KR102387174B1

KR102387174B1 - 익스펜더를 활용한 ｂｏｇ 관리 최적화 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102387174B1
Application number: KR1020170175185A
Authority: KR
Inventors: 나지훈; 박종현; 김남수; 권은현
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2022-04-15
Also published as: KR20190073928A

Abstract

본 발명은 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 액화천연가스(LNG) 화물을 저장하고 있으며, 상기 액화천연가스(LNG)와 BOG가 상존하는 카고 탱크(Cargo tank); 상기 카고 탱크(Cargo tank) 내에 마련되며, 액화천연가스(LNG)를 외부로 공급해주는 피드 펌프(LNG Feed pump); 상기 피드 펌프를 통해 공급되는 액화천연가스(LNG)를 HP 펌프를 통해 HP 기화부로 공급시키고, BOG를 액상형태로 변환시켜 HP 펌프를 통해 HP 기화부로 공급시키는 리콘덴서(Recondenser); 상기 HP 펌프를 통해 공급된 액화천연스(LNG)를 히팅 매체(Heating medium)와 열교환시켜 고압의 천연가스(NG)로 변환시켜 토출시키는 HP 기화부; 상기 HP 기화부에서 토출되는 고압의 천연가스의 압력을 미리 설정된 압력으로 조정하는 압력 제어 밸브; 상기 압력 제어 밸브에 의해 압력이 조정된 천연가스의 온도를 미리 설정된 온도로 올려주는 열 교환기; 상기 고압의 천연가스(NG)를 저압의 천연가스(NG)로 변화시켜 토출시키는 익스펜더(Expander); 상기 익스펜더 작동시 상기 익스펜더의 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 제너레이터(Generator); 및 상기 익스펜더에서 토출되는 저온의 천연가스(NG)를 이용하여 BOG 콤프레서(compressor)에서 토출되는 BOG의 온도를 낮춰 주는 쿨러(Cooler)를 포함한다.

Description

익스펜더를 활용한 ＢＯＧ 관리 최적화 시스템 및 방법{BOG management optimization system and mehtod using expander}

본 발명은 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재기화 시스템(Regas System)에 익스펜더(Expander) 적용 시 현재 대비 더 최적화된 BOG를 관리할 수 있으며, 에너지 절감효과를 달성하도록 하기 위한 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법에 관한 것이다.

근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다.

이와 같이 극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 마련된 해상 구조물의 예로서는 액화가스 운반선 이외에도 LNG RV (Regasification Vessel)와 같은 선박이나 LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading)와 같은 구조물 등을 들 수 있다.

LNG RV는 자력 항해 및 부유가 가능한 액화가스 운반선에 LNG 재기화 설비를 설치한 것이고, LNG FSRU는 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 액화 천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화 천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 해상 구조물이다. 그리고 LNG FPSO는 채굴된 천연가스를 해상에서 정제한 후 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 해상 구조물이다. 본 명세서에서 해상 구조물이란, 액화가스 운반선, LNG RV 등의 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 구조물까지도 모두 포함하는 개념이다.

이러한 해상 구조물, 특히 LNG RV나 LNG FSRU 등의 해상 구조물에는 저장탱크 내에 수용된 LNG를 재기화시키기 위한 재기화 장치가 설치된다. 종래의 재기화 장치는, 외기 조건에 따라, 극저온 상태의 LNG를 재기화시키기 위한 열매체로서 스팀이나 해수 등을 사용하였다. 스팀은 주로 겨울철에 사용되며, 스팀 생산을 목적으로 종래의 재기화 장치는 대형 보일러를 하나 이상(예컨대 2대의 100tons/h 용량을 갖춘 보일러) 설치하고 있었다.

재기화 시스템(Regas System)은 통상 고압의 가스를 필요로 하여, Cargo tank 내의 LNG를 LNG boosting pump를 이용하여 고압 상태로 만든 후, HP vaporizer를 이용하여 기화를 시킨다.

또한, 통상 재기화 시스템(Regas System)을 운영하기 위해서는 배의 발전기(Generator)에서 생산된 전기를 공급받아야 하므로 에너지 소비가 커져 전기생산량을 크게 해야 할 뿐만 아니라, 동시에 카고탱크(Cargo tank)내의 BOG 관리(management)도 해야 하므로 관리 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제 10-2011-0130050 호

이와 같은 종래기술의 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 재기화 시스템(Regas System)에 익스펜더(Expander) 적용 시 현재 대비 더 최적화된 BOG를 관리할 수 있으며, 에너지 절감효과를 달성하도록 하기 위한 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander) 운전 시 발생되는 회전력을 이용하여, 부가적인 전기 생산을 하고, 이 생산된 전기를 같이 이용하며, 배 자체적으로 재기화 시스템(Regas system)을 돌리기 위해 필요한 전기 생산량을 감소시키기 위한 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander)에서 배출되는 감압된 NG(천연가스)를 HP 매니폴드(manifold)를 통해 Shore에 있는 power plant 연료용으로 공급시키기 위한 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander)에서 배출되는 Cold NG(차가운 천연가스가 재기화 FG 히터(Regas FG Heater)를 통과해 DFDE 또는 GCU로 보내지도록 하기 위한 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander)에서 배출되는 Cold NG를 이용하여 Recondenser/Suction drum의 압력을 제어하기 위한 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander)에서 배출되는 Cold NG를 이용하여 Pre-cooler를 통과시켜, Recondenser에 유입되는 BOG의 온도를 낮출 수 있도록 하기 위한 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander)에서 배출되는 Cold NG를 이용하여, Cargo tank 압력 제어를 수행하도록 하기 위한 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 압력 제어 밸브(Pressure Control Valve)와 겸용 시, 익스펜더(Expander)에서 배출되는 감압된 천연가스(NG)를 압력 제어 밸브(Pressure Control Valve) 후단의 감압된 천연가스(NG)와 섞여서 HP manifold를 통해 Shore에 있는 power plant 연료용으로 공급되도록 하는 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 HP manifold를 통해 Shore에 있는 power plant 연료용으로 공급하기 이전에 익스펜더(Expander) 또는 압력 제어 밸브(Pressure Control Valve) 후단의 천연가스(NG) 온도 보상을 위한 Trim Heater가 설치되는 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템 및 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템은 액화천연가스(LNG) 화물을 저장하고 있으며, 상기 액화천연가스(LNG)와 BOG가 상존하는 카고 탱크(Cargo tank); 상기 카고 탱크(Cargo tank) 내에 마련되며, 액화천연가스(LNG)를 외부로 공급해주는 피드 펌프(LNG Feed pump); 상기 피드 펌프를 통해 공급되는 액화천연가스(LNG)를 HP 펌프를 통해 HP 기화부로 공급시키고, BOG를 액상형태로 변환시켜 HP 펌프를 통해 HP 기화부로 공급시키는 리콘덴서(Recondenser); 상기 HP 펌프를 통해 공급된 액화천연스(LNG)를 히팅 매체(Heating medium)와 열교환시켜 고압의 천연가스(NG)로 변환시켜 토출시키는 HP 기화부; 상기 HP 기화부에서 토출되는 고압의 천연가스의 압력을 미리 설정된 압력으로 조정하는 압력 제어 밸브; 상기 압력 제어 밸브에 의해 압력이 조정된 천연가스의 온도를 미리 설정된 온도로 올려주는 열 교환기; 상기 고압의 천연가스(NG)를 저압의 천연가스(NG)로 변화시켜 토출시키는 익스펜더(Expander); 상기 익스펜더 작동시 상기 익스펜더의 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 제너레이터(Generator); 및 상기 익스펜더에서 토출되는 저온의 천연가스(NG)를 이용하여 BOG 콤프레서(compressor)에서 토출되는 BOG의 온도를 낮춰 주는 쿨러(Cooler)를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 상기 익스펜더에서 토출되는 저온의 천연가스(NG)의 온도를 변화시킨 후 DFDE 또는 GCU로 토출시키는 히터(Heater)를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 상기 히터는, 상기 익스펜더로부터 토출되는 천연가스의 온도를 변화시켜 DFDE 또는 GCU에서 요구하는 온도로 상기 DFDE 또는 GCU로 공급되도록 할 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 상기 리콘덴서는, 상기 익스펜더에서 토출되는 저압의 천연가스를 액화천연가스(LNG)를 이용하여 액상형태로 변환시켜 상기 HP 펌프를 통해 HP 기화부로 토출시킬 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 상기 리콘덴서는, HP 펌프로의 유체 공급을 위해 상기 HP 펌프의 압력 및 레벨을 제어할 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 상기 카고 탱크(Cargo tank) 내의 BOG를 처리하는 BOG 콤프레서(BOG Compressor)를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서 상기 BOG 콤프레서는, DFDE, GCU, 리콘덴서 중 하나 또는 하나 이상으로 저압의 BOG를 가압하여 공급되도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 카고 탱크와 에너지 절감장치를 가지면서 해상에서 부유된 상태로 사용되는 해상 구조물로서, 상기 에너지 절감장치는, 상기 카고 탱크(Cargo tank) 내에 마련되며, 액화천연가스(LNG)를 외부로 공급해주는 피드 펌프(LNG Feed pump); 상기 피드 펌프를 통해 공급되는 액화천연가스(LNG)를 HP 펌프를 통해 HP 기화부로 공급시키고, 외부로부터 유입되는 BOG를 액상형태로 변환시켜 HP 펌프를 통해 HP 기화부로 공급시키는 리콘덴서(Recondenser); 상기 HP 펌프를 통해 공급된 액화천연스(LNG)를 히팅 매체(Heating medium)와 열교환시켜 고압의 천연가스(NG)로 변환시켜 토출시키는 HP 기화부; 상기 HP 기화부에서 토출되는 고압의 천연가스의 압력을 미리 설정된 압력으로 조정하는 압력 제어 밸브; 상기 압력 제어 밸브에 의해 압력이 조정된 천연가스의 온도를 미리 설정된 온도로 올려주는 열 교환기; 상기 고압의 천연가스(NG)를 저압의 천연가스(NG)로 변화시켜 토출시키는 익스펜더(Expander); 상기 익스펜더 작동시 상기 익스펜더의 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 제너레이터(Generator); 및 상기 익스펜더에서 토출되는 저온의 천연가스(NG)를 이용하여 BOG 콤프레서(compressor)에서 토출되는 BOG의 온도를 낮춰 주는 쿨러(Cooler)를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 실시예로서, 상기 해상 구조물은 LNG RV 또는 LNG FSRU일 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예인 익스펜더를 활용하여 BOS 관리 최적화 방법은, 카고 탱크의 내부에 저장된 액화천연가스를 기화시켜 소비처에 공급하기 하는데 있어 익스펜더를 활용하여 BOS 관리를 최적화하는 방법으로서, 쿨러에서 익스펜더로부터 토출되는 저온의 천연가스를 이용하여 BOG 콤프레서(compressor)로부터 유입되는 BOG의 온도를 낮춰 리콘덴서로 공급해주는 단계; 상기 익스펜더로부터 토출되는 저온의 천연가스를 이용하여 카고 탱크의 압력을 제어하여 BOG를 관리하는 단계; 및 상기 리콘덴서로부터 토출되는 액화천연가스를 HP 기화부를 통해 기화시키고 압력 제어 밸브를 통해 기화된 천연가스의 압력를 조절하고 열 교환기를 통해 천연가스의 온도를 올린 후 HP 매니폴드로 토출시키는 단계로 이루어질 수 있다.

본 발명은 재기화 시스템(Regas System)에 익스펜더(Expander) 적용 시 현재 대비 더 최적화된 BOG를 관리할 수 있으며, 에너지 절감효과를 달성하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander) 운전 시 발생되는 회전력을 이용하여, 부가적인 전기 생산을 하고, 이 생산된 전기를 같이 이용하며, 배 자체적으로 재기화 시스템(Regas system)을 돌리기 위해 필요한 전기 생산량을 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander)에서 배출되는 감압된 NG(천연가스)를 HP manifold를 통해 Shore에 있는 power plant 연료용으로 공급시킬 수 있도록 함으로써, 기존 Pressure Control Valve를 대체할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander)에서 배출되는 Cold NG(차가운 천연가스가 재기화 FG 히터(Regas FG Heater)를 통과해 DFDE 또는 GCU로 보내지도록 함으로써, BOG compressor 운전이 불필요하여 재기화 시스템(Regas system) 운전을 위한 전기 생산량을 절감시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander)에서 배출되는 Cold NG를 이용하여 Recondenser/Suction drum의 압력을 제어함으로써, BOG compressor 운전이 불필요하여 재기화 시스템(Regas system) 운전을 위한 전기 생산량을 절감시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 익스펜더(Expander)에서 배출되는 Cold NG를 이용하여 Pre-cooler를 통과시켜, Recondenser에 유입되는 BOG의 온도를 낮출 수 있도록 하기 위한 춤으로써, Recondenser의 효율을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서 익스펜더(Expander)에서 배출되는 Cold NG를 이용하여, Cargo tank 압력 제어를 수행할 수 있도록 함으로써, 별도의 Cargo tank 압력 control를 위한 LNG spray operation이 필요하지 않도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 압력 제어 밸브(Pressure Control Valve)와 겸용 시, 익스펜더(Expander)에서 배출되는 감압된 천연가스(NG)를 압력 제어 밸브(Pressure Control Valve) 후단의 감압된 천연가스(NG)와 섞여서 HP manifold를 통해 Shore에 있는 power plant 연료용으로 공급되도록 함으로써, 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 HP manifold를 통해 Shore에 있는 power plant 연료용으로 공급하기 이전에 익스펜더(Expander) 또는 압력 제어 밸브(Pressure Control Valve) 후단의 천연가스(NG) 온도 보상을 위한 Trim Heater가 설치됨으로써, 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템은 카고 탱크(Cargo tank, 100), 피드 펌프(LNG Feed pump, 200), 리콘덴서(Recondenser, 300), HP 펌프(HP Pump, 400), HP 기화부(HP Vaporizer, 500), 익스펜더(Expander, 600), 제너레이터(Generator, 700), 쿨러(Cooler, 800), 히터(Heater, 900), BOG 콤프레서(BOG Compressor, 1000)로 이루어진다.

상기 카고 탱크(Cargo tank, 100)는 액화천연가스(LNG) 화물을 저장하고 있으며, 상기 액화천연가스(LNG)와 BOG가 상존한다.

상기 피드 펌프(LNG Feed pump, 200)는 액화천연가스 피드 펌프로서, 상기 카고 탱크(Cargo tank, 100) 내에 마련되며, 액화천연가스(LNG)를 리콘덴서(300)로 공급해준다.

상기 리콘덴서(Recondenser, 300)는 액화천연가스를 이용하여 익스펜더(600)를 통해 유입되는 BOG를 액상형태로 변환시키고, 액상형태의 쳔연가스(NG)를 HP 펌프(400)를 통해 HP 기화부(500)로 공급시킨다. 이때 리콘덴서(300)에 유입되는 BOG는 익스펜더(600)의 저온 천연가스에 의해 그 온도가 낮춰지게 되므로 리콘덴서(300)에서의 BOG 처리 효율이 향상된다.

또한, 상기 리콘덴서(300)는 상기 HP 펌프(400)로 원활한 유체 공급을 위해 압력 제어 및 레벨 제어를 해주는 석션 드럼(Suction durm) 역할도 해준다.

상기 익스펜더(Expander, 600)는 상기 HP 기화부(500)로부터 토출되는 고압의 천연가스(NG)를 저압의 천연가스(NG)로 변화시켜 쿨러(800), 히터(900), 카고 탱크(100)로 유입되도록 토출시킨다. 즉, 익스펜더(600)에서 토출되는 천연가스(NG)는 저온의 천연가스이다.

상기 익스펜더(600)에서 배출되는 저온 천연가스를 이용하여 카고 탱크(100)의 압력을 제어함으로써 카고 탱크(100)의 압력을 제어하기 위한 별도의 LNG 스프레이 오퍼레이션이 필요없게 된다.

상기 제너레이터(Generator, 700)는 상기 익스펜더(600) 작동시 상기 익스펜더(600)의 회전력을 이용하여 전기를 발생시킨다.

상기 쿨러(Cooler, 800)는 상기 익스펜더(600)에서 토출되는 저온의 천연가스(NG)를 이용하여 BOG 콤프레서(compressor, 1000)에서 토출되는 BOG의 온도를 낮춰 준다.

히터(Heater, 900)는 상기 익스펜더(600)에서 토출되는 저온의 천연가스(NG)의 온도를 변화시킨 후 DFDE 또는 GCU로 토출시킨다.

상기 히터(900)는 상기 익스펜더(600)로부터 토출되는 천연가스의 온도를 변화시켜 DFDE 또는 GCU에서 요구하는 온도로 상기 DFDE 또는 GCU로 공급되도록 한다.

상기 BOG 콤프레서(BOG Compressor, 1000)는 상기 카고 탱크(Cargo tank, 100) 내의 BOG를 처리한다.

상기 BOG 콤프레서(1000)는 DFDE, GCU, 리콘덴서 중 하나 또는 하나 이상으로 저압의 BOG를 가압하여 공급되도록 한다.

상기 압력 제어 밸브(1100)는 상기 HP 기화부에서 토출되는 고압의 천연가스의 압력을 미리 설정된 압력으로 조정하여 상기 열 교환기(1200)로 토출시킨다.

열 교환기(1200)는 상기 압력 제어 밸브(1100)에 의해 압력이 조정된 천연가스의 온도를 미리 설정된 온도로 올려준다. 이렇게 열 교환기(1200)에 의해 온도가 올라간 천연가스는 HP 매니폴드(manifold)로 공급되어진다.

상기와 같이 구성된 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템의 작용에 대해서 설명하면 다음과 같다.

카고탱크(100) 내의 LP BOG는 BOG 콤프레서(1000)를 통해 쿨러(800)로 공급되고, 쿨러(800)에 의해 저온으로 낮추어진 상태로 리콘덴서(300)로 공급된다. 이때 리콘덴서(300)로는 피드 펌프(200)를 통해 액화천연가스(LNG)가 공급된다.

리콘덴서(300)는 피드 펌프(200)를 통해 공급된 액화천연가스를 이용하여 쿨러(800)를 통해 공급된 BOG를 다시 액상으로 변환시킨 후 HP 펌프(400)를 통해 HP 기화부(500)로 공급되도록 한다.

그러면 HP 기화부(500)는 액화천연가스를 히팅 미디엄(열매체)와 열교환시켜 천연가스로 변환시켜 익스펜더(600)로 토출시킨다. 한편 HP 기화부(500)는 기환된 천연가스를 압력 제어 밸브(1100)로 토출시키고, 압력 제어 밸브(1100)는 공급된 천연가스의 압력을 미리 설정된 압력으로 조정한 후 열 교환기(1200)로 토출시킨다. 열 교환기(1200)는 압력이 조정된 액화천연가스의 온도를 높여서 HP 매니폴드(Mnaifold)로 토출시킨다.

익스펜더(600)는 고압의 천연가스를 저압으로 낮춘 후 쿨러(800)로 공급시키고, 쿨러(800)는 저온 천연가스를 활용하여 리콘덴서(300)로 유입되는 BOG의 온도를 낮추어 준다.

또한, 익스펜더(600) 운전시 발생되는 회전력을 이용하여 제너레이터(700)는 전기를 생산하고, 이 생산된 전기를 같이 이용하여 배 자체적으로 재기화 시스템을 돌리기 위해 필요한 전기 생산량을 줄일 수 있다.

그리고, 익스펜더(600)에서 배출되는 감압된 천연가스(NG)는 HP 매니폴드(manifold)를 통해 Shore에 있는 power plant 연료용으로 공급될 수 있으며, 익스펜더(600)에서 배출되는 저온의 천연가스(Cold NG)는 히터(900)를 통과해 DFDE 또는 GCU로 보내지기 때문에 BOG 콤프레서(1000) 운전이 불 필요하여 재기화 시스템(Regas system) 운전을 위한 전기 생산량 절감이 가능하도록 한다.

마지막으로 익스펜더(600)에서 배출되는 저온의 천연가스(Cold NG)를 이용하여 리콘덴서(300) 압력 제어를 수행하기 대문에 BOG compressor 운전이 불필요하게 된다. 이로써 BOG 관리를 최적화시킬 수 있도록 한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템은 해상 구조물에 설치되어 사용될 수 있다. 본 명세서에서 해상 구조물이란, LNG와 같이 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크와 재기화 장치를 가지면서 해상에서 부유된 채 사용되는 구조물과 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상 구조물뿐만 아니라 LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박을 모두 포함하는 것이다.

전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 카고 탱크(Cargo tank)
200 : 피드 펌프(LNG Feed pump)
300 : 리콘덴서(Recondenser)
400 : HP 펌프(HP Pump)
500 : HP 기화부(HP Vaporizer)
600 : 익스펜더(Expander)
700 : 제너레이터(Generator)
800 : 쿨러(Cooler)
900 : 히터(Heater)
1000 : BOG 콤프레서(BOG Compressor)
1100 : 압력 제어 밸브
1200 : 열 교환기

Claims

액화천연가스(LNG) 화물을 저장하고 있으며, 상기 액화천연가스(LNG)와 BOG가 상존하는 카고 탱크(Cargo tank);
상기 카고 탱크(Cargo tank) 내에 마련되며, 액화천연가스(LNG)를 외부로 공급해주는 피드 펌프(LNG Feed pump);
상기 피드 펌프를 통해 공급되는 액화천연가스(LNG)를 HP 펌프를 통해 HP 기화부로 공급시키고, BOG를 액상형태로 변환시켜 HP 펌프를 통해 HP 기화부로 공급시키는 리콘덴서(Recondenser);
상기 HP 펌프를 통해 공급된 액화천연스(LNG)를 히팅 매체(Heating medium)와 열교환시켜 고압의 천연가스(NG)로 변환시켜 토출시키는 HP 기화부;
상기 HP 기화부에서 토출되는 고압의 천연가스의 압력을 미리 설정된 압력으로 조정하는 압력 제어 밸브;
상기 압력 제어 밸브에 의해 압력이 조정된 천연가스의 온도를 미리 설정된 온도로 올려주는 열 교환기;
상기 고압의 천연가스(NG)를 저압의 천연가스(NG)로 변화시켜 토출시키는 익스펜더(Expander);
상기 익스펜더 작동시 상기 익스펜더의 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 제너레이터(Generator);
상기 익스펜더에서 토출되는 저온의 천연가스(NG)를 이용하여 BOG 콤프레서(compressor)에서 토출되는 BOG의 온도를 낮춰 주는 쿨러(Cooler); 및
상기 익스펜더에서 배출되는 감압된 천연가스를 상기 압력 제어 밸브의 후단으로 보내는 라인:을 포함하고,
상기 카고 탱크의 BOG는 상기 BOG 콤프레서 및 쿨러를 거쳐 상기 리콘덴서로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 익스펜더에서 토출되는 저온의 천연가스(NG)의 온도를 변화시킨 후 DFDE 또는 GCU로 토출시키는 히터(Heater);를 더 포함하며,
상기 히터는 상기 익스펜더로부터 토출되는 천연가스를 DFDE 또는 GCU에서 요구하는 온도로 변화시켜 상기 DFDE 또는 GCU로 공급하는 것을 특징으로 하는 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 BOG 콤프레서는 상기 카고 탱크 내의 BOG를 공급받아 가압하여 상기 DFDE, GCU, 리콘덴서 중 하나 또는 하나 이상으로 공급하는 것을 특징으로 하는 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 익스펜더에서 토출되는 저압의 천연가스를 상기 리콘덴서로 공급하여 상기 리콘덴서의 압력을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 리콘덴서는 HP 펌프로의 유체 공급을 위한 압력 및 레벨을 제어하는 석션 드럼의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 익스펜더에서 배출되는 저온 천연가스를 공급하여 상기 카고 탱크의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 BOG 관리 최적화 시스템은 LNG RV 및 LNG FSRU를 포함하여 재기화 장치를 가지는 선박 또는 해상 구조물에 설치되는 것을 특징으로 하는 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 제너레이터에서 생산된 전기는 상기 재기화 장치로 공급되는 것을 특징으로 하는 익스펜더를 활용한 BOG 관리 최적화 시스템.
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