KR102185815B1 - 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 증발가스 처리 시스템은, 주엔진과 상기 주엔진보다 저압인 연료를 공급받는 발전엔진이 마련된 선박에서, 상기 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 압축가스의 일부를 공급받아, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 추가 냉각하는 후냉각기; 및 상기 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스를 재액화시키는 재액화부;를 포함하되, 상기 후냉각기에서 추가 냉각된 상기 압축가스 일부가 분기되어 감압 후 상기 후냉각기 및 열교환기를 거쳐 상기 발전엔진으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법{Boil-Off Gas Treatment System and Method for Ship}
본 발명은 선박에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 증발가스 자체의 냉열로 재액화시키는 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.
증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료수요처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는, 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.
DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 5.5 barg 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 16 barg 정도의 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300 barg 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.
도 1에는 종래의 선박용 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 선박용 증발가스 처리 시스템에서, 주 엔진(ME)과 발전 엔진(GE)이 구비된 경우, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 압축기(10)에서 압축하여 주엔진의 연료로 공급하고, 발전 엔진의 연료공급압력이 주엔진보다 낮은 경우 압축기(10)의 일부 압축 과정을 거친 증발가스를 중간에서 분기하여 발전 엔진(GE)의 연료로 공급한다.
압축기(10)로 공급된 증발가스 중 주엔진 및 발전 엔진의 연료로 공급되고 남은 잉여 증발가스는 열교환기(20)로 공급되어, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 열교환을 통해 냉각된다.
열교환기(20)에서 냉각된 증발가스는 감압장치(30)에 의해 감압되며 일부가 재액화되고, 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스는 기액분리기(40)로 공급되어 상분리된다.
기액분리기(40)에서 분리된 액화가스는 저장탱크(T)로 공급되어 재저장되고, 기액분리기(40)에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스에 합류되어 열교환기(20)에 냉매로 도입된다.
이와 같이 별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 방법으로, 압축기에 의해 압축시킨 증발가스를, 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시킨 후 J-T 밸브 등에 의해 팽창시켜 증발가스의 일부를 재액화시키는 시스템을 본 출원인은 PRS(Partial Re-liquefaction System)라고 명명하였다.
본 발명은 여기서 더 나아가, PRS를 개량하여 더욱 효과적으로 증발가스를 냉각하여 재액화 성능을 높이고 증발가스를 처리할 수 있는 시스템을 제안하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 주엔진과 상기 주엔진보다 저압인 연료를 공급받는 발전엔진이 마련된 선박에서,
상기 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 압축가스의 일부를 공급받아, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기;
상기 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 추가 냉각하는 후냉각기; 및
상기 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스를 재액화시키는 재액화부;를 포함하되,
상기 후냉각기에서 추가 냉각된 상기 압축가스 일부가 분기되어 감압 후 상기 후냉각기 및 열교환기를 거쳐 상기 발전엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.
바람직하게는 상기 재액화부는, 상기 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스를 감압하여 추가 냉각하는 감압장치; 및 상기 감압장치에서 감압된 상기 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 후냉각기 후단에서 분기되어 상기 발전엔진으로 공급될 상기 압축가스를 감압하여 상기 후냉각기로 공급하는 팽창장치;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 기액분리기에서 분리된 플래시 가스는 상기 후냉각기로 도입되어 열교환된 후, 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류되고, 상기 후냉각기에서는 상기 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스, 후냉각기 후단에서 분기되어 상기 팽창장치에서 감압된 증발가스, 상기 기액분리기에서 분리된 플래시 가스의 세 흐름이 열교환될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 주엔진과 상기 주엔진보다 저압인 연료를 공급받는 발전엔진이 마련된 선박에서,
상기 선박에 마련되어 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 상기 주엔진으로 연결되는 증발가스 공급라인;
상기 증발가스 공급라인에 마련되며 상기 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기;
상기 압축기의 하류에서 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 저장탱크로 연결되며, 상기 주엔진의 연료로 공급되고 남는 증발가스를 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하여 재액화하여 상기 저장탱크로 재저장하는 재액화 라인;
상기 재액화 라인에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 압축가스를 공급받아 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기;
상기 재액화 라인에 마련되며 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 추가 냉각하는 후냉각기;및
상기 후냉각기의 후단에서 상기 재액화 라인으로부터 분기되어 상기 발전엔진으로 연결되는 분기라인;을 포함하며,
상기 분기라인은 상기 후냉각기 및 열교환기를 거쳐 상기 발전엔진으로 연결되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 분기라인에 마련되어 상기 후냉각기 후단에서 분기되어 상기 발전엔진으로 공급될 상기 압축가스를 감압하여 상기 후냉각기로 공급하는 팽창장치;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 재액화 라인에는, 상기 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스를 감압하여 추가 냉각하는 감압장치; 및 상기 감압장치에서 감압된 상기 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;가 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 기액분리기로부터 상기 후냉각기를 거쳐 상기 증발가스 공급라인의 열교환기 전단으로 연결되는 플래시 가스라인;을 더 포함하여, 상기 기액분리기에서 분리된 플래시 가스는 상기 후냉각기에서 열교환된 후, 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류될 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에서는 상기 압축기에서 압축되어 상기 재액화 라인을 따라 분기된 상기 압축가스, 상기 증발가스 공급라인을 따라 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스, 상기 팽창장치에서 감압 후 상기 후냉각기를 거쳐 상기 분기라인을 따라 상기 발전엔진으로 공급될 증발가스의 세 흐름이 열교환되고, 상기 후냉각기에서는 상기 열교환기에서 냉각된 상기 재액화 라인의 상기 압축가스, 후냉각기 후단에서 분기되어 상기 팽창장치에서 감압된 상기 분기라인의 증발가스, 상기 기액분리기에서 분리된 상기 플래시 가스라인의 플래시 가스의 세 흐름이 열교환될 수 있다.
바람직하게는, 상기 분기라인에서 마련되어 상기 증발가스를 상기 발전엔진의 연료공급 온도로 가열하는 연료히터;를 더 포함하고, 상기 분기라인으로 분기되어 감압된 상기 증발가스는 상기 후냉각기 및 열교환기를 순차로 거쳐 가열된 후 상기 연료히터에서 추가가열되어 상기 발전엔진으로 공급될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 주엔진과 상기 주엔진보다 저압인 연료를 공급받는 발전엔진이 마련된 선박에서,
상기 선박에서 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기로 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하고,
상기 압축기에서 압축된 증발가스 중 상기 주엔진의 연료로 공급되고 남는 증발가스는 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환기에서 열교환으로 냉각하고, 감압으로 추가 냉각하고 재액화하여 상기 저장탱크로 재저장하면서,
상기 압축기 및 열교환기를 거친 상기 증발가스 일부를 감압하여 상기 발전엔진으로 공급하되,
재액화될 상기 증발가스는 열교환기에서 냉각된 후 감압에 앞서, 상기 발전엔진으로 공급되기 위해 감압된 상기 증발가스와 후냉각기에서 열교환으로 추가 냉각되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 발전엔진으로 공급될 상기 증발가스는 상기 후냉각기의 후단에서 분기되어 감압 후 상기 후냉각기 및 상기 열교환기를 거쳐 열교환되며 가열되어 상기 발전엔진으로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 재액화된 가스는 기액분리되고 재액화 가스의 플래시 가스는 상기 후냉각기에서 열교환된 후, 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류될 수 있다.
본 발명의 시스템에서는 열교환기에서 냉각된 후 재액화될 증발가스를, 발전엔진으로 공급될 증발가스의 냉열 및 재액화 가스에서 발생하는 플래시 가스(flash gas)의 냉열로 추가 냉각함으로써 재액화 성능을 높이고, 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있다.
이와 같이, 발전엔진으로 공급될 증발가스의 냉열 및 플래시 가스의 냉열을 이용하여 재액화될 가스는 추가 냉각하고, 발전엔진에 공급될 증발가스는 가열할 수 있어, 시스템의 에너지 효율을 높이면서 증발가스의 재액화 성능을 높일 수 있고, 증발가스를 효과적으로 처리하여 선박의 안전을 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 증발가스 처리 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 기본 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템의 개략도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
이하 본 발명에서의 선박은, 액화가스 및 액화가스에서 발생하는 증발가스를 추진용 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스 또는 증발가스를 선내 기관의 연료로 사용하는 모든 종류의 선박으로, 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에서 액화가스는, 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 엔진 등의 연료로 사용될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LPG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
한편, 본 실시예들의 각 라인을 흐르는 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
도 2에는 본 발명의 기본 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였고, 도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예들의 시스템은, 선박의 저장탱크(T)에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 선박에 마련된 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기(100)와, 압축기에서 압축된 압축가스의 일부를 공급받아, 저장탱크로부터 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기(200)와, 열교환기에서 냉각된 압축가스를 공급받아 추가 냉각하는 후냉각기(300)와, 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 압축가스를 재액화시키는 재액화부(400)를 포함하는 시스템이다.
즉, 본 기본 실시예 및 제1 실시예의 시스템은, 재액화될 증발가스를 열교환기(200)에서 냉각시킨 후 후냉각기(300)에서 추가 냉각한 후 재액화부로 도입되도록 구성한 것이다.
저장탱크에서 발생한 증발가스는 압축기로 도입되어 압축된다. 압축기(100)는 복수의 컴프레서와 중간 냉각기가 번갈아 배치되며 이들을 순차로 거쳐 증발가스를 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 다단 압축기로 마련될 수 있다.
압축기는 증발가스를 압축하여 주엔진으로 연료공급압력으로, 예를 들어 DF 엔진이 마련된 경우라면 5.5 barg, X-DF 엔진이 마련된 경우라면 16 barg, ME-GI 엔진이 마련된 경우는 300 barg로 압축할 수 있다. 다단 압축기를 구성하는 컴프레서 및 중간 냉각기의 갯수는 주엔진의 연료공급압력에 따라 변경할 수 있다.
선박 규정상 엔진으로 연료를 공급하는 압축기는, 비상 상황을 대비하여 리던던시(Redundancy) 설계를 하여야 하는데, 리던던시 설계란, 어느 한 대를 고장, 유지보수 등의 이유로 사용할 수 없을 때 다른 한 대를 대신 사용 할 수 있도록 설계하는 것을 의미한다. 이를 위해 본 실시예들의 도면에서 압축기는 한 세트만 도시하였으나 복수로 마련된 것일 수 있다.
압축기(100)에서 압축된 압축가스는 주엔진(ME)의 연료로 공급되고, 연료 공급 후 남는 증발가스는 재액화될 수 있다. 재액화될 증발가스는 저장탱크에서 공급되는 미압축 증발가스와 열교환을 통해 냉각된 후 후냉각기(300), 재액화부(400)를 거쳐 재액화되어 저장탱크로 저장된다.
주엔진(ME)보다 저압 연료를 공급받는 발전엔진(GE)이 구비된 경우, 다단으로 된 압축기(100)의 중간단에서 일부 압축된 가스를 분기하여 발전엔진(GE)으로 공급할 수 있다.
재액화부(400)는, 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 압축가스를 감압하여 추가 냉각하는 감압장치(410)와, 감압장치에서 감압된 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기(420)를 포함한다.
감압장치(410)는 압축 및 냉각된 증발가스를 단열팽창시켜 냉각하는 팽창기 또는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브로 구성될 수 있다.
압축기, 열교환기, 후냉각기, 감압장치를 거쳐 압축, 냉각 및 팽창냉각된 증발가스는 전부 또는 일부가 재액화되어 기액분리기로 도입된다.
기액분리기(420)에서 분리된 기체는 후냉각기(300)로 도입되어 열교환된 후, 저장탱크로부터 열교환기로 도입되는 미압축 증발가스에 합류된다.
본 기본 실시예에서는 기액분리기에서 분리된 기체, 즉 flash gas의 냉열을 이용하여, 열교환기에서 냉각된 압축가스를 추가 냉각할 수 있도록 한 것이다. 감압장치에서 감압되기에 앞서 재액화될 압축가스를 후냉각기에서 추가 냉각시킴으로써 재액화율을 높일 수 있다. 후냉각기에서 압축가스를 추가 냉각시킨 flash gas는 저장탱크로부터 열교환기로 도입되는 미압축 증발가스 냉매 흐름에 합류되어, 열교환기의 냉매 유량을 늘릴 수 있다.
도 3에 도시된 제1 실시예는 전술한 기본 실시예에 추가로, 주엔진(ME)과 주엔진보다 저압인 연료를 공급받는 발전엔진이 마련된 선박에서, 발전엔진(GE)으로 공급될 증발가스의 냉열도 증발가스를 재액화를 위한 냉매로 이용할 수 있도록 구성한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1 실시예의 시스템은 주엔진과 주엔진보다 저압인 연료를 공급받는 발전엔진이 마련된 선박에서, 선박에 마련되어 액화가스를 저장하는 저장탱크(T)로부터 주엔진(ME)으로 연결되는 증발가스 공급라인(GL), 압축기(100)의 하류에서 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 저장탱크로 연결되며, 주엔진의 연료로 공급되고 남는 증발가스를 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하여 재액화하여 저장탱크로 재저장하는 재액화 라인(RL), 후냉각기(300)의 후단에서 재액화 라인으로부터 분기되어 발전엔진으로 연결되는 분기라인(BL), 기액분리기로부터 후냉각기를 거쳐 증발가스 공급라인의 열교환기 전단으로 연결되는 플래시 가스라인(FL)이 구비된다.
증발가스 공급라인(GL)에는 전술한 기본 실시예에서와 같이 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기(100)가 마련된다.
예를 들어, 주엔진이 ME-GI 엔진이고 발전엔진은 DFGE(Dual Fuel Generator Engine)나 TFGE(Triple Fuel Generator Engine), ME-GI 엔진보다 저압인 연료를 공급받는 중압엔진일 수 있다. 이 경우, 압축기는 대략 300 barg의 압력으로 증발가스를 압축시킬 수 있다.
압축기 하류에서 증발가스 공급라인으로부터 분기되는 재액화 라인(RL)에는 압축기에서 압축된 압축가스를 공급받아 저장탱크로부터 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기(200), 열교환기에서 냉각된 압축가스를 공급받아 추가 냉각하는 후냉각기(300), 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 압축가스를 감압하고 재액화하는 재액화부(400)가 마련된다.
재액화부는, 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 압축가스를 감압하여 추가 냉각하는 감압장치(410), 감압장치에서 감압된 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기(420)를 포함한다.
감압장치는 압축 및 냉각된 증발가스를 단열팽창시켜 냉각하는 팽창기 또는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브로 구성될 수 있다.
기액분리기에서 분리된 플래시 가스는 플래시 가스라인(FL)을 따라 후냉각기(300)로 도입되어 열교환된 후, 열교환기 전단에서 증발가스 공급라인을 따라 저장탱크로부터 열교환기(200)로 도입되는 미압축 증발가스에 합류된다. 후냉각기를 거친 플래시 가스가 저장탱크로부터 열교환기로 도입되는 미압축 증발가스 냉매 흐름에 합류됨으로써, 열교환기의 냉매 유량을 늘릴 수 있다.
기액분리기에서 분리된 액체는 재액화 라인(RL)을 따라 저장탱크로 저장된다.
분기라인(BL)은 후냉각기(300)의 후단에서 재액화 라인(RL)으로부터 분기되어 다시 후냉각기(300) 및 열교환기(200)를 거쳐 발전엔진으로 연결되며, 분기라인에는 발전엔진으로 공급될 압축가스를 감압하여 후냉각기로 공급하는 팽창장치(500)가 마련된다.
분기라인의 팽창장치는 압축된 증발가스를 감압하는 팽창기(expander) 또는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브로 구성될 수 있으며, 감압을 통해 냉각된 증발가스는 후냉각기 및 열교환기에서 증발가스 재액화를 위한 냉열을 공급하며 냉매로 이용된 후 발전엔진의 연료로 공급된다.
분기라인에는 증발가스를 발전엔진의 연료공급 온도로 추가 가열하는 연료히터(600)가 마련되고, 분기라인으로 분기되어 감압된 증발가스는 후냉각기 및 열교환기를 순차로 거쳐 가열된 후 연료히터에서 추가 가열되어 발전엔진으로 공급될 수 있다.
분기라인을 거쳐 발전엔진으로 공급되는 증발가스의 양은 약 600 내지 1000 kg/h 정도일 수 있으나, 이는 발전엔진의 부하(Load)에 따라 달라질 수 있고, 압축기의 Configuration 등에 따라서도 달라질 수 있다.
본 시스템에서, 저장탱크에서 발생하는 증발가스는 압축기에서 압축되어 주엔진 등의 연료로 공급되고, 연료 공급 후 남는 증발가스는 재액화될 수 있다. 재액화될 증발가스는 압축기 후단에서 재액화 라인으로 분기되어, 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 순차로 냉각되고, 재액화 라인의 감압장치 및 기액분리기를 거쳐 재액화되어 저장탱크로 저장된다.
이때 본 실시예의 시스템에서, 열교환기(200)에서는 압축기에서 압축되어 재액화 라인을 따라 분기된 압축가스, 증발가스 공급라인을 따라 압축기로 공급될 미압축 증발가스, 팽창장치에서 감압 후 후냉각기를 거쳐 분기라인을 따라 발전엔진으로 공급될 증발가스의 세 흐름이 열교환되며, 재액화될 압축가스가 증발가스 공급라인의 미압축 증발가스 및 분기라인의 증발가스를 냉매로 하여 냉각된다.
또한, 후냉각기(300)에서는 열교환기에서 냉각된 재액화 라인의 압축가스, 후냉각기 후단에서 분기되어 팽창장치에서 감압된 분기라인의 증발가스, 기액분리기에서 분리된 플래시 가스라인의 플래시 가스의 세 흐름이 열교환되며, 열교환기를 거쳐 냉각된 재액화 라인의 압축가스가 분기라인의 증발가스 및 플래시 가스라인의 플래시 가스를 냉매로 하여 추가 냉각된다.
이와 같이 후냉각기를 구성하여 재액화될 가스를 추가 냉각하고, 발전엔진의 연료로 공급될 증발가스도 열교환기 및 후냉각기에서 냉매로 이용할 수 있도록 함으로써 재액 성능을 높이고, 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
T : 저장탱크
ME: 주엔진
GE: 발전엔진
GL: 증발가스 공급라인
RL: 재액화 라인
BL: 분기라인
FL: 플래시 가스라인
100: 압축기
200: 열교환기
300: 후냉각기
400: 재액화부
410: 감압장치
420: 기액분리기
500: 팽창장치
600: 연료히터

Claims (13)

  1. 주엔진과 상기 주엔진보다 저압인 연료를 공급받는 발전엔진이 마련된 선박에서,
    상기 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 압축가스의 일부를 공급받아, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기;
    상기 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 추가 냉각하는 후냉각기;
    상기 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스를 재액화시키는 재액화부; 및
    상기 후냉각기 후단에서 분기된 압축가스 일부를 감압하여 상기 후냉각기로 공급하는 팽창장치:를 포함하되,
    상기 팽창장치에서 감압된 압축가스는 상기 후냉각기 및 열교환기를 거쳐 상기 발전엔진으로 공급되고,
    상기 재액화부는, 상기 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스를 감압하여 추가 냉각하는 감압장치; 및 상기 감압장치에서 감압된 상기 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;를 포함하되, 상기 기액분리기에서 분리된 플래시 가스는 상기 후냉각기로 도입되어 열교환된 후, 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류되어,
    상기 후냉각기에서는 상기 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스, 후냉각기 후단에서 분기되어 상기 팽창장치에서 감압된 증발가스, 상기 기액분리기에서 분리된 플래시 가스의 세 흐름이 열교환되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 주엔진과 상기 주엔진보다 저압인 연료를 공급받는 발전엔진이 마련된 선박에서,
    상기 선박에 마련되어 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 상기 주엔진으로 연결되는 증발가스 공급라인;
    상기 증발가스 공급라인에 마련되며 상기 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기;
    상기 압축기의 하류에서 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 저장탱크로 연결되며, 상기 주엔진의 연료로 공급되고 남는 증발가스를 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하여 재액화하여 상기 저장탱크로 재저장하는 재액화 라인;
    상기 재액화 라인에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 압축가스를 공급받아 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기;
    상기 재액화 라인에 마련되며 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 추가 냉각하는 후냉각기;
    상기 후냉각기의 후단에서 상기 재액화 라인으로부터 분기되어 상기 발전엔진으로 연결되는 분기라인; 및
    상기 분기라인에 마련되어 상기 후냉각기 후단에서 분기되어 상기 발전엔진으로 공급될 상기 압축가스를 감압하여 상기 후냉각기로 공급하는 팽창장치;를 포함하되,
    상기 분기라인은 상기 후냉각기 및 열교환기를 거쳐 상기 발전엔진으로 연결되고,
    상기 재액화 라인에는, 상기 열교환기 및 후냉각기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스를 감압하여 추가 냉각하는 감압장치; 및 상기 감압장치에서 감압된 상기 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;가 마련되며,
    상기 기액분리기로부터 상기 후냉각기를 거쳐 상기 증발가스 공급라인의 열교환기 전단으로 플래시 가스라인:이 연결되어,
    상기 후냉각기에서는 상기 열교환기에서 냉각된 상기 재액화 라인의 상기 압축가스, 후냉각기 후단에서 분기되어 상기 팽창장치에서 감압된 상기 분기라인의 증발가스, 상기 기액분리기에서 분리된 상기 플래시 가스라인의 플래시 가스의 세 흐름이 열교환되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 기액분리기에서 분리된 플래시 가스는 상기 후냉각기에서 열교환된 후, 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 열교환기에서는 상기 압축기에서 압축되어 상기 재액화 라인을 따라 분기된 상기 압축가스, 상기 증발가스 공급라인을 따라 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스, 상기 팽창장치에서 감압 후 상기 후냉각기를 거쳐 상기 분기라인을 따라 상기 발전엔진으로 공급될 증발가스의 세 흐름이 열교환되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 분기라인에서 마련되어 상기 증발가스를 상기 발전엔진의 연료공급 온도로 가열하는 연료히터;를 더 포함하고,
    상기 분기라인으로 분기되어 감압된 상기 증발가스는 상기 후냉각기 및 열교환기를 순차로 거쳐 가열된 후 상기 연료히터에서 추가가열되어 상기 발전엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
  11. 주엔진과 상기 주엔진보다 저압인 연료를 공급받는 발전엔진이 마련된 선박에서,
    상기 선박에서 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기로 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하고,
    상기 압축기에서 압축된 증발가스 중 상기 주엔진의 연료로 공급되고 남는 증발가스는 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환기에서 열교환으로 냉각하고, 감압으로 추가 냉각하고 재액화하여 상기 저장탱크로 재저장하면서,
    상기 압축기 및 열교환기를 거친 상기 증발가스 일부를 감압하여 상기 발전엔진으로 공급하되,
    재액화될 상기 증발가스는 열교환기에서 냉각된 후 감압에 앞서, 상기 발전엔진으로 공급되기 위해 감압된 상기 증발가스와 후냉각기에서 열교환으로 추가 냉각되고,
    재액화된 가스는 기액분리되고 재액화 가스의 플래시 가스는 상기 후냉각기에서 열교환된 후, 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류되어,
    상기 후냉각기에서는 상기 열교환기에서 냉각된 증발가스, 후냉각기 후단에서 분기되어 상기 발전엔진으로 공급되기 위해 감압된 증발가스, 기액분리된 상기 플래시 가스의 세 흐름이 열교환되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 발전엔진으로 공급될 상기 증발가스는 상기 후냉각기의 후단에서 분기되어 감압 후 상기 후냉각기 및 상기 열교환기를 거쳐 열교환되며 가열되어 상기 발전엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
  13. 삭제
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