KR20210111924A - Boil-Off Gas Treatment System and Method for Ship - Google Patents

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KR20210111924A
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곽인정
최진호
이준채
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Abstract

Disclosed are a boil-off gas treatment system for a ship and a method thereof which can effectively cool boil-off gas to increase reliquefaction performance and treat the boil-off gas. According to the present invention, the boil-off gas treatment system for a ship comprises: a boil-off gas supply line connected from a storage tank provided on a ship to a main engine; a compressor provided on the boil-off gas supply line, and receiving boil-off gas created from liquefied gas stored in the storage tank to compress the boil-off gas; a reliquefaction line branching from the boil-off gas supply line at the rear end of the compressor to be connected to the storage tank, and re-liquefying compression gas compressed by the compressor; a first heat exchanger provided on the reliquefaction line and receiving the compression gas to cool the compression gas by heat exchange with uncompressed boil-off gas to be supplied to the compressor; a branch line branching from the reliquefaction line at the front end of the first heat exchanger, and merging with the reliquefaction line at the rear end of the first heat exchanger; a second heat exchanger provided on the branch line and receiving compression gas branching to the branch line to cool the compression gas; a first decompression device provided downstream of the merging point of the branch line in the reliquefaction line, and decompressing compression gas cooled through the first or the second heat exchanger; a gas-liquid separator provided on the reliquefaction line and receiving boil-off gas decompressed by the first decompression device to separate gas and liquid; and a fuel supply line supplying gas separated by the gas-liquid separator to a generation engine in the ship through the second heat exchanger.

Description

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법{Boil-Off Gas Treatment System and Method for Ship}Boil-Off Gas Treatment System and Method for Ship

본 발명은 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 선내 주엔진 및 발전엔진의 연료로 공급하고, 연료로 공급되지 않는 증발가스는 재액화하여 저장탱크로 저장하는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for treating BOG on a ship, and more particularly, by supplying BOG generated from a storage tank as fuel for a main engine and a power generation engine on board, and re-liquefying BOG that is not supplied as fuel. It relates to a system and method for treating boil-off gas of a ship stored in a storage tank.

근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하는 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, the consumption of liquefied gas such as liquefied natural gas (LNG) is rapidly increasing worldwide. The liquefied gas obtained by liquefying the gas at a low temperature has the advantage of increasing the storage and transport efficiency because the volume is very small compared to the gas. In addition, since liquefied gas including liquefied natural gas can remove or reduce air pollutants during the liquefaction process, it can be viewed as an eco-friendly fuel that emits less air pollutants during combustion.

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 and transparent liquid that can be obtained by cooling and liquefying natural gas containing methane to about -163°C, and has a volume of about 1/600 compared to natural gas. Accordingly, 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 ℃ atmospheric pressure, liquefied natural gas is sensitive to temperature changes and evaporates easily. For this reason, the storage tank that stores the liquefied natural gas is insulated, but external heat is continuously transferred to 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.BOG is a type of loss and is an important problem in transport efficiency. In addition, when the boil-off gas is accumulated in the storage tank, the internal pressure of the tank may increase excessively, and in severe cases, there is a risk of damage to the tank. Therefore, various methods for treating BOG generated in the storage tank are being studied. Recently, for the treatment of BOG, a method of re-liquefying BOG and returning it to the storage tank, and turning BOG into fuel such as engines of ships, etc. A method of using it as an energy source of a consumer is being used.

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 BOG, a method of re-liquefying BOG by heat exchange with a refrigerant by having a refrigeration cycle using a separate refrigerant, a method of re-liquefying BOG itself as a refrigerant without a separate refrigerant, etc. There is this.

한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DF 엔진, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.Meanwhile, among engines generally used in ships, there are gas fuel engines such as DF engines, X-DF engines, and ME-GI engines as engines capable of using natural gas as fuel.

DF 엔진(DFDE, DFGE)은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 5.5 barg 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.The DF engine (DFDE, DFGE) is composed of 4 strokes, and adopts an Otto Cycle that injects natural gas with a relatively low pressure of about 5.5 barg into the combustion air inlet and compresses it as the piston rises. are doing

X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 15 barg 정도의 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.The X-DF engine is composed of two strokes, uses about 15 barg of natural gas as fuel, and adopts an auto cycle.

ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300 barg 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.The ME-GI engine is composed of two strokes and adopts a diesel cycle in which high-pressure natural gas of around 300 barg is directly injected into the combustion chamber near the top dead center of the piston.

도 1에는 종래의 선박용 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.1 schematically shows a conventional BOG treatment system for ships.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 선박용 증발가스 처리 시스템에서, 주 엔진(ME)과 발전 엔진(GE)이 구비된 경우, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 압축기(10)에서 압축하여 주엔진의 연료로 공급하고, 발전 엔진의 연료공급압력이 주엔진보다 낮은 경우 압축기(10)의 일부 압축 과정을 거친 증발가스를 중간에서 분기하여 발전 엔진(GE)의 연료로 공급한다.As shown in FIG. 1 , in the conventional BOG treatment system for ships, when the main engine ME and the power generation engine GE are provided, the BOG discharged from the storage tank T is compressed in the compressor 10 and It is supplied as the fuel of the main engine, and when the fuel supply pressure of the power generation engine is lower than that of the main engine, the boil-off gas that has undergone a partial compression process of the compressor 10 is branched in the middle and supplied as the fuel of the power generation engine (GE).

압축기(10)로 공급된 증발가스 중 주엔진 및 발전 엔진의 연료로 공급되고 남은 잉여 증발가스는 열교환기(20)로 공급되어, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 열교환을 통해 냉각된다.Of the BOG supplied to the compressor 10, the remaining BOG is supplied as fuel for the main engine and the power generation engine, and the remaining BOG is supplied to the heat exchanger 20 and cooled through heat exchange with the BOG discharged from the storage tank T. .

열교환기(20)에서 냉각된 증발가스는 감압장치(30)에 의해 감압되며 일부가 재액화되고, 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스는 기액분리기(40)로 공급되어 상분리된다.BOG cooled in the heat exchanger 20 is decompressed by the decompression device 30 and partially reliquefied, and the reliquefied liquefied gas and BOG remaining in a gaseous state are supplied to the gas-liquid separator 40 and phase separated. .

기액분리기(40)에서 분리된 액화가스는 저장탱크(T)로 공급되어 재저장되고, 기액분리기(40)에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스에 합류되어 열교환기(20)에 냉매로 도입된다.The liquefied gas separated in the gas-liquid separator 40 is supplied to the storage tank T and stored again, and the gaseous BOG separated by the gas-liquid separator 40 joins the BOG discharged from the storage tank T. and is introduced into the heat exchanger 20 as a refrigerant.

이와 같이 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 시스템을 본 출원인은 PRS(Partial Re-liquefaction System)라고 명명하였다.In this way, the BOG is reliquefied by using BOG itself as a refrigerant without a separate refrigerant. The BOG compressed by the compressor is cooled by heat exchange with BOG before being compressed by the compressor, and then expanded by the JT valve, etc. The present applicant named the system for re-liquefying a part of the boil-off gas (PRS) (Partial Re-liquefaction System).

본 발명은 여기서 더 나아가, PRS를 개량하여 더욱 효과적으로 증발가스를 냉각하여 재액화 성능을 높이고 증발가스를 처리할 수 있는 시스템을 제안하고자 한다. The present invention is further intended to propose a system capable of improving the PRS to more effectively cool the boil-off gas to increase the reliquefaction performance and to process the boil-off gas.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련된 저장탱크로부터 주엔진으로 연결되는 증발가스 공급라인;According to one aspect of the present invention for solving the above problems, the boil-off gas supply line connected to the main engine from the storage tank provided on the ship;

상기 증발가스 공급라인에 마련되며 상기 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기; a compressor provided in the boil-off gas supply line to receive and compress the boil-off gas generated from the liquefied gas stored in the storage tank;

상기 압축기의 후단에서 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 저장탱크로 연결되며, 상기 압축기에서 압축된 압축가스를 재액화시키는 재액화라인; a reliquefaction line branched from the boil-off gas supply line at the rear end of the compressor and connected to the storage tank, and re-liquefying the compressed gas compressed in the compressor;

상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축가스를 공급받아 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 제1 열교환기; a first heat exchanger provided in the reliquefaction line to receive the compressed gas and cool it through heat exchange with the uncompressed BOG to be supplied to the compressor;

상기 제1 열교환기의 전단에서 상기 재액화라인으로부터 분기되며 상기 제1 열교환기의 후단에서 상기 재액화라인으로 합류되는 분기라인; a branch line branched from the reliquefaction line at the front end of the first heat exchanger and joined to the reliquefaction line at the rear end of the first heat exchanger;

상기 분기라인에 마련되며 상기 분기라인으로 분기된 압축가스를 공급받아 냉각시키는 제2 열교환기;a second heat exchanger provided in the branch line to receive and cool the compressed gas branched to the branch line;

상기 재액화라인에서 상기 분기라인의 합류 지점 하류에 마련되며 상기 제1 또는 제2 열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 감압하는 제1 감압장치;a first pressure reducing device provided downstream of the junction of the branch lines in the reliquefaction line and decompressing the cooled compressed gas through the first or second heat exchanger;

상기 재액화라인에 마련되며 상기 제1 감압장치에서 감압된 증발가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기; 및a gas-liquid separator provided in the reliquefaction line to receive the boil-off gas depressurized in the first decompression device and separate the gas-liquid; and

상기 기액분리기에서 분리된 기체를 상기 제2 열교환기를 거쳐 선내 발전엔진으로 공급하는 연료공급라인:을 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.A fuel supply line for supplying the gas separated in the gas-liquid separator to the onboard power generation engine through the second heat exchanger is provided.

바람직하게는, 상기 재액화라인에서 상기 분기라인의 합류 지점과 상기 제1 감압장치 사이에서 분기되어 상기 연료공급라인의 상기 제2 열교환기 전단으로 연결되는 연료보충라인; 및 상기 연료보충라인에 마련되며 상기 제1 또는 제2 열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 감압하는 제2 감압장치:를 더 포함할 수 있다. Preferably, in the reliquefaction line, a fuel replenishment line is branched between the junction of the branch lines and the first pressure reducing device and connected to the front end of the second heat exchanger of the fuel supply line; and a second pressure reducing device provided in the fuel replenishment line and decompressing the compressed gas cooled through the first or second heat exchanger.

바람직하게는, 상기 기액분리기에서 분리된 기체를 상기 증발가스 공급라인의 상기 제1 열교환기 전단으로 공급하는 냉매보충라인; 상기 연료공급라인에 마련되는 연료공급밸브; 및 상기 냉매보충라인에 마련되는 압력조절밸브:를 더 포함할 수 있다.Preferably, a refrigerant replenishment line for supplying the gas separated in the gas-liquid separator to the front end of the first heat exchanger of the boil-off gas supply line; a fuel supply valve provided in the fuel supply line; and a pressure control valve provided in the refrigerant replenishment line.

바람직하게는, 상기 재액화라인에서 상기 기액분리기의 하류에 마련되어 상기 기액분리기로부터 상기 저장탱크로 공급되는 액체의 유량을 조절하는 수위조절밸브:를 더 포함할 수 있다. Preferably, the reliquefaction line may further include a water level control valve provided downstream of the gas-liquid separator to control the flow rate of the liquid supplied from the gas-liquid separator to the storage tank.

바람직하게는, 상기 재액화라인에서 상기 분기라인의 분기 지점 하류에 마련되는 제1 밸브; 및 상기 분기라인에서 상기 제2 열교환기 상류에 마련되는 제2 밸브:를 더 포함하여, 상기 제1 및 제2 밸브에 의해 상기 제1 및 제2 열교환기로 공급되는 압축가스의 유량을 분배할 수 있다. Preferably, in the reliquefaction line, a first valve provided at a downstream branch point of the branch line; And a second valve provided upstream of the second heat exchanger in the branch line: It is possible to distribute the flow rate of the compressed gas supplied to the first and second heat exchangers by the first and second valves. have.

바람직하게는, 상기 압축기는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 다단압축기이고, 상기 압축기의 일부 단을 거쳐 압축된 증발가스는 상기 발전엔진으로 공급될 수 있다.Preferably, the compressor is a multi-stage compressor that receives BOG and compresses it to the fuel supply pressure of the main engine, and the BOG compressed through some stages of the compressor may be supplied to the power generation engine.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박에서 액화가스가 저장된 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기로 선내 주엔진의 연료공급압력으로 압축하고, According to another aspect of the present invention, the boil-off gas generated from the storage tank in which the liquefied gas is stored in the ship is compressed to the fuel supply pressure of the main engine in the ship with a compressor,

상기 압축기에서 압축된 가스 중 상기 주엔진의 연료로 공급되지 않은 압축가스를 두 흐름으로 분기하여 제1 열교환기 및 제2 열교환기에서 냉각하고, 감압하여 기액분리기에서 기액분리하고 분리된 액체를 상기 저장탱크로 재저장하되, Among the gas compressed in the compressor, the compressed gas not supplied as fuel of the main engine is divided into two flows, cooled in the first heat exchanger and the second heat exchanger, and the pressure is reduced to gas-liquid separation in the gas-liquid separator, and the separated liquid is separated from the liquid in the gas-liquid separator. Re-storage in a storage tank,

상기 제1 열교환기는 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환으로 상기 압축가스를 냉각하고, The first heat exchanger cools the compressed gas by heat exchange with the uncompressed boil-off gas to be introduced into the compressor,

상기 제2 열교환기는 상기 기액분리기에서 분리된 기체와 열교환으로 상기 압축가스를 냉각하며, The second heat exchanger cools the compressed gas by heat exchange with the gas separated in the gas-liquid separator,

상기 제2 열교환기에서 상기 압축가스와 열교환된 기체는 선내 발전엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다. The gas heat-exchanged with the compressed gas in the second heat exchanger provides a method for treating BOG of a ship, characterized in that it is supplied to an onboard power generation engine.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 분기하고 감압하여 상기 제2 열교환기를 거쳐 상기 발전엔진으로 공급할 수 있다. Preferably, the compressed gas cooled in the first and second heat exchangers may be branched and reduced pressure to be supplied to the power generation engine through the second heat exchanger.

바람직하게는 상기 제2 열교환기에서는 선박의 정박 시, 저속 운전 또는 기액분리기에서 분리된 기체가 많은 경우 상기 기액분리기에서 분리된 기체와 열교환으로 상기 압축가스를 냉각하고, 선박의 고속 운전 또는 기액분리기에서 분리된 기체가 적은 경우 상기 제1 및 제2 열교환기에서 냉각된 압축가스를 분기하여 감압한 2상의 저온 유체와 열교환으로 상기 압축가스를 냉각할 수 있다. Preferably, the second heat exchanger cools the compressed gas through heat exchange with the gas separated in the gas-liquid separator when the ship is anchored, low-speed operation, or when there is a lot of gas separated in the gas-liquid separator, and the high-speed operation of the ship or the gas-liquid separator When the separated gas is small, the compressed gas may be cooled by heat exchange with a two-phase low-temperature fluid that has been decompressed by branching the compressed gas cooled in the first and second heat exchangers.

바람직하게는, 상기 기액분리기에서 분리된 기체는 상기 제1 열교환기 전단의 미압축 증발가스 흐름으로 합류될 수 있다. Preferably, the gas separated in the gas-liquid separator may be joined to the flow of uncompressed BOG in front of the first heat exchanger.

바람직하게는, 상기 압축기는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 다단압축기이고, 상기 압축기의 일부 단을 거쳐 압축된 증발가스는 상기 발전엔진으로 공급되리 수 있다. Preferably, the compressor is a multi-stage compressor that receives BOG and compresses it to the fuel supply pressure of the main engine, and the BOG compressed through some stages of the compressor may be supplied to the power generation engine.

본 발명의 시스템에서는 재액화될 압축가스를 냉각하는 열교환기를 미압축 증발가스를 냉매로 하는 제1 열교환기와, 기액분리기에서 분리된 기체를 냉매로 하는 제2 열교환기로 구성하여, 재액화될 압축가스를 나누어 냉각시킨다. In the system of the present invention, the heat exchanger for cooling the compressed gas to be reliquefied is composed of a first heat exchanger using uncompressed boil-off gas as a refrigerant and a second heat exchanger using the gas separated in the gas-liquid separator as a refrigerant, and the compressed gas to be reliquefied divided and cooled.

이와 같이 제1 및 제2 열교환기를 나누어 구성함으로써 각각의 열교환기의 설계 및 운전이 간편해지고, 재액화될 압축가스의 유량, 기액분리기에서 분리된 기체 유량, 발전엔진의 연료 필요량, 유지보수 등 조건에 따라 각 열교환기를 독립적으로 운전할 수 있다. 특히 제2 열교환기로 유입되는 저온의 유체는 선박의 운전 상황에 따라 단일상 또는 2상의 유체가 되기 때문에 열교환기를 구성 시 제1 및 제2 열교환기를 나누는 것이 열교환기의 설계 및 운전 측면에서 유리할 수 있다. By dividing the first and second heat exchangers in this way, the design and operation of each heat exchanger is simplified, and the flow rate of compressed gas to be reliquefied, gas flow rate separated from the gas-liquid separator, fuel requirements of the power generation engine, maintenance, etc. Therefore, each heat exchanger can be operated independently. In particular, since the low-temperature fluid flowing into the second heat exchanger becomes a single-phase or two-phase fluid depending on the operating conditions of the ship, it may be advantageous in terms of design and operation of the heat exchanger to divide the first and second heat exchangers when configuring the heat exchanger. .

또한, 각 열교환기에서는 두 개의 유체 흐름만이 열교환되므로 열교환 효율을 높여 재액화될 압축가스를 효과적으로 냉각할 수 있고, 기액분리기에서 분리된 기체를 발전엔진으로 공급함으로써 재액화시스템 내에 잔존하는 질소를 줄여 공정이 안정화되고 재액화 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, since only two fluid flows are heat exchanged in each heat exchanger, the heat exchange efficiency can be increased to effectively cool the compressed gas to be reliquefied, and the gas separated from the gas-liquid separator is supplied to the power generation engine to remove nitrogen remaining in the reliquefaction system. By reducing it, the process can be stabilized and the reliquefaction performance can be improved.

연료 공급 및 재액화 등으로 소비되지 못하는 증발가스는 GCU 등에서 태워 없애야 하는데, 재액 성능 향상을 통해 연소시켜 처리할 증발가스의 양을 줄여 에너지 낭비를 막고, 연소 시 발생하는 이산화탄소의 배출을 저감할 수 있고, 증발가스를 효과적으로 처리하여 선박의 안전을 확보할 수 있다.BOG that cannot be consumed due to fuel supply and re-liquefaction must be burned out in the GCU, etc. By improving the re-liquefaction performance, it is possible to reduce the amount of BOG to be combusted to prevent energy waste and to reduce carbon dioxide emissions generated during combustion. In addition, it is possible to secure the safety of the vessel by effectively treating the boil-off gas.

도 1은 종래의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 기본 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
1 schematically shows a conventional BOG treatment system.
Figure 2 schematically shows a BOG treatment system of a ship according to a basic embodiment of the present invention.
3 schematically shows a BOG treatment system for a ship according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, in adding reference signs to the elements of each drawing, it should be noted that only the same elements are indicated by the same reference signs as possible even if they are indicated on different drawings.

이하 본 발명에서의 선박은, 액화가스 및 액화가스에서 발생하는 증발가스를 추진용 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스 또는 증발가스를 선내 기관의 연료로 사용하는 모든 종류의 선박으로, 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액화석유가스 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다. Hereinafter, the ship in the present invention includes liquefied gas and any type of engine that can use BOG generated from liquefied gas as fuel for propulsion or power generation engines, or using liquefied gas or BOG as fuel for inboard engines. ships with self-propelled capabilities such as LNG carriers, liquefied petroleum gas carriers, and LNG RVs (Regasification Vessels), as well as LNG FPSO (Floating Production Storage Offloading) and LNG FSRU (Floating Storage Regasification). Unit) may include offshore structures that do not have propulsion capabilities but are floating in the sea.

또한, 본 발명에서 액화가스는, 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 엔진 등의 연료로 사용될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.In addition, in the present invention, the liquefied gas may include all kinds of liquefied gas that can be transported by liquefying the gas at a low temperature, generate boil-off gas in a stored state, and can be used as a fuel for engines and the like. Such liquefied gas is, for example, liquefied petrochemicals such as LNG (Liquefied Natural Gas), LEG (Liquefied Ethane Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), Liquefied Ethylene Gas, Liquefied Propylene Gas, etc. It may be gas. However, in the embodiments to be described later, an example in which LNG, which is one of representative liquefied gases, is applied will be described.

한편, 본 실시예들의 각 라인을 흐르는 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.Meanwhile, the fluid flowing through each line of the present embodiments may be in any one of a liquid state, a gas-liquid mixed state, a gaseous state, and a supercritical fluid state, depending on the operating conditions of the system.

도 2에는 본 발명의 기본 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다. 2 schematically shows a BOG treatment system for a ship according to a basic embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 기본 실시예의 시스템은, 주 엔진(ME)과 발전 엔진(GE)이 구비된 선박에서, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 압축기(10)에서 압축하여 주엔진의 연료로 공급하고, 연료로 공급되지 않은 압축가스를 열교환기, 감압밸브(30)를 거쳐 냉각 및 감압하고 기액분리기(40)에서 기액분리하여 저장탱크로 회수하는 시스템이다. As shown in FIG. 2 , the system of this basic embodiment compresses the boil-off gas discharged from the storage tank T in the compressor 10 in a ship equipped with a main engine ME and a power generation engine GE. It is a system that supplies the fuel of the main engine, cools and depressurizes the compressed gas that is not supplied as fuel through a heat exchanger and a pressure reducing valve 30 , separates the gas-liquid in the gas-liquid separator 40 , and recovers it to the storage tank.

열교환기(20A)는 압축기로 공급될 미압축 증발가스를 냉매로, 재액화될 압축가스를 열교환으로 냉각시킨다. 열교환기(20)에서 냉각된 증발가스는 감압밸브(30)에 의해 감압되며 일부가 재액화되고, 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스는 기액분리기(40)로 공급되어 상분리된다.The heat exchanger 20A cools the uncompressed boil-off gas to be supplied to the compressor as a refrigerant and the compressed gas to be reliquefied by heat exchange. BOG cooled in the heat exchanger 20 is reduced in pressure by the pressure reducing valve 30 and a part is reliquefied, and the reliquefied liquefied gas and BOG remaining in a gaseous state are supplied to the gas-liquid separator 40 and phase separated. .

이때, 기액분리기에서 분리된 기체, 플래시가스를 열교환기(20A)를 거쳐 발전 엔진으로 공급하는 제1 라인(L1)을 구성하여, 열교환기의 냉매를 추가 확보할 수 있도록 하였다. At this time, the first line L1 for supplying the gas and flash gas separated in the gas-liquid separator to the power generation engine through the heat exchanger 20A is configured to additionally secure the refrigerant of the heat exchanger.

열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스 중 일부를 J-T 밸브(50)로 감압하여 제1 라인(L2)의 열교환기 전단으로 합류시키는 제2 라인(L2)을 추가로 구성하여, 열교환기를 거쳐 발전 엔진으로 공급할 수 있다. Part of the compressed gas cooled through the heat exchanger is reduced by the JT valve 50, and a second line (L2) is additionally configured to merge into the front end of the heat exchanger of the first line (L2), and is supplied to the power generation engine through the heat exchanger. can

이와 같이 제1 라인(L1)을 통해 플래시가스를 열교환기(20A)를 거쳐 발전 엔진으로 공급하고, 플래시가스의 양이 적거나 플래시가스 중 질소 함량이 높아 연료로 공급하기에 열량이 낮은 때 등에는 제2 라인(L2)을 통해 냉각된 압축가스 일부를 감압하여 열교환기를 다시 거쳐 발전 엔진으로 공급될 수 있도록 구성함으로써, 열교환기의 냉매를 추가로 확보하여 재액화될 압축가스를 효과적으로 냉각할 수 있다. In this way, the flash gas is supplied to the power generation engine through the heat exchanger 20A through the first line L1, and when the amount of flash gas is small or the nitrogen content in the flash gas is high and the amount of heat is low to be supplied as fuel, etc. By depressurizing a portion of the compressed gas cooled through the second line (L2) and supplying it to the power generation engine through the heat exchanger again, the refrigerant in the heat exchanger can be additionally secured to effectively cool the compressed gas to be reliquefied. have.

다만, 이와 같이 하나의 열교환기에서 미압축 증발가스, 재액화될 압축가스, 발전 엔진으로 공급될 연료가스 세 흐름을 열교환시킬 경우, 미압축 증발가스 흐름과 연료가스 흐름의 운전 압력이 달라 열교환기 설계에 어려움이 발생한다. 특히 기액분리기에서 분리된 플래시가스가 발전 엔진의 연료로 공급되지 않는 때 기액분리기의 운전 압력은 3 내지 8 barg 내외인데, 이러한 기액분리기에서 분리된 플래시가스를 열교환기로 도입시키려면 설계상 어려움이 발생할 수 있다. 후술하는 실시예는 이러한 문제를 해결하여 열교환기 설계 및 운전을 용이하게 할 수 있도록 구성한 것이다. However, when exchanging three streams of uncompressed BOG, compressed gas to be reliquefied, and fuel gas to be supplied to a power generation engine in one heat exchanger as described above, the operating pressures of the uncompressed BOG and the fuel gas flow are different from each other in the heat exchanger. Design difficulties arise. In particular, when the flash gas separated from the gas-liquid separator is not supplied as fuel for the power generation engine, the operating pressure of the gas-liquid separator is around 3 to 8 barg. can Embodiments to be described later are configured to solve these problems to facilitate the design and operation of the heat exchanger.

도 3에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다. 3 schematically shows a BOG treatment system for a ship according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예의 시스템은, 선박에 마련된 저장탱크(T)로부터 주엔진(ME)으로 연결되는 증발가스 공급라인(GL)과, 증발가스 공급라인에 마련되며 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기(100), 압축기의 후단에서 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 저장탱크로 연결되며, 압축기에서 압축된 압축가스 중 연료로 공급되지 않은 압축가스를 재액화시키는 재액화라인(RL)을 포함한다. As shown in Figure 3, the system of this embodiment is provided in the boil-off gas supply line (GL) connected to the main engine (ME) from the storage tank (T) provided on the ship, the boil-off gas supply line and stored in the storage tank The compressor 100 receives and compresses the boil-off gas generated from the liquefied gas, and is branched from the boil-off gas supply line at the rear end of the compressor and connected to the storage tank, and among the compressed gas compressed in the compressor, the compressed gas that is not supplied as fuel is re-liquefied. It includes a reliquefaction line (RL) to liquefy.

재액화라인(RL)에는 압축가스를 공급받아 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 제1 열교환기(200)가 마련되고, 제1 열교환기의 전단에서 재액화라인으로부터 분기되어 제1 열교환기의 후단에서 재액화라인으로 합류되는 분기라인(BL)이 마련된다. 분기라인에는 분기라인으로 분기된 압축가스를 공급받아 냉각시키는 제2 열교환기(250)가 마련된다. The reliquefaction line (RL) is provided with a first heat exchanger 200 that receives compressed gas and cools it through heat exchange with uncompressed BOG to be supplied to the compressor, and is branched from the reliquefaction line at the front end of the first heat exchanger. 1 A branch line BL is provided at the rear end of the heat exchanger to join the reliquefaction line. The branch line is provided with a second heat exchanger 250 for cooling by receiving the compressed gas branched into the branch line.

재액화라인에서 분기라인의 합류 지점 하류에는 제1 또는 제2 열교환기(200, 250)를 거쳐 냉각된 압축가스를 감압하는 제1 감압장치(300)가 마련되고, 제1 감압장치 하류에는 제1 감압장치에서 감압된 증발가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기(400)가 마련된다. A first pressure reducing device 300 for depressurizing the compressed gas cooled through the first or second heat exchangers 200 and 250 is provided downstream of the junction of the branch lines in the reliquefaction line, and the first pressure reducing device is downstream of the first pressure reducing device. 1 A gas-liquid separator 400 for gas-liquid separation by receiving the boil-off gas decompressed in the decompression device is provided.

또한, 기액분리기(400)에서 분리된 기체를 제2 열교환기(250)를 거쳐 선내 발전엔진(GE)으로 공급하는 연료공급라인(FL)이 구비된다.In addition, a fuel supply line FL for supplying the gas separated in the gas-liquid separator 400 to the onboard power generation engine GE through the second heat exchanger 250 is provided.

즉 본 실시예에서는 재액화될 압축가스를 냉각하는 열교환기를 미압축 증발가스를 냉매로 하는 제1 열교환기(200)와, 기액분리기에서 분리된 기체를 냉매로 하는 제2 열교환기(250)로 구성하여, 압축기에서 압축 후 재액화라인으로 분기된 재액화될 압축가스를 두 흐름으로 나누어, 재액화라인(RL)의 제1 열교환기(200)와 분기라인(BL)의 제2 열교환기(250)에서 냉각시킨다.That is, in this embodiment, the heat exchanger for cooling the compressed gas to be reliquefied is a first heat exchanger 200 using uncompressed boil-off gas as a refrigerant, and a second heat exchanger 250 using the gas separated in the gas-liquid separator as a refrigerant. By configuring, the compressed gas to be reliquefied branched to the reliquefaction line after compression in the compressor is divided into two flows, the first heat exchanger 200 of the reliquefaction line RL and the second heat exchanger of the branch line BL ( 250) and cooled.

제1 열교환기(200)는 압축기로 도입될 증발가스 공급라인(GL)의 미압축 증발가스와 열교환시켜 압축가스를 냉각하고, 제2 열교환기(250)는 기액분리기에서 분리되어 연료공급라인(FL)을 따라 발전엔진으로 공급될 연료가스와 열교환으로 압축가스를 냉각한다.The first heat exchanger 200 cools the compressed gas by exchanging heat with the uncompressed boil-off gas of the boil-off gas supply line GL to be introduced into the compressor, and the second heat exchanger 250 is separated from the gas-liquid separator and the fuel supply line ( The compressed gas is cooled by heat exchange with the fuel gas to be supplied to the power generation engine along FL).

제2 열교환기(250)는 운전 상황에 따라 유입되는 저온의 기체에서 제2 감압장치를 통해 2상의 저온 유체로 공정 운전 조건이 변경될 수 있다. 이 경우 도 2에서 나타내는 바와 같이 한 개의 3상 열교환기를 적용 할 경우 주어진 공정조건에서의 열교환기 설계 및 운전이 어려워질 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 각각의 열교환기를 별도로 구성하도록 하여 저온 유체로부터 냉열을 회수할 수 있도록 한다. In the second heat exchanger 250 , the process operation conditions may be changed from the low-temperature gas introduced into the second heat exchanger 250 to the two-phase low-temperature fluid through the second pressure reducing device according to the operating conditions. In this case, as shown in FIG. 2 , when a single three-phase heat exchanger is applied, it may be difficult to design and operate a heat exchanger under a given process condition. Therefore, in this embodiment, each heat exchanger is configured separately to recover cold heat from the low-temperature fluid.

재액화라인에서 분기라인의 분기 지점 하류에는 제1 밸브(V1)가, 분기라인에서 제2 열교환기 상류에는 제2 밸브(V2)가 각각 마련되어, 재액화될 압축가스 중 제1 열교환기 및 제2 열교환기를 통과할 압축가스의 유량을 조절할 수 있다. In the reliquefaction line, a first valve (V1) is provided downstream of the branch point of the branch line, and a second valve (V2) is provided upstream of the second heat exchanger in the branch line, respectively. 2 It is possible to control the flow rate of compressed gas passing through the heat exchanger.

이와 같이 제1 및 제2 열교환기를 나누어 구성함으로써 각각의 열교환기의 설계 및 운전이 간편해지고, 재액화될 압축가스의 유량, 기액분리기에서 분리된 기체 유량, 발전엔진의 연료 필요량, 유지보수 등 조건에 따라 각 열교환기를 독립적으로 운전할 수 있다. 또한, 각 열교환기에서는 두 개의 유체 흐름만이 열교환되므로 효율적인 열교환이 이루어질 수 있다.By dividing the first and second heat exchangers in this way, the design and operation of each heat exchanger is simplified, and the flow rate of compressed gas to be reliquefied, gas flow rate separated from the gas-liquid separator, fuel requirements of the power generation engine, maintenance, etc. Therefore, each heat exchanger can be operated independently. In addition, since only two fluid streams exchange heat in each heat exchanger, efficient heat exchange can be achieved.

재액화라인(RL)에서 상기 분기라인(BL)의 합류 지점과 상기 제1 감압장치(300) 사이에서 분기되어 연료공급라인(FL)의 제2 열교환기(250) 전단으로 연결되는 연료보충라인(SL)이 마련되며, 연료보충라인에는 제1 또는 제2 열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 감압하는 제2 감압장치(500)가 마련된다. A fuel replenishment line branched between the junction of the branch line BL and the first pressure reducing device 300 in the reliquefaction line RL and connected to the front end of the second heat exchanger 250 of the fuel supply line FL SL is provided, and a second pressure reducing device 500 for decompressing the compressed gas cooled through the first or second heat exchanger is provided in the fuel replenishment line.

제2 감압장치(500)는 증발가스를 감압하는 팽창기(expander) 또는 줄 톰슨 밸브일 수 있고, 감압을 통해 증발가스는 단열팽창 또는 등엔트로피 팽창하며 냉각된다.The second pressure reducing device 500 may be an expander or a Joule Thompson valve for decompressing the boil-off gas, and the boil-off gas is cooled by adiabatic expansion or isentropic expansion through decompression.

기액분리기에서 분리된 기체를 증발가스 공급라인의 제1 열교환기 전단으로 공급하는 냉매보충라인(CL)이 마련되며, 냉매보충라인에는 압력조절밸브(PCV)가, 연료공급라인에는 연료공급밸브(FV)가 각각 마련된다.A refrigerant replenishment line (CL) is provided for supplying the gas separated in the gas-liquid separator to the front end of the first heat exchanger of the BOG supply line, a pressure control valve (PCV) is provided in the refrigerant replenishment line, and a fuel supply valve ( FV) are provided respectively.

재액화라인(RL)에서 기액분리기의 하류에는 기액분리기로부터 상기 저장탱크로 공급되는 액체의 유량을 조절하는 수위조절밸브(LCV)가 마련된다.A water level control valve (LCV) is provided downstream of the gas-liquid separator in the reliquefaction line (RL) to control the flow rate of the liquid supplied from the gas-liquid separator to the storage tank.

냉매보충라인의 압력조절밸브(PCV)를 통해 기액분리기로부터 플래시 가스를 배출하여 내부 압력을 제어할 수 있고, 수위조절밸브(LCV)를 조절하여 기액분리기에서 분리된 응축액, 즉 액화가스를 재액화라인을 통해 저장탱크로 보냄으로써 기액분리기의 수위(liquid level)를 유지시킬 수 있다. The internal pressure can be controlled by discharging the flash gas from the gas-liquid separator through the pressure control valve (PCV) of the refrigerant replenishment line, and the condensate separated from the gas-liquid separator, that is, liquefied gas, is reliquefied by adjusting the water level control valve (LCV). The liquid level of the gas-liquid separator can be maintained by sending it to the storage tank through the line.

본 실시예에서의 증발가스 처리 방법을 전체적으로 살펴보면, 저장탱크(T)에서 발생한 증발가스는 압축기(100)로 도입되어 압축된다. 압축기에서 증발가스는 선내 주엔진(ME)의 연료공급압력으로 압축되고, 압축기에서 압축된 증발가스는 주엔진으로 공급된다.Looking at the BOG treatment method in this embodiment as a whole, BOG generated in the storage tank T is introduced into the compressor 100 and compressed. BOG in the compressor is compressed by the fuel supply pressure of the onboard main engine (ME), and the BOG compressed in the compressor is supplied to the main engine.

압축기(100)는 증발가스를 압축하여 주엔진의 연료공급압력으로, 예를 들어 X-DF 엔진이 마련된 경우라면 15 barg, ME-GI 엔진이 마련된 경우는 300 barg로 압축할 수 있다. 압축기(100)는 복수의 컴프레서와 중간 냉각기가 번갈아 배치되며 이들을 순차로 거쳐 증발가스를 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 다단 압축기로 마련될 수 있고, 다단 압축기를 구성하는 컴프레서 및 중간 냉각기의 대수는 주엔진의 연료공급압력에 따라 변경될 수 있다. The compressor 100 may compress the boil-off gas to the fuel supply pressure of the main engine, for example, 15 barg if the X-DF engine is provided, and 300 barg if the ME-GI engine is provided. The compressor 100 may be provided as a multi-stage compressor in which a plurality of compressors and an intermediate cooler are alternately disposed and sequentially pass through them to compress the boil-off gas to the fuel supply pressure of the main engine, and the number of compressors and intermediate coolers constituting the multi-stage compressor can be changed according to the fuel supply pressure of the main engine.

다단 압축기의 일부 단을 거쳐 압축된 증발가스는 주엔진보다 저압연료를 공급받는 발전엔진(GE)으로 공급될 수 있다.BOG compressed through some stages of the multi-stage compressor may be supplied to a power generation engine (GE) that is supplied with a lower pressure fuel than the main engine.

예를 들어, 주엔진은 ME-GI 엔진이고 그보다 저압연료를 공급받는 발전엔진은 DFGE(Dual Fuel Generator Engine)나 TFGE(Triple Fuel Generator Engine), ME-GI 엔진보다 저압인 연료를 공급받는 저압 또는 중압 엔진으로 구성할 수 있다. For example, the main engine is a ME-GI engine, and the power generation engine that is supplied with a lower pressure fuel is a DFGE (Dual Fuel Generator Engine), TFGE (Triple Fuel Generator Engine), or a low pressure or It can be configured with a medium pressure engine.

선박 규정상 엔진으로 연료를 공급하는 압축기는 비상 상황을 대비하여 리던던시(Redundancy) 설계를 하여야 하는데, 이를 위해 본 실시예의 도면에서 압축기는 한 세트만 도시하였으나 복수로 마련된 것일 수 있다.According to ship regulations, a compressor that supplies fuel to an engine must be designed for redundancy in preparation for an emergency.

압축기(100)의 하류에서 증발가스 공급라인(GL)으로부터 재액화 라인(RL)이 분기되어 저장탱크(T)로 연결되며, 주엔진의 연료로 공급되지 않은 증발가스가 재액화 라인으로 분기되어 재액화된 후 저장탱크(T)로 재저장된다. Downstream of the compressor 100, the reliquefaction line (RL) is branched from the boil-off gas supply line (GL) and is connected to the storage tank (T), and BOG that is not supplied as fuel of the main engine is branched into the reliquefaction line After reliquefaction, it is re-stored in the storage tank (T).

재액화 라인(RL)에는 압축된 증발가스를 증발가스 공급라인의 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 제1 열교환기(200), 제1 열교환기를 거쳐 냉각된 증발가스를 감압하는 제1 감압장치(300), 제1 감압장치에서 감압된 증발가스를 기액분리하는 기액분리기(400)가 순차로 마련된다.In the reliquefaction line (RL), a first heat exchanger 200 for cooling the compressed BOG by heat exchange with the uncompressed BOG of the BOG supply line, and a first pressure reducing device for decompressing the cooled BOG through the first heat exchanger. (300), a gas-liquid separator 400 for gas-liquid separation of the boil-off gas decompressed in the first decompression device is sequentially provided.

제1 열교환기의 전단에서 재액화라인으로부터 분기되는 분기라인(BL)을 통해, 재액화될 압축가스는 두 흐름으로 분기되어 재액화라인의 제1 열교환기(200)와 분기라인의 제2 열교환기(250)에서 각각 냉각된 후 다시 합류되어 제1 감압장치로 도입된다. Through the branch line BL branching from the reliquefaction line at the front end of the first heat exchanger, the compressed gas to be reliquefied is branched into two flows, and the first heat exchanger 200 of the reliquefaction line and the second heat exchange of the branch line After cooling in the group 250, they are rejoined and introduced into the first pressure reducing device.

제1 감압장치(300)는 압축된 증발가스를 감압하는 팽창기 또는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브로 구성될 수 있다. 감압을 통해 증발가스는 단열팽창되며 추가로 냉각된다. The first pressure reducing device 300 may be configured as an expander for reducing the compressed boil-off gas or an expansion valve such as a Joule-Thomson valve. Through decompression, the boil-off gas is adiabatically expanded and further cooled.

제1 감압장치를 거쳐 추가 냉각된 증발가스는 기액분리기(400)로 도입되며, 기액분리기에서 분리된 액체는 재액화 라인(RL)을 따라 저장탱크(T)로 복귀되고, 분리된 기체, 즉 플래시 가스는 연료공급라인(FL)을 따라 제2 열교환기(250)에서 냉매로 사용된 후 발전엔진으로 공급된다. The boil-off gas further cooled through the first pressure reducing device is introduced into the gas-liquid separator 400, and the liquid separated in the gas-liquid separator is returned to the storage tank T along the reliquefaction line RL, and the separated gas, that is, The flash gas is used as a refrigerant in the second heat exchanger 250 along the fuel supply line FL and then supplied to the power generation engine.

이와 같이 기액분리기에서 분리된 기체를 제2 열교환기(250)를 거쳐 발전엔진으로 공급함으로써, 제2 열교환기의 냉매를 확보할 수 있다. 또한, 재액화시스템을 거치면 메탄 및 탄화수소 성분에 비해 휘발성이 큰 질소(N2)는 미액화되어 기체 상태로 남거나 플래시가스로 휘발되고, 응축액에는 메탄이 주로 남게 되는데, 기액분리기에서 기액분리 후 질소 성분이 많은 기체를 제2 열교환기를 거쳐 발전엔진으로 공급함으로써 재액화시스템 내에 잔존하는 질소를 줄여 공정이 안정화되고 재액화 성능을 향상시킬 수 있다. By supplying the gas separated in the gas-liquid separator to the power generation engine through the second heat exchanger 250, the refrigerant of the second heat exchanger can be secured. In addition, when going through the reliquefaction system, nitrogen (N 2 ), which is more volatile than methane and hydrocarbon components, is unliquefied and remains in a gaseous state or is volatilized as flash gas, and methane is mainly left in the condensate. After gas-liquid separation in the gas-liquid separator, nitrogen By supplying the gas with many components to the power generation engine through the second heat exchanger, nitrogen remaining in the reliquefaction system is reduced, thereby stabilizing the process and improving the reliquefaction performance.

즉, 질소가 다량으로 함유되면 불필요한 가스의 압축활동에 에너지를 소비하게 되므로 압축기의 capacity에서 질소의 함량만큼 에너지 손실이 발생하는데, 본 실시예를 통해 증발가스 중 질소를 함량을 줄여 재액화시킴으로써 메탄(C1)이 열역학적으로 안정화된 평형상태를 이루게 되고 압축기의 에너지 손실을 줄일 수 있다. That is, if nitrogen is contained in a large amount, energy is consumed for the compression activity of unnecessary gas, so energy loss occurs as much as the content of nitrogen in the capacity of the compressor. (C1) achieves a thermodynamically stabilized equilibrium state, and the energy loss of the compressor can be reduced.

한편, 기액분리기에서 분기된 기체, 플래시가스의 양이 적거나, 플래시가스 내 질소 함량이 높아 연료로 공급할 때 열량이 낮은 경우에는, 재액화라인(RL)과 분기라인(BL)의 합류 지점 하류에서 분기된 연료보충라인(SL)을 통해 냉각된 압축가스 일부를 제2 감압장치(500)로 감압하여 플래시가스와 함께 제2 열교환기(250)를 거쳐 발전 엔진으로 공급할 수 있고, 다단압축기의 중간 단에서 압축가스를 뽑아 플래시가스와 함께 발전엔진으로 공급할 수도 있다. On the other hand, if the amount of branched gas or flash gas in the gas-liquid separator is small, or when the amount of heat when supplied as fuel is low due to the high nitrogen content in the flash gas, downstream of the junction of the reliquefaction line (RL) and the branch line (BL). A part of the compressed gas cooled through the fuel replenishment line SL branched from the Compressed gas can be extracted from the middle stage and supplied to the power generation engine along with flash gas.

선박의 고속 운항시와 같이 재액화될 가스가 없거나 적은 때에도 다단압축기 일부 단을 거쳐 압축된 가스를 바로 발전엔진으로 공급할 수 있다.Even when there is little or no gas to be reliquefied, such as during high-speed operation of a ship, the compressed gas through some stages of the multi-stage compressor can be directly supplied to the power generation engine.

연료공급라인(FL) 및 연료보충라인(SL)을 통해 제2 열교환기(250)를 거쳐 발전엔진으로 공급되는 증발가스의 양은 발전엔진의 부하(Load), 압축기의 Configuration 등에 따라 달라질 수 있다. The amount of BOG supplied to the power generation engine through the second heat exchanger 250 through the fuel supply line FL and the fuel replenishment line SL may vary depending on the load of the power generation engine, the configuration of the compressor, and the like.

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 자에게 있어서 자명한 것이다. The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent to those of ordinary skill in the art that the present invention can be implemented with various modifications or variations without departing from the technical gist of the present invention. did it

T: 저장탱크
ME: 주엔진
GE: 발전엔진
GL: 증발가스 공급라인
RL: 재액화라인
BL: 분기라인
FL: 연료공급라인
SL: 연료보충라인
100: 압축기
200: 제1 열교환기
250: 제2 열교환기
300: 제1 감압장치
400: 기액분리기
500: 제2 감압장치
T: storage tank
ME: main engine
GE: power generation engine
GL: BOG supply line
RL: Reliquefaction line
BL: branch line
FL: fuel supply line
SL: refueling line
100: compressor
200: first heat exchanger
250: second heat exchanger
300: first pressure reducing device
400: gas-liquid separator
500: second pressure reducing device

Claims (11)

선박에 마련된 저장탱크로부터 주엔진으로 연결되는 증발가스 공급라인;
상기 증발가스 공급라인에 마련되며 상기 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기;
상기 압축기의 후단에서 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 저장탱크로 연결되며, 상기 압축기에서 압축된 압축가스를 재액화시키는 재액화라인;
상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축가스를 공급받아 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 제1 열교환기;
상기 제1 열교환기의 전단에서 상기 재액화라인으로부터 분기되며 상기 제1 열교환기의 후단에서 상기 재액화라인으로 합류되는 분기라인;
상기 분기라인에 마련되며 상기 분기라인으로 분기된 압축가스를 공급받아 냉각시키는 제2 열교환기;
상기 재액화라인에서 상기 분기라인의 합류 지점 하류에 마련되며 상기 제1 또는 제2 열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 감압하는 제1 감압장치;
상기 재액화라인에 마련되며 상기 제1 감압장치에서 감압된 증발가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기; 및
상기 기액분리기에서 분리된 기체를 상기 제2 열교환기를 거쳐 선내 발전엔진으로 공급하는 연료공급라인:을 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
BOG supply line connected to the main engine from the storage tank provided on the ship;
a compressor provided in the boil-off gas supply line to receive and compress the boil-off gas generated from the liquefied gas stored in the storage tank;
a reliquefaction line branched from the boil-off gas supply line at the rear end of the compressor and connected to the storage tank, and re-liquefying the compressed gas compressed in the compressor;
a first heat exchanger provided in the reliquefaction line to receive the compressed gas and cool it through heat exchange with the uncompressed BOG to be supplied to the compressor;
a branch line branched from the reliquefaction line at the front end of the first heat exchanger and joined to the reliquefaction line at the rear end of the first heat exchanger;
a second heat exchanger provided in the branch line to receive and cool the compressed gas branched to the branch line;
a first pressure reducing device provided downstream of the junction of the branch lines in the reliquefaction line and decompressing the cooled compressed gas through the first or second heat exchanger;
a gas-liquid separator provided in the reliquefaction line to receive the boil-off gas depressurized in the first decompression device and separate the gas-liquid; and
and a fuel supply line for supplying the gas separated in the gas-liquid separator to the onboard power generation engine through the second heat exchanger.
제 1항에 있어서,
상기 재액화라인에서 상기 분기라인의 합류 지점과 상기 제1 감압장치 사이에서 분기되어 상기 연료공급라인의 상기 제2 열교환기 전단으로 연결되는 연료보충라인; 및
상기 연료보충라인에 마련되며 상기 제1 또는 제2 열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 감압하는 제2 감압장치:를 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
The method of claim 1,
a fuel replenishment line branched between the junction of the branch line and the first pressure reducing device in the reliquefaction line and connected to the front end of the second heat exchanger of the fuel supply line; and
A second decompression device provided in the fuel replenishment line to decompress the compressed gas cooled through the first or second heat exchanger: BOG treatment system of a ship further comprising:
제 2항에 있어서,
상기 기액분리기에서 분리된 기체를 상기 증발가스 공급라인의 상기 제1 열교환기 전단으로 공급하는 냉매보충라인;
상기 연료공급라인에 마련되는 연료공급밸브; 및
상기 냉매보충라인에 마련되는 압력조절밸브:를 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
3. The method of claim 2,
a refrigerant replenishment line for supplying the gas separated in the gas-liquid separator to the front end of the first heat exchanger of the boil-off gas supply line;
a fuel supply valve provided in the fuel supply line; and
A pressure control valve provided in the refrigerant replenishment line: BOG treatment system of a vessel further comprising:
제 3항에 있어서,
상기 재액화라인에서 상기 기액분리기의 하류에 마련되어 상기 기액분리기로부터 상기 저장탱크로 공급되는 액체의 유량을 조절하는 수위조절밸브:를 더 포함하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
4. The method of claim 3,
and a water level control valve provided downstream of the gas-liquid separator in the reliquefaction line to control the flow rate of the liquid supplied from the gas-liquid separator to the storage tank.
제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 재액화라인에서 상기 분기라인의 분기 지점 하류에 마련되는 제1 밸브; 및
상기 분기라인에서 상기 제2 열교환기 상류에 마련되는 제2 밸브:를 더 포함하여,
상기 제1 및 제2 밸브에 의해 상기 제1 및 제2 열교환기로 공급되는 압축가스의 유량을 분배할 수 있는 선박의 증발가스 처리 시스템.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
a first valve provided at a downstream branch point of the branch line in the reliquefaction line; and
A second valve provided upstream of the second heat exchanger in the branch line: further comprising,
BOG treatment system of a vessel capable of distributing a flow rate of compressed gas supplied to the first and second heat exchangers by the first and second valves.
제 5항에 있어서,
상기 압축기는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 다단압축기이고,
상기 압축기의 일부 단을 거쳐 압축된 증발가스는 상기 발전엔진으로 공급되리 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템.
6. The method of claim 5,
The compressor is a multi-stage compressor that receives boil-off gas and compresses it to the fuel supply pressure of the main engine,
BOG treatment system for ships, characterized in that the BOG compressed through some stages of the compressor can be supplied to the power generation engine.
선박에서 액화가스가 저장된 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기로 선내 주엔진의 연료공급압력으로 압축하고,
상기 압축기에서 압축된 가스 중 상기 주엔진의 연료로 공급되지 않은 압축가스를 두 흐름으로 분기하여 제1 열교환기 및 제2 열교환기에서 냉각하고, 감압하여 기액분리기에서 기액분리하고 분리된 액체를 상기 저장탱크로 재저장하되,
상기 제1 열교환기는 상기 압축기로 도입될 미압축 증발가스와 열교환으로 상기 압축가스를 냉각하고,
상기 제2 열교환기는 상기 기액분리기에서 분리된 기체와 열교환으로 상기 압축가스를 냉각하며,
상기 제2 열교환기에서 상기 압축가스와 열교환된 기체는 선내 발전엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
The boil-off gas generated from the storage tank where the liquefied gas is stored in the ship is compressed by the compressor to the fuel supply pressure of the ship's main engine,
Of the gas compressed in the compressor, the compressed gas not supplied as the fuel of the main engine is divided into two flows, cooled in the first heat exchanger and the second heat exchanger, and the pressure is reduced to gas-liquid separation in the gas-liquid separator, and the separated liquid is separated from the liquid in the gas-liquid separator. Re-storage in a storage tank,
The first heat exchanger cools the compressed gas by heat exchange with the uncompressed boil-off gas to be introduced into the compressor,
The second heat exchanger cools the compressed gas by heat exchange with the gas separated in the gas-liquid separator,
The gas heat-exchanged with the compressed gas in the second heat exchanger is a method for treating BOG of a ship, characterized in that it is supplied to an onboard power generation engine.
제 7항에 있어서,
상기 제1 및 제2 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 분기하고 감압하여 상기 제2 열교환기를 거쳐 상기 발전엔진으로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
8. The method of claim 7,
BOG treatment method of a ship, characterized in that the compressed gas cooled in the first and second heat exchangers is branched and decompressed, and supplied to the power generation engine through the second heat exchanger.
제 8항에 있어서, 상기 제2 열교환기에서는
선박의 정박 시, 저속 운전 또는 기액분리기에서 분리된 기체가 많은 경우 상기 기액분리기에서 분리된 기체와 열교환으로 상기 압축가스를 냉각하고, 선박의 고속 운전 또는 기액분리기에서 분리된 기체가 적은 경우 상기 제1 및 제2 열교환기에서 냉각된 압축가스를 분기하여 감압한 2상의 저온 유체와 열교환으로 상기 압축가스를 냉각하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
The method of claim 8, wherein in the second heat exchanger,
When the vessel is moored, the compressed gas is cooled by heat exchange with the gas separated in the gas-liquid separator when there is a lot of gas separated in the gas-liquid separator during low-speed operation or when there is a lot of gas separated in the gas-liquid separator. BOG treatment method for a ship, characterized in that the compressed gas is cooled by heat exchange with a two-phase low-temperature fluid that has been decompressed by branching the compressed gas cooled in the first and second heat exchangers.
제 8항에 있어서,
상기 기액분리기에서 분리된 기체는 상기 제1 열교환기 전단의 미압축 증발가스 흐름으로 합류될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
9. The method of claim 8,
The gas separated in the gas-liquid separator is a BOG treatment method for a ship, characterized in that it can be joined into the uncompressed BOG flow at the front end of the first heat exchanger.
제 10항에,
상기 압축기는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 다단압축기이고,
상기 압축기의 일부 단을 거쳐 압축된 증발가스는 상기 발전엔진으로 공급되리 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
11. In claim 10,
The compressor is a multi-stage compressor that receives boil-off gas and compresses it to the fuel supply pressure of the main engine,
BOG treatment method of a ship, characterized in that the BOG compressed through some stages of the compressor can be supplied to the power generation engine.
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