KR102376279B1 - 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 그 운전방법 - Google Patents

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Abstract

선박의 증발가스 재액화 시스템 및 그 운전방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 증발가스 재액화 시스템은, 선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 압축가스가 냉각되는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 압축가스와 열교환되는 냉매가 순환하는 냉매순환부;를 포함하는 재액화 시스템에서, 상기 냉매순환부는, 상기 열교환기로 공급될 냉매가 팽창 냉각되는 컴팬더 팽창기; 상기 컴팬더 팽창기에 연결되어 상기 냉매의 팽창에너지를 전달받아 구동되며 상기 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 컴팬더 압축기; 및 냉매순환부의 운전을 제어하는 인벤토리 컨트롤러:를 포함하며, 상기 재액화 시스템의 정상 운전 상태에서, 상기 컴팬더 팽창기의 VGN(Variable Geometry Nozzle)을 완전 개방(full open) 상태로 운전하고, 상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비를 고정값이 되도록 운전하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 증발가스 재액화 시스템 및 그 운전방법{Boil-Off Gas Reliquefaction System for Ship and Operation Method Thereof}
본 발명은 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 냉각하여 재액화시키는 증발가스 재액화 시스템 및 그 운전방법에 관한 것이다.
천연가스(natural gas)는, 메탄(methane)을 주성분으로 하며, 연소 시 환경오염 물질의 배출이 거의 없어 친환경 연료로서 주목받고 있다. 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 상압 하에서 약 -163℃로 냉각시켜 액화시킴으로써 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 부피가 약 1/600로 줄어들기 때문에, 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다. 따라서, 천연가스는 주로 저장 및 이송이 용이한 액화천연가스 상태로 저장 및 이송된다.
천연가스의 액화점은 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG 저장탱크는 LNG가 액체 상태를 유지하도록 단열처리되는 것이 일반적이다. 그러나 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열을 차단하는 데에는 한계가 있고, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 LNG 수송과정에서 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 자연 기화되어 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.
LNG 저장탱크에서 증발가스가 지속적으로 생성되면, LNG 저장탱크의 내압을 상승시키는 요인이 된다. 저장탱크의 내압이 설정된 안전압력 이상이 되면 탱크 파손(rupture) 등 위급상황을 초래할 수 있으므로, 안전밸브를 이용하여 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜야만 한다. 그러나 증발가스는 일종의 LNG 손실로서 LNG의 수송 효율 및 연료 효율에 있어 중요한 문제이므로, 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다.
최근에는, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료 수요처에서 사용하는 방법, 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 방법 또는 이러한 두 가지 방법을 복합적으로 사용하는 방법 등이 개발되어 적용되고 있다.
선박에서 증발가스를 재액화하기 위하여 재액화 사이클을 적용하는 경우, 대표적으로 채택할 수 있는 액화 방법은 SMR 사이클과 C3MR 사이클을 이용한 공정을 예로 들 수 있다. C3MR 사이클(Propane-precooled Mixed Refrigerant Cycle)은 천연가스를 프로판 단일냉매를 이용하여 냉각시키고, 그 후 혼합냉매를 이용하여 액화 및 과냉각시키는 공정이고, SMR 사이클(Single Mixed Refrigerant Cycle)은 복수의 성분으로 이루어진 혼합냉매를 사용하여 천연가스를 액화시키는 공정이다.
이러한 SMR 사이클과 C3MR 사이클 모두 혼합냉매를 이용하는 공정인데, 액화 공정이 진행되면서 냉매의 누수가 발생하여 혼합냉매의 조성비가 변화하는 경우 액화 효율이 떨어지므로, 혼합냉매의 조성비를 지속적으로 계측하면서 부족한 냉매 성분을 충진하여 냉매의 조성을 유지해야 한다.
증발가스를 재액화하기 위한 재액화 사이클의 다른 방법으로는, 질소 냉매를 이용한 단일 사이클 액화공정을 들 수 있다.
질소 냉매는 혼합 냉매를 이용한 사이클에 비해 상대적으로 효율이 낮으나, 냉매가 불활성이어서 안전성이 높고, 냉매의 상 변화가 없기 때문에 선박에 적용하기 보다 용이한 장점이 있다.
별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 방법으로, 압축시킨 증발가스를 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하고 단열팽창시켜 재액화시키는 PRS(Partial Re-liquefaction System)와, 그 개량기술도 개발되어 선박에 적용되고 있다.
본 발명은 냉매 사이클을 순환하는 냉매의 냉열을 이용하여 증발가스를 재액화시키면서, 컨트롤이 간단하고 효율 저하 없이 운전할 수 있는 재액화 시스템을 제안하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 압축가스가 냉각되는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 압축가스와 열교환되는 냉매가 순환하는 냉매순환부;를 포함하는 재액화 시스템에서,
상기 냉매순환부는, 상기 열교환기로 공급될 냉매가 팽창 냉각되는 컴팬더 팽창기; 상기 컴팬더 팽창기에 연결되어 상기 냉매의 팽창에너지를 전달받아 구동되며 상기 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 컴팬더 압축기; 및 냉매순환부의 운전을 제어하는 인벤토리 컨트롤러:를 포함하며,
상기 재액화 시스템의 정상 운전 상태에서, 상기 컴팬더 팽창기의 VGN(Variable Geometry Nozzle)을 완전 개방(full open) 상태로 운전하고, 상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비를 고정값이 되도록 운전하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
바람직하게는 상기 냉매순환부는, 상기 냉매가 순환하는 냉매순환라인; 상기 냉매순환라인으로 냉매 공급을 조절하는 냉매 인벤토리 시스템; 상기 냉매 인벤토리 시스템으로부터 상기 냉매순환라인의 컴팬더 압축기 전단으로 연결되어 상기 냉매순환라인의 냉매를 보충하는 냉매보충라인; 및 상기 냉매순환라인의 컴팬더 압축기 후단으로부터 상기 냉매 인벤토리 시스템으로 연결되어 상기 냉매순환라인의 냉매를 배출시키는 냉매배출라인:을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 냉매순환부는, 상기 냉매보충라인에 마련되는 제1 밸브;상기 냉매배출라인에 마련되는 제2 밸브; 상기 냉매순환라인에서 상기 냉매보충라인의 합류지점 상류에 마련되어, 상기 열교환기에서 압축가스를 냉각시키고 배출되는 냉매의 압력을 감지하여 상기 인벤토리 컨트롤러로 전송하는 제1 압력트랜스미터; 및 상기 냉매순환라인에서 상기 냉매배출라인의 분기지점 하류에 마련되어, 상기 컴팬더 압축기에서 압축된 냉매의 압력을 감지하는 제2 압력트랜스미터:를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 저장탱크의 압력 상승으로 상기 재액화 시스템의 냉열 필요량이 증가하면, 상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비 고정값을 유지하면서, 상기 인벤토리 컨트롤러에서는 상기 제1 및 제2 압력트랜스미터의 압력값을 전송받아 상기 제1 밸브를 열고 상기 제2 밸브는 닫아 상기 냉매순환라인의 냉매를 보충하여 질량 유량을 증가시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 저장탱크의 압력 하락으로 상기 재액화 시스템의 냉열 필요량이 감소하면, 상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비 고정값을 유지하면서, 상기 인벤토리 컨트롤러에서는 상기 제1 및 제2 압력트랜스미터의 압력값을 전송받아 상기 제2 밸브를 열고 상기 제1 밸브는 닫아 상기 냉매순환라인의 냉매를 배출시켜 질량 유량을 감소시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에서는 압축기에서 압축된 압축가스 및 상기 컴팬더 압축기에서 압축된 냉매가, 압축기로 도입될 미압축 증발가스 및 상기 컴팬더 팽창기에서 팽창 냉각된 냉매와 열교환으로 냉각될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기에서 압축하고, 상기 압축기에서 압축된 압축가스를 냉매와 열교환기에서 열교환으로 냉각하고 재액화하는 재액화 시스템에서,
상기 열교환기에는 냉매순환부의 냉매가 공급되며, 상기 냉매순환부는 냉매가 팽창 냉각되는 컴팬더 팽창기; 상기 컴팬더 팽창기에 연결되어 상기 냉매의 팽창에너지를 전달받아 구동되며 상기 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 컴팬더 압축기; 및 냉매순환부의 운전을 제어하는 인벤토리 컨트롤러:를 포함하되,
상기 재액화 시스템의 정상 운전 상태에서, 상기 컴팬더 팽창기의 VGN(variable Geometry Nozzle)을 완전 개방(full open) 상태로 운전하고, 상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비를 고정값이 되도록 운전하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템의 운전방법이 제공된다.
바람직하게는 상기 냉매순환부는, 상기 냉매가 순환하는 냉매순환라인; 상기 냉매순환라인으로 냉매 공급을 조절하는 냉매 인벤토리 시스템; 상기 냉매 인벤토리 시스템으로부터 상기 냉매순환라인의 컴팬더 압축기 전단으로 연결되어 상기 냉매순환라인의 냉매를 보충하는 냉매보충라인; 및 상기 냉매순환라인의 컴팬더 압축기 후단으로부터 상기 냉매 인벤토리 시스템으로 연결되어 상기 냉매순환라인의 냉매를 배출시키는 냉매배출라인:을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 냉매순환부는, 상기 냉매순환라인에서 상기 냉매보충라인의 합류지점 상류에 마련되어, 상기 열교환기에서 압축가스를 냉각시키고 배출되는 냉매의 압력을 감지하여 상기 인벤토리 컨트롤러로 전송하는 제1 압력트랜스미터; 및 상기 냉매순환라인에서 상기 냉매배출라인의 분기지점 하류에 마련되어, 상기 컴팬더 압축기에서 압축된 냉매의 압력을 감지하는 제2 압력트랜스미터:를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 저장탱크의 압력 상승 또는 하락으로 상기 재액화 시스템의 냉열 필요량이 변화하면, 상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비 고정값을 유지하면서, 상기 인벤토리 컨트롤러에서는 상기 제1 및 제2 압력트랜스미터의 압력값을 전송받아 상기 냉매보충라인을 통해 냉매를 상기 냉매순환라인의 냉매를 보충하거나, 상기 냉매배출라인을 통해 상기 냉매순환라인의 냉매를 배출하여 냉매의 질량 유량을 변화시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉매 인벤토리 시스템의 작동 압력과 상기 냉매배출라인을 통해 냉매순환라인으로부터 배출되는 냉매의 압력이 역전되어 냉매 인벤토리 시스템으로 냉매를 배출시킬 수 없는 경우, 냉매순환부 외부로 냉매를 배출시킬 수 있다.
본 발명에서는 컴팬더 팽창기의 VGN 조절없이 계속해서 완전 개방 상태로 운전하고 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비가 고정값이 되도록 운전하면서, 재액화 시스템에서 필요한 냉열량의 변화에 따라 냉매순환라인의 냉열 용량을 조절할 수 있어, 컨트롤이 용이하면서도 컴팬더 압축기의 효율 저감 없이 시스템을 운용할 수 있다.
또한, 증발가스 자체의 냉열 및 냉매 사이클의 냉열을 이용하여, 재액화될 증발가스를 보다 효과적으로 냉각하여 재액화율을 높일 수 있고, 냉매 사이클에서 냉매의 팽창에너지를 이용하여 냉매를 압축시킴으로써, 냉매 사이클에서 냉매 압축에 필요한 전력을 줄일 수 있고, 선박의 에너지 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 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 참조하여야 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.
후술하는 본 발명의 일 실시예에서 선박은, 액화가스를 저장하는 저장탱크가 마련되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 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 실시예는 가스를 저온으로 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하는 모든 종류의 액화가스의 재액화 사이클에 적용될 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 액화가스인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 선내 저장탱크(T)로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기(100), 압축기에서 압축된 압축가스가 냉각되는 열교환기(200), 열교환기에서 압축가스와 열교환되는 냉매가 순환하는 냉매순환부(300)를 포함한다. 이를 위해 저장탱크(T)로부터 압축기(100)로 증발가스 공급라인(GL)이, 압축기의 후단에서 증발가스를 재액화하여 저장탱크(T)로 공급하는 재액화 라인(RL)이 각각 마련된다.
본 실시예에서 증발가스 공급라인(GL)은 저장탱크로부터 열교환기(200)를 거쳐 압축기(100)로 연결됨으로써, 저장탱크에서 발생한 미압축 증발가스는 열교환기에 냉열을 공급한 후 압축기로 공급되어 압축된다.
압축기(100)에서는 증발가스를 압축하는데, 예를 들어 선박의 주엔진의 연료공급압력으로 압축할 수 있다. 예를 들어 DF 엔진이 마련된 경우라면 5.5 barg, X-DF 엔진이 마련된 경우라면 15 barg, ME-GI 엔진이 마련된 경우는 300 barg로 압축할 수 있다. 압축된 증발가스는 선박의 주엔진(미도시)의 연료로도 공급될 수 있고, 연료로 공급되지 않은 증발가스를 재액화시킬 수 있다.
선박 규정상 엔진으로 연료를 공급하는 압축기는, 비상 상황을 대비하여 리던던시(Redundancy) 설계를 하여야 하므로, 도면에서는 한 대의 압축기를 도시하였지만, 압축기는 주압축기와 리던던시 압축기를 포함하여 구성된 것일 수 있다.
압축기에서 압축된 증발가스는 재액화 라인(RL)을 따라 열교환기(200)로 도입되어 열교환을 통해 냉각된다. 재액화라인(RL)을 따라 열교환기의 하류에는 열교환으로 냉각된 증발가스를 감압하고 재액화량을 조절할 수 있는 감압장치(250)와 기액분리기(400)가 마련될 수 있고, 열교환기에서 냉각된 증발가스는 감압을 통해 단열팽창 또는 등엔트로피 팽창으로 추가 냉각되고 기액분리된다.
기액분리기(400)에서 분리된 재액화가스는 저장탱크로 공급되어 재저장되고, 플래시 가스는 증발가스 공급라인의 열교환기 전단 미압축 증발가스 흐름에 공급되거나 GCU로 이송될 수 있다.
본 실시예에서 냉매순환부(300)에서는 냉매순환라인(CL)을 따라 냉매가 순환하며 열교환기(200)에서 열교환을 통해 압축가스를 냉각한다.
냉매순환부(300)는, 열교환기로 공급될 냉매가 팽창 냉각되는 컴팬더 팽창기(320), 컴팬더 팽창기에 연결되어 냉매의 팽창에너지를 전달받아 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 컴팬더 압축기(310)를 포함하며, 컴팬더 압축기를 구동하기 위한 모터(M)가 마련된다. 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기는 축 연결되어, 냉매의 팽창에너지를 냉매 압축에 이용함으로써, 냉매 사이클을 구동하기 위해 필요한 전력을 줄일 수 있다.
컴팬더 팽창기(320)에서 팽창 냉각된 냉매는 열교환기(200)에 냉열 공급을 위해 도입되고, 열교환기에서 열교환 후 배출된 냉매는 컴팬더 압축기(310)에서 압축된다. 컴팬더 압축기(310)에서 압축된 냉매는 열교환기(200)를 거쳐 냉각된 후 컴팬더 팽창기(320)로 공급되어 팽창 냉각되고, 다시 열교환기(200)에 공급되면서 냉매순환라인(CL)을 순환한다.
그에 따라, 열교환기(200)에서는 압축기에서 압축된 증발가스, 압축기로 도입될 미압축 증발가스, 컴팬더 팽창기에서 팽창 냉각된 냉매 및 컴팬더 압축기에서 압축된 냉매의 4가지 흐름이 열교환되면서, 압축기에서 압축된 압축가스 및 컴팬더 압축기에서 압축된 냉매가, 압축기로 도입될 미압축 증발가스 및 컴팬더 팽창기에서 팽창 냉각된 냉매와 열교환으로 냉각된다.
냉매순환부(300)에는, 냉매순환부의 운전을 제어하는 인벤토리 컨트롤러(340), 선박에 마련되어 냉매순환라인으로 냉매 공급을 조절하는 냉매 인벤토리 시스템(330), 냉매 인벤토리 시스템으로부터 냉매순환라인의 컴팬더 압축기 전단으로 연결되어 냉매순환라인의 냉매를 보충하는 냉매보충라인(CLs), 냉매순환라인의 컴팬더 압축기 후단으로부터 냉매 인벤토리 시스템으로 연결되어 냉매순환라인의 냉매를 배출시키는 냉매배출라인(CLe)이 구성된다.
본 실시예에서 냉매순환라인(CL)을 순환하며 열교환기로 공급되는 냉매로는 예를 들어 질소(N2)가 이용될 수 있다.
냉매 인벤토리 시스템(330)에서는 이와 같이 냉매로 순환되는 질소를 냉매순환라인으로 공급하거나 보충할 수 있다. 냉매 인벤토리 시스템은 드라이어(dryer), 부스팅 컴프레서, 인벤토리 탱크를 포함하여 구성될 수 있다.
냉매보충라인(CLs)에는 제1 밸브(V1)가, 냉매배출라인(CLe)에는 제2 밸브(V2)가 각 마련되며, 냉매순환라인(CL)에서 냉매보충라인(CLs)의 합류지점 상류에는 열교환기(200)에서 압축가스를 냉각시키고 배출되는 냉매의 압력을 감지하는 제1 압력트랜스미터(P1)가, 냉매순환라인(CL)에서 냉매배출라인(CLe)의 분기지점 하류에는 컴팬더 압축기(310)에서 압축된 냉매의 압력을 감지하는 제2 압력트랜스미터(P2)가 각 마련되어, 감지된 냉매의 압력값을 인벤토리 컨트롤러(340)로 전송한다.
본 실시예 시스템에서 인벤토리 컨트롤러에 의한 운전방법을 살펴보면 다음과 같이 이루어진다. 이는 각 재액화 장비들이 일정한 조건으로 정상 운전되는 재액화 시스템의 정상 운전 상태에서, 저장탱크에서 발생하는 증발가스량이 변화하여 재액화 시스템에서 필요한 냉열량이 변화할 때 이를 조절하기 위한 것이다.
본 실시예 시스템에서는 제1 및 제2 압력트랜스미터(P1, P2)에서 감지된 압력값에 의해 계산되는 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기를 포함하는 컴팬더의 압축비/팽창비를 고정값이 되도록 운전하며, 컴팬더 팽창기(320)의 VGN(Variable Geometry Nozzle, 321))을 완전 개방(full open) 상태로 운전한다.
저장탱크에서 발생하는 증발가스량의 변화에 따라 저장탱크 압력이 상승 또는 하락하여 재액화 시스템의 냉열 필요량이 변화하면, 인벤토리 컨트롤러(340)에서는 제1 및 제2 밸브(V1, V2)를 제어하여 냉매순환라인의 냉매를 보충하거나 냉매순환라인의 냉매 일부를 배출하여 냉매의 질량 유량을 변화시킴으로써, 냉매순환라인의 냉열량을 조절하게 된다.
먼저, 증발가스 발생량이 많아 저장탱크(T)의 압력이 상승하고 재액화 시스템에서의 냉열 필요량이 증가하면, 컴팬더의 압축비/팽창비는 고정값으로 유지한 상태에서 인벤토리 컨트롤러(340)에서는 제1 밸브(V1)를 열고 제2 밸브(V2)는 닫아 냉매보충라인(CLs)을 통해 냉매를 보충하여 냉매순환라인 내 냉매의 질량 유량을 증가시킨다. 그에 따라 냉매순환라인 내 냉매의 압력이 상승하고 냉열 용량이 증가하게 된다.
반대로, 증발가스 발생량이 줄어 저장탱크(T)의 압력이 하락하고 재액화 시스템에서 필요한 냉열량이 감소하면, 컴팬더의 압축비/팽창비는 계속 고정값을 유지하면서, 인벤토리 컨트롤러(340)에서는 제1 및 제2 압력트랜스미터의 압력값을 전송받고, 제2 밸브(V2)를 열고 제1 밸브(V1)는 닫아 냉매순환라인의 냉매 일부를 냉매배출라인(CLe)을 통해 냉매 인벤토리 시스템(330)으로 배출시켜, 냉매의 질량 유량을 감소시킨다. 그에 따라 냉매순환라인 내 냉매의 압력이 감소하고 냉열 용량이 감소하게 된다.
냉매 인벤토리 시스템(330)의 작동 압력과 냉매순환라인(CL)으로부터 냉매배출라인(CLe)을 통해 배출되는 냉매의 압력이 역전되어 냉매 인벤토리 시스템으로 더이상 냉매를 배출시킬 수 없는 경우, 냉매벤트라인을 통해 냉매순환부 외부로 배출시킬 수 있다. 이를 위해 냉매배출라인(CLe)의 제2 밸브(V2) 상류에서 냉매벤트라인(CLv)이 분기되고, 냉매벤트라인에는 제3 밸브(V3)가 마련된다. 제3 밸브(V3)는 인벤토리 컨트롤러(340)의 제어에 따라 냉매순환라인의 냉매를 냉매순환부 외부로 배출시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예 시스템에서는 컴팬더 팽창기의 VGN 조절없이 계속해서 완전 개방 상태로 운전하고 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비가 고정값이 되도록 운전하면서, 재액화 시스템에서 필요한 냉열량의 변화에 따라 냉매순환라인의 냉열 용량을 조절할 수 있어, 컨트롤이 용이하면서도 컴팬더 압축기의 효율 저감 없이 시스템을 운용할 수 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
GL: 증발가스 공급라인
RL: 재액화 라인
CL: 냉매순환라인
100: 압축기
200: 열교환기
300: 냉매순환부
310: 컴팬더 압축기
320: 컴팬더 팽창기
330: 냉매 인벤토리 시스템
340: 인벤토리 컨트롤러
400: 기액분리기

Claims (11)

  1. 선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 압축가스가 냉각되는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 압축가스와 열교환되는 냉매가 순환하는 냉매순환부;를 포함하는 재액화 시스템에서,
    상기 냉매순환부는,
    상기 열교환기로 공급될 냉매가 팽창 냉각되는 컴팬더 팽창기;
    상기 컴팬더 팽창기에 연결되어 상기 냉매의 팽창에너지를 전달받아 구동되며 상기 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 컴팬더 압축기;
    냉매순환부의 운전을 제어하는 인벤토리 컨트롤러; 및
    상기 냉매가 순환하는 냉매순환라인:을 포함하며,
    상기 재액화 시스템의 정상 운전 상태에서, 상기 컴팬더 팽창기의 VGN(Variable Geometry Nozzle)을 완전 개방(full open) 상태로 운전하고, 상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비를 고정값이 되도록 운전하되,
    상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스 량의 변화에 따라 저장탱크 압력이 상승 또는 하락하여 재액화 시스템의 냉열 필요량이 변화하면, 상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비 고정값을 유지하면서, 상기 인벤토리 컨트롤러에서 상기 냉매순환라인의 냉매를 보충하거나 냉매 일부를 배출하여 질량 유량을 변화시켜 냉매순환라인의 냉열량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 냉매순환부는,
    상기 냉매순환라인으로 냉매 공급을 조절하는 냉매 인벤토리 시스템;
    상기 냉매 인벤토리 시스템으로부터 상기 냉매순환라인의 컴팬더 압축기 전단으로 연결되어 상기 냉매순환라인의 냉매를 보충하는 냉매보충라인; 및
    상기 냉매순환라인의 컴팬더 압축기 후단으로부터 상기 냉매 인벤토리 시스템으로 연결되어 상기 냉매순환라인의 냉매를 배출시키는 냉매배출라인:을 더 포함하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 냉매순환부는,
    상기 냉매보충라인에 마련되는 제1 밸브;
    상기 냉매배출라인에 마련되는 제2 밸브;
    상기 냉매순환라인에서 상기 냉매보충라인의 합류지점 상류에 마련되어, 상기 열교환기에서 압축가스를 냉각시키고 배출되는 냉매의 압력을 감지하여 상기 인벤토리 컨트롤러로 전송하는 제1 압력트랜스미터; 및
    상기 냉매순환라인에서 상기 냉매배출라인의 분기지점 하류에 마련되어, 상기 컴팬더 압축기에서 압축된 냉매의 압력을 감지하는 제2 압력트랜스미터:를 더 포함하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 저장탱크의 압력 상승으로 상기 재액화 시스템의 냉열 필요량이 증가하면,
    상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비 고정값을 유지하면서, 상기 인벤토리 컨트롤러에서는 상기 제1 및 제2 압력트랜스미터의 압력값을 전송받아 상기 제1 밸브를 열고 상기 제2 밸브는 닫아 상기 냉매순환라인의 냉매를 보충하여 질량 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 저장탱크의 압력 하락으로 상기 재액화 시스템의 냉열 필요량이 감소하면,
    상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비 고정값을 유지하면서, 상기 인벤토리 컨트롤러에서는 상기 제1 및 제2 압력트랜스미터의 압력값을 전송받아 상기 제2 밸브를 열고 상기 제1 밸브는 닫아 상기 냉매순환라인의 냉매를 배출시켜 질량 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 열교환기에서는 압축기에서 압축된 압축가스 및 상기 컴팬더 압축기에서 압축된 냉매가, 압축기로 도입될 미압축 증발가스 및 상기 컴팬더 팽창기에서 팽창 냉각된 냉매와 열교환으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  7. 선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기에서 압축하고, 상기 압축기에서 압축된 압축가스를 냉매와 열교환기에서 열교환으로 냉각하고 재액화하는 재액화 시스템에서,
    상기 열교환기에는 냉매순환부의 냉매가 공급되며, 상기 냉매순환부는 상기 냉매가 순환하는 냉매순환라인; 냉매가 팽창 냉각되는 컴팬더 팽창기; 상기 컴팬더 팽창기에 연결되어 상기 냉매의 팽창에너지를 전달받아 구동되며 상기 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 컴팬더 압축기; 및 냉매순환부의 운전을 제어하는 인벤토리 컨트롤러:를 포함하되,
    상기 재액화 시스템의 정상 운전 상태에서, 상기 컴팬더 팽창기의 VGN(variable Geometry Nozzle)을 완전 개방(full open) 상태로 운전하고, 상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비를 고정값이 되도록 운전하고,
    상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스 량의 변화에 따라 저장탱크 압력이 상승 또는 하락하여 재액화 시스템의 냉열 필요량이 변화하면, 상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비 고정값을 유지하면서, 상기 인벤토리 컨트롤러에서 상기 냉매순환라인의 냉매를 보충하거나 냉매 일부를 배출하여 질량 유량을 변화시켜 냉매순환라인의 냉열량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템의 운전방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 냉매순환부는,
    상기 냉매순환라인으로 냉매 공급을 조절하는 냉매 인벤토리 시스템;
    상기 냉매 인벤토리 시스템으로부터 상기 냉매순환라인의 컴팬더 압축기 전단으로 연결되어 상기 냉매순환라인의 냉매를 보충하는 냉매보충라인; 및
    상기 냉매순환라인의 컴팬더 압축기 후단으로부터 상기 냉매 인벤토리 시스템으로 연결되어 상기 냉매순환라인의 냉매를 배출시키는 냉매배출라인:을 더 포함하는 선박의 증발가스 재액화 시스템의 운전방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 냉매순환부는,
    상기 냉매순환라인에서 상기 냉매보충라인의 합류지점 상류에 마련되어, 상기 열교환기에서 압축가스를 냉각시키고 배출되는 냉매의 압력을 감지하여 상기 인벤토리 컨트롤러로 전송하는 제1 압력트랜스미터; 및
    상기 냉매순환라인에서 상기 냉매배출라인의 분기지점 하류에 마련되어, 상기 컴팬더 압축기에서 압축된 냉매의 압력을 감지하는 제2 압력트랜스미터:를 더 포함하는 선박의 증발가스 재액화 시스템의 운전방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 저장탱크의 압력 상승 또는 하락으로 상기 재액화 시스템의 냉열 필요량이 변화하면,
    상기 컴팬더 압축기와 컴팬더 팽창기의 압축비/팽창비 고정값을 유지하면서, 상기 인벤토리 컨트롤러에서는 상기 제1 및 제2 압력트랜스미터의 압력값을 전송받아 상기 냉매보충라인을 통해 냉매를 상기 냉매순환라인의 냉매를 보충하거나, 상기 냉매배출라인을 통해 상기 냉매순환라인의 냉매를 배출하여 냉매의 질량 유량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템의 운전방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 냉매 인벤토리 시스템의 작동 압력과 상기 냉매배출라인을 통해 냉매순환라인으로부터 배출되는 냉매의 압력이 역전되어 냉매 인벤토리 시스템으로 냉매를 배출시킬 수 없는 경우, 냉매순환부 외부로 냉매를 배출시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템의 운전방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101701702B1 (ko) * 2015-06-19 2017-02-03 삼성중공업 주식회사 연료가스 공급시스템
KR102033538B1 (ko) * 2019-08-27 2019-10-17 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법

Patent Citations (2)

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