KR102297861B1 - 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 증발가스 처리 방법은, 액화가스가 저장된 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기로 압축하고, 상기 압축기에서 압축된 증발가스의 전부 또는 일부를 부스팅 압축기로 추가 압축하여 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환기에서 열교환으로 냉각하고 재액화하여 상기 저장탱크로 회수하되, 상기 부스팅 압축기의 하류에 제1 밸브와 제2 밸브를 마련하고, 재액화 시스템의 초기 구동 및 정지 시 상기 제1 및 제2 밸브를 시간 차를 두고 개폐하여 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 변화를 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법{Boil-Off Gas Treatment System and Method for Ship}

본 발명은 선박에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 증발가스 자체의 냉열로 재액화시키는 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.

액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.

그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.

증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료수요처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.

증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는, 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다.

한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.

DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 5.5 barg 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.

X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 15 barg 정도의 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.

ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300 barg 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.

도 1에는 종래의 선박용 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 선박용 증발가스 처리 시스템에서, 주 엔진(ME)과 발전 엔진(GE)이 구비된 경우, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 압축기(10)에서 압축하여 주엔진의 연료로 공급하고, 발전 엔진의 연료공급압력이 주엔진보다 낮은 경우 압축기(10)의 일부 압축 과정을 거친 증발가스를 중간에서 분기하여 발전 엔진(GE)의 연료로 공급한다.

압축기(10)로 공급된 증발가스 중 주엔진 및 발전 엔진의 연료로 공급되고 남은 잉여 증발가스는 열교환기(20)로 공급되어, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 열교환을 통해 냉각된다.

열교환기(20)에서 냉각된 증발가스는 감압장치(30)에 의해 감압되며 일부가 재액화되고, 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스는 기액분리기(40)로 공급되어 상분리된다.

기액분리기(40)에서 분리된 액화가스는 저장탱크(T)로 공급되어 재저장되고, 기액분리기(40)에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스에 합류되어 열교환기(20)에 냉매로 도입된다.

이와 같이 별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 방법으로, 압축기에 의해 압축시킨 증발가스를, 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시킨 후 J-T 밸브 등에 의해 팽창시켜 증발가스의 일부를 재액화시키는 시스템을 본 출원인은 PRS(Partial Re-liquefaction System)라고 명명하였다.

저장탱크 내부의 액화가스의 양이 많아 증발가스의 발생량이 많은 경우, 선박이 정박하고 있거나 낮은 속도로 운항하여 엔진에서 사용되는 증발가스가 적은 경우 등, 재액화시켜야 할 증발가스의 양이 많은 경우, PRS만으로 요구되는 재액화량을 만족시키지 못할 수가 있어, 본 출원인은 증발가스를 더 많이 재액화시킬 수 있도록 PRS를 개량한 기술을 발명하였다.

PRS의 개량 기술로, 증발가스 자체를 냉매로 사용한 냉매 사이클에 의해 증발가스를 추가로 냉각시킬 수 있도록 한 시스템을 일명 MRS(Methane Refrigeration System)라고 한다.

선내 엔진이 비교적 압력이 낮은 연료를 공급받는 경우, 압축기는 이러한 엔진의 연료 공급 압력 정도로 증발가스를 압축하고, 재액화 효율을 높이기 위해 재액화될 증발가스는 부스트 컴프레서(Boost Compressor)를 거쳐 추가압축 후 냉각시킬 수 있다.

재액화 시스템의 초기 구동 시 차단 밸브를 천천히 열어 부스트 컴프레서로부터의 고압가스를 저압부인 재액화 시스템으로 공급하게 된다. 그런데 이 경우 다량의 고압가스가 밸브를 통과하면서 부스트 컴프레서의 출구 압력이 급격히 떨어질 수 있다.

부스트 컴프레서의 출구 압력이 떨어질 경우 급격한 압력 저하를 방지하기 위해 바이패스 라인을 구성하여 출구 압력을 조절할 수도 있으나, 급격한 압력 변화는 부스트 컴프레서의 입구압력 저하로 인한 비상정지를 초래할 수 있으며, 부스트 컴프레서로 가스를 공급하는 압축기의 안정성에도 악영향을 미칠 수 있다.

이와 반대로 재액화 시스템을 정지하고자 차단 밸브를 잠그게 될 경우, 부스트 컴프레서의 출구 압력이 급격하게 올라갈 수 있다. 이때도 부스트 컴프레서의 압력이 제어되지 못할 경우 비상정지를 초래할 수 있으며, 압축기(FG Compressor)의 안정성에도 악영향을 미칠 수 있다.

따라서 재액화 시스템의 초기 구동이나 정지 시에도 급격한 압력 변화를 방지하여 부스트 컴프레서의 비상정지를 막고 압축기의 안정성을 유지할 수 있는 방법이 필요하다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스가 저장된 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기로 압축하고,

상기 압축기에서 압축된 증발가스의 전부 또는 일부를 부스팅 압축기로 추가 압축하여 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환기에서 열교환으로 냉각하고 재액화하여 상기 저장탱크로 회수하되,

상기 부스팅 압축기의 하류에 제1 밸브와 제2 밸브를 마련하고, 재액화 시스템의 초기 구동 및 정지 시 상기 제1 및 제2 밸브를 시간 차를 두고 개폐하여 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 변화를 방지하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다.

바람직하게는 상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기의 하류와 상기 열교환기 사이의 배관에 마련되고, 상기 제2 밸브는 상기 부스팅 압축기의 하류에서 상기 제1 밸브를 우회하여 상기 열교환기의 상류로 연결되는 우회배관에 마련될 수 있다.

바람직하게는 상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고, 상기 제2 밸브는 상기 제1 밸브보다 작은 사이즈의 스로틀링 밸브로 마련될 수 있다.

바람직하게는 상기 재액화 시스템의 초기 구동 시, 상기 제1 밸브를 먼저 열고, 상기 제2 밸브를 열어 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 저하를 방지하고, 상기 재액화 시스템의 정지 시, 상기 제1 밸브를 연 후 상기 제2 밸브를 먼저 닫고, 상기 제1 밸브를 닫아 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 상승을 방지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고, 상기 제2 밸브는 상기 제1 밸브보다 작은 사이즈의 컨트롤 밸브로 마련되고, 상기 제2 밸브의 전단 및 후단에는 각각 메뉴얼 개폐 밸브가 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 재액화 시스템의 초기 구동 시, 상기 제2 밸브를 먼저 열고, 상기 제1 밸브를 열어 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 저하를 방지하고, 상기 재액화 시스템의 정지 시, 상기 제2 밸브를 연 후 상기 제1 밸브를 먼저 닫고, 상기 제2 밸브를 닫아 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 상승을 방지하며, 상기 제2 밸브 전단 및 후단의 메뉴얼 개폐 밸브는 상시 오픈 상태를 유지하되, 상기 제2 밸브의 유지보수 시 닫을 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기의 하류와 상기 열교환기 사이의 배관에 마련되고, 상기 제2 밸브는 상기 배관의 상기 제1 밸브 후단에 마련되며, 상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고, 상기 제2 밸브는 컨트롤 밸브로 마련될 수 있다.

바람직하게는 상기 재액화 시스템의 초기 구동 시, 상기 제1 밸브를 먼저 열고, 상기 제2 밸브를 열어 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 저하를 방지하고, 상기 재액화 시스템의 정지 시, 상기 제1 밸브를 열고 상기 제2 밸브를 먼저 닫고, 상기 제1 밸브를 닫아 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 상승을 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박에 마련되어 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 상기 저장탱크 외부로 배출시키는 증발가스 공급라인;

상기 증발가스 공급라인에 마련되어 상기 증발가스를 압축하는 압축기;

상기 압축기로부터 상기 저장탱크로 연결되어 압축된 증발가스를 재액화하여 상기 저장탱크로 회수하는 재액화라인;

상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 공급받아 추가 압축하는 부스팅 압축기;

상기 재액화라인에서 상기 부스팅 압축기의 하류에 마련되어 상기 압축기 및 부스팅 압축기를 거쳐 압축된 상기 증발가스를, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환기에서 열교환시키고 재액화하는 재액화부; 및

상기 재액화라인에서 상기 부스팅 압축기와 재액화부의 사이에 마련되는 제1 밸브와 제2 밸브를 포함하며,

재액화 시스템의 초기 구동 및 정지 시 상기 제1 및 제2 밸브를 시간 차를 두고 개폐하여 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 변화를 방지하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 부스팅 압축기의 하류에서 상기 재액화라인으로부터 분기되어 상기 제1 밸브를 우회하여 상기 열교환기의 상류의 재액화라인으로 연결되는 우회배관;을 더 포함하고, 상기 제2 밸브는 상기 우회배관에 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 상기 재액화라인을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고, 상기 제2 밸브는 상기 제1 밸브보다 작은 사이즈의 스로틀링 밸브로 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 상기 재액화라인을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고, 상기 제2 밸브는 상기 제1 밸브보다 작은 사이즈의 컨트롤 밸브로 마련되고, 상기 제2 밸브의 전단 및 후단에는 각각 메뉴얼 개폐 밸브가 마련될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 밸브는 상기 부스팅 압축기의 하류와 상기 열교환기 사이의 상기 재액화라인에 순차로 마련되되, 상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고, 상기 제2 밸브는 컨트롤 밸브로 마련될 수 있다.

바람직하게는 상기 재액화부는, 상기 압축기 및 부스팅 압축기를 거쳐 압축된 상기 증발가스를, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환시키는 열교환기; 상기 열교환기에서 상기 미압축 증발가스와의 열교환으로 냉각된 증발가스를 공급받아 감압하는 감압장치; 및 상기 감압장치에서 감압된 증발가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;를 더 포함하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액체는 상기 저장탱크로 재저장되고, 기체는 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 미압축 증발가스에 합류될 수 있다.

바람직하게는 상기 재액화라인에서 분기되어 상기 부스팅 압축기를 우회하도록 마련되는 바이패스 라인; 및 상기 바이패스 라인에 마련되는 바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 증발가스 공급라인은 상기 선박의 추진엔진 및 발전엔진 중 적어도 하나로 연결되며, 상기 저장탱크로부터 상기 증발가스 공급라인으로 배출되어 압축기에서 압축된 상기 증발가스는 상기 추진엔진 또는 발전엔진의 연료로 공급될 수 있다.

본 발명의 방법을 통해 재액화 시스템의 초기 구동이나 정지 시에도 부스팅 압축기의 급격한 압력 변동을 방지하고, 부스팅 압축기의 비상 정지 발생을 방지할 수 있다.

또한, 부스팅 압축기의 급격한 압력 변동을 방지함으로써, 압축기의 비상 정지 발생을 방지하고 안정적인 운전이 가능하도록 하며, 선내 추진엔진 및 발전엔진으로 안정적인 연료 공급이 이루어져 이들 장치의 비상 정지 발생을 방지할 수 있다.

나아가 재액화 시스템의 운전 시작 및 정지 시에도 안정적인 운전으로 시스템 내 각종 장치의 파손, 장치 이상 등을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 증발가스 처리 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

이하 본 발명에서의 선박은, 액화가스 및 액화가스에서 발생하는 증발가스를 추진용 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스 또는 증발가스를 선내 기관의 연료로 사용하는 모든 종류의 선박으로, 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액화석유가스 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에서 액화가스는, 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 엔진 등의 연료로 사용될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

한편, 본 실시예들의 각 라인을 흐르는 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.

도 2 내지 4에는 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

먼저, 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 본 제1 내지 제3 실시예의 증발가스 처리 시스템은, 선박에 마련되어 액화가스를 저장하는 저장탱크(T)로부터 발생하는 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시키는 증발가스 공급라인(GL)이 마련되고, 증발가스 공급라인에는 증발가스를 압축하는 압축기(100)가 마련된다.

증발가스 공급라인(GL)은 선박의 추진엔진(ME) 및 발전엔진(GE) 중 적어도 하나로 연결되며, 저장탱크로부터 상기 증발가스 공급라인으로 배출되어 압축기에서 압축된 증발가스는 상기 추진엔진 또는 발전엔진의 연료로 공급될 수 있다.

압축기(100)는 증발가스를 압축하여 추진엔진 또는 발전엔진의 연료공급압력으로, 예를 들어 DF 엔진이 마련된 경우라면 5.5 bar, X-DF 엔진이 마련된 경우라면 16 bar, ME-GI 엔진이 마련된 경우는 300 bar로 압축할 수 있다. 고압 엔진이 마련된 경우에, 압축기는 복수의 컴프레서와 중간 냉각기가 번갈아 배치되어 이들을 순차로 거쳐 증발가스를 압축하는 다단 압축기로 마련될 수도 있다.

선박 규정상 엔진으로 연료를 공급하는 압축기는, 비상 상황을 대비하여 리던던시(Redundancy) 설계를 하여야 하는데, 리던던시 설계란, 어느 한 대를 고장, 유지보수 등의 이유로 사용할 수 없을 때 다른 한 대를 대신 사용 할 수 있도록 설계하는 것을 의미한다. 이를 위해 압축기는 주 압축기와 리던던시 압축기를 포함하여 복수로 마련될 수 있다.

한편, 추진엔진 또는 발전엔진의 연료로 공급되지 않은 증발가스는 재액화하여 저장탱크로 보내어 저장할 수 있다.

이를 위해 압축기(100)의 하류로부터 저장탱크(T)로 연결되어 압축된 증발가스를 재액화하여 상기 저장탱크로 회수하는 재액화라인(RL)이 마련된다.

재액화라인(RL)에는 압축기에서 압축된 증발가스를 공급받아 추가 압축하는 부스팅 압축기(200), 부스팅 압축기의 하류에 마련되어 압축기 및 부스팅 압축기를 거쳐 압축된 상기 증발가스를, 저장탱크로부터 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환기(310)에서 열교환시키고 재액화하는 재액화부(300)가 마련되고, 재액화라인에서 부스팅 압축기와 재액화부의 사이에는 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)가 마련된다. 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)는 부스팅 압축기(200)와 재액화부(300) 사이를 차단할 수 있도록 마련되는 것으로, 재액화부의 운전시에는 개방되고, 재액화부를 운전하지 않는 때에는 닫는다.

부스팅 압축기(200)는, 압축기(100)에서 압축 후 재액화라인(RL)으로 공급된 증발가스를 추가 압축하기 위한 장치이다.

증발가스의 주성분을 이루는 메탄의 임계점은 약 -80℃, 55bar로, 임계점 이상의 온도 및 압력에서 초임계 상태가 된다. 부스팅 압축기에서는 압축기에서 추진엔진 또는 발전엔진의 연료공급압력으로 압축된 압축가스를 공급받아 임계압력 이상으로 추가 압축할 수 있다.

추진엔진으로 X-DF 엔진, 발전엔진으로 DFDE가 마련된 경우라면 증발가스는 압축기를 거쳐 5.5 bar 내외 또는 16 bar 내외로 압축될 수 있다.

예를 들어 추진엔진으로 X-DF 엔진이 마련된 경우, 16 bar로 압축기에서 X-DF 엔진의 연료공급압력에 맞추어 증발가스를 압축하고, 압축된 증발가스 중 엔진의 연료로 공급되지 않고 재액화 라인으로 공급되어 재액화될 압축가스를 부스팅 압축기에서 임계압력 이상인 55 bar 이상, 보다 바람직하게는 100 bar 이상으로 압축하여 재액화부의 열교환기로 보낸다. 부스팅 압축기는 필요에 따라 복수의 컴프레서와 중간 냉각기를 포함하는 다단 압축기로 구성될 수 있다.

재액화부(300)는, 압축기 및 부스팅 압축기를 거쳐 압축된 증발가스를, 저장탱크로부터 압축기로 도입될 증발가스공급라인의 미압축 증발가스와 열교환시키는 열교환기(310), 열교환기에서 미압축 증발가스와의 열교환으로 냉각된 증발가스를 공급받아 감압하는 감압장치(320), 감압장치에서 감압된 증발가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기(330)를 포함한다.

압축기 및 부스팅 압축기를 거쳐 압축된 증발가스는 열교환기에서 미압축 증발가스에 의해 냉각되고, J-T 밸브나 팽창기 등과 같은 감압장치에서 단열팽창 또는 등엔트로피 팽창으로 추가 냉각된 후 기액분리기에서 기액분리되어, 분리된 기체는 저장탱크로부터 증발가스 공급라인(GL)을 따라 열교환기(310)로 도입되는 미압축 증발가스에 합류되고, 액체, 즉 액화가스는 저장탱크(T)로 저장된다.

한편, 저장탱크로부터 액화가스를 기화시켜 추진엔진 또는 발전엔진의 연료로 공급할 수도 있으며, 이를 위해 저장탱크(T)에서 압축기(100)의 상류로 연결되는 액화가스 공급라인(LL)이 구비될 수 있다. 액화가스 공급라인에는 저장탱크로부터 연료공급펌프(P)에 의해 펌핑된 액화가스를 기화시켜 압축기로 공급하는 강제기화기(400)가 마련될 수 있다.

상기 재액화라인(RL)에는 부스팅 압축기(200)의 전단에서 분기되어 부스팅 압축기를 우회하여 재액화라인으로 합류되는 바이패스 라인(BL)이 마련되고, 바이패스 라인을 개폐할 수 있는 바이패스 밸브(BV)가 바이패스 라인에 마련된다. 예를 들어 재액화 시스템의 초기 구동시 바이패스 밸브를 조절함으로써 부스팅 압축기의 출구 압력이 급격하게 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

그러나, 바이패스 밸브의 조절만으로는 재액화 시스템의 초기 구동시나 정지 시 부스팅 압축기의 입출구 압력의 급격한 변화를 방지하기 어렵고, 부스팅 압축기의 급격한 입출구 압력 변화는 부스팅 압축기의 비상정지를 초래할 수 있고, 나아가 부스팅 압축기로 증발가스를 공급하는 압축기의 운전 안정성에도 악영향을 줄 수 있다.

특히, 부스팅 압축기와 재액화부의 열교환기 사이의 재액화라인에는 차단 밸브로 스로틀링 밸브(throttling valve)가 마련되어, 부스팅 압축기와 재액화 시스템을 차단하는 기능을 할 수 있는데 재액화 시스템의 운전을 시작한 초기 구동시나 운전을 중단하는 정지 시, 스로틀링 밸브를 개폐하면 급격한 압력 변화가 발생할 수 있다. 본 발명자들은 스로틀링 밸브를 개폐하기 위하여 사용되는 유압식 액츄에이터(actuator)에서, 밸브의 개폐하기 위한 커맨드(command)와 실제 밸브의 개폐 동작에 오차가 있기 때문이라는 점을 발견하였다.

즉, 예를 들어 밸브의 5% 개방 커맨드가 액츄에이터에 적용되는 경우 열리지 않고 차단 상태로 있다가 갑자기 10%로 열리기도 하고, 반대로 8% 개방 상태인 밸브를 서서히 0%로 잠그려고 한 때에도 급격히 잠기는 경우가 종종 발생한다. 본 발명자들은 그 원인이 커맨드와 밸브의 개폐 동작에 종종 오차가 발생하며 이는 스로틀링 밸브의 개폐에 사용되는 유압식 액츄에이터의 특성에 의한 것이라는 점을 발견하였다.

이에 본 실시예들에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 부스팅 압축기(200)의 하류에 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)를 마련하고, 재액화 시스템의 초기 구동 및 정지 시 제1 및 제2 밸브를 시간 차를 두고 개폐함으로써 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 변화를 방지하고, 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 구성하였다.

도 2 내지 4의 제1 내지 제3 실시예는 제1 밸브와 제2 밸브의 구성에 차이가 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 제1 및 제2 실시예에서는 부스팅 압축기(200)의 하류에서 상기 재액화라인(RL)으로부터 분기되어 상기 제1 밸브를 우회하여 상기 열교환기의 상류의 재액화라인으로 연결되는 우회배관(CL)을 마련하고, 제2 밸브(V2)를 우회배관에 마련하였다. 이와 달리 도 4에 도시된 제3 실시예에서는 우회배관을 마련하지 않고, 제1 밸브의 후단에 제2 밸브를 배치하여, 부스팅 압축기의 하류에 순차로 제1 및 제2 밸브(V1, V2)를 마련한 것이다.

부스팅 압축기의 후단에는 부스팅 압축기의 출구 압력을 측정할 수 있는 압력 센서가 구비된다.

그 중 제1 실시예의 구성을 먼저 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 밸브(V1)는 상기 부스팅 압축기의 하류와 상기 열교환기 사이의 배관, 즉 재액화라인에 마련되고, 상기 제2 밸브(V2)는 상기 부스팅 압축기의 하류에서 상기 제1 밸브를 우회하여 상기 열교환기의 상류로 연결되는 우회배관(CL)에 마련된다.

본 실시예에서 제1 밸브(V1)는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고, 상기 제2 밸브(V2)는 상기 제1 밸브보다 작은 사이즈의 스로틀링 밸브로 마련된다.

재액화 시스템의 초기 구동 시, 제1 밸브(V1)를 먼저 열고, 이후 제2 밸브(V2)를 열어 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 저하를 방지한다.

재액화 시스템의 정지 시, 제1 밸브(V1)를 먼저 열교 제2 밸브(V2)를 닫은 후에, 제1 밸브(V1)를 닫는다.

이와 같이 제1 밸브와 우회배관의 제2 밸브를 사이즈가 다른 스로틀링 밸브로 구비하고, 시간차를 두고 개폐함으로써 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 상승을 방지한다. 본 실시예의 구성은 장치 구성면에서 가장 경제적이고, 시스템의 안정성을 유지할 수 있는 장점이 있다.

다음으로 제2 실시예의 시스템을 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 전술한 제1 실시예와 마찬가지로 부스팅 압축기의 하류에서 상기 재액화라인으로부터 분기되어 상기 제1 밸브를 우회하여 상기 열교환기의 상류의 재액화라인으로 연결되는 우회배관(CL)이 구비되고, 상기 제2 밸브(V2)는 상기 우회배관에 마련된다.

다만, 본 제2 실시예에서는 제1 밸브(V1)는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련하되, 우회배관의 제2 밸브(V2)는 전술한 제1 실시예와 달리 제1 밸브보다 작은 사이즈의 컨트롤 밸브로 마련한다. 또한, 우회배관(CL)에서 제2 밸브의 전단 및 후단에는 각각 메뉴얼 개폐 밸브(MV1, MV2)가 마련된다.

재액화 시스템의 초기 구동 시, 우회배관에 마련된 제2 밸브를 먼저 열고, 그 후 스로틀링 밸브인 제1 밸브를 열어 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 저하를 방지한다. 제2 밸브 전단 및 후단에 구비된 메뉴얼 개폐 밸브는 상시 오픈 상태를 유지하며, 제2 밸브의 유지보수 시 닫을 수 있다.

또한, 재액화 시스템의 정지 시에는, 제2 밸브를 열고 제1 밸브를 먼저 닫은 후, 상기 제2 밸브를 닫아 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 상승을 방지한다. 본 실시예의 구성은 전술한 제1 실시예보다 재액화 시스템의 구동 시작 또는 종료 시 스로틀링 밸브를 개폐 시간이 상대적으로 짧으며, 시스템의 안정성을 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 4에 도시된 제3 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템에서는, 전술한 제1 및 제2 실시예와 달리, 제1 밸브를 우회하는 우회배관이 마련되지 않고, 제1 밸브(V1)는 부스팅 압축기의 하류와 상기 열교환기 사이의 배관에, 제2 밸브(V2)는 상기 배관의 제1 밸브 후단에 각 마련되어, 재액화라인의 부스팅 압축기 후단에 제1 및 제2 밸브(V1, V2)가 순차로 구비된다.

제1 밸브(V1)는 부스팅 압축기와 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고, 제2 밸브(V2)는 컨트롤 밸브로 마련하되, 제1 밸브와 제2 밸브 모두 큰 사이즈의 밸브로 구비한다.

재액화 시스템의 초기 구동 시, 스로틀링 밸브인 제1 밸브를 먼저 열고, 상기 제2 밸브를 열어 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 저하를 방지한다.

또한, 재액화 시스템의 정지 시, 제1 밸브를 열고 컨트롤 밸브인 제2 밸브를 먼저 닫은 후, 스로틀링 밸브인 제1 밸브를 닫는다. 이러한 조작을 통해 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 상승을 방지할 수 있다.

본 실시예의 시스템은 장치 구성면에서 상대적으로 고가이나, 스로틀링 밸브의 개폐 시간이 가장 짧아 신속하게 재액화 시스템을 구동 또는 정지시킬 수 있으며, 시스템의 안정성을 유지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.

T : 저장탱크
ME: 주엔진
GE: 발전엔진
GL: 증발가스 공급라인
RL: 재액화 라인
CL: 우회배관
V1: 제1 밸브
V2: 제2 밸브
100: 압축기
200: 부스팅 압축기
300: 재액화부
310: 열교환기
320: 감압장치
330: 기액분리기

Claims (16)

1. 액화가스가 저장된 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기로 압축하고,
   상기 압축기에서 압축된 증발가스의 전부 또는 일부를 부스팅 압축기로 추가 압축하여 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환기에서 열교환으로 냉각하고 재액화하여 상기 저장탱크로 회수하되,
   상기 부스팅 압축기의 하류에 제1 밸브와 제2 밸브를 마련하고, 재액화 시스템의 초기 구동 및 정지 시 상기 제1 및 제2 밸브를 시간 차를 두고 개폐하여 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 변화를 방지하며,
   상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기의 하류와 상기 열교환기 사이의 배관에 마련되고,
   상기 제2 밸브는 상기 부스팅 압축기의 하류에서 상기 제1 밸브를 우회하여 상기 열교환기의 상류로 연결되는 우회배관에 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고,
   상기 제2 밸브는 상기 제1 밸브보다 작은 사이즈의 스로틀링 밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 재액화 시스템의 초기 구동 시, 상기 제1 밸브를 먼저 열고, 상기 제2 밸브를 열어 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 저하를 방지하고,
   상기 재액화 시스템의 정지 시, 상기 제1 밸브를 연 후 상기 제2 밸브를 먼저 닫고, 상기 제1 밸브를 닫아 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 상승을 방지하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고,
   상기 제2 밸브는 상기 제1 밸브보다 작은 사이즈의 컨트롤 밸브로 마련되고,
   상기 제2 밸브의 전단 및 후단에는 각각 메뉴얼 개폐 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 재액화 시스템의 초기 구동 시, 상기 제2 밸브를 먼저 열고, 상기 제1 밸브를 열어 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 저하를 방지하고,
   상기 재액화 시스템의 정지 시, 상기 제2 밸브를 연 후 상기 제1 밸브를 먼저 닫고, 상기 제2 밸브를 닫아 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 상승을 방지하며,
   상기 제2 밸브 전단 및 후단의 메뉴얼 개폐 밸브는 상시 오픈 상태를 유지하되, 상기 제2 밸브의 유지보수 시 닫는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기의 하류와 상기 열교환기 사이의 배관에 마련되고, 상기 제2 밸브는 상기 배관의 상기 제1 밸브 후단에 마련되며,
   상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고, 상기 제2 밸브는 컨트롤 밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 재액화 시스템의 초기 구동 시, 상기 제1 밸브를 먼저 열고, 상기 제2 밸브를 열어 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 저하를 방지하고,
   상기 재액화 시스템의 정지 시, 상기 제1 밸브를 열고 상기 제2 밸브를 먼저 닫고, 상기 제1 밸브를 닫아 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 상승을 방지하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
9. 선박에 마련되어 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 상기 저장탱크 외부로 배출시키는 증발가스 공급라인;
   상기 증발가스 공급라인에 마련되어 상기 증발가스를 압축하는 압축기;
   상기 압축기로부터 상기 저장탱크로 연결되어 압축된 증발가스를 재액화하여 상기 저장탱크로 회수하는 재액화라인;
   상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 공급받아 추가 압축하는 부스팅 압축기;
   상기 재액화라인에서 상기 부스팅 압축기의 하류에 마련되어 상기 압축기 및 부스팅 압축기를 거쳐 압축된 상기 증발가스를, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환기에서 열교환시키고 재액화하는 재액화부;
   상기 재액화라인에서 상기 부스팅 압축기와 재액화부의 사이에 마련되는 제1 밸브;
   상기 부스팅 압축기의 하류에서 상기 재액화라인으로부터 분기되어 상기 제1 밸브를 우회하여 상기 열교환기의 상류의 재액화라인으로 연결되는 우회배관; 및
   상기 우회배관에 마련되는 제2 밸브를 포함하며,
   재액화 시스템의 초기 구동 및 정지 시 상기 제1 및 제2 밸브를 시간 차를 두고 개폐하여 상기 부스팅 압축기의 급격한 출구 압력 변화를 방지하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
10. 삭제
11. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 상기 재액화라인을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고,
    상기 제2 밸브는 상기 제1 밸브보다 작은 사이즈의 스로틀링 밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
12. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 상기 재액화라인을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고,
    상기 제2 밸브는 상기 제1 밸브보다 작은 사이즈의 컨트롤 밸브로 마련되고,
    상기 제2 밸브의 전단 및 후단에는 각각 메뉴얼 개폐 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
13. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 밸브는 상기 부스팅 압축기의 하류와 상기 열교환기 사이의 상기 재액화라인에 순차로 마련되되,
    상기 제1 밸브는 상기 부스팅 압축기와 상기 열교환기 사이의 배관을 차단할 수 있는 스로틀링 밸브(throttling valve)로 마련되고, 상기 제2 밸브는 컨트롤 밸브로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
14. 제 9항, 제 11항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재액화부는
    상기 압축기 및 부스팅 압축기를 거쳐 압축된 상기 증발가스를, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환시키는 열교환기;
    상기 열교환기에서 상기 미압축 증발가스와의 열교환으로 냉각된 증발가스를 공급받아 감압하는 감압장치; 및
    상기 감압장치에서 감압된 증발가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;를 포함하고,
    상기 기액분리기에서 분리된 액체는 상기 저장탱크로 재저장되고, 기체는 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 미압축 증발가스에 합류되는 것을 특징으로 하는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 재액화라인에서 분기되어 상기 부스팅 압축기를 우회하도록 마련되는 바이패스 라인; 및
    상기 바이패스 라인에 마련되는 바이패스 밸브를 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
16. 제 15항에 있어서,
    상기 증발가스 공급라인은 상기 선박의 추진엔진 및 발전엔진 중 적어도 하나로 연결되며,
    상기 저장탱크로부터 상기 증발가스 공급라인으로 배출되어 압축기에서 압축된 상기 증발가스는 상기 추진엔진 또는 발전엔진의 연료로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.

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