KR102075241B1 - 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크에서 배출되는 액화가스를 기화하는 기화기; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 상기 기화기로 전달하는 액화가스 펌프; 상기 액화가스 저장탱크와 상기 액화가스 펌프 사이에 마련되며 레벨이 측정되는 드럼; 및 상기 드럼의 상류에서의 액화가스의 압력 변위와 상기 드럼의 액화가스 레벨 변위를 토대로, 수요처로 전달되는 액화가스 유량을 조절하여 상기 드럼의 압력과 레벨을 안정화시키는 성능 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박{Regasification System of liquefied Gas and Ship Having the Same}
본 발명은 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박에 관한 것이다.
최근 환경 규제 등이 강화됨에 따라, 각종 연료 중에서 친환경 연료에 가까운 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 사용이 증대되고 있다. 액화천연가스는 일반적으로 LNG 운반선을 통해 운반되는데, 이때 액화천연가스는 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 LNG 운반선의 탱크에 보관될 수 있다. 액화천연가스는 액체 상태가 될 경우 기체 상태 대비 부피가 600분의 1로 축소되므로 운반 효율이 증대될 수 있다.
그런데 액화천연가스는 액체 상태가 아닌 기체 상태로 소비되는 것이 일반적이어서, 액상으로 저장 및 운송되는 액화천연가스는 재기화되어야 할 필요가 있는바 재기화 설비가 사용된다.
이때 재기화 설비는 LNG 운반선, FLNG, FSRU 등의 선박에 탑재되거나 또는 육상 등에 마련될 수 있으며, 재기화 설비는 해수 등의 열원을 이용하여 액화천연가스를 가열함으로써 재기화를 구현한다.
그런데 액상의 액화천연가스는 -160도에 가까운 극저온 상태에 놓여있기 때문에, 열교환 시 열원과의 온도차이가 크게 벌어지면 액화천연가스를 가열하는 열교환기의 내구성 등에 문제가 발생할 수 있다. 또한 해수를 이용하여 액화천연가스를 가열하는 경우에는 열교환기에 부식이 발생할 우려가 있다.
따라서 최근에는 액상으로 저장되어 있는 액화천연가스를 재기화하는 과정에서, 각종 구성들을 안정적으로 가동할 수 있으면서 재기화 설비를 간소화하는 방향으로 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 드럼을 우회하도록 모드를 전환하는 경우 액화가스 펌프로 기포가 유입되는 것을 방지할 수 있는 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 드럼에서의 레벨 변위 및 드럼으로 공급되는 액화가스의 압력 변위를 토대로 재기화 가동 효율을 보장할 수 있는 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 배출되는 액화가스를 기화하는 기화기; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 상기 기화기로 전달하는 액화가스 펌프; 상기 액화가스 저장탱크와 상기 액화가스 펌프 사이에 마련되며 레벨이 측정되는 드럼; 및 상기 드럼의 상류에서의 액화가스의 압력 변위와 상기 드럼의 액화가스 레벨 변위를 토대로, 수요처로 전달되는 액화가스 유량을 조절하여 상기 드럼의 압력과 레벨을 안정화시키는 성능 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 드럼, 상기 액화가스 펌프, 상기 기화기를 경유하여 수요처로 연결되며 상기 드럼의 하류에 성능 제어밸브가 마련되는 액화가스 공급라인을 더 포함하고, 상기 성능 제어기는, 상기 드럼으로 유입되는 액화가스의 압력변위값 및 상기 액화가스 저장탱크의 내압변위값 중 적어도 어느 하나와 상기 드럼의 레벨변위값을 토대로, 상기 액화가스 펌프의 가동 또는 상기 성능 제어밸브의 개도 제어를 통해 액화가스 유량을 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 성능 제어기는, 상기 압력변위값 또는 상기 내압변위값이 기준범위를 벗어나면 상기 액화가스 저장탱크로부터의 액화가스 공급에 문제가 발생한 것으로 판단하여 상기 성능 제어밸브의 개도를 낮출 수 있다.
구체적으로, 상기 성능 제어기는, 상기 레벨변위값이 기준범위를 벗어나면 상기 드럼에서의 배출이 과도한 것으로 판단하여 상기 성능 제어밸브의 개도를 낮출 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 드럼으로 연결되어 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 상기 드럼으로 전달하며 증발가스 압축기 및 증발가스 공급밸브가 마련되는 증발가스 공급라인; 상기 드럼에서 외부로 연결되며 상기 드럼의 내압에 따라 개방되는 가스 배출밸브가 마련되는 가스 배출라인; 및 상기 드럼의 내압을 토대로 상기 증발가스 공급밸브 또는 상기 가스 배출밸브의 개도를 제어하는 압력 제어기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 드럼의 상류에서 상기 액화가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 드럼에 연결되며 퀸칭 밸브가 마련되는 퀸칭 라인을 더 포함하고, 상기 압력 제어기는, 상기 드럼의 내압을 토대로 상기 퀸칭 밸브의 개도를 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스가 상기 드럼을 우회하여 상기 액화가스 펌프로 유입되도록 하며 격리밸브가 마련되는 액화가스 우회라인; 및 상기 액화가스 우회라인에서 상기 격리 밸브의 전후로부터 분기되어 상기 드럼으로 연결되며 기포 제거밸브가 마련되는 기포 제거라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기포 제거밸브는, 액화가스가 상기 드럼을 경유하여 상기 기화기로 전달되는 드럼 운전모드에서, 액화가스가 상기 드럼을 우회하여 상기 기화기로 전달되는 직접공급 모드로 전환될 경우, 개방되어 상기 격리 밸브의 전후에 존재하는 기포를 상기 드럼으로 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 드럼으로 연결되어 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 상기 드럼으로 전달하며 증발가스 압축기 및 증발가스 공급밸브가 마련되는 증발가스 공급라인을 더 포함하고, 상기 증발가스 공급라인 또는 상기 증발가스 압축기에 문제가 발생하는 경우, 상기 드럼 운전모드에서 상기 직접공급 모드로 전환될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 액화가스 재기화 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박은, 드럼 운전모드에서 드럼을 우회하는 직접공급 모드로 전환하더라도, 격리 밸브 전후의 기포가 액화가스 펌프로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박은, 드럼에서의 레벨 변화 및 드럼으로 유입되는 액화가스의 레벨 변화를 감시하여, 수요처로 전달되는 액화가스의 유량을 조절함으로써 액화가스의 온도 및 압력을 안정화시켜서 OPEX 저감이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템이 적용된 선박의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하에서 액화가스는 LPG, LNG, 에탄 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있고, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다.
또한 이하에서 액화가스는, 액체 상태 또는 자연기화되거나 강제기화된 기체 상태 등을 모두 포괄하는 용어로 사용될 수 있으며, 다만 증발가스는 액화가스 저장탱크 내에서 자연기화된 가스를 의미하는 용어로 사용될 수 있음을 알려둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템이 적용된 선박의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
이하에서는 특히 도 2를 참조하여 본 발명의 액화가스 재기화 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 도 1에 나타난 바와 같이 액화가스 재기화 시스템을 갖는 선박을 포함하는 것이다.
다만 이때 선박은 FLNG, FSRU 등과 같은 해양플랜트를 포괄하는 표현이며, 더 나아가 선박은 육상에 설치되어 있는 플랜트 등으로 치환될 수도 있음을 알려둔다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 기화기(20), 액화가스 펌프(30), 드럼(40), 압력 제어기(50), 성능 제어기(60)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 액상의 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 약 1bar 내외의 압력으로 액화가스를 저장할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 배출된 후 기화기(20)에 의하여 기화되어 수요처로 전달될 수 있다.
이때 수요처는 에너지를 생산하는 엔진이나 터빈 등이거나 또는 도시가스, 플랜트, 일반가정 등일 수 있지만 특별히 한정되지 않으며, 수요처에는 액화가스가 기화기(20)에 의해 기화된 상태로 전달될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 복수 개로 마련될 수 있고, 선체 내부에 나란히 배열될 수 있다. 일례로 도면과 같이 선체 내부에 적어도 4개의 액화가스 저장탱크(10)가 일정한 방향(전후 방향)으로 배치될 수 있지만, 액화가스 저장탱크(10)의 개수나 배치를 위와 같이 한정하는 것은 아니다.
액화가스 저장탱크(10)는 내부에 이송펌프(10a)를 갖는다. 이송펌프(10a)는 잠형펌프(submerged pump)로서 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스에 잠겨있도록 설치될 수 있다.
이송펌프(10a)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 저장된 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 배출시키는데, 이때 이송펌프(10a)에 의하여 액화가스가 다소 가압될 수 있지만 이송펌프(10a)에 의한 가압은 수요처의 요구 압력까지 이루어지진 않을 수 있다. 따라서 이송펌프(10a)에 의해 가압된 액화가스의 압력과, 수요처의 요구 압력의 차이만큼 후술할 액화가스 펌프(30)가 액화가스를 가압하게 된다.
이송펌프(10a)에서 수요처까지는 액화가스 공급라인(11)이 마련될 수 있으며, 액화가스 공급라인(11) 상에는 후술할 드럼(40), 액화가스 펌프(30), 기화기(20) 등이 마련될 수 있다.
또한 액화가스 공급라인(11)에는 레벨 제어밸브(11a)가 마련되며, 레벨 제어밸브(11a)는 드럼(40)으로 공급되는 액화가스의 유량을 메인으로 조절하여 드럼(40) 내부에 저장된 액화가스의 레벨을 제어할 수 있다.
액화가스 공급라인(11)에는 유량을 측정하기 위한 유량계(11b)가 마련될 수 있으며, 또한 압력을 측정하기 위한 압력계(112)가 마련된다. 유량계(11b)는 기화기(20)에서 기화되어 수요처로 공급되는 유량을 체크하기 위해 사용되며, 압력계(112)는 드럼(40)으로 공급되는 액화가스의 유량에 문제가 없는지를 체크하기 위해 사용될 수 있다.
다만 도면에 나타난 액화가스 공급라인(11) 상에 마련된 압력계(112)와 함께 또는 압력계(112)를 대신하여, 액화가스 저장탱크(10) 자체에 압력계(도시하지 않음)가 마련되어 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 측정하여 상기의 체크에 활용할 수 있다.
드럼(40)의 상류에서 액화가스 공급라인(11)에는 퀸칭 라인(111)(Quenching Line)이 분기될 수 있다. 퀸칭 라인(111)은 액화가스 공급라인(11)에서 분기되어 드럼(40)에 연결되며, 퀸칭 밸브(111a)가 마련된다.
액화가스 공급라인(11)이 드럼(40)에 연결되는 지점보다, 퀸칭 라인(111)이 드럼(40)에 연결되는 지점이 더 높을 수 있으며, 퀸칭 라인(111)은 저온의 액화가스를 드럼(40) 내에서 상측에 공급(분사)함으로써 드럼(40) 내부 온도가 낮아지도록 할 수 있다.
이 경우 드럼(40) 내부의 온도가 낮아짐에 따라 드럼(40) 내압이 낮아질 수 있으므로, 퀸칭 밸브(111a)는 드럼(40)의 내압 하강에 사용될 수 있다. 이에 대해서는 이하 압력 제어기(50)를 설명하는 부분에서 자세히 서술한다.
액화가스 저장탱크(10)의 내부에서는 액화가스가 자연 기화한 증발가스가 발생할 수 있는데, 증발가스는 증발가스 공급라인(12)을 통해 드럼(40)으로 유입된다. 증발가스 공급라인(12)은 액화가스 저장탱크(10)에서 드럼(40)으로 연결되어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 드럼(40)으로 전달하며, 증발가스 압축기(121) 및 증발가스 공급밸브(12a)가 마련될 수 있다.
증발가스 압축기(121)는 드럼(40)의 내압을 고려하여 증발가스를 압축해 드럼(40)으로 공급할 수 있는데, 일례로 증발가스 압축기(121)는 드럼(40)의 내압보다 높은 압력으로 증발가스를 압축하여, 증발가스가 드럼(40)으로 유입되면서 감압에 의해 냉각되도록 할 수 있다.
액화가스 공급라인(11)에는 드럼(40)의 전후에서 액화가스 우회라인(113)이 마련될 수 있다. 액화가스 우회라인(113)은 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스가 드럼(40)을 우회하여 액화가스 펌프(30)로 유입되도록 한다.
이때 액화가스 우회라인(113)에는 격리 밸브(113a)(Isolation valve)가 마련되어, 격리 밸브(113a)의 개폐에 의해 액화가스가 드럼(40)을 통해 기화기(20)로 전달되거나, 액화가스가 드럼(40)을 우회하여 기화기(20)로 전달될 수 있다.
본 발명에 따라 재기화를 가동할 경우, 본 실시예는 액화가스가 드럼(40)을 경유하여 기화기(20)로 전달되도록 하는 드럼(40) 운전모드로 가동하거나, 또는 액화가스가 드럼(40)을 우회하여 기화기(20)로 전달되는 직접공급 모드로 가동할 수 있다.
이때 드럼(40) 운전모드와 직접공급 모드는 별도의 신호 입력에 의하여 전환될 수 있으며, 일례로 드럼(40)을 이용하는 것에 문제가 발생할 때에는 드럼(40) 운전모드에서 직접공급 모드로 전환될 수 있다.
구체적으로, 증발가스 공급라인(12)을 통한 증발가스의 유동 및/또는 증발가스 압축기(121)나 증발가스 공급밸브(12a)에 문제가 발생하는 경우, 드럼(40)을 이용한 압력 제어가 어려워지므로 드럼(40) 운전모드에서 직접공급 모드로 전환될 수 있다.
다만 직접공급 모드를 이용하게 되면 기화기(20) 상류에서 유량이나 압력의 안정화가 어려울 수 있는바, 드럼(40)의 가동이 안정적인 상태에서는 드럼(40) 운전모드를 사용할 수 있다.
액화가스 우회라인(113)에 마련된 격리 밸브(113a)의 전후에는 액화가스의 흐름이 정체되는 Dead zone이 형성되며, 흐름의 정체로 인하여 액화가스는 기화해 기포로 변화할 수 있다.
그런데 드럼(40) 운전모드에서 직접공급 모드로 전환하게 되면, 격리 밸브(113a) 전후에서 발생한 기포가 액화가스 펌프(30)로 유입될 수 있어서, 액화가스 펌프(30)에 캐비테이션 현상을 발생시킬 위험이 있다.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 본 실시예는 액화가스 우회라인(113)에 기포 제거라인(114)을 마련할 수 있다. 기포 제거라인(114)은 액화가스 우회라인(113)에서 격리 밸브(113a)의 전후로부터 분기되어 드럼(40)으로 연결된다.
이때 기포 제거라인(114)은 격리 밸브(113a)의 상류 및 하류에 위치한 Dead zone에서 모두 기포가 발생할 것을 대비하여, 액화가스 우회라인(113)에서 격리 밸브(113a)의 상류와 하류로부터 분기되도록 복수로 마련될 수 있다.
격리 밸브(113a)의 전후에서 액화가스 우회라인(113)으로부터 분기된 각각의 기포 제거라인(114)에는, 기포 제거밸브(114a)가 마련된다. 기포 제거밸브(114a)는 액화가스 펌프(30)에 기포가 유입되는 것을 방지하기 위하여 제어될 수 있고, 일례로 드럼(40) 운전모드에서 직접공급 모드로 전환될 때 개방되어, 격리 밸브(113a)의 전후에 존재하는 기포를 드럼(40)으로 전달할 수 있다.
이 경우 드럼(40)은 기포가 유입되면서 온도와 압력이 상승할 수 있지만, 직접공급 모드에서는 액화가스가 드럼(40)을 경유하지 않게 되므로 문제되지 않는다. 다만 드럼(40)은 후술할 압력 제어기(50)에 의하여 내압이 위험한 수준에 도달하지 않을 정도로만 관리될 수 있다.
기화기(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 액화가스를 기화한다. 기화기(20)는 액화가스 공급라인(11)에 마련될 수 있으며, 다양한 열매를 이용하여 액화가스를 가열할 수 있다.
일례로 본 실시예는 열교환 부분과 라인 등에서 부식 위험이 없는 글리콜 워터를 사용하거나, 잠열을 열교환에 활용할 수 있는 프로판, R134a, CO2, R218 등을 사용할 수 있다.
기화기(20)는 액화가스가 흐르는 유로와 열매가 흐르는 유로를 갖는 2 stream 구조를 가질 수 있으며, 액화가스가 흐르는 유로는 기화기(20)가 설치된 액화가스 공급라인(11)과 나란하게 연결될 수 있다. 또한 열매가 흐르는 유로는 열매 순환라인(도시하지 않음)과 나란하게 연결될 수 있다.
이때 열매 순환라인에는 열매를 적정한 온도와 유량으로 기화기(20)에 공급하기 위한 열매 펌프(도시하지 않음), 열매 탱크(도시하지 않음), 열매 히터(도시하지 않음) 등이 마련될 수 있다.
기화기(20)에 의해 기화되는 액화가스의 온도는 수요처의 요구 온도일 수 있으며, 수요처의 종류에 따라 달라질 수 있으므로, 기화기(20)에서 가열된 액화가스의 온도는 특별히 한정하지 않는다. 다만 일례로 기화기(20)는 액화가스를 10도 내지 50도 정도로 가열하여 기화시켜서 수요처로 공급할 수 있다.
액화가스 공급라인(11)에서 기화기(20)의 상류에는 후술할 성능 제어밸브(61)가 마련된다. 다만 성능 제어밸브(61)는 수요처로 전달되는 액화가스의 유량을 조절하여 재기화 성능을 제어하는 것이고, 도면에서 성능 제어밸브(61)가 마련된 지점부터 기화기(20)의 하류까지에서는 액화가스의 유량이 변경되지 않으므로, 성능 제어밸브(61)는 기화기(20)의 하류에 마련되는 것도 가능하다.
액화가스 펌프(30)는, 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 기화기(20)로 전달한다. 특히 액화가스 펌프(30)는 액화가스 공급라인(11)에서 드럼(40)의 하류에 마련되어, 드럼(40)에서 배출되는 액상의 액화가스를 가압한다.
액화가스 펌프(30)에서 가압된 액화가스는 수요처의 요구압력 이상일 수 있으며, 액화가스 펌프(30)와 수요처 사이에는 액화가스를 추가로 가압하는 수단이 없을 수 있다.
또는 액화가스 펌프(30)는 액화가스 공급라인(11)에서 직렬 및/또는 병렬로 복수 개가 구비될 수 있으며, 드럼(40)에서 배출되는 액화가스를 수요처가 요구하는 압력으로 높여줄 수 있다면 액화가스 펌프(30)의 배치나 제원 등은 특별히 한정되지 않는다.
드럼(40)은, 액화가스 저장탱크(10)와 액화가스 펌프(30) 사이에 마련되며 레벨이 측정된다. 드럼(40)은 액화가스를 임시로 저장하는 탱크 형태일 수 있으며, 액화가스 펌프(30)로 액상의 액화가스가 전달되도록 하여, 액화가스 펌프(30)의 캐비테이션 발생을 방지할 수 있다.
즉 드럼(40)은 액화가스 펌프(30)로 유입되는 액화가스에 기체 상태가 혼재되지 않도록, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 액화가스를 임시로 저장하면서 액상의 액화가스를 액화가스 펌프(30)로 전달할 수 있다.
또한 드럼(40)은 액화가스 펌프(30)의 가동을 위해 액화가스 펌프(30)에 유입되어야 하는 유효흡입수두(NPSHr)를 맞춰주기 위하여, 이송펌프(10a)로부터 전달되는 액화가스를 임시로 저장하였다가, 유효흡입수두 이상의 액화가스를 액화가스 펌프(30)로 전달할 수 있다.
드럼(40)은 일정한 공간을 갖는 탱크 형태로서 드럼(40)에는 레벨 제어밸브(11a)가 구비된 액화가스 공급라인(11)이 연결되고, 퀸칭 밸브(111a)가 구비된 퀸칭 라인(111)이 연결된다.
또한 드럼(40)에는 증발가스 공급밸브(12a)가 구비된 증발가스 공급라인(12)이 연결되고, 가스 배출밸브(43a)가 구비된 가스 배출라인(43)이 마련될 수 있다. 가스 배출라인(43)은 드럼(40)에서 외부로 연결되며, 이때 외부는 대기 중이거나 별도의 수요처일 수 있다.
가스 배출밸브(43a)는 가스 배출라인(43)에 마련되며 드럼(40)의 내압에 따라 개방되며, 일례로 드럼(40)의 내압이 일정 이상으로 과도할 경우 가스 배출밸브(43a)는 자동으로 개방되어 드럼(40)을 보호할 수 있다.
드럼(40)의 하류에서 액화가스 공급라인(11)에는 가스 리턴라인(44)이 마련될 수 있다. 가스 리턴라인(44)은 드럼(40)과 액화가스 펌프(30) 사이의 액화가스 공급라인(11)으로부터 분기되어 드럼(40)으로 연결되며, 가스 리턴밸브(44a)가 마련될 수 있다.
가스 리턴라인(44)은 드럼(40)으로부터 액화가스 펌프(30)로 유입되는 액화가스 중, 기체 상태가 존재할 때 기체 성분을 드럼(40)으로 되돌리기 위한 것으로서, 가스 리턴밸브(44a)는 Vapor Release valve일 수 있다.
드럼(40)에는 레벨 제어밸브(11a)와 퀸칭 밸브(111a)에 의해 액화가스 유입이 조절되고, 증발가스 공급밸브(12a)에 의해 증발가스 유입이 조절되며, 가스 배출밸브(43a)에 의해 가스 배출이 조절된다. 또한 가스 리턴밸브(44a)에 의해 가스 재유입이 조절된다.
이 경우 퀸칭 밸브(111a) 및 가스 배출밸브(43a)로는 드럼(40)의 내압 하강 조절이 가능하고, 증발가스 공급밸브(12a)와 가스 리턴밸브(44a)로는 드럼(40)의 내압 상승 조절이 가능하다. 이러한 밸브들을 통해 드럼(40)의 내압을 조절하는 것은 이하 압력 제어기(50)에서 자세히 서술한다.
드럼(40)에는 내압 측정을 위한 압력계(42)와 내부에 저장된 액화가스의 레벨을 측정하기 위한 레벨계(41)가 마련될 수 있으며, 압력계(42)의 측정값은 후술할 압력 제어기(50)의 제어에 사용되고, 레벨계(41)의 측정값은 미분되어 후술할 성능 제어기(60)의 제어에 사용될 수 있다.
압력 제어기(50)는, 압력계(42)에 의해 측정되는 드럼(40)의 내압을 토대로 액화가스 공급라인(11)에서 드럼(40)의 상류에 마련되는 퀸칭 밸브(111a)와, 가스 배출라인(43)의 가스 배출밸브(43a) 및 증발가스 공급라인(12)의 증발가스 공급밸브(12a)의 개도를 제어한다.
드럼(40)의 내압을 일정하게 유지하는 것은 액화가스 펌프(30)와 기화기(20)의 가동이나 수요처의 가동 효율을 위하여 필요하다. 따라서 압력 제어기(50)는, 레벨 제어밸브(11a)를 통해 드럼(40)에 액화가스가 유입될 때, 드럼(40)의 내압이 높을 경우 퀸칭 밸브(111a)를 통해 드럼(40)의 온도를 낮춰 압력을 떨어뜨리거나, 증발가스 공급밸브(12a)의 개도를 낮춰 증발가스의 유입을 줄이거나, 가스 배출밸브(43a)의 개도를 높여 드럼(40) 내부의 가스를 배출할 수 있다.
드럼(40)의 내압이 낮은 경우에는 반대의 제어가 가능할 것이며, 또한 압력 제어기(50)는 레벨 제어밸브(11a)의 제어도 가능할 수 있다. 이와 같이 압력 제어기(50)는 액화가스 펌프(30) 및 기화기(20)를 거쳐 수요처로 공급될 액화가스의 온도, 압력, 유량이 드럼(40)을 통해 안정화되도록 하여, 재기화 가동 효율을 보장할 수 있다.
성능 제어기(60)는, 드럼(40)으로 유입되는 액화가스의 압력변위값 또는 액화가스 저장탱크(10)의 내압변위값과, 드럼(40)의 레벨변위값을 토대로, 수요처로 전달되는 액화가스 유량을 조절한다.
이때 성능 제어기(60)는 액화가스 펌프(30)의 가동 및/또는 액화가스 공급라인(11)에서 드럼(40)의 하류에 마련되는 성능 제어밸브(61)의 개도를 제어하여 액화가스의 유량을 조절할 수 있다. 전자의 경우 액화가스 펌프(30)는 VFD 제어가 가능하도록 마련될 수 있다.
성능 제어기(60)는, 액화가스 공급라인(11) 및/또는 액화가스 저장탱크(10)에 마련되는 압력계(112)로부터 측정값을 수신하되 측정값의 변화를 나타내는 미분값인 압력변위값 또는 내압변위값으로 변환하고, 드럼(40)의 레벨계(41)로부터 측정값을 수신하되 측정값의 변화를 나타내는 미분값인 레벨변위값으로 변환하여 사용할 수 있다.
압력변위값과 내압변위값은 선택적으로 사용되거나 혼합 사용될 수 있다. 본 명세서에서 내압변위값은 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력에 대한 변위값을 의미하고, 압력변위값은 액화가스 저장탱크(10)의 외부(액화가스 저장탱크(10)와 드럼(40) 사이) 압력에 대한 변위값을 의미하지만, 드럼(40)의 상류 압력에 대한 변위값을 의미한다는 점에서는 공통되므로, 서로 혼용될 수 있다.
따라서 본 명세서에서 압력변위값 또는 내압변위값은, 압력변위값과 내압변위값 중 적어도 어느 하나를 포괄하는 의미로 해석될 수 있음을 알려둔다.
성능 제어기(60)는, 압력값과 레벨값을 이용하는 것이 아니라, 압력과 레벨의 변위값을 이용하여 액화가스의 유량을 조절할 수 있다. 본 실시예는 측정값이 아닌 변위값을 활용함으로써, 선제적 반응이 가능하다.
구체적으로 측정값을 이용하여 제어할 경우, 일례로 드럼(40)의 레벨이 노말 레벨에서 로우 레벨로 내려가능 상황 발생 시, 로우 레벨에 도달해서야 응답이 이루어지게 되므로 대응이 늦어져 문제된다.
그러나 본 발명은, 측정값을 미분하여 일례로 레벨의 경우 그래디언트(gradient)로 (수위/시간) 단위를 통해 확인하여, 로우 레벨에 도달하기 전에 성능 제어기(60)의 작동이 이루어질 수 있다.
따라서 본 발명은 측정값을 대신해 미분값을 활용하여 성능 제어기(60)의 응답 속도를 개선하여 안정적인 압력 및 레벨 제어가 가능하다.
구체적으로 성능 제어기(60)는, 압력변위값이 기준범위를 벗어나면(일례로 압력의 하강이 기준범위 이상으로 나타나는 경우), 액화가스 저장탱크(10)로부터의 액화가스 공급에 문제가 발생한 것으로 판단하여 성능 제어밸브(61)의 개도를 낮출 수 있다.
일례로 압력변위값이 음의 값이면서 기준값 이상으로 나타나면, 이송펌프(10a)에 의한 액화가스의 배출에 문제가 발생한 상황으로 추정할 수 있다. 이 경우 퀸칭(Quenching)이 제대로 이루어지지 못하여 드럼(40)의 압력이 높아지게 되거나, 또는 드럼(40)에서 액화가스가 지속적으로 배출됨에 따라 드럼(40)의 레벨이 급격하게 낮아져 문제될 수 있다.
이 경우 본 발명은, 성능 제어기(60)에 의하여 성능 제어밸브(61)의 개도가 낮아지면서, 드럼(40)의 압력과 레벨을 안정화시킬 수 있다. 이때 성능 제어기(60)는 압력변위값에 레벨변위값을 함께 고려하여 시스템 안정화를 구현할 수 있다.
즉 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스의 배출에 문제가 발생한 경우, 성능 제어기(60)는 가스 생산량을 미리 감소시켜서, 드럼(40)에서의 온도와 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
또한 성능 제어기(60)는, 레벨변위값이 기준범위를 벗어나면(일례로 레벨의 하강이 기준범위 이상으로 나타나는 경우), 드럼(40)에서의 액화가스 배출이 과도한 것으로 판단하여 성능 제어밸브(61)의 개도를 낮출 수 있다.
즉 수요처나 기화기(20) 등에 문제(누출 등)가 발생하거나 수요처의 수요량 대비 과도한 액화가스가 수요처로 공급되는 경우, 성능 제어기(60)는 레벨변위값을 통해 레벨 변화를 확인한 후 액화가스 공급라인(11)에서의 과도한 흐름을 방지할 수 있다.
또한 본 실시예는, 성능 제어기(60)가 확인하는 레벨변위값을 통해, 드럼(40) 또는 드럼(40)의 하류 등에서 액화가스가 누출되는 것을 파악하여 신속히 대처하는 것도 가능할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 드럼(40)을 통한 공급에 문제가 발생하여 모드를 전환하더라도 액화가스 펌프(30)에 기포가 유입되는 것을 억제하여 기계적 손상을 방지할 수 있으며, 액화가스 공급량의 변화 발생 시 재기화 운전 용량을 제어할 수 있으므로, OPEX를 최적화할 수 있으며, 더 나아가 액화가스의 누출 위험성까지 예측이 가능하여 안전성도 확보할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 액화가스 재기화 시스템 S: 선박
10: 액화가스 저장탱크 10a: 이송펌프
11: 액화가스 공급라인 11a: 레벨 제어밸브
11b: 유량계 111: 퀸칭 라인
111a: 퀸칭 밸브 112: 압력계
113: 액화가스 우회라인 113a: 격리 밸브
114: 기포 제거라인 114a: 기포 제거밸브
12: 증발가스 공급라인 12a: 증발가스 공급밸브
121: 증발가스 압축기 20: 기화기
30: 액화가스 펌프 40: 드럼
41: 레벨계 42: 압력계
43: 가스 배출라인 43a: 가스 배출밸브
44: 가스 리턴라인 44a: 가스 리턴밸브
50: 압력 제어기 60: 성능 제어기
61: 성능 제어밸브

Claims (10)

  1. 액화가스 저장탱크에서 배출되는 액화가스를 기화하는 기화기;
    상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 상기 기화기로 전달하는 액화가스 펌프;
    상기 액화가스 저장탱크와 상기 액화가스 펌프 사이에 마련되며 레벨이 측정되는 드럼;
    상기 드럼의 상류에서의 액화가스의 압력 변위와 상기 드럼의 액화가스 레벨 변위를 토대로, 수요처로 전달되는 액화가스 유량을 조절하여 상기 드럼의 압력과 레벨을 안정화시키는 성능 제어기; 및
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 드럼, 상기 액화가스 펌프, 상기 기화기를 경유하여 수요처로 연결되며 상기 드럼의 하류에 성능 제어밸브가 마련되는 액화가스 공급라인을 포함하며,
    상기 성능 제어기는, 상기 액화가스 저장탱크 또는 상기 액화가스 공급라인에 마련되는 압력계의 측정값을 미분해 내압변위값 또는 압력변위값으로 변환하고, 상기 드럼에 마련된 레벨계의 측정값을 미분해 레벨변위값으로 변환하며, 상기 드럼으로 유입되는 액화가스의 압력변위값 및 상기 액화가스 저장탱크의 내압변위값 중 적어도 어느 하나와 상기 드럼의 레벨변위값을 토대로, 측정값을 대신하는 변위값을 활용하여 상기 액화가스 펌프의 가동 또는 상기 성능 제어밸브의 개도 제어를 통해 액화가스 유량을 조절하여 선제적으로 압력 및 레벨을 제어하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 성능 제어기는,
    상기 압력변위값 또는 상기 내압변위값이 기준범위를 벗어나면 상기 액화가스 저장탱크로부터의 액화가스 공급에 문제가 발생한 것으로 판단하여 상기 성능 제어밸브의 개도를 낮추는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 성능 제어기는,
    상기 레벨변위값이 기준범위를 벗어나면 상기 드럼에서의 배출이 과도한 것으로 판단하여 상기 성능 제어밸브의 개도를 낮추는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 드럼으로 연결되어 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 상기 드럼으로 전달하며 증발가스 압축기 및 증발가스 공급밸브가 마련되는 증발가스 공급라인;
    상기 드럼에서 외부로 연결되며 상기 드럼의 내압에 따라 개방되는 가스 배출밸브가 마련되는 가스 배출라인; 및
    상기 드럼의 내압을 토대로 상기 증발가스 공급밸브 또는 상기 가스 배출밸브의 개도를 제어하는 압력 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 드럼의 상류에서 상기 액화가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 드럼에 연결되며 퀸칭 밸브가 마련되는 퀸칭 라인을 더 포함하고,
    상기 압력 제어기는, 상기 드럼의 내압을 토대로 상기 퀸칭 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크의 액화가스가 상기 드럼을 우회하여 상기 액화가스 펌프로 유입되도록 하며 격리밸브가 마련되는 액화가스 우회라인; 및
    상기 액화가스 우회라인에서 상기 격리 밸브의 전후로부터 분기되어 상기 드럼으로 연결되며 기포 제거밸브가 마련되는 기포 제거라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 기포 제거밸브는,
    액화가스가 상기 드럼을 경유하여 상기 기화기로 전달되는 드럼 운전모드에서, 액화가스가 상기 드럼을 우회하여 상기 기화기로 전달되는 직접공급 모드로 전환될 경우, 개방되어 상기 격리 밸브의 전후에 존재하는 기포를 상기 드럼으로 전달하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 드럼으로 연결되어 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 상기 드럼으로 전달하며 증발가스 압축기 및 증발가스 공급밸브가 마련되는 증발가스 공급라인을 더 포함하고,
    상기 증발가스 공급라인 또는 상기 증발가스 압축기에 문제가 발생하는 경우, 상기 드럼 운전모드에서 상기 직접공급 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  10. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 상기 액화가스 재기화 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
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