KR102614531B1 - 선박용 재액화 장치 - Google Patents

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Abstract

선박용 재액화 장치가 개시된다. 본 발명의 선박용 재액화 장치는, 저장탱크에 저장된 액화가스를 재기화하는 선박에서, 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스와 액화가스를 공급받는 리컨덴서; 상기 증발가스와 상기 액화가스의 접촉면적을 늘리도록 상기 리컨덴서의 내부에 마련되는 패킹(packing)부; 및 상기 리컨덴서의 내부에서 상기 패킹부의 하부에 마련되어 상기 리컨덴서로 공급된 상기 액화가스를 일정 시간 동안 상부에 체류시키는 포켓부:를 포함하며, 상기 리컨덴서의 액위(liquid level)가 낮은 때에도 상기 패킹부의 하단은 상기 포켓부의 상부에 체류된 액화가스에 잠길 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 재액화 장치{Re-liquefaction Apparatus For Ship}
본 발명은 선박용 재액화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리컨덴서의 내부에서 패킹부의 하부에 리컨덴서로 공급된 액화가스를 일정 시간 동안 상부에 체류시키는 포켓부를 마련하여, 리컨덴서의 액위(liquid level)가 낮은 때에도 패킹부의 하단이 포켓부의 상부에 체류된 액화가스에 잠길 수 있도록 하는 선박용 재액화 장치에 관한 것이다.
근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -163℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
LNG가 사용되는 선박은 대표적으로 LPG 운반선, LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating, Storage, Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물 등을 예로 들 수 있다.
LNG가 사용되는 선박 중 LNG 재기화 선박은 초저온 액체상태의 LNG를 저장하고, 이를 재기화시켜 육상의 수요처로 공급할 수 있는 기능을 갖는 선박 또는 부유구조물을 말하는데, 해상에 부유한 상태에서 LNG의 저장 및 재기화 목적을 갖는 해상 부유구조물 형태의 LNG FSRU와 LNG 운반선의 기능을 가지면서 재기화의 목적을 갖는 자체 추진능력을 갖는 선박 형태의 LNG RV 등이 이에 해당한다.
이러한 LNG 재기화 선박은, 해상에서 쉽게 얻을 수 있는 해수 또는 공기 등을 열원으로 LNG를 재기화시켜 육상의 가스 수요처로 공급할 수 있다.
한편, 천연가스의 액화 온도는 상압 -163 ℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.
증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이며, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.
LNG 재기화 선박에서는 LNG 저장탱크에서 자연발생하는 BOG를 압축하거나, LNG를 펌핑하여 고압으로 압축한 후 재기화시켜 이를 선외 이송할 수 있다.
이를 위해 재기화 시스템에는, LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG를 압축하여 이를 LNG 저장탱크에서 펌핑된 LNG와 혼합하는 리컨덴서, 리컨덴서에서 응축된 LNG를 공급받아 고압으로 압축하는 HP 펌프, HP 펌프에서 압축된 LNG를 공급받아 기화시키는 기화기, 기화기에서 기화된 가스를 선박의 외부로 이송하는 계측 유닛(metering unit), 열교환기, 매니폴드 등이 구성될 수 있다.
도 1에는 종래의 재기화 시스템에 마련되는 리컨덴서 구조를 개략적으로 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 리컨덴서에는 상부로 BOG가 유입되고, 상부와 하부에 LNG가 유입되는 유입구가 마련되어, BOG와 LNG가 리컨덴서 내부에서 혼합되면서 BOG가 재액화된다.
리컨덴서는 이와 같이 BOG를 재액화하는 역할과, 재기화 전에 LNG를 일시 저장하는 버퍼탱크의 역할을 수행한다.
리컨덴서의 내부에는 BOG와 LNG의 접촉면적을 최대화하여 재액화율을 높이기 위해 패킹이 장착된다. LNG 유입구가 패킹의 상부와 하부에 각 마련되어 LNG는 패킹 상하부로 나뉘어져 리컨덴서에 유입되며, 리컨덴서의 LNG 액위(level)가 패킹 사이에 위치할 때 리컨덴서에서 가장 효율적으로 BOG 재액화가 이루어질 수 있다. 그러나 리컨덴서의 LNG 액위가 낮아져 패킹 밑으로 내려가면 패킹이 제대로 기능할 수 없어 재액화율이 떨어지는데, 리컨덴서의 액위 조절에 실패하면 재액화 성능이 급격하게 떨어지게 되는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하여 리컨덴서의 액화가스 액위와 무관하게 패킹이 액화가스에 접촉할 수 있도록 하여 재액화율을 유지할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크에 저장된 액화가스를 재기화하는 선박에서,
상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스와 액화가스를 공급받는 리컨덴서;
상기 증발가스와 상기 액화가스의 접촉면적을 늘리도록 상기 리컨덴서의 내부에 마련되는 패킹(packing)부; 및
상기 리컨덴서의 내부에서 상기 패킹부의 하부에 마련되어 상기 리컨덴서로 공급된 상기 액화가스를 일정 시간 동안 상부에 체류시키는 포켓부:를 포함하며,
상기 리컨덴서의 액위(liquid level)가 낮은 때에도 상기 패킹부의 하단은 상기 포켓부의 상부에 체류된 액화가스에 잠길 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화 장치가 제공된다.
바람직하게는 상기 포켓부는, 상기 리컨덴서의 수평 방향 단면을 따라 배치되는 판부재; 상기 판부재 상부에서 돌출되어 마련되며 상기 판부재의 지름보다 작은 지름의 원형으로 마련되는 원형 벽체; 및 상기 원형 벽체의 외측에서 상기 판부재의 상하부를 관통하도록 마련되는 복수의 관통홀:을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 포켓부는, 상기 원형 벽체의 내측에서 상기 판부재의 상하부를 관통하되 상기 관통홀보다 작게 마련되는 벤트홀:을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 저장탱크의 액화가스에서 발생하는 증발가스를 상기 리컨덴서의 상부로 유입시키는 가스유입부; 상기 저장탱크로부터 이송되는 액화가스를 상기 리컨덴서의 패킹부 상부로 유입시키는 제1 액화가스유입부; 및 상기 저장탱크로부터 이송되는 액화가스를 상기 리컨덴서에서 상기 포켓부의 원형 벽체 내측으로 유입시키는 제2 액화가스유입부:를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 리컨덴서로 유입된 액화가스가 상기 원형 벽체에 의해 상기 포켓부의 상부에 체류되고, 상기 패킹부의 하단이 상기 원형 벽체 내측에 체류된 액화가스에 잠겨, 상기 리컨덴서의 액위(liquid level)가 낮은 때에도 상기 패킹부가 액화가스와 접촉할 수 있다.
바람직하게는, 상기 리컨덴서의 하부로부터 액화가스를 배출시키는 액화가스배출부:를 더 포함하고, 상기 액화가스배출부의 관경은 상기 제1 및 제2 액화가스유입부의 관경보다 클 수 있다.
본 발명에서는 리컨덴서 내부에 패킹부를 마련하고, 패킹부 하부에 포켓부를 마련하여 리컨덴서 액위가 낮아지더라도 패킹부가 액화가스에 일정 부분 잠길 수 있도록 한다.
이와 같이 패킹부가 리컨덴서 액위와 무관하게 액화가스와 접촉할 수 있어 리컨덴서에서 증발가스를 효율적으로 재액화할 수 있다.
도 1은 종래의 재기화 시스템에 마련되는 리컨덴서 구조를 개략적으로 도시하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 재액화 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 재액화 장치에서 리컨덴서 내부에 마련되는 포켓부의 단면 모습을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
본 발명에서 액화가스는 저온에서 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며, 재기화하여 선외 이송하거나 선내 수요처로 이송될 수 있는 모든 종류의 액화가스에 적용될 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스인 LNG를 예로 들어 설명한다.
또한 후술하는 실시예에서 선박은 극저온 액체상태의 LNG를 저장하고, 이를 재기화시켜 선내 또는 선외로 공급할 수 있는 기능을 갖는 선박 또는 부유식 구조물로 자체 추진 능력을 갖춘 것과 추진 능력을 갖추지 않은 것을 모두 포함하며, 대표적인 예를 들면, FSRU 및 LNG RV 등이 이에 해당된다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 재액화 장치를 개략적으로 도시하였고, 도 3에는 그 중 리컨덴서 내부에 마련된 포켓부의 단면 모습을 보다 구체적으로 도시하였다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예의 재액화 장치는, 액화가스를 저장하는 저장탱크(미도시)가 마련된 선박에 마련되는 것으로, 저장탱크에서 발생하는 증발가스와 액화가스를 공급받는 리컨덴서(recondenser, 100), 증발가스와 액화가스의 접촉면적을 늘리도록 리컨덴서의 내부에 마련되는 패킹(packing)부(150), 리컨덴서의 내부에서 패킹부의 하부에 마련되어 리컨덴서로 공급된 액화가스를 일정 시간 동안 상부에 체류시키는 포켓부(200)를 포함한다.
리컨덴서(100)는 원형 단면의 압력용기로 마련될 수 있고, 저장탱크에서 발생하는 증발가스는 압축기를 거쳐 압축 후 리컨덴서로 도입될 수 있다.
패킹부(150)는 리컨덴서 내측 중앙 부분에 마련되고, 액화가스와 증발가스의 접촉 표면적을 늘릴 수 있도록 내부에 다수의 공극이 형성된 구조로 마련될 수 있다. 그런데 리컨덴서(100)에서의 액화가스 액위가 패킹부(150) 위치보다 낮아지면, 패킹부에 접촉하는 액화가스의 양이 적어지고, 그에 따라 증발가스와 접촉하는 액화가스 양도 적어져 증발가스의 응축률이 떨어지게 된다. 본 실시예에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 패킹부 하부에 포켓부(200)를 구비하여, 리컨덴서의 액위(liquid level)가 낮아지더라도 패킹부의 하단은 포켓부의 상부에 체류된 액화가스에 잠길 수 있도록 함으로써, 리컨덴서의 액위와 무관하게 증발가스를 효율적으로 응축시킬 수 있도록 한 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 포켓부(200)는, 리컨덴서의 수평 방향 단면을 따라 배치되는 판부재(210)와, 판부재 상부에서 돌출되어 마련되며 판부재의 지름보다 작은 지름의 원형으로 마련되는 원형 벽체(220)와, 원형 벽체의 외측에서 판부재(210a)의 상하부를 관통하도록 마련되는 복수의 관통홀(230)을 포함한다.
리컨덴서(100)에는 저장탱크의 액화가스에서 발생하는 증발가스를 리컨덴서의 상부로 유입시키는 가스유입부(GI)가 배치되고, 저장탱크로부터 이송되는 액화가스를 리컨덴서의 패킹부(150) 상부로 유입시키는 제1 액화가스유입부(LI1)와, 저장탱크로부터 이송되는 액화가스를 리컨덴서에서 패킹부(150) 하부의 포켓부 원형 벽체(220) 내측으로 유입시키는 제2 액화가스유입부(LI2)가 마련된다.
이와 같이 제1 및 제2 액화가스유입부를 통해 리컨덴서로 유입된 액화가스를 원형 벽체(220)가 가두므로, 액화가스가 포켓부의 원형벽체 내측 판부재(210b) 상부에 일정 시간 체류하게 된다. 따라서 리컨덴서의 액위(liquid level)가 낮은 때에도 패킹부(150)의 적어도 일부, 대략 패킹부의 하부 1/2 정도는 원형 벽체 내측에 체류된 액화가스에 잠기면서 액화가스와 접촉할 수 있게 된다. 액화가스가 지속적으로 유입되면서 원형 벽체(220)를 넘어가면 원형 벽체 외측 둘레를 따라 판부재에 형성된 관통홀(230)을 통해 하부로 흘러내려간다.
리컨덴서의 하부에는 액화가스를 배출시키는 액화가스배출부(LO)가 마련되어, 증발가스로부터 응축된 응축가스를 포함한 액화가스를 리컨덴서에서 배출시켜 재기화기, 엔진 등의 수요처나, 저장탱크로 이송할 수 있다. 액화가스배출부의 관경은 제1 및 제2 액화가스유입부의 관경보다 크게 마련된다.
한편 포켓부(200)에는, 원형 벽체(220)의 내측에서 판부재(210b)의 상하부를 관통하는 복수의 벤트홀(240)이 마련된다. 벤트홀(240)은 관통홀(230)보다 작은 구멍으로, 셧다운(shut down) 시 벤트홀을 통해 액화가스를 리컨덴서 하부로 배출할 수 있다.
본 실시예의 재액화 장치에 마련되는 포켓부(200)는 리컨덴서 외에도 재액화시스템의 기액분리기 또는 세퍼레이터, 연료공급시스템의 버퍼탱크 등에도 적용될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
100: 리컨덴서
150: 패킹부
200: 포켓부
210: 판부재
220: 원형 벽체

Claims (6)

  1. 저장탱크에 저장된 액화가스를 재기화하는 선박에서,
    상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스와 액화가스를 공급받는 리컨덴서;
    상기 증발가스와 상기 액화가스의 접촉면적을 늘리도록 상기 리컨덴서의 내부에 마련되는 패킹(packing)부; 및
    상기 리컨덴서의 내부에서 상기 패킹부의 하부에 마련되며, 상기 리컨덴서의 수평 방향 단면을 따라 배치되는 판부재와, 상기 판부재 상부에서 돌출되어 마련되며 상기 판부재의 지름보다 작은 지름의 원형으로 마련되는 원형 벽체와, 상기 원형 벽체의 외측에서 상기 판부재의 상하부를 관통하도록 마련되는 복수의 관통홀을 포함하여, 상기 리컨덴서로 공급된 상기 액화가스를 일정 시간 동안 상부에 체류시키는 포켓부:를 포함하며,
    상기 리컨덴서의 액위(liquid level)가 낮은 때에도 상기 패킹부의 하단은 상기 포켓부의 상부에 체류된 액화가스에 잠길 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 포켓부는
    상기 원형 벽체의 내측에서 상기 판부재의 상하부를 관통하되 상기 관통홀보다 작게 마련되는 벤트홀:을 더 포함하는 선박용 재액화 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 저장탱크의 액화가스에서 발생하는 증발가스를 상기 리컨덴서의 상부로 유입시키는 가스유입부;
    상기 저장탱크로부터 이송되는 액화가스를 상기 리컨덴서의 패킹부 상부로 유입시키는 제1 액화가스유입부; 및
    상기 저장탱크로부터 이송되는 액화가스를 상기 리컨덴서에서 상기 포켓부의 원형 벽체 내측으로 유입시키는 제2 액화가스유입부:를 더 포함하는 선박용 재액화 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 리컨덴서로 유입된 액화가스가 상기 원형 벽체에 의해 상기 포켓부의 상부에 체류되고, 상기 패킹부의 하단이 상기 원형 벽체 내측에 체류된 액화가스에 잠겨, 상기 리컨덴서의 액위(liquid level)가 낮은 때에도 상기 패킹부가 액화가스와 접촉할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 재액화 장치.
  6. 제 1항, 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리컨덴서의 하부로부터 액화가스를 배출시키는 액화가스배출부:를 더 포함하고,
    상기 액화가스배출부의 관경은 상기 제1 및 제2 액화가스유입부의 관경보다 큰 것을 특징으로 하는 선박용 재액화 장치.
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