KR102104146B1 - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

액화가스 처리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102104146B1
KR102104146B1 KR1020150039252A KR20150039252A KR102104146B1 KR 102104146 B1 KR102104146 B1 KR 102104146B1 KR 1020150039252 A KR1020150039252 A KR 1020150039252A KR 20150039252 A KR20150039252 A KR 20150039252A KR 102104146 B1 KR102104146 B1 KR 102104146B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
boil
pressure
liquefied
supplied
Prior art date
Application number
KR1020150039252A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160113494A (ko
Inventor
임원섭
Original Assignee
현대중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대중공업 주식회사 filed Critical 현대중공업 주식회사
Priority to KR1020150039252A priority Critical patent/KR102104146B1/ko
Publication of KR20160113494A publication Critical patent/KR20160113494A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102104146B1 publication Critical patent/KR102104146B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • F17C7/02—Discharging liquefied gases
    • F17C7/04—Discharging liquefied gases with change of state, e.g. vaporisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/02—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
    • B63B25/08—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
    • B63B25/12—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
    • B63B25/16—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/38—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2225/00—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel
    • F17C2225/03—Handled fluid after transfer, i.e. state of fluid after transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/01—Purifying the fluid
    • F17C2265/015—Purifying the fluid by separating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/031—Treating the boil-off by discharge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/038—Treating the boil-off by recovery with expanding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/066—Fluid distribution for feeding engines for propulsion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기; 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스와 열교환하는 제1 열교환기; 상기 압축된 증발가스를 1차 팽창 또는 감압시키는 압력조절부; 상기 압력조절부에서 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 2차 팽창 또는 감압시키는 액화부; 및 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 압력조절부에서 공급되는 증발가스와 열교환하는 제2 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 압축된 증발가스를 재액화하는 열교환기를 병렬로 구성하고, 하나는 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스의 냉열을 사용하여, 그 외는 1단 팽창 또는 감압된 증발가스의 냉열을 사용하여 재액화함으로써, 재액화 시스템의 운전 성능이 향상되는 효과가 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 액화가스를 연료로 사용하는 엔진이 구동되기 위해서 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다.
또한 LNG를 액상으로 보관할 때 탱크로 열침투가 발생함에 따라 일부 LNG가 기화되어 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 생성되는데, 이러한 증발가스는 액화가스 처리 시스템상에 문제를 일으킬 수 있어 기존에는 증발가스를 외부로 배출시켜 태우는 방법(기존에는 탱크 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위해서 증발가스를 단순히 외부로 배출 처리하였다.)으로 소비를 시킴으로서 문제를 해결하고자 하였으나 이는 환경오염과 자원낭비의 문제를 일으키고 있다.
따라서 최근에는 증발가스를 효율적으로 처리하는 기술로서, 생성된 증발가스를 재액화시켜 엔진에 공급하는 등의 활용방안이 이루어지고 있으나 이러한 활용에도 충분한 증발가스의 소모가 이루어지지 아니하여 효율적인 자원의 활용이 이루어지지 아니한바, 이에 대한 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 재액화 수단을 사용하지 않고 증발가스의 냉열과 2단 팽창 또는 감압 및 재액화 후 발생되는 기체의 처리를 통해 증발가스의 효과적인 재액화를 구현하는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 병렬 열교환기와 2단 팽창 또는 감압을 구비하여 효과적인 재액화와 동시에 시스템의 운전 성능을 극대화하기 위한 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 증발가스의 냉열과 2단 팽창 또는 감압을 통해 재액화를 구현하고 발생된 플래시 가스를 냉열 회수 후 증발가스 압축기로 공급함으로써 재액화 효율의 극대화를 구현하는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기; 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스와 열교환하는 제1 열교환기; 상기 압축된 증발가스를 1차 팽창 또는 감압시키는 압력조절부; 상기 압력조절부에서 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 2차 팽창 또는 감압시키는 액화부; 및 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 압력조절부에서 공급되는 증발가스와 열교환하는 제2 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 소비하는 고압 수요처; 및 상기 고압 수요처보다 상대적으로 낮은 압력을 사용하는 저압 수요처를 더 포함하고, 상기 압력조절부는, 상기 저압 수요처가 요구하는 압력으로 팽창 또는 감압하여 상기 저압 수요처로 공급하고, 상기 액화부는, 상기 압력조절부에서 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 상기 액화가스 저장탱크가 저장 가능한 압력으로 팽창 또는 감압하여 재액화할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화부를 통과한 증발가스에서 액체와 기체를 분리하는 상분리기를 더 포함하고, 상기 상분리기에서 분리된 기체는 상기 제1 열교환기의 후단에 합류되고, 상기 상분리기에서 분리된 액체는 상기 액화가스 저장탱크로 복귀할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 열교환기는, 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스가 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스의 냉열과 상기 상분리기에서 공급되는 기체의 냉열을 회수하고, 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스와 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스 또는 상기 상분리기에서 공급되는 기체는 서로 독립적으로 유동할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화부를 통과한 증발가스에서 액체와 기체를 분리하는 상분리기를 더 포함하고, 상기 제2 열교환기는, 상기 상분리기에서 공급되는 기체가 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스의 열을 회수하여 상기 저압 수요처가 요구하는 온도가 되도록 가열하여 상기 저압 수요처로 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 압력조절부 또는 상기 액화부는, 줄-톰슨 밸브이며, 상기 저압 수요처는 DFDE 일 수 있다.
구체적으로, 상기 압력조절부는, 상기 액화부보다 높은 팽창률 또는 감압률을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 압력조절부는, 감압된 증발가스를 상기 저압 수요처로 우선 공급하고, 여분의 증발가스를 액화부로 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 별도의 재액화 수단없이 증발가스-증발가스 열교환과 2단 팽창 또는 감압을 통해 재액화의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 재액화를 위한 팽창 또는 감압 장치를 2단으로 구성하여 각 단별 압력 범위를 조정할 수 있어, 각기 다른 사용 압력 범위를 가지는 수요처들을 다 수개 확보할 수 있으며, 이를 통해 증발가스의 사용을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 1단 팽창 또는 감압된 증발가스를 처리하고 잔류 증발가스를 재액화함으로써, 증발가스를 낭비하는 일을 방지하고, 재액화되지 않은 증발가스를 재합류시 발생할 수 있는 증발가스 압축기 부하의 증가를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 1단 팽창 또는 감압된 증발가스의 냉열과 2단 팽창 또는 감압 후 액화되지 못한 기체의 냉열을 모두 증발가스의 재액화에 재사용할 수 있어 재액화율이 개선되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 각 팽창 또는 감압 단계별 종료지점에 상분리기를 구비하여 각 팽창 또는 감압 단계에 따른 압력을 가지는 증발가스를 임시저장할 수 있으며, 상분리를 통해 각 상을 필요로 하는 수요처로 개별 공급이 가능해져 전체 시스템 구동이 과도 또는 과소 운전이 되더라도 정체없이 탄력적인 구동이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 압축된 증발가스를 재액화하는 열교환기를 병렬로 구성하고, 하나는 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스의 냉열을 사용하여, 그 외는 1단 팽창 또는 감압된 증발가스의 냉열을 사용하여 재액화함으로써, 재액화 시스템의 운전 성능이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 1단 팽창,감압 또는 2단 팽창,감압 후 발생되는 플래시 가스를 증발가스-증발가스 열교환기의 전단에 합류시킴으로써, 재액화 효율이 극대화되고 재액화에 필요한 전체적인 에너지 소모를 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 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.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 열교환기(31), 증발가스 압축기(40), 상분리기(50), 압력조절부(60), 액화부(61)를 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.
또한, 여기서 팽창은 감압을 통해서 발생되는 상태일 수 있으며, 역으로 감압은 팽창에 의해서 발생되는 상태일 수 있으므로, 감압과 팽창은 서로 혼용되어 사용될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함한다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.
내조 탱크는 외조 탱크의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 외조 탱크의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때, 서포트는 내조 탱크의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크의 측면에도 구비될 수 있다.
내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크의 내부에 구비된 액화가스가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.
내조 탱크의 내부에는 배플(Baffle; 도시하지 않음)이 구비될 수 있다. 배플은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플이 설치됨에 따라 내조 탱크 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.
단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때, 단열부는 진공상태일 수 있다. 단열부를 진공으로 형성함에 따라, 액화가스 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때, 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 액화가스 저장탱크(10)는 진공의 단열부를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 진공 형태의 단열부를 외조 탱크와 내조 탱크 사이에 구비하는 압력 탱크형 액화가스 저장탱크(10)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 액화가스 저장탱크(10)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.
여기서 액화가스 저장탱크(10)의 하류에는 강제기화기(Forcing vaporizer, 도시하지 않음)가 구비될 수 있으며, 강제기화기는 증발가스의 유량이 부족한 경우 작동되어, 수요처(20)로 공급되는 증발가스의 유량을 증가시킬 수 있다. 즉, 강제기화기는 액화가스 저장탱크(10)와 후술할 증발가스 열교환기(31) 사이에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10) 내의 액화가스를 기화시켜 증발가스 압축기(40)로 기체 상태의 액화가스 즉, 강제 증발가스를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 제1,2,3,6,10,16 라인(11,12,13,14a,15a,16)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제1 라인(11)은, 액화가스 저장탱크(10)와 후술할 고압 수요처(21)를 연결하며, 증발가스 열교환기(31), 증발가스 압축기(40), 증발가스 냉각기(41)를 순차적으로 구비할 수 있다.
제2 라인(12)은, 제1 라인(11)에서 분기되어 증발가스 열교환기(31)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2 라인(12)은, 제1 라인(11)의 증발가스 압축기(40)와 고압 수요처(21) 사이에 분기되어, 증발가스 압축기(40)에 의해 고압으로 압축된 증발가스를 증발가스 열교환기(31)로 복귀시킬 수 있다.
제3 라인(13)은, 증발가스 열교환기(31)와 상분리기(50)를 연결할 수 있고, 압력조절부(60)와 액화부(61)를 포함할 수 있다. 제3 라인(13)은, 증발가스 열교환기(31)를 거친 압축된 증발가스를 압력조절부(60)로 공급할 수 있다.
제6 라인(14a)은, 제3 라인(13) 상에서 분기되어 증발가스 열교환기(31)를 경유하여 저압 수요처(22)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 제6 라인(14a)은, 제3 라인(13) 상에서 압력조절부(60)와 액화부(61) 사이에 분기되어, 압력조절부(60)에 의해 감압 및 냉각된 증발가스를 증발가스 열교환기(31)로 복귀시켜 증발가스 열교환기(31)로 냉열을 공급하고 난 후, 저압 수요처(22)로 공급시킬 수 있다. 이때, 압력조절부(60)에 의해 감압된 증발가스는, 증발가스 열교환기(31)를 경유함으로서, 증발가스 열교환기(31)에 냉열을 공급함과 동시에 상호작용으로 저압 수요처(22)에서 요구하는 온도를 맞추기 위한 열을 공급받을 수 있다.
제10 라인(15a)은, 후술할 상분리기(50)와 제1 라인(11)을 연결할 수 있다. 구체적으로 제10 라인(15a)은, 상분리기(50)에서 배출되는 재액화되지 못한 증발가스 즉, 플래시 가스를 증발가스 열교환기(31)와 액화가스 저장탱크(10)사이에 합류시킬 수 있다.
제16 라인(16)은, 상분리기(50)와 액화가스 저장탱크(10)를 연결할 수 있다. 구체적으로 제16 라인(16)은, 상분리기(50)에서 배출되는 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있다.
수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스를 통해 구동된다. 즉, 수요처(20)는 액화가스를 필요로 하며, 이를 원료로 하여 구동된다. 수요처(20)는, 고압의 증발가스를 공급받는 고압 수요처(21)와 저압의 증발가스를 공급받는 저압 수요처(22)를 포함할 수 있고, 엔진(도시하지 않음), 보일러(도시하지 않음), 터빈(도시하지 않음), 및 GCU(도시하지 않음) 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 여기서 고압 수요처(21)는, 액화가스 저장탱크(10)와 제1 라인(11)에 의해 연결되며, 저압 수요처(22)는, 증발가스 열교환기(31)와 제3 라인(13)에서 분기된 제6 라인(14a)에 의해 연결될 수 있다.
엔진에는 고압용 엔진 및 저압용 엔진이 있고, 통상 고압용 엔진은 약 300bar 정도의 고압 증발가스를 사용하며 저압용 엔진은 약 5~10bar 정도의 저압 증발가스를 사용할 수 있다.
물론 본 실시예에서 수요처(20)는, 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으마, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 다만, 수요처(20)는 증발가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
터빈은, 가스터빈, 스팀터빈 및 폐열을 이용한 스팀 터빈일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 터빈은 전력을 생산하는데 이용될 수 있으며 직접 프로펠러를 돌리는 구동축에 연결되어 선체의 동력을 발생시키는데 이용될 수 있다.
수요처(20)는, 후술할 증발가스 압축 시스템(40,41)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있으며, 증발가스의 상태는 수요처(20)가 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.
고압 수요처(21)는, 후술할 증발가스 압축기(40)에 의해 다단 압축되어 약 300bar 정도의 고압 증발가스를 사용하는 수요처(20)로서, 예를들어 고압가스분사엔진으로 MEGI 엔진(도시하지 않음)일 수 있다.
또한, 고압 수요처(21)는 이종연료가 사용가능한 이종연료엔진일 수 있다. 이중연료엔진은 통상 디젤 사이클로 구동되는 2행정 엔진이다. 이러한 디젤 사이클은 기본적으로, 공기가 피스톤에 의해서 압축되고, 압축된 고온의 공기는 점화연료(Pilot Fuel)에 의해서 점화가 이루어지며, 나머지 고압의 가스가 분사되어 폭발이 이루어진다.
이때 점화연료는 HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MDO(Marine Diesel Oil)를 사용하게 되며, 보통 점화연료와 고압 가스의 비율은 약 5:95 이고, 점화연료의 분사량은 5~100%까지 조정이 가능하다. 따라서 점화연료는 엔진의 구동 연료로도 이용가능하다.
즉, 점화연료의 분사량이 약 5%정도인 경우 엔진 구동 연료로 증발가스(또는 가열된 액화가스; 약 95%)가 주로 사용되며, 점화연료의 분사량이 100%인 경우에는 엔진 구동 연료로 점화연료(오일)가 전부 사용되고, 점화연료의 분사량이 5~100%사이인 경우에는 엔진 구동 연료로 점화연료(오일)와 증발가스(또는 가열된 액화가스)가 혼합되어 사용된다.
저압 수요처(22)는, 고압 수요처(21)에 비해 상대적으로 저압의 증발가스를 소비하는 수요처로서, 약 7~12bar 정도인 저압 증발가스를 사용할 수 있고, 예를 들어 DFDE 엔진(도시하지 않음)일 수 있고, 증발가스의 연소뿐만 아니라 재액화시 발생하는 플래시 가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
또한, 저압 수요처(22)는, 이종연료가 사용가능한 이종연료엔진일 수 있어, 액화가스뿐만 아니라 오일을 연료로 사용할 수 있으나, 증발가스와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 증발가스 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 저압 수요처(22)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
증발가스 열교환기(31)는, 제1 라인(11) 상에서 액화가스 저장탱크(10)와 증발가스 압축기(40) 사이에 마련되어 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스와 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스를 열교환시킬 수 있다.
구체적으로 증발가스 열교환기(31)는, 제1 라인(11), 제2 라인(12) 및 제6 라인(14a)이 모두 경유하며, 제1 라인(11) 상에 유동하는 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스, 제2 라인(12) 상에 유동하는 증발가스 압축기(40)에 의해 압축된 증발가스, 제6 라인(14a) 상에 유동하는 압력조절부(60)에 의해 1차 감압된 증발가스가 유입되어 서로 열교환을 이루고 난 후 유출될 수 있다.
증발가스 열교환기(31)에서 열교환된 압축된 증발가스는 후술할 압력조절부(60)로 공급되어 1차적으로 감압되고, 감압된 증발가스는 적어도 일부가 다시 증발가스 열교환기(31)로 공급되어 압축된 증발가스, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스와 열교환될 수 있다.
즉, 증발가스 열교환기(31)는, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스, 압력조절부(60)에 의해 팽창된 증발가스를 서로 열교환시키며, 이를 통해 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10) 또는 압력조절부(60)에서 공급되는 증발가스의 냉열을 전달받아 냉각될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 압축된 증발가스를 냉각시키기 위한 냉열을 별도의 냉매 공급없이도 증발가스의 냉열을 통해 발생시킴으로써, 시스템 구축비용을 절약할 수 있고, 선박 내의 공간 활용성이 극대화되며, 에너지의 최적화된 사용이 가능해지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 압축된 증발가스를 재액화하기 위해 회수하는 냉열을 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스뿐만 아니라, 저압 수요처(22)로 공급되기 위해 1차 팽창된 증발가스에서도 뽑아냄으로써, 재액화 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
증발가스 열교환기(31)는, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스, 압력조절부(60)에 의해 감압되어 공급되는 증발가스를 서로 독립적으로 유동시킬 수 있다.
즉 본 발명에서는, 약 -130도 정도의 압력조절부(60)에서 감압된 증발가스와 약 -100도 정도의 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스가 서로 혼합되지 않은 상태에서 약 45도 정도의 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스와 열교환하도록 함으로써, 상이한 온도를 가진 분자들간의 혼합시 발생되는 충돌열 및 반응열로 인해 두 증발가스가 가지고 있는 냉열의 손실을 방지하여 열교환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
증발가스 압축기(40)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압한다. 구체적으로, 증발가스 압축기(40)는, 제1 라인(11) 상에 증발가스 열교환기(31)와 고압 수요처(21) 사이에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 배출되는 증발가스, 또는 재액화시 발생하는 플래시 가스가 혼합된 증발가스를 가압하여 증발가스 열교환기(31)나 고압 수요처(21)에 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(40)는 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(40)는 5개가 구비되어 증발가스가 5단 가압되도록 할 수 있다. 5단 가압된 증발가스는 200bar 내지 400bar로 가압되어, 제1 라인(11)을 통해 고압 수요처(21)로 공급되거나 제2 라인(12)을 통해 증발가스 열교환기(31)로 공급될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 복수의 증발가스 압축기(40)의 각 후단에는 증발가스 냉각기(41)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(40)에 의하여 증발가스가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예에서는 증발가스 냉각기(41)를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다.
증발가스 냉각기(41)는, 증발가스 압축기(40)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기(41)는, 각 증발가스 압축기(40)의 하류에 마련될 수 있다.
증발가스 압축기(40)가 증발가스를 가압함으로써, 증발가스는 압력이 상승하여 끓는점이 상승하고 이로 인해 상대적으로 높은 온도에서도 액화될 수 있는 상태가 될 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 증발가스 압축기(40)로 증발가스의 압력을 높임으로써, 증발가스가 쉽게 액화되도록 할 수 있다.
상분리기(separator; 50)는, 압력조절부(60) 또는 액화부(61)에서 팽창 또는 감압된 증발가스에서 기체와 액체를 분리한다. 구체적으로, 상분리기(50)는, 제3 라인(13) 상에 액화부(61)의 후단에 마련되어, 액화부(61)에 의해 적어도 일부 재액화된 증발가스를 공급받고, 제10 라인(15a)를 통해 재액화되지 못한 기체를 제1 라인(11)으로 공급하며, 제16 라인(16)을 통해 재액화된 액체를 액화가스 저장탱크(10)로 공급할 수 있다.
상분리기(50)에서 증발가스는 액체와 기체로 분리되어, 액체는 액화가스 저장탱크(10)로 공급되고, 기체는 플래시 가스로서 증발가스 열교환기(31)와 액화가스 저장탱크(10) 사이에 공급되어 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스와 합류될 수 있다.
여기서, 상분리기(50)에 공급되는 증발가스는, 증발가스 압축기(40)에서 가압된 증발가스가 증발가스 열교환기(31)에서 냉각되고, 압력조절부(60) 및 액화부(61)에서 2단 팽창 또는 감압되어 냉각된 상태일 수 있다.
예를 들어, 증발가스 압축기(40)에서 증발가스는 다단 가압되어 200bar 내지 400bar의 고압을 가질 수 있고, 온도는 45도 내외로 이루어질 수 있다. 45도 내외의 온도로 상승된 증발가스는 증발가스 열교환기(31)로 회수되어 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 -100도 내외의 증발가스와 열교환되어, -97도 내외의 온도로 냉각된 후 압력조절부(60)로 공급된다. 이때, 압력조절부(60)에서 증발가스는 1차 팽창 또는 감압에 의해 냉각되어 약 7~12bar의 압력과 약 -130 ~ -140도의 온도를 가질 수 있고, 액화부(61)에서는 2차 팽창 또는 감압에 의해 냉각되어 약 1~3bar의 압력과 약 -150 ~ -165도의 온도를 가질 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 상분리기(50)로 공급되는 증발가스가 1차 감압기(60) 및 2차 감압기(61)에서 팽창 또는 감압되어 -165도 이하의 초저온을 가지게 되므로, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스가 액화되어 상분리기(50)로 공급된다.
또한, 본 실시예에서는 액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수시키고, 상분리기(50)에서 발생된 플래시 가스를 버리지 않고 증발가스 열교환기(31)의 전단에 합류시켜 증발가스와 플래시 가스를 증발가스 압축기(40)를 통해 가압시킨 후 고압 수요처(21)로 공급할 수 있다. 즉, 상분리기(50)에서 증발가스가 액체와 기체로 분리되면, 액화된 증발가스와 플래시 가스는 각각 제16 라인(16)과 제10 라인(15a)을 통해 액화가스 저장탱크(10)와 증발가스 열교환기(31)의 전단에 회수될 수 있다.
압력조절부(60)는, 증발가스 압축기(40)에서 가압되어 증발가스 열교환기(31)에서 열교환된 증발가스를 1차 감압 또는 팽창시켜 적어도 일부를 액화시킨다. 구체적으로, 압력조절부(60)는, 제3 라인(13) 상에 증발가스 열교환기(31)와 액화부(61) 사이에 마련되어, 증발가스 열교환기(31)에서 냉열을 흡수한 압축된 증발가스를 감압 및 냉각시킬 수 있다.
예를 들어, 압력조절부(60)는 증발가스를 7bar 내지 12bar로 감압할 수 있으며, 감압시 냉각효과가 이루어질 수 있다. 증발가스 압축기(40)에서 가압된 증발가스는 증발가스 열교환기(31)에서 열교환되어 약 -97도 정도로 냉각되나, 압력은 증발가스 압축기(40)에서 토출된 토출압인 200bar 내지 400bar를 유지할 수 있다.
본 실시예에서는 압력조절부(60)를 이용하여 200bar 내지 400bar의 고압 증발가스를 7bar 내지 12bar의 저압으로 감압시킴으로써 증발가스가 약 -97도 에서 약 -130도 내지 -140도까지 냉각되도록 하며, 이를 통해 증발가스의 적어도 일부가 액화될 수 있다.
압력조절부(60)는, 줄-톰슨 밸브로 이루어질 수 있으며, 이와 달리 팽창기(도시하지 않음)로도 이루어질 수 있다. 줄-톰슨 밸브의 경우 감압을 통하여 효과적으로 증발가스를 냉각시켜서 적어도 일부의 증발가스가 액화되도록 할 수 있다.
압력조절부(60)는, 저압 수요처(22)에서 요구하는 압력에 맞춰 증발가스 열교환기(31)에서 공급되는 증발가스를 감압시킬 수 있다. 이 경우 압력조절부(60)는, 저압 수요처(22)에서 요구하는 압력에 맞춰 감압을 이루어내고, 감압된 증발가스의 적어도 일부를 저압 수요처(22)로 공급하며, 나머지 일부를 액화부(61)로 공급할 수 있다.
즉, 압력조절부(60)에 의해서 감압된 증발가스는, 저압 수요처(22)로 공급될 수도 있고 액화부(61)로도 공급될 수 있어, 본 실시예는 감압된 증발가스의 공급을 탄력적으로 조정이 가능한 효과가 있으며 이를 통해 증발가스의 사용을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
압력조절부(60)는, 저압 수요처(22)가 요구하는 압력에 맞춰 고압의 증발가스를 감압시킴으로써, 증발가스를 저압 수요처(22)에서도 소비시킬 수 있어, 증발가스가 증발가스 압축기(40)로 재공급되는 것을 줄일 수 있게 되어 증발가스 압축기(40)의 부하가 감소되는 효과가 있다. 즉, 본 발명에서는, 제1 갑압기(60)에 의해 감압된 증발가스가 저압 수요처(22)에서 사용됨으로써, 증발가스 압축기(40)의 전력소비가 감소하는 효과가 있다.
압력조절부(60)는, 감압된 증발가스를 증발가스 열교환기(31)를 경유하여 저압 수요처(22)로 공급되도록 한다. 저압 수요처(22)는 증발가스를 소비하기 위해 증발가스의 온도가 30도 내지 40도의 상온이여야 하고, 증발가스의 압력이 7bar 내지 12bar의 저압이여야 한다. 본 발명에서는 압력조절부(60)로 유입되는 증발가스가 온도는 -97도, 압력은 200bar 내지 400bar의 상태를 유지하고 있어, 저압 수요처(22)에서 압력조절부(60)로 유입되는 증발가스를 소비하기 위해서는 상기 저압 수요처의 필요조건에 따라 감압뿐만 아니라 가열 또한 필요하다. 따라서, 압력조절부(60)는 저압 수요처(22)에서 요구하는 압력을 맞추도록 감압을 실시하고, 저압 수요처(22)로 공급시 증발가스 열교환기(31)를 경유하도록 하여 저압 수요처(22)에서 요구하는 온도를 맞추도록 할 수 있다.
압력조절부(60)는, 액화부(61)보다 높은 감압률 또는 팽창률을 가질 수 있다. 압력조절부(60)는, 액화부(61)가 증발가스를 효과적으로 재액화할 수 있도록 전초적인 감압을 이루는 역할과, 저압 수요처(22)에서 증발가스의 수요가 존재하는 경우 이를 공급하여 증발가스의 낭비를 방지하는 역할을 모두 수행할 수 있다.
압력조절부(60)가 후자의 역할을 수행하는 경우에는 200bar 내지 400bar의 고압 증발가스를 저압 수요처(22)가 요구하는 압력으로 낮추어야 하므로 이는 매우 높은 감압률의 감압기가 사용되어야 한다. 따라서, 압력조절부(60)는 액화부(61)보다 상대적으로 높은 감압률 또는 팽창률을 가지도록 하여, 압력조절부(60)에 의해 감압된 증발가스가 효과적으로 저압 수요처(22)에서 사용되도록 할 수 있다.
액화부(61)는, 압력조절부(60)에서 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 2차 팽창 또는 감압시킨다. 구체적으로, 액화부(61)는, 제3 라인(13) 상에 압력조절부(60)와 상분리기(50) 사이에 구비되며, 압력조절부(60)에서 감압된 증발가스의 적어도 일부 즉, 압력조절부(60)에서 감압된 증발가스 중 저압 수요처(22)로 공급되고 남은 증발가스를 감압 및 냉각하여 상분리기(50)로 공급할 수 있다.
여기서 액화부(61)는, 압력조절부(60)에서 공급되는 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)가 저장 가능한 압력으로 팽창 또는 감압하여 재액화할 수 있으며, 바람직하게는, 1bar 내지 3bar의 압력으로 감압할 수 있다.
즉, 액화부(61)는, 압력조절부(60)에서 7bar 내지 12bar로 1차 감압된 증발가스를 1bar 내지 3bar로 2차 감압할 수 있고, 감압시 증발가스는 2차 냉각효과가 이루어져 -150도 내지 -165도까지 2차 냉각될 수 있다. 따라서, 압력조절부(60)를 통해 1차 감압과 1차 냉각이 이루어진 증발가스는, 액화부(61)에 의해서 2차 감압과 2차 냉각이 이루어져 매우 효과적인 재액화가 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 재액화를 위한 감압 장치(60,61)를 2단으로 구성하여 각 단별 압력 범위를 조정할 수 있어, 각기 다른 사용 압력 범위를 가지는 수요처들을 다 수개 확보 할수 있으며,(본 발명에서는 예를 들어 고압과 저압으로 나누었을뿐 수요처의 갯수는 이에 한정되지 않는다.) 이를 통해 증발가스의 사용을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 별도의 재액화 수단없이 증발가스 간의 열교환과 2단 팽창을 통해 재액화의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 또한, 1단 팽창된 증발가스를 저압 수요처(22)인 DFDE에서 소모하고 잔류 증발가스를 재액화함으로써, 증발가스를 낭비하는 구동을 방지하고, 재액화되지 않은 증발가스의 재합류시 발생할 수 있는 증발가스 압축기 부하의 증가를 방지할 수 있는 효과가 있어, 재액화에 소모되는 전제적인 에너지의 양을 최적화 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)을 구동하여 본 결과, 증발가스 압축기(40)가 처리하는 증발가스 유량은 3718kg/h로, 증발가스 압축기(40)의 전력 소비량은 1491kW가, 그리고, 증발가스의 재액화율은 76.99%를 이룬다.
증발가스 유량 전력 소비량 재액화율 비처리 증발가스 유량
3718kg/h 1491kW 76.99% 0kg/h
즉, 본 발명의 구동 결과를 보면, 증발가스가 저압 수요처(22)로 일정량 소모됨에 따라 증발가스 압축기(40)로 과하게 유입되지 않을 수 있어, 증발가스 압축기(40)의 전력 소비량이 효과적으로 감소하고 재액화율이 극대화되는 효과가 있음을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 열교환기(32), 증발가스 압축기(40), 상분리기(50), 압력조절부(60), 액화부(61)를 포함한다.
본 실시예는 증발가스 열교환기(32)와 제11 라인(15b)의 구성이 변경 및 추가 되었으며, 그 외의 구성은 타 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)을 설명하도록 한다.
증발가스 열교환기(32)는, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스, 제1 팽창기(60)에서 공급되는 감압된 증발가스, 상분리기(50)에서 공급되는 분리된 기체를 서로 열교환하도록 한다.
구체적으로, 증발가스 열교환기(32)는, 제2 라인(12)에 의해서 압축된 증발가스, 제1 라인(11)에 의해서 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스, 제6 라인(14a)에 의해서 압력조절부(60)에서 공급되는 감압된 증발가스, 제11 라인(15b)에 의해서 상분리기(50)에서 공급되는 분리된 기체를 공급받아 서로 열교환시키고, 그 후 압축된 증발가스를 압력조절부(60)로, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스를 증발가스 압축기(40)로, 감압된 증발가스를 저압 수요처(22)로, 분리된 기체를 증발가스 열교환기(32) 후단으로 공급할 수 있다
상기와 같은 유체들의 유입 및 유출을 통해 증발가스 열교환기(32)는, 4가지의 유체 즉, 압축된 증발가스, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스, 감압된 증발가스, 분리된 기체가 서로 독립적으로 유동하며 열교환하여 압축된 증발가스가 적어도 일부 재액화할 수 있다.
본 실시예에서 제11 라인(15b)에 의해 증발가스 열교환기(32)로 공급되어 냉열을 공급한 기체상태의 증발가스는, 증발가스 열교환기(32)의 후단에 합류되어 증발가스 압축기(40)에 재압축될 수 있다. 여기서 증발가스 열교환기(32)에 냉열을 공급한 기체는, 반대 급부로 증발가스 열교환기(32)로부터 가열되므로 증발가스 압축기(40)에 공급될 적절한 온도를 가질 수 있다.
본 실시예에서는, 상분리기(50)에서 발생되는 저온의 기체의 냉열을 증발가스 열교환기(32)에 추가적으로 공급함으로써, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스가 재액화하기 위한 냉열을 손실없이 공급할 수 있어 재액화효율이 개선되는 효과가 있다.
제11 라인(15b)에는, 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제11 라인(15b)은, 상분리기(50)에서 증발가스 열교환기(32)를 경유하여 증발가스 열교환기(32) 후단에 연결된다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 1단 팽창된 증발가스의 냉열과 2단 팽창후 액화되지 못한 기체의 냉열을 모두 증발가스의 재액화에 재사용할 수 있어 재액화율이 개선되는 효과가 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)을 구동하여 본 결과, 증발가스 압축기(40)가 처리하는 증발가스 유량은 3697kg/h로, 증발가스 압축기(40)의 전력 소비량은 1484kW가, 그리고, 증발가스의 재액화율은 78.06%를 이룬다.
증발가스 유량 전력 소비량 재액화율 비처리 증발가스 유량
3697kg/h 1484kW 78.06% 0kg/h
즉, 본 발명의 구동 결과를 보면, 상분리기(50)에서 분리된 기체가 추가적으로 증발가스 열교환기(32)로 유입됨에 따라, 압축된 증발가스를 냉각시킬 냉열원이 증대되어 재액화율이 극대화되는 효과가 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 열교환기(33), 증발가스 압축기(40), 제1 상분리기(51), 제2 상분리기(52), 압력조절부(60), 액화부(61)를 포함한다.
본 실시예는 증발가스 열교환기(33), 제1 상분리기(51), 제2 상분리기(52), 제4 라인(13a), 제5 라인(13b), 제7 라인(14b), 제1 히터(141b), 제12 라인(15c), 제13 라인(15ca), 제14 라인(15cb)의 구성이 변경 및 추가 되었으며, 그 외의 구성은 타 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)을 설명하도록 한다.
증발가스 열교환기(33)는, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스, 후술할 제1 상분리기(51)에서 공급되는 분리된 기체와 열교환되도록 한다.
구체적으로, 증발가스 열교환기(33)는, 제2 라인(12)에 의해서 압축된 증발가스, 제1 라인(11)에 의해서 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스, 제12 라인(15c)에 의해서 제1 상분리기(51)에서 공급되는 기체를 공급받아 서로 열교환시키고, 그 후 압축된 증발가스를 압력조절부(60)로, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스를 증발가스 압축기(40)로, 분리된 기체를 저압 수요처(22) 또는 증발가스 열교환기(33) 후단으로 공급할 수 있다
본 실시예에서 증발가스 열교환기(33)에서 열교환된 상분리기(50)에서 분리된 기체는 저압 수요처(22) 또는 증발가스 열교환기(33)의 후단으로 공급될 수 있는 구조를 가지고 있다.
이러한 본 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)의 구조는, 저압 수요처(22)에서 요구하는 증발가스량보다 제1 상분리기(51)에서 분리되는 기체의 양이 더 적은 경우에, 액화가스 처리 시스템(3)이 제1 상분리기(51)에서 분리된 액체의 적어도 일부를 저압 수요처(22)로 공급하도록 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)의 구조는, 저압 수요처(22)에서 요구하는 증발가스량보다 제1 상분리기(51)에서 분리되는 기체의 양이 더 많은 경우에, 액화가스 처리 시스템(3)이 제1 상분리기(51)에서 분리되어 증발가스 열교환기(33)를 경유한 후 저압 수요처(22)로 공급되는 기체의 적어도 일부를 증발가스 열교환기(33) 후단으로 공급하도록 제어할 수 있다.
상기와 같이 본 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)은, 저압 수요처(22)에 충분한 증발가스 공급을 제공할 수 있어, 불필요한 증발가스의 재액화가 필요치 않아 증발가스의 낭비를 방지할 수 있고, 재액화에 필요한 에너지 소모를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
제4,5,7,12,13,14 라인(13a,13b,14b,15c,15ca,15cb)에는, 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제4 라인(13a)은, 증발가스 열교환기(33)와 제1 상분리기(51)를 연결하며, 압력조절부(60)를 포함할 수 있다.
제5 라인(13b)은, 제1 상분리기(51)와 제2 상분리기(52)를 연결하며, 액화부(61)를 포함할 수 있고, 제7 라인(14b)이 분기될 수 있다.
제7 라인(14b)은, 제5 라인(13b) 상에 제1 상분리기(51)와 액화부(61) 사이에서 분기되어 제13 라인(15ca)에 연결되고, 제1 히터(141b)를 포함할 수 있다. 제7 라인(14b)은, 제1 상분리기(51)에서 분리된 액체를 제13 라인(15ca)에 합류시켜 저압 수요처(22)로 공급시킬 수 있다.
제1 히터(141b)는, 제1 상분리기(51)에서 분리된 액체가 저압 수요처(22)로 공급되어 사용될 수 있도록 하기 위해 열을 가할 수 있으며, 일정온도(바람직하게는 수요처의 요구온도로 약 30도 내지 45도)이 될 때까지 가열하여 기화시킬 수 있다.
제12 라인(15c)은, 제1 상분리기(50)와 증발가스 열교환기(33)를 연결하여 제1 상분리기(50)에서 분리된 기체를 증발가스 열교환기(33)로 공급할 수 있다.
제13 라인(15ca)은, 제12 라인(15c)에서 분기되어 증발가스 열교환기(33)에서 저압 수요처(22)를 연결하고, 증발가스 열교환기(33)에서 열교환된 분리된 기체를 저압 수요처(22)로 공급할 수 있다.
이때, 제13 라인(15ca)은, 제12 라인(15c) 및 제14 라인(15cb)과 삼방밸브(도시하지 않음)로 연결될 수 있으며, 저압 수요처(22)가 요구하는 증발가스량만큼 또는 증발가스 압축기(40)의 부하에 따라 삼방 밸브의 개폐조절을 통해 유량을 조절할 수 있다.
제14 라인(15cb)은, 제12 라인(15c)에서 분기되어 증발가스 열교환기(33)에서 제1 라인(11) 상의 증발가스 열교환기(33) 후단을 연결하고, 증발가스 열교환기(33)에서 열교환된 분리된 기체를 증발가스 열교환기(33) 후단으로 공급할 수 있다.
이때, 제14 라인(15cb)은, 제12 라인(15c) 및 제13 라인(15ca)과 삼방밸브로 연결될 수 있으며, 저압 수요처(22)가 요구하는 증발가스량만큼 또는 증발가스 압축기(40)의 부하에 따라 삼방 밸브의 개폐조절을 통해 유량을 조절할 수 있다.
제1 상분리기(51)는, 압력조절부(60)와 액화부(61) 사이에 구비되어, 압력조절부(60)에서 공급되는 증발가스를 액체와 기체로 분리할 수 있다. 구체적으로, 제1 상분리기(51)는, 제4 라인(13a)을 통해 압력조절부(60)에 의해 감압된 증발가스를 공급받고, 제5 라인(13b)을 통해 액화부(61) 또는 저압 수요처(22)로 재액화된 액체를 공급하며, 제12 라인(15c)을 통해 재액화되지 못한 기체를 증발가스 열교환기(33)로 공급할 수 있다.
제1 상분리기(51)에서 증발가스는 액체와 기체로 분리되어, 액체는 저압 수요처(22) 또는 액화부(61)로 공급되고, 기체는 플래시 가스로 증발가스 열교환기(33)에 공급되어 압축된 증발가스의 재액화에 필요한 냉열을 공급할 수 있다.
여기서, 제1 상분리기(51)에 공급되는 증발가스는, 증발가스 압축기(40)에서 가압된 증발가스가 증발가스 열교환기(33)에서 냉각되고, 압력조절부(60)에서 1차적 팽창 또는 감압되어 냉각된 것일 수 있다.
예를 들어, 증발가스 압축기(40)에서 증발가스는 다단 가압되어 200bar 내지 400bar의 고압을 가질 수 있고, 온도는 45도 내외로 이루어질 수 있다. 45도 내외의 온도로 상승된 증발가스는 증발가스 열교환기(33)로 회수되어 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 -100도 내외의 증발가스 또는 제1 상분리기(51)에서 공급되는 분리된 기체와 열교환되어, -95도 내지 -105도 내외의 온도로 냉각된 후 압력조절부(60)로 공급된다. 이때, 압력조절부(60)에서 증발가스는 1차 팽창 또는 감압에 의해 냉각되어 약 7~12bar의 압력과 약 -130 ~ -140도의 온도를 가질 수 있고, 상기와 같은 상태를 지닌 채로 제1 상분리기(51)로 공급되어 기체와 액체로 상이 부리될 수 있다.
제1 상분리기(51)는, 압력조절부(60)에서 1차 감압된 증발가스를 액체와 기체로 분리할 수 있어, 액화가스 처리 시스템(3)의 운전이 안정적으로 이루어지는 효과가 있다.
제2 상분리기(52), 액화부(61) 후단에 구비되어, 액화부(61)에서 공급되는 증발가스를 액체와 기체로 분리할 수 있다.
구체적으로, 제2 상분리기(52)는, 제5 라인(13b)을 통해 제1 상분리기(51)에 의해 재액화된 증발가스를 공급받고, 제10 라인(15a)을 통해 재액화되지 못한 기체를 제1 라인(11)으로 공급하며, 제16 라인(16)을 통해 재액화된 액체를 액화가스 저장탱크(1)로 공급할 수 있다.
제1 상분리기(51)에서 재액화된 액체는 온도가 -130도 내지 -140도 정도에 지나지 않아 액체상태가 많이 불안정하여, 제5 라인(13b)상을 유동하게되면 외부의 열원에 의해 다시 기화될 수 있다. 따라서, 제1 상분리기(51)에서 재액화된 액체를 액화가스 저장탱크(10)로 바로 복귀시키는 경우 증발가스로 쉽게 변할 우려가 존재하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 상승할 수 있는 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는, 제1 상분리기(51)에서 재액화된 액체를 액화부(61)를 통해 2차 감압 또는 팽창을 실시하고, 2차 감압된 액체 상태의 증발가스를 제2 상분리기(52)로 공급하여 다시 기체와 액체로 분리할 수 있다.
제2 상분리기(52)는, 제1 상분리기(51)에서 공급되는 액체를 2차 팽창 또는 감압에 의해 냉각되어 약 1~3bar의 압력과 약 -150 ~ -165도의 온도를 가진 상태로공급받아 액체와 기체로 분리할 수 있으며, 액체는 안정적인 상태로 액화가스 저장탱크(10)로 공급되고, 기체는 플래시 가스로서 증발가스 열교환기(33)와 액화가스 저장탱크(10) 사이에 공급되어 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스와 합류될 수 있다.
이와같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)은, 각 팽창 단계별 종료지점에 상분리기(51,52)를 구비하여 각 팽창 단계에 따른 압력을 가지는 증발가스를 임시저장할 수 있으며, 상분리를 통해 각 상을 필요로 하는 수요처(21,22)로 개별 공급이 가능해져 전체 시스템(3) 구동이 과도 또는 과소 운전이 되더라도 정체없이 탄력적인 구동이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)을 구동하여 본 결과, 증발가스 압축기(40)가 처리하는 증발가스 유량은 3581kg/h로, 증발가스 압축기(40)의 전력 소비량은 1453kW가, 그리고, 증발가스의 재액화율은 90.95%를 이룬다.
증발가스 유량 전력 소비량 재액화율 비처리 증발가스 유량
3581kg/h 1453kW 90.95% 0kg/h
즉, 본 발명의 구동 결과를 보면, 각 감압 단계별로 상분리기(51,52)가 구비되어 각 단계별 발생되는 증발가스를 안정적으로 사용할 수 있고, 제어가 용이해짐으로써, 압축된 증발가스의 재액화율을 현격히 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(4)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 열교환기(33), 증발가스 압축기(40), 제1 상분리기(51), 제2 상분리기(52), 압력조절부(60), 액화부(61)를 포함한다.
본 실시예는 제12 라인(15c)의 구성이 변경되었으며, 그 외의 구성은 타 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(4)을 설명하도록 한다.
본 실시예에서는 제3 실시예에서의 제14 라인(15cb)이 제거되고 제13 라인(15ca)이 제12 라인(15c)으로 구성된다.
이로 인해, 분리된 기체가 증발가스 압축기(40)로 공급되는 증발가스와 혼합되는 라인이 줄어들게 되고, 증발가스를 공급할 대상을 비교적 최소화함으로써, 제3 실시예 대비 액화가스 처리 시스템(4)의 운전성이 향상되는 효과가 있다.
이와같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(4)은, 증발가스의 혼합되는 라인이 줄어 들게되어, 증발가스 압축기(40)로 유입되는 로드가 감소하고 전력 소모가 감소되는 효과가 있으며, 액화가스 처리 시스템(4)의 운전성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(4)을 구동하여 본 결과, 증발가스 압축기(40)가 처리하는 증발가스 유량은 3576kg/h로, 증발가스 압축기(40)의 전력 소비량은 1451kW가, 그리고, 증발가스의 재액화율은 84.77%를 이룬다.
증발가스 유량 전력 소비량 재액화율 비처리 증발가스 유량
3576kg/h 1451kW 84.77% 0kg/h
즉, 본 발명의 구동 결과를 보면, 증발가스의 혼합되는 라인이 줄어들어 증발가스를 용이하게 제어할 수 있고, 그로 인해 전체적인 액화가스 처리 시스템(4)의 운전성이 향상되는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(5)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 제1 열교환기(34a), 제2 열교환기(34b), 증발가스 압축기(40), 상분리기(50), 압력조절부(60), 액화부(61)를 포함한다.
본 실시예는 제1 열교환기(34a), 제2 열교환기(34b), 제8 라인(14c), 제17 라인(17)의 구성이 추가 및 변경되었으며, 그 외의 구성은 타 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(5)을 설명하도록 한다.
제1 열교환기(34a)는, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스 및 상분리기(50)에서 분리된 기체와 열교환할 수 있다.
제1 열교환기(34a)는, 압축된 증발가스가 상분리기(50)에서 분리된 기체가 추가적으로 열교환하는 구성과, 상분리기(50)에서 분리된 기체가 제1 열교환기(34a)로 공급되기 위해 제11 라인(15b)이 상분리기(50)에서 제1 열교환기(34a)로 연결되는 구성 외에는 제1 실시예에서의 증발가스 열교환기(31)와 동일 또는 유사하므로 이에 갈음하도록 한다.
제2 열교환기(34b)는, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스와 압력조절부(60)에서 공급되는 증발가스와 열교환한다.
구체적으로, 제2 열교환기(34b)는, 제17 라인(17)을 통해 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스를 공급받고, 제8 라인(14c)을 통해 압력조절부(60)에서 감압된 증발가스를 공급받아 압축된 증발가스와 감압된 증발가스를 서로 열교환시켜 압축된 증발가스를 재액화시킬 수 있다.
제2 열교환기(34b)는, 열교환하여 냉각된 압축된 증발가스를 제3 라인(13)에 합류시켜 압력조절부(60)로 공급하고, 열교환하여 기화된 감압된 증발가스를 저압 수요처(22)에 공급할 수 있다.
제2 열교환기(34b)는, 상분리기(50)에서 공급되는 기체가 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스의 열을 회수하여 저압 수요처(22)가 요구하는 온도가 되도록 가열할 수 있으며, 가열된 기체를 저압 수요처(22)로 공급할 수 있다.
제2 열교환기(34b)는, 저압 수요처(22)에 공급될 감압된 증발가스를 가열하기 위한 열원을 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스로 사용함으로써, 증발가스의 에너지를 효과적으로 사용할 수 있다.
또한, 제2 열교환기(34b)는, 제1 열교환기(34a)와 함께 압축된 증발가스의 온도를 냉각할 수 있어, 제1 열교환기(34a)로 유입되는 증발가스의 양이 많은 경우 제2 열교환기(34b)로 공급하여 압축된 증발가스를 냉각할 수 있으므로, 재액화 시스템의 운전 성능이 극대화될 수 있다.
제8,17 라인(14c,17)에는, 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제8 라인(14c)은, 제3 라인(13) 상에 압력조절부(60)와 액화부(61)에서 분기되어 저압 수요처(22)를 연결하며, 제2 열교환기(34b)를 포함할 수 있다. 제8 라인(14c)은, 1차 감압된 증발가스를 제2 열교환기(34b)로 공급하여 제2 열교환기(34b)가 1차 감압된 증발가스의 냉열을 회수할 수 있도록 하며, 제2 열교환기(34b)에서 열교환된 증발가스를 저압 수요처(22)로 공급할 수 있다.
제17 라인(17)은, 제1 라인(11) 상에 증발가스 압축기(40)와 고압 수요처(21) 사이에 분기되어 제3 라인(13) 상에 제1 열교환기(34a)와 압력조절부(60) 사이에 연결될 수 있고, 제2 열교환기(34b)를 포함할 수 있다.
제17 라인(17)은, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스를 제2 열교환기(34b)로 공급하여 압축된 증발가스를 냉각할 수 있고, 냉각된 증발가스를 제3 라인(13)으로 공급하여 압력조절부(60)에 냉각된 증발가스가 공급되도록 할 수 있다.
이와같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(5)은, 압축된 증발가스를 재액화하는 두 개의 열교환기(34a.34b)를 병렬로 구성하고, 하나는 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스의 냉열을 그 외는 압력조절부(60)에 의해 1단 감압된 증발가스의 냉열을 사용하여 재액화함으로써, 재액화 시스템의 운전 성능이 개선되는 효과가 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(5)을 구동하여 본 결과, 증발가스 압축기(40)가 처리하는 증발가스 유량은 4108kg/h로, 증발가스 압축기(40)의 전력 소비량은 1635kW가, 그리고, 증발가스의 재액화율은 61.53%를 이룬다.
증발가스 유량 전력 소비량 재액화율 비처리 증발가스 유량
4108kg/h 1635kW 61.53% 0kg/h
즉, 본 발명의 구동 결과를 보면, 압축된 증발가스를 재액화하기 위해 냉열을 공급하는 열교환기를 하나 더 추가하고 이를 병렬로 구성하여 재액화 시스템의 운전성이 향상되는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6에 도시한 바와 같이 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(6)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 제1 열교환기(35a), 제2 열교환기(35b), 증발가스 압축기(40), 제1 상분리기(51), 제2 상분리기(52), 압력조절부(60), 액화부(61)를 포함한다.
본 실시예는 제1 열교환기(35a), 제2 열교환기(35b), 제9 라인(14d), 제2 히터(141d), 제15 라인(15d), 제18 라인(18)의 구성이 추가 및 변경되었으며, 그 외의 구성은 타 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 도 6을 참조하여 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(6)을 설명하도록 한다.
제1 열교환기(35a)는, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스와 열교환할 수 있다.
제1 열교환기(35a)는, 압축된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스와 열교환하는 구성 외에는 타 실시예에서의 증발가스 열교환기와 동일 또는 유사하므로 이에 갈음하도록 한다.
제2 열교환기(35b)는, 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스와 압력조절부(60)에서 감압되어 제1 상분리기(51)에서 분리된 기체와 열교환한다. 구체적으로, 제2 열교환기(35b)는, 제17 라인(17)을 통해 증발가스 압축기(40)에서 압축된 증발가스를 공급받고, 제15 라인(15d)을 통해 압력조절부(60)에서 감압된 증발가스를 공급받아 압축된 증발가스와 감압된 증발가스를 서로 열교환시켜 압축된 증발가스를 재액화시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 제2 열교환기에서 열교환된 압력조절부(60)에서 감압된 기체가 저압 수요처(22)로 공급되나, 저압 수요처(22)에서 요구하는 증발가스량보다 제1 상분리기(51)에서 분리되는 기체의 양이 더 적은 경우, 제1 상분리기(50)에서 분리된 액체는, 적어도 일부를 저압 수요처(22)로 공급하고, 저압 수요처(22)에서 요구하는 증발가스량보다 제1 상분리기(51)에서 분리되는 기체의 양이 더 많은 경우, 제1 상분리기(51)에서 분리된 기체는, 적어도 일부를 제2 열교환기(35b)를 경유하여 제1 열교환기(35a)의 후단에 합류하도록 제어할 수 있다.
상기와 같이 본 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(6)은, 저압 수요처(22)에 충분한 증발가스 공급을 제공할 수 있어, 불필요한 증발가스의 재액화가 필요치 않아 증발가스의 낭비를 방지할 수 있고, 재액화에 필요한 에너지 소모를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
제2 열교환기(35b)는, 상기 구성에 대한 설명 외에는 제5 실시예에서의 제2 열교환기(34b)와 동일 또는 유사하므로 이에 갈음하도록 한다.
제9,15,18 라인(14d,15d,18)에는, 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 제어될 수 있다.
제9 라인(14d)은, 제5 라인(13b) 상에 제1 상분리기(51)와 액화부(61) 사이에서 분기되어 제15 라인(15d)에 연결되고, 제2 히터(141d)를 포함할 수 있다. 제9 라인(14d)은, 제1 상분리기(51)에서 분리된 액체를 제15 라인(15d)에 합류시켜 저압 수요처(22)로 공급시킬 수 있다.
제2 히터(141d)는, 제1 상분리기(51)에서 분리된 액체가 저압 수요처(22)로 공급되어 사용될 수 있도록 하기 위해 열을 가할 수 있으며, 상온(바람직하게는 약 30도 내지 45도)이 될 때까지 가열하여 기화시킬 수 있다.
제15 라인(15d)은, 제1 상분리기(51)와 저압 수요처(22)를 연결하며, 제2 열교환기(35b)를 포함할 수 있다. 제15 라인(15d)은, 제1 상분리기(51)에서 분리된 기체를 제2 열교환기(35b)로 공급하여 기체의 냉열을 제2 열교환기(35b)로 공급시키고, 열교환된 기체를 저압 수요처(22)로 공급할 수 있다.
제18 라인(18)은, 제15 라인(15d) 상에 제2 열교환기(35b)와 저압 수요처(22) 사이에 분기되어 제1 라인(11) 상에 제1 열교환기(35a)와 증발가스 압축기(40) 사이에 연결될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(6)은, 1단 팽창 또는 2단 팽창 후 발생되는 플래시 가스를 제1 열교환기(35a)의 전단에 합류시킴으로써, 재액화 효율이 극대화되고 재액화에 필요한 전체적인 에너지 소모를 감소시키는 효과가 있다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(6)을 구동하여 본 결과, 증발가스 압축기(40)가 처리하는 증발가스 유량은 3861kg/h로, 증발가스 압축기(40)의 전력 소비량은 1556kW가, 그리고, 증발가스의 재액화율은 90.96%를 이룬다.
증발가스 유량 전력 소비량 재액화율 비처리 증발가스 유량
3861kg/h 1556kW 90.96% 0kg/h
즉, 본 발명의 구동 결과를 보면, 증발가스의 재액화로 발생되는 플래시 가스를 제1 열교환기(35a)의 전단에 혼합되도록 하여 압축된 증발가스의 재액화율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(7)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 제1 열교환기(35a), 제2 열교환기(35b), 증발가스 압축기(40), 제1 상분리기(51), 제2 상분리기(52), 압력조절부(60), 액화부(61)를 포함한다.
본 실시예는 제18 라인(18)의 구성이 제거되었으며, 그 외의 구성은 타 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는, 도 7을 참조하여 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(7)을 설명하도록 한다.
본 실시예에서는 제6 실시예에서의 제18 라인(18)이 제거되도록 구성된다. 이로 인해 본 실시예에서는, 제1 상분리기(51)에서 분리된 기체가 제2 열교환기(35b)에서 열교환 되고 난 후, 증발가스 압축기(40)로 공급되는 증발가스와 혼합되는 라인이 줄어들게 되고, 증발가스를 공급할 대상을 비교적 최소화함으로써, 제6 실시예 대비 액화가스 처리 시스템(7)의 운전성이 향상되는 효과가 있다.
이와같이, 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(7)은, 증발가스의 혼합되는 라인이 줄어 들게되어, 증발가스 압축기(40)로 유입되는 로드가 감소하고 전력 소모가 감소되는 효과가 있으며, 액화가스 처리 시스템(7)의 운전성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(7)을 구동하여 본 결과, 증발가스 압축기(40)가 처리하는 증발가스 유량은 3474kg/h로, 증발가스 압축기(40)의 전력 소비량은 1404kW가, 그리고, 증발가스의 재액화율은 90.96%를 이룬다.
증발가스 유량 전력 소비량 재액화율 비처리 증발가스 유량
3474kg/h 1404kW 90.96% 0kg/h
즉, 본 발명의 구동 결과를 보면, 증발가스의 혼합되는 라인이 줄어들어 증발가스를 용이하게 제어할 수 있고, 그로 인해 재액화율이 극대화되는 동시에 전체적인 액화가스 처리 시스템(7)의 운전성이 향상되는 효과가 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1,2,3,4,5,6,7: 액화가스 처리 시스템
10: 액화가스 저장탱크 11: 제1 라인
12: 제2 라인 13: 제3 라인
13a: 제4 라인 13b: 제5 라인
14a: 제6 라인 14b: 제7 라인
141b: 제1 히터 14c: 제8 라인
14d: 제9 라인 141d: 제2 히터
15a: 제10 라인 15b: 제11 라인
15c: 제12 라인 15ca: 제13 라인
15cb: 제14 라인 15d: 제15 라인
16: 제16 라인 17: 제17 라인
18: 제18 라인 20: 수요처
21: 고압 수요처 22: 저압 수요처
31: 증발가스 열교환기 32: 증발가스 열교환기
33: 증발가스 열교환기 34a: 제1 열교환기
34b: 제2 열교환기 35a: 제1 열교환기
35b: 제2 열교환기 40: 증발가스 압축기
41: 증발가스 냉각기 50: 상분리기
51: 제1 상분리기 52: 제2 상분리기
60: 압력조절부 61: 액화부

Claims (8)

  1. 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스를 압축하여 고압 수요처로 공급하는 증발가스 압축기;
    상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스와 열교환하는 제1 열교환기;
    상기 압축된 증발가스를 1차 팽창 또는 감압시키는 압력조절부;
    상기 압력조절부에서 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 2차 팽창 또는 감압시키는 액화부; 및
    상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 압력조절부에서 공급되는 증발가스와 열교환하는 제2 열교환기를 포함하며,
    상기 압력조절부는, 저압 수요처가 요구하는 압력만큼 증발가스를 팽창 또는 감압하여, 상기 압력조절부와 상기 액화부 사이의 증발가스의 적어도 일부가 상기 저압 수요처로 전달되도록 하며,
    상기 제1 열교환기 및 상기 제2 열교환기는, 상기 증발가스 압축기와 상기 압력조절부 사이의 증발가스의 라인에서 병렬로 나뉘는 부분에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화부는,
    상기 압력조절부에서 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 상기 액화가스 저장탱크가 저장 가능한 압력으로 팽창 또는 감압하여 재액화하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화부를 통과한 증발가스에서 액체와 기체를 분리하는 상분리기를 더 포함하고,
    상기 상분리기에서 분리된 기체는 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스의 라인 상에서 상기 제1 열교환기의 후단에 합류되고, 상기 상분리기에서 분리된 액체는 상기 액화가스 저장탱크로 복귀하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1 열교환기는,
    상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스가 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스의 냉열과 상기 상분리기에서 공급되는 기체의 냉열을 회수하고,
    상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스와 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스 또는 상기 상분리기에서 공급되는 기체는 서로 독립적으로 유동하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 압력조절부를 통과한 증발가스에서 액체와 기체를 분리하는 상분리기를 더 포함하고,
    상기 제2 열교환기는,
    상기 상분리기에서 공급되는 기체가 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스의 열을 회수하여 상기 저압 수요처가 요구하는 온도가 되도록 가열하여 상기 저압 수요처로 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 압력조절부 또는 상기 액화부는, 줄-톰슨 밸브이며,
    상기 저압 수요처는 발전엔진인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 압력조절부는,
    상기 액화부보다 높은 팽창률 또는 감압률을 가지는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 압력조절부는,
    감압된 증발가스를 상기 저압 수요처로 우선 공급하고, 여분의 증발가스를 액화부로 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.

KR1020150039252A 2015-03-20 2015-03-20 액화가스 처리 시스템 KR102104146B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150039252A KR102104146B1 (ko) 2015-03-20 2015-03-20 액화가스 처리 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150039252A KR102104146B1 (ko) 2015-03-20 2015-03-20 액화가스 처리 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160113494A KR20160113494A (ko) 2016-09-29
KR102104146B1 true KR102104146B1 (ko) 2020-04-24

Family

ID=57073625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150039252A KR102104146B1 (ko) 2015-03-20 2015-03-20 액화가스 처리 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102104146B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109113824B (zh) * 2018-08-15 2021-04-27 江苏科技大学 Lng动力船燃料冷能综合利用方法及其系统
KR102258675B1 (ko) * 2019-06-19 2021-06-01 대우조선해양 주식회사 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR102494861B1 (ko) * 2019-06-27 2023-02-03 삼성중공업 주식회사 선박의 연료가스공급시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101310025B1 (ko) * 2012-10-30 2013-09-24 한국가스공사 저장 액체의 재액화 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1472533A (en) * 1973-06-27 1977-05-04 Petrocarbon Dev Ltd Reliquefaction of boil-off gas from a ships cargo of liquefied natural gas
KR101386543B1 (ko) * 2012-10-24 2014-04-18 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 처리 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101310025B1 (ko) * 2012-10-30 2013-09-24 한국가스공사 저장 액체의 재액화 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160113494A (ko) 2016-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102651092B1 (ko) 액화천연가스 연료 선박의 연료 공급 시스템 및 방법
KR101459962B1 (ko) 액화가스 처리 시스템
KR20150039427A (ko) 액화가스 처리 시스템
KR20160144906A (ko) 가스 처리 시스템을 포함하는 선박
KR20170137596A (ko) 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102074016B1 (ko) 액화가스 처리 시스템
KR102069919B1 (ko) 액화가스 처리 시스템
KR102104146B1 (ko) 액화가스 처리 시스템
KR102162167B1 (ko) 가스 처리 시스템
KR102203736B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR102203743B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR20150039442A (ko) 액화가스 처리 시스템
KR20190028097A (ko) 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102200368B1 (ko) 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102150461B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR102185815B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR102203737B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR102149039B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR102176544B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR20190028092A (ko) 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102657771B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR102241823B1 (ko) 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102241820B1 (ko) 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102241814B1 (ko) 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102241822B1 (ko) 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E701 Decision to grant or registration of patent right