KR20150038847A - 선박의 lng 재기화 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

선박의 LNG 재기화 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 LNG 재기화 시스템은, 선박의 장비를 냉각시키는 냉각수를 해수와 열교환으로 냉각시켜 순환시키는 냉각수 재냉각부; 및 냉각수 재냉각부에서 해수와 열교환될 냉각수의 적어도 일부를 분기하여 청수와 열교환시키고 청수로 LNG를 열교환시켜 재기화하는 재기화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 LNG 재기화 시스템 및 방법{LNG Regasification System And Method For Ship}

본 발명은 선박의 LNG 재기화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 또는 해상 구조물의 장비를 냉각시키는 냉각수를 해수와 열교환으로 냉각시켜 순환시키는 냉각수 재냉각부로부터, 해수와 열교환될 냉각수의 적어도 일부를 분기하여 청수와 열교환시킨 후 청수로 LNG를 열교환시켜 재기화하는 LNG 재기화 시스템 및 방법에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색 무취의 투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다.

이와 같은 LNG는 종래에는 육상에 건설된 생산 플랜트에서 생산되어 운반선으로 소비지에 공급되었다. 그러나 최근 해상 가스전의 개발이 많아짐에 따라, 가스전에서 육상의 플랜트까지 파이프라인을 통해 천연가스를 이송하는 경우 육상에서 원거리인 가스전은 천연가스 이송이 어려운 문제가 있고, 육상에 플랜트 건설을 위한 부지 확보의 문제도 있어, 해상에서 천연가스를 액화시켜 LNG를 생산할 수 있도록 생산 플랜트를 갖춘 해양 구조물의 개발이 활발해지고 있다.

최근 개발되고 있는 선박에는 해양플랫폼이나 각종 해양 구조물 등도 포함되는데, 대표적으로 LNG-FPSO(Floating Production, Storage and Offloading)와 LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)가 이에 포함된다.

그 중 FSRU는 LNG를 저장하며 재기화하여 육상의 시설로 이송할 수 있는 부유식 저장 재기화 설비이다.

도 1에는 이러한 FSRU의 LNG 재기화 과정을 도시하였다.

LNG 운송 선박(S)으로부터 운송된 LNG가 아암(5)을 거쳐 LNG 저장탱크(10)에 저장되고, 저장된 LNG가 재응축기(20)로 이송된 후, 펌프(25)를 거쳐 열교환기(26)로 펌핑된다. 열교환기(26)에는 LNG의 재기화를 위한 열원으로 적합한 가열매체의 입구(26a)와 출구(26b)가 마련되며, 가열매체와의 열교환을 통해 LNG가 재기화된다. 재기된 LNG는 히터(27)로 추가 가열되고, 송출 미터링 라인(280)을 거쳐 송유관(285)으로 분배되어 수요처에 공급된다. 공급되는 천연가스 일부는 FSRU의 연료(29)로도 공급될 수 있다.

한국 출원번호 제10-2007-7012858호

LNG를 재기화하기 위한 열원으로는, FSRU에서 구하기 쉬운 해수가 이용될 수 있다. 그러나, 해수를 이용하는 열교환기는 고가이며, 해수에 의한 부식 등으로 유지 보수 비용이 커질 수 있다. 한편 LNG 재기화를 위해 폐쇄 루프 시스템을 구성하는 경우에는 스팀이나 전기 등의 추가 열원으로 인한 운전비용이 필요하다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결할 수 있는 경제적인 LNG 재기화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물의 LNG 재기화 시스템에 있어서,

상기 선박 또는 해상 구조물의 장비를 냉각시키는 냉각수를 해수와 열교환으로 냉각시켜 순환시키는 냉각수 재냉각부; 및

상기 냉각수 재냉각부에서 해수와 열교환될 상기 냉각수의 적어도 일부를 분기하여 청수와 열교환시키고 상기 청수로 LNG를 열교환시켜 재기화하는 재기화부를 포함하는 선박의 LNG 재기화 시스템이 제공된다.

바람직하게는 상기 냉각수 재냉각부는, 상기 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인과, 상기 냉각수와 열교환되는 해수가 순환되는 해수 라인과, 상기 냉각수 순환 라인을 순환하는 냉각수와 상기 해수 라인을 순환하는 해수가 열교환되는 냉각수 재냉각기를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 재기화부는, 상기 냉각수 재냉각기의 전단에서 상기 냉각수 순환 라인으로부터 분지되는 열매 순환 라인과, 상기 청수가 순환되는 청수 순환 라인과, 상기 청수 순환 라인을 순환하는 청수가 상기 열매 순환 라인으로 도입되는 상기 냉각수와 열교환으로 가열되는 열교환기와, 상기 열교환기를 통과한 청수와 상기 LNG가 열교환되는 재기화기를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 냉각수 순환 라인에서 상기 열매 순환 라인이 분지되는 지점에는, 상기 재기화기로 도입되는 LNG의 양에 따라 상기 열매 순환 라인으로 분지되는 상기 냉각수의 유량을 조절하는 제1 온도조절밸브가 마련되고, 상기 청수 순환 라인에는 상기 재기화기에서의 가스누출을 감지하기 위한 가스 검출기가 마련될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물의 LNG 재기화 방법에 있어서,

1) 상기 선박 또는 해상 구조물의 장비를 냉각시키고 배출되는 냉각수의 적어도 일부를 분지하여 청수와 열교환시키는 단계;

2) 열교환된 상기 청수와 열교환시켜 LNG를 재기화하는 단계; 및

3) 분지되지 않은 나머지의 상기 냉각수를 해수와 열교환으로 냉각하고, 상기 청수와 열교환된 상기 냉각수를 합류시켜 상기 선박 또는 해상 구조물의 장비에 냉각을 위해 공급하는 단계를 포함하는 선박의 LNG 재기화 방법이 제공된다.

바람직하게는, 재기화를 위해 도입되는 상기 LNG의 양에 따라, 상기 단계 1)에서 분지되는 냉각수의 유량을 조절할 수 있다.

본 발명의 재기화 시스템은, 선박 또는 해상 구조물의 장비를 냉각시키고 배출되는 냉각수를 해수와 열교환으로 냉각시키면서, 냉각에 앞서 냉각수의 적어도 일부를 분지하여 청수와 열교환시킨 후, 이러한 청수로 LNG를 열교환시켜 LNG를 재기화시키게 된다. 이처럼 본 발명은 선박의 장비를 냉각시킨 냉각수에 포함된 열에너지를 LNG 재기화의 열원으로 활용함으로써 비용을 절감하고 선박의 에너지 효율을 높이며, 냉각수의 냉각을 위해서는 선박에서 구하기 쉬운 해수를 이용하면서도, 해수가 아닌 청수로 LNG를 재기화시킴으로써 해수에 의한 부식 문제를 해결할 수 있다.

도 1에는 종래의 FSRU의 재기화 과정을 도시하였다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 LNG 재기화 시스템이 개략적으로 도시된다.

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. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 LNG 재기화 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에서 선박의 LNG 재기화 시스템은, 선박 또는 해상 구조물의 장비를 냉각시키는 냉각수를 해수와 열교환으로 냉각시켜 순환시키는 냉각수 재냉각부(100)와, 냉각수 재냉각부(100)에서 해수와 열교환될 냉각수의 적어도 일부를 분기하여 청수와 열교환시키고 청수로 LNG를 열교환시켜 재기화하는 재기화부(200)를 포함한다.

본 실시예의 선박은, LNG를 재기화시켜 공급하는 선박 및 해상 구조물로, 예를 들어 FSRU(Floating, Storage And Regasification Unit) 또는 RV(Regasification Vessel)일 수 있다. 본 실시예는 이러한 선박에서 LNG를 재기화시키는 열원으로 선박의 장비를 냉각시키고 배출되는 냉각수의 폐열을 이용할 수 있도록 시스템을 구성하였다.

바람직하게는 냉각수 재냉각부(100)는, 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인(CL)과, 냉각수와 열교환되는 해수가 순환되는 해수 라인(SL)과, 냉각수 순환 라인(CL)을 순환하는 냉각수와 해수 라인(SL)을 순환하는 해수가 열교환되는 냉각수 재냉각기(110)를 포함할 수 있다. 해수 라인(SL)에는 선박의 씨 체스트(sea chest, 미도시)로부터 해수를 공급받아 냉각수 재냉각기(110)로 펌핑하는 해수 펌프(120)가 마련될 수 있고, 냉각수 순환 라인(CL)에는 냉각수 재냉각기(110) 또는 재기화부(200)를 거쳐 열교환으로 냉각된 냉각수를 선박의 각종 냉각시스템(미도시)으로 순환시키기 위한 냉각수 펌프(130)가 마련될 수 있다.

본 실시예에서 냉각수는 선박의 추진용 엔진, 발전용 엔진 등의 자켓 워터를 비롯하여 선내 모든 냉각 시스템의 냉각수로 이용될 수 있다.

본 실시예에서 재기화부(200)는, 냉각수 재냉각기(110)의 전단에서 냉각수 순환 라인(CL)으로부터 분지되는 열매 순환 라인(HL)과, 청수가 순환되는 청수 순환 라인(FL)과, 청수 순환 라인(FL)을 순환하는 청수가 열매 순환 라인(HL)으로 도입되는 냉각수와 열교환으로 가열되는 열교환기(210)와, 열교환기(210)를 통과한 청수와 LNG가 열교환되는 재기화기(220)를 포함할 수 있다.

선박의 각종 냉각 시스템에서 배출되는 냉각수는 냉각수 재냉각기(110)에서 해수와 열교환을 통해 냉각되어 선내의 냉각 시스템으로 재순환된다. 이때 본 실시예는 냉각수 재냉각기(110)로 도입될 냉각수를 분기하여 열매 순환 라인(HL)을 통해 열교환기(210)로 공급하여 청수와 열교환시키게 된다. 냉각수와 열교환된 청수는 냉각수에 포함된 열에너지를 흡수하여 가열되고, 가열된 청수가 재기화기(220)로 도입되어 LNG를 재기화시키는 열원이 된다.

이와 같이 본 실시예에서는 냉각수에 포함된 폐열을 LNG의 재기화를 위한 열원으로 이용하는 동시에, 일반적으로 10 내지 30℃ 내외인 해수보다 훨씬 낮은 온도의 LNG와 열교환된 청수가 냉각수와 열교환되므로, 냉각수는 보다 효과적으로 냉각될 수 있다.

바람직하게는, 냉각수 순환 라인(CL)에서 열매 순환 라인(HL)이 분지되는 지점에는, 재기화기(220)로 도입되는 LNG의 양에 따라 열매 순환 라인(HL)으로 분지되는 냉각수의 유량을 조절하는 제1 온도조절밸브(T1)가 마련되고, 청수 순환 라인(FL)에는 재기화기(220)에서의 가스누출을 감지하기 위한 가스 검출기(260)가 마련될 수 있다.

재기화기(220)로 도입되는 LNG의 양이 증가되면 제1 온도조절밸브(T1)를 통해 열매 순환 라인(HL)으로 분지되는 냉각수의 유량을 늘리고, 재기화기(220)로 도입되는 LNG의 양이 감소되면 열매 순환 라인(HL)으로 분지되는 냉각수의 유량을 줄이고 냉각수 재냉각기(110)로 도입되는 냉각수의 유량을 늘려 해수를 이용해 냉각수가 냉각될 수 있도록 조절한다.

열매 순환 라인(HL)에는 열교환기(210)로 냉각수를 펌핑하는 부스터 펌프(230)가 마련되고, 청수 순환 라인(FL)에는 열교환기(210)에서 열교환된 청수를 추가로 가열하는 히터(240)와, 히터(240)로 도입되는 청수의 양을 제어하는 제2 온도조절밸브(T2), 청수를 펌핑하는 청수 순환 펌프(250)가 마련된다.

재기화기(220)로 도입되는 LNG의 양이 증가하거나 선박의 냉각수에서 회수되는 폐열이 부족한 경우에는, 제2 온도조절밸브(T2)를 통해 히터(240)로 청수를 도입시켜 추가 가열한 후 재기화기(220)로 공급하게 된다. 열원 보충의 필요량에 따라 히터(240)로 도입되는 청수의 유량을 조절하고, 히터(240)에서는 선박에서 생성된 스팀이나 전기 등을 이용하여 청수를 추가 가열할 수 있다.

한편, 재기화기(220)에는 LNG 대신 NG, 즉 천연가스가 도입될 수도 있다. 즉, 본 실시예는 재기화된 LNG의 추가 가열을 위해서도 적용될 수 있다. 또한 청수 순환 라인(FL)에는 LNG의 재기화 온도에 따라, 청수 대신 글리콜과 같은 다른 열 매개체를 순환시킬 수도 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물의 LNG 재기화 방법에 있어서,

1) 선박 또는 해상 구조물의 장비를 냉각시키고 배출되는 냉각수의 적어도 일부를 분지하여 청수와 열교환시키는 단계;

2) 열교환된 상기 청수와 열교환시켜 LNG를 재기화하는 단계; 및

3) 분지되지 않은 나머지의 냉각수를 해수와 열교환으로 냉각하고, 청수와 열교환된 냉각수를 합류시켜 선박의 장비에 냉각을 위해 공급하는 단계를 포함하는 선박의 LNG 재기화 방법이 제공된다.

바람직하게는, 재기화를 위해 도입되는 LNG의 양에 따라, 상술한 단계 1)에서 분지되는 냉각수의 유량을 조절할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 선박의 장비를 냉각시키고 배출되는 냉각수를 해수와 열교환으로 냉각시키면서, 냉각에 앞서 냉각수의 적어도 일부를 분지하여 청수와 열교환시킨 후, 이러한 청수로 LNG를 열교환시켜 LNG를 재기화시키게 된다.

이처럼 본 실시예는 선박의 장비를 냉각시킨 냉각수에 포함된 열에너지를 LNG 재기화의 열원으로 활용함으로써 비용을 절감하고 선박의 에너지 효율을 높일 수 있다.

또한 냉각수의 냉각을 위해서는 선박에서 구하기 쉬운 해수를 이용하면서도, 해수가 아닌 청수로 LNG를 재기화시킴으로써 해수에 의한 재기화기(220) 등의 장비의 부식 문제를 해결할 수 있다. 해수보다 온도가 훨씬 낮은 LNG와 간접적으로 열교환되므로 냉각수도 훨씬 효과적으로 냉각된다.

본 실시예에서는 간접열교환 방식으로 LNG는 재기화기(220)에서 청수와 열교환되므로, 냉각수는 LNG와 직접 열교환되지 않고, 따라서 재기화기(220)에서 LNG가 누출되더라도 누출된 LNG가 냉각수를 통해 선박의 각종 장비들로 유입되는 위험을 방지할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100: 냉각수 재냉각부 110: 냉각수 재냉각기
120: 해수 펌프 130: 냉각수 펌프
CL: 냉각수 순환 라인 SL: 해수 라인
HL: 열매 순환 라인 FL: 청수 순환 라인
NL: LNG 라인 T1: 제1 온도조절밸브
T2: 제2 온도조절밸브 200: 재기화부
210: 열교환기 220: 재기화기
230: 부스터 펌프 240: 히터
250: 청수 순환 펌프 260: 가스 검출기

Claims (6)

1. 선박 또는 해상 구조물의 LNG 재기화 시스템에 있어서,
   상기 선박 또는 해상 구조물의 장비를 냉각시키는 냉각수를 해수와 열교환으로 냉각시켜 순환시키는 냉각수 재냉각부; 및
   상기 냉각수 재냉각부에서 해수와 열교환될 상기 냉각수의 적어도 일부를 분기하여 청수와 열교환시키고 상기 청수로 LNG를 열교환시켜 재기화하는 재기화부를 포함하는 선박의 LNG 재기화 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각수 재냉각부는
   상기 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인;
   상기 냉각수와 열교환되는 해수가 순환되는 해수 라인; 및
   상기 냉각수 순환 라인을 순환하는 냉각수와 상기 해수 라인을 순환하는 해수가 열교환되는 냉각수 재냉각기를 포함하는 선박의 LNG 재기화 시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 재기화부는
   상기 냉각수 재냉각기의 전단에서 상기 냉각수 순환 라인으로부터 분지되는 열매 순환 라인;
   상기 청수가 순환되는 청수 순환 라인;
   상기 청수 순환 라인을 순환하는 청수가 상기 열매 순환 라인으로 도입되는 상기 냉각수와 열교환으로 가열되는 열교환기; 및
   상기 열교환기를 통과한 청수와 상기 LNG가 열교환되는 재기화기를 포함하는 선박의 LNG 재기화 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 냉각수 순환 라인에서 상기 열매 순환 라인이 분지되는 지점에는, 상기 재기화기로 도입되는 LNG의 양에 따라 상기 열매 순환 라인으로 분지되는 상기 냉각수의 유량을 조절하는 제1 온도조절밸브가 마련되고,
   상기 청수 순환 라인에는 상기 재기화기에서의 가스누출을 감지하기 위한 가스 검출기가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 LNG 재기화 시스템.
5. 선박 또는 해상 구조물의 LNG 재기화 방법에 있어서,
   1) 상기 선박 또는 해상 구조물의 장비를 냉각시키고 배출되는 냉각수의 적어도 일부를 분지하여 청수와 열교환시키는 단계;
   2) 열교환된 상기 청수와 열교환시켜 LNG를 재기화하는 단계; 및
   3) 분지되지 않은 나머지의 상기 냉각수를 해수와 열교환으로 냉각하고, 상기 청수와 열교환된 상기 냉각수를 합류시켜 상기 선박 또는 해상 구조물의 장비에 냉각을 위해 공급하는 단계를 포함하는 선박의 LNG 재기화 방법.
6. 제 5항에 있어서,
   재기화를 위해 도입되는 상기 LNG의 양에 따라, 상기 단계 1)에서 분지되는 냉각수의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 LNG 재기화 방법.
   

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