KR102296312B1 - 가스 처리 시스템, 가스 처리 시스템을 포함하는 선박 및 가스 처리 시스템을 포함하는 해상 부유식 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템은, 하역용 액화가스 저장탱크와 선적용 액화가스 저장탱크를 연결하는 벙커링 라인; 상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 리턴 증발가스를 회수하는 증발가스 리턴라인; 및 상기 벙커링 라인으로부터 공급되는 액화가스와 상기 증발가스 리턴라인으로부터 공급되는 증발가스를 열교환하는 열교환기를 포함하고, 상기 열교환기는, 상기 증발가스를 상기 액화가스와 열교환하여 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급되도록 함으로써, 상기 하역용 액화가스 저장탱크의 내압 상승을 저감시키는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템, 가스 처리 시스템을 포함하는 선박 및 가스 처리 시스템을 포함하는 해상 부유식 구조물{Gas Treatment System, Vessel having the Gas Treatment System and FSRU Vessel having the Gas Treatment System}
본 발명은 가스 처리 시스템, 가스 처리 시스템을 포함하는 선박 및 가스 처리 시스템을 포함하는 해상 부유식 구조물에 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, FSRU 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
따라서, LNG를 연료로 추진하는 선박이 다수 건조되고 운용됨에 따라 LNG 추진 선박에 LNG를 공급하는 LNG 벙커링 선박의 수요가 급증하고 있고, 그에 따라 LNG 벙커링 선박을 건조하기 위해 다양한 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스 추진 선박에 액화가스를 벙커링 시 발생하는 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있는 가스 처리 시스템, 가스 처리 시스템을 포함하는 선박 및 가스 처리 시스템을 포함하는 해상 부유식 구조물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 상기의 목적 외에 본 발명의 목적은, 액화가스 추진 선박에서 액화가스 또는 증발가스의 효율적인 처리를 구현할 수 있는 가스 처리 시스템, 가스 처리 시스템을 포함하는 선박 및 가스 처리 시스템을 포함하는 해상 부유식 구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템은, 하역용 액화가스 저장탱크와 선적용 액화가스 저장탱크를 연결하는 벙커링 라인; 상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 리턴 증발가스를 회수하는 증발가스 리턴라인; 및 상기 벙커링 라인으로부터 공급되는 액화가스와 상기 증발가스 리턴라인으로부터 공급되는 증발가스를 열교환하는 열교환기를 포함하고, 상기 열교환기는, 상기 증발가스를 상기 액화가스와 열교환하여 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급되도록 함으로써, 상기 하역용 액화가스 저장탱크의 내압 상승을 저감시키는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 열교환기는, 파이프 타입 재응축기(Inline type Recondenser)일 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 리턴라인 상의 상기 열교환기 상류에서 분기되어 상기 열교환기 하류에 연결되는 분기라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기에서 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급되는 증발가스의 온도가 기설정 증발가스 온도를 초과하도록 또는 상기 열교환기에서 상기 선적용 액화가스 저장탱크로 공급되는 액화가스의 온도가 기설정 액화가스 온도 미만이 되도록 상기 분기라인을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 열교환기에서 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급되는 증발가스의 온도가 기설정 증발가스 온도 이하이면, 상기 증발가스 리턴라인을 통해 상기 열교환기로 공급되는 증발가스를 상기 분기라인을 통해 상기 열교환기를 바이패스하도록 제어하고, 상기 열교환기에서 상기 선적용 액화가스 저장탱크로 공급되는 액화가스의 온도가 기설정 액화가스 온도 이상이면, 상기 증발가스 리턴라인을 통해 상기 열교환기로 공급되는 증발가스가 상기 열교환기로 공급되도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 분기라인 상에 구비되는 조절밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 열교환기에서 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급되는 증발가스의 온도가 기설정 증발가스 온도 이하이면, 상기 조절밸브의 개도를 개방하여 상기 증발가스 리턴라인을 통해 상기 열교환기로 공급되는 증발가스를 상기 분기라인을 통해 상기 열교환기를 바이패스하도록 제어하고, 상기 열교환기에서 상기 선적용 액화가스 저장탱크로 공급되는 액화가스의 온도가 기설정 액화가스 온도 이상이면, 상기 조절밸브의 개도를 폐쇄하여 상기 증발가스 리턴라인을 통해 상기 열교환기로 공급되는 증발가스가 상기 열교환기로 공급되도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 벙커링 라인 상에 구비되며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 선적용 액화가스 저장탱크로 공급하는 하역용 펌프; 상기 증발가스 리턴라인 상에 구비되며, 상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기; 상기 하역용 액화가스 저장탱크와 추진용 수요처를 연결하며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 추진용 수요처에 공급하는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 추진용 수요처로 공급하는 연료공급용 펌프; 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 연료공급용 펌프로부터 공급되는 액화가스를 기화시키는 기화기; 및 상기 하역용 액화가스 저장탱크와 상기 추진용 수요처를 연결하며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 발생된 증발가스를 상기 추진용 수요처에 공급하는 증발가스 공급라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급라인 및 상기 증발가스 공급라인은, 상기 증발가스 리턴라인 상의 상기 증발가스 압축기 상류에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 공급라인은, 상기 액화가스 공급라인 상의 상기 기화기 하류에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 하역용 액화가스 저장탱크는, 5 내지 10 바아(bar)의 압력을 견디는 독립형 저장탱크일 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박일 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 구조물일 수 있다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 벙커링 시 발생되어 리턴되는 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있어, 증발가스의 낭비를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 벙커링 시 벙커링 선박의 액화가스 저장탱크 내압이 상승하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 파이프 타입 재응축기를 구비하여 가스 처리 시스템의 구축 공간을 충분히 확보할 수 있고 증발가스의 불필요한 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있으며, 재액화 장치의 에너지 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 고압 펌프(부스팅 펌프) 상류에 버퍼탱크를 구비하여 고압 펌프(부스팅 펌프)로의 안정적인 액화가스 유입 압력을 확보할 수 있어 가스 처리 시스템의 안정성이 증대하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 고압 펌프(부스팅 펌프)로 유입되는 액화가스의 상태를 통해 파이프 타입 재응축기로 유입되는 증발가스의 유량을 제어하여, 고압 펌프(부스팅 펌프)의 상류에 버퍼 탱크를 구비하지 않더라도 고압 펌프(부스팅 펌프)로의 안정적인 액화가스 유입 압력을 안정적으로 확보할 수 있고, 구축 공간을 최적화할 수 있으며, 증발가스 압축기에서 구동되는 일을 줄일 수 있어 전력사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 재액화 장치의 하류에 파이프 타입 재응축기를 설치하고, 재액화 장치를 바이패스하여 파이프 타입 재응축기로 연결되는 분기라인을 설치하여 재액화 장치의 에너지 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 증발가스를 재액화하는 재액화장치로 증발가스를 압축하여 공급하는 HP 증발가스 압축기 외에 파이프 타입 재응축기로 증발가스를 압축하여 공급하는 LP 압축기를 추가 구비하여, 재액화 장치의 에너지를 감소시킴과 동시에 증발가스 압축기의 순소비에너지를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 파이프 타입 재응축기의 하류에 잉여 액화가스를 저장하는 콘덴싱 탱크를 추가 구비하여, 선박의 에너지를 효율적으로 사용할 수 있으며, 액화가스 저장탱크의 열부하를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 구비한 선박의 벙커링 실시 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 구비한 선박의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제5 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.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에탄, 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. 또한 본 발명은 처리 대상이 액화가스로 한정되지 않고, 액화가스 처리 시스템 및/또는 증발가스 처리 시스템일 수 있고, 하기 설시할 각 도면의 시스템은 서로 적용될 수 있음은 자명하다.
또한, 본 발명의 가스 처리 시스템(100~500)의 실시예들은 각각 서로 조합되어 구성될 수 있으며, 각 구성들의 추가가 서로 교차로 이루어질 수 있음은 물론이다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(100~500)은, 선체(부호 도시되지 않음)에 장착될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 구비한 선박의 벙커링 실시 개념도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(100)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10), 하역용 펌프(20), 연료공급용 펌프(21), 기화기(30), 파이프 타입 재응축기(40), 증발가스 압축기(50), 추진 엔진(60), 선적용 액화가스 저장탱크(70)를 포함한다.
이때, 본 발명에 따른 선박(1)은 벙커링 선박(1)일 수 있으며, 벙커링 선박(1)에 의해 액화가스를 공급받는 선박(2)은 LNG 추진 선박(2)일 수 있다. 또한, 벙커링 선박(1)에 의해 액화가스를 공급받는 선박(2)은 반드시 LNG 추진 선박(2)에만 한정되는 것은 아니며 LNG Carrier 등, LNG 저장탱크를 구비하는 모든 선박에 해당할 수 있음은 물론이다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(100)을 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)을 설명하기에 앞서, 도 1에 도시된 본 발명의 가스 처리 시스템(100)을 포함하는 선박(1)의 액화가스 하역작업(벙커링)에 대해서 기술하도록 한다.
도 1을 살펴보면, 벙커링 선박(1)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 하역용 펌프(20)를 통해 LNG 추진 선박(2)의 선적용 액화가스 저장탱크(70)에 공급한다.
하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 가스 처리 시스템(100)에서 처리 후 벙커링 라인(L1)을 통해서 선적용 액화가스 저장탱크(70)로 공급되고, 액화가스의 이송 및 선적에 의해 생성된 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생하는 증발가스는, 증발가스 리턴라인(L2)에 의해 선적용 액화가스 저장탱크(70)로부터 벙커링 선박(1)의 가스 처리 시스템(100)으로 공급되어 처리 후 추진엔진(60) 또는 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급될 수 있다.
벙커링 선박(1)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 추진엔진(60)을 통해서 추진하며, 추진엔진(60)은, 가스 처리 시스템(100)에서 처리된 액화가스 또는 증발가스를 액화가스 공급라인(L3)을 통해 공급받아 소비할 수 있다. 이때, 추진엔진(60)은 추진용 수요처로도 호칭될 수 있다.
LNG 추진 선박(2)은, 추진용 액화가스 저장탱크(80)에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 추진엔진(83)을 통해서 추진하며, 추진엔진(83)은, 추진용 액화가스 저장탱크(80)에 저장된 액화가스를 공급받아 소비한다. 추진용 액화가스 저장탱크(80)에 저장된 액화가스는, 연료공급용 펌프(81)에 의해 가압되어 연료 처리 시스템(82)에서 고압 기화 처리된 후 공급라인(부호 도시하지 않음)을 통해 추진엔진(83)으로 공급된다.
상기에서 LNG 추진 선박(2)의 액화가스 저장탱크를 선적용 액화가스 저장탱크(70) 및 추진용 액화가스 저장탱크(80)로 분리하여 기술하였으나, 이는 한정되는 것이 아니고, 추진엔진(83)은 추진용 액화가스 저장탱크(80)가 아닌 선적용 액화가스 저장탱크(70)에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 연료로 사용할 수 있고, 벙커링 선박(1)은, 선적용 액화가스 저장탱크(70)뿐만 아니라 추진용 액화가스 저장탱크(80)에도 액화가스를 선적할 수 있음은 물론이다.
이하 도 2를 참고로 하여, 상기 기술한 벙커링 선박(1)의 액화가스 하역작업(벙커링)을 수행하기 위한 가스 처리 시스템(100)에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 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, 벙커링 라인(L1), 증발가스 리턴라인(L2), 증발가스 액화라인(L2a), 증발가스 분기라인(L2b), 증발가스 소비처 공급라인(L2c) 액화가스 공급라인(L3) 및 증발가스 공급라인(L5)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
벙커링 라인(L1)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 선적용 액화가스 저장탱크(70)를 연결하며, 하역용 펌프(20)를 구비하여 하역용 펌프(20)를 통해 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 선적용 액화가스 저장탱크(70)로 공급할 수 있다. 여기서 벙커링 라인(L1)은, 하역용 펌프(20)의 하류에 파이프 타입 재응축기(40)를 구비할 수 있다.
증발가스 리턴라인(L2)은, 선적용 액화가스 저장탱크(70)와 추진엔진(60; 추진용 수요처)를 연결하며, 증발가스 압축기(50)를 구비하여 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스를 회수하여 증발가스 압축기(50)로 압축한 후 추진엔진(60)으로 공급할 수 있다.
이때, 증발가스 리턴라인(L2)은, 증발가스 압축기(50) 하류와 상류 각각에 버퍼탱크(B1) 및 버퍼탱크(B2)를 구비할 수 있으며, 액화가스 공급라인(L3)과 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 공급하는 증발가스 공급라인(L5)이 연결될 수 있다.
또한, 증발가스 리턴라인(L2)은, 증발가스 압축기(50)의 상류에 액화가스 공급라인(L3) 및 증발가스 공급라인(L5)이 연결될 수 있고, 구체적으로, 증발가스 공급라인(L5)은 액화가스 공급라인(L3) 상의 기화기(30) 하류에 연결될 수 있다.
여기서 증발가스 리턴라인(L2)은, 증발가스 압축기(50) 하류와 버퍼탱크(B1) 사이에서 분기되어 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 연결되되, 파이프 타입 재응축기(40)를 구비하는 증발가스 분기라인(L2a), 증발가스 분기라인(L2a) 상의 파이프 타입 재응축기(40) 상류에서 분기되어 하류로 연결되는 증발가스 분기라인(L2b) 및 버퍼 탱크(B1) 하류에서 분기되어 증발가스 소비처(61)를 연결하는 증발가스 소비처 공급라인(L2c)을 더 포함할 수 있다.
액화가스 공급라인(L3)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 버퍼 탱크(B2)의 상류를 연결하며, 연료공급용 펌프(21) 및 기화기(30)를 구비하여 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 추진엔진(60)으로 공급할 수 있다.
증발가스 공급라인(L5)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 버퍼 탱크(B2)의 상류를 연결하며, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 추진엔진(60)으로 공급할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L1~L3)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 처리 시스템(100)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
하역용 액화가스 저장탱크(10)는, 선적용 액화가스 저장탱크(70)에 공급될 액화가스를 저장한다. 하역용 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
여기서 하역용 액화가스 저장탱크(10)는, 선체의 내부에 배치되며, 엔진룸(부호 도시하지 않음)의 전방에 일례로 4개 형성될 수 있다.
또한, 하역용 액화가스 저장탱크(10)는 5 내지 10바아(bar)의 압력(바람직하게는 7 내지 8bar)을 견디는 독립형 저장탱크일 수 있다.
이로 인해 선적용 액화가스 저장탱크(70)에 액화가스 선적 시 발생하는 리턴 증발가스를 적어도 일부 수용할 수 있게 되어, 리턴 증발가스의 효율적인 처리가 가능해지는 효과가 있고, 벙커링 시 별도로 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 가압용 기체를 인입할 필요가 없어 벙커링 구동 비용이 절감되는 효과가 있다.
하역용 펌프(20)는, 벙커링 라인(L1) 상에 구비되고, 하역용 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부에 설치되어 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 선적용 액화가스 저장탱크(70)로 공급할 수 있다.
여기서 하역용 펌프(20)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도가 다소 높아질 수 있으며, 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다.
이때, 하역용 펌프(20)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10) 내부에 구비되는 경우 잠형 펌프일 수 있고, 하역용 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 설치되는 경우에는 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 선체 내부의 위치에 구비될 수 있고 원심형 펌프일 수 있다.
연료공급용 펌프(21)는, 액화가스 공급라인(L3) 상에 구비되고, 하역용 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부에 설치되어 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 기화기(30)로 공급할 수 있다.
구체적으로, 연료공급용 펌프(21)는, 액화가스 공급라인(L3) 상에 하역용 액화가스 저장탱크(10)와 기화기(30) 사이에 구비되어 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 가압하여 기화기(30)로 공급할 수 있다.
연료공급용 펌프(21)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 5 내지 20bar로 가압하여 기화기(30)로 공급할 수 있다. 물론, 연료공급용 펌프(21)는, 가압압력이 5 내지 20bar에 한정되지 않고 기화기(30)의 요구압력에 따라 변동가능할 수 있다 여기서 연료공급용 펌프(21)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도가 다소 높아질 수 있으며, 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다.
이때, 연료공급용 펌프(21)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10) 내부에 구비되는 경우 잠형 펌프일 수 있고, 하역용 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 설치되는 경우에는 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 선체 내부의 위치에 구비될 수 있고 원심형 펌프일 수 있다.
기화기(30)는, 액화가스 공급라인(L3)에 연결되어 연료공급용 펌프(21)로부터 배출되는 액화가스를 기화시킨 후 증발가스 압축기(50)로 공급할 수 있다. 이때, 증발가스 압축기(50) 상류에는 버퍼 탱크(B2)가 구비되며, 기화기(30)에서 강제 기화된 액화가스가 임시 저장될 수 있다.
구체적으로, 기화기(30)는, 증발가스 리턴라인(L2) 상의 증발가스 압축기(60) 상류와 액화가스 공급라인(L3)을 통해 연결될 수 있으며, 연료공급용 펌프(21)로부터 배출되는 5 내지 20bar의 압력을 가진 액화가스를 기화시킨 후 증발가스 압축기(50)로 기화된 액화가스를 공급할 수 있다.
기화기(30)는, 직접 기화 방식의 경우 별도의 해수 공급라인(도시하지 않음)을 통해 액화가스를 기화시킬 수 있으며, 간접 기화 방식의 경우 중간 열매체 열교환기(도시하지 않음)와 중간 열매체 순환라인(도시하지 않음)을 통해 연결되어 중간 열매체를 공급받아 액화가스와 열교환하여 액화가스를 기화시킬 수 있다.
파이프 타입 재응축기(40)는, 벙커링 라인(L1)으로부터 공급되는 액화가스와 증발가스 리턴라인(L2)으로부터 공급되는 증발가스를 열교환하여, 증발가스를 재응축시킨다.
파이프 타입 재응축기(40)는, 증발가스를 액화가스와 열교환하여 재응축시킨 뒤 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급되도록 함으로써, 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 재인입되는 증발가스의 온도를 떨어뜨리고, 그에 따라 하역용 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 억제시킨다.
또한, 파이프 타입 재응축기(40)는, 액화가스를 증발가스와 열교환하여 선적용 액화가스 저장탱크(70)로 공급되도록 함으로써, 선적용 액화가스 저장탱크(70)로 공급되는 액화가스의 온도를 상승시키고, 그에 따라 선적용 액화가스 저장탱크(70)가 요구하는 온도로 액화가스를 적절히 공급할 수 있는 효과가 있다.
기존 재응축기들은 액화가스 처리 시스템 상에서 고압 펌프 상류에 배치된 후 증발가스와 액화가스를 공급받아 증발가스를 액화가스의 저온으로 재응축시킨다. 이러한 시스템에서 종래의 재응축기들은 고압 펌프의 유효흡입수두(Net Positive Suction Head; NPSH)를 맞춰주고 열교환 표면적을 늘리기 위해 용기형태로 제작되었고, 이러한 종래의 재응축기는, 부피가 매우 크고 차지하는 공간이 큰 단점이 있었다. 게다가 재응축기의 수위 조절 및 재응축기 내부 압력 조절을 위해 복잡한 제어 프로그램이 설계되어야 하는 단점이 있으며, 그에 따른 과도한 비용이 추가되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 재응축기를 인-라인 파이프 타입으로 제작하여 상기와 같은 문제점들을 모두 해결하고 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 파이프 타입 재응축기(40)는, 인-라인 파이프 타입으로 제작되어, 노즐(Nozzle; 도시하지 않음)이 형성되고, 노즐의 구성으로 인해 파이프 타입 재응축기(40)로 공급되는 증발가스(BOG)를 미세기포(fine bubble)로 전환시키게 되고, 이러한 미세 기포는 즉시 재응축된다.
이러한 효과를 통해 파이프 타입 재응축기(40)는, 열교환 표면적을 늘리기 위해 용기형태로 제작될 필요가 없고 그에 따라 공간의 최소화가 가능해졌다.
또한, 파이프 타입 재응축기(40)는, 제어 시스템이 불필요하고 따라서 제어 시스템 단순화로 위험성이 최소화되는 효과가 있으며, 구성이 매우 간단하여 CAPEX를 절감할 수 있고, 선체 내 공간을 최대로 확보할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에서는, 파이프 타입 재응축기(40)에서 토출되는 액화가스 또는 증발가스의 온도를 측정하여 증발가스 분기라인(L2b) 상에 유동하는 증발가스의 유량을 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 파이프 타입 재응축기(40)에서 토출되는 액화가스 또는 증발가스의 온도를 측정하는 온도 센서(도시하지 않음) 및 증발가스 분기라인(L2b) 상에 유동하는 증발가스의 유량을 제어하는 조절 밸브(V)를 더 포함할 수 있으며, 제어부가 온도 센서 및 조절 밸브(V)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
제어부는, 파이프 타입 재응축기(40)에서 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급되는 증발가스의 온도가 기설정 증발가스 온도를 초과하도록 또는 파이프 타입 재응축기(40)에서 선적용 액화가스 저장탱크(70)로 공급되는 액화가스의 온도가 기설정 액화가스 온도 미만이 되도록 증발가스 분기라인(L2b)을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부는, 파이프 타입 재응축기(40)에서 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급되는 증발가스의 온도가 기설정 증발가스 온도 이하이면, 조절밸브(V)의 개도를 개방하여, 증발가스 리턴라인(L2)을 통해 파이프 타입 재응축기(40)로 공급되는 증발가스를 증발가스 분기라인(L2b)을 통해 파이프 타입 재응축기(40)를 바이패스하도록 제어하고, 파이프 타입 재응축기(40)에서 선적용 액화가스 저장탱크(70)로 공급되는 액화가스의 온도가 기설정 액화가스 온도 이상이면, 조절밸브(V)의 개도를 폐쇄하여 증발가스 리턴라인(L2)을 통해 파이프 타입 재응축기(40)로 공급되는 증발가스가 파이프 타입 재응축기(40)로 공급되도록 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)은, 벙커링 시 발생되는 리턴되는 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있어, 증발가스의 낭비를 방지할 수 있고, 벙커링 시 벙커링 선박(1)의 액화가스 저장탱크(10) 내압이 상승하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)은, 파이프 타입 재응축기 (40)를 구비하여 가스 처리 시스템(100)의 구축 공간을 충분히 확보할 수 있고 증발가스의 불필요한 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있으며, 재액화 장치의 에너지 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
증발가스 압축기(50)는, 증발가스 리턴라인(L2) 상에 구비되며, 하역용 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스 또는 증발가스를 압축하거나 또는 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되는 리턴 증발가스를 압축한다.
증발가스 압축기(50)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 증발가스 또는 액화가스를 공급받아 압축하여 추진엔진(60) 또는 증발가스 소비처(61)로 공급하거나, 또는 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되어 리턴하는 리턴 증발가스를 압축하여 추진엔진(60) 또는 증발가스 소비처(61)로 공급할 수 있다.
구체적으로, 증발가스 압축기(50)는, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 액화가스 공급라인(L3)을 통해 공급받아 압축하거나, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 증발가스 공급라인(L5)을 통해 공급받아 압축할 수 있고, 또한 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생되어 리턴하는 리턴 증발가스를 압축할 수 있다.
증발가스 압축기(50)는, 압축된 증발가스를 증발가스 리턴라인(L2)을 통해 추진 엔진(60)으로 공급하거나, 증발가스 소비처 공급라인(L2c)을 통해 증발가스 소비처(61)로 공급할 수 있고, 또는 증발가스 액화라인(L2a)을 통해 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(50)는 추진 엔진(60) 또는 증발가스 소비처(61)로 공급시에 5 내지 20bar로 압축할 수 있으며, 하역용 액화가스 저장탱크(10)로 공급 시에는 5 내지 10bar로 압축할 수 있다.
추진 엔진(60)은, 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 연료로 하여 벙커링 선박(1)에 추력을 공급한다.
추진엔진(60)은, 액화가스, 증발가스 또는 오일 등의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(부호 도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서, 추진엔진(60)은, 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(부호 도시하지 않음)가 회전함에 따라, 벙커링 선박(1)이 전진 또는 후진할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 추진엔진(60)은, 이중연료엔진(DFDE)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 고압가스분사엔진(MEGI) 또는 저속 2행정 저압가스분사엔진(XDF)일 수도 있다. 즉, 추진엔진(60)의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
증발가스 소비처(61)는, 증발가스 리턴라인(L2) 상의 버퍼탱크(B1) 하류에서 분기되어 증발가스 소비처 공급라인(L2c)과 연결되며, 하역용 액화가스 저장탱크(10) 또는 선적용 액화가스 저장탱크(70)에서 발생된 증발가스를 소비할 수 있다.
증발가스 소비처(61)는, 일례로 가스연소장치(GCU), 보일러(Boiler) 또는 발전용 엔진(DFDG)일 수 있으며, 이에 한정되지 않고 증발가스를 소비할 수 있는 모든 장치가 가능할 수 있다.
선적용 액화가스 저장탱크(70)은, 운반될 액화가스를 저장한다. 선적용 액화가스 저장탱크(70)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 선적용 액화가스 저장탱크(70)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
여기서 선적용 액화가스 저장탱크(70)는, LNG 추진 선박(2)의 내부에 구비되며, 엔진룸(부호 도시하지 않음)의 전방에 일례로 3개 또는 4개 형성될 수 있다. 또한, 선적용 액화가스 저장탱크(70)는 일례로 멤브레인 형 탱크이나, 이에 한정되지 않고 독립형 탱크 등, 다양한 형태로 그 종류를 특별히 한정하지는 않는다.
버퍼탱크(B1)는, 증발가스 리턴라인(L2) 상의 증발가스 압축기(50)와 추진엔진(60) 사이에 배치되며, 추진엔진(60) 또는 증발가스 소비처(61)로 공급될 증발가스를 임시저장할 수 있다.
이를 통해서 버퍼탱크(B1)는, 추진엔진(60) 또는 증발가스 소비처(61)로 안정적인 압력, 온도 또는 유량의 증발가스를 공급할 수 있어, 추진엔진(60) 또는 증발가스 소비처(61)의 효율이 증대되는 효과가 있다.
버퍼탱크(B2)는, 증발가스 리턴라인(L2) 상의 증발가스 압축기(50) 하류에 배치되며, 증발가스 압축기(50)로 공급될 리턴되는 증발가스를 임시저장할 수 있다.
또한 버퍼탱크(B2)는, 액화가스 공급라인(L3) 및 증발가스 공급라인(L5)과도 연결되어 하역용 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 임시저장할 수 있다.
이를 통해서 버퍼탱크(B2)는, 증발가스 압축기(50)로 안정적인 압력 또는 온도의 증발가스를 공급할 수 있어, 증발가스 압축기(50)의 효율이 증대되는 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 구비한 선박의 개념도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(200)은, 액화가스 저장탱크(T), 피딩 펌프(P), 추진엔진(E), 파이프 타입 재응축기(210), 버퍼탱크(220), 부스팅 펌프(230), 기화기(240), 증발가스 압축기(250)를 포함한다.
이때, 본 발명에 따른 선박(3)은 LNG 추진 선박, LNG Carrier, FSRU 등, LNG 저장탱크를 구비하는 모든 선박에 해당할 수 있음은 물론이다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(200)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(200)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(L4) 액화가스 복귀라인(L4a) 및 증발가스 공급라인(L5)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
액화가스 공급라인(L4)은, 액화가스 저장탱크(T)와 추진엔진(E)을 연결하며, 피딩 펌프(P), 파이프 타입 재응축기(210), 버퍼 탱크(220), 고압 펌프(230) 및 기화기(240)를 구비하여 액화가스 저장탱크(T)에 저장된 액화가스를 추진엔진(E)으로 공급할 수 있다.
여기서, 액화가스 공급라인(L4)은, 파이프 타입 재응축기(210)와 버퍼 탱크(220) 사이에서 분기되어 액화가스 저장탱크(T)로 연결되는 액화가스 복귀라인(L4a)을 포함할 수 있다. 액화가스 복귀라인(L4a)의 상세한 구성에 대해서는 후술하도록 한다.
증발가스 공급라인(L5)은, 액화가스 저장탱크(T)와 파이프 타입 재응축기(210)를 연결하며, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스를 파이프 타입 재응축기(210)로 공급할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L4~L5)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 처리 시스템(200)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서, 액화가스 저장탱크(T), 피딩 펌프(P), 추진엔진(E) 및 기화기(240)의 구성은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(100)에서의 선적용 액화가스 저장탱크(70), 연료공급용 펌프(21), 추진엔진(60) 및 기화기(30)의 구성과 동일하므로 이에 갈음토록 한다.
파이프 타입 재응축기(210)는, 액화가스 공급라인(L4) 상에 구비되며, 액화가스 저장탱크(T)에 저장된 액화가스를 통해 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스를 재응축시킨다.
구체적으로, 파이프 타입 재응축기(210)는, 액화가스 공급라인(L4) 상의 피딩 펌프(P)와 버퍼 탱크(220) 사이에 구비되며, 증발가스 공급라인(L5)을 통해 액화가스 저장탱크(T)의 증발가스를 공급받고, 액화가스 공급라인(L4)을 통해 액화가스 저장탱크(T)의 액화가스를 공급받아 증발가스를 재응축시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 액화가스 복귀라인(L4a)은, 버퍼 탱크(220)의 내압이 기설정 탱크 압력 이상이 되는 경우에 파이프 타입 재응축기(210)로부터 공급되는 액화가스의 적어도 일부를 액화가스 저장탱크(T)로 복귀시킬 수 있다.
이때, 액화가스 복귀라인(L4a) 상에는 조절 밸브(V)가 구비될 수 있는데, 조절 밸브(V)는, 버퍼탱크(220)의 내압이 기설정 버퍼탱크 압력 미만이 되는 경우, 개도를 개방하여, 파이프 타입 재응축기(210)로부터 공급되는 액화가스의 적어도 일부를 액화가스 저장탱크(T)로 복귀시키도록 하고, 버퍼탱크(220)의 내압이 기설정 탱크 압력 이상이 되는 경우, 개도를 폐쇄하여, 파이프 타입 재응축기(210)로부터 공급되는 액화가스의 전부를 버퍼 탱크(220)로 공급하도록 할 수 있다.
이를 통해서 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(200)은, 버퍼 탱크(220)의 내압을 효과적으로 관리할 수 있어 별도의 버퍼 탱크(220)의 압력을 조절하기 위한 장치를 구비하지 않아도 됨으로써 구축 비용이 절감되는 효과가 있다.
버퍼탱크(220)는, 파이프 타입 재응축기(210)로부터 공급되는 액화가스를 임시 저장한 후, 고압 펌프(230)로 액화가스를 공급할 수 있다.
구체적으로, 버퍼탱크(220)는, 액화가스 공급라인(L4) 상의 파이프 타입 재응축기(210)와 고압 펌프(230) 사이에 구비되며, 파이프 타입 재응축기(210)로부터 액화가스를 공급받아 임시 저장한 후, 고압 펌프(230)의 유효흡입수두(NPSH)를 만족시키는 유량의 액화가스를 고압 펌프(230)로 공급할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(200)은, 고압 펌프(230) 상류에 버퍼탱크(220)를 구비하여 고압 펌프(230)로의 안정적인 액화가스 유입 압력 및 유량을 확보할 수 있어 가스 처리 시스템(200)의 안정성이 증대하는 효과가 있다.
고압 펌프(230)는, 액화가스 공급라인(L4) 상에 구비되며, 피딩 펌프(P)로부터 공급받은 액화가스를 고압으로 가압할 수 있다.
이때, 고압 펌프(230)는, 추진엔진(E)이 요구하는 압력에 맞춰 액화가스를 가압할 수 있다.
증발가스 압축기(250)는, 증발가스 공급라인(L5) 상에 구비되며, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스를 압축하여 파이프 타입 재응축기(210)로 공급한다. 여기서 증발가스 압축기(250)는, 증발가스를 고정 용량 또는 가변 용량으로 공급하도록 제어될 수 있다.
증발가스 압축기(250)는, 액화가스 저장탱크(T)의 내압이 기설정 내부 압력 이상이 되는 경우, 증발가스를 압축하여 파이프 타입 재응축기(210)로 공급하고, 액화가스 저장탱크(T)의 내압이 기설정 내부 압력 미만이 되는 경우, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스가 액화가스 저장탱크(T) 내에서 축압되도록 증발가스를 압축하지 않을 수 있다.
이를 통해서 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(200)은, 액화가스 저장탱크(T)의 내압을 효과적으로 관리할 수 있어 안전성을 향상시킬 수 있고, 증발가스의 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(300)은, 액화가스 저장탱크(T), 피딩 펌프(P), 추진엔진(E), 파이프 타입 재응축기(310), 고압 펌프(320), 기화기(330), 제1 증발가스 압축기(341), 제2 증발가스 압축기(342), 제어부(360)를 포함한다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(300)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(300)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(L4), 증발가스 공급라인(L5), 증발가스-재응축기 공급라인(L5a), 증발가스 소비처 공급라인(L5b)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
액화가스 공급라인(L4)은, 액화가스 저장탱크(T)와 추진엔진(E)을 연결하며, 피딩 펌프(P), 파이프 타입 재응축기(310), 고압 펌프(320) 및 기화기(330)를 구비하여 액화가스 저장탱크(T)에 저장된 액화가스를 추진엔진(E)으로 공급할 수 있다.
증발가스 공급라인(L5)은, 액화가스 저장탱크(T)와 추진엔진(E)을 연결하고 제1 및 제2 증발가스 압축기(341,342)를 구비하여, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스를 추진엔진(E)으로 공급할 수 있다.
여기서 증발가스 공급라인(L5)은, 제1 증발가스 압축기(341)와 제2 증발가스 압축기(342) 사이에서 분기되어 파이프 타입 재응축기(310)와 연결되는 증발가스-재응축기 공급라인(L5a) 및 제1 증발가스 압축기(341)와 제2 증발가스 압축기(342) 사이에서 분기되어 발전엔진(351) 및 가스연소장치(352)와 연결되는 증발가스 소비처 공급라인(L5b)을 더 포함할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L4~L5)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 처리 시스템(300)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서, 액화가스 저장탱크(T), 피딩 펌프(P), 추진엔진(E), 고압 펌프(320) 및 기화기(330)의 구성은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(100)에서의 선적용 액화가스 저장탱크(70), 연료공급용 펌프(21), 추진엔진(60) 및 기화기(30)의 구성과 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(200)에서의 고압 펌프(230)의 구성과 동일하므로 이에 갈음토록 한다.
파이프 타입 재응축기(310)는, 액화가스 공급라인(L4) 상의 피딩 펌프(P)와 고압 펌프(320) 사이에 별도의 버퍼 탱크없이 구비되며, 액화가스 저장탱크(T)로부터 공급되는 증발가스를 액화가스 저장탱크(T)로부터 공급되는 액화가스를 통해 재응축시킨다.
제어부(360)는, 고압 펌프(32)의 유효흡입수두(NPSH)를 만족시키기 위해 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되는 증발가스의 유량을 제어한다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 증발가스-재응축기 공급라인(L5a) 상에 구비되어 증발가스-재응축기 공급라인(L5a) 상에 유동하는 증발가스의 유량을 제어하는 제어밸브(361), 액화가스 공급라인(L4) 상의 고압 펌프(320) 상류에 구비되며, 고압 펌프(320)로 유입되는 액화가스 또는 증발가스의 물성치를 측정하는 측정센서(유량을 측정하는 유량 센서(362), 압력을 측정하는 압력센서(363) 온도를 측정하는 온도 센서(364))를 더 포함할 수 있으며, 제어부(360)가 제어 밸브(361) 및 유량, 압력, 측정 센서(362,363,364)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
제어부(360)는, 측정 센서(362,363,364)로부터 전달받은 물성치와 고압 펌프(320)의 유효흡입수두를 만족시키기 위한 액화가스의 물성치를 비교하여 증발가스-재응축기 공급라인(L5a) 상에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급하는 증발가스의 유량을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(360)는, 유량센서(362)로부터 전달받은 유량이 기설정 유량 이하인 경우, 제어 밸브(361)의 개도 개방율을 증가시켜 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되는 증발가스의 유량을 증가시키도록 제어하고, 유량센서(362)로부터 전달받은 유량이 기설정 유량 초과인 경우, 제어 밸브(361)의 개도 개방율을 감소시켜 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되는 증발가스의 유량을 감소시키도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(360)는, 압력센서(363)로부터 전달받은 압력이 기설정 압력 이하인 경우, 제어 밸브(361)의 개도 개방율을 증가시켜 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되는 증발가스의 유량을 증가시키도록 제어하고, 압력센서(363)로부터 전달받은 압력이 기설정 압력 초과인 경우, 제어 밸브(361)의 개도 개방율을 감소시켜 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되는 증발가스의 유량을 감소시키도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(360)는, 온도센서(364)로부터 전달받은 온도가 기설정 온도 이하인 경우, 제어 밸브(361)의 개도 개방율을 증가시켜 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되는 증발가스의 유량을 증가시키도록 제어하고, 온도센서(364)로부터 전달받은 온도가 기설정 온도 초과인 경우, 제어 밸브(361)의 개도 개방율을 감소시켜 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되는 증발가스의 유량을 감소시키도록 제어할 수 있다.
게다가 제어부(360)는, 상기와 같이 각각의 측정센서(362~364)로부터 물성치를 전달받아 서로 조합하여 제어될 수도 있다.
이로 인해, 본 발명의 실시예에서는, 제어부(360)를 통해 고압 펌프(320)의 유효흡입수두를 만족시킴으로써, 액화가스 공급라인(L4) 상의 고압 펌프(32)와 파이프 타입 재응축기(310) 사이에 버퍼탱크가 구비되지 않을 수 있게 되어 구축 비용이 절감되는 효과가 있다.
게다가 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(300)은, 고압 펌프(320)로 유입되는 액화가스의 상태를 통해 파이프 타입 재응축기(310)로 유입되는 증발가스의 유량을 제어하여, 고압 펌프(320)의 상류에 버퍼 탱크를 구비하지 않더라도 고압 펌프(320)로의 안정적인 액화가스 유입 압력을 안정적으로 확보할 수 있고, 구축 공간을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(300)은, 증발가스 압축기(341,342)로 공급되는 증발가스의 시간당 유량을 줄일 수 있어(100 내지 200kg/h) 증발가스 압축기(341,342)에서 구동되는 일을 줄일 수 있고 그에 따라 증발가스 압축기(341,342)의 전력사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
여기서 본 발명의 실시예에서는, 측정센서(362,363,364)로부터 전달받은 유량, 온도, 압력이 기설정유량, 온도, 압력초과인 경우, 제어밸브(361)의 개도개방율이 감소되어 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되지 못하는 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 공급하는 제1 바이패스라인(L6a) 및 제어밸브(361)의 개도개방율이 감소되어 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되지 못하는 증발가스를 제1 증발가스 압축기(341)의 상류로 공급하는 제2 바이패스 라인(L6b)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 제어부(360)는, 제어밸브(361)를 통한 제어 외에 제1 증발가스 압축기(341)를 통해 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(360)는, 측정센서(362,363,364)로부터 전달받은 물성치(유량, 온도, 압력)가 기설정 물성치 이하인 경우, 제1 증발가스 압축기(341)의 구동성능(일례로 RPM을 증가)을 증가시켜 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되는 증발가스의 유량을 증가시키도록 제어하고, 측정센서(362,363,364)로부터 전달받은 물성치가 기설정 물성치 초과인 경우, 제1 증발가스 압축기(341)의 구동성능(일례로 RPM을 저하)을 저하시켜 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)에서 파이프 타입 재응축기(310)로 공급되는 증발가스의 유량을 감소시키도록 제어할 수 있다.
증발가스 압축기(341, 342)는, 증발가스 공급라인(L5) 상에 구비되며, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스를 압축하여 파이프 타입 재응축기(310)로 공급하는 제1 증발가스 압축기(341) 및 증발가스 공급라인(L5) 상의 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)의 하류에 구비되며, 제1 증발가스 압축기(341)에서 압축된 증발가스를 추가 압축하여 추진엔진(E)으로 공급하는 제2 증발가스 압축기(342)로 구분될 수 있다. 이때, 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)은 증발가스 공급라인(L5) 상의 제1 증발가스 압축기(341)의 하류에서 분기되는 형태를 가질 수 있고, 제1 증발가스 압축기(341)는, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스를 전부 압축하며, 제2 증발가스 압축기(342)는, 제1 증발가스 압축기(341)에서 압축된 증발가스의 적어도 일부를 압축할 수 있다.
또한, 증발가스 압축기(341, 342)는, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스의 적어도 일부를 압축하여 파이프 타입 재응축기(310)로 공급하는 제1 증발가스 압축기(341) 및 증발가스 공급라인(L5) 상에 구비되며, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스의 적어도 일부를 압축하여 추진엔진(E)으로 공급하는 제2 증발가스 압축기(342)로 구분될 수 있다. 이때, 증발가스-재응축기 공급라인(L5a)은 증발가스 공급라인(L5)과 별개로 병렬형성될 수 있으며, 제1 및 제2 증발가스 압축기(341,342)는, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스를 각각 적어도 일부 압축할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(400)은, 액화가스 저장탱크(T), 피딩 펌프(P), 추진엔진(E), 파이프 타입 재응축기(410), 고압 펌프(420), 기화기(430), 이젝터(440)를 포함한다.
이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(400)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(400)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(L4), 액화가스 복귀라인(L4a), 증발가스-이젝터 흡입라인(L4b), 액화가스-재응축기 공급라인(L4c), 증발가스 소비처 공급라인(L4d)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
액화가스 공급라인(L4)은, 액화가스 저장탱크(T)와 추진엔진(E)을 연결하며, 피딩 펌프(P), 파이프 타입 재응축기(410), 고압 펌프(420), 기화기(430) 및 이젝터(440)를 구비하여 액화가스 저장탱크(T)에 저장된 액화가스를 추진엔진(E)으로 공급할 수 있다.
액화가스 복귀라인(L4a)은, 액화가스 공급라인(L4) 상의 파이프 타입 재응축기(410)와 고압 펌프(420) 사이에서 분기되어 액화가스 저장탱크(T)와 연결되며, 파이프 타입 재응축기(410)로부터 토출되는 재응축 가스가 완전 재응축되지 않을 경우, 파이프 타입 재응축기(410)로부터 토출되는 재응축가스를 액화가스 저장탱크(T)로 리턴시킬 수 있다.
증발가스-이젝터 흡입라인(L4b)은, 이젝터(440)와 액화가스 저장탱크(T)를 연결하며, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스를 이젝터(440)로 공급할 수 있다.
액화가스-재응축기 공급라인(L4c)은, 액화가스 공급라인(L4) 상의 이젝터(440)의 상류에서 분기되어 파이프 타입 재응축기(410)로 연결되며, 피딩 펌프(P)에 의해 공급되는 액화가스의 적어도 일부를 파이프 타입 재응축기(410)로 공급할 수 있다.
증발가스 소비처 공급라인(L4d)은, 액화가스 공급라인(L4) 상의 기화기(430)와 추진엔진(E) 사이에서 분기되어 발전엔진(451) 및 가스연소장치(452)와 연결되며, 기화기(430)에서 공급되는 기화된 가스의 적어도 일부를 발전엔진(451) 및 가스연소장치(452)로 공급할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L4~L4d)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 처리 시스템(400)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서, 액화가스 저장탱크(T), 피딩 펌프(P), 추진엔진(E), 고압 펌프(420) 및 기화기(430)의 구성은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(100)에서의 선적용 액화가스 저장탱크(70), 연료공급용 펌프(21), 추진엔진(60) 및 기화기(30)의 구성과 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(200)에서의 고압 펌프(230)의 구성과 동일하므로 이에 갈음토록 한다.
파이프 타입 재응축기(410)는, 액화가스 공급라인(L4) 상의 이젝터(440)와 고압 펌프(420) 사이에 구비되며, 액화가스 저장탱크(T)로부터 공급되는 액화가스를 통해 이젝터(440)로부터 토출되는 혼합가스를 재응축시킨다.
이때, 파이프 타입 재응축기(410)는, 액화가스 공급라인(L4) 상의 이젝터(440) 상류에 분기되는 액화가스-재응축기 공급라인(L4c)으로부터 액화가스를 공급받을 수 있다.
즉, 파이프 타입 재응축기(410)는, 이젝터(440)로부터 토출되는 혼합가스를 액화가스 저장탱크(T)에서 공급되는 액화가스를 통해 완전 재응축시켜 고압 펌프(420)로 공급함으로써, 별도의 버퍼탱크없이도 고압 펌프(420)의 유효흡입수두(NPSH)를 만족시킬 수 있다.
그에 따라 시스템 구축 비용이 절감되고, 시스템 신뢰성이 향상되어 구동 안전성이 극대화되는 효과가 있다.
이젝터(440)는, 액화가스 공급라인(L4) 상에 구비되며, 액화가스 저장탱크(T)에서 공급되는 액화가스를 통해 액화가스 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스를 흡입한다.
구체적으로, 이젝터(440)는, 액화가스 공급라인(L4) 상의 피딩 펌프(P)와 파이프 타입 재응축기(410) 사이에 구비되고 증발가스-이젝터 흡입라인(L4b)을 통해 액화가스 저장탱크(T)와 연결되며, 액화가스 공급라인(L4)을 통해서 공급되는 액화가스를 통해 액화가스 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스를 증발가스-이젝터 흡입라인(L4b)을 통해 흡입하여 혼합한 후, 파이프 타입 재응축기(410)로 공급할 수 있다.
이를 통해서 이젝터(440)를 사용하여 고압 펌프(420)로 공급할 경우 발생할 수 있는 캐비테이션 문제를 파이프 타입 재응축기(410)를 통해 해결할 수 있어 시스템 안전성이 향상되는 효과가 있다. 게다가 이젝터(440)의 구성의 특성상 단순한 구조를 가지고 있어 시스템 신뢰성이 향상되며 구축 공간이 줄어들어 공간 활용성이 증대되는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(500)은, 액화가스 저장탱크(T), 피딩 펌프(P), 추진엔진(E), 파이프 타입 재응축기(511, 512), 고압 펌프(521), 기화기(522), 히터(523), 재액화 장치(530), 고압 증발가스 압축기(541), 저압 증발가스 압축기(542), 콘덴싱 탱크(560)를 포함한다.
이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(500)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(500)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(L4), 콘덴싱 탱크 공급라인(L4e), 증발가스 공급라인(L5), 저압 증발가스 압축기 공급라인(L5c), 재액화 장치 공급라인(L5d), 재응축기 제1 분기라인(L5e), 재응축기 제2 분기라인(L5f)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
액화가스 공급라인(L4)은, 액화가스 저장탱크(T)와 추진엔진(E)을 연결하며, 피딩 펌프(P), 파이프 타입 재응축기(511), 고압 펌프(521), 기화기(522) 및 히터(523)를 구비하여 액화가스 저장탱크(T)에 저장된 액화가스를 추진엔진(E)으로 공급할 수 있다.
콘덴싱 탱크 공급라인(L4e)은, 액화가스 공급라인(L4) 상의 파이프 타입 재응축기(511)와 고압 펌프(521) 사이에서 분기되어 증발가스 공급라인(L5) 상의 고압 또는 저압 증발가스 압축기(541,542)의 상류에 연결되며, 콘덴싱 탱크(560)를 구비할 수 있다.
이때 콘덴싱 탱크 공급라인(L4e)은, 콘덴싱 탱크(560)에서 발생되는 증발가스를 증발가스 공급라인(L5)으로 공급할 수 있다.
저압 증발가스 압축기 공급라인(L5c)은, 증발가스 공급라인(L5) 상의 고압 증발가스 압축기(541) 상류에서 분기되어 파이프 타입 재응축기(511,512)와 각각 연결될 수 있으며, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스를 저압으로 압축하여 파이프 타입 재응축기(제1 재응축기; 512)로 공급하는 저압 증발가스 압축기(542)를 구비할 수 있다.
재액화 장치 공급라인(L5d)은, 고압 증발가스 압축기(541)하류에서 분기되어 액화가스 저장탱크(T)와 연결될 수 있으며 재액화 장치(530)를 구비할 수 있다.
재응축기 제1 분기라인(L5e)은, 재액화 장치 공급라인(L5d) 상의 재액화 장치(530)의 상류에서 분기되어 재액화 장치(530)의 하류 중 파이프 타입 재응축기(512)와 연결될 수 있다.
재응축기 제2 분기라인(L5f)은, 저압 증발가스 압축기 공급라인(L5c) 상의 저압 증발가스 압축기(542) 하류에서 분기되어 파이프 타입 재응축기(제2 재응축기; 511)와 연결될 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L4~L5f)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 처리 시스템(500)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서, 액화가스 저장탱크(T), 피딩 펌프(P), 추진엔진(E), 고압 펌프(521) 및 기화기(522)의 구성은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(100)에서의 선적용 액화가스 저장탱크(70), 연료공급용 펌프(21), 추진엔진(60) 및 기화기(30)의 구성과 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(200)에서의 고압 펌프(230)의 구성과 동일하므로 이에 갈음토록 한다.
파이프 타입 재응축기(511, 512)는, 제1 재응축기로 호칭될 수 있는 파이프 타입 재응축기(512)와 제2 재응축기로 호칭될 수 있는 파이프 타입 재응축기(511)로 구분될 수 있다. 이하 파이프 타입 재응축기(512)는 제1 재응축기로 파이프 타입 재응축기(511)는 제2 재응축기로 혼용될 수 있음을 주지바란다.
제1 재응축기(512)는 재액화장치 공급라인(L5d; 호칭이 재액화라인과도 혼용될 수 있음) 상의 재액화 장치(530)와 액화가스 저장탱크(T) 사이에 형성되고 재응축기 제1 분기라인(L5e)과 연결되며, 재액화장치(530)에서 공급되는 액화가스를 통해서 재응축기 제1 분기라인(L5e)에서 공급되는 증발가스를 재응축시킨다.
본 발명의 실시예에서는 재액화장치(530) 상류의 압력이 기설정압력 이상인 경우 재액화장치(530)로 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 재응축기 제1 분기라인(L5e)을 통해 제1 재응축기(512)로 공급되도록 제어하는 제1 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 재응축기 제1 분기라인(L5e) 상에 구비되며, 재응축기 제1 분기라인(L5e) 상의 증발가스 유동을 제어하는 제1 조절밸브(V1) 및 재액화장치 공급라인(L5d) 상의 재액화장치(530) 상류에 구비되어 재액화장치(530)로 유입되는 증발가스의 압력을 측정하는 압력센서(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있으며, 제1 제어부가 제1 조절밸브(V1) 및 압력 센서와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 압력센서는 재액화장치(530)로 유입되는 증발가스의 압력을 측정하여 측정된 압력값을 유선 또는 무선으로 제1 제어부로 송신할 수 있다.
제1 제어부는, 재액화장치(530)의 상류의 압력이 기설정압력 이상이 되는 경우, 제1 조절밸브(V1)의 개도를 개방하여 재액화 장치(530)로 공급되는 증발가스의 적어도 일부를 재응축기 제1 분기라인(L5e)을 통해 제1 재응축기(512)로 공급되도록 제어하고, 재액화장치(530)의 상류의 압력이 기설정압력 마만이 되는 경우, 제1 조절밸브(V1)의 개도를 폐쇄하여 재액화 장치(530)로 공급되는 증발가스의 전부가 재액화장치(530)로 공급되도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(500)은, 재액화 장치(530)의 하류에 파이프 타입 재응축기(512)를 설치하고, 재액화 장치(530)를 바이패스하여 파이프 타입 재응축기(512)로 연결되는 재응축기 제1 분기라인(L5e)을 설치하여 재액화 장치(530)의 에너지 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
제2 재응축기(511)는 액화가스 공급라인(L4) 상의 피딩 펌프(P)와 고압 펌프(521) 사이에 형성되고 재응축기 제2 분기라인(L5f)과 연결되며, 피딩 펌프(P)로부터 공급되는 액화가스를 통해서 재응축기 제2 분기라인(L5f)에서 공급되는 증발가스를 재응축시킨다.
본 발명의 실시예에서는 액화가스 저장탱크(T)의 내압이 기설정 내부압력 이상이면 저압 증발가스 압축기(542)를 통해서 액화가스 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스의 적어도 일부를 제1 재응축기(512)로 공급하도록 제어하고, 추진엔진(E)의 로드가 기설정로드 이상이면 저압 증발가스 압축기(542)를 통해 압축되는 증발가스의 적어도 일부를 제2 재응축기(511)로 공급하도록 제어하는 제2 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 저압 증발가스 압축기 공급라인(L5c) 상의 저압 증발가스 압축기(542) 상류에 구비되며, 저압 증발가스 압축기(542)로 공급되는 증발가스의 유량을 제어하는 제2 조절밸브(V2), 재응축기 제2 분기라인(L5f) 상에 구비되며, 재응축기 제2 분기라인(L5f) 상의 증발가스 유동을 제어하는 제3 조절밸브(V3), 액화가스 저장탱크(T)의 내압을 측정하는 압력센서(도시하지 않음), 추진엔진(E)의 로드를 측정하는 로드 센서(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있으며, 제2 제어부가 제2 및 제3 조절밸브(V2,V3) 및 압력 및 로드 센서와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
제2 제어부는, 액화가스 저장탱크(T)의 내압이 기설정 내부압력 이상이면, 제2 조절밸브(V2)를 개방하여, 저압 증발가스 압축기(542)를 통해 액화가스 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스의 적어도 일부가 제1 재응축기(512)로 공급되도록 제어하고, 액화가스 저장탱크(T)의 내압이 기설정 내부압력 미만이면, 제2 조절밸브(V2)를 폐쇄하여, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스 전부가 고압 증발가스 압축기(541)로 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 제2 제어부는, 추진엔진(E)의 로드가 기설정 로드 이상이면, 제3 조절밸브(V3)를 개방하여, 저압 증발가스 압축기(542)를 통해 압축되는 증발가스의 적어도 일부가 제2 재응축기(511)로 공급되도록 제어하고, 추진엔진(E)의 로드가 기설정 로드 미만이면, 제3 조절밸브(V3)를 폐쇄하여, 저압 증발가스 압축기(542)를 통해 압축되는 증발가스 전부가 제1 재응축기(512)로 공급되도록 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(500)은, 증발가스를 재액화하는 재액화장치(530)로 증발가스를 압축하여 공급하는 고압 증발가스 압축기(541) 외에 파이프 타입 재응축기(511,512)로 증발가스를 압축하여 공급하는 저압 증발가스 압축기(542)를 추가 구비하여, 재액화 장치(530)의 에너지를 감소시킴과 동시에 증발가스 압축기(541,542)의 순소비에너지를 줄일 수 있는 효과가 있다.
히터(523)는, 액화가스 공급라인(L4) 상의 기화기(522) 하류에 구비되며, 기화기(522)로부터 공급되는 기화된 액화가스를 추진엔진(E)이 요구하는 온도에 맞춰질 수 있도록 승온시킬 수 있다.
히터(523)는, 열원으로 해수, 청수, 글리콜 워터 등 다양한 열매체를 사용할 수 있으며 본 발명에서 특별히 그 종류가 한정되지 않는다.
재액화 장치(530)는, 별도의 냉매 장치를 구비하여 별도의 냉매를 통해 고압 증발가스 압축기(541)에서 압축된 증발가스의 적어도 일부를 재액화할 수 있다.
고압 증발가스 압축기(541)는, 증발가스 공급라인(L5) 상에 구비되며, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스를 고압으로 압축하여 추진엔진(E)으로 공급할 수 있다.
저압 증발가스 압축기(542)는, 저압 증발가스 압축기 공급라인(L5c) 상에 구비되며, 액화가스 저장탱크(T)에서 발생된 증발가스를 저압으로 압축하여 제1 재응축기(511) 및 제2 재응축기(512)로 공급할 수 있다.
콘덴싱 탱크(560)는, 콘덴싱 탱크 공급라인(L4e) 상에 구비되며, 제2 재응축기(511)에서 공급되는 액화가스의 적어도 일부를 저장한다.
본 발명의 실시예에서 제2 재응축기(511)는, 상기 제1 및 제2 제어부에 의한 제어를 받음과 동시에, 콘덴싱 탱크(560)와의 구조적인 결합을 통해서 다음과 같이 제어될 수 있다.
제2 재응축기(511)는, 액화가스 저장탱크(T)의 내압이 기설정압력 이상인 경우, 저압 증발가스 압축기(542)를 통해서 액화가스 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스의 적어도 일부를 공급받아 액화가스 공급라인(L4)을 통해 공급되는 액화가스를 통해 재응축시키고, 동시에 추진엔진(E)의 로드가 기설정로드 미만이되면, 재응축된 액화가스의 적어도 일부를 콘덴싱 탱크(560)로 공급하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 콘덴싱 탱크 공급라인(L4e) 상의 콘덴싱 탱크(560) 상류에 구비되며, 콘덴싱 탱크(560)로 공급되는 액화가스의 유동을 제어하는 제4 조절밸브(콘덴싱 탱크 조절밸브; V4) 및 액화가스 저장탱크(T)의 내압 및 추진엔진(E)의 로드에 따라 제2 조절밸브(V2) 및 제4 조절밸브(V4)의 개도를 조절하는 제3 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 제3 제어부가 제2 및 제4 조절밸브(V2,V4) 및 액화가스 저장탱크(T)의 내부 압력을 측정하는 압력 센서 및 추진엔진(E)의 로드를 측정하는 로드 센서와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.
제3 제어부는, 액화가스 저장탱크(T)의 내압이 기설정압력 이상인 경우, 제2 조절밸브(V2)의 개도를 개방하여, 저압 증발가스 압축기(542)에서 압축되는 증발가스의 적어도 일부가 제2 재응축기(511)로 공급되도록 제어하되, 동시에 추진엔진(E)의 로드가 기설정로드 미만이 되면, 제4 조절밸브(V4)의 개도를 개방하여 제2 재응축기(511)에 의해 재응축된 액화가스의 적어도 일부가 콘덴싱 탱크 공급라인(L4e)을 통해 콘덴싱 탱크(560)로 공급되어 저장되도록 제어하고, 액화가스 저장탱크(T)의 내압이 기설정압력 미만인 경우, 제2 조절밸브(V2)의 개도를 폐쇄하여, 저압 증발가스 압축기(542)로 증발가스가 유입되지 못하도록 하여 액화가스 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스 전부가 액화가스 저장탱크(T) 내에서 축압되도록 하거나, 고압 증발가스 압축기(541)로 공급되도록 하여 재액화장치(530)를 통해 재액화 후 액화가스 저장탱크(T)로 복귀하도록 할 수 있으며, 동시에 추진엔진(E)의 로드가 기설정로드 이상이 되면, 제4 조절밸브(V4)의 개도를 폐쇄하여 제2 재응축기(511)에 의해 재응축된 액화가스 전부가 추진엔진(E)으로 공급될 수 있도록 제어할 수 있다.
이를 통해서 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(500)은, 파이프 타입 재응축기(511)의 하류에 잉여 액화가스를 저장하는 콘덴싱 탱크(560)를 추가 구비하여, 선박(3)의 에너지를 효율적으로 사용할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(T)의 열부하를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
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 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 벙커링 선박 2,3: LNG 추진 선박
10: 하역용 액화가스 저장탱크 20: 하역용 펌프
21: 연료공급용 펌프 30: 기화기
40: 파이프 타입 재응축기 50: 증발가스 압축기
60: 추진엔진 61: 증발가스 소비처
70: 선적용 액화가스 저장탱크 80: 추진용 액화가스 저장탱크
81: 연료공급용 펌프 82: 연료 처리 시스템
83: 추진엔진 100: 가스 처리 시스템
B1, B2: 버퍼 탱크 T: 액화가스 저장탱크
P: 피딩 펌프 E: 추진엔진
S: 샤프트 P: 프로펠러
V: 조절 밸브 V1~V4: 제1 내지 제4 조절밸브
200: 가스 처리 시스템 210: 파이프 타입 재응축기
220: 버퍼 탱크 230: 고압 펌프
240: 기화기 250: 증발가스 압축기
300: 가스 처리 시스템 310: 파이프 타입 재응축기
320: 고압 펌프 330: 기화기
341: 제1 증발가스 압축기 342: 제2 증발가스 압축기
351: 발전엔진 352: 가스연소장치
360: 제어부 361: 제어 밸브
362: 유량 센서 363: 압력 센서
364: 온도 센서 400: 가스 처리 시스템
410: 파이프 타입 재응축기 420: 고압 펌프
430: 기화기 440: 이젝터
451: 발전엔진 452: 가스연소장치
500: 가스 처리 시스템 511: 파이프 타입 재응축기
512: 파이프 타입 재응축기 521: 고압 펌프
522: 기화기 523: 히터
530: 재액화 장치 541: 고압 증발가스 압축기
542: 저압 증발가스 압축기 551: 발전엔진
552: 가스연소장치 560: 콘덴싱 탱크
L1: 벙커링 라인 L2: 증발가스 리턴라인
L2a: 증발가스 액화라인 L2b: 증발가스 분기라인
L2c: 증발가스 소비처 공급라인 L3: 액화가스 공급라인
L4: 액화가스 공급라인 L4a: 액화가스 복귀라인
L4b: 증발가스-이젝터 흡입라인 L4c: 액화가스-재응축기 공급라인
L4d: 증발가스 소비처 공급라인 L4e: 콘덴싱 탱크 공급라인
L5: 증발가스 공급라인 L5a: 증발가스-재응축기 공급라인
L5b: 증발가스 소비처 공급라인 L5c: 저압 증발가스 압축기 공급라인
L5d: 재액화 장치 공급라인 L5e: 재응축기 제1 분기라인
L5f: 재응축기 제2 분기라인 L6a: 제1 바이패스 라인
L6b: 제2 바이패스 라인

Claims (12)

  1. 하역용 액화가스 저장탱크와 선적용 액화가스 저장탱크를 연결하는 벙커링 라인;
    상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생되는 리턴 증발가스를 회수하는 증발가스 리턴라인;
    상기 벙커링 라인으로부터 공급되는 액화가스와 상기 증발가스 리턴라인으로부터 공급되는 증발가스를 열교환하는 열교환기; 및
    증발가스 리턴라인 상의 상기 열교환기 상류에서 분기되어 상기 열교환기 하류에 연결되는 분기라인을 포함하고,
    상기 열교환기는,
    상기 증발가스를 상기 액화가스와 열교환하여 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급되도록 함으로써, 상기 하역용 액화가스 저장탱크의 내압 상승을 저감시키며,
    상기 열교환기에서 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급되는 증발가스의 온도가 기설정 증발가스 온도를 초과하도록 또는 상기 열교환기에서 상기 선적용 액화가스 저장탱크로 공급되는 액화가스의 온도가 기설정 액화가스 온도 미만이 되도록 상기 분기라인을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열교환기는,
    파이프 타입 재응축기(Inline type Recondenser)인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 열교환기에서 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급되는 증발가스의 온도가 기설정 증발가스 온도 이하이면, 상기 증발가스 리턴라인을 통해 상기 열교환기로 공급되는 증발가스를 상기 분기라인을 통해 상기 열교환기를 바이패스하도록 제어하고,
    상기 열교환기에서 상기 선적용 액화가스 저장탱크로 공급되는 액화가스의 온도가 기설정 액화가스 온도 이상이면, 상기 증발가스 리턴라인을 통해 상기 열교환기로 공급되는 증발가스가 상기 열교환기로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분기라인 상에 구비되는 조절밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 열교환기에서 상기 하역용 액화가스 저장탱크로 공급되는 증발가스의 온도가 기설정 증발가스 온도 이하이면, 상기 조절밸브의 개도를 개방하여 상기 증발가스 리턴라인을 통해 상기 열교환기로 공급되는 증발가스를 상기 분기라인을 통해 상기 열교환기를 바이패스하도록 제어하고,
    상기 열교환기에서 상기 선적용 액화가스 저장탱크로 공급되는 액화가스의 온도가 기설정 액화가스 온도 이상이면, 상기 조절밸브의 개도를 폐쇄하여 상기 증발가스 리턴라인을 통해 상기 열교환기로 공급되는 증발가스가 상기 열교환기로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 벙커링 라인 상에 구비되며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 선적용 액화가스 저장탱크로 공급하는 하역용 펌프;
    상기 증발가스 리턴라인 상에 구비되며, 상기 선적용 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기;
    상기 하역용 액화가스 저장탱크와 추진용 수요처를 연결하며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 추진용 수요처에 공급하는 액화가스 공급라인;
    상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 추진용 수요처로 공급하는 연료공급용 펌프;
    상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 연료공급용 펌프로부터 공급되는 액화가스를 기화시키는 기화기; 및
    상기 하역용 액화가스 저장탱크와 상기 추진용 수요처를 연결하며, 상기 하역용 액화가스 저장탱크에 발생된 증발가스를 상기 추진용 수요처에 공급하는 증발가스 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 액화가스 공급라인 및 상기 증발가스 공급라인은,
    상기 증발가스 리턴라인 상의 상기 증발가스 압축기 상류에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 증발가스 공급라인은,
    상기 액화가스 공급라인 상의 상기 기화기 하류에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 하역용 액화가스 저장탱크는,
    5 내지 10 바아(bar)의 압력을 견디는 독립형 저장탱크인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  12. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상 구조물(FSRU).
KR1020170134008A 2017-10-16 2017-10-16 가스 처리 시스템, 가스 처리 시스템을 포함하는 선박 및 가스 처리 시스템을 포함하는 해상 부유식 구조물 KR102296312B1 (ko)

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