KR102510991B1 - 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 - Google Patents

선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

선박용 증발가스 재액화 방법이 개시된다.
상기 선박용 증발가스 재액화 방법은, PRS 시작 시퀀스 활성화 단계; 및 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계;를 포함하고, 상기 PRS는, 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시키는 팽창수단; 및 상기 팽창수단 후단에 설치되어 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하는 기액분리기;를 포함하고, 상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 압축기에 의해 고압엔진이 요구하는 압력으로 압축시켜 상기 고압엔진으로 공급하는, HiCOM의 운전 여부를 확인하는 단계; 상기 팽창수단을 냉각 포지션으로 설정하는 단계; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 공급라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는, 제4 밸브를 개방하는 단계; 상기 팽창수단의 냉각 포지션을 확인하는 단계; 및 상기 팽창수단이 팽창시키는 유체의 압력을 설정하는 단계;를 포함하고, 상기 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계는, 상기 팽창수단의 배출량을 0%로 설정하는 단계; 및 상기 기액분리기에 의해 분리된 액화가스를 배출시키는 액화가스배출라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는, 제10 밸브를 100% 개방하는 단계;를 포함하고, 상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계에 포함된 각 단계 중 어느 하나가 제대로 수행되지 않은 경우, 상기 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계로 넘어간다.

Description

선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법{BOG Reliquefaction System and Method for Vessel}
본 발명은 선박용 엔진에 사용되고 남은 잉여 증발가스를 재액화시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -163℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -163 ℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.
증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 및 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다. 특히, 후자의 방법을 채용한 시스템을 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)이라고 한다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, ME-GI 엔진, X-DF 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.
DFDE은, 발전용으로 사용되며, 4행정으로 구성된다. 비교적 저압인 6.5 bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
ME-GI 엔진은, 추진용으로 사용되며, 2행정으로 구성된다. 300 bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.
X-DF 엔진은, 추진용으로 사용되며, 2행정으로 구성된다. 16 bar 정도의 중압 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.
본 발명은 증발가스 자체를 냉매로 하여 증발가스를 재액화하는 부분 재액화 시스템(PRS)을 운용하는 구체적인 방법을 제시하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, PRS 시작 시퀀스 활성화 단계; 및 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계;를 포함하고, 상기 PRS는, 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시키는 팽창수단; 및 상기 팽창수단 후단에 설치되어 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하는 기액분리기;를 포함하고, 상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 압축기에 의해 고압엔진이 요구하는 압력으로 압축시켜 상기 고압엔진으로 공급하는, HiCOM의 운전 여부를 확인하는 단계; 상기 팽창수단을 냉각 포지션으로 설정하는 단계; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 공급라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는, 제4 밸브를 개방하는 단계; 상기 팽창수단의 냉각 포지션을 확인하는 단계; 및 상기 팽창수단이 팽창시키는 유체의 압력을 설정하는 단계;를 포함하고, 상기 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계는, 상기 팽창수단의 배출량을 0%로 설정하는 단계; 및 상기 기액분리기에 의해 분리된 액화가스를 배출시키는 액화가스배출라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는, 제10 밸브를 100% 개방하는 단계;를 포함하고, 상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계에 포함된 각 단계 중 어느 하나가 제대로 수행되지 않은 경우, 상기 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계로 넘어가는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
상기 HiCOM의 구동 초기에는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 상기 공급라인 상에 설치되는 제1 밸브; 및 상기 열교환기로부터 배출된 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 상기 공급라인 상에 설치되는 제2 밸브;는 닫힌 상태로 유지되고, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인 상에 설치되는 제3 밸브는 열려, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는 상기 우회라인을 따라 상기 압축기로 공급될 수 있다.
상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계는, 상기 HiCOM 압력의 오프셋을 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계는, 타이머 설정 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계는, 1) 시작 버튼을 누르고, 2) 상기 팽창수단을 자동 모드로 설정하고, 3) 상기 기액분리기 내부의 수위를 제어하는 수위제어기를 자동 모드로 설정하고, 4) 상기 기액분리기 내부의 압력을 제어하는 압력제어기를 자동 모드로 설정하는 조건이 모두 만족되어야 시작될 수 있다.
상기 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계는, 상기 HiCOM 압력의 오프셋 설정을 비활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 공급라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브; 상기 열교환기로부터 배출된 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 상기 공급라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브; 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를, 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 밸브; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 냉각라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제4 밸브; 상기 열교환기 후단의 상기 냉각라인으로부터 분기된 제1 팽창라인 상에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시키는 제1 팽창수단; 상기 열교환기 후단의 상기 냉각라인으로부터 분기된 제2 팽창라인 상에 상기 제1 팽창수단과 병렬로 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시키는 제2 팽창수단; 상기 제1 팽창수단 및 상기 제2 팽창수단 후단에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하는 기액분리기; 및 상기 기액분리기에 의해 분리된 액화가스를 배출시키는 액화가스배출라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제10 밸브;를 포함하고, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부는 고압엔진에 공급되어 연료로 사용되고, 상기 고압엔진으로 보내지지 않은 잉여 증발가스는 재액화 과정을 거치는, 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 제1 팽창수단 전단의 상기 제1 팽창라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제5 밸브; 상기 제1 팽창수단 후단의 상기 제1 팽창라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제6 밸브; 상기 제2 팽창수단 전단의 상기 제2 팽창라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제7 밸브; 및 상기 제2 팽창수단 후단의 상기 제2 팽창라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제8 밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스를 배출시키는 증발가스배출라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제9 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 증발가스배출라인을 통해 배출된 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 합류된 후 상기 열교환기의 냉매로 사용될 수 있다.
상기 증발가스배출라인은 상기 제1 밸브 후단의 상기 공급라인으로 합류될 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 증발가스배출라인 상에 설치되어 상기 기액분리기 내부의 압력을 감지하는 압력센서; 및 상기 압력센서가 감지한 압력으로 상기 기액분리기 내부 압력을 제어하는 압력제어기;를 더 포함할 수 있다.
상기 제9 밸브는 상기 압력제어기와 연계되어 제어될 수 있다.
상기 제1 팽창수단 및 상기 제2 팽창수단은 상기 압력제어기와 연계되어 제어될 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 기액분리기 내부의 액화가스의 수위를 감지하는 수위센서; 및 상기 수위센서가 감지한 값으로 상기 기액분리기 내부의 수위를 제어하는 수위제어기;를 더 포함할 수 있다.
상기 제10 밸브는 상기 수위제어기와 연계되어 제어될 수 있다.
상기 제1 팽창수단 및 상기 제2 팽창수단은, 상기 고압엔진이 요구하는 증발가스의 양 및 상기 저장탱크 내부 압력 값과 연계되어 제어될 수 있다.
상기 우회라인은, 상기 제1 밸브 전단의 상기 공급라인으로부터 분기하여, 상기 제2 밸브 후단의 상기 공급라인으로 합류될 수 있다.
상기 제1 팽창수단과 상기 제2 팽창수단은 어느 하나가 선택적으로 사용될 수 있다.
상기 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 액화가스배출라인을 통해 배출된 액화가스는 상기 저장탱크로 복귀될 수 있다.
본 발명에 의하면, 시스템에 증발가스를 공급하기 시작하는 초기 단계를 안정적으로 운용할 수 있고, 시스템의 제어를 안정적으로 할 수 있다. 또한, 시스템이 비상 정지하는 경우에 안전을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 방법의 순서도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법은, 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 탑재한 선박 및 액화가스 저장탱크를 포함하는 선박 등에 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 후술할 증발가스 처리를 위한 시스템들은 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 즉 액화천연가스 운반선, 액화에탄가스(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다. 다만 후술하는 실시예들은 액화천연가스를 저장하는 저장탱크가 설치된 선박에 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 각 라인에서의 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 열교환기(100), 제1 밸브(V1), 제2 밸브(V2), 제3 밸브(V3), 압축기(200), 제4 밸브(V4), 제1 팽창수단(710), 제2 팽창수단(720), 기액분리기(400), 및 제10 밸브(V10)를 포함한다.
저장탱크(T)는 액화천연가스 등의 액화가스를 극저온 상태로 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열 방벽을 갖추고 있지만, 외부로부터 전달되는 열을 완벽하게 차단할 수는 없고, 저장탱크(T) 내에서는 액화가스의 증발이 지속적으로 이루어지며 내압이 상승할 수 있는데, 이러한 증발가스에 의한 압력의 과도한 상승을 막고, 적정한 수준의 내압을 유지하기 위해 저장탱크(T) 내부의 증발가스를 배출시킨다.
본 실시예의 열교환기(100)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용하여, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다.
본 실시예의 제1 밸브(V1)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 열교환기(100)로 공급하는 공급라인(L1) 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.
본 실시예의 제2 밸브(V2)는, 열교환기(100)로부터 배출된 증발가스를 압축기(200)로 공급하는 공급라인(L1) 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.
본 실시예의 제3 밸브(V3)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를, 열교환기(100)를 우회시켜 압축기(200)로 공급하는, 우회라인(L2) 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.
본 실시예의 우회라인(L2)은, 제1 밸브(V1) 전단의 공급라인(L1)으로부터 분기하여, 제2 밸브(V2) 후단의 공급라인(L1)으로 합류될 수 있다.
시스템의 구동 초기에는 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)는 닫고 제3 밸브(V3)는 열어, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스가 우회라인(L2)을 따라 압축기(200)로 공급되도록 할 수 있다. 시스템이 구동된지 어느 정도의 시간이 지나 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가 열교환기(100)로 공급되기 시작하면, 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)는 열고 제3 밸브(V3)는 닫아, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스가 열교환기(100)로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 고압엔진에서 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 전부 소비하여, 잉여 증발가스를 재액화시킬 필요가 없는 경우에도, 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)는 닫고 제3 밸브(V3)는 열어, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스가 우회라인(L2)을 따라 압축기(200)로 공급되도록 할 수 있다.
본 실시예의 압축기(200)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 우회라인(L2)을 따라 공급된 증발가스 또는 저장탱크(T)로부터 배출된 후 공급라인(L1)을 따라 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스를 압축시킨다.
본 실시예의 압축기(200)는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다단 압축기일수 있으며, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 압축실린더 후단에 압축실린더와 교대로 설치되는 중간냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함할 수 있다.
압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부는 고압엔진에 공급되어 연료로 사용되고, 고압엔진에서 연료로 사용되고 남은 잉여 증발가스는 열교환기(100)로 보내져 재액화 과정을 거치게 된다.
즉, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은 크게, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 압축기(200)에 의해 고압엔진의 요구 압력까지 압축시킨 후 고압엔진으로 공급하는 시스템과, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환기(100), 팽창수단(710, 720), 및 기액분리기(400)에 의해 재액화시키는 시스템으로 나눌 수 있다. 이하, 전자의 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 고압엔진으로 공급하는 시스템을 HiCOM, 후자의 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 재액화시키는 시스템을 PRS라고 한다.
본 실시예의 압축기(200)가 다단압축기인 경우, 실린더의 일부만을 거친 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 저압엔진으로 공급할 수 있다.
본 실시예의 제4 밸브(V4)는, 압축기(200)에 의해 압축된 후 고압엔진으로 보내지지 않은 잉여 증발가스를 열교환기(100)로 공급하는 냉각라인(L3) 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.
압축기(200)에 의해 압축된 후 냉각라인(L3)을 따라 열교환기(100)로 공급된 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환되어 냉각된 후, 제1 팽창라인(L41)과 제2 팽창라인(L42)으로 분기된다.
본 실시예의 제1 팽창수단(710)은, 제1 팽창라인(L41) 상에 설치되어 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스의 팽창시키며, 본 실시예의 제2 팽창수단(720)은, 제2 팽창라인(L42) 상에 제1 팽창수단(710)과 병렬로 설치되어 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시킨다. 제1 팽창수단(710) 및 제2 팽창수단(720)은, 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수 있으며, 시스템의 구성에 따라 팽창기일 수도 있다. 본 실시예에 의하면, 제1 팽창수단(710) 및 제2 팽창수단(720) 중 어느 하나가 선택적으로 사용된다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제5 밸브(V5), 제6 밸브(V6), 제7 밸브(V7), 및 제8 밸브(V8)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 제5 밸브(V5)는, 제1 팽창수단(710) 전단의 제1 팽창라인(L41) 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하며, 본 실시예의 제6 밸브(V6)는, 제1 팽창수단(710) 후단의 제1 팽창라인(L41) 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.
본 실시예의 제7 밸브(V7)는, 제2 팽창수단(720) 전단의 제2 팽창라인(L42) 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하며, 본 실시예의 제8 밸브(V8)는, 제2 팽창수단(720) 후단의 제2 팽창라인(L42) 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.
제1 팽창수단(710) 또는 제2 팽창수단(720)에 의해 팽창된 유체는 기액분리기(400)로 보내진다.
본 실시예의 기액분리기(400)는, 압축기(200)에 의한 압축 과정, 열교환기(100)에 의한 냉각 과정, 및 팽창수단(710, 720)에 의한 팽창 과정을 거치며 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리한다.
본 실시예의 제9 밸브(V9)는, 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스를 배출시키는 증발가스배출라인(L51) 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 증발가스배출라인(L51) 상에 설치되어 기액분리기(400) 내부의 압력을 감지하는 압력센서(510); 및 압력센서(510)가 감지한 압력으로 기액분리기(400) 내부 압력을 제어하는 압력제어기(520);를 더 포함할 수 있는데, 본 실시예의 제9 밸브(V9)는, 압력제어기(520)와 연계되어 제어될 수 있다. 즉, 본 실시예의 제9 밸브(V9)는, 기액분리기(400)의 내부 압력이 제1 설정값 이상이 되면 열리고, 제2 설정값 이하가 되면 닫히도록 제어될 수 있다.
한편, 본 실시예의 제1 팽창수단(710) 및 제2 팽창수단(720) 또한 압력제어기(520)와 연계되어 제어될 수 있다. 즉, 본 실시예의 제1 팽창수단(710) 및 제2 팽창수단(720)은, 기액분리기(400) 내부 압력이 높아지면 팽창시키는 유체의 유량을 늘리고, 기액분리기(400) 내부 압력이 낮아지면 팽창시키는 유체의 유량을 줄이도록 제어될 수 있다.
또한, 제1 팽창수단(710) 및 제2 팽창수단(720)은, 고압엔진이 요구하는 증발가스의 양 및 저장탱크(T) 내부 압력 값과 연계되어 제어될 수 있다. 즉, 본 실시예의 제1 팽창수단(710) 및 제2 팽창수단(720)은, 고압엔진이 요구하는 증발가스의 양이 증가하면 팽창시키는 유체의 유량을 줄이고, 고압엔진이 요구하는 증발가스의 양이 감소하면 팽창시키는 유체의 유량을 늘이며, 저장탱크(T) 내부 압력이 증가하면 팽창시키는 유체의 유량을 늘리고, 저장탱크(T) 내부 압력이 감소하면 팽창시키는 유체의 유량을 줄이도록 제어될 수 있다.
본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 후 증발가스배출라인(L51)을 통해 배출된 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류된 후 열교환기(100)의 냉매로 사용될 수 있다. 즉, 본 실시예의 증발가스배출라인(L51)은, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 열교환기(100)로 공급하는 공급라인(L1)에 합류될 수 있는데, 제1 밸브(V1) 후단으로 합류되는 것이 바람직하다.
본 실시예의 제10 밸브(V10)는, 기액분리기(400)에 의해 분리된 액화가스를 배출시키는 액화가스배출라인(L52) 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 기액분리기(400) 내부의 액화가스의 수위를 감지하는 수위센서(410, 420); 및 수위센서가 감지한 값으로 기액분리기(400) 내부의 수위를 제어하는 수위제어기(430);를 더 포함할 수 있는데, 본 실시예의 제10 밸브(V10)는, 수위제어기(430)와 연계되어 제어될 수 있다. 즉, 본 실시예의 제10 밸브(V10)는, 기액분리기(400) 내부의 액화가스의 수위가 제3 설정값 이상이 되면 열리고, 제4 설정값 이하가 되면 닫히도록 제어될 수 있다.
본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 후 액화가스배출라인(L52)을 통해 배출된 액화가스는 저장탱크(T)로 복귀될 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 방법의 순서도이다.
도 2를 참조하면 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 방법은, 크게 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계(S100)와 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계(S200)로 나눌 수 있다. PRS 시작 시퀀스 활성화 단계(S100)에 포함된 각 단계 중 어느 하나가 제대로 수행되지 않은 경우, PRS 종료 시퀀스 활성화 단계(S200)로 넘어간다.
본 실시예의 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계(S100)는 다음의 4가지 조건을 모두 만족해야 시작될 수 있다.
1) 시작 버튼을 누름.
2) 팽창수단(710, 720)을 자동 모드로 설정함.
3) 기액분리기(400) 내부의 수위를 제어하는 수위제어기(430)를 자동 모드로 설정함.
4) 기액분리기(400) 내부의 압력을 제어하는 압력제어기(520)를 자동 모드로 설정함.
본 실시예의 PRS 시작 시퀀스(Sequence) 활성화 단계(S100)는, HiCOM 운전 여부 확인 단계(S110); 팽창수단을 냉각 포지션(Position)으로 설정하는 단계(S120); 제4 밸브 개방 단계(S130); 팽창수단의 냉각 포지션(Position)을 확인하는 단계(S150); 및 팽창수단이 팽창시키는 유체의 압력을 설정하는 단계(S170);를 포함한다.
본 실시예의 HiCOM 운전 여부 확인 단계(S110)에서는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 압축기(200)에 의해 고압엔진이 요구하는 압력으로 압축시켜 고압엔진으로 공급하는 HiCOM이 제대로 작동되고 있는지 여부를 확인한다. HiCOM 구동 초기에는 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)는 닫힌 상태로 유지되고 제3 밸브(V3)는 열려, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 우회라인(L2)을 따라 압축기(200)로 공급될 수 있다.
본 실시예의 팽창수단을 냉각 포지션(Position)으로 설정하는 단계(S120)에서는, 제1 팽창수단(710) 또는 제2 팽창수단(720)이 증발가스를 팽창시킬 수 있도록, 제1 팽창수단(710) 또는 제2 팽창수단(720)의 개도가 설정값이 되도록 한다.
본 실시예의 제4 밸브 개방 단계(S130)에서는, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환기(100)로 공급하는 냉각라인(L3) 상에 설치된 제4 밸브(V4)를 개방하여, 압축기(200)에 의해 압축된 후 고압엔진에 공급되고 남은 잉여 증발가스가 재액화 과정을 거치도록 한다.
본 실시예의 팽창수단의 냉각 포지션(Position)을 확인하는 단계(S150)에서는, 팽창수단을 냉각 포지션(Position)으로 설정하는 단계(S120)에서 설정된 개도로 제1 팽창수단(710) 또는 제2 팽창수단(720)이 증발가스를 팽창시키도록 활성화시킨다. 본 실시예에 의하면, 제1 팽창수단(710) 및 제2 팽창수단(720) 중 어느 하나가 선택적으로 사용된다.
본 실시예의 팽창수단이 팽창시키는 유체의 압력을 설정하는 단계(S170)에서는, 압축기(200)에 의해 압축되고 열교환기(100)에 의해 냉각된 후 제1 팽창수단(710) 또는 제2 팽창수단(720)에 의해 팽창되는 유체의 압력을 설정하여, 시스템의 운용상황에 따라 제1 팽창수단(710) 또는 제2 팽창수단(720)이 적절한 압력으로 유체를 팽창시키도록 한다.
본 실시예의 PRS 시작 시퀀스(Sequence) 활성화 단계(S100)는, HiCOM 압력의 오프셋(Offset)을 설정하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.
오프셋이란 자동 제어계가 정상 상태로 안정된 다음 잔류하는 제어량과 목표값의 편차를 의미하는데, 본 실시예의 HiCOM 압력의 오프셋(Offset)을 설정하는 단계(S140)에서는, 압축기(200)가 증발가스를 압축시키는 실제 압력과 목표값의 편차가 일정 범위 이내가 되도록 설정한다.
본 실시예의 PRS 시작 시퀀스(Sequence) 활성화 단계(S100)는, 타이머(Timer) 설정 단계(S160)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 타이머(Timer) 설정 단계(S160)에서는, 제1 팽창수단(710) 또는 제2 팽창수단(720)이 증발가스를 팽창시키는데 소요되는 시간을 설정하며, 일례로 1 시간으로 설정할 수 있다. PRS의 운용 초기에는 열교환기와 기액분리기가 충분히 냉각되지 않은 상태이므로, 제1 팽창수단 또는 제2 팽창수단이 설정값만큼 개도를 연 상태에서 충분히 증발가스를 팽창시키도록 타이머를 설정하는 것이다.
본 실시예의 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계(S200)는, 팽창수단의 배출량을 0%로 설정하는 단계(S220); 및 제10 밸브를 100% 개방하는 단계(S230);를 포함한다.
본 실시예의 팽창수단의 배출량을 0%로 설정하는 단계(S220)에서는, 제1 팽창수단(710) 또는 제2 팽창수단(720)에 의해 팽창된 후 배출되는 유체의 유량이 0이 되도록 하여, 더 이상 재액화가 진행되지 않도록 한다.
본 실시예의 제10 밸브를 100% 개방하는 단계(S230)에서는, 기액분리기(400)에 의해 분리된 액화가스를 배출시키는 액화가스배출라인(L52) 상에 설치된 제10 밸브(V10)를 완전히 개방하여, 기액분리기(400) 내부의 액화가스를 최대한 신속하게 배출시킨다.
본 실시예의 PRS 시작 시퀀스(Sequence) 활성화 단계(S100)가, HiCOM 압력의 오프셋(Offset)을 설정하는 단계(S140)를 더 포함하는 경우, 본 실시예의 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계(S200)는, HiCOM 압력의 오프셋(Offset) 설정을 비활성화하는 단계(S210)를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 열교환기 200 : 압축기
210, 220, 230, 240, 250 : 압축실린더
310, 320, 330, 340, 350 : 중간냉각기
400 : 기액분리기 410, 420 : 수위센서
430 : 수위제어기 510 : 압력센서
520 : 압력제어기 710, 720 : 팽창수단

Claims (20)

  1. PRS 시작 시퀀스 활성화 단계; 및
    PRS 종료 시퀀스 활성화 단계;를 포함하고,
    상기 PRS는,
    저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기;
    상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시키는 팽창수단; 및
    상기 팽창수단 후단에 설치되어 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하는 기액분리기;를 포함하고,
    상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계는,
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 압축기에 의해 고압엔진이 요구하는 압력으로 압축시켜 상기 고압엔진으로 공급하는, HiCOM의 운전 여부를 확인하는 단계;
    상기 팽창수단을 냉각 포지션으로 설정하는 단계;
    상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 공급라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는, 제4 밸브를 개방하는 단계;
    상기 팽창수단의 냉각 포지션을 확인하는 단계; 및
    상기 팽창수단이 팽창시키는 유체의 압력을 설정하는 단계;를 포함하고,
    상기 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계는,
    상기 팽창수단의 배출량을 0%로 설정하는 단계; 및
    상기 기액분리기에 의해 분리된 액화가스를 배출시키는 액화가스배출라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는, 제10 밸브를 100% 개방하는 단계;를 포함하고,
    상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계에 포함된 각 단계 중 어느 하나가 제대로 수행되지 않은 경우, 상기 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계로 넘어가는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 HiCOM의 구동 초기에는,
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 상기 공급라인 상에 설치되는 제1 밸브; 및 상기 열교환기로부터 배출된 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 상기 공급라인 상에 설치되는 제2 밸브;는 닫힌 상태로 유지되고,
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인 상에 설치되는 제3 밸브는 열려,
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는 상기 우회라인을 따라 상기 압축기로 공급되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계는, 상기 HiCOM 압력의 오프셋을 설정하는 단계를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계는, 타이머 설정 단계를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 PRS 시작 시퀀스 활성화 단계는,
    1) 시작 버튼을 누르고,
    2) 상기 팽창수단을 자동 모드로 설정하고,
    3) 상기 기액분리기 내부의 수위를 제어하는 수위제어기를 자동 모드로 설정하고,
    4) 상기 기액분리기 내부의 압력을 제어하는 압력제어기를 자동 모드로 설정하는 조건이 모두 만족되어야 시작되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 PRS 종료 시퀀스 활성화 단계는, 상기 HiCOM 압력의 오프셋 설정을 비활성화하는 단계를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  7. 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 압축기;
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키는 열교환기;
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 공급라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브;
    상기 열교환기로부터 배출된 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 상기 공급라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브;
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를, 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 밸브;
    상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 냉각라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제4 밸브;
    상기 열교환기 후단의 상기 냉각라인으로부터 분기된 제1 팽창라인 상에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시키는 제1 팽창수단;
    상기 열교환기 후단의 상기 냉각라인으로부터 분기된 제2 팽창라인 상에 상기 제1 팽창수단과 병렬로 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시키는 제2 팽창수단;
    상기 제1 팽창수단 및 상기 제2 팽창수단 후단에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하는 기액분리기; 및
    상기 기액분리기에 의해 분리된 액화가스를 배출시키는 액화가스배출라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제10 밸브;를 포함하고,
    상기 압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부는 고압엔진에 공급되어 연료로 사용되고, 상기 고압엔진으로 보내지지 않은 잉여 증발가스는 재액화 과정을 거치는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 팽창수단 전단의 상기 제1 팽창라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제5 밸브;
    상기 제1 팽창수단 후단의 상기 제1 팽창라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제6 밸브;
    상기 제2 팽창수단 전단의 상기 제2 팽창라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제7 밸브; 및
    상기 제2 팽창수단 후단의 상기 제2 팽창라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제8 밸브;
    를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스를 배출시키는 증발가스배출라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제9 밸브를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 증발가스배출라인을 통해 배출된 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 합류된 후 상기 열교환기의 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 증발가스배출라인은 상기 제1 밸브 후단의 상기 공급라인으로 합류되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 증발가스배출라인 상에 설치되어 상기 기액분리기 내부의 압력을 감지하는 압력센서; 및
    상기 압력센서가 감지한 압력으로 상기 기액분리기 내부 압력을 제어하는 압력제어기;
    를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제9 밸브는 상기 압력제어기와 연계되어 제어되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 팽창수단 및 상기 제2 팽창수단은 상기 압력제어기와 연계되어 제어되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  15. 청구항 7에 있어서,
    상기 기액분리기 내부의 액화가스의 수위를 감지하는 수위센서; 및
    상기 수위센서가 감지한 값으로 상기 기액분리기 내부의 수위를 제어하는 수위제어기;
    를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제10 밸브는 상기 수위제어기와 연계되어 제어되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  17. 청구항 7 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 팽창수단 및 상기 제2 팽창수단은, 상기 고압엔진이 요구하는 증발가스의 양 및 상기 저장탱크 내부 압력 값과 연계되어 제어되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  18. 청구항 7 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 우회라인은, 상기 제1 밸브 전단의 상기 공급라인으로부터 분기하여, 상기 제2 밸브 후단의 상기 공급라인으로 합류되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  19. 청구항 7 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 팽창수단과 상기 제2 팽창수단은 어느 하나가 선택적으로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  20. 청구항 7 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 액화가스배출라인을 통해 배출된 액화가스는 상기 저장탱크로 복귀되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
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