KR101732614B1 - 재액화 공정 테스트 장치 - Google Patents

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KR101732614B1
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김동연
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이호기
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치는 액화가스가 수용된 저장탱크, 상기 저장탱크에 연결되고, 상기 액화가스를 기화시켜 냉매가스를 형성하는 저압가스 공급부, 상기 저장탱크에 연결되고, 상기 액화가스를 압축 및 기화시켜 증발가스를 형성하는 고압가스 공급부, 상기 냉매가스와 상기 증발가스가 열교환하는 열교환기, 상기 열교환기를 통과하여 온도가 하강한 상기 증발가스를 감압하는 팽창수단, 상기 팽창수단을 통과한 상기 증발가스를 기체 및 액체로 분리하는 기액 분리기 및 상기 기액 분리기에서 분리된 상기 액체를 상기 저장탱크게 공급하는 회수부를 포함할 수 있다.

Description

재액화 공정 테스트 장치{TEST DEVICE FOR RELIQUEFACTION OF BOIL-OFF GAS}
본 발명은 재액화 공정 테스트 장치에 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, 연소 시 대기오염 물질 배출이 적은 친환 경 연료로도 볼 수 있다.
예를 들어, 액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색 투명한 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 연료 소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
다만, 재액화 장비의 경우 설비 비용이 높고, 일단 선박 등에 설치되면 길게는 수십 년의 기간에 걸쳐 운용되므로, 재액화 장비의 설계 및 시험 단계에서 충분한 테스트가 요구되며 이를 위해 재액화 장비의 테스트 장치에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.
한국 등록실용신안공보 제20-0477658호
본 발명은 재액화 효율을 용이하게 측정할 수 있는 재액화 공정 테스트 장치를 제공하는데 발명의 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치는 액화가스가 수용된 저장탱크, 상기 저장탱크에 연결되고, 상기 액화가스를 기화시켜 냉매가스를 형성하는 저압가스 공급부, 상기 저장탱크에 연결되고, 상기 액화가스를 압축 및 기화시켜 증발 가스를 형성하는 고압가스 공급부, 상기 냉매 가스와 상기 증발 가스가 열교환하는 열교환기, 상기 열교환기를 통과하여 온도가 하강한 상기 증발 가스를 감압하는 팽창수단, 상기 팽창 수단을 통과한 상기 증발 가스를 기체 및 액체로 분리하는 기액 분리기 및 상기 기액 분리기에서 분리된 상기 액체를 상기 저장탱크게 공급하는 회수부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치에서 상기 저압가스 공급부는, 상기 액화 가스를 기화시켜 상기 냉매가스를 형성하는 제1 기화기 및 상기 제1 기화기와 상기 저장탱크에 연결되어 상기 제1 기화기를 통과한 상기 냉매가스의 온도를 제어하는 믹서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치에서 상기 믹서는 상기 저장탱크에 연결된 분사부를 포함하고, 상기 분사부는 상기 액화가스를 상기 냉매가스에 분사하여 상기 냉매가스의 온도를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치에서 상기 회수부는 상기 기액 분리기에서 배출된 액체 가스의 압력을 제어하는 버퍼탱크를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치에서 상기 저장탱크에 결합되어 상기 저장탱크 내부 온도를 제어하는 히터부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치는 용이하게 재액화 효율을 측정할 수 있으며, 측정 정확도가 향상될 수 있다.
도 1은 재액화 공정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치를 나타내는 구성도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
도 1은 재액화 공정 장치(10)의 구성도이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치(100)가 시험하고자 하는 재액화 공정의 일련 과정을 설명한다.
도 1을 참조하면, 저장탱크(1)로부터 배출된 증발가스는 제1 가스 공급라인(2)을 따라 다수개의 압축기(3)를 걸쳐 압축될 수 있다. 압축기(3)에서는 압축과 냉각이 번갈아 이루어지며 증발가스가 압축된다.
압축과정을 모두 거친 증발가스의 일부는 메인 엔진(4)에 보내지고, 압축된 가스의 잔량은 제2 가스 공급 라인(5)을 통해 열교환기(6)로 공급된다.
다단 압축과정을 거쳐 제2 가스 공급 라인(5)을 통해 열교환기(5)로 공급된 증발가스는 저장탱크(1)로부터 배출되어 압축기(3)로 도입되기 전의 제1 가스 공급라인(1)의 증발가스와 열교환기(6)에서 열교환하게 된다. 압축과정을 통해 증발 가스의 온도가 높아지므로 압축된 증발가스를 냉각시키는 냉매로서, 저장탱크(1)로부터 배출된 압축 전의 증발가스를 이용할 수 있다.
압축 후 열교환기(6)에서 열교환을 통해 냉각된 증발 가스는 제3 가스 공급라인(7)을 통해 기액 분리기(8)로 공급된다. 이때, 증발 가스는 제3 가스 공급라인(7)에 구비된 감압장치(7a)에서 감압될 수 있다.
기액 분리기(8)에서는 재액화된 가스와 기체 상태로 남아있는 증발 가스를 분리하여 재액화된 가스는 제4 가스 공급라인(8a)을 통해 저장탱크(1)로 돌려보낸다. 여기서, 기체 상태로 남아있는 증발가스는 제5 가스 공급라인(8b)을 따라 이동하여, 제1 가스 공급라인(2)을 따라 배출된 증발가스와 함께 다시 열교환기로 공급된다.
이러한 재액화 공정 장치(10)는 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있는 장치인데, 재액화 공정 장치(10)를 구비하기 위해서는 고가의 압축기 등이 요구되므로 설비비용이 높다. 또한 선박이나 해상 구조물 등에 설치되므로 장치의 이상이 발생한 경우에도 수리나 유지보수 작업이 까다롭다.
따라서, 장치를 설계 및 제작한 후, 시험 단계에서 충분한 성능시험을 통해 설비의 정상 작동 여부와 품질을 확인하고 검증해야 한다.
이하에서는 도 2를 참조하여, 재액화 공정 장치의 성능과 품질을 시험하는 재액화 공정 테스트 장치의 구성에 대해 설명한다. 이때, 도 1에 도시된 구성과 동일한 기능을 수행하는 구성은 동일한 단어를 사용하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치(100)를 나타내는 구성도이다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치(100)는 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 예를 들어 LNG 운반선, LEG(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치(100)는 저장탱크(110), 저압가스 공급부(120), 고압가스 공급부(130), 열교환기(140) 팽창수단(150), 기액 분리기(160) 및 회수부(170)를 포함할 수 있다.
저장탱크(110)에는 액화가스가 수용될 수 있다. 예를 들어, 액화가스는 LNG 또는 LEG 등 재액화 공정 시험이 필요한 다양한 액화가스로 구비될 수 있다. 저장탱크(110)의 외벽은 단열처리될 수 있다. 또한 저장탱크(110)는 가압탱크로 구비될 수 있다.
저장탱크(110)에는 히터부(111)가 구비될 수 있으며, 히터부(111)는 저장탱크(110) 내부의 온도를 제어할 수 있다.
저장탱크(110)에는 저압가스 공급부(120)가 연결될 수 있다. 저압가스 공급부(120)는 저장탱크(110)에 수용된 액화가스를 기화시켜 냉매가스를 형성할 수 있다.
저압가스 공급부(120)는 예를 들어, 저장탱크(110)로부터 공급된 액화가스가 이동하는 저압가스 공급라인(121), 저장탱크(110)로부터 공급된 액화가스를 증발시켜 냉매가스를 형성하는 제1 기화기(122), 제1 기화기(122)를 통과한 냉매가스의 온도를 제어하는 믹서(123)를 포함할 수 있다.
저장탱크(110)의 액화가스는 저압가스 공급라인(121)을 통해 제1 기화기(122)로 공급될 수 있으며, 제1 기화기(122)에서는 액화가스에 열을 공급하여, 액화가스를 증발시킬 수 있다. 다시 말해 제1 기화기(122)는 액화가스를 증발시켜 냉매가스를 형성할 수 있다.
제1 기화기(122)를 통과한 냉매가스는 믹서(123)로 공급될 수 있다. 믹서(123)에서는 냉매가스의 온도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 믹서(123)는 증발가스에 액화가스를 분사하여 증발가스의 온도를 제어할 수 있다. 이를 위해, 믹서(123)는 저장탱크(110)에 연결되어 믹서(123)의 내부에 저장탱크(110)의 액화가스를 분사할 수 있는 분사부(123a)를 포함할 수 있다. 분사부(123a)는 저장탱크(110)에 수용된 액화가스를 믹서(123) 내부에 분사함으로써 믹서(123)를 통과하는 냉매가스의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 믹서(123)는 후술할 회수부(170)와 연결되는 연결관(123b)을 포함할 수 있다. 따라서, 믹서(123)에서 분사된 액화가스는 연결관(123b)을 통해 회수부(170)로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 공정 테스트 장치는 저압가스 공급부(120)에 믹서(123)를 구비함으로써 실제 유증기(BOG, Boil-Off Gas)의 상태와 유사게 냉매가스의 상태를 제어할 수 있는 효과가 있다. 믹서(123)를 통과한 냉매가스는 열교환기(140)에 유입되어 후술할 고압가스 공급부(130)로부터 공급된 증발가스와 열교환을 할 수 있다.
상기한 저압 가스 공급부(120)는 도 1에 도시된 열교환기(6)로 유입되는 압축 전의 증발가스와 동일하거나 유사한 상태의 냉매가스를 공급할 수 있다.
한편, 저장탱크(110)에는 고압가스 공급부(130)가 연결될 수 있다. 고압가스 공급부(130)는 저장탱크(110)의 액화가스를 가압 및 기화시켜 증발가스를 형성할 수 있다.
고압가스 공급부(130)는 예를 들어, 저장탱크(110)의 액화가스가 이동하는 고압가스 공급라인(131), 고압가스 공급라인(131)으로부터 공급된 액화가스를 가압하는 고압 펌프(132), 상기 고압 펌프(132)를 통과한 액화가스를 기화시키는 제2 기화기(133) 및 가열장치(134)가 구비될 수 있다.
고압 펌프(132)는 복수의 펌프를 포함하여 구비될 수 있으며, 복수의 펌프는 직렬연결, 병렬연결 또는 직렬연결과 병렬연결이 혼합되어 연결될 수 있다.
고압 펌프(132)를 통과한 액화가스는 제2 기화기(133)를 통과하면서 증발가스를 형성할 수 있다. 다시 말해, 제2 기화기(133)기는 고압 펌프(132)를 통과한 액화가스에 열을 가하여 증발시킬 수 있다.
제2 기화기(133)를 통과한 증발가스는 가열장치(134)를 통과할 수 있으며, 가열장치(134)는 증발가스를 소정의 온도로 제어할 수 있다.
가열장치(134)를 통과한 고온 고압의 증발가스는 열교환기(140)로 유입되어 저압가스 공급부(120)로부터 공급된 냉매가스와 열교환 할 수 있다. 이때, 증발가스는 냉매가스와의 열교환으로 인해 온도가 하강될 수 있다.
여기서, 고압가스 공급부(130)의 가열장치(134)를 통과한 증발가스는 도 1의 제2 가스 공급 라인(5)을 통과한 증발가스와 유사하거나 동일한 상태를 가질 수 있다.
다시 말해, 고압가스 공급부(130)에서 열교환기(140)로 공급되는 증발가스는 실제 모델(도 1참조)에서 압축기를 통과한 후 엔진에 유입되지 않고 재액화 공정의 대상이 되는 증발가스를 의미할 수 있다.
열교환기(140)를 통과한 증발가스는 팽창수단(150)에 공급될 수 있다. 이때 팽창수단(150)은 감압장치로 구비될 수 있다. 예를 들어, 팽창수단(150)은 줄-톰슨 밸브(J-T VALVE)나 팽창기(EXPANDER)로 구비될 수 있다. 증발가스는 팽창수단(150)을 통과하면서 감압될 수 있다.
팽창수단(150)을 통과한 증발가스는 기액 분리기(160)에 유입될 수 있다. 기액 분리기(160)는 증발가스를 기체 상태 및 액체 상태로 분리할 수 있다.
여기서, 기체상태의 증발가스는 기액 분리기(160)와 저압가스 공급라인(121)을 연결하는 별도의 관(160a)을 따라 저압가스 공급라인(121)을 통과하는 냉매가스에 유입될 수 있다.
한편, 액체 상태의 증발가스는 회수부(170)에 유입될 수 있다. 회수부(170)는 기액 분리기(160) 및 저장탱크(110)에 연결되어 기액 분리기(160)에서 배출된 액체 상태의 증발가스를 저장탱크(110)에 공급할 수 있다.
회수부(170)는 버퍼 탱크(171) 및 구동펌프(172)를 포함할 수 있다. 여기서, 버퍼 탱크(171)는 액체 상태의 증발가스의 압력을 조정할 수 있다. 즉, 액체 상태의 증발가스는 압력이 낮으므로 저장탱크(110)로 바로 공급되는 경우 안정성에 문제가 생길 수 있다. 따라서 회수부(170)의 버퍼 탱크(171)가 액체 상태의 증발가스의 압력을 조정하는 역할을 수행할 수 있으며, 압력이 조절된 액체 상태의 증발가스는 구동펌프(172)에 의해 저장탱크(110)에 유입될 수 있다.
여기서, 열교환기(140)로 유입되는 증발가스의 유량과 저장탱크(110)로 유입되는 액체 상태의 증발가스의 유량을 측정함으로 재액화 공정 효율을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 다른 재액화 공정 테스트 장치는, 재액화 공정 장치를 설치하기 전 장치의 성능을 테스트할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 저장탱크(110)에 히터를 구비하고, 저압가스 공급부(130)에 믹서(123)를 구비함으로써 정확한 가스 상태를 만들 수 있으므로, 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: 재액화 공정 테스트 장치 110: 저장탱크
120: 저압가스 공급부 130: 고압가스 공급부
140: 열교환기 150: 팽창수단
160: 기액 분리기 170: 회수부

Claims (5)

  1. 액화가스가 수용된 저장탱크;
    상기 저장탱크에 연결되고, 상기 액화가스를 기화시켜 냉매가스를 형성하는 저압가스 공급부;
    상기 저장탱크에 연결되고, 상기 액화가스를 가압 및 기화시켜 증발가스를 형성하는 고압가스 공급부;
    상기 냉매가스와 상기 증발가스가 열교환하는 열교환기;
    상기 열교환기를 통과하여 온도가 하강한 상기 증발가스를 감압하는 팽창수단;
    상기 팽창수단을 통과한 상기 증발가스를 기체 상태 및 액체 상태로 분리하는 기액 분리기; 및
    상기 기액 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 증발가스를 상기 저장탱크에 공급하는 회수부;를 포함하고,
    상기 저압가스 공급부는,
    상기 액화가스를 기화시켜 상기 냉매가스를 형성하는 제1 기화기; 및
    상기 제1 기화기와 상기 저장탱크에 연결되어 상기 제1 기화기를 통과한 상기 냉매가스의 온도를 제어하는 믹서;를 포함하며, 상기 믹서는 상기 저장탱크의 상기 액화가스를 상기 냉매가스에 분사하여 상기 냉매가스의 온도를 제어하고,
    상기 고압가스 공급부는 상기 저장탱크로부터 공급된 상기 액화가스를 가압하는 고압 펌프; 및 상기 고압 펌프를 통과한 액화가스를 기화시키는 제2 기화기;를 포함하는 재액화 공정 테스트 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 믹서는 상기 저장탱크에 연결된 분사부를 포함하고, 상기 분사부는 상기 액화가스를 상기 냉매가스에 분사하여 상기 냉매가스의 온도를 제어하는 재액화 공정 테스트 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 회수부는 상기 기액 분리기에서 배출된 상기 액체 상태의 증발가스의 압력을 제어하는 버퍼탱크를 포함하는 재액화 공정 테스트 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 저장탱크에 결합되어 상기 저장탱크 내부 온도를 제어하는 히터부를 더 포함하는 재액화 공정 테스트 장치.
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