KR102408227B1 - 선박의 액화가스 재기화 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액화가스의 냉열을 회수하여 전력을 생산하는 냉열발전 시스템에서 열전달 매체에 혼입된 오일을 처리할 수 있는 선박의 액화가스 재기화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템은, 액화가스를 제1 열전달 매체와 열교환시켜 기화시키는 기화기; 상기 제1 열전달 매체의 상변화를 수반하며 상기 제1 열전달 매체를 순환시키는 제1 사이클; 및 상기 제1 사이클에 포함된 회전장치에 오일을 공급하는 오일 시스템;을 포함하고, 상기 제1 사이클은, 상기 기화기에서 열교환에 의해 응축된 액체 상태의 제1 열전달 매체를 기화시키는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에서 기화된 제1 열전달 매체를 팽창시켜 전력을 생산하는 팽창-발전기; 및 상기 제1 열교환기에서 기화된 제1 열전달 매체로부터, 기화되지 않은 제1 열전달 매체와 상기 제1 열전달 매체에 혼입된 오일을 분리하여, 기상의 제1 열전달 매체가 팽창-발전기로 공급되도록 하는 녹아웃 드럼;을 포함한다.
본 발명에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템은, 액화가스를 제1 열전달 매체와 열교환시켜 기화시키는 기화기; 상기 제1 열전달 매체의 상변화를 수반하며 상기 제1 열전달 매체를 순환시키는 제1 사이클; 및 상기 제1 사이클에 포함된 회전장치에 오일을 공급하는 오일 시스템;을 포함하고, 상기 제1 사이클은, 상기 기화기에서 열교환에 의해 응축된 액체 상태의 제1 열전달 매체를 기화시키는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에서 기화된 제1 열전달 매체를 팽창시켜 전력을 생산하는 팽창-발전기; 및 상기 제1 열교환기에서 기화된 제1 열전달 매체로부터, 기화되지 않은 제1 열전달 매체와 상기 제1 열전달 매체에 혼입된 오일을 분리하여, 기상의 제1 열전달 매체가 팽창-발전기로 공급되도록 하는 녹아웃 드럼;을 포함한다.
Description
본 발명은 액화가스의 냉열을 회수하여 전력을 생산하는 냉열발전 시스템에서 열전달 매체에 혼입된 오일을 처리할 수 있는 선박의 액화가스 재기화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 운반된다. LNG는 천연가스를 상압에서 약 -163℃의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
LNG RV(LNG Regasification Vessel) 또는 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 LNG 재기화 선박 또는 부유식 해상 구조물(이하, 'LNG 재기화 선박'으로 통칭함.)은 해상에서 LNG(Liquefied Natural Gas)를 재기화시킨 천연가스를 육상의 가스 수요처로 공급하는 것을 목적으로 하는 선박이다.
이러한 LNG 재기화 선박에는, LNG를 저장하는 LNG 저장탱크와, LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 재기화시켜 육상의 수요처로 공급하는 재기화 설비가 설치되며, 재기화 설비에서 기화된 천연가스는, 배관을 통해 육상의 수요처로 이송한다.
LNG 재기화 선박의 재기화 설비는, LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 수요처에서 요구하는 압력으로 압축하는 고압펌프와, 고압펌프에서 압축된 고압 LNG를 천연가스로 기화시키는 기화기를 포함한다.
기화기에서 LNG를 기화시키는 열원으로는 주로 수급이 용이한 해수가 사용된다. LNG와 직접 또는 간접 열교환하면서 LNG의 냉열을 회수한 저온의 해수는 해상으로 다시 배출시킨다. 즉, LNG를 재기화시키는 과정에서 해수에 의해 회수된 LNG의 냉열은 해상으로 그대로 버려지고 있다.
LNG는 kg당 200kcal의 냉열 에너지를 보유하고 있으며, 따라서 LNG 재기화 선박에서 LNG를 재기화시키는 과정에서 이 냉열은 유의미하게 사용되지 못하고 버려지고 있는 것이다.
따라서, 본 발명은 액화가스의 재기화 과정에서 버려지는 냉열을 회수하여 전력을 생산함으로써 에너지 효율을 개선할 수 있는 선박의 액화가스 재기화 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 액화가스를 제1 열전달 매체와 열교환시켜 기화시키는 기화기; 상기 제1 열전달 매체의 상변화를 수반하며 상기 제1 열전달 매체를 순환시키는 제1 사이클; 및 상기 제1 사이클에 포함된 회전장치에 오일을 공급하는 오일 시스템;을 포함하고, 상기 제1 사이클은, 상기 기화기에서 열교환에 의해 응축된 액체 상태의 제1 열전달 매체를 기화시키는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에서 기화된 제1 열전달 매체를 팽창시켜 전력을 생산하는 팽창-발전기; 및 상기 제1 열교환기에서 기화된 제1 열전달 매체로부터, 기화되지 않은 제1 열전달 매체와 상기 제1 열전달 매체에 혼입된 오일을 분리하여, 기상의 제1 열전달 매체가 팽창-발전기로 공급되도록 하는 녹아웃 드럼;을 포함하는, 선박의 액화가스 재기화 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 녹아웃 드럼으로부터 배출된 액체가 상기 오일 시스템으로 공급되도록 하는 오일 밸브; 및 상기 녹아웃 드럼으로부터 배출된 액체가 상기 제1 사이클로 공급되도록 하는 회수 밸브;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 녹아웃 드럼으로부터 배출되는 액체를 샘플링하기 위한 샘플링 포인트; 및 상기 샘플링 포인트에서 샘플링된 액체의 조성을 확인하고, 조성에 따른 출력값에 따라 상기 액체가 오일이라고 판단되면 상기 오일 밸브를 개방하고, 상기 액체가 제1 열전달 매체라고 판단되면 상기 회수 밸브를 개방하도록 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 오일 시스템은, 상기 오일 시스템으로 공급된 액체를 가열하여, 상기 액체에 포함된 제1 열전달 매체를 기화시키고, 상기 기화된 기상의 제1 열전달 매체를 액상의 오일과 분리하여 상기 제1 사이클로 공급하는 오일 분리기;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기화기에서 기화된 재기화 가스를 제2 열전달 매체와의 열교환에 의해 가스 수요처에서 요구하는 온도까지 더 가열하는 트림히터;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 열전달 매체를 순환시키는 제2 사이클;을 더 포함하고, 상기 제2 사이클은, 상기 트림히터에서 열교환 후 배출된 제2 열전달 매체를 저장하는 팽창탱크; 상기 팽창탱크로부터 상기 트림히터로 공급할 제2 열전달 매체를 가압하는 제2 펌프; 및 상기 제2 펌프에 의해 가압된 제2 열전달 매체를 가열하여 상기 트림히터로 공급하는 제2 열교환기;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 열전달 매체는, 자연 냉매, HFC계(Hydrofluorocarbons) 및 HFO계(Hydrofluorolefin) 냉매의 단일 또는 혼합 냉매일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 사이클은, 상기 기화기로부터 열교환 후 배출되는 저온의 제1 열전달 매체를 수용하는 리시버; 및 상기 리시버로부터 공급받은 액상의 제1 열전달 매체를 가압하여 상기 제1 열교환기로 공급하는 제1 펌프;를 더 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 액화가스와 제1 열전달 매체를 기화기에서 열교환시켜 상기 액화가스를 기화시키고, 상기 액화가스를 기화시키면서 얻은 제1 열전달 매체의 냉열을 회수한 후, 상기 기화기로 재순환시키며, 상기 제1 열전달 매체의 냉열을 회수하는 것은, 상기 기화기에서 열교환에 의해 응축된 액체 상태의 제1 열전달 매체를 기화시키고, 상기 기화된 제1 열전달 매체에 포함된 액체를 기액분리하고, 기체 상태의 제1 열전달 매체를 팽창-발전기로 공급하여 팽창시킴으로써 전력을 생성하며, 상기 팽창된 제1 열전달 매체를 상기 기화기로 공급하되, 상기 제1 열전달 매체는 상기 공정을 순환하면서 오일 성분이 혼입되고, 상기 기체 상태의 제1 열전달 매체로부터 기액분리된 액체는, 기화되지 않은 액상의 제1 열전달 매체와 액상의 오일 성분을 포함함으로써, 상기 제1 열전달 매체에 혼입된 오일 성분은 상기 기체 상태의 제1 열전달 매체로부터 액체 상태로 분리되는, 선박의 액화가스 재기화 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 기체 상태의 제1 열전달 매체와 분리배출되는 액체의 조성을 분석하고, 상기 액체의 조성이 제1 열전달 매체라고 판단되면, 상기 액체를 제1 사이클로 순환시키고, 상기 액체의 조성이 오일이라고 판단되면, 상기 액체를 상기 제1 사이클의 회전장치의 밀봉유 또는 윤활유로서 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 액체의 조성이 오일이라고 판단되면, 상기 액체를 상기 제1 사이클의 회전장치의 밀봉유 또는 윤활유로서 공급하되, 상기 액체를 가열하여 상기 액체에 포함된 제1 열전달 매체를 기화시키고, 상기 기화된 제1 열전달 매체와 기화되지 않고 액상으로 남아있는 오일을 기액분리하고, 상기 분리된 기상의 제1 열전달 매체는 상기 액화가스를 재기화시키는 제1 열전달 매체 순환 흐름에 합류시키고, 상기 분리된 액상의 오일은 오일 저장탱크로 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 열전달 매체는 상기 제1 사이클을 순환하며 상변화를 수반하는 물질일 수 있다.
바람직하게는, 상기 기화된 제1 열전달 매체에 포함된 액체가 기액분리되고 남은 기체 상태의 제1 열전달 매체의 유량 또는 압력이 설정값보다 높을 때에는 상기 팽창-발전기의 출력을 증가시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 기화된 재기화 가스를 제2 열전달 매체와 열교환시켜 가스 수요처에서 요구하는 온도까지 더 가열할 수 있다.
본 발명에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템 및 방법은, 버려지는 액화가스의 냉열을 회수하여 전력을 생산함으로써 시스템 전체의 에너지 효율을 높이고, 전력을 생산하기 위한 연료 소모량을 줄일 수 있으며 따라서 온실가스의 배출을 저감할 수 있다.
또한, 제1 열전달 매체를 이용하여 전력을 생산하므로 기화기에서 제1 열전달 매체의 열용량이 부족하더라도, 트림히터를 이용함으로써 재기화 가스를 최소 송출 온도 이상으로 가열하여 안정적으로 수요처에 송출할 수 있다.
또한, 제1 열전달 매체에 혼입된 윤활유를 쉽게 처리할 수 있어 윤활유가 터빈-발전기로 유입되는 문제를 해소할 수 있고, 재기화 시스템의 성능이 저하되는 요인을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 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. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
후술하는 본 발명의 실시예에서 액화가스는, 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있는 액화가스일 수 있으며, 예를 들어, LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화 석유화학 가스일 수 있다. 또는, 액화 이산화탄소, 액화 수소, 액화 암모니아 등의 액체 가스일 수도 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 재기화 시스템은, 선박에 적용되는 것을 예로 들어 설명하지만, 육상에서 적용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 LNG 재기화 선박은, LNG를 재기화시켜 가스 수요처로 공급할 수 있는 LNG 재기화 설비가 설치된 모든 종류의 선박, 즉, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖는 선박을 비롯하여, LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 해상에 부유하고 있는 해상 구조물일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 LNG FSRU인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 재기화 선박은, LNG를 해상에서 재기화시키고, 재기화 가스(Regas)를 배관망을 통해 육상의 가스 수요처로 공급할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템 및 방법을 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템은, LNG를 저장하는 LNG 저장탱크(미도시)로부터 배출된 LNG를 가스 수요처(미도시)에서 요구하는 압력 또는 그 이상으로 압축하는 고압펌프(미도시), 고압펌프에서 압축된 고압의 LNG를 제1 열전달 매체와의 열교환에 의해 기화시키는 기화기(120) 및 기화기(120)에서 기화된 재기화 가스, 즉 천연가스를 가스 수요처에서 요구하는 온도로 조절하거나 또는 기화기(120)에서 기화되지 않은 LNG를 완전히 기화시키고 가스 수요처에서 요구하는 온도로 가열하는 트림히터(130)를 포함한다.
LNG 저장탱크에는, 저장된 LNG를 배출시켜 고압펌프로 공급하는 공급펌프(미도시)가 구비될 수 있다. 공급펌프는, LNG 저장탱크의 내부에 설치될 수 있고, LNG 저장탱크에 저장된 LNG에 잠긴 상태에서 운전될 수 있는 반잠수식 펌프일 수 있다.
본 실시예의 고압펌프는, 재기화시킬 LNG를 가스 수요처에서 요구하는 재기화 가스의 압력으로 압축시켜 기화기(120)로 공급한다. 가스 수요처에서 요구하는 압력은 각 제티(jetty)별로 다르지만 일반적으로 약 50 bar 내지 100 bar 정도이다. 즉, 본 실시예의 고압펌프는 LNG를 약 50 bar 내지 100 bar 또는 압력손실 등을 고려하여 그보다 일정 수준 높은 압력까지 압축시킬 수 있다.
본 실시예의 기화기(120)에서는, 고압펌프에 의해 가스 수요처에서 요구하는 재기화 가스의 압력으로 압축된 고압의 LNG가 제1 사이클을 순환하는 제1 열전달 매체와의 열교환에 의해 기화되어 기체 상태가 되거나, 일부만이 기화되어 기액 혼합 상태가 될 수 있다. 기화기(120)에서 기화되는 압축 LNG의 온도는 제1 열전달 매체 및/또는 해수의 온도나 유량 등 열원의 상태에 따라 달라질 수 있다.
본 실시예의 기화기(120)는 쉘 앤 튜브 열교환기일 수 있고, 특히, 튜브가 쉘을 한 번만 통과하는 1 pass 타입의 쉘 앤 튜브 열교환기일 수 있다.
본 실시예의 트림히터(130)에서는, 기화기(120)에서 기화된 재기화 가스를, 가스 수요처에서 요구하는 온도까지 가열하여, 가스 수요처로 공급한다. 또한, 제1 열전달 매체의 열용량이 부족하여 기화기(120)에서 기화되지 않은 LNG가 있다면 트림히터(130)에서 전량이 기화되고, 가스 수요처에서 요구하는 온도까지 가열될 수 있다.
본 실시예의 트림히터(130)는 쉘 앤 튜브 열교환기일 수 있고, 특히, 튜브가 쉘을 두 번 통과하는 2 pass 타입의 쉘 앤 튜브 열교환기일 수 있다.
육상의 가스 수요처에서는 통상적으로 약 0℃ 내지 10℃, 또는 8℃ 내지 10℃이면서 50 bar 내지 100 bar의 재기화 가스를 요구하므로, 트림히터(130)에서는 기화기(120)로부터 육상의 가스 수요처로 공급되는 재기화 가스를 약 0℃ 내지 10℃까지 가열하여 가스 수요처로 공급할 수 있다.
본 실시예에 따르면, LNG 저장탱크에 저장된 LNG는 액화가스 라인(LL)을 따라 유동하며 고압펌프에서 압축되고, 기화기(120)에서 기화되며, 트림히터(130)에서 가열되어 가스 수요처로 이송된다.
한편, 액화가스 라인(LL)에는, 기화기(120)의 상류에 구비되며, 기화기(120)로 공급되는 LNG의 유량을 제어하기 위한 제1 밸브(LV)가 구비될 수 있다.
제1 밸브(LV)는, 기화기(120)에서 LNG와 열교환 후 배출되는 제1 열전달 매체의 온도를 측정하는 제2 온도 제어부(미도시)의 온도 측정값을 이용한 출력값 및 기화기(120)에서 기화되어 배출되는 천연가스의 온도를 측정하는 제1 온도 제어부(미도시)의 온도 측정값을 이용한 출력값에 의해 제어된다.
제1 밸브(LV)를 제어하는 제1 제어부(미도시)는, 로우 셀렉터(low selector)일 수 있다. 즉, 제1 제어부(미도시)는, 제2 온도 제어부(미도시)의 온도 측정값에 따른 출력값과, 제1 온도 제어부(미도시)의 온도 측정값에 따른 출력값 중에서 더 작은값으로 제1 밸브(LV)를 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템은, 기화기(120)에서 LNG와 열교환하여 LNG를 기화시키기 위한 열원으로서 제1 열전달 매체를 순환시키는 랭킨 사이클인 제1 사이클을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 제1 열전달 매체는 제1 사이클을 순환하면서 상변화를 수반하는 냉매일 수 있다.
기존에는 기화기(120)에서 LNG를 기화시키기 위한 열전달 매체로서 주로 글리콜 워터를 사용하였다. 글리콜 워터를 열전달 매체로 채택하는 경우, 기화기(120)에서 LNG와 열교환하는 과정 및 열교환기에서 해수와 열교환하면서 가열되는 과정에서 상변화가 일어나지 않는다. 즉 현열을 이용해서만 열전달이 이루어진다.
반면, 본 실시예와 같이 기화기(120)에서 LNG와 열교환하는 과정 및 열교환기에서 해수와 열교환하면서 가열되는 과정에서 상변화가 수반되는 냉매를 열전달 매체로서 채택하는 경우, 잠열에 의해서도 열전달이 이루어지므로, LNG를 기화시키기 위한 듀티가 동일한 조건을 기준으로, 사이클을 순환시켜야 하는 열전달 매체의 유량이 글리콜 워터를 사용하는 경우에 비해 현저히 줄어들기 때문에, 열전달 매체를 순환시키기 위한 펌프의 동력이 감소하여 시스템 전반의 효율을 개선할 수 있다.
본 실시예의 제1 사이클은, 제1 열전달 매체를 순환시키는 제1 펌프(210), 제1 펌프(210)에 의해 가압된 제1 열전달 매체를 기화시키는 제1 열교환기(220), 제1 열교환기(220)에서 기화된 제1 열전달 매체를 팽창시키고, 제1 열전달 매체의 팽창일을 전력으로 전환하여 전력을 생산하는 팽창-발전기(230) 및 기화기(120)에서 LNG와의 열교환에 의해 응축된 제1 열전달 매체를 저장하는 리시버(240)를 포함한다.
제1 열전달 매체는, 제1 열매체 라인(RL)을 따라 유동하면서, 제1 펌프(210)에 의해 가압되고, 제1 열교환기(220)에서 기화되며, 팽창-발전기(230)에서 팽창된 후, 기화기(120)에서 응축되고, 리시버(240)를 거쳐 제1 펌프(210)로 순환되도록 형성되는 루프 사이클인 제1 사이클을 순환한다.
본 실시예의 제1 열교환기(220)에서 제1 열전달 매체는, 해수펌프(410)에 의해 흡입되고 제1 해수라인(SL1)을 따라 제1 열교환기(220)로 공급된 해수와의 열교환에 의해 기화된다.
제1 열교환기(220)에서 해수는 제1 열전달 매체를 기화시키면서 냉각되고, 냉각된 해수는 제1 해수라인(SL1)을 따라 제1 열교환기(220)로부터 배출된다.
본 실시예에서는 제1 열교환기(220)에서 제1 열전달 매체를 기화시키는 열원으로서 해수가 사용되는 것을 예로 들어 설명하지만, 열원은 선내 스팀 생성기(미도시)에서 생산된 스팀을 사용할 수도 있고, 해수와 스팀을 상호 보완적으로 사용할 수도 있을 것이다.
또한, 본 실시예의 제1 열교환기(220)는 쉘 앤 튜브 열교환기(shell and tube heat exchanger) 또는 판형 열교환기(plate heat exchanger)일 수 있다.
제1 열교환기(220)에서 해수에 의해 기화 또는 가열된 제1 열전달 매체는 팽창-발전기(expander-generator)(230)로 공급되어 팽창되고, 제1 열전달 매체의 팽창일은 전력으로 전환된다. 팽창-발전기(230)에서 생산된 전력은 선내 전력 수요처에서 사용될 수 있다.
제1 열매체 라인(RL)의 제1 펌프(210)의 하류에는, 제1 펌프(210)로부터 제1 열교환기(220)로 공급되는 제1 열전달 매체의 유량을 조절하기 위한 제1 유량 조절밸브(미도시)가 구비될 수 있다.
제1 유량 조절밸브는, 제1 펌프(210)의 회전속도 또는 부하, 제1 열교환기(210)로부터 열교환 후 배출되는 제1 열전달 매체의 온도 및 기화기(120)로부터 열교환 후 배출되는 천연가스의 유량을 이용한 출력값에 따라 제어될 수 있다.
예를 들어, 제1 펌프(210)의 회전속도 또는 부하 측정값에 따른 출력값, 제1 열교환기(210)로부터 열교환 후 배출되는 제1 열전달 매체의 온도 측정값에 따른 출력값 및 기화기(120)로부터 열교환 후 배출되는 천연가스의 유량 측정값에 따른 출력값 중에서 가장 작은값으로 제1 유량 조절밸브를 제어할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따르면, 본 실시예의 제1 열매체 라인(RL)은, 팽창-발전기(230)의 상류에서 분기되며 제1 열교환기(220)에서 기화된 제1 열전달 매체가 팽창-발전기(230)를 우회하여, 즉 팽창-발전기(230)를 거치지 않고, 제1 열교환기(220)로부터 기화기(120)로 직접 공급되도록 연결되는, 제1 분기라인(RL1)을 포함한다.
팽창-발전기(230)의 고장 등 팽창-발전기(230)를 사용할 수 없을 때에는, 제1 분기라인(RL1)을 활용하여, 제1 열교환기(220)가 제1 분기라인(RL1)을 통해 기화기(120)로 공급되도록 함으로써, 육상의 수요처로의 천연가스 공급에 영향을 미치지 않도록 한다.
본 실시예의 제1 분기라인(RL1)은, 팽창-발전기(230)의 유지보수(maintenance) 시 제1 열전달 매체를 우회시키기 위한 목적과, 기화기(120)의 급격한 재기화 용량 증가에 따른 제1 열전달 매체의 순환 유량 증가 시 팽창-발전기(230)의 입구 측 밸브인 제2 유량 조절밸브(미도시)의 반응속도 지연에 다른 전단 압력을 조절하기 위한 목적으로 구비된다.
또한, 본 실시예의 제1 사이클은, 제1 열교환기(220)와 팽창-발전기(230) 사이에 구비되며, 제1 열교환기(220)에서 기화된 제1 열전달 매체를 팽창-발전기(230)로 공급하기 전에 임시 저장하고, 팽창-발전기(230)로 공급할 제1 열전달 매체에 포함된 액상을 분리하는 녹아웃 드럼(250)을 더 포함할 수 있다.
녹아웃 드럼(250)과 팽창-발전기(230) 사이의 제1 열매체 라인(RL)에는, 녹아웃 드럼(250)으로부터 팽창-발전기(230)로 이송되는 기체 상태의 제1 열전달 매체의 유량을 조절하기 위한 제2 유량 조절밸브(미도시)가 구비된다.
제2 유량 조절밸브는 팽창-발전기(230)의 발전기 부하 또는 속도, 팽창-발전기(230)에 의해 팽창된 후 배출되는 제1 열전달 매체의 압력 및 녹아웃 드럼(250)의 압력에 따라 제어될 수 있다.
또한, 팽창-발전기(230)의 발전기 부하 또는 속도 측정값, 팽창-발전기(230)에 의해 팽창된 후 배출되는 제1 열전달 매체의 압력 측정값 및 녹아웃 드럼(250)의 압력 측정값을 이용하여 제2 유량 조절밸브와 제1 분기라인(RL1)에 구비되는 제3 유량 조절밸브(FV3)를 제어함으로써, 녹아웃 드럼(250)으로부터 기체 상태의 제1 열전달 매체가 제1 열매체 라인(RL) 또는 제1 분기라인(RL1)을 따라 이송되도록 제어할 수 있다.
제2 유량 조절밸브 및 제3 유량 조절밸브(FV3)는 거버너(governor)에 의해, 팽창-발전기(230)의 후단 압력과, 팽창-발전기(230)의 발전 부하 측정값과, 팽창-발전기(230)의 회전수와, 녹아웃 드럼(250)의 압력 중 어느 하나 이상에 의한 출력값에 따라 제어될 수 있다.
팽창-발전기(230)에서는 제1 열교환기(220)에서 해수와의 열교환에 의해 기화 또는 가열된 제1 열전달 매체가 팽창하면서 압력 및 온도가 낮아질 수 있다.
팽창-발전기(230)에서 팽창된 제1 열전달 매체는 제1 열매체 라인(RL)을 따라 기화기(120)로 공급되어 LNG와 열교환하면서 냉각 또는 응축된다. 기화기(120)에서 냉각 또는 응축된 제1 열전달 매체는 제1 열매체 라인(RL)을 따라 리시버(240)로 이송된다.
본 실시예의 리시버(240)는 기화기(120)에서 응축된 제1 열전달 매체가 모이는 압력 베슬(pressure vessel)로서, 제1 사이클을 순환하는 제1 열전달 매체의 유량 및 압력을 제어하는 등 완충 탱크로서의 역할도 가진다.
본 실시예에 따르면, 리시버(240)의 압력을 조절하기 위한 수단을 더 포함할 수 있으며, 리시버(240)의 압력 조절수단은, 후술할 제2 밸브(RV)를 포함한다.
또한, 본 실시예에 따르면, 제1 펌프(210)의 하류에서 제1 열매체 라인(RL)으로부터 분기되며 리시버(240)로 연결되는 제4 분기라인(RL4) 및 녹아웃 드럼(250)으로부터 제4 분기라인(RL4)으로 연결되는 제5 분기라인(RL5)을 더 포함할 수 있다.
제4 분기라인(RL4)에는 제1 펌프(210)의 최소 유량을 유지시키기 위하여, 제1 열교환기(220)에서 요구하는 제1 열전달 매체의 유량이 최소 유량보다 적을 때와 같이 제1 펌프(210)의 토출 유량 중에서 제1 열전달 매체의 요구 유량을 초과하는 양이 있는 경우 그 해당 유량을 리시버(240)로 되돌리기 위한 제1 수위밸브(LV1)가 구비된다. 제1 수위밸브(LV1)는 제1 펌프(210)의 회전속도에 의한 출력값에 따라 제어될 수 있다.
또한, 제5 분기라인(RL5)에는, 녹아웃 드럼(250)에서 분리된 액상의 제1 열전달 매체가 리시버(240)로 회수되도록 개폐가 제어되는 제2 수위밸브(LV2)가 구비된다. 제2 수위밸브(LV2)는 녹아웃 드럼(250)의 수위 측정값에 의한 출력값에 따라 제어될 수 있다.
본 실시예에서 제1 열전달 매체는, 제1 사이클을 순환하면서 상변화를 수반하는 물질 또는 혼합물로 선택될 수 있다. 즉, 제1 열전달 매체는, 제1 열교환기(220)에서 해수와 열교환하며 기화되고, 팽창-발전기(230)에서 팽창된 후, 기화기(120)에서 응축될 수 있다.
본 실시예에서 제1 열전달 매체는, 기본적으로 화재 및 폭발의 위험이 없는 자연 냉매, HFC계(Hydrofluorocarbons) 및 HFO계(Hydrofluorolefin) 냉매를 단일 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 예를 들어, R-23, R-32, R-134a, R-407c, R-410A 등이 단일로, 또는 혼합된 상태로 적용될 수 있다.
한편, 팽창-발전기(230)에서 제1 열전달 매체는 등엔트로피 팽창하고, 이 과정에서 제1 열전달 매체의 온도는 감소하게 된다.
예를 들어, 제1 열교환기(220)에서 기화 또는 가열되어 배출되는 제1 열전달 매체가 11℃, 5 barG이고, 팽창-발전기(230)에서 2 barG까지 팽창된다면, 제1 열전달 매체의 온도는 약 -10.5℃까지 떨어진다. 팽창-발전기(230)로부터 배출되는 -10.5℃의 제1 열전달 매체가 기화기(120)에서 LNG를 기화시키기 위한 열원으로 공급된다면, 기화기(120)로부터 배출되는 천연가스의 최소온도 조건, 예를 들어 8℃를 충족시킬 수 없다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 기화기(120)로부터 가스 수요처로 공급하는 천연가스를 가스 수요처에서 요구하는 최소온도 조건 이상으로 가열하는 트림히터(130)를 더 포함한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 열교환기(220)에서 기화된 제1 열전달 매체가, 팽창-발전기(230)에서 전력을 생산하면서 온도가 낮아지고, 그에 따라 기화기(120)로 공급되는 제1 열전달 매체의 온도가 재기화 가스의 온도를 가스 수요처에서 요구하는 온도까지 가열하기 위해 필요한 온도보다 낮기 때문에, 기화기(120) 하류에 트림히터(130)를 구비하여 해당 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템은, 트림히터(130)에서 천연가스를 가열하기 위한 열원으로서 제2 열전달 매체를 순환시키는 제2 사이클을 더 포함할 수 있다.
트림히터(130)에서는 제2 사이클을 순환하는 제2 열전달 매체와 천연가스가 열교환하여 천연가스는 최소온도 조건, 즉 가스 수요처에서 요구하는 온도 또는 그 이상으로 가열되고 제2 열전달 매체는 천연가스의 냉열을 회수하여 냉각 또는 응축된다.
본 실시예의 제2 사이클은, 제2 열전달 매체를 순환시키는 제2 펌프(310)와, 제2 열전달 매체를 가열 또는 기화시키는 제2 열교환기(320)와, 트림히터(130)에서 열교환 후 배출되는 제2 열전달 매체를 안정화시키는 팽창탱크(330)를 포함한다.
제2 열전달 매체는, 제2 열매체 라인(GL)을 따라 유동하면서, 제2 펌프(310)에 의해 가압되고, 제2 열교환기(320)에서 기화 또는 가열되며, 트림히터(130)에서 냉각 또는 응축되고, 팽창탱크(330)를 거쳐 제2 펌프(310)로 순환되도록 형성되는 루프 사이클인 제2 사이클을 순환한다.
본 실시예의 제2 열교환기(320)에서 제2 열전달 매체를 가열하는 열원은, 해수펌프(410)에 의해 흡입되고 제2 해수라인(SL2)을 따라 제2 열교환기(320)로 공급된 해수일 수 있다.
제2 열교환기(320)에서 제2 열전달 매체를 기화 또는 가열시키면서 냉각된 해수는 제2 해수라인(SL2)을 따라 외부로 배출될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 제2 열교환기(320)에서 제2 열전달 매체를 기화 또는 가열시키는 열원으로서 해수가 사용되는 것을 예로 들어 설명하지만, 열원은 선내 스팀 생성기에서 생산된 스팀을 사용할 수도 있고, 상술한 제1 열교환기(220)의 경우와 마찬가지로 해수와 스팀을 상호 보완적으로 사용할 수도 있을 것이다.
또한, 본 실시예의 제2 열교환기(320)는 판형 열교환기(plate heat exchanger)일 수 있다.
본 실시예의 팽창탱크(330)는 제2 열교환기(320)에서의 열교환에 의해 제2 열전달 매체의 온도 변화에 따른 부피 팽창에 대응하기 위한 완충기로서의 역할을 가진다.
또한, 팽창탱크(330)에서는, 제2 열전달 매체에 침입된 공기(air) 등 이물질을 제2 열전달 매체로부터 분리될 수 있고, 트림히터(130)에서 천연가스가 누출(leak)되어 제2 열전달 매체로 가스가 유입된 경우, 제2 열전달 매체로 유입된 가스도 제2 열전달 매체로부터 분리될 수 있다.
본 실시예에서 제2 열전달 매체는 글리콜 워터(glycol water)일 수 있다.
팽창-발전기(230)에서는 제1 열교환기(220)에서 해수와의 열교환에 의해 기화 또는 가열된 제1 열전달 매체가 팽창하면서 압력이 낮아지고 온도도 낮아진다. 제1 열교환기(220)에서 열원으로 사용되는 해수의 온도가 가스 수요처의 최소온도 조건보다 충분히 높은 경우를 제외하면, 제1 열전달 매체의 팽창-발전기(230)에서의 압력 변화 과정에서 온도 강하가 매우 크고, 제1 열전달 매체의 열용량이 작아 천연가스를 최소온도 조건 이상으로 가열하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 천연가스를 최소온도 조건 이상으로 가열(trim heating)하기 위한 중간 열매체로서 제2 열전달 매체, 즉 글리콜 워터를 사용할 수 있다.
일반적으로 고압펌프를 이용하여 LNG를 최소 압력조건 이상으로 압축하고, 기화기(120)에서 최소 온도조건 이상으로 기화 및 가열되어야 한다. 예를 들어, 기화기(120)로부터 배출되는 천연가스의 최소 온도조건이 8℃라고 하면, 이를 충족시키기 위해 기화기(120)로 공급되는 제1 열전달 매체의 온도는 최소 온도조건인 8℃보다 높아야 한다. 일반적인 열교환기에서 가열유체와 피가열유체 간의 최소 온도차가 2 ~ 3℃임을 고려하면, 기화기(120)로 공급되는 제1 열전달 매체의 온도는 약 11℃ 이상이어야 한다.
또한, 본 실시예에서 제1 열전달 매체는 제1 열교환기(220)에서 해수와의 열교환에 의해 가열되므로, 마찬가지로 일반적인 열교환기의 가열유체와 피가열유체 간의 최소 온도차를 고려하면, 제1 열교환기(220)로 공급되는 해수의 온도는 약 14℃ 이상이어야 한다.
그러나, 제1 열교환기(220)에서 제1 열전달 매체가 11℃로 가열되었다고 하더라도, 상술한 바와 같이 팽창-발전기(230)에서 전력을 생산하면서 제1 열전달 매체의 온도는 -10.5℃까지 낮아질 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면 필수적으로 트림히터(130)를 이용하여, 기화기(120)에서 기화된 천연가스를 가스 수요처의 최소 온도조건, 즉 천연가스의 최종 송출 온도까지 가열해주어야 한다.
만약, 제1 열교환기(220)로부터 팽창-발전기(230)로 공급되는 제1 열전달 매체의 일부를 분기시켜 트림히터(130)에서 천연가스를 가열하기 위한 열전달 매체로 사용하게 되면, 해수의 온도가 충분히 높아 제1 열교환기(220)에서 열교환하는 제1 열전달 매체와 해수와의 온도차가 최소 수준 이상으로 높은 경우를 제외하고는, 트림히터(130)에서의 열교환 성능이 충분하지 않아 천연가스를 최종 송출 온도까지 가열할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
제1 열전달 매체의 낮은 열용량과 상변화로 인해 트림히터(130)의 내부에서 핀치 포인트가 결정되므로, 트림히터(130)의 설계는 쉽지 않다. 따라서, 이러한 설계 상의 어려움을 제2 열전달 매체를 사용함으로써 해결하고, 재기화 가스를 안정적으로 가열할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 열교환기(220)에서 해수와의 열교환에 의해 제1 열전달 매체, 즉 냉매는 기화기(120)의 열원으로만 사용하고, 제2 열교환기(320)에서 해수와의 열교환에 의해 가열한 제2 열전달 매체, 즉 글리콜 워터를 트림히터(130)의 열원으로 공급하여 핀치 포인트가 트림히터(130)의 내부에서 발생되지 않도록 함으로써, 충분한 열교환 성능을 확보하고 천연가스를 최종 송출 온도까지 안정적으로 가열할 수 있다.
또한, 재기화 시스템의 초기 기동시에는, LNG가 기화기(120)로 공급되지 않으면 제1 열전달 매체가 기화기(120)에서 응축되지 않으므로, 제1 열전달 매체의 순환이 불가능하기 때문에, LNG와 제1 열전달 매체의 공급 균형을 잘 유지하면서 기화기(120)의 부하를 증가시켜야 한다. 이는 운전상에 많은 어려움을 야기한다.
본 실시예에 따르면, 트림히터(130)에서 천연가스를 가열하기 위한 제2 열전달 매체로서 글리콜 워터를 사용함으로써, 재기화 시스템의 초기 기동시에, LNG 공급량과 제1 열전달 매체의 열 균형이 맞지 않아 LNG가 기화기(120)로 넘어가는 상황이 방지되어 안정적인 운전이 가능하다.
한편, 본 실시예에서는 팽창-발전기(230)에서 제1 열전달 매체에 의해 전력을 생산하므로, 상술한 재기화 선박에 설치되는 발전 엔진의 부하를 낮추고, 연료 소모량을 줄일 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 고압 가스상의 제1 열전달 매체의 냉열을 활용하여 팽창-발전기(230)를 구동시킴으로써 전력을 생산하고, 팽창-발전기(230)를 구동시킨 후의 저압 가스상의 제1 열전달 매체를 이용하여 LNG를 기화시킨다.
한편, 제1 열전달 매체를 순환시키는 제1 사이클에는 제1 펌프(210) 등의 회전장치(rotating machinery)가 포함된다.
이러한 회전장치에는 작동유체가 외부로 누설되는 것을 방지하기 위하여, 밀봉 시스템(seal system)이 연계 설치된다. 경우에 따라서는 회전장치의 작동을 원활하게 하기 위하여 주입하는 윤활유(lubricant oil)가 윤활의 목적과 동시에 밀봉(sealing)의 목적으로 사용될 수도 있다.
통상적으로 밀봉의 목적으로 주입되는 밀봉유(sealing oil)는 미량이라도 지속적으로 회전장치의 작동유체, 즉 제1 열전달 매체로 누출되며, 따라서 회전장치를 장기간 운전하게 되면 오일 성분이 작동유체에 농축(concentration)되어 재기화 시스템의 성능을 저하시키는 요인으로 작용한다.
종래의 일반적인 LNG 재기화 시스템에 적용되는 냉동 사이클의 경우에는, 글리콜 워터를 작동유체로 사용하였으며, 압축기(compressor) 등 회전장치의 하류에 오일 분리기(oil separator)를 설치하고, 오일 분리기로부터 고압의 증기(vapor)가 배출되는 측에서 오일을 여과(filtration)시킴으로써 글리콜 워터로부터 오일을 분리하였다. 여과를 통해 응집되어 분리된 오일 성분은 다시 압축기의 밀봉유로 사용하였다.
이와 같은 종래의 오일 분리방식에 비해, 본 실시예는 녹아웃 드럼(250)과 오일 시스템(500), 2가지 분리 수단을 적용하여, 글리콜 워터에 혼입된 오일 성분의 분리 효율을 증대시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 사이클을 순환하며 상변화를 수반하는 제1 열전달 매체는 제1 열교환기(220)에서 해수와의 열교환에 의해 기화되는데, 이때 동일 압력 하에서 제1 열전달 매체보다 기화온도가 높은 오일 성분은 액상으로 남아있게 된다.
즉, 제1 열교환기(220)로부터 녹아웃 드럼(250)으로 공급되는 유체는, 기상의 제1 열전달 매체(또는 기화되지 못한 액상의 제1 열전달 매체가 일부 포함될 수 있음)와 액상의 오일 성분이 혼합된 기액혼합물이다.
본 실시예에서 제1 열교환기(220)로부터 녹아웃 드럼(250)으로 공급되는 유체의 온도는 약 22℃일 수 있다.
본 실시예에서 제1 열전달 매체의 액화온도는 약 -31℃이고, 오일의 액화온도는 오일의 종류에 따라 다르기는 하지만, 제1 열전달 매체의 액화온도보다 높으며, 제1 열교환기(220)로부터 녹아웃 드럼(250)으로 공급되는 유체는 기액혼합물 상태가 된다.
본 실시예에 따르면, 이러한 특성을 이용하여, 제1 열교환기(220) 하류에 구비되는 녹아웃 드럼(250)에서 액상의 오일 성분을 기상의 제1 열전달 매체로부터 분리할 수 있다.
상술한 바와 같이, 녹아웃 드럼(250)의 본래 목적은 제1 열교환기(220)에서 충분히 기화되지 못한 액상의 제1 열전달 매체가 팽창-발전기(230)로 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서, 액상의 제1 열전달 매체를 제1 사이클로 회수하기 위하여, 녹아웃 드럼(250)의 하부에는 리시버(240)로 연결되는 제5 분기라인(RL5) 및/또는 제1 열교환기(220)로 연결되는 제4 분기라인(RL4)이 연결되어 있다.
그러나, 액상으로 분리된 오일 성분이 제5 분기라인(RL5)을 통해 리시버(240)로 유입되거나 제4 분기라인(RL4)을 통해 제1 열교환기(220)로 유입되면 안되므로, 본 실시예에 따르면, 녹아웃 드럼(250)의 하부에, 제5 분기라인(RL5) 및 제4 분기라인(RL4)과는 별도로 오일 분리라인이 연결된다.
오일 분리라인은 녹아웃 드럼(250)과 오일 시스템(500)을 연결하며, 오일 분리라인에는 개폐제어에 의해 녹아웃 드럼(250)과 오일 시스템(500)을 연결하거나 차단하는 오일밸브(OV)가 구비된다.
오일밸브(OV)는, 일반적인 운전모드에서는 폐쇄된 상태에 있으며, 녹아웃 드럼(250)에 누적된 액체가 오일 성분임이 확인되면 개방되어 녹아웃 드럼(250)으로부터 배출된 액체가 오일 시스템(500)으로 유입되도록 한다.
즉, 일반적인 운전모드(녹아웃 드럼(250)에 누적된 액체가 제1 열전달 매체라고 판단되는 경우)에는 오일밸브(OV)는 폐쇄되어 있고, 제2 수위밸브(LV2) 및/또는 제1 수위밸브(LV1)는 개방된 상태에 있어 녹아웃 드럼(250)으로부터 배출되는 액상의 제1 열전달 매체가 리시버(240) 및/또는 제1 열교환기(220)로 공급되도록 하고, 오일 분리모드(녹아웃 드럼(250)에 누적된 액체가 오일이라고 판단되는 경우)에는 오일밸브(OV)는 개방되고, 제2 수위밸브(LV2) 및/또는 제1 수위밸브(LV1)는 폐쇄된 상태에 있어 녹아웃 드럼(250)으로부터 배출되는 액상의 오일 성분이 오일 시스템(500)으로 공급되도록 한다.
또한, 본 실시예에 따르면, 녹아웃 드럼(250)에 누적된 액체가 오일 성분인지를 판단하기 위한 수단으로서, 녹아웃 드럼(250)으로부터 액체가 배출되는 라인 상에 녹아웃 드럼(250)으로부터 배출되는 액체의 조성을 확인하기 위한 샘플링 포인트(SP)를 구비한다.
제어부는, 샘플링한 액체의 조성을 확인하고, 확인된 조성을 이용하여, 녹아웃 드럼(250)으로부터 배출된 액체에 오일 성분이 혼합되어 있지 않거나, 혼합되어 있는 오일 성분의 농도가 미량이어서 제1 사이클로 회수되어도 무관하다고 판단되면, 오일 밸브(OV)는 폐쇄하고 제2 수위밸브(LV2) 또는 제1 수위밸브(LV1)를 개방한다.
예를 들어, 제1 열전달 매체가 R-407c인 경우, 제어부는 녹아웃 드럼(250)으로부터 배출된 액체의 조성이, R-407c의 혼합물 조성 비율 범위를 벗어나게 되면, 녹아웃 드럼(250)으로부터 배출된 액체가 오일이라고 판단할 수 있다.
또한, 제어부는, 샘플링한 액체의 조성을 확인한 결과, 오일 성분의 농도가 기준치를 초과하는 등 녹아웃 드럼(250)으로부터 배출되는 액체가 오일이라고 판단되면, 오일 밸브(OV)는 개방하고 제2 수위밸브(LV2) 및 제1 수위밸브(LV1)는 폐쇄한다.
한편, 오일 시스템(500)은, 회전장치에 밀봉유 또는 윤활유를 공급하는 장치로서, 녹아웃 드럼(250)으로부터 회수된 오일 성분을 회전장치로 재공급할 수 있다.
본 실시예의 오일 시스템(500)은 오일 분리라인을 통해 회수된 유체를 가열하는 오일 분리기(미도시)를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 녹아웃 드럼(250)에서는 제1 열교환기(220)에서 기화되지 못한 액상의 제1 열전달 매체가 일부 포함될 수도 있으므로, 오일 분리라인을 통해 오일 시스템(500)으로 공급되는 액체에는 제1 열전달 매체가 일부 포함되어 있을 수 있다.
본 실시예에 따르면, 오일 분리기를 이용하여 녹아웃 드럼(250)으로부터 오일 시스템(500)으로 공급된 액체를 가열함으로써, 제1 열전달 매체를 오일 성분으로부터 분리할 수 있다.
오일 분리기는, 제1 열전달 매체는 기화되고 오일 성분은 액상으로 남아있을 수 있는 온도로 녹아웃 드럼(250)으로부터 오일 시스템(500)으로 공급된 액체를 가열한다.
오일 분리기에서 기화되어 오일 성분으로부터 분리된 기체 상태의 제1 열전달 매체는, 도시하지 않은 회수라인을 통해 제1 사이클의 저압 구간, 즉, 팽창-발전기(230)와 기화기(120) 사이의 제1 열매체 라인 또는 리시버(240)로 회수한다.
오일 분리기에서 기체 상태의 제1 열전달 매체가 분리된 오일 성분은 오일 저장탱크(미도시)에 저장될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 버려지는 LNG의 냉열을 전력으로 회수하여 에너지 효율을 높이고, 연료 가스 소모량을 줄일 수 있다.
또한, 팽창-발전기(230)로 액체 성분이 유입되는 것을 방지하기 위해 구비되는 녹아웃 드럼(250)을 이용하여, 제1 열전달 매체에 혼입되어 있는 오일 성분을 분리하고, 분리된 오일 성분은 물론 제1 열전달 매체를 재사용할 수 있으므로, 오일 성분의 분리를 위한 추가적인 장비 구성이 불필요하다.
또한, 녹아웃 드럼(250)을 이용하여, 기상의 제1 열전달 매체와 액상의 제1 열전달 매체를 기액 분리하면서, 기상의 제1 열전달 매체와 액상의 오일 성분을 기액 분리하는 것을 동시에 적용할 수 있으므로, 분리 효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 분리 효율이 상승하므로, 제1 열전달 매체에 오일이 농축됨으로써 시스템 성능이 저하되는 요인을 제거할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
120 : 기화기 130 : 트림히터
210 : 제1 펌프 220 : 제1 열교환기
230 : 팽창-발전기 240 : 리시버
250 : 녹아웃 드럼 310 : 제2 펌프
320 : 제2 열교환기 330 : 팽창탱크
410 : 해수펌프 500 : 오일 시스템
LL : 액화가스 라인 RL : 제1 열매체 라인
RL1 : 제1 분기라인 RL2 : 제2 분기라인
RL4 : 제4 분기라인 RL5 : 제5 분기라인
SL1 : 제1 해수라인 SL2 : 제2 해수라인
LV : 제1 밸브 FV3 : 제3 유량 조절밸브
LV1 : 제1 수위밸브 LV2 : 제2 수위밸브
RV : 제2 밸브 OV : 오일밸브
SP : 샘플링 포인트
210 : 제1 펌프 220 : 제1 열교환기
230 : 팽창-발전기 240 : 리시버
250 : 녹아웃 드럼 310 : 제2 펌프
320 : 제2 열교환기 330 : 팽창탱크
410 : 해수펌프 500 : 오일 시스템
LL : 액화가스 라인 RL : 제1 열매체 라인
RL1 : 제1 분기라인 RL2 : 제2 분기라인
RL4 : 제4 분기라인 RL5 : 제5 분기라인
SL1 : 제1 해수라인 SL2 : 제2 해수라인
LV : 제1 밸브 FV3 : 제3 유량 조절밸브
LV1 : 제1 수위밸브 LV2 : 제2 수위밸브
RV : 제2 밸브 OV : 오일밸브
SP : 샘플링 포인트
Claims (14)
- 액화가스를 제1 열전달 매체와 열교환시켜 기화시키는 기화기;
상기 제1 열전달 매체의 상변화를 수반하며 상기 제1 열전달 매체를 순환시키는 제1 사이클; 및
상기 제1 사이클에 포함된 회전장치에 오일을 공급하는 오일 시스템;을 포함하고,
상기 제1 사이클은,
상기 기화기에서 열교환에 의해 응축된 액체 상태의 제1 열전달 매체를 기화시키는 제1 열교환기;
상기 제1 열교환기에서 기화된 제1 열전달 매체를 팽창시켜 전력을 생산하는 팽창-발전기;
상기 제1 열교환기에서 기화된 제1 열전달 매체로부터, 기화되지 않은 제1 열전달 매체와 상기 제1 열전달 매체에 혼입된 오일을 분리하여, 기상의 제1 열전달 매체가 팽창-발전기로 공급되도록 하는 녹아웃 드럼; 및
상기 녹아웃 드럼으로부터 배출된 액체가 상기 제1 사이클로 공급되도록 하는 회수 밸브;를 포함하고,
상기 녹아웃 드럼으로부터 배출된 액체가 상기 오일 시스템으로 공급되도록 하는 오일 밸브;
상기 녹아웃 드럼으로부터 배출되는 액체를 샘플링하기 위한 샘플링 포인트; 및
상기 샘플링 포인트에서 샘플링된 액체의 조성을 확인하고, 조성에 따른 출력값에 따라 상기 액체가 오일이라고 판단되면 상기 오일 밸브를 개방하고, 상기 액체가 제1 열전달 매체라고 판단되면 상기 회수 밸브를 개방하도록 제어하는 제어부;를 포함하는, 선박의 액화가스 재기화 시스템. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 오일 시스템은,
상기 오일 시스템으로 공급된 액체를 가열하여, 상기 액체에 포함된 제1 열전달 매체를 기화시키고, 상기 기화된 기상의 제1 열전달 매체를 액상의 오일과 분리하여 상기 제1 사이클로 공급하는 오일 분리기;를 포함하는, 선박의 액화가스 재기화 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 기화기에서 기화된 재기화 가스를 제2 열전달 매체와의 열교환에 의해 가스 수요처에서 요구하는 온도까지 더 가열하는 트림히터;를 포함하는, 선박의 액화가스 재기화 시스템. - 청구항 5에 있어서,
상기 제2 열전달 매체를 순환시키는 제2 사이클;을 더 포함하고,
상기 제2 사이클은,
상기 트림히터에서 열교환 후 배출된 제2 열전달 매체를 저장하는 팽창탱크;
상기 팽창탱크로부터 상기 트림히터로 공급할 제2 열전달 매체를 가압하는 제2 펌프; 및
상기 제2 펌프에 의해 가압된 제2 열전달 매체를 가열하여 상기 트림히터로 공급하는 제2 열교환기;를 포함하는, 선박의 액화가스 재기화 시스템. - 청구항 5에 있어서,
상기 제1 열전달 매체는,
자연 냉매, HFC계(Hydrofluorocarbons) 및 HFO계(Hydrofluorolefin) 냉매의 단일 또는 혼합 냉매인, 선박의 액화가스 재기화 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 사이클은,
상기 기화기로부터 열교환 후 배출되는 저온의 제1 열전달 매체를 수용하는 리시버; 및
상기 리시버로부터 공급받은 액상의 제1 열전달 매체를 가압하여 상기 제1 열교환기로 공급하는 제1 펌프;를 더 포함하는, 선박의 액화가스 재기화 시스템. - 액화가스와 제1 열전달 매체를 기화기에서 열교환시켜 상기 액화가스를 기화시키고, 상기 액화가스를 기화시키면서 얻은 제1 열전달 매체의 냉열을 회수한 후, 상기 기화기로 재순환시키며,
상기 제1 열전달 매체의 냉열을 회수하는 것은,
상기 기화기에서 열교환에 의해 응축된 액체 상태의 제1 열전달 매체를 기화시키고, 상기 기화된 제1 열전달 매체에 포함된 액체를 기액분리하고, 기체 상태의 제1 열전달 매체를 팽창-발전기로 공급하여 팽창시킴으로써 전력을 생성하며, 상기 팽창된 제1 열전달 매체를 상기 기화기로 공급하는 제1 사이클을 순환시키면서 회수하고,
상기 제1 사이클을 순환하면서 상기 제1 열전달 매체에는 오일 성분이 혼입되고,
상기 제1 열전달 매체에 혼입된 오일 성분은 상기 기체 상태의 제1 열전달 매체로부터 액체 상태로 분리되며,
상기 기체 상태의 제1 열전달 매체와 분리배출되는 액체의 조성을 분석하고,
상기 액체의 조성이 제1 열전달 매체라고 판단되면, 상기 액체를 제1 사이클로 순환시키고,
상기 액체의 조성이 오일이라고 판단되면, 상기 액체를 상기 제1 사이클의 회전장치의 밀봉유 또는 윤활유로서 공급하는, 선박의 액화가스 재기화 방법. - 삭제
- 청구항 9에 있어서,
상기 액체의 조성이 오일이라고 판단되면, 상기 액체를 상기 제1 사이클의 회전장치의 밀봉유 또는 윤활유로서 공급하되,
상기 액체를 가열하여 상기 액체에 포함된 제1 열전달 매체를 기화시키고,
상기 기화된 제1 열전달 매체와 기화되지 않고 액상으로 남아있는 오일을 기액분리하고,
상기 분리된 기상의 제1 열전달 매체는 상기 액화가스를 재기화시키는 제1 열전달 매체 순환 흐름에 합류시키고,
상기 분리된 액상의 오일은 오일 저장탱크로 공급하는, 선박의 액화가스 재기화 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 제1 열전달 매체는 상기 제1 사이클을 순환하며 상변화를 수반하는 물질인, 선박의 액화가스 재기화 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 기화된 제1 열전달 매체에 포함된 액체가 기액분리되고 남은 기체 상태의 제1 열전달 매체의 유량 또는 압력이 설정값보다 높을 때에는 상기 팽창-발전기의 출력을 증가시키는, 선박의 액화가스 재기화 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 기화된 재기화 가스를 제2 열전달 매체와 열교환시켜 가스 수요처에서 요구하는 온도까지 더 가열하는, 선박의 액화가스 재기화 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020210007522A KR102408227B1 (ko) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | 선박의 액화가스 재기화 시스템 및 방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020210007522A KR102408227B1 (ko) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | 선박의 액화가스 재기화 시스템 및 방법 |
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| KR1020210007522A Active KR102408227B1 (ko) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | 선박의 액화가스 재기화 시스템 및 방법 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101852682B1 (ko) * | 2016-09-30 | 2018-04-26 | 현대중공업 주식회사 | 증발가스 재액화 시스템 및 선박 |
| KR20180060214A (ko) * | 2016-11-28 | 2018-06-07 | 현대중공업 주식회사 | 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박 |
| KR20200144803A (ko) * | 2019-06-19 | 2020-12-30 | 삼성중공업 주식회사 | 유기랭킨사이클 및 이를 갖는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템 |
-
2021
- 2021-01-19 KR KR1020210007522A patent/KR102408227B1/ko active Active
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| KR101852682B1 (ko) * | 2016-09-30 | 2018-04-26 | 현대중공업 주식회사 | 증발가스 재액화 시스템 및 선박 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20210119 |
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| PA0201 | Request for examination | ||
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20220205 Patent event code: PE09021S01D |
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Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20220408 |
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| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20220608 Patent event code: PR07011E01D |
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Payment date: 20220609 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
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| PG1601 | Publication of registration |