KR102649053B1 - 액화 가스 및/또는 액화 가스로부터 나오는 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치 및 방법 - Google Patents

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

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Abstract

액화 가스 및/또는 액화 가스로부터 나오는 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치 및 방법
특히 선박에 설치된 발전 설비(12)용 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치(10)로서;
상기 장치의 주된 특징은 상기 장치가:
- 선택적으로, 제1 NBOG 출구(45)를 가진 액화 가스 저장용 주 탱크(14);
- 액화 가스를 냉각시키는 수단(170);
- 상기 냉각 수단에 의해 냉각된 액화 가스를 저장하도록 설계된, 냉각된 액화 가스용 보조 탱크(30);
- 상기 주 탱크의 상기 제1 출구에 연결되도록 설계된 입구를 포함하는 제1 열교환 회로(40);
를 포함하고 있고
NBOG가 상기 회로에서 유동할 수 있고, 상기 제1 회로를 통과하여 유동하는 상기 NBOG가 상기 보조 탱크에 저장된 또는 상기 보조 탱크에서 나오는 냉각된 액화 가스에 의해 냉각되도록 상기 제1 회로가 상기 보조 탱크와 상호작용하도록 설계되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

액화 가스 및/또는 액화 가스로부터 나오는 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치 및 방법
본 발명은, 특히, 액화 가스 운반선과 같은, 선박이나 액화 가스를 연료로 하는 기계(liquefied-gas-fired machine)를 가진 설비에 설치된 발전 설비에 사용하기 위한 액화 가스 및/또는 액화 가스로부터 나오는 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래 기술은 주로 문헌 EP-A1 2 670 274를 포함한다.
천연 가스와 같은 가스를 장거리에 걸쳐서 보다 편리하게 운반하기 위해서, 상기 가스는, 상기 가스를 대기압하에서 극저온, 예를 들면 -163℃로 냉각시킴으로써 대체로 액화된다(액화 천연 가스 또는 LNG로 된다). 그리고 나서 상기 액화 가스가 특수 목적 선박에 실린다.
액화 천연 가스 탱커(tanker)와 같은, 액화 가스 운반선은 선박, 특히 선박의 추진 시스템 및/또는 선내 장비에 동력을 공급하는 발전 설비를 구비하고 있다.
상기와 같은 설비는 대체로 선박의 탱크에 실린 화물인 액화 가스로부터 공급되는 증발기로부터 발생하는 가스를 연료로 하는 열기관을 구비하고 있다.
문헌 FR-A-2 837 783에 따르면, 증발기 및/또는 선박을 추진시키는데 필요한 다른 시스템은 선박의 탱크들 중의 하나의 탱크의 바닥부에 있는 액중 펌프(submerged pump)를 이용하여 연료를 공급받는다.
액화 가스의 증발을 제한하기 위해서, 일반적인 관행은 액화 가스의 증기-액체 평형 곡선(vapour-liquid equilibrium curve)상의 변화를 고려하여, 액화 가스의 증발 온도를 상승시키도록 하는, 탱크 내의 압력하에서 액화 가스를 저장하는 것이다. 액화 가스가 훨씬 더 높은 온도에서 저장될 수 있다는 것을 고려하면, 이것은 액화 가스의 증발을 제한할 수 있다.
하지만, 가스의 자연적인 증발은 피할 수 없다. 이 현상은 (FBOG 즉 강제 증발 가스에 반대되는 것으로) NBOG 즉 자연 증발 가스로 알려져 있다. 가스가 선박의 탱크로부터 자연적으로 증발하면, 이것은 상기한 설비에 공급하기 위해서 사용된다. NBOG의 양이 상기 발전 설비의 연료 가스 요구를 충족시키기에 불충분한 경우(제1 경우)에는, 강제 증발 프로세스(forced boil-off process)에 의해 더 많은 연료 가스를 공급하기 위해서 탱크 내의 액중 펌프가 작동된다. NBOG의 양이 상기 발전 설비의 연료 가스 요구를 초과하는 경우(제2 경우)에는, 일반적으로 과잉 가스가 가스 연소 장치에서 연소되고, 이에 따라 연료 가스가 이 과정에서 손실된다.
현재의 기술에서는, 액화 가스의 증발률(BOR)은 점점 감소되고 있는 반면에, 선박 엔진은 점점 더 강력하게 되도록 탱크 설계형태가 개선되고 있다. 상기한 제1 경우와 제2 경우의 각각에 있어서, 체계적인 결과는 자연 증발 가스의 양과 선박의 동력 설비가 실제로 필요로 하는 양 사이에 큰 차이가 있다는 것이다.
따라서, 저장 탱크 내에 수용된 액화 가스에 대한 냉각 방안과, 상기 저장 탱크에서 발생된 BOG의 관리에 관심이 증가하고 있다. 이것은 WO-A1-2016/075399 특허 출원에 기술되어 있는 것과 같은 재액화 유닛 또는 냉각 수단을 포함한다. 이 문헌의 근본적인 사상은, 자연 증발 가스를 장기간에 걸쳐서 저장될 수 있게 하는 열역학적 상태에 자연 증발 가스를 유지시키면서, 자연 증발 가스를 제한하는 액화 가스 냉각 장치를 제시하는 것이다. 하지만, 상기 문헌에 기술된 열교환기 기술은 값이 비쌀 뿐만 아니고 비효율적이고, 아래에서 상세하게 설명할 다른 단점을 동일하게 가지고 있다.
게다가, 액체 운동과 환경적인 조건을 포함하여, 여러가지 요인이 NBOG의 발생에 영향을 미친다. 동일하게 선박의 에너지 요구는 수행되는 작업이나 항해 속력에 따라서 현저하게 다르다. 따라서, NBOG의 과잉량이 상당히 다를 수 있다는 것을 고려하면 효율적인 BOG 관리 방안을 개발하는 것이 곤란한 것으로 판명될 수 있다.
본 발명은 현재의 기술에 대해 간단하고 효과적이며 비용 효율적인 개량방안을 제공한다.
제1 실시형태에서, 본 발명은, 특히 선박에 설치된 발전 설비용으로 설계된 액화 가스 냉각 장치를 제안하고, 상기 장치는,
- 선택적으로, 액화 가스 저장용 주 탱크를 포함하고,
- 제1 파이프의 제1 단부에 연결된 입구를 가진 제1 냉각된 액화 가스 분리 드럼을 포함하고, 제1 파이프의 제2 단부는, 바람직하게는 상기 주 탱크의 바닥에서, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있도록 설계되어 있고; 상기 제1 파이프는 액화 가스를 상기 제1 드럼으로 공급할 수 있고;
- 상기 주 탱크에 대하여 상기 제1 드럼을 감압시키는 수단을 포함하고, 상기 수단은 상기 제1 드럼에 상기 주 탱크의 압력보다 낮은 동작 압력을 제공하도록 구성되어 있고;
- 증발 가스로 알려진, 상기 제1 드럼으로 공급하는 액화 가스의 적어도 일부분이 증발되고, 냉각된 액화 가스로 알려진, 상기 액화 가스의 적어도 다른 일부분(예를 들면, 나머지 부분)이 상기 제1 드럼의 상기 동작 압력에서 포화 온도로 냉각되도록, 상기 제1 파이프 및/또는 상기 제1 드럼의 상기 입구를 구비하는 증발 수단을 포함하고, 상기 제1 드럼은 상기 증발 가스를 상기 냉각된 액화 가스로부터 분리시키도록 설계되어 있고, 그리고
- 액화되어 있는 및/또는 가스 상태이고, 상기 주 탱크에 수용된 가스를 냉각시키기 위해서 상기 제1 드럼에 수용된 냉각된 액화 가스를 상기 제1 주 탱크에 공급하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우에, 이전보다 더 낮은 온도로 냉각되거나 냉각되어 있는 것은 상기 액화 가스이기 때문에, 상기 액화 가스는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스를 냉각시키고 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스의 온도를 조절하기 위해서 사용될 수 있다.
제1 드럼은 진공 증발기로서의 작동하고 진공 증발기 압축기로서 작용하는 제1 압축기와 결합되어 있다. 지속적으로, 가스의 증발 또는 감압은 냉각 에너지를 발생시킨다. 따라서 증발 수단은 냉각 수단으로 간주될 수 있다. 증발 수단, 진공 발생 수단 및 감압 수단은 본 발명과 유사하거나 심지어 동일한 원리를 공유한다. 본 발명에 따르면, 증발 수단은 제1 파이프 및/또는 상기 제1 파이프의 제1 드럼에 대한 연결 입구를 구비하고 있다. 제1 드럼은, 본 명세서에서 나중에 설명하겠지만, (추가적인) 증발 수단을 동일하게 형성할 수 있다.
따라서 본 발명은 이전 기술의 열교환기를 진공 증발기로 교체하여, 보다 많은 냉각 에너지를 발생시키고 주 탱크 내에 수용된 액화되어 있거나 및/또는 가스 상태인, 가스의 냉각 효율성을 향상시키는 방법을 제안한다.
주 탱크는, 본 발명에 따르면, 상기 장치의 하나의 구성요소로 간주되거나 간주되지 않을 수 있기 때문에 선택적인 요소이다. 예를 들면, 상기 장치는 주 탱크없이 제공될 수 있고, 따라서 주 탱크는 상기 장치로부터 배제된다. 다른 형태에서는, 예를 들면, 상기 장치가 선박에 직접 설치되고, 주 탱크와 결합되어 있으므로, 주 탱크는 본 발명에 따른 장치의 필수적인 구성요소이다.
바람직하게는, 팽창 또는 증발 단계 동안 작동하는 열교환기가 없다(열교환기의 단점은 핀치 효과에 의해 냉기의 손실을 발생시킨다는 것이다). 이전의 기술에 의하면, 이러한 열교환기의 사용은, 감압 후에 액체 상태로 남아 있는 가스의 가벼운 성분을 증발시키는 열교환기에 의해 상기 가벼운 성분 모두를 완전히 증발시키는 결과를 초래한다. 하지만, 감압과 열교환기만으로는 무거운 성분을 증발시킬 수 없다.
본 출원에서, 무거운 성분과 가벼운 성분은 각각, 무거운 가스 또는 높은 몰질량(high molar mass)을 가진 가스와 가벼운 가스 또는 낮은 몰질량(low molar mass)을 가진 가스로 이해되어야 한다. 본 발명의 하나의 실시례에서, 상기 액화 가스는 액화 천연 가스이다. 이 경우에는, 가벼운 가스가 메탄이다. 액화 천연 가스는 가벼운 성분들 중의 하나로서 수소를 포함할 수도 있다. 액화 가스의 경우에는, 비율적으로 소량인 무거운 성분이 프로판, 부탄 그리고 에탄(이것은 보다 높은 온도 또는 예를 들면, 동작 압력보다 낮은 압력에서 증발한다)을 포함할 수 있다. 액화 가스에서, 무거운 성분은 액화 가스의 총 질량의 5.2% 내지 49.8%에 해당한다. 예를 들면, 무거운 성분은 가벼운 성분보다 25% 내지 500% 더 높은 몰질량을 가진다.
이 장치는 예를 들면 아래의 사항인 다수의 개량사항을 제공한다:
- 완전히 주 탱크 외부에서 일어날 수 있는 냉각 프로세스로 인해 보다 간소화된 구조, 보다 쉬운 제어, 그리고 보다 안전한 사용이 가능하다;
- 동작 압력과 이에 따른 온도 강하로 인해, WO-A1-2016/075399 출원에 개시되어 있는 것과 같은, 이전의 기술의 열교환기에 의해 발생할 수 있는 핀치 효과의 제거에 의해 효율성이 향상된다: 1℃ 내지 2℃ 핀치 효과는 대략 15%의 냉각 에너지 손실이 발생되는 것에 해당한다;
- 다양한 요구에 기초하여 운반되고 사용될 수 있거나 장래의 사용을 위해 저장될 수 있는 냉각된 액화 가스의 형태로 냉각 에너지가 발생된다. 이것은, 저온 에너지(cold energy)가 아니라 고온 에너지(hot energy)가 필요한 단계인, NBOG가 없는 단계 동안 FBOG에 의해 발생된 에너지를 모으는 것에 의해 냉각 에너지가 발생될 수 있다는 것을 고려하면, 가장 유리하다.
- 반대로, 주 탱크, 특히, 선박의 주 탱크의 보통의 크기, 상기 탱크에 저장된 가스의 양, 상기한 이전의 출원에 개시되어 있는 것과 같은, 필수 냉각 장비의 크기를 고려해 볼 때, 상기 장비에 의해 축적된 냉각 에너지는 저장과 추후의 사용에 대해 불충분하다.
- 상기 액화 가스는 상기 드럼에서 상분리될 것이고 상기 설비에서 사용할 수 있는 가스만이 압축기와 같은, 진공 발생 수단에 의해 흡입될 것이다. 이런 식으로, 압축기를 손상시킬 수 있는, 액적이 압축기에 의해 흡입될 위험이 없다. 동작 압력 범위, 액화 가스 온도와 조성을 고려하면, 대개의 경우에는, 액화 가스가, 상기한 이전 출원에 개시되어 있는 것과 같은 열교환기에서 완전히 증발되지 않을 것이다. 예를 들면, 초기 구성, 다시 말해서 120mbara에서 액체의 비율이 0.12% 내지 32%이고, 800mbara(열교환기에서의 핀치 효과 때문에 이전의 출원에서 제안된 것과 같은 950mbara의 압력은 고려할 수 없다)에서는, 액체의 비율이 0.8% 내지 92%이다(상이한 액화 가스 조성으로 인해 큰 변화가 생긴다).
- 이전의 출원에서는, 상기 설비에 공급될 것을 요하는, 다시 말해서, 소비자(consumer)를 위한 모든 유동이 압축기를 통과하여야 한다. 이것은, 필요로 하는 FBOG의 양만이 NBOG의 양을 채우는데 사용되는 본 발명에서는 항상 그런 것은 아니다. 따라서, 압축기의 용량이 감소되고, 이로 인해 초기 투자 비용과 운영비를 줄일 수 있다. 게다가, 상기 장치의 각각의 구성요소가 손실을 발생시키기 때문에, 상기 장치에서 유동하는 양을 제한하는 것이 전반적으로 더욱 효율적이다. 최종적으로, 제안된 장치는 선박의 종래의 동력 설비에 쉽게 설치될 수 있고, 이로 인해 현재의 환경에 대한 충격을 줄이고 선박용 연료 가스 작동 엔진을 설계하는데 있어서 보다 많은 융통성을 제공한다.
- 바람직하게는, 상기 드럼이 주 탱크의 외측에 배치되어 있어서, 상기 장치를 보다 쉽게 보다 안전하게 사용할 수 있다.
전체적으로, 펌프를 이용하여 열교환기에 액화 가스를 공급하는 것에 의해 추가적인 BOG가 발생되는 경우의 선박에 통상적으로 설치된 장치와 비교하여, 이 장치는 증발 과정에서의 총에너지 소비량을 31% 내지 38%만큼 감소시킨다. 궁극적인 목적은 선박에서 보통으로 소비되는 증발 에너지(엔탈피)를 수집하는 것에 의해서 냉각 에너지를 발생시키는 것이다. 선박의 사양, 특히, 선박의 항해 속도, 엔진 효율성 등에 따라서, 상기 장치는 선박의 항해 동안(선박의 귀항, 선박의 상업적인 운행 및 운하로 들어가기 전의 기다리는 시간을 포함하여) 발생된 열의 175%까지의 냉각 능력을 발생시킨다.
상기 주 탱크의 압력은 정수두(hydrostatic head)로 인해 상기 탱크의 깊이에 따라 달라질 수 있다.
본 출원에서, 탱크 또는 통의 "바닥(bottom)" 이라는 표현은 탱크의 바닥판으로부터 적어도 1미터에 있는 위치로 이해되어야 하고, 상기 바닥판은 운행하는 동안 지구의 중심에 가장 가까운 탱크의 벽이다. 바람직하게는, 펌프가 가능한 가장 낮은 충전 레벨에서 작동할 수 있도록, 펌프는 가능한 한 상기 바닥에 근접하여 배치되어 있다(바닥으로부터의 거리는 바닥에 너무 가까이 있는 펌프는 시동하기가 어려울 수 있다는 사실로 인해 제한된다).
본 발명에 따르면, 상기 장치는 아래의 특징들 중의 하나 이상을 개별적으로 또는 서로 결합하여 포함할 수 있다:
- 상기 제1 드럼은 분리 및/또는 팽창 드럼이다;
- 상기 제1 드럼의 적어도 일부분, 및/또는 상기 제1 파이프의 적어도 일부분, 및/또는 상기 증발 수단의 적어도 일부분이 상기 주 탱크 내부에 수용되어 있거나 수용되도록 설계되어 있다;
- 상기 제1 드럼은 액화 가스만 사용하도록 설계되어 있다;
- 바람직하게는, 상기 제1 파이프의 액화 가스 압력이 상기 주 탱크 내부의 상기 제1 파이프의 잠긴 부분에 의해 발생된 정수압보다 더 높다;
- 바람직하게는, 제1 파이프에서 액화 가스의 냉각을 제한하기 위해서 상기 감압 수단 전의 상기 제1 파이프의 직경은 가능한 한 짧다(냉각 손실을 제한한다);
- 바람직하게는, 상기 제1 파이프는 상기 주 탱크에 축적된 액화 가스가 상기 감압 수단에 도달할 때까지 액체 상태를 유지하도록 설계되어 있다. 비록 주 탱크에서의 잠김 높이(immersion height)로부터 발생하는 정수압이 감소하기 때문에 제1 파이프에서 압력이 강하되더라도, 상기 압력은 상기 가스를 액체 상태로 유지시키기에 충분히 높게 유지된다;
- 예를 들면, 감압 수단의 입구에서 제1 파이프의 압력은 대략 1bar이다. 제1 파이프 내부에서 액화 가스가 약간만 가열되기 때문에, 상기 액화 가스는 대략 1bar에서 상기 액화 가스를 액체 상태로 유지시키는 온도(예를 들면, 대략 -160 ℃)로 유지된다;
- 상기 증발 수단은 밸브, 예를 들면, JT 밸브 즉 주울 톰슨 밸브, 및/또는 상기 밸브 뒤에 배치된 제1 파이프의 일부분을 포함한다;
- 바람직하게는, 제1 파이프의 상기 일부분에서 상기 밸브 바로 뒤에서 축적된 액화 가스의 증발이 발생한다(대개의 경우에, 80% 또는 90%보다 많게). 상기 액화 가스는 "플래시(flash)" 증발 효과에 의해 발생된 진공(자발적인 진공(spontaneous vacuum))으로 인해 상기 파이프 부분에서 동일하게 냉각된다;
- 증발된 가스가 더 큰 부피를 차지하는 것을 고려하면, 충분한 유동률을 가질 수 있도록 이 파이프 부분의 직경은 상기 밸브 전에 배치된 상기 제1 파이프 부분의 직경보다 더 큰 직경으로 될 수 있다;
- 다른 형태에서는, 상기 밸브와 제1 드럼 사이의 상기 파이프 부분이 단축되거나 존재하지 않으면, 증발이 상기 제1 드럼에서 주로 또는 거의 항상(80%보다 높은 비율로) 발생할 수 있다. 이 경우에, 제1 드럼이 충분한 부피를 가지고 있지 않으면, 연속적인 작동이 이루어질 수 없다. 따라서, 특히, 아래에 기술된 보조 탱크에, 제1 드럼을 비우기 위해, 진공("플래시")의 생성 후에, 새로운 압력에서 끓는 온도 바로 위의 온도에서 액화 가스의 증발과 냉각이 완전히 일어나기를 기다려야 할 것이다. 이 경우에, 상기 밸브, 예를 들면, JT 밸브를, 2-단계 밸브(온-오프 밸브, 다시 말해서, 100% 오프/100% 온 밸브)로 교체할 수 있다;
- 상기 진공 발생 수단은 상기 제1 드럼의 제1 가스 출구에 연결된 입구와, 특히, 상기 발전 설비에 연료 가스를 공급하도록 설계된 출구를 가진 적어도 하나의 제1 압축기를 포함하고 있고, 상기 제1 압축기는 상기 제1 드럼 내부로 상기 증발 가스의 적어도 일부분을 흡입하고 상기 동작 압력을 제1 상기 드럼에 작용시키도록 설계되어 있다. 다른 형태에서 또는 추가적인 특징으로서, 상기 진공 발생 수단이 상기 제1 드럼의 액체 출구에 연결된 입구를 가진 적어도 하나의 펌프를 포함하고 있다. 이 형태에서는, 적어도 하나의 압축기가 상기 제1 드럼 내에 수용된 증발 가스를 추출하기 위해서 사용될 수 있다;
- 상기 공급 수단은 상기 제1 드럼의 제2 냉각된 액화 가스 출구에 연결된 제1 단부와 상기 주 탱크에 설치되도록 설계된 적어도 하나의 제2 단부를 가진 제2 파이프를 포함하고 있고, 상기 제2 파이프는 상기 제1 드럼으로부터 나온 상기 냉각된 액체 가스의 적어도 일부분을 상기 주 탱크에 주입하도록 설계되어 있다. 상기 제2 파이프를 이용하여 제1 드럼을 상기 주 탱크에 연결시키는 것은 직접적인 형태 또는 간접적인 형태로 될 수 있다. 다시 말해서, 상기 제2 파이프는 다른 유체 연통 구성요소를 포함하거나 상기 다른 유체 연통 구성요소와 결합될 수 있거나, 또는 상기 구성요소들이 사이에 배치되는 복수의 부분으로 분할될 수 있다. 이것은 본 발명의 범위 내에서 언급한 모든 파이프에 대해서 그러할 수 있다;
- 액체 및/또는 기체 상태로 된 가스는, 특히, 상기 제2 파이프를 통하여, 주 탱크로 주입될 수 있다. 가스와 증기의 혼합물이 상기 주 탱크로 주입될 수 있다. 상기와 같은 혼합물이 상기 탱크의 바닥으로 재주입되는 경우, 상기 혼합물의 가스 성분은 상기 가스의 정수압과 주 탱크 내부의 액화 천연 가스의 온도하에서 재응결되기 쉬울 것이다. 이것은 주 탱크 내의 압력 강하를 늦출 수 있다;
- 상기 장치는, 액화 가스를 상기 제1 파이프를 통하여 상기 제1 드럼으로 유동시키도록, 바람직하게는 주 탱크의 바닥에서, 상기 주 탱크 내부에 수용된 상기 액화 가스에 잠기도록 설계되어 있으며 상기 제1 파이프의 상기 제2 단부에 연결된 제1 펌프를 포함하고 있다. 다른 형태에서는, 상기 장치가 제1 펌프를 구비하지 않는다. 예를 들면, 이것은 제1 드럼과 제1 파이프가 상기 제1 탱크에 배치되어 있는 경우이다;
- 상기 장치는 상기 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 제2 파이프를 통하여 상기 제1 드럼으로부터 상기 주 탱크로 곧바로 유동시키도록 상기 제2 파이프에 연결된 제2 펌프를 포함하고 있다. 다른 형태에서는, 예를 들면, 제1 드럼이 미리 정해진 레벨까지 액화 가스를 공급받고, 그 후에, 상기 액화 가스의 냉각과 부분적인 증발을 일으키도록 감압되는 단속적인 작업(intermittent operation)의 경우에는, 상기 제2 펌프가 필요하지 않을 것이다. 이것은 상기 주 탱크의 압력과 대체로 동등한 수준까지 상기 제1 드럼의 압력을 상승시킬 것이고, 이것은 제2 펌프를 선택적인 것으로 만들기에 충분할 것이다;
- 제1 파이프는 상기 제1 드럼에서 진공이 발생될 때 폐쇄되도록 설계된 될 수 있는 온/오프 밸브를 구비하고 있다;
- 제1 펌프 또는 제2 펌프는 선박에 설치된 연료 펌프 또는 빌지 펌프(bilge pump)일 수 있다. 통상적으로, 이러한 펌프는 대략 25t/h 내지 30t/h의 최대 배출량을 전달하도록 설계되어 있다. 다른 형태에서는, 특히, 제1 펌프에 대해서, 더 많은 최대 배출량을 가진 펌프가 사용될 수 있고, 상기 펌프는 300t/h의 최대 배출량 또는 바람직하게는 2,500t/h에 이르는 최대 배출량을 제공할 수 있다;
- 제1 드럼, 제2 압축기 그리고 제1 펌프로 이루어진 조립체가 진공 증발 수단(또는 진공 증발기)로서 작동한다. 대체로, 본 발명에서는, 드럼, 압축기 및 펌프로 이루어진 장치가 진공 증발 수단으로 간주된다;
- 바람직하게는, 상기 증발 수단은 상기 증발 수단이 가스 압력을 제1 드럼의 동작 압력으로 낮추도록 배치되어 있다;
- 상기 제1 압축기의 상기 제2 출구는 연료 가스를 상기 발전 설비로 공급하도록 설계된 출구를 가진 제2 압축기의 입구에 연결되어 있다;
- 상기 제2 파이프는, 냉각된 액화 가스를 상기 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 있다. 따라서 상기 냉각된 액화 가스는 상기 주 탱크에 수용된 가스 및/또는 액화 가스로 주입될 수 있다;
- 보조 탱크에 냉각된 액화 가스를 공급하고 이 냉각된 액화 가스를 상기 보조 탱크 내에 저장하도록 상기 제1 압축기의 제2 출구가 보조 탱크의 제1 입구에 연결되어 있다;
- 상기 보조 탱크는 상기 제1 드럼의 상기 동작 압력보다 높은 압력에서 상기 냉각된 액화 가스를 수용하도록 설계되어 있다. 이와 같이 상기 보조 탱크는 제1 드럼에 비하여 과압되어 있고, 예를 들면, 대기압하에 있다. 상기 보조 탱크가 많은 양의 가스를 저장하도록 설계될 수 있다는 점을 고려하면, 상기 보조 탱크는 보다 저렴하게 될 수 있다. 이것이 보조 탱크의 하나의 장점이다. 따라서, 상기 설비의 수요가 자연 증발보다 작을 경우에 자연 증발이 감소되도록, 냉각된 가스는 상기 설비의 수요가 자연 증발보다 많을 경우에 제1 드럼에 축적될 수 있고, 그 후에, 주 탱크로 배출될 수 있다;
- 상기 보조 탱크에 수용된 냉각된 액화 가스는 과냉각된 액화 가스로 간주될 수 있다. "과냉각된" 이라는 표현은 상기 가스가 상기 가스가 받고 있는 압력에서 끓는점(다시 말해서, 포화 온도)보다 확실히 낮은 온도에 있다는 것을 의미한다. 보조 탱크에서는, 액화 가스의 압력이 액화 가스가 과냉각된 것으로 간주될 수 있도록 하는 압력이다;
- 보조 탱크는, 특히 BOG를 위한, 액체-냉각 열교환기로서 작동한다;
- 상기 제2 펌프는 상기 제1 드럼의 상기 제2 출구와 상기 보조 탱크의 상기 제1 입구 사이에 배치되어 있다;
- 상기 보조 탱크는 상기 제2 파이프에 연결되어 있는 상기 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 위한 제1 출구를 포함하고 있고, 상기 제2 파이프는 상기 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 보조 탱크로부터 상기 주 탱크로 곧바로 운반하도록 설계되어 있다;
- 상기 장치는 적어도 하나의 열교환 회로를 포함하고 있고, 상기 적어도 하나의 열교환 회로는 상기 보조 탱크에 저장되어 있거나 상기 보조 펌프로부터 나오는 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분에 의해 상기 열교환 회로 내부에서 유동하는 액체를 냉각시키도록 설계되어 있다. 이 열교환 회로는 상기 보조 탱크 내에 배치되거나, 상기 보조 탱크에 부착되거나, 상기 보조 탱크와 결합되거나, 상기 보조 탱크로부터 분리될 수 있다. 냉각된 액화 가스 도관은, 예를 들면, 완전한 열교환기의 일부분이 될 수 있는, 상기 열교환 회로의 역할을 대신하기 위해서 사용될 수 있다. 다른 형태에서는, 상기 열교환 회로 내에 유동하는 액체를 냉각시키기 위해서 사용되는 냉각된 액화 가스가, 예를 들면, 주 탱크 또는 제1 드럼과 같은, 다른 소스(source)로부터 나올 수 있다;
- 상기 보조 탱크와 상기 열교환 회로의 결합은, 액체 가스가 냉각되어 있다는 사실로 인해 자연 증발 가스(예를 들면, 보조 탱크의 입구에서 증기 상태인 가스가 -80℃ 내지 -160℃의 온도, 또는 보다 정확하게는, -100℃ 내지 -140℃의 온도를 가진다)와 액체 가스 사이의 온도 차이에 비해 열교환기에 대한 핀치 효과가 작다는 것을 고려하면, 매우 우수한 결과로, 자연 증발을 재조정하는데 도움이 된다. 물론, 동일한 장점이, 보조 탱크가 없는 경우에 상기 제1 드럼 또는 상기 주 탱크로부터 나오는 냉각된 가스와의 교환을 통하여 얻어질 것이다. 다시 말해서, 냉각된 액화 가스는 보조 탱크, 제1 드럼 및/또는 주 탱크에 저장될 수 있다;
- 상기 열교환 회로는 상기 주 탱크의 NBOG 출구에 연결된 입구를 포함하고 있다. 이와 관련하여, 상기 열교환 회로는, 주로 액체 가스가 냉각되어 있다는 사실로 인해, 자연 증발 가스와 액체 가스 사이의 온도 차이를 고려하면 열교환기에 대한 핀치 효과가 작을 수 있기 때문에, 매우 우수한 결과로 주 탱크의 자연 증발을 재조정할 수 있다;
- 상기 회로 입구는, 상기 주 탱크의 상기 출구로부터 나오는 NBOG를 공급받는, 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기와 같은, 적어도 하나의 압축기의 상기 출구에 연결되어 있다. 따라서 NBOG는 냉각된 액체 가스를 가진 열교환 회로 또는 열교환기로 유입되기 전에 압축된다(이것은 NBOG의 온도를 상승시킨다);
- 상기 회로의 상기 입구는, 제1 열교환기의 1차 회로에 의해, 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기와 같은, 적어도 하나의 압축기의 상기 출구에 연결되어 있고, 상기 제1 열교환기는 상기 주 탱크의 상기 NBOG 출구에 연결된 하나의 입구와 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기의 상기 입구에 연결된 하나의 출구를 가진 2차 회로를 포함하고 있다. 주 탱크에 축적된 NBOG는 상기 2차 회로를 통과하는 동안 가열될 것이고, 이것은, 상기 NBOG가 상기 설비의 수요에 응하기 위해서 사용되면 어떤 경우에도 상기 NBOG가 가열되어야 하는 것을 고려하면 문제가 되지 않을 것이다. 바람직하게는, 모든 NBOG(이것의 일부가 상기 설비에 공급된다)와 이 NBOG의 압축된 부분(상기 설비에 완전히 공급된 후 재응결되는 과잉 부분) 사이에 사전 교환이 있다(이것은 NBOG가 냉각된 액체 가스보다 덜 차갑기 때문에 초기에 발생되어야 한다);
- 상기 열교환 회로는 제2 드럼의 입구에 연결된 출구를 포함하고 있고, 상기 제2 드럼은 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크에 주입하기 위해서 상기 제2 파이프에 연결된 제1 냉각된 액화 가스 출구를 포함하고 있다. 다른 형태에서는, 상기 장치가, 예를 들면, 주 탱크의 바닥에서, 혼합물 중의 가스 성분의 일부를 주 탱크로 재주입하도록 설계될 수 있고, 상기 가스 성분은 상기 가스의 정수압과 주 탱크 내의 액화 가스의 온도하에서 재응결되기 쉬울 것이다;
- 상기 제2 드럼은 드럼 및/또는 상분리기(phase separator)이다;
- 상기 회로의 상기 출구는, 단열 팽창에 의해 가스의 온도를 낮추기 위해서, 주울 톰슨(JT) 밸브와 같은, 밸브에 의해 상기 제2 드럼의 상기 입구에 연결되어 있다. 따라서, NBOG는 팽창될 수 있다. 열교환기 또는 열교환 회로의 양 측에서의 가압/감압이 NBOG 온도를 낮출 수 있고, 이것에 의해 보다 많은 NBOG를 응결시킬 수 있다;
- 상기 장치는, 상기 주 탱크의 액화 가스에 잠겨 있는 제3 펌프의 출구에 연결된 입구와 상기 냉각된 액화 가스 출구를 가진 1차 회로뿐만 아니라, 상기 제1 파이프에 연결된 입구와 상기 제1 드럼의 입구에 연결된 출구를 가진 2차 회로를 가진 제2 열교환기를 포함하고 있다;
- 상기 제2 열교환기의 1차 회로 출구는 상기 보조 탱크에 냉각된 액화 가스를 공급하기 위해서 상기 보조 탱크의 입구에 연결되어 있다;
- 상기 장치는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 펌프 및/또는 파이프 외에는 어떠한 다른 구성요소도 가지고 있지 않다;
- 상기 액화 가스는 가스 또는 순물질(pure substance)을 포함하는 적어도 하나의 소위 "순수한(pure)" 성분을 포함하고 있고, 상기 냉각된 액화 가스뿐만 아니라 상기 증발 가스도 적어도 하나의 순수한 부분을 포함하고 있다. 상기 액화 가스가 액화 천연 가스인 경우, 상기 순수한 성분은 메탄으로 이루어질 수 있다.
본 출원에서, "순수한" 이라는 표현은 여러 물질 또는 여러 화학종의 혼합물이 아니고 하나의 물질 또는 화학종(chemical species)으로 이해하여야 한다. 상기 순수한 가스는 가벼운 가스 또는 무거운 가스일 수 있다.
본 발명은 또한 선박, 특히, 적어도 상기한 것과 같은 장치를 구비한, 액화 가스 운반선에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기한 것과 같은 장치를 이용하여, 특히 선박에 설치된, 발전 설비에 사용하기 위한 액화 가스를 냉각시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은
- 수집 온도에서 상기 제1 파이프에 수집되는, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스를 수집하는 단계 A;
- 상기 수집된 가스의 일부분은 팽창 효과로 인해 증발하고, 특히 상기 수집된 가스가 팽창 압력에서 포화 온도로 냉각되는 사실로 인해, 남아있는 수집된 가스의 일부분이 액체 상태로 남으며 상기 수집 온도보다 낮은 온도로 냉각되도록, 상기 수집 온도에서 수집된 상기 가스의 포화 증기압보다 낮은 팽창 압력에서 상기 수집된 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 일부분을 상기 발전 설비에 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 한 물질의 기체 상태가 주어진 온도에서 상기 물질의 액체 상태 또는 고체 상태와 평형을 이루고 있는 압력이다.
본 발명에 따르면, 주 탱크로 배출된 액화 가스를 냉각시키기 위해 증발 공간에서의 부압(negative pressure)과 냉각, 그리고 상기 증발 공간과 드럼 내부의 액화 가스 사이의 열교환을 이용하는 대신에, 상기 드럼에서의 플래시 증발이 이용되고 그 결과로 초래된 냉각된 액체가 주 탱크로 복귀된다. 주된 장점은 증발 공간과 상기 드럼 내의 액화 가스 사이의 열교환으로 인한 핀치 효과가 배제되는 것이다.
본 발명의 하나의 실시례에서, 수집된 액화 가스는 메탄과 같은 순수한 가스로 이루어져 있다. 이 경우에는, 상기 제1 파이프에서 유동하는 액화 가스가, 예를 들면, 메탄을 함유하는 액화 천연 가스와 같은, 순수한 가스를 포함하는 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은 아래의 단계들 또는 특징들 중의 하나 또는 수개를 각각 따로따로 또는 서로 결합하여 포함할 수 있다.
- 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스를 냉각시키기 위해, 단계 E가 냉각된 액화 가스를 상기 제2 파이프 내에서 유동하게 함으로써 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크로 주입하는 것을 포함한다;
- 상기 방법은 냉각된 액화 가스의 액적을 상기 주 탱크에 수용된 가스에 분무하는 단계를 포함하고, 이 가스는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스의 액위(level)보다 위에 배치되어 있다;
- 상기 방법은 상기 제1 드럼의 상기 제1 출구에서 나오는 가스를 압축하는 단계를 포함한다;
- 상기 제1 드럼의 압력은 120mbara 내지 950mbara이고, 및/또는 상기 주 탱크의 압력은, 특히 대기압 탱크에 대해서는, 20mbarg 내지 700mbarg, 20mbarg 내지 350mbarg, 또는 20mbarg 내지 250mbarg이고, 여압 탱크(pressurised tank)에 대해서는 10mbara 이하의 압력이고, 및/또는 팽창에 의해 발생되는 증발률은 0.94% 내지 15.18%이고, 및/또는 상기 제1 파이프에서의 유량은 18.09t/h 내지 374.7t/h이고, 및/또는 상기 제1 드럼에서의 냉각된 액화 가스 생산량은 15.35t/h 내지 371.6t/h이고, 및/또는 보조 저장고가 1312m3 내지 86037m3의 내부 용적 또는 수용 용량을 가지고 있고, 및/또는 액화 가스 또는 NBOG의 수집과 이 가스의 냉각 후의 냉각된 가스 온도는 -159℃ 내지 -180.4℃이고, 및/또는 압축된 NBOG의 팽창에 의해 발생되는 증발률은 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 1차 회로 내에서 유동하는 액체와의 열교환에 의해 예열되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 주 탱크에 수집된 액화 가스가, 상기 보조 탱크로 주입되기 전에, 상기 2차 회로 내에서 유동하는 액체와의 열교환에 의해 예냉되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 제1 압축기 또는 제2 압축기에서 나오는 가스가 상기 보조 탱크에 수용된 냉각된 액화 가스와의 열교환에 의해 냉각되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기에서 나오는 가스가, 상기 보조 탱크에서 냉각되기 전에, 상기 주 탱크에 수집된 NBOG와의 열교환에 의해서 예냉되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 주 탱크에 수집된 NBOG가 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기에 의해 압축되기 전에 예열되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 제2 드럼을 채우기 전에, 상기 제2 드럼에 공급하기로 된 가스의 압력 및/또는 온도가 낮아지는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 냉각된 액화 가스가 상기 제2 파이프를 통하여 상기 주 탱크에 주입되는 단계를 포함한다. 이것은, BOG의 생성을 제한하기 위해서, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스를 냉각시키는데 기여한다;
- 상기 방법은, 가스가 상기 제2 드럼으로부터 상기 제2 압축기로 곧바로 운반되는 단계를 포함한다. 상기 가스는 압축 후에 상기 설비에서 사용될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기한 것과 같은 시스템을 이용하여, 연료 가스를, 특히 선박에 설치된, 발전 설비로 공급하는 방법/프로세스에 관한 것으로서, 상기 방법은
- 수집 온도에서 상기 제1 파이프에 수집되는, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스를 수집하는 단계 A;
- 상기 수집된 가스의 일부분은 팽창 효과로 인해 증발하고, 특히 상기 수집된 가스가 팽창 압력에서 포화 온도로 냉각되는 사실로 인해, 남아있는 수집된 가스의 일부분이 액체 상태로 남으며 상기 수집 온도보다 낮은 온도로 냉각되도록, 상기 수집 온도에서 수집된 상기 가스의 포화 증기압보다 낮은 팽창 압력에서 상기 수집된 가스를 팽창시키는 단계 B;
- 액화 가스로 상기 제1 드럼을 채우고, 특히 중력에 의해, 상기 제1 드럼에서 상기 냉각된 액화 가스로부터 상기 액화 가스를 분리시키는 단계 C;
- 보조 탱크가 상기 제1 드럼으로부터 냉각된 액화 가스를 공급받고, 상기 냉각된 액화 가스가 상기 보조 탱크에 저장되는 단계 F;
- NBOG가 상기 주 탱크에 수집되고 예열되는 단계 G;
- 상기 제1 드럼에서 나오는 NBOG와 예열된 NBOG가 압축되는 단계 H;
- 상기 압축된 가스가 상기 발전 설비로 공급되는 단계 I;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은 아래의 단계들 또는 특징들 중의 하나 또는 수개를 각각 따로따로 또는 서로 결합하여 포함할 수 있다.
- 단계 A, 단계 B, 단계 C 그리고 단계 F는 계속되는 프로세스이다;
- 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, 액화 가스가 상기 보조 탱크로부터 수집되어 상기 주 탱크로 주입되는 단계를 포함한다;
- 냉각된 액화 가스는 상기 주 탱크의 액화 가스 및/또는 증발 가스로 직접 주입된다.
제2 실시형태에 있어서, 본 발명은 특히 선박에 설치된 발전 설비용 NBOG 냉각 장치를 제안한다;
상기 장치의 주된 특징은 상기 장치가
- 선택적으로, 제1 NBOG 출구를 가진 액화 가스 저장용 주 탱크;
- 상기 주 탱크의 액화 가스 수집 수단 및 액화 가스 냉각 수단;
- 상기 냉각 수단에 의해 냉각된 액화 가스를 저장하도록 설계된 냉각된 액화 가스용 보조 탱크; 그리고
- 상기 주 탱크의 상기 제1 출구에 연결된 입구를 포함하는 제1 열교환 회로로서, NBOG를 상기 제1 열교환 회로에서 유동하게 하고, 상기 제1 열교환 회로를 통과하여 유동하는 상기 NBOG가 상기 보조 탱크에 저장되어 있거나 상기 보조 탱크로부터 나오는 냉각된 액화 가스에 의해 냉각되도록 상기 보조 탱크와 상호작용하도록 설계되어 있는, 상기 제1 열교환 회로;
를 포함하는 것이다.
상기 주 탱크는, 본 발명에 따르면, 상기 장치의 하나의 구성요소로 간주되거나 상기 장치의 하나의 구성요소로 간주되지 않을 수 있기 때문에 상기 주 탱크는 선택적인 것이다. 예를 들면, 상기 장치는 주 탱크없이 제공될 수 있고, 따라서 상기 주 탱크는 상기 장치로부터 배제된다. 다른 형태에서는, 상기 장치가, 예를 들어, 선박에 직접 설치되어 주 탱크와 결합되고, 따라서 상기 주 탱크는 본 발명에 따른 장치의 필수적인 구성요소이다.
따라서, 상기 해결방안은, 예를 들면, BOG를 냉각시키는 것에 의해서, 선박에 사용하기에 적합한 장치에서 BOG를 관리하는데 있어서 개량사항을 제안한다. 이것은
- NBOG의 최대 생산량을 관리하는데 필요한 것보다는, 과잉의 NBOG를 관리하는데 필요한 것에 대해서만 냉각 수단의 용량을 제한하는 것;
- 필요하면, 냉각된 액화 가스와 같은 냉기 공급원이 저장될 수 있는 동안 연속적으로 사용될 수 있는 이 수단의 이용률을 최적화하는 것; 그리고
- 발생된 냉각 능력이 필요할 때 적절하게 사용되는 것을 보장하는 것;
에 기여할 것이다.
상기 해결방안은 모든 종류의 액체 냉각 수단에 적합할 것이다. 이 경우에, 상기 액체는 탱크로부터 나오고, 보조 탱크에서 냉각되고 그리고 최종적으로 냉각된 상태로 유지될 상기 탱크로 복귀되는 BOG이다.
본 발명에 따르면, 상기 장치는 아래의 특징들 중의 하나 이상을 개별적으로 또는 서로 결합하여 포함할 수 있다:
- 제1 분리 드럼으로서, 상기 제1 드럼에 냉각된 NBOG와 냉각된 액화 가스를 형성하는 재응결된 NBOG를 공급하기 위해서 상기 제1 회로의 출구에 연결된 하나의 입구를 가지고, 상기 제1 드럼은 제1 NBOG 출구와 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크에 주입하기 위해서 상기 주 탱크에 연결된 제2 냉각된 액화 가스 출구를 포함하고 있다;
- 상기 제2 탱크는 상기 제1 드럼의 동작 압력보다 높은 압력에서 냉각된 액화 가스를 수용하도록 설계되어 있다;
- 상기 장치는 상기 주 탱크의 상기 제1 NBOG 출구 및/또는 상기 제1 드럼의 상기 제1 NBOG 출구에 연결된 입구를 가진 부터 상기 제1 자연 증발 가스 출구에 연결된 하나의 입구를 가진 적어도 하나의 제1 압축기를 포함한다;
- 상기 냉각 수단은, 상기 보조 탱크 내의 액화 가스 또는 상기 보조 탱크로부터 나오는 액화 가스와의 열교환에 의해 상호작용하도록 설계된 제2 열교환 회로를 포함하고, 이 제2 열교환 회로는 상기 액화 가스를 냉각시키기 위해서 냉각 액체를 운반한다. 이 과정에서, 냉각된 액화 가스는 이와 같이 상기 보조 탱크 내부에서 직접 만들어진다;
- 상기 냉각 수단은:
■ 제1 파이프의 제1 단부에 연결된 하나의 입구를 가진 제2 드럼을 포함하고, 제1 파이프의 제2 단부는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가 스에 잠겨 있고, 상기 제1 파이프는 액화 가스를 상기 제2 드럼으로 공급할 수 있고; 그리고
■ 상기 제2 드럼의 제1 냉각된 액화 가스 출구에 연결된 제1 단부 와, 냉각된 액화 가스를 상기 보조 탱크에 공급하기 위해서 상기 보 조 탱크에 연결된 제2 단부를 가진 제2 파이프를 포함한다;
- 상기 제2 드럼은 분리 및/또는 팽창 드럼이다;
- 상기 장치는, 상기 주 탱크의 액화 가스 출구에 연결된 입구와 냉각된 액화 가스 출구를 가지고 있는 1차 회로뿐만 아니라, 상기 제1 파이프에 연결된 입구뿐만 아니라 상기 제2 드럼의 입구에 연결된 출구를 가진 2차 회로를 가진 제1 열교환기를 포함한다;
- 상기 제2 열교환기는 상기 주 탱크의 액화 가스에 잠겨 있지도 않고 상기 주 탱크에 설치되어 있지도 않다;
- 상기 제2 열교환기의 1차 회로 출구는 상기 보조 탱크에 냉각된 액화 가스를 공급하기 위해서 상기 보조 탱크의 입구에 연결되어 있다;
- 상기 장치는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 펌프 및/또는 파이프 외에는 어떠한 다른 구성요소도 가지고 있지 않다;
- 상기 1차 회로의 상기 입구는 상기 주 탱크의 액화 가스에 잠기도록 되어 있는 제3 펌프의 출구에 연결되어 있다;
- 상기 장치는:
■ 액화 가스를 상기 제1 파이프를 통하여 상기 주 탱크로부터 곧바 로 상기 제2 드럼으로 유동시키도록, 상기 제1 파이프의 상기 제2 단부에 연결되어 있으며 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠기도 록 설계된 제1 펌프; 그리고
■ 냉각된 액화 가스를 제2 드럼으로부터 곧바로 상기 보조 탱크로 유동시키도록, 상기 제2 파이프에 연결된 제2 펌프;
를 포함한다.
- 상기 제1 파이프는 상기 증발 수단을 포함한다;
- 상기 장치는 상기 주 탱크의 상기 제1 NBOG 출구에 연결된 입구를 가진 적어도 하나의 제2 압축기를 포함한다;
- 상기 제2 압축기는 상기 제1 회로의 상기 입구에 연결된 출구를 가지고 있다;
- 상기 제2 압축기의 상기 입구는 동일하게 상기 제2 드럼의 제2 가스 출구 및/또는 상기 제1 드럼의 제2 가스 출구에 연결되어 있다;
- 상기 제2 압축기의 상기 입구는 상기 제1 압축기의 출구에 연결되어 있다;
- 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기는 특히 상기 발전 설비에 연료 가스를 공급하도록 설계된 출구를 가지고 있다;
- 상기 제1 회로의 상기 입구는 제2 열교환기의 1차 회로에 의해 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기의 상기 출구에 연결되어 있고, 상기 제2 열교환기는 상기 주 탱크의 상기 제1 NBOG 출구에 연결되어 있는 하나의 입구와 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기의 상기 입구에 연결된 하나의 출구를 가진 2차 회로를 가지고 있다:
- 상기 보조 탱크는 상기 주 탱크에 연결되도록 설계된 제2 단부를 가진 제3 냉각된 액화 가스 파이프의 제1 단부에 연결되어 있고, 상기 제3 파이프는 상기 냉각된 액화 가스의 적어도 일부분을 상기 보조 탱크로부터 곧바로 상기 주 탱크로 운반하도록 설계되어 있다;
- 상기 제3 파이프는 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크에 주입하기 위해서 상기 주 탱크에 배치된 분무기 붐 및/또는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 플런저를 가지고 있다;
- 상기 제1 회로의 상기 입구는, 제2 열교환기의 1차 회로에 의해, 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기와 같은, 적어도 하나의 압축기의 상기 출구에 연결되어 있고, 상기 제2 열교환기는 상기 제1 NBOG 출구에 연결된 하나의 입구와 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기의 상기 입구에 연결된 하나의 출구를 가진 2차 회로를 가지고 있다. 따라서 모든 NBOG(이것의 일부분이 상기 설비에 공급된다)와 이 NBOG의 일부분(상기 설비가 완전히 공급받은 후에 재응결되는 과잉 부분) 사이에 초기 교환(이 교환은 NBOG가 냉각된 액화 가스보다 덜 차갑기 때문에 초기에 발생되어야 한다)이 발생할 수 있다;
- 상기 장치는 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 펌프 및/또는 파이프 외에는 어떠한 다른 구성요소도 가지고 있지 않다;
본 발명의 제1 실시형태의 장치의 세부사항에 관하여 상기한 효과와 장점은 본 발명의 제2 실시형태의 상기 장치의 세부사항에 기본적으로 적용될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
본 발명은 또한 선박, 특히, 적어도 상기한 것과 같은 장치를 구비한, 액화 가스 운반선에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은 아래의 단계들 또는 특징들 중의 하나 또는 수개를 각각 따로따로 또는 서로 결합하여 포함할 수 있다:
- 상기 방법은
■ 상기 주 탱크의 상기 제1 출구에서 나오는 가스가 압축되는 단계, 및/또는
■ 상기 제1 드럼의 상기 제2 출구에서 나오는 가스가 압축되는 단계, 및/또는
■ 상기 제2 드럼의 상기 제2 출구에서 나오는 가스가 압축되는 단계;
를 포함한다;
- 상기 방법은, 압축된 가스가, 상기 보조 탱크에서 냉각되기 전에, 상기 주 탱크에 수집되어 상기 제2 열교환기의 상기 2차 회로를 통과하여 유동하는 NBOG와의 열교환에 의해, 예냉되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 주 탱크에 수집된 NBOG가, 압축되기 전에, 상기 제2 열교환기의 상기 1차 회로 내부에서 유동하는 액체와의 열교환에 의해, 예냉되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은 상기 보조 탱크에 수용된 액화 가스가 냉각되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 액화 가스의 일부분이 팽창 효과에 의해 증발하고, 상기 액화 가스의 남아 있는 부분은 액체 상태로 유지되고 냉각되도록, 상기 액화 가스가 팽창되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 제2 드럼이 채워지고 상기 증발 가스가 상기 제1 드럼에서, 특히 중력을 이용하여, 상기 냉각된 액체 가스로부터 분리되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은 냉각된 액화 가스가 상기 보조 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 1차 회로 내부에서 유동하는 액체와의 열교환에 의해 예열되는 단계를 포함한다;
- 상기 방법은, 상기 주 탱크에 수집된 액화 가스가 상기 보조 탱크에 주입되기 전에, 상기 제1 열교환기의 상기 2차 회로 내부에서 유동하는 액체와의 열교환에 의해서 냉각되는 단계를 포함한다;
본 발명의 제1 실시형태의 절차적인 세부사항과 단계에 관하여 상기한 효과와 장점은 본 발명의 제2 실시형태의 동일한 절차적인 세부사항과 단계에 기본적으로 적용될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
본 발명은 또한, 상기한 것과 같은 시스템을 이용하여, 특히 선박에 설치된, 발전 설비에서 사용하기 위해 액화 가스 및/또는 액화 가스에서 나오는 증발 가스를 냉각시키는 방법/프로세스에 관한 것으로서, 상기 방법은
- 냉각된 액화 가스가 상기 보조 탱크에서 준비되는 단계 A;
- 냉각된 액화 가스가 상기 보조 탱크에 수집되는 단계 B;
- 상기 냉각된 액화 가스가 상기 주 탱크에 수용된 상기 액화 가스 및/또는 상기 증발 가스에 주입되는 단계 C;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 동일하게, 상기한 것과 같은 장치를 이용하여, 특히 선박에 설치된 발전 설비로 연료 가스를 공급하는 방법/프로세스에 관한 것이고, 상기 방법은 상기 발전 설비에 의한 적어도 하나의 가스 소비 지표를 모니터링하는 것과,
- 상기 지표의 값이 미리 정해진 임계값을 초과하는 경우, 냉각된 액화 가스를 특히 상기 보조 탱크에 준비하고 저장하는 단계;
- 상기 지표의 값이 미리 정해진 임계값보다 작은 경우, 상기 주 탱크에서 만들어진 과잉의 NBOG를 재응결시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은, NBOG의 발생을 제한하기 위해서, 상기 주 탱크에 수용된 가스를 상기 냉각된 액화 가스를 이용하여 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 미리 정해진 임계값은, 예를 들면, 선박이 항해하는 동안, 달라질 수 있다. 기능상, 상기 임계값은 주 탱크의 압력을 조절해야 하는 것을 피하기 위해서 주 탱크로부터 추출될 NBOG 유동률을 나타낼 수 있다.
바람직하게는, NBOG 생산량이 상기 발전 설비의 가스 소비 요구를 충족시키기에 불충분할 때 냉각된 액화 가스가 준비된다.
바람직하게는, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스의 수집, 팽창 및 상분리에 의해 액화 가스가 냉각된다.
자연 증발을 몇 가지 방법으로 늦출 수 있다: 예를 들면, 냉각된 액체 가스를 상기 통에 주입하는 것에 의해서(예를 들면, 주 탱크 내의 냉각된 액체 가스 분무기 붐을 이용하거나 단순히 냉각된 액체 가스를 주 탱크에 주입하는 것에 의해), 또는 NBOG를 재응결시키는데(그리고 아마도 NBOG를 상기 탱크로 복귀시키는데) 도움이 되는, NBOG와 냉각된 가스 사이의 냉기 교환(cold exchange)에 의해서(다시 말해서, 열교환기에 의해서) 자연 증발을 늦출 수 있다.
액체 가스가 냉각되어 있다는 사실은 자연 증발을 늦출 필요가 있을 때마다 증발 가스의 발생을 막는데 도움이 된다. 저장은 보조 탱크의 제한된 용량으로 많은 재응결 요구를 충족시키는데 도움이 된다(예를 들면, 액화 유닛은 매우 비싸고, 액화 유닛의 가격은 액화 유닛의 용량에 좌우된다).
다른 형태에서는, 특히 상기 주 탱크에서의 NBOG의 이용가능한 양이 상기 설비의 수요량보다 많은 경우, NBOG를 응결시키기 위해서 냉각된 가스가 주 저장고에 저장된다. 이 냉각된 가스는 주 탱크에 있는 가스의 나머지 부분보다 더 밀도가 높기 때문에, 예를 들면, 주 탱크의 바닥에 있는 액체 가스를 이용하여 NBOG를 냉각/재응결시킬 필요가 있다. 이것은, 예를 들면, 액체 출구 또는 열교환기보다 위에 있을 수 있다. 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 도관이 설치될 수 있다.
바람직하게는:
- 상기 NBOG가 상기 냉각된 액화 가스와의 열교환에 의해 응결되고; 및/또는
- 상기 NBOG가 상기 열교환 전에 압축되고; 및/또는
- 상기 NBOG가 상기 열교환 후에 팽창되고; 및/또는
- 상기 NBOG가 상기 팽창 후에 상 분리된다.
본 발명의 제1 실시형태의 장치와 방법의 특징과 단계는 본 발명의 제2 실시형태의 장치와 방법의 특징과 단계와 결합될 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다.
비제한적인 예로서 제공된 아래의 설명을 판독하고 첨부된 도면을 참고하면 본 발명을 보다 잘 이해하게 될 것이고 본 발명의 다른 상세한 내용, 세부사항 및 장점이 보다 명확하게 될 것이다.
- 도 1은 선박에 구비된, 본 발명에 따른 제1 실시례의 장치의 개략도이고;
- 도 2 내지 도 6은 도 1의 장치와 관련하여, 본 발명에 따른 방법의 여러 단계를 나타내는 개략도이고;
- 도 7은 선박에 구비된, 본 발명에 따른 제2 실시례의 장치의 개략도이고;
- 도 8은 선박에 구비된, 본 발명에 따른 제3 실시례의 장치의 개략도이고;
- 도 9와 도 10은 선박에 구비된, 본 발명에 따른 제4 실시례의 장치와 이와 관련하여 본 발명에 따른 방법의 여러 단계를 나타내는 개략도이고;
- 도 11은 선박에 구비된, 본 발명에 따른 제5 실시례의 장치의 개략도이고;
- 도 12는 선박에 구비된, 본 발명에 따른 제6 실시례의 장치의 개략도이고;
- 도 13은 선박에 구비된, 본 발명에 따른 제7 실시례의 장치의 개략도이다.
도 1은 액화 가스 및/또는 액화 가스로부터 발생되는 NBOG를 냉각시키는 시스템으로 인정될 수 있는, 본 발명에 따른 제1 실시례의 장치(10)를 나타내고 있다.
상기 장치(10)는, 전적으로 그런 것은 아니지만, 액화 가스 운반선과 같은 선박으로 연료 가스를 공급하는데 매우 적합하다. 따라서 상기 장치(10)는, 특히 선박에 설치된, 발전 설비(12)로 연료 가스를 공급하기 위해서 사용될 수 있다.
선박은 한 개의 액화 가스 저장 탱크(14) 또는 수개의 액화 가스 저장 탱크(14)를 구비하고 있다. 상기 가스는, 예를 들면, 메탄, 또는 메탄을 함유하는 가스의 혼합물일 수 있다. 상기(각각의) 탱크(14)는 미리 정해진 압력과 온도에서, 예를 들면, 대기압과 대략 -160℃의 온도에서 액화 가스를 수용할 수 있다. 선박의 탱크(14)들 중의 하나 이상이 본 발명에 따른 장치(10)에 의해 발전 설비(12)에 연결될 수 있다. 결과적으로, 탱크의 갯수는 제한되지 않는다. 예를 들면, 탱크의 갯수는 1개 내지 6개 일 수 있다. 각각의 탱크(14)가 1,000m3 내지 50,000m3의 수용 용적을 가질 수 있다.
이하에서, "상기 탱크"라는 용어는 "상기(또는 각각의) 탱크"로 이해되어야 한다.
상기 탱크(14)는 액화 가스(14a) 그리고 상기 탱크(14) 내에 수용된 액화 가스(14a)의 특히 자연 증발에 의해 얻어진 가스(14b)를 수용한다. 당연히, 액화 가스(14a)는 상기 탱크(14)의 바닥부에 저장되고, BOG(14b)는 도면에서 문자 N으로 표시된 상기 탱크 내의 액화 가스의 액위(level)보다 위에 있다.
이하에서, "LNG"는 액화 가스, 다시 말해서 액체 상태의 가스를 나타내고, "BOG"는 증발 가스를 나타내고, "NBOG"는 자연 증발 가스를 나타내고, 그리고 "FBOG"는 강제 증발 가스를 나타낸다. 이러한 약어/두문자어(acronym)는 당해 기술 분야의 전문가에게 이들에 해당하는 영어의 머리글자인 것으로 알려져 있다.
도 1에 도시된 실시례에서는, 펌프(16a, 16b)가 상기 탱크(14)의 LNG에 잠겨 있고, 상기 펌프들은 LNG만을 공급받도록 하기 위해서 바람직하게는 상기 탱크의 바닥부에 배치되어 있다.
본 실시예에는, 두 개의 펌프(16a, 16b)가 있다. 펌프(16a)는 파이프(18)의 한 단부(이 경우에는, 하부 단부)에 연결되어 있다. 펌프(16b)는 파이프(20)의 한 단부(이 경우에는, 하부 단부)에 연결되어 있다. 다른 형태에서는, 예를 들면, 펌프(16a)와 펌프(16b)의 대리 기능성(redundancy)을 제공하거나 이미 선박 내에 설치된 기존의 분무 펌프(spray pump)를 사용하기 위해서(이 경우에는 펌프(16b)의 기능이 네 개의 상이한 탱크에 각각 설치된, 네 개의 분무 펌프에 의해 실행될 수 있다) 각각의 종류의 더 많은 펌프가 있을 수 있다.
파이프(20)는 액위(level) N보다 위의, 상기 탱크(14)의 상부 부분에 배치된 LNG 액적 분무기 붐(22)에 연결되어 있는 상부 단부를 가지고 있다. LNG 액적 분무기 붐(22)은 LNG 액적을 NBOG에 분무하도록 설계되어 있다. 이것은 NBOG를 상기 탱크(14)에서 재응결시킨다. 펌프(16b)는 LNG를 파이프(20) 내에서, 상기 탱크(14)의 바닥부에서 LNG 액적 분무기 붐(22)까지 곧바로 유동시키도록 설계되어 있고, 이것에 의해서 LNG가 액적의 형태로 분무되도록 보장한다. 실제로, 상기 주 탱크에는 "가스상태의 지붕(gaseous roof)"이 있을 수 있지만, NBOG는 상기 파이프 내에서 순조롭게 유동할 수 있다.
펌프(16a)는 LNG를 파이프(18) 내에서, 상기 탱크(14)의 바닥부로부터, 예를 들면, 파이프(18)보다 위에 배치될 수 있는 단부에 연결되어 있는 드럼(24)까지 곧바로 유동시키도록 설계되어 있다. 파이프(18)는, 파이프(18) 내에서 유동하는 LNG가 드럼(24)에 도달하기 전에 파이프(18) 내에서 유동하는 LNG의 압력이 감소되도록, JT 밸브와 같은, 감압 수단(19)을 포함하고 있다. 바람직하게는, 상기 감압 수단(19)은, 파이프(18) 내에서 유동하는 LNG의 압력이 드럼(24)의 동작 압력으로 낮아지게 하도록 설계되어 있다. 예를 들면, 감압 수단(19)은 JT 밸브(아래에 설명되어 있음)를 포함하고 있다.
LNG가 파이프(18)와 감압 수단(19)을 통과하여 유동할 때, LNG가 드럼(24)으로 공급되기 전에 LNG는 적어도 부분적으로 증발된다.
따라서 드럼(24)은 상기 탱크(14)로부터 부분적으로 증발된 LNG에 의해 작동되도록 설계되어 있다. 드럼(24)의 동작 압력은 상기 탱크(14) 내의 LNG의 저장 압력보다 낮다. 드럼(24)으로 공급된 LNG는 LNG의 추가적인 증발을 초래할 수 있고, 이것에 의해 한 편으로는 드럼(24) 내에서 FBOG를 발생시키고, 다른 한편으로는 상기 드럼 내에 남아있는 LNG를 냉각시킨다. 이렇게 냉각된 LNG를 "냉각된 액화 가스"라고 칭한다. 드럼(24)은 미리 정해진 압력과 온도에서 액화 가스를 수용한다.
드럼(24)은 냉각된 액화 가스(24a)와 상기 탱크(14)에서 나오는 액화 가스(14a)로부터 발생된 증발 가스(24b)를 수용한다. 당연히, 냉각된 액화 가스(또는 LNG)(24a)는 드럼(24)의 바닥부에 저장되고, FBOG(24b)는 도면에서 문자 L로 표시된 상기 드럼(24) 내의 액화 가스의 액위보다 위에 있다.
드럼(24)은 세 개의 유체 연결구, 다시 말해서, 파이프(18)에 연결된 한 개의 LNG 입구, 한 개의 FBOG 출구 그리고 한 개의 LNG 출구를 포함하고 있다.
상기 FBOG 출구는 압축기(28)에 연결된 출구를 가진 압축기(26)의 입구에 연결되어 있다. 상기 압축기(26, 28)는 두 개의 별개의 압축기이거나 동일한 압축기의 두 개의 압축 층(compression layer)일 수 있다. 따라서 상기 압축기(26, 28)은 함께 작동하도록 결합될 수 있다.
여기에서 압축기(26)는 드럼(24) 내에 동작 압력을 작용시키기 위해서 사용된다. 따라서 압축기(26)는 상기 탱크(14)에 대하여 드럼(24)에 부압(vacuum)을 발생시키도록 설계되어 있다. 상기 두 요소들 사이의 압력 차이는, 이 압력 차이가 LNG를 상기 탱크(14)로부터 드럼(24)까지 곧바로 유동시키기에 충분하도록 될 수 있다. 이 경우에는, 펌프(16a)가 선택적인 요소라는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 압축기(26)에 의해 드럼(24)에 부과된 조건은 팽창 드럼에서 LNG를 발생시키도록 결정된다.
드럼(24) 내의 LNG의 양이 너무 많고 위험한 임계값에 도달할 수 있는 경우, LNG가 드럼(24)의 LNG 출구로부터 보조 탱크(30)의 LNG 입구로 이송될 수 있다.
드럼(24)과 보조 탱크(30)는, 예를 들면, 밸브(33)와 펌프(35)를 가질 수 있는 파이프(31)에 의해 연결되어 있다. 펌프(35)는 LNG를 드럼(24)으로부터 보조 탱크(30)까지 곧바로 유동시키도록 설계되어 있다. 펌프(35)는 보조 탱크(30)가 드럼(24)에 대하여 과압(overpressure)되어 있는 경우에 매우 유용하다. 보조 탱크(30)는 미리 정해진 압력과 온도에서 LNG를 수용한다.
보조 탱크(30)는 드럼(24)에서 발생된 과잉의 LNG를 저장하도록 설계되어 있다. 따라서 보조 탱크(30)는 냉각된 액화 가스(30a)와 상기 탱크(14)에서 나오는 액화 가스(14a)로부터 얻은 자연 증발 가스(30b)를 수용하고 있다. 당연히, 냉각된 액화 가스(또는 LNG)(30a)는 보조 탱크(30)의 바닥부에 저장되어 있는 반면에, BOG(30b)는 도면에서 문자 M으로 표시된 이 보조 탱크(30) 내의 액화 가스의 액위보다 위에 있다.
보조 탱크(30)는 LNG 출구를 가지고 있다. 도시된 예에서, 이 출구는 한편으로는 파이프(32)에 의해 상기 탱크(14) 또는 각각의 탱크(14)의 분무기 붐(22)에 연결되어 있고, 다른 한편으로는 상기 탱크 내에 수용된 LNG에 담기거나 잠기도록 설계된 플런저(34)에 연결되어 있다. 분무기 붐(22)이 LNG 액적을 상기 탱크(14) 내의 BOG에 분무하도록 LNG가 분무기 붐(22)을 작동시킬 수 있고, 플런저(34)가 LNG를 상기 탱크(14) 내에 수용된 LNG로 직접 주입하도록 LNG가 동일하게 플런저(34)를 작동시킬 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.
파이프(32)는 밸브(36)에 의해 보조 탱크(30)의 LNG 출구에 연결될 수 있다. 상기 파이프는 삼방향 밸브(38)에 의해 플런저(34)와 LNG 액적 분무기 붐(22)에 연결될 수 있다.
여기에서 보조 탱크(30)는 이 경우에는 주 탱크(14) 내의 BOG인 가스 또는 액체를 냉각시키기 위해서 사용된다. 여기에서, 열교환 회로(40)가 보조 탱크(30)와 결합되어 있다. 이 경우에, 상기 결합은 넓은 의미로 이해되어야 하며, 예를 들면, 열교환 회로(40)가 보조 탱크(30) 내에 수용된 LNG에 담긴 꾸불꾸불한 관(serpentine tube)일 수 있다. 다른 형태에서는, 상기 열교환 회로(40)가 보조 탱크(30)의 외측에 배치될 수 있다. 열교환 회로(40)는, 열교환 회로(40)에서 유동하는 액체와 보조 탱크(30) 내에 수용된 LNG의 사이에서 열교환이 일어날 수 있도록 설계되어 있다. 열교환 회로(40)에서 유동하는 상기 액체는 대체로 LNG보다 더 고온이므로, 상기 액체가 열교환 회로(40)를 통과하여 유동할 때 상기 액체가 냉각된다. 상기 열교환 회로는 입구와 출구를 가지고 있다.
열교환 회로(40)의 입구는, 이 경우에 주 탱크(14)의 상부 단부에 배치되어 있는 주 탱크(14)의 BOG 출구(45)에 연결되어 있다. 상기 탱크(14)의 BOG 출구(45)는 압축기(28)의 입구에 연결된 출구를 가지고 있는 열교환기(42)의 2차 회로(42a)의 입구에 연결되어 있다.
대체로, 압축기(28)의 출구는 상기 발전 설비에 연료 가스를 공급하기 위해서 상기 발전 설비(12)에 연결되어 있다. 압축기(28)에 의해 공급된 연료 가스의 일부는 삼방향 밸브(46)에 의해 압축기(28)의 출구에 연결될 수 있는 파이프(44)를 통하여 축적되고 다시 보내질 수 있다.
압축기(28)는 상기 가스(예를 들면, 상기 탱크로부터 나오는 NBOG)를 상기 발전 설비(12)에서 사용하기에 적합한 동작 압력으로 압축시키도록 설계되어 있다.
파이프(44)는 열교환 회로(40)의 입구에 연결된 출구를 가지고 있는 열교환기(42)의 1차 회로(42b)의 입구에 연결되어 있다.
열교환 회로(40)의 출구는 파이프(48)에 의해, 드럼(24)과는 별개인, 드럼(50)에 연결되어 있다. 파이프(48)는, 단열 팽창을 통하여 가스의 온도를 낮추기 위해서, 바람직하게는 주울-톰슨 밸브인, 밸브(52)를 포함하고 있다.
주울 톰슨 팽창은 가스를 수평의 단열 도관에서 (통상적으로 면모(cotton wool) 또는 생견(raw silk))인 완충물을 통하여 상기 완충물의 왼쪽과 오른쪽에 대해서 다른 우세한 압력을 가진 상태에서 유동하게 함으로써 수행되는 정상 층류형 느린 팽창(steady laminar and slow expansion)이다. 실제 기체에 대해서, 주울 톰슨 팽창은 대체로 온도 변화를 초래한다. 이것이 주울 톰슨 효과이다. 열교환기(42), 열교환 회로(40) 그리고 밸브(52)는 BOG를 냉각시키고 부분적으로 (재)응결시킨다.
드럼(50)은 (재)응결된 BOG(50a)를 상기 탱크(14)로 공급하기 전에 (재)응결된 BOG(50a)로부터 가스 상태인 BOG(50b)를 분리시키도록 설계되어 있다. 당연히, 재응결된 BOG(50a)는 드럼(50)의 바닥부에 저장되는 반면에, BOG(50b)는 도면에서 문자 O로 표시된 드럼(50) 내에서의 액화 가스의 액위보다 위에 있다.
드럼(50)은 세 개의 유체 연결구, 다시 말해서, 파이프(48)에 연결된 하나의 BOG 입구, 하나의 가스 상태의 BOG 출구 그리고 재응결된 BOG 출구를 포함하고 있다. 가스 상태의 BOG 출구는 압축기(28)의 입구에 연결되어 있다. (재)응결된 BOG를 상기 탱크(14)에 주입하기 위해서, (재)응결된 BOG 출구가 플런저(34), 파이프(32) 및/또는 분무기 붐(22)에 연결되어 있다.
다음의 요소들, 펌프(16a), 감압 수단(19), 드럼(24) 그리고 압축기(26)로 구성된 진공 증발 수단은, FBOG를 발생시키는 이전의 기술과, 특히 주 탱크(14)에 수용된 LNG를 냉각시키기 위해서 사용되는 냉각 능력(cooling capacity)에 따라 대체로 증발기에서 소모되는 증발 잠열을 모으기 위해서 사용된다.
LNG는 냉각 능력을 발생시키고, 이 냉각 능력이 필요하지 않을 때에는, 예를 들면, 발생된 NBOG의 양이 요구를 충족시키기에 불충분한 단계 동안에는 보조 탱크(30)에 저장될 수 있다.
증발 잠열을 모으는 것은 상기한 장치(10), 특히 상기 탱크(14)의 동작 압력보다 낮은, 예를 들면, -20mbarg 내지 250mbarg(계기 메가바(gauge mbar))(또는 -20mbarg 내지 350mbarg, 또는 -20mbarg 내지 700mbarg)인 동작 압력을 가지고 있는 드럼(24)를 이용하여 이루어진다. 드럼(24)의 동작 압력은 바람직하게는 300mbara 내지 800mbara(절대 메가바(absolute mbar))이다.
LNG는 상기 탱크(14) 내의 LNG의 저장 압력과 상응하는 포화 평형상태(saturation equilibrium)에 있는 상기 탱크(14)로부터 상기 탱크(14)에 비하여 감압되어 있는 드럼(24)으로 곧바로 운반된다. 따라서, LNG는 감압 수단(19)을 이용하여 감압되면 과열되고, 포화 평형상태에 도달하기 위해서, LNG는 증발을 통하여 자신의 과잉 열을 방출한다. 그 다음에 LNG는, 주로 드럼(24)의 동작 압력에 따라 정해지는 비율로, 드럼(24) 내에서 LNG와 FBOG로 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 평형상태에 상응하는 온도로 냉각된 액체이다. 예를 들면, 300mbara의 동작 압력에서는, LNG가 -172℃ 내지 -175℃의 온도로 냉각되고(-12℃ 내지 -15℃의 온도 강하), 800mbara에서는, LNG가 -163℃ 내지 -164℃의 온도로 냉각된다(-3℃ 내지 -4℃의 온도 강하).
그 후에, LNG는 펌프(35)를 이용하여, 바람직하게는 보조 탱크(30)로 배출될 수 있다. 펌프(35)는 LNG의 압력을 증가시키기 위해서 사용될 수 있다. LNG를 보조 탱크(30)에 저장하면 냉각 능력을 보존하는데 도움이된다.
작동하는 동안, 드럼(24)으로 공급된 LNG의 증발된 성분은 상기 드럼에 축적된다. 드럼(24) 내부의 압력을 미리 정해진 수준(예를 들면, 300mbara 내지 800mbara)으로 유지시키기 위해서, 바람직하게는 드럼(24) 내부에 발생된 FBOG가 계속하여 배출된다. 이것은, 드럼(24)의 동작 압력과 동등한 입구 압력과 상기 탱크(14)의 LNG 저장 압력과 비슷할 수 있는 출구 압력으로 드럼(24) 내에 수용된 가스를 흡입하도록 설계되어 있는 압축기(26)에 의해서 수행된다. 이러한 처리를 받는 가스는 상기 탱크(14) 내에 발생된 NBOG의 압력과 비슷한 압력을 가지고 있기 때문에 사용하기가 쉽고, 따라서 이 동일한 NBOG는 동일한 압축기(28)에 공급되도록 사용될 수 있다. 상기 압축기(28)는, 예를 들면, 선박의 추진 엔진에 동력을 공급하기 위해서 상기 발전 설비(12)에 직접 사용될 수 있는 연료 가스를 발생시키도록 설계되어 있다.
상기한 장치(10)로, 상기 설비(12)의 가스 소비 요구를 충족시키기 위해서, 상기 탱크(14)에 발생된 NBOG가 자신의 동작 압력으로 압축시키는 압축기(28)까지 곧바로 운반된다. 수요를 충족시키는데 필요한 여분의 BOG는 드럼(24)으로, 그리고, 그 후에 연속적으로 압축기(26)와 압축기(28)로 공급되는 LNG를 증발시키는 것에 의해 강제로 발생된다. 펌프(16a)는, 특히, 액위 N의 탱크의 높이가 10m 내지 50m인 경우에, LNG를 상기 탱크(14)로부터 드럼(24)으로 공급하는데 필요할 수 있다. 이 경우에, 드럼(24)의 감압만으로는 LNG를 파이프(18)에서 자유롭게 유동시키기가 불충분할 수 있다.
따라서 드럼(24)은 상기 발전 설비(12)의 연료 가스 소비 요구를 충족시키는 NBOG를 발생시키기 위해서 충분한 LNG 배출량을 공급받아야 한다. 예를 들면, 드럼(24)에서 발생된 추가적인 FBOG 배출량은 0kg/h 내지 4000kg/h일 수 있다. 따라서, LNG의 조성과 드럼(24)의 동작 압력에 따라, 상기 탱크(14)로부터 드럼(24)까지의 배출량이 0t/h 내지 17.5t/h일 수 있다.
드럼(24)에서 발생된 LNG는 보조 탱크(30)에 저장된다. 상기 보조 탱크(30)는 LNG를 저장하고 보존하도록 설계되어 있고, 따라서, 적절한 단열재를 구비하고 있다. 예를 들면, 보조 탱크(30) 내부의 압력은, 압력을 관리하는데 있어서 융통성을 부여하기 위해서 0.3bara 내지 10bara의 범위에 걸쳐 있다. 보조 탱크(30) 내의 LNG의 온도는 드럼(24) 내의 LNG의 온도와 비슷하고, 예를 들면, -175℃ 내지 -161℃이다. 필요한 경우, 예를 들면, 과잉의 NBOG가 있는 단계 동안, LNG 액적을 상기 탱크(14) 내에 수용된 BOG에 분무하여, BOG를 냉각시키 위해서, 보조 탱크(30) 내에 수용된 LNG가 파이프(32)를 통하여 분무기 붐(22)으로 곧바로 운반될 수 있다. LNG를 직접 냉각시키기 위해서 플런저(34)에 의해 상기 LNG가 상기 탱크 내의 LNG에 재주입될 수 있다.
상기 발전 설비(12)의 요구에 대하여 생산될 수 있는 과잉의 NBOG는 축적되어 압축기(28)로 곧바로 다시 보내질 것이다. 그 후에, 상기 NBOG는 밸브(46)에 의해 보조 탱크(30)의 열교환 회로(40)로 곧바로 다시 보내지고, 상기 열교환 회로에서 상기 NBOG는, 위에서 설명한 것과 같이, 이전에 저장되어 있던 LNG와의 열교환에 의해 냉각된다. 그 다음에, 과잉의 NBOG는 밸브(52)로 보내지고, 이 밸브를 통하여 상기 탱크(14) 내부의 저장 압력과 비슷한 압력으로 감압될 것이다. 예를 들어, 상기 탱크가 대기압 탱크(atmospheric tank)인 경우, 과잉의 NBOG는 0barg 내지 1barg의 압력으로 감압될 수 있다. 그 후에, 과잉의 NBOG는 (재)응결된 BOG와 가스 상태의 BOG와 함께 드럼(50)으로 공급된다(과잉의 NBOG는 이 드럼(50)에서 상분리된다). 가스 상태의 BOG는, 상기 탱크(14)에서 생산된 NBOG와 동일한 방식으로, 파이프(51)에 의해 곧바로 압축기(28)로 운반된다. 그 동안, (재)응결된 BOG는 LNG를 저장하기 위해서 상기 탱크(14)로 주입된다.
도 2 내지 도 6은 도 1의 장치의 작동 단계들을 나타내고 있고, 상기 작동 단계들은 상기 장치를 구비한 선박의 상이한 속도 범위를 나타낼 수 있다.
액화 가스 냉각 방법이 세 개의 단계로 기술되어 있다:
1. NBOG의 양이 불충분한 단계, 동일하게 FBOG 단계라고도 칭함(도 2 및 도 3). 예를 들면, 상기 탱크(14)에서 발생된 NBOG를 보충하기 위해 더 많은 BOG를 필요로 하는 속도로 선박이 항해하는 경우. 추가적인 BOG 또는 FBOG가 상기 장치(10)에 의해 공급될 것이고 이 과정에서 냉각 능력이 만들어질 것이다.
2. 과잉의 NBOG가 만들어지는 단계(도 4 및 도 5), 예를 들어, 선박이 느린 속도로 항해하거나 정박되어 있는 경우. 이 경우에는, 과잉의 NBOG는 안전하고 환경친화적인 방식으로 관리되어야 한다.
3. 선박의 주 탱크(14)가 냉각되는 단계(도 6). 예를 들어, 귀환 항해(return trip) 후 적재 전(이 단계 동안에는, 상기 탱크(14)가 거의 비어 있기 때문에 대체로 BOG를 관리할 필요가 없다).
1. NBOG의 양이 불충분한 단계, 동일하게 FBOG 단계라고 알려져 있음(도 2 및 도 3).
도 2는 FBOG와 NLG가 상기 장치에 의해 공동으로 만들어지는, 제1 단계의 여러 세부 단계들을 나타내고 있다.
상기 탱크(14) 내의 압력을 조절하기 위해서, NBOG가 출구(45)를 통하여 상기 탱크로부터 축적되고, 상기 발전 설비(12)에 대한 허용 압력, 예를 들면, 대략 6bars 내지 7bars, 15bars 내지 17bars 또는 300bars 내지 315bars의 압력에서 연료 가스를 생산할 압축기(28)로 공급된다. 가스의 양을 보충하고 상기 발전 설비(12)의 소비 요구를 충족시키기 위해서, LNG가 펌프(16a)와 파이프(18)에 의해 상기 탱크(14)로부터 감압 수단(19)으로 곧바로 운반되고, 이 감압 수단에서 상기 LNG가 드럼(24)의 동작 압력으로 감압된다. LNG는 드럼(24)의 동작 압력에서 드럼(24)으로 들어가고, 드럼(24)과 상기 탱크(14) 사이의 압력 차이에 의해 초래된 포화 평형상태의 변화로 인해, 감압 수단(19)과 상기 드럼 사이에서 LNG의 일부가 증발하고(플래시 현상(flash phenomenon)), 남아 있는 부분은 상기 드럼의 동작 압력에서 LNG 포화 온도로 냉각된다. 위에서 설명한 것과 같이, 충분한 배출량(output)이 상기 탱크(14)로부터 얻어져야 한다. 그 다음에 드럼(24) 내에 수용된 FBOG가 배출되고 상기 탱크(14) 내의 LNG 저장 압력에서 압축기(26)에 의해서 압축된다. 그 후에, FBOG가 상기 발전 설비(12)이 필요로 하는 압력까지 압축기(28)에 의해서 다시 압축된다. 드럼(24)이 과도하게 채워지는 것을 방지하기 위해서, 특히, 상기 드럼의 LNG 충전률(fill rate)이 특정 임계치, 예를 들면, 50%에 도달하는 경우, 상기 드럼 내의 LNG가 보조 탱크(30)로 운반된다.
도 3은 LNG가 보조 탱크(30)에 저장되는, 제1 단계의 다른 세부 단계들을 나타내고 있다.
보조 탱크(30)의 용량이 생산된 LNG를 저장하기에 충분하지 않은 경우, 주 탱크(14)의 LNG를 주 탱크(14)의 저장 압력에서 LNG 포화 온도보다 낮은 온도로 냉각시키기 위해서, 보조 탱크(30)에 수용된 LNG가 파이프(32)와 플런저(34)에 의해 주 탱크(14)의 바닥으로 이송될 수 있다.
2. 과잉의 NBOG가 만들어지는 단계(도 4 및 도 5).
도 4는 과잉의 BOG가 재응결되는, 제2 단계의 여러 세부 단계들을 나타내고 있다.
상기 탱크(14)에서 만들어진 NBOG는 충분하거나 상기 발전 설비(12)의 수요를 충족시키기에 충분한 양보다 더 많다. 상기 탱크(14)의 압력을 조절하기 위해서, BOG가 상기 탱크로부터 축적되고 상기 발전 설비(12)가 필요로 하는 압력을 얻기 위해서 압축기(28)로 공급된다. 상기 설비에 의해 사용될 수 없는 과잉의 BOG는 압축기(28)의 출구로부터 열교환기(42)로 곧바로 운반되고, 상기 열교환기에서 출구(45)를 통하여 상기 탱크(14)로부터 직접 축적된 차가운 NBOG와의 열교환에 의해서 냉각된다. 그 다음에 과잉의 BOG는 보조 탱크(30)의 열교환 회로(40)로 보내지고, 상기 열교환 회로에서, 위에서 설명한 것과 같이, 상기 탱크에 저장된 LNG와의 열교환에 의해 다시 냉각된다. 그 후에, 과잉의 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 압축기(28)로 되돌려 보내져서 상기 발전 설비(12)로 공급된다.
도 5는 LNG가 분무되는, 제2 단계의 여러 세부 단계들을 나타내고 있다.
전용 채널을 통하여 과잉의 NBOG를 재응결시키는 대신에, 상기 탱크(14)에 수용된 BOG를 직접 재응결시키기 위해서, 보조 탱크(30)에 수용된 LNG를 파이프(32)로, 그리고 그 후에 분무기 붐(22)으로 이송할 수 있다.
3. 선박의 주 탱크(14)가 냉각되는 단계(도 6).
도 6은 마지막 단계의 여러 세부 단계들을 나타내고 있다.
통상적으로, 선박이 자신의 화물을 적재하는, 재액화 말단부(reliquefaction terminal)는, 즉각적으로 증발할 수 있는(플래시 현상(flash phenomenon)) LNG의 양을 제한하기 위해서, 적재 작업 전에 상기 탱크(14)가 차가운 온도로 될 것을 요한다. 일반적으로, 이것은 상기 탱크에 수용된 BOG를 냉각시키기 위해서, 상기 LNG 액적 분무기 붐(22) 및 관련된 펌프(16b)를 이용하여 상기 탱크(14)에 이미 수용되어 있는 LNG를 분무하는 것에 의해서 달성된다. 상기 장치(10)에서는, 이 작업이, 상기 탱크(14)에 수용된 LNG보다 더 차가운, 보조 탱크(30)로부터 나오는 LNG를 상기 LNG 액적 분무기 붐(22)에 공급하는 것에 의해서 실행될 수 있다. 마찬가지로, 상기 탱크(14)에 수용된 LNG가 상기 발전 설비(12)에 공급하기에 불충분한 경우에는, 보조 탱크(30)에 수용된 LNG가 제1 단계 동안 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 1차 회로(60a)와 2차 회로(60b)를 가지고 있다.
2차 회로(60b)는 파이프(18)에 연결된 입구를 가지고 있고, 상기 입구는 이 경우에 감압 수단(19) 뒤에 배치되어 있다. 2차 회로(60b)는 드럼(24)의 LNG 입구에 연결된 출구를 가지고 있다.
1차 회로(60a)는 삼방향 밸브(62)에 의해 펌프(16b)와 상기 탱크(14)의 분무기 붐(22)에 각각 연결된 입구를 가지고 있다. 1차 회로(60a)는 보조 탱크(30)의 LNG 입구에 연결된 출구를 가지고 있다.
2차 회로(60b)는 액체, 다시 말해서, 이 경우에 있어서 감압된 LNG를 운반하는 저온 회로(cold circuit)이고, 상기 LNG는, 상기 LNG가 (FBOG로) 증발되도록, 상기 LNG가 상기 2차 회로(60b)를 통과하여 유동할 때 가열되도록 되어 있다. 1차 회로(60a)는 액체, 다시 말해서, 상기 탱크(14)로부터 나오는 LNG를 운반하는 고온 회로(hot circuit)이고, 상기 LNG는, 상기 LNG가 상기 1차 회로(60a)를 통과하여 유동할 때 냉각되도록 되어 있다. 하지만, 상기 회로(60a)가 회로(60)가 보다 무거운 성분(에탄, 프로판, 등)을 증발시킬 수는 없다. 2차 회로(60b)의 상류부에서의 감압이 증발 온도를 낮추는 것에 도움이 되고, 이것에 의해 통(vat)으로부터 축적되어 1차 회로를 통과하여 유동하는 LNG와의 열교환을 통하여 FBOG를 발생시키는 것이라고 생각된다. FBOG로의 증발은 1차 회로를 통과하여 유동하는 LNG에 의해 제공된 입열(heat input)을 필요로 하므로, 이것이 1차 회로를 통과하여 유동하는 LNG를 냉각시키는데 사용된 냉각원이다.
상기 탱크(14)에서 나오는 LNG가 펌프(16a)에 의해 감압 수단(19)으로 곧바로 운반되고, 그 후에, 열교환기(60)의 2차 회로 또는 저온 회로를 통과하여 유동한다. 그 동안에, 상기 탱크에서 나오는 LNG는 펌프(16b)에 의해 열교환기(60)의 1차 회로 또는 고온 회로로 곧바로 운반된다. 따라서, 상기 회로들 사이의 열교환이:
- 감압되고 부분적으로 증발된 LNG를 계속하여 증발시키기 위해서, 감압되고 부분적으로 증발된 LNG를 가열시키는데 도움이 되고, 그 다음에 상기 LNG는 상기 드럼으로 곧바로 운반되어, 상기 드럼에서 상 분리가 되고,
- 보조 탱크(30)로 공급된 LNG를 냉각시키는 도움이 되고, 상기 보조 탱크에서는 상기 LNG가 차후의 사용을 위해 저장된다.
그 후에, 상기 장치는 도 1 내지 도 6에 대해서 상기한 것과 같이 작동한다. 열교환기(60)의 영향은 하기 사항을 포함한다:
- 펌프(16a)는, NBOG 외에, 상기 발전 설비(12)의 수요를 충족시키기에 충분한 FBOG를 만들어내기 위해서, 미리 정해진 최대량의 LNG만 운반하도록 설계될 수 있다. 이 작업은 대체로 선박에 설치된 연료 펌프에 의해 수행될 수 있다;
- LNG 공급 배출량이 줄어들 수 있다는 것을 고려하면 드럼(24)의 용량이 감소될 수 있다(상기 발전 설비(12)의 연료 가스 요구를 충족시키기 위해서 추가적인 FBOG 배출량만이 사용될 수 있다);
- 열교환기에서의 온도 핀치(temperature pinch)로 인해, 냉각 생산 능력(cooling production capacity)이 감소된다(500mbara 동작 압력에 기초하여 대략 15%의 손실);
- 이 해결방안에서는 LNG 배출량 LNG의 유량이 감소되고, 이것은 펌프에서의 에너지 소비량을 줄이고, 따라서 전체적으로 시스템의 에너지 소비량을 줄인다.
도 8은 액화 가스 및/또는 액화 가스로부터 NBOG를 냉각시키는 시스템으로 인정될 수 있는, 본 발명에 따른 다른 실시례의 장치(110)를 나타내고 있다.
상기 장치(110)는, 전적인 것은 아니지만, 액화 가스를 운반선과와 같은 선박에 연료 가스를 공급하는데 특히 적합하다. 따라서 상기 장치는, 특히 선박에 설치된, 발전 설비(112)에 연료 가스를 공급하기 위해서 사용될 수 있다.
선박은 한 개의 탱크(114) 또는 수 개의 액화 가스 저장 탱크(114)를 포함하고 있다. 상기 가스는, 예를 들면, 메탄, 또는 LNG와 같은, 메탄을 함유하는 가스의 혼합물이다. 상기(각각의) 탱크(114)는 미리 정해진 압력과 온도에서, 예를 들면, 대기압과 대략 -160℃의 온도에서 액화 가스를 수용할 수 있다. 상기 선박의 한 개 또는 수 개의 탱크(114)는 본 발명에 따른 장치(110)에 의해 설비(112)에 연결될 수 있다. 결과적으로, 탱크의 갯수는 제한되어 있지 않다. 예를 들면, 탱크의 갯수는 1개 내지 6개가 될 수 있다. 각각의 탱크(114)는 1,000m3 내지 50,000m3의 수용 용적을 가질 수 있다.
이하에서, "상기 탱크"라는 용어는 "상기(또는 각각의) 탱크"라고 이해하여야 한다.
상기 탱크(114)는 액화 가스(114a)와 상기 탱크(114)내에 수용된 액화 가스(114a)의 특히 자연 증발로부터 얻어진 가스(114b)를 수용한다. 당연히, 액화 가스(114a)는 상기 탱크(114)의 바닥부에 저장되는 반면에, BOG(114b)는 도면에서 문자 N으로 표시된, 상기 탱크내에서의 액화 가스의 액위보다 위에 있다.
이하에서, "LNG"는 액화 가스, 다시 말해서 액체 상태의 가스를 나타내고, "BOG"는 증발 가스를 나타내고, "NBOG"는 자연 증발 가스를 나타내고, 그리고 "FBOG"는 강제 증발 가스를 나타낸다. 이러한 약어/두문자어(acronym)는 당해 기술 분야의 전문가에게 이들에 해당하는 영어의 머리글자인 것으로 알려져 있다.
도 8에 도시된 실시례에서, 상기 탱크(114)는, 액위 N보다 위에, 상기 탱크의 상부 부분에 배치되어 있는, LNG 액적을 분무하는 붐(122)을 포함하고 있다. 따라서 상기 붐(122)은 LNG 액적을 BOG에 분무하도록 설계되어 있다. 이것은 NBOG를 상기 탱크(14)에서 재응결시킨다.
이 경우에, 상기 장치(110)는 LNG의 저장을 위한 보조 탱크(130)에 연결된 냉각 수단(170)을 포함하고 있다.
예를 들면, 냉각 수단(170)은, 보조 탱크(130)에 연결되어 있는 열교환 회로(172)를 포함하고 있다. 상기 보조 탱크(130)는 미리 정해진 압력과 온도에서 LNG를 수용한다.
보조 탱크(130)는 LNG를 저장하도록 설계되어 있다. 따라서 보조 탱크(130)는 냉각된 액화 가스(130a)와, 증발된 액화 가스(130a)로부터 얻은 증발 가스(130b)를 수용한다. 당연히, 냉각된 액화 가스(또는 LNG)(130a)는 보조 탱크(130)의 바닥부에 저장되는 반면에, BOG(130b)는 도면에서 문자 M으로 표시된 상기 액화 가스의 액위보다 위에 있다.
보조 탱크(130)는 LNG 출구를 가지고 있다. 도시된 예에서는, 이 출구가 파이프(132)에 의해 한 편으로는 상기 탱크(114) 또는 각각의 탱크(114)의 분무기 붐(122)에 연결되어 있고, 다른 한 편으로는 상기 탱크(114)에 수용된 LNG에 담기거나 잠기도록 설계된 플런저(134)에 연결되어 있다. LNG 액적을 탱크(114)의 BOG에 분무하기 위해서 분무기 붐(122)이 LNG를 공급할 수 있고, 상기 탱크(114)의 LNG에 직접 LNG를 주입하기 위해서 플런저(134)가 LNG를 공급할 수 있다고 이해할 수 있다. 분무기 붐(122)이 LNG 액적을 상기 탱크(114) 내의 BOG에 분무하도록 LNG가 분무기 붐(122)을 작동시킬 수 있고, 플런저(134)가 LNG를 상기 탱크(114) 내에 수용된 LNG로 직접 주입하도록 LNG가 동일하게 플런저(34)를 작동시킬 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.
파이프(132)는 밸브(136)를 통하여 보조 탱크(130)의 LNG 출구에 연결될 수 있다. 상기 파이프는 삼방향 밸브(138)에 의해 플런저(134)와 상기 붐(122)에 연결될 수 있다.
여기에서 보조 탱크(130)는 이 경우에는 주 탱크(114) 내의 BOG인 가스 또는 액체를 냉각시키기 위해서 사용된다. 여기에서는, 다른 열교환 회로(140)가 보조 탱크(130)와 결합되어 있다. 열교환 회로(172)와 열교환 회로(140)가 보조 탱크(130)에 수용된 LNG에 담긴 꾸불꾸불한 관(serpentine tube)일 수 있다는 것을 고려하면, 열교환 회로(140, 172)의 각각과 보조 탱크(130)의 연결은 넓은 의미로 이해되어야 한다. 다른 형태에서는, 상기 열교환 회로들이 보조 탱크(130)의 외측에 배치될 수 있다. 열교환 회로(140)는, 열교환 회로(140)에서 유동하는 액체와 보조 탱크(130) 내에 수용된 LNG의 사이에서 열교환이 일어날 수 있도록 설계되어 있다. 열교환 회로(140)에서 유동하는 상기 액체는 대체로 LNG보다 더 고온이므로, 상기 액체가 열교환 회로(140)를 통과하여 유동할 때 상기 액체가 냉각된다. 상기 열교환 회로는 입구와 출구를 가지고 있다.
열교환 회로(140)의 입구는, 이 경우에 주 탱크의 상부 부분에 배치되어 있는, 주 탱크(114)의 BOG 출구(145)에 연결되어 있다. 주 탱크(114)의 BOG 출구(145)는 압축기(128)의 입구에 연결된 출구를 가지고 있는 열교환기(142)의 2차 회로(142a)의 입구에 연결되어 있다.
대체로, 압축기(128)의 출구는 상기 설비(112)에 연료 가스를 공급하기 위해서 상기 설비(112)에 연결되어 있다. 압축기(128)에 의해서 공급된 연료 가스의 일부는 축적되어 삼방향 밸브(146)에 의해 압축기(128)의 출구에 연결될 수 있는 파이프(144)를 통하여 다시 보내질 수 있다.
압축기(128)는 상기 설비(112)에서 사용하기에 적합한 동작 압력으로 가스를 압축하도록 설계되어 있다.
파이프(140)는 열교환 회로(140)의 입구에 연결된 출구를 가지고 있는 열교환기(142)의 1차 회로(142b)의 입구에 연결되어 있다.
열교환 회로(140)의 출구는 파이프(148)에 의해 드럼(150)에 연결되어 있다. 파이프(148)는 밸브(152), 예를 들면, 단열 팽창을 통하여 가스의 온도를 낮추는데 도움을 주는, 주울 톰슨 밸브를 가지고 있다.
열교환기(142), 열교환 회로(140) 및 밸브(152)는 BOG의 일부를 응결시킨다(또는, 다시 말해서: (재)액화시킨다).
드럼(150)은 이와같이 (재)응결된 BOG를 가스 상태인 BOG로부터 분리시키도록 설계되어 있다.
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. 당연히, 응결된 BOG(150a)는 드럼(150)의 바닥부에 저장되는 반면에, 가스 상태의 BOG(150b)는 도면에 문자 O로 표시되어 있는 것과 같이, 드럼(150) 내부에서의 액화 가스의 액위보다 위에 있다.
드럼(150)은 세 개의 유체 연결구, 다시 말해서, 파이프(148)에 연결된 한 개의 BOG 입구, 한 개의 가스 상태의 BOG 출구 그리고 한 개의 액체 BOG 출구를 포함하고 있다. 이 경우에, 응결된 BOG 출구는 파이프(151)에 의해 압축기(126)의 입구에 연결되어 있다. 이 경우에, 액체 BOG 출구는, LNG를 상기 탱크(114)에 저장하기 위해서 플런저(134), 파이프(132) 및/또는 분무기 붐(122)에 연결되어 있다.
도 9는 냉각 수단(170)으로 인해 도 8에 도시된 것과는 상이한 다른 실시례의 장치(110)를 나타내고 있다.
냉각 수단(170)은 상기 탱크(114)에 수용된 LNG에 잠겨 있으며, 적절하게 LNG를 공급받는 것을 보장하기 위해서 바람직하게는 상기 탱크의 바닥부에 배치되어 있는 펌프(116a)를 포함하고 있다.
펌프(116a)는 파이프(118)의 한 단부(이 경우에는 하부 단부)에 연결되어 있다. 파이프(118)는 LNG를 보조 탱크(130)에 공급하기 위해서 보조 탱크(130)의 LNG 입구에 연결된 상부 단부를 포함하고 있다. 파이프(118)는, 이전의 실시례에서 나타낸 것과 같이, 압축기와 결합된 드럼을 가질 수 있는, 진공 증발기와 같은, 콜드 제너레이터(cold generator)를 가로질러서 뻗어 있거나 상기 콜드 제너레이터를 포함하고 있다.
펌프(116a)는, LNG를 파이프(118)의 내부에서, 상기 탱크(114)의 바닥부로부터 곧바로 보조 탱크(130)로 유동시키도록 설계되어 있어서, LNG가 보조 탱크(130)로 공급되어 보조 탱크(130)에 저장되는 것이 보장된다.
도 8 및 도 9의 장치에서는, 그 해결방안이 선박의 요구를 충족시키기에 이 장비가 최적화되도록, 상기 냉각 수단(170)을 선박의 작동 환경에 통합시키는 것이다. 상기 냉각 수단(170)은, 작동하는 동안:
- 도 9에 도시된 유형에서는, LNG가 상기 탱크(114)로부터, 펌프(116a)에 의해, 곧바로 냉각 수단(170)으로 운반되고, 이 냉각 수단에서 상기 LNG가 냉각된 다음에 보조 탱크(130)로 주입되고, 이 보조 탱크에 상기 LNG가 저장되고; 상기 보조 탱크(130)의 용량이 이러한 저장에 대해 불충분하면, LNG가 파이프(132)로 보내질 수 있고 거기로부터, 플런저(134)에 의해 상기 탱크(114)로 운반될 수 있고, 이것에 의해 LNG를 상기 탱크(114)에서 냉각시킬 수 있다;
- 도 8에 도시된 제2 유형에서는, 상기 냉각 수단(170)이 보조 탱크(130)에 저장된 LNG를 직접적으로 냉각시켜서 이 LNG와 직접 접촉하는 것에 의해 LNG를 발생시킨다.
양 경우에 있어서, 결과는 LNG가 보조 탱크(130)에 저장되는 것이다. 바람직하게는, 상기 LNG의 온도가 -180℃ 내지 -160℃이고, 이것은 -0.5℃ 내지 -20℃의 LNG의 온도의 표준적인 강하(standard drop)에 해당한다. 보조 탱크(130)에 열을 가하는 것에 의해, 상기 LNG의 일부가 증발하여 BOG(130b)로 변환될 수 있다. 보조 탱크(130)의 압력이 미리 정해진 임계값에 도달하면, 압축기(126)를 이용하여 상기 BOG의 일부를 제거하는 것에 의해 보조 탱크(130)의 압력이 조절될 수 있다. 보조 탱크(130)는 자신의 용도에 따라 설계되고, 예를 들면, 항해하는 동안의 BOG를 관리하기 위해서, 50m3 내지 500m3의 용량을 가지거나, 또는 선박이 정박되어 있을 때의(2일 내지 5일 동안) BOG를 관리하기 위해서 1,500m3 내지 10,000m3의 용량을 가지고 있다. 예를 들면, 보조 탱크(130)의 압력은 압력과 BOG(130b)를 관리하는데 있어서 융통성을 부여하기 위해서 0.3bara 내지 10bara이다.
냉각 수단(170)은 상기 해결방안 및 그것의 환경과 별도로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 냉각 수단(170)은 냉각 능력이 즉시 요구되는지 여부와 관계없이 연속적으로 작동한다.
필요할 경우에, 예를 들면, 상기 탱크(114)에 수용된 LNG의 압력 또는 온도를 조절하기 위해서, LNG가 파이프(132)와 플런저(134)를 통하여 상기 탱크(114)로 보내질 수 있다.
통상적으로, 상기 탱크(114)의 압력은, 압축기(126)를 이용하여 상기 탱크(114)의 NBOG 출구(145)를 통하여 NBOG를 흡입함으로써 상기 탱크(114)로부터 NBOG를 축적하는 것에 의해 조절된다. 그 다음에, 압축기(126)로부터 나오는 NBOG는 상기 설비(112)로 공급하기 위해서 사용된다. 상기 설비(112)의 용량이 모든 NBOG를 소비하기에 충분하지 않으면, 처리되어야 할 일부 과잉 NBOG가 존재할 것이다. 이 경우에는, 상기한 바와 같이, 상기 탱크(114)에 수용된 LNG 또는 모든 NBOG에 영향을 주기보다는 과잉의 NBOG에만 영향을 주는 것이 바람직할 것이다. 이 해결방안에 의하면, 압축기(126)로부터 나오는 과잉의 NBOG는 상기 설비(112)의 동작 압력(예를 들면, 선내 설비의 종류에 따라 6bars 내지 7bars, 15bars 내지 17bars 또는 300bars 내지 315bars)에서 열교환기(142)로 보내지고, 상기 열교환기를 통하여 상기 탱크(114)의 NBOG 출구(145)로부터 축적된 NBOG와의 열교환에 의해서 냉각될 것이다. 그 후에, 과잉의 NBOG가 상기 탱크(130)의 열교환 회로(140)로 보내지고, 이 열교환 회로를 통하여 상기 탱크(130) 내부에 수용된 LNG와의 열교환에 의해 냉각된다. 그 후에, 과잉의 NBOG가, 드럼(150)으로 공급되기 전에, 드럼(150)의 동작 압력에서 JT 밸브(152)에 의해 감압된다. 드럼(150)은 상기 탱크(114)의 저장 압력에 가까운 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, 과잉의 NBOG의 일부가 응결된다. 최종적으로, 드럼(150)에 축적된 응결된 NBOG는, 플런저(134)를 통하여, 상기 탱크(114)속으로 재주입된다. NBOG를 (재)응결시킴으로써, 상기 탱크(114) 내부의 NBOG의 압력이 감소될 수 있다.
이 장치는 아래의 사항을 포함하여, 다양한 장점을 제공한다:
- 냉각 수단(170)은 평균 용량으로 연속적으로 작동할 수 있고 과잉의 NBOG 전부를 처리할 수 있다. 통상적으로, 냉각 수단(170)은, 과잉 NBOG의 최대량을 처리하고, 그 후에, 과잉 NBOG의 실제 변화를 처리하기 위해서 저 용량(lower capacity)으로 작동하거나, 평형 용량(balanced capacity)으로 작동하고 이 과정에서 이 용량보다 많은 과잉의 NBOG는 소실되도록 설계되어 있다. 상기 장치(110)에 의하면, 냉각 수단(170)은 과잉의 NBOG를 처리하는 용량을 유지하면서 평균 과잉 NBOG 용량(average excess NBOG capacity)에 따라 설계될 수 있다. 보통의 선박에 있어서는, 평균 최대 과잉 NBOG(average maximun excess NBOG)가 25% 내지 50%이다. 한 편으로는 냉각 능력 생산량의 변화와, 다른 한 편으로는 냉각 능력의 변화를 흡수하는 융통성이, 상기 탱크(114)에 저장된 LNG보다 훨씬 더 차가운 LNG를 저장할 수 있는 보조 탱크(130)에 의해 제공된다. 그렇게 함으로써, 냉각 능력이 LNG에 집중되고, 필요할 때 사용될 준비가 되는 반면에, 종래 기술에서는 탱크(114)에 의해 제공된 체적으로 이것이 약화된다.
- 통상적으로, 냉각 능력은 LNG를 상기 탱크(114)로 분무하는데 사용된다. 이 과정에서, 상기 탱크(114) 내부의 증기 상이 냉각되어 부분적으로 응결된다. 에너지의 면에서, 과잉 NBOG의 일부가 상기 설비(112)를 충족시키기 위해서 사용될 수 있기 때문에 이것은 이상적인 해결방안이 아니다. 상기 장치(110)에 의하면, NBOG의 일부가 상기 설비(112)를 충족시키기 위해서 사용되고, 냉각 능력은 과잉의 NBOG에 대해서만 사용된다. 보통의 선박에서는, 선박이 정박하고 있을 때 가스 소비량이 NBOG의 15% 내지 30%이다.
- 선박에 설치된 압축기(126)에 의해, 과잉의 NBOG는 상기 설비(112)의 입구 압력(통상적으로, 6bars 내지 7bars의 압력, 15bars 내지 17 bars의 압력 또는 300bars 내지 315bars의 압력)으로 압축된 다음, 주 탱크(114)로 복귀되기 전에 LNG에 의해 냉각되고 상이 분리된다. 상기 프로세스가 과잉의 NBOG를 보다 효율적으로 냉각시키고 압력 차이로 인해 과잉 NBOG의 보다 많은 부분을 응결시키는 것을 고려하면, 이것은 LNG를 주 탱크(114)의 증기 상에 분무하는 것보다 더 효율적이다.
- 특정 조건에서 몇 가지 냉각 수단이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기한 진공 증발기는 상기 설비(112)를 충족시키기 위해서 사용된 NBOG를 보충하는데 필요한 추가적인 FBOG로부터 냉기를 발생시킬 수만 있다. 상기 장치(110)에 의하면, 발생된 냉각 능력이 필요로 하는 시간과 장소에 사용될 수 있다.
도 9 및 도 10은 도 9의 장치의 작동 단계를 나타내고 있고, 이것은 기본적으로 도 8의 장치에 적용할 수 있고, 이 장치를 구비한 선박의 상이한 속력 단계를 나타낼 수 있다.
1. 탱크 내의 상태(압력과 온도)의 조절 - 도 9;
2. 과잉 NBOG의 처리 - 도 10.
1. 탱크 내의 상태(압력과 온도)의 조절 - 도 9.
보조 탱크(130)가 상기 탱크(114)로부터 LNG를 공급받을 것을 필요로 하지 않는 경우(예를 들어, 상기 보조 탱크의 에너지 수요가 다른 소스(source)에 의해 충족되는 경우) 그리고 상기 탱크(114)의 상태(예를 들어, 정박 압력 또는 적재 작업 전의 온도)가 조절될 것을 필요로 하는 경우에는, 보조 탱크(130)에 수용된 LNG가 이 LNG를 파이프(132)와 플런저(134)를 통하여 운반함으로써 상기 탱크(114) 내의 LNG를 냉각시키는데 사용될 수 있다.
2. 과잉 NBOG의 처리 - 도 10.
상기한 바와 같이, 과잉 NBOG는, 이 과잉 NBOG를 열교환기(142), 열교환 회로(140), JT 밸브(152) 및 드럼(150)에 의해 형성된 응결 라인을 통과하여 유동하게 함으로써 처리될 수 있다.
도 11은 대체 실시례를 나타내고 있다.
상기 설비는 통상적으로 상기 탱크(114)의 저장 압력보다 높은 입구 압력으로 가스 공급을 받기를 요하기 때문에, 압축기(126)가 상기 설비(112)에 대한 허용 압력으로 NBOG를 운반한다. 이 압축 동안 NBOG가 가열된다. 바람직하게는, 열교환기(142)가 상기 탱크(114)로부터 나오는 냉기의 일부를 회수하는데 사용된다. 이것은 비록 본질적인 것도 아니고, 따라서 필수적인 것도 아니지만, 성능을 높이는 하나의 선택사항이다. 따라서 이것은 도 11에 도시된 실시례로부터 제거되어 있다. 따라서 삼방향 밸브(146)의 하나의 출구는 열교환 회로(140)의 입구에 직접 연결되어 있고, 상기 탱크의 NBOG 출구(145)는 압축기(126)의 입구에 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 1차 회로(180a)와 2차 회로(180b)를 포함하고 있다.
2차 회로(180b)는 LNG가 열교환기(180)의 1차 회로를 통과하여 유동하는 액체와 열교환 과정을 거친 후 이 LNG를 보조 탱크(130)속으로 재주입하기 위해서, 보조 탱크(130)의 LNG 입구에 연결된 출구 및 보조 탱크(130)에 수용된 LNG에 잠긴 펌프(182)에 연결된 입구를 포함하고 있다. 1차 회로(180)는 상기한 열교환 회로(140)와 유사하다.
1차 회로(180a)는 액체, 다시 말해서, 압축된 BOG를 운반하는 고온 회로이고, 상기 압축된 BOG는 상기 1차 회로를 통과하여 유동할 때 냉각되도록 되어 있다. 2차 회로(180b)는 액체, 다시 말해서, 탱크(330)로부터 나오는 LNG를 운반하는 저온 회로이고, 상기 LNG는 상기 2차 회로를 통과하여 유동할 때 냉각되도록 되어 있다.
도 13은, 상기 탱크(14)에서 나오는 LNG의 강제 증발과 이렇게 만들어진 LNG의 저장을 위해 한 개의 동일한 통(90)을 형성하고 나타내도록 드럼(24)과 보조 탱크(30)가 결합되어 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 대해, 본 발명에 따른 장치의 상이한 기능 지표(functional indicator)에 대한 구체적인 값을 제공한다.
큰 범위 중간 범위 최적 범위
압력(mbara) 120 950 300 800 500 600
감압(감압 수단(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
배출량 (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 배출량(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 보조 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 보조 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 종류의 지표를 제공하지만, 이번에는 보다 흔한 액화 가스 조성, 특히, 메탄 또는 메탄을 함유하는 가스들의 혼합물과 같은, LNG를 대상으로 한다.
큰 범위 중간 범위 최적 범위
압력(mbara) 120 950 300 800 500 600
감압(감압 수단(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
배출량(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 배출량(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 보조 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 보조 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 충전률에 따라서, 파이프(18)의 하부 단부에서의 정수압이 달라진다(펌프는 보통 안정적인 깊이에 배치되어 있다).
드럼(24) 내의 액화 가스의 온도는, 예를 들면, "열교환 회로(40)에 의해서 냉각된 BOG의 온도(℃)" 빼기 2℃와 동일하고, 이것은 열교환기의 "핀치 효과"를 나타낸다.
아래의 식을 이용하여 감압 후의 증발 가스의 비율이 얻어진다:
X =(Hl,u -Hl,d) /(Hv,d - Hl,d)
상기 식에서:
X는 증발된 액체의 중량퍼센트이고;
Hl,d(J/Kg)는 상류부 온도와 압력에서의 액체 엔탈피(열함량)이고;
Hv,d(J/Kg)는, 포화 온도를 나타내는, 하류부 압력에서의 증발 가스의 엔탈피이고; 그리고
Hl,d(J/Kg)는, 포화 온도를 나타내는, 상류부 압력에서의 잔류 액체의 엔탈피이다.

Claims (24)

  1. 발전 설비(12, 112)용 자연 증발 가스를 냉각시키는 장치(10, 110)로서,
    - 액화 가스를 저장하고 제1 증발 가스 출구(45, 145)를 가지고 있는 주 탱크(14, 114);
    - 액화 가스를 상기 주 탱크에 모으고 상기 액화 가스를 냉각시키는 냉각 수단(170);
    - 상기 냉각 수단에 의해 냉각된 액화 가스를 저장하도록 설계된, 냉각된 액화 가스용 보조 탱크(30, 130); 그리고
    - 상기 주 탱크의 상기 제1 증발 가스 출구에 연결된 입구를 포함하는 제1 열교환 회로(40, 140);
    를 포함하고 있어서, NBOG가 상기 제1 열교환 회로에서 유동할 수 있고, 상기 제1 열교환 회로는, 상기 제1 열교환 회로를 통과하여 유동하는 상기 NBOG가 상기 보조 탱크에 저장되어 있거나 상기 보조 탱크에서 나오는 냉각된 액화 가스에 의해 냉각되도록 상기 보조 탱크와 상호작용하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  2. 제1항에 있어서,
    - 제1 분리 드럼(50, 150)을 더 포함하고 있고, 냉각된 액화 가스를 형성하기 위해서 재응결된 NBOG와 냉각된 NBOG를 상기 제1 분리 드럼에 공급하기 위해서 상기 제1 분리 드럼은 상기 제1 열교환 회로(40, 140)의 출구에 연결된 입구를 가지고 있고, 상기 제1 분리 드럼이 제1 NBOG 출구와 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크로 주입하기 위해서 상기 주 탱크에 연결된 제2 냉각된 액화 가스 출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  3. 제2항에 있어서, 상기 주 탱크(14, 114)의 상기 제1 증발 가스 출구 및/또는 상기 제1 분리 드럼(50, 150)의 상기 제1 NBOG 출구에 연결된 입구를 가진 적어도 하나의 제1 압축기(26, 126)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  4. 제3항에 있어서, 상기 냉각 수단이 보조 탱크(30, 130) 내의 액화 가스 또는 상기 보조 탱크(30, 130)에서 나오는 액화 가스와 열교환에 의해 상호작용하도록 되어 있는 제2 열교환 회로(172)를 포함하고 있고, 상기 제2 열교환 회로가 상기 액화 가스를 냉각시키기 위해서 냉각 액체를 운반하고, 이것에 의해 냉각된 액화 가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  5. 제3항에 있어서, 상기 냉각 수단이
    - 제1 파이프(18, 118)의 제1 단부 및 상기 주 탱크(14, 114)에 수용된 액화 가스에 잠긴 제2 단부에 연결된 입구를 가진 제2 드럼(24)을 포함하고, 상기 제1 파이프는 액화 가스를 상기 제2 드럼에 공급할 수 있고; 그리고
    - 제2 드럼의 제1 냉각된 액화 가스 출구에 연결된 제1 단부 및 냉각된 액화 가스를 상기 보조 탱크(30, 130)에 공급하기 위해서 상기 보조 탱크에 연결된 제2 단부를 가진 제2 파이프(31);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  6. 제5항에 있어서, 상기 주 탱크(14)의 액화 가스 출구에 연결된 입구와 액화 가스를 상기 보조 탱크에 공급하기 위해서 상기 보조 탱크(30)의 입구에 연결된 출구를 가지고 있는 1차 회로(60a)뿐만 아니라, 상기 제1 파이프(18)에 연결된 입구와 상기 제2 드럼(24)의 입구에 연결된 출구를 가진 2차 회로(60b)를 가진 제1 열교환기(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    - 액화 가스가 상기 주 탱크로부터 상기 제2 드럼(24)으로 상기 제1 파이프를 통하여 유동하게 하도록, 상기 제1 파이프(18, 118)의 상기 제2 단부에 연결되어 있으며 상기 주 탱크(14, 114)에 수용된 상기 액화 가스에 감기도록 설계된 제1 펌프(16a, 116a); 그리고
    - 냉각된 액화 가스가 상기 제2 드럼(24)으로부터 상기 보조 탱크(30, 130)으로 유동하게 하도록, 상기 제2 파이프(31)에 연결된 제2 펌프(35);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제1 파이프(18, 118)가 증발 수단(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  9. 제8항에 있어서, 상기 주 탱크(14, 114)의 상기 제1 증발 가스 출구(45, 145)에 연결된 입구를 가진 적어도 하나의 제2 압축기(28, 128)를 포함하고 있고, 상기 제2 압축기가 상기 제1 열교환 회로(40, 140)의 상기 입구에 연결된 출구를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 압축기(28, 128)의 상기 입구가 상기 제2 드럼(24)의 제2 가스 출구 및/또는 상기 제1 분리 드럼(50, 150)의 제2 가스 출구에 동일하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  11. 제9항에 있어서, 상기 제2 압축기(28)의 상기 입구가 상기 제1 압축기(26)의 상기 출구에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기(26, 28, 126)가 상기 발전 설비(12, 112)로 연료 가스를 전달하도록 설계된 출구를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 열교환 회로(40, 140)의 상기 입구가 제2 열교환기(42, 142)의 1차 회로(42b, 142b)에 의해 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기(26, 28, 126)의 상기 출구에 연결되어 있고, 상기 제2 열교환기가 상기 주 탱크(14, 114)의 상기 제1 증발 가스 출구(45, 145)에 연결된 입구와 상기 제1 압축기 또는 제2 압축기의 상기 입구에 연결된 출구를 가진 2차 회로(42a, 142a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  14. 제13항에 있어서, 상기 보조 탱크(30, 130)가 상기 주 탱크(14, 114)에 연결된 제2 단부를 가진 제3 냉각된 액화 가스 파이프(32, 132)의 제1 단부에 연결되어 있고, 상기 제3 냉각된 액화 가스 파이프가 상기 보조 탱크로부터 상기 주 탱크로 상기 냉각된 액화 가스의 적어도 일부를 운반하도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  15. 제14항에 있어서, 상기 제3 냉각된 액화 가스 파이프가 상기 주 탱크(14, 114)에 수용된 액화 가스에 잠겨 있는 플런저(34, 134) 및/또는 냉각된 액화 가스를 상기 주 탱크로 주입하기 위해서 상기 주 탱크에 배치된 분무기 붐(22, 122)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 장치(10, 110).
  16. 적어도 제15항에 따른 장치(10, 110)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 선박.
  17. 제1항에 따른 장치(10, 110)를 이용하여, 발전 설비(12, 112)로 연료 가스를 공급하는 방법으로서,
    상기 발전 설비에 있어서의 가스 소비 지표들 중의 적어도 하나를 모니터링하는 것을 포함하고;
    - 상기 지표의 값이 미리 정해진 임계값을 초과하는 경우, 상기 보조 탱크에서 냉각된 액화 가스를 준비하고 저장하는 단계;
    - 상기 지표의 값이 미리 정해진 임계값보다 작은 경우, 상기 주 탱크에서 발생된 과잉의 NBOG를 재응결시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 발생된 NBOG가 상기 발전 설비의 가스 소비 요구를 충족시키기에 불충분한 경우 냉각된 액화 가스가 준비되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 주 탱크에 수용된 액화 가스의 축적, 팽창 및 상분리에 의해 액화 가스가 냉각되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 탱크의 NBOG의 양이 상기 발전 설비의 실제 요구를 초과하는 경우, 상기 주 탱크에서 NBOG를 응결시키기 위해서, 상기 냉각된 액화 가스가 상기 주 탱크에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 NBOG가 상기 냉각된 액화 가스와의 열교환에 의해 응결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 NBOG가 상기 열교환 전에 압축되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 NBOG가 상기 열교환 후에 감압되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 NBOG가 상기 감압 후에 상분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
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