KR101854229B1

KR101854229B1 - 선박의 연료가스 공급시스템

Info

Publication number: KR101854229B1
Application number: KR1020160141944A
Authority: KR
Inventors: 이원두; 강호숙; 이상호; 최병윤; 황예림
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-04

Abstract

연료가스 공급시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 연료가스 공급시스템은 액화가스와 그로부터 발생되는 증발가스를 저장하는 저장탱크; 제1압축부를 구비하고 상기 저장탱크에서 수요처로 연장되는 제1공급라인; 상기 제1공급라인에서 분기되어 상기 제1압축부에 의해 가압된 유체 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인; 상기 재액화라인을 통해 유체를 공급받아 플래쉬가스와 액체성분으로 분리하는 기액분리기; 상기 기액분리기에서 상기 플래쉬가스 일부를 상기 수요처로 공급하는 제2공급라인; 상기 기액분리기에서 상기 플래쉬가스 일부를 상기 제1공급라인으로 공급하는 재공급라인; 상기 제1공급라인과 상기 재액화라인과 간의 열교환을 수행하는 열교환기; 상기 제2공급라인 상에 마련되어, 상기 저장탱크의 압력값을 기초로 제어되는 유량조절밸브; 및 상기 재공급라인 상에 마련되어, 상기 기액분리기의 압력값을 기초로 제어되는 압력조절밸브;를 포함한다.

Description

선박의 연료가스 공급시스템{FUEL GAS SUPPLYING SYSTEM IN SHIPS}

본 발명은 선박의 연료가스 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모하고, 연료가스의 조성 품질을 향상시킬 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.

온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다. 이처럼 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변화되어 저장 및 운반된다.

액화가스를 운반하는 선박은 액화가스를 저장할 수 있도록 단열 처리된 저장탱크를 구비한다. 또 이러한 선박은 저장탱크에서 자연적으로 발생하는 증발가스(Boiled Off Gas) 또는 저장탱크의 액화가스를 기화시켜 엔진의 연료로 공급하는 연료가스 공급시스템을 포함한다. 이때 선박의 엔진은 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진 등과 같은 저압(약 5~8bar)의 분사엔진과, ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압(약150~700bar) 또는 중압(약 16~18bar)의 연료가스로 연소가 가능한 중압가스 분사엔진이 이용된다.

이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화천연가스를 완전히 단열시켜 수용하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다. 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으므로 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.

이에 종래에는 저장탱크의 상측에 마련되는 벤트마스트(Vent mast)로 증발가스를 흘려 보내거나, GCU(Gas Combustion Unit)을 이용하여 증발가스를 태워버리는 방안 등이 이용되었다. 그러나 이는 에너지 효율 면에서 바람직하지 못하므로 증발가스를 액화천연가스와 함께 또는 각각 선박의 엔진에 연료가스로 공급하거나, 냉동 사이클 등으로 이루어지는 재액화장치를 이용해 증발가스를 재액화시켜 활용하는 방안이 이용되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)

본 발명은 엔진 등의 수요처에 공급되는 질소가스 함량을 용이하게 조절할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 컴프레서 또는 열교환기 등의 에너지 소모를 줄여 설비투자비용(CAPEX)과 운용비용(OPEX)을 절감하고자 한다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 종사자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스와 그로부터 발생되는 증발가스를 저장하는 저장탱크; 제1압축부를 구비하고 상기 저장탱크에서 수요처로 연장되는 제1공급라인; 상기 제1공급라인에서 분기되어 상기 제1압축부에 의해 가압된 유체 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인; 상기 재액화라인을 통해 유체를 공급받아 플래쉬가스와 액체성분으로 분리하는 기액분리기; 상기 기액분리기에서 상기 플래쉬가스 일부를 상기 수요처로 공급하는 제2공급라인; 상기 기액분리기에서 상기 플래쉬가스 일부를 상기 제1공급라인으로 공급하는 재공급라인; 상기 제1공급라인과 상기 재액화라인과 간의 열교환을 수행하는 열교환기; 상기 제2공급라인 상에 마련되어, 상기 저장탱크의 압력값을 기초로 제어되는 유량조절밸브; 및 상기 재공급라인 상에 마련되어, 상기 기액분리기의 압력값을 기초로 제어되는 압력조절밸브;를 포함하는 연료가스 공급시스템이 제공될 수 있다.

상기 유량조절밸브는 상기 저장탱크 내의 압력이 설정압력 이상인 경우 상기 제2공급라인으로 흐르는 유체의 유량을 증가시킬 수 있다.

상기 압력조절밸브는 상기 기액분리기 내의 압력이 설정압력 이상인 경우 상기 재공급라인으로 흐르는 유체의 유량을 증가시킬 수 있다.

상기 수요처는 고압상태의 증발가스를 요구하는 제1수요처와, 저압상태의 증발가스를 요구하는 제2수요처와 GCU를 포함하고, 상기 제1공급라인은 상기 저장탱크에서 상기 제1수요처로 연결되고, 상기 제2공급라인은 상기 GCU로 상기 플래쉬가스 일부를 공급할 수 있다.

상기 제1압축부 중단에서 분기되어 상기 제2수요처로 연장되는 제3공급라인과, 상기 상기 제1압축부 중단에서 분기되어 상기 GCU로 연장되는 제4공급라인을 포함할 수 있다.

상기 제2공급라인은 상기 열교환기를 통과하여 지나도록 마련되고, 상기 열교환기는 상기 제1공급라인과, 상기 재액화라인과, 상기 제2공급라인을 각각 통과하는 유체 간의 열교환을 수행할 수 있다.

상기 재액화라인에는 상기 증발가스의 응축을 위한 제2압축부가 마련될 수 있다.

상기 기액분리기에서 분리된 상기 액체성분을 상기 저장탱크에 공급하기 위한 회수라인을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 연료가스 공급시스템은, 기액분리기에서 제1공급라인으로 합류되는 재공급라인에 압력조절밸브를 마련하여, 기액분리기의 압력 조절이 압력조절밸브 하나의 밸브만으로 조절되기 때문에 여러개의 압력조절밸브를 설치하는 경우 대비 밸브 전환간 발생되는 문제를 방지할 수 있다.

또한, 저장탱크의 압력값에 의해 제어되는 유량조절밸브를 통해 기액분리기에서 발생되는 플래쉬가스가 대량으로 발생되더라도 저장탱크의 압력이 높아지는 것을 막을 수 있다.

또한, 유량조절밸브과 압력조절밸브을 별도로 마련하는 밸브 제어방법을 통해 두 개의 밸브가 동시에 작동될 수 있음으로써, 저장탱크와 기액분리기의 압력변화에 유기적으로 대처할 수 있다.

도 1은 종래의 연료가스 공급시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 연료가스 공급시스템을 개략적으로 도시한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 종래의 연료가스 공급시스템을 개략적으로 도시한다.

종래의 연료가스 시스템에서는 기액분리기(S)에서 재공급라인(P4)을 통해 저장탱크(T)까지 펌프를 이용하지 않고 액체를 이송해야 하기 때문에, 저장탱크(T)의 내부압력 및 탱크내 액화가스 레벨을 고려하여, 기액분리기(S)의 내부 압력이 약 3~4 barA 정도로 유지되도록 한다. 이같이 기액분리기(S)의 내부 압력을 유지하기 위하여 종래에는 기액분리기(S) 상하단에 각각 밸브를 설치하고, 액체성분은 기액분리기(S)의 액체배출구의 밸브를 통해 조절하고, 압력은 기액분리기(S)의 기체배출구의 밸브를 통해 조절하는 방식을 이용하였다.

한편, 기액분리기(S)에서 분리된 플래쉬가스는 질소를 다량 포함하고 있어 질소의 양이 많아지면 기액분리기(S)에서 GCU(U, Gas Consumption Unit)로 향하는 제2공급라인(P3)을 통해 플래쉬가스를 공급하여 태움으로써, 저장탱크(T)와 수요처를 잇는 제1공급라인(P1)과, 기액분리기(S)에서 플래쉬가스 일부를 다시 제1공급라인(P1)으로 공급하는 재공급라인(P4)을 통해 순환되는 질소의 양을 줄일 수 있도록 설계된다. 이때, 질소의 양을 기준으로 측정하기 위해 가스성분분석기 등이 구비되며, 실제 공정상에서 성분측정이 지속적으로 실시된다.

이처럼 플래쉬가스를 제2공급라인(P3)을 통해 GCU(U)로 보내는 양을 조절하기 위하여, 기액분리기(S)의 기체배출부에는 제2공급라인(P3)과 재공급라인(P4)에 각각 압력조절밸브(A1,A2)가 설치된다.

그러나 이와 같이 기액분리기(S)에서의 조성관찰을 통해 2개의 압력조절밸브(A1,A2)를 이용하여 압력을 콘트롤 할 경우, 반드시 조절하지 않는 하나의 압력조절밸브는 닫힘상태로 만든 이후에 나머지 하나의 압력조절밸브를 이용해 압력을 조절해야 한다. 조절하지 않는 압력조절밸브가 열림상태일 경우, 그 부분으로 압력이 새고, 그로 인해 압력조절이 되지 않기 때문이다. 따라서, 2개의 압력조절밸브에 대한 조작은 ON/OFF 방식으로 조절되어야 한다.

또한, 2개의 압력조절밸브(A1,A2)에 대한 온오프 상태를 전환할 경우, 반드시 전환 전에 조절에 이용한 압력조절밸브를 닫은 이후에 다른 압력조절밸브를 조절해야 하므로 압력조절밸브에 대한 콘트롤 로직(logic)이 복잡해진다. 또한, 이 경우 순간적으로 2개의 압력조절밸브(A1,A2)가 모두 닫힘상태가 되기 때문에 기액분리기(S)의 압력이 순간적으로 상승해 공정상의 안정성이 문제된다.

한편, 제1압축부(C)의 컴프레서 용량은 재공급라인(P4)으로 공급되는 플래쉬가스와 저장탱크(T)로부터 공급되는 증발가스가 합쳐진 용량으로 결정된다. 이때 플래쉬가스가 예상보다 다량 발생할 경우 컴프레서에 플래쉬가스가 다량이 유입되어 저장탱크(T)로부터 증발가스가 예상보다 적게 배출될 수 있다. 이처럼 증발가스가 저장탱크(T)로부터 배출되지 못하는 경우에는 저장탱크(T)의 내부 압력이 증가되어 가스분석기로 예측하지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 본 발명에 따른 일실시예는 이러한 문제들을 해결한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(100)을 나타내는 개념도이다. 이하 실시 예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일례로서, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화탄화수소가스 등 다양한 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.

도 2을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(100)은 액화가스와 그로부터 발생되는 증발가스를 저장하는 저장탱크(1), 제1압축부(20)를 구비하고 상기 저장탱크(1)에서 수요처(2,3,4)로 연장되는 제1공급라인(L1), 상기 제1공급라인(L1)에서 분기되어 상기 제1압축부(20)에 의해 가압된 유체 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(L2), 상기 재액화라인(L2)을 통해 유체를 공급받아 플래쉬가스와 액체성분으로 분리하는 기액분리기(40), 상기 기액분리기(40)에서 상기 플래쉬가스 일부를 상기 수요처로 공급하는 제2공급라인(L3), 상기 기액분리기(40)에서 상기 플래쉬가스 일부를 상기 제1공급라인(L1)으로 공급하는 재공급라인(L4), 상기 제1공급라인(L1)과 상기 재액화라인(L2)과 간의 열교환을 수행하는 열교환기(10), 상기 제2공급라인(L3) 상에 마련되어, 상기 저장탱크(1)의 압력값을 기초로 제어되는 유량조절밸브(V1), 및 상기 재공급라인(L4) 상에 마련되어, 상기 기액분리기(40)의 압력값을 기초로 제어되는 압력조절밸브(V2)를 포함할 수 있다.

저장탱크(1)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(1)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(1)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.

저장탱크(1)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(1) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(1)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(1)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(1)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(1) 내부에 발생된 증발가스는 본 발명의 일실시예와 같이 제1공급라인(L1) 또는 후술할 제3공급라인(L6)과 제4공급라인(L7)에 의해 엔진의 연료가스로 이용되거나, GCU(4)에서 소각되거나, 재액화라인(L2)에 의해 재액화되어 저장탱크(1)로 다시 공급될 수 있다.

수요처(2,3)는 저장탱크(1)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시키는 엔진으로 이루어질 수 있다. 수요처는 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제1수요처(2)와, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2수요처(3), 및 GCU(4)를 포함할 수 있다.

제1수요처(2)는 일례로 상대적으로 고압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진으로 이루어지고, 제2수요처(3)는 상대적으로 저압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진 등으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 엔진 및 다양한 종류의 엔진이 이용되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다. 또, GCU(4, Gas Combustion Unit)는 제2수요처(3)에서 요구하는 압력 수준으로 가압된 유체를 공급받아 그를 소각하는 방식으로 연료가스를 소비할 수 있다.

제1공급라인(L1)은 저장탱크(1)에 존재하는 증발가스를 가압하여 제1수요처(2)에 연료가스로서 공급하도록 마련된다. 제1공급라인(L1)은 입구 측 단부가 저장탱크(1)의 내부에 연결되고, 출구 측 단부는 제1수요처(2)에 연결되되, 후술할 제1압축부(20) 후단에는 재액화라인(L2)이 분기될 수 있다. 즉, 제1공급라인(L1)은 저장탱크(1)내부의 증발가스를 공급받고, 공급받은 증발가스를 제1수요처(2)에 적합한 가스 압력으로 공급하기 위한 배관으로서, 제1공급라인(L1) 상에는 저장탱크(1)로부터 공급되는 증발가스를 제1수요처(2)에서 요구하는 압력으로 가압하는 다단의 제1압축부(20)가 연결될 수 있다.

제1압축부(20)는 증발가스를 압축하는 제1컴프레서(21)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 제1냉각기(22)를 포함한다. 이때, 제1압축부(20)의 제1컴프레서(21)는 저장탱크(1)의 증발가스를 상대적으로 낮은 압력수준까지 가압하는 바, 윤활유 없이 작동하는 무급유 윤활(Oil-free lubrication)방식의 압축장치로 마련될 수 있다.

제1압축부(20)에 의해 제1수요처(2)의 요구압력에 맞도록 압축된 증발가스는 제1공급라인(L1)을 통해 제1수요처(2)로 공급될 수 있다. 이때, 제1압축부(20)의 제1컴프레서(21) 중단에는 제2수요처(3)로 연장되는 제3공급라인(L6)이 마련되고, 그를 통해 제2수요처(3)에서 요구하는 압력 수준으로 가압된 증발가스를 제2수요처(3) 또는 GCU(4)로 공급될 수 있다.

제1컴프레서(21)는 저장탱크(1)에서 공급되는 증발가스를 제1공급라인(L1)으로 송출함과 아울러 증발가스를 제1수요처(2)의 요구압력에 맞도록 다단 압축한다. 일례로, 제1컴프레서(21)는 5단의 제1컴프레서(21)와 각 단의 출력단에 연결되는 5개의 제1냉각기(22)를 포함하고, 5단의 제1컴프레서(21)는 단계적으로 증발가스를 제1수요처(2) 또는 제2수요처(3)의 요구압력에 따라 압축할 수 있다. 이때, 압축효율 향상을 위해 각 단 사이에 연결된 제1냉각기(22)는 각 단 토출가스를 중간 냉각해서 압축에 의한 증발가스의 온도 상승을 방지한다.

제3공급라인(L6)은 제1공급라인(L1)의 제1압축부(20) 중단부로부터 분기되어 제1압축부(20)를 통과하는 가압 도중의 증발가스를 제2수요처(3) 또는 GCU(4)로 공급한다. 도 2에서는 제3공급라인(L6)의 입구 측 단부가 제1압축부(20)의 중단부에 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 출구 측 단부는 분기되어 한쪽은 제2수요처(3), 다른 한쪽은 GCU(4)에 연결될 수 있다.

재액화라인(L2)은 제1압축부(20)에 의해 제1수요처(2)의 요구압력으로 가압된 유체, 즉 증발가스를 회수하여 감압 및 액화한 후 기액분리기(40)에 공급할 수 있다. 이러한 재액화라인(L2)에는 증발가스를 냉각하여 액화시키기 위한 열교환기(10)와, 열교환기(10)를 거친 후 액화된 증발가스를 감압하여 기액분리기(40)로 송출하기 위한 재액화라인 밸브(V4)가 설치될 수 있다. 다시 말해, 재액화라인(L2)을 통해 기액분리기(40)로 공급되는 증발가스는 제2압축부(30)와, 열교환기(10), 및 재액화라인 밸브(V4)를 순차로 통과하면서 부분적 액화 및 감압되어 기액 혼합상태로 기액분리기(40)에 공급될 수 있다.

나아가, 재액화라인(L2)은 제1공급라인(L1)을 통해 공급되는 증발가스가 수요처(2,3,4)에서 필요로 하는 양보다 많은 양이 공급되는 경우 또는 질소함량의 조절이 필요한 경우에, 그 일부를 제1공급라인(L1)으로부터 회수하는 역할을 할 수 있다.

제2압축부(30)는 재액화라인(L2) 상에 마련되어, 기액분리기(40) 쪽으로 이동하는 압축된 증발가스를 액체 상태로 변환하는 응축기 역할을 수행할 수 있다. 제2압축부(30)는 제1압축부(20)와 마찬가지로, 제2컴프레서(31)와 제2컴프레서(31) 후단에 제2냉각기(32)가 마련될 수 있다.

열교환부(10)는 열매체를 이용하여, 그를 통과하는 제1공급라인(L1)과 재액화라인(L2) 및 제2공급라인(L3) 간의 열교환을 수행할 수 있다. 즉, 열교환부(10)는 제1공급라인(L1)을 통해 저장탱크(1)로부터 공급되는 유체와, 재액화라인(L2)을 통해 제2수요처(3) 쪽으로 향하는 유체와, 제2공급라인(L3)을 지나는 유체 간 열교환을 수행하는 것이다.

예를 들어, 열교환부(10)의 내부를 순환하는 열매체는 재액화라인(L2)과의 열교환을 통해 가열되거나, 제1공급라인(L1)과의 열교환을 통해 그를 통과하는 증발가스를 냉각할 수 있다. 또 열매체는 제2공급라인(L2)과의 열교환을 통해 기액분리기(40)에서 분리된 플래쉬가스(flash gas)의 냉열을 회수하고, 이를 이용해 제1공급라인(L1)을 통과하는 증발가스에 공급할 수 있다. 이처럼, 열교환부(10)는 제1공급라인(L1)과 재액화라인(L2) 및 제2공급라인(L3) 간의 열교환을 수행하여, 에너지의 효율적인 이용을 구현한다.

한편, 열교환부(10)가 2-stream 열교환기로 설계된 경우에는, 제2공급라인(L3)은 열교환부(10)을 통과하도록 마련되는 대신 별도의 독립된 히터(미도시)를 이용하여 GCU(4)로 플래쉬가스를 이송할 수 있다.

기액분리기(40)는 그로 공급되는 유체를 기체 성분인 플래쉬가스와 나머지 액체 성분으로 분리한다. 이때 기액분리기(40)에서 분리된 액체 성분, 즉 액화가스는 회수라인(L5)을 통해 저장탱크(1)에 저장되고, 기액분리기(40)에서 분리된 플래쉬가스는 제2공급라인(L3)을 통해 GCU(4)로 공급되거나 재공급라인(L4)을 통해 다시 제1공급라인(L1)에 공급될 수 있다. 이때, 플래쉬가스(Flash Gas)란, 제2압축부(30) 등에서 응축되는 증발가스가 과냉각이 덜 되어 팽창변으로 가는 도중 액의 일부가 기체로 된 것일 수 있다.

제2공급라인(L3)은 기액분리기(40)의 플래쉬가스 일부를 GCU(4)로 공급한다. 이러한 제2공급라인(L3)에는 저장탱크(1) 내부의 압력값에 의해 제어되는 유량조절밸브(V1)가 마련될 수 있다.

유량조절밸브(V1)는 저장탱크(1) 내의 압력이 설정압력 이상인 경우 상기 제2공급라인(L3)으로 흐르는 유체의 유량을 증가시켜 제2공급라인(L3)을 통해 GCU(4)로 공급되는 플래쉬가스의 양을 조절할 수 있다. 저장탱크(1)에 설치되는 압력계측기를 통해 저장탱크(1) 내부 압력을 측정하고, 이를 기초로 유량조절밸브(V1)의 개폐여부를 결정하여 제2공급라인(L3)으로의 유체 흐름을 조절하는 것이다.

재공급라인(L4)은 기액분리기(40)의 상단과 제1공급라인(L1)을 연결한다. 기액분리기(40)에서 분리된 플래쉬가스의 일부는 수요처(2,3,4), 특히 GCU(4)로 공급하기 위해 제2공급라인(L3)으로 보내고, 나머지를 제1공급라인(L1)으로 재순환시키는 것이다. 이때, 재공급라인(L4)에는 기액분리기(40) 내부의 압력값에 의해 제어되는 압력조절밸브(V2)가 마련될 수 있다.

압력조절밸브(V2)는 기액분리기(40) 내의 압력이 설정압력 이상인 경우 상기 재공급라인(L4)으로 흐르는 유체의 유량을 증가시켜 제1공급라인(L1)으로 공급되는 플래쉬가스의 양을 조절할 수 있다. 기액분리기(40)에 설치되는 압력계측기를 통해 기액분리기(40) 내부 압력을 측정하고, 이를 기초로 압력조절밸브(V2)의 개폐여부를 결정하여 제1공급라인(L1)으로의 유체 흐름을 조절하는 것이다.

이처럼, 재공급라인(L4) 또는 제2공급라인(L3)으로 각각 투입되는 플래쉬가스의 양은 저장탱크(1)의 내부 압력 또는 기액분리기(40)의 내부 압력에 따라 결정될 수 있다.

회수라인(L5)은 기액분리기(40)에서 분리된 액체 상의 연료를 저장탱크(1)에 다시 저장되도록 한다. 이때 회수라인(L5)에는 저장탱크(1)로 공급되는 액화가스를 상압으로 감압하기 위한 회수라인 밸브(V3)가 마련될 수 있다.

이처럼 본 발명의 일실시예 따른 연료가스 시스템에서는, 기액분리기(40)에서 열교환기(10) 전단으로 합류되는 재공급라인(L4)에 압력조절밸브(V2)를 마련하되 기액분리기(40)에서 열교환기(10)를 통과해 GCU(4)로 통하는 제2공급라인(L3)에 유량조절밸브(V1)를 마련하여, 기액분리기(40)의 압력 조절이 압력조절밸브(V2) 하나의 밸브만으로 조절되기 때문에 밸브 전환간 발생되는 문제를 방지할 수 있다.

한편, 기액분리기(40)에서 플래쉬가스가 대량으로 발생되면 저장탱크(1)의 압력이 커지게 된다. 제1압축부(20)으로는 제1공급라인(L1)을 통해 공급되는 증발가스와 재공급라인(L4)을 통해 공급되는 플래쉬가스가 합쳐진 형태의 혼합가스가 유입되는데, 만약 플래쉬가스가 대량으로 발생되어 저장탱크(1)에서 발생되는 증발가스의 발생량보다 적은 양의 증발가스가 제1압축부(20)에 의해 처리된다면 나머지 증발가스는 저장탱크(1) 내에 누적되어 저장탱크(1)의 압력이 증가하게 되는 것이다.

이때, 저장탱크(1)의 압력값에 의해 제어되는 유량조절밸브(V1)는 기액분리기(40)에서 질소함량 증가에 의해 플래쉬가스가 대량으로 발생되더라도 저장탱크(1)의 압력이 높아지는 것을 막을 수 있다. 저장탱크(1)에서의 압력값이 높은 경우, 이를 기초로 유량조절밸브(V1)가 개방되면 반대로 재공급라인(L4)을 통해 제1공급라인(L1)으로 합류되는 플래쉬가스의 양이 줄어듦에 의하여 제1압축부(20)는 증발가스의 처리량을 증가시키게 되고, 이를 통해 저장탱크의 압력 상승을 막을 수 있는 것이다.

또한, 이러한 유량조절밸브(V1)과 압력조절밸브(V2)을 별도로 마련하는 밸브 제어방법을 통해, 하나의 밸브를 조정하기 위해 다른 밸브를 폐쇄(OFF) 상태로 만드는 온오프(ON/OFF) 운영방법에서 두 개의 밸브가 동시에 작동될 수 있게 함으로써, 저장탱크의 압력변화에 유기적으로 대처할 수 있다.

이상에서는 특정의 일실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 일실시예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

L1: 제1공급라인 L2: 재액화라인
L3: 제2공급라인 L4: 재공급라인
L5: 회수라인 L6: 제3공급라인
L7: 제4공급라인 V1: 유량조절밸브
V2: 압력조절밸브 V3: 회수라인 밸브
V4: 재액화라인 밸브 1: 저장탱크
2: 제1수요처 3: 제2수요처
4: GCU 10: 열교환기
20: 제1압축부 21: 제1컴프레서
22: 제2냉각기 30: 제2압축부
31: 제2컴프레서 32: 제2냉각기
40: 기액분리기

Claims

액화가스와 그로부터 발생되는 증발가스를 저장하는 저장탱크;
제1압축부를 구비하고 상기 저장탱크에서 수요처로 연장되는 제1공급라인;
상기 제1공급라인에서 분기되어 상기 제1압축부에 의해 가압된 유체 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인;
상기 재액화라인을 통해 유체를 공급받아 플래쉬가스와 액체성분으로 분리하는 기액분리기;
상기 기액분리기에서 상기 플래쉬가스 일부를 상기 수요처로 공급하는 제2공급라인;
상기 기액분리기에서 상기 플래쉬가스 일부를 상기 제1공급라인으로 공급하는 재공급라인;
상기 제1공급라인과 상기 재액화라인과 간의 열교환을 수행하는 열교환기;
상기 제2공급라인 상에 마련되어, 상기 저장탱크의 압력값을 기초로 제어되는 유량조절밸브; 및
상기 재공급라인 상에 마련되어, 상기 기액분리기의 압력값을 기초로 제어되는 압력조절밸브;를 포함하고,
상기 유량조절밸브는 상기 저장탱크 내의 압력이 설정압력 이상인 경우 상기 제2공급라인으로 흐르는 유체의 유량을 증가시키는 연료가스 공급시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 압력조절밸브는 상기 기액분리기 내의 압력이 설정압력 이상인 경우 상기 재공급라인으로 흐르는 유체의 유량을 증가시키는 연료가스 공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 수요처는 고압상태의 증발가스를 요구하는 제1수요처와, 저압상태의 증발가스를 요구하는 제2수요처와 GCU를 포함하고,
상기 제1공급라인은 상기 저장탱크에서 상기 제1수요처로 연결되고, 상기 제2공급라인은 상기 GCU로 상기 플래쉬가스 일부를 공급하는 연료가스 공급시스템.
제4항에 있어서,
상기 제1압축부 중단에서 분기되어 상기 제2수요처로 연장되는 제3공급라인과, 상기 제1압축부 중단에서 분기되어 상기 GCU로 연장되는 제4공급라인을 포함하는 연료가스 공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2공급라인은 상기 열교환기를 통과하여 지나도록 마련되고,
상기 열교환기는 상기 제1공급라인과, 상기 재액화라인과, 상기 제2공급라인을 각각 통과하는 유체 간의 열교환을 수행하는 연료가스 공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 재액화라인에는 상기 증발가스의 응축을 위한 제2압축부가 마련되는 연료가스 공급시스템.
제 1항에 있어서,
상기 기액분리기에서 분리된 상기 액체성분을 상기 저장탱크에 공급하기 위한 회수라인을 더 포함하는 연료가스 공급시스템.