KR20030073974A - 엘앤지 운반선의 증발가스 재액화 방법 및 시스템 장치 - Google Patents

엘앤지 운반선의 증발가스 재액화 방법 및 시스템 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극저온의 상태로 액화된 LNG를 저장 및 운송하는 LNG 운반선의 저장탱크 내에서 외부의 열로 인해 기화되어 발생하는 증발가스의 재액화 방법에 관한 것이다.
본 발명은 극저온의 LNG가 저장되어 외부에서 전달되는 열로 인해 기화된 증발가스가 발생하는 저장탱크에 있어서, 저장 탱크(10)에 연결되어 증발가스의 온도를 1차 냉각시키는 스프레이 냉각기(20), 상기 스프레이 냉각기(20)에 연결되어 1차 냉각된 증발가스를 가압 시키는 재액화 압축기(30), 상기 재액화 압축기(30)에 연결되어 가압된 증발 가스를 액화시키는 증발가스 응축기(40), 상기 증발가스 응축기(40)에 연결되어 액화된 증발가스의 일부를 상기 스프레이 냉각기(20)로 이송시키는제 2 밸브(110), 상기 증발가스 응축기(40)에 연결된 제 1 밸브(100)를 통해 이송된 액화 증발가스를 상기 저장탱크(10)에 저장된 극저온의 LNG와 혼합하여 냉각하는 재 혼합기(120), 상기 재 혼합기(120)에 연결되어 액화 증발가스를 상기 저장탱크(10)에 저장하는 재액 회수 라인(130), 상기 저장탱크(10)의 하부에 장착되어 저장되어 있는 LNG를 제 3 밸브(150)를 통해 상기 재혼합기(120)로 이송시키는 스트립 스프레이 펌프(140)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

엘앤지 운반선의 증발가스 재액화 방법 및 시스템 장치{Boil off gas rel iquefaction method and system assembly of Liquefied natural gas carrier}
본 발명은 천연 가스 운반선의 운항 중 외부에서 전달되는 열량으로 인해 저장 탱크에서 발생되는 증발가스(BOG, Boil Off Gas)의 재액화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 액화 천연가스의 운송 중 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 증발가스 재액화 시스템과 질소 냉각 시스템을 이용하여 전량 재 액화하여 저장 탱크에 회수시킴으로써 소모되는 증발가스의 양을 제거하고 선박의 주 엔진을 액화 천연 가스를 사용하는 보일러에서 선박유를 사용하는 내연기관으로 교체함으로써 선박 운항비를 감소시킬 수 있는 천연 가스 운반선의 증발가스 재액화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스 운반선(이하 LNG 운반선이라 칭함.)은 기체 상태의 천연가스(Natural Gas)를 -163 ℃로 액화시킨 액화 천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 칭함.)를 저장하여 운송하는 선박이다.
상기 LNG 운반선의 저장탱크는 극 저온에서도 강성을 유지해야 하는 특성 때문에 알루미늄으로만 제작된다.
상기 LNG 운반선의 저장탱크 형성방식은 구형 독립 탱크 방식과 멤브레인 식(일명 다이아 프램식) 두 가지가 많이 쓰이는데, 개발자의 이름을 따서 구형 독립 탱크 방식은 모스식(Moss)이라 하고, 멤브레인 식은 테크니가스 식(Technigas)과 가스 트랜스 포트식(Gas Transport)으로 불린다.
상기 구형 독립 탱크 방식은 선박을 먼저 건조시킨 후에 알루미늄으로 직경 40 m나 되는 볼형태의 탱크를 제작하여 중간 높이의 허리 부분을 지지하여 선박에 고정시키는 방법으로서, 보강재를 사용하지 않으므로 용접량이 최소화되고 제작시 또는 사용시 응력 집중점이 적은 장점을 가지고 있다.
그러나, 선박의 지상고가 높아져 선박 운항시 바람을 많이 받으므로 조타 장치와 계선 계류 장치를 강화시켜야 하는 단점을 가지고 있다.
상기 멤브레인 방식은 별도의 탱크를 제작하지 않고 선박의 화물창 내벽에 보온을 잘하고, 상기 보온 표면을 얇은 금속판으로 밀폐시킨 방식으로, 선체가 최적화 사이즈로 작아지고 특수 설비의 장착이 불필요하다는 장점이 있는 반면에 제작시 또는 사용시 응력 집중점이 많고 선체 외부의 충돌시 좌초 등과 같은 손상요인을 피해야 하는 단점을 가지고 있다.
상기 멤브레인 방식의 테크니가스 식과 가스 트랜스 포트식의 차이는 보온재의 구성과 시공 방법에 있다.
상기 LNG 운반선은 운항 중 태양의 직사 광과 같은 외부 열이 저장탱크에 전달되는데, 이 때, 상기 저장탱크 내에서는 LNG의 일부가 기화되는 증발가스가 발생된다.
상기 저장탱크 내에서 기화되는 증발가스의 증발량은 겨울철과 여름철에 따라 다르지만 평균적으로 1일에 전체 저장된 가스량의 0.15%정도 발생된다.
상기 증발가스는 설정해 놓은 안전 압력(0.25 bar)이상이 되면 안전 밸브를 통해 배출되는데, 기존 LNG 운반선 에서는 액화 천연가스 증발량의 전량을 선박의보일러와 운항을 위한 연료로 사용함으로써 가스 저장탱크의 압력이 안정되게 유지된다.
그러나, 선박의 추진 연료로 LNG와 선박유(Heavy Fuel Oil)를 비교했을 때 상기 LNG의 가격이 고가이므로 선박의 운항비가 크게 소모되는 문제점을 가지고 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출돤 본 발명의 목적은 LNG 선박의 운항 중에 저장탱크에서 발생하는 LNG의 증발가스를 재액화시킨 후 저장탱크로 회수시킴으로써 LNG의 운송중 발생하는 손실량을 제거하고, 선박의 주 엔진 연료를 선박유로 변경시킴으로써 연료의 단가와 연료 소비량을 감소시켜 선박 운항비를 감소시키고자 하는데 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 증발가스를 스프레이 쿨러와 재액화 2단 압축기가 사용하여 1차로 냉각 및 압축시키고 질소 냉각 시스템이 장착된 증발가스 응축기와 재 혼합기 및 재생액 회수 라인과 스트립 스프레이 펌프를 이용하여 기체 상태의 증발가스를 재액화하여 액화된 증발가스를 저장탱크에 저장시키는 LNG 운반선의 증발가스 재액화 시스템를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의 증발가스 재액화 시스템 장치를 도시하는 배관도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의 증발가스 재액화 방법의 순서를 도시하는 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 저장 탱크20 : 스프레이 냉각기
30 : 재액화 압축기40 : 증발가스 응축기
50 : 질소 열 교환기60 : 제 1 압축기
62 : 제 2 압축기66 : 제 3 압축기
70 : 전동기80 : 제 1 중간 냉각기
82 : 제 2 중간 냉각기84 : 제 3 중간 냉각기
90 : 팽창 터빈100 : 제 1 밸브
110 : 제 2 밸브120 : 재 혼합기
130 : 재액 회수 라인140 : 스트립 스프레이 펌프
150 : 제 3 밸브
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의 증발가스 재액화 시스템에 관해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의 증발가스 재액화 시스템 장칠를 도시하는 배관도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 LNG 운반선의 증발가스 재액화 방법의 순서를 도시하는 순서도이다.
상기 도면에 도시하였듯이, 극저온의 상태로 액화되어 저장 및 운송되는 LNG는 선박의 운항 중 태양의 직사광과 같은 외부의 열로 인해 저장탱크(10)내에서 기화되고, 상기 저장 탱크(10)내에서 기화되는 증발가스는 설정해 놓은 안전 압력(0.25 bar) 이상이 되면 안전 밸브가 작동되어 배출된다.(ST 10)
상기 안전 밸브를 통해 배출되는 증발가스의 온도는 약 -140 ℃이다.
상기 안전 밸브를 통해 배출되는 고온 저압의 증발가스는 극저온으로 액화된 증발가스가 분사되는 스프레이 냉각기(20)를 관통하면서 1차로 온도가 냉각된다.(ST 20)
상기 스프레이 냉각기(20)를 관통함으로써 1차로 온도가 냉각된 기체 상태의 증발가스는 두 개의 재액화 압축기(30)를 지나가면서 압력이 약 6 bar까지 증가된다.(ST 30)
상기 재액화 압축기(30)를 관통한 저온 고압의 증발 가스는 질소 냉각 시스템이 부착된 증발가스 응축기(40)를 관통하면서 저온 저압의 액체 상태로 액화된다.
상기 증발가스 응축기(40)에서의 증발가스의 흐름을 설명하면, 상기 재액화 압축기(30)를 관통한 저온 고압의 증발가스는 고압의 질소 가스를 사용하는 질소 열 교환기(50)로 이송되어 2차로 온도가 냉각된다.(ST 40)
상기 질소 열 교환기(50)를 통과함으로써 2차로 냉각된 증발가스가 세 개의제 1, 제 2, 제 3 압축기(60)(62)(64)와 세 개의 제 1, 제 2, 제 3 중간 냉각기(80)(82)(84)를 순서대로 통과함으로써 온도는 더욱더 하강되고 압력은 증가된다.(ST 50)(ST 60)(ST 70)(ST 80)(ST 90)(ST 100)
상기 3단 압축기와 3단 중간 냉각기를 차례대로 통과한 저온 고압의 증발가스는 다시 한 번 질소 열 교환기(50)로 이송되어 온도가 냉각된다.(ST 110)
상기 질소 열 교환기(50)를 통과한 저온 고압의 증발 가스는 팽창 터빈(90)을 관통함으로써 저온 저압이 되어 기체에서 액체로 상변화가 발생된다.(ST 120)
상기 팽창 터빈(90)과 세 개의 압축기(60)(62)(64)는 전동기(70)를 이용하여 구동된다.
상기 증발가스 응축기(40)를 관통함으로써 액화된 증발가스의 일부는 제 2 밸브(110)를 통해 상기 스프레이 냉각기(20)로 이송되고 나머지는 제 1 밸브(100)를 통하여 재 혼합기(120)로 이송된다.(ST 140)
상기 스프레이 냉각기(20)로 이송된 증발가스는 상기 저장 탱크(10)에서 안전 밸브를 통해 배출되는 고온 저압의 증발가스의 온도를 1차로 냉각시키기 위해 분사된다.(ST 130)
상기 재 혼합기(120)에서 액화 증발가스가 저장탱크(10)에 저장되어 있는 극저온의 LNG와 혼합되어 -163 ℃까지 냉각된다.(ST 150)
상기 재 혼합기(120)를 관통한 액화 증발가스는 재액 회수 라인(130)을 통해서 상기 저장탱크(10)의 하부측에 분사된다.(ST 160)
상기 저장탱크(10)의 하부에는 스트립 스프레이 펌프(140)가 장착되어 저장탱크(10)에 저장되어 있는 LNG를 제 3 밸브(150)를 통해 상기 재혼합기(120)로 이송시키고, 이송된 상기 LNG는 재 혼합기(120)에 인입되는 액화 증발가스와 혼합된다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 LNG선의 운항 중 저장된 LNG의 손실이 없으며, 주엔진이 증발가스를 사용하는 보일러에서 선박유를 사용하는 디젤 타입으로 교체되므로 선박 운항비가 감소되는 효과를 갖는다.

Claims (3)

  1. 극저온의 상태로 액화된 LNG를 저장 및 운송하는 LNG 운반선의 저장탱크 내에서 외부의 열로 인해 기화되어 발생되는 증발가스의 처리 방법에 있어서, 저장 탱크(10)내에서 기화되는 증발가스는 설정해 놓은 안전 압력(0.25 bar) 이상이 되면 안전 밸브가 작동되어 배출되는 단계(ST 10), 상기 안전 밸브를 통해 배출되는 고온 저압의 증발가스가 스프레이 냉각기(20)를 관통하면서 1차로 온도가 감소되는 단계(ST 20), 상기 스프레이 냉각기(20)를 관통한 증발가스가 두 개의 재액화 압축기(30)를 지나가면서 압력이 증가되는 단계(ST 30), 상기 재액화 압축기(30)를 관통한 저온 고압의 증발 가스가 고압의 질소 가스를 사용하는 질소 열 교환기(50)로 이송되어 2차로 온도가 하강되는 단계(ST 40), 상기 질소 열 교환기(50)를 통과한 증발가스가 세 개의 제 1, 제 2, 제 3 압축기(60)(62)(64)와 세 개의 제 1, 제 2, 제 3 중간 냉각기(80)(82)(84)를 순서대로 통과함으로써 온도는 더욱더 하강되고 압력은 증가되는 단계(ST 50)(ST 60)(ST 70)(ST 80)(ST 90)(ST 100), 상기 3단 압축기와 3단 중간 냉각기를 차례대로 통과한 저온 고압의 증발가스가 다시 한 번 온도를 낮추기 위해 상기 질소 열 교환기(50)로 이송되는 단계(ST 110), 상기 질소 열 교환기(50)를 통과한 저온 고압의 증발 가스가 팽창 터빈(90)을 관통함으로써 저온 저압이 되어 기체에서 액체로 상변화가 발생되는 단계(ST 120), 상기 증발가스 응축기(40)를 관통한 액화 증발가스의 일부가 제 2 밸브(110)를 통해 상기 스프레이 냉각기(20)로 이송되어 저장 탱크(10)의 안전 밸브를 통해 배출되는 고온 저압의 증발가스를 냉각시키고(ST 130) 나머지는 제 1 밸브(100)를 통하여 재 혼합기(120)로 이송되는 단계(ST 140), 상기 재 혼합기(120)에서 액화 증발가스가 저장탱크(10)에 저장되어 있는 극저온의 LNG와 혼합되는 단계(ST 150), 상기 재 혼합기(120)를 관통한 액화 증발가스가 재액 회수 라인(130)을 통해서 상기 저장탱크(10)의 하부측에 분사되는 단계(ST 160)로 구성되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 재액화 방법.
  2. 극저온의 LNG가 저장되는 LNG 운반선의 저장탱크 내에서 외부의 열로 인해 기화되어 발생하는 증발가스의 재액화 방법에 있어서, 극저온으로 저장된 LNG가 기화되는 증발가스가 발생 및 배출되는 저장탱크(10), 상기 저장 탱크(10)에 연결되어 배출된 증발가스의 온도를 1차로 감소시키는 스프레이 냉각기(20), 상기 스프레이 냉각기(20)에 연결되어 1차 냉각된 증발가스의 압력을 증가시키는 재액화 압축기(30), 상기 재액화 압축기(30)에 연결되어 고압의 증발 가스를 액체 상태로 액화시키는 증발가스 응축기(40), 상기 증발가스 응축기(40)에 연결되어 액화된 증발가스의 일부를 상기 스프레이 냉각기(20)로 이송시키는 제 2 밸브(110), 상기 증발가스 응축기(40)에 연결된 제 1 밸브(100)를 통해 이송된 액화 증발가스를 상기 저장탱크(10)에 저장된 극저온의 LNG와 혼합하여 냉각하는 재 혼합기(120), 상기 재 혼합기(120)에 연결되어 액화 증발가스를 상기 저장탱크(10)의 하부측에 분사하는 재액 회수 라인(130), 상기 저장탱크(10)의 하부에 장착되어 저장되어 있는 LNG를 제 3 밸브(150)를 통해 상기 재혼합기(120)로 이송시키는 스트립 스프레이 펌프(140)로 구성되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 재액화 시스템 장치.
  3. 상기 제 2항에 있어서, 상기 증발가스 응축기(40)는 상기 재액화 압축기(30)에 연결되어 고압의 질소 가스를 사용하여 증발가스의 온도를 2차로 하강시키는 질소 열 교환기(50), 상기 질소 열 교환기(50)에 연결되어 온도가 냉각된 증발가스의 압력을 증가시키는 제 1 압축기(60), 상기 제 1 압축기(60)에 연결되어 압력이 증가된 증발가스의 온도를 냉각시키는 제 1 중간 냉각기(80), 상기 제 1 중간 냉각기(80)에 연결된 제 2 압축기(62), 상기 제 2 압축기(62)에 연결된 제 2 중간 냉각기(82), 상기 제 2 중간 냉각기(82)에 연결되는 제 3 압축기(64), 상기 제 3 압축기(64)에 연결되는 제 3 중간 냉각기(84), 상기 질소 열 교환기(50)연결되어 증발 가스가 기체에서 액체로 상변화 되는 팽창 터빈(90), 상기 팽창 터빈(90)과 제 1, 제 2 , 제 3 압축기(60)(62)(64)를 구동시키는 전동기(70)로 구성되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 재액화 시스템 장치.
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