KR20180080781A - 선박용 가스처리 시스템 및 이를 이용한 선박용 가스처리 방법 - Google Patents

선박용 가스처리 시스템 및 이를 이용한 선박용 가스처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스를 연료로 사용하는 선박의 연료 공급 시스템이 적용된 설비에서 부분 재액화 시스템의 기액분리기의 초과 압력을 제어하도록 구성되는 선박용 가스처리 시스템 및 이를 이용한 선박용 가스처리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 액화천연가스 및 상기 액화천연가스로부터 발생된 증발가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진을 포함하는 선박용 가스처리 시스템으로서, 상기 저장탱크 내에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기와; 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 연료로서 공급받아 사용하는 상기 엔진과; 상기 압축기에서 압축된 증발가스 중 상기 엔진에 공급되지 않은 일부의 증발가스를, 상기 압축기에 공급되기 전의 증발가스와 열교환함으로써 냉각시키기 위한 열교환기와; 상기 열교환기에서 냉각된 증발가스를 감압시키는 팽창밸브와; 상기 팽창밸브를 통과하면서 감압되어 적어도 부분적으로 액화된 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리하기 위한 기액분리기와; 상기 기액분리기의 압력을 수신하여 수신된 압력과 기준압력을 비교하여 상기 열교환기와 상기 기액분리기 사이의 라인에 설치된 밸브를 조절하는 제 1 컨트롤러를 포함하는, 선박용 가스처리 시스템이 제공될 수 있다.

Description

선박용 가스처리 시스템 및 이를 이용한 선박용 가스처리 방법{GAS PROCESSING SYSTEM FOR VESSEL AND GAS PROCESSING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 선박용 가스처리 시스템 및 이를 이용한 선박용 가스처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가스를 연료로 사용하는 선박의 연료 공급 시스템이 적용된 설비에서 부분 재액화 시스템의 기액분리기의 초과 압력을 제어하도록 구성되는 선박용 가스처리 시스템 및 이를 이용한 선박용 가스처리 방법에 관한 것이다.
LNG 운반선 등의 액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다.
천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장탱크 내에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.
발생된 증발가스는 저장탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에, 증발가스의 발생을 억제할 필요가 있다.
또한, 증발가스는 LNG의 손실이므로 LNG의 수송효율에 있어서 증발가스의 억제 혹은 재액화는 중요한 문제이다.
종래, 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서의 증발가스를 억제 및 처리하기 위해, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 소각해 버리는 방법, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시킨 후 다시 저장탱크로 복귀시키는 방법, 선박의 추진기관에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법, 저장탱크의 내부압력을 높게 유지함으로써 증발가스의 발생을 억제하는 방법 등이 단독으로 혹은 복합적으로 사용되고 있었다.
증발가스 재액화 장치가 탑재된 종래의 선박의 경우, 저장탱크의 적정 압력 유지를 위해 저장탱크 내부의 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시키게 된다. 이때, 배출된 증발가스는 냉동 사이클을 포함하는 재액화 장치에서 초저온으로 냉각된 냉매, 예를 들어 질소냉매, 혼합냉매 등과의 열교환을 통해 재액화된 후 저장탱크로 복귀된다.
종래 DFDE 추진시스템을 탑재한 LNG 운반선의 경우, 재액화 설비를 설치하지 않고 증발가스 압축기와 가열만을 통해 증발가스를 처리한 후 DFDE에 연료로서 공급하여 증발가스를 소비하였기 때문에 엔진의 연료 필요량이 증발가스의 발생량보다 적을 때는 증발가스를 가스연소기(GCU; Gas Combustion Unit)에서 연소시켜 버리거나 대기중으로 버릴(venting) 수밖에 없는 문제가 있었다.
그리고 종래 재액화 설비와 저속 디젤 엔진을 탑재한 LNG 운반선은 재액화 설비를 통해 BOG를 처리할 수 있음에도 불구하고 질소가스를 이용한 재액화 장치 운전의 복잡성으로 인해 전체 시스템의 제어가 복잡하고 상당한 양의 동력이 소모되는 문제가 있었다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하고자, 저장탱크에서 배출된 증발가스를 가압한 후 대부분은 선박 엔진의 연료로 사용하고 나머지 일부는 저장탱크로부터 새롭게 배출되는 증발가스의 냉열로 액화시켜 저장탱크로 복귀시킴으로써, 증발가스를 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 방법이 제안되었다.
이러한 방법을 활용하여 증발가스를 처리할 때, 저장탱크에서 배출된 증발가스를 고압으로 가압한 후 냉각하고, 계속해서 저압으로 감압하는 과정을 거쳐야 하며, 증발가스의 감압을 위해 팽창밸브(예컨대 J-T 밸브)를 설치한다.
열 교환기 및 팽창밸브를 거쳐서 저온으로 액화된 유체는 기액분리기(Liquid/Gas Separator)로 들어간 후 액체 및 기체로 분리되어 액체는 저장탱크로 회수되고, 기체는 기액분리기에서 기체 라인 파이프를 통해 열교환기의 저압 라인 입구로 전달되고, 이는 고압 압축기 입구도 재순환된다.
고압 압축기 입구로 재순환된 기체가 부분 재액화 시스템의 기액분리기로 공급됨으로, 이의 안정적인 제어는 고압 압축기 압력의 안정적인 제어에 영향을 미친다.
따라서, 부분 재액화 시스템의 액체/기체 분리기의 압력을 안정적으로 제어할 수 있는 시스템이 요구된다.
본 발명의 목적은, 가스를 연료로 사용하는 선박의 연료 공급 시스템이 적용된 설비에서 부분 재액화 시스템의 기액분리기의 초과 압력을 제어하도록 구성되는 선박용 가스처리 시스템 및 이를 이용한 선박용 가스처리 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액화천연가스 및 상기 액화천연가스로부터 발생된 증발가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진을 포함하는 선박용 가스처리 시스템으로서, 상기 저장탱크 내에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기와; 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 연료로서 공급받아 사용하는 상기 엔진과; 상기 압축기에서 압축된 증발가스 중 상기 엔진에 공급되지 않은 일부의 증발가스를, 상기 압축기에 공급되기 전의 증발가스와 열교환함으로써 냉각시키기 위한 열교환기와; 상기 열교환기에서 냉각된 증발가스를 감압시키는 팽창밸브와; 상기 팽창밸브를 통과하면서 감압되어 적어도 부분적으로 액화된 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리하기 위한 기액분리기와; 상기 기액분리기의 압력을 수신하여 수신된 압력과 기준압력을 비교하여 상기 열교환기와 상기 기액분리기 사이의 라인에 설치된 밸브를 조절하는 제 1 컨트롤러를 포함하는, 선박용 가스처리 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 가스처리 시스템은 상기 기준압력보다 높은 최대압력으로 설정되어 있는 제 2 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 제 2 컨트롤러는 상기 밸브의 개도가 최대 개도인 경우 상기 기액분리기의 압력이 상기 최대압력에 도달하는지 여부를 판단하여, 상기 기액분리기의 압력이 상기 최대압력에 도달하면 상기 팽창밸브의 개도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 가스처리 시스템은 가장 낮은 압력값을 선택하기 위한 로이어 선택기를 더 포함하며, 상기 로이어 선택기는 상기 기액분리기의 압력값과, 상기 저장탱크 압력 컨트롤러로부터 수신된 저장탱크의 압력값과, 상기 엔진의 압력컨트롤러로부터 수신된 엔진에 공급되는 연료의 압력값 중에서 선택된 가장 낮은 압력값을 상기 팽창밸브에 전달할 수 있다.
상기 팽창밸브는 두개의 라인을 따라 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제 2 컨트롤러는 상기 기액분리기의 압력이 상기 최대압력보다 높아지면 상기 팽창밸브의 개도를 낮추어 상기 기액분리기로 유입되는 유체의 압력을 조절할 수 있다.
상기 기액분리기에서 분리된 액체 성분은 상기 저장탱크로 복귀할 수 있다.
상기 기액분리기에서 분리된 기체 성분은 상기 압축기로 공급되는 증발가스에 합류될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 액화천연가스 및 상기 액화천연가스로부터 발생된 증발가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진을 포함하는 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법으로서, 기액분리기의 압력을 수신하는 단계; 및 상기 수신된 압력과 기준압력을 비교하여 열교환기와 상기 기액분리기 사이의 라인에 설치된 밸브를 조절하는 단계를 포함하는, 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법이 제공될 수 있다.
상기 조절하는 단계는 상기 밸브의 개도가 최대 개도인 경우 상기 기액분리기의 압력이 상기 기준압력보다 높게 설정된 최대압력에 도달하는지 여부를 판단하여, 상기 기액분리기의 압력이 상기 최대압력에 도달하면 팽창밸브의 개도를 조절할 수 있다.
상기 조절하는 단계는 상기 기액분리기의 압력값과, 상기 저장탱크 압력 컨트롤러로부터 수신된 저장탱크의 압력값과, 상기 엔진의 압력컨트롤러로부터 수신된 엔진에 공급되는 연료의 압력값 중에서 로이어 선택기에 의해 선택된 가장 낮은 압력값으로 상기 팽창밸브의 개도를 조절할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 액화천연가스 및 상기 액화천연가스로부터 발생된 증발가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진을 포함하는 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법으로서, 고압 압축기로부터 전달된 압축 기체를 열교환기 및 팽창밸브를 거쳐 기체를 액화시키는 부분 재액화 시스템의 기액 분리기의 압력이 미리 설정된 최대압력내에 유지되도록 상기 팽창밸브에 상기 기액분리기의 압력값, 상기 저장탱크의 압력값 및 상기 엔진에 공급되는 연료의 압력값 중에서 가장 낮은 압력값을 전달하여 상기 기액분리기에 유입되는 유체의 압력을 조절하는, 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가스를 연료로 사용하는 선박의 연료 공급 시스템이 적용된 설비에서 부분 재액화 시스템의 기액분리기의 초과 압력을 제어하도록 구성되는 선박용 가스처리 시스템이 제공될 수 있다. 이와 같은 기액분리기의 안정적인 압력 제어를 통해 재액화 성능의 유지 및 향상효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 가스처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 선박용 가스처리 시스템은, 선체의 내부에 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크를 설치한 해상 구조물에 적용될 수 있다.
극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 마련된 해상 구조물의 예로서는 액화가스 운반선 이외에도 LNG RV (Regasification Vessel)와 같은 선박이나 LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FRU (Floating and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading), FSPP (Floating Storage Power Plant), BMPP (Barge Mounted Power Plant)와 같은 플랜트 등을 들 수 있다.
LNG RV는 자력 항해 및 부유가 가능한 액화천연가스 운반선에 LNG 재기화 설비를 설치한 것이고, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 액화천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 구조물이고, LNG FRU는 저장기능이 생략된 채 별도의 저장탱크와 협력하여 사용되면서 해상에서 액화천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 구조물이고, LNG FPSO는 채굴된 천연가스를 해상에서 정제한 후 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 구조물이다. 그리고 FSPP는 해상에 부유된 선체에 LNG 저장탱크와 발전설비를 탑재하여 해상에서 전기를 생산하기 위해 사용되는 구조물이고, BMPP는 바지선에 발전설비를 탑재하여 해상에서 전기를 생산하기 위해 사용되는 구조물이다.
본 명세서에서 선박이란, LNG 운반선과 같은 액화가스 운반선, LNG RV 등을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU, LNG FRU, FSPP, BMPP 등의 구조물까지도 모두 포함하는 개념이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 선박용 가스처리 시스템의 개략 구성도가 도시되어 있다.
도 1에는, 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 선박 엔진으로서, 고압 천연가스 분사 엔진, 예컨대 MEGI 엔진을 설치한 LNG 운반선에 본 발명의 선박용 가스처리 시스템이 적용된 예가 도시되어 있지만, 본 발명의 선박용 가스처리 시스템은 액화가스 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박, 즉 LNG 운반선, LNG RV 등을 비롯하여, FSPP, BMPP, LNG FRU, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 플랜트에 적용될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른, 선박용 가스처리 시스템에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장탱크(111)에서 발생되어 배출된 증발가스(NBOG)는, 증발가스 공급라인(L1)을 따라 이송되어 압축기(113)에서 압축된 후 메인엔진(101) (예컨대 MEGI 엔진과 같은 고압 천연가스 분사 엔진)에 공급된다. 증발가스는 압축기(113)에 의해 대략 150 내지 400 bara 정도의 고압으로 압축된 후 메인엔진(101)에 연료로서 공급될 수 있다.
저장탱크는 LNG 등의 액화가스를 극저온 상태로 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열 방벽을 갖추고 있지만, 외부로부터 전달되는 열을 완벽하게 차단할 수는 없다. 그에 따라 저장탱크(111) 내에서는 액화가스의 증발이 지속적으로 이루어지며, 증발가스의 압력을 적정한 수준으로 유지하기 위해 증발가스 배출라인(L1)을 통하여 저장탱크(111) 내부의 증발가스를 배출시킨다.
저장탱크(111)의 내부에는 필요시 LNG를 저장탱크의 외부로 배출시키기 위해 배출 펌프(112)가 설치된다. 저장탱크(111)는 선박 내에 하나 이상 포함될 수 있으며, 극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있다면 멤브레인형이나 독립형 등 어떤 종류의 것도 사용될 수 있다.
압축기(113)는, 하나 이상의 압축단(114)과, 압축되면서 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키기 위한 하나 이상의 중간 냉각기(도시생략)를 포함할 수 있다. 압축기(113)는 예를 들어 증발가스를 150 내지 400 bara 정도의 고압으로 압축하도록 구성될 수 있다. 도 1에서는 5개의 압축단(114)을 포함하는 다단 압축기가 예시되어 있지만, 압축단과 중간 냉각기의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 또한, 하나의 압축기 내에 복수개의 압축 실린더가 배열된 구조 이외에, 복수개의 압축기를 직렬로 연결한 구조를 가지도록 변경될 수도 있다.
압축기(113)에서 압축된 증발가스는 증발가스 공급라인(L1)을 통하여 메인엔진(101)에 공급되는데, 메인엔진에서 필요로 하는 연료의 필요량에 따라 압축된 증발가스 전부를 메인엔진에 공급할 수도 있고, 압축된 증발가스 중 일부만을 메인엔진에 공급할 수도 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 저장탱크(111)로부터 배출되어 압축기(113)에서 압축되는 증발가스(즉, 저장탱크에서 배출된 증발가스 전체)를 제1 스트림이라 할 때, 증발가스의 제1 스트림을 압축 후에 제2 스트림과 제3 스트림으로 나누어, 제2 스트림은 고압 천연가스 분사 엔진에 연료로서 공급하고 제3 스트림은 액화시켜 저장탱크로 복귀시키도록 구성할 수 있다.
이때, 제2 스트림은 증발가스 공급라인(L1)을 통해 메인엔진(101)에 공급되고, 제3 스트림은 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 저장탱크(111)로 복귀된다. 압축된 증발가스의 제3 스트림을 액화시켜 저장탱크(111)로 복귀시킬 수 있도록 증발가스 복귀라인(L3)에는 열교환기(121)가 설치된다. 열교환기(121)에서는 압축된 증발가스의 제3 스트림을 저장탱크(111)로부터 배출된 후 압축기(113)로 공급되는 증발가스의 제1 스트림과 열교환시킨다.
압축된 증발가스의 제3 스트림은 압축되기 전의 증발가스의 제1 스트림으로부터 냉열을 공급받아 냉각될 수 있다. 이와 같이 열교환기(121)에서는 저장탱크(111)로부터 배출된 직후의 극저온의 증발가스와 압축기(113)에서 압축된 고압 및 고온 상태의 증발가스를 열교환시켜 이 고압 및 고온 상태의 증발가스를 냉각시킨다.
열교환기(121)에서 냉각된 증발가스(LBOG)는 팽창밸브(V06, V07) 및 아이솔레이션 밸브(V08, V09, V10, V11)를 통과하면서 감압되어 기액 혼합상태로 기액분리기(123)에 공급된다. 팽창밸브(V06, V07) 및 아이솔레이션 밸브(V08, V09, V10, V11)를 통과하면서 고압 상태(예컨대 300 내지 350 barg)의 LBOG는 저압 상태(예컨대 2 내지 10 barg)로 감압될 수 있다. 팽창밸브(V06, 07)는 두개의 라인을 따라 병렬로 연결되어 있다.
제 1 컨트롤러(151)는 기액분리기(123)의 압력을 측정하는 압력 측정센서(150)에 의해 측정된 기액분리기(123)의 압력을 수신하고, 수신된 압력과 미리 설정된 기준압력(예를 들면 3.5barG)을 비교하여 수신된 압력이 기준압력보다 높은지 여부를 판단한다. 기준압력은 2barG 내지 10barG에서 정해질 수 있으며 바람직하게는 3.5barG로 정해질 수 있다.
제 1 컨트롤러(151)는 증발가스 재순환라인(L5)에 설치된 제4밸브(V04)의 개도를 조절할 수 있다.
제 1 컨트롤러(151)는 기액분리기(123)의 압력이 기준압력보다 높으면 제4밸브(V04)를 열고, 낮으면 제4밸브(V04)를 닫는다.
제 1 컨트롤러(151)의 기준압력보다 높은 최대압력(예를 들면, 4.5barG)으로 설정되는 제 2 컨트롤러(152)는 기액분리기(123)의 압력이 최대압력에 도달되면 동작하여 압력을 낮춘다.
정상 운전시 제 1 컨트롤러(151)가 기액분리기(123) 압력을 조절하지만, 기액분리기(123) 내부 기체 생성량이 많아질 경우 압력은 계속 올라가게 되고, 제4밸브(V04)를 100% 열릴 수 있다. 이와 같이 제4밸브(V04)를 100% 연 경우, 제4밸브(V04)는 더 이상 기체 압력을 제어할 수 없으므로, 압력은 지속적으로 높아져 제 2 컨트롤러(152)의 최대압력에 도달하게 되면 이때 제 2 컨트롤러(152)가 동작하여 압력을 낮춘다.
즉 제 2 컨트롤러(152)가 작동하게 되면 제 2 컨트롤러(152)는 로이어 선택기(LS: ower Selector)에 기액분리기(123)의 압력값을 보낸다.
로이어 선택기(LS)는 기액분리기(123)의 압력값, 저장탱크(111)의 압력값 및 MEGI 엔진(101)에 공급되는 연료의 압력값 중에서 가장 낮은 압력값을 팽창밸브(V06, V07)에 전달한다. 팽창밸브(V06, V07)는 리던던시 개념으로 둘 중에 하나만 사용하도록 선택기(S: Selector)에 의해 미리 선택된다. 저장탱크(111)의 압력값은 저장탱크(111) 주변에 설치된 저장탱크 압력 컨트롤러(111a)에 의해 수신될 수 있고, MEGI 엔진(101)에 공급되는 연료의 압력값은 MEGI 엔진(101) 주변에 설치된 MEGI 엔진 압력 컨트롤러(153)에 의해 수신될 수 있다.
따라서 기액분리기(123) 내부 압력이 제 2 컨트롤러(152)의 내부 설정압력(최대압력) 보다 높아질 경우 제 2 컨트롤러(152)는 팽창밸브(V06, V07)의 개도를 낮추게 된다. 이는 기액분리기(123)로 유입되는 유체의 압력을 줄임으로 기액분리기(123)내 기체의 생성량을 줄일 수 있다.
냉각 및 감압됨에 따라 적어도 부분적으로 액화된 증발가스는 기액분리기(123)에서 기체와 액체 성분이 분리되어, 액체성분, 즉 LNG는 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 저장탱크(111)로 이송되고, 기체성분, 즉 증발가스는 증발가스 재순환라인(L5)을 통해 저장탱크(111)로부터 배출되어 압축기(113)로 공급되는 증발가스에 합류될 수 있다. 더욱 상세하게는, 증발가스 재순환라인(L5)은 기액분리기(123)의 상단으로부터 연장되어 증발가스 공급라인(L1)에서 열교환기(121)보다 상류측 또는 하류측(도시생략)에 연결될 수 있다.
액체 성분은, 저장탱크(111)에 복귀하도록 구성되는 이외에도, 별도의 탱크(도시생략)에 공급되어 저장되도록 구성될 수 있다. 또한, 기액분리기(123)에서 기체 성분과 액체 성분을 분리하지 않고, 팽창된 증발가스를 기액분리기(123)를 거치지 않고(즉, 기액분리기를 시스템에 포함시키지 않고) 곧바로 저장탱크(111)에 복귀시키도록 시스템이 구성될 수도 있다.
위에서는 설명의 편의상 열교환기(121)가 증발가스 복귀라인(L3)에 설치된 것으로 설명하였으나, 실제로 열교환기(121)에서는 증발가스 공급라인(L1)을 통해 이송되고 있는 증발가스의 제1 스트림과 증발가스 복귀라인(L3)을 통해 이송되고 있는 증발가스의 제3 스트림 사이에 열교환이 이루어지고 있으므로, 열교환기(121)는 증발가스 공급라인(L1)에 설치된 것이기도 하다.
한편, 저장탱크(111)에서 발생하는 증발가스의 양이 고압 천연가스 분사 엔진에서 요구하는 연료량보다 많아 잉여의 증발가스가 발생할 것으로 예상되는 경우에는, 압축기(13)에서 압축된 혹은 단계적으로 압축되고 있는 도중의 증발가스를, 증발가스 분기라인(L7, L8)을 통하여 분기시켜 증발가스 소비수단에서 사용할 수 있다. 증발가스 소비수단으로서는 메인엔진(101)에 비해 상대적으로 낮은 압력의 천연가스를 연료로서 사용할 수 있는 보조엔진(103)이나 GCU(105) 등이 설치될 수 있다. 보조엔진(103)으로서는 DF엔진(DFDG), 가스 터빈 등이 사용될 수 있다.
증발가스 분기라인(L8)은 압축기(113)에서 다단-압축되고 있는 도중의 증발가스를 분기해 낼 수 있도록 증발가스 공급라인(L1)으로부터 분기된다. 예를 들어 2단 압축된 BOG를 분기시켜 보조엔진(103)으로 공급할 수 있지만, 이는 예시일 뿐이며 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 증발가스 분기라인(L8)은 1단 혹은 3단 압축된 BOG를 분기할 수 있도록 구성되거나, 다단 압축기의 모든 압축단을 통과한 BOG를 분기할 수 있도록 구성될 수도 있다. 다만, 보조엔진인 DF엔진은 요구 압력이 메인엔진인 MEGI 엔진에 비해 낮기 때문에 압축기(113)의 후단에서 고압으로 압축된 상태의 BOG를 분기해 낼 경우에는 BOG의 압력을 다시 낮춘 후 보조엔진에 공급해야 하므로 비효율적일 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 가스처리 시스템에 의하면, LNG 운반선의 화물(즉, LNG) 운반시 발생되는 증발가스를, 엔진의 연료로서 사용하거나 재액화시켜 다시 저장탱크로 복귀시켜 저장할 수 있기 때문에, GCU 등에서 소모하여 버려지는 증발가스의 양을 감소시키거나 없게 할 수 있게 되고, 질소 등의 냉매를 사용하는 재액화 장치를 설치할 필요 없이 증발가스를 재액화하여 처리할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 가스처리 시스템 및 처리 방법에 의하면, 질소냉매나 혼합냉매 등의 냉매를 사용하는 재액화 장치(예컨대, 질소냉매 냉동 사이클이나 혼합냉매 냉동 사이클 등)가 설치될 필요가 없으므로, 냉매를 공급 및 저장하기 위한 설비를 추가로 설치할 필요가 없어, 전체 시스템을 구성하기 위한 초기 설치비와 운용비용을 절감할 수 있다.
지금까지는 저장탱크(111) 내에 저장된 액화가스, 즉 LNG로부터 발생한 증발가스를 처리하는 가스처리 시스템의 일부 구성에 대해 설명하였으며, 이하에서는 저장탱크(111) 내에 저장된 액화가스를 처리하는 가스처리 시스템의 나머지 구성에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 바람직한 실시예의 선박용 가스처리 시스템은, 메인엔진(101)으로서 고압 천연가스 분사 엔진, 예컨대 MEGI 엔진을 포함하고 있으며, 보조엔진(103)으로서 DF엔진(DF Generator; DFDG)을 포함할 수 있다. 통상, 메인엔진은 선박의 운항을 위해 추진용으로 사용되고, 보조엔진은 선박 내부에 설치된 각종 장치 및 설비에 전력을 공급하기 위해 발전용으로 사용되지만, 본 발명은 메인엔진과 보조엔진의 용도에 의해 한정되는 것은 아니다. 메인엔진과 보조엔진은 각각 복수개가 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 선박용 가스처리 시스템은, 엔진들(즉, 메인엔진인 MEGI 엔진과 보조엔진인 DF엔진)에 대해 저장탱크(111)에 수용되어 있는 천연가스(즉, 기체 상태의 증발가스(BOG)와 액체 상태의 액화가스(LNG))를 연료로서 공급할 수 있도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 기체 상태의 증발가스를 연료가스로서 공급하기 위해 본 발명의 선박용 가스처리 시스템은, 저장탱크(111)에 수용되어 있는 BOG를 메인엔진(101)에 공급하는 BOG 주 공급라인으로서의 증발가스 공급라인(L1)과, 이 증발가스 공급라인(L1)으로부터 분기하여 증발가스를 보조엔진(103)에 공급하는 BOG 부 공급라인으로서의 증발가스 분기라인(L8)을 포함한다.
또, 액체 상태의 액화가스(예컨대, LNG)를 연료가스로서 공급하기 위해 본 발명의 선박용 가스처리 시스템은, 저장탱크(111)에 수용되어 있는 액화가스를 메인엔진에 공급하는 LNG 주 공급라인(L23)과, 이 LNG 주 공급라인(L23)으로부터 분기하여 액화가스를 보조엔진(103)에 공급하는 LNG 부 공급라인(L24)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 증발가스 공급라인(L1)에는 BOG를 압축하기 위한 압축기(113)가 설치되고, LNG 주 공급라인(L23)에는 LNG를 압축하기 위한 고압펌프(143)가 설치된다. 고압펌프(143)는 리던던시 요건을 충족시키기 위해 2개가 병렬로 설치될 수 있다.
LNG 주 공급라인(L23)에는, 저장탱크(111)의 내부에 설치되어 LNG를 저장탱크(111)의 외부로 배출시키기 위한 배출펌프(112)와, 이 배출펌프(112)에서 1차적으로 압축된 LNG를 MEGI 엔진에서 요구하는 압력까지 2차적으로 압축시키기 위한 고압펌프(143)가 설치되어 있다. 배출펌프(112)는 각 저장탱크(111)마다 내부에 하나씩 설치될 수 있다.
전술한 바와 같이, MEGI 엔진에서 요구하는 연료가스의 압력은 150 내지 400 bara(절대압력) 정도의 고압이다.
액화가스를 저장하는 저장탱크(111)에서 배출펌프(112)를 통해 배출된 LNG는, LNG 주 공급라인(L23)을 따라 이송되어 고압펌프(143)에 공급된다. 계속해서 LNG는 고압펌프(143)에서 고압으로 압축된 후 온도조절기(144)에 공급되어 가열된다. 메인엔진에서 요구하는 온도로 가열처리된 LNG는 연료로서 메인엔진, 예컨대 MEGI 엔진에 공급된다. MEGI 엔진에서 요구하는 압력은 천연가스(LNG 및 BOG), 즉 메탄의 임계압력(대략 50bara)보다 높기 때문에, 고압으로 압축된 천연가스는 초임계 상태, 즉 기체도 아니고 액체도 아닌 상태이다.
보조엔진인 DF엔진에 연료가스를 공급하기 위한 부 LNG 공급라인(L24)은 주 LNG 공급라인(L23)으로부터 분기된다. 더욱 상세하게는, 부 LNG 공급라인(L24)은 고압펌프(143)에서 압축되기 전의 LNG를 분기해 낼 수 있도록 주 LNG 공급라인(L23)으로부터 분기된다.
부 LNG 공급라인(L24)에는 히터(145)가 설치되어, 연료로서 공급되는 LNG의 온도를 DF엔진에서 요구하는 값으로 조절할 수 있다. 이 과정에서 LNG는 기화될 수 있다.
본 발명에 따르면, 엔진들(메인엔진(101) 및 보조엔진(103))에 연료가스를 공급하는 경로가 2개로 이루어진다. 즉, 연료가스로서의 증발가스는 압축기(113)를 통해 압축된 후 엔진에 공급될 수도 있고, 연료가스로서의 액화가스는 고압펌프(143) 및 온도조절기(144)를 통해 압축 및 가열된 후 엔진에 공급될 수도 있다.
특히 LNG 운반선, LNG RV 등과 같은 선박은, LNG를 생산지로부터 소비지로 수송하기 위해 사용되므로, 생산지에서 소비지로 운항할 때에는 저장탱크에 LNG를 가득 적재한 레이든(Laden) 상태로 운항하고, LNG를 하역한 후 다시 생산지로 돌아갈 때에는 저장탱크가 거의 비어있는 밸러스트(Ballast) 상태로 운항한다. 레이든 상태에서는 LNG의 양이 많아 상대적으로 증발가스 발생량도 많고, 밸러스트 상태에서는 LNG의 양이 적어 상대적으로 증발가스 발생량도 적다.
저장탱크의 용량, 외부 온도 등의 조건에 따라 다소 차이가 있으나, 예를 들어, LNG의 저장탱크 용량이 대략 130,000㎥ 내지 350,000㎥ 인 경우에 발생되는 증발가스의 양은, 레이든시 대략 3 내지 4 ton/h 이고, 밸러스트시 대략 0.3 내지 0.4 ton/h 이다. 또한, 엔진들에서 요구하는 연료가스의 양은, MEGI 엔진의 경우에는 대략 1 내지 4 ton/h (평균 약 1.5 ton/h)이고, DF엔진(DFDG)의 경우에는 대략 0.5 ton/h 이다. 한편, 최근에는 저장탱크의 단열성능이 향상됨에 따라 BOR(Boil Off Rate)이 점차 낮아지고 있는 추세이므로, BOG의 발생량도 감소하는 추세이다.
따라서, 본 발명의 가스처리 시스템과 같이 압축기 라인(즉, 도 1에서의 L1 및 L8)과 고압펌프 라인(즉, 도 1에서의 L23 및 L24)이 함께 갖춰진 경우, 증발가스의 발생량이 많은 레이든 상태에서는 압축기 라인을 통해 엔진들에 연료가스를 공급하고, 증발가스의 발생량이 적은 밸러스트 상태에서는 고압펌프 라인을 통해 엔진들에 연료가스를 공급하는 것이 바람직하다.
일반적으로, MEGI 엔진에서 요구하는 150 내지 400 bara(절대압력) 정도의 고압까지 압축기에 의하여 기체(BOG)를 압축하기 위해 필요한 에너지는 펌프에 의해 액체(LNG)를 압축하기 위해 필요한 에너지보다 상당히 많은 에너지가 요구되고, 고압으로 기체를 압축하기 위한 압축기는 상당히 고가이고 부피 역시 많이 차지하므로, 압축기 라인 없이 고압펌프 라인만을 사용하는 것이 경제적일 것으로 생각될 수 있다. 예를 들어, 다단으로 구성된 한 세트의 압축기를 구동시켜 MEGI 엔진에 연료를 공급하기 위해서는 2MW의 전력이 소비되는데, 고압펌프를 사용하면 100kW의 전력만이 소비된다. 그러나, 레이든 상태에서 고압펌프 라인만을 사용하여 엔진들에 연료가스를 공급할 경우, 저장탱크에서 지속적으로 발생하는 BOG를 처리하기 위해 BOG를 재액화시키기 위한 재액화 장치가 반드시 필요하며, 이 재액화 장치에서 소모하는 에너지를 함께 고려할 경우, 압축기 라인과 고압펌프 라인을 함께 설치하여 레이든 상태에서는 압축기 라인을 통해 연료가스를 공급하고 밸러스트 상태에서는 고압펌프 라인을 통해 연료가스를 공급하는 것이 유리할 수 있다.
한편, 밸러스트 상태와 같이, 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 MEGI 엔진에서 요구하는 연료량에 미치지 못하는 경우, 다단 압축기에서 증발가스를 MEGI 엔진에서 요구하는 고압까지 압축시키기 않고, 다단 압축되는 도중에 증발가스 분기라인(L8)을 통해 증발가스를 분기시켜 DF엔진에서 연료로서 사용하는 것이 효율적일 수 있다. 즉, 예를 들어 5단 압축기 중 2단째의 압축 실린더만을 거쳐 증발가스를 DF엔진에 공급한다면, 나머지 3단의 압축 실린더는 공회전된다. 5단 압축기 전체를 구동시켜 증발가스를 압축시킬 경우 요구되는 전력이 2MW인 반면, 2단까지만 사용하고 나머지 3단을 공회전시킬 경우 요구되는 전력은 600kW이고, 고압펌프를 통해 MEGI 엔진에 연료를 공급할 경우 요구되는 전력은 100kW이다. 그러므로, 밸러스트 상태와 같이 BOG 발생량이 MEGI 엔진에서의 연료 필요량보다 적은 경우에는 BOG는 DF엔진 등에서 전량 소비하고 고압펌프를 통해 LNG를 연료로서 공급하는 것이 에너지 효율 측면에서 유리할 수도 있다.
그러나, 필요에 따라서는, BOG 발생량이 MEGI 엔진에서의 연료 필요량보다 적은 경우에도 압축기를 통해 BOG를 MEGI 엔진에 연료로서 공급하면서 부족한 양만큼 LNG를 강제기화시켜 공급할 수도 있다. 한편, 밸러스트 상태에서는 BOG의 발생량이 적으므로, BOG를 발생할 때마다 배출시켜 소비하는 대신, 저장탱크가 일정한 압력에 도달할 때까지 BOG를 배출시키지 않고 모아두었다가 간헐적으로 배출시켜 DF엔진 혹은 MEGI 엔진에 연료로서 공급할 수도 있다.
또한, 장비의 수리 및 교체가 용이하지 않은 선박에서는 비상시를 감안하여 중요한 설비를 2개씩 설치할 것이 요구된다(redundancy; 즉, 이원화 설계). 즉, 선박에서는, 주 설비와 동일한 기능을 수행할 수 있는 여분의 설비를 설치하여, 주 설비의 정상동작시에는 여분의 설비를 대기상태로 두고, 주 구성 장비의 고장시 그 기능을 인계받아 수행할 수 있도록 중요한 설비를 중복 설계할 것이 요구된다. 이원화 설계가 요구되는 설비로서는 주로 회전구동되는 설비, 예를 들어 압축기나 펌프 등을 들 수 있다.
이와 같이, 선박에는, 평소에는 사용되지 않으면서 오로지 이원화 요구조건만을 만족시키기 위해 각종 설비가 이중으로 설치될 필요가 있는데, 2개의 압축기 라인을 사용하는 가스처리 시스템은 압축기의 설치에 많은 비용과 공간이 소요되고 사용시에 많은 에너지가 소모되는 문제가 있고, 2개의 고압펌프 라인을 사용하는 가스처리 시스템은 증발가스의 처리(즉, 재액화)에 많은 에너지가 소모되는 문제가 있을 수 있다. 그에 비해 한 개의 압축기 라인과 한 개의 고압펌프 라인을 함께 설치한 본 발명의 가스처리 시스템은 어느 한쪽의 공급라인에 문제가 발생하더라도 다른 쪽 공급라인을 통해 정상적인 운항을 계속할 수 있고, 고가의 압축기를 적게 사용하면서 증발가스의 발생량에 따라 최적의 연료가스 공급 방식을 적절하게 선택하여 운용할 수 있어 최초 건조시 비용은 물론 운용비용도 절감할 수 있게 된다.
도 1에 도시된 바와 같은, 본 발명의 선박용 가스처리 시스템을 사용할 경우, LNG 운반선의 화물(즉, LNG) 운반시 발생되는 증발가스를, 엔진의 연료로서 사용하거나 재액화시켜 다시 저장탱크로 복귀시켜 저장할 수 있기 때문에, GCU 등에서 소모하여 버려지는 증발가스의 양을 감소시키거나 없게 할 수 있게 되고, 질소 등 별도의 냉매를 사용하는 재액화 장치를 설치할 필요 없이 증발가스를 재액화하여 처리할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 저장탱크의 용량이 커져 증발가스의 발생량은 많아지고 엔진의 성능이 개선되어 필요한 연료량은 감소하는 최근의 추세에도 불구하고, 엔진의 연료로서 사용하고 남는 증발가스는 재액화시켜 다시 저장탱크로 복귀시킬 수 있기 때문에 증발가스의 낭비를 막을 수 있게 된다.
특히 본 발명에 의하면, 별도의 냉매를 사용하는 재액화 장치(즉, 질소냉매 냉동 사이클이나 혼합냉매 냉동 사이클 등)가 설치될 필요가 없으므로, 냉매를 공급 및 저장하기 위한 설비를 추가로 설치할 필요가 없어, 전체 시스템을 구성하기 위한 초기 설치비와 운용비용을 절감할 수 있다.
미설명부호 LIT-A는 기액분리기 레벨 조절 측정 센서, LIT-B, 기액분리기 레벨 High 측정 센서, LIC-A는 기액분리기 레벨 컨트롤러, V01는 제1밸브, V02는 제2밸브, V03은 제3밸브, V05는 제5밸브, V12는 제12밸브이다.
도 2에는 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 제 1 컨트롤러(151)는 기액분리기(123)의 압력을 측정하는 압력 측정센서(150)에 의해 측정된 기액분리기(123)의 압력을 수신한다.
제 1 컨트롤러(151)는 수신된 기액분리기(123)의 압력과 미리 설정된 기준압력을 비교하여 수신된 압력이 기준압력보다 높은지 여부를 판단한다.
제 1 컨트롤러(151)는 수신된 기액분리기(123)의 압력이 기준압력보다 작은 경우 증발가스 재순환라인(L5)에 설치된 제4밸브(V04)를 닫도록 제어하고, 수신된 기액분리기(123)의 압력이 기준압력보다 큰 경우 제4밸브(V04)를 열도록 제어하다.
이와 같이 제 1 컨트롤러(151)에 의해 기액분리기(123)의 압력을 제어하는 중에 제 1 컨트롤러(151)에 의해 제4밸브(V04)가 최대로 개방되었음에도 불구하고 기액분리기(123)의 압력이 기준압력보다 큰 경우, 제 1 컨트롤러(151)의 기준압력보다 높은 최대압력을 설정하여 압력을 제어하는 제 2 컨트롤러(152)에 의해 기액분리기(123)의 압력이 최대압력에 도달하지 여부를 판단한다.
제 2 컨트롤러(152)에 의해 기액분리기(123)의 압력이 최대압력에 도달된 경우 제 2 컨트롤러(152)는 로이어 선택기(LS: ower Selector)에 기액분리기(123)의 압력값을 보낸다.
로이어 선택기(LS)는 기액분리기(123)의 압력값, 저장탱크(111)의 압력값 및 MEGI 엔진(101)에 공급되는 연료의 압력값 중에서 가장 낮은 압력값을 팽창밸브(V06, V07)에 전달한다.
2개의 팽창밸브(V06, V07) 중 선택된 하나의 팽창밸브에 인가된 가장 낮은 압력값에 따라 기액분리기(123)로 유입되는 유체의 압력을 줄일 수 있다. 이에 따라 기액분리기(123) 내 기체의 생성량을 줄일 수 있어, 결국 기액분리기(123) 내부 압력을 안정적으로 제어할 수 있다. 이와 같은 기액분리기(123)의 안정적인 압력제어는 고압압축기 압력의 안정적인 제어에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 재액화 성능의 유지 및 향상효과를 기대할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
101 : 메인 엔진 111 : 저장탱크
121 : 열교환기 123 ; 기액분리기
150 : 압력 측정기 151 : 제 1 컨트롤러
152 : 제 2 컨트롤러 153 : MEGI 엔진 압력 컨트롤러
LS : 로이어 선택기 S : 선택기

Claims (11)

  1. 액화천연가스 및 상기 액화천연가스로부터 발생된 증발가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진을 포함하는 선박용 가스처리 시스템으로서,
    상기 저장탱크 내에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기와;
    상기 압축기에서 압축된 증발가스를 연료로서 공급받아 사용하는 상기 엔진과;
    상기 압축기에서 압축된 증발가스 중 상기 엔진에 공급되지 않은 일부의 증발가스를, 상기 압축기에 공급되기 전의 증발가스와 열교환함으로써 냉각시키기 위한 열교환기와;
    상기 열교환기에서 냉각된 증발가스를 감압시키는 팽창밸브와;
    상기 팽창밸브를 통과하면서 감압되어 적어도 부분적으로 액화된 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리하기 위한 기액분리기와;
    상기 기액분리기의 압력을 수신하여 수신된 압력과 기준압력을 비교하여 상기 열교환기와 상기 기액분리기 사이의 라인에 설치된 밸브를 조절하는 제 1 컨트롤러를 포함하는, 선박용 가스처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준압력보다 높은 최대압력으로 설정되어 있는 제 2 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 제 2 컨트롤러는 상기 밸브의 개도가 최대 개도인 경우 상기 기액분리기의 압력이 상기 최대압력에 도달하는지 여부를 판단하여, 상기 기액분리기의 압력이 상기 최대압력에 도달하면 상기 팽창밸브의 개도를 조절하는, 선박용 가스처리 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    가장 낮은 압력값을 선택하기 위한 로이어 선택기를 더 포함하며,
    상기 로이어 선택기는 상기 기액분리기의 압력값과, 상기 저장탱크 압력 컨트롤러로부터 수신된 저장탱크의 압력값과, 상기 엔진의 압력컨트롤러로부터 수신된 엔진에 공급되는 연료의 압력값 중에서 선택된 가장 낮은 압력값을 상기 팽창밸브에 전달하는, 선박용 가스처리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 팽창밸브는 두개의 라인을 따라 병렬로 연결되는, 선박용 가스처리 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 컨트롤러는 상기 기액분리기의 압력이 상기 최대압력보다 높아지면 상기 팽창밸브의 개도를 낮추어 상기 기액분리기로 유입되는 유체의 압력을 조절하는, 선박용 가스처리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기액분리기에서 분리된 액체 성분은 상기 저장탱크로 복귀하는, 선박용 가스처리 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 기액분리기에서 분리된 기체 성분은 상기 압축기로 공급되는 증발가스에 합류되는, 선박용 가스처리 시스템.
  8. 액화천연가스 및 상기 액화천연가스로부터 발생된 증발가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진을 포함하는 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법으로서,
    기액분리기의 압력을 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 압력과 기준압력을 비교하여 열교환기와 상기 기액분리기 사이의 라인에 설치된 밸브를 조절하는 단계를 포함하는, 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 조절하는 단계는 상기 밸브의 개도가 최대 개도인 경우 상기 기액분리기의 압력이 상기 기준압력보다 높게 설정된 최대압력에 도달하는지 여부를 판단하여, 상기 기액분리기의 압력이 상기 최대압력에 도달하면 팽창밸브의 개도를 조절하는, 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 조절하는 단계는 상기 기액분리기의 압력값과, 상기 저장탱크 압력 컨트롤러로부터 수신된 저장탱크의 압력값과, 상기 엔진의 압력 컨트롤러로부터 수신된 엔진에 공급되는 연료의 압력값 중에서 로이어 선택기에 의해 선택된 가장 낮은 압력값으로 상기 팽창밸브의 개도를 조절하는, 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법.
  11. 액화천연가스 및 상기 액화천연가스로부터 발생된 증발가스를 저장하고 있는 저장탱크와, 상기 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 연료로서 사용하는 엔진을 포함하는 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법으로서,
    고압 압축기로부터 전달된 압축 기체를 열교환기 및 팽창밸브를 거쳐 기체를 액화시키는 부분 재액화 시스템의 기액 분리기의 압력이 미리 설정된 최대압력내에 유지되도록 상기 팽창밸브에 상기 기액분리기의 압력값, 상기 저장탱크의 압력값 및 상기 엔진에 공급되는 연료의 압력값 중에서 가장 낮은 압력값을 전달하여 상기 기액분리기에 유입되는 유체의 압력을 조절하는, 선박용 가스처리 시스템을 이용한 선박용 가스처리 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102208575B1 (ko) * 2019-08-14 2021-01-27 주식회사 한국가스기술공사 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템
CN113685289A (zh) * 2020-05-19 2021-11-23 塔格海底天然气工程有限公司 存储及供应系统、向燃气机提供燃气的方法及船舶
WO2023096019A1 (ko) * 2021-11-23 2023-06-01 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100747372B1 (ko) * 2006-02-09 2007-08-07 대우조선해양 주식회사 증발가스의 재액화 장치 및 재액화 방법
KR20150133132A (ko) * 2014-05-19 2015-11-27 현대중공업 주식회사 액화가스 처리 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100747372B1 (ko) * 2006-02-09 2007-08-07 대우조선해양 주식회사 증발가스의 재액화 장치 및 재액화 방법
KR20150133132A (ko) * 2014-05-19 2015-11-27 현대중공업 주식회사 액화가스 처리 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102208575B1 (ko) * 2019-08-14 2021-01-27 주식회사 한국가스기술공사 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템
CN113685289A (zh) * 2020-05-19 2021-11-23 塔格海底天然气工程有限公司 存储及供应系统、向燃气机提供燃气的方法及船舶
WO2023096019A1 (ko) * 2021-11-23 2023-06-01 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법

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