KR102435670B1

KR102435670B1 - Lng 이송용 극저온 저압 펌프

Info

Publication number: KR102435670B1
Application number: KR1020200153677A
Authority: KR
Inventors: 홍진희; 홍기문; 강한성; 홍기운
Original assignee: 협성철광 주식회사
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-08-24
Also published as: KR20220067210A

Abstract

본 발명은 내부에서 생성되는 BOG를 배출할 수 있는 LNG의 이송용 극저온 저압 펌프를 제안한다. 본 발명의 LNG 이송용 극저온 저압 펌프는, 극저온 유체에 딥핑된 상태에서 유체에 소정의 압력을 가할 수 있는 극저온 저압펌프이다. 그리고 내부에 임펠러(12) 및 디퓨저(14)가 다단으로 배치되고, 입구에는 인듀서가 설치되는 케이싱을 포함하는 압축부; 그리고 압축부의 임펠러 및 인듀서를 회전시키는 회전축을 회전시키는 중심부에 배치된 회전자와, 상기 회전자의 외측에 배치되는 고정자가 내부에 설치되는 모터하우징(40)을 포함하는 모터부(30)를 포함한다. 모터부의 상부에 설치되는 출구매니폴드(20)의 하부에 지지되는 리테이너(42)에, 모터하우징의 내부와 출구매니폴드에서 압축된 LNG가 나가는 배출통로를 연통시키는 배출관을 설치하되, 상기 배출관은 배출통로를 나가는 LNG와 동일한 방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

LNG 이송용 극저온 저압 펌프{Low pressure pump for feeding LNG}

본 발명은 극저온 저압펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연액화가스(LNG)를 충분한 고압으로 이송시키기 위하여 우선적으로 저압으로 천연액화가스를 압축할 수 있도록 구성되면서 BOG 가스의 배출을 통하여 효율을 최대화할 수 있도록 구성되는 저압펌프에 관한 것이다.

최근에는 화석 연료의 한계성과 비용적인 문제, 그리고 CO₂ 배출과 관련하여 세계적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)의 수요 및 소비가 증가하고 있는 추세라고 할 수 있다. 이러한 LNG는 LNG 캐리어에 의하여 원거리 운송되는 것이 일반적이라고 할 수 있으며, LNG 캐리어는 대략 -163℃ 정도의 극저온 내용물을 견딜 수 있는 저장탱크를 구비하고 있다.

그리고 이와 같은 천연액화가스는 상술한 바와 같이 극저온상태이기 때문에, LNG캐리어에 의하여 원하는 장소로 이송된 후에는 이를 필요로 하는 다른 장소 또는 보관용기 등으로 이송되어야 한다. 최근의 액화천연가스의 수요의 증대로 인하여, 이와 같은 천연액화가스의 처리 및 이송 등에 대하여 많은 기술적 내용이 제안된 바 있다. 예를 들면 대한민국 특허 공개 제10-2016-0005463호, 특허 공개 제10-2008-0010741호, 제 10-2013-0039032호, 대한민국 등록 제0569621호, 미합중국 특허 제6,546,739호 등으로 여러가지 천연액화가스의 처리 및 이송 등에 대하여 다양한 기술을 제안하고 있다.

그러나 이와 같은 종래의 기술에 의하더라도, 실질적으로 LNG가스를 이송시킬 수 있는 펌프의 효율 및 안정도에는 다소 흡족하지 않은 것이 사실이다. 예를 들면, 상술한 바와 같은 극저온의 천연액화가스를 이송하기 위해서는, 천연액화가스의 성질과 저장탱크의 구조 상, 고압으로 천연액화가스(이하에서는 단순히 가스라고도 칭하기도 한다)를 공급해야 한다.

그리고 이러한 고압으로 천연액화가스를 공급하기 위해서는, 천연액화가스의 내부에 디핑된 상태의 저압펌프와 외부에 노출된 고압펌프를 동시에 이용하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 저압펌프(Low pressure pump)에서는 대략 12바아(Bar) 전후의 토출 압력이 바람직하고, 이러한 저압펌프와 연결된 고압펌프는 300바아 정도의 토출압력을 가져야 한다. 그러나 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 이와 같은 순차적인 펌프에 대한 기술적 개시도 충분하지 않을 뿐만 아니라 특히 펌프의 효율성에 있어서도 충분하지 않다고 생각된다.

본 발명은, BOG(Boil off gas)를 배출하는 것에 의하여 효율적으로 초저온의 LNG를 효율적으로 압축할 수 있는 저압펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 LNG 이송용 극저온 저압 펌프는, 극저온 유체에 딥핑된 상태에서 유체에 소정의 압력을 가할 수 있는 극저온 저압펌프이다. 그리고 내부에 임펠러 및 디퓨저가 다단으로 배치되고, 입구에는 인듀서가 설치되는 케이싱을 포함하는 압축부; 그리고 압축부의 임펠러 및 인듀서를 회전시키는 회전축을 회전시키는 중심부에 배치된 회전자와, 상기 회전자의 외측에 배치되는 고정자가 내부에 설치되는 모터하우징을 포함하는 모터부를 포함한다. 여기서 모터부의 상부에 설치되는 출구매니폴드의 하부에 지지되는 리테이너에, 모터하우징의 내부와 출구매니폴드에서 압축된 LNG가 나가는 배출통로를 연통시키는 배출관을 설치하되, 상기 배출관은 배출통로를 나가는 LNG와 동일한 방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 저압펌프의 단면 구성을 보인 단면 예시도.

이하에서는 도면에 도시된 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다. 도 1에 도시한 바와 같은 본 발명의 저압펌프는, 전체적으로 외형을 형성하는 케이싱(10)의 입구(IN)를 통하여 내부로 들어온 LNG를 다단으로 압축하여, 필요로 하는 정도의 저압으로 압력을 가한다. 그리고 이렇게 원하는 정도의 압력을 가지는 LNG를 출구(OUT)를 통하여 배출하게 된다. 그리고 참고로 이렇게 배출되는 LNG는 다시 고압펌프에 의하여 고압(예를 들면 300바아)으로 압축되어, 원하는 부분으로 공급된다.

본 발명의 저압펌프는 실제로는 LNG에 디핑된 상태에서 사용되는 것이다. 그리고 상기 케이싱(10)은 LNG가 유입되는 입구(IN)를 구비하고 있고. 후단부(출구 측)에는 출구(OUT)를 가지는 출구매니폴드(20)가 설치되어 있다. 이러한 케이싱(10)의 내부에는 임펠러(12)와 디퓨저(14)가 다단으로 설치되어 있는데, 이러한 구성은 널리 알려진 것이다.

여기서 임펠러(12)를 회전시키는 회전축(22)는 모터부(30)에 의하여 회전하게 된다. 이렇게 회전축(22)를 회전시키기 위한 모터부(30)는, 상기 회전축(22)와 연동할 수 있도록 연결되며 중심부분에 배치되는 회전자(Rotor)(32)와, 상기 회전자(32)의 외측을 감싸도록 설치되어 전원의 인가에 의하여 회전자(32)를 회전시키는 고정자(Stator)(34)로 구성되고, 이러한 것은 이미 공지된 것이어서 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고 케이싱(10)의 입구(IN)에 설치되는 인듀서(18)도 회전축(22)에 의하여 회전한다. 즉, 모터부(30)가 구동되어 회전축(22)가 회전하게 되면, 상기 인듀서(18)는 회전하여 LNG가 상기 입구(IN)를 통하여 유입되도록 동작하게 된다. 이렇게 유입된 LNG는 다단 설치된 임펠러(12) 및 디퓨저(14)를 통하여 저압으로 압축되고 설정된 압력으로 토출될 것이다.

다수의 임펠러(12) 및 디퓨저(14)가 내장되고, 입구에 인듀서(18)가 설치된 케이싱(10)은, 전체적으로 초저온상태의 액상 LNG를 압축하는 압축부에 해당한다고 할 수 있다. 그리고 이러한 압축부에서 임펠러 및 인듀서의 회전은 실질적으로 회전축(20)에 의하여 이루어지는데, 이러한 회전축은 모터부(30)에 의하여 이루어짐을 알 수 있다. 여기서 모터부(30)는 모터하우징(40)에 의하여 외형이 이루어지고 있으며, 회전축(22)은 축방향 중심에 설치되고 있음을 알 수 있다.

도시한 바와 같이, 임펠러(12)와 디퓨저(14)가 다단의 구성을 가질 때 회전동력을 전달하는 회전축(22)이 길어지기 때문에 3점에서 지지되는 것이 바람직하다. 즉, 회전축(22)는, 하단부에서 입구(In) 측에 설치되는 하부 베어링(Bc)에 의하여 지지되고, 중간부분에서 내부매니폴드(31)의 중간에 설치되는 리테이너(33)에 의하여 지지되는 중간베어링(Bb)에 의하여 지지되며, 그리고 상단부에서 출구매니폴드(20)의 중심 하부에 체결된 리테이너(42)에 의하여 지지되는 상부 베어링(Ba)에 의하여 지지되고 있다.

그리고 내부매니폴드(32)와 출구매니폴드(20) 사이에는 상술한 바와 같이 모터부(30)가 마련되는데, 이러한 모터부(30)의 외부는, 예를 들면 원통형의 모터하우징(40)에 의하여 외부에서 차폐될 수 있도록 구성되고 있다. 이러한 모터하우징(40)의 내부에는 상술한 바와 같은 회전자(32) 및 고정자(34)가 설치되어 있는 것이다.

본 발명에서와 같은 저압펌프는 실제로 액상 LNG에 잠긴 상태에서 동작하게 됨은 상술한 바와 같다. 따라서 상기 모터하우징(40)의 내부에도 액상의 초저온 LNG로 채워지는데, 이는 모터하우징(40)에 성형되어 있는 다수의 구멍(40a)을 통하여 LNG가 신속하게 유입되기 때문이다. 이와 같이 유입되는 액상 LNG는 실질적으로 상술한 바와 같이 회전하는 회전축(22)를 지지하는 베어링(Ba,Bb,Bc)에 대한 윤활 작용을 수행하게 된다. 따라서 본 발명의 저압펌프가 정상 동작하는 동안에는, 상술한 베어링(Ba,Bb,Bc)이 액상 LNG에 딥핑된 상태를 유지하는 것이 가장 바람직하다.

그러나 모터하우징(40)의 내부에서는, 회전자(32)의 회전 운동이 수행되기 때문에, 이러한 회전 운동에 기인하여 BOG가 생성될 수밖에 없다. 이와 같이 모터하우징(40)의 내부에서 BOG가 생성되면, 상부베어링(Ba)이 노출됨과 같이 생성되는 BOG에 의하여 내부의 온도가 상승하는 단점이 발생하게 된다. 초저온을 유지해야 하는 특성상, 이와 같이 BOG의 생성으로 온도가 조금이라도 올라가면 효율적인 측면에서 바람직하지 못하게 되는 것은 당연하다.

이러한 상태를 살펴보면, 모터부(30)의 운동량에 기인하여 BOG가 발생하는 현실을 완전히 방지하는 것은 불가능하다고 생각된다. 이러한 경우, BOG은 모터하우징(40)의 상부에 고일 수밖에 없기 때문에 상부베어링(Ba)가 BOG에 노출되기 때문에 더욱 문제시 될 수 있을 것으로 예측된다. 이를 해결하기 위해서는 모터하우징(40)의 내부에 생성된 BOG를 신속하게 배출시킬 수밖에 없다.

본 발명에 의하면, 모터하우징(40)의 상부 중앙부분을 형성하고 있는 리테이너(42) 상부에 배출관(50)을 설치하고 있다. 이러한 배출관(50)의 내부에는 축방향으로 통기공이 성형되어 있어서, 실질적으로 모터하우징(50)의 내부와 출구매니폴드(20)의 배출통로(52)를 연통시키고 할 수 있다. 그리고 배출관(50)은 실질적으로 압축된 LNG가 배출되는 방향(도 1의 출구 부분 화살표 방향)과 같은 방향으로 설치되어 있다.

따라서 소정의 압력(저압)으로 배출되는 LNG는, 상기 배출관(50)의 내부 중앙을 통하여 모터하우징(40) 내부의 BOG를 외부로 보다 원활하게 배기시키게 된다. 즉, 본 발명에 의하면, 출구매니폴드(20)를 통하여 배출되는 LNG와 동일한 방향으로, BOG를 배출시키기 위한 배출관(50)을 설치하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 보호범위는 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 해석되어야 할 것임은 자명하다고 할 수 있다.

10 ..... 케이싱
12 .... 임펠러
14 ..... 디퓨저
20 ..... 출구매니폴드
22 ..... 회전축
30 ..... 모터부
31 ..... 내부매니폴드
32 ..... 회전자
33 ..... 리테이너
34 ..... 고정자
40 ..... 모터하우징
50 ..... 배출관

Claims

극저온 유체에 딥핑된 상태에서 유체에 소정의 압력을 가할 수 있는 극저온 저압펌프이고;
내부에 임펠러 및 디퓨저가 다단으로 배치되고, 입구에는 인듀서가 설치되는 케이싱(10)을 포함하는 압축부;
다단 배치된 임펠러를 회전시키기 위한 회전축(22); 그리고
압축부의 임펠러 및 인듀서를 회전시키는 회전축을 회전시키는 중심부에 배치된 회전자와, 상기 회전자의 외측에 배치되는 고정자가 내부에 설치되는 모터하우징(40)을 포함하는 모터부(30)를 포함하고;
모터부의 상부에 설치되는 출구매니폴드의 하부에 지지되는 리테이너(42)에, 모터하우징(40)의 내부와 출구매니폴드에서 압축된 LNG가 나가는 배출통로(52)를 연통시키는 배출관(50)을 설치하되, 상기 배출관(50)은 배출통로를 나가는 LNG와 동일한 방향으로 설치되고;
회전축(22)은, 하단부의 입구 측에 설치되는 하부 베어링(Bc), 중간부분에서 내부매니폴드(31) 중간 부분의 리테이너(33)에 의하여 지지되는 중간베어링(Bb), 그리고 상단부의 출구매니폴드(20)의 중심 하부에 체결된 리테이너(42)에 의하여 지지되는 상부 베어링(Ba)에 의하여 각각 지지되는 것을 특징으로 하는 LNG 이송용 극저온 저압 펌프.