KR102160341B1 - 엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기 - Google Patents

Abstract

본발명은 엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기에 관한 것으로,
엘엔지(LNG)를 연료로 사용하는 선박에 LNG 연료를 공급하는 연료 공급선박인 바지선과 상기 바지선에 설치된 LNG 벙커링용 열교환기의 원통형 몸체의 일측에 액체상태의 LNG가 유입되는 케이스의 유입구(5)와 유출되는 유출구(6)가 형성되고, 기화된 NG가 히터로 유입되는 히터 유입구(7)와 유출되는 히터 유출구(8)가 형성되며, 기화기용 글리콜 워터 유입구(1), 기화기용 글리콜 워터 유출구(2), 히터용 글리콜 워터 유입구(3), 히터용 글리콜 워터 유출구(4)가 형성되어 액체 상태의 LNG를 기체 상태로 변화시켜 엔진에 공급하는 것으로,
본발명은 열교환기인 기화기, 히터, Mist Separator가 함께 설치되어 선박에서 차지하는 공간이 줄어들고, 제어가 정확하고 편리한 현저한 효과가 있다.

Description

엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기{Heat exchanger for LNG fuel supply bunkering}

본발명은 엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기에 관한 것으로, 엘엔지(LNG)를 연료로 사용하는 선박에 LNG 연료를 공급하는 연료 공급선박인 바지선과 상기 바지선에 설치된 LNG 벙커링용 열교환기의 원통형 몸체의 일측에 액체상태의 LNG가 유입되는 케이스의 유입구와 유출되는 유출구가 형성되고, 기화된 NG가 히터로 유입되는 히터 유입구와 유출되는 히터 유출구 형성되며, 기화기용 글리콜 워터 유입구, 기화기용 글리콜 워터 유출구, 히터용 글리콜 워터 유입구, 히터용 글리콜 워터 유출구가 형성되어 액체 상태의 LNG를 기체 상태로 변화시켜 엔진에 공급하는 것으로, 본발명은 열교환기인 기화기, 히터, Mist Separator가 함께 설치되어 선박에서 차지하는 공간이 줄어들고, 제어가 정확하고 편리한 엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기에 관한 것이다.

본 발명은 LNG를 연료로 사용하는 선박에 LNG 연료를 Ship to Ship(선박에서 선박)으로 공급하는 연료 공급선박인 Barge(바지선)과 이 바지선에 설치된 LNG 벙커링 관련 분야이다.

참고로 벙커링은 바지선에 저장된 LNG를 다른 선박으로 이송하는 것을 의미하고, Turck to Ship 는 트럭(탱크로리)에 LNG를 저장 및 운반하여 공급하는 것이며,

Ship to Ship은 해상에서 선박에서 선박으로 공급하는 것이며,

Terminal to Ship은 LNG 터미널에서 선박으로 공급하는 것이다.

LNG 벙커링 선박에도 추진을 위한 Propulsion Engine과 전기 공급을 위한 Generator Engine이 필요하다. 특히, LNG 벙커링 중에 모든 사항들을 Monitoring하기 위해 필요한 전력을 생산하는 발전기용 Generator Engine에 LNG 연료를 공급하는 연료 공급장치(Fuel Gas Supply System)용 열교환기로 액체 상태의 LNG를 기체 상태로 변화시키는 Vaporizer를 개발이 필요하다.

기존의 나와 있는 Vaporizer는 엔진 제조사의 압력에 따라, H.P Vaporizer 및 L.P Vaporizer 등으로 구분할 수 있다.

H.P Vaporizer는 Man Diesel Turbo 사의 ME-GI 엔진용, L.P Vaporizer : Win GD사의 X-DF 엔진용이다.

종래기술로서 본발명인이 출원, 등록받은 등록특허공보 등록번호 10-1796715호에는 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급하되, 엘엔지 저장탱크의 자연 증발된 천연가스(BOG, Boil Off Gas)는 압축기가 설치되는 열교환기 모듈을 통해 압축된 후 엔진에 공급되는 엘엔지의 선박 엔진 공급방법에 있어서, 상기 열교환기 모듈은 5개가 순차적으로 연결되며, 각 열교환기 모듈에는 압축기가 설치되어 1단계에서 5단계로 순차적으로 압력이 증가되는 것이며, 1단계 압축과정으로서, 첫 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG의 압력은 5bar, 온도는 170℃로서, 첫 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 두 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며, 2단계 압축과정으로서, 상기 두 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG의 압력은 13bar, 온도는 163℃로서, 두 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 세 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며,

3단계 압축과정으로서, 상기 세 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG는 압력이 44bar,

온도는 164℃로서, 세 번째 설치된 열교환기 모듈에서 다시 온도가 43℃로 냉각되어 네 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며, 4단계 압축과정으로서, 상기 네 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG는 압력이 95bar, 온도가 113℃로서, 네 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 다섯 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며, 5단계 압축과정으로서, 상기 다섯 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG는 압력은 300bar가 되고, 온도는 144℃로서, 다섯 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 외부로 배출되게 되는 것이며, 상기 열교환기 모듈(100)은 내부공간이 형성되어 있는 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 내부에 몸체(110)의 길이방향으로 길게 형성된 복수 개의 칸막이(120)에 의해 복수 개의 공간으로 구획되는 것으로, 상기 칸막이(120)의 양단부 측에는 칸막이(120)에 의해 구획된 다른 공간으로 유체가 이동할 수 있는 유로구가 형성되고, 상기 몸체(110)의 양측면에는 몸체(110)의 내부로 유체가 유입되는 입수구와 출수구로 이루어져 있는 것이며,

상기 유체가 몸체(110)의 입수구를 통해 입수되어 복수 개의 칸막이(120)에 의해 분리되어 있는 공간을 순차적으로 통과한 후, 몸체(110)의 출수구를 통해 외부로 유체가 출수되는 것이며, 상기 몸체(110)는 길이방향의 양단이 개구되도록 형성하고, 상기 몸체(110)의 내부에 장착되는 복수 개의 칸막이(120)는 몸체(110)의 길이보다 짧게 형성하여 몸체(110)와 칸막이(120) 간에는 단차가 형성된 것이며, 상기 몸체(110)의 양단에 형성된 개구부를 통해 몸체(110)의 내주면과 칸막이(120)의 단부에는 기밀을 강화하기 위한 밀폐수단(130)을 장착함으로써 상기 몸체(110)의 입수구를 통해 입수되는 유체는 칸막이(120)의 양단으로는 누수되지 않고, 상기 칸막이(120)에 형성된 유로구를 통해서만 순차적으로 이동한 후, 몸체(110)의 출수구를 통해 외부로 출수되는 것이며, 상기 밀폐수단(130)은 칸막이(120)의 단부에 일면이 접촉되도록 장착되는 보강프레임(131)과, 상기 보강프레임(131)의 타면에 기밀을 유지하도록 안착시키는 가스켓(132)과, 상기 가스켓(132)의 외측면에 장착되어 몸체(110)의 양단에 형성된 개구부를 밀폐하는 밀폐판(133)으로 이루어지는 것으로, 상기 보강프레임(131)과 가스켓(132) 및 밀폐판(133)에는 각각 복수 개의 볼트공이 형성되어 있어 상기 보강프레임(131)과 가스켓(132) 및 밀폐판(133)에 형성된 볼트공을 일치시킨 후, 볼트(134)를 볼트공에 삽입시켜 서로고정한 것이며, 더욱 효율적인 기밀유지를 위해서 상기 보강프레임(131)의 면적이 칸막이(120)의 단부 측 면적보다 상대적으로 크게 형성된 것이며,

고온과 고압의 상태에서 기밀을 유지하기 위해 상기 가스켓(132)은 그라파이트를 소결압축하여 제조한 것을 사용하도록 하며, 상기 보강프레임(131)과 밀폐판(133)은 SUS판을 사용하는 것이며, 상기 가스켓(132)은 SUS판의 양단에 그라파이트를 부착해서 고압으로 압축 성형하여 제조한 것이며, 상기 보강프레임(131)은 용접에 의해 몸체(110)의 내주면에 고정되는 것을 특징으로 하는 엘엔지의 선박 엔진 공급방법이 공개되어 있다.

또한, 등록특허공보 등록번호 10-0995803호에는 LNG의 적재 항해시에 LNG 운반선의 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 선박 추진용 메인 엔진으로 공급하여 추진 연료로서 사용하도록 구성된 LNG 운반선의 추진 연료 공급 장치에 있어서, 상기 LNG 저장탱크로부터의 증발가스 배출라인에서 분기되어 상기 메인 엔진까지 연결되어 LNG의 적재 항해시에 LNG 저장탱크 내의 증발가스를 추진 연료로서 상기 메인 엔진으로 공급하는 제1 연료용 증발가스 공급라인과, 압축된 천연가스를 내부에 수용할 수 있도록 설계된 저장용 압력 용기와, 상기 LNG 저장탱크로부터의 증발가스 배출라인에서 분기되어 상기 저장용 압력 용기까지 연결되어 LNG의 적재 항해시에 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스 중 상기 메인 엔진에서 추진 연료로서 사용되는 양을 초과하는 잉여의 증발가스를 상기 저장용 압력 용기로 공급하는 저장용 증발가스 공급라인과, 상기 저장용 증발가스 공급라인의 도중에 설치되어 상기 잉여의 증발가스를 압축한 후 상기 저장용 압력 용기로공급하는 압축기와, 상기 저장용 압력 용기의 상부로부터 상기 제1 연료용 증발가스 공급라인의 도중에 연결되어 발라스트 항해시에 상기 저장용 압력 용기 내의 증발가스를 추진 연료로서 상기 메인 엔진으로 공급하는 제2 연료용 증발가스 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 추진 연료 공급 장치가 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 기화기, 히터, Mist Separator가 별개로 따로따로 설치되어 선박에서의 공간적인 제한의 문제점이 있고, 또한, 서로 다른 장비의 연결로 인해서, 불필요한 Control 등의 문제가 발생되어, 제어가 틀리거나 지연되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열교환기인 기화기, 히터, Mist Separator가 함께 설치되어 선박에서 차지하는 공간이 줄어들고, 제어가 정확하고 편리한 엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기를 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기에 관한 것으로,

엘엔지(LNG)를 연료로 사용하는 선박에 LNG 연료를 공급하는 연료 공급선박인 바지선과 상기 바지선에 설치된 LNG 벙커링용 열교환기의 원통형 몸체의 일측에 액체상태의 LNG가 유입되는 케이스의 유입구(5)와 유출되는 유출구(6)가 형성되고, 기화된 NG가 히터로 유입되는 히터 유입구(7)와 유출되는 히터 유출구(8)가 형성되며, 기화기용 글리콜 워터 유입구(1), 기화기용 글리콜 워터 유출구(2), 히터용 글리콜 워터 유입구(3), 히터용 글리콜 워터 유출구(4)가 형성되어 액체 상태의 LNG를 기체 상태로 변화시켜 엔진에 공급하는것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 열교환기인 기화기, 히터, Mist Separator가 함께 설치되어 선박에서 차지하는 공간이 줄어들고, 제어가 정확하고 편리한 현저한 효과가 있다.

도 1은 종래 시스템의 연료공급 장치도
도 2는 본발명의 시스템의 연료공급 장치도
도 3은 본발명의 연료공급장치의 기화기(열교환기) 단면도
도 4는 본발명의 연료공급장치의 기화기(열교환기) 외관도
도 5는 본발명의 연료공급장치의 기화기(열교환기) 다른 각도에서 본 외관도

본발명은 엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기에 관한 것으로,

엘엔지(LNG)를 연료로 사용하는 선박에 LNG 연료를 공급하는 연료 공급선박인 바지선과 상기 바지선에 설치된 LNG 벙커링용 열교환기의 원통형 몸체의 일측에 액체상태의 LNG가 유입되는 유입구(5)와 유출되는 유출구(6)가 형성되고, 기화된 NG가 히터로 유입되는 히터 유입구(7)와 유출되는 히터 유출구(8)가 형성되며, 기화기용 글리콜 워터 유입구(1), 기화기용 글리콜 워터 유출구(2), 히터용 글리콜 워터 유입구(3), 히터용 글리콜 워터 유출구(4)가 형성되어 액체 상태의 LNG를 기체 상태로 변화시켜 엔진에 공급하는것을 특징으로 한다.

또한, 상기 LNG가 유입구(5)를 통해 액체상태로 유입된 후 매니폴드를 통과한후 기체상태가 되어 유출구(6)로 유출되는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래 시스템의 연료공급 장치도, 도 2는 본발명의 시스템의 연료공급 장치도, 도 3은 본발명의 연료공급장치의 기화기(열교환기) 단면도, 도 4는 본발명의 연료공급장치의 기화기(열교환기) 외관도,도 5는 본발명의 연료공급장치의 기화기(열교환기) 다른 각도에서 본 외관도이다.

본발명에서 LNG를 선박의 연료로 사용하기 위해서는 LNG 탱크에 저장되어 있는 LNG를 Pump로 이송과 동시에 압력을 증가시킨 후, Vaporizer를 통과하면서 액체에서 기체로 변화가 된 후, 혹시나 있을 액체 상태의 LNG를 완벽하게 제거하기 위해 별도의 Mist Separator를 통과시킨다.

이후, 기체로 변한 LNG의 Methane Value(메탄 가, CH4 함유량)를 높이기 위해서, FG Heater를 이용하여, 기체의 NG 온도를 높이는 것이 일반적이다.

LNG Tank → Pump → Vaporizer → Mist Separator → FG heater → Generator Engine의 순서로 이송된다.

LNG Tank 는 LNG 연료 저장탱크이다.

Vaporizer는 LNG를 → NG로 변환한다. 곧 액체를 기체로 변환한다.

Mist Separator는 NG에서 액체상태인 LNG를 제거한다.

FG Heater는 NG를 한번 더 Hearting 하여, 메탄가를 높인다.

본발명은 LNG를 연료로 사용하는 선박에 LNG 연료를 선박에서 선박으로 공급하는 LNG 벙커링을 위한 연료 공급선박인 바지선에 추진을 위한 Propulsion Engine과, 전기 공급을 위한 Generator Engine과, LNG 벙커링을 Monitoring하기 위해 필요한 전력을 생산하는 발전기가 설치되고 상기 발전기에는 LNG 연료를 공급하는 연료 공급장치(Fuel Gas Supply System)용 열교환기가 설치되어 액체 상태의 LNG를 기체 상태로 변화시킨다.

곧, 열교환기의 유입구(5)로 액체상태의 LNG(-163℃)가 유입되면, 하부에 위치한 mani-folder를 통과해서, 유출구(6)으로 배출되어, 내부 Shell로 이동한다. 이후 이동하여 히터 유입구(7)로 유입된 후, 코일을 통과한 후 상부의 many-folder를 통과해서, 히터 유출구(8)을 통해서 기체상태의 NG(45℃)로 배출된다.

유입구(5)는 2개를 형성한다.

열교환을 위한 기화기용 글리콜 워터 유입구는 (1), 기화기용 글리콜 워터 유출구는 (2), 히터용 글리콜 워터 유입구는 (3), 히터의 글리콜 워터 유출구는 (4)로 각각 표기되며, 열교환기에 각각 형성된다.

각 배관 설명표

Mist Separator의 기능은 Vaporizer에서 기화된 기체속에 포함된 액체 상태의 LNG를 제거하기 위해 설치하는 것으로 [도3]에서 내부의 6, 7이 있는 원통이 Mist-Separator의 기능을 하는 부분이다.

하부쪽 기화기에 5번으로 LNG가 유입되면, 1번으로 유입된 글리콜과의 열교환으로 기체로 변환되어, 6번의 Separator로 나가며, 여기에서 기체와 액체가 분리되어 7번으로 유입이 되어 다시 상부 히터쪽의 글리콜과 열교환으로 기체의 온도가 올라간 후, 8번으로 토출된다.

결국, 하부 기화기에서 온도 Heating으로 기화가 되었음에도 불구하고, 6번의 Separator로 나갈 시, 압력 하강에 의한 온도 역시 낮아지므로 상부 히터에서 한번 더 히팅이 필요하다.

Mani-Fold라고 명명하는 부분은 5,6,7,8번의 내부 Coil이 부착되는 원통형의 분배기를 말한다. 따라서, 하부 매니폴드는 5, 6번과 연결되는 것이며, 상부 매니폴드는 7, 8번이 연결되는 부분이다.

따라서 본발명은 열교환기인 기화기, 히터, Mist Separator가 함께 설치되어 선박에서 차지하는 공간이 줄어들고, 제어가 정확하고 편리한 현저한 효과가 있다.

1 : 기화기용 글리콜 워터 유입구 2 : 기화기용 글리콜 워터 유출구
3 : 히터용 글리콜 워터 유입구 4 : 히터용 글리콜 워터 유출구
5 : 유입구 6 : 유출구
7 : 히터 유입구 8 : 히터 유출구

Claims (2)

1. 엘엔지(LNG)를 연료로 사용하는 선박에 LNG 연료를 공급하는 연료 공급선박인 바지선에 설치된 LNG 벙커링용 열교환기의 원통형 몸체의 일측에 액체상태의 LNG가 유입되는 케이스의 유입구(5)와 유출되는 유출구(6)가 형성되고, 기화된 NG가 히터로 유입되는 히터 유입구(7)와 유출되는 히터 유출구(8)가 형성되며, 기화기용 글리콜 워터 유입구(1), 기화기용 글리콜 워터 유출구(2), 히터용 글리콜 워터 유입구(3), 히터용 글리콜 워터 유출구(4)가 형성되어 액체 상태의 LNG를 기체 상태로 변화시켜 엔진에 공급하는 엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기에 있어서,
   상기 LNG를 선박의 연료로 사용하기 위해서 LNG 탱크에 저장되어 있는 LNG를 Pump로 이송과 동시에 압력을 증가시킨 후, Vaporizer를 통과하면서 액체에서 기체로 변화가 되게 하되, 액체 상태의 LNG를 완벽하게 제거하기 위해 별도의 Mist Separator를 통과시키며,
   기체로 변한 LNG의 Methane Value(메탄 가, CH4 함유량)를 높이기 위해서, FG Heater를 이용하여, 기체의 NG 온도를 높이는 것으로,
   LNG Tank → Pump → Vaporizer → Mist Separator → FG heater → Generator Engine의 순서로 이송되며,
   LNG Tank 는 LNG 연료 저장탱크이며,
   Vaporizer는 LNG를 → NG로 변환하는 것으로, 액체를 기체로 변환하며,
   Mist Separator는 NG에서 액체상태인 LNG를 제거하며,
   FG Heater는 NG를 한번 더 Hearting 하여, 메탄가를 높이되,
   상기 LNG 벙커링용 열교환기의 원통형 몸체의 일측에 액체상태의 LNG가 유입되는 케이스의 유입구(5)는 2개가 형성되고,
   Mist Separator는 Vaporizer에서 기화된 기체속에 포함된 액체 상태의 LNG를 제거하기 위해 설치하는 것으로 내부의 유출구(6), 히터 유입구(7)이 있는 원통이 Mist-Separator의 기능을 하는 부분이며,
   하부쪽 기화기의 유입구(5)로 LNG가 유입되면, 상기 유입된 LNG는 기화기용 글리콜 워터 유입구(1)로 유입된 글리콜과의 열교환으로 기체로 변환되어, 유출구(6)의 Separator로 나가며, 상기 유출구(6)에 연결된 Separator에서 기체와 액체가 분리되어 히터유입구(7)로 유입이 되어 다시 상부 히터쪽의 글리콜과 열교환으로 기체의 온도가 올라간 후, 히터유출구(8)로 토출되는 것으로,
   하부 기화기에서는 하부기화기의 온도가 Heating에 의해 상승하기 때문에 LNG가 기화가 되었음에도 불구하고, 유출구(6)에 연결된 Separator로 나갈 시, 압력 하강에 의한 온도 역시 낮아지므로 상부 히터에서 한번 더 히팅하며,
   내부 Coil이 부착되는 원통형의 분배기인 Mani-Fold에는 유입구(5), 유출구(6), 히터유입구(7), 히터유출구(8)가 연결되되, 하부 매니폴드는 유입구(5), 유출구(6)와 연결되는 것이며, 상부 매니폴드는 히터유입구(7), 히터유출구(8)와 연결되는 것을 특징으로 하는 엘엔지 연료공급 벙커링용 열교환기
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