KR20140145236A - 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치 - Google Patents

Abstract

해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치는 해양 플랜트(Offshore Plant)에서 채취된 천연가스에 포함된 수분을 제거하기 위한 열교환 장치로서 내부에 삽입된 열교환기를 가지는 본체; 상기 본체에 수분이 포함된 천연가스가 유입되는 제1 유입구; 상기 본체 내부에 설치되고 상기 천연가스에 포함된 수분이 본체 내부에서 고압으로 분사될 때 동결되지 않도록 동결 방지액이 분사되는 분사부; 상기 천연가스와 동결 방지액이 혼합된 상태로 상기 본체를 경유하여 기체 상태의 천연가스와 액체 상태의 수분이 분리되는 세퍼레이터로 이동되도록 형성된 제1 배출구; 상기 제1 배출구와 이웃하여 배치되고 상기 세퍼레이터를 통해 수분이 제거된 천연가스가 본체 내부로 유입되도록 형성된 제2 유입구; 상기 제1 유입구와 이웃하여 배치되고 상기 제2 유입구를 통해 분사된 천연가스가 상기 열교환기와 열교환된 후에 외부로 배출되는 제2 배출구를 포함한다.

Description

해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치{Natural Gas Heat Exchanger for Offshore Plant}

본 발명은 천연가스에 포함된 수분을 정제하여 순도가 우수한 상태의 천연가스를 생산하기 위해 사용되는 열교환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치에 관한 것이다.

일반적으로 천연가스나 원유는 육상 또는 해상의 가스배관을 통하여 운반되거나 액화된 천연가스 내지는 원유 상태로 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 천연가스나 원유의 시추가 해상에서 이루어지는 경우 일시적으로 저장을 하거나 그 처리를 위한 해양구조물인 FPSO(Floating Production, Storage and Offloading)의 사용이 빈번해지고 있다.

FPSO선박은 시추선에서 포집된 가스나 원유를 받아서 운송선이나 파이프라인을 통하여 운송하기 전에 처리하고, 저장하는 시설을 의미한다. 한편, 가스나 원유의 처리는 하지 않고 일시적으로 저장만 하는 경우에는 FSU(Floating Storage Unit)라고 부른다. FPSO의 디자인 형태는 그 설치위치에 따라 결정될 수 있는데, 잔잔한 해역에서는 Converted oil tanker라 불리우는 비교적 간단한 형태의 모양이 제작될 수 있고, 파랑이 심한 해역에서는 Purposedbuilt라 불리우는 비교적 복잡한 형태의 모양으로 제작될 수 있다.

이와 같이 사용되는 FPSO 선박에서는 해저 지층에서 천연가스를 뽑아 올린 후에 열교환기를 통해 천연가스에 포함된 수분을 제거시켜 사용된다. 그러나 종래에는 상기 열교환기 및 부속 설비가 복잡해지면서 FPSO 선박의 복잡한 레이아웃을 만족하기 어려운 문제점이 야기되었다.

대한민국 등록특허 제10-0758501호 (등록일: 2007년09월07일)

본 발명의 실시 예들은 해양 플랜트(Offshore Plant)에서 채취된 천연가스에 포함된 수분을 제거하는 열교환 장치를 제공하되, 협소한 해양 플랜트 설비의 레이 아웃을 고려하여 상기 열교환 장치의 내측에 분사부를 내장시켜 사용할 수 있으므로 전체적인 크기가 컴팩트해진 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해양 플랜트(Offshore Plant)에서 채취된 천연가스에 포함된 수분을 제거하기 위한 열교환 장치로서 내부에 삽입된 열교환기를 가지는 본체; 상기 본체에 수분이 포함된 천연가스가 유입되는 제1 유입구; 상기 본체 내부에 설치되고 상기 천연가스에 포함된 수분이 본체 내부에서 고압으로 분사될 때 동결되지 않도록 동결 방지액이 분사되는 분사부; 상기 천연가스와 동결 방지액이 혼합된 상태로 상기 본체를 경유하여 기체 상태의 천연가스와 액체 상태의 수분이 분리되는 세퍼레이터로 이동되도록 형성된 제1 배출구; 상기 제1 배출구와 이웃하여 배치되고 상기 세퍼레이터를 통해 수분이 제거된 천연가스가 본체 내부로 유입되도록 형성된 제2 유입구; 상기 제1 유입구와 이웃하여 배치되고 상기 제2 유입구를 통해 분사된 천연가스가 상기 열교환기와 열교환된 후에 외부로 배출되는 제2 배출구를 포함한다.

상기 본체에는 상기 제1 유입구의 내측으로 소정의 길이로 연장되고 상기 분사부와 서로 다른 방향으로 배치된 연장관이 삽입된 것을 특징으로 한다.

상기 연장관은 상기 본체의 내측 단부 중앙을 향해 직각으로 밴딩된 것을 특징으로 한다.

상기 분사부에서 배출되는 동결 방지액은 모노에틸렌글리콜(Mono Ethylene Glycol)인 것을 특징으로 한다.

상기 분사부는 상기 열교환기의 전면에 마주보며 배치되고 링 형태로 이루어진 제1 분사부; 상기 제1 분사부 사이에 양단이 연결된 제2 분사부; 상기 제1,2 분사부에 설치된 노즐을 포함한다.

본 발명의 실시 예들은 천연가스를 정제할 때 함께 추출되는 수분을 모두 제거하여 순도가 우수한 상태의 천연가스를 생산할 수 있으며, 해양 플랜트 설비의 복잡한 레이아웃을 만족시켜 작업자의 작업성 향상과 설비 단순화를 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치를 부분적으로 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치의 열교환기와 분사부 및 연장관을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치에 구비된 노즐을 도시한 측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치에 구비된 연장관을 통해 열교환기로 천연가스가 방사 형태로 이동되는 상태를 도시한 시뮬레이션 상태도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 첨부된 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치를 부분적으로 도시한 사시도이다.

첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치(1)는 해양 플랜트(Offshore Plant)에서 채취된 천연가스에 포함된 수분을 제거하기 위한 열교환 장치로서 내부에 삽입된 열교환기를 가지는 본체(100)와, 상기 본체(100)에 수분이 포함된 천연가스가 유입되는 제1 유입구(102)와, 상기 본체(100) 내부에 설치되고 상기 천연가스에 포함된 수분이 본체(100) 내부에서 고압으로 분사될 때 동결되지 않도록 동결 방지액이 분사되는 분사부(110)와, 상기 천연가스와 동결 방지액이 혼합된 상태로 상기 본체(100)를 경유하여 기체 상태의 천연가스와 액체 상태의 수분이 분리되는 세퍼레이터(S)로 이동되도록 형성된 제1 배출구(103)와, 상기 제1 배출구(103)와 이웃하여 배치되고 상기 세퍼레이터(S)를 통해 수분이 제거된 천연가스가 본체(100) 내부로 유입되도록 형성된 제2 유입구(104) 및 상기 제1 유입구(102)와 이웃하여 배치되고 상기 제2 유입구(104)를 통해 분사된 천연가스가 상기 열교환기(101)와 열교환된 후에 외부로 배출되는 제2 배출구(105)를 포함한다.

본 발명에 의한 열교환 장치(1)의 가장 큰 기술적 특징은 동결 방지액이 분사되는 분사부(110)가 본체(100)의 외측에 별도로 배치되지 않고 상기 본체(100)의 내측에 삽입된 상태로 설치됨으로써 해양 플랜트 선박의 협소한 레이 아웃을 최대한 고려하여 설치가 이루어질 수 있는 특징을 가지고 있다.

본체(100)는 소정의 직경으로 이루어진 관 형태로 형성되고 내부 길이 방향에 열교환기(101)가 설치된다. 상기 열교환기(101)는 관형 열교환기가 설치되나 상기 타입으로 반드시 한정하지 않고 다른 형태로 변경될 수 있다. 본체(100)는 도면에 도시된 형태로 제작된 후에 각각 연결되고 도면 기준으로 상측에는 제1 유입구(102)와 제2 배출구(105)가 형성되고, 하측으로 제1 배출구(103)와 제2 유입구(104)가 형성된다. 관형 열교환기는 소정의 직경으로 이루어진 수 백개의 파이프가 하나의 군으로 집합된 열교환기로서 관 내부로 천연가스가 유입된 후에 이동되면서 열교환이 이루어진다.

제1 유입구(102)는 해저에서 채취한 정제되기 이전의 수분이 포함된 천연가스가 공급되고, 상기 제1 유입구(102)의 내측을 향해 소정의 길이로 연장되고 상기 분사부(110)와 서로 다른 방향으로 배치된 연장관(200)이 삽입된다.

연장관(200)은 제1 유입구(102)를 통해 공급된 정제되기 이전의 천연가스가 본체(100)의 내측을 향해 안정적으로 이동되기 위해 설치되고, 상기 본체(100)의 내측 단부 중앙을 향해 직각으로 밴딩된다.

상기 연장관(200)이 이와 같이 밴딩되는 이유는 연장관(200)을 통해 분사되는 천연가스의 분사 압력이 90bar 이상의 고압 상태로 분사되기 때문에 상기 열교환기(101)와 안정적인 열교환이 이루어지지 않을 수 있기 때문이다. 또한 열교환기(101)를 향해 직선 상태로 배출되는 것보다는 와류 형태로 사방으로 확산된 후에 상기 열교환기(101)와 열교환을 실시하는 것이 열교환에 따른 효율이 증가하기 때문에 상기 연장관(200)의 단부가 본체(100)의 내측 단부 중앙을 향해 밴딩된 형태로 설치된다.

첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하면, 분사부(110)는 천연가스에 포함된 수분이 열교환 장치(1) 내부에서 동결되는 것을 방지하는 일종의 부동액으로서 모노에틸렌글리콜(Mono Ethylene Glycol)이 사용되나 이와 유사한 동결 방지 기능을 가지는 다른 액체가 사용될 수 있음을 밝혀둔다.

분사부(110)는 모노에틸렌글리콜(Mono Ethylene Glycol)을 열교환기(101)를 향해 분사하기 위해 본체(100) 내부에 설치되며, 도면에 도시된 바와 같이 열교환기(101)의 전면에 마주보며 배치되고 링 형태로 이루어진 제1 분사부(112)와, 상기 제1 분사부(112) 사이에 양단이 연결된 제2 분사부(114)와, 상기 제1,2 분사부(112,114)에 설치된 노즐(116)을 포함한다. 제1 분사부(112)는 공급관(10)을 통해 동결 방지액을 공급받아 노즐(116)을 통해 분사된다.

제2 분사부(116)는 양단이 상기 제1 분사부(112)와 각각 연통된 형태로 다수개가 배치되고 상기 열교환기(101)를 향해 다수개의 노즐(116)이 배치된다.

분사부(110)가 이와 같이 배치되는 이유는 노즐(116)을 통해 다량의 동결 방지액이 분사될 때 상기 열교환기(101)의 외측면의 특정 영역에 편중되지 않고 골고루 분산된 상태로 동결 방지액을 분사시켜 연장관(200)을 통해 배출된 다량의 천연가스와의 안정적인 혼합을 가능하게 하기 위해서이다.

참고로 본 실시 예에서는 제2 분사부(114)까지 설치된 것으로 도시하였으나 추가적인 분사부가 설치되는 것도 가능함을 밝혀둔다.

노즐(116)은 상기 열교환기(101)를 바라보도록 배치되지 않고 단부가 분사부(110)를 바라보도록 밴딩되고, 상기 노즐(116)에서 분사된 동결 방지액이 확산되도록 확산부(116a)를 포함한다.

상기 확산부(116a)는 소정의 각도로 경사진 형태로 형성되어 상기 노즐(116)에서 분사된 동결 방지액이 화살표로 도시된 바와 같이 상기 확산부(116a)에 반사되어 사방으로 분산된 후에 열교환기(101)를 향해 이동되므로 상기 열교환기(101)를 향해 노즐(116)을 배치하는 경우보다 상기 확산부(116a)를 이용하여 동결 방지액을 분사시킬 경우보다 넓은 방사각을 가지고 동결 방지액이 분사된다. 본 실시 예에 의한 분사부(110)는 제1 유입구(102) 하측과 A위치(도 1 참조)에 각각 이격되어 설치된다.

제1 배출구(103)는 후처리 장치인 세퍼레이터(S)로 동결 방지액이 혼합된 천연가스가 공급되기 위해 형성되고, 상기 세퍼레이터(S)에 공급된 천연가스 중에 포함된 수분과 동결 방지액은 가스 상태인 천연가스와 분리되어 별도의 탱크로 회수되고 수분이 제거된 천연가스만 제2 유입구(104)를 통해 이동된다.

상기 제2 유입구(104)로 공급된 천연가스는 수분이 제거된 상태이기는 하나 상대적으로 영하의 온도를 가지고 있는 상태이므로 상온으로 승온시키기 위해 열교환기(101)로 재공급되어 열교환이 이루어진 후에 제2 배출구(105)를 통해 별도의 저장탱크(미도시) 또는 배관(미도시)을 통해 천연가스 수용부(미도시)로 공급된다.

첨부된 도 5를 참조하면, 천연가스가 연장관(200)을 통해 본체(100)의 내측 단부를 향해 분사되는 상태에 대한 시뮬레이션을 실시할 경우 천연가스는 본체(100)의 내측 단부를 향해 배출된 후에 특정 방향으로 치우치지 않고 방사 형태로 분산된 후에 분사부(110)를 향해 이동되는 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 본체
101 : 열교환기
102 : 제1 유입구
103 : 제1 배출구
104 : 제2 유입구
105 : 제2 배출구
110 : 분사부
112, 114 : 제1,2 분사부
116 : 노즐
200 : 연장관

Claims (5)

1. 해양 플랜트(Offshore Plant)에서 채취된 천연가스에 포함된 수분을 제거하기 위한 열교환 장치로서,
   상기 열교환 장치는,
   내부에 삽입된 열교환기를 가지는 본체;
   상기 본체에 수분이 포함된 천연가스가 유입되는 제1 유입구;
   상기 본체 내부에 설치되고 상기 천연가스에 포함된 수분이 본체 내부에서 고압으로 분사될 때 동결되지 않도록 동결 방지액이 분사되는 분사부;
   상기 천연가스와 동결 방지액이 혼합된 상태로 상기 본체를 경유하여 기체 상태의 천연가스와 액체 상태의 수분이 분리되는 세퍼레이터로 이동되도록 형성된 제1 배출구;
   상기 제1 배출구와 이웃하여 배치되고 상기 세퍼레이터를 통해 수분이 제거된 천연가스가 본체 내부로 유입되도록 형성된 제2 유입구; 및
   상기 제1 유입구와 이웃하여 배치되고 상기 제2 유입구를 통해 분사된 천연가스가 상기 열교환기와 열교환된 후에 외부로 배출되는 제2 배출구를 포함하는 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 본체에는,
   상기 제1 유입구의 내측으로 소정의 길이로 연장되고 상기 분사부와 서로 다른 방향으로 배치된 연장관이 삽입된 것을 특징으로 하는 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 연장관은,
   상기 본체의 내측 단부 중앙을 향해 직각으로 밴딩된 것을 특징으로 하는 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 분사부에서 배출되는 동결 방지액은 모노에틸렌글리콜(Mono Ethylene Glycol)인 것을 특징으로 하는 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 분사부는,
   상기 열교환기의 전면에 마주보며 배치되고 링 형태로 이루어진 제1 분사부;
   상기 제1 분사부 사이에 양단이 연결된 제2 분사부;
   상기 제1,2 분사부에 설치된 노즐을 포함하는 해양 플랜트용 천연가스 열교환 장치.

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