KR101686510B1 - Boil-Off Gas Treatment System For Ship - Google Patents
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Abstract
선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 증발가스 처리 시스템은, LNG 저장탱크가 마련되어 LNG를 저장 및 운반하는 선박의 증발가스 처리 시스템에 있어서, 상기 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크; 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas)를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 상기 증발가스를 냉각하여 재액화하는 재액화기; 및 상기 재액화기에서 재액화된 LNG를 공급받아 기액분리하는 기액분리기를 포함하되, 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 LNG는 상기 LNG 저장탱크에 재저장되고, 상기 기액분리기에서 분리된 가스는 상기 연료탱크의 하부로 주입되는 것을 특징으로 한다. A system and method for treating an evaporative gas of a ship are disclosed. The present invention also provides an evaporative gas treatment system for a ship that stores and transports LNG with an LNG storage tank, comprising: a fuel tank storing LNG used as fuel for the ship; A compressor for compressing boil-off gas generated in the LNG storage tank; A re-liquidator for re-liquefying the evaporated gas compressed by the compressor; And a gas-liquid separator for separating the liquid LNG from the LNG storage tank, wherein the gas separated from the gas-liquid separator is stored in the LNG storage tank, And is injected into the lower portion of the tank.
Description
본 발명은 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas)를 재액화하여 저장하면서, 재액화되지 않은 가스는 연료탱크의 하부로 주입하여 처리하는, 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a system and method for treating a vapor of a ship, and more particularly, to a system and method for treating a vapor of a ship, To an evaporative gas treatment system and method for the ship.
근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.In recent years, consumption of liquefied gas such as LNG (Liquefied Natural Gas) and LPG (Liquefied Petroleum Gas) has been rapidly increasing worldwide. The liquefied gas is transported in a gaseous state via land or sea gas piping, or is transported to a distant consumer site stored in a liquefied gas carrier in a liquefied state. Liquefied gas such as LNG or LPG is obtained by cooling natural gas or petroleum gas at a very low temperature (approximately -163 ° C. in the case of LNG), and its volume is significantly reduced compared to when it is in a gaseous state, .
LNG 운반선 등의 액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다.The liquefied gas carrier, such as an LNG carrier, is used to load the liquefied gas with the liquefied gas and then to the sea to unload the liquefied gas to the onshore site. For this purpose, a storage tank capable of withstanding the extremely low temperature of the liquefied gas ).
이와 같이 극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 마련된 해상 구조물의 예로서는 액화가스 운반선 이외에도 LNG RV (Regasification Vessel)와 같은 선박이나 LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading), BMPP (Barge Mounted Power Plant)와 같은 구조물 등을 들 수 있다.Examples of maritime structures having storage tanks capable of storing liquefied gas at cryogenic temperatures include ships such as LNG RV (Regasification Vessel), LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading, and Barge Mounted Power Plant (BMPP).
본 명세서에서 선박이란, LNG 운반선과 같은 액화가스 운반선, LNG RV 등의 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU, BMPP 등의 해양 구조물까지도 모두 포함하는 개념이다.In this specification, a vessel is a concept including a liquefied gas carrier such as an LNG carrier, a ship such as an LNG RV, and an offshore structure such as an LNG FPSO, an LNG FSRU, and a BMPP.
천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.Since the liquefaction temperature of natural gas is a cryogenic temperature of about -163 ° C at normal pressure, LNG is evaporated even if its temperature is slightly higher than -163 ° C at normal pressure. For example, in the case of a conventional LNG carrier, the LNG storage tank of the LNG carrier is heat-treated, but since the external heat is continuously transferred to the LNG, LNG is transported by the LNG carrier, The LNG storage tank is constantly vaporized and boil-off gas (BOG) is generated in the LNG storage tank.
발생된 증발가스는 저장탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에, 증발가스의 발생을 억제할 필요가 있다.The generated evaporation gas increases the pressure in the storage tank and accelerates the flow of the liquefied gas in accordance with the shaking motion of the ship, which may cause a structural problem, so it is necessary to suppress the generation of the evaporation gas.
종래, 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서의 증발가스를 억제 및 처리하기 위해, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 소각해 버리는 방법, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시킨 후 다시 저장탱크로 복귀시키는 방법, 선박의 추진기관에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법, 저장탱크의 내부압력을 높게 유지함으로써 증발가스의 발생을 억제하는 방법 등이 단독으로 혹은 복합적으로 사용되고 있었다.BACKGROUND ART [0002] Conventionally, in order to suppress and treat evaporation gas in a storage tank of a liquefied gas carrier, a method of discharging evaporation gas to the outside of the storage tank and incinerating it, a method of discharging evaporation gas to the outside of the storage tank, A method of returning to the storage tank after re-liquefying, a method of using evaporation gas as fuel used in a propulsion engine of the ship, a method of suppressing the generation of evaporation gas by keeping the internal pressure of the storage tank high, Have been used in combination.
증발가스 재액화 장치가 탑재된 종래의 선박의 경우, 저장탱크의 적정 압력 유지를 위해 저장탱크 내부의 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시키게 된다. 이때, 배출된 증발가스는 냉동 사이클을 포함하는 재액화 장치에서 초저온으로 냉각된 냉매, 예를 들어 질소, 혼합냉매 등과의 열교환을 통해 재액화된 후 저장탱크로 복귀된다.In the case of a conventional ship equipped with an evaporation gas remelting device, the evaporation gas inside the storage tank is discharged to the outside of the storage tank and re-liquefied through the re-liquefaction device in order to maintain an appropriate pressure of the storage tank. At this time, the discharged evaporated gas is re-liquefied through a heat exchange with a refrigerant cooled at a cryogenic temperature, for example, nitrogen, mixed refrigerant, etc., in a liquefaction device including a refrigeration cycle, and then returned to the storage tank.
도 1에는 종래 LNG를 연료로 사용하는 추진시스템을 탑재한 LNG 운반선의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다. 도 1에 도시된 바와 같이 이러한 시스템에서는, 재액화 설비를 설치하지 않고 증발가스 압축기(10)와 가열기(20)로 증발가스를 처리한 후 추진시스템에 연료로서 공급하여 증발가스를 소비하였다. 그러나 이 경우 엔진의 연료 필요량이 증발가스의 발생량보다 적을 때는 증발가스를 가스연소기(GCU; Gas Combustion Unit)에서 연소시켜 버리거나, 벤트마스트(30)로 보내 대기중으로 버릴(venting) 수밖에 없는 문제가 있다.FIG. 1 schematically shows an evaporative gas treatment system of an LNG carrier equipped with a propulsion system using conventional LNG as fuel. As shown in FIG. 1, in this system, the
결국, 저장탱크로부터 자연적으로 발생하는 증발가스를 비롯하여 액화가스를 효율적으로 처리하기 위한 시스템 및 방법에 대한 연구 개발이 지속적으로 이루어질 필요가 있다.As a result, there is a need to continuously research and develop systems and methods for efficiently treating liquefied gases, including evaporation gases that naturally occur from storage tanks.
저장탱크에서 발생하는 증발가스를 낭비하지 않기 위하여 재액화시키는 경우, 재액화를 위한 냉매가 필요하고, 냉매 사이클이 마련되어야 한다. 별도의 냉매 사이클을 마련하는 것은 설비 및 운영 비용이 늘어나고, 선내 공간 효율을 떨어뜨린다는 문제가 있다. In the case of re-liquefaction in order not to waste the evaporation gas generated in the storage tank, a refrigerant for re-liquefaction is required, and a refrigerant cycle should be provided. The provision of a separate refrigerant cycle has the problem of increased facility and operating costs and in-line space efficiency.
이러한 점을 감안하여 등록특허 제10-1319364에서는 LNG를 연료로 사용하는 선박의 경우에, 연료로 공급되는 LNG를 냉매로 하여, 증발가스를 재액화시키는 기술이 제시되었다. In view of this point, Japanese Patent Registration No. 10-1319364 discloses a technique of re-liquefying evaporated gas by using LNG supplied as fuel as a fuel in the case of a ship using LNG as fuel.
이러한 기술은 별도의 냉매 사이클을 필요로 하지 않는 점에서 설비 및 운영 비용을 절감할 수 있으나, LNG 연료 소비량이 적은 경우 증발가스를 재액화시키기 위한 충분한 냉매가 공급될 수 없다는 문제가 있다. 특히 선박 운항시보다 액체화물의 선적 시에 많은 증발가스가 발생하는데, 선적 시에는 일반적으로 선박이 추진하지 않아 LNG 연료 소비량이 적거나 없을 수 있으므로 증발가스를 처리하기 어려운 문제가 있다. This technology does not require a separate refrigerant cycle to reduce equipment and operating costs, but has a problem that sufficient refrigerant can not be supplied to re-liquefy the evaporated gas when the LNG fuel consumption is low. Especially, a lot of evaporation gas is generated at the time of shipment of liquid cargo than at the time of ship operation, and there is a problem that it is difficult to process the evaporated gas because the ship does not generally propel the shipment and there is little or no consumption of LNG fuel.
다른 기술로는 LNG 저장탱크를 압력용기로 마련하여, 운항 중 발생하는 증발가스를 탱크에 보유하는 방법이 있다. 그러나 대량의 증발가스를 저장하기 위해서는 탱크의 설계 압력이 매우 높아야 하므로 저장탱크의 제작 비용이 상승하여 경제성이 떨어지는 문제가 있다. Another technique is to provide the LNG storage tank as a pressure vessel and to hold the evaporation gas generated during the operation in the tank. However, in order to store a large amount of evaporated gas, the design pressure of the tank must be very high, so that the manufacturing cost of the storage tank rises and the economical efficiency deteriorates.
본 발명은 이러한 문제들을 해결하면서 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 효과적이고 경제적으로 처리할 수 있는 시스템 및 방법을 제안하고자 한다. The present invention proposes a system and method for effectively and economically treating evaporative gas generated in a storage tank while solving these problems.
본 발명의 일 측면에 따르면, LNG 저장탱크가 마련되어 LNG를 저장 및 운반하는 선박의 증발가스 처리 시스템에 있어서, According to an aspect of the present invention, there is provided an evaporative gas treatment system for a ship having an LNG storage tank for storing and transporting LNG,
상기 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크; A fuel tank for storing LNG used as fuel for the ship;
상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas)를 압축하는 압축기; A compressor for compressing boil-off gas generated in the LNG storage tank;
상기 압축기에서 압축된 상기 증발가스를 냉각하여 재액화하는 재액화기; 및A re-liquidator for re-liquefying the evaporated gas compressed by the compressor; And
상기 재액화기에서 재액화된 LNG를 공급받아 기액분리하는 기액분리기를 포함하되,And a gas-liquid separator which receives the re-liquefied LNG from the re-liquidator and performs gas-liquid separation,
상기 기액분리기에서 분리된 액상의 LNG는 상기 LNG 저장탱크에 재저장되고, 상기 기액분리기에서 분리된 가스는 상기 연료탱크의 하부로 주입되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다. The liquid LNG separated from the gas-liquid separator is stored in the LNG storage tank, and the gas separated from the gas-liquid separator is injected into the lower portion of the fuel tank.
바람직하게는 시스템은, 상기 LNG 저장탱크의 상부로부터 상기 압축기로 연결되는 증발가스 공급라인과, 상기 연료탱크로부터 상기 증발가스 공급라인으로 연결되어, 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 연료가스 공급라인을 더 포함하며, 상기 재액화기에서는 상기 압축기에서 압축된 증발가스를, 상기 압축기로 도입되기 전에 상기 증발가스 공급라인을 통과하는 증발가스와 열교환시켜 냉각할 수 있다. Preferably, the system further comprises: an evaporative gas supply line connected from the top of the LNG storage tank to the compressor; and an evaporative gas supply line connected from the fuel tank to the evaporative gas supply line for supplying evaporative gas generated in the fuel tank to the compressor Wherein the re-liquidator cools the evaporated gas compressed in the compressor by heat exchange with the evaporated gas passing through the evaporated gas supply line prior to introduction into the compressor.
바람직하게는, 상기 연료탱크는 압력용기이고, 상기 연료가스 공급라인에는 감압장치가 마련되어, 상기 연료탱크로부터 발생하는 증발가스는 상기 감압장치로 감압되어 상기 증발가스 공급라인에 합류될 수 있다. Preferably, the fuel tank is a pressure vessel, and the fuel gas supply line is provided with a decompression device, and the evaporation gas generated from the fuel tank may be reduced in pressure by the decompression device and joined to the evaporation gas supply line.
바람직하게는 시스템은, 상기 압축기의 하류에서 상기 재액화기로 연결되는 재액화라인; 및 상기 재액화라인으로부터 분기되어 상기 선박의 연료소비처로 연결되는 연료공급라인을 더 포함하며, 상기 압축기에서 압축된 증발가스는 상기 연료공급라인을 통해 상기 연료소비처에 연료로 공급될 수 있다. Preferably, the system further comprises: a re-liquefaction line connected to said re-liquidator downstream of said compressor; And a fuel supply line branched from the refueling line and connected to a fuel consumption point of the ship, wherein the evaporated gas compressed in the compressor can be supplied to the fuel consumption source through the fuel supply line.
바람직하게는 시스템은, 상기 재액화라인에서 상기 재액화기의 상류에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 냉각기와, 상기 재액화기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 단열팽창시켜 상기 기액분리기로 공급하는 팽창수단을 더 포함할 수 있다. Preferably, the system further comprises: a cooler provided upstream of the re-liquefier in the re-liquefaction line for cooling the evaporated gas compressed in the compressor; and a thermal expansion unit for thermally expanding the evaporated gas provided downstream of the re- And an expansion means for supplying the gas to the gas-liquid separator.
바람직하게는 시스템은, 상기 기액분리기의 상부로부터 상기 연료탱크로 연결되어 상기 기액분리기에서 분리된 가스를 상기 연료탱크 하부로 공급하는 가스분리라인을 더 포함하며, 상기 가스분리라인을 통해 상기 연료탱크로 공급되는 가스의 적어도 일부는 상기 연료탱크 하부의 LNG와 열교환으로 재응축(re-condensing)될 수 있다.
Preferably, the system further includes a gas separation line connected to the fuel tank from the upper portion of the gas-liquid separator to supply gas separated from the gas-liquid separator to the lower portion of the fuel tank, May be re-condensed by heat exchange with the LNG below the fuel tank.
본 발명의 다른 측면에 따르면, LNG 저장탱크가 마련되어 LNG를 저장 및 운반하는 선박의 증발가스 처리 방법에 있어서, According to another aspect of the present invention, there is provided a method of treating an evaporative gas of a ship having an LNG storage tank and storing and conveying LNG,
1) 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas)를 압축하는 단계; 1) compressing boil-off gas generated in the LNG storage tank;
2) 압축된 상기 증발가스를 압축 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및2) cooling the compressed evaporated gas by heat exchange with the evaporated gas before compression; And
3) 냉각된 후 팽창된 증발가스를 기액분리하여 액상의 LNG는 상기 LNG 저장탱크로 저장하고, 기체는 상기 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크의 하부로 공급하는 단계를 포함하는 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다.3) separating the expanded vaporized gas from the expanded vaporized gas to store the liquid LNG in the LNG storage tank and supplying the gas to the lower portion of the fuel tank in which the LNG used as the fuel of the ship is stored; Is provided.
바람직하게는, 상기 단계 1)에서 압축된 상기 증발가스의 일부는 상기 선박의 연료소비처에 연료로 공급하되, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 상기 선박의 연료소비처에서의 연료필요량보다 적으면, 상기 연료탱크에 저장된 LNG 및 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 연료소비처로 공급하고, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 상기 선박의 연료소비처에서의 연료필요량보다 많으면, 상기 단계 1)에서 압축된 상기 증발가스의 일부를 상기 연료소비처로 공급하고, 나머지 증발가스는 상기 단계 2)로 공급할 수 있다. Preferably, a part of the evaporated gas compressed in the step 1) is supplied as fuel to the fuel consuming place of the ship, and the amount of evaporative gas generated in the LNG storage tank is less than the fuel required amount at the fuel consuming place of the ship If the amount of evaporative gas generated in the LNG storage tank is greater than the required amount of fuel in the fuel consuming place of the ship, the LNG storage tank is supplied with the LNG stored in the fuel tank and the evaporative gas generated in the fuel tank, A part of the evaporated gas compressed in the step 1) may be supplied to the fuel consumption source, and the remaining evaporated gas may be supplied to the step 2).
본 발명의 선박의 증발가스 처리 시스템에서는 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas)를 재액화하여 저장하면서, 재액화되지 않은 가스는 연료탱크의 하부로 주입하여 처리한다. 특히 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 선박의 연료소비처에서의 연료필요량보다 적으면, 연료탱크에 저장된 LNG 및 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 연료소비처로 공급할 수 있도록 한다. In the evaporative gas treatment system of the present invention, boil-off gas generated in the LNG storage tank is re-liquefied and stored, while the non-re-liquefied gas is injected into the lower portion of the fuel tank. In particular, if the amount of evaporative gas generated in the LNG storage tank is less than the fuel requirement at the fuel consumption point of the ship, the LNG stored in the fuel tank and the evaporative gas generated in the fuel tank can be supplied to the fuel consuming place.
이와 같은 시스템을 통해 선박의 LNG 저장탱크에서 발생하는 다량의 증발가스를 선내 엔진 등 연료소비처에 연료로 공급할 수 있으며, 증발가스의 발생량이 많은 때에는 이를 가압한 후 압축된 증발가스 중 일부는 선박의 연료소비처에 연료로 공급하고, 압축된 증발가스 중 나머지는 저장탱크로부터 새롭게 배출되어 압축되기 전의 증발가스의 냉열로 액화시켜 저장탱크로 복귀시킬 수 있다. 이와 같이 별도의 냉매 사이클을 마련하지 않고도 효과적으로 증발가스를 재액화할 수 있어, 재액화를 위한 설비 및 운영 비용을 절감하고, 선내 공간확보에 기여하면서, 액체화물의 수송효율을 높일 수 있다. In this system, a large amount of evaporative gas generated from the LNG storage tank of the ship can be supplied as fuel to the fuel consuming place such as an inboard engine, and when the amount of evaporated gas is large, And the remaining of the compressed evaporated gas is newly discharged from the storage tank and can be liquefied by the cold heat of the evaporated gas before being compressed and returned to the storage tank. As described above, the evaporation gas can be re-liquefied effectively without providing a separate refrigerant cycle, thereby reducing equipment and operation cost for re-liquefaction, contributing to the space inside the ship, and enhancing the transportation efficiency of the liquid cargo.
특히 압력용기로 된 별도의 연료탱크의 하부로, 액화되지 않은 가스를 공급하여, 연료탱크 하부의 LNG에 녹여 압력상승이 완만하게 이루어지게 하고, 연료탱크의 설계압력을 낮게 하면서도, 안전하게 증발가스를 보유할 수 있게 한다. Especially, the un-liquefied gas is supplied to the lower part of the separate fuel tank made of the pressure vessel to dissolve in the LNG below the fuel tank so that the pressure rise is gentle and the pressure of the fuel tank is lowered. .
도 1은 종래 LNG를 연료로 사용하는 추진시스템을 탑재한 LNG 운반선의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다. 1 schematically shows an evaporative gas treatment system of an LNG carrier equipped with a propulsion system using conventional LNG as a fuel.
FIG. 2 schematically shows an evaporative gas treatment system for a ship in accordance with an embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(S)의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다. 2 schematically shows an evaporative gas treatment system of a vessel S according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 증발가스 처리 시스템은, LNG 저장탱크(CT)가 마련되어 LNG를 저장 및 운반하는 선박(S)의 증발가스 처리 시스템으로서, 선박(S)의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크(FT)와, LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas)를 압축하는 압축기(100)와, 압축기(100)에서 압축된 증발가스를 냉각하여 재액화하는 재액화기(200)와, 재액화기(200)에서 재액화된 LNG를 공급받아 기액분리하는 기액분리기(300)를 포함하되, 기액분리기(300)에서 분리된 액상의 LNG는 LNG 저장탱크(CT)에 재저장되고, 기액분리기(300)에서 분리된 가스는 연료탱크(FT)의 하부로 주입되는 것을 특징으로 한다. 2, the evaporative gas processing system of the present embodiment is an evaporative gas processing system of a vessel S provided with an LNG storage tank CT for storing and conveying LNG, (100) for compressing the boil-off gas generated in the LNG storage tank (CT), and an evaporator for cooling the evaporated gas compressed by the compressor (100)
시스템에서 LNG 저장탱크(CT)의 상부로부터 압축기(100)로는 증발가스 공급라인(BL)이 연결되며, 연료탱크(FT)에서 발생하는 증발가스를 압축기(100)로 공급할 수 있도록 연료가스 공급라인(FGL)이 연료탱크(FT)로부터 증발가스 공급라인(BL)으로 연결된다. 압축기(100)의 하류에서 재액화기(200)로는 재액화라인(RL)이 연결된다. The system is provided with a vapor gas supply line BL connected to the
재액화라인(RL)으로부터 연료공급라인(FL)을 분기시켜, 선박(S)의 연료소비처(E)로 연결함으로써, 압축기(100)에서 압축된 증발가스는 연료공급라인(FL)을 통해 연료소비처(E)에 연료로 공급될 수 있다. The vaporized gas compressed in the
선박(S)의 연료소비처(E)는, 선박(S)의 추진용 엔진, 발전용 엔진, 가스 터빈 등, LNG를 연료로 공급받는 설비일 수 있다. 예를 들어 디젤유와 천연가스를 혼합하여 연료로서 사용하는 DF 엔진(예컨대 DFDG; Dual Fuel Diesel Generator), 150 ~ 400 bara(절대압력) 정도의 고압 가스를 공급받는 ME-GI 엔진 등일 수 있다.The fuel consumption destination E of the ship S may be a facility for supplying the LNG as fuel such as a propulsion engine for a ship S, a power generation engine, a gas turbine, and the like. For example, a DF engine (e.g., DFDG; Dual Fuel Diesel Generator) used as a fuel by mixing diesel oil and natural gas, an ME-GI engine supplied with high pressure gas of about 150 to 400 bara (absolute pressure), and the like.
저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 선내 연료소비처(E)의 연료필요량보다 많은 경우에는, 압축된 증발가스를 연료공급라인(FL)을 통해 연료소비처(E)로 우선 공급하고, 나머지 증발가스는 재액화라인(RL)을 통해 재액화기(200)를 거쳐 재액화하여 LNG 저장탱크(CT)에 재저장한다. 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 선내 연료소비처(E)의 연료필요량과 같은 경우에는 압축된 증발가스 전량을 연료소비처(E)로 공급할 수 있으며, 증발가스의 양이 연료필요량보다 적은 경우에는 연료탱크(FT)에 저장된 LNG 및 그로부터 발생하는 증발가스를 연료소비처(E)로 공급한다. When the amount of evaporative gas generated in the storage tank is larger than the required amount of fuel in the in-vessel fuel consuming area E, the compressed evaporative gas is preferentially supplied to the fuel consuming area E through the fuel supply line FL, Liquid via the re-liquefying line (RL) via the re-liquidator (200), and stores it again in the LNG storage tank (CT). If the amount of evaporative gas generated in the storage tank is equal to the amount of fuel required for the in-vessel fuel consuming entity (E), the entire compressed evaporative gas can be supplied to the fuel consuming entity (E). If the amount of evaporative gas is less than the required fuel amount And supplies the LNG stored in the fuel tank FT and the evaporative gas generated therefrom to the fuel consumption point E. [
한편, 압축기(100)는 복수의 압축 실린더 및 중간 냉각기를 포함하는 다단 압축의 압축기일 수 있는데, 연료소비처(E)의 연료공급 필요압력 등에 따라 압축 실린더와 중간 냉각기의 개수를 구성할 수 있다. 일 예로, 가스를 공급하는 연료소비처(E)가 ME-GI 엔진이라면 150 내지 400 bar로 증발가스를 압축할 수 있도록 압축기(100)를 구성할 수 있다. 압축기(100)는 하나의 압축기(100) 내에 복수 개의 압축 실린더가 배열된 구조 이외에, 복수 개의 압축기를 직렬로 연결한 구조도 될 수 있다. On the other hand, the
DFDE나 DFDG, 가스 터빈 등과 같이 연료 필요압력이 대략 5 ~ 50 bara 정도로 비교적 낮은 연료소비처(E)에 증발가스를 공급할 때에는, 압축기(100)의 중간 단에서 연료공급라인(FL)을 분기시켜 연료를 공급할 수도 있다.The fuel supply line FL is branched at the intermediate stage of the
재액화기(200)는 재액화라인(RL)에 설치되는데, 증발가스 공급라인(BL)이 재액화기(200)를 거쳐 압축기(100)로 연결되도록 마련함으로써, 재액화기(200)에서는 압축기(100)에서 압축된 증발가스를, 압축기(100)로 도입되기 전에 증발가스 공급라인(BL)을 통과하는 증발가스와 열교환시켜 냉각할 수 있다. The re-liquidator 200 is installed in the re-liquefaction line RL so that the evaporation gas supply line BL is connected to the
압축되면서 증발가스의 온도는 높아지므로, LNG 저장탱크(CT)에서 발생하여 압축되기 전의 증발가스와의 열교환을 통해 냉각시킬 수 있다. 압축기(100) 후단에서 연료소비처(E)의 연료로 우선 공급되고 잔량이 재액화라인(RL)을 통해 재액화기(200)로 공급된다. 따라서 압축되기 전의 증발가스의 유량이, 압축 후 재액화라인(RL)을 통해 재액화기(200)로 공급되는 압축된 증발가스의 유량보다 많기 때문에, 압축된 증발가스는 압축되기 전의 증발가스로부터 냉열을 공급받아 냉각 및 액화될 수 있다.Since the temperature of the evaporation gas increases as it is compressed, it can be cooled by heat exchange with the evaporation gas generated in the LNG storage tank (CT) before it is compressed. Is supplied first to the fuel of the fuel consuming destination (E) at the rear end of the compressor (100) and the remaining amount is supplied to the re-liquidator (200) via the refueling line (RL). Therefore, since the flow rate of the evaporated gas before being compressed is larger than the flow rate of the compressed evaporated gas supplied to the re-liquidator 200 through the post-compression re-liquefaction line (RL), the compressed evaporated gas is cooled from the evaporated gas before being compressed And can be cooled and liquefied.
연료탱크(FT)는 압력용기로 마련하는데, 연료가스 공급라인(FGL)에는 감압장치(400)를 마련하여, 연료탱크(FT)로부터 발생하는 증발가스는 감압장치(400)에서 감압한 후, 증발가스 공급라인(BL)에 합류시킬 수 있다. The fuel tank FT is provided as a pressure vessel and the fuel gas supply line FGL is provided with a
재액화라인(RL)에서 재액화기(200)의 상류에는 냉각기(150)를 추가로 마련하여 압축기(100)에서 압축된 증발가스를 냉각하여 재액화기(200)로 공급할 수 있다. 도 2에는 냉각기(150)가 연료공급라인(FL)의 분기지점 이전에 마련되는 것으로 표시되었으나, 냉각기(150)는 연료공급라인(FL)이 분기된 지점 이후의 재액화라인(RL)에 마련될 수도 있다. A cooler 150 may be further provided upstream of the re-liquidator 200 in the re-liquefaction line RL to cool the evaporated gas compressed by the
재액화기(200)의 하류에는 팽창수단(250)을 마련하여, 압축기(100), 냉각기(150) 및 재액화기(200)를 거치면서 압축 및 냉각된 증발가스를 단열팽창시킴으로써 추가 냉각될 수 있도록 한다. An expansion means 250 is provided downstream of the re-liquidator 200 to allow the evaporation gas compressed and cooled while passing through the
팽창수단(250)은 예를 들어, 줄-톰슨 밸브와 같은 감압밸브로 마련될 수도 있고 팽창기(expander)로 마련될 수도 있다. 압축 및 냉각된 증발가스는 팽창수단(250)에서 단열팽창되면서 감압되고 액화되어, 기액분리기(300)로 도입된다. 팽창수단(250)을 통과하면서 연료탱크(FT)의 압력만큼 감압될 수 있다.The expansion means 250 may be provided as a pressure reducing valve, for example a line-thomson valve, or may be provided as an expander. The compressed and cooled evaporated gas is decompressed and liquefied while being thermally expanded in the expansion means (250), and introduced into the gas-liquid separator (300). Can be decompressed by the pressure of the fuel tank (FT) while passing through the expansion means (250).
기액분리기(300)의 상부로부터 연료탱크(FT)로는 가스분리라인(DL)이 연결되어, 기액분리기(300)에서 분리된 가스를 연료탱크(FT) 하부로 공급한다. 가스분리라인(DL)을 통해 연료탱크(FT)로 공급되는 가스의 적어도 일부는 연료탱크(FT) 하부의 LNG와 열교환되면서 재응축(re-condensing)될 수 있다. 특히 가스분리라인(DL)을 통해 연료탱크(FT)로 공급되는 가스는, 액화되지는 않았더라도 재액화기(200), 팽창수단(250) 등을 거치면서 냉각된 극저온의 가스이므로 연료탱크(FT)로 공급하더라도 탱크 내부의 온도 및 압력을 크게 높이지 않는다. 또한 연료탱크(FT) 하부의 LNG와의 열교환을 통해 가스 일부는 재응축될 수도 있다. A gas separation line DL is connected to the fuel tank FT from the upper portion of the gas-
특히 연료탱크(FT) 하부에서 가스를 고르고 넓게 확산시키면, 탱크 하부의 LNG와의 열교환이 원활하게 이루어져, 가스 재응축이 활발히 이루어질 수 있고, 연료탱크(FT) 내압 상승이 보다 완만하게 이루어질 수 있으므로, 연료탱크(FT)의 설계압력을 높게 하지 않더라도 탱크 안전성을 확보할 수 있다. Particularly, when the gas is uniformly diffused from the lower portion of the fuel tank FT, the heat exchange with the LNG at the lower portion of the tank can be smoothly performed, the gas recondensation can be actively performed, and the increase in the internal pressure of the fuel tank FT can be made more smoothly, The safety of the tank can be ensured without increasing the design pressure of the fuel tank FT.
이를 위해 연료탱크(FT) 하부에 가스를 고르고 넓게 분포시킬 수 있도록 가스분리라인(DL)의 단부를 연료탱크(FT) 하부 또는 바닥을 따라 길게 연장되도록 마련하거나, 다공성 파이프 형태로 마련할 수 있다. 연료탱크(FT)의 하부에 저장된 LNG의 열교환 시간 및 접촉면적을 늘릴 수 있도록 충전재가 채워진 패킹(packing)층을 가스분리라인(DL)의 단부에 마련하는 것도 가능하다. To this end, the end of the gas separation line DL may be provided so as to extend along the bottom or bottom of the fuel tank FT so as to distribute the gas to the lower portion of the fuel tank FT, or may be provided in the form of a porous pipe . It is also possible to provide a packing layer filled with a filler at the end of the gas separation line DL so as to increase the heat exchange time and the contact area of the LNG stored in the lower portion of the fuel tank FT.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예의 시스템에서는, 1) LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas)를 압축하고; 2) 압축된 증발가스를 압축 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시키고; 3) 냉각된 후 팽창된 증발가스를 기액분리하여 액상의 LNG는 LNG 저장탱크(CT)로 저장하고, 기체는 선박(S)의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크(FT)의 하부로 공급하게 된다.As described above, in the system of this embodiment, 1) compressing the boil-off gas generated in the LNG storage tank CT; 2) cooling the compressed evaporated gas by heat exchange with the evaporated gas before compression; 3) The LNG is stored in the LNG storage tank (CT), and the gas is stored in the lower part of the fuel tank (FT) storing the LNG used as the fuel of the ship (S) .
LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 증발가스의 양이 상기 선박(S)의 연료소비처(E)에서의 연료필요량보다 많으면, 단계 1)에서 압축된 증발가스는 우선 선박(S)의 추진용 엔진, 발전용 엔진과 같은 연료소비처(E)에 연료로 공급하고, 나머지 증발가스를 단계 2)로 공급하여 재액화하여 저장하며, LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 증발가스의 양이 선박(S)의 연료소비처(E)에서의 연료필요량보다 적으면, 연료탱크(FT)에 저장된 LNG 및 연료탱크(FT)에서 발생하는 증발가스를 연료소비처(E)로 공급할 수 있다. If the amount of evaporative gas generated in the LNG storage tank CT is larger than the required amount of fuel in the fuel consuming destination E of the ship S, the evaporated gas compressed in the step 1) And the remaining evaporation gas is supplied to the fuel consumption source E such as the engine for power generation and the remaining evaporation gas is supplied to the stage 2 to be re-liquefied and stored. When the amount of the evaporative gas generated in the LNG storage tank CT is less than It is possible to supply the LNG stored in the fuel tank FT and the evaporative gas generated in the fuel tank FT to the fuel consuming destination E when the fuel consumption amount is smaller than the fuel consumption amount required in the fuel consumption destination E.
이를 통해 선박(S)의 LNG 저장탱크(CT)에서 발생하는 다량의 증발가스를 선내 엔진 등 연료소비처(E)에 연료로 공급할 수 있으며, 증발가스의 발생량이 많은 때에는 별도의 냉매 사이클 없이 증발가스 자체의 냉열로 재액화하여 저장함으로써, 수송 효율을 높이고, 선내 연료 공급도 원활하게 할 수 있다. It is possible to supply a large amount of evaporative gas generated in the LNG storage tank (CT) of the ship S as fuel to the fuel consuming place (E) such as an onboard engine, and when the amount of evaporated gas is large, By re-liquefying and storing it with its own cold heat, it is possible to improve the transportation efficiency and to smoothly supply the onboard fuel.
특히 압력용기로 된 별도의 연료탱크(FT)를 마련함으로써, 증발가스의 발생량이 적은 때에도 원활한 연료 공급이 이루어질 수 있도록 하고, 재액화되지 않은 가스를 연료탱크(FT) 하부에 공급하여 재응축될 수 있도록 함으로써, LNG 저장탱크(CT)의 안정성을 높이면서, 안전하고 경제적으로 증발가스를 처리할 수 있게 된다. In particular, by providing a separate fuel tank (FT) made of a pressure vessel, it is possible to smoothly supply the fuel even when the amount of generated evaporation gas is small and to supply the non-re-liquefied gas to the lower portion of the fuel tank (FT) The evaporation gas can be treated safely and economically while increasing the stability of the LNG storage tank (CT).
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.
S: 선박
CT: LNG 저장탱크
FT: 연료탱크
E: 연료소비처
BL: 증발가스 공급라인
FGL: 연료가스 공급라인
RL: 재액화라인
FL: 연료공급라인
DL: 가스분리라인
100: 압축기
150: 냉각기
200: 재액화기
250: 팽창수단
300: 기액분리기
400: 감압장치S: Ship
CT: LNG storage tank
FT: Fuel tank
E: Fuel Consumer
BL: Evaporative gas supply line
FGL: fuel gas supply line
RL: Re-liquefaction line
FL: fuel supply line
DL: gas separation line
100: Compressor
150: cooler
200: Re-liquidifier
250: Expansion means
300: gas-liquid separator
400: Pressure reducing device
Claims (8)
상기 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크;
상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas)를 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 상기 증발가스를 냉각하여 재액화하는 재액화기; 및
상기 재액화기에서 재액화된 LNG를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;를 포함하되,
상기 기액분리기에서 분리된 액상의 LNG는 상기 LNG 저장탱크에 재저장되고, 상기 기액분리기에서 분리된 가스는 상기 연료탱크의 하부로 주입되며,
상기 LNG 저장탱크의 상부로부터 상기 압축기로 연결되는 증발가스 공급라인; 및
상기 연료탱크로부터 상기 증발가스 공급라인으로 연결되어, 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 연료가스 공급라인;을 더 포함하여,
상기 재액화기에서는 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 압축기로 도입되기 전에 상기 증발가스 공급라인을 통과하는 증발가스와 열교환시켜 냉각하며,
상기 연료탱크는 압력용기이고, 상기 연료가스 공급라인에는 감압장치가 마련되어, 상기 연료탱크로부터 발생하는 증발가스는 상기 감압장치로 감압되어 상기 증발가스 공급라인에 합류되는 것을 특징으로 하는, 선박의 증발가스 처리 시스템. An evaporative gas treatment system for a ship in which an LNG storage tank is provided to store and transport LNG,
A fuel tank for storing LNG used as fuel for the ship;
A compressor for compressing boil-off gas generated in the LNG storage tank;
A re-liquidator for re-liquefying the evaporated gas compressed by the compressor; And
And a gas-liquid separator which receives the re-liquefied LNG from the re-liquidator and performs gas-liquid separation,
The liquid LNG separated from the gas-liquid separator is restored to the LNG storage tank, the gas separated from the gas-liquid separator is injected into the lower portion of the fuel tank,
An evaporation gas supply line connected to the compressor from an upper portion of the LNG storage tank; And
And a fuel gas supply line connected to the evaporation gas supply line from the fuel tank and supplying evaporation gas generated in the fuel tank to the compressor,
Wherein the re-liquidator cools the evaporated gas compressed in the compressor by heat exchange with the evaporated gas passing through the evaporated gas supply line before being introduced into the compressor,
Wherein the fuel tank is a pressure vessel and the fuel gas supply line is provided with a decompression device and the evaporation gas generated from the fuel tank is depressurized by the decompression device and joined to the evaporation gas supply line. Gas treatment system.
상기 압축기의 하류에서 상기 재액화기로 연결되는 재액화라인; 및
상기 재액화라인으로부터 분기되어 상기 선박의 연료소비처로 연결되는 연료공급라인을 더 포함하며,
상기 압축기에서 압축된 증발가스는 상기 연료공급라인을 통해 상기 연료소비처에 연료로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템. The method according to claim 1,
A re-liquefaction line connected to the re-liquidator downstream of the compressor; And
Further comprising a fuel supply line branched from the refill line and connected to a fuel consuming destination of the ship,
Wherein the evaporated gas compressed in the compressor can be supplied as fuel to the fuel consumption source through the fuel supply line.
상기 재액화라인에서 상기 재액화기의 상류에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 냉각기; 및
상기 재액화기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 단열팽창시켜 상기 기액분리기로 공급하는 팽창수단을 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템. 5. The method of claim 4,
A cooler provided upstream of the re-liquefier in the refill line and cooling the evaporated gas compressed in the compressor; And
And an expanding means provided on the downstream side of the re-liquidator for thermally expanding the compressed and cooled evaporated gas to supply it to the gas-liquid separator.
상기 기액분리기의 상부로부터 상기 연료탱크로 연결되어 상기 기액분리기에서 분리된 가스를 상기 연료탱크 하부로 공급하는 가스분리라인을 더 포함하며,
상기 가스분리라인을 통해 상기 연료탱크로 공급되는 가스의 적어도 일부는 상기 연료탱크 하부의 LNG와 열교환으로 재응축(re-condensing)되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템. 5. The method of claim 4,
Further comprising a gas separation line connected to the fuel tank from an upper portion of the gas-liquid separator and supplying gas separated from the gas-liquid separator to a lower portion of the fuel tank,
Wherein at least a portion of the gas supplied to the fuel tank through the gas separation line is re-condensed by heat exchange with the LNG below the fuel tank.
1) 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas)를 압축하는 단계;
2) 압축된 상기 증발가스를 압축 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및
3) 냉각된 후 팽창된 재액화된 증발가스를 기액분리하여 액상의 LNG는 상기 LNG 저장탱크로 저장하고, 기체는 상기 선박의 연료로 사용되는 LNG가 저장되는 연료탱크의 하부로 공급하는 단계를 포함하고,
상기 단계 1)에서 압축된 상기 증발가스의 일부는 상기 선박의 연료소비처에 연료로 공급하되,
상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 상기 선박의 연료소비처에서의 연료필요량보다 적으면, 상기 연료탱크에 저장된 LNG 및 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 연료소비처로 공급하고,
상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 상기 선박의 연료소비처에서의 연료필요량보다 많으면, 상기 단계 1)에서 압축된 상기 증발가스의 일부를 상기 연료소비처로 공급하고, 나머지 증발가스는 상기 단계 2)로 공급하는 것을 특징으로 하는, 선박의 증발가스 처리 방법. A method of treating an evaporative gas of a ship in which an LNG storage tank is provided to store and transport LNG,
1) compressing boil-off gas generated in the LNG storage tank;
2) cooling the compressed evaporated gas by heat exchange with the evaporated gas before compression; And
3) The liquid phase LNG is stored in the LNG storage tank, and the gas is supplied to the lower portion of the fuel tank where the LNG used as the fuel of the ship is stored, by separating the evaporated re- Including,
A part of the evaporated gas compressed in the step 1) is supplied as fuel to the fuel consuming place of the ship,
Supplying the LNG stored in the fuel tank and the evaporative gas generated in the fuel tank to the fuel consuming destination when the amount of evaporative gas generated in the LNG storage tank is smaller than the required amount of fuel in the fuel consuming place of the ship,
If the amount of evaporative gas generated in the LNG storage tank is greater than the required amount of fuel at the fuel consumption point of the ship, a part of the evaporated gas compressed in the step 1) is supplied to the fuel consuming destination, 2). ≪ / RTI >
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|---|---|
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