KR20180135199A - BOG Reliquefaction System and Method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 자가열교환시켜 재액화시키는 재액화 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a re-liquefaction system and a re-liquefaction system for re-liquefying an evaporation gas by self-heat exchange using the evaporation gas itself as a refrigerant.
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. In recent years, consumption of liquefied gas such as Liquefied Natural Gas (LNG) has been rapidly increasing worldwide. The liquefied gas obtained by liquefying the gas at a low temperature has an advantage of being able to increase the storage and transport efficiency because the volume becomes very small as compared with the gas. In addition, liquefied natural gas, including liquefied natural gas, can be removed as an eco-friendly fuel with less air pollutant emissions during combustion because air pollutants can be removed or reduced during the liquefaction process.
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.Liquefied natural gas is a colorless transparent liquid obtained by cooling methane-based natural gas to about -162 ° C and liquefying it, and it has a volume of about 1/600 of that of natural gas. Therefore, when the natural gas is liquefied and transported, it can be transported very efficiently.
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.However, since the liquefaction temperature of natural gas is a cryogenic temperature of -162 ° C at normal pressure, liquefied natural gas is sensitive to temperature changes and is easily evaporated. As a result, the storage tank storing the liquefied natural gas is subjected to heat insulation, but the external heat is continuously transferred to the storage tank. Therefore, in the transportation of liquefied natural gas, the liquefied natural gas is naturally vaporized continuously in the storage tank, -Off Gas, BOG) occurs. This also applies to other low temperature liquefied gases such as ethane.
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.Evaporation gas is a kind of loss and is an important issue in transport efficiency. Further, when the evaporation gas accumulates in the storage tank, the internal pressure of the tank may rise excessively, and there is a risk that the tank may be damaged. Accordingly, various methods for treating the evaporative gas generated in the storage tank have been studied. Recently, a method of re-liquefying the evaporated gas and returning it to the storage tank for treating the evaporated gas, a method of returning the evaporated gas to the storage tank And a method of using it as an energy source of a consuming place.
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.As a method for re-liquefying the evaporation gas, there is a method of re-liquefying the evaporation gas by heat exchange with the refrigerant by providing a refrigeration cycle using a separate refrigerant, and a method of re-liquefying the evaporation gas by using the evaporation gas itself as a refrigerant . Particularly, the system adopting the latter method is called a Partial Re-liquefaction System (PRS).
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE 및 ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.On the other hand, among the engines used in ships, there are gas fuel engines such as DFDE and ME-GI engines which can use natural gas as fuel.
DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5 bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.The DFDE adopts the Otto Cycle, which consists of four strokes, and injects natural gas with a relatively low pressure of about 6.5 bar into the combustion air inlet and compresses the piston as it rises.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300 bar 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.The ME-GI engine consists of two strokes and adopts a diesel cycle in which high pressure natural gas near 300 bar is injected directly to the combustion chamber near the piston's top dead center. In recent years, there is a growing interest in ME-GI engines with better fuel efficiency and propulsion efficiency.
도 1은 종래의 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a schematic view showing a conventional evaporation gas remelting system.
도 1을 참조하면, 종래의 증발가스 재액화 시스템에서, 액체화물을 저장하는 저장탱크에서 발생하여 배출되는 증발가스는, 배관을 따라 이송되어 증발가스 압축부(10)에서 압축된다.Referring to FIG. 1, in the conventional evaporation gas remelting system, the evaporation gas generated and discharged from the storage tank storing the liquid cargo is conveyed along the pipe and compressed by the evaporation
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.The storage tank (T) has sealing and thermal barrier to store liquefied gas such as liquefied natural gas at a cryogenic temperature, but it can not completely block the heat transmitted from the outside, and the evaporation of the liquefied gas is continuous And the tank internal pressure can be raised. In order to prevent excessive increase of the tank pressure due to the evaporated gas and to maintain an appropriate level of internal pressure, the evaporated gas inside the storage tank is discharged to the evaporated
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. When the evaporated gas discharged from the storage tank and compressed by the evaporation
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.At this time, the
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.Since the flow rate of the evaporated gas before compression is greater than the flow rate of the second stream, the second stream of compressed evaporated gas may be at least partially liquefied by receiving cold heat from the evaporated gas before being compressed. Thus, in the heat exchanger, the low-temperature evaporation gas immediately after being discharged from the storage tank is heat-exchanged with the high-pressure evaporation gas compressed by the evaporation gas compression unit to liquefy the high-pressure evaporation gas.
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.The evaporated gas of the second stream passing through the
종래의 증발가스 재액화 시스템에 의하면, 증발가스가 증발가스 압축부(10)에 의해 압축되며 증발가스에 섞인 오일이 열교환기(20)에서 증발가스보다 먼저 응축이 되어 열교환기(20)의 유로를 막는다는 문제점이 있었다.According to the conventional evaporation gas re-liquefaction system, the evaporation gas is compressed by the evaporation
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압축기에 의해 압축된 증발가스에 섞인 오일을 효과적으로 제거할 수 있는 증발가스 재액화 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a system and method for liquefying an evaporated gas that can effectively remove oil mixed with evaporated gas compressed by a compressor.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 압축기에서 윤활유로 사용되는 오일의 응축 온도까지 열교환시켜 냉각시키는 제2 열교환기; 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체에 포함된 응축된 오일을 걸러내는 오일분리수단; 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 하여 상기 오일분리수단을 통과한 유체를 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기; 및 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시키는 팽창수단;을 포함하고, 상기 제1 열교환기에서 1차로 냉매로 사용된 유체는 상기 제2 열교환기에서 2차로 냉매로 사용된 후 상기 압축기로 보내지고, 상기 제2 열교환기는 상기 제1 열교환기보다 유로가 큰 것을 특징으로 하는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a compressor for compressing an evaporative gas, A second heat exchanger for exchanging heat between the evaporated gas compressed by the compressor and the condensation temperature of oil used as lubricant in the compressor to cool the evaporated gas; Oil separating means for filtering the condensed oil contained in the fluid cooled by said second heat exchanger; A first heat exchanger which uses the evaporated gas before being compressed by the compressor as a refrigerant and cools the fluid passing through the oil separating means by heat exchange; And an expansion means for expanding the fluid cooled by the first heat exchanger, wherein a fluid used as a first refrigerant in the first heat exchanger is used as a second refrigerant in the second heat exchanger, And the second heat exchanger is larger in flow passage than the first heat exchanger.
상기 오일분리수단은 오일필터일 수 있다.The oil separating means may be an oil filter.
상기 오일분리수단은 오일분리기일 수 있다.The oil separating means may be an oil separator.
상기 제1 열교환기는 Micro Channel 타입의 열교환기일 수 있다.The first heat exchanger may be a Micro Channel type heat exchanger.
상기 제1 열교환기는 PCHE일 수 있다.The first heat exchanger may be a PCHE.
상기 제2 열교환기는 Shell & Tube 타입의 열교환기일 수 있다.The second heat exchanger may be a Shell & Tube type heat exchanger.
상기 압축기에서 윤활유로 사용되는 오일의 응축 온도는 0 내지 -40℃일 수 있다.The condensation temperature of the oil used as lubricating oil in the compressor may be 0 to -40 캜.
상기 압축기에 의해 압축된 후 상기 제2 열교환기로 보내지는 증발가스의 온도는 100 내지 150℃일 수 있다.The temperature of the evaporation gas, which is compressed by the compressor and then sent to the second heat exchanger, may be 100-150 ° C.
상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 후 상기 팽창수단으로 보내지는 유체의 온도는 -50 내지 -120℃일 수 있다.The temperature of the fluid sent to the expansion means after being cooled by the first heat exchanger may be between -50 and -120 < 0 > C.
상기 오일필터는 다수개가 병렬로 설치될 수 있다.A plurality of the oil filters may be installed in parallel.
상기 증발가스 재액화 시스템은, 상기 팽창수단 후단에 설치되어 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다. The evaporation gas re-liquefaction system may further include a gas-liquid separator provided at the downstream end of the expansion means to separate the liquefied natural gas re-liquefied from the evaporated gas remaining in the gaseous state.
상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 합류되어 상기 열교환기의 냉매로 사용될 수 있다.The gaseous evaporation gas separated by the gas-liquid separator may be combined with the evaporated gas discharged from the storage tank and used as the refrigerant of the heat exchanger.
상기 압축기는 301 bara로 증발가스를 압축시킬 수 있다.The compressor can compress the evaporation gas to 301 bara.
상기 압축기는 다단압축기일 수 있고, 상기 압축기의 일부 압축 과정을 거친 증발가스는 일부 분기하여 제2 엔진으로 공급되고, 상기 압축기에 의한 전부 압축 과정을 거친 증발가스는 제1 엔진으로 공급될 수 있다.The compressor may be a multi-stage compressor, the evaporation gas that has undergone a partial compression process of the compressor is partially branched and supplied to the second engine, and the evaporation gas that has undergone the entire compression process by the compressor may be supplied to the first engine .
상기 제1 엔진은 ME-GI 엔진이고 상기 제2 엔진은 DF 엔진일 수 있다.The first engine may be an ME-GI engine and the second engine may be a DF engine.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축기에 의해 압축시키고 압축 전 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시킨 후 팽창시켜 증발가스를 재액화시키는 방법에 있어서, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에서 윤활유로 사용되는 오일의 응축 온도까지 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시킨 후 응축된 오일을 분리하고, 응축된 오일이 분리된 유체를 제1 열교환기에 의해 추가로 냉각시키며, 상기 제2 열교환기는 상기 제1 열교환기보다 유로가 큰 것을 특징으로 하는, 증발가스 재액화 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of re-liquefying an evaporation gas by compressing an evaporation gas by a compressor, cooling the evaporation gas by heat exchange with the refrigerant before expansion, and expanding the evaporation gas, The condensed oil is separated from the condensed oil by cooling the condensed oil by heat exchange by the second heat exchanger to the condensation temperature of the oil used as the lubricating oil in the compressor to cool the separated fluid further by the first heat exchanger And the second heat exchanger has a larger flow passage than the first heat exchanger.
본 발명에 의하면, 제1 열교환기보다 유로가 큰 제2 열교환기에 의해 오일을 걸러낸 증발가스를 제1 열교환기로 보내므로, 열교환기의 유로가 막힐 확률이 현저하게 낮아지며, 제1 열교환기의 다른 장점을 활용하면서도 유로가 쉽게 막힌다는 제1 열교환기의 단점을 보완할 수 있다.According to the present invention, since the evaporated gas filtered by the second heat exchanger having the larger flow path than the first heat exchanger is sent to the first heat exchanger, the probability of clogging the flow path of the heat exchanger is remarkably lowered, The advantages of the first heat exchanger can be overcome.
도 1은 종래의 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a schematic view showing a conventional evaporation gas remelting system.
FIG. 2 is a schematic view showing a system for evaporating a gas re-liquefaction according to a first preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view illustrating a vaporization gas remelting system according to a second preferred embodiment of the present invention.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명은, 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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to various applications such as a ship equipped with an engine using natural gas as fuel and a ship including a liquefied gas storage tank. In addition, the following examples can be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
본 발명의 후술할 증발가스 처리를 위한 시스템들은 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 즉 액화가스 운반선과 같은 선박을 비롯하여, FPSO, FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다.The systems for the treatment of the evaporative gas to be described below of the present invention are applicable to all types of vessels and storage vessels equipped with storage tanks capable of storing low temperature liquid cargo or liquefied gas such as FPSO, Structure.
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.The fluid in each line of the present invention may be in any one of a liquid state, a gas-liquid mixed state, a gas state, and a supercritical fluid state, depending on operating conditions of the system.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.FIG. 2 is a schematic view showing a system for evaporating a gas re-liquefaction according to a first preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제1 열교환기(110), 제2 열교환기(120), 압축기(200), 오일필터(510), 및 팽창수단(300)을 포함한다.2, the evaporation gas re-liquefaction system of this embodiment includes a
저장탱크(T)는, 내부에 액화천연가스, 액화에탄가스 등의 액화가스를 저장하며, 내부 압력이 일정 압력 이상이 되면 증발가스를 외부로 배출시킨다. 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스는 제1 열교환기(110)로 보내진다.The storage tank T stores therein a liquefied gas such as liquefied natural gas or liquefied ethane gas, and discharges the evaporated gas to the outside when the internal pressure exceeds a predetermined pressure. The evaporated gas discharged from the storage tank (T) is sent to the first heat exchanger (110).
제1 열교환기(110)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용하여, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(120) 및 오일필터(510)를 거친 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 제1 열교환기(110)는, PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger) 등의 Micro Channel 타입의 열교환기일 수 있다.The
PCHE는, 냉매로 사용되는 유체와 냉각될 유체가 서로 다른 방향에서 유입되어 열교환이 이루어지는 방식의 열교환기로, 열교환이 가능한 온도 범위가 -200 내지 900℃ 정도로 매우 넓고, 단위 부피당 열전이 면적이 넓어 높은 열 전달률을 가진다. 또한, PCHE는 기체와 액체, 기액혼합유체(two-phase) 등의 여러 유체에 이용할 수 있는 장점이 있다.The PCHE is a heat exchanger in which a fluid used as a refrigerant and a fluid to be cooled flow in from different directions to perform heat exchange. The temperature range in which heat exchange is possible is as wide as -200 to 900 ° C. and the heat transfer area per unit volume is wide Heat transfer rate. PCHE also has the advantage that it can be used for various fluids such as gas, liquid, and two-phase.
저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스의 양과, 유체의 온도 범위 등을 고려하였을 때, 요구되는 재액화량 및 재액화효율을 만족시키기 위하여 제1 열교환기(110)로 PCHE가 사용되는 것이 바람직하다.It is preferable that PCHE is used as the
반면에, PCHE는 열교환기 내부의 유로가 매우 좁아 이물질이 유입되면 유로가 쉽게 막힐 수 있다는 단점이 있다. 따라서, 압축기(200)에 의해 증발가스가 압축되며 섞인 오일이 열교환기에서 냉각 과정을 거치며 응축되어, PCHE의 유로를 쉽게 막히게 한다.On the other hand, the PCHE has a disadvantage in that the flow path inside the heat exchanger is very narrow and the flow path can be easily clogged when foreign substances are introduced. Accordingly, the evaporated gas is compressed by the
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템 및 방법에 의하면, 제1 열교환기(110)의 장점은 활용하면서도 유로가 쉽게 막힌다는 단점을 보완하기 위하여, 제1 열교환기(110)보다 유로가 큰 타입의 제2 열교환기(120)에 의해 오일을 걸러낼 수 있도록 한 것이다.In order to compensate for the disadvantage that the flow path is easily blocked while utilizing the advantages of the
제2 열교환기(120)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 제1 열교환기(110)에서 1차로 냉매로 사용된 증발가스를 냉매로 하여, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 제2 열교환기(120)는 제1 열교환기(110)보다 유로가 큰 타입이 적용되며, Shell & Tube 타입의 열교환기일 수 있다.The
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템 및 방법에 의하면, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 제1 열교환기(110)보다 유로가 큰 제2 열교환기(120)로 먼저 보내 오일을 걸러내고, 오일이 걸러진 증발가스를 제1 열교환기(110)로 보내므로, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 바로 제1 열교환기(110)로 보내 냉각시키는 경우보다, 열교환기의 유로가 막힐 확률이 현저하게 낮아진다.According to the evaporation gas re-liquefaction system and method of the present embodiment, the evaporated gas compressed by the
압축기(200)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 증발가스를 압축시킨다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 다시 제2 열교환기(120)로 보내진다. 본 실시예의 압축기(200)는, 직렬로 연결된 다수개의 압축실린더를 포함하는 다단압축기일 수 있고, 5개의 압축실린더를 포함하는 5단 압축기일 수 있다.The
압축기(200)는 제1 엔진(E1)의 요구 압력으로 증발가스를 압축시키며, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 제1 엔진(E1)의 연료로 사용된다. 제1 엔진(E1)은 대략 300 bara의 증발가스를 연료로 사용할 수 있고, 압축기(200)는 대략 301 bara로 증발가스를 압축시킬 수 있다.The
압축기(200)가 다단압축기인 경우, 압축기(200)에 의한 일부 압축 과정을 거친 증발가스가 일부 분기하여 제2 엔진(E2)으로 공급되고, 압축기(200)에 의한 전부 압축 과정을 거친 증발가스는 제1 엔진(E1)으로 공급될 수 있다.In the case where the
제1 엔진(E1)은 ME-GI 엔진일 수 있고, 제2 엔진(E2)은 DF 엔진일 수 있다.The first engine E1 may be an ME-GI engine, and the second engine E2 may be a DF engine.
본 실시예에 의하면, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를, 제2 열교환기(120)에 의해, 압축기(200)에서 윤활유로 사용되는 오일의 응축 온도까지 냉각시킨 후, 오일의 응축 온도가 된 유체를 오일필터(510)로 보낸다.According to the present embodiment, after the evaporated gas compressed by the
오일이 응축되는 온도가 증발가스가 액화되는 온도보다 더 높아, 냉각 과정을 거치며 오일이 먼저 응축이 되어 열교환기의 유로를 막는 것이므로, 오일이 먼저 응축된다는 점을 역으로 이용하여, 증발가스를 제2 열교환기(120)에 의해 오일이 응축되는 온도까지만 냉각시킨 후 오일을 제거하고, 오일을 제거한 증발가스를 제1 열교환기(110)에 의해 재액화에 필요한 온도까지 추가로 냉각시키는 것이다.Since the temperature at which the oil condenses is higher than the temperature at which the evaporation gas is liquefied and the oil is first condensed through the cooling process to block the flow path of the heat exchanger, 2
오일의 종류, 압축기(200)의 효율, 열교환기(110, 120)와 팽창수단(300)의 사양, 시스템의 운용 방식 등에 따라 달라질 수 있지만, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(120)로 보내지는 증발가스의 온도는 대략 100 내지 150℃일 수 있고, 오일이 응축되는 온도, 즉 제2 열교환기(120)에 의해 냉각된 후 오일필터(510)로 보내지는 유체의 온도는 대략 0 내지 -40℃일 수 있다. 또한, 오일필터(510)에 의해 오일이 걸러진 후 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체의 온도는 대략 -50 내지 -120℃일 수 있다.May be varied depending on the type of oil, the efficiency of the
어느 하나의 오일필터(510)가 유지보수작업 중인 경우에도 시스템 운전을 중단하지 않고 연속적으로 증발가스를 재액화시킬 수 있도록, 다수개의 오일필터(510)가 병렬로 설치될 수 있다.A plurality of
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 오일필터(510) 전단과 후단의 압력 차이를 측정하는 차압계(600)를 더 포함할 수 있다. 오일필터(510)에 누적된 오일이 너무 많아 증발가스의 흐름이 원활하지 않게 되면 오일필터(510) 전단과 후단의 압력 차이가 커지게 되므로, 차압계(600)에 의해 측정되는 압력 차이를 확인하여 오일필터(510)의 상태를 파악할 수 있고, 오일필터(510)가 막히거나, 오일필터(510)에 의해 오일이 충분히 제거되지 않아 제1 열교환기(110)의 유로가 막히는 경우를 방지할 수 있다.The evaporation gas re-liquefaction system of the present embodiment may further include a
오일필터(510)에 의해 응축된 오일이 걸러진 유체는 제1 열교환기(110)로 보내져 추가로 냉각된 후 팽창수단(300)으로 보내진다.The oil-filtered fluid condensed by the
팽창수단(300)은, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(120), 오일필터(510), 및 제1 열교환기(110)를 순차로 통과한 유체를 팽창시킨다. 팽창수단(300)은 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브 또는 팽창기일 수 있다.The expansion means 300 inflates the fluid that has been compressed by the
압축기(200)에 의한 압축 과정, 제2 열교환기(120) 및 제1 열교환기(110)에 의한 냉각 과정, 및 팽창수단(300)에 의한 팽창 과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다.The evaporation gas, which has undergone the compression process by the
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 팽창수단(300) 후단에 설치되어 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(400)를 더 포함할 수 있다. 기체상태로 남아있는 증발가스에는 팽창수단(300)에 의해 팽창되면 생성된 플래시 가스가 포함될 수 있다.The evaporation-gas re-liquefaction system of this embodiment may further include a gas-
기액분리기(400)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 보내지고, 기액분리기(400)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 수 있다.The liquefied natural gas separated by the gas-
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.FIG. 3 is a schematic view illustrating a vaporization gas remelting system according to a second preferred embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 제2 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 도 1에 도시된 제1 실시예의 증발가스 재액화 시스템에 비해, 오일필터(510) 대신 오일분리기(520)를 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 증발가스 재액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다. 이하, 오일필터(510) 및 오일분리기(520)와 같이 유체로부터 오일을 분리하는 장비를 오일분리수단이라고 한다.The evaporation gas re-liquefaction system of the second embodiment shown in Fig. 3 differs from the evaporation gas re-liquefaction system of the first embodiment shown in Fig. 1 in that an
도 3을 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 열교환기(110), 제2 열교환기(120), 압축기(200), 및 팽창수단(300)을 포함한다.3, the evaporation gas re-liquefaction system of the present embodiment includes a
단, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제1 실시예와는 달리, 제2 열교환기(120)에 의해 냉각되며 응축된 오일을 오일분리기(520)에 의해 분리시킨다.However, the evaporation gas re-liquefaction system of this embodiment is different from the first embodiment in that the oil separated by the
제1 열교환기(110)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용하여, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(120) 및 오일분리기(520)를 거친 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 제1 열교환기(110)는, 제1 실시예와 마찬가지로, PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger) 등의 Micro Channel 타입의 열교환기일 수 있다.The
제2 열교환기(120)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 제1 열교환기(110)에서 1차로 냉매로 사용된 증발가스를 냉매로 하여, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 제2 열교환기(120)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 열교환기(110)보다 유로가 큰 타입이 적용되며, Shell & Tube 타입의 열교환기일 수 있다.The
압축기(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 증발가스를 압축시킨다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 다시 제2 열교환기(120)로 보내진다. 본 실시예의 압축기(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 직렬로 연결된 다수개의 압축실린더를 포함하는 다단압축기일 수 있고, 5개의 압축실린더를 포함하는 5단 압축기일 수 있다.The
압축기(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 엔진(E1)의 요구 압력으로 증발가스를 압축시키며, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 제1 엔진(E1)의 연료로 사용된다. 제1 엔진(E1)은 대략 300 bara의 증발가스를 연료로 사용할 수 있고, 압축기(200)는 대략 301 bara로 증발가스를 압축시킬 수 있다.The
압축기(200)가 다단압축기인 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 압축기(200)에 의한 일부 압축 과정을 거친 증발가스가 일부 분기하여 제2 엔진(E2)으로 공급되고, 압축기(200)에 의한 전부 압축 과정을 거친 증발가스는 제1 엔진(E1)으로 공급될 수 있다.In the case where the
제1 엔진(E1)은 ME-GI 엔진일 수 있고, 제2 엔진(E2)은 DF 엔진일 수 있다.The first engine E1 may be an ME-GI engine, and the second engine E2 may be a DF engine.
본 실시예에 의하면, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를, 제2 열교환기(120)에 의해, 압축기(200)에서 윤활유로 사용되는 오일의 응축 온도까지 냉각시킨 후, 오일의 응축 온도가 된 유체를 오일분리기(520)로 보낸다.According to the present embodiment, after the evaporated gas compressed by the
오일분리기(520)에 의해 분리된 오일은 오일분리기(520) 하부에 고이며, 오일분리기(520) 하부에 고인 오일을 수동 또는 자동으로 오일분리기(520)로부터 배출시킨다. 시스템의 운전 상황에 따라 오일분리기(520) 하부에 고인 오일을 시스템 운전 중 연속적으로 배출시킬 수도 있고, 시스템의 운전을 멈춘 후 배출시킬 수도 있다.The oil separated by the
압축기(200)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(120)로 보내지는 증발가스의 온도는 대략 100 내지 150℃일 수 있고, 오일이 응축되는 온도, 즉 제2 열교환기(120)에 의해 냉각된 후 오일분리기(520)로 보내지는 유체의 온도는 대략 0 내지 -40℃일 수 있다. 또한, 오일분리기(520)에 의해 오일이 걸러진 후 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체의 온도는 대략 -50 내지 -120℃일 수 있다.The temperature of the evaporated gas, which is compressed by the
오일분리기(520)에 의해 응축된 오일이 걸러진 유체는 제1 열교환기(110)로 보내져 추가로 냉각된 후 팽창수단(300)으로 보내진다.The oil-filtered fluid condensed by the
팽창수단(300)은, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(120), 오일분리기(520), 및 제1 열교환기(110)를 순차로 통과한 유체를 팽창시킨다. 팽창수단(300)은 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브 또는 팽창기일 수 있다.The expansion means 300 inflates the fluid that has been compressed by the
압축기(200)에 의한 압축 과정, 제2 열교환기(120) 및 제1 열교환기(110)에 의한 냉각 과정, 및 팽창수단(300)에 의한 팽창 과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다.The evaporation gas, which has undergone the compression process by the
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 팽창수단(300) 후단에 설치되어 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(400)를 더 포함할 수 있다. 기체상태로 남아있는 증발가스에는 팽창수단(300)에 의해 팽창되면 생성된 플래시 가스가 포함될 수 있다.The evaporation gas re-liquefaction system of this embodiment is provided with a gas-
기액분리기(400)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 보내지고, 기액분리기(400)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 수 있다.The liquefied natural gas separated by the gas-
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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. It is.
T : 저장탱크 E1, E2 : 엔진
10 : 증발가스 압축부 20, 110, 120 : 열교환기
200 : 압축기 30, 50, 300 : 팽창수단
40, 400 : 기액분리기 510 : 오일필터
520 : 오일분리기 600 : 차압계T: Storage tank E1, E2: Engine
10: Evaporative
200:
40, 400: gas-liquid separator 510: oil filter
520: Oil separator 600: Differential pressure gauge
Claims (16)
상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 압축기에서 윤활유로 사용되는 오일의 응축 온도까지 열교환시켜 냉각시키는 제2 열교환기;
상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체에 포함된 응축된 오일을 걸러내는 오일분리수단;
상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 하여 상기 오일분리수단을 통과한 유체를 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기; 및
상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시키는 팽창수단;을 포함하고,
상기 제1 열교환기에서 1차로 냉매로 사용된 유체는 상기 제2 열교환기에서 2차로 냉매로 사용된 후 상기 압축기로 보내지고,
상기 제2 열교환기는 상기 제1 열교환기보다 유로가 큰 것을 특징으로 하는, 증발가스 재액화 시스템.A compressor for compressing the evaporating gas;
A second heat exchanger for exchanging heat between the evaporated gas compressed by the compressor and the condensation temperature of oil used as lubricant in the compressor to cool the evaporated gas;
Oil separating means for filtering the condensed oil contained in the fluid cooled by said second heat exchanger;
A first heat exchanger which uses the evaporated gas before being compressed by the compressor as a refrigerant and cools the fluid passing through the oil separating means by heat exchange; And
And expansion means for expanding the fluid cooled by said first heat exchanger,
The fluid used as the first refrigerant in the first heat exchanger is used as the second refrigerant in the second heat exchanger and then sent to the compressor,
Wherein the second heat exchanger has a larger flow passage than the first heat exchanger.
상기 오일분리수단은 오일필터인, 증발가스 재액화 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the oil separating means is an oil filter.
상기 오일분리수단은 오일분리기인, 증발가스 재액화 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the oil separating means is an oil separator.
상기 제1 열교환기는 Micro Channel 타입의 열교환기인, 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the first heat exchanger is a Micro Channel type heat exchanger.
상기 제1 열교환기는 PCHE인, 증발가스 재액화 시스템.The method of claim 4,
Wherein the first heat exchanger is a PCHE.
상기 제2 열교환기는 Shell & Tube 타입의 열교환기인, 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the second heat exchanger is a Shell & Tube type heat exchanger.
상기 압축기에서 윤활유로 사용되는 오일의 응축 온도는 0 내지 -40℃인, 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the condensing temperature of the oil used as lubricating oil in the compressor is 0 to -40 占 폚.
상기 압축기에 의해 압축된 후 상기 제2 열교환기로 보내지는 증발가스의 온도는 100 내지 150℃인, 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the temperature of the evaporation gas sent to the second heat exchanger after being compressed by the compressor is 100-150 ° C.
상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 후 상기 팽창수단으로 보내지는 유체의 온도는 -50 내지 -120℃인, 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the temperature of the fluid which is cooled by said first heat exchanger and then sent to said expansion means is between -50 and -120 < 0 > C.
상기 오일필터는 다수개가 병렬로 설치되는, 증발가스 재액화 시스템.The method of claim 2,
Wherein a plurality of the oil filters are installed in parallel.
상기 팽창수단 후단에 설치되어 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하는, 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 1 to 3,
Further comprising a gas-liquid separator provided at a downstream end of the expansion means to separate the liquefied natural gas that has been re-liquefied and the evaporated gas remaining in a gaseous state.
상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 합류되어 상기 열교환기의 냉매로 사용되는, 증발가스 재액화 시스템.The method of claim 11,
Wherein the gaseous vaporized gas separated by the gas-liquid separator is combined with the vaporized gas discharged from the storage tank and used as a refrigerant in the heat exchanger.
상기 압축기는 301 bara로 증발가스를 압축시키는, 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the compressor compresses the evaporation gas to 301 bara.
상기 압축기는 다단압축기이고,
상기 압축기의 일부 압축 과정을 거친 증발가스는 일부 분기하여 제2 엔진으로 공급되고,
상기 압축기에 의한 전부 압축 과정을 거친 증발가스는 제1 엔진으로 공급되는, 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the compressor is a multi-stage compressor,
The evaporating gas, which has undergone a partial compression process of the compressor, is partially branched and supplied to the second engine,
Wherein the evaporation gas that has undergone the entire compression process by the compressor is supplied to the first engine.
상기 제1 엔진은 ME-GI 엔진이고 상기 제2 엔진은 DF 엔진인, 증발가스 재액화 시스템.15. The method of claim 14,
Wherein the first engine is an ME-GI engine and the second engine is a DF engine.
상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에서 윤활유로 사용되는 오일의 응축 온도까지 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시킨 후 응축된 오일을 분리하고,
응축된 오일이 분리된 유체를 제1 열교환기에 의해 추가로 냉각시키며,
상기 제2 열교환기는 상기 제1 열교환기보다 유로가 큰 것을 특징으로 하는, 증발가스 재액화 방법.There is provided a method of re-liquefying an evaporated gas by compressing an evaporated gas by a compressor, cooling the evaporated gas before it is compressed by a refrigerant,
Separating the condensed oil after cooling the evaporated gas compressed by the compressor by the second heat exchanger to the condensation temperature of the oil used as lubricating oil in the compressor,
The condensed oil further cooling the separated fluid by the first heat exchanger,
Wherein the second heat exchanger has a larger flow passage than the first heat exchanger.
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