KR102243805B1 - 가스 재기화 시스템을 구비하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 재기화 시스템이 구비되는 선박에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인 상에 설치되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 저장하고, 설정된 증기압을 유지하는 석션 드럼; 상기 액화가스 공급라인 상에 설치되며, 상기 석션 드럼으로부터 액화가스를 공급받아 상기 수요처에서 요구하는 압력으로 가압하는 부스터 펌프; 상기 액화가스 공급라인 상에 설치되며, 상기 부스터 펌프로부터 공급되는 액화가스를 기화시키는 재기화 장치; 및 상기 석션 드럼과 상기 부스터 펌프 사이에 설치되며, 상기 부스터 펌프에 에이징 현상이 발생되면 작동되어 상기 부스터 펌프의 포트 내부 압력을 상승시켜 상기 포트 내의 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크로 배출되도록 하는 드레인 보조 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 재기화 시스템을 구비하는 선박{Regasification System of Gas and Ship having the Same}
본 발명은 가스 재기화 시스템을 구비하는 선박에 관한 것이다.
최근 환경 규제 등이 강화됨에 따라, 각종 연료 중에서 친환경 연료에 가까운 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 사용이 증대되고 있다. 액화천연가스는 일반적으로 LNG 운반선을 통해 운반되는데, 이때 액화천연가스는 1기압 하에서 -162
Figure 112019111400652-pat00001
이하로 온도를 내려서 액체 상태로 LNG 운반선의 탱크에 보관될 수 있다. 액화천연가스는 액체 상태가 될 경우 기체 상태 대비 부피가 600분의 1로 축소되므로 운반 효율이 증대될 수 있다.
그런데 액화천연가스는 액체 상태가 아닌 기체 상태로 소비되는 것이 일반적 이어서, 액상으로 저장 및 운송되는 액화천연가스는 재기화되어야 할 필요가 있는 바 가스 재기화 시스템이 사용된다.
이때 가스 재기화 시스템은 LNG FSRU, LNG 운반선, FLNG 등의 선박에 탑재되거나 또는 육상 등에 마련될 수 있으며, 가스 재기화 시스템은 해수 등의 열원을 이용하여 액화천연가스를 가열함으로써 재기화를 구현한다.
LNG FSRU 등 선박에 설치되는 가스 재기화 시스템에 적용되는 부스터 펌프(Booster Pump)의 경우 약 8~10시간 가량의 쿨다운(Cooldown) 시간을 필요로 하며, 이후에 쿨다운 조건을 유지함에 있어서 LNG 조성에서 상대적으로 가벼운 메탄 성분이 먼저 증발함에 따라 LNG의 밀도가 증가하게 되는 에이징 현상을 겪게 된다.
그런데 기존의 가스 재기화 시스템은 이러한 에이징 현상이 심하게 발생하였을 경우, 무거워진 LNG를 액화가스 저장탱크로 드레인하고, 새로운 LNG로 다시 쿨다운함에 있어서, LNG의 드레인을 위하여 긴 시간이 소모되는 불편함 또는 빠른 드레인을 위하여 배관의 사이즈를 크게 디자인 해야 하는 등 배관 설비 투자가 필요한 문제가 있었다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 가스 재기화 시스템이 구비되는 선박에서, 가스 재기화 시스템에 적용되는 부스터 펌프의 포트에 무거운 LNG 조성이 축적되는 에이징 현상이 발생할 경우, 이를 빠르게 해소하기 위한 드레인 보조 장치를 마련함으로써, 드레인용 배관의 사이즈 변경 없이 기존의 드레인용 배관을 사용하면서도 빠른 드레인을 구현할 수 있어, 사용자가 가스 재기화 시스템을 새롭게 운전하기 위해 대기하는 시간을 줄일 수 있도록 하는 가스 재기화 시스템을 구비하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인 상에 설치되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 저장하고, 설정된 증기압을 유지하는 석션 드럼; 상기 액화가스 공급라인 상에 설치되며, 상기 석션 드럼으로부터 액화가스를 공급받아 상기 수요처에서 요구하는 압력으로 가압하는 부스터 펌프; 상기 액화가스 공급라인 상에 설치되며, 상기 부스터 펌프로부터 공급되는 액화가스를 기화시키는 재기화 장치; 및 상기 석션 드럼과 상기 부스터 펌프 사이에 설치되며, 상기 부스터 펌프에 에이징 현상이 발생되면 작동되어 상기 부스터 펌프의 포트 내부 압력을 상승시켜 상기 포트 내의 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크로 배출되도록 하는 드레인 보조 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 드레인 보조 장치는, 일단부가 상기 석션 드럼의 상부에 연결되고 타단부가 상기 부스터 펌프의 상부에 연결되는 증발가스 가압라인; 및 상기 증발가스 가압라인 상에 마련되는 제어밸브를 포함하고, 상기 부스터 펌프에 에이징 현상이 발생되면 제어밸브가 개방되도록 작동되어 상기 증발가스 가압라인을 통해 상기 설정된 증기압을 갖는 상기 석션 드럼 내부의 증발가스를 상기 포트에 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 설정된 증기압은, 4bar 내지 10bar 범위일 수 있다.
구체적으로, 가스 재기화 시스템이 구비되는 LNG FSRU, LNG 운반선, FLNG일 수 있다.
본 발명에 따른 가스 재기화 시스템을 구비하는 선박은, 가스 재기화 시스템이 구비되는 선박에서, 가스 재기화 시스템에 적용되는 부스트 펌프의 포트에 무거운 LNG 조성이 축적되는 에이징 현상이 발생할 경우, 이를 빠르게 해소하기 위한 드레인 보조 장치를 마련함으로써, 드레인용 배관의 사이즈 변경 없이 기존의 드레인용 배관을 사용하면서도 빠른 드레인을 구현할 수 있어, 사용자가 가스 재기화 시스템을 새롭게 운전하기 위해 대기하는 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박의 개념도이다.
도 2는 도 1의 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 3은 도 2의 드레인 보조 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 드레인 보조 장치의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
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.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있고, 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 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미하며, 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
액화가스는 액체 상태, 기체 상태, 액체와 기체 혼합 상태, 과냉 상태, 초임계 상태 등과 같이 상태 변화와 무관하게 지칭될 수 있으며, 증발가스 역시 마찬가지임을 알려 둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박의 개념도이고, 도 2는 도 1의 가스 재기화 시스템의 개념도이고, 도 3은 도 2의 드레인 보조 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 2의 드레인 보조 장치의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(1)은, 가스 재기화 시스템(100)이 구비된다.
본 실시예에서, 선박(1)은, 가스 재기화 시스템(100)이 구비되는 구조물로서, LNG FSRU, LNG 운반선, FLNG 등의 해양구조물일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 가스 재기화 시스템이 구비되는 모든 선박을 포함할 수 있음은 물론이다.
가스 재기화 시스템(100)은, 도 1에서 선수부 측 상갑판 상에 구비되는 것으로 되어 있으나, 이는 일례에 불과하며 선수 중앙 등에도 배치될 수 있다.
가스 재기화 시스템(100)은, 액화가스 저장탱크(20)와 수요처(30) 사이에 마련될 수 있으며, 피딩 펌프(110), 석션 드럼(120), 부스터 펌프(130), 재기화 장치(140), 드레인 보조 장치(150)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(100)의 개별적인 구성을 기술하기에 앞서, 개별적인 구성들을 유기적으로 연결하는 기본적인 유로들에 대해서 설명하기로 한다. 여기서 유로는 유체가 흐르는 통로로 라인(Line)일 수 있으며 이에 한정되지 않고 유체가 유동하는 구성이면 모두 가능하다.
본 발명의 실시예에서는, 액화가스 공급라인(L1), 액화가스 드레인라인(L2), 증발가스 가압라인(L3)을 더 포함할 수 있다.
액화가스 공급라인(L1)은, 액화가스 저장탱크(20)와 수요처(30)를 연결할 수 있다. 액화가스 공급라인(L1)에는, 피딩 펌프(110), 석션 드럼(120), 부스터 펌프(130), 재기화 장치(140)가 마련될 수 있다. 이러한 액화가스 공급라인(L1)은, 피딩 펌프(110)에 의해 외부로 토출되는 액화가스 저장탱크(20)의 액화가스를 석션 드럼(120), 부스터 펌프(130), 재기화 장치(140)에서 처리하여 수요처(30)로 공급되도록 한다.
액화가스 드레인라인(L2)은, 부스터 펌프(130)와 액화가스 저장탱크(20)를 연결할 수 있다. 액화가스 드레인라인(L2)은, 부스터 펌프(130)에 에이징 현상이 발생할 경우 부스터 펌프(130)에 채워진 액화가스를 액화가스 저장탱크(20)로 드레인되도록 한다.
증발가스 가압라인(L3)은, 석션 드럼(120)과 부스터 펌프(130)를 연결할 수 있다. 증발가스 가압라인(L3)은, 석션 드럼(120)의 고압 증발가스가 부스터 펌프(130)에 공급되도록 할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L1~L3)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 재기화 시스템(2)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
액화가스 저장탱크(20)는, 액상의 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(20)는, 약 1bar 내외의 압력으로 액화가스를 저장할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(20)에 저장된 액화가스는, 액화가스 저장탱크(20)의 외부로 배출된 후 재기화 장치(140)에 의해 기화되어 수요처(30)로 전달될 수 있다.
여기서 수요처(30)는, 가스 재기화 시스템(100)에서 재기화된 액화가스를 공급받아 소비할 수 있으며, 일례로 육상 수요처(shore)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 수요처(30)에는 액화가스가 재기화 장치(140)에 의해 기화된 상태로 전달될 수 있다.
액화가스 저장탱크(20)는, 선체(10) 내부에 복수 개로 마련될 수 있다. 액화가스 저장탱크(20)는, 선체(10) 내부에 나란히 배열될 수 있다. 일례로 도 1과 같이 선체(10) 내부에 적어도 4개의 액화가스 저장탱크(20)가 일정한 방향(전후 방향)으로 배치될 수 있지만, 액화가스 저장탱크(20)의 개수나 배치를 위와 같이 한정하는 것은 아니다.
피딩 펌프(110)는, 액화가스 저장탱크(20) 내부에 저장된 액화가스를 액화가스 저장탱크(20)의 외부로 배출시킬 수 있다. 이때, 피딩 펌프(110)에 의하여 액화가스가 다소 가압될 수 있지만 피딩 펌프(110)에 의한 가압은 수요처(30)의 요구 압력까지 이루어지진 않을 수 있다. 따라서, 피딩 펌프(110)에 의해 가압된 액화가스의 압력과 수요처(30)의 요구 압력의 차이만큼 후술할 부스터 펌프(130)가 액화가스를 가압하게 된다.
피딩 펌프(110)는, 액화가스 저장탱크(20)의 외부에 일례로 원심형 펌프로 구성될 수 있으며, 또는 내부에 잠형으로 형성될 수 있다.
피딩 펌프(110)에서 수요처(30)까지는 액화가스 공급라인(L1)이 마련될 수 있다.
이때 액화가스 공급라인(L1)은, 도시하지 않았지만, 멀티 트레인 예를 들어, 제1 내지 제4 트레인을 형성하기 위해 병렬로 4개 형성될 수 있다.
석션 드럼(120)은, 피딩 펌프(110)와 부스터 펌프(130) 사이의 액화가스 공급라인(L1) 상에 설치될 수 있으며, 액화가스 저장탱크(20)로부터 피딩 펌프(110)에 의해 액화가스를 받아 일시 저장하고, 증발가스를 분리하며, 액화가스를 자체 내부압력에 의해 부스터 펌프(130)로 공급할 수 있다.
석션 드럼(120)은, 내부가 설정된 증기압을 유지할 수 있으며, 이러한 내부압력으로 액화가스를 부스터 펌프(130)에 공급할 수 있다. 즉, 석션 드럼(120)은 내부의 증발가스에 의해 설정된 증기압, 예를 들어 4bar 이상, 바람직하게는 4bar 내지 10bar 범위의 증기압을 유지할 수 있다.
또한, 석션 드럼(120)은, 드레인 보조 장치(150)에 의해 부스터 펌프(130)와 연결될 수 있다. 후술하겠지만, 석션 드럼(120)은, 부스터 펌프(130)에 에이징 현상이 발생되면, 드레인 보조 장치(150)를 통해 부스터 펌프(130)에 고압의 증발가스를 공급할 수 있다.
부스터 펌프(130)는, 석션 드럼(120)과 재기화 장치(140) 사이의 액화가스 공급라인(L1) 상에 설치될 수 있다.
부스터 펌프(130)는, 석션 드럼(120)으로부터 액화가스를 공급받고, 포트(131) 내부에 채워지는 액화가스를 수요처(30)에서 요구하는 압력으로 가압할 수 있다.
가스 재기화 시스템(100)에 적용되는 부스터 펌프(130)는, 약 8~10시간 가량의 쿨다운 시간을 필요로 하며, 이후에 쿨다운 조건을 유지함에 있어서 액화가스 조성에서 상대적으로 가벼운 메탄 성분이 먼저 증발함에 따라 액화가스의 밀도가 증가하게 되는 에이징 현상을 겪게 된다. 이러한 에이징 현상이 심하게 발생하였을 경우, 무거워진 액화가스를 액화가스 드레인라인(L2)을 통해 액화가스 저장탱크(20)로 드레인해야 한다. 재기화 작업을 원활하게 하기 위해서는 드레인 시간을 줄일 필요가 있다.
이에 본 실시예에서는 후술하겠지만, 드레인 보조 장치(150)를 석션 드럼(120)과 부스터 펌프(130)에 설치한다.
재기화 장치(140)는, 해수를 이용하여 기화기(도시하지 않음)에 직접 또는 간접적으로 열을 공급하여 부스터 펌프(130)로부터 공급되는 액화가스를 기화시킬 수 있다. 전자의 경우 해수 - 열매 - 액화가스로 열이 전달되는 해수 간접 기화 방식이라고 할 수 있으며, 후자의 경우 해수 - 액화가스로 열이 전달되는 해수 직접 기화 방식이라고 할 수 있다.
재기화 장치(140)에 의해 기화되는 액화가스의 온도는 수요처(30)의 요구 온도일 수 있으며, 수요처(30)의 종류에 따라 달라질 수 있으므로 재기화 장치(140)에서 가열된 액화가스의 온도는 특별히 한정하지 않는다.
재기화 장치(140)는, 액화가스를 기화시키는 장치라 정의되며, 본 발명의 실시예의 경우 일반적으로 사용되고 있는 재기화 장치의 구성을 포함할 수 있으므로, 본 발명에 적용되는 재기화 장치(140)에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
드레인 보조 장치(150)는, 석션 드럼(120)과 부스터 펌프(130) 사이에 설치될 수 있다.
드레인 보조 장치(150)는, 부스터 펌프(130)에 에이징 현상이 발생되면 작동되어 석션 드럼(120) 내부의 설정된 증기압을 갖는 증발가스를 부스터 펌프(130)에 공급하여 부스터 펌프(130)의 포트(131) 내부 압력을 상승시킬 수 있으며, 이로써 부스터 펌프(130)의 포트(131) 내의 액화가스를 액화가스 저장탱크(20)로 원활하고 빠르게 배출되도록 할 수 있다. 여기서 석션 드럼(120) 내부의 증발가스는 전술한 바와 같이 4bar 이상의 설정된 증기압을 유지한다.
드레인 보조 장치(150)는, 일단부가 석션 드럼(120)의 상부(증발가스 영역)에 연결되고 타단부가 부스터 펌프(130)의 상부(포트 최상부)에 연결되어, 석션 드럼(120) 내부의 4bar 이상의 증기압을 갖는 증발가스를 부스터 펌프(130)에 공급하는 증발가스 가압라인(L3)과, 증발가스 가압라인(L3) 상에 마련되는 제어밸브(151)로 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 드레인 보조 장치(150)는, 부스터 펌프(130)에 에이징 현상이 발생될 경우 제어밸브(151)가 개방되도록 작동되어 증발가스 가압라인(L3)을 통해 4bar 이상의 고압 증발가스가 부스터 펌프(130)의 포트(131)에 공급되고, 이로 인하여 부스터 펌프(130)의 포트(131) 내부는 고압 증발가스가 공급됨에 의해 압력이 상승되어 부스터 펌프(130)의 포트(131) 내부에 채워진 액화가스가 액화가스 드레인라인(L2)을 통해 빠르게 배출하게 된다.
드레인 보조 장치(150)의 증발가스 가압라인(L3)은, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 멀티 트레인 예를 들어, 제1 내지 제4 트레인을 형성하기 위해 분기라인(L3-1)이 병렬로 4개 형성될 수 있다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 증발가스 가압라인(L3)에 제어밸브(151)가 마련되고, 분기라인(L3-1) 각각에 수동밸브(152)가 마련되도록 밸브를 구성할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 증발가스 가압라인(L3)에 제어밸브(151)를 마련하지 않고, 분기라인(L3-1) 각각에 제어밸브(151)가 마련되도록 밸브를 구성할 수 있다.
이를 통해 본 실시예는, 가스 재기화 시스템(100)이 구비되는 선박(1)에서, 가스 재기화 시스템(100)에 적용되는 부스터 펌프(130)의 포트(131)에 무거운 액화가스 조성이 축적되는 에이징 현상이 발생할 경우, 이를 빠르게 해소하기 위한 드레인 보조 장치(150)를 마련함으로써, 액화가스 드레인라인(L2)의 사이즈 변경 없이 기존의 액화가스 드레인라인(L2)을 사용하면서도 빠른 드레인을 구현할 수 있어, 사용자가 가스 재기화 시스템(100)을 새롭게 운전하기 위해 대기하는 시간을 줄일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 선박 10: 선체
20: 액화가스 저장탱크 30: 수요처
100: 가스 재기화 시스템 110: 피딩 펌프
120: 석션 드럼 130: 부스터 펌프
131: 포트
140: 재기화 장치 150: 드레인 보조 장치
151: 제어밸브 152: 수동밸브
L1: 액화가스 공급라인 L2: 액화가스 드레인라인
L3: 증발가스 가압라인 L3-1: 분기라인

Claims (4)

  1. 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 액화가스 공급라인;
    상기 액화가스 공급라인 상에 설치되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 저장하고, 설정된 증기압을 유지하는 석션 드럼;
    상기 액화가스 공급라인 상에 설치되며, 상기 석션 드럼으로부터 액화가스를 공급받아 상기 수요처에서 요구하는 압력으로 가압하는 부스터 펌프;
    상기 액화가스 공급라인 상에 설치되며, 상기 부스터 펌프로부터 공급되는 액화가스를 기화시키는 재기화 장치; 및
    상기 부스터 펌프에 에이징 현상이 발생되면 작동되어 상기 부스터 펌프의 포트 내부 압력을 상승시켜 상기 포트 내의 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크로 배출되도록 하는 드레인 보조 장치를 포함하고,
    상기 드레인 보조 장치는,
    일단부가 상기 석션 드럼의 상부에 연결되고 타단부가 상기 부스터 펌프의 상부에 연결되는 증발가스 가압라인; 및
    상기 증발가스 가압라인 상에 마련되는 제어밸브를 포함하고,
    상기 부스터 펌프에 에이징 현상이 발생되면 제어밸브가 개방되도록 작동되어 상기 증발가스 가압라인을 통해 상기 설정된 증기압을 갖는 상기 석션 드럼 내부의 증발가스를 상기 포트에 공급하는 것을 특징으로 하는 선박.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 설정된 증기압은,
    4bar 내지 10bar 범위인 것을 특징으로 하는 선박.
  4. 제1항에 있어서,
    가스 재기화 시스템이 구비되는 LNG FSRU, LNG 운반선, FLNG인 것을 특징으로 하는 선박.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR19990046086A (ko) * 1999-03-18 1999-06-25 임정남 자동공압펌프
KR20120092323A (ko) * 2011-02-11 2012-08-21 삼성중공업 주식회사 Ｌｎｇ 재기화 설비

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