KR101883523B1 - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크의 일측에 마련되되, 상기 액화가스 저장탱크 내측 하부로 연장되는 액화가스 공급펌프 공급라인을 포함하는 액화가스 공급펌프; 및 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 가열하여 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시켜서 상기 액화가스 저장탱크의 내압을 상승시켜 액화가스가 상기 액화가스 공급펌프 공급라인을 통해 상기 액화가스 공급펌프로 공급되도록 하는 히팅 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크 내의 액화가스가 액화가스 저장탱크의 내부 압력에 의해 끓는 점이 상승하여 과냉 또는 포화된 상태에서 액화가스 공급펌프로 인입되고, 그로 인해 액화가스 공급펌프가 요구하는 NPSH 값을 충분히 만족시킬 수 있어, 액화가스 공급펌프 내 캐비테이션 발생을 억제할 수 있다. 이로 인해서 액화가스 공급펌프가 효율적인 구동이 가능하고 내구성이 향상되며 유지비용을 절약할 수 있는 추가적인 효과를 얻을 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{A Treatment System of Liquefied Gas}
본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.
이러한 액화가스는 다양한 수요처로 공급되어 사용되는데, 최근에는 액화천연가스를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 개발되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
그러나 엔진 등과 같은 수요처가 요구하는 액화가스의 온도 및 압력 등은, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 액화가스의 온도 및 압력 등을 제어하여 수요처에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
(선행문헌1) 국내등록공보 제10-1277965호 (2013.06.17 공고)
본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액화가스 공급을 효율적으로 이룰 수 있고 캐비테이션 발생을 억제할 수 있으며, 펌프의 설치 및 유지보수가 용이한 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크의 일측에 마련되되, 상기 액화가스 저장탱크 내측 하부로 연장되는 액화가스 공급펌프 공급라인을 포함하는 액화가스 공급펌프; 및 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 가열하여 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시켜서 상기 액화가스 저장탱크의 내압을 상승시켜 액화가스가 상기 액화가스 공급펌프 공급라인을 통해 상기 액화가스 공급펌프로 공급되도록 하는 히팅 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급펌프는, 상기 액화가스 저장탱크 외부의 상면 또는 상측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급펌프는, 상기 액화가스 저장탱크 내부의 상부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 히팅 유닛까지 연결되는 저장탱크-히팅유닛 공급라인; 및 상기 히팅 유닛에서 상기 액화가스 저장탱크까지 연결되는 히팅유닛-저장탱크 공급라인을 더 포함하여, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 히팅 유닛으로 액화가스가 공급되고, 상기 히팅 유닛에서 상기 액화가스 저장탱크로 액화가스가 복귀되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급라인에서 분기되어 상기 히팅 유닛까지 연결되는 저장탱크-히팅유닛 복귀라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 히팅 유닛은, 히터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크 내의 액화가스가 액화가스 저장탱크의 내부 압력에 의해 끓는 점이 상승하여 과냉 또는 포화된 상태에서 액화가스 공급펌프로 인입되고, 그로 인해 액화가스 공급펌프가 요구하는 NPSH 값을 충분히 만족시킬 수 있어, 액화가스 공급펌프 내 캐비테이션 발생을 억제할 수 있다. 이로 인해서 액화가스 공급펌프가 효율적인 구동이 가능하고 내구성이 향상되며 유지비용을 절약할 수 있는 추가적인 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 액화가스 공급펌프가 액화가스 저장탱크의 상면에 직접연결되어, 액화가스 저장탱크와 액화가스 공급펌프 사이를 연결하기 위한 별도의 연결관을 생략하므로, 제작비의 절감과 신뢰성 있는 구동이 가능하고, 설치 및 유지, 보수가 용이한 효과가 있으며, 연결관에서 외부로의 열손실(heatloss)로 인한 액화가스의 증발(boiling)을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 액화가스 공급펌프가 액화가스 저장탱크 외부에 설치될 수 있음으로써, 액화가스 저장탱크로의 설치가 매우 용이하며 설치비용도 절약가능하고, 액화가스 공급펌프의 유지 및 보수(Maintenance)가 매우 유리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 수요처(도시하지 않음), 액화가스 공급펌프(101) 및 히팅유닛(102)을 포함한다.
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.
액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스 수요처에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
액화가스 수요처는 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스와 플래시 가스(flash gas)를 통해 구동되어 동력을 발생시킬 수 있다. 이때 액화가스 수요처는 고압엔진으로서, 기체연료 엔진(일례로, MEGI)일 수 있다.
액화가스 수요처는 액화가스의 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 액화가스 수요처 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.
물론 본 실시예에서 액화가스 수요처는 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 액화가스 수요처의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 액화가스 수요처는 증발가스와 플래시 가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
액화가스 수요처는, 증발가스 압축기(50)에 의하여 가압된 증발가스, 플래시 가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 액화가스 수요처에 공급되는 증발가스와 플래시 가스의 상태는, 액화가스 수요처가 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.
또는 액화가스 수요처는, 증발가스와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 증발가스 또는 오일이 선택적으로 공급되는 이중연료 엔진일 수 있다. 이중연료 엔진이 이와 같이 증발가스 또는 오일을 선택적으로 공급받는 것은, 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 액화가스 수요처의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스 수요처까지 액화가스 공급라인(21)이 마련되어 액화가스가 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스 수요처까지 공급될 수 있음은 물론, 증발가스 공급라인(도시하지 않음)이 마련되어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스가 액화가스 수요처까지 공급될 수도 있다. 여기서, 액화가스 공급라인(21)과 증발가스 공급라인 각각에는 밸브가 마련되어 밸브의 개도 조절에 따라 액화가스와 증발가스의 공급량이 조절될 수 있다.
액화가스 공급펌프(101)는, 액화가스 저장탱크(10) 외부의 액화가스 저장탱크(10) 상면 또는 상측에 위치하여 구비될 수 있으며, 이와 달리, 액화가스 저장탱크(10) 내부의 액화가스 저장탱크(10) 상측에 위치하여 구비될 수도 있다.
액화가스 공급펌프(101)는, 액화가스 공급펌프 공급라인(25)을 더 포함할 수 있다. 액화가스 공급펌프 공급라인(25)에는 액화가스 공급펌프 공급밸브(도시하지 않음)가 구비되어 액화가스 공급펌프 공급라인(25)의 개도 조절을 할 수 있으며, 이로 인해 액화가스 공급펌프(101)로 공급되는 액화가스의 유량을 조절할 수 있다.
본 실시예는 후술할 히팅 유닛(102)에 의해서 공급되는 기체상태의 액화가스에 의해 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력이 상승하게 되고, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력에 의해서 액화가스 저장탱크(10)에 저장되어 있는 액화가스는 압력을 받게 된다.
이러한 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 상기 압력에 의해 액화가스 공급펌프 공급라인(25)을 통해 자연적으로 액화가스 공급펌프(101)로 유입될 수 있으며 액화가스 공급펌프(101)가 요구하는 유효흡입수두(Net Positive Suction Head;NPSH) 값을 충분히 만족시킬 수 있다. 따라서, 액화가스 공급펌프(101)는 별도의 동력원을 통하여 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 흡입할 필요가 없으며, 또한 액화가스 공급펌프(101)는, 액화가스 저장탱크(10) 내부의 액화가스에 잠겨 구비될 필요없이 액화가스 저장탱크(10) 외부 또는 내부의 상측에 위치하더라도 액화가스 공급펌프(101)의 NPSH 값을 만족할 수 있다.
따라서 액화가스 공급펌프(101)는, 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 흡입할 추가적인 동력원이 필요치 않게 되어 액화가스 공급펌프(101)의 에너지 소비를 줄일 수 있는 효과가 있으며, 이로 인해 효율적인 에너지 사용이 가능할 수 있다.
또한 액화가스 공급펌프(101)는, 반드시 액화가스 저장탱크(10) 내부의 액화가스에 잠겨 구비될 필요가 없으므로, 액화가스 공급펌프(101)의 설치 위치가 유연하게 변경가능하여 충분한 공간의 확보가 가능하고 효율적인 공간활용이 가능할 수 있다.
또한 액화가스 공급펌프(101)는, 히팅유닛(102)에 의해 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 상승되어 NPSH 값이 충분히 만족되므로 액화가스 공급펌프(101) 내 캐비테이션 발생이 억제될 수 있어 효율적인 구동이 가능할 수 있다. 이로 인해서 액화가스 공급펌프(101)는, 내구성이 향상되고 유지비용을 절약할 수 있는 추가적인 효과를 얻을 수 있다.
액화가스 공급펌프(101)는, 액화가스 저장탱크(10) 외부의 액화가스 저장탱크(10) 상면에 위치하여 액화가스 저장탱크(10)와 직접 연결되어 구동될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 액화가스 저장탱크(10)와 액화가스 공급펌프(101) 사이를 연결할 필요가 없어 별도의 연결관(예를 들어 인터파이프(Interpipe))이 불필요하게 되어 제작비의 절감과 신뢰성 있는 구동이 가능하고, 설치 및 유지, 보수가 용이한 효과가 있으며, 연결관에서 외부로의 열손실(heatloss)로 인한 액화가스의 증발(boiling)을 방지할 수 있는 추가적인 효과도 얻을 수 있다.
또한, 액화가스 공급펌프(101)는, 액화가스 저장탱크(10) 외부에 설치될 수 있음으로써, 액화가스 저장탱크(10)로의 설치가 매우 용이하며 설치비용도 절약가능하고, 액화가스 공급펌프(101)의 유지 및 보수(Maintenance)가 매우 유리할 수 있다.
이러한, 액화가스 공급펌프(101)는, 왕복동형 또는 원심형 펌프일 수 있으며, 부스팅 펌프(31)일 수 있다.
액화가스 공급라인(21) 상에서 액화가스 공급펌프(101)의 하류에는 고압 펌프(High Pressure Pump; 도시하지 않음) 및 열교환기(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 액화가스 공급펌프(101)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 강제로 액화가스를 배출시켜 고압 펌프로 액화가스를 공급할 수 있다.
여기서, 액화가스 공급펌프(101)는 액화가스를 가압하여 고압 펌프로 공급되는 액화가스의 유량이 고압 펌프가 요구하는 NPSH 값을 충분히 만족하게 되어, 고압 펌프 내 캐비테이션 발생을 억제할 수 있다.
히팅유닛(102)은, 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 설치될 수 있으며 액화가스 저장탱크(10)에서 공급받은 액화가스를 외부로부터 공급받은 열원을 이용하여 기체상태로 변화시킬 수 있다. 또한 히팅유닛(102)은 기체상태의 액화가스를 다시 액화가스 저장탱크(10)로 복귀하도록 공급할 수 있다.
히팅유닛(102)은, 히터(heater)일 수 있으며 액화가스를 기체상태로 가열할 수 있는 장치라면 어떠한 장치라도 가능할 수 있다. 히팅유닛(102)은, 후술할 저장탱크-히팅유닛 공급라인(23)에 의해서 액화가스를 공급받을 수 있으며, 후술할 저장탱크-히팅유닛 복귀라인(22)에 의해서 추가적인 액화가스를 공급받을 수 있다. 또한 히팅유닛(102)은 후술할 히팅유닛-저장탱크 공급라인(24)에 의해서 기체상태의 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)로 공급할 수 있다.
또한, 히팅유닛(102)은, 기체 상태의 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)로 공급하여 액화가스 저장탱크(10)의 내부압력을 증가시킬 수 있다. 따라서, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 압력을 받게 되고, 압력을 받은 액화가스는 자연스레 액화가스 공급펌프(101)로 인입되게 된다.
이때, 액화가스 공급펌프(101)로 인입되는 액화가스의 유량은 액화가스 공급펌프(101)가 요구하는 유효흡입수두(Net Positive Suction Head;NPSH)를 충분히 만족시킬 수 있다. 즉, 히팅 유닛(102)은, 기체 상태의 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)로 공급하여 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력을 증가시켜 액화가스 저장탱크(10) 내부의 액화가스를 과냉(Sub-cooling)시킴으로써, 액화가스 공급펌프(101)가 요구하는 NPSH 값을 만족시킬 수 있다.
구체적으로 본 실시예는, 히팅 유닛(102)이 기체상태의 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)로 공급할 수 있고, 이로 인해서 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력이 증가하게 되며, 액화가스의 끓는 점은 상승하게 된다. 따라서 액화가스 저장탱크(10) 내부의 액화가스는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력 증가로 인해 끓는 점이 상승하게 되어 액화가스 저장탱크(10) 내부의 액화가스가 과냉 또는 포화될 수 있다.
즉 본 실시예에서는, 액화가스 저장탱크(10)내의 액화가스가 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력에 의해 끓는 점이 상승하여 과냉 또는 포화된 상태에서 액화가스 공급펌프(101)로 인입되고, 그로 인해 액화가스 공급펌프(101)가 요구하는 NPSH 값을 충분히 만족시킬 수 있다.
따라서 히팅 유닛(102)은, 액화가스 공급펌프(101)의 NPSH 값을 충분히 만족시킬 수 있으므로 액화가스 공급펌프(101) 내 캐비테이션 발생을 억제할 수 있다. 이로 인해서 액화가스 공급펌프(101)가 효율적인 구동이 가능하고 내구성이 향상되며 유지비용을 절약할 수 있는 추가적인 효과를 얻을 수 있다.
게다가, 본 실시예는 저장탱크-히팅유닛 복귀라인(22), 저장탱크-히팅유닛 공급라인(23), 히팅유닛-저장탱크 공급라인(24)을 포함할 수 있다.
저장탱크-히팅유닛 복귀라인(22)은 액화가스 공급라인(21) 상에 분기되어 히팅유닛(102)과 연결할 수 있으며, 액화가스 공급펌프(101)와 히팅유닛(102)을 연결할 수 있다. 저장탱크-히팅유닛 복귀라인(22)은, 히팅유닛(102)에 액화가스가 부족한 경우 추가적인 액화가스를 공급할 수 있다.
저장탱크-히팅유닛 공급라인(23)은, 액화가스 저장탱크(10)와 히팅유닛(102)을 연결할 수 있다. 저장탱크-히팅유닛 공급라인(23)은, 히팅유닛(102)에 액화가스를 공급하여 히팅유닛(102)이 기체상태의 액화가스를 생산하도록 할 수 있다.
히팅유닛-저장탱크 공급라인(24)은, 히팅유닛(102)과 액화가스 저장탱크(10)를 연결할 수 있다. 히팅유닛-저장탱크 공급라인(24)은, 히팅유닛(102)에서 생산된 기체상태의 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)에 공급하여 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력이 증가하도록 할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)내의 액화가스가 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력에 의해 끓는 점이 상승하여 과냉 또는 포화된 상태에서 액화가스 공급펌프(101)로 인입되고, 그로 인해 액화가스 공급펌프(101)가 요구하는 NPSH 값을 충분히 만족시킬 수 있어, 액화가스 공급펌프(101) 내 캐비테이션 발생을 억제할 수 있다. 이로 인해서 액화가스 공급펌프(101)가 효율적인 구동이 가능하고 내구성이 향상되며 유지비용을 절약할 수 있는 추가적인 효과를 얻을 수 있다.
1: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
21: 액화가스 공급라인 22: 저장탱크-히팅유닛 복귀라인
23: 저장탱크-히팅유닛 공급라인 24: 히팅유닛-저장탱크 공급라인
25: 액화가스 공급펌프 공급라인 101: 액화가스 공급펌프
102: 히팅유닛

Claims (6)

  1. 액화가스 저장탱크의 일측에 마련되되, 상기 액화가스 저장탱크 내측 하부로 연장되는 액화가스 공급펌프 공급라인과 수요처로 연결되는 액화가스 공급라인을 포함하는 액화가스 공급펌프;
    상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 가열하여 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시켜서 상기 액화가스 저장탱크의 내압을 상승시켜 액화가스가 상기 액화가스 공급펌프 공급라인을 통해 상기 액화가스 공급펌프로 공급되도록 하는 히팅 유닛; 및
    상기 액화가스 공급라인에서 분기되어 상기 히팅 유닛까지 연결되는 저장탱크-히팅유닛 복귀라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액화가스 공급펌프는,
    상기 액화가스 저장탱크 외부의 상면 또는 상측에 위치하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액화가스 공급펌프는,
    상기 액화가스 저장탱크 내부의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 히팅 유닛까지 연결되는 저장탱크-히팅유닛 공급라인; 및
    상기 히팅 유닛에서 상기 액화가스 저장탱크까지 연결되는 히팅유닛-저장탱크 공급라인을 더 포함하여,
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 히팅 유닛으로 액화가스가 공급되고, 상기 히팅 유닛에서 상기 액화가스 저장탱크로 액화가스가 복귀되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 히팅 유닛은,
    히터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
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