KR102647309B1 - 재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법 - Google Patents

재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102647309B1
KR102647309B1 KR1020190019223A KR20190019223A KR102647309B1 KR 102647309 B1 KR102647309 B1 KR 102647309B1 KR 1020190019223 A KR1020190019223 A KR 1020190019223A KR 20190019223 A KR20190019223 A KR 20190019223A KR 102647309 B1 KR102647309 B1 KR 102647309B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
mixed refrigerant
mixed
tank
refrigerant charging
Prior art date
Application number
KR1020190019223A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200101063A (ko
Inventor
이준채
최원재
신현준
Original Assignee
한화오션 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 한화오션 주식회사 filed Critical 한화오션 주식회사
Priority to KR1020190019223A priority Critical patent/KR102647309B1/ko
Publication of KR20200101063A publication Critical patent/KR20200101063A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102647309B1 publication Critical patent/KR102647309B1/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
    • 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
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F25J1/0025—Boil-off gases "BOG" from storages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0092—Mixtures of hydrocarbons comprising possibly also minor amounts of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0212—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow MCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0249—Controlling refrigerant inventory, i.e. composition or quantity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0249—Controlling refrigerant inventory, i.e. composition or quantity
    • F25J1/025—Details related to the refrigerant production or treatment, e.g. make-up supply from feed gas itself
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0275—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the liquefaction unit, e.g. portable or transportable devices
    • F25J1/0277—Offshore use, e.g. during shipping
    • 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
    • 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
    • F17C2227/0341—Heat exchange with the fluid by cooling using another 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
    • F17C2265/032—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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank

Landscapes

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

Abstract

재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 재액화 사이클 냉매 충진 시스템은, 선박에 마련되며 증발가스를 재액화시키기 위한 혼합냉매가 순환되는 혼합냉매 순환부; 상기 혼합냉매 순환부의 전단에 마련되며 상기 혼합냉매 순환부에 필요한 상기 혼합냉매를 공급하는 냉매충진탱크; 및 상기 냉매충진탱크에서 상기 혼합냉매의 조성을 실시간으로 계측하고, 상기 혼합냉매 순환부에 필요한 상기 혼합냉매의 조성으로 상기 냉매충진탱크에서 미리 상기 혼합냉매를 혼합하여 상기 혼합냉매 순환부로 공급하도록 조절하는 혼합냉매 컨트롤부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법{Refrigerant Charging System And Method For Reliquefaction Cycle}
본 발명은 재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 혼합냉매 순환부에서 혼합냉매를 순환시켜 천연가스를 재액화시키되, 혼합냉매 순환부의 전단에 냉매충진탱크를 마련하고, 냉매충진탱크에서 혼합냉매의 조성을 실시간으로 계측하고 계측된 값을 설계된 혼합냉매 조성과 비교하여, 혼합냉매 순환부에 필요한 혼합냉매의 조성으로 냉매충진탱크에서 미리 혼합냉매를 혼합하여 혼합냉매 순환부로 공급하도록 하는 재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법에 관한 것이다.
천연가스(natural gas)는, 메탄(methane)을 주성분으로 하며, 연소 시 환경오염 물질의 배출이 거의 없어 친환경 연료로서 주목받고 있다. 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 상압 하에서 약 -163℃로 냉각시켜 액화시킴으로써 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 부피가 약 1/600로 줄어들기 때문에, 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다. 따라서, 천연가스는 주로 저장 및 이송이 용이한 액화천연가스 상태로 저장 및 이송된다.
천연가스의 액화점은 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG 저장탱크는 LNG가 액체 상태를 유지하도록 단열처리되는 것이 일반적이다. 그러나 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열을 차단하는 데에는 한계가 있고, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 LNG 수송과정에서 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 자연 기화되어 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.
LNG 저장탱크에서 증발가스가 지속적으로 생성되면, LNG 저장탱크의 내압을 상승시키는 요인이 된다. 저장탱크의 내압이 설정된 안전압력 이상이 되면 탱크 파손(rupture) 등 위급상황을 초래할 수 있으므로, 안전밸브를 이용하여 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜야만 한다. 그러나 증발가스는 일종의 LNG 손실로서 LNG의 수송 효율 및 연료 효율에 있어 중요한 문제이므로, 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다.
최근에는, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료 수요처에서 사용하는 방법, 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 방법 또는 이러한 두 가지 방법을 복합적으로 사용하는 방법 등이 개발되어 적용되고 있다.
선박에서 증발가스를 재액화하기 위하여 재액화 사이클을 적용하는 경우, 대표적으로 채택할 수 있는 액화 방법은 SMR 사이클과 C3MR 사이클을 이용한 공정이다. C3MR 사이클(Propane-precooled Mixed Refrigerant Cycle)은 천연가스를 프로판 단일냉매를 이용하여 냉각시키고, 그 후 혼합냉매를 이용하여 액화 및 과냉각시키는 공정이고, SMR 사이클(Single Mixed Refrigerant Cycle)은 복수의 성분으로 이루어진 혼합냉매를 사용하여 천연가스를 액화시키는 공정이다.
SMR 사이클과 C3MR 사이클 모두 혼합냉매를 이용하는 공정을 포함한다. 이러한 혼합냉매를 이용하는 사이클에서, 액화 공정이 진행되면서 냉매의 누수가 발생하여 혼합냉매의 조성비가 변화하는 경우 액화 효율이 떨어지므로, 부족한 냉매 성분을 보충하여 혼합냉매 조성비를 유지하여야 한다.
이를 위해 혼합냉매의 조성비를 지속적으로 계측하면서 부족한 냉매를 충진하는 것은 까다롭고 시간이 많이 소요되며, 혼합냉매의 조성비가 회복될 때까지 재액화 사이클이 정상적으로 구동되기 어렵고 재액화 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 재액화 사이클에서 신속하게 혼합냉매를 보충하여 재액화 사이클의 재액화 효율을 유지시킬 수 있는 시스템을 제안하고자 한다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련되며 증발가스를 재액화시키기 위한 혼합냉매가 순환되는 혼합냉매 순환부;
상기 혼합냉매 순환부의 전단에 마련되며 상기 혼합냉매 순환부에 필요한 상기 혼합냉매를 혼합하여 공급하는 냉매충진탱크;
상기 냉매충진탱크에서 상기 혼합냉매의 조성을 실시간으로 계측하여, 상기 혼합냉매 순환부에 필요한 상기 혼합냉매의 조성으로 상기 냉매충진탱크에서 미리 상기 혼합냉매를 혼합하여 상기 혼합냉매 순환부로 공급하도록 조절하는 혼합냉매 컨트롤부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 재액화 사이클 냉매 충진 시스템이 제공된다.
바람직하게는 시스템은, 상기 선박에 마련되며 LNG를 저장하는 카고 탱크; 상기 선박에 마련되며 메탄 및 에탄을 포함한 탄화수소(CnHn)를 저장하는 탄화수소 저장탱크; 및 상기 선박에 마련되며 질소를 생성하여 선내에 공급하는 질소 생성기(generator); 를 더 포함하고, 상기 혼합냉매는 상기 카고 탱크에서 발생하는 BOG(boil off gas), 질소 및 탄화수소가 혼합된 기체일 수 있다.
바람직하게는 시스템은, 상기 탄화수소 저장탱크의 하류에 마련되어 상기 냉매충진탱크로 공급되는 상기 탄화수소의 유량을 조절하는 제1 밸브; 및
상기 질소 생성기의 하류에 마련되어 상기 냉매충진탱크로 공급되는 상기 질소의 유량을 조절하는 제2 밸브; 를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 혼합냉매 컨트롤부는, 상기 냉매충진탱크에서 상기 혼합냉매의 조성을 계측하는 가스 크로마토그래피부; 상기 냉매충진탱크의 압력을 계측하는 압력 트랜스미터; 및 상기 가스 크로마토그래피부 및 압력 트랜스미터로부터 계측된 값을 전달받아 상기 제1 및 제2 밸브의 유량을 조절하는 자동제어부; 를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 시스템은, 상기 카고 탱크로부터 BOG를 공급받아 압축하는 컴프레서; 상기 컴프레서와 상기 냉매충진탱크 사이에 마련되는 제3 밸브; 및 상기 카고 탱크와 상기 냉매충진탱크 사이에 마련되는 제4 밸브; 를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 자동제어부에서는, 상기 카고 탱크의 압력이 냉매충진탱크의 압력보다 높으면 상기 제4 밸브를 개방하여 상기 카고 탱크로부터 상기 냉매충진탱크로 BOG를 공급하고, 상기 냉매충진탱크의 압력이 상기 카고 탱크의 압력보다 높으면 상기 제3 밸브를 개방하여 상기 컴프레서를 거쳐 압축된 BOG를 상기 냉매충진탱크로 공급하도록 제어할 수 있다.
바람직하게는 상기 혼합냉매 순환부는, 상기 혼합냉매를 압축하는 냉매컴프레서; 상기 냉매컴프레서로부터 압축된 상기 혼합냉매를 공급받아 냉각하는 쿨러; 및 상기 쿨러로부터 냉각된 상기 혼합냉매를 상기 증발가스와 열교환시켜 상기 증발가스를 재액화하는 열교환기; 를 포함하고, 상기 냉매충진탱크로부터 상기 혼합냉매는 상기 냉매컴프레서의 전단으로 공급될 수 있다.
바람직하게는 시스템에서는, 상기 혼합냉매 순환부의 유지보수 또는 상기 혼합냉매 순환부를 순환하는 상기 혼합냉매의 조성변화로 재액화 성능에 이상 발생 시 상기 혼합냉매 순환부의 상기 혼합냉매는 선내 GCU(gas combustion unit) 또는 상기 카고 탱크로 보내어 제거하고, 상기 혼합냉매 순환부의 구동에 앞서 상기 혼합냉매 순환부에 필요한 혼합냉매의 조성으로 상기 냉매충진탱크에서 미리 상기 혼합냉매를 혼합하여 상기 혼합냉매 순환부로 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박에 혼합냉매 순환부를 마련하여 혼합냉매의 냉열로 카고 탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화시키되,
상기 혼합냉매 순환부의 전단에 냉매충진탱크를 마련하고, 상기 냉매충진탱크에서 상기 혼합냉매의 조성을 실시간으로 계측하여, 상기 혼합냉매 순환부에 필요한 상기 혼합냉매의 조성으로 상기 냉매충진탱크에서 미리 상기 혼합냉매를 혼합하여 상기 혼합냉매 순환부에 필요한 상기 혼합냉매를 공급하는 것을 특징으로 하는 재액화 사이클 냉매 충진 방법이 제공된다.
바람직하게는 상기 재액화 사이클 냉매 충진 방법에서, 상기 카고 탱크의 압력이 냉매충진탱크의 압력보다 높으면 상기 카고 탱크로부터 free flow로 상기 냉매충진탱크로 BOG가 공급되고, 상기 냉매충진탱크의 압력이 상기 카고 탱크의 압력보다 높으면 카고 탱크로부터 발생하는 BOG는 압축하여 상기 냉매충진탱크로 공급될 수 있다.
본 발명의 재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법을 통해, 혼합냉매 사이클의 유지보수를 위해 혼합냉매 전량을 제거하거나, 냉매 누수 등으로 인한 혼합냉매의 조성변화로 재액화 성능에 이상 발생 시 혼합냉매 전량을 제거하는 경우, 혼합냉매 순환부의 구동에 앞서 혼합냉매 순환부에 필요한 혼합냉매의 조성으로 냉매충진탱크에서 미리 혼합냉매를 혼합한 후 혼합냉매 순환부로 공급함으로써 신속하게 혼합냉매 사이클 구동에 필요한 혼합냉매를 충진할 수 있다.
이와 같이 냉매충진탱크에서 혼합냉매의 조성을 실시간으로 계측하면서 혼합냉매 사이클에 필요한 혼합냉매를 미리 준비하여 바로 혼합냉매 순환부에 신속하게 공급할 수 있어 신속하게 재액화 사이클을 구동시킬 수 있고, 설계된 혼합냉매의 조성을 안정적으로 유지할 수 있어 재액화 성능이 떨어지는 것을 방지하고, 효과적으로 BOG를 재액화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 사이클 냉매 충진 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
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.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 사이클 냉매 충진 시스템을 간략하게 도시하였다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 사이클 냉매 충진 시스템을 설명하기로 한다.
후술하는 본 발명의 일 실시예에서 선박은, 액화가스를 추진용 엔진의 연료 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스를 연료로 사용하는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 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 구조물도 포함될 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 액화가스 운반선 또는 액체수소 운반선인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 본 실시예는 가스를 저온으로 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하는 모든 종류의 액화가스의 재액화 사이클에 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 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 재액화 사이클 냉매 충진 시스템은, 선박에 마련되며 LNG를 저장하는 카고 탱크(T)와, 선박에 마련되며 증발가스를 재액화시키기 위한 혼합냉매가 순환되는 혼합냉매 순환부(100)를 포함한다. 카고 탱크의 하류에는 카고 탱크로부터 BOG를 공급받아 압축하는 컴프레서(600)가 마련된다.
본 실시예는 혼합냉매 순환부에 필요한 혼합냉매를 공급하는 냉매충진탱크(200)를 혼합냉매 순환부의 전단에 구비하며, 혼합냉매 컨트롤부(300)를 마련하여 냉매충진탱크에서 혼합된 혼합냉매의 조성을 실시간으로 계측하여 설계된 혼합냉매 조성과 비교하면서, 혼합냉매 순환부에 필요한 혼합냉매의 조성으로 맞추어 냉매충진탱크에서 미리 혼합냉매를 혼합하여 혼합냉매 순환부로 공급하도록 조절하게 된다.
본 실시예에서 메탄 및 에탄을 포함한 탄화수소(CnHn)를 저장하는 탄화수소 저장탱크(400)와, 질소를 생성하여 선내에 공급하는 질소 생성기(N2 generator, 500)가 선박에 마련된다.
재액화 사이클을 순환하며 증발가스의 재액화를 위한 냉열을 공급하는 혼합냉매는 카고 탱크에서 발생하는 BOG(boil off gas), 질소 및 탄화수소(CnHn)가 혼합된 기체일 수 있다. 특히 카고 탱크에서 발생하는 BOG는 거의 순수한 메탄(CH4)으로 이루어지므로, 재액화 사이클의 혼합냉매는 질소 생성기에서 생성된 질소(N), 카고 탱크에서 발생하는 CH4, 탄화수소 저장탱크에서 공급되는 C2H6 ~ C5H10를 주요성분으로 한다.
혼합냉매 컨트롤부(300)는, 냉매충진탱크에서 혼합냉매의 조성을 실시간으로 계측하는 가스 크로마토그래피부(310)와, 냉매충진탱크의 압력을 계측하는 압력 트랜스미터(320)와, 가스 크로마토그래피부 및 압력 트랜스미터로부터 계측된 값을 전달받아 냉매충진탱크로 공급되는 각 성분들의 유량을 조절하는 자동제어부(330)를 포함하여 구성된다.
혼합냉매를 이루는 각 성분들의 공급량을 제어하기 위하여, 탄화수소 저장탱크(400)의 하류에는 냉매충진탱크로 공급되는 탄화수소의 유량을 조절하는 제1 밸브(V1)가 마련되고, 질소 생성기(500)의 하류에는 냉매충진탱크로 공급되는 질소의 유량을 조절하는 제2 밸브(V2)가 마련된다.
혼합냉매 컨트롤부에서는 가스 크로마토그래피부 및 압력 트랜스미터로부터 계측된 혼합냉매의 실시간 측정값을 재액화 사이클에서의 혼합냉매의 조성으로 설계된 값과 비교하여 자동제어부의 신호에 따라 제1 및 제2 밸브를 제어함으로써 냉매충진탱크로 공급될 탄화수소 및 질소의 유량을 조절한다.
한편, 카고 탱크로부터 냉매충진탱크로의 BOG 공급을 조절하기 위하여, 컴프레서(600)와 냉매충진탱크(200) 사이에는 제3 밸브(V3)가, 카고 탱크(T)와 냉매충진탱크(200) 사이에는 제4 밸브(V4)가 각각 마련된다. 즉, 제3 밸브는 카고 탱크로부터 컴프레서를 거쳐 냉매충진탱크로 공급되는 라인에 마련되고, 제4 밸브는 카고 탱크로부터 컴프레서를 거치지 않고 바로 냉매충진탱크로 BOG가 공급되는 라인에 마련된다.
자동제어부(330)에서는, 카고 탱크의 압력이 냉매충진탱크의 압력보다 높으면 제4 밸브(V4)를 개방하여 카고 탱크로부터 냉매충진탱크로 free flow로 BOG를 공급하고, 냉매충진탱크의 압력이 카고 탱크의 압력보다 높으면 제3 밸브(V3)를 개방하여 컴프레서를 거쳐 압축된 BOG를 냉매충진탱크로 공급하도록 제어한다. 그리하여 냉매충진탱크의 압력과 카고 탱크의 압력을 비교하여 free flow BOG와 압축된 BOG가 선택적으로 냉매충진탱크에 공급될 수 있다. 압력 트랜스미터 및 자동제어부로부터 냉매충진탱크의 압력 값을 수신하여 카고 탱크의 압력을 비교하여 제3 및 제4 밸브의 개폐를 제어하기 위한 제어부(미도시)가 추가로 마련될 수 있다.
한편, 혼합냉매 순환부(100)는, 혼합냉매를 압축하는 냉매컴프레서(110)와, 냉매컴프레서로부터 압축된 혼합냉매를 공급받아 냉각하는 쿨러(120)와, 쿨러로부터 냉각된 혼합냉매를 증발가스와 열교환시켜 증발가스를 재액화하는 열교환기(130)를 포함한다. 혼합냉매 순환부는 SMR 사이클, C3MR 사이클을 포함하여 혼합냉매를 이용한 모든 재액화 사이클이 될 수 있다.
냉매충진탱크로부터 혼합냉매는 냉매컴프레서의 전단으로 공급되며, 냉매충진탱크와 혼합냉매 순환부를 연결하는 라인에는 혼합냉매 공급을 조절하기 위한 밸브(VR)가 마련된다.
본 실시예의 시스템에서, 혼합냉매 순환부의 유지보수를 위해 혼합냉매 순환부의 혼합냉매를 제거해야 하거나, 냉매 누수 등에 기인하여 혼합냉매 순환부를 순환하는 혼합냉매의 조성변화로 재액화 성능에 이상 발생 시, 혼합냉매 순환부의 혼합냉매 전량은 선내 GCU(gas combustion unit) 또는 카고 탱크로 보내어 제거할 수 있다. 그 후 혼합냉매 순환부의 구동에 앞서 혼합냉매 순환부에 필요한 혼합냉매의 조성으로 냉매충진탱크에서 미리 혼합냉매를 혼합한 후 혼합냉매 순환부로 신속하게 공급할 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 시스템을 적용함으로써, 혼합냉매의 조성을 실시간으로 계측하면서 냉매 누수 등으로 혼합냉매의 조성 비율이 변하여 냉매 충진이 필요하거나 유지보수를 위해 혼합냉매를 제거하는 경우, 혼합냉매 순환부에서 혼합냉매를 전량 제거하고, 미리 냉매충진탱크에서 혼합냉매를 준비하여 바로 혼합냉매 순환부에 신속하게 공급할 수 있어, 신속하게 재액화 사이클을 회복할 수 있다.
본 실시예를 통해, 설계된 혼합냉매의 조성을 안정적으로 유지할 수 있어 재액화 성능이 떨어지는 것을 방지하고, 효과적으로 BOG를 재액화할 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.
T: 카고 탱크
100: 혼합냉매 순환부
110: 냉매컴프레서
120: 쿨러
130: 열교환기
200: 냉매충진탱크
300: 혼합냉매 컨트롤부
310: 가스 크로마토그래피부
320: 압력 트랜스미터
330: 자동제어부
400: 탄화수소 저장탱크
500: 질소 생성기
600: 컴프레서
V1: 제1 밸브
V2: 제2 밸브
V3: 제3 밸브
V4: 제4 밸브

Claims (10)

  1. 선박에 마련되며 증발가스를 재액화시키기 위한 혼합냉매가 순환되는 혼합냉매 순환부;
    상기 혼합냉매 순환부의 전단에 마련되며 상기 혼합냉매 순환부에 필요한 상기 혼합냉매를 혼합하여 공급하는 냉매충진탱크;
    상기 선박에 마련되며 메탄 및 에탄을 포함한 탄화수소(CnHn)를 저장하는 탄화수소 저장탱크;
    상기 선박에 마련되며 질소를 생성하여 선내에 공급하는 질소 생성기(generator);
    상기 탄화수소 저장탱크에서 상기 냉매충진탱크로 공급되는 탄화수소의 유량을 조절하는 제1 밸브;
    상기 질소 생성기에서 상기 냉매충진탱크로 공급되는 질소의 유량을 조절하는 제2 밸브; 및
    상기 냉매충진탱크에서 상기 혼합냉매의 조성을 계측하는 가스 크로마토그래피부와, 상기 냉매충진탱크의 압력을 계측하는 압력 트랜스미터와, 상기 가스 크로마토그래피부 및 압력 트랜스미터로부터 계측된 값을 전달받아 상기 제1 및 제2 밸브의 유량을 조절하는 자동제어부를 포함하는 혼합냉매 컨트롤부:를 포함하여,
    상기 혼합냉매 컨트롤부에서는 상기 냉매충진탱크에서의 상기 혼합냉매의 조성을 실시간으로 계측하면서, 상기 혼합냉매 순환부에 필요한 혼합냉매의 조성으로 상기 냉매충진탱크에서 미리 혼합냉매를 혼합하여 상기 혼합냉매 순환부로 공급하는 것을 특징으로 하는 재액화 사이클 냉매 충진 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 선박에 마련되며 LNG를 저장하는 카고 탱크; 를 더 포함하고,
    상기 혼합냉매는 상기 카고 탱크에서 발생하는 BOG(boil off gas), 질소 및 탄화수소가 혼합된 기체인 것을 특징으로 하는 재액화 사이클 냉매 충진 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 카고 탱크로부터 BOG를 공급받아 압축하는 컴프레서;
    상기 컴프레서와 상기 냉매충진탱크 사이에 마련되는 제3 밸브; 및
    상기 카고 탱크와 상기 냉매충진탱크 사이에 마련되는 제4 밸브; 를 더 포함하는 재액화 사이클 냉매 충진 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 자동제어부에서는, 상기 카고 탱크의 압력이 냉매충진탱크의 압력보다 높으면 상기 제4 밸브를 개방하여 상기 카고 탱크로부터 상기 냉매충진탱크로 BOG를 공급하고, 상기 냉매충진탱크의 압력이 상기 카고 탱크의 압력보다 높으면 상기 제3 밸브를 개방하여 상기 컴프레서를 거쳐 압축된 BOG를 상기 냉매충진탱크로 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재액화 사이클 냉매 충진 시스템.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 혼합냉매 순환부는
    상기 혼합냉매를 압축하는 냉매컴프레서;
    상기 냉매컴프레서로부터 압축된 상기 혼합냉매를 공급받아 냉각하는 쿨러; 및
    상기 쿨러로부터 냉각된 상기 혼합냉매를 상기 증발가스와 열교환시켜 상기 증발가스를 재액화하는 열교환기; 를 포함하고,
    상기 냉매충진탱크로부터 상기 혼합냉매는 상기 냉매컴프레서의 전단으로 공급되는 것을 특징으로 하는 재액화 사이클 냉매 충진 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 혼합냉매 순환부의 유지보수 또는 상기 혼합냉매 순환부를 순환하는 상기 혼합냉매의 조성변화로 재액화 성능에 이상 발생 시 상기 혼합냉매 순환부의 상기 혼합냉매는 선내 GCU(gas combustion unit) 또는 상기 카고 탱크로 보내어 제거하고,
    상기 혼합냉매 순환부의 구동에 앞서 상기 혼합냉매 순환부에 필요한 혼합냉매의 조성으로 상기 냉매충진탱크에서 미리 상기 혼합냉매를 혼합하여 상기 혼합냉매 순환부로 공급하는 것을 특징으로 하는 재액화 사이클 냉매 충진 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020190019223A 2019-02-19 2019-02-19 재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법 KR102647309B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190019223A KR102647309B1 (ko) 2019-02-19 2019-02-19 재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190019223A KR102647309B1 (ko) 2019-02-19 2019-02-19 재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200101063A KR20200101063A (ko) 2020-08-27
KR102647309B1 true KR102647309B1 (ko) 2024-03-13

Family

ID=72237528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190019223A KR102647309B1 (ko) 2019-02-19 2019-02-19 재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102647309B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102371428B1 (ko) * 2020-10-13 2022-03-07 대우조선해양 주식회사 선박용 재액화 시스템의 냉매 충진 시스템 및 방법
KR102452415B1 (ko) * 2021-01-19 2022-10-07 대우조선해양 주식회사 선박용 재액화 시스템의 냉매 사이클 압력 조절 시스템
KR102603749B1 (ko) * 2021-10-22 2023-11-17 한화오션 주식회사 선박용 재액화 시스템의 냉매 충진 시스템
KR102538598B1 (ko) * 2021-10-29 2023-05-31 대우조선해양 주식회사 선박용 재액화 시스템의 누수 감지 시스템
CN114017988A (zh) * 2021-12-01 2022-02-08 上海齐耀动力技术有限公司 一种基于混合工质制冷技术的lng船用bog再液化循环系统
CN114017989A (zh) * 2021-12-01 2022-02-08 上海齐耀动力技术有限公司 Lng-bog再液化系统及其适用的混合冷剂

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101799695B1 (ko) * 2016-09-12 2017-11-20 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101751332B1 (ko) * 2015-10-07 2017-06-27 삼성중공업 주식회사 연료가스 공급시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101799695B1 (ko) * 2016-09-12 2017-11-20 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200101063A (ko) 2020-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102647309B1 (ko) 재액화 사이클 냉매 충진 시스템 및 방법
KR102084993B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR20130062006A (ko) Ｌｎｇ 증발가스의 재액화 장치 및 방법
KR102213508B1 (ko) 선박의 혼합냉매 충진 시스템 및 방법
US20240085101A1 (en) Refrigerant cycle pressure control system for reliquefaction system for ship
KR101707509B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR102376277B1 (ko) 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 그 운전방법
KR102371428B1 (ko) 선박용 재액화 시스템의 냉매 충진 시스템 및 방법
KR102376279B1 (ko) 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 그 운전방법
KR102654824B1 (ko) 선박의 연료공급시스템 및 방법
KR102539435B1 (ko) 액화가스추진 선박의 연료공급시스템 및 방법
KR102674448B1 (ko) 선박용 재액화 시스템의 냉매 시스템
EP4424582A1 (en) Blow-down method of reliquefaction system for ship
KR102603749B1 (ko) 선박용 재액화 시스템의 냉매 충진 시스템
US20240288217A1 (en) System and method for reliquefying boil-off gas of vessel
KR20240098228A (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템
KR20240098227A (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR102521170B1 (ko) 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법
KR102694829B1 (ko) 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법
KR102538600B1 (ko) 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법
KR102670766B1 (ko) 액화가스 운반선의 압력 제어 시스템 및 방법
EP4424585A1 (en) Leakage detection system of reliquefaction system for ship
KR102460402B1 (ko) 전력 절감형 액화가스 연료 선박 및 상기 액화가스 연료 선박의 증발가스 처리 방법
KR102631167B1 (ko) 선박용 연료가스공급시스템
KR20240118966A (ko) 선박용 재액화 시스템의 제어 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right