KR20160142257A - 선박 - Google Patents

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KR20160142257A
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KR
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gas
storage tank
compression unit
heat exchanger
compressed
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KR1020160091849A
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박하나
이준채
김남수
최동규
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
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    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0294—Multiple compressor casings/strings in parallel, e.g. split arrangement
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    • B63J2099/003—Burning of transported goods, e.g. fuel, boil-off or refuse of cargo oil or fuel, or of boil-off gases, e.g. for propulsive purposes
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    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0215—Mixtures of gaseous fuels; Natural gas; Biogas; Mine gas; Landfill gas
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    • F17C2221/032—Hydrocarbons
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    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
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Abstract

액화가스를 저장하는 저장탱크를 포함하는 선박이 개시된다.
상기 선박은, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 하여, 압축된 증발가스(이하, '제1 유체'라고 한다.)를 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스의 일부를 압축시키는 주압축부; 상기 주압축부와 병렬로 설치되어, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스의 다른 일부를 압축시키는 여분압축부; 및 상기 열교환기에서 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환되어 냉각된 상기 제1 유체를 팽창시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 제1 유체는, 상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스와 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스가 합류된 흐름; 또는 상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스;이다.

Description

선박{Vessel}
본 발명은 선박에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저장탱크 내부에서 생성되는 증발가스 중 엔진의 연료로 사용되고 남은 증발가스를 재액화시키는 시스템을 포함하는 선박에 관한 것이다.
근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162 ℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.
증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 및 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다. 특히, 후자의 방법을 채용한 시스템을 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)이라고 한다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE 및 ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.
DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다. 최근에는 연료 효율 및 추진 효율이 더 좋은 ME-GI 엔진에 대한 관심이 커지고 있는 추세이다.
본 발명은 기존의 부분 재액화 시스템에 비해 향상된 증발가스 재액화 성능을 발휘할 수 있는 시스템을 포함하는 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장탱크를 포함하는 선박에 있어서, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 하여, 압축된 증발가스(이하, '제1 유체'라고 한다.)를 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스의 일부를 압축시키는 주압축부; 상기 주압축부와 병렬로 설치되어, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스의 다른 일부를 압축시키는 여분압축부; 및 상기 열교환기에서 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환되어 냉각된 상기 제1 유체를 팽창시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 제1 유체는, 상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스와 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스가 합류된 흐름; 또는 상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스;인, 선박이 제공된다.
상기 선박은, 상기 열교환기 및 상기 감압장치를 통과하며 일부 재액화된 액화가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있고, 상기 기액분리기에 의해 분리된 액화가스는 상기 저장탱크로 보내질 수 있고, 상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 열교환기로 보내질 수 있다.
상기 주압축부 및 상기 여분압축부는 다수개의 압축기를 포함할 수 있고, 상기 주압축부에 포함된 모든 압축기를 통과한 증발가스; 및 상기 여분압축부에 포함된 모든 압축기를 통과한 증발가스;는 고압 엔진으로 보내질 수 있고, 상기 주압축부에 포함된 압축기 중 일부 압축기만을 통과한 증발가스; 및 상기 여분압축부에 포함된 압축기 중 일부 압축기만을 통과한 증발가스;는 저압 엔진으로 보내질 수 있다.
상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스의 일부; 및 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스 중 일부;는, 가스연소장치로 보내져 소각될 수 있다.
상기 선박은, 상기 주압축부 및 상기 여분압축부 후단에 각각 설치되어, 상기 주압축부 또는 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스로부터 오일을 분리하는 오일분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 선박은, 상기 열교환기 전단에 설치되어, 오일을 특정 농도 이하가 되도록 걸러내는 오일필터를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 시스템 구동 초기에는 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 바로 두 흐름으로 분기시켜, 한 흐름은 주압축부로 보내고, 다른 한 흐름은 여분압축부로 보내고, 시스템 구동 후 상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스와 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스가 합류되어 열교환기로 공급되기 시작하면, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 상기 열교환기로 보내고, 상기 저장탱크로부터 배출된 후 상기 열교환기를 통과한 증발가스를 두 흐름으로 분기시켜, 한 흐름은 상기 주압축부로 보내고, 다른 한 흐름은 상기 여분압축부로 보내고, 상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스와 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스를 합류시켜, 일부는 엔진으로 보내고, 다른 일부는 상기 열교환기로 보내고, 상기 열교환기에서 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 열교환되어 냉각된 유체는 감압장치에 의해 팽창되어 재액화되고, 상기 재액화된 유체는 기액분리기에 의해 기체상과 액체상이 분리되어, 액화가스는 상기 저장탱크로 되돌려 보내지고, 기체상태로 남아있는 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 상기 열교환기로 보내지는, 방법이 제공된다.
선박이 정박한 상태이거나 생산지에서 액화가스를 공급받아 운반하는 동안에는 상기 여분압축부를 가동시킬 수 있고, 상기 선박이 운항하는 상태이거나 액화가스를 수요처에 하역한 후에는, 평소에는 상기 여분압축부를 가동시키지 않고, 상기 주압축부가 고장난 경우에 상기 여분압축부를 가동시킬 수 있다.
운항 개시 직후 또는 입항 직전 증발가스를 빠르게 처리해야 하는 경우에 상기 주압축부 및 상기 여분압축부를 가동시킬 수 있다.
상기 기액분리기가 고장난 경우에 상기 열교환기 및 상기 감압장치를 통과한 유체를 상기 기액분리기를 우회하여 바로 상기 저장탱크로 보낼 수 있다.
본 발명은, 기존의 부분 재액화 시스템(PRS)에 비하여, 기존에 이미 설치되어 있던 여분의 압축기를 이용하여 재액화 효율 및 재액화량을 높이므로, 선내 공간 확보에 기여하고, 추가로 압축기를 설치하는데 드는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 부분 재액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박은, 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 탑재한 선박 및 액화가스 저장탱크를 포함하는 선박 등에 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 후술할 증발가스 처리를 위한 시스템들은 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 즉 액화천연가스 운반선, 액화에탄가스(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다. 다만 후술하는 실시예들에서는 설명의 편의상 대표적인 저온 액체화물인 액화천연가스를 예로 들어 설명한다.
또한, 본 발명의 각 라인에서의 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
도 1은 종래의 부분 재액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 부분 재액화 시스템에서, 액체화물을 저장하는 저장탱크에서 발생하여 배출되는 증발가스는, 배관을 따라 이송되어 증발가스 압축부(10)에서 압축된다.
저장탱크(T)는 액화천연가스 등의 액화가스를 극저온 상태로 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열 방벽을 갖추고 있지만, 외부로부터 전달되는 열을 완벽하게 차단할 수는 없고, 탱크 내에서는 액화가스의 증발이 지속적으로 이루어지며 탱크 내압이 상승할 수 있는데, 이러한 증발가스에 의한 탱크 압력의 과도한 상승을 막고, 적정한 수준의 내압을 유지하기 위해 저장탱크 내부의 증발가스를 배출시켜, 증발가스 압축부(10)로 공급한다.
저장탱크로부터 배출되어 증발가스 압축부(10)에서 압축된 증발가스를 제1 스트림이라 할 때, 압축된 증발가스의 제1 스트림을 제2 스트림과 제3 스트림으로 나누어, 제2 스트림은 액화시켜 저장탱크(T)로 복귀시키도록 구성하고, 제3 스트림은 선내의 추진용 엔진이나 발전용 엔진과 같은 가스 연료 소비처로 공급하도록 구성할 수 있다. 이 경우 증발가스 압축부(10)에서는 연료 소비처의 공급 압력까지 증발가스를 압축할 수 있고, 제2 스트림은 필요에 따라 증발가스 압축부의 전부 또는 일부를 거쳐 분기시킬 수 있다. 연료 소비처의 연료 필요량에 따라 제3 스트림으로 압축된 증발가스 전부를 공급할 수도 있고, 제2 스트림으로 전량을 공급하여 압축된 증발가스 전부를 저장탱크로 복귀시킬 수도 있다. 가스 연료 소비처로는 고압가스분사엔진(예를 들어, MDT사가 개발한 ME-GI 엔진 등) 및 저압가스분사엔진(예를 들어, Wartsila社의 X-DF 엔진(Generation X-Dual Fuel engine) 등)을 비롯하여, DF Generator, 가스 터빈, DFDE 등을 예로 들 수 있다.
이때, 압축된 증발가스의 제2 스트림을 액화시킬 수 있도록 열교환기(20)를 설치하는데, 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축된 증발가스의 냉열 공급원으로 이용한다. 열교환기(20)를 거치면서 증발가스 압축부에서의 압축과정에서 온도가 상승한 압축된 증발가스, 즉 제2 스트림은 냉각되고, 저장탱크에서 발생하여 열교환기(20)로 도입된 증발가스는 가열되어 증발가스 압축부(10)로 공급된다.
압축되기 전 증발가스의 유량이 제2 스트림의 유량보다 많기 때문에, 압축된 증발가스의 제2 스트림은 압축되기 전의 증발가스로부터 냉열을 공급받아 적어도 일부가 액화될 수 있다. 이와 같이 열교환기에서는 저장탱크로부터 배출된 직후의 저온 증발가스와 증발가스 압축부에서 압축된 고압 상태의 증발가스를 열교환시켜 고압 증발가스를 액화시킨다.
열교환기(20)를 거친 제2 스트림의 증발가스는 팽창밸브 또는 팽창기와 같은 팽창수단(30)을 통과하면서 감압되면서 추가로 냉각되어, 기액분리기(40)에 공급된다. 액화된 증발가스는 기액분리기에서 기체와 액체 성분이 분리되어, 액체성분, 즉 액화천연가스는 저장탱크로 복귀되고, 기체성분, 즉 증발가스는 저장탱크로부터 배출되어 열교환기(20) 및 증발가스 압축부(10)로 공급되는 증발가스 흐름에 증발가스 흐름에 합류되거나, 다시 열교환기(20)로 공급되어 증발가스 압축부(10)에서 압축된 고압 상태의 증발가스를 열교환시키는 냉열 공급원으로 활용될 수도 있다. 물론, 가스연소장치(Gas Combustion Unit; GCU) 등으로 보내 연소시키거나, 가스 소모처(가스엔진 포함)에 보내 소모시킬 수도 있다. 증발가스 흐름에 합류되기 전 기액분리기에서 분리된 기체를 추가로 감압시키기 위한 또 다른 팽창수단(50)이 더 설치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박은, 주압축부(210), 여분압축부(220), 열교환기(500), 감압장치(600), 및 기액분리기(700)를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(100)는, 내부에 액화천연가스, 액화에탄가스 등의 액화가스를 저장하며, 내부 압력이 일정 압력 이상이 되면 증발가스를 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 주압축부(210)는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스의 일부를 압축시킨다. 주압축부(210)는 다수개의 압축기가 직렬로 구성된 형태일 수 있으며, 일례로 다섯개의 압축기를 포함하여, 증발가스를 다섯 단계로 압축시킬 수 있다.
본 실시예의 여분압축부(220)는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스의 다른 일부를 압축시킨다. 여분압축부(220)는, 주압축부(210)를 사용할 수 없게 되는 경우에 주압축부(210)를 대체하여 사용하기 위한 것으로(Redundancy), 주압축부(210)와 병렬로 설치된다. 여분압축부(220)는, 주압축부(210)를 대체하기 위한 것이므로 주압축부(210)와 같은 압력으로 증발가스를 압축시키는 것이 바람직하다.
여분압축부(220)는, 주압축부(210)와 동일한 개수의 압축기가 직렬로 구성된 형태일 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 주압축부(210)에 포함된 압축기보다 용량이 작은 압축기가 더 많이 직렬로 구성된 형태일 수도 있다.
본 실시예의 주압축부(210) 및 여분압축부(220)는 각각 ME-GI 엔진이 요구하는 압력인 대략 300 bar로 증발가스를 압축할 수 있다. 이하, ME-GI 엔진 등 비교적 고압의 가스를 연료로 사용하는 엔진을 '고압 엔진'이라고 한다.
본 실시예의 열교환기(500)는, 주압축부(210)에 의해 압축된 증발가스와 여분압축부(220)에 의해 압축된 증발가스가 합류된 흐름 중, ME-GI 엔진 등의 고압 엔진으로 보내지지 않은 나머지 증발가스를, 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다.
본 실시예의 감압장치(600)는, 열교환기(500)에서 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스와 열교환되어 냉각된 증발가스를 팽창시킨다. 감압장치(600)는 줄-톰슨(Joule-Thomson) 밸브 등의 팽창밸브, 또는 팽창기일 수 있다.
본 실시예의 기액분리기(700)는, 주압축부(210) 또는 여분압축부(220)에 의해 압축되고, 열교환기(500)에 의해 냉각되고, 감압장치(600)에 의해 팽창되며, 일부 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리한다.
본 실시예의 선박은, 주압축부(210) 및 여분압축부(220) 후단에 각각 설치되어, 주압축부(210) 또는 여분압축부(220)에 의해 압축된 증발가스로부터 오일을 분리하는 오일분리기(300)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예의 선박은, 주압축부(210)에 의해 압축된 증발가스와 여분압축부(220)에 의해 압축된 증발가스가 합류되어 열교환기(500)로 보내지는 L40 라인 상에 설치되어, 오일분리기(300)에 의해 분리되지 못하고 남아있는 오일을 특정 농도 이하가 되도록 걸러내는 오일필터(400)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 시스템에 의해 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스가 재액화되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스는, 시스템 구동 초기에는 열교환기(500)를 통과하지 않고 바로 L10 라인을 따라 시스템으로 공급된다. L10 라인을 따라 공급된 증발가스는 두 흐름으로 분기하여 일부는 L12 라인을 따라 주압축부(210)로 공급되고, 다른 일부는 L13 라인을 따라 여분압축부(220)로 공급된다.
시스템 구동 초기에는 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스가 열교환기(500)를 거치지 않고 L10 라인을 따라 바로 주압축부(210) 또는 여분압축부(220)로 보내지나, 시스템이 구동된 지 어느 정도 시간이 지나, 주압축부(210) 또는 여분압축부(220)에 의해 압축된 증발가스의 일부가 열교환기(500)로 공급되기 시작하면, 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스는 L11 라인을 따라 일단 열교환기(500)로 보내진 후, 다시 L10 라인에서 두 흐름으로 분기되어 일부는 주압축부(210)로 보내지고 다른 일부는 여분압축부(220)로 보내진다.
L12 라인을 따라 주압축부(210)로 공급되는 증발가스의 양과 L13 라인을 따라 여분압축부(220)로 공급되는 증발가스의 양은 동일할 수 있다.
종래의 부분재액화시스템(PRS)에 의하면, 평상시에는 주압축부(210)로만 증발가스를 압축시키고, 주압축부(210)가 고장난 경우에는 여분압축부(220)로만 증발가스를 압축시켰으므로, 본 실시예에 의하면 종래의 부분재액화시스템(PRS)에 비하여 두 배 가량의 증발가스를 압축할 수 있다. 압축기의 용량을 초과하는 증발가스는 가스연소장치(GCU) 등으로 보내 소각시키게 되는데, 본 실시예에 의하면, 증발가스의 양이 증가하는 경우에도 대부분의 증발가스를 압축시킬 수 있으므로, 소각시키는 증발가스의 양을 현저히 줄이고 거의 대부분의 증발가스를 재액화시킬 수 있다.
저장탱크(100) 내부의 증발가스는 저장탱크(100) 내부에 저장된 액화천연가스의 양에 비례하므로, 일반적으로 액화천연가스를 생산지에서 공급받아 수요처로 운반하는 동안에는 증발가스가 많이 발생하고, 수요처에 액화천연가스를 하역한 후 다시 생산지로 향할 때에는 증발가스가 적게 발생한다. 증발가스가 많이 발생할 때에는 주압축부(210)와 여분압축부(220)를 모두 가동시키고, 증발가스가 적게 발생할 때에는 주압축부(210) 또는 여분압축부(220) 중 어느 하나만을 가동시키는 방식으로 시스템을 운용할 수 있다.
선박이 빠른 속도로 운항할 때에는 엔진에서의 증발가스 소모량이 많아지므로 재액화 할 증발가스의 양이 적어지고, 선박이 정박한 상태에서는 엔진에서 증발가스를 소모하지 않으므로 재액화 할 증발가스의 양이 늘어난다. 재액화 할 증발가스의 양이 많은 경우에는 주압축부(210)와 여분압축부(220)를 모두 가동시키고, 재액화 할 증발가스의 양이 적은 경우에는 주압축부(210) 또는 여분압축부(220) 중 어느 하나만을 가동시키는 방식으로 시스템을 운용할 수 있다.
또한, 운항 개시 직후에는, 저장탱크(100) 내부 안정성을 확보하고 저장탱크(100)의 환경 조건을 개선하기 위하여, 정박 상태에서 축적된 다량의 증발가스를 빠르게 처리하게 되는데, 운항 개시 직후에 축적된 증발가스를 빠르게 처리하는 경우에도 주압축부(210)와 여분압축부(220)를 모두 가동시킬 수 있다.
그 밖에도 입항 직전에, 저장탱크(100)의 환경 조건을 입항 조건에 맞추어 변경하기 위하여 증발가스를 빠르게 처리해야 하는 경우에도 주압축부(210)와 여분압축부(220)를 모두 가동시킬 수 있다.
저장탱크(100)로부터 배출된 후 두 흐름으로 분기되어, L12 라인과 L13 라인을 따라 각각 주압축부(210) 또는 여분압축부(220)에 의해 압축된 증발가스는, 합류되어 일부는 ME-GI 엔진 등의 고압 엔진으로 보내지고, 다른 일부는 분기하여 L40 라인을 따라 열교환기(500)로 보내진다.
주압축부(210)에 의해 압축된 증발가스와 여분압축부(220)에 의해 압축된 증발가스는 합류되어, 열교환기(500)에서 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스와 열교환되어 냉각된 후, 감압 장치(600)에 의해 팽창된다. 주압축부(210) 또는 여분압축부(220)에 의한 압축, 열교환기(500)에 의한 냉각, 및 감압 장치(600)에 의한 팽창 과정을 거쳐 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남은 증발가스는 기액분리기(700)에 의해 분리되고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(100)로 되돌려 보내지고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태로 남아있는 증발가스는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 열교환기(500)에서 냉매로 사용된다. 주압축부(210)와 여분압축부(220)를 동시에 가동시키면, 주압축부(210)만 가동시킬 때보다 기액분리기(700)에 의해 분리된 액화천연가스의 양이 많아지게 된다.
본 실시예에 의하면, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스 전량을 가스연소장치에 의해 연소시키거나 바로 저장탱크(100)에 저장하지 않고, 액화시켜 저장탱크(100)로 보낼 수 있으므로, 액화천연가스 운송량을 증가시킬 수 있고 저장탱크(100)의 압력을 감소시키거나 일정하게 유지시킬 수 있어, 장기간 정박 상태를 유지할 수 있다.
주압축부(210) 또는 여분압축부(220)에 의한 압축, 열교환기(500)에 의한 냉각, 및 감압 장치(600)에 의한 팽창 과정을 거친 유체는, 기액분리기(700)가 고장났을 때에는 열교환기(500)를 통과한 유체를 기액분리기(700)로 보내지 않고, L60 라인을 따라 바로 저장탱크(100)로 보낼 수도 있다.
한편, 주압축부(210) 및 여분압축부(220)가 직렬로 연결된 다수개의 압축기를 포함하는 경우, 주압축부(210)의 다수개의 압축기 중 일부만을 거친 증발가스의 일부와, 여분압축부(220)의 다수개의 압축기 중 일부만을 거친 증발가스의 일부를 각각 분기시켜 DFGE로 보낼 수 있다(L22 라인 및 L23 라인). 이하, DF 엔진 등 비교적 저압의 가스를 연료로 사용하는 엔진을 '저압 엔진'이라고 한다.
또한, 잉여 증발가스가 발생하는 경우에는, 주압축부(210)로부터 DFGE 등의 저압 엔진으로 보내지는 증발가스의 일부와, 여분압축부(220)로부터 DFGE 등의 저압 엔진으로 보내지는 증발가스 중 일부를 각각 분기시켜 가스연소장치(GCU)로 보내 소각시킬 수 있다(L32 라인 및 L33 라인).
도 2에 도시된 각 밸브는 전술한 과정에 따라 적절하게 개폐될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명한 것이다. 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 : 저장탱크 210 : 주압축부
220 : 여분압축부 300 : 오일분리기
400 : 오일필터 500 : 열교환기
600 : 감압장치 700 : 기액분리기

Claims (10)

  1. 액화가스를 저장하는 저장탱크를 포함하는 선박에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 하여, 압축된 증발가스(이하, '제1 유체'라고 한다.)를 열교환시켜 냉각시키는 열교환기;
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스의 일부를 압축시키는 주압축부;
    상기 주압축부와 병렬로 설치되어, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스의 다른 일부를 압축시키는 여분압축부; 및
    상기 열교환기에서 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환되어 냉각된 상기 제1 유체를 팽창시키는 감압장치;를 포함하고,
    상기 제1 유체는, 상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스와 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스가 합류된 흐름; 또는 상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스;인, 선박.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기 및 상기 감압장치를 통과하며 일부 재액화된 액화가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하고,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 액화가스는 상기 저장탱크로 보내지고,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 열교환기로 보내지는, 선박.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 주압축부 및 상기 여분압축부는 다수개의 압축기를 포함하고,
    상기 주압축부에 포함된 모든 압축기를 통과한 증발가스; 및 상기 여분압축부에 포함된 모든 압축기를 통과한 증발가스;는 고압 엔진으로 보내지고,
    상기 주압축부에 포함된 압축기 중 일부 압축기만을 통과한 증발가스; 및 상기 여분압축부에 포함된 압축기 중 일부 압축기만을 통과한 증발가스;는 저압 엔진으로 보내지는, 선박.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스의 일부; 및 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스 중 일부;는, 가스연소장치로 보내져 소각되는, 선박.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 주압축부 및 상기 여분압축부 후단에 각각 설치되어, 상기 주압축부 또는 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스로부터 오일을 분리하는 오일분리기를 더 포함하는, 선박.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열교환기 전단에 설치되어, 오일을 특정 농도 이하가 되도록 걸러내는 오일필터를 더 포함하는, 선박.
  7. 시스템 구동 초기에는 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 바로 두 흐름으로 분기시켜, 한 흐름은 주압축부로 보내고, 다른 한 흐름은 여분압축부로 보내고,
    시스템 구동 후 상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스와 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스가 합류되어 열교환기로 공급되기 시작하면, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 상기 열교환기로 보내고,
    상기 저장탱크로부터 배출된 후 상기 열교환기를 통과한 증발가스를 두 흐름으로 분기시켜, 한 흐름은 상기 주압축부로 보내고, 다른 한 흐름은 상기 여분압축부로 보내고,
    상기 주압축부에 의해 압축된 증발가스와 상기 여분압축부에 의해 압축된 증발가스를 합류시켜, 일부는 엔진으로 보내고, 다른 일부는 상기 열교환기로 보내고,
    상기 열교환기에서 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 열교환되어 냉각된 유체는 감압장치에 의해 팽창되어 재액화되고,
    상기 재액화된 유체는 기액분리기에 의해 기체상과 액체상이 분리되어, 액화가스는 상기 저장탱크로 되돌려 보내지고, 기체상태로 남아있는 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 상기 열교환기로 보내지는, 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    선박이 정박한 상태이거나 생산지에서 액화가스를 공급받아 운반하는 동안에는 상기 여분압축부를 가동시키고,
    상기 선박이 운항하는 상태이거나 액화가스를 수요처에 하역한 후에는, 평소에는 상기 여분압축부를 가동시키지 않고, 상기 주압축부가 고장난 경우에 상기 여분압축부를 가동시키는, 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    운항 개시 직후 또는 입항 직전 증발가스를 빠르게 처리해야 하는 경우에 상기 주압축부 및 상기 여분압축부를 가동시키는, 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 기액분리기가 고장난 경우에 상기 열교환기 및 상기 감압장치를 통과한 유체를 상기 기액분리기를 우회하여 바로 상기 저장탱크로 보내는, 방법.
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