KR102590259B1 - 액화 가스 및/또는 액화 가스의 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치 및 방법 - Google Patents

액화 가스 및/또는 액화 가스의 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치 및 방법 Download PDF

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가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
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Abstract

액화 가스 및/또는 액화 가스의 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치 및 방법
특히 선박에 설치된, 발전 유닛(12)용 액화 가스를 냉각시키는 장치(10)로서,
- 선택적으로, 액화 가스(14a)용 주 저장 탱크(14),
- 냉각된 액화 가스(24a)용 제1 분리 드럼(24),
- 상기 주 탱크와 관련된 상기 제1 드럼의 감압 유닛(26),
- 상기 제1 덕트 및/또는 상기 제1 덕트의 상기 입력부에 설치된 증발 수단(18, 19), 그리고
- 상기 주 탱크에 수용된 가스를 냉각시키기 위한 목적으로 상기 제1 드럼에 수용된 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크로 공급하는 수단(22, 30, 32, 34, 40)
을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화 가스 및/또는 액화 가스의 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치 및 방법{DEVICE AND PROCESS FOR COOLING LIQUEFIED GAS AND/OR NATURAL BOIL-OFF GAS OF LIQUEFIED GAS}
본 발명은, 특히, 액화 가스를 운반하거나 액화 가스로 작동하는 엔진을 가진 배와 같은, 선박에 설치된 발전 유닛을 위해 액화 가스 및/또는 액화 가스의 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치와 방법에 관한 것이다.
종래 기술은, 특히, 문헌 WO-A1-2012/089891, FR-A1-2 920 484, WO-A1-2005/058684 및 WO6A1-2016/075399를 포함한다.
장거리에 걸쳐서, 천연 가스와 같은, 가스를 운반하는 것을 용이하게 하기 위해서, 상기 가스를 대기압에서 극저온, 예를 들면 -163℃로 냉각시킴으로써 상기 가스가 대체로 액화된다(예를 들면, 액화 천연 가스 - LNG가 된다). 그 다음에 액화 가스가 특수한 선박에 실린다.
예를 들면, LNG 운반선-타입의 액화 가스를 운반하는 선박에서는, 선박의 작동 에너지 수요를 충족시키기 위해서, 특히, 선박의 추진 및 선상 장비를 위한 전기를 발생시키기 위해, 발전 유닛이 설치되어 있다.
이러한 장치는 보통 증발기에 의해 공급되는 가스를 사용하는 열기계(thermal machine)를 포함하고 있고; 상기 가스는 선박의 하나의 탱크 또는 복수의 탱크에 실린 화물인 운반하는 액화 가스로부터 얻는다.
문헌 FR-A-2 837 783은 선박의 탱크들 중의 하나의 탱크의 바닥에 잠겨 있는 펌프를 이용하여, 추진 동력을 제공하는 증발기 및/또는 다른 시스템을 제공하는 방법을 개시하고 있다.
액화 가스의 증발을 제한하기 위해서, 용인된 방법은 가스를 탱크 내부에 저장하고 상기 가스를 상기 가스의 증기-액체 평형상태 곡선상에 유지시켜서, 상기 가스의 증발 온도를 상승시키는 것이다. 따라서, 액화 가스는 보다 높은 온도에서 저장될 수 있고, 이것은 액화 가스의 증발을 제한한다.
하지만, 가스의 자연 증발을 피할 수 없고, 이러한 현상에 의해 발생한 가스를 자연 증발 가스라고 칭하고 그것의 약어인 NBOG로 나타낸다(이에 대하여, 강제 증발 가스에 대해서는 FBOG로 나타낸다). 배의 탱크로부터 자연적으로 증발하는 가스는 대체로 상기한 장치에 동력을 공급하기 위해서 사용된다. 자연 증발 가스의 양이 상기 장치의 가연성 가스의 수요를 충족시키기에 불충분한 경우(제1 경우)에는, 탱크에 잠겨 있는 펌프가 작동하여 강제 증발 후에 보다 많은 가연성 가스를 제공한다. 증발 가스의 양이 상기 장치의 필요량에 대해 너무 많은 경우(제2 경우)에는, 과도한 가스가 가스 연소 유닛에서 대체로 연소되고, 이것은 가연성 가스의 손실이 된다.
현재의 기술에 의하면, 탱크는 액화 가스의 자연 증발률(또는 BOR)이 점점 낮아지도록 완벽하게 되어 있는 반면에, 선박의 기계류의 성능은 증가하였다. 이것의 결과는, 상기한 제1 경우와 제2 경우의 양 경우에 있어서, 증발에 의해서 자연적으로 발생된 가스와 배의 동력 장치가 필요로 하는 가스의 사이에 상당한 차이를 만들어 낸다.
따라서, WO-A1-2016/075399에 개시되어 있는 것과 같이, 재-액화 또는 냉각 유닛과 같은, 저장 탱크 내에 수용된 액화 가스의 냉각과 상기 탱크 내부에서 발생된 BOG의 처리를 위한 해결방안에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 문헌과 모순되는 사상은 액화 가스를 액화 가스의 지속적인 저장을 제공하는 열역학적 상태에 유지시키면서 액화 가스의 자연 증발을 제한하는 액화 가스 냉각 장치를 제안하는 것이다. 하지만, 여기에 개시된 열교환 기술은 비용이 많이 들고 매우 비효율적이며, 다른 단점과 특징은 아래에서 상세하게 설명할 것이다.
게다가, 액체의 운동과 주위 상태와 같은, 여러가지 파라미터가 NBOG의 발생에 영향을 미친다. 선박의 작동 유형이나 속력에 따라서, 해상 수송 선박의 동력 요구도 크게 달라진다. 따라서, 과도한 NBOG의 양이 크게 달라질 수 있기 때문에, 효율적인 BOG 처리 해결방안을 구현하는 것이 어려울 수 있다.
본 발명은 현재의 기술을 간단하고 효과적이며 비용 효율적인 방식으로 완벽하게 할 것을 제안한다.
제1 실시례에서, 본 발명은, 특히, 선박에 설치된 발전 유닛용으로 사용되는 액화 가스 냉각 장치를 제안하는데, 상기 장치는,
- 선택적으로, 액화 가스용 주 저장 탱크를 포함하고,
- 제1 덕트의 제1 단부에 연결된 제1 입력부를 가진, 냉각된 액화 가스를 분리시키는 제1 드럼을 포함하고, 제1 덕트의 제2 단부는, 바람직하게는 상기 주 탱크의 바닥에서, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있고, 상기 제1 덕트는 액화 가스를 상기 제1 드럼으로 공급할 수 있고,
- 상기 제1 드럼에서, 상기 주 탱크의 내부의 압력보다 낮은 동작 압력을 제공하도록 구성되어 있는, 상기 주 탱크와 관련된 상기 제1 드럼의 감압 수단을 포함하고,
- 증발 가스라고 칭하는, 상기 제1 드럼으로 공급된 액화 가스의 적어도 일부분과, 냉각된 액화 가스라고 칭하는, 이 액화 가스의 적어도 다른 일부분(예를 들면, 나머지 부분)이 상기 제1 드럼에서 상기 동작 압력의 포화 온도로 냉각되도록, 상기 제1 덕트 및/또는 상기 제1 드럼의 입력부에 설치된, 증발 수단을 포함하고, 상기 제1 드럼은 상기 증발 가스와 상기 냉각된 액화 가스를 분리시키도록 구성되어 있고, 그리고
- 상기 주 탱크에 수용된, 액화되어 있는 및/또는 가스 형태인, 가스를 냉각시키기 위해서, 상기 제1 드럼에 수용된 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크에 공급하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 경우에는, 상기 액화 가스는 냉각되거나, 이전보다 더 냉각된 다음에, 주 탱크에 수용된 액화 가스를 냉각시키고 상기 액화 가스의 온도를 조절하기 위해서 사용된다.
제1 드럼은 진공 증발기(VE)로서의 역할을 하고 바람직하게는 제1 압축기와 결합되어 있고, 상기 제1 압축기는 진공 증발기 압축기로서의 역할을 한다. 알려져 있는 방식으로, 가스의 증발 또는 감압은 냉각 에너지를 방출한다. 따라서 증발 수단은 냉각 수단으로 간주될 수 있다. 게다가, 증발 수단, 압축 해제 수단 및 감압 수단은 본 발명의 목적을 위해 동일한 의미를 가지는 것으로 여겨진다. 본 발명에 따르면, 상기 증발 수단은 제1 덕트 및/또는 상기 제1 덕트와 제1 드럼 사이의 연결 입력부에 설치되어 있다. 제1 드럼은, 아래에 설명되어 있는 것과 같이, (추가적인) 증발 수단을 구성할 수도 있다.
따라서 본 발명은 이전 발명의 열교환기를 진공 증발기로 교체하여, 냉각력을 증가시키고 주 탱크 내에 수용된 액체 및/또는 가스 형태인, 가스를 냉각시키는 방법을 개선할 것을 제안한다.
주 탱크는 본 발명에 따른 장치의 일부분으로 간주될 수 있거나, 본 발명에 따른 장치로부터 제외될 수 있기 때문에 선택적이다. 예를 들면, 상기 장치는 주 탱크없이 제공될 수 있고, 따라서 주 탱크는 상기 장치의 일부분이 아니다. 다른 형태에서는, 예를 들면, 선박에 설치된 상기 장치가 주 탱크와 결합되어 있고, 따라서, 주 탱크는 본 발명에 따른 장치의 일부분이다.
바람직하게는, 팽창 또는 증발 단계에서는 관련된 열교환기가 없다(열교환기의 단점은 핀치 효과에 의해 냉기의 손실을 발생시킨다는 것이다). 열교환기에 의존하는 이전의 기술에 의하면, 감압 후에 액체 형태로 남아 있는 가스의 보다 가벼운 부분을 증발시키는 열교환기로 인해 가벼운 부분이 완전히 증발된다. 하지만, 감압과 열교환기는 보다 무거운 부분을 증발시키기에는 충분하지 않다.
본 출원에서, 보다 무겁다는 표현과 보다 가볍다는 표현은 각각, 높은 몰질량(high molar mass)을 가진 고밀도 가스와, 낮은 몰질량(low molar mass)을 가진 가스를 의미하는 것이다. 하나의 실시례에서, 상기 액화 가스는 액화 천연 가스이다. 이 경우에는, 보다 가벼운 가스가 메탄이다. 액화 천연 가스는 보다 가벼운 부분으로 약간의 질소를 포함할 수도 있다. 액화 천연 가스의 경우에는, 소량의 보다 무거운 부분이 프로판, 부탄 그리고 에탄(이것은 보다 높은 온도 또는 예를 들면, 동작 압력보다 낮은 압력에서 증발한다)을 포함한다. 액화 가스에서, 무거운 부분은 액화 가스의 총 질량의 5.2% 내지 49.8%에 해당한다. 무거운 가스는 가벼운 가스보다 25 내지 500% 더 높은 몰질량을 가지는 것이 특징이다.
이 장치는 아래의 사항을 포함하여, 다양한 장점을 제공한다:
- 전적으로 주 탱크 외부에서 일어날 수 있는 냉각 프로세스에 의존하는 단순화된 구성과 제어, 그리고 보다 안전한 작동,
- WO-A1-2016/075399에 개시되어 있는 것과 같이, 이전의 기술에 따른 열교환기에서 발생할 수 있는 핀치 효과의 제거에 의한 효율성 향상; 동작 압력 및 관련된 온도 강하를 고려해 볼 때, 1 내지 2℃ 핀치 효과가 대략 15%의 저온 출력(cold power) 손실이 발생되는 것에 해당하고,
- 다양한 요구를 충족시키기 위해 보내지고 사용될 수 있으며 심지어 장래의 사용을 위해 저장될 수 있는 냉각된 액화 가스의 형태로 냉각력(cooling power)이 발생되고; 이것은, 저온 출력 대신에, 고온 출력(hot power)이 요구되는 단계와 부합하는 NBOG가 없어진 단계 동안 강제 증발 가스의 에너지를 회수함으로써 냉각력이 발생될 수 있기 때문에 특히 유리하고,
- 그에 반해서, 특히, 선박에 설치된 주 탱크의 통상적인 크기, 상기 탱크에 저장된 가스의 양, 상기한 이전의 출원에 개시되어 있는 것과 같은 냉각 장비의 크기를 고려해 볼 때, 상기 장비에 의해 회수된 저온 출력이 상기 가스의 저장과 추후의 사용에 대해 충분하지 않고,
- 상기 드럼에서 상 분리되는 액화 가스, 그리고 상기 장치에서 사용될 수 있는 가스만이 압축기와 같은, 감압 유닛에 의해 흡인되고; 압축기로 흡인되는 액적에 의해 압축기가 손상될 위험이 없고; 동작 압력 범위, 온도 그리고 액화 가스의 조성을 고려하면, 대개의 경우에는 액화 가스가, 상기한 이전 출원에 개시되어 있는 것과 같은, 열교환기에서 전적으로 증발되는 것은 아니고; 예를 들면, 120mbara에서 처음 구성에 따른 액체 비율이 0.12 내지 32%의 범위로 변하고, 800mbara(이전 발명에 제안되어 있는 것과 같이, 950mbara의 압력은 열교환기에서의 핀치 효과 때문에 고려될 수 없다)에서는, 0.8 내지 92%의 범위로 변하고(액화 가스의 상이한 조성 때문에 크게 변한다),
- 이전 출원에서는, 상기 장치, 다시 말해서, 소비자(consumer)에 공급하는데 필요로 하는 모든 유동이 압축기를 통과하여야 하고, 이것은 강제 증발 가스 중의 필요로 하는 양만이 자연 증발 가스의 생산량을 채우는데 사용되는 발명에서는 반드시 그렇게 되는 것은 아니고; 따라서, 압축기의 용량이 감소되고, 이로 인해 초기 투자 비용과 운영비를 줄일 수 있고; 게다가, 상기 장치의 각각의 구성요소가 손실을 발생시키기 때문에, 상기 장치에서 순환하는 유동을 제한하는 것이 전반적으로 더욱 효율적이고; 최종적으로, 제안된 장치는 선박에 설치된 종래의 소모 장치에 연결시키기가 수월하고, 이것 선박으로 운반되는 가연성 가스로 작동하는 기계류를 설계하는 면에 있어서 보다 큰 융통성 제공함으로써 환경적인 영향을 제한하고;
- 바람직하게는, 상기 드럼이 주 탱크의 외측에 배치되어 있어서, 상기 장치를 보다 쉽게 보다 안전하게 작동시킬 수 있다.
전체적으로, 열교환기에 액화 가스를 공급하는 펌프에 의해 추가적인 BOG가 발생되는, 선박에 설치된 통상적인 장치와 비교하여, 이 장치는 31 내지 38%만큼 증발에 사용되는 총에너지를 감소시킨다. 주된 목적은 대체로 선박에서 소비되는 증발 에너지를 회복하는 것에 의해 냉기(cold)를 발생시키는 것이다. 선박의 특징, 특히, 선박의 속력 프로파일(speed profile), 선박의 기계류의 효율성 등에 따라서, 상기 장치는 선박의 항해(선박의 귀항, 상업적인 운행 및 운하로 들어가기 전의 기다리는 시기를 포함) 동안 발생된 열의 175%까지의 냉각력을 발생시킨다.
주 탱크 내의 압력은, 정수압으로 인해, 상기 탱크 내부의 깊이에 따라 달라질 수 있다.
본 출원에서, 탱크 또는 통의 "바닥(bottom)" 이라는 표현은 탱크의 바닥벽으로부터 1미터보다 짧은 위치를 나타내는 것으로 여겨지고, 상기 바닥벽은 운행하는 동안 지구의 중심에 가장 가깝다. 하나의 펌프 또는 복수의 펌프가 가능한 가장 낮은 충전 높이에서 작용하도록 하기 위해서, 바람직하게는 가능한 한 상기 바닥에 근접해 있다(바닥까지의 거리는 바닥에 너무 근접해 있는 펌프를 작동하도록 준비시키는 것이 어려울 수 있다는 사실로 인해 제한된다).
본 발명에 따르면, 상기 장치는 아래의 특징들 중의 하나 또는 수개를 개별적으로 또는 결합하여 포함할 수 있다:
- 상기 제1 드럼이 분리 및/또는 팽창 드럼이다;
- 상기 제1 드럼의 적어도 일부분, 및/또는 상기 제1 덕트의 적어도 일부분, 및/또는 증발 수단의 적어도 일부분이 상기 주 탱크 내부에 수용되어 있거나 수용되도록 설계되어 있다;
- 상기 제1 드럼은 액화 가스만 공급받도록 구성되어 있다;
- 상기 제1 덕트 내부의 액화 가스의 압력은 바람직하게는 상기 주 탱크 내부의 상기 제1 덕트의 잠긴 부분에 의해 발생된 정수압보다 높다;
- 덕트 내부의 액화 가스의 냉각을 제한하기 위해서 상기 감압 수단 전의, 상기 제1 덕트의 직경은 바람직하게는 가능한 한 축소된다(냉각 손실 한계(cooling loss limit));
- 바람직하게는, 상기 제1 덕트는 상기 주 탱크로부터 회수된 가스가 상기 감압 수단에 도달할 때까지 액체 형태를 유지할 수 있게 하도록 구성되어 있고; 비록 잠김 깊이(immersion depth)가 감소하는 사실로 인해 제1 덕트에서 압력이 낮아지더라도, 압력은 상기 가스 전부를 액체 형태로 유지시키기에 충분히 높게 유지된다;
- 감압 수단의 입력부에서, 제1 덕트의 압력은, 예를 들면, 대략 1 bar이고; 제1 덕트 내부에서 작은 양의 열만을 얻은 액화 가스는 대략 1 bar에서 액체 형태로 유지되는 온도(예를 들면, 대략 -160 ℃)로 유지된다;
- 상기 증발 수단은 밸브, 예를 들면, 주울-톰슨(JT) 밸브 및/또는 특히, 상기 밸브로부터 하류부에 배치된, 제1 덕트의 일부분을 포함한다;
- 회수된 액화 가스의 증발은 바람직하게는 (대개의 경우에, 또는 80%의 비율로, 심지어 90%의 비율로) 상기 밸브 직후에, 제1 덕트의 상기 일부분에서 발생하고; 상기 액화 가스는 또한 "플래시" 증발로 인한 감압(자발적인 감압(spontaneous depressurisation))으로 인해 상기 덕트의 제1 부분에서 냉각된다;
- 증발된 가스는 더 큰 부피를 차지하기 때문에, 특히, 충분한 유동을 보장하기 위해서, 덕트의 이 부분은 밸브 전에 배치된 제1 덕트의 상기 부분보다 더 큰 직경을 가질 수 있다;
- 다른 형태에서는, 밸브와 제1 드럼 사이의 상기 덕트 부분이 축소되거나 존재하지 않으면, 증발이 상기 제1 드럼에서 주로 심지어 전적으로(80%보다 높은 비율로) 발생할 수 있고; 이 경우에, 제1 드럼이 충분히 크면, 작동이 비-연속적으로 될 수 있고; 그러면, 특히, 아래에 기술된 이차 탱크에, 제1 드럼을 비위기 위해, ("플래시") 감압 후에, 새로운 압력에서 끓는 온도 바로 아래의 온도에서, 액화 가스 증발과 냉각 프로세스가 끝나기를 기다릴 필요가 있을 것이고; 이 경우에는, 상기 밸브, 예를 들면, JT 밸브를, 간단한 2-상태 밸브(온-오프 밸브, 다시 말해서, 완전히 개방되거나 완전히 폐쇄되는 밸브)로 교체할 수도 있다;
- 상기 가압 수단은 제1 드럼의 제1 가스 출력부에 연결된 입력부와, 특히, 상기 장치에 가연성 가스를 공급할 수 있는 하나의 출력부를 가진 적어도 제1 압축기를 포함하고 있고, 상기 제1 압축기는 상기 제1 드럼 내부의 증발 가스의 적어도 일부분을 흡입할 수 있고 동작 압력을 제1 상기 드럼에 작용시킬 수 있고; 다른 형태에서 또는 추가적인 특징으로서, 감압 수단이 제1 드럼의 유체 출력부에 연결된 입력부를 가진 적어도 하나의 펌프를 포함하고; 이 형태에서는, 적어도 하나의 압축기가 상기 제1 드럼 내에 수용된 증발 가스를 흡입하는데 사용될 수 있다;
- 상기 공급 수단은 상기 제1 드럼의 제2 냉각된 액화 가스에 연결된 제1 단부와 상기 주 탱크에 도달하도록 설계된 적어도 하나의 제2 단부를 가진 제2 덕트를 포함하고 있고, 상기 제2 덕트는 상기 제1 드럼의 상기 냉각된 액체 가스의 적어도 일부분을 상기 주 탱크에 주입할 수 있고; 상기 제2 덕트에 의해서 이루어진, 제1 드럼과 상기 주 탱크 사이의 연결은 직접적인 것이거나 간접적인 것일 수 있고; 다시 말해서, 상기 제2 덕트는 다른 유체 연통 구성요소를 포함하거나 상기 다른 유체 연통 구성요소와 결합될 수 있거나, 또는 복수의 부분으로 분할될 수 있고, 이 부분들 사이에 상기 구성요소들이 배치되고; 이것은 본 발명의 목적을 위해 언급한 모든 덕트에 대해서 사실일 수 있다;
- 액체 및/또는 기체 형태로 된 가스는, 특히, 상기 제2 덕트를 통하여, 주 탱크로 주입될 수 있고; 가스와 증기의 혼합물이 주 탱크로 주입될 수 있고; 이 혼합물이 통(vat)의 바닥에 재-주입되면, 상기 혼합물의 가스 부분은 상기 가스의 정수압(hydrostatic pressure)과 주 탱크 내부의 액화 천연 가스의 온도로 인해 재-응결되기 쉬울 것이고; 이것은 주 탱크 내의 압력 강하를 늦출 수 있다;
- 상기 장치는, 액화 가스를 상기 제1 탱크를 통하여 상기 제1 드럼으로 순환시키기 위해서, 바람직하게는 통의 바닥에서, 상기 주 탱크 내부에 수용된 상기 액화 가스에 잠기도록 설계된, 제1 덕트의 상기 제2 단부에 연결된 제1 펌프를 포함하고 있고; 다른 형태에서는, 상기 장치가 제1 펌프를 포함하지 않는다; 예를 들면, 제1 드럼과 제1 덕트가 상기 주 탱크 내부에 배치되어 있을 때;
- 상기 장치는 상기 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 제2 덕트를 통하여 상기 제1 드럼으로부터 상기 주 탱크로 순환시키기 위해서 상기 제2 덕트에 연결된 제2 펌프를 포함하고 있고; 다른 형태에서는, 예를 들면, 제1 드럼이 미리 정한 충전 높이까지 액화 가스를 공급받은 다음, 상기 액화 가스를 냉각시켜서 부분적인 증발을 일으키도록 감압되는 단속적인 작업(interrupted operations)의 경우에는, 제2 펌프가 필요하지 않고, 이것은 주 탱크 내의 압력과 대체로 유사한 값에 도달할 때까지 상기 제1 드럼 내의 압력 상승을 발생시킬 것이고, 이것은 제2 펌프를 선택적인 것으로 만들기에 충분할 것이다;
- 제1 덕트는 상기 제1 드럼에서 압력의 손실이 발생할 때 폐쇄될 수 있는 온-오프 밸브를 구비하고 있다;
- 제1 펌프 또는 제2 펌프는 선박에 설치된 연료 펌프 또는 빌지 펌프(bilge pump)일 수 있고; 이러한 종류의 펌프는 통상적으로 약 25-30t/h의 최대 유량을 제공하고; 다른 형태에서는, 특히, 제1 펌프에 대해서, 300t/h의 최대 유량, 그리고 심지어, 바람직하게는, 2'500t/h에 이르는 최대 유량을 제공하기 위해서, 더 많은 최대 유량을 가진 펌프가 사용될 수 있다;
- 제1 드럼, 제1 압축기 그리고 제1 펌프에 의해서 형성된 유닛이 진공 증발 유닛(또는 진공 증발기 - VE)을 만들고; 대체로, 본 발명에서는, 드럼, 압축기 및 펌프에 의해서 형성된 유닛이 진공 증발 유닛으로 간주된다;
- 증발 수단은 바람직하게는 가스 압력을 제1 드럼의 동작 압력으로 낮추도록 구성되어 있다;
- 제1 압축기의 상기 제2 출력부는 가연성 가스를 상기 장치에 공급할 수 있는 출력부를 가진 제2 압축기에 연결되어 있다;
- 상기 제2 덕트는, 냉각된 액화 가스를 주 탱크에 주입하기 위해서, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 플런저 및/또는 상기 주 탱크 내의 분무기 붐을 포함하거나, 상기 플런저 및/또는 상기 분무기 붐에 연결되어 있고; 냉각된 액화 가스의 주입은 주 탱크에 수용된 가스 및/또는 액화 가스에 이루어질 수 있다;
- 이차 탱크에 냉각된 액화 가스를 공급하고 냉각된 액화 가스를 상기 이차 탱크 내에 저장하기 위해서, 상기 드럼의 제2 출력부는 이차 탱크의 제1 입력부에 연결되어 있다;
- 이차 탱크는 상기 제1 드럼의 상기 동작 압력보다 높은 압력에서 상기 냉각된 액화 가스를 수용하도록 구성되어 있고; 이차 탱크는 제1 드럼에 대하여 과압(over-pressure)될 수 있고, 예를 들면, 대기압하에 있고; 이차 탱크는, 특히, 상당한 양의 가스를 저장하는데 사용될 수 있기 때문에, 보다 저렴하게 될 수 있고; 이것이 이차 탱크의 장점이고; 따라서, 냉각된 가스는, 상기 장치의 수요가 자연 증발을 초과할 때에는 제1 탱크에 축적될 수 있고, 상기 장치의 수요가 자연 증발보다 작을 때에는 자연 증발을 늦추기 위해서 주된 통(main vat) 속으로 주입될 수 있다;
- 상기 이차 탱크에 수용된 냉각된 액화 가스는 과-냉각된 액화 가스라고 간주될 수 있고; "과-냉각된(sub-cooled)" 이라는 표현은 상기 가스가 상기 가스가 받고 있는 압력에서 끓는 온도(다시 말해서, 포화 온도)보다 낮은 온도에 있다는 것을 의미하고; 이차 탱크에서는, 상기 액화 가스가 과-냉각된 것으로 간주될 수 있는 압력하에 있다;
- 이차 탱크는 유체, 특히 BOG를 냉각시키기 위한 열교환기로서 역할을 한다;
- 상기 제2 펌프는 제1 드럼의 상기 제2 출력부와 상기 이차 탱크의 상기 제1 입력부 사이에 배치되어 있다;
- 상기 이차 탱크는 상기 제2 덕트에 연결된 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 위한 제1 출력부를 포함하고 있고, 상기 제2 덕트는 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 이차 탱크로부터 상기 주 탱크로 보내기 위해서 사용될 수 있다;
- 상기 장치는 적어도 하나의 열교환 회로를 포함하고 있고, 상기 적어도 하나의 열교환 회로는 이차 탱크에 저장되어 있거나 이차 펌프로부터 나오는 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분에 의해 상기 열교환 회로에서 순환하는 유체를 냉각시키도록 구성되어 있고; 이 열교환 회로는 이차 탱크에 배치되거나, 이차 탱크에 부착되거나, 이차 탱크와 결합되거나, 이차 탱크로부터 제거될 수 있고; 냉각된 액화 가스 덕트는, 예를 들면, 완전한 열교환기의 일부분이 될 수 있는, 상기 열교환 회로의 역할을 대신하기 위해서 사용될 수 있고; 다른 형태에서는, 열교환 회로에서 순환하는 유체를 냉각시키기 위해서 사용되는 냉각된 액화 가스가, 예를 들면, 주 탱크 또는 제1 드럼과 같은, 다른 소스(source)로부터 나올 수 있다;
- 상기 이차 탱크와 상기 열교환 회로의 결합은, 액화 가스가 냉각되어 있다는 사실로 인해, 자연 증발 가스(예를 들면, -80 ℃ 내지 -160 ℃의 온도, 또는 보다 정확하게는, -100 ℃ 내지 -140 ℃의 온도에서, 이차 탱크 입력부에서 증기 상인 가스)와 액체 가스 사이의 온도 차이에 비해 열교환기와 관련된 핀치 효과가 상대적으로 작기 때문에, 우수한 수율로, 자연 증발 가스의 재처리(reprocessing)를 가능하게 하고; 자연적으로, 동일한 장점이, 이차 탱크가 없을 때의 주 탱크 또는 상기 제1 드럼의 냉각된 가스의 교환을 통하여 달성되고; 다시 말해서, 냉각된 액화 가스가 이차 탱크, 제1 드럼 및/또는 주 탱크에 저장될 수 있다;
- 상기 열교환 회로는 상기 주 탱크의 자연 증발 가스 출력부에 연결된 입력부를 포함하고 있고; 이 상황에서, 상기 열교환 회로는, 특히 액체 가스가 냉각되어 있다는 사실로 인해, 자연 증발 가스와 액체 가스 사이의 온도 차이에 비해 열교환기와 관련된 핀치 효과가 상대적으로 작기 때문에, 우수한 수율로, 주 탱크의 자연 증발 가스를 재처리하기 위해서 사용될 수 있다;
- 상기 회로의 상기 입력부는, 주 탱크의 상기 출력부로부터 나오는 자연 증발 가스를 공급받는, 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기와 같은, 적어도 하나의 압축기의 상기 출력부에 연결되어 있고; 따라서 자연 증발 가스는 열교환기 또는 냉각된 액체 가스 열교환 회로로 들어가기 전에 압축된다(이것은 자연 증발 가스의 온도를 상승시킨다);
- 상기 회로의 상기 입력부는, 제1 열교환기의 일차 회로로 제공되는, 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기와 같은, 적어도 하나의 압축기의 상기 출력부에 연결되어 있고, 상기 제1 열교환기는 상기 주 탱크의 상기 자연 증발 가스 출력부에 연결된 하나의 입력부와 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기의 상기 입력부에 연결된 하나의 출력부를 가진 이차 회로를 포함하고 있고; 주 탱크로부터 회수된 자연 증발 가스는 상기 이차 회로를 통과할 때 가열될 것이고, 이것은, 상기 가스가 상기 장치의 수요에 응하기 위해서 사용되면 어떤 경우에도 상기 가스가 가열되어야 하기 때문에 문제가 되지 않고; 바람직하게는, 모든 자연 증발 가스(상기 장치에 연료를 공급하기 위해서 사용되는 것을 포함함)와 이 자연 증발 가스의 압축된 부분(상기 장치에 의해서 사용되지 않고 재응결되는 과잉 부분) 사이에 예비적인 교환(이 교환은 자연 증발 가스가 냉각된 액화 가스보다 더 고온이기 때문에 예비적이다)이 발생한다;
- 상기 열교환 회로는 제2 드럼의 입력부에 연결된 출력부를 포함하고 있고, 상기 제2 드럼은 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크에 주입하기 위해서 상기 제2 덕트에 연결된 제1 냉각된 액화 가스 출력부를 포함하고 있고; 다른 형태에서는, 상기 장치가, 예를 들면, 통의 바닥에서, 혼합물 중의 가스 부분을 주 탱크로 재주입하도록 구성될 수 있고, 상기 가스 부분은 상기 가스의 정수압과 주 탱크 내부의 액화 가스의 온도의 영향을 받아서 재응결되는 경향이 있을 것이다;
- 상기 제2 드럼은 상 분리 드럼이다;
- 상기 회로의 상기 출력부는, 단열 팽창에 의해 가스의 온도를 낮추기 위해서, 주울-톰슨 밸브(약어 JT로 알려져 있음)와 같은, 밸브에 의해 제2 드럼의 상기 입력부에 연결되어 있고; 따라서, 자연 증발 가스는 팽창될 수 있고; 보다 낮은 자연 증발 가스 온도를 달성하고, 그 결과 보다 많은 양의 자연 증발 가스를 응결시키기 위해서, 열교환기 또는 열교환 회로의 양 측에서, 가압/감압이 사용될 수 있다 ;
- 상기 장치는, 상기 주 탱크의 액화 가스에 잠겨 있는, 제3 펌프의 출력부에 연결된 입력부와 냉각된 액화 가스 출력부를 가진 일차 회로뿐만 아니라, 상기 제1 덕트에 연결된 입력부와 상기 제1 드럼에 연결된 출력부를 가진 이차 회로를 포함하는 제2 열교환기를 포함하고 있다;
- 상기 제2 열교환기는 상기 주 탱크의 액화 가스에 잠겨 있지 않으며, 상기 주 탱크 내에 설치되어 있지도 않다;
- 상기 이차 탱크에 냉각된 액화 가스를 공급하기 위해서, 상기 제2 열교환기의 일차 회로의 출력부는 상기 이차 탱크의 입력부에 연결되어 있다;
- 상기 장치는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 펌프 및/또는 덕트 외에 어떠한 구성요소도 포함하고 있지 않다;
- 상기 액화 가스는 순수한 가스 또는 물체(body)를 포함하는 적어도 하나의 "순수한(pure)" 부분을 포함하고 있고, 상기 냉각된 액화 가스와 상기 증발 가스 적어도 하나의 순수한 부분을 포함하고 있다. 상기 액화 가스가 액화 천연 가스이면, 이 순수한 부분은 메탄으로 이루어질 수 있다.
본 출원에서, "순수한" 이라 표현은 여러 화학 물체 또는 화학종의 결합체가 아니고 단일의 화학 물체 또는 화학종(chemical species)을 나타내기 위해서 사용된다. 예를 들면, 상기 순수한 가스는 가벼운 가스 또는 무거운 가스이다.
본 발명은 선박에 관한 것으로서, 특히, 상기한 종류의 적어도 하나의 장치를 구비한, 액화 가스를 운반하는데 사용되는 배에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기한 종류의 장치를 이용하는, 특히 선박에 설치된, 발전 유닛을 위한 액화 가스 냉각 방법에 관한 것으로서, 상기 액화 가스 냉각 방법은
- 주 탱크에 수용되어 있으며, 수집 온도에서 회수되고 상기 제1 덕트에서 순환되는 액화 가스를 회수하는 단계 A,
- 수집된 가스의 일부분은 팽창 효과로 인해 증발하고, 상기 수집된 가스가 팽창 압력에서 포화 온도로 냉각되기 때문에, 수집된 가스의 나머지 부분은 액체로 남으며 상기 수집 온도보다 낮은 온도로 냉각되도록, 상기 수집 온도에서 수집된 상기 가스의 포화 증기압보다 낮은 팽창 압력에서 상기 회수된 가스를 팽창시키는 단계 B,
- 액화 가스로 상기 제1 드럼을 채우고, 특히 중력에 의해, 상기 제1 드럼에서 상기 냉각된 액화 가스로부터 상기 증발 가스를 분리시키는 단계 C,
- 상기 제1 드럼에 수용된 상기 증발 가스의 적어도 일부분으로 상기 장치에 연료를 공급하는 단계 D, 그리고
- 상기 주 탱크에 수용된 가스를 냉각시키기 위해, 상기 제1 드럼에 수용된 냉각된 액화 가스를 이용하여 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스를 냉각시키는 단계 E
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
포화 증기압은 폐쇄 시스템에서 주어진 물체의 기체 상이 주어진 온도에서 상기 주어진 물체의 액체 상 또는 고체 상과 평형상태에 있는 압력이다.
본 발명에 따르면, 주 탱크로 주입된 액화 가스를 냉각시키기 위해 증발 봉입물(evaporation enclosure)의 냉각과 감압 그리고 증발 봉입물과 드럼 내부의 액화 가스 사이의 열교환을 이용하는 대신에, 상기 드럼 내부에서 플래시 증발이 실시되고 그 결과로 초래된 냉각된 액체 부분이 주 탱크로 복귀된다. 주된 장점은 증발 봉입물과 상기 드럼 내의 액화 가스 사이의 열교환으로 인한 핀치 효과를 배제시키는 것에 있다.
하나의 실시례에서, 수집된 액화 가스는, 예를 들면, 메탄과 같은 순수한 가스를 포함한다. 이 경우에는, 상기 제1 덕트에서 순환하는 액화 가스가, 예를 들면, 메탄을 함유하는 액화 천연 가스와 같은, 순수한 가스를 포함하는 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은 아래의 특징들 중의 하나 또는 수개를 개별적으로 또는 결합하여 포함할 수 있다:
- 상기 주 탱크에 수용된 가스를 냉각시키기 위해, 단계 E가 냉각된 액화 가스를 상기 제2 덕트에서 순환시키는 것과 상기 주 탱크에 주입하는 것을 포함한다;
- 상기 방법은 냉각된 액화 가스의 액적이 상기 주 탱크 내부에 수용된 가스에 분무되는 단계를 포함하고, 전자는 상기 주 탱크 내부에 수용된 액화 가스의 높이 보다 위에 배치되어 있다,
- 상기 방법은 상기 제1 드럼의 상기 제1 출력부에서 배출되는 가스가 압축되는 단계를 포함한다;
- 상기 제1 드럼의 내부의 압력이 120 내지 950mbara이고, 및/또는 상기 주 탱크의 내부의 압력이, 특히 대기압 탱크에 대해서는, 20 내지 700mbarg, 20 내지 350mbarg, 또는 20 내지 250mbarg이고, 여압 탱크(pressurised tank)에 대해서는 10mbara 이하의 압력이고, 및/또는 팽창에 의해 발생되는 증발률이 0.94 내지 15,18%이고, 및/또는 상기 제1 덕트에서의 유량이 18.09 내지 374.7t/h이고, 및/또는 상기 제1 드럼에서의 냉각된 액화 가스 유량이 15.35 내지 371.6t/h이고, 및/또는 이차 탱크가 1312 내지 86037m3의 내부 용적 또는 수용 용량을 가지고 있고, 및/또는 액화 가스 또는 자연 증발 가스의 수집과, 상기 가스의 냉각 후의 냉각된 가스의 온도가 -159 내지 -180,4℃이고, 및/또는 압축된 자연 증발 가스의 팽창에 의해 발생되는 증발률이 81.63 내지 100%이다;
- 상기 방법은, 상기 제1 드럼에서 부분적으로 또는 완전히 증발될 수 있는 상기 액화 가스의 팽창 후이고 주입 전에, 상기 주 탱크에 수집된 액화 가스가 상기 일차 회로에서 순환하는 유체와의 열교환에 의해 예열되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 주 탱크에 수집된 액화 가스가, 상기 이차 탱크에 주입하기 전에, 상기 이차 회로에서 순환하는 유체와의 열교환에 의해 예냉되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 제1 압축기 또는 제2 압축기에서 배출되는 가스가 상기 이차 탱크에 수용된 냉각된 액화 가스와의 열교환에 의해 냉각되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 제1 압축기 또는 제2 압축기에서 배출되는 가스가, 상기 이차 탱크 내부에서 냉각되기 전에, 상기 주 탱크에 수집된 자연 증발 가스와의 열교환에 의해서, 예냉되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 주 탱크에 수집된 자연 증발 가스가 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기에서 압축되기 전에 예열되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 제2 드럼을 채우기 전에, 상기 제2 드럼으로 공급된 가스의 압력 및/또는 온도가 하강되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 냉각된 액화 가스가 상기 제2 덕트를 통하여 상기 주 탱크에 주입되는 단계를 포함하고; 이 주입 단계는, BOG의 생성을 제한하기 위해서, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스를 냉각시키는데 기여한다;
- 상기 방법은, 상기 가스가 상기 제2 드럼으로부터 상기 제2 압축기로 이송되는 단계를 포함하고; 상기 가스는 상기 가스의 압축 전에 상기 장치에 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기한 종류의 장치를 이용하는, 가연성 가스가, 특히 선박에 설치된, 발전 유닛으로 공급되는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은
- 수집 온도에서 상기 제1 덕트로부터 회수되는, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스가 수집되는 단계 A,
- 수집된 가스의 일부분은 팽창 효과로 인해 증발하고, 상기 수집된 가스가 팽창 압력에서 포화 온도로 냉각되기 때문에, 수집된 가스의 나머지 부분은 액체로 남으며 상기 수집 온도보다 낮은 온도로 냉각되도록, 상기 수집 온도에서 수집된 상기 가스의 포화 증기압보다 낮은 팽창 압력에서 상기 회수된 가스를 팽창시키는 단계 B,
- 상기 제1 드럼을 채우고, 특히 중력에 의해, 상기 제1 드럼에서 상기 냉각된 액체 가스로부터 상기 액화 가스를 분리시키는 단계 C,
- 이차 탱크가 상기 제1 드럼으로부터 냉각된 액화 가스를 공급받고, 상기 냉각된 액화 가스가 상기 이차 탱크에 저장되는 단계 F,
- 자연 증발 가스가 상기 주 탱크에 수집되고, 이 가스가 예열되는 단계 G,
- 상기 제1 드럼으로부터 나오는 증발 가스와 예열된 자연 증발 가스가 압축되는 단계 H,
- 상기 압축된 가스가 상기 장치로 공급되는 단계 I
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은 아래의 특징들 중의 하나 또는 수개를 개별적으로 또는 결합하여 포함할 수 있다:
- 단계 A, 단계 B, 단계 C 그리고 단계 F는 연속적이다;
- 단계 A, 단계 B, 단계 C 그리고 단계 F와 동시에, 단계 G와 동시에, 또는 단계 A, 단계 B, 단계 C, 단계 F 그리고 단계 G와 동시에, 상기 방법은, 주 탱크에 수용된 액화 가스를 냉각시키기 위해서, 냉각된 액화 가스가 이차 탱크로부터 수집되어 상기 주 탱크에 주입되는 단계를 포함한다;
- 냉각된 액화 가스가 상기 주 탱크의 액화 가스 및/또는 증발 가스로 직접 주입된다.
제2 실시례에서, 본 발명은 선박에 설치된 발전 유닛용 자연 증발 가스 냉각 장치를 제안하고, 상기 장치는
- 선택적으로, 제1 자연 증발 가스 출력부를 포함하는 주 액화 가스 저장 탱크,
- 액화 가스 냉각 유닛,
- 상기 냉각 유닛에 의해 냉각되어 있는 액화 가스를 저장하도록 구성된 이차 냉각된 액화 가스 탱크, 그리고
- 제1 열교환 회로로서, 자연 증발 가스를 상기 회로 내부에서 순환시키기 위해서 상기 주 탱크의 상기 제1 출력부에 연결된 입력부를 포함하고, 상기 제1 열교환 회로를 통과하는 상기 자연 증발 가스가 상기 이차 탱크에 저장되어 있거나 상기 이차 탱크로부터 나오는 냉각된 액화 가스에 의해 냉각되도록 상기 이차 탱크와 함께 작동하도록 구성되어 있는, 상기 제1 열교환 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 주 탱크는 본 발명에 따른 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주될 수 있거나, 본 발명에 따른 장치로부터 배제될 수 있기 때문에 상기 주 탱크는 선택적인 것이다. 예를 들면, 상기 장치는 주 탱크없이 제공될 수 있고, 따라서 상기 주 탱크는 상기 장치의 일부분이 아니다. 다른 형태에서는, 상기 장치는, 예를 들어, 선박에 일단 설치되면, 주 탱크와 결합되고, 따라서 본 발명에 따른 장치의 일부분을 형성한다.
따라서, 상기 해결방안은, BOG를 냉각시키고 아래의 사항:
- NBOG 생산량의 최대치를 처리하는데 요구되는 것보다는, 과도한 NBOG의 처리를 위해 요구되는 것에 대해 냉각 목적으로 실행되는 수단의 용량을 제한하는 것,
- 필요하면, 냉각된 액화 가스와 같은 냉기 공급원이 저장될 수 있기 때문에, 연속적으로 사용될 수 있는 이 수단의 이용률을 최적화하는 것, 그리고
- 만들어진 냉각력이 필요할 때 적절하게 사용되는 것을 보장하는 것
을 가능하게 하는 것에 의해서, 예를 들면, 선박의 요구에 맞는 장치로 BOG 처리를 개선할 것을 제안한다.
상기 해결방안은 유체를 냉각시키기 위해서 실행되는 모든 수단에 적용된다. 이 경우에, 상기 유체는 탱크로부터 나오고, 이차 탱크에서 냉각되고 최종적으로 상기 탱크로 냉각된 상태로 복귀되는 BOG이다.
본 발명에 따르면, 상기 장치는 아래의 특징들 중의 하나 또는 수개를 개별적으로 또는 결합하여 포함할 수 있다:
- 제1 드럼에 냉각된 자연 증발 가스와 냉각된 액화 가스를 형성하는 재응결된 자연 증발 가스를 공급하기 위해서, 상기 제1 회로의 출력부에 연결된 하나의 입력부를 가진 제1 드럼, 상기 제1 드럼은 제1 자연 증발 가스 출력부와 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크에 주입하기 위해서 상기 주 탱크에 연결된 제2 냉각된 액화 가스 출력부를 포함하고 있다;
- 상기 제2 탱크는 상기 제1 드럼의 동작 압력보다 높은 압력에서 냉각된 액화 가스를 수용하도록 구성되어 있다;
- 상기 장치는 상기 주 탱크 및/또는 상기 제1 드럼의 상기 자연 증발 가스 출력부로부터 상기 제1 자연 증발 가스 출력부에 연결된 하나의 입력부를 가진 적어도 제1 압축기를 포함한다;
- 상기 냉각 수단은, 상기 이차 탱크 내의 액화 가스 또는 상기 이차 탱크로부터 나오는 액화 가스와의 열교환에 의해 작동하는 제2 열교환 회로를 포함하고, 이 제2 열교환 회로에서는 상기 액화 가스를 냉각시키기 위해서 냉각 유체가 순환하고; 냉각된 액화 가스는 이와 같이 상기 이차 탱크에서 직접 발생된다;
- 상기 냉각 수단은:
■ 제1 덕트의 제1 단부에 연결된 하나의 입력부를 가진, 제2 드럼을 포함하고, 제1 덕트의 제2 단부는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있고, 상기 제1 덕트는 액화 가스를 상기 제2 드럼으로 공급할 수 있고, 그리고
■ 상기 제2 드럼으로부터 제1 냉각된 액화 가스 출력부에 연결된 하나의 단부와, 냉각된 액화 가스를 상기 이차 탱크에 공급하기 위해서 상기 이차 탱크에 연결되어 있는 다른 단부를 가진 제2 덕트를 포함한다;
- 상기 제2 드럼은 분리 및/또는 팽창 드럼이다;
- 상기 장치는, 상기 주 탱크의 액화 가스 출력부에 연결된 입력부와 냉각된 액화 가스 출력부를 가진 일차 회로뿐만 아니라, 상기 제1 덕트에 연결된 입력부와 상기 제1 드럼에 연결된 출력부를 가진 이차 회로를 포함하는 제1 열교환기를 포함한다;
- 상기 제2 열교환기는 상기 주 탱크의 액화 가스에 잠겨 있지 않고, 상기 주 탱크 내에 설치되어 있지도 않다;
- 상기 이차 탱크에 냉각된 액화 가스를 공급하기 위해서, 상기 제2 열교환기의 일차 회로의 출력부는 상기 이차 탱크의 입력부에 연결되어 있다;
- 상기 장치는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 펌프 및/또는 덕트 외에, 어떠한 구성요소도 포함하지 않는다;
- 상기 일차 회로의 상기 입력부는 상기 주 탱크의 액화 가스에 잠겨 있는 제3 펌프에 연결되어 있다;
- 상기 장치는:
■ 액화 가스를 상기 제1 덕트를 통하여 상기 주 탱크로부터 상기 제2 드럼으로 순환시키기 위해서, 상기 제1 덕트의 상기 제2 단부에 연결되어 있으며 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 제1 펌프를 포함하고, 그리고
■ 냉각된 액화 가스를 제2 드럼으로부터 상기 이차 탱크로 순환시키기 위해서 상기 제2 덕트에 연결된 제2 펌프를 포함한다;
- 상기 제1 덕트는 상기 증발 수단을 포함한다;
- 상기 장치는 상기 주 탱크로부터 상기 제1 자연 증발 가스 출력부에 연결된 하나의 입력부를 가진 적어도 제2 압축기를 포함한다;
- 상기 제2 압축기는 상기 제1 회로의 입력부에 연결된 출력부를 포함한다;
- 상기 제2 압축기의 상기 입력부는 또한 상기 제2 드럼의 제2 가스 출력부 및/또는 상기 제1 드럼의 제2 가스 출력부에 연결되어 있다;
- 상기 제2 압축기의 상기 입력부는 상기 제1 압축기의 출력부에 연결되어 있다;
- 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기는 특히 가연성 가스를 상기 장치에 공급할 수 있는 출력부를 포함한다;
- 상기 제1 회로의 상기 입력부는 제2 열교환기의 일차 회로에 의해 제1 압축기 또는 제2 압축기의 상기 출력부에 연결되어 있고, 상기 제2 열교환기는 상기 주 탱크의 상기 제1 자연 증발 가스 출력부에 연결된 하나의 입력부와 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기의 상기 입력부에 연결된 하나의 출력부를 가진 이차 회로를 포함한다:
- 상기 이차 탱크는 상기 주 탱크에 연결된 제2 단부를 가진 제3 냉각된 액화 가스 덕트의 제1 단부에 연결되어 있고, 상기 제3 덕트는 상기 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 이차 탱크로부터 상기 주 탱크로 이동시킬 수 있다;
- 상기 제3 덕트는 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크에 주입하기 위해서 상기 주 탱크 내에 배치된 분무기 붐 및/또는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 플런저를 포함한다;
- 상기 제1 회로의 상기 입력부는, 제2 열교환기의 일차 회로로 제공되는, 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기와 같은, 적어도 하나의 압축기의 상기 출력부에 연결되어 있고, 상기 제2 열교환기는 상기 주 탱크의 상기 제1 자연 증발 가스 출력부에 연결된 하나의 입력부와 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기의 상기 입력부에 연결된 하나의 출력부를 가진 이차 회로를 포함하고; 따라서 모든 자연 증발 가스(이것의 일부분이 상기 장치에 공급된다)와 이 자연 증발 가스의 압축된 부분(상기 장치에 의해서 사용되지 않고 재응결되는 과잉 부분) 사이에 예비적인 교환(이 교환은 자연 증발 가스가 냉각된 액화 가스보다 더 고온이기 때문에 예비적이다)이 발생할 수 있다;
- 상기 장치는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 펌프 및/또는 덕트 외에, 어떠한 구성요소도 포함하지 않는다.
본 발명의 제1 실시례의 장치의 특징에 관하여 상기한 효과와 장점은 본 발명의 제2 실시례의 장치의 동일한 특징에 당연히 적용될 수 있고, 반대로 본 발명의 제2 실시례의 장치의 특징에 관하여 상기한 효과와 장점은 본 발명의 제1 실시례의 장치의 동일한 특징에 당연히 적용될 수 있다.
본 발명은 선박, 특히, 상기한 종류의 적어도 하나의 장치를 구비한, 액화 가스를 운반하는데 사용되는 배에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은 아래의 특징들 중의 하나 또는 수개를 개별적으로 또는 결합하여 포함할 수 있다:
- 상기 방법은:
■ 상기 주 탱크의 상기 제1 출력부에서 배출되는 가스가 압축되는 단계, 및/또는
■ 상기 제1 드럼의 상기 제2 출력부에서 배출되는 가스가 압축되는 단계, 및/또는
■ 상기 제2 드럼의 상기 제2 출력부에서 배출되는 가스가 압축되는 단계
를 포함한다;
- 상기 방법은, 압축된 가스가, 상기 이차 탱크 내부에서 냉각되기 전에, 상기 주 탱크에 수집되어 상기 제2 열교환기의 상기 이차 회로에서 순환하는 자연 증발 가스와의 열교환에 의해, 예냉되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 주 탱크에 수집된 자연 증발 가스가, 압축되기 전에, 상기 제2 열교환기의 상기 일차 회로에서 순환하는 유체와의 열교환에 의해, 예냉되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은 상기 이차 탱크에 수용된 액화 가스가 냉각되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 액화 가스의 일부분이 팽창 효과에 의해 증발하고, 상기 액화 가스의 남아 있는 부분은 액체로 유지되고 냉각되도록, 상기 액화 가스가 팽창되는 단계를 포함한다.
- 상기 방법은, 제2 드럼이 채워지고 상기 증발 가스가 상기 제1 드럼에서, 특히 중력에 의해, 상기 냉각된 액체 가스로부터 분리되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은 냉각된 액화 가스가 상기 이차 탱크로 공급되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 액화 가스의 팽창 후이고 상기 액화 가스를 상기 제2 드럼에 주입하기 전에, 상기 주 탱크에 수집된 액화 가스가 상기 제1 열교환기의 상기 일차 회로에서 순환하는 유체와의 열교환에 의해 예열되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 주 탱크에 수집된 액화 가스를 상기 이차 탱크에 주입하기 전에, 상기 주 탱크에 수집된 액화 가스가 상기 제1 열교환기의 상기 이차 회로에서 순환하는 유체와의 열교환에 의해 예냉되는 단계를 포함한다.
본 발명의 제1 실시례의 방법의 특징과 단계에 관하여 상기한 효과와 장점은 본 발명의 제2 실시례의 방법의 동일한 특징과 단계에 당연히 적용될 수 있고, 반대로, 본 발명의 제2 실시례의 방법의 특징과 단계에 관하여 상기한 효과와 장점은 본 발명의 제1 실시례의 방법의 동일한 특징과 단계에 당연히 적용될 수 있다.
본 발명은, 상기한 종류의 장치를 이용하는, 특히 선박에 설치된, 발전 유닛을 위한 액화 가스 및/또는 액화 가스의 증발 가스 냉각 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은:
- 냉각된 액화 가스가 상기 이차 탱크에서 준비되는 단계 A
- 냉각된 액화 가스가 상기 이차 탱크에 수집되는 단계 B,
- 상기 냉각된 액화 가스가 주 탱크에 수용된 상기 증발 가스 및/또는 상기 액화 가스에 주입되는 단계 C,
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 상기한 종류의 장치를 이용하는, 특히 선박에 설치된 발전 유닛으로 가연성 가스가 공급되는 방법에 관한 것으로서,
상기 방법은 상기 유닛에 의해 가스 소비량의 적어도 하나의 파라미터를 모니터닝하는 것과,
- 상기 파라미터의 값이 미리 정해진 임계값을 초과하면, 냉각된 액화 가스가 특히 상기 이차 탱크에, 준비되고 저장되는 단계를 포함하고,
- 상기 파라미터의 값이 미리 정해진 임계값보다 작으면, 상기 주 탱크에서 만들어진 과도한 자연 증발 가스가 재응결되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은 또한, 자연 증발 가스의 발생을 제한하기 위해서, 상기 주 탱크에 수용된 가스가 상기 냉각된 액화 가스를 이용하여 냉각되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 미리 정해진 임계값은, 예를 들면, 선박이 항해하는 동안, 달라질 수 있다. 기능상, 상기 임계값은 주 탱크 내부의 압력을 조절해야 하는 것을 피하기 위해서 주 탱크로부터 추출될 NBOG 유량과 부합할 수 있다.
바람직하게는, 자연 증발 가스의 생산량이 상기 유닛의 가스 소비량을 충족시키기에 불충분할 때 냉각된 액화 가스가 준비된다.
바람직하게는, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스의 수집, 팽창 및 상 분리의 프로세스에 의해 액화 가스가 냉각된다.
자연 증발을 늦추는 몇 가지 방법이 있다: 예를 들면, 냉각된 액체 가스를 상기 통에 주입하는 것에 의해서(예를 들면, 주 탱크 내의 냉각된 액체 가스 분무기 붐으로, 또는 단순히 주 탱크의 출력부를 통하여), 또는 자연 증발 가스의 재응결을 제공하는(상기 자연 증발 가스는, 선택적으로, 상기 탱크로 복귀될 수 있다), 자연 증발 가스와 냉각된 가스 사이의 냉기 교환(cold exchange)에 의해서(다시 말해서, 열교환기에 의해서), 자연 증발을 늦출 수 있다.
액체 가스가 과-냉각된다는 사실은 자연 증발이 늦추어져야 할 때 증발 가스의 발생을 방지한다. 저장은 제한된 용량의 이차 탱크로 상당한 재응결 요구를 충족시킬 수 있다(예를 들면, 액화 유닛은 매우 비싸고, 액화 유닛의 가격은 액화 유닛의 용량에 좌우된다).
다른 형태에서는, 특히 이용가능한 자연 증발 가스의 양이 상기 유닛의 수요량보다 많을 때, 주 탱크에서 자연 증발 가스를 응결시키기 위해서 냉각된 가스가 주 탱크에 저장된다. 이 냉각된 가스는 주된 통(main vat)에 있는 가스의 나머지 부분보다 더 밀도가 높기 때문에, 예를 들면, 주 탱크의 바닥에 있는, 예를 들어, 액체 출력부 또는 열교환기의 높이보다 아래에 있는 액체 가스로 자연 증발 가스를 냉각/재응결시킬 필요가 있다. 예를 들면, 열교환기가 상기 위치에 설치될 수 있거나, 상기 위치에 저장된 냉각된 가스를 자연 증발에 의해 열교환기(예를 들면, 상기 탱크 외측에 배치된 열교환기)로 운반하기 위해서 배관(piping)이 제공될 수 있다.
바람직하게는:
- 상기 자연 증발 가스가 상기 냉각된 액화 가스와의 열교환에 의해 응결되고, 및/또는
- 상기 자연 증발 가스가 상기 열교환 전에 압축되고, 및/또는
- 상기 자연 증발 가스가 상기 열교환 전에 감압되고, 및/또는
- 상기 자연 증발 가스가 상기 감압 후에 상 분리된다.
본 발명의 제1 실시례의 장치와 방법의 특징과 단계는 본 발명의 제2 실시례의 장치와 방법의 특징과 단계와 결합될 수 있고, 반대로 본 발명의 제2 실시례의 장치와 방법의 특징과 단계는 본 발명의 제1 실시례의 장치와 방법의 특징과 단계와 결합될 수 있다.
비제한적인 예로서 제공된, 아래의 설명에 의해, 그리고 첨부된 도면을 참고하면, 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있고 본 발명의 다른 세부사항, 특징 및 장점이 보다 명확하게 될 것이다.
- 도 1은 선박에 설치되는, 본 발명에 따른 장치의 제1 실시례의 개략도이고,
- 도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 방법의 단계들을 나타내는 도 1에 관한 개략도이고,
- 도 7은 선박에 설치되는, 본 발명에 따른 장치의 제2 실시례의 개략도이고,
- 도 8은 선박에 설치되는, 본 발명에 따른 장치의 제3 실시례의 개략도이고,
- 도 9 및 도 10은 선박에 설치되며, 본 발명에 따른 방법의 단계들을 나타내는, 본 발명에 따른 장치의 제4 실시례의 개략도이고,
- 도 11은 선박에 설치되는, 본 발명에 따른 장치의 제5 실시례의 개략도이고,
- 도 12는 선박에 설치되는, 본 발명에 따른 장치의 제6 실시례의 개략도이고,
- 도 13은 선박에 설치되는, 본 발명에 따른 장치의 제7 실시례의 개략도이다.
도 1은 액화 가스의 냉각 및/또는 액화 가스의 자연 증발 가스의 냉각을 위해 제공하도록 고려될 수 있는 본 발명에 따른 제1 실시례의 장치(10)를 나타내고 있다.
상기 장치(10)는, 전적인 것은 아니지만, 액화 가스를 운반하는 배와 같은 선박에 가연성 가스를 공급하는데 특히 적합하다. 따라서 상기 장치(10)는, 특히, 선박에 설치된, 발전 유닛(12)에 가연성 가스를 공급하기 위해서 사용될 수 있다.
상기 선박은 액화 가스를 저장하기 위해서 사용되는 한 개의 탱크(14), 또는 수 개의 탱크(14)를 포함하고 있다. 상기 가스는, 예를 들면, 메탄, 또는 메탄을 함유하는 여러 가지 가스의 혼합물이다. 탱크(14) 또는 각각의 탱크(14)는 미리 정해진 압력과 온도에서, 예를 들면 대기압과 -160℃의 온도에서 액체 형태로 가스를 수용할 수 있다. 상기 선박의 한 개 또는 수 개의 탱크(14)는 본 발명에 따른 장치(10)에 의해 발전 유닛(12)에 연결될 수 있다. 탱크의 갯수는 제한되어 있지 않다. 예를 들면, 탱크의 갯수는 1개 내지 6개가 될 수 있다. 각각의 탱크(14)는 1'000 내지 50'000m3의 수용 용적을 가질 수 있다.
이하에서, "탱크"라는 용어는 "탱크 또는 각각의 탱크"라고 이해하여야 한다.
탱크(14)는 액화 가스(14a)와 탱크(14) 내부에서 액화 가스(14a)의 자연 증발에 의해 발생하는 가스(14b)를 수용한다. 자연적으로, 액화 가스(14a)는 탱크(14)의 바닥에 저장되는 반면에, 증발 가스(14b)는, 문자 N으로 개략적으로 나타내어진, 탱크 내부에서의 액화 가스의 높이보다 위에 존재한다.
이하에서, "LNG"는 액화 가스, 다시 말해서, 액체 형태의 가스를 나타내고, "BOG"는 증기 가스 또는 증발 가스를 나타내고, "NBOG"는 자연 증발 가스를 나타내고, 그리고 "FBOG"는 강제 증발 가스(forced boil-off gas)를 나타내며; 이러한 약어는 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 영어 용어를 반영하고 있기 때문에 이러한 약어는 당업자에게 알려져 있다.
도 1에 도시된 실시례에서는, 펌프(16a, 16b)가 탱크(14)의 LNG에 잠겨 있고, LNG가 펌프(16a, 16b)의 유일한 공급물이라는 것을 확실하게 하기 위해서 바람직하게는 탱크의 바닥에 배치되어 있다.
이 경우에는, 두 개의 펌프(16a, 16b)가 있다. 펌프(16a)는 덕트(18)의 하부 단부에 연결되어 있다. 펌프(16b)는 덕트(20)의 하부 단부에 연결되어 있다. 다른 형태에서는, 예를 들면 펌프(16a)와 펌프(16b)의 대리 기능성(redundancy)을 달성하기 위해서, 또는 선박에 이미 존재하는 분무기 펌프(sprayer pump)인 기존의 펌프를 사용하기 위해서(이 경우에는, 펌프(16b)의 기능이 네 개의 분무기 펌프에 의해 제공될 수 있고, 상기 네 개의 분무기 펌프의 각각은 네 개의 별개의 탱크에 이미 존재한다), 각각의 종류의 추가적인 펌프가 있을 수 있다.
덕트(20)는 높이 N보다 위의 탱크(14)의 상부 부분에 배치된 LNG 액적 분무기 붐(22)에 연결되어 있는 상부 단부를 포함하고 있다. 상기 LNG 액적 분무기 붐(22)은 LNG 액적을 NBOG에 분무하도록 구성되어 있다. 이것은 탱크(14) 내의 NBOG를 재응결시키기 위해서 사용된다. 펌프(16b)는 덕트(20) 내의 LNG를 탱크(14)의 바닥으로부터 상기 LNG 액적 분무기 붐(22)까지 순환시키고, 상기 LNG가 액적(droplet)의 형태로 분무되는 것을 보장하도록 구성되어 있다. 실제로, NBOG가 덕트에서 순환할 수 있는 동안 주 탱크에는 팽창 공간이 있을 수 있다.
펌프(16a)는 덕트(18) 내의 LNG를 탱크(14)의 바닥으로부터. 예를 들면, 덕트(18)의 상부 단부에 연결된 드럼(24)까지 순환시키도록 구성되어 있다. 덕트(18)는, LNG가 드럼(24)에 도달하기 전에 덕트(18)에서 순환하는 LNG의 압력을 감소시키기 위해서, JT 밸브와 같은, 감압 유닛(19)을 구비하고 있다. 바람직하게는, 상기 감압 유닛(19)은 덕트(18)에서 순환하는 LNG의 압력을 드럼(24)의 동작 압력으로 낮추도록 구성되어 있다. 상기 감압 유닛(19)은, 예를 들면, JT 밸브(아래에 설명되어 있는 것과 같은 것)를 포함한다.
덕트(18)에서 순환하는 LNG가 감압 유닛(19)을 통과하면 LNG가 드럼(24)으로 공급되기 전에 LNG가 부분적으로 증발한다.
따라서 드럼(24)은 탱크(14)로부터 나오는 부분적으로 증발된 LNG를 공급받도록 설계되어 있다. 드럼(24) 내부의 동작 압력은 탱크(14) 내부의 LNG의 저장 압력보다 낮다. LNG를 드럼(24)으로 공급하는 것에 의해 LNG의 추가적인 증발을 초래할 수 있고, 이것은 드럼(24) 내부에서의 FBOG의 발생 및 상기 드럼에 남아있는 LNG의 냉각을 일으키고, 냉각된 LNG를 "냉각된 액화 가스"라고 칭한다. 드럼(24)은 가스를 미리 정해진 온도와 압력에서 액체 형태로 수용한다.
드럼(24)은 냉각된 액화 가스(24a)뿐만 아니라 탱크(14)로부터 액화 가스(14a)의 강제 증발에 의해 발생되는 가스(24b)를 수용한다. 자연적으로, 냉각된 액화 가스(24a)(또는 LNG)는 탱크(24)의 바닥에 저장되는 반면에, 증발 가스(24b)(또는 FBOG)는, 문자 L로 개략적으로 나타내어진, 드럼(24) 내부에서의 액화 가스의 높이보다 위에 존재한다.
드럼(24)은 세 개의 유체 연통 포트, 다시 말해서, 덕트(18)에 연결된 LNG 입력부, FBOG 출력부 그리고 LNG 출력부를 포함하고 있다.
FBOG 출력부는 압축기(28)에 연결된 하나의 출력부를 포함하는 압축기(26)의 입력부에 연결되어 있다. 압축기(26, 28)는 독립적인 압축기들로 되거나 또는 한 개의 압축기의 두 개의 압축 단계로 될 수 있다. 따라서 압축기(26, 28)는 서로 관련될 수 있다.
압축기(26)는, 이 경우에, 드럼(24) 내부의 동작 압력을 작용시키기 위해서 사용된다. 따라서 압축기(26)는 탱크(14)에 대하여 드럼(24)을 감압시키도록 구성되어 있다. 이들 사이의 압력 차이는 LNG를 탱크(14)로부터 드럼(24)까지 순환시키기에 충분할 수 있다. 이 경우에는, 펌프(16a)가 선택적인 것으로 이해된다. 압축기(26)에 의해 드럼(24)에 부과된 조건은 팽창 드럼에서 LNG를 발생시키도록 정해진다.
드럼(24) 내의 LNG의 양이 매우 중대하고 임계 레벨(threshold level)에 막 도달하려고 할 때, LNG는 드럼(24)의 LNG 출력부로부터 이차 탱크(30)의 LNG 입력부로 이동될 수 있다.
이 경우에, 드럼(24)과 이차 탱크(30)는, 예를 들면, 밸브(33)와 펌프(35)를 구비한 덕트(31)에 의해 연결되어 있다. 펌프(35)는 LNG를 드럼(24)으로부터 이차 탱크(30)까지 순환시키도록 구성되어 있다. 펌프(35)는 탱크(30)가 드럼(24)에 대하여 과도하게 가압된 상태에 있을 때 특히 유용하다. 이차 탱크(30)는 미리 정해진 압력과 온도에서 LNG를 수용한다.
이차 탱크(30)는 드럼(24)에서 발생된 과도한 LNG를 저장하도록 구성되어 있다. 따라서 이차 탱크(30)는 냉각된 액화 가스(30a)뿐만 아니라 탱크(14)로부터 액화 가스(14a)의 자연 증발에 의해 발생된 가스(30b)를 수용한다. 자연적으로, 냉각된 액화 가스(30a)(또는 LNG)는 탱크(30)의 바닥에 저장되는 반면에, 증발 가스(30b)는, 문자 M으로 개략적으로 나타내어진, 상기 탱크(30) 내부에서의 액화 가스의 높이보다 위에 존재한다.
이차 탱크(30)는 LNG 출력부를 포함하고 있다. 도시된 예에서는, 이 출력부가 덕트(32)에 의해 한 편으로는 탱크(14) 또는 각각의 탱크(14)의 분무기 붐(22)에 연결되어 있고, 다른 한 편으로는 탱크의 LNG에 담겨 있거나 잠겨 있는 플런저(34)에 연결되어 있다. 따라서 LNG 액적을 탱크(14)의 BOG에 분무하기 위해서 분무기 붐(22)이 LNG를 공급할 수 있고, 탱크(14)의 LNG에 직접 LNG를 주입하기 위해서 플런저(34)가 LNG를 공급할 수 있다고 이해할 수 있다.
덕트(32)는 밸브(36)를 통하여 이차 탱크(30)의 LNG 출력부에 연결될 수 있다. 상기 덕트는 삼방향 밸브(38)에 의해 플런저(34)와 붐(22)에 연결될 수 있다.
이차 탱크(30)는, 이 경우에는 주 탱크(14)로부터 나오는 BOG인, 가스 또는 액체와 같은 유체를 냉각시키기 위해서 사용된다. 이 경우에는, 열교환 회로(40)가 이차 탱크(30)와 결합되어 있다. 이 결합이라는 표현은 본 명세서에서 가장 넓은 의미로 이해되어야 하고, 상기 열교환 회로(40)는 이차 탱크(30)에 수용된 LNG에 잠긴 코일형 덕트일 수 있다. 다른 형태에서는, 상기 열교환 회로(40)가 탱크(30)의 외부에 배치될 수 있다. 상기 열교환 회로(40)는 상기 열교환 회로(40)에서 순환하는 유체와 이차 탱크(30)에 수용된 LNG 사이에서 열교환이 일어날 수 있도록 구성되어 있다. 상기 열교환 회로(40)에서 순환하는 유체는 대체로 상기 열교환 회로(40)에서 순환하는 유체를 냉각시키는 LNG보다 더 고온이다. 상기 열교환 회로는 입력부와 출력부를 포함하고 있다.
열교환 회로(40)의 입력부는, 이 경우에는, 주 탱크의 상부 부분에 배치되어 있는, 주 탱크(14)의 BOG 출력부(45)에 연결되어 있다. 탱크(14)의 BOG 출력부(45)는 열교환기(42)의 이차 회로 입력부(42a)에 연결되어 있고, 상기 열교환기의 하나의 출력부는 상기 입력부 또는 압축기(28)의 입력부들 중의 하나에 연결되어 있다.
압축기(28)의 출력부는 상기 유닛(12)에 가연성 가스를 공급하기 위해서 대체로 상기 유닛(12)에 연결되어 있다. 압축기(28)에서 나오는 가연성 가스의 일부는 삼방향 밸브(46)에 의해 압축기(28)의 출력부에 연결될 수 있는 덕트(44)에 의해 수집되고 운반될 수 있다.
압축기(28)는 상기 유닛(12)에서의 사용에 맞게 조정된 동작 압력에서 상기 가스(예를 들면, 탱크로부터 나오는 NBOG)를 압축하도록 구성되어 있다.
덕트(44)는 열교환기(42)의 일차 회로 입력부(42b)에 연결되어 있고, 상기 열교환기(42)의 하나의 출력부는 열교환 회로(40)의 입력부에 연결되어 있다.
열교환 회로(40)의 출력부는 덕트(48)에 의해, 드럼(24)과는 별개인, 드럼(50)에 연결되어 있다. 덕트(48)는, 단열 팽창에 의해 가스의 온도를 낮추기 위해서, 바람직하게는 주울-톰슨 밸브(Joule-Thomson valve)인, 밸브(52)를 포함하고 있다.
주울-톰슨 팽창은 가스 흐름이 수평의 절연 파이프에서 양 측면에 걸쳐서 압력 차이가 있는 완충물(대체로 면모(cotton wool) 또는 생견(raw silk))을 통과할 때 달성되는 느린 정상 층류 팽창(slow and stationary laminar expansion)이다. 실제 기체에 대해서, 주울-톰슨 팽창은 대체로 온도 변화를 초래하고: 이것이 주울-톰슨 효과로 알려져 있다. 열교환기(42), 열교환 회로(40) 그리고 밸브(52)는 BOG를 냉각시키고 부분적으로 (재)응결시킨다.
드럼(50)은 (재)응결된 BOG를 탱크(14)로 공급하기 전에 (재)응결된 BOG(50a)로부터 가스 형태로 남아 있는 BOG(50b)를 분리시키는데 사용된다. 자연적으로, 재응결된 BOG(50a)는 드럼(50)의 바닥에 저장되는 반면에, 증발 가스(50b)(또는 BOG)는, 문자 O로 개략적으로 나타내어진, 드럼(50) 내부에서의 액화 가스의 높이보다 위에 존재한다.
드럼(50)은 세 개의 유체 연통 포트, 다시 말해서, 덕트(48)에 연결된 BOG 입력부, 가스 상태의 BOG 출력부 그리고 (재)응결된 BOG 출력부를 포함하고 있다. 이 경우에, 가스 상태의 BOG 출력부는 압축기(28)의 입력부에 연결되어 있다. 이 경우에, (재)응결된 BOG을 탱크(14)에 주입하기 위해서, (재)응결된 BOG 출력부가 플런저(34), 덕트(32) 및/또는 분무기 붐(22)에 연결되어 있다.
다음의 요소들, 펌프(16a), 감압 유닛(19), 드럼(24) 그리고 압축기(26)에 의해서 형성된 진공 증발 유닛은, FBOG를 발생시키는 이전의 기술과, 특히. 주 탱크(14)에 수용된 LNG를 냉각시키기 위해서 사용된 냉각력(cooling power)에 따라 대체로 증발기에서 소모되는 증발 잠열을 회수하기 위해서 사용된다.
LNG는 냉각력을 발생시키고, 이 냉각력은 필요하지 않을 때, 예를 들면, 발생된 NBOG의 양이 요구를 충족시키기에 불충분한 단계 동안 이차 탱크(30)에 저장될 수 있다.
증발 잠열의 회수는 상기한 장치(10)에 의해 달성되고, 특히 드럼(24)의 동작 압력은 탱크(14)의 동작 압력보다 낮고, 탱크(14)의 동작 압력은 -20mbarg 내지 250mbarg(계기 메가바(gauge mbar)), 또는 -20 내지 350mbarg, 또는 -20 내지 700mbarg이다. 드럼(24)의 동작 압력은 바람직하게는 300 내지 800mbara(절대 메가바(absolute mbar))이다.
LNG는 탱크(14) 내의 LNG의 저장 압력과 유사한 포화 평형상태(saturation equilibrium)에서 탱크(14)로부터 탱크(14)와 비교하여 감압된 상태에 있는 드럼(24)으로 운반된다. 따라서, LNG는 감압 유닛(19)에 의해 감압되면 과열되고, 포화 평형상태에 도달하기 위해서, LNG는 증발에 의해 과도한 열을 방출한다. 그 다음에 LNG는, 주로 드럼(24)의 동작 압력에 따라 결정되는 비율로, 드럼(24) 내부의 LNG와 FBOG에서 분리된다.
예를 들면, 300mbara의 동작 압력에서, 드럼(24)으로 공급된 LNG의 증발률은 9.5 내지 10%이다. 800mbara에서는, 상기 증발률이 2.3 내지 3%이다. 남아 있는 부분은 드럼(24)의 동작 압력에서 포화 평형상태와 부합하는 온도로 냉각된 액체이다. 예를 들면, 300mbara의 동작 압력에서는, LNG가 -172 내지 -175℃(-12 내지 -15℃의 온도 강하)의 온도로 냉각되고, 800mbara에서는, LNG가 -163 내지 -164℃(-3 내지 -4℃의 온도 강하)의 온도로 냉각된다.
그 다음에, LNG는 펌프(35)에 의해, 바람직하게는 이차 탱크(30)로 배출될 수 있다. 펌프(35)는 LNG의 압력을 증가시키기 위해서 사용될 수 있다. LNG를 이차 탱크(30)에 저장하면 그 냉각력을 유지할 수 있다.
작동하는 동안, 드럼(24)으로 공급된 LNG의 증발된 부분은 상기 드럼의 내부에 축적된다. 드럼(24) 내부의 압력을 미리 정해진 값(예를 들면, 300 내지 800mbara)으로 조절하기 위해서, 바람직하게는 드럼(24) 내부에 발생된 FBOG가 계속하여 배출된다. 이것은 압축기(26)에 의해서 이루어지고, 상기 압축기(26)는 드럼(24)의 동작 압력과 부합하는 입력부 압력과 예를 들면, 탱크(14) 내의 LNG의 저장 압력과 유사한 출력부 압력으로 드럼(24) 내에 수용된 가스를 계속하여 흡인하도록 구성되어 있다. 이러한 처리를 받는 가스는 탱크(14) 내에 발생된 NBOG의 압력과 동일한 압력에서 있는 그대로 사용하기가 쉽고, 상기 NBOG와 함께, 압축기(28)에 공급될 수 있다. 압축기(28)는 예를 들어 선박의 추진 엔진에 연료를 공급하기 위해서 상기 유닛(12)에 의해 직접 사용될 수 있는 가연성 가스를 발생시키도록 구성되어 있다.
상기한 장치(10)로, 상기 유닛(12)의 가스 소비량을 충족시키기 위해서, 탱크(14)에 발생된 NBOG가 압축기(28)로 운반되고, 이 압축기에서 자신의 동작 압력으로 압축된다. 수요를 충족시키는데 필요한 추가적인 BOG는 드럼(24)으로, 그리고 연속적으로 압축기(26)와 압축기(28)로 공급된 LNG의 증발에 의해 강제로 발생된다. 펌프(16a)는, 특히, 탱크의 깊이 또는 높이 N이 10 내지 50m인 경우에, LNG를 탱크(14)로부터 드럼(24)으로 공급하는데 필요하다고 판명될 수 있고 - 이 경우에는, 드럼(24)의 감압만으로는 LNG를 덕트(18)에서 수동적으로 순환시키는데 불충분할 수 있다.
따라서 드럼(24)은 NBOG와 함께, 상기 유닛(12)의 가연성 가스 소비 수요를 충족시키기 위해서 충분한 유량의 LNG를 공급받아야 한다. 예를 들면, 드럼(24)에서 발생된 추가적인 FBOG 유량은 0 내지 4000kg/h일 수 있다. 따라서, LNG의 조성과 드럼(24)의 동작 압력에 따라서, 탱크(14)로부터 드럼(24)으로의 유량이 0 내지 17.5t/h일 수 있다.
드럼(24)에서 발생된 LNG는 이차 탱크(30)에 저장된다. 상기 이차 탱크(30)는 LNG를 저장하고 유지하도록 구성되어 있고, 따라서, 바람직하게는, 단열되어 있다. 이차 탱크(30) 내부의 압력은, 예를 들면, 0.3bara 내지 10bara이고, 이 수치는 압력 관리를 위해 약간의 융통성이 부여된다. 이차 탱크(30) 내의 LNG의 온도는 드럼(24) 내의 LNG의 온도에 근접하고, 예를 들면, -175 내지 -161℃이다. 필요할 때, 예를 들면, 과도한 NBOG의 단계 동안, 이차 탱크(30)에 수용된 LNG는 덕트(32)를 통하여 분무기 붐(22)으로 운반될 수 있고, 이 분무기 붐(22)에서 LNG 액적이 드럼(14)에 수용된 BOG에 분무되어, BOG를 냉각시킨다: LNG를 직접 냉각시키기 위해서 플런저(34)에 의해 상기 탱크의 LNG에 다시 주입될 수도 있다.
상기 유닛(12)의 수요를 초과하여 생산된 NBOG는 수집되어 압축기(28)로 보내진다. 그 다음에 상기 NBOG는 밸브(46)를 통하여 이차 탱크(30)의 열교환 회로(40)로 다시 보내지고, 상기 열교환 회로에서 상기 NBOG는, 위에서 설명한 것과 같이, 이전에 저장되어 있던 LNG와 열교환을 통하여 냉각된다. 그 다음에, 과도한 NBOG는 밸브(52)로 보내지고, 이 밸브를 통하여 탱크(14) 내부의 저장 압력에 근접한 압력에 도달하도록 감압된다. 예를 들어, 상기 탱크가 대기압 탱크(atmospheric tank)이면, 과도한 NBOG는 0 내지 1barg의 압력에 도달하도록 감압될 수 있다. 그 다음에, 과도한 NBOG는 드럼(50)으로 공급되고, 이 드럼(50)에서 상 분리(phase separation)되어, (재)응결된 BOG와 가스 상태의 BOG를 형성한다. 가스 상태의 BOG는, 탱크(14)에서 생산된 NBOG와 동일한 방식으로, 덕트(51)를 통하여 압축기(28)로 보내진다. (재)응결된 BOG는 LNG 저장을 위해 탱크(14)에 주입된다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 장치의 작동 단계들을 나타내고 있고, 상기 작동 단계들은 이 장치를 구비한 선박의 상이한 속력 단계와 부합한다.
액화 가스 냉각 방법이 세 개의 단계로 기술되어 있다:
1. NBOG의 양이 불충분한 단계, FBOG 단계라고도 칭함(도 2 및 도 3), 예를 들어, 선박의 항해 속력이 탱크(14)에 발생된 NBOG를 채우기 위해 더 많은 BOG를 필요로 할 때. 추가적인 BOG 또는 FBOG가 상기 장치(10)에 의해 공급되고 저온 출력(cold power)이 발생된다.
2. 과도한 NBOG가 만들어지는 단계(도 4 및 도 5), 예를 들어, 선박이 속력을 늦추어 항해하거나 정박되어 있을 때; 과도한 NBOG는 안전하고 환경친화적인 방식으로 처리되어야 한다.
3. 선박의 주 탱크(14)가 냉각되는 단계(도 6), 예를 들어, 귀환 항해(return crossing) 후 적재(loading) 전, (이 단계 동안에는, 탱크(14)가 비어 있는 상태에 가깝기 때문에 BOG 관리가 대체로 필요하지 않다).
1. NBOG의 양이 불충분한 단계, FBOG 단계라고도 칭함(도 2 및 도 3).
도 2는 제1 단계의 세부단계들을 나타내고 있고, 이 동안에는 FBOG와 NLG가 상기 장치에 의해 공동으로 만들어진다.
탱크(14) 내의 압력을 조절하기 위해서, NBOG가 상기 탱크에 수집되고 출력부(45)를 통하여, 상기 유닛(12)에 의해 사용될 수 있는 압력, 예를 들면, 대략 6-7bars, 15-17bars 또는 300-315bars의 압력에서 가연성 가스를 생산할 압축기(28)로 보내진다. 가스의 양을 채우고 상기 유닛(12)의 소비 수용를 충족시키기 위해서, LNG가 펌프(16a)에 의해 탱크(14)로부터 덕트(18)를 통하여 감압 유닛(19)으로 보내지고, 이 감압 유닛에서 상기 LNG가 드럼(24)의 동작 압력에 도달할 때까지 감압된다. LNG는 드럼(24)의 동작 압력에서 드럼(24)에 도달하고, 드럼(24)과 탱크(14) 사이의 압력 차이에 의해 초래된 포화 평형상태의 변화(shift)로 인해, 감압 유닛(19)과 상기 드럼 사이에서 LNG의 일부가 증발하고(플래시 현상(flash phenomenon)), 남아 있는 부분은 상기 드럼의 동작 압력에서 LNG의 포화 온도로 냉각된다. 위에서 설명한 것과 같이, 충분한 유량이 탱크(14)로부터 수집되어야 한다. 그 다음에 드럼(24)에 수용된 FBOG가 배출되고 탱크(14) 내의 LNG 저장 압력에 도달하도록 압축기(26)에 의해서 압축된다. 그 다음에, FBOG가 상기 유닛(12)이 필요로 하는 압력에 도달하도록 압축기(28)에 의해서 다시 압축된다. 드럼(24)이 과도하게 채워지는 것을 방지하기 위해서, 특히, 상기 드럼의 LNG 충전률(fill rate)이 주어진 임계치, 예를 들면, 50%에 도달하면, 상기 드럼 내의 LNG가 이차 탱크(30)로 보내진다.
도 3은 제1 단계의 다른 세부단계들을 나타내고 있고, 이 동안에는 LNG가 이차 탱크(30)에 저장된다.
이차 탱크(30)의 용량이 생산된 LNG를 저장하기에 충분하지 않다면, 탱크(14)의 LNG를 탱크(14) 내부의 저장 압력에서 LNG 포화 온도 아래로 냉각시키기 위해서, 이차 탱크(30)에 수용된 LNG가 덕트(32)와 플런저(34)를 통하여 탱크(14)의 바닥으로 이송될 수 있다.
2. 과도한 NBOG가 만들어지는 단계(도 4 및 도 5)
도 4는 제2 단계의 세부단계들을 나타내고 있고, 이 동안에는 과도한 BOG가 재응결된다.
탱크(14)에서 만들어진 NBOG는 불충분하거나 상기 유닛(12)의 수요를 충족시키기에 충분한 양보다 더 많다. 탱크(14) 내부의 압력을 조절하기 위해서, BOG가 이 탱크로부터 수집되고 상기 유닛(12)의 동작 압력에 도달하기 위해서 압축기(28)로 공급된다. 상기 장치에 의해 사용될 수 없는 과도한 BOG는 압축기(28)의 출력부로부터 열교환기(42)로 보내지고, 상기 열교환기에서 출력부(45)를 통하여 탱크(14)로부터 직접 수집된 차가운 NBOG와의 열교환에 의해서 냉각된다. 그 다음에 과도한 BOG는 이차 탱크(30)의 열교환 회로(40)로 보내지고, 상기 열교환 회로에서, 위에서 설명한 것과 같이, 상기 탱크에 저장된 LNG와 열교환을 통하여 다시 냉각된다. 그 다음에, 과도한 BOG는 밸브(52)에 의해 감압되어 드럼(50)으로 공급되고, 상기 드럼(50)에서 열교환기(42), 열교환 회로(40) 및 밸브(52)에 의해서 (재)응결된 BOG는 가스 상태의 BOG로부터 분리된다. 남아 있는 가스 상태의 BOG는 상기 유닛(12)에 연료를 공급하기 위해서 압축기(28)로 되돌려 보내진다.
도 5는 제2 단계의 세부단계들을 나타내고 있고, 이 동안에는 LNG가 분무된다.
전용 라인을 통하여 과도한 NBOG를 재응결시키는 대신에, 탱크(14)에 수용된 BOG를 직접 재응결시키기 위해서 이차 탱크(30)에 수용된 LNG가 덕트(32)를 통하여 분무기 붐(22)으로 보내질 수 있다.
3. 선박의 주 탱크(14)가 냉각되는 단계(도 6).
도 6은 마지막 단계의 세부단계들을 나타내고 있다.
통상적으로, 화물이 선박에 적재되는, 액화 말단부(liquefaction terminal)는, 플래시 증발(flash evaporation)이 발생되는 LNG의 양을 제한하기 위해서, 적재 작업 전에 탱크(14)의 내부가 차가운 온도로 될 것을 필요로 한다. 이것은 대체로, 상기 탱크에 수용된 BOG를 냉각시키기 위해서, 상기 붐(22) 및 결합된 펌프(16b)로, 탱크(14)에 이미 수용되어 있는 LNG를 분무하는 것에 의해서 달성된다. 상기 장치(10)에서는, 이 작업이, 탱크(14)에 수용된 LNG보다 더 차가운, 이차 탱크(30)로부터 나오는 LNG를 상기 붐(22)에 공급하는 것에 의해서 수행된다. 마찬가지로, 탱크(14)에 수용된 BOG가 상기 유닛(12)에 연료를 공급하기에 불충분하면, 이차 탱크(30)에 수용된 LNG가 제1 단계와 동일한 방식으로 재생(regeneration)될 수 있다.
도 7은 다른 열교환기(60)를 포함하고 있다는 점에서 도 1에 도시된 장치와 다른 장치의 다른 실시례를 나타내고 있다. 열교환기(60)는 두 개의 회로, 즉 일차 회로(60a)와 이차 회로(60b)를 포함하고 있다.
이차 회로(60b)는 감압 유닛(19)으로부터 하류부에, 덕트(19)에 연결된 입력부를 포함하고 있다. 이차 회로(60b)는 드럼(24)의 LNG 입력부에 연결된 출력부를 포함하고 있다.
일차 회로(60a)는 삼방향 밸브를 통하여 펌프(16b)와 탱크(14)의 분무기 붐(22)에 각각 연결된 입력부를 포함하고 있다. 일차 회로(60a)는 이차 탱크(30)의 LNG 입력부에 연결된 출력부를 포함하고 있다.
이차 회로(60b)는 저온 회로(cold circuit)이고, 유체가 이차 회로에서 순환하고, 이 경우에, 감압된 LNG가 상기 회로에서의 순환에 의해 재열되어, 증발(FBOG에서)을 초래한다. 일차 회로(60a)는 고온 회로(hot circuit)이고, 유체가 일차 회로에서 순환하고, 이 경우에, 탱크(14)로부터 나오는 LNG가 상기 회로에서의 순환에 의해 냉각된다. 하지만, 회로(60)가 보다 무거운 성분(에탄, 프로판, 등)을 증발시킬 수는 없다. 이차 회로(60b)로부터 하류부에서의 감압이 증발 온도를 낮추어, 통(vat)으로부터 수집되어 일차 회로에서 순환하는 LNG와 열교환을 통하여 FBOG를 발생시키는 것이라고 생각된다. FBOG로의 증발은 일차 회로에서 순환하는 LNG에 의해 공급된 열을 필요로 하므로, 이것이 일차 회로에서 순환하는 LNG를 냉각시키기 위한 냉각원이다.
LNG가 펌프(16a)에 의해 탱크(14)로부터 감압 유닛(19)으로 보내지고 열교환기(60)의 이차 회로 또는 저온 회로에서 순환한다. 그 동안에, LNG는 펌프(16b)에 의해 상기 탱크로부터 열교환기(60)의 일차 회로 또는 고온 회로로 보내진다. 따라서, 상기 회로들 사이의 열교환이:
- 감압되고 부분적으로 증발된 LNG를, 계속하여 증발시키기 위해서, 가열시키고, 상기 LNG는 상 분리(phase separation)가 되도록 하기 위해서 상기 드럼으로 보내진다,
- 이차 탱크(30)로 공급된 LNG를 냉각시키고, 상기 이차 탱크에서는 상기 LNG가 장래의 사용을 위해 저장된다.
그 다음에, 상기 장치는 도 1 내지 도 6에 대해서 처음에 기술한 것과 같이 작동한다. 열교환기(60)의 영향은 다음과 같다:
- 펌프(16a)는, NBOG 외에, 상기 유닛(12)의 수요를 충족시키기에 충분한 FBOG를 형성하기 위해서, 미리 정해진 최대량의 LNG만 순환시킬 수 있는 크기로 될 수 있다. 이 작업은 대체로 선박에 구비된 연료 펌프에 의해 수행될 수 있다,
- LNG 공급량이 덜 중요하게 될 수 있기 때문에 드럼(24)의 용량은 감소될 수 있다(상기 유닛(12)의 가연성 가스의 수요를 충족시키기 위해서 추가적인 FBOG의 유동만이 사용될 수 있다),
- 열교환기에서의 온도 핀치 효과(temperature pinch effect)로 인해, 냉각력 생산량(cooling power production)이 감소된다(500mbara 동작 압력에 기초하여 대략 15%의 손실 ),
- 이 해결방안에서는 LNG와 순환하는 LNG의 유량이 감소되고, 따라서, 펌프의 동력 소비량이 감소되고, 이것은 시스템의 동력 소비량을 감소시킨다.
도 8은 액화 가스의 냉각 및/또는 액화 가스의 자연 증발 가스의 냉각을 위해 제공하도록 고려될 수 있는 본 발명에 따른 다른 실시례의 장치(110)를 나타내고 있다.
상기 장치(110)는, 전적인 것은 아니지만, 액화 가스를 운반하는 배와 같은 선박에 가연성 가스를 공급하는데 특히 적합하다. 따라서 상기 장치(110)는, 선박에 설치된, 발전 유닛(112)에 가연성 가스를 공급하기 위해서 사용될 수 있다.
상기 선박은 액화 가스를 저장하기 위해서 사용되는 한 개의 탱크(114), 또는 수 개의 탱크(114)를 포함하고 있다. 상기 가스는, 예를 들면, 액화 천연 가스와 같은, 메탄, 또는 메탄을 함유하는 여러 가지 가스의 혼합물이다. 탱크(114) 또는 각각의 탱크(114)는 미리 정해진 압력과 온도에서, 예를 들면 대기압과 -160℃의 온도에서 액체 형태로 가스를 수용할 수 있다. 상기 선박의 한 개 또는 수 개의 탱크(114)는 본 발명에 따른 장치(110)에 의해 발전 유닛(112)에 연결될 수 있다. 탱크의 갯수는 제한되어 있지 않다. 예를 들면, 탱크의 갯수는 1개 내지 6개가 될 수 있다. 각각의 탱크(114)는 1'000 내지 50'000m3의 수용 용적을 가질 수 있다.
이하에서, "탱크"라는 용어는 "탱크 또는 각각의 탱크"라고 이해하여야 한다.
탱크(114)는 액화 가스(114a)와 탱크(114) 내부에서 액화 가스(114a)의 자연 증발에 의해 발생하는 가스(114b)를 수용한다. 자연적으로, 액화 가스(114a)는 탱크(114)의 바닥에 저장되는 반면에, 증발 가스(114b)는, 문자 N으로 개략적으로 나타내어진, 탱크 내부에서의 액화 가스의 높이보다 위에 존재한다.
이하에서, "LNG"는 액화 가스, 다시 말해서, 액체 형태의 가스를 나타내고, "BOG"는 증발 가스 또는 증기 가스를 나타내고, "NBOG"는 자연 증발 가스를 나타내고, 그리고 "FBOG"는 강제 증발 가스를 나타내며; 이러한 약어는 당해 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 영어 용어를 반영하고 있기 때문에 이러한 약어는 당업자에게 알려져 있다.
도 8에 도시된 실시례에서, 탱크(114)는, 높이 N보다 위에, 상기 탱크의 상부 부분에 배치된 LNG 액적 분무기 붐(122)을 포함하고 있다. 상기 LNG 액적 분무기 붐(122)은 LNG 액적을 BOG에 분무하도록 구성되어 있다. 이것은 BOG를 탱크(14)에서 재응결시키기 위해서 사용된다.
이 경우에, 상기 장치(110)는 LNG의 저장을 위해 사용되는 이차 탱크(130)와 결합되어 있는 냉각 유닛(170)을 포함하고 있다.
냉각 유닛(170)은, 예를 들면, 이차 탱크(130)와 결합된 열교환 회로(172)를 포함하고 있다. 이차 탱크(130)는 미리 정해진 압력과 온도에서 LNG를 수용한다.
이차 탱크(130)는 LNG를 저장하도록 구성되어 있다. 따라서 이차 탱크(130)는 냉각된 액화 가스(130a)뿐만 아니라 액화 가스(130a)의 자연 증발에 의해 발생된 가스(130b)를 수용한다. 자연적으로, 냉각된 액화 가스(130a)(또는 LNG)는 탱크(130)의 바닥에 저장되는 반면에, 증발 가스(130b)는, 문자 M으로 개략적으로 나타내어진, 상기 액화 가스의 높이보다 위에 존재한다.
이차 탱크(130)는 LNG 출력부를 포함하고 있다. 도시된 예에서는, 이 출력부가 덕트(132)에 의해 한 편으로는 탱크(114) 또는 각각의 탱크(114)의 분무기 붐(122)에 연결되어 있고, 다른 한 편으로는 탱크(114)의 LNG에 담겨 있거나 잠겨 있는 플런저(134)에 연결되어 있다. 따라서 LNG 액적을 탱크(114)의 BOG에 분무하기 위해서 분무기 붐(122)이 LNG를 공급할 수 있고, 탱크(114)의 LNG에 직접 LNG를 주입하기 위해서 플런저(134)가 LNG를 공급할 수 있다고 이해할 수 있다.
덕트(132)는 밸브(136)를 통하여 이차 탱크(130)의 LNG 출력부에 연결될 수 있다. 상기 덕트는 삼방향 밸브(138)에 의해 플런저(134)와 상기 붐(122)에 연결될 수 있다.
이차 탱크(130)는, 이 경우에는 주 탱크(114)로부터 나오는 BOG인, 가스 또는 액체와 같은 유체를 냉각시키기 위해서 사용된다. 이 경우에는, 다른 열교환 회로(140)가 이차 탱크(130)와 결합되어 있다. 각각의 회로(140, 172)와 이차 탱크(130)의 결합은 본 명세서에서 가장 넓은 의미로 이해되어야 하고, 상기 회로(172, 140)는 이차 탱크(130)에 수용된 LNG에 잠긴 코일형 덕트일 수 있다. 다른 형태에서는, 상기 회로들이 탱크(130)의 외부에 배치될 수 있다. 상기 열교환 회로(140)는 상기 열교환 회로(140)에서 순환하는 유체와 이차 탱크(130)에 수용된 LNG 사이에서 열교환이 일어날 수 있도록 구성되어 있다. 상기 열교환 회로(140)에서 순환하는 유체는 대체로 상기 열교환 회로(140)에서 순환하는 유체를 냉각시키는 LNG보다 더 고온이다. 상기 열교환 회로는 입력부와 출력부를 포함하고 있다.
열교환 회로(140)의 입력부는, 이 경우에는, 주 탱크의 상부 부분에 배치되어 있는, 주 탱크(114)의 BOG 출력부(145)에 연결되어 있다. 주 탱크(114)의 BOG 출력부(145)는 열교환기(142)의 이차 회로 입력부(142a)에 연결되어 있고, 상기 열교환기의 하나의 출력부는 상기 입력부 또는 압축기(128)의 입력부에 연결되어 있다.
압축기(28)의 출력부는 상기 유닛(112)에 가연성 가스를 공급하기 위해서 대체로 상기 유닛(112)에 연결되어 있다. 압축기(128)에서 나오는 가연성 가스의 일부는 삼방향 밸브(146)에 의해 압축기(128)의 출력부에 연결될 수 있는 덕트(144)에 의해 수집되고 운반될 수 있다.
압축기(128)는 상기 유닛(112)에서의 사용에 맞게 조정된 동작 압력에서 상기 가스를 압축하도록 구성되어 있다.
덕트(140)는 열교환기(142)의 일차 회로 입력부(142b)에 연결되어 있고, 상기 열교환기(142)의 하나의 출력부는 열교환 회로(140)의 입력부에 연결되어 있다.
열교환 회로(140)의 출력부는 덕트(148)에 의해 드럼(150)에 연결되어 있다. 덕트(148)는, 단열 팽창에 의해 가스의 온도를 낮추기 위해서, 주울-톰슨 밸브와 같은, 밸브(152)를 포함하고 있다.
열교환기(142), 열교환 회로(140) 및 밸브(152)는 BOG의 일부를 응결시킨다(또는, 다시 말해서: (재)액화시킨다).
드럼(150)은 (재)응결된 BOG를 가스 형태로 남아 있는 BOG로부터 분리시키는데 사용된다.
따라서 드럼(150)은 (예를 들면, 열교환기(142), 열교환 회로(140) 및 밸브(152)를 포함하는 응결 라인(condensation line)에 의해) (재)응결된 BOG(150a)뿐만 아니라, 가스 상태의 BOG(150b)를 수용한다. 자연적으로, 재응결된 BOG(150a)는 드럼(150)의 바닥에 저장되는 반면에, 가스 상태의 BOG(150b)는, 문자 O로 개략적으로 나타내어진, 드럼(150) 내부에서의 액화 가스의 높이보다 위에 존재한다.
드럼(150)은 세 개의 유체 연통 포트, 다시 말해서, 덕트(148)에 연결된 BOG 입력부, 가스 상태의 BOG 출력부 그리고 액상 BOG 출력부를 포함하고 있다. 이 경우에, 응결된 BOG 출력부는 덕트(151)에 의해 압축기(126)의 입력부에 연결되어 있다. 이 경우에, 액상 BOG 출력부는, LNG를 탱크(114)에 저장하기 위해서 플런저(134), 덕트(132) 및/또는 분무기 붐(122)에 연결되어 있다.
도 9는 냉각 유닛(170)으로 인해 도 8에 도시된 것과는 상이한 다른 실시례의 장치(110)를 나타내고 있다.
냉각 유닛(170)은 탱크(114)의 LNG에 잠겨 있고, LNG가 유일한 공급물이라는 것을 확실하게 하기 위해서 바람직하게는 상기 탱크의 바닥에 배치되어 있는 펌프(116a)를 포함하고 있다.
펌프(116a)는 덕트(118)의 하부 단부에 연결되어 있다. 덕트(118)는 LNG를 이 탱크에 공급하기 위해서 이차 탱크(130)의 LNG 입력부에 연결된 상부 단부를 포함하고 있다. 덕트(118)는, 이전의 실시례에서 나타낸 것과 같이, 압축기와 결합된 드럼을 포함할 수 있는, 진공 증발기와 같은, 콜드 제너레이터(cold generator)를 통하여 뻗어 있거나 상기 콜드 제너레이터를 포함하고 있다.
펌프(116a)는, LNG를 이차 탱크(130)로 공급하여 상기 탱크에 저장하기 위해서, LNG를 덕트(118)에서 탱크(114)의 바닥으로부터 이차 탱크(130)까지 순환시키도록 구성되어 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 장치에서는, 선박의 요구를 충족시키도록 이 장비를 가능한 한 최대로 활용하기 위해서 선박의 환경에 냉각 수단(170)를 통합시키는 것에 해결책이 있다. 냉각 수단(170)은, 사용시에:
- 도 9에 도시된 유형에 대해서는, LNG가 탱크(114)로부터, 펌프(116a)에 의해, 냉각 유닛(170)으로 보내지고, 이 냉각 유닛에서 상기 LNG가 냉각되어 이차 탱크(130)로 주입되고, 이 이차 탱크에 상기 LNG가 저장되도록 되어 있는 것이고; 상기 이차 탱크(130)의 용량이 저장 목적에 충분하지 않으면, LNG가 덕트(132)로 보내질 수 있고, 그 다음에 플런저(134)를 통하여 탱크(114) 내부로 보내질 수 있고, 이것은 탱크(114) 내부의 LNG를 냉각시킬 수 있다;
- 도 8에 도시된 제2 유형에 대해서는, LNG를 생성하기 위해서, 냉각 유닛(170)이 상기 LNG와 직접 접촉하고 있기 때문에 상기 냉각 유닛(170)이 이차 탱크(130)에 저장된 LNG를 직접 냉각시킬 수 있도록 되어 있는 것이다.
양 경우에 있어서, 결과는 LNG가 이차 탱크(130)에 저장되는 것이다. 상기 LNG의 온도는 바람직하게는 -180 내지 -160℃이고, 이것은 통상적으로 -0.5 내지 -20℃의 LNG 온도 강하에 상당한다. 이차 탱크(130)에 열을 가하는 것으로 인해, 상기 LNG의 일부가 증발할 수 있고 BOG(130b)를 발생시킬 수 있다. 이차 탱크(130) 내부의 압력이 미리 정해진 임계값에 도달하면, 압축기(126)를 이용하여 상기 BOG의 일부를 제거하는 것에 의해 이차 탱크(130) 내부의 압력이 조절될 수 있다. 이차 탱크(130)의 설계형태는 그것의 용도와 특징, 예를 들면, 항해 동안의 BOG의 관리를 위한 50 내지 500m3의 용량, 또는 선박이 정박되어 있을 때의(2일 내지 5일 동안) BOG의 관리를 위한 1'500 내지 10'000m3의 용량에 좌우된다. 이차 탱크(130) 내부의 압력은, 예를 들면, 0.3bara 내지 10bara이고, 이 수치는 압력과 증발 가스(130b) 관리 목적을 위해 약간의 융통성이 부여된다.
냉각 유닛(170)은 상기 해결방안 및 그것의 환경과 독립적으로 작동될 수 있다. 바람직하게는, 냉각 유닛(170)이, 냉각력이 즉시 요구되는지 여부와 관계없이, 연속적으로 작동한다.
필요할 경우에는, 예를 들면, 탱크(114)에 수용된 LNG의 압력 또는 온도를 조절하기 위해서, LNG가 덕트(132)와 플런저(134)에 의해 탱크(114)로 보내질 수 있다.
통상적으로, 탱크(114) 내의 압력은, 탱크(114)의 NBOG 출력부(145)를 통하여, 압축기(126)를 이용하여 NBOG를 흡입함으로써 탱크(114)로부터 NBOG를 수집하는 것에 의해 조절된다. 그 다음에, 압축기(126)로부터 나오는 NBOG는 상기 유닛(112)으로 공급하기 위해서 사용된다. 상기 유닛에 부과한 부하가 모든 NBOG를 소비하기에 충분하지 않으면, 처리되어야 할 과도한 NBOG가 존재한다. 이 경우에는, 상기한 바와 같이, 탱크(114)에 수용된 LNG 또는 모든 NBOG에 영향을 주기보다는 과도한 NBOG에만 영향을 주는 것이 바람직하다. 이 해결방안에 의하면, 과도한 NBOG가 상기 유닛(112)의 동작 압력(예를 들면, 선박에 설치된 상기 유닛의 종류에 따라 6-7bars 또는 15-17bars 또는 300-315bars)에서 압축기(126)로부터 열교환기(142)로 보내지고, 상기 열교환기에서 탱크(114)의 NBOG 출력부(145)에 의해 수집된 NBOG와의 열교환에 의해서 냉각된다. 그 다음에, 과도한 NBOG가 탱크(130)의 열교환 회로(140)로 보내지고, 이 열교환 회로에서 탱크(130) 내부에 수용된 LNG와의 열교환에 의해 냉각된다. 그 다음에, 과도한 NBOG가, 드럼(150)으로 공급되기 전에, 드럼(150)의 동작 압력에 도달하도록 JT 밸브(152)에 의해 감압된다. 드럼(150)은 탱크(114)의 저장 압력에 근접한 압력으로 조절된다. BOG 응결 라인(이 BOG 응결 라인은 열교환기(142), 열교환 회로(140), JT 밸브(152) 및 드럼(150)을 포함한다)의 조정(arrangement)으로 인해, 과도한 NBOG의 일부가 응결된다. 최종적으로, 드럼(150)에 수집된 응결된 NBOG는, 플런저(134)를 통하여, 탱크(114)속으로 재주입된다. NBOG를 (재)응결시킴으로써, 탱크(114) 내부의 NBOG의 압력이 감소될 수 있다.
이 장치의 장점을 다양하고 다음의 장점을 포함한다:
- 냉각 유닛(170)은 평균 용량(average capacity)으로 연속적으로 작동할 수 있고 과도한 NBOG 전부를 처리할 수 있다. 통상적으로, 냉각 유닛(170)의 크기는, 최대의 과도한 NBOG를 처리한 다음, 과도한 NBOG의 실제 변화를 발생시키기 위해 저 용량(lower capacity)으로 작동하거나, 평균 용량으로 작동할 수 있도록 되어 있고, 상기 용량을 초과하면 NBOG가 소실된다. 상기 장치(110)에 의하면, 과도한 NBOG 전부를 처리할 수 있으면서, 냉각 유닛(170)이 NBOG의 평균 과도 용량(average excess capacity)에 따라 크기가 정해질 수 있다. 종래의 선박에 대해서는, 과도한 NBOG의 평균량이 과도한 NBOG의 최대량의 25 내지 30%이다. 한 편으로는, 냉각력 생산량과, 다른 한 편으로는, 냉각력 수요량의 변화를 흡수하는 융통성이, 탱크(114)에 저장된 LNG보다 낮은 온도에서 LNG를 저장할 수 있는 이차 탱크(130)에 의해 제공된다. 이러한 식으로, 냉각력이 LNG에 집중되고 필요할 때 사용될 준비가 되어 있는 반면에, 이전의 실시례에 따른 탱크(114)의 상당히 큰 체적의 내부에서는 이것이 약화된다.
- 통상적으로, 냉각력은 LNG를 탱크(114)에 분무하는데 사용된다. 이 프로세스에 의해, 탱크(114) 내부의 증기 상이 냉각되어 부분적으로 응결된다. 에너지의 면에서, 과도한 NBOG의 일부가 상기 유닛(112)에 연료를 공급하기 위해서 사용될 수 있기 때문에 이것은 이상적인 상황이 아니다. 상기 장치(110)에 의하면, NBOG의 일부가 상기 유닛(112)에 연료를 공급하기 위해서 사용되고, 저온 출력(cold power)은 과도한 NBOG에 대해서만 사용된다. 보통의 선박에 대해서는, 정박하는 기간 동안 가스 소비량이 NBOG의 15 내지 30%이다.
- 선박에 구비되는 압축기(126)에 의해, 과도한 NBOG는 상기 유닛(112)의 입력부 압력(통상적으로, 6-7bars의 압력, 15-17 bars의 압력 또는 300-315bars의 압력)으로 압축된 다음, 상 분리가 일어나고 주 탱크(114)로 복귀되기 전에 LNG에 의해 냉각된다. 상기 프로세스가 과도한 NBOG를 보다 낮은 온도에서 냉각시키고 압력 차이로 인해 과도한 NBOG의 보다 많은 부분을 응결시키는데 사용될 수 있기 때문에, 이것은 LNG를 주 탱크(114)의 증기 상에 분무하는 것보다 효율적이다.
- 특정 조건에서 특정 냉각 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기한 진공 증발기는 상기 유닛(112)에 연료를 공급하는 NBOG 외에 필요한 추가적인 FBOG로부터 냉기를 발생시킬 수만 있다. 상기 장치(110)에 의하면, 발생된 저온 출력(cold power)이 필요로 하는 장소와 시간에 사용될 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 9의 장치의 작동 단계를 나타내고 있고, 이것은 당연히 도 8의 장치에 적용할 수 있고, 이 장치를 구비한 선박의 상이한 속력 단계와 부합할 수 있다.
1. 탱크 내의 상태(압력과 온도)의 조절 - 도 9;
2. 과도한 NBOG의 처리 - 도 10.
1. 탱크 내의 상태(압력과 온도)의 조절 - 도 9.
이차 탱크(130)가 탱크(114)로부터 LNG 공급을 필요로 하지 않는 경우(예를 들어, 에너지 수요가 다른 동력원에 의해 충족되는 경우) 그리고 탱크(114)의 상태(예를 들어, 선박이 정박되어 있을 때의 압력 또는 적재 작업 전의 온도)가 조절되어야 하는 경우에는, 이차 탱크(130)에 수용된 LNG가 이 LNG를 덕트(132)와 플런저(134)를 통하여 보냄으로써 탱크(114)에 수용된 LNG를 냉각시키는데 사용될 수 있다.
2. 과도한 NBOG의 처리 - 도 10.
상기한 바와 같이, 과도한 NBOG는 열교환기(142), 열교환 회로(140), JT 밸브(152) 및 드럼(150)에 의해 형성된 응결 라인(condensation line)을 통하여 상기 과도한 NBOG를 순환시킴으로써 처리될 수 있다.
도 11은 대체 해결방안을 나타내고 있다.
상기 장치는 탱크(114) 내부의 저장 압력보다 높은 통상적인 입력부 압력으로 가스 공급을 요하기 때문에, 압축기(126)가 상기 유닛(112)에 의해 사용될 수 있는 압력으로 NBOG를 보내는데 사용될 수 있다. 이러한 압축 동안 NBOG가 가열된다. 바람직하게는, 열교환기(142)가 탱크(114)로부터 나오는 냉기의 일부를 회수하는데 사용된다. 이 해결방안은 성능 수준을 높이지만, 이것이 본질적인 것도 아니고, 필수적인 것도 아니다. 따라서 이것은 도 11에 도시된 실시례로부터 제거되어 있다. 따라서 삼방향 밸브(146)의 하나의 출력부는 열교환 회로(140)의 입력부에 직접 연결되어 있고 NBOG 출력부(145)는 압축기(126)의 입력부에 직접 연결되어 있다.
도 12는 다른 열교환기(180)를 포함하고 있다는 점에서 도 9에 도시된 장치와 상이한 다른 실시례의 장치를 나타내고 있다. 열교환기(180)는 두 개의 회로, 즉 일차 회로(180a)와 이차 회로(180b)를 포함하고 있다.
이차 회로(180b)는 LNG를 열교환기(180)의 일차 회로에서 순환하는 유체와 열교환 과정을 거친 후 탱크(130)속으로 재주입하기 위해서 탱크(130)의 LNG 입력부에 연결된 출력부 및 이차 탱크(130)에 수용된 LNG에 잠긴 펌프(182)에 연결된 입력부를 포함하고 있다. 일차 회로(180)는 상기한 열교환 회로(140)에 통합될 수 있다.
일차 회로(180a)는 고온 회로이고, 유체가 이 일차 회로에서 순환하고, 이 경우에는, 압축된 BOG가 상기 회로에서의 순환에 의해 냉각된다. 이차 회로(180b)는 저온 회로이고, 유체가 이 이차 회로에서 순환하고, 이 경우에는, 탱크(330)로부터 나오는 LNG가 상기 회로에서의 순환에 의해 냉각된다.
도 13은, 탱크(14)로부터 나오는 LNG의 강제 증발과 이렇게 만들어진 LNG의 저장을 위해 한 개의 통(90)을 형성하고 한정하도록 드럼(24)과 이차 탱크(30)가 통합되어 있다는 점에서 도 1에 도시된 것과 상이한 장치(10)의 다른 실시례를 나타내고 있다.
아래의 표 1은, 상이한 범위(큰 범위, 중간 범위, 그리고 최적 범위)에 있어서, 본 발명에 따른 장치의 다양한 작동 파라미터의 값들에 대한 예를 제공한다.
큰 범위 중간 범위 최적 범위
압력(mbara) 120 950 300 800 500 600
감압(감압 유닛(19))후의 증발 가스의
비율(%)		 14.86 내지 15.18 0.94 내지 1.97 9.58 내지 10.2 2.38 내지 3.37 6.06 내지 6.87 4.68 내지 5.57
펌프(35)에 의해 제공된 냉각 가스의
유량 (t/h)		 15.35 내지 31.08 138 내지 371.6 24.23 내지 51.42 79.32 내지 197.7 37.37 내지 84.69 46.81 내지 109.9
펌프(16a)에 의해 제공된 가스의 유량(t/h) 18.09 내지 34.95 140.8 내지 374.7 26.99 내지 55.48 82.11 내지 202.6 40.14 내지 89 49.58 내지 114.4
붐(22)에 직접연결되어 있는 경우의 이차 탱크(30)의 크기(m3) 1907 내지 2120 20021 내지 86037 2964 내지 3483 10476 내지 16799 4595 내지 5810 5810 내지 7611
BOG를 재응결시키기 위한 이차 탱크(30)의
크기(m3)		 1312 내지 1778 3506 내지 32049 1714 내지 2915 2989 내지 12136 2160 내지 5164 2405 내지 7224
회로(40)에 의해 냉각된 BOG의 온도(℃) -178.2 내지 -180.4 -160.6 내지 -159 -172.6 내지 -170.5 -162.5 내지 -161 -167.6 내지 -165.7 -165.7 내지 -164
밸브(52)에 의해 발생된 팽창 후의 재응결된 BOG의 비율(%) 93.16 내지 100 81.63 내지 98.86 87.94 내지 100 82.49 내지 100 85 내지 100 84 내지 100
표 2는 동일한 파라미터 유형을 제공하지만, 이번에는 가장 흔한 액화 가스 조성, 특히, 메탄 또는 메탄을 함유하는 가스들의 혼합물과 같은, 액화 천연 가스를 대상으로 한다.
큰 범위 중간 범위 최적 범위
압력(mbara) 120 950 300 800 500 600
감압(감압 유닛(19))후의 증발 가스의 비율(%) 14.86 내지 15.18 0.94 내지 1.97 9.58 내지 10.2 2.38 내지 3.37 6.06 내지 6.87 4.68 내지 5.57
펌프(35)에 의해 제공된 냉각 가스의
유량(t/h)		 15.35 내지 19.88 138 내지 261.1 24.23 내지 32.59 19.32 내지 142.9 37.37 내지 53.56 46.81 내지 70.44
펌프(16a)에 의해 제공된 가스의 유량(t/h) 18.09 내지 22.86 140.8 내지 264 26.99 내지 35.59 82.11 내지 2146 40.14 내지 56.59 49.58 내지 73.48
붐(22)에 직접연결되어 있는 경우의 이차 탱크(30)의
크기(m3)		 1907 내지 2028 20021 내지 42375 2964 내지 3317 10476 내지 14470 4595 내지 5504 5810 내지 6750
BOG를 재응결시키기 위한 이차 탱크(30)의 크기(m3) 1312 내지 1523 3506 내지 5944 1714 내지 2090 2989 내지 4482 2160 내지 2811 2405 내지 3268
회로(40)에 의해 냉각된 BOG의 온도(℃) -179.1 내지 -180 -160.6 내지 -159.5 -172.6 내지 -171.1 -162.5 내지 -161.4 -167.6 내지 -166.1 -165.7 내지 -164.7
밸브(52)에 의해 발생된 팽창 후의 재응결된 BOG의
비율(%)		 100 92.47 내지 98.86 98.69 내지 100 93.59 내지 100 96.26 내지 100 95.24 내지 100
주 탱크의 충전 높이에 따라서, 덕트(18)의 바닥 단부에서의 정수압(hydrostatic pressure)이 달라진다(펌프는 대체로 동일한 깊이에 유지되어 있다).
드럼(24) 내의 액화 가스의 온도는, 예를 들면, "회로(40)에 의해서 냉각된 BOG의 온도(℃)" 빼기 2℃와 동일하고, 이것은 열교환기의 "핀치 효과"에 상응한다.
아래의 식은 감압 후의 증발 가스의 비율을 산출하기 위해서 사용된다:
X =(Hl,u -Hl,d) /(Hv,d - Hl,d)
상기 식에서:
X는 증발된 액체의 질량 분율이고,
Hl,d(J/Kg)는 상류부 온도와 압력에서의 상류부 액체 엔탈피이고,
Hv,d(J/Kg)는, 포화 온도와 부합하는, 하류부 압력에서의 증발 가스의 엔탈피이고, 그리고
Hl,d(J/Kg)는, 포화 온도와 부합하는, 상류부 압력에서의 잔류 액체의 엔탈피이다.
10, 110: 장치
12, 112: 발전 유닛
14, 114: 주 탱크
14a, 114a: 액화 가스
16a, 116a: 제1 펌프
18, 118: 제1 덕트
26, 126: 제1 압축기
32, 132: 제2 덕트
35: 제2 펌프
30, 130: 이차 탱크
40, 140: 열교환 회로

Claims (19)

  1. 선박에 설치된, 발전 유닛(12, 112)으로 공급된 액화 가스를 냉각시키는 장치(10, 110)로서,
    - 액화 가스(14a, 114a)의 저장용 주 탱크(14, 114)를 포함하고,
    - 제1 덕트(18, 118)의 제1 단부에 연결된 제1 입력부를 가진, 냉각된 액화 가스(24a)를 분리시키는 제1 드럼(24)을 포함하고, 제1 덕트의 제2 단부는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있고, 상기 제1 덕트는 액화 가스를 상기 제1 드럼으로 공급할 수 있고,
    - 상기 제1 드럼에서, 상기 주 탱크의 내부의 압력보다 낮은 동작 압력을 제공하도록 구성되어 있는, 상기 주 탱크와 관련된 상기 제1 드럼의 감압 유닛을 포함하고,
    - 상기 제1 드럼으로 공급된 액화 가스의 적어도 일부분이 증발되고 증발 가스라고 칭하고, 이 액화 가스의 적어도 다른 일부분이 상기 제1 드럼에서 상기 동작 압력의 포화 온도로 냉각되도록, 상기 제1 덕트, 또는 상기 제1 드럼의 입력부, 또는 상기 제1 덕트 및 상기 제1 드럼의 입력부에 설치된, 증발 유닛(19)을 포함하고, 상기 제1 드럼은 상기 증발 가스를 상기 냉각된 액화 가스로부터 분리시키도록 구성되어 있고, 그리고
    - 상기 주 탱크에 수용된 가스를 냉각시키기 위해서, 상기 제1 드럼에 수용된 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크로 공급하는 수단(22, 30, 32, 34, 40, 122, 130, 132, 134, 140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  2. 제1항에 있어서, 상기 감압 유닛이 상기 제1 드럼(24)의 제1 가스 출력부에 연결된 하나의 입력부와 상기 유닛(12, 112)으로 가연성 가스를 공급할 수 있는 하나의 출력부를 가진 제1 압축기(26, 126)를 포함하고, 상기 제1 압축기가 상기 제1 드럼 내의 상기 증발 가스의 적어도 일부분을 흡입할 수 있고 상기 동작 압력을 상기 제1 드럼에서 작용시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  3. 제1항에 있어서, 상기 공급하는 수단이 상기 제1 드럼(24)의 제2 냉각된 액화 가스 출력부에 연결된 제1 단부와 상기 주 탱크(14, 114)에 연결된 적어도 제2 단부를 가진 제2 덕트(32, 132)를 포함하고, 제2 덕트가 상기 제1 드럼으로부터 나오는 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 주 탱크로 주입할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  4. 제3항에 있어서,
    - 액화 가스를 상기 제1 덕트를 통하여 상기 제1 드럼(24)으로 순환시키기 위해서, 상기 제1 덕트(18, 118)의 상기 제2 단부에 연결되어 있으며, 상기 주 탱크(14, 114)에 수용된 상기 액화 가스에 잠기도록 설계된 제1 펌프(16a, 116a), 또는
    - 상기 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 제2 덕트를 통하여 상기 제1 드럼으로부터 상기 주 탱크로 순환시키기 위해서 상기 제2 덕트(32)에 연결된 제2 펌프(35), 또는
    - 액화 가스를 상기 제1 덕트를 통하여 상기 제1 드럼(24)으로 순환시키기 위해서, 상기 제1 덕트(18, 118)의 상기 제2 단부에 연결되어 있으며, 상기 주 탱크(14, 114)에 수용된 상기 액화 가스에 잠기도록 설계된 제1 펌프(16a, 116a), 및 상기 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 제2 덕트를 통하여 상기 제1 드럼으로부터 상기 주 탱크로 순환시키기 위해서 상기 제2 덕트(32)에 연결된 제2 펌프(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 덕트(18, 118)의 상기 제2 단부는 상기 주 탱크의 바닥에서 잠기는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  6. 제3항에 있어서, 상기 제1 드럼(24)의 제2 출력부가 이차 탱크(30, 130)의 제1 입력부에 연결되어서, 냉각된 액화 가스를 상기 이차 탱크로 공급하고 냉각된 액화 가스를 상기 이차 탱크에 저장하고, 상기 이차 탱크는 상기 동작 압력보다 높은 압력에서 상기 냉각된 액화 가스를 수용하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  7. 제6항에 있어서, 상기 이차 탱크(30, 130)가 상기 제2 덕트(32, 132)에 연결된 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 위한 제1 출력부를 포함하고, 상기 제2 덕트가 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 이차 탱크로부터 상기 주 탱크(14, 114)로 보내기 위해서 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  8. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 열교환 회로(40, 140)를 포함하고, 상기 열교환 회로는 상기 이차 탱크에 저장되어 있거나 상기 이차 탱크로부터 나오는 상기 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분으로 상기 열교환 회로에서 순환하는 유체를 냉각시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  9. 제8항에 있어서, 상기 열교환 회로(40, 140)가 상기 주 탱크(14, 114)의 자연 증발 출력부(45, 145)에 연결된 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  10. 제9항에 있어서, 상기 열교환 회로(40, 140)의 상기 입력부가 상기 주 탱크(14, 114)의 상기 출력부(45, 145)로부터 자연 증발 가스를 공급받는 적어도 하나의 압축기(26, 28, 126)의 상기 출력부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  11. 제10항에 있어서, 제2 열교환기(60)가 상기 주 탱크(14)의 액화 가스에 잠겨 있는 제3 펌프(16b)의 출력부에 연결된 입력부와 액화 가스 출력부를 가진 일차 회로(60a)뿐만 아니라, 상기 제1 덕트(18)에 연결된 입력부와 상기 제1 드럼(24)에 연결된 출력부를 가진 이차 회로(60b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  12. 액화 가스를 운반하는데 사용되는 선박으로서,
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 장치(10, 110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  13. 제1항에 따른 장치(10, 110)를 이용하는, 선박에 설치된, 발전 유닛(12, 112)을 위한 액화 가스 냉각 방법으로서,
    - 주 탱크에 수용되어 있으며, 수집 온도에서 회수되고 상기 제1 덕트에서 순환되는 액화 가스를 회수하는 단계 A,
    - 수집된 가스의 일부분은 팽창 효과로 인해 증발하고 증발 가스라고 칭하고, 수집된 가스의 나머지 부분은 액체로 남으며 상기 수집 온도보다 낮은 온도로 냉각되도록, 상기 수집 온도에서 수집된 상기 가스의 포화 증기압보다 낮은 팽창 압력에서 상기 회수된 가스를 팽창시키는 단계 B,
    - 상기 제1 드럼(24)을 채우고, 중력에 의해, 상기 제1 드럼에서 상기 냉각된 액체 가스로부터 상기 증발 가스를 분리시키는 단계 C,
    - 상기 제1 드럼에 수용된 상기 증발 가스의 적어도 일부분으로 상기 장치에 연료를 공급하는 단계 D, 그리고
    - 상기 주 탱크에 수용된 가스를 냉각시키기 위해, 상기 제1 드럼에 수용된 냉각된 액화 가스를 이용하여 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스를 냉각시키는 단계 E
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 가스 냉각 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 장치(10, 110)의 상기 공급하는 수단이 상기 제1 드럼(24)의 제2 냉각된 액화 가스 출력부에 연결된 제1 단부와 상기 주 탱크(14, 114)에 연결된 적어도 제2 단부를 가진 제2 덕트(32, 132)를 포함하고, 제2 덕트가 상기 제1 드럼으로부터 나오는 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 주 탱크로 주입할 수 있고, 상기 주 탱크에 수용된 가스를 냉각시키기 위해, 단계 E가 냉각된 액화 가스를 상기 제2 덕트에서 순환시키는 것과 상기 주 탱크에 주입하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 가스 냉각 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    - 상기 제1 드럼의 제1 출력부에서 나오는 가스가 압축되는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 가스 냉각 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    - 상기 제1 드럼의 내부의 압력이 120 내지 950mbara이거나, 또는
    - 상기 주 탱크의 내부의 압력이 20 내지 700mbarg, 20 내지 350mbarg, 또는 20 내지 250mbarg이거나, 또는
    - 팽창에 의해 발생되는 증발률이 0.94 내지 15.18%이거나, 또는
    - 상기 제1 덕트에서의 유량이 18.09 내지 374.7t/h이거나, 또는
    - 상기 제1 드럼에서의 냉각된 액화 가스 유량이 15.35 내지 371.6t/h인 것을 특징으로 하는 액화 가스 냉각 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    - 상기 제1 드럼의 내부의 압력이 120 내지 950mbara이고, 및
    - 상기 주 탱크의 내부의 압력이 20 내지 700mbarg, 20 내지 350mbarg, 또는 20 내지 250mbarg이고, 및
    - 팽창에 의해 발생되는 증발률이 0.94 내지 15.18%이고, 및
    - 상기 제1 덕트에서의 유량이 18.09 내지 374.7t/h이고, 및
    - 상기 제1 드럼에서의 냉각된 액화 가스 유량이 15.35 내지 371.6t/h인 것을 특징으로 하는 액화 가스 냉각 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 장치(10, 110)는 상기 주 탱크(14)의 액화 가스에 잠겨 있는 제3 펌프(16b)의 출력부에 연결된 입력부와 액화 가스 출력부를 가진 일차 회로(60a)뿐만 아니라, 상기 제1 덕트(18)에 연결된 입력부와 상기 제1 드럼(24)에 연결된 출력부를 가진 이차 회로(60b)를 포함하는 제2 열교환기(60)를 포함하고,
    상기 제1 드럼에서 부분적으로 또는 완전히 증발될 수 있는 상기 액화 가스의 팽창 후이고 주입 전에, 상기 주 탱크에 수집된 액화 가스가 상기 일차 회로에서 순환하는 유체와의 열교환에 의해 예열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 가스 냉각 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 드럼(24)의 제2 출력부가 이차 탱크(30, 130)의 제1 입력부에 연결되고,
    상기 주 탱크에 수집된 액화 가스가, 상기 이차 탱크에 주입하기 전에, 상기 이차 회로에서 순환하는 유체와의 열교환에 의해 예냉되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 가스 냉각 방법.
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