KR20130059184A - 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관한 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템에 것으로, 연료 가스 시스템의 세정기에서 공급된 액체를 분리기에 공급하기 위한 최적의 온도로 조절함과 아울러 액체에 포함된 기체가 레벨 컨트롤 밸브를 회피하도록 하여 레벨 컨트롤 밸브 및 연료 가스 시스템의 배관 등을 보호함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템은, 연료 가스에 포함된 응축물을 제거하는 연료 세정기(1)와; 상기 연료 세정기에서 토출되는 액체를 분리기(3)에 공급하기 위한 온도로 조절하는 열교환기(2)와; 상기 열교환기와 상기 분리기 사이의 공급관에 장착되며 상기 배관의 개도 조절을 통해 상기 액체의 레벨을 조절하는 레벨 컨트롤 밸브(4)와; 상기 열교환기의 토출 포트와 상기 레벨 컨트롤 밸브의 입력 포트의 사이에 장착되며 상기 열교환기의 토출 포트에서 토출된 액체를 액체와 기체로 분리하는 기액 분리파이프(10)와; 상기 기액 분리파이프에서 분리된 기체를 상기 레벨 컨트롤 밸브를 회피하여 상기 분리기에 공급되도록 하는 기체 바이패스관(11)을 포함하여 구성된다.

Description

천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템{FUEL GAS SYSTEM}

본 발명은 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환기에서 토출된 후 분리기에 공급되는 저온 액체에 포함된 기체가 레벨 컨트롤 밸브를 통과하지 않도록 한 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템에 관한 것이다.

국제적으로 급격하게 산업 및 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 원유의 안정적인 생산과 공급이 전지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.

이와 같은 이유로, 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되었으며, 따라서 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이런 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추시설이 개발되어 있다.

즉, 종래의 해저 시추에는, 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 계류 장치를 이용하여 해상의 일점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선(rig ship)이나 고정식 플랫폼이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단의 시추 장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 소위, 시추선(Drill ship)이나 해양 구조물(해양 플랫폼이라 불리기도 함)인 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading) 등이 사용되고 있다.

한편, 가스정(Gas Well)에서 생산한 천연가스(Natural Gas, NG)는 상온이어서 운반 또는 사용시 폭발의 위험이 있고, 액화천연가스란 메탄을 주성분으로 하는 천연가스를 1 기압(atm) 하에서 대략 -163℃ 이하로 온도 하강시킨 것으로, 채취된 기체상태의 천연가스를 액체상태로 상변화시킨 것을 말하며 이러한 액화천연가스의 부피는 기체상태의 천연가스에 비해 1/600 정도이며, 비중은 0.42로 기체상태의 천연가스에 비해 절반 정도 되는 특징을 가진다. 이러한 특징에 기인하여 천연가스는 액화천연가스 생산설비를 거쳐 액화천연가스의 형태로 만들어진 후 선박 등에 적재되어 운반된다.

이러한 액화천연가스를 생산시 필요한 전력과 각종 열원을 만들기 위해 설치된 발전기(보일러, 엔진 및 터빈)의 연료를 공급하기 위한 장치로 연료가스 시스템이 있는데, 이 연료가스 시스템에 사용되는 연료는 가스정에서 생산된 가스이다.

이와 같이 가스정에서 생산된 가스를 이용하여 연료 가스를 만드는 시스템이 연료 가스 시스템이다.

연료 가스 시스템은 가스정에서 나와 압축기를 통해 압축된 가스를 가지고 일정 이상의 온도와 압력을 맞추어 연료 가스를 공급하기 위해 설계된다.

도 1은 연료 가스 시스템 중에서 본 발명과 관련된 부분의 요부 발췌도로서, 연료 가스 시스템에는 연료 가스에 존재하는 응축물(condensate)을 정제하기 위한 연료 가스 세정기(scrubber)(1)가 갖추어진다. 연료 가스 세정기(1)에서 분리된 액체(cold liquid)는 열교환기(PCHE, PRINTED CIRCUIT HEAT EXCHANGER)(2)를 통과하여 분리기(inlet separator)(3)로 보내진다. 분리기(3)로 보내지는 이유는 오일을 다시 정제하여 판매용 스펙(spec)을 만들기 위해서이다.

열교환기(2)는 연료 가스 세정기(1)에서 토출된 액체를 분리기(3)의 작동 온도(예를 들어 30℃)로 조절하기 위한 것으로, 액체의 열교환 방식은 고온 가스(Hot gas), 저온 가스(cold gas), 액체(cold liquid) 3가지 매체의 열교환을 통해 액체의 온도를 조절한다. 다시 말하면, 열교환기(2)에는 고온 가스[연료 가스 세정기(1)에 유입되는 고온 가스], 저온 가스[연료 가스 세정기(1)에서 토출된 후 연료 가스 필터(미도시)에서 연료 가스 히터(미도시)로 공급되는 저온 가스) 및 액체(연료 가스 세정기(1)에서 토출된 저온 액체)가 각각 흐르며, 이 과정에서 액체가 열교환되는 것이다.

이와 같을 통해 열교환된 액체의 공급량 등을 조절하기 위한 레벨 컨트롤 밸브(level control valve, LCV)(4)(이하 '밸브'라 약칭함)가 적용되며, 즉, 열교환기(2)에서 열교환된 액체는 밸브(4)를 통과하여 분리기(3)에 공급되는 것이다.

그러나, 액체는 열교환기(2)를 통해 열교환된 이후이기 때문에 액체와 기체 2가지 상태가 공존하고 있으며, 따라서, 기체가 포함된 액체가 밸브(4)에 유입될 수 밖에 없으므로 밸브(4)의 과도한 부식이 발생 하고 소음과 진동으로 밸브(4)나 배관 및 열교환기(2) 등의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-925658호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연료 가스 시스템의 세정기에서 공급된 액체를 분리기에 공급하기 위한 최적의 온도로 조절함과 아울러 액체에 포함된 기체가 레벨 컨트롤 밸브를 회피하도록 하여 레벨 컨트롤 밸브 및 연료 가스 시스템의 배관 등을 보호할 수 있는 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템은, 연료 가스에 포함된 응축물을 제거하는 연료 세정기와; 상기 연료 세정기에서 토출되는 액체를 분리기에 공급하기 위한 온도로 조절하는 열교환기와; 상기 열교환기와 상기 분리기 사이의 공급관에 장착되며 상기 배관의 개도 조절을 통해 상기 액체의 레벨을 조절하는 레벨 컨트롤 밸브와; 상기 열교환기의 토출 포트와 상기 레벨 컨트롤 밸브의 입력 포트의 사이에 장착되며 상기 열교환기의 토출 포트에서 토출된 액체를 액체와 기체로 분리하는 기액 분리파이프와; 상기 기액 분리파이프에서 분리된 기체를 상기 레벨 컨트롤 밸브를 회피하여 상기 분리기에 공급되도록 하는 기체 바이패스관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템에 의하면, 연료 가스 세정기에서 발생된 액체(오일)를 분리기에 공급하기 위하여 액체의 온도를 열교환기에 의해 조절함과 아울러 액체에 포함된 기체가 레벨 컨트롤 밸브에 유입되지 않도록 하여 레벨 컨트롤 밸브에 액체만이 유입되도록 함으로써 레벨 컨트롤 밸브의 부하를 경감하고 기체의 유입으로 인한 진동과 소음을 방지하여 레벨 컨트롤 밸브와 배관의 수명을 연장할 수 있으므로 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템의 요부 발췌도.
도 2는 본 발명에 의한 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템의 요부 발췌도.

도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템은, 연료 가스에 포함된 응축물을 정제하는 연료 세정기(1)와; 연료 세정기(1)에서 토출되는 액체를 분리기(3)에 공급하기 위한 온도로 조절하는 열교환기(2)와; 열교환기(2)와 분리기(3) 사이의 공급관(5)에 장착되며 공급관(5)의 개도 조절을 통해 상기 액체의 레벨을 조절하는 레벨 컨트롤 밸브(4)(이하 '밸브'라 약칭함)와; 열교환기(2)의 토출 포트와 밸브(4)의 입력 포트의 사이에 장착되며 열교환기(2)의 토출 포트에서 토출된 액체를 액체와 기체로 분리하는 기액 분리파이프(10)와; 기액 분리파이프(10)에서 분리된 기체를 밸브(4)를 회피하여 분리기(3)에 공급되도록 하는 기체 바이패스관(11)을 포함하여 구성된다.

연료 가스 세정기(1), 열교환기(2), 분리기(3) 및 밸브(4)는 종래와 동일한 것이므로 구체적인 설명을 생략한다.

열교환기(2)는 연료 가스 세정기(1)에 유입되는 고온 가스, 상기 연료 가스 세정기(1)에서 토출된 후 연료 가스 필터(미도시)를 거친 저온 가스 및 연료 가스 세정기(1)에서 토출된 저온의 액체의 열교환을 통해 상기 저온의 액체의 온도를 조절한다.

기액 분리파이프(10)는 내부에 액체와 기체가 분리될 수 있는 공간이 있는 중공의 탱크로서, 유입관(13)을 통해 열교환기(2)의 토출포트와 연결되어 열교환기(2)에서 열교환된 액체를 공급받는다.

유입관(13)은 기체와 액체의 분리를 위하여 기액 분리파이프(10)의 중앙부 대략 정중앙에서 위쪽에 연결된다.

기액 분리파이프(10)에서 분리된 기체와 액체를 각각 공급하기 위하여 기체 바이패스관(11)과 액체 공급관(12)이 구비된다.

기체 바이패스관(11)은 기액 분리파이프(10)의 상부에 연결되어 기액 분리파이프(10)에서 분리된 기체를 분리기(3)에 공급한다.

액체 공급관(12)은 기액 분리파이프(10)의 저부에 연결되어 기액 분리파이프(10)에서 분리된 액체를 분리기(3)에 공급한다.

기체 바이패스관(11)의 토출단은 액체 공급관(12)과 공급관(5)에 연결되어 액체와 기체를 함께 분리기(3)에 공급하며, 단 기체가 밸브(4)에 유입되지 않도록 밸브(4)의 토출단과 분리기(3) 사이에 연결된다.

기체 바이패스관(11)을 따라 흐르는 기체의 압력을 낮추는 감압기(restriction orifice)(14)가 갖추어진다.

본 발명에 의한 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템의 작용은 다음과 같다.

연료 가스 세정기(1)에서 토출된 액체는 열교환기(2)를 거치며, 이 과정에서 고온 가스와 저온 가스와 열교환된다.

열교환기(2)를 통해 열교환된 액체는 유입관(13)을 통해 기액 분리파이프(10)에 유입된다.

기액 분리파이프(10)에 유입된 액체는 액체와 기체가 공존하는 상태이며, 기액 분리파이프(10) 내부에서 액체와 기체가 분리되며, 저부에는 액체가 상부에는 기체가 모이게 된다.

기액 분리파이프(10)에서 분리된 액체는 액체 공급관(12)을 통해 밸브(4)를 거친 후 공급관(5)에 공급된다.

기액 분리파이프(10)에서 분리된 기체는 기체 바이패스관(11)을 통해 공급관(5)에 공급된다. 즉, 기체는 밸브(4)를 거치지 않고 공급관(5)에 공급되어 액체 공급관(12)을 통해 공급된 액체와 함께 분리기(3)에 공급된다. 기체 바이패스관(11)을 통해 흐르는 기체는 감압기(14)를 통해 감압된 후 공급관(5)에 공급된다.

1 : 연료 가스 세정기, 2 : 열교환기
3 : 분리기, 4 : 레벨 컨트롤 밸브
5 : 공급관, 10 : 기액 분리파이프
11 : 기체 바이패스관, 12 : 액체 공급관

Claims (4)

1. 연료 가스에 포함된 응축물을 정제하는 연료 세정기(1)와;
   상기 연료 세정기에서 토출되는 액체를 분리기(3)에 공급하기 위한 온도로 조절하는 열교환기(2)와;
   상기 열교환기와 상기 분리기 사이의 공급관에 장착되며 상기 공급관의 개도 조절을 통해 상기 액체의 레벨을 조절하는 레벨 컨트롤 밸브(4)와;
   상기 열교환기의 토출 포트와 상기 레벨 컨트롤 밸브의 입력 포트의 사이에 장착되며 상기 열교환기의 토출 포트에서 토출된 액체를 액체와 기체로 분리하는 기액 분리파이프(10)와;
   상기 기액 분리파이프에서 분리된 기체를 상기 레벨 컨트롤 밸브를 회피하여 상기 분리기에 공급되도록 하는 기체 바이패스관(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 기체 바이패스관은 입구측이 상기 기액 분리파이프의 상부에 연결되며 토출측이 상기 레벨 컨트롤 밸브의 토출측과 상기 분리기 사이의 공급관에 연결되어 상기 기액 분리파이프에서 분리된 액체와 기체가 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 기체 바이패스관에 형성되어 상기 기체 바이패스관을 따라 흐르는 기체의 압력을 낮추는 감압기가 포함되는 것을 특징으로 하는 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 열교환기는 상기 연료 가스 세정기(1)에 유입되는 고온 가스, 상기 연료 가스 세정기(1)에서 토출된 후 연료 가스 필터를 거친 저온 가스 및 상기 연료 가스 세정기(1)에서 토출된 저온의 액체의 열교환을 통해 상기 저온의 액체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 천연 가스로부터 연료 가스를 생산하는 연료 가스 시스템.

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