KR102192106B1

KR102192106B1 - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박

Info

Publication number: KR102192106B1
Application number: KR1020190042722A
Authority: KR
Inventors: 김주일; 이진광; 박종완
Original assignee: 한국조선해양 주식회사
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2020-12-16
Also published as: KR20200049460A; KR102200375B1; KR102190940B1; KR20200049456A; KR102200376B1; KR102192107B1; KR20200049459A; KR20200049457A; KR20200049458A; KR20200049455A; KR102190950B1

Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 가스 처리 시스템은 액화가스 저장탱크의 증발가스를 압축하는 2단의 극저온용 압축기가 병렬로 마련되는 저압 압축부; 상기 극저온용 압축기에서 가압된 증발가스를 가압하여 고압 수요처로 공급하는 4단 이상의 상온용 압축기가 마련되는 고압 압축부; 상기 고압 압축부에서 토출되어 상기 고압 수요처로 전달되는 증발가스 중 일부를 상기 저압 압축부로 유입되는 증발가스와 열교환하는 증발가스 열교환기; 상기 고압 압축부에서 압축된 후 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스를 감압하는 감압밸브; 및 상기 감압밸브에서 감압된 증발가스를 기액분리하여 액상 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 전달하는 액화가스 기액분리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{treatment system for gas and vessel having the same}

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 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 액화가스는 다양한 수요처로 공급되어 사용되는데, 최근에는 액화천연가스를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 개발되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.

그러나 엔진 등과 같은 수요처가 요구하는 액화가스의 온도 및 압력 등은, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 액화가스의 온도 및 압력 등을 제어하여 수요처에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 수요처가 요구하는 압력에 맞추어 수요처에 가스를 효율적으로 공급할 수 있는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크의 증발가스를 압축하는 2단의 극저온용 압축기가 병렬로 마련되는 저압 압축부; 상기 극저온용 압축기에서 가압된 증발가스를 가압하여 고압 수요처로 공급하는 4단 이상의 상온용 압축기가 마련되는 고압 압축부; 상기 고압 압축부에서 토출되어 상기 고압 수요처로 전달되는 증발가스 중 일부를 상기 저압 압축부로 유입되는 증발가스와 열교환하는 증발가스 열교환기; 상기 고압 압축부에서 압축된 후 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스를 감압하는 감압밸브; 및 상기 감압밸브에서 감압된 증발가스를 기액분리하여 액상 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 전달하는 액화가스 기액분리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 액화가스 기액분리기는, 상기 감압밸브에서 감압된 증발가스를 기액분리하여 기상 증발가스를 상기 증발가스 열교환기로 전달할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 상기 상온용 압축기에서 사용되는 윤활유가 증발가스에 혼합되어 상기 증발가스 열교환기로 유입되고, 상기 증발가스 열교환기에 유입된 윤활유의 제거를 위해 상기 저압 압축부에서 압축된 고온 증발가스를 상기 증발가스 열교환기에 주입하는 경우, 상기 액화가스 기액분리기에서 분리되어 상기 증발가스 열교환기를 경유한 기상 증발가스를 저압 수요처로 전달하는 기상 증발가스 회수라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되는 증발가스가 상기 증발가스 열교환기를 경유하여 상기 저압 압축부로 전달되도록 하는 증발가스 경유라인; 및 상기 증발가스 경유라인의 흐름을 제어하는 증발가스 경유밸브를 더 포함하며, 상기 증발가스 경유밸브는, 상기 증발가스 열교환기에 유입된 윤활유의 제거를 위해 상기 저압 압축부에서 압축된 고온 증발가스를 상기 증발가스 열교환기에 주입할 경우, 상기 증발가스 열교환기에 주입된 증발가스가 고온 상태를 유지할 수 있도록 상기 증발가스 경유라인의 흐름을 차단할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 상기 액화가스 저장탱크와 상기 저압 압축부 사이에 마련되고, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 전달 받아 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 예냉하는 예냉기; 및 상기 예냉기에서 냉각된 증발가스를 공급 받아 기상을 분리하여 상기 저압 압축부로 전달하는 증발가스 기액분리기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 저압 압축부에서 토출되어 상기 고압 압축부로 전달되는 증발가스 중 적어도 일부는 저압 수요처로 공급되고, 상기 저압 수요처는 발전 엔진, 및 가스연소장치(GCU) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 저압 압축부와 상기 고압 압축부 사이의 증발가스의 압력은 6 내지 7 bar로 조절될 수 있다.

구체적으로, 상기 저압 압축부는, 상기 극저온용 압축기에서 토출된 증발가스를 냉각하는 냉각기; 및 상기 극저온용 압축기와 상기 냉각기 사이에 마련되고, 상기 극저온용 압축기에서 서지 현상 발생 시에 상기 극저온용 압축기에서 토출된 증발가스를 상기 저압 압축부에 공급되는 증발가스에 합류시키는 안티서지 밸브를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 고압 압축부는, 상기 고압 압축부에서 토출된 증발가스를 상기 고압 압축부로 회수하는 회수 밸브; 및 상기 고압 압축부 후단에 마련되고 상기 고압 압축부에서 토출된 증발가스의 압력이 상기 고압 수요처의 요구 압력으로 유지되도록, 상기 회수 밸브의 개폐를 조절하는 하류 압력 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 고압 압축부는, 상기 고압 압축부 전단에 마련되고 상기 고압 압축부 전단의 증발가스 압력이 일정 압력 이하이면, 상기 회수 밸브를 개방하여 상기 고압 압축부에서 토출된 증발가스를 상기 고압 압축부로 회수하는 상류 압력 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 극저온용 압축기는 원심형 압축기이며, 상기 상온용 압축기는 왕복동형 압축기일 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 압축하여 송출하는 액화가스 펌프; 및 상기 액화가스 펌프에서 토출된 액화가스를 기화시켜 상기 고압 수요처로 기화된 액화가스를 공급하는 액화가스 기화기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 고압 수요처 및 저압 수요처 각각이 요구하는 압력으로 증발가스의 압력을 조절하여, 고압 수요처와 저압 수요처에 효과적으로 증발가스를 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 저압 압축부에 극저온용 압축기를 병렬로 마련함으로써, 극저온용 압축기의 백업 및 부하를 분담할 수 있다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 저압 압축부와 고압 압축부를 별도로 제어할 수 있어, 압력이 서로 다른 다양한 수요처로 증발가스를 원활하게 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 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.

이하에서, 고압(HP: High pressure), 저압(LP: Low pressure)은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.

이하에서, 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.

이하에서는 본 발명의 가스 처리 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 가스 처리 시스템과 이를 가지는 선박을 포함하는 것이다. 이때 선박은 액화가스 운반선 외에도 액화가스가 아닌 화물 등을 적재하는 일반 상선일 수 있고, 더 나아가 상선이 아닌 FSRU, FLNG 등의 해양 구조물도 모두 포괄하는 표현임을 알려둔다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이하에서는 도 1 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 가스 처리 시스템에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 저압 압축부(20), 고압 압축부(30), 예냉기(52), 증발가스 기액분리기(51)를 포함한다.

액화가스 저장탱크(10)는, 저압 수요처(200) 및 고압 수요처(100)에 공급될 액화가스를 저장한다. 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 액체상태의 액화가스를 보관할 수 있고, 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에는 펌프(11)가 마련될 수 있으며, 펌프(11)를 통해 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 빼낼 수 있다. 펌프(11)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 저장된 액화가스에 잠기도록 구비되거나 또는 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 구비될 수 있다.

저압 압축부(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 저압 수요처(200)가 요구하는 압력인 제1 압력으로 가압하여, 저압 수요처(200)로 공급할 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 저압 수요처(200)의 연료로 활용함으로써, 증발가스를 효율적으로 이용할 수 있다.

저압 압축부(20)는, 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스를 제1 압력으로 가압하는 극저온용 압축기(21)를 포함한다. 극저온용 압축기(21)는 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 약 -100도의 저온 상태인 증발가스를 효과적으로 압축할 수 있다.

극저온용 압축기(21)는 다단으로 마련될 수 있고, 구체적으로 2단으로 마련될 수 있다. 2단의 극저온용 압축기(21)를 마련함으로써, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 극저온의 증발가스를 저압 수요처(200)의 요구 압력으로 가압하는 것이 용이할 수 있다.

저압 압축부(20)에는 2단의 극저온용 압축기(21)가 병렬로 마련될 수 있다. 극저온용 압축기(21)가 병렬로 마련됨으로써, 하나의 극저온용 압축기(21)에 장애가 발생되는 경우에 다른 하나의 극저온용 압축기(21)가 백업을 수행할 수 있다. 또한, 극저온용 압축기(21)가 병렬로 마련되어 극저온용 압축기(21)의 부하를 분담시켜, 가스 처리 시스템(1)의 안정성 및 내구성을 보다 향상시킬 수 있다.

여기서 극저온용 압축기(21)는 원심형(Centrifugal type) 압축기일 수 있다. 원심형 압축기는 래비린스 링(Labyrinth ring)을 구비하지 않아 가격이 저렴하고 저부하 운동시 진동을 방지할 수 있는 효과가 있다.

저압 압축부(20)는 극저온용 압축기(21)의 구동을 제어하는 압력 제어 모듈(42)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 압력 제어 모듈(42)은 극저온용 압축기(21)의 가변 디퓨져 베인(Variable Diffuser Vane, 211)과 연동되어, 저압 압축부(20)에서 토출된 증발가스의 압력이 저압 수요처(200)의 요구 압력으로 유지되도록 가변 디퓨져 베인(211)의 구동을 제어할 수 있다. 이를 통해, 저압 압축부(20)와 고압 압축부(30) 사이의 증발가스의 압력을 저압 수요처(200)의 요구 압력으로 용이하게 조절할 수 있다.

이때, 압력 제어 모듈(42)은 압력측정센서(61)와 연동되어, 압력측정센서(61)의 측정값에 따라 저압 압축부(20)의 구동을 제어할 수 있다.

저압 압축부(20)와 고압 압축부(30) 사이의 증발가스의 압력은 저압 수요처(200)의 요구 압력으로 조절될 수 있다. 구체적으로, 저압 압축부(20)와 고압 압축부(30) 사이의 증발가스의 압력은 저압 수요처(200)의 요구 압력인 6 내지 7 bar로 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 저압 압축부(20)와 고압 압축부(30) 사이의 증발가스의 압력은 6.5 bar로 조절될 수 있다.

저압 수요처(200)는 발전 엔진(210), 가스연소장치(GCU, 220), 및 재액화부(230) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 저압 압축부(20)에서 토출되어 고압 압축부(30)로 전달되는 증발가스 중 일부는 6 내지 7 bar로 압력이 조절된 상태로, 발전 엔진(210), 가스연소장치(GCU, 220), 및 재액화부(230)에 전달될 수 있다.

저압 압축부(20)와 고압 압축부(30) 사이의 증발가스의 압력을 6 내지 7 bar로 조절함으로써, 발전 엔진(210), 가스연소장치(GCU, 220), 및 재액화부(230)의 구동 효율을 향상시킬 수 있다.

재액화부(230)는 저압 압축부(20)에서 토출되어 고압 압축부(30)로 전달되는 증발가스 중 적어도 일부를 전달 받아, 냉매를 통해 액화시킨 후 액화가스 저장탱크(10)로 전달할 수 있다. 재액화부(230)는 재액화기(231)와 냉매 순환라인(미도시)을 포함할 수 있으며, 재액화기(231)에는 저압 압축부(20)에서 전달된 증발가스가 흐르는 유로와 냉매 순환라인에서 순환하는 냉매가 흐르는 유로가 마련될 수 있다. 냉매 순환라인은 다양한 종류의 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발 순으로 제어하며, 재액화기(231)에서 냉매의 증발 시에 증발가스가 액화될 수 있다.

고압 압축부(30)에서 사용되는 상온용 압축기(35)는 윤활유를 사용하여, 상온용 압축기(35)에서 압축된 증발가스에 윤활유가 혼입되는 문제가 발생될 수 있다. 다만, 본 실시예는 저압 압축부(20)에서 고압 압축부(30)로 전달되는 증발가스 중 일부를 저압 수요처(200)로 공급함으로써, 저압 수요처(200)로 공급되는 증발가스에 윤활유가 혼입되는 문제를 방지할 수 있다.

저압 압축부(20)는, 극저온용 압축기(21)에서 토출된 증발가스를 냉각하는 냉각기(22)를 포함할 수 있다. 도 1에는 2단의 극저온용 압축기(21) 하류에 냉각기(22)가 마련되고 있으나, 극저온용 압축기(21) 사이에 추가의 냉각기(미도시)가 마련될 수도 있다.

저압 압축부(20)에 2단의 극저온용 압축기(21)가 마련되는 경우에도, 후술하는 예냉기(52)가 저압 압축부(20) 상류에 마련되어 2단의 극저온용 압축기(21)에서 토출되는 증발가스의 압력을 저압 수요처(200)의 요구 압력으로 용이하게 조절할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은 저압 압축부(20)에 2단의 극저온용 압축기(21)를 마련하여 저압 수요처(200)의 요구 압력으로 증발가스를 가압할 수 있으므로, CAPEX 및 OPEX를 최적화할 수 있고, 시스템의 안정적인 구동을 확보할 수 있다.

저압 압축부(20)는, 극저온용 압축기(21)에서 서지 현상 발생 시 증발가스 압력을 재순환시켜 정상 압력을 유지하도록 하여 서지 현상으로부터 회복시키는 안티서지 밸브(23)를 포함할 수 있다. 안티서지 밸브(23)는 극저온용 압축기(21)와 냉각기(22) 사이에 마련될 수 있고, 극저온용 압축기(21)에서 서지 현상 발생 시에 극저온용 압축기(21)에서 토출된 증발가스를 저압 압축부(20)에 공급되는 증발가스에 합류시킬 수 있다.

이때, 안티서지 밸브(23)를 통해 회수된 증발가스는 후술하는 증발가스 기액분리기(51)의 상류에서 합류될 수 있다. 구체적으로, 극저온용 압축기(21)에서 토출된 증발가스는 안티서지 밸브(23)를 통해, 예냉기(52) 상류의 증발가스와 합류될 수 있다.

고압 압축부(30)는, 저압 압축부(20)에서 가압된 증발가스를 제1 압력보다 높은 제2 압력으로 가압하여 고압 수요처(100)로 공급한다. 고압 수요처(100)는 ME-GI 엔진 또는 2sDf 엔진일 수 있고, 고압 수요처(100)가 요구하는 증발가스의 압력인 제2 압력은 200 내지 400 bar일 수 있다.

고압 압축부(30)는 증발가스를 제2 압력으로 가압하는 상온용 압축기(35)를 포함한다. 저압 압축부(20)에서 가압된 증발가스는 온도가 상승하여, 고압 압축부(30)에는 상온용 압축기(35)를 사용할 수 있다. 상온용 압축기(35)는 다단으로 마련될 수 있고, 구체적으로 4단 이상 또는 5단 이상으로 마련될 수 있다.

여기서 상온용 압축기(35)는 왕복동형(Reciprocating type) 압축기일 수 있다. 왕복동형 압축기는 제2 압력 즉, 200 내지 400 bar로의 가압이 가능하며, 고압 수요처(100)가 요구하는 압력에 따라 가압할 수 있다. 또한, 상온용 압축기(35)의 각 단 사이에는 냉각기(미도시)가 구비될 수 있다.

고압 압축부(30)는 고압 압축부(30)에서 토출된 증발가스를 고압 압축부(30)의 상류로 회수하는 회수 밸브(31)를 포함할 수 있다. 하류 압력 제어 모듈(32)은 회수 밸브(31)와 연동되어, 고압 압축부(30)에서 토출된 증발가스의 압력이 고압 수요처(100)의 요구 압력으로 유지되도록 회수 밸브(31)의 개폐를 조절할 수 있다.

즉, 고압 수요처(100)에 공급되는 증발가스가 제2 압력으로 일정하게 유지되도록, 하류 압력 제어 모듈(32)이 회수 밸브(31)를 제어할 수 있다. 하류 압력 제어 모듈(32)은 압력측정센서(63)와 연동되며, 압력측정센서(63)의 측정값에 따라 회수 밸브(31)의 개폐를 제어할 수 있다.

또한, 고압 압축부(30)는 상류 압력 제어 모듈(33)을 포함할 수 있다. 상류 압력 제어 모듈(33)은 고압 압축부(30) 전단의 증발가스 압력이 일정 압력 이하이면, 회수 밸브(31)를 개방하여 고압 압축부(30)에서 토출된 증발가스를 고압 압축부(30)로 회수할 수 있다.

고압 압축부(30)의 부하 변경에 의하여 고압 압축부(30) 상류의 증발가스 압력이 떨어질 수 있다. 이때, 상류 압력 제어 모듈(33)은 압력측정센서(64)를 통해 측정된 증발가스의 압력이 일정 압력 이하로 떨어지면, 회수 밸브(31)를 개방하여 고압 압축부(30)에서 토출된 증발가스를 고압 압축부(30)의 상류로 회수할 수 있다. 고압 압축부(30) 상류의 증발가스 압력을 조절함으로써, 고압 압축부(30)에서 토출된 증발가스의 압력을 제2 압력으로 효과적으로 제어할 수 있다.

제어 선택 모듈(34)은 하류 압력 제어 모듈(32) 및 상류 압력 제어 모듈(33)와 연동되며, 고압 압축부(30) 상류에서의 증발가스의 압력과 하류에서의 증발가스의 압력을 비교하여, 보다 먼저 압력을 제어할 부분을 선택할 수 있다. 이를 통해, 고압 수요처(100)로 공급되는 증발가스의 압력을 효율적으로 제어할 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은 저압 압축부(20)의 상류에 마련되는 증발가스 기액분리기(51)를 포함한다. 이때, 증발가스 기액분리기(51)는 미스트 분리기(Mist Separator)로 지칭될 수 있다.

증발가스 기액분리기(51)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스를 임시 저장하여 액체와 기체로 분리시킬 수 있다. 증발가스 기액분리기(51)는 공급된 증발가스로부터 순수한 기체만을 저압 압축부(20)의 극저온용 압축기(21) 및 고압 압축부(30)의 상온용 압축기(35)로 공급할 수 있도록 하여, 저압 수요처(200)와 고압 수요처(100)에 대한 연료공급의 탄력성을 증대시킬 수 있다.

저압 압축부(20)는 2단의 극저온용 압축기(21)를 포함할 수 있고, 이때 증발가스 기액분리기(51) 상류에 예냉기(52)가 마련될 수 있다. 예냉기(52)는 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스를 전달 받아 예냉기(52)로 공급되는 증발가스를 예냉할 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스는 증발가스 기액분리기(51)로 전달되는 과정에서 온도가 상승할 수 있다. 이때, 예냉기(52)가 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 이용하여 증발가스 기액분리기(51)로 전달되는 증발가스를 예냉함으로써, 극저온용 압축기(21)로 전달되는 증발가스의 온도와 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다. 이를 통해, 극저온용 압축기(21)에서 토출되는 증발가스의 압력을 보다 안정적으로 저압 수요처(200)의 요구 압력으로 조절할 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은 액화가스 펌프(71), 액화가스 기화기(72)를 포함할 수 있다.

액화가스 펌프(71)는 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 가압하여 고압 수요처(100)로 공급하기 위한 것으로서, 왕복동형 또는 원심형 펌프일 수 있으며, 부스팅 펌프일 수 있다.

액화가스 기화기(72)는 액화가스 펌프(71)에 의해 배출되고 가압된 액화가스를 기화시켜, 증발가스 상태로 고압 수요처(100)에 공급되도록 할 수 있다.

액화가스 기화기(72)는 액화가스를 열매와 열교환시켜서 액화가스를 가열하고 열매를 냉각시킬 수 있으며, 가열된 액화가스는 높은 온도를 가짐에 따라 증발가스로 변화될 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 메인 증발가스 공급라인(L100), 보조 증발가스 공급라인(L200)을 포함한다.

메인 증발가스 공급라인(L100)은 저압 압축구간, 고압 압축구간을 포함하며, 저압 압축구간에는 저압 압축부(20)가 마련되고, 고압 압축구간에는 고압 압축부(30)가 마련될 수 있다.

저압 압축구간은 가압구간과 냉각구간을 포함하며, 가압구간에는 2단의 극저온용 압축기(21)가 마련될 수 있고, 냉각구간은 가압구간의 하류에 마련되며 냉각기(22)가 구비될 수 있다.

메인 증발가스 공급라인(L100) 상의 저압 압축구간과 고압 압축구간 사이에는 압력 조절구간이 마련되며, 압력 조절구간에서 증발가스의 압력은 저압 수요처(200)의 요구 압력, 즉 6 내지 7 bar로 조절될 수 있다.

보조 증발가스 공급라인(L200)은 메인 증발가스 공급라인(L100) 상의 압력 조절구간에서 분기되어 저압 수요처(200)로 연결되며, 압력 조절구간에서 저압 수요처(200)의 요구 압력으로 조절된 증발가스를 저압 수요처(200)로 공급할 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은 증발가스 재액화라인(L210)을 포함할 수 있다. 증발가스 재액화라인(L210)은 메인 증발가스 공급라인(L100) 상의 압력 조절구간에서 분기되어 액화가스 저장탱크(10)로 연결되며, 증발가스 재액화라인(L210)에는 재액화부(230)가 마련될 수 있다. 압력 조절구간에서 6 내지 7 bar로 압력이 조절된 증발가스는 증발가스 재액화라인(L210)을 통해, 재액화부(230)를 경유하여 액화되고 액화된 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)로 회수될 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 가압구간과 냉각구간 사이에서 분기되어 후술하는 기액 분리구간의 상류에 연결되는 안티서지 라인(L110)을 포함할 수 있다. 안티서지 라인(L110)에는 안티서지 밸브(23)가 마련되며, 가압구간 내에 서지 현상 발생 시에 가압구간 하류의 증발가스가 기액 분리구간 상류의 증발가스로 회수될 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 고압 압축구간에서 토출된 증발가스를 고압 압축구간 상류로 리턴시키는 증발가스 회수라인(L130)을 포함할 수 있다. 고압 압축구간에는 4단 이상의 상온용 압축기(35)가 마련되고, 증발가스 회수라인(L130)에는 회수 밸브(31)가 마련될 수 있다. 고압 압축구간에서 토출된 증발가스의 압력이 고압 수요처(100)의 요구 압력으로 유지되도록, 고압 압축구간의 하류로부터 증발가스를 고압 압축구간의 상류로 회수할 수 있다.

메인 증발가스 공급라인(L100)은 기액 분리구간을 포함할 수 있으며, 기액 분리구간에는 증발가스 기액분리기(51)가 마련될 수 있다. 기액 분리구간에서 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스로부터 기상이 분리되어, 저압 압축구간으로 전달될 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)부터 기액 분리구간 상류로 연결되는 액화가스 이송라인(L310)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 액화가스 이송라인(L310)은 액화가스 저장탱크(10)으로부터 메인 증발가스 공급라인(L100) 상에 마련된 예냉기(52)에 연결될 수 있다.

예냉기(52)는 기액 분리구간 상류에 마련될 수 있고, 액화가스 이송라인(L310)으로 이송된 액화가스에 의해 예냉된 증발가스가 기액 분리구간으로 공급될 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은 메인 액화가스 공급라인(L300)을 포함하며, 메인 액화가스 공급라인(L300)에는 액화가스 펌프(71), 액화가스 기화기(72)가 마련될 수 있다. 메인 액화가스 공급라인(L300)은 액화가스 저장탱크(10)부터 고압 수요처(100)까지 연결되며, 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스가 압축되고 기화되어 고압 수요처(100)로 공급될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 저압 압축부(20)에 2단의 극저온용 압축기(21)를 병렬로 마련함으로써, 극저온용 압축기(21)의 백업 및 부하를 분담할 수 있고, 가스 처리 시스템(1)의 CAPEX 및 OPEX를 최적화할 수 있으며, 저압 압축부(20)에서 가압된 증발가스를 재액화부(230) 등의 저압 압축부(20)로 전달하여 저압 압축부(20)에 윤활유가 혼입된 증발가스가 저압 압축부(20)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 저압 압축부(20), 고압 압축부(30), 강제기화기(81a)를 포함한다.

이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 이하 후술하는 실시예에 대해서도 마찬가지임을 알려둔다.

강제기화기(Forcing vaporizer, 81a)는 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 전달 받아 증발가스로 기화시킬 수 있다. 강제기화기(81a)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 전달 받아 기화시켜 저압 압축부(20)로 공급함으로써, 저압 수요처(200) 및 고압 수요처(100)로 공급되는 증발가스의 유량을 증가시킬 수 있다.

강제기화기(81a)를 이용하여 저압 압축부(20) 및 고압 압축부(30)로 전달되는 증발가스의 유량을 조절함으로써, 상기 가스 처리 시스템(1)은 선박이 레이든 컨디션(Laden condition) 또는 밸러스트 컨디션(Ballast condition)으로 운항되는 경우에도, 탄력적으로 구동될 수 있다.

가스 처리 시스템은 강제기화기 하류에 마련되는 예냉기, 기액 분리기를 더 포함할 수 있다. 강제기화기에서 기화된 액화가스와 액화가스 저장탱크의 증발가스는 예냉기로 전달되며, 예냉기에서 액화가스 저장탱크로부터 전달 받는 액화가스를 통해 냉각될 수 있다. 예냉기에서 예냉된 증발가스는 기액분리기로 전달되며, 기액분리기는 기상과 액상을 분리하여 기상의 증발가스를 저압 압축부로 전달할 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)와 메인 증발가스 공급라인(L100)을 연결하는 액화가스 강제 기화라인(L320)을 포함할 수 있다. 액화가스 강제 기화라인(L320)에는 강제기화기(81a)가 마련될 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 기화시켜 예냉기(52)에 공급할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 강제기화기를 마렴함으로써, 액화가스 저장탱크의 액화가스를 강제 기화시켜 저압 압축부 및 고압 압축부로 전달되는 증발가스의 유량을 조절하여, 선박의 운행 컨디션에 따라 가스 처리 시스템을 탄력적으로 구동시킬 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 저압 압축부(20), 고압 압축부(30), 예냉기(52), 증발가스 기액분리기(51), 과압 밸브(41)를 포함한다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제1 실시예 대비 과압 밸브(41)를 더 포함할 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 저압 압축부(20)와 고압 압축부(30) 사이에 마련되며, 저압 압축부(20)에서 토출된 증발가스를 저압 압축부(20)에 공급되는 증발가스에 합류시키는 과압 밸브(41)를 포함한다.

저압 압축부(20) 후단의 증발가스 압력이 일정 압력 이상이면, 과압 밸브(41)가 개방되어 저압 압축부(20)에서 토출된 증발가스가 증발가스 기액분리기(51)의 상류에서 합류될 수 있다. 구체적으로는, 저압 압축부(20)에서 토출된 증발가스는 과압 밸브(41)를 통해, 예냉기(52) 상류의 증발가스와 합류될 수 있다.

고압 압축부(30), 저압 수요처(200)에 조건 변화에 의하여 저압 압축부(20) 하류의 증발가스의 압력이 급격하게 상승하는 경우, 저압 압축부(20) 하류의 증발가스가 과압 밸브(41)를 통해 저압 압축부(20) 상류로 회수됨으로써, 저압 압축부(20)에서 토출되는 증발가스의 압력을 제어하고, 저압 압축부(20)의 극저온용 압축기(21)를 효과적으로 보호할 수 있다.

과압 밸브(41)의 개폐는 압력 제어 모듈(43)을 통해 제어될 수 있다. 압력 제어 모듈(43)은 압력측정센서(62)와 연동되어, 압력측정센서(62)의 측정값에 따라 과압 밸브(41)의 개폐를 제어할 수 있다.

또한, 저압 압축부(20)의 초기 구동(start-up) 시, 안티서지 밸브(23)를 잠그고 과압 밸브(41)의 개도를 조절하여, 저압 압축부(20)의 초기 구동을 수행할 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 저압 압축구간의 하류에서 분기되어 저압 압축구간의 상류로 연결되는 과압 방지라인(L120)을 포함할 수 있다. 과압 방지라인(L120)에는 과압 밸브(41)가 마련되며, 저압 압축구간 하류의 증발가스 압력이 일정 압력 이상이면, 저압 압축구간 하류로부터 증발가스가 저압 압축구간 상류로 회수될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 저압 압축부(20)와 고압 압축부(30) 사이에 과압 밸브(41)를 마련함으로써, 저압 압축부(20)에서 토추되는 증발가스의 압력을 일정하게 유지시켜 가스 처리 시스템(1)의 안정적인 구동을 확보할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다. 구체적으로, 도 2는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 증발가스를 재액화시키는 개념도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 저압 압축부(20), 고압 압축부(30), 증발가스 열교환기(90), 감압밸브(91), 액화가스 기액분리기(92)를 포함한다. 참고로, 도 2에서 검은 색으로 표시된 밸브는 밀폐 상태임을 나타낸다.

고압 압축부(30)에서 압축된 증발가스는 고압 수요처(100)로 전달된다. 이때 고압 수요처(100)에서 소비하지 못하는 잉여분의 증발가스가 발생할 수 있는데, 잉여분의 증발가스는 액화되어 액화가스 저장탱크(10)로 리턴될 수 있다. 이를 위해 메인 증발가스 공급라인(L100)의 고압 압축부(30)의 하류에서 증발가스 재액화라인(L210＇)이 분기되어 액화가스 저장탱크(10)로 연결될 수 있다.

메인 증발가스 공급라인(L100)에서 증발가스 재액화라인(L210＇)으로의 증발가스 흐름은, 증발가스 재액화라인(L210＇)에 마련되는 고압 증발가스 회수밸브(97)에 의하여 제어될 수 있다.

증발가스 재액화라인(L210＇)에는 증발가스 열교환기(90)가 마련되며, 증발가스 열교환기(90)는 고압 압축부(30)의 4단 이상의 상온용 압축기(35)에서 가압된 증발가스와 저압 압축부(20)로 유입되는 증발가스를 열교환한다.

증발가스 재액화라인(L210＇)은 메인 증발가스 공급라인(L100)에서 고압 압축부(30)의 하류로부터 분기되어 증발가스 열교환기(90) 등을 경유하여 액화가스 저장탱크(10)로 연결될 수 있다. 또한 메인 증발가스 공급라인(L100) 역시 액화가스 저장탱크(10)에서 증발가스 열교환기(90), 저압 압축부(20) 및 고압 압축부(30)를 차례로 경유하여 고압 수요처(100)로 연결될 수 있다.

따라서 증발가스 열교환기(90)는, 메인 증발가스 공급라인(L100)과 나란하며 저압/저온의 증발가스가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)와, 증발가스 재액화라인(L210＇)과 나란하며 고압/고온의 증발가스가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)를 구비할 수 있으며, 더 나아가 후술할 기상 증발가스 전달라인(L230)과 나란하며 저압/저온의 기상 증발가스(플래시가스, flash gas)가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있다.

증발가스 열교환기(90)는, 고압 압축부(30)의 4단 이상의 상온용 압축기(35)에서 압축된 후 증발가스 재액화라인(L210＇)을 따라 유입된 고온의 증발가스를, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 저온의 증발가스로 냉각시킬 수 있다.

증발가스 재액화라인(L210＇)을 따라 흐르는 증발가스는 액화 후 액화가스 저장탱크(10)에 리턴되어야 하므로, 증발가스 열교환기(90)는 액화 전에 예냉을 수행하여 액화 효율을 높일 수 있다.

다만 고압 압축부(30)의 4단 이상의 상온용 압축기(35)에서 압축된 증발가스에는 윤활유가 섞여있을 수 있는데, 윤활유가 혼합된 증발가스는 증발가스 재액화라인(L210＇)을 따라 증발가스 열교환기(90)로 유입될 수 있다.

이때 윤활유는 증발가스 대비 비등점이 상당히 높은 물질로, 상온에서 액체 상태일 수 있고 약간의 냉각으로도 충분히 응고될 수 있으며, 점도가 높을 수 있다.

증발가스 열교환기(90)의 유로 내부에서 흐름이 지속적으로 이루어진다면 문제되지 않으나, 잉여분의 증발가스가 발생하지 않는 등으로 인하여 증발가스 열교환기(90) 내의 흐름이 줄어들면, 증발가스 열교환기(90)의 유로에 윤활유가 끼어있게 되어 흐름을 방해할 수 있다.

따라서, 본 발명은 증발가스 열교환기(90) 및 증발가스 열교환기(90)의 하류에 마련되는 구성들에서 윤활유가 끼어서 증발가스의 흐름을 방해하는 문제를 해소하기 위해, 저압 압축부에서 토출된 고온 증발가스를 이용해 윤활유를 녹여서 밀어낼 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.

감압밸브(91)는, 고압 압축부(30)에서 압축된 후 증발가스 열교환기(90)에서 열교환된 증발가스를 감압한다. 본 발명에서 감압밸브(91)는 줄-톰슨 밸브일 수 있지만, 팽창기 등과 같이 압력을 낮출 수 있는 다양한 수단으로 대체 가능함을 알려둔다.

증발가스는 저압 압축부(20)의 2단의 극저온용 압축기(21)에 의해 6 내지 7 bar로 압축되고 고압 압축부(30)의 4단 이상의 상온용 압축기(35)에 의해 200bar 이상으로 압축된 후, 증발가스 열교환기(90)에서 냉각될 수 있다. 비록 증발가스가 고압으로 압축되어 비등점이 상승하였다 하더라도, 증발가스 열교환기(90)에서의 냉각만으로는 증발가스가 충분히 액화되지 않을 수 있다.

따라서 본 발명은 감압밸브(91)를 이용하여 감압 시 온도가 떨어지는 효과를 활용할 수 있다. 감압밸브(91)는 200bar 이상의 고압 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)의 내압과 유사한 1bar 내외로 감압시킬 수 있으며, 감압 시 증발가스의 온도는 비등점 이하로 떨어질 수 있다.

감압밸브(91)는 증발가스 재액화라인(L210＇) 상에 마련되는데, 도면과 달리 복수 개가 증발가스 재액화라인(L210＇)에 직렬로 마련될 수 있다. 또는 줄-톰슨 밸브와 팽창기가 직렬로 마련되는 변형도 얼마든지 가능하다.

액화가스 기액분리기(92)는, 감압밸브(91)에서 감압된 증발가스를 기액분리한다. 증발가스는 증발가스 열교환기(90)에서 냉각되고 감압밸브(91)에서 감압되면서 액화될 수 있지만, 상황에 따라 완전 재액화가 이루어지지 못할 수도 있고, 증발가스 내에 포함되며 비등점이 매우 낮은 질소와 같은 일부 물질은 액화되지 않고 남아있을 수 있다.

이때 기체 상태로 남아있는 기상 증발가스는 액화가스 기액분리기(92)에서 분리되어 액화가스 저장탱크(10)로 유입되지 않을 수 있으며, 액체 상태의 액상 증발가스는 액화가스 기액분리기(92)를 경유해 액화가스 저장탱크(10)로 연결된 증발가스 재액화라인(L210＇)을 따라 액화가스 저장탱크(10)로 리턴될 수 있다.

액화가스 기액분리기(92)는 액상 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)에 리턴시키고, 기상 증발가스를 증발가스 열교환기(90)로 전달할 수 있다. 액화가스 기액분리기(92)에서 증발가스 열교환기(90)로 전달되는 기상 증발가스는 감압밸브(91)에 의한 감압에 의하여 냉각된 것이므로, 고압 압축부(30)에서 압축되어 증발가스 열교환기(90)로 유입되는 고압의 증발가스를 냉각하는데 사용될 수 있다.

또한, 액화가스 기액분리기(92)에 분리된 기상 증발가스는 증발가스 열교환기(90)를 거쳐 저압 압축부(20)로 전달될 수 있다. 이를 위해 액화가스 기액분리기(92)에는 기상 증발가스 전달라인(L230)이 마련되는데, 기상 증발가스 전달라인(L230)은 액화가스 기액분리기(92)에서 증발가스 열교환기(90)를 경유하여 메인 증발가스 공급라인(L100)에 연결될 수 있다.

구체적으로, 기상 증발가스 전달라인(L230)은 메인 증발가스 공급라인(L100)의 예냉기(52) 상류에 연결될 수 있다. 액화가스 기액분리기(92)에서 분리된 기상 증발가스는 증발가스 열교환기(90)에서 가열되는데, 예냉기(52)에 의하여 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 통해 온도가 낮아질 수 있다. 이후, 기상 증발가스는 예냉기(52)에서 액화가스와 합류하여 증발가스 기액분리기(51)로 전달되며, 증발가스 기액분리기(51)는 기상의 증발가스를 분리하여 저압 압축부(20)로 공급할 수 있다.

이때, 기상 증발가스 전달라인(L230)이 메인 증발가스 공급라인(L100)에 합류하는 지점의 상류에는 차단밸브(96a)가 마련될 수 있으며, 기상 증발가스 전달라인(L230)에서 메인 증발가스 공급라인(L100)으로 전달되는 기상 증발가스의 흐름을 제어할 수 있다.

또한, 기상 증발가스 전달라인(L230)의 증발가스 열교환기(90) 하류에서 분기되어 저압 수요처(200)로 연결되는 기상 증발가스 회수라인(L240)이 마련될 수 있다. 기상 증발가스 회수라인(L240)에는 차단밸브(96b)가 마련될 수 있으며, 기상 증발가스 전달라인(L230)에서 저압 수요처(200)로 전달되는 기상 증발가스의 흐름을 제어할 수 있다.

예냉기(52) 상류에는 강제기화기(81a)가 마련될 수 있으며, 저압 압축부(20)는 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스가 강제기화기(81a)에서 강제 기화된 증발가스를 추가로 공급받을 수 있어, 일정 이상의 가동이 보장됨에 따라 효율이 향상될 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은 증발가스 경유라인(L140)을 포함할 수 있다. 증발가스 경유라인(L140)은 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스가 증발가스 열교환기(90)를 경유하여 저압 압축부(20)로 전달되도록 한다. 증발가스 경유라인(L140)에는 증발가스 경유라인(L140)의 흐름을 제어하는 증발가스 경유밸브(94)가 마련될 수 있다.

증발가스 경유라인(L140)은 메인 증발가스 공급라인(L100)으로부터 분기되어 증발가스 열교환기(90)를 경유한 뒤, 메인 증발가스 공급라인(L100)에 다시 연결될 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 저온의 증발가스는 증발가스 경유라인(L140)을 통해 증발가스 열교환기(90)로 전달되며, 증발가스 열교환기(90)는 저온의 증발가스를 이용하여 고압 압축부(30)에서 가압된 증발가스를 효과적으로 액화시킬 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스는 증발가스 열교환기(90)에서 열교환한 후 다시 메인 증발가스 공급라인(L100)에 합류하여, 예냉기(52) 및 증발가스 기액분리기(51)로 전달될 수 있다. 이때, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스는 증발가스 열교환기(90)에서 가열될 수 있으나, 예냉기(52)에서 액화가스를 통해 냉각되어, 증발가스 기액분리기(51)로 전달될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 고압 압축부(30)에서 가압되어 고압 수요처(100)로 공급되는 증발가스 중 일부를 별도의 냉매 없이 액화하여 액화가스 저장탱크(10)로 전달함으로써, 잉여 증발가스를 효과적으로 액화하여 액화가스 저장탱크(10)로 회수할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다. 구체적으로, 도 3은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 증발가스 열교환기(90)에 유입된 윤활유를 제거하는 개념도이다. 참고로, 도 3에서 검은 색으로 표시된 밸브는 밀폐 상태임을 나타낸다.

앞서 설명한 바와 같이, 고압 압축부(30)의 4단 이상의 상온용 압축기(35)에서 압축된 증발가스에는 윤활유가 혼입될 수 있는데, 윤활유가 혼입된 증발가스는 증발가스 재액화라인(L210＇)을 따라 증발가스 열교환기(90)로 유입될 수 있다.

이에, 본 발명은 저압 압축부(20)에서 압축된 고온의 증발가스를 이용하여, 증발가스 열교환기(90) 및 증발가스 열교환기(90)의 하류에 마련되는 구성들에서 윤활유가 끼어서 증발가스의 흐름을 방해하는 문제를 해소할 수 있다. 이하에서는 증발가스 열교환기(90) 유로에 끼어있는 윤활유를 제거하는 것에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.

가스 처리 시스템(1)은 저압 압축부(20)와 고압 압축부(30) 사이에서 분기되어 증발가스 재액화라인(L210＇)에 연결되는 고온 증발가스 회수라인(L220)을 포함할 수 있다. 고온 증발가스 회수라인(L220)에는 고온 증발가스 회수밸브(95)가 마련될 수 있다. 또한, 증발가스 재액화라인(L210＇)은, 증발가스 재액화라인(L210＇)의 고온 증발가스 회수라인(L220)이 합류하는 지점 상류에 고압 증발가스 회수밸브(97)가 마련될 수 있다.

본 실시예는 증발가스 열교환기(90)의 윤활유를 제거하기 위해, 고압 증발가스 회수밸브(97)를 잠그고, 고온 증발가스 회수밸브(95)를 개방하여 저압 압축부(20)에서 토출된 고온의 증발가스를 증발가스 열교환기(90)로 전달할 수 있다. 저압 압축부(20)에서 토출된 고온의 증발가스는 윤활유를 가열하여 윤활유의 점도를 낮춰주면서, 윤활유를 강제로 밀어내어 증발가스 열교환기(90)로부터 제거할 수 있다.

고압 압축부(30)에서 압축된 증발가스를 증발가스 열교환기(90)로 전달하지 않은 상태로, 증발가스 열교환기(90)에 저압 압축부(20)에서 가압된 증발가스를 공급하여 윤활유를 제거할 수 있다. 윤활유의 제거 시에 고압 압축부(30)에서 압축된 증발가스를 증발가스 열교환기(90)로 전달하는 경우, 증발가스의 액화 효율이 저하되면서 동시에 윤활유 제거 효과가 떨어질 수 있다.

증발가스 열교환기(90)로부터 배출된 윤활유가 혼입된 증발가스는 증발가스 재액화라인(L210＇)을 따라 감압밸브(91)를 경유하여 액화가스 기액분리기(92)로 전달된다.

이때, 도 3에 별도로 도시하지 않았으나, 증발가스 재액화라인(L210＇)에서 감압밸브(91)의 상류 및/또는 하류로부터 윤활유와 혼합된 고온 증발가스가 증발가스 재액화라인(L210＇)으로부터 배출될 수 있다.

증발가스 재액화라인(L210＇)에서 배출된 증발가스+윤활유에서 윤활유를 걸러내고, 걸러낸 윤활유는 다시 상온용 압축기(35)에 재활용할 수 있고, 윤활유가 제거된 증발가스를 다시 가열한 뒤 증발가스 열교환기(90)로 재유입시킬 수 있다.

또한, 증발가스 재액화라인(L210＇)의 감압밸브(91)와 액화가스 기액분리기(92) 사이에 윤활유 필터(미도시)가 마련되어, 증발가스에 혼입된 윤활유를 걸러낼 수도 있다.

이를 통해, 증발가스 열교환기(90)에서 제거된 윤활유가 기액분리기, 액화가스 저장탱크(10), 증발가스 열교환기(90)로 다시 유입되는 것을 방지할 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 기액분리기(92)에서 증발가스 열교환기(90)를 경유하여 메인 증발가스 공급라인(L100)에 연결되는 기상 증발가스 전달라인(L230), 기상 증발가스 전달라인(L230)의 증발가스 열교환기(90) 하류에서 분기되어 저압 수요처(200)로 연결되는 기상 증발가스 회수라인(L240)을 포함할 수 있다.

증발가스 열교환기(90)의 윤활유 제거 시, 기상 증발가스 전달라인(L230)에 마련되는 차단밸브(96a)는 잠기고, 기상 증발가스 회수라인(L240)에 마련되는 차단밸브(96b)는 열려, 액화가스 기액분리기(92)에서 분리된 기상 증발가스는 증발가스 열교환기(90)를 경유하여 저압 수요처(200)로 공급될 수 있다. 예를 들면, 액화가스 기액분리기(92)에서 분리된 기상 증발가스는 증발가스 열교환기(90)를 경유하여 가스연소장치(220)에 전달될 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스가 증발가스 열교환기(90)를 경유하여 저압 압축부(20)로 전달되도록 하는 증발가스 경유라인(L140)을 포함할 수 있고, 증발가스 경유라인(L140)에는 증발가스 흐름을 제어하는 증발가스 경유밸브(94)가 마련될 수 있다.

증발가스 열교환기(90)의 윤활유 제거 시, 증발가스 경유밸브(94)를 잠가, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 저온의 증발가스가 증발가스 열교환기(90)를 경유하지 않도록 할 수 있다. 이때, 메인 증발가스 공급라인(L100)에 마련되는 증발가스 공급밸브(93)를 열어, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스를 증발가스 열교환기(90)를 경유하지 않고 저압 압축부(20)로 전달되도록 할 수 있다.

즉, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 저온 증발가스가 증발가스 열교환기(90)를 경유하지 않도록 하여, 저압 압축부(20)에서 토출되어 증발가스 열교환기(90)로 전달되는 고온 증발가스가 냉각되지 않도록 할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 저압 압축부(20)에서 가압된 고온의 증발가스를 이용하여, 증발가스 열교환기(90)에 잔존하는 윤활유를 효과적으로 제거할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제1 실시예 대비 저압 압축부(20)에 3단 이상의 극저온용 압축기(21)가 병렬로 마련될 수 있으며, 예냉기(52), 증발가스 기액분리기(51)를 생략할 수 있다.

저압 압축부(20)는 3단 이상 5단 이하의 극저온용 압축기(21)가 병렬로 마련될 수 있다. 예를 들면, 저압 압축부(20)에는 4단의 극저온용 압축기(21)가 병렬로 마련될 수 있다.

저압 압축부(20)에 3단 이상의 극저온용 압축기(21)가 마련됨으로써, 저압 압축부(20)에 유입되는 증발가스의 압력 및 온도가 일정하지 않은 경우에도, 저압 압축부(20)에서 토출되는 증발가스의 압력을 일정하게 조절할 수 있으므로, 저압 압축부(20) 상류에는 예냉기(52), 강제기화기(81a), 증발가스 기액분리기(51)가 구비되지 않을 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 저압 수요처(200)까지 연결되는 보조 액화가스 공급라인(L400)을 포함하며, 보조 액화가스 공급라인(L400)에는 강제기화기(81b), 기액분리기(82), 가열기(83)가 마련될 수 있다.

강제기화기(81b)는 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 증발가스로 기화시켜, 기액분리기(51)에 공급할 수 있다.

기액분리기(82)는, 강제기화기(81b)에서 강제 기화된 액화가스를 임시 저장하여 액체와 기체로 분리시킬 수 있다. 이때, 기액분리기(82)는, 저압 수요처(200)로 공급되는 강제 기화된 액화가스를 순수한 기체만 공급하도록 함과 동시에 기화된 액화가스에서 액상으로 남아 있는 헤비카본을 분리하여 메탄가를 높이도록 할 수 있다. 기액분리기(82)에서 분리되는 기체는 가열기(83)에서 가열되어 저압 수요처(200)로 공급되고, 액체는 액화가스 저장탱크(10)로 회수될 수 있다.

저압 수요처(200)는 헤비카본이 다량 유입될 경우 구동 효율이 저하될 수 있다. 이에 본 발명에서는 액화가스를 강제 기화시키는 경우 액상을 유지하는 헤비카본을 분리하여, 저압 수요처(200)로 공급되는 증발가스의 품질을 향상시켜 저압 수요처(200)의 구동 효율을 증대시킬 수 있다.

도 4를 참고하면, 보조 액화가스 공급라인(L400)은 액화가스 저장탱크(10)와 발전 엔진(210)을 연결하고, 메인 증발가스 공급라인(L100)의 저압 압축부(20) 하류에서 분기되는 보조 증발가스 공급라인(L200)이 보조 액화가스 공급라인(L400)의 가열기(83) 하류에 연결될 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은 저압 압축부(20)에서 토출되어 고압 압축부(30)로 전달되는 증발가스 중 적어도 일부를 전달 받아 냉매를 이용하여 액화시킨 후, 액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 전달하는 재액화부(230)를 포함할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 저압 압축부(20)에 3단 이상의 극저온용 압축기(21)를 병렬로 마련함으로써, 극저온용 압축기(21)의 백업 및 부하를 분담할 수 있고, 저압 압축부(20)에서 가압된 증발가스를 재액화부(230) 등의 저압 압축부(20)로 전달하여 저압 압축부(20)에 윤활유가 혼입된 증발가스가 저압 압축부(20)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다. 구체적으로, 도 5는 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 증발가스를 재액화시키는 개념도이다. 참고로, 도 5에서 검은 색으로 표시된 밸브는 밀폐 상태임을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제4 실시예 대비 저압 압축부(20)에 3단 이상의 극저온용 압축기(21)가 병렬로 마련될 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제4 실시예와 같이 액화가스 저장탱크(10), 저압 압축부(20), 고압 압축부(30), 증발가스 열교환기(90), 감압밸브(91), 액화가스 기액분리기(92)를 포함한다.

가스 처리 시스템(1)은 저압 압축부(20) 상류에 증발가스 기액분리기(51), 예냉기(52), 강제기화기(81a)를 포함할 수 있다.

고압 압축부(30)에서 가압된 고압의 증발가스는 증발가스 열교환기(90)에서, 증발가스 경유라인(L140)을 따라 흐르는 저온의 증발가스, 액화가스 기액분리기(92)에서 분리된 기상 증발가스와 열교환하여 냉각될 수 있다.

증발가스 열교환기(90)에서 토출된 증발가스는 감압밸브(91)에서 감압된 후, 액화가스 기액분리기(92)로 전달되고, 액화가스 기액분리기(92)에서 분리된 액상 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)로 전달된다. 또한, 액화가스 기액분리기(92)에서 분리된 기상 증발가스는 증발가스 열교환기(90)를 경유하여 저압 압축부(20)로 전달될 수 있다.

이때, 액화가스 기액분리기(92)에서 분리되고 증발가스 열교환기(90)를 경유한 기상 증발가스는 온도가 상승된 상태로 메인 증발가스 공급라인(L100)에 합류되나, 예냉기(52)로 공급되는 액화가스를 통해 온도가 낮아질 수 있다.

강제기화기(81a)는 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 증발가스로 기화시키고, 기화된 액화가스는 예냉기(52)를 경유하여 증발가스 기액분리기(51)로 전달될 수 있다. 즉, 강제기화기(81a)를 이용하여 저압 압축부(20) 및 고압 압축부(30)로 전달되는 증발가스의 유량을 조절함으로써, 가스 처리 시스템(1)은 선박이 레이든 컨디션 또는 밸러스트 컨디션으로 운항되는 경우에도, 탄력적으로 구동될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 저압 압축부(20)에 3단 이상의 극저온용 압축기(21)를 병렬로 마련함으로써, 극저온용 압축기(21)의 백업 및 부하를 분담할 수 있고, 고압 압축부(30)에서 가압된 잉여 증발가스를 별도의 냉매 없이 효과적으로 액화하여 액화가스 저장탱크(10)로 회수할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다. 구체적으로, 도 6은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 증발가스 열교환기(90)에 유입된 윤활유를 제거하는 개념도이다. 참고로, 도 6에서 검은 색으로 표시된 밸브는 밀폐 상태임을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제5 실시예 대비 저압 압축부(20)에 3단 이상의 극저온용 압축기(21)가 병렬로 마련될 수 있다.

본 실시예는 앞선 제5 실시예와 동일한 방법으로, 저압 압축부(20)에서 가압된 고온의 증발가스를 이용하여, 증발가스 열교환기(90)에 잔존하는 윤활유를 효과적으로 제거할 수 있다.

본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.

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 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 가스 처리 시스템
10: 액화가스 저장탱크 11: 펌프
20: 저압 압축부 21: 극저온용 압축기
211: 디퓨져 베인 22: 냉각기
23: 안티서지 밸브 30: 고압 압축부
31: 회수 밸브 32: 하류 압력 제어 모듈
33: 상류 압력 제어 모듈 34: 제어 선택 모듈
35: 상온용 압축기 41: 과압 밸브
42, 43: 압력 제어 모듈 51: 증발가스 기액분리기
52: 예냉기 61, 62, 63, 64: 압력측정센서
71: 액화가스 펌프 72: 액화가스 기화기
81a, 81b: 강제기화기 82: 기액분리기
83: 가열기 90: 증발가스 열교환기
91: 감압밸브 92: 액화가스 기액분리기
93: 증발가스 공급밸브 94: 증발가스 경유밸브
95: 고온 증발가스 회수밸브 96a, 96b: 차단 밸브
97: 고압 증발가스 회수밸브 100: 고압 수요처
200: 저압 수요처 210: 발전 엔진
220: 가스연소장치 230: 재액화부
231: 재액화기 L100: 메인 증발가스 공급라인
L110: 안티서지 라인 L120: 과압 방지라인
L130: 증발가스 회수라인 L140: 증발가스 경유라인
L200: 보조 증발가스 공급라인 L210, L210＇: 증발가스 재액화라인
L220: 고온 증발가스 회수라인 L230: 기상 증발가스 전달라인
L240: 기상 증발가스 회수라인 L300: 메인 액화가스 공급라인
L310: 액화가스 이송라인 L320: 액화가스 강제 기화라인
L400: 보조 액화가스 공급라인

Claims

액화가스 저장탱크의 증발가스를 압축하는 2단의 극저온용 압축기가 병렬로 마련되는 저압 압축부;
상기 극저온용 압축기에서 가압된 증발가스를 가압하여 고압 수요처로 공급하는 4단 이상의 상온용 압축기가 마련되는 고압 압축부;
상기 고압 압축부에서 토출되어 상기 고압 수요처로 전달되는 증발가스 중 일부를 상기 저압 압축부로 유입되는 증발가스와 열교환하는 증발가스 열교환기;
상기 고압 압축부에서 압축된 후 상기 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스를 감압하는 감압밸브; 및
상기 감압밸브에서 감압된 증발가스를 기액분리하여 액상 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 전달하는 액화가스 기액분리기를 포함하며,
상기 상온용 압축기에서 사용되는 윤활유가 증발가스에 혼합되어 상기 증발가스 열교환기로 유입되면, 상기 저압 압축부에서 압축된 고온 증발가스를 상기 증발가스 열교환기에 주입하여 상기 증발가스 열교환기에 유입된 윤활유를 제거하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 액화가스 기액분리기는,
상기 감압밸브에서 감압된 증발가스를 기액분리하여 기상 증발가스를 상기 증발가스 열교환기로 전달하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 상온용 압축기에서 사용되는 윤활유가 증발가스에 혼합되어 상기 증발가스 열교환기로 유입되고,
상기 증발가스 열교환기에 유입된 윤활유의 제거를 위해 상기 저압 압축부에서 압축된 고온 증발가스를 상기 증발가스 열교환기에 주입하는 경우, 상기 액화가스 기액분리기에서 분리되어 상기 증발가스 열교환기를 경유한 기상 증발가스를 저압 수요처로 전달하는 기상 증발가스 회수라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크에서 배출되는 증발가스가 상기 증발가스 열교환기를 경유하여 상기 저압 압축부로 전달되도록 하는 증발가스 경유라인; 및
상기 증발가스 경유라인의 흐름을 제어하는 증발가스 경유밸브를 더 포함하며,
상기 증발가스 경유밸브는,
상기 증발가스 열교환기에 유입된 윤활유의 제거를 위해 상기 저압 압축부에서 압축된 고온 증발가스를 상기 증발가스 열교환기에 주입할 경우, 상기 증발가스 열교환기에 주입된 증발가스가 고온 상태를 유지할 수 있도록 상기 증발가스 경유라인의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크와 상기 저압 압축부 사이에 마련되고, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 전달 받아 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 예냉하는 예냉기; 및
상기 예냉기에서 냉각된 증발가스를 공급 받아 기상을 분리하여 상기 저압 압축부로 전달하는 증발가스 기액분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 저압 압축부에서 토출되어 상기 고압 압축부로 전달되는 증발가스 중 적어도 일부는 저압 수요처로 공급되고,
상기 저압 수요처는 발전 엔진, 및 가스연소장치(GCU) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 저압 압축부와 상기 고압 압축부 사이의 증발가스의 압력은 6 내지 7 bar로 조절되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 저압 압축부는,
상기 극저온용 압축기에서 토출된 증발가스를 냉각하는 냉각기; 및
상기 극저온용 압축기와 상기 냉각기 사이에 마련되고, 상기 극저온용 압축기에서 서지 현상 발생 시에 상기 극저온용 압축기에서 토출된 증발가스를 상기 저압 압축부에 공급되는 증발가스에 합류시키는 안티서지 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 고압 압축부는,
상기 고압 압축부에서 토출된 증발가스를 상기 고압 압축부로 회수하는 회수 밸브; 및
상기 고압 압축부 후단에 마련되고 상기 고압 압축부에서 토출된 증발가스의 압력이 상기 고압 수요처의 요구 압력으로 유지되도록, 상기 회수 밸브의 개폐를 조절하는 하류 압력 제어 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 고압 압축부는,
상기 고압 압축부 전단에 마련되고 상기 고압 압축부 전단의 증발가스 압력이 일정 압력 이하이면, 상기 회수 밸브를 개방하여 상기 고압 압축부에서 토출된 증발가스를 상기 고압 압축부로 회수하는 상류 압력 제어 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 극저온용 압축기는 원심형 압축기이며, 상기 상온용 압축기는 왕복동형 압축기인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 압축하여 송출하는 액화가스 펌프; 및
상기 액화가스 펌프에서 토출된 액화가스를 기화시켜 상기 고압 수요처로 기화된 액화가스를 공급하는 액화가스 기화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.