KR101824092B1 - 질소 유량 및 농도 조절이 가능한 질소공급시스템 및 이를 이용한 질소공급방법 - Google Patents
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Abstract
질소 유량 및 농도 조절이 가능한 질소공급시스템 및 이를 이용한 질소공급방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 유량 및 농도 조절이 가능한 질소공급시스템은 블로우모터에 의해 유입된 공기를 압축하는 공기압축기; 공기압축기로부터 압축 공기가 공급되며 압축 공기 중에 포함된 산소와 질소를 분리 배출하는 기체분리막 모듈; 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소에 포함된 산소의 농도를 검출하고 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소에 포함되는 산소의 농도를 설정하는 산소농도 검출 및 설정유닛; 산소농도 검출 및 설정유닛에 의해 설정된 산소의 농도에 연동하여 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량 및 농도를 조절하도록, 블로우모터를 제어하여 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 조절하는 유량 조절유닛; 및 공기압축기에 연결되며, 수분이 제거된 압축 공기를 기체분리막 모듈에 공급하도록 공기압축기에서 압축된 압축 공기 중에 함유된 수분을 제거하는 제습유닛을 포함한다.
Description
본 발명은 질소 유량 및 농도 조절이 가능한 질소공급시스템 및 이를 이용한 질소공급방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 액화천연가스 설비에 대한 기밀시험과 가스치환을 위해 다량의 질소를 공급함에 있어 질소 유량 및 농도 조절이 가능한 질소공급시스템 및 이를 이용한 질소공급방법에 관한 것이다.
천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화천연가스(LNG; liquefied natural gas)의 상태로 액화된 후 LNG 수송선 등에 의해 원거리의 소비처로 운반된다.
액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들어 보관 및 운반에 매우 적합하며, 극저온 상태의 액화천연가스를 보관하기 위한 저장탱크가 설치된다.
한편, 액화천연가스 저장탱크의 유지보수 시 저장탱크를 완벽하게 비우고 작업자가 저장탱크의 내부로 접근할 수 있기 위해서는, 액화천연가스가 극저온의 발화성 물질이라는 점을 감안하여 일반적인 저장탱크와는 다른 특별한 작업 즉 치환작업이 선행되어야 한다.
액화천연가스 저장탱크의 치환방법은 액화천연가스가 저장된 저장탱크 내부를 비운 후에 저장탱크의 내부온도를 올려주는 승온단계(warm-up)와, 불활성 가스를 저장탱크의 내부에 공급하여 잔존하는 천연가스를 제거하는 제1 불활성화단계와, 건조된 공기를 저장탱크의 내부에 공급하여 불활성 가스를 제거하는 통기단계와, 작업자가 저장탱크의 내부에 접근하여 저장탱크의 유지보수 작업을 완료한 후 건조된 공기를 다시 저장탱크의 내부에 공급하여 수분을 제거하는 건조단계와, 화재나 폭발의 가능성을 없애기 위해 불활성 가스를 저장탱크의 내부에 공급하여 산소를 제거하는 제2 불활성화단계와, 탄화수소 가스를 저장탱크의 내부에 공급하여 불활성 가스를 제거하는 가스처리단계와, 액화가스를 이용하여 저장탱크를 냉각시키는 냉각단계를 포함한다.
여기서 치환방법의 제1 및 제2 불활성화단계에서 사용되는 불활성 가스는 질소가스를 사용하고 있다. 또한, LNG 저장탱크 및 LNG를 수송하는 배관의 건설 시 기밀시험 등에도 다량의 질소가스가 사용된다.
종래에 상기한 치환방법 및 기밀시험에 사용되는 다량의 질소가스는 대부분 액화질소를 기화기를 통해 고농도의 질소가스가 고정된 유량으로 공급된다.
이처럼, 종래의 액화질소를 사용하는 방법은 액화질소 구매 비용 이외에 기화기 등 부가적인 장치를 필요로 하므로 설비비가 증대되고, 치환방법 및 기밀시험에 질소농도 98몰% 이상의 고농도의 질소가 고정된 유량으로 공급되므로 액화질소의 사용에 따른 비용이 증대되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 액화천연가스 설비에 대한 가스치환 및 기밀시험을 위해 사용되는 질소의 유량 및 농도를 조절할 수 있는 질소 유량 및 농도 조절이 가능한 질소공급시스템 및 이를 이용한 질소공급방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 블로우모터에 의해 유입된 공기를 압축하는 공기압축기; 상기 공기압축기로부터 압축 공기가 공급되며 압축 공기 중에 포함된 산소와 질소를 분리 배출하는 기체분리막 모듈; 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소에 포함된 산소의 농도를 검출하고 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소에 포함되는 산소의 농도를 설정하는 산소농도 검출 및 설정유닛; 상기 산소농도 검출 및 설정유닛에 의해 설정된 산소의 농도에 연동하여 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량 및 농도를 조절하도록, 상기 블로우모터를 제어하여 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 조절하는 유량 조절유닛; 및 상기 공기압축기에 연결되며, 수분이 제거된 압축 공기를 상기 기체분리막 모듈에 공급하도록 상기 공기압축기에서 압축된 압축 공기 중에 함유된 수분을 제거하는 제습유닛을 포함하며, 상기 제습유닛은 상기 공기압축기에서 압축된 압축 공기를 냉각하여 압축 공기 중에 함유된 수분을 제거하는 냉동식 에어 드라이어(refrigerated air dryer); 및 상기 냉동식 에어 드라이어에 의해 수분이 제거된 압축 공기 중에 함유된 수분을 재차 제거하도록, 상기 냉동식 에어 드라이어에 순차로 연결되어 상기 냉동식 에어 드라이어를 거친 압축 공기 중에 함유된 수분을 흡착하는 흡착제가 수용된 흡착타워와 수분이 흡착된 흡착제가 수용되고 흡착제를 건조하는 과정을 거쳐 다시 상기 흡착타워로 번갈아 사용되는 재생타워를 구비한 흡착식 에어 드라이어(desiccant air dryer)를 포함하는 질소 유량 및 농도 조절이 가능한 질소공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 유량 조절유닛은, 상기 산소농도 검출 및 설정유닛에 의해 설정된 산소의 농도에 연동하여 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 증가시켜 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량을 증가시킴과 동시에 질소의 농도를 감소시키거나 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 감소시켜 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량을 감소시킴과 동시에 질소의 농도를 증가시킬 수 있다.
상기 기체분리막 모듈에 연결되어 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소를 저장하는 질소 저장탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 공기압축기와 상기 냉동식 에어 드라이어 사이에 마련되어 상기 공기 압축기에서 압축된 압축 공기를 냉각하는 냉각유닛을 더 포함할 수 있다.
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상기 기체분리막 모듈과 상기 흡착식 에어 드라이어 사이에 마련되어 상기 기체분리막 모듈에 의한 산소와 질소의 분리성능을 향상시키기 위해 상기 흡착식 에어 드라이어를 통해 배출되는 압축 공기를 가열하는 공기 가열유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 냉각유닛과 상기 냉동식 에어 드라이어 사이에 마련되어 상기 냉각유닛에서 냉각된 압축 공기를 임시 저장하며 압축 공기에 함유된 수분을 제거하는 제1 버퍼탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 흡착식 에어 드라이어와 상기 공기 가열유닛 사이에 마련되어 상기 냉동식 에어 드라이어에서 수분이 제거된 압축 공기를 임시저장하는 제2 버퍼탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 버퍼탱크와 상기 냉동식 에어 드라이어 사이, 상기 흡착식 에어 드라이어와 상기 제2 버퍼탱크 사이 및 상기 공기 가열유닛과 상기 기체분리막 모듈 사이 중 적어도 어느 하나에 마련되어 압축 공기 중에 함유된 이물질을 제거하는 적어도 하나의 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화천연가스(LNG) 설비에 대한 기밀시험과 가스치환을 위해 다량의 질소가스를 공급하는 질소공급방법에 있어서, 공기압축기에 공기를 공급하여 공기를 압축하는 단계; 상기 공기압축기에서 압축된 압축 공기를 제습유닛에 공급하여 제습하는 단계; 압축 공기를 기체분리막 모듈에 공급하여 압축 공기를 산소와 질소로 분리 배출하는 단계; 상기 기체분리막 모듈에 의해 분리 배출되는 질소에 포함되는 산소의 농도를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 산소의 농도에 연동하여 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 조절함으로써 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량 및 농도를 조절하는 단계를 포함하며, 상기 제습유닛은 상기 공기압축기에서 압축된 압축 공기를 냉각하여 압축 공기 중에 함유된 수분을 제거하는 냉동식 에어 드라이어(refrigerated air dryer); 및 상기 냉동식 에어 드라이어에 의해 수분이 제거된 압축 공기 중에 함유된 수분을 재차 제거하도록, 상기 냉동식 에어 드라이어에 순차로 연결되어 상기 냉동식 에어 드라이어를 거친 압축 공기 중에 함유된 수분을 흡착하는 흡착제가 수용된 흡착타워와 수분이 흡착된 흡착제가 수용되고 흡착제를 건조하는 과정을 거쳐 다시 상기 흡착타워로 번갈아 사용되는 재생타워를 구비한 흡착식 에어 드라이어(desiccant air dryer)를 포함하는 질소공급방법이 제공될 수 있다.
상기 질소의 유량 및 농도를 조절하는 단계는, 상기 설정된 산소의 농도에 연동하여 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 증가시켜 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량을 증가시킴과 동시에 질소의 농도를 감소시키거나 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 감소시켜 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량을 감소시킴과 동시에 질소의 농도를 증가시킬 수 있다.
상기 제습유닛에 냉각된 압축 공기를 공급하도록 상기 공기압축기에 의해 압축된 압축 공기를 냉각유닛으로 공급하여 냉각하는 단계; 및 상기 기체분리막 모듈에 압축 공기를 공급하기 전에, 압축 공기 중에 함유된 이물질을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제습유닛에 의해 수분이 제거된 압축 공기를 가열하여 상기 기체분리막 모듈에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
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본 발명의 실시예는 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소에 포함된 산소의 농도를 설정하고 설정된 산소 농도에 연동하여 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 조절함으로써 기체분리막 모듈에서 배출되는 질소의 농도 및 유량을 조절할 수 있어, 액화천연가스 설비의 설치 시 또는 유지보수 작업 시 작업조건에 따라 필요한 최적의 질소가스를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소공급시스템을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소공급시스템을 개략적으로 나타내는 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소의 유량 및 농도 조절 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소공급시스템을 개략적으로 나타내는 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소의 유량 및 농도 조절 동작을 설명하기 위한 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소공급시스템을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소공급시스템을 개략적으로 나타내는 구조도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소의 유량 및 농도 조절 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 질소공급시스템(10)은 압축 공기를 기체분리막 모듈(600)을 통해 산소와 질소로 분리 배출한다. 그리고, 본 발명에 따른 질소공급시스템(10)은 기체분리막 모듈(600)에서 분리 배출되는 질소에 포함되는 산소의 농도를 설정하고 설정된 산소의 농도에 연동하여 기체분리막 모듈(600)에 공급되는 압축 공기의 유량을 조절함으로써 기체분리막 모듈(600)에서 분리 배출되는 질소의 유량 및 농도를 조절한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 질소공급시스템(10)을 이용한 질소공급방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 공기는 블로우모터(blow motor,110)에 의해 공기압축기(air compressor,100)로 유입되며 공기압축기(100)를 통과한 공기는 압축된 후 냉각유닛(150)으로 공급된다.
공기압축기(100)을 통과한 압축 공기는 승온되며 수분이 포화된 상태로 냉각유닛(150)으로 공급된다.
냉각유닛(150)은 압축 공기의 온도를 대략 10℃ 정도 하강시켜 압축 공기에 함유된 수분을 일차적으로 제거한 후 후술할 냉동식 에어 드라이어(410)에 공급하는 역할을 한다.
이처럼 냉각유닛(150)은 냉동식 에어 드라이어(410)에 공급되는 압축 공기의 온도를 하강시켜 냉동식 에어 드라이어(410)에 공급함으로써, 냉동식 에어 드라이어(410)에 의한 제습효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
그리고, 냉각유닛(150)에서 배출된 압축 공기는 제1 버퍼탱크(buffer tank,200)로 공급된다. 공기압축기(100)를 통과한 압축 공기는 승온되며 수분이 포화된 상태이며 냉각유닛(150)을 거쳐 일정온도 냉각된 후 제1 버퍼탱크(200)에 저장된다.
제1 버퍼탱크(200)는 압축 공기를 임시저장하며, 제1 버퍼탱크(200)에 저장된 압축 공기에는 먼지 등의 이물질이 포함되므로 압축 공기에 포함된 이물질을 제거하기 위해 압축 공기는 0.5 ㎛ 크기의 다공성 여과재를 구비한 프리필터(pre filter,310)로 공급된 후 일차로 이물질이 제거된다.
그리고 공기압축기(100) 및 냉각유닛(150)을 거친 압축 공기는 승온되고 수분이 포화된 상태이므로, 압축 공기에 함유된 수분을 제거하기 위해 제1 버퍼탱크(200)에 저장된 압축 공기는 제습유닛(400)으로 공급된다.
특히, 압축 공기가 승온 상태이므로 제습유닛(400)은 승온 상태의 압축 공기를 냉각하여 압축 공기 중에 함유된 수분을 제거하는 냉동식 에어 드라이어(refrigerated air dryer,410)가 사용될 수 있다.
승온 상태의 압축 공기는 냉동식 에어 드라이어(410)에 공급된 후 저온의 냉매에 의해 차갑게 냉각되며, 이때 응축된 수분은 드레인 밸브(미도시)를 통해 배출되며, 제습된 압축 공기는 배출유로를 통해 다음 공정으로 공급된다. 이처럼 냉동식 에어 드라이어(410)에 의해 압축 공기에 함유된 수분이 상당량 제거된다.
그리고, 냉동식 에어 드라이어(410)를 거친 압축 공기는 재차 흡착식 에어 드라이어(430)의 흡착타워(431)로 공급되고 흡착제에 의해 수분이 흡착되어 더욱 더 건조된 후 흡착식 에어 드라이어(430)의 배출유로를 통해 다음 공정으로 공급된다.
전술한 바와 같이, 압축 공기는 냉동식 에어 드라이어(410)에 의해 수분의 상당량이 제거되므로 흡착식 에어 드라이어(430)에 수용된 흡착제의 수분 부하(moisture load)를 크게 경감할 수 있어 흡착제 사용량을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 실시예에서 공기압축기(100)가 급유식 공기압축기(oil injection air compressor)인 경우에 공기를 압축하는 공정 중에 압축 공기 중에 혼입된 유분은 전술한 냉동식 에어 드라이어(410)에서 상당량 제거되므로 유분에 의한 흡착식 에어 드라이어(430)의 흡착제 손상을 방지할 수 있다.
한편, 흡착식 에어 드라이어(430)는 수분이 흡착된 흡착제가 수용된 재생타워(433)를 더 포함하며, 재생타워(433)는 수용된 흡착제를 건조하는 과정을 거쳐 다시 흡착타워(431)로 사용된다. 즉, 재생타워(433)와 흡착타워(431)는 번갈아 사용된다.
참고로, 재생타워(433)에 수용된 흡착제의 건조과정을 살펴보면, 건조한 재생공기가 재생타워(433) 속에 있는 수분이 흡착된 흡착제 주위로 통과될 때 재생공기의 수증기 분압은 매우 낮고 흡착제 기공 속의 수증기 분압은 높기 때문에 수분의 농도차이에 의해 흡착제 표면에서 재생공기로 수증기 분자가 빠르게 확산되면서 흡착제가 건조되며 재생된다.
또한, 본 발명에 따른 질소공급시스템(10)은 냉동식 에어 드라이어(410)와 흡착식 에어 드라이어(430)를 거쳐 수분이 제거된 압축 공기에 함유된 먼지, 유분 등의 이물질을 재차 제거하기 위한 라인필터(line filter,330)를 더 포함할 수 있다. 여기서 라인필터(330)는 1 ㎛ 크기의 다공성 여과재를 구비하다.
그리고, 라인필터(330)에서 배출된 압축 공기는 제2 버퍼탱크(450)으로 공급된다. 구체적으로 냉동식 에어 드라이어(410)와 흡착식 에어 드라이어(430) 및 라인필터(330)를 순차로 거친 압축 공기는 제2 버퍼탱크(450)로 공급된다.
제2 버퍼탱크(450)에 저장된 압축 공기는 후술할 기체분리막 모듈(600)로 공급될 수 있으며, 또한 압축 공기의 일부를 외부로 배출하여 별도의 저장용기(미도시)에 저장할 수 있다.
그리고 제2 버퍼탱크(450)에 저장된 압축 공기는 가열된 후 기체분리막 모듈(600)에 공급될 수 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 질소공급시스템(10)은 제2 버퍼탱크(450)에서 배출된 압축 공기를 가열하는 공기 가열유닛(500)을 더 포함한다. 제2 버퍼탱크(450)에서 배출된 압축 공기는 공기 가열유닛(500)을 통해 가열된 후 후술할 기체분리막 모듈(600)로 공급된다.
공기 가열유닛(500)은 압축 공기를 50~60 ℃로 가열함으로써 기체분리막 모듈(600) 내의 산소 투과도를 향상시키며 이로써 기체분리막 모듈(600)에서 분리되는 산소와 질소의 분리능력을 향상시킬 수 있다.
한편, 공기 가열유닛(500)과 제2 버퍼탱크(450)을 거치는 동안 압축 공기에 먼지 등의 이물질이 포함될 수 있으며, 이를 제거하기 위해 제2 버퍼텅크(450)에서 배출된 압축 공기는 콜레서필터(coalescer filter,350)로 공급되어 이물질이 제거된다. 여기서, 콜레서필터(350)는 0.01 ㎛ 크기의 다공성 여과재를 구비한다.
그리고, 콜레서 필터(350)을 통과한 압축 공기는 적어도 하나 이상의 기체분리막 모듈(600)로 공급된다.
기체분리막 모듈(600)은 질소 분리막(미도시)이 수용되며, 질소 분리막을 이용하여 확산투과에 따른 기체분리 방식으로 압축 공기를 산소와 질소로 분리하는 역할을 한다.
질소 분리막은 질소가 통과할 수 없는 미세크기 홀들을 갖는 분리막으로서 질소보다 크기가 작은 산소는 홀들을 투과하여 배출되고 질소는 분리막을 지나 외부로 배출되게 하여 산소와 질소를 분리한다.
이러한 질소 분리막은 고분자 재료로 구성되며, 약 50~60℃의 고온 고압의 공기가 공급되어야 보다 순도가 높고 많은 양의 질소를 얻을 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같이 본 실시예에서는 기체분리막 모듈(600)에 압축 공기가 공급되기 전에 공기 가열유닛(500)으로 압축 공기를 예열한다.
그리고, 도 3을 참조하면 기체분리막 모듈(600)은 일단에 압축 공기가 공급되는 공기 유입구(610)와, 타단에 질소가 배출되는 질소 배출구(650)와, 공기 유입구(610)와 질소 배출구(650) 사이에 분리된 산소가 배출되는 산소 배출구(630)를 포함한다.
그리고, 기체분리막 모듈(600)의 질소 배출구(650)를 통해 배출되는 질소에는 산소가 포함될 수 있으며, 본 발명에 따른 질소공급시스템(10)은 질소 배출구(650)에서 배출되는 질소에 포함된 산소의 농도를 검출할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 질소공급시스템(10)은 기체분리막 모듈(600)에서 분리 배출되는 질소의 유량 및 농도를 조절할 수 있도록 기체분리막 모듈(600)에서 분리 배출되는 질소에 포함된 산소의 농도를 검출하고 분리 배출되는 질소에 포함되는 산소의 농도를 설정하는 산소농도 검출 및 설정유닛(800)과, 산소농도 검출 및 설정유닛(800)에서 설정된 산소의 농도에 연동하여 기체분리막 모듈(600)에서 분리배출되는 질소의 유량 및 농도를 조절하도록, 블로우모터(110)를 제어하여 기체분리막 모듈(600)에 공급되는 압축 공기의 유량을 조절하는 유량 조절유닛(미도시)을 더 포함한다.
본 실시예에 따른 기체분리막 모듈(600)에서 분리 배출되는 질소의 유량 및 농도 조절은 기체분리막 모듈(600)의 공기 유입구(610)에 공급되는 압축 공기의 유량에 의해 제어된다. 여기서 압축 공기의 유량 조절은 도 2에서 도시된 바와 같이 공기압축기(100)에 연결되어 공기를 공기압축기(100)로 공급하는 블로우모터(110)를 제어함으로써 조절할 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 산소농도 검출 및 설정유닛(800)에 의해 설정된 산소의 농도에 연동하여 기체분리막 모듈(600)의 공기 유입구(610)에 공급되는 압축 공기의 유량이 증가되면 기체분리막 모듈(600)의 질소 배출구(650)에서 배출되는 질소의 유량은 증가되고 질소의 농도는 감소된다.
반대로 본 실시예에서는 기체분리막 모듈(600)의 공기 유입구(610)에 공급되는 압축 공기의 유량이 감소되면 기체분리막 모듈(600)의 질소 배출구(650)에서 배출되는 질소의 유량은 감소되고 질소의 농도는 증가된다.
구체적으로, 산소농도 검출 및 설정유닛(800)은 기체분리막 모듈(600)에서 분리된 질소에 포함된 산소의 농도를 측정함과 아울러 작업조건에 따라 기체분리막 모듈(600)에서 분리되는 질소의 유량 및 농도를 조절할 수 있도록 한다.
예를 들어, 산소농도 검출 및 설정유닛(800)에 의해 산소 농도가 5몰%로 설정된 경우에 유량 조절유닛은 기체분리막 모듈(600)의 공기 유입구(610)에 공급되는 압축 공기의 유량을 조절하여 기체분리막 모듈(600)의 질소 배출구(650)에서 배출되는 질소의 농도가 95몰%가 되도록 한다.
그리고, 단계적으로 산소농도 검출 및 설정유닛(800)에 의해 산소 농도가 1몰%로 설정된 경우에 유량 조절유닛은 기체분리막 모듈(600)의 공기 유입구(610)에 공급되는 압축 공기의 유량을 감소시켜 기체분리막 모듈(600)의 질소 배출구(650)에서 배출되는 질소의 농도가 99몰%가 되도록 할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시예는 기체분리막 모듈(600)의 공기 유입구(610)에 공급되는 압축 공기의 유량을 제어하여 작업조건에 따라 기체분리막 모듈(600)에서 분리되는 질소의 유량 및 농도를 조절할 수 있다.
그리고, 기체분리막 모듈(600)에서 분리 배출되는 질소는 질소 저장탱크(900)에 저장된 후 LNG 저장탱크 및 LNG를 수송하는 배관의 건설 시 기밀시험 등을 위해 공급된다.
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.
10: 질소공급시스템 100: 공기압축기
150: 냉각유닛 200: 제1 버퍼탱크
310: 프리필터 330: 라인필터
350: 콜레서필터 400: 제습유닛:
410: 냉동식 에어 드라이어 430: 흡착식 에어 드라이어
450: 제2 버퍼탱크 500: 공기 가열유닛
600: 기체분리막 모듈 700: 유량 조절밸브
800: 산소농도 검출 및 설정유닛 900: 질소 저장탱크
150: 냉각유닛 200: 제1 버퍼탱크
310: 프리필터 330: 라인필터
350: 콜레서필터 400: 제습유닛:
410: 냉동식 에어 드라이어 430: 흡착식 에어 드라이어
450: 제2 버퍼탱크 500: 공기 가열유닛
600: 기체분리막 모듈 700: 유량 조절밸브
800: 산소농도 검출 및 설정유닛 900: 질소 저장탱크
Claims (15)
- 블로우모터에 의해 유입된 공기를 압축하는 공기압축기;
상기 공기압축기로부터 압축 공기가 공급되며 산소는 투과하고 질소가 통과할 수 없는 미세크기 홀들을 갖는 분리막을 구비하여 압축 공기 중에 포함된 산소와 질소를 분리 배출하는 기체분리막 모듈;
상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소에 포함된 산소의 농도를 검출하고 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소에 포함되는 산소의 농도를 설정하는 산소농도 검출 및 설정유닛;
상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 증가시켜 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량을 증가시킴과 동시에 질소의 농도를 감소시키거나 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 감소시켜 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량을 감소시킴과 동시에 질소의 농도를 증가시키도록, 상기 산소농도 검출 및 설정유닛에 의해 설정된 산소의 농도에 연동하며 상기 블로우모터를 제어하여 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 조절하는 유량 조절유닛; 및
상기 공기압축기에 연결되며 상기 공기압축기에서 압축된 압축 공기를 냉각하여 압축 공기 중에 함유된 수분을 제거하는 냉동식 에어 드라이어(refrigerated air dryer)와 상기 냉동식 에어 드라이어에 의해 수분이 제거된 압축 공기 중에 함유된 수분을 재차 제거하도록 상기 냉동식 에어 드라이어에 순차로 연결되어 상기 냉동식 에어 드라이어를 거친 압축 공기 중에 함유된 수분을 흡착하는 흡착제가 수용된 흡착타워와 수분이 흡착된 흡착제가 수용되고 흡착제를 건조하는 과정을 거쳐 다시 상기 흡착타워로 번갈아 사용되는 재생타워를 구비한 흡착식 에어 드라이어(desiccant air dryer)를 구비하여 상기 공기압축기에서 압축된 압축 공기 중에 함유된 수분을 제거하여 상기 기체분리막 모듈에 공급하는 제습유닛;
상기 공기압축기와 상기 냉동식 에어 드라이어 사이에 마련되어 상기 공기 압축기에서 압축된 압축 공기를 냉각하는 냉각유닛;
상기 흡착식 에어 드라이어와 상기 기체분리막 모듈 사이에 마련되어 상기 흡착식 에어 드라이어를 통해 배출되는 압축 공기를 가열하는 공기 가열유닛;
상기 냉각유닛과 상기 냉동식 에어 드라이어 사이에 마련되며 0.5 ㎛ 크기의 다공성 여과재를 구비한 프리필터;
상기 흡착식 에어 드라이어와 상기 공기 가열유닛 사이에 마련되며 1 ㎛ 크기의 다공성 여과재를 구비한 라인필터;
상기 공기 가열유닛과 상기 기체분리막 모듈 사이에 마련되며 0.01 ㎛ 크기의 다공성 여과재를 구비한 콜레서필터를 포함하는 질소 유량 및 농도 조절이 가능한 질소공급시스템. - 제1항에 있어서,
상기 냉각유닛과 상기 냉동식 에어 드라이어 사이에 마련되어 상기 냉각유닛에서 냉각된 압축 공기를 임시 저장하며 압축 공기에 함유된 수분을 제거하는 제1 버퍼탱크; 및
상기 흡착식 에어 드라이어와 상기 공기 가열유닛 사이에 마련되어 상기 흡착식 에어 드라이어에서 수분이 제거된 압축 공기를 임시저장하는 제2 버퍼탱크를 더 포함하는 질소 유량 및 농도 조절이 가능한 질소공급시스템. - 제1항에 따른 질소 유량 및 농도 조절이 가능한 질소공급시스템을 이용하여 액화천연가스(LNG) 설비에 대한 기밀시험과 가스치환을 위해 다량의 질소가스를 공급하는 질소공급방법에 있어서,
상기 공기압축기에 공기를 공급하여 공기를 압축하는 단계;
압축 공기에 포함된 수분을 제거하도록 압축 공기를 상기 냉각유닛으로 공급하여 냉각하는 단계;
상기 냉각유닛을 거친 압축 공기를 0.5 ㎛ 크기의 다공성 여과재를 구비한 상기 프리필터로 공급하여 이물질을 제거하는 단계;
상기 냉각유닛을 거친 압축 공기를 상기 냉동식 에어 드라이어와 상기 흡착식 에어 드라이어를 구비한 상기 제습유닛에 공급하여 제습하는 단계;
상기 냉동식 에어 드라이어와 상기 흡착식 에어 드라이어를 거쳐 수분이 제거된 압축 공기를 1 ㎛ 크기의 다공성 여과재를 구비한 상기 라인필터로 공급하여 이물질을 제거하는 단계;
상기 라인필터를 거친 압축 공기를 상기 공기 가열유닛으로 공급하여 가열하는 단계;
상기 공기 가열유닛을 거친 압축 공기를 0.01 ㎛ 크기의 다공성 여과재를 구비한 상기 콜레서필터로 공급하여 이물질을 제거한 후 상기 기체분리막 모듈에 공급하는 단계;
압축 공기를 상기 기체분리막 모듈에 공급하여 압축 공기를 산소와 질소로 분리 배출하는 단계;
상기 산소농도 검출 및 설정유닛을 이용하여 상기 기체분리막 모듈에 의해 분리 배출되는 질소에 포함되는 산소의 농도를 검출하고 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소에 포함되는 산소의 농도를 설정하는 단계; 및
상기 산소농도 검출 및 설정유닛에 의해 설정된 산소의 농도에 연동하여 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 증가시켜 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량을 증가시킴과 동시에 질소의 농도를 감소시키거나 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 감소시켜 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량을 감소시킴과 동시에 질소의 농도를 증가시키도록, 상기 유량 조절유닛을 이용하여 상기 블로우모터를 제어하여 상기 기체분리막 모듈에 공급되는 압축 공기의 유량을 조절함으로써 상기 기체분리막 모듈에서 분리 배출되는 질소의 유량 및 농도를 조절하는 단계를 포함하는 질소공급방법. - 삭제
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