KR101588634B1 - 가스의 수화 방지 시스템 - Google Patents

가스의 수화 방지 시스템 Download PDF

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Abstract

가스의 수화 방지 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템은, 해저의 가스정으로부터 뽑아 올린 가스를 수송하는 파이프 라인; 상기 파이프 라인 상에 설치되어 상기 파이프 라인을 흐르는 가스의 압력을 높여 분사시키는 펌프; 상기 펌프가 설치된 상기 파이프 라인의 앞에서 가스의 일부를 순환시키는 순환 라인; 및 상기 순환 라인을 흐르는 가스를 압축하여 상기 순환 라인을 통해 상기 펌프로 보내는 컴프레서를 포함한다.

Description

가스의 수화 방지 시스템{SYSTEM FOR PREVENTING HYDRATION OF GAS}
본 발명은 가스의 수화 방지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파이프 라인을 통해 수송되는 가스 흐름에 빠른 회전을 주어 가스의 수화를 방지함으로써, 파이프 라인에 수화물이 흡착되는 것을 방지할 수 있는 가스의 수화 방지 시스템에 관한 것이다.
가스정(Gas well)에서 가스(gas)를 뽑아 올린 후, 순도 높은 가스를 얻기 위해서 가스 내부의 수분을 제거하는 탈수화(dehydration) 작업을 거친다. 수분 제거 시에 가스가 이동할 때 많은 수의 배관을 지나게 되는데, 가스 내에 섞여 있는 탄화 수소 화합물과 각종 이물질이 섞여 덩어리를 생성하는 경우가 빈번하게 발생한다.
도 1a 내지 도 1c는 가스의 수화(hydration)에 따른 파이프 라인에서 발생할 수 있는 여러 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 가스가 파이프(1)에서 이송될 때, 하이드레이트(Hydrate, 5)라고 하는 수화물이 발생할 수 있으며, 파이프(1)가 구부러진 경우 더 쉽게 수화물이 발생할 수 있다. 특히, 온도가 낮고 압력이 높은 곳에서 하이드레이트(5)가 많이 생긴다.
그런데, 가스 수송 시, 이러한 하이드레이트(5)라고 하는 수화물을 최대한 생기지 않도록 하는 것이 중요하다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 이러한 하이드레이트(5) 덩어리가 계속 커지면서 가스 흐름(gas flow)을 치명적으로 방해할 수 있고, 가스 흐름의 방해에 따라 파이프(1)가 파손될 수도 있기 때문이다.
특히, 도 1c를 참조하면, 큰 폭으로 휘어 있는 파이프(1)의 경우, 하이드레이트(5)의 화학적 생성 조건과 관계 없이 여러 침전물들이 쌓일 수 있다. 이 또한 마찬가지로 가스 흐름(gas flow)을 방해할 수 있다.
따라서, 하이드레이트(5)로 인한 파이프(1) 내 가스 흐름의 차단(blockage)을 방지하거나, 가스 흐름의 차단에 따른 파이프(1)의 파손을 예방할 수 있는 방안이 요구된다.
미국공개특허 제2003-0150219호 (2003.08.14. 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 파이프 라인을 통해 수송되는 가스 흐름에 빠른 회전을 주어 하이드레이트(수화물)의 생성을 줄일 수 있는 가스의 수화 방지 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 가스의 수화를 방지함으로써, 파이프 라인에 하이드레이트(수화물)가 흡착되는 것을 방지할 수 있는 가스의 수화 방지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템은, 해저의 가스정으로부터 뽑아 올린 가스를 수송하는 파이프 라인; 상기 파이프 라인 상에 설치되어 상기 파이프 라인을 흐르는 가스의 압력을 높여 분사시키는 펌프; 상기 펌프가 설치된 상기 파이프 라인의 앞에서 가스의 일부를 순환시키는 순환 라인; 및 상기 순환 라인을 흐르는 가스를 압축하여 상기 순환 라인을 통해 상기 펌프로 보내는 컴프레서를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템은, 해저의 가스정으로부터 뽑아 올린 가스를 수송하는 파이프 라인; 상기 파이프 라인 상에 설치되는 적어도 하나의 펌프; 상기 펌프가 설치된 상기 파이프 라인의 앞에서 가스의 일부를 순환시키도록 각 펌프에 대응하여 형성되는 적어도 하나의 순환 라인; 및 상기 순환 라인에 설치되며, 상기 순환 라인을 흐르는 가스를 압축하여 상기 펌프로 보내는 적어도 하나의 컴프레서를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 파이프 라인을 통해 수송되는 가스 흐름에 빠른 회전을 주어 파이프 라인에서 하이드레이트(수화물)의 생성을 줄일 수 있다.
또한, 가스의 수화를 방지함으로써, 파이프 라인에 하이드레이트(수화물)가 흡착되는 것을 방지함으로써, 파이프의 파손을 방지하고, 이를 통해 가스 수송 시스템의 안정성을 도모할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 가스의 수화(hydration)에 따른 파이프 라인에서 발생할 수 있는 여러 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 가스의 수화 방지 시스템에 적용될 수 있는 유압 펌프의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 가스의 수화 방지 시스템의 추가적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 가스의 수화 방지 시스템의 추가적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 3은 도 2의 가스의 수화 방지 시스템에 적용될 수 있는 유압 펌프의 일 실시예를 도시한 도면이다. 그리고, 도 4는 도 2의 가스의 수화 방지 시스템의 추가적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템(100)은, 해저(10)의 가스정(20)으로부터 뽑아 올린 가스를 수송하는 파이프 라인(110), 파이프 라인(110) 상에 설치되어 상기 파이프 라인(110)을 흐르는 가스의 압력을 높여 분사시키는 펌프(120), 펌프(120)가 설치된 파이프 라인(110)의 앞에서 가스의 일부를 순환시키는 순환 라인(130), 및 순환 라인(130)을 흐르는 가스를 압축하여 상기 순환 라인(130)을 통해 펌프(120)로 보내는 컴프레서(140)를 포함한다. 즉, 가스를 펌프(120, Pump)로 펌핑(pumping)하기 전에, 일부 가스를 컴프레서(140)로 보내서 압력을 높여준 후, 다시 펌프(120)로 가져와서 분사한다. 파이프 라인(110)의 펌프(120)로 압력을 높여서 가스를 수송 시, 하이드레이트(hydrate, 수화물)가 발생할 위험이 높은 영역의 경우 더 높은 압력이 필요하므로, 가장 가까운 위치에 있는 컴프레서(140, Compressor)를 활용한다.
그리하여, 파이프 라인(110) 내부에 하이드레이트(hydrate)를 비롯한 각종 침전물들이 생기면서 발생할 수 있는 여러 문제를, 강하고 빠른 유속으로 가스를 전송해 줌으로써 방지할 수 있다. 특히, 하이드레이트는 낮은 온도 조건에서 잘 발생하기 때문에, 상대적으로 온도가 매우 낮은 곳을 중심으로 본 발명의 일 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템(100)을 설치하는 것이 효율적이다.
구체적으로, 펌프(120)는 임펠러(127)를 구비한 원심 펌프인 것이 바람직하나, 이에만 제한되지 않음은 당업자에게 자명하다 할 것이디. 일반적으로, 원심 펌프는 날개를 회전시켜 유체에 에너지를 주고, 이 속도 에너지를 압력으로 전환하여 유체를 수송한다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 흡입관(121)을 통해 들어온 유체를 케이싱(125) 내에서 임펠러(127)로 회전시켜 유체에 원심력을 주며, 이러한 유체는 토출관(122)을 통해 외부로 흐르게 된다. 그리하여, 원심 펌프를 통과한 가스는 고압이 되어 더욱 빠른 속도로 흐를 수 있어 하이드레이트가 생성되기 어려운 조건이 되며, 임펠러(127)에 의해 회전함으로써 하이드레이트를 비롯한 침전물의 생성이 더욱 억제된다. 특히, 펌프(120)는 파이프 라인(110)을 흐르는 가스를 회전시켜 분사함으로써, 가스가 파이프 라인(110)의 내부 벽을 훑고 지나가도록 하여 하이드레이트(수화물)이 파이프 라인(110)에 흡착되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 컴프레서(140)로 파이프 라인(110)을 흐르는 일부의 가스를 압축함으로써, 가스의 유속이 증가하므로, 하이드레이트 방지에 효과적이다. 이러한 역할을 하는 컴프레서(140)로 유입되는 가스의 양을 조절하기 위해, 순환 라인(130)과 파이프 라인(110)의 연결 지점에 연결 밸브(151, 152)가 설치될 수 있다.
그리고, 가스를 더욱 빠르게 회전시키기 위해, 파이프 라인(110)에 프로펠러(160)가 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 프로펠러(160)가 펌프(120)의 후단에 설치됨으로써, 가스 흐름에 빠른 회전을 주어 파이프 라인(110) 내부 벽을 훑고 지나가므로, 수화물의 흡착을 방지할 수 있는 것이다. 일례로, 펌프(120) 내부의 임펠러로 인해 어느 정도의 회전력이 발생하지만, 이를 바로 인접한 프로펠러(160)로 증폭시켜 주는 효과가 있다.
그리하여, 파이프 라인(110)을 흐르는 가스를 모터(120)에 의해서만 가압하고 회전시키는 것에서 더 나아가, 파이프 라인(110)을 흐르는 가스를 컴프레서(140)로 압축하고 프로펠러(160)로 회전시켜 주면, 가스의 유속이 증가하고, 온도는 더 높아지기 때문에, 파이프 라인(110) 내부에서 하이드레이트를 비롯한 침전물의 생성을 방지하는 데에 효과적이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 6은 도 5의 가스의 수화 방지 시스템의 추가적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템(200)은, 해저(10)의 가스정(20)으로부터 뽑아 올린 가스를 수송하는 파이프 라인(210), 파이프 라인(210) 상에 설치되는 적어도 하나의 펌프(220), 펌프(220)가 설치된 파이프 라인(210)의 앞에서 가스의 일부를 순환시키도록 각 펌프(220)에 대응하여 형성되는 적어도 하나의 순환 라인(230), 및 각 순환 라인(230)에 설치되며, 상기 순환 라인(230)을 흐르는 가스를 압축하여 각 펌프(220)로 보내는 적어도 하나의 컴프레서(240)를 포함한다. 여기에서, 펌프(220), 순환 라인(230), 컴프레서(240)로 이루어진 수화 방지 시스템을 직렬적으로 연결함으로써, 파이프 라인(210)을 흐르는 가스의 유속을 더욱 빠르게 하여 파이프 라인(210) 내부에서 하이드레이트를 비롯한 침전물의 생성을 방지하는 데에 더욱 효과적이다. 이때, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템(100) 및 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템(200)에서, 대응되는 구성요소의 기능은 실질적으로 동일하므로 대응되는 구성요소의 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템(200)에서, 펌프(220), 순환 라인(230), 컴프레서(240) 등이 직렬적으로 연결되므로, 직렬적으로 연결된 파이프 라인(210)을 흐르는 가스의 흐름을 제어할 필요가 있다. 이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템(200)은 각 펌프(220)의 전단에 설치되어 파이프 라인(210)을 흐르는 가스의 흐름을 제어하는 제어 밸브(250)를 각각 더 포함할 수 있다. 각 제어 밸브(250의 제어를 통해, 하이드레이트가 생성되는 조건이 되는 파이프 라인(210)의 영역에서는 가스의 유입을 차단하고, 하이드레이트가 생성되는 조건이 되지 않는 영역에서는 가스가 흐르도록 할 수 있다. 즉, 가스의 가압과 회전을 통해 가스 유속 증가 외에 가스가 흐르는 양을 적절히 제어함으로써, 하이드레이트 등 여러 침전물의 생성을 효과적으로 방지할 수 있다.
물론, 전술한 바와 같이, 임펠러를 구비한 펌프(220)를 통해 가스를 1차적으로 회전시키고, 펌프(220)의 후단의 파이프 라인(210)에 설치되는 프로펠러(260)를 통해 2차적으로 가스를 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 유속이 증가하고, 온도는 높아지기 때문에 하이드레이트 생성이 억제되고, 가스 흐름에 중첩적으로 빠른 회전을 주게 되어 가스가 파이프 라인(210) 내부 벽을 훑고 지나가므로 파이프 라인(210) 내부 벽에 하이드레이트가 흡착되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템(300)은, 해저(10)의 가스정(20)으로부터 뽑아 올린 가스를 수송하는 파이프 라인(310), 파이프 라인(310) 상에 각각 설치되는 펌프(320), 컴프레서(340), 프로펠러(360)를 포함할 수 있다. 즉, 펌프(320), 컴프레서(340), 프로펠러(360)에 일렬로 설치될 수 있다. 이때, 펌프(320), 컴프레서(340), 프로펠러(360)의 설치 순서는 설계자에 의해 임의로 배치될 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
파이프 라인(310)을 흐르는 가스의 압력을 높여 분사시키는 펌프(320), 파이프 라인(310)을 흐르는 가스를 압축하는 컴프레서(340), 파이프 라인(310)을 흐르는 가스를 회전시키는 프로펠러(360)에 의해, 파이프 라인(310)을 흐르는 가스는 가압, 고속 회전되어 유속이 증가하고 온도는 높아지므로, 하이드레이트 발생을 억제하기 위한 파이프 라인(310)의 온도, 물리적 조건을 유지할 수 있다. 즉, 파이프 라인(310) 내에서, 고압의 가스에 회전을 만들어 줌으로써, 어느 정도는 효과적인 가스의 흐름을 확보할 수 있다.
따라서, 본 발명의 여러 실시예에 따른 가스의 수화 방지 시스템을 통해, 파이프 라인을 통해 수송되는 가스 흐름에 빠른 회전을 주어 파이프 라인에서 하이드레이트(수화물)의 생성을 줄이고, 이에 따라 하이드레이트(수화물)가 파이프 라인에 흡착되는 것을 방지함으로써, 파이프의 파손을 방지할 수 있는 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 200, 300: 가스의 수화 방지 시스템
110, 210, 310: 파이프 라인
120, 220, 320: 펌프
130, 230, 330: 순환 라인
140, 240, 340: 컴프레서
160, 260, 360: 프로펠러

Claims (10)

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  2. 삭제
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  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 해저의 가스정으로부터 뽑아 올린 가스의 압력을 높여 분사시키는 적어도 하나의 펌프를 포함하며, 상기 적어도 하나의 펌프에 의해 압력이 높아진 가스를 수송하는 파이프 라인을 흐르는 가스의 수화를 방지하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 파이프 라인에서 분기되며, 상기 적어도 하나의 펌프가 설치된 파이프 라인의 앞에서 가스의 일부를 순환시키도록 각 펌프에 대응하여 형성되는 적어도 하나의 순환 라인; 및
    상기 적어도 하나의 펌프의 각 전단에서 상기 파이프 라인과 상기 순환 라인이 합류하는 지점의 전단에 설치되어 상기 파이프 라인 및 상기 순환 라인을 흐르는 가스의 흐름을 제어하는 제어 밸브를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 순환 라인의 각각은, 상기 순환 라인을 흐르는 가스를 압축하여 상기 펌프로 압력을 높여 보내며 상기 제어 밸브의 전단에 설치되는 적어도 하나의 컴프레서를 포함하는, 가스의 수화 방지 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 펌프는, 임펠러를 구비하여 상기 파이프 라인을 흐르는 가스를 회전시키는, 가스의 수화 방지 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 가스를 회전시키기 위해, 각 펌프의 후단의 파이프 라인에 설치되는 프로펠러를 더 포함하는, 가스의 수화 방지 시스템.
  10. 삭제
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