KR101916694B1 - 액화가스 재기화 시스템 - Google Patents

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Abstract

액화가스 재기화 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하는 재기화라인, 재기화라인을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기와 제2열교환기, 열매체를 수용하는 석션드럼 및 석션드럼의 열매체를 가압하는 가압펌프를 구비하는 열매체공급라인, 열매체공급라인으로부터 공급되는 열매체 중 제1열매체를 제1열교환기를 경유하여 석션드럼으로 순환시키는 제1매체순환라인, 열매체공급라인으로부터 공급되는 열매체 중 제2열매체를 제2열교환기를 경유하여 열매체공급라인 상의 가압펌프 후단으로 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, 종래에는 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 재기화 시스템 또는 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.
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 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 액화가스의 재기화 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 액화가스 재기화 공정의 신뢰성을 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 일 측면에 따르면, 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하는 재기화라인, 상기 재기화라인을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기와 제2열교환기, 열매체를 수용하는 석션드럼 및 상기 석션드럼의 열매체를 가압하는 가압펌프를 구비하는 열매체공급라인, 상기 열매체공급라인으로부터 공급되는 열매체 중 제1열매체를 상기 제1열교환기를 경유하여 상기 석션드럼으로 순환시키는 제1매체순환라인, 상기 열매체공급라인으로부터 공급되는 열매체 중 제2열매체를 상기 제2열교환기를 경유하여 상기 열매체공급라인 상의 상기 가압펌프 후단으로 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 제2매체순환라인 상의 상기 제2열교환기 후단에 마련되어 상기 제2열교환기를 통과한 제2열매체를 보조적으로 가압하는 보조펌프를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제1매체순환라인 상의 상기 제1가열기 전단에 마련되어 상기 제1열매체를 감압하는 압력조절밸브를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 열매체공급라인으로부터 송출되는 열매체의 압력 또는 유량을 감지하는 감지장치를 더 포함하고, 상기 가압펌프는 상기 감지장치가 감지한 열매체의 압력정보 또는 유량정보에 근거하여 작동이 제어될 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 마련될 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 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
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 재기화 공정의 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 안정적인 액화가스 재기화 공정을 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.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템의 변형 예를 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 제1 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(100)은 액화가스를 수요처(10)로 공급하는 재기화라인(110), 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 열교환시키는 제1열교환기(111)와 제2열교환기(112), 열매체를 수용하는 석션드럼(121)과 열매체를 가압하는 가압펌프(122)를 구비하는 열매체공급라인(120), 가압펌프(122)에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체를 제1열교환기(111)를 거쳐 석션드럼(121)으로 순환시키는 제1매체순환라인(130), 가압펌프(122)에 의해 가압된 열매체 중 제2열매체를 제2열교환기(112)를 거쳐 열매체공급라인(120)의 가압펌프(122) 후단으로 순환시키는 제2매체순환라인(140), 제1열매체의 제1열교환기(111) 진입 전 제1열매체를 해수와 열교환하는 제1가열기(132), 제2열매체의 제2열교환기(112) 진입 전 제2열매체를 해수와 열교환하는 제2가열기(141), 제2매체순환라인(140) 상에 마련되어 제2열매체를 보조적으로 가압하는 보조펌프(142), 제1매체순환라인(130)에 마련되어 제1열매체를 감압하는 압력조절밸브(131), 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체의 압력 또는 유량을 감지하는 감지장치(150), 해수를 제1가열기(132) 및 제2가열기(141) 측으로 각각 공급 및 순환시키는 해수순환라인(170)을 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.
재기화라인(110)은 액화천연가스를 천연가스로 재기화하여 수요처(10)로 공급하도록 마련된다. 재기화라인(110)은 액화천연가스가 수용된 저장탱크(1)로부터 송출펌프(미도시) 등에 의해 액화천연가스를 공급받아 후술하는 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)를 순차적으로 거쳐 재기화 및 승온시킨 후 수요처(10)로 공급할 수 있다. 이를 위해 재기화라인(110)의 입구 측 단부는 액화천연가스를 수용하는 저장탱크(1)에 연결되고, 출구 측 단부는 천연가스를 필요로 하는 수요처(10)에 연결될 수 있다.
저장탱크(1)는 부유식 해상구조물에 설치되되 액화천연가스를 안정적으로 수용하고, 외부의 열 침입을 최소화 하기 위해 단열 처리되어 마련될 수 있으며, 수요처(10)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. 재기화라인(110) 상에 순차적으로 마련되는 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)의 후단에는 수요처(10)로 공급되는 천연가스의 온도를 측정 및 감지하는 온도센서(미도시)가 마련될 수 있다.
제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)는 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화천연가스와 열매체를 순차적으로 각각 열교환하여 액화천연가스를 천연가스로 재기화함과 동시에, 수요처(10)가 요구하는 천연가스의 온도조건에 맞추어 승온시키도록 마련된다. 제1열교환기(111)는 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화천연가스와 후술하는 열매체공급라인(120) 및 제1매체순환라인(130)을 거쳐 기화된 제1열매체를 서로 열교환함으로써, 액화천연가스를 섭씨 약 -50 내지 -10도 까지 승온시켜 액화천연가스를 저온의 천연가스로 재기화시킬 수 있다. 제2열교환기(112)는 재기화라인(110) 상의 제1열교환기(111)를 통과하여 재기화된 저온의 천연가스와 후술하는 열매체공급라인(120) 및 제2매체순환라인(140)을 거쳐 액상의 상태로 가열된 제2열매체를 서로 열교환함으로써, 저온의 천연가스를 수요처(10)가 요구하는 천연가스 온도조건에 상응하는 수준으로 승온시켜줄 수 있다.
열매체공급라인(120)은 열매체를 수용하는 석션드럼(121)과, 석션드럼(121)에 수용된 열매체를 공급받아 가압시키는 가압펌프(122)를 구비하고 가압펌프(122)에 의해 가압된 열매체를 후술하는 제1매체순환라인(130) 및 제2매체순환라인(140)으로 각각 공급하도록 마련된다.
석션드럼(121)은 열매체공급라인(120)의 입구 측 단부에 마련되어 열매체를 일시적으로 수용하도록 마련된다. 석션드럼(121)은 후술하는 제1매체순환라인(130)의 출구 측 단부와 연결되어 마련되어, 제1열교환기(111)를 통과한 제1열매체를 공급받아 일시적으로 수용할 수 있다.
가압펌프(122)는 석션드럼(121)에 수용된 액상의 열매체를 열매체공급라인(120)을 통해 공급받아 가압하고, 열매체공급라인(120)과 제1매체순환라인(130) 및 제2매체순환라인(140)으로 열매체를 공급 및 순환시킬 수 있다. 일반적으로 가압펌프(122)는 오작동 및 고장을 방지하고 열매체의 안정적인 가압을 위해 액상의 열매체 만을 공급받아 작동되므로, 열매체공급라인(120)의 입구 측 단부는 석션드럼(121)의 하측부와 연통되어 액상의 열매체를 가압펌프(122)로 공급할 수 있다.
가압펌프(122)는 열매체가 해수 및 액화천연가스와 효과적인 열교환을 수행할 수 있도록 열매체를 가압시킬 수 있다. 가압펌프(122)는 일 예로, 열매체를 약 10 barg의 압력수준으로 가압시킬 수 있다. 그러나 당해 수치에 한정되는 것은 아니며, 열매체가 해수 및 액화천연가스의 효과적인 열교환을 수행함과 동시에, 후술하는 바와 같이 제2열매체가 제2가열기(141)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.
열매체공급라인(120) 상의 가압펌프(122) 후단에는 후술하는 제2매체순환라인(140)의 출구 측 단부가 합류하도록 마련될 수 있으며, 열매체공급라인(120)의 출구 측 단부는 후술하는 제1매체순환라인(130) 및 제2매체순환라인(140)이 각각 분기되도록 마련될 수 있다. 이로써 열매체공급라인(120)을 따라 이송되는 가압펌프(122)에 의해 가압된 열매체와 후술하는 제2매체순환라인(140)을 따라 이송되는 제2열매체가 합류하여 제1매체순환라인(130) 및 제2매체순환라인(140)으로 제1열매체 및 제2열매체가 각각 분기되어 공급될 수 있다.
한편 가압펌프(122)는 후술하는 감지장치(150)가 감지한 열매체의 압력정보 또는 유량정보에 근거하여 작동이 제어될 수 있다. 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)을 포함하여 마련될 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(130)은 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체 중 일부인 제1열매체를 제1열교환기(111) 측으로 공급 및 순환시키도록 마련된다.
제1매체순환라인(130)은 입구 측 단부가 열매체공급라인(120)의 출구로부터 후술하는 제2매체순환라인(140)과 함께 분기되어 마련되고, 제1열교환기(111)를 경유하되, 출구 측 단부는 석션드럼(121)의 내부로 연결되어 마련될 수 있다. 또한, 제1매체순환라인(130) 상의 제1열교환기(111) 전단에는 제1열매체를 감압시키는 압력조절밸브(131) 및 압력조절밸브(131)에 의해 가압된 제1열매체를 해수와 열교환하여 가열시키는 제1가열기(132)가 마련될 수 있다.
압력조절밸브(131)는 열매체공급라인(120)을 통해 공급되는 열매체, 구체적으로 석션드럼(121)으로부터 공급되어 가압펌프(122)에 의해 가압된 열매체와 제2매체순환라인(140)을 거쳐 열매체공급라인(120)으로 합류한 제2열매체 중 제1매체순환라인(130)으로 유입되는 제1열매체를 감압시키도록 마련될 수 있다. 압력조절밸브(131)는 제1매체순환라인(130)으로 유입된 제1열매체가 후술하는 제1가열기(132)에서 열교환 및 가열 시 기화될 수 있는 압력수준으로 제1열매체를 감압시킬 수 있다. 일 예로, 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체의 압력이 약 10 barg 의 압력수준인 경우, 압력조절밸브(131)는 제1열매체의 압력을 약 2 내지 3 barg의 압력수준으로 감압시킴으로써, 제1가열기(132)에서 해수와 열교환에 의해 가열 및 기화되고, 제1열교환기(111)에서 액화천연가스와 열교환에 의해 재액화되어 석션드럼(121)으로 회수될 수 있다. 그러나 당해 수치는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 제1열매체가 제1가열기(132)에서 열교환에 의해 기화됨과 동시에 제1열교환기(111)에서 열교환에 의해 재액화될 수 있는 압력수준이라면 다양한 범위의 압력수준으로 감압되는 경우를 포함한다. 압력조절밸브(131)는 열매체의 성분, 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체의 압력수준 또는 제1가열기(132)와 제1열교환기(111)에서의 열교환 효율 등을 고려하여 제1열매체의 감압정도를 수시로 조절 가능하도록 마련될 수 있다.
제1가열기(132)는 제1매체순환라인(130) 상의 압력조절밸브(131) 후단 및 제1열교환기(111) 전단 사이에 마련될 수 있다. 제1가열기(132)는 압력조절밸브(131)를 거쳐 감압된 저온의 제1열매체와 후술하는 해수순환라인(170)을 통해 유입된 해수를 열교환하여 제1열매체를 가열 및 기화시킬 수 있다.
제1열교환기(111)는 제1매체순환라인(130)과 재기화라인(110) 사이에 마련되어, 제1매체순환라인(130) 상의 압력조절밸브(131) 및 제1가열기(132)를 통과하여 감압 및 기화된 제1열매체와 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화천연가스를 서로 열교환하도록 마련된다. 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화천연가스는 제1열교환기(111)를 통과하면서 제1열매체로부터 열을 전달받아 섭씨 약 -50 내지 -10 도의 온도범위로 승온됨으로써 액화천연가스가 기화가스, 즉 천연가스로 재기화될 수 있다. 이와 동시에, 제1매체순환라인(130)을 따라 이송되는 제1열매체는 제1열교환기(111)를 통과하면서 극저온의 액화천연가스와의 열교환에 의해 액상의 상태로 재액화될 수 있다. 제1열교환기(111)를 거쳐 열교환을 수행한 제1열매체는 석션드럼(121)으로 회수될 수 있으며, 열매체공급라인(120)을 통해 가압펌프(122)로 재공급되어 제1매체순환라인(130) 또는 제2매체순환라인(140)으로 재순환될 수 있다.
제2매체순환라인(140)은 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체 중 일부, 구체적으로 제1매체순환라인(130)으로 공급되는 제1열매체 외의 열매체인 제2열매체를 제2열교환기(112) 측으로 공급 및 순환시키도록 마련된다.
제2매체순환라인(140)은 입구 측 단부가 열매체공급라인(120)의 출구 측 단부로부터 제1매체순환라인(130)과 함께 분기되어 마련되고, 제2열교환기(112)를 경유하되, 출구 측 단부는 열매체공급라인(120) 상의 가압펌프(122) 후단으로 합류하도록 연결되어 마련될 수 있다. 또한, 제2매체순환라인(140) 상의 제2열교환기(112) 전단에는 제2열매체를 해수와 열교환하여 가열시키는 제2가열기(141)가 마련되고, 제2열교환기(112) 후단에는 제2열교환기(112)를 통과한 제2열매체를 보조적으로 가압하는 보조펌프(142)가 마련될 수 있다.
제2가열기(141)는 제2매체순환라인(140) 상의 제2열교환기(112) 전단에 마련되어, 제2매체순환라인(140)으로 유입되는 제2열매체를 해수와 열교환하여 가열하도록 마련된다. 제2가열기(141)는 저온의 제2열매체와 후술하는 해수순환라인(170)을 통해 유입된 해수를 열교환하여 제2열매체를 상 변화 없이 액상의 상태로 가열하여 제2열교환기(112) 측으로 공급할 수 있다.
종래에는 액화천연가스와 열매체의 열교환 시 적은 열매체 순환 유량으로 천연가스를 승온시키기 위해, 열매체를 해수와의 열교환을 통해 기화시킨 상태로 천연가스와 열교환하도록 마련되었다. 그러나 이 경우, 가압된 열매체를 기화시키기 위해 열매체를 기화온도까지 가열해야 하므로 해수 자체만으로 열매체를 가열시키기 어려운 문제점이 있으며, 특히 최근에 요구되는 액화가스 재기화 시스템(100)의 설계조건으로 해수온도는 최저 섭씨 14 도, 수요처(10)로 공급되는 기화가스, 즉 천연가스의 온도는 섭씨 8 도에 맞추어 설계가 요구되고 있는데, 이러한 설계조건에 맞추어 종래의 열교환기를 실제 작동할 경우, 열매체의 기화 및 액화 등 상변화에 의해 열교환이 현실적으로 구현되기 어려운 온도구간이 형성되는 바, 재기화 시스템의 운용이 현실적으로 불가능한 문제점이 있다.
따라서 제2매체순환라인(140)은 이로 유입된 제2열매체를 제2가열기(141)에서 상 변화 없이 액상의 상태로 가열하여 제2열교환기(112)로 공급하고, 제2열교환기(112)에서 천연가스와 열교환 시 상 변화 없이 액상의 상태를 유지하며 열교환하도록 마련될 수 있다. 이를 위해 제2열매체는 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체의 압력, 일 예로 약 10 barg의 압력수준을 유지하며 제2가열기(141)에서 해수와 열교환하여 기화되지 않고 액상의 상태로 가열될 수 있으며, 제2열교환기(112)에서 천연가스와 열교환에 의해 냉각될 수 있다.
한편 제1매체순환라인(130)을 따라 이송되는 제1열매체는 압력조절밸브(131)에 의해 감압된 상태로 제1가열기(132) 및 제1열교환기(111)를 경유하며 순환하는 반면, 제2매체공급라인을 따라 이송되는 제2열매체는 별도의 감압공정 없이 제2가열기(141) 및 제2열교환기(112)를 경유하며 순환하게 된다. 이 때 제2열매체는 제2가열기(141) 및 제2열교환기(112)를 경유하면서 약 1 barg의 감압이 발생하기는 하나, 제1열매체는 압력조절밸브(131)에 의해 약 2 내지 3 barg의 압력수준으로 감압되어 제1가열기(132) 및 제1열교환기(111)를 경유하면서 열교환을 수행하는 바, 제1열교환기(111)를 경유한 제1열매체와 제2열교환기(112)를 경유한 제2열매체의 압력이 서로 다르다. 이와 같이 서로 다른 압력수준을 갖는 제1열매체 및 제2열매체를 다시 석션드럼(121)으로 모두 수용한 후, 이를 가압펌프(122)에 의해 다시 가압시켜 열매체를 순환시킬 경우, 제1매체공급라인 및 제2매체공급라인으로 공급되는 열매체를 모두 가압시켜야 하므로 대용량의 석션드럼(121) 및 고사양의 가압펌프(122)가 요구되는 등 설비운용의 비효율을 초래하는 문제점이 있다.
이에 제2매체공급라인은 제2열교환기(112)를 경유하여 열교환을 수행한 제2열매체를 열매체공급라인(120) 상의 가압펌프(122) 후단으로 합류 및 순환시키도록 마련된다. 이 때 제2열매체가 제2매체순환라인(140)의 제2가열기(141) 및 제2열교환기(112)를 경유하면서 열교환을 수행하여 소정의 압력수준 감압이 발생할 수 있으므로, 제2열교환기(112)를 통과한 제2열매체를 보조적으로 가압하는 보조펌프(142)가 마련될 수 있다.
보조펌프(142)는 제2매체순환라인(140) 상의 제2열교환기(112) 후단에 마련되어, 제2열교환기(112)를 거쳐 천연가스와 열교환된 제2열매체를 보조적으로 가압하도록 마련된다. 제2열매체는 제2열교환기(112)에서 천연가스와 열교환에 의해 냉각됨으로써 소정의 압력수준, 일 예로 약 1 barg의 압력수준 감압될 수 있다. 따라서 보조펌프(142)는 제2가열기(141)를 경유하면서 열교환을 수행한 제2열매체를 보조적으로 가압하여, 제2매체순환라인(140)으로부터 열매체공급라인(120)으로 합류 및 순환되는 제2열매체의 압력수준과 열매체공급라인(120) 상의 가압펌프(122)에 의해 가압된 열매체의 압력수준을 서로 상응하는 수준으로 맞추어줄 수 있다. 이로써 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 나아가 보조펌프(142)는 제2매체순환라인(140)을 따라 이송된 제2열매체 만을 가압하면 되고, 가압펌프(122)는 열매체의 부족분에 대해서만 석션드럼(121)으로부터 열매체를 공급받아 가압하면 되므로 저사양의 펌프로도 열매체의 안정적인 가압 및 순환이 가능해져 설비구축 및 설비운용의 효율성을 도모할 수 있다.
감지장치(150)는 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체의 압력 또는 유량을 감지하도록 마련된다. 구체적으로 감지장치(150)는 석션드럼(121)으로부터 가압펌프(122)를 거쳐 가압된 열매체와 제2매체순환라인(140)으로부터 합류되는 제2열매체 등 열매체공급라인(120)으로부터 각각의 매체순환라인으로 송출되는 열매체의 압력 또는 유량을 감지하고, 제어부(미도시)는 감지장치(150)가 감지한 압력정보 또는 유량정보에 근거하여 가압펌프(122)의 작동을 제어할 수 있다. 감지장치(150)는 일 예로 압력센서로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체의 압력 또는 유량을 측정 및 감지할 수 있다면 다양한 구조의 장치로 이루어지는 경우를 포함한다.
제어부(미도시)는 감지장치(150)가 감지한 압력정보 또는 유량정보와 기 설정된 압력정보 또는 유량정보를 비교하여 가압펌프(122)의 작동여부 및 작동정도를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 감지장치(150)가 감지한 압력정보 또는 유량정보가 액화천연가스의 재기화 공정에 충분한 정도에 해당하는 압력설정 값 또는 유량설정 값보다 낮은 것으로 판단한 때에는 압력 또는 유량의 부족분에 대해 가압펌프(122)의 출력을 증가시키는 방향으로 제어하여 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체의 압력수준 또는 유량수준을 증가시킬 수 있다. 이와는 반대로, 제어부가 감지장치(150)가 감지한 압력정보 또는 유량정보가 액화천연가스의 재기화 공정에 충분한 정도에 해당하는 압력설정 값 또는 유량설정 값보다 높은 것으로 판단한 때에는 가압펌프(122)의 출력을 감소시키는 방향으로 제어하여 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체의 압력수준 또는 유량수준을 감소시켜, 가압펌프(122)의 불필요한 작동 및 에너지 소모를 저감할 수 있다.
이러한 구성을 통해 상대적으로 고압의 상태로 순환하는 제2열매체는 보조펌프(142)를 통해 보조적으로 가압하여 곧바로 제1매체순환라인(130) 또는 제2매체순환라인(140)으로 재순환시킴과 동시에, 열매체의 압력 또는 유량 부족분에 대해서만 가압펌프(122)가 작동하여 제1매체순환라인(130) 또는 제2매체순환라인(140)으로 열매체를 공급 및 순환시킴으로써 설비운용의 효율성을 도모하고 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
해수순환라인(170)은 해수를 제1가열기(132) 및 제2가열기(141) 측으로 각각 공급 및 순환시키도록 마련된다. 해수순환라인(170)은 해수를 순환시키는 해수펌프(171)를 구비할 수 있으며, 해수펌프(171)는 액화가스 재기화 시스템(100)이 탑재된 부유식 해상구조물의 인근 해역의 해수를 해수순환라인(170)을 따라 제1가열기(132) 및 제2가열기(141) 측으로 순환시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)을 나타내는 개념도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)은 액화가스를 수요처(10)로 공급하는 재기화라인(110), 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 열교환시키는 제1열교환기(111)와 제2열교환기(112), 열매체를 수용하는 석션드럼(121)과 열매체를 가압하는 가압펌프(122)를 구비하고 열매체를 공급하는 열매체공급라인(120), 가압펌프(122)에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체를 제1열교환기(111)를 거쳐 석션드럼(121)으로 순환시키는 제1매체순환라인(130), 가압펌프(122)에 의해 가압된 열매체 중 제2열매체를 제2열교환기(112)를 거쳐 열매체공급라인(120)의 가압펌프(122) 후단으로 순환시키는 제2매체순환라인(140), 제1열매체의 제1열교환기(111) 진입 전 제1열매체를 해수와 열교환하는 제1가열기(132), 제2열매체의 제2열교환기(112) 진입 전 제2열매체를 해수와 열교환하는 제2가열기(141), 제2매체순환라인(140) 상에 마련되어 제2열매체를 보조적으로 가압하는 보조펌프(142), 제1매체순환라인(130)에 마련되어 제1열매체를 감압하는 압력조절밸브(131), 열매체공급라인(120)으로부터 송출되는 열매체의 압력 또는 유량을 감지하는 감지장치(150), 해수를 제1가열기(132) 및 제2가열기(141) 측으로 각각 공급 및 순환시키는 해수순환라인(270)을 포함하여 마련될 수 있다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 전술한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(100)에 대한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)의 해수순환라인(270)은 해수를 보조적으로 가열하는 히터를 더 포함하여 마련될 수 있다.
히터는 해수순환라인(270)을 따라 제2가열기(141) 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제1히터(271) 및 제1가열기(132) 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제2히터(272)를 포함할 수 있다. 제1히터(271)는 해수순환라인(270) 상에서 제2가열기(141) 전단에 마련되어, 제2매체순환라인(140)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(272)는 해수순환라인(270) 상에서 제1가열기(132) 전단에 마련되어, 제1매체순환라인(130)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(271) 및 제2히터(272)는 열교환장치로 이루어질 수 있으며, 글리콜 워터(Glycol-water) 등으로 이루어지는 열매체가 보일러 또는 부유식 해상구조물의 엔진 폐열로부터 열을 공급받아 제1히터(271) 및 제2히터(272)를 통해 해수에 열을 전달하여 해수를 보조적으로 가열할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)의 변형 예를 나타내는 개념도이다. 도 3을 참조하면 변형된 실시 예의 해수순환라인(270)은 해수를 제1가열기(132) 및 제2가열기(141) 측으로 각각 공급 및 재순환시키도록 마련된다.
해수순환라인(270)은 해수의 해수순환라인(270)으로의 유입여부를 조절하는 해수흡입밸브(273)와, 해수의 해수순환라인(270)으로부터 배출여부를 조절하는 해수배출밸브(274)와, 제1가열기(132) 또는 제2가열기(141)를 통과한 해수를 다시 제1가열기(132) 또는 제2가열기(141) 측으로 재공급하는 재순환라인(275) 및 재순환라인(275)에 마련되는 재순환밸브(276)를 포함하여 마련될 수 있다.
해수흡입밸브(273)는 해수순환라인(270) 상의 해수펌프(171) 전단에 마련되어 해수순환라인(270)으로의 해수 유입여부를 조절할 수 있다. 해수배출밸브(274)는 제1가열기(132) 및 제2가열기(141)를 각각 통과한 해수가 합류하는 지점의 후단에 마련되어 해수순환라인(270)으로부터 해수의 배출여부를 조절할 수 있다. 재순환라인(275)은 입구 측 단부가 제1가열기(132) 및 제2가열기(141)를 각각 통과한 해수가 합류하는 지점의 후단 및 해수배출밸브(274)의 전단에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부가 해수순환라인(270) 상의 해수펌프(171) 전단과 해수흡입밸브(273)의 후단 사이에 합류하도록 마련되어, 제1가열기(132) 또는 제2가열기(141)를 통과한 해수를 해수순환라인(270)으로부터 배출시키지 않고, 다시 제1가열기(132) 또는 제2가열기(141) 측으로 재공급하도록 마련된다.
해수온도센서(미도시)가 감지한 해수의 온도가 매우 낮은 경우, 제1가열기(132) 및 제2가열기(141)에서 제1열매체 및 제2열매체의 가열공정이 원활하게 구현되지 않을 수 있으며, 이 때 해수의 가열을 위해 제1히터(271) 및 제2히터(272)를 계속해서 작동시키거나 출력을 증가시킬 경우, 추가적인 에너지가 요구되므로 비효율적인 설비 운용이 된다. 따라서 해수의 온도가 매우 낮은 경우에는 해수흡입밸브(273) 및 해수배출밸브(274)를 폐쇄시키고, 재순환라인(275)에 마련되는 재순환밸브(276)를 개방하여, 해수순환라인(270)으로 유입된 해수를 재순환라인(275)을 통해 재순환시킬 수 있다.
이로써 액화가스 재기화 시스템(200)이 운용되는 해역의 환경조건에 따른 해수의 다양한 온도조건에도 불구하고, 제1가열기(132) 및 제2가열기(141)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.
100, 200: 액화가스 재기화 시스템
110: 재기화라인 111: 제1열교환기
112: 제2열교환기 120: 열매체공급라인
121: 석션드럼 122: 가압펌프
130: 제1매체순환라인 131: 압력조절밸브
132: 제1가열기 140: 제2매체순환라인
141: 제2가열기 142: 보조펌프
150: 감지장치 170, 270: 해수순환라인
171: 해수펌프 271: 제1히터
272: 제2히터 273: 해수흡입밸브
274: 해수배출밸브 275: 재순환라인
276: 재순환밸브

Claims (9)

  1. 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하는 재기화라인;
    상기 재기화라인을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기와 제2열교환기;
    열매체를 수용하는 석션드럼 및 상기 석션드럼의 열매체를 가압하는 가압펌프를 구비하는 열매체공급라인;
    상기 열매체공급라인으로부터 공급되는 열매체 중 제1열매체를 상기 제1열교환기를 경유하여 상기 석션드럼으로 순환시키는 제1매체순환라인;
    상기 열매체공급라인으로부터 공급되는 열매체 중 제2열매체를 상기 제2열교환기를 경유하여 상기 열매체공급라인 상의 상기 가압펌프 후단으로 순환시키는 제2매체순환라인;
    상기 제1매체순환라인 상의 상기 제1열교환기의 전단에 마련되어 상기 제1열매체를 해수와 열교환하여 가열하는 제1가열기;
    상기 제2매체순환라인 상의 상기 제2열교환기 전단에 마련되어 상기 제2열매체를 해수와 열교환하여 가열하는 제2가열기; 및
    상기 제2매체순환라인 상의 상기 제2열교환기 후단에 마련되어 상기 제2열교환기를 통과한 제2열매체를 보조적으로 가압하되, 상기 가압펌프에 의해 가압된 열매체의 압력수준에 상응하는 수준으로 가압하는 보조펌프;를 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1매체순환라인 상의 상기 제1가열기 전단에 마련되어 상기 제1열매체를 감압하는 압력조절밸브를 더 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열매체공급라인으로부터 송출되는 열매체의 압력 또는 유량을 감지하는 감지장치를 더 포함하고,
    상기 가압펌프는
    상기 감지장치가 감지한 열매체의 압력정보 또는 유량정보에 근거하여 작동이 제어되는 액화가스 재기화 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    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 마련되는 액화가스 재기화 시스템.
  6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    해수를 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기 측으로 각각 공급 및 순환시키도록 해수펌프를 구비하는 해수순환라인을 더 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 해수순환라인은
    상기 해수를 보조적으로 가열하는 히터를 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 히터는
    상기 제2가열기 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제1히터 및 상기 제1가열기 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제2히터를 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
  9. 제8항에 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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