KR20190080364A

KR20190080364A - 증발가스 재액화 시스템 및 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법

Info

Publication number: KR20190080364A
Application number: KR1020170182761A
Authority: KR
Inventors: 신현준; 손재욱; 김용훈; 장재형
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-07-08
Also published as: KR102020967B1

Abstract

증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법이 개시된다.
상기 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법은, 1) 열교환기에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스를, 제1 우회라인을 따라 상기 열교환기를 우회시켜 압축기로 보내는 단계; 2) 상기 열교환기를 우회한 증발가스를 상기 압축기에 의해 압축시키는 단계; 3) 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 열교환기의 고온 유로로 보내는 단계; 4) 상기 열교환기의 고온 유로를 통과한 증발가스를, 제2 우회라인을 따라 제2 필터를 우회시켜 기액분리기로 보내는 단계; 5) 상기 기액분리기에 모인 증발가스를 상기 제1 우회라인으로 보내는 단계;를 포함하고, 상기 압축기는 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하며, 상기 제2 필터는, 고체 또는 응고된 상태의 윤활유를 분리하는 적합하도록 설계된 극저온용 필터이다.

Description

증발가스 재액화 시스템 및 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법{Boil-Off Gas Reliquefaction System and Method of Discharging lubrication Oil in the Same}

본 발명은 액화가스가 자연 기화하여 생성되는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 재액화시키는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 저장탱크 내부에서 발생한 증발가스 중 엔진에서 사용하고 남은 잉여 증발가스를, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 재액화시키는 시스템에 관한 것이다.

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.

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.

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.

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.

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. 특히, 후자의 방법을 채용한 시스템을 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)이라고 한다.

한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.

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.

X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 16 bar 정도의 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.

ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.

이와 같이, 특히 액화천연가스(LNG) 저장탱크에서 발생하는 증발가스(BOG)를 가압한 후, 별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여, 상호 열교환하여 증발가스를 재액화시키는 경우, 재액화 효율을 위해 고압으로 증발가스를 압축시킬 필요가 있고, 증발가스를 고압으로 압축시키기 위해서는 급유 방식의 실린더 압축기를 사용해야 한다.

급유 방식의 실린더 압축기에 의해 압축된 증발가스에는 윤활유(Lubrication Oil)가 섞이게 된다. 본 발명의 발명자들은, 상기 압축된 증발가스가 열교환기에서 냉각되면서, 압축된 증발가스에 섞인 윤활유가 증발가스보다 먼저 응축 또는 응고가 되어 열교환기의 유로를 막는 문제점이 있다는 것을 발견하였다. 특히, 유로가 좁은(예컨대, 마이크로채널형(Microchannel Type) 유로) PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger, DCHE라고도 한다.)의 경우 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 열교환기의 유로가 막히는 현상이 더욱 빈번하게 발생한다.

따라서, 본 발명의 발명자들은, 응축 또는 응고된 윤활유가 열교환기의 유로를 막는 현상을 방지하거나 완화하기 위해, 압축된 증발가스에 섞인 윤활유를 분리하는 다양한 기술들을 개발하고 있다.

증발가스에 섞인 윤활유를 효과적으로 분리하기 위해, 극저온 상태의 유체 내에 포함된 고체(Solid) 상태의 윤활유를 제거할 수 있도록 감압장치 하류에 필터를 설치하는데, 열교환기의 유로를 막고 있는 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 과정(이하, '윤활유 제거 과정'이라고 한다.)을 거치는 동안 증발가스가 필터를 거쳐가면서, 필터에 포집되어 있던 고체 상태의 윤활유의 온도가 높아져 액체 상태가 되어 필터 표면에 널리 분산되게 된다.

액체 상태의 윤활유가 필터 표면에 널리 분산된 상태로, 윤활유 제거 과정을 끝내고 다시 증발가스 재액화를 진행하면 필터에 분산된 액체 상태의 윤활유가 다시 고체화되는 과정에서 필터는 성능을 잃어버리게 된다는 문제점이 있다.

본 발명에서는, 윤활유 제거 과정을 거친 후 다시 증발가스 재액화를 진행하여도 필터의 성능에 문제가 생기지 않도록 하는, 증발가스 재액화 시스템 및 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 1) 열교환기에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스를, 제1 우회라인을 따라 상기 열교환기를 우회시켜 압축기로 보내는 단계; 2) 상기 열교환기를 우회한 증발가스를 상기 압축기에 의해 압축시키는 단계; 3) 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 열교환기의 고온 유로로 보내는 단계; 4) 상기 열교환기의 고온 유로를 통과한 증발가스를, 제2 우회라인을 따라 제2 필터를 우회시켜 기액분리기로 보내는 단계; 5) 상기 기액분리기에 모인 증발가스를 상기 제1 우회라인으로 보내는 단계;를 포함하고, 상기 압축기는 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하며, 상기 제2 필터는, 고체 또는 응고된 상태의 윤활유를 분리하는 적합하도록 설계된 극저온용 필터인, 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법이 제공된다.

상기 5)단계에서, 상기 기액분리기에 모인 증발가스를 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스와 합류시켜 상기 제1 우회라인으로 보낼 수 있다.

상기 열교환기가 정상화될 때까지, 증발가스가 상기 제1 우회라인, 상기 압축기, 상기 열교환기의 고온 유로, 상기 제2 우회라인, 상기 기액분리기, 및 다시 상기 제1 우회라인을 연결하는 폐루프를 순환할 수 있다.

상기 1)단계 내지 상기 5)단계를 거치는 동안 상기 기액분리기에 의해 분리된 액체 상태의 유체를 저장탱크로 보내는 라인을 닫힌 상태로 유지할 수 있다.

상기 1)단계 내지 상기 5)단계를 거치는 동안 연료수요처를 구동시키고, 상기 2)단계에서 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부를 상기 연료수요처로 공급할 수 있다.

상기 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법은, 6) 상기 기액분리기에 모인 윤활유를 배출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 열교환기는 PCHE일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 상기 감압장치 하류에 설치되어, 상기 감압장치에 의해 감압된 유체에 포함된 윤활유를 걸러내는 제2 필터; 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스를, 상기 열교환기를 우회시켜 바로 상기 압축기로 보내는 제1 우회라인; 및 상기 감압장치에 의해 감압된 유체를, 상기 제2 필터를 우회시키는 제2 우회라인;을 포함하고, 상기 압축기는 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하며, 상기 제2 필터는, 고체 또는 응고된 상태의 윤활유를 분리하는 적합하도록 설계된 극저온용 필터인, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.

상기 증발가스 재액화 시스템은, 상기 압축기와 상기 열교환기 사이에 설치되어, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스에 섞인 오일을 분리하는 제1 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 필터는 코어레서 방식의 오일필터일 수 있다.

상기 제1 필터는 기체 상태 또는 안개 상태의 윤활유를 분리할 수 있다.

상기 증발가스 재액화 시스템은, 상기 압축기와 상기 열교환기에 사이에 설치되어, 액체 상태의 윤활유를 분리하는 오일분리기를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 우회라인은 상기 열교환기를 사용할 수 없을 때 증발가스를 상기 제1 열교환기를 우회시킬 수 있고, 상기 제2 우회라인은 상기 제2 필터를 사용할 필요가 없거나 상기 제2 필터의 유지 보수가 필요한 경우에, 증발가스를 상기 제2 필터를 우회시킬 수 있다.

상기 열교환기 내부에 쌓인 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 과정을 거치는 동안, 증발가스를 상기 제1 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키고, 증발가스를 상기 제2 우회라인을 따라 상기 제2 필터를 우회시킬 수 있다.

상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처로 보내지고, 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스가 상기 열교환기로 보내질 수 있다.

상기 증발가스 재액화 시스템은, 상기 감압장치 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 필터는, 상기 감압장치와 상기 기액분리기 사이에 설치될 수 있다.

상기 기액분리기에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스는, 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스와 합류되어 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 수 있다.

상기 압축기에 의해 압축된 증발가스는, 추가로 압축된 후 상기 열교환기로 보내질 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축기에 의해 압축시킨 후, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키고 감압장치에 의해 감압시켜 재액화시키는 증발가스 재액화 시스템에 있어서, 상기 감압장치에 의해 감압된 유체에 포함된 고체 또는 응고된 상태의 윤활유를 분리하는 제2 필터; 및 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 열교환기의 냉매로 사용하지 않고 바로 상기 압축기에 의해 압축시킨 후 상기 열교환기의 고온 유로로 보내 상기 열교환기 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안, 증발가스가 상기 제2 필터를 우회하도록 하는 제2 우회라인;을 포함하는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화 시키는 시스템 내의 윤활유 배출 방법에 있어서, 증발가스를 재액화 시키는 동안 고체 또는 응고된 상태의 윤활유를 걸러내는 제2 필터의 성능이, 상기 시스템 내의 응축 또는 응고된 윤활유를 배출시키는 과정을 거친 후에도 유지되는, 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 감암장치(400) 하류에 설치된 제2 필터(320)를 우회하는 제2 우회라인(BL2)을 설치하여, 윤활유를 제거하는 과정을 거치는 동안 증발가스가 제2 우회라인(BL2)을 따라 제2 필터(320)를 우회하게 하므로, 제2 필터(320)에 포집되어 있던 고체 상태의 윤활유가 액체화되지 않고, 제2 필터(320)의 성능을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 제2 필터(320)를 사용할 필요가 없거나 제2 필터(320)의 유지 보수가 필요한 경우에, 제2 우회라인(BL2)을 통해 증발가스가 제2 필터(320)를 우회하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 증발가스 재액화 시스템은, 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.

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.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 열교환기(100), 압축기(200), 감압장치(400), 제2 필터(320), 기액분리기(500), 제1 우회라인(BL1), 및 제2 우회라인(BL2)를 포함한다.

열교환기(100)는, 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시킨다. 열교환기(100)에서 냉매로 사용되는 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스일 수 있다.

압축기(200)는 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스를 압축시킨다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 제1 연료수요처(E1)의 연료로 공급될 수 있고, 제1 연료수요처(E1)의 연료로 공급된 후 남은 잉여 증발가스는 열교환기(100)로 보내져 재액화 과정을 거칠 수 있다.

제1 연료수요처(E1)은 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI엔진일 수도 있고, 대략 16 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 X-DF 엔진일 수도 있다.

압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가 제1 연료수요처(E1)으로 보내지는 경우, 압축기(200)는 증발가스를 제1 연료수요처(E1)이 요구하는 압력까지 압축시키는데, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 압력이 요구되는 재액화량 및 재액화 효율을 충분히 만족시킬 수 있는 압력인 경우에는, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시킬 필요가 없다.

그러나, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 압력이 요구되는 재액화량 및 재액화 효율을 만족시키기에 부족한 압력인 경우에는, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시킨 후 열교환기(100)로 보내는 것이 바람직하다.

본 발명과 같이, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 자가열교환시켜 증발가스를 재액화 시키는 시스템에서는, 증발가스가 초임계 상태(메탄의 경우 대략 47bar)인 경우에 재액화량 및 재액화 효율이 높고, 메탄을 주성분으로 하는 증발가스의 경우 대략 150 내지 400 bar, 바람직하게는 대략 150 내지 300 bar 사이에 압력에서 재액화량 및 재액화효율이 가장 높게 나타난다.

따라서, 일례로 제1 연료수요처(E1)가 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진인 경우, 압축기(200)는 대략 300 bar로 증발가스를 압축시키므로, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 굳이 추가로 압축시킬 필요가 없다.

그러나, 일례로 제1 연료수요처(E1)가 대략 16 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 X-DF 엔진인 경우, 압축기(200)는 대략 16 bar로 증발가스를 압축시키므로, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시킨 후 열교환기(100)로 보내, 재액화량 및 재액화 효율을 높이는 것이 바람직하다.

압축기(200)는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다단압축기일 수 있으며, 압축기(200)의 다단계의 압축 과정 중 일부 압축 과정을 거친 증발가스를 제2 연료수요처(E2)로 보낼 수 있다. 제2 연료수요처(E2)은 대략 6 내지 10 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 DF 엔진(DFDE, DFDG)일 수 있다. 이하, 제1 연료수요처(E1)와 제2 연료수요처(E2)를 통합하여 연료수요처(E)라고 한다.

감압장치(400)는, 열교환기(100) 하류에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스를 감압시킨다. 감압장치(400)는, 시스템의 구성에 따라 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있고 팽창기일 수도 있으나, 본 실시예에서는 팽창밸브인 것이 바람직하다. 팽창밸브는 팽창기에 비해 비용이 저렴하고 고장날 확률이 작다는 장점이 있다.

압축기(200)에 의한 압축 과정, 열교환기(100)에 의한 냉각 과정, 및 감압장치(400)에 의한 감압 과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다.

기액분리기(500)는, 감압장치(400) 하류에 설치되어, 압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(400)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리한다.

기액분리기(500)에 의해 분리된 액화가스는 저장탱크(T)로 보내지고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스는 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 합류된 후 열교환기(100)로 보내져 냉매로 사용될 수 있다.

도 1에는 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스가 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 합류된 후 열교환기(100)로 보내지는 것이 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 일례로 열교환기(100)는 세 유로로 구성되고 기액분리기(500)에 분리된 증발가스는 별도의 유로를 따라 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 수도 있다.

또한, 기액분리기(500)를 포함하지 않고 감압장치(400)에 의해 감압되어 일부 또는 전부가 재액화된 유체를 바로 저장탱크(T)로 보낼 수도 있다.

제2 필터(320)는, 감암장치(400)와 기액분리기(500) 사이에 설치되어, 감압장치(400)에 의해 감압된 유체에 섞인 윤활유를 걸러낸다. 제2 필터(320)는 다수개가 병렬로 설치되어 서로 리던던시 역할을 할 수 있도록 구성될 수 있다.

감압장치(400)에 의해 감압된 유체의 온도는, 증발가스의 적어도 일부가 재액화될 수 있도록 -160 내지 -150℃ 정도가 되므로, 제2 필터(320) 극저온용으로 설계된다. 또한, 감압장치(400)에 의해 감압된 극저온 유체에 섞여있는 윤활유는, 유동점 아래의 고체(또는 응고된) 상태이므로, 제2 필터(320)는 고체(또는 응고된) 상태의 윤활유를 분리하는데 적합하도록 설계된다.

제1 우회라인(BL1)은, 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)를, 열교환기(100)를 우회시켜 바로 압축기(200)로 보낸다. 제1 우회라인(BL1) 상에는 제1 밸브(V1)가 설치되며, 제1 밸브(V1)는 평상시에는 닫혀 있고 제1 우회라인(BL1)을 사용할 필요가 있는 경우에 열리게 된다.

기본적으로 열교환기(100)가 고장나거나 유지보수가 필요한 경우 등, 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우에 제1 우회라인(BL1)을 사용한다. 일례로, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템이 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 연료수요처(E)로 보내는 경우에 열교환기(100)를 사용할 수 없게 되면, 연료수요처(E)에서 사용되지 못한 잉여 증발가스를 재액화시키는 것을 포기하고, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 제1 우회라인(BL1)을 따라 열교환기(100)를 우회시켜 압축기(200)로 바로 공급한 후, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처(E)로 공급하며, 잉여 증발가스는 가스연소장치(GCU)로 보내 소각시킬 수 있다.

제2 우회라인(BL2)은, 감압장치(400)에 의해 감압된 유체를, 제2 필터(320)를 우회시켜 바로 기액분리기(500)로 보낸다. 제2 우회라인(BL2) 상에는 제2 밸브(V2)가 설치되며, 제2 밸브(V2)는 평상시에는 닫혀 있고 제2 우회라인(BL2)을 사용할 필요가 있는 경우에 열리게 된다.

본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 압축기(200)와 열교환기(100) 사이에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스에 섞인 윤활유를 분리하는 제1 필터(310)를 더 포함할 수 있다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 대략 40 내지 45℃이므로, 제1 필터(310)로 극저온용 오일필터를 사용할 필요는 없으며, 제1 필터(310)는 코어레서 방식(Coalescer Type)의 오일필터일 수 있다. 또한, 제1 필터(310)는 다수개가 병렬로 설치되어 서로 리던던시 역할을 할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은 오일분리기를 더 포함할 수 있으며, 오일분리기는 주로 액체 상태의 윤활유를 분리하고, 제1 필터(310)는 기체(Vapor) 상태 또는 안개(Mist, 액적) 상태의 윤활유를 분리할 수 있다.

압축기(200)는, 피스톤 실링 부위에 윤활 및 냉각을 위한 윤활유를 공급하는 급유 윤활 방식의 실린더를 포함할 수 있는데, 현재의 기술 수준으로는 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스에는 윤활유가 일부 섞이게 된다. 본 발명의 발명자들은, 증발가스가 압축되며 증발가스에 섞인 윤활유는, 열교환기(100)에서 증발가스보다 먼저 응축 또는 응고되어 열교환기(100)의 유로를 막게 되며, 시간이 지날수록 열교환기(100)의 유로에 쌓이는 응축 또는 응고된 윤활유의 양이 증가되므로, 일정 시간이 지나면 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 할 필요가 생긴다는 것을 발견하였다.

특히, 본 실시예의 열교환기(100)는, 재액화시켜야 할 증발가스의 압력, 유량, 재액화 효율 등을 고려하여 PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger, DCHE라고도 한다.)인 것이 바람직한데, PCHE는 유로가 좁고(마이크로채널형의 유로) 굴곡지게 형성되어, 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 유로가 쉽게 막힐 수 있고, 특히 유로의 굴곡진 부분에 응축 또는 응고된 윤활유가 잘 쌓인다. PCHE(DCHE)는 코벨코(Kobelko) 사(社), 알파라발(Alfalaval) 사(社) 등의 업체에서 생산한다.

본 발명에 의하면 종래에 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우를 대비하기 위하여 설치되었던 제1 우회라인(BL1)을 활용하여 응축 또는 응축된 윤활유를 제거한다. 본 실시예에서 응축 또는 응고된 윤활유는 제거하는 과정을 자세히 살펴보면 다음과 같다.

1) 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)를 열고, 제3 밸브(V3) 및 제4 밸브(V4)를 닫는 단계

열교환기(100)의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유로 막혀 윤활유를 제거할 필요가 생기면, 제1 밸브(V1)는 열고 제3 밸브(V3) 및 제4 밸브(V4)를 닫아, 증발가스가 제1 우회라인(BL1)을 지나 압축기(200)로 보내지고, 더이상 열교환기(100)로 보내지지 않도록 한다. 따라서, 열교환기(100)에는 냉매가 공급되지 않게 된다.

또한, 열교환기(100)의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유로 막혀 윤활유를 제거할 필요가 생기면, 제2 밸브(V2)를 열어, 증발가스가 제2 우회밸브(BL2)를 따라 제2 필터(320)를 우회하도록 한다.

2) 증발가스가 제1 우회라인(BL1)을 지나 압축기(200)에 의해 압축되는 단계

열교환기(100)에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)는 제1 우회라인(BL1)을 통해 열교환기(100)를 우회한 후 압축기(200)로 보내진다. 압축기(200)로 보내진 증발가스는 압축기(200)에 의해 압축되며 압력뿐만 아니라 온도도 높아지게 되며, 압축기(200)에 의해 대략 300 bar로 압축시킨 증발가스의 온도는 대략 40 내지 45℃가 된다.

3) 압축기(200)에 의해 압축된 고온의 증발가스의 일부 또는 전부를 열교환기(100)로 보내는 단계

압축기(200)에 의해 압축된 온도가 높아진 증발가스를 열교환기(100)로 계속 보내면, 열교환기(100)에서 냉매로 사용되는 저온의 증발가스는 열교환기(100)로 공급되지 않고, 온도가 높은 증발가스만 지속적으로 열교환기(100)로 공급되므로, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가 통과하는 열교환기(100)의 고온 유로의 온도가 서서히 올라간다.

열교환기(100)의 고온 유로의 온도가 윤활유가 응축 또는 응고되는 온도 이상이 되면, 열교환기(100) 내부에 쌓여있던 응축 또는 응고된 윤활유가 서서히 녹거나 점도가 낮아지고, 녹거나 점도가 낮아진 윤활유는 증발가스와 섞여 열교환기(100)를 빠져나가게 된다.

4) 열교환기(100)를 통과한 증발가스를 제2 우회라인(BL2)을 통해 기액분리기(500)로 보내는 단계

열교환기(100)의 고온 유로의 온도가 올라가면서, 열교환기(100) 내부에 쌓여있던 응축 또는 응고된 윤활유가 녹거나 점도가 높아져 증발가스와 섞여 기액분리기(500)로 보내진다. 제1 우회라인(BL1)을 활용하여 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 과정에서는 증발가스의 재액화가 이루어지지 않으므로, 기액분리기(500)에는 재액화된 액화가스는 모이지 않고, 기체상태의 증발가스와 녹거나 점도가 낮아진 윤활유가 모이게 된다.

단, 본 발명에 의하면, 제1 우회라인(BL1)을 활용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 과정을 거치는 동안 제2 밸브(V2)를 연 상태로 유지하며, 열교환기(100)를 통과한 증발가스는, 제2 우회라인(BL2)을 따라, 제2 필터(320)를 우회하여 기액분리기(500)로 보내진다.

응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 과정을 거치는 동안 증발가스가 제2 우회라인(BL2)을 따라 제2 필터(320)를 우회하게 하면, 제2 필터(320)에 포집되어 있던 고체 상태의 윤활유가 액체화되지 않고, 제2 필터(320) 성능을 유지할 수 있다.

기액분리기(500)에 모인 기체상태의 증발가스는 기액분리기(500)로부터 배출된 후, 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 합류되어 다시 제1 우회라인(BL1)을 따라 압축기(200)로 보내지며, 열교환기(100)가 정상화될 때까지, 증발가스가 제1 우회라인(BL1), 압축기(200), 열교환기(100)의 고온 유로, 제2 우회라인(BL2), 기액분리기(500), 및 다시 제1 우회라인(BL1)을 연결하는 폐루프를 순환한다.

제1 우회라인(BL1)을 활용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 과정을 거치는 동안에는, 제5 밸브(V5)를 닫아 기액분리기(500)에 모인 윤활유가 저장탱크(T)로 보내지지 않도록 한다. 저장탱크(T)에 윤활유가 유입되면 저장탱크(T)에 저장된 액화가스의 순도가 낮아져 액화가스의 가치가 떨어질 수 있다.

5) 기액분리기(500)에 모인 윤활유를 배출시키는 단계

열교환기(100)로부터 배출된 녹거나 점도가 낮아진 윤활유는 기액분리기(500) 내부에 모이게 되는데, 기액분리기(500)에 모인 윤활유는 질소 퍼징 등의 방법에 의해 배출시킨다.

열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유가 배출되어 열교환기(100)가 다시 정상화되었다고 판단되고, 기액분리기(500) 내부의 윤활유를 배출시키는 과정도 모두 마치면, 제3 밸브(V3) 및 제4 밸브(V4)는 열고, 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)를 닫은 후, 다시 증발가스 재액화 시스템을 정상 가동시킨다.

상술한 과정을 통해 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유뿐만 아니라, 배관, 밸브, 계측기, 및 각종 장비에 쌓여있는 응축 또는 응고된 윤활유들도 제거될 수 있다.

또한, 상술한 과정을 거치는 동안 연료수요처(E)를 구동시킬 수 있다. 연료 공급 시스템 또는 재액화 시스템에 포함된 장비의 일부를 정비할 때에는, 연료수요처(E)에 연료를 공급할 수 없거나 잉여 증발가스를 재액화할 수 없으므로, 연료수요처(E)를 구동시키지 않는 것이 통상적이다.

그런데, 본 발명에서와 같이, 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안 연료수요처(E)를 구동시키면, 연료수요처(E)의 운전을 지속하면서 열교환기(100)를 정비할 수 있으므로, 열교환기(100)의 정비 중에도 선박을 추진시키고 발전을 할 수 있고, 연료수요처(E)에서 사용되고 남은 잉여 증발가스를 활용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 수 있다는 장점이 있다.

뿐만 아니라, 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안 연료수요처(E)를 구동시키면, 압축기(200)에 의해 압축되며 증발가스에 섞인 윤활유를 연료수요처(E)에 의해 태워버릴 수 있다는 장점이 있다. 즉, 연료수요처(E)는 선박의 추진 또는 발전 등 본래의 용도로 사용될 뿐만 아니라, 증발가스에 섞인 윤활유를 제거하는 역할도 함께 하는 것이다.

한편, 본 발명에 의하면, 제2 필터(320)를 사용할 필요가 없거나 제2 필터(320)의 유지 보수가 필요한 경우에, 제2 우회라인(BL2)을 통해 증발가스가 제2 필터(320)를 우회하도록 할 수 있다.

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.

T : 저장탱크 BL1 : 제1 우회라인
BL2 : 제2 우회라인 V1 : 제1 밸브
V2 : 제2 밸브 V3 : 제3 밸브
V4 : 제4 밸브 V5 : 제5 밸브
E1 : 제1 연료수요처 E2 : 제2 연료수요처
E : 연료수요처 100 : 열교환기
200 : 압축기 310 : 제1 필터
320 : 제2 필터 400 : 감압장치
500 : 기액분리기

Claims

1) 열교환기에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스를, 제1 우회라인을 따라 상기 열교환기를 우회시켜 압축기로 보내는 단계;
2) 상기 열교환기를 우회한 증발가스를 상기 압축기에 의해 압축시키는 단계;
3) 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 열교환기의 고온 유로로 보내는 단계;
4) 상기 열교환기의 고온 유로를 통과한 증발가스를, 제2 우회라인을 따라 제2 필터를 우회시켜 기액분리기로 보내는 단계;
5) 상기 기액분리기에 모인 증발가스를 상기 제1 우회라인으로 보내는 단계;를 포함하고,
상기 압축기는 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하며,
상기 제2 필터는, 고체 또는 응고된 상태의 윤활유를 분리하는 적합하도록 설계된 극저온용 필터인, 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 5)단계에서, 상기 기액분리기에 모인 증발가스를 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스와 합류시켜 상기 제1 우회라인으로 보내는, 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법.

청구항 1에 있어서,
상기 열교환기가 정상화될 때까지, 증발가스가 상기 제1 우회라인, 상기 압축기, 상기 열교환기의 고온 유로, 상기 제2 우회라인, 상기 기액분리기, 및 다시 상기 제1 우회라인을 연결하는 폐루프를 순환하는, 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법.

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1)단계 내지 상기 5)단계를 거치는 동안 상기 기액분리기에 의해 분리된 액체 상태의 유체를 저장탱크로 보내는 라인을 닫힌 상태로 유지하는, 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법.

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 1)단계 내지 상기 5)단계를 거치는 동안 연료수요처를 구동시키고, 상기 2)단계에서 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부를 상기 연료수요처로 공급하는, 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법.

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
6) 상기 기액분리기에 모인 윤활유를 배출시키는 단계를 더 포함하는, 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법.

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기는 PCHE인, 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법.

증발가스를 압축시키는 압축기;
상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 열교환기;
상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;
상기 감압장치 하류에 설치되어, 상기 감압장치에 의해 감압된 유체에 포함된 윤활유를 걸러내는 제2 필터;
상기 열교환기에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스를, 상기 열교환기를 우회시켜 바로 상기 압축기로 보내는 제1 우회라인; 및
상기 감압장치에 의해 감압된 유체를, 상기 제2 필터를 우회시키는 제2 우회라인;을 포함하고,
상기 압축기는 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하며,
상기 제2 필터는, 고체 또는 응고된 상태의 윤활유를 분리하는 적합하도록 설계된 극저온용 필터인, 증발가스 재액화 시스템.

청구항 8에 있어서,
상기 압축기와 상기 열교환기 사이에 설치되어, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스에 섞인 오일을 분리하는 제1 필터를 더 포함하는, 증발가스 재액화 시스템.

청구항 9에 있어서,
상기 제1 필터는 코어레서 방식의 오일필터인, 증발가스 재액화 시스템.

청구항 9에 있어서,
상기 제1 필터는 기체 상태 또는 안개 상태의 윤활유를 분리하는, 증발가스 재액화 시스템.

청구항 9에 있어서,
상기 압축기와 상기 열교환기에 사이에 설치되어, 액체 상태의 윤활유를 분리하는 오일분리기를 더 포함하는, 증발가스 재액화 시스템.

청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 우회라인은 상기 열교환기를 사용할 수 없을 때 증발가스를 상기 제1 열교환기를 우회시키고,
상기 제2 우회라인은 상기 제2 필터를 사용할 필요가 없거나 상기 제2 필터의 유지 보수가 필요한 경우에, 증발가스를 상기 제2 필터를 우회시키는, 증발가스 재액화 시스템.

청구항 13에 있어서,
상기 열교환기 내부에 쌓인 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 과정을 거치는 동안, 증발가스를 상기 제1 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키고, 증발가스를 상기 제2 우회라인을 따라 상기 제2 필터를 우회시키는, 증발가스 재액화 시스템.

청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처로 보내지고,
상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스가 상기 열교환기로 보내지는, 증발가스 재액화 시스템.

청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감압장치 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하고,
상기 제2 필터는, 상기 감압장치와 상기 기액분리기 사이에 설치되는, 증발가스 재액화 시스템.

청구항 16에 있어서,
상기 기액분리기에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스는, 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스와 합류되어 상기 열교환기에서 냉매로 사용되는, 증발가스 재액화 시스템.

청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기에 의해 압축된 증발가스는, 추가로 압축된 후 상기 열교환기로 보내지는, 증발가스 재액화 시스템.

저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축기에 의해 압축시킨 후, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키고 감압장치에 의해 감압시켜 재액화시키는 증발가스 재액화 시스템에 있어서,
상기 감압장치에 의해 감압된 유체에 포함된 고체 또는 응고된 상태의 윤활유를 분리하는 제2 필터; 및
상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 상기 열교환기의 냉매로 사용하지 않고 바로 상기 압축기에 의해 압축시킨 후 상기 열교환기의 고온 유로로 보내 상기 열교환기 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안, 증발가스가 상기 제2 필터를 우회하도록 하는 제2 우회라인;
을 포함하는, 증발가스 재액화 시스템.

증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화 시키는 시스템 내의 윤활유 배출 방법에 있어서,
증발가스를 재액화 시키는 동안 고체 또는 응고된 상태의 윤활유를 걸러내는 제2 필터의 성능이, 상기 시스템 내의 응축 또는 응고된 윤활유를 배출시키는 과정을 거친 후에도 유지되는, 증발가스 재액화 시스템 내의 윤활유 배출 방법.