KR20150080084A

KR20150080084A - 액화가스 처리 시스템

Info

Publication number: KR20150080084A
Application number: KR1020130166847A
Authority: KR
Inventors: 허희승
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-07-09
Also published as: KR102016030B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기; 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 증발가스 압축기에서 가압되는 증발가스를 열교환시키는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에서 배출되는 증발가스를 공급받는 버퍼탱크; 및 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 증발가스 압축기를 우회하여 상기 제1 열교환기를 거쳐 상기 버퍼탱크까지 연결되는 보조라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 자연 발생되는 증발가스와 가압해 발생된 증발가스를 열교환시켜 수요처로 공급할 수 있어, 액화가스 처리 시스템을 효율적으로 운영할 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{Treatment system of liquefied gas}

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.

선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.

이러한 선박은 엔진을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.

그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.

일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.

그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

이러한 종래기술로는 국내등록공보 제10-1277965호 (2013.06.17) 등이 공개되어 있다.

본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액화가스 저장탱크에서 자연 발생되는 증발가스와 가압해 발생된 증발가스를 열교환시켜 수요처로 공급할 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기; 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 증발가스 압축기에서 가압되는 증발가스를 열교환시키는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에서 배출되는 증발가스를 공급받는 버퍼탱크; 및 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 증발가스 압축기를 우회하여 상기 제1 열교환기를 거쳐 상기 버퍼탱크까지 연결되는 보조라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 보조라인 상에서 상기 제1 열교환기의 상류에서 분기되어 상기 제1 열교환기의 하류에 합류되는 우회라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 버퍼탱크로부터 연료를 공급받아 가열하는 제2 열교환기; 상기 보조라인 상에서 상기 제1 열교환기의 상류에 마련되는 기액분리기; 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 기액분리기까지 연결되는 연료라인; 상기 연료라인에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 가압하는 부스팅 펌프; 및 상기 연료라인에 마련되며, 상기 부스팅 펌프로부터 액화가스를 공급받아 액화가스를 기화시키는 강제기화기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 증발가스 공급라인 상에서 상기 제1 열교환기의 하류에서 분기되어 상기 강제기화기까지 연결되는 분기라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 액화가스 저장탱크에 마련되는 상기 보조라인의 위치는 상기 증발가스 공급라인의 위치보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 자연 발생되는 증발가스와 가압해 발생된 증발가스를 열교환시켜 수요처로 공급할 수 있어, 액화가스 처리 시스템을 효율적으로 운영할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(100)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 압축기(30), 제1 열교환기(40), 버퍼탱크(50) 및 제2 열교환기(60)를 포함한다.

이하 본 명세서에서, 연료, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는 수요처(20)에 공급될 연료를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 연료를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는, 이중 구조의 탱크(도시하지 않음)와 단열부(도시하지 않음)로 이루어져 1bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다.

수요처(20)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 연료를 통해 구동될 수 있다. 수요처(20)는 이중연료 엔진일 수 있으며, 2행정 기관이나 4행정 기관으로 이루어져 발전용이나 추진용으로 이용될 수 있다. 본 실시예에서는 수요처(20)를 하나로 도시하였으나, 이와 달리 2행정 기관과 4행정 기관이 각각 구비되어 구동될 수도 있다.

수요처(20)가 이중연료 엔진일 경우, 연료와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 연료 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 수요처(20)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

액화가스 저장탱크(10)와 수요처(20) 사이에는 연료를 전달하는 증발가스 공급라인(11)이 설치될 수 있고, 증발가스 공급라인(11)에는 증발가스 압축기(30), 제1 열교환기(40), 버퍼탱크(50) 및 제2 열교환기(60) 등이 구비되어 연료가 수요처(20)에 공급되도록 할 수 있다. 이때 증발가스 공급라인(11)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 연료의 공급량이 조절될 수 있다.

증발가스 압축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압할 수 있다. 증발가스 압축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 10bar 내외의 압력으로 배출되는 증발가스를 가압하여 30 내지 60bar(일례로 45bar)로 이룰 수 있다. 이때 증발가스는 예를 들어 이단으로 가압될 수 있다.

제1 열교환기(40)는 증발가스 공급라인(11)상에서 증발가스 압축기(30)에서 가압되는 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)에서 후술되는 보조라인(12)을 경유하는 증발가스와 열교환시킨다.

이때, 제1 열교환기(40)는 증발가스 공급라인(11)을 따라 경유하는 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되어 보조라인(12)을 경유하는 증발가스로 냉각할 수 있다. 예를 들어, 증발가스 압축기(30)에서 1단으로 가압된 증발가스는 42℃ 내외의 온도범위를 이루어 제1 열교환기(40)를 경유하여 액화가스 저장탱크(10)에서 -100℃ 내외의 온도범위를 이루는 증발가스와 열교환되어 냉각될 수 있다.

한편, 보조라인(12) 상에서 제1 열교환기(40)의 상류에서 분기되어 제1 열교환기(40)의 하류에 합류되는 우회라인(13)이 마련되어, 연료라인(15)을 경유하여 제1 열교환기(40)로 공급되는 증발가스와의 열교환을 생략할 수 있다.

예를 들어, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스의 온도가 증발가스 공급라인(11)을 경유하는 증발가스의 온도와 유사하게 충분히 낮은 경우, 열교환환이 생략되도록 우회라인(13)에 마련되는 밸브(13A)의 개도 조절에 의해 보조라인(12)을 경유하는 증발가스가 우회라인(13)을 통해 우회할 수 있다.

버퍼탱크(50)는 제1 열교환기(40)에서 배출되는 증발가스를 공급받으며, 증발가스 공급라인(11)과 보조라인(12) 각각을 경유하는 증발가스를 공급받을 수 있다. 버퍼탱크(50)는 제1 열교환기(40)에서 열교환된 증발가스가 합류하여 저장되도록 공간을 이루는 압력탱크의 형태로 이루어질 수 있다.

여기서, 보조라인(12)은 액화가스 저장탱크(10)로부터 제1 열교환기(40)를 거쳐 버퍼탱크(50)까지 연결될 수 있다. 보조라인(12)은 액화가스 저장탱크(10)에서 자연발생된 증발가스가 경유할 수 있다. 이러한, 보조라인(12)을 경유하는 증발가스는 증발가스 공급라인(11)을 경유하며 증발가스 압축기(30)에 의해 가압된 증발가스에 의해 가열되어 버퍼탱크(50)에서 혼합된 후 수요처(20)에 공급될 수 있다. 게다가, 보조라인(12)은 액화가스 저장탱크(10)에 마련되는 위치가 증발가스 공급라인(11)의 위치보다 높게 형성되어, 극저온의 액화가스로부터 이격된 거리가 높은 위치의 증발가스가 배출된다. 이에 따라, 보조라인(12)으로 배출되는 증발가스는 증발가스 공급라인(11)으로 배출되는 증발가스 보다 압력과 온도가 더 높을 수 있다.

보조라인(12) 상에서 제1 열교환기(40)의 하류에는 기액분리기(70)가 마련되고, 기액분리기(70)는 후술되는 연료라인(15) 상의 강제기화기(90)에 의해 기화된 액화가스를 공급받아 기체를 분리하여 기체 상태의 액화가스와 증발가스를 제1 열교환기(40)로 공급할 수 있다.

강제기화기(90)가 마련되는 연료라인(15)은 액화가스 저장탱크(10)로부터 기액분리기(70)까지 연결된다. 연료라인(15)은 보조라인(12)으로 공급되는 증발가스의 양이 충분하지 않은 경우 강제기화된 액화가스가 경유되는 라인으로서, 액화가스가 공급되도록 연료라인(15) 상에서 강제기화기(90)의 상류에는 부스팅 펌프(80)가 마련될 수 있다. 여기서, 부스팅 펌프(80)는 연료라인(15) 상에서 액화가스를 가압하여 배출시킴으로써 충분한 양의 연료가 공급되도록 한다.

게다가, 강제기화기(90)는 증발가스 공급라인(11)으로부터 증발가스를 공급받을 수 있으며, 이를 위해, 증발가스 공급라인(11) 상에서 제1 열교환기(40)의 하류에서 분기되어 강제기화기(90)까지 연결되는 분기라인(14)이 마련된다.

제1 열교환기(40)에서 열교환된 증발가스가 예를 들어 -100℃ 내외인 경우, 제1 열교환기(40)에서 배출되는 증발가스는 강제기화기(90)로 공급되어 메탄가를 올릴 수 있다.

제2 열교환기(60)는 증발가스 공급라인(11) 상에 마련되어 버퍼탱크(50)로부터 연료를 공급받아 가열한다. 버퍼탱크(50)로부터 공급받는 연료는 버퍼탱크(50)에서 혼합된 증발가스의 압력상태를 유지하며 가열할 수 있다.

제2 열교환기(60)는 보일러(도시하지 않음)를 통해 공급되는 스팀이나 글리콜 히터(도시하지 않음)로부터 공급되는 글리콜 워터를 이용하여 연료를 가열하거나, 전기에너지를 이용하여 연료를 가열할 수 있고, 또는 선박에 구비되어 있는 발전기나 기타 설비 등으로부터 발생되는 폐열을 이용하여 연료를 가열할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)에서 자연 발생되는 증발가스와 가압해 발생된 증발가스를 열교환시켜 수요처(20)로 공급할 수 있어, 액화가스 처리 시스템(1)을 효율적으로 운영할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
11: 증발가스 공급라인 12: 보조라인
13: 우회라인 14: 분기라인
15: 연료라인 20: 수요처
30: 증발가스 압축기 40: 제1 열교환기
50: 버퍼탱크 60: 제2 열교환기
70: 기액분리기 80: 부스팅 펌프
90: 강제기화기

Claims

액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결되는 증발가스 공급라인;
상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기;
상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 증발가스 압축기에서 가압되는 증발가스를 열교환시키는 제1 열교환기;
상기 제1 열교환기에서 배출되는 증발가스를 공급받는 버퍼탱크; 및
상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 증발가스 압축기를 우회하여 상기 제1 열교환기를 거쳐 상기 버퍼탱크까지 연결되는 보조라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 보조라인 상에서 상기 제1 열교환기의 상류에서 분기되어 상기 제1 열교환기의 하류에 합류되는 우회라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 버퍼탱크로부터 연료를 공급받아 가열하는 제2 열교환기;
상기 보조라인 상에서 상기 제1 열교환기의 상류에 마련되는 기액분리기;
상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 기액분리기까지 연결되는 연료라인;
상기 연료라인에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 가압하는 부스팅 펌프; 및
상기 연료라인에 마련되며, 상기 부스팅 펌프로부터 액화가스를 공급받아 액화가스를 기화시키는 강제기화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제3항에 있어서,
상기 증발가스 공급라인 상에서 상기 제1 열교환기의 하류에서 분기되어 상기 강제기화기까지 연결되는 분기라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크에 마련되는 상기 보조라인의 위치는 상기 증발가스 공급라인의 위치보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.