KR101686514B1

KR101686514B1 - 증발가스 처리 시스템

Info

Publication number: KR101686514B1
Application number: KR1020150095400A
Authority: KR
Inventors: 윤상득; 김현진; 김병열
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2016-12-14

Abstract

증발가스 처리 시스템이 개시된다. 본 발명의 증발가스 처리 시스템은, 선박 또는 해상 구조물에 마련된 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)를 공급받아 압축하되, BOG를 공급받아 단열팽창시키는 익스팬더(expander)와 상기 익스팬더에 연결되며 팽창력에 의해 BOG를 압축하는 BOG 컴프레서(compressor)를 포함하여 구성되는 컴팬더(compander); 상기 컴팬더의 BOG 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를 추가 압축하는 HD(High Duty) 컴프레서부; 상기 HD 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG가 상기 컴팬더의 BOG 컴프레서로 도입될 BOG와 열교환으로 냉각되는 프리쿨러(precooler); BOG를 공급받아 임계압력을 초과하는 압력으로 추가 압축하는 부스트(boost) 컴프레서부; 및 상기 부스트 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG가, 상기 컴팬더의 익스팬더로부터 단열팽창으로 냉각된 상기 BOG와 열교환으로 냉각되는 메인 열교환기;를 포함하되, 상기 부스트 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG는 선외의 육상소비처로 공급될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

증발가스 처리 시스템{Boil Off Gas Treatment System}

본 발명은 증발가스 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HD 컴프레서부에서 압축된 BOG가 컴팬더의 BOG 컴프레서로 도입될 BOG와 열교환으로 냉각되는 프리쿨러와, 부스트 컴프레서부에서 압축된 BOG가, 컴팬더의 익스팬더로부터 단열팽창으로 냉각된 BOG와 열교환으로 냉각되는 메인 열교환기를 포함하는 증발가스 처리 시스템에 관한 것이다.

근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.

예를 들어 액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.

그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162 ℃의 극저온이므로, LNG는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 LNG 운반선의 LNG 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 LNG 수송과정에서 LNG 저장탱크 내에서는 지속적으로 LNG가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.

BOG는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 BOG를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 BOG의 처리를 위해, BOG를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, BOG를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.

본 출원인은 2013년 7월 10일에 출원번호 제10-2013-0081029호로 증발가스를 냉각 유체로 이용하여 증발가스 자체의 냉열을 이용하는 재액화 장치에 대해 제안하였다. 제10-2013-0081029호의 특허로 제안된 부분재액화장치(PRS; Partial Re-liquefaction System)는 저장탱크 외부로 배출된 증발가스를 증발가스 자체를 냉매로 이용하여 재액화시키는 장치로서, 가격이 비싼 재액화 장치를 별도로 설치하지 않고도 증발가스를 재액화할 수 있어, 액화천연가스 저장탱크의 전체적인 자연기화율(BOR; Boil-off Rate)을 효율적으로 감소시킬 수 있는 획기적인 기술로 평가받고 있다.

도 1은 본 출원인의 출원번호 제10-2013-0081029호 발명의 재액화장치에 대한 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하여 재액화장치에서 증발가스를 재액화시키는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는 다수개의 압축기(30)와 인터쿨러(미도시)를 포함하는 다단 압축기를 통해 압축될 수 있다. 도 1에 도시된 압축기에서는 다섯 개의 압축기(30)를 통과하면서 다섯 단계의 압축 및 냉각이 번갈아 이루어지며 압축된다. 압축과정을 모두 거친 증발가스의 일부는 고압의 연료를 필요로 하는 고압 연료 소비처(E1), 예를 들어 ME-GI 엔진과 같은 고압 엔진으로 보내지고, 압축된 가스의 잔량은 열교환기(20)로 보낸다. 다단 압축과정을 거쳐 열교환기(20)로 공급된 증발가스(A라인)는 저장탱크(10)로부터 배출되어 압축기로 도입될 증발가스(B라인)와 열교환기(20)에서 열교환하게 된다. 압축과정을 통해 증발가스의 온도가 높아지므로 이러한 압축된 증발가스를 냉각시키는 냉매로서, 저장탱크(10)로부터 배출된 압축 전의 증발가스를 이용하는 것이다.

압축 후 열교환기(20)에서 열교환을 통해 냉각된 증발가스(C라인)는 감압장치(40)에서 감압된다. 열교환기(20) 및 감압장치(40)를 통과하면서 압축된 증발가스의 적어도 일부가 재액화된다. 기액분리기(50)에서는 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하여 재액화된 증발가스는 저장탱크(10)로 돌려보내고, 기체 상태로 남아 있는 증발가스(D라인)는 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스(B라인)와 함께 다시 열교환기(20)로 보낸다.

선박 등에 다단 압축기 모두를 통과한 가스보다 저압의 가스를 공급받는 저압 연료소비처가 있는 경우에는, 다단 압축기 중 일부만을 거친, 예를 들어 다섯 개의 압축기(30) 중 세 개의 압축기를 가스 일부를 이러한 저압 연료 소비처(E2)에 연료로 공급할 수 있다. 또한, 저장탱크(10)로부터의 증발가스 발생량이 많아 고압 및 저압 연료소비처의 연료로 공급하고, 부분재액화장치에 의해 재액화시킨 후에도 남는 경우에는, 배출(Vent)시키거나 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit)로 보내 소각시킨다.

이러한 본 출원인의 선행발명은 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있는 장치인데, 이러한 장치를 구성하기 위해서는 고가의 압축기 등이 구성되므로 설비비용이 높고, 특히 다단 압축기에서 BOG를 초임계 상태까지 압축하면서 전력 소비가 많아 운영비용도 높았다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하여 보다 효과적으로 BOG를 압축하여 재액화하여 처리할 수 있도록 하는 증발가스 처리 시스템을 제안하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물에 마련된 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)를 공급받아 압축하되, BOG를 공급받아 단열팽창시키는 익스팬더(expander)와 상기 익스팬더에 연결되며 팽창력에 의해 BOG를 압축하는 BOG 컴프레서(compressor)를 포함하여 구성되는 컴팬더(compander);

상기 컴팬더의 BOG 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를 추가 압축하는 HD(High Duty) 컴프레서부;

상기 HD 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG가 상기 컴팬더의 BOG 컴프레서로 도입될 BOG와 열교환으로 냉각되는 프리쿨러(precooler);

BOG를 공급받아 임계압력을 초과하는 압력으로 추가 압축하는 부스트(boost) 컴프레서부; 및

상기 부스트 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG가, 상기 컴팬더의 익스팬더로부터 단열팽창으로 냉각된 상기 BOG와 열교환으로 냉각되는 메인 열교환기;를 포함하되,

상기 부스트 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG는 선외의 육상소비처로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템이 제공된다.

바람직하게는 상기 HD 컴프레서부는, 상기 컴팬더의 BOG 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를 추가 압축하는 적어도 하나의 HD 컴프레서와, 상기 HD 컴프레서의 후단에 마련되어 압축된 상기 BOG를 냉각하는 적어도 하나의 HD 컴프레서 쿨러;를 포함하되, 상기 HD 컴프레서 및 HD 컴프레서 쿨러는 교대로 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 기화시켜 상기 육상소비처로 공급하는 기화공급부를 더 포함하되, 상기 기화공급부는, 상기 LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 펌핑하는 LNG 배출펌프; 상기 LNG 배출펌프로부터 LNG를 공급받아 상기 육상소비처의 필요압력으로 압축하는 LNG 부스터 펌프; 및, 상기 LNG 부스터 펌프에서 압축된 상기 LNG를 기화시켜 상기 육상소비처로 공급하는 기화기를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 기화공급부는 상기 HD 컴프레서부의 일부를 거쳐 압축된 BOG를 공급받고, 상기 LNG 배출펌프로부터 공급받은 LNG를 혼합하여 액화시키는 리컨덴서를 더 포함하고, 상기 리컨덴서에서 액화된 LNG는 상기 LNG 부스터 펌프로 공급될 수 있다.

바람직하게는, 상기 부스트 컴프레서부에서 압축 후 상기 메인 열교환기로부터 냉각된 상기 BOG 또는 상기 BOG로부터 응축된 LNG를 공급받아 단열팽창시키는 팽창수단과, 상기 팽창수단으로부터 상기 BOG 또는 LNG를 공급받아 기액 분리하는 플래시 드럼(flash drum)을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 플래시 드럼에서 분리된 액상의 LNG는 상기 LNG 저장탱크로 재저장되고, 상기 플래시 드럼에서 분리된 기상의 플래시 가스는 상기 프리쿨러를 거쳐 상기 컴팬더의 BOG 컴프레서로 도입되는 상기 BOG의 흐름에 합류될 수 있다.

바람직하게는 상기 부스트 컴프레서부는, 상기 HD 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG를 공급받아 임계압력을 초과하는 압력으로 추가 압축하는 부스트 컴프레서와, 상기 부스트 컴프레서의 후단에 마련되어 압축된 상기 BOG를 냉각하는 부스트 컴프레서 쿨러를 포함할 수 있다.

삭제

본 발명의 증발가스 처리 시스템을 통해 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG를 효과적으로 재액화하여 저장함으로써 탱크 및 선박의 안전을 확보하고, LNG의 수송효율을 높일 수 있다. 특히 별도의 냉매 시스템을 구성하지 않고 BOG를 이용하여 압축된 BOG를 냉각하여 재액화할 수 있어 비용을 절감하며, 선내 공간 확보에 기여할 수 있다. 또한 구성 및 작동이 간단하면서도 액화 효율이 높은 시스템을 구현할 수 있다.

도 1은 본 출원인의 선행특허로 증발가스를 처리할 수 있는 부분재액화 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 기본 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템으로 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 기본 실시예의 증발가스 처리 시스템을 보다 세부적으로 도시한다.
도 4는 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제1 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제2 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5a에는 제2 실시예의 증발가스 처리 시스템으로부터 확장된 제2 변형예의 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5b에는 제2 변형예의 시스템과 이를 제어하기 위한 제어 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 6은 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제3 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 7은 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제4 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 8은 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제5 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 9는 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제6 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.

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.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

우선, 본 발명의 후술하는 증발가스 처리 시스템은, 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 즉 LNG 운반선, LEG(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에서 증발가스 처리를 위해 적용될 수 있다.

후술하는 실시예에서는 설명의 편의상 대표적인 저온 액체화물인 LNG를 예로 들어 설명하지만, 이에 한정하는 것이 아니며, 이러한 저장탱크에 저장되는 액화가스는 저온에서 액화시켜 수송할 수 있는 모든 액체화물일 수 있다. 예를 들어 LNG외에도, LEG, LPG, 액화질소나, 에틸렌, 아세틸렌, 프로필렌 등과 같은 액화 가스가 이에 해당할 수 있다. 이러한 액화 가스로부터 발생하는 증발가스의 처리를 위해 본 실시예를 적용할 수 있다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였고, 도 3에는 이러한 증발가스 처리 시스템을 보다 세부적으로 도시하였다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예 시스템의 증발가스 처리 시스템에서는, 선박 또는 해상 구조물에 마련된 LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)를 공급받아 압축하되, BOG를 공급받아 단열팽창시키는 익스팬더(expander, 110)와 익스팬더에 연결되며 팽창력에 의해 BOG를 압축하는 BOG 컴프레서(compressor)(120)를 포함하여 구성되는 컴팬더(compander, 100)가 마련된다. BOG 재액화 라인(BL)을 따라 LNG 저장탱크로부터 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)가 컴팬더(100)로 공급된다. 컴팬더의 익스팬더(110)는 예를 들어 터빈타입(turbine type)으로 마련될 수 있는데, 익스팬더에서 BOG를 단열팽창시킬 때 얻은 팽창력으로 터빈을 회전 운동시킬 때의 운동 에너지를 익스팬더에 회전 축을 통해 연결된 BOG 컴프레서(120)로 전달하여 BOG를 압축할 수 있다.

컴팬더의 BOG 컴프레서에서 압축된 BOG는 HD(High Duty) 컴프레서부(200)로 공급되어 추가로 압축된다. BOG 컴프레서(120)로부터 HD 컴프레서부(200)로 공급되는 BOG는 냉각기(150)를 거쳐 냉각될 수 있다.

본 실시예의 시스템에는 HD 컴프레서부(200)에서 압축된 BOG가 컴팬더의 BOG 컴프레서로 도입될 BOG와 열교환으로 냉각되는 프리쿨러(precooler, 300)가 포함된다. BOG 컴프레서(120)와 HD 컴프레서부(200)를 거쳐 압축되면서 BOG의 온도가 높아지므로, LNG 저장탱크로부터 발생하여 BOG 재액화 라인(BL)을 통해 컴팬더(100)로 공급될 저온의 BOG와의 열교환을 통해 냉각될 수 있다. HD 컴프레서부에서 압축된 후 프리쿨러(300)를 거쳐 냉각된 BOG는 컴팬더의 익스팬더(110)로 도입되어 단열팽창된다. 단열팽창을 통해 BOG는 냉각되며, 단열팽창시의 팽창력에 의해 BOG 컴프레서(120)에서 BOG를 압축할 수 있다.

한편 본 실시예 시스템은, HD 컴프레서부에서 압축된 BOG를 공급받아 임계압력을 초과하는 압력으로 추가 압축하는 부스트 컴프레서부(400)와, 부스트 컴프레서부에서 압축된 BOG가, 컴팬더의 익스팬더로부터 단열팽창으로 냉각된 BOG와 열교환으로 냉각되는 메인 열교환기(500)를 포함한다. HD 컴프레서부(200)로부터 프리쿨러(300)로 연결되는 라인으로부터, 압축된 BOG를 부스트 컴프레서부(400)로 공급하기 위한 라인이 분기되고, 분기된 라인을 따라 부스트 컴프레서부로 공급된 BOG는 임계압력을 초과하는 압력으로 추가 압축된 후 메인 열교환기로 공급된다. BOG의 대부분을 이루는 메탄의 임계압력은 약 55 bar 정도이므로, 부스트 컴프레서부(400)를 거치면서 임계압력보다 높은 70 bar 이상의 압력까지 압축된 후 메인 열교환기(500)로 도입된다.

임계압력 초과의 압력으로 압축된 BOG는 메인 열교환기(500)에서, 익스팬더로부터 단열팽창된 BOG와 열교환되면서 냉각된다. 70 bar 이상의 압력까지 압축된 BOG의 온도는 25℃ 내외이므로, 익스팬더를 거쳐 1 bar 내외로 단열팽창된 -160 ℃ 내외의 BOG와 열교환을 통해 냉각되면서 재액화될 수 있다.

부스트 컴프레서부(400)에서 압축 후 메인 열교환기(500)로부터 냉각된 BOG 또는 BOG로부터 응축된 LNG는 팽창수단(600)으로 공급되어 단열팽창된다. 팽창수단을 예를 들어 J-T 밸브나 팽창기(expander)일 수 있으며, 팽창수단을 거쳐 단열팽창되면서 추가로 냉각될 수 있다. 팽창수단을 거쳐 단열팽창된 BOG 또는 LNG는 플래시 드럼(flash drum, 700)으로 공급되어, 기상과 액상으로 기액 분리된다.

플래시 드럼(700)에서 분리된 액상의 LNG는 LNG 라인(LL)을 따라 LNG 저장탱크로 공급되어 재저장되고, 플래시 드럼에서 분리된 기상의 플래시(flash) 가스는 플래시 드럼 상부로부터 가스 라인(GL)을 통해 LNG 저장탱크로부터의 BOG 재액화 라인(BL)으로 합류된다. 합류된 플래시 가스는 BOG와 함께 프리쿨러(300)를 거쳐 컴팬더의 BOG 컴프레서(120)로 도입된다. 플래시 가스는 선내에 연료로 공급하거나, GCU로 보내어 처리하거나 vent시킬 수도 있다.

이상과 같은 시스템에서, LNG 저장탱크로부터 컴팬더의 BOG 컴프레서로 공급되는 BOG의 흐름을 제1 스트림, BOG 컴프레서로부터 압축된 BOG가 추가 압축된 후 컴팬더의 익스팬더로 공급되는 흐름을 제2 스트림, 익스팬더로부터 단열팽창된 BOG가 BOG 컴프레서의 전단으로 공급되는 흐름을 제3 스트림, 제2 스트림으로부터 분기되며 추가 압축된 BOG가 임계압력을 초과하는 압력으로 압축 후 냉각되어 재액화되는 흐름을 제4 스트림이라 지칭하면, 제1 스트림과 제2 스트림, 제3 스트림과 제4 스트림이 상호 열교환되는 것이다. 이와 같은 구성을 통해 본 실시예 시스템은 별도의 냉매 시스템을 마련하지 않고도, BOG 및 서로 다른 압력으로 압축된 BOG 간의 열교환을 통해 BOG를 냉각하여 재액화시킬 수 있다.

별도의 냉매 시스템을 마련할 필요가 없으므로 시스템 구성 비용을 절감할 수 있고, BOG 자체만을 이용하여 BOG를 재액화할 수 있어 시스템이 간단하다. 또한 LNG 저장탱크로부터 발생하는 BOG는 온도가 낮아, 압축된 BOG와 온도 차이가 크므로 액화 효율도 높다. BOG를 재액화하여 LNG 저장탱크로 재저장하여 수송하므로 수송효율도 높일 수 있다.

한편, HD 컴프레서부는 도 3에 도시된 바와 같이, 컴팬더의 BOG 컴프레서에서 압축된 BOG를 추가 압축하는 복수의 HD 컴프레서(210a, 210b)와, HD 컴프레서의 후단에 마련되어 압축된 BOG를 냉각하는 복수의 HD 컴프레서 쿨러(220a, 220b)를 포함하여 구성될 수 있다. 복수의 HD 컴프레서와 HD 컴프레서 쿨러는 도 3에서와 같이 하나의 HD 컴프레서 후단에 하나의 HD 컴프레서 쿨러가 마련되는 식으로, 컴프레서와 쿨러가 교대로 마련되는 형태로 배치된다.

부스트 컴프레서부(400) 또한, HD 컴프레서부에서 압축된 BOG를 공급받아 임계압력을 초과하는 압력으로 추가 압축하는 부스트 컴프레서(410)와, 부스트 컴프레서의 후단에 마련되어 압축된 BOG를 냉각하는 부스트 컴프레서 쿨러(420)를 포함하며, 전술한 HD 컴프레서부와 마찬가지로 복수의 컴프레서와 쿨러를 포함하여 이루어질 수도 있다.

다음으로,도 4에는 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제1 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

전술한 실시예에서와 같이 본 제1 실시예에서도 HD 컴프레서부(200A)는 컴팬더의 BOG 컴프레서에서 압축된 BOG를 추가 압축하는 복수의 HD 컴프레서(210aA, 210bA)와, HD 컴프레서의 후단에 마련되어 압축된 BOG를 냉각하는 복수의 HD 컴프레서 쿨러(220aA, 220bA)를 포함하여 구성되며, 이러한 복수의 HD 컴프레서와 HD 컴프레서 쿨러는 하나의 HD 컴프레서 후단에 하나의 HD 컴프레서 쿨러가 마련되는 식으로, 컴프레서와 쿨러가 교대로 마련되는 형태로 배치되어, 다단으로 BOG를 압축한다.

본 제1 실시예는 이러한 HD 컴프레서부의 일부를 거쳐 압축된 BOG를 연료공급라인(FLA)을 통해 선내 엔진 등의 연료 소비처(E)로 공급할 수 있도록 구성한 것이 특징이다. 이러한 연료 소비처(E)는 예를 들어 선박의 발전용 엔진, 보다 구체적인 예로는 DFDE(Dual Fuel Diesel Engine)일 수 있다.

연료 소비처(E)가 DFDE인 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 HD 컴프레서부(200A)의 첫 번째 HD 컴프레서(210aA) 및 HD 컴프레서 쿨러(220aA) 세트 후단에서의 토출구 압력이 3 내지 15 bar, 보다 바람직하게는 5 내지 7 bar가 되도록 설계하고, 이로부터 연료공급라인을 통해 압축된 BOG를 DFDE로 공급할 수 있도록 한다.

HD 컴프레서부(200A)의 전단에서 가스연소라인(RMLA)을 마련하여 컴팬더의 BOG 컴프레서(120A) 후단의 BOG를 선박 또는 해상 구조물에 마련되는 GCU로 공급할 수도 있다. GCU에서는 공급된 BOG를 연소시켜 제거하거나, 연소로 생성된 불활성가스를 선내에 이를 필요로 하는 장치로 공급할 수 있다.

이와 같이 본 제1 실시예의 시스템은 다단으로 구성되는 HD 컴프레서부의 일부만을 거친 BOG를 연료 소비처에 연료로 공급하거나 HD 컴프레서부 전단에서 GCU로 보낼 수 있도록 구성됨으로써, 필요에 따라 BOG의 전부 또는 일부를 이들 구성으로 공급할 수 있다. 따라서 선내에 필요한 연료를 공급하면서, 액화해야 할 BOG의 양을 줄여 이를 위한 장치들의 부하를 줄이고, 에너지 효율을 높일 수 있다.

다른 구성은 전술한 기본 실시예와 유사하므로 중복된 설명은 생략한다.

도 5에는 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제2 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 5에 도시된 제2 실시예는, 선내에 고압가스를 연료로 사용하는 연료 소비처와 저압가스를 연료로 사용하는 연료 소비처가 있는 경우에 이들 장치에 모두 압축된 BOG를 공급할 수 있도록 구성한 것으로, 전술한 제1 실시예로부터 확장된 것이다.

저압가스를 공급받는 제1 연료 소비처로는 HD 컴프레서부 중 일부만을 거쳐 3 내지 15 bar로 압축된 BOG를 공급받는 선박용 엔진, 예를 들어 DFDE일 수 있고, 제2 연료 소비처는 HD 컴프레서부 및 부스트 컴프레서부를 거쳐 압축된 BOG를 공급받는 선박용 엔진, 예를 들어 선박의 추진용 엔진인 ME-GI 엔진일 수 있다.

이러한 소비처들로의 연료 공급을 위해 본 실시예에서는 두 가지 연료공급라인이 마련된다. 우선 제1 연료 소비처로(E1)의 연료공급을 위한 제1 연료공급라인(FL1B)이 전술한 제1 실시예에서와 마찬가지로 HD 컴프레서부(200B)의 첫 번째 HD 컴프레서(210aB) 및 HD 컴프레서 쿨러(220aB) 세트 후단에서 마련되며, 제2 연료 소비처(E2)로의 연료공급을 위한 제2 연료공급라인(FL2B)이 부스트 컴프레서부(400B)의 후단에서 마련된다.

제2 연료 소비처가 ME-GI 엔진이라면 약 150 ~ 400 bar, 보다 바람직하게는 300 bar의 고압가스가 공급되는데, 연료 공급 조건에 맞추어 공급하기 위해 제2 연료공급라인(FL2B)에는 BOG를 추가 압축하는 고압 컴프레서(800B) 및 고압 컴프레서 후단 열교환기(810B)가 마련된다. BOG의 대부분을 이루는 메탄의 임계압력은 약 55 bar 정도이므로, 부스트 컴프레서부(400B)를 거쳐 임계압력 이상의 압력까지 압축된 후, 다시 고압 컴프레서(800B)를 거쳐 300 bar 내외의 초임계상태로 ME-GI 엔진에 공급될 수 있다.

이와 같은 본 제2 실시예는 BOG를 연료로 사용하는 선내의 저압, 고압가스 연료 소비처 모두에 필요한 연료를 공급할 수 있도록 구성하여, 액화해야 할 BOG의 양을 줄여 이를 위한 장치들의 부하를 줄이고, 에너지 효율을 높일 수 있다. 또한 BOG의 발생량이나 선내 연료 소비처의 연료 필요 정도 등에 따라 BOG를 각 기관에 연료로 공급하거나 액화시킬 수 있어 탄력적인 시스템 운용이 가능한 장점이 있다.

다른 구성은 전술한 기본 실시예 및 제1 실시예와 유사하므로 중복된 설명은 생략한다.

도 5a에는 전술한 제2 실시예의 증발가스 처리 시스템으로부터 확장된 제2 변형예의 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 본 변형예의 시스템은 LNG 저장탱크로부터 프리쿨러로 도입되는 BOG에 LNG 저장탱크로부터 펌핑된 LNG를 공급하여 냉각한 후 프리쿨러로 공급할 수 있도록 프리쿨러(300B')의 상류에 LNG 쿨링부를 마련한 것이다.

시스템의 초기 운전 시와 같이, LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG의 온도가 비교적 높고, 파이프 라인을 비롯한 각종 설비들의 온도가 비교적 높을 때에 프리쿨러로 공급되는 BOG의 냉열이 충분하지 못한 경우 초기 구동시부터 시스템을 안정적으로 운전할 수 있을 때까지 시간이 지체되고, BOG의 액화효율이 떨어져 에너지 낭비가 발생할 수 있다.

본 변형예는 이러한 문제를 해결하기 위하여, LNG 쿨링부를 구성하였다.

LNG 쿨링부는, LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 펌핑하는 LNG 공급펌프(1010B')와, LNG 저장탱크로부터 공급되는 BOG에 LNG 공급펌프로 펌핑된 LNG를 분사하여 냉각시키는 스프레이쿨러(1020B')를 포함한다. 스프레이쿨러(1020B')를 통해 분사되는 LNG와 BOG가 접촉하여 BOG가 냉각된다. LNG 공급펌프(1010B')는 저장탱크 하부에 in tank type으로 마련될 수 있으며, LNG 공급펌프에서 펌핑된 LNG는 스프레이쿨러(1020B')로 공급된다. LNG의 액화온도는 -160℃ 내외의 극저온이므로, LNG 저장탱크 하부의 LNG를 스프레이쿨러(1020B')에서 BOG에 분사함으로써, BOG를 냉각시킬 수 있다. 초기 구동 시 외에도 필요한 경우 LNG를, 프리쿨러의 냉매로 사용될 BOG에 분사함으로써 BOG의 온도를 일정하게 유지할 수 있어, 시스템을 안정적으로 구동할 수 있다.

다른 구성은 전술한 실시예들과 유사하므로 중복된 설명은 생략한다

도 5b에는 전술한 제2 변형예의 시스템과 이를 제어하기 위한 제어 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 5b에 도시된 바와 같이 본 시스템은 제2 변형예의 시스템에서의 BOG 처리를 제어하기 위한 제어 시스템이다.

본 제어 시스템은 프리쿨러(300B') 및 메인 열교환기(500B') 등을 포함하여 BOG를 재액화할 수 있는 재액화 처리부의 재액화 처리량과, 연료 소비처(E1, E2)로의 연료 공급량을 조절하여 LNG 저장탱크의 압력을 제어하는 GMS(Gas Management System) 제어부(GPC)를 포함하게 된다.

증발가스 처리를 위한 재액화 시스템의 제어는 기본적으로 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG를 처리하여 LNG 저장탱크의 안전을 확보하고 LNG 수송률을 높이는 데 목적이 있다. 즉 증발가스 처리 시스템의 제어는 LNG 저장탱크의 압력 제어로 연결되는 것이다. 이를 위해 본 실시예의 시스템은 LNG 저장탱크의 LNG 온도 범위가 포화(saturated) 상태에 있도록 LNG 저장탱크의 압력을 제어하는 탱크 압력 제어부(TPC)를 더 포함하며, 이러한 탱크 압력 제어부의 신호를 받아 GMS 제어부에서 재액화 처리부에서의 재액화 처리량을 제어하게 된다.

연료 소비처는, 전술한 실시예들에 기술한 바와 같이 HD 컴프레서부의 일부를 거쳐 압축된 BOG를 연료로 공급받는 DFDE와 같은 제1 연료 소비처(E1)와, HD 컴프레서부 전부 및 부스트 컴프레서, 고압 컴프레서 등을 거쳐 압축된 BOG를 공급받는 추진용 엔진과 같은 제2 연료 소비처(E2)를 포함한다.

이들 연료 소비처로의 BOG 연료 공급을 제어하기 위해 본 제어 시스템에는 제1 연료 소비처로 공급되는 BOG의 양을 감지하고 제어하는 제1 연료 제어부(F1C)와, 제2 연료 소비처로 공급되는 BOG의 양을 감지하고 제어하는 제2 연료 제어부(F2C)가 마련되며, GMS 제어부(GPC)는 탱크 압력 제어부의 신호를 받아, LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG의 양에서 제1 및 제2 연료 제어부에 의한 제1 및 제2 연료 소비처로의 연료 공급량을 제외한 나머지 BOG가 재액화되도록 재액화 처리부의 BOG 처리 유량을 조절한다.

전술한 실시예에서 기술된 바와 같이 컴팬더의 익스팬더(110B')로부터 단열팽창된 BOG가 메인 열교환기(500B')에서, HD 컴프레서부를 거쳐 압축된 BOG를 냉각하기 위한 냉매로 이용되는데, 이와 같이 메인 열교환기에 냉매로 공급되는 BOG의 유량을 제어하기 위한 냉매 유량 제어부(ALC2)가 본 제어 시스템에 마련된다. 냉매 유량 제어부에서는 메인 열교환기의 하류에서 재액화 처리부를 거친 BOG의 재액화량, 즉 재액화된 LNG의 양을 기준으로 익스팬더(110B')를 거쳐 메인 열교환기(500B')로 공급될 BOG 냉매의 유량을 제어할 수 있다. 제어부(CC)를 통해 익스팬더의 주입구 설정 온도(inlet temperature set point)는 -50 내지 -60 ℃로 설정하면 이상(two phase) 흐름을 방지하고, 메인 열교환기에서 BOG 냉각을 위해 충분한 냉매 온도를 얻을 수 있다.

한편 본 시스템에는, 제1 HD 컴프레서 쿨러 후단으로부터 제1 HD 컴프레서에서 압축된 BOG의 압력을 감지하는 제1 HD 압력지시조절부(H1C)와, 제2 HD 컴프레서 쿨러 후단으로부터 제2 HD 컴프레서에서 압축된 BOG의 압력을 감지하는 제2 HD 압력지시조절부(H2C)가 마련되며, 이들 제1 및 제2 HD 압력지시조절부와 연동되는 HD 제어부(ALC1)를 통해 제1 및 제2 HD 컴프레서(210aB', 210bB')를 제어하게 된다. HD 제어부(ALC1)를 통한 제1 HD 컴프레서에서의 BOG 토출 압력은 제1 연료 소비처의 연료 공급 압력으로 운용하는 것이 바람직하며, 예를 들어 제1 연료 소비처가 DFDE인 경우 제1 HD 컴프레서의 BOG 토출 압력은 약 6 bara로 유지하여 운용할 수 있다. 이를 통해 제1 HD 컴프레서 하류로부터 제1 연료 소비처로 원활한 연료 공급이 이루어질 수 있으며, 제2 HD 컴프레서 주입구 가스 밀도를 일정하게 유지할 수 있다. HD 제어부(ALC1)를 통해 제2 HD 컴프레서에서의 BOG 토출 압력은 BOG 냉매의 예냉 및 이후 익스팬더 후단에서 극저온의 온도를 달성하기에 적합하게 운용하게 된다. 예를 들어 제2 HD 컴프레서의 토출 압력은 28 내지 30 bara로 유지할 수 있다.

전술한 제2 변형예에서 기술한 바와 같이 LNG 저장탱크로부터 공급되는 LNG를 프리쿨러로 도입될 BOG에 분사하여 BOG를 냉각시키는 스프레이쿨러가 프리쿨러 상류에 마련되는 경우, 스프레이쿨러로부터 프리쿨러로 도입되는 BOG의 온도를 감지하여 스프레이쿨러를 제어하는 쿨러 제어부가 제어 시스템에 마련될 수 있다.

부스트 컴프레서부 후단으로부터 BOG의 압력을 감지하여 부스트 컴프레서부를 제어하는 로드 제어부(LC1)를 더 포함할 수 있다. 로드 제어부를 통해 부스트 컴프레서는 메인 열교환기(500B')에서의 BOG 열교환 효율을 높일 수 있도록 설정 압력을 임계압력 이상, 예를 들어 80 bar 이상으로 유지하게 된다. 메인 열교환기(500B')에서의 액화 효율을 높이기 위해 부스트 컴프레서(410B') 하류에 메인 열교환기로 도입될 BOG로부터 N₂를 제거하기 위한 필터(450)를 마련할 수도 있다. 예를 들어 멤브레인 필터를 마련하는 경우 분자량이 무거운 N₂를 메탄으로부터 분리하여 제거할 수 있다.

고압 컴프레서(800B')에도 BOG의 로드를 제어할 수 있는 BOG 로드 제어부(LC2)가 마련될 수 있다.

증발가스 처리 시스템에 대해서는 전술한 실시예들과 유사하므로 중복된 설명은 생략한다.

도 6에는 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제3 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

제3 실시예의 시스템은 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG의 양이 많지 않거나 온도가 충분히 낮지않은 경우 등의 원인으로, 프리쿨러(300C)에서의 BOG에 의한 냉열(cold energy)이 부족한 경우에 대비하여, BOG와 함께 냉매 사이클을 구성하여 프리쿨러에 냉열을 충분히 공급할 수 있도록 구성한 것이다.

이를 위해 냉매가 순환되며, 압축된 BOG를 프리쿨러에서 열교환으로 냉각시키는 냉매순환부(900C)가 마련되며, 이는, 냉매를 압축하는 냉매 컴프레서(910C)와, 냉매 컴프레서에서 압축된 냉매를 냉각하는 냉매 컴프레서 쿨러(920) 및 이를 단열팽창시켜 추가 냉각시키는 냉매팽창수단(930C)을 포함한다. 냉매는 에탄(ethane)일 수 있다.

HD 컴프레서부를 거쳐 압축된 BOG는 프리쿨러에서 BOG 컴프레서로 도입될 BOG 및 냉매 순환부를 순환하는 냉매와의 열교환으로 0 내지 -70 ℃, 바람직하게는 50℃ 이하의 온도로 냉각되어 익스팬더(110C)로 도입될 수 있다.

본 실시예는 익스팬더(110C)로 도입되는 압축된 BOG의 온도를 적정범위까지 낮출 수 있으므로, 단열팽창을 통해 추가 냉각된 BOG는 메인 열교환기(500C)에서 효과적인 냉매로 사용될 수 있다. 이를 통해 시스템의 액화 효율을 높일 수 있다.

도 7에는 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제4 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

본 발명의 실시예들에서는 전술한 바와 같이 BOG를 프리쿨러에서 직접 냉매로 사용하는데, 시스템의 초기 운전 시와 같이, LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG의 온도가 비교적 높고, 파이프 라인을 비롯한 각종 설비들의 온도가 비교적 높을 때에 프리쿨러로 공급되는 BOG의 냉열이 충분하지 못할 수 있다. 이 경우 초기 구동시부터 시스템을 안정적으로 운전할 수 있을 때까지 시간이 지체되고, BOG의 액화효율이 떨어져 에너지 낭비가 발생할 수 있다.

본 실시예는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 프리쿨러(300D)의 상류에 LNG 쿨링부(1000D)를 마련하여, LNG 저장탱크로부터 프리쿨러로 도입되는 BOG에 LNG 저장탱크로부터 펌핑된 LNG를 공급하여 냉각한 후 프리쿨러로 공급할 수 있도록 구성하였다.

LNG 쿨링부(1000D)는, LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 펌핑하는 LNG 공급펌프(1010D)와, LNG 저장탱크로부터 공급되는 BOG에 LNG 공급펌프로 펌핑된 LNG를 분사하여 냉각시키는 스프레이쿨러(1020D)를 포함한다. 스프레이쿨러(1020D)를 통해 분사되는 LNG와, BOG는 드럼(drum, 미도시) 내부에서 접촉하면서 BOG가 냉각된다. LNG 공급펌프(1010D)는 저장탱크 하부에 in tank type으로 마련될 수 있다. LNG 공급펌프에서 펌핑된 LNG는 LNG 냉각라인(LCLD)을 통해 스프레이쿨러(1020D)로 공급된다. LNG의 액화온도는 -160℃ 내외의 극저온이므로, LNG 저장탱크 하부의 LNG를 스프레이쿨러(1020D)에서 BOG에 분사함으로써, 프리쿨러(300D)로 공급될 BOG를 냉각할 수 있다. 초기 구동 시 외에도 필요한 경우 LNG를, 프리쿨러의 냉매로 사용될 BOG에 분사함으로써 BOG의 온도를 일정하게 유지할 수 있어, 시스템을 안정적으로 구동할 수 있다.

분사된 LNG와 BOG가 접촉하면서 공급된 LNG 중 일부는 기화될 수 있으므로 기화가스 및 냉각된 BOG는 프리쿨러(300D)로 공급되고, 액상의 LNG는 플래시 드럼(700D)에서 분리된 액상의 LNG와 함께 LNG 라인(LLD)을 따라 LNG 저장탱크(T)로 재저장된다.

다른 구성은 전술한 실시예들과 유사하므로 중복된 설명은 생략한다.

도 8에는 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제5 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 8에 도시된 제5 실시예의 시스템은 특히, 전술한 제2 실시예에, 제5 실시예의 구성을 부가하고, 제1 및 제2 연료 소비처로의 원활한 연료 공급을 위해 LNG를 연료로 공급할 수 있도록 연료공급을 위한 시스템을 추가한 시스템이다.

전술한 제2 실시예에서와 같이, 저압가스를 공급받는 제1 연료 소비처(E1)로는 HD 컴프레서부(200E) 중 일부만을 거쳐 3 내지 15 bar로 압축된 BOG를 공급받는 선박용 엔진, 예를 들어 DFDE일 수 있고, 제2 연료 소비처(E2)는 HD 컴프레서부(200E) 및 부스트 컴프레서부(400E)를 거쳐 압축된 BOG를 공급받는 선박용 엔진, 예를 들어 선박의 추진용 엔진인 ME-GI 엔진일 수 있다.

이러한 소비처들로의 BOG 연료 공급을 위해 제1 연료 소비처로(E1)의 연료공급을 위한 제1 연료공급라인(FL1E)이 HD 컴프레서부(200E)의 첫 번째 HD 컴프레서(210aE) 및 HD 컴프레서 쿨러(220aE) 세트 후단에서 마련되며, 제2 연료 소비처(E2)로의 연료공급을 위한 제2 연료공급라인(FL2E)이 부스트 컴프레서부(400E)의 후단에서 마련된다.

제2 연료 소비처가 ME-GI 엔진이라면 약 150 ~ 400 bar, 보다 바람직하게는 300 bar의 연료 공급 조건에 맞추어 BOG를 공급하기 위해 제2 연료공급라인(FL2E)에는 BOG를 추가 압축하는 고압 컴프레서(800E) 및 고압 컴프레서 후단 열교환기(810E)가 마련된다. BOG의 대부분을 이루는 메탄의 임계압력은 약 55 bar 정도이므로, 부스트 컴프레서부(400E)를 거쳐 임계압력 이상의 압력까지 압축된 후, 다시 고압 컴프레서(800E)를 거쳐 300 bar 내외의 초임계상태로 ME-GI 엔진에 공급될 수 있다.

여기에 추가로, 본 실시예에는 압축된 BOG 또는 LNG 저장탱크로부터 펌핑된 LNG를 연료로 공급할 수 있는 연료 공급부(1100E)가 마련된다.

연료 공급부(1100E)는, LNG 공급펌프로부터 LNG를 공급받아 기화시켜 제1 연료 소비처로 공급하는 저압 기화기(1110E)와, LNG 공급펌프로부터 LNG를 공급받아 제2 연료 소비처의 연료공급압력으로 압축하는 고압펌프(1120E)와, 고압펌프로부터 압축된 LNG를 공급받아 기화시켜 제2 연료 소비처로 공급하는 고압 기화기(1130E)를 포함할 수 있다. 제1 연료 소비처(E1)가 DFDE라면 LNG 공급펌프(1010E)로부터 공급받은 LNG를 저압 기화기(1110E)로 기화시켜 5 bar 내외의 압력으로 공급할 수 있다. 제2 연료 소비처(E2)가 ME-GI 엔진인 경우 고압펌프(1120E)에서 LNG를 300bar 내외의 고압으로 압축한 후 고압 기화기(1130E)에서 기화시켜 ME-GI 엔진으로 공급하게 된다. 다만 초임계 상태에서는 기체와 액체를 구분할 수 없으므로, '압축된 LNG가 강제기화된다'라는 표현은 압축된 LNG에 열에너지를 공급하여 온도를 높인다(또는, 밀도가 높은 초임계 상태에서 밀도가 낮은 초임계 상태로 변화한다)는 의미일 수 있다.

또한 연료 공급부(1100E)에는, HD 컴프레서부의 일부를 거쳐 압축된 BOG를 공급받고, LNG 공급펌프(1010E)로부터 공급받은 LNG를 혼합하여 액화시키는 리컨덴서(1150E)가 추가로 구성될 수 있다. 이를 위해, 압축된 BOG를 리컨덴서(1150E)로 공급하기 위한 리컨덴서라인(RCLE)이 제1 연료공급라인(FL1B)으로부터 분기될 수 있다. 리컨덴서(1150E)에서 액화된 LNG는 저압 기화기나 고압펌프로 공급되어, 기화되어 제1 및 제2 연료 소비처(E1, E2)에 연료로 공급될 수 있다.

이처럼 LNG 공급펌프로부터 LNG 저장탱크에서 펌핑된 LNG는 분기되어 스프레이쿨러, 리컨덴서, 저압기화기 또는 고압펌프로 공급될 수 있다.

본 실시예의 시스템은 전술한 실시예들과 같이 BOG를 압축하는 장치들이 다단의 HD 컴프레서부, 부스트 컴프레서부 등의 다단계로 구성됨으로써, 적은 에너지로 BOG를 액화시킬 수 있으며, 선내의 연료 소비처에서 필요한 압력 조건에 맞추어 다단 구성 중 전부 또는 일부를 거쳐 압축된 BOG를 분기하여 연료로 공급할 수도 있다.

또한, BOG 발생량이 많지 않은 선박의 Ballast voyage 상태에서는, 연료 공급부(1100E)를 통해 LNG를 기화시켜 연료 소비처로 공급할 수 있어, 원활한 연료 공급이 이루어질 수 있다.

본 실시예는 연료 공급부에 리컨덴서를 마련함으로써, BOG를 냉매로 하여 HD 컴프레서부, 부스트 컴프레서부, 프리쿨러, 메인 열교환기, 팽창수단 및 플래시 드럼 등의 재액 loop를 가동하지 않고도, 리컨덴서에서 LNG를 이용하여 일정 정도까지 BOG를 처리할 수 있어, 전체 재액 loop를 가동할 때에 비해 적은 에너지로 BOG를 처리할 수 있다.

시스템의 초기 구동시 BOG의 온도가 높지 않을 때에도 LNG 쿨링부를 통해 BOG를 냉각하여 프리쿨러에 냉매로 공급할 수 있어, BOG 냉매의 온도를 일정하게 유지할 수 있어 초기 구동시부터 안정적으로 시스템을 운용할 수 있다.

이처럼 본 실시예는 다양한 운전조건에도 효과적으로 대응하여 구동될 수 있어, 효율적으로 BOG를 처리할 수 있다.

도 9에는 기본 실시예로부터 확장된 본 발명의 제6 실시예의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

본 실시예의 시스템은, 선박 또는 해상 구조물로부터 압축된 BOG를 선외의 육상소비처 또는 해상소비처로 공급될 수 있도록 구성한 것이다. 본 실시예의 선박 또는 해상 구조물은 예를 들어 FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 또는 RV(Regasification Vessel)일 수 있다.

본 실시예의 시스템에는 LNG 저장탱크로부터 LNG를 기화시켜 육상 또는 해상소비처로 공급하는 기화공급부(1200F)가 마련된다.

기화공급부(1200F)는, LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 펌핑하는 LNG 배출펌프(1210F)와, LNG 배출펌프로부터 LNG를 공급받아 육상소비처의 필요압력으로 압축하는 LNG 부스터 펌프(1220F)와, LNG 부스터 펌프에서 압축된 LNG를 기화시켜 육상소비처로 공급하는 기화기(1230F)를 포함한다. LNG 저장탱크(T)로부터 펌핑된 LNG는 선외공급라인(SLF)을 통해, LNG 부스터 펌프(1220F)에서 임계압력 이상, 예를 들어 100 bar 내외의 압력으로 압축되고, 압축된 LNG는 다시 기화기(1230F)에서 기화된 후 선외로 공급된다.

한편, BOG의 발생량이 많다면 이를 액화하여 저장할 수도 있고, HD 컴프레서부(200F) 및 부스트 컴프레서부(400F)를 거쳐 압축하여 직접 선외로 공급할 수도 있다. 이를 위해 부스트 컴프레서부(400F)의 후단에는 압축된 BOG를 선외 공급할 수 있는 제1 선외공급라인(SL1F)가 마련된다.

한편, 기화공급부(1200F)에는, HD 컴프레서부(200F)의 일부를 거쳐 압축된 BOG를 공급받고, LNG 배출펌프(1210F)로부터 공급받은 LNG를 혼합하여 액화시키는 리컨덴서(1240F)가 마련되며, 리컨덴서에서 액화된 LNG는 LNG 부스터 펌프로 공급되어 압축 후 기화되어 선외로 공급될 수 있다. BOG를 전량 재액화시키는 대신, 전부 또는 일부를 HD 컴프레서부(200F)를 거쳐 저압, 예를 들어 6 bar 내외로 압축한 후 제2 선외공급라인(SL2F)를 통해 리컨덴서(1240F)로 공급하여 LNG 저장탱크로부터 공급되는 LNG와 혼합하여 LNG 부스터 펌프(1220F) 및 기화기(1230F)를 거쳐 선외로 공급하도록 한 것이다. BOG는 선외 공급이 필요치 않은 경우에는 재액화하거나 선내 연료 등으로 공급할 수 있다.

이러한 구성 및 운용을 통해 BOG의 발생량 및 선외에서의 가스 수요 등에 따라 시스템을 효과적으로 운전하고, BOG를 처리할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

T: LNG 저장탱크
100: 컴팬더
200: HD 컴프레서부
300: 프리쿨러
400: 부스트 컴프레서
500: 메인 열교환기
600: 팽창수단
700: 플래시 드럼

Claims

선박 또는 해상 구조물에 마련된 LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG(Boil-Off Gas)를 공급받아 압축하되, BOG를 공급받아 단열팽창시키는 익스팬더(expander)와 상기 익스팬더에 연결되며 팽창력에 의해 BOG를 압축하는 BOG 컴프레서(compressor)를 포함하여 구성되는 컴팬더(compander);
상기 컴팬더의 BOG 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를 추가 압축하는 HD(High Duty) 컴프레서부;
상기 HD 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG가 상기 컴팬더의 BOG 컴프레서로 도입될 BOG와 열교환으로 냉각되는 프리쿨러(precooler);
BOG를 공급받아 임계압력을 초과하는 압력으로 추가 압축하는 부스트(boost) 컴프레서부; 및
상기 부스트 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG가, 상기 컴팬더의 익스팬더로부터 단열팽창으로 냉각된 상기 BOG와 열교환으로 냉각되는 메인 열교환기;를 포함하되,
상기 부스트 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG는 선외의 육상소비처로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 HD 컴프레서부는
상기 컴팬더의 BOG 컴프레서에서 압축된 상기 BOG를 추가 압축하는 적어도 하나의 HD 컴프레서; 및
상기 HD 컴프레서의 후단에 마련되어 압축된 상기 BOG를 냉각하는 적어도 하나의 HD 컴프레서 쿨러;를 포함하되,
상기 HD 컴프레서 및 HD 컴프레서 쿨러는 교대로 마련되는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 기화시켜 상기 육상소비처로 공급하는 기화공급부를 더 포함하되,
상기 기화공급부는, 상기 LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 펌핑하는 LNG 배출펌프; 상기 LNG 배출펌프로부터 LNG를 공급받아 상기 육상소비처의 필요압력으로 압축하는 LNG 부스터 펌프; 및, 상기 LNG 부스터 펌프에서 압축된 상기 LNG를 기화시켜 상기 육상소비처로 공급하는 기화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 기화공급부는
상기 HD 컴프레서부의 일부를 거쳐 압축된 BOG를 공급받고, 상기 LNG 배출펌프로부터 공급받은 LNG를 혼합하여 액화시키는 리컨덴서를 더 포함하고,
상기 리컨덴서에서 액화된 LNG는 상기 LNG 부스터 펌프로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 부스트 컴프레서부에서 압축된 후 상기 메인 열교환기에 의해 냉각된 유체를 단열팽창시키는 팽창수단; 및
상기 팽창수단에 의해 팽창된 유체를 기액 분리하는 플래시 드럼(flash drum);
을 더 포함하는, 증발가스 처리 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 플래시 드럼에서 분리된 액상의 LNG는 상기 LNG 저장탱크로 재저장되고,
상기 플래시 드럼에서 분리된 기상의 플래시 가스는 상기 프리쿨러를 거쳐 상기 컴팬더의 BOG 컴프레서로 도입되는 상기 BOG의 흐름에 합류되는 것을 특징으로 하는 증발가스 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 부스트 컴프레서부는
상기 HD 컴프레서부에서 압축된 상기 BOG를 공급받아 임계압력을 초과하는 압력으로 추가 압축하는 부스트 컴프레서; 및
상기 부스트 컴프레서의 후단에 마련되어 압축된 상기 BOG를 냉각하는 부스트 컴프레서 쿨러;를 포함하는 증발가스 처리 시스템.
삭제
삭제
삭제