KR20100086299A - 액화천연가스 운반선의 재액화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화천연가스 운반선의 재액화 장치에 관한 것으로서, 증발 가스의 액화에 필요한 냉매를 냉각시키는 냉각수의 순환 경로를 제공하는 냉각수라인과, 냉각수라인에 설치되며, 해수와의 열교환에 의하여 냉각수를 냉각시키는 냉각수쿨러와, 냉각수쿨러를 바이패스하도록 냉각수라인에 연결되는 바이패스라인과, 바이패스라인을 통한 냉각수의 흐름을 개폐시키는 바이패스밸브와, 냉각수라인을 흐르는 냉각수의 온도를 측정하여 감지신호로 출력하는 냉각수온도센서와, 냉각수의 온도를 설정하는 설정부와, 냉각수온도센서의 감지신호를 수신받아 냉각수의 온도가 설정부에 의해 설정된 온도에 도달하도록 바이패스밸브를 제어하는 온도제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 증발 가스를 액화시키기 위한 냉매의 냉각에 사용되는 냉각수의 온도를 항해하는 해역의 해수 온도에 따라 조절할 수 있도록 함으로써 냉각수의 온도가 해수의 온도에 상응하여 낮아지도록 하여 재액화 장치의 냉각 효율을 높일 수 있는 효과를 가진다.
Figure P1020090005589
액화천연가스, 증발 가스, 재액화, 설정부, 온도제어부, 온도센서

Description

액화천연가스 운반선의 재액화 장치{RELIQUEFACTION APPARATUS OF A LIQUEFIED NATURAL GAS CARRIER}
본 발명은 냉각수의 온도가 해수의 온도에 상응하여 낮아지도록 하여 재액화 장치의 냉각 효율을 높일 수 있는 액화천연가스 운반선의 재액화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(liquefied natural gas, LNG)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -162℃로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다. 이러한 액화천연가스가 에너지 자원으로 사용됨에 따라 이 가스를 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔으며, 이에 따라 대량의 액화천연가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화천연가스 운반선이 개발되었다.
액화천연가스 운반선은 카고 탱크(cargo tank) 내의 압력을 일정한 수준으로 유지하기 위해 자연적으로 증발 가스(boil-off gas, BOG)가 발생하는데, 이러한 증발 가스를 재액화 처리하기 위한 장치가 마련된다.
종래의 액화천연가스 운반선에 마련된 재액화 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 장치(10)는 카고 탱크로부터 발생되는 증발 가스를 압축기(11a)의 압력에 의해 이송라인(11b)을 따라 이송시키는 가스이송부(11)와, 가스이송부(11)에 의해 이송되는 증발 가스를 냉매를 사용하여 액화시키는 가스액화부(12)와, 가스액화부(12)의 냉매를 냉각수를 사용하여 냉각시키는 냉매냉각부(13)를 포함한다.
이와 같은 종래의 기술에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 장치(10)는 냉매냉각부(13)에 의해 해수와의 열교환에 의해 냉각된 냉각수를 사용하여 냉매를 냉각시킨 다음, 가스액화부(12)가 냉각된 냉매를 사용하여 증발 가스를 액화시킨다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 장치는 냉매냉각부에서의 냉각수 온도가 일정 온도, 예를 들면, 38℃로 고정되어 순환된다. 즉, 액화천연가스 운반선은 다양한 온도를 가진 해역을 항해하기 때문에 이러한 해역의 해수에 의해 냉각되는 냉각수가 해수의 온도보다 낮을 수 없기 때문에 냉각수의 온도는 38℃ 정도로 고정된다. 따라서, 액화천연가스 운반선이 비교적 낮은 온도의 해역을 항해하더라도 냉각수의 온도는 이와 무관하게 항상 일정 온도를 유지하기 때문에 재액화 장치의 냉각 효율을 증가시키는데 한계를 가지는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 증발 가스를 액화시키기 위한 냉매의 냉각에 사용되는 냉각수의 온도를 항해하는 해역의 해수 온도에 따라 조절할 수 있도록 함으로써 냉각수의 온도가 해수의 온도에 상응하여 낮아지도록 하여 재액화 장치의 냉각 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 장치는, 액화천연가스 운반선의 재액화 장치에 있어서, 증발 가스의 액화에 필요한 냉매를 냉각시키는 냉각수의 순환 경로를 제공하는 냉각수라인과, 냉각수라인에 설치되며, 해수와의 열교환에 의하여 냉각수를 냉각시키는 냉각수쿨러와, 냉각수쿨러를 바이패스하도록 냉각수라인에 연결되는 바이패스라인과, 바이패스라인을 통한 냉각수의 흐름을 개폐시키는 바이패스밸브와, 냉각수라인을 흐르는 냉각수의 온도를 측정하여 감지신호로 출력하는 냉각수온도센서와, 냉각수의 온도를 설정하는 설정부와, 냉각수온도센서의 감지신호를 수신받아 냉각수의 온도가 설정부에 의해 설정된 온도에 도달하도록 바이패스밸브를 제어하는 온도제어부를 포함한다.
본 발명은 증발 가스를 액화시키기 위한 냉매의 냉각에 사용되는 냉각수의 온도를 항해하는 해역의 해수 온도에 따라 조절할 수 있도록 함으로써 냉각수의 온도가 해수의 온도에 상응하여 낮아지도록 하여 재액화 장치의 냉각 효율을 높일 수 있도록 하는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 장치는 일례로 가스이송부(100)에 의해 이송되는 증발 가스(boil-off gas, BOG)를 가스액화부(200)가 냉매를 사용하여 액화시키고, 가스액화부(200)의 냉매를 냉매냉각부(300)가 냉각수를 사용하여 냉각시킨다.
가스이송부(100)는 증발 가스를 이송시키기 위한 경로를 제공하는 이송라인(110)과, 이송라인(110)에 설치되는 하나 또는 2 이상의 가스압축기(120)를 포함할 수 있다. 따라서, 카고 탱크(미도시)로부터 발생된 증발 가스가 가스압축기(120)로부터 제공되는 압력에 의해 이송라인(110)을 따라서 가스액화부(200)로 이송된다.
가스액화부(200)는 냉매, 일례로 질소(N2)를 사용하여 증발 가스를 액화시키기 위한 것으로서, 이송라인(110)에 설치되는 가스쿨러(210)와, 가스쿨러(210)에 냉매가 순환 공급되기 위한 경로를 제공하는 냉매라인(220)과, 냉매라인(220)에 각각 설치되는 냉매압축기(230), 냉매쿨러(240) 및 냉매팽창기(250)와, 냉매팽창 기(250) 후단의 온도를 측정하는 팽창기출구온도센서(260), 팽창기출구온도센서(260)로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 냉매의 유량을 제어하는 메인제어부(270)를 포함한다.
가스쿨러(210)는 이송라인(110)을 통해서 공급되는 증발 가스가 냉매와의 열교환에 의해 냉각되어 액화될 수 있도록 한다.
냉매라인(220)은 가스쿨러(210)에 냉매가 순환 공급되도록 하며, 가스쿨러(210)를 통과하여 다시 가스쿨러(210)가 연결되는 부분에 냉매팽창기(250)가 설치된다.
냉매압축기(230) 및 냉매쿨러(240)는 냉매라인(220) 상에 서로 교대로 각각 설치됨으로써 냉매라인(220)을 따라 흐르는 냉매의 압축 및 냉각을 반복하도록 한다. 한편, 냉매쿨러(240)는 냉각수가 순환 공급됨으로써 냉매를 냉각수와의 열교환에 의해 냉각시켜서 냉매를 40℃ 정도로 냉각시킨다.
냉매팽창기(250)는 가스쿨러(210)를 통과한 냉매를 -163℃ 정도로 냉각시켜서 재차 가스쿨러(210)에 공급되도록 함으로써 가스쿨러(210)를 통과하는 증발 가스가 액화되도록 하며, 개도조절부(251)에 의해 개도가 조절됨으로써 통과하는 냉매의 온도가 정해진 온도를 유지하도록 한다.
팽창기출구온도센서(260)는 냉매팽창기(250)로부터 인출되는 냉매라인(220) 상에 설치되어 가스쿨러(210)로 유입되는 냉매의 온도를 측정하여 감지신호로서 메인제어부(270)로 전달한다.
메인제어부(270)는 팽창기출구온도센서(260)로부터 출력되는 감지신호를 수 신 받아 냉매팽창기(250)를 통과하여 가스쿨러(210)로 공급되고자 하는 냉매의 온도를 일정 온도, 예컨대 -163℃로 유지하여 증발 가스가 액화될 수 있도록 냉매의 양을 제어한다. 예를 들면 증발 가스의 유량이 증가하여 가스쿨러(210) 출구 측에서의 액화 천연가스의 온도가 상승하면 냉매팽창기(250) 출구의 온도가 일정하게 -163℃에 도달하도록 냉매의 양을 조절하며, 냉매의 양을 조절하기 위해 냉매, 즉 질소(N2)의 공급량을 조절하는 냉매공급밸브(271)를 제어한다.
냉매냉각부(300)는 냉각수의 순환 경로를 제공하는 냉각수라인(310)과, 냉각수라인(310)에 설치되는 냉각수쿨러(320)와, 냉각수쿨러(320)를 바이패스하도록 마련되는 바이패스라인(330)과, 바이패스라인(330)을 통한 냉각수의 흐름을 개폐시키는 바이패스밸브(340)와, 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수온도센서(350)와, 냉각수의 온도를 설정하는 설정부(360)와, 냉각수온도센서(350)의 감지신호를 수신받아 바이패스밸브(340)를 제어하는 온도제어부(370)를 포함할 수 있다.
냉각수라인(310)은 증발 가스의 액화에 필요한 냉매를 냉각시키는 냉각수의 순환 경로를 제공하기 위하여 냉매쿨러(240)를 각각 통과하도록 설치되고, 냉각수의 순환을 위한 펌핑력을 제공하기 위하여 냉각수펌프(311)가 설치되며, 냉매쿨러(240)를 통과함으로써 온도가 상승된 냉각수가 통과하도록 냉각수쿨러(320)가 설치된다.
냉각수쿨러(320)는 시체스트(sea chest)를 통해서 해수펌프(321)의 펌핑에 의해 해수라인(322)을 따라 공급되는 해수와의 열교환에 의해 냉각수를 냉각시킨 다.
바이패스라인(330)은 냉각수라인(310)을 따라 공급되는 냉각수가 냉각수쿨러(320)를 바이패스하도록 냉각수라인(310)에 양단이 연결된다.
바이패스밸브(340)는 바이패스라인(330)을 통한 냉각수의 흐름을 개폐시키기 위한 것으로서, 냉각수라인(310)과 바이패스라인(330)에 각각 설치되는 다수의 양방향 밸브로 이루어질 수 있으며, 본 실시예에서처럼 냉각수쿨러(320)의 전단에서 냉각수라인(310)과 바이패스라인(330)의 연결부위에 설치되는 3방향 밸브로 이루어질 수 있으며, 냉각수의 흐름을 단순히 개폐시키는 개폐밸브가 사용될 뿐만 아니라 개폐량을 조절할 수 있는 유량제어밸브가 사용될 수도 있다.
냉각수온도센서(350)는 일례로 냉각수라인(310)에서 냉각수쿨러(320)의 후단에 설치될 수 있으며, 냉각수쿨러(320)를 통과한 냉각수의 온도를 측정하여 온도제어부(370)로 감지신호를 출력한다.
설정부(360)는 냉각수라인(310)을 따라 흐르는 냉각수의 온도를 설정하는 것으로서, 일례로 냉각수의 온도를 정해진 범위 내에서 설정하는 고정온도설정부(361)이거나, 해수와 냉각수의 온도 차이를 설정하는 가변온도설정부(362)이거나, 고정온도설정부(361)와 가변온도설정부(362)로 이루어질 수 있으며, 고정온도설정부(361)와 가변온도설정부(362)로 이루어질 경우 이들 중 어느 하나를 선택함으로써 온도제어부(370)가 선택된 설정에 따라 냉각수의 온도를 조절하도록 하는 선택부(363)를 더 포함할 수 있다.
고정온도설정부(361)는 해수의 온도가 계절 및 지역에 따라 약 4∼30℃인 점 을 감안하여 냉각수의 온도를 5∼40℃의 범위에서 설정할 수 있다.
가변온도설정부(362)는 냉각수가 해수에 의해 냉각되므로 냉각수의 온도가 해수의 온도보다 높다는 점과 해수의 분포를 고려하여 해수와 냉각수의 온도 차이를 5∼35℃의 범위에서 설정할 수 있다.
가변온도설정부(362)에 의해 설정된 해수와 냉각수의 온도 차이를 유지하기 위해서 해수의 실제 온도가 필요한 바, 이를 위해 해수라인(322)에 해수온도센서(380)를 설치함으로써 해수온도센서(380)가 해수의 온도를 측정하여 감지신호를 온도제어부(370)로 출력할 수 있다.
온도제어부(370)는 냉각수온도센서(350)의 감지신호를 수신받아 냉각수의 온도가 설정부(360)에 의해 설정된 온도에 도달하도록 바이패스밸브(340)를 제어한다.
온도제어부(370)는 설정부(360)가 고정온도설정부(361)로 이루어지는 경우 냉각수온도센서(350)에 의한 냉각수의 온도가 필요하며, 설정부(360)가 가변온도설정부(362)로 이루어지는 경우 냉각수온도센서(350)에 의한 냉각수의 온도뿐만 아니라 해수온도센서(380)에 의한 해수의 온도도 필요하다. 즉, 온도제어부(370)는 가변온도설정부(362)로부터 해수와 냉각수의 온도 차이가 설정된 경우 이러한 온도 차이를 유지하도록 하기 위해서 냉각수온도센서(350) 및 해수온도센서(380)로부터 각각 출력되는 감지신호를 각각 수신받아서 냉각수의 온도가 가변온도설정부(362)에 의해 설정된 해수와의 온도 차이를 가지도록 바이패스밸브(340)를 제어한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 장 치의 작동을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
카고 탱크(미도시)로부터 발생되는 증발 가스는 가스압축기(120)의 압력에 의해 이송라인(110)을 따라 가스쿨러(210)로 이송되어 냉매와의 열교환에 의해 일정 온도, 예를 들면 -163℃ 정도로 냉각되어 액화된다.
가스쿨러(210)에 공급되는 냉매는 냉매라인(220)을 따라 이동하면서 냉매압축기(230) 및 냉매쿨러(240)에 의해 압축과 냉각을 반복함과 아울러 냉매팽창기(250)를 통과함으로써 냉각된다.
냉매쿨러(240)는 냉매를 냉각수와의 열교환에 의해 냉각시키는데, 이를 위해 냉각수의 온도를 낮추기 위해서 냉각수펌프(311)의 펌핑력에 의해 냉각수라인(310)을 순환 이동하는 냉각수를 냉각수쿨러(320)에서 해수와 열교환시켜서 냉각시킨다. 이때, 온도제어부(370)는 냉각수의 온도가 설정부(360)에 의해 설정된 온도를 유지하도록 바이패스밸브(340)를 제어한다.
즉, 고정온도설정부(361)에 의해 냉각수의 온도를 정해진 범위 내의 특정 온도로 설정한 경우 온도제어부(370)는 냉각수온도센서(350)로부터 출력되는 냉각수의 온도에 대한 감지신호를 수신받아서 바이패스밸브(340)의 제어를 통해 냉각수쿨러(320)를 바이패스하는 냉각수의 양을 조절하여 냉각수의 온도가 설정된 온도를 가지도록 한다.
또한, 가변온도설정부(362)에 의해 냉각수의 온도가 해수의 온도에 대하여 가지는 차이를 설정한 경우 온도제어부(370)는 냉각수온도센서(350) 및 해수온도센서(380)로부터 출력되는 냉각수 및 해수의 온도에 대한 감지신호를 각각 수신받아 서 바이패스밸브(340)의 제어를 통해 냉각수쿨러(320)를 바이패스하는 냉각수의 양을 조절하여 냉각수의 온도가 해수의 온도에 대하여 설정된 온도 차이를 가지도록 한다. 이때, 냉각수는 해수에 의해 냉각되므로 해수에 비하여 설정된 온도 차이만큼 높은 온도를 가지게 된다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 증발 가스를 액화시키기 위한 냉매의 냉각에 사용되는 냉각수의 온도를 항해하는 해역의 해수 온도에 따라 조절할 수 있도록 함으로써 해수의 온도가 낮은 지역을 항해할 경우 냉각수의 온도가 해수의 온도에 상응하여 적어도 38℃ 보다 낮아져서 냉매압축기 또는 냉매쿨러 등의 동력 소모를 줄일 수 있도록 하며, 이로 인해 재액화 장치의 냉각 효율을 높일 수 있다. 이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 장치를 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액화천연가스 운반선의 재액화 장치를 도시한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 가스이송부 110 : 이송라인
120 : 가스압축기 200 : 가스액화부
210 : 가스쿨러 220 : 냉매라인
230 : 냉매압축기 240 : 냉매쿨러
250 : 냉매팽창기 251 : 개도조절부
260 : 팽창기출구온도센서 270 : 메인제어부
271 : 냉매공급밸브 300 : 냉매냉각부
310 : 냉각수라인 311 : 냉각수펌프
320 : 냉각수쿨러 321 : 해수펌프
322 : 해수라인 330 : 바이패스라인
340 : 바이패스밸브 350 : 냉각수온도센서
360 : 설정부 361 : 고정온도설정부
362 : 가변온도설정부 363 : 선택부
370 : 온도제어부 380 : 해수온도센서

Claims (6)

  1. 액화천연가스 운반선의 재액화 장치에 있어서,
    증발 가스의 액화에 필요한 냉매를 냉각시키는 냉각수의 순환 경로를 제공하는 냉각수라인과,
    상기 냉각수라인에 설치되며, 해수와의 열교환에 의하여 냉각수를 냉각시키는 냉각수쿨러와,
    상기 냉각수쿨러를 바이패스하도록 상기 냉각수라인에 연결되는 바이패스라인과,
    상기 바이패스라인을 통한 냉각수의 흐름을 개폐시키는 바이패스밸브와,
    상기 냉각수라인을 흐르는 냉각수의 온도를 측정하여 감지신호로 출력하는 냉각수온도센서와,
    냉각수의 온도를 설정하는 설정부와,
    상기 냉각수온도센서의 감지신호를 수신받아 냉각수의 온도가 상기 설정부에 의해 설정된 온도에 도달하도록 상기 바이패스밸브를 제어하는 온도제어부
    를 포함하는 액화천연가스 운반선의 재액화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 설정부는,
    냉각수의 온도를 정해진 범위 내에서 설정하는 고정온도설정부를 포함하는 액화천연가스 운반선의 재액화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정온도설정부는,
    냉각수의 온도를 5∼40℃의 범위에서 설정하는 액화천연가스 운반선의 재액화 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설정부는,
    해수와 냉각수의 온도 차이를 설정하는 가변온도설정부를 포함하고,
    상기 온도제어부는,
    해수의 온도를 측정하는 해수온도센서와 상기 냉각수온도센서로부터 출력되는 감지신호를 각각 수신받아서 냉각수의 온도가 해수의 온도에 대하여 설정된 온도 차이를 가지도록 상기 바이패스밸브를 제어하는 액화천연가스 운반선의 재액화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가변온도설정부는,
    해수와 냉각수의 온도 차이를 5∼35℃의 범위에서 설정하는 액화천연가스 운반선의 재액화 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 설정부는,
    상기 고정온도설정부와 상기 가변온도설정부로 이루어지는 경우 이들 중 어느 하나를 선택함으로써 상기 온도제어부가 선택된 설정에 따라 냉각수의 온도를 조절하도록 하는 선택부
    를 더 포함하는 액화천연가스 운반선의 재액화 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101524430B1 (ko) * 2013-09-24 2015-05-28 삼성중공업 주식회사 증발가스 재액화장치

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