KR101714683B1 - 냉매 사이클의 냉매 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉매 사이클의 냉매 충전 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, LNG FPSO의 액화시스템에서, 초기 플랜트 기동 시 또는 소정의 비정상 상황 등 냉매 사이클 내의 냉매 보충 공급이 필요할 때 냉매를 충전하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 냉매 사이클의 냉매 충전 방법은. 냉매 충전 필요를 감지하는 단계;를 포함하여, 냉매 충전이 필요한 경우, 냉매 충전 모드로 전환하고, 사이클(Refrigerant Cycle) 내의 냉매 조성을 측정하는 단계; 및 상기 냉매 조성에 따라 선택된 냉매를 상기 냉매 사이클 내로 공급하는 단계;를 포함하여, 상기 냉매 사이클 내 냉매 조성을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉매 사이클의 냉매 충전 방법 {Refrigerant Supply Method of Refrigerant Loop}
본 발명은 냉매 사이클의 냉매 충전 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, LNG FPSO의 액화시스템에서, 초기 플랜트 기동 시 또는 소정의 비정상 상황 등 냉매 사이클 내의 냉매 보충 공급이 필요할 때 냉매를 충전하는 방법에 관한 것이다.
천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 천연가스(LNG)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
종래 사용되고 있는 천연가스 액화방법은, 천연가스를 하나 이상의 열교환기를 통해 냉매와 열교환시켜 냉각함으로써 이루어진다.
본 명세서에서 천연가스란, 주성분이 메탄이지만 다른 탄화수소 성분이나 질소를 포함하는 혼합물을 의미하며, 어떤 형태(기상, 액상 또는 기상과 액상의 혼합상)의 것도 포함하는 개념이다.
액체상태로 천연가스를 저장 및 운반하기 위해서는, 천연가스가 대략 -163℃ 정도로 냉각되어야 하며, 여기서 LNG는 대기압 정도의 압력을 갖는다. 종래 기술에서 냉각 작용은 일반적으로 프로판, 프로필렌, 에탄, 에틸렌, 메탄, 질소 또는 상기 냉매들의 조합물(즉, 혼합 냉매)과 같은 하나 이상의 냉매에 의해 열교환이 이루어진다.
일반적으로, 천연가스를 액화시키는 혼합 냉매 사이클은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(Compressor), 쿨러(Cooler), 기액분리기(2 Phase Separator) 및 열교환기(Main Heat Exchanger), 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve) 등으로 이루어진다. 압축기를 이용해 생성된 고압의 혼합 냉매는 쿨러에서 냉각된 후, 기액분리기에서 기상과 액상이 분리된다. 액상의 혼합 냉매는 열교환기에서 천연가스와 1차 열교환하고, 줄-톰슨 밸브에서 팽창냉각된 후, 상기 천연가스와 2차 열교환하며 다시 녹아웃 드럼으로 재순환한다.
전술한 혼합 냉매 사이클에는 천연가스를 액화시키기 위해서는 사이클 배관망에 적정 비율의 적정량의 혼합 냉매가 충전되어 있어야 하는데, 열교환기에서 천연가스와의 열교환으로 응축된 액체 상의 혼합 냉매는 녹아웃 드럼에서 배출되고, 압축, 냉각과정에서 액화되지 못한 기체 상의 혼합 냉매는 기액분리기에서 배출되어 혼합 냉매의 일부가 자연 소진된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0110965호 (2009.10.26. 공개)
이와 같이, 플랜트의 초기 기동 시에 냉매를 충전할 때나, 또는 진행중인 공정의 비정상 상황에서 녹아웃 드럼 및 기액분리기로 혼합 냉매가 자연 소진될 때, 냉매의 추가 보충을 필요로 한다. 그러나 일반적으로 냉매의 충전 작업이 필드 엔지니어에 의해 수작업으로 진행되고 있으며, 따라서, 일정 수준의 혼합 냉매 조성을 혼합 냉매 사이클 내에 확보할 수 있는 냉매 보충 공급 제어 전략이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 LNG 액화시스템의 혼합 냉매 사이클(Mixed Refrigerant Loop)의 냉매 충전 방법, 구체적으로 줄-톰슨 밸브 후단에 적절한 저온 온도를 확보할 수 있도록 냉매 사이클 내의 혼합 냉매의 조성을 확보할 수 있는 냉매 보충 공급 제어 방법을 제공하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 냉매 충전 필요를 감지하는 단계;를 포함하여, 냉매 충전이 필요한 경우, 냉매 충전 모드로 전환하고, 냉매 사이클(Refrigerant Cycle) 내의 냉매 조성을 측정하는 단계; 및 상기 냉매 조성에 따라 선택된 냉매를 상기 냉매 사이클 내로 공급하는 단계;를 포함하여, 상기 냉매 사이클 내 냉매 조성을 제어하는, 냉매 사이클의 냉매 충전 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 냉매 조성을 측정하는 단계는, 상기 냉매 사이클 내의 에탄(Ethane), 프로판(Propane) 및 부탄(Butane) 중 어느 하나 이상의 농도를 측정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉매 조성을 측정하는 단계는, 상기 냉매를 압축하는 컴프레서의 전단 압력을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 압력과 제1 설정값을 비교하여 제1 밸브를 제어하는 단계;를 포함하여, 상기 냉매 사이클 내로 제1 냉매를 보충 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 냉매는 상기 혼합 냉매 성분 중 비점이 가장 낮은 성분일 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉매 조성을 측정하는 단계는, 상기 냉매를 압축하는 컴프레서의 후단 압력을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 압력과 제2 설정값을 비교하여 제2 밸브를 제어하는 단계;를 포함하여, 상기 냉매 사이클 내로 제2 냉매를 보충 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 냉매는 상기 혼합 냉매 성분 중 분자량이 상기 제1냉매보다 큰 성분일 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉매 조성을 측정하는 단계는, 상기 냉매를 기액분리하는 세퍼레이터(Separator)의 수위 레벨(Level)을 측정하는 단계; 및 상기 측정한 레벨값과 제3 설정값을 비교하여 제3 밸브를 제어하는 단계;를 포함하여, 상기 냉매 사이클 내로 제3 냉매를 보충 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 냉매는 상기 혼합 냉매 성분 중 비점이 가장 높은 성분일 수 있다.
바람직하게는, 상기 밸브를 제어하는 단계는, 상기 밸브가 펄스 동작으로 개방하여 상기 냉매 사이클 내로 냉매를 공급하도록 제어할 수 있다.
바람직하게는, 열교환기 후단의 압력을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 열교환기 후단의 압력과 제4 설정값을 비교하여, 벤팅 밸브(Venting Valve)를 제어하는 단계;를 더 포함하여, 상기 컴프레서 전단 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 혼합 냉매 사이클의 운전 변수를 측정하여, 상기 운전 변수에 따라 상기 혼합 냉매 사이클로 보충 공급할 냉매를 선택하고, 상기 선택된 냉매를 공급하는 밸브를 제어함으로써, 상기 혼합 냉매 사이클의 줄-톰슨 밸브 후단의 온도를 일정 온도 이하로 유지시키는 냉매 사이클의 냉매 충전 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 혼합 냉매 사이클의 열교환기에서 천연가스를 액화시킬 수 있는 적절한 온도를 유지할 수 있도록 혼합 냉매 조성을 확보하고 전기적 신호에 의해 자동 제어할 수 있다.
또한, 혼합 냉매 사이클에서 사이클 공정 중에 소실된 혼합 냉매를 자동적으로 보충할 수 있다.
또한, 혼합 냉매 사이클의 줄-톰슨 밸브 후단의 혼합 냉매 온도를 일정 온도 이하로 유지시키고, 천연가스와 혼합 냉매의 열교환이 효율적으로 이루어지게 할 수 있다.
또한, 혼합 냉매 사이클의 냉매 컴프레서 전단의 압력을 일정하게 유지하여 공정이 안정적으로 진행될 수 있도록 할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 천연가스 액화시스템의 혼합 냉매 사이클을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 냉매 사이클을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 사이클의 냉매 충전 방법의 알고리즘을 간략하게 도시한 순서도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 냉매 사이클을 간략하게 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 사이클의 냉매 충전 방법의 알고리즘을 간략하게 도시한 순서도이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 사이클의 냉매 충전 방법을 설명하기로 한다.
본 실시예에서 혼합 냉매는, 에탄(Ethane, C2H6), 프로판(Propane, C3H8) 및 부탄(Butane, C4H10)을 혼합 냉매 사이클의 열교환기(500)에서 천연가스를 액화천연가스로 액화시킬 수 있도록 적정 비율로 혼합한 것을 말한다.
본 실시예에서, 혼합 냉매 사이클은, 도 2에 도시된 바와 같이, 혼합 냉매 사이클로 도입하는 혼합 냉매 및 사이클 루프(Loop)를 순환하는 혼합 냉매 가스 중에서, 액상 입자(Liquid Particle)를 분리 및 제거하는 녹아웃 드럼(Knock Out Drum)(100), 녹아웃 드럼(100)에서 분리된 기체 상의 혼합 냉매를 압축하는 압축기(Compressor)(200), 컴프레서(200)에서 압축된 혼합 냉매를 냉각시키는 쿨러(Cooler)(300) 및 압축기(200), 쿨러(300)를 통과하면서 적어도 일부가 액화된 혼합 냉매 중 액화되지 못한 기체 상의 혼합 냉매를 분리 제거하는 기액분리기(2 Phase Separator)(400)를 포함한다. 또한, 기액분리기(400)에서 분리된 액체상의 혼합 냉매와 천연가스를 열교환시켜 천연가스를 액화시키는 열교환기(Heat Exchanger)(500)와 열교환기(500)를 통과하는 혼합 냉매를 줄-톰슨 효과(Joule-Thomson Effect)에 의해 팽창냉각시키는 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)(600)를 더 포함한다. 열교환기(500)에서 천연가스를 액화시키면서 가열된 혼합 냉매는 녹아웃 드럼(100)으로 재순환될 수 있다.
전술한 바와 같이, 혼합 냉매는 혼합 냉매 사이클을 순환하면서, 일부가 소실될 수 있어 보충 공급할 필요가 있고, 또는 비정상 상황이나, 가동 초기 혼합 냉매를 공급할 때와 같이 혼합 냉매 사이클에 혼합 냉매를 공급할 필요가 있을 때 혼합 냉매를 공급하기 위한 제1냉매 공급라인(L1), 제2냉매 공급라인(L2) 및 제3냉매 공급라인(L3)이 연결되고, 제1냉매 공급라인(L1), 제2냉매 공급라인(L2) 및 제3냉매 공급라인(L3)은 컴프레서(200), 쿨러(300) 및 열교환기(500) 등을 순환하는 혼합 냉매 순환라인(L4)로부터 분기된다. 분기점은 녹아웃드럼(100)의 전단일 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 전술한 혼합 냉매 사이클의 혼합 냉매 보충 방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 냉매 사이클의 혼합 냉매 보충 방법은, 냉매 사이클 내의 냉매 충전 필요를 감지하여, 냉매 충전이 필요한 경우, 혼합 냉매 사이클로 혼합 냉매의 충전이 필요함을 감지하게 되면, 냉매 충전 모드(Refrigerant Filling Mode)로 전환하고, 사이클 내의 냉매 조성을 측정하는 단계와 측정된 냉매 조성에 따라 선택된 냉매를 사이클 내로 공급하는 단계를 포함하여 사이클 내 냉매 조성을 제어할 수 있다.
혼합 냉매 사이클 내의 냉매 조성을 적절하게 제어하는 것은, 줄-톰슨 밸브(600) 후단의 온도를 예를 들어, 천연가스를 액화시키는 경우 -164℃ 이하의 극저온으로 유지시킬 수 있도록 하는 것이 그 목적이며, 천연가스를 액화시키고자 하 그 목적을 달성하기 위해 필요한 혼합 냉매의 온도는 혼합 냉매의 적절한 조성 제어에 의하여 달성할 수 있다.
냉매 충전 필요를 감지하는 단계는, 예를 들어, 냉매 사이클의 줄-톰슨 밸브(600) 후단의 냉매 온도가 알람 범위 이상, 예를 들어 천연가스의 경우 -164℃ 이상이거나, 냉매 사이클의 컴프레서(200)의 전단 및 후단 압력이 알람 범위 이상 또는 이하인 경우, 냉매 충전 모드로 전환하여 후술하는 제어 실시예를 알고리즘에 따라 실시할 수 있다.
사이클 내의 냉매 조성을 측정하는 단계는, 혼합 냉매 사이클의 운전 변수를 측정하여 사이클 내의 혼합 냉매 조성을 유추할 수 있다.
혼합 냉매 사이클의 운전 변수는 적어도 컴프레서(200)의 전단 압력(P1), 컴프레서의 후단 압력(P2), 기액분리기(400)의 수위 레벨(Level)(L1)을 포함한다.
보다 구체적으로 냉매 보충 방법을 설명하자면, 냉매 충전이 필요한 경우, 컴프레서(200) 전단에 마련되는 제1 압력트랜스미터(PT1)를 이용하여 컴프레서(200)의 전단 압력(이하 '제1 측정값'이라 함)을 측정하고, 제어부(미도시)는 측정된 압력값과 제1 설정값을 비교하여 측정값이 제1 설정값보다 작으면 제1 밸브(V1)를 제어하여 사이클 내로 제1 냉매를 보충 공급할 수 있다. 이때 제1 냉매는 에탄일 수 있으며, 제1 밸브(V1)는 펄스(Pulse) 동작으로 에탄을 혼합 냉매 순환라인(L4)으로 공급할 수 있다.
컴프레서(200)를 통과하는 유체는 기체 상태이므로, 컴프레서(200) 전단의 압력이 설정값보다 낮다면, 천연가스를 액화시키기위해 필요한 혼합 냉매의 조성 중 비점이 가장 낮은 에탄이 부족하다는 것으로 판단할 수 있고, 따라서 제1 밸브(V1)를 펄스 동작으로 개방하여 에탄이 혼합 냉매 순환라인(L4)으로 공급되도록 하는 것이다.
본 명세서에서 설정값이란, 작업자가 필요에 의해 제어부에 독립변수로써 입력하는 값을 의미하며, 측정값과 비교하여 제1 내지 제4 밸브의 개방 또는 폐쇄를 결정하는 주요 인자(Factor)이다. 제어부는 측정값과 설정값을 비교하여 제1 내지 제4 밸브를 개방 또는 폐쇄하여 선택되는 냉매를 사이클 내로 공급하거나 공급을 중단할 수 있다.
제1 측정값은 사이클 내 기준점이 되는 압력이며, 예를 들어, 사이클 전체에 가장 가벼운(Light) 성분, 즉, 본 실시예에서 에탄(C2H6)으로 100% 충전되어 있으면, 안티 써지(Anti-Surge) 밸브(미도시)가 개방되어 컴프레서(300) 후단의 압력이 프로판(C3H8), 부탄(C4H10) 등의 성분이 함께 충전되어 있을 때보다 낮은 압력을 형성한다.
안티 써지 밸브는, 컴프레서(200)의 설계 유량(m3/hr)보다 적은 유체가 이송될 때, 컴프레서(200)의 임펠러 등을 보호 하기 위해 컴프레서(200)의 후단과 컴프레서(200)의 전단을 연결하는 안티 써지 라인(미도시)에 마련되며, 안티 써지 라인의 유체 흐름 유무와 유량을 제어하는 밸브를 말한다.
즉, 제1 측정값은, 제2 밸브(V2)의 개방 또는 폐쇄 결정에 영향을 미치는 인자가 될 수 있고, 따라서 컴프레서(200) 후단 압력(P2)을 설정하는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 사이클 내에 에탄으로 100% 충전되어 있으면, 제1 측정값은 약 5bar일 수 있고, 컴프레서(200) 후단 압력(이하, '제2 측정값'이라 함)은 약 15bar, 설계 압력을 기준으로는 약 25bar일 수 있다.
제1 측정값 즉, 컴프레서(200) 전단 압력이 제1 설정값보다 크면, 열교환기(500)에서 천연가스를 액화시키기 위해 필요한 혼합 냉매의 성분 중 에탄의 조성은 적절한 것으로 판단하고, 제1 밸브(V1)는 폐쇄 상태를 유지한다.
컴프레서(200) 후단 압력, 즉 제2 측정값은 제2 압력트랜스미터(PT2)를 이용하여 측정하고, 제2 측정값과 제2 설정값을 비교하여, 제2 밸브(V2)를 제어한다. 제2 측정값이 제2 설정값보다 작으면, 제2 밸브(V2)를 제어하여 사이클 내로 제2 냉매를 보충 공급할 수 있다. 이때, 제2 냉매는 프로판일 수 있고, 제2 밸브(V2)를 펄스 동작으로 개방시켜 프로판을 혼합 냉매 순환라인(L4)으로 공급할 수 있다.
제2 측정값이 제2 설정값보다 작으면, 천연가스를 액화시키기 위해 필요한 혼합 냉매의 조성 중 프로판이 부족하다고 판단하는데, 제2 밸브(V2)의 펄스 작동에 의해 프로판을 사이클 내로 추가 공급하면 컴프레서(200)를 통과하는 유체의 분자량이 증가하게 되고, 컴프레서(200) 후단의 압력이 높아지므로, 제2 측정값이 제2 설정값보다 낮으면, 제2 밸브(V2)를 펄스 동작으로 개방시켜 프로판을 혼합 냉매 순환라인(L4)으로 공급하는 것이다.
따라서, 제2 측정값 즉, 컴프레서(200) 후단 압력이 제2 설정값보다 큰 경우에는, 천연가스를 액화시키기 위해 필요한 혼합 냉매의 조성 중 프로판의 조성은 적절하다고 판단할 수 있다.
기액분리기(400)의 수위 레벨(이하, '제3 측정값'이라 함)을 레벨 트랜스미터(LT1)를 이용하여 측정하고, 제3 측정값이 제3 설정값보다 작으면, 제3 밸브(V3)를 제어하여 사이클 내로 제3 냉매를 보충 공급할 수 있다. 이때, 제3 냉매는 부탄일 수 있고, 제3 밸브(V3)를 펄스 동작으로 개방시켜 부탄을 혼합 냉매 순환라인(L4)으로 공급할 수 있다.
사이클 내의 혼합 냉매 중에 상대적으로 비점이 높은 부탄의 조성이 부족하면, 기액분리기(400)의 수위 레벨이 제3 설정값보다 낮아지게 되므로, 따라서 제3 측정값이 제3 설정값보다 낮으면 천연가스를 액화시키기 위해 필요한 혼합 냉매의 조성 중 부탄이 부족하다고 판단할 수 있으며, 제3 밸브(V3)의 펄스 작동에 의해 부탄을 사이클 내로 추가 공급하면 상대적으로 비점이 높은 부탄에 의해 기액분리기(400)의 수위 레벨이 증가하게 된다.
제1 측정값이 제1 설정값보다 크고, 제2 측정값이 제2 설정값보다 크며, 제3 측정값이 제3 설정값보다 크면, 사이클 내의 혼합 냉매의 조성이 열교환기(500)에서 천연가스를 액화시키고, 줄-톰슨 밸브(600) 후단의 온도가 일정 온도 이하를 유지할 수 있는 조성이라고 판단하고, 냉매 충전 모드를 종료할 수 있다.
제1 밸브(V1), 제2 밸브(V2) 및 제3 밸브(V3) 등을 펄스 동작 개방하는 이유는, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 충전은 추가로 충전된 냉매가 사이클 상에 분산되는 시간이 필요하므로, 일반적인 PID 제어가 불가능하기 때문이다.
또한, 열교환기(500) 후단에, 열교환기(500)를 통과하여 배출되는 혼합 냉매가 재순환되는 라인으로부터 분기시킨 혼합 냉매를 외부로 배출시키도록 벤팅 밸브(V4)를 더 마련하여 제1 밸브(V1), 제2 밸브(V2) 및 제3 밸브(V3)의 개방에 의해 사이클 내 압력이 일정 수준(이하, '제4 설정값'이라 함) 이상으로 증가하면, 제4 설정값을 초과하는 양의 혼합 냉매를 사이클 외부로 배출시킴으로써 컴프레서(200)의 전단 압력을 일정하게 유지시킬 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종속변수인 제1 측정값, 제2 측정값 및 제3 측정값을 적절히 제어하기 위하여, 독립변수와 제1 밸브, 제2 밸브 및 제3 밸브를 마련함으로써 냉매 공급 제어 알고리즘을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사이클 내의 혼합 냉매의 조성과, 사이클 공정상의 운전 변수와의 상관관계를 이용하여, 줄-톰슨 밸브 후단에 적절한 저온 온도를 확보할 수 있도록 혼합 냉매 조성을 제어할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100 : 녹아웃 드럼(Knock Out Drum)
200 : 컴프레서(Compressor)
300 : 쿨러(Cooler)
400 : 기액분리기(2 Phase Separator)
500 : 열교환기(Heat Exchanger)
600 : 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)
V1 : 제1 밸브
V2 : 제2 밸브
V3 : 제3 밸브
V4 : 벤팅 밸브(Venting Valve)
L1 : 제1 냉매 공급라인
L2 : 제2 냉매 공급라인
L3 : 제3 냉매 공급라인
L4 : 혼합 냉매 순환라인
PT1 : 제1 압력 트랜스미터
PT2 : 제2 압력 트랜스미터
PT3 : 제3 압력 트랜스미터
PT4 : 제4 압력 트랜스미터
LT1 : 제1 레벨 트랜스미터

Claims (11)

  1. 혼합 냉매 사이클의 냉매 충전 방법에 있어서,
    상기 혼합 냉매는 분자량이 작은 순서 또는 비점이 낮은 순서대로 제1 냉매, 제2 냉매 및 제3 냉매를 포함하고,
    상기 혼합 냉매 사이클은 상기 혼합 냉매가 압축, 냉각, 열교환 및 팽창 공정을 거쳐 순환하면서 천연가스를 액화시키도록 컴프레서, 쿨러, 기액분리기, 열교환기 및 줄-톰슨 밸브를 포함하며,
    상기 컴프레서 전단 압력이 설정값 미만이면, 상기 제1 냉매를 상기 혼합 냉매 사이클로 공급하는 제1 밸브를 펄스 제어하고,
    상기 컴프레서 후단 압력이 설정값 미만이면, 상기 제2 냉매를 상기 혼합 냉매 사이클로 공급하는 제2 밸브를 펄스 제어하고,
    상기 기액분리기의 수위가 설정값 미만이면, 상기 제3 냉매를 상기 혼합 냉매 사이클로 공급하는 제3 밸브를 펄스 제어하여,
    상기 줄-톰슨 밸브 후단에서 혼합 냉매의 온도가 상기 열교환기를 통과하는 천연가스를 액화시킬 수 있는 온도를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는, 냉매 사이클의 냉매 충전 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기 후단 압력이 설정값을 초과하면, 상기 혼합 냉매 사이클을 순환하는 혼합 냉매의 적어도 일부를 상기 혼합 냉매 사이클 외부로 배출시키는 벤팅 밸브를 개방하도록 제어하는, 냉매 사이클의 냉매 충전 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 열교환기에서는 천연가스와 상기 혼합 냉매가 열교환하여 천연가스의 적어도 일부를 액화시키며,
    상기 제1, 제2 및 제3 냉매는, 에탄, 프로판 및 부탄인, 냉매 사이클의 냉매 충전 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 열교환기에서 천연가스와 열교환한 혼합 냉매를,
    상기 줄-톰슨 밸브에서 팽창에 의해 냉각시켜 상기 천연가스에 추가 냉열을 공급하는, 냉매 사이클의 냉매 충전 방법.

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