KR101682584B1 - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

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KR101682584B1 KR1020130166858A KR20130166858A KR101682584B1 KR 101682584 B1 KR101682584 B1 KR 101682584B1 KR 1020130166858 A KR1020130166858 A KR 1020130166858A KR 20130166858 A KR20130166858 A KR 20130166858A KR 101682584 B1 KR101682584 B1 KR 101682584B1
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Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 벙커링쉽에 설치되며, 제1 액화가스 주유라인에 의해 주유원과 연결되는 액화가스 비축탱크; 벙커링쉽에 설치되며, 액화질소 유출라인이 구비되는 액화질소 저장탱크; 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 선박에 설치되며, 제2 액화가스 주유라인에 의해 상기 액화가스 비축탱크와 연결되고, 증발가스 공급라인이 구비되는 액화가스 저장탱크; 및 상기 벙커링쉽 또는 상기 선박에 설치되며, 상기 액화질소 유출라인과 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 벙커링 시에 액화가스 운반선 또는 추진선의 액화가스 저장탱크 내부에 발생되는 증발가스를 액화질소와 열교환시켜, 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크로 복귀 또는 수요처에 연료로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 재액화된 증발가스를 벙커링쉽의 액화가스 비축탱크로 회귀 또는 벙커링쉽의 수요처에 연료로 공급할 수 있도록 구성함으로써, 증발가스의 재활용으로 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 효율을 증대시킬 수 있고, 벙커링쉽의 액화가스 비축탱크로부터 액화가스 운반선 또는 추진선의 액화가스 저장탱크로의 액화가스 주유를 원활하게 할 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{A Treatment System Liquefied Gas}
본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.
그러나 액화가스는 압력을 높이거나 온도를 낮추어 강제로 액화시킨 상태로 보관하기 때문에, 외부 열침투에 의한 상변화가 우려되어 액화가스 저장탱크의 단열성 확보가 중요하다. 다만, 액화가스 저장탱크가 완벽한 단열을 구현할 수는 없기 때문에, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 일부 액화가스는, 외부로부터 전달되는 열에 의하여 기체인 증발가스로 상변화 하게 된다.
이때 기체로 상변화한 증발가스는 부피가 대폭 증가하므로 액화가스 저장탱크의 내부 압력을 높이는 요인이 되며, 액화가스 저장탱크의 내압이 액화가스 저장탱크가 견딜 수 있는 압력을 초과하게 되면 액화가스 저장탱크가 파손될 우려가 있다.
따라서 종래에는, 액화가스 저장탱크의 내압을 일정하게 유지하기 위해서, 필요 시 증발가스를 외부로 방출하여 액화가스 저장탱크의 내압을 낮추는 방법을 사용하였다. 또는 증발가스를 액화가스 저장탱크의 외부로 배출한 뒤, 별도로 구비한 재액화장치를 사용하여 액화시킨 후 다시 액화가스 저장탱크로 회수하였다.
그러나 증발가스를 단순히 외부로 방출하는 경우에는 외부 환경의 오염 문제가 발생할 수 있으며, 재액화장치를 사용할 경우에는 재액화장치를 구비하고 운영하기 위해 필요한 비용, 인력 등의 문제가 발생하게 된다. 따라서 외부 열침투에 의해 발생되는 증발가스의 효과적인 처리방법의 개발이 요구되는 실정이다.
또한, 액화가스 저장탱크는 비어 있는 동안 외부로부터의 자연적인 열침투에 의해 내부 온도가 주유되는 액화가스의 온도보다 높은 상태를 유지하고 있어, 주유원으로부터 액화가스를 액화가스 저장탱크에 벙커링(Bunkering)할 때, 액화가스 저장탱크 내부로 공급된 액화가스가 기화되어 다량의 증발가스(BOG: Boil off Gas)를 발생시키게 되는데, 기존에는 발생된 증발가스로 인해 증폭된 액화가스 저장탱크의 내부 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위하여, 증발가스를 단순히 외부로 방출 또는 연소 처리하였으나, 증발가스를 전혀 활용하지 못하여 에너지 낭비가 발생한다는 문제점이 있었다. 따라서 액화가스 벙커링 시에 액화가스 저장탱크 내부에서 발생되는 증발가스의 효과적인 처리방법의 개발 또한 요구되는 실정이다.
이러한 종래기술로는 국내 등록특허공보 제 10-1138401 호(등록일자: 2012. 04. 13)에 공개되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스 벙커링 전에 액화가스 저장탱크의 내부 온도가 액화가스의 비등점 이하 상태로 유지되도록 기화된 액화질소(기화질소) 및 액화질소로 액화가스 저장탱크를 쿨 다운(Cool Down)시켜, 이어지는 벙커링 시에 초기 액화가스를 과냉 상태로 만들 수 있음으로써, 액화가스 저장탱크 내부에서 증발가스가 발생되는 것을 억제시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 액화가스 벙커링 시에 액화가스 저장탱크 내부에 발생되는 증발가스를 액화질소와 열교환시켜, 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크로 복귀 또는 수요처에 연료로 공급할 수 있음으로써, 증발가스의 재활용으로 에너지를 절감할 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 액화가스 벙커링 시에 액화가스 운반선 또는 추진선의 액화가스 저장탱크 내부에 발생되는 증발가스를 액화질소와 열교환시켜, 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크로 복귀 또는 수요처에 연료로 공급할 수 있게 할 뿐만 아니라, 재액화된 증발가스를 벙커링쉽의 액화가스 비축탱크로 회귀 또는 벙커링쉽의 수요처에 연료로 공급할 수 있음으로써, 증발가스의 재활용으로 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 벙커링쉽의 액화가스 비축탱크로부터 액화가스 운반선 또는 추진선의 액화가스 저장탱크로의 액화가스 주유를 원활하게 할 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 액화가스 벙커링 시에 액화가스 저장탱크의 내부에 발생되는 증발가스를 액화질소와 열교환시켜, 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크로 복귀 또는 수요처에 연료로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 기화된 액화질소로 액화가스 저장탱크와 수요처 사이의 액화가스 공급라인 및 그 주변의 주요 장비를 쿨 다운(Cool Down) 또는 퍼징(Purging)시킬 수 있음으로써, 증발가스의 재활용으로 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 연료 공급 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 시스템은, 벙커링쉽에 설치되며, 제1 액화가스 주유라인에 의해 주유원과 연결되는 액화가스 비축탱크; 벙커링쉽에 설치되며, 액화질소 유출라인이 구비되는 액화질소 저장탱크; 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 선박에 설치되며, 제2 액화가스 주유라인에 의해 상기 액화가스 비축탱크와 연결되고, 증발가스 공급라인이 구비되는 액화가스 저장탱크; 및 상기 벙커링쉽 또는 상기 선박에 설치되며, 상기 액화질소 유출라인과 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 액화가스 공급라인에 의해 상기 액화가스 저장탱크와 연결되는 수요처를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화질소 유출라인은, 제2 액화질소 유출라인이며, 상기 액화질소 저장탱크에 구비되는 제1 액화질소 유출라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 공급라인은, 제2 증발가스 공급라인이며, 상기 액화가스 비축탱크에 구비되는 제1 증발가스 공급라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기는, 제2 열교환기이며, 상기 벙커링쉽에 설치되며, 상기 제1 액화질소 유출라인과 상기 제1 증발가스 공급라인 상에 마련되는 제1 열교환기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 열교환기는, 벙커링 시에, 상기 액화가스 저장탱크로부터 유출되는 상대적으로 온도가 높은 증발가스와 상기 액화질소 저장탱크로부터 유출되는 상대적으로 온도가 낮은 액화질소를 상호 열교환 되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환된 증발가스는, 상기 제1 열교환기 후단의 상기 제1 증발가스 공급라인으로부터 분지되는 제1 증발가스 회귀라인을 통해 상기 액화가스 비축탱크로 회귀될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 증발가스 공급라인에서, 상기 제1 열교환기의 하류에 설치되는 제1 임시저장탱크를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 임시저장탱크는, 제2 증발가스 회귀라인에 의해 상기 액화가스 비축탱크와 연결되고, 액화된 증발가스를 상기 제2 증발가스 회귀라인을 통해 상기 액화가스 비축탱크로 회귀시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 임시저장탱크는, 상기 제1 증발가스 공급라인에 의해 수요처와 연결되고, 액화되지 않은 증발가스를 상기 제1 증발가스 공급라인을 통해 상기 수요처로 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환된 증발가스는, 상기 제1 열교환기 후단의 상기 제1 증발가스 공급라인으로부터 분지되는 제3 증발가스 회귀라인을 통해 상기 액화가스 비축탱크 후단의 상기 제2 액화가스 주유라인으로 회귀될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 열교환기는, 벙커링 시에, 상기 액화가스 저장탱크로부터 유출되는 상대적으로 온도가 높은 증발가스와 상기 액화질소 저장탱크로부터 유출되는 상대적으로 온도가 낮은 액화질소를 상호 열교환 될 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환된 증발가스는, 상기 제2 열교환기 후단의 상기 제2 증발가스 공급라인으로부터 분지되는 제1 증발가스 복귀라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 복귀될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 증발가스 공급라인에서, 상기 제2 열교환기의 하류에 설치되는 제2 임시저장탱크를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 임시저장탱크는, 제2 증발가스 복귀라인에 의해 상기 액화가스 저장탱크와 연결되고, 액화된 증발가스를 상기 제2 증발가스 복귀라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 복귀시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 임시저장탱크는, 상기 제2 증발가스 공급라인에 의해 수요처와 연결되고, 액화되지 않은 증발가스를 상기 제 증발가스 공급라인을 통해 상기 수요처로 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 벙커링 전에 액화가스 저장탱크의 내부 온도가 액화가스의 비등점 이하 상태로 유지되도록 기화된 액화질소(기화질소) 및 액화질소로 액화가스 저장탱크를 쿨 다운(Cool Down)시켜, 이어지는 벙커링 시에 초기 액화가스를 과냉 상태로 만들 수 있도록 구성함으로써, 액화가스 저장탱크 내부에서 증발가스가 발생되는 것을 억제시킬 수 있고, 증발가스 처리를 위한 별도의 시스템을 구비하지 않아도 되어 설비공수를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 벙커링 시에 액화가스 저장탱크 내부에 발생되는 증발가스를 액화질소와 열교환시켜, 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크로 복귀 또는 수요처에 연료로 공급할 수 있도록 구성함으로써, 증발가스의 재활용으로 에너지를 절감할 수 있고, 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 벙커링 시에 액화가스 운반선 또는 추진선의 액화가스 저장탱크 내부에 발생되는 증발가스를 액화질소와 열교환시켜, 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크로 복귀 또는 수요처에 연료로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 재액화된 증발가스를 벙커링쉽의 액화가스 비축탱크로 회귀 또는 벙커링쉽의 수요처에 연료로 공급할 수 있도록 구성함으로써, 증발가스의 재활용으로 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 효율을 증대시킬 수 있고, 벙커링쉽의 액화가스 비축탱크로부터 액화가스 운반선 또는 추진선의 액화가스 저장탱크로의 액화가스 주유를 원활하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 벙커링 시에 액화가스 저장탱크의 내부에 발생되는 증발가스를 액화질소와 열교환시켜, 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크로 복귀 또는 수요처에 연료로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 기화된 액화질소로 액화가스 저장탱크와 수요처 사이의 액화가스 공급라인 및 그 주변의 주요 장비를 쿨 다운(Cool Down) 또는 퍼징(Purging)시킬 수 있도록 구성함으로써, 증발가스의 재활용으로 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 효율을 증대시킬 수 있고, 연료 공급 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(100)은, 주유원(110), 액화가스 저장탱크(120), 수요처(130), 액화질소(LN2) 저장탱크(140)를 포함한다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 그리고 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 이러한 LNG로부터 발생되는 증발가스도 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한, 액화질소는 일반적으로 액체 상태로 보관되는 질소(LN2)를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화질소로 표현할 수 있고, 기화질소는 액화질소가 완전 기화된 기체 상태의 질소(N2)뿐만 아니라 액화질소가 완전 기화되지 않은 액체/기체 상태를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
주유원(110)은, 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 액화가스 운반선 또는 액화가스 추진선에 액화가스를 공급하기 위하여, 액화가스 생산기지, 액화가스 벙커링 항만 등의 육지 또는 해상에 설치될 수 있으며, 액화가스 주유라인(101)에 의해 후술할 액화가스 저장탱크(120)에 연결될 수 있다. 해상에 설치되는 주유원(110)은 벙커링쉽(Bunkering Ship)을 포함할 수 있다.
액화가스 저장탱크(120)는, 액화가스를 주유원(110)으로부터 공급받기 위하여, 액화가스 주유라인(101)에 의해 주유원(110)과 연결될 수 있고, 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 모든 선박, 예를 들어, 액화가스 운반선 또는 액화가스 추진선에 구비될 수 있으며, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 액화가스 저장탱크(120)와 함께 후술할 수요처(130), 후술할 액화질소 저장탱크(140)는, 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 모든 선박에 구비될 수 있음은 물론이다.
이러한 액화가스 저장탱크(120)는, 액화가스 추진선에 구비될 경우 액화가스 공급라인(102)에 의해 수요처(130)와 연결되어 수요처(130)에 연료를 공급할 수 있게 한다.
그런데 액화가스 저장탱크(120)는, 주유원(110)으로부터 액화가스를 공급받기 전까지 비어 있는 동안에 외부로부터의 자연적인 열침투에 의해 내부 온도가 공급되는 액화가스의 온도(예를 들어, 액화가스가 LNG 액화가스일 경우 비등점이 -163℃)보다 높은 상태를 유지하고 있어, 주유원(110)으로부터 액화가스를 액화가스 저장탱크(120)에 벙커링(Bunkering)할 때, 액화가스 저장탱크(120) 내부로 공급된 액화가스가 기화되어 다량의 증발가스(BOG: Boil off Gas)를 발생시키게 된다.
다량으로 발생된 증발가스는 액화가스 저장탱크(120)의 내부 압력을 과다 상승시켜 탱크에 손상을 입힐 위험이 있기 때문에, 가스 방출라인(105)을 통해 외부로 방출하거나 가스연소장치(도시하지 않음)를 통해 연소 처리하는 방안이 있으나, 이는 증발가스를 전혀 활용하지 못하여 에너지 낭비가 발생한다는 문제점이 있어, 제1 실시예에서는 액화가스 저장탱크(120)에 기화질소 유출라인(103) 및 액화질소 유출라인(104)으로 연결되는 후술할 액화질소 저장탱크(140)를 구비하여 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있게 하는데, 상세한 설명은 후술하기로 한다.
수요처(130)는, 액화가스 공급라인(102)을 통해 액화가스 저장탱크(120)로부터 액화가스를 공급받아 구동될 수 있는 모든 구동 기관, 예를 들어, 선박에 탑재되는 고압엔진인 MEGI 엔진, 저압엔진인 이중연료 엔진(DFDE), 발전을 위한 엔진, 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진 또는 가스터빈 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(120)와 수요처(130) 사이에는, 액화가스를 수요처(130)에 안정적으로 공급할 수 있도록, 액화가스 공급라인(102)을 포함한 각종 장비(도시하지 않음)가 구비되어 있음은 물론이다.
액화질소 저장탱크(140)는, 액화질소를 저장하고 있으며, 기화질소 유출라인(103) 및 액화질소 유출라인(104)에 의해 액화가스 저장탱크(120)와 연결될 수 있다. 여기서, 액화질소는 비등점이 -196℃로서, 본 실시예에서 언급되고 있는 액화가스의 비등점보다 상대적으로 낮다.
액화질소 저장탱크(140) 자체에는 압력상승장치(Pressure Built-up Unit; 141)가 구비될 수 있고, 기화질소 유출라인(103) 상에는 제1 히터(142)와 제1 밸브(144)가 구비될 수 있으며, 액화질소 유출라인(104) 상에는 펌프(146)와 제2 밸브(148)가 구비될 수 있다.
압력상승장치(141)는, 액화질소 저장탱크(140)에 저장된 액화질소가 액화질소 순환라인(106)을 통해 제2 히터(141a)를 경유하여 다시 액화질소 저장탱크(120)로 순환하도록 구성될 수 있으며, 이로써, 액화질소 저장탱크(40)의 내부 압력 및 온도를 상승시켜 유량 조절을 할 수 있게 하거나 기화질소를 생성시킬 수 있도록 한다.
압력상승장치(141)와 함께 기화질소 유출라인(103)에 구비되는 제1 히터(142)는, 액화가스 저장탱크(120)로 공급되는 기화질소의 온도를 상승시키는 역할을 수행하는데, 이는 기화질소의 온도와 액화가스 저장탱크(120) 내부의 온도 차이가 심할 경우 공급되는 기화질소에 의해 액화가스 저장탱크(120)의 내부 온도가 급감하면서 탱크에 손상을 줄 수 있기 때문이다. 액화가스 저장탱크(120)로 공급된 기화질소는 액화가스 저장탱크(120)를 쿨 다운시키는 역할을 수행하고, 이러한 기화질소는 가스 방출라인(105)을 통해 대기 중으로 방출하거나, 가스 방출라인(105) 상에 임시저장탱크(도시하지 않음)를 구비하여 재활용할 수 있다.
압력상승장치(141)와 함께 액화질소 유출라인(104)에 구비되는 펌프(146)는, 액화가스 저장탱크(120)의 온도 상태에 따라 출력을 조절하여 액화가스 저장탱크(120)로 공급되는 액화질소의 유량을 효율적으로 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 액화가스 저장탱크(120)로 공급된 액화질소는 액화가스 저장탱크(120)를 쿨 다운시키는 역할을 수행하면서 기화되고, 이러한 기화된 액화질소는 가스 방출라인(105)을 통해 대기 중으로 방출하거나, 가스 방출라인(105) 상에 임시저장탱크(도시하지 않음)를 구비하여 재활용할 수 있다.
기화질소 유출라인(103)에 구비되는 제1 밸브(144)와 액화질소 유출라인(104)에 구비되는 제2 밸브(148) 각각은 개도 조절밸브일 수 있으며, 액화가스 저장탱크(120)의 온도 상태에 따라 제1 밸브(144) 또는 제2 밸브(148)의 개도를 조절함으로써, 효율적으로 액화가스 저장탱크(120)를 쿨 다운시킬 수 있어, 벙커링 준비 시간을 단축할 수 있게 한다.
구체적으로, 액화질소 저장탱크(140)에 저장된 액화질소의 비등점이 -196℃임을 고려할 때, 액화가스 저장탱크(120)로 공급되는 상대적으로 고온인 기화질소의 온도는, 예를 들어, -150℃ 내지 -50℃이고, 상대적으로 저온인 액화질소의 온도는 예를 들어, -190℃ 내지 -150℃일 수 있다.
벙커링 준비 시간을 단축하기 위해서는 상대적으로 저온인 액화질소의 공급량을 늘리는 것이 바람직한데, 액화가스 저장탱크(120)의 내부 온도 급감에 의한 탱크 손상을 방지할 수 있는 액화가스 저장탱크(120)의 온도 상태를 모니터링하여 제2 밸브(148)의 개도를 효율적으로 넓게 할 수 있으므로, 벙커링 준비 시간을 단축할 수 있다는 것이다.
이러한 액화질소 저장탱크(140)는, 액화가스 벙커링 전에 액화가스 저장탱크(120)의 내부 온도가 액화가스의 비등점 이하 상태로 유지되도록 액화질소 및 기화된 액화질소를 액화가스 저장탱크(120)에 공급하여, 액화가스 저장탱크(120)를 쿨 다운(Cool Down)시키는 기능을 수행할 수 있으며, 이로써, 벙커링 시에 초기 액화가스를 과냉 상태로 만들 수 있어, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있게 한다.
구체적으로, 액화질소 저장탱크(140)를 이용한 액화가스 저장탱크(120)를 쿨 다운시키는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 액화가스 저장탱크(120)의 내부 온도를 체크하고, 액화가스 저장탱크(120)의 내부 온도 급감을 방지할 수 있도록, 제1 히터(142)를 이용하여 기화질소의 온도를 적절히 상승시키고, 제1 밸브(144)의 개도가 완전히 개방될 때까지 점차적으로 넓히면서 액화가스 저장탱크(120) 내부에 기화질소를 공급한다. 이때, 제2 밸브(148)는 폐쇄된 상태를 유지한다. 기화질소가 공급되는 동안에도 액화가스 저장탱크(120)의 내부 온도를 실시간으로 모니터링하고, 액화가스 저장탱크(120)의 내부 온도가 어느 정도 내려가면, 제1 밸브(144)의 개도는 점차적으로 좁히면서, 제2 밸브(148)의 개도는 점차적으로 넓혀, 액화가스 저장탱크(120) 내부에 기화질소 및 액화질소가 혼합 공급되게 한다. 이후 제1 밸브(144)는 폐쇄된 상태가 되고 제2 밸브(148)는 개방된 상태가 되어, 액화질소가 액화가스 저장탱크(120) 내부에 공급되도록 하여, 액화가스 저장탱크(120)의 내부 온도가 벙커링 시에 초기 액화가스를 과냉 상태로 만들 수 있는 온도 상태로 유지될 수 있게 한다. 이로써, 벙커링 준비 단계가 완료되며, 이어서 수행되는 벙커링 시에 액화가스 저장탱크(120) 내부에서 증발가스가 발생되는 것을 억제시킬 수 있게 된다.
이를 통해 본 제1 실시예는, 액화가스 벙커링 전에 액화가스 저장탱크(120)의 내부 온도가 액화가스의 비등점 이하 상태로 유지되도록 기화된 액화질소(기화질소) 및 액화질소로 액화가스 저장탱크(120)를 쿨 다운(Cool Down)시켜, 이어지는 벙커링 시에 초기 액화가스를 과냉 상태로 만들 수 있도록 구성함으로써, 액화가스 저장탱크(120) 내부에서 증발가스가 발생되는 것을 억제시킬 수 있고, 증발가스 처리를 위한 별도의 시스템을 구비하지 않아도 되어 설비공수를 절감할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(200)은, 주유원(210), 액화가스 저장탱크(220), 제1 및 제2 수요처(230a, 230b), 액화질소(LN2) 저장탱크(240), 열교환기(250), 임시저장탱크(260)를 포함한다.
주유원(210)은, 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 액화가스 운반선 또는 액화가스 추진선에 액화가스를 공급하기 위하여, 액화가스 생산기지, 액화가스 벙커링 항만 등의 육지 또는 해상에 설치될 수 있으며, 액화가스 주유라인(201)에 의해 후술할 액화가스 저장탱크(220)에 연결될 수 있다. 해상에 설치되는 주유원(210)은 벙커링쉽(Bunkering Ship)을 포함할 수 있다.
액화가스 저장탱크(220)는, 액화가스를 주유원(210)으로부터 공급받기 위하여, 액화가스 주유라인(201)에 의해 주유원(210)과 연결될 수 있고, 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 모든 선박, 예를 들어, 액화가스 운반선 또는 액화가스 추진선에 구비될 수 있으며, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 액화가스 저장탱크(220)와 함께 후술할 제1 및 제2 수요처(230a, 230b), 후술할 액화질소 저장탱크(240), 후술할 열교환기(250), 후술할 임시저장탱크(260)는, 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 모든 선박에 구비될 수 있음은 물론이다.
이러한 액화가스 저장탱크(220)는, 액화가스 추진선에 구비될 경우, 액화가스 공급라인(202)에 의해 제1 수요처(230a)와 연결되어 제1 수요처(230a)에 연료를 공급할 수 있고, 증발가스 공급라인(203)에 의해 제2 수요처(230b)와 연결되어 제2 수요처(230b)에 연료를 공급할 수 있게 한다.
그런데 액화가스 저장탱크(220)는, 주유원(210)으로부터 액화가스를 공급받기 전까지 비어 있는 동안에 외부로부터의 자연적인 열침투에 의해 내부 온도가 공급되는 액화가스의 온도(예를 들어, 액화가스가 LNG 액화가스일 경우 비등점이 -163℃)보다 높은 상태를 유지하고 있어, 주유원(210)으로부터 액화가스를 액화가스 저장탱크(220)에 벙커링(Bunkering)할 때, 액화가스 저장탱크(220) 내부로 공급된 액화가스가 기화되어 다량의 증발가스(BOG: Boil off Gas)를 발생시키게 된다.
다량으로 발생된 증발가스는 액화가스 저장탱크(220)의 내부 압력을 과다 상승시켜 탱크에 손상을 입힐 위험이 있기 때문에, 제1 실시예의 가스 방출라인(105)과 같이 별도의 가스 방출라인을 통해 외부로 방출하거나 가스연소장치(도시하지 않음)를 통해 연소 처리하는 방안이 있으나, 이는 증발가스를 전혀 활용하지 못하여 에너지 낭비가 발생한다는 문제점이 있어, 제2 실시예에서는 후술할 액화질소 저장탱크(240), 후술할 열교환기(250), 후술할 임시저장탱크(260)를 구비하여 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있게 하는데, 상세한 설명은 후술하기로 한다.
제1 수요처(230a)는, 액화가스 공급라인(202)을 통해 액화가스 저장탱크(220)로부터 액화가스를 공급받아 구동될 수 있는 모든 구동 기관, 예를 들어, 선박에 탑재되는 고압엔진인 MEGI 엔진, 저압엔진인 이중연료 엔진(DFDE), 발전을 위한 엔진, 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진 또는 가스터빈 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(220)와 제1 수요처(230a) 사이에는, 액화가스를 제1 수요처(230a)에 안정적으로 공급할 수 있도록, 액화가스 공급라인(202)을 포함한 각종 장비(도시하지 않음)가 구비되어 있음은 물론이다.
제2 수요처(230b)는, 증발가스 공급라인(203)을 통해 액화가스 저장탱크(220) 내부에서 발생된 증발가스를 공급받아 구동될 수 있는 모든 구동 기관, 예를 들어, 선박에 탑재되는 고압엔진인 MEGI 엔진, 저압엔진인 이중연료 엔진(DFDE), 발전을 위한 엔진, 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진 또는 가스터빈 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(220)와 제2 수요처(230b) 사이에는, 증발가스를 제2 수요처(230b)에 안정적으로 공급할 수 있도록, 증발가스 공급라인(203)을 포함한 각종 장비(도시하지 않음)가 구비되어 있음은 물론이다.
본 발명의 제2 실시예에서는, 수요처로서 제1 및 제2 수요처(230a, 230b)로 구분하여 설명하였지만, 제2 수요처(230b)에 연결되는 증발가스 공급라인(203)을 제1 수요처(230a)에 연결되도록 구성함으로써, 제2 수요처(230b)라는 구성 요소를 생략할 수 있다.
액화질소 저장탱크(240)는, 액화질소를 저장하고 있다. 여기서, 액화질소는 비등점이 -196℃로서, 본 실시예에서 언급되고 있는 액화가스의 비등점보다 상대적으로 낮다. 액화질소 저장탱크(240)에는, 전술한 제1 실시예의 압력상승장치(141)가 구비될 수 있다.
이러한 액화질소 저장탱크(240)는, 액화질소 유출라인(204)을 통해 후술할 열교환기(250)에 액화질소를 공급하여, 벙커링 시에 액화가스 저장탱크(220)로부터 유출되는 증발가스와 상호 열교환 되도록 하여, 온도가 하강된 증발가스(기액 상태일 수 있음)를 액화가스 저장탱크(220)에 복귀되도록 할 수 있다.
열교환기(250)는, 증발가스 공급라인(203)과 액화질소 유출라인(204) 상에 마련될 수 있다.
열교환기(250)에서는, 벙커링 시에 액화가스 저장탱크(220)로부터 증발가스 공급라인(203)을 통해 공급되는 상대적으로 온도가 높은 증발가스(예를 들어, LNG 증발가스일 경우, -160℃ 내지 -100℃)와, 액화질소 저장탱크(240)로부터 액화질소 유출라인(204)을 통해 유출되는 상대적으로 온도가 낮은 액화질소(예를 들어, -196℃)가 상호 열교환이 이루어질 수 있다.
이러한 열교환을 통해, 증발가스는 액화질소로부터 냉열을 얻어 액화되고, 액화된 증발가스(기액 상태일 수 있음)가 열교환기(250) 후단의 증발가스 공급라인(203)으로부터 분지되는 제1 증발가스 복귀라인(203a)을 통해 액화가스 저장탱크(220)로 복귀하여 액화가스 저장탱크(220)의 내부 온도를 낮추게 되므로, 벙커링 동안 증발가스의 발생을 억제시킬 수 있고, 또한, 액화된 증발가스(기액 상태일 수 있음)가 열교환기(250) 하류의 증발가스 공급라인(203)에 설치되는 후술할 임시저장탱크(260)에 공급되므로, 임시저장탱크(260)에서 재액화된 증발가스의 처리가 용이하게 이루어질 수 있다. 반면에, 액화질소는 증발가스로부터 온열을 얻어 기화되고, 기화된 액화질소는 열교환기(250) 후단에 연결되는 가스 방출라인(205)을 통해 대기 중으로 방출하거나, 가스 방출라인(205) 상에 임시저장탱크(도시하지 않음)를 구비하여 재활용할 수 있다.
임시저장탱크(260)는, 열교환기(250)와 제2 수요처(230b) 사이의 증발가스 공급라인(203)에 설치될 수 있으며, 열교환기(250)를 경유한 증발가스를 임시로 저장할 수 있다.
임시저장탱크(260)는, 기액 분리기일 수 있으며, 열교환기(250)에서 액화된 증발가스를 제2 증발가스 복귀라인(203b)을 통해 액화가스 저장탱크(220)로 복귀시킬 수 있고, 이로써, 액화가스 저장탱크(220)의 내부 온도를 낮추게 되므로, 벙커링 동안 증발가스의 발생을 억제시킬 수 있다. 또한, 임시저장탱크(260)는 액화되지 않은 증발가스를 증발가스 공급라인(203)을 통해 제2 수요처(230b)로 공급하여 연료로 사용할 수 있게 한다. 이러한 임시저장탱크(260)는, 액화 또는 액화되지 않은 상태의 증발가스를 임시로 저장해 두었다가 상기한 용도 이외의 다른 용도로도 재활용할 수 있게 한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(300)은, 주유원(310), 액화가스 저장탱크(320), 제1 및 제2 수요처(330a, 330b), 액화질소(LN2) 저장탱크(340), 열교환기(350), 임시저장탱크(360)를 포함하는데, 이러한 구성 요소는 도면 지시부호만 다르게 표시했을 뿐, 전술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(200)의 구성 요소와 동일할 수 있으므로 여기서는 설명의 중복을 피하기 위하여 동일 구성 요소 각각에 대한 상세한 설명을 생략하기로 하며, 하기에서 차이점만 설명하기로 한다.
제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(200)의 구성 요소 중에서, 액화가스 저장탱크(220), 제1 및 제2 수요처(230a, 230b), 액화질소 저장탱크(240), 열교환기(250), 임시저장탱크(260)는, 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 모든 선박, 예를 들어, 액화가스 운반선 또는 액화가스 추진선에 구비되지만, 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(300)의 구성 요소 중에서, 액화가스 저장탱크(320), 제1 및 제2 수요처(330a, 330b), 액화질소 저장탱크(340), 열교환기(350), 임시저장탱크(360)는, 컨테이너를 운반하는 컨테이너선(370)에 구비되는 것으로 한정된다.
또한, 액화질소 저장탱크(340)는, 컨테이너선(370)에 고정 구비되는 것이라기보다는, 컨테이너 형상으로 별개 제작되어, 필요 또는 요구에 따라 컨테이너선(70)으로부터 탈착 가능하게 구성될 수 있다. 이와 같이 액화질소 저장탱크(340)를 컨테이너 형상이면서 탈착 가능하게 구성함으로써, 컨테이너선(370)의 컨테이너 적재 공간에 컨테이너를 적재하듯이 용이하게 설치할 수 있고, 벙커링 완료 후에는 분리하여 육상에 보관할 수 있어, 컨테이너선(370)의 적재 공간을 확보하는데 유리할 뿐만 아니라, 다른 컨테이너선에도 공용으로 사용할 수 있어, 벙커링 작업을 효과적으로 수행할 수 있게 한다.
이를 통해 본 제2 및 제3 실시예는, 액화가스 벙커링 시에 액화가스 저장탱크(220, 320) 내부에 발생되는 증발가스를 액화질소와 열교환시켜, 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(220, 320))로 복귀 또는 수요처(230b, 330b)에 연료로 공급할 수 있도록 구성함으로써, 증발가스의 재활용으로 에너지를 절감할 수 있고, 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(400)은, 주유원(410), 액화가스 비축탱크(415), 액화가스 저장탱크(420), 제1, 제2 및 제3 수요처(430a, 430b, 430c), 액화질소(LN2) 저장탱크(440), 제1 및 제2 열교환기(450a, 450b), 제1 및 제2 임시저장탱크(460a, 460b)를 포함한다.
주유원(410)은, 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 액화가스 운반선 또는 액화가스 추진선에 액화가스를 직접 공급하거나, 액화가스 운반선 또는 액화가스 추진선에 액화가스를 비축하기 위한 벙커링쉽(470)에 액화가스를 공급하기 위하여, 액화가스 생산기지, 액화가스 벙커링 항만 등의 육지 또는 해상에 설치될 수 있으며, 제1 액화가스 주유라인(401a)에 의해 후술할 벙커링쉽(470)의 액화가스 비축탱크(415)에 연결될 수 있다.
액화가스 비축탱크(415)는, 제1 액화가스 주유라인(401a)을 통해 주유원(410)으로부터 공급되는 액화가스를 액화가스 운반선 또는 액화가스 추진선에 공급할 수 있도록 액화가스를 비축하는 벙커링쉽(470)에 구비될 수 있으며, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 액화가스 비축탱크(415)가 구비된 벙커링쉽(470)은 해상용 주유원의 일종이라 할 수 있다. 액화가스 비축탱크(415)와 함께 후술할 제3 수요처(430c), 후술할 액화질소 저장탱크(440), 후술할 제1 열교환기(450a), 후술할 제1 임시저장탱크(460a)는, 벙커링쉽(470)에 구비될 수 있다.
이러한 액화가스 비축탱크(415)는, 제2 액화가스 주유라인(401b)을 통해 후술할 액화가스 저장탱크(420)에 비축된 액화가스를 공급할 수 있고, 제1 증발가스 공급라인(403)을 통해 후술할 제3 수요처(430c)와 연결되어 제3 수요처(430c)에 증발가스를 연료로 공급할 수 있다. 제1 증발가스 공급라인(403)은 벙커링 작업시에 후술할 선박(480)에 구비되는 제2 증발가스 공급라인(404)과 결합될 수 있다.
액화가스 비축탱크(415)가 비어 있어, 주유원(410)으로부터 액화가스를 공급받아야 할 경우, 벙커링 작업을 수행해야 하는데, 벙커링쉽(470) 자체의 구성 요소만을 놓고 볼 때, 전술한 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(200)의 구성 요소와 도면 지시부호 및 명칭이 다를 뿐, 구성적인 측면에서 동일할 수 있으므로, 통상의 지식을 가진자가 이해할 수 있을 것이며, 따라서 여기서는 액화가스 비축탱크(415)에 액화가스를 비축하는 벙커링 시에 대한 상세한 설명을 생략하기로 하고, 이하에서는 액화가스 비축탱크(415)가 액화가스로 채워져 있는 경우에 대해서 설명할 것이다.
액화가스 저장탱크(420)는, 액화가스를 액화가스 비축탱크(415)로부터 공급받기 위하여, 제2 액화가스 주유라인(401b)에 의해 액화가스 비축탱크(415)와 연결될 수 있고, 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 모든 선박(480), 예를 들어, 액화가스 운반선 또는 액화가스 추진선에 구비될 수 있으며, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 액화가스 저장탱크(420)와 함께 후술할 제1 및 제2 수요처(430a, 430b), 후술할 제2 열교환기(450b), 후술할 제2 임시저장탱크(460b)는, 선박(480)에 구비될 수 있음은 물론이다.
이러한 액화가스 저장탱크(420)는, 액화가스 추진선(480)에 구비될 경우, 액화가스 공급라인(402)에 의해 제1 수요처(430a)와 연결되어 제1 수요처(430a)에 연료를 공급할 수 있고, 제2 증발가스 공급라인(404)에 의해 제2 수요처(430b)와 연결되어 제2 수요처(430b)에 연료를 공급할 수 있게 한다. 또한, 액화가스 저장탱크(420)는, 벙커링 시에, 선박(480)의 제2 증발가스 공급라인(404)을 벙커링쉽(470)의 후술할 제1 열교환기(450a) 상류의 제1 증발가스 공급라인(403)과 결합시킴에 의해 벙커링쉽(470)에 구비되는 제3 수요처(430c)와 연결되어 제3 수요처(430c)에 연료를 공급할 수 있게 한다.
그런데 액화가스 저장탱크(420)는, 액화가스 비축탱크(415)로부터 액화가스를 공급받기 전까지 비어 있는 동안에 외부로부터의 자연적인 열침투에 의해 내부 온도가 공급되는 액화가스의 온도(예를 들어, 액화가스가 LNG 액화가스일 경우 비등점이 -163℃)보다 높은 상태를 유지하고 있어, 액화가스 비축탱크(415)로부터 액화가스를 액화가스 저장탱크(420)에 벙커링(Bunkering)할 때, 액화가스 저장탱크(420) 내부로 공급된 액화가스가 기화되어 다량의 증발가스(BOG: Boil off Gas)를 발생시키게 된다.
제4 실시예에서는, 벙커링쉽(470)에 후술할 액화질소 저장탱크(440), 후술할 제1 열교환기(450a), 후술할 제1 임시저장탱크(460a)를 구비하고, 선박(480)에 후술할 제2 열교환기(450b), 후술할 제2 임시저장탱크(460b)를 구비하여 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있게 하는데, 상세한 설명은 후술하기로 한다.
제1 수요처(430a)는, 선박(480)에 구비되며, 액화가스 공급라인(402)을 통해 액화가스 저장탱크(420)로부터 액화가스를 공급받아 구동될 수 있는 모든 구동 기관, 예를 들어, 선박에 탑재되는 고압엔진인 MEGI 엔진, 저압엔진인 이중연료 엔진(DFDE), 발전을 위한 엔진, 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진 또는 가스터빈 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(420)와 제1 수요처(430a) 사이에는, 액화가스를 제1 수요처(430a)에 안정적으로 공급할 수 있도록, 액화가스 공급라인(402)을 포함한 각종 장비(도시하지 않음)가 구비되어 있음은 물론이다.
제2 수요처(430b)는, 선박(480)에 구비되며, 제2 증발가스 공급라인(404)을 통해 액화가스 저장탱크(420) 내부에서 발생된 증발가스를 공급받아 구동될 수 있는 모든 구동 기관, 예를 들어, 선박에 탑재되는 고압엔진인 MEGI 엔진, 저압엔진인 이중연료 엔진(DFDE), 발전을 위한 엔진, 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진 또는 가스터빈 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(420)와 제2 수요처(430b) 사이에는, 증발가스를 제2 수요처(430b)에 안정적으로 공급할 수 있도록, 제2 증발가스 공급라인(404)을 포함한 각종 장비(도시하지 않음)가 구비되어 있음은 물론이다.
본 발명의 제4 실시예에서는, 수요처로서 제1 및 제2 수요처(430a, 430b)로 구분하여 설명하였지만, 제2 수요처(430b)에 연결되는 제2 증발가스 공급라인(404)을 제1 수요처(430a)에 연결되도록 구성함으로써, 제2 수요처(430b)라는 구성 요소를 생략할 수 있다.
제3 수요처(430c)는, 벙커링쉽(470)에 구비되며, 선박(480)의 제2 증발가스 공급라인(404)의 일부분에 결합되는 벙커링쉽(470)의 제1 증발가스 공급라인(403)을 통해 액화가스 저장탱크(420) 내부에서 발생된 증발가스를 공급받아 구동될 수 있는 모든 구동 기관, 예를 들어, 벙크링쉽(470)의 각종 엔진 또는 가스터빈 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(420)와 제3 수요처(430c) 사이에는, 증발가스를 제3 수요처(430c)에 안정적으로 공급할 수 있도록, 제1 및 제2 증발가스 공급라인(403, 404)을 포함한 각종 장비(도시하지 않음)가 구비되어 있음은 물론이다.
액화질소 저장탱크(440)는, 벙커링쉽(470)에 구비되며, 액화질소를 저장하고 있다. 여기서, 액화질소는 비등점이 -196℃로서, 본 실시예에서 언급되고 있는 액화가스의 비등점보다 상대적으로 낮다. 액화질소 저장탱크(440)에는, 전술한 제1 실시예의 압력상승장치(141)가 구비될 수 있다.
이러한 액화질소 저장탱크(440)는, 벙커링쉽(470)의 제1 액화질소 유출라인(405a)을 통해 벙커링쉽(470)의 후술할 제1 열교환기(450a)에 액화질소를 공급하여, 벙커링 시에 선박(480)의 액화가스 저장탱크(420)로부터 유출되는 증발가스와 상호 열교환 되도록 하여, 온도가 하강된 증발가스(기액 상태일 수 있음)를 액화가스 비축탱크(415) 내부 또는 액화가스 비축탱크(415) 후단의 제2 액화가스 주유라인(401b)에 회귀 되도록 할 수 있다.
또한, 액화질소 저장탱크(440)는, 벙커링쉽(470)과 선박(480)을 이어주는 제2 액화질소 유출라인(405b)을 통해 선박(480)의 후술할 제2 열교환기(450b)에 액화질소를 공급하여, 벙커링 시에 선박(480)의 액화가스 저장탱크(420)로부터 유출되는 증발가스와 상호 열교환 되도록 하여, 온도가 하강된 증발가스(기액 상태일 수 있음)를 액화가스 저장탱크(420)에 복귀되도록 하거나, 벙커링쉽(470)의 제1 열교환기(450a)로 공급되도록 할 수 있다.
제1 열교환기(450a)는, 벙커링쉽(470)에 구비되며, 제1 증발가스 공급라인(403)과 제1 액화질소 유출라인(405a) 상에 마련될 수 있다.
제1 열교환기(450a)에서는, 벙커링 시에 액화가스 저장탱크(420)로부터 선박(480)의 제2 증발가스 공급라인(404)과, 이에 결합된 벙커링쉽(470)의 제1 증발가스 공급라인(403)을 통해 공급되는 상대적으로 온도가 높은 증발가스(예를 들어, LNG 증발가스일 경우, -160℃ 내지 -100℃)와, 액화질소 저장탱크(440)로부터 제1 액화질소 유출라인(405a)을 통해 유출되는 상대적으로 온도가 낮은 액화질소(예를 들어, -196℃)가 상호 열교환이 이루어질 수 있다.
이러한 열교환을 통해, 증발가스는 액화질소로부터 냉열을 얻어 액화되고, 액화된 증발가스(기액 상태일 수 있음)가 제1 열교환기(450a) 후단의 제1 증발가스 공급라인(403)으로부터 분지되는 제1 증발가스 회귀라인(403a)을 통해 액화가스 비축탱크(415)로 회귀하여 증발가스의 낭비를 방지할 수 있고, 액화된 증발가스(기액 상태일 수 있음)가 제1 열교환기(450a)의 하류에 설치되는 후술할 제1 임시저장탱크(460a)에 공급되므로, 제1 임시저장탱크(460a)에서 액화된 증발가스의 처리가 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 액화된 증발가스(기액 상태일 수 있음)가 제1 열교환기(450a) 후단의 제1 증발가스 공급라인(403)으로부터 분지되는 제3 증발가스 회귀라인(403c)을 통해 액화가스 비축탱크(415) 후단의 제2 액화가스 주유라인(401b)으로 회귀하여 제2 액화가스 주유라인(401b)의 내부에서 액화가스 유량을 증대시키므로, 액화가스 저장탱크(420)로의 유량을 증대시킬 수 있다.
반면에, 액화질소는 증발가스로부터 온열을 얻어 기화되고, 기화된 액화질소는 제1 열교환기(450a) 후단에 연결되는 제1 가스 방출라인(406a)을 통해 대기 중으로 방출하거나, 제1 가스 방출라인(406a) 상에 임시저장탱크(도시하지 않음)를 구비하여 재활용할 수 있다.
제2 열교환기(450b)는, 선박(480)에 구비되며, 제2 증발가스 공급라인(404)과 제2 액화질소 유출라인(405b) 상에 마련될 수 있다.
제2 열교환기(450b)에서는, 벙커링 시에 액화가스 저장탱크(420)로부터 제2 증발가스 공급라인(404)을 통해 공급되는 상대적으로 온도가 높은 증발가스(예를 들어, LNG 증발가스일 경우, -160℃ 내지 -100℃)와, 액화질소 저장탱크(440)로부터 제2 액화질소 유출라인(405b)을 통해 유출되는 상대적으로 온도가 낮은 액화질소(예를 들어, -196℃)가 상호 열교환이 이루어질 수 있다.
이러한 열교환을 통해, 증발가스는 액화질소로부터 냉열을 얻어 액화되고, 액화된 증발가스(기액 상태일 수 있음)가 제2 열교환기(450b) 후단의 제2 증발가스 공급라인(404)으로부터 분지되는 제1 증발가스 복귀라인(404a)을 통해 액화가스 저장탱크(420)로 복귀하여 액화가스 저장탱크(420)의 내부 온도를 낮추게 되므로, 벙커링 동안 증발가스의 발생을 억제시킬 수 있을 뿐만 아니라, 증발가스의 낭비를 방지할 수 있다.
또한, 액화된 증발가스(기액 상태일 수 있음)가 제2 열교환기(450b)의 하류에 설치되는 후술할 제2 임시저장탱크(460b)에 공급되므로, 제2 임시저장탱크(460b)에서 액화된 증발가스의 처리가 용이하게 이루어질 수 있다.
반면에, 액화질소는 증발가스로부터 온열을 얻어 기화되고, 기화된 액화질소는 제2 열교환기(450b) 후단에 연결되는 제2 가스 방출라인(406b)을 통해 대기 중으로 방출하거나, 제2 가스 방출라인(406b) 상에 임시저장탱크(도시하지 않음)를 구비하여 재활용할 수 있다.
제1 임시저장탱크(460a)는, 벙커링쉽(470)에 구비되며, 제1 열교환기(450a)와 제3 수요처(430c) 사이의 제1 증발가스 공급라인(403)에 설치될 수 있으며, 제1 열교환기(450a)를 경유한 증발가스를 임시로 저장할 수 있다.
제1 임시저장탱크(460a)는, 기액 분리기일 수 있으며, 제1 열교환기(450a)에서 액화된 증발가스를 제2 증발가스 회귀라인(403b)을 통해 액화가스 비축탱크(415)로 회귀시킬 수 있다. 또한, 제1 임시저장탱크(460a)는 액화되지 않은 증발가스를 제1 증발가스 공급라인(403)을 통해 제3 수요처(430c)로 공급하여 연료로 사용할 수 있게 한다. 이러한 제1 임시저장탱크(460a)는, 액화 또는 액화되지 않은 상태의 증발가스를 임시로 저장해 두었다가 상기한 용도 이외의 다른 용도로도 재활용할 수 있게 한다.
제2 임시저장탱크(460b)는, 선박(480)에 구비되며, 제2 열교환기(450b)와 제2 수요처(430b) 사이의 제2 증발가스 공급라인(404)에 설치될 수 있으며, 제2 열교환기(450b)를 경유한 증발가스를 임시로 저장할 수 있다.
제2 임시저장탱크(460b)는, 기액 분리기일 수 있으며, 제2 열교환기(450b)에서 액화된 증발가스를 제2 증발가스 복귀라인(404b)을 통해 액화가스 저장탱크(420)로 복귀시킬 수 있고, 이로써, 액화가스 저장탱크(420)의 내부 온도를 낮추게 되므로, 벙커링 동안 증발가스의 발생을 억제시킬 수 있다. 또한, 제2 임시저장탱크(460b)는 액화되지 않은 증발가스를 제2 증발가스 공급라인(404)을 통해 제2 수요처(430b)로 공급하여 연료로 사용할 수 있게 한다. 이러한 제2 임시저장탱크(460b)는, 액화 또는 액화되지 않은 상태의 증발가스를 임시로 저장해 두었다가 상기한 용도 이외의 다른 용도로도 재활용할 수 있게 한다.
이를 통해 본 제4 실시예는, 액화가스 벙커링 시에 액화가스 운반선 또는 추진선(480)의 액화가스 저장탱크(420) 내부에 발생되는 증발가스를 액화질소와 열교환시켜, 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(420)로 복귀 또는 제2 수요처(430b)에 연료로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 재액화된 증발가스를 벙커링쉽(470)의 액화가스 비축탱크(415)로 회귀 또는 제3 수요처(430c)에 연료로 공급할 수 있도록 구성함으로써, 증발가스의 재활용으로 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 효율을 증대시킬 수 있고, 벙커링쉽(470)의 액화가스 비축탱크(415)로부터 액화가스 운반선 또는 추진선(480)의 액화가스 저장탱크(420)로의 액화가스 주유를 원활하게 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(500)은, 주유원(510), 액화가스 저장탱크(520), 제1 및 제2 수요처(530a, 530b), 액화질소(LN2) 저장탱크(540), 열교환기(550), 임시저장탱크(560), 기화질소 처리장치(570)를 포함한다.
본 발명의 제5 실시예에서, 기화질소 처리장치(570)를 제외한 나머지 구성 요소는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(200)의 구성 요소와 비교하여 도면 지시부호만 다르게 표시했을 뿐, 동일할 수 있으므로 여기서는 설명의 중복을 피하기 위하여 동일 구성 요소 각각에 대한 상세한 설명을 생략하기로 하고, 본 발명의 제2 실시예와 다른 구성 요소인 기화질소 처리장치(570)를 중심으로 설명하기로 한다.
기화질소 처리장치(570)는, 열교환기(550) 후단의 기화질소를 방출하는 가스 방출라인(505)과 액화가스 저장탱크(520) 후단의 증발가스 공급라인(502)과의 사이에 구비될 수 있으며, 기화질소에 의해 액화가스 공급라인(502) 및 그 주변의 주요 장비를 쿨 다운 또는 퍼징시킬 수 있다. 기화질소 처리장치(570)는, 분배기(572), 기화질소 저장탱크(574)를 포함할 수 있다.
분배기(572)는, 일측이 가스 방출라인(505)의 단부에 연결되고, 타측이 기화질소 퍼지라인(506)의 일단부와 기화질소 저장라인(507)의 일단부와 연결될 수 있다. 기화질소 퍼지라인(506)의 타단부는 액화가스 저장탱크(520) 후단의 액화가스 공급라인(502)에 연결될 수 있고, 기화질소 저장라인(507)의 타단부는 후술할 기화질소 저장탱크(574)에 연결될 수 있다.
분배기(572)는, 가스 방출라인(505)을 통해 방출되는 기화질소를 포집하여, 기화질소로 액화가스 저장탱크(520)와 제1 수요처(530a) 사이의 액화가스 공급라인(505) 및 그 주변의 주요 장비(도시하지 않음)를 쿨 다운(Cool Down) 또는 퍼징(Purging)시키기 위하여, 기화질소 퍼지라인(506)을 통해 기화질소를 공급하거나, 기화질소 저장라인(507)을 통해 기화질소를 후술할 기화질소 저장탱크(574)에 공급할 수 있다.
기화질소 저장탱크(574)는, 기화질소를 저장할 수 있으며, 저장된 기화질소를 임시로 저장하고 있다가, 쿨 다운 또는 퍼징이 필요할 시, 예를 들어, 액화가스 벙커링 시는 물론 선박의 초기 시동 전에, 저장된 기화질소를 기화질소 퍼지라인(506)으로 공급하여 액화가스 공급라인(505) 및 그 주변의 주요 장비의 쿨 다운 또는 퍼징 할 수 있게 한다.
기화질소를 이용하여 액화가스 공급라인(505) 및 그 주변의 주요 장비를 쿨 다운 또는 퍼징할 때, 액화가스 공급라인(505) 또는 주요 장비 내부의 온도와 기화질소의 온도와의 차이가 심할 경우 액화가스 공급라인(505) 또는 주요 장비가 손상될 우려가 있고, 또한 퍼징 시에 기화질소가 완전한 기체 상태를 이루는 것이 바람직하므로, 기화질소 퍼지라인(506) 상에 제1 히터(576)를 구비하거나, 기화질소 저장라인(507) 상에 제2 히터(578)를 구비할 수 있다.
또한, 액화질소 저장탱크(540)와 열교환기(550) 사이의 액화질소 유출라인(504) 상에 펌프(545)를 구비할 수 있는데, 펌프(545)는, 액화질소 저장탱크(540)로부터 유출되는 액화질소를 열교환기(550) 쪽으로 가압하여 원활한 흐름을 유지할 수 있게 한다.
상기한 기화질소 처리장치(570)는, 액화가스 벙커링 시에 작동되어 액화가스 공급라인(505) 및 그 주변의 주요 장비를 쿨 다운 또는 퍼징시키는 역할을 수행하며, 이로써, 연료 공급 시스템의 효율이 향상되어 액화가스 벙커링 중 또는 벙커링 후에 선박의 운항을 위한 준비 단계로 액화가스 저장탱크(520)로부터 제1 수요처(530a)로 액화가스 연료 공급을 용이하게 할 수 있게 한다.
본 발명의 제5 실시예에서는, 전술한 본 발명의 제2 실시예와 마찬가지로, 수요처로서 제1 및 제2 수요처(530a, 530b)로 구분하여 설명하였지만, 제2 수요처(530b)에 연결되는 증발가스 공급라인(503)을 제1 수요처(530a)에 연결되도록 구성함으로써, 제2 수요처(430b)라는 구성 요소를 생략할 수 있다.
이를 통해 본 제5 실시예는, 액화가스 벙커링 시에 액화가스 저장탱크(520)의 내부에 발생되는 증발가스를 액화질소와 열교환시켜, 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(520)로 복귀 또는 제2 수요처(530b)에 연료로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 기화된 액화질소로 액화가스 저장탱크(520)와 제1 수요처(530a) 사이의 액화가스 공급라인(502) 및 그 주변의 주요 장비를 쿨 다운 또는 퍼징시킬 수 있도록 구성함으로써, 증발가스의 재활용으로 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 효율을 증대시킬 수 있고, 연료 공급 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명을 제1 내지 제5 실시예로 구분하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 제1, 제2, 제3, 제4 또는 제5 실시예에 한정되지 않으며, 제1 내지 제5 실시예 각각의 조합으로부터 변형이나 개량 또는 제1 내지 제5 실시예 각각의 조합으로 구현되고 예상되는 또 다른 실시예들 역시 본 발명의 영역에 포함될 수 있음은 명백하다고 할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500: 액화가스 처리 시스템
110, 210, 310, 410, 510: 주유원
120, 220, 320, 420, 520: 액화가스 저장탱크
130, 230a, 230b, 330a, 330b, 430a, 430b, 430c, 530a, 530b: 수요처
140, 240, 340, 440, 540: 액화질소 저장탱크
141: 압력상승장치 141a, 142, 576, 578: 히터
146, 545: 펌프 144, 148: 밸브
250, 350, 450a, 450b, 550: 열교환기
260, 360, 460a, 460b: 임시저장탱크 370: 컨테이너선
415: 액화가스 비축탱크 470: 벙커링쉽
480: 선박 570: 기화질소 처리장치
572: 분배기 574: 기화질소 저장탱크
101, 201, 301, 401a, 401b, 501: 액화가스 주유라인
102, 202, 302, 402, 502: 액화가스 공급라인
103: 기화질소 유출라인
104, 204, 304, 405a, 405b, 504: 액화질소 유출라인
105, 205, 305, 406a, 406b, 505: 가스 방출라인
106: 액화질소 순환라인
203, 303, 403, 404, 503: 증발가스 공급라인
203a, 203b, 303a, 303b, 404a, 404b, 503a, 503b: 증발가스 복귀라인
403a, 403b, 403c: 증발가스 회귀라인
506: 기화질소 퍼지라인 507: 기화질소 저장라인

Claims (16)

  1. 벙커링쉽에 설치되며, 증발가스 공급라인이 구비되는 액화가스 비축탱크;
    벙커링쉽에 설치되며, 액화질소 유출라인이 구비되는 액화질소 저장탱크;
    액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 선박에 설치되며, 벙커링 시에 액화가스 주유라인에 의해 상기 액화가스 비축탱크와 연결되고, 상기 증발가스 공급라인이 구비되는 액화가스 저장탱크;
    상기 벙커링쉽 또는 상기 선박에 설치되며, 상기 액화질소 유출라인과 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되어 벙커링 시에 증발가스와 액화질소가 열교환 되도록 하는 제1 또는 제2 열교환기; 및
    상기 증발가스 공급라인에서, 상기 제2 열교환기의 하류에 설치되는 제2 임시저장탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    액화가스 공급라인에 의해 상기 액화가스 저장탱크와 연결되는 수요처를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액화질소 유출라인은,
    상기 액화질소 저장탱크에 구비되는 제1 및 제2 액화질소 유출라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 증발가스 공급라인은,
    상기 액화가스 비축탱크에 구비되는 제1 증발가스 공급라인과, 상기 액화가스 저장탱크에 구비되는 제2 증발가스 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 열교환기는, 상기 벙커링쉽에 설치되며, 상기 제1 액화질소 유출라인과 상기 제1 증발가스 공급라인 상에 마련되고,
    상기 제2 열교환기는, 상기 선박에 설치되며, 상기 제2 액화질소 유출라인과 상기 제2 증발가스 공급라인 상에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 열교환기는,
    벙커링 시에, 상기 액화가스 저장탱크로부터 유출되는 상대적으로 온도가 높은 증발가스와 상기 액화질소 저장탱크로부터 유출되는 상대적으로 온도가 낮은 액화질소를 상호 열교환 되도록 하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 열교환된 증발가스는,
    상기 제1 열교환기 후단의 상기 제1 증발가스 공급라인으로부터 분지되는 제1 증발가스 회귀라인을 통해 상기 액화가스 비축탱크로 회귀되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 증발가스 공급라인에서, 상기 제1 열교환기의 하류에 설치되는 제1 임시저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 임시저장탱크는,
    제2 증발가스 회귀라인에 의해 상기 액화가스 비축탱크와 연결되고, 액화된 증발가스를 상기 제2 증발가스 회귀라인을 통해 상기 액화가스 비축탱크로 회귀시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 임시저장탱크는,
    상기 제1 증발가스 공급라인에 의해 수요처와 연결되고, 액화되지 않은 증발가스를 상기 제1 증발가스 공급라인을 통해 상기 수요처로 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 열교환된 증발가스는,
    상기 제1 열교환기 후단의 상기 제1 증발가스 공급라인으로부터 분지되는 제3 증발가스 회귀라인을 통해 상기 액화가스 비축탱크 후단의 상기 액화가스 주유라인으로 회귀되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  12. 제 5 항에 있어서, 상기 제2 열교환기는,
    벙커링 시에, 상기 액화가스 저장탱크로부터 유출되는 상대적으로 온도가 높은 증발가스와 상기 액화질소 저장탱크로부터 유출되는 상대적으로 온도가 낮은 액화질소를 상호 열교환 되도록 하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 열교환된 증발가스는,
    상기 제2 열교환기 후단의 상기 제2 증발가스 공급라인으로부터 분지되는 제1 증발가스 복귀라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 복귀되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  14. 삭제
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 제2 임시저장탱크는,
    제2 증발가스 복귀라인에 의해 상기 액화가스 저장탱크와 연결되고, 액화된 증발가스를 상기 제2 증발가스 복귀라인을 통해 상기 액화가스 저장탱크로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 제2 임시저장탱크는,
    상기 제2 증발가스 공급라인에 의해 수요처와 연결되고, 액화되지 않은 증발가스를 상기 제 증발가스 공급라인을 통해 상기 수요처로 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
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