KR102190260B1 - 가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비 - Google Patents

가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 소비 부재(2, 3, 4)에 가연성 가스를 급송하고 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비(1)에 관련하며, 설비는 - 밀폐 및 단열 탱크(5a, 5b, 5c, 5d); - 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 가연성 가스 스트림을 인출하기 위한 증기 페이즈 가스 수집 회로(6); - 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 연결된 제1 채널(9)을 포함하는 열 교환기(8); - 열 교환기(8)의 제1 채널(9)에 연결되고, 가스 소비 부재(2, 3, 4)에 가연성 가스를 반송하고 가연성 가스를 열 교환기(8)의 제2 채널(10)에 반송할 수 있는 3방 커넥터(12, 13)에 연결되는 압축기(11); - 중간 회로(15)를 통해 열 교환기(8)이 제2 채널(10)에 연결된 팽창 디바이스(14); - 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림과 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에서 순환하는 증기 페이즈 가연성 가스 스트림 및 중간 회로(15)에서 순환하는 가연성 가스 스트림의 제2 부분으로부터 선택된 냉각될 가연성 가스 스트림 사이에서 열을 전달하도록 배열된 냉각 디바이스(16)를 포함한다.

Description

가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비{INSTALLATION FOR FEEDING A GAS-CONSUMING MEMBER WITH COMBUSTIBLE GAS AND FOR LIQUEFYING SAID COMBUSTIBLE GAS}
본 발명은 가연성 가스, 예컨대, 액화 천연 가스(LNG)를 처리하기 위한 설비의 분야에 관련한다.
본 발명은 더 특정하게는 한편으로는 가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고, 다른 한편으로는 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비에 관한 것이다.
액화 천연 가스는 밀폐된 단열 탱크내에 극저온 온도에서 액체/증기 2-페이즈 평형 상태로 저장된다. 액화 천연 가스 저장 탱크의 단열 배리어는 탱크의 내용물을 가열하는 경향이 있는 열 유동의 현장이며, 이는 액화 천연 가스의 증발에 의해 반영된다. 자연적 증발에 의해 유래된 가스는 가스 소비 부재에 급송되어 그를 업그레이드하기 위해 사용된다. 따라서, 예로서 메탄 탱커(tanker)에서, 증발된 가스는 온보드 장비의 기능을 위해 필요한 전기를 공급하는 전력 발전기 또는 배를 추진하기 위한 파워트레인에 대한 급송에 사용된다. 그러나, 비록 이런 관행이 탱크 내에서의 자연적 증발로부터 유래된 가스를 업그레이드할 수는 있게 하지만, 그 양을 감소시킬 수는 없다.
따라서, 종래 기술, 특히, US 2015/0 316 208는 하나 이상의 가스 소비 부재를 통한 자연적 증발로부터 유래된 가스의 일부의 업그레이드 및 자연적 증발로부터 유래된 가스의 다른 일부의 액화 양자 모두가 가능한 설비를 개시한다. 이런 설비는 수집 회로를 포함하고, 이 수집 회로는 탱크의 가스 헤드공간의 증기 페이즈 가스를 인출하고, 그후, 이를 열 교환기로 반송하여 그 내부에서 가열되게 한다. 교환기를 벗어날 때, 가열된 가스 스트림은 가스 소비 부재의 동작 조건에 부합되는 높은 압력으로 압축된다. 그후, 압축된 가스의 제1 부분은 하나 이상의 증기 페이즈 가스 소비 부재로 반송되어 그 내부에서 연소되는 반면, 압축된 가스의 제2 부분은 교환기로 복귀되어 탱크의 가스 헤드공간에 수집된 증기-페이스 가스 스트림에 열을 전달한다. 이렇게 냉각되고 부분적으로 액화된 가스의 제2 부분은 그후 팽창 디바이스에서 감압되고, 팽창 디바이스에서는 줄-톰슨 효과에 의해, 그 팽창 동안 가스 스트림의 온도가 추가로 감소함으로써 이를 적어도 부분적으로 재액화하게 된다. 팽창 디바이스를 벗어날 때, 페이즈 분리기는 액체 페이즈를 탱크로 반송하고, 가스 페이즈를 다시 열 교환기 상류의 증기 페이즈 가스 수집 회로로 전송하기 이전에 액체 페이즈와 증기 페이즈가 분리될 수 있게 한다.
이런 설비는 가스 스트림의 일 부분을 가스 소비 부재의 작동 조건에 부합되게 하고, 가스 스트림의 다른 부분의 후속 재액화를 가능하게 하는 양자 모두를 위해 가스 스트림의 압축이 사용된다는 점에서 특히 유리하다. 따라서, 이 설비는 단순화되고, 추가적 재액화 기능의 비용이 제한된다.
그러나, 이러한 유형의 설비는 완전히 만족스럽지는 못하다. 특히, 특정 임계 동작 조건 하에서, 예로서, 탱크가 단지 부분적으로 충전되어 있을 때, 재액화 수율이 낮다. 탱크가 단지 부분적으로 충전되어 있을 때, 탱크의 가스 헤드공간에 존재하는 증기의 온도는 가스의 평형 온도를 매우 뚜렷하게 초과하여 상승하기 쉽다. 따라서, 탱크 내에 수집된 가스 스트림과 액화될 압축된 가스의 제2 부분 사이의 열의 교환은 압축된 가스의 제2 부분의 대부분을 재액화하기에 불충분할 위험이 있다.
또한, 자연적 증발로부터 유래된 가스-페이즈 천연 가스는 휘발성 성분, 예컨대, 질소의 조성이 탱크 내에 저장된 액체 상태의 액화 천연 가스보다 더 농후하다. 따라서, 0.5%의 질소 몰 농도를 갖는 액화 천연 가스 화물에 대하여, 자연적 증발로부터 유래된 가스는 14% 내지 15% 정도의 질소 농도를 가질 수 있다. 게다가, 줄-톰슨 팽창을 사용하면서 그 출구에서 증기 페이즈가 증기 페이즈 가스 수집 회로로 복귀되는 팽창 디바이스의 사용은 설비에 의해 처리된 가스 스트림에서 질소가 농축되게 한다. 따라서, 하나 이상의 가스 소비 부재로 반송되는 압축된 가스의 부분은 20%보다 매우 더 높은 질소 농도를 가질 수도 있다. 이제, 높은 농도의 질소는 가스 소비 부재에서의 가스의 불완전 연소를 초래하고, 가스 소비 부재의 동작 결함을 초래한다.
본 발명의 기초를 형성하는 개념은 적어도 소정 임계 동작 조건 하에서 증가된 가연성 가스 액화 수율을 획득하는 것을 가능하게 하는 가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비를 제안하는 것이다.
일 실시예에 따라서, 본 발명은 가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비를 제공하며; 이 설비는:
- 액체-증기 2-페이즈 평형 상태의 가연성 가스로 충전되도록 의도된 내부 공간을 포함하는 밀폐된 단열 탱크;
- 탱크의 내부 공간에서 나타나고, 탱크의 내부 공간으로부터 증기 페이즈 가연성 가스 스트림을 인출하도록 배열된 도입부를 포함하는 증기 페이즈 가스 수집 회로; 및
- 제1 및 제2 채널과 제2 채널로부터 제1 채널로 열을 전달하기 위한 열 교환 벽을 포함하는 열 교환기로서, 제1 채널 및 제2 채널 각각은 입구와 출구를 포함하고; 제1 채널의 입구는 열 교환기에서 증기 페이즈 가연성 가스 스트림을 가열하도록 증기 페이즈 가스 수집 회로에 연결되는, 열 교환기;
- 열 교환기 내의 가열된 가연성 가스 스트림을 압축하도록 열 교환기의 제1 채널의 출구에 상류에서 연결되고 3방 커넥터에 하류에서 연결되는 압축기로서, 3방 커넥터는 가연성 가스 스트림의 제1 부분을 가스 소비 부재에 반송할 수 있고, 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 냉각하기 위해 열 교환기의 제2 채널의 입구로 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 반송할 수 있는, 압축기; 및
- 중간 회로를 통해 열 교환기의 제2 채널의 출구에 상류에서 연결되고 탱크로 이어지는 복귀 회로에 하류에서 연결되는 팽창 디바이스- 팽창 디바이스는 중간 회로로부터 유입되는 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 감압하도록 배열됨 -를 포함하고;
설비는 특히 인출 회로를 포함하는 냉각 디바이스를 또한 포함하고, 상기 인출 회로는 탱크의 내부 공간에서 나타나면서 탱크의 내부 공간의 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 인출하도록 배열되는 도입부를 포함하고; 상기 냉각 디바이스는 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림과 증기 페이즈 가스 수집 회로에서 순환하는 증기 페이즈 가연성 가스 스트림 및 중간 회로에서 순환하는 가연성 가스 스트림의 제2 부분으로부터 선택된 냉각될 가연성 가스 스트림 사이에서 열을 전달하도록 배열되어 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 기화하고 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 기화의 잠열을 사용하여 냉각될 가연성 가스 스트림을 냉각시킨다.
따라서, 본 발명은 팽창 디바이스의 입구에서 압축된 가스의 온도를 더욱 추가로 감소시키기 위해 탱크에 저장된 가연성 가스의 액체 페이즈를 사용하는 것을 제안하며, 이러한 온도 감소는 중간 회로에서 순환하는 압축된 가스 스트림의 제2 부분상에 직접적으로 작용하는 것에 의해 또는 교환기의 제2 채널의 출구에서의 온도가 결과적으로 감소되도록 열 교환기의 제1 채널의 입구에서의 가스의 온도를 감소시키는 것에 의해 얻어질 수 있다. 따라서, 팽창 디바이스의 입구에서 가스 스트림의 온도를 감소시킴으로써 팽창 디바이스에서의 그 감압 동안 그 액화 정도가 실질적으로 증가된다. 이는 특정 임계 동작 조건 하에서, 특히, 탱크의 가스 헤드공간에 존재하는 증기의 온도가 가스의 평형 온도를 매우 뚜렷하게 초과할 때, 증가된 액화 수율을 얻을 수 있게 한다.
추가적으로, 가연성 가스가 작은 비율로 질소를 포함하는 LNG 또는 LPG 유형의 가스 혼합물일 때 및 냉각 디바이스가 증기 페이즈 가스 수집 회로에서 기화된 가스 스트림을 반송하도록 배열될 때, 이런 설비는 가스 소비 부재로 전달되도록 의도된 가스 스트림의 질소의 희석을 수행하는 것을 가능하게 하여 재액화 수율을 실질적으로 열화시키지 않고 가스 소비 부재의 동작 조건에 맞춰질 수 있게 한다.
실시예들에 따르면, 그러한 설비는 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 가연성 가스는 질소를 포함하는 LNG 또는 LPG 유형의 가스 혼합물이다.
일 실시예에 따르면, 가연성 가스는 질소를 포함하는 가스 혼합물이며, 질소는 가스 혼합물의 최고 휘발성 성분이다.
일 실시예에 따라서, 냉각 디바이스는 증기 페이즈 가스 수집 회로에서 순환하는 가연성 가스 스트림의 질소 함량을 감소시키기 위해 냉각 디바이스의 기화된 가스 스트림을 증기 페이즈 가스 수집 회로로 반송하도록 배열된다.
따라서, 가연성 가스가 질소를 포함하는 가스 혼합물로 구성될 때, 이는 냉각 디바이스의 기화된 가스 스트림이 질소 같은 최고 휘발성 화합물을 감소된 농도로 갖는 탱크로부터 액체 페이즈에서 인출되는 가스 스트림으로부터 유입되기 때문에 설비에서 처리되는 증기 페이즈의 질소 농도를 감소시킨다. 이는 결과적으로 설비에 의해 처리되는 가스의 질소 농도를 가스 소비 부재의 정확한 기능과 공존할 수 있는 범위 내에서 유지하는 것을 가능하게 한다. 또한, 설비 입구의 증기 페이즈 가스가 휘발성 성분이 풍부한 조성을 적게 가질수록 액화 수율이 더 커질 것이다. 결과적으로, 자연적 증발로부터 유입되는 가스 스트림을 냉각 디바이스의 기화된 가스 스트림과 혼합함으로써, 결과적 혼합물의 질소 농도는 감소되고, 이는 팽창 디바이스에서의 감압 동안 액화 수준을 증가시킬 수 있게 한다.
제1 실시예에 따라서, 냉각 디바이스는 추가적 열 교환기를 포함하고, 추가적 열 교환기는 제1 및 제2 채널과 제1 채널로부터 추가적 열 교환기의 제2 채널로 열을 전달하기 위한 열 교환 벽을 포함하며, 제1 채널 및 제2 채널 각각은 입구 및 출구를 포함하고, 제1 채널은 열 교환기와 팽창 디바이스를 연결하는 중간 회로에 통합되고, 제2 채널의 입구는 냉각 디바이스의 도입부에 연결되고, 제2 채널의 출구는 증기 페이즈 가스 수집 회로에 연결된다.
제1 실시예 변형예에 따라서, 추가적 열 교환기는 열 교환기 위에 중첩되고, 추가적 열 교환기의 제2 채널의 출구는 열 교환기의 제1 채널의 입구에 연결되어 액체 페이즈 가스 스트림이 추가적 열 교환기의 제2 채널의 출구로부터 열 교환기의 제1 채널의 입구로 중력에 의해 유동될 수 있다.
제2 실시예 변형예에 따라서, 냉각 디바이스는 증기 페이즈 가스 수집 회로에 통합되는 제1 채널 및 증기 페이즈 가스 수집 회로에 연결된 출구와 인출 회로에 연결된 입구를 포함하는 제2 채널을 포함하는 제2 추가적 열 교환기를 포함한다.
제2 실시예에 따라서, 냉각 디바이스는 증기 페이즈 가스 수집 회로의 도입부와 열 교환기의 제1 채널의 입구 사이에서 증기 페이즈 가스 수집 회로에 통합된 챔버 및 분무 부재를 포함하고, 분무 부재는 냉각 디바이스의 인출 회로에 연결되고 챔버 내로 액체 페이즈 가연성 가스를 분무하도록 배열되어 탱크의 내부 공간으로부터 인출된 증기 페이즈 가스 스트림을 냉각시키고 증기 페이즈 가스 수집 회로에서 순환하는 가연성 가스 스트림의 질소 함량을 감소시킨다.
3개의 전술한 실시예 중 임의의 것의 변형예에 따라서, 냉각 디바이스는 냉각 디바이스의 도입부를 통해 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 흡입하고 이를 인출 회로로 전달하는 펌핑 디바이스를 포함한다.
일 실시예에 따라서, 설비는 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 대표적 측정치를 전달할 수 있는 가스 분석기를 포함하고, 제어 유닛은 가스 소비 부재의 제한 동작 농도 미만인 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 보증하도록 가스 소비 부재에 반송되는 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 대표적 측정치의 함수로서 펌핑 디바이스의 제어 신호를 생성하도록 배열된다.
일 실시예에 따라서, 가스 분석기는 그로부터 그 질소 농도를 유추하도록 가스 샘플의 조성을 분석할 수 있다. 다른 실시예에 따라서, 가스 분석기는 가스 샘플의 상한 발열 파워를 측정하기 위한 기계이다.
일 실시예 변형예에 따라서, 제어 유닛은 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 대표적 측정치 및 가스 소비 부재의 제한 동작 농도 미만인 공칭 농도의 함수로서, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 공칭 농도에 예속시키도록 펌핑 디바이스를 위한 제어 신호를 생성하도록 배열된다.
다른 실시예 변형예에 따라서, 제어 유닛은
- 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 대표적 측정치 및 가스 소비 부재의 제한 동작 농도 미만인 공칭 농도의 함수로서, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 공칭 농도에 예속시키도록 펌핑 디바이스의 제어 신호를 생성하도록 배열되는 질소 농도 우선 모드; 및
- 팽창 디바이스의 입구의 중간 회로에서 순환하는 가스 스트림의 제2 부분의 온도 측정치(T1)와 공칭 온도의 함수로서 공칭 온도에 대해 온도(T1)를 예속시키도록 펌핑 디바이스를 위한 제어 신호를 생성하는 재액화 우선 모드를 포함하고;
상기 제어 유닛은 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 대표적 측정치의 함수로서 질소 농도 우선 모드로부터 재액화 우선 모드로 전환하도록 배열된다.
일 실시예에 따라서, 냉각 디바이스는 팽창 디바이스의 입구의 중간 회로에서 순환하는 가스 스트림의 제2 부분의 온도(T1)를 측정할 수 있는 센서 및 제어 유닛을 포함하고, 제어 유닛은 적어도 일 동작 모드에서 온도(T1)의 측정치 및 공칭 온도의 함수로서 공칭 온도에 대해 온도(T1)를 예속시키도록 펌핑 디바이스를 위한 제어 신호를 생성한다.
제1 변형에 따르면, 펌핑 디바이스는 펌프를 포함하고, 제어 유닛은 제어 신호의 함수로서 펌프를 조종하도록 배열된다. 달리 말하면, 펌핑 디바이스의 펌프에 의해 전달된 액체 페이즈 가스 유량은 원하는 유량을 얻도록 변화된다.
제2 변형예에 따라서, 펌핑 디바이스는 펌프 및 복귀 파이프라인을 포함하고, 복귀 파이프라인은 일차적으로 펌프의 하류의 인출 회로에 연결되고, 이차적으로 탱크의 내부 공간 및 2개의 밸브에 복귀되며, 2개의 밸브는 각각 복귀 파이프라인 커넥터의 하류의 인출 회로에 그리고 복귀 파이프라인에 설치되어 있고; 제어 유닛은 제어 신호의 함수로서 2개의 밸브 중 하나 및/또는 나머지를 조종하도록 배열된다. 달리 말하면, 펌핑 디바이스의 펌프는 일정한 파워에서 동작하고, 2개의 밸브 중 하나 그리고 나머지는 복귀 파이프라인을 통해 탱크로 복귀되는 액체 페이즈 가스 스트림의 부분 및 기화되도록 인출 회로에서 반송되는 액체 페이즈 가스 스트림의 부분 사이의 분포를 수정하도록 작동된다.
일 실시예에 따르면, 팽창 디바이스는 줄-톰슨(Joule-Thomson) 밸브로도 공지된 팽창 밸브이다.
일 실시예에 따르면, 설비는 상류에서 팽창 디바이스에, 그리고, 하류에서 한편으로는 탱크로 이어지는 복귀 회로에 그리고 다른 한편으로는 증기 페이즈 가스 수집 회로에 연결된 복귀 파이프에 연결되는 페이즈 분리기를 포함하고; 페이즈 분리기는 가연성 가스 스트림의 액체 페이즈를 복귀 회로로 반송하고 가연성 가스 스트림의 가스 페이즈를 복귀 파이프로 반송하도록 배열된다.
유리한 변형예에 따르면, 압축기는 다단 압축기이다. 유리하게, 압축기는 복수의 압축 단과 복수의 중간 열 교환기를 포함하며, 각각의 중간 열 교환기는 압축 단 중 하나의 출구에 배치된다.
일 실시예에 따라서, 본 발명은 또한 전술한 설비에 의해 가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 방법을 제공하며; 이 방법은:
- 증기 페이즈 가스 수집 회로의 도입부로부터 열 교환기의 제1 채널의 입구로 증기 페이즈 가연성 가스 스트림을 반송하는 단계;
- 제2 채널로부터 열 교환기의 제1 채널로 열을 전달하는 단계;
- 열 교환기의 제1 채널을 나가는 가연성 가스 스트림을 압축하는 단계;
- 압축된 가연성 가스 스트림의 제1 부분을 가스 소비 부재로 반송하고 압축된 가스 스트림의 제2 부분을 열 교환기의 제2 채널의 입구로 반송하는 단계;
- 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 열 교환기의 제2 채널로부터 중간 회로를 통해 팽창 디바이스로 반송하는 단계;
- 중간 회로로부터 유입되는 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 감압하는 단계;
- 감압된 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 적어도 하나의 액체 페이즈 부분을 탱크로 반송하는 단계;
- 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 탱크의 내부 공간으로부터 인출하는 단계;
- 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림과 증기 페이즈 가스 수집 회로 내에서 순환하는 증기 페이즈 가스 스트림 및 중간 회로에서 순환하는 가스 스트림의 제2 부분으로부터 선택된 냉각될 가스 스트림 사이에서 열을 전달하여 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 기화시키고, 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 기화의 잠열을 사용하여 냉각될 가스 스트림을 냉각하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따라서, 가연성 가스는 질소를 포함하는 가스 혼합물이고, 냉각 디바이스 내의 기화된 가스 스트림은 증기 페이즈 가스 수집 회로로 반송된다.
일 실시예에 따라서, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타내는 변수가 측정되고, 냉각 디바이스의 인출 회로에서 순환하는 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 유량이 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타내는 변수의 함수로서 조정된다.
실시예 변형예에 따라서, 냉각 디바이스의 인출 회로에서 순환하는 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 유량은 공칭 농도와 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타내는 변수의 함수로서 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 공칭 농도에 예속시키도록 조정된다.
일 실시예에 따라서, 적어도 하나의 동작 모드에서, 팽창 디바이스의 상류의 중간 회로에서 순환하는 가스 스트림의 제2 부분의 온도(T1)가 측정되고, 냉각 디바이스의 인출 회로에서 순환하는 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 유량이 온도(T1)를 공칭 온도에 예속시키도록 공칭 온도와 온도(T1)의 측정치의 함수로서 조정된다.
유리한 변형예에 따라서, 가연성 가스는 액화 천연 가스이고, 공칭 온도(T1)는 -145와 -160℃ 사이이다.
일 실시예에 따르면, 본 발명은 전술한 설비를 포함하는 선박을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 본 발명은 또한 가연성 가스가 극저온 전달 파이프를 통해 부유 또는 육상 기반 저장 설비로부터 선박의 탱크로 또는 그 반대로 전달되는 그러한 선박에 로딩하거나 비우는 방법을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 본 발명은 또한 가연성 가스를 전달하기 위한 시스템을 제공하며, 이 시스템은 전술한 선박, 선박의 선체에 설치된 탱크를 부유 또는 육상 기반 저장 설비에 연결하도록 배열된 극저온 전달 파이프 및 극저온 전달 파이프를 통해 가연성 가스 스트림을 부유 또는 육상 기반 저장 설비로부터 선박의 탱크로 또는 그 반대로 구동하기 위한 펌프를 포함한다.
첨부 도면을 참조로 하는 제한이 아닌 단지 예시를 위해 제공된 본 발명의 몇몇 특정 실시예에 대한 다음 설명으로부터 본 발명을 더 양호하게 이해하게 될 것이며, 본 발명의 다른 목적, 세부사항, 특징 및 장점을 더 명확하게 알 수 있을 것이다.
- 도 1은 제1 실시예에 따른 가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비의 개략도이다.
- 도 2는 제2 실시예에 따른 설비의 개략도이다.
- 도 3은 제3 실시예에 따른 설비의 개략도이다.
- 도 4는 일 실시예 변형예에 따른 도 2의 2개의 열 교환기의 배열을 상세한 방식으로 예시한다.
- 도 5는 가연성 가스 스트림의 유동의 70%가 열 교환기로 복귀되어 그 내부에서 재액화될 때 액체 상태의 천연 가스의 질소 농도의 함수로서 도 2의 설비의 상이한 천연 가스 스트림의 질소 농도를 예시하는 그래프이다.
- 도 6은 가연성 가스 스트림의 유동의 70%가 열 교환기로 복귀되어 그 내부에서 재액화될 때 도 5의 것과 유사한 그래프이다.
- 도 7은 도 1의 설비 및 도 2의 설비에 대한 열 교환기의 제2 채널의 입구로 복귀하는 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 유량의 함수로서 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가스의 유량과 재액화된 가스의 유량 사이의 차이를 나타내는 그래프이다.
- 도 8은 도 1 또는 도 2에 따른 설비 및 종래 기술에 따른 설비에 대한 열 교환기로 복귀하는 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 유량의 함수로서 가스 소비 부재에 반송되는 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타내는 그래프이다.
- 도 9는 도 2에 따른 설비 및 종래 기술에 따른 설비에 대한 열 교환기로 복귀되는 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 유량의 함수로서 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가스의 유량과 재액화된 가스의 유량 사이의 차이를 나타내는 그래프이다.
- 도 10은 가연성 가스를 로딩/언로딩하기 위한 전달 시스템 및 선박의 개략도이다.
명세서 및 청구범위에서, "가연성 가스"라는 용어는 포괄적 특성을 가지며, 단일 순수 물질로 구성된 가스나 복수의 성분으로 구성된 가스 혼합물을 우열을 두지 않고 지칭한다.
도 1에서, 한편으로는 하나 이상의 가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고, 다른 한편으로는 가연성 가스를 액화시키는 설비(1)가 예시되어 있다. 이러한 설비(1)는 육상 또는 부유 구조물 상에 설치될 수 있다. 부유 구조물의 경우, 설비(1)는 메탄 탱커(tanker)와 같은 액화 천연 가스 화물선이나 액화 또는 재기화 바지선을 위한 것이거나 보다 일반적으로 가스 소비 부재를 구비한 임의의 배를 위한 것일 수 있다
설비(1)는 3개의 상이한 유형의 가연성 가스 소비 부재, 즉 버너(2), 발전기(3) 및 배를 추진하기 위한 엔진(4)을 포함한다.
버너(2)는 파워 생산 설비에 통합되거나 가스 연소 유닛(GCU)에 통합될 수 있다. 파워 생산 설비는 특히 증기 생성 보일러를 포함할 수 있다. 증기는 에너지 생산을 위한 증기 터빈에 대한 급송 및/또는 선박의 난방 네트워크에 대한 급송을 위한 것일 수 있다. 버너(2)는 그 질소 농도가 높은, 예를 들어 표준 가스 연소 유닛에 대해 30 % 내지 35 % 더 큰, 그러나, 연료를 공급하는 것에 의해 이것을 훨씬 초과할 수 있는, 가연성 가스로 기능할 수 있다.
발전기(3)는 예를 들어, DFDE(이중-연료 디젤 전기) 기술의 디젤/천연 가스 혼합 급송 열 엔진을 포함한다. 그러한 열 엔진은 디젤과 천연 가스의 혼합물을 연소시킬 수 있거나 또는 이들 두 연료 중 하나 또는 나머지를 사용할 수 있다. 그러한 열 엔진에 공급되는 천연 가스는 수 bar 내지 수십 bar 정도의 압력, 예를 들어, 약 6 내지 8 bar(절대압력)를 가져야만 한다. 또한, 이러한 열 엔진에 부합되는 기능을 허용하기 위해, 천연 가스는 15 % 내지 20 % 정도의 한계 동작 농도 미만의 질소 농도를 가져야한다.
배를 추진하기 위한 엔진(4)은 예를 들어 MAN 사에 의해 개발된 "ME-GI"기술의 이중 연료 2-행정 저속 엔진이다. 이러한 엔진(4)은 가연재로서 천연 가스와, 천연 가스를 점화하기 위해 천연 가스 주입 이전에 주입되는 소량의 파일롯 연료를 사용한다. 이러한 엔진(4)에 급송하기 위해, 천연 가스는 먼저 150와 400 bar(절대압력) 사이, 특히 250과 300 bar(절대압력) 사이의 높은 압력에서 압축되어야 한다. 또한, 이러한 엔진은 천연 가스의 품질에 매우 민감하며, 순응적 기능을 가능하게 하기 위해, 천연 가스는 15 % 내지 20 % 정도의 임계 값을 초과하지 않는 질소 농도를 가져야 한다.
설비(1)는 하나 이상의 밀폐 및 단열 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 각 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)는 멤브레인 탱크이다. 예로서, 이러한 멤브레인 탱크는 특허 출원 WO 14/057221, FR 2 691 520 및 FR 2 877 638에 기재되어 있다. 이러한 멤브레인 탱크는 대기압과 실질적으로 동일하거나 미소하게 더 높은 압력에서 가연성 가스를 저장하기 위한 것이다. 다른 대안적인 실시예에 따르면, 각 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)는 또한 자립형 탱크일 수 있으며, 특히 평행 육면체, 각주형, 구형, 원통형 또는 다엽 형상을 가질 수 있다. 특정 유형의 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)는 대기압 보다 실질적으로 높은 압력에서 가스 저장을 허용한다.
각 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)는 가연성 가스로 채워지도록 의도된 내부 공간을 포함한다. 가연성 가스는 특히 액화 천연 가스(LNG), 즉, 주로 메탄, 그리고, 또한 소량의 에탄, 프로판, n-부탄, i-부탄, n-펜탄, i-펜탄, 네오펜탄 및 질소 같은 하나 이상의 다른 탄화수소를 포함하는 가스 혼합물일 수 있다. 가연성 가스는 또한 에탄 또는 액화 석유 가스(LPG), 즉 프로판 및 부탄과 작은 비율의 질소를 필수적으로 함유하는 정유로부터 유도된 탄화수소의 혼합물일 수 있다.
가연성 가스는 액체-증기 2-페이즈 평형 상태로 각 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)의 내부 공간에 저장된다. 따라서, 가스는 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)의 상부 부분의 증기 페이즈 및 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)의 하부 부분의 액체 페이즈에 존재한다. 그 액체-증기 2-페이즈 평형 상태에 대응하는 액화 천연 가스의 평형 온도는 대기압에서 저장될 때 약 -162℃이다.
설비(1)는 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)를 포함하고, 이는 각 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)의 가스 헤드공간, 즉, 탱크의 최대 충전 높이 위쪽에서 나타나는 도입부(7a, 7b, 7c, 7d)를 포함한다. 이 도입부(7a, 7b, 7c, 7d)는 밸브(24)를 통해 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 연결된다.
증기 페이즈 가스 수집 회로(6)는 열 교환기(8)로 이어진다. 열 교환기(8)는 입구(9a, 10a) 및 출구(9b, 10b)와 제2 채널(10)로부터 제1 채널(9)로 열을 전달하기 위한 열 교환 벽을 각각 갖는 제1 및 제2 채널(9, 10)을 포함한다. 열 교환을 최적화하기 위해, 열 교환기(8)는 역류형 교환기이다. 제1 채널(9) 상의 입구(9a)는 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)에 수집된 자연적 증발로부터 유래된 가스 스트림을 가열하기 위해 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 연결된다. 제1 채널(9)의 출구(9b)는 가스 소비 부재의 작동과 양립할 수 있는 압력으로 가스 스트림을 압축하기 위한 압축기(11)에 연결된다.
도시된 실시예에서, 압축기(11)는 다단 압축기이다. 달리 말하면, 압축기(11)는 복수의 압축 단(11a, 11b, 11c, 11d, 11e) 및 각 압축 단(11a, 11b, 11c, 11d, 11e)의 출구에 배치된 중간 열 교환기(33a, 33b, 33c, 33d)를 포함한다. 중간 열 교환기(33a, 33b, 33c, 33d)는 2개의 압축 단(11a, 11b, 11c, 11d, 11e) 사이에서 압축된 가스를 냉각하기 위한 것이다. 예를 들어, 열 교환기(33a, 33b, 33c, 33d)는 특히 해수와의 교환을 제공하여, 압축된 가스 스트림을 해수의 온도와 실질적으로 동일한 온도가 될 수 있게 한다.
압축기(27)는 공급될 가연성 가스 소비 부재의 함수로서, 특히 가연성 가스가 이에 공급되어야 하는 압력 레벨 및 그 최대 급송율의 함수로서 치수가 정해진다. 따라서, 가스 소비 부재 중 하나가 전술한 바와 같이 ME-GI 유형의 엔진(4)일 때, 압축기(11)는 전형적으로 압축기(11)를 떠나는 가스 스트림이 250과 300 bar(절대압력) 사이의 압력을 갖도록 치수가 정해진다.
압축기(11)의 하류에서, 설비(1)는 배를 추진하기 위해 가스 스트림의 제1 부분을 엔진(4)에 반송하고 가스 스트림의 제2 부분을 열 교환기(8)의 제2 채널(10)의 입구(10a)에 반송하기 위한 3방 커넥터(12)를 포함한다. 이 3방 커넥터(12)는 제어 유닛(34)에 의해 조종된다. 따라서, 제어 유닛(34)은 엔진(4)의 가연성 가스 수요 및/또는 재액화될 가스의 양의 함수로서 열 교환기(8)의 제2 채널(10)의 입구(10a) 및 엔진(4)으로 각각 순환하는 가스의 비율을 변화시킬 수 있다.
또한, 가연성 가스 소비 부재가 도시된 실시예에서와 같이 상이한 급송 압력을 갖는 경우에, 설비(1)는 2개의 압축 단(11b, 11c) 사이에 배치된 중간 3방 커넥터(13)를 포함하고, 따라서, 압축기(11)의 출구 이전에 가스 소비 부재, 본 경우에는 버너(2) 및 발전기(3)에 가스 스트림의 일부를 전향하는 것을 가능하게 한다. 이러한 배열은 상기 소비 부재에 대응하는 급송 압력에 도달하도록 가연성 가스를 충분한 수의 압축 단(11a, 11b)을 통과하고 나서 가연성 가스 소비 부재로 가연성 가스를 전향시키는 것을 가능하게 한다.
가연성 가스 스트림의 제2 부분은 열 교환기(8)의 제2 채널(10)에서 그 열이 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)로부터 나오는 증기 페이즈 가스로 전달되는 동안 냉각된다.
열 교환기(8)의 제2 채널(10)의 출구(10b)는 가연성 가스 스트림이 예를 들어 탱크(5a, 5b, 5c, 5d) 내에 존재하는 압력과 실질적으로 동일한 압력, 예로서, 대기압에 가까운 압력으로 감압되는 팽창 디바이스(14)를 통해 페이즈 분리기(25)에 연결된다. 결과적으로, 가스 스트림은 줄-톰슨 효과를 통해 적어도 부분적으로 그 온도 및 그 액화의 감소로 이어지는 팽창을 겪는다. 팽창 디바이스(14)는 예를 들어 팽창 밸브이다.
미스트 분리기(mist separator)라고도 불리는 페이즈 분리기(25)는 액체 페이즈가 가스 페이즈로부터 분리되도록 한다. 하류에서, 페이즈 분리기(25)는 한편으로는 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)에 이르는 복귀 회로(31)에 연결되고, 다른 한편으로는 증기 페이즈 가스 인출 회로(6)에 연결된 복귀 파이프(32)에 연결된다. 따라서, 페이즈 분리기(25)는 가연성 가스의 액체 페이즈를 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로 반송하는 반면, 증기 페이즈는 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)로 복귀된다.
설비(1)는 또한 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에서 순환하는 증기 페이즈 가스 스트림을 냉각하기 위해 냉각 디바이스(16)를 포함한다. 이를 위해, 냉각 디바이스(16)는 챔버(20)를 포함하고, 챔버는 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 통합되고 탱크 (5c) 중 하나로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림이 그 내부로 분무된다. 따라서, 분무된 가연성 가스 스트림은 기화하여, 탱크의 가스 헤드공간에 수집된 증기 페이즈 가스 스트림으로부터 열을 빼앗는다. 추가적으로, 액체 페이즈 가연성 가스의 일부의 분무 및 기화는 적어도 부분적으로 가스 소비 부재(2, 3, 4)에 전달되도록 의도된 가스 스트림 내의 최고 휘발성 성분, 특히 질소의 농도를 감소시킬 수 있게 한다.
냉각 디바이스(16)는 인출 회로(35)를 포함한다. 인출 회로(35)는 도입부(27)를 가지며, 이 도입부는 그 충전 수준에 무관하게 탱크 내에 저장된 가연성 가스의 액체 페이즈를 인출하도록 탱크의 베이스에 근접한, 탱크의 저부 부분에서 탱크(5a, 5b, 5c, 5d) 중 하나의 내부 공간에서 나온다. 냉각 디바이스(16)는 또한 냉각 디바이스(16)의 도입부(27)를 통해 액체 페이즈 가연성 가스를 흡입하고, 챔버(20)에 수납된 하나 이상의 분무 부재(21)로의 인출 회로(35) 내에서 이를 순환시킬 수 있는 펌핑 디바이스를 포함한다.
도시된 실시예에서, 펌핑 디바이스는:
- 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 흡입하고, 이를 전달하기 위한 펌프(26);
- 한편으로 펌프(26)의 하류의 인출 회로(35)에 연결되고, 다른 한편으로 탱크(5c)의 내부 공간에서 나타나는 복귀 파이프라인(37); 및
- 상기 인출 회로(35)에 대한 복귀 파이프라인(37)의 연결부의 하류에서 인출 회로(35)에, 그리고, 복귀 파이프라인(37) 상에 각각 설치되는 2개의 밸브(38, 39)를 포함한다.
냉각 디바이스(16)는 또한 펌핑 디바이스를 제어하기 위한 제어 유닛(36)을 포함한다. 제어 유닛(36)은 온도 센서(29) 및 가스 분석기(40)에 연결된다. 센서(29)는 중간 회로(15)에 배치되고, 따라서, 팽창 디바이스(24)의 입구에서 중간 회로(15)에서 순환하는 압축된 가스 스트림의 제2 부분의 온도 측정치(T1)를 전달할 수 있다. 가스 분석기(40)는 가스 소비 부재(2, 3, 4)에 전달되도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도를 나타내는 측정치를 전달할 수 있다.
일 실시예에 따라서, 가스 분석기(40)는 가스 스트림의 샘플의 조성을 분석할 수 있고, 따라서, 가스 소비 부재로 전달되도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도를 결정할 수 있다. 이 경우에, 도 1에 도시된 바와 같이, 가스 분석기(40)는 바람직하게는 압축기(11)와 열 교환기(8)의 제2 채널(9)의 출구(9b) 사이에서 가스의 샘플을 인출하도록 배열된다. 따라서, 분석된 가스 샘플은 일차적으로 예열되고, 두 번째로, 대기압에서 또는 실질적 대기압에 있게 되며, 이는 분석 동작을 용이하게 한다. 가스 분석기(40)는 그러나 상이하게 위치될 수 있다.
다른 실시예에 따라서, 가스 분석기(40)는 가연성 가스의 상한 발열 파워를 측정하기 위한 기계이다. 상한 발열 파워는 질소 농도의 특성이며, 발열 파워는 가스 스트림의 질소 농도의 대표적 측정치이다. 이런 경우에, 가스 분석기(40)는 유리하게는 하나 이상의 가스 소비 부재(2, 3, 4)에 통합된다.
제어 유닛(34)은 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)을 위한 한계 동작 농도, 즉, 그를 초과하면 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)의 정확한 기능이 더 이상 보증되지 않는 한계 질소 농도 미만인, 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)에 전해지도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도를 보증하도록 펌핑 디바이스를 제어하게 배열된다.
제1 예측 접근법에 따라서, 펌프(26)에 의해 전달되는 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 양은 디지털 모델링 툴에 의해 결정된다. 디지털 모델링 툴은 펌프(26)에 의해 전달되는 공칭 액체 페이즈 가연성 가스 스트림 유량을 결정하는 것을 가능하게 하며, 이는 한편으로는 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)의 한계 동작 농도 미만인 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)로 전해지도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도를 보증할 수 있게 하며, 다른 한편으로는 줄-톰슨 감압 동안 재액화 정도를 최적화할 수 있게 한다.
모델링 툴은 특히 다음 입구 파라미터의 함수로서 인출된 공칭 액체 페이즈 가연성 가스 스트림 유량을 결정한다:
- 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)에 전해지도록 의도된 가스 스트림의 및/또는 탱크 내에 저장된 가연성 가스의 가스 페이즈 및/또는 액체 페이즈의 각각의 질소 농도;
- 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에서 순환하는 증기 페이즈 가스 스트림 유량; 및
가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)로 반송된 압축된 가연성 가스 스트림의 제1 부분과 교환기(8)로 복귀된 압축된 가연성 가스 스트림의 제2 부분 사이의 비율.
가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)에 전해지도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도가 치명적 임계값 미만이라면, 제어 유닛(36)은 재액화 우선 모드에서 동작하며, 재액화 우선 모드에서 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 유량은 중간 회로(15)에서 순환하는 가스 스트림의 제2 부분의 온도(T1)가 공칭 온도에 예속되도록 결정된다. 따라서, 이 재액화 우선 모드에서, 가연성 가스 스트림의 유량은 재액화 정도를 최적화하도록 결정된다. 가연성 가스가 대기압에서 저장된 액화 천연 가스일 때, 중간 회로(15)에서 순환하는 가스 스트림의 제2 부분을 위한 공칭 온도는 통상적으로 -145℃와 -162℃ 사이, 예로서, -160℃ 정도이다.
대조적으로, 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)에 전달되도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도가 치명적 임계값과 같거나 그보다 클 때, 제어 유닛(36)은 질소 농도 우선 모드에서 동작하며, 질소 농도 우선 모드에서, 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 유량이 가스 소비 부재(들)에 급송되도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도의 대표적 측정치가 타겟 농도에 예속되도록 결정된다. 타겟 질소 농도는 그를 초과하면 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)의 정확한 기능이 더 이상 보증되지 않는, 공급될 가스 소비 부재(들)의 한계 농도보다 미소하게, 예로서, 2% 내지 3% 정도 낮게 선택된다.
제2 접근법에 따라서, 펌프(26)에 의해 전달되는 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 유량은 예로서 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에서 순환하는 가스 스트림의 질소 농도의 대표적 측정치가 타겟 농도에 예속되도록 PI 또는 PID 유형의 조정에 의해 조정된다. 증기 페이즈 가스 수집 회로에서 순환하는 가스 스트림의 타겟 질소 농도는 공급되는 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)의 한계 농도의 함수로서 결정된다.
일 실시예에 따라서, 제1 및 제2 전술한 접근법을 조합하는 것이 가능하다.
또한, 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)의 소비의 증가는 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)에서의 가스 스트림 내의 질소 농도의 순간적 증가의 발생을 제공하기 쉽다. 구체적으로, 교환기(8)에 복귀되는 스트림의 제2 부분의 유량에 대비한 가스 소비 부재(2, 3, 4)에 반송된 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 유량의 증가 동안, 탱크의 가스 헤드공간으로부터 유입되는 가스 스트림을 위해 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)에서 중간 회로(32)에서 순환하는 가스 스트림을 촉진하는 과도적 현상이 관찰되었으며, 이는 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)에서의 가스 스트림의 질소 농도의 과도적 증가를 초래한다. 따라서, 일 실시예에 따라서, 이 현상을 보상하기 위해, 제어 유닛(33)은 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)로 반송되는 가스 스트림의 제1 부분의 유량의 드리프트가 양성적일 때 공칭 유량을 증가시키기 위한 교정 인자를 갖는다.
제1 실시예에 따라서, 펌프(26)는 일정한 파워로 동작하여, 일정한 유량을 제공하고, 제어 유닛(36)은 제어 유닛(33)에 의해 결정되는 공칭 유량의 함수로서 2개의 밸브(38, 39) 중 하나 및/또는 나머지를 제어하는 신호를 생성한다. 따라서, 펌프(26)의 전달율은 일정하고, 2개의 밸브(38, 39) 중 하나 및/또는 나머지는 분무 부재(들)(21)에 반송되는 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 부분과 탱크(5c)로 복귀되는 것 사이의 분포를 변경시키도록 조정된다.
제2 실시예에 따라서, 밸브(38)는 폐쇄되는 반면, 밸브(39)는 개방되고, 제어 유닛(36)은 그 전달율을 변경하도록 펌프(26)를 제어하기 위한 신호를 생성한다.
도시되지 않은 실시예 변형예에 따라서, 설비(1)는 추가적 페이즈 분리기를 챔버(20)의 출구에 포함한다. 이런 페이즈 분리기는 일차적으로 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)에 이어지는 복귀 회로(31)에 챔버(20) 내에서 기화되지 않은 액체 페이즈를 안내하도록 의도되고, 두 번째로, 가스 페이즈를 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)에 안내하도록 의도된다.
도 2에 관련하여, 제2 양호한 실시예에 따른 설비(1)가 도시되어 있다. 이는 냉각 디바이스(16)의 특성에 대해서만 설명된 이전 설비와 상이하다.
도 2에서, 냉각 디바이스(16)는 중간 회로(15)에서 순환하는 압축된 가스 스트림과 탱크 내에 수집된 액체 페이즈 가스 스트림 사이에서 물질의 교환없는 열의 전달을 보장하는 추가적인 열 교환기(17)를 포함한다.
이를 위해, 추가적 열 교환기(17)는 각각 입구(18a, 19a) 및 출구(18b, 19b)를 포함하는 제1 및 제2 채널(18, 19)을 포함한다. 열 교환을 최적화하기 위해, 추가적 열 교환기(17)는 유리하게는 역류 교환기이다. 제1 채널(18)은 열 교환기(8)와 팽창 디바이스(14)를 연결하는 중간 회로(15)에 통합된다. 달리 말해서, 제1 채널(18)의 입구(18a)는 열 교환기(8)의 제2 채널(10)의 출구(10b)에 연결되고, 제1 채널(18)의 출구(18b)는 팽창 디바이스(14)에 연결된다. 제2 채널(19)의 입구(19a)는 인출 회로(35)에 연결되는 반면, 그 출구(19b)는 증기 페이즈 가스 인출 회로(6)에 연결된다.
달리 말하면, 도 2의 실시예는 다음의 점에서 특히 유리하다:
- 일차적으로, 열이 중간 회로(15)에서 순환하는 압축된 가스 스트림의 제2 부분으로부터 인출되며, 이는 특히 재액화 성능에 관하여 유리하다;
- 두 번째로, 기화된 가스 스트림이 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에서 순환하는 가스 스트림 내에 주입되고, 이는 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)에 전달되도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도를 감소시키는 것에 관하여 특히 유리하다.
도 2에 도시된 펌핑 디바이스는 단 하나의 펌프(26)를 포함하므로 도 1에 관하여 설명된 것에 비해 간단하다. 또한, 설비(1)는 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)에 전달되도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도의 대표적 측정치를 전달하기 위한 가스 분석기(40) 및 추가적 열 교환기(17)의 제1 채널(18)의 출구(18b)에서, 즉, 팽창 디바이스(14)의 입구에서 가스 스트림의 제2 부분의 온도(T1)를 측정하기 위한 센서(28)를 포함한다. 도 1의 실시예에서와 같이, 제어 유닛(36)은 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)의 한계 동작 농도 미만인 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)에 전달되도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도를 보증하도록 펌프(26)를 제어하기 위한 신호를 생성한다.
특정 동작 조건 하에서, 특히, 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)에 전달되도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도가 높을 때, 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 인출되고 증기 페이즈로서 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 주입되도록 의도된 액체 페이즈 가스 유동은 추가적 열 교환기(17)에서 완전히 기화되기에 너무 높은 것으로 판명될 수 있다. 달리 말하면, 추가적 열 교환기(17)의 제2 채널(19)의 출구(19b)에서의 가스 스트림은 액체-증기 2-페이즈 상태가 되기 쉽다.
따라서, 도 4에 예시된 실시예 변형예에서, 추가적 교환기(17)의 출구에서의 액체-증기 2-페이즈 상태의 가스 스트림의 가능한 존재와 연계한 문제점을 해결하기 위해, 추가적 교환기(17)가 열 교환기(8) 위에 배치되어 추가적 열 교환기(17)의 제2 채널(19)의 출구(19b)에서 가스 스트림이 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)로 중력에 의해 유동할 수 있다.
도 5에 예시된 다른 실시예에서, 추가적 교환기(17)의 출구에서 액체-증기 2-페이즈 상태의 가스 스트림의 존재를 피하기 위해, 냉각 디바이스(16)는 도 2에 관련하여 설명된 추가적 열 교환기(17)에 추가로, 제2 추가적 열 교환기(41)를 포함하고, 이는 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 인출된 액체 페이즈 가스 스트림과 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에서 순환하는 가스 스트림 사이에서 열을 전달한다.
이를 위해, 제2 추가적 열 교환기(41)는 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 통합된 제1 채널(42) 및 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 연결된 출구(43b)와 인출 회로(35)에 연결된 입구(43a)를 포함하는 제2 채널(43)을 포함한다.
2개의 추가적 교환기(17, 41) 각각은 각각의 밸브(44, 45)를 통해 인출 회로(35)에 연결된다. 따라서, 2개의 추가적 교환기(17, 41) 사이의 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 액체 페이즈로서 인출된 가스 스트림의 분포가 조절될 수 있다. 특히, 밸브(44, 45)는 단지 가스의 잉여량, 즉, 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 인출된 액체 페이즈 가스 스트림 모두가 그로 안내되는 경우, 추가적 열 교환기(17)에서 기화될 수 없는 가스의 양이 제2 추가적 열 교환기(41)로 안내되도록 조종될 수 있다.
도 5는 다음 천연 가스 스트림을 위한 액체 상태의 천연 가스의 질소 농도의 함수로서 질소 농도를 나타낸다:
- 탱크로부터 인출된 증기 페이즈 가스 스트림(곡선 a);
- 종래 기술에 따른 설비에서 가스 소비 부재(2, 3, 4)로 반송되도록 의도된 압축된 가연성 가스 스트림의 제1 부분(곡선 b); 및
- 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 액체 페이즈로서 인출되고 추가적 열 교환기(17)에서 기화된 가스의 유량이 재액화 수율을 최적화하도록 조절되는 도 2에 따른 설비에서 가스 소비 부재(2, 3, 4)로 반송되도록 의도된 압축된 가연성 가스 스트림의 제1 부분(곡선 c).
도 5는 탱크로부터 인출된 증기 페이즈 가스 스트림이 -120℃의 온도를 갖고, 가연성 가스 스트림의 유동의 70 %가 열 교환기(8)로 복귀되어 그 곳에서 재액화되는 동작 조건을 나타낸다. 도 5에 관련하여, 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)에서 액체의 분무는 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)의 동작 모드와 호환성이 되도록 가스 소비 부재(들)(2, 3, 4)에 반송되도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도를 실질적으로 감소시킬 수 있게 한다는 것이 관찰되었다. 또한, 이는 재액화 수율 열화 없이 달성된다.
도 6은 열 교환기(8)로 가연성 가스 스트림의 유동의 단지 50%만이 복귀되어 그 곳에서 재액화될 때의 유사한 그래프를 나타낸다.
도 7은 내부에서의 재액화를 위해 열 교환기(8)로 복귀되는 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 유량의 함수로서 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가스의 유량과 재액화된 가스의 유량 사이의 차이를 나타내는 그래프이다. 도 1에 예시된 바와 같은 설비에서의 재액화 성능 품질은 곡선 a에 나타나 있고, 도 2에 예시된 바와 같은 설비에서의 것들은 곡선 b에 나타나 있다. 설비의 동작 조건은 다음과 같다: 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 수집된 증기 페이즈 천연 가스의 질소 농도는 20%이고, 그 온도는 -140℃이며, 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)에서의 천연 가스 스트림의 총 유량은 4700 kg/hour이고, 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 천연 가스 스트림의 유량은 중간 회로(22)에서 순환하는 가스 스트림의 제2 부분의 온도(T1)가 -160℃의 공칭 온도에 예속되도록 조절된다. 도 7은 따라서 도 2의 설비의 증가된 효율을 예시한다.
도 8은 내부에서의 재액화를 위해 열 교환기(8)로 복귀되는 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 유량의 함수로서 가스 소비 부재(2, 3, 4)로 반송되도록 의도된 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타낸다. 곡선 a는 종래 기술의 설비에서, 즉, 어떠한 가스 유동도 탱크로부터 액체 페이즈에서 인출되어 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 추가되지 않을 때의 질소 함량에 대응하는 반면, 곡선 b는 도 1 및 도 2에 설명된 바와 같은 설비에 의해 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 액체 페이즈로 가스가 인출되고, 기화되어 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 주입될 때의 질소 함량에 대응한다. 설비의 동작 조건은 도 7에 관련하여 설명된 것들과 동일하다. 따라서, 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같은 설비가 가스 소비 부재(2, 3, 4)에 반송된 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 현저히 감소시켜 상기 가스 소비 부재(2, 3, 4)의 동작 요건을 준수할 수 있게 한다는 것이 관찰되었다.
도 9는 열 교환기(8)로 복귀되는 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 유량의 함수로서 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가스의 유량과 재액화된 가스의 유량 사이의 차이를 나타내는 그래프이다. 설비의 동작 조건은 도 7에 관련하여 설명된 것들과 동일하다. 곡선 a는 종래 기술에 따른 설비에서, 즉, 어떠한 가스 유동도 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 액체 페이즈로 인출되어 증기 페이즈 가스 수집 회로에 추가되지 않을 때의 재액화 성능 품질에 대응하는 반면, 곡선 b는 도 2에 설명된 바와 같은 설비에 의해 탱크로부터 액체 페이즈로 가스가 인출되고, 기화되어 증기 페이즈 가스 수집 회로에 주입될 때의 재액화 성능 품질에 대응한다.
따라서, 도 2에 관련하여 설명된 바와 같은 냉각 디바이스의 사용은 가스 소비 부재(2, 3, 4)로 전달되도록 의도된 가스 스트림의 질소 농도를 감소시키는 것을 가능하게 할 수 있으며, 동시에, 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 소정 유량 값까지 재액화 수율을 증가시키면서 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 상기 유량 값을 초과하여 재액화 수율을 현저히 감소시키지 않는다는 것이 관찰되었다.
또한, 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로부터 인출된 증기 페이즈의 천연 가스의 온도가 높을수록, 종래 기술에 따른 설비에 비해 도 2에 설명된 바와 같은 설비에서 더 많은 재액화 수율 비교치가 향유될 것임을 유의하여야 한다.
도 10은 액화 천연 가스 같은 가연성 가스를 로딩/언로딩하고, 도시되지 않은 부유 또는 육상 기반 설비와 선박(41) 사이의 인터페이스를 형성하기 위한 전달 시스템(40)을 도시한다. 선박(41)은 전술한 바와 같이 가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고, 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비를 구비한다. 예로서, 도시되지 않은 유체 밀폐 및 절연 탱크는 대체로 각주형 형태로 이루어지고, 선박의 이중 선체에 장착된다.
제품 전달은 42로 표시된 침지된 극저온 라인에 의해 보증된다. 부유 또는 육상 기반 설비와 선박(41) 사이의 인터페이스를 형성하는 전달 시스템(40)은 가요성 전달 파이프(46)에 침지된 극저온 라인(42)을 연결할 수 있게 하는 모든 장비를 수용하도록 메인 플랫폼(45) 및 저장/취급 갠트리(44)를 지탱하는 적어도 하나의 플랫폼(43)을 포함한다. 각각의 가요성 전달 파이프(46)는 연결 모듈(48)을 통해 선박의 매니폴드(47)에 연결되도록 의도된다. 선박의 매니폴드(47)는 탱크로부터 또는 탱크로 액화된 가스의 화물을 전달하기 위해 선박(41)의 상부 데크에 배열된 로딩/언로딩 파이프라인에 의해 탱크에 연결된다.
갠트리(44)의 주요 기능은 크레인 및 윈치에 의해 전달 부분, 즉, 각 연결 모듈(48) 및 가요성 전달 파이프(46)의 이동 단부의 취급 및 저장을 가능하게 하는 것이다.
실시예에 따라서, 전달 시스템은 3개의 병렬 가요성 전달 파이프(46)를 포함하고, 그 중 2개는 부유 또는 육상 기반 설비와 선박 사이의 액화 천연 가스의 전달을 가능하게 하는 반면, 제3 전달 파이프는 선박의 탱크의 가스 헤드공간의 압력을 균형화하기 위해 가스를 전달할 수 있게 한다.
액화된 가스의 전달을 위해 필요한 압력을 생성하기 위해, 선박(41)의 온보드 펌프가 사용되고 및/또는 육상 기반 설비에 펌프가 설치되고 및/또는 전달 시스템(40)에 펌프가 설치된다.
비록, 다수의 특정 실시예와 연계하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 어떠한 방식으로도 이에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에 포함된다면 설명된 수단의 모든 기술적 균등물 및 그 조합을 포함한다는 것은 명백하다.
동사 "포함하다" 또는 "수용하다" 및 그 활용형은 청구범위에 기재된 것들 이외의 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다.
이 때문에, 본 기술의 일부 비제한적 실시예에 따라 구현되는 방법 및 설비는 번호매김된 조항에 나타나있는, 다음과 같이 표현될 수 있다.
[조항 1] 가스 소비 부재(2, 3, 4)에 가연성 가스를 급송하고 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비(1)이며, 설비(1)는:
- 액체-증기 2-페이즈 평형 상태의 가연성 가스로 충전되도록 의도된 내부 공간을 포함하는 밀폐된 단열 탱크(5a, 5b, 5c, 5d);
- 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)의 내부 공간에서 나타나고, 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)의 내부 공간으로부터 증기 페이즈 가연성 가스 스트림을 인출하도록 배열된 도입부(7a, 7b, 7c, 7d)를 포함하는 증기 페이즈 가스 수집 회로(6); 및
- 제1 및 제2 채널(9, 10)과 제2 채널(10)로부터 제1 채널(9)로 열을 전달하기 위한 열 교환 벽을 포함하는 열 교환기(8)로서, 제1 채널(9) 및 제2 채널(10) 각각은 입구(9a, 10a)와 출구(9b, 10b)를 포함하고; 제1 채널(9)의 입구(9a)는 열 교환기(8)에서 증기 페이즈 가연성 가스 스트림을 가열하도록 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 연결되는, 열 교환기;
- 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 출구에서 가연성 가스 스트림을 압축하도록 상류에서 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 출구(9b)에 연결되고 3방 커넥터(12, 13)에 하류에서 연결되는 압축기(11)로서, 3방 커넥터는 가연성 가스 스트림의 제1 부분을 가스 소비 부재(2, 3, 4)에 반송할 수 있고, 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 냉각하기 위해 열 교환기(8)의 제2 채널(10)의 입구(10a)로 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 반송할 수 있는, 압축기; 및
- 중간 회로(15)를 통해 열 교환기(8)의 제2 채널(10)의 출구(10b)에 상류에서 연결되고 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로 이어지는 복귀 회로(31)에 하류에서 연결되는 팽창 디바이스(14)- 팽창 디바이스(14)는 중간 회로(15)로부터 유입되는 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 감압하도록 배열됨 -를 포함하고;
설비(1)는 인출 회로(35)를 포함하는 냉각 디바이스(16)를 또한 포함하고, 상기 인출 회로는 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)의 내부 공간에서 나타나면서 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)의 내부 공간의 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 인출하도록 배열되는 도입부(27)를 포함하고; 상기 냉각 디바이스(16)는 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림과 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에서 순환하는 증기 페이즈 가연성 가스 스트림 및 중간 회로(15)에서 순환하는 가연성 가스 스트림의 제2 부분으로부터 선택된 냉각될 가연성 가스 스트림 사이에서 열을 전달하도록 배열되어 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 기화하고 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 기화의 잠열을 사용하여 냉각될 가연성 가스 스트림을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
[조항 2] 조항 1에 따른 설비(1)이며, 가연성 가스는 질소를 포함하는 가스 혼합물이고, 냉각 디바이스(16)는 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에서 순환하는 가연성 가스 스트림의 질소 함량을 감소시키기 위해 냉각 디바이스(16)의 기화된 가스 스트림을 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)로 반송하도록 배열된다.
[조항 3] 조항 2에 따른 설비이며, 냉각 디바이스(16)는 추가적 열 교환기(17)를 포함하고, 추가적 열 교환기는 제1 및 제2 채널(18, 19)과 제1 채널(18)로부터 추가적 열 교환기(17)의 제2 채널(19)로 열을 전달하기 위한 열 교환 벽을 포함하며, 상기 제1 채널(18) 및 상기 제2 채널(19) 각각은 입구(18a, 19a) 및 출구(18b, 19b)를 포함하고, 상기 제1 채널(18)은 열 교환기(8)와 팽창 디바이스(14)를 연결하는 중간 회로(15)에 통합되고, 상기 제2 채널(19)의 입구(19a)는 냉각 디바이스(16)의 인출 회로(35)에 연결되고, 상기 제2 채널(19)의 출구(19b)는 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 연결된다.
[조항 4] 조항 3에 따른 설비이며, 추가적 열 교환기(17)는 열 교환기(8) 위에 중첩되고, 추가적 열 교환기(17)의 제2 채널(19)의 출구는 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)에 연결되어 액체 페이즈 가스 스트림이 추가적 열 교환기(17)의 제2 채널(19)의 출구로부터 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)로 중력에 의해 유동될 수 있다.
[조항 5] 조항 3에 따른 설비이며, 냉각 디바이스(16)는 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 통합되는 제1 채널(42) 및 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 연결된 출구(43b)와 인출 회로(35)에 연결된 입구(43a)를 포함하는 제2 채널(43)을 포함하는 제2 추가적 열 교환기(41)를 포함한다.
[조항 6] 조항 2에 따른 설비이며, 냉각 디바이스(16)는 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)의 도입부(7a, 7b, 7c, 7d)와 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a) 사이에서 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 통합된 챔버(20) 및 분무 부재(21)를 포함하고, 분무 부재는 냉각 디바이스(16)의 인출 회로(35)에 연결되고 챔버(20) 내로 액체 페이즈 가연성 가스를 분무하도록 배열되어 탱크의 내부 공간으로부터 인출된 증기 페이즈 가스 스트림을 냉각시키고 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에서 순환하는 가연성 가스 스트림의 질소 함량을 감소시킨다.
[조항 7] 조항 2 내지 6 중 어느 하나에 따른 설비이며, 냉각 디바이스(16)는 냉각 디바이스(16)의 도입부(27)를 통해 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 흡입하고 이를 인출 회로(35)로 전달하는 펌핑 디바이스(26)를 포함한다.
[조항 8] 조항 7에 따른 설비이며, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 대표적 측정치를 전달할 수 있는 가스 분석기(40)를 포함하고, 제어 유닛(36)은 가스 소비 부재의 제한 동작 농도 미만인 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 보증하도록 가스 소비 부재(2, 3, 4)에 반송되는 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 대표적 측정치의 함수로서 펌핑 디바이스(26)를 위한 제어 신호를 생성하도록 배열된다.
[조항 9] 조항 8에 따른 설비이며, 제어 유닛(36)은 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 대표적 측정치 및 가스 소비 부재의 제한 동작 농도 미만인 공칭 농도의 함수로서, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 공칭 농도에 예속시키도록 펌핑 디바이스(26)를 위한 제어 신호를 생성하도록 배열된다.
[조항 10] 조항 8에 따른 설비이며, 제어 유닛(36)은
- 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 대표적 측정치 및 가스 소비 부재의 제한 동작 농도 미만인 공칭 농도의 함수로서, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 공칭 농도에 예속시키도록 펌핑 디바이스(26)의 제어 신호를 생성하도록 배열되는 질소 농도 우선 모드; 및
- 팽창 디바이스(14)의 입구의 중간 회로(15)에서 순환하는 가스 스트림의 제2 부분의 온도 측정치(T1)와 공칭 온도의 함수로서 공칭 온도에 대해 온도(T1)를 예속시키도록 펌핑 디바이스(26)를 위한 제어 신호를 생성하는 재액화 우선 모드를 포함하고;
상기 제어 유닛(36)은 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 대표적 측정치의 함수로서 질소 농도 우선 모드로부터 재액화 우선 모드로 전환하도록 배열된다.
[조항 11] 조항 1 내지 10 중 어느 하나에 따른 설비이며, 팽창 디바이스(23)는 팽창 밸브이다.
[조항 12] 조항 1 내지 조항 11 중 어느 하나에 따른 설비이며, 상류에서 팽창 디바이스(14)에, 그리고, 하류에서 한편으로는 탱크로 이어지는 복귀 회로(31)에 그리고 다른 한편으로는 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 연결된 복귀 파이프(32)에 연결되는 페이즈 분리기(25)를 포함하고; 페이즈 분리기(25)는 가연성 가스 스트림의 액체 페이즈를 복귀 회로(31)로 반송하고 가연성 가스 스트림의 가스 페이즈를 복귀 파이프(32)로 반송하도록 배열된다.
[조항 13] 조항 1 내지 12 중 어느 하나에 따른 설비에 의해 가연성 가스를 가스 소비 부재에 공급하고 상기 가연성 가스를 액화시키는 방법이며:
- 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)의 도입부(7a, 7b, 7c, 7d)로부터 열 교환기(8)의 제1 채널(9)의 입구(9a)로 증기 페이즈 가연성 가스 스트림을 반송하는 단계;
- 제2 채널(10)로부터 열 교환기(8)의 제1 채널(9)로 열을 전달하는 단계;
- 열 교환기(8)의 제1 채널(9)을 나가는 가연성 가스 스트림을 압축하는 단계;
- 압축된 가연성 가스 스트림의 제1 부분을 가스 소비 부재(2, 3, 4)로 반송하고 압축된 가스 스트림의 제2 부분을 열 교환기(8)의 제2 채널(10)의 입구(10a)로 반송하는 단계; 및
- 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 열 교환기(8)의 제2 채널로부터 중간 회로(15)를 통해 팽창 디바이스(14)로 반송하는 단계;
- 중간 회로(15)로부터 유입되는 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 감압하는 단계;
- 감압된 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 적어도 하나의 액체 페이즈 부분을 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)로 반송하는 단계;
- 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 탱크(5a, 5b, 5c, 5d)의 내부 공간으로부터 인출하는 단계;
- 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림과 증기 페이즈 가스 수집 회로(6) 내에서 순환하는 증기 페이즈 가스 스트림 및 중간 회로(15)에서 순환하는 가스 스트림의 제2 부분으로부터 선택된 냉각될 가스 스트림 사이에서 열을 전달하여 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 기화시키고, 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 기화의 잠열을 사용하여 냉각될 가스 스트림을 냉각하는 단계를 포함한다.
[조항 14] 조항 13에 따른 방법이며, 가연성 가스는 질소를 포함하는 가스 혼합물이고, 냉각 디바이스(16) 내의 기화된 가스 스트림은 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)로 반송한다.
[조항 15] 조항 14에 따른 방법이며, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타내는 변수가 측정되고, 냉각 디바이스(16)의 인출 회로(35)에서 순환하는 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 유량이 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타내는 변수의 함수로서 조정된다.
[조항 16] 조항 15에 따른 방법이며, 냉각 디바이스(16)의 인출 회로(35)에서 순환하는 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 유량은 공칭 농도와 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타내는 변수의 함수로서 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 공칭 농도에 예속시키도록 조정된다.
[조항 17] 조항 1 내지 12 중 어느 하나에 따른 설비(1)를 포함하는 선박(40).
[조항 18] 조항 17에 따른 선박(40)을 로딩하거나 비우기 위한 방법이며, 가연성 가스는 부유 또는 육상 기반 저장 설비로부터 선박의 탱크로 또는 그 반대로 극저온 전달 파이프(42, 46)를 통해 전달된다.
[조항 19] 가연성 가스를 전달하기 위한 시스템이며, 조항 17에 따른 선박(40), 선박의 선체에 설치된 탱크를 부유 또는 육상 기반 저장 설비에 연결하도록 배열되는 극저온 전달 파이프(42, 46) 및 부유 또는 육상 기반 저장 설비로부터 선박의 탱크로 또는 그 반대로 단열된 파이프라인을 통해 가연성 가스 스트림을 구동하기 위한 펌프를 포함한다.

Claims (16)

  1. 가스 소비 부재에 가연성 가스를 급송하고 상기 가연성 가스를 액화하기 위한 설비이며:
    - 액체-증기 2-페이즈 평형 상태의 가연성 가스로 충전되도록 의도된 내부 공간을 포함하는 밀폐된 단열 탱크;
    - 탱크의 내부 공간에서 나타나고, 탱크의 내부 공간으로부터 증기 페이즈 가연성 가스 스트림을 인출하도록 배열된 도입부를 포함하는 증기 페이즈 가스 수집 회로; 및
    - 제1 및 제2 채널과 제2 채널로부터 제1 채널로 열을 전달하기 위한 열 교환 벽을 포함하는 열 교환기로서, 제1 채널 및 제2 채널 각각은 입구와 출구를 포함하고; 제1 채널의 입구는 열 교환기에서 증기 페이즈 가연성 가스 스트림을 가열하도록 증기 페이즈 가스 수집 회로(6)에 연결되는, 열 교환기(8);
    - 열 교환기의 제1 채널의 출구에서 가연성 가스 스트림을 압축하도록 상류에서 열 교환기의 제1 채널의 출구에 연결되고 3방 커넥터에 하류에서 연결되는 압축기로서, 3방 커넥터는 가연성 가스 스트림의 제1 부분을 가스 소비 부재에 반송할 수 있고, 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 냉각하기 위해 열 교환기의 제2 채널의 입구로 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 반송할 수 있는, 압축기; 및
    - 중간 회로를 통해 열 교환기의 제2 채널의 출구에 상류에서 연결되고 탱크로 이어지는 복귀 회로에 하류에서 연결되는 팽창 디바이스- 팽창 디바이스는 중간 회로로부터 유입되는 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 감압하도록 배열됨 -
    를 포함하는 설비에 있어서;
    설비(1)는 인출 회로를 포함하는 냉각 디바이스를 또한 포함하고, 상기 인출 회로는 탱크의 내부 공간에서 나타나면서 탱크의 내부 공간의 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 인출하도록 배열되는 도입부를 포함하고; 상기 냉각 디바이스는 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림과 증기 페이즈 가스 수집 회로에서 순환하는 증기 페이즈 가연성 가스 스트림 사이에서 열을 전달하도록 배열되어 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 기화하고 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 기화의 잠열을 사용하여 냉각될 가연성 가스 스트림을 냉각시키고,
    냉각 디바이스는 증기 페이즈 가스 수집 회로의 도입부와 열 교환기의 제1 채널의 입구 사이에서 증기 페이즈 가스 수집 회로에 통합된 챔버 및 분무 부재를 포함하고, 분무 부재는 냉각 디바이스의 인출 회로에 연결되고 챔버 내로 액체 페이즈 가연성 가스를 분무하도록 배열되어 탱크의 내부 공간으로부터 인출된 증기 페이즈 가스 스트림을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 설비.
  2. 제1항에 있어서, 가연성 가스는 질소를 포함하는 가스 혼합물이고, 냉각 디바이스는 증기 페이즈 가스 수집 회로에서 순환하는 가연성 가스 스트림의 질소 함량을 감소시키기 위해 냉각 디바이스의 기화된 가스 스트림을 증기 페이즈 가스 수집 회로로 반송하도록 배열되는 설비(1).
  3. 제2항에 있어서, 냉각 디바이스(16)는 냉각 디바이스(16)의 도입부(27)를 통해 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 흡입하고 이를 인출 회로(35)로 전달하는 펌핑 디바이스(26)를 포함하는 설비.
  4. 제3항에 있어서, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 측정치를 전달할 수 있는 가스 분석기를 포함하고, 제어 유닛은 가스 소비 부재의 제한 동작 농도 미만인 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 보증하도록 가스 소비 부재에 반송되는 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 측정치의 함수로서 펌핑 디바이스를 위한 제어 신호를 생성하도록 배열되는 설비.
  5. 제4항에 있어서, 제어 유닛은 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 측정치 및 가스 소비 부재의 제한 동작 농도 미만인 공칭 농도의 함수로서, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 공칭 농도에 예속시키도록 펌핑 디바이스를 위한 제어 신호를 생성하도록 배열되는 설비.
  6. 제4항에 있어서, 제어 유닛은
    - 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 측정치 및 가스 소비 부재의 제한 동작 농도 미만인 공칭 농도의 함수로서, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 공칭 농도에 예속시키도록 펌핑 디바이스의 제어 신호를 생성하도록 배열되는 질소 농도 우선 모드; 및
    - 팽창 디바이스의 입구의 중간 회로에서 순환하는 가스 스트림의 제2 부분의 온도 측정치(T1)와 공칭 온도의 함수로서 공칭 온도에 대해 온도(T1)를 예속시키도록 펌핑 디바이스를 위한 제어 신호를 생성하는 재액화 우선 모드를 포함하고;
    상기 제어 유닛은 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도의 측정치의 함수로서 질소 농도 우선 모드로부터 재액화 우선 모드로 전환하도록 배열되는 설비.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 팽창 디바이스는 팽창 밸브인 설비.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상류에서 팽창 디바이스에, 그리고, 하류에서 한편으로는 탱크로 이어지는 복귀 회로에 그리고 다른 한편으로는 증기 페이즈 가스 수집 회로에 연결된 복귀 파이프에 연결되는 페이즈 분리기를 포함하고; 페이즈 분리기는 가연성 가스 스트림의 액체 페이즈를 복귀 회로로 반송하고 가연성 가스 스트림의 가스 페이즈를 복귀 파이프로 반송하도록 배열되는 설비.
  9. 제1항에 따른 설비에 의해 가연성 가스를 가스 소비 부재에 공급하고 상기 가연성 가스를 액화시키는 방법이며:
    - 증기 페이즈 가스 수집 회로의 도입부로부터 열 교환기의 제1 채널의 입구로 증기 페이즈 가연성 가스 스트림을 반송하는 단계;
    - 제2 채널로부터 열 교환기의 제1 채널로 열을 전달하는 단계;
    - 열 교환기의 제1 채널(9)을 나가는 가연성 가스 스트림을 압축하는 단계;
    - 압축된 가연성 가스 스트림의 제1 부분을 가스 소비 부재로 반송하고 압축된 가스 스트림의 제2 부분을 열 교환기의 제2 채널의 입구로 반송하는 단계;
    - 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 열 교환기의 제2 채널로부터 중간 회로를 통해 팽창 디바이스로 반송하는 단계;
    - 중간 회로로부터 유입되는 가연성 가스 스트림의 제2 부분을 감압하는 단계;
    - 감압된 가연성 가스 스트림의 제2 부분의 적어도 하나의 액체 페이즈 부분을 탱크로 반송하는 단계;
    - 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 탱크의 내부 공간으로부터 인출하는 단계;
    - 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림과 증기 페이즈 가스 수집 회로 내에서 순환하는 증기 페이즈 가스 스트림 사이에서 열을 전달하여 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림을 기화시키고, 탱크로부터 인출된 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 기화의 잠열을 사용하여 냉각될 가스 스트림을 냉각하는 단계는, 증기 페이즈 가스 수집 회로의 도입부와 열 교환기의 제1 채널의 입구 사이에서 증기 페이즈 가스 수집 회로에 통합된 챔버 및 분무 부재를 포함하고, 분무 부재는 냉각 디바이스의 인출 회로에 연결되고 챔버 내로 액체 페이즈 가연성 가스를 분무하도록 배열되어 탱크의 내부 공간으로부터 인출된 증기 페이즈 가스 스트림을 냉각시키는 냉각 디바이스에 의해 이루어지는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 가연성 가스는 질소를 포함하는 가스 혼합물이고, 냉각 디바이스 내의 기화된 가스 스트림은 증기 페이즈 가스 수집 회로로 반송되는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타내는 변수가 측정되고, 냉각 디바이스의 인출 회로에서 순환하는 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 유량이 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타내는 변수의 함수로서 조정되는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 냉각 디바이스의 인출 회로에서 순환하는 액체 페이즈 가연성 가스 스트림의 유량은 공칭 농도와 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 나타내는 변수의 함수로서 가연성 가스 스트림의 제1 부분의 질소 농도를 공칭 농도에 예속시키도록 조정되는 방법.
  13. 제1항에 따른 설비를 포함하는 선박.
  14. 제13항에 따른 선박을 로딩하거나 비우기 위한 방법이며, 가연성 가스는 부유 또는 육상 기반 저장 설비로부터 선박의 탱크로 또는 그 반대로 단열된 파이프라인을 통해 전달되는 방법.
  15. 가연성 가스를 전달하기 위한 시스템이며, 제13항에 따른 선박, 선박의 선체에 설치된 탱크를 부유 또는 육상 기반 저장 설비에 연결하도록 배열되는 단열된 파이프라인 및 부유 또는 육상 기반 저장 설비로부터 선박의 탱크로 또는 그 반대로 단열된 파이프라인을 통해 가연성 가스 스트림을 구동하기 위한 펌프를 포함하는 시스템.
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