KR20150001260U - 부분 재액화 공정 테스트 장치 - Google Patents

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Abstract

부분 재액화 공정 테스트 장치가 개시된다. 본 고안은, 선박 또는 해상 구조물에 마련된 액화가스 저장탱크로부터 발생하여 압축시킨 증발가스를, 압축 이전의 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기와, 상기 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 감압하는 팽창수단과, 상기 팽창수단에서 감압된 상기 증발가스를 기액분리하는 기액분리기를 포함하는 부분 재액화 공정장치의 성능과 품질을 테스트할 수 있는 간단하고 경제적인 장치에 관한 것이다.
본 고안 장치는, 열교환기로 연결되어 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 상기 열교환기로 공급하는 고압가스 공급부; 상기 열교환기로 연결되며, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 기화시켜, 상기 고압가스 공급부로부터 공급되는 압축 및 기화된 가스와 열교환될 가스를 상기 열교환기로 공급하는 저압가스 공급부; 및 상기 부분 재액화 공정장치의 기액분리기 하단으로 연결되어 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 액화가스를 회수하는 액화가스 회수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

부분 재액화 공정 테스트 장치{Test Apparatus Of Partial Reliquefaction Process System}
본 고안은 부분 재액화 공정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 고압가스 공급부에서 압축 및 기화시켜 열교환기로 공급하고, 저압가스 공급부에서 기화된 가스의 일부를 열교환기로 공급하여, 액화가스의 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하는 부분 재액화 공정장치의 성능을 테스트할 수 있는 장치에 관한 것이다.
근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
예를 들어 액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162 ℃의 극저온이므로, LNG는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 LNG 운반선의 LNG 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 LNG 수송과정에서 LNG 저장탱크 내에서는 지속적으로 LNG가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.
BOG는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 BOG를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 BOG의 처리를 위해, BOG를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, BOG를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
등록특허공보 제10-1356003호(2014.01.21.) 등록특허공보 제10-1289212호(2013.07.17.) 등록특허공보 제10-1380427호(2014.03.26.)
본 출원인은 2013년 7월 10일에 출원번호 제10-2013-0081029호로 증발가스를 냉각 유체로 이용하여 증발가스 자체의 냉열을 이용하는 재액화 장치에 대해 제안하였다. 제10-2013-0081029호의 특허로 제안된 부분재액화장치(PRS; Partial Re-liquefaction System)는 저장탱크 외부로 배출된 증발가스를 증발가스 자체를 냉매로 이용하여 재액화시키는 장치로서, 가격이 비싼 재액화 장치를 별도로 설치하지 않고도 증발가스를 재액화할 수 있어, 액화천연가스 저장탱크의 전체적인 자연기화율(BOR; Boil-off Rate)을 효율적으로 감소시킬 수 있는 획기적인 기술로 평가받고 있다.
도 1은 본 출원인의 출원번호 제10-2013-0081029호 고안의 재액화장치에 대한 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하여 재액화장치에서 증발가스를 재액화시키는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는 다수개의 압축기(30)와 인터쿨러(미도시)를 포함하는 다단 압축기를 통해 압축될 수 있다. 도 1에 도시된 압축기에서는 다섯 개의 압축기(30)를 통과하면서 다섯 단계의 압축 및 냉각이 번갈아 이루어지며 압축된다. 압축과정을 모두 거친 증발가스의 일부는 고압의 연료를 필요로 하는 고압 연료 소비처(E1), 예를 들어 ME-GI 엔진과 같은 고압 엔진으로 보내지고, 압축된 가스의 잔량은 열교환기(20)로 보낸다. 다단 압축과정을 거쳐 열교환기(20)로 공급된 증발가스(A라인)는 저장탱크(10)로부터 배출되어 압축기로 도입될 증발가스(B라인)와 열교환기(20)에서 열교환하게 된다. 압축과정을 통해 증발가스의 온도가 높아지므로 이러한 압축된 증발가스를 냉각시키는 냉매로서, 저장탱크(10)로부터 배출된 압축 전의 증발가스를 이용하는 것이다.
압축 후 열교환기(20)에서 열교환을 통해 냉각된 증발가스(C라인)는 감압장치(40)에서 감압된다. 열교환기(20) 및 감압장치(40)를 통과하면서 압축된 증발가스의 적어도 일부가 재액화된다. 기액분리기(50)에서는 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하여 재액화된 증발가스는 저장탱크(10)로 돌려보내고, 기체 상태로 남아 있는 증발가스(D라인)는 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스(B라인)와 함께 다시 열교환기(20)로 보낸다.
선박 등에 다단 압축기 모두를 통과한 가스보다 저압의 가스를 공급받는 저압 연료소비처가 있는 경우에는, 다단 압축기 중 일부만을 거친, 예를 들어 다섯 개의 압축기(30) 중 세 개의 압축기를 가스 일부를 이러한 저압 연료 소비처(E2)에 연료로 공급할 수 있다. 또한, 저장탱크(10)로부터의 증발가스 발생량이 많아 고압 및 저압 연료소비처의 연료로 공급하고, 부분재액화장치에 의해 재액화시킨 후에도 남는 경우에는, 배출(Vent)시키거나 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit)로 보내 소각시킨다.
이러한 본 출원인의 선행고안은 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있는 장치인데, 이러한 장치를 구성하기 위해서는 고가의 압축기 등이 구성되므로 설비비용이 높고, 일단 선박 등에 설치되면 길게는 수십 년의 기간에 걸쳐 운용된다. 또한 선박이나 해상 구조물에 설치되므로 육상의 시설에 비해 장치 이상이 발생한 경우에도 수리나 유지보수 작업이 까다롭다.
따라서 장치를 설계 및 제작한 후, 시험 단계에서 충분한 성능 테스트를 통해 설비의 정상 작동 여부와 품질을 확인하고 검증해야 한다. 이러한 설비를 테스트하기 위해서는 공정장치로 공급되는 증발가스의 공급 조건에 맞추어 가스를 공급하여야 한다. 그러나 현재까지 이러한 장치의 성능을 테스트할 수 있는 공지된 기술은 없다.
본 고안은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 부분 재액화 공정장치의 성능과 품질을 테스트할 수 있는 간단하고 경제적인 장치를 제안하고자 한다.
본 고안의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물에 마련된 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하여, 상기 증발가스와 열교환시켜 부분 재액화하는 부분 재액화 공정장치를 테스트하는 장치에 있어서,
상기 부분 재액화 공정장치는, 상기 액화가스 저장탱크로부터 발생하여 압축시킨 증발가스를, 압축 이전의 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기와, 상기 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 감압하는 팽창수단과, 상기 팽창수단에서 감압된 상기 증발가스를 기액분리하는 기액분리기를 포함하고,
상기 열교환기로 연결되어 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 상기 열교환기로 공급하는 고압가스 공급부;
상기 열교환기로 연결되며, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 기화시켜, 상기 고압가스 공급부로부터 공급되는 압축 및 기화된 가스와 열교환될 가스를 상기 열교환기로 공급하는 저압가스 공급부; 및
상기 부분 재액화 공정장치의 기액분리기 하단으로 연결되어 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 액화가스를 회수하는 액화가스 회수부를 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치가 제공된다.
바람직하게는 고압가스 공급부는, 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 열교환기의 상류로 연결되는 고압가스 공급라인과, 상기 고압가스 공급라인에 마련되며 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 액화가스를 공급받아 압축하는 압축펌프와, 상기 고압가스 공급라인에 마련되며 상기 압축펌프에서 압축된 상기 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축펌프는 복수의 펌프를 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게는 상기 저압가스 공급부는, 상기 기화기의 하류에서 상기 고압가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 열교환기로 연결되는 저압가스 공급라인과, 상기 저압가스 공급라인에 마련되어 압축 및 기화된 가스를 감압하는 감압기를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 고압가스 공급부는, 상기 기화기의 하류에 마련되는 제1 유량계와, 상기 고압가스 공급라인에서 상기 저압가스 공급라인의 분기지점에 마련되는 유량조절밸브를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 저압가스 공급부는, 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 열교환기로 연결되는 저압가스 공급라인과, 상기 저압가스 공급라인에 마련되는 공급펌프와, 상기 공급펌프에서 이송되는 상기 액화가스를 기화시키는 제2 기화기를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 저압가스 공급부는, 상기 압축펌프의 중간단에서 상기 고압가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 열교환기로 연결되는 저압가스 공급라인과, 상기 저압가스 공급라인에 마련되어 상기 액화가스를 기화시키는 제2 기화기를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 액화가스 회수부는, 상기 기액분리기의 하단으로부터 상기 액화가스 저장탱크로 연결되는 액화가스 회수라인과, 상기 액화가스 회수라인에 마련되어 상기 액화가스 저장탱크로 상기 액화가스를 이송하는 이송펌프를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 부분 재액화 공정장치의 상기 열교환기 하류에 연결되어 상기 저압가스 공급부로부터 상기 열교환기로 공급되어 열교환된 상기 가스를 배출하는 가스 배출라인을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가스 배출라인으로부터 상기 저압가스 공급부로 연결되어 상기 열교환 후 배출된 상기 가스를 상기 열교환기의 상류로 공급하는 가스순환라인과, 상기 가스순환라인에 마련되어 상기 가스를 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 액화가스 회수부는, 상기 액화가스 저장탱크와는 별도로 마련되는 액화가스 회수용 탱크 또는 드레인(drain) 장치로 연결되는 액화가스 회수라인을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 고압가스 공급부는, 상기 고압가스 공급라인의 제1 기화기 하류로부터 상기 가스 배출라인으로 연결되는 압축가스 배출라인과, 상기 압축가스 배출라인에 마련되는 배출 밸브를 더 포함하여, 상기 가스의 압축 압력 초과나 가스공급량 초과를 포함하는 비상시에 상기 가스를 상기 압축가스 배출라인으로 배출할 수 있다.
본 고안의 부분 재액화 공정 테스트 장치는, 부분 재액화 공정장치가 구동될 증발가스에 유사한 가스를 안정적으로 공급하여 장치의 성능 및 품질에 대한 충분한 테스트가 이루어질 수 있도록 한다. 이와 같이 본 고안 장치를 통해 부분 재액화 공정 장치의 성능을 충분히 검증함으로써, site에서 발생할 수 있는 문제를 예방할 수 있고, 충분한 성능 테스트를 통해 품질 개선 및 선주의 신뢰 확보에 기여할 수 있다.
또한 고가의 압축기나 가스 공급을 위한 별도의 저장탱크를 구성하지 않고 간단한 구성만으로 부분 재액화 공정장치의 성능을 시험할 수 있어 경제성이 높고, 전력소모도 적어 경제적으로 운용할 수 있는 장치를 제공한다.
특히 부분 재액화 공정장치의 성능 테스트 후 생성되는 액화가스는 저장탱크로 재저장하거나 회수용 탱크에 저장하여 회수할 수 있어, 액화가스의 낭비를 막아 시험용 가스 소비를 최소화하고, 경제성을 높일 수 있다. 이처럼 본 고안 장치는 테스트에 적용 시 번거롭지 않으며, 회수된 액화가스 및 열교환기로부터 배출되는 가스를 순환시킬 수 있어 에너지 낭비를 막을 수 있는 장점이 있다.
본 고안에서는 부분 재액화 공정 장치의 테스트 설비의 가스 용량이 최소화됨으로써 시설 설계 기준이 완화되어 인허가 과정을 간소화시킬 수도 있다.
또한 장치의 각 구성 부분을 플랜지 연결부위에 따라 패키지(Package) 단위로 구성하여 플랜지(flange) 연결하여 설치할 수 있으므로, 패키지 단위의 개선이 가능하고 상황 변화에 대해 신속하게 대응할 수 있다.
도 1은 본 출원인의 선행특허 재액화장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 고안의 제1 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 고안의 제2 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 고안의 제3 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 고안의 제4 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 고안의 제5 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 고안의 제6 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치를 개략적으로 도시한다.
본 고안과 본 고안의 동작상의 이점 및 본 고안의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 고안의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 고안을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
우선, 본 고안의 후술하는 증발가스 처리를 위한 부분 재액화 공정의 테스트를 위한 장치들은 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 즉 LNG 운반선, LEG(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다.
저장탱크에 저장되고 부분 재액화되는 액화가스는 가스를 저온에서 액화시켜 수송할 수 있는 모든 액체화물일 수 있으며, 예를 들어 LNG, LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG, 액화질소나, 에틸렌, 아세틸렌, 프로필렌 등과 같은 액화 석유화학 가스, 액화 이산화탄소, 액화 암모니아 등일 수 있다. 다만 후술하는 실시예들에서는 설명의 편의상 대표적인 저온 액체화물인 LNG를 예로 들어 설명한다.
본 고안의 제1 내지 제6 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치는, 액화가스 저장탱크(T)로부터 발생하는 증발가스의 부분 재액화 공정장치(PRS)를 테스트하기 위한 장치로써, 도 2부터 도 7에 각각 개략적으로 도시하였다.
제1 내지 제6 실시예에 따른 장치들은, 액화가스 저장탱크(T)에 저장된 액화가스를 고압가스 공급부에서 압축하여 기화시킨 고압가스를 열교환기(1010)로 공급하고, 저압가스 공급부에서 액화가스로부터 기화된 저압가스를 열교환기(1010)로 공급하여, 액화가스의 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하는 부분 재액화 공정장치(PRS)의 성능을 테스트할 수 있는 장치이다.
후술하는 시스템들을 통해 성능 및 품질을 테스트하게 되는 부분 재액화 공정장치(PRS)는 공통적으로, 액화가스 저장탱크(T)로부터 발생하여 압축시킨 증발가스를, 압축 이전의 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기(1010)와, 열교환기(1010)의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 증발가스를 감압하는 팽창수단(1020)과, 팽창수단(1020)에서 감압된 증발가스를 기액분리하는 기액분리기(1030)를 포함하여 구성된다. 팽창수단(1020)은 예를 들어 줄-톰슨 밸브나 팽창기(expander)일 수 있다. 기액분리기(1030)에서는 압축, 냉각 후 감압되면서 증발가스로부터 재액화된 액화가스를 분리하여 하단의 라인(L1)을 따라 저장탱크로 보내 재저장하고, 기체인 증발가스는 기액분리기(1030) 상부의 연결되는 라인(L2)을 통해 열교환기(1010)의 상류로 보내어, 저장탱크에서 발생한 미압축 증발가스와 함께 열교환기(1010)로 공급하게 된다.
각각의 실시예 장치에 관해 다음에서 상세하게 설명한다.
우선, 도 2에 도시된 본 고안의 제1 실시예의 부분 재액화 공정 테스트 장치(S1)는, 열교환기(1010)로 연결되어 상기 액화가스 저장탱크(T)에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 상기 열교환기(1010)로 공급하는 고압가스 공급부(100a)와, 열교환기(1010)로 연결되며, 액화가스 저장탱크(T)에 저장된 액화가스를 기화시켜, 고압가스 공급부(100a)로부터 공급되는 압축 및 기화된 가스와 열교환될 가스를 상기 열교환기(1010)로 공급하는 저압가스 공급부(200a)와, 부분 재액화 공정장치(PRS)의 기액분리기(1030) 하단으로 연결되어 기액분리기(1030)에서 분리된 액상의 액화가스를 회수하는 액화가스 회수부(300a)를 포함하여 구성된다.
고압가스 공급부(100a)는, 액화가스 저장탱크(T)로부터 열교환기(1010)의 상류로 연결되는 고압가스 공급라인(HLa)과, 고압가스 공급라인(HLa)에 마련되며 상기 액화가스 저장탱크(T)로부터 액화가스를 공급받아 압축하는 압축펌프(110a)와, 고압가스 공급라인(HLa)에 마련되며 압축펌프(110a)에서 압축된 상기 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기를 포함한다.
이러한 압축펌프(110a)는 복수의 펌프를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어 2개 혹은 3개의 펌프로 압축펌프(110a)를 구성하는 경우, 1단의 펌프는 액화가스를 저장탱크로부터 이송하는 역할을 하고, 2단 이후의 펌프는 이송된 액화가스를 압축하는 역할을 하도록 구성할 수 있다. 복수의 펌프로 압축펌프(110a)를 구성함으로써 개개의 펌프 용량을 낮출 수 있다.
액화가스가 메탄인 경우, 임계압력은 대략 55 bar 정도이므로, 압축펌프(110a)를 거쳐서 대략 100 ~ 300 bara로 가압되어 공급되고, 액화가스가 예를 들어 에탄(LEG)인 경우에는, 임계압력이 대략 45 bar 정도이므로, 압축펌프(110a)를 거쳐 대략 60 ~ 100 bara의 초임계 상태로 기화기로 공급될 수 있다. 부분 재액화 공정은 이와 같이 고압가스가 필요한데, 본래의 부분 재액화 공정장치(PRS)에서는 이러한 증발가스를 고압으로 압축하기 위해 압축기가 마련되지만, 고압 압축기는 매우 고가이며, 전력의 소모도 매우 많다. 따라서 본 실시예의 장치에서는 가스를 압축기로 압축하는 대신, 상대적으로 저가이며 전력 소모가 적은 압축펌프(110a)를 구성하였다. 즉, 액체 상태인 액화가스를 우선 압축펌프(110a)에서 압축한 후, 기화기로 공급하여 기화시켜 부분 재액화 공정장치(PRS)로 고압가스를 공급하도록 구성함으로써, 테스트 장치의 구성 및 운용 비용을 절감할 수 있도록 한다.
예를 들어 LNG로부터 기화시킨 증발가스를 100 내지 300 bara로 압축하기 위해 압축기에서 필요로 하는 전력이 약 2㎿인 반면, LNG를 압축펌프(110a)를 통해 그러한 압력으로 압축할 때 소비되는 전력은 약 100㎾에 불과하다. 이와 같이 증발가스를 압축하는 압축기 대신, 액체 상태에서 압축한 후 기화시켜 고압가스로 공급함으로써 본 실시예의 장치는 전력을 적게 소비하면서도, 효과적으로 부분 재액화 공정 장치를 테스트할 수 있다.
압축펌프(110a)를 거쳐 초임계 상태의 고압으로 압축된 액화가스는 기화기에서 기화되어, 부분 재액화 공정장치(PRS)의 열교환기(1010)로 공급된다. 다만 초임계 상태에서는 기체와 액체를 구분할 수 없으므로, '액화가스가 기화된다'라는 표현은 압축된 액화가스에 열에너지를 공급하여 온도를 높인다(또는, 밀도가 높은 초임계 상태에서 밀도가 낮은 초임계 상태로 변화한다)는 의미일 수 있다.
고압가스 공급부(100a)에서, 기화기의 하류에는 제1 유량계(130a)가 마련되어 부분 재액화 공정장치(PRS)로 공급되는 고압가스의 유량을 계측 확인할 수 있다.
한편, 본 실시예 장치에서는 저압가스 공급부(200a)에, 기화기의 하류에서 고압가스 공급라인(HLa)으로부터 분기되어 열교환기(1010)로 연결되는 저압가스 공급라인(LLa)과, 저압가스 공급라인(LLa)에 마련되어 압축 및 기화된 가스를 감압하는 감압기(210a)를 구성한다. 즉, 본 실시예에서는 부분 재액화 공정장치(PRS)의 열교환기(1010)에서 열교환될 저압가스를 공급하기 위해, 별도의 펌프 및 기화기를 구성하지 않고, 고압가스 공급부(100a)에서 압축펌프(110a)와 기화기를 거친 가스 중 일부를 분기시켜 이를 감압기(210a)로 감압하여 열교환기(1010)로 공급하도록 한다. 이처럼 본 실시예들의 장치를 통해 열교환기(1010)에는 이러한 부분 재액화 공정장치(PRS)에서 공급되는 압축된 고압가스 및 미압축된 저압가스와 유사한 모사가스 상태로 가스를 공급하여 테스트할 수 있다.
또한 증발가스 공급을 위한 탱크나 압축가스를 공급하기 위한 탱크를 필요로 하지 않고 간단한 구성만으로, 부분 재액화 공정의 성능을 테스트하기 위해 필요한 가스를 열교환기(1010)로 공급할 수 있도록 한다.
감압기(210a)는 100 내지 300 bara의 고압인 가스를 50 bar이하의 저압으로 감압하는 장치로, 예를 들어 팽창밸브(J-T Valve)나 팽창기(expander)일 수 있다.
고압가스 공급부(100a)에서, 고압가스 공급라인(HLa)에는 저압가스 공급라인(LLa)의 분기지점에 유량조절밸브(140a)가 마련되어, 고압가스 공급라인(HLa)과 저압가스 공급라인(LLa)으로 각각 공급되는 압축된 액화가스의 유량을 조절할 수 있다.
액화가스 회수부(300a)는, 기액분리기(1030)의 하단으로부터 액화가스 저장탱크(T)로 연결되는 액화가스 회수라인(RLa)과, 액화가스 회수라인(RLa)에 마련되어 액화가스 저장탱크(T)로 액화가스를 이송하는 이송펌프(320a)를 포함할 수 있다.
저압가스 공급라인(LLa)에는 열교환기(1010)로 공급되는 가스의 유량을 계측하는 제2 유량계(220a)가, 액화가스 회수라인(RLa)에는 액화가스 저장탱크(T)로 회수되는 액화가스의 유량을 계측하는 제3 유량계(310a)가 각각 마련된다.
부분 재액화 공정장치(PRS)의 열교환기(1010) 하류에는 가스 배출라인(VLa)이 연결되어, 저압가스 공급부(200a)의 저압가스 공급라인(LLa)을 통해 공급되어 열교환기(1010)에서 열교환을 거친 가스를 vent시키거나, GCU(Gas Conbustion Unit)로 보내 소각하여 처리할 수 있다.
본 실시예에서 부분 재액화 공정장치(PRS)로 연결되는 고압가스 공급부(100a), 저압가스 공급부(200a), 액화가스 회수부(300a) 및 가스 배출라인(VLa)은 이를 패키지화하여 장치를 구성할 수 있다. 패키지화된 각 구성부분과 부분 재액화 공정장치(PRS)의 각 연결 부분은 플랜지(F1a, F2a, F3a, F4a) 연결될 수 있다. 이와 같이 각각의 플랜지 연결 부분단위(F1a, F2a, F3a, F4a)로 패키지화하여 시스템을 구성하고 부분 재액화 공정장치(PRS)에 결합시킴으로써, 상황 변화에 신속하게 대응하도록 할 수 있고, 각각의 패키지별로 교체 및 유지보수 등이 가능하다. 부분 재액화 공정장치(PRS) 또한 하나의 Skid에 구성할 수 있다.
한편, 도 3에는 본 고안의 제2 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치(S2)를 개략적으로 도시하였다.
도 3에 도시된 본 제2 실시예의 장치에서는, 저압가스 공급부(200b)에, 액화가스 저장탱크(T)로부터 열교환기(1010)로 연결되는 저압가스 공급라인(LLb)과, 저압가스 공급라인(LLb)에 마련되는 공급펌프(230b)와, 공급펌프(230b)에서 이송되는 액화가스를 기화시키는 제2 기화기(240b)를 구성한다.
전술한 실시예에서는 압축 및 기화된 가스를 감압하여 열교환기(1010)로 저압가스를 공급하였으나, 본 실시예 장치에서는 이와 같은 구성을 통해 직접 액화가스 저장탱크(T)로부터 액화가스를 제2 기화기(240b)로 이송하여 열교환기(1010)에서 열교환될 저압가스를 기화시켜 공급한다. 전술한 실시예보다 제2 기화기(240b)가 추가됨으로써, 저압가스 공급라인(LLb)에 감압기(210a)를 마련할 필요가 없고, 고압가스 공급부(100b)의 압축펌프에서 고압으로 압축해야할 액화가스의 양이 적어지므로 압축펌프의 Load를 줄여 전기 소모를 절감할 수 있는 장점이 있다. 또한 100 내지 300 bara에 달하는 고압가스를 감압하는 대신, 바로 저압가스를 생성하므로 가스 압력의 조절이 용이하다.
본 실시예의 다른 구성은 전술한 제1 실시예와 공통되므로, 중복된 설명은 생략한다.
한편, 도 4에는 본 고안의 제3 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치(S3)를 개략적으로 도시하였다.
도 4에 도시된 본 제3 실시예의 장치에서는, 저압가스 공급부(200c)에, 압축펌프의 중간단에서 고압가스 공급라인(HLc)으로부터 분기되어 열교환기(1010)로 연결되는 저압가스 공급라인(LLc)과, 저압가스 공급라인(LLc)에 마련되어 액화가스를 기화시키는 제2 기화기(240c)를 포함하여 구성한다.
전술한 바와 같이 압축펌프는 하나의 펌프가 아닌, 복수의 펌프로 구성될 수 있는데, 이처럼 2개 이상의 펌프(111c, 112c)로 압축펌프(110c)를 구성하는 경우, 1단의 펌프(111c)는 액화가스를 저장탱크로부터 이송하는 역할을, 2단 이후의 펌프(112c)는 이송된 액화가스를 압축하는 역할을 하게 된다. 이때 본 실시예 장치에서는 부분 재액화 공정장치(PRS)의 열교환기(1010)에서 고압가스와 열교환되는 저압가스의 공급을 위해, 압축펌프(110c)의 중간단, 예를 들어 1단의 펌프(111c)만을 거친 액화가스를 분기하여 저압가스 공급라인(LLc)을 통해 제2 기화기(240c)로 공급하고, 이를 기화시켜 열교환기(1010)로 공급하게 된다.
본 실시예 장치의 구성도, 전술한 실시예와 마찬가지로 압축펌프(110c)의 후단에 마련된 펌프들의 Load를 줄일 수 있어 전기 소모를 절감할 수 있고, 저압가스 공급부(200c)를 거쳐 열교환기(1010)로 공급될 가스의 압력 조절도 용이하다. 또한 전술한 제2 실시예에 비해 저압가스 공급부(200c)에 별도의 펌프를 마련하지 않아 장치 구성면에서 컴팩트하며 보다 경제적이다.
본 실시예의 다른 구성은 전술한 제1 실시예와 공통되므로, 중복된 설명은 생략한다.
한편, 도 5에는 본 고안의 제4 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치(S4)를 개략적으로 도시하였다.
이는, 제1 실시예 및 제3 실시예의 장치에 추가로 가스 배출라인(VLa)으로부터 가스를 열교환기(1010) 상류로 공급할 수 있도록 가스순환라인을 구성하는 것으로서, 도 5에 도시된 제4 실시예는 그 중 제1 실시예에 가스순환라인이 추가된 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가스 배출라인(VLd)으로부터 저압가스 공급부(200d)로 연결되어 열교환 후 배출된 가스를 상기 열교환기(1010)의 상류로 공급하는 가스순환라인과, 가스 순환라인(CL)에 마련되어 가스를 냉각하는 냉각부(420d, 430d)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 가스 순환라인(CL)을 통해 열교환기(1010)에서 열교환 후 배출되는 가스를 GCU에서 소각하거나 vent하지 않고, 열교환기(1010)의 상류로 공급하여 재사용할 수 있도록 한다.
가스순환라인(CL)에 마련된 냉각부를 거치면서, 재이용될 가스는 냉각하여 열교환기(1010) 상류로 공급되는데, 예를 들어 냉각부는 가스를 감압하는 감압장치(420d)와, 가스를 냉각시키는 냉각기(430d) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 열교환기(1010) 하류의 가스는 냉각부를 거쳐, 기화기를 거쳐 저압가스 공급부(200d)의 저압가스 공급라인(LLd)을 통해 열교환기(1010)로 공급되는 가스와 유사한 조건으로 열교환기(1010)의 상류에 공급된다. 가스순환라인(CL)에는 가스순환라인(CL)을 개폐하기 위한 밸브(410d)가 마련된다.
본 실시예의 다른 구성은 전술한 제1 실시예와 공통되므로, 중복된 설명은 생략한다. 상술한 바와 같이 이러한 가스순환라인은 제2 및 제3 실시예의 장치에도 추가될 수 있다.
한편, 도 6에는 본 고안의 제5 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치(S5)를 개략적으로 도시하였다.
이는, 제1 실시예 및 제3 실시예의 장치에서 액화가스 회수부에 별도의 액화가스 회수용 탱크 또는 드레인(drain) 장치를 마련하는 것으로서, 도 6에 도시된 본 제5 실시예의 장치는 그 중 제1 실시예에 액화가스 회수용 탱크가 추가로 마련된 것이다.
즉, 기액분리기(1030)에서 분리된 액화가스는 액화가스 저장탱크(T)로 재저장되지 않고, 이와는 별도로 액화가스 회수부(300e)에 액화가스 회수용 탱크를 마련하여, 액화가스 회수라인(RLe)을 통해 분리된 액화가스를 회수용 탱크로 저장한다. 액화가스 회수라인(RLe)은 별도로 마련된 드레인(drain) 장치(미도시)로 연결될 수도 있으며, 드레인 장치에서는 회수된 액화가스를 직접 공기 중으로 배출시키거나, 기화시켜 배출하거나 소각하는 등으로 처리할 수 있다. 액화가스의 종류에 따라 처리 방법은 다양할 수 있다.
한편 육상에서 부분 재액화 공정 장치의 성능 테스트가 이루어진다면 액화가스 회수용 탱크(RT)는 육상에 설치될 것이다. 액화가스 회수용 탱크(RT)에 수집된 액화가스는 연료로 이용하거나 별도로 처리할 수 있다.
마찬가지로 본 실시예의 다른 구성은 전술한 제1 실시예와 공통되므로, 중복된 설명은 생략하며, 액화가스 회수용 탱크를 통한 액화가스의 수집은 전술한 다른 실시예에도 적용될 수 있다.
한편, 도 7에는 본 고안의 제6 실시예에 따른 부분 재액화 공정 테스트 장치(S6)를 개략적으로 도시하였다.
이는, 제1 실시예 및 제3 실시예의 장치에서 고압가스 공급부의 고압가스 공급라인(HLa, HLb, HLc)으로부터 압축가스 배출라인(PL)을 추가로 마련한 것으로서, 도 7에 도시된 본 제6 실시예의 장치는 그 중 제1 실시예에 압축가스 배출라인(PL)이 추가된 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이 고압가스 공급부(100f)는, 고압가스 공급라인(HLf)의 제1 기화기(120a) 하류로부터 상기 가스 배출라인(VLf)으로 연결되는 압축가스 배출라인(PL)과, 압축가스 배출라인(PL)에 마련되는 배출 밸브(150f)를 더 포함하게 되며, 가스의 압축 압력 초과나 가스공급량 초과를 포함하는 비상시에 가스를 압축가스 배출라인(PL)으로 배출할 수 있다.
압축가스 배출라인(PL)을 통해 배출된 가스는, 압축가스 배출라인(PL)에 연통된 가스배출라인(VLf)을 거쳐 vent되거나 GCU에서 소각시켜 처리할 수 있다.
본 실시예의 다른 구성은 전술한 제1 실시예와 공통되므로, 중복된 설명은 생략한다. 이러한 압축가스 배출라인(PL)은 전술한 다른 실시예들의 장치에도 적용될 수 있다.
부분 재액화 공정장치(PRS)의 시험설비는 설계-제작-시험(FAT: Factory Acceptance Test)-설치(MC: Mechanical Completion)-시운전- 가동으로 이어지는 생산공정에서 제품의 품질을 확인하는 중요 단계로서, 생산을 위해 필수적인 공정 중 하나이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예들의 장치들은, 액화가스 저장탱크(T)에 저장된 액화가스를 압축펌프로 압축하고 기화시킨 고압가스를 열교환기(1010)로 공급하고, 압축된 가스를 감압하거나 압축펌프를 다단으로 구성하여 그 중 일부만을 거친 액화가스를 기화시킴으로써 보다 저압인 가스를 열교환기(1010)로 공급하여, 액화가스의 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하는 부분 재액화 공정장치(PRS)의 성능을 테스트할 수 있도록 한다. 특히 설치 및 운용 비용면에서 고가인 압축기를 마련하지 않고, 압축펌프로 부분 재액화 공정의 성능 및 품질을 테스트할 수 있어, 비용을 절감하고 전력 소모를 줄일 수 있다.
이와 같이 간단한 구성만으로 효과적으로 부분 재액화 공정장치의 성능 및 품질을 테스트할 수 있으며, 액화가스는 회수할 수 있도록 구성하여, 경제성이 높고, 품질 개선 및 선주의 신뢰 확보에 기여할 수 있다.
본 고안은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 고안의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
T: 액화가스 저장탱크
PRS: 부분 재액화 공정장치
1010: 열교환기
1020: 팽창수단
1030: 기액분리기
100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f: 고압가스 공급부
HLa, HLb, HLc, HLd, HLe, HLf: 고압가스 공급라인
PL: 압축가스 배출라인
110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f: 압축펌프
120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f: 제1 기화기
130a, 130b, 130c, 130d, 130e, 130f: 제1 유량계
140a, 140c, 140d, 140e, 140f: 유량조절밸브
150f: 배출 밸브
200a, 200b, 200c, 200d, 200e, 200f: 저압가스 공급부
LLa, LLb, LLc, LLd, LLe, LLf: 저압가스 공급라인
210a, 210d, 210e, 210f: 감압기
220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f: 제2 유량계
230b: 공급펌프
240b, 240c: 제2 기화기
300a, 300b, 300c, 300d, 300e, 300f: 액화가스 회수부
RLa, RLb, RLc, RLd, RLe, RLf: 액화가스 회수라인
310a, 310b, 310c, 310d, 310e, 310f: 제3 유량계
320a, 320b, 320c, 320d, 320f: 이송펌프
RT: 액화가스 회수용 탱크
VLa, VLb, VLc, VLd, VLe, VLf: 가스 배출라인
CL: 가스 순환라인

Claims (12)

  1. 선박 또는 해상 구조물에 마련된 액화가스 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하여, 상기 증발가스와 열교환시켜 부분 재액화하는 부분 재액화 공정장치를 테스트하는 장치에 있어서,
    상기 부분 재액화 공정장치는, 상기 액화가스 저장탱크로부터 발생하여 압축시킨 증발가스를, 압축 이전의 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기와, 상기 열교환기의 하류에 마련되어 압축 및 냉각된 상기 증발가스를 감압하는 팽창수단과, 상기 팽창수단에서 감압된 상기 증발가스를 기액분리하는 기액분리기를 포함하고,
    상기 열교환기로 연결되어 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 상기 열교환기로 공급하는 고압가스 공급부;
    상기 열교환기로 연결되며, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 기화시켜, 상기 고압가스 공급부로부터 공급되는 압축 및 기화된 가스와 열교환될 가스를 상기 열교환기로 공급하는 저압가스 공급부; 및
    상기 부분 재액화 공정장치의 기액분리기 하단으로 연결되어 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 액화가스를 회수하는 액화가스 회수부를 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 고압가스 공급부는
    상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 열교환기의 상류로 연결되는 고압가스 공급라인;
    상기 고압가스 공급라인에 마련되며 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 액화가스를 공급받아 압축하는 압축펌프; 및
    상기 고압가스 공급라인에 마련되며 상기 압축펌프에서 압축된 상기 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기를 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 압축펌프는 복수의 펌프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 저압가스 공급부는
    상기 기화기의 하류에서 상기 고압가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 열교환기로 연결되는 저압가스 공급라인; 및
    상기 저압가스 공급라인에 마련되어 압축 및 기화된 가스를 감압하는 감압기를 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 고압가스 공급부는
    상기 기화기의 하류에 마련되는 제1 유량계; 및
    상기 고압가스 공급라인에서 상기 저압가스 공급라인의 분기지점에 마련되는 유량조절밸브를 더 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 저압가스 공급부는
    상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 열교환기로 연결되는 저압가스 공급라인;
    상기 저압가스 공급라인에 마련되는 공급펌프; 및
    상기 공급펌프에서 이송되는 상기 액화가스를 기화시키는 제2 기화기를 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 저압가스 공급부는
    상기 압축펌프의 중간단에서 상기 고압가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 열교환기로 연결되는 저압가스 공급라인; 및
    상기 저압가스 공급라인에 마련되어 상기 액화가스를 기화시키는 제2 기화기를 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  8. 제 3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액화가스 회수부는
    상기 기액분리기의 하단으로부터 상기 액화가스 저장탱크로 연결되는 액화가스 회수라인; 및
    상기 액화가스 회수라인에 마련되어 상기 액화가스 저장탱크로 상기 액화가스를 이송하는 이송펌프를 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 부분 재액화 공정장치의 상기 열교환기 하류에 연결되어 상기 저압가스 공급부로부터 상기 열교환기로 공급되어 열교환된 상기 가스를 배출하는 가스 배출라인을 더 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 가스 배출라인으로부터 상기 저압가스 공급부로 연결되어 상기 열교환 후 배출된 상기 가스를 상기 열교환기의 상류로 공급하는 가스순환라인; 및
    상기 가스순환라인에 마련되어 상기 가스를 냉각하는 냉각부를 더 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  11. 제 3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액화가스 회수부는
    상기 액화가스 저장탱크와는 별도로 마련되는 액화가스 회수용 탱크 또는 드레인(drain) 장치로 연결되는 액화가스 회수라인을 포함하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 고압가스 공급부는
    상기 고압가스 공급라인의 제1 기화기 하류로부터 상기 가스 배출라인으로 연결되는 압축가스 배출라인; 및
    상기 압축가스 배출라인에 마련되는 배출 밸브를 더 포함하여,
    상기 가스의 압축 압력 초과나 가스공급량 초과를 포함하는 비상시에 상기 가스를 상기 압축가스 배출라인으로 배출할 수 있는 것을 특징으로 하는 부분 재액화 공정 테스트 장치.

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