KR20160068179A - 재액화시스템 - Google Patents

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KR20160068179A
KR20160068179A KR1020140173549A KR20140173549A KR20160068179A KR 20160068179 A KR20160068179 A KR 20160068179A KR 1020140173549 A KR1020140173549 A KR 1020140173549A KR 20140173549 A KR20140173549 A KR 20140173549A KR 20160068179 A KR20160068179 A KR 20160068179A
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최성훈
문성재
유호연
전춘식
정일웅
조민규
조정관
최병윤
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

재액화시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 재액화시스템은 제1액화가스를 저장하는 제1저장탱크; 제1액화가스보다 액화점이 낮은 제2저장탱크; 제2저장탱크에 저장된 제2액화가스와 제1저장탱크에서 발생한 증발가스를 공급받아 저장하는 버퍼탱크; 및 버퍼탱크 내 액화된 제1액화가스를 제1저장탱크로 복귀시키는 액화가스복귀라인을 포함한다.

Description

재액화시스템{RELIQUEFACTION SYSTEM}
본 발명은 상대적으로 액화점이 낮은 액화가스를 이용해 상대적으로 액화점이 높은 액화가스의 증발가스를 액화시키는 재액화시스템에 관한 것이다.
액화천연가스(LNG) 운송선 또는 액화연료 추진선박은 액화가스 연료 또는 액화화물을 저장하는 저장탱크에서 증발가스가 발생하기 때문에 이 증발가스를 재액화하기 위한 재액화장치를 갖추고 있다.
일 예로 대한민국 공개특허공보 10-2008-0104110호(2008. 12. 01. 공개)에 개시된 선박의 연료가스 공급시스템은 증발가스를 재액화시키는 재액화장치를 제시한 바 있다. 이 재액화장치는 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 압축기로 압축한 상태에서 연료탱크로부터 엔진으로 공급 중인 액화연료와 열교환시켜 액화하는 방식이다.
한편, 최근에는 셰일가스(shale gas)의 생산이 늘어나게 되면서 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas) 등을 운송하는 액화가스운송선의 수요가 늘고 있다. 액화가스운송선은 LNG운송선처럼 연료와 운송하는 화물이 동일한 경우도 있지만, 에탄(Ethane)운송선의 경우처럼 연료와 운송하는 화물이 다른 경우도 있다. 즉 액화화물은 상대적으로 액화점이 높은 LEG이고, 연료는 상대적으로 액화점이 낮은 액화천연가스(LNG)인 경우가 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2008-0104110호(2008. 12. 01. 공개)
본 발명의 실시 예는 상대적으로 액화점이 낮은 액화가스를 연료로 공급하면서 상대적으로 액화점이 높은 액화가스에서 발생하는 증발가스를 액화시킬 수 있도록 하는 재액화시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1액화가스를 저장하는 제1저장탱크; 상기 제1액화가스보다 액화점이 낮은 제2저장탱크; 상기 제2저장탱크에 저장된 제2액화가스와 상기 제1저장탱크에서 발생한 증발가스를 공급받아 저장하는 버퍼탱크; 및 상기 버퍼탱크 내 액화된 제1액화가스를 상기 제1저장탱크로 복귀시키는 액화가스복귀라인을 포함하는 재액화시스템이 제공될 수 있다.
상기 버퍼탱크의 내부는 상기 제1액화가스의 액화점보다 낮고 상기 제2액화가스의 액화점보다 높은 온도를 유지할 수 있다.
상기 액화가스복귀라인은 상기 액화된 제1액화가스를 상기 제1저장탱크로 압송하는 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 제1액화가스는 액화에탄(Ethane)이고, 상기 제2액화가스는 메탄을 주성분으로 하는 액화천연가스(LNG)일 수 있다.
상기 재액화시스템은 상기 제1저장탱크의 증발가스를 상기 버퍼탱크로 공급하는 증발가스라인; 상기 제2저장탱크의 상기 제2액화가스를 상기 버퍼탱크로 공급하는 액화가스 공급라인; 및 상기 버퍼탱크에서 기화된 상기 제2액화가스를 엔진으로 공급하는 연료공급라인을 더 포함하고, 상기 액화가스공급라인은 기화기가 설치된 우회라인을 구비하여, 선택적으로 상기 제2저장탱크의 제2액화가스를 기화하여 상기 엔진으로 공급할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 재액화시스템은 상대적으로 액화점이 높은 제1액화가스와 상대적으로 액화점이 낮은 제2액화가스를 버퍼탱크에서 열교환시켜 제2액화가스의 기화 및 제1액화가스의 증발가스 액화를 동시에 구현할 수 있기 때문에 추가적인 장비나 에너지의 투입이 없이도 제2액화가스를 연료로 공급하는 가운데 제1액화가스에서 발생하는 증발가스를 액화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액화가스 운송선의 연료계통 및 재액화시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액화가스 운송선의 연료계통 및 재액화시스템을 나타낸다.
도시한 바와 같이, 액화가스 운송선은 운송 화물인 제1액화가스를 저장하는 제1저장탱크(1)와, 연료로 이용하는 제2액화가스를 저장하는 제2저장탱크(2)를 구비한다. 제1액화가스는 1기압에서 액화점이 대략 ―88.6℃ 정도인 액화에탄(Ethane)일 수 있고, 제2액화가스는 메탄을 주성분으로 하며 1기압에서 액화점이 대략 ―161.5℃ 정도인 액화천연가스(LNG)일 수 있다. 도 1에는 설명의 편의를 위해 제1저장탱크(1)와 제2저장탱크(2)를 각각 하나씩만 도시하였으나, 제1저장탱크(1)와 제2저장탱크(2)는 각각 복수일 수 있다.
또 이 선박의 연료계통은 제2저장탱크(2)에서 발생하는 증발가스를 압축하여 고압가스엔진(4)의 연료로 공급하기 위한 제1연료공급라인(10)과, 제1연료공급라인(10)으로부터 분기되며 상대적으로 낮은 압력으로 압축된 연료가스를 저압가스엔진(5)으로 공급하기 위한 제2연료공급라인(20)을 구비한다.
저압가스엔진(5)은 대략 5 ~ 6bar의 연료가스를 공급받는 엔진 일 수 있고, 고압가스엔진(4)은 대략 300~400bar의 연료가스를 공급받는 엔진일 수 있다. 물론, 엔진들(4,5)은 다양한 방식이 채용될 수 있을 것이므로 엔진들의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1연료공급라인(10)에는 다단 압축기(11)가 설치된다. 따라서 제2저장탱크(2)에서 발생한 증발가스를 고압가스엔진(4)의 공급조건에 부압하도록 가압한 상태에서 고압가스엔진(4)으로 공급함으로써 제2저장탱크(2)의 증발가스(제2액화가스의 증발가스)를 고압가스엔진(4)의 연료로 이용할 수 있다. 또 제1연료공급라인(10)에는 공급되는 연료가스의 온도조절을 위한 열교환기(12)가 설치될 수 있다.
제2연료공급라인(20)은 제2저장탱크(2)의 증발가스를 저압가스엔진(5)의 공급압력으로 압축한 상태에서 저압가스엔진(5)으로 공급할 수 있도록 다단 압축기(11)의 중간단계에서 분기되어 저압가스엔진(5)에 연결된다. 제2연료공급라인(20)에는 저압가스엔진(20)으로 공급되는 연료가스의 온도조절을 위한 열교환기(21)가 설치될 수 있다.
제1연료공급라인(10)에는 제2저장탱크(2)에서 발생하는 증발가스의 양이 저압가스엔진(5) 및 고압가스엔진(4)의 사용량을 초과할 경우 이를 액화하여 다시 제2저장탱크(2)로 공급하기 위한 재액화라인(30)이 연결될 수 있다. 이 재액화라인(30)에는 재액화장치(31)가 설치된다.
또 본 실시 예에 따른 선박의 연료계통은 제2저장탱크(2)에 저장된 제2액화가스를 연료로 공급하는 과정에서, 상대적으로 액화점이 낮은 제2액화가스를 이용해 제1저장탱크(1)에서 발생하는 증발가스(제1액화가스의 증발가스)를 액화시킬 수 있는 재액화시스템을 포함한다.
이 재액화시스템은 제2액화가스와 제1저장탱크(1)에서 발생한 증발가스를 함께 공급받아 이들의 열교환을 통해 제2액화가스의 기화 및 제1저장탱크(1) 증발가스의 액화를 구현하기 위한 버퍼탱크(3), 제1저장탱크(1)의 증발가스를 버퍼탱크(3)로 공급하는 증발가스라인(40), 제2저장탱크(2)의 제2액화가스를 버퍼탱크(3)로 공급하는 액화가스공급라인(50), 버퍼탱크(3)에서 액화된 제1액화가스를 제1저장탱크(1)로 복귀시키는 액화가스복귀라인(60), 버퍼탱크(3)에서 기화된 제2액화가스를 연료로 공급하기 위해 제1연료공급라인(10)의 다단 압축기(11) 상류 측으로 공급하는 제3연료공급라인(70)을 포함한다.
버퍼탱크(3)는 제1 및 제2저장탱크(1,2)와 마찬가지로 단열탱크로 구성될 수 있고, 제1 및 제2저장탱크(1,2)보다 내부압력이 높은 상태를 유지할 수 있다. 또 버퍼탱크(3)의 내부는 제1액화가스의 액화점보다 낮고 제2액화가스의 액화점보다 높은 온도로 유지된다.
즉 제1액화가스가 에탄이고 제2액화가스가 LNG일 경우, 버퍼탱크(3)의 내부온도는 에탄의 끓는 점인 -88.6℃보다 낮고, 액화천연가스의 액화점인 -161.5℃보다 높게 유지될 수 있다. 예를 들면, 제1액화가스를 액화하면서 제2액화가스의 기화가 원활히 이루질 수 있어야 할 것이므로, - 100 ~ 140℃정도로 유지될 수 있다. 이를 위해 버퍼탱크(3)는 보조적으로 가열하거나 냉각할 수 있도록 히터나 냉각기와 같은 온도조절수단을 포함할 수 있다.
액화가스공급라인(50)은 제2저장탱크(2) 내부로부터 버퍼탱크(3) 내부로 연장될 수 있고, 제2저장탱크(2)의 바닥과 근접하는 액화가스공급라인(50)의 입구에는 버퍼탱크(3)로 제2액화가스를 압송할 수 있는 펌프(51)가 설치된다.
증발가스라인(40)에는 유로를 개폐하는 공급제어밸브(41)가 설치된다. 따라서 제1저장탱크(1) 내부에 증발가스가 발생하여 압력이 상승할 경우에는 공급제어밸브(41)를 개방해 제1저장탱크(1)에 저장된 제1액화가스의 증발가스를 버퍼탱크(3)로 공급할 수 있다.
액화가스복귀라인(60)에는 버퍼탱크(3) 내에서 열교환을 통해 액화된 제1액화가스를 제1저장탱크(1)로 압송하는 펌프(61)가 설치된다. 액화가스복귀라인(60)은 제1저장탱크(1)와 연결되면서 제1관(62)과 제2관(63)으로 분기될 수 있다. 제1관(62)은 제1저장탱크(1) 내부 하측으로 연장되고, 제2관(63)은 제1저장탱크(1) 내측 상부에 마련되는 분사헤드(64)에 연결될 수 있다. 제2관(63) 및 분사헤드(64)를 통해 스프레이방식으로 공급되는 액화연료가 제1저장탱크(1) 내측 상부의 증발가스를 냉각시켜 액화시킬 수 있도록 한 것이다.
이러한 재액화시스템은 제1저장탱크(1)에서 발생한 제1액화가스의 증발가스를 버퍼탱크(3)로 공급함과 동시에 제2저장탱크(2)에 저장된 제2액화가스를 버퍼탱크(3)로 공급한다. 이때 버퍼탱크(3)에서는 제2액화가스의 온도가 제1액화가스의 액화점보다 현저히 낮은 상태이므로, 열교환이 이루어지면서 제1액화가스의 증발가스가 액화된다. 즉 액화점이 상대적으로 높은 제1액화가스(에탄)만 액화된다. 반대로 제2액화가스는 상대적을 액화점이 높은 제1액화가스의 증발가스와 열교환을 하기 때문에 기화한다.
버퍼탱크(3)에서 액화된 제1액화가스는 액화가스복귀라인(60)을 통해 다시 제1저장탱크(1)로 공급되어 저장되고, 버퍼탱크(3) 내에서 기화된 제2액화가스는 제3연료공급라인(70) 및 제1연료공급라인(10)을 통하여 고압가스엔진(4) 또는 저압가스엔진(4)으로 공급되어 연료로 이용될 수 있다.
이처럼 본 실시 예에 따른 재액화시스템은 상대적으로 액화점이 높은 제1액화가스와 상대적으로 액화점이 낮은 제2액화가스를 버퍼탱크(3)에서 열교환시켜 제2액화가스의 기화 및 제1액화가스의 증발가스 액화를 동시에 구현할 수 있기 때문에 추가적인 장비나 에너지의 투입이 없이도 제2액화가스를 연료로 공급하면서 제1저장탱크(1)에서 발생하는 제1액화가스의 증발가스를 액화시킬 수 있다.
한편, 액화가스공급라인(50)에는 제2액화가스를 선택적으로 기화하여 버퍼탱크(3)로 공급할 수 있도록 기화기(81)가 설치된 우회라인(80)을 포함할 수 있다. 이는 제1저장탱크(1)의 증발가스 발생량이 많지 않고, 제2저장탱크(2)에서 발생하는 제2액화가스의 증발가스 양이 저압가스엔진(5) 또는 고압가스엔진(4)의 연료로 이용하기에 부족한 경우 제2액화가스를 기화기(81)에서 기화하여 연료로서 공급하기 위함이다. 이때는 증발가스라인(40) 및 액화가스복귀라인(60)은 폐쇄상태를 유지하므로, 기화기(81)에서 기화된 제2액화가스는 버퍼탱크(3)를 거쳐 연료로 공급될 수 있다.
1: 제1저장탱크, 2: 제2저장탱크,
3: 버퍼탱크, 4: 고압가스엔진,
5: 저압가스엔진, 10: 제1연료공급라인,
11: 단단 압축기, 20: 제2연료공급라인,
30: 재액화라인, 40: 증발가스라인,
50: 액화가스공급라인, 60: 액화가스복귀라인,
70: 제3연료공급라인, 80: 우회라인,
81: 기화기.

Claims (5)

  1. 제1액화가스를 저장하는 제1저장탱크;
    상기 제1액화가스보다 액화점이 낮은 제2액화가스를 저장하는 제2저장탱크;
    상기 제2저장탱크에 저장된 제2액화가스와 상기 제1저장탱크에서 발생한 증발가스를 공급받아 저장하는 버퍼탱크; 및
    상기 버퍼탱크 내 액화된 제1액화가스를 상기 제1저장탱크로 복귀시키는 액화가스복귀라인을 포함하는 재액화시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼탱크의 내부는 상기 제1액화가스의 액화점보다 낮고 상기 제2액화가스의 액화점보다 높은 온도를 유지하는 재액화시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액화가스복귀라인은 상기 액화된 제1액화가스를 상기 제1저장탱크로 압송하는 펌프를 더 포함하는 재액화시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1액화가스는 액화에탄(Ethane)이고, 상기 제2액화가스는 메탄을 주성분으로 하는 액화천연가스(LNG)인 재액화시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1저장탱크의 증발가스를 상기 버퍼탱크로 공급하는 증발가스라인;
    상기 제2저장탱크의 상기 제2액화가스를 상기 버퍼탱크로 공급하는 액화가스 공급라인; 및
    상기 버퍼탱크에서 기화된 상기 제2액화가스를 엔진으로 공급하는 연료공급라인을 더 포함하고,
    상기 액화가스공급라인은 기화기가 설치된 우회라인을 구비하여, 선택적으로 상기 제2저장탱크의 제2액화가스를 기화하여 상기 엔진으로 공급하는 재액화시스템.
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