KR20160144890A - 가스 처리 시스템 - Google Patents

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KR20160144890A
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KR1020150161195A
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백은성
한주석
강민호
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크에서 수요처로 공급되는 액화가스 공급라인에 마련되며 액화가스를 가압하는 펌프; 상기 액화가스 공급라인에서 상기 펌프의 하류에 마련되며 상기 액화가스를 가열하는 열교환기; 및 상기 펌프에서 누출되는 누출가스를 처리하는 누출가스 처리기를 포함하고, 상기 누출가스 처리기는, 상기 펌프의 하측에 마련되어 상기 누출가스를 수집하는 누출가스 수집기; 및 상기 누출가스 수집기에 마련되어 상기 누출가스가 상기 누출가스 수집기의 외부로 배출되도록 상기 누출가스를 기화시키는 누출가스 가열기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템{A Treatment System of Gas}
본 발명은 가스 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 수요처를 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 수요처는 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 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.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 펌프에서 액화가스가 누출되었을 때, 누출된 액화가스를 기화시켜 배출하여 누출된 액화가스에 대한 신속한 처리가 가능한 가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 액화가스를 수요처로 보낼 때 열교환기에서 사용하는 열원을 누출된 액화가스의 가열에 활용하여 시스템 구성을 간소화할 수 있는 가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 수요처로 공급되는 액화가스 공급라인에 마련되며 액화가스를 가압하는 펌프; 상기 액화가스 공급라인에서 상기 펌프의 하류에 마련되며 상기 액화가스를 가열하는 열교환기; 및 상기 펌프에서 누출되는 누출가스를 처리하는 누출가스 처리기를 포함하고, 상기 누출가스 처리기는, 상기 펌프의 하측에 마련되어 상기 누출가스를 수집하는 누출가스 수집기; 및 상기 누출가스 수집기에 마련되어 상기 누출가스가 상기 누출가스 수집기의 외부로 배출되도록 상기 누출가스를 기화시키는 누출가스 가열기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 누출가스 수집기는, 상기 펌프에서 중력에 의해 낙하하는 누출가스를 수집할 수 있다.
구체적으로, 상기 누출가스 수집기는, 상부가 개방된 형태를 가져서 상기 누출가스 가열기에 의해 기화된 누출가스가 상부로 자연 배출되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 누출가스 가열기는, 상기 열교환기에서 상기 액화가스의 가열에 사용되는 열매를 이용해 상기 누출가스를 가열할 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기에 연결되며 상기 열교환기로 열매를 공급하는 열매 공급라인; 및 상기 열매 공급라인에 분기 연결되어 상기 누출가스 가열기로 상기 열매를 공급하는 열매 전달라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 누출가스 처리기는, 상기 누출가스 수집기에 마련되는 온도센서를 더 포함하고, 상기 열매 전달라인에는, 상기 온도센서에 의해 감지된 온도에 의해 파악되는 누출가스의 수집 여부에 따라 상기 열매의 전달을 제어하는 열매 제어기가 마련될 수 있다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스가 펌프에 의해 수요처로 공급되는 과정에서 펌프에서 액화가스가 누출되었을 때, 누출된 액화가스를 강제 기화시켜 처리함으로써 시스템 안정성을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 누출된 액화가스를 열교환기에서 사용하는 열원으로 가열함으로써 구성의 간소화와 비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 액화가스는 LPG, LNG, 에탄 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있으며, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 펌프(20), 열교환기(30), 누출가스 처리기(40)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체 상태로 저장한다. 이때 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스는 가압, 가열되어 수요처(50)로 공급될 수 있으며, 수요처(50)는 도시가스나 엔진 등일 수 있다.
펌프(20)는, 액화가스를 가압한다. 펌프(20)는 1차 펌프(21)(부스팅 펌프, Boosting Pump), 2차 펌프(22)(고압 펌프, High Pressure Pump)로 구성될 수 있다.
펌프(20)는, 액화가스를 수요처(50)가 요구하는 압력까지 또는 그에 근접하도록 액화가스를 가압할 수 있다. 이때 수요처(50)는 엔진 등일 수 있으며, 펌프(20)가 가압하는 액화가스의 압력은, 수요처(50)의 요구 압력에 따라 10bar 내지 400bar(절대압력)까지 다양하게 결정될 수 있다.
1차 펌프(21)는, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 마련되어 액화가스를 1 내지 25bar로 가압하여 2차 펌프(22)로 공급해줄 수 있으며, 1차 펌프(21)는 2차 펌프(22)에서 캐비테이션이 발생하지 않도록, 2차 펌프(22)의 유효 흡입수두를 충족시키는 역할을 할 수 있다.
2차 펌프(22)는, 액화가스를 200 내지 400bar로 가압하여 열교환기(30)로 전달할 수 있다. 다만 액화가스가 수요처(50)로 공급되는 과정에서, 2차 펌프(22)가 액화가스를 가압할 때 2차 펌프(22)에서 액화가스가 누출될 위험이 있다. 따라서 본 실시예는 2차 펌프(22)에 누출가스 처리기(40)를 마련할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(50)로는 액화가스 공급라인(23)이 마련되는데, 1차 펌프(21)는 액화가스 공급라인(23)의 일단에 연결될 수 있고, 2차 펌프(22)는 액화가스 공급라인(23) 상에 마련될 수 있다. 액화가스 공급라인(23)에서 액화가스의 흐름을 기준으로, 1차 펌프(21)와 2차 펌프(22)가 순차적으로 직렬로 마련될 수 있으며, 2차 펌프(22)의 하류에는 열교환기(30)가 마련될 수 있다.
열교환기(30)는, 액화가스를 가열한다. 액화가스 저장탱크(10)에 저장되어 있는 액화가스는 약 -160도의 극저온인데, 수요처(50)에서 요구하는 액화가스의 요구 온도는 10 내지 50도일 수 있다. 따라서 열교환기(30)는 열매를 이용하여 액화가스를 수요처(50)의 요구 온도까지 가열한다.
이때 열교환기(30)에서 사용되는 열매는, 스팀, 글리콜워터, 해수, 엔진의 배기, 엔진의 냉각수 등 다양할 수 있는데, 열매는 글리콜워터일 수 있고, 이하에서 열매는 편의상 제1 열매로 표현하도록 한다.
열교환기(30)에 제1 열매를 공급하기 위해 본 발명은 열매 공급기(31)를 포함할 수 있다. 열매 공급기(31)는, 제1 열매 탱크(311), 제1 열매 펌프(312), 제1 열매 히터(313)를 포함한다.
제1 열매 탱크(311)는 제1 열매를 저장하는 탱크로서, 제1 열매의 공급량을 안정적으로 유지할 수 있다.
제1 열매 펌프(312)는, 제1 열매 탱크(311)에서 열교환기(30)로 제1 열매를 공급하는 구성이며, 백업을 위해 2개의 제1 열매 펌프(312)가 마련될 수 있다.
제1 열매 히터(313)는, 제1 열매를 가열한다. 제1 열매는 열교환기(30)에서 액화가스를 가열하면서 냉각될 수 있으므로, 냉각된 제1 열매에 열을 보충해줄 필요가 있다. 따라서 제1 열매는 스팀 등의 제2 열매에 의하여 가열된 후 열교환기(30)에서 액화가스를 가열시킬 수 있다. 이때 제1 열매 히터(313)에는 제2 열매를 공급하기 위한 제2 열매 공급라인(318)이 마련될 수 있다.
제1 열매는, 열교환기(30), 제1 열매 탱크(311), 제1 열매 펌프(312), 제1 열매 히터(313)를 순환 연결하는 제1 열매 공급라인(314)을 따라 유동하면서 열교환기(30)에 공급될 수 있다.
다만 제1 열매 공급라인(314)에는, 열매가 제1 열매 히터(313)를 우회하도록 해 열교환기(30)에 공급되는 제1 열매의 온도를 적절히 조절할 수 있도록 하는 제1 열매 우회라인(315)이 연결될 수 있으며, 제1 열매 우회라인(315)은 제1 열매 히터(313)의 상류에서 제1 열매 공급라인(314)으로부터 분기되어 제1 열매 히터(313)의 하류에서 제1 열매 공급라인(314)에 병합될 수 있다.
제1 열매 공급라인(314)에는, 제1 열매 전달라인(316)이 분기 연결될 수 있다. 누출가스 처리기(40)는, 제1 열매를 이용하여 누출된 액화가스를 가열해 처리할 수 있는데, 이때 제1 열매가 누출가스 처리기(40)로 전달되도록, 제1 열매 전달라인(316)이 마련될 수 있다.
이 경우 제1 열매 전달라인(316)은, 제1 열매 공급라인(314)에서 분기되어 누출가스 처리기(40)로 연결될 수 있으며, 누출가스 처리기(40)에서 누출가스를 가열한 제1 열매는 다시 제1 열매 공급라인(314)으로 복귀될 수 있다. 이를 위해 제1 열매 전달라인(316)은 제1 열매 공급라인(314)에서 분기되어 누출가스 처리기(40)를 경유한 후, 제1 열매 공급라인(314)으로 다시 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1 열매 전달라인(316)은, 제1 열매 펌프(312)와 제1 열매 히터(313) 사이의 제1 열매 공급라인(314)에서 분기될 수 있다. 이때 제1 열매는 제1 열매 히터(313)에서 가열되기 전이므로, 약 50도의 온도를 가질 수 있다.
반면 도 2에 도시된 바와 같이 제1 열매 전달라인(316)은, 제1 열매 히터(313)와 열교환기(30) 사이의 제1 열매 공급라인(314)에서 분기될 수 있다. 이때 제1 열매는 제2 열매에 의해 가열된 후이므로, 약 90도의 온도를 가질 수 있다.
도 2의 경우에는, 도 1의 경우와 대비할 때 상대적으로 적은 양의 제1 열매가 누출가스 처리기(40)로 공급되더라도 누출가스를 충분히 처리할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예는, 제1 열매 전달라인(316)을 대체하여(또는 제1 열매 전달라인(316)에 더하여) 제2 열매 전달라인(319)을 마련할 수 있는데, 제2 열매 전달라인(319)은, 제2 열매 공급라인(318)에서 분기되어 누출가스 처리기(40)로 연결될 수 있다. 이때 제2 열매 전달라인(319)은 제2 열매 공급라인(318)에서 제1 열매 히터(313)의 상류에 분기 연결될 수 있다. 즉 제2 열매 전달라인(319)으로 공급되는 제2 열매는 제1 열매 히터(313)에서 제1 열매에 의해 냉각되기 전의 상태이며, 제2 열매가 스팀일 경우 제2 열매 전달라인(319)으로 공급되는 제2 열매는 100도 이상일 수 있다.
도 3에 나타난 실시예의 경우, 열교환기(30)의 직접 열원으로 사용되는 제1 열매 대신 열교환기(30)의 간접 열원으로 사용되는 제2 열매를 누출가스 처리에 활용할 수 있으며, 제2 열매는 제1 열매보다 온도가 높을 수 있으므로, 누출가스 처리기(40)로 전달되는 열매의 유량은 줄어들 수 있다.
물론 본 발명은 도 1 내지 도 3에 나타난 열매 전달라인(316, 319)의 조합이 가능하다.
누출가스 처리기(40)는, 펌프(20)에서 누출되는 누출가스를 처리한다. 누출가스 처리기(40)는 펌프(20)의 하측에 배치되며, 누출가스 수집기(41)와 누출가스 가열기(42)를 포함한다.
누출가스 수집기(41)는, 펌프(20)의 하측에 마련되며 누출가스를 수집한다. 누출가스 수집기(41)는 펌프(20)에서 누출된 후 중력에 의해 낙하하는 누출가스를 수집하기 위해서, 상부가 개방된 형태를 가질 수 있다. 이때 개방된 상부로부터 유입되는 외부 열에 의해서도 수집된 누출가스가 기화될 수 있다.
누출가스 가열기(42)는, 누출가스 수집기(41)에 마련되어 누출가스가 누출가스 수집기(41)의 외부로 자연 배출되도록 누출가스를 기화시킬 수 있다. 누출가스 수집기(41)는 상부가 개방된 형태일 수 있으므로, 누출가스 수집기(41)에 수집된 누출가스를 기화시키면, 누출가스는 자연스럽게 누출가스 수집기(41)에서 외부로 배출될 수 있다.
물론 누출가스 수집기(41)는, 기화되는 누출가스가 승선원이나 각종 장비 등에 악영향을 미치지 않고 외부(대기 중)로 빠져나가도록 하는 경로를 형성하는 형태를 가질 수 있고, 이를 위해 누출가스 처리기(40)는 기화되는 누출가스의 흐름을 유도하는 덕트 등을 마련할 수 있다.
누출가스 가열기(42)는, 열교환기(30)에서 액화가스의 가열에 사용되는 열매를 이용해 누출가스를 가열할 수 있다. 이를 위해 열교환기(30)에 연결되는 제1 열매 공급라인(314)에서 분기되는 제1 열매 전달라인(316)이 누출가스 가열기(42)에 연결될 수 있다.
누출가스 가열기(42)는 열교환기(30)에서 사용되는 열매를 사용하지 않거나 또는 열매와 함께, 다른 열원을 이용할 수 있다. 즉 누출가스 가열기(42)는 일례로 히팅 코일(heating coil) 등일 수 있고, 그 외에도 수요처(50)의 배기나 기타 폐열 등을 다양하게 이용할 수 있다.
누출가스 수집기(41)에는 온도센서(43)가 마련되며, 온도센서(43)에 의해 온도강하가 감지되면, 누출가스 수집기(41)에 누출가스가 수집된 것으로 파악할 수 있다. 이때 누출가스 가열기(42)는 누출가스를 기화시키기 위해 제1 열매(및/또는 제2 열매)를 이용할 수 있다.
열매 전달라인(316, 319)에는 온도센서(43)에 따라 작동하는 열매 제어기(317)가 마련될 수 있다. 열매 제어기(317)는 밸브 등을 포함할 수 있으며, 열매 전달라인(316, 319)을 통해 누출가스 가열기(42)로 전달되는 열매의 유량을 조절하여 누출가스 가열기(42)에서 누출가스로 전달되는 열량이 가변되도록 할 수 있다.
온도센서(43)에 의해 감지된 온도가 낮으면 낮을수록 열매 제어기(317)는 누출가스 가열기(42)로 전달되는 열매의 유량을 증대할 수 있다. 또는 본 발명이 도 1 및 도 2의 조합으로 이뤄질 경우, 열매 제어기(317)는 온도센서(43)에 의해 감지된 온도에 따라, 제1 열매 히터(313)의 상류에서 분기되는 제1 열매의 유량 및 제1 열매 히터(313)의 하류에서 분기되는 제1 열매의 유량을 효율적으로 제어할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 펌프 21: 1차 펌프
22: 2차 펌프 23: 액화가스 공급라인
30: 열교환기 31: 제1 열매 공급기
311: 제1 열매 탱크 312: 제1 열매 펌프
313: 제1 열매 히터 314: 제1 열매 공급라인
315: 제1 열매 우회라인 316: 제1 열매 전달라인
317: 열매 제어기 318: 제2 열매 공급라인
319: 제2 열매 전달라인 40: 누출가스 처리기
41: 누출가스 수집기 42: 누출가스 가열기
43: 온도센서 50: 수요처

Claims (6)

  1. 액화가스 저장탱크에서 수요처로 공급되는 액화가스 공급라인에 마련되며 액화가스를 가압하는 펌프;
    상기 액화가스 공급라인에서 상기 펌프의 하류에 마련되며 상기 액화가스를 가열하는 열교환기; 및
    상기 펌프에서 누출되는 누출가스를 처리하는 누출가스 처리기를 포함하고,
    상기 누출가스 처리기는,
    상기 펌프의 하측에 마련되어 상기 누출가스를 수집하는 누출가스 수집기; 및
    상기 누출가스 수집기에 마련되어 상기 누출가스가 상기 누출가스 수집기의 외부로 배출되도록 상기 누출가스를 기화시키는 누출가스 가열기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 누출가스 수집기는,
    상기 펌프에서 중력에 의해 낙하하는 누출가스를 수집하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 누출가스 수집기는,
    상부가 개방된 형태를 가져서 상기 누출가스 가열기에 의해 기화된 누출가스가 상부로 자연 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 누출가스 가열기는,
    상기 열교환기에서 상기 액화가스의 가열에 사용되는 열매를 이용해 상기 누출가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기에 연결되며 상기 열교환기로 열매를 공급하는 열매 공급라인; 및
    상기 열매 공급라인에 분기 연결되어 상기 누출가스 가열기로 상기 열매를 공급하는 열매 전달라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 누출가스 처리기는, 상기 누출가스 수집기에 마련되는 온도센서를 더 포함하고,
    상기 열매 전달라인에는, 상기 온도센서에 의해 감지된 온도에 의해 파악되는 누출가스의 수집 여부에 따라 상기 열매의 전달을 제어하는 열매 제어기가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.

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WO2022075810A1 (ko) * 2020-10-08 2022-04-14 한국조선해양 주식회사 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박

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