KR20150133008A - 기액분리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기액분리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기액분리기에 연결된 파이프라인에 고인 액상의 유량을 측정하여 기액 분리기로 유입되는 액상의 유량을 예측할 수 있도록 함으로써 기액 분리기 내의 수위를 미리 조절하여 기액 분리기 내의 수위가 적정하게 유지될 수 있도록 한 기액분리 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 가스정에서 채굴된 가스 및 액상이 분리되는 기액분리기;가스정에서 채굴된 가스 및 액상이 기액분리기로 이동되는 관로를 제공하는 파이프라인;상기 기액분리기의 상부에 설치되어 기액분리기에서 기액분리된 가스가 배출되는 가스 배출관;상기 기액분리기의 하부에 설치되어 기액분리기에서 기액분리된 액상이 배출되며, 관로 개폐를 제어하는 밸브를 포함하는 액상 배출관;상기 기액분리기의 수위를 측정하는 제1수위측정계;상기 기액분리기의 수위를 세팅하여 세팅된 수위가 넘어가면 액상 배출관의 밸브를 열어 기액 분리기의 수위를 조절하는 수위 세팅기;상기 파이프라인에 설치되며, 파이프라인에 고인 액상의 수위를 측정하여 수위 세팅기로 전송하는 제2수위측정계:를 포함하여 구성되어,파이프라인에 고인 수위 측정을 통해 기액분리기로 유입되는 액상의 유량을 미리 예측할 수 있도록 하여 기액분리기의 수위가 적정하게 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 기액분리 시스템을 제공한다.

Description

기액분리 시스템{A gas-liquid seperating system}

본 발명은 기액분리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기액분리기 내로 급작스럽게 유입될 수 있는 액상의 유량을 미리 예측하여 기액분리기 내의 수위는 항상 적정하게 유지될 수 있도록 한 기액분리 시스템에 관한 것이다.

천연가스(natural gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하고, 소량의 에탄(ethane), 프로판(propane) 등을 포함하는 화석 에너지의 일종으로서, 최근 다양한 기술 분야에서 저공해 에너지원으로서 각광받고 있으며, 전 세계적으로 소비량이 급증하고 있는 추세이다.

한편, 천연가스가 생산되는 가스정(gas well)은 해저에 위치되므로, 천연가스를 정제하여 공급하기 위한 육상(onshore)으로부터 멀리 떨어져 있게 된다.

따라서, 천연가스는 가스배관을 통해 해상(offshore)의 가스생산시설로부터 육상(onshore)의 플랜트 시설로 가스 상태로 운반되거나, 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 캐리어(LNG 운반선)에 저장된 채 원거리의 수요처로 운반된다.

이때, 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

한편, 가스정으로부터 채굴된 천연가스는 반드시 육상에서 정제과정을 거치는 것은 아니며, 해상에서의 해양 구조물을 통해 정제과정을 거치기도 한다.

즉, LNG FPSO라 불리우는 해양구조물은 해상에 부유한 상태에서 천연 가스를 정제, 저장 및 운반할 수 있는 부유식 해상 정유 공장이라고 할 수 있는 구조물로서, 가스정에서 채굴된 천연가스를 육상으로 이송할 필요 없이 해상에서 바로 정제하여 공급함으로써 육상으로의 운반작업 및 정제작업 과정을 줄여 작업 생산성을 극대화할 수 있는 구조물이다.

이러한 해양구조물로는 상기한 LNG FPSO 외에도 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG

RV(Regasification Vessel), 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등이 있다.

한편, 가스정으로부터 채굴된 천연가스는 육상의 정제시설 또는 해양구조물의 정제설비를 통해 분리(separation), 건조(dehydration), 압축(compression)과정을 거쳐 정제된다.

이때, 천연가스는 플랜트 시설의 압력밸브를 개방시킴으로 인해, 파이프라인을 거쳐 플랜트 시설로 유입되며, 유입된 천연가스는 기액분리기(10)를 거쳐 액상과 가스로 분리된 후 건조과정을 위한 시설로 이송된다.

이후, 분리된 기체는 기액분리기(10)의 가스배출관(20)을 통해 배출되고 분리된 액상은 기액분리기(10)의 액상 배출관(30)을 통해 배출된다.

이때, 기액분리기(10)의 일측에는 기액분리기(10)의 내부 수위를 측정하는 수위측정계(40)가 설치되며, 수위측정계(40)의 일측에는 수위측정계(40)의 신호를 받아 액상 배출관(30)의 밸브(31) 개폐를 제어하는 수위 세팅기(50)가 설치된다.

즉, 기액분리기(10) 내부로 유입되는 천연가스에 포함된 액상의 수위가 점점 차오르다가 수위 세팅기(50)에 의해 세팅된 수위를 넘어가면 수위 세팅기(50)는 액상 배출관(30)의 밸브(31)를 열어 세팅된 만큼의 액상을 제외하고는 액상을 외부로 배출시키도록 한 것이다.

하지만, 상기한 구성으로 이루어진 종래의 기액분리 시스템은 다음과 같은 문제가 있었다.

도 1에 도시된 바와 같이 천연가스가 파이프라인(60)을 통해 기액분리기(10)로 유입되는 과정에서, 천연가스와 함께 이동되는 원유 등의 액상 일부가 해저 파이프(61) 및 라이저 파이프(62)의 하부에 고이게 되고, 액상이 해저 파이프(61) 및 라이저 파이프(62)의 하부에 차오르다가 라이저 파이프(62)의 관로를 막게 되면 파이프라인(60)을 통해 유입되는 천연가스 압력에 의해 상기 액상은 라이저 파이프(62)를 통해 기액분리기(10)로 급작스럽게 유입이 된다.

이때, 노멀 레벨을 유지하고 있던 기액분리기(10)의 액상 수위가 최고점으로 높아지면 수위 세팅기(50)가 작동하기도 전에 전체 기액분리 시스템이 오동작하거나 셧다운 되는 문제가 발생하였다.

대한민국 공개번호 10-2013-0076311

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액상이 고이는 부위의 파이프 라인에 수위 측정계를 추가로 설치하고 상기 수위 측정계와 기액분리기의 수위를 컨트롤하는 수위 세팅기를 연계하여 기액분리기 내의 수위가 항상 적정하게 유지될 수 있도록 한 기액분리 시스템을 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 가스정에서 채굴된 가스 및 액상(liquid)이 분리되는 기액분리기;가스정에서 채굴된 가스 및 액상이 기액분리기로 이동되는 관로를 제공하는 파이프라인;상기 기액분리기의 상부에 설치되어 기액분리기에서 기액분리된 가스가 배출되는 가스 배출관;상기 기액분리기의 하부에 설치되어 기액분리기에서 기액분리된 액상이 배출되며, 관로 개폐를 제어하는 밸브를 포함하는 액상 배출관;상기 기액분리기의 수위를 측정하는 제1수위측정계;상기 기액분리기의 수위를 세팅하여 세팅된 수위가 넘어가면 액상 배출관의 밸브를 열어 기액 분리기의 수위를 조절하는 수위 세팅기;상기 파이프라인에 설치되며, 파이프라인에 고인 액상의 수위를 측정하여 수위 세팅기로 전송하는 제2수위측정계:를 포함하여 구성되어, 파이프라인에 고인 수위 측정을 통해 기액분리기로 유입되는 액상의 유량을 미리 예측할 수 있도록 하여 기액분리기의 수위가 적정하게 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 기액분리 시스템을 제공한다.

이때, 상기 파이프라인는, 해저에 수평하게 배치된 해저파이프와, 해저 파이프로부터 수직으로 상향 설치된 라이저 파이프로 구성된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 기액분리 시스템은 다음가 같은 효과가 있다.

파이프라인의 하부에 고인 액상의 수위를 측정하는 수위측정계가 추가로 설치되고, 그 수위 변화를 수위 세팅기에 전달할 수 있도록 하여 기액분리기의 수위를 제어할 수 있도록 함으로써, 기액분리기로 액상이 급작스럽게 유입되더라도 기액분리기 내의 수위는 계속 적정하게 유지될 수 있게 된다.

즉, 파이프라인에 설치된 수위측정계를 통해 파이프라인로부터의 액상 유입을 미리 감지하여 기액 분리기 내의 유량을 미리 배출시켜놓음으로써 파이프라인으로부터 다량의 액상이 급작스럽게 유입되더라도 기액분리기 내의 수위는 적정하게 유지될 수 있는 것이다.

따라서, 기액분리기 내의 액상 과다 유입으로 인해 시스템이 오동작하거나 셧다운 되는 일은 발생하지 않는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 기액 분리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기액 분리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기액 분리 시스템의 기액 분리 과정을 나타낸 순서도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기액 분리 시스템에 대하여 설명하도록 한다.

기액 분리 시스템은 기액 분리기 내로 유입될 액상의 유입량을 미리 예측하여 기액 분리기 내의 액상 수위를 미리 낮추어 놓음으로써 기액 분리기 내로 다량의 액상이 급작스럽게 유입되더라도 기액 분리기 내의 수위는 항상 적정하게 유지될 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

기액 분리 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 기액 분리기(100)와, 파이프라인(200)와, 가스 배출관(300)과, 액상 배출관(400)과, 제1수위측정계(500)와, 수위 세팅기(600)와, 제2수위측정계(700)를 포함하여 구성된다.

기액 분리기(100)는 해저 가스정에서 채굴된 가스 정제 과정 중, 가스에 포함된 기체와 액상을 분리하는 과정을 수행하는 장비이다.

기액 분리기(100)는 압축 용기로 제공됨이 바람직하며, 기액 분리의 방법으로는 비중 차에 의한 기액 분리와 원심력에 의한 기액 분리 등 다양한 방법으로 제공될 수 있다.

다음으로, 파이프라인(200)는 해저의 가스정에서 채굴된 가스가 기액 분리기(100)로 이동되는 관로를 제공하며, 해저파이프(210)와, 라이저 파이프(220)로 구성된다.

해저파이프(210)는 가스정으로부터 기액 분리기(100)가 설치된 선체까지 해당되는 관로로서, 해저에 배치되는 파이프이다.

그리고, 라이저 파이프(220)는 해저파이프(210)를 따라 이동된 가스가 선체 내부의 기액 분리기(100)로 안내되는 관로이며, 해저파이프(210)에 대하여 수직으로 설치된다.

이와 같이 해저파이프(210)와 라이저 파이프(220)가 수직으로 설치됨에 따라, 해저파이프(210)와 라이저 파이프(220)가 연결된 부위에는 액상이 고이는 공간이 형성된다.

다음으로, 가스 배출관(300)은 기액 분리기(100)에서 분리된 가스가 배출되는 관로이며, 기액 분리기(100)의 상부에 설치된다.

즉, 가스의 비중이 액상보다 낮음에 따라 기액분리기(100)의 내측 상부로 분리된 가스는 가스 배출관(300)을 통해 배출되는 것이다.

다음으로, 액상 배출관(400)은 기액 분리기(100)의 액상이 배출되는 관로이며, 기액 분리기(100)의 하부에 설치된다.

즉, 기액 분리기(100) 내에서 액상의 비중이 가스보다 높음에 따라 기액분리기(100)의 내측 하부로 분리된 액상은 액상 배출관(400)을 통해 배출되는 것이다.

이때, 액상 배출관(400)에는 액상 배출관(400)의 관로를 개폐하는 밸브(410)가 설치된다.

밸브(410)는 후술하는 수위 세팅기(600)에 의해 제어되며, 밸브(410) 개폐에 의해 기액 분리기(100) 내의 액상이 배출되면서 기액 분리기(100) 내의 수위가 적정하게 유지될 수 있게 된다.

다음으로, 제1수위측정계(500)는 기액 분리기(100) 내의 수위를 측정하여 수위세팅기(600)로 전송하는 역할을 한다.

기액 분리기(100) 내의 수위는 로우(Low) 레벨, 노멀(Normal) 레벨, 하이(High) 레벨, 하이 하이(High High) 레벨로 구분되는데, 상기 제1수위측정계(500)는 기액 분리기(100) 내의 수위를 지속적으로 수위 세팅기(600)에 전달함으로써 기액 분리기(100) 내의 수위가 적정하게 유지될 수 있게 된다.

다음으로, 수위 세팅기(600)는 기액 분리기(100) 내의 수위를 제어하는 역할을 한다.

즉, 수위 세팅기(600)를 통해 기액 분리기(100) 내의 수위를 임의로 조절할 수 있는 것이다.

예컨대 수위 세팅기(600)를 통해 기액 분리기(100) 내의 수위가 노멀 레벨로 유지될 수 있도록 세팅해 놓으면, 수위 세팅기(600)는 기액 분리기(100) 내의 수위가 노멀 레벨에 이를 때까지 액상 배출관(400)의 밸브(410)를 잠가 관로를 폐쇄하지만, 기액 분리기(100) 내의 수위가 노멀 레벨을 넘을 경우 수위 세팅기(600)는 밸브(410)를 열어 액상 배출관(400)을 통해 기액 분리기(100) 내의 액상을 밖으로 배출시켜 노멀 레벨로 유지시키는 것이다.

다음으로, 제2수위측정계(700)는 파이프라인(200)의 하부에 고인 액상의 수위를 측정하여 수위 세팅기(600)에 전송하는 역할을 한다.

즉, 제2수위측정계(700)를 통해 파이프라인(200)으로부터 급작스럽게 유입될 수 있는 유량을 예측할 수 있으므로, 기액 분리기(100) 내의 수위가 과도하게 상승되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

수위 세팅기(600)는 제2수위측정계(700)로부터 신호를 받으면, 지금 현재 기액 분리기(100) 내의 수위가 노멀 레벨을 유지하고 있더라도 파이프라인(200)을 통해 유입되는 액상의 유량을 감안하여 기액 분리기(100) 내의 액상을 미리 배출시키는 것이다.

이하, 상기한 구성으로 이루어진 기액 분리 시스템의 작용에 대하여 설명하도록 한다.

가스정으로부터 채굴된 가스는 파이프라인(200)을 따라 기액 분리기(100)로 이동된다.

이때, 가스와 함께 액상(원유, 물 등)도 이동이 되는데, 상기 액상은 하중에 의해 도 2에 도시된 바와 같이 파이프라인(200)의 하부에 고이게 된다.

이후, 가스는 라이저 파이프(220)를 통해 기액 분리기(100) 내로 유입된 후, 가스에 포함된 액상과 분리되는 과정을 거치게 된다.

이때, 액상은 기액 분리기(100)의 내측 하부에 고이게 되고 분리된 가스는 가스 배출관(300)을 통해 배출된다.

또한, 제1수위측정계(500)는 기액 분리기(100) 내의 수위를 지속적으로 측정하여 수위 세팅기(600)로 전달하고, 수위 세팅기(600)는 입력된 기액 분리기(100)의 수위가 수신되지 않는 한 밸브(410)를 개방시키지는 않는다.

이러한 일련의 과정이 지속적으로 반복되면서, 파이프라인(200)의 하부에 고인 액상의 수위는 점점 상승하게 된다.

이때, 제2수위측정계(700)는 파이프라인(200)에 고인 액상의 수위를 지속적으로 측정하여 수위 세팅기(600)에 전달하는데, 파이프라인(200)의 액상 수위가 증가하여 일정 이상의 위치가 되면, 수위 세팅기(600)는 밸브(410)를 열어 액상 배출관(400)을 개방시킨다.

이때, 액상 배출관(400)을 통해 배출되는 유량은 파이프라인(200)에 고인 유량에 대응될 수 있도록 한다.

이후, 액상 배출관(400)을 통해 기액 분리기(100) 내의 액상이 정해진 만큼 배출되면, 밸브(410)를 잠가 액상 배출관(400)의 관로를 폐쇄시킨다.

한편, 파이프라인(200)에 고인 액상의 수위는 차츰 상승하다가 라이저 파이프(220)의 관로를 폐색 시키는데, 상기 액상은 해저 파이프(210)를 통해 지속적으로 유입되는 가스 압력에 의해 기액 분리기(100)로 압송이 된다.

이후, 라이저 파이프(220)의 관로는 다시 개방되며, 기액 분리기(00) 내의 수위는 압송된 액상에 의해 상승된다.

한편, 압송된 액상에 의해 기액 분리기(100) 내의 수위가 상승되기는 하지만, 이를 고려하여 기액 분리기(100) 내의 수위를 미리 낮추어 놓은 상태이므로 기액분리기(100) 내의 수위가 과도하게 상승하지 않음은 이해 가능하다.

이후, 기액 분리기(100)를 통한 일련의 기액 분리 과정이 수행된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 기액 분리 시스템은 파이프라인의 하부에 고인 액상의 유량을 미리 예측하여 상기 액상이 기액 분리기 내로 급작스럽게 유입되더라도 기액 분리기 내의 수위는 적정 수위가 유지될 수 있도록 한 기술적 특징이 있다.

이에 따라, 기액 분리 시스템의 오동작 및 셧다운 되는 일이 발생하지 않게 된다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 기액분리기 200 : 파이프라인
210 : 해저파이프 220 : 라이저 파이프
300 : 가스배출관 400 : 액상배출관
500 : 제1수위측정계 600 : 수위세팅기
700 : 제2수위측정계

Claims (2)

1. 가스정에서 채굴된 가스 및 액상(liquid)이 분리되는 기액분리기;
   가스정에서 채굴된 가스 및 액상이 기액분리기로 이동되는 관로를 제공하는 파이프라인;
   상기 기액분리기의 상부에 설치되어 기액분리기에서 기액분리된 가스가 배출되는 가스 배출관;
   상기 기액분리기의 하부에 설치되어 기액분리기에서 기액분리된 액상이 배출되며, 관로 개폐를 제어하는 밸브를 포함하는 액상 배출관;
   상기 기액분리기의 수위를 측정하는 제1수위측정계;
   상기 기액분리기의 수위를 세팅하여 세팅된 수위가 넘어가면 액상 배출관의 밸브를 열어 기액 분리기의 수위를 조절하는 수위 세팅기;
   상기 파이프라인에 설치되며, 파이프라인에 고인 액상의 수위를 측정하여 수위 세팅기로 전송하는 제2수위측정계:를 포함하여 구성되어,
   파이프라인에 고인 수위 측정을 통해 기액분리기로 유입되는 액상의 유량을 미리 예측할 수 있도록 하여 기액분리기의 수위가 적정하게 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 기액분리 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 파이프라인는,
   해저에 수평하게 배치된 해저파이프와, 해저 파이프로부터 수직으로 상향 설치된 라이저 파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 기액분리 시스템.
   
   
   

Images