KR102200378B1 - 에틸렌 서브쿨링 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에틸렌을 운송하는 에틸렌 운반선으로서, 에틸렌을 저장하는 복수 개의 에틸렌 저장탱크, 에틸렌보다 비등점이 낮은 탄화수소를 저장하는 적어도 하나의 탄화수소 저장탱크, 에틸렌 저장탱크의 에틸렌을 상기 탄화수소로 과냉하여 리턴시키는 과냉부, 및 탄화수소를 수요처로 공급하는 연료 공급부를 포함하며, 상기 연료 공급부는, 탄화수소를 가열하는 기화기를 갖고, 탄화수소가 상기 기화부의 상류에서 상기 과냉부를 선택적으로 경유하도록 마련되며, 상기 에틸렌 저장탱크의 내압에 따라 상기 과냉부의 경유 여부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

에틸렌 서브쿨링 시스템 및 이를 포함하는 선박{Ethylene sub-cooling system and ship having the same}
본 발명은 에틸렌 서브쿨링 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
에틸렌(ethylene)의 가격은 북아메리카보다 아시아에서 2배 정도 비싼 것으로 조사되며, 북아메리카 및 중동에서 공급량이 월등히 많고, 아시아에서는 중국을 중심으로 수요량이 많은 것으로 파악되고 있다.
국내의 경우, 나프타(naphtha)를 주원료로 이용하여 에틸렌을 생산하는 경우 에틸렌 가격이 미국에 비해 2배 가량 높으며, 수요가 증가함에 따라 점차 생산량을 늘리고 있으며, 정유업계에서는 직접 시설투자 및 화학회사와 합작하여 에틸렌 생산 시장 진입을 준비하고 있다.
에틸렌 캐리어는 친환경 연료 사용 및 에틸렌 운송 효율을 극대화하기 위해 증발가스(Boiling Off Gas, B.O.G)의 발생 양을 최소화시키기 위한 목적으로 개발되었다.
그러나 종래에는 180K 에틸렌 캐리어에 대한 수요가 없음에 따라 에틸렌에 대한 재액화 시스템도 존재하지 않았다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 에틸렌보다 비등점이 낮은 탄화수소 및 냉매를 이용하여 에틸렌을 과냉시키는 에틸렌 서브쿨링 시스템 및 이를 포함하는 선박으로서 에틸렌 운반선을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 에틸렌 운반선은, 에틸렌을 저장하는 복수 개의 에틸렌 저장탱크, 에틸렌보다 비등점이 낮은 탄화수소를 저장하는 적어도 하나의 탄화수소 저장탱크, 에틸렌 저장탱크의 에틸렌을 상기 탄화수소로 과냉하여 리턴시키는 과냉부 및 탄화수소를 수요처로 공급하는 연료 공급부를 포함하며, 상기 연료 공급부는, 탄화수소를 가열하는 기화기를 갖고, 탄화수소가 상기 기화부의 상류에서 상기 과냉부를 선택적으로 경유하도록 마련되며, 상기 에틸렌 저장탱크의 내압에 따라 상기 과냉부의 경유 여부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 과냉부는, 상기 탄화수소 및 별도의 냉매를 이용하여 에틸렌을 과냉하여 리턴시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 에틸렌 저장탱크의 내압이 정상 범위일 경우, 상기 연료 공급부는, 탄화수소가 상기 과냉부를 우회하여 상기 기화기를 거쳐 상기 수요처로 공급되도록 하고, 상기 과냉부는, 탄화수소와 냉매 중 냉매만을 이용하여 에틸렌을 과냉시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 에틸렌 저장탱크의 내압이 정상 범위를 벗어날 경우, 상기 연료 공급부는, 탄화수소가 상기 과냉부 및 상기 기화기를 차례로 거쳐 상기 수요처로 공급되도록 하고, 상기 과냉부는, 탄화수소와 냉매 모두를 이용하여 에틸렌을 과냉시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 과냉부는, 상기 에틸렌 저장탱크와 상기 과냉부를 연결하는 에틸렌 과냉라인; 상기 에틸렌 과냉라인 상에 마련되어 탄화수소와 에틸렌을 열교환하는 탄화수소 열교환기; 및 상기 에틸렌 과냉라인 상에서 상기 탄화수소 열교환기의 하류에 마련되어 냉매와 에틸렌을 열교환하는 냉매 열교환기를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 연료 공급부는, 상기 탄화수소 저장탱크에서 상기 탄화수소 열교환기를 경유하여 상기 수요처로 연결되는 탄화수소 공급라인; 및 상기 탄화수소 공급라인에서 상기 탄화수소 열교환기를 우회하는 바이패스 라인을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 연료 공급부는, 상기 에틸렌 저장탱크의 내압에 따라 상기 바이패스 라인의 유동을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 에틸렌 운반선은, 선박의 연료로 사용되기 위해 저장되는 탄화수소를 이용하여 화물인 에틸렌을 과냉시켜 저장함으로써 에틸렌 저장탱크의 안정적인 내압 유지 및 에틸렌 증발가스 발생을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 에틸렌 운반선은, 에틸렌 저장탱크의 내압에 따라 단계적인 에틸렌 과냉을 제공하여 효율적인 운용이 가능하다.
본 발명에 따른 에틸렌 운반선은, 상기 에틸렌 운반선 내 수요처의 요구 부하에 따라 탄화수소의 냉각 단계를 조절하여 연료 공급부에 연료가스를 공급할 수 있다.
도 1는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 재기화 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 탄화수소 및 연료가스는 에틸렌보다 비등점이 낮은 LNG, 에탄 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있고, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다. 또한 이하에서 탄화수소는, 에틸렌보다 비등점이 낮은 물질의 액체 상태 또는 자연기화되거나 강제기화된 기체 상태 등을 모두 포괄하는 용어로 사용될 수 있으며, 다만 증발가스는 탄화수소 저장탱크 내에서 자연기화된 가스를 의미하는 용어로 사용될 수 있음을 알려둔다.
이하에서, 고압, 저압, 고온, 저온, 고속 및 저속은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.
이하에서, 선박은 에틸렌을 화물로 운반하는 에틸렌 운반선을 의미하되, 상선이나 해양에서 가스를 생산할 수 있는 선박, 가스 플랫폼과 해양 부유물을 모두 포괄할 수 있음을 알려둔다.
이하에서, 선박의 연료 수요처는 추진 엔진이나 발전 엔진일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아님을 알려둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에틸렌 운반선의 에틸렌 서브쿨링 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 에틸렌 운반선은 과냉부(10)와 연료 공급부(20)를 갖는다. 과냉부(10)는 에틸렌 저장탱크(100)의 에틸렌을 탄화수소로 과냉하여 리턴시키며, 연료 공급부(20)는 탄화수소를 수요처(A)로 공급한다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 에틸렌 운반선은 에틸렌 저장탱크(100), 탄화수소 저장탱크(200), 탄화수소 열교환기(110), 냉매 열교환기(120), 냉매 공급부(130), 기화기(210), 기액분리기(220), 에틸렌 과냉라인(L1), 탄화수소 공급라인(L2), 바이패스 라인(L3) 등을 포함한다.
에틸렌 저장탱크(100)는, 액상의 에틸렌을 저장한다. 에틸렌의 비등점은 대략 -103.7℃로서, 상기 에틸렌 저장탱크(100)는 에틸렌을 액상으로 유지 및 저장하기에 적합한 단열 구조를 제공할 수 있다.
에틸렌 저장탱크(100) 내부에는 저장된 액상의 에틸렌을 펌핑하여 후술할 에틸렌 과냉라인(L1)으로 공급하기 위한 이송펌프(100a)가 구비될 수 있다. 또한, 에틸렌 저장탱크(100) 내부에는 본 실시예에 따른 에틸렌 서브쿨링 시스템에 의해 과냉된 에틸렌을 리턴하기 위한 수단(도시하지 않음)이 구비될 수 있다. 바람직하게는, 에틸렌 저장탱크(100)의 상부에서 과냉된 에틸렌을 분사하는 형태로 리턴할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
에틸렌 운반선에서 에틸렌 저장탱크(100)는 복수 개로 마련될 수 있음이 자명하며, 선체 내부에 나란히 배열될 수 있다. 일례로 도면과 같이 내부에 적어도 3개의 에틸렌 저장탱크(100)가 일정한 방향(전후 방향)으로 배치될 수 있지만, 에틸렌 저장탱크(100)의 개수나 배치를 위와 같이 한정하는 것은 아니다.
도면에 도시하지 않았으나 각 에틸렌 저장탱크(100)에는 내압을 측정하기 위한 압력계와, 내부에 저장된 에틸렌의 온도를 측정하기 위한 온도계가 마련될 수 있다. 따라서, 각 에틸렌 저장탱크(100)의 내부 압력과 온도에 따라 저장된 에틸렌의 과냉 필요성이 판단될 수 있고, 이에 따라 에틸렌 이송 펌프(100a)가 구동되어 에틸렌 과냉라인(L1)을 통해 에틸렌을 공급할 수 있다.
탄화수소 저장탱크(200)는 액상의 탄화수소를 저장한다. 탄화수소는 에틸렌 운반선의 다양한 수요처에 대한 연료일 수 있다. 탄화수소는 일례로 에틸렌보다 비등점이 낮은 액화천연가스일 수 있으며, 탄화수소 저장탱크(200)로부터 배출된 뒤 적절한 처리를 거쳐 수요처에서 요구되는 압력과 온도로 공급될 수 있다.
탄화수소 저장탱크(200) 내부에는 저장된 액상의 탄화수소를 펌핑하여 후술할 탄화수소 공급라인(L2)으로 공급하기 위한 이송펌프(200a)가 구비될 수 있다. 또한, 탄화수소 저장탱크(200) 내부로는 본 실시예에 따른 에틸렌 서브쿨링 시스템에 의해 가열된 후, 기액분리를 통해 분리된 액상의 탄화수소가 리턴되는 라인이 연결될 수 있다.
탄화수소 저장탱크(200) 역시 복수 개로 마련될 수 있으며, 선체 내부에서 상기 복수 개의 에틸렌 저장탱크(100)와 나란히 배열될 수 있다. 도면에서는 한 개만을 도시하였으나 탄화수소 저장탱크(200)의 개수나 배치를 위와 같이 한정하는 것은 아니다.
에틸렌 과냉라인(L1)을 통해 상기 에틸렌 저장탱크(100)로부터 공급되는 에틸렌이 유동하며, 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 상기 탄화수소 저장탱크(200)로부터 공급되는 탄화수소가 유동한다.
탄화수소 열교환기(110)에서는, 상기 에틸렌 과냉라인(L1)과 상기 탄화수소 공급라인(L2)간의 열교환이 일어난다. 전술한 바와 같이 상기 탄화수소는 에틸렌 보다 비등점이 낮은 것을 이용하므로, 상기 탄화수소 열교환기(110)에서는 액체 상태의 탄화수소의 냉열을 이용하여 상기 에틸렌을 과냉시킬 수 있다.
에틸렌 과냉라인(L1)과 탄화수소 공급라인(L2) 상에는 각각 에틸렌과 탄화수소의 공급과 유량을 제어하는 밸브(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 과냉이 요구되는 에틸렌의 양에 따라 상기 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 상기 탄화수소 열교환기(110)로 공급되는 탄화수소의 유량이 조절될 수 있다.
추가적으로, 탄화수소 공급라인(L2)상에는 상기 탄화수소 열교환기(110)를 우회하기 위한 바이패스 라인(L3)이 마련될 수 있다. 상기 바이패스 라인(L3)을 통한 탄화수소의 공급 제어는 후술하기로 한다.
탄화수소 열교환기(110)를 거친 에틸렌은 에틸렌 과냉라인(L1)을 통해 다시 에틸렌 저장탱크(100)로 리턴될 수 있다. 이때, 탄화수소 열교환기(110)의 하류에는 후술할 냉매 열교환기(120)가 구비될 수 있다.
탄화수소 열교환기(110)를 거친 탄화수소는 후술할 기화기(210)와 기액분리기(220)를 거쳐 수요처(A)로 공급되거나, 탄화수소 저장탱크(200)로 리턴될 수 있다.
탄화수소 열교환기(110)를 거친 에틸렌은 냉매 열교환기(120)에서 상기 탄화수소와는 별도로 공급되는 냉매에 의해 추가적으로 냉각될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 에틸렌은 에틸렌 저장탱크(100)로부터 인출되어, 탄화수소 열교환기(110)에서 일차적으로 냉각되고, 상기 냉매 열교환기(120)에서 이차적으로 냉각될 수 있다.
냉매 열교환기(120)는 냉매 공급부(130)로부터 공급받는 냉매의 냉열로 에틸렌을 냉각할 수 있다. 냉매는 에틸렌을 과냉할 수 있는 냉열을 제공할 수 있는 것이면 족하며, 그 종류가 한정되는 것은 아니다. 냉매는 에틸렌을 과냉시킨 후 다시 냉매 공급부(130)로 리턴되어 별도의 냉매 사이클(도시하지 않음)을 통해 냉열을 공급받아 다시 에틸렌 과냉에 이용될 수 있다.
냉매 열교환기(120)에서 과냉된 에틸렌은 에틸렌 과냉라인(L1)을 통해 상기 에틸렌 저장탱크(100)로 리턴될 수 있다.
탄화수소 열교환기(110)를 거친 탄화수소는 기화기(210)에서 강제 기화될 수 있다. 기화기(210)는 상기 탄화수소 열교환기(110)를 거친 탄화수소 대비 상대적으로 고온인 해수를 이용하여 상기 탄화수소를 기화시키는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기화기(210)에서 상기 탄화수소의 적어도 일부가 기화될 수 있으며, 기화기(210)를 거친 탄화수소는 기액분리기(220)에서 기상과 액상으로 분리될 수 있다. 분리되는 액화 탄화수소는 컨덴세이트 형태로, 액화 탄화수소 라인(L4)을 통해 상기 탄화수소 저장탱크(200)로 리턴되어 추후 재사용될 수 있다. 분리된 기체 상태의 탄화수소는 연료가스 공급라인(L5)을 통해 수요처(A)로 공급되어 연료로 사용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 상기 제1 실시예에 따른 에틸렌 서브쿨링 시스템과 에틸렌 운반선에서 탄화수소의 흐름을 중심으로 살펴본다.
탄화수소는 연료 공급부(20)를 거쳐 수요처(A)에 연료가스로서 공급될 수 있다. 탄화수소는 탄화수소 저장탱크(200)의 이송펌프(200a)에 의해 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 공급되며, 탄화수소를 가열하는 기화기(210)를 거쳐 수요처(A)로 공급될 수 있다.
이때, 탄화수소는 상기 기화기(210)의 상류에서 에틸렌 과냉부(10)를 선택적으로 경유할 수 있다. 구체적으로, 탄화수소 공급라인(L2)은 탄화수소 열교환기(110)에서 에틸렌 과냉라인(L1)과 열교환 될 수 있으나, 상기 탄화수소 공급라인(L2) 상에 마련되는 바이패스 라인(L3)을 통해 상기 과냉부(10)를 경유하지 않고 바로 상기 기화기(210)로 탄화수소를 공급할 수도 있다. 즉, 바이패스 라인(L3)은 탄화수소 공급라인(L2) 상에서 상기 탄화수소 열교환기(110)의 상류와 상기 기화기(210)의 상류를 연결하여 탄화수소의 우회로를 제공하는 것일 수 있다.
탄화수소 공급라인(L2)과 바이패스 라인(L3)은 그 개도를 조절하는 밸브를 각각 구비할 수 있으며, 상기 밸브는 에틸렌 저장탱크(100)의 내압에 관한 신호를 수신하여 각 라인을 통해 유동하는 탄화수소의 유량을 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 에틸렌 저장탱크(100)의 내압이 정상 범위일 경우, 연료 공급부(20)는 탄화수소가 상기 과냉부(10)를 우회하여 상기 기화기(210)를 거쳐 상기 수요처(A)로 공급되도록 할 수 있다. 에틸렌 저장탱크(100)에서 증발가스의 발생량이 상대적으로 적은 경우이므로, 과냉부(10)에서는 에틸렌이 에틸렌 과냉라인(L1)을 따라 유동하지만 실제 냉매 열교환기(120)에서만 열교환을 통한 과냉이 이루어질 수 있다. 즉, 에틸렌 저장탱크(100)의 내압이 정상 범위일 경우, 탄화수소 공급라인(L2)에서 탄화수소 열교환기(110)로 공급되는 탄화수소의 흐름은 차단될 수 있으며, 이들 탄화수소는 상기 바이패스 라인(L3)을 통해 기화기(210)로 공급될 수 있다.
반대로, 상기 에틸렌 저장탱크(100)의 내압이 정상 범위를 벗어날 경우, 상기 연료 공급부(20)는 탄화수소가 상기 과냉부(10) 및 상기 기화기(210)를 차례로 거쳐 수요처(A)로 공급되도록 할 수 있다. 즉, 과냉부(10)에서는 에틸렌이 에틸렌 과냉라인(L1)을 따라 유동하면서 탄화수소 열교환기(110)와 냉매 열교환기(120) 모두에서, 각각 탄화수소와 냉매에 의해 과냉될 수 있게 된다. 에틸렌 저장탱크(100)의 내압이 정상 범위를 벗어날 경우, 탄화수소 공급라인(L2) 상에서 상기 바이패스 라인(L3)을 통한 탄화수소의 흐름은 차단될 수 있으며, 탄화수소는 상기 탄화수소 열교환기(110)를 통해 기화기(210)로 공급될 수 있다. 이 경우는 상기 에틸렌 저장탱크(100)의 내압이 정상 범위를 벗어나는 경우뿐만 아니라, 상기 기화기(210)의 손상시에도 탄화수소의 가열 수단으로서 활용될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 에틸렌 운반선에서 에틸렌 저장탱크의 내압에 따라 탄화수소와 냉매를 이용한 단계적인 과냉을 구현하여 상기 에틸렌 저장탱크의 내압을 보다 효율적으로 정상 범위로 유지할 수 있게 한다. 또한, 상기 에틸렌 저장탱크의 내압에 따른 연료 공급 제어 방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 에틸렌 운반선의 에틸렌 서브쿨링 시스템의 개념도이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 에틸렌 운반선은 과냉부(10)와 연료 공급부(20)를 갖는다. 과냉부(10)는 에틸렌 저장탱크(100)의 에틸렌을 탄화수소로 과냉하여 리턴시키며, 연료 공급부(20)는 탄화수소를 수요처(A)로 공급한다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 에틸렌 운반선은 에틸렌 저장탱크(100), 탄화수소 저장탱크(200), 탄화수소 열교환기(110), 쿨러(230), 냉매 공급부(240), 기화기(210), 기액분리기(220), 에틸렌 과냉라인(L1), 탄화수소 공급라인(L2) 등을 포함한다.
본 실시예에서는 상기 제1 실시예 대비 달라지는 점을 중심으로 설명한다.
에틸렌 과냉라인(L1)을 통해 상기 에틸렌 저장탱크(100)로부터 공급되는 에틸렌이 유동하며, 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 상기 탄화수소 저장탱크(200)로부터 공급되는 탄화수소가 유동한다.
탄화수소 저장탱크(200)로부터 공급되는 탄화수소는 먼저 탄화수소 공급라인(L2) 상에 마련되는 쿨러(230)에서 예냉될 수 있다. 쿨러(230)에서는 탄화수소와는 별도로 마련되는 냉매에 의해 상기 탄화수소를 예냉할 수 있으며, 상기 냉매는 탄화수소에 냉열하여 추후 상기 탄화수소가 에틸렌을 과냉시킬 수 있도록 하는 것이면 그 종류에는 한정되지 않는다.
냉매는 냉매 공급부(240)로부터 공급되며, 냉매 순환라인(L7)을 통해 순환하여 쿨러(230)에서 냉열을 탄화수소에 공급할 수 있다. 냉열을 공급한 냉매는 냉매 순환라인(L7)을 통해 유동하면서 다시 냉열을 공급받아 재순환할 수 있다. 냉매 순환라인(L7) 상에는 상기 쿨러(230)를 우회하기 위한 냉매 우회라인(L8)이 마련될 수 있다. 상기 냉매 우회라인(L8)을 통한 탄화수소 예냉의 제어는 후술하기로 한다.
쿨러(230)를 거친 탄화수소는 탄화수소 열교환기(110)에서 에틸렌을 과냉하는 데에 이용될 수 있다.
탄화수소 열교환기(110)는 탄화수소 공급라인(L2) 상에서 상기 쿨러(230)의 하류에 마련될 수 있다. 탄화수소 열교환기(110)에서는, 상기 에틸렌 과냉라인(L1)과 상기 탄화수소 공급라인(L2)간의 열교환이 일어난다. 탄화수소 열교환기(110)에서는 액체 상태의 탄화수소 자체가 가진 냉열이 에틸렌에 공급될 수 있고, 전술한 바와 같이 냉매로부터 전달받은 냉열을 다시 에틸렌에 공급하여 에틸렌의 과냉이 일어날 수 있다.
에틸렌 과냉라인(L1)과 탄화수소 공급라인(L2) 상에는 각각 에틸렌과 탄화수소의 공급과 유량을 제어하는 밸브(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 후술할 에틸렌 운반선의 선속에 따라 상기 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 상기 탄화수소 열교환기(110)로 공급되는 탄화수소의 유량이 조절될 수 있다.
탄화수소 열교환기(110)를 거친 에틸렌은 에틸렌 과냉라인(L1)을 통해 다시 에틸렌 저장탱크(100)로 리턴될 수 있다. 탄화수소 열교환기(110)를 거친 탄화수소는 후술할 기화기(210)와 기액분리기(220)를 거쳐 수요처(A)로 공급되거나, 탄화수소 저장탱크(200)로 리턴될 수 있다.
탄화수소 열교환기(110)를 거친 탄화수소는 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 기화기(210)로 공급되어 기화될 수 있다. 상기 탄화수소 공급라인(L2) 상에는 상기 기화기(210)를 우회하는 기화기 바이패스 라인(L6)이 마련될 수 있다. 상기 기화기 바이패스 라인(L6)을 통한 탄화수소의 우회는 후술하기로 한다.
기화기(210)에서 상기 탄화수소의 적어도 일부가 기화될 수 있으며, 기화기(210)를 거친 탄화수소는 기액분리기(220)에서 기상과 액상으로 분리될 수 있다. 분리되는 액화 탄화수소는 액화 탄화수소 라인(L4)을 통해 상기 탄화수소 저장탱크(200)로 리턴되어 추후 재사용될 수 있다. 분리된 기체 상태의 탄화수소는 연료가스 공급라인(L5)을 통해 수요처(A)로 공급되어 연료로 사용될 수 있다.
탄화수소 저장탱크(200)에서도 내부에 저장된 탄화수소가 자연 증발하므로 증발가스가 생성된다. 상기 탄화수소 저장탱크(200)는 증발가스 공급라인(L9)을 통해 생성되는 증발가스를 배출할 수 있다. 상기 증발가스 공급라인(L9)은 압축기(250)를 구비하여, 발생한 증발가스를 압축하여 수요처(A)에서 요구하는 압력 수준으로 맞추어 공급할 수 있다. 증발가스 공급라인(L9)은 압축된 증발가스를 상기 연료가스 공급라인(L5)을 통해 수요처(A)로 공급할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 상기 제2 실시예에 따른 에틸렌 서브쿨링 시스템과 에틸렌 운반선에서 탄화수소의 흐름을 중심으로 살펴본다.
탄화수소는 연료 공급부(20)를 거쳐 수요처(A)에 연료가스로서 공급될 수 있다. 탄화수소는 탄화수소 저장탱크(200)의 이송펌프(200a)에 의해 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 수요처(A)로 공급될 수 있다.
이때, 전술한 냉매는 상기 쿨러(230)를 선택적으로 경유하도록 마련될 수 있다. 상기 냉매 순환라인(L7)과 냉매 우회라인(L8)은 그 개도를 조절하는 밸브를 각각 구비할 수 있으며, 상기 밸브는 상기 수요처(A)의 부하에 관한 신호를 수신하여 각 라인을 통해 유동하는 냉매 유량을 조절할 수 있다. 상기 수요처(A)의 부하는 상기 에틸렌 운반선의 선속에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 상기 에틸렌 운반선의 선속이 기설정값 미만일 경우, 냉매는 냉매 순환라인(L7)을 통해 쿨러(230)를 경유하여 탄화수소를 예냉할 수 있다. 따라서, 탄화수소는 상기 쿨러(230)에서 냉매에 의해 냉각되고, 탄화수소 열교환기(110)에서 에틸렌을 과냉시킴으로써 가열된 후 상기 수요처(A)로 공급될 수 있다.
에틸렌 운반선의 선속이 기설정값 미만으로서, 상대적으로 저속으로 운행하는 경우, 탄화수소 저장탱크(200)에서 발생하는 증발가스의 양이 수요처(A)의 연료가스 요구량을 기준으로 다량일 수 있으므로 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 공급되는 탄화수소를 기화기 바이패스 라인(L6)을 통해 기화기(210)를 우회시킬 수도 있다.
또 다른 예로, 상기 에틸렌 운반선의 선속이 기설정값 이상일 경우, 냉매를 냉매 우회라인(L8)을 통해 쿨러(230)를 우회하도록 할 수 있다. 따라서, 탄화수소는 쿨러(230)에서는 냉각되지 않은 상태로 상기 탄화수소 열교환기(110)에서 에틸렌을 과냉시킴으로써 가열된 후 상기 수요처(A)로 공급될 수 있다.
에틸렌 운반선의 선속이 기설정값 이상으로서, 상대적으로 고속으로 운행하는 경우, 탄화수소 저장탱크(200)에서 발생하는 증발가스 만으로는 수요처(A)에서 요구하는 연료량을 충족하지 못할 수 있다. 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 탄화수소를 기화기(210)에서 기화시켜 수요처(A)로 공급할 수도 있다.
이와 같이 본 실시예는, 에틸렌 운반선에서 수요처의 부하, 예를 들어 에틸렌 운반선의 선속에 따라 탄화수소를 냉각시키는 냉매의 우회라인 유동을 제어함으로써, 에틸렌 저장탱크의 내압을 정상 범위로 유지함과 동시에 수요처 부하에 따른 연료 공급 제어 방법을 제공한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에틸렌 운반선의 에틸렌 서브쿨링 시스템의 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 에틸렌 운반선은 과냉부(10)와 연료 공급부(20)를 갖는다. 과냉부(10)는 에틸렌 저장탱크(100)의 에틸렌을 탄화수소로 과냉하여 리턴시키며, 연료 공급부(20)는 탄화수소를 수요처(A)로 공급한다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 에틸렌 운반선은 에틸렌 저장탱크(100), 탄화수소 저장탱크(200), 열교환기(140), 냉매 공급부(240), 기화기(210), 기액분리기(220), 에틸렌 과냉라인(L1), 탄화수소 공급라인(L2) 등을 포함한다.
본 실시예에서는 상기 제2 실시예 대비 달라지는 점을 중심으로 설명한다.
에틸렌 과냉라인(L1)을 통해 상기 에틸렌 저장탱크(100)로부터 공급되는 에틸렌이 유동하며, 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 상기 탄화수소 저장탱크(200)로부터 공급되는 탄화수소가 유동한다.
열교환기(140)에서는, 상기 에틸렌 과냉라인(L1), 상기 탄화수소 공급라인(L2), 액화 탄화수소 라인(L4) 및 냉매 순환라인(L7) 간의 열교환이 일어난다.
구체적으로, 열교환기(140)에서는 상기 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 유동하는 탄화수소와, 상기 냉매 순환라인(L7)을 통해 유동하는 냉매의 냉열을 이용하여, 상기 에틸렌 과냉라인(L1)을 유동하는 에틸렌을 과냉시키고, 상기 액화 탄화수소 라인(L4)을 통해 유동하는 탄화수소를 냉각시킬 수 있다.
열교환기(140)를 거친 에틸렌은 에틸렌 과냉라인(L1)을 통해 다시 에틸렌 저장탱크(100)로 리턴될 수 있다. 열교환기(140)를 거친 탄화수소는 기화기(210)와 기액분리기(220)를 거쳐 수요처(A)로 공급되거나, 상기 액화 탄화수소 라인(L4)을 통해 다시 상기 열교환기(140)를 거쳐 탄화수소 저장탱크(200)로 리턴될 수 있다.
열교환기(140)에는 탄화수소와는 별도로 마련되는 냉매가 냉매 공급부(240)에 의해 공급될 수 있다. 냉매는 냉매 순환라인(L7)을 통해 유동하며, 상기 냉매 순환라인(L7) 상에는 상기 열교환기(140)를 우회하는 냉매 우회라인(L8)이 마련될 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나 각 에틸렌 저장탱크(100)에는 내압을 측정하기 위한 압력계가 마련될 수 있으며, 상기 에틸렌 저장탱크(100)의 압력에 관한 신호를 수신하여 상기 냉매 우회라인(L8)을 통한 냉매의 유동이 제어될 수 있다. 이는 후술하기로 한다.
열교환기(140)를 거친 탄화수소는 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 기화기(210)로 공급되어 기화될 수 있다. 상기 탄화수소 공급라인(L2) 상에는 상기 기화기(210)를 우회하는 기화기 바이패스 라인(L6)이 마련될 수 있다.
기화기(210)에서 상기 탄화수소의 적어도 일부가 기화될 수 있으며, 기화기(210)를 거친 탄화수소는 기액분리기(220)에서 기상과 액상으로 분리될 수 있다. 분리되는 액화 탄화수소는 탄화수소 저장탱크(200)에 저장된 액상의 탄화수소 대비 고온으로, 액화 탄화수소 라인(L4)을 통해 상기 열교환기(140)에서 냉각된후 상기 탄화수소 저장탱크(200)로 리턴되어 추후 재사용될 수 있다. 분리된 기체 상태의 탄화수소는 연료가스 공급라인(L5)을 통해 수요처(A)로 공급되어 연료로 사용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 상기 제3 실시예에 따른 에틸렌 서브쿨링 시스템과 에틸렌 운반선에서 탄화수소의 흐름을 중심으로 살펴본다.
탄화수소는 연료 공급부(20)를 거쳐 수요처(A)에 연료가스로서 공급될 수 있다. 탄화수소는 탄화수소 저장탱크(200)의 이송펌프(200a)에 의해 탄화수소 공급라인(L2)을 통해 수요처(A)로 공급될 수 있다.
이때, 전술한 냉매는 상기 쿨러(230)를 선택적으로 경유하도록 마련될 수 있다. 상기 냉매 순환라인(L7)과 냉매 우회라인(L8)은 그 개도를 조절하는 밸브를 각각 구비할 수 있으며, 상기 밸브는 에틸렌 저장탱크(100)의 내압에 관한 신호를 수신하여 각 라인을 통해 유동하는 냉매 유량을 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 에틸렌 저장탱크(100)의 내압이 정상 범위일 경우, 냉매는 냉매 우회라인(L8)을 통해 우회하여 열교환기(140)를 거치지 않을 수 있다. 냉매는 냉매 순환라인(L7)을 통해 유동하며, 에틸렌은 탄화수소에 의해 과냉되는 것일 수 있다.
반대로, 상기 에틸렌 저장탱크(100)의 내압이 정상 범위를 벗어날 경우, 냉매는 냉매 순환라인(L7)을 통해 유동하여 열교환기(140)를 거쳐 에틸렌을 과냉시키고, 기액분리기(220)를 거쳐 리턴되는 탄화수소를 냉각시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 에틸렌 운반선에서 에틸렌 저장탱크의 내압에 따라 탄화수소와 냉매를 이용한 단계적인 과냉을 구현하여 상기 에틸렌 저장탱크의 내압을 보다 효율적으로 정상 범위로 유지할 수 있게 한다.
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 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.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 과냉부 20: 연료 공급부
100: 에틸렌 저장탱크 100a: 이송펌프
110: 탄화수소 열교환기 120: 냉매 열교환기
130: 냉매 공급부 140: 열교환기
200: 탄화수소 저장탱크 200a: 이송펌프
210: 기화기 220: 기액분리기
230: 쿨러 240: 냉매 공급부
250: 압축기
L1: 에틸렌 과냉라인 L2: 탄화수소 공급라인
L3: 바이패스 라인 L4: 액화 탄화수소 라인
L5: 연료가스 공급라인 L6: 기화기 바이패스 라인
L7: 냉매 순환라인 L8: 냉매 우회라인
L9: 증발가스 공급라인

Claims (7)

  1. 에틸렌을 운송하는 에틸렌 운반선으로서,
    에틸렌을 저장하는 복수 개의 에틸렌 저장탱크;
    에틸렌보다 비등점이 낮은 탄화수소를 저장하는 적어도 하나의 탄화수소 저장탱크;
    에틸렌 저장탱크의 에틸렌을 상기 탄화수소로 과냉하여 리턴시키는 과냉부; 및
    탄화수소를 수요처로 공급하는 연료 공급부를 포함하며,
    상기 과냉부는,
    상기 에틸렌 저장탱크와 상기 과냉부를 연결하는 에틸렌 과냉라인;
    상기 에틸렌 과냉라인 상에 마련되어 탄화수소와 에틸렌을 열교환하는 탄화수소 열교환기; 및
    상기 에틸렌 과냉라인 상에서 상기 탄화수소 열교환기의 하류에 마련되어 냉매와 에틸렌을 열교환하는 냉매 열교환기를 포함하며,
    상기 연료 공급부는,
    상기 탄화수소 저장탱크에서 상기 탄화수소 열교환기를 경유하여 상기 수요처로 연결되는 탄화수소 공급라인;
    상기 탄화수소 공급라인에서 상기 탄화수소 열교환기를 우회하는 바이패스 라인; 및
    상기 탄화수소 공급라인 상에서 상기 탄화수소 열교환기의 하류에 마련되어 탄화수소를 가열하는 기화기를 갖고, 탄화수소가 상기 기화기의 상류에서 상기 과냉부를 선택적으로 경유하도록 마련되며,
    상기 에틸렌 저장탱크의 내압이 정상 범위일 경우, 상기 연료 공급부는 탄화수소가 상기 과냉부를 우회하여 상기 기화기를 거쳐 상기 수요처로 공급되도록 하고, 상기 과냉부는 탄화수소와 냉매 중 냉매만을 이용하여 에틸렌을 과냉시키며,
    상기 에틸렌 저장탱크의 내압이 정상 범위를 벗어날 경우, 상기 연료 공급부는 탄화수소가 상기 과냉부 및 상기 기화기를 차례로 거쳐 상기 수요처로 공급되도록 하고, 상기 과냉부는 탄화수소와 냉매 모두를 이용하여 에틸렌을 과냉시키는 것을 특징으로 하는 에틸렌 운반선.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 공급부는,
    상기 에틸렌 저장탱크의 내압에 따라 상기 바이패스 라인의 유동을 제어하는 것을 특징으로 하는 에틸렌 운반선.
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