KR20030025345A - LNG Vaporization System with the Double-tube Triple-flow Method Using Phase Change Fluid - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해수를 이용한 액화천연가스(LNG)의 기화 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 종래의 관 내부의 하부에서 상부로 LNG가 흐르고, 관 외부는 가열원인 해수가 상부에서 적하되는 단일 배관 열교환 기화기 대신에 이중 배관 삼중흐름 기화기를 적용하여, 중간 관내를 흐르는 LNG가 관 외부의 해수와 안쪽 관내를 흐르는 상변화 유체로 부터 해수의 부족열을 흡수하여 기화됨으로써, 동절기 해수 온도가 낮아짐에 따라 기화기의 효율이 저하하여 LNG 기화량이 감소하는 것을 방지하여 천연가스의 안정 공급이 가능하고 에너지를 절약할 수 있는 자연에너지 이용 LNG 기화시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vaporization system of liquefied natural gas (LNG) using sea water, and more specifically, LNG flows from the lower part to the upper part of a conventional pipe inside, and a single pipe in which the seawater, which is a heating source, is dropped from the upper part of the pipe. By applying the double pipe triple flow vaporizer instead of the heat exchange vaporizer, LNG flowing in the middle pipe absorbs the insufficient heat of sea water from the seawater outside the pipe and the phase change fluid flowing inside the pipe, thereby decreasing the winter seawater temperature. The present invention relates to a LNG vaporization system using natural energy, which is capable of stably supplying natural gas and saving energy by preventing the LNG vaporization amount from decreasing due to a decrease in the efficiency of the vaporizer.
종래의 LNG 기화 시스템은 도 2의 LNG 고압펌프(1), 해수 기화기(2, ORV), 수중 가스연소기화기(6, SMV)로 이루어져 있다.The conventional LNG vaporization system is composed of the LNG high pressure pump (1), seawater vaporizers (2, ORV), water gas burner (6, SMV) of FIG.
해수이용 기화기(2, Open Rack Vaporizer)는 -160℃의 LNG를 0℃의 천연가스로 기화시키는 데 해수의 열을 이용하고 있다. 이 때 해수 온도차는 5℃를 이용하며 해수 온도가 15℃라면 10℃로 낮아져 바다에 방출된다. 그러나 겨울철에는 대부분 해수 온도가 5℃이하로 낮아지며 심한 경우는 -0.5℃까지 저하되고 있다. 이 경우는 LNG가 0℃로 기화되는 열을 얻을 수 없게 되어 기화기 1대당 180 톤/시간의 기화기 기화랑이 크게 감소하게 된다. 표 1은 2000년 동계 인천 LNG인수기지의 운전 결과로, 바닷물 온도가 낮을 때 180T/h 용량의 LNG 기화기 1대당 실제 기화 처리량을 보여주고 있다. 이때 가열원인 해수는 각 경우 시간당 8,600 Ton으로 동일하게 공급되었다.The Open Rack Vaporizer (2) uses seawater heat to vaporize LNG at -160 ° C with natural gas at 0 ° C. At this time, the seawater temperature difference is 5 ℃ and if the seawater temperature is 15 ℃, it is lowered to 10 ℃ and released to the sea. In winter, however, most seawater temperatures are lowered below 5 ° C and, in severe cases, are lowered to -0.5 ° C. In this case, it becomes impossible to obtain the heat of vaporizing the LNG to 0 ° C., so that the vaporizer vaporizer of 180 tons / hour per carburetor is greatly reduced. Table 1 shows the actual vaporization throughput per LNG carburetor of 180T / h capacity when the seawater temperature is low as a result of operation of the winter Incheon LNG Terminal in 2000. At this time, the seawater, which is a heating source, was equally supplied at 8,600 tons per hour.
<표 1> 해수 온도에 따른 LNG 해수 기화기 기화량<Table 1> LNG seawater vaporizer vaporization according to seawater temperature
만약 바닷물 온도가 낮음에도 LNG 흐름량을 계속 유지하면 기화기 표면에 바닷물이 -1.8℃에 동결되어 얼음이 생성되고, LNG 흐름을 크게 증가시키면 기화기 표면에 해수의 동결이 증대되어 배관에 응력이 커져 소성변형이 발생, 파손되게 된다.If the LNG flow rate is maintained even though the seawater temperature is low, seawater is frozen at -1.8 ° C on the surface of the carburetor, and ice is produced.If the LNG flow is greatly increased, freezing of seawater on the surface of the carburetor increases, causing stress in the pipe to increase plastic deformation. This occurs and is damaged.
이렇게 낮은 해수 온도에 의한 겨울철 가스 부족된 공급량은 수중 가스연소기화기(6, Submerged Vaporizer)를 이용하여 공급하고 있다. 이는 LNG를 기화시키기 위하여 천연가스를 연소시키는 기화기이다. 이 기화기는 겨울철 2개월 운전에 해수 기화기(2) 1대의 180T/h 공급량을 기준할 때 무려 17.6억원의 연료비를 소모하고 있으며, 그 계산 기준은 다음과 같다.The low gas supply in winter due to the low seawater temperature is supplied by submerged vaporizer (6, Submerged Vaporizer). It is a vaporizer that burns natural gas to vaporize LNG. This carburetor consumes 17.6 billion won in fuel costs based on 180T / h supply of one seawater carburetor (2) for winter operation for two months.
1,536Nm3/(hr)(SMV 1기) x 60일 x 24hr x 2기 x 400원/Nm3= 17.6억원1,536Nm 3 / (hr) (1 SMV) x 60 days x 24hr x 2 units x 400 won / Nm 3 = 17.6 billion won
그러므로 연소식 기화기의 사용보다는 해수 등 풍부한 자연 에너지를 이용하여 LNG를 기화시키는 기술이 크게 요구되어 지고 있다.Therefore, there is a great demand for a technology for vaporizing LNG by using abundant natural energy such as seawater rather than using a combustion vaporizer.
국외의 해수 기화기 효율 향상 기술을 보면 일본 Osaka Gas 사의 자칭 수퍼기화기를 들 수 있다. 이는 해수 기화기(2)의 배관을 절반정도까지 이중으로 하여 하부 LNG의 흐름량을 1/2씩 분산시켜, 하단부 즉 LNG주입부(해수 방출부)의 LNG 가열에 필요한 열량을 감소시켜 얼음 생성을 막아 효율을 증대시키고 있으나, 이도 해수 온도가 5℃이하로 저하되면 동일하게 LNG기화량이 감소하게 된다.Overseas sea vaporizer efficiency improvement technology is a Japanese self-proclaimed super vaporizer. This doubles the pipes of the seawater vaporizer 2 to about half and distributes the flow of the lower LNG by 1/2, thereby reducing the amount of heat required to heat the LNG at the lower end, that is, the LNG injection unit (sea discharge), to prevent ice formation. Although the efficiency is increased, the degree of LNG vaporization is also reduced when the seawater temperature is lowered below 5 ° C.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 겨울철 해수 온도가 5℃이하로 저하되어도 자연 에너지를 이용하여 해수 기화기(2)를 통하여 동일한 LNG량이 기화되도록 하는 것이다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to allow the same amount of LNG to be vaporized through the seawater vaporizer (2) using natural energy even if the winter seawater temperature is lowered below 5 ℃. .
이는 종래의 LNG 해수 기화기의 단일 열교환 배관 대신에, 이중관 삼중흐름 기화기를 적용하여 중간 관내를 하부에서 상부로 흐르는 LNG가, 외부 관벽을 타고 적하되는 해수로 부터 기화열의 일부를 제공받고, 부족한 열량은 제일 안쪽 관내를 흐르는 상변화 유체로 부터 열을 제공받는 기화 시스템이다. 한편 제일 내측 관의 상변화 유체는 LNG에 의해 냉각, 액화되어 해수 담수화 장치나 빙축열 장치 등에 저온의 열량을 제공하고 가열, 기화되어 LNG 기화기에 다시 주입되는 효율적인 LNG 기화 시스템이다.Instead of a single heat exchange pipe of a conventional LNG seawater vaporizer, a double pipe triple flow vaporizer is applied to the LNG flowing from the bottom to the upper part of the intermediate pipe, and a portion of the heat of vaporization is provided from seawater that is dropped through the outer pipe wall. It is a vaporization system that receives heat from the phase change fluid flowing in the innermost tube. On the other hand, the phase change fluid of the innermost pipe is an efficient LNG vaporization system that is cooled and liquefied by LNG to provide low-temperature heat to a seawater desalination device or an ice storage device, and is heated and vaporized and then injected back into the LNG vaporizer.
관 내의 상변화 유체로는 프로판(Propane), 부탄(Butane), 클로로-디플루오로 메탄(R-22), 테트라-프루오로에탄(R-134a), 프레온(Freon)-32 등의 냉매와 이들의 혼합물 들이 적용될 수 있다.Phase change fluids in the tube include propane, butane, chloro-difluoro methane (R-22), tetra-fluorourone (R-134a), and freon (32). And mixtures thereof may be applied.
도 1은 본 발명에 따른 이중관 삼중흐름 기화 방식을 적용한 LNG 기화 공정을 예시한 개략도,1 is a schematic diagram illustrating an LNG vaporization process applying a double pipe triple flow vaporization method according to the present invention,
도 2는 종래 단일관 이중흐름 방식의 LNG 해수이용 기화기 공정을 예시한 개략 평면도이다.Figure 2 is a schematic plan view illustrating a conventional single tube double flow type LNG seawater vaporizer process.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
1 : LNG 펌프 2 : 해수 기화기(ORV)1 LNG Pump 2 Sea Water Vaporizer (ORV)
3 : 액체프로판 펌프 4 : 담수화 장치3: liquid propane pump 4: desalination apparatus
5 : 연소식 가열기 6 : 가스연소 기화기(SMV)5: combustion heater 6: gas combustion vaporizer (SMV)
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도 1에서 보여주는 바와 같이, 이중 관 삼중 흐름 해수 기화기(2)의 제일 내측 관내를 기체 상태의 상변화 가열 매체가 흐르면서 LNG의 열을 흡수하여 액체화되는 단계와; 순환펌프(3)에 의해 액화된 매체가 기화장치(4)에 주입되어 기체화되는 단계와; 기체화된 매체가 가열기(5)에서 추가 가열된 후 이중관 삼중흐름 LNG 해수 기화기(2)에 재순환되어 지는 LNG 기화 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, as shown in Figure 1, the inner tube of the double tube triple flow seawater vaporizer (2) absorbing the heat of LNG while the gas phase phase change heating medium flows and liquefied; The medium liquefied by the circulation pump (3) is injected into the vaporizer (4) and vaporized; Provided is an LNG vaporization method in which the gasified medium is further heated in a heater (5) and then recycled to a double tube triple flow LNG seawater vaporizer (2).
이하, 첨부 도를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 이중관 삼중흐름 LNG 해수 기화 시스템을 설명하기 위한 공정 흐름의 개략 도이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a schematic diagram of a process flow for explaining a double pipe triple flow LNG seawater vaporization system according to the present invention.
본 실시 예에 따라 LNG 기화 시스템 장치의 구성은, 해수·LNG·가열 매체가 흐르는 이중관 삼중흐름 해수 기화기(2), 액화된 가열 매체를 순환시키는 순환펌프(3), 액체의 열매체를 다시 기화시키는 담수화 장치 등 기화장치(4), 기체화된 매체가 추가로 가열되는 연소식 가열기(5) 등을 포함한다.The structure of the LNG vaporization system apparatus according to the present embodiment includes a double pipe triple flow seawater vaporizer 2 through which seawater, LNG, and a heating medium flow, a circulation pump 3 for circulating a liquefied heating medium, and vaporizing liquid heat medium again. A vaporization device 4 such as a desalination device, a combustion heater 5 in which the gasified medium is further heated, and the like.
이러한 구성의 장치를 사용하여, 본 발명에 따라 겨울철 해수 온도가 0.5℃일 때 LNG를 해수의 자연 에너지를 이용하여 효과적으로 기화시키는 방법을 자세히 설명한다.Using the apparatus of such a configuration, according to the present invention, a method of effectively vaporizing LNG using natural energy of seawater when winter seawater temperature is 0.5 ° C will be described in detail.
우선, 이중관 삼중흐름 LNG기화기(2)에서는 -160℃의 액체 LNG가 0℃로 가열 기체화되는 데, 그 소요 열량은 LNG 1kg당 약 170kcal가 된다. 이 때 최 외부를 흐르는 해수는 온도가 낮아 충분한 가열 열량을 제공하지 못하고 0.5℃에서 -0.3℃까지의 에너지 21.4 kcal만을 제공하게 된다. 해수온도 -0.3℃까지만 이용하는 이유는 기화기 하부에 얼음이 생성되기 때문이다. 나머지 148.6kcal는 프로판 80%, 부탄 20%가 혼합된 가열 매체로 부터 얻게된다.First, in the double-pipe triple flow LNG vaporizer 2, liquid LNG at -160 ° C is heated and gasified to 0 ° C, and the required heat amount is about 170 kcal per kg of LNG. At this time, the outermost seawater is low in temperature and does not provide sufficient heating heat, but provides only 21.4 kcal of energy from 0.5 ° C to -0.3 ° C. The reason why the seawater temperature is only used up to -0.3 ° C is because ice is produced under the vaporizer. The remaining 148.6 kcal is obtained from a heating medium mixed with 80% propane and 20% butane.
가열매체는 기화기에 50℃로 주입되어 LNG를 가열하여 0℃로 기화시키고 매체는 -60℃로 온도가 저하되어 액체로 배출되며 이때 LNG 측에 제공한 열량은 148.6kcal, 유량은 LNG 1 kg/hr 당 1 kg/hr가 된다.The heating medium is injected into the vaporizer at 50 ℃, the LNG is heated to vaporize to 0 ℃, and the medium is lowered to -60 ℃ and discharged as liquid.The amount of heat provided to LNG is 148.6kcal and the flow rate is 1kg / LNG. 1 kg / hr per hr.
-60℃의 액체로 배출된 가열매체는 해수 담수화 장치(4)에 주입된다. 이 담수화 장치에 주입된 액체상태의 -60℃ 저온 매체는 해수와 직접접촉하여 얼음알갱이를 생성시키고 기화된다. 이 때 매체는 해수 1kg의 동결 에너지인 79.6kcal를 0.5℃의 해수로 부터 흡입하여 -5℃∼0℃로 증발된다. 가열매체 1kg당 얼음은 약1.9 kg이 생성되며, 이 것은 얼음의 형태로 판매되거나 하절기 냉방에 이용하게 된다.The heating medium discharged as a liquid at -60 ° C is injected into the seawater desalination apparatus 4. The liquid -60 ° C. low temperature medium injected into this desalination apparatus is in direct contact with seawater to form ice grains and vaporize. At this time, the medium inhales 79.6 kcal of freezing energy of 1 kg of seawater from 0.5 ° C seawater and evaporates to -5 ° C to 0 ° C. About 1.9 kg of ice is produced per kg of heating medium, which is sold in the form of ice or used for cooling in summer.
기화된 가열매체는 연소식 가열기에서 50℃까지 가열된 후 이중관 삼중흐름 기화기(2)에 다시 순환된다.The vaporized heating medium is heated to 50 ° C. in a combustor and then circulated back to the double tube triple flow vaporizer 2.
본 발명에 의하면 겨울철 영하의 해수 온도에도 LNG를 효과적으로 기화시킬 수 있는 에너지를 자연에너지인 해수로 부터 얻을 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to obtain energy from the seawater, which is natural energy, which can effectively vaporize LNG even at seawater temperature below freezing in winter.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명인 이중관 삼중흐름 기화 방식의 효과는 겨울철 영하의 해수 온도에도 연료를 소비하지 않고 자연에너지 자원인 해수를 이용하여 효과적으로 -160℃의 LNG를 0℃까지 기화시킬 수 있어, 종래 겨울철 기화 방법인 연소식 기화기(SMV)의 천연가스 연료비를 크게 절감할 수 있는 매우 경제적인 고안이다. 또한 기화기 내측 관을 흐르는 가열매체의 저온을 해수 담수화 장치나 빙축열 장치 등에 이용함으로써 저온의 열량으로 부터 얼음을 생산하여 냉방이나 담수를 얻는 효율적인 LNG 기화 시스템이다.As described in detail above, the present invention can effectively vaporize LNG of -160 ° C to 0 ° C by using seawater, which is a natural energy resource, without consuming fuel even at seawater temperature below freezing during winter. It is a very economical design that can significantly reduce the natural gas fuel cost of the conventional combustion vaporization method (SMV). In addition, by using the low temperature of the heating medium flowing through the inner tube of the vaporizer, such as seawater desalination apparatus or ice storage device, it is an efficient LNG vaporization system to produce ice from the low-temperature heat amount to obtain cooling or fresh water.
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Legal Events
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |