KR102548332B1 - 선박의 연료가스 관리시스템 - Google Patents

선박의 연료가스 관리시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102548332B1
KR102548332B1 KR1020190083186A KR20190083186A KR102548332B1 KR 102548332 B1 KR102548332 B1 KR 102548332B1 KR 1020190083186 A KR1020190083186 A KR 1020190083186A KR 20190083186 A KR20190083186 A KR 20190083186A KR 102548332 B1 KR102548332 B1 KR 102548332B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
boil
line
component
liquid separator
Prior art date
Application number
KR1020190083186A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210008452A (ko
Inventor
이원두
박아민
정승재
최병윤
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020190083186A priority Critical patent/KR102548332B1/ko
Publication of KR20210008452A publication Critical patent/KR20210008452A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102548332B1 publication Critical patent/KR102548332B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/02—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
    • B63B25/08—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
    • B63B25/12—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
    • B63B25/16—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/38—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0215—Mixtures of gaseous fuels; Natural gas; Biogas; Mine gas; Landfill gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C6/00—Methods and apparatus for filling vessels not under pressure with liquefied or solidified gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0128—Propulsion of the fluid with pumps or compressors
    • F17C2227/0171—Arrangement
    • F17C2227/0185—Arrangement comprising several pumps or compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0339—Heat exchange with the fluid by cooling using the same fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/01—Purifying the fluid
    • F17C2265/015—Purifying the fluid by separating
    • F17C2265/017—Purifying the fluid by separating different phases of a same fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/031—Treating the boil-off by discharge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/033—Treating the boil-off by recovery with cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/037—Treating the boil-off by recovery with pressurising
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/038—Treating the boil-off by recovery with expanding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

선박의 연료가스 관리시스템이 개시된다. 본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크, 저장탱크의 증발가스를 가압하는 제1 압축부가 마련되고, 제1 압축부에 의해 가압된 증발가스를 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인 및 제1 압축부에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하고, 재액화라인은 유입되는 증발가스를 추가적으로 가압하는 제2 압축부와, 제2 압축부에 의해 추가 가압된 증발가스를 증발가스 공급라인 상의 제1 압축부 전단의 증발가스와 열교환하여 냉각시키는 열교환기와, 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기와, 제1 기액분리기의 기체성분을 이송시키는 기체성분 순환라인과, 기체성분 순환라인에 마련되어 제1 기액분리기의 기체성분을 감압시키는 팽창부와, 재액화라인의 작동중지 시 재액화라인 상의 여분의 가스흐름을 팽창부의 전단 측으로 공급하는 비상순환라인을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

선박의 연료가스 관리시스템{FUEL GAS TREATING SYSTEM IN SHIPS}
본 발명은 선박의 연료가스 관리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모할 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
천연가스(Natural Gas)는 통상적으로 저장 및 수송의 용이성을 위해, 천연가스를 약 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상 변화하여 관리 및 운용을 수행하고 있다.
이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화천연가스의 완전한 단열을 구현하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다. 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으므로 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.
이에 종래에는 저장탱크의 상측에 마련되는 벤트마스트(Vent mast)로 증발가스를 흘려 보내거나, GCU(Gas Combustion Unit)을 이용하여 증발가스를 태워버리는 방안 등이 이용되었다. 그러나 이는 에너지 효율 면에서 바람직하지 못하므로 증발가스를 액화천연가스와 함께 또는 각각 선박의 엔진에 연료가스로 공급하거나, 냉동 사이클 등으로 이루어지는 재액화장치를 이용해 증발가스를 재액화시켜 활용하는 방안이 이용되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)
본 실시 예는 증발가스의 재액화 효율을 향상시킬 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 액화천연가스 및 이의 증발가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 설비의 구조 안정성을 도모할 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 증발가스의 재액화 공정을 안정적으로 수행할 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크, 상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 제1 압축부가 마련되고, 상기 제1 압축부에 의해 가압된 증발가스를 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인 및 상기 제1 압축부에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하고, 상기 재액화라인은 유입되는 증발가스를 추가적으로 가압하는 제2 압축부와, 상기 제2 압축부에 의해 추가 가압된 증발가스를 증발가스 공급라인 상의 제1 압축부 전단의 증발가스와 열교환하여 냉각시키는 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기의 기체성분을 이송시키는 기체성분 순환라인과, 상기 기체성분 순환라인에 마련되어 상기 제1 기액분리기의 기체성분을 감압시키는 팽창부와, 상기 재액화라인의 작동중지 시 상기 재액화라인 상의 여분의 가스흐름을 상기 팽창부의 전단 측으로 공급하는 비상순환라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 비상순환라인은 입구 측 단부가 상기 제2 압축부와 상기 열교환기 사이에 연결되고, 출구 측 단부가 상기 기체성분 순환라인 상의 상기 팽창부 전단에 연결될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 비상순환라인을 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 조절하는 유량조절밸브와, 상기 팽창부 전단의 가스흐름의 압력을 감지하는 압력센서를 더 포함하고, 상기 압력센서에 의해 감지된 가스흐름의 압력정보에 근거하여 상기 유량조절밸브의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제어부는 상기 압력센서가 감지한 가스흐름의 압력이 기 설정된 압력수준보다 낮은 경우, 상기 비상순환라인을 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 증가시키는 방향으로 상기 유량조절밸브의 작동을 제어할 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 팽창부에 의해 감압된 기액 혼합상태의 증발가스를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제2 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기의 액체성분을 상기 제2 기액분리기로 공급하는 액체성분 순환라인과, 상기 제2 기액분리기의 기체성분을 상기 저장탱크 또는 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 압축부 전단으로 공급하는 기체성분 회수라인과, 상기 제2 기액분리기의 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액체성분 회수라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 액체성분 순환라인을 따라 이송되는 액체성분을 감압시키는 감압밸브를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제2 압축부는 적어도 하나의 고압 컴프레서(compressor)를 포함하고, 상기 팽창부는 익스팬더(Expander)를 포함하며, 상기 고압 컴프레서 및 상기 익스팬더는 상기 익스팬더의 팽창력에 의해 상기 고압 컴프레서가 증발가스를 가압하는 컴팬더로 마련될 수 있다.
상기 제2 압축부는 상기 고압 컴프레서의 후단에 마련되는 적어도 하나의 고압 쿨러를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제1 압축부는 병렬로 배치되는 복수의 저압 컴프레서와, 상기 복수의 저압 컴프레서의 후단에 각각 마련되는 복수의 저압 쿨러를 포함하여 제공될 수 있다.
본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 증발가스의 재액화 효율이 향상되는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 액화천연가스 및 증발가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 설비의 구조 안정성을 도모하는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용이 가능해지는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 에너지 효율이 향상되는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 증발가스의 재액화 공정을 안정적으로 수행할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템을 나타내는 개념도이다.
이하에서는 본 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 가압하는 제1 압축부(121)가 마련되고 제1 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스를 수요처(10)로 공급하는 증발가스 공급라인(120), 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(130), 각종 센서의 측정 정보에 근거하여 각종 밸브(136a, 151, 161, 171)의 개폐작동을 제어하는 제어부(미도시)를 포함하여 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 실시 예와 같이 증발가스 공급라인(120)에 의해 엔진의 연료가스로 이용되거나 재액화라인(130)에 의해 재액화되어 저장탱크(110)로 재공급될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 저장탱크(110)의 상부에 마련되는 벤트 마스트(미도시)로 공급하여 증발가스를 처리 또는 소모시킬 수도 있다.
수요처(10)는 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다. 도 1에서는 후술하는 증발가스 공급라인(120)으로부터 가압된 증발가스를 연료가스로 공급받는 하나의 수요처(10)를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수요처(10)는 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 고압 엔진, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 저압 엔진, 잉여의 연료가스를 공급받아 소모시키는 GCU(Gas Combustion Unit) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 수요처(10)는 상대적으로 고압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진, 상대적으로 저압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진 등을 포함할 수 있다.
증발가스 공급라인(120)은 후술하는 제1 압축부(121)에 의해 저장탱크(110)에 존재하는 증발가스를 가압하여 수요처(10) 및 재액화라인(130)으로 공급하도록 마련될 수 있다. 증발가스 공급라인(120)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 수요처(10)에 연결될 수 있다. 수요처(10)가 복수개 마련되되 서로 다른 압력수준의 연료가스를 공급받는 경우에는 각 수요처(10)의 요구 압력수준에 맞추어 가압된 증발가스의 압력을 조절하는 감압밸브(미도시)가 각각 마련될 수 있다.
증발가스 공급라인(120)에는 저장탱크(110)로부터 배출되는 증발가스를 수요처(10)가 요구하는 조건에 맞추어 가압하는 제1 압축부(121)가 마련될 수 있다. 제1 압축부(121)는 증발가스 공급라인(120)을 통해 유입되는 증발가스를 압축하는 저압 컴프레서(121a)와, 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 저압 쿨러(121b)를 포함할 수 있다. 수요처(10)가 서로 다른 압력조건을 갖는 복수개의 엔진을 포함하는 경우에는 제1 압축부(121)의 중단부로부터 분기라인(미도시)이 분기되어 일부 가압된 증발가스를 수요처(10) 측으로 공급할 수 있다. 또한 증발가스 공급라인(120) 상의 제1 압축부(121) 전단에는 후술하는 재액화라인(130)의 열교환기(132)가 마련될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
제1 압축부(121)의 저압 컴프레서(121a)는 복수개 마련되되 서로 병렬로 배치될 수 있으며, 저압 쿨러(121b)는 각각의 저압 컴프레서(121a)의 후단에 마련될 수 있다. 복수개의 저압 컴프레서(121a)가 서로 병렬로 배치됨에 따라, 어느 하나의 저압 컴프레서(121a)가 고장 또는 유지보수 등 작동 불능인 상태에서도 병렬로 배치되는 다른 저압 컴프레서(121a)를 작동시켜 저장탱크(110)에서 발생되는 증발가스를 안정적으로 처리할 수 있다. 또한 저장탱크(110)에서 발생되는 증발가스의 유량이 많은 경우에도 복수의 저압 컴프레서(121a)를 동시에 작동시킴으로써 수시로 변화하는 증발가스의 발생량에도 효과적인 대응 및 처리가 가능할 수 있다. 한편, 각각의 저압 컴프레서(121a)의 전단에는 증발가스의 흐름을 허용 및 차단하는 개폐밸브가 각각 마련되고, 제어부는 각종 운용상황에 따라 개폐밸브의 작동을 제어하여 복수의 저압 컴프레서(121a) 중 적어도 어느 하나를 선택적으로 동작시킬 수 있다. 또한 도 1에서는 제1 압축부(121)가 3개의 저압 컴프레서(121a) 및 저압 쿨러(121b)를 구비하고 병렬로 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 엔진의 요구 압력조건 및 온도에 따라 저압 컴프레서(121a) 및 저압 쿨러(121b)는 다양한 수로 이루어질 수 있다.
재액화라인(130)은 증발가스 공급라인(120)의 제1 압축부(121)를 통과하며 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키도록 마련된다.
재액화라인(130)은 유입된 증발가스를 추가적으로 가압하는 제2 압축부(131)와, 제1 및 제2 압축부(131)를 통과하면서 가압된 증발가스를 냉각시키는 열교환기(132)와, 열교환기(132)를 통과하여 냉각된 증발가스를 공급받아 기체성분과 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기(133)와, 제1 기액분리기(133)의 기체성분을 이송시키는 기체성분 순환라인(134)과, 기체성분 순환라인(134)에 마련되어 제1 기액분리기(133)의 기체성분을 감압시키는 팽창부(135)와, 제1 기액분리기(133)의 액체성분을 배출하는 액체성분 순환라인(136)과, 기체성분 순환라인(134) 및 액체성분 순환라인(136)을 따라 공급되는 기액 혼합상태의 증발가스를 수용하되 액체성분과 기체성분으로 분리하는 제2 기액분리기(137)와, 제2 기액분리기(137)의 기체성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 공급하는 기체성분 회수라인(138)과, 제2 기액분리기(137)의 액체성분을 저장탱크(110)로 공급하는 액체성분 회수라인(139)과, 제2 압축부(131)에 의해 가압된 증발가스의 일부를 열교환기(132)를 우회하여 제1 기액분리기(133)로 직접 공급하는 포화조절라인(150)과, 포화조절라인(150)을 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 조절하는 제1 유량조절밸브(151)와, 제1 기액분리기(133)의 액체성분의 수위를 감지하는 레벨센서(L)와, 제2 압축부(131)에 의해 가압된 증발가스의 일부를 열교환기(132)와 제1 기액분리기(133)를 우회하여 팽창부(135)의 전단 측으로 직접 공급하는 액화조절라인(160)과, 액화조절라인(160)을 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 조절하는 제2 유량조절밸브(161)와, 팽창부(135)로 유입되는 가스흐름의 온도를 감지하는 온도센서(T)와, 재액화라인(130)의 작동중지 시 재액화라인(130) 상의 여분의 가스흐름을 팽창부(135)의 전단 측으로 공급하는 비상순환라인(170)과, 비상순환라인(170)을 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 조절하는 제3 유량조절밸브(171)와, 팽창부(135) 전단의 가스흐름의 압력을 감지하는 압력센서(P)를 포함하여 마련될 수 있다.
제2 압축부(131)는 재액화라인(130)으로 유입되는 증발가스를 추가적으로 가압하도록 마련된다. 재액화라인(130)으로 유입되는 증발가스는 제1 압축부(121)에 의해 1차적으로 가압된 상태이나, 증발가스의 재액화효율을 향상시키기 위해 제2 압축부(131)에 의해 2차적으로 추가 가압될 수 있다. 제2 압축부(131)는 재액화라인(130)으로 유입되는 증발가스를 압축하는 고압 컴프레서(131a)와, 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 고압 쿨러(131b)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 고압 컴프레서(131a) 및 고압 쿨러(131b)가 3단으로 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 고압 컴프레서(131a)의 사양 또는 증발가스의 요구 가압범위에 따라 고압 컴프레서(131a) 및 고압 쿨러(131b)는 다양한 수로 이루어질 수 있다.
제2 압축부(131)의 고압 컴프레서(131a)는 후술하는 팽창부의 익스팬더(135)와 함께 컴팬더(140)로 마련될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
열교환기(132)는 제1 압축부(121) 및 제2 압축부(131)에 의해 가압된 증발가스를 냉각시키도록 마련된다. 열교환기(132)는 재액화라인(130) 상의 제2 압축부(131)를 거쳐 추가 가압된 증발가스와, 증발가스 공급라인(120) 상의 제1 압축부(121) 전단의 가압 전 증발가스와 열교환함으로써, 제1 압축부(121) 및 제2 압축부(131)에 의해 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 재액화라인(130) 상의 열교환기(132)로 유입되는 증발가스는 제1 압축부(121) 및 제2 압축부(131)를 거치면서 압축되어 온도 및 압력이 상승한 상태이므로, 증발가스 공급라인(120) 상의 제1 압축부(121)를 통과하기 전의 저온의 증발가스와 열교환함으로써, 재액화라인(130)을 따라 이송되는 고온의 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 이와 같이 열교환기(132)에 의해 별도의 냉각장치 없이도 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있으므로, 불필요한 전원의 낭비를 방지하고 설비가 단순화되어, 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.
재액화라인(130) 상의 열교환기(132) 전단에는 재액화라인(130)을 따라 열교환기(132)로 유입되는 증발가스의 흐름을 허용 및 차단하는 제1 차단밸브(130a)가 마련될 수 있다. 제1 차단밸브(130a)는 재액화라인(130)의 정상 작동 시에는 개방되어 제2 압축부(131)로부터 열교환기(132)로 향하는 증발가스의 흐름을 허용하되, 재액화라인(130)의 작동중지 시 폐쇄되어 제2 압축부(131)로부터 열교환기(132)로 향하는 가압된 증발가스의 흐름을 차단할 수 있다. 제1 차단밸브(130a)는 작업자에 의해 수동으로 또는 제어부에 의해 자동적으로 개폐작동이 제어될 수 있다.
제1 기액분리기(133)는 열교환기(132)를 통과하여 냉각된 기액 혼합상태의 증발가스를 기체성분과 액체성분으로 분리하도록 마련된다. 가압된 증발가스는 열교환기(132)를 통과하면서 냉각됨에 따라 일부 재액화가 이루어지기는 하나, 미액화성분인 기체성분도 함께 존재할 수 있다. 이에 제1 기액분리기(133)가 열교환기(132)를 통과하여 냉각된 증발가스를 수용하되, 기체성분 및 액체성분으로 분리하여 각 성분의 용이한 취급 및 관리를 도모할 수 있다.
제1 기액분리기(133)에는 분리된 액체성분의 수위를 감지하는 레벨센서(L)가 마련될 수 있으며, 제어부는 레벨센서(L)가 감지한 제1 기액분리기(133)의 액체성분 수위정보에 근거하여 후술하는 포화조절라인(150)의 제1 유량조절밸브(151), 액체성분 순환라인(136)의 감압밸브(136a)의 개폐 동작을 제어할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
기체성분 순환라인(134)은 제1 기액분리기(133)에서 분리된 기체성분을 이송시키도록 마련된다. 이를 위해 기체성분 순환라인(134)은 입구 측 단부가 제1 기액분리기(133)의 내부 상측에 연통되고, 출구 측 단부는 후술하는 액체성분 순환라인(136)과 합류하여 제2 기액분리기(137)에 연결될 수 있으며, 기체성분 순환라인(134)에는 팽창부(135)가 마련되어 기체성분 순환라인(134)을 따라 이송되는 기체성분을 감압 및 팽창하여 제2 기액분리기(137)로 전달할 수 있다. 또한 기체성분 순환라인(134)에는 팽창부(135)로 유입되는 가스흐름의 온도를 감지하는 온도센서(T)와 팽창부(135) 전단의 가스흐름의 압력을 감지하는 압력센서(P)가 마련될 수 있으며, 후술하는 액체성분 순환라인(136)이 합류한 지점과 팽창부(135) 사이에는 가스흐름의 역류, 구체적으로 제2 기액분리기(137) 또는 액체성분 순환라인(136)으로부터 팽창부(135) 측으로 가스흐름이 발생하는 것을 방지하는 체크밸브(134a)가 마련될 수 있다.
기체성분 순환라인(134) 상의 입구 측에는 제1 기액분리기(133)로부터 기체성분 순환라인(134)으로 유입되는 기체성분의 흐름을 허용 및 차단하는 제2 차단밸브(130b)가 마련될 수 있다. 제2 차단밸브(130b)는 재액화라인(130)의 정상 작동 시에는 개방되어 제1 기액분리기(133)로부터 기체성분 순환라인(134)으로 유입되는 기체성분의 흐름을 허용하되, 재액화라인(130)의 작동중지 시 폐쇄되어 제1 기액분리기(133)로부터 기체성분 순환라인(134)을 따라 팽창부(135)로 전달되는 기체성분의 흐름을 차단할 수 있다. 제2 차단밸브(130b)는 작업자에 의해 수동으로 또는 제어부에 의해 자동적으로 개폐작동이 제어될 수 있다.
팽창부(135)는 제1 기액분리기(133)에서 분리되어 기체성분 순환라인(134)을 따라 이송되는 기체성분을 감압 및 팽창시키도록 마련된다. 기체성분 순환라인(134)을 따라 이송되는 기체성분은 제1 압축부(121) 및 제2 압축부(131)에 의해 가압된 상태인 바, 팽창부(135)가 가압된 기체성분을 감압함으로써, 냉각 및 팽창시켜 기체성분의 재액화를 구현할 수 있다. 팽창부(135)는 기체성분을 제2 기액분리기(137) 또는 저장탱크(110)의 내부압력에 상응하는 압력수준으로 감압할 수 있다.
팽창부(135)는 익스팬더(Expander)로 마련될 수 있으며, 제2 압축부(131)의 고압 컴프레서(131a)와 익스팬더(135)는 터빈타입의 컴팬더(140)(Compander)로 마련될 수 있다. 구체적으로, 컴팬더(140)는 익스팬더(135)가 증발가스를 단열 팽창시킬 때 발생되는 팽창력으로 터빈의 회전 운동에너지를 회전축을 통해 연결된 고압 컴프레서(131a)로 전달함으로써 제2 압축부(131)가 증발가스의 가압 공정을 수행할 수 있다. 이와 같이 증발가스를 가압하는 제2 압축부(131)의 고압 컴프레서(131a)와 팽창부의 익스팬더(135)를 컴팬더(140)로 마련함으로써, 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.
액체성분 순환라인(136)은 열교환기(132)를 거치면서 냉각 및 재액화되어 제1 기액분리기(133)에서 분리된 액체성분을 후술하는 제2 기액분리기(137)로 공급하도록 마련된다. 이를 위해 액체성분 순환라인(136)의 입구 측 단부는 제1 기액분리기(133)의 내부 하측에 연통되고, 출구 측 단부는 기체성분 순환라인(134)과 합류하여 제2 기액분리기(137)에 연결될 수 있다.
액체성분 순환라인(136)에는 이를 따라 이송되는 액체성분의 유량을 조절 및 감압시키는 감압밸브(136a)가 마련될 수 있다. 감압밸브(136a)는 레벨센서(L)가 감지한 제1 기액분리기(133)의 액체성분 수위정보에 근거하여 작동이 제어될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 재액화라인(130)을 따라 이송되면서 제1 기액분리기(133)에서 분리된 액체성분은 제1 압축부(121) 및 제2 압축부(131)에 의해 압력이 상승한 상태인 바, 감압밸브(136a)는 제1 기액분리기(133)에서 분리된 액체성분을 감압함으로써 냉각 및 팽창을 구현할 수 있다. 감압밸브(136a)는 일 예로 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)로 이루어질 수 있으며, 팽창부(135)를 거쳐 감압된 기체성분의 압력 또는 저장탱크(110)의 내부압력에 상응하는 압력수준으로 액체성분을 감압할 수 있다.
한편, 천연가스는 주성분인 메탄(Methane, CH4) 외에도 에탄(Ethane, C2H6), 프로판(Propane, C3H8), 부탄(Butane, C4H10) 등의 중탄화수소(Heavy hydro carbon)를 포함하는 혼합물이다. 이 중, 메탄(CH4)의 끓는 점은 섭씨 약 -162도인 반면, 중탄화수소인 에탄(C2H6)의 끓는 점은 섭씨 약 -88.6도, 프로판(C3H8)의 끓는 점은 섭씨 약 -42도 등으로서, 메탄(CH4)보다 끓는 점이 높다. 따라서 재액화라인(130)을 통한 증발가스의 재액화 공정이 지속됨에 따라 제1 기액분리기(133)의 내부에 끓는 점이 상대적으로 높은 중탄화수소 성분이 액체성분에 다량 함유된다. 후술하는 바와 같이, 증발가스의 재액화 효율 및 팽창부의 익스팬더(135) 작동 효율을 최대화하기 위해 제1 기액분리기(133)의 내부를 포화상태로 형성하기 위해 제1 기액분리기(133)의 내부를 특정압력 또는 특정온도로 맞춰주어야 한다. 따라서 기본적으로 감압밸브(136a)는 폐쇄되어 제1 기액분리기(133)의 내부를 밀폐시킴으로써 포화상태의 형성을 도모하되, 끓는 점이 상대적으로 높은 중탄화수소 성분이 액체성분에 다량 함유될 경우 후술하는 포화조절라인(150)에 의하더라도 제1 기액분리기(133)의 액체성분 수위가 조절되지 않으므로, 이 때 제어부는 감압밸브(136a)를 개방시켜 제1 기액분리기(133) 내부에서 분리 및 축적된 액체성분을 배출시켜줄 수 있다.
구체적으로, 제어부는 레벨센서(L)가 감지한 제1 기액분리기(133)의 액체성분 수위가 기 설정된 수준보다 높은 경우, 제1 기액분리기(133)의 내부에 중탄화수소의 액체성분이 다량 함유된 것으로 판단하여 액체성분 순환라인(136)을 통한 액체성분의 배출을 증가시키는 방향으로 감압밸브(136a)의 작동을 제어할 수 있다. 이로써 제1 기액분리기(133)에 축적된 중탄화수소 성분을 배출시켜 제1 기액분리기(133)의 포화상태 형성을 원활하고 신속하게 수행할 수 있다. 반대로, 제어부는 레벨센서(L)가 감지한 제1 기액분리기(133)의 액체성분 수위가 기 설정된 수준보다 낮은 경우, 액체성분 순환라인(136)을 통한 액체성분의 배출을 감소시키는 방향으로 감압밸브(136a)의 작동을 제어하여, 제1 기액분리기(133)의 내부에서 용이하고 신속하게 포화상태를 형성할 수 있다. 제1 기액분리기(133)의 내부를 포화상태로 형성하거나, 제1 기액분리기(133)의 기체성분을 포화온도로 조절하는 구성에 관한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
제2 기액분리기(137)는 기체성분 순환라인(134) 및 액체성분 순환라인(136)으로부터 공급된 기액 혼합상태의 증발가스를 수용하되, 기체성분 및 액체성분으로 분리하도록 마련된다. 제1 기액분리기(133)의 기체성분은 팽창부(135)를 거침으로써 감압 및 냉각됨에 따라 대부분 재액화가 이루어지기는 하나, 감압하는 과정에서 플래쉬 가스(Flash gas) 등의 기체성분이 발생할 수 있다. 또한 제1 기액분리기(133)의 액체성분은 감압밸브(136a)를 거쳐 감압되면서 일부 기체성분이 발생할 수 있다. 이에 제2 기액분리기(137)가 기체성분 순환라인(134) 및 액체성분 순환라인(136)을 따라 각각 이송되는 가스흐름을 수용하되, 기체성분 및 액체성분으로 분리하여 각 성분의 용이한 취급 및 관리를 도모할 수 있다.
액체성분 회수라인(139)은 제2 기액분리기(137)에 의해 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 재공급하도록 제2 기액분리기(137)와 저장탱크(110)를 연결할 수 있다. 액체성분 회수라인(139)은 입구 측 단부가 제2 기액분리기(137)의 내부 하측에 연결되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결될 수 있다. 액체성분 회수라인(139)에는 저장탱크(110)로 회수되는 액체성분의 공급량을 조절하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있다. 개폐밸브는 제2 기액분리기(137)의 액체성분 수위에 따라 개방 및 폐쇄정도가 제어될 수 있다.
기체성분 회수라인(138)은 제2 기액분리기(137)에 의해 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 재공급하도록 제2 기액분리기(137)와 저장탱크(110) 또는 제2 기액분리기(137)와 증발가스 공급라인(120) 사이에 마련될 수 있다. 도 1에서는 기체성분 회수라인(138)이 제2 기액분리기(137)의 기체성분을 증발가스 공급라인(120) 상의 제1 압축부(121) 전단으로 공급하는 것으로 도시되어 있으나, 이 외에도 제2 기액분리기(137)로부터 저장탱크(110)로 공급하거나, 증발가스 공급라인(120) 및 저장탱크(110) 측으로 함께 재공급하는 경우를 모두 포함한다. 기체성분 회수라인(138)에는 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 회수되는 기체성분의 유량을 조절하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 개폐밸브는 제2 기액분리기(137)의 내부압력 수치에 따라 개방 및 폐쇄정도가 제어될 수 있다.
한편, 팽창부의 익스팬더(135)를 거쳐 기체성분을 감압함에 있어서, 기체성분을 포화상태(Saturation)에서 팽창부(135)로 진입할 경우 증발가스의 재액화 효율이 향상될 수 있으며, 나아가 익스팬더(135)의 작동 효율이 향상될 수 있다. 이에 포화조절라인(150)이 제1 기액분리기(133)의 내부를 포화상태로 형성하도록 제2 압축부(131)를 거쳐 가압된 증발가스의 일부를 열교환기(132)를 우회하여 제1 기액분리기(133)로 직접 공급할 수 있다.
제1 기액분리기(133)의 내부를 포화상태로 형성하기 위해서는 제1 기액분리기(133)의 내부온도, 구체적으로 제1 기액분리기(133)의 기체성분이 포화온도에 도달하여야 한다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이, 천연가스는 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10) 등을 포함하는 혼합물로서, 저장탱크(110)에서 발생되어 재액화라인(130)으로 유입되는 증발가스의 성분 함량이 수시로 변화함에 따라 제1 기액분리기(133)의 내부를 포화상태로 형성하는 특정 온도수치 역시 변화하게 되며, 나아가 열교환기(132)에서 열교환을 수행하는 증발가스 공급라인(120) 상의 증발가스 유량과 재액화라인(130) 상의 증발가스의 유량이 수시로 변화함에 따라 제1 기액분리기(133)에서 분리된 기체성분의 온도 역시 수시로 변화하게 된다. 이에 포화조절라인(150)이 제2 압축부(131)를 거쳐 가압된 증발가스의 일부를 열교환기(132)를 우회하여 제1 기액분리기(133)로 직접 공급함으로써, 제1 기액분리기(133)에서 분리 및 수용되는 기체성분을 포화온도로 유도할 수 있다.
포화조절라인(150)은 입구 측 단부가 재액화라인(130) 상의 제2 압축부(131) 후단과 열교환기(132) 사이에서 분기되고, 출구 측 단부가 제1 기액분리기(133)의 내부에 연통될 수 있으며, 포화조절라인(150)에는 이를 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 제어하는 제1 유량조절밸브(151)가 마련될 수 있다.
제1 유량조절밸브(151)는 레벨센서(L)가 감지한 제1 기액분리기(133)의 액체성분 수위정보에 근거하여 개폐작동이 제어될 수 있다. 포화상태에서는 제1 기액분리기(133)의 내부에서 기체성분을 최대로 수용하고 있는 바, 액체성분의 수위 역시 일정범위에서 유지된다. 따라서 제어부는 레벨센서(L)에 의해 감지된 제1 기액분리기(133)의 액체성분 수위정보에 근거하여 제1 유량조절밸브(151)의 개방 또는 폐쇄 작동을 제어하여 제1 기액분리기(133)의 내부를 포화상태로 유도할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 증발가스는 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8) 등 다양한 성분을 포함함에 따라 각 성분의 함량에 따라 포화온도를 형성하는 수치범위가 넓으므로, 제어부가 가스흐름의 온도정보에 근거하여 제1 유량조절밸브(151)의 작동을 제어할 경우 포화상태 또는 포화온도 형성을 위한 정확한 제어가 어렵다. 따라서 제어부는 신속하고 정확한 제어를 위해 가스흐름의 온도정보가 아닌, 제1 기액분리기(133)에서 분리된 액체성분의 수위정보에 근거하여 제1 유량조절밸브(151)의 개폐작동을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부는 레벨센서(L)가 감지한 제1 기액분리기(133)의 액체성분 수위가 기 설정된 수준보다 높은 경우, 제1 기액분리기(133)의 내부온도가 낮아 액화성분의 발생량이 증가되는 것으로 판단하여 포화조절라인(150)을 통한 가스흐름을 증가시키는 방향으로 제1 유량조절밸브(151)의 작동을 제어할 수 있다. 이로써 제1 기액분리기(133)의 내부온도 및 기체성분의 온도를 점차적으로 증가시켜 포화상태 또는 포화온도로 형성할 수 있다. 반대로, 제어부는 레벨센서(L)가 감지한 제1 기액분리기(133)의 액체성분 수위가 기 설정된 수준보다 낮은 경우, 제1 기액분리기(133)의 내부온도가 높아 기체성분의 발생량이 증가되는 것으로 판단하여 포화조절라인(150)을 통한 가스흐름을 감소시키는 방향으로 제1 유량조절밸브(151)의 작동을 제어할 수 있다. 이로써 제1 기액분리기(133)의 내부온도 및 기체성분의 온도를 점차적으로 하강시켜 포화상태 또는 포화온도로 형성할 수 있다.
팽창부의 익스팬더(135)는 기체성분 순환라인(134)을 따라 이송되는 기체성분의 감압 시 익스팬더(135)의 후단에서 재액화가 발생하여 액적이 발생하게 되는데 익스팬더(135)의 허용 액적량을 초과할 경우 장치에서 진동 및 소음이 발생할 수 있으며, 나아가 익스팬더(135)의 터빈에 손상이 발생할 우려가 있다. 따라서 익스팬더(135)의 작동 시 허용 가능한 액적량을 초과하지 않도록 조절할 필요성이 있다. 이에 액화조절라인(160)이 팽창부(135)를 통과하면서 재액화되는 액적의 유량을 조절하여 익스팬더(135) 동작 시 발생하는 진동 및 소음을 방지하고 장치의 내구성을 도모할 수 있다.
액화조절라인(160)은 제2 압축부(131)에 의해 추가 가압된 증발가스의 일부를 열교환기(132)와 제1 기액분리기(133)를 우회하여 기체성분 순환라인(134) 상의 팽창부(135) 전단으로 직접 공급하도록 마련된다. 이를 위해 액화조절라인(160)은 입구 측 단부가 재액화라인(130) 상의 제2 압축부(131) 후단과 열교환기(132) 사이에서 분기되고, 출구 측 단부가 기체성분 순환라인(134) 상의 팽창부(135) 전단에 연결될 수 있으며, 액화조절라인(160)을 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 제어하는 제2 유량조절밸브(161)가 마련될 수 있다.
제2 유량조절밸브(161)는 팽창부(135)로 유입되는 기체성분 순환라인(134) 상의 기체성분의 온도정보에 근거하여 개폐작동이 제어될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제1 기액분리기(133)의 내부가 포화상태로 형성된 후 기체성분이 팽창부(135) 측으로 이송되는 바, 익스팬더(135)는 유입되는 기체성분 또는 가스흐름의 온도가 낮을수록 액적 발생량이 증가한다. 이에 제어부는 온도센서(T)에 의해 감지된 기체성분 순환라인(134) 상의 팽창부(135) 전단의 가스흐름의 온도정보에 근거하여 제2 유량조절밸브(161)의 개방 또는 폐쇄 작동을 제어함으로써, 팽창부(135) 후단에서 발생하는 액적량을 조절할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 온도센서(T)가 감지한 팽창부(135) 전단의 가스흐름의 온도가 기 설정된 수준보다 낮은 경우, 팽창부(135)를 통과하면서 발생되는 액적량이 익스팬더(135)의 허용 액적량을 초과할 가능성이 높은 것으로 판단하여 액화조절라인(160)을 통한 고온의 가스흐름을 증가시키는 방향으로 제2 유량조절밸브(161)의 작동을 제어할 수 있다. 이로써 팽창부의 익스팬더(135)로 향하는 기체성분 또는 가스흐름의 온도를 일부 상승시켜 익스팬더(135) 통과 후 액적 발생량을 허용 가능한 액적량 이하로 조절할 수 있다. 반대로, 팽창부(135) 전단의 가스흐름의 온도가 기 설정된 수준보다 높은 경우, 팽창부(135)를 통과하면서 발생되는 액적량이 익스팬더(135)의 허용 액적량 보다 낮은 것으로 판단하여 액화조절라인(160)을 통한 고온의 가스흐름을 감소시키는 방향으로 제2 유량조절밸브(161)의 작동을 제어할 수 있다. 이로써 팽창부의 익스팬더(135)로 향하는 기체성분 또는 가스흐름의 온도를 최대한 낮춤으로써 팽창부(135)에 의한 증발가스의 재액화 효율 및 익스팬더(135)의 작동 효율을 최대화할 수 있다.
한편, 본 실시 예 및 도면에서는 제2 유량조절밸브(161)가 팽창부(135)로 공급되는 기체성분 또는 가스흐름의 온도정보에 근거하여 개폐작동이 제어되는 것으로 도시 및 설명하였으나, 그 외에도 팽창부의 익스팬더(135) 후단에서 발생되는 액적량을 감지하거나, 익스팬더(135)에서 발생되는 소음 및 진동 정보에 근거하여 제2 유량조절밸브(161)의 개폐작동을 제어할 수 있다. 뿐만 아니라, 팽창부(135)로 공급되는 기체성분의 유량이 적을 경우 기체성분의 온도가 낮더라도 익스팬더(135) 통과 이후 액적량이 과도하게 발생되지 않는 바, 기체성분 순환라인(134)을 따라 팽창부(135) 측으로 이송되는 기체성분의 유량정보에 근거하여 기 설정된 유량수준 보다 낮은 경우에는 제2 유량조절밸브(161)를 폐쇄시키도록 제어될 수도 있다.
비상순환라인(170)은 재액화라인(130)의 작동중지 시 재액화라인(130) 상의 여분의 가스흐름을 팽창부(135)의 전단 측으로 공급하도록 마련된다.
재액화라인(130)의 작동중지 시, 제1 차단밸브(130a) 및 제2 차단밸브(130b)는 폐쇄되어 가스흐름이 열교환기(132) 및 기체성분 순환라인(134)으로 유입되는 것을 차단하고, 이와 동시에 감압밸브(136a)는 개방되어 제1 기액분리기(133)에서 분리된 액체성분은 제2 기액분리기(137) 측으로 전달된다. 이 때, 제2 압축부(131)의 고압 컴프레서(131a)의 경우 순환라인(미도시)을 통해 순환되어 고압의 가스흐름이 안정적으로 처리될 수 있으나, 익스팬더(135)의 경우 작동이 중지되는 중에 전단의 가스흐름을 흡입함에 따라 기체성분 순환라인(134) 상에서 익스팬더(135)의 전단과 제2 차단밸브(130b) 사이에 진공이 형성되어 배관이 파손되거나 익스팬더(135)의 손상이 발생할 수 있다.
이에 비상순환라인(170)이 재액화라인(130)의 작동중지 후 재액화라인(130) 상의 여분의 가스흐름, 구체적으로 제2 압축부(131)를 통과하여 가압된 여분의 증발가스를 팽창부(135) 전단 측으로 공급하여 팽창부(135) 전단이 진공으로 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해 비상순환라인(170)은 입구 측 단부가 재액화라인(130) 상에서 제2 압축부(131) 후단과 제1 차단밸브(130a) 사이에 연결되고, 출구 측 단부가 기체성분 순환라인(134) 상에서 제2 차단밸브(130b)의 후단과 팽창부(135)의 전단 사이에 연결될 수 있으며, 비상순환라인(170)을 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 제어하는 제3 유량조절밸브(171)가 마련될 수 있다.
제3 유량조절밸브(171)는 팽창부(135) 전단의 가스흐름의 압력정보에 근거하여 개폐작동이 제어될 수 있다. 구체적으로, 제어부는 압력센서(P)가 감지한 팽창부(135) 전단의 가스흐름의 압력이 기 설정된 수준보다 낮은 경우, 재액화라인(130)의 작동중지 시 팽창부(135) 전단에 진공이 형성될 가능성이 높은 것으로 판단하여 비상순환라인(170)을 통한 가스흐름을 증가시키는 방향으로 제3 유량조절밸브(171)의 작동을 제어할 수 있다. 이로써 여분의 가스흐름을 팽창부(135)의 전단으로 공급하여 기체성분 순환라인(134) 등의 배관에 진공이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 반대로, 팽창부(135) 전단의 가스흐름의 압력이 기 설정된 수준보다 높은 경우에는 재액화라인(130)의 작동중지에도 불구하고 팽창부의 익스팬더(135) 역시 안정적으로 작동이 중지될 수 있는 것으로 판단하여 불필요한 고압의 가스흐름을 방지하기 위해 비상순환라인(170)을 통한 가스흐름을 감소시키는 방향으로 제3 유량조절밸브(171)의 작동을 제어할 수 있다.
100: 연료가스 관리시스템 110: 저장탱크
120: 증발가스 공급라인 121: 제1 압축부
130: 재액화라인 131: 제2 압축부
132: 열교환기 133: 제1 기액분리기
134: 기체성분 순환라인 135: 팽창부(익스팬더
136: 액체성분 순환라인 136a: 감압밸브
137: 제2 기액분리기 138: 기체성분 회수라인
139: 액체성분 회수라인 140: 컴팬더
150: 포화조절라인 151: 제1 유량조절밸브
160: 액화조절라인 161: 제2 유량조절밸브
170: 비상구동라인 171: 제3 유량조절밸브

Claims (9)

  1. 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 제1 압축부가 마련되고, 상기 제1 압축부에 의해 가압된 증발가스를 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인; 및
    상기 제1 압축부에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인;을 포함하고,
    상기 재액화라인은
    유입되는 증발가스를 추가적으로 가압하는 제2 압축부와, 상기 제2 압축부에 의해 추가 가압된 증발가스를 증발가스 공급라인 상의 제1 압축부 전단의 증발가스와 열교환하여 냉각시키는 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기의 기체성분을 이송시키는 기체성분 순환라인과, 상기 기체성분 순환라인에 마련되어 상기 제1 기액분리기의 기체성분을 감압시키는 팽창부와, 상기 재액화라인의 작동중지 시 상기 재액화라인 상의 여분의 가스흐름을 상기 팽창부의 전단 측으로 공급하는 비상순환라인을 포함하고,
    상기 비상순환라인은
    입구 측 단부가 상기 제2 압축부와 상기 열교환기 사이에 연결되고, 출구 측 단부가 상기 기체성분 순환라인 상의 상기 팽창부 전단에 연결되며,
    상기 재액화라인은
    상기 비상순환라인을 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 조절하는 유량조절밸브와, 상기 팽창부 전단의 가스흐름의 압력을 감지하는 압력센서를 더 포함하고,
    상기 압력센서에 의해 감지된 가스흐름의 압력정보에 근거하여 상기 유량조절밸브의 작동을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 압력센서가 감지한 가스흐름의 압력이 기 설정된 압력수준보다 낮은 경우, 상기 비상순환라인을 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 증가시키는 방향으로 상기 유량조절밸브의 작동을 제어하는 선박의 연료가스 관리시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 팽창부에 의해 감압된 기액 혼합상태의 증발가스를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제2 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기의 액체성분을 상기 제2 기액분리기로 공급하는 액체성분 순환라인과, 상기 제2 기액분리기의 기체성분을 상기 저장탱크 또는 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 압축부 전단으로 공급하는 기체성분 회수라인과, 상기 제2 기액분리기의 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액체성분 회수라인을 더 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 액체성분 순환라인을 따라 이송되는 액체성분을 감압시키는 감압밸브를 더 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 압축부는 적어도 하나의 고압 컴프레서(compressor)를 포함하고,
    상기 팽창부는 익스팬더(Expander)를 포함하며,
    상기 고압 컴프레서 및 상기 익스팬더는
    상기 익스팬더의 팽창력에 의해 상기 고압 컴프레서가 증발가스를 가압하는 컴팬더로 마련되는 선박의 연료가스 관리시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 압축부는
    상기 고압 컴프레서의 후단에 마련되는 적어도 하나의 고압 쿨러를 더 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 압축부는
    병렬로 배치되는 복수의 저압 컴프레서와, 상기 복수의 저압 컴프레서의 후단에 각각 마련되는 복수의 저압 쿨러를 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
KR1020190083186A 2019-07-10 2019-07-10 선박의 연료가스 관리시스템 KR102548332B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190083186A KR102548332B1 (ko) 2019-07-10 2019-07-10 선박의 연료가스 관리시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190083186A KR102548332B1 (ko) 2019-07-10 2019-07-10 선박의 연료가스 관리시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210008452A KR20210008452A (ko) 2021-01-22
KR102548332B1 true KR102548332B1 (ko) 2023-06-28

Family

ID=74309882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190083186A KR102548332B1 (ko) 2019-07-10 2019-07-10 선박의 연료가스 관리시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102548332B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102600605B1 (ko) * 2021-10-28 2023-11-10 한화오션 주식회사 선박의 암모니아 연료공급시스템
KR102603755B1 (ko) * 2021-10-28 2023-11-20 한화오션 주식회사 액화가스 운반선의 연료공급시스템

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101617021B1 (ko) * 2015-06-19 2016-04-29 삼성중공업 주식회사 연료가스 공급시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101195641B1 (ko) 2008-09-26 2012-10-30 현대중공업 주식회사 이종연료 디젤엔진 추진기관을 사용하는 액화천연가스 운반선을 위한 연료공급시스템
KR102198068B1 (ko) * 2014-09-15 2021-01-05 한국조선해양 주식회사 액화가스 처리 시스템
KR102260378B1 (ko) * 2017-05-12 2021-06-04 삼성중공업 주식회사 연료가스 공급시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101617021B1 (ko) * 2015-06-19 2016-04-29 삼성중공업 주식회사 연료가스 공급시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210008452A (ko) 2021-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3309442B1 (en) Fuel gas supply system
KR101788751B1 (ko) 선체 내에 엔진을 탑재한 선박
KR102548332B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR102379516B1 (ko) 연료가스 공급시스템
KR101732554B1 (ko) 연료가스 공급시스템
KR101661929B1 (ko) 연료가스 공급시스템
KR102516615B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR20170031429A (ko) 연료가스 공급시스템
KR102189807B1 (ko) 증발가스 처리장치
KR102548335B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR102548334B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR102477625B1 (ko) 연료가스 공급시스템
KR102189796B1 (ko) 연료가스 공급시스템
KR101644389B1 (ko) 연료가스 공급시스템
KR101732551B1 (ko) 연료가스 공급시스템
KR102379500B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR102528496B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR101711966B1 (ko) 연료가스 공급시스템
KR102596632B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR102584152B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR20200050480A (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR101824427B1 (ko) 선박의 연료가스 공급시스템
KR101617020B1 (ko) 증발가스 처리장치
KR20220049054A (ko) 액화가스 운반선의 가스 운용시스템
KR20220049055A (ko) 선박의 가스 관리시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant