KR20090025514A - Ｌｎｇ 운반선에 대한 ｂｏｇ 재액화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템에 관한 것으로, 그 구성은 저장탱크에서 외부로부터 침투한 열에 의하여 상기 저장탱크에 저장되어 있던 LNG가 기화되어 발생하는 BOG를 압축하는 BOG 압축기; 상기 BOG를 BOG 압축기의 출구에서 분배하여 열교환기로 공급하고 상기 BOG 압축기로 순환하도록 하는 제 1분배기; 그리고 상기 BOG 압축기에서 압축된 상기 BOG 중 일부를 DF엔진으로 공급하고, 나머지를 열교환기로 공급하여 상기 저장탱크로 순환하도록 하는 제 2분배기;를 포함하여 구성될 수 있다.
BOG 압축기, 분배기, 팽창밸브, 기액분리기

Description

ＬＮＧ 운반선에 대한 ＢＯＧ 재액화 시스템{A BOG RE-LIQUEFACTION SYSTEM FOR LNG CARRIER}
본 발명은 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중 연료 엔진을 사용하는 LNG 운반선에서 운항 중 외부로부터 열의 유입으로 LNG 저장탱크에서 증발된 증발가스(BOG)를 재액화하면서 자연 증발하는 BOG의 일부를 운반선의 연료로 사용하기 위한 것이다.
이중 연료 엔진(Dual Fuel Engine) 시스템을 추진체계로 사용하는 LNG 운반선의 운항 중 외부로부터 열의 유입으로 LNG 저장탱크에서 증발된 증발가스(Boil Off Gas, 이하 BOG라 함)를 재액화 하는 장치에 관한 것으로, 이중 연료 엔진(Dual Fuel Engine, 이하 DF 엔진이라 함)에 의하여 운항되는 DF 엔진을 사용하는 LNG 운반선은 LNG의 저장탱크에서 자연 증발하는 BOG와 디젤유(Diesel Oil)를 동시에 연료로 사용하도록 고안되었는데 운항 중 BOG와 디젤유를 사용하다가 필요한 연료의 양을 초과하여 BOG가 공급될 때 초과분의 BOG를 재액화하여 LNG 저장탱크로 회수시키는 것이다.
1980년대 이후부터 액화천연가스(LNG, Liquid Natural Gas)를 대형 엔진에 활용하기 위한 많은 연구가 이루어졌으며, 그 결과 가스와 연료유를 함께 사용할 수 있는 이중 연료 엔진이 개발되었다. 상기 이중 연료 엔진은 추력을 얻기 위한 방식에 따라 이중 연료 디젤 전기(Dual Fuel Diesel Electric, 이하 DFDE라 함) 추진 시스템, ME-GI 이중 연료 엔진(ME-GI Engine) 등이 개발되어 상용화되고 있다. 상기 DFDE 추진 시스템은 필요에 따라 가스와 연료유를 번갈아 공급하여 이중 연료 엔진을 구동시키고, 이를 통하여 전력을 생산한 후 각 사용처에 전력의 일부를 공급하고 나머지는 추력을 얻기 위하여 전기 모터를 구동하는데 사용한다.
한편 상기 ME-GI 이중 연료 엔진은, 가스와 연료유를 함께 이중 연료 엔진에 공급하여 사용할 수 있고 상기 엔진으로부터 추력을 얻는다. 여기서 상기 ME-GI 엔진은 MAN B&W 사에 의하여 개발된 전자제어식 밸브(Electrical Control Valve)를 갖는 Gas Injection 형식의 엔진을 칭한다. 상기 ME-GI 엔진은 초기 설치비와 운항 경비가 저렴하다고 알려져 있다.
또한 ME-GI 엔진은 BOG 재액화(Re-liquefaction) 장치를 추가로 설치하여 함께 운용할 수 있으며, 이 경우 가스와 연료유(HFO) 가격의 변화와 배출가스 규제 정도에 따라 증발가스(BOG)를 연료로 쓸 것인지 아니면 이를 재액화하여 저장 탱크로 보낼 것인지 등 선택의 폭이 넓어지는 장점이 있다.
상기 엔진의 경우 디젤유 뿐만 아니라 LNG의 저장탱크에서 자연 발생하는 상기 BOG를 연료로 사용하기 위하여 상기 BOG를 상기 엔진의 연료로 사용하기 적합하도록 40℃, 250bar로 가압해야 되고, 상기 BOG를 다시 액화하기 위해서는 -155.8℃, 2bar까지 냉각시키고 팽창시켜야 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 기술에 의한 경우, BOG가 연료로 사용되기 위한 40℃, 250bar의 조건과 액화되기 위한 -155.8℃, 2bar의 조건을 동시에 만족할 수 없어, 상기 BOG를 연료로만 사용하거나 재액화하여 다시 저장탱크로 재순환시킬 수밖에 없는 문제점이 있었다.
그리고 상기 BOG를 재액화하기 위해 40℃에서 -155.8℃까지 온도를 떨어뜨리기 위해서는 다량의 질소 냉매를 이용한 극저온 냉동사이클을 사용해야 하므로, 전체적인 시스템의 크기가 커지고, 극저온의 질소 가스를 얻기 위해 많은 동력을 소요되어 전체적인 효율이 낮아지는 문제점이 발생한다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, BOG의 일부를 엔진의 연료로 사용하면서 나머지를 재액화시킬 수 있는 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 BOG를 재액화시키기 위해 질소를 냉매로 사용하는 극저온 냉동 사이클을 사용하여 극저온까지 열교환시킬 필요가 없고, 다량의 냉매를 사용하지 않음으로써 냉동 사이클을 이루는 장치의 크기가 작아지고, 그 결과 전력 사용량이 크게 감소되어 LNG 운반선의 경제적인 운항이 가능하도록 한 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템 및 재액화 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명인 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템은, 저장탱크에서 외부로부터 침투한 열에 의하여 상기 저장탱크에 저장되어 있던 LNG가 기화되어 발생하는 BOG를 압축하는 BOG 압축기; 상기 BOG를 BOG 압축기의 출구에서 분배하여 열교환기로 공급하고 상기 BOG 압축기로 순환하도록 하는 제 1분배기; 그리고 상기 BOG 압축기에서 압축된 상기 BOG 중 일부를 DF엔진으로 공급하고, 나머지를 열교환기로 공급하여 상기 저장탱크로 순환하도록 하는 제 2분배기;를 포함하여 구성될 수 있다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템에서는 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, LNG에서 발생되는 BOG를 엔진의 연료로 사용하면서 나머지를 재액화시킬 수 있어, 버려지는 BOG가 없어지는 효과가 있다.
BOG를 재액화시키기 위해 열교환기를 통과시켜 BOG를 냉각시키도록 되어 있어 종래에 사용되었던 질소를 냉매로 사용하는 극저온 냉동 사이클과 같이 다량의 냉매가 필요하지 않아 전체적으로 시스템의 크기가 작아지는 효과가 있다.
압축된 BOG의 팽창으로 얻어진 냉열을 사용하여 BOG를 액화시켜줌으로써 종래의 질소 극저온 냉동사이클에 비해 전력 사용량이 크게 감소되어 LNG 운반선의 경제적인 운항이 가능하게 되는 효과가 있다.
이하 본 발명에 의한 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 각각의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
먼저, 기체상태의 천연가스(Natural Gas)는 극저온으로 액화되어 대기압(1.013bar)의 상태로 저장탱크(미도시)에 저장된다. 상기 저장탱크에 적재되어 있는 상기 액화된 천연가스, 즉 LNG는 지속전인 외부의 열 유입으로 인하여 저장탱크 내부의 온도가 상승되면서 LNG가 증발되어 BOG가 발생한다. 또한, 상기 BOG의 발생으로 인하여 상기 저장탱크 내부의 압력이 상승하게 된다.
상기 저장탱크의 내부 압력이 계속 증가하게 되면 폭발의 위험이 있기 때문에 저장탱크 내부의 압력을 대기압 수준으로 일정하게 유지시키기 위하여 상기 저장탱크 내부의 압력이 설정압력을 초과하면 도달하면, 안전밸브(미도시)가 열리고, 상기 BOG가 상기 저장탱크로부터 배출된다.
상기 저장탱크에서 배출된 상기 BOG는 재액화 시스템을 통하여 DF엔진의 연료로서 사용되거나 다시 재액화되어 저장탱크로 순환된다. 본 발명인 BOG 재액화 시스템인 각각의 실시예를 각각의 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명한다.
본 발명인 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 제 1실시예는, 도 1에 도시된 바와 같이, 저장탱크에서 외부로부터 침투한 열에 의하여 상기 저장탱크에 저장되어 있던 LNG가 기화되어 발생하는 BOG를 압축하는 BOG 압축기(10)와, 상기 BOG를 BOG 압축기(10)의 출구에서 분배하여 팽창시킨 후 제 1열교환기(40)로 공급하고 상기 BOG 압축기(10)로 순환하도록 하는 제 1분배기(20)와, 그리고 상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상기 BOG 중 일부를 DF엔진으로 공급하고, 나머지를 제 1열교환기(40)로 공급하여 액화시킨 후 상기 저장탱크로 순환하도록 하는 제 2분배기(22)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 저장탱크(미도시)에서 기화되어 배출된 BOG가 유동되는 제 1라인(a)에는 BOG 압축기(10)가 마련된다. 상기 BOG 압축기(10)는 상기 BOG를 아래에서 설명될 LNG 운반선의 DF 엔진의 연료로 사용가능한 압력상태로 압축시키는 역할을 한다. 상기 BOG 압축기(10)는 상기 BOG를 연료로 사용할 수 있는 상태로 한번에 압축할 수도 있으며, 다단압축을 실시하여 압축할 수도 있다.
상기 BOG 압축기(10) 배출구에는 쿨러(12)가 마련된다. 상기 쿨러(12)는 상기 BOG 압축기(10)를 통과하는 과정에서 고온으로 상승된 상기 BOG를 냉각시키는 역할을 한다. 예를 들면 냉각수를 이용하여 40℃까지 냉각시킬 수 있다.
상기 제 1라인(a)에서 상기 쿨러(12)의 배출구 상에는 분배기(20, 22)가 마련된다. 상기 분배기(20, 22)는 DF 엔진으로 유입되는 상기 BOG 중 일부를 분배하기 위한 역할을 한다.
상기 분배기(20, 22)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1분배기(20)와 제 2분배기(22)로 구분된다. 상기 제 1분배기(20)는 상기 제 1라인(a) 상의 상기 BOG 중 일부를 제 2라인(b)으로 분배하여 아래에서 설명될 제 1열교환기(40)를 통과시켜 상기 BOG 압축기(10)로 환수되도록 한다. 그리고 상기 제 2분배기(22)는 상기 제 1라인(a) 상의 상기 BOG의 나머지를 제 3라인(c)으로 분배시켜 제 1열교환기(40)를 통과시킨 후 액화시켜 저장탱크로 환수되도록 한다.
그리고 상기 BOG가 상기 제 1분배기(20)를 통하여 제 1열교환기(40)로 유동되는 상기 제 2라인(b)에는 제 1팽창밸브(30)가 마련된다. 상기 제 1팽창밸브(30)는 상기 쿨러(12)를 통과하여 배출되는 상기 고압 상태의 상기 BOG를 팽창시켜 극저온상태로 냉각시키는 역할을 한다.
또한, 상기 제 1팽창밸브(30)에 배출되는 상기 제 2라인(b)에는 제 1열교환기(40)가 마련된다. 상기 제 1열교환기(40)는 상기 제 1분배기(20)에서 분배되어 유동하는 상기 BOG가 상기 제 1팽창밸브(30)를 통과하여 극저온으로 냉각된 후 상기 제 1열교환기(40)에서 아래에서 설명될 제 2분배기(22)에서 분배되어 유동하는 BOG와 열교환되도록 한다.
그리고 상기 제 1열교환기(40)를 통과한 상기 BOG가 유동하는 상기 제 2라인(b)은 상기 BOG 압축기(10)의 입구와 연결되도록 설치될 수 있다. 이는 상기 제 1열교환기(40)를 통과한 상기 BOG가 다시 재활용될 수 있도록 회수하기 위함이다.
한편, 상기 제 1라인(a)에서 상기 제 1분배기(20)를 통과한 상기 제 1라인(a) 상에는 제 2분배기(22)가 마련된다. 상기 제 2분배기(22)는 상기 DF엔진으로 유동되는 상기 BOG 중 일부를 제 3라인(c)으로 분배하여 상기 제 1열교환기(40)로 유동되도록 한다.
상기 제 2분배기(22)에서 분배되어 상기 BOG가 유동하는 상기 제 3라인(c)은 상기 제 1열교환기(40)로 연결된다. 상기 열교환기(40)에서 상기 제 3라인(c)을 따라 상기 제 1열교환기(40)로 유입된 상기 BOG는 상기 제 1분배기(20)에서 분배되어 상기 제 2라인(b)을 따라 유동하는 상기 BOG와 열교환이 이루어지게 된다. 즉, 열교환이 이루어져 극저온으로 냉각된다.
여기서, 상기 제 1분배기(20)에서 분배되어 제 2라인(b)을 따라 유동하는 상기 BOG의 이동방향과 상기 제 2분배기(22)에서 분배되어 제 3라인(c)을 따라 유동하는 상기 BOG의 이동방향은 서로 반대방향으로 이동하면서 열교환되도록 함이 바람직하다. 이는 상기 제 1열교환기(40)에서 상기 BOG가 이동하는 상기 제 2라인(b) 및 제 3라인(c)을 서로 반대방향으로 하여 열효율이 좋아지도록 하기 위함이다.
즉, 상기 제 1분배기(20)에서 분배된 후 상기 제 2라인(b) 상의 제 1팽창밸브(30)에서 팽창되어 극저온으로 냉각된 상기 BOG와, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되어 상기 제 3라인(c)을 따라 이동하는 상기 BOG가 열교환되어 상기 제 3라인(c)을 따라 유동하는 상기 BOG는 액화되어 다시 저장탱크로 환수될 수 있게 된다.
그리고 상기 제 1열교환기(40)를 통과한 상기 BOG가 이동하는 상기 제 3라인(c) 상에는 감압밸브(32)가 마련된다. 상기 감압밸브(32)는 상기 제 1열교환기(40)에서 열교환되어 냉각된 상기 BOG를 저장탱크 내부의 압력과 동일한 압력까지 감압시켜 주도록 팽창시켜 주는 역할을 한다.
그리고 상기 감압밸브(32)를 통과한 상기 BOG가 이동하는 상기 제 3라인(c)에는 기액분리기(50)가 마련되어 있다. 상기 기액분리기(50)는 상기 감압밸브(32)를 통과하여 액화된 상기 BOG 중 기상의 BOG와 액상의 BOG를 구분하여, 액상의 BOG만 상기 저장탱크로 유동될 수 있도록 한다. 여기서, 기상의 BOG는 상기 BOG 압축기(10)로 환수되도록 구성할 수도 있고, 외부로 배출되도록 할 수 있다.
이하, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 저장탱크에 저장되어 있는 액화된 천연가스가 지속적인 외부의 열의 유입으로 인해 기화되어 BOG가 발생하게 된다. 상기 BOG의 발생으로 인하여 상기 저장탱크의 내부압력이 상승하게 되는데, 상기 저장탱크의 내부압력이 설정압력을 초과하면 자동으로 안전밸브가 열리게 되고, 상기 BOG는 저장탱크 외부로 배출된다.
상기 저장탱크에서 배출되는 상기 BOG는 BOG 압축기(10)로 유입된다. 상기 BOG 압축기(10)에서 상기 BOG는 DF엔진에서 연료로 사용할 수 있는 상태, 즉 고압으로 압축된다. 물론, 상기 BOG 압축기(10)는 다단으로 구비되어 단계적으로 압축할 수도 있다.
상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 유동하면서 쿨러(12)로 유입된다. 상기 쿨러(12)에서 상기 BOG는 상온으로 냉각된다. 그리고 상기 쿨러(12)에서 냉각된 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 유동하면서 상기 제 1분배기(20)로 유입된다.
상기 제 1분배기(20)로 유입된 상기 BOG 중 일부는 제 2라인(b)으로 분배되어 제 1팽창밸브(30)로 유입된다. 상기 제 1팽창밸브(30)에서 상기 BOG는 팽창되면서 극저온으로 냉각된다. 상기 극저온으로 냉각된 BOG는 제 2라인(b)을 따라 제 1열교환기(40)로 유입된다.
한편, 상기 쿨러(12)에서 배출된 상기 BOG 중 상기 제 1분배기(20)에서 분배되지 않은 상기 BOG는 상기 DF엔진 방향으로 상기 제 1라인(a)을 따라 계속 유동하다가 제 2분배기(22)에서 소정의 양의 상기 BOG가 제 3라인(c)으로 분배된다.
상기 제 2분배기(22)에서 분배된 상기 BOG는 상기 제 3라인(c)을 따라 상기 제 1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제 3라인(c)을 따라 상기 제 1열교환기(40)로 유입된 상기 BOG는 상기 제 2라인(b)을 따라 유동하는 상기 BOG와 열교환되어 저온으로 냉각된다.
그리고 상기 제 3라인(c)을 따라 상기 제 1열교환기(40)에서 열교환되어 액화(응축)된 상기 BOG는 상기 제 1열교환기(40)에서 배출되어 감압밸브(32)로 유입된다. 상기 감압밸브(32)로 유입된 상기 BOG는 저장탱크로 환수되도록 저장탱크 내부의 압력과 동일한 압력까지 감압된다.
상기 감압밸브(32)를 통과하면서 감압된 상기 BOG는 기액분리기(50)로 유입 되어 기상과 액상으로 분리되고, 액상의 상기 BOG는 다시 저장탱크로 환수된다. 그리고 상기 감압밸브(32)로 통과하면서도 액화되지 않은 상기 기상의 BOG를 다시 상기 BOG 압축기(10)로 환수되도록 할 수 있다.
한편, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되지 않은 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상태의 압력으로 상기 DF엔진으로 유입되어 연료로서 사용되게 된다.
그리고 본 발명인 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 제 2실시예는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크에서 외부로부터 침투한 열에 의해 상기 저장탱크에 저장되어 있던 LNG가 기화되어 발생하는 BOG를 압축하는 BOG 압축기(10)와, 상기 BOG 압축기(10)의 출구에서 상기 BOG 중 일부를 분배시켜 상기 BOG 압축기(10)의 입구로 환수되도록 하는 제 1분배기(20)와, 상기 BOG 압축기(10)의 출구에서 상기 BOG 중 일부를 분배시켜 저장탱크로 안내하고, 나머지는 엔진의 연료로 사용할 수 있도록 하는 제 2분배기(22)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배된 상기 BOG 중 다른 BOG 흐름의 예냉을 위해 분배시켜 주는 제 3분배기(24)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배되는 상기 BOG와, 상기 제 3분배기(24)에서 분배되어 제 2팽창밸브(34)를 통과하여 팽창되어 극저온으로 냉각된 상기 BOG와, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되어 저장탱크로 안내되는 상기 BOG를 열교환시키는 제 2열교환기(42)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배되어 상기 제 2열교환기(42)를 통과하여 열교환된 상기 BOG를 제 1팽창밸브(30)를 통하여 팽창하여 극저온으로 냉각된 상기 BOG와, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되어 상기 제 2열교환기(42)에서 열교환된 후 상기 저장탱크로 안 내되는 상기 BOG를 열교환하여 액화시켜 주는 제 1열교환기(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 저장탱크에서 기화되어 배출된 제 1라인(a)에는 BOG 압축기(10)가 마련된다. 상기 BOG 압축기(10)는 상기 BOG를 아래에서 설명될 LNG 운반선의 DF엔진의 연료로 사용가능한 압력 상태로 압축시키는 역할을 한다. 상기 BOG 압축기(10)는 상기 BOG를 연료로 사용할 수 있는 상태로 한번에 압축할 수도 있으며, 다단압축을 실시하여 압축할 수도 있다.
상기 BOG 압축기(10) 배출구의 제 1라인(a)에는 쿨러(12)가 마련된다. 상기 쿨러(12)는 상기 BOG 압축기(10)를 통과하는 과정에서 고온으로 상승된 상기 BOG를 냉각시키는 역할을 한다. 예를 들면, 냉각수를 이용하여 40℃로 냉각시킬 수도 있다.
상기 쿨러(12)를 통과하여 냉각된 상기 BOG가 이동하는 상기 제 1라인(a)에는 분배기(20, 22)가 마련된다. 상기 분배기(20, 22)는 DF엔진으로 유입되는 상기 BOG 중 일부를 분배하기 위한 역할을 한다.
상기 분배기(20, 22)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1분배기(20)와 제 2분배기(22)로 구성될 수 있다. 그리고 상기 제 1분배기(20)에는 분배된 2-1라인(bb)에는 제 3분배기(24)가 마련된다.
상기 제 1분배기(20)는 상기 제 1라인(a) 상의 상기 BOG의 일부를 제 2-1라인(bb)으로 분배하여 아래에서 설명될 제 1열교환기(40) 및 제 2열교환기(42)를 통과시켜 상기 BOG 압축기(10)로 환수되도록 한다.
그리고 상기 제 3분배기(24)는 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하는 상기 BOG 중 일부를 제 2-2라인(bbb)으로 분배한 후 아래에서 설명될 제 2팽창밸브(34)를 통하여 냉각시킨 후 다시 제 2열교환기(42)로 유동시켜 열교환이 이루어질 수 있도록 한다. 그리고 상기 제 2-2라인(bbb)으로 분배되지 않은 나머지 BOG는 제 2열교환기(42)를 통과하면서, 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동하는 상기 BOG와 열교환이 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 상기 제 2분배기(22)는 상기 제 1분배기(20)에서 분배되지 않고 상기 제 1라인(a)을 따라 유동되는 상기 BOG 중 일부를 제 3라인(c)으로 분배하여 제 1 및 제 2열교환기(40, 42)를 통하여 액화시켜 다시 저장탱크로 환수될 수 있도록 한다. 그리고 상기 제 2분배기(22)에서 분배되지 않은 나머지의 BOG는 상기 DF 엔진으로 유동되도록 할 수 있다.
그리고 상기 제 2-2라인(bbb) 상에는 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동하는 상기 BOG를 냉각시키기 위하여 제 2팽창밸브(34)가 마련된다. 상기 제 2팽창밸브(34)는 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동하는 상기 BOG를 팽창시켜 냉각시키는 역할을 하며, 이는 팽창터빈으로 대체적용할 수 있다.
한편, 상기 제 2-1라인(bb), 상기 제 2-2라인(bbb) 및 제 3라인(c)을 따라 상기 BOG가 유동하는 경로에는 제 2열교환기(42)가 마련된다. 상기 제 2열교환기(42)는 상기 제 2-1라인(bb), 제 2-2라인(bbb) 및 제 3라인(c)을 따라 유동하는 상기 BOG 사이에 열교환이 이루어지도록 한다.
즉, 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 이동하던 상기 BOG는 제 2팽창밸브(34)에 서 팽창되면서 저온으로 냉각되어 상기 제 2열교환기(42)로 유입되고, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하던 상기 BOG는 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동되어 상기 제 2열교환기(42)로 유입되는 BOG와 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되어 극저온 팽창된 후 상기 제 1열교환기(40)을 통과한 BOG가 합류된 저온의 BOG와 열교환이 이루어져 냉각된다. 그리고 상기 제 3라인(c)을 따라 유동하던 상기 BOG도 합류된 저온의 BOG와 제 2열교환기(42)에서 열교환이 이루어져 냉각된다.
그리고 상기 제 2열교환기(42)에서 배출되는 상기 제 2-1라인(bb)에는 제 1팽창밸브(30)가 마련된다. 상기 제 1팽창밸브(30)는 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하는 상기 BOG를 팽창시켜 극저온으로 냉각시키는 역할을 한다.
한편, 상기 제 2-1라인(bb) 및 제 3라인(c)을 따라 상기 BOG가 유동하는 경로에는 제 1열교환기(40)가 마련된다. 상기 제 1열교환기(40)는 상기 제 2-1라인(bb) 및 제 3라인(c)을 따라 유동하는 상기 BOG 사이에 열교환이 이루어지도록 한다.
즉, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 이동하면서 상기 제 1팽창밸브(30)에서 팽창되어 냉각된 극저온의 상기 BOG가 상기 제 1열교환기(40)로 유입되고, 상기 제 3라인(c)을 따라 유동하던 상기 BOG가 상기 제 1열교환기(40)로 유입되어 서로 열교환이 이루어져 상기 제 3라인(c)을 따라 이동하던 상기 BOG가 냉각되어 액화되게 된다.
한편, 상기 쿨러(12)에서 배출되는 상기 BOG 중 상기 제 1분배기(20)에서 분배되지 않고 상기 제 1라인(a)을 따라 상기 BOG가 이동하는 경로 상에는 제 2분배 기(22)가 마련된다. 상기 제 2분배기(22)는 DF엔진으로 유동되는 상기 BOG 중 일부를 제 3라인(c)으로 분배하여 제 1 및 제 2열교환기(40, 42)로 유입되어 열교환이 이루어지도록 한다.
즉, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되어 상기 제 3라인(c)을 따라 유동하는 상기 BOG는 상기 제 2열교환기(42)를 통과하면서, 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동되어 상기 제 2열교환기(42)로 유입되는 BOG와 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되어 극저온 팽창된 후 상기 제 1열교환기(40)를 통과한 BOG가 합류된 저온의 BOG와 열교환이 이루어져 냉각되고, 상기 제 1열교환기(40)를 통과하면서 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하면서 냉각되고 극저온 팽창된 BOG와 열교환이 이루어져 액화시켜 다시 저장탱크로 환수될 수 있도록 한다.
또한, 상기 제 1열교환기(40)에서 상기 BOG가 배출되는 상기 제 3라인(c)에는 감압밸브(32)가 더 마련될 수 있다. 상기 감압밸브(32)는 상기 제 1 및 제 2열교환기(40, 42)를 통과한 상기 BOG를 팽창시켜 저장탱크 내부의 압력과 동일한 압력이 되도록 감압시켜 주며, 그와 동시에 팽창에 의한 냉각도 가능하다.
그리고 상기 감압밸브(32)를 통과한 상기 BOG가 유동하는 상기 제 3라인(c)에는 기액분리기(50)가 더 마련되어 있다. 상기 기액분리기(50)는 상기 감압밸브(32)를 통과하여 액화된 상기 BOG 중 기상의 BOG와 액상의 BOG, 즉 LNG를 구분하여 액상의 BOG만 상기 저장탱크로 환수되도록 한다. 여기서, 기상의 BOG는 다시 상기 BOG 압축기(10)로 환수되도록 구성할 수도 있고, 외부로 배출되도록 할 수 있다.
이하, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 저장탱크에 저장되어 있는 액화된 천연가스가 지속적인 외부의 열의 유입으로 인해 기화되어 BOG가 발생하게 된다. 상기 BOG의 발생으로 인하여 저장탱크의 내부압력이 상승하게 되는데, 상기 저장탱크의 내부 압력이 설정압력을 초과하면 자동으로 안전밸브가 열리게 되고, 상기 BOG는 저장탱크의 외부로 배출된다.
상기 저장탱크에서 배출되는 상기 BOG는 BOG 압축기(10)로 공급된다. 상기 BOG 압축기(10)에서 상기 BOG는 DF엔진에서 연료로 사용할 수 있는 상태, 즉 고압으로 압축된다. 물론, 상기 BOG 압축기(10)는 다단으로 구비되어 단계적으로 압축할 수도 있다.
상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상기 BOG는 제 1라인(a)을 따라 유동하면서 쿨러(12)로 유입된다. 상기 쿨러(12)에서 상기 BOG는 상온으로 냉각된다. 그리고 상기 쿨러(12)에서 냉각된 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 유동하면서 상기 제 1분배기(20)로 유입된다.
상기 제 1분배기(20)로 유입된 상기 BOG 중 일부는 제 2-1라인(bb)으로 분배되어 유동되게 된다. 한편, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG는 제 3분배기(24)에서 일부의 BOG가 제 2-2라인(bbb)으로 분배된다.
상기 제 3분배기(24)에서 분배되어 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동하는 상기 BOG는 제 2팽창밸브(34)를 통과하면서 저온으로 냉각된다. 상기 저온의 BOG는 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동하여 상기 제 1열교환기(40)을 통과한 저온의 BOG와 합류된 후 상기 제 2열교환기(42)로 유입된다.
그리고 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG도 상기 제 2열교환기(42)로 유입된다. 따라서 상기 제 2-2라인(bbb)과 상기 제 2-1라인(bb)가 합류된 저온의 BOG와 상기 BOG와 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하는 상기 BOG는 열교환이 이루어져, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하던 상기 BOG가 저온으로 냉각된다.
상기 제 2열교환기(42)에서 배출되는 상기 BOG는 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하면서 제 1팽창밸브(30)로 유입된다. 상기 BOG는 상기 제 1팽창밸브(30)에서 팽창되면서 극저온으로 냉각된다. 그리고 상기 제 1팽창밸브(30)에 의해 극저온으로 냉각된 상기 BOG는 제 1열교환기(40)로 안내된다.
한편, 상기 제 1라인(a)에서 상기 제 1분배기(20)에 의해 분배되지 않고 유동하던 상기 BOG 중 일부는 제 2분배기(22)에서 제 3라인(c)으로 분배된다. 상기 제 3라인(c)으로 분배된 상기 BOG는 먼저 제 2열교환기(42)로 유입된다. 상기 제 2열교환기(42) 내에서 상기 제 3라인(c)의 BOG는 상기 제 2-2라인(bbb)의 BOG와 상기 제 1열교환기(40)을 통과한 저온의 BOG가 합류된 BOG와 열교환되어 상기 제 3라인(c)의 BOG는 저온으로 냉각된다.
그리고 상기 제 2열교환기(42)에서 배출되어 상기 제 3라인(c)을 따라 이동하는 상기 BOG는 제 1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제 1열교환기(40)에서 상기 제 3라인(c)의 BOG는 상기 제 1팽창밸브(30)에 의해 팽창된 극저온의 BOG가 흐르는 상기 제 2-1라인(bb)의 극저온의 BOG와 열교환이 이루어져 상기 제 3라인(c)의 BOG 는 냉각되어 액화된다.
그리고 상기 제 3라인(c)을 따라 상기 제 1열교환기(40)에서 액화된 상기 BOG는 감압밸브(32)로 유입된다. 상기 감압밸브(32)로 유입된 상기 BOG는 저장탱크 내부의 압력과 동일한 압력이 되도록 감압시켜 준다.
상기 감압밸브(32)를 통과한 상기 BOG는 기액분리기(50)로 유입되어 액화된 상기 BOG, 즉 LNG는 다시 저장탱크로 환수된다. 그리고 상기 감압밸브(32)를 통과하면서도 액화되지 않은 상기 기상의 BOG를 다시 상기 BOG 압축기(10)로 환수되도록 할 수 있다.
한편, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되지 않은 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상태의 압력으로 상기 DF 엔진으로 유입되어 연료로서 사용되게 된다.
그리고 본 발명인 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 제 3실시예는, 도 3에 도시된 바와 같이, 저장탱크에서 외부로부터 침투한 열에 의해 상기 저장탱크에 저장되어 있던 LNG가 기화되어 발생하는 BOG를 압축하는 BOG 압축기(10)와, 상기 BOG 압축기(10)의 출구에서 상기 BOG중 일부를 분배시켜 상기 BOG 압축기(10)의 입구로 환수되도록 하는 제 1분배기(20)와, 상기 BOG 압축기(10)의 출구에서 상기 BOG 중 일부를 분배시켜 저장탱크로 안내하고, 나머지는 엔진의 연료로 사용할 수 있도록 하는 제 2분배기(22)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배된 상기 BOG 중 일부를 분배하여 다른 BOG 흐름을 예냉시켜 주도록 하는 제 3분배기(24)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배되는 상기 BOG와 상기 제 3분배기(24)에서 분배되어 제 2팽창밸 브(34)를 통과하여 팽창되어 저온으로 냉각된 상기 BOG와, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되어 저장탱크로 안내되는 상기 BOG를 열교환시키는 제 2열교환기(42)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배되어 상기 제 2열교환기(42)를 통과하여 열교환된 상기 BOG를 제 1팽창밸브(30)를 통하여 팽창하여 극저온으로 냉각된 상기 BOG와, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되어 상기 제 2열교환기(42)에서 열교환된 후 상기 저장탱크로 안내되는 상기 BOG를 열교환하여 액화시켜 주는 제 1열교환기(40)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배되어 상기 제 2열교환기(42)로 유입되기 전의 BOG와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배되어 상기 제 1 및 제 2열교환기(40, 42)를 통과하면서 열교환된 상대적으로 저온의 BOG를 열교환시키는 제 3열교환기(44)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 제 3실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 제 2실시예와 비교하면, 제 2-1라인(bb) 상에 마련되어 있는 제 3열교환기(44)가 더 구성되어 있다. 따라서 나머지는 도 2에 도시된 제 2실시예의 도면부호 및 설명을 참조하여 그 상세한 설명을 생략하고 제 3열교환기(44)에 대해서만 이하 상세하게 설명한다.
상기 제 3열교환기(44)는 상기 제 1분배기(20) 및 제 3분배기(24) 사이의 BOG 라인 상에 구비된다. 즉, 상기 제 3열교환기(44)는 제 1분배기(20)에서 분배되어 유동되는 BOG와, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 제 1열교환기(40) 및 제 2열교환기(42)를 통과한 BOG가 열교환될 수 있도록 한다.
이는 상기 제 1분배기(20)에서 제 2-1라인(bb)으로 분배되어 상기 제 2열교 환기(42)로 유입되는 BOG를 상기 제 1 및 제 2열교환기(40, 42)를 통과한 비교적 저온의 BOG와의 열교환으로 예냉시켜 주기 위함이다.
이하, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 저장탱크에 저장되어 있는 액화된 천연가스가 지속적인 외부의 열의 유입으로 인해 기화되어 BOG가 발생하게 된다. 상기 BOG의 발생으로 인하여 저장탱크의 내부압력이 상승하게 되는데, 상기 저장탱크의 내부압력이 설정압력을 초과하면 자동으로 안전밸브가 열리게 되고, 상기 BOG는 상기 저장탱크의 외부로 배출된다.
상기 저장탱크에서 배출되는 상기 BOG는 BOG 압축기(10)로 공급된다. 상기 BOG 압축기(10)에서 상기 BOG는 DF 엔진에서 연료로 사용할 수 있는 상태 즉 고압으로 압축하게 된다. 물론, 상기 BOG 압축기(10)는 다단으로 구비되어 단계적으로 압축할 수도 있다.
상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상기 BOG는 제 1라인(a)을 따라 유동하면서 쿨러(12)로 유입된다. 상기 쿨러(12)에서 상기 BOG는 상온으로 냉각된다. 그리고 상기 쿨러(12)에서 냉각된 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 유동하면서 상기 제 1분배기(20)로 유입된다.
상기 제 1분배기(20)로 유입된 상기 BOG 중 일부는 제 2-1라인(bb)으로 분배되어 유동된다. 한편, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG는 제 3열교환기(44)에서 제 1 및 제 2열교환기(40, 42)를 통과하면서 열교환된 BOG와 열교환 되어 냉각되게 된다.
한편, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG는 제 3분배기(24)에서 일부의 BOG가 제 2-2라인(bbb)으로 분배되게 된다. 상기 제 3분배기(24)에서 분배되어 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동하는 상기 BOG는 제 2팽창밸브(34)를 통과하면서 저온으로 냉각된다. 상기 저온의 BOG는 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동하여 상기 제 1열교환기(40)을 통과한 저온의 BOG와 합류된 후 상기 제 2열교환기(42)로 유입된다.
그리고 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG도 상기 제 2열교환기(42)로 유입된다. 따라서, 상기 제 2-2라인(bbb)과 상기 제 2-1라인(bb)이 합류된 저온의 BOG와 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하던 상기 BOG는 열교환이 이루어져, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하던 상기 BOG는 열교환이 이루어져, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하던 상기 BOG가 저온으로 냉각된다.
상기 제 2열교환기(42)에서 배출되는 상기 BOG는 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하면서 제 1팽창밸브(30)로 유입된다. 상기 BOG는 상기 제 1팽창밸브(30)에서 팽창되면서 극저온으로 냉각된다. 그리고 상기 제 1팽창밸브(30)에 의해 극저온으로 냉각된 상기 BOG는 제 1열교환기(40)로 안내된다.
한편, 상기 제 1라인(a)에서 상기 제 1분배기(20)에 의해 분배되지 않고 유동하던 상기 BOG 중 일부는 제 2분배기(22)에서 제 3라인(c)으로 분배된다. 상기 제 3라인(c)으로 분배된 상기 BOG는 먼저 제 2열교환기(42)로 유입된다. 상기 제 2열교환기(42) 내에서 상기 제 3라인(c)의 BOG는 상기 제 2-2라인(bbb)의 BOG와 상 기 제 1열교환기(40)을 통과한 저온의 BOG가 합류된 BOG와 열교환되어 상기 제 3라인(c)의 BOG는 저온으로 냉각된다.
그리고 상기 제 2열교환기(44)에서 배출되어 상기 제 3라인(c)을 따라 이동하는 상기 BOG는 상기 제 1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제 1열교환기(40)에서 상기 제 3라인(c)의 BOG는 상기 제 1팽창밸브(30)에 의해 팽창된 극저온의 BOG가 흐르는 상기 제 2-1라인(bb)의 극저온의 BOG와 열교환이 이루어져 상기 제 3라인(c)의 BOG는 냉각된다.
그리고 상기 제 3라인(c)을 따라 상기 제 1열교환기(40)에서 액화된 상기 BOG는 감압밸브(42)로 유입된다. 상기 감압밸브(42)로 유입된 상기 BOG는 저장탱크 내부의 압력과 동일한 압력이 되도록 감압시켜 준다.
상기 감압밸브(42)를 통과하여 액화된 상기 BOG는 기액분리기(50)로 유입되어 액화된 상기 BOG, 즉 LNG는 다시 저장탱크로 환수된다. 그리고 상기 감압밸브(42)로 통과하면서도 액화되지 않은 상기 기상의 BOG를 다시 상기 BOG 압축기(10)로 환수되도록 할 수 있다.
한편, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되지 않은 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상태의 압력으로 상기 DF엔진으로 유입되어 연료로서 사용되게 된다.
그리고 본 발명인 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 제 4실시예는, 도 4에 도시된 바와 같이, 저장탱크에서 외부로부터 침투한 열에 의해 상기 저장탱크에 저장되어 있던 LNG가 기화되어 발생하는 BOG를 압축하는 BOG 압축기(10)와, 상기 BOG 압축기(10)의 출구에서 상기 BOG 중 일부를 분배시켜 상기 BOG 압축기(10)의 입구로 환수되도록 하는 제 1분배기(20)와, 상기 BOG 압축기(10)의 출구에서 상기 BOG 중 일부를 분배시켜 저장탱크로 안내하고, 나머지는 엔진의 연료로 사용할 수 있도록 하는 제 2분배기(22)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배된 상기 BOG 중 일부를 분배하여 다른 BOG 흐름을 예냉시켜 주도록 하는 제 3분배기(24)와, 상기 제 1분배기(20)와 상기 제 3분배기(24) 사이에 마련되어 상기 제 1분배기(20)에서 분배된 상기 BOG 중 일부를 분배하여 다른 BOG 흐름을 예냉시켜 주도록 하는 제 4분배기(26)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배되는 상기 BOG와, 상기 제 3분배기(24)에서 분배되어 제 2팽창밸브(34)를 통과하여 팽창되어 저온으로 냉각된 상기 BOG와, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되어 저장탱크로 안내되는 상기 BOG를 열교환시키는 제 2열교환기(42)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배되어 상기 제 2열교환기(42)를 통과하여 열교환된 상기 BOG를 제 1팽창밸브(30)를 통하여 팽창되어 극저온으로 냉각된 상기 BOG와, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되어 상기 제 2열교환기(42)에서 열교환된 후 상기 저장탱크로 안내되는 상기 BOG를 열교환하여 액화시켜 주는 제 1열교환기(40)와, 상기 제 1분배기(20)에서 분배되어 상기 제 2열교환기(42)로 유입되기 전의 BOG를 상기 제 3팽창밸브(36)를 통하여 팽창되어 저온으로 냉각된 상기 BOG와 상기 제 1분배기(20)에서 분배되어 상기 제 1 및 제 2열교환기(40, 42)를 통과한 상기 BOG와 열교환 하는 제 3열교환기(44)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제 4실시예는 도 4에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 제 3실시예와 비교하면, 제 2-1라인(bb) 상에 마련되는 제 3열교환기(44) 입구측에 제 2-3 라인(bbbb)으로 분배하는 제 4분배기(26)가 더 구성되고, 상기 제 2-3라인(bbbb) 상에 제 3팽창밸브(36)가 더 구성되어 있다. 나머지는 도 3에 도시된 제 3실시예의 도면부호 및 설명을 참조하여 그 상세한 설명을 생략하고 제 4분배기(26) 및 제 3팽창밸브(36)에 대해서만 이하 상세하게 설명한다.
상기 제 4분배기(26)는 상기 제 1분배기(20)에 의해 상기 제 1라인(a)의 BOG가 분배되는 제 2-1라인(bb) 상 즉 상기 제 3열교환기(44)의 입구측에 마련된다. 즉, 상기 제 4분배기(26)는 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되는 상기 BOG 중 일부를 제 2-3라인(bbbb)으로 분배하는 역할을 한다.
그리고 상기 제 2-3라인(bbbb) 상에는 제 3팽창밸브(36)가 마련된다. 상기 제 3팽창밸브(36)는 상기 제 2-3라인(bbbb)을 따라 이동하는 상기 BOG를 팽창시켜 저온으로 냉각시키는 역할을 한다. 물론, 상기 제 3팽창밸브(36)도 상술한 제 2팽창밸브(34)와 마찬가지로 상기 BOG를 팽창시켜 냉각시키는 역할을 하므로, 팽창터빈으로 대체 적용할 수 있다.
즉, 상기 제 3팽창밸브(36)에서 냉각된 상기 BOG를 상기 제 3열교환기(44)로 유동되도록 하여, 상기 제 2-1라인(bb)을 통해 상기 제 3열교환기(44)를 통과하는 상기 BOG와 열교환이 이루어지도록 하여 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하는 상기 BOG를 저온으로 냉각시키는 역할을 한다.
이하, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 저장탱크에 저장되어 있는 액화된 천연가스가 지속적인 외부의 열의 유입으로 인해 기화되어 BOG가 발생하게 된다. 상기 BOG의 발생으로 인하여 저장탱크의 내부압력이 상승하게 되는데, 상기 저장탱크의 내부 압력이 설정압력을 초과하면 자동으로 안전밸브가 열기게 되고, 상기 BOG는 상기 저장탱크의 외부로 배출된다.
상기 저장탱크에서 배출되는 상기 BOG는 BOG 압축기(10)로 공급된다. 상기 BOG 압축기(10)에서 상기 BOG는 DF 엔진에서 연료로 사용할 수 있는 상태 즉 고압으로 압축된다. 물론, 상기 BOG 압축기(10)는 다단으로 구비되어 단계적으로 압축할 수도 있다.
상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상기 BOG는 제 1라인(a)을 따라 유동하면서 쿨러(12)로 유입된다. 상기 쿨러(12)에서 상기 BOG는 상온으로 냉각된다. 그리고 상기 쿨러(12)에서 냉각된 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 유동하면서 상기 제 1분배기(20)로 유입된다.
상기 제 1분배기(20)로 유입된 상기 BOG 중 일부는 제 2-1라인(bb)으로 분배되어 유동되게 된다. 한편, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG 중 일부는 제 4분배기(26)에 의해 제 2-3라인(bbbb)으로 분배된다.
상기 제 2-3라인(bbbb)으로 분배된 상기 BOG는 제 3팽창밸브(36)로 유입된다. 상기 제 3팽창밸브(36)에서 상기 BOG는 팽창되면서 저온으로 냉각된다. 상기 저온으로 냉각된 상기 BOG는 아래에서 설명될 제 1 및 제 2열교환기(40, 42)에서 열교환이 이루어진 BOG와 혼합되어 제 3열교환기(44)로 유입된다.
한편, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되는 상기 BOG는 상기 제 3열교환 기(44)로 유입되어, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되는 상기 BOG와 상기 제 3팽창밸브(36)를 통과하여 저온으로 냉각된 상기 BOG와 상기 제 1 및 제 2열교환기(40, 42)를 통과한 BOG와 합류된 BOG가 서로 열교환되어, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되는 상기 BOG가 냉각되게 된다.
그리고 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG는 제 3분배기(24)에서 일부의 BOG가 제 2-2라인(bbb)으로 분배된다. 상기 제 3분배기(24)에서 분배되어 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동하여 제 1열교환기(40)을 통과한 저온의 BOG와 합류된 후 제 2열교환기(42)로 유입된다.
그리고 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG는 상기 제 2열교환기(42)로 유입된다. 따라서, 상기 제 2-2라인(bbb)과 상기 제 2-1라인(bb)이 합류된 저온의 BOG와 상기 2-1라인(bb)을 따라 유동하던 상기 BOG는 열교환이 이루어져, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하던 상기 BOG가 저온으로 냉각된다.
상기 제 2열교환기(42)에서 배출되는 상기 BOG는 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하면서 제 1팽창밸브(30)로 유입된다. 상기 BOG는 상기 제 1팽창밸브(30)에서 팽창되면서 극저온으로 냉각된다. 그리고 상기 제 1팽창밸브(30)에 의해 극저온으로 냉각된 상기 BOG는 제 1열교환기(40)로 안내된다.
한편, 상기 제 1라인(a)에서 상기 제 1분배기(20)에 의해 분배되지 않고 유동하던 상기 BOG 중 일부는 제 2분배기(22)에서 제 3라인(c)으로 분배된다. 상기 제 3라인(c)으로 분배된 상기 BOG는 먼저 제 2열교환기(42)로 유입된다. 상기 제 2열교환기(42) 내에서 상기 제 3라인(c)의 BOG는 상기 제 2-2라인(bbb)의 BOG와 상 기 제 1열교환기(40)을 통과한 저온의 BOG가 합류된 BOG와 열교환되어 상기 제 3라인(c)의 BOG는 저온으로 냉각된다.
그리고 상기 제 2열교환기(42)에서 배출되어 상기 제 3라인(c)을 따라 이동하는 상기 BOG는 상기 제 1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제 1열교환기(40)에서 상기 제 3라인(c)의 BOG는 상기 제 1팽창밸브(30)에 의해 팽창된 극저온의 BOGr가 흐르는 상기 제 2-1라인(bb)의 극저온의 BOG와 열교환이 이루어져 상기 제 3라인(c)의 BOG는 냉각되어 액화된다.
그리고 상기 제 3라인(c)을 따라 상기 제 1열교환기(40)에서 열교환된 상기 BOG는 감압밸브(32)로 유입된다. 상기 감압밸브(32)로 유입된 고압의 상기 BOG는 저장탱크 내부의 압력과 동일한 압력이 되도록 감압된다.
상기 감압밸브(32)로 통과한 상기 BOG는 기액분리기(50)로 유입되어 액화된 상기 BOG, 즉 LNG는 다시 저장탱크로 환수된다. 그리고 상기 감압밸브(32)를 통과하면서도 액화되지 않은 상기 기상의 BOG를 다시 상기 BOG 압축기(10)로 환수되도록 할 수 있다.
한편, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되지 않은 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상태의 압력으로 상기 DF 엔진으로 유입되 연료로서 사용되게 된다.
다음으로, 상술한 제 4실시예가 채용된 실제 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템을 도 5에 도시된 바를 참조하여 설명한다.
먼저, 저장탱크에서 기화된 BOG가 배출되고, 제 1 내지 제 3열교환기(40, 42, 44)를 유동하여 열교환된 BOG가 유입되는 혼합기(2)가 마련된다.
상기 혼합기(2)에서 상기 BOG가 배출되어 DF 엔진으로 유동되는 제 1라인(a) 상에는 다수개의 BOG 압축기(10)가 마련된다. 상기 BOG 압축기(30)들은 상기 BOG가 상기 DF 엔진에서 연료로 사용될 수 있는 상태로 압축시키는 역할을 하게 된다. 예를 들면, 상기 BOG 압축기(10)들이 상기 BOG를 압축하여 상기 DF 엔진에 유입될 때 250bar 상태로 압축하게 된다.
그리고 상기 제 1라인(a) 상에는 다수개의 쿨러(12)가 마련된다. 상기 쿨러(12)는 상기 BOG 압축기(10)에서 상기 BOG가 압축되면서 열이 발생되어 고온으로 변화되는 것을 냉각수 등으로 다시 냉각시켜 주는 역할을 한다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 첫번째 BOG 압축기(10)에서 30℃의 BOG가 BOG 압축기(10)를 통과하면서 162.8℃로 온도가 상승되게 되고, 이를 쿨러(12)가 다시 40℃로 냉각시키게 된다. 결국, 여러번의 압축과정과 냉각과정을 거치면서 상기 DF 엔진의 입구로 공급되는 BOG는 최후단의 쿨러(12)를 통과하면서 40℃의 상태로 냉각시키게 된다.
한편, 도 5에 도시된 구성은 도 4의 제 4실시예와 그 구성이 동일하다. 따라서, 각각의 구성요소의 기능은 동일하므로 그 설명은 생략하며, 다만, 그 작용을 이하 구체적인 예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 저장탱크에 저장되어 있는 액화된 천연가스가 지속적인 외부의 열의 유입으로 인해 기화되어 BOG가 발생하게 된다. 상기 BOG의 발생으로 인하여 저장탱크의 내부압력이 상승하게 되는데, 상기 저장탱크의 내부 압력이 설정압력을 초과 하면 자동으로 안전밸브가 열리게 되고, 상기 BOG는 상기 저장탱크의 외부로 배출된다. 이때 상기 BOG는 -100℃, 1.046bar의 상태이다.
상기 저장탱크에서 배출되는 상기 BOG는 상기 BOG 압축기(10)로 공급된다. 상기 BOG 압축기(10)에서 상기 BOG는 DF 엔진에서 연료로 사용할 수 있는 상태 즉 고압으로 압축된다. 물론, 상기 BOG 압축기는 다단으로 구비되어 단계적으로 압축할 수도 있다. 상기 BOG 압축기(10)에서 마지막으로 배출되어 상기 DF 엔진의 입구로 공급되는 상기 BOG는 250bar의 상태이다.
상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상기 BOG는 제 1라인(a)을 따라 유동하면서 쿨러(12)로 유입된다. 상기 쿨러(12)에서 상기 BOG는 상온으로 냉각된다. 이때, 상기 쿨러(12)를 통하여 상기 DF 엔진의 입구로 공급되는 상기 BOG는 40℃의 상태이다. 그리고 상기 쿨러(12)에서 냉각된 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 유동하면서 상기 제 1분배기(20)로 유입된다. 상기 제 1분배기(20)로 유입되는 상기 BOG는 40℃, 62.82bar의 상태이다.
상기 제 1분배기(20)로 유입된 상기 BOG 중 일부는 제 2-1라인(bb)으로 분배되어 유동되게 된다. 한편, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG 중 일부는 제 4분배기(26)에 의해 제 2-3라인(bbbb)으로 분배된다.
상기 제 2-3라인(bbbb)으로 분배된 상기 BOG는 제 3팽창밸브(36)로 유입된다. 상기 제 3팽창밸브(36)에서 상기 BOG는 팽창되면서 저온으로 냉각된다. 이때, 상기 BOG는 13.59℃ 1.199bar의 상태이다.
그리고 상기 저온으로 냉각된 상기 BOG는 아래에서 설명될 제 1 및 제 2열교 환기를 통과하면서 열교환이 이루어진 BOG와 혼합되어 제 3열교환기(44)로 유입된다. 이때의 상기 BOG는 -85℃, 1.199bar의 상태이다.
한편, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되는 상기 BOG는 상기 제 3열교환기(44)로 유입되어, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되는 상기 BOG와 상기 제 3팽창밸브(36)를 통과하여 저온으로 냉각된 상기 BOG와 상기 제 1 및 제 2열교환ㄱ기(40, 42)를 통과한 BOG와 합류된 BOG가 서로 열교환되어 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되는 상기 BOG가 냉각된다. 이때, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되어 상기 제 3열교환기(44)를 통과한 BOG는 -59.89℃, 61.82bar의 상태이다.
그리고 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG는 제 3분배기(24)에서 일부의 BOG가 제 2-2라인(bbb)으로 분배되게 된다. 상기 제 3분배기(24)에서 분배되어 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 유동하는 상기 BOG는 제 2팽창밸브(34)를 통과하면서 저온으로 냉각된다. 상기 저온의 BOG는 상기 제 2-2라인(bbb)을 따라 흐르다가 제 2-1라인(bb)이극저온 팽창된 후 제 1연ㄱ교환기(40)을 통과한 BOG와 합류되어 상기 제 2열교환기(42)로 유입된다. 이때, 상기 BOG는 -128.4℃, 1.3bar의 상태이다.
그리고 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동되던 상기 BOG는 상기 제 2열교환기(42)로 유입된다. 따라서 상기 제 2-2라인(bbb)과 상기 제 2-1라인(bb)이합류된 저온의 BOG와 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하던 상기 BOG는 열교환이 이루어져, 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하던 상기 BOG가 저온으로 냉각된다. 이때, 상기 BOG는 -100℃, 61.72bar의 상태이다.
상기 제 2열교환기(42)에서 배출되는 상기 BOG는 상기 제 2-1라인(bb)을 따라 유동하면서 제 1팽창밸브(30)로 유입된다. 상기 BOG는 상기 제 1팽창밸브(30)에서 팽창되면서 극저온으로 냉각된다. 그리고 상기 제 1팽창밸브(30)에 의해 극저온으로 냉각된 상기 BOG는 제 1열교환기(40)로 안내된다. 이때, 상기 BOG는 -159.7℃, 1.4bar의 상태이다.
한편, 상기 제 1라인(a)에서 상기 제 1분배기(20)에 의해 분배되지 않고 유동하던 상기 BOG 중 일부는 제 2분배기(22)에서 제 3라인(c)으로 분배된다. 상기 제 3라인(c)으로 분배된 상기 BOG는 먼저 제 2열교환기(42)로 유입된다. 상기 제 2열교환기(42) 내에서 상기 제 3라인(c)의 BOG는 상기 제 2-2라인(bbb)의 BOG와 상기 제 1열교환기(40)를 통과한 저온의 BOG가 합류된 BOG와 열교환되어 상기 제 3라인(c)의 BOG는 저온으로 냉각된다. 이때, 상기 BOG는 -120℃, 15.79bar의 상태이다.
그리고 상기 제 2열교환기(42)에서 배출되어 상기 제 3라인(c)을 따라 이동하는 상기 BOG는 상기 제 1열교환기(40)로 유입된다. 상기 제 1열교환기(40)에서 상기 제 3라인(c)의 BOG는 상기 제 1팽창밸브(30)에 의해 팽창된 극저온의 BOG가 흐르는 상기 제 2-1라인(bb)의 극저온의 BOG와 열교환이 이루어져 상기 제 3라인(c)의 BOG는 냉각되어 액화된다. 이때, 상기 BOG는 -145.1℃, 15.69bar의 상태이다.
그리고 상기 제 3라인(c)을 따라 상기 제 1열교환기(40)에서 열교환된 상기 BOG는 감압밸브(32)로 유입된다. 상기 감압밸브(32)로 유입된 고압의 상기 BOG는 저장탱크 내부의 압력과 동일하거나 약간 높은 압력이 되도록 감압시켜 준다. 이때, 상기 BOG는 -146℃, 2bar의 상태이다. 여기서, 상기 BOG의 압력이 상기 BOG 압축기(10)으로 유입되는 압력인 1.04bar보다 높은 이유는 저장탱크까지 연장된 환수 배관의 압력손실을 고려하고, 액화된 BOG, 즉 LNG가 상기 저장탱크에 대하여 소정의 압력구배를 형성하기 위함이다.
상기 감압밸브(32)를 통과한 상기 BOG는 기액분리기(50)로 유입되어 액화된 상기 BOG, 즉 LNG는 다시 저장탱크로 환수된다. 그리고 상기 감압밸브(32)를 통과하면서도 액화되지 않은 상기 기상의 BOG를 다시 상기 BOG 압축기(10)로 환수되도록 할 수 있다.
한편, 상기 제 2분배기(22)에서 분배되지 않은 상기 BOG는 상기 제 1라인(a)을 따라 상기 BOG 압축기(10)에서 압축된 상태의 압력으로 상기 DF 엔진으로 유입되어 연료로서 사용되게 된다. 이때, 상기 BOG의 상태는 40℃, 250bar의 상태이다.
도 1은 본 발명인 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 제 1실시예를 나타내는 회로도.
도 2는 본 발명인 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 제 2실시예를 나타내는 회로도.
도 3은 본 발명인 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 제 3실시예를 나타내는 회로도.
도 4는 본 발명인 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 제 4실시예를 나타내는 회로도.
도 5는 도 4의 구성이 채용된 LNG 운반선의 BOG 재액화 시스템의 구체적인 구성을 보인 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
2: 혼합기 10: BOG 압축기
12: 쿨러 20: 제 1분배기
22: 제 2분배기 24: 제 3분배기
26: 제 4분배기 30: 제 1팽창밸브
32: 감압밸브 34: 제 2팽창밸브
36: 제 3팽창밸브 40: 제 1열교환기
42: 제 2열교환기 44: 제 3열교환기
50: 기액분리기

Claims (10)

  1. 저장탱크에서 외부로부터 침투한 열에 의하여 상기 저장탱크에 저장되어 있던 LNG가 기화되어 발생하는 기상의 증발증기(BOG)를 압축하는 BOG 압축기;
    상기 BOG 압축기의 출구에서 압축된 BOG의 일부를 분배하여 제 1팽창밸브를 통하여 극저온 팽창시킨 후 상기 BOG 압축기로 환수하기 위한 제 1분배기; 그리고,
    상기 BOG 압축기에서 압축된 BOG의 나머지 중 일부를 상기 제 1팽창밸브에서 극저온 팽창된 BOG와의 열교환으로 액화시키기 위하여 분배하고, 그 나머지를 DF엔진으로 공급하기 위한 제 2분배기;를 포함하는 LNG 운반선에 대한 BOG 재액화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1분배기에서 분배된 상기 BOG 중 일부를 다시 분배하여 제 2팽창밸브를 통하여 저온 팽창시킨 후 상기 BOG 압축기의 입구로 환수되도록 하는 제 3분배기;
    상기 제 1분배기에서 분배된 후 상기 제 3분배기에서 분배되지 않은 BOG와, 상기 제 2팽창밸브를 통과하면서 팽창되어 저온으로 냉각된 BOG와, 상기 제 2분배기에서 분배되어 저장탱크로 안내되는 상기 BOG를 열교환시키는 제 2열교환기; 그리고,
    상기 제 1분배기에서 분배된 후 상기 제 2열교환기를 통과하여 냉각되고 상기 제 1팽창밸브를 통과하면서 팽창하여 극저온으로 냉각된 BOG와, 상기 제 2분배기에서 분배된 후, 상기 제 2열교환기에서 냉각되고 액화되기 위하여 상기 저장탱크로 안내되는 BOG를 열교환시키는 제 1열교환기;를 포함하는 LNG 운반선에 대한 BOG 재액화 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1분배기에서 분배된 상기 BOG 중 일부를 다시 분배하여 제 2팽창밸브를 통하여 저온 팽창시킨 후 상기 BOG 압축기의 입구로 환수되도록 하는 제 3분배기;
    상기 제 1분배기에서 분배된 후 상기 제 3분배기에서 분배되지 않은 BOG와, 상기 제 2팽창밸브를 통과하면서 팽창되어 저온으로 냉각된 BOG와, 상기 제 2분배기에서 분배되어 저장탱크로 안내되는 상기 BOG를 열교환시키는 제 2열교환기;
    상기 제 1분배기에서 분배된 후 상기 제 2열교환기를 통과하여 냉각되고 상기 제 1팽창밸브를 통과하면서 팽창하여 극저온으로 냉각된 BOG와, 상기 제 2분배기에서 분배된 후 상기 제 2열교환기에서 냉각되고 액화되기 위하여 상기 저장탱크로 안내되는 BOG를 열교환시키는 제 1열교환기; 그리고,
    상기 제 1분배기에서 분배되어 상기 제 2열교환기로 유입되기 전의 BOG와, 상기 제 1분배기에서 분배되어 상기 제 1 및 제 2열교환기를 통과하면서 열교환된 BOG를 열교환시키는 제 3열교환기;를 포함하는 LNG 운반선에 대한 BOG 재액화 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1분배기에서 분배된 BOG 중 일부를 다시 분배하여 제 2팽창밸브를 통하여 저온 팽창시킨 후 상기 BOG 압축기의 입구로 환수되도록 하는 제 3분배기;
    상기 제 1분배기와 상기 제 3분배기 사이에 마련되어 상기 제 1분배기에서 분배된 상기 BOG중 일부를 다시 분배하여 제 3팽창밸브를 통하여 저온 팽창시킨 후 상기 BOG 압축기의 입구로 환수되도록 하는 제 4분배기;
    상기 제 1분배기에서 분배된 후 상기 제 3 및 제 4분배기에서 분배되지 않은 BOG와, 상기 제 2팽창밸브를 통과하면서 팽창되어 저온으로 냉각된 BOG와,상기 제 2분배기에서 분배되어 저장탱크로 안내되는 상기 BOG를 열교환시키는 제 2열교환기;
    상기 제 1분배기에서 분배된 후 상기 제 2열교환기를 통과하여 냉각되고, 상기 제 1팽창밸브를 통과하면서 팽창되어 극저온으로 냉각된 BOG와, 상기 제 2분배기에서 분배된 후 상기 제 2열교환기에서 냉각되고 액화되기 위하여 상기 저장탱크로 안내되는 상기 BOG를 열교환시키는 제 1열교환기; 그리고,
    상기 제 4분배기에 의해 분배된 일부의 BOG를 상기 제 3팽창밸브를 통과하면서 팽창되어 저온으로 냉각된 BOG와, 상기 제 1분배기에서 분배되어 상기 제 1 및 제 2열교환기를 통과하면서 열교환된 BOG를 열교환시키는 제 3열교환기;를 포함하는 LNG 운반선에 대한 BOG 재액화 시스템.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BOG 압축기와 상기 제 1분배기 사이에 마련되어, 상기 BOG 압축기를 통과하면서 고온으로 상승되는 상기 BOG를 냉각시키는 쿨러를 더 포함하여 구성되는 LNG 운반선에 대한 BOG 재액화 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2분배기에서 분배되어 상기 제 1열교환기에서 열교환으로 액화된 BOG를 감압 및 더 냉각시키는 감압밸브를 더 포함하여 구성되는 LNG 운반선에 대한 BOG 재액화 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1열교환기를 통과하여 액화된 상기 BOG 중 액상의 BOG, 즉 LNG와 기상의 BOG를 분리하는 기액분리기를 더 포함하여 구성되는 LNG 운반선에 대한 BOG 재액화 시스템.
  8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 BOG 압축기는 다단으로 구성되어 단계적으로 압축할 수 있는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선에 대한 BOG 재액화 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1열교환기, 제 2열교환기 및 제 3열교환기 중 어느 하나 이상은 각각의 열교환기 내부를 유동하는 BOG의 이동방향이 서로 반대방향인 것을 특징으로 하는 LNG 운반선에 대한 BOG 재액화 시스템.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 기액분리기에서 분리된 BOG중 기상의 BOG는 상기 BOG 압축기로 환수되도록 하고, 액상의 BOG, 즉 LNG는 상기 저장탱크로 환수되도록 하는 것을 특징으로 LNG 운반선에 대한 BOG 재액화 시스템.
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