KR20140065081A

KR20140065081A - 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템 및 가스 배관 시스템을 통한 저온 현상 방지 방법

Info

Publication number: KR20140065081A
Application number: KR1020120132150A
Authority: KR
Inventors: 신승원
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-05-29
Also published as: KR101996276B1

Abstract

저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템 및 가스 배관 시스템을 통한 저온형상 방지 방법이 개시된다. 본 발명의 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템은, 가스 배관 시스템에 있어서, 압축 가스가 이송되는 메인 라인; 메인 라인으로 이송된 압축 가스를 공급받는 압축 가스 도입 설비; 및 압축 가스 도입 설비의 내부 압력과 압축 가스의 차압에 따라 압축 가스가 공급되는 것을 차단하고 선가압(pre-pressurization)하는 저온 현상 방지부를 포함한다.

Description

저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템 및 가스 배관 시스템을 통한 저온 현상 방지 방법{Gas Line System For Preventing Low Temperature Effect And Method For Preventing Low Temperature Effect Using Gas Line System}

본 발명은 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템 및 가스 배관 시스템을 통한 저온 현상 방지 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축 가스 도입 설비의 내부 압력과 압축 가스의 차압에 따라 압축 가스가 공급되는 것을 차단하고 선가압(pre-pressurization)하는 저온 현상 방지부를 포함하는 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템에 관한 것이다.

가스를 압축하여 이송하는 공정을 수행할 때, 배관을 통해 가스를 공정 시스템으로 유입시킬 수 있다. 이러한 공정 시스템의 가동 초기(initial start-up)나 시스템의 가동 중단(shut-down) 이후 재시작(re-start)하는 경우, 공정 시스템은 저압인 상태에서 압축 가스가 유입되게 된다.

압축 가스가 저압인 공정 시스템에 유입되면 급격한 압력 저하에 의해 줄-톰슨 효과(Joule-Thomson effect)가 발생한다. 이는 압축된 기체를 단열된 좁은 통로를 지나 급격히 저압 상태로 빠져나가게 하면 분자 간의 상호작용에 의해 온도가 저하되면서 기체가 냉각되는, 저온(extreme low temperature) 현상을 말한다.

본 발명은 압축 가스가 도입되는 설비에서 초기 가동이나 가동 중단 후 재시작 등의 경우에, 내부 압력과 압축 가스의 압력 차이에 의해 압축 가스가 냉각되는 저온 현상을 방지하기 위해, 압축 가스 도입 설비의 내부 압력과 압축 가스의 차압에 따라 압축 가스가 공급되는 것을 차단하고 선가압(pre-pressurization)함으로써 저온 현상을 방지하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 가스 배관 시스템에 있어서,

압축 가스가 이송되는 메인 라인;

상기 메인 라인으로 이송된 압축 가스를 공급받는 압축 가스 도입 설비; 및

상기 압축 가스 도입 설비의 내부 압력과 압축 가스의 차압에 따라 상기 압축 가스가 공급되는 것을 차단하고 선가압(pre-pressurization)하는 저온 현상 방지부를 포함하는 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템이 제공된다.

상기 저온 현상 방지부는 상기 압축 가스 도입 설비의 내부 압력을 측정하여 상기 압축 가스가 상기 압축 가스 도입 설비로 도입되는 것을 차단하고 상기 압축 가스 도입 설비를 불활성 가스로 선 가압함으로써 상기 압축 가스 도입 설비에서 줄 톰슨 효과에 의한 저온 현상을 방지할 수 있다.

상기 저온 현상 방지부는 상기 메인 라인에 마련되는 제1 셧 다운 밸브와, 상기 압축 가스 도입 설비에 불활성 가스를 공급하여 선가압하는 선가압부와, 상기 압축 가스 도입 설비의 내부 압력을 측정하여 상기 압축 가스 도입 설비로 상기 압축 가스의 도입과 상기 불활성 가스의 도입을 조절하는 압력 제어부를 포함할 수 있다.

상기 저온 향상 방지부는 상기 압축 가스가 상기 메인 라인의 구간 중 적어도 일부를 우회하여 상기 메인 라인으로 도입되도록 상기 메인 라인에 마련되는 바이패스 라인과, 상기 바이패스 라인에 마련되는 제2 셧 다운 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 압력 제어부는 상기 압축 가스 도입 설비의 내부 압력을 측정하여 전송하는 압력 센서와, 상기 압력 센서로부터 상기 압축 가스 도입 설비의 내부 압력 값을 전송받아, 설정된 안전 로직(safety logic)에 따라 상기 압축 가스와 상기 불활성 가스의 도입을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

상기 선가압부는 상기 압축 가스 도입 설비로 상기 불활성 가스를 공급하는 선가압 라인과, 상기 선가압 라인에 마련되어 상기 불활성 가스의 공급을 차단하는 볼 밸브를 포함할 수 있다.

상기 선가압부는 상기 선가압 라인에 마련되어 상기 불활성 가스의 역류를 방지하는 체크 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 불활성 가스는 질소(Ｎ₂)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 압축 가스가 도입되는 설비의 저온 현상 방지 방법에 있어서,

1) 상기 압축 가스가 도입될 설비의 압력을 측정하는 단계;

2) 측정된 설비의 압력을 전송하고 설정된 안전 로직(safety logic)에 따라 상기 압축 가스가 도입되는 배관에 마련된 밸브를 폐쇄하여 상기 압축 가스의 도입을 차단하는 단계; 및

3) 상기 설비로 불활성 가스를 공급하여 상기 설비의 압력을 높이는 단계를 포함하는 가스 배관 시스템을 통한 저온 현상 방지 방법이 제공된다.

본 발명의 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템은, 저온 현상 방지부에서 압축 가스 도입 설비의 내부 압력과 압축 가스의 차압에 따라 압축 가스가 공급되는 것을 차단하고 불활성 가스로 선가압(pre-pressurization)함으로써, 줄 톰슨 효과에 의한 저온 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템의 개념을 개략적으로 도시한다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템은, 가스 배관 시스템에 있어서, 압축 가스가 이송되는 메인 라인(ML)과, 메인 라인(ML)으로 이송된 압축 가스를 공급받는 압축 가스 도입 설비(100)와, 압축 가스 도입 설비(100)의 내부 압력과 압축 가스의 차압에 따라 압축 가스가 공급되는 것을 차단하고 선가압(pre-pressurization)하는 저온 현상 방지부(200)를 포함한다.

저온 현상 방지부(200)는 압축 가스 도입 설비(100)의 내부 압력을 측정하여 압축 가스가 압축 가스 도입 설비(100)로 도입되는 것을 차단하고 압축 가스 도입 설비(100)를 불활성 가스로 선 가압함으로써 압축 가스 도입 설비(100)에서 줄 톰슨 효과에 의한 저온 현상을 방지할 수 있다.

줄 톰슨 효과란, 기체를 단열된 좁은 관(細孔) 등 저항이 있는 곳을 통하게 하고 외부와의 열교환을 차단하여 팽창시킬 때 압력 강하와 함께 온도 변화가 일어나는 것을 말한다. 이때 관을 통과하기 전과 후의 엔탈피는 같지만 분자 간의 상호작용으로 인해 온도 변화가 발생하는데, 수소를 제외한 다른 기체들은 일반적으로 온도가 저하된다. 이러한 줄 톰슨 효과에 의한 기체의 냉각은 에어컨이나 냉장고 등 냉매의 냉각과 공기 액화 등에 이용되기도 한다.

그러나 본 실시예가 적용되는 압축 가스 도입 설비(100)에서는 기체의 냉각을 의도하는 것이 아니므로, 압축 가스 도입 설비(100)가 초기 가동될 때나 가동 중단 이후 재가동시에 압축 가스 도입 설비(100) 내부 압력이 낮아 도입되는 압축 가스와의 차압에 의해 발생할 수 있는 줄 톰슨 효과에 의한 저온 현상을 방지할 필요가 있다.

저온 현상으로 압축 가스가 과도하게 냉각되면 저온에 의해 압축 가스 도입 설비(100)의 내구성에 문제를 초래할 수 있으므로, 이러한 문제를 방지하기 위해 압축 가스 도입 설비(100)와 배관들을 스테인리스 스틸이나 티타늄 등 저온에 대한 내구성을 갖춘 소재로 제작해야만 하고, 이는 결국 시스템 설치 및 관리 비용 증가로 이어진다.

본 실시예는 이러한 문제의 원인이 되는 저온 현상을 방지할 수 있도록 저온 현상 방지부(200)를 구성함으로써, 고가의 저온 재질 소재를 적용할 필요가 없어 비용을 절감할 수 있고, 급격한 저온화에 따른 설비와 배관의 변형이나 파손 등을 방지할 수 있게 한다.

본 실시예가 적용되는 압축 가스 도입 설비(100)는 일 예로, 해상 또는 육상에서 원유를 채취하여 분리하고 분리된 Gas를 다단(Multi-stage) Gas Compressor를 거쳐 1차 Gas 저장소로 옮기는 공정이 이루어지는 설비일 수 있다.

본 실시예의 저온 현상 방지부(200)는 메인 라인(ML)에 마련되는 제1 셧 다운 밸브(210)와, 압축 가스 도입 설비(100)에 불활성 가스를 공급하여 선가압하는 선가압부(220)와, 압축 가스 도입 설비(100)의 내부 압력을 측정하여 압축 가스 도입 설비(100)로 압축 가스의 도입과 불활성 가스의 도입을 조절하는 압력 제어부(230)를 포함할 수 있다.

우선 압축 가스 도입 설비(100)와 배관 등 시스템 구성부분들의 소재에 따라 어느 정도의 온도 저하까지 견딜 수 있는지를 산출해 두고, 이때의 압축 가스 도입 설비(100)의 내부 압력과 도입되는 압축 가스의 압력차를 set point로 설정한다.

set point를 넘는 차압이 발생하면 압력 제어부(230)의 제어하에 제1 셧 다운 밸브(210)로 메인 라인(ML)을 차단하고, 선가압부(220)를 통해 불활성 가스를 압축 가스 도입 설비(100)에 공급하여 선가압한다. 선가압은 set point에 도달할 때까지 이루어진다.

저온 향상 방지부는 압축 가스가 메인 라인(ML)의 구간 중 적어도 일부를 우회하여 메인 라인(ML)으로 도입되도록 메인 라인(ML)에 마련되는 바이패스 라인(240)과, 바이패스 라인(240)에 마련되는 제2 셧 다운 밸브(250)를 더 포함할 수 있다.

바이패스 라인(240)을 통해 압축 가스를 메인 라인(ML)의 일부를 우회시킴으로써, 압축 가스가 급격히 저압인 압축 가스 도입 설비(100)로 도입되는 것을 방지하고, 압축 가스 도입 설비(100)가 서서히 가압되도록 한다.

압력 제어부(230)는 압축 가스 도입 설비(100)의 내부 압력을 측정하여 전송하는 압력 센서(231)와, 압력 센서(231)로부터 압축 가스 도입 설비(100)의 내부 압력 값을 전송받아, 설정된 안전 로직(safety logic)에 따라 압축 가스와 불활성 가스의 도입을 제어하는 컨트롤러(232)를 포함할 수 있다.

컨트롤러(232)에서는 압력 센서(231)에서 측정된 압축 가스 도입 설비(100)의 내부 압력 값을 전송받아 압축 가스와의 차압이 설정해둔 set point를 넘어서면 안전 로직(safety logic)에 따라 제1 셧 다운 밸브(210) 및 제2 셧 다운 밸브(250)를 폐쇄하여 메인 라인(ML)과 바이패스 라인(240)을 차단하고, 선가압부(220)를 통해 불활성 가스를 압축 가스 도입 설비(100)로 도입시킨다.

선가압부(220)는 압축 가스 도입 설비(100)로 불활성 가스를 공급하는 선가압 라인(221)과, 선가압 라인(221)에 마련되어 불활성 가스의 공급을 차단하는 볼 밸브(222)를 포함할 수 있다.

압력 센서(231)로 내부 압력을 계속해서 측정하면서 선가압 라인(221)을 통해 set point에 도달할 때까지 불활성 가스를 압축 가스 도입 설비(100)로 공급한다. 불활성 가스에 의해 압축 가스 도입 설비(100)의 내부 압력이 상승하여 set point에 도달하였음이 감지되면 컨트롤러(232)는 볼 밸브(222)를 차단하여 불활성 가스의 공급을 중단하고, 메인 라인(ML)과 바이패스 라인(240)을 통해 압축 가스를 압축 가스 도입 설비(100)로 도입시킨다.

선가압부(220)는 선가압 라인(221)에 마련되어 불활성 가스의 역류를 방지하는 체크 밸브(223)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 불활성 가스는 질소(Ｎ₂)를 포함할 수 있다.

1) 압축 가스가 도입될 설비의 압력을 측정하는 단계;

2) 측정된 설비의 압력을 전송하고 설정된 안전 로직(safety logic)에 따라 압축 가스가 도입되는 배관에 마련된 밸브를 폐쇄하여 압축 가스의 도입을 차단하는 단계; 및

3) 설비로 불활성 가스를 공급하여 설비의 압력을 높이는 단계를 포함하는 가스 배관 시스템을 통한 저온 현상 방지 방법이 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예의 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템은 set point를 설정해 두고, 압축 가스 도입 설비(100)의 내부 압력을 측정하여 압축 가스의 차압에 따라 압축 가스가 공급되는 것을 차단하고 불활성 가스로 선가압(pre-pressurization)함으로써, 줄 톰슨 효과에 의한 저온 현상을 방지할 수 있다.

이와 같이 저온 현상을 방지할 수 있도록 가스 배관 시스템을 구성함으로써, 시스템에 고가의 저온 재질 소재를 적용할 필요가 없어 비용을 절감할 수 있어 경제적이다. 또한 급격한 저온화에 따른 설비와 배관의 변형이나 파손 등을 방지할 수 있어 시스템의 관비 비용도 절감할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

ML: 메인 라인
100: 압축 가스 도입 설비
200: 저온 현상 방지부
210: 제1 셧 다운 밸브
220: 선가압부
221: 선가압 라인
222: 볼 밸브
223: 체크 밸브
230: 압력 제어부
231: 압력 센서
232: 컨트롤러
240: 바이패스 라인
250: 제2 셧 다운 밸브

Claims

가스 배관 시스템에 있어서,
압축 가스가 이송되는 메인 라인;
상기 메인 라인으로 이송된 압축 가스를 공급받는 압축 가스 도입 설비; 및
상기 압축 가스 도입 설비의 내부 압력과 압축 가스의 차압에 따라 상기 압축 가스가 공급되는 것을 차단하고 선가압(pre-pressurization)하는 저온 현상 방지부를 포함하는 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 저온 현상 방지부는 상기 압축 가스 도입 설비의 내부 압력을 측정하여 상기 압축 가스가 상기 압축 가스 도입 설비로 도입되는 것을 차단하고 상기 압축 가스 도입 설비를 불활성 가스로 선 가압함으로써 상기 압축 가스 도입 설비에서 줄 톰슨 효과에 의한 저온 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 저온 현상 방지부는
상기 메인 라인에 마련되는 제1 셧 다운 밸브;
상기 압축 가스 도입 설비에 불활성 가스를 공급하여 선가압하는 선가압부; 및
상기 압축 가스 도입 설비의 내부 압력을 측정하여 상기 압축 가스 도입 설비로 상기 압축 가스의 도입과 상기 불활성 가스의 도입을 조절하는 압력 제어부를 포함하는 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 저온 향상 방지부는
상기 압축 가스가 상기 메인 라인의 구간 중 적어도 일부를 우회하여 상기 메인 라인으로 도입되도록 상기 메인 라인에 마련되는 바이패스 라인; 및
상기 바이패스 라인에 마련되는 제2 셧 다운 밸브를 더 포함하는 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 압력 제어부는
상기 압축 가스 도입 설비의 내부 압력을 측정하여 전송하는 압력 센서; 및
상기 압력 센서로부터 상기 압축 가스 도입 설비의 내부 압력 값을 전송받아, 설정된 안전 로직(safety logic)에 따라 상기 압축 가스와 상기 불활성 가스의 도입을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 선가압부는
상기 압축 가스 도입 설비로 상기 불활성 가스를 공급하는 선가압 라인; 및
상기 선가압 라인에 마련되어 상기 불활성 가스의 공급을 차단하는 볼 밸브를 포함하는 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템.
제 6항에 있어서, 상기 선가압부는
상기 선가압 라인에 마련되어 상기 불활성 가스의 역류를 방지하는 체크 밸브를 더 포함하는 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템.
제 3항에 있어서,
상기 불활성 가스는 질소(Ｎ₂)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 현상 방지를 위한 가스 배관 시스템.
압축 가스가 도입되는 설비의 저온 현상 방지 방법에 있어서,
1) 상기 압축 가스가 도입될 설비의 압력을 측정하는 단계;
2) 측정된 설비의 압력을 전송하고 설정된 안전 로직(safety logic)에 따라 상기 압축 가스가 도입되는 배관에 마련된 밸브를 폐쇄하여 상기 압축 가스의 도입을 차단하는 단계; 및
3) 상기 설비로 불활성 가스를 공급하여 상기 설비의 압력을 높이는 단계를 포함하는 가스 배관 시스템을 통한 저온 현상 방지 방법.