KR102285467B1 - 액화가스 재기화 시스템 - Google Patents

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Abstract

액화가스 재기화 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 저장탱크로부터 공급받은 액화가스와 열매체 간 순차적으로 열교환을 수행하는 제1열교환기 및 제2열교환기; 제1열교환기 및 제2열교환기를 거쳐 기화된 액화가스를 수요처로 공급하는 재기화라인; 석션드럼으로부터 공급받은 열매체 중 제1열매체를 제1열교환기를 거쳐 석션드럼으로 순환시키는 제1순환라인; 제1순환라인으로부터 분기되어, 열매체 중 제2열매체를 제2열교환기와 제1열교환기를 순차적으로 거쳐 석션드럼으로 순환시키는 제2순환라인; 제1순환라인에 마련되며, 제1열매체를 열원과 열교환하는 제1가열기; 열교환된 제1열매체를 팽창시켜 제1열교환기로 보내는 제1팽창기; 제1팽창기와 연결되어 전기를 생산하는 제1발전기; 및 제2순환라인에 마련되며, 제2열매체를 열원과 열교환하여 제2열교환기로 보내는 제2가열기;를 포함한다.

Description

액화가스 재기화 시스템{LIQUEFIED GAS REGASIFICATION SYSTEM}
본 발명은 액화가스 재기화 시스템에 관한 것이다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 약 섭씨 -162도의 초저온으로 냉각하여 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체이다. 액화천연가스는 액화천연가스 운반선에 의해 생산지로부터 수요처까지 원거리에 걸쳐 운반 및 하역된다. 하역된 액화천연가스는 육상 터미널에 설치된 액화천연가스 재기화 설비에 의해 재기화된 후 가정, 공업단지 등의 수요처로 공급된다.
이러한 재기화 설비가 설치된 육상 터미널은 천연가스 시장 및 수요가 안정적으로 형성되어 있는 곳에 건설하는 경우에는 경제적으로 유리할 수 있다. 그러나, 천연가스의 수요가 계절적, 단기적 또는 주기적으로 한정되어 있는 수요처의 경우에는 높은 설치비와 관리비로 인해 육상 터미널 건설이 비경제적이다.
이에 최근에는 해상에서 액화천연가스를 재기화하여 천연가스를 곧바로 수요처로 공급하기 위해 액화천연가스 운반선에 재기화 시스템을 설치한 액화천연가스 재기화 선박(LNG RV, LNG Regasification Vessel) 또는 부유식 액화천연가스 저장 및 재기화 설비(FSRU, Floating Storage and Regasification Unit) 등이 개발되어 운용되고 있다.
이와 같은 재기화 시스템 또는 재기화 설비는 저장탱크 내부에 수용된 극저온의 액화천연가스를 해수(seawater)와 같은 열원과 열교환함으로써 액화천연가스를 기화시킨다.
그러나, 해수를 액화천연가스와 직접 열교환시킬 경우, 해수의 결빙 또는 염분에 의한 장비의 부식에 의해 재기화 설비의 내구성이 크게 저하되는 문제점이 있다. 또, 해수의 온도가 일정하지 않으므로 액화천연가스 재기화 성능의 신뢰성이 떨어질 수 있다. 관련된 기술로서, 한국공개특허 제10-2008-0085284호(2008. 09. 24. 공개)를 참조하기 바란다.
한국공개특허 제10-2008-0085284호(2008. 09. 24. 공개)
본 발명의 실시 예는 액화가스의 재기화 효율 및 성능을 향상시키고, 액화가스와의 열교환을 위해 순환하는 열매체를 이용하여 전기를 생산하는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크로부터 공급받은 액화가스와 열매체 간 순차적으로 열교환을 수행하는 제1열교환기 및 제2열교환기; 상기 제1열교환기 및 상기 제2열교환기를 거쳐 기화된 액화가스를 수요처로 공급하는 재기화라인; 석션드럼으로부터 공급받은 열매체 중 제1열매체를 상기 제1열교환기를 거쳐 상기 석션드럼으로 순환시키는 제1순환라인; 상기 제1순환라인으로부터 분기되어, 상기 열매체 중 제2열매체를 상기 제2열교환기와 상기 제1열교환기를 순차적으로 거쳐 상기 석션드럼으로 순환시키는 제2순환라인; 상기 제1순환라인에 마련되며, 상기 제1열매체를 열원과 열교환하는 제1가열기; 상기 열교환된 제1열매체를 팽창시켜 상기 제1열교환기로 보내는 제1팽창기; 상기 제1팽창기와 연결되어 전기를 생산하는 제1발전기; 및 상기 제2순환라인에 마련되며, 상기 제2열매체를 열원과 열교환하여 상기 제2열교환기로 보내는 제2가열기;를 포함하는 액화가스 재기화 시스템이 제공될 수 있다.
상기 제2순환라인의 상기 제2열교환기 후단에 마련되며, 상기 제2열교환기를 통과한 제2열매체를 팽창시켜 상기 제1열교환기로 보내는 제2팽창기와, 상기 제2팽창기와 연결되어 전기를 생산하는 제2발전기를 더 포함할 수 있다.
상기 석션드럼으로부터 공급된 열매체를 가압하는 가압펌프와, 상기 석션드럼의 내부 압력, 상기 석션드럼으로부터 상기 가압펌프로 공급되는 열매체의 온도 및 상기 제1순환라인을 통해 상기 제1열교환기를 거친 제1열매체의 온도 중 하나 이상을 기초로, 상기 제1순환라인을 통해 상기 제1가열기로 공급되는 제1열매체의 공급량 및 감압정도를 조절하는 제1조절밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 재기화라인의 상기 제2열교환기를 통과한 기화된 액화가스의 온도를 기초로, 상기 제2순환라인을 통해 상기 제2가열기로 공급되는 제2열매체의 공급량을 조절하는 제2조절밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제2순환라인의 상기 제2가열기 후단에 마련되며, 상기 제2가열기에 의해 기화된 제2열매체의 압력을 측정하는 압력측정기와, 상기 압력측정기와 상기 제2열교환기 사이에 마련되며, 상기 측정된 제2열매체의 압력을 기초로, 상기 제2열매체가 상기 제2열교환기를 통과한 이후에도 기체 상태를 유지하도록 상기 제2열매체의 압력을 조절하는 제3조절밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 재기화라인의 상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기 사이에 마련되며, 상기 제1열교환기에 의해 기화된 액화가스를 1차 팽창시키는 제3팽창기; 상기 제3팽창기와 연결되어 전기를 생산하는 제3발전기; 상기 재기화라인의 상기 제2열교환기 후단에 마련되며, 상기 제2열교환기에 의해 가열된 상기 기화된 액화가스를 2차 팽창시키는 제4팽창기; 및 상기 제4팽창기와 연결되어 전기를 생산하는 제4발전기;를 더 포함할 수 있다.
상기 제4팽창기에 의해 2차 팽창된 상기 기화된 액화가스와 열원 간 열교환을 수행하여 상기 수요처의 연료공급조건에 맞게 온도를 조절하는 제3열교환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스의 재기화 효율 및 성능을 향상시키고, 액화가스와의 열교환을 위해 순환하는 열매체를 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(100)은 저장탱크(12)로부터 공급받은 액화가스와 열매체 간 순차적으로 열교환을 수행하는 제1열교환기(101) 및 제2열교환기(102)와, 제1열교환기(101) 및 제2열교환기(102)를 거쳐 기화된 액화가스를 수요처(14)로 공급하는 재기화라인(L10)과, 석션드럼(110)으로부터 공급받은 열매체 중 제1열매체를 제1열교환기(101)를 거쳐 석션드럼(110)으로 순환시키는 제1순환라인(L11)과, 제1순환라인(L11)으로부터 분기되어, 석션드럼(110)으로부터 공급받은 열매체 중 제2열매체를 제2열교환기(102)와 제1열교환기(101)를 순차적으로 거쳐 석션드럼(110)으로 순환시키는 제2순환라인(L12)과, 제1순환라인(L11)에 마련되며, 제1열매체를 열원과 열교환하는 제1가열기(201)와, 제1가열기(201)에 의해 기화된 제1열매체를 팽창시켜 제1열교환기(101)로 보내는 제1팽창기(301)와, 제1팽창기(301)와 연결되어 전기를 생산하는 제1발전기(G1)와, 제2순환라인(L12)에 마련되며, 제2열매체를 열원과 열교환하여 제2열교환기(102)로 보내는 제2가열기(202)를 포함한다.
또, 액화가스 재기화 시스템(100)은 제2순환라인(L12)의 제2열교환기(102) 후단에 마련되며, 제2열교환기(102)를 통과한 제2열매체를 팽창시켜 제1열교환기(101)로 보내는 제2팽창기(302)와, 제2팽창기(302)와 연결되어 전기를 생산하는 제2발전기(G2)를 포함한다.
또, 액화가스 재기화 시스템(100)은 재기화라인(L10)의 제1열교환기(101)와 제2열교환기(102) 사이에 마련되며, 제1열교환기(101)에 의해 기화된 액화가스를 1차 팽창시키는 제3팽창기(303)와, 제3팽창기(303)와 연결되어 전기를 생산하는 제3발전기(G3)와, 재기화라인(L10)의 제2열교환기(102) 후단에 마련되며, 제2열교환기(102)에 의해 가열된 기화된 액화가스를 2차 팽창시키는 제4팽창기(304)와, 제4팽창기(304)와 연결되어 전기를 생산하는 제4발전기(G4)와, 제4팽창기(304)에 의해 2차 팽창된 기화된 액화가스와 열원 간 열교환을 수행하여 수요처의 연료공급조건에 맞게 온도를 조절하는 제3열교환기(103)를 포함한다.
또, 액화가스 재기화 시스템(100)은 석션드럼(110)의 열매체를 가압하는 가압펌프(112)와, 석션드럼(110)의 내부 압력, 석션드럼(110)으로부터 가압펌프(112)로 공급되는 열매체의 온도 및 제1순환라인(L11)을 통해 제1열교환기(101)를 거친 제1열매체의 온도 중 하나 이상을 기초로, 제1순환라인(L11)을 통해 제1가열기(201)로 공급되는 제1열매체의 공급량 및 감압정도를 조절하는 제1조절밸브(V1)와, 재기화라인(L10)의 제2열교환기(102)를 통과한 기화된 액화가스의 온도를 기초로, 제2가열기(202)로 공급되는 열매체의 공급량을 조절하는 제2조절밸브(V2)와, 제2순환라인(L12)의 제2가열기(202) 후단에 마련되며, 제2가열기(202)에 의해 기화된 제2열매체의 압력을 측정하는 압력측정기(P2)와, 압력측정기(P2)와 제2열교환기(102) 사이에 마련되며, 압력측정기(P2)에 의해 측정된 기화된 제2열매체의 압력을 기초로, 제2열매체가 제2열교환기(102)를 통과한 이후에도 기체 상태를 유지하도록 제2열매체의 압력을 조절하는 제3조절밸브(V3)를 포함한다.
이러한 액화가스 재기화 시스템(100)은 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다.
이하, 각 구성요소에 대해서 구체적으로 설명한다.
저장탱크(12)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다. 저장탱크(12)에 저장된 액화가스는 액화상태로 저장할 수 있는 LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1열교환기(101)는 저장탱크(12)로부터 공급받은 액화가스와 제1순환라인(L11) 및 제2순환라인(L12)을 통해 공급되는 제1열매체 및 제2열매체와 열교환을 수행하여 액화가스를 재기화시킨다. 여기서, 제1 및 제2열매체는 기상 및 액상 간의 상 변화가 용이한 응축성 열매체일 수 있으며, 예컨대 프로판으로 마련될 수 있다. 프로판은 원가 측면에서 입수가 용이하고, 기상과 액상 간 상 변화가 용이하다. 제1열교환기(101)를 거친 기화된 액화가스는 제3팽창기(303)에 의해 팽창된다.
제3팽창기(303)는 제1열교환기(101)와 제2열교환기(102) 사이에 마련되며, 제1열교환기(101)에 의해 기화된 액화가스를 1차 팽창시킨다. 제3팽창기(303)는 전기를 생산하는 제3발전기(G3)와 연결되어 있다. 즉, 제3발전기(G3)는 기화된 액화가스가 제3팽창기(303)에 의해 팽창하면서 발생하는 힘을 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 이는 본 발명의 실시 예에서 제4팽창기(304)와 제4발전기(G4) 간의 전기 생산 방식에도 적용될 수 있다.
제2열교환기(102)는 제3팽창기(303)를 거친 기화된 액화가스를 제2순환라인(L12)을 통해 공급되는 제2열매체와 열교환시켜 가열시킨다.
제2열교환기(102)를 거친 기화된 액화가스는 제4팽창기(304)에 의해 팽창된다.
제4팽창기(304)는 재기화라인(L10)의 제2열교환기(102)와 제3열교환기(103) 사이에 마련되며, 제2열교환기(102)에 의해 가열된 기화된 액화가스를 2차 팽창시킨다. 제4팽창기(304)는 전기를 생산하는 제4발전기(G4)와 연결되어 있다.
제3열교환기(103)는 제4팽창기(304)를 거친 기화된 액화가스와 열원 간 열교환을 수행하여, 수요처(14)가 요구하는 연료공급조건에 맞추어 기화된 액화가스를 승온시킬 수 있다. 열원은 해수, 스팀 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 열원으로서 해수가 사용된 것을 예로 들어 설명한다.
제1순환라인(L11)은 석션드럼(110)으로부터 공급받은 열매체 중 제1열매체를 제1열교환기(101)를 거쳐 석션드럼(110)으로 순환시킨다.
석션드럼(110)은 열매체를 수용한다. 이때, 제1순환라인(L11)에는 가압펌프(112)가 마련되어, 석션드럼(110)으로부터 공급받은 열매체를 가압할 수 있다.
가압펌프(112)는 오작동 및 고장을 방지하고, 열매체의 안정적인 가압을 위해 액상의 열매체를 공급받아 작동하도록 마련된다. 이에 제1순환라인(L11)의 입구 측 단부는 석션드럼(110)의 하측부에 연결되어 액상의 열매체 만을 가압펌프(112)로 공급할 수 있다.
가압펌프(112)에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체는 제1조절밸브(V1)를 거쳐 제1가열기(201)로 공급된다.
제1조절밸브(V1)는 압력측정기(P1)에 의해 측정된 석션드럼(110)의 내부 압력, 온도센서(T2)에 의해 측정된 석션드럼(110)으로부터 가압펌프(112)로 공급되는 열매체의 온도 및 온도센서(T1)에 의해 측정된 제1순환라인(L11)을 통해 제1열교환기(101)를 거친 제1열매체의 온도 중 하나 이상을 기초로, 제1순환라인(L11)을 통해 제1가열기(201)로 공급되는 제1열매체의 공급량 및 감압정도를 조절한다.
제1가열기(201)는 제1조절밸브(V1)를 거친 제1열매체를 열원과 열교환하여 기화시킨다.
제1가열기(201)에 의해 기화된 제1열매체는 제1팽창기(301)에 의해 팽창된다. 제1팽창기(301)는 전기를 생산하는 제1발전기(G1)와 연결되어 있다. 즉, 제1발전기(G1)는 기체 상태의 제1열매체가 제1팽창기(301)에 의해 팽창하면서 발생하는 힘을 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 이는 본 발명의 실시 예에서 제2팽창기(302)와 제2발전기(G2) 간의 전기 생산 방식에도 적용될 수 있다.
제1팽창기(301)를 거친 제1열매체는 기액 상태로 상술한 제1열교환기(101)로 보내어져 액화가스와 열교환을 수행한다. 제1열교환기(101)를 거친 제1열매체는 액화되어 석션드럼(110)에 저장된다.
가압펌프(112)에 의해 가압된 열매체 중 제2열매체는 제2조절밸브(V2) 를 거쳐 제2가열기(202)로 공급된다.
제2조절밸브(V2)는 온도센서(T3)에 의해 측정된 재기화라인(L10)의 제2열교환기(102)를 통과한 기화된 액화가스의 온도를 기초로, 제2가열기(202)로 공급되는 열매체의 공급량을 조절한다.
제2가열기(202)는 제2조절밸브(V2)를 거친 제2열매체를 열원과 열교환하여 기화시킨다.
압력측정기(P2)는 제2가열기(202)를 거쳐 기화된 제2열매체의 압력을 측정한다.
그리고, 제3조절밸브(V3)는 압력측정기(P2)에 의해 측정된 기화된 제2열매체의 압력을 기초로, 제2열매체가 제2열교환기(102)를 통과한 이후에도 기체 상태를 유지하도록 제2열매체의 압력을 조절한다.
즉, 제2열매체의 압력이 너무 높은 상태로 제2열교환기(102)에서 열교환을 하게 되면 제2팽창기(302)에 도달하기 전에 액상으로 변할 수 있어 발전이 불가능할 수 있고, 제1열교환기(101)에서 액화가스와 열교환 시 효율이 매우 낮아질 수 있기 때문이다.
제2열교환기(102)를 통과한 제2열매체는 기체 상태에서 제2팽창기(302)로 공급되고, 제2팽창기(302)를 거친 제2열매체는 기액 상태에서 제1열교환기(101)를 거쳐 액화된 후 석션드럼(110)에 저장된다.
이와 같이, 상술한 과정을 수행하는 액화가스 재기화 시스템(100)은 기존의 해수를 사용하지 않고도 열매체와의 열교환을 통해 액화가스의 재기화 효율 및 성능을 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 액화가스와 열매체 간, 열매체와 열원 간의 열교환 과정 후 팽창하면서 발생하는 힘을 전기 발전으로 효과적으로 회수할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 액화가스 재기화 시스템
12: 저장탱크 14: 수요처
101~103: 열교환기 110: 석션드럼
112: 가압펌프 201, 202: 가열기
301~304: 팽창기 G1~G4: 발전기
L10: 재기화라인 L11: 제1순환라인
L12: 제2순환라인 P1,P2: 압력측정기
T1~T3: 온도센서 V1~V3: 조절밸브

Claims (7)

  1. 저장탱크로부터 공급받은 액화가스와 열매체 간 순차적으로 열교환을 수행하는 제1열교환기 및 제2열교환기;
    상기 제1열교환기 및 상기 제2열교환기를 거쳐 기화된 액화가스를 수요처로 공급하는 재기화라인;
    석션드럼으로부터 공급받은 열매체 중 제1열매체를 상기 제1열교환기를 거쳐 상기 석션드럼으로 순환시키는 제1순환라인;
    상기 제1순환라인으로부터 분기되어, 상기 열매체 중 제2열매체를 상기 제2열교환기와 상기 제1열교환기를 순차적으로 거쳐 상기 석션드럼으로 순환시키는 제2순환라인;
    상기 제1순환라인에 마련되며, 상기 제1열매체를 열원과 열교환하는 제1가열기;
    상기 제2순환라인에 마련되며, 상기 제2열매체를 열원과 열교환하여 상기 제2열교환기로 보내는 제2가열기;
    상기 제2순환라인의 상기 제2가열기 후단에 마련되며, 상기 제2가열기에 의해 기화된 제2열매체의 압력을 측정하는 압력측정기;
    상기 압력측정기와 상기 제2열교환기 사이에 마련되며, 상기 측정된 제2열매체의 압력을 기초로, 상기 제2열매체가 상기 제2열교환기를 통과한 이후에도 기체 상태를 유지하도록 상기 제2열매체의 압력을 조절하는 제3조절밸브;
    상기 제2순환라인의 상기 제2열교환기 후단에 마련되며, 상기 제2열교환기를 통과한 제2열매체를 팽창시켜 상기 제1열교환기로 보내는 제2팽창기; 및
    상기 제2팽창기와 연결되어 전기를 생산하는 제2발전기;를 포함하되,
    상기 제2팽창기를 통과한 제2열매체는 상기 제1열교환기에 의해 액화된 후 상기 석션드럼에 저장되는 액화가스 재기화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 석션드럼으로부터 공급된 열매체를 가압하는 가압펌프와,
    상기 석션드럼의 내부 압력, 상기 석션드럼으로부터 상기 가압펌프로 공급되는 열매체의 온도 및 상기 제1순환라인을 통해 상기 제1열교환기를 거친 제1열매체의 온도 중 하나 이상을 기초로, 상기 제1순환라인을 통해 상기 제1가열기로 공급되는 제1열매체의 공급량 및 감압정도를 조절하는 제1조절밸브와,
    상기 재기화라인의 상기 제2열교환기를 통과한 기화된 액화가스의 온도를 기초로, 상기 제2순환라인을 통해 상기 제2가열기로 공급되는 제2열매체의 공급량을 조절하는 제2조절밸브를 더 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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