KR20110019156A

KR20110019156A - Ｌｎｇ 재액화 장치

Info

Publication number: KR20110019156A
Application number: KR1020090076760A
Authority: KR
Inventors: 송길달
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-02-25
Also published as: KR101122548B1

Abstract

본 발명은 LNG 재액화 장치에 관한 것으로서, LNG 저장탱크로부터 배출되는 증발 가스가 재액화 과정을 거쳐서 LNG로 변환되어 LNG 저장탱크에 공급되기 위한 경로를 제공하는 재액화라인과, 재액화라인에 설치되며, LNG 저장탱크로부터 배출되는 증발 가스를 압축시키는 압축기와, 압축기에 의해 압축된 증발 가스를 냉각시키도록 재액화라인에 설치되는 냉각부와, 재액화라인을 통해 공급되는 LNG를 LNG 저장탱크에 저장된 LNG로 분사하도록 설치되는 분사부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 재액화된 LNG를 LNG 저장탱크 내에 분사시킴으로써 LNG 저장탱크 내의 액체부 및 기체부에 존재하는 열적 성층화를 제거하여 증발 가스의 발생을 억제하고, 이로 인해 재액화 처리에 필요한 증발 가스의 양을 감소시킴으로써 재액화의 처리 용량을 줄일 수 있도록 하여 장치의 규모 및 설비에 소요되는 비용을 감소시키며, 저온의 증발 가스가 재액화되도록 함으로써 재액화 과정에 소요되는 에너지를 절약하도록 함과 아울러 불활성 기체인 질소 등을 제거한 CH 계열의 성분만을 재액화시킴으로써 LNG의 순도를 향상시키고, 고온의 증발 가스를 연소시키도록 함으로써 예열에 소모되는 에너지를 절약할 수 있는 효과를 가진다.

증발 가스, LNG, 재액화, 냉각부, 보텍스튜브, 분사노즐

Description

ＬＮＧ 재액화 장치{LIQUEFIED NATURAL GAS RELIQUEFACTION APPARATUS}

본 발명은 LNG 저장탱크 내의 액체부 및 기체부에 존재하는 열적 성층화를 제거하여 증발 가스의 발생을 억제하고, 재액화 과정 및 연소 과정에 소요되는 에너지 및 비용을 절약할 수 있도록 하는 LNG 재액화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(liquefied natural gas, 이하, "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 -162℃로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다. 이러한 LNG가 에너지 자원으로 사용됨에 따라 이 가스를 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 검토되어 왔으며, 이에 따라 대량의 LNG를 해상으로 수송할 수 있는 LNG 운반선이 개발되었다.

LNG 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 LNG 운반선에 마련되는 재액화 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명 하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 LNG 운반선의 재액화 장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 LNG 운반선의 재액화 장치는 LNG 운반선(1)의 카고 탱크(2)로부터 배출되는 증발 가스를 재액화 과정에 의해 LNG로 변환시켜서 LNG 저장탱크(2)로 재공급되도록 경로를 제공하는 재액화라인(11)과, 재액화라인(11)에 설치되어 증발 가스를 압축시키는 압축기(12)와, 재액화라인(11)에 설치되는 열교환기(13)와, 열교환기(13)에 냉매를 순환 공급함으로써 열교환기(13)에서 증발 가스가 냉매와 열교환에 의해 재액화되도록 하는 냉매공급부(14)를 포함할 수 있다.

재액화라인(11)에서 압축기(12)의 후단으로부터 분기되어 연소기(3)에 연소라인(15)이 연결되고, 연소라인(15)에 증발 가스의 흐름을 개폐시키기 위한 개폐밸브(15a)와 증발 가스의 예열을 위한 히터(16)가 각각 설치된다. 따라서, 개폐밸브(15a)의 조작에 의해 증발 가스가 연소라인(15)을 통해서 연소기(3)에 공급됨으로써 연소에 의해 소모되도록 한다.

상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 LNG 재액화 장치는 카고 탱크에서 증발 가스가 계속적으로 발생함으로써 재액화 처리가 필요한 증발 가스의 양이 많아지고, 이로 인해 재액화의 처리 용량이 커지게 됨으로써 장치의 규모 및 설치 비용이 증가하는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 증발 가스의 발생을 억제함으로써 재액화 처리에 필요한 증발 가스의 양을 감소시키고, 이로 인해 재액화 처리 용량을 축소시킴으로써 장치의 규모 및 설비 비용을 감소시킨다.

본 발명에 따른 LNG 재액화 장치는, LNG 저장탱크로부터 발생되는 증발 가스를 재액화하는 장치에 있어서, LNG 저장탱크로부터 배출되는 증발 가스가 재액화 과정을 거쳐서 LNG로 변환되어 LNG 저장탱크에 공급되기 위한 경로를 제공하는 재액화라인과, 재액화라인에 설치되며, LNG 저장탱크로부터 배출되는 증발 가스를 압축시키는 압축기와, 압축기에 의해 압축된 증발 가스를 냉각시키도록 재액화라인에 설치되는 냉각부와, 재액화라인을 통해 공급되는 LNG를 LNG 저장탱크에 저장된 LNG로 분사하도록 설치되는 분사부를 포함한다.

본 발명은 재액화된 LNG를 LNG 저장탱크 내에 분사시킴으로써 LNG 저장탱크 내의 액체부 및 기체부에 존재하는 열적 성층화를 제거하여 증발 가스의 발생을 억제하고, 이로 인해 재액화 처리에 필요한 증발 가스의 양을 감소시킴으로써 재액화의 처리 용량을 줄일 수 있도록 하여 장치의 규모 및 설비에 소요되는 비용을 감소시키며, 나아가서, 증발 가스를 고온의 증발 가스와 저온의 증발 가스로 분리하여 저온의 증발 가스가 재액화되도록 함으로써 재액화 과정에 소요되는 에너지를 절약하도록 함과 아울러 불활성 기체인 질소 등을 제거한 CH 계열의 성분만을 재액화시킴으로써 LNG의 순도를 향상시키고, 고온의 증발 가스를 연소시키도록 함으로써 예 열에 소모되는 에너지를 절약할 수 있는 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 일 실시예에 따른 LNG 재액화 장치를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 재액화 장치는 LNG 저장탱크(4)로부터 발생되는 증발 가스를 재액화하는 장치로서, 증발 가스의 재액화 경로를 제공하는 재액화라인(110)과, 재액화라인(110)에 각각 설치되는 압축기(120) 및 냉각부(130)와, 재액화라인(110)을 통해 공급되는 LNG를 LNG 저장탱크(4)에 저장된 LNG로 분사하는 분사부(140)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 재액화 장치는 LNG 운반선에 카고(cargo)인 LNG가 저장되는 카고 탱크, 선박에서 연료(fuel)인 LNG가 저장되는 연료 탱크, 육상에 LNG를 저장하기 위하여 설치된 저장 탱크 등과 같이 다양한 LNG 저장탱크(4)로부터 발생되는 증발 가스를 재액화하는데 사용될 수 있다.

재액화라인(110)은 LNG 저장탱크(4)로부터 배출되는 증발 가스가 재액화 과정을 거쳐서 LNG로 변환되어 LNG 저장탱크(4)에 공급되기 위한 경로를 제공하도록 설치된다.

압축기(120)는 재액화라인(110)에 설치됨으로써 LNG 저장탱크(4)로부터 배출 되는 증발 가스를 압축시킨다.

냉각부(130)는 재액화라인(110)에 설치됨으로써 압축기(120)에 의해 압축된 증발 가스를 냉각시켜서 재액화 과정에 의해 LNG로 변환되도록 하는데, 일례로 재액화라인(110)에 설치되는 열교환기(131)와, 열교환기(131)로 냉매순환라인(132a)을 통해서 냉매를 순환 공급함으로써 열교환기(131)에서 증발 가스가 냉매와의 열교환에 의해 냉각되도록 하는 냉매공급부(132)를 포함할 수 있다.

분사부(140)는 재액화라인(110)을 통해 공급되는 LNG를 LNG 저장탱크(4)에 저장된 LNG로 분사하도록 설치되는데, 이를 위해 재액화라인(110)에 연결되어 LNG 저장탱크(4) 내의 상부에 설치되는 분사관(141)과, 분사관(141)에 설치되어 분사관(141)을 통해 공급되는 LNG를 하방으로 분사하는 분사노즐(142)을 포함할 수 있다.

분사관(141)은 LNG 저장탱크(4) 내의 상부에 고정되며, LNG 운반선이나 육상의 LNG 저장시설 등과 같이 LNG 저장탱크(4)를 다수로 구비한 경우 재액화라인(110)으로부터 LNG 저장탱크(4) 각각으로 분기되는 분기라인(미도시)마다 연결되도록 다수로 이루어질 수 있으며, LNG 저장탱크(4) 내의 상부 전체에 걸쳐서 배열되도록 다양한 구조를 가질 수 있다.

분사노즐(142)은 분사관(141)에 다수로 설치될 수 있으며, 하방을 향하게 됨으로써 LNG를 LNG 저장탱크(4) 내에 저장된 LNG를 향하여 원활하게 분사하도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 LNG 재액화 장치는 증발 가스를 재액화 과정을 거치지 않고서 연소시켜서 소모시키기 위하여 재액화라인(110)에서 압축기(120)의 후단으로부터 분기되어 연소기(5)에 연결되는 연소라인(150)을 포함할 수 있는데, 이러한 연소라인(150)의 분기 지점에 에너지분리부(160)가 설치될 수 있다.

연소라인(150)은 증발 가스의 흐름을 개폐 내지 제어하기 위한 개폐밸브(151)가 설치되며, 증발 가스를 예열하여 연소기(5)로 공급시키기 위한 히터(152)가 설치될 수 있다.

에너지분리부(160)는 재액화라인(110)에서 연소라인(150)이 분기되는 지점에 설치되며, 증발 가스를 저온의 증발 가스와 고온의 증발 가스로 분리하여 저온의 증발 가스를 재액화라인(110)으로 공급함과 아울러 고온의 증발 가스를 연소라인(150)으로 공급되도록 한다.

에너지분리부(160)는 일례로, 압축기(120)에 의해 압축된 증발 가스가 공급구(161)로 공급되면 에너지 분리에 의해 저온의 증발 가스와 고온의 증발 가스로 분리하여 제 1 및 제 2 토출구(163,164)를 통해서 각각 배출시키는 보텍스튜브로 이루어질 수 있다.

에너지분리부(160)의 일 실시예인 보텍스튜브는 압축기(120)에 의해 압축된 증발 가스가 공급구(161)를 통해서 와류챔버(162)로 공급되어 초고속으로 회전하여 1차 와류를 형성하도록 하고, 1차 와류를 형성한 증발 가스가 제 2 토출구(164) 측으로 이동하여 증발 가스의 일부가 조절밸브(미도시)에 의해 배출되도록 하고, 나머지 증발 가스가 조절밸브(미도시)에 의해 회송됨으로써 2차 와류를 형성하면서 제 1 토출구(163)를 통해서 배출되도록 한다.

즉, 보텍스튜브는 2차 와류를 형성한 증발 가스의 흐름이 1차 와류를 형성한 증발 가스의 흐름 내측에 위치하는 저압 영역을 통과하면서 열을 잃어 제 1 토출구(163)를 통해서 냉각부(130) 측으로 저온 상태로 배출되도록 하고, 내부 흐름을 형성하는 2차 와류의 증발 가스가 외부 흐름을 형성하는 1차 와류의 증발 가스에 비하여 운동 속도가 작아지게 됨으로써 운동 에너지의 감소를 가져오게 되어 열을 잃도록 하며, 이로 인해 외부 흐름을 형성하는 1차 와류의 증발 가스에 열을 제공하여 온도를 상승시켜서 제 2 토출구(164)를 통해서 연소기(5) 측으로 고온 상태로 배출되도록 한다.

재액화라인(110)은 LNG 저장탱크(4)로부터 발생되는 재액화 용량 이하일 경우나 그 밖에 필요한 경우 증발 가스가 에너지분리부(160)를 바이패스하여 냉각부(130)로 공급되도록 하기 위하여, 에너지분리부(160)를 바이패스하도록 연결되는 바이패스라인(111)과, 상기 바이패스라인(111)에 설치되어 증발 가스의 이동을 개폐시키는 개폐밸브(112)를 포함할 수 있다.

또한, 재액화라인(110)은 LNG를 LNG 저장탱크(4)의 하부로 공급할 수 있도록 하기 위하여, 냉각부(130)의 후단으로부터 분기되어 LNG 저장탱크(4)의 하부에 연결되는 하부공급라인(113)과, 하부공급라인(113)을 통한 LNG의 이동을 개폐시키는 개폐밸브(114,115)와, 하부공급라인(113)에 설치되어 LNG의 역류를 방지하는 역지밸브(116)를 포함할 수 있다

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 LNG 재액화 장치의 작동을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

LNG 저장탱크(4)로부터 재액화라인(110)을 통해서 배출되는 증발 가스는 압축기(120)에 의해 압축되고, 냉각부(140)에 의해 냉각됨으로써 재액화에 의해 LNG로 변환되어 LNG 저장탱크(4)로 재공급되는데, 이 때, 재액화라인(110)을 통해서 LNG 저장탱크(4)로 공급되는 LNG는 분사부(140)의 분사노즐(142)로부터 분사되어 LNG 저장탱크(4) 내에 저장된 LNG로 분사되며, 이로 인해 LNG 저장탱크(4) 내부의 액체부 및 기체부에 존재하는 열적 성층화를 제거하여 증발 가스의 발생을 억제하고, 이로 인해 재액화 처리에 필요한 증발 가스의 양을 감소시킴으로써 재액화 처리의 용량을 축소시킬 수 있도록 하여 장치의 규모 및 설비에 소요되는 비용을 감소시킬 수 있도록 한다.

한편, 압축기(120)에 의해 압축된 증발 가스가 에너지분리부(160)를 통과하게 됨으로써 에너지 분리 작용에 의하여 저온의 증발 가스와 고온의 증발 가스로 분리되고, 고온의 증발 가스가 연소기(5)에 공급되도록 하여 증발 가스의 가열에 소모되는 히터(152)의 에너지 소모량을 줄이도록 하며, 에너지 분리 과정에서 불활성 성분의 질소가 제거된 저온의 증발 가스가 냉각부(130)로 공급되도록 함으로써 재액화된 LNG의 순도를 향상시키며, 이러한 저온의 증발 가스가 냉각부(130)로 공급됨으로써 냉각 효율이 증대됨과 아울러 재액화 처리에 소요되는 에너지를 절감하고, 냉각부(130)의 냉각 용량을 감소시킬 수 있으며, 연소 시 예열을 위한 에너지 사용량을 줄일 수 있다.

이 때, 에너지분리부(160)를 통한 증발 가스의 에너지 분리는 LNG 저장탱크(4)의 증발 가스 발생량이 재액화 용량 이상일 경우, 예를 들면, LNG 운반선의 경우 초기 만재항해에서와 같은 경우에 수행되도록 할 수 있으며, 에너지분리부(160)를 통해 재액화되는 증발 가스의 양은 재액화 장치의 재액화 용량에 해당된다.

한편, LNG 저장탱크(4)의 증발 가스 발생량이 재액화 용량 이하인 경우, 예를 들면, LNG 운반선에서 일반 만재항해인 경우 압축기(120)를 통해 LNG 저장탱크(4) 외측으로 배출되는 증발 가스는 바이패스라인(111)을 통해 에너지분리부(160)를 바이패스하여 냉각부(130)에 의해 재액화된 후 분사부(140)에 의해 LNG 저장탱크(4)의 상부로 분사 공급될 수 있다.

또한, 냉각부(130)를 통과한 LNG를 개폐밸브(114,115)의 조작에 의해 하부공급라인(113)을 통해 LNG 저장탱크(4)의 하부로 공급할 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 LNG 운반선의 재액화 장치를 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 재액화 장치를 도시한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 재액화라인 111 : 바이패스라인

112 : 개폐밸브 113 : 하부공급라인

114,115 : 개폐밸브 116 : 역지밸브

120 : 압축기 130 : 냉각부

131 : 열교환기 132 : 냉매공급부

140 : 분사부 141 : 분사관

142 : 분사노즐 150 : 연소라인

151 : 개폐밸브 152 : 히터

160 : 에너지분리부 161 : 공급구

162 : 와류챔버 163 : 제 1 토출구

164 : 제 2 토출구

Claims

LNG 저장탱크로부터 발생되는 증발 가스를 재액화하는 장치에 있어서,

상기 LNG 저장탱크로부터 배출되는 증발 가스가 재액화 과정을 거쳐서 LNG로 변환되어 상기 LNG 저장탱크에 공급되기 위한 경로를 제공하는 재액화라인과,

상기 재액화라인에 설치되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출되는 증발 가스를 압축시키는 압축기와,

상기 압축기에 의해 압축된 증발 가스를 냉각시키도록 상기 재액화라인에 설치되는 냉각부와,

상기 재액화라인을 통해 공급되는 LNG를 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG로 분사하도록 설치되는 분사부

를 포함하는 LNG 재액화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 분사부는,

상기 재액화라인에 연결되며, 상기 LNG 저장탱크 내의 상부에 설치되는 분사관과,

상기 분사관에 설치되며, 상기 분사관을 통해 공급되는 LNG를 하방으로 분사하는 분사노즐

을 포함하는 LNG 재액화 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 재액화라인에서 상기 압축기의 후단으로부터 분기되어 연소기에 연결되는 연소라인과,

상기 연소라인의 분기 지점에 설치되며, 증발 가스를 저온의 증발 가스와 고온의 증발 가스로 분리하여 저온의 증발 가스를 상기 재액화라인으로 공급함과 아울러 고온의 증발 가스를 상기 연소라인으로 공급되도록 하는 에너지분리부

를 더 포함하는 LNG 재액화 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 에너지분리부는,

상기 압축기에 의해 압축된 증발 가스가 공급구로 공급되면 에너지 분리에 의해 저온의 증발 가스와 고온의 증발 가스로 분리하여 제 1 및 제 2 토출구를 통해서 각각 배출시키는 보텍스튜브로 이루어지는 LNG 재액화 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 재액화라인은,

상기 에너지분리부를 바이패스하도록 연결되는 바이패스라인과,

상기 바이패스라인에 설치되는 개폐밸브

를 포함하는 LNG 재액화 장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 재액화라인은,

상기 냉각부의 후단으로부터 분기되어 상기 LNG 저장탱크의 하부에 연결되는 하부공급라인과,

상기 하부공급라인을 통한 LNG의 이동을 개폐시키는 개폐밸브와,

상기 하부공급라인에 LNG의 역류를 방지하도록 설치되는 역지밸브

를 포함하는 LNG 재액화 장치.