KR102376327B1 - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 본 발명의 가스 처리 시스템은, 내부에 액화가스를 저장하며, 공급펌프가 마련되는 액화가스저장탱크; 액화가스 또는 증발가스를 연료로 사용하는 수요처; 액화가스 또는 증발가스를 상기 수요처에서 요구하는 온도로 가열하는 열교환기; 및 상기 열교환기에 열원을 공급하는 열원공급부를 포함하고, 상기 열교환기는, 액화가스공급라인, 증발가스공급라인, 열원공급라인 상에 마련되어, 상기 액화가스공급라인을 통해 유동하는 액화가스가 하나의 스트림을 이루고, 상기 증발가스공급라인을 통해 유동하는 증발가스가 또 하나의 스트림을 이루고, 상기 열원공급라인을 통해 유동하는 열원이 또 다른 하나의 스트림을 이루는 3-스트림 열교환기인 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{liquefied gas treatment system and ship having the same}
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진이나 가스 터빈 등을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤 등의 오일 연료를 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 하고, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하며, 반면 가스 터빈은 압축 공기와 함께 연료를 연소시키고, 연소 공기의 온도/압력을 통해 터빈 날개를 회전시킴으로써 발전하여 프로펠러에 동력을 전달하는 방식을 사용한다.
그러나 최근에는, 액화가스의 일종인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진이나 터빈 등의 수요처를 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하기 때문에, 수요처의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
그러나 아직까지는 디젤과 같은 오일 연료를 이용하는 종래의 경우와 대비할 때, 가스 연료인 LNG를 이용하는 경우에서 해결해야 하는 문제들이 다수 존재하는 상황이어서, 청정연료인 LNG를 이용하여 선박 내의 수요처에 공급하는 기술에 대해 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스 또는 증발가스를 수요처의 연료로 공급함에 있어서, 수요처에서 요구하는 온도로 가열하는 열교환기를 액화가스공급라인 또는 증발가스공급라인 각각에 개별적으로 설치하지 않고 하나의 열교환기로 연료 공급을 할 수 있도록 하여, 비용을 절감하고 제어 측면에서 안정적이고 신뢰성이 높은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 내부에 액화가스를 저장하며, 공급펌프가 마련되는 액화가스저장탱크; 액화가스 또는 증발가스를 연료로 사용하는 수요처; 액화가스 또는 증발가스를 상기 수요처에서 요구하는 온도로 가열하는 열교환기; 및 상기 열교환기에 열원을 공급하는 열원공급부를 포함하고, 상기 열교환기는, 액화가스공급라인, 증발가스공급라인, 열원공급라인 상에 마련되어, 상기 액화가스공급라인을 통해 유동하는 액화가스가 하나의 스트림을 이루고, 상기 증발가스공급라인을 통해 유동하는 증발가스가 또 하나의 스트림을 이루고, 상기 열원공급라인을 통해 유동하는 열원이 또 다른 하나의 스트림을 이루는 3-스트림 열교환기인 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 수요처는, 선박의 추진을 위한 추진엔진을 포함하는 고압수요처; 및 발전을 위한 발전엔진, 히팅용 스팀을 생산하는 보조보일러을 포함하는 저압수요처를 포함하고, 상기 액화가스공급라인은, 일단이 상기 액화가스저장탱크의 내부 하측까지 연장되어 상기 공급펌프에 연결되고 타단이 외부로 연장되어 상기 고압수요처 및 저압수요처에 연결되고, 상기 증발가스공급라인은, 일단이 상기 액화가스저장탱크의 내부 상측까지 연장되고 타단이 외부로 연장되어 상기 저압수요처에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 수요처와 상기 열교환기 사이의 상기 액화가스공급라인 상에 마련되며, 상기 열교환기에서 가열된 액화가스의 온도가 상기 수요처에서 요구하는 온도보다 높을 경우에 상기 수요처에서 요구하는 온도가 되도록 상기 열교환기를 경유하지 않은 액화가스를 제1바이패스라인을 통해 공급받는 제1혼합기; 및 상기 수요처와 상기 열교환기 사이의 상기 증발가스공급라인 상에 마련되며, 상기 열교환기에서 가열된 증발가스의 온도가 상기 수요처에서 요구하는 온도보다 높을 경우에 상기 수요처에서 요구하는 온도가 되도록 상기 열교환기를 경유하지 않은 증발가스를 제2바이패스라인을 통해 공급받는 제2혼합기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열원공급부는, 상기 열교환기 상류의 상기 열원공급라인 상에 마련되는 공급밸브; 상기 공급밸브를 우회하는 제3바이패스라인; 및 상기 제3바이패스라인 상에 마련되는 바이패스밸브를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 공급밸브는, 상기 열교환기에서 액화가스를 가열할 때 개방되고, 상기 바이패스밸브는, 상기 열교환기에서 증발가스를 가열할 때 개방되고, 상기 바이패스밸브는, 상기 공급밸브보다 상대적으로 크기가 작을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 선박은, 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스 또는 증발가스를 수요처의 연료로 공급함에 있어서, 수요처에서 요구하는 온도로 가열하는 열교환기를 액화가스공급라인 또는 증발가스공급라인 각각에 개별적으로 설치하지 않고 하나의 열교환기로 연료 공급을 할 수 있도록 구성함으로써, 시스템 구축 비용을 대폭 절감하고 운영 비용을 크게 절약할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 열교환기에서 액화가스 또는 증발가스를 가열하는 열원으로 스팀을 사용할 경우에 바이패스라인에 마련되는 바이패스밸브의 크기와 열원공급라인에 마련되는 공급밸브의 크기를 다르게 하여 연료가스로 액화가스 또는 증발가스를 사용할 때 선택적으로 사용할 수 있도록 구성함으로써, 턴다운 비율(Turndown ratio)를 최대한 작게 가져갈 수 있어, 시스템의 제어 측면에서 안정적이고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스저장탱크로부터 수요처로 연료로 공급되는 액화가스 또는 증발가스의 일부가 열교환기를 우회할 수 있도록 바이패스라인을 구축함으로써, 액화가스 또는 증발가스가 액화가스장탱크로의 재순환(Recirculation)을 최소화 시킬 수 있어, 액화가스저장탱크의 압력 상승을 최소화 시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 공급펌프를 사용하지 않더라도 저압수요처인 보조보일러(Aux boiler)의 운전이 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 기본동작모드(Basic Operation Mode)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 자유흐름모드(Free-flow mode)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 기본동작모드(Basic Operation Mode)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 자유흐름모드(Free-flow mode)를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 기본동작모드(Basic Operation Mode)를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 자유흐름모드(Free-flow mode)를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 가스 처리 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 가스 처리 시스템과 이를 가지는 선박(상선, 해양플랜트, 해양구조물 등 대양에 위치할 수 있는 모든 구조물을 포괄)을 포함하는 것이다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)는 자연기화 또는 강제기화된 액화가스를 의미할 수 있다. 다만 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한 이하에서 액화가스는, 액체 상태 또는 자연기화되거나 강제기화된 기체 상태 등을 모두 포괄하는 용어로 사용될 수 있으며, 다만 증발가스는 액화가스 저장탱크(10) 내에서 자연기화된 가스를 의미하는 용어로 사용될 수 있음을 알려둔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스저장탱크(10), 공급펌프(20), 수요처(30), 열교환기(40), 열원공급부(50)를 포함한다.
액화가스저장탱크(10)는, 내부에 액화가스를 저장한다. 본 발명에서 액화가스저장탱크(10)는 액화가스를 수요처(30)의 연료로 저장하는 연료탱크일 수 있다. 액화가스저장탱크(10)는 액화가스를 화물로 저장하는 카고탱크일 수 있음은 물론이다.
액화가스를 액상으로 저장하기 위해 액화가스저장탱크(10)는 일정 이상의 단열 성능을 구현하는 단열벽 구조를 가질 수 있다. 액화가스저장탱크(10)는 종래에 널리 알려져 있는 탱크 타입으로 마련될 수 있으며, 그 타입을 특별히 한정하지 않을 수 있다.
본 실시예에서, 액화가스저장탱크(10)는 연료탱크를 포함하고, 연료탱크 이외에도 액화가스를 저장하는 다양한 타입의 탱크를 포괄하는 의미로 사용될 수 있다.
본 실시예는 액화가스저장탱크(10)의 내부에 저장된 액화가스 또는 액화가스저장탱크(10) 내부에서 자연 기화되는 증발가스를 수요처(30)의 연료로 사용할 수 있도록, 액화가스저장탱크(10)와 수요처(30) 사이에 공급라인이 마련될 수 있다.
여기서, 공급라인은 일단이 액화가스저장탱크(10)의 내부 하측까지 연장되어 공급펌프(20)에 연결되고 타단이 외부로 노출되는 액화가스공급라인(L1)과, 일단이 액화가스저장탱크(10)의 내부 상측까지 연장되고 타단이 외부로 노출되는 증발가스공급라인(L2)과, 액화가스공급라인(L1)의 타단과 증발가스공급라인(L2)의 타단에 연결되어 수요처(30)까지 연장되는 액화/증발가스공급라인(L3)으로 구분될 수 있다.
액화/증발가스공급라인(L3)은 액화가스공급라인(L1)을 통해 유동하는 액화가스 또는 증발가스공급라인(L2)을 통해 유동하는 증발가스를 수요처(30)로 공급하는 공통 통로로 사용될 수 있다. 액화/증발가스공급라인(L3) 상에는 열교환기(40)가 마련될 수 있다.
수요처(30)가 고압수요처(31)와 저압수요처(32)로 구분될 경우, 액화/증발가스공급라인(L3)으로부터 분지되는 제1분지라인(L4)이 고압수요처(31)에 연결되고, 액화/증발가스공급라인(L3)으로부터 분지되는 제2분지라인(L5)이 저압수요처(32)에 연결되도록 구성될 수 있다.
이러한 각 라인 상에는 적어도 하나의 밸브가 마련되어 액화가스와 증발가스를 선택적으로 수요처(30)에 공급할 수 있도록 한다.
액화가스저장탱크(10)의 내부에는 액화가스를 외부로 공급하기 위한 공급펌프(20)가 마련될 수 있다. 액화가스저장탱크(10)가 연료탱크일 경우 공급펌프(20)는 연료펌프일 수 있다.
공급펌프(20)는 액화가스저장탱크(10)의 내부 하측에 마련될 수 있으며, 액화가스를 수요처(30)의 연료로 공급할 수 있다. 공급펌프(20)는 액화가스공급라인(L1)에 연결되어 수요처(30)에서 요구하는 압력으로 액화가스를 가압하여 액화가스공급라인(L1)을 통해 수요처(30)로 공급할 수 있다.
수요처(30)는 선박의 추진을 위한 추진엔진을 포함하는 고압수요처(31)와, 발전을 위한 발전엔진, 히팅용 스팀을 생산하는 보조보일러 등을 포함하는 저압수요처(32)일 수 있으며, 그 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다.
고압수요처(31)로서의 추진엔진은 ME-GI, X-DF 등의 명칭으로 알려져 있는 엔진이나 LNG 선박과 같이 추진과 관련있는 터빈을 구동하는 메인보일러일 수 있다. 고압수요처(31)는 300bar 또는 17bar 등의 요구압력을 갖는 비교적 고압의 엔진일 수 있다.
저압수요처(32)로서의 발전엔진은 DFDE 등의 명칭으로 알려져 있는 엔진이 사용될 수 있으며, 10bar 등의 비교적 낮은 요구압력을 갖는 저압의 엔진일 수 있다.
또한, 저압수요처(32)로서의 보조보일러는 선박의 추진과 관련있는 것이 아니라 히팅용 스팀을 생산하는 등 선박의 추진과 직접 관련없는 보일러일 수 있다.
열교환기(40)는 수요처(30)로 공급되는 액화가스 또는 증발가스를 열원공급부(50)에서 공급되는 열원으로 가열하여 수요처(30)에서 요구하는 온도로 상승시킬 수 있다.
열원공급부(50)는 상대적으로 고온의 열원을 열교환기(40)에 공급하고 열교환기(40)를 경유한 상대적으로 저온의 열원을 배출하는 열원공급라인(L6)이 마련될 수 있다. 여기서, 열원은 글리콜 워터 또는 스팀일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
열교환기(40)는 액화/증발가스공급라인(L3)과 열원공급라인(L6) 상에 마련될 수 있으며, 액화/증발가스공급라인(L3)을 통해 유동하는 상대적으로 저온의 액화가스 또는 증발가스가 하나의 스트림(stream)을 이루고, 열원공급라인(L6)을 통해 유동하는 상대적으로 고온의 열원이 또 하나의 스트림을 이루는 2-스트림 열교환기일 수 있다.
즉, 열교환기(40)는 열원을 이용하여 액화가스 또는 증발가스를 수요처(30)에서 요구하는 온도로 가열시킬 수 있다.
상기한 본 실시예의 열교환기(40)는 충분히 액화가스와 증발가스를 모두를 기화(Vaporizing) 및 가열(Heating)시키는 기능을 동시에 수행할 수 있으며, 증기(Vapor)를 자유 흐름(Free Flow)으로 통과시키기 위해 작은 압력강하를 가질 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 작동을 도 2 및 도 3을 참고하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 기본동작모드(Basic Operation Mode)를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 자유흐름모드(Free-flow mode)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하여, 가스 처리 시스템(1)을 이용한 기본동작모드(Basic Operation Mode)를 설명하면 다음과 같다. 기본동작모드는 액화가스를 수요처(30)의 연료로 공급하는 모드일 수 있다.
액화가스저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 수요처(30)의 연료로 공급하기 위해, 공급펌프(20)를 가동시켜 액화가스를 액화가스공급라인(L1)을 통해 열교환기(40)로 공급하고, 동시에 열원공급부(50)를 가동시켜 열원을 열교환기(40)로 공급한다.
열교환기(40) 상류의 액화가스공급라인(L1) 상에 마련되는 제1공급밸브(V1)는 개방된 상태를 유지하고, 열교환기(40) 상류의 증발가스공급라인(L2) 상에 마련되는 제2공급밸브(V2)는 폐쇄된 상태를 유지한다. 그리고 열교환기(40) 상류의 열원공급라인(L6) 상에 마련되는 제5공급밸브(V5)는 개방된 상태를 유지한다.
열교환기(40)에서 열원에 의해 수요처(30)의 요구 온도로 가열된 액화가스는 액화/증발가스공급라인(L3)을 통해 수요처(30)로 공급된다.
기본동작모드에서는 수요처(30)를 이루는 고압수요처(31)와 저압수요처(32) 모두 또는 개별적으로 연료를 공급할 수 있는데, 고압수요처(31)로서의 추진엔진에 연결되는 제1분지라인(L4) 상에 마련되는 제3공급밸브(V3)와 저압수요처(32)로서의 발전엔진 또는 보조보일러에 연결되는 제2분지라인(L5) 상에 마련되는 제4공급밸브(V4)를 적어도 하나 개방시킴에 의해 모두 또는 개별적으로 연료 공급을 가능하게 한다.
도 3을 참고하여, 가스 처리 시스템(1)을 이용한 자유흐름모드(Free-flow mode)를 설명하면 다음과 같다. 자유흐름모드는 증발가스를 수요처(30)의 연료로 공급하는 모드일 수 있다.
액화가스저장탱크(10) 내부에서 자연 기화된 증발가스는 액화가스저장탱크(10)의를 내부 압력에 의해 증발가스공급라인(L2)을 통해 열교환기(40)로 공급되고, 동시에 열원공급부(50)를 가동시켜 열원을 열교환기(40)로 공급한다.
열교환기(40) 상류의 증발가스공급라인(L2) 상에 마련되는 제2공급밸브(V2)는 개방된 상태를 유지하고, 열교환기(40) 상류의 액화가스공급라인(L1) 상에 마련되는 제1공급밸브(V1)는 폐쇄된 상태를 유지한다. 그리고 열교환기(40) 상류의 열원공급라인(L6) 상에 마련되는 제5공급밸브(V5)는 개방된 상태를 유지한다.
열교환기(40)에서 열원에 의해 수요처(30)의 요구 온도로 가열된 증발가스는 액화/증발가스공급라인(L3)을 통해 수요처(30)로 공급된다.
자유흐름모드에서는, 기본동작모드와 달리 수요처(30)를 이루는 고압수요처(31)와 저압수요처(32) 중에서 요구압력이 비교적 고압인 추진엔진을 포함하는 고압수요처(31)에는 연료를 공급하지 않고, 요구압력이 비교적 저압인 발전엔진, 보조보일러 등의 저압수요처(32)에는 연료를 공급할 수 있다. 이에 따라 고압수요처(31)에 연결되는 제1분지라인(L4) 상에 마련되는 제3공급밸브(V3)는 폐쇄된 상태를 유지하고, 저압수요처(32)에 연결되는 제2분지라인(L5) 상에 마련되는 제4공급밸브(V4)는 개방되어 연료 공급을 가능하게 한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스저장탱크(10), 공급펌프(20), 수요처(30), 열교환기(40), 열원공급부(50), 제1혼합기(60), 제2혼합기(70)를 포함한다. 본 실시예는 앞선 실시예 대비 제1,2혼합기(60, 70)가 더 포함할 수 있으며, 배관 설비 또한 다를 수 있다.
제1혼합기(60)는 열교환기(40)에서 가열된 액화가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 높을 경우에 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 액화가스를 혼합시켜 수요처(30)에서 요구하는 온도가 되도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
제1혼합기(60)는 열교환기(40)와 수요처(30) 사이의 액화/증발가스공급라인(L3) 상에 마련될 수 있다.
구체적으로, 제1혼합기(60)는 열교환기(40) 하류의 액화/증발가스공급라인(L3) 상에 마련되되, 고압수요처(31)에 연결되는 제1분지라인(L4)과 저압수요처(32)에 연결되는 제2분지라인(L5) 각각이 액화/증발가스공급라인(L3)으로부터 분지되는 지점의 하류에 마련될 수 있다. 즉, 제1혼합기(60)는 서로 다른 온도의 액화가스가 혼합된 혼합가스가 고압수요처(31), 저압수요처(32) 모두의 연료로 공급될 수 있도록 마련된다.
액화가스저장탱크(10)로부터 배출되어 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 액화가스를 제1혼합기(60)에 공급할 수 있도록 제1바이패스라인(LB1)이 마련될 수 있다.
제1바이패스라인(LB1)은 일단이 열교환기(40) 상류의 액화/증발가스공급라인(L3)에 연결되고, 타단이 제1혼합기(60)에 연결될 수 있다.
제1바이패스라인(LB1) 상에는 제1바이패스밸브(VB1)가 마련될 수 있으며, 이때 제1바이패스밸브(VB1)는 제1혼합기(60)로 공급되는 액화가스의 유량을 조절할 수 있다. 또한, 제1바이패스라인(LB1)의 일단이 연결되는 지점과 열교환기(40) 사이의 액화/증발가스공급라인(L3) 상에는 제6공급밸브(V6)가 마련될 수 있으며, 이때 제6공급밸브(V6)는 열교환기(40)로 공급되는 액화가스의 유량을 조절할 수 있다. 즉, 제1바이패스밸브(VB1)와 제6공급밸브(V6)는 제1혼합기(60)에서 혼합된 액화가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도로 되도록 하면서, 수요처(30)에서 요구하는 연료가스량 또한 조절할 수 있게 한다.
제2혼합기(70)는 열교환기(40)에서 가열된 증발가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 높을 경우에 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 증발가스를 혼합시켜 수요처(30)에서 요구하는 온도가 되도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
제2혼합기(70)는 열교환기(40)와 수요처(30) 사이의 액화/증발가스공급라인(L3) 상에 마련될 수 있다.
구체적으로, 제2혼합기(70)는 열교환기(40) 하류의 액화/증발가스공급라인(L3) 상에 마련되되, 고압수요처(31)에 연결되는 제1분지라인(L4)이 액화/증발가스공급라인(L3)으로부터 분지되는 지점의 하류와, 저압수요처(32)에 연결되는 제2분지라인(L5)이 액화/증발가스공급라인(L3)으로부터 분지되는 지점의 상류 사이에 마련될 수 있다. 즉, 제2혼합기(70)는 서로 다른 온도의 증발가스가 혼합된 혼합가스가 고압수요처(31)의 연료로 공급되지 않고 저압수요처(32)의 연료로만 공급될 수 있도록 마련된다.
액화가스저장탱크(10)로부터 배출되어 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 증발가스를 제2혼합기(70)에 공급할 수 있도록 제2바이패스라인(LB2)이 마련될 수 있다.
제2바이패스라인(LB2)은 일단이 열교환기(40) 상류의 액화/증발가스공급라인(L3)에 연결되고, 타단이 제2혼합기(70)에 연결될 수 있다.
제2바이패스라인(LB2) 상에는 제2바이패스밸브(VB2)가 마련될 수 있으며, 이때 제2바이패스밸브(VB2)는 제2혼합기(70)로 공급되는 증발가스의 유량을 조절할 수 있다. 또한, 제2바이패스라인(LB2)의 일단이 연결되는 지점과 열교환기(40) 사이의 액화/증발가스공급라인(L3) 상에는 상기한 제6공급밸브(V6)가 마련될 수 있으며, 이때 제6공급밸브(V6)는 열교환기(40)로 공급되는 증발가스의 유량을 조절할 수 있다. 즉, 제2바이패스밸브(VB2)와 제6공급밸브(V6)는 제2혼합기(70)에서 혼합된 증발가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도로 되도록 하면서, 수요처(30)에서 요구하는 연료가스량 또한 조절할 수 있게 한다.
본 실시예는 앞선 실시예 대비 열교환기(40) 상류의 열원공급라인(L6) 상에 마련되는 제5공급밸브(V5)를 우회하는 제3바이패스라인(LB3)이 더 마련될 수 있다. 제3바이패스라인(LB3) 상에는 제3바이패스밸브(VB3)가 마련될 수 있다.
상기에서, 제5공급밸브(V5)와 제3바이패스밸브(VB3)의 크기는 다를 수 있다.
제5공급밸브(V5)는 앞선 실시예에서도 설명한 바와 같이 열원을 열교환기(40)로 공급하여 액화가스 또는 증발가스를 수요처(30)에서 요구하는 온도가 되도록 하는데, 열교환기(40)로 공급되는 액화가스의 온도와 증발가스의 온도가 다르므로 제5공급밸브(V5)를 통해 열교환기(40)로 공급되는 열원의 공급량 또한 다르게 제어해야 하는 어려움이 있다. 특히 열원으로 스팀을 사용할 경우에는 열원 공급량 제어가 더욱 어렵다.
본 실시예에서는 이러한 유량 제어를 용이하게 하기 위해 제5공급밸브(V5)를 상대적으로 저온인 액화가스의 열교환용으로 하고, 제3바이패스밸브(VB3)를 상대적으로 고온인 증발가스의 열교환용으로 할 수 있도록, 제3바이패스밸브(VB3)의 크기를 제5공급밸브(V5) 보다 상대적으로 작게 한다.
이를 통해 본 실시예는, 열교환기(40)에서 액화가스 또는 증발가스를 가열하는 열원으로 스팀을 사용할 경우에 제3바이패스라인(LB3)에 마련되는 제3바이패스밸브(VB3)의 크기와 열원공급라인(L6)에 마련되는 제5공급밸브(V5)의 크기를 다르게 하여 연료가스로 액화가스 또는 증발가스를 사용할 때 선택적으로 사용할 수 있도록 구성함으로써, 턴다운 비율(Turndown ratio)를 최대한 작게 가져갈 수 있어, 시스템의 제어 측면에서 안정적이고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 작동을 도 5 및 도 6을 참고하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 기본동작모드(Basic Operation Mode)를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 자유흐름모드(Free-flow mode)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참고하여, 가스 처리 시스템(1)을 이용한 기본동작모드(Basic Operation Mode)를 설명하면 다음과 같다. 기본동작모드는 액화가스를 수요처(30)의 연료로 공급하는 모드일 수 있다.
액화가스저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 수요처(30)의 연료로 공급하기 위해, 공급펌프(20)를 가동시켜 액화가스를 액화가스공급라인(L1)을 통해 열교환기(40)로 공급하고, 동시에 열원공급부(50)를 가동시켜 열원을 열교환기(40)로 공급한다.
액화가스공급라인(L1) 상에 마련되는 제1공급밸브(V1)는 개방된 상태를 유지하고, 증발가스공급라인(L2) 상에 마련되는 제2공급밸브(V2)는 폐쇄된 상태를 유지하고, 액화/증발가스공급라인(L3) 상에 마련되는 제6공급밸브(V6)는 개방된 상태를 유지한다. 그리고 열원공급라인(L6) 상에 마련되는 제5공급밸브(V5)는 개방된 상태를 유지하고, 제3바이패스라인(LB3) 상에 마련되는 제3바이패스밸브(VB3)는 폐쇄된 상태를 유지한다.
이때, 제1바이패스라인(LB1) 상에 마련되는 제1바이패스밸브(VB1)는 개방된 상태 또는 폐쇄된 상태일 수 있고, 제2바이패스라인(LB2) 상에 마련되는 제2바이패스밸브(VB2)는 폐쇄된 상태를 유지한다.
즉, 제6공급밸브(V6)를 통해 열교환기(40)로 공급된 액화가스가 수요처(30)에서 요구하는 온도로 정상 가열될 경우에는 제1바이패스밸브(VB1)는 폐쇄된 상태를 유지하고, 액화가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 낮을 경우에는 제1바이패스밸브(VB1)를 개방시키되 제1혼합기(60)에서의 혼합가스(온도가 상이한 액화가스)가 수요처(30)에서 요구하는 온도가 되도록 개도가 조절될 수 있다. 제1바이패스밸브(VB1)가 개방되면, 제6공급밸브(V6)는 수요처(30)에서 요구하는 연료가스량을 맞추기 위해 개도를 조절하여 유량이 적게 되도록 한다. 이로써, 제1바이패스밸브(VB1)와 제6공급밸브(V6)는 제1혼합기(60)에서 혼합된 액화가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도로 되도록 하면서, 수요처(30)에서 요구하는 연료가스량 또한 조절할 수 있다.
열교환기(40)에서 열원에 의해 가열된 액화가스는 제1혼합기(60)를 통해 수요처(30)로 공급되되, 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 높을 경우 제1바이패스라인(LB1)을 통해 공급되는 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 액화가스와 제1혼합기(60)에서 혼합되어 수요처(30)로 공급될 수 있다.
기본동작모드에서는 수요처(30)를 이루는 고압수요처(31)와 저압수요처(32) 모두 또는 개별적으로 연료를 공급할 수 있는데, 고압수요처(31)로서의 추진엔진에 연결되는 제1분지라인(L4) 상에 마련되는 제3공급밸브(V3)와 저압수요처(32)로서의 발전엔진 또는 보조보일러에 연결되는 제2분지라인(L5) 상에 마련되는 제4공급밸브(V4)를 적어도 하나 개방시킴에 의해 모두 또는 개별적으로 연료 공급을 가능하게 한다.
도 6을 참고하여, 가스 처리 시스템(1)을 이용한 자유흐름모드(Free-flow mode)를 설명하면 다음과 같다. 자유흐름모드는 증발가스를 수요처(30)의 연료로 공급하는 모드일 수 있다.
액화가스저장탱크(10) 내부에서 자연 기화된 증발가스는 액화가스저장탱크(10)의를 내부 압력에 의해 증발가스공급라인(L2)을 통해 열교환기(40)로 공급되고, 동시에 열원공급부(50)를 가동시켜 열원을 열교환기(40)로 공급한다.
증발가스공급라인(L2) 상에 마련되는 제2공급밸브(V2)는 개방된 상태를 유지하고, 액화가스공급라인(L1) 상에 마련되는 제1공급밸브(V1)는 폐쇄된 상태를 유지하고, 액화/증발가스공급라인(L3) 상에 마련되는 제6공급밸브(V6)는 개방된 상태를 유지한다. 그리고 제3바이패스라인(LB3) 상에 마련되는 제3바이패스밸브(VB3)는 개방된 상태를 유지하고, 열원공급라인(L6) 상에 마련되는 제5공급밸브(V5)는 폐쇄된 상태를 유지한다.
이때, 제2바이패스라인(LB2) 상에 마련되는 제2바이패스밸브(VB2)는 개방된 상태 또는 폐쇄된 상태일 수 있고, 제1바이패스라인(LB1) 상에 마련되는 제1바이패스밸브(VB1)는 폐쇄된 상태를 유지한다.
즉, 제6공급밸브(V6)를 통해 열교환기(40)로 공급된 증발가스가 수요처(30)에서 요구하는 온도로 정상 가열될 경우에는 제2바이패스밸브(VB2)는 폐쇄된 상태를 유지하고, 증발가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 낮을 경우에는 제2바이패스밸브(VB2)를 개방시키되 제2혼합기(70)에서의 혼합가스(온도가 상이한 증발가스)가 수요처(30)에서 요구하는 온도가 되도록 개도가 조절될 수 있다.
제2바이패스밸브(VB2)가 개방되면, 제6공급밸브(V6)는 수요처(30)에서 요구하는 연료가스량을 맞추기 위해 개도를 조절하여 유량이 적게 되도록 한다. 이로써, 제2바이패스밸브(VB2)와 제6공급밸브(V6)는 제2혼합기(70)에서 혼합된 증발가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도로 되도록 하면서, 수요처(30)에서 요구하는 연료가스량 또한 조절할 수 있다.
열교환기(40)에서 열원에 의해 가열된 증발가스는 제2혼합기(70)를 통해 수요처(30)로 공급되되, 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 높을 경우 제2바이패스라인(LB2)을 통해 공급되는 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 증발가스와 제2혼합기(70)에서 혼합되어 수요처(30)로 공급될 수 있다.
자유흐름모드에서는, 기본동작모드와 달리 수요처(30)를 이루는 고압수요처(31)와 저압수요처(32) 중에서 요구압력이 비교적 고압인 추진엔진을 포함하는 고압수요처(31)에는 연료를 공급하지 않고, 요구압력이 비교적 저압인 발전엔진, 보조보일러 등의 저압수요처(32)에는 연료를 공급할 수 있다. 이에 따라 고압수요처(31)에 연결되는 제1분지라인(L4) 상에 마련되는 제3공급밸브(V3)는 폐쇄된 상태를 유지하고, 저압수요처(32)에 연결되는 제2분지라인(L5) 상에 마련되는 제4공급밸브(V4)는 개방되어 연료 공급을 가능하게 한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스저장탱크(10), 공급펌프(20), 수요처(30), 열교환기(40), 열원공급부(50), 제1혼합기(60), 제2혼합기(70)를 포함한다. 본 실시예는 앞선 실시예 대비 열교환기(40)가 3-스트림 열교환기인 것이 다를 수 있으며, 배관 설비 또한 다를 수 있다.
본 실시예의 열교환기(40)는 액화가스공급라인(L1), 증발가스공급라인(L2), 열원공급라인(L6) 상에 마련되어 3-스트림을 이루는 열교환기일 수 있다.
즉, 앞선 실시예의 열교환기(40)는 액화/증발가스공급라인(L3)을 통해 유동하는 액화가스 또는 증발가스가 하나의 스트림(stream)을 이루고, 열원공급라인(L6)을 통해 유동하는 열원이 또 하나의 스트림을 이루는 2-스트림 열교환기였다면, 본 실시예의 열교환기(40)는 액화가스공급라인(L1)을 통해 유동하는 액화가스가 하나의 스트림(stream)을 이루고, 증발가스공급라인(L2)을 통해 유동하는 증발가스가 또 하나의 스트림을 이루고, 열원공급라인(L6)을 통해 유동하는 열원이 또 다른 하나의 스트림을 이루는 3-스트림 열교환기이다.
액화가스공급라인(L1)은 일단이 액화가스저장탱크(10)의 내부 하측까지 연장되어 공급펌프(20)에 연결되고 타단이 외부로 연장되어 고압수요처(31) 및 저압수요처(32)에 연결될 수 있다. 본 실시예의 열교환기(40)가 3-스트림 열교환기로 구성됨에 따라 액화가스공급라인(L1) 상에는 열교환기(40)가 마련될 수 있다.
증발가스공급라인(L2)은 일단이 액화가스저장탱크(10)의 내부 상측까지 연장되고 타단이 외부로 연장되어 저압수요처(32)에 연결될 수 있다. 본 실시예의 열교환기(40)가 3-스트림 열교환기로 구성됨에 따라 증발가스공급라인(L2) 상에는 열교환기(40)가 마련될 수 있다.
열원공급라인(L6)은 열원공급부(50)에 연결되어 상대적으로 고온의 열원을 열교환기(40)에 공급하고 열교환기(40)를 경유한 상대적으로 저온의 열원을 배출할 수 있다. 본 실시예의 열교환기(40)가 3-스트림 열교환기로 구성됨에 따라 증발가스공급라인(L2) 상에는 열교환기(40)가 마련될 수 있다.
본 실시예에서는 앞선 실시예와 같이 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 제1,2혼합기(60, 70)가 마련되되, 앞선 실시예와 달리 액화가스와 증발가스가 유동하는 통로로서 액화/증발가스공급라인(L3)을 공통으로 사용하는 것이 아니라, 액화가스공급라인(L1)과 증발가스공급라인(L2)이 개별적으로 구성됨으로써, 제1혼합기(60)가 열교환기(40)와 수요처(30) 사이의 액화가스공급라인(L1) 상에 마련되고, 제2혼합기(70)가 열교환기(40)와 수요처(30) 사이의 증발가스공급라인(L2) 상에 마련될 수 있다.
제1혼합기(60)는 열교환기(40)에서 가열된 액화가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 높을 경우에 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 액화가스를 혼합시켜 수요처(30)에서 요구하는 온도가 되도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 제1혼합기(60)는 열교환기(40) 하류의 액화가스공급라인(L1) 상에 마련되되, 고압수요처(31)에 연결되는 제1분지라인(L4)과 저압수요처(32)에 연결되는 제2분지라인(L5) 각각이 액화가스공급라인(L1)으로부터 분지되는 지점의 하류에 마련될 수 있다. 즉, 제1혼합기(60)는 서로 다른 온도의 액화가스가 혼합된 혼합가스가 고압수요처(31), 저압수요처(32) 모두의 연료로 공급될 수 있도록 마련된다.
액화가스저장탱크(10)로부터 배출되어 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 액화가스를 제1혼합기(60)에 공급할 수 있도록 제1바이패스라인(LB1)이 마련될 수 있다.
제1바이패스라인(LB1)은 일단이 열교환기(40) 상류의 액화가스공급라인(L1)에 연결되고, 타단이 제1혼합기(60)에 연결될 수 있다.
제1바이패스라인(LB1) 상에는 제1바이패스밸브(VB1)가 마련될 수 있으며, 이때 제1바이패스밸브(VB1)는 제1혼합기(60)로 공급되는 액화가스의 유량을 조절할 수 있다.
본 실시예는 앞선 실시예와 달리 액화가스공급라인(L1)과 증발가스공급라인(L2)이 개별적으로 구성됨으로써, 열교환기(40)로 공급되는 액화가스의 유량을 조절하는 제6공급밸브(V6)를 생략할 수 있고, 대신에 일단이 제1공급밸브(V1) 상류의 액화가스공급라인(L1)에 연결되도록 하여 제1공급밸브(V1)에 의해 열교환기(40)로 공급되는 액화가스의 유량을 조절할 수 있다.
이로써, 제1바이패스밸브(VB1)와 제1공급밸브(V1)는 제1혼합기(60)에서 혼합된 액화가스의 온도가 고압수요처(31) 또는 저압수요처(32)에서 요구하는 온도로 되도록 하면서, 고압수요처(31) 또는 저압수요처(32)에서 요구하는 연료가스량 또한 조절할 수 있게 한다.
제2혼합기(70)는 열교환기(40)에서 가열된 증발가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 높을 경우에 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 증발가스를 혼합시켜 수요처(30)에서 요구하는 온도가 되도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 제2혼합기(70)는 열교환기(40) 하류의 증발가스공급라인(L2) 상에 마련되되, 저압수요처(32)에 연결되는 제2분지라인(L5)이 증발가스공급라인(L2)으로부터 분지되는 지점과 열교환기(40) 사이에 마련될 수 있다. 즉, 제2혼합기(70)는 서로 다른 온도의 증발가스가 혼합된 혼합가스가 고압수요처(31)의 연료로 공급되지 않고 저압수요처(32)의 연료로만 공급될 수 있도록 마련된다.
액화가스저장탱크(10)로부터 배출되어 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 증발가스를 제2혼합기(70)에 공급할 수 있도록 제2바이패스라인(LB2)이 마련될 수 있다.
제2바이패스라인(LB2)은 일단이 열교환기(40) 상류의 증발가스공급라인(L2)에 연결되고, 타단이 제2혼합기(70)에 연결될 수 있다.
제2바이패스라인(LB2) 상에는 제2바이패스밸브(VB2)가 마련될 수 있으며, 이때 제2바이패스밸브(VB2)는 제2혼합기(70)로 공급되는 증발가스의 유량을 조절할 수 있다. 본 실시예는 앞선 실시예와 달리 액화가스공급라인(L1)과 증발가스공급라인(L2)이 개별적으로 구성됨으로써, 열교환기(40)로 공급되는 증발가스의 유량을 조절하는 제6공급밸브(V6)를 생략할 수 있고, 대신에 일단이 제2공급밸브(V2) 상류의 증발가스공급라인(L2)에 연결되도록 하여 제2공급밸브(V2)에 의해 열교환기(40)로 공급되는 증발가스의 유량을 조절할 수 있다.
이로써, 제2바이패스밸브(VB2)와 제2공급밸브(V2)는 제2혼합기(70)에서 혼합된 증발가스의 온도가 저압수요처(32)에서 요구하는 온도로 되도록 하면서, 저압수요처(32)에서 요구하는 연료가스량 또한 조절할 수 있게 한다.
본 실시예는 앞선 실시예와 달리 액화가스공급라인(L1)과 증발가스공급라인(L2)이 개별적으로 구성됨으로써, 제2분지라인(L5)이 액화/증발가스공급라인(L3)으로부터 분지되는 것이 아니라, 액화가스공급라인(L1)과 증발가스공급라인(L2)이 연결되는 지점으로부터 분지될 수 있다. 이러한 제2분지라인(L5)이 분지되는 지점과 제2혼합기(70) 사이의 증발가스공급라인(L2) 상에는 제7공급밸브(V7)가 마련될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제3실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 작동을 도 8 및 도 9를 참고하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 기본동작모드(Basic Operation Mode)를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 자유흐름모드(Free-flow mode)를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참고하여, 가스 처리 시스템(1)을 이용한 기본동작모드(Basic Operation Mode)를 설명하면 다음과 같다. 기본동작모드는 액화가스를 수요처(30)의 연료로 공급하는 모드일 수 있다.
액화가스저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 수요처(30)의 연료로 공급하기 위해, 공급펌프(20)를 가동시켜 액화가스를 액화가스공급라인(L1)을 통해 열교환기(40)로 공급하고, 동시에 열원공급부(50)를 가동시켜 열원을 열교환기(40)로 공급한다.
액화가스공급라인(L1) 상에 마련되는 제1공급밸브(V1)는 개방된 상태를 유지하고, 증발가스공급라인(L2) 상에 마련되는 제2공급밸브(V2)는 폐쇄된 상태를 유지한다. 그리고 열원공급라인(L6) 상에 마련되는 제5공급밸브(V5)는 개방된 상태를 유지하고, 제3바이패스라인(LB3) 상에 마련되는 제3바이패스밸브(VB3)는 폐쇄된 상태를 유지한다.
이때, 제1바이패스라인(LB1) 상에 마련되는 제1바이패스밸브(VB1)는 개방된 상태 또는 폐쇄된 상태일 수 있고, 제2바이패스라인(LB2) 상에 마련되는 제2바이패스밸브(VB2)는 폐쇄된 상태를 유지한다.
즉, 제1공급밸브(V1)를 통해 열교환기(40)로 공급된 액화가스가 수요처(30)에서 요구하는 온도로 정상 가열될 경우에는 제1바이패스밸브(VB1)는 폐쇄된 상태를 유지하고, 액화가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 낮을 경우에는 제1바이패스밸브(VB1)를 개방시키되 제1혼합기(60)에서의 혼합가스(온도가 상이한 액화가스)가 수요처(30)에서 요구하는 온도가 되도록 개도가 조절될 수 있다.
제1바이패스밸브(VB1)가 개방되면, 제1공급밸브(V1)는 수요처(30)에서 요구하는 연료가스량을 맞추기 위해 개도를 조절하여 유량이 적게 되도록 한다. 이로써, 제1바이패스밸브(VB1)와 제1공급밸브(V1)는 제1혼합기(60)에서 혼합된 액화가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도로 되도록 하면서, 수요처(30)에서 요구하는 연료가스량 또한 조절할 수 있다.
열교환기(40)에서 열원에 의해 가열된 액화가스는 제1혼합기(60)를 통해 수요처(30)로 공급되되, 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 높을 경우 제1바이패스라인(LB1)을 통해 공급되는 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 액화가스와 제1혼합기(60)에서 혼합되어 수요처(30)로 공급될 수 있다.
기본동작모드에서는 수요처(30)를 이루는 고압수요처(31)와 저압수요처(32) 모두 또는 개별적으로 연료를 공급할 수 있는데, 고압수요처(31)로서의 추진엔진에 연결되는 제1분지라인(L4) 상에 마련되는 제3공급밸브(V3)와 저압수요처(32)로서의 발전엔진 또는 보조보일러에 연결되는 제2분지라인(L5) 상에 마련되는 제4공급밸브(V4)를 적어도 하나 개방시킴에 의해 모두 또는 개별적으로 연료 공급을 가능하게 한다.
도 9를 참고하여, 가스 처리 시스템(1)을 이용한 자유흐름모드(Free-flow mode)를 설명하면 다음과 같다. 자유흐름모드는 증발가스를 수요처(30)의 연료로 공급하는 모드일 수 있다.
액화가스저장탱크(10) 내부에서 자연 기화된 증발가스는 액화가스저장탱크(10)의를 내부 압력에 의해 증발가스공급라인(L2)을 통해 열교환기(40)로 공급되고, 동시에 열원공급부(50)를 가동시켜 열원을 열교환기(40)로 공급한다.
증발가스공급라인(L2) 상에 마련되는 제2공급밸브(V2)는 개방된 상태를 유지하고, 액화가스공급라인(L1) 상에 마련되는 제1공급밸브(V1)는 폐쇄된 상태를 유지한다. 그리고 제3바이패스라인(LB3) 상에 마련되는 제3바이패스밸브(VB3)는 개방된 상태를 유지하고, 열원공급라인(L6) 상에 마련되는 제5공급밸브(V5)는 폐쇄된 상태를 유지한다.
이때, 제2바이패스라인(LB2) 상에 마련되는 제2바이패스밸브(VB2)는 개방된 상태 또는 폐쇄된 상태일 수 있고, 제1바이패스라인(LB1) 상에 마련되는 제1바이패스밸브(VB1)는 폐쇄된 상태를 유지한다.
즉, 제2공급밸브(V2)를 통해 열교환기(40)로 공급된 증발가스가 수요처(30)에서 요구하는 온도로 정상 가열될 경우에는 제2바이패스밸브(VB2)는 폐쇄된 상태를 유지하고, 증발가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 낮을 경우에는 제2바이패스밸브(VB2)를 개방시키되 제2혼합기(70)에서의 혼합가스(온도가 상이한 증발가스)가 수요처(30)에서 요구하는 온도가 되도록 개도가 조절될 수 있다. 제2바이패스밸브(VB2)가 개방되면, 제2공급밸브(V2)는 수요처(30)에서 요구하는 연료가스량을 맞추기 위해 개도를 조절하여 유량이 적게 되도록 한다. 이로써, 제2바이패스밸브(VB2)와 제2공급밸브(V2)는 제2혼합기(70)에서 혼합된 증발가스의 온도가 수요처(30)에서 요구하는 온도로 되도록 하면서, 수요처(30)에서 요구하는 연료가스량 또한 조절할 수 있다.
열교환기(40)에서 열원에 의해 가열된 증발가스는 제2혼합기(70)를 통해 수요처(30)로 공급되되, 수요처(30)에서 요구하는 온도보다 높을 경우 제2바이패스라인(LB2)을 통해 공급되는 열교환기(40)를 경유하지 않은 상대적으로 저온의 증발가스와 제2혼합기(70)에서 혼합되어 수요처(30)로 공급될 수 있다.
자유흐름모드에서는, 기본동작모드와 달리 수요처(30)를 이루는 고압수요처(31)와 저압수요처(32) 중에서 요구압력이 비교적 고압인 추진엔진을 포함하는 고압수요처(31)에는 연료를 공급하지 않고, 요구압력이 비교적 저압인 발전엔진, 보조보일러 등의 저압수요처(32)에는 연료를 공급할 수 있다. 이에 따라 고압수요처(31)에 연결되는 제1분지라인(L4) 상에 마련되는 제3공급밸브(V3)는 폐쇄된 상태를 유지하고, 저압수요처(32)에 연결되는 제2분지라인(L5) 상에 마련되는 제4공급밸브(V4)는 개방되어 연료 공급을 가능하게 한다. 제7공급밸브(V7) 역시 개방된 상태를 유지한다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예들로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 액화가스 또는 증발가스를 수요처(30)의 연료로 공급함에 있어서, 수요처(30)에서 요구하는 온도로 가열하는 열교환기(40)를 액화가스공급라인(L1) 또는 증발가스공급라인(L2) 각각에 개별적으로 설치하지 않고 하나의 열교환기(40)로 연료 공급을 할 수 있도록 구성함으로써, 시스템 구축 비용을 대폭 절감하고 운영 비용을 크게 절약할 수 있다.
또한, 본 실시예는, 열교환기(40)에서 액화가스 또는 증발가스를 가열하는 열원으로 스팀을 사용할 경우에 제3바이패스라인(LB3)에 마련되는 제3바이패스밸브(VB3)의 크기와 열원공급라인(L6)에 마련되는 제5공급밸브(V5)의 크기를 다르게 하여 연료가스로 액화가스 또는 증발가스를 사용할 때 선택적으로 사용할 수 있도록 구성함으로써, 턴다운 비율(Turndown ratio)를 최대한 작게 가져갈 수 있어, 시스템의 제어 측면에서 안정적이고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는, 액화가스저장탱크(10)로부터 수요처(30)로 연료로 공급되는 액화가스 또는 증발가스의 일부가 열교환기(40)를 우회할 수 있도록 제1,2바이패스라인(LB1, LB2)을 구축함으로써, 액화가스 또는 증발가스가 액화가스저장탱크(10)로의 재순환(Recirculation)을 최소화 시킬 수 있어, 액화가스저장탱크(10)의 압력 상승을 최소화 시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는, 공급펌프(20)를 사용하지 않더라도 저압수요처(32)인 보조보일러(Aux boiler)의 운전이 가능하도록 할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 가스 처리 시스템 10: 액화가스저장탱크
20: 공급펌프 30: 수요처
31: 고압수요처 32: 저압수요처
40: 열교환기 50: 열원공급부
60: 제1혼합기 70: 제2혼합기
L1: 액화가스공급라인 L2: 증발가스공급라인
L3: 액화/증발가스공급라인 L4: 제1분지라인
L5: 제2분지라인 L6: 열원공급라인
LB1: 제1바이패스라인 LB2: 제2바이패스라인
LB3: 제3바이패스라인 V1: 제1공급밸브
V2: 제2공급밸브 V3: 제3공급밸브
V4: 제4공급밸브 V5: 제5공급밸브
V6: 제6공급밸브 V7: 제7공급밸브
VB1: 제1바이패스밸브 VB2: 제2바이패스밸브
VB3: 제3바이패스밸브

Claims (6)

  1. 내부에 액화가스를 저장하며, 공급펌프가 마련되는 액화가스저장탱크;
    액화가스 또는 증발가스를 연료로 사용하는 수요처;
    액화가스 또는 증발가스를 상기 수요처에서 요구하는 온도로 가열하는 열교환기; 및
    상기 열교환기에 열원을 공급하는 열원공급부를 포함하고,
    상기 열교환기는,
    액화가스공급라인, 증발가스공급라인, 열원공급라인 상에 마련되어, 상기 액화가스공급라인을 통해 유동하는 액화가스가 하나의 스트림을 이루고, 상기 증발가스공급라인을 통해 유동하는 증발가스가 또 하나의 스트림을 이루고, 상기 열원공급라인을 통해 유동하는 열원이 또 다른 하나의 스트림을 이루는 3-스트림 열교환기인 것을 특징으로 하며,
    상기 수요처는,
    선박의 추진을 위한 추진엔진을 포함하는 고압수요처; 및
    발전을 위한 발전엔진, 히팅용 스팀을 생산하는 보조보일러을 포함하는 저압수요처를 포함하고,
    상기 액화가스공급라인은, 일단이 상기 액화가스저장탱크의 내부 하측까지 연장되어 상기 공급펌프에 연결되고 타단이 외부로 연장되어 상기 고압수요처 및 저압수요처에 연결되고,
    상기 증발가스공급라인은, 일단이 상기 액화가스저장탱크의 내부 상측까지 연장되고 타단이 외부로 연장되어 상기 저압수요처에 연결되며,
    상기 액화가스공급라인과 상기 증발가스공급라인이 개별적으로 구성되고,
    상기 수요처와 상기 열교환기 사이의 상기 액화가스공급라인 상에 마련되며, 상기 열교환기에서 가열된 액화가스의 온도가 상기 수요처에서 요구하는 온도보다 높을 경우에 상기 수요처에서 요구하는 온도가 되도록 상기 열교환기를 경유하지 않은 액화가스를 제1바이패스라인을 통해 공급받는 제1혼합기; 및
    상기 수요처와 상기 열교환기 사이의 상기 증발가스공급라인 상에 마련되며, 상기 열교환기에서 가열된 증발가스의 온도가 상기 수요처에서 요구하는 온도보다 높을 경우에 상기 수요처에서 요구하는 온도가 되도록 상기 열교환기를 경유하지 않은 증발가스를 제2바이패스라인을 통해 공급받는 제2혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 열원공급부는,
    상기 열교환기 상류의 상기 열원공급라인 상에 마련되는 공급밸브;
    상기 공급밸브를 우회하는 제3바이패스라인; 및
    상기 제3바이패스라인 상에 마련되는 바이패스밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공급밸브는, 상기 열교환기에서 액화가스를 가열할 때 개방되고,
    상기 바이패스밸브는, 상기 열교환기에서 증발가스를 가열할 때 개방되고,
    상기 바이패스밸브는, 상기 공급밸브보다 상대적으로 크기가 작은 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  6. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 상기 가스 처리 시스템이 구비되는 것을 특징으로 하는 선박.
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