열매체보다 저온이고, 또한, 동 종류의 저온측 열매체와 열교환시켜 액화시키는 것을 특징으로 한다.A liquefying method, a liquefying device, and a flue gas liquefied gas producing equipment having the liquefying gas capable of suppressing deterioration of liquefaction efficiency when liquefied gas is liquefied, being excellent in safety, and capable of making the equipment compact can be provided. Characterized in that the reduced liquefied gas is heat-exchanged with the low-temperature side heat medium of the same kind and lower in temperature than the high-pressure heat medium, after the reduced-pressure liquefied gas having undergone heat exchange with the single-component high-pressure heat medium is decompressed.
Description
본 발명은 액화 방법, 액화 장치 및 이것을 구비하는 부체식 액화 가스 제조 설비에 관한 것으로, 특히, 천연 가스의 액화에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquefaction method, a liquefaction device and a flue gas liquefied gas production facility equipped with the liquefaction device, and more particularly to liquefaction of natural gas.
일반적으로, 육상의 액화 설비로서는, 피액화 가스를 캐스케이드식 냉동 사이클이나, 수 종류의 냉매의 혼합 냉매를 사용한 냉동 사이클을 이용하여 액화시키고 있다 (예를 들어 특허문헌 1). 이 액화 설비의 설치 장소에, 최근, 해상 부체가 검토되고 있다. 해상 부체에 육상과 동일한 액화 설비를 설치한 경우에는, 동요에 대한 성능이나 설치 스페이스, 액화의 용이성, 안전성에 대한 고려에 있어서 박용화 (舶用化) 의 요건이 있다. 그 때문에, LNG 선의 보일 오프 가스의 재액화에는 이용되고 있지만, 액화 설비로서는 액화 효율이 떨어지는 질소 냉매의 질소 팽창 사이클에서도 적용될 여지가 있다.Generally, as a liquefaction facility onshore, liquefied gas is liquefied using a cascade refrigeration cycle or a refrigeration cycle using a mixed refrigerant of several kinds of refrigerants (for example, Patent Document 1). In recent years, marine deposits have been studied at installation sites of this liquefaction facility. In the case where a liquefaction facility identical to that on the land is installed on a marine vessel, there is a requirement for the use of marine vessels in consideration of performance against fluctuation, ease of liquefaction, and safety of installation space. Therefore, although it is used for re-liquefaction of the boil-off gas of the LNG, there is a room for application to the nitrogen expansion cycle of the nitrogen refrigerant whose liquefaction efficiency is poor as the liquefaction facility.
질소 냉동 사이클에 있어서의 천연 가스 및 질소의 열교환에 대하여 도 5 를 이용하여 설명한다. 도 5 에 있어서, 세로축은 온도 (℃) 를 나타내고, 가로축에는 열부하 (kW) 를 나타낸다. 또, 도 5 중의 실선은 4 ㎫ 로 승압된 천연 가스를 나타내고, 점선은 15 ㎫ 로 승압된 천연 가스를 나타낸다. 또한, 도 5 중의 1 점 쇄선은 4 ㎫ 로 승압된 천연 가스와 열교환되는 경우의 질소를 나타내고, 2 점 쇄선은 15 ㎫ 로 승압된 천연 가스와 열교환되는 질소를 나타낸다.The heat exchange between natural gas and nitrogen in the nitrogen refrigeration cycle will be described with reference to Fig. In Fig. 5, the vertical axis represents the temperature (占 폚) and the horizontal axis represents the thermal load (kW). In Fig. 5, the solid line represents the natural gas raised to 4 MPa, and the dotted line represents the natural gas which is increased to 15 MPa. 5 indicate nitrogen in the case of heat exchange with natural gas raised to 4 MPa, and the two-dot chain line indicates nitrogen which is heat exchanged with natural gas raised to 15 MPa.
도 5 에 나타내는 바와 같이 천연 가스 (실선) 를 4 ㎫ 로 승압시킨 경우에는, 온도가 변화하는 과정에서, 열부하에 대한 천연 가스의 온도 변화가 작아지는 스텝상을 발생시킨다. 이 스텝상은, 냉매인 질소가 열교환되는 과정에서 액상과 기 사이를 상전이하는 동안, 온도가 일정해지기 때문에 발생한다. 그 때문에, 4 ㎫ 로 승압된 천연 가스와 질소의 온도차가 가장 작아지는 핀치 포인트에 맞추도록 질소 (1 점 쇄선) 를 설정한 경우에는, 핀치 포인트 이외의 열교환 과정에서는, 천연 가스와 질소의 온도차가 커져, 일반적으로 온도차가 작은 경우에 비해 액화 효율이 떨어진다.As shown in FIG. 5, when the natural gas (solid line) is stepped up to 4 MPa, a stepped phase in which the temperature change of the natural gas with respect to the thermal load decreases in the course of the temperature change. This step phase occurs because the temperature becomes constant while phase transition occurs between the liquid phase and the phase during the heat exchange of nitrogen as the refrigerant. Therefore, when nitrogen (one-dot chain line) is set to match the pinch point at which the temperature difference between natural gas and nitrogen increased to 4 MPa, the temperature difference between natural gas and nitrogen And the liquefaction efficiency is lowered in comparison with the case where the temperature difference is generally small.
열매체 질소의 압축 순환은, 특허문헌 2 에 기재된 발명과 같이, 큰 소요 동력의 질소 압축기이기 때문에 가스 터빈에 의해 구동되는 예가 많은데, 가스 터빈에 의해 소비되는 연료로서는 액화되어야 할 원료 가스의 일부가 상정되어 있다. 액화 과정에서 발생하는 오프 가스는, 가스 터빈의 연료로서는 저압이므로 재가압이 필요해져 이용되기 어렵다. 제품이 되는 액화 가스를 최대화하기 위해서도 프로세스 오프 가스의 효율이 양호한 연료화의 과제가 있었다.Since the compression cycle of the heating medium nitrogen is driven by a gas turbine because it is a nitrogen compressor having a large required power as in the invention described in
또, 액화 과정에서 발생하는 오프 가스는, 그 압력이 거의 대기압인 것이나 질소 성분이 많아, 질소 압축기를 구동시키는 가스 터빈의 연료에 사용하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.Further, there is a problem that it is difficult to use the off-gas generated in the liquefaction process for the fuel of the gas turbine that drives the nitrogen compressor because the pressure thereof is almost at atmospheric pressure and the nitrogen component is large.
나아가서는, 특허문헌 2 에 기재된 발명과 같이, 질소 압축기를 가스 터빈과 증기 터빈, 또는 증기 터빈과 전동기의 하이브리드로 하여 구동시키고 있는 경우에는, 해상 부체에 적용시키기 위해, 선상 보수가 곤란한 것, 예비품의 필요성이나 전동화에 의한 용장성 (冗長性) 의 확보가 문제가 되고 있었다.Further, when the nitrogen compressor is driven by a gas turbine and a steam turbine or a hybrid of a steam turbine and an electric motor as in the invention described in
한편, 도 5 의 점선으로 나타내는 바와 같이, 천연 가스를 15 ㎫ 로 승압시킨 경우에는, 실선으로 나타낸 4 ㎫ 로 승압된 천연 가스에 발생되어 있던 스텝상이 없어져 대략 직선상이 된다. 그 때문에, 15 ㎫ 로 승압된 고압의 천연 가스와 질소 (2 점 쇄선) 의 온도차를 전체에 걸쳐 작게 하여 열교환시킬 수 있기 때문에 효율적으로 액화시킬 수 있다. 그러나, 고압의 천연 가스와 질소를 열교환시키기 위해서는, 쉘 앤드 튜브식의 열교환기를 사용할 필요가 있기 때문에 열교환기가 대형이 되어, 액화 장치의 설치 스페이스를 삭감할 수 없다는 문제가 있었다.On the other hand, as shown by the dotted line in Fig. 5, when the natural gas is boosted to 15 MPa, the stepped phase generated in the natural gas stepped up to 4 MPa indicated by the solid line disappears and becomes a substantially straight line. Therefore, the temperature difference between the high-pressure natural gas and the nitrogen (double-dot chain line) raised to 15 MPa can be reduced over the whole, and heat exchange can be carried out. However, in order to heat exchange the high-pressure natural gas with nitrogen, it is necessary to use a shell-and-tube type heat exchanger, so that the heat exchanger becomes large and the installation space of the liquefier can not be reduced.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 액화 효율의 저하를 억제하면서, 안전성도 우수하고, 또한, 설비의 컴팩트화가 가능한 액화 방법, 액화 장치 및 이것을 구비하는 부체식 액화 가스 제조 설비를 제공한다.The present invention has been made in view of the above circumstances and provides a liquefaction method, a liquefying device, and an apparatus for producing a liquefied gas containing such liquefied gas, which are excellent in safety while suppressing a decrease in liquefaction efficiency and capable of making the equipment compact .
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 액화 방법, 액화 장치 및 이것을 구비하는 부체식 액화 가스 제조 설비는, 이하의 수단을 채용한다.In order to solve the above problems, the liquefaction method, the liquefaction device, and the flue gas liquefied gas production facility having the liquefaction device of the present invention employ the following means.
본 발명의 제 1 양태는, 단일 성분의 고압 열매체와 열교환시킨 피액화 가스를 소정압으로 감압한 후에, 감압된 상기 피액화 가스를 상기 고압 열매체보다 저온이고 또한 동 종류의 저온측 열매체와 열교환시켜 액화시키는 것을 특징으로 하는 액화 방법이다.In the first aspect of the present invention, after the pressure of the liquefied gas having undergone heat exchange with the single-component high-pressure heating medium is reduced to a predetermined pressure, the reduced-pressure liquefied gas is heat-exchanged with the low- And liquefying the liquid.
피액화 가스의 액화는, 열매체와 열교환시키는 것에 의해 이루어지고 있다. 피액화 가스의 액화 효율은, 피액화 가스와 열매체의 온도차가 열교환 과정에 걸쳐 균일하게 작은 것이 바람직하다. 그러나, 피액화 가스가 고압인 경우에는, 열매체와의 온도차가 열교환 과정에 걸쳐 거의 균일하게 작지만, 열매체와 열교환을 실시하는 열교환기가 대형화되어 버린다. 또, 피액화 가스가 저압인 경우에는, 피액화 가스가 그 열교환 과정에서 스텝상이 되어 버린다. 그 때문에, 피액화 가스와 열매체의 온도차가 가장 작아지는 지점 (핀치 포인트) 에 맞춰 열매체의 압력을 설정한 경우에는, 핀치 포인트 이외의 과정에서는, 피액화 가스와 열매체의 온도차가 커져, 열교환 효율이 떨어져 버린다.The liquefied gas is liquefied by heat exchange with the heating medium. The liquefaction efficiency of the liquefied gas is preferably such that the temperature difference between the liquefied gas and the heating medium is uniformly small during the heat exchange process. However, when the liquefied gas is at a high pressure, the temperature difference with the heating medium is substantially uniformly small during the heat exchange process, but the heat exchanger performing the heat exchange with the heat medium becomes large. When the liquefied gas is at a low pressure, the liquefied gas becomes stepped in the heat exchange process. Therefore, when the pressure of the heating medium is set in accordance with the point at which the temperature difference between the liquefied gas and the heating medium becomes the smallest (pinch point), the temperature difference between the liquefied gas and the heating medium becomes large in the process other than the pinch point, It falls off.
그래서, 피액화 가스와 열매체의 온도차를 작게 하기 위해, 탄화 수소나 질소 등의 혼합 열매체 혹은 복수의 단일 성분의 열매체를 복수의 열교환기에 의해 열교환시키는 캐스케이드 방식이 이용되고 있다. 그러나, 캐스케이드 방식의 경우에는, 열교환기 등의 기기가 증가한다는 문제가 있었다. 또, 혼합 열매체를 사용하는 경우에는, 복수의 성분으로 이루어지기 때문에 피액화 가스의 특성에 맞춰 복수의 열매체가 사용되는데, 그 일부에 가연성 열매체가 사용되기 때문에 안정성에 문제가 있었다.In order to reduce the temperature difference between the liquefied gas and the heating medium, a cascade method is used in which a mixed heating medium such as hydrogen gas or nitrogen or a plurality of single-component heating medium is heat-exchanged by a plurality of heat exchangers. However, in the case of the cascade method, there is a problem that equipment such as a heat exchanger increases. In the case of using a mixed heating medium, since a plurality of components are used, a plurality of heating mediums are used in accordance with the characteristics of the liquid to be liquefied. However, since a combustible heating medium is used for a part thereof, there is a problem in stability.
그래서, 본 발명에서는, 피액화 가스를 단일 성분의 고온측 열매체와 열교환시키고, 그 후, 소정압으로 감압한다. 또한, 감압된 피액화 가스를 고온측 열매체와 동 종류이고, 또한, 고온측 열매체보다 저온인 저온측 열매체와 열교환시키는 것으로 하였다. 이로써, 고온측 열매체와 열교환시킨 피액화 가스를 저온측 열매체의 온도 변화에 근사시키도록 감압하고 나서, 저온측 열매체와 열교환시킬 수 있다. 그 때문에, 피액화 가스와 고온측 열매체 및 저온측 열매체의 온도차를 거의 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 단일 성분의 열매체를 이용하여, 피액화 가스를 효율적으로 액화시킬 수 있다.Thus, in the present invention, the liquefied gas is heat-exchanged with the single-component high-temperature side heating medium, and thereafter, the pressure is reduced to a predetermined pressure. Further, the decompressed liquefied gas is heat-exchanged with a low-temperature side heat medium of the same kind as the high temperature side heat medium and lower in temperature than the high temperature side heat medium. Thereby, the liquefied gas heat-exchanged with the high-temperature heat medium can be decompressed so as to approximate the temperature change of the low-temperature heat medium medium, and then heat-exchanged with the low temperature side heat medium. Therefore, the temperature difference between the liquefied gas and the high-temperature side heat medium and the low temperature side heat medium can be kept substantially constant. Therefore, the liquefied gas can be efficiently liquefied by using a single-component heating medium.
또한, 소정압이란, 열매체와 열교환되는 피액화 가스의 임계점에 대응한 압력을 말한다.The predetermined pressure refers to the pressure corresponding to the critical point of the liquefied gas that is heat-exchanged with the heating medium.
또, 피액화 가스는, 액화되기 전의 원료 가스로, 천연 가스 (LNG) 나 액화 석유 가스 (LPG) 등을 들 수 있다.The liquefied gas is a raw material gas before liquefaction, and includes natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), and the like.
본 발명의 제 2 양태는, 피액화 가스와 고온측 열매체가 열교환되는 고온측 열매체용 열교환기와, 그 고온측 열매체용 열교환기로부터 도출된 피액화 가스를 감압하는 감압 밸브와, 그 감압 밸브를 통과한 피액화 가스와, 저온측 열매체가 열교환되는 저온측 열매체용 열교환기를 구비하고, 상기 고온측 열매체 및 상기 저온측 열매체는, 단일 성분이고 또한 동 종류로서, 상기 감압 밸브는, 상기 저온측 열매체용 열교환기로 유도되는 피액화 가스를 소정압으로 감압하는 것을 특징으로 하는 액화 장치이다.A second aspect of the present invention is a heat exchanger comprising a heat exchanger for a high temperature side heating medium in which a liquefied gas and a high temperature side heating medium are heat-exchanged, a decompression valve for decompressing the liquefied gas derived from the heat exchanger for high temperature side heating medium, And a heat exchanger for a low temperature side heat medium in which a liquefied gas and a low temperature side heat medium are heat-exchanged, wherein the high temperature side heat medium and the low temperature side heat medium are single components and are of the same type, And the pressure of the liquefied gas led to the heat exchanger is reduced to a predetermined pressure.
단일 성분의 고온측 열매체를 고온측 열매체용 열교환기로, 고온측 열매체와 동 종류의 저온측 열매체를 저온측 열매체용 열교환기로 유도하고, 고온측 열매체용 열교환기와 저온측 열매체용 열교환기 사이에는, 피액화 가스를 소정압으로 감압하는 감압 밸브를 형성하는 것으로 하였다. 이로써, 고온측 열매체용 열교환기를 통과한 피액화 가스를 감압 밸브에 의해 저온측 열매체의 온도 변화에 근사 시켜, 저온측 열매체용 열교환기로 유도할 수 있다. 그 때문에, 피액화 가스와 고온측 열매체 및 저온측 열매체의 온도차를 거의 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 단일 성분의 열매체를 이용하여, 피액화 가스를 효율적으로 액화시킬 수 있다.Temperature side heating medium is introduced into a heat exchanger for a high temperature side heating medium and a low temperature side heating medium of the same kind as the high temperature side heating medium is introduced into a heat exchanger for a low temperature side heating medium, The pressure reducing valve for reducing the pressure of the liquefied gas to a predetermined pressure is formed. Thereby, the liquefied gas passing through the heat exchanger for the high temperature side heat medium body can be approximated to the temperature change of the low temperature side heat medium body by the pressure reducing valve, and can be guided to the heat exchanger for the low temperature side heat medium body. Therefore, the temperature difference between the liquefied gas and the high-temperature side heat medium and the low temperature side heat medium can be kept substantially constant. Therefore, the liquefied gas can be efficiently liquefied by using a single-component heating medium.
본 발명의 제 3 양태는, 증기가 유도되어 구동되는 고압 터빈과, 그 고압 터빈에 접속되는 고압 터빈측 축과, 상기 고압 터빈으로부터 도출된 증기가 유도되어 구동되는 저압 터빈과, 그 저압 터빈에 접속되는 저압 터빈측 축을 갖는 크로스 컴파운드 터빈과, 상기 고온측 열매체용 열교환기로 유도되는 고온측 열매체를 압축하는 고온측 열매체용 압축기와, 상기 저온측 열매체용 열교환기로 유도되는 저온측 열매체를 압축하는 저온측 열매체용 압축기와, 상기 고압 터빈으로 유도되는 증기를 발생시키는 증기 발생 수단을 구비하고, 상기 고온측 열매체 압축기를 상기 고압 터빈측 축에 접속하고, 상기 저온측 열매체용 압축기를 상기 저압 터빈측 축에 접속하는 것을 특징으로 하는 액화 장치이다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a high-pressure turbine comprising a high-pressure turbine in which steam is induced and driven, a high-pressure turbine side shaft connected to the high-pressure turbine, a low pressure turbine in which steam derived from the high- And a low-temperature side heat medium-side heat medium-side heat medium-side heat medium-side heat medium-side heat medium-side heat medium-side heat medium-side heat medium-side heat medium- And a steam generating means for generating steam induced in the high pressure turbine, wherein the high temperature side heating medium compressor is connected to the high pressure turbine side shaft, the low temperature side heating medium compressor is connected to the low pressure side turbine side shaft To the liquefying device.
고압 터빈측 축에 고온측 열매체용 압축기를 접속하고, 저압 터빈측 축에 저온측 열매체용 압축기를 접속하는 것으로 하였다. 크로스 컴파운드 터빈을 구성하고 있는 고압 터빈측 축과 저압 터빈측 축은, 서로 분리되어 있기 때문에, 고압 터빈측 축에 접속되어 있는 고압 터빈, 저압 터빈측 축에 접속되어 있는 저압 터빈 각각을 제어함으로써, 고온측 열매체용 압축기와 저온측 열매체용 압축기를 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서, 고온측 열매체와 저온측 열매체를 서로 독립적으로 압축할 수 있고, 고온측 열매체와 저온측 열매체의 냉동 부하를 독립적으로 제어할 수 있다.Pressure turbine is connected to the high-temperature side heat medium compressor and the low-pressure turbine side shaft is connected to the low-temperature side heat medium compressor. The high-pressure turbine shaft and the low-pressure turbine shaft constituting the cross-compound turbine are separated from each other. Therefore, by controlling each of the high-pressure turbine connected to the shaft of the high-pressure turbine and the low-pressure turbine connected to the shaft of the low- The compressor for the heat medium medium and the compressor for the low temperature heat medium medium can be independently controlled. Therefore, the high temperature side heating medium and the low temperature side heating medium can be independently compressed, and the freezing load of the high temperature side heating medium and the low temperature side heating medium can be independently controlled.
본 발명에 관련된 상기 서술한 어느 액화 장치에 있어서, 상기 고온측 열매체용 열교환기는, 플레이트식이어도 된다.In any of the above-described liquefaction apparatuses according to the present invention, the heat exchanger for high temperature side heat medium may be plate type.
이 구성에 의하면, 피액화 가스와 고온측 열매체가 열교환되는 고온측 열매체용 열교환기에는, 플레이트식을 사용하는 것으로 하였다. 그 때문에, 고온측 열매체용 열교환기를 소형화할 수 있다. 따라서, 액화 장치의 컴팩트화를 도모할 수 있다.According to this constitution, plate type heat exchanger is used for the heat exchanger for high temperature side heat medium in which the liquefied gas and the high temperature side heat medium are heat-exchanged. Therefore, the heat exchanger for high temperature heat medium can be miniaturized. Therefore, it is possible to make the liquefaction apparatus compact.
본 발명에 관련된 상기 서술한 어느 액화 장치에 있어서, 상기 증기 발생 수단은, 액화 가스 중의 오프 가스를 연료로 하여 증기를 발생시키는 구성이어도 된다.In any of the above-described liquefaction apparatuses according to the present invention, the steam generating means may be configured to generate steam by using off-gas in the liquefied gas as fuel.
이 구성에 의하면, 액화 가스 중의 오프 가스를 연료로 하여 연소시켜 증기를 발생시키는 증기 발생 수단을 사용하는 것으로 하였다. 그 때문에, 크로스 컴파운드 터빈을 구동시키는 증기를 액화 장치 내에서 발생한 거의 대기압 상태의 오프 가스를 이용하여 구동시킬 수 있다. 따라서, 액화 장치로부터 발생하는 오프 가스를 유효하게 이용할 수 있다.According to this structure, the steam generating means for generating steam by burning off gas in the liquefied gas as fuel is used. Therefore, the steam for driving the cross-compound turbine can be driven by using the off-gas at the atmospheric pressure generated in the liquefier. Therefore, off gas generated from the liquefier can be effectively used.
본 발명의 제 4 양태는, 상기 중 어느 액화 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 부체식 액화 가스 제조 설비이다.A fourth aspect of the present invention is a substructure liquefied gas production facility comprising any of the above-described liquefaction devices.
증기에 의해 구동되는 크로스 컴파운드 터빈에 의해 구성되는 액화 장치를 부체식 액화 가스 제조 설비에 사용하는 것으로 하였다. 그 때문에, 크로스 컴파운드 터빈으로서, 기존의 선박용 주기에 이용되고 있는 증기 터빈을 적용할 수 있다. 따라서, 고온측 열매체용 압축기 및 저온측 열매체용 압축기를 구동시키기 위한 크로스 컴파운드 터빈의 새로운 개발이 불필요해져, 기존의 기기를 유효하게 이용할 수 있다.A liquefaction device constituted by a steam-driven cross-compound turbine is used in a flue gas liquefied gas production facility. Therefore, as a cross-compound turbine, a steam turbine used in a conventional marine cycle can be applied. Therefore, a new development of a cross-compound turbine for driving the compressor for the high temperature side heating medium and the compressor for the low temperature side heating medium becomes unnecessary, and the existing device can be effectively used.
본 발명에 관련된 상기 서술한 부체식 액화 가스 제조 설비에 있어서, 상기 고온측 열매체 및 상기 저온측 열매체에는, 질소를 사용해도 된다.In the above-described flue gas liquefied gas production equipment according to the present invention, nitrogen may be used for the high temperature side heating medium and the low temperature side heating medium.
열매에 불연성 질소를 사용하는 고온측 열매체용 압축기 및 저온측 열매체용 압축기와, 고온측 열매체용 열교환기 및 저온측 열매체용 열교환기에 의해 구성되는 액화 장치를 부체식 액화 가스 제조 설비에 사용하는 것으로 하였다. 또, 고온측 열매체용 압축기 및 저온측 열매체용 압축기의 구동에는, 증기 터빈을 사용하는 것으로 하였다. 이것들에 의해, 열매체 등으로부터 가연성 가스가 누설되는 것에 의한 폭발의 위험성을 방지할 수 있다. 그 때문에, 갑판 아래에, 고온측 열매체용 압축기, 저온측 열매체용 압축기나 증기 터빈 등의 기기를 배치할 수 있다. 따라서, 갑판 위의 액화 장치의 배치 스페이스를 삭감할 수 있다.A liquefaction device composed of a compressor for a high temperature side heating medium and a heat exchanger for a low temperature side heating medium using a non-combustible nitrogen as a heat source, a compressor for a low temperature side heating medium, a heat exchanger for a high temperature side heating medium and a heat exchanger for a low temperature side heating medium, . The steam turbine is used for driving the compressor for the high temperature side heating medium and the compressor for the low temperature side heating medium. By these means, it is possible to prevent the risk of explosion by leakage of the combustible gas from the heating medium or the like. Therefore, a device such as a compressor for a high temperature side heating medium, a compressor for a low temperature side heating medium, or a steam turbine can be disposed under the deck. Therefore, the space for disposing the liquefier on the deck can be reduced.
본 발명에 의하면, 피액화 가스를 단일 성분의 고온측 열매체와 열교환시키고, 그 후, 소정압으로 감압한다. 또한, 감압된 피액화 가스를 고온측 열매체와 동 종류이고, 또한, 고온측 열매체보다 저온인 저온측 열매체와 열교환시키는 것으로 하였다. 이로써, 고온측 열매체와 열교환된 피액화 가스를 저온측 열매체의 온도 변화에 근사시키도록 감압하고 나서, 저온측 열매체와 열교환시킬 수 있다. 그 때문에, 피액화 가스와 고온측 열매체 및 저온측 열매체의 온도차를 거의 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 단일 성분의 열매체를 이용하여, 피액화 가스를 효율적으로 액화시킬 수 있다.According to the present invention, the liquefied gas is heat-exchanged with the single-component high-temperature side heat medium, and thereafter, the pressure is reduced to a predetermined pressure. Further, the decompressed liquefied gas is heat-exchanged with a low-temperature side heat medium of the same kind as the high temperature side heat medium and lower in temperature than the high temperature side heat medium. Thereby, the pressure of the liquefied gas heat-exchanged with the high temperature heat medium is reduced to approximate the temperature change of the low temperature heat medium, and then heat exchange with the low temperature side heat medium can be performed. Therefore, the temperature difference between the liquefied gas and the high-temperature side heat medium and the low temperature side heat medium can be kept substantially constant. Therefore, the liquefied gas can be efficiently liquefied by using a single-component heating medium.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 액화 장치를 구비한 부체식 액화 가스 제조 설비의 개략 구성도이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 액화 장치의 우측 확대 구성도이다.
도 3 은 도 1 에 나타낸 액화 장치의 좌측 확대 구성도이다.
도 4 는 도 2 및 도 3 에 나타낸 액화 장치에 있어서의 천연 가스 및 질소의 관계를 나타낸 T-H 선도이다.
도 5 는 복수의 압력에 있어서의 천연 가스 및 질소의 관계를 나타낸 T-H 선도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic block diagram of a liquid-fed-gas liquefaction plant equipped with a liquefier according to an embodiment of the present invention; FIG.
Fig. 2 is an enlarged right side view of the liquefier shown in Fig. 1. Fig.
3 is an enlarged view of the left side of the liquefier shown in Fig.
4 is a T-H diagram showing the relationship between natural gas and nitrogen in the liquefier shown in Figs. 2 and 3. Fig.
5 is a T-H diagram showing the relationship between natural gas and nitrogen at a plurality of pressures.
본 발명의 일 실시형태에 관련된 액화 장치를 구비한 부체식 액화 가스 제조 설비의 개략 구성도에 대하여 도 1 에 기초하여 설명한다.Fig. 1 is a schematic block diagram of a flue gas liquefied gas production facility provided with a liquefaction device according to an embodiment of the present invention. Fig.
부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (Floating LNG : FLNG) (1) 는, 액화 천연 가스 (액화 가스) 를 저장하는 복수의 화물 탱크 (2) 와 전 (前) 처리 장치 (3) 와 액화 장치 (도시 생략) 와 부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (1) 내에 전력을 공급하는 전력 공급 장치 (도시 생략) 를 구비하고 있다.A floating LNG (FLNG) 1 comprises a plurality of
부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (부체식 액화 가스 제조 설비) (1) 는, 육상이나 해저의 지층 아래로부터 고압으로 분출되는 원료 가스인 천연 가스 (피액화 가스) 를 정제 액화시켜 제품인 액화 천연 가스 (Liquefied natural gas : LNG) 로 하는 것으로, 해상에 설치되는 것이다.The liquefied natural gas production facility (liquefied natural gas production facility) (1) is a refinery liquefied natural gas (liquefied gas), which is a raw material gas that is ejected from under the ground or under the seabed at a high pressure, Liquefied natural gas (LNG), which is installed on the sea.
화물 탱크 (본 도면에서는, 3 개만을 나타낸다) (2) 는, 액화 천연 가스를 저장하는 것이다. 화물 탱크 (2) 는, 모스 독립 구형 탱크이다.The cargo tank (only three in this figure) 2 stores liquefied natural gas.
전처리 장치 (3) 는, 원료 가스인 천연 가스 중에 함유되어 있는 이산화탄소, 황화수소, 수분, 중질분 등의 불순물을 제거하는 것이다.The
액화 장치는, 천연 가스를 냉매 (냉각용 열매체) 와 열교환시킴으로써 액화시키는 것이다. 액화 장치는, 후술하는 고압 질소 열교환기 (도시 생략) 나 저압 질소 열교환기 (도시 생략) 가 격납되어 있는 콜드 박스 (5) 와, 선내에 전력을 공급하는 전력 공급 장치가 형성되어 있는 선내 동력 설치 구획 (4) 과, 후술하는 고압 질소 압축기 (도시 생략), 저압 질소 압축기 (도시 생략), 압축기 구동용 증기 터빈 (도시 생략) 등이 격납되어 있는 액화 장치용 동력 장치 구획 (6) 과, 후술하는 엔드 플래시 탱크 (도시 생략) 등이 형성되어 있는 저장 구획 (7) 으로 나뉘어져 있다.The liquefier apparatus liquefies natural gas by heat exchange with a refrigerant (a heating medium for cooling). The liquefaction apparatus includes a
콜드 박스 (5) 는, 갑판 위에 형성되어 있다. 콜드 박스 (5) 내에는, 액화 장치의 일부인 고압 질소 열교환기 (고온측 열매체용 열교환기) 및 저압 질소 열교환기 (저온측 열매체용 열교환기) 가 형성되어 있다. 콜드 박스 (5) 는, 외부와의 열의 출입을 방지하기 위해 단열 조치가 실시되어 있다.The
액화 장치용 동력 장치 구획 (6) 은, 갑판 아래에 형성되어 있다. 액화 장치용 동력 장치 구획 (6) 에는, 액화 장치를 구성하고 있는 고압 질소 압축기 (고온측 열매체용 압축기) 나 저압 질소 압축기 (저온측 열매체용 압축기), 이들 압축기를 구동시키는 압축기 구동용 증기 터빈 (크로스 컴파운드 터빈) 이 형성되어 있다.The power unit section (6) for the liquefier is formed below the deck. In the
저장 구획 (7) 은, 갑판 아래에 형성되어 있고, 엔드 플래시 탱크가 형성되어 있다.The storage compartment 7 is formed under the deck, and an end flash tank is formed.
선내 동력 설치 구획 (4) 은, 갑판 아래에 형성되어 있고, 후술하는 보일러 (도시 생략) 와 가스 연소 디젤 기관 (도시 생략) 과 가스 연소 디젤 기관 구동 발전기 (도시 생략) 를 구비하고 있다. 부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (1) 내에서 필요한 전력은, 선내 동력 설치 구획 (4) 에 형성되어 있는 이들 기기에 의해 공급되게 된다.The in-ship power installation section 4 is formed below the deck, and includes a boiler (not shown), a gas-combustion diesel engine (not shown), and a gas-combustion diesel engine driven generator (not shown). The required power in the primary liquefied natural gas production facility 1 is supplied by these devices formed in the in-ship power installation section 4. [
다음으로, 본 실시형태의 액화 장치의 구성에 대하여 도 2 및 도 3 을 이용하여 설명한다.Next, the configuration of the liquefaction apparatus of the present embodiment will be described with reference to Figs. 2 and 3. Fig.
도 2 에는, 도 1 에 나타낸 액화 장치의 우측 확대 구성도가 도시되어 있고, 도 3 에는, 그 좌측 확대 구성도가 도시되어 있다.Fig. 2 is a right-side enlarged view of the liquefier shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a left enlarged view of the liquefier.
액화 장치 (10) 는, 고압 질소 열교환기 (11) 와 저압 질소 열교환기 (12) 와 고압 질소 압축기 (13) 와 저압 질소 압축기 (14) 와 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 과 줄 톰슨 팽창 밸브 (감압 밸브) (16) 와 보일러 (도시 생략) 와 엔드 플래시 탱크 (30) 를 주로 구비하고 있다. 액화 장치 (10) 는, 냉동 사이클과 액화 장치 (10) 를 구동시키는 구동부로 나뉜다.The
냉동 사이클은, 고압인 천연 가스 (예를 들어 15 ㎫ 내지 20 ㎫) 와 냉매인 질소가 열교환되는 고압 질소 루프 (17) 와, 비교적 저압인 천연 가스 (예를 들어 6 ㎫ 이하) 와 냉매인 질소가 열교환되는 저압 질소 루프 (18) 를 구비하고 있다. 이들 2 개의 냉동 사이클은, 서로 독립된 루프로 되어 있다.The refrigeration cycle includes a high
구동부는, 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 을 구비하고 있다.The driving unit includes a compressor-driven steam turbine (15).
고압 질소 루프 (17) 는, 주로 고압 질소 열교환기 (11) 와 고압 질소 압축기 (13) 와 고압 질소 팽창기 (19) 를 구비하고 있다.The high-
고압 질소 열교환기 (11) 는, 고압인 천연 가스와 질소 (이하, 「고압 질소」) 가 열교환되는 것이다. 고압 질소 열교환기 (11) 에는, 예를 들어, Heatric 사의 플레이트식의 스테인리스 플레이트 디퓨전 타입 (diffusion-bonded heat exchangers) 이 바람직하게 사용된다.The high-pressure
고압 질소 압축기 (13) 는, 고압 질소 (고온측 열매체) 를 압축하는 것이다. 고압 질소 압축기 (13) 에는, 후술하는 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 에 접속되어 있는 고압 터빈측 감속기 (20) 가 접속되어 있다. 고압 질소 압축기 (13) 는, 고압 터빈측 감속기 (20) 가 구동됨으로써 고압 질소를 압축한다.The high-pressure nitrogen compressor (13) compresses high-pressure nitrogen (high-temperature-side heating medium). The high-pressure nitrogen compressor (13) is connected to a high-pressure turbine-side reduction gear (20) connected to a compressor driving steam turbine (15) to be described later. The high-pressure nitrogen compressor (13) compresses high-pressure nitrogen by driving the high-pressure turbine-side reduction gear (20).
고압 질소 팽창기 (19) 는, 고압 질소를 팽창시키는 것이다. 고압 질소 팽창기 (19) 에는, 고압 질소 승압기 (21) 가 접속되어 있다. 고압 질소 승압기 (21) 는, 고압 질소 팽창기 (19) 가 고압 질소를 팽창시켜 회전 구동됨으로써 구동된다. 고압 질소 승압기 (21) 는, 구동됨으로써 고압 질소를 승압시킨다.The high-
저압 질소 루프 (18) 는, 주로 저압 질소 열교환기 (12) 와 저압 질소 압축기 (14) 와 저압 질소 팽창기 (22) 를 구비하고 있다.The low
저압 질소 열교환기 (12) 는, 천연 가스와 질소 (이하, 「저압 질소」라고 한다) 가 열교환되는 것이다. 저압 질소 열교환기 (12) 에는, 알루미늄 납땜 플레이트 핀 타입의 열교환기가 사용된다.The low-pressure
저압 질소 압축기 (14) 는, 저압 질소 (저온측 열매체) 를 압축하는 것이다. 저압 질소 압축기 (14) 에는, 후술하는 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 에 접속되어 있는 저압 터빈측 감속기 (23) 가 접속되어 있다. 저압 질소 압축기 (14) 는, 저압 터빈측 감속기 (23) 가 구동됨으로써 저압 질소를 압축한다.The low-pressure nitrogen compressor (14) compresses low-pressure nitrogen (low-temperature side heating medium). To the low-
저압 질소 팽창기 (22) 는, 저압 질소를 팽창시키는 것이다. 저압 질소 팽창기 (22) 에는, 저압 질소 승압기 (24) 가 접속되어 있다. 저압 질소 승압기 (24) 는, 저압 질소 팽창기 (22) 가 저압 질소를 팽창시켜 회전 구동됨으로써 구동된다. 저압 질소 승압기 (24) 는, 구동됨으로써 저압 질소를 승압시킨다.The low-pressure nitrogen expander (22) expands the low-pressure nitrogen. To the low-
압축기 구동용 증기 터빈 (15) 은, 선박의 주기에 이용되고 있는 크로스 컴파운드식의 대형 증기 터빈이다. 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 으로서는, 미츠비시 중공업 제조의 UST (Ultra Steam Turbine) 가 바람직하게 사용된다.The compressor-driven
압축기 구동용 증기 터빈 (15) 은, 고압 터빈 (15a) 과 중압 터빈 (고압 터빈) (15b) 과 제 1 저압 터빈 (15c) 과 제 2 저압 터빈 (15d) 을 구비하고 있다. 고압 터빈 (15a) 과 중압 터빈 (15b) 은, 프라이머리축 (15e) (고압 터빈측 축) 상에 형성되어 있다. 제 1 저압 터빈 (저압 터빈) (15c) 과 제 2 저압 터빈 (저압 터빈) (15d) 은, 세컨드리축 (저압 터빈측 축) (15f) 상에 형성되어 있다.The compressor driving
프라이머리축 (15e) 의 단부 (端部) 에는, 고압 터빈측 감속기 (20) 가 접속되어 있고, 세컨드리축 (15f) 의 단부에는, 저압 터빈측 감속기 (23) 가 접속되어 있다.A high-pressure turbine-
고압 터빈측 감속기 (20) 는, 프라이머리축 (15e) 으로부터 전달된 출력을 고압 질소 압축기 (13) 로 전달하는 것이다. 이로써, 고압 질소 압축기 (13) 는, 고압 터빈 (15a) 또는 중압 터빈 (15b) 이 회전 구동됨으로써 구동되게 된다.The high-pressure turbine
저압 터빈측 감속기 (23) 는, 세컨드리축 (15f) 으로부터 전달된 출력을 저압 질소 압축기 (14) 로 전달하는 것이다. 이로써, 저압 질소 압축기 (14) 는, 제 1 저압 터빈 (15c) 또는 제 2 저압 터빈 (15d) 이 회전 구동됨으로써 구동되게 된다.The low-pressure turbine-
보일러 (증기 발생 수단) 는, 연료로서 후술하는 오프 가스나 보일 오프 가스 등의 액화 천연 가스와 중유를 연료로 사용하는 혼소 (混燒) 보일러이다.The boiler (steam generating means) is a burning boiler that uses liquefied natural gas such as off-gas and boil-off gas, which will be described later, and heavy oil as fuel.
엔드 플래시 탱크 (30) 는, 고압 질소 사이클 (17) 및 저압 질소 사이클 (18) 을 통과한 액화 천연 가스를 팽창시켜 온도 강하시키는 것이다. 엔드 플래시 탱크 (30) 에 있어서, 액화 천연 가스는, 함유되어 있던 질소 성분이 제거되게 된다. 또한, 엔드 플래시 탱크 (30) 대신에 감압 밸브를 이용해도 된다.The
줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 는, 고압 질소 루프 (17) 와 저압 질소 루프 (18) 사이에 형성되어 있다. 줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 는, 그 드로잉 기구에 의해 고압 질소 루프 (17) 를 통과한 천연 가스를 줄 톰슨 팽창시키는 것이다.The Row
다음으로, 천연 가스의 액화 방법에 대하여 설명한다.Next, a method of liquefying natural gas will be described.
육상이나 해저의 지층 아래로부터 분출되고 있는 원료 가스인 천연 가스는, 부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (1) (도 1 참조) 의 갑판 위에 형성되어 있는 전처리 장치 (3) 로 유도된다. 천연 가스는, 전처리 장치 (3) 에서, 함유되어 있는 이산화탄소, 황화수소, 수분, 중질분 등이 제거된다.Natural gas, which is a raw material gas ejected from below the ground or below the seabed, is led to the
전처리 장치 (3) 에 의해 정제된 천연 가스는, 콜드 박스 (5) 로 유도된다. 콜드 박스 (5) 로 유도된 천연 가스는, 승압 컴프레서 (31) (도 2 참조) 등에 의해 예를 들어 15 ㎫ 이상으로 승압된다. 또한, 이 승압은, 10 ㎫ 이상인 것이 바람직하다.The natural gas purified by the
승압 컴프레서 (31) 에 의해 고압이 된 천연 가스는, 제 1 열교환기 (32) 로 유도된다. 제 1 열교환기 (32) 로 유도된 천연 가스는, 해수와 열교환되어 온도가 예를 들어 30 ℃ 로 내려간다. 제 1 열교환기 (32) 에 의해 온도가 내려간 천연 가스는, 다시 제 2 열교환기 (33) 로 유도된다. 제 2 열교환기 (33) 로 유도된 천연 가스는, 칠러수인 청수와 열교환되어 온도가 예를 들어 -20 ℃ 까지 저하된다. 이와 같이 칠러수와 열교환시켜 예랭시킴으로써, 고압 질소 루프 (17) 에 있어서의 고압 질소와의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.The natural gas that has become high in pressure by the pressure-increasing compressor (31) is led to the first heat exchanger (32). The natural gas introduced into the
제 2 열교환기 (33) 에 의해 예랭된 천연 가스는, 고압 질소 루프 (17) 로 유도된다. 고압 질소 루프 (17) 로 유도된 천연 가스는, 고압 질소 루프 (17) 를 구성하고 있는 고압 질소 열교환기 (11) 로 유도된다. 고압 질소 열교환기 (11) 로 유도된 천연 가스는, 고압 질소 열교환기 (11) 내에 형성되어 있는 제 1 과냉각부 (K1) 에서 고압 질소와 열교환된다. 제 1 과냉각부 (K1) 에서 고압 질소와 열교환됨으로써, 천연 가스는 예를 들어 -80 ℃ 로 저하된다.The natural gas which is turbulent by the second heat exchanger (33) is led to the high pressure nitrogen loop (17). The natural gas introduced into the high-
온도가 저하된 천연 가스는, 줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 로 유도된다. 줄 톰슨 밸브 (16) 로 유도된 천연 가스는, 줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 를 통과함으로써 압력이 예를 들어 10 ㎫ 로 팽창 (감압) 된다. 이로써, 줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 를 통과한 천연 가스는, 온도가 예를 들어 -90 ℃ 까지 저하되게 된다.The natural gas whose temperature has been lowered is led to the Row
또한, 줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 에 의한 팽창에 의해 천연 가스는, 10 ㎫ 이하가 되는 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the natural gas is 10 MPa or less due to expansion by the Row
줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 를 통과함으로써 팽창되어 온도가 저하된 천연 가스는, 저압 질소 루프 (18) 로 유도된다. 저압 질소 루프 (18) 로 유도된 천연 가스는, 저압 질소 루프 (18) 를 구성하고 있는 저압 질소 열교환기 (12) 로 유도된다. 저압 질소 열교환기 (12) 로 유도된 천연 가스는, 저압 질소와 2 단계에 걸쳐 열교환된다. 즉, 천연 가스는, 저압 질소 열교환기 (12) 에 형성되어 있는 제 2 과냉각부 (K2) 에서 예를 들어 -135 ℃ 로 온도가 내려간 후, 저압 질소 열교환기 (12) 에 형성되어 있는 제 3 과냉각부 (K3) 에서 예를 들어 -160 ℃ 까지 온도가 내려가 액화된다.Natural gas that has been expanded and lowered in temperature by passing through the Row
이와 같이 하여 액화된 액화 천연 가스는, 엔드 플래시 탱크 (30) 로 유도된다. 엔드 플래시 탱크 (30) 로 유도된 액화 천연 가스는, 엔드 플래시 탱크 (30) 내에서 팽창됨으로써 그 온도가 강하됨과 함께, 액화 천연 가스 중의 질소분이 방출된다. 온도가 더욱 저하되어 질소분이 방출된 액화 천연 가스는, 도 1 에 나타낸 화물 탱크 (2) 로 유도되어 저장된다.The liquefied natural gas liquefied in this way is led to the
엔드 플래시 탱크 (30) 로 유도된 액화 천연 가스의 일부는 가스화된다. 가스화된 액화 천연 가스 (이하, 「오프 가스」라고 한다) 의 양은, 엔드 플래시 탱크 (30) 로 유도되는 액화 천연 가스의 온도를 조절함으로써, 플래시율이 예를 들어 10 % 이하가 되도록 한다.A part of the liquefied natural gas led to the
오프 가스 (예를 들어 -140 ℃) 는, 엔드 플래시 탱크 (30) 로부터 저압 질소 열교환기 (12) 로 유도된다. 저압 질소 열교환기 (12) 로 유도된 오프 가스는, 저압 질소 열교환기 (12) 에 형성되어 있는 제 2 과냉각부 (K2) 에서, 전술한 천연 가스와 열교환된다. 이로써, 오프 가스는, 그 온도가 예를 들어 -100 ℃ 가 된다. 또한, 오프 가스는, 저압 질소 열교환기 (12) 에 형성되어 있는 제 2 응축부 (G2) 로 유도된다. 제 2 응축부 (G2) 로 유도된 오프 가스는, 후술하는 저압 질소와 열교환된다. 제 2 응축부 (G2) 에서 열교환된 오프 가스는, 그 온도가 예를 들어 30 ℃ 로 가열되어 저압 질소 열교환기 (12) 로부터 도출된다.Off-gas (for example, -140 占 폚) is led from the
또, 화물 탱크 (2) (도 1 참조) 내에서 액화 천연 가스의 일부가 기화된 보일 오프 가스도, 오프 가스와 마찬가지로 저압 질소 열교환기 (12) 로 유도된다. 저압 질소 열교환기 (12) 로 유도된 보일 오프 가스는, 저압 질소 열교환기 (12) 에 형성되어 있는 제 2 과냉각부 (K2) 및 제 2 응축부 (G2) 에서 열교환되고, 그 온도가 예를 들어 30 ℃ 로 가열되어 저압 질소 열교환기 (12) 로부터 도출된다.The boil-off gas in which a part of the liquefied natural gas is vaporized in the cargo tank 2 (see Fig. 1) is also introduced into the low-pressure
다음으로, 고압 질소의 흐름에 대하여 설명한다.Next, the flow of the high-pressure nitrogen will be described.
고압 질소 루프 (17) 내를 순환하고 있는 고압 질소는, 고압 터빈측 감속기 (20) 에 의해 구동되는 고압 질소 압축기 (13) 에 의해 예를 들어 12 ㎫, 120 ℃ 로 압축된다. 고압이 된 고압 질소는, 제 3 열교환기 (34) 로 유도된다. 제 3 열교환기 (34) 로 유도된 고압 질소는, 도시되지 않은 급수 계통으로부터 유도된 급수와 열교환되어 온도가 85 ℃ 로 내려간다.The high pressure nitrogen circulating in the high
제 3 열교환기 (34) 를 통과한 고압 질소는, 다시 제 4 열교환기 (35) 로 유도된다. 제 4 열교환기 (35) 로 유도된 고압 질소는, 도시되지 않은 청수 계통으로부터 유도된 청수와 열교환되어 온도가 40 ℃ 로 내려간다. 40 ℃ 까지 온도가 저하된 고압 질소는, 고압 질소 열교환기 (11) 로 유도된다. 고압 질소 열교환기 (11) 로 유도된 고압 질소는, 고압 질소 열교환기 (11) 에 형성되어 있는 제 1 응축부 (G1) 로 유도된다.The high-pressure nitrogen having passed through the third heat exchanger (34) is again introduced into the fourth heat exchanger (35). The high-pressure nitrogen introduced into the
제 1 응축부 (G1) 로 유도된 고압 질소는, 제 1 과냉각부 (K1) 를 통과하여 팽창된 고압 질소와 열교환된다. 이로써, 제 1 응축부 (G1) 를 통과한 고압 질소는, 온도가 예를 들어 -25 ℃ 로 저하된다. 제 1 응축부 (G1) 에서 열교환되어 온도가 저하된 고압 질소는, 고온 질소 팽창기 (19) 로 유도된다. 고온 질소 팽창기 (19) 로 유도된 고압 질소는, 예를 들어 2 ㎫, -85 ℃ 로 팽창된다. 팽창되어 온도가 저하된 고압 질소는, 고압 질소 열교환기 (11) 에 형성되어 있는 제 1 과냉각부 (K1) 로 유도된다.The high-pressure nitrogen introduced into the first condensing section G1 undergoes heat exchange with the expanded high-pressure nitrogen passing through the first subcooling section K1. As a result, the high-pressure nitrogen that has passed through the first condensing section G1 is lowered to, for example, -25 캜. High-pressure nitrogen whose temperature has been lowered by heat exchange in the first condensing section (G1) is led to the high-temperature nitrogen inflator (19). The high-pressure nitrogen introduced into the high-
제 1 과냉각부 (K1) 로 유도된 팽창된 고압 질소는, 전술한 천연 가스와 열교환되어 예를 들어 -30 ℃ 로 가열된다. 제 1 과냉각부 (K1) 에서 가열된 고압 질소는, 제 1 응축부 (G1) 에서 제 4 열교환기 (35) 로부터 유도된 고압 질소와 열교환되어 예를 들어 35 ℃ 로 가열된다.The expanded high-pressure nitrogen introduced into the first subcooling portion K1 is heat-exchanged with the aforementioned natural gas and heated to, for example, -30 占 폚. The high-pressure nitrogen heated in the first subcooling portion K1 is heat-exchanged with the high-pressure nitrogen derived from the
고압 질소 열교환기 (11) 에 형성되어 있는 제 1 과냉각부 (K1) 및 제 1 응축부 (G1) 를 통과하여 가열된 팽창된 고압 질소는, 고압 질소 승압기 (21) 로 유도된다. 고압 질소 승압기 (21) 로 유도된 팽창된 고압 질소는, 고압 질소 승압기 (21) 에 의해 승압되어 예를 들어 3 ㎫, 85 ℃ 가 된 제 5 열교환기 (36) 로 유도된다. The expanded high-pressure nitrogen heated through the first subcooling portion K1 and the first condensing portion G1 formed in the high-pressure
제 5 열교환기 (36) 로 유도된 승압된 고압 질소는, 청수 계통으로부터 유도된 청수와 열교환되어 온도가 예를 들어 40 ℃ 로 내려간다. 제 5 열교환기 (36) 를 통과하여 온도가 내려간 고압 질소는, 고압 질소 압축기 (13) 로 유도된다.The pressurized high-pressure nitrogen introduced into the
이상과 같이, 고압 질소는, 고압 질소 루프 (17) 내를 순환하게 된다.As described above, the high-pressure nitrogen is circulated in the high-
다음으로, 저압 질소의 흐름에 대하여 설명한다.Next, the flow of the low-pressure nitrogen will be described.
저압 질소 루프 (18) 내를 순환하고 있는 저압 질소는, 저압 터빈측 감속기 (23) 에 의해 구동되는 저압 질소 압축기 (14) 에 의해 예를 들어 5 ㎫ 로 압축된다. 압축된 저압 질소는, 제 6 열교환기 (37) 로 유도된다. 제 6 열교환기 (37) 로 유도된 저압 질소는, 급수 계통으로부터 유도된 급수와 열교환되어 온도가 예를 들어 85 ℃ 로 내려간다.The low pressure nitrogen circulating in the low
제 6 열교환기 (37) 를 통과한 저압 질소는, 다시 제 7 열교환기 (38) 로 유도된다. 제 7 열교환기 (38) 로 유도된 저압 질소는, 급수 계통으로부터 유도된 급수와 열교환되어 온도가 예를 들어 40 ℃ 로 내려간다. 제 6 열교환기 (37) 및 제 7 열교환기 (38) 를 통과하여 온도가 저하된 저압 질소는, 저압 질소 열교환기 (12) 로 유도된다. 저압 질소 열교환기 (12) 로 유도된 저압 질소는, 저압 질소 열교환기 (12) 에 형성되어 있는 제 2 응축부 (G2) 로 유도된다.The low-pressure nitrogen having passed through the sixth heat exchanger (37) is again introduced into the seventh heat exchanger (38). The low-pressure nitrogen introduced into the
제 2 응축부 (G2) 로 유도된 저압 질소는, 제 2 과냉각부 (K2) 를 통과하여 팽창된 저압 질소와 열교환된다. 이로써, 제 2 응축부 (G2) 를 통과한 저압 질소는, 온도가 예를 들어 -90 ℃ 로 내려간다. 제 2 응축부 (G2) 에서 열교환된 저압 질소는, 저압 질소 열교환기 (12) 로부터 저압 질소 팽창기 (22) 로 유도된다. 저압 질소 팽창기 (22) 로 유도된 온도가 저하된 저압 질소는, 팽창되어 예를 들어 3 ㎫, -164 ℃ 가 된다. 팽창되어 온도가 더욱 저하된 저압 질소는, 저압 질소 열교환기 (12) 에 형성되어 있는 제 3 과냉각부 (K3) 로 유도된다.The low-pressure nitrogen introduced into the second condensing section G2 is heat-exchanged with the expanded low-pressure nitrogen passing through the second subcooling section K2. Thus, the low-pressure nitrogen that has passed through the second condensing section G2 is lowered to, for example, -90 占 폚. The low-pressure nitrogen heat-exchanged in the second condensing section (G2) is led from the low-pressure nitrogen heat exchanger (12) to the low-pressure nitrogen expander (22). The low-pressure nitrogen whose temperature is lowered by the low-
제 3 과냉각부 (K3) 로 유도된 팽창된 저압 질소는, 전술한 제 2 과냉각부 (K2) 를 통과한 천연 가스와 열교환되어 예를 들어 -140 ℃ 로 가열된다. 제 3 과냉각부 (K3) 를 통과한 팽창된 저압 질소는, 다시 제 2 과냉각부 (K2) 에서 줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 로부터 저압 질소 열교환기 (12) 로 유도된 천연 가스와 열교환된다. 천연 가스와 열교환되어 팽창된 저압 질소는, 예를 들어 -100 ℃ 까지 가열된다.The expanded low-pressure nitrogen introduced into the third subcooling portion K3 is heat-exchanged with the natural gas passed through the second subcooling portion K2 described above, and is heated to -140 DEG C, for example. The expanded low-pressure nitrogen that has passed through the third subcooling portion K3 is again heat-exchanged in the second subcooling portion K2 with the natural gas introduced from the row
제 2 냉각기 (K2) 를 통과하여 팽창된 저압 질소는, 다시 저압 질소 열교환기 (12) 에 형성되어 있는 제 2 응축부 (G2) 로 유도된다. 제 2 응축부 (G2) 로 유도된 팽창된 저압 질소는, 제 7 열교환기 (38) 로부터 유도된 저압 질소와 열교환된다. 이로써, 팽창된 저압 질소는, 예를 들어 36 ℃ 가 되어 저압 질소 열교환기 (12) 로부터 도출된다.The low-pressure nitrogen expanded through the second cooler (K2) is again introduced to the second condenser (G2) formed in the low-pressure nitrogen heat exchanger (12). The expanded low-pressure nitrogen introduced into the second condenser G2 is heat-exchanged with the low-pressure nitrogen derived from the
저압 질소 열교환기 (12) 에 형성되어 있는 제 3 과냉각부 (K3), 제 2 과냉각부 (K2) 및 제 2 응축부 (G2) 를 통과하여 가열된 저압 질소는, 저압 질소 승압기 (24) 로 유도된다. 저압 질소 승압기 (24) 로 유도된 팽창된 저압 질소는, 저압 질소 승압기 (24) 에 의해 승압되어 예를 들어 1 ㎫, 85 ℃ 가 된다. 승압된 저압 질소는, 제 8 열교환기 (39) 로 유도된다.The low-pressure nitrogen heated through the third subcooling portion K3, the second subcooling portion K2 and the second condensing portion G2 formed in the low-pressure
제 8 열교환기 (39) 로 유도된 승압된 저압 질소는, 급수 계통으로부터 유도된 급수와 열교환되어 온도가 예를 들어 40 ℃ 로 내려간다. 제 8 열교환기 (39) 를 통과하여 온도가 내려간 저압 질소는, 저압 질소 압축기 (14) 로 유도된다.The pressurized low-pressure nitrogen introduced into the
이상과 같이, 저압 질소는, 저압 질소 루프 (18) 내를 순환하게 된다.As described above, the low-pressure nitrogen is circulated in the low-
다음으로, 증기의 흐름에 대하여 설명한다.Next, the flow of the steam will be described.
저압 질소 열교환기 (12) 에 형성되어 있는 제 2 응축부 (G2) 로부터 도출되고, 예를 들어 30 ℃ 로 가열된 오프 가스 및 보일 오프 가스는, 보일러로 유도된다. 보일러로 유도된 오프 가스 및 보일 오프 가스는, 보일러의 연료로서 연소되어 고온 고압 (예를 들어 555 ℃, 11 ㎫) 의 증기를 발생시킨다. 보일러에서 발생된 증기는, 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 의 고압 터빈 (15a) 으로 유도된다. 고압 터빈 (15a) 으로 유도된 증기는, 그 열에너지를 고압 터빈 (15a) 의 회전 에너지로 변환되어 고압 터빈 (15a) 을 회전 구동시킨다. 고압 터빈 (15a) 이 회전 구동됨으로써 프라이머리축 (15e) 이 회전한다. 프라이머리축 (15e) 이 회전함으로써, 프라이머리축 (15e) 에 형성되어 있는 중압 터빈 (15b) 및 고압 터빈측 감속기 (20) 가 구동된다.The off-gas and the boil-off gas, which are led out from the second condensing section G2 formed in the low-pressure
한편, 고압 터빈 (15a) 을 회전 구동시킨 증기는, 예를 들어 2 ㎫ 가 되어 고압 터빈 (15a) 으로부터 도출된다. 고압 터빈 (15a) 으로부터 도출된 증기는, 도시하지 않은 재열기로 유도된다. 재열기로 유도된 증기는, 재열기에 의해 예를 들어 555 ℃ 의 재열증기가 된다. 이 재열증기는, 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 의 중압 터빈 (15b) 으로 유도된다.On the other hand, the steam in which the high-
중압 터빈 (15b) 으로 유도된 재열증기는, 그 열에너지를 중압 터빈 (15b) 의 회전 에너지로 변환시켜 중압 터빈 (15b) 을 회전 구동시킨다. 중압 터빈 (15b) 이 회전 구동됨으로써 다시 프라이머리축 (15e) 이 다시 회전한다. 프라이머리축 (15e) 이 다시 회전함으로써, 프라이머리축 (15e) 에 형성되어 있는 고압 터빈측 감속기 (20) 가 다시 구동되게 된다.The reheated steam guided to the
중압 터빈 (15b) 은, 그 도중 단 (段) 으로부터 증기의 일부가 추기된다. 추기된 예를 들어 1 ㎫ 의 증기는, 부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (1) (도 1 참조) 내에서 사용하는 고압 잡용 증기 등에 사용된다.In the
중압 터빈 (15b) 의 전체 단을 통과한 증기는, 예를 들어 110 ℃ 가 되어 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 의 제 1 저압 터빈 (15c) 으로 유도된다.The steam passing through the entire end of the intermediate-
제 1 저압 터빈 (15c) 으로 유도된 증기는, 그 열에너지를 제 1 저압 터빈 (15c) 의 회전 에너지로 변환시켜 제 1 저압 터빈 (15c) 을 회전 구동시킨다. 제 1 저압 터빈 (15c) 이 회전 구동됨으로써 세컨드리축 (15f) 이 회전한다. 세컨드리축 (15f) 이 회전함으로써, 세컨드리축 (15f) 에 형성되어 있는 제 2 저압 터빈 (15d) 및 저압 터빈측 감속기 (23) 가 구동되게 된다.The steam introduced into the first low-
제 1 저압 터빈 (15c) 은, 그 도중 단으로부터 증기의 일부가 추기된다. 추기된 예를 들어 0.1 ㎫ 의 증기는, 부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (1) (도 1 참조) 내에서 사용하는 저압 잡무 증기 등에 사용된다.In the first low-
제 1 저압 터빈 (15c) 의 전체 단을 통과한 증기는, 세컨드리축 (15f) 에 형성되어 있는 제 2 저압 터빈 (15d) 으로 유도된다.The steam having passed through the entire end of the first low-
또, 제 2 저압 터빈 (15d) 에는, 별도로, 도시하지 않은 어시스트 증기 공급 계통으로부터 예를 들어 0.6 ㎫ 의 어시스트 증기가 공급된다. 공급된 어시스트 증기에 의해 제 2 저압 터빈 (15d) 은, 회전 구동된다. 제 2 저압 터빈 (15d) 이 회전 구동됨으로써, 세컨드리축 (15f) 에 접속되어 있는 저압 터빈측 감속기 (23) 를 구동시키는 것이 가능하게 되어 있다.Further, the second low-
제 1 저압 터빈 (15c) 의 전체 단을 통과한 증기 및 제 2 저압 터빈 (15d) 을 구동시킨 어시스트 증기는, 도시하지 않은 주복수기 (主復水器) 로 유도되어 해수와 열교환되어 복수가 된다.The steam passing through the entire end of the first
이와 같이, 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 은, 프라이머리축 (15e) 과 세컨드리축 (15f) 에 의해 각각 독립적으로 고압 터빈측 감속기 (20) 와 저압 터빈측 감속기 (23) 를 제어할 수 있고, 또한, 어시스트 증기에 의해 제 2 저압 터빈 (15d) 을 구동시키는 것에 의해서도 저압 터빈측 감속기 (23) 를 독립적으로 제어할 수 있도록 되어 있다.Thus, the compressor-driving
여기서, 본 실시형태의 천연 가스 및 질소 냉매의 T-H 선도에 대하여 도 4 및 전술한 도 5 를 이용하여 설명한다.Here, a T-H diagram of the natural gas and the nitrogen refrigerant of this embodiment will be described with reference to Fig. 4 and Fig. 5 described above.
도 4 에는, 본 실시형태의 천연 가스 및 질소 냉매의 T-H 선도가 도시되어 있다.4 shows a T-H diagram of the natural gas and the nitrogen refrigerant of the present embodiment.
도 4 에서는, 가로축에 열부하 (kW) 를 나타내고, 세로축에 온도 (℃) 를 나타낸다. 도 4 의 실선은 15 ㎫ 또는 4 ㎫ 로 승압된 천연 가스를 나타내고, 1 점 쇄선은 4 ㎫ 로 승압된 경우의 천연 가스와 열교환되는 질소를 나타낸다.In Fig. 4, the horizontal axis represents the thermal load (kW), and the vertical axis represents the temperature (占 폚). The solid line in Fig. 4 represents the natural gas raised to 15 MPa or 4 MPa, and the one-dot chain line represents the nitrogen which is heat exchanged with the natural gas when the pressure is raised to 4 MPa.
또, 도 5 에는, 복수의 압력에 있어서의 천연 가스 및 질소의 관계를 나타낸 T-H 선도가 도시되어 있다.5 shows a T-H diagram showing the relationship between natural gas and nitrogen at a plurality of pressures.
도 5 에서는, 가로축에 열부하 (kW) 를 나타내고, 세로축에 온도 (℃) 를 나타낸다. 도 5 의 실선은, 15 ㎫ 로 승압된 천연 가스를 나타내고, 점선은, 4 ㎫ 로 승압된 천연 가스를 나타내고, 1 점 쇄선은 4 ㎫ 의 비교적 저압의 천연 가스에 대해 온도차가 작은 질소를 나타내고, 2 점 쇄선은 15 ㎫ 의 고압의 천연 가스에 대해 온도차가 작은 질소를 나타낸다.In Fig. 5, the horizontal axis represents the thermal load (kW), and the vertical axis represents the temperature (占 폚). The solid line in Fig. 5 represents natural gas boosted to 15 MPa, the dotted line represents natural gas boosted to 4 MPa, the one-dot chain line represents nitrogen with a small temperature difference to natural gas of relatively low pressure of 4 MPa, The two-dot chain line indicates nitrogen having a small temperature difference with respect to natural gas at a high pressure of 15 MPa.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 4 ㎫ 의 천연 가스 (실선) 는, 질소와 열교환되어 온도가 저하되는 과정에서 온도 변화가 거의 발생하지 않는 스텝상이 발생한다. 천연 가스의 액화는, 질소와의 온도차가 작은 편이 액화 효율이 양호하기 때문에, 질소 (점선) 와 천연 가스의 온도차가 가장 작아지는 핀치 포인트가 스텝상이 되어 버린다. 그 때문에, 스텝상 이외의 열교환 과정에서는, 천연 가스와 질소의 온도차가 커져 전체적으로 액화 효율이 저하된다.As shown in Fig. 5, a natural gas of 4 MPa (solid line) has a stepped phase in which a temperature change hardly occurs in a process of heat exchange with nitrogen and the temperature is lowered. In the liquefaction of natural gas, since the liquefaction efficiency is good when the temperature difference from nitrogen is small, the pinch point where the temperature difference between nitrogen (dashed line) and natural gas becomes small becomes stepwise. Therefore, in the heat exchange process other than the step-by-step, the temperature difference between the natural gas and the nitrogen becomes large, and the liquefaction efficiency decreases as a whole.
천연 가스를 예를 들어 15 ㎫ 의 고압으로 승압시킨 경우 (점선) 에는, 4 ㎫ 의 천연 가스에서 발생했던 스텝상이 없어져, 천연 가스의 온도 변화가 대략 직선상이 된다. 그 때문에, 15 ㎫ 의 천연 가스와 질소 (2 점 쇄선) 의 온도차가 작아져 전체에 걸쳐 효율적으로 액화시킬 수 있다.When the natural gas is raised to a high pressure of, for example, 15 MPa (dotted line), the stepped phase generated in the natural gas of 4 MPa disappears, and the temperature change of the natural gas becomes substantially linear. As a result, the temperature difference between natural gas of 15 MPa and nitrogen (chain double-dashed line) is reduced, and liquefaction can be efficiently performed over the entire range.
또한, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 천연 가스의 저온부에서는, 천연 가스의 압력이 15 ㎫ 인 경우에도 4 ㎫ 인 경우에도 질소와의 온도차는 작아졌다.Further, as shown in Fig. 5, at the low temperature portion of the natural gas, even when the natural gas pressure was 15 MPa or 4 MPa, the temperature difference between the natural gas and nitrogen was small.
본 실시형태에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 천연 가스의 고온부에서는, 천연 가스를 고압 (예를 들어 15 ㎫) 으로 승압시키고, 천연 가스의 저온부에서는, 천연 가스를 비교적 저압 (예를 들어 4 ㎫) 으로 승압시켜 질소와 열교환시킴으로써 열교환 과정의 전체 영역에 걸쳐 거의 균일한 온도차로 하는 것으로 하였다.In the present embodiment, as shown in Fig. 4, natural gas is boosted to a high pressure (for example, 15 MPa) at the high temperature portion of the natural gas and natural gas is compressed at a relatively low pressure ) So as to make the temperature difference almost uniform over the entire region of the heat exchange process by performing heat exchange with nitrogen.
즉, 천연 가스의 고온부에서는, 고압의 천연 가스를 고압 질소 루프 (17) 의 고압 질소와 열교환시키고, 천연 가스의 저온부에서는, 저압의 천연 가스를 저압 질소 루프 (18) 의 저압 질소와 열교환시킨다.That is, in the high-temperature section of the natural gas, high-pressure natural gas is heat-exchanged with high-pressure nitrogen in the high-
또, 고압 질소 루프 (17) 와 저압 질소 루프 (18) 사이에는, 줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 를 형성하여 15 ㎫ 의 고압의 천연 가스를 4 ㎫ 의 저압의 천연 가스로 팽창시키는 것으로 하였다. 이로써, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 천연 가스의 고압부에 있어서의 온도와 4 ㎫ 의 저압의 천연 가스의 온도 차를 작게 하여, 천연 가스의 전체 영역에 걸친 온도 변화를 대략 직선상이 되도록 할 수 있다.The linear
이상과 같이, 본 실시형태에 관련된 액화 장치 (10) 및 이것을 구비하고 있는 부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (1) 에 의하면, 이하의 작용 효과를 나타낸다.As described above, the liquefying
단일 성분의 고압 질소 (고온측 열매체) 를 고압 질소 열교환기 (고온측 열매체용 열교환기) (11) 로, 고압 질소와 동 종류의 저압 질소 (저온측 열매체) 를 저압 질소 열교환기 (저온측 열매체용 열교환기) (12) 로 유도하고, 고압 질소 열교환기 (11) 와 저압 질소 열교환기 (12) 사이에는, 천연 가스 (피액화 가스) 를 소정압으로 감압하는 줄 톰슨 팽창 밸브 (감압 밸브) (16) 를 형성하는 것으로 하였다. 이로써, 고압 질소 열교환기 (11) 를 통과한 천연 가스를 줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 에 의해 저압 질소의 온도 변화에 근사시켜 저압 질소 열교환기 (12) 로 유도할 수 있다. 그 때문에, 천연 가스와 고압 질소의 열교환에 의한 온도차와, 천연 가스와 저압 질소의 열교환에 의한 온도 차를 각각 열교환 과정에서 거의 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 단일 성분의 질소 (열매체) 를 이용하여, 천연 가스를 효율적으로 액화시킬 수 있다.(Low-temperature side heat medium) of the same kind as the high-pressure nitrogen is introduced into the low-pressure nitrogen heat exchanger (low-temperature side heat medium) through a high-pressure nitrogen heat exchanger (heat exchanger for high temperature side heat medium) A decompression valve (decompression valve) 12 for decompressing the natural gas (the liquefied gas) to a predetermined pressure is provided between the high-pressure
프라이머리축 (고압 터빈측 축) (15e) 에 고압 터빈측 감속기 (20) 를 개재하여 고압 질소 압축기 (고온측 열매체용 압축기) (13) 를 접속하고, 세컨드리축 (저압 터빈측 축) (15f) 에 저압 터빈측 감속기 (23) 를 개재하여 저압 질소 압축기 (저온측 열매체용 압축기) (14) 를 접속하는 것으로 하였다. 압축기 구동용 증기 터빈 (크로스 컴파운드 터빈) (15) 을 구성하고 있는 프라이머리축 (15e) 과 세컨드리축 (15f) 은, 서로 분리되어 있기 때문에, 프라이머리축 (15e) 에 접속되어 있는 고압 터빈 (15a) 및 중압 터빈 (고압 터빈) (15b), 세컨드리축 (15f) 에 접속되어 있는 제 1 저압 터빈 (저압 터빈) (15c) 및 제 2 저압 터빈 (저압 터빈) (15d) 을 각각 제어함으로써 고압 질소 압축기 (13) 와 저압 질소 압축기 (14) 를 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서, 고압 질소와 저압 질소를 서로 독립적으로 압축할 수 있고, 고압 질소 루프 (17) 를 순환하는 고압 질소와 저압 질소 루프 (18) 를 순환하는 저압 질소의 냉동 부하를 독립적으로 제어할 수 있다.A high-pressure nitrogen compressor (high-temperature side heating medium compressor) 13 is connected to a primary shaft (high-pressure turbine side shaft) 15e via a high-pressure turbine
천연 가스와 고압 질소가 열교환되는 고압 질소 열교환기 (11) 에는, 스테인리스 플레이트 디퓨전 타입 (플레이트식) 을 사용하는 것으로 하였다. 그 때문에, 고압 질소 열교환기 (11) 를 소형화할 수 있다. 따라서, 액화 장치 (10) 를 구성하고 있는 고압 질소 열교환기 (11) 가 격납되어 있는 콜드 박스 (5) 의 컴팩트화를 도모할 수 있다.The stainless steel plate diffusion type (plate type) is used for the high-pressure
또, 줄 톰슨 팽창 밸브 (16) 를 통과함으로써 천연 가스의 압력을 저하시켜 저압 질소 열교환기 (12) 에 알루미늄 납땜 플레이트 핀 타입 (플레이트식) 을 사용하는 것으로 하였다. 그 때문에, 저압 질소 열교환기 (12) 도 소형화할 수 있다. 따라서, 액화 장치 (10) 를 구성하고 있는 콜드 박스 (5) 를 더욱 컴팩트하게 할 수 있다.Further, the pressure of the natural gas is lowered by passing through the Row
액화 천연 가스 중의 오프 가스 및 보일 오프 가스를 연료로 하여 연소시켜 증기를 발생시키는 보일러 (증기 발생 수단) 를 사용하는 것으로 하였다. 그 때문에, 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 을 구동시키는 증기를 액화 가스 장치 (10) 에서 발생된 오프 가스나 보일 오프 가스를 이용하여 구동시킬 수 있다. 따라서, 액화 장치 (10) 로부터 발생하는 오프 가스나 보일 오프 가스를 유효하게 이용할 수 있다.(Steam generating means) for generating steam by burning off gas and boil-off gas in the liquefied natural gas as fuel. Therefore, the steam for driving the compressor-driven
증기에 의해 구동되는 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 에 의해 구성되어 있는 액화 장치 (10) 를 부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (부체식 액화 가스 제조 설비) (1) 에 사용하는 것으로 하였다. 그 때문에, 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 에는, 기존의 박용 주기에 이용되고 있는 크로스 컴파운드식의 증기 터빈을 적용할 수 있다. 따라서, 고압 질소 압축기 (13) 및 저압 질소 압축기 (14) 를 구동시키기 위해 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 의 새로운 개발이 불필요해져, 기존의 기기를 유효하게 이용할 수 있다.The
열매체에 불연성 질소를 사용하는 고압 질소 압축기 (13) 및 저압 질소 압축기 (14) 와, 고압 질소 열교환기 (11) 및 저압 질소 열교환기 (12) 에 의해 구성되어 있는 액화 장치 (10) 를 부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (1) 에 사용하는 것으로 하였다. 또, 고압 질소 압축기 (13) 및 저압 질소 압축기 (14) 의 구동에는, 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 을 사용하는 것으로 하였다. 이들에 의해, 열매체 등의 가연성 가스가 누설되는 것에 의한 폭발의 위험성을 방지할 수 있다. 그 때문에, 부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (1) 의 갑판 아래의 액화 장치용 동력 장치 구획 (6) 에, 고압 질소 압축기 (13), 저압 질소 압축기 (14) 나 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 등의 기기를 배치할 수 있다. 따라서, 갑판 위의 액화 장치 (10) 의 배치 스페이스를 삭감할 수 있다.Pressure nitrogen compressor (13) and a low-pressure nitrogen compressor (14) using a non-combustible nitrogen as a heating medium and a liquefaction device (10) constituted by a high-pressure nitrogen heat exchanger (11) And is used for the liquefied natural gas production facility (1). The high-pressure nitrogen compressor (13) and the low-pressure nitrogen compressor (14) are driven by using a compressor-driven steam turbine (15). Thus, it is possible to prevent the danger of explosion by leakage of a combustible gas such as a heating medium. Pressure nitrogen compressor (14), a compressor-driven steam turbine (15) and a compressor-driven steam turbine (15) are connected to a power unit section (6) for a liquefying apparatus below a deck of a liquefied natural gas producing plant (1) And the like can be arranged. Therefore, the space for disposing the
또, 본 실시형태에서는, 액화 장치 (10) 에 사용되는 열매체로서 질소를 이용하여 설명했지만 불연성 열매체이면 된다.In the present embodiment, nitrogen is used as the heating medium used in the
또, 본 실시형태에서는, 피액화 가스로서 액화 천연 가스 (LNG) 를 이용하여 설명했지만, 액화 석유 가스 (Liquefied petroleum gas : LPG) 등이어도 된다.In the present embodiment, liquefied natural gas (LNG) is used as the liquefied gas, but it may be a liquefied petroleum gas (LPG) or the like.
또, 본 실시형태에서는, 승압 컴프레서 (31) 로부터 고압 질소 열교환기 (11) 로 유도되는 천연 가스를 제 1 열교환기 (32) 및 제 2 열교환기 (33) 에 의해 예랭시킨다고 설명했는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 칠러수에 의해 예랭시키지 않는, 즉 제 2 열교환기 (33) 를 형성하지 않는 것으로 해도 된다. 칠러수를 사용하여 -10 ℃ 내지 -30 ℃ 정도까지 예랭시킴으로써, 고압 질소 루프 (17) 및 저압 질소 루프 (18) 로 유도되는 고압 질소 및 저압 질소를 압축하는 동력의 삭감 효과를 높일 수 있지만, 예랭시키지 않아도 된다.In the present embodiment, natural gas introduced from the pressure-increasing
또, 선내 동력 설치 구획 (4) 에 형성되어 있는 가스 연소 디젤 기관으로부터 배출되는 고온의 배기 가스를 배열 회수 보일러 등의 배열 회수 장치 (도시 생략) 로 유도하여 증기를 발생시키고, 배열 회수 보일러에 의해 발생된 증기를 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 으로 유도하여 압축기 구동용 증기 터빈 (15) 의 기동 등에 이용해도 된다. 이로써, 가스 연소 디젤 기관으로부터의 배열을 유효하게 이용할 수 있다.The high-temperature exhaust gas discharged from the gas-fired diesel engine provided in the in-ship power installation section (4) is led to an arrangement recovery device (not shown) such as an arrangement recovery boiler to generate steam, The generated steam may be guided to the compressor-driven
1 : 부체식 액화 천연 가스 제조 설비 (부체식 액화 가스 제조 설비)
10 : 액화 설비
11 : 고압 질소 열교환기 (고온측 열매체용 열교환기)
12 : 저압 질소 열교환기 (저온측 열매체용 열교환기)
16 : 줄 톰슨 팽창 밸브 (감압 밸브)1: Substrate-type liquefied natural gas production facility (Subsidiary liquefied gas production facility)
10: Liquefaction facility
11: High-pressure nitrogen heat exchanger (heat exchanger for high-temperature side heating medium)
12: Low pressure nitrogen heat exchanger (heat exchanger for low temperature heat medium)
16: Row Thompson expansion valve (pressure reducing valve)
Claims (7)
그 고온측 열매체용 열교환기로부터 도출된 피액화 가스를 감압하는 감압 밸브와,
그 감압 밸브를 통과한 피액화 가스와, 저온측 열매체가 열교환되는 저온측 열매체용 열교환기를 구비하고,
상기 고온측 열매체 및 상기 저온측 열매체는, 단일 성분이고 또한 동 종류로서,
상기 감압 밸브는, 상기 저온측 열매체용 열교환기로 유도되는 피액화 가스를 소정압으로 감압하고,
증기가 유도되어 구동되는 고압 터빈과,
그 고압 터빈에 접속되는 고압 터빈측 축과,
상기 고압 터빈으로부터 도출된 증기가 유도되어 구동되는 저압 터빈과,
그 저압 터빈에 접속되는 저압 터빈측 축을 갖는 크로스 컴파운드 터빈과,
상기 고온측 열매체용 열교환기로 유도되는 고온측 열매체를 압축하는 고온측 열매체용 압축기와,
상기 저온측 열매체용 열교환기로 유도되는 저온측 열매체를 압축하는 저온측 열매체용 압축기와,
상기 고압 터빈으로 유도되는 증기를 발생시키는 증기 발생 수단을 구비하고,
상기 고온측 열매체용 압축기를 상기 고압 터빈측 축에 접속하고, 상기 저온측 열매체용 압축기를 상기 저압 터빈측 축에 접속하는 액화 장치.A heat exchanger for a high temperature heat medium in which the liquefied gas and the high temperature heat medium are heat-exchanged,
A decompression valve for decompressing the liquefied gas derived from the heat exchanger for the high temperature heat medium,
And a heat exchanger for a low temperature side heat medium in which the liquefied gas passed through the pressure reducing valve and the low temperature side heat medium are heat-exchanged,
The high temperature side heating medium and the low temperature side heating medium are single components and are of the same kind,
Wherein the pressure reducing valve reduces pressure of the liquefied gas guided to the heat exchanger for the low temperature side heating medium to a predetermined pressure,
A high pressure turbine in which steam is induced and driven,
A high pressure turbine side shaft connected to the high pressure turbine,
A low pressure turbine in which steam derived from the high pressure turbine is guided and driven;
A cross-compound turbine having a low-pressure turbine side shaft connected to the low-pressure turbine,
A high-temperature heat medium compressor for compressing a high-temperature heat medium medium introduced into the heat exchanger for the high temperature heat medium medium;
A low temperature side heat medium compressor for compressing the low temperature side heat medium which is led to the low temperature side heat medium heat exchanger,
And a steam generating means for generating steam induced in the high-pressure turbine,
And the compressor for the high temperature side heating medium is connected to the shaft on the side of the high pressure turbine, and the compressor for the low temperature side heating medium is connected to the shaft on the low pressure side.
상기 고온측 열매체용 열교환기는, 플레이트식인 액화 장치.3. The method of claim 2,
The heat exchanger for high temperature side heating medium is plate type.
상기 증기 발생 수단은, 액화 가스 중의 오프 가스를 연료로 하여 증기를 발생시키는 액화 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the steam generating means generates steam by using off-gas in the liquefied gas as fuel.
상기 고온측 열매체 및 상기 저온측 열매체에는, 질소를 사용하는 부체식 액화 가스 제조 설비.The method according to claim 6,
And the nitrogen is used for the high temperature side heating medium and the low temperature side heating medium.
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