KR20210056530A - 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 중공섬유 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)과, 산소분석계(190)와, 질소순도 조절모듈(200)을 해양플랜트 상부구조물의 스키드(150) 상에 모듈화하여 해당 섹션블록(A,B,C)에 의해 상호 연결 배치하여서, 설치프로세스를 수행하고 해당모듈별로 유지보수를 수행하고, 산소분석계(190)에 의해 분석되어 검출된 질소농도에 따라 밸브개도량을 조절하여 멤브레인 세퍼레이터(132)로 유입되는 공기량을 가변시켜서 외부환경요인에 따라 질소순도를 변경가능하도록 하고 고순도의 질소를 생산할 수 있는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치를 개시한다.
Description
본 발명은, 외부 환경적 요인에 따라 질소순도를 쉽게 변경가능하고, 고순도의 질소를 생산할 수 있는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치에 관한 것이다.
통상, 조선 및 화학분야에서 이산화탄소를 대체하여 질소를 사용하는 시스템의 수요가 증가하고 있다.
예컨대, 오일 또는 가연성기체의 배관 수송시의 충전제(padding), 저장탱크의 이너트용(inert), 산화방지용, 배관 퍼지용(purge), 컴프레서 실링 충전용 또는 반응조 내 폭발방지용인 불활성 가스로로 이산화탄소보다 질소를 선호한다.
이와 관련한 질소발생장치는, 컴프레서에 의해 압축된 공기를 여과하는 필터와, 수분을 제거하는 히터와, 질소를 분리추출하는 중공섬유 멤브레인모듈과, 질소 압축저장탱크로 구성되어 해양플랜트 또는 FPSO의 상부구조물에 설치되어서, 질소를 분리추출하여 공급한다.
한편, FPSO(Floating Production Storage Offloading; 부유식 원유생산, 저장, 하역설비)와 같은 해양플랜트(offshore plant)의 특성상, 해양플랜트의 상부구조물에 사용되는 질소발생장치(N2G; Nitrogen Generator)는 가혹한 환경에서도 지속적 질소생산을 위해 높은 내구성을 가져야 하고, 이의 지속적인 유지보수가 중요하다.
종래에는, 질소발생장치를 구성하는 각각의 파트 또는 부품은 스키드상에 개별적으로 설치되고 선행적으로 설치된 부품을 기준으로 후속 부품을 순차적으로 연결하여 설치하여 설치프로세스의 효율성이 저하되고, 개별 부품별로 관리하여 유지보수의 효율성이 저하되는 비효율적인 측면이 있다.
또한, 이와 관련한 선행기술로서, 한국 등록특허공보 제10-0648967호가 개시되어 있는데, 종래의 질소공급장치에서는, 히터부에 의해 가열된 가열공기가 가열공기공급라인을 따라 공기투입구로 투입되어, 중공사막 다발의 중공부를 통과하고, 투과속도가 빠른 산소는 중공사막을 투과하여 산소배출구로 분리되고, 상대적으로 투과속도가 느린 질소는 중공사막을 투과하지 못하고 중공사막 다발의 중공부를 그대로 지나 질소공급구로 분리되도록 구성된다.
하지만, 공기투입구가 가열공기공급라인에 순차적으로 배열되어, 중공사막 다발(멤브레인) 자체가 공기흐름을 저해하는 저항역할을 하여 중공사막 다발의 공급위치에 따라 공기의 배압과 공기량이 다르게 되어서, 질소의 순도가 일정하지 못하고, 중공사막 다발(중공섬유 멤브레인)의 성능에 문제가 발생한다.
또한, 컨트롤밸브부를 통해 카고탱크로 질소 공급량을 조절하고, 설정조건에 맞지 않는 질소를 배출하는데, 중공사막 다발은 공기량에 따라 순도가 달라지는 특성이 있어서 공기량이 일정하면 질소순도를 맞추기 위해 상당량의 공기를 외부로 버려야하는 문제가 있고, 질소 순도 변경이 용이하지 않은 문제점이 있다.
이에, 온도 또는 질소 소비량의 외부 환경적 요인에 따라 질소순도를 용이하게 변경할 수 있고, 외부로 배기되는 공기량을 최소화하면서 고순도의 질소를 생산할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 온도 또는 질소 소비량의 외부 환경적 요인에 따라 질소순도를 용이하게 변경할 수 있고, 외부로 배기되는 공기량을 최소화하면서 고순도의 질소를 생산할 수 있는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은, 컴프레서를 통해 대기로부터 흡입 압축된 압축공기로부터 먼지와 이물질을 제거하는 공기필터모듈; 상기 공기필터모듈로부터 공급되는 압축공기를 가열하여 수분을 제거하는 히터모듈; 상기 히터모듈로부터 압축공기가 공급되는 공급관과, 순수건조 질소를 분리하도록 병렬연결된 복수의 멤브레인 세퍼레이터와, 분리된 질소를 배출하는 배출관으로 구성되고, 상기 공급관 또는 상기 배출관은 상기 복수의 멤브레인 세퍼레이터와 각각 병렬연결되어 상기 복수의 멤브레인 세퍼레이터를 통과하는 압축공기의 압력과 공기량을 일정하게 유지하도록 하는, 중공섬유 멤브레인모듈; 상기 배출관을 통과하는 압축공기의 산소농도를 분석하는 산소분석계; 상기 산소분석계에 의해 분석된 질소농도에 따라 밸브개도량을 조절하여 상기 멤브레인 세퍼레이터로 유입되는 공기량을 가변시켜 질소순도를 변경하는 질소순도 조절모듈; 및 상기 분리된 질소를 압축 저장하는 압축저장탱크모듈;을 포함하여, 고순도의 질소를 생산하고, 해양플랜트 상부구조물의 스키드 상에 모듈화하여 해당 섹션블록에 의해 상호 연결 배치하는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치를 제공한다.
여기서, 상기 질소순도 조절모듈은, 밸브개도량을 조절하는 비례제어밸브와, 상기 비례제어밸브에 의해 변경된 질소순도에 따라 상기 압축저장탱크모듈로 제공하는 제1솔밸브와, 외부로 배기하는 제2솔밸브로 구성될 수 있다.
이때, 상기 중공섬유 멤브레인모듈의 초기구동시, 상기 비례제어밸브에 의해 밸브개도량을 증가시켜 질소순도를 특정 기준치로 변경하고, 특정 기준치에 도달하면 상기 제1솔밸브를 개방하며 상기 제2솔밸브를 폐쇄하고, 특정 기준치에 미달하면 상기 제1솔밸브를 폐쇄하며 상기 제2솔밸브를 개방할 수 있다.
또한, 상기 공급관 또는 상기 배출관은 베슬 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 중공섬유 멤브레인모듈은, 상기 멤브레인 세퍼레이터의 전단 및 후단에 각각 형성된 개폐밸브와, 상기 각 멤브레인 세퍼레이터와 연결되어 압축공기로부터 분리된 산소를 외부로 배출하는 산소배출관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기필터모듈은 공급밸브와, 병렬연결된 제1필터 및 제2필터와, 차압센서와, 레귤레이터밸브로 모듈화하여 구성되고, 상기 히터모듈은 소음기와, 공기유량측정기와, 병렬연결된 제1히터 및 제2히터와 온도센서로 모듈화하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 공기필터모듈은 제1 섹션블록에 의해 상기 히터모듈과 연결되며, 상기 히터모듈은 제2 섹션블록에 의해 상기 중공섬유 멤브레인모듈과 연결되고, 상기 중공섬유 멤브레인모듈은 제3 섹션블록에 의해 상기 압축저장탱크모듈과 연결되되, 연결순서는 무작위일 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 섹션블록은 플랜지 타입의 밸브 또는 플랜지 타입의 파이프로 구성될 수 있다.
또한, 상기 압축저장탱크모듈에 저장된 질소를 질소필요구간으로 일정압력을 유지하여 공급하는 레귤레이터모듈과, 상기 공기필터모듈과 상기 히터모듈과 상기 중공섬유 멤브레인모듈과 상기 압축저장탱크모듈의 작동정보를 제공하고 통합 제어하는 제어패널모듈과, 상기 압축저장탱크모듈에 저장된 질소를 과냉각하여 LNG 또는 LPG를 저장하는 화물창 또는 유동하는 배관을 냉각시키는 과냉각모듈을 상기 스키드상에 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 질소순도 조절모듈에 의해서, 온도 또는 질소 소비량의 외부 환경적 요인에 따라 질소순도를 쉽게 변경가능하고, 97% 내지 99%의 고순도 질소를 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 복수의 멤브레인 세퍼레이터와 연결되는 공급관 또는 배출관을 베슬 형태로 구성하고, 각 멤브레인 세퍼레이터와, 직렬연결 또는 순차적연결이 아닌, 병렬연결하여서, 각 멤브레인 세퍼레이터를 통과하는 압축공기의 압력과 공기량이 일정하도록 하여 질소 순도를 균일하게 유지하도록 하며, 순도 조절을 정밀하게 수행하도록 하고, 중공섬유 멤브레인모듈의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치를 개략적으로 블록화한 것이다.
도 2는 도 1의 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 P&ID를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 P&ID의 질소순도 조절모듈에 해당하는 회로도를 확대하여 분리도시한 것이다.
도 4는 도 1의 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 구성을 구현한 것이다.
도 5는 도 1의 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 모듈화된 공기필터모듈의 사진을 예시한 것이다.
도 6은 도 1의 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 중공섬유 멤브레인모듈을 분리도시한 것이다.
도 7은 도 1의 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 설치프로세스를 개략적으로 예시한 것이다.
도 2는 도 1의 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 P&ID를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 P&ID의 질소순도 조절모듈에 해당하는 회로도를 확대하여 분리도시한 것이다.
도 4는 도 1의 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 구성을 구현한 것이다.
도 5는 도 1의 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 모듈화된 공기필터모듈의 사진을 예시한 것이다.
도 6은 도 1의 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 중공섬유 멤브레인모듈을 분리도시한 것이다.
도 7은 도 1의 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 설치프로세스를 개략적으로 예시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치는 압축공기로부터 순수건조 질소를 분리하여 제공하는데, 전체적으로, 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 중공섬유 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)과, 산소분석계(190)와, 질소순도 조절모듈(200)을 해양플랜트 상부구조물의 스키드(150) 상에 모듈화하여 해당 섹션블록(A,B,C)에 의해 상호 연결 배치하여서, 설치프로세스를 수행하고 해당모듈별로 유지보수를 수행하고, 외부환경요인에 따라 질소순도를 변경가능하도록 하고 고순도의 질소를 생산할 수 있는 것을 요지로 한다.
우선, 공기필터모듈(110)은, 대기로부터 흡입 압축된 압축공기로부터 먼지와 이물질을 제거한다.
즉, 공기필터모듈(110)은, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전단의 컴프레서(10)를 통해 흡입되는 공기의 공압을 측정하여 흡기여부를 제어하는 공급밸브(111)와, 병렬연결된 제1필터(112)와 제2필터(113)와, 제1필터(112)와 제2필터(113)의 차압에 의해 필터성능을 측정하는 차압센서(114)와, 레귤레이터밸브(115)로 모듈화하여 구성된다.
여기서, 제1필터(112) 및 제2필터(113)는 각각 직렬로 배열된 벌크필터(bulk filter)와 파인필터(fine filter)로 구성되어 먼지와 이물질의 해당 크기별로 필터링할 수 있다. 예컨대, 1.0㎛ 메쉬의 벌크필터와 0.01㎛ 메쉬의 파인필터로 구성되어서 압축공기로부터 미세먼지와 초미세먼지를 순차적으로 제거할 수도 있다.
또한, 레귤레이터밸브(115)는 제1필터(112) 및 제2필터(113)의 후단라인으로부터 분기 형성되어 측로 또는 측관으로 공기를 바이패스시킨다.
한편, 컴프레서(10)는 대기중 공기 이외에 대기중으로부터 흡기할 수 없는 경우에, 주엔진룸으로부터 배출되는 가스를 압축하여 제공하여 재활용하도록 할 수도 있다.
다음, 히터모듈(120)은 일정온도로 가열하여 압축공기로부터 수분을 제거한다.
즉, 히터모듈(120)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전단의 소음기(121) 및 공기유량측정기(122)와, 병렬연결된 제1히터(123) 및 제2히터(124)와, 온도센서(125)로 모듈화하여 구성되고, 히터모듈(120)의 전단라인은 공기필터모듈(110)의 후단라인과 제1 섹션블록(A)에 의해 연결된다.
여기서, 온도센서(125)는 제1히터(123) 및 제2히터(124)의 전단 및 후단에 각각 형성되어 제1히터(123) 및 제2히터(124)의 통과 전후의 공기의 온도를 측정한다.
다음, 중공섬유 멤브레인모듈(130)은 히터모듈(120)에 의해 가열되어 수분이 제거된 압축공기로부터 질소를 분리하는데, 히터모듈(120)을 통과한 압축공기로부터 질소와 산소의 용해 및 확산차이에 따른 상대투과속도를 이용하여 질소와 산소를 분리하여 순수건조 질소를 추출한다.
참고로, 중공섬유 멤브레인모듈(130)은 질소추출관인 중공섬유(hollow fiber)다발로 구성된 멤브레인 세퍼레이터(membrane separator)(또는 멤브레인)(132)로 유입되는 압축공기의 입구측 압력과 출구측 압력의 차압에 따른 투과속도차이에 의해 질소를 분리하는데, 투과속도가 빠른 산소는 멤브레인 세퍼레이터(132) 일측에 연통하여 형성된 산소배출구(132a)를 통해 배기되고 투과속도가 느린 질소만 멤브레인 세퍼레이터(132) 후단에 연통하여 형성된 질소배출구(132b)를 통해 추출된다(도 6 참고).
구체적으로, 중공섬유 멤브레인모듈(130)은 히터모듈(120)로부터 압축공기가 공급되는 공급관(131)과, 순수건조 질소를 분리하도록 병렬연결된 복수의 멤브레인 세퍼레이터(132)와, 분리된 질소를 배출하는 배출관(133)으로 구성되고, 공급관(131) 또는 배출관(133)은 복수의 멤브레인 세퍼레이터(132)와 각각 병렬연결되어 복수의 멤브레인 세퍼레이터(132)를 각각 통과하는 압축공기의 압력과 공기량을 일정하게 유지하도록 한다.
바람직하게는, 도 6을 참고하면, 공급관(131) 또는 배출관(133)은 베슬(vessel) 형태로 구성하고, 복수의 멤브레인 세퍼레이터(132)와 병렬연결하여, 각 멤브레인 세퍼레이터(132)를 통과하는 압축공기의 압력과 공기량이 일정하도록 하여서 질소 순도를 균일하게 유지하도록 하며, 순도 조절을 정밀하게 수행하도록 하고, 멤브레인 세퍼레이터(132)의 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 중공섬유 멤브레인모듈(130)은 공급관(131) 또는 배출관(133)과 복수로 병렬연결된 멤브레인 세퍼레이터(132)로 모듈화하여 구성되고, 중공섬유 멤브레인모듈(130)의 전단라인은 히터모듈(120)의 후단라인과 제2 섹션블록(B)에 의해 연결된다.
보다 구체적으로, 중공섬유 멤브레인모듈(130)은 히터모듈(120)로부터 압축공기가 공급되는 공급관(131)과, 순수건조 질소를 분리하도록 병렬연결된 복수의 멤브레인 세퍼레이터(132)와, 분리된 질소를 배출하는 배출관(133)으로 구성되고, 공급관(131) 또는 배출관(133)은 복수의 멤브레인 세퍼레이터(132)와 각각 병렬연결되어 복수의 멤브레인 세퍼레이터(132)를 각각 통과하는 압축공기의 압력과 공기량을 일정하게 유지하도록 한다.
다시 말해, 공급관(131) 또는 배출관(133)은 베슬(vessel) 형태로 구성하여 복수의 멤브레인 세퍼레이터(132)와, 직렬연결 또는 순차적연결이 아닌, 병렬연결하여, 각 멤브레인 세퍼레이터(132)를 통과하는 압축공기의 압력과 공기량이 일정하도록 하여서 질소 순도를 균일하게 유지하도록 하며, 순도 조절을 정밀하게 수행하도록 하고, 멤브레인 세퍼레이터(132)의 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 중공섬유 멤브레인모듈(130)은 공급관(131) 또는 배출관(133)과 복수로 병렬연결된 멤브레인 세퍼레이터(132)로 모듈화하여 구성되고, 중공섬유 멤브레인모듈(130)의 전단라인은 히터모듈(120)의 후단라인과 제2 섹션블록(B)에 의해 연결된다.
또한, 중공섬유 멤브레인모듈(130)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 멤브레인 세퍼레이터(132)의 전단 및 후단에 각각 형성되어 압축공기의 공급 및 배출을 제어하는 개폐밸브(135,136)와, 각 멤브레인 세퍼레이터(132)와 연결되어 압축공기로부터 분리된 산소를 외부로 배출하는 산소배출관(134)을 더 포함할 수 있다.
다음, 산소분석계(190)는 멤브레인 세퍼레이터(132)의 일측에 배치되어 배출관(133)을 통과하는 압축공기의 산소농도를 분석하고 역산하여 압축공기 중 질소농도를 검출하는데, 기준값 이상의 산소농도가 검출되면 중공섬유 멤브레인모듈(130)을 통과한 압축공기를 중공섬유 멤브레인모듈(130)의 유입구(미도시)로 회귀시키거나(return), 산소배출관(134)을 통해 대기중으로 배출한다(air permeate).
예컨대, 중공섬유 멤브레인모듈(130)의 초기구동시, 낮은 압력으로 인해 질소와 산소 분리효율이 낮아 불활성기체로 활용할 수 없어서, 질소 순도가 99.9%에 도달할 때까지 중공섬유 멤브레인모듈(130)의 유입구로 회귀시켜 재분리하거나 대기중으로 배출할 수 있다.
한편, 중공섬유 멤브레인모듈(130) 전단에 압축공기의 잔류유분을 제거하고 탈취하는 카본필터(미도시)가 형성될 수도 있다.
다음, 질소순도 조절모듈(200)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 산소분석계(190)에 의해 분석되어 검출된 질소농도에 따라 밸브개도량을 조절하여 멤브레인 세퍼레이터(132)로 유입되는 공기량을 가변시켜 질소순도를 변경한다.
구체적으로, 도 3을 참고하면, 질소순도 조절모듈(200)은, 밸브개도량을 조절하여 중공섬유 멤브레인모듈(130)에 머무르는 압축공기량을 조절하는 비례제어밸브(201)와, 비례제어밸브(201)에 의해 변경된 질소순도에 따라 후단의 압축저장탱크모듈(140)로 제공하는 제1솔밸브(solenoide valve)(202)와, 외부로 배기하는(vent) 제2솔밸브(203)로 구성될 수 있다.
예컨대, 중공섬유 멤브레인모듈(130)의 각 멤브레인 세퍼레이터(132)의 초기구동시, 비례제어밸브(201)에 의해 밸브개도량을 서서히 증가시켜 질소순도를 특정 기준치, 예를 들면, 97% 이상으로 변경하고, 97%에 도달하면 제1솔밸브(202)를 개방하며(open) 제2솔밸브(203)를 폐쇄하여(close) 압축저장탱크모듈(140)로 공급하고, 97%에 미달하면 제1솔밸브(202)를 폐쇄하며 제2솔밸브(203)를 개방하여 오프스펙(off-spec)의 질소를 외부로 배기하여 버리게 된다.
한편, 제2솔밸브(203)의 후단에는 사이렌서(silencer)(204)가 형성되어 배기중 발생하는 진동과 소음을 최소화하도록 한다.
이에, 질소순도 조절모듈(200)에 의해서, 온도 또는 질소 소비량의 외부 환경적 요인에 따라 질소순도를 쉽게 변경가능하고, 97% 내지 99%의 고순도 질소를 생산할 수 있다.
다음, 압축저장탱크모듈(140)은 중공섬유 멤브레인모듈(130)에 의해 분리된 질소를 압축 저장한다.
여기서, 압축저장탱크모듈(140)의 전단라인은 중공섬유 멤브레인모듈(130)의 후단라인과 제3 섹션블록(C)에 의해 연결된다.
참고로, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상부구조물 상에 질소발생장치에 상응하는 스키드(150)를 배치하고(S110), 공기필터모듈(110)과 히터모듈(120)과 중공섬유 멤브레인모듈(130)과 압축저장탱크모듈(140)을 모듈화하여(S120), 스키드(150) 상에 연결순서 또는 연결절차와 무관하게 무작위로 배치하고(S130), 해당 섹션블록(A,B,C)에 의해 연결하여(S140), 모듈형 질소발생장치를 구성한다.
한편, 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 중공섬유 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)의 각 해당 연결라인은 플랜지 타입의 밸브 또는 플랜지 타입의 파이프로 구성되고, 이에 상응하여 전술한 제1 내지 제3 섹션블록(A,B,C)은 플랜지 타입의 밸브 또는 플랜지 타입의 파이프로 구성되어서, 모듈화된 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 중공섬유 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)을 제1 내지 제3 섹션블록(A,B,C)에 의해 연결순서 또는 연결절차의 설치프로세스와 무관하게 무작위로 스키드(150)상에 쉽게 조립할 수 있다.
여기서, 각 모듈형성시, 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 중공섬유 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)의 해당 연결라인은 폐쇄되고, 제1 내지 제3 섹션블록(A,B,C)의 밸브 또는 파이프와의 연결시에 개방되도록 구성하여, 연결전 이물질의 해당 모듈로의 유입을 차단하도록 한다.
추가로, 레귤레이터모듈(160)과 제어패널모듈(170)과, 과냉각모듈(180)을 스키드(150) 상에 배치할 수도 있다.
여기서, 레귤레이터모듈(160)은 압축저장탱크모듈(140)에 저장된 순수건조 질소를 질소필요구간으로 일정압력을 유지하여 가연성기체를 저장하는 탱크, 방열구역 또는 배관으로 공급하여서, 오일 또는 가연성기체의 배관 수송시의 충전제용(padding), 저장탱크의 이너트용(inert), 산화방지용, 배관 퍼지용(purge), 컴프레서 실링 충전용 또는 반응조 내 폭발방지용으로 활용된다.
또한, 제어패널모듈(170)은 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 중공섬유 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)의 작동정보 및 센서측정정보를 제공하고 제어한다.
예컨대, 제어패널모듈(170)은 컴프레서(10)와 공기필터모듈(110)과, 히터모듈(120)과, 중공섬유 멤브레인모듈(130)과, 압축저장탱크모듈(140)의 구동을 제어하고, 해당센서로부터 제공되는 필터성능, 공압, 차압, 공기유량, 온도, 산소농도, 질소순도 및 질소생성수율정보를 실시간 디스플레이하여 제공할 수 있다.
또한, 과냉각모듈(180)은 압축저장탱크모듈(140)에 저장된 질소를 과냉각하여 LNG 또는 LPG를 저장하는 화물창 또는 유동하는 배관을 냉각시켜서 자연적인 기화를 차단하여 폭발의 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 스키드(150)는 상부구조물 상에 방진패드를 개재하여 설치되어서, 혹독한 해상조건에 따른 강풍과 너울에 의한 임계값 이상의 진동이 모듈로 직접 전달되지 않도록 하여 안정적으로 구동되도록 하고 내구성을 향상시킬 수도 있다.
한편, 해양플랜트의 상부구조물에 적용되는 모듈형 질소발생장치로 예시하나 LNG선, LPG선 등의 선박의 상부구조물에도 동일하게 적용될 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치의 구성에 의해서, 질소순도 조절모듈에 의해서, 온도 또는 질소 소비량의 외부 환경적 요인에 따라 질소순도를 쉽게 변경가능하고, 97% 내지 99%의 고순도 질소를 생산할 수 있으며, 복수의 멤브레인 세퍼레이터와 연결되는 공급관 또는 배출관을 베슬 형태로 구성하고, 각 멤브레인 세퍼레이터와, 직렬연결 또는 순차적연결이 아닌, 병렬연결하여서, 각 멤브레인 세퍼레이터를 통과하는 압축공기의 압력과 공기량이 일정하도록 하여 질소 순도를 균일하게 유지하도록 하며, 순도 조절을 정밀하게 수행하도록 하고, 중공섬유 멤브레인모듈의 성능을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
110 : 공기필터모듈
111 : 공급밸브
112 : 제1필터 113 : 제2필터
114 : 차압센서 115 : 레귤레이터밸브
120 : 히터모듈 121 : 소음기
122 : 공기유량측정기 123 : 제1히터
124 : 제2히터 125 : 온도센서
130 : 중공섬유 멤브레인모듈 131 : 공급관
132 : 멤브레인 세퍼레이터 132a : 산소배출구
132b : 질소배출구 133 : 배출관
134 : 산소배출관 135,136 : 개폐밸브
140 : 압축저장탱크모듈 150 : 스키드
160 : 레귤레이터모듈 170 : 제어패널모듈
180 : 과냉각모듈 190 : 산소분석계
200 : 질소순도 조절모듈 201 : 비례제어밸브
202 : 제1솔밸브 203 : 제2솔밸브
204 : 사이렌서 10 : 컴프레서
A,B,C : 제1 내지 제3 섹션블록
112 : 제1필터 113 : 제2필터
114 : 차압센서 115 : 레귤레이터밸브
120 : 히터모듈 121 : 소음기
122 : 공기유량측정기 123 : 제1히터
124 : 제2히터 125 : 온도센서
130 : 중공섬유 멤브레인모듈 131 : 공급관
132 : 멤브레인 세퍼레이터 132a : 산소배출구
132b : 질소배출구 133 : 배출관
134 : 산소배출관 135,136 : 개폐밸브
140 : 압축저장탱크모듈 150 : 스키드
160 : 레귤레이터모듈 170 : 제어패널모듈
180 : 과냉각모듈 190 : 산소분석계
200 : 질소순도 조절모듈 201 : 비례제어밸브
202 : 제1솔밸브 203 : 제2솔밸브
204 : 사이렌서 10 : 컴프레서
A,B,C : 제1 내지 제3 섹션블록
Claims (9)
- 컴프레서를 통해 대기로부터 흡입 압축된 압축공기로부터 먼지와 이물질을 제거하는 공기필터모듈;
상기 공기필터모듈로부터 공급되는 압축공기를 가열하여 수분을 제거하는 히터모듈;
상기 히터모듈로부터 압축공기가 공급되는 공급관과, 순수건조 질소를 분리하도록 병렬연결된 복수의 멤브레인 세퍼레이터와, 분리된 질소를 배출하는 배출관으로 구성되고, 상기 공급관 또는 상기 배출관은 상기 복수의 멤브레인 세퍼레이터와 각각 병렬연결되어 상기 복수의 멤브레인 세퍼레이터를 통과하는 압축공기의 압력과 공기량을 일정하게 유지하도록 하는, 중공섬유 멤브레인모듈;
상기 배출관을 통과하는 압축공기의 산소농도를 분석하는 산소분석계;
상기 산소분석계에 의해 분석된 질소농도에 따라 밸브개도량을 조절하여 상기 멤브레인 세퍼레이터로 유입되는 공기량을 가변시켜 질소순도를 변경하는 질소순도 조절모듈; 및
상기 분리된 질소를 압축 저장하는 압축저장탱크모듈;을 포함하여, 고순도의 질소를 생산하고, 해양플랜트 상부구조물의 스키드 상에 모듈화하여 해당 섹션블록에 의해 상호 연결 배치하는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 질소순도 조절모듈은, 밸브개도량을 조절하는 비례제어밸브와, 상기 비례제어밸브에 의해 변경된 질소순도에 따라 상기 압축저장탱크모듈로 제공하는 제1솔밸브와, 외부로 배기하는 제2솔밸브로 구성되는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 중공섬유 멤브레인모듈의 초기구동시, 상기 비례제어밸브에 의해 밸브개도량을 증가시켜 질소순도를 특정 기준치로 변경하고, 특정 기준치에 도달하면 상기 제1솔밸브를 개방하며 상기 제2솔밸브를 폐쇄하고, 특정 기준치에 미달하면 상기 제1솔밸브를 폐쇄하며 상기 제2솔밸브를 개방하는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 공급관 또는 상기 배출관은 베슬 형태로 구성되는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 중공섬유 멤브레인모듈은, 상기 멤브레인 세퍼레이터의 전단 및 후단에 각각 형성된 개폐밸브와, 상기 각 멤브레인 세퍼레이터와 연결되어 압축공기로부터 분리된 산소를 외부로 배출하는 산소배출관을 더 포함하는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 공기필터모듈은 공급밸브와, 병렬연결된 제1필터 및 제2필터와, 차압센서와, 레귤레이터밸브로 모듈화하여 구성되고,
상기 히터모듈은 소음기와, 공기유량측정기와, 병렬연결된 제1히터 및 제2히터와 온도센서로 모듈화하여 구성되는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 공기필터모듈은 제1 섹션블록에 의해 상기 히터모듈과 연결되며, 상기 히터모듈은 제2 섹션블록에 의해 상기 중공섬유 멤브레인모듈과 연결되고, 상기 중공섬유 멤브레인모듈은 제3 섹션블록에 의해 상기 압축저장탱크모듈과 연결되되, 연결순서는 무작위인, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 섹션블록은 플랜지 타입의 밸브 또는 플랜지 타입의 파이프로 구성되는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 압축저장탱크모듈에 저장된 질소를 질소필요구간으로 일정압력을 유지하여 공급하는 레귤레이터모듈과, 상기 공기필터모듈과 상기 히터모듈과 상기 중공섬유 멤브레인모듈과 상기 압축저장탱크모듈의 작동정보를 제공하고 통합 제어하는 제어패널모듈과, 상기 압축저장탱크모듈에 저장된 질소를 과냉각하여 LNG 또는 LPG를 저장하는 화물창 또는 유동하는 배관을 냉각시키는 과냉각모듈을 상기 스키드상에 더 포함하는, 질소순도조절이 가능한 해양플랜트의 탑사이드용 모듈형 질소발생장치.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100614199B1 (ko) | 2005-05-18 | 2006-08-22 | (주)레베산업 | 선박용 질소가스공급장치 |
| KR100648967B1 (ko) | 2005-09-22 | 2006-11-27 | 강림중공업 주식회사 | 질소공급장치 |
| KR101430156B1 (ko) | 2012-08-31 | 2014-08-13 | 삼성중공업 주식회사 | 질소 가스 생성 시스템 |
-
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- 2019-11-11 KR KR1020190143113A patent/KR20210056530A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR100614199B1 (ko) | 2005-05-18 | 2006-08-22 | (주)레베산업 | 선박용 질소가스공급장치 |
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| KR101430156B1 (ko) | 2012-08-31 | 2014-08-13 | 삼성중공업 주식회사 | 질소 가스 생성 시스템 |
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