KR101903762B1 - 액화가스 재기화 시스템 - Google Patents

Abstract

액화가스 재기화 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스를 가압 및 송출하는 가스펌프를 각각 구비하는 복수개의 액화가스 공급라인, 액화가스를 재기화하는 재기화유닛을 각각 구비하고 재기화된 기화가스를 수요처로 공급하는 복수개의 재기화라인 및 복수개의 액화가스 공급라인으로부터 가압된 액화가스를 공급받아 복수개의 재기화라인으로 가압된 액화가스를 재분배하는 매니폴드를 포함하고, 재기화유닛은 재기화라인을 따라 이송되는 가압된 액화가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기와 제2열교환기, 열매체를 수용하는 석션드럼, 석션드럼의 열매체를 가압하는 열매체펌프, 열매체펌프에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체를 제1열교환기를 경유하여 석션드럼으로 순환시키는 제1매체순환라인, 열매체펌프에 의해 가압된 열매체 중 제2열매체를 제2열교환기를 경유하여 석션드럼으로 순환시키는 제2매체순환라인, 제1매체순환라인 상의 제1열교환기의 전단에 마련되어 제1열매체를 해수와 열교환하여 가열하는 제1가열기 및 제2매체순환라인 상의 제2열교환기 전단에 마련되어 제2열매체를 해수와 열교환하여 가열하는 제2가열기를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

액화가스 재기화 시스템{LIQUEFIED GAS REGASIFICATION SYSTEM}

본 발명은 액화가스 재기화 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액화가스를 기화 및 처리하여 수요처로 공급하는 액화가스 재기화 시스템에 관한 것이다.

최근에는 온실가스와 각종 대기오염 물질의 배출 등 환경에 대한 관심이 증가함에 따라 가솔린이나 디젤을 대신하여 청정 에너지원인 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)와 같은 액화가스가 널리 사용되고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 약 섭씨 -162도의 초저온으로 냉각하여 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체로서, 저장 및 수송의 용이성을 위해 천연가스를 액화시킨 후 액화천연가스 운반선 등에 의해 생산지로부터 수요처 등의 목적지까지 원거리에 걸쳐 운반된다. 액화천연가스 운반선은 해상을 운항하여 육상의 수요처에 액화천연가스를 하역하게 되는데, 통상적으로 저장탱크에 수용된 액화천연가스를 액화된 상태 그대로 육상 터미널에 하역하게 되고, 하역된 액화천연가스는 육상 터미널에 설치된 액화천연가스 재기화 설비에 의해 재기화된 후 가정, 공업단지 등의 수요처로 공급된다.

이러한 재기화 설비가 설치된 육상 터미널은 천연가스 시장 및 수요가 안정적으로 형성되어 있는 곳에 건설하는 경우에는 경제적으로 유리할 수 있으나, 천연가스의 수요가 계절적, 단기적 또는 주기적으로 한정되어 있는 수요처의 경우에는 육상 터미널을 건설하는 것이 높은 설치비와 관리비로 인해 비경제적이라는 문제점이 있다. 특히 자연재해 등에 의해 육상 터미널이 파손되는 경우 인명사고 등의 안전문제가 있으며, 육상 터미널의 파손 시 액화천연가스 수송선이 수요처까지 액화천연가스를 수송하더라도 액화천연가스를 재기화하여 수요처에 공급할 수 없다는 점에서 종래의 액화천연가스 운반선을 이용한 천연가스의 운반은 한계점을 가지고 있다.

이에 최근에는 해상에서 액화천연가스를 재기화하여 천연가스를 곧바로 수요처로 공급하기 위해 액화천연가스 운반선에 재기화 시스템을 설치한 액화천연가스 재기화 선박(LNG RV, LNG Regasification Vessel) 또는 부유식 액화천연가스 저장 및 재기화 설비(FSRU, Floating Storage and Regasification Unit) 등이 개발되어 운용되고 있다.

이와 같은 종래의 재기화 설비는 저장탱크 내부에 수용된 극저온의 액화천연가스를 해수(seawater) 또는 열 전달매체와 열교환함으로써 액화천연가스를 기화시키는 방법 등이 이용되고 있는데, 해수를 액화천연가스와 직접 열교환시킬 경우, 해수의 결빙 또는 염분에 의한 장비의 부식에 의해 재기화 설비의 내구성이 크게 저하되는 문제점이 있으며, 해수의 온도가 일정하지 않으므로 액화천연가스 재기화 성능의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 열 전달매체를 이용하여 액화천연가스를 기화시키는 경우 열 전달매체를 가열하는 보일러 등의 별도의 열원을 필요로 하므로 친환경적이지 못하고 에너지 소비 측면에서도 비효율적인 문제점이 있었다.

한편 종래의 재기화 설비는 통상적으로 액화천연가스를 재기화하는 재기화라인이 복수개 설치되고, 각각의 재기화라인은 액화천연가스를 송출 및 가압하는 펌프와, 펌프에 의해 가압된 액화천연가스를 재기화시키는 재기화기가 하나의 재기화라인에 순차적으로 설치되어, 각각의 재기화라인이 독립적으로 운용되었다. 이 경우 어느 하나의 재기화라인에 설치된 펌프 또는 재기화기가 작동불능 등의 문제를 일으킬 경우, 당해 재기화라인 전체의 운용을 중단할 수 밖에 없으므로 액화천연가스 재기화 효율 및 성능을 급격히 저하시키고 설비운용의 효율성이 저하되는 문제점이 존재하였다.

이에 액화천연가스와 같은 액화가스를 효과적이면서도 효율적으로 재기화하여 수요처로 보내기 위한 연구 개발이 요구된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0085284호(2008. 09. 24. 공개)

본 발명의 실시 예는 액화가스의 재기화 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 액화가스 재기화공정의 신뢰성을 도모할 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 해수온도의 변화에도 불구하고 안정적인 액화가스 재기화공정을 도모할 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 낮은 온도의 해수를 열원으로 활용하여 액화가스의 재기화를 효과적으로 구현할 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 액화가스와 열매체 간의 열 전달효율 및 열 교환효율을 향상시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 가압 및 송출하는 가스펌프를 각각 구비하는 복수개의 액화가스 공급라인, 액화가스를 재기화하는 재기화유닛을 각각 구비하고 재기화된 기화가스를 수요처로 공급하는 복수개의 재기화라인 및 상기 복수개의 액화가스 공급라인으로부터 가압된 액화가스를 공급받아 상기 복수개의 재기화라인으로 상기 가압된 액화가스를 재분배하는 매니폴드를 포함하고, 상기 재기화유닛은 상기 재기화라인을 따라 이송되는 상기 가압된 액화가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기와 제2열교환기, 열매체를 수용하는 석션드럼, 상기 석션드럼의 열매체를 가압하는 열매체펌프, 상기 열매체펌프에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체를 상기 제1열교환기를 경유하여 상기 석션드럼으로 순환시키는 제1매체순환라인, 상기 열매체펌프에 의해 가압된 열매체 중 제2열매체를 상기 제2열교환기를 경유하여 상기 석션드럼으로 순환시키는 제2매체순환라인, 상기 제1매체순환라인 상의 상기 제1열교환기의 전단에 마련되어 상기 제1열매체를 해수와 열교환하여 가열하는 제1가열기 및 상기 제2매체순환라인 상의 상기 제2열교환기 전단에 마련되어 상기 제2열매체를 해수와 열교환하여 가열하는 제2가열기를 포함하여 제공될 수 있다.

상기 열매체는 응축성 열 전달매체로 이루어지되, 상기 제1열매체는 상기 제1가열기에 의해 기화된 후 상기 제1열교환기에서 재액화되며 열교환하고, 상기 제2열매체는 상기 제2가열기에 의해 액상의 상태로 가열된 후 상기 제2열교환기에서 열교환하도록 마련되어 제공될 수 있다.

상기 복수개의 액화가스 공급라인에 각각 마련되는 공급조절밸브 및 상기 복수개의 재기화라인에 각각 마련되는 유입조절밸브를 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 열매체는 프로판으로 마련되어 제공될 수 있다.

상기 열매체펌프는 상기 제2열교환기로 진입하는 제2열매체가 6.54 barg 이상의 압력을 갖도록 가압하여 제공될 수 있다.

상기 제2열교환기로 진입하는 제2열매체의 압력을 6.54barg 이상으로 유지하는 압력유지장치를 더 포함하고, 상기 압력유지장치는 상기 제2열교환기로 진입하는 제2열매체의 압력을 감지하는 압력센서 및 상기 제2매체순환라인 상의 상기 제2열교환기 후단에 마련되는 압력조절밸브를 포함하고, 상기 압력조절밸브는 상기 압력센서가 감지한 상기 제2열매체의 압력정보에 근거하여 작동이 제어될 수 있다.

상기 재기화유닛에 의해 재기화된 기화가스의 온도를 조절하는 기화가스 온도조절장치를 더 포함하고, 상기 기화가스 온도조절장치는 기화가스의 온도를 감지하는 온도센서 및 제2열매체의 공급량을 조절하는 온도조절밸브를 포함하고, 상기 온도조절밸브는 상기 온도센서가 감지한 상기 기화가스의 온도정보에 근거하여 작동이 제어될 수 있다.

상기 제1열매체의 공급량 및 감압정도를 조절하는 유량조절밸브를 더 포함하고, 상기 유량조절밸브는 상기 제1열교환기를 통과하여 열교환된 제1열매체의 온도정보와, 상기 석션드럼의 내부 압력정보 및 상기 석션드럼으로부터 상기 열매체펌프로 공급되는 열매체의 온도정보 중 적어도 어느 하나에 근거하여 작동이 제어될 수 있다.

해수를 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기 측으로 각각 공급 및 순환시키도록 해수펌프를 구비하는 해수순환라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 해수순환라인은 상기 해수를 보조적으로 가열하는 히터를 포함하여 제공될 수 있다.

상기 히터는 상기 제2가열기 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제1히터 및 상기 제1가열기 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제2히터를 포함하여 제공될 수 있다.

상기 해수순환라인은 해수의 유입여부를 조절하는 해수흡입밸브와, 해수의 배출여부를 조절하는 해수배출밸브와, 상기 제1가열기 또는 상기 제2가열기를 통과한 해수를 다시 상기 제1가열기 또는 상기 제2가열기 측으로 재공급하는 재순환라인 및 상기 재순환라인에 마련되는 재순환밸브를 더 포함하고, 상기 해수흡입밸브와, 상기 해수배출밸브 및 상기 재순환밸브는 해수의 온도정보에 근거하여 작동이 제어될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스의 재기화 효율 및 성능이 향상되는 효과를 가진다.

본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스 재기화공정의 신뢰성을 도모할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 낮은 온도의 해수를 열원으로 활용하여 액화가스의 재기화를 효과적으로 구현할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 해수온도의 변화에도 불구하고 안정적인 액화가스 재기화공정을 도모할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스와 열매체 간의 열 전달효율 및 열 교환효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템의 재기화유닛을 나타내는 개념도이다.
도 3은 종래의 제2열교환기에서 열매체의 압력에 따라 천연가스, 열매체 및 해수의 온도변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 제2열교환기에서 천연가스, 열매체 및 해수의 온도변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템의 재기화유닛을 나타내는 개념도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(1)을 나타내는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(1)은 액화가스를 가압 및 송출하여 공급하는 복수개의 액화가스 공급라인(10), 액화가스를 공급받아 재기화시키는 재기화유닛(100)을 구비하고 재기화된 기화가스를 수요처(3)로 공급하는 재기화라인(20), 복수개의 액화가스 공급라인(10)으로부터 가압된 액화가스를 공급받아 복수개의 재기화라인(20)으로 가압된 액화가스를 재분배하는 매니폴드(30), 복수개의 액화가스 공급라인(10)에 각각 마련되는 공급조절밸브(11) 및 복수개의 재기화라인(20)에 각각 마련되는 유입조절밸브(21)를 포함하여 마련될 수 있다.

이하 실시 예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 액화천연가스 및 이로부터 재기화된 천연가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화탄화수소가스 등 다양한 액화가스 및 이로부터 재기화된 기화가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.

복수개의 액화가스 공급라인(10)은 저장탱크(2)에 수용된 액화천연가스를 공급받아 이를 가압하여 후술하는 매니폴드(30)로 송출 또는 공급하도록 마련된다. 이를 위해 각각의 액화가스 공급라인(10)의 입구 측 단부는 저장탱크(2)에 연결되어 마련되어 저장탱크(2)에 수용된 액화천연가스를 공급받을 수 있으며, 출구 측 단부는 후술하는 매니폴드(30)에 연결되어 마련될 수 있다. 액화가스 공급라인(10)에는 가스펌프(15)가 마련되어 재기화하고자 하는 액화천연가스를 가압하여 매니폴드(30)로 공급할 수 있다. 가스펌프(15)는 저장탱크(2)의 액화천연가스를 공급받아, 액화천연가스의 재기화에 적합한 압력수준으로 가압하거나 또는 수요처(3)로 재기화된 천연가스를 용이하게 송출하기에 적합한 압력수준으로 가압할 수 있다. 한편 도면에는 표시하지 않았으나, 가스펌프(15)는 부스팅 펌프(Boosting Pump) 및 고압펌프(High Pressure Pump)를 포함하여 마련될 수 있다. 도 1에서는 복수개의 액화가스 공급라인(10)이 2개의 라인으로 저장탱크(2)와 후술하는 매니폴드(30) 사이에 마련되는 것으로 도시되어 있으나, 그 수에 한정되는 것은 아니다.

복수개의 재기화라인(20)은 액화천연가스를 천연가스로 재기화하여 수요처(3)로 공급하도록 마련된다. 각각의 재기화라인(20)은 액화천연가스를 재기화시키는 재기화유닛(100)을 구비하여, 후술하는 매니폴드(30)로부터 재분배된 가압된 액화천연가스를 공급받아 천연가스로 재기화 및 승온시킨 후 수요처(3)로 공급할 수 있다. 이를 위해 재기화라인(20)의 입구 측 단부는 후술하는 매니폴드(30)에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 천연가스를 필요로 하는 수요처(3)에 연결되어 마련될 수 있다. 도 1에서는 복수개의 재기화라인(20)이 2개의 라인으로 후술하는 매니폴드(30)와 수요처(3) 사이에 마련되는 것으로 도시되어 있으나, 그 수에 한정되는 것은 아니다.

저장탱크(2)는 부유식 해상구조물에 설치되되 액화천연가스를 안정적으로 수용하고, 외부의 열 침입을 최소화 하기 위해 단열 처리되어 마련될 수 있으며, 수요처(3)는 육상의 가정, 공업단지 등 천연가스를 소비하고자 하는 소비처 또는 천연가스를 연료가스로 사용하는 각종 엔진 등의 소비수단으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 구조 및 방식의 설비로 이루어지는 경우를 포함한다.

한편, 종래의 재기화 설비는 액화천연가스를 재기화하는 재기화라인(20)이 복수개 설치되되, 각각의 재기화라인(20)은 액화천연가스를 송출 및 가압하는 펌프와, 펌프에 의해 가압된 액화천연가스를 재기화시키는 재기화기가 하나의 재기화라인(20)에 순차적으로 설치되어, 각각의 재기화라인(20)이 독립적으로 운용되었다. 이 경우 어느 하나의 재기화라인(20)에 설치된 펌프 또는 재기화기가 작동불능 등의 문제를 일으킬 경우, 당해 재기화라인(20) 전체의 운용을 중단할 수 밖에 없으므로 액화천연가스 재기화 효율 및 성능을 급격히 저하시키고 설비운용의 효율성이 저하되는 문제점이 존재하였다.

이에 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(1)은 복수개의 액화가스 공급라인(10) 중 정상작동 상태의 액화가스 공급라인(10)으로부터 가압된 액화가스를 선택적으로 공급받음과 동시에, 정상작동 상태의 복수개의 재기화라인(20)으로 가압된 액화가스를 선택적으로 재분배하도록 매니폴드(30)가 마련된다.

매니폴드(30)는 복수개의 액화가스 공급라인(10)으로부터 가압된 액화천연가스를 공급받아 복수개의 재기화라인(20)으로 가압된 액화천연가스를 재분배하도록 복수개의 액화가스 공급라인(10)과 복수개의 재기화라인(20) 사이에 마련될 수 있다. 매니폴드(30)는 복수개의 액화가스 공급라인(10)으로부터 가스펌프(15)에 의해 가압된 액화천연가스를 공급받아 일시적으로 수용하되, 후술하는 바와 같이 정상적인 재기화공정 수행이 가능한 재기화라인(20) 측으로 가압된 액화천연가스를 공급할 수 있다. 이를 위해 매니폴드(30)는 복수개의 액화가스 공급라인(10)으로부터 가압된 액화천연가스를 공급받는 복수개의 입구와, 복수개의 재기화라인(20)으로 가압된 액화천연가스를 공급받는 복수개의 출구를 구비할 수 있다.

공급조절밸브(11)는 복수개의 액화가스 공급라인(10)을 따라 이송되어 매니폴드(30)로 공급되는 가압된 액화천연가스의 공급여부를 조절하도록 복수개의 액화가스 공급라인(10)에 각각 마련될 수 있다. 복수개의 액화가스 공급라인(10)에 각각 마련되는 공급조절밸브(11)는 제어부(미도시)에 의해 작동여부가 제어될 수 있다. 제어부는 복수개의 액화가스 공급라인(10)에 마련되는 가스펌프(15)의 정상작동 여부를 실시간으로 감지하고, 이에 근거하여 각각의 공급조절밸브(11)의 작동여부를 조절 및 제어할 수 있다. 일 예로 어느 액화가스 공급라인(10)에 마련되는 가스펌프(15)가 고장 등에 의해 작동불능 상태인 경우, 제어부는 이를 감지하여 해당 액화가스 공급라인(10)에 설치된 공급조절밸브(11)를 폐쇄시키도록 작동함과 동시에, 정상작동 상태의 액화가스 공급라인(10)에 설치된 공급조절밸브(11) 만을 개방시키도록 작동하여 액화가스 공급라인(10)을 통한 액화천연가스의 가압공정을 지속적으로 수행할 수 있다.

도 1에서는 공급조절밸브(11)가 복수개의 액화가스 공급라인(10) 상의 가스펌프(15) 전단에 각각 복수개 마련된 것으로 도시되어 있으나, 당해 설치위치에 한정되는 것은 아니며, 복수개의 액화가스 공급라인(10) 상의 가스펌프(15) 후단에 설치되거나, 가스펌프(15) 전단 및 후단에 함께 마련되되, 액화가스 공급라인(10) 상의 가스펌프(15) 후단에 마련되는 공급조절밸브(11)는 체크밸브(Check Valve)로 마련되어 매니폴드(30)로부터 액화가스 공급라인(10)으로 가압된 액화천연가스가 역류하는 현상을 방지하는 경우를 모두 포함한다.

유입조절밸브(21)는 매니폴드(30)로부터 복수개의 재기화라인(20)으로 가압된 액화천연가스의 유입여부를 조절하도록 복수개의 재기화라인(20)에 각각 마련될 수 있다. 복수개의 재기화라인(20)에 각각 마련되는 유입조절밸브(21)는 제어부(미도시)에 의해 작동여부가 제어되어, 매니폴드(30)에 의한 가압된 액화천연가스의 재분배를 구현할 수 있다. 제어부는 복수개의 재기화라인(20)에 마련되는 재기화유닛(100)의 정상작동 여부를 실시간으로 감지하고, 이에 근거하여 각각의 유입조절밸브(21)의 작동여부를 조절 및 제어할 수 있다. 일 예로 어느 재기화라인(20)에 마련되는 재기화유닛(100)이 고장 등에 의해 작동불능 상태인 경우, 제어부는 이를 감지하여 해당 재기화라인(20)에 설치된 유입조절밸브(21)를 폐쇄시키도록 작동함과 동시에, 정상작동 상태의 재기화라인(20)에 설치된 유입조절밸브(21) 만을 개방시키도록 작동하여 재기화라인(20)을 통한 액화천연가스의 재기화공정을 지속적으로 수행할 수 있다.

도 1에서는 유입조절밸브(21)가 복수개의 재기화라인(20) 상의 재기화유닛(100) 전단에 각각 복수개 마련된 것으로 도시되어 있으나, 당해 설치위치에 한정되는 것은 아니며, 복수개의 재기화라인(20) 상의 재기화유닛(100) 후단에 설치되거나, 재기화유닛(100) 전단 및 후단에 함께 마련되되, 재기화라인(20) 상의 재기화유닛(100) 후단에 마련되는 공급조절밸브(11)는 체크밸브(Check Valve)로 마련되어 비운전상태의 재기화유닛(100) 측으로 천연가스가 역류하는 현상을 방지하는 경우를 모두 포함한다.

재기화유닛(100)은 복수개의 재기화라인(20)에 각각 마련되어, 매니폴드(30)로부터 공급된 가압된 액화천연가스를 재기화시키도록 마련된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(1)의 재기화유닛(100)을 나타내는 개념도로서, 도 2를 참조하면, 재기화유닛(100)은 재기화라인(20)을 따라 이송되는 가압된 액화천연가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기(111)와 제2열교환기(112), 열매체를 수용하는 석션드럼(120), 석션드럼(120)의 열매체를 가압하는 열매체펌프(130), 열매체펌프(130)에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체를 제1열교환기(111)를 거쳐 석션드럼(120)으로 순환시키는 제1매체순환라인(140), 열매체펌프(130)에 의해 가압된 열매체 중 제2열매체를 제2열교환기(112)를 거쳐 석션드럼(120)으로 순환시키는 제2매체순환라인(150), 제1열매체의 제1열교환기(111) 진입 전 제1열매체를 해수와 열교환하는 제1가열기(145), 제2열매체의 제2열교환기(112) 진입 전 제2열매체를 해수와 열교환하는 제2가열기(155), 제1열매체의 공급량 및 감압정도를 조절하는 유량조절밸브(160), 재기화라인(20)에 의해 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력을 일정 압력수준 이상으로 유지하는 압력유지장치, 재기화된 기화가스의 온도를 조절하는 기화가스 온도조절장치 및 해수를 제1가열기(145) 및 제2가열기(155) 측으로 각각 공급 및 순환시키는 해수순환라인(190)을 포함하여 마련될 수 있다.

제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)는 매니폴드(30)로부터 공급받아 재기화라인(20)을 따라 이송되는 가압된 액화천연가스와 열매체를 순차적으로 각각 열교환하여 액화천연가스를 천연가스로 재기화함과 동시에, 수요처(3)가 요구하는 천연가스의 온도조건에 맞추어 승온시키도록 마련된다. 제1열교환기(111)는 재기화라인(20)을 따라 이송되는 가압된 액화천연가스와 후술하는 석션드럼(120), 열매체펌프(130) 및 제1매체순환라인(140)을 거쳐 기화된 제1열매체를 서로 열교환함으로써, 액화천연가스를 섭씨 약 -50 내지 -10도 까지 승온시켜 액화천연가스를 저온의 천연가스로 재기화시킬 수 있다. 제2열교환기(112)는 재기화라인(20) 상의 제1열교환기(111)를 통과하여 재기화된 저온의 천연가스와 후술하는 석션드럼(120), 열매체펌프(130) 및 제2매체순환라인(150)을 거쳐 액상의 상태로 가열된 제2열매체를 서로 열교환함으로써, 저온의 천연가스를 수요처(3)가 요구하는 천연가스 온도조건에 상응하는 수준으로 승온시켜줄 수 있다.

석션드럼(120)은 열매체를 일시적으로 수용하도록 마련되며, 열매체펌프(130)는 석션드럼(120)으로부터 열매체를 공급받아 가압 및 순환시키도록 마련된다.

석션드럼(120)은 제1매체순환라인(140) 및 제2매체순환라인(150)을 따라 이송되되, 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)를 각각 통과한 제1열매체 및 제2열매체를 공급받아 일시적으로 수용하도록 마련된다. 석션드럼(120)에 수용된 열매체 중 액상의 열매체는 매체공급라인(125)을 통해 열매체펌프(130)로 공급될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)를 각각 통과하여 석션드럼(120)으로 회수되는 제1열매체 및 제2열매체는 그 압력이 서로 다를 수 있으므로, 석션드럼(120)은 서로 다른 압력을 가지는 제1열매체 및 제2열매체를 공급받아 일시적으로 수용함으로써, 두 열매체 간의 압력 차이를 상쇄시킴과 동시에 자체의 내부압력에 의해 열매체펌프(130)로 열매체를 공급할 수 있다.

일반적으로 열매체펌프(130)는 오작동 및 고장을 방지하고, 열매체의 안정적인 가압을 위해 액상의 열매체 만을 공급받아 작동하도록 마련된다. 이에 매체공급라인(125)의 입구 측 단부는 석션드럼(120)의 하측부에 연결되어 액상의 열매체 만을 열매체펌프(130)로 공급할 수 있다. 매체공급라인(125)의 중단부에는 열매체펌프(130)가 마련되고, 출구 측 단부는 후술하는 제1매체순환라인(140) 및 제2매체순환라인(150)이 분기되도록 마련되어, 매체공급라인(125)을 따라 이송되는 열매체가 열매체펌프(130)에 의해 가압된 후, 제1매체순환라인(140) 및 제2매체순환라인(150)으로 제1열매체 및 제2열매체가 각각 분기되어 공급될 수 있다.

열매체펌프(130)는 석션드럼(120)에 수용된 액상의 열매체를 공급받아 해수 및 액화천연가스와 효과적인 열교환을 수행하도록 열매체를 가압시킬 수 있다. 열매체펌프(130)는 열매체를 가압함에 있어서, 후술하는 제2매체순환라인(150) 상의 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체가 6.54 barg 이상의 압력조건을 갖도록 열매체를 가압하도록 마련될 수 있다. 한편 제2매체순환라인(150)을 따라 이송되는 제2열매체는 후술하는 온도조절밸브(180) 및 제2가열기(155)를 거치면서 소정의 압력만큼 강하될 수 있으므로 이 점을 고려하여 6.54 barg의 압력수준 보다 높은, 일 예로 약 9 barg의 압력수준으로 가압시킬 수 있다. 그러나 열매체펌프(130)의 가압압력이 당해 수치에 한정되는 것은 아니며, 열매체가 해수 및 액화천연가스의 효과적인 열교환을 수행함과 동시에 후술하는 바와 같이 제2열매체가 제2가열기(155)에서 가열되더라도 기화되지 않고 액상의 상태로 가열되면서, 제2열교환기(112)에서 상 변화 없이 열교환을 수행할 수 있는 압력수준이라면 다양한 범위의 압력수준으로 가압되는 경우를 포함한다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

열매체는 기상 및 액상 간의 상 변화가 용이한 응축성 열 전달매체로 이루어질 수 있다. 일 예로, 열매체는 원가 측면에서 입수가 용이하고, 기상과 액상 간 상 변화를 용이하게 조절할 수 있는 프로판(Propane)으로 이루어질 수 있다. 그러나 이외에도 기체 및 액상 간의 상 변화가 용이하면서도, 일정 압력 범위에서는 가열되더라도 액상의 상태를 유지할 수 있다면 다양한 응축성 열 전달매체로 이루어지는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.

제1매체순환라인(140)은 열매체펌프(130)에 의해 가압된 열매체 중 일부인 제1열매체를 제1열교환기(111) 측으로 순환시키도록 마련된다.

제1매체순환라인(140)은 입구 측 단부가 매체공급라인(125) 상의 열매체펌프(130) 후단으로부터 후술하는 제2매체순환라인(150)과 함께 분기되어 마련되고, 제1열교환기(111)를 경유하되, 출구 측 단부는 석션드럼(120)의 내부로 연결되어 마련될 수 있다. 또한, 제1매체순환라인(140) 상의 제1열교환기(111) 전단에는 제1열매체를 해수와 열교환하여 가열시키는 제1가열기(145) 및 제1열매체의 공급량 및 감압정도를 조절하는 유량조절밸브(160)가 마련될 수 있다.

유량조절밸브(160)는 열매체펌프(130)에 의해 가압된 열매체 중 제1매체순환라인(140)으로 유입되는 제1열매체의 공급량 및 감압정도를 조절하도록 마련될 수 있다. 유량조절밸브(160)는 제1매체순환라인(140)으로 유입된 제1열매체가 후술하는 제1가열기(145)에서 열교환 및 가열 시 기화될 수 있는 압력수준으로 제1열매체를 감압시킬 수 있다. 일 예로, 열매체펌프(130)에 의해 열매체가 약 9 barg 의 압력수준으로 가압된 경우, 유량조절밸브(160)는 제1열매체의 압력을 약 3 barg의 압력수준으로 감압시킴으로써, 제1가열기(145)에서 해수와 열교환에 의해 가열 및 기화되고, 제1열교환기(111)에서 액화천연가스와 열교환에 의해 재액화되어 석션드럼(120)으로 회수될 수 있다. 그러나 당해 수치는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 제1열매체가 제1가열기(145)에서 열교환에 의해 기화됨과 동시에 제1열교환기(111)에서 열교환에 의해 재액화될 수 있는 압력수준이라면 다양한 범위의 압력수준으로 감압되는 경우를 포함한다.

유량조절밸브(160)는 석션드럼(120)의 내부 압력정보, 석션드럼(120)으로부터 열매체펌프(130)로 공급되는 열매체의 온도정보 및 제1열교환기(111)를 통과하여 열교환된 제1열매체의 온도정보 중 적어도 어느 하나의 정보에 근거하여 작동이 제어되도록 마련될 수 있다.

이를 위해 석션드럼(120)에는 내부에 수용된 열매체의 압력을 감지하는 압력센서(P)가 마련될 수 있으며, 매체공급라인(125) 상의 열매체펌프(130) 전단에는 석션드럼(120)으로부터 열매체펌프(130)로 공급되는 열매체의 온도를 감지하는 온도센서(T)가 마련될 수 있다. 또한 제1매체순환라인(140) 상의 제1열교환기(111) 후단에는 제1열교환기(111)를 통과한 제1열매체의 온도를 감지하는 온도센서(T)가 마련될 수 있다.

유량조절밸브(160)는 제1열교환기(111)를 통과하여 액화천연가스와 열교환을 수행한 제1열매체의 온도가 기 설정된 온도조건보다 낮은 경우, 석션드럼(120)의 내부 압력이 기 설정된 압력조건보다 낮은 경우 또는 석션드럼(120)으로부터 열매체펌프(130)로 공급되는 액상의 열매체의 온도가 기 설정된 온도조건보다 낮은 경우, 제1매체순환라인(140)으로 유입되는 제1열매체의 공급량을 증가시키는 방향으로 작동될 수 있다. 제1열교환기(111)를 통과하여 액화천연가스와 열교환된 제1열매체의 온도가 기 설정된 온도조건보다 낮은 경우, 제1열교환기(111)로 진입하는 제1열매체의 공급량 부족에 의해 액화천연가스로 충분한 열량 전달이 수행되지 않았거나, 제1열매체와 액화천연가스와의 열교환이 효과적으로 수행되지 않았을 우려가 있다. 이에 제1열교환기(111)에서 액화천연가스의 충분한 열교환에 의한 안정적인 승온 및 재기화를 위해 제1열매체로부터 액화천연가스로 전달되는 열량이 증가하도록 유량조절밸브(160)는 제1매체순환라인(140)으로 유입되는 제1열매체의 공급량을 증가하는 방향으로 작동될 수 있다. 동일한 맥락으로 석션드럼(120)의 내부압력이 기 설정된 압력조건보다 낮은 경우와, 석션드럼(120)으로부터 열매체펌프(130)로 공급되는 액상의 열매체의 온도가 기 설정된 온도조건보다 낮은 경우 역시 제1열교환기(111)로 진입하는 제1열매체의 공급량 부족에 의해 액화천연가스로 충분한 열량 전달이 수행되지 않았거나, 제1열매체와 액화천연가스와의 열교환이 효과적으로 수행되지 않았을 우려가 있으므로 제1열매체로부터 액화천연가스로 전달되는 열량이 증가하도록 유량조절밸브(160)는 제1매체순환라인(140)으로 유입되는 제1열매체의 공급량을 증가하는 방향으로 작동될 수 있다.

이와는 반대로, 유량조절밸브(160)는 제1열교환기(111)를 통과하여 액화천연가스와 열교환을 수행한 제1열매체의 온도가 기 설정된 온도조건보다 높은 경우, 석션드럼(120)의 내부 압력이 기 설정된 압력조건보다 높은 경우 또는 석션드럼(120)으로부터 열매체펌프(130)로 공급되는 액상의 열매체의 온도가 기 설정된 온도조건보다 높은 경우, 제1매체순환라인(140)으로 유입되는 제1열매체의 공급량을 감소시키는 방향으로 작동될 수 있다. 제1열교환기(111)를 통과하여 액화천연가스와 열교환된 제1열매체의 온도가 기 설정된 온도조건보다 높은 경우, 제1열교환기(111)로 진입하는 제1열매체의 공급량이 과도하여 열매체의 순환 또는 흐름이 비효율적으로 수행될 우려가 있다. 이에 열매체 및 설비의 효율적인 운용을 위해 제1열매체로부터 액화천연가스로 전달되는 열량이 감소하도록 유량조절밸브(160)가 제1매체순환라인(140)으로 유입되는 제1열매체의 공급량을 감소하는 방향으로 작동될 수 있다. 동일한 맥락으로 석션드럼(120)의 내부압력이 기 설정된 압력조건보다 높은 경우와, 석션드럼(120)으로부터 열매체펌프(130)로 공급되는 액상의 열매체의 온도가 기 설정된 온도조건보다 높은 경우 역시 제1열교환기(111)로 진입하는 제1열매체의 공급량 과잉에 의해 열매체 및 설비의 비효율적인 운용의 우려가 있으므로 제1열매체로부터 액화천연가스로 전달되는 열량이 감소하도록 유량조절밸브(160)는 제1매체순환라인(140)으로 유입되는 제1열매체의 공급량을 감소하는 방향으로 작동될 수 있다.

제1가열기(145)는 제1매체순환라인(140) 상의 유량조절밸브(160) 후단 및 제1열교환기(111) 전단 사이에 마련되어, 제1매체순환라인(140)으로 유입되는 제1열매체를 해수와 열교환하여 가열하도록 마련된다. 제1가열기(145)는 유량조절밸브(160)를 통과하여 일부 감압된 저온의 제1열매체와 후술하는 해수순환라인(190)을 통해 유입된 해수를 열교환하여 제1열매체를 기화시킬 수 있다.

제1열교환기(111)는 제1매체순환라인(140)과 재기화라인(20) 사이에 마련되어, 제1매체순환라인(140) 상의 제1가열기(145)를 통과하여 기화된 제1열매체와 재기화라인(20)을 따라 이송되는 가압된 액화천연가스를 서로 열교환하도록 마련된다. 재기화라인(20)을 따라 이송되는 가압된 액화천연가스는 제1열교환기(111)를 통과하면서 기화된 제1열매체로부터 열을 전달받아 섭씨 약 -50 내지 -10 도의 온도범위로 승온됨으로써, 액화천연가스가 기화가스, 즉 천연가스로 재기화될 수 있으며, 이와 동시에 제1매체순환라인(140)을 따라 이송되는 제1열매체는 제1열교환기(111)를 통과하면서 극저온의 액화천연가스와의 열교환에 의해 액상의 상태로 재액화될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1열교환기(111)를 통과한 제1열매체는 제1매체순환라인(140)을 따라 이송되어 석션드럼(120)으로 회수될 수 있으며, 매체공급라인(125)을 통해 열매체펌프(130)로 재공급되어 제1매체순환라인(140) 또는 제2매체순환라인(150)으로 재순환될 수 있다.

제2매체순환라인(150)은 열매체펌프(130)에 의해 가압된 열매체 중 일부, 구체적으로 열매체펌프(130)에 의해 가압된 열매체 중 제1매체순환라인(140)으로 공급되는 제1열매체 외의 열매체인 제2열매체를 제2열교환기(112) 측으로 순환시키도록 마련된다.

제2매체순환라인(150)은 입구 측 단부가 매체공급라인(125) 상의 열매체펌프(130) 후단으로부터 제1매체순환라인(140)의 입구 측 단부와 함께 분기되어 마련되고, 제2열교환기(112)를 경유하되, 출구 측 단부가 석션드럼(120)의 내부로 연결되어 마련될 수 있다. 또한, 제2매체순환라인(150) 상의 제2열교환기(112) 전단에는 제2열매체를 해수와 열교환하여 가열시키는 제2가열기(155)가 마련될 수 있으며, 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력을 일정범위 이상으로 유지시켜주는 압력유지장치가 마련될 수 있다.

제2가열기(155)는 제2매체순환라인(150) 상의 제2열교환기(112) 전단에 마련되어, 제2매체순환라인(150)으로 유입되는 제2열매체를 해수와 열교환하여 가열하도록 마련된다. 제2가열기(155)는 저온의 제2열매체와 후술하는 해수순환라인(190)을 통해 유입된 해수를 열교환하여 제2열매체를 상 변화 없이 액상의 상태로 가열하여 제2열교환기(112) 측으로 공급할 수 있다.

종래의 재기화 시스템에 마련되는 제2열교환기의 경우, 액화천연가스와 열매체의 열교환 시 적은 열매체 순환 유량으로 천연가스를 승온시키기 위해, 열매체를 해수와의 열교환을 통해 기화시킨 상태로 천연가스와 열교환하도록 마련되었다. 그러나 이 경우, 열매체를 기화시키기 위해 열매체를 기화온도까지 가열해야 하므로 해수 자체만으로 열매체를 가열시키기 어려운 문제점이 있다. 특히, 최근에는 액화가스 재기화 시스템의 설계조건으로 해수온도는 최저 섭씨 14 도, 수요처(3)로 공급되는 기화가스, 즉 천연가스의 온도는 섭씨 8 도에 맞추어 설계가 요구되고 있는데, 이러한 설계조건에 맞추어 종래의 제2열교환기를 작동할 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 현실적으로 열교환이 구현되기 어려운 온도구간이 형성되는 바, 재기화 시스템의 실제 작동이 불가능하다.

도 3는 종래의 제2열교환기에서 열매체의 압력에 따라 천연가스, 열매체 및 해수의 온도변화를 공정모사하여 나타난 결과 그래프이다. 도 3의 그래프 x축은 단위 시간당 또는 단위 횡단면적당 열유동(Heat flow)을 의미하며, 그래프 y축은 섭씨온도(Temperature)를 가리킨다.

도 3를 참조하면, 전술한 바와 같이 종래의 제2열교환기로 공급되는 열매체는 제2열교환기에서 열교환 전 해수와의 열교환에 의해 기화되어야 하고, 제2열교환기에서 천연가스와 열교환에 의해 재액화되도록 마련되었다. 이에 열매체가 5.5 barg의 압력수준을 갖는 프로판으로 이루어질 경우, 열매체는 해수와의 열교환에 의해 승온되다가, 섭씨 약 -5도에서 액상의 상태에서 기상의 상태로 상 변화가 발생하면서 해수의 열을 흡수하게 되는데, 이 때 열매체는 해수의 열을 잠열로 수용하여 온도의 변화가 없게 되고 이로 인해 ①구간과 같이 열매체인 프로판의 온도가 천연가스의 온도보다 낮아지는 온도 역전이 발생하여 제2열교환기에서 천연가스의 승온이 이루어지지 않는 문제점이 존재한다.

이와는 달리, 열매체가 6.5 barg의 압력수준을 갖는 프로판으로 이루어질 경우, 열매체는 해수와의 열교환에 의해 승온되다가, 섭씨 약 10도에서 액상의 상태에서 기상의 상태로 상 변화가 발생하게 되는데, 이 때 ②구간과 같이 열매체인 프로판의 온도가 해수의 온도보다 높아지는 온도 역전이 발생하여, 열매체와 해수 간의 열교환이 이루어지지 않는 문제점이 존재한다.

다른 예로, 열매체가 6.0 barg의 압력수준을 갖는 프로판으로 이루어질 경우, 도 3의 그래프에 의하면 열매체는 해수와의 열교환에 의해 승온되다가, 해수의 온도와 근접한 온도에서 액상의 상태에서 기상의 상태로 상 변화가 발생하면서 해수의 열을 흡수하게 되고, 천연가스의 온도와 근접하기는 하나 미세하게 높은 온도를 가지므로 이론적으로는 천연가스와 열매체 간 열교환이 가능할 것으로 보인다. 그러나 현실적으로 열교환기에서 열교환을 수행하는 양 매체 간의 온도차이가 도 3의 ③구간 및 ④구간과 같이 섭씨 0.5도 미만일 경우, 실질적으로 양 매체 간의 열교환이 구현되지 않는 바, 열매체가 6.0 barg의 압력수준을 갖는 프로판으로 이루어지는 경우에도 이를 현실의 재기화 시스템에 적용하는 것은 불가능하다.

즉, 종래의 제2열교환기와 같이 열매체의 잠열을 이용하여 천연가스의 승온을 구현하고자 하는 경우, 이를 실제 구현 시 열매체와 해수 간 또는 열매체와 천연가스 간 온도 역전이 발생하거나, 현실적으로 열매체와 해수 간, 열매체와 천연가스 간 열교환이 이루어지지 않는 문제점이 있는 바, 이러한 문제점을 해소하고 열매체와 해수 간, 열매체와 천연가스 간의 안정적이고 효과적인 열교환을 통해 액화천연가스 재기화공정의 성능 및 신뢰성을 향상하기 위한 방안이 요구된다.

도 4은 본 발명의 실시 예에 의한 제2열교환기(112)에서 천연가스, 열매체 및 해수의 온도변화를 나타내는 그래프로서, 구체적으로 열매체가 6.54 barg의 압력수준을 갖는 프로판으로 마련되는 경우의 천연가스, 열매체 및 해수의 온도변화를 공정모사하여 나타난 결과 그래프이다.

도 4을 참조하면, 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체가 6.54 barg의 압력수준을 갖는 프로판으로 이루어지는 경우, 제2열매체가 제2가열기(155)에서 해수와 열교환하더라도 상 변화 없이 액상의 상태로 가열되고, 제2열교환기(112)에서도 상 변화 없이 액상의 상태로 열교환이 이루어질 수 있다.

구체적으로, 제2매체순환라인(150)을 따라 이송되어 제2열교환기(112)로 진입되기 전의 제2열매체가 6.54 barg의 압력수준을 가질 경우, 제2열매체는 제2가열기(155)에서 해수와의 열교환에 의해 가열 시 액상의 상태로 가열되므로 선형적으로 온도가 상승할 수 있으며, 이에 따라 도 4의 그래프 전구간에서 해수보다 온도가 낮으므로 제2가열기(155)에서 제2열매체와 해수 간의 열교환이 효과적으로 구현될 수 있다. 이와 동시에, 도 4의 그래프 전구간에서 제2열매체는 천연가스보다 온도가 높으므로 제2열교환기(112)에서 제2열매체와 천연가스 간의 열교환이 효과적으로 구현될 수 있다.

한편 본 발명의 액화가스 재기화 시스템(1)의 실제 적용 시에는 제2매체순환라인(150)으로 유입된 제2열매체가 후술하는 기화가스 온도조절장치의 온도조절밸브(180) 및 제2가열기(155)를 거치면서 소정의 압력 강하가 발생할 수 있으므로, 열매체펌프(130)는 제2열교환기(112)로 진입되기 전의 제2열매체 압력조건이 6.54 barg 이상의 압력을 갖도록 가압할 수 있다.

이하에서는 제2열매체가 6.54 barg 이상의 압력수치를 필요로 하는 점에 대해 설명한다. 이하의 표 1은 제2열매체의 압력이 6.53 barg인 경우 열유동(Heat flow)에 대한 제2열매체의 온도변화(Temparature)를 나타내며, 표 2는 제2열매체의 압력이 6.54 barg인 경우 열유동에 대한 제2열매체의 온도변화를 나타낸다.

표 1을 참고하면, 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력이 6.53 barg인 경우, 제2가열기(155)에서 해수와의 열교환에 의해 승온되다가, 액상의 상태에서 기상의 상태로 상 변화가 발생하여 온도가 일정한 구간이 발생하게 된다. 이에 따라 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력이 6.53 barg에 해당하는 경우 전술한 도 3에서 열매체가 6.5 barg의 압력수준을 갖는 프로판으로 이루어지는 그래프와 동일한 형태의 그래프로 형성되어, 섭씨 약 10도 부근에서 상 변화가 발생하면서 제2열매체의 온도가 해수의 온도보다 높아지는 온도 역전이 발생하게 된다.

반면 표 2를 참고하면, 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력이 6.54 barg인 경우, 제2가열기(155)에서 해수와의 열교환 시 상 변화 없이 액상의 상태로 가열될 수 있으며, 이와 동시에 제2열교환기(112)에서도 상 변화 없이 열교환이 이루어지는 바, 열유동에 대한 제2열매체의 온도변화가 선형적으로 나타난다. 이에 따라 제2가열기(155)에서 제2열매체와 해수 간, 제2열교환기(112)에서 제2열매체와 천연가스 간의 열교환이 효과적으로 구현될 수 있으며, 낮은 온도의 해수를 열원으로 하여 액화천연가스 재기화 및 승온을 안정적으로 수행할 수 있다. 따라서 열매체펌프(130)는 제2열매체가 제2열교환기(112)에서 열교환 시 액상의 상태를 유지하도록 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체가 6.54 barg 이상의 압력을 갖도록 열매체를 가압할 수 있으며, 후술하는 압력유지장치는 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력을 6.54 barg 이상으로 유지하도록 마련될 수 있다.

한편 표 2에서 제2열매체의 온도조건을 섭씨 약 11도로 하는 것은 실제 열교환기 작동 시 양 매체 간에 열교환이 효과적으로 수행되기 위한 양 매체 간 최소 온도 차이가 적어도 섭씨 약 3도에 해당하도록 요구되는 바, 전술한 바와 같이 액화가스 재기화 시스템(1)의 설계조건으로 해수의 온도는 최저 섭씨 14 도, 천연가스의 온도는 섭씨 8 도에 맞추어 설계가 요구되는 점을 고려하여 해수 및 천연가스와 각각 섭씨 약 3도의 온도차이를 둠으로써 제2가열기(155) 및 제2열교환기(112)에서 효과적인 열교환을 구현하기 위함이다.

제2열교환기(112)는 제2매체순환라인(150)과 재기화라인(20) 사이에 마련되되, 재기화라인(20) 상에서 제1열교환기(111)의 후단에 마련되어, 제2매체순환라인(150) 상의 제2가열기(155)를 통과하여 액상의 상태로 가열된 제2열매체와 재기화라인(20)을 따라 이송되되 제1열교환기(111)를 통과하여 재기화된 천연가스를 서로 열교환하도록 마련된다. 재기화라인(20) 상에서 제2열교환기(112)로 진입하는 천연가스는 제2가열기(155)를 통과하여 가열된 제2열매체로부터 열을 전달받아 승온되어 수요처(3)로 공급될 수 있다. 이와 동시에 제2매체순환라인(150)을 따라 이송되는 제2열매체는 상 변화 없이 냉각되어, 제2매체순환라인(150)을 따라 이송되어 석션드럼(120)으로 회수될 수 있으며, 매체공급라인(125)을 통해 열매체펌프(130)로 재공급되어 제1매체순환라인(140) 또는 제2매체순환라인(150)으로 재순환될 수 있다.

압력유지장치는 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력을 6.54barg 이상으로 유지하도록 마련된다. 압력유지장치는 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력을 감지하는 압력센서(P) 및 제2매체순환라인(150) 상의 제2열교환기(112) 후단에 마련되는 압력조절밸브(170)를 포함하여 마련될 수 있다.

전술한 바와 같이, 열매체펌프(130)가 열매체를 가압함에 있어서 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력이 6.54barg 이상의 압력을 갖도록 가압하나, 현실적으로 제2열매체가 후술하는 기화가스 온도조절장치의 온도조절밸브(180) 및 제2가열기(155)를 통과 시 소정의 압력 강하가 발생할 우려가 존재한다. 특히 해수의 온도는 액화가스 재기화 시스템(1)이 운용되는 해역의 환경조건에 따라 다양하게 변경될 수 있는 바, 제2가열기(155)로 공급되는 해수의 온도가 변함에 따라 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력이 일정 수준 유지되기 어려울 우려가 있다.

이에 압력유지장치가 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력을 압력센서(P)에 의해 감지하고, 이에 근거하여 제2매체순환라인(150) 상의 제2열교환기(112) 후단에 마련되는 압력조절밸브(170)의 개폐정도를 조절하여 제2열교환기(112)에서의 제2열매체의 압력을 6.54 barg 이상으로 유지할 수 있다. 압력센서(P)는 제2매체순환라인(150) 상에서 제2열교환기(112) 전단에 마련되어, 제2가열기(155)를 통과하여 제2열교환기(112)로 진입되는 제2열매체의 압력을 감지할 수 있으며, 압력조절밸브(170)는 제2매체순환라인(150) 상에서 제2열교환기(112) 후단과 석션드럼(120) 사이에 설치되되 압력센서(P)가 감지한 제2열매체의 압력정보에 근거하여 작동에 제어될 수 있다.

일 예로, 압력센서(P)가 감지한 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력이 6.54barg 이하인 때에는 제2가열기(155) 및 제2열교환기(112)에서 열교환이 원활하지 않을 우려가 있으므로, 압력조절밸브(170)를 폐쇄하는 방향으로 작동하여 제2매체순환라인(150) 상의 제2열매체의 압력을 상승 및 유지시킬 수 있다. 이와는 반대로, 압력센서(P)가 감지한 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력이 6.54barg 이상인 때에는 고압의 열매체에 의해 제2매체순환라인(150) 및 제2가열기(155) 등 각종 설비에 부하가 가해지거나, 제2열매체가 불필요하게 가열될 우려가 있으므로, 압력조절밸브(170)를 개방하는 방향으로 작동하여 제2매체순환라인(150) 상의 제2열매체의 압력이 6.54barg에 근접하는 방향으로 제2열매체의 압력을 감소시킬 수 있다.

기화가스 온도조절장치는 재기화라인(20) 상의 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)를 통과하여 재기화된 기화가스, 즉 천연가스의 온도를 조절하도록 마련된다. 기화가스 온도조절장치는 재기화라인(20)에 의해 재기화된 천연가스의 온도를 감지하는 온도센서(T) 및 제2매체순환라인(150)으로 유입되는 제2열매체의 공급량을 조절하는 온도조절밸브(180)를 포함하여 마련될 수 있다.

전술한 바와 같이, 해수의 온도는 액화가스 재기화 시스템(1)이 운용되는 해역의 환경조건에 따라 다양하게 변경될 수 있는 바, 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)를 거쳐 재기화된 천연가스의 온도가 수요처(3)가 요구하는 온도조건보다 낮을 수 있다.

이에 온도센서(T)가 재기화라인(20) 상의 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112) 후단에 마련되어, 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)를 통과하여 수요처(3)로 공급되는 천연가스의 온도를 감지하고, 이에 근거하여 제2매체순환라인(150) 상의 제2가열기(155) 전단에 마련되는 온도조절밸브(180)의 개폐정도를 조절하여 수요처(3)로 공급되는 천연가스의 온도를 섭씨 약 8도로 조절할 수 있다.

일 예로, 온도센서(T)가 감지한 천연가스의 온도가 섭씨 약 8도 이하인 경우에는 온도조절밸브(180)가 제2매체순환라인(150)으로 유입되는 제2열매체의 공급량을 증가하는 방향으로 작동함으로써, 제2열교환기(112)에서 천연가스로 전달되는 열량을 증가시켜 제2열교환기(112)를 통과하여 수요처(3)로 공급되는 천연가스의 온도를 수요처(3)가 요구하는 온도조건에 상응하는 수준으로 상승시킬 수 있다. 이와는 반대로, 온도센서(T)가 감지한 천연가스의 온도가 섭씨 약 8도 이상인 경우에는 온도조절밸브(180)가 제2매체순환라인(150)으로 유입되는 제2열매체의 공급량을 감소시키는 방향으로 작동함으로써, 수요처(3)로 공급되는 천연가스의 온도를 수요처(3)가 요구하는 온도조건에 상응하는 수준으로 낮추어 줄 수 있다. 이와는 달리, 온도센서(T)가 감지한 천연가스의 온도가 섭씨 약 8도에 해당하는 경우에는 온도조절밸브(180)가 제2매체순환라인(150)으로 유입되는 제2열매체의 공급량을 유지하는 방향으로 작동할 수 있다.

해수순환라인(190)은 해수를 제1가열기(145) 및 제2가열기(155) 측으로 각각 공급 및 순환시키도록 마련된다.

해수순환라인(190)은 해수를 순환시키는 해수펌프(191)와, 해수를 보조적으로 가열하는 히터를 포함하여 마련될 수 있다. 해수펌프(191)는 액화가스 재기화 시스템(1)이 탑재된 부유식 해상구조물의 인근 해역의 해수를 해수순환라인(190)을 따라 제1가열기(145) 및 제2가열기(155) 측으로 순환시키도록 마련된다.

히터는 해수순환라인(190)을 따라 제2가열기(155) 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제1히터(192) 및 제1가열기(145) 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제2히터(193)를 포함할 수 있다. 제1히터(192)는 해수순환라인(190) 상에서 제2가열기(155) 전단에 마련되어, 제2매체순환라인(150)을 따라 이송되는 제2열매체와 해수의 열교환 시, 해수의 온도가 낮아 제2열교환기(112)에서 열교환이 원활하게 구현되기 어려운 경우, 해수를 보조적으로 가열하여 제2열교환기(112) 측으로 공급할 수 있다. 마찬가지로 제2히터(193)는 해수순환라인(190) 상에서 제1가열기(145) 전단에 마련되어, 제1매체순환라인(140)을 따라 이송되는 제2열매체와 해수의 열교환 시, 해수의 온도가 낮아 제1열교환기(111)에서 열교환이 원활하게 구현되기 어려운 경우, 해수를 보조적으로 가열하여 제2열교환기(112) 측으로 공급할 수 있다.

제1히터(192) 및 제2히터(193)는 열교환장치로 이루어질 수 있으며, 글리콜 워터(Glycol-water) 등으로 이루어지는 열매체가 보일러 또는 부유식 해상구조물의 엔진 폐열로부터 열을 공급받아 제1히터(192) 및 제2히터(193)를 통해 해수에 열을 전달하여 해수를 보조적으로 가열할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(1)의 재기화유닛(200)에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 재기화유닛(200)을 나타내는 개념도로서, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 재기화유닛(200)은 재기화라인(110)을 따라 이송되는 가압된 액화천연가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기(111)와 제2열교환기(112), 열매체를 수용하는 석션드럼(120), 석션드럼(120)의 열매체를 가압하는 열매체펌프(130), 열매체펌프(130)에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체를 제1열교환기(111)를 거쳐 석션드럼(120)으로 순환시키는 제1매체순환라인(140), 열매체펌프(130)에 의해 가압된 열매체 중 제2열매체를 제2열교환기(112)를 거쳐 석션드럼(120)으로 순환시키는 제2매체순환라인(150), 제1열매체의 제1열교환기(111) 진입 전 제1열매체를 해수와 열교환하는 제1가열기(145), 제2열매체의 제2열교환기(112) 진입 전 제2열매체를 해수와 열교환하는 제2가열기(155), 제1열매체의 공급량 및 감압정도를 조절하는 유량조절밸브(160), 재기화라인(110)에 의해 제2열교환기(112)로 진입하는 제2열매체의 압력을 일정 압력수준 이상으로 유지하는 압력유지장치, 재기화된 기화가스의 온도를 조절하는 기화가스 온도조절장치 및 해수를 제1가열기(145) 및 제2가열기(155) 측으로 각각 공급 및 재순환시키는 해수순환라인(290)을 포함하여 마련될 수 있다.

이하에서 설명하는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 재기화유닛(200)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 전술한 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(1)의 재기화유닛(100)에 대한 설명과 동일한 것으로서, 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 재기화유닛(200)의 해수순환라인(290)은 해수를 제1가열기(145) 및 제2가열기(155) 측으로 각각 공급 및 재순환시키도록 마련된다.

해수순환라인(290)은 해수를 순환시키는 해수펌프(191)와, 해수를 보조적으로 가열하는 히터와, 해수의 해수순환라인(290)으로의 유입여부를 조절하는 해수흡입밸브(291)와, 해수의 해수순환라인(290)으로부터 배출여부를 조절하는 해수배출밸브(292)와, 제1가열기(145) 또는 제2가열기(155)를 통과한 해수를 다시 제1가열기(145) 또는 제2가열기(155) 측으로 재공급하는 재순환라인(293) 및 재순환라인(293)에 마련되는 재순환밸브(294)를 포함하여 마련될 수 있다.

해수흡입밸브(291)는 해수순환라인(290) 상의 해수펌프(191) 전단에 마련되어 해수순환라인(290)으로의 해수 유입여부를 조절할 수 있다. 해수배출밸브(292)는 제1가열기(145) 및 제2가열기(155)를 각각 통과한 해수가 합류하는 지점의 후단에 마련되어 해수순환라인(290)으로부터 해수의 배출여부를 조절할 수 있다. 재순환라인(293)은 입구 측 단부가 제1가열기(145) 및 제2가열기(155)를 각각 통과한 해수가 합류하는 지점의 후단 및 해수배출밸브(292)의 전단에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부가 해수순환라인(290) 상의 해수펌프(191) 전단과 해수흡입밸브(291)의 후단 사이에 합류하도록 마련되어, 제1가열기(145) 또는 제2가열기(155)를 통과한 해수를 해수순환라인(290)으로부터 배출시키지 않고, 다시 제1가열기(145) 또는 제2가열기(155) 측으로 재공급하도록 마련된다.

해수온도센서(미도시)가 감지한 해수의 온도가 매우 낮은 경우, 제1가열기(145) 및 제2가열기(155)에서 제1열매체 및 제2열매체의 가열공정이 원활하게 구현되지 않을 수 있으며, 이 때 해수의 가열을 위해 제1히터(192) 및 제2히터(193)를 계속해서 작동시키거나 출력을 증가시킬 경우, 추가적인 에너지가 요구되므로 비효율적인 설비 운용이 된다. 따라서 해수의 온도가 매우 낮은 경우에는 해수흡입밸브(291) 및 해수배출밸브(292)를 폐쇄시키고, 재순환라인(293)에 마련되는 재순환밸브(294)를 개방하여, 해수순환라인(290)으로 유입된 해수를 재순환라인(293)을 통해 재순환시킬 수 있다.

이로써 액화가스 재기화 시스템(1)이 운용되는 해역의 환경조건에 따른 해수의 다양한 온도조건에도 불구하고, 제1가열기(145) 및 제2가열기(155)로 공급되는 해수의 온도를 일정 범위 내로 유지할 수 있으므로 액화천연가스 재기화 시스템의 성능 및 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1: 액화가스 재기화 시스템
10: 액화가스 공급라인 11: 공급조절밸브
15: 가스펌프 20: 재기화라인
21: 유입조절밸브 100, 200: 재기화유닛
111: 제1열교환기 112: 제2열교환기
120: 석션드럼 130: 열매체펌프
140: 제1매체순환라인 145: 제1가열기
150: 제2매체순환라인 155: 제2가열기
160: 유량조절밸브 170: 압력유지밸브
180: 온도조절밸브 190, 290: 해수순환라인
191: 해수펌프 192: 제1히터
193: 제2히터 291: 해수흡입밸브
292: 해수배출밸브 293: 재순환라인
294: 재순환밸브

Claims (12)

1. 액화가스를 가압 및 송출하는 가스펌프를 각각 구비하는 복수개의 액화가스 공급라인;
   액화가스를 재기화하는 재기화유닛을 각각 구비하고 재기화된 기화가스를 수요처로 공급하는 복수개의 재기화라인; 및
   상기 복수개의 액화가스 공급라인으로부터 가압된 액화가스를 공급받아 상기 복수개의 재기화라인으로 상기 가압된 액화가스를 재분배하는 매니폴드;를 포함하고,
   상기 재기화유닛은
   상기 재기화라인을 따라 이송되는 상기 가압된 액화가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기와 제2열교환기, 열매체를 수용하는 석션드럼, 상기 석션드럼의 열매체를 가압하는 열매체펌프, 상기 열매체펌프에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체를 상기 제1열교환기를 경유하여 상기 석션드럼으로 순환시키는 제1매체순환라인, 상기 열매체펌프에 의해 가압된 열매체 중 제2열매체를 상기 제2열교환기를 경유하여 상기 석션드럼으로 순환시키는 제2매체순환라인, 상기 제1매체순환라인 상의 상기 제1열교환기의 전단에 마련되어 상기 제1열매체를 해수와 열교환하여 가열하는 제1가열기 및 상기 제2매체순환라인 상의 상기 제2열교환기 전단에 마련되어 상기 제2열매체를 해수와 열교환하여 가열하는 제2가열기를 포함하고,
   상기 열매체는 프로판으로 마련되되,
   상기 제1열매체는 상기 제1가열기에 의해 기화된 후 상기 제1열교환기에서 재액화되며 열교환하고, 상기 제2열매체는 상기 제2가열기에 의해 액상의 상태로 가열된 후 상기 제2열교환기에서 열교환하도록, 상기 열매체펌프는 상기 제2열교환기로 진입하는 제2열매체가 6.54 barg 이상의 압력을 갖도록 가압하는 액화가스 재기화 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 액화가스 공급라인에 각각 마련되는 공급조절밸브 및 상기 복수개의 재기화라인에 각각 마련되는 유입조절밸브를 더 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제3항에 있어서,
   상기 제2열교환기로 진입하는 제2열매체의 압력을 6.54barg 이상으로 유지하는 압력유지장치를 더 포함하고,
   상기 압력유지장치는
   상기 제2열교환기로 진입하는 제2열매체의 압력을 감지하는 압력센서 및 상기 제2매체순환라인 상의 상기 제2열교환기 후단에 마련되는 압력조절밸브를 포함하고,
   상기 압력조절밸브는 상기 압력센서가 감지한 상기 제2열매체의 압력정보에 근거하여 작동이 제어되는 액화가스 재기화 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 재기화유닛에 의해 재기화된 기화가스의 온도를 조절하는 기화가스 온도조절장치를 더 포함하고,
   상기 기화가스 온도조절장치는
   기화가스의 온도를 감지하는 온도센서 및 제2열매체의 공급량을 조절하는 온도조절밸브를 포함하고,
   상기 온도조절밸브는 상기 온도센서가 감지한 상기 기화가스의 온도정보에 근거하여 작동이 제어되는 액화가스 재기화 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1열매체의 공급량 및 감압정도를 조절하는 유량조절밸브를 더 포함하고,
   상기 유량조절밸브는
   상기 제1열교환기를 통과하여 열교환된 제1열매체의 온도정보와, 상기 석션드럼의 내부 압력정보 및 상기 석션드럼으로부터 상기 열매체펌프로 공급되는 열매체의 온도정보 중 적어도 어느 하나에 근거하여 작동이 제어되는 액화가스 재기화 시스템.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   해수를 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기 측으로 각각 공급 및 순환시키도록 해수펌프를 구비하는 해수순환라인을 더 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 해수순환라인은
    상기 해수를 보조적으로 가열하는 히터를 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 히터는
    상기 제2가열기 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제1히터 및 상기 제1가열기 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제2히터를 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 해수순환라인은
    해수의 유입여부를 조절하는 해수흡입밸브와, 해수의 배출여부를 조절하는 해수배출밸브와, 상기 제1가열기 또는 상기 제2가열기를 통과한 해수를 다시 상기 제1가열기 또는 상기 제2가열기 측으로 재공급하는 재순환라인 및 상기 재순환라인에 마련되는 재순환밸브를 더 포함하고,
    상기 해수흡입밸브와, 상기 해수배출밸브 및 상기 재순환밸브는
    해수의 온도정보에 근거하여 작동이 제어되는 액화가스 재기화 시스템.
    
    

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