KR102426548B1 - 증발가스 재액화 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

증발가스 재액화 장치 및 방법이 개시된다.
본 발명에 따르면 증발가스를 압축하기 위한 복수의 압축기가 구동되는 경우에 각각의 복수의 압축기에 공급되는 증발가스의 양이 동일하게 분배되지 않더라도 증발가스의 재액화 성능이 원활하게 발휘될 수 있다. 이를 위해 본 발명에 따르면 증발가스가 유동하는 증발가스 유동라인이 증발가스가 재액화 장치 내에서 서로 혼합되지 않도록 독립적으로 배치된다.

Description

증발가스 재액화 장치 및 방법{Device and method of re-liquefying boil-off gas}
본 발명은 증발가스 재액화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증발가스 재액화를 위한 제어를 보다 간단하게 할 수 있는 증발가스 재액화 장치 및 방법에 관한 것이다.
해상에서 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 또는 LNG) 및 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas, 또는 LPG) 등의 액화가스를 취급하는 해상 부유물에는 액화가스를 저장하기 위한 저장 탱크가 구비된다.
이러한 저장 탱크에는 저장 탱크 내부와 외부와의 열교환을 차단하기 위한 단열재가 구비되지만 내부와 외부의 완벽한 열교환은 불가능하므로 외부에서 저장 탱크 내부로 열에너지가 전달되고 따라서 저장 탱크 내부에서는 액화가스가 증발하여 발생하는 증발가스(Boil-off Gas)가 발생한다.
이러한 증발가스가 저장 탱크 내부에 지속적으로 누적될 경우 저장 탱크의 안정성 등의 문제가 발생할 수 있으므로 액화가스를 취급하는 해상 부유물에는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 장치가 구비되는 경우가 많다.
도 1에는 해상 부유물에 구비되며 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 장치의 일 예가 도시되어 있다.
도 1의 재액화 장치 일 예에 따르면 재액화 장치는, 저장 탱크에서 배출된 증발가스를 압축하기 위한 복수의 압축기(1) 및 증발가스가 복수의 압축기(1)로부터 냉각 유닛(2)에 공급되는 경로 및 재액화 장치를 유동하는 경로를 제공하는 증발가스 유동라인(3)이 도시되어 있다.
저장 탱크에서 배출되는 증발가스의 양이 적은 경우에는 복수의 압축기 중 하나의 압축기 또는 일부의 압축기만 가동하여 증발가스를 재액화시키지만 저장 탱크에서 배출되는 증발가스의 양이 많은 경우에는 모든 압축기를 가동하여 증발가스를 재액화시키게 된다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이 증발가스 유동라인(3)이 복수의 압축기(1)에서 배출된 증발가스가 혼합되어 냉각 유닛(2)에 공급되도록 구성되는 경우 원활한 증발가스의 재액화가 이루어지도록 하기 위해서는 각각의 복수의 압축기(1)에 동일한 양의 증발가스가 공급되도록 제어할 필요가 있다. 그러나, 이러한 증발가스의 배출량은 저장 탱크 내부의 압력 등에 따라 수시로 변하게 되므로 복수의 압축기(1)에 동일한 양의 증발가스가 실시간으로 공급되도록 제어하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 증발가스의 재액화를 위해 복수의 압축기에 동일한 양의 증발가스가 공급되도록 제어하지 않더라도 원활한 증발가스 재액화 성능을 발휘할 수 있는 증발가스 재액화 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장 탱크로부터 배출되는 증발가스를 재액화하기 위한 장치에 있어서, 상기 증발가스를 압축하기 위해 병렬로 구비된 복수의 압축기; 상기 복수의 압축기에서 배출되는 증발가스를 재액화하기 위한 냉각 유닛; 및 상기 증발가스가 상기 복수의 압축기로부터 상기 냉각 유닛에 공급되는 경로 및 상기 냉각 유닛을 유동하는 경로를 제공하는 복수의 증발가스 유동라인; 을 포함하며, 상기 증발가스 유동라인 각각은 상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스가 증발가스를 재액화하기 위한 장치 내에서 서로 혼합되지 않도록 독립적으로 배치되는 증발가스 재액화 장치가 제공된다.
상기 복수의 압축기는 제1 압축기 및 제2 압축기를 포함할 수 있다.
상기 제2 압축기는 상기 제1 압축기에 대한 리던던시(Redundancy) 압축기일 수 있다.
상기 냉각 유닛은 상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스와 상기 저장 탱크에서 배출된 증발가스를 열교환하여 상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스를 냉각하는 열교환기; 를 포함할 수 있다.
상기 냉각 유닛은 상기 압축기 및 상기 열교환기를 거쳐 배출된 증발가스를 감압하여 팽창시키기 위한 팽창 수단; 을 더 포함할 수 있다.
상기 냉각 유닛은 상기 증발가스로부터 상기 팽창 수단을 거쳐 생성된 기액 혼합물을 기체와 액체로 분리하기 위한 기액 분리기; 를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장 탱크로부터 배출되는 증발가스를 재액화하기 위한 방법에 있어서, 병렬로 구비된 복수의 압축기를 통해 상기 증발가스를 압축하는, 압축 단계; 및 냉각 유닛에 의해 상기 압축된 증발가스를 재액화하는, 냉각 단계; 를 포함하며, 상기 증발가스가 상기 복수의 압축기로부터 상기 냉각 유닛에 공급되는 경로 및 상기 냉각 유닛을 유동하는 경로를 제공하는 복수의 증발가스 유동라인 각각은 상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스가 증발가스를 재액화하기 위한 장치 내에서 서로 혼합되지 않도록 독립적으로 배치되는 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
상기 복수의 압축기는 제1 압축기 및 제2 압축기를 포함할 수 있다.
상기 제2 압축기는 상기 제1 압축기에 대한 리던던시(Redundancy) 압축기일 수 있다.
상기 냉각 단계는 상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스와 상기 저장 탱크에서 배출된 증발가스를 열교환하여 상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스를 냉각하는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 냉각 단계는 상기 압축기 및 상기 열교환기를 거쳐 배출된 증발가스를 감압하여 팽창시키는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각 단계는 상기 증발가스로부터 상기 팽창 수단을 거쳐 생성된 기액 혼합물을 기체와 액체로 분리하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 증발가스의 재액화를 위해 복수의 압축기에 동일한 양의 증발가스가 공급되도록 제어하지 않더라도 원활한 증발가스 재액화 성능을 발휘할 수 있다.
도 1은 해상 부유물에 구비되며 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화 장치의 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명될 것이나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
한편, 본 발명은 액화가스를 저장하기 위한 액화가스 저장 탱크를 구비한 해상 부유물에 적용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 액화가스(Liquefied Gas)는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas) 및 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas)를 포함하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화 장치의 구성도이다.
도 2에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화 장치는, 복수의 압축기(12, 14)를 포함한다. 복수의 압축기(12, 14)는 병렬로 구비된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기(12, 14)는 액화가스를 저장하는 저장 탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하는 역할을 수행한다. 본 실시예에서는 압축기가 두 개인 경우를 도시하고 있지만 압축기의 개수는 단순히 예시적인 것에 불과하며 압축기는 세개 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 압축기는 제1 압축기(12) 및 제2 압축기(14)를 포함할 수 있다.
해상 부유물에 구비되는 구성 중 일부가 고장나는 등의 이유로 정상적으로 작동하지 않는 경우에 대비하여 동일한 역할을 수행할 수 있는 구성을 추가적으로 구비하도록 설계하는 경우가 있는데 이러한 설계를 리던던시(Redundancy) 설계라고 한다. 리던던시 설계를 통해 해상 부유물의 구성 중 일부가 정상적으로 작동하지 않는 경우 리던던시 구성이 작동되도록 함으로써 해상 부유물의 원활한 작업 수행이 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제2 압축기(14)는 제1 압축기(12)의 이러한 리던던시 압축기일 수 있다. 이러한 경우 제1 압축기(12)가 정상적으로 작동하지 않는 경우 제2 압축기(14)가 제1 압축기(12)의 역할을 대신하여 저장 탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축할 수 있다. 또한, 제2 압축기(14)는 제1 압축기(12)가 정상적으로 작동하는 경우에도 작동할 수 있는데 예를 들어, 저장 탱크로부터 배출되는 증발가스의 양이 제1 압축기(12)가 압축할 수 있는 증발가스의 양을 초과하는 경우에도 증발가스를 압축하기 위해 작동할 수 있다. 이 경우, 제1 압축기(12)의 용량을 증가시키지 않더라도 리던던시 압축기인 제2 압축기(14)를 이용해 증발가스를 압축할 수 있으므로 해상 부유물에 설치되는 압축기의 용량을 줄일 수 있어 해상 부유물의 건조 비용을 줄일 수 있고 압축기의 설치 공간을 감축할 수 있는 효과가 발생한다.
계속해서 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화 장치는 압축기(12, 14)에서 압축된 후 배출된 증발가스를 냉각 및 재액화시키기 위한 냉각 유닛(100)을 포함한다. 냉각 유닛(100)에서는 저장 탱크(5)에서 배출된 증발가스의 냉열을 회수하여 압축기(12, 14)에서 배출된 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
이를 위하여, 냉각 유닛(100)은, 저장 탱크(5)에서 배출된 증발가스와 압축기(12, 14)에서 배출된 증발가스를 열교환시켜 압축기(12, 14)에서 배출된 증발가스를 냉각시키는 열교환기(102), 열교환기(102)에서 냉각된 후 배출된 증발가스를 감압하여 팽창시켜 증발가스로부터 기액 혼합물이 생성되도록 하는 팽창 수단(104, 106), 및 팽창 수단(104, 106)에서 배출된 기액 혼합물을 기체와 액체로 분리시키는 기액 분리기(108)를 포함한다. 전술한 바와 같이 도 2에 따르면 압축기가 두개 설치되어 있는데 이에 대응하여 팽창 수단은 제1 압축기(12)에서 배출된 증발가스를 팽창시키는 제1 팽창 수단(104) 및 제2 압축기(14)에서 배출된 증발가스를 팽창시키는 제2 팽창 수단(106)을 포함할 수 있다. 압축기 개수의 경우와 유사하게 도 2에 도시된 팽창 수단의 개수 역시 예시적인 것에 불과하며 압축기의 개수가 변함에 따라 팽창 수단의 개수 역시 가변적일 수 있다. 한편, 팽창 수단은 팽창 밸브일 수 있으며, 예를 들어 Joule-Thomson 밸브일 수 있다.
한편, 기액 분리기(108)에서 분리된 액체는 다시 액화가스 저장 탱크(5)에 공급될 수 있으며, 기액 분리기(108)에서 분리된 기체는 저장 탱크(5)에서 배출된 증발가스에 합류한 후 열교환기(102)에 공급되어 압축기(12, 14)에서 배출된 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
한편, 저장 탱크에서 배출된 증발가스를 압축기에 공급하고, 압축기에서 배출된 증발가스를 냉각 유닛에 공급하기 위해서는 증발가스가 유동할 수 있는 라인이 필요한데 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면 증발가스 유동라인(22, 24)이 구비된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면 압축기가 복수로 구비되는데 각각의 압축기에서 배출된 증발가스는 각각의 증발가스 유동라인을 통해 냉각 유닛에 공급되고 냉각 유닛에 공급된 증발가스는 각각의 증발가스 유동라인을 통해 냉각 유닛 내의 열교환기, 팽창 수단, 및 기액 분리기를 거치며 재액화된다. 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 증발가스 유동라인을 통해 유동하는 증발가스는 하나의 열교환기(102)에 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 증발가스 유동라인(22, 24)는 각각의 증발가스 유동라인(22, 24)을 유동하는 증발가스가 본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 장치 내에서 서로 혼합되지 않도록 독립적으로 구비된다. 즉, 두개의 압축기(12, 14)가 구비된 도 2를 참조하여 설명하면, 제1 압축기(12)에서 압축된 증발가스는 제1 증발가스 유동라인(22)을 통해 냉각 유닛(100)에 공급된다. 냉각 유닛(100)에 공급된 증발가스는 다시 제1 증발가스 유동라인(22)을 통해 열교환기(102), 제1 팽창 수단(104) 및 기액 분리기(108)를 통하여 재액화된다. 또한, 제2 압축기(14)에서 압축된 증발가스는 제2 증발가스 유동라인(24)을 통해 냉각 유닛(100)에 공급되고, 냉각 유닛(100)에 공급된 증발가스는 다시 제1 증발가스 유동라인(22)을 통해 열교환기(102), 제2 팽창 수단(106) 및 기액 분리기를 통하여 재액화된다. 이러한 재액화 과정에서 제1 증발가스 유동라인(22) 및 제2 증발가스 유동라인(24)을 각각 유동하는 증발가스는 재액화 장치를 유동하는 동안 서로 혼합되지 않는다.
한편, 전술한 바와 같이 압축기의 개수는 가변적이므로 각각의 압축기에서 배출되는 증발가스가 독립적으로 유동되도록 하기 위한 증발가스 유동라인 역시 가변적일 수 있다. 따라서, 압축기의 개수가 두개를 초과하는 경우 증발가스 유동라인 역시 그에 따라 두개를 초과할 수 있으며, 이 경우에도 증발가스 유동라인은 각각의 증발가스 유동라인을 유동하는 증발가스가 재액화 장치 내에서 서로 혼합되지 않도록 독립적으로 구비될 수 있다.
전술한 바와 같이 복수의 압축기에서 배출되는 증발가스를 혼합한 후 하나의 유체로서 냉각 유닛(즉, 열교환기)에 공급하는 경우 복수의 압축기에 공급되는 증발가스의 양이 골고루 분배되도록 제어할 필요가 있다. 그러나, 저장 탱크에서 배출되는 증발가스의 양은 저장 탱크 내부의 상태에 따라 실시간으로 변하므로 복수의 압축기에 공급되는 증발가스의 양을 골고루 분배하도록 제어하는 것은 어렵고 복잡하다는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따르면 복수의 압축기에서 배출되는 증발가스를 혼합시키지 않고 각각 독립적으로 구비된 증발가스 유동라인을 통해 냉각 유닛(즉, 열교환기)에 공급하도록 함으로써, 복수의 압축기에 공급되는 증발가스의 양을 골고루 분배하도록 제어하지 않더라도 증발가스의 재액화가 원활하게 이루어질 수 있다는 기술적 효과가 존재한다.
또한, 본 발명에 따르면 저장 탱크에서 배출되는 증발가스의 양이 많은 경우 리던던시 압축기를 구동하여 증발가스를 재액화할 수 있으므로 해상 부유물에 설치되는 압축기의 용량을 줄일 수 있어 해상 부유물의 건조 비용을 감축할 수 있고 압축기 설치에 필요한 물리적인 공간을 감축할 수 있다는 기술적 효과 역시 존재한다.
1 - 압축기
2 - 냉각 유닛
3 - 증발가스 유동라인
5 - 저장 탱크
12 - 제1 압축기
14 - 제2 압축기
22 - 제1 증발가스 유동라인
24 - 제2 증발가스 유동라인
100 - 냉각 유닛
102 - 열교환기
104 - 제1 팽창 수단
106 - 제2 팽창 수단
108 - 기액 분리기

Claims (12)

  1. 액화가스를 저장하는 저장 탱크로부터 배출되는 증발가스를 재액화하기 위한 장치에 있어서,
    상기 증발가스를 압축하기 위해 병렬로 구비된 복수의 압축기;
    상기 복수의 압축기에서 배출되는 증발가스를 재액화하기 위한 냉각 유닛; 및
    상기 증발가스가 상기 복수의 압축기로부터 상기 냉각 유닛에 공급되는 경로 및 상기 냉각 유닛을 유동하는 경로를 제공하는 복수의 증발가스 유동라인;을 포함하며,
    상기 증발가스 유동라인 각각은 상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스가 증발가스를 재액화하기 위한 장치 내에서 서로 혼합되지 않도록 독립적으로 배치되고,
    상기 복수의 압축기는 제1 압축기 및 제2 압축기를 포함하되, 상기 제2 압축기는 상기 제1 압축기에 대한 리던던시(Redundancy) 압축기이며,
    상기 저장 탱크에서 배출되는 증발가스의 양이 상기 제1 압축기가 압축할 수 있는 증발가스의 양을 초과하는 경우 리던던시 압축기를 구동하여 증발가스를 재액화할 수 있는,
    증발가스 재액화 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스와 상기 저장 탱크에서 배출된 증발가스를 열교환하여 상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스를 냉각하는 열교환기; 를 포함하는,
    증발가스 재액화 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 압축기 및 상기 열교환기를 거쳐 배출된 증발가스를 감압하여 팽창시키기 위한 팽창 수단; 을 더 포함하는,
    증발가스 재액화 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 증발가스로부터 상기 팽창 수단을 거쳐 생성된 기액 혼합물을 기체와 액체로 분리하기 위한 기액 분리기; 를 더 포함하는,
    증발가스 재액화 장치.
  7. 액화가스를 저장하는 저장 탱크로부터 배출되는 증발가스를 재액화하기 위한 방법에 있어서,
    병렬로 구비된 복수의 압축기를 통해 상기 증발가스를 압축하는, 압축 단계; 및
    냉각 유닛에 의해 상기 압축된 증발가스를 재액화하는, 냉각 단계;를 포함하며,
    상기 증발가스가 상기 복수의 압축기로부터 상기 냉각 유닛에 공급되는 경로 및 상기 냉각 유닛을 유동하는 경로를 제공하는 복수의 증발가스 유동라인 각각은 상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스가 증발가스를 재액화하기 위한 장치 내에서 서로 혼합되지 않도록 독립적으로 배치되고,
    상기 복수의 압축기는 제1 압축기 및 제2 압축기를 포함하되, 상기 제2 압축기는 상기 제1 압축기에 대한 리던던시(Redundancy) 압축기이며,
    상기 저장 탱크에서 배출되는 증발가스의 양이 상기 제1 압축기가 압축할 수 있는 증발가스의 양을 초과하는 경우 리던던시 압축기를 구동하여 증발가스를 재액화할 수 있는,
    증발가스 재액화 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 냉각 단계는,
    상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스와 상기 저장 탱크에서 배출된 증발가스를 열교환기에서 열교환하여 상기 복수의 압축기에서 배출된 증발가스를 냉각하는 단계; 를 포함하는,
    증발가스 재액화 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 냉각 단계는,
    상기 압축기 및 상기 열교환기를 거쳐 배출된 증발가스를 팽창 수단을 거쳐 감압하여 팽창시키는 단계; 를 더 포함하는,
    증발가스 재액화 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 냉각 단계는,
    상기 증발가스로부터 상기 팽창 수단을 거쳐 생성된 기액 혼합물을 기체와 액체로 분리하는 단계; 를 더 포함하는,
    증발가스 재액화 방법.
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