KR20180134450A - 재액화시스템 - Google Patents

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KR20180134450A
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liquid
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이원두
윤호병
최재웅
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

재액화시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 재액화시스템은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 증발가스를 압축하는 압축부; 압축된 증발가스를 액화시키는 열교환부; 액화된 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리시키는 기액분리기; 저장탱크에 저장된 증발가스를 열교환부를 거쳐 압축부로 공급하는 증발가스공급라인; 압축부에 의한 증발가스의 압축 과정 중 증발가스공급라인의 설정 지점으로부터 분기되어, 압축부에 의해 압축된 증발가스를 열교환부를 거쳐 기액분리기 쪽으로 공급하는 재액화라인; 분리된 기체 성분을 열교환부를 통과하여 압축부 전단으로 공급하는 기체공급라인; 분리된 액체 성분을 저장탱크로 회수하는 액체회수라인; 액체회수라인과 기체공급라인의 열교환부 전단을 연결하는 분사라인; 및 분사라인을 통해 공급되는 액체 성분을 기체공급라인의 기체 성분에 분사시키는 분사부;을 포함한다.

Description

재액화시스템{LIQUEFIED SYSTEM}
본 발명은 재액화시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변화되어 저장 및 운반되고 있다.
액화가스를 운반하는 선박은 액화가스를 저장할 수 있도록 단열 처리된 저장탱크를 구비한다. 또, 이러한 선박은 저장탱크에서 자연적으로 발생하는 증발가스(Boiled Off Gas) 또는 저장탱크의 액화가스를 기화시켜 엔진의 연료로 공급하고, 증발가스를 다시 재액화하는 재액화시스템을 마련할 수 있다. 선박의 엔진에는 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진 등과 같은 저압(약 5~8bar)의 분사엔진, ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압(약 150~700bar)의 분사엔진 및 중압(약 16~18bar)의 연료가스로 연소가 가능한 중압가스 분사엔진이 이용될 수 있다.
한편, 상술한 재액화시스템은 예컨대 ME-GI 엔진이 필요로 하는 연료 소모량보다 많은 증발가스가 공급된 경우, 해당 잉여분의 증발가스를 저장탱크로부터 공급된 증발가스와 열교환시키는 방법으로 재액화시켜 저장탱크에 저장할 수 있다.
그러나, 잉여분의 증발가스와 저장탱크로부터 공급된 증발가스 간 열교환을 수행하는 열교환부 내에는 액화 잠열이 발생하고, 저장탱크로부터 공급된 증발가스의 냉열을 효과적으로 잉여분의 증발가스로 전달하지 못하여 액화 효율이 낮아질 수 있다. 이와 관련된 기술로서 한국공개특허 제10-2014-0052898호(2014.05.07. 공개)를 참조하기 바란다.
한국공개특허 제10-2014-0052898호(2014.05.07. 공개)
본 발명의 실시 예는 액화 효율을 향상시킬 수 있는 재액화시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 상기 증발가스를 압축하는 압축부; 상기 압축된 증발가스를 액화시키는 열교환부; 상기 액화된 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리시키는 기액분리기; 상기 저장탱크에 저장된 증발가스를 상기 열교환부를 거쳐 상기 압축부로 공급하는 증발가스공급라인; 상기 압축부에 의한 증발가스의 압축 과정 중 상기 증발가스공급라인의 설정 지점으로부터 분기되어, 상기 압축부에 의해 압축된 증발가스를 열교환부를 거쳐 상기 기액분리기 쪽으로 공급하는 재액화라인; 상기 분리된 기체 성분을 상기 열교환부를 통과하여 상기 압축부 전단으로 공급하는 기체공급라인; 상기 분리된 액체 성분을 상기 저장탱크로 회수하는 액체회수라인; 상기 액체회수라인과 상기 기체공급라인의 상기 열교환부 전단을 연결하는 분사라인; 및 상기 분사라인을 통해 공급되는 액체 성분을 상기 기체공급라인의 기체 성분에 분사시키는 분사부;을 포함하는 재액화시스템이 제공될 수 있다.
상기 재액화라인의 상기 열교환부 후단에 마련되어, 상기 열교환부에 의해 액화된 증발가스의 온도를 측정하는 온도측정부와, 상기 액체회수라인에 마련되어 상기 분사라인의 압력을 유지시키는 압력유지밸브와, 상기 분사라인에 마련되며, 상기 온도측정부에 의해 측정된 온도값을 기초로 상기 분사부를 통해 분사되는 액체 성분의 양을 조절하는 분사량조절밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 기체공급라인에 마련되어, 상기 기액분리기의 내부 압력을 조절하는 압력조절밸브와, 상기 액체회수라인에 마련되어, 상기 기액분리기의 레벨을 조절하는 레벨조절밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 재액화라인의 상기 열교환부 후단에 마련되어, 상기 열교환부를 통과한 액화된 증발가스를 감압시키는 감압밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 재액화라인의 상기 열교환부 전단으로부터 분기된 분기라인을 통해 공급되어 상기 열교환부를 통과한 증발가스를 팽창시키는 팽창기와, 상기 팽창된 증발가스를 상기 열교환부를 통과하여 상기 압축부 전단으로 공급하는 냉매라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 재액화시스템은 액화 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 재액화시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 재액화시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 재액화시스템(100)은 엔진으로 연료가스를 공급하며, 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다.
구체적으로 재액화시스템(100)은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크(110)와, 저장탱크(110)로부터 공급받은 증발가스를 압축하는 압축부(120)와, 압축부(120)에 의해 압축된 증발가스를 액화시키는 열교환부(130)와, 열교환부(130)에 의해 액화된 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리시키는 기액분리기(140)와, 저장탱크(110)에 저장된 증발가스를 열교환부(130)를 거쳐 압축부(120)로 공급하는 증발가스공급라인(L1)과, 압축부(120)에 의한 증발가스의 압축 과정 중 증발가스공급라인(L1)의 설정 지점으로부터 분기되어, 압축부(120)에 의해 압축된 증발가스를 열교환부(130)를 거쳐 기액분리기(140) 쪽으로 공급하는 재액화라인(L2)과, 기액분리기(140)에 의해 분리된 기체 성분을 열교환부(130)를 통과하여 압축부(120) 전단으로 공급하는 기체공급라인(L3)과, 기액분리기(140)에 의해 분리된 액체 성분을 저장탱크(110)로 회수하는 액체회수라인(L4)과, 액체회수라인(L4)과 기체공급라인(L3)의 열교환부(130) 전단을 연결하는 분사라인(L5)과, 분사라인(L5)을 통해 공급되는 액체 성분을 기체공급라인(L3)의 기체 성분에 분사시켜 혼합하는 분사부(150)를 포함한다.
또, 재액화시스템(100)은 재액화라인(L2)의 열교환부(130) 후단에 마련되어, 열교환부(130)에 의해 액화된 증발가스의 온도를 측정하는 온도측정부(160)와, 액체회수라인(L4)에 마련되어 분사라인(L5)의 압력을 유지시키는 압력유지밸브(V1)와, 분사라인(L5)에 마련되며, 온도측정부(160)에 의해 측정된 온도값을 기초로 분사부(150)를 통해 분사되는 액체 성분의 양을 조절하는 분사량조절밸브(V2)를 포함한다.
또, 재액화시스템(100)은 기체공급라인(L3)에 마련되어, 기액분리기(140)의 내부 압력을 조절하는 압력조절밸브(V3)와, 액체회수라인(L4)에 마련되어, 기액분리기(140)의 레벨을 조절하는 레벨조절밸브(V4)를 포함한다.
또, 재액화시스템(100)은 재액화라인(L2)의 열교환부(130) 후단에 마련되어, 열교환부(130)를 통과한 액화된 증발가스를 감압시키는 감압밸브(V5)를 포함한다.
또, 재액화시스템(100)은 재액화라인(L2)의 열교환부(130) 전단으로부터 분기된 분기라인(L6)을 통해 공급되어 열교환부(130)를 통과한 증발가스를 팽창시키는 팽창기(170)와, 팽창기(170)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환부(130)를 통과하여 압축부(120) 전단으로 공급하는 냉매라인(L7)을 포함한다.
이하, 각 구성요소에 대해서 구체적으로 설명한다.
상술한 저장탱크(110)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다. 저장탱크(110)에 저장된 액화가스는 액화상태로 저장할 수 있는 LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
저장탱크(110) 내부압력은 저장하는 액화가스가 LNG일 경우 1bar로 유지되거나 연료공급조건을 고려해 그보다 높은 압력으로 유지될 수 있다. 저장탱크(110) 내부온도는 LNG의 액화상태 유지를 위해 ―163℃도 정도로 유지될 수 있다. 저장탱크(110)에 저장된 액화가스의 증발가스는 증발가스공급라인(L1)을 통해 제1엔진(E1) 쪽으로 공급된다.
압축부(120)는 교대로 배치된 복수의 압축기(121)와 냉각기(122)를 포함하도록 구성될 수 있으며, 저장탱크(110)로부터 공급된 액화가스의 증발가스를 제1엔진(E1)의 연료가스 공급조건에 맞게 제1압력으로 압축시킨다. 제1엔진(E1)은 예컨대 ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압가스 분사엔진일 수 있다. 제1엔진(E1)에서 필요로 하는 연료 소모량보다 많은 압축된 증발가스가 공급된 경우, 잉여분의 압축된 증발가스는 재액화라인(L2)으로 흘러 들어간다.
재액화라인(L2)은 예컨대 압축부(120)에 의해 4단 이상의 압축을 거친 증발가스공급라인(L1)의 설정 지점으로부터 분기될 수 있으며, 상술한 제1압력보다 낮은 제2압력으로 압축된 증발가스를 열교환부(130)로 보낸다. 여기서, 압축부(120)에 의해 2단 이상의 압축을 거친 지점으로부터 분기된 압축라인(L11)은 제2압력보다 낮은 제3압력으로 압축된 증발가스를 제2엔진(E2)으로 보낼 수 있다. 제2엔진(E2)은 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진 등과 같은 저압(약 5~8bar)의 분사엔진일 수 있다.
열교환부(130)는 증발가스공급라인(L1)을 통해 저장탱크(110)로부터 공급된 증발가스와, 재액화라인(L2)을 통해 공급된 상술한 제2압력으로 압축된 증발가스와, 기체공급라인(L3)을 통해 공급된 기액분리기(140)에 의해 분리된 기체 성분과, 재액화라인(L2)의 열교환부(130) 전단으로부터 분기된 분기라인(L6)을 통해 공급된 증발가스와, 냉매라인(L7)을 통해 공급된 팽창기(170)에 의해 팽창된 증발가스 간 열교환이 수행되도록 한다.
기액분리기(140)는 재액화라인(L2)을 통해 공급되어 열교환부(130)를 통과한 액화된 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리시킨다. 여기서, 재액화라인(L2)의 열교환부(130) 후단에 마련된 감압밸브(V5)에 의해 열교환부(130)를 통과한 액화된 증발가스가 감압된 후, 기액분리기(140)로 공급된다.
기액분리기(140)에 의해 분리된 기체 성분은 기체공급라인(L3)을 통해 열교환부(130)를 통과하여 압축부(120) 전단으로 공급된다. 기액분리기(140)에 의해 분리된 액체 성분은 액체회수라인(L4)을 통해 저장탱크(110)로 회수된다.
팽창기(170)는 재액화라인(L2)의 열교환부(130) 전단으로부터 분기된 분기라인(L6)을 통해 열교환부(130)를 통과한 증발가스를 팽창시킨다. 팽창기(170)에 의해 팽창된 증발가스는 냉매라인(L7)을 통해 열교환부(130)를 통과하여 압축부(120) 전단으로 공급된다. 이를 통해 열교환부(130)를 통한 증발가스 냉각 효율이 향상될 수 있다.
한편, 압력유지밸브(V1)는 상술한 액체회수라인(L4)에 마련되어 분사라인(L5)의 압력을 유지시킨다. 압력유지밸브(V1)는 액체회수라인(L4)과 분사라인(L5)의 연결지점 후단에 마련될 수 있다.
분사량조절밸브(V2)는 열교환부(130)의 액화 효율성 등을 향상시키기 위해, 재액화라인(L2)의 열교환부(130) 후단에 마련된 온도측정부(160)에 의해 측정된 온도값을 기초로 분사라인(L5)에 마련된 분사부(150)를 통해 분사되는 액체 성분의 양을 조절한다.
여기서, 분사부(150)는 노즐(미도시)을 포함할 수 있으며, 분사라인(L5)을 통해 공급된 액체 성분을 기체공급라인(L3)의 기체 성분에 분사시켜 혼합시킨다. 분사부(150)는 기체공급라인(L3)과 분사라인(L5)의 연결 지점에 배치될 수 있다.
예컨대, 분사량조절밸브(V2)는 온도측정부(160)에 의해 측정된 온도값이 설정값보다 높은 경우, 분사부(150)를 통해 분사되는 액체 성분의 양은 증가시켜, 기체공급라인(L3)을 통해 열교환부(130)로 공급되는 유체의 온도를 낮출 수 있다.
또, 분사량조절밸브(V2)는 온도측정부(160)에 의해 측정된 온도값이 설정값보다 낮은 경우, 분사부(150)를 통해 분사되는 액체 성분의 양은 감소시켜, 기체공급라인(L3)을 통해 열교환부(130)로 공급되는 유체의 온도를 높일 수 있다. 이를 통해 열교환부(130)의 증발가스 냉각 효율을 효과적으로 조절할 수 있다.
압력조절밸브(V3)는 기체공급라인(L3)과 분사라인(L5)의 연결 지점 전단에 마련되어, 기액분리기(140)의 내부 압력을 조절할 수 있다.
레벨조절밸브(V4)는 액체회수라인(L4)과 분사라인(L5)의 연결 지점 전단에 마련되어, 기액분리기(140)의 레벨을 조절할 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110: 저장탱크 120: 압축부
130: 열교환부 140: 기액분리기
150: 분사부 160: 온도측정부
170: 팽창부 V1: 압력유지밸브
V2: 분사량조절밸브 V3: 압력조절밸브
V4: 레벨조절밸브 V5: 감압밸브
L1: 증발가스공급라인 L2: 재액화라인
L3: 기체공급라인 L4: 레벨조절밸브
L5: 분사라인 L6: 분기라인

Claims (5)

  1. 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크;
    상기 증발가스를 압축하는 압축부;
    상기 압축된 증발가스를 액화시키는 열교환부;
    상기 액화된 증발가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리시키는 기액분리기;
    상기 저장탱크에 저장된 증발가스를 상기 열교환부를 거쳐 상기 압축부로 공급하는 증발가스공급라인;
    상기 압축부에 의한 증발가스의 압축 과정 중 상기 증발가스공급라인의 설정 지점으로부터 분기되어, 상기 압축부에 의해 압축된 증발가스를 열교환부를 거쳐 상기 기액분리기 쪽으로 공급하는 재액화라인;
    상기 분리된 기체 성분을 상기 열교환부를 통과하여 상기 압축부 전단으로 공급하는 기체공급라인;
    상기 분리된 액체 성분을 상기 저장탱크로 회수하는 액체회수라인;
    상기 액체회수라인과 상기 기체공급라인의 상기 열교환부 전단을 연결하는 분사라인; 및
    상기 분사라인을 통해 공급되는 액체 성분을 상기 기체공급라인의 기체 성분에 분사시키는 분사부;을 포함하는 재액화시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재액화라인의 상기 열교환부 후단에 마련되어, 상기 열교환부에 의해 액화된 증발가스의 온도를 측정하는 온도측정부와,
    상기 액체회수라인에 마련되어 상기 분사라인의 압력을 유지시키는 압력유지밸브와,
    상기 분사라인에 마련되며, 상기 온도측정부에 의해 측정된 온도값을 기초로 상기 분사부를 통해 분사되는 액체 성분의 양을 조절하는 분사량조절밸브를 더 포함하는 재액화시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기체공급라인에 마련되어, 상기 기액분리기의 내부 압력을 조절하는 압력조절밸브와,
    상기 액체회수라인에 마련되어, 상기 기액분리기의 레벨을 조절하는 레벨조절밸브를 더 포함하는 재액화시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재액화라인의 상기 열교환부 후단에 마련되어, 상기 열교환부를 통과한 액화된 증발가스를 감압시키는 감압밸브를 더 포함하는 재액화시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 재액화라인의 상기 열교환부 전단으로부터 분기된 분기라인을 통해 공급되어 상기 열교환부를 통과한 증발가스를 팽창시키는 팽창기와,
    상기 팽창된 증발가스를 상기 열교환부를 통과하여 상기 압축부 전단으로 공급하는 냉매라인을 더 포함하는 재액화시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210002243A (ko) * 2019-06-28 2021-01-07 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR20210002395A (ko) * 2020-12-17 2021-01-08 최재웅 증발가스 관리시스템

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