KR20080081436A - Lng bog reliquefaction apparatus and method - Google Patents

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KR20080081436A
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lng
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홍의석
이종석
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신영중공업주식회사
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Abstract

An LNG BOG(Liquefied Natural Gas Boil-Off Gas) reliquefaction apparatus and a method are provided to prevent thermal stress from being applied to a BOG compressor by compressing BOG of low temperature at high temperature and high pressure and mixing the BOG of low temperature with some of the compressed BOG by bypassing some of the compressed BOG through BOG bypass pipes. An LNG BOG reliquefaction apparatus is composed of a BOG cycle for compressing BOG generated from an LNG storing tank, by repeatedly pressurizing and heat-exchanging the BOG by a BOG compression unit having plural compressors(112a,112b,112c) and middle freezers(113a,113b,113c) and a nitrogen cycle for supplying cold heat to a condensing unit. BOG bypass pipes(115,116) make some of the BOG compressed in one of plural compressors bypass an inlet of the compression unit and mixes some of the compressed BOG with the BOG flowing to the BOG compression unit.

Description

LNG BOG 재액화 장치 및 방법{LNG BOG RELIQUEFACTION APPARATUS AND METHOD}LG BOG Reliquefaction Apparatus and Method {LNG BOG RELIQUEFACTION APPARATUS AND METHOD}

도 1은 종래기술에 따른 LNG BOG 재액화 장치의 개략도, 1 is a schematic diagram of a LNG BOG reliquefaction apparatus according to the prior art,

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 LNG BOG 재액화 장치의 구성도, 2 is a configuration diagram of a LNG BOG reliquefaction apparatus according to a first embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 LNG BOG 재액화 방법의 BOG의 흐름도, 3 is a flowchart of a BOG of the LNG BOG reliquefaction method according to the first preferred embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 LNG BOG 재액화 방법의 질소가스의 흐름도, 4 is a flow chart of nitrogen gas of the LNG BOG reliquefaction method according to the first embodiment of the present invention,

도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 LNG BOG 재액화 장치의 개략도, 및5 is a schematic diagram of an LNG BOG reliquefaction apparatus according to a second preferred embodiment of the present invention, and

도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 LNG BOG 재액화 방법의 질소가스의 흐름도이다.6 is a flow chart of nitrogen gas of the LNG BOG reliquefaction method according to a second preferred embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

110: BOG 압축부 112a, 112b, 112c: BOG 압축기110: BOG compression unit 112a, 112b, 112c: BOG compressor

113a, 113b, 113c: 중간 냉각기 114: 자가 열교환기113a, 113b, 113c: Intermediate cooler 114: Self heat exchanger

115: 제1 BOG 우회배관 116: 제2 BOG 우회배관115: 1st BOG bypass piping 116: 2nd BOG bypass piping

119: 기액 분리기 120: 응축기119: gas-liquid separator 120: condenser

130: 작동유체(질소가스) 압축부 132a, 132b, 132c: 작동유체 압축기130: working fluid (nitrogen gas) compression unit 132a, 132b, 132c: working fluid compressor

133a, 133b, 133c: 중간 냉각기 134: 팽창터빈133a, 133b, 133c: intermediate cooler 134: expansion turbine

135: 제1 열교환기 136: 제2 열교환기135: first heat exchanger 136: second heat exchanger

137: 쿨러 139: 질소 우회배관137: cooler 139: nitrogen bypass piping

215: 제1 제어밸브 216: 제2 제어밸브215: first control valve 216: second control valve

239: 팽창밸브239: expansion valve

본 발명은, 극저온의 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 함)를 운송하는 LNG 운반선의 저장탱크에서 발생하는 증발가스(Boil-Off Gas, 이하 BOG라 함)의 재액화 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for reliquefaction of boil-off gas (BOG) generated in a storage tank of an LNG carrier transporting cryogenic liquefied natural gas (Liquefied Natural Gas, hereinafter referred to as LNG). It is about.

천연가스는 통상 액화되어 LNG 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 이 경우 천연가스를 액화하여 LNG로 만드는 제1 위치로부터 LNG를 기화하여 각 사용처로 분배하는 제2 위치까지 LNG를 수송하는 데에는 LNG 운반선이 사용된다.Natural gas is usually liquefied and transported over long distances in LNG. In this case, an LNG carrier is used to transport LNG from the first position where the natural gas is liquefied to LNG to the second position where the LNG is vaporized and distributed to each use place.

천연가스의 액화온도는 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온 상태이므로, LNG 저장탱크를 단열하여도 외부의 열이 LNG에 전달된다. 그에 따라 LNG 운반선으로 LNG를 수송하는 도중에 LNG는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화하여 BOG가 발생된다. 한편, BOG의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 안전압력 이상이 되면, BOG는 안전밸브를 통하여 저장탱크의 외부로 배출되며, 이와 같이 배출된 BOG는 선박의 연료로 사용하거나 재액화하여 다시 저장탱크로 돌려보내야 한다.Since the liquefaction temperature of natural gas is in a cryogenic state around -163 ° C, the external heat is transferred to the LNG even if the LNG storage tank is insulated. As a result, LNG is continuously vaporized in the storage tank while the LNG is transported to the LNG carrier, and BOG is generated. On the other hand, when the pressure of the storage tank exceeds the set safety pressure due to the generation of the BOG, the BOG is discharged to the outside of the storage tank through the safety valve, the discharged BOG is used as the fuel of the vessel or re-liquefied and stored again Must be returned to the tank.

통상 BOG의 재액화 장치는 냉동 사이클을 가지며, 이 냉동 사이클에 의해 BOG를 냉각시킴으로써 재액화한다.Usually, the reliquefaction apparatus of BOG has a refrigeration cycle, and it reliquefies by cooling BOG by this refrigeration cycle.

냉동 사이클은, 작동유체를 복수의 압축기에서 압축하는 단계, 압축된 작동유체를 간접 열교환에 의해 냉각시키는 단계, 상기 작동유체를 팽창시키는 단계, 팽창된 작동유체를 압축된 작동유체와의 간접 열교환에 의해 가열하는 단계, 그리고 가열된 작동유체를 다시 복수의 압축기로 복귀시키는 단계에 의해 수행된다. 한편, BOG는 압축 단계를 거친 후 냉동 사이클의 작동유체와의 간접 열교환에 의해 냉각되어 적어도 부분적으로 응축된다.The refrigeration cycle comprises the steps of compressing the working fluid in a plurality of compressors, cooling the compressed working fluid by indirect heat exchange, expanding the working fluid, and expanding the expanded working fluid into the indirect heat exchange with the compressed working fluid. By heating and returning the heated working fluid back to the plurality of compressors. On the other hand, the BOG is cooled by indirect heat exchange with the working fluid of the refrigeration cycle after the compression step and at least partially condensed.

이러한 BOG의 재액화 방법을 수행하기 위한 장치의 일례가 미국특허 제 3,857,245 호에 기재되어 있다. 미국특허 제 3,857,245 호에 개시된 재액화 장치에 있어서, 작동유체는 LNG 자체로부터 유도되므로 개방 냉동 사이클에 의해 작동된다. 작동유체의 팽창은 밸브에 의해 수행되어 부분 응축된 LNG가 얻어진다. 부분 응축된 LNG는 저장조로 복귀되는 액상 및 연소 버너로 보낼 질 천연 가스와 혼합되는 기상으로 분리된다. 작동유체는 동일한 열교환기 내에서 가열 및 냉각되므로 단지 하나의 열교환기만이 사용된다.An example of an apparatus for carrying out this method of reliquefaction of BOG is described in US Pat. No. 3,857,245. In the reliquefaction apparatus disclosed in U.S. Patent No. 3,857,245, the working fluid is derived from the LNG itself and is therefore operated by an open refrigeration cycle. Expansion of the working fluid is carried out by a valve to obtain partially condensed LNG. Partially condensed LNG is separated into a gaseous phase mixed with the liquid natural gas returned to the reservoir and the natural gas to be sent to the combustion burner. The working fluid is heated and cooled in the same heat exchanger so only one heat exchanger is used.

현재, 작동유체로서 불연성 가스를 사용하는 것이 선호된다. 또한, 외부에서 공급되는 작동유체의 압축을 감소시키기 위해서는 작동유체를 팽창시키기 위한 밸브보다도 팽창 터빈이 선호된다.At present, it is preferred to use incombustible gases as working fluids. In addition, an expansion turbine is preferred to a valve for expanding the working fluid in order to reduce the compression of the working fluid supplied from the outside.

상기 두 장점을 가지도록 개선한 장치의 일례가 국제특허 공개공보 제 WO98/43029 호에 기재되어 있다. 국제특허 공개공보 제 WO98/43029 호에 개시된 장치에는 2개의 열교환기가 사용되는데, 이중 하나는 압축된 천연 가스 증기를 부분적으로 응축시키면서 열교환기에서 작동유체를 가온하는 것이고, 다른 하나는 압축된 작동유체를 냉각시키는 것이다. 더구나, 작동유체는 2개의 다른 압축기에서 압축되는데, 하나는 팽창터빈과 연결된다.An example of an improved device having both of these advantages is described in WO98 / 43029. In the apparatus disclosed in WO98 / 43029, two heat exchangers are used, one of which heats the working fluid in the heat exchanger while partially condensing the compressed natural gas vapor, and the other is a compressed working fluid. To cool. Moreover, the working fluid is compressed in two different compressors, one connected to the expansion turbine.

국제특허 공개공보 제 WO2005/047761 호에도, 이와 유사한 구조를 가지며 BOG의 예냉에 특징이 있는 장치가 개시되어 있다.International Patent Publication No. WO2005 / 047761 also discloses a device having a similar structure and characterized by precooling of BOG.

또한, 한국 특허공개 제 2001-0088406호 및 제 2001-0089142 호에는, 압축된 증기를 재액화시키기 위해 보드형 선박에 사용하기 위한 장치에 관한 것으로서 구성요소들을 사전 조립체로 제작하여 사용하는 장치가 개시되어 있다.In addition, Korean Patent Laid-Open Nos. 2001-0088406 and 2001-0089142 disclose an apparatus for manufacturing a component as a pre-assembly as related to an apparatus for use in a board-type vessel for reliquefaction of compressed steam. It is.

이 종래의 재액화 장치를 도 1을 참조하여 설명하면, 재액화는 폐쇄 사이클에서 수행된다. 여기서 작동유체인 질소는, 적어도 하나의 압축기(23, 24, 25)에서 압축되고, 제1 열교환기(22)에서 냉각되고, 터빈(28)에서 팽창되고, 제2 열교환기(13)에서 가온된 후 제1 열교환기(22)를 거쳐 압축기로 되돌아간다. 한편, BOG는 제2 열교환기(13)에서 적어도 부분적으로 응축된다.Referring to Fig. 1, this conventional reliquefaction apparatus, reliquefaction is performed in a closed cycle. The working fluid nitrogen here is compressed in at least one compressor (23, 24, 25), cooled in the first heat exchanger (22), expanded in the turbine (28) and warmed in the second heat exchanger (13). After that, it returns to the compressor via the first heat exchanger (22). On the other hand, BOG is at least partially condensed in the second heat exchanger (13).

이 종래의 재액화 장치는, 제2 열교환기(13)를 포함하는 제1 사전 조립체(10)와, 제1 열교환기(22), 압축기(23, 24, 25), 및 팽창 터빈(28)을 포함하는 제2 사전 조립체(20)를 포함한다.This conventional reliquefaction apparatus includes a first preassembly 10 including a second heat exchanger 13, a first heat exchanger 22, compressors 23, 24, 25, and an expansion turbine 28. And a second preassembly 20 comprising a.

한편, 종래 작동유체와 BOG와의 열교환과 관련하여, 한국 특허공고 제 1993- 0008299 호, 국제특허 공개공보 제 WO2005/71333 호 등에서는, 3개의 열교환기를 사용하여 BOG의 안정적인 응축을 도모하는 장치가 개시되어 있다.On the other hand, in connection with the heat exchange between the conventional working fluid and BOG, Korean Patent Publication No. 1993- 0008299, WO 2005/71333, etc., discloses a device for achieving stable condensation of BOG using three heat exchangers It is.

상기와 같은 종래의 재액화 장치들은, 나름대로 구조의 단순화, 선박에의 장착의 용이성, 열손실의 저감 등의 측면에서 개선이 있어 왔으나, 아직까지 개선의 필요성이 있다. 특히, 종래의 기술은, BOG 액화를 위한 냉열 발생수단으로 질소 사이클 장치를 사용하였으며, 이 질소가스와의 열교환을 통해 BOG를 냉각 액화시켰다.The conventional reliquefaction apparatus as described above has been improved in terms of simplification of structure, ease of mounting on a ship, reduction of heat loss, etc., but there is still a need for improvement. In particular, the prior art used a nitrogen cycle apparatus as a cold heat generating means for liquefying BOG, and the BOG was cooled and liquefied through heat exchange with the nitrogen gas.

그런데, 초기 운전시 저장탱크로부터 유입되는 BOG의 온도가 -100℃로 저온 상태이므로 상기 BOG가 그대로 BOG 압축수단(BOG 압축기)로 유입되면 장치에 열적 스트레스(thermal stress)가 가해져 압축기 블레이드(blade)가 변형되거나 파손되는 문제가 발생되므로 이를 가열하여 상온 이상으로 BOG 압축수단에 공급하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 BOG 압축수단 입구측 라인에 별도의 가열장치를 부가해야 하지만 이 경우 추가적으로 에너지가 공급되어야 하므로 장치 운전에 대한 소요동력이 증가되며, BOG 자체가 가연성이 높기 때문에 가열장치를 설치하는데 어려움이 있다. However, since the temperature of the BOG flowing from the storage tank at a low temperature during the initial operation is -100 ° C., when the BOG flows into the BOG compression means (BOG compressor) as it is, thermal stress is applied to the apparatus, thereby causing a compressor blade. Is deformed or damaged, so it is preferable to heat and supply it to the BOG compression means at room temperature or higher. To this end, a separate heating device must be added to the BOG compression means inlet line, but in this case, additional energy must be supplied, which increases the driving force for operating the device, and it is difficult to install the heating device because BOG itself is highly flammable. .

따라서 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, LNG 운반선에서 운항 중 저장탱크에서 발생하여 안전밸브를 통하여 유출되는 BOG를 재액화시키는 재액화 시스템에 있어서, 초기 운전시 상기 저장탱크에서 유출되어 BOG 압축수단으로 유입되는 저온의 BOG를 가열하여 BOG 압축수단(BOG 압축기)의 열적 스트레스에 의한 기계적 손상을 방지하기 위하여 압축된 BOG의 일부를 우회시키고, 이를 BOG 압축수단으로 유입되기 전에 저온의 BOG와 혼합시키는 방법으로 가열해 주도록 BOG 우회배관이 형성된 LNG BOG 재액화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art, in the reliquefaction system for liquefying the BOG generated in the storage tank during operation in the LNG carrier and outflow through the safety valve, outflow from the storage tank during the initial operation To bypass the part of the compressed BOG in order to prevent the mechanical damage caused by thermal stress of the BOG compression means (BOG compressor) by heating the low temperature BOG flowing into the BOG compression means, An object of the present invention is to provide an LNG BOG reliquefaction apparatus and method in which a BOG bypass pipe is formed to be heated by mixing with BOG.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의하면, LNG의 저장탱크에서 발생되는 증발증기(BOG)를 복수의 압축기와 복수의 중간냉각기로 가압 및 열교환 과정을 반복 수행하여 압축한 후 응축수단에 의해 응축시키는 BOG 사이클과, 상기 응축수단에 냉열을 공급하는 질소 사이클을 포함하는 LNG BOG 재액화 장치로서, 상기 BOG 압축수단의 입구 및 출구에는 압축된 BOG의 일부를 우회시켜 상기 BOG 압축수단으로 유입되는 BOG와 혼합시켜 주기 위한 BOG 우회배관이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 장치가 제공된다.According to one embodiment of the present invention for achieving the above object, condensation after compressing the BOG generated in the LNG storage tank by repeatedly performing the pressurization and heat exchange process with a plurality of compressors and a plurality of intermediate coolers An LNG BOG reliquefaction apparatus comprising a BOG cycle condensed by means and a nitrogen cycle for supplying cold heat to the condensation means, the inlet and outlet of the BOG compression means bypassing a portion of the compressed BOG to the BOG compression means. LNG BOG reliquefaction apparatus is provided, characterized in that the BOG bypass pipe for mixing with the BOG introduced into the.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 이하에서 기재하는 온도, 압력은 하나의 예를 설명하는 것으로 본 발명은 이들의 수치로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. The temperature and pressure described below illustrate one example, and the present invention is not limited to these numerical values.

(제1 실시예)(First embodiment)

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 의한 LNG BOG 재액화 장치 및 재액화 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, an LNG BOG reliquefaction apparatus and a reliquefaction method according to a first preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 LNG BOG 재액화 장치의 개략적인 구성도이다. 본 발명의 LNG BOG 재액화 장치는, BOG 사이클, 질소 사이클, 그리고 상기 두 사이클 간에 열교환을 수행하여 BOG를 재액화시켜 주기 위한 콜드박스(cold box) 유닛으로 구성된다.2 is a schematic configuration diagram of a LNG BOG reliquefaction apparatus according to a first embodiment of the present invention. The LNG BOG reliquefaction apparatus of the present invention comprises a BOG cycle, a nitrogen cycle, and a cold box unit for reliquefying the BOG by performing heat exchange between the two cycles.

BOGBOG 사이클 cycle

BOG 사이클은, 저장탱크(도시생략)로부터 발생된 BOG를 가압공급하기 위하여 가압 및 냉각과정이 반복되도록 복수의 BOG 압축기(112a, 112b, 112c)와 중간냉각기(113a, 113b, 113c)를 구비한 BOG 압축수단으로서의 BOG 압축부(110), BOG 압축부(110)를 거치면서 압축된 BOG 중 일부를 우회시켜 BOG 압축부(110)로 유입되는 BOG와 혼합시켜 주기 위하여 BOG 압축부(110)의 입구 및 출구를 연결한 BOG 우회배관(115, 116), BOG 압축부(110)에 의하여 압축된 상온 고압의 BOG와 저장탱크로부터 발생되어 유입된 저온의 BOG를 열교환시켜 압축된 BOG를 냉각시켜 주기 위하여 BOG 공급라인에 형성된 냉열 회수수단으로서의 자가 열교환기(Self heat exchanger)(114), 자가 열교환기(114)에서 냉각된 BOG를 극저온 작동유체(질소가스)와의 열교환을 통하여 응축시켜 주기 위한 응축수단으로서의 응축기(120), 응축기(120)에서 응축된 BOG에 대하여 불응축 가스와 응축된 BOG(LBOG)로 분리시켜 주기 위한 기액분리기(Separator)(119), 및 기액분리기(119)에 의하여 분리된 LBOG를 저장탱크로 환수시켜 주기 위한 순환펌프(도시생략)로 구성되어 있다.The BOG cycle includes a plurality of BOG compressors 112a, 112b and 112c and intermediate coolers 113a, 113b and 113c such that the pressurization and cooling processes are repeated to pressurize and supply the BOG generated from the storage tank (not shown). The BOG compression unit 110 as a BOG compression unit 110, bypassing some of the compressed BOG while passing through the BOG compression unit 110 and mixed with the BOG flowing into the BOG compression unit 110 of the BOG compression unit 110 Cools the compressed BOG by heat-exchanging the BOG of normal temperature and high pressure BOG compressed by the BOG bypass pipes 115 and 116 and the BOG compression unit 110 connected to the inlet and the outlet. Self heat exchanger 114 as a cold heat recovery means formed in the BOG supply line, condensing means for condensing the BOG cooled in the self heat exchanger 114 through heat exchange with cryogenic working fluid (nitrogen gas) Condenser 120 as The LBOG separated by the gas condenser 119 and the gas-liquid separator 119 for separating BOG condensed in the gas 120 into non-condensed gas and condensed BOG (LBOG) are returned to the storage tank. It consists of a circulation pump (not shown) for the purpose.

또한, 응축기(120)의 전단에는 응축기(120)를 통과한 저온의 작동유체와의 열교환을 통하여 상기 응축기(120)로 유입되는 BOG를 더욱 냉각시켜 주도록 제1 열교환기(135)가 형성되어 있다.In addition, a first heat exchanger 135 is formed at the front end of the condenser 120 to further cool the BOG flowing into the condenser 120 through heat exchange with a low temperature working fluid passing through the condenser 120. .

여기서, BOG 우회배관(115, 116)은 주로 초기 시동(startup) 시 또는 저온의 BOG 유입 시 사용되는 제1 BOG 우회배관(115)과 운전 중 BOG의 유량 조절을 위하여 사용되는 제2 BOG 우회배관(116)으로 구분된다.Here, the BOG bypass pipes 115 and 116 are mainly the first BOG bypass pipe 115 used for initial startup or low temperature BOG inflow and the second BOG bypass pipe used for adjusting the flow rate of the BOG during operation. Are divided into 116.

구체적으로, 제1 BOG 우회배관(115)은 초기 시동 시 또는 저온의 BOG 유입 시 BOG 압축수단으로 유입되는 저온의 BOG에 의하여 BOG 압축기가 열적 스트레스(thermal stress)를 받는 것을 방지하기 위하여 압축된 고온의 BOG와 저온의 BOG가 BOG 압축수단의 입구에서 혼합되도록 하는 역할을 한다. 이를 위해 제1 BOG 우회배관은 BOG 압축수단에 구비된 복수개의 압축기 중에 어느 하나의 출구와 최전단 BOG 압축기, 즉 BOG 압축수단의 입구를 연결하도록 배치될 수 있으며, 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이, 최후단 BOG 압축기의 출구와 최전단 BOG 압축기의 입구를 연결하게 된다. Specifically, the first BOG bypass pipe 115 is a high temperature compressed in order to prevent the BOG compressor from receiving a thermal stress by the low-temperature BOG flowing into the BOG compression means during the initial startup or when the low-temperature BOG inflow BOG and low temperature BOG serves to mix at the inlet of the BOG compression means. To this end, the first BOG bypass pipe may be arranged to connect the outlet of any one of the plurality of compressors provided in the BOG compression means with the inlet of the foremost BOG compressor, that is, the BOG compression means. As such, the outlet of the last BOG compressor and the inlet of the foremost BOG compressor are connected.

또한, 제2 BOG 우회배관(116)은 운전 중 LNG 저장탱크에서 다량의 BOG가 발생되어 처리 용량을 초과하여 유입될 경우 초과분을 우회시켜 순환되도록 최후단 BOG 압축기에 연결된 중간냉각기의 출구와 최전단 BOG 압축기의 입구를 연결시켜 주는 배관이다.In addition, the second BOG bypass pipe 116 is the outlet and the front end of the intermediate cooler connected to the last BOG compressor to bypass the excess when a large amount of BOG is generated in the LNG storage tank during inflow exceeding the processing capacity during operation This pipe connects the inlet of BOG compressor.

기체상태의 천연가스(Natural Gas)는 극저온으로 액화되어 대기압(1.013bar) 상태로 저장탱크(도시생략)에 저장되어 운반된다. 하지만 LNG 운송 중 외부로부터 지속적인 열전달로 인하여 LNG가 기화되어 BOG가 발생하며 이는 저장탱크의 압력 상승 요인으로 작용한다.Natural gas in gaseous state is liquefied to cryogenic temperature and stored and transported in a storage tank (not shown) at atmospheric pressure (1.013 bar). However, LNG is vaporized due to continuous heat transfer from the outside during LNG transportation, causing BOG, which increases the pressure of the storage tank.

따라서 저장탱크를 대기압 수준으로 일정하게 유지되도록 하기 위하여, 저장탱크의 내부압력이 BOG에 의해 소정값(대략 1.03 ∼ 1.05bar 정도)에 도달하면 안전밸브(도시생략)가 열리고 BOG는 저장탱크 밖으로 배출된다.Therefore, in order to keep the storage tank constant at atmospheric pressure, when the internal pressure of the storage tank reaches a predetermined value (about 1.03 to 1.05 bar) by BOG, a safety valve (not shown) is opened and the BOG is discharged out of the storage tank. do.

상기 저장탱크로부터 배출된 BOG는 3단의 BOG 압축기(112a, 112b, 112c)와 3개의 중간 냉각기(113a, 113b, 113c)로 이루어지는 BOG 압축부(110)를 통과하고, 이후 자가 열교환기(114), 제1 열교환기(135) 및 응축기(120)를 통과하면서 재액화가 이루어진다.The BOG discharged from the storage tank passes through the BOG compression unit 110 consisting of three stages of BOG compressors 112a, 112b and 112c and three intermediate coolers 113a, 113b and 113c, and then the self-heat exchanger 114 ), The reliquefaction is performed while passing through the first heat exchanger 135 and the condenser 120.

상기 BOG 압축부에서는 상기 저장탱크로부터 배출된 -100℃, 1.05bar의 BOG가 3단의 BOG 압축기(112a, 112b, 112c)와 3개의 중간 냉각기(113a, 113b, 113c)를 통과하면서 압축 및 냉각 과정이 반복되어 41℃, 6.945bar의 상태로 압축된다.In the BOG compression unit, -100 ° C and 1.05 bar BOG discharged from the storage tank are compressed and cooled while passing through three stages of the BOG compressors 112a, 112b and 112c and three intermediate coolers 113a, 113b and 113c. The process was repeated and compressed to 41 ° C., 6.945 bar.

본 발명에 따르면, BOG를 3단 압축기에 의해 3단계에 걸쳐 압축시키기 때문에 BOG의 압력을 종래의 2단 압축기에 비하여 상당히 증가시킬 수 있으며, BOG의 압력 상승에 따라 BOG의 액화점이 상승되어 BOG 재액화 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since the BOG is compressed in three stages by the three-stage compressor, the pressure of the BOG can be increased considerably compared with the conventional two-stage compressor. The liquefaction efficiency can be improved.

한편, 본 발명에 의한 LNG BOG 재액화 장치의 초기 시동 시에는 BOG 사이클 및 질소 사이클이 모두 상온 상태에 있는데, 상기 저장탱크로부터 유입되는 BOG는 -100℃로 BOG 사이클과의 온도차가 크게 난다. 따라서 상기 저온의 BOG가 가열(예열)되지 않은 상태로 BOG 압축부(110)에 유입될 경우 열적 스트레스를 받아서 BOG 압축기(112a, 112b, 112c)에 기계적인 손상이 발생될 가능성이 높으며, 특히 저온 의 BOG가 가장 먼저 접촉되는 첫 번째 BOG 압축기(112a)에 가장 큰 열적 스트레스가 가해진다.On the other hand, at the initial startup of the LNG BOG reliquefaction apparatus according to the present invention, both the BOG cycle and the nitrogen cycle is in the normal temperature state, the BOG flowing from the storage tank is -100 ℃, the temperature difference with the BOG cycle greatly increases. Therefore, when the low-temperature BOG flows into the BOG compression unit 110 without being heated (preheated), thermal damage is likely to cause mechanical damage to the BOG compressors 112a, 112b, and 112c. The greatest thermal stress is applied to the first BOG compressor 112a, where BOG is first contacted.

그 이유는, 초기 시동 시 BOG 사이클 내의 BOG와 저장탱크로부터 유입된 저온의 BOG를 상기 자가 열교환기(114)에서 열교환시켜 저온의 BOG를 가열 하더라도 정상상태, 즉 상온 근처까지 가열시키는 데까지는 많은 시간이 소요되며, 그 동안은 첫 번째 BOG 압축기(112a)가 계속적으로 저온의 BOG와 접촉하게 되기 때문이다.The reason is that, even when the BOG in the BOG cycle and the low temperature BOG introduced from the storage tank during the initial start-up heat exchange in the self-heat exchanger 114 to heat the low-temperature BOG to a normal state, that is, near room temperature This is because the first BOG compressor 112a is in continuous contact with the low temperature BOG.

이러한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는, 초기 시동 시 BOG의 유입량을 줄이고, 압축기에서 압축된 고온 고압의 BOG, 예를 들어 세 번째 BOG 압축기(112c)에서 107℃, 6.955bar로 압축된 고온 고압의 BOG를 세 번째 중간 냉각기(113c)에서 냉각하기 전에 일부를 우회시켜 첫 번째 BOG 압축기(112a) 전단으로 공급하여 자가 열교환기(114)를 통과한 저온의 BOG와 혼합시켜 BOG를 가열하는 구성을 채택하고 있다. In order to solve this problem, the present invention reduces the inflow of BOG at the initial startup, and the high temperature and high pressure BOG compressed in the compressor, for example, the high temperature and high pressure compressed to 107 ° C. and 6.955 bar in the third BOG compressor 112c. Before cooling the BOG in the third intermediate cooler (113c), bypass the part and feed it to the front of the first BOG compressor (112a) and mix with the low-temperature BOG passed through the self-heat exchanger (114) to adopt the configuration of heating the BOG Doing.

상기 BOG의 우회를 위해서는 3단의 BOG 압축기(112a, 112b, 112c) 중 세 번째 BOG 압축기(112c) 출구와 첫 번째 BOG 압축기(112a) 입구가 제1 BOG 우회배관(115)으로 연결되고, 제1 BOG 우회배관(115)의 개방 정도를 조절하여 BOG의 온도제어를 하기 위하여 제1 제어밸브(215)가 설치된다. 비록 도면에는 세 번째 BOG 압축기(112c) 출구에서 분기되는 제1 BOG 우회배관(115)에 대해서 도시하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1 BOG 우회배관이 첫 번째 또는 두 번째 BOG 압축기에서 분기되어 첫 번째 BOG 압축기(112a)의 전단으로 연결되는 구성도 가능하다. In order to bypass the BOG, the third BOG compressor 112c and the first BOG compressor 112a inlet of the three stages of the BOG compressors 112a, 112b and 112c are connected to the first BOG bypass pipe 115. 1 The first control valve 215 is installed to control the temperature of the BOG by adjusting the opening degree of the BOG bypass pipe 115. Although the figure shows a first BOG bypass pipe 115 branching out of a third BOG compressor 112c outlet, the present invention is not so limited, and the first BOG bypass pipe is connected to the first or second BOG compressor. Branching is also possible connected to the front end of the first BOG compressor (112a).

상기 제1 제어밸브(215)에 의한 온도제어 방법은, 첫 번째 BOG 압축기(112a) 전단에 설치된 온도센서(미도시)로부터 온도 신호를 수신하여 설정 온도(약 36℃) 이하로 BOG가 유입될 경우, 제1 제어밸브(215)가 개방되어 압축된 고온 고압의 BOG 일부가 제1 BOG 우회배관(115)으로 우회되도 한다. 제1 BOG 우회배관(115)을 통하여 유입된 BOG는 저온의 BOG와 혼합되어 운전이 되며, 일정 시간이 경과된 후 첫 번째 BOG 압축기(112a)로 유입되는 BOG의 온도가 정상상태(약 36℃)에 도달하면 제1 제어밸브(215)가 닫히게 된다. 제1 BOG 우회배관(115)은 주로 시동 시에 사용되지만, 운전 중 LNG 저장탱크에서 다량의 BOG가 유입되거나 자가 열교환기(114)에 의하여 BOG가 충분히 가열되지 못하고 저온 상태로 BOG가 첫 번째 BOG 압축기(112a)로 유입될 경우에도 제1 제어밸브(215)를 개방하여 압축된 고온의 BOG를 우회시켜 상기 저온의 BOG에 대한 온도 제어를 수행할 수도 있다.In the method of controlling the temperature by the first control valve 215, the BOG may be introduced below the set temperature (about 36 ° C) by receiving a temperature signal from a temperature sensor (not shown) installed in front of the first BOG compressor 112a. In this case, a part of the BOG of the high temperature and high pressure compressed by opening the first control valve 215 may be bypassed to the first BOG bypass pipe 115. The BOG introduced through the first BOG bypass pipe 115 is mixed with the low temperature BOG to operate, and after a predetermined time, the temperature of the BOG introduced into the first BOG compressor 112a is in a steady state (about 36 ° C.). ), The first control valve 215 is closed. The first BOG bypass pipe 115 is mainly used at start-up, but a large amount of BOG flows from the LNG storage tank during operation, or the BOG is not heated enough by the self-heat exchanger 114, and the BOG is the first BOG in a low temperature state. Even when flowing into the compressor 112a, the first control valve 215 may be opened to bypass the compressed high temperature BOG to perform temperature control on the low temperature BOG.

한편, LNG 운반선의 운항 중 LNG 저장탱크에서 다량의 BOG가 발생되어 처리 용량을 초과하여 유입될 경우 초과분을 우회시켜 순환시켜 주어야 하는데, 이를 위해서는 BOG 압축부(110)의 입구와 출구, 즉 첫 번째 BOG 압축기(112a)의 입구와 세 번째 BOG 압축기(112c)에 연결된 세 번째 중간 냉각기(113c) 출구가 제2 BOG 우회배관(116)으로 연결되며, 상기 제2 BOG 우회배관(116)에 유량제어를 위한 제2 제어밸브(216)가 설치된다. 한편, 제2 제어밸브(216)의 개폐 및 개도 조절을 위해서는 첫 번째 BOG 압축기(112a) 전단에 유량센서(미도시함)를 설치하여 상기 제2 제어밸브(216)와 연동되도록 연결되는 것이 바람직하다. On the other hand, when a large amount of BOG is generated in the LNG storage tank during the operation of the LNG carrier and flows in excess of the processing capacity, the excess must be circulated to circulate. For this purpose, the inlet and outlet of the BOG compression unit 110, that is, the first An inlet of the BOG compressor 112a and an outlet of the third intermediate cooler 113c connected to the third BOG compressor 112c are connected to the second BOG bypass pipe 116, and flow control is performed on the second BOG bypass pipe 116. The second control valve 216 for is installed. On the other hand, in order to control the opening and closing of the second control valve 216, it is preferable to install a flow rate sensor (not shown) in front of the first BOG compressor 112a so as to be connected to the second control valve 216. Do.

BOG 압축부(110)를 통과하면서 41℃, 6.945bar의 상온 고압으로 압축된 BOG 는 BOG 공급라인, 즉 BOG 압축부(110)의 상류측에 설치된 자가 열교환기(114)에서 상기 BOG 압축부(110)로 공급되는 저온의 BOG와 열교환되어 -91.04℃, 6.845bar 상태로 냉각된다.The BOG compressed at room temperature and high pressure of 41 ° C. and 6.945 bar while passing through the BOG compression unit 110 is a BOG compression unit in a BOG supply line, that is, a self-heat exchanger 114 installed upstream of the BOG compression unit 110. Heat exchanged with the low temperature BOG supplied to 110) and cooled to -91.04 ℃, 6.845bar.

여기서, 자가 열교환기(114)의 자가(self-)는, BOG 압축부(110)에 의하여 상온 고압으로 압축된 BOG를 저장탱크로부터 공급되는 압축되기 전의 저온 BOG와 열교환 한다는 의미로 사용한 것이다.Here, the self (self-) of the self-heat exchanger 114 is used to mean that the BOG compressed by the BOG compression unit 110 at room temperature and high pressure exchanges with the low-temperature BOG before compression supplied from the storage tank.

LNG 저장탱크로부터 배출된 직후의 BOG는 -100℃ 정도의 저온 상태이며, 이를 그대로 BOG 압축부(110)로 공급하여 압축시킨다면, BOG 압축부(110)가 온도차에 따른 열적 스트레스로 인해 기계적인 손상을 입을 뿐만 아니라 BOG가 가지고 있는 냉열(-100℃)을 낭비하게 된다. 그러나 상기 저장탱크에서 유출된 저온의 BOG를 자가 열교환기(114)를 통과시키면 상기 BOG가 갖는 냉열이 BOG 압축부(110)에 의해 상온 고압으로 압축된 BOG에 공급됨으로써 버려지는 냉열을 시스템 내로 회수할 수 있게 된다.The BOG immediately after being discharged from the LNG storage tank is in a low temperature state of about -100 ° C., and if this is supplied to the BOG compression unit 110 and compressed, the BOG compression unit 110 is mechanically damaged due to thermal stress due to a temperature difference. Not only do you wear it, but you also waste the cold heat (-100 ℃) that BOG has. However, when the low-temperature BOG flowing out of the storage tank passes through the self-heat exchanger 114, the cold heat of the BOG is supplied to the BOG compressed by the BOG compression unit 110 at room temperature and high pressure to be recovered into the system. You can do it.

이와 같이 상기 저장탱크에서 유출된 직후의 BOG가 갖는 냉열은 BOG 압축부(110)를 통과하면서 상온 고압으로 압축된 BOG를 응축기(120)로 공급하기 전에 자가 열교환기(114)에서 간접 열교환에 의해 냉각시켜 준다.As described above, the cold heat of the BOG immediately after flowing out of the storage tank is passed by the indirect heat exchange in the self-heat exchanger 114 before supplying the BOG compressed at room temperature and high pressure while passing through the BOG compression unit 110 to the condenser 120. Cool it down.

한편, 본 발명에 따르면, 상기 저장탱크에서 유출된 직후의 저온의 BOG가 갖는 냉열을 BOG 이외에도, 예컨대 압축 전 또는 후의 질소가스와 같은 다른 고온의 유체에 공급할 수도 있음은 물론이다.On the other hand, according to the present invention, the cold heat of the low-temperature BOG immediately after flowing out of the storage tank can be supplied to other high-temperature fluid, such as nitrogen gas before or after compression, for example.

또한, 상기 3단의 BOG 압축기(112a, 112b, 112c)를 통과하면서 상온 고압으 로 압축된 과열증기 상태의 BOG가 그대로 응축기(120)에 유입되면, 응축기(120) 내 BOG와 질소가스의 스트림(stream) 간의 온도차가 증가되어 열적 스트레스(thermal stress)에 의해 열교환기의 내구성에 문제가 발생될 수 있기 때문에, 자가 열교환기(114)에 의한 BOG 냉각과정은 응축기(120) 내 스트림 간 온도차를 효과적으로 줄여 주는 장점이 있다.In addition, when the BOG in the superheated vapor state compressed at room temperature and high pressure while passing through the three stages of the BOG compressors 112a, 112b and 112c is introduced into the condenser 120 as it is, the stream of BOG and nitrogen gas in the condenser 120 Since the temperature difference between the streams is increased and thermal stress may cause problems in durability of the heat exchanger, the BOG cooling process by the self-heat exchanger 114 may reduce the temperature difference between streams in the condenser 120. It has the advantage of reducing effectively.

아울러, 자가 열교환기(114)는, 압축기(112a)로 공급되는 BOG의 온도를 -100℃에서 36℃로 높여주기 때문에, BOG의 압축이 더욱 용이하게 수행되는 장점이 있다.In addition, since the self-heat exchanger 114 increases the temperature of the BOG supplied to the compressor 112a from -100 ° C to 36 ° C, the compression of the BOG is more easily performed.

한편, 자가 열교환기(114)에 의해 냉각된 고압상태의 BOG(-91.04℃, 6.845bar)는 질소 사이클 상의 제1 열교환기(135)를 통과하면서 -118℃, 6.842bar로 냉각된 후 응축기(120)로 공급된다. 이때, 3개의 경로를 가지는 제1 열교환기(135)에서의 BOG의 냉각은, 후술하는 바와 같이, BOG 응축기(120)로부터 유입되는 저온 저압의 질소가스와의 열교환에 의해 이루어진다.On the other hand, the high pressure BOG (-91.04 ℃, 6.845 bar) cooled by the self-heat exchanger 114 is cooled to -118 ℃, 6.842 bar while passing through the first heat exchanger 135 on the nitrogen cycle after the condenser ( 120). At this time, the cooling of the BOG in the first heat exchanger 135 having three paths is performed by heat exchange with nitrogen gas of low temperature and low pressure flowing from the BOG condenser 120 as described later.

제1 열교환기(135)에서 냉각된 BOG는, 응축기(120)를 통과하면서 -154.6℃, 6.742bar의 과냉액체 상태로 변한 후 압력조절밸브(도시생략) 등을 이용하여 압력을 3bar까지 낮추어 저장탱크로 보내진다.The BOG cooled in the first heat exchanger 135 is changed to a supercooled liquid state of -154.6 ° C and 6.742 bar while passing through the condenser 120, and then the pressure is reduced to 3 bar using a pressure control valve (not shown). Sent to the tank.

이와 같이 BOG가 자가 열교환기(114)에서 저온의 BOG에 의하여 먼저 예냉되고, 제1 열교환기(135)에서 저온의 작동유체(질소가스)에 의하여 냉각됨으로써 저장탱크로부터의 BOG 발생량 또는 온도 변화가 있더라도, 응축기(120) 내에서의 BOG와 질소가스의 온도차를 설정된 범위 내에서 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있 다.As described above, the BOG is pre-cooled by the low-temperature BOG in the self-heat exchanger 114 and cooled by the low-temperature working fluid (nitrogen gas) in the first heat exchanger 135, thereby reducing the amount of BOG generation or temperature change from the storage tank. Even if it is, there is an advantage that can maintain a constant temperature difference between the BOG and nitrogen gas in the condenser 120 within a set range.

응축기(120)를 통해 BOG 전체를 액화시킬 수도 있지만, BOG에 포함된 질소 성분 등은 완전 액화가 용이하지 않기 때문에 응축기(120)로 공급되는 BOG 중 대략 70 - 99% 정도가 액화된다.Although the entire BOG may be liquefied through the condenser 120, nitrogen or the like contained in the BOG is not easily liquefied, so that approximately 70-99% of the BOG supplied to the condenser 120 is liquefied.

이와 같은 BOG의 기액 혼합물은 기액 분리기(119)에서 기체와 액체가 분리되어 액체(응축된 BOG)는 순환 펌프(도시생략)에 의하여 저장탱크로 재유입되고, 기체는 일반적으로 외부로 배출되거나, 혹은 도시하지 않은 별도의 배관을 통해 상기 저장탱크로부터 발생되어 유입되는 BOG와 혼합하여 다시 재액화 과정을 수행하도록 BOG 압축부(110)로 공급된다.The gas-liquid mixture of BOG is separated from gas and liquid in the gas-liquid separator 119 so that the liquid (condensed BOG) is re-introduced into the storage tank by a circulation pump (not shown), and the gas is generally discharged to the outside, Or it is supplied to the BOG compression unit 110 to perform a reliquefaction process by mixing with the BOG generated from the storage tank through a separate pipe not shown.

응축된 BOG를 저장탱크에 재유입시키는 방법으로서는, 저장탱크 상부에서 분무헤드를 통하여 살포하거나 저장탱크 바닥으로 공급하는 방법이 있다. 저장탱크의 바닥으로 유입되면 응축된 BOG에 포함된 미응축 기체 중 질소성분이 LNG 내부에 용해되어 가스상 내의 질소 비율이 낮게 유지된다. 질소는 액화점이 LNG의 주성분인 메탄보다 낮기 때문에 BOG내에 질소 함량이 감소되면 3단의 BOG 압축기(112a, 112b, 112c) 또는 응축기(120)의 부하를 줄일 수 있다.As a method of reflowing the condensed BOG into the storage tank, there is a method of spraying through the spray head from the top of the storage tank or feeding it to the bottom of the storage tank. When it enters the bottom of the storage tank, the nitrogen component of the uncondensed gas contained in the condensed BOG is dissolved in the LNG to keep the nitrogen ratio in the gas phase low. Since nitrogen has a lower liquefaction point than methane, which is the main component of LNG, when the nitrogen content in the BOG is reduced, the load of the three stage BOG compressors 112a, 112b, 112c or the condenser 120 may be reduced.

질소 사이클Nitrogen cycle

질소 사이클은, 작동유체, 예를 들어 질소가스를 가압공급하기 위하여 가압 및 냉각과정이 반복되도록 복수의 작동유체 압축기(132a, 132b, 132c)와 중간 냉각기(133a, 133b, 133c)가 연결된 작동유체 압축부(130), 작동유체 압축부(130)에 의 하여 압축된 상온 고압의 작동유체를 팽창시켜 극저온 상태로 변화시켜 주기 위한 팽창수단(134), 및 팽창수단(134)에 의하여 팽창된 극저온의 작동유체와 열교환시켜 BOG를 응축시켜 주기 위한 응축기(120)로 구성되어 있다.The nitrogen cycle includes a working fluid connected to a plurality of working fluid compressors 132a, 132b, and 132c and intermediate coolers 133a, 133b, and 133c such that the pressurizing and cooling processes are repeated to pressurize and supply the working fluid, for example, nitrogen gas. The expansion unit 134 for expanding the working fluid of normal temperature and high pressure compressed by the compression unit 130 and the working fluid compression unit 130 to change to a cryogenic state, and the cryogenic temperature expanded by the expansion means 134. It consists of a condenser 120 for condensing BOG by heat exchange with the working fluid of.

응축기(120)의 하류측에는, 응축기(120)를 통과한 저온의 작동유체와의 열교환을 통하여 응축기(120)로 유입되는 BOG와 작동유체 압축부(130)에 의하여 압축된 작동유체를 더욱 냉각시켜 주도록 3개의 경로를 갖는 제1 열교환기(135)가 형성되어 있다.The downstream side of the condenser 120 further cools the working fluid compressed by the BOG and the working fluid compression unit 130 introduced into the condenser 120 through heat exchange with the low temperature working fluid passing through the condenser 120. The first heat exchanger 135 having three paths is formed.

또한, 제1 열교환기(135)와 작동유체 압축부(130) 사이에는, 제1 열교환기(135)를 통과한 저온의 작동유체와의 열교환을 통하여, 작동유체 압축부(130)에서 압축되어 공급되는 상온 고압의 작동유체를 냉각시켜 주도록 제2 열교환기(136)가 형성되어 있다.In addition, between the first heat exchanger 135 and the working fluid compression unit 130 is compressed by the working fluid compression unit 130 through heat exchange with the low temperature working fluid passing through the first heat exchanger 135. The second heat exchanger 136 is formed to cool the supplied working fluid at room temperature and high pressure.

또한, BOG 사이클의 자가 열교환기(114)와 제1 열교환기(135)의 사이에는, 자가 열교환기(114)를 통과한 저온의 BOG와의 열교환을 통하여 제2 열교환기(136)로 유입되는 질소가스를 냉각시켜 주도록 쿨러(Cooler)(137)가 형성되어 있고, 쿨러(137)를 통과하면서 냉각된 질소가스는 제2 열교환기(136)에서 작동유체 압축부(130)에 의하여 압축된 질소가스와 열교환되어 제1 열교환기(135) 및 응축기(120)로 유입되는 작동유체를 더욱 냉각시켜 준다.Further, between the self heat exchanger 114 and the first heat exchanger 135 of the BOG cycle, nitrogen introduced into the second heat exchanger 136 through heat exchange with the low temperature BOG that has passed through the self heat exchanger 114. A cooler 137 is formed to cool the gas, and the nitrogen gas cooled while passing through the cooler 137 is nitrogen gas compressed by the working fluid compression unit 130 in the second heat exchanger 136. Heat exchange with and further cools the working fluid flowing into the first heat exchanger 135 and the condenser 120.

쿨러(137)는 제1 열교환기(135)의 출구측 작동유체 순환라인에서 분기된 질소 우회배관(139) 상에 형성되어 작동유체 압축부(130) 또는 제2 열교환기(136)로 유입되는 작동유체의 일부 또는 전부가 통과하도록 되어 있다.The cooler 137 is formed on the nitrogen bypass pipe 139 branched from the working fluid circulation line of the outlet of the first heat exchanger 135 and flows into the working fluid compression unit 130 or the second heat exchanger 136. Some or all of the working fluid is passed through.

쿨러(137)가 형성된 질소 우회배관(139)은 초기 시동(startup) 시 유로가 개방되며, 질소 우회배관(139) 및 이에 대응하는 작동유체 순환라인에 각각 형성된 밸브(도시생략)의 개도 조절로 작동유체의 유량을 조절하여 극저온 냉동사이클의 전체 온도를 점차적으로 낮춰준다.The nitrogen bypass pipe 139 having the cooler 137 is opened at an initial startup, and the opening of the valve (not shown) is respectively formed in the nitrogen bypass pipe 139 and the corresponding working fluid circulation line. By adjusting the working fluid flow rate, the total temperature of the cryogenic refrigeration cycle is gradually lowered.

초기 시동 시 질소 사이클의 질소가스 온도가 상온 근처이므로 BOG의 재액화(응축)가 불가능하지만, 질소가스가 쿨러(137)에 의하여 냉각되면서 질소 사이클을 반복해서 순환시켜주면 질소가스의 온도가 점차 낮아져 BOG의 재액화가 가능하게 된다.Since the nitrogen gas temperature of the nitrogen cycle at the initial start is near room temperature, BOG reliquefaction (condensation) is impossible, but if the nitrogen cycle is repeatedly circulated while the nitrogen gas is cooled by the cooler 137, the temperature of the nitrogen gas gradually decreases. Reliquefaction of the BOG is possible.

본 발명에 따르면, 쿨러(137)에 의해서 질소가스가 빠르게 저온 상태로 도달되므로 BOG의 재액화 운전이 신속하게 수행될 수 있다. 즉 본 발명에 따르면, 초기 시동 시에 자가 열교환기(114)를 통과하여 저온 상태로 유입되는 BOG와 제1 열교환기(135)를 통과한 질소가스를 쿨러(137)에서 열교환시켜 상대적으로 고온인 질소가스를 냉각시켜 줌으로써 질소 사이클이 빠른 시간 내에 안정화될 수 있다.According to the present invention, since the nitrogen gas is rapidly reached to a low temperature state by the cooler 137, the reliquefaction operation of the BOG can be performed quickly. That is, according to the present invention, the BOG flowing through the self-heat exchanger 114 and the nitrogen gas passing through the first heat exchanger 135 through the first heat exchanger 135 at the initial start-up heat exchange in the cooler 137 is relatively hot By cooling the nitrogen gas, the nitrogen cycle can be stabilized quickly.

상기 팽창수단으로는 팽창터빈 또는 팽창밸브가 사용될 수 있다.An expansion turbine or an expansion valve may be used as the expansion means.

상기 팽창수단(134)으로 팽창터빈을 사용할 경우, 팽창터빈의 회전축에는 발전기가 연결되어 상기 발전기에서 발생되는 전기에너지를 작동유체 압축부(130) 또는 BOG 압축부(110)의 구동에너지로 이용하는 것도 가능하다.When using an expansion turbine as the expansion means 134, the generator is connected to the rotary shaft of the expansion turbine to use the electrical energy generated by the generator as the driving energy of the working fluid compression unit 130 or BOG compression unit 110. It is possible.

이하, 본 발명의 실시예에서는 팽창수단(134)으로 팽창터빈을 사용한 극저온 냉동사이클에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, in the embodiment of the present invention will be described for the cryogenic refrigeration cycle using the expansion turbine as the expansion means (134).

질소 사이클의 운전과정을 설명하면, 40℃, 10.09bar의 질소가스는 3단의 작동유체 압축기(132a, 132b, 132c)와 중간냉각기(133a, 133b, 133c)를 포함하는 작동유체 압축부(130)를 통과한 후 압력이 상승되어 41℃, 45.05bar의 가스로 토출된다.Referring to the operating process of the nitrogen cycle, 40 ℃, 10.09bar nitrogen gas working fluid compression unit 130 including three stage working fluid compressors (132a, 132b, 132c) and intermediate coolers (133a, 133b, 133c) After passing through), the pressure is increased and discharged as gas at 41 ℃ and 45.05bar.

상기 토출된 고압의 질소가스는, 제1 열교환기(135)를 거쳐 돌아오는 -68.97℃, 10.39bar의 저온 작동유체(질소가스)와 제2 열교환기(136) 내에서 열교환되어 -59.27℃, 44.95bar로 냉각된다.The discharged high-pressure nitrogen gas is heat exchanged in the low-temperature working fluid (nitrogen gas) of -68.97 ° C and 10.39 bar returned through the first heat exchanger 135 and the second heat exchanger 136, -59.27 ° C, Cool to 44.95 bar.

계속해서 1차로 냉각된 -59.27℃, 44.95bar의 질소가스는, 응축기(120)를 거쳐 돌아오는 -134.1℃, 10.39bar의 질소가스와 제1 열교환기(135) 내에서 열교환되어 -109℃, 44.95bar로 더욱 냉각된다.Subsequently, the first cooled -59.27 ° C and 44.95 bar nitrogen gas is heat exchanged in the first heat exchanger 135 with -134.1 ° C and 10.39 bar nitrogen gas returning through the condenser 120, and thus -109 ° C, Cool further to 44.95 bar.

상기 제1 및 제2 열교환기(135, 136)를 통과하여 -109℃, 44.95bar로 냉각된 질소가스는, 팽창터빈(134)을 통과하면서 -164.2℃, 10.69bar로 온도 및 압력이 낮아져 BOG 액화에 필요한 극저온 질소가스로 변화된 후 상기 응축기(120)로 유입된다. 이 극저온 질소가스는 응축기(120)에서 BOG와 열교환하여 BOG를 액화시키면서 -134.1℃, 10.39bar로 온도가 상승한다.Nitrogen gas cooled to -109 ° C and 44.95 bar by passing through the first and second heat exchangers 135 and 136 is lowered to -164.2 ° C and 10.69 bar while passing through the expansion turbine 134, thereby reducing BOG. After being changed to cryogenic nitrogen gas for liquefaction, it is introduced into the condenser 120. The cryogenic nitrogen gas heats the BOG in the condenser 120 to liquefy the BOG and the temperature rises to -134.1 ° C and 10.39 bar.

응축기(120)를 통과한 후 질소가스는, 제1 열교환기(135)에서, 응축기(120)로 보내지는 BOG를 예냉하는 동시에 팽창터빈(134)으로 보내지는 질소가스를 냉각시키고, 자신은 온도가 높아져 -68.97℃, 10.39bar의 상태로 제2 열교환기(136)로 유입된다.After passing through the condenser 120, the nitrogen gas, in the first heat exchanger 135, precools the BOG sent to the condenser 120 and simultaneously cools the nitrogen gas sent to the expansion turbine 134, Becomes high and flows into the second heat exchanger 136 at -68.97 ° C and 10.39 bar.

제1 열교환기(135)를 통과한 후 질소가스는, 제2 열교환기(136)를 통과하면 서 작동유체 압축부(130)로부터 제1 열교환기(135)로 보내지는 질소가스와 열교환되어 40℃, 10.09bar로 된다.After passing through the first heat exchanger 135, the nitrogen gas exchanges heat with nitrogen gas sent from the working fluid compression unit 130 to the first heat exchanger 135 while passing through the second heat exchanger 136. ℃, 10.09 bar.

비록 도시하지는 않았지만, 질소 사이클은 질소 버퍼탱크(도시생략)를 포함할 수도 있으며, 이 질소 버퍼탱크는 BOG 발생량의 변동, 즉 질소 사이클의 냉동부하의 변동에 대응하여 질소 사이클의 질소가스 유량 조절기능을 수행한다. 또한, 상기 질소 버퍼탱크는 질소 사이클 내에 질소가스의 양이 줄어들 경우를 대비하여 작동유체(질소가스)의 보충을 위해 추가 설치될 수도 있다.Although not shown, the nitrogen cycle may include a nitrogen buffer tank (not shown), which adjusts the nitrogen gas flow rate of the nitrogen cycle in response to fluctuations in BOG generation, that is, fluctuations in the refrigeration load of the nitrogen cycle. Do this. In addition, the nitrogen buffer tank may be additionally installed for replenishing the working fluid (nitrogen gas) in case the amount of nitrogen gas in the nitrogen cycle is reduced.

콜드박스 유닛Cold Box Unit

콜드박스 유닛은, 상기 작동유체 압축부(130)의 출구에 연결되어 압축된 상온 고압의 작동유체(질소가스)를 상기 응축기(120)를 통과한 저온부 작동유체에 의해 예냉시켜 주기 위한 제1 열교환기(135); 상기 제1 열교환기(135)의 출구에 연결되어 작동유체를 팽창수단(134)으로 극저온 팽창시켜 주고, 이를 상기 BOG 압축부(110)로부터 유입되는 BOG와의 열교환을 통하여 응축시켜 주기 위한 응축기(120); 및 상기 제1 열교환기(135)와 상기 작동유체 압축부(130) 사이에 설치되어 상기 제1 열교환기(135)를 통과한 저온의 작동유체와의 열교환을 통하여 상기 작동유체 압축부(130)에 의해 압축된 상온 고압의 작동유체를 냉각시켜 주기 위한 제2 열교환기(136)를 포함하여 구성된다.The cold box unit is connected to an outlet of the working fluid compression unit 130 to heat the compressed high temperature working fluid (nitrogen gas) by the low temperature working fluid passing through the condenser 120. Group 135; Condenser 120 is connected to the outlet of the first heat exchanger 135 to expand the cryogenic fluid to the expansion means 134, and to condense it through heat exchange with the BOG flowing from the BOG compression unit 110. ); And the working fluid compression unit 130 installed between the first heat exchanger 135 and the working fluid compression unit 130 through heat exchange with a low temperature working fluid that has passed through the first heat exchanger 135. It comprises a second heat exchanger 136 for cooling the working fluid of the room temperature and high pressure compressed by.

상기 콜드박스 유닛은 제1 열교환기(135), 제2 열교환기(136) 및 응축기(120)가 하나의 모듈로 형성되어 있다.The cold box unit includes a first heat exchanger 135, a second heat exchanger 136, and a condenser 120 as one module.

여기서, 상기 저온부 작동유체(질소가스)는 상기 팽창터빈(134)에 의하여 극저온 팽창되고 상기 응축기(120)에서 BOG와 열교환을 실시한 후 상기 작동유체 압축부(130)로 환수되는 작동유체로 정의한다.Here, the low temperature part working fluid (nitrogen gas) is defined as a working fluid returned to the working fluid compression unit 130 after cryogenic expansion by the expansion turbine 134 and heat exchange with BOG in the condenser 120. .

비록 본 발명의 필수 구성요소는 아니지만 상기 팽창터빈(134)에 발전기(도시생략)를 연결하여 전력을 생산한 후 이를 BOG 압축부(110) 또는 질소 압축부(130) 등의 보조 동력원으로 사용하는 것도 가능하다.Although not an essential component of the present invention, by connecting a generator (not shown) to the expansion turbine 134 to produce electric power and using it as an auxiliary power source such as BOG compression unit 110 or nitrogen compression unit 130 It is also possible.

상기 장치들을 콜드박스에 하나의 모듈로 포함시킴으로써 각 장치 간 연결 파이프를 짧게 할 수 있으며, 이는 BOG 재액화에 필요한 극저온 질소를 안정적으로 확보할 수 있게 한다. 또한 팽창터빈(134) 출구와 응축기(120) 사이의 연결파이프를 짧게 형성할 수 있으므로 질소가스 이송에 따른 온도 상승을 최소화할 수 있다.By including the devices as a module in the cold box, the connection pipe between the devices can be shortened, which makes it possible to stably secure the cryogenic nitrogen required for BOG reliquefaction. In addition, since the connection pipe between the outlet of the expansion turbine 134 and the condenser 120 can be formed short, it is possible to minimize the temperature rise due to the nitrogen gas transfer.

상기 콜드박스 유닛은 하나의 모듈로 단열하는 것이 바람직하다. 단열은 일반적으로 알려진 단열재를 사용하여 단열한다. 이와 같은 구성에 의하여 질소가스의 극저온 영역을 안정적 관리로 할 수 있다. 또한 콜드박스는 예비조립체로 제조함으로써 선박에 장착을 용이하게 할 수 있다.The cold box unit is preferably insulated into one module. Insulation is generally performed using known insulators. By such a structure, the cryogenic region of nitrogen gas can be made into stable management. In addition, the cold box may be manufactured in a preassembly to facilitate mounting on a ship.

이하, 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 구성에 의한 재액화 장치의 작동을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the reliquefaction apparatus according to the configuration of the first preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

본 실시예의 구성에 의한 재액화 장치의 작동은, LNG의 저장탱크에서 유출된 직후의 증발증기(BOG)가 갖는 냉열을 상온의 유체(BOG)와 열교환시킴으로써 상기 저장탱크로부터 유출된 BOG가 갖는 냉열을 회수하는 단계; LNG의 저장탱크에서 발생되는 BOG를 복수의 압축기와 복수의 중간냉각기로 이루어진 BOG 압축수단으로 가압 및 열교환 과정을 반복 수행하여 BOG를 압축하는 단계; 상기 압축된 BOG의 일부를 우회배관으로 우회시켜 상기 BOG 압축수단으로 유입되는 BOG와 혼합하여 온도 또는 유량을 조절하도록 BOG의 일부를 우회 공급하는 단계; 상기 압축된 BOG를 응축수단에서 극저온 질소가스로 응축시키기 위하여 작동유체인 질소가스를 질소가스 압축수단에 의해 압축하는 단계; 상기 압축된 질소가스를 팽창터빈에 의해 팽창시킴으로써 극저온 질소가스를 생성하여 상기 응축수단으로 공급하는 단계; 상기 응축수단에서 상기 극저온 질소가스와 상기 압축된 BOG를 열교환시켜 상기 압축된 BOG의 적어도 일부를 응축시키는 단계; 및 상기 응축에 의하여 재액화된 BOG를 상기 저장탱크로 돌려보내는 단계로 이루어진다.In the operation of the reliquefaction apparatus according to the present embodiment, the cold heat of the BOG discharged from the storage tank by heat-exchanging the cold heat of the vaporized vapor (BOG) immediately after flowing out of the LNG storage tank with the fluid BOG at room temperature. Recovering; Compressing the BOG by repeatedly performing the pressurization and heat exchange process of the BOG generated in the LNG storage tank with a BOG compression means including a plurality of compressors and a plurality of intermediate coolers; Bypassing a portion of the compressed BOG with a bypass pipe and supplying a portion of the BOG to be mixed with the BOG flowing into the BOG compression means to adjust the temperature or flow rate; Compressing nitrogen gas, which is a working fluid, by nitrogen gas compression means to condense the compressed BOG into cryogenic nitrogen gas in the condensation means; Expanding the compressed nitrogen gas by means of an expansion turbine to produce cryogenic nitrogen gas and supply it to the condensation means; Condensing at least a portion of the compressed BOG by heat-exchanging the cryogenic nitrogen gas and the compressed BOG in the condensing means; And returning the BOG re-liquefied by the condensation to the storage tank.

상기 냉열 회수 단계는, 상기 저장탱크에서 유출된 저온의 BOG와 상기 BOG 압축수단에 의해 압축된 상온의 BOG를, 상기 저장탱크와 상기 BOG 압축수단 사이의 BOG 라인에 설치된 냉열 회수수단에서 열교환시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 한다.The cold heat recovery step is performed by heat-exchanging the low temperature BOG flowing out of the storage tank and the normal temperature BOG compressed by the BOG compression means in the cold heat recovery means installed in the BOG line between the storage tank and the BOG compression means. It is characterized by.

상기 BOG의 일부를 우회 공급하는 단계는, 초기 시동 시 또는 저온의 BOG가 BOG 압축 수단으로 유입되어 BOG 압축기가 열적 스트레스(thermal stress)를 받는 것을 방지하기 위하여 복수개의 압축기 중에 어느 하나의 출구, 예를 들어 최후단 BOG 압축기의 출구와 최전단 BOG 압축기의 입구를 연결시켜 주는 제1 BOG 우회배관을 통하여 압축된 BOG의 일부를 우회시켜 압축된 고온의 BOG와 저온의 BOG를 BOG 압축수단의 입구에서 혼합시켜 주는 것을 특징으로 한다.The bypass supplying of a part of the BOG may include an outlet of any one of the plurality of compressors, for example, in order to prevent the BOG compressor from being subjected to thermal stress due to the introduction of a low temperature BOG into the BOG compression means. For example, by bypassing a part of the compressed BOG through the first BOG bypass pipe connecting the outlet of the last BOG compressor and the inlet of the foremost BOG compressor, the compressed hot and cold BOG are at the inlet of the BOG compression means. It is characterized by mixing.

한편, 상기 BOG의 일부를 우회 공급하는 단계는, LNG 저장탱크에서 다량의 BOG가 발생되어 처리 용량을 초과하여 유입될 경우, 초과분을 우회시켜 순환 유량을 조절하도록 최후단 BOG 압축기에 연결된 중간냉각기의 출구와 최전단 BOG 압축기의 입구를 연결시켜 주는 제2 BOG 우회배관을 통하여 압축된 초과분의 BOG를 우회시켜 압축된 상온의 BOG와 저온의 BOG를 압축수단의 입구에서 혼합시켜 주는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the step of bypass supplying a portion of the BOG, when a large amount of BOG is generated in the LNG storage tank and flows in excess of the processing capacity, the intermediate cooler connected to the last BOG compressor to bypass the excess to adjust the circulation flow rate Bypass the compressed excess BOG through the second BOG bypass pipe connecting the outlet and the inlet of the foremost BOG compressor, characterized in that the compressed normal temperature BOG and low temperature BOG is mixed at the inlet of the compression means.

특히, 본 발명에 따르면, 상기 질소 사이클 내에서 순환하는 질소가스의 온도가 상기 압축수단을 통과한 BOG의 온도보다 높을 경우, 상대적으로 고온인 질소가스를 상기 압축수단을 통과한 BOG와 열교환시킴으로써 냉각시키는 질소가스 냉각단계를 더 포함한다.In particular, according to the present invention, when the temperature of the nitrogen gas circulating in the nitrogen cycle is higher than the temperature of the BOG passing through the compression means, by cooling the relatively high temperature nitrogen gas by heat exchange with the BOG passed through the compression means It further comprises a nitrogen gas cooling step.

또한, 초기 시동 시 상기 BOG 압축단계와 BOG 응축단계 사이에는 상기 응축수단을 통과한 작동유체 순환라인으로부터 분기된 질소 우회배관에 설치되는 쿨러에 의해 상기 압축수단을 통과한 저온의 BOG를 상대적으로 고온의 작동유체와 열교환시켜 상기 응축수단에 공급하여 작동유체를 냉각시켜 주는 시동 시 열교환 단계를 더 포함한다.In addition, during the initial startup, between the BOG compression step and the BOG condensation step, a relatively high temperature BOG of the low temperature passed through the compression means by a cooler installed in the nitrogen bypass pipe branched from the working fluid circulation line passing through the condensation means. Further comprising a heat exchange step at start-up to cool the working fluid by supplying heat to the working fluid of the condensation means.

극저온의 LNG 운반선의 저장탱크 내에서 외부 열전달로 인하여 발생하는 LNG BOG의 재액화 방법에 있어서, 도 3을 참조하여 BOG의 순환과정을 살펴보면 다음과 같다.In a reliquefaction method of LNG BOG generated by external heat transfer in a storage tank of a cryogenic LNG carrier, the circulation of the BOG will be described with reference to FIG. 3.

BOG의 순환과정은, 저장탱크로부터 배출된 -100℃, 1.05bar의 BOG가 냉열 회수 수단으로서의 자가 열교환기(114)로 유입되는 단계(ST 101), 상기 BOG가 자가 열교환기(114)를 거쳐 36℃, 1.02bar로 온도가 높아지는 단계(ST 102), 상기 BOG가 3단의 BOG 압축기(112a, 112b, 112c)와 중간 냉각기(113a, 113b, 113c)를 통과하면서 41℃, 6.945bar로 압축되어 상온 고압의 과열 상태가 되는 단계(ST 103), 상기 초기 시동 시 또는 운전 중 갑작스럽게 저온의 BOG가 BOG 압축 수단으로 유입되는 경우, 저온의 BOG로 인하여 BOG 압축기가 열적 스트레스(thermal stress)를 받는 것을 방지하기 위하여 복수개의 압축기 중에 어느 하나의 압축기의 출구, 예를 들어 최후단 BOG 압축기(세 번째 BOG 압축기(112c))의 출구와 최전단 BOG 압축기(첫 번째 BOG 압축기(112a))의 입구를 연결시켜 주는 제1 BOG 우회배관(115)을 통하여 107℃, 6.955bar로 압축된 BOG의 일부를 우회시켜 압축된 고온의 BOG와 저온의 BOG를 BOG 압축수단의 입구에서 혼합시켜 주는 단계(ST104), 저장탱크로부터 처리 용량을 초과한 BOG가 BOG 압축수단으로 유입되는 경우에 3단의 BOG 압축기(112a, 112b, 112c)와 중간 냉각기(113a, 113b, 113c)를 통과하면서 41℃, 6.946bar로 압축된 BOG의 초과분을 우회시켜 BOG 압축수단의 입구에서 저온의 BOG와 혼합시켜 주는 단계(ST105), 상기 BOG가 자가 열교환기(114)를 거쳐 -91.04℃, 6.845bar로 온도가 낮아지면서 냉열을 회수하는 단계(ST 106), 상기 BOG가 3경로의 제1 열교환기(135)를 통과하면서 응축기(120)로부터 유입된 저온부 질소가스와 열교환되어 -118℃, 6.842bar로 온도가 더욱 낮아지는(냉각되는) 단계(ST 107), 상기 냉각된 BOG가 응축기(120)에서 팽창터빈(134)에 의하여 극저온 팽창되어 유입된 질소가스 와 열교환되어 -154.6℃, 6.742bar의 과냉 액체로 재액화되는 단계(ST 108), 기액 분리기(119)에서 상기 재액화된 BOG로부터 불응축 가스를 분리하는 단계(ST 109), 그리고 재액화된 BOG를 순환펌프(도시생략)에 의해 저장탱크로 회수하여 저장하는 단계(ST 110)로 이루어진다.The circulation of the BOG is a step in which the BOG of -100 ° C and 1.05 bar discharged from the storage tank flows into the self-heat exchanger 114 as a cold heat recovery means (ST 101), and the BOG passes through the self-heat exchanger 114. The temperature is increased to 36 ° C. and 1.02 bar (ST 102), and the BOG is compressed to 41 ° C. and 6.945 bar while passing through three stages of the BOG compressors 112a, 112b and 112c and the intermediate coolers 113a, 113b and 113c. When the low temperature BOG is suddenly introduced into the BOG compression means during the initial start-up or during operation, the BOG compressor generates a thermal stress due to the low temperature BOG. In order to prevent receiving, the outlet of any one of the plurality of compressors, for example, the outlet of the last BOG compressor (third BOG compressor 112c) and the inlet of the foremost BOG compressor (first BOG compressor 112a). Through the first BOG bypass pipe 115 to connect the Bypassing a portion of the compressed BOG at 107 ° C. and 6.955 bar to mix the compressed hot and cold BOG at the inlet of the BOG compression means (ST104), and the BOG exceeding the processing capacity from the storage tank is BOG compressed. Inlet of the BOG compression means by bypassing the excess of BOG compressed to 41 ° C. and 6.946 bar while passing through the three stage BOG compressors 112a, 112b and 112c and the intermediate coolers 113a, 113b and 113c when entering the means. Mixing with a low temperature BOG in step (ST105), the BOG recovers the cold heat while the temperature is lowered to -91.04 ℃, 6.845 bar through the self-heat exchanger 114 (ST 106), the BOG is three paths Heat exchanged with the cold nitrogen gas introduced from the condenser 120 while passing through the first heat exchanger 135 of the temperature lowering (cooling) to -118 ° C and 6.842 bar (ST 107), the cooled BOG Nitrogen gas introduced by cryogenic expansion by the expansion turbine 134 in the condenser 120 Heat-exchanging with and re-liquefying with a subcooled liquid at -154.6 ° C., 6.742 bar (ST 108), separating the non-condensable gas from the reliquefied BOG in gas-liquid separator 119 (ST 109), and re-liquefying The step of recovering and storing the BOG to the storage tank by the circulation pump (not shown) (ST 110).

비록 도시하지는 않았지만, 상기 3단 BOG 압축기(112a, 112b, 112c) 및 중간냉각기(113a, 113b, 113c)를 통과하면서 BOG의 상태는 다음과 같이 변화한다. 즉, 상기 자가 열교환기(114)를 통과하여 36℃, 1.02bar의 상태로 BOG 압축부(110)에 공급된 BOG는, 첫 번째 BOG 압축기(112a)를 거쳐 101.2℃, 1.939bar로 압축되고, 첫 번째 중간 냉각기(113a)를 거쳐 41℃, 1.929bar로 냉각되고, 두 번째 BOG 압축기(112b)를 거쳐 106.9℃, 3.668bar로 압축되고, 두 번째 중간 냉각기(113b)를 거쳐 41℃, 3.658bar로 냉각되고, 세 번째 BOG 압축기(112c)를 거쳐 107℃, 6.955bar로 압축되고, 세 번째 중간 냉각기(113c)를 거쳐 41℃, 6.945bar로 냉각된다. Although not shown, the state of the BOG changes as follows while passing through the three-stage BOG compressors 112a, 112b, 112c and the intermediate coolers 113a, 113b, 113c. That is, the BOG supplied through the self heat exchanger 114 to the BOG compression unit 110 in a state of 36 ° C and 1.02bar is compressed to 101.2 ° C and 1.939bar through the first BOG compressor 112a, The first intermediate cooler 113a is cooled to 41 ° C., 1.929 bar, the second BOG compressor 112b is compressed to 106.9 ° C., 3.668 bar, and the second intermediate cooler 113b is 41 ° C., 3.658 bar. To a 107 ° C., 6.955 bar via a third BOG compressor 112c, and to a 41 ° C., 6.945 bar via a third intermediate cooler 113c.

이때 각각의 중간 냉각기(113a, 113b, 113c)에서 BOG를 냉각시키는 냉각수로서는 해수, 해수와 열교환된 담수 등을 사용할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 중간 냉각기(113a, 113b, 113c)에서 해수나 담수 등을 사용하여 고온의 BOG를 상온으로 냉각시키기 때문에, 질소 사이클에서 냉각된 질소가스를 사용하는 것에 비해 에너지를 절약할 수 있다. 다시 말하면, 중간 냉각기(113a, 113b, 113c)에서 해수나 담수 등을 사용하여 고온의 BOG를 상온으로 냉각시키기 때문에, BOG 압축부(110)에 의하여 압축되어 승온된 만큼 고온의 BOG를 냉각시키는데 소요되는 질소 사이클의 냉동부하가 감소되어 에너지를 절약할 수 있다. At this time, as the cooling water for cooling BOG in each of the intermediate coolers 113a, 113b, and 113c, seawater, fresh water heat-exchanged with seawater, and the like can be used. As described above, according to the present invention, since the BOG is cooled to room temperature by using sea water or fresh water in the intermediate coolers 113a, 113b, and 113c, energy saving can be saved as compared with using nitrogen gas cooled in a nitrogen cycle. Can be. In other words, in the intermediate coolers 113a, 113b, and 113c, since the hot BOG is cooled to room temperature by using sea water or fresh water, it is required to cool the hot BOG by being compressed and heated by the BOG compression unit 110. The refrigeration load of the nitrogen cycle is reduced, which can save energy.

상술한 바와 같이, LNG 저장탱크로부터 배출된 직후의 BOG는 -100℃ 정도의 저온 상태이므로, 이 저온의 BOG가 갖는 냉열을, 상기 BOG 압축부(110)에 의해 상온 고압으로 압축된 BOG에 공급함으로써, 버려지는 냉열을 시스템 내로 회수하여 사용할 수 있다. 또한, 초기 시동 시 또는 운전 중 갑작스럽게 저온의 BOG가 BOG 압축부로 유입되는 경우, 저온의 BOG를 고온 고압으로 압축하고 그중 일부를 우회시켜 상기 저온의 BOG와 혼합하여 가열시켜줌으로써 저온의 BOG로 인하여 BOG 압축기가 열적 스트레스(thermal stress)를 받는 것을 방지할 수 있다.As described above, since the BOG immediately after being discharged from the LNG storage tank is at a low temperature of about -100 ° C., the cold heat of the low temperature BOG is supplied to the BOG compressed by the BOG compression unit 110 at room temperature and high pressure. By doing so, the discarded cold heat can be recovered and used in the system. In addition, when a low temperature BOG suddenly flows into the BOG compression unit during initial startup or operation, the low temperature BOG is compressed by high temperature and high pressure, and some of them are bypassed and mixed with the low temperature BOG to be heated. It is possible to prevent the BOG compressor from undergoing thermal stress.

한편, 도 4를 참조하여 BOG를 응축시키기 위한 냉열을 제공하는 작동유체로서의 질소가스의 순환과정을 살펴보면 다음과 같다.On the other hand, referring to Figure 4 looks at the circulation process of the nitrogen gas as a working fluid to provide cold heat for condensing the BOG as follows.

질소가스의 순환과정은, 40℃, 10.09bar의 질소가스가 3단 압축기(132a, 132b, 132c)와 중간냉각기(133a, 133b, 133c)를 통과한 후 압력이 상승되어 41℃, 45.05bar로 압축되는 단계(ST 111), 상기 고압 질소가스가 제2 열교환기(136)에서 저온부 질소가스와의 열교환을 통하여 -59.27℃, 44.95bar의 저온 상태로 냉각되는 단계(ST 112), 상기 질소가스가 제1 열교환기(135)에서 저온부 질소가스와의 열교환을 통하여 -109℃, 44.95bar의 저온 상태로 냉각되는 단계(ST 113), 상기 고압 질소가스가 팽창수단으로서의 팽창터빈(134)을 지나면서 -164.2℃, 10.69bar의 저온 저압 가스로 팽창되는 단계(ST 114), 상기 저온 저압 질소가스가 응축기(120)에서 BOG의 재액화를 수행한 후 -134.1℃, 10.39bar의 저온부 질소가스로 가열되는 단계(ST 115), 상기 저온부 질소가스가 제1 열교환기(135)를 통과하면서 -68.97℃, 10.39bar의 상태로 가열되는 단계(ST 116), 상기 저온부 질소가스가 제2 열교환기(136)를 통과하면서 40℃, 10.09bar의 상태로 가열되는 단계(ST 117)로 이루어진다.Nitrogen gas circulating process, the nitrogen gas of 40 ℃, 10.09 bar passes through the three-stage compressor (132a, 132b, 132c) and the intermediate coolers (133a, 133b, 133c), the pressure is increased to 41 ℃, 45.05bar Compressing step (ST 111), the high-pressure nitrogen gas is cooled to a low temperature state of -59.27 ℃, 44.95 bar through heat exchange with the low-temperature nitrogen gas in the second heat exchanger 136 (ST 112), the nitrogen gas Cooling to a low temperature state of -109 ℃, 44.95 bar through the heat exchange with the low-temperature nitrogen gas in the first heat exchanger 135 (ST 113), the high-pressure nitrogen gas passes through the expansion turbine 134 as expansion means While expanding to a low temperature low pressure gas of -164.2 ℃, 10.69 bar (ST 114), the low temperature low pressure nitrogen gas is re-liquefied BOG in the condenser 120 to -134.1 ℃, low temperature nitrogen gas of 10.39 bar Heating step (ST 115), while the low-temperature nitrogen gas passes through the first heat exchanger 135, -68.97 ° C, 1 The step of heating to a state of 0.39 bar (ST 116), the low-temperature nitrogen gas is passed through the second heat exchanger 136 is heated to a state of 40 ℃, 10.09 bar (ST 117).

비록 도시하지는 않았지만, 상기 3단 작동유체(질소) 압축기(132a, 132b, 132c) 및 중간냉각기(133a, 133b, 133c)를 통과하면서 질소가스의 상태는 다음과 같이 변화한다. 40℃, 10.09bar의 상태로 작동유체 압축부(130)에 공급된 질소가스는, 첫 번째 작동유체 압축기(132a)를 거쳐 97.63℃, 16.65bar로 압축되고, 첫 번째 중간 냉각기(133a)를 거쳐 41℃, 16.6bar로 냉각되고, 두 번째 작동유체 압축기(132b)를 거쳐 98.88℃, 27.38bar로 압축되고, 두 번째 중간 냉각기(133b)를 거쳐 41℃, 27.33bar로 냉각되고, 세 번째 작동유체 압축기(132c)를 거쳐 98.96℃, 45.1bar로 압축되고, 세 번째 중간 냉각기(133c)를 거쳐 41℃, 45.05bar로 냉각된다.Although not shown, the state of the nitrogen gas changes as follows while passing through the three stage working fluid (nitrogen) compressors 132a, 132b, and 132c and the intermediate coolers 133a, 133b, and 133c. The nitrogen gas supplied to the working fluid compression unit 130 at 40 ° C. and 10.09 bar is compressed to 97.63 ° C. and 16.65 bar through the first working fluid compressor 132a and then through the first intermediate cooler 133a. 41 ° C., 16.6 bar, second working fluid compressor 132b, 98.88 ° C., 27.38 bar, second intermediate cooler 133b, 41 ° C., 27.33 bar, third working fluid It is compressed to 98.96 ° C., 45.1 bar via a compressor 132c, and cooled to 41 ° C., 45.05 bar via a third intermediate cooler 133c.

이때 각각의 중간 냉각기(133a, 133b, 133c)에서 질소가스를 냉각시키는 냉각수로서는 해수, 해수와 열교환된 담수 등을 사용할 수 있다.At this time, as the cooling water for cooling the nitrogen gas in each of the intermediate coolers 133a, 133b, and 133c, seawater, fresh water heat-exchanged with seawater, and the like can be used.

또한, 상술한 바와 같이, BOG 사이클의 상기 자가 열교환기(114)와 상기 제1 열교환기(135)의 사이에는, 상기 자가 열교환기(114)를 통과한 저온의 BOG와 상기 제1 열교환기(135)를 통과한 상대적으로 고온인 작동유체(질소가스)의 열교환되어 재액화 장치의 초기 시동 시 상기 제2 열교환기(136)로 유입되는 상기 작동유체(질소가스)를 더욱 냉각시켜 주도록 쿨러(Cooler)(137)가 형성되어 있다.In addition, as described above, between the self heat exchanger 114 and the first heat exchanger 135 of the BOG cycle, the low-temperature BOG and the first heat exchanger (passed through the self heat exchanger 114) The heat exchanger of the relatively high temperature working fluid (nitrogen gas) passing through the coolant 135 may further cool the working fluid (nitrogen gas) flowing into the second heat exchanger 136 at the initial start-up of the reliquefaction apparatus. Cooler 137 is formed.

상기 쿨러(137)는, 상기 제1 열교환기(135)의 출구측 작동유체 순환라인에서 분기된 질소 우회배관(139) 상에 형성되어 작동유체 압축부(130) 또는 제2 열교환기(136)로 유입되는 작동유체의 일부 또는 전부가 통과하도록 되어 있다.The cooler 137 is formed on the nitrogen bypass pipe 139 branched from the working fluid circulation line at the outlet side of the first heat exchanger 135 to form the working fluid compression unit 130 or the second heat exchanger 136. Some or all of the working fluid flowing in is passed through.

상기 쿨러(137)가 형성된 질소 우회배관(139)은 초기 시동(startup) 시 사용하며, 상기 질소 우회배관(139) 및 이에 대응하는 작동유체 순환라인에 각각 형성된 밸브(도시생략)의 개도 조절로 작동유체의 유량을 조절하여 극저온 냉동사이클의 전체 온도를 점차적으로 낮춰준다.The nitrogen bypass pipe 139 in which the cooler 137 is formed is used during initial startup, and the opening of the valve (not shown) is formed in the nitrogen bypass pipe 139 and the corresponding working fluid circulation line. By adjusting the working fluid flow rate, the total temperature of the cryogenic refrigeration cycle is gradually lowered.

상기 각 단계에서 압력, 온도 등은 특정의 숫자로 기재하고 있으나 BOG의 발생량, 제어방법 등에 따라 변경 가능한 것은 당연하다.Although pressure, temperature, etc. in each step are described by a specific number, it can be changed according to the generation amount of BOG, a control method, etc.

(제2 실시예)(2nd Example)

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 의한 LNG BOG 재액화 장치 및 방법을 상세하게 설명한다. 본 제2 실시예의 LNG BOG 재액화 장치 및 방법은, 질소 순환 사이클에 있어서 상기 제1 실시예의 LNG BOG 재액화 장치 및 방법과 차이점을 가지며, 편의상 그 차이점에 대해서만 상세하게 설명한다.Hereinafter, an LNG BOG reliquefaction apparatus and method according to a second preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5. The LNG BOG reliquefaction apparatus and method of the second embodiment have a difference from the LNG BOG reliquefaction apparatus and method of the first embodiment in the nitrogen cycle, and only the differences will be described in detail for convenience.

도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 LNG BOG 재액화 장치의 개략적인 구성도이다. 본 제2 실시예의 LNG BOG 재액화 장치는, 상기 제1 실시예에서와 같이, BOG 사이클, 질소 사이클, 그리고 상기 두 사이클 간에 열교환을 수행하여 BOG를 재액화시켜 주기 위한 콜드박스(cold box) 유닛으로 구성된다. 또한, BOG 사이클에는 초기 시동 시 또는 갑작스럽게 저온의 BOG가 유입되어 BOG 압축부 에 열적 스트레스가 가해지는 것을 방지하기 위하여 압축된 고온의 BOG를 우회시켜 저온의 BOG와 혼합하여 이를 가열하기 위한 제1 BOG 우회배관(115) 및 제1 제어밸브(215)가 포함되어 있다. 또한, BOG 사이클에는 BOG의 처리 용량을 초과하여 유입되는 BOG의 부하를 조절하기 위하여 압축된 BOG 중 초과분을 우회시켜 BOG 압축부 입구에서 합류시켜 주기 위한 제2 BOG 우회배관(116) 및 제2 제어밸브(216)가 포함되어 있다.5 is a schematic configuration diagram of a LNG BOG reliquefaction apparatus according to a second preferred embodiment of the present invention. The LNG BOG reliquefaction apparatus of this second embodiment is, as in the first embodiment, a cold box unit for re-liquefying the BOG by performing heat exchange between the BOG cycle, the nitrogen cycle, and the two cycles. It consists of. In addition, in order to prevent a low temperature BOG from flowing into the BOG cycle during the initial start-up or suddenly, the BOG cycle bypasses the compressed high-temperature BOG and mixes it with the low-temperature BOG to heat it. BOG bypass pipe 115 and the first control valve 215 is included. In addition, in the BOG cycle, the second BOG bypass pipe 116 and the second control to bypass the excess of the compressed BOG to join at the inlet of the BOG compression section in order to adjust the load of the BOG flowing in excess of the processing capacity of the BOG A valve 216 is included.

BOG 압축부(110)와 BOG 우회배관을 포함하는 BOG 사이클과 콜드박스 유닛에 대해서는 제1 실시예의 구성과 제2 실시예의 구성이 서로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하여 상세한 설명을 생략하고, 여기서는 질소 사이클에 대해서만 설명한다.The BOG cycle and the cold box unit including the BOG compression unit 110 and the BOG bypass pipe are the same in the configuration of the first embodiment and the second embodiment, and thus the same components are designated by the same member numbers. Are omitted and only the nitrogen cycle will be described here.

질소 사이클Nitrogen cycle

제2 실시예의 질소 사이클은, 제1 실시예에서와 마찬가지로, 작동유체, 예를 들어 질소가스를 가압공급하기 위하여 가압 및 냉각과정이 반복되도록 복수의 작동유체 압축기(132a, 132b, 132c)와 중간 냉각기(133a, 133b, 133c)가 연결된 작동유체 압축부(130), 상기 작동유체 압축부(130)에 의하여 압축된 상온 고압의 작동유체(질소가스)를 팽창시켜 극저온 상태로 변화시켜 주기 위한 팽창수단(134, 239), 및 상기 팽창수단(239)에 의하여 팽창된 극저온의 작동유체와 열교환시켜 BOG를 응축시켜 주기 위한 응축기(120)로 구성되어 있다.The nitrogen cycle of the second embodiment, as in the first embodiment, is intermediate with the plurality of working fluid compressors 132a, 132b, and 132c such that the pressurizing and cooling processes are repeated to pressurize and supply the working fluid, for example nitrogen gas. The working fluid compression unit 130 to which the coolers 133a, 133b, and 133c are connected, and the expansion fluid for expanding the working fluid (nitrogen gas) at room temperature and high pressure compressed by the working fluid compression unit 130 to change to a cryogenic state. Means 134, 239, and a condenser 120 for condensing BOG by exchanging heat with the cryogenic working fluid expanded by the expansion means 239.

상기 응축기(120)의 하류측에는, 상기 응축기(120)를 통과한 저온의 작동유 체와의 열교환을 통하여 상기 응축기(120)로 유입되는 BOG와 상기 작동유체 압축부(130)에 의하여 압축된 작동유체를 더욱 냉각시켜 주도록 3개의 경로를 갖는 제1 열교환기(135)가 형성되어 있다.On the downstream side of the condenser 120, the working fluid compressed by the BOG and the working fluid compression unit 130 introduced into the condenser 120 through heat exchange with the low temperature working fluid passing through the condenser 120 The first heat exchanger 135 having three paths is formed to further cool the gas.

상기 제1 열교환기(135)와 상기 작동유체 압축부(130) 사이에는, 상기 제1 열교환기(135)를 통과한 저온의 작동유체와의 열교환을 통하여, 상기 작동유체 압축부(130)에서 압축되어 공급되는 상온 고압의 작동유체를 냉각시켜 주도록 제2 열교환기(136)가 형성되어 있다.Between the first heat exchanger 135 and the working fluid compression unit 130, in the working fluid compression unit 130 through heat exchange with the low temperature working fluid passing through the first heat exchanger 135. The second heat exchanger 136 is formed to cool the working fluid at a high temperature and high pressure supplied by compression.

한편, 상기 작동유체 압축부(130)에서 압축된 질소가스는, 상술한 바와 같이 제2 열교환기(136)를 통과하여 냉각된 후 분기되어, 일부는 제1 실시예에서와 같이 제1 열교환기(135)로 보내지는 동시에 나머지는 팽창터빈(134)으로 보내진다.Meanwhile, the nitrogen gas compressed by the working fluid compression unit 130 is branched after being cooled through the second heat exchanger 136 as described above, and part of the first heat exchanger is the same as in the first embodiment. The remainder is sent to 135 and the remainder is sent to the expansion turbine 134.

이때 분기되어 제1 열교환기(135)로 보내진 질소가스는 제1 열교환기(135)에서 더욱 냉각된 후 팽창밸브(238)로 보내져 극저온 팽창된 다음 응축기(120)로 공급된다. 또한, 분기되어 팽창터빈(134)으로 보내진 질소가스는 팽창터빈(134)을 통과하면서 저온 팽창된 후 응축기(120)를 통과한 질소가스와 합류되어 제1 열교환기(135)로 공급되며, 상기 제1 열교환기(135)에서 상기 응축기(120)로 공급되는 BOG와 열교환을 수행함으로써 상기 응축기(120)로 공급되는 BOG를 냉각시켜 준다.At this time, the nitrogen gas branched and sent to the first heat exchanger 135 is further cooled in the first heat exchanger 135 and then sent to the expansion valve 238 to be cryogenically expanded and then supplied to the condenser 120. In addition, the nitrogen gas branched and sent to the expansion turbine 134 is expanded at a low temperature while passing through the expansion turbine 134 and then joined with the nitrogen gas passing through the condenser 120 to be supplied to the first heat exchanger 135. The BOG supplied to the condenser 120 is cooled by performing heat exchange with the BOG supplied from the first heat exchanger 135 to the condenser 120.

또한, BOG 사이클의 상기 자가 열교환기(114)와 상기 제1 열교환기(135)의 사이에는, 상기 자가 열교환기(114)를 통과한 저온의 BOG와의 열교환을 통하여 상기 제2 열교환기(136)로 유입되는 질소가스를 냉각시켜 주도록 쿨러(Cooler)(137)가 형성되어 있고, 상기 쿨러(137)를 통과하면서 냉각된 질소가스는 상기 제2 열교 환기(136)에서 상기 작동유체 압축부(130)에 의하여 압축된 질소가스와 열교환되어 상기 제1 열교환기(135) 및 상기 응축기(120)로 유입되는 작동유체를 더욱 냉각시켜 준다.Further, between the self heat exchanger 114 and the first heat exchanger 135 of the BOG cycle, the second heat exchanger 136 through heat exchange with the low temperature BOG passing through the self heat exchanger 114. A cooler 137 is formed to cool the nitrogen gas flowing into the nitrogen gas, and the nitrogen gas cooled while passing through the cooler 137 is compressed in the working fluid 130 in the second heat exchanger 136. Heat exchanged with the compressed nitrogen gas by the) to further cool the working fluid flowing into the first heat exchanger 135 and the condenser 120.

상기 쿨러(137)는, 상기 제1 열교환기(135)의 출구측 작동유체 순환라인에서 분기된 질소 우회배관(139) 상에 형성되어 작동유체 압축부(130) 또는 제2 열교환기(136)로 유입되는 작동유체의 일부 또는 전부가 통과하도록 되어 있다.The cooler 137 is formed on the nitrogen bypass pipe 139 branched from the working fluid circulation line at the outlet side of the first heat exchanger 135 to form the working fluid compression unit 130 or the second heat exchanger 136. Some or all of the working fluid flowing in is passed through.

상기 쿨러(137)가 형성된 질소 우회배관(139)은 초기 시동(startup) 시 유로가 개방되며, 상기 질소 우회배관(139) 및 이에 대응하는 작동유체 순환라인에 각각 형성된 밸브(도시생략)의 개도 조절로 작동유체의 유량을 조절하여 극저온 냉동사이클의 전체 온도를 점차적으로 낮춰준다.The nitrogen bypass pipe 139 in which the cooler 137 is formed has an opening at an initial startup, and an opening of a valve (not shown) respectively formed in the nitrogen bypass pipe 139 and a corresponding working fluid circulation line. By regulating the flow rate of the working fluid, the total temperature of the cryogenic refrigeration cycle is gradually lowered.

초기 시동 시 질소 사이클의 질소가스 온도가 상온 근처이므로 BOG의 재액화(응축)가 불가능하지만, 질소가스가 상기 쿨러(137)에 의하여 냉각되면서 질소 사이클을 반복해서 순환시켜주면 질소가스의 온도가 점차 낮아져 BOG의 재액화가 가능하게 된다.Since the nitrogen gas temperature of the nitrogen cycle at the initial start is near room temperature, BOG can not be re-liquefied (condensation), but the nitrogen gas is gradually cooled if the nitrogen cycle is repeatedly circulated while the nitrogen gas is cooled by the cooler 137. This lowers the reliquefaction of the BOG.

본 발명에 따르면, 상기 쿨러(137)에 의해서 질소가스가 빠르게 저온 상태로 도달되므로 BOG의 재액화 운전이 신속하게 수행될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 초기 시동 시에 자가 열교환기(114)를 통과하여 저온 상태로 유입되는 BOG와 제1 열교환기(135)를 통과한 질소가스를 쿨러(137)에서 열교환시켜 상대적으로 고온인 질소가스를 냉각시켜 줌으로써 질소 사이클이 빠른 시간 내에 안정화될 수 있다.According to the present invention, since the nitrogen gas is rapidly reached to a low temperature state by the cooler 137, the reliquefaction operation of the BOG can be performed quickly. That is, according to the present invention, the BOG flowing through the self heat exchanger 114 and the nitrogen gas passing through the first heat exchanger 135 at a low temperature during initial startup may be heat exchanged in the cooler 137 to be relatively hot. By cooling the phosphorus nitrogen gas, the nitrogen cycle can be stabilized in a short time.

상기 팽창수단으로는 팽창터빈 및 팽창밸브가 사용될 수 있다.An expansion turbine and an expansion valve may be used as the expansion means.

상기 팽창수단(134)으로 팽창터빈을 사용할 경우, 팽창터빈(134)의 회전축에는 발전기가 연결되어 상기 발전기에서 발생되는 전기에너지를 상기 작동유체 압축부(130) 또는 상기 BOG 압축부(110)의 구동에너지로 이용하는 것도 가능하다.When an expansion turbine is used as the expansion means 134, a generator is connected to the rotary shaft of the expansion turbine 134 to transfer the electrical energy generated by the generator to the working fluid compression unit 130 or the BOG compression unit 110. It is also possible to use as driving energy.

질소 사이클의 운전과정을 설명하면, 36℃, 10.43bar의 질소가스는 3단의 작동유체 압축기(132a, 132b, 132c)와 중간냉각기(133a, 133b, 133c)를 포함하는 작동유체 압축부(130)를 통과한 후 압력이 상승되어 40℃, 41.44bar의 가스로 토출된다.Referring to the operating process of the nitrogen cycle, the nitrogen gas of 36 ℃, 10.43bar operating fluid compression unit 130 including three stage working fluid compressors (132a, 132b, 132c) and intermediate coolers (133a, 133b, 133c) After passing through), the pressure rises and is discharged as gas at 40 ℃ and 41.44bar.

상기 토출된 고압의 질소가스는, 제1 열교환기(135)를 거쳐 돌아오는 -93.75℃, 10.68bar의 저온 작동유체(질소가스)와 제2 열교환기(136) 내에서 열교환되어 -82.2℃, 41.19bar로 냉각된다.The discharged high-pressure nitrogen gas is heat exchanged in the low-temperature working fluid (nitrogen gas) of -93.75 ° C and 10.68 bar returned through the first heat exchanger 135 and the second heat exchanger 136, and -82.2 ° C. Cool to 41.19 bar.

제2 열교환기(136)를 통과하면서 냉각된 질소가스는, 분기되어 일부는 제1 실시예에서와 같이 제1 열교환기(135)로 보내지는 동시에 나머지는 팽창터빈(134)으로 보내진다.Nitrogen gas cooled while passing through the second heat exchanger 136 is branched and partly sent to the first heat exchanger 135 as in the first embodiment while the remainder is sent to the expansion turbine 134.

분기되어 제1 열교환기(135)로 보내진 -82.2℃, 41.19bar의 질소가스는, 응축기(120)를 거쳐 돌아오는 -141.2℃, 10.93bar의 질소가스와 제1 열교환기(135) 내에서 열교환되어 -138.2℃, 40.94bar로 냉각된다.The nitrogen gas at -82.2 ° C and 41.19 bar branched and sent to the first heat exchanger 135 exchanges heat with the nitrogen gas at -141.2 ° C and 10.93 bar returned through the condenser 120 and the first heat exchanger 135. Cooled to -138.2 [deg.] C., 40.94 bar.

상기 제1 열교환기(135)를 통과하여 -138.2℃, 40.94bar로 냉각된 질소가스는, 팽창밸브(239)를 통과하면서 -167.7℃, 11.18bar로 온도 및 압력이 낮아져 BOG 액화에 필요한 극저온 질소가스로 변화된다.Nitrogen gas cooled to -138.2 ° C. and 40.94 bar through the first heat exchanger 135 has a temperature and pressure lowered to −167.7 ° C. and 11.18 bar while passing through the expansion valve 239, and thus cryogenic nitrogen required for BOG liquefaction. Converted to gas.

상기 팽창밸브(239)를 통과하면서 -167.7℃, 11.18bar로 온도 및 압력이 낮아진 극저온 질소가스는, 상기 응축기(120)에서 BOG와 열교환하여 BOG를 액화시키면서 -141.2℃, 10.93bar로 온도가 상승한다Cryogenic nitrogen gas, the temperature and pressure of which is lowered to -167.7 ° C and 11.18bar while passing through the expansion valve 239, is heated to -141.2 ° C and 10.93bar while heat-exchanging with BOG in the condenser 120 to liquefy BOG. do

한편, 분기되어 팽창터빈(134)으로 보내진 -82.2℃, 41.19bar의 질소가스는, 팽창터빈(134)을 통과하면서 -141.2℃, 10.93bar로 온도 및 압력이 낮아진다.On the other hand, the nitrogen gas at -82.2 ° C and 41.19 bar branched and sent to the expansion turbine 134 is lowered to -141.2 ° C and 10.93 bar while passing through the expansion turbine 134.

이와 같이, 팽창밸브(239)와 응축기(120)를 차례로 통과하면서 BOG를 액화시키고 -141.2℃, 10.93bar로 된 질소가스와, 팽창터빈(134)을 통과하면서 -141.2℃, 10.93bar로 된 질소가스는, 응축기(120)의 하류측에서 합류되어 -141.2℃, 10.93 bar의 저온부 질소가스가 되어 상기 제1 열교환기(135)로 유입된다.As such, the BOG is liquefied while passing through the expansion valve 239 and the condenser 120, and nitrogen gas of -141.2 ° C and 10.93bar and nitrogen of -141.2 ° C and 10.93bar while passing through the expansion turbine 134. The gas is merged on the downstream side of the condenser 120 to become -141.2 ° C. and 10.93 bar of cold nitrogen gas and flow into the first heat exchanger 135.

제1 열교환기(135)에서 질소가스는, 응축기(120)로 보내지는 BOG를 냉각시키는 동시에 팽창밸브(238)로 보내지는 질소가스를 냉각시키고, 자신은 온도가 높아져 -93.75℃, 10.68bar의 상태로 제2 열교환기(136)로 유입된다.In the first heat exchanger 135, the nitrogen gas cools the BOG sent to the condenser 120 and at the same time the nitrogen gas sent to the expansion valve 238, and the temperature increases to -93.75 ° C and 10.68 bar. Into the second heat exchanger 136 in a state.

제2 열교환기(136)를 통과하면서 질소가스는, 작동유체 압축부(130)로부터 제1 열교환기(135) 혹은 팽창터빈(134)으로 보내지는 질소가스와 열교환되면서 36℃, 10.43bar로 가열되어 작동유체 압축부(130)로 보내진다.While passing through the second heat exchanger 136, the nitrogen gas is heated to 36 ° C. and 10.43 bar while being heat-exchanged with the nitrogen gas sent from the working fluid compression unit 130 to the first heat exchanger 135 or the expansion turbine 134. And is sent to the working fluid compression unit 130.

이하, 본 발명의 바람직한 제2 실시예의 구성에 의한 재액화 장치의 작동을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.The operation of the reliquefaction apparatus according to the configuration of the second preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. 5 and 6.

본 제2 실시예의 구성에 의한 재액화 장치의 작동은, LNG의 저장탱크에서 유 출된 직후의 증발증기(BOG)가 갖는 냉열을 상온의 유체(BOG)와 열교환시킴으로써 상기 저장탱크로부터 유출된 BOG가 갖는 냉열을 회수하는 단계; LNG의 저장탱크에서 발생되는 BOG를 복수의 압축기와 복수의 중간냉각기로 이루어진 BOG 압축수단으로 가압 및 열교환 과정을 반복 수행하여 BOG를 압축하는 단계; 상기 압축된 BOG의 일부를 우회배관으로 우회시켜 상기 BOG 압축수단으로 유입되는 BOG와 혼합하여 온도 또는 유량을 조절하도록 BOG의 일부를 우회 공급하는 단계; 상기 압축된 BOG를 응축수단에서 극저온 질소가스로 응축시키기 위하여 작동유체인 질소가스를 질소가스 압축수단에 의해 압축하는 단계; 상기 압축된 질소가스를 분기하여 일부의 질소가스를 팽창밸브에 의해 팽창시킴으로써 극저온 질소가스를 생성하여 상기 응축수단으로 공급하는 단계; 상기 응축수단에서 상기 극저온 질소가스와 상기 압축된 BOG를 열교환시켜 상기 압축 BOG의 적어도 일부를 응축시키는 단계; 상기 분기된 질소가스 중 나머지의 질소가스를 팽창터빈에 의해 팽창시킨 후 상기 응축수단을 통과한 질소가스와 합류시켜 상기 응축수단으로 공급되는 BOG와 열교환을 수행함으로써 상기 응축수단으로 공급되는 BOG를 냉각시키는 단계; 및 상기 응축에 의하여 재액화된 BOG를 상기 저장탱크로 돌려보내는 단계로 이루어진다.In the operation of the reliquefaction apparatus according to the second embodiment, the BOG discharged from the storage tank by heat-exchanging the cold heat of the vaporized vapor (BOG) immediately after being discharged from the LNG storage tank with the normal temperature fluid (BOG) Recovering the cold heat having; Compressing the BOG by repeatedly performing the pressurization and heat exchange process of the BOG generated in the LNG storage tank with a BOG compression means including a plurality of compressors and a plurality of intermediate coolers; Bypassing a portion of the compressed BOG with a bypass pipe and supplying a portion of the BOG to be mixed with the BOG flowing into the BOG compression means to adjust the temperature or flow rate; Compressing nitrogen gas, which is a working fluid, by nitrogen gas compression means to condense the compressed BOG into cryogenic nitrogen gas in the condensation means; Branching the compressed nitrogen gas to expand a portion of the nitrogen gas by means of an expansion valve to produce cryogenic nitrogen gas and supply it to the condensation means; Condensing at least a portion of the compressed BOG by heat-exchanging the cryogenic nitrogen gas and the compressed BOG in the condensing means; The remaining nitrogen gas of the branched nitrogen gas is expanded by an expansion turbine and then joined with the nitrogen gas passing through the condensation means to perform heat exchange with the BOG supplied to the condensation means to cool the BOG supplied to the condensation means. Making a step; And returning the BOG re-liquefied by the condensation to the storage tank.

상기 냉열 회수 단계는, 상기 저장탱크에서 유출된 저온의 BOG와 상기 BOG 압축수단에 의해 압축된 상온의 BOG를, 상기 저장탱크와 상기 BOG 압축수단 사이의 BOG 라인에 설치된 냉열 회수수단에서 열교환시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 한다.The cold heat recovery step is performed by heat-exchanging the low temperature BOG flowing out of the storage tank and the normal temperature BOG compressed by the BOG compression means in the cold heat recovery means installed in the BOG line between the storage tank and the BOG compression means. It is characterized by.

상기 BOG의 일부를 우회 공급하는 단계는, 초기 시동 시 또는 저온의 BOG가 BOG 압축 수단으로 유입되어 BOG 압축기가 열적 스트레스(thermal stress)를 받는 것을 방지하기 위하여 복수개의 압축기 중에 어느 하나의 출구, 예를 들어 최후단 BOG 압축기의 출구와 최전단 BOG 압축기의 입구를 연결시켜 주는 제1 BOG 우회배관을 통하여 압축된 BOG의 일부를 우회시켜 압축된 고온의 BOG와 저온의 BOG를 BOG 압축수단의 입구에서 혼합시켜 주는 것을 특징으로 한다.The bypass supplying of a part of the BOG may include an outlet of any one of the plurality of compressors, for example, in order to prevent the BOG compressor from being subjected to thermal stress due to the introduction of a low temperature BOG into the BOG compression means. For example, by bypassing a part of the compressed BOG through the first BOG bypass pipe connecting the outlet of the last BOG compressor and the inlet of the foremost BOG compressor, the compressed hot and cold BOG are at the inlet of the BOG compression means. It is characterized by mixing.

상기 BOG의 일부를 우회 공급하는 단계는, LNG 저장탱크에서 다량의 BOG가 발생되어 처리 용량을 초과하여 유입될 경우 초과분을 우회시켜 순환 유량을 조절하도록 최후단 BOG 압축기에 연결된 중간냉각기의 출구와 최전단 BOG 압축기의 입구를 연결시켜 주는 제2 BOG 우회배관을 통하여 압축된 초과분의 BOG를 우회시켜 압축된 상온의 BOG와 저온의 BOG를 압축수단의 입구에서 혼합시켜 주는 것을 특징으로 한다.In the step of bypass supplying a portion of the BOG, when a large amount of BOG is generated in the LNG storage tank and flows in excess of the processing capacity, the outlet and the end of the intermediate cooler connected to the last BOG compressor to bypass the excess to control the circulation flow rate Bypassing the excess BOG compressed through the second BOG bypass pipe that connects the inlet of the shear BOG compressor, characterized in that the compressed normal temperature BOG and low temperature BOG is mixed at the inlet of the compression means.

특히, 본 발명에 따르면, 상기 질소 사이클 내에서 순환하는 질소가스의 온도가 상기 압축수단을 통과한 BOG의 온도보다 높을 경우, 상대적으로 고온인 질소가스를 상기 압축수단을 통과한 BOG와 열교환시킴으로써 냉각시키는 질소가스 냉각단계를 더 포함한다.In particular, according to the present invention, when the temperature of the nitrogen gas circulating in the nitrogen cycle is higher than the temperature of the BOG passing through the compression means, by cooling the relatively high temperature nitrogen gas by heat exchange with the BOG passed through the compression means It further comprises a nitrogen gas cooling step.

또한, 초기 시동 시 상기 BOG 압축단계와 BOG 응축단계 사이에는 상기 응축수단을 통과한 작동유체 순환라인으로부터 분기된 질소 우회배관에 설치되는 쿨러에 의해 상기 압축수단을 통과한 저온의 BOG를 상대적으로 고온의 작동유체와 열교환시켜 상기 응축수단에 공급하여 작동유체를 냉각시켜 주는 시동 시 열교환 단계를 더 포함한다.In addition, during the initial startup, between the BOG compression step and the BOG condensation step, a relatively high temperature BOG of the low temperature passed through the compression means by a cooler installed in the nitrogen bypass pipe branched from the working fluid circulation line passing through the condensation means. Further comprising a heat exchange step at start-up to cool the working fluid by supplying heat to the working fluid of the condensation means.

극저온의 LNG 운반선의 저장탱크 내에서 외부 열전달로 인하여 발생하는 LNG BOG의 재액화 방법에 있어서, BOG의 순환과정은 제1 실시예와 제2 실시예가 서로 동일하므로, 도 6을 참조하여 질소가스의 순환과정에 대해서만 살펴보면 다음과 같다.In the reliquefaction method of LNG BOG generated by external heat transfer in the storage tank of the cryogenic LNG carrier, since the BOG circulation process is the same as the first and second embodiments, the Looking only at the circulation process is as follows.

질소가스의 순환과정은, 36℃, 10.43bar의 질소가스가 3단 압축기(132a, 132b, 132c)와 중간냉각기(133a, 133b, 133c)를 통과한 후 압력이 상승되어 40℃, 41.44bar로 압축되는 단계(ST 211), 상기 고압 질소가스가 제2 열교환기(136)에서 저온부 질소가스와의 열교환을 통하여 -82.2℃, 41.19bar의 저온 상태로 냉각되는 단계(ST 212), 제2 열교환기(136)를 통과한 질소가스가 분기되어, 일부의 질소가스가 제1 열교환기(135)에서 저온부 질소가스와의 열교환을 통하여 -138.2℃, 40.94bar의 저온 고압 상태로 냉각되는 단계(ST 213), 상기 저온 고압의 질소가스가 팽창수단으로서의 팽창밸브(239)를 지나면서 팽창되어 -167.7℃, 11.18bar의 극저온 저압 가스로 극저온 팽창되는 단계(ST 214), 팽창밸브(239)를 통과한 극저온 저압 질소가스가 상기 응축기(120)에서 BOG의 재액화를 수행한 후 -141.2℃, 10.93bar의 저온부 질소가스로 가열되는 단계(ST 215), 제2 열교환기(136)를 통과한 후 분기되어 제1 열교환기(135)로 보내지지 않은 나머지의 질소가스가 팽창수단으로서의 팽창터빈(134)을 지나면서 팽창되어 -141.2℃, 10.93bar의 저온부 질소가스로 저온 팽창되는 단계(ST 216), 팽창밸브(239)와 응축기(120)를 차례로 통과하면서 BOG를 액화시킨 후의 저온부 질소가스와 팽창터빈(134)을 통과한 저온부 질소 가스가, 응축기(120)의 하류측에서 합류되어 -141.2℃, 10.93bar의 저온부 질소가스가 되어 상기 제1 열교환기(135)를 통과하면서 -93.75℃, 10.68bar의 상태로 가열되는 단계(ST 217), 상기 저온부 질소가스가 제2 열교환기(136)를 통과하면서 36℃, 10.43bar의 상태로 가열되는 단계(ST 218)로 이루어진다.Nitrogen gas circulating process, the nitrogen gas of 36 ℃, 10.43bar after passing through the three-stage compressor (132a, 132b, 132c) and the intermediate coolers (133a, 133b, 133c) to increase the pressure to 40 ℃, 41.44bar Compressing step (ST 211), the high-pressure nitrogen gas is cooled to a low temperature state of -82.2 ℃, 41.19 bar through heat exchange with the low-temperature nitrogen gas in the second heat exchanger 136 (ST 212), the second heat exchange Nitrogen gas passed through the unit 136 is branched, so that some nitrogen gas is cooled to a low temperature and high pressure state of -138.2 ° C and 40.94 bar through heat exchange with the low temperature nitrogen gas in the first heat exchanger 135 (ST 213, the low-temperature, high-pressure nitrogen gas is expanded while passing through the expansion valve 239 as expansion means to cryogenic expansion of the cryogenic low-pressure gas of -167.7 ℃, 11.18bar (ST 214), passing through the expansion valve 239 One cryogenic low pressure nitrogen gas was subjected to reliquefaction of BOG in the condenser 120 and then -141.2 ° C, 10.93bar The step of heating to the low temperature nitrogen gas of (ST 215), the remaining nitrogen gas is not branched after passing through the second heat exchanger 136 and sent to the first heat exchanger 135 is the expansion turbine 134 as expansion means The low temperature nitrogen gas and the expansion turbine after liquefying the BOG while passing through the expansion valve 239 and the condenser 120 in order to expand at low temperature to -141.2 ℃, low temperature nitrogen gas of 10.93bar (ST 216) The low temperature nitrogen gas passed through 134 is merged on the downstream side of the condenser 120 to become -141.2 ° C and 10.93 bar of low temperature nitrogen gas while passing through the first heat exchanger 135 at -93.75 ° C and 10.68bar. The heating step (ST 217), the low temperature nitrogen gas is passed through the second heat exchanger 136, the step of heating to a state of 36 ℃, 10.43 bar (ST 218).

비록 도시하지는 않았지만, 상기 3단 작동유체(질소가스) 압축기(132a, 132b, 132c) 및 중간냉각기(133a, 133b, 133c)를 통과하면서 질소가스의 상태는 다음과 같이 변화한다. 36℃, 10.43bar의 상태로 작동유체 압축부(130)에 공급된 질소가스는, 첫 번째 작동유체 압축기(132a)를 거쳐 91.19℃, 16.69bar로 압축되고, 첫 번째 중간 냉각기(133a)를 거쳐 40℃, 16.44bar로 냉각되고, 두 번째 작동유체 압축기(132b)를 거쳐 95.94℃, 26.3bar로 압축되고, 두 번째 중간 냉각기(133b)를 거쳐 40℃, 26.05bar로 냉각되고, 세 번째 작동유체 압축기(132c)를 거쳐 96.05℃, 41.69bar로 압축되고, 세 번째 중간 냉각기(133c)를 거쳐 40℃, 41.44bar로 냉각된다.Although not shown, the state of nitrogen gas changes as follows while passing through the three-stage working fluid (nitrogen gas) compressors 132a, 132b, and 132c and the intermediate coolers 133a, 133b, and 133c. Nitrogen gas supplied to the working fluid compression unit 130 at a temperature of 36 ° C. and 10.43 bar is compressed to 91.19 ° C. and 16.69 bar through the first working fluid compressor 132a, and then through the first intermediate cooler 133a. 40 ° C., 16.44 bar, second working fluid compressor 132b to 95.94 ° C., 26.3 bar, second intermediate cooler 133b to 40 ° C., 26.05 bar, third working fluid The compressor is compressed to 96.05 ° C. and 41.69 bar via the compressor 132c and cooled to 40 ° C. and 41.44 bar via the third intermediate cooler 133c.

이때 각각의 중간 냉각기(133a, 133b, 133c)에서 질소가스를 냉각시키는 냉각수로서는 해수, 해수와 열교환된 담수 등을 사용할 수 있다.At this time, as the cooling water for cooling the nitrogen gas in each of the intermediate coolers 133a, 133b, and 133c, seawater, fresh water heat-exchanged with seawater, and the like can be used.

또한, 상술한 바와 같이, BOG 사이클의 상기 자가 열교환기(114)와 상기 제1 열교환기(135)의 사이에는, 상기 자가 열교환기(114)를 통과한 저온의 BOG와 상기 제1 열교환기(135)를 통과한 상대적으로 고온인 작동유체(질소가스)의 열교환되어 재액화 장치의 초기 시동 시 상기 제2 열교환기(136)로 유입되는 상기 작동유체(질소가스)를 더욱 냉각시켜 주도록 쿨러(Cooler)(137)가 형성되어 있다.In addition, as described above, between the self heat exchanger 114 and the first heat exchanger 135 of the BOG cycle, the low-temperature BOG and the first heat exchanger (passed through the self heat exchanger 114) The heat exchanger of the relatively high temperature working fluid (nitrogen gas) passing through the coolant 135 may further cool the working fluid (nitrogen gas) flowing into the second heat exchanger 136 at the initial start-up of the reliquefaction apparatus. Cooler 137 is formed.

상기 쿨러(137)는, 상기 제1 열교환기(135)의 출구측 작동유체 순환라인에서 분기된 질소 우회배관(139) 상에 형성되어 작동유체 압축부(130) 또는 제2 열교환기(136)로 유입되는 작동유체의 일부 또는 전부가 통과하도록 되어 있다.The cooler 137 is formed on the nitrogen bypass pipe 139 branched from the working fluid circulation line at the outlet side of the first heat exchanger 135 to form the working fluid compression unit 130 or the second heat exchanger 136. Some or all of the working fluid flowing in is passed through.

상기 쿨러(137)가 형성된 질소 우회배관(139)은 초기 시동(startup) 시 사용하며, 상기 질소 우회배관(139) 및 이에 대응하는 작동유체 순환라인에 각각 형성된 밸브(도시생략)의 개도 조절로 작동유체의 유량을 조절하여 극저온 냉동사이클의 전체 온도를 점차적으로 낮춰준다.The nitrogen bypass pipe 139 in which the cooler 137 is formed is used during initial startup, and the opening of the valve (not shown) is formed in the nitrogen bypass pipe 139 and the corresponding working fluid circulation line. By adjusting the working fluid flow rate, the total temperature of the cryogenic refrigeration cycle is gradually lowered.

상기 각 단계에서 압력, 온도 등은 특정의 숫자로 기재하고 있으나 BOG의 발생량, 제어방법 등에 따라 변경 가능한 것은 당연하다.Although pressure, temperature, etc. in each step are described by a specific number, it can be changed according to the generation amount of BOG, a control method, etc.

본 발명에 따르면, 초기 시동 시 또는 운전 중 갑작스럽게 저온의 BOG가 BOG 압축부(110)로 유입되는 경우, 저온의 BOG를 고온 고압으로 압축하고 그중 일부를 우회시켜 상기 저온의 BOG와 혼합하여 가열시켜줌으로써 저온의 BOG로 인하여 BOG 압축기가 열적 스트레스(thermal stress)를 받는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, when a low temperature BOG is suddenly introduced into the BOG compression unit 110 during initial startup or operation, the low temperature BOG is compressed to high temperature and high pressure, and some of them are bypassed to be mixed with the low temperature BOG and heated. This prevents the BOG compressor from undergoing thermal stress due to low temperature BOG.

아울러, 초기 시동 시에 비교적 온도가 높은 상태의 작동유체(질소가스)를 쿨러(137)에 의해서 신속하게 냉각시켜 줌으로써 질소 사이클이 빠른 시간 내에 안정화될 수 있다.In addition, the nitrogen cycle can be stabilized in a short time by rapidly cooling the working fluid (nitrogen gas) in a relatively high temperature state at the initial start-up by the cooler 137.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 BOG 압축부(110)를 통과하면서 상온 고압으로 압축된 BOG를, 상기 BOG 압축부(110)의 상류측에 설치된 냉열 회수 수단으로서의 자가 열교환기(114)에서 저장탱크로부터 유출된 직후의 BOG에 의해 냉각시킬 수 있 어, 응축기(120)에서의 열교환(재액화) 효율을 향상시킬 수 있는 동시에 응축기(120) 내부의 열적 스트레스 발생을 억제한다.Further, according to the present invention, the storage tank in the self-heat exchanger 114 as a cold heat recovery means provided on the upstream side of the BOG compression unit 110, the BOG compressed at room temperature and high pressure while passing through the BOG compression unit 110. It can be cooled by BOG immediately after flowing out, and the heat exchange (reliquefaction) efficiency in the condenser 120 can be improved, and the generation of the thermal stress in the condenser 120 is suppressed.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 자가 열교환기(114)에 의해 BOG 압축기(112a)에 공급되는 BOG의 온도를 상온까지 높여줄 수 있기 때문에, 압축기에서의 압축이 더욱 용이하게 수행될 수 있다.In addition, according to the present invention, since the temperature of the BOG supplied to the BOG compressor 112a by the self-heat exchanger 114 can be raised to room temperature, the compression in the compressor can be performed more easily.

또한, 본 발명에 의한 LNG BOG 재액화 장치를 사용함에 따라 LNG 운반선의 운항 중 저장된 LNG의 손실이 없이 저장탱크의 압력을 안정적으로 관리할 수 있다. 특히, 콜드박스 모듈의 도입으로 LNG BOG 재액화 장치의 크기를 줄일 수 있으며 질소가스의 극저온 영역을 안정적 관리로 할 수 있다.In addition, by using the LNG BOG reliquefaction apparatus according to the present invention it is possible to stably manage the pressure of the storage tank without losing the LNG stored during operation of the LNG carrier. In particular, the introduction of a cold box module can reduce the size of the LNG BOG reliquefaction apparatus, and it is possible to stably manage the cryogenic region of nitrogen gas.

이상과 같이 본 발명에 따른 LNG BOG 재액화 장치 및 방법을, 예시된 도면을 참조하여 특정 질소 사이클을 활용하는 것으로 설명하였으나, 이들 특정 질소 사이클은 본 발명을 한정하지 않으며, 증발가스(BOG)를 응축시킬 수 있다면 어떠한 작동유체를 사용하는 극저온 냉동사이클이라도 활용할 수 있음은 물론이다.As described above, the LNG BOG reliquefaction apparatus and method according to the present invention have been described as utilizing specific nitrogen cycles with reference to the illustrated drawings, but these specific nitrogen cycles do not limit the present invention, Of course, if it can be condensed, any cryogenic refrigeration cycle using any working fluid can be utilized.

또한, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.In addition, the present invention is not limited to the embodiments and drawings described above, it is a matter of course that various modifications and variations can be made by those skilled in the art within the scope of the claims. .

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 초기 시동 시 또는 운전 중 갑작스럽게 저온의 BOG가 BOG 압축부로 유입되는 경우, BOG 압축수단의 입구 및 출구에 BOG 우회배관을 형성하여 저온의 BOG를 고온 고압으로 압축하고 그중 일부를 우회시켜 상기 저온의 BOG와 혼합하여 가열시켜줌으로써 저온의 BOG로 인하여 BOG 압축기가 열적 스트레스(thermal stress)를 받는 것을 방지하는 LNG BOG 재액화 장치 및 방법이 제공된다.As described above, according to the present invention, when a low temperature BOG is suddenly introduced into the BOG compression unit during initial startup or during operation, a BOG bypass pipe is formed at the inlet and the outlet of the BOG compression unit to produce a low temperature BOG at a high temperature and high pressure. The present invention provides a LNG BOG reliquefaction apparatus and method for preventing a BOG compressor from being subjected to thermal stress due to a low temperature BOG by compressing the same, bypassing a portion thereof, and mixing and heating the low temperature BOG.

또한, 본 발명에 의하면, 저장탱크에서 유출된 직후의 저온의 BOG가 갖는 냉열을 BOG 압축부의 상류측에 설치된 냉열 회수 수단(자가 열교환기)을 이용하여 시스템 내로 회수할 수 있다.Moreover, according to this invention, the cold heat which the low temperature BOG immediately after flowing out from a storage tank can collect | recover into a system using the cold heat recovery means (self heat exchanger) provided upstream of BOG compression part.

또한, 응축기로 공급되는 BOG의 온도가 종래에 비해 낮아지기 때문에, 응축기에 냉열을 공급하여 BOG를 액화시키기 위한 질소 사이클에 있어서도 질소의 질량유량이 작아질 수 있다. 그에 따라 질소의 압축을 종래에 비해 저압으로 할 수 있고, 전력 소모가 절감되는 효과를 얻을 수 있다.In addition, since the temperature of the BOG supplied to the condenser is lower than in the related art, the mass flow rate of nitrogen can be reduced even in a nitrogen cycle for supplying cold heat to the condenser to liquefy the BOG. Accordingly, the compression of nitrogen can be made lower than in the prior art, and the effect of reducing power consumption can be obtained.

아울러, 초기 시동 시에 비교적 온도가 높은 상태의 작동유체(질소가스)를 쿨러에 의해서 신속하게 냉각시켜 줌으로써 질소 사이클이 빠른 시간 내에 안정화될 수 있다.In addition, the nitrogen cycle can be stabilized in a short time by rapidly cooling the working fluid (nitrogen gas) in a relatively high temperature state at the initial start-up by the cooler.

Claims (12)

LNG의 저장탱크에서 발생되는 증발증기(BOG)를 복수개의 압축기 및 중간 냉각기를 구비하는 BOG 압축수단에 의해 가압 및 열교환 과정을 반복 수행하여 압축한 후 응축수단에 의해 응축시키는 BOG 사이클과, 상기 응축수단에 냉열을 공급하는 질소 사이클을 포함하는 LNG BOG 재액화 장치로서, BOG cycle for compressing the BOG generated in the storage tank of LNG by repeated compression and heat exchange process by BOG compression means having a plurality of compressors and intermediate cooler and then condensing by condensation means; An LNG BOG reliquefaction apparatus comprising a nitrogen cycle for supplying cold heat to the means, 상기 복수개의 압축기 중에서 어느 하나에서 압축된 BOG의 일부를 상기 압축수단의 입구로 우회시켜 상기 BOG 압축수단으로 유입되는 BOG와 혼합시켜 주기 위한 BOG 우회배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 장치.LNG BOG reliquefaction apparatus comprising a BOG bypass pipe for bypassing a portion of the BOG compressed by any one of the plurality of compressors to the inlet of the compression means and mixed with the BOG flowing into the BOG compression means . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저장탱크와 상기 BOG 압축수단 사이에는 상기 저장탱크로부터 유출된 저온의 BOG를 압축된 상온의 BOG와 열교환시킴으로써 상기 저장탱크로부터 유출된 BOG가 갖는 냉열을 회수하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 장치. Between the storage tank and the BOG compression means further comprises means for recovering the cold heat of the BOG flowed out of the storage tank by heat-exchanging the low-temperature BOG discharged from the storage tank with the compressed normal temperature BOG LNG BOG Reliquefaction Unit. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질소 사이클은 질소가스(작동유체)를 압축시키기 위한 질소가스 압축수단과 압축된 질소가스를 팽창시키기 위한 팽창수단을 포함하고 있으며,The nitrogen cycle includes a nitrogen gas compression means for compressing nitrogen gas (working fluid) and expansion means for expanding the compressed nitrogen gas, 상기 팽창수단은 압축된 질소가스를 팽창시킨 후 극저온 질소가스를 생성하 여 상기 응축수단으로 공급하고, 상기 응축수단으로 공급되는 압축된 BOG와 열교환을 수행하여 BOG를 응축시키는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 장치.The expansion means expands the compressed nitrogen gas and generates cryogenic nitrogen gas and supplies it to the condensation means, and performs heat exchange with the compressed BOG supplied to the condensation means to condense the BOG. Reliquefaction apparatus. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질소 사이클은 질소가스(작동유체)를 압축시키기 위한 질소가스 압축수단과 압축된 질소가스를 팽창시키기 위한 팽창수단을 포함하고 있으며,The nitrogen cycle includes a nitrogen gas compression means for compressing nitrogen gas (working fluid) and expansion means for expanding the compressed nitrogen gas, 상기 팽창수단은 압축된 질소가스가 분기되어 각각 공급되는 팽창밸브 및 팽창터빈으로 이루어지며, 상기 팽창밸브는 분기된 상기 질소가스 중 일부의 질소가스를 팽창시킴으로써 극저온 질소가스를 생성하여 상기 응축수단으로 공급하고, 상기 팽창터빈은 분기된 나머지의 질소가스를 팽창시킨 후 상기 응축수단을 통과한 질소가스와 합류시켜 상기 응축수단으로 공급되는 BOG와 열교환을 수행함으로써 상기 응축수단으로 공급되는 BOG를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 장치.The expansion means is composed of an expansion valve and an expansion turbine to which the compressed nitrogen gas is branched and supplied respectively, and the expansion valve generates cryogenic nitrogen gas by expanding some nitrogen gas of the branched nitrogen gas to the condensation means. The expansion turbine expands the remaining nitrogen gas branched and then merges with the nitrogen gas passing through the condensation means to cool the BOG supplied to the condensation means by performing heat exchange with the BOG supplied to the condensation means. LNG BOG reliquefaction apparatus, characterized in that. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 BOG 우회배관은, The BOG bypass pipe, 초기 시동 시 또는 저온의 BOG가 BOG 압축수단으로 유입되어 BOG 압축기가 열적 스트레스(thermal stress)를 받는 것을 방지하기 위하여 압축된 고온의 BOG와 저온의 BOG가 상기 BOG 압축수단의 입구에서 혼합되도록 최후단 BOG 압축기의 출구와 최전단 BOG 압축기의 입구를 연결시켜 주는 제1 BOG 우회배관으로 이루어진 것 을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 장치.In order to prevent cold BOG from entering the BOG compression means during initial startup or to prevent the BOG compressor from undergoing thermal stress, the hot end of the BOG and the low temperature BOG are mixed at the inlet of the BOG compression means. LNG BOG re-liquefaction apparatus comprising a first BOG bypass pipe connecting the outlet of the BOG compressor and the inlet of the foremost BOG compressor. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 BOG 우회배관은, The BOG bypass pipe, LNG 저장탱크에서 다량의 BOG가 발생되어 처리 용량을 초과하여 유입될 경우 초과분을 우회시켜 순환되도록 최후단 BOG 압축기에 연결된 중간냉각기의 출구와 최전단 BOG 압축기의 입구를 연결시켜 주는 제2 BOG 우회배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 장치.The second BOG bypass pipe connects the outlet of the middle cooler connected to the last BOG compressor and the inlet of the foremost BOG compressor to bypass the excess when a large amount of BOG is generated in the LNG storage tank and flows in excess of the processing capacity. LNG BOG reliquefaction apparatus comprising a. 제5항 또는 제6항에 있어서, The method according to claim 5 or 6, 상기 제1 및 제2 BOG 우회배관에는 유량 조절을 위한 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 장치.LNG BOG reliquefaction apparatus, characterized in that the first and second BOG bypass pipe is provided with a valve for adjusting the flow rate. LNG의 저장탱크에서 유출된 직후의 증발증기(BOG)가 갖는 냉열을, 상온의 유체와 열교환시킴으로써 상기 저장탱크로부터 유출된 BOG가 갖는 냉열을 냉열 회수수단에 의해 회수하는 단계; Recovering, by means of cold heat recovery means, the cold heat of the BOG discharged from the storage tank by heat-exchanging the cold heat of the vaporized vapor (BOG) immediately after flowing out of the LNG storage tank with a fluid at room temperature; 상기 저장탱크에서 발생되는 BOG를 복수의 압축기와 복수의 중간냉각기로 이루어진 BOG 압축수단으로 가압 및 열교환 과정을 반복 수행하여 BOG를 압축하는 단계; Compressing the BOG by repeatedly performing the pressurization and heat exchange process on the BOG generated in the storage tank by the BOG compression means including a plurality of compressors and a plurality of intermediate coolers; 상기 압축된 BOG의 일부를 우회배관으로 우회시켜 상기 BOG 압축수단으로 유 입되는 BOG와 혼합하여 온도 또는 유량을 조절하도록 BOG의 일부를 우회 공급하는 단계; Bypassing a portion of the compressed BOG with a bypass pipe and bypassing a portion of the BOG so as to adjust the temperature or flow rate by mixing with the BOG introduced into the BOG compression means; 상기 압축된 BOG를 응축수단에서 극저온 질소가스로 응축시키기 위하여 작동유체인 질소가스를 질소가스 압축수단에 의해 압축하는 단계; Compressing nitrogen gas, which is a working fluid, by nitrogen gas compression means to condense the compressed BOG into cryogenic nitrogen gas in the condensation means; 상기 압축된 질소가스를 팽창시켜 극저온 질소가스를 생성하여 상기 응축수단으로 공급하는 단계;Expanding the compressed nitrogen gas to produce cryogenic nitrogen gas and supplying it to the condensation means; 상기 응축수단에서 상기 극저온 질소가스와 상기 압축된 BOG를 열교환시켜 상기 압축 BOG의 적어도 일부를 응축시키는 단계;Condensing at least a portion of the compressed BOG by heat-exchanging the cryogenic nitrogen gas and the compressed BOG in the condensing means; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 방법.LNG BOG reliquefaction method comprising the. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 응축수단으로 극저온 질소가스를 공급하는 단계는,Supplying cryogenic nitrogen gas to the condensation means, 상기 압축된 질소가스를 팽창터빈에 의해 팽창시킴으로써 극저온 질소가스를 생성하여 상기 응축수단으로 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 방법.LNG BOG reliquefaction method, characterized in that for expanding the compressed nitrogen gas by an expansion turbine to produce cryogenic nitrogen gas to the condensing means. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 응축수단으로 극저온 질소가스를 공급하는 단계는,Supplying cryogenic nitrogen gas to the condensation means, 상기 압축된 질소가스를 분기하여 일부의 질소가스를 팽창밸브에 의해 팽창시킴으로써 극저온 질소가스를 생성하여 상기 응축수단으로 공급하며, Branching the compressed nitrogen gas to expand a portion of the nitrogen gas by means of an expansion valve to produce cryogenic nitrogen gas and supply it to the condensing means; 상기 압축 BOG의 적어도 일부를 응축시키는 단계에 이어서, 상기 분기된 질 소가스 중 나머지의 질소가스를 팽창터빈에 의해 팽창시킨 후 상기 응축수단을 통과한 질소가스와 합류시켜 상기 응축수단으로 공급되는 BOG와 열교환을 수행함으로써 상기 응축수단으로 공급되는 BOG를 냉각시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 방법.After condensing at least a portion of the compressed BOG, the remaining nitrogen gas of the branched nitrogen gas is expanded by an expansion turbine and then joined with the nitrogen gas passed through the condensation means to be supplied to the condensation means. And cooling the BOG supplied to the condensation means by performing heat exchange with the LNG BOG reliquefaction method. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 BOG의 일부를 우회 공급하는 단계는, Bypass supplying a portion of the BOG, 최후단 BOG 압축기의 출구와 최전단 BOG 압축기의 입구를 연결시켜 주는 제1 BOG 우회배관을 구비하여, A first BOG bypass pipe connecting the outlet of the last BOG compressor and the inlet of the foremost BOG compressor, 초기 시동 시 또는 저온의 BOG가 BOG 압축 수단으로 유입되어 BOG 압축기가 열적 스트레스(thermal stress)를 받는 것을 방지하기 위하여 상기 제1 BOG 우회배관을 통하여 압축된 BOG의 일부를 우회시켜 압축된 고온의 BOG와 저온의 BOG를 BOG 압축수단의 입구에서 혼합시켜 주는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 방법.Hot BOG compressed by bypassing part of the compressed BOG through the first BOG bypass to prevent cold BOG from entering the BOG compression means during initial start-up or into the BOG compression means. LNG BOG reliquefaction method, characterized in that for mixing the low-temperature BOG at the inlet of the BOG compression means. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 BOG의 일부를 우회 공급하는 단계는, Bypass supplying a portion of the BOG, 최후단 BOG 압축기에 연결된 중간냉각기의 출구와 최전단 BOG 압축기의 입구를 연결시켜 주는 제2 BOG 우회배관을 구비하여,A second BOG bypass pipe connecting the outlet of the intermediate cooler connected to the last BOG compressor and the inlet of the foremost BOG compressor, LNG 저장탱크에서 다량의 BOG가 발생되어 처리 용량을 초과하여 유입될 경우 초과분을 우회시켜 순환 유량을 조절하도록 상기 제2 BOG 우회배관을 통하여 압축 된 초과분의 BOG를 우회시켜 압축된 상온의 BOG와 저온의 BOG를 압축수단의 입구에서 혼합시켜 주는 것을 특징으로 하는 LNG BOG 재액화 장치.When a large amount of BOG is generated in the LNG storage tank and flows in excess of the processing capacity, it bypasses the excess and adjusts the circulating flow rate so as to bypass the excess BOG compressed through the second BOG bypass pipe and the compressed BOG at low temperature and low temperature. LNG BOG reliquefaction apparatus characterized in that for mixing the BOG at the inlet of the compression means.
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