KR102306454B1 - 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 가스 재기화 시스템은, 해수공급장치에 의해 공급되는 해수를 통해 액화가스를 재기화시키는 재기화 장치를 포함하는 가스 재기화 시스템에 있어서, 상기 해수공급장치는, 상기 재기화 장치로부터 상기 해수를 배출시키는 해수배출라인을 포함하고, 상기 해수배출라인은, 적어도 일부가 상기 재기화장치보다 높은 위치로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박{A Regasification System Of Gas and Vessel having same}
본 발명은 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃ 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준 상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유 비중의 약 2분의 1이 된다.
LNG는 운반의 용이성으로 액화시켜 운송 후 사용처에서 기화시켜서 사용한다. 그러나, 자연재해 및 테러의 위험으로 인하여 육상에 LNG 기화설비를 설치하는 것을 우려한다.
이로 인하여 종래 육상에 설치하는 액화천연가스 재기화 시스템 대신에, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에 재기화 장치를 설치하여 육상으로 기화된 천연가스(Natural Gas)를 공급하는 설비가 각광을 받고 있다.
LNG 재기화 장치 시스템에서 액화가스 저장탱크에 저장된 LNG는 부스팅 펌프에 의해 가압되어 LNG 기화기로 보내어지고, LNG 기화기에서 NG로 기화되어 육상의 수요처로 보내진다. 여기서 LNG 기화기 상에 LNG의 온도를 높이는 높이는 열교환이 이루어지는 과정에서 해수 공급장치가 사용된다.
해수 공급장치에서 해수는 해수면보다 낮은 부분의 선체에 구성된 해수 유입구 또는 해수 유출구로 유입 또는 유출되는데, 파도의 영향으로 인해 선박이 위, 아래로 움직이게되면, 해수 유입구 또는 해수 유출구의 해수 수두가 빈번하게 변화하게 된다.
이로 인해 해수 공급장치 내의 압력이 불안정하게 변동되며, 이 과정에서 해수 공급장치의 운전이 어려워지거나 내구성이 약화되는 등 다양한 문제점이 발생하게 된다. 그에 따라 현재에는 상기의 문제점을 해결하기 위해 다양한 기술들이 연구되고 있는 실정이다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 액화가스의 재기화 효율이 극대화될 수 있는 가스 재기화 시스템을 구비하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 가스 재기화 시스템은, 본 발명에 따른 가스 재기화 시스템은, 해수공급장치에 의해 공급되는 해수를 통해 액화가스를 재기화시키는 재기화 장치를 포함하는 가스 재기화 시스템에 있어서, 상기 해수공급장치는, 상기 재기화 장치로부터 상기 해수를 배출시키는 해수배출라인을 포함하고, 상기 해수배출라인은, 적어도 일부가 상기 재기화장치보다 높은 위치로 형성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 해수배출라인은, 상기 재기화장치보다 높은 위치에 형성되는 음압방지라인; 상기 재기화장치와 상기 음압방지라인을 연결하는 해수배출상류라인; 및 상기 음압방지라인과 상기 해수가 외부로 배출되는 해수배출구와 연결되는 해수배출하류라인을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 해수배출상류라인은, 적어도 일부 상기 재기화장치와 수평을 이룰 수 있다.
구체적으로, 상기 음압방지라인은, 상기 해수배출상류라인과 유선형으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 해수배출하류라인은, 상기 음압방지라인과 상기 해수배출구를 수직으로 연결할 수 있다.
구체적으로, 상기 해수공급장치는, 상기 해수배출라인 내의 음압을 제거하는 진공제거라인; 및 상기 진공제거라인 상에 구비되며 상기 해수배출라인으로 유입되는 공기의 유량을 조절하는 진공제거밸브를 더 포함하고, 상기 진공제거라인은, 상기 해수배출하류라인에 평행하게 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 음압방지라인은, 상기 해수배출상류라인과 연결되는 유입부; 상기 해수배출하류라인과 연결되는 유출부; 상기 유입부와 상기 유출부를 연결하는 연결부를 포함하며, 상기 유출부는, 상기 진공제거라인과 평행하게 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 연결부는, 상기 유입부와 유선형으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 연결부는, 상기 유입부 및 상기 유출부와 직각으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 재기화장치는, 해수면으로부터 28 내지 32m 높이에 위치하고, 상기 해수배출구는, 상기 해수면과 상기 해수면으로부터 -2m 높이 사이에 위치할 수 있다.
구체적으로, 상기 해수공급장치는, 상기 해수배출라인 상에 구비되며, 상기 재기화장치로부터 배출되는 해수의 유량을 제어하는 음압방지밸브; 상기 해수배출라인 내의 음압을 제거하는 진공제거라인; 및 상기 진공제거라인 상에 구비되며 상기 해수배출라인으로 유입되는 공기의 유량을 조절하는 진공제거밸브를 더 포함하고, 상기 진공제거라인은, 상기 해수배출라인 상의 상기 음압방지밸브가 구비된 위치보다 상기 해수의 흐름 기준으로 하류에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 해수공급장치는, 상기 해수배출라인 상에서 상기 음압방지밸브와 상기 해수가 외부로 배출되는 해수배출구 사이에 구비되며, 상기 해수가 상기 외부로 유출되는 것을 제어하는 해수유출밸브를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 해수공급장치는, 상기 재기화 장치로 상기 해수를 공급하는 해수공급라인; 및 상기 해수공급라인 상에 구비되며, 상기 해수를 상기 재기화 장치로 공급하는 해수펌프를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 해수공급장치는, 상기 해수배출라인에서 분기되어 상기 해수공급라인을 연결하는 순환연결라인; 및 상기 순환연결라인 상에 구비되며, 상기 순환연결라인에 유동하는 해수의 압력을 유지시키는 압력유지장치를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 재기화 장치는, 상기 액화가스를 상기 해수로 직접 기화시키는 기화기를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 재기화 장치는, 상기 액화가스를 중간 열매로 기화시키는 기화기; 및 상기 해수의 열원을 상기 중간 열매로 공급하는 열원 열교환기를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 해수배출라인은, 적어도 일부가 상기 열원 열교환기보다 높은 위치로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 재기화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박일 수 있다.
본 발명에 따른 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 액화가스의 재기화 효율이 극대화될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박의 개념도이다.
도 2는 종래의 실시예에 따른 해수 공급장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 가스 재기화 시스템에서 일 실시예에 따른 해수공급장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수공급장치에 구비되는 음압 방지부의 제1 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수공급장치에 구비되는 음압 방지부의 제2 개념도이다.
도 6은 본 발명의 가스 재기화 시스템에서 다른 실시예에 따른 해수공급장치의 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, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 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 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 피딩 펌프(20), 석션 드럼(30), 부스팅 펌프(40), 기화기(50), 수요처(60), 해수공급장치(100)를 포함한다.
여기서 가스 재기화 시스템(1)이 설치된 선박(부호 도시하지 않음)은, 선수부(부호 도시하지 않음), 선미부(부호 도시하지 않음), 상갑판(부호 도시하지 않음)으로 구성된 선체(H)를 가지고 있으며, 선미부에 배치되는 엔진룸(부호 도시하지 않음)의 엔진(E)에서 생산한 동력을 프로펠러 축(S)이 프로펠러(P)로 전달하여 작동함으로써 추진된다.
또한, 상기 선박은, 해상에서 액화가스를 재기화하여 액화가스를 육상 터미널로 공급할 수 있도록 하기 위해, 액화가스 운반선(부호 도시하지 않음)에 가스 재기화 시스템(1)을 설치한 액화가스 재기화 선박(LNG RV) 또는 부유식 액화가스 저장 및 재기화 설비(FSRU)일 수 있다.
이하 도 1을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(1)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액체 상태의 액화가스를 피딩 펌프(20)를 통해 빼내어 석션 드럼(30)을 거쳐 부스팅 펌프(40)로 가압시킨 후, 기화기(50)에서 열원을 통해 액화가스를 가열시켜 재기화시키고 이를 수요처(60)로 공급하는 방식을 사용한다. 즉, 간단히 말해서 본 발명의 가스 재기화 시스템(1)은, 기화기(50)를 사용하여 액화가스를 재기화시켜 수요처(60)로 공급한다.
기화기(50)는 해수공급장치(100)로부터 직접적으로 해수를 공급받아 액화가스를 재기화시킬 수 있으며(직접 재기화 방식), 해수공급장치(100)로부터 간접적으로 해수를 공급받아 액화가스를 재기화시킬 수 있다.(간접 재기화 방식; 중간열매인 글리콜 워터가 열원 열교환기(110)로부터 해수의 열원을 공급받고, 다시 중간열매가 해수로부터 공급받은 열원을 기화기(50)로 공급하는 방식)
본 발명의 모든 실시예에서는 간접 재기화 방식을 기준으로 설명하도록 하며, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명에서 특별히 한정되는 이유가 아님을 주지바라며, 재기화 장치는 직접 재기화 방식에서는 기화기(50)만을 말하고, 간접 재기화 방식에서는 기화기(50) 및 열원 열교환기(110)를 통틀어서 지칭할 수 있고 편의상 열원 열교환기(110)를 의미할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 공급라인(RL)을 더 포함할 수 있으며, 액화가스 공급라인(RL) 상에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 액화가스 또는 기화된 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
액화가스 공급라인(RL)은, 액화가스 저장탱크(10)와 수요처(60)를 연결하고, 피딩 펌프(20), 석션 드럼(30), 부스팅 펌프(40), 기화기(50)를 구비하여, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 재기화시킨 후 수요처(60)로 공급할 수 있다.
이하에서는 상기 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(1)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(60)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 압력탱크의 형태를 가질 수 있다.
여기서 액화가스 저장탱크(10)는, 선체(H)의 내부에 배치되며, 엔진룸의 전방에 일례로 4개 형성될 수 있다. 또한, 액화가스 저장탱크(10)는 일례로 멤브레인 형 탱크이나, 이에 한정되지 않고 독립형 탱크 등, 다양한 형태로 그 종류를 특별히 한정하지는 않는다.
피딩 펌프(20)는, 액화가스 공급라인(RL) 상에 구비되고, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부에 설치되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 석션 드럼(30)으로 공급할 수 있다.
구체적으로, 피딩 펌프(20)는, 액화가스 공급라인(RL) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 석션 드럼(30) 사이에 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 1차 가압하여 석션 드럼(30)으로 공급할 수 있다.
피딩 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 6 내지 8bar로 가압하여 석션 드럼(30)으로 공급할 수 있다. 여기서 피딩 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도가 다소 높아질 수 있으며, 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다.
이때, 피딩 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 구비되는 경우 잠형 펌프일 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 설치되는 경우에는 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 선체(H) 내부의 위치에 구비될 수 있고 원심형 펌프일 수 있다.
석션 드럼(30)은, 액화가스 공급라인(RL) 상에 구비되어 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받아 임시저장할 수 있다.
구체적으로, 석션 드럼(30)은, 액화가스 공급라인(RL)을 통해 피딩 펌프(20)로부터 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 공급받을 수 있고, 공급받은 액화가스를 임시 저장함으로써 액화가스를 액상과 기상으로 분리할 수 있으며, 분리된 액상은 부스팅 펌프(40)로 공급될 수 있다.
즉, 석션 드럼(30)은, 액화가스를 임시 저장하여 액상과 기상을 분리한 후 완전한 액상을 부스팅 펌프(40)로 공급하여, 부스팅 펌프(40)가 유효흡입수두(NPSH)를 만족하도록 하며, 이로 인해 부스팅 펌프(40)에서의 공동현상(Cavitation)을 방지할 수 있도록 한다.
부스팅 펌프(40)는, 액화가스 공급라인(RL) 상에 석션 드럼(30)과 기화기(50) 사이에 구비될 수 있으며, 피딩 펌프(20)로부터 공급받은 액화가스 또는 석션 드럼(30)으로부터 공급받은 액화가스를 50 내지 120bar로 가압하여 기화기(50)로 공급할 수 있다.
부스팅 펌프(40)는, 수요처(60)가 요구하는 압력에 맞춰 액화가스를 가압할 수 있으며, 원심형 펌프로 구성될 수 있다.
기화기(50)는, 액화가스 공급라인(RL) 상에 마련되어 부스팅 펌프(40)로부터 배출되는 고압의 액화가스를 재기화시킬 수 있다.
구체적으로, 기화기(50)는, 수요처(60)와 부스팅 펌프(40) 사이의 액화가스 공급라인(RL) 상에 마련되어, 부스팅 펌프(40)로부터 공급되는 고압의 액화가스를 기화시켜 수요처(60)가 원하는 상태로 공급할 수 있다.
기화기(50)는, 열원 순환라인(GWL)을 통해서 중간 열매를 공급받아 액화가스와 열교환시켜 액화가스를 기화시키고, 액화가스와 열교환된 중간 열매를 다시 열원 순환라인(GWL)을 통해서 순환시킨다.
기화기(50)는 중간 열매에 열원을 지속적으로 공급하기 위해서 열원순환라인(GWL) 상에 열원 열교환기(110)를 구비할 수 있으며, 열원 펌프(GWP)를 추가구비하여 중간 열매를 열원순환라인(GWL)에 순환시킬 수 있다.
이때, 기화기(50)는, 극저온의 액화가스를 기화시키기 위한 중간 열매로 글리콜 워터(Glycol Water), 해수(Sea Water), 스팀(Steam) 또는 엔진 배기가스 등 비폭발성 열매를 사용할 수 있으며, 고압의 기화된 액화가스를 압력 변동없이 수요처(60)로 공급할 수 있다.
여기서 열원 공급장치(110)는, 해수를 통해 열원을 공급받아 기화기(50)로 열원을 전달하는데, 열원 공급장치(110)로 해수를 전달하는 장치를 해수공급장치(100)라고 한다.
이하 도 2를 참고로 하여 종래의 해수공급장치(100a)에 대해 기술하도록 한다.
도 2는 종래의 해수 공급장치의 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 해수공급장치(100a)는, 재기화 장치(열원 열교환기(110))가 액화가스를 재기화시키기 위한 열원인 해수를 재기화 장치로 공급하며, 구동방식으로 오픈루프 구동방식(open loop operation type)과 클로우즈루프 구동방식(Close loop operation tyoe)을 가질수 있다.
여기서, 오픈루프 구동방식(open loop operation type)이란, 해수공급라인(L1)에서 해수배출라인(L2)으로의 일방향으로만, 해수의 공급 및 배출이 이루어지는 경우를 말하며, 클로우즈루프 구동방식(Close loop operation tyoe)이란, 해수공급라인(L1), 해수배출라인(L2), 순환연결라인(L3)을 거쳐 다시 해수공급라인(L1), 해수배출라인(L2), 순환연결라인(L3)으로 해수의 순환이 이루어지는 경우를 말한다. 상기와 같이 종래의 해수공급장치(100a)가 오픈루프 구동방식에서 클로우즈루프 구동방식으로 양방향 전환하는 것은 해수의 온도변화에 기인한다.
종래의 해수공급장치(100a)는, 오픈루프 구동방식에서 구동되는 경우, 해수공급라인(L1)에서 해수배출라인(L2)으로의 일방향으로만, 해수의 공급 및 배출이 이루어진다.
이때, 해수배출라인(L2)에서 배출되는 해수의 압력이 낮아지는 경우에 해수배출라인(L2) 상에 음압이 발생하여, 열원 열교환기(110)의 성능이 저하되고, 해수배출라인(L2) 상에 공기가 유입될 우려가 있어, 내부 코팅이 손상되거나 부식이 발생하는 문제점이 있다.
그에 따라, 종래의 해수공급장치(100a)에서는 진공제거밸브(150)와 진공제거라인(151)을 구비하고, 진공제거라인(151)을 해수배출라인(L2) 상의 열원 열교환기(110) 후단에 배치하여, 진공제거라인(151)을 통해 공급되는 공기로 압력을 추가공급함으로써, 해수배출라인(L2)에서 배출되는 해수의 압력이 낮아지는 것을 방지하고 있다.
그러나, 종래의 해수공급장치(100a)에서는, 해수배출라인(L2)에서 발생되는 음압이 열원 열교환기(110)의 후단에서 바로 발생하게된다. 그에 따라, 열원 열교환기(110)에 즉각적으로 문제점을 일으키게 되는데, 이러한 음압을 진공제거밸브(150)와 진공제거라인(151)만으로 보상하기에는 적절하게 대응하지 못하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 출원인은 본 발명의 해수공급장치(100b)를 개발하였으며, 도 3 및 도 6을 참고로 하여 하기 상세히 설명하도록 한다.
도 2에서 미설명된 부호 120, 130, 140, L4, SW1, SW2는 각각 히터(120), 압력유지장치(130), 해수 펌프(140), 압력유지장치 연결라인(L4), 해수 유입구(SW1) 및 해수 유출구(SW2)로, 도 3에서 해수공급장치(100b)를 설명시, 상세히 기술하도록 한다.
도 3은 본 발명의 가스 재기화 시스템에서 일 실시예에 따른 해수공급장치의 개념도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 가스 재기화 시스템(1)에서 일 실시예에 따른 해수공급장치(100b)는, 열원 열교환기(110), 히터(120), 압력유지장치(130), 해수 펌프(140), 진공제거밸브(150), 진공제거라인(151), 음압방지라인(160)을 포함한다.
본 발명의 실시예의 해수공급장치(100b)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, 해수공급라인(L1), 해수배출라인(L2), 순환연결라인(L3), 압력유지장치 연결라인(L4)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 해수 또는 유체의 공급량이 제어될 수 있다.
해수공급라인(L1)은, 해수유입구(SW1)와 열원 열교환기(110)를 연결하며, 해수유입구(SW1)로부터 공급되는 해수를 해수 펌프(140)를 통해 열원 열교환기(110)로 공급할 수 있다.
해수공급라인(L1)은, 해수 펌프(140), 해수유입밸브(B1) 및 히터(120)를 구비할 수 있고, 적어도 일부 해수면 아래에 배치될 수 있다. 여기서 해수유입구(SW1)는, 해수면보다 약 5m 아래에 위치할 수 있고, 해수유입밸브(B1)는, 해수공급라인(L1) 상의 해수 펌프(140) 상류에 구비될 수 있다.
해수배출라인(L2)은, 열원 열교환기(110)와 해수유출구(SW2)를 연결하고 음압방지라인(160)을 구비하며, 열원 열교환기(110)로부터 토출되는 해수를 해수유출구(SW2)로 배출시킬 수 있다.
해수배출라인(L2)은, 열원 열교환기(110)와 음압방지라인(160)을 연결하는 해수배출상류라인(L2a)과 음압방지라인(160)과 해수유출구(SW2)를 연결하는 해수배출하류라인(L2b)으로 구분될 수 있다.
해수배출라인(L2)은, 해수배출밸브(B2)를 구비할 수 있고, 적어도 일부 해수면 아래에 배치될 수 있다. 여기서 해수유출구(SW2)는, 해수면보다 대략 2m 아래(바람직하게는 약 1.6m 아래)에 위치할 수 있고 해수배출밸브(B2)는, 해수배출라인(L2) 상의 순환연결라인(L3)의 분기점보다 하류에 구비될 수 있다.
순환연결라인(L3)은, 해수배출라인(L2)에서 분기되어 해수공급라인(L1)을 연결하며, 해수공급장치(100b)가 클로우즈루프 구동방식으로 구동시 해수가 흐르도록 해수배출라인(L2)으로 배출되는 해수를 해수공급라인으로 재공급함으로써, 해수를 순환시킬 수 있다.
구체적으로, 순환연결라인(L3)은, 해수배출라인(L2) 상의 해수배출하류라인(L2b)에서 분기되어 해수공급라인(L1) 상의 해수공급밸브(B1)와 해수펌프(140) 사이에 연결될 수 있으며, 순환밸브(B3)를 구비할 수 있다. 여기서 순환연결라인(L3)이 해수배출하류라인(L2b)에서 분기되는 지점은 해수면에서 대략 20m 더 높은 위치에 위치할 수 있다.
압력유지장치 연결라인(L4)은, 압력유지장치(130)와 순환연결라인(L3)을 연결하며, 해수공급장치(100b)가 클로우즈루프 구동방식으로 구동시 순환연결라인(L3)으로 압력유지장치(130) 내부에 저장된 해수를 공급할 수 있다. 여기서 압력유지장치 연결라인(L4)은, 압력유지장치 공급밸브(B4)를 구비할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L1~L4)에 의해 유기적으로 형성되어 해수공급장치(100b)를 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
열원 열교환기(110)는, 해수공급라인(L1)과 해수배출라인(L2)이 연결되며, 해수면보다 높은 위치로 대략 해수면에서 28m 내지 32m (바람직하게는 30m 정도) 높은 위치에 배치될 수 있다.
열원 열교환기(110)는, 해수공급라인(L1)을 통해서 해수를 공급받아 중간열매에 열원을 전달할 수 있고, 해수배출라인(L2)을 통해서 중간열매와 열교환한 해수를 배출시킬 수 있다.
여기서 열원 열교환기(110)는, 쉘 앤 튜브(Shell & tube) 방식이거나 인쇄회로기판형 열교환기(Printed Circuit Heat Exchanger; PCHE)일 수 있다.
히터(120)는, 해수공급라인(L1) 상의 열원 열교환기(110)와 해수 펌프(140)사이에 마련되며, 해수면보다 높은 위치로 대략 해수면에서 30m 정도 높은 위치에 배치될 수 있다.
히터(120)는, 해수공급라인(L1)을 통해서 해수를 공급받아 가열하여 열원 열교환기(110)로 공급하며, 해수공급장치(100b)가 클로우즈루프 구동방식으로 구동되는 때에 가동될 수 있다. 즉, 해수의 온도가 너무 낮아 열원 열교환기(110)가 중간열매로 필요한 만큼의 열원을 전달할 수 없을 경우에 해수의 온도를 가열할 수 있다.
이때, 히터(120)는, 보일러(도시하지 않음)로부터 스팀(Steam) 등의 열원을 공급받아 해수를 가열할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 전기히터일 수 있다.
압력유지장치(130)는, 순환연결라인(L3) 상에 구비되며, 순환연결라인(L3)에 유동하는 해수의 압력을 유지시킬 수 있다.
구체적으로, 압력유지장치(130)는, 순환연결라인(L3)에 연결되어, 해수공급장치(100b)가 클로우즈루프 구동방식으로 구동되는 경우에 압력유지장치 공급밸브(B4)를 개방하여 내부에 저장된 유체로 순환연결라인(L3) 상에 유동하는 해수의 압력을 유지시킬 수 있다.
이때, 압력유지장치(130)는, 해수면에서 대략 35m 더 높게 위치하고, 상측이 대기와 연통되도록 개방된 용기로 구성되어 대기압을 이용하여 해수의 압력을 유지시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서는, 해수면에서 대략 35m 더 높게 위치한 압력유지장치(130)가 해수면에서 대략 5m 더 낮게 위치한 순환연결라인(L3)에 연결됨으로써, 압력유지장치(130)가 해수의 수두(대략 40m; 4bar)를 이용하여 해수 펌프(140)로 유입되는 해수의 압력을 보상할 수 있고, 이를 통해서 순환연결라인(L3), 해수공급라인(L1), 해수배출라인(L2) 상에 순환하는 해수의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
해수 펌프(140)는, 해수공급라인(L1) 상에 구비되어, 해수를 재기화 장치 즉, 열원 열교환기(110)로 공급할 수 있다.
구체적으로, 해수 펌프(140)는, 해수공급라인(L1) 상의 해수공급밸브(B1)와 히터(120) 사이에 구비되어, 해수유입구(SW1)로부터 공급되는 해수를 가압하여 히터(120)를 거쳐 열원 열교환기(110)로 공급할 수 있다.
해수 펌프(140)는, 선체(H) 내부의 해수면보다 낮은 위치에 배치되며, 열원 열교환기(110) 및 히터(120)는 선체(H) 내부의 해수면보다 높은 위치에 배치될 수 있다. 일례로 해수 펌프(140)는, 선체(H) 내부의 해수면보다 약 5m 낮은 위치에 배치될 수 있고, 열원 열교환기(110) 및 히터(120)는, 선체(H) 내부의 해수면보다 30m 높은 위치에 배치될 수 있다.
이로 인해, 해수 펌프(140)로부터 열원 열교환기(110) 및 히터(120)로 해수를 공급하기 위해서 해수 펌프(140)는 해수의 수두(water head; 대략 35m)를 이겨낼 수 있는 만큼 해수를 가압할 수 있으며, 일례로 대략 3.5bar 이상의 압력으로 가압할 수 있다.
진공제거밸브(150)는, 진공제거라인(151) 상에 구비되며, 해수배출라인(L2)으로 유입되는 공기의 유량을 조절할 수 있다.
진공제거밸브(150)는, 외부로부터 공급되는 공기를 해수배출라인(L2)에 공급되도록 제어하여, 해수배출라인(L2) 상의 내부 압력을 제어할 수 있다. 여기서 진공제거밸브(150)는 별도의 제어부(도시하지 않음) 및 압력센서(도시하지 않음)을 구비하여 압력센서와 제어부에 의해 제어될 수 있다.
진공제거라인(151)은, 음압방지라인(160) 상에 연결될 수 있으며, 외부로부터 공급되는 공기를 해수배출라인(L2)에 공급하여 해수배출라인(L2) 내부의 음압을 제거할 수 있다.
진공제거라인(151)은, 음압방지라인(160) 상에 연결시 해수배출하류라인(L2b)과 평행하게 연결될 수 있다. 또한 진공제거라인(151)은 음압방지라인(160)이 아닌 해수배출하류라인(L2b)과 직접연결될 수 있으며, 이때도 역시 해수배출하류라인(L2b)과 평행하게 연결될 수 있다.
음압방지라인(160)은, 해수배출라인(L2) 상에 구비되어 열원 열교환기(110)보다 높은 위치에 형성될 수 있다.
구체적으로, 음압방지라인(160)은, 해수배출라인(L2)의 해수배출상류라인(L2a)과 해수배출하류라인(L2b)에 각각 연결되어 열원 열교환기(110)에서 배출되는 해수가 해수배출상류라인(L2a)을 거쳐 해수배출하류라인(L2b)으로 공급되도록 할 수 있으며, 해수배출라인(L2) 상에 열원 열교환기(110)보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 여기서 음압방지라인(160)은, 구즈넥(Gooseneck) 형태를 가질 수 있다.
이를 통해서 열원 열교환기(110)의 직후단에 형성되었던 음압이 음압방지라인(160) 내에서 발생하게 되고, 이를 통해서 진공제거밸브(150) 및 진공제거라인(151)이 음압을 제거할 수 있는 시간을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.
즉, 진공제거밸브(150) 및 진공제거라인(151)이 음압을 제거하는데 준비하는 시간동안에 음압은 열원 열교환기(110)의 후단이 아닌 음압방지라인(160) 내에 위치하게되고, 이로 인해 열원 열교환기(110)로의 해수 역류 또는 열원 열교환기(110) 내의 해수 정체현상이 발생하지 않아 재기화 장치의 구동신뢰성이 향상되고 재기화 효율이 극대화되는 효과가 있다.
음압방지라인(160)은, 해수배출상류라인(L2a)과 유선형으로 연결될 수 있고, 해수배출하류라인(L2b)과 평행하게 연결될 수 있다. 이를 통해서 음압방지라인(160)은, 열원 열교환기(110)에서 배출되는 해수에 의한 손상을 방지할 수 있어 내구성이 향상되는 효과가 있다.
음압방지라인(160)의 구체적인 구성에 대해서는 하기 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수공급장치에 구비되는 음압 방지부의 제1 개념도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수공급장치에 구비되는 음압 방지부의 제2 개념도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 음압방지라인(160)은, 유입부(161), 연결부(162), 유출부(163)로 구성될 수 있다.
유입부(161)는, 해수배출상류라인(L2a)과 연결되며, 열원 열교환기(110)에서 배출되는 해수를 공급받아 연결부(162)로 전달할 수 있다.
유입부(161)는, 해수배출상류라인(L2a) 및 연결부(162)와 직각으로 연결될 수 있으며(도 4 참조) 또는 해수배출상류라인(L2a) 및 연결부(162)와 유선형으로 연결될 수 있다.(도 5 참조) 여기서 해수배출상류라인(L2a)은, 적어도 일부 열원 열교환기(110)와 수평을 이루도록 형성될 수 있다.
연결부(162)는, 유입부(161)와 유출부(163)를 연결하며, 유입부(161)로부터 유입되는 해수를 유출부(163)로 공급할 수 있다.
연결부(162)는, 유입부(161) 및 유출부(163)와 직각으로 연결될 수 있으며(도 4 참조) 또는 유입부(161) 및 유출부(163)와 유선형으로 연결될 수 있다.(도 5 참조) 여기서 연결부(162)가 유출부(163)와 연결되는 부분은, 진공제거라인(151)과 연결될 수 있다.
유출부(163)는, 해수배출하류라인(L2b) 및 진공제거라인(151)과 연결되며, 연결부(162)에서 배출되는 해수를 공급받아 해수배출하류라인(L2b)으로 전달할 수 있다. 여기서 유출부(163)는, 진공제거라인(151)과 평행하게 연결될 수 있다.
유출부(163)는, 해수배출하류라인(L2b)과 평행하게 연결될 수 있고, 연결부(162)와 직각으로 연결될 수 있으며(도 4 참조) 또는 연결부(162)와 유선형으로 연결될 수 있다.(도 5 참조)
이와 같이 음압방지라인(160)을 구성하는 유입부(161), 연결부(162) 및 유출부(163)가 해수배출라인(L2) 상에 열원 열교환기(110)보다 높은 위치에 형성됨으로써, 열원 열교환기(110)의 직후단에 형성되었던 음압이 음압방지라인(160) 내에서 발생하게 되고, 이를 통해서 진공제거밸브(150) 및 진공제거라인(151)이 음압을 제거할 수 있는 시간을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 해수처리장치(100b)는, 음압방지라인(160)을 통해 외부환경에 의해 발생하는 해수배출라인(L2) 상의 음압 발생 위치를 열원 열교환기(110)의 직후단이 아닌 곳으로 옮길 수 있어, 재기화 장치의 구동신뢰성이 향상되고 재기화 효율이 극대화되는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 가스 재기화 시스템에서 다른 실시예에 따른 해수공급장치의 개념도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 가스 재기화 시스템(1)의 다른 실시예에 따른 해수공급장치(100c)는, 열원 열교환기(110), 히터(120), 압력유지장치(130), 해수 펌프(140), 진공제거밸브(150), 진공제거라인(151), 음압방지밸브(170)를 포함한다.
본 발명의 가스 재기화 시스템(1)에서 다른 실시예에 따른 해수공급장치(100c)는, 도 3에 도시된 일 실시예에 따른 해수공급장치(100b)에서의 열원 열교환기(110), 히터(120), 압력유지장치(130), 해수 펌프(140)와 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
또한. 본 발명의 가스 재기화 시스템(1)에서 다른 실시예에 따른 해수공급장치(100c)는, 도 3에 도시된 일 실시예에 따른 해수공급장치(100b)에서, 음압방지라인(160)이 제외되고, 음압방지밸브(170)가 추가되며, 진공제거라인(151)의 위치가 변경된 차이점이 존재한다.
따라서, 이하에서는 진공제거라인(151) 및 음압방지밸브(170)의 구성에 대해서만 상세하게 설명하도록 하겠다.
진공제거라인(151)은, 해수배출라인(L2) 상에 연결될 수 있으며, 외부로부터 공급되는 공기를 해수배출라인(L2)에 공급하여 해수배출라인(L2) 내부의 음압을 제거할 수 있다.
구체적으로, 진공제거라인(151)은, 해수배출라인(L2) 상의 음압방지밸브(170)가 구비된 위치보다 해수의 흐름 기준으로 하류에 연결될 수 있다. 이를 통해서 본 발명의 다른 실시예에 따른 해수공급장치(100b)는, 진공제거밸브(150) 및 진공제거라인(151)을 통해 해수배출라인(L2) 내의 음압을 제거하는 경우, 음압방지밸브(170)에 의해 과도한 압력의 상승을 방지할 수 있다.
진공제거라인(151)은, 해수배출라인(L2) 상에 연결시 해수배출하류라인(L2b)과 수직하게 연결될 수 있으며, 진공제거라인(151) 상에 진공제거밸브(150)를 구비할 수 있다.
음압방지밸브(170)는, 해수배출라인(L2) 상에 구비되며, 열원 열교환기(110)에서 배출되는 해수의 유량을 제어할 수 있다.
구체적으로, 음압방지밸브(170)는, 해수배출라인(L2) 상의 해수유출밸브(B2)와 열원 열교환기(110) 사이에 구비되며, 열원 열교환기(110)에서 배출되는 해수의 유량을 제어하여, 해수배출라인(L2) 상의 열원 열교환기(110)와 음압방지밸브(170) 사이의 구간에 양압이 유지되도록 할 수 있다.
여기서 음압방지밸브(170)는, 스로틀 밸브(Throttling valve) 또는 오리피스(Orifice)일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 해수배출하류라인(L2b) 상에 음압방지밸브(170)를 구비함으로써, 열원 열교환기(110)의 직후단에 형성되었던 음압이 음압방지밸브(170)와 해수유출구(SW2) 사이에서 발생하게 되고, 이를 통해서 진공제거밸브(150) 및 진공제거라인(151)이 음압을 제거할 수 있는 시간을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 해수처리장치(100c)는, 음압방지밸브(170)를 통해 외부환경에 의해 발생하는 해수배출라인(L2) 상의 음압 발생 위치를 열원 열교환기(110)의 직후단이 아닌 곳으로 옮길 수 있어, 재기화 장치의 구동신뢰성이 향상되고 재기화 효율이 극대화되는 효과가 있다.
수요처(60)는, 기화기(50)에 의해 기화된 액화가스를 공급받아 소비할 수 있다. 여기서 수요처(60)는, 액화가스를 기화시켜 기상의 액화가스를 공급받아 사용할 수 있으며, 육상에 설치되는 육상 터미널 또는 해상에 부유되어 설치되는 해상 터미널일 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 재기화 시스템(1) 및 이를 구비하는 선박은, 액화가스의 재기화 효율이 극대화될 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: 가스 재기화 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 피딩 펌프 30: 석션드럼
40: 부스팅 펌프 50: 기화기
60: 수요처 100: 해수공급장치
100a: 종래의 해수공급장치 100b: 본 발명의 해수 공급장치
110: 열원 열교환기 120: 히터
130: 압력유지장치 140: 해수 펌프
150: 진공제거밸브 151: 진공제거라인
160,160a,160b: 음압 방지라인 161: 유입부
162: 연결부 163: 유출부
170: 음압 방지밸브
L1: 해수공급라인 L2: 해수배출라인
L2a: 해수배출상류라인 L2b: 해수배출하류라인
L3: 순환연결라인 L4: 압력유지장치 연결라인
B1: 해수유입밸브 B2: 해수유출밸브
B3: 순환밸브 B4: 압력유지장치 공급밸브
SW1: 해수유입구 SW2: 해수유출구
GWL: 열원 순환라인 GWP: 열원 펌프
E: 엔진 S: 프로펠러 축
P: 프로펠러 H: 선체
RL: 액화가스 공급라인

Claims (18)

  1. 해수공급장치에 의해 공급되는 해수를 통해 액화가스를 재기화시키는 재기화 장치를 포함하는 가스 재기화 시스템에 있어서,
    상기 해수공급장치는,
    상기 재기화 장치로부터 상기 해수를 배출시키는 해수배출라인;
    상기 해수배출라인 내의 음압을 제거하는 진공제거라인; 및
    상기 진공제거라인 상에 구비되며 상기 해수배출라인으로 유입되는 공기의 유량을 조절하는 진공제거밸브를 포함하고,
    상기 해수배출라인은,
    상기 재기화 장치보다 높은 위치에 형성되는 음압방지라인;
    상기 재기화장치와 상기 음압방지라인을 연결하는 해수배출상류라인; 및
    상기 음압방지라인과 상기 해수가 외부로 배출되는 해수배출구를 수직으로 연결하는 해수배출하류라인을 포함하며,
    상기 해수배출상류라인은,
    상기 재기화장치와 수평을 이루며,
    상기 진공제거라인은,
    상기 음압방지라인 상에서 해수배출하류라인에 평행하게 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 음압방지라인은,
    상기 해수배출상류라인과 유선형으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 음압방지라인은,
    상기 해수배출상류라인과 연결되는 유입부;
    상기 해수배출하류라인과 연결되는 유출부;
    상기 유입부와 상기 유출부를 연결하는 연결부를 포함하며,
    상기 유출부는,
    상기 진공제거라인과 평행하게 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 연결부는,
    상기 유입부와 유선형으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 연결부는,
    상기 유입부 및 상기 유출부와 직각으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 재기화장치는, 해수면으로부터 28 내지 32m 높이에 위치하고,
    상기 해수배출구는, 상기 해수면과 상기 해수면으로부터 -2m 높이 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 해수공급장치는,
    상기 재기화 장치로 상기 해수를 공급하는 해수공급라인; 및
    상기 해수공급라인 상에 구비되며, 상기 해수를 상기 재기화 장치로 공급하는 해수펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 해수공급장치는,
    상기 해수배출라인에서 분기되어 상기 해수공급라인을 연결하는 순환연결라인; 및
    상기 순환연결라인 상에 구비되며, 상기 순환연결라인에 유동하는 해수의 압력을 유지시키는 압력유지장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 재기화 장치는,
    상기 액화가스를 상기 해수로 직접 기화시키는 기화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 재기화 장치는,
    상기 액화가스를 중간 열매로 기화시키는 기화기; 및
    상기 해수의 열원을 상기 중간 열매로 공급하는 열원 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 해수배출라인은,
    적어도 일부가 상기 열원 열교환기보다 높은 위치로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  18. 제 1 항, 제 4 항, 제 7 항 내지 제 10 항 및 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 재기화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
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