KR20110027138A - Ｌｎｇ 기화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG 기화장치에서 사용된 해수는 생태계에 미치는 영향을 최소화 하는 온도로 배출되도록 이를 재활용하는 해수처리장치가 구비되며, 상기 해수처리장치는 해수유입라인에서 상기 LNG 기화장치를 통과하여 저온이 된 해수가 유입되는 저온해수유입라인과, 상기 저온해수 유입라인으로 유입된 해수와 열교환하는 저온해수 열교환부와, 상기 저온해수 열교환부에서 상기 저온해수 유입라인과 열교환하여 냉각된 냉각유체를 사용하는 냉각장치 및 상기 저온해수 열교환부를 통과한 해수를 배출시키는 해수배출유로를 포함하는 LNG 기화 시스템에 관한 것이다.

이에, 본 발명은 LNG 기화에 사용되어 저온이 된 해수를 생태계에 미치는 영향을 최소화 하는 온도로 배출하여 해양생태계를 보호함은 물론, 저온해수를 이용하여 해상구조물의 냉각장치에 사용되는 냉각유체를 냉각시켜 저온해수를 재활용하여 냉각장치를 가동시키기 위한 에너지원을 절약할 수 있는 효과가 있다.

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Description

ＬＮＧ 기화 시스템 { SLNG gasification system }

본 발명은 LNG 기화 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LNG를 기화 할 때 사용되는 해수가 생태환경을 저해하지 않으며, 냉각된 해수를 냉각장치에서 사용할 수 있도록 재활용하여 온도를 상승시켜 배출시키는 LNG 가스화 시스템에 관한 것이다.

세계적으로 천연가스의 소비량이 급증하는 추세인 바, 일반적으로 천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화된 천연가스의 상태로 LNG 수송선의 LNG 저장탱크에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 약 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다.

LNG 수송선은 액화천연가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 액화천연가스를 하역하기 위한 것으로서, LNG 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 액화된 상태 그대로 육상에 하역하여 육상에 설치된 LNG 기화 설비에 의해 기화시켜 가스배관을 통해 천연가스의 소비처로 공급된다.

육상에 설치된 LNG 기화 설비는 안정적으로 천연가스의 수요가 있는 곳에 설치하는 경우에는 경제성이 있지만, 단기적으로 천연가스의 수요가 있는 곳의 경우에는 높은 설치비와 관리비로 인해 육상에 LNG 기화 설비를 설치하는 것이 경제적으로 매우 불리하다.

이에, 최근에는 LNG 기화기가 탑재된 LNG RV 수송선 뿐만 아니라, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물을 이용해 해상에서 LNG를 NG 상태로 기화 하여 육상으로 공급할 수 있는 기술이 개시된 바 있다.

특히, 해상에서 LNG를 기화하는 선박 등의 해상구조물은 본 출원인에 의해 최초로 건조된 것으로, 본 출원인의 특허등록 제676604호(석션드럼을 포함하는 해상 LNG 재기화 시스템 및 방법), 특허등록 제678853호(LNG 재기화 선박용 기화기), 특허등록 제641569호(해상 LNG 재기화 시스템 및 방법), 특허등록 제678851호(압력이 제어되는 석션드럼을 갖는 해상 LNG 재기화 시스템 및 그 제어방법), 특허등록 제676615호(해상 부유 구조물을 이용한 LNG 재기화 시스템 및 방법) 등에 개시되어 있다.

종래기술에 있어서, LNG 수송선이나 FPSO나 FSRU와 같은 해상부유물은 주로해상에 있으므로 기화기에서 LNG를 가열하는 열교환 유체로 해수가 널리 이용되어 왔다. 이러한 해수는 재기화장치로 유입되어 액화천연가스를 기화시킨 후 다시 해수로 배출된다.

그런데, 액화된 천연가스의 온도가 매우 낮은 약 -163℃ 정도이므로 이를 가 열할 때 사용된 해수는 배출될 때 온도가 보통의 해수보다 현저하게 낮은 온도로서 0℃이하로 배출된다. 따라서, 배출된 해수는 해양 생태계를 파괴하는 문제점이 있다.

다시 설명하면, 현저하게 낮은 온도의 해수가 해상으로 바로 배출되면, 다양한 특성을 가진 어종의 물고기나 해양식물들이 급격하게 낮아진 해수온도에 의해 죽거나, 종변형이 일어나 먹이사슬이 파괴되는 등의 문제가 발생하는 것이다.

이에, 천연가스의 기화에 사용된 해수는 일정온도로 상승시켜 배출될 필요가 있다.

그런데, 기화장치에 스팀장치 등과 같이 별도의 가열장치가 구비되면, 기화장치는 그 부피가 커지고 그 제조비용이 더욱 증대되는 문제점이 있다.

따라서, 별도의 가열장치 없이 LNG 기화에 사용된 해수의 온도를 상승시켜 배출하는 LNG 기화시스템이 요구된다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소시키고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 LNG의 기화에 사용된 해수가 생태계에 미치는 영향을 최소화 하도록 재활용하여 온도를 상승시킨 상태로 배출될 수 있도록 하는 해수처리장치를 갖는 LNG 기화 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 LNG 기화에 사용된 저온의 해수는 냉각장치에 사용될 냉각유체와 열교환되도록 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 저온의 해수와 열교환되는 냉각유체가 일정한 온도로 냉각되도록 함에 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 목적을 달성하기 위해 LNG 기화장치에서 사용된 해수는 생태계에 미치는 영향을 최소화 하는 온도로 배출되도록 이를 재활용하는 해수처리장치가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 해수처리장치는 해수유입라인에서 상기 LNG 기화장치를 통과하여 저온이 된 해수가 유입되는 저온해수유입라인과, 상기 저온해수 유입라인으로 유입된 해수와 열교환하는 저온해수 열교환부와, 상기 저온해수 열교환부에서 상기 저온해수 유입라인과 열교환하여 냉각된 냉각유체를 사용하는 냉각장치 및 상기 저온해수 열교환부를 통과한 해수를 배출시키는 해수배출유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉각장치에는 상기 저온해수 열교환부에서 열교환된 냉각유체의 온도에 따라 상기 저온해수 유입라인의 유량을 조절하는 유량조절부가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 유량조절부는 상기 냉각장치와 상기 저온해수 열교환부를 연결하는 냉각유체 회수라인에 설치되어 열교환된 냉각유체의 온도를 감지하는 냉각유체 온도센서와, 상기 냉각유체 온도센서는 감지된 냉각유체의 온도에 따라 상기 저온해수 유입라인의 유량을 조절하는 유량조절밸브가 구비된 것을 특징으로 한다.

이에, 본 발명은 LNG 기화에 사용되어 저온이 된 해수를 생태계에 미치는 영향을 최소화 하는 온도로 배출하여 해양생태계를 보호함은 물론, 저온해수를 이용하여 해상구조물의 냉각장치에 사용되는 냉각유체를 냉각시켜 저온해수를 재활용하여 냉각장치를 가동시키기 위한 에너지원을 절약할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 냉각유체의 온도를 감지하는 냉각유체 온도센서가 구비되어 열교환이 끝나 회수되는 냉각유체의 온도를 측정하여 측정된 온도와 기준온도를 비교하여 냉각유체와 열교환되는 저온 해수의 유량을 조절하므로 냉각장치를 가동시키기 위한 냉각유체의 온도를 항상 일정한 저온으로 유지할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 LNG 기화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 LNG 기화 시스템의 일실시예를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 LNG 기화 시스템의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, LNG 기화 시스템(1)은 자체 추진 능력이 있는 LNG RV 또는 자체 추진 능력이 없는 LNG FSRU와 같은 해상구조물(2)이 개념적으로 도시되어 있다.

해상구조물(2)은 LNG 저장탱크(6)와, LNG 기화 장치(10)가 구비되고, LNG 기화 장치(10)에서 기화된 결과물인 고압의 NG(천연가스)는 "라이저(Riser)"로 칭해지는 유연성 배관(4)과 해상구조물(2)에 도킹되는 부이(3) 및 해저 터미널(5)을 거쳐 육상의 소요처로 공급된다. 이때, 기화된 NG를 육상 소요처로 공급하는 수단은 다양하게 변형, 변경될 수 있는 것으로 본 발명을 한정하는 것이 아니다.

또한, 해상구조물(2)은 해상에서 해수를 공급받아 LNG 기화 장치(10)에 사용된 저온의 해수를 재활용하여 냉각유체를 냉각하는 해수처리장치(20) 및 냉각된 냉각유체를 이용하는 냉각장치(30)를 포함한다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, LNG 기화 장치(10)는 LNG 저장탱크(6)에서 도시되지 않은 고압펌프에 의해 LNG를 LNG 기화 장치(10)로 공급하는 LNG 공급라인(17)과, LNG가 공급되어 해수와 열교환되는 기화 열교환부(16) 그리고, 해수와 열교환되어 기화된 NG를 배출하는 NG 배출라인(19)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 기화 열교환부(16)에는 LNG가 공급되는 LNG 열교환 라인(16a)과, 해상으로부터 끌어올려진 해수가 유입되는 해수유입라인(11)을 통해 공급되는 해수 열교환 라인(16b)이 구비되어, 약 -163℃에 이르는 LNG와 상온의 해수의 열교환이 이루어진다. 여기서, 해수유입라인(11)은 도시되지 않은 별도의 부스터 펌프에 의해 일정한 압력으로 유입되는 것이 바람직하다.

또한, 기화 열교환부(16)는 다단으로 이루어져 복수개가 채용될 수 있다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예로서, 다단 기화 열교환부(15,16)를 채용한 것을 도시하였다. 이에, 해수유입라인(11)을 통해 유입된 상온의 해수는 기화 열교환부(15)의 해수 열교환라인(15a)를 통과하면서 열교환된다.

여기서, 다단 기화 열교환부(15,16)에서 해수 열교환라인(15a)과, LNG 열교환 라인(16a)과 각각 열교환되는 열교환 라인(15b,16b)은 폐 순환로로서, 상온의 해수와 저온의 LNG를 열교환하도록 별도의 냉매가 채용될 수 있다.

다시 설명하면, 해수유입라인(11)을 통해 유입된 상온의 해수는 제 1기화 열교환부(15)에서 해수 열교환라인(15a)으로 유입되어 제 1열교환 라인(15b)과 열교환하여 냉각되고, 제 1열교환 라인(15b)의 냉매는 상온의 해수와 열교환하여 비교적 온도가 상승되어 제 2 기화 열교환부(16)에서 제 2열교환 라인(16b)로 유입되어 극저온 상태의 LNG와 열교환하는 과정을 반복하면서 LNG를 NG 상태로 기화시킨다.

한편, 해수처리장치(20)는 LNG 기화 장치(10)에서 저온으로 냉각된 해수를 상온 상태로 상승시키기 위한 것으로서, LNG 기화 장치(10)에서 저온으로 냉각된 해수를 해수처리장치(20)로 유입하는 저온해수 유입라인(21)과, 저온해수 유입라인(21)에서 해수를 배출하는 비상해수 배출라인(24)이 구비되며, 저온해수 유입라인(21)과 비상해수 배출라인(24) 사이에는 저온해수 공급라인(26)이 더 구비된다.

이때, 후술될 유량조절밸브(22)는 삼방밸브로서, 저온해수 유입라인(21)과, 비상해수 배출라인(24) 그리고, 저온해수 공급라인(25)의 일단에 설치되어 선택적으로 개방되어 상술한 라인들(21,24,26)의 유량을 조절하도록 한다.

그리고, 해수유입라인(11)은 LNG 기화 열교환부(16)를 통과하지 않은 상온 상태의 해수를 배출하도록 저온해수 유입라인(21)과 연통되게 설치되어 유량조절밸브(22)에 의해 비상해수 배출라인(24)으로 배출되도록 비상라인(39)이 구비되는 것이 바람직하다. 비상라인(39)은 LNG 기화 열교환부(16)가 고장이나 사고 등의 이유로 가동이 되지 않는 경우 해수유입라인(11)으로 유입된 해수를 바로 배출시키기 위한 것이다.

저온해수 공급라인(26)은 저온해수 열교환부(28a,28b)로 해수를 공급하는 것으로서, 저온으로 공급되는 해수가 저온해수 열교환부(28a,28b)에서 자연 생태계에 미치는 영향을 최소화는 상온에 가까운 해수로 열교환될 수 있도록 LNG 기화 열교환부(16)와 같이 다수개 설치되는 것이 바람직하다.

저온해수 열교환부(28a,28b)에는 저온해수 공급라인(26)을 통해 공급되는 저온해수 열교환 라인(26a,26b)과, 냉각유체 공급라인(31)을 통해 냉각장치(30)에 사용될 냉각유체가 공급되어 열교환되는 냉각유체 열교환라인(31a,31b)이 각각 구비된다.

또한, 저온해수 열교환부(28a,28b)에는 열교환을 통해 상온과 가까워진 해수가 배출되는 해수 배출라인(29)과, 냉각되어 냉각장치(30)에서 사용될 냉각유체를 회수하는 냉각유체 회수라인(33)이 구비되는 것이 바람직하다.

이에, 저온해수 열교환부(28a,28b)의 저온해수 열교환 라인(26a,26b)으로 인 입된 저온해수는 냉각유체 열교환라인(31a,31b)에 공급된 냉각유체와 열교환 하여 냉각유체를 냉각시킨다. 그러면, 온도가 상승된 해수는 해수배출라인(29)을 통해 상온의 해상으로 배출되고, 냉각유체는 냉각되어 냉각유체 회수라인(33)으로 인입되어 냉각장치(30)에서 사용된다.

여기서, 냉각장치(30)는 해상구조물(2)에 사용되는 발전기 냉각용 냉각장치나, NG의 재액화 장치, 해상구조물(2)에 사용되는 에어컨디셔너 등이 될 수 있다.

냉각장치(30)에는 저온해수 열교환부(28a,28b)에서 열교환된 냉각유체의 온도에 따라 저온해수 유입라인(21)의 유량을 조절하는 유량조절부(25)가 구비되며, 유량조절부(25)는 냉각장치(30)와 저온해수 열교환부(28a,28b)를 연결하는 냉각유체 회수라인(33)에 설치되어 열교환된 냉각유체의 온도를 감지하는 냉각유체 온도센서(32)와, 냉각유체 온도센서(32)는 감지된 냉각유체의 온도에 따라 저온해수 유입라인(21)의 유량을 조절하는 유량조절밸브(22)를 포함한다.

냉각유체 온도센서(32)에서 감지된 냉각유체의 온도가 기준온도보다 높으면 유량조절밸브(22)는 저온해수 공급라인(26)으로 공급되는 저온해수의 유량을 증대시키도록 한다. 따라서, 저온해수 열교환부(28a,28b)는 보다 많은 저온 해수와 냉각 유체를 열교환 시키므로 열교환을 통해 냉각되는 냉각유체의 온도가 낮아질 수 있다.

반대로, 냉각유체 온도센서(32)에서 감지된 냉각유체의 온도가 기준온도보다 낮으면 유량조절밸브(22)의 유량을 줄여 저온해수 공급라인(26)으로 공급되는 저온해수의 유량을 줄여, 저온해수 열교환부(28a,28b)는 보다 적은 저온해수와 냉각유 체를 열교환 시켜 기준온도와 가깝게 냉각유체의 온도를 상승시킬 수 있다.

또한, 냉각유체 온도센서(32)에서 감지된 냉각유체의 온도가 기준온도와 같으면, 유량조절밸브(22)는 현재의 유량을 유지하여 냉각유체의 온도를 항상 일정하게 유지하도록 한다.

이하에서는 상술한 바와 같은 LNG 기화 시스템의 작동을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 LNG 기화 시스템의 해수처리방법을 도시한 순서도이다.

먼저, 해수유입라인(11)을 통해 상온의 해수가 LNG 기화 장치(10)로 유입된다. (S 50)

이때, LNG 기화 장치(10)가 정상적으로 작동하는지 판단한다. (S 51)

LNG 기화 장치(10)가 정상적으로 작동하지 않으면, 해수유입라인(11)으로 유입된 상온의 해수는 비상라인(39)을 통해 저온해수 유입라인(21)으로 인입되고, 유량조절밸브(22)가 개방되어 비상해수 배출라인(24)을 통해 해상으로 배출된다. (S 52)

LNG 기화 장치(10)가 정상적으로 작동하면, 유입된 상온의 해수는 기화 열교환부(15,16)에서 LNG와 열교환되고, 열교환된 LNG는 NG로 기화되어 NG 배출라인(19)을 통해 해저터미널(5)로 배출된다. (S 53)

한편, 기화 열교환부(15,16)에서 사용되어 저온 상태가 된 해수는 저온해수 공급라인(26)을 통해 저온해수 열교환부(28a,28b)로 인입되고, 저온해수는 냉각장치(30)로 공급될 냉각유체와 열교환한다. (S 54)

열교환된 냉각유체는 냉각유체 회수라인(33)을 통해 냉각장치(30)로 공급된다. 이때, 유량조절부(25)는 냉각유체 온도센서(32)에서 감지된 온도가 기준온도보다 높게 판단한다. (S 55)

그러면, 유량조절밸브(22)는 개방되어 저온해수 공급라인(26)으로 공급되는 저온해수의 유량을 증대시키므로, 저온해수 열교환부(28a,28b)는 보다 많은 저온 해수와 냉각 유체를 열교환 시키므로 열교환을 통해 냉각되는 냉각유체의 온도가 낮아질 수 있다. (S 56)

또한, 유량조절부(25)는 냉각유체 온도센서(32)에서 감지된 온도가 기준온도보다 낮게 판단한다. (S 57)

그러면, 냉각유체의 온도가 기준온도보다 낮으면 유량조절밸브(22)의 유량을 줄여 저온해수 공급라인(26)으로 공급되는 저온해수의 유량을 줄이므로, 저온해수 열교환부(28a,28b)는 보다 적은 저온해수와 냉각유체를 열교환 시켜 기준온도와 가깝게 냉각유체의 온도를 상승시킬 수 있다. (S 58)

뿐만 아니라, 유량조절부(25)는 냉각유체 온도센서(32)에서 감지된 온도가 기준온도와 같게 판단하면, 냉각유체 온도센서(32)에서 감지된 냉각유체의 온도가 기준온도와 같으면, 유량조절밸브(22)는 현재의 유량을 유지하여 냉각유체의 온도를 항상 일정하게 유지하도록 한다. (S 59)

이에, 냉각유체는 해상구조물(2)에 사용되는 발전기 냉각용 냉각장치나, NG의 재액화 장치, 해상구조물(2)에 사용되는 에어컨디셔너 등의 냉각장치(30)에서 사용될 수 있다.

또한, 저온해수 열교환부(28a,28b)에서 냉각유체와 열교환되어 해양생태계에 미치는 영향을 최소화 하는 온도로 상승된 해수는 해수배출라인(29)을 통해 해상으로 배출된다. (S 60)

도 1은 본 발명에 따른 LNG 기화 시스템을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 LNG 기화 시스템의 일실시예를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 LNG 기화 시스템의 다른 실시예를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 LNG 기화 시스템의 처리방법을 도시한 순서도.

< 도면의 주요 부호에 대한 설명 >

1 : LNG 기화 시스템 10 : LNG 기화 장치

11 : 해수유입라인 16 : 기화 열교환부

17 : LNG 공급라인 19 : NG 배출라인

20 : 해수처리장치 22 : 유량조절밸브

26 : 저온해수 공급라인 28a,28b : 저온해수 열교환부

29 : 해수 배출라인 30 : 냉각장치

32 : 냉각유체 온도센서 33 : 냉각유체 회수라인

Claims (4)

1. LNG 기화장치(10)에서 사용된 해수는 생태계에 미치는 영향을 최소화하는 온도로 배출되도록 이를 재활용하는 해수처리장치(20)가 구비된 것을 특징으로 하는 LNG 기화 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 해수처리장치(20)는 해수유입라인(11)에서 상기 LNG 기화장치(10)를 통과하여 저온이 된 해수가 유입되는 저온해수 유입라인(21);과,

   상기 저온해수 유입라인(21)으로 유입된 해수와 열교환하는 저온해수 열교환부(28a,28b);와,

   상기 저온해수 열교환부(28a,28b)에서 상기 저온해수 유입라인(21)과 열교환하여 냉각된 냉각유체를 사용하는 냉각장치(30); 및

   상기 저온해수 열교환부(28a,28b)를 통과한 해수를 배출시키는 해수배출유로(29);를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 기화 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 냉각장치(30)에는 상기 저온해수 열교환부(28a,28b)에서 열교환된 냉각유체의 온도에 따라 상기 저온해수 유입라인(21)의 유량을 조절하는 유량조절부(25)가 구비된 것을 특징으로 하는 LNG 기화 시스템.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 유량조절부(25)는 상기 냉각장치(30)와 상기 저온해수 열교환부(28a,28b)를 연결하는 냉각유체 회수라인(33)에 설치되어 열교환된 냉각유체의 온도를 감지하는 냉각유체 온도센서(32);와,

   상기 냉각유체 온도센서(32)는 감지된 냉각유체의 온도에 따라 상기 저온해수 유입라인(21)의 유량을 조절하는 유량조절밸브(22)가 구비된 것을 특징으로 하는 LNG 기화 시스템.

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