KR102315028B1 - 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템 및 방법 - Google Patents

증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템은, 선박 또는 해상 구조물의 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 증발가스 중 상기 선박 또는 해상 구조물의 가스 소비처로 공급하고 남은 증발가스를 재액화하는 부분재액화 공정장치를 견본으로 제작하여 테스트하는 시스템에 있어서, 상기 가스 소비처의 연료 공급 압력으로 압축시킨 증발가스를, 미압축된 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 파일럿 열교환기와, 상기 파일럿 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 감압하는 파일럿 팽창수단과, 상기 팽창수단에서 감압된 상기 증발가스를 기액분리하는 파일럿 기액분리기를 포함하는 파일럿 장치부; 액화가스를 상기 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 압축 및 기화시켜 상기 파일럿 열교환기로 공급하는 고압가스 공급부; 및 액화가스를 기화시켜 상기 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 cold BOG 조건으로 상기 파일럿 열교환기로 공급하는 콜드가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템 및 방법{Test System And Method For Partial Reliquefaction Process Pilot Apparatus Of Boil-Off Gas}
본 발명은 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화가스를 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 압축 및 기화시켜 부분재액화 공정장치의 열교환기로 공급하는 고압가스 공급부와, 액화가스를 기화시켜 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 cold BOG 조건으로 열교환기로 공급하는 콜드가스 공급부를 마련하여 증발가스 부분재액화 공정장치의 운용 상황을 구현하여 부분재액화 공정장치를 견본으로 제작한 파일럿 장치의 성능을 시험할 수 있는 테스트 시스템 및 테스트 장치에 관한 것이다.
근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
예를 들어 액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162 ℃의 극저온이므로, LNG는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 LNG 운반선의 LNG 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 LNG 수송과정에서 LNG 저장탱크 내에서는 지속적으로 LNG가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.
BOG는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 BOG를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 BOG의 처리를 위해, BOG를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, BOG를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
본 출원인은 2013년 7월 10일에 출원번호 제10-2013-0081029호로 증발가스를 냉각 유체로 이용하여 증발가스 자체의 냉열을 이용하는 재액화 장치에 대해 제안하였다. 제10-2013-0081029호의 특허로 제안된 부분재액화장치(PRS; Partial Re-liquefaction System)는 저장탱크 외부로 배출된 증발가스를 증발가스 자체를 냉매로 이용하여 재액화시키는 장치로서, 가격이 비싼 재액화 장치를 별도로 설치하지 않고도 증발가스를 재액화할 수 있어, 액화천연가스 저장탱크의 전체적인 자연기화율(BOR; Boil-off Rate)을 효율적으로 감소시킬 수 있는 획기적인 기술로 평가받고 있다.
도 1은 본 출원인의 출원번호 제10-2013-0081029호 발명의 재액화장치에 대한 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하여 재액화장치에서 증발가스를 재액화시키는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는 다수개의 압축기(30)와 인터쿨러(미도시)를 포함하는 다단 압축기를 통해 압축될 수 있다. 도 1에 도시된 압축기에서는 다섯 개의 압축기(30)를 통과하면서 다섯 단계의 압축 및 냉각이 번갈아 이루어지며 압축된다. 압축과정을 모두 거친 증발가스의 일부는 고압의 연료를 필요로 하는 고압 연료 소비처(E1), 예를 들어 ME-GI 엔진과 같은 고압 엔진으로 보내지고, 압축된 가스의 잔량은 열교환기(20)로 보낸다. 다단 압축과정을 거쳐 열교환기(20)로 공급된 증발가스(A라인)는 저장탱크(10)로부터 배출되어 압축기로 도입될 증발가스(B라인)와 열교환기(20)에서 열교환하게 된다. 압축과정을 통해 증발가스의 온도가 높아지므로 이러한 압축된 증발가스를 냉각시키는 냉매로서, 저장탱크(10)로부터 배출된 압축 전의 증발가스를 이용하는 것이다.
압축 후 열교환기(20)에서 열교환을 통해 냉각된 증발가스(C라인)는 감압장치(40)에서 감압된다. 열교환기(20) 및 감압장치(40)를 통과하면서 압축된 증발가스의 적어도 일부가 재액화된다. 기액분리기(50)에서는 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하여 재액화된 증발가스는 저장탱크(10)로 돌려보내고, 기체 상태로 남아 있는 증발가스(D라인)는 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스(B라인)와 함께 다시 열교환기(20)로 보낸다.
선박 등에 다단 압축기 모두를 통과한 가스보다 저압의 가스를 공급받는 저압 연료소비처가 있는 경우에는, 다단 압축기 중 일부만을 거친, 예를 들어 다섯 개의 압축기(30) 중 세 개의 압축기를 가스 일부를 이러한 저압 연료 소비처(E2)에 연료로 공급할 수 있다. 또한, 저장탱크(10)로부터의 증발가스 발생량이 많아 고압 및 저압 연료소비처의 연료로 공급하고, 부분재액화장치에 의해 재액화시킨 후에도 남는 경우에는, 배출(Vent)시키거나 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit)로 보내 소각시킨다.
이러한 본 출원인의 선행발명은 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있는 장치인데, 이러한 장치를 구성하기 위해서는 고가의 압축기 등이 구성되므로 설비비용이 높고, 일단 선박 등에 설치되면 길게는 수십 년의 기간에 걸쳐 운용된다. 또한 선박이나 해상 구조물에 설치되므로 육상의 시설에 비해 장치 이상이 발생한 경우에도 수리나 유지보수 작업이 까다롭다.
따라서 장치를 설계 및 제작한 후, 시험 단계에서 충분한 성능 테스트를 통해 설비의 정상 작동 여부와 품질을 확인하고 검증해야 한다. 이러한 설비를 테스트하기 위해서는 공정장치로 공급되는 증발가스의 공급 조건에 맞추어 가스를 공급하여야 한다. 그러나 현재까지 이러한 장치의 성능을 실증 또는 검증 테스트할 수 있는 공지된 기술은 없다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 부분 재액화 공정장치의 운용 상황을 모사구현하여, 부분 재액화 공정장치를 견본으로 제작한 파일럿 장치를 테스트함으로써 실선에 적용될 부분 재액화 공정장치의 성능과 품질을 실증하고 개선할 수 있도록 하는 간단하고 경제적인 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물의 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 증발가스 중 상기 선박 또는 해상 구조물의 가스 소비처로 공급하고 남은 증발가스를 재액화하는 부분재액화 공정장치를 견본으로 제작하여 테스트하는 시스템에 있어서,
상기 가스 소비처의 연료 공급 압력으로 압축시킨 증발가스를, 미압축된 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 파일럿 열교환기와, 상기 파일럿 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 감압하는 파일럿 팽창수단과, 상기 팽창수단에서 감압된 상기 증발가스를 기액분리하는 파일럿 기액분리기를 포함하는 파일럿 장치부;
액화가스를 상기 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 압축 및 기화시켜 상기 파일럿 열교환기로 공급하는 고압가스 공급부; 및
액화가스를 기화시켜 상기 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 cold BOG 조건으로 상기 파일럿 열교환기로 공급하는 콜드가스 공급부를 포함하는 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템이 제공된다.
바람직하게는 상기 고압가스 공급부는, 상기 액화가스가 저장되는 제1 저장탱크와, 상기 제1 저장탱크로부터 상기 액화가스를 공급받아 상기 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 압축하는 고압 펌프와, 상기 고압 펌프에서 압축된 상기 액화가스를 상기 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 기화시키는 고압기화기를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 고압가스 공급부는, 상기 고압 펌프의 하류로부터 상기 액화가스를 상기 제1 저장탱크로 유도하는 리턴 라인과, 상기 리턴 라인에 마련되어 상기 액화가스를 감압하는 감압기를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 고압기화기로 상기 액화가스를 기화시키는 열에너지를 공급하는 열원 공급부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 콜드가스 공급부는, 상기 액화가스가 저장되는 제2 저장탱크와, 상기 제2 저장탱크로부터 상기 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 기화된 가스를 냉각하여 상기 열교환기로 공급하는 가스 믹서를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 콜드가스 공급부는, 상기 기화기의 상류로부터 상기 액화가스를 상기 가스 믹서로 공급하는 가스 냉각 라인과, 상기 가스 냉각 라인에 마련되어 상기 가스 믹서(mixer)로 공급되는 상기 액화가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 더 포함하여, 상기 가스 믹서에서는 상기 가스에 상기 액화가스를 분사하여 cold BOG 조건으로 냉각할 수 있다.
바람직하게는 상기 부분재액화 공정장치는, 상기 액화가스 저장탱크로부터 발생하여 압축시킨 증발가스 중 상기 선박 또는 해상 구조물의 가스 소비처로 공급하고 남은 증발가스를, 미압축된 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 감압하는 팽창수단; 및 상기 팽창수단에서 감압된 상기 증발가스를 기액분리하는 기액분리기;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 파일럿 장치부를 대체하여, 상기 선박 또는 해상 구조물의 실선에 적용되도록 제작된 상기 부분재액화 공정장치를 연결하여 상기 부분재액화 공정장치를 테스트할 수 있다.
바람직하게는, 상기 액화가스는 LNG, LN2, LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG를 포함하는 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물에 마련된 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 재액화하는 부분재액화 공정장치를 견본으로 제작하여 테스트하는 방법에 있어서,
가스 소비처의 연료 공급 압력으로 압축시킨 증발가스를, 미압축된 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 파일럿 열교환기와, 상기 파일럿 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 감압하는 파일럿 팽창수단과, 상기 팽창수단에서 감압된 상기 증발가스를 기액분리하는 파일럿 기액분리기를 포함하는 파일럿 장치부를 제작하고,
고압가스 공급부에서 액화가스를 상기 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 압축 및 기화시켜 상기 열교환기로 공급하고,
콜드가스 공급부에서 액화가스를 기화시켜 상기 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 cold BOG 조건으로 상기 파일럿 열교환기로 공급하여, 상기 압축 및 기화된 가스와 열교환시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 방법이 제공된다.
바람직하게는, 열원 공급부에서 상기 고압가스 공급부로 상기 액화가스를 기화시키는 열에너지를 공급하고, 상기 고압가스 공급부, 콜드가스 공급부 및 열원 공급부는 각각 하나의 Skid 상에 마련될 수 있다.
본 발명의 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템 및 방법에 따르면, 부분 재액화 공정장치가 운용되는 상황과 유사한 조건을 구현하여, 부분재액화 공정장치를 견본으로 제작한 파일럿 장치의 성능 및 품질에 대한 충분한 테스트가 이루어질 수 있도록 한다. 이와 같이 실험 설비를 통해 파일럿 장치를 검증함으로써, 실선에 적용하여 구동시 발생할 수 있는 문제를 미리 확인하고 예방할 수 있고, 충분한 성능 테스트를 통해 품질 개선이 이루어질 수 있다.
특히 간단한 구성만으로 파일럿 장치의 성능을 테스트해볼 수 있으며, 장치의 각 구성부분을 각각 하나의 Skid 상에 구성함으로써, 장치 운용상의 변형이 용이하므로, 필요에 따라 각 구성부분을 교체, 변경하면서 다양한 운전 조건 및 장비에 대해 테스트할 수 있다.
또한 파일럿 장치 대신, 실선에 적용될 부분재액화 공정장치도 연결하여 테스트할 수 있어, 실선 적용시 발생할 수 있는 문제를 점검, 개선하고 장치의 성능을 검증하여 선주의 신뢰 확보에 기여할 수 있다.
도 1은 본 출원인의 선행특허 부분재액화 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템을 개략적으로 도시한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템을 개략적으로 도시하였다.
우선, 본 발명의 후술하는 부분재액화 공정장치를 견본으로 제작한 파일럿 장치(PRS)의 테스트를 위한 시스템은, 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 즉 LNG 운반선, LEG(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에서 증발가스 처리를 위한 부분재액화 공정장치의 제작 시에 이용될 수 있다.
저장탱크에 저장되고 부분 재액화시켜 처리하는 액화가스는 가스를 저온에서 액화시켜 수송할 수 있는 모든 액체화물일 수 있으며, 예를 들어 LNG, LEG, LPG, 액화질소나, 에틸렌, 아세틸렌, 프로필렌 등과 같은 액화 석유화학 가스, 액화 이산화탄소, 액화 암모니아 등일 수 있다. 다만 후술하는 실시예들에서는 설명의 편의상 대표적인 저온 액체화물인 LNG를 예로 들어 설명한다.
후술하는 시스템에 구성되며, 그 성능 및 품질을 테스트하게 되는 파일럿 장치부(PRS)는, 선박 또는 해상 구조물의 액화가스 저장탱크로부터 발생한 증발가스를 압축시킨 고압가스 또는 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 펌프로 압축하고 기화시킨 고압가스 중 가스 소비처로 공급하고 남은 잔량의 고압가스를 재액화할 수 있도록 하는 부분재액화 공정장치를 견본으로 제작한 장치이다. 가스 소비처는 선박 등의 추진용 엔진이나 발전용 엔진일 수 있으며, 보다 구체적인 예로는 ME-GI 엔진을 비롯하여, DF Generator, 가스 터빈, DFDE 등 일 수 있다. 고압가스는 가스 소비처의 연료 공급 조건에 맞추어 압축되며, 예를 들어 가스 소비처가 ME-GI 엔진이라면 약 150 ~ 400 bara의 고압가스가 공급될 수 있다.
가스 소비처에 공급되고 남은 가스의 재액화를 위해 부분재액화 공정장치는, 가스 소비처로 공급하고 남은 잔량의 고압가스를 저장탱크에서 발생한 미압축된 증발가스, 즉 cold BOG와 열교환으로 냉각시키는 열교환기와, 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 증발가스를 감압하는 팽창수단과, 팽창수단에서 감압된 증발가스를 기액분리하는 기액분리기를 포함하여 구성된다. 팽창수단은 예를 들어 줄-톰슨 밸브나 팽창기(expander)일 수 있다.
따라서, 이러한 부분재액화 공정장치의 파일럿 장치 또한, 가스 소비처의 연료 공급 압력으로 압축시킨 증발가스를, 미압축된 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 파일럿 열교환기(1010)와, 파일럿 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 증발가스를 감압하는 파일럿 팽창수단(1020)과, 팽창수단에서 감압된 증발가스를 기액분리하는 파일럿 기액분리기(1030)를 포함하여 구성된다. 파일럿 장치부(PRS)는 하나의 Skid 상에 마련한다.
실선 적용시, 기액분리기에서는 압축, 냉각 후 감압되면서 증발가스로부터 재액화된 액화가스를 분리하여 저장탱크로 보내 재저장하고, 기체인 증발가스는 기액분리기로부터 시스템 외부로 벤트(vent)시키거나 열교환기의 상류로 보내어, 저장탱크에서 발생하여 미압축된 cold BOG의 흐름과 함께 열교환기로 공급될 수 있다.
파일럿 장치부(PRS)에서는 파일럿 기액분리기(1030) 하단의 리퀴드라인(LL)을 따라 분리된 액화가스를 저장탱크로 공급하고, 기체인 증발가스는 파일럿 기액분리기(1030) 상부에 연결되는 가스라인(GL)을 통해 시스템 외부로 벤트(vent)시키거나 파일럿 열교환기(1010)의 상류로 공급한다.
실선 적용 시, 가스 소비처의 가스 소비량이 많은 경우에는 연료 공급 후 남는 가스가 없을 수도 있고, 선박이 정박하고 있는 때와 같이 가스 연료의 소모량이 적거나 없는 경우에는, 증발가스의 전량이 재액화될 수도 있다.
본 실시예 시스템은 이와 같은 액화가스의 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하는 부분 재액화 공정장치의 성능을 선박 등에 설치하기에 앞서, 견본으로 제작한 파일럿 장치를 테스트하고, 이를 통해 부분 재액화 공정장치의 성능을 테스트하고 개선할 수 있도록 하는 것이다. 이를 위해 전술한 부분 재액화 공정장치를 견본으로 제작한 파일럿 장치부(PRS)와, 액화가스를 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 압축 및 기화시켜 열교환기로 공급하는 고압가스 공급부(100)와, 액화가스를 기화시켜 상기 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 cold BOG 조건으로 열교환기로 공급하는 콜드가스 공급부(200)를 포함하여 구성된다.
고압가스 공급부(100)는, 액화가스가 저장되는 제1 저장탱크(T1)와, 제1 저장탱크(T1)로부터 액화가스를 공급받아 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 압축하는 고압 펌프(110)와, 고압 펌프(110)에서 압축된 액화가스를 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 기화시키는 고압기화기(120)를 포함할 수 있다.
실제 선박에서 운용시 부분재액화 공정장치에는 선내 가스 소비처의 연료 공급 조건에 맞추어 증발가스를 압축 및 기화시킨 고압가스 중, 연료 공급 후 남는 가스 잔량이 공급되므로, 고압가스 공급부(100)에서는 이러한 고압가스를 모사하여 파일럿 장치부(PRS)로 공급하게 된다.
예를 들어 선내에 적용될 가스 소비처가 ME-GI 엔진인 경우 100 내지 400 bara의 압력으로 고압 펌프(110)에서 액화가스를 압축하고, 고압기화기(120)에서 압축된 액화가스를 기화시켜 파일럿 장치부(PRS)로 공급하게 된다. 메탄의 경우 임계압력은 약 55 bar 정도이므로, 고압기화기(120)에서 액화가스는 초임계 상태로 압축된다.
증발가스는 압축기로 압축되지만, 본 실시예 테스트 시스템에서는 가스를 압축기로 압축하는 대신, 상대적으로 저가이며 전력 소모가 적은 고압 펌프(110)를 적용하여 액화가스를 압축함으로써, 시스템의 구성 및 운용 면에서 경제성이 높다. 예를 들어 LNG로부터 기화시킨 증발가스를 100 내지 400 bara로 압축하기 위해 압축기에서 필요로 하는 전력이 약 2㎿인 반면, LNG를 고압 펌프(110)를 통해 그러한 압력으로 압축할 때 소비되는 전력은 약 100㎾에 불과하다.
한편 초임계 상태로 압축된 액화가스는 고압기화기(120)에서 기화시키는데, 초임계 상태에서는 기체와 액체를 구분할 수 없으므로, '압축된 액화가스가 기화된다'라는 표현은 압축된 액화가스에 열에너지를 공급하여 온도를 높인다(또는, 밀도가 높은 초임계 상태에서 밀도가 낮은 초임계 상태로 변화한다)는 의미일 수 있다.
본 실시예 시스템에는 고압기화기(120)로 액화가스를 기화시키는 열에너지를 공급하는 열원 공급부(300)가 마련된다. 열원 공급부(300)에서는 열매체를 가열하는 가열장치(310)가 마련되어, 열원 공급부(300)로부터 고압기화기(120)로 열매체공급라인(HL)을 따라 열매체가 순환하며 열에너지를 전달한다. 열매체는 예를 들어 글리콜 워터, 청수 등일 수 있다. 압축된 액화가스는 열매체로부터 열에너지를 공급받아, 가스 소비처의 연료 공급 온도, 즉 실선에서의 가스 소비처가 ME-GI 엔진이라면 엔진 운전 조건의 온도로 가열되어 파일럿 장치부(PRS)로 공급된다.
한편 고압가스 공급부(100)에는, 고압 펌프(110)의 하류로부터 액화가스를 제1 저장탱크(T1)로 유도하는 리턴 라인(RL)이 마련되고, 리턴 라인(RL)에는 감압기(130)가 마련되어, 압축된 액화가스를 감압하여 고압 펌프(110)의 하류로부터 제1 저장탱크(T1)로 재저장할 수도 있다. 감압기(130)는 예를 들어 팽창밸브(J-T Valve)나 팽창기(expander)일 수 있다.
콜드가스 공급부(200)는, 액화가스가 저장되는 제2 저장탱크(T2)와, 제2 저장탱크(T2)로부터 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기(210)와, 기화기(210)에서 기화된 가스를 냉각하여 파일럿 열교환기(1010)로 공급하는 가스 믹서(220)가 마련되고, 기화기(210)의 상류로부터 액화가스를 가스 믹서(220)로 공급하는 가스 냉각 라인(CL)이 마련되어, 가스 믹서(220)에서는 기화된 가스에 액화가스를 분사하여 cold BOG 조건으로 냉각하게 된다. cold BOG 조건이란, 선박 화물창의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 저온의 증발가스 상태, 즉 예를 들어 액화가스가 LNG인 경우 -120℃ 이하인 저온 상태의 미압축 증발가스를 의미한다.
가스 냉각 라인(CL)에는 가스 믹서(mixer)(220)로 공급되는 액화가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브(230)가 마련될 수 있다.
부분재액화 공정장치의 파일럿 장치부(PRS)의 성능 검증 테스트 시, 본 실시예 시스템의 고압가스 공급부(100)에서는 가스 소비처의 연료 공급 조건에 맞추어 액화가스를 압축 및 기화시켜 파일럿 열교환기(1010)로 공급하고, 콜드가스 공급부(200)에서는 액화가스를 기화시켜 cold BOG 조건으로 파일럿 열교환기(1010)로 공급하여, 파일럿 열교환기에서 열교환시킨다. 파일럿 열교환기를 거쳐 cold BOG 조건의 가스와의 열교환으로 냉각된 고압가스는 파일럿 팽창수단(1020)을 거치면서 단열팽창된다. 파일럿 팽창수단(1020)에서의 단열팽창으로 고압가스는 저압 저온 상태가 되고, 파일럿 기액분리기(1030)로 도입되면서 그 중 적어도 일부가 액체상태로 응축된다.
테스트 후 액상인 액화가스는 파일럿 기액분리기(1030) 하단의 리퀴드라인(LL)을 따라 제1 저장탱크(T1) 또는 제2 저장탱크(T2)로 보내 재저장하여 추후 테스트 시 재이용할 수 있고, 기체인 증발가스는 파일럿 기액분리기(1030) 상부의 가스라인(GL)을 통해 외부로 벤트하거나 연소시키는 방식으로 처리할 수 있다.
이를 통해 부분재액화 공정장치의 파일럿 장치 재액화 성능을 검증하고, 도출된 결과를 토대로 실제 부분재액화 공정장치의 성능을 개선시킬 수 있으며, 실선에 적용 시 발생할 수 있는 문제를 미연에 방지할 수 있다. 또한 파일럿 장치뿐만 아니라, 실선에 적용될 부분재액화 공정장치를 본 실시예 시스템의 파일럿 장치부(PRS)에 대체하여 연결하여 부분재액화 공정장치의 테스트에도 이용할 수 있다.본 실시예를 통해 부분재액화 공정장치를 설계-제작-시험(FAT: Factory Acceptance Test)-설치(MC: Mechanical Completion)-시운전- 가동으로 이어지는 생산공정 중에 경제적인 방법으로 충분히 성능 테스트할 수 있어, 제품 품질 개선 및 선주의 신뢰 확보에 기여할 수 있다.
이와 같은 파일럿 장치부(PRS), 고압가스 공급부(100), 콜드가스 공급부(200) 및 열원 공급부(300)는 각각 하나의 Skid 상에 마련된다. 따라서 한 Skid를 다른 Skid로 교체하여 시스템을 구성할 수 있어 장치 운용상의 변형이 용이하고, 필요에 따라 각 구성부분을 교체, 변경하면서 운전 조건을 달리함으로써, 다양한 운전 조건 및 장비에 대해 테스트할 수 있는 장점도 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 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 고압가스 공급부
T1: 제1 저장탱크
110: 고압 펌프
120: 고압기화기
RL: 리턴 라인
130: 감압기
200: 콜드가스 공급부
T2: 제2 저장탱크
210: 기화기
220: 가스 믹서
230: 유량조절밸브
CL: 가스 냉각 라인
300: 열원 공급부
310: 가열장치
HL: 열매체공급라인
PRS: 파일럿 장치부
1010: 파일럿 열교환기
1020: 파일럿 팽창수단
1030: 파일럿 기액분리기

Claims (11)

  1. 선박 또는 해상 구조물의 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 증발가스 중 상기 선박 또는 해상 구조물의 가스 소비처로 공급하고 남은 증발가스를 재액화하는 부분재액화 공정장치를 견본으로 제작하여 테스트하는 시스템에 있어서,
    상기 가스 소비처의 연료 공급 압력으로 압축시킨 증발가스를, 미압축된 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 파일럿 열교환기와, 상기 파일럿 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 감압하는 파일럿 팽창수단과, 상기 팽창수단에서 감압된 상기 증발가스를 기액분리하는 파일럿 기액분리기를 포함하는 파일럿 장치부;
    액화가스를 상기 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 압축 및 기화시켜 상기 파일럿 열교환기로 공급하는 고압가스 공급부; 및
    액화가스가 저장되는 제2 저장탱크, 상기 제2 저장탱크로부터 상기 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기, 및 상기 기화기에서 기화된 가스를 냉각하여 상기 열교환기로 공급하는 가스 믹서를 포함하여, 상기 액화가스를 기화시켜 상기 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 cold BOG 조건으로 상기 파일럿 열교환기로 공급하는 콜드가스 공급부를 포함하는 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고압가스 공급부는
    상기 액화가스가 저장되는 제1 저장탱크;
    상기 제1 저장탱크로부터 상기 액화가스를 공급받아 상기 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 압축하는 고압 펌프; 및
    상기 고압 펌프에서 압축된 상기 액화가스를 상기 가스 소비처의 연료 공급 조건으로 기화시키는 고압기화기를 포함하는 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 고압가스 공급부는
    상기 고압 펌프의 하류로부터 상기 액화가스를 상기 제1 저장탱크로 유도하는 리턴 라인; 및
    상기 리턴 라인에 마련되어 상기 액화가스를 감압하는 감압기를 더 포함하는 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 고압기화기로 상기 액화가스를 기화시키는 열에너지를 공급하는 열원 공급부를 더 포함하는 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 콜드가스 공급부는
    상기 기화기의 상류로부터 상기 액화가스를 상기 가스 믹서로 공급하는 가스 냉각 라인; 및
    상기 가스 냉각 라인에 마련되어 상기 가스 믹서(mixer)로 공급되는 상기 액화가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 더 포함하여,
    상기 가스 믹서에서는 상기 가스에 상기 액화가스를 분사하여 cold BOG 조건으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 부분재액화 공정장치는, 상기 액화가스 저장탱크로부터 발생하여 압축시킨 증발가스 중 상기 선박 또는 해상 구조물의 가스 소비처로 공급하고 남은 증발가스를, 미압축된 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 감압하는 팽창수단; 및 상기 팽창수단에서 감압된 상기 증발가스를 기액분리하는 기액분리기;를 포함하는 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 파일럿 장치부를 대체하여, 상기 선박 또는 해상 구조물의 실선에 적용되도록 제작된 상기 부분재액화 공정장치를 연결하여 상기 부분재액화 공정장치를 테스트할 수 있는 것을 특징으로 하는 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 4항, 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액화가스는 LNG, LN2, LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 증발가스 부분재액화 공정장치의 파일럿 테스트 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
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