KR20200050480A

KR20200050480A - 선박의 연료가스 관리시스템

Info

Publication number: KR20200050480A
Application number: KR1020180132482A
Authority: KR
Inventors: 이원두; 강호숙
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-05-12
Also published as: KR102404691B1

Abstract

선박의 연료가스 관리시스템이 개시된다. 본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크, 저장탱크의 증발가스를 가압하는 제1 컴프레서가 마련되고, 제1 컴프레서에 의해 가압된 증발가스를 소비수단으로 공급하는 증발가스 공급라인, 제1 컴프레서에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인 및 제1 컴프레서와, 증발가스를 감압하는 익스펜더를 구비하는 컴팬더를 포함하고, 재액화라인은 가압된 증발가스의 일부를 증발가스 공급라인 상의 제1 컴프레서 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환기와, 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기와, 제1 기액분리기의 기체성분을 익스펜더로 경유하여 감압시키는 기체성분 순환라인과, 기체성분 순환라인에 의해 공급되는 감압된 기체성분을 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제2 기액분리기와, 제1 기액분리기의 액체성분을 제2 기액분리기로 공급하는 액체성분 순환라인과, 액체성분 순환라인에 마련되어 액체성분을 감압시키는 감압밸브와, 제2 기액분리기의 기체성분을 저장탱크 또는 증발가스 공급라인 상의 제1 컴프레서 전단으로 공급하는 기체성분 회수라인과, 제2 기액분리기의 액체성분을 저장탱크로 공급하는 액체성분 회수라인을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

선박의 연료가스 관리시스템{FUEL GAS TREATING SYSTEM IN SHIPS }

본 발명은 선박의 연료가스 관리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모할 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템에 관한 것이다.

온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.

천연가스(Natural Gas)는 통상적으로 저장 및 수송의 용이성을 위해, 천연가스를 약 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상 변화하여 관리 및 운용을 수행하고 있다.

이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화천연가스를 완전히 단열시켜 수용하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다. 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으므로 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.

이에 종래에는 저장탱크의 상측에 마련되는 벤트마스트(Vent mast)로 증발가스를 흘려 보내거나, GCU(Gas Combustion Unit)을 이용하여 증발가스를 태워버리는 방안 등이 이용되었다. 그러나 이는 에너지 효율 면에서 바람직하지 못하므로 증발가스를 액화천연가스와 함께 또는 각각 선박의 엔진에 연료가스로 공급하거나, 냉동 사이클 등으로 이루어지는 재액화장치를 이용해 증발가스를 재액화시켜 활용하는 방안이 이용되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)

본 실시 예는 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.

본 실시 예는 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.

본 실시 예는 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.

본 실시 예는 증발가스의 재액화 공정을 안정적으로 수행할 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.

본 실시 예는 증발가스의 효과적인 재액화 및 처리를 통해 설비의 구조 안정성을 향상시킬 수 있는 선박의 연료가스 관리시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크, 상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 제1 컴프레서가 마련되고, 상기 제1 컴프레서에 의해 가압된 증발가스를 소비수단으로 공급하는 증발가스 공급라인, 상기 제1 컴프레서에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인 및 상기 제1 컴프레서와, 증발가스를 감압하는 익스펜더를 구비하는 컴팬더를 포함하고, 상기 재액화라인은 상기 가압된 증발가스의 일부를 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 컴프레서 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기의 기체성분을 상기 익스펜더로 경유하여 감압시키는 기체성분 순환라인과, 상기 기체성분 순환라인에 의해 공급되는 감압된 기체성분을 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제2 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기의 액체성분을 상기 제2 기액분리기로 공급하는 액체성분 순환라인과, 상기 액체성분 순환라인에 마련되어 액체성분을 감압시키는 감압밸브와, 상기 제2 기액분리기의 기체성분을 상기 저장탱크 또는 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 컴프레서 전단으로 공급하는 기체성분 회수라인과, 상기 제2 기액분리기의 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액체성분 회수라인을 포함하여 제공될 수 있다.

상기 재액화라인은 상기 액체성분 순환라인 상의 상기 감압밸브 전단에 마련되어 압력을 측정하는 제1 압력센서를 더 포함하고, 상기 감압밸브는 상기 제1 압력센서가 측정한 압력정보에 근거하여 개폐작동이 제어될 수 있다.

상기 재액화라인은 상기 제1 기액분리기의 내부압력을 측정하는 제2 압력센서와, 상기 기체성분 순환라인에 마련되되 상기 제2 압력센서가 측정한 압력정보에 근거하여 개폐작동이 제어되는 제1 밸브를 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 재액화라인은 상기 제1 기액분리기의 수위를 측정하는 레벨센서와, 상기 액체성분 순환라인 상의 상기 제1 압력센서 전단에 마련되되 상기 레벨센서가 측정한 압력정보에 근거하여 개폐작동이 제어되는 제2 밸브를 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 기체성분 순환라인과 상기 액체성분 순환라인은 합류하여 상기 제2 기액분리기에 연결되고, 상기 재액화라인은 상기 기체성분 순환라인 상의 상기 액체성분 순환라인이 합류한 지점 전단에 마련되어 가스흐름의 역류를 방지하는 체크밸브를 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 컴팬더는 상기 제1 컴프레서의 후단에 마련되어 상기 재액화라인으로 도입되는 증발가스를 추가적으로 가압하는 제2 컴프레서를 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 컴팬더의 작동 정지 시, 작동하는 비상구동라인을 더 포함하고, 상기 비상구동라인은 상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 예비 컴프레서를 포함하여 제공될 수 있다.

상기 제1 컴프레서는 증발가스를 약 12 내지 17 bar로 가압하고, 상기 제2 컴프레서는 상기 제1 컴프레서에 의해 가압된 증발가스를 약 40 내지 60 bar로 가압할 수 있다.

상기 익스펜더는 가압된 증발가스를 약 4 bar로 감압시킬 수 있다.

본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 효과를 가진다.

본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 효과를 가진다.

본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 설비의 구조 안정성이 향상되는 효과를 가진다.

본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템은 증발가스의 재액화 공정을 안정적으로 수행할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템을 나타내는 개념도이다.

이하에서는 본 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템(100)을 나타내는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 관리시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 가압하는 제1 컴프레서(121)가 마련되고 제1 컴프레서(121)를 통과하여 가압된 증발가스를 소비수단으로 공급하는 증발가스 공급라인(120), 증발가스를 가압하는 제1 컴프레서(121)와 제2 컴프레서(122) 및 증발가스를 감압하는 익스펜더(144)를 구비하는 컴팬더(130), 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(140), 고장 또는 유지 보수 등에 의해 컴팬더(130)의 작동이 정지된 경우 작동하는 비상구동라인(160)을 포함하여 마련될 수 있다.

이하 실시 예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화탄화수소가스 등 다양한 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.

저장탱크(110)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.

저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 실시 예와 같이 증발가스 공급라인(120)에 의해 엔진의 연료가스로 이용되거나 재액화라인(140)에 의해 재액화되어 저장탱크(110)로 재공급될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 저장탱크(110)의 상부에 마련되는 벤트 마스트(미도시)로 공급하여 증발가스를 처리 또는 소모시킬 수도 있다.

소비수단은 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다. 소비수단은 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제1 소비수단(11)과, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2 소비수단(12) 및 잉여의 연료가스를 공급받아 소모시키는 GCU(Gas Combustion Unit) 등으로 이루어지는 제3 수비수단(13)을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 소비수단(11)은 상대적으로 고압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 X-DF 엔진으로 이루어지고, 제2 소비수단(12)은 상대적으로 저압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진 등으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 엔진 및 다양한 종류의 엔진이 이용되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.

증발가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)에 존재하는 증발가스를 가압하여 소비수단(11, 12, 13) 및 재액화라인(140)으로 공급하도록 마련될 수 있다. 증발가스 공급라인(120)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 소비수단(11, 12, 13)에 각각 분기되어 연결될 수 있다. 특히 증발가스 공급라인(120) 상의 제2 소비수단(12) 및 제3 소비수단(13)의 전단에는 각 소비수단(12, 13)의 요구 압력수준에 맞추어 가압된 증발가스의 압력을 조절하는 감압밸브(미도시)가 각각 마련될 수 있다.

증발가스 공급라인(120)에는 증발가스를 엔진이 요구하는 조건에 맞추어 처리할 수 있도록 컴팬더(130)의 복수단의 제1 컴프레서(121)가 마련되며, 제1 컴프레서(121) 및 제2 컴프레서(122)의 후단에는 후술하는 재액화라인(140)이 증발가스 공급라인(120)으로부터 분기되어 마련될 수 있다.

컴팬더(130)에 구비되는 제1 컴프레서(121)는 증발가스를 단계적으로 압축하도록 복수단으로 마련될 수 있다. 그 외에도 컴프레서에 의해 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제1 컴프레서(121)는 제1 소비수단(11)의 요구 압력수치에 상응한 압력수준으로 증발가스를 가압할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 소비수단(11)이 X-DF 엔진으로 이루어질 경우, 제1 컴프레서(121)는 증발가스를 약 12 내지 17 bar의 압력수준으로 가압할 수 있다.

도 1에서는 제1 컴프레서(121)가 3단의 컴프레서로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 소비수단의 요구 압력조건 및 온도에 따라 제1 컴프레서(121)는 다양한 수의 컴프레서 및 쿨러로 이루어질 수 있다. 또한 증발가스 공급라인(120) 상의 제1 컴프레서(121) 전단에는 후술하는 재액화라인(140)의 열교환기(142)가 설치될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

제2 컴프레서(122)는 제1 컴프레서(121)의 후단에 마련되어 재액화라인(140)으로 유입되는 증발가스를 추가적으로 가압하도록 마련된다. 제2 컴프레서(122)는 제1 컴프레서(121)와 마찬가지로 복수단으로 배치되어 증발가스를 단계적으로 압축할 수 있다. 제2 컴프레서(122)는 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(미도시)를 더 포함할 수 있다. 도 1에서는 제2 컴프레서(122)가 2단의 컴프레서로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 소비수단의 요구 압력조건 및 온도에 따라 제2 컴프레서(122)는 다양한 수의 컴프레서 및 쿨러로 이루어질 수 있다.

컴팬더(Compander, 130)는 공급되는 증발가스를 가압하는 제1 컴프레서(121) 및 제2 컴프레서(122)와, 공급되는 증발가스를 감압하는 익스펜더(144)를 포함하고, 제1 컴프레서(121)는 익스펜더(144)에서의 증발가스 팽창력을 이용하여 증발가스를 가압시킬 수 있다. 일 예로, 익스펜더(144)는 터빈 타입(turbine type)으로 마련되되, 익스펜더(144)가 증발가스를 감압 및 팽창시키는 과정에서 획득한 팽창력으로 터빈을 회전시키고, 터빈의 회전에 의해 발생하는 에너지를 활용하여 제1 컴프레서(121)가 증발가스를 가압할 수 있다. 컴팬더(130)의 제1 컴프레서(121)는 제1 소비수단(11)의 요구 압력수치에 상응한 압력수준으로 증발가스를 가압할 수 있다. 구체적으로, 제1 컴프레서(121)는 유입된 증발가스를 약 12 내지 17 bar의 압력수준으로 가압할 수 있으며, 제2 컴프레서(122)는 재액화라인(140)으로 유입된 증발가스를 약 40 내지 60 bar의 압력수준 까지 가압할 수 있다. 또한 익스펜더(144)는 유입된 증발가스를 약 4 bar의 압력수준으로 감압할 수 있다.

재액화라인(140)은 증발가스 공급라인(120)의 제1 컴프레서(121) 및 제2 컴프레서(122)를 통과하며 가압된 증발가스를 공급받아 재액화시키도록 마련된다.

재액화라인(140)은 가압된 증발가스를 냉각시키는 열교환기(142)와, 열교환기(142)를 통과하여 냉각된 증발가스를 공급받아 기체성분과 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기(143)와, 제1 기액분리기(143)의 기체성분을 컴팬더(130)의 익스펜더(144)로 공급하여 감압시키는 기체성분 순환라인(145)과, 제1 기액분리기(143)의 액체성분을 공급받아 감압시키는 액체성분 순환라인(146)과, 액체성분 순환라인(146)을 따라 공급되는 액체성분을 감압시키는 감압밸브(146c) 기체성분 순환라인(145) 및 액체성분 순환라인(146)을 따라 공급되는 감압된 가스흐름을 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제2 기액분리기(147)와, 제2 기액분리기(147)의 액체성분을 저장탱크(110)로 공급하는 액체성분 회수라인(148)과, 제2 기액분리기(147)의 기체성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 공급하는 기체성분 회수라인(149)과, 액체성분 순환라인(146)에 마련되어 액체성분의 압력을 측정하는 제1 압력센서(146b)와, 제1 기액분리기(143)의 내부압력을 측정하는 제2 압력센서(143a)와, 제1 기액분리기(143)의 수위를 측정하는 레벨센서(143b)와, 기체성분 순환라인(145)에 마련되어 기체성분의 유량을 조절하는 제1 밸브(145a)와, 액체성분 순환라인(146)에 마련되어 액체성분의 유량을 조절하는 제2 밸브(146a)를 포함할 수 있다.

열교환기(142)는 제1 컴프레서(121) 및 제2 컴프레서(122)를 거쳐 가압된 증발가스를 냉각시키도록 마련된다. 열교환기(142)는 가압된 증발가스를 증발가스 공급라인(120)을 따라 이송되되 제1 컴프레서(121) 전단의 가압 전 증발가스와 열교환함으로써, 제1 컴프레서(121) 및 제2 컴프레서(122)를 거친 가압된 증발가스를 냉각시킴과 동시에, 제1 컴프레서(121) 전단의 가압 전 증발가스는 가열시킬 수 있다. 가압된 증발가스는 제1 컴프레서(121) 및 제2 컴프레서(122)에 의해 가압되어 온도 및 압력이 상승한 상태이므로, 증발가스 공급라인(120)의 제1 컴프레서(121)를 통과하기 전의 저온의 증발가스와 열교환함으로써, 재액화라인(140)으로 공급되는 고온의 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 이와 같이 열교환기(142)에 의해 별도의 냉각장치 없이도 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있으므로, 불필요한 전원의 낭비를 방지하고 설비가 단순화되어, 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.

제1 기액분리기(143)는 열교환기(142)를 통과하여 냉각된 기액 혼합상태의 증발가스를 기체성분과 액체성분으로 분리하도록 마련된다. 가압된 증발가스는 열교환기(142)를 통과하면서 냉각됨에 따라 일부 재액화가 이루어지기는 하나, 미액화성분인 기체성분도 함께 존재할 수 있다. 이에 제1 기액분리기(143)가 열교환기(142)를 통과하여 냉각된 증발가스를 수용하되, 기체성분 및 액체성분으로 분리하여 각 성분의 용이한 취급 및 관리를 도모할 수 있다. 특히, 후술하는 바와 같이 컴팬더(130)의 익스팬더(144)에 액체성분이 유입될 경우, 설비의 손상이 발생될 우려가 있으므로, 제1 기액분리기(143)에서 기체성분과 액체성분을 분리한 후 기체성분 만을 후술하는 기체성분 순환라인(145)으로 공급하여 익스팬더(144)의 안정적인 동작을 도모할 수 있다.

기체성분 순환라인(145)은 제1 기액분리기(143)에서 분리된 기체성분을 컴팬더(130)의 익스팬더(144)로 공급 및 경유시키도록 마련된다. 이를 위해 기체성분 순환라인(145)의 입구 측 단부는 제1 기액분리기(143)의 내부 상측에 연통되고, 출구 측 단부는 후술하는 액체성분 순환라인(146)과 합류하여 제2 기액분리기(147)에 연결되되, 중단부에는 컴팬더(130)의 익스팬더(144)를 경유하도록 마련될 수 있다.

컴팬더(130)의 익스팬더(144)는 기체성분 순환라인(145)을 따라 이송되는 제1 기액분리기(143)의 기체성분을 감압 및 팽창시키도록 마련된다. 익스팬더(144)는 제1 컴프레서(121) 및 제2 컴프레서(122)를 거쳐 가압되고, 열교환기(142)를 거쳐 냉각된 증발가스를 감압함으로써, 냉각 및 팽창시켜 기체성분의 재액화를 구현할 수 있다. 익스팬더(144)는 제2 기액분리기(147)의 내부압력에 상응하는 압력수준, 구체적으로 약 4 bar의 압력수준으로 기체성분을 감압할 수 있다.

한편, 제1 기액분리기(143)에는 내부압력을 측정하는 제2 압력센서(143a)가 마련되고, 기체성분 순환라인(145)에는 이를 따라 공급되는 기체성분의 공급량을 조절하는 제1 밸브(145a)가 마련될 수 있다.

제1 밸브(145a)는 제2 압력센서(143a)가 측정한 제1 기액분리기(143)의 내부압력 정보에 근거하여 개폐여부 및 개폐정도가 조절될 수 있다. 일 예로, 제2 압력센서(143a)가 측정한 제1 기액분리기(143)의 내부압력이 기 설정된 압력수준 이상인 경우, 제1 밸브(145a)는 개방되는 방향으로 동작이 제어될 수 있으며, 반대로 제2 압력센서(143a)가 측정한 제1 기액분리기(143)의 내부압력이 기 설정된 압력수준 미만인 경우, 제1 밸브(145a)는 폐쇄되는 방향으로 동작이 제어될 수 있다. 제1 밸브(145a)는 제어부(미도시)에 의해 자동적으로 개폐작동이 제어되거나, 작업자에 의해 수동적으로 개폐작동이 조절될 수 있다.

또한 기체성분 순환라인(145)은 후술하는 액체성분 순환라인(146)이 합류한 지점의 전단에 마련되어 가스흐름의 역류, 구체적으로 액체성분 순환라인(146) 또는 제2 기액분리기(147)로부터 기체성분 순환라인(145)으로 가스흐름이 발생하는 것을 방지하는 체크밸브(145b)가 마련될 수 있다.

액체성분 순환라인(146)은 열교환기(142)를 거쳐 재액화되어 제1 기액분리기(143)에서 분리된 액체성분을 후술하는 제2 기액분리기(147)로 공급하도록 마련된다. 이를 위해 액체성분 순환라인(146)의 입구 측 단부는 제1 기액분리기(143)의 내부 하측에 연통되고, 출구 측 단부는 기체성분 순환라인(145)과 합류하여 제2 기액분리기(147)에 연결되되, 중단부에는 액체성분 순환라인(146)을 따라 이송되는 액체성분의 공급량을 조절하는 제2 밸브(146a)와, 액체성분의 압력을 측정하는 제1 압력센서(146b)와, 액체성분을 감압시키는 감압밸브(146c)가 순차적으로 마련될 수 있다.

제1 기액분리기(143)에는 내부에 수용된 액체성분의 수위를 측정하는 레벨센서(143b)가 마련되고, 제2 밸브(146a)는 레벨센서(143b)가 측정한 제1 기액분리기(143)의 수위정보에 근거하여 개폐여부 및 개폐정도가 조절될 수 있다. 일 예로, 레벨센서(143b)가 측정한 제1 기액분리기(143)의 수위가 기 설정된 수위수준 이상인 경우, 제2 밸브(146a)는 개방되는 방향으로 동작이 제어될 수 있으며, 반대로 레벨센서가 측정한 제1 기액분리기(143)의 수위가 기 설정된 수위수준 미만인 경우, 제2 밸브(146a)는 폐쇄되는 방향으로 동작이 제어될 수 있다. 제2 밸브(146a)는 제어부(미도시)에 의해 자동적으로 개폐작동이 제어되거나, 작업자에 의해 수동적으로 개폐작동이 조절될 수 있다.

제1 압력센서(146b)는 액체성분 순환라인(146) 상의 제2 밸브(146a) 후단에 마련되어, 액체성분 순환라인(146)을 따라 이송되는 액체성분의 압력을 측정하도록 마련된다. 또한 감압밸브(146c)는 액체성분 순환라인(146)을 따라 이송되는 액체성분을 제2 기액분리기(147)의 내부압력에 상응하는 압력수준, 구체적으로 약 4 bar의 압력수준으로 감압시킬 수 있다.

천연가스는 주성분인 메탄(Methane) 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 질소(Nitrogen) 등을 포함하는 혼합물이다. 이 중 질소의 끓는 점은 섭씨 약 -195.8도로서, 그 외의 성분인 메탄(끓는 점 섭씨 -161.5도), 에탄(끓는 점 섭씨 -89도) 등에 비해 매우 낮다. 질소 성분이 매우 낮은 끓는 점을 가짐에 따라, 질소 성분의 함량에 따라 증발가스의 재액화 효율이 달라지게 된다. 통상적으로 증발가스는 약 10 mole%의 질소성분을 포함하나, 이보다 질소성분의 농도가 낮을 경우 제1 기액분리기(143)에서 분리된 액체성분이 증가하게 되고, 이에 따라 액체성분을 감압밸브(146c)를 통해 감압시키는 과정에서 다량의 플래쉬 가스(Flash gas)가 발생될 우려가 있다. 이는 증발가스의 재액화 효율을 저하시킬 뿐 아니라, 액체성분 순환라인(146)을 통한 재액화성분의 공급을 방해하는 문제점이 있다.

이에 제1 압력센서(146b)가 액체성분 순환라인(146)을 따라 이송되는 액체성분의 압력을 측정하고, 이에 근거하여 감압밸브(146c)의 작동을 제어함으로써, 급격한 압력강하에 따른 플래쉬 가스 발생 또는 가스흐름의 저하를 방지할 수 있다. 특히, 감압밸브(146c)는 액체성분 순환라인(146) 상의 제2 밸브(146a)와 연동하여 작동이 제어됨으로써, 감압되는 과정에서 발생하는 가스흐름의 역류를 방지하고 안정적인 감압을 통해 재액화 효율이 저하되는 문제를 해소할 수 있다.

제2 기액분리기(147)는 기체성분 순환라인(145) 및 액체성분 순환라인(146)으로부터 공급된 기액 혼합상태의 증발가스를 수용하되, 기체성분 및 액체성분으로 분리하도록 마련된다. 제2 기액분리기(147)는 기체성분 순환라인(145) 및 액체성분 순환라인(146)을 따라 각각 이송되는 가스흐름을 수용하되, 기체성분 및 액체성분으로 분리하여 각 성분의 용이한 취급 및 관리를 도모할 수 있다.

액체성분 회수라인(148)은 제2 기액분리기(147)에 의해 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 재공급하도록 제2 기액분리기(147)와 저장탱크(110)를 연결할 수 있다. 액체성분 회수라인(148)은 그 입구 측 단부가 제2 기액분리기(147)의 내부 하측에 연결되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결될 수 있다.

액체성분 회수라인(148)에는 저장탱크(110)로 회수되는 액체성분의 공급량을 조절하는 유량조절밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 유량조절밸브는 제2 기액분리기(147)의 수위에 따라 개폐정도가 제어될 수 있다.

기체성분 회수라인(149)은 제2 기액분리기(147)에 의해 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 재공급하도록 제2 기액분리기(147)와 저장탱크(110) 또는 제2 기액분리기(147)와 증발가스 공급라인(120) 사이에 마련될 수 있다. 도 1에서는 기체성분 회수라인(149)이 제2 기액분리기(147)의 기체성분을 증발가스 공급라인(120) 상의 제1 컴프레서(121) 전단으로 재공급하는 것으로 도시되어 있으나, 이 외에도 제2 기액분리기(147)로부터 저장탱크(110)로 재공급하거나, 증발가스 공급라인(120) 및 저장탱크(110)로 함께 재공급하는 경우를 모두 포함한다.

기체성분 회수라인(149)에는 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)로 회수되는 기체성분의 공급량을 조절하는 유량조절밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 유량조절밸브는 제2 기액분리기(147)의 내부압력에 따라 개폐정도가 제어될 수 있다.

한편, 컴팬더(130)의 고장 또는 유지보수를 위한 가동 중지의 경우에도, 선박의 운용 환경에 따라 엔진 등의 소비수단(11, 12, 13)이 계속적인 작동이 요구될 수 있으며, 특히 컴팬더(130)의 제1 컴프레서(121)의 가동이 중지될 경우 저장탱크(110) 내부의 증발가스가 적체됨에 따라 저장탱크(110)의 내부압력이 상승할 우려가 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 저장탱크(110)의 내부압력 상승에 따라 저장탱크(110)의 변형 또는 폭발 등의 안전사고 위험이 존재하므로 저장탱크(110)의 증발가스는 지속적으로 제거 및 처리되어야 한다.

이에 컴팬더(130)의 고장 또는 유지보수를 위한 작동 정지 시, 저장탱크(110)의 증발가스를 제거 및 처리하는 비상구동라인(160)이 마련될 수 있다.

비상구동라인(160)은 증발가스 공급라인(120) 상의 제1 컴프레서(121) 전단에서 분기되고, 제1 컴프레서(121)의 후단에서 재합류되도록 마련될 수 있으며, 증발가스를 보조적으로 가압하는 예비 컴프레서(161)를 포함할 수 있다. 예비 컴프레서(161)는 제1 컴프레서(121)와 마찬가지로 증발가스를 단계적으로 압축하도록 복수단으로 마련될 수 있으며, 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 비상구동라인(160) 및 이에 마련되는 예비 컴프레서(161)에 의해 어느 운용 상황에서도 저장탱크(110)의 증발가스를 제거 및 처리할 수 있으므로, 설비 운용의 안정성을 도모함과 동시에, 불필요하게 소모해야하는 증발가스를 최소화하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

100: 연료가스 관리시스템 110: 저장탱크
120: 증발가스 공급라인 121: 제1 컴프레서
122: 제2 컴프레서130: 컴팬더 140: 재액화라인
142: 열교환기
143: 제1 기액분리기 144: 익스팬더
145: 기체성분 순환라인 146: 액체성분 순환라인
147: 제2 기액분리기 148: 액체성분 회수라인
149: 기체성분 회수라인 160: 비상구동라인

Claims

액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크;
상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 제1 컴프레서가 마련되고, 상기 제1 컴프레서에 의해 가압된 증발가스를 소비수단으로 공급하는 증발가스 공급라인;
상기 제1 컴프레서에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인; 및
상기 제1 컴프레서와, 증발가스를 감압하는 익스펜더를 구비하는 컴팬더;를 포함하고,
상기 재액화라인은
상기 가압된 증발가스의 일부를 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 컴프레서 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제1 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기의 기체성분을 상기 익스펜더로 경유하여 감압시키는 기체성분 순환라인과, 상기 기체성분 순환라인에 의해 공급되는 감압된 기체성분을 수용하되 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 제2 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기의 액체성분을 상기 제2 기액분리기로 공급하는 액체성분 순환라인과, 상기 액체성분 순환라인에 마련되어 액체성분을 감압시키는 감압밸브와, 상기 제2 기액분리기의 기체성분을 상기 저장탱크 또는 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 컴프레서 전단으로 공급하는 기체성분 회수라인과, 상기 제2 기액분리기의 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액체성분 회수라인을 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
제1항에 있어서,
상기 재액화라인은
상기 액체성분 순환라인 상의 상기 감압밸브 전단에 마련되어 압력을 측정하는 제1 압력센서를 더 포함하고,
상기 감압밸브는 상기 제1 압력센서가 측정한 압력정보에 근거하여 개폐작동이 제어되는 선박의 연료가스 관리시스템.
제2항에 있어서,
상기 재액화라인은
상기 제1 기액분리기의 내부압력을 측정하는 제2 압력센서와, 상기 기체성분 순환라인에 마련되되 상기 제2 압력센서가 측정한 압력정보에 근거하여 개폐작동이 제어되는 제1 밸브를 더 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
제3항에 있어서,
상기 재액화라인은
상기 제1 기액분리기의 수위를 측정하는 레벨센서와, 상기 액체성분 순환라인 상의 상기 제1 압력센서 전단에 마련되되 상기 레벨센서가 측정한 압력정보에 근거하여 개폐작동이 제어되는 제2 밸브를 더 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
제4항에 있어서,
상기 기체성분 순환라인과 상기 액체성분 순환라인은 합류하여 상기 제2 기액분리기에 연결되고,
상기 재액화라인은
상기 기체성분 순환라인 상의 상기 액체성분 순환라인이 합류한 지점 전단에 마련되어 가스흐름의 역류를 방지하는 체크밸브를 더 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
제5항에 있어서,
상기 컴팬더는
상기 제1 컴프레서의 후단에 마련되어 상기 재액화라인으로 도입되는 증발가스를 추가적으로 가압하는 제2 컴프레서를 더 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
제6항에 있어서,
상기 컴팬더의 작동 정지 시, 작동하는 비상구동라인;을 더 포함하고,
상기 비상구동라인은 상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 예비 컴프레서를 포함하는 선박의 연료가스 관리시스템.
제6항에 있어서,
상기 제1 컴프레서는
증발가스를 약 12 내지 17 bar로 가압하고,
상기 제2 컴프레서는
상기 제1 컴프레서에 의해 가압된 증발가스를 약 40 내지 60 bar로 가압하는 선박의 연료가스 관리시스템.
제8항에 있어서,
상기 익스펜더는
가압된 증발가스를 약 4 bar로 감압시키는 선박의 연료가스 관리시스템.