KR101768326B1 - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 고압 수요처로 공급하는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인 상에서 분기되어 저압 수요처와 연결되는 분기라인; 상기 분기라인 상에 구비되며, 상기 액화가스 공급라인에서 공급되는 액화가스를 구동유체로하여 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 흡입하는 흡입장치; 상기 액화가스 저장탱크와 상기 흡입장치를 연결하는 증발가스 공급라인; 및 상기 분기라인에서 분기되어 상기 액화가스 저장탱크와 연결되며, 상기 저압 수요처로 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 재액화하여 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시키는 재액화라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 처리 시스템{Treatment system of liquefied natural gas}
본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진을 구동함으로써, 추력을 발생시키는데, 이때, 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.
그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
일반적으로, LNG는 청정 연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1정도이고, 비중은 0.42로 원유 비중의 약 2분의 1이 된다.
그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 다양한 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 증발가스 처리 장치를 단순화할 수 있어 구축 비용이 절감되고 구동 신뢰성이 향상되는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 증발가스 처리 장치에 구비되는 재액화장치의 유량을 감소하고 재액화장치의 전력소모를 방지하며 액화가스 처리 시스템의 사이즈를 감소하도록 하기 위한 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 고압 수요처로 공급하는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인 상에서 분기되어 저압 수요처와 연결되는 분기라인; 상기 분기라인 상에 구비되며, 상기 액화가스 공급라인에서 공급되는 액화가스를 구동유체로하여 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 흡입하는 흡입장치; 상기 액화가스 저장탱크와 상기 흡입장치를 연결하는 증발가스 공급라인; 및 상기 분기라인에서 분기되어 상기 액화가스 저장탱크와 연결되며, 상기 저압 수요처로 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 재액화하여 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시키는 재액화라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 흡입 장치는, 선박을 추진시키는 속도와는 독립적으로 상기 저압 수요처로 연료를 기설정유량 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급라인은, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 고압으로 가압하는 펌프; 상기 펌프로부터 가압된 액화가스를 가열하여 상기 고압 수요처로 공급하는 열교환기를 포함하고, 상기 재액화 라인은, 상기 저압 수요처로 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 재액화하는 재액화 장치를 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 펌프는, 선박을 추진시키는 속도에 종속적으로 상기 고압 수요처로 액화가스를 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 흡입 장치는, 상기 저압 수요처가 필요로 하는 증발가스량보다 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스량이 많은 경우, 상기 저압 수요처로 공급되는 연료의 적어도 일부를 상기 재액화 장치로 공급하고, 상기 저압 수요처가 필요로 하는 증발가스량보다 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스량이 적은 경우, 상기 저압 수요처로 연료를 모두 공급할 수 있다.
구체적으로, 오일을 저장하는 오일 저장탱크; 및 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 소비하는 가스연소장치를 더 포함하고, 상기 고압 수요처는, 상기 오일 또는 상기 액화가스를 통해 구동되는 이종연료엔진일 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급라인은, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 고압으로 가압하는 펌프; 상기 펌프로부터 가압된 액화가스를 가열하여 상기 고압 수요처로 공급하는 열교환기를 포함하고, 상기 고압 수요처는, 상기 펌프의 오작동시 또는 상기 흡입 장치의 오작동시 상기 오일 저장탱크로부터 오일을 공급받아 구동되며, 상기 가스연소장치는, 상기 재액화 장치의 오작동시 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 공급받아 소비할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급라인은, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 고압으로 가압하는 펌프; 상기 펌프로부터 가압된 액화가스를 가열하여 상기 고압 수요처로 공급하는 열교환기를 포함하고, 상기 재액화 라인은, 상기 저압 수요처로 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 재액화하는 재액화 장치를 구비하며, 상기 재액화 장치로 공급되는 증발가스와 상기 열교환기로 공급되는 고압의 액화가스를 열교환하는 예열-예냉 열교환기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 예열-예냉 열교환기는, 상기 재액화 장치로 공급되는 증발가스를 예냉하고, 상기 열교환기로 공급되는 고압의 액화가스를 예열할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 강제 기화시키는 강제 기화기를 더 포함하고, 상기 강제 기화기는, 상기 흡입 장치의 오작동시 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 강제 기화시켜 상기 저압 수요처로 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 강제 기화기에서 공급되는 기화된 액화가스를 공급받아 액상과 기상으로 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 증발가스를 처리하는 장치로 압축기 대신 이젝터를 사용함으로써, 증발가스 처리 장치를 단순화할 수 있어 시스템 구축비용이 절감되고 증발가스 처리 장치의 구동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 증발가스 처리를 위해 재응축기와 재액화장치를 함께 구축하여 재응축기를 통해서 재액화장치의 유량을 감소시켜 전력소모를 줄이고 그로 인한 반대급부로 액화가스를 처리하는 고압 펌프 및 고압 기화기의 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
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. 또한, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 열교환기(30), 흡입 장치(40), 재액화장치(50), 예열-예냉 열교환기(60), 강제 기화기(71), 제1 기액분리기(72), 수요처(90)를 포함한다.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는, 제1 내지 제7 라인(201~207)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(부호 도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제1 라인(201)은, 액화가스 저장탱크(10)와 수요처(90; 바람직하게는 고압 수요처(91))를 연결하며, 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 열교환기(30)를 구비할 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 펌프(21,22)로 가압하여 열교환기(30)로 가열한 후 수요처(90)로 공급할 수 있다.
제2 라인(202)은, 액화가스 저장탱크(10)와 수요처(90; 바람직하게는 저압 수요처(92))를 연결하며, 흡입 장치(40)를 구비할 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스가 흡입 장치(40)에 의해 흡입되어 수요처(90)로 공급될 수 있다.
제3 라인(203)은, 제1 라인(201)과 제2 라인(202) 상에 구비되는 흡입 장치(40)를 연결하며, 흡입 장치(40)가 제1 라인(201)에서 유동하는 고압의 기화된 액화가스를 구동 기체로 사용할 수 있도록 한다.
제4 라인(204)은, 제2 라인(202)에서 분기되어 액화가스 저장탱크(10)로 연결되며 재액화장치(50)를 구비하고, 재액화장치(50)에서 재액화된 증발가스를 다시 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시키도록 한다.
제5 라인(205)은, 액화가스 저장탱크(10)와 수요처(90; 바람직하게는 가스연소장치(93))를 연결하며 별도의 히터(부호도시하지않음)를 구비할 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가스연소장치(93)로 공급하여 연소되도록 할 수 있다.
제6 라인(206)은, 액화가스 저장탱크(10)와 제1 기액분리기(72)를 연결하며 강제 기화기(71)를 구비할 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 강제 기화시켜 제1 기액분리기(72)로 공급할 수 있다.
제7 라인(207)은, 제1 기액분리기(72)와 저압 수요처(92)를 연결하거나 제2 라인(202)에 연결될 수 있으며, 제1 기액분리기(72)에서 분리된 기체를 저압 수요처(92)로 공급할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(90)에 공급될 액화가스 또는 증발가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
본 실시예에서는, 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스의 증발로 인해 발생하는 증발가스를 후술할 흡입 장치(40)를 통해 뽑아내거나 가스연소장치(93)로 공급하여, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스와 함께 수요처(90)의 연료로 사용함으로써, 증발가스를 효율적으로 관리할 수 있다.
여기서 액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.
내조 탱크는 외조 탱크의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 외조 탱크의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때, 서포트는 내조 탱크의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크의 측면에도 구비될 수 있다.
내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크의 내부에 구비된 액화가스가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.
내조 탱크의 내부에는 배플(Baffle; 도시하지 않음)이 구비될 수 있다. 배플은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플이 설치됨에 따라 내조 탱크 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.
단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때, 단열부는 진공상태일 수 있다. 단열부를 진공으로 형성함에 따라, 액화가스 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때, 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 액화가스 저장탱크(10)는 진공의 단열부를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.
물론 상기 기술한 바와 같이 액화가스 저장탱크(10)는 독립형뿐만 아니라 멤브레인 형태일 수 있다.
부스팅 펌프(21)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 1차 가압하여 후술할 고압 펌프(22)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 부스팅 펌프(21)는, 제1 라인(201) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 고압 펌프(22) 사이에 구비되어, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 고압 펌프(22)에 충분한 양을 공급하여 고압 펌프(22)의 공동현상(cavitation)을 방지하도록 할 수 있다.
부스팅 펌프(21)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 빼내어 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(21)를 거친 액화가스는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(21)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(21)에 의해 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다.
본 실시예에서 부스팅 펌프(21)는, 최대 유량을 고압 펌프(22)에 공급할 수 있다. 최대 유량이라 함은 부스팅 펌프(21)가 최대한 배출할 수 있는 유량을 의미한다. 이 경우, 고압 펌프(22)의 요구 유량보다 많은 양의 액화가스가 부스팅 펌프(21)로부터 고압 펌프(22)로 전달되므로, 고압 펌프(22)의 원활한 구동이 가능하게된다.
부스팅 펌프(21)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 위치하여 잠형으로 구성되거나, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 위치의 외부에 왕복동형으로 구성될 수 있다.
고압 펌프(22)는, 부스팅 펌프(21)로부터 공급받은 액화가스를 2차 가압하여 (약 200bar 내지 400bar의 고압으로 가압) 후술할 열교환기(30)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 고압 펌프(22)는, 제1 라인(201) 상에 부스팅 펌프(21)와 열교환기(30) 사이에 구비되며, 부스팅 펌프(21)로부터 1차 가압된 약 6 내지 8bar의 압력을 가진 상태로 공급된 액화가스를 약 200 내지 400bar의 고압으로 2차 가압하여 열교환기(30)로 공급할 수 있다.
고압 펌프(22)는, 약 200 내지 400bar의 고압으로 가압하여, 열교환기(30)를 거쳐 수요처(90; 바람직하게는 고압 수요처(91))로 공급함으로써, 고압 수요처(91)가 요구하는 압력을 고압 수요처(91)로 공급할 수 있고, 이를 통해 고압 수요처(91)가 액화가스를 통해 선박(3)이 추력을 발생시키도록 할 수 있다.
고압 펌프(22)는, 부스팅 펌프(21)로부터 배출되는 액체 상태의 액화가스를 고압으로 가압하되, 액화가스가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때, 초임계 상태인 액화가스의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높은 영하 20도 이하일 수 있다.
또는 고압 펌프(22)는, 액체 상태의 액화가스를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 액화가스란 액화가스의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태이다.
구체적으로, 고압 펌프(22)는, 부스팅 펌프(21)로부터 배출되는 액체상태의액화가스를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, 액화가스의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 액화가스 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 영하 140도 내지 영하 60도일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 고압 펌프(22)가 병렬로 구비되어 고압 펌프(22)의 하나가 오작동을 일으키거나 셧다운(Shut down)되는 경우 나머지 하나의 고압 펌프(22)가 작동할 수 있어 부스팅 펌프(21)로부터 공급되는 액화가스를 고압 수요처(91)로 신뢰성있고 안정적으로 공급할 수 있다.
열교환기(30)는, 제1 라인(201) 상에 마련되어 고압 펌프(22)로부터 배출되는 고압의 액화가스를 가열시킬 수 있다. 구체적으로, 열교환기(30)는, 수요처(90; 바람직하게는 고압 수요처(91))와 고압 펌프(22) 사이의 제1 라인(201) 상에 마련되어 고압 펌프(30)로부터 공급되는 고압의 액화가스를 가열하여 고압 수요처(91)가 원하는 상태로 공급할 수 있다.
즉, 열교환기(30)는, 과냉액체 상태 또는 초임계 상태의 액화가스를 고압 펌프(22)에서 배출되는 압력인 200bar 내지 400bar를 유지하면서 가열시켜서, 30도 내지 60도의 초임계 상태의 액화가스로 변환한 후 고압 수요처(91)에 공급할 수 잇다.
이때, 열교환기(30)는, 액화가스를 가열하기 위한 열매로 글리콜 워터(Glycol Water), 해수(Sea Water), 스팀(Steam) 또는 엔진 배기가스 등을 사용할 수 있으며, 고압의 액화가스의 압력을 변동없이 고압 수요처(91)로 공급할 수 있다.
이하에서는 열교환기(30)에 열원을 품은 열교환매체가 공급되는 과정을 설명하도록 한다.
열교환기(30)는, 열교환매체 저장탱크(31), 열교환매체 펌프(32), 열교환매체 히터(33) 및 열교환매체 순환라인(GL)을 포함하며, 열교환매체 순환라인(GL)에는 열교환기(30), 열교환매체 저장탱크(31), 열교환매체 펌프(32), 열교환매체 히터(33)가 구비되어 열교환 매체가 각 장비들(30,31,32,33)을 차례대로 순환하게 된다.
구체적으로, 열교환 매체는 열교환매체 저장탱크(31)에서 적어도 일부 임시 저장되어 있다. 열교환매체 저장탱크(31)에 저장된 열교환 매체는, 열교환매체 순환라인(GL)을 유동하게 되며 이는 열교환매체 펌프(32)를 통해 유동힘을 받게된다. 열교환 매체는 열교환매체 펌프(32)에 의해 열교환매체 히터(33)로 공급되며 열교환매체 히터(33)로부터 열원을 공급받아 열교환기(30)로 공급된다.
열교환기(30)로 공급된 열교환매체는, 제1 라인(201)을 통해 공급되는 고압의 액화가스와 열교환하게 되며, 액화가스는 열교환매체로부터 열원을 공급받아 가열되어 고압 수요처(91)로 공급되고 열교환매체는 액화가스로부터 냉원을 공급받아 냉각되어 다시 열교환매체 저장탱크(31)로 공급된다. 즉, 열교환 매체는 고압의 액화가스를 가열시키는 열매의 역할을 하게되며, 열교환매체 저장탱크(31)로 복귀한 열교환매체는 상기 기술한 과정을 반복 순환하게 된다.
흡입 장치(40)는, 고압 펌프(22)를 거쳐 열교환기(30)에서 고압 가열된 기상의 액화가스를 구동유체(Driving Fluid)로 하여, 열교환기(30)로부터 기상의 액화가스를 공급받아 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 제2 라인(202)을 통해 흡입한 후 수요처(90; 바람직하게는 저압 수요처(92))로 공급할 수 있다. 여기서 흡입 장치(40)는, 이젝터(Ejector), 이덕터(Eductor) 또는 제트 펌프(jet pump)일 수 있다.
구체적으로, 흡입 장치(40)는, 제2 라인(202) 상의 저압 수요처(92)와 액화가스 저장탱크(10) 사이에 구비되어 제3 라인(203)과 연결되며, 제3 라인(203)을 통해서 기상의 액화가스를 공급받아 제2 라인(202)을 통해 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 흡입하여 저압 수요처(92)로 공급할 수 있다.
여기서 흡입 장치(40)는, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 발생된 증발가스를 일정량 흡입하기 위해서 일정량의 증발가스를 흡입하기 위한 구동 유체량을 계산할 수 있으며, 계산된 구동 유체량만큼을 제3 라인(203)을 통해서 공급받을 수 있다.
흡입 장치(40)는, 구동 유체로 기상의 액화가스를 공급받아 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 흡입하여 구동유체인 기상의 액화가스와 혼합되며, 이때, 구동유체가 가지고 있던 운동에너지는 혼합 유체 전체의 운동에너지로 변환되고, 이어서 흡입 장치(40)의 노즐(부호 도시하지 않음)의 단면이 확대되는 말단 부분에서 혼합 유체의 속도가 저하됨에 따라 혼합 유체의 운동에너지는 다시 압력으로 변환하게 된다. 이로 인해 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 약 30 내지 50bar의 압력(바람직하게는 약 40bar)을 얻게된다.
본 발명에서는, 열교환기(30)로부터 공급되는 액화가스의 압력이 약 200 내지 400bar의 압력(바람직하게는 약 300bar)이나 흡입 장치(40)로 유입된 후의 구동유체는 압력이 상대적으로 떨어지고, 압력하강*구동유체유량인 압력전달용량을 흡입유체(액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스)로 공급함으로써 흡입 유체의 압력을 약 30 내지 50bar의 압력(바람직하게는 약 40bar)만큼 상승시킬 수 있다.
여기서 구동 유체의 압력이 고압이므로 적은 양의 유체로도 흡입 유체의 압력을 손쉽게 상승시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서 흡입 장치(40)는, 선박(3)을 추진시키는 속도에는 상관없이 독립적으로 저압 수요처(92)로 혼합가스를 일정한 유량으로 공급할 수 있다. 이 경우, 선박(3)을 추진시키는 속도는 부스팅 펌프(21) 및 고압 펌프(22)를 통해 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 공급시켜 조절하도록 할 수 있다. 즉, 부스팅 펌프(21) 및 고압 펌프(22)는 선박(3)의 추진 속도에 종속되어 구동되고, 흡입 장치(40)는 선박(3)의 추진 속도에 독립적으로 구동될 수 있다.
이로 인해 저압 수요처(92)는 흡입 장치(40)로부터 항상 일정량의 연료를 공급받을 수 있어 저압 수요처(92)의 구동 신뢰성이 향상되고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 처리가 지속적으로 이루어질 수 있어 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효과적으로 관리할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 흡입 장치(40)는, 저압 수요처(92)가 필요로 하는 증발가스량보다 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스의 양이 더 많은 경우, 저압 수요처(92)로 공급되는 혼합 가스의 적어도 일부를 재액화 장치(50)로 공급할 수 있다. 이로 인해 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 모두 처리할 수 있어 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 효과적으로 방지할 수 있다.
물론, 상기의 경우와 반대인 흡입 장치(40)는, 저압 수요처(92)가 필요로 하는 증발가스량보다 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스의 양이 더 적은 경우에는 저압 수요처(92)로 혼합 가스를 모두 공급하도록 하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효과적으로 관리할 수 있다.
재액화장치(50)는, 제4 라인(204) 상에 제2 라인(202)의 분기점과 액화가스 저장탱크(10) 사이에 구비되어 제2 라인(202) 상에서 흡입 장치(40)를 통과하여 복귀하는 혼합가스(증발가스와 기상의 액화가스가 혼합된 가스)를 재액화시켜 액화가스 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있다.
재액화장치(50)는, 흡입 장치(40)에서 30 내지 50bar로 토출되는 혼합가스를 공급받아 재액화 냉매와 열교환시켜 재액화시키며, 재액화된 혼합가스를 액화가스 저장탱크(10)로 복귀시킨다. 구체적으로, 재액화 장치(50)는, 제4 라인(204)을 통해 공급되는 혼합가스를 공급받아 재액화 순환라인(RL)을 통해 공급되는 재액화 냉매와 열교환시키며, 혼합가스는 재액화 냉매로부터 냉열을 공급받아 재액화되어 액화가스 저장탱크(10)로 리턴되고 재액화 냉매는 혼합가스로부터 열원을 공급받아 가열되어 다시 재액화 장치(50) 내로 순환하게 된다.
여기서 재액화 냉매는 불활성 기체로 바람직하게는 질소(N2)일 수 있다.
재액화 장치(50)는, 재액화 열교환기(51), 재액화 팽창기(52), 재액화 압축기(53) 및 재액화 순환라인(RL)를 포함하며, 재액화 순환라인(RL)에는 재액화 열교환기(51), 재액화 팽창기(52), 재액화 압축기(53)가 구비되어 재액화 냉매가 각 장비들(51,52,53)을 재액화 압축기(53), 재액화 팽창기(52), 재액화 열교환기(51) 순으로 순환하게 된다.
구체적으로, 재액화 냉매는 재액화 열교환기(51)에서 혼합가스로부터 열원을 공급받아 가열되고, 재액화 열교환기(51)를 통과한 후 재액화 압축기(53)로 공급된다. 재액화 냉매는 재액화 압축기(53)에서 다단 가압되어 압력이 상승하게 되고 재액화 열교환기(51)를 다시 거쳐 재액화 팽창기(52)로 공급된다. 재액화 냉매는 재액화 팽창기(52)에서 팽창되어 압력이 하강되고 그로 인해 온도가 하강하는 효과를 얻게 됨으로써 냉원을 얻게 된다. 이러한 과정을 통해서 냉원을 얻게된 재액화 냉매는 다시 재액화 열교환기(51)로 공급되어 상온의 혼합가스와 열교환되어 혼합가스를 냉각시킴으로서 재액화시키는 역할을 하게된다. 혼합가스를 재액화시킨 재액화 냉매는 반대급부로 열원을 얻게되고 다시 재액화 압축기(53)로 공급되어 상기 기술한 과정을 반복 순환하게 된다.
상기 기술한 재액화 장치(50)의 열교환 사이클은 Reverse Brayton Cycle이나 본 발명의 실시예에 적용되는 재액화 장치(50)는 이에 한정되는 것은 아니고 혼합 냉매 및 순수 냉매를 이용한 증기 압축식 냉동사이클(Cascade 방식 포함)과 기타 다른 냉동 사이클(예를 들어 Claude refrigerator 등(expansion turbine 및 expansion valve 병행 사용 가능))도 적용될 수 있음은 물론이다.
예열-예냉 열교환기(60)는, 재액화 장치(50)로 유입되는 혼합가스(증발가스와 기상의 액화가스가 혼합된 가스)를 미리 냉각시키고 열교환기(30)로 유입되는 액화가스를 미리 가열할 수 있다.
구체적으로, 예열-예냉 열교환기(60)는, 제4 라인(204) 상에 재액화 열교환기(51)와 제2 라인(202)의 분기점 사이에 마련되며(제1 라인(201) 상에서는 고압 펌프(22)와 열교환기(30) 사이에 마련된다.), 재액화 장치(50)로 유입되는 혼합가스와 열교환기(30)로 유입되는 액화가스를 서로 열교환시켜 혼합가스는 예냉을 그리고 액화가스는 예열을 구현할 수 있다.
재액화장치(50)로 유입되는 혼합가스는 액화가스 저장탱크(10)에 발생된 증발가스와 열교환기(30)에서 공급된 가열된 액화가스가 벤츄리 현상에 의해 서로 에너지 교환이 이루어짐과 동시에 혼합된 가스로 온도가 열교환기(30)로 유입되는 액화가스보다 높다.
따라서 예열-예냉 열교환기(60)는, 재액화 장치(50)로 유입되는 혼합가스와 열교환기(30)로 유입되는 액화가스를 열교환시, 혼합가스는 액화가스를 가열시킴으로써 액화가스를 열교환기(30)로 유입 전에 예열시키고, 액화가스는 혼합가스를 냉각시킴으로써 혼합가스를 재액화장치(50)로 유입 전에 예냉시킨다.
이와 같이 예열-예냉 열교환기(60)는, 재액화 장치(50) 및 열교환기(30)의 효율을 증대시키고 시스템의 에너지 사용을 최적화 할 수 있는 효과가 있다.
강제 기화기(71)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 강제 기화시킨다. 구체적으로, 강제 기화기(71)는, 제6 라인(206) 상에 제1 기액분리기(72)와 액화가스 저장탱크(10) 사이에 마련되며, 저압 수요처(92)에서 필요로 하는 연료의 양이 기설정량보다 적은 경우, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 강제로 기화시켜 저압 수요처(92)가 필요로 하는 연료의 부족한 양 만큼을 공급할 수 있다.
여기서 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스에는 메탄, 프로판, 부탄 등이 혼입되어 있는데, 강제 기화기(71)로 가열된 액화가스에서 메탄은 기화되고, 프로판이나 부탄 등(이하 헤비카본(HHC)이라 한다.)은 액상을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 강제 기화기(71)는, 흡입 장치(40)의 오작동시 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 강제 기화시켜 저압 수요처(92)로 공급할 수 있다. 이로인해 본 발명의 실시예에서는 저압 수요처(92)의 구동정지 상황을 방지할 수 있으며 저압 수요처(92)로의 연료공급의 탄력성을 증대시킬 수 있다.
제1 기액분리기(72)는, 강제 기화기(71)에서 공급되는 강제 기화된 액화가스를 임시 저장하여 액체와 기체로 분리시킬 수 있다. 이때, 제1 기액분리기(72)는, 저압 수요처(92)로 공급되는 강제 기화된 액화가스를 순수한 기체만 공급하도록 함과 동시에 기화된 액화가스에서 액상으로 남아있는 헤비카본을 분리하여 메탄가를 높이도록 할 수 있다.
제1 기액분리기(72)는, 제6 라인(206)에 의해 강제 기화기(71)와 연결되고 제7 라인(207)에 의해 저압 수요처(92)와 연결되며, 강제 기화기(71)로부터 가열된 액화가스를 공급받아 기체와 액체로 분리하여, 기체는 제7 라인(207)을 통해 저압수요처(92)로 공급하고 액체는 별도의 라인(부호 도시하지 않음)을 통해서 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수 있다.
증발가스를 소비하는 저압 수요처(92)는 헤비카본이 다량 유입될 경우 구동 효율이 저하될 수 있다. 이에 본 발명에서는 상기 기술한 바와 같이 액화가스를 강제 기화시키는 경우 액상을 유지하는 헤비카본을 분리하여 저압 수요처(92)로 공급되는 증발가스의 품질을 향상시켜 저압 수요처(92)의 구동 효율을 증대시킬 수 있다.
이때, 제1 기액분리기(72)는, 미스트 분리기(Mist Separator), 헤비카본 분리기 등으로 지칭될 수 있다.
이와 같이 강제 기화기(71) 및 제1 기액분리기(72)는, 저압 수요처(72)로의 탄력적인 연료의 공급이 가능해져 시스템의 구동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에서 부스팅 펌프(21) 또는 고압 펌프(22) 중 적어도 어느 하나가 오작동을 일으키는 경우, 고압 수요처(91)가 연료를 공급받지 못하게 되는 문제점이 있으며 또한 이와 동시에 흡입 장치(40)가 구동유체를 공급받지 못하게되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 증발가스의 처리에 문제가 발생한다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 오일 저장탱크(도시하지 않음) 및 오일 저장탱크에 저장된 오일을 수요처(90)로 공급하는 오일 공급라인(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 부스팅 펌프(21) 또는 고압 펌프(22) 중 적어도 어느 하나가 오작동을 일으키는 경우 또는 흡입 장치(40)가 오작동을 일으키는 경우, 고압 수요처(91)에 오일 저장탱크에 저장된 오일을 공급하여 고압 수요처(91)의 구동 정지 상황을 방지할 수 있다. 이로인해 고압 수요처(91)의 연료 공급의 탄력성을 증대시켜 시스템(1)의 구동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
다만, 부스팅 펌프(21) 또는 고압 펌프(22) 중 적어도 어느 하나가 오작동을 일으키는 경우 흡입 장치(40)가 구동유체를 공급받지 못하게되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 증발가스의 처리에 문제가 발생하므로, 고압 수요처(91)에 오일 저장탱크에 저장된 오일을 공급함과 동시에 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스는 가스연소장치(93)로 모두 공급하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 방지할 수 있다.
또한, 흡입 장치(40)의 오작동으로 저압 수요처(92)에 연료공급이 중단되게 되므로 이에 본 발명에서는 저압 수요처(92)에 오일 저장탱크에 저장된 오일을 공급하여 저압 수요처(92)의 구동 정지 상황을 방지할 수 있다
여기서 고압 수요처(91) 및 저압 수요처(92)는, 액화가스 또는 오일을 모두 사용할 수 있는 이종연료엔진일 수 있으며 이에 대해서는 하기 수요처(90) 기술시 상세하게 설명하도록 한다.
수요처(90)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스 또는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 연료로 사용하며, 고압 수요처(91), 저압 수요처(92) 및 가스연소장치(93)를 포함할 수 있다.
고압 수요처(91)는, 액화가스 또는 증발가스를 필요로하며, 이를 원료로 하여 구동될 수 있다. 고압 수요처(91)는, 엔진(예를 들어 고압가스분사엔진으로 MEGI엔진)일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
여기서 고압 수요처(91)는, 액화가스 저장탱크(10)와 제1 라인(201)을 통해서 연결될 수 있으며, 약 200 내지 400bar의 고압으로 가압된 액화가스 또는 증발가스를 공급받을 수 있다.
고압 수요처(91)는, 고압 펌프(22) 및 열교환기(30)를 통해 가압 가열된 증발가스 또는 액화가스를 사용할 수 있고, 약 300bar 정도의 고압 증발가스를 사용하는 고압용 엔진일 수 있으며, 프로펠러(부호 도시하지 않음)를 구동하기 위해 직접 프로펠러 축(도시하지 않음)을 회전시키는 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다.
엔진은 액화가스 또는 증발가스의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서, 고압 수요처(61) 구동 시 프로펠러 축에 연결된 프로펠러가 회전함에 따라 선박(3)이 전진 또는 후진할 수 있다.
물론 본 실시예에서 고압 수요처(91)는, 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉, 본 실시예는 고압 수요처(91)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만, 고압 수요처(61)는, 증발가스, 액화가스, 플래시 가스 및 오일의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
고압 수요처(91)는 이종연료가 사용가능한 이종연료엔진(DF engine)일 수 있다. 이종연료엔진은 통상 디젤 사이클로 구동되는 2행정 엔진(2-stroke DF engine)이다. 이러한 디젤 사이클은 기본적으로, 공기가 피스톤에 의해 압축되고, 압축된 고온의 공기는 점화연료(Pilot Fuel)에 의해서 점화가 이루어지며, 나머지 고압의 가스가 분사되어 폭발이 이루어진다.
이때 점화연료는 HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MDO(Marine Diesel Oil)를 사용하게 되며, 보통 점화연료와 고압 가스의 비율은 약 5:95 이고, 점화연료의 분사량은 5~100%까지 조정이 가능하다. 따라서 점화연료는 엔진의 구동 연료로도 이용가능하다.
즉, 점화연료의 분사량이 약 5%정도인 경우 엔진 구동 연료로 증발가스(또는 가열된 액화가스; 약 95%)가 주로 사용되며, 점화 연료의 분사량이 100%인 경우에는 엔진 구동 연료로 점화연료(오일)가 전부 사용된다.
이때, 점화연료의 분사량 약 50%인 경우(와 증발가스 약 50%)에는, 점화연료와 증발가스가 혼합되어 엔진으로 유입되는 것이 아닌 점화연료가 먼저 발화하여 발열량을 생산하고, 이후, 나머지 증발가스가 유입되어 폭발하여 발열량을 생산하여 엔진 구동에 필요한 발열량을 생산한다.
저압 수요처(92)는, 약 4~10bar 정도인 저압 증발가스를 사용하는 수요처로서, 예를 들어 DFDE 엔진일 수 있다. 또한, 저압 수요처(92)는, 이종연료가 사용 가능한 이종연료엔진으로, 증발가스뿐만 아니라 오일을 연료로 사용할 수 있으나, 증발가스와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 증발가스 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 저압 수요처(92)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
여기서 저압 수요처(92)는, 흡입 장치(40)로부터 공급되는 증발가스를 공급받아 구동될 수 있다. 저압 수요처(92)는, 증발가스를 필요로 하며 이를 원료로 하여 구동될 수 있고 상기 기술한 DFDE 엔진뿐만 아니라 발전기(예를 들어 DFDG), 보일러(예를 들어 스팀을 생성하는 보일러)일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
가스연소장치(GCU; 93)는, 증발가스를 공급받아 이를 연소하여 소각시킨다. 가스연소장치(93)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 공급받으며, 증발가스의 발생량이 고압 수요처(91) 또는 저압 수요처(92)가 수용할 수 있는 처리량보다 많은 경우에 공급받아 이를 소비함으로써, 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 방지할 수 있다.
가스연소장치(93)는, 제5 라인(205)에 의해 액화가스 저장탱크(10)와 연결되며, 제5 라인(205) 상에 별도의 히터(부호도시하지않음)를 구비하여 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스의 온도를 상승시켜 가스연소장치(93)가 연소하기에 알맞은 온도로 가열한 후 가스연소장치(93)로 공급하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 가스연소장치(93)는, 재액화 장치(50)의 오작동시 또는 부스팅 펌프(21) 또는 고압 펌프(22)의 오작동으로 흡입 장치(40)가 작동불능상태가 되는 경우에 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 공급받아 소비할 수 있다. 이로 인해서 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 효과적으로 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 증발가스를 처리하는 장치로 압축기 대신 흡입 장치(40)를 사용함으로써, 증발가스 처리 장치를 단순화할 수 있어 시스템 구축비용이 절감되고 증발가스 처리 장치의 구동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 열교환기(30), 흡입 장치(40), 재액화장치(50), 증발가스 압축기(80), 수요처(90)를 포함한다.
본 실시예는, 증발가스 압축기(80)의 구성이 추가되었으며, 그 외의 구성은 상기 제1 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 제1 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는, 제8 라인(208) 및 제9 라인(209)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인은 개도 조절이 가능한 밸브(부호 도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제8 라인(208)은, 액화가스 저장탱크(10)와 고압 수요처(91)를 연결하며 증발가스 압축기(80)를 구비할 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 증발가스 압축기(80)를 통해 고압으로 다단 가압하여 고압 수요처(91)로 공급할 수 있으며, 제4 라인(204)과 연결되도록 일부를 분기시켜 잉여의 BOG를 재액화시키도록 할 수 있다.
제9 라인(209)은, 제8 라인(208) 상에 증발가스 압축기(80)의 중간단(바람직하게는 2단과 3단 사이 또는 3단과 4단 사이)에서 분기되어 저압 수요처(92)를 연결하며, 증발가스 압축기(80)에서 2단 또는 3단으로 가압된 증발가스를 저압 수요처(92)로 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(80)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압한다. 구체적으로, 증발가스 압축기(80)는, 제8 라인(208) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 고압 수요처(91) 사이에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 10bar 내외로 배출되는 증발가스를 200 내지 400bar로 다단 가압하여 고압 수요처(91)에 공급할 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(80)는, 5단으로 구비되어 증발가스가 5단 가압되도록 할 수 있다.
이 경우, 다단 압축이 200bar 내지 400bar(바람직하게는 300bar)로 이루어지는 경우에 증발가스는, 제8 라인(208)을 통해 고압 수요처(91)로 공급될 수 있고, 다단 압축이 예를 들어 2단~3단 정도 압축되어 30 내지 50bar(바람직하게는 45bar)로 이루어지는 경우에 증발가스는, 증발가스 압축기(80)의 2단 또는 3단에서 분기되는 제9 라인(209)을 통해 저압 수요처(92)로 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 증발가스 압축기(80)는, 흡입 장치(40)가 오작동을 일으키는 경우에 구동되어 고압 수요처(91) 또는 저압 수요처(92)로 증발가스를 공급할 수 있다. 이로 인해 고압 수요처(91) 또는 저압 수요처(92)는 구동신뢰성이 향상되고 연료공급의 탄력성이 증대되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 증발가스 압축기(80)는, 흡입 장치(40)가 오작동을 일으키는 경우뿐만 아니라, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 양이 흡입 장치(40)가 처리 가능한 증발가스 처리량보다 많은 경우에도 구동될 수있다. 이로 인해 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 효율적으로 관리할 수 있으며 증발가스의 과도한 발생으로 인해 야기되는 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 방지할 수 있는 효과가 있다.
증발가스 냉각기(81)는, 다단 증발가스 압축기(80) 사이에 복수 개 마련되어 각각 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(80)에 의해서 증발가스가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있다. 이러한 온도 상승은 증발가스의 부피의 증가가 함께 동반되며 이는 증발가스 압축기(80)의 불필요한 부하를 증가시킬 우려가 있기 때문에, 본 실시예에서는 증발가스 냉각기(81)를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다.
증발가스 냉각기(81)는, 증발가스 압축기(80)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기(81)는, 각 증발가스 압축기(80)의 하류에 마련될 수 있다. 여기서 증발가스 냉각기(81)는 다양한 냉열원을 이용하여 다단 압축된 증발가스를 냉각시킬 수 있는데, 일례로 증발가스 냉각기(81)는, 해수, 재액화 장치(50)의 재액화 냉매, 액화가스, 증발가스 등을 다양하게 사용할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 증발가스 압축기(80) 및 증발가스 냉각기(81)를 추가 구비함으로써, 고압 수요처(91) 또는 저압 수요처(72)로의 탄력적인 연료의 공급이 가능해져 시스템의 구동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 열교환기(30), 흡입 장치(40), 재액화장치(50), 재응축기(100), 수요처(90)를 포함한다.
본 실시예는, 재응축기(100)의 구성이 추가되었으며, 그 외의 구성은 상기 제1 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 제1 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는, 제4 분기라인(204a)을 더 포함할 수 있다. 제4 분기라인(204a)은 개도 조절이 가능한 밸브(부호 도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 밸브의 개도 조절에 따라 혼합가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제4 분기라인(204a)은, 제4 라인(204) 상에서 흡입 장치(40)와 재액화 장치(50) 사이에서 분기되어 재응축기(100)를 연결하며, 흡입 장치(40)에서 재액화 장치(50)로 공급되는 혼합 가스의 적어도 일부를 재응축기(100)로 공급할 수 있다.
재응축기(100)는, 제1 라인(201) 상에 부스팅 펌프(21)와 고압 펌프(22) 사이에 구비되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받고 흡입 장치(40)로부터 증발가스를 공급받아 재응축시켜 고압 펌프(22)로 공급한다.
구체적으로, 재응축기(100)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 부스팅 펌프(21)로 약 30 내지 50bar의 압력으로 가압하여 제1 라인(201)을 통해 공급받고, 흡입 장치(40)를 통해서 배출되는 약 30 내지 50bar의 혼합가스를 제4 분기라인(204a)을 통해 공급받아 저온의 액화가스를 통해 혼합가스를 재응축시키며, 재응축된 액화가스 또는 혼합가스를 고압 펌프(22)로 공급할 수 있다.
재응축기(100)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스와 흡입 장치(40)에서 공급되는 혼합가스를 서로 혼합하여 저온의 액화가스 냉열을 혼합가스의 재응축냉열로 이용하는 방식을 사용할 수 있다.
이때, 재응축기(100)는, 흡입 장치(40) 또는 부스팅 펌프(21)를 통해 30 내지 50bar의 압력으로 혼합가스를 공급받아 재응축시킴으로써 재응축 효율이 향상되며, 상기 압력을 유지한 상태로 재응축시켜 고압 펌프(22)로 공급하여 고압 펌프(22)의 압축 부하를 낮출 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에서 재응축기(100)는, 재액화 장치(50)에 우선하여 흡입 장치(40)에서 공급되는 혼합가스를 공급받을 수 있다. 이로 인해 본 발명의 실시예에서는, 재응축기(100)가 내부에 혼합가스를 일정량 저장할 수 있고 또한, 저장된 혼합 가스의 적어도 일부를 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스를 통해 재응축시켜 고압 수요처(91)에서 소비하므로 재액화 장치(50)로 공급되는 혼합 가스의 유량을 획기적으로 줄일 수 있어 재액화 장치(50)의 과부하를 방지하고 재액화 장치(50)의 구동전력의 소모를 최소화할 수 있다.
또한, 상기 기술한 바와 같이 본 발명의 재응축기(100)는, 내부에 혼합가스를 일정량 저장할 수 있어 고압 펌프(22) 및 열교환기(30)로 공급되는 유량을 줄일 수 있게되어 고압 펌프(22) 및 열교환기(30)의 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있고 이로 인해 시스템 구축 비용이 절감되는 부가적인 효과가 발생한다.
이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 증발가스 처리를 위해 재응축기(100)와 재액화 장치(50)를 함께 구축하여 재응축기(100)를 통해서 증발가스 일부를 처리함으로써, 재액화 장치(50)로의 유량을 감소시켜 전력소모를 줄이고 그로 인한 반대급부로 액화가스를 처리하는 고압 펌프(22) 및 열교환기(30)의 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 열교환기(30), 흡입 장치(40), 재액화장치(50), 재응축기(100), 수요처(90)를 포함한다.
본 실시예는, 재응축기(100)의 구성이 변경되었으며, 그 외의 구성은 상기 제3 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 제3 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는, 제10 라인(210) 및 제11 라인(211)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인은 개도 조절이 가능한 밸브(부호 도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각각의 밸브의 개도 조절에 따라 혼합가스 또는 플래시 가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제10 라인(210)은, 제2 라인(202) 상에서 흡입 장치(40)와 저압 수요처(92) 사이에서 분기되어 재응축기(100)를 연결하며, 흡입 장치(40)에서 저압 수요처(92)로 공급되는 혼합가스의 적어도 일부를 재응축기(100)로 공급할 수 있다.
제11 라인(211)은, 재응축기(100)와 재액화 장치(50)를 연결하며, 재응축기(100)에서 발생한 플래시 가스를 재액화 장치(50)로 공급할 수 있다.
재응축기(100)는, 제1 라인(201) 상에 부스팅 펌프(21)와 고압 펌프(22) 사이에 구비되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받고 흡입 장치(40)로부터 증발가스를 공급받아 재응축시켜 고압 펌프(22)로 공급한다.
구체적으로, 재응축기(100)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 부스팅 펌프(21)로 약 30 내지 50bar의 압력으로 가압하여 제1 라인(201)을 통해 공급받고, 흡입 장치(40)를 통해서 배출되는 약 30 내지 50bar의 혼합가스를 제10 라인(210)을 통해 공급받아 저온의 액화가스를 통해 혼합가스를 재응축시키며, 재응축된 액화가스 또는 혼합가스를 고압 펌프(22)로 공급할 수 있다.
재응축기(100)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스와 흡입 장치(40)에서 공급되는 혼합가스를 서로 혼합하여 저온의 액화가스 냉열을 혼합가스의 재응축냉열로 이용하는 방식을 사용할 수 있으며, 이때, 혼합가스와 액화가스의 열교환시 플래시 가스가 발생할 수 있다.
재응축기(100)는 혼합시 발생하는 플래시 가스를 제11 라인(211)을 통해서 재액화 장치(50)로 공급하여 재액화시키고, 혼합으로 재응축된 액체는 제1 라인(201)을 통해서 고압 펌프(22)로 공급할 수 있다.
상기와 같이 재응축기(100)는, 흡입 장치(40) 또는 부스팅 펌프(21)를 통해 30 내지 50bar의 압력으로 혼합가스를 공급받아 재응축시킴으로써 재응축 효율이 향상되며, 상기 압력을 유지한 상태로 재응축시켜 고압 펌프(22)로 공급하여 고압 펌프(22)의 압축 부하를 낮출 수 있는 효과가 있고, 또한, 이와 동시에 플래시 가스를 재액화 장치(50)에 공급하여 증발가스의 효율적인 관리가 가능해지는 효과가 있다.
본 발명에서는 재응축기(100)에서 발생한 플래시가스만을 재액화 장치(50)가 처리함으로써, 재액화 장치(50)를 소형화할 수 있는 효과가 있고 이로 인해 재액화 장치(50)의 특성상(재액화 장치(50)는, 재액화 열교환기(51), 재액화 팽창기(52), 재액화 압축기(53), 재액화 순환라인(GL) 및 재액화 냉매 등이 필요하여 그 구축 비용도 많이 들고 구축 공간도 많이 필요하다) 시스템 구축 비용이 절감되고 선박(3) 내부 공간 활용성이 증대되는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 증발가스 처리를 위해 재응축기(100)와 재액화 장치(50)를 함께 구축하여 재응축기(100)를 통해서 증발가스를 주로 처리하고 발생된 플래시가스를 재액화 장치(50)가 처리하게 함으로써, 재액화 장치(50)로의 유량을 감소시켜 전력소모를 줄이고 증발가스의 효과적인 관리가 가능해진다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 열교환기(30), 흡입 장치(40), 재액화장치(50), 저압 압축기(82), 재응축기(100), 수요처(90)를 포함한다.
본 실시예는, 저압 압축기(82)의 구성이 추가되고 재응축기(100)의 구성이 변경되었으며, 그 외의 구성은 상기 제3 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 제3 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는, 제12 라인(212)을 더 포함할 수 있다. 제12 라인(212)은 개도 조절이 가능한 밸브(부호 도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 밸브의 개도 조절에 따라 혼합가스 또는 플래시 가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제12 라인(212)은, 제2 라인(202) 상에서 액화가스 저장탱크(10)와 흡입 장치(40) 사이에서 분기되어 재응축기(100)를 연결하며 저압 압축기(92)를 구비할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스의 적어도 일부를 재응축기(100)로 저압 압축하여 공급할 수 있다.
저압 압축기(82)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압한다. 구체적으로, 저압 압축기(82)는, 제12 라인(212) 상에 재응축기(100) 상류에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 배출되는 증발가스를 약 30 내지 50bar로 가압하여 재응축기(100)에 공급할 수 있다.
저압 압축기(82)는, 복수의 단으로 구비되어 증발가스를 다단 가압할 수 있으며, 일례로 저압 압축기(82)는, 3개가 구비되어 증발가스가 3단 가압되도록 할 수 있다. 여기서 일례로 든 3단 압축기는 단지 하나의 예에 불과하며 3단에 한정되지 않는다.
이때 저압 압축기(82)는, LD(Low Duty) 압축기로 약 1bar 내지 2bar의 증발가스를 약 30 내지 50bar까지 가압할 수 있으며, 제12 라인(212)을 통해 재응축기(100)로 공급될 수 있다. 또한, 저압 압축기(82)는, 원심형(Centrifugal type) 압축기일 수 있다. 원심형 압축기는 약 30 내지 50bar로의 가압이 가능하며, 래비린스 링(Labyrinth ring)을 구비하지 않아 가격이 저렴하고 저부하 운동시 진동을 방지할 수 있는 효과가 있다.
재응축기(100)는, 제1 라인(201) 상에 부스팅 펌프(21)와 고압 펌프(22) 사이에 구비되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받고 저압 압축기(82)로부터 증발가스를 공급받아 재응축시켜 고압 펌프(22)로 공급한다.
구체적으로, 재응축기(100)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 부스팅 펌프(21)로 약 30 내지 50bar의 압력으로 가압하여 제1 라인(201)을 통해 공급받고, 저압 압축기(82)를 통해서 공급되는 약 30 내지 50bar의 증발가스를 제12 라인(212)을 통해 공급받아 저온의 액화가스를 통해 증발가스를 재응축시키며, 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 고압 펌프(22)로 공급할 수 있다.
재응축기(100)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스와 저압 압축기(82)에서 공급되는 혼합가스를 서로 혼합하여 저온의 액화가스 냉열을 증발가스의 재응축냉열로 이용하는 방식을 사용할 수 있다.
상기와 같이 재응축기(100)는, 저압 압축기(82) 또는 부스팅 펌프(21)를 통해 30 내지 50bar의 압력으로 혼합가스를 공급받아 재응축시킴으로써 재응축 효율이 향상되며, 상기 압력을 유지한 상태로 재응축시켜 고압 펌프(22)로 공급하여 고압 펌프(22)의 압축 부하를 낮출 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에서 재응축기(100)는, 흡입 장치(40)에 우선하여 증발가스를 공급받을 수 있다. 이로 인해 본 발명의 실시예에서는, 재응축기(100)가 내부에 증발가스를 일정량 저장할 수 있고 또한, 저장된 증발 가스의 적어도 일부를 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스를 통해 재응축시켜 고압 수요처(91)에서 소비하므로 흡입 장치(40)가 흡입하는 증발가스의 양이 줄게 되고 그로 인해 재액화 장치(50)로 공급되는 혼합 가스의 유량을 획기적으로 줄일 수 있어(재액화 장치(50)는 흡입 장치(40)로부터만 혼합가스의 적어도 일부를 공급받기 때문) 재액화 장치(50)의 과부하를 방지하고 재액화 장치(50)의 구동전력의 소모를 최소화할 수 있다.
또한, 상기 기술한 바와 같이 본 발명의 재응축기(100)는, 내부에 혼합가스를 일정량 저장할 수 있어 고압 펌프(22) 및 열교환기(30)로 공급되는 유량을 줄일 수 있게되어 고압 펌프(22) 및 열교환기(30)의 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있고 이로 인해 시스템 구축 비용이 절감되는 부가적인 효과가 발생한다.
이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 증발가스 처리를 위해 재응축기(100)와 재액화 장치(50)를 함께 구축하여 재응축기(100) 및 재액화 장치(50)를 통해서 증발가스를 함께 처리함으로써, 재액화 장치(50)로의 유량을 감소시켜 전력소모를 줄이고 증발가스의 효과적인 관리가 가능해진다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 열교환기(30), 흡입 장치(40), 재액화장치(50), 증발가스 히터(110), 수요처(90)를 포함한다.
본 실시예는, 증발가스 히터(110)의 구성이 추가되고 흡입 장치(40)의 구성이 변경되었으며, 그 외의 구성은 상기 제3 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 제3 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)을 설명하도록 한다.
흡입 장치(40)는, 고압 펌프(22)로부터 공급되는 액화가스를 구동유체(Driving Fluid)로 하여, 고압 펌프(22)로부터 고압의 액화가스를 공급받아 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 제2 라인(202)을 통해 흡입한 후 저압 수요처(92)로 공급할 수 있다. 여기서 흡입 장치(40)는, 이젝터(Ejector), 이덕터(Eductor) 또는 제트 펌프(jet pump)일 수 있다.
본 발명에서의 흡입 장치(40)는, 제1 내지 제5 실시예에서 기상의 액화가스를 구동유체로 하는 것과는 달리 액상의 액화가스를 구동유체로 하고 있으며, 액상의 액화가스의 압력과 기상의 액화가스의 압력은 모두 200 내지 400bar의 고압임은 동일하다.
구체적으로, 흡입 장치(40)는, 제2 라인(202) 상의 저압 수요처(92)와 액화가스 저장탱크(10) 사이에 구비되어 제3 라인(203)과 연결되며, 제3 라인(203)을 통해서 고압인 액상의 액화가스를 공급받아 제2 라인(202)을 통해 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 흡입하여 저압 수요처(92)로 공급할 수 있다.
여기서 흡입 장치(40)는, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 발생된 증발가스를 일정량 흡입하기 위해서 일정량의 증발가스를 흡입하기 위한 구동 유체량을 계산할 수 있으며, 계산된 구동 유체량만큼을 제3 라인(203)을 통해서 공급받을 수 있다.
흡입 장치(40)는, 구동 유체로 고압의 액화가스를 공급받아 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 흡입하여 구동유체인 고압의 액화가스와 혼합되며, 이때, 구동유체가 가지고 있던 운동에너지는 혼합 유체 전체의 운동에너지로 변환되고, 이어서 흡입 장치(40)의 노즐(부호 도시하지 않음)의 단면이 확대되는 말단 부분에서 혼합 유체의 속도가 저하됨에 따라 혼합 유체의 운동에너지는 다시 압력으로 변환하게 된다. 이로 인해 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 약 30 내지 50bar의 압력(바람직하게는 약 40bar)을 얻게된다.
본 발명에서는, 고압 펌프(22)로부터 공급되는 액화가스의 압력이 약 200 내지 400bar의 압력(바람직하게는 약 300bar)이나 흡입 장치(40)로 유입된 후의 구동유체는 압력이 상대적으로 떨어지고, 압력하강*구동유체유량인 압력전달용량을 흡입유체(액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스)로 공급함으로써 흡입 유체의 압력을 약 30 내지 50bar의 압력(바람직하게는 약 40bar)만큼 상승시킬 수 있다.
여기서 구동 유체의 압력이 고압이므로 적은 양의 유체로도 흡입 유체의 압력을 손쉽게 상승시킬 수 있다.
증발가스 히터(110)는, 흡입 장치(40)로부터 토출되는 혼합가스를 저압 수요처(92)가 요구하는 온도로 가열할 수 있다. 구체적으로, 증발가스 히터(110)는, 제2 라인(202) 상에 흡입 장치(40)와 저압 수요처(92) 사이에 구비되며, 흡입 장치(40)로부터 토출되는 혼합가스를 저압 수요처(92)가 요구하는 온도까지 가열하여 공급할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 증발가스 처리를 위해 흡입 장치(40)와 재액화 장치(50)를 함께 구축하여 증발가스를 처리하는 장치가 차지하는 공간을 줄일 수 있으며 구축 비용을 절감할 수 있고 증발가스의 효율적인 관리가 가능해지는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 열교환기(30), 흡입 장치(40), 재액화장치(50), 증발가스 히터(110), 제2 기액분리기(120), 수요처(90)를 포함한다.
본 실시예는, 제2 기액분리기(120)의 구성이 추가되고 증발가스 히터(110)의 구성이 변경되었으며, 그 외의 구성은 상기 제6 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 제6 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는, 제13 라인(213)을 더 포함할 수 있다. 제13 라인(213)은 개도 조절이 가능한 밸브(부호 도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 밸브의 개도 조절에 따라 혼합가스 또는 플래시 가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제13 라인(213)은, 제2 기액분리기(120)와 액화가스 저장탱크(10)를 연결하며, 제2 기액분리기(120)에서 분리된 액체를 액화가스 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있다.
증발가스 히터(110)는, 제2 기액분리기(120)로부터 토출되는 기체를 저압 수요처(92)가 요구하는 온도로 가열할 수 있다. 구체적으로, 증발가스 히터(110)는, 제2 라인(202) 상에 제2 기액분리기(120)와 저압 수요처(92) 사이에 구비되며, 제2 기액분리기(120)로부터 토출되는 기체를 저압 수요처(92)가 요구하는 온도까지 가열하여 공급할 수 있다.
제2 기액분리기(120)는, 흡입 장치(40)에서 공급되는 혼합가스를 임시 저장하여 액체와 기체로 분리시킬 수 있다. 이때, 제2 기액분리기(120)는, 저압 수요처(92)로 공급되는 혼합가스 중 순수한 기체만 공급하도록 함과 동시에 제2 기액분리기(120)에서 액상으로 남아있는 헤비카본을 분리하여 메탄가가 높은 기체만 저압 수요처(92)로 공급하고, 액상은 다시 액화가스 저장탱크(10)로 제13 라인(212)을 통해서 복귀시킬 수 있다.
제2 기액분리기(120)는, 제2 라인(202) 상에 흡입 장치(40)와 증발가스 히터(110) 사이에 구비되고 제13 라인(213)에 의해서 액화가스 저장탱크(10)와 연결되며, 흡입 장치(40)로부터 공급되는 혼합가스를 공급받아 기체와 액체로 분리하여 기체는 제2 라인(202)을 통해서 저압 수요처(92)로 공급시키고 액체는 제13 라인(213)을 통해서 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수 있다.
증발가스를 소비하는 저압 수요처(92)는 헤비카본이 다량 유입될 경우 구동 효율이 저하될 수 있다. 이에 본 발명에서는 상기 기술한 바와 같이 액화가스를 강제 기화시키는 경우 액상을 유지하는 헤비카본을 분리하여 저압 수요처(92)로 공급되는 증발가스의 품질을 향상시켜 저압 수요처(92)의 구동 효율을 증대시킬 수 있다.
이때, 제2 기액분리기(120)는, 미스트 분리기(Mist Separator), 헤비카본 분리기 등으로 지칭될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 증발가스 처리를 위해 흡입 장치(40)와 재액화 장치(50)를 함께 구축하여 증발가스를 처리하는 장치가 차지하는 공간을 줄일 수 있으며 구축 비용을 절감할 수 있고 증발가스의 효율적인 관리가 가능해지는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제8 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 열교환기(30), 흡입 장치(40), 재액화장치(50), 증발가스 팽창기(130), 수요처(90)를 포함한다.
본 실시예는, 증발가스 팽창기(130)의 구성이 추가되고 재응축기(100)가 생략되었으며, 그 외의 구성은 상기 제3 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 제3 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명의 제8 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)을 설명하도록 한다.
증발가스 팽창기(130)는, 열교환기(30)에서 적어도 일부 공급되는 고압 기상의 액화가스를 팽창 또는 감압시켜 전력을 발생시키고, 팽창된 액화가스를 흡입 장치(40)로 공급할 수 있다.
구체적으로, 증발가스 팽창기(130)는, 제3 라인(203) 상에 열교환기(30)와 흡입 장치(40) 사이에 구비되어 열교환기(30)에서 토출되는 적어도 일부의 상온고압의 액화가스를 공급받아 팽창 또는 감압시키는데, 열교환기(30)에서 토출되는 200 내지 400bar의 압력을 가진 기상의 액화가스가 팽창 또는 감압되면 액화가스는 냉각효과가 이루어질 수 있다.
증발가스 팽창기(130)는, 유입된 기상의 액화가스를 팽창시키는데 별도의 전력을 이용하지 않고도 구동되며, 오히려 증발가스 팽창기(130)의 구동에 의해 발생된 회전력을 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 재액화 장치(50) 등 다양한 장치를 구동하는데 필요한 전력으로 사용될 수 있다.
증발가스 팽창기(130)에서 발생된 동력을 부스팅 펌프(21), 고압 펌프(22), 재액화 장치(50) 등을 구동시키는 전력으로 활용함으로써, 본 발명의 시스템(2)의 구동 효율을 향상시킬 수 있고 에너지의 소비를 효과적으로 줄일 수 있다. 동력전달은 예를 들어 기어연결 또는 전기 변환 후 전달 등에 의해 이루어질 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 증발가스 팽창기(130)를 추가 구비하여 본 발명의 시스템(2)을 구동하는데 필요한 에너지를 줄일 수 있으며, 구동 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 제1~2 실시예의 액화가스 처리 시스템
2: 제3~8 실시예의 액화가스 처리 시스템
3: 선박 10: 액화가스 저장탱크
21: 부스팅 펌프 22: 고압 펌프
30: 열교환기 31: 열교환매체 저장탱크
32: 열교환매체 펌프 33: 열교환매체 히터
40: 흡입 장치 50: 재액화장치
51: 재액화 열교환기 52: 재액화 팽창기
53: 재액화 압축기 60: 예열-예냉 열교환기
71: 강제 기화기 72: 제1 기액분리기
80: 증발가스 압축기 81: 증발가스 냉각기
82: 저압 압축기 90: 수요처
91: 고압 수요처 92: 저압 수요처
93: 가스연소장치 100: 재응축기
110: 증발가스 히터 120: 제2 기액분리기
130: 증발가스 팽창기 201~213: 제1 내지 제13 라인
204a: 제4 분기라인
GL: 글리콜워터 순환라인 RL: 재액화 순환라인

Claims (11)

  1. 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 고압 수요처로 공급하는 액화가스 공급라인;
    상기 액화가스 저장탱크에 발생된 증발가스를 저압 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인;
    상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 고압으로 가압하며, 상기 액화가스 공급라인 상에 배치되는 펌프;
    상기 펌프로부터 가압된 액화가스를 가열하여 상기 고압 수요처로 공급하며, 상기 액화가스 공급라인 상에 배치되는 열교환기;
    상기 액화가스 공급라인 상의 상기 열교환기 하류에서 분기되어 상기 증발가스 공급라인에 연결되는 분기라인;
    상기 증발가스 공급라인 상에서 상기 분기라인과 연결되는 지점의 하류에서 분기되어 상기 액화가스 저장탱크에 연결되며, 상기 저압 수요처로 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 재액화하여 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시키는 재액화라인;
    상기 증발가스 공급라인 상에서 상기 분기라인과 연결되는 지점에 구비되는 흡입장치; 및
    상기 재액화라인 상에 구비되며, 상기 저압 수요처로 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 재액화하는 재액화 장치를 포함하고,
    상기 흡입장치는,
    상기 액화가스 공급라인 상에서 200 내지 400bar의 압력을 가진 기화된 액화가스를 작동유체로 하여 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 흡입하되,
    상기 재액화 장치는,
    별도의 냉매 장치를 통해서 상기 저압 수요처에서 소비하고 남은 증발가스를 재액화하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 흡입 장치에 공급되는 작동유체는,
    선박을 추진시키는 속도와는 독립적으로 일정하게 공급되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 펌프는,
    선박을 추진시키는 속도에 종속적으로 상기 고압 수요처로 액화가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입장치를 통과한 연료가 상기 저압 수요처가 필요로 하는 연료량보다 많은 경우, 상기 재액화 장치로 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    오일을 저장하는 오일 저장탱크; 및
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 소비하는 가스연소장치를 더 포함하고,
    상기 고압 수요처는,
    상기 오일 또는 상기 액화가스를 통해 구동되는 이종연료엔진인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고압 수요처는, 상기 펌프의 오작동시 또는 상기 흡입 장치의 오작동시 상기 오일 저장탱크로부터 오일을 공급받아 구동되며,
    상기 가스연소장치는, 상기 재액화 장치의 오작동시 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 공급받아 소비하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 재액화 장치로 공급되는 증발가스와 상기 열교환기로 공급되는 고압의 액화가스를 열교환하는 예열-예냉 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 예열-예냉 열교환기는,
    상기 재액화 장치로 공급되는 증발가스를 예냉하고, 상기 열교환기로 공급되는 고압의 액화가스를 예열하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 강제 기화시키는 강제 기화기를 더 포함하고,
    상기 강제 기화기는,
    상기 흡입 장치의 오작동시 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 강제 기화시켜 상기 저압 수요처로 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 강제 기화기에서 공급되는 기화된 액화가스를 공급받아 액상과 기상으로 분리하는 기액분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
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