KR20180046945A - 액화가스 재기화 시스템 - Google Patents

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Abstract

액화가스 재기화 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하는 재기화라인, 재기화라인을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기와 제2열교환기 및 열매체를 일시적으로 수용하는 석션드럼과, 석션드럼의 열매체를 가압하는 열매체펌프와, 열매체펌프에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체를 열원과 열교환하여 가열하는 제1가열기와, 제1가열기에 의해 가열된 제1열매체는 제2열교환기를 경유하도록 마련되되 제2열교환기를 경유한 제1열매체와 가압된 열매체 중 제2열매체를 열원과 열교환하여 가열하는 제2가열기를 포함하고, 제2가열기에 의해 가열된 제1열매체 및 제2열매체는 제1열교환기를 경유하여 석션드럼으로 순환되도록 마련될 수 있다.

Description

액화가스 재기화 시스템{LIQUEFIED GAS REGASIFICATION SYSTEM}
본 발명은 액화가스 재기화 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액화가스를 기화 및 처리하여 수요처로 공급하는 액화가스 재기화 시스템에 관한 것이다.
최근에는 온실가스와 각종 대기오염 물질의 배출 등 환경에 대한 관심이 증가함에 따라 가솔린이나 디젤을 대신하여 청정 에너지원인 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)와 같은 액화가스가 널리 사용되고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 약 섭씨 -162도의 초저온으로 냉각하여 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체로서, 저장 및 수송의 용이성을 위해 천연가스를 액화시킨 후 액화천연가스 운반선 등에 의해 생산지로부터 수요처 등의 목적지까지 원거리에 걸쳐 운반된다. 액화천연가스 운반선은 해상을 운항하여 육상의 수요처에 액화천연가스를 하역하게 되는데, 종래에는 저장탱크에 수용된 액화천연가스를 액화된 상태 그대로 육상 터미널에 하역하게 되고, 하역된 액화천연가스는 육상 터미널에 설치된 액화천연가스 재기화 설비에 의해 재기화된 후 가정, 공업단지 등의 수요처로 공급된다.
이러한 재기화 설비가 설치된 육상 터미널은 천연가스 시장 및 수요가 안정적으로 형성되어 있는 곳에 건설하는 경우에는 경제적으로 유리할 수 있으나, 천연가스의 수요가 계절적, 단기적 또는 주기적으로 한정되어 있는 수요처의 경우에는 육상 터미널을 건설하는 것이 높은 설치비와 관리비로 인해 비경제적이라는 문제점이 있다. 특히 자연재해 등에 의해 육상 터미널이 파손되는 경우 인명사고 등의 안전문제가 있으며, 육상 터미널의 파손 시 액화천연가스 수송선이 수요처까지 액화천연가스를 수송하더라도 액화천연가스를 재기화하여 수요처에 공급할 수 없다는 점에서 종래의 액화천연가스 운반선을 이용한 천연가스의 운반은 한계점을 가지고 있다.
이에 최근에는 해상에서 액화천연가스를 재기화하여 천연가스를 곧바로 수요처로 공급하기 위해 액화천연가스 운반선에 재기화 시스템을 설치한 액화천연가스 재기화 선박(LNG RV, LNG Regasification Vessel) 또는 부유식 액화천연가스 저장 및 재기화 설비(FSRU, Floating Storage and Regasification Unit) 등이 개발되어 운용되고 있다.
이와 같은 재기화 시스템 또는 재기화 설비는 저장탱크 내부에 수용된 극저온의 액화천연가스를 해수(seawater) 또는 열 전달매체와 열교환함으로써 액화천연가스를 기화시키는 방법 등이 이용되고 있는데, 해수를 액화천연가스와 직접 열교환시킬 경우, 해수의 결빙 또는 염분에 의한 장비의 부식에 의해 재기화 설비의 내구성이 크게 저하되는 문제점이 있으며, 해수의 온도가 일정하지 않으므로 액화천연가스 재기화 성능의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 열 전달매체를 이용하여 액화천연가스를 기화시키는 경우 열 전달매체를 가열하는 보일러 등의 별도의 열원을 필요로 하므로 친환경적이지 못하고 에너지 소비 측면에서도 비효율적인 문제점이 있었다.
이에 액화천연가스와 같은 액화가스를 효과적이면서도 효율적으로 재기화하여 수요처로 보내기 위한 연구 개발이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0085284호(2008. 09. 24. 공개)
본 발명의 실시 예는 액화가스의 재기화 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 액화가스 재기화 공정의 신뢰성을 도모할 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 낮은 온도의 해수를 열원으로 활용하여 액화가스의 재기화를 효과적으로 구현할 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 액화가스와 열매체 간의 열 전달효율 및 열 교환효율을 향상시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하는 재기화라인, 상기 재기화라인을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기와 제2열교환기 및 열매체를 일시적으로 수용하는 석션드럼과, 상기 석션드럼의 열매체를 가압하는 열매체펌프와, 상기 열매체펌프에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체를 열원과 열교환하여 가열하는 제1가열기와, 상기 제1가열기에 의해 가열된 제1열매체는 상기 제2열교환기를 경유하도록 마련되되 상기 제2열교환기를 경유한 제1열매체와 상기 가압된 열매체 중 제2열매체를 열원과 열교환하여 가열하는 제2가열기를 포함하고, 상기 제2가열기에 의해 가열된 제1열매체 및 제2열매체는 상기 제1열교환기를 경유하여 상기 석션드럼으로 순환되도록 마련될 수 있다.
상기 열매체는 증발성 열 전달매체로 이루어지되, 상기 제1열매체는 상기 제1가열기에 의해 기화된 후 상기 제2열교환기에서 재액화되며 열교환하고, 상기 제1열매체 및 상기 제2열매체는 상기 제2가열기에 의해 기화된 후 상기 제1열교환기에서 재액화되며 열교환하도록 마련될 수 있다.
상기 열매체는 에탄(Ethane)과 프로판(Propane)을 포함하는 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 열매체는 비폭발성 열 전달매체로 이루어지되, 상기 제1열매체는 상기 제1가열기에 의해 기화된 후 상기 제2열교환기에서 재액화되며 열교환하고, 상기 제1열매체 및 상기 제2열매체는 상기 제2가열기에 의해 기화된 후 상기 제1열교환기에서 재액화되며 열교환하도록 마련될 수 있다.
상기 열매체순환라인은 상기 제1가열기 측으로 공급되어 상기 제2열교환기를 경유하는 제1열매체와 상기 제2가열기 측으로 곧바로 공급되는 제2열매체의 유량을 각각 조절하는 유량조절밸브를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 열원은 해수(Seawater)로 이루어지며, 해수를 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기 측으로 각각 공급 및 순환시키도록 해수펌프를 구비하는 해수순환라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제1가열기에 의해 가열된 제1열매체를 추가적으로 가열하는 가열장치를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 해수순환라인은 상기 제1가열기 측으로 공급되는 해수를 보조적으로 가열하는 제1히터 및 상기 제2가열기 측으로 공급되는 해수를 보조적으로 가열하는 제2히터를 포함하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스의 재기화 효율 및 성능이 향상되는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스의 재기화 효율 및 성능이 향상되는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스 재기화 공정의 신뢰성을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 낮은 온도의 해수를 열원으로 활용하여 액화가스의 재기화를 효과적으로 구현할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 안정적인 액화가스 재기화 공정을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 액화가스와 열매체 간의 열 전달효율 및 열 교환효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템을 나타내는 개념도이다.
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 제1 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(100)은 액화가스를 재기화하여 수요처(10)로 공급하는 재기화라인(110), 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 열교환시키는 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112), 열매체를 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112) 측으로 공급 및 순환시키는 열매체순환라인(120), 열원인 해수를 열매체순환라인(120) 측으로 공급 및 순환시키는 해수순환라인(130)을 포함하여 마련될 수 있다.
이하 실시 예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 액화천연가스 및 이로부터 재기화된 천연가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화탄화수소가스 등 다양한 액화가스 및 이로부터 재기화된 기화가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.
재기화라인(110)은 액화천연가스를 천연가스로 재기화하여 수요처(10)로 공급하도록 마련된다. 재기화라인(110)은 액화천연가스가 수용된 저장탱크(1)로부터 송출펌프(미도시) 등에 의해 액화천연가스를 공급받아 후술하는 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)를 순차적으로 거쳐 재기화 및 승온시킨 후 수요처(10)로 공급할 수 있다. 이를 위해 재기화라인(110)의 입구 측 단부는 액화천연가스를 수용하는 저장탱크(1)로 연결되고, 출구 측 단부는 천연가스를 필요로 하는 수요처(10)에 연결될 수 있다.
저장탱크(1)는 부유식 해상구조물에 설치되되 액화천연가스를 안정적으로 수용하고, 외부의 열 침입을 최소화 하기 위해 단열 처리되어 마련될 수 있으며, 수요처(10)는 육상의 가정, 공업단지 등 천연가스를 소비하고자 하는 소비처 또는 천연가스를 연료가스로 사용하는 각종 엔진 등의 소비수단으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 구조 및 방식의 설비로 이루어지는 경우를 포함한다. 재기화라인(110) 상의 제2열교환기(112)의 후단에는 수요처(10)로 공급되는 천연가스의 온도를 측정 및 감지하는 온도센서(미도시)가 마련될 수 있다.
재기화라인(110) 상의 제1열교환기(111) 전단에는 가스펌프(115)가 마련되어 재기화하고자 하는 액화천연가스를 가압하여 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112) 측으로 공급할 수 있다. 가스펌프(115)는 재기화라인(110)으로 유입된 액화천연가스를 재기화에 적합한 압력수준으로 가압하거나 또는 수요처(10)로 재기화된 천연가스를 용이하게 송출하기에 적합한 압력수준으로 가압할 수 있다.
제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)는 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화천연가스와 열매체를 순차적으로 각각 열교환하여 액화천연가스를 천연가스로 재기화함과 동시에, 수요처(10)가 요구하는 천연가스의 온도조건에 맞추어 승온시키도록 마련된다. 제1열교환기(111)는 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화천연가스와 후술하는 열매체순환라인(120)을 따라 이송되는 기화된 제1열매체 및 제2열매체를 서로 열교환함으로써, 액화천연가스를 섭씨 약 -50 내지 -10도 까지 승온시켜 액화천연가스를 저온의 천연가스로 재기화시킬 수 있다. 제2열교환기(112)는 재기화라인(110) 상의 제1열교환기(111)를 통과하여 재기화된 저온의 천연가스와 후술하는 열매체순환라인(120)을 따라 이송되는 기화된 제1열매체를 서로 열교환함으로써, 저온의 천연가스를 수요처(10)가 요구하는 천연가스 온도조건에 상응하는 수준으로 승온시켜줄 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
한편 제1열교환기(111)에서 극저온의 액화천연가스를 저온의 천연가스로 재기화시키기 위해 요구되는 열량과 제2열교환기(112)에서 저온의 천연가스를 승온시키기 위해 요구되는 열량은 서로 다르다. 그럼에도 불구하고, 종래의 액화천연가스 재기화 설비는 열매체 전량을 제1열교환기 및 제2열교환기 측으로 공급하도록 마련되거나, 열매체 유량을 저감하기 위해 열매체를 기화시킨 후 제1열교환기 또는 제2열교환기에서 액화천연가스 또는 천연가스와의 열교환에 의해 재액화시키는 열교환 방식을 이용하였다.
그러나 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)에서 요구되는 열량이 서로 다름에도 열매체 전량을 제1열교환기 및 제2열교환기로 공급 및 순환시킬 경우, 열매체 유량이 증가하여 재기화 설비 운용의 비효율을 초래하고, 재기화된 천연가스의 온도를 안정적으로 제어하기 어려운 문제점이 있었다.
또한 종래의 재기화 설비와 같이, 열매체를 기화시켜 제1열교환기 또는 제2열교환기로 공급하는 경우, 기화가 용이한 프로판(Propane) 등의 열매체가 주로 이용되었으며, 프로판을 기화온도까지 가열하여야 하는 공정이 요구된다. 그러나 통상적으로 열원으로 이용되는 해수는 재기화 설비의 설계조건 상 섭씨 약 14도의 온도수준에 맞추어 설계가 요구되는데, 이러한 설계조건에 맞춰 실제 구동을 하게 되면 열매체의 온도가 해수의 온도보다 높아져 열매체의 기화 및 가열이 실질적으로 이루어지지 않는 온도역전(Temperature cross) 현상이 발생하는 바, 재기화 설비의 실제 작동이 불가능한 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 실시 예에 의한 열매체순환라인(120)은 열원으로 이용되는 해수가 저온인 경우에도 기화 및 승온을 안정적으로 구현할 수 있는 열매체를 적용함과 동시에, 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112)에서 요구하는 열량에 맞추어 열매체의 유량을 각각 조절하여 공급 및 순환시키도록 마련된다.
열매체순환라인(120)은 열매체를 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112) 측으로 공급 및 순환하여 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화천연가스와 열매체를 열교환시키도록 마련된다.
열매체순환라인(120)은 열매체를 일시적으로 수용하는 석션드럼(121)과, 열매체를 가압하는 열매체펌프(122)와, 열매체펌프(122)에 의해 가압된 열매체 중 일부인 제1열매체를 열원과 열교환하여 가열하는 제1가열기(123)와, 제1가열기(123)에 의해 가열된 제1열매체는 제2열교환기(112)를 경유하도록 마련되되 제2열교환기(112)를 경유한 제1열매체 및 열매체펌프(122)에 의해 가압된 열매체 중 일부인 제2열매체를 열원과 열교환하여 가열하는 제2가열기(124) 및 제1열매체와 제2열매체의 유량을 조절하는 유량조절밸브(125)를 포함하고, 제2가열기(124)에 의해 가열된 제1열매체 및 제2열매체는 제1열교환기(111)를 경유하여 석션드럼(121)으로 순환되도록 마련된다.
열매체는 기상 및 액상 간의 상 변화가 용이한 증발성 열 전달매체로 이루어질 수 있다. 열매체는 원가 측면에서 입수가 용이하고, 기상과 액상 간 상 변화를 용이하게 조절할 수 있는 에탄(Ethane) 및 프로판(Propane)을 포함하는 혼합물로 이루어질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 열매체가 프로판으로만 이루어질 경우 열매체의 기화 및 승온과정에서 해수의 온도보다 열매체의 온도가 높아져 열매체의 기화 및 승온이 실질적으로 불가능한 온도역전 현상이 발생할 수 있다. 그러나 열매체가 에탄 및 프로판을 포함하는 혼합물로 이루어질 경우, 온도의 전 구간에서 해수보다 열매체의 온도가 낮도록 유지되므로 열매체 및 해수의 열교환이 효과적으로 구현될 수 있다. 이를 위해 에탄과 프로판의 함량 비율은 약 3 : 7 내지 6 : 4의 범위 내에서 이루어질 수 있으나 당해 수치에 한정되는 것은 아니며, 재기화 설비의 설계조건으로 요구되는 해수의 온도보다 더 낮은 온도에서 기화 및 승온이 안정적으로 구현될 수 있다면 다양한 함량 비율로 이루어지는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
또한 열매체는 비폭발성 열 전달매체로 이루어질 수 있다. 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화천연가스는 화재 및 폭발의 위험이 높은 가연성 또는 인화성을 갖는 물질인 바, 제1열교환기(111) 또는 제2열교환기(112)에서 액화천연가스 또는 천연가스의 소량 누출만으로도 화재 및 폭발 등 안전사고가 발생할 위험이 있다. 이에 재기화 시스템의 운용 안정성을 향상시키고, 열교환 공정에서 발생할 수 있는 액화천연가스 또는 천연가스의 누출에 의한 안전사고의 발생을 억제하기 위해 열매체는 비폭발성 열 전달매체로 이루어질 수 있으며 이와 동시에, 앞서 설명한 바와 같이 재기화 설비의 설계조건으로 요구되는 해수의 온도보다 더 낮은 온도에서 열매체의 기화 및 승온이 안정적으로 구현될 수 있는 끓는 점을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 열매체는 아르곤(Ar), R14, R23 등의 물질 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합물로 이루어질 수 있으나 당해 물질에 한정되는 것은 아니며, 비폭발의 성질과 증발의 성질을 함께 가지되 해수의 온도보다 낮은 온도에서 기화 및 승온이 구현될 수 있는 끓는 점을 가진다면 다양한 물질로 이루어지는 경우를 포함한다.
석션드럼(121)은 열매체순환라인(120) 상에 마련되어 후술하는 제2열교환기(112)를 경유한 제1열매체 및 제2열매체를 공급받아 일시적으로 수용함과 동시에, 열매체가 열매체순환라인(120)을 따라 공급 및 순환하는 과정에서 발생하는 열매체의 압력, 온도 및 부피 변화 등을 완충하도록 마련될 수 있다. 석션드럼(121)으로 공급된 제1열매체 및 제2열매체는 석션드럼(121) 내부에서 혼합되어 열매체순환라인(120)을 따라 열매체펌프(122)로 공급될 수 있다.
열매체펌프(122)는 석션드럼(121)에 수용된 액상의 열매체를 열매체순환라인(120)을 통해 공급받아, 열원인 해수 및 액화천연가스와 효과적인 열교환을 수행하도록 열매체를 가압시킬 수 있다. 열매체펌프(122)에 의해 열매체는 열교환에 적합한 압력수준, 구체적으로 열원인 해수와의 열교환에 의해 기화되고, 액화천연가스 또는 천연가스와의 열교환에 의해 재액화될 수 있는 압력수준으로 가압됨과 동시에, 열매체순환라인(120)을 따라 열매체가 공급 및 순환될 수 있다.
제1가열기(123)는 열매체순환라인(120) 상의 열매체펌프(122) 후단에 마련되어, 열매체펌프(122)에 의해 가압된 열매체 중 일부인 제1열매체를 열원과 열교환하여 기화 및 가열하도록 마련된다. 열원은 해수로 이루어질 수 있으며 제1가열기(123)는 열교환장치로 이루어져, 열매체펌프(122)에 의해 가압된 열매체 중 제2열교환기(112)에서 요구하는 열매체의 유량에 해당하는 제1열매체와 후술하는 해수순환라인(130)을 통해 공급된 해수가 서로 열교환하여 제1열매체가 기화될 수 있다.
제1가열기(123)에 의해 기화된 제1열매체는 열매체순환라인(120)을 따라 이송되어 제2열교환기(112)를 경유하도록 마련된다. 제2열교환기(112)에서는 재기화라인(110)을 따라 이송되되 제1열교환기(111)를 거쳐 재기화된 저온의 천연가스와 열매체순환라인(120)을 따라 이송되되 제1가열기(123)를 거쳐 기화 및 가열된 제1열매체가 서로 열교환을 수행할 수 있다. 이로써 재기화라인(110)을 따라 이송되는 저온의 천연가스는 제2열교환기(112)를 경유하면서 수요처(10)가 요구하는 천연가스 온도조건까지 승온될 수 있으며, 이와 동시에 열매체순환라인(120)을 따라 이송되는 기화된 제1열매체는 제2열교환기(112)를 경유하면서 냉각 및 액화되어 후술하는 제2열매체와 합류할 수 있다.
제2가열기(124)는 제2열교환기(112)를 경유하여 냉각 및 액화된 제1열매체와 열매체펌프(122)에 의해 가압된 열매체 중 일부인 제2열매체를 열원과 열교환하여 기화 및 가열하도록 마련된다. 제2가열기(124)로 제2열교환기(112)를 경유한 제1열매체와 열매체펌프(122)를 거쳐 가압된 열매체의 일부인 제2열매체가 합류하여 함께 공급될 수 있도록, 도면에 도시된 바와 같이, 열매체순환라인(120)은 열매체펌프(122) 후단에서 분기되어 제1열매체와 제2열매체가 분리되어 공급 및 순환하되, 제2가열기(124) 전단에서 다시 합류하도록 마련되어 제1가열기(123) 및 제2열교환기(112)를 경유하는 제1열매체와 제2가열기(124)로 곧바로 공급되는 제2열매체가 함께 제2가열기(124)로 공급될 수 있다. 열원은 해수로 이루어질 수 있으며 제2가열기(124)는 열교환장치로 이루어져, 제2가열기(124)로 진입하는 열매체순환라인(120) 상의 제1열매체 및 제2열매체와 후술하는 해수순환라인(130)을 통해 공급되는 해수가 서로 열교환하여 제1열매체 및 제2열매체가 기화될 수 있다.
제2가열기(124)에 의해 기화된 제1열매체 및 제2열매체는 열매체순환라인(120)을 따라 이송되어 제1열교환기(111)를 경유하도록 마련된다. 제1열교환기(111)에서는 재기화라인(110)을 따라 이송되는 극저온의 액화천연가스와 열매체순환라인(120)을 따라 이송되되 제2가열기(124)를 거쳐 기화 및 가열된 열매체(제1열매체 및 제2열매체)가 서로 열교환을 수행할 수 있다. 이로써 재기화라인(110)을 따라 이송되는 극저온의 액화천연가스는 제1열교환기(111)를 경유하면서 섭씨 약 -50 내지 -10도의 저온의 천연가스로 재기화될 수 있으며, 이와 동시에 열매체순환라인(120)을 따라 이송되는 기화된 열매체(제1열매체 및 제2열매체)는 제1열교환기(111)를 경유하면서 냉각 및 액화되어 석션드럼(121)으로 공급될 수 있다.
제1열매체 및 제2열매체가 분기되는 열매체순환라인(120) 상의 열매체펌프(122) 후단의 분기되는 지점에는 유량조절밸브(125)가 마련될 수 있다. 유량조절밸브(125)는 제1가열기(123) 및 제2열교환기(112)를 경유하는 제1열매체와 제2가열기(124)로 곧바로 공급되는 제2열매체의 유량을 각각 조절하도록 마련될 수 있다. 유량조절밸브(125)는 삼방밸브(3-way valve)로 이루어질 수 있으며, 작업자에 의해 수동으로 작동되거나, 재기화라인(110)에 마련되는 온도센서(미도시)에 의해 측정된 액화천연가스 또는 천연가스의 온도조건에 따라 개폐정도가 자동적으로 조절될 수 있다. 일 예로, 온도센서가 감지한 액화천연가스 또는 천연가스의 온도가 일정 온도조건보다 낮은 경우, 유량조절밸브(125)는 제1가열기(123) 측으로 공급되어 제2열교환기(112)를 경유하는 제1열매체의 유량을 증가시키고, 제2가열기(124)로 곧바로 공급되는 제2열매체의 유량은 감소시키는 방향으로 작동될 수 있다. 이와는 반대로, 온도센서가 감지한 액화천연가스 또는 천연가스의 온도가 일정 온도조건보다 높은 경우, 유량조절밸브(125)는 제1가열기(123) 측으로 공급되어 제2열교환기(112)를 경유하는 제1열매체의 유량은 감소시키고, 제2가열기(124)로 곧바로 공급되는 제2열매체의 유량은 증가시키는 방향으로 작동될 수 있다.
제1열교환기(111)를 경유한 열매체순환라인(120) 상의 제1열매체 및 제2열매체는 열매체순환라인(120)을 따라 석션드럼(121)으로 재공급될 수 있으며, 석션드럼(121)으로 공급된 제1열매체 및 제2열매체는 합류하여 다시 열매체순환라인(120)을 따라 연속적으로 공급 및 순환됨으로써 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화천연가스의 재기화를 구현할 수 있다.
해수순환라인(130)은 해수를 제1가열기(123) 및 제2가열기(124) 측으로 각각 공급 및 순환시키도록 마련된다. 해수순환라인(130)은 해수를 순환시키는 해수펌프(131)를 구비할 수 있으며, 해수펌프(131)는 액화가스 재기화 시스템이 탑재된 부유식 해상구조물의 인근 해역의 해수를 해수순환라인(130)을 따라 제1가열기(123) 및 제2가열기(124) 측으로 공급 및 순환시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)을 나타내는 개념도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)은 액화가스를 재기화하여 수요처(10)로 공급하는 재기화라인(110), 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 열교환시키는 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112), 열매체를 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112) 측으로 공급 및 순환시키는 열매체순환라인(120), 열원인 해수를 열매체순환라인(120) 측으로 공급 및 순환시키는 해수순환라인(130)을 포함하여 마련될 수 있다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 전술한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(100)에 대한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(200)의 열매체순환라인(220)은 제1가열기(123)에 의해 가열된 제1열매체를 추가적으로 가열하는 가열장치(225)를 더 포함하여 마련될 수 있다.
가열장치(225)는 열매체순환라인(220) 상의 제1가열기(123) 후단에 마련되어, 제1가열기(123)에 의해 가열된 제1열매체를 추가적으로 가열하여 제2열교환기(112)로 공급하도록 마련된다. 액화가스 재기화 시스템이 극지방 등 해수의 온도가 매우 저온인 지역에서 운용되거나, 수요처(10)가 요구하는 천연가스 온도조건이 설계조건보다 높아질 경우, 제1가열기(123)에서 제1열매체와 해수의 열교환 시 제1열매체가 요구되는 온도수준까지 충분히 가열되지 않을 수 있다. 이에 가열장치(225)가 열매체순환라인(220) 상의 제1가열기(123) 후단에 마련되어 제1가열기(123)를 통과한 제1열매체를 추가적으로 또는 보조적으로 가열함으로써, 제1열매체를 효과적으로 가열 및 기화시킨 후 제2열교환기(112)로 공급하여 제2열교환기(112)에서의 천연가스 승온을 안정적으로 구현할 수 있다.
가열장치(225)는 선박의 엔진, 발전설비의 폐열 등 다양한 열원으로부터 열을 공급받아 제1열매체로 열을 전달하는 열교환장치로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1열매체의 가열 및 기화를 추가적으로 수행할 수 있다면 다양한 구조 및 방식의 장치로 이루어지는 경우를 포함한다.
또한 가열장치(225)는 재기화라인(110)에 마련되는 온도센서(미도시)에 의해 측정된 액화천연가스 또는 천연가스의 온도조건에 따라 작동여부가 자동적으로 조절될 수 있다. 일 예로, 온도센서가 감지한 액화천연가스 또는 천연가스의 온도가 일정 온도조건보다 낮은 경우 가열장치(225)를 작동시키도록 제어되고, 이와는 반대로 온도센서가 감지한 액화천연가스 또는 천연가스의 온도가 일정 온도조건보다 높은 경우, 가열장치(225)의 작동을 중지시키도록 제어될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(300)에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(300)을 나타내는 개념도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(300)은 액화가스를 재기화하여 수요처(10)로 공급하는 재기화라인(110), 재기화라인(110)을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 열교환시키는 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112), 열매체를 제1열교환기(111) 및 제2열교환기(112) 측으로 공급 및 순환시키는 열매체순환라인(120), 열원인 해수를 열매체순환라인(120) 측으로 공급 및 순환시키는 해수순환라인(330)을 포함하여 마련될 수 있다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(300)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 전술한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(100)에 대한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.
본 발명의 제3 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(300)의 해수순환라인(330)은 해수를 보조적으로 가열하는 히터를 더 포함하여 마련될 수 있다.
히터는 해수순환라인(330)을 따라 제1가열기(123) 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제1히터(332) 및 제2가열기(124) 측으로 공급되는 해수를 가열하는 제2히터(333)를 포함할 수 있다. 제1히터(332)는 해수순환라인(330) 상에서 제1가열기(123) 전단에 마련되어, 열매체순환라인(120)을 따라 이송되되 제1가열기(123)로 진입하는 제1열매체와 해수의 열교환 시 해수의 온도가 낮아 제1가열기(123)에서 제1열매체의 기화 및 가열이 안정적으로 수행되기 어려운 경우, 해수를 보조적으로 가열하여 제1가열기(123) 측으로 공급할 수 있다. 마찬가지로 제2히터(333)는 해수순환라인(330) 상에서 제2가열기(124) 전단에 마련되어, 열매체순환라인(120)을 따라 이송되는 제1열매체 및 제2열매체와 해수의 열교환 시 해수의 온도가 낮아 제2가열기(124)에서 제1열매체 및 제2열매체의 기화 및 가열이 안정적으로 수행되기 어려운, 해수를 보조적으로 가열하여 제2가열기(124) 측으로 공급할 수 있다.
제1히터(332) 및 제2히터(333)는 열교환장치로 이루어질 수 있으며, 스팀(Steam) 등으로 이루어지는 열 전달매체가 보일러 또는 부유식 해상구조물의 엔진 폐열로부터 열을 공급받아 제1히터(332) 및 제2히터(333)를 통해 해수에 열을 전달하여 해수를 보조적으로 가열할 수 있다.
또한 제1히터(332) 및 제2히터(333)는 재기화라인(110)에 마련되는 온도센서(미도시)에 의해 측정된 액화천연가스 또는 천연가스의 온도조건에 따라 작동여부가 자동적으로 조절될 수 있다. 일 예로, 온도센서가 감지한 액화천연가스 또는 천연가스의 온도가 일정 온도조건보다 낮은 경우 제1히터(332) 및 제2히터(333)를 작동시키도록 제어되고, 이와는 반대로 온도센서가 감지한 액화천연가스 또는 천연가스의 온도가 일정 온도조건보다 높은 경우, 제1히터(332) 및 제2히터(333)의 작동을 중지시키도록 제어될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템(100, 200, 300)은 액화천연가스를 재기화시키기 위해 필요로 하는 열량에 맞추어 열매체를 효과적으로 분배하여 각각의 열교환기(111, 112)로 공급하는 바, 열매체의 유량을 효율적으로 저감하면서도 재기화된 천연가스의 온도를 안정적으로 제어할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
나아가 본 발명의 실시 예에 의한 액화가스 재기화 시스템은 증발성 열 전달매체 및 이에 준하는 끓는 점을 갖는 비폭발성 열 전달매체를 적용함으로써, 액화가스 재기화 시스템의 실제 운용조건에서 적용 시 해수와의 열교환을 안정적으로 수행하여 액화천연가스 재기화 공정을 안정적이고 효과적으로 수행할 수 있음과 동시에, 열매체의 유량을 저감할 수 있으므로 설비 운용의 효율성을 도모하는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100, 200, 300: 액화가스 재기화 시스템
110: 재기화라인 111: 제1열교환기
112: 제2열교환기 120, 220: 열매체순환라인
121: 석션드럼 122: 가압펌프
123: 제1가열기 124: 제2가열기
125: 유량조절밸브 225: 가열장치
130, 330: 해수순환라인 131: 해수펌프
332: 제1히터 333: 제2히터

Claims (8)

  1. 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하는 재기화라인;
    상기 재기화라인을 따라 이송되는 액화가스와 열매체를 순차적으로 열교환시키는 제1열교환기와 제2열교환기; 및
    열매체를 일시적으로 수용하는 석션드럼과, 상기 석션드럼의 열매체를 가압하는 열매체펌프와, 상기 열매체펌프에 의해 가압된 열매체 중 제1열매체를 열원과 열교환하여 가열하는 제1가열기와, 상기 제1가열기에 의해 가열된 제1열매체는 상기 제2열교환기를 경유하도록 마련되되 상기 제2열교환기를 경유한 제1열매체와 상기 가압된 열매체 중 제2열매체를 열원과 열교환하여 가열하는 제2가열기를 포함하고, 상기 제2가열기에 의해 가열된 제1열매체 및 제2열매체는 상기 제1열교환기를 경유하여 상기 석션드럼으로 순환되도록 마련되는 액화가스 재기화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열매체는 증발성 열 전달매체로 이루어지되,
    상기 제1열매체는 상기 제1가열기에 의해 기화된 후 상기 제2열교환기에서 재액화되며 열교환하고, 상기 제1열매체 및 상기 제2열매체는 상기 제2가열기에 의해 기화된 후 상기 제1열교환기에서 재액화되며 열교환하도록 마련되는 액화가스 재기화 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열매체는
    에탄(Ethane)과 프로판(Propane)을 포함하는 혼합물로 이루어지는 액화가스 재기화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열매체는 비폭발성 열 전달매체로 이루어지되,
    상기 제1열매체는 상기 제1가열기에 의해 기화된 후 상기 제2열교환기에서 재액화되며 열교환하고, 상기 제1열매체 및 상기 제2열매체는 상기 제2가열기에 의해 기화된 후 상기 제1열교환기에서 재액화되며 열교환하도록 마련되는 액화가스 재기화 시스템.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열매체순환라인은
    상기 제1가열기 측으로 공급되어 상기 제2열교환기를 경유하는 제1열매체와 상기 제2가열기 측으로 곧바로 공급되는 제2열매체의 유량을 각각 조절하는 유량조절밸브를 더 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열원은 해수(Seawater)로 이루어지며,
    해수를 상기 제1가열기 및 상기 제2가열기 측으로 각각 공급 및 순환시키도록 해수펌프를 구비하는 해수순환라인;을 더 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열매체순환라인은
    상기 제1가열기에 의해 가열된 제1열매체를 추가적으로 가열하는 가열장치를 더 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 해수순환라인은
    상기 제1가열기 측으로 공급되는 해수를 보조적으로 가열하는 제1히터 및 상기 제2가열기 측으로 공급되는 해수를 보조적으로 가열하는 제2히터를 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
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