KR20150115119A - 액화가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크에서 수요처로 연결되는 증발가스 공급라인; 상기 수요처에서 발생된 배기로 증기를 생성하여 스팀 터빈에 공급하는 증기 생성부; 상기 증발가스 공급라인을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 상기 수요처를 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 많을 경우, 잉여 증발가스로 증기를 생성하여 스팀 터빈에 공급하는 덕트버너; 및 상기 스팀 터빈에 의해 생성되는 잉여 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 것을 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 가스 터빈과 스팀 터빈을 구비하고, 가스 터빈으로부터 배출되는 배기의 온도가 떨어져 증기의 양이 저하될 경우, 덕트버너를 활용하여 증기를 생산함으로써 스팀 터빈을 고부하로 유지해 효율을 높일 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템 및 방법{A Treatment System of Liquefied Gas and method for the same}

본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 방법에 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 엔진이나 가스 터빈 등을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤 등의 연료를 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 하고, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하며, 반면 가스 터빈은 압축 공기와 함께 연료를 연소시키고, 연소 공기의 온도/압력을 통해 터빈 날개를 회전시킴으로써 발전하여 프로펠러에 동력을 전달하는 방식을 사용한다.

그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진이나 터빈 등의 수요처를 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 수요처의 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 수요처가 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 수요처에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

등록실용신안공보 제20-0394721호(2005.08.29 공고)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스가, 가스 터빈의 효율을 높이기 위해서 가스 터빈을 기설정 부하 이상으로 구동하고자 할 때 필요한 요구량보다 적을 경우, 액화가스를 기화시켜서 추가로 공급함으로써, 가스 터빈을 고부하로 유지하여 가스 터빈의 효율을 향상시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스가, 복수의 가스 터빈의 요구량보다 적을 경우, 액화가스 공급을 위해 액화가스 공급라인 등을 쿨다운하는 동안, 적어도 어느 하나 이상의 가스 터빈을 오일 연료로 구동함으로써 시스템의 안정성을 높일 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 가스 터빈의 부하가 감소되어 가스 터빈의 배기 온도가 저하될 경우, 스팀 터빈에 공급될 증기가 부족하게 됨에 따라 스팀 터빈의 부하가 낮아져 스팀 터빈의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위해서, 덕트버너를 이용하여 증발가스나 액화가스 등으로 증기를 추가 생산함으로써 스팀 터빈을 고부하로 유지할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 증기의 추가 생산을 위해 덕트버너를 사용할 경우, 증발가스를 압축하는 다단 증발가스 압축기의 중간단에서 덕트버너로 증발가스를 공급함으로써 증발가스 압축기의 부하를 절감할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 수요처로 연결되는 증발가스 공급라인; 상기 수요처에서 발생된 배기로 증기를 생성하여 스팀 터빈에 공급하는 증기 생성부; 상기 증발가스 공급라인을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 상기 수요처를 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 많을 경우, 잉여 증발가스로 증기를 생성하여 스팀 터빈에 공급하는 덕트버너; 및 상기 스팀 터빈에 의해 생성되는 잉여 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 것을 구성상의 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 수요처의 요구 부하가 감소하여 잉여 증발가스가 발생될 경우, 상기 덕트버너는 상기 잉여 증발가스로 증기를 생성할 수 있다.

구체적으로, 상기 증기 생성부 및 상기 덕트버너에 의해 생성되는 증기 유량이, 상기 스팀 터빈을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 적을 경우, 액화가스를 상기 덕트버너에 공급하는 액화가스 공급라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 기설정 부하는, 상기 스팀 터빈에 요구되는 요구 부하보다 상대적으로 클 수 있다.

구체적으로, 상기 기설정 부하는, 상기 스팀 터빈의 최대 부하 대비 70 내지 100%일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 방법은, 액화가스 저장탱크에 수요처가 연결되고 스팀 터빈이 구비된 시스템을 구동하는 방법에 있어서, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스의 유량을 측정하는 단계; 상기 증발가스를 소비하는 상기 수요처를 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량을 계산하는 단계; 상기 증발가스 유량이 상기 요구량보다 많을 경우, 상기 수요처의 배기 및 잉여 증발가스로 증기를 생성하여 상기 스팀 터빈에 공급하는 단계; 및 상기 스팀 터빈에 의해 생성되는 잉여 에너지를 저장하는 단계를 포함하는 것을 구성상의 특징으로 한다.

구체적으로, 액화가스로 증기를 생성하여 상기 스팀 터빈에 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 스팀 터빈은, 상기 스팀 터빈에 요구되는 요구 부하보다 상대적으로 큰 기설정 부하로 구동될 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스로 증기를 생성하는 단계는, 상기 수요처의 배기 및 잉여 증발가스에 의해 생성되는 증기 유량이, 상기 스팀 터빈을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 적을 경우, 액화가스로 증기를 생성할 수 있다.

본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 하나 이상의 가스 터빈을 구동할 때, 가스 터빈의 효율을 높이기 위하여 필요한 증발가스의 총 요구량보다 실제 공급되는 증발가스의 유량이 부족할 때, 액화가스를 기화시켜 추가 공급함으로써 가스 터빈을 고부하로 가동할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 복수의 가스 터빈을 구동할 때 가스 터빈에 필요한 증발가스의 총 요구량보다 실제 공급되는 증발가스의 유량이 부족하면, 적어도 어느 하나의 가스 터빈을 오일 모드로 전환하여 오일을 공급해서, 액화가스 공급을 위한 쿨다운 시 에너지 단절을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 가스 터빈과 스팀 터빈을 구비하고, 가스 터빈으로부터 배출되는 배기의 온도가 떨어져 증기의 양이 저하될 경우, 덕트버너를 활용하여 증기를 생산함으로써 스팀 터빈을 고부하로 유지해 효율을 높일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 덕트버너가 다단 증발가스 압축기의 후단이 아닌 중간단에서 증발가스를 공급받아 사용하도록 함으로써, 증발가스 압축기에 의한 전력 소모를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템에서 부하와 유량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템에서 부하와 유량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

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

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 공급라인(30), 증발가스 압축기(40), 액화가스 공급라인(50), 액화가스 기화기(60), 에너지 저장부(70)를 포함한다.

이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG를 의미할 수 있고, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 기체 상태나 과냉 상태, 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

또한 본 발명은 배경기술에서 언급한 바와 같이 선박에 적용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 선박이나 해상 부유물 또는 육상 등에 설치될 수 있고, 액화가스를 소비하여 에너지를 생산하는 모든 장비에 적용될 수 있음은 물론이다.

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

액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함한다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 1bar 내지 10bar의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 그리고 단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스를 통해 구동되어 동력을 발생시킨다. 이때 수요처(20)는 가스 터빈(21), 제1 터빈 발전기(22), 증기 생성부(23), 스팀 터빈(24), 제2 터빈 발전기(25)를 포함할 수 있다.

가스 터빈(21)은, 액화가스 저장탱크(10)에서 자연 발생되어 배출되거나 또는 후술할 액화가스 기화기(60)에 의해 강제로 생성된 증발가스를 공급받아 소비한다. 가스 터빈(21)은 증발가스를 연소해서 터빈 휠(도시하지 않음)을 회전시킬 수 있다.

가스 터빈(21)은 제1 터빈 발전기(22)와 연결될 수 있으며. 가스 터빈(21)에 의해 증발가스가 소비됨에 따라 제1 터빈 발전기(22)가 에너지를 생산할 수 있다. 에너지 필요량에 따라서 가스 터빈(21)은 복수로 구비될 수 있으며, 각 가스 터빈(21)마다 제1 터빈 발전기(22)가 연결될 수 있다. 가스 터빈(21)이 복수로 구비될 경우 증발가스 공급라인(30)은 각 가스 터빈(21)에 연결되기 위하여 가스 터빈(21)의 상류에서 분지될 수 있다.

가스 터빈(21)이 복수로 구비될 경우, 복수의 가스 터빈(21)은 최대 부하에서 소비하는 유량이 서로 다를 수 있다. 즉 가스 터빈(21)은 제1 가스 터빈(21a)과, 제1 가스 터빈(21a)보다 상대적으로 작은 유량을 소비하는 제2 가스 터빈(21b)을 포함할 수 있다. 물론 이 경우 가스 터빈(21)에 연결되는 제1 터빈 발전기(22)는 가스 터빈(21)의 크기에 따라 상이한 크기를 가질 수 있다.

본 실시예는 가스 터빈(21)을 기설정 부하 이상으로 구동할 수 있다. 이때 기설정 부하라 함은 수요처(20)에 요구되는 요구 부하보다 상대적으로 큰 부하를 의미하며, 일례로 추진 등을 위해 현재 필요한 부하보다 더 높은 부하를 의미할 수 있다. 즉 기설정 부하로 가스 터빈(21)을 구동하게 되면, 현재 필요한 부하보다 더 높은 부하로 구동됨에 따라 잉여 에너지가 발생될 수 있다. 이러한 가스 터빈(21)의 구동에 대해서는 도 2를 참조하여 상세히 후술하도록 한다.

제1 터빈 발전기(22)는, 가스 터빈(21)에 연결되어 에너지를 생산한다. 이때 제1 터빈 발전기(22)는 출력 모터(27)에 전기적으로 연결되고(전류 또는 전압 변환을 위한 수단인 스위치보드(SWBD; 부호 미도시)가 출력 모터(27)의 전단에 구비될 수 있다.), 출력 모터(27)는 감속 기어부(28)를 거쳐 추진축에 연결됨에 따라, 프로펠러(29) 등을 회전시켜 선박의 전진 또는 후진을 구현할 수 있다. 물론 제1 터빈 발전기(22)에 의해 생성된 에너지는 선박의 전후진 외에도, 에너지가 필요한 수단(일례로 선실 내 조명 등)에 전달될 수 있다.

증기 생성부(23)는, 가스 터빈(21)에서 발생된 배기를 이용하여 증기(수증기 또는 CO2 증기 등)를 생성한다. 가스 터빈(21)은 증발가스를 연소시키면서 배기가스를 방출하는데, 증기 생성부(23)는 가스 터빈(21)으로부터 방출되는 배기열을 활용하여 증기를 발생시켜서 스팀 터빈(24)에 공급할 수 있다.

또한 본 실시예는 덕트버너(도시하지 않음)를 구비할 수 있는데, 증기 생성부(23)가 가스 터빈(21)에서 배출된 배기를 이용해 증기를 발생시키는 반면, 덕트버너는 증발가스 등을 직접 연소시켜서 증기를 발생시켜 스팀 터빈(24)에 공급할 수 있다. 즉 덕트버너는 증발가스의 유량이 많을 경우, 또는 가스 터빈(21)에 의해 배출되는 배기의 유량이나 온도가 부족할 경우 작동하여, 스팀 터빈(24)이 원활하게 구동되도록 할 수 있다.

스팀 터빈(24)은, 증기 생성부(23)에 연결되어 증기를 소비한다. 스팀 터빈(24)은 증기의 압력에 의해 터빈 휠(도시하지 않음)을 회전시킬 수 있으며, 스팀 터빈(24)에는 제2 터빈 발전기(25)가 연결되어 에너지를 생산할 수 있다.

제2 터빈 발전기(25)는, 스팀 터빈(24)에 연결되며 제1 터빈 발전기(22)와 마찬가지로 에너지를 생산한다. 제2 터빈 발전기(25)는 제1 터빈 발전기(22)의 보조 발전기로 작동할 수 있는데, 이는 제1 터빈 발전기(22)가 연결된 가스 터빈(21)이 구동됨에 따라 배기가 생성되어야 제2 터빈 발전기(25)가 연결된 스팀 터빈(24)이 구동될 수 있기 때문이다.

수요처(20)는, 스팀 터빈(24)에서 배출되는 증기를 응축시켜 증기 생성부(23)에 공급하는 증기 응축부(26)를 더 포함할 수 있다. 증기는 강한 압력으로 스팀 터빈(24)을 돌린 후 스팀 터빈(24)으로부터 배출되는데, 증기 응축부(26)는 스팀 터빈(24)에서 배출된 증기를 재활용하기 위해서, 냉각시켜 응축수를 생성한 후 증기 생성부(23)에 공급할 수 있다. 이 경우 증기 생성부(23)에 유입된 응축수는 가스 터빈(21)의 배기에 의해 증기로 변화되어 스팀 터빈(24)에 다시 유입될 수 있다.

증발가스 공급라인(30)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 수요처(20)까지 연결된다. 증발가스 공급라인(30)에는 후술할 증발가스 압축기(40)가 구비될 수 있으며, 또한 액화가스 공급라인(50)이 합류될 수 있다.

증발가스 공급라인(30)에는 증발가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 구비되어, 증발가스 공급 밸브의 개도 조절에 따라 가스 터빈(21)에 유입되는 증발가스의 공급량이 조절될 수 있다. 증발가스 공급 밸브는 가스 터빈(21)의 전단에 마련되며, 가스 터빈(21)이 복수로 구비될 경우 각 가스 터빈(21)의 전단에 증발가스 공급 밸브가 각각 마련될 수 있다.

증발가스 압축기(40)는, 증발가스 공급라인(30) 상에 마련되며 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 압축한다. 이때 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)에서 자연 발생되어 배출된 증발가스뿐만 아니라, 후술할 액화가스 기화기(60)를 통해 생성된 증발가스를 포함할 수도 있다.

증발가스 압축기(40)는 복수 개가 직렬로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스는 3개가 구비되어 증발가스가 3단 가압되도록 할 수 있으며, 가압된 증발가스는 10 내지 50bar의 압력을 가질 수 있다.

또한 증발가스 압축기(40)는, 복수 개가 병렬로 구비되어, 어느 하나의 증발가스 압축기(40)가 파손되거나 작동을 할 수 없는 경우, 다른 하나의 증발가스 압축기(40)를 이용하여 증발가스를 원활하게 압축시켜서 수요처(20)의 작동 정지를 방지할 수 있다.

액화가스 공급라인(50)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스 공급라인(30)까지 연결된다. 액화가스 공급라인(50)은 일단이 액화가스 저장탱크(10) 측에 구비되며, 타단이 증발가스 공급라인(30) 상에서 증발가스 압축기(40)의 상류 또는 하류 지점에 연결될 수 있다.

액화가스 공급라인(50)에서 액화가스 저장탱크(10) 측의 일단에는 액화가스 펌프(51)가 구비될 수 있다. 액화가스 펌프(51)는 잠형 펌프로서 액화가스 저장탱크(10) 내부에 위치하여 액화가스 저장탱크(10)에 저장되어 있는 액화가스를 외부로 배출시킬 수 있으며, 또는 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 구비될 수 있다.

액화가스 공급라인(50) 상에는 액화가스 기화기(60)가 마련됨에 따라, 액화가스 펌프(51)에 의해 배출된 액화가스가 기화된 상태로 증발가스 공급라인(30)에 공급될 수 있다.

액화가스 공급라인(50)에는 액화가스의 공급여부 및 공급량을 조절하는 액화가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 액화가스 공급 밸브는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스의 양이 수요처(20)에서 요구하는 양보다 크거나 같을 경우, 즉 증발가스의 양이 충분한 경우에는 액화가스 공급라인(50)을 폐쇄하고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스의 양이 수요처(20)의 요구량에 미치지 못할 경우에는 액화가스 공급라인(50)을 적절히 개방하여 액화가스가 액화가스 기화기(60)를 거쳐 증발가스 공급라인(30)에 공급되도록 할 수 있다. 이를 위하여 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스의 양을 감지하는 증발가스 센서(도시하지 않음)를 구비할 수 있다.

또한 구체적으로 액화가스 공급라인(50)은, 증발가스 공급라인(30)을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 수요처(20)(구체적으로 가스 터빈(21))를 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 적을 경우, 액화가스를 수요처(20)에 공급할 수 있다. 이는 가스 터빈(21)을 고부하로 구동하여 가스 터빈(21)의 효율을 높이기 위함인데, 도 2에서 자세히 설명하도록 한다.

액화가스 기화기(60)는, 액화가스 공급라인(50) 상에 마련되며 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 가열한다. 액화가스 기화기(60)는 액화가스를 열매와 열교환시켜서 액화가스를 가열하고 열매를 냉각시킬 수 있으며, 가열된 액화가스는 특정 압력에서의 비등점(1bar일 경우 약 -162도)보다 높은 온도를 가짐에 따라 증발가스로 변화될 수 있다. 이때 열매로는 글리콜 워터 등을 사용할 수 있다.

열매는 액화가스 기화기(60)를 순환할 수 있는데, 구체적으로 열매는 액화가스 기화기(60)를 거쳐서 열매 펌프(도시하지 않음), 열매 히터(도시하지 않음) 등을 통해 액화가스 기화기(60)에 다시 유입된다.

에너지 저장부(70)는, 잉여 에너지를 저장한다. 본 실시예는 가스 터빈(21)을 고부하로 유지하므로, 가스 터빈(21)에 의해 발생되는 에너지는 가스 터빈(21)이 구동되는 시점에 필요한 에너지보다 많을 수 있다. 즉 잉여 에너지가 발생할 수 있는데, 이때 에너지 저장부(70)는 이와 같이 수요처(20)에 의해 생성되는 잉여 에너지를 저장해두고, 필요 시 외부로 전달할 수 있다.

에너지 저장부(70)는 스위치보드에 연결되어, 스위치보드로부터 전달받은 전기 에너지를 저장하는 배터리일 수 있으며, 또는 에너지를 이용해 공기 등을 압축해 저장하는 방식을 사용할 수 있다. 즉 에너지 저장부(70)는 에너지를 저장할 수 있다면 어떠한 구성이든 사용 가능하다.

이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템에서 부하와 유량의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2에서 계단 모양은 가스 터빈(21)을 기설정 부하로 구동할 경우의 소비 유량을 나타내는 것이며, 사선은 액화가스 저장탱크(10)에서 증발가스 공급라인(30)을 따라 공급되는 증발가스 유량을 의미한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)에서 제1 가스 터빈(21a)은 기설정 부하에서의 소비 유량이 80이고, 제2 가스 터빈(21b)은 기설정 부하에서의 소비 유량이 50임을 가정한다. 이때 80과 50은 특별한 단위로 한정되는 수치가 아니며, 제1 가스 터빈(21a)과 제2 가스 터빈(21b)의 소비 유량을 나타내기 위한 비교적인 지표에 불과함을 알려둔다.

또한 본 실시예는 2개의 제1 가스 터빈(21a)과 2개의 제2 가스 터빈(21b)을 구비할 수 있으며, 가스 터빈(21)은 기설정 부하 이상으로 구동하거나 또는 구동하지 않는 것을 가정하여 소비 유량을 나타내었다. 이때 기설정 부하는, 수요처(20)의 최대 부하 대비 70 내지 100%일 수 있다.

도 2를 참조하면, 총 4개의 가스 터빈(21)(2개의 제1 가스 터빈(21a), 2개의 제2 가스 터빈(21b))을 조합하여 볼 때, 가스 터빈(21)을 구동하지 않거나 또는 기설정 부하 이상으로 구동하기 위해서는, 소비 유량이 계단식으로 나타나게 된다. 즉 제2 가스 터빈(21b) 1개를 기설정 부하 이상으로 구동하는 경우(소비 유량 50), 제1 가스 터빈(21a) 1개를 기설정 부하 이상으로 구동하는 경우(소비 유량 80), 제2 가스터빈(21b) 2개를 모두 기설정 부하 이상으로 구동하는 경우(소비유량 100), 제1 가스 터빈(21a) 1개 및 제2 가스 터빈(21b) 1개를 모두 기설정 부하 이상으로 구동하는 경우(소비 유량 130), 제1 가스 터빈(21a) 2개를 모두 기설정 부하 이상으로 구동하는 경우(소비 유량 160), 제1 가스 터빈(21a) 1개 및 제2 가스 터빈(21b) 2개를 모두 기설정 부하 이상으로 구동하는 경우(소비 유량 180), 제1 가스 터빈(21a) 2개 및 제2 가스 터빈(21b) 1개를 모두 기설정 부하 이상으로 구동하는 경우(소비 유량 210), 모든 가스 터빈(21)을 기설정 부하 이상으로 구동하는 경우(260)로 나눌 수 있다.

기설정 부하가 고정값이 아닐 수 있기 때문에 실제로 본 실시예의 그래프에서 계단 모양에는 다소 경사가 형성될 수 있다. 그러나 설명의 편의성을 위해 이하에서는 단순한 계단 모양일 경우로 한정하도록 한다.

본 실시예는, 증발가스 공급라인(30)을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 수요처(20)인 가스 터빈(21)을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 적을 경우, 액화가스를 수요처(20)에 공급해 가스 터빈(21)의 부하를 기설정 부하 이상으로 끌어올릴 수 있다.

구체적으로, 증발가스 공급라인(30)을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 제1 가스 터빈(21a)을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량인 80보다 적으면(A), 증발가스는 제1 가스 터빈(21a)에 모두 공급될 수 있고, 제2 가스 터빈(21b)은 구동되지 않을 수 있다. 또한 가스 터빈(21)을 기설정 부하로 구동하기 위해, 제1 가스 터빈(21a)에는 액화가스가 추가로 공급될 수 있다.

다만 증발가스 유량이 제2 가스 터빈(21b)을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량인 50보다도 적으면(B), 증발가스는 제2 가스 터빈(21b)에 모두 공급되고 제1 가스 터빈(21a)은 구동되지 않을 수 있다. 앞의 경우와 마찬가지로 제2 가스 터빈(21b)에는 액화가스가 추가로 공급됨에 따라, 제2 가스 터빈(21b)은 기설정 부하 이상으로 구동될 수 있다.

그러나 증발가스 유량이 제1 가스 터빈(21a)을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량인 80보다 적더라도, 제2 가스 터빈(21b)을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량인 50보다 미소하게 많을 경우(C)에, 액화가스를 소비하면서 제1 가스 터빈(21a)을 기설정 부하로 구동하는 것이 효율 측면에서 바람직하지 않을 수 있다.

다만 이는 제1 가스 터빈(21a)을 기설정 부하 이상으로 가동하는 것보다 제1 가스 터빈(21a)을 구동하지 않는 편이 바람직함을 의미하는 것이며, 가스 터빈(21)은 가동 시 기설정 부하 이상으로 가동되는 것이 가장 효율적임을 감안한 것이다.

이 경우 증발가스는 모두 제2 가스 터빈(21b)에 공급되며, 제1 가스 터빈(21a)은 구동되지 않을 수 있고, 액화가스의 소비는 이루어지지 않을 수 있다. 다만 제2 가스 터빈(21b)으로 발생되는 에너지는 요구 부하보다 적을 수 있는데, 이는 에너지 저장부(70)에 저장되어 있는 에너지로 충당될 수 있다.

그래프를 통해 정리하면, 직선 부분이 계단 부분보다 상방에 위치하면, 에너지 저장부(70)를 사용할 수 있고, 직선 부분이 계단 부분보다 하방에 위치하면, 액화가스를 사용할 수 있다.

또한 수요처(20)가 복수로 구성되면, 증발가스 공급라인(30)을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 어느 하나 이상의 수요처(20)를 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 많고, 수요처(20)를 모두 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 총 요구량보다 적을 경우에는, 적어도 어느 하나 이상의 수요처(20)는 증발가스에 의해 기설정 부하 이상으로 구동되며, 나머지 수요처(20)는 액화가스를 추가 공급받아 기설정 부하 이상으로 구동될 수 있다.

구체적으로, 증발가스 공급라인(30)을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 제1 가스 터빈(21a)을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량인 80보다 많고, 제1 가스 터빈(21a) 및 제2 가스 터빈(21b)을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량인 130(80+50)보다 적을 경우(D), 증발가스는 증발가스 공급라인(30)을 따라, 제1 가스 터빈(21a)의 요구량인 80만큼 제1 가스 터빈(21a)에 공급되며, 나머지 증발가스는 제2 가스 터빈(21b)에 공급될 수 있다. 일례로 증발가스 유량이 120이라면, 80은 제1 가스 터빈(21a)에 공급되고, 40은 제2 가스 터빈(21b)에 공급될 수 있다.

이때 제1 가스 터빈(21a)은 기설정 부하 이상으로 구동되기 때문에, 효율을 향상시킬 수 있으나, 제2 가스 터빈(21b)은 기설정 부하 미만으로 구동되므로, 효율이 저하될 수 있다.

따라서 본 실시예는, 액화가스 공급라인(50)이 제2 가스 터빈(21b)의 요구량인 50에서 나머지 증발가스인 40을 제한 유량인 10만큼의 액화가스를 제2 가스 터빈(21b)에 공급하도록 하여, 제2 가스 터빈(21b)도 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량을 충분히 공급받도록 할 수 있다.

가스 터빈(21)은 부하가 높을수록 효율이 향상된다는 특징이 있기 때문에, 본 실시예는 가스 터빈(21)을 전혀 구동하지 않는 한, 구동되는 가스 터빈(21)의 부하를 기설정 부하 이상으로 끌어올려서, 구동되고 있는 가스 터빈(21)의 효율을 모두 높일 수 있다.

다만 제2 가스 터빈(21b)이 액화가스를 공급받아 구동됨에 따라, 수요처(20)인 가스 터빈(21)에 요구되는 요구 부하(현재 소비해야 하는 에너지를 발생시키기 위한 부하)보다 상대적으로 높은 부하로 제1 가스 터빈(21a) 및 제2 가스 터빈(21b)이 가동될 수 있으며, 잉여 에너지가 발생될 수 있다. 이때 잉여 에너지는, 에너지 저장부(70)로 전달되어 저장될 수 있다.

상기에서는 제1 가스 터빈(21a)이 80의 증발가스를 공급받고, 제2 가스 터빈(21b)이 40의 증발가스와 10의 액화가스를 공급받는 경우를 들어 설명하였으나, 본 실시예는 반대로 제2 가스 터빈(21b)이 50의 증발가스를 공급받고, 제1 가스 터빈(21a)이 70의 증발가스와 10의 액화가스를 공급받아 구동되도록 할 수도 있다.

상기의 경우와는 달리 증발가스 유량은, 제1 가스 터빈(21a) 및 제2 가스 터빈(21b)의 요구량인 130보다 제1 가스 터빈(21a)의 요구량에 상대적으로 근접한 90일 수 있는데(E), 이때 제1 가스 터빈(21a)에 80의 증발가스를 공급하고, 10의 증발가스 및 40의 액화가스를 제2 가스 터빈(21b)에 공급하는 것은 효율 측면에서 바람직하지 않다.

본 실시예는 이 경우, 제1 가스 터빈(21a)에 80의 증발가스를 공급해서 제1 가스 터빈(21a)이 기설정 부하 이상으로 구동되도록 하는 동시에, 제2 가스 터빈(21b)이 구동되지 않도록 할 수 있다.

다만 이 경우, 전체 요구 부하를 만족시키기 위해 사용되어야 하는 증발가스 유량보다 적은 유량만이 사용되기 때문에, 전체 요구 부하를 충족시키지 못할 수 있다. 따라서 본 실시예는, 에너지 저장부(70)가 에너지를 외부로 전달하도록 할 수 있으며, 외부는 수요처(20)에 연결된 에너지 소비처로서 프로펠러(29)에 연결된 출력 모터(27) 등일 수 있다.

이때 에너지 저장부(70)가 전달하는 에너지는, 가스 터빈(21)에 공급되지 않는 나머지 증발가스를 통해 수요처(20)가 생산할 수 있는 에너지 이상을 의미한다. 즉 상기 에너지는, 요구 부하를 만족시키지 못함에 따라 부족하게 된 에너지를 의미할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 액화가스 저장탱크(10)에 수요처(20)가 연결된 시스템을 구동하는 방법에 있어서, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 유량을 측정하는 단계(S110), 증발가스를 소비하는 수요처(20)를 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량을 계산하는 단계(S120), 증발가스 유량이 요구량보다 적을 경우, 액화가스를 수요처(20)에 공급하는 단계(S130), 수요처(20)에 의해 생성되는 잉여 에너지를 저장하는 단계(S140), 저장된 잉여 에너지를 소비하는 단계(S150)를 포함한다.

도 3에 따른 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 도 1 및 도 2에 따른 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)을 운영하는 방법에 관한 것이며, 이하에서 서술하는 내용 중 앞서 언급한 설명과 중복되는 경우는 설명을 생략하였다.

단계 S110에서는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 유량을 측정한다. 이를 위해 액화가스 저장탱크(10)에는 증발가스 센서나 압력 센서(도시하지 않음) 등이 형성되어 있을 수 있고, 증발가스 공급라인(30)에는 유량 센서(도시하지 않음) 등이 형성되어 있을 수 있다.

단계 S120에서는, 증발가스를 소비하는 수요처(20)를 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량을 계산한다. 이때 수요처(20)는 복수로 구성될 수 있으며, 기설정 부하 이상으로 구동되어야 효율이 향상될 수 있는 가스 터빈(21)일 수 있다.

단계 S130에서는, 증발가스 유량이 요구량보다 적을 경우, 액화가스를 수요처(20)에 공급한다. 이때 가스 터빈(21)의 용량 및 조합에 따라 액화가스를 공급받는 가스 터빈(21)에 대한 내용은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

단계 S140에서는, 수요처(20)에 의해 생성되는 잉여 에너지를 저장한다. 본 실시예는 가스 터빈(21)의 부하를 요구 부하보다 높은 기설정 부하 이상으로 유지하기 때문에, 잉여 에너지가 발생한다. 이때 발생된 잉여 에너지는 에너지 저장부(70)에 저장될 수 있다.

단계 S150에서는, 저장된 잉여 에너지를 소비한다. 저장된 잉여 에너지가 소비되는 경우는 앞서 도 2에서의 C와 E의 경우이며, 이에 대한 설명은 앞에서 언급한 것으로 갈음한다.

이와 같이 본 실시예는, 가스 터빈(21)을 기설정 부하 이상으로 가동되도록 하여, 가스 터빈(21)의 효율을 향상시킬 수 있으며, 서로 다른 용량을 갖는 가스 터빈(21)이 조합될 경우 증발가스, 액화가스, 에너지 저장부(70)를 어떻게 사용할 것인지를 계산하여 조절함으로써 효율적 시스템 운영을 가능케 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은 구성면에서 본 발명의 제1 실시예와 유사하나, 오일 저장탱크(80), 오일 공급라인(81), 증발가스 처리부(90)를 더 포함할 수 있다.

오일 저장탱크(80)는, 오일을 저장한다. 오일은 마린디젤오일(MDO, MGO, HFO) 등을 의미하며, 액화가스가 아닌 연료를 포괄하는 개념으로 사용될 수 있다. 오일 저장탱크(80)도 액화가스 저장탱크(10)와 마찬가지로 단열 구조를 가질 수 있으며, 오일의 누출을 방지하기 위해 이중 구조로 제작될 수 있다.

오일 저장탱크(80)는 오일 공급라인(81)을 통해 수요처(20)로 연결될 수 있으며, 하나의 오일 저장탱크(80)가 복수의 수요처(20)에 연결될 수 있다. 이 경우 오일 공급라인(81)이 분기될 수 있다.

오일 공급라인(81)은, 오일 저장탱크(80)에서 수요처(20)로 연결된다. 오일 공급라인(81)은, 증발가스 공급라인(30)을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 수요처(20)를 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 적을 경우, 오일을 수요처(20)에 공급할 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 상세히 후술한다.

오일 공급라인(81)에는 오일 공급 밸브(도시하지 않음)가 구비되어, 오일 공급 밸브의 개도 조절에 따라 가스 터빈(21)에 유입되는 오일의 공급량이 조절될 수 있다. 오일 공급 밸브는 가스 터빈(21)의 전단에 마련되며, 가스 터빈(21)이 복수로 구비될 경우 각 가스 터빈(21)의 전단에 오일 공급 밸브가 각각 마련될 수 있다.

증발가스 처리부(90)는, 잉여 증발가스를 소비한다. 본 실시예에서 오일에 의해 어느 하나의 가스 터빈(21)이 구동되면, 해당 가스 터빈(21)에 공급되려던 증발가스는 잉여 증발가스로 남을 수 있다. 이때 증발가스 처리부(90)는, 잉여 증발가스를 소각하거나 재액화할 수 있다.

증발가스 처리부(90)는, 증발가스 공급라인(30)에 분기 연결되는 증발가스 소각부(91)를 구비하여, 잉여 증발가스를 소각시킬 수 있다. 또한 증발가스 처리부(90)는, 잉여 증발가스를 별도의 냉매로 재액화하여 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시키는 증발가스 재액화부(92)를 포함할 수 있다.

증발가스 소각부(91)와 증발가스 재액화부(92)는 각각 별도의 라인(부호 도시하지 않음)을 통해 증발가스 공급라인(30)에 분기 연결될 수 있으며, 다만 재액화의 경우 재액화율을 높이기 위해, 증발가스 공급라인(30) 상에서 증발가스 재액화부(92)는 증발가스 압축기(40)의 하류에 구비되어 압축된 증발가스를 액화시킬 수 있다.

이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템에서 부하와 유량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5에서 사선은 수요처(20)가 요구 부하로 구동되기 위해서 필요한 증발가스의 소비 유량을 나타낸다.

도 5에서 A의 경우, 현재 부하에서 필요한 소비 유량보다 많은 유량의 증발가스가 발생하는 경우를 의미하며, B의 경우 반대로 현재 부하에서 필요한 소비 유량보다 적은 유량의 증발가스가 발생하는 경우를 의미한다.

A의 경우를 먼저 설명하면, A의 경우에는 증발가스가 과다하게 발생되는 경우이며, 수요처(20)인 가스 터빈(21)은 요구 부하 이상으로 구동되는데 아무런 문제가 없다(도 5에서 A'). 다만 A와 A'의 높이 차이만큼 발생되는 잉여 증발가스는 증발가스 처리부(90)에 의해 소각되거나 재액화될 수 있으며, 이는 액화가스 저장탱크(10)를 보호하기 위함이다.

반면 B의 경우에는 현재 발생된 증발가스의 유량이 가스 터빈(21)을 요구 부하로 구동하기에 부족하다. 따라서 B와 B'의 높이 차이만큼의 추가적인 연료의 공급이 필요한데, 이 경우 액화가스가 추가로 공급될 수 있다.

그러나 액화가스가 공급되기 위해서는, 액화가스 공급라인(50) 및 액화가스 펌프(51)(잠형인 경우에는 쿨다운이 불필요하므로 잠형이 아닌 경우로 한정됨) 등과 같이 액화가스가 경유하는 구성들에 대한 쿨다운이 필요하다. 쿨다운이 이루어지지 않는다면 액화가스 공급라인(50) 등은 외부 온도에 영향을 받아 액화가스의 온도 대비 가열되어 있는 상태이기 때문에, 액화가스가 경유하면서 증발가스를 대량 생성할 수 있기 때문이다.

즉 액화가스 공급라인(50) 등의 쿨다운 시간동안은, B와 B'의 높이 차이만큼의 액화가스 공급이 어렵다. 따라서 요구 부하를 충족시켜줄 수 없다는 문제가 있다. 그러나 본 실시예는, 이 경우 수요처(20)가 오일로 구동되도록 하여 문제를 해결할 수 있다.

구체적으로, 수요처(20)는 최대 부하에서 소비하는 유량이 서로 다른 복수의 가스 터빈(21)으로 구성될 수 있는데, 증발가스 공급라인(30)을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 어느 하나 이상의 가스 터빈(21)을 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구랑보다 많고, 가스 터빈(21)을 모두 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 총 요구량보다 적을 경우에는, 어느 하나 이상의 가스 터빈(21)을 증발가스에 의해 요구 부하 이상으로 구동되도록 하며, 나머지 가스 터빈(21)은 오일에 의해 요구 부하 이상으로 구동되도록 할 수 있다.

즉 수요처(20)가 앞서 제1 실시예에서 언급한 제1 가스 터빈(21a)과 제2 가스 터빈(21b)을 포함한다고 할 때, 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스 공급라인(30)을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 제1 가스 터빈(21a)을 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량인 70(제1 실시예에서의 기설정 부하는 요구 부하보다 높으므로, 제1 실시예에서의 요구량보다 제2 실시예에서의 요구량이 적음)보다 많고, 제1 가스 터빈(21a) 및 제2 가스 터빈(21b)을 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량인 115(70+45)보다 적은 100일 경우, B와 B'의 높이차이인 15만큼의 액화가스 공급이 필요하다.

그러나 본 실시예는, 액화가스 공급라인(50) 등의 쿨다운 시간을 확보하기 위해서, 제1 가스 터빈(21a) 및 제2 가스 터빈(21b) 중 어느 하나의 가스 터빈(21)의 요구량만큼 어느 하나의 가스 터빈(21)에 증발가스를 공급하고, 나머지 증발가스를 증발가스 처리부(90)에 공급하며, 오일 공급라인(81)이 다른 하나의 가스 터빈(21)의 요구량만큼 오일을 다른 하나의 가스 터빈(21)에 공급하도록 할 수 있다.

예시적인 수치로 설명하면, 증발가스 유량인 100 중에서 제1 가스 터빈(21a)에 70이 공급되고, 나머지 30이 증발가스 처리부(90)로 공급되며, 제2 가스 터빈(21b)을 요구 부하 이상으로 구동하기 위해서 B'와 B''의 높이차이만큼인 45의 오일이 제2 가스 터빈(21b)에 공급될 수 있다.

가스 터빈(21)은 증발가스와 액화가스를 혼합 공급받아 구동될 수 있으나, 증발가스와 오일을 혼합해 구동되지 않도록 할 수 있다. 이는 서로 다른 연소 온도를 갖는 증발가스와 오일의 혼합에 의해 가스 터빈(21)의 효율이 떨어지고 가스 터빈(21)의 내구성이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.

다만 상기의 경우, B와 B''의 높이차이인 30만큼의 증발가스가 잉여 증발가스로 처리될 수 있는데, 잉여 증발가스로서 증발가스 처리부(90)에 공급되는 증발가스 유량은, 수요처(20)에 공급되는 오일 유량 또는 증발가스 유량보다 적을 수 있다. 즉 증발가스 유량인 100 중에서 제2 가스 터빈(21b)에 45를 공급하고 55를 잉여 증발가스로 처리하고 70의 오일을 제1 가스 터빈(21a)에 공급하는 대신, 앞서 언급한 바와 같이 연료를 사용함으로써, 연료 소모를 최소화할 수 있다.

이때 본 실시예의 증발가스 공급라인(30)은 오일이 공급되는 가스 터빈(21)으로의 증발가스 공급을 차단하고, 증발가스를 증발가스 처리부(90)에 공급할 수 있다. 또한 오일 공급라인(81)은, 액화가스 공급라인(50)의 쿨다운이 시작되면 가스 터빈(21)에 오일을 공급하며, 쿨다운이 완료되면 오일 공급을 차단할 수 있다.

쿨다운이 종료되었다면 액화가스의 원활한 공급이 가능하게 되므로, 액화가스 공급라인(50)은 쿨다운이 완료되면 수요처(20)에 액화가스를 공급할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.

도 6을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 액화가스 저장탱크(10)에 수요처(20)가 연결된 시스템을 구동하는 방법에 있어서, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 유량을 측정하는 단계(S210), 증발가스를 소비하는 수요처(20)를 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량을 계산하는 단계(S220), 증발가스 유량이 요구량보다 적을 경우, 액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(20)로 액화가스를 공급하는 액화가스 공급라인(50)을 쿨다운하는 단계(S230), 오일을 수요처(20)에 공급하는 단계(S240), 오일이 공급되는 수요처(20)로의 증발가스 공급을 차단하는 단계(S250), 오일 공급으로 인해 발생되는 잉여 증발가스를 소비하는 단계(S260), 쿨다운이 완료되면 수요처(20)에 액화가스를 공급하는 단계(S270)를 포함한다.

단계 S210에서는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 유량을 측정한다. 이는 제1 실시예에서의 단계 S110과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

단계 S220에서는, 증발가스를 소비하는 수요처(20)를 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량을 계산한다. 이는 제1 실시예에서의 단계 S120과 유사하며, 다만 요구 부하 이상이라는 점이 상이하다.

제1 실시예의 경우 가스 터빈(21)을 요구 부하보다 높은 기설정 부하로 구동함으로써 가스 터빈(21)의 효율을 향상시켰다면, 본 실시예는 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량을 계산하여 가스 터빈(21)의 요구 부하를 충족시켜 줄 수 있다. 물론 제2 실시예는 제1 실시예와 조합될 수 있으며, 조합 시 제2 실시예에서의 요구 부하는 제1 실시예에서의 기설정 부하로 대체되어 실시될 수 있다.

단계 S230에서는, 증발가스 유량이 요구량보다 적을 경우, 액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(20)로 액화가스를 공급하는 액화가스 공급라인(50)을 쿨다운한다. 증발가스가 부족하면 액화가스를 추가로 가스 터빈(21)에 공급해야 하며, 이때 액화가스 공급라인(50)과 액화가스 펌프(51)를 쿨다운할 필요가 있다. 쿨다운은 액화가스를 흘려줌으로써 이루어질 수 있고, 흘려준 액화가스는 수요처(20)에 공급되기 이전에 수요처(20)의 상류에서 외부로 방출되거나, 복귀 라인(도시하지 않음) 등을 통해 상류로 순환될 수 있다.

단계 S240에서는, 오일을 수요처(20)에 공급한다. 오일을 공급하는 것은 오일 공급탱크와 오일 공급라인(81) 등에 의해 이루어지며, 오일이 공급되는 수요처(20)에 대한 설명은 앞서 언급한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

단계 S250에서는, 오일이 공급되는 수요처(20)로의 증발가스 공급을 차단한다. 오일이 공급되는 가스 터빈(21)은 증발가스 및 액화가스를 공급받지 않고 오일로만 구동될 수 있으며, 이에 대해서도 앞서 설명한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.

단계 S260에서는, 오일 공급으로 인해 발생되는 잉여 증발가스를 소비한다. 잉여 증발가스는 증발가스 소각부(91)와 증발가스 재액화부(92)에 의해서 처리될 수 있으며, 잉여 증발가스를 최소화하기 위해, 잉여 증발가스는 수요처(20)에 공급되는 오일 유량 및/또는 수요처(20)에 공급되는 증발가스 유량보다 적을 수 있다.

단계 S270에서는, 쿨다운이 완료되면 수요처(20)에 액화가스를 공급한다. 쿨다운이 완료되면 액화가스 공급이 원활히 이루어질 수 있으므로, 쿨다운 완료 시 오일 공급은 차단되고, 오일을 공급받던 가스 터빈(21)에는 액화가스가 공급될 수 있다. 이때 오일에서 액화가스로의 연료 모드 전환은 거의 실시간으로 이루어질 수 있으므로, 본 실시예는 에너지 생산 측면에서 시간적인 단절이 일어나지 않는다.

이와 같이 본 실시예는, 증발가스 유량이 부족하여 액화가스의 추가 공급이 필요할 경우, 어느 하나 이상의 가스 터빈(21)을 오일 모드로 전환하여 액화가스 공급라인(50) 등의 구성이 쿨다운할 수 있는 시간을 확보해 줌으로써 시스템의 원활한 구동을 가능케 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 제1 실시예와 대비할 때 구성은 동일하며, 다만 덕트버너(231)의 내용이 상이하다. 이하에서 덕트버너(231)를 제외한 다른 구성에 대한 설명은 생략하고, 덕트버너(231)에 대해 상세히 설명하도록 한다.

덕트버너(231)는, 증발가스로 증기를 생성하여 스팀 터빈(24)에 공급한다. 구체적으로 덕트버너(231)는, 증발가스 공급라인(30)을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 가스 터빈(21) 등의 수요처(20)를 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 많을 경우, 잉여 증발가스로 증기를 생성할 수 있다.

일례로 수요처(20)인 가스 터빈(21)의 요구 부하가 감소하여 잉여 증발가스가 발생될 경우, 덕트버너(231)는 잉여 증발가스를 소비하여 증기를 생성해 스팀 터빈(24)에 공급할 수 있다.

즉 본 실시예는 앞서 제1 및 제2 실시예와 달리, 잉여 증발가스를 소각하거나 재액화하지 않고, 잉여 증발가스를 이용하여 증기를 생산하여 스팀 터빈(24)의 부하를 유지할 수 있다.

현재 필요한 에너지가 감소됨에 따라 가스 터빈(21)의 요구 부하가 감소하면, 증발가스의 일부는 가스 터빈(21)으로 유입되지 못하고 잉여 증발가스로 남게 되며, 가스 터빈(21)에 의한 배기의 유량이 줄어들거나 또는 배기의 온도가 저하된다. 이때 증기 생성부(23)는 배기를 이용해 증기를 생성하는데, 상기의 원인으로 인해 증기 생성부(23)에 의한 증기의 생성량이 줄어들 수밖에 없다. 따라서 스팀 터빈(24)의 부하가 감소될 수 있다.

이때 본 실시예는, 가스 터빈(21)의 부하 감소로 인해 발생하는 잉여 증발가스를, 덕트버너(231)가 증기 생성에 활용하도록 하고, 잉여 증발가스에 의해 생성된 증기를 스팀 터빈(24)에 공급하여, 스팀 터빈(24)의 부하를 일정 이상으로 유지할 수 있다.

본 실시예는, 제1 실시예에서 설명한 에너지 저장부(70)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 요구 부하가 감소됨에 따라 가스 터빈(21)의 부하를 낮추어 잉여 증발가스가 발생된 것이므로, 스팀 터빈(24)의 부하를 높이면 필요 이상의 에너지가 스팀 터빈(24)에 의해 발생될 수 있다. 따라서 본 실시예는 제1 실시예에서 언급한 에너지 저장부(70)를 구비할 수 있으며, 에너지 저장부(70)는 스팀 터빈(24)에 의해 생성된 잉여 에너지를 저장할 수 있다. 에너지 저장부(70)는 제1 실시예에서 설명한 바와 동일/유사하므로 자세한 설명은 생략한다.

또한 본 실시예는, 제1 실시예에서 설명한 액화가스 공급라인(50)을 포함할 수 있다. 이때 액화가스 공급라인(50)은, 증기 생성부(23) 및 덕트버너(231)에 의해 생성되는 증기 유량이, 스팀 터빈(24)을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 적을 경우, 액화가스를 덕트버너(231)에 공급할 수 있다.

가스 터빈(21)을 기설정 부하 이상으로 구동하면 가스 터빈(21)의 효율을 향상시킬 수 있다는 점은 제1 실시예에서 언급한 바 있다. 본 실시예는 이와 같은 원리로, 스팀 터빈(24)의 부하를 기설정 부하 이상(스팀 터빈(24)에 요구되는 요구 부하보다 큰 부하이며, 제1 실시예와 유사하게 스팀 터빈(24)의 최대 부하 대비 70 내지 100%임)으로 구동함으로써 스팀 터빈(24)의 효율을 향상시킬 수 있다.

즉 본 실시예는 잉여 증발가스를 덕트버너(231)로 공급하는 것에서 그치지 않고, 액화가스를 추가로 덕트버너(231)에 공급해 스팀 터빈(24)의 부하를 기설정 부하 이상으로 끌어올려 유지함으로써 스팀 터빈(24)의 효율을 높여줄 수 있다는 점에서 그 의의가 있으며, 이때 스팀 터빈(24)에 의해 생성된 잉여 에너지는 에너지 저장부(70)에 저장해두고 차후에 사용할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 순서도이다.

도 8을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 액화가스 저장탱크(10)에 수요처(20)가 연결되고 스팀 터빈(24)이 구비된 시스템을 구동하는 방법에 있어서, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 유량을 측정하는 단계(S310), 증발가스를 소비하는 수요처(20)를 요구 부하로 구동하기 위한 요구량을 계산하는 단계(S320), 증발가스 유량이 요구량보다 많을 경우, 수요처(20)의 배기 및 잉여 증발가스로 증기를 생성하여 스팀 터빈(24)에 공급하는 단계(S330), 액화가스로 증기를 생성하여 스팀 터빈(24)에 공급하는 단계(S340), 스팀 터빈(24)에 의해 생성되는 잉여 에너지를 저장하는 단계(S350)를 포함한다.

단계 S310에서는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 유량을 측정한다. 이는 단계 S110 및 S210에서 설명한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.

단계 S320에서는, 증발가스를 소비하는 수요처(20)를 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량을 계산한다. 이는 단계 S210에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

단계 S330에서는, 증발가스 유량이 요구량보다 많을 경우, 수요처(20)의 배기 및 잉여 증발가스로 증기를 생성하여 스팀 터빈(24)에 공급한다. 증발가스 유량이 요구량보다 많다는 것은, 증발가스가 많은 경우이거나, 또는 가스 터빈(21)의 요구 부하가 감소하여 요구량이 줄어든 경우이거나, 또는 상기 두 가지가 동시에 일어난 경우일 수 있다. 이외에도 증발가스 유량이 요구량보다 많아 잉여 증발가스가 발생하면, 잉여 증발가스는 덕트버너(231)에 공급되어 증기 생성에 일조할 수 있다.

수요처(20)의 배기에 의해 증기를 생성하는 것은 증기 생성부(23)에 의해 이루어지며, 잉여 증발가스에 의해 증기를 생성하는 것은 덕트버너(231)에 의해 이루어질 수 있다. 이때 각각 생성된 증기는 혼합되어 스팀 터빈(24)으로 공급될 수 있다.

단계 S340에서는, 액화가스로 증기를 생성하여 스팀 터빈(24)에 공급한다. 본 실시예는 단순히 잉여 증발가스를 증기 생성에 사용한다는 것이 아니라, 스팀 터빈(24)을 고부하로 유지하고자 하는 것이며, 이를 위해 잉여 증발가스 외에 액화가스를 추가로 증기 생성에 사용할 수 있다.

즉 수요처(20)의 배기 및 잉여 증발가스에 의해 생성되는 증기 유량이, 스팀 터빈(24)을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 적을 경우, 액화가스로 증기를 생성할 수 있다. 물론 이 경우 덕트버너(231)에 유입되는 액화가스는 액화가스 기화기(60)에 의해 기화된 것일 수 있다.

단계 S350에서는, 스팀 터빈(24)에 의해 생성되는 잉여 에너지를 저장한다. 잉여 증발가스를 스팀 터빈(24)에 공급하여 에너지를 생산하면, 요구 부하 감소로 인해 발생된 잉여 증발가스가 오히려 에너지를 발생시킴에 따라, 잉여 에너지가 생산될 수 있다. 따라서 본 실시예는 에너지 저장부(70)를 이용하여 잉여 에너지를 저장해둘 수 있다.

또한 스팀 터빈(24)에 액화가스를 통해 생성된 증기를 추가로 공급하여 스팀 터빈(24)이 기설정 부하로 가동되도록 하면, 스팀 터빈(24) 및 가스 터빈(21)에 의해 발생된 에너지는 현재 소비되어야 하는 에너지보다 많을 수 있다. 따라서 이 경우의 잉여 에너지도 에너지 저장부(70)에 저장될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 덕트버너(231)가 잉여 증발가스로 증기를 생성하여 스팀 터빈(24)에 공급하고, 또한 덕트버너(231)가 액화가스로 증기를 생성하여 스팀 터빈(24)에 공급함으로써, 잉여 증발가스가 버려지는 것을 방지하고, 스팀 터빈(24)의 부하를 기설정 부하 이상으로 유지하여 스팀 터빈(24)의 효율을 높일 수 있다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 제1 내지 제3 실시예와 대비할 때 증발가스 압력조절부(100)를 더 포함한다. 이외의 구성은 앞서 다른 실시예에서 설명한 바와 동일/유사하므로, 자세한 설명을 생략한다.

증발가스 압력조절부(100)는, 증발가스의 압력을 조절하여 덕트버너(231)에 공급한다. 구체적으로 증발가스 압력조절부(100)는, 수요처(20)의 구동을 위해 필요한 증발가스의 압력보다 상대적으로 낮은 압력으로 증발가스를 덕트버너(231)에 공급할 수 있다.

증발가스 압력조절부(100)는, 증발가스 공급라인(30) 상에 복수의 증발가스 압축기(40) 사이 또는 전단에서 분지되어 덕트버너(231)로 연결되는 증발가스 분지라인(101)을 포함할 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(40)가 3단으로 구성될 경우, 증발가스 분지라인(101)은 1단의 후단에서 연결됨으로써, 가스 터빈(21)으로 공급되는 증발가스의 압력이 50bar일 때 덕트버너(231)로 공급되는 증발가스의 압력이 10bar가 되도록 할 수 있다.

이와 같이 증발가스 분지라인(101)을 이용하여 증발가스를 덕트버너(231)에 공급하게 되면, 증발가스 공급라인(30) 상에서 증발가스 분지라인(101)의 후단에 구비되어 있는 증발가스 압축기(40)의 부하를 절감할 수 있다.

이때 덕트버너(231)에는 증발가스 분지라인(101)과 증발가스 공급라인(30)이 모두 연결될 수 있으며, 따라서 본 실시예의 덕트버너(231)는 선택적으로 증발가스 공급라인(30) 또는 증발가스 분지라인(101)으로부터 증발가스를 공급받을 수 있다.

이 경우 증발가스 공급라인(30)을 통해 유입되는 증발가스는, 증발가스 분지라인(101)을 통해 유입되는 증발가스 대비 고압이므로, 증발가스가 덕트버너(231)로 유입되지 못하고 증발가스 분지라인(101)으로 역류할 수 있다. 따라서 본 실시예의 증발가스 압력조절부(100)는, 조절밸브(102)를 더 포함할 수 있다.

조절밸브(102)는, 덕트버너(231)에 연결되는 증발가스 공급라인(30)에 구비되며, 구체적으로 증발가스 공급라인(30)에서 증발가스 분지라인(101)이 연결되는 지점의 상류에 구비됨으로써, 증발가스 분지라인(101)을 통해 증발가스가 공급될 경우에는 증발가스 공급라인(30)을 밀폐할 수 있다. 이때 조절밸브(102)는 증발가스의 유량 또는 압력을 조절하는 밸브일 수 있다.

또한 본 실시예는, 증발가스 분비라인 상에 분지밸브(103)를 구비할 수 있으며, 분지밸브(103)는 2way 밸브 또는 3way 밸브로서, 증발가스 공급라인(30)을 통해 증발가스가 공급될 경우 증발가스 분지라인(101)을 밀폐하여, 원활하게 증발가스가 덕트버너(231)에 유입되도록 할 수 있다.

본 실시예에서 덕트버너(231)가 증발가스 공급라인(30) 및 증발가스 분지라인(101)으로부터 선택적으로 증발가스를 공급받을 수 있도록 한 것은, 증발가스 분지라인(101)을 이용하여 증발가스 압축기(40)의 부하를 절감하기 위한 것이고, 또한 증발가스 공급라인(30)을 이용하여 증발가스 압축기(40)의 부하를 최소한으로 유지하여야 할 경우를 대비하기 위한 것이다. 증발가스 압축기(40)의 부하가 지나치게 낮을 경우에는 오히려 증발가스 압축기(40)의 전력 소모만 커지게 되므로, 필요 시 덕트버너(231)에 유입되는 증발가스가 증발가스 압축기(40)를 경유하도록 하여 증발가스 압축기(40)의 전력 소모를 효율적으로 관리할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 덕트버너(231)에 유입되는 증발가스의 압력을 수요처(20)의 요구 압력보다 낮게 하여 증발가스 압축기(40)에 의한 에너지 소비량을 감축하여 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 제1 내지 제4 실시예는, 독립적으로 구성되어 구현될 수 있으며, 또는 제1 내지 제4 실시예로 이루어진 그룹 중에서 적어도 하나 이상의 실시예를 선택 및 조합하여 구현될 수도 있다. 일례로 제1 및 제3 실시예를 조합하여 가스 터빈(21) 및 스팀 터빈(24)이 모두 고부하인 기설정 부하 이상으로 구동되도록 할 수 있으며, 제3 실시예와 제4 실시예를 조합하여 스팀 터빈(24)을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위해 덕트버너(231)에 증발가스 분지라인(101)을 따라 증발가스가 공급되도록 할 수 있다.

물론 본 발명은 실시예들의 조합을 상기의 예시로 한정하는 것은 아니며, 이외에도 다양한 조합이 가능하다. 도출 가능한 다양한 조합은 본 발명의 명세서에 직접 언급되어 있지 않다고 하더라도, 실시예들의 조합으로 볼 수 있다면 모두 본 발명의 사상에 포함되는 것이다.

1: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 수요처 21: 가스 터빈
21a: 제1 가스 터빈 21b: 제2 가스 터빈
22: 제1 터빈 발전기 23: 증기 생성부
231: 덕트버너 24: 스팀 터빈
25: 제2 터빈 발전기 26: 증기 응축부
27: 출력 모터 28: 감속 기어부
29: 프로펠러 30: 증발가스 공급라인
40: 증발가스 압축기 50: 액화가스 공급 라인
51: 액화가스 펌프 60: 액화가스 기화기
70: 에너지 저장부 80: 오일 저장탱크
81: 오일 공급라인 90: 증발가스 처리부
91: 증발가스 소각부 92: 증발가스 재액화부
100: 증발가스 압력조절부 101: 증발가스 분지라인
102: 조절밸브 103: 분지밸브

Claims (8)

1. 액화가스 저장탱크에서 수요처로 연결되는 증발가스 공급라인;
   상기 수요처에서 발생된 배기로 증기를 생성하여 스팀 터빈에 공급하는 증기 생성부;
   상기 증발가스 공급라인을 따라 공급되는 증발가스 유량이, 상기 수요처를 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 많을 경우, 잉여 증발가스로 증기를 생성하여 스팀 터빈에 공급하는 덕트버너; 및
   상기 스팀 터빈에 의해 생성되는 잉여 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수요처의 요구 부하가 감소하여 잉여 증발가스가 발생될 경우, 상기 덕트버너는 상기 잉여 증발가스로 증기를 생성하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 증기 생성부 및 상기 덕트버너에 의해 생성되는 증기 유량이, 상기 스팀 터빈을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 적을 경우, 액화가스를 상기 덕트버너에 공급하는 액화가스 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 기설정 부하는,
   상기 스팀 터빈에 요구되는 요구 부하보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 기설정 부하는, 상기 스팀 터빈의 최대 부하 대비 70 내지 100%인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
6. 액화가스 저장탱크에 수요처가 연결되고 스팀 터빈이 구비된 시스템을 구동하는 방법에 있어서,
   상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스의 유량을 측정하는 단계;
   상기 증발가스를 소비하는 상기 수요처를 요구 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량을 계산하는 단계;
   상기 증발가스 유량이 상기 요구량보다 많을 경우, 상기 수요처의 배기 및 잉여 증발가스로 증기를 생성하여 상기 스팀 터빈에 공급하는 단계; 및
   상기 스팀 터빈에 의해 생성되는 잉여 에너지를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   액화가스로 증기를 생성하여 상기 스팀 터빈에 공급하는 단계를 더 포함하고,
   상기 스팀 터빈은, 상기 스팀 터빈에 요구되는 요구 부하보다 상대적으로 큰 기설정 부하로 구동되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 액화가스로 증기를 생성하는 단계는,
   상기 수요처의 배기 및 잉여 증발가스에 의해 생성되는 증기 유량이, 상기 스팀 터빈을 기설정 부하 이상으로 구동하기 위한 요구량보다 적을 경우, 액화가스로 증기를 생성하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.

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