KR20130031843A - 보일 오프 가스 재액화 장치 - Google Patents

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KR20130031843A
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boil
bog
compressed
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마사루 오카
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 열부하를 작게 하고 소형으로 고효율적인 냉동 사이클부로 하고, 또한 기기의 배치를 고안하고 기존의 LNG선에서도 설치할 수 있는 보일 오프 가스 재액화 장치이다. BOG 공급 배관(35), 연료용 압축기(33), BOG 반송 배관(39)을 갖는 액화 처리부(5)와, 냉매 압축기(9)로부터의 냉매를 익스팬더(13)에 의해 한층 저온으로 하고, BOG 반송 배관(39)을 통과하는 BOG를 냉각하는 응축부(17)를 갖는 냉동 사이클부(3)를 갖는 보일 오프 가스 재액화 장치(1)이며, 액화 처리부(5)에는 응축부(17)의 상류측에 BOG 반송 배관(39)을 통과하는 BOG와 BOG 공급 배관(35)을 통과하는 BOG 사이에서 열교환을 행하는 BOG 프리 쿨러(57)가 구비되고, 냉동 사이클부(3)에는 응축부(17)의 하류측에 익스팬더(13)에 의해 구동되는 부스터 컴프레서(19)와, 부스터 컴프레서(19)로부터의 냉매를 냉각하는 제2 애프터 쿨러(29)를 구비한다.

Description

보일 오프 가스 재액화 장치{BOIL-OFF GAS RELIQUEFACTION DEVICE}
본 발명은, 보일 오프 가스 재액화 장치에 관한 것이다.
LNG선에서는, 저온의 액화 천연 가스를 카고 탱크에 대기압으로 저장하고, 운반하고 있다. 이 액화 천연 가스(LNG)는 카고 탱크 내로의 입열에 의해 증발되고, 보일 오프 가스로서 카고 탱크 내의 상부에 저류된다. 이 증발 가스로 팽창된 용적에 의해 카고 탱크 내의 압력이 증가되므로, 그 증발 가스를 연속적으로 추출하여 처리할 필요가 있다.
이 보일 가스를 유효하게 사용하기 위해, 대부분 LNG선에서는, 보일 오프 가스를 보일러, 가스 연소 내연 기관 등의 연료로 함으로써 추진력이나 선내 전력의 보탬에 이용하고 있다.
그런데, 발생하는 보일 오프 가스의 양에 대해서 연료로서 구해지는 양이 적은 경우, 잉여의 보일 오프 가스는 배 외부로 배출하는, 즉, 쓸데없이 버리게 된다. 특히, 적하 상태에서 정박 혹은 저속 항행을 장기에 걸쳐 행하는 경우에는, 손실이 커진다.
이 손실을 억제하는 것으로서 잉여의 보일 오프 가스를 재액화하여 카고 탱크로 복귀시키는 보일 오프 가스 재액화 장치를 구비하는 천연 가스 운반선(LNG선)이 취항하고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
보일 오프 가스 재액화 장치에서는, 보일 오프 가스는 냉동 사이클을 따라서 상태를 바꿔 순환되는 냉매의 냉열에 의해 냉각되어, 응축함으로써 재액화된다.
LNG선에 설치되는 보일 오프 가스 재액화 장치에서는, 배 위의 좁은 공간에 들어가도록 하기 위해 콤팩트한 구조인 것이 요구된다.
또한, 보일 오프 가스 재액화 장치는 액화 효율을 향상시키는 고안이 다양하게 행해져 있지만, 특허 문헌 1에 개시되는 바와 같이, 냉동 사이클부에 공급되는 보일 오프 가스를 2개의 압축기에 의해 2회에 걸쳐 압축하고, 냉동 사이클부를 순환하는 냉매와의 열교환 효율을 향상시키면서도, 장치 전체에서의 공간 절약화와의 양립에 여념이 없다.
보일 오프 가스 재액화 장치의 보일 오프 가스의 냉각에 관계되는 주요 기기는, 일반적으로 선체 중앙부의 화물 기기실에 배치한다. 한편, 냉동 사이클부를 구성하는 냉매 압축기는 상온 기기이며, 보일 오프 가스와 직접 접촉하지 않고, 또한, 큰 동력을 필요로 하므로, 대동력 구동 기류를 설치하기 쉬운 기관실 내에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 압축된 냉매를 냉각하는 중간 냉각기는 대형이고, 또한, 대량의 냉각 청수(冷却淸水)를 필요로 하므로, 이 점에서도 냉각 청수를 제조하고 있는 기관실에 배치하는 것이 바람직하다.
특허 문헌 1에 개시되는 것에서는, 냉동 사이클부는 냉매 압축기 및 이에 부수되는 중간 냉각기는 기관실에 배치되고, 나머지 냉각하는 부분만을 화물 기기실에 배치하고 있다. 이에 의해, 예를 들어, 기존의 보일 오프 가스 등의 천연 가스를 보일러의 연료로서 사용하는 LNG선에, 보일 오프 가스 재액화 장치를 설치하는 경우, 개조 공사를 대폭으로 경감할 수 있고, 신조선에 적용하는 경우라도, 설계 변경을 용이하게 행할 수 있다.
일본 특허 출원 공개 제2010-25152호 공보
그런데, 보일 오프 가스는 압축된 후, 보일 오프 가스 재액화 장치의 액화부(응축부)에 공급될 때까지 응축 온도의 부근까지 냉각된다. 특허 문헌 1에 개시되는 것에서는, 이 냉각에 냉동 사이클부에 있어서의 냉매의 냉열이 사용되고 있으므로, 그만큼 냉매의 냉열을 확보할 필요가 있다. 이에 의해, 냉열의 증가분만큼 냉동 사이클부의 액화 효율이 저하되고, 또한, 냉동 사이클부를 구성하는 각 기기가 대형화된다.
또한, 냉매 압축기로 압축된 냉매를 압축하는 부스터 컴프레서가 더 구비되어 있지만, 부스터 컴프레서로 압축된 냉매가 냉각 청수를 사용한 중간 냉각기로 냉각된 후, 콜드 박스의 익스팬더에 공급되도록 되어 있으므로, 이 중간 냉각기는 콜드 박스의 부근에 배치하지 않을 수 없다. 대형의 중간 냉각기를 콜드 박스의 부근에 설치하므로, 비교적 좁은 공간인 화물 기기실로의 배치가 어렵다. 특히, 취항하고 있는 기존의 LNG선에서는 화물 기기실이 한정된 공간밖에 구비되어 있지 않으므로, 이에 보일 오프 가스 재액화 장치를 설치하도록 개조하는 것은 무리가 있다.
또한, 특허 문헌 1에 개시되는 것에서는, 프리 쿨러 및 응축기가 3이상의 다중 열교환 프로세스로 되어 있으므로, 이들의 설계가 어려워, 설계의 신뢰성이 부족할 우려가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여, 압축 가스 예냉의 열부하를 작게 하여 소형으로 고효율적인 냉동 사이클부로 하고, 또한, 기기의 배치를 고안하고, 가령 기존의 LNG선로도 설치할 수 있는 보일 오프 가스 재액화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명의 제1 형태는, 가스 압축부에 탱크 내에서 발생한 보일 오프 가스를 공급하는 가스 공급 라인 및 상기 가스 압축부에서 압축된 보일 오프 가스를 반송하는 압축 가스 반송 라인을 갖는 가스 공급부와, 냉매 압축부에서 압축된 후 제1 인터 쿨러로 냉각된 냉매를, 익스팬더에 의해 팽창시켜 한층 저온 상태로 하고, 이 냉매에 의해 상기 압축 가스 반송 라인에 반송되는 상기 보일 오프 가스를 냉각하여 응축시키는 응축부를 갖는 냉동 사이클부를 구비하고 있는 보일 오프 가스 재액화 장치이며, 상기 가스 공급부에는, 상기 응축부의 상류측에, 상기 압축 가스 반송 라인을 통과하는 상기 보일 오프 가스와 상기 가스 공급 라인을 통과하는 상기 보일 오프 가스 사이에서 열교환을 행하는 열교환부가 구비되어 있는 보일 오프 가스 재액화 장치이다.
냉동 사이클부의 냉매는 냉매 압축부에서 압축되고, 중간 냉각기인 제1 인터 쿨러에 의해 냉각된 후, 익스팬더에 공급된다.
이 냉매는, 익스팬더에 의해 팽창 감압됨으로써, 보일 오프 가스의 액화에 필요한 저온 상태가 된다. 익스팬더는, 이 냉매가 팽창될 때의 힘을 회전력으로서 취출하고, 예를 들어, 직결된 축을 통하여 부스터 컴프레서를 회전시킨다. 이 냉매는 응축부를 경유하여 부스터 컴프레서로 복귀된다.
한편, 가스 공급부에서는, 가스 공급 라인을 경유하여 공급된 탱크 내에서 발생한 보일 오프 가스가 가스 압축부에서 압축되고, 압축 가스 반송 라인을 경유하여 응축부를 통과하도록 반송된다.
이때, 응축부의 상류측에, 압축 가스 반송 라인을 통과하는 보일 오프 가스와 가스 공급 라인을 통과하는 보일 오프 가스 사이에서 열교환을 행하는 열교환부가 구비되어 있으므로, 가스 압축부에서 압축되어 고온 상태가 된 압축 가스 반송 라인을 통과하는 보일 오프 가스는, 가스 공급 라인을 통과하는 온도가 낮은 보일 오프 가스에 의해 냉각(예냉)되어 응축부에 도입된다.
압축 가스 반송 라인을 통과하는 보일 오프 가스는, 가스 압축부에서 압축되기 전의 보일 오프 가스에 의해 냉각되고, 바꿔 말하면, 보일 오프 가스 자신의 냉열로 예냉된다. 또한, 압축 가스 반송 라인을 통과하는 보일 오프 가스의 냉열로서는, 가스 공급 라인을 통과하는 보일 오프 가스에 한정되는 것이 아니라, 그 이외의 것을 부가하도록 해도 좋다.
응축부에 도입된, 예를 들어, 응축 온도 근방까지 냉각된 보일 오프 가스는, 응축부를 통과하는 저온의 냉매에 의해 냉각되어, 응축된다.
이와 같이, 가스 압축부에서 압축되고, 고온 상태가 된 압축 가스 반송 라인을 통과하는 보일 오프 가스는, 가스 압축부에서 압축되기 전의 보일 오프 가스에 의해 냉각되고, 바꿔 말하면, 보일 오프 가스 자신의 냉열로 예냉되므로, 적어도 그 열량분만큼 냉동 사이클부의 부담을 감소시킬 수 있다.
이에 의해, 냉동 사이클부를 구성하는 각 기기를 작게 할 수 있으므로, 보일 오프 가스 재액화 장치를 소형화할 수 있다.
상기 제1 형태에서는, 상기 냉동 사이클부에는, 상기 응축부의 하류측에, 상기 익스팬더에 의해 구동되어 상기 냉매를 압축하는 부스터 컴프레서와, 상기 부스터 컴프레서로 압축되고, 상기 냉매 압축부에 공급되는 상기 냉매를 냉각하는 제2 인터 쿨러가 구비되어 있어도 된다.
이와 같이 하면, 냉동 사이클부에서는, 부스터 컴프레서로 압축된 냉매가, 또한 냉매 압축부에 의해 압축되어 익스팬더에 공급되도록 되어 있으므로, 부스터 컴프레서로 압축된 냉매를 냉각하는 제2 인터 쿨러는, 냉매 압축부와 부스터 컴프레서 사이에 개재 장착되게 된다.
따라서, 제2 인터 쿨러는 냉매 압축부에 가까이 배치할 수 있으므로, 냉매 압축부가, 예를 들어, 기관실에 설치되는 경우, 제2 인터 쿨러도 기관실에 설치할 수 있다. 이와 같이, 대형의 제2 인터 쿨러를 비교적 넓은 기관실에 설치할 수 있으므로, 가령, 화물 기기실이 좁게 취항하고 있는 기존의 LNG선이어도 보일 오프 가스 재액화 장치를 설치할 수 있다.
또한, 청수의 공급 시스템은 기관실에 설치되어 있으므로, 냉동 사이클부의 제1 인터 쿨러 및 제2 인터 쿨러가 모두 기관실에 설치되면, 그들의 배관을 간소화할 수 있어, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제2 형태는, 가스 압축부에 탱크 내에서 발생한 보일 오프 가스를 공급하는 가스 공급 라인 및 상기 가스 압축부에서 압축된 보일 오프 가스를 반송하는 압축 가스 반송 라인을 갖는 가스 공급부와, 냉매 압축부에서 압축된 후 제1 인터 쿨러로 냉각된 냉매를, 익스팬더에 의해 팽창 감압시켜 한층 저온 상태로 하고, 이 냉매에 의해 상기 압축 가스 반송 라인이 반송하는 상기 보일 오프 가스를 냉각하여 응축시키는 응축부를 갖는 냉동 사이클부를 구비하고 있는 보일 오프 가스 재액화 장치이며, 상기 냉동 사이클부에는, 상기 응축부의 하류측에, 상기 익스팬더에 의해 구동되어 상기 냉매를 압축하는 부스터 컴프레서와, 상기 부스터 컴프레서로 압축되고, 상기 냉매 압축부에 공급되는 상기 냉매를 냉각하는 제2 인터 쿨러가 구비되어 있는 보일 오프 가스 재액화 장치이다.
냉동 사이클부에서는, 부스터 컴프레서로 압축되고, 중간 냉각기인 제2 인터 쿨러에 의해 냉각된다. 이 냉매는 냉매 압축부에서 압축되고, 중간 냉각기인 제1 인터 쿨러에 의해 냉각된 후, 익스팬더에 공급된다.
이 냉매는 익스팬더에 의해 감압되고, 팽창됨으로써 한층 저온 상태가 된다. 익스팬더는, 이 냉매가 팽창될 때의 힘을 회전력으로서 취출하고, 예를 들어, 직결된 축을 통하여 부스터 컴프레서를 회전시킨다.
한층 저온 상태가 된 냉매는 응축부를 경유하여 부스터 컴프레서로 복귀된다.
한편, 가스 공급부에서는, 가스 공급 라인을 경유하여 공급된 탱크 내에서 발생한 보일 오프 가스가 가스 압축부에서 압축되고, 압축 가스 반송 라인을 경유하여 응축부를 통과하도록 반송된다.
이와 같이, 냉동 사이클부에서는, 부스터 컴프레서로 압축된 냉매가, 또한 냉매 압축부에 의해 압축되어 익스팬더에 공급되도록 되어 있으므로, 부스터 컴프레서로 압축된 냉매를 냉각하는 제2 인터 쿨러는, 냉매 압축부와 부스터 컴프레서 사이에 개재 장착되게 된다.
따라서, 제2 인터 쿨러는 냉매 압축부에 가까이 배치할 수 있으므로, 냉매 압축부가, 예를 들어, 기관실에 설치되는 경우, 제2 인터 쿨러도 기관실에 설치할 수 있다. 이와 같이, 대형의 제2 인터 쿨러를 비교적 넓은 기관실에 설치할 수 있으므로, 가령, 화물 기기실이 좁게 취항하고 있는 기존의 LNG선이어도 보일 오프 가스 재액화 장치를 설치할 수 있다.
또한, 청수의 공급 시스템은 기관실에 설치되어 있으므로, 냉동 사이클부의 제1 인터 쿨러 및 제2 인터 쿨러가 모두 기관실에 설치되면, 그들의 배관을 간소화할 수 있어, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 각 형태에서는, 상기 가스 공급 라인의 상기 열교환부의 상류측에는, 액화 천연 가스를 분무하여 상기 보일 오프 가스를 냉각하는 완열기가 구비되어 있는 것이 바람직하다.
예를 들어, 보일 오프 가스 재액화 장치의 운전 개시시에서 배관이 냉각되어 있지 않은 경우, 혹은 밸러스트 항행 중에서, 탱크 내의 보일 오프 가스가 비교적 고온의 상태인 경우 등에서는, 가스 공급 라인을 통과하는 보일 오프 가스의 온도가 비교적 높아져, 열교환부에서의 냉열이 부족할 우려가 있다.
이와 같은 경우, 본 실시 형태에서는, 가스 공급 라인의 열교환부의 상류측에, 액화 천연 가스를 분무하여 보일 오프 가스를 냉각하는 완열기가 구비되어 있으므로, 완열기에 의해 열교환기에 공급하는 보일 오프 가스를 냉각할 수 있다.
상기 각 형태에서는, 상기 가스 압축부는, 2단계로 분할되어 있는 구성으로 해도 좋다.
이와 같이 하면, 보일 오프 가스는 2회에 걸쳐 압축되므로, 냉동 사이클부와의 열교환을 효율적으로 행할 수 있다. 이에 의해, 재액화 플랜트의 소형화를 도모할 수 있다.
상기 구성에서는, 상기 가스 압축부의 1단째의 압축은 보일러에 연료로서 공급하는 연료용 압축기에 의해 행해지도록 해도 좋다.
이와 같이 하면, 예를 들어, 기존의 보일 오프 가스 등의 천연 가스를 보일러의 연료로서 사용하는 LNG선에, 보일 오프 가스 재액화 장치를 설치하는 경우, 개조 공사를 대폭으로 경감할 수 있다. 또한, 신조선에 적용하는 경우라도, 설계 변경을 용이하게 행할 수 있다.
연료용 압축기는, 비교적 대용량이지만, 이에 공급되는 보일 오프 가스는 열교환부에 의해 따뜻해져, 용적이 증가되어 있으므로, 용량 오버가 되지 않게 사용할 수 있다. 따라서, 취항하고 있는 기존의 LNG선에서, 기존의 연료용 압축기를 유효하게 활용할 수 있으므로, 개조 공사의 범위를 작게 할 수 있어, 저렴하게 개조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스 압축부에서 압축되고, 고온 상태가 된 압축 가스 반송 라인을 통과하는 보일 오프 가스는, 가스 압축부에서 압축되기 전의 보일 오프 가스에 의해 냉각되므로, 냉동 사이클부를 구성하는 각 기기를 작게 할 수 있어, 보일 오프 가스 재액화 장치를 소형화할 수 있다.
또한, 냉동 사이클부에서는, 부스터 컴프레서로 압축된 냉매가, 또한 냉매 압축부에 의해 압축되어 익스팬더에 공급되도록 되어 있으므로, 제2 인터 쿨러를 냉매 압축부 부근에 배치할 수 있고, 가령, 화물 기기실이 좁게 취항하고 있는 기존의 LNG선이어도 보일 오프 가스 재액화 장치를 설치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 보일 오프 가스 재액화 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 LNG선의 보일 오프 가스 재액화 장치(1)에 대해서, 도 1을 사용하여 설명한다.
도 1은, LNG선의 보일 오프 가스 재액화 장치(1)의 전체 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
LNG선는, 액화 천연 가스(이하, LNG라고 하는 경우도 있음)를 저장하는 복수의 카고 탱크(도시 생략)를 구비하고 있다. 카고 탱크에는, 예를 들어, 대략 구형을 하고 있는 모스식의 탱크 등 다양한 형식이 있다.
보일 오프 가스 재액화 장치(1)에는 냉동 사이클부(3)와, 액화 처리부(가스 공급부)(5)가 구비되어 있다.
냉동 사이클부(3)는, 냉매 배관(7)을 통과하여 순환되는 냉매(냉매로서는, 예를 들어, 질소가 사용되고 있다. 그 밖에, 예를 들어, 수소나 헬륨이 대상이 됨)의 냉열을 액화 처리부(5)에 공급하는 것이다.
냉동 사이클부(3)에는, 냉매 압축기(냉매 압축부)(9)와, 냉매 프리 쿨러(11)와, 익스팬더(13)와, 과냉각기(15)와, 응축기(응축부)(17)와, 부스터 컴프레서(19)가 주된 요소로서 설치되어 있다.
냉매 배관(7)은 냉매 압축기(9), 냉매 프리 쿨러(11), 익스팬더(13), 과냉각기(15), 응축기(17), 냉매 프리 쿨러(11) 및 부스터 컴프레서(19)의 순서대로 접속하고, 폐쇄된 계(系)를 구성하고 있다.
냉매 압축기(9)는, 스팀 터빈(21)에 의해 구동되는 2단의 원심식 압축기이다. 또한, 구동용 스팀 설비가 없는 선박(디젤 추진선 등)에서는 압축기 스피드 제어 기능을 가진 모터 구동으로 해도 좋다. 또한, 냉매 압축기(9)는 이 형식에 한정되지 않고, 냉매 배관(7) 내의 차압을 발생시키는 것이면, 스크류 압축기 등, 적절한 형식의 것을 사용할 수 있다.
냉매 압축기(9)는 저온ㆍ저압의 가스 형상 냉매를 흡인하여 압축하고, 고온ㆍ고압의 가스 형상 냉매로 하는 것이다.
냉매 압축기(9)는 인터 쿨러(23)를 갖고 있다. 냉매 압축기(9)의 출구에는 제1 애프터 쿨러(제1 인터 쿨러)(25)가 설치되어 있다.
냉매량을 조정하기 위해, 냉매 버퍼 탱크(27)를 갖는 배관이, 냉매 압축기(9)의 전후로 접속되어 있다.
냉매 프리 쿨러(11)는, 제1 애프터 쿨러(25)로부터 도입되는 냉매를 응축기(17)로부터 도입되는 냉매에 의해 냉각하는 것이다. 냉매 프리 쿨러(11)는 냉매와 냉매 사이에서만 열교환되는 것이므로, 3이상의 다중 열교환 프로세스의 것과 비교하여, 구조가 간단하고, 설계가 용이하다. 이에 의해, 설계의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
익스팬더(13)는 냉매 프리 쿨러(11)를 통과하여 온도가 저하된 냉매를 감압에 의해 팽창시켜 저온ㆍ저압의 가스 형상 냉매로 하는 것이다. 이 냉매가 팽창될 때의 힘을 회전력으로서, 익스팬더(13)와 동축으로 접속된 부스터 컴프레서(19)는 회전 구동된다.
익스팬더(13)로부터의 저온ㆍ저압의 가스 형상 냉매는 과냉각기(15), 응축기(17) 및 냉매 프리 쿨러(11)와 순차 보내져 열교환된다.
부스터 컴프레서(19)는, 냉매 프리 쿨러(11)로부터 도입되는 냉매를 압축하여, 냉매를 고온ㆍ고압으로 하고, 냉매 압축기(9)에 공급하는 것이다. 부스터 컴프레서(19)의 하류측에서 냉매 압축기의 상류측에는 제2 애프터 쿨러(제2 인터 쿨러)(29)가 구비되어 있다.
냉매 배관(7)에 있어서의 익스팬더(13)의 상류측과, 응축기(17)의 하류측 사이에, 밸브의 개폐에 의해 단접되는 바이패스 배관(31)이 구비되어 있다.
냉동 사이클(3)의 기동시에, 바이패스 배관(31)은 개방된다. 이에 의해 냉매는 익스팬더(13)를 통과하지 않으므로, 그들에 의한 저항이 없어져 냉매 압축기(9)의 기동을 가능하게 할 수 있다.
액화 처리부(5)에는, 연료용 압축기(33)에 도시하지 않은 카고 탱크에서 발생한 보일 오프 가스(이하, BOG라고 함)를 공급하는 BOG 공급 배관(가스 공급 라인)(35)과, 연료용 압축기(33)에 의해 압축된 BOG를 세퍼레이터(37)에 반송하는 BOG 반송 배관(압축 가스 반송 라인)(39)과, 세퍼레이터(37)로부터 카고 탱크에 재액화된 LNG를 보내는 재액화 가스 배관(41)이 구비되어 있다.
BOG 공급 배관(35)에는, 반송되는 BOG를 냉각하는 미스트 세퍼레이터(완열기)(43)가 구비되어 있다. 미스트 세퍼레이터(43)는 세퍼레이터(37)의 하부에 저류된 재액화된 LNG가 선택적으로 공급되도록 구성되어 있다. 세퍼레이터(37)로부터 미스트 세퍼레이터(43)에 LNG가 공급되면, 이 LNG에 의해 BOG가 냉각된다.
연료용 압축기(33)는 보일러에 연료를 공급하는 것으로서 설치하는, 개조의 경우는 설치되어 있는 것이다. 연료용 압축기(33)는 동일 구조의 2대가 병렬적으로 배치되고, 한쪽은 만일 고장난 경우의 예비로 되어 있다. 연료용 압축기(33)는 모터로 구동되도록 구성되어 있다.
또한, 이 2대의 연료용 압축기(33)에 병렬적으로 연료용 압축기(33)가 설치되어 있지 않은 프리 플로우 라인(45)이 구비되어 있다. 프리 플로우 라인(45)에는, 개폐되는 개폐 밸브(47)가 구비되어 있다.
연료용 압축기(33) 및 프리 플로우 라인(45)의 출구에는, 천연 가스를 도시하지 않은 보일러에 연료로서 공급하는 연료 배관(49)이 접속되어 있다. 연료 배관(49)에는, 연료용 압축기(33)로 압축된 천연 가스를 가열하는 가스 히터(51)가 구비되어 있다.
연료용 압축기(33) 및 프리 플로우 라인(45)에는, 별도 카고 탱크에 저장된 LNG를 가스화하여 공급하도록 해도 좋다.
BOG 반송 배관(39)은 연료용 압축기(33)로부터의 BOG를, 응축부(17)를 통과하여 세퍼레이터(37)로 반송하는 것이다. 이때, 응축기(17)는 BOG를, 냉매 배관(7)을 통과하는 냉매에 의해 냉각하여 응축시킨다. 응축기(17)는 냉매와 BOG 사이에서만 열교환되는 것이므로, 3이상의 다중 열교환 프로세스의 것과 비교하여, 구조가 간단하고, 설계가 용이하다. 이에 의해, 설계의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
BOG 반송 배관(39)에는, BOG를 압축하는 BOG 부스터(53)와, BOG 부스터(53)로 압축되어, 고온이 된 BOG를, 예를 들어, 청수로 냉각하는 BOG 애프터 쿨러(55)가 구비되어 있다.
BOG 부스터(53)는, 예를 들어, 160kPaa의 BOG를 450kPaa에 승압하는 것이며, 그것이 가능하면, 예를 들어, 직냉식 스크류 압축기 등, 적절하게 형식의 것이 사용된다.
BOG 반송 배관(39)에 있어서의 BOG 애프터 쿨러(55)와 응축기(17) 사이, 즉, 응축부(17)의 상류측에, BOG 반송 배관(39)을 통과하는 BOG와 BOG 공급 배관(35)을 통과하는 BOG 사이에서 열교환을 행하는 BOG 프리 쿨러(열교환부)(57)가 구비되어 있다. BOG 프리 쿨러(57)는 냉매와 BOG 사이에서만 열교환되는 것이므로, 3이상의 다중 열교환 프로세스의 것과 비교하여, 구조가 간단하고, 설계가 용이하다. 이에 의해, 설계의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, BOG 프리 쿨러(57)에 의해서 BOG 반송 배관(39)을 통과하는 BOG가 충분히 냉각되는 경우에는, BOG 애프터 쿨러(55)의 설치는 생략되어도 좋다.
BOG 공급 배관(35)에는, BOG 프리 쿨러(57)를 바이패스하는 밸브의 개폐에 의해 단접되는 바이패스 배관(59)이 구비되어 있다.
BOG 반송 배관(39)으로 반송되는 BOG는 응축기(17)에 있어서 냉매 배관(7)을 통과하는 냉매에 의해 냉각되어 응축된다.
이 응축된 BOG는, 세퍼레이터(37)에 도입되어 액분과 가스분으로 분리된다.
재액화 가스 배관(41)은 세퍼레이터(37)의 하부로부터 과냉각기(15)를 통과하여 카고 탱크에 접속되어 있다.
재액화 가스 배관(41)에는 과냉각기(15)보다도 하류측에 재액화 가스 유량 조정 밸브(61)가 설치되어 있다.
BOG 공급 배관(35)에 있어서의 미스트 세퍼레이터(43)보다도 상류측 위치 및 세퍼레이터(37)의 정상부로부터 연료 배관(49)에 접속되는 유량 조정 밸브를 구비한 가스 공급 분기 배관(63)이 설치되어 있다.
가스 공급 분기 배관(63)은 냉매 프리 쿨러(11)를 통과하여 냉매 압축기(9)로부터 익스팬더(13)에 공급되는 냉매를 냉각하도록 구성되어 있다.
익스팬더(13), 냉매 프리 쿨러(11), 응축기(17), 과냉각기(15) 및 BOG 프리 쿨러(57)는 방열 구조를 한 콜드 박스(65) 내에 콤팩트하게 수납되어 있다.
부스터 컴프레서(19)는 익스팬더(13)로 회전 구동되므로, 콜드 박스(65)로부터 돌출되도록 장착되어 있다.
냉매 압축기(9), 냉매 버퍼 탱크(27), 스팀 터빈(21), 인터 쿨러(23), 제1 애프터 쿨러(25), 제2 애프터 쿨러(29) 및 연료용 압축기(33)는, 보일러가 설치되어 있는 기관실에 배치되고, 콜드 박스(65) 및 세퍼레이터(37)는 카고 기기실에 설치되어 있다.
이상의 구성을 갖는 본 실시 형태에 관한 보일 오프 가스 재액화 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다.
냉동 사이클부(3)에서는, 냉매 압축기(9)가 스팀 터빈(21)에 의해 구동되고, 냉매 배관(7)으로부터 도입되는 저온ㆍ저압의 가스 형상 냉매를 2단계로 압축하여, 고온ㆍ고압의 가스 형상 냉매로 한다. 이때, 냉매는, 1단째의 압축과 2단째의 압축 사이에서, 인터 쿨러(23)에 의해 냉각된다.
이 고온ㆍ고압의 가스 형상 냉매는, 제1 애프터 쿨러(25)로 냉각되어 냉매 프리 쿨러(11)에 도입된다.
냉매 프리 쿨러(11)에서는, 도입된 가스 형상 냉매가 응축기(17)로부터 복귀되는 저온ㆍ저압의 가스 형상 냉매에 의해 냉각된다.
이 냉매가, 익스팬더(13)에 도입되고, 감압에 의해 팽창되어 한층 저온ㆍ저압의 가스 형상 냉매로 된다.
이 저온ㆍ저압의 가스 형상 냉매는 과냉각기(15) 및 응축기(17)를 통과하고, 그 냉열을 주위에 부여하여 냉각한다.
그 후, 냉매는 냉매 프리 쿨러(11)를 통과하여 익스팬더(13)에 도입되는 냉매에 의해서 따뜻해져, 부스터 컴프레서(19)에 도입된다.
냉매는 부스터 컴프레서(19)로 압축되어 고온ㆍ고압의 가스 형상 냉매로 된다. 이 고온ㆍ고압의 가스 형상 냉매는, 제2 애프터 쿨러(29)에 의해 냉각되어, 냉매 압축기(9)에 보내진다.
냉매 압축기(9)에 도입된 냉매는, 냉매 압축기(9)에 의해 또한 고온ㆍ고압이 되어 송출된다.
냉동 사이클부(3)에서는, 이 사이클을 연속적으로 행함으로써, 냉매 배관(7)이 통과하는 과냉각기(15), 응축기(17) 및 냉매 프리 쿨러(11)에 있어서 냉열을 제공한다.
카고 탱크에서 발생한 BOG는, BOG 공급 배관(35)에 의해 미스트 세퍼레이터(43) 및 BOG 프리 쿨러(57)를 통과하여 연료용 압축기(33)에 의해 공급된다.
미스트 세퍼레이터(43)는, 통상 운전 중에는, LNG가 공급되어 있지 않으므로, BOG를 냉각하는 일은 없다.
예를 들어, 보일 오프 가스 재액화 장치(1)의 운전 개시시에서 배관이 냉각되어 있지 않은 경우, 혹은, 밸러스트 항행 중에서, 카고 탱크 내의 BOG가 비교적 고온의 상태인 경우 등에서 BOG 공급 배관(35)을 통과하는 BOG의 온도가 비교적 높아지면, 예를 들어, 세퍼레이터(37)로부터 재액화된 LNG가 미스트 세퍼레이터(43)에 공급되고, BOG 프리 쿨러(57)에 공급되는 BOG의 온도를 필요한 온도, 예를 들어, -120℃까지 저하시킨다.
연료용 압축기(33)에 도입된 BOG는 연료용 압축기(33)에 의해, 예를 들어, 160kPaa까지 압축된다. 이때, BOG의 온도는, 예를 들어, 대략 55℃로 되어 있다.
그 후, BOG는 BOG 부스터(53)에 의해, 예를 들어, 450kPaa에 승압된다. 이때, BOG의 온도는, 예를 들어, 대략 100℃로 되어 있다.
이 BOG는 BOG 애프터 쿨러(55)에 의해 대략 40℃까지 냉각되어, BOG 프리 쿨러(57)에 도입된다.
BOG 프리 쿨러(57)에서는, BOG 공급 배관(35)을 통과하는 BOG에 의해, 예를 들어, 대략 -110℃, 즉, 대략 포화액 상태까지 냉각된다. 한편, BOG 공급 배관(35)을 통과하는 BOG는, 예를 들어, 대략 -120℃로부터 대략 30℃까지 승온된다.
이 냉각된 BOG는, 응축기(17)를 통과할 때, 냉동 사이클부(3)의 냉매 배관(7)을 흐르는 저온ㆍ저압의 가스 형상 냉매에 의해 냉각되어, 응축된다. 응축된 BOG는, 세퍼레이터(37)에 보내진다.
세퍼레이터(37)에서는, 응축된 BOG가 기액 분리되고, 재액화된 LNG인 액체분은 하부에, 가스분은 상부에 저류된다.
하부의 LNG는 재액화 가스 배관(41)을 통과하여, 과냉각기(15)로 과냉각되어 카고 탱크로 복귀된다.
이와 같이, BOG는 연료용 압축기(33) 및 BOG 부스터(53)에 의해 2회에 걸쳐 압축되어 고압이 되므로, 냉동 사이클부(3)와의 열교환을 효율적으로 행할 수 있다. 이에 의해, 냉동 사이클부(3)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 연료용 압축기(33) 및 BOG 부스터(53)로 압축되어, 고온 상태가 된 BOG 반송 배관(39)을 통과하는 BOG는 BOG 프리 쿨러(57)에 있어서 BOG 공급 배관(35)을 통과하는 연료용 압축기(33)로 압축되기 전의 BOG에 의해 냉각되고, 바꿔 말하면, BOG 자신의 냉열로 예냉되므로, 적어도 그 열량분만큼 냉동 사이클부(3)의 부담을 감소시킬 수 있다.
이에 의해, 냉동 사이클부(3)를 구성하는 각 기기를 작게 할 수 있으므로, 보일 오프 가스 재액화 장치(1)를 소형화할 수 있다.
또한, 냉동 사이클부(3)에서는, 부스터 컴프레서(19)로 압축된 냉매가, 또한 냉매 압축기(9)에 의해 압축되어 익스팬더(13)에 공급되도록 되어 있으므로, 부스터 컴프레서(19)로 압축된 냉매를 냉각하는 제2 애프터 쿨러(29)는, 냉매 압축기(9)와 부스터 컴프레서(19) 사이에 개재 장착되게 된다.
따라서, 제2 애프터 쿨러(29)는 냉매 압축기(9)에 가까이 배치할 수 있으므로, 냉매 압축기(9)가, 예를 들어, 기관실에 설치되는 경우, 제2 애프터 쿨러(29)도 기관실에 설치할 수 있다.
이와 같이, 대형의 제2 애프터 쿨러(29)를 비교적 넓은 기관실에 설치할 수 있으므로, 가령, 화물 기기실이 좁게 취항하고 있는 기존의 LNG선이어도 보일 오프 가스 재액화 장치(1)를 설치할 수 있다.
또한, 청수의 공급 시스템은 기관실에 설치되어 있으므로, 냉동 사이클부(3)의 인터 쿨러(23), 제1 애프터 쿨러(25) 및 제2 애프터 쿨러(29)가 모두 기관실에 설치되면, 그들의 배관을 간소화할 수 있어, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 보일 오프 가스 재액화 장치(1)는 소형으로 고효율적인 것으로 할 수 있어, 그 설치 공간을 적게 할 수 있다. 이로 인해, 예를 들어, 기존의 BOG 등의 천연 가스를 보일러의 연료로서 사용하는 LNG선에, 보일 오프 가스 재액화 장치(1)를 설치하는 경우, 개조 공사를 대폭으로 경감할 수 있다. 또한, 신조선에 적용하는 경우라도, 설계 변경을 용이하게 행할 수 있다.
이 경우, 연료용 압축기(33)는, 비교적 대용량이지만, 이에 공급되는 BOG는 BOG 프리 쿨러(57)에 의해 따뜻해져, 용적이 증가되어 있으므로, 용량 오버가 되지 않게 사용할 수 있다. 따라서, 취항하고 있는 기존의 LNG선에서, 기존의 연료용 압축기(33)를 유효하게 활용할 수 있으므로, 개조 공사의 범위를 작게 할 수 있어, 저렴하게 개조할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절하게 변경할 수 있다.
1 : 보일 오프 가스 재액화 장치
3 : 냉동 사이클부
5 : 액화 처리부
9 : 냉매 압축기
13 : 익스팬더
17 : 응축기
19 : 부스터 컴프레서
25 : 제1 애프터 쿨러
29 : 제2 애프터 쿨러
33 : 연료용 압축기
35 : BOG 공급 배관
39 : BOG 반송 배관
43 : 미스트 세퍼레이터
53 : BOG 부스터
57 : BOG 프리 쿨러

Claims (6)

  1. 가스 압축부에 탱크 내에서 발생한 보일 오프 가스를 공급하는 가스 공급 라인 및 상기 가스 압축부에서 압축된 보일 오프 가스를 반송하는 압축 가스 반송 라인을 갖는 가스 공급부와,
    냉매 압축부에서 압축된 후 제1 인터 쿨러로 냉각된 냉매를, 익스팬더에 의해 팽창 감압시켜 한층 저온 상태로 하고, 이 냉매에 의해 상기 압축 가스 반송 라인이 반송하는 상기 보일 오프 가스를 냉각하여 응축시키는 응축부를 갖는 냉동 사이클부를 구비하고 있는 보일 오프 가스 재액화 장치이며,
    상기 가스 공급부에는, 상기 응축부의 상류측에, 상기 압축 가스 반송 라인을 통과하는 상기 보일 오프 가스와 상기 가스 공급 라인을 통과하는 상기 보일 오프 가스 사이에서 열교환을 행하는 열교환부가 구비되어 있는, 보일 오프 가스 재액화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉동 사이클부에는, 상기 응축부의 하류측에, 상기 익스팬더에 의해 구동되어 상기 냉매를 압축하는 부스터 컴프레서와, 상기 부스터 컴프레서로 압축되고, 상기 냉매 압축부에 공급되는 상기 냉매를 냉각하는 제2 인터 쿨러가 구비되어 있는, 보일 오프 가스 재액화 장치.
  3. 가스 압축부에 탱크 내에서 발생한 보일 오프 가스를 공급하는 가스 공급 라인 및 상기 가스 압축부에서 압축된 보일 오프 가스를 반송하는 압축 가스 반송 라인을 갖는 가스 공급부와,
    냉매 압축부에서 압축된 후 제1 인터 쿨러로 냉각된 냉매를, 익스팬더에 의해 팽창 감압시켜 한층 저온 상태로 하고, 이 냉매에 의해 상기 압축 가스 반송 라인이 반송하는 상기 보일 오프 가스를 냉각하여 응축시키는 응축부를 갖는 냉동 사이클부를 구비하고 있는 보일 오프 가스 재액화 장치이며,
    상기 냉동 사이클부에는, 상기 응축부의 하류측에, 상기 익스팬더에 의해 구동되어 상기 냉매를 압축하는 부스터 컴프레서와, 상기 부스터 컴프레서로 압축되고, 상기 냉매 압축부에 공급되는 상기 냉매를 냉각하는 제2 인터 쿨러가 구비되어 있는, 보일 오프 가스 재액화 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급 라인의 상기 열교환부의 상류측에는, 액화 천연 가스를 분무하여 상기 보일 오프 가스를 냉각하는 완열기가 구비되어 있는, 보일 오프 가스 재액화 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 압축부는, 2단계로 분할되어 있는, 보일 오프 가스 재액화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스 압축부의 1단째의 압축은, 보일러에 연료로서 공급하는 연료용 압축기에 의해 행해지는, 보일 오프 가스 재액화 장치.
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