KR20190073931A - Boil-Off Gas Reliquefaction System and Method for Vessel - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액화가스가 자연 기화하여 생성되는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 재액화시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a system and a method for re-liquefying a boil-off gas (BOG) generated by natural gasification of liquefied gas.
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 -163℃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 which can be obtained by cooling methane-based natural gas to about -163 ° C and liquefying it, and has a volume of about 1/600 as compared with natural gas. Therefore, when the natural gas is liquefied and transported, it can be transported very efficiently.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -163 ℃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.However, since the liquefaction temperature of natural gas is a cryogenic temperature of -163 ° C at normal pressure, liquefied natural gas is susceptible to temperature change 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.
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 연료수요처의 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 consumer.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는, 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다.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, a method of re-liquefying the evaporation gas itself as a refrigerant without any refrigerant .
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.On the other hand, there are gas-fuel engines such as DFDE, X-DF engine and ME-GI engine which can be used natural gas among the engines used in ships.
DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 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, compressing the piston as it rises.
X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 16 bar 정도의 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.The X-DF engine is composed of two strokes, using natural gas of about 16 bar as fuel and adopting autocycle.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.The ME-GI engine consists of two strokes and employs a diesel cycle in which high pressure natural gas at around 300 bar is injected directly into the combustion chamber at the top of the piston.
별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 방법으로, 압축기에 의해 압축시킨 증발가스를, 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시킨 후 J-T 밸브 등에 의해 팽창시켜 증발가스의 일부를 재액화시키는 방법이 있고, 이와 같은 방법을 채용한 시스템을 일명 PRS(Partial Re-liquefaction System)라고 한다.A method for re-liquefying an evaporation gas by using evaporation gas itself as a refrigerant without a separate refrigerant. The evaporation gas compressed by the compressor is cooled by heat exchange with the evaporation gas before being compressed by the compressor, expanded by a JT valve, There is a method of re-liquefying a part of the gas, and a system adopting such a method is called a PRS (Partial Re-liquefaction System).
저장탱크 내부의 액화가스의 양이 많아 증발가스의 발생량이 많은 경우, 선박이 정박하고 있거나 낮은 속도로 운항하여 엔진에서 사용되는 증발가스가 적은 경우 등, 재액화시켜야 할 증발가스의 양이 많은 경우, PRS만으로 요구되는 재액화량을 만족시키지 못할 수가 있다.When there is a large amount of liquefied gas in the storage tank, a large amount of evaporated gas is generated, or when there is a large amount of evaporative gas to be re-liquefied , The amount of liquefaction required only by PRS may not be satisfied.
증발가스를 더 많이 재액화시킬 수 있도록 PRS를 개량하여, 증발가스 자체를 냉매로 사용한 냉매 사이클에 의해 증발가스를 추가로 냉각시킬 수 있도록 하였는데, 이와 같은 방법을 채용한 시스템을 일명 MRS(Methane Refrigeration System)라고 한다.The PRS was modified to further re-liquefy the evaporation gas, and the evaporation gas could be further cooled by the refrigerant cycle using the evaporation gas itself as the refrigerant. The system employing this method was called Mane Refrigeration System).
본 발명은 종래의 MRS를 개량하여, 기존에 MRS를 운용하며 발생하던 문제점들을 보완하고 더욱 효율적으로 증발가스를 재액화시킬 수 있도록 구성한, 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a system and a method for liquefying a vaporization gas for marine vessels, which is configured to improve the conventional MRS, complement the problems that have been caused by operating the MRS, and to re-liquefy the evaporation gas more efficiently.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 1) 증발가스를 제1 열교환기에서 냉매로 사용하는 단계; 2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스를 두 흐름으로 분기시키는 단계; 3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내는 단계; 4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 5) 상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및 6) 상기 5)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 단계;를 포함하고, 상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스는, 5-1) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되는 단계(이하, 냉매 사이클로 공급되는 증발가스를 압축시키는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기;라고 한다.); 5-2) 유량계에 의해 밀도가 측정되는 단계; 5-3) 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되는 단계; 5-4) 감압되는 단계; 5-5) 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는 단계; 5-6) 압축되는 단계; 및 5-7) 질소가 주입되는 단계;를 포함하는 과정을 거치는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of operating a refrigeration cycle comprising the steps of: 1) using a vaporized gas as a refrigerant in a first heat exchanger; 2) splitting the evaporation gas used as a refrigerant in the first heat exchanger into two flows in the step 1); 3) sending the first flow to the first compressor and the remaining flow to the second compressor among the flows branched to the two flows in the step 2); 4) cooling the evaporated gas compressed by the first compressor or the second compressor by heat exchange with the first heat exchanger using the evaporation gas supplied to the first heat exchanger as the refrigerant in step 1) ; 5) cooling the fluid cooled by the first heat exchanger in the step 4) by heat exchange with the second heat exchanger using the evaporation gas circulating the refrigerant cycle as the refrigerant; And 6) depressurizing the fluid cooled by the second heat exchanger in step 5), wherein the evaporated gas circulating in the refrigerant cycle is supplied to the first compressor or the second compressor (Hereinafter, the compressor for compressing the evaporation gas supplied to the refrigerant cycle is referred to as a compressor for refrigerant cycle); 5-2) the density is measured by the flow meter; 5-3) cooling by the second heat exchanger; 5-4) depressurizing; 5-5) being used as a refrigerant in the second heat exchanger; 5-6) compressing; And 5-7) injecting nitrogen into the vessel.
상기 5-7)단계에서 질소가 주입된 증발가스는 상기 '냉매 사이클용 압축기'로 보내질 수 있고, 상기 냉매 사이클을 폐루프를 형성할 수 있다.In step 5-7), the evaporated gas into which the nitrogen is injected may be sent to the compressor for the refrigerant cycle, and the refrigerant cycle may form a closed loop.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 증발가스를 제1 열교환기에서 냉매로 사용하고, 2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스를 두 흐름으로 분기시키고, 3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내고, 4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처로 보내고(이하, 연료수요처로 증발가스를 공급하는 압축기를 '연료공급용 압축기'라고 한다.), 5) 상기 '연료공급용 압축기'에 의해 압축된 증발가스 중 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키고, 6) 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 중 상기 '연료공급용 압축기'가 아닌 나머지 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉매 사이클로 보내고(이하, 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.), 7) 상기 5)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키고, 8) 상기 7)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키며, 상기 냉매 사이클에 질소를 주입하는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a refrigerant cycle system comprising: 1) an evaporation gas is used as a refrigerant in a first heat exchanger; 2) a refrigerant is used as a refrigerant in the first heat exchanger in step 1) Flow to the first compressor and the remaining flow to the second compressor, and 4) to the first compressor or the second compressor, (Hereinafter, referred to as a " fuel supply compressor " for supplying the evaporation gas to the fuel demanding place), and 5) an evaporation gas compressed by the 'fuel supply compressor' The remaining evaporation gas not used in the fuel consumer is cooled by heat exchange by the first heat exchanger using the evaporation gas supplied to the first heat exchanger as the refrigerant in step 1) (Hereinafter, referred to as " refrigerant cycle compressor ") for supplying the evaporated gas compressed by other compressors other than the 'fuel supply compressor' among the first compressor and the second compressor to the refrigerant cycle , 7) cooling the fluid cooled by the first heat exchanger in the step 5) by heat exchange by the second heat exchanger using the evaporation gas circulating the refrigerant cycle as the refrigerant, and 8) cooling in the step 7) There is provided a method of liquefying a ship evaporative gas for depressurizing a fluid cooled by the second heat exchanger and injecting nitrogen into the refrigerant cycle.
질소가 상기 제2 열교환기 하류로 주입되어, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체에 질소가 혼합될 수 있다.Nitrogen may be injected downstream of the second heat exchanger so that nitrogen may be mixed into the fluid used as the refrigerant in the second heat exchanger.
상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체는 제4 압축기에 의해 압축될 수 있고, 질소가 상기 제4 압축기 하류로 주입되어, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 후 상기 제4 압축기에 의해 압축된 증발가스에 질소가 주입될 수 있다.The fluid used as the refrigerant in the second heat exchanger can be compressed by the fourth compressor and nitrogen is injected downstream of the fourth compressor to be used as the refrigerant in the second heat exchanger, Nitrogen can be injected into the compressed evaporative gas.
상기 제4 압축기에 의해 압축된 후 질소가 주입된 유체는 상기 '냉매 사이클용 압축기'로 보내질 수 있다.The nitrogen-compressed fluid after being compressed by the fourth compressor may be sent to the compressor for the refrigerant cycle.
제2 감압장치에 의해 감압된 유체가 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용될 수 있다.And the fluid depressurized by the second pressure reducing device can be used as the refrigerant in the second heat exchanger.
상기 6)단계에서 상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축되어 상기 냉매 사이클로 보내진 증발가스는, 상기 제2 열교환기에서 냉각되고 상기 제2 감압장치에 의해 감압된 후, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용될 수 있다.In the step 6), the evaporated gas compressed by the compressor for the refrigerant cycle and sent to the refrigerant cycle is cooled in the second heat exchanger and decompressed by the second decompressor, .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 제1 압축기; 상기 제1 압축기와 병렬로 설치되어, 상기 제1 압축기로 보내지지 않은 다른 흐름의 증발가스를 압축시키는 제2 압축기; 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 추가로 열교환시켜 냉각시키는 제2 열교환기; 및 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 제1 감압장치;를 포함하고, 상기 냉매 사이클에 질소를 주입하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a compressor comprising: a first compressor for compressing an evaporative gas; A second compressor installed in parallel with the first compressor for compressing other flows of evaporative gas not sent to the first compressor; A first heat exchanger that cools the evaporated gas compressed by the first compressor or the second compressor by using heat as the refrigerant before the refrigerant is compressed by the first compressor or the second compressor; A second heat exchanger for further cooling the fluid cooled by the first heat exchanger by using the evaporation gas circulating the refrigerant cycle as a refrigerant for further heat exchange; And a first decompression device for decompressing the fluid cooled by the second heat exchanger, wherein nitrogen is injected into the refrigerant cycle.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스는 연료수요처로 보내질 수 있고(이하, 연료수요처로 증발가스를 공급하는 압축기를 '연료공급용 압축기'라고 한다.), 상기 '연료공급용 압축기'에 의해 압축된 증발가스 중 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스는 상기 제1 열교환기로 보내질 수 있고, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 중 상기 '연료공급용 압축기'가 아닌 나머지 압축기에 의해 압축된 증발가스는 상기 냉매 사이클로 보내질 수 있다. (이하, 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.)The evaporated gas compressed by the first compressor or the second compressor can be sent to the fuel demanding place (hereinafter, the compressor supplying the evaporating gas to the fuel demanding place is referred to as a 'fuel supplying compressor'), The remaining evaporation gas that is not used in the fuel consumer can be sent to the first heat exchanger among the first compressor and the second compressor, The evaporated gas compressed by the compressor can be sent to the refrigerant cycle. (Hereinafter, the compressor for supplying the evaporative gas with the refrigerant cycle is referred to as a " compressor for refrigerant cycle ").
상기 냉매 사이클은, 상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 상기 냉매 사이클로 공급된 증발가스를 감압시키는 제2 감압장치; 및 상기 제2 감압장치에 의해 감압된 후 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체를 압축시키는 제4 압축기;를 포함할 수 있다.The refrigerant cycle includes a second decompression device that compresses the refrigerant cycle compressed by the compressor for refrigerant cycle and depressurizes the evaporated gas supplied to the refrigerant cycle; And a fourth compressor for compressing the fluid used as the refrigerant in the second heat exchanger after being reduced in pressure by the second pressure reducing device.
상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 상기 냉매 사이클로 공급된 증발가스는, 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되고 상기 제2 감압장치에 의해 추가로 감압되어 냉각된 후, 다시 상기 제2 열교환기로 공급되어 냉매로 사용될 수 있다.The evaporated gas supplied to the refrigerant cycle after being compressed by the compressor for the refrigerant cycle is cooled by the second heat exchanger and is further reduced in pressure by the second decompressor to be cooled and then returned to the second heat exchanger And can be used as a refrigerant.
상기 냉매 사이클은, 상기 '냉매 사이클용 압축기', 상기 제2 열교환기, 상기 제2 감압장치, 다시 상기 제2 열교환기, 상기 제4 압축기, 및 다시 상기 '냉매 사이클용 압축기'를 연결하는 폐루프를 형성할 수 있다.Wherein the refrigerant cycle includes at least one of a refrigerant cycle compressor, a second heat exchanger, a second decompressor, a second heat exchanger, a fourth compressor, Loop can be formed.
질소가 상기 제2 열교환기 하류로 주입되어, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체에 질소가 혼합될 수 있다.Nitrogen may be injected downstream of the second heat exchanger so that nitrogen may be mixed into the fluid used as the refrigerant in the second heat exchanger.
상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체는 제4 압축기에 의해 압축될 수 있고, 질소가 상기 제4 압축기 하류로 주입되어, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 후 상기 제4 압축기에 의해 압축된 증발가스에 질소가 주입될 수 있다.The fluid used as the refrigerant in the second heat exchanger can be compressed by the fourth compressor and nitrogen is injected downstream of the fourth compressor to be used as the refrigerant in the second heat exchanger, Nitrogen can be injected into the compressed evaporative gas.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제1 열교환기로 보내는 라인 상에 설치되어, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시키는 제3 압축기를 더 포함할 수 있다.The ship evaporative gas re-liquefaction system is provided on a line that sends the evaporated gas compressed by the first compressor or the second compressor to the first heat exchanger, and is compressed by the first compressor or the second compressor And a third compressor for further compressing the evaporated gas.
상기 제3 압축기는 증발가스를 150 내지 300 bar로 압축시킬 수 있다.The third compressor may compress the evaporation gas to 150 to 300 bar.
상기 제3 압축기는 증발가스를 150 내지 170 bar로 압축시킬 수 있다.The third compressor may compress the evaporation gas to 150 to 170 bar.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 제1 감압장치 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.The marine evaporation gas re-liquefaction system may further include a gas-liquid separator provided downstream of the first decompressor to separate the re-liquefied liquefied gas from the evaporated gas remaining in a gaseous state.
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스와 합류되어 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용될 수 있다.The evaporated gas separated by the gas-liquid separator may be combined with the evaporated gas before being used as a refrigerant in the first heat exchanger and used as a refrigerant in the first heat exchanger.
본 발명에 의하면, 냉매 사이클(RC)에 질소를 주입하여 제2 감압장치(420)에 액적이 유입될 가능성을 낮출 수 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the possibility that a droplet is introduced into the
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 유량계(600)에 의해 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체의 증발가스 및 질소의 혼합 함량을 검증하여, 최적의 혼합 함량을 유지시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the mixing amount of the evaporation gas and nitrogen of the fluid circulating in the refrigerant cycle (RC) can be verified by the
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 3은 온도 및 압력에 따른 메탄의 상변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 서로 다른 압력하에서 열류량에 따른 메탄의 온도 값을 각각 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은 PRS(Partial Re-liquefaction System)에서 증발가스 압력에 따른 재액화량을 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view of a vaporization gas re-liquefaction system for a ship according to a first preferred embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of a vaporization gas re-liquefaction system for ships according to a second preferred embodiment of the present invention.
3 is a graph schematically showing the phase change of methane with temperature and pressure.
4 is a graph showing the temperature values of methane according to the heat flow rate under different pressures, respectively.
5 and 6 are graphs showing the amount of resolidification according to the evaporation gas pressure in a PRS (Partial Re-liquefaction System).
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법은, 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 탑재한 선박, 액화가스 저장탱크를 포함하는 선박 또는 해양 구조물 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. The system and method for liquefying the ship's evaporative gas according to the present invention can be applied to various applications such as a ship equipped with an engine using natural gas as fuel, a ship including a liquefied gas storage tank, or an offshore structure. 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.
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 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.1 is a schematic view of a vaporization gas re-liquefaction system for a ship according to a first preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제1 열교환기(110), 제1 압축기(210), 제2 압축기(220), 제2 열교환기(120), 제1 감압장치(410), 냉매 사이클(RC), 및 우회라인(BL)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the evaporative gas re-liquefaction system for a ship according to the present embodiment includes a
제1 열교환기(110)는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시킨다.The
제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되는 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스일 수 있다.The evaporating gas used as the refrigerant in the
제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스는, 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 제1 압축기(210)로 보내지고 다른 흐름은 제2 압축기(220)로 보내진다.The evaporated gas used as the refrigerant in the
제1 압축기(210)는, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 후 두 흐름으로 분기된 증발가스 중 한 흐름을 압축시킨다. 제1 압축기(210)는 다단압축기일 수 있으며, 제1 압축기(210) 하류에는 제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제1 냉각기(310)가 설치될 수 있다.The
제2 압축기(220)는, 제1 압축기(210)와 병렬로 설치되어, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 후 두 흐름으로 분기된 증발가스 중, 제1 압축기(210)로 보내지지 않은 나머지 흐름을 압축시킨다. 제2 압축기(220)는 다단압축기일 수 있으며, 제2 압축기(220) 하류에는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제2 냉각기(320)가 설치될 수 있다.The
제1 압축기(210)와 제2 압축기(220) 중 어느 한 대는 연료수요처(E)로 증발가스를 공급하고, 다른 한 대는 냉매 사이클(RC)로 증발가스를 공급한다. 또한, 연료수요처(E)로 증발가스를 공급하는 압축기에 의해 압축된 증발가스 중, 연료수요처(E)에서 사용되지 않은 잉여 증발가스가 제1 열교환기(110)로 보내져 재액화 과정을 거치게 된다.Either one of the
연료수요처(E)는 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진, 대략 16 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 X-DF 엔진, 대략 6.5 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 DF 엔진(DFGE, DFDE), 및 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit) 중 하나 이상일 수 있다.The fuel demand (E) includes the ME-GI engine, which uses approximately 300 bar of natural gas as fuel, the X-DF engine, which uses approximately 16 bar of natural gas as fuel, and DF An engine (DFGE, DFDE), and a gas combustion unit (GCU).
연료수요처(E)가 엔진인 경우, 제1 압축기(210)와 제2 압축기(220) 중 연료수요처(E)로 연료를 공급하는 압축기는, 연료수요처(E)의 요구 압력으로 증발가스를 압축시킨다.The compressor that supplies the fuel to the fuel demand destination E among the
선박 규정상 엔진으로 연료를 공급하는 압축기는, 비상 상황을 대비하여 리던던시(Redundancy) 설계를 하여야 하는데, 리던던시 설계란, 어느 한 대를 고장, 유지보수 등의 이유로 사용할 수 없을 때 다른 한 대를 대신 사용 할 수 있도록 설계하는 것을 의미한다.The ship's regulations require that a compressor that supplies fuel to the engine be designed with redundancy in case of an emergency. Redundancy design means that when one of the compressors can not be used for reasons of failure, maintenance, etc., It means to design to be able to use.
본 실시예에서는 제1 압축기(210)와 제2 압축기(220)가 서로 리던던시의 역할을 할 수 있는데, 종래에는, 제1 압축기(210)와 제2 압축기(220) 중 어느 한 대에 의해 증발가스를 압축시켜 연료수요처(E)로 공급하고, 사용하지 않는 다른 한 대는 대기(Standby) 상태로 두어, 연료수요처(E)로 증발가스를 공급하던 압축기를 사용할 수 없게 되면, 즉각적으로 대기(Standby) 상태의 압축기를 사용하여 연료수요처(E)로 증발가스를 공급할 수 있도록 운용하였다.In the present embodiment, the
그런데, 종래와 같은 운용 방식에 의하면, 연료수요처(E)로 증발가스로 공급하는 압축기를 사용할 수 없게 되는 것은 발생할 확률이 낮고 발생하더라도 지속시간이 길지 않은 상황임에도 불구하고, 만약이라도 일어날 비상 상황을 대비하기 위하여 여분의 압축기를 설치하고 여분의 압축기를 대기(Standby) 상태로 유지해야 하므로, 실제로 발생하는 위험 대비 비용이 낭비된다는 문제점이 있었다.However, according to the conventional operating method, although the probability that the compressor used as the evaporative gas can not be used at the fuel demand site E is low and the duration is not long even if it occurs, the emergency situation There is a problem in that a redundant compressor is installed and the extra compressor is kept in a stand-by state in order to prepare, so that the actual dangerous cost is wasted.
본 실시예에 의하면, 제1 압축기(210)와 제2 압축기(220)를 모두 정상적으로 사용할 수 있는 경우에는, 한 대는 연료수요처(E)로 연료를 공급하는 용도로 사용하고, 다른 한 대는 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급하는 용도로 사용하고, 연료수요처(E)에 증발가스를 공급하던 압축기를 사용할 수 없게 되면, 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급하여 재액화량 및 재액화 효율을 높이는 것을 포기하고, 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급하던 압축기에 의해 증발가스를 연료수요처(E)에 공급한다.According to the present embodiment, when both the
따라서, 본 실시예에 의하면, 리던던시 설계를 요구하는 선박 규정을 만족시키면서도, 비상 상황을 대비하기 위해 설치되는 여분의 압축기를 활용하여 재액화량 및 재액화 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.Therefore, according to the present embodiment, there is an advantage that the re-liquefaction amount and the re-liquefaction efficiency can be improved by utilizing an extra compressor installed to prepare for an emergency situation while satisfying the ship regulations requiring redundancy design.
제1 압축기(210)와 제2 압축기(220)는, 서로 리던던시 역할을 할 수 있도록 동일한 성능의 압축기인 것이 바람직하다.It is preferable that the
제2 열교환기(120)는, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체를 냉매로 사용하여, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체를, 추가로 열교환시켜 냉각시킨다. 제2 열교환기(120)에 의해 추가로 냉각된 유체는 제1 감압장치(410)로 보내진다.The
본 실시예에 의하면, 증발가스가 제1 열교환기(110)뿐만 아니라 제2 열교환기(120)에서도 추가적으로 냉각되어, 제1 열교환기(110)에 의하여만 냉각된 증발가스가 제1 감압장치(410)로 보내지는 경우에 비해, 더 온도가 낮아진 상태의 증발가스가 제1 감압장치(410)로 보내지므로, 재액화 효율 및 재액화량이 높아지게 된다. 이에 대해 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.According to the present embodiment, the evaporated gas is further cooled not only in the
도 3은 온도 및 압력에 따른 메탄의 상변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 메탄은 대략 -80℃ 이상의 온도 및 대략 55bar 이상의 압력 조건이 되면 초임계유체 상태가 된다. 즉, 메탄의 경우, 대략 -80℃, 55bar 상태가 임계점이 된다. 초임계유체 상태는, 액체 상태나 기체상태와는 다른 제3의 상태이다.3 is a graph schematically showing the phase change of methane with temperature and pressure. Referring to FIG. 3, methane is in a supercritical fluid state at a temperature of approximately -80 占 폚 or higher and a pressure of approximately 55 bar or higher. That is, in the case of methane, the critical point is about -80 ° C, 55 bar. The supercritical fluid state is a third state different from the liquid state or gas state.
증발가스가 임계점 이상의 압력에서 임계점보다 낮은 온도를 갖게 되면, 일반적인 액체 상태와는 다른, 밀도가 높은 초임계유체 상태와 유사한 상태가 될 수도 있는데, 임계점이상의 압력 및 임계점 이하의 온도를 가지는 증발가스의 상태를 이하 "고압액체상태"라고 한다.When the evaporation gas has a temperature lower than the critical point at a pressure equal to or higher than the critical point, it may be in a state similar to the supercritical fluid state having a higher density than the general liquid state. The evaporation gas having a pressure higher than the critical point and a temperature lower than the critical point State is hereinafter referred to as "high-pressure liquid state ".
재액화 과정을 거치기 위하여 제1 열교환기(110)로 보내지는 증발가스는, 압축된 정도에 따라 기체상태일 수도 있고, 초임계유체 상태일 수도 있다. 제1 열교환기(110)로 보내지는 증발가스가 기체상태인 경우에는, 기체상태의 증발가스가 제1 열교환기(110)를 통과하며 온도가 낮아져 액체와 기체의 혼합상태가 될 수 있고, 제1 열교환기(110)로 보내지는 증발가스가 초임계유체 상태인 경우에는, 초임계유체 상태의 유체가 제1 열교환기(110)를 통과하며 온도가 낮아져 "고압액체상태"가 될 수 있다.The evaporation gas sent to the
제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체는 제2 열교환기(120)를 통과하면서 온도가 더 낮아지게 되는데, 제1 열교환기(110)를 통과한 유체가 액체와 기체의 혼합상태인 경우에는, 액체와 기체의 혼합상태인 유체가 제2 열교환기(120)를 통과하며 온도가 더 낮아져 액체의 비율이 더 높은 혼합상태가 되거나 액체상태가 되고, 제1 열교환기(110)를 통과한 유체가 "고압액체상태"인 경우에는, "고압액체상태"의 유체가 제2 열교환기(120)를 통과하며 온도가 더 낮아져 온도가 더 낮아진 "고압액체상태"가 된다.The temperature of the fluid cooled by the
또한, 제2 열교환기(120)를 통과한 유체가 "고압액체상태"인 경우에도, 제2 열교환기(120)를 통과한 "고압액체상태"의 유체는 제1 감압장치(410)를 통과하면서 압력이 낮아져 액체상태가 되거나 액체와 기체의 혼합상태가 된다.In addition, even if the fluid that has passed through the
증발가스가 제1 감압장치(410)에 의해 압력이 같은 정도(도 3의 P)로 낮아진다고 하더라도, 온도가 더 높은 상태에서 감압되는 경우(도 3의 X→X')보다 온도가 더 낮은 상태에서 감압된 경우(도 3의 Y→Y')에 액체의 비율이 더 높은 혼합상태가 되는 것을 알 수 있다. 또한, 온도를 더 낮출 수 있다면 이론적으로 증발가스를 100% 재액화 시킬 수 있음(도 3의 Z→Z')을 알 수 있다. 따라서, 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체를 제2 열교환기(120)에 의해 추가적으로 냉각시킨 후 제1 감압장치(410)로 보내면, 재액화 효율 및 재액화량이 높아진다.Even if the pressure of the evaporation gas is lowered to the same degree (P in FIG. 3) by the first
제1 감압장치(410)는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(120)에 의해 냉각된 증발가스를 감압시킨다. 제1 감압장치(410)는, 증발가스를 감압시켜 냉각시킬 수 있는 모든 수단을 포함하며, 줄-톰슨(Joule-Thomson) 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있고 팽창기일 수 있다. 본 실시예에서는 제1 감압장치(410)가 팽창밸브인 것이 바람직하다. 팽창밸브는 팽창기에 비해 가격도 저렴하고 고장날 위험도 적다는 장점이 있다.The
제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의한 압축 과정과, 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(120)에 의한 냉각 과정과, 제1 감압장치(410)에 의한 감압 과정을 거친 증발가스는, 일부 또는 전부가 재액화된다.The compression process by the
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제1 감압장치(410) 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(500)를 더 포함할 수 있다.The marine evaporation gas re-liquefaction system of this embodiment may further include a gas-
기액분리기(500)에 의해 분리된 액화가스는 저장탱크(T)로 보내질 수 있고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스는, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스와 합류되어, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 수 있다.The liquefied gas separated by the gas-
제1 열교환기(110)가 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하는 경우, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 제1 열교환기(110)로 보내질 수 있다.When the
또한, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스는, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스와 합류되지 않고 별도로 분리되어 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 수도 있고, 이 경우 제1 열교환기(110)는 세 유로로 구성될 수 있다.The evaporated gas separated by the gas-
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템이 기액분리기(500)를 포함하지 않는 경우, 일부 또는 전부 재액화된 증발가스는 제1 감압장치(410)로부터 바로 저장탱크(T)로 보내질 수 있다.If the ship evaporative gas re-liquefaction system of this embodiment does not include the gas-
제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 유체가 순환하는 냉매 사이클(RC)에는, 제2 감압장치(420) 및 제4 압축기(240)가 포함될 수 있다.The
제2 감압장치(420)는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스를 감압시켜 온도를 낮춘다. 제2 감압장치(420)는, 증발가스를 감압시켜 냉각시킬 수 있는 모든 수단을 포함하며, 줄-톰슨(Joule-Thomson) 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있고 팽창기일 수 있다. 본 실시예에서는 제2 감압장치(420)가 팽창기인 것이 바람직하다.The
제2 감압장치(420)에 의해 감압된 유체는, 제2 열교환기(120)로 공급되어, 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체를 추가로 냉각시키는 냉매로 사용된다.The fluid depressurized by the second
제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스는, 제2 감압장치(420)에 의해 감압되기 전에 제2 열교환기(120)를 통과할 수 있다. 이 경우, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스는, 제2 열교환기(120)에 의해 열교환되어 냉각되고 제2 감압장치(420)에 의해 추가로 감압되어 냉각된 후, 다시 제2 열교환기(120)로 보내져 냉매로 사용된다.The evaporated gas supplied to the refrigerant cycle (RC) after being compressed by the first compressor (210) or the second compressor (220) is supplied to the second heat exchanger (120) before being depressurized by the second decompressor It can pass. In this case, the evaporated gas supplied to the refrigerant cycle (RC) after being compressed by the first compressor (210) or the second compressor (220) is heat-exchanged by the second heat exchanger (120) The refrigerant is further decompressed and cooled by the
제4 압축기(240)는, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 유체를 압축시켜, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체의 압력 평균을 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 제4 압축기(240)는 제2 감압장치(420)와 컴팬더(C)를 형성하여 제2 감압장치(420)가 유체를 팽창시키면서 생산하는 동력에 의해 구동될 수 있으며, 제4 압축기(240) 하류에는 제4 압축기(240)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제4 냉각기(340)가 설치될 수 있다.The
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템에 의하면, 제4 압축기(240)에 의해 압축된 증발가스를 제1 압축기(210) 상류로 보낼 수도 있고 제2 압축기(220) 상류로 보낼 수도 있도록 하여, 제1 압축기(210)를 포함하여 냉매 사이클(RC)을 구성할 수도 있고 제2 압축기(220)를 포함하여 냉매 사이클을 구성할 수도 있도록 하였다.According to the evaporative gas re-liquefaction system for ships of this embodiment, the evaporated gas compressed by the
제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처(E)로 공급하고, 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 냉매 사이클(RC)로 공급하는 경우에는, 제2 압축기(220), 제2 감압장치(420), 제2 열교환기(120), 제4 압축기(240), 및 다시 제2 압축기(220)를 연결하는 폐루프의 냉매 사이클(RC)이 형성된다. 냉매 사이클(RC)로 공급되는 증발가스를 제2 열교환기(120)에 의해 냉각시킨 후에 제2 감압장치(420)로 보내는 경우에는, 제2 압축기(220), 제2 열교환기(120), 제2 감압장치(420), 다시 제2 열교환기(120), 제4 압축기(240), 및 다시 제2 압축기(220)를 연결하는 폐루프의 냉매 사이클(RC)이 형성된다.When the evaporated gas compressed by the
제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 냉매 사이클(RC)로 공급하고, 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처(E)로 공급하는 경우에는, 제1 압축기(210), 제2 감압장치(420), 제2 열교환기(120), 제4 압축기(240), 및 다시 제1 압축기(210)를 연결하는 폐루프의 냉매 사이클(RC)이 형성된다. 냉매 사이클(RC)로 공급되는 증발가스를 제2 열교환기(120)에 의해 냉각시킨 후에 제2 감압장치(420)로 보내는 경우에는, 제1 압축기(210), 제2 열교환기(120), 제2 감압장치(420), 다시 제2 열교환기(120), 제4 압축기(240), 및 다시 제1 압축기(210)를 연결하는 폐루프의 냉매 사이클(RC)이 형성된다.When the evaporated gas compressed by the
본 실시예에 의하면, 제1 압축기(210) 및 제2 압축기(220) 중 어느 하나를 선택하여 연료수요처(E)나 제1 열교환기(110)로 증발가스를 공급하도록 하고, 연료수요처(E)나 제1 열교환기(110)로 증발가스를 공급하지 않는 다른 압축기에 의해 압축된 증발가스로 냉매 사이클(RC)을 순환시킬 수 있으므로, 시스템의 운용이 자유롭다는 장점이 있다.According to the present embodiment, any one of the
또한, 본 실시예에 의하면, 종래에 선박에 설치되어 있음에도 평상시에는 사용되지 않던 리던던시용 압축기를 활용하여 증발가스의 재액화 효율 및 재액화량을 높일 수 있다는 장점이 있다.According to the present embodiment, there is an advantage that the re-liquefaction efficiency and the liquefaction amount of the evaporation gas can be increased by utilizing the redundancy compressor which is conventionally installed on the ship but is not normally used.
한편, 저장탱크(T) 내부에 저장된 액화가스의 양이 적어 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스의 양이 적거나, 엔진 등의 연료수요처(E)에서 연료로 사용되는 증발가스가 많은 경우 등, 재액화시킬 증발가스의 양이 적은 경우에는, 재액화 과정을 거치는 증발가스를 제1 열교환기(110)에 의해서만 냉각시키고, 제2 열교환기(120)는 우회(Bypass)시켜 바로 제1 감압장치(410)로 보낼 수도 있다.On the other hand, when the amount of the liquefied gas stored in the storage tank T is small and the amount of the evaporated gas discharged from the storage tank T is small, or when there is a large amount of evaporated gas used as fuel in the fuel demand site E such as the engine The
재액화 과정을 거치는 증발가스를 제1 열교환기(110)에 의해서만 냉각시키고 제2 열교환기(120)는 우회(Bypass)시키는 경우, 제2 열교환기(120)에 냉매를 공급할 필요가 없으므로, 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급하지 않을 수 있다.Since it is not necessary to supply the refrigerant to the
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 제1 열교환기(110)로 보내는 라인 상에 설치되어, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시키는 제3 압축기(230)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제3 압축기(230) 하류에는, 제3 압축기(230)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제3 냉각기(330)가 설치될 수 있다.The evaporative gas re-liquefaction system for a ship according to the present embodiment is installed on a line for sending the evaporated gas compressed by the
제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)로 보내지는 증발가스를 제3 압축기(230)에 의해 추가로 압축시키는 이유는, 재액화 과정을 거치는 증발가스의 압력을 높여 재액화량 및 재액화 효율을 높이기 위함인데, 이에 대해 자세히 살펴보면 다음과 같다.The reason why the
도 4는 서로 다른 압력하에서 열류량에 따른 메탄의 온도 값을 각각 나타낸 그래프인데, 도 4를 참조하면, 재액화 과정을 거치는 증발가스의 압력이 높을수록, 자가열교환의 효율이 높아짐을 확인할 수 있다. 자가열교환의 자가(Self-)는 저온의 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 고온의 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다는 의미이다.FIG. 4 is a graph showing the temperature value of methane according to the heat flow rate under different pressures. Referring to FIG. 4, it can be seen that the higher the pressure of the evaporation gas through the re-liquefaction process, the higher the efficiency of the self-heat exchange. Self-heat self-exchange means that cold evaporation gas itself is used as refrigerant and heat is exchanged at high temperature evaporation gas.
도 4의 (a)는, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제3 압축기(230)를 포함하지 않은 경우에 제2 열교환기(120)의 상류 및 하류에서의 각 유체의 상태를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제3 압축기(230)를 포함하는 경우에 제2 열교환기(120)의 상류 및 하류에서의 각 유체의 상태를 나타낸 것이다.4 (a) shows the state of each fluid in the upstream and downstream of the
도 4에서는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스가, 제2 열교환기(120)에 의해 냉각되고 제2 감압장치(420)에 의해 감압된 후 다시 제2 열교환기(120)로 공급되는 경우를 도시하였다.4, the evaporated gas supplied to the refrigerant cycle (RC) after being compressed by the first compressor (210) or the second compressor (220) is cooled by the second heat exchanger (120) 420 and then supplied to the
도 4의 (a) 및 (b)의 가장 위쪽의 그래프 I는, 제2 열교환기(120)로 공급되는 도 1의 P1지점의 유체 상태를 나타낸 것이고, 가장 아래쪽의 그래프 L은, 제2 열교환기(120) 및 제2 감압장치(420)를 통과한 후 냉매로 사용되기 위하여 제2 열교환기(120)로 다시 공급되는 도 1의 P2지점의 유체 상태를 나타낸 것이며, 중간 부분의 그래프 K와 겹쳐져서 그려진 그래프 J는, 제1 열교환기(110)를 통과한 후 제2 열교환기(120)로 공급되는 도 1의 P3지점의 유체 상태를 나타낸 것이다.The uppermost graph I in FIGS. 4 (a) and 4 (b) shows the fluid state at point P1 in FIG. 1 supplied to the
냉매로 사용되는 유체는, 열교환 과정에서 냉열을 빼앗겨 점점 온도가 증가하므로, 그래프 L은 시간의 흐름에 따라 왼쪽으로부터 오른쪽으로 진행되고, 냉매와 열교환되어 냉각되는 유체는, 열교환 과정에서 냉매로부터 냉열을 공급받아 점점 온도가 낮아지므로, 그래프 I 및 그래프 J는 시간의 흐름에 따라 오른쪽부터 왼쪽으로 진행된다.Since the fluid used as the refrigerant is deprived of the cold heat during the heat exchange process and the temperature gradually increases, the graph L advances from the left to the right according to the passage of time, and the fluid cooled by heat exchange with the refrigerant is cooled from the refrigerant in the heat exchange process Since the temperature is gradually decreased due to the supply, the graph I and the graph J proceed from right to left as time passes.
도 4의 (a) 및 (b)의 중간 부분의 그래프 K는, 그래프 I와 그래프 J를 결합하여 나타낸 것이다. 즉, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 유체는 그래프 L로 그려지고, 제2 열교환기(120)에서 냉매와 열교환되어 냉각되는 유체는 그래프 K로 그려진다.The graph K in the middle part of FIGS. 4 (a) and 4 (b) is a combination of the graph I and the graph J. That is, the fluid used as the refrigerant in the
열교환기를 설계할 때에는, 열교환기로 공급되는 유체(즉, 도 1의 P1지점, P2지점, 및 P3지점의 유체)의 온도 및 열류량은 고정시키고, 냉매로 사용되는 유체의 온도가 냉각되는 유체의 온도보다 높아지지 않도록(즉, 그래프 L과 그래프 K가 교차되어 그래프 L이 그래프 K보다 위쪽에 나타나지 않도록) 하면서, 대수평균온도차(LMTD; Logarithmic Mean Temperature Difference)가 최대한 작아질 수 있도록 한다.In designing the heat exchanger, the temperature and the heat flow of the fluid supplied to the heat exchanger (that is, the fluid at the points P1, P2, and P3 in FIG. 1) are fixed and the temperature of the fluid used as the refrigerant is controlled So that the logarithmic mean temperature difference (LMTD) can be minimized while preventing the graph L from crossing over the graph K so that the graph L does not appear above the graph K.
대수평균온도차(LMTD)는, 고온 유체와 저온 유체가 서로 반대 방향에서 주입되고 반대쪽에서 배출되는 열교환 방식인 대향류의 경우, 저온 유체가 열교환기를 통과하기 전의 온도를 tc1, 저온 유체가 열교환기를 통과한 후의 온도를 tc2, 고온 유체가 열교환기를 통과하기 전의 온도를 th1, 고온 유체가 열교환기를 통과한 후의 온도를 th2라고 하고, d1= th2-tc1, d2=th1-tc2라고 하였을 때, (d2-d1)/ln(d2/d1)으로 표현되는 값인데, 대수평균온도차가 작을수록 열교환기의 효율은 높아진다.The logarithmic mean temperature difference (LMTD) is the temperature difference between the low-temperature fluid and the low-temperature fluid in the opposite direction and the opposite direction. In the case of countercurrent flow, the low-temperature fluid passes through the heat exchanger And the temperature after the high-temperature fluid has passed through the heat exchanger is th2 and d1 = th2-tc1, d2 = th1-tc2, d1) / ln (d2 / d1). As the logarithmic mean temperature difference is smaller, the efficiency of the heat exchanger increases.
그래프 상에서 대수평균온도차(LMTD)는, 냉매로 사용되는 저온 유체(도 4의 그래프 L)와 냉매와 열교환되어 냉각되는 고온 유체(도 4의 그래프 K)의 간격으로 나타내어 지는데, 도 4의 (a)보다 도 4의 (b)가 그래프 L과 그래프 K의 간격이 더 좁게 나타남을 알 수 있다.The logarithmic mean temperature difference LMTD on the graph is represented by the interval between the low temperature fluid used as the coolant (graph L in FIG. 4) and the high temperature fluid cooled by heat exchange with the coolant (graph K in FIG. 4) (B) of FIG. 4 shows that the interval between the graph L and the graph K is narrower than the interval between the graph L and the graph K.
이러한 차이는, 둥근 원으로 표시한 지점인 그래프 J의 초기값, 즉, 제1 열교환기(110)를 통과한 후 제2 열교환기(120)로 공급되는 도 1의 P3지점의 유체의 압력이, 도 4의 (a)보다 도 4의 (b)가 더 높기 때문에 나타난다.This difference is due to the fact that the initial value of the graph J, which is the point indicated by the round circle, that is, the pressure of the fluid at the point P3 in FIG. 1 fed to the
즉, 시뮬레이션 결과, 제3 압축기(230)를 포함하지 않는 도 4의 (a)의 경우에는, 도 1의 P3지점에서의 유체는 대략 -111℃, 20bar일 수 있고, 제3 압축기(230)를 포함하는 도 4의 (b)의 경우에는, 도 1의 P3지점에서의 유체는 대략 -90℃, 50bar일 수 있는데, 이러한 초기 조건 하에서 대수평균온도차(LMTD)가 가장 작아질 수 있도록 열교환기를 설계하면, 재액화 과정을 거치는 증발가스의 압력이 높은 도 4의 (b)의 경우에 열교환기의 효율이 더 높아지고, 결국 시스템 전반의 재액화량 및 재액화 효율이 높아지게 된다.That is, as a result of the simulation, in the case of FIG. 4A in which the
도 4의 (a)의 경우에는, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 유량이 대략 6401 kg/h일 때, 냉매로 사용되는 유체(그래프 L)로부터 냉매와 열교환되어 냉각되는 유체(그래프 K)로 전달되는 총 열류량은 대략 585.4 kW이며, 재액화된 증발가스의 유량은 대략 3441 kg/h이다.4A, when the flow rate of the evaporation gas used as the refrigerant in the
도 4의 (b)의 경우에는, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 유량이 대략 5368 kg/h일 때, 냉매로 사용되는 유체(그래프 L)로부터 냉매와 열교환되어 냉각되는 유체(그래프 K)로 전달되는 총 열류량은 대략 545.2 kW이며, 재액화된 증발가스의 유량은 대략 4325 kg/h이다.4B, when the flow rate of the evaporative gas used as the refrigerant in the
즉, 제3 압축기(230)를 포함하여 재액화 과정을 거치는 증발가스의 압력을 높이면 더 적은 냉매를 사용해도 더 많은 양의 증발가스를 재액화시킬 수 있음을 알 수 있다.That is, if the pressure of the evaporative gas including the
제3 압축기(230)에 의해 증발가스를 추가적으로 압축시켜 재액화량 및 재액화 효율을 높이면, 제2 열교환기(120)에 의해 증발가스를 추가적으로 냉각시키지 않아도 증발가스를 전량 재액화시킬 수 있는 경우가 증가하고, 결국 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급해야 하는 시간이 줄어들므로, 연료수요처(E)로 증발가스를 공급하는 압축기가 고장난 경우를 대비한다는 리던던시(Redundancy) 설계의 효과를 충분히 확보할 수 있다.When the evaporator is further cooled by the
한편, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템이 어떤 경우에 제3 압축기(230)를 더 포함하는 것이 유리한지와, 제3 압축기(230)가 증발가스를 압축시키는 바람직한 압력을 살펴보면 다음과 같다.In the meantime, it will be appreciated that the evaporative gas re-liquefaction system of the present embodiment may advantageously include the
도 5 및 도 6은 PRS(Partial Re-liquefaction System)에서 증발가스 압력에 따른 재액화량을 나타낸 그래프이다. 재액화 대상 증발가스란, 냉각되어 재액화되는 증발가스를 의미하며, 냉매로 사용되는 증발가스와 구별하기 위해 명명하였다.5 and 6 are graphs showing the amount of resolidification according to the evaporation gas pressure in a PRS (Partial Re-liquefaction System). The evaporative gas to be re-liquefied refers to the evaporated gas which is cooled and re-liquefied, and is named to distinguish it from the evaporative gas used as the refrigerant.
단, 도 5 및 도 6은 PRS에서의 증발가스 압력에 따른 재액화량을 그래프를 나타난 그래프이므로, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스에 의해 증발가스를 추가적으로 재액화시키는 MRS에 비하여 재액화량이 더 낮게 나타난다. MRS의 경우, 시간당 대략 3300kg 정도의 증발가스를 재액화시킬 수 있다.5 and 6 are graphs showing the re-liquefaction amount according to the evaporation gas pressure in the PRS, so that the re-liquefaction amount is lower than that of the MRS in which the evaporation gas is additionally re-liquefied by the evaporation gas circulating in the refrigerant cycle . In the case of MRS, about 3300 kg of evaporative gas per hour can be re-liquefied.
도 5 및 도 6을 참조하면, 증발가스의 압력이 150 내지 170 bar 부근인 경우에 재액화량이 최대값을 나타내고, 150 내지 300 bar 사이에서는 액화량 변화가 거의 없다는 점을 알 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, it can be seen that the re-liquefaction amount shows a maximum value when the pressure of the evaporation gas is in the vicinity of 150 to 170 bar, and there is little change in the liquefaction amount in the range of 150 to 300 bar.
제1 압축기(210) 및 제2 압축기(220) 중 어느 하나에 의해 연료수요처(E)의 요구 압력으로 압축된 증발가스가 연료수요처(E)로 보내지고, 연료수요처(E)로 증발가스를 공급하는 압축기에 의해 압축된 증발가스 중, 연료수요처(E)에서 사용되지 않은 잉여 증발가스가 제1 열교환기(110)로 보내져 재액화 과정을 거치게 되므로, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제3 압축기(230)를 포함하지 않는 경우, 연료수요처(E)의 요구 압력으로 압축된 증발가스의 일부가 제1 열교환기(110)로 보내져 재액화 과정을 거치게 된다.The evaporated gas compressed by the
연료수요처(E)가 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진인 경우 등, 150 bar 이상의 천연가스를 연료로 사용하는 엔진인 경우에는, 연료수요처(E)가 요구하는 압력으로 압축된 증발가스 중 연료수요처(E)에서 사용되지 않은 잉여 증발가스를 바로 재액화 과정을 거치도록 하여도 문제가 없으나, 연료수요처(E)가 대략 16 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 X-DF 엔진이나 대략 6.5 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 DF 엔진(DFGE, DFDE)인 경우 등, 150 bar 미만의 천연가스를 연료로 사용하는 엔진인 경우에는, 증발가스를 제3 압축기(230)에 의해 추가로 압축시킨 후에 재액화 과정을 거치도록 하는 것이 바람직하다.In the case of an engine using natural gas of 150 bar or more, such as ME-GI engine in which the demand for fuel (E) is natural gas of about 300 bar, the pressure required by the fuel demand point (E) However, when the fuel demand (E) is consumed at about 16 bar of the natural gas as the fuel, the X- In the case of a DF engine or a DF engine (DFGE, DFDE) using natural gas of about 6.5 bar as a fuel, in the case of an engine using natural gas less than 150 bar as fuel, the
또한, 제3 압축기(230)는, 최대의 재액화량을 확보할 수 있도록, 증발가스를 대략 150 내지 300 bar로 압축시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 대략 150 내지 170 bar로 압축시킬 수 있다. 또한, 제3 압축기(230)가 증발가스를 압축시키는 정도가 적어질수록 제3 압축기(230)에서 소모되는 에너지를 절감할 수 있으므로, 제3 압축기(230)는, 더더욱 바람직하게는 대략 150 bar로 증발가스를 압축시킬 수 있다.Further, it is preferable that the
제3 압축기(230)는, 일반적으로 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)의 대략 1/2 용량을 가지는 것으로 충분하다.It is generally sufficient that the
본 실시예에 의하면, 증발가스만이 냉매 사이클(RC)을 순환하도록 하는 것이 아니라, 냉매 사이클(RC)에 질소를 주입하여, 증발가스와 질소가 혼합된 유체가 냉매 사이클(RC)을 순환하도록 한다.According to the present embodiment, nitrogen is injected into the refrigerant cycle RC so that only the evaporated gas is circulated in the refrigerant cycle RC, and the refrigerant is circulated in the refrigerant cycle RC do.
도 1에 도시된 바와 같이, 질소가 냉매 사이클(RC)로 주입되는 위치(N)는, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 유체에 질소가 혼합되도록, 제2 열교환기(120) 하류인 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, the position N where nitrogen is injected into the refrigerant cycle RC is determined by the position of the
냉매 사이클(RC)이 제4 압축기(240)를 포함하는 경우에는, 질소가 냉매 사이클(RC)로 주입되는 위치(N)가 제4 압축기(240) 하류인 것이 바람직하며, 냉매 사이클(RC)이 제4 압축기(240)와 제4 냉각기(340)를 포함하는 경우에는, 질소가 냉매 사이클(RC)로 주입되는 위치(N)가 제4 냉각기(340) 하류인 것이 바람직하다.In the case where the refrigerant cycle RC includes the
선박이 정박해 있는 경우와 같이 연료수요처(E)에서 증발가스를 소비하지 않거나 충분히 소비하지 못하는 경우에는, 재액화시킬 증발가스의 양이 많으므로, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체를 제2 열교환기(120)에 의해 추가로 냉각시키나, 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스의 양이 적거나 선박이 일정 속도 이상으로 운항되어 연료수요처(E)에서 소비되는 증발가스의 양이 많은 경우 등에는, 재액화시킬 증발가스의 양이 적으므로, 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체를 제2 열교환기(120)에 의해 추가로 냉각시키지 않고 제1 감압장치(410)로 보낸다.The evaporated gas circulating in the refrigerant cycle (RC) is discharged from the refrigerant cycle (RC) because the amount of the evaporated gas to be re-liquefied is large in the case where the evaporated gas is not consumed or consumed in the fuel consuming destination The fluid cooled by the
제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체를 제2 열교환기(120)에 의해 추가로 냉각시키지 않는 경우에는, 냉매 사이클(RC)에 냉매가 순환하도록 할 필요가 없으므로 냉매 사이클(RC)을 질소에 의해 퍼징(Purging)을 하는데, 본 발명은, 냉매 사이클(RC)을 질소 퍼징 하기 위해 설치되는 장비를 활용하여, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 냉매에 질소를 주입한다.When the fluid cooled by the
냉매 사이클(RC)이 제2 감압장치(420)와 제4 압축기(240)를 포함하는 경우, 냉매 사이클(RC) 시동(始動)시 유체의 흐름을 설명하면 다음과 같다.When the refrigerant cycle (RC) includes the second decompressor (420) and the fourth compressor (240), the flow of fluid at the start of the refrigerant cycle (RC) will be described as follows.
제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스는 냉매 사이클(RC)로 공급되어(이하, 냉매 사이클(RC)로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.), 제2 감압장치(420)에 의해 감압된 후 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되거나, 제2 열교환기(120)에 의해 냉각되고 제2 감압장치(420)에 의해 추가적으로 감압된 후 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된다.The evaporated gas compressed by the
제2 감압장치(420)에 의해 감압된 후 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 유체는 제4 압축기(240)에 의해 압축되며, 제4 압축기(240)에 의해 압축된 증발가스에 질소가 혼합되고(N), 증발가스와 질소가 혼합된 유체는 다시 '냉매 사이클용 압축기'로 공급된다.The fluid used as the refrigerant in the
냉매 사이클(RC)에 질소가 충분히 공급되어 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체에 포함된 질소의 비율이 일정값이 될 때까지, 상술한 과정을 반복하며 지속적으로 냉매 사이클(RC)에 질소를 공급한다.The above process is repeated until nitrogen is sufficiently supplied to the refrigerant cycle (RC) and the ratio of nitrogen contained in the fluid circulating in the refrigerant cycle (RC) becomes a constant value, and nitrogen is continuously supplied to the refrigerant cycle Supply.
냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체에 포함된 질소의 비율이 일정값이 되면 질소 주입을 멈추고, 질소와 증발가스가 혼합된 유체가 냉매 사이클(RC)을 순환하며 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용될 수 있도록 한다.When the ratio of the nitrogen contained in the fluid circulating in the refrigerant cycle (RC) becomes a certain value, the nitrogen injection is stopped and the fluid in which the nitrogen and the evaporation gas are mixed circulates in the refrigerant cycle (RC) It can be used as a refrigerant.
냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체에는 액적이 발생할 수 있다. 액적은 유체의 일부가 액화된 것을 의미하는데, 액적이 혼합된 유체가 제2 감압장치(420)로 보내지면 제2 감압장치(420)가 손상되고, 심하면 소손(燒損)될 수도 있다.Droplets may occur in the fluid circulating in the refrigerant cycle (RC). If the liquid mixed with the droplets is sent to the second
특히, 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스를 제2 열교환기(120)에 의해 냉각시킨 후 제2 감압장치(420)로 보내는 경우에는, 제2 열교환기(120)에 의해 냉각되어 온도가 낮아진 증발가스에 액적이 발생할 확률이 높아진다.Particularly, when the evaporated gas supplied to the refrigerant cycle (RC) is cooled by the second heat exchanger (120) and then sent to the second decompressor (420), the refrigerant is cooled by the second heat exchanger (120) The probability of droplet formation in the lowered evaporation gas is increased.
본 발명에 의하면, 냉매 사이클(RC)에 질소를 주입하여 증발가스와 질소가 혼합된 유체가 냉매 사이클(RC)을 순환하도록 하므로, 증발가스만이 냉매 사이클(RC)을 순환하는 경우에 비하여 냉매 사이클(RC)을 순환하는 냉매의 끓는점을 낮출 수 있으므로, 액적이 발생할 확률을 낮출 수 있다.According to the present invention, nitrogen is injected into the refrigerant cycle (RC), and the fluid in which the evaporation gas and the nitrogen are mixed is circulated in the refrigerant cycle (RC), so that compared with the case where only the evaporation gas circulates in the refrigerant cycle Since the boiling point of the refrigerant circulating in the cycle RC can be lowered, the probability of occurrence of droplets can be lowered.
뿐만 아니라, 증발가스만이 제2 감압장치(420)에 의해 감압되는 경우에 비해, 증발가스와 질소가 혼합된 유체가 제2 감압장치(420)에 의해 감압되는 경우에 온도가 더 낮아지므로, 본 발명에 의하면 재액화 효율도 더 높일 수 있다.In addition, since the temperature is lower when the mixed fluid of the evaporation gas and the nitrogen is depressurized by the
질소는 선박의 기관실에 설치된 질소 생산 장비에 의해 공급받을 수 있다.Nitrogen can be supplied by the nitrogen production equipment installed in the engine room of the ship.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.2 is a schematic view of a vaporization gas re-liquefaction system for ships according to a second preferred embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템에 비해, 유량계(600)를 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.The second embodiment shown in FIG. 2 differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the system includes a
유량계(600)는, 냉매 사이클(RC)의 '냉매 사이클용 압축기' 하류에 설치되어, '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 냉매 사이클(RC)로 공급되는 유체의 유량을 측정한다.The
'냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 냉매 사이클(RC)로 공급된 유체는, 유량계(600)를 통과한 후, 바로 감압장치(420)에 의해 감압되어 제2 열교환기(120)의 냉매로 사용될 수도 있고, 제2 열교환기(120)에 의해 냉각되고 감압장치(420)에 의해 감압되어 제2 열교환기(120)의 냉매로 사용될 수도 있다.The refrigerant compressed by the compressor for the refrigerant cycle and supplied to the refrigerant cycle RC is then depressurized by the
단, 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스가, 제2 열교환기(120)에 의해 냉각된 후 제2 감압장치(420)로 보내지는 경우에, 제2 감압장치(420) 입구에서 액적이 발생할 확률이 높아지므로, 본 실시예는 특히, 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스가 제2 열교환기(120)에 의해 냉각된 후 제2 감압장치(420)로 보내지는 경우에 유용하게 적용될 수 있다.However, when the evaporated gas supplied to the refrigerant cycle (RC) is cooled by the second heat exchanger (120) and then sent to the second decompressor (420), the droplet The present embodiment is particularly useful when the evaporated gas supplied to the refrigerant cycle RC is cooled by the
유량계(600)는 코리올리스(Coriolis) 유량계인 것이 바람직한데, 코리올리스 유량계는, 유체가 운반되는 튜브를 진동시켜 유체의 질량 유량율을 직접 측정하는 질량유량계로, 타유량계에 비해 상대적으로 정확도가 높다는 장점이 있다. 또한, 코리올리스 유량계는, 유체의 유량뿐만 아니라 유체의 밀도도 측정이 가능하다는 특징이 있다.Preferably, the
본 실시예에 의하면, 시뮬레이션 장치를 통해, 본 실시예의 선박용 증발가스 시스템과 같은 방식으로 각 장치가 연결되는 경우에, 액적이 발생하지 않으면서도 최대의 재액화량 및 재액화 효율을 달성하기 위해서는, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체의 질소 혼합 함량이 얼마가 되어야 하는지를 계산한다. 또한, 액적이 발생하지 않으면서도 최대의 재액화량 및 재액화 효율을 달성할 수 있는 혼합 함량이 되었을 때, 증발가스와 질소가 혼합된 유체의 밀도가 얼마가 되는지 계산한다.According to this embodiment, when each device is connected in the same manner as the evaporative gas system for marine vessels of the present embodiment through the simulation device, in order to achieve the maximum liquefaction amount and re-liquefaction efficiency without generating droplets, Calculate how much the nitrogen content of the circulating fluid in the refrigerant cycle (RC) should be. In addition, the density of the mixed gas of the evaporated gas and the nitrogen is calculated when the mixed amount becomes the maximum liquefaction amount and the liquefaction efficiency without the droplet occurrence.
제2 감압장치(420)로 공급되는 유체의 온도가, 제2 감압장치(420) 입구에서 액적이 발생되지 않는 범위에서 가장 낮은 온도가 되는 경우에, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체가 최적의 혼합 함량이라고 판단할 수 있다.When the temperature of the fluid supplied to the
다음 단계로, 냉매 사이클(RC)에 질소를 공급하며 유량계(600)에 의해 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체의 밀도를 측정하여, 시뮬레이션 장치를 통해 계산한 최적의 밀도가 될 때까지 질소를 냉매 사이클(RC)로 주입한다.In the next step, nitrogen is supplied to the refrigerant cycle (RC), the density of the fluid circulating through the refrigerant cycle (RC) is measured by the flow meter (600), and nitrogen is supplied until the optimum density It is injected into the refrigerant cycle (RC).
또한, 질소 주입 과정이 끝난 후에도, 유량계(600)에 의해 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체의 밀도를 지속적으로 측정하여, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체가, 시뮬레이션 장치를 통해 계산한 최적의 밀도를 유지하는지 여부를 검증한다.Also, even after the nitrogen injection process is completed, the density of the fluid circulating through the refrigerant cycle (RC) is continuously measured by the flow meter (600), and the fluid circulating in the refrigerant cycle (RC) Lt; / RTI > density.
만약, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체의 밀도가 시뮬레이션 장치를 통해 계산한 최적의 밀도를 일정 범위 이상 벗어나면, 증발가스 또는 질소를 추가적으로 냉매 사이클(RC)에 주입하여, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체의 밀도가 시뮬레이션 장치를 통해 계산한 최적의 밀도가 되도록 한다.If the density of the fluid circulating in the refrigerant cycle RC deviates from the optimum density calculated through the simulation apparatus by more than a certain range, the evaporation gas or nitrogen is additionally injected into the refrigerant cycle RC, So that the density of the circulating fluid is the optimum density calculated through the simulation apparatus.
이러한 과정을 통해, 실제 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체의 질소 혼합 함량이, 시뮬레이션 장치를 통해 계산한 최적의 혼합 함량이 될 수 있도록 할 수 있다.Through this process, the nitrogen content of the circulating fluid in the actual refrigerant cycle (RC) can be made to be the optimum mixed content calculated through the simulation apparatus.
즉, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 증발가스와 질소의 밀도가 서로 다르므로, 증발가스와 질소가 혼합된 유체의 밀도를 알면, 증발가스와 질소의 혼합 함량을 알아낼 수 있다는 점과, 일반적으로 유체의 유량을 측정하기 위해 설치되는 유량계 중 유체의 유량뿐만 아니라 밀도도 측정할 수 있는 유량계가 있다는 점에 착안하여, 추가적인 장비의 설치 없이도, 유체의 유량 측정을 위해 설치되는 유량계(600)를 활용하여, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 유체의 최적의 혼합 함량을 알아낼 수 있도록 한 발명이다.That is, since the vaporization gas re-liquefaction system for marine vessels of this embodiment is different in the density of the evaporation gas and the nitrogen, if the density of the fluid in which the evaporation gas and the nitrogen are mixed is known, , The flow meter installed to measure the flow rate of the fluid generally has a flow meter capable of measuring not only the flow rate of the fluid but also the density of the fluid. ), It is possible to determine the optimum mixing amount of the fluid circulating in the refrigerant cycle (RC).
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.
N : 질소가 냉매 사이클로 주입되는 위치
T : 저장탱크 RC : 냉매 사이클
C : 컴팬더 E : 연료수요처
110 : 제1 열교환기 120 : 제2 열교환기
210 : 제1 압축기 220 : 제2 압축기
230 : 제3 압축기 240 : 제4 압축기
310 : 제1 냉각기 320 : 제2 냉각기
330 : 제3 냉각기 340 : 제4 냉각기
410 : 제1 감압장치 420 : 제2 감압장치
500 : 기액분리기 600 : 유량계N: Location where nitrogen is injected into the refrigerant cycle
T: Storage tank RC: Refrigerant cycle
C: Compander E: Fuel Consumer
110: first heat exchanger 120: second heat exchanger
210: first compressor 220: second compressor
230: third compressor 240: fourth compressor
310: first cooler 320: second cooler
330: third cooler 340: fourth cooler
410: First decompression device 420: Second decompression device
500: gas-liquid separator 600: flow meter
Claims (20)
2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스를 두 흐름으로 분기시키는 단계;
3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내는 단계;
4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계;
5) 상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및
6) 상기 5)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 단계;를 포함하고,
상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스는,
5-1) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되는 단계(이하, 냉매 사이클로 공급되는 증발가스를 압축시키는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기;라고 한다.);
5-2) 유량계에 의해 밀도가 측정되는 단계;
5-3) 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되는 단계;
5-4) 감압되는 단계;
5-5) 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는 단계;
5-6) 압축되는 단계; 및
5-7) 질소가 주입되는 단계;
를 포함하는 과정을 거치는, 선박용 증발가스 재액화 방법.1) using evaporative gas as a refrigerant in a first heat exchanger;
2) splitting the evaporation gas used as a refrigerant in the first heat exchanger into two flows in the step 1);
3) sending the first flow to the first compressor and the remaining flow to the second compressor among the flows branched to the two flows in the step 2);
4) cooling the evaporated gas compressed by the first compressor or the second compressor by heat exchange with the first heat exchanger using the evaporation gas supplied to the first heat exchanger as the refrigerant in step 1) ;
5) cooling the fluid cooled by the first heat exchanger in the step 4) by heat exchange with the second heat exchanger using the evaporation gas circulating the refrigerant cycle as the refrigerant; And
6) depressurizing the fluid cooled by the second heat exchanger in step 5)
The evaporation gas circulating through the refrigerant cycle is supplied to the evaporator
5-1) The step of compressing by the first compressor or the second compressor (hereinafter, the compressor for compressing the evaporation gas supplied to the refrigerant cycle is referred to as a 'refrigerant cycle compressor');
5-2) the density is measured by the flow meter;
5-3) cooling by the second heat exchanger;
5-4) depressurizing;
5-5) being used as a refrigerant in the second heat exchanger;
5-6) compressing; And
5-7) injecting nitrogen;
Wherein the vaporized gas is passed through a process including a vaporizing step.
상기 5-7)단계에서 질소가 주입된 증발가스는 상기 '냉매 사이클용 압축기'로 보내지고,
상기 냉매 사이클을 폐루프를 형성하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.The method according to claim 1,
In step 5-7), the evaporated gas into which the nitrogen is injected is sent to the compressor for the refrigerant cycle,
Wherein the refrigerant cycle forms a closed loop.
2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스를 두 흐름으로 분기시키고,
3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내고,
4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처로 보내고(이하, 연료수요처로 증발가스를 공급하는 압축기를 '연료공급용 압축기'라고 한다.),
5) 상기 '연료공급용 압축기'에 의해 압축된 증발가스 중 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키고,
6) 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 중 상기 '연료공급용 압축기'가 아닌 나머지 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉매 사이클로 보내고(이하, 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.),
7) 상기 5)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키고,
8) 상기 7)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키며,
상기 냉매 사이클에 질소를 주입하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.1) the evaporation gas is used as the refrigerant in the first heat exchanger,
2) In the step 1), the evaporation gas used as the refrigerant in the first heat exchanger is branched into two flows,
3) Among the flows branched to the two flows in the step 2), one flow is sent to the first compressor, the remaining flow is sent to the second compressor,
4) The evaporative gas compressed by the first compressor or the second compressor is sent to the fuel consumer (hereinafter, the compressor supplying the evaporative gas to the fuel consumer is referred to as a 'fuel feed compressor'),
5) The remaining evaporation gas not used in the fuel demanding place among the evaporation gases compressed by the 'fuel supply compressor' is used as the refrigerant in the evaporation gas supplied to the first heat exchanger in the step 1) 1 heat exchanger to cool it,
6) The first compressor and the second compressor send the evaporated gas compressed by the remaining compressors other than the 'fuel supply compressor' to the refrigerant cycle (hereinafter, the compressor that supplies the evaporated gas in the refrigerant cycle is referred to as'',
7) In the step 5), the fluid cooled by the first heat exchanger is cooled by heat exchange by the second heat exchanger using the evaporation gas circulating the refrigerant cycle as the refrigerant,
8) In step 7), the fluid cooled by the second heat exchanger is depressurized,
And injecting nitrogen into the refrigerant cycle.
질소가 상기 제2 열교환기 하류로 주입되어, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체에 질소가 혼합되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.The method of claim 3,
Nitrogen is injected downstream of the second heat exchanger and nitrogen is mixed with the fluid used as the refrigerant in the second heat exchanger.
상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체는 제4 압축기에 의해 압축되고,
질소가 상기 제4 압축기 하류로 주입되어, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 후 상기 제4 압축기에 의해 압축된 증발가스에 질소가 주입되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.The method of claim 4,
The fluid used as the refrigerant in the second heat exchanger is compressed by the fourth compressor,
Nitrogen is injected downstream of the fourth compressor, nitrogen is injected into the evaporated gas compressed by the fourth compressor after being used as a refrigerant in the second heat exchanger.
상기 제4 압축기에 의해 압축된 후 질소가 주입된 유체는 상기 '냉매 사이클용 압축기'로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 방법.The method of claim 5,
And the nitrogen-compressed fluid after being compressed by the fourth compressor is sent to the compressor for the refrigerant cycle.
제2 감압장치에 의해 감압된 유체가 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.The method according to any one of claims 3 to 6,
And the fluid depressurized by the second pressure reducing device is used as a refrigerant in the second heat exchanger.
상기 6)단계에서 상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축되어 상기 냉매 사이클로 보내진 증발가스는, 상기 제2 열교환기에서 냉각되고 상기 제2 감압장치에 의해 감압된 후, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.The method of claim 7,
In the step 6), the evaporated gas compressed by the compressor for the refrigerant cycle and sent to the refrigerant cycle is cooled in the second heat exchanger and decompressed by the second decompressor, Wherein the vaporization gas is used as a vaporizer.
상기 제1 압축기와 병렬로 설치되어, 상기 제1 압축기로 보내지지 않은 다른 흐름의 증발가스를 압축시키는 제2 압축기;
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기;
상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 추가로 열교환시켜 냉각시키는 제2 열교환기; 및
상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 제1 감압장치;를 포함하고,
상기 냉매 사이클에 질소를 주입하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.A first compressor for compressing the evaporation gas;
A second compressor installed in parallel with the first compressor for compressing other flows of evaporative gas not sent to the first compressor;
A first heat exchanger that cools the evaporated gas compressed by the first compressor or the second compressor by using heat as the refrigerant before the refrigerant is compressed by the first compressor or the second compressor;
A second heat exchanger for further cooling the fluid cooled by the first heat exchanger by using the evaporation gas circulating the refrigerant cycle as a refrigerant for further heat exchange; And
And a first decompression device for decompressing the fluid cooled by the second heat exchanger,
And the nitrogen is injected into the refrigerant cycle.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스는 연료수요처로 보내지고(이하, 연료수요처로 증발가스를 공급하는 압축기를 '연료공급용 압축기'라고 한다.),
상기 '연료공급용 압축기'에 의해 압축된 증발가스 중 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스는 상기 제1 열교환기로 보내지고,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 중 상기 '연료공급용 압축기'가 아닌 나머지 압축기에 의해 압축된 증발가스는 상기 냉매 사이클로 보내지는(이하, 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.), 선박용 증발가스 재액화 시스템.The method of claim 9,
The evaporated gas compressed by the first compressor or the second compressor is sent to a fuel demanding place (hereinafter, the compressor supplying the evaporating gas to the fuel demanding place is referred to as a 'fuel supplying compressor'),
The remaining evaporation gas that is not used in the fuel demanding place among the evaporation gases compressed by the 'fuel supply compressor' is sent to the first heat exchanger,
(Hereinafter, referred to as a " compressor for supplying a refrigerant cycle evaporated gas to a refrigerant cycle compressor ") is supplied to the refrigerant cycle in the first compressor and the second compressor, '), The evaporation gas re-liquefaction system for ships.
상기 냉매 사이클은,
상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 상기 냉매 사이클로 공급된 증발가스를 감압시키는 제2 감압장치; 및
상기 제2 감압장치에 의해 감압된 후 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체를 압축시키는 제4 압축기;
를 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.The method of claim 10,
Wherein the refrigerant cycle includes:
A second decompression device for decompressing the evaporated gas supplied to the refrigerant cycle after being compressed by the 'compressor for refrigerant cycle'; And
A fourth compressor for compressing the fluid used as the refrigerant in the second heat exchanger after being depressurized by the second decompression device;
And an evaporative gas re-liquefaction system for the ship.
상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 상기 냉매 사이클로 공급된 증발가스는, 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되고 상기 제2 감압장치에 의해 추가로 감압되어 냉각된 후, 다시 상기 제2 열교환기로 공급되어 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.The method of claim 11,
The evaporated gas supplied to the refrigerant cycle after being compressed by the compressor for the refrigerant cycle is cooled by the second heat exchanger and is further reduced in pressure by the second decompressor to be cooled and then returned to the second heat exchanger And is used as a refrigerant.
상기 냉매 사이클은, 상기 '냉매 사이클용 압축기', 상기 제2 열교환기, 상기 제2 감압장치, 다시 상기 제2 열교환기, 상기 제4 압축기, 및 다시 상기 '냉매 사이클용 압축기'를 연결하는 폐루프를 형성하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.The method of claim 12,
Wherein the refrigerant cycle includes at least one of a refrigerant cycle compressor, a second heat exchanger, a second decompressor, a second heat exchanger, a fourth compressor, A vapor liquefaction system for ships, forming a loop.
질소가 상기 제2 열교환기 하류로 주입되어, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체에 질소가 혼합되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 9 to 13,
Nitrogen is injected downstream of the second heat exchanger and nitrogen is mixed with the fluid used as the refrigerant in the second heat exchanger.
상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체는 제4 압축기에 의해 압축되고,
질소가 상기 제4 압축기 하류로 주입되어, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 후 상기 제4 압축기에 의해 압축된 증발가스에 질소가 주입되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.15. The method of claim 14,
The fluid used as the refrigerant in the second heat exchanger is compressed by the fourth compressor,
Nitrogen is injected downstream of the fourth compressor and nitrogen is injected into the evaporated gas compressed by the fourth compressor after being used as a refrigerant in the second heat exchanger.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제1 열교환기로 보내는 라인 상에 설치되어, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시키는 제3 압축기를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 9 to 13,
A third compressor for compressing the evaporated gas compressed by the first compressor or the second compressor and a third compressor for compressing the evaporated gas compressed by the first compressor or the second compressor, Further comprising a compressor.
상기 제3 압축기는 증발가스를 150 내지 300 bar로 압축시키는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.18. The method of claim 16,
And the third compressor compresses the evaporation gas to 150 to 300 bar.
상기 제3 압축기는 증발가스를 150 내지 170 bar로 압축시키는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.18. The method of claim 17,
And the third compressor compresses the evaporation gas to 150 to 170 bar.
상기 제1 감압장치 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.The method according to any one of claims 9 to 13,
Further comprising a gas-liquid separator provided downstream of the first decompression device for separating the re-liquefied liquefied gas and the vaporized gas remaining in a gaseous state.
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스와 합류되어 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.The method of claim 19,
Wherein the evaporated gas separated by the gas-liquid separator is combined with the evaporated gas before being used as a refrigerant in the first heat exchanger and is used as a refrigerant in the first heat exchanger.
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