KR20130076311A - 부유식 생산저장설비용 천연가스 생산시스템 - Google Patents

Abstract

LNG FPSO용 천연가스 생산시스템이 개시된다. 본 실시 예에 따른 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템은 가스정으로부터 공급되는 가스를 처리하기 위한 처리장치를 갖는 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템에 있어서, 처리장치는 가스정으로부터 공급되는 피드가스의 성분을 분리하는 고압 3상분리기와, 고압 3상분리기에서 분리된 고압의 기상가스성분에 의해 회전되는 로터를 갖는 터보 팽창기와, 로터의 샤프트에 연결되어 터보 팽창기로부터 출력된 회전 에너지를 전달받는 에너지회수장치를 포함하도록 구성함으로써 에너지 효율이 향상된 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템을 제공한다.

Description

부유식 생산저장설비용 천연가스 생산시스템{PRODUCTION SYSTEM OF LNG FPSO}

본 발명은 해저에서 발굴한 천연가스를 생산하는 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템에 관한 것이다.

일반적으로 FPSO(Floating Production Storage and Offloading)는 부유식 생산 및 저장설비로서, 해상에서 가스채굴부터 저장과 하역 등이 가능하고 이동이 자유로운 부유식 해상구조물이다.

선체의 상부에는 가스정에서 발굴된 피드가스를 처리하여 액화천연가스를 생산하기 위한 처리장치가 배치되는 탑 사이드 모듈이 구비된다.

한편, 처리장치는 가스정에서 발굴한 가스성분을 인수하는 공정을 가장 먼저 수행한다. 도 1에 도시한 바와 같이 가스정에서 발굴되어 터렛(turret)을 통해 유입된 피드 가스(feed gas)는 터렛의 후단에 연결된 고압 3상분리기(10)에 유입되고, 고압 3상분리기(10)에서 기상, 탄화 수소계의 액체 및 물로 분리된다.

고압 3상분리기(10)에 분리된 탄화 수소계의 액체는 저압 3상분리기(15)에 유입되어 다시 기상, 탄화 수소계의 액체 및 물로 분리되고, 고압 3상분리기(10)에서 분리된 물은 워터처리유닛(13)으로 유입된다.

그리고, 고압 3상분리기(10)에서 분리된 고압의 기상가스성분은 산 제거유닛(12)에서 요구되는 압력조건을 맞추도록 압력강하밸브(11)를 통과한 후 산 제거유닛(12)으로 유입된다.

그러나, 압력강하밸브(11)를 통하여 고압의 기상가스성분이 저압의 기상가스성분으로 변하는 과정에서 압력강하에 따라 발생되는 에너지는 압력강하밸브(11)에서 소산되어 버려지게 되는 문제가 있게 된다.

본 실시 예는 액화천연가스를 생산하는 과정에서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 천연가스 생산시스템을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템은 가스정으로부터 공급되는 가스를 처리하기 위한 처리장치를 갖는 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템에 있어서, 상기 처리장치는 상기 가스정으로부터 공급되는 피드가스의 성분을 분리하는 고압 3상분리기와, 상기 고압 3상분리기에서 분리된 고압의 기상가스성분에 의해 회전되는 로터를 갖는 터보 팽창기와, 상기 로터의 샤프트에 연결되어 상기 터보 팽창기로부터 출력된 회전 에너지를 전달받는 에너지회수장치를 포함한다.

또한, 상기 에너지회수장치는 상기 회전 에너지를 이용하여 전기를 생성하는 발전기를 포함한다.

또한, 상기 에너지회수장치는 상기 샤프트에 연결되는 회전기계를 구비한 압축기를 포함한다.

또한, 상기 터보 팽창기의 전방측 기상라인에는 기액 분리기가 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예의 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템은 고압 3상분리기에서 분리된 기상가스성분의 압력 강하시 소산되는 에너지를 활용할 수 있어 천연가스 생산시스템의 에너지 효율이 향상되게 된다.

도 1은 기존의 LNG FPSO의 액화천연가스 생산설비의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LNG FPSO에서 천연가스를 생산하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LNG FPSO의 액화천연가스 생산설비의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LNG FPSO의 액화천연가스 생산설비의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LNG FPSO에서 천연가스를 생산하기 위한 장치를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LNG FPSO의 액화천연가스 생산설비의 일부를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 LNG FPSO(Floating Production Storage and Offloading,30)는 해저(20)의 가스정(21)에서 채굴되는 원천가스를 라이저(22)를 통해 전달받아 LNG FPSO(30)의 선체 상부에 위치하는 처리장치(탑사이드모듈,40)에 의해 해상에서 천연가스를 생산, 액화 및 저장 후 LNG 운반선(32)에 하역을 수행하는 선박형 구조물이다.

처리장치(40)는 가스정(21)에서 발굴된 원천가스가 유입되어 전처리되는 피드가스수용유닛(feed gas receiving unit)을 포함한 전단공정과 전처리된 원천가스에 대하여 산 가스제거공정(acid gas removal), 탈수공정(dehydration), 안정화공정(stabilization)등을 포함한 후단공정으로 이루어질 수 있다.

도 3을 참조하면, LNG FPSO(20)의 터렛(31)를 통하여 전달되는 원천가스는 피드가스수용유닛의 고압 3상분리기(50)로 유입되어 고압의 기상 탄화수소를 포함하는 기상가스성분과 고압의 액상 탄화수소를 포함하는 액상가스성분 및 고압의 물로 분리된다.

고압 3상분리기(50)에서 분리된 고압의 기상가스성분은 기상라인(51)을 통하여 산 가스제거유닛(60)으로 유입되어 처리되고, 고압의 물은 워터라인(52)을 통하여 워터처리유닛(water treatment unit,70)으로 유입되어 처리된다.

그리고, 고압의 액상 탄화수소를 포함하는 액상가스성분은 액상라인(53)을 통하여 저압 3상분리기(54)에 유입된다. 액상라인(53)에는 고압 3상분리기(50)에서 분리되어 나오는 액상가스성분의 압력을 낮추기 위한 밸브(55)가 마련된다.

밸브(55)를 통해 감압된 액상가스성분은 저압 3상분리기(54)에 유입되고, 저압 3상분리기(54)에서 다시 기상 탄화수소를 포함하는 기상가스성분과 액상 탄화수소를 포함하는 액상가스성분 및 물로 분리되고, 각 성분은 후단공정으로 들어가 처리된다.

한편, 고압 3상분리기(50)에서 분리된 고압의 기상가스성분은 후단공정에서 요구되는 압력을 조절하기 위한 밸브를 통과하게 되나, 본 실시예에서는 기상가스성분의 압력 강하를 위해 적용되는 밸브 대신에 터보 팽창기(turbo expander,80)를 적용한다.

터보 팽창기(80)는 후단공정에서 요구되는 압력을 맞추도록 고압의 기상가스성분이 접촉하는 로터(81)를 구비한다.

터보 팽창기(80)에 유입된 고압의 기상가스성분은 로터(81)를 통과하면서 감압 팽창되어 로터(81)를 회전시키고, 로터(81)를 회전시켜 감압된 기상가스성분은 산 가스제거유닛(60)으로 흐르게 된다.

로터(81)에 의해 회전하는 회전 에너지는 로터(81)의 샤프트(83)에 연결되는 에너지회수장치(90)로 전달된다. 에너지회수장치(90)는 터보 팽창기(80)의 로터(81)에 의해 출력된 회전 에너지를 전달받아 전기를 생성하는 발전기(generator)로 이루어지거나 회전 에너지를 전달받는 회전기계를 갖는 압축기로 이루어질 수 있다.

에너지회수장치(90)가 압축기로 이루어진 경우에는 로터(81)의 샤프트(83)는 압축기의 회전기계(91)와 연결되도록 구성된다.

이러한 구성을 통하여, 고압 3상분리기(50)에서 분리된 고압의 기상가스성분의 감압시 버려지는 압력에너지는 에너지회수장치(90)를 통해 회수가 가능하므로 에너지 효율이 높은 생산 시스템을 제공하게 된다.

한편, 터보 팽창기(80)의 입구쪽 기상라인(51)에는 도 4에 도시한 바와 같이 터보 팽창기(80)에 유입되는 기상가스성분의 액상성분을 분리시키기 위한 기액 분리기(58)가 설치될 수 있다.

기액 분리기(58)는 기상가스성분에 존재하는 액상성분을 분리시키고 터보 팽창기(80)로는 기상가스성분만이 유입되도록 하여 액상성분에 의한 터보 팽창기(80)의 손상을 방지한다.

이러한 기액 분리기(58)는 기체를 액체에 접촉시켜, 기체 중 가용성 성분을 액상 중에 용해시키는 스크러버(scrubber) 또는 액상의 제거를 위한 필터로 구성될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 천연가스 생산시스템의 작동에 대하여 설명한다.

초기 구동시 가스정(21)에서 발굴된 고온 고압의 원천가스는 먼저 처리장치 중 하나인 피드가스수용유닛으로 유입되어 처리된다.

피드가스수용유닛으로 유입된 원천가스는 고압 3상분리기(50)를 통과하고, 고압 3상분리기(50)에서 분리된 고압의 기상가스성분은 산 가스제거유닛(60) 등의 후단공정으로 이송되고, 고압의 액상가스성분은 액상라인(53)을 통해 저압 3상분리기(54)로 이송되고, 물은 워터처리장치(70)로 이송되어 처리된다.

고압 3상분리기(50)에서 분리된 고압의 기상가스성분은 기상라인(51)을 통하여 터보 팽창기(80)로 유입되어 터보 팽창기(80)의 로터(81)를 회전시키면서 감압되어 후단공정(산 가스제거유닛)으로 전달된다.

이때, 고압의 기상가스성분의 압력 에너지는 로터(81)의 회전 에너지로 변환되고, 로터(81)의 회전 에너지는 샤프트(83)에 의해 연결되는 에너지회수장치(90)로 전달되어 에너지회수장치(90)의 회전기계들(91)을 작동시키는 에너지로 사용된다.

따라서, 고압 3상분리기(50)에서 분리된 고압의 기상가스성분을 후단공정의 입구조건에 맞추도록 감압하는 과정에서 소산되는 압력 에너지의 재활용이 가능하게 되므로 에너지 효율이 높은 천연가스 생산시스템을 제공하게 된다.

또한, 가스정(21)에서 발굴된 원천가스는 대부분 상당히 높은 압력과 큰 질량유량을 가지게 되므로 고압 3상분리기(50)에서 분리된 기상가스성분을 터보 팽창기(80)를 통해 감압하는 경우에는 상당히 높은 에너지 회수율을 가질 수 있게 된다. 또한, 터보 팽창기(80)를 통과한 기상가스성분은 기존의 밸브를 통과한 경우보다 온도의 강하 역시 더 많이 일어나게 되므로 고온의 인수가스를 냉각하는 경우에는 후단공정의 열교환기의 요구 열량 역시 감소하는 효과를 추가적으로 얻을 수 있게 된다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

21: 가스정, 30: LNG FPSO,
50: 고압 3상분리기, 51: 기상라인,
58: 기액 분리기, 60: 산 가스제거유닛,
70: 물처리유닛, 80: 터보 팽창기,
81: 로터, 83: 샤프트,
90: 에너지회수장치, 91: 회전기계.

Claims (5)

1. 가스정으로부터 공급되는 가스를 처리하기 위한 처리장치를 갖는 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템에 있어서,
   상기 처리장치는 상기 가스정으로부터 공급되는 피드가스의 성분을 분리하는 고압 3상분리기;
   상기 고압 3상분리기에서 분리된 고압의 기상가스성분에 의해 회전되는 로터를 갖는 터보 팽창기;
   상기 로터의 샤프트에 연결되어 상기 터보 팽창기로부터 출력된 회전 에너지를 전달받는 에너지회수장치;를 포함하는 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 에너지회수장치는 상기 회전 에너지를 이용하여 전기를 생성하는 발전기를 포함하는 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 에너지회수장치는 상기 샤프트에 연결되는 회전기계를 구비한 압축기를 포함하는 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 터보 팽창기의 전방측 기상라인에는 기액 분리기가 마련된 것을 특징으로 하는 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템.
5. 제 1 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고압 3상분리기에서 분리된 고압의 기상가스성분이 유동하는 기상라인에는 산가스제거공정을 위한 산가스제거유닛이 마련되고,
   상기 터보 팽창기는 상기 고압 3상분리기의 배출측과 상기 산가스제거유닛의 유입측 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 LNG FPSO용 천연가스 생산시스템.

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