KR20210115027A - 액화 가스 기화 장치 및 이것을 구비한 부체 설비 - Google Patents

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Abstract

기화기에서 동결의 우려가 없고 에너지 절약 효과가 우수한 액화 가스 기화 장치를 제공한다. 디젤 엔진 (5) 의 배기 가스가 유도되는 배기 가스 이코노마이저 (14) 에 의해 생성된 증기가 유도되는 증기 터빈 (32) 과, 증기 터빈 (32) 으로부터 배출된 증기를 응축시키는 복수기 (36) 와, LNG 를 가열하여 기화하는 기화기 (25) 와, 기화기 (25) 에 접속됨과 함께 글리콜이 순환하는 글리콜 순환 경로 (38) 를 구비하고 있다. 복수기 (36) 로부터 글리콜 순환 경로 (38) 를 순환하는 글리콜에 열을 공급하도록 복수기 (36) 와 글리콜 순환 경로 (38) 를 열적으로 접속한다.

Description

액화 가스 기화 장치 및 이것을 구비한 부체 설비
본 발명은, 액화 가스를 기화하는 액화 가스 기화 장치 및 이것을 구비한 부체 설비에 관한 것이다.
LNG 가스를 수송하는 LNG 선에서는, LNG 탱크 내에서 침입 열 등에 의해 불가피적으로 발생하는 보일 오프 가스를 보일러에서 연소시켜, 보일러에서 발생한 증기를 유효 이용하는 것이 알려져 있다 (예를 들어 특허문헌 1 참조).
FSRU (Floating Storage and Regasification Unit) 등의 부체 설비에서는, LNG 탱크 내에 저류한 LNG (액화 가스) 를 재가스화하여 외부로 공급하는 액화 가스 기화 장치를 구비하고 있다. 액화 가스 기화 장치에서 액화 가스를 기화할 때의 열원으로서 해수를 사용하는 것이 알려져 있다.
일본 특허 제4119725호
FSRU 의 액화 가스 기화 장치로 액화 가스를 기화하는 기화기에 저온의 해수를 흘리면, 액화 가스에 해수가 냉각됨으로써 동결될 우려가 있다.
특허문헌 1 과 같이 LNG 탱크에서 발생한 보일 오프 가스를 연소시켜 발생한 증기를, 액화 가스를 기화하는 기화기의 열원으로서 사용하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 추가적인 에너지 절약 효과를 기대할 수 있는 기화 방식이 요망되고 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 기화기에서 동결의 우려가 없고 에너지 절약 효과가 우수한 액화 가스 기화 장치 및 이것을 구비한 부체 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 관련된 액화 가스 기화 장치는, 발전용 엔진의 배기 가스가 유도되는 배기 가스 이코노마이저에 의해 생성된 증기가 유도되는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈으로부터 배출된 증기를 응축시키는 복수기와, 액화 가스를 가열하여 기화하는 기화기와, 상기 기화기에 접속됨과 함께 부동액이 순환하는 부동액 순환 경로와, 상기 복수기로부터 상기 부동액 순환 경로를 순환하는 부동액에 열을 공급하는 부동액 가열 수단을 구비하고 있다.
발전용 엔진의 배기 열을 회수하여 동작하는 증기 터빈에 접속된 복수기에 의해, 부동액 순환 경로를 순환하는 부동액을 가열하는 것으로 하였다. 그리고, 부동액 순환 경로에 접속된 기화기에 의해 액화 가스를 기화한다. 이로써, 복수기의 배기 열을 유효하게 액화 가스의 기화에 사용할 수 있어, 에너지 절약을 실현할 수 있다.
기화기에 접속된 순환 경로에 흘리는 유체로서 부동액을 사용하는 것으로 했기 때문에, 해수나 청수를 사용한 경우에 비하여 기화기에서 동결할 우려가 없다.
부동액으로는, 예를 들어, 에틸렌글리콜 등의 글리콜이 사용된다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 액화 가스 기화 장치에서는, 상기 부동액 가열 수단은, 상기 부동액 순환 경로를 순환하는 부동액과 열 교환하는 상기 복수기를 구비하고 있다.
부동액과 복수기 내의 유체 (증기나 복수) 를 열 교환시키는 것으로 하였다. 이로써, 부동액과 복수기 내의 유체를 다른 매체를 개재하지 않고 열 교환할 수 있기 때문에, 열 교환 손실을 가급적 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 액화 가스 기화 장치에서는, 상기 부동액 가열 수단은, 물이 순환함과 함께, 상기 복수기로부터 상기 부동액 순환 경로로 열을 공급하는 물 순환 경로를 구비하고 있다.
복수기로부터 부동액 순환 경로로 열을 공급하는 물 순환 경로를 형성하는 것으로 하였다. 이로써, 부동액 순환 경로의 길이를 줄일 수 있다. 일반적으로, 부동액은 물보다 점도가 높기 때문에, 물 순환 경로를 채용하는 것에 의해, 부동액 순환 경로의 펌프 동력을 삭감할 수 있다.
물 순환 경로에 사용하는 물로는, 예를 들어, 해수나 청수가 사용된다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 액화 가스 기화 장치에서는, 상기 부동액 순환 경로에 설치되고, 상기 기화기를 통과한 후의 부동액과 해수를 열 교환하는 해수 열 교환기를 구비하고 있다.
부동액 순환 경로에 해수 열 교환기를 설치함으로써, 기화기를 통과하여 온도 저하한 부동액을 해수에 의해 가열할 수 있다. 이로써, 해수를 사용하여 액화 가스를 기화하고, 기화시킨 후의 해수를 해양으로 방출하는 오픈 루프를 구성할 수 있다.
부동액은, 복수기에 의해 가열되기 때문에, 해수에 의한 가열량을 저감시킬 수 있다. 이로써, 해수 열 교환기에서 냉각된 해수를 해양에 방출해도, 환경에 대하여 큰 영향을 미치는 것을 회피할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 액화 가스 기화 장치에서는, 상기 부동액 가열 수단은, 상기 복수기에서 열 교환하여 가열된 물을 상기 해수 열 교환기에 보내는 가열수 공급 경로를 구비하고 있다.
복수기로부터 해수 열 교환기로 열을 공급하는 가열수 공급 경로를 형성하는 것으로 하였다. 이로써, 부동액 순환 경로의 길이를 줄일 수 있다. 일반적으로, 부동액은 물보다 점도가 높기 때문에, 물 순환 경로를 채용하는 것에 의해, 부동액 순환 경로의 펌프 동력을 삭감할 수 있다.
또한, 해수 열 교환기에 가열수를 공급할 수 있기 때문에, 해수 열 교환기에 사용하는 해수를 줄일 수 있기 때문에, 환경 부하를 저감시킬 수 있다.
물 순환 경로에 사용하는 물로는, 예를 들어, 해수나 청수가 사용된다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 액화 가스 기화 장치에서는, 증기를 생성하는 보일러와, 상기 보일러에서 생성된 증기와 상기 부동액 순환 경로를 순환하는 부동액을 열 교환하는 증기 열 교환기를 구비하고 있다.
증기 열 교환기에서, 보일러에서 생성한 증기에 의해 부동액을 가열할 수 있다. 해수 열 교환기를 이용하지 않는 경우에는, 이른바 클로즈 루프 또는 컴바인드 루프를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 액화 가스 기화 장치에서는, 상기 보일러에서 생성된 증기가 상기 증기 터빈에 유도되는 터빈용 증기 공급 계통과, 상기 터빈용 증기 공급 계통을 통하여 상기 증기 터빈으로 유도되는 증기량과 상기 증기 열 교환기로 유도되는 증기량을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 기화기에서 기화되는 액화 가스량이 소정치를 초과했을 경우에, 상기 증기 터빈으로 유도되는 증기량을 줄임과 함께, 상기 증기 열 교환기로 유도되는 증기량을 증대시킨다.
보일러의 용량에는 소정의 제한이 있기 때문에, 기화기에서 기화되는 액화 가스량이 커졌을 경우에, 증기 열 교환기와 증기 터빈의 양방에 증기를 공급할 수 없게 되는 경우가 있다. 그래서, 기화기에서 기화되는 액화 가스량이 소정치를 초과했을 경우에, 증기 터빈으로 유도되는 증기량을 줄임과 함께, 증기 열 교환기로 유도되는 증기량을 증대하는 것으로 하였다. 이로써, 액화 가스를 기화하기 위해서 필요한 열량을 확보할 수 있다.
예를 들어, 보일러 사이즈를 가급적 작게 하기 위해서, 최대량의 액화 가스를 기화하기 위해서 필요한 증기량으로 보일러 용량을 제한했을 경우에 특히 유효하다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 액화 가스 기화 장치에서는, 상기 증기 터빈에 의해 구동되는 증기 터빈 발전기와, 상기 부동액 순환 경로에 설치된 순환 펌프와, 상기 기화기로 액화 가스를 보내는 액화 가스 펌프를 구비하고, 상기 증기 터빈 발전기에서 발전한 전력에 의해, 상기 순환 펌프 및/또는 상기 액화 가스 펌프를 구동한다.
증기 터빈 발전기에 의해 발전한 전력을, 부동액을 순환시키는 순환 펌프 및/또는 액화 가스 펌프에 사용할 수 있기 때문에, 발전용 엔진의 부하를 줄일 수 있다.
또한, 본 양태의 발명은, 상기한 각 양태의 발명과 조합할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관련된 부체 설비는, 상기 중 어느 것에 기재된 액화 가스 기화 장치와, 액화 가스를 저류하는 액화 가스 탱크를 구비하고, 상기 발전용 엔진은, 상기 액화 가스 탱크에서 발생한 보일 오프 가스에 의해 동작하고, 상기 기화기는, 상기 액화 가스 탱크로부터 유도된 액화 가스를 기화한다.
상기의 액화 가스 기화 장치를 구비함으로써, 에너지 절약 효과가 우수한 부체 설비를 제공할 수 있다. 부체 설비로는, 예를 들어, FSRU (Floating Storage and Regasification Unit) 를 들 수 있다.
또한, 본 양태의 발명은, 상기한 각 양태의 발명과 조합할 수 있다.
부동액을 사용하는 것으로 했기 때문에 기화기에 있어서 동결을 회피할 수 있다. 또한, 증기 터빈의 복수기의 배기 열을 사용하는 것으로 했기 때문에 에너지 절약에 이바지할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 FSRU (컴바인드 루프) 에 적용된 LNG 기화 설비로서, 오픈 루프로서 사용되었을 경우의 개략 구성도이다.
도 2 는, 도 1 의 LNG 기화 설비로서, 클로즈 루프로서 사용되었을 경우의 개략 구성도이다.
도 3 은, LNG 가스 송출량에 대한 열량을 나타낸 그래프이다.
도 4 는, 도 3 의 우측 윗부분을 확대하여 나타낸 그래프이다.
도 5 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 FSRU 에 적용된 LNG 기화 설비를 나타낸 개략 구성도이다.
도 6 은, 도 5 의 변형예를 나타낸 개략 구성도이다.
이하에, 본 발명에 관련된 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
[제 1 실시형태]
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1 에는, 액화 천연 가스인 LNG (액화 가스) 를 기화하여 외부로 공급하는 LNG 기화 장치 (액화 가스 기화 장치) (1A) 의 개략 구성이 나타나 있다. LNG 기화 장치 (1A) 는, 부체 설비인 FSRU (Floating Storage and Regasification Unit) 에 설치되어 있다.
FSRU 는, LNG 기화 장치 (1A) 에 더하여, LNG 탱크 (3) 와, 디젤 엔진 (발전용 엔진) (5) 을 구비하고 있다.
LNG 탱크 (3) 내에는, LNG 가 저류되어 있다. LNG 탱크 (3) 의 상방에는, 침입 열 등에 의해 불가피적으로 발생한 BOG (보일 오프 가스) 가 체류하고 있다. BOG 는, BOG 공급 배관 (7) 을 통하여 디젤 엔진 (5) 으로 유도된다. BOG 공급 배관 (7) 에는, BOG 압축기 (9) 와 BOG 냉각 열 교환기 (10) 가 설치되어 있다. BOG 압축기 (9) 에 의해 디젤 엔진 (5) 이 요구하는 압력까지 BOG 를 승압한 후에, BOG 냉각 열 교환기 (10) 에 의해 BOG 가 냉각된다. BOG 냉각 열 교환기 (10) 에 의해 냉각된 BOG 가 디젤 엔진 (5) 으로 유도된다.
디젤 엔진 (5) 은, 도시되지 않은 발전기를 구동한다. 디젤 엔진 (5) 에 의해 구동된 발전기는, FSRU 내에서 필요하게 되는 전력을 발전한다.
디젤 엔진 (5) 에는, 과급기 (12) 가 설치되어 있다. 과급기 (12) 는, 도시되지 않은 배기 터빈 및 공기 압축기가 설치되어 있다. 배기 터빈과 공기 압축기는 공통의 축으로 연결되어 있어 함께 회전하도록 되어 있다.
과급기 (12) 의 배기 터빈을 통과한 배기 가스는, 배기 가스 이코노마이저 (14) 로 유도된다. 배기 가스 이코노마이저 (14) 를 바이패스하도록 배기 가스 바이패스 배관 (15) 이 설치되어 있다. 배기 가스 이코노마이저 (14) 를 사용하는 경우에는, 바이패스 밸브 (15a) 가 닫힘으로 되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 검은 색으로 나타낸 밸브는 닫힘을 의미하고, 흰색으로 나타낸 밸브는 열림을 의미한다. 따라서, 배기 가스 이코노마이저 (14) 를 사용하는 경우에는, 배기 가스 이코노마이저 (14) 의 상류측에 설치된 배기 가스 이코노마이저 밸브 (14a) 는 열림으로 되어 있다.
과급기 (12) 의 공기 압축기에 의해 압축된 공기는, 공기 냉각기 (16) 에서 냉각된 후에 디젤 엔진 (5) 으로 유도된다.
LNG 탱크 (3) 내의 LNG 는, LNG 탱크 (3) 내에 설치한 LNG 펌프 (18) 에 의해, LNG 탱크 (3) 의 외부에 설치한 기액 분리기 (20) 로 유도된다. 기액 분리기 (20) 에서 기상과 분리된 LNG 는, 송액 펌프 (액화 가스 펌프) (22) 에 의해 LNG 배관 (23) 을 통하여 기화기 (25) 로 유도된다. LNG 펌프 (18) 및 송액 펌프 (22) 는, 전동 펌프로 되어 있다. 기화기 (25) 에서 기화된 LNG 는, 이송 가스 배관 (26) 을 통하여 외부로 공급된다. LNG 펌프 (18) 및 송액 펌프 (22) 의 발진 및 정지나 회전수의 제어는, 도시되지 않은 제어부에 의해 실시된다.
LNG 기화 장치 (1A) 는, 기화기 (25) 에 더하여, 리가스 (Regas) 보일러 (30) 와, 증기 터빈 (32) 과, 증기 터빈 발전기 (34) 와, 복수기 (36) 와, 복수기 (36) 와 기화기 (25) 를 열적으로 접속하는 글리콜 순환 경로 (부동액 순환 경로) (38) 를 구비하고 있다.
리가스 보일러 (보일러) (30) 에는, BOG 공급 배관 (7) 으로부터 분기된 보일러용 BOG 공급 배관 (40) 이 접속되어 있다. 보일러용 BOG 공급 배관 (40) 에 의해 유도된 BOG 를 연료로 하여, 리가스 보일러 (30) 는 동작한다. 또한, 리가스 보일러 (30) 는, 연료유에 의해 동작하도록 해도 된다. 또한, 도 1 에서는 보일러용 BOG 공급 배관 (40) 이 파선으로 나타나 있는데, 이것은 사용하고 있지 않은 것을 의미한다.
리가스 보일러 (30) 의 물 드럼 (30a) 은, 드럼수 펌프 (42) 를 통하여 배기 가스 이코노마이저 (14) 내의 증발기 (44) 에 접속되어 있다. 증발기 (44) 에서 가열된 물은, 리가스 보일러 (30) 의 증기 드럼 (30b) 으로 유도되도록 되어 있다. 증기 드럼 (30b) 에는, 급수 탱크 (46) 로부터 급수 배관 (47) 을 통하여 급수 펌프 (48) 에 의해 급수되도록 되어 있다.
리가스 보일러 (30) 의 증기 드럼 (30b) 으로부터, FSRU 내 (선내) 의 증기 수요부 (50) 로 선내 증기 공급 밸브 (51) 를 통하여 증기가 공급되도록 되어 있다.
리가스 보일러 (30) 의 증기 드럼 (30b) 과 증기 터빈 (32) 사이에는, 증기 터빈용 증기 배관 (52) 이 설치되어 있다. 증기 터빈용 증기 배관 (52) 의 도중 위치에는, 과열기 (53) 가 설치되어 있다. 과열기 (53) 는, 배기 가스 이코노마이저 (14) 내에 설치되어 있다. 증기 터빈용 증기 배관 (52) 에는, 과열기 (53) 와 증기 터빈 (32) 사이에, 증기 정지 밸브 (54) 와 증기 가감 밸브 (55) 가 설치되어 있다. 증기 정지 밸브 (54) 와 증기 가감 밸브 (55) 는, 도시되지 않은 제어부에 의해 제어된다.
증기 터빈용 증기 배관 (52) 에는, 과열기 (53) 의 상류측에 분기점 (P) 이 형성되어 있다. 분기점 (P) 과 복수기 (36) 사이에는, 증기 터빈 (32) 을 바이패스하여 증기 드럼 (30b) 내의 증기를 복수기 (36) 로 배기하는 증기 덤프 배관 (57) 이 설치되어 있다. 증기 덤프 배관 (57) 에는, 증기 덤프 밸브 (58) 가 설치되어 있다. 증기 덤프 밸브 (58) 는, 도시되지 않은 제어부에 의해 제어되고, 통상 운전시에는 닫힘으로 되어 있다.
리가스 보일러 (30) 의 증기 드럼 (30b) 과 글리콜 순환 경로 (38) 에 설치된 증기 열 교환기 (60) 사이에는, 증기 공급 배관 (62) 이 설치되어 있다. 증기 공급 배관 (62) 에는, 증기 공급 밸브 (63) 가 설치되어 있다. 증기 공급 밸브 (63) 는, 도시되지 않은 제어부에 의해 제어된다. 증기 열 교환기 (60) 에서 글리콜을 가열한 후의 증기는 드레인수가 되어, 드레인수 배관 (65) 을 통하여 급수 탱크 (46) 로 유도된다. 또한, 글리콜로는, 예를 들어 에틸렌글리콜이 사용된다. 또한, 도 1 에 나타낸 상태에서는, 파선으로 나타낸 바와 같이, 증기 공급 배관 (62) 으로부터 증기 열 교환기 (60) 에 증기가 유도되어 있지 않기 때문에, 드레인수 배관 (65) 은 사용되고 있지 않다.
증기 터빈 (32) 은, 증기에 의해 회전됨과 함께 회전축 (33) 을 회전한다. 회전축 (33) 은, 증기 터빈 발전기 (34) 에 접속되어 있고, 증기 터빈 발전기 (34) 를 구동한다. 증기 터빈 발전기 (34) 에 의해 발전된 전력은, 선내의 필요 전력으로서 이용되고, 예를 들어, LNG 를 보내는 송액 펌프 (22) 나, 글리콜을 순환시키기 위한 순환 펌프 (67) 에 사용된다.
복수기 (36) 에는, 증기 터빈 (32) 에서 일을 끝낸 증기가 유도된다. 복수기 (36) 에서 응축된 복수는, 복수 펌프 (69) 를 통하여 급수 탱크 (46) 로 유도된다. 복수기 (36) 내에는, 글리콜 순환 경로 (38) 가 접속되어 있다. 이로써, 복수기 (36) 에서는, 증기 터빈 (32) 으로부터 유도된 증기와 글리콜 순환 경로 (38) 를 순환하는 글리콜이 열 교환한다.
글리콜 순환 경로 (38) 에는, 해수 열 교환기 (72) 가 설치되어 있다. 해수 열 교환기 (72) 에서는, 해수 펌프 (70) 에 의해 해수 취수 배관 (71) 을 통하여 유도된 해수와 글리콜이 열 교환한다. 해수 열 교환기 (72) 에서 열 교환을 끝낸 해수는, 배수 배관 (73) 을 통하여 해양으로 방출된다. 해수 펌프 (70) 는, 도시되지 않은 제어부에 의해 제어된다.
글리콜 순환 경로 (38) 는, 해수 열 교환기 (72) 의 상류측에, 순환 펌프 (67) 를 구비하고 있다. 순환 펌프에 의해, 글리콜은, 해수 열 교환기 (72), 복수기 (36), 증기 열 교환기 (60) 및 기화기 (25) 를 순서대로 순환한다. 순환 펌프 (67) 는, 전동 펌프가 되고, 도시되지 않은 제어부에 의해 제어된다.
제어부는, 예를 들어, CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), 및 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체 등으로 구성되어 있다. 그리고, 각종 기능을 실현하기 위한 일련의 처리는, 일례로서, 프로그램의 형식으로 기억 매체 등에 기억되어 있고, 이 프로그램을 CPU 가 RAM 등에 판독하여, 정보의 가공·연산 처리를 실행함으로써, 각종 기능이 실현된다. 또한, 프로그램은, ROM 이나 그 밖의 기억 매체에 미리 인스톨해 두는 형태나, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 기억된 상태로 제공되는 형태, 유선 또는 무선에 의한 통신 수단을 통하여 배신되는 형태 등이 적용되어도 된다. 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체란, 자기 디스크, 광 자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등이다.
＜오픈 루프＞
다음으로, 상기 구성의 LNG 기화 장치 (1A) 의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 증기 열 교환기 (60) 를 이용하지 않고, 해수 열 교환기 (72) 를 사용하는 오픈 루프에 대하여 설명한다. 오픈 루프의 경우, 해수 열 교환기 (72) 에서 글리콜을 가열함으로써 냉각된 해수는, 해양으로 방수된다. 이 때문에, 수온이 높은 해역이나 하계에 오픈 루프가 사용된다.
오픈 루프에서는, 리가스 보일러 (30) 는 동작하지 않는다. 따라서, 보일러용 BOG 공급 배관 (40) 을 통하여 BOG 가 유도되는 경우는 없다. 리가스 보일러 (30) 의 증기 드럼 (30b) 은, 기액 분리기로서 사용된다. 제어부는, 드럼수 펌프 (42) 를 기동하여, 물 드럼 (30a) 내의 물을 증발기 (44) 로 유도하여, 배기 가스 이코노마이저 (14) 를 흐르는 배기 가스와 열 교환시킨다. 증발기 (44) 로 유도된 물은, 가열된 후에 증기 드럼 (30b) 으로 유도되어 기액 분리된다. 증기 드럼 (30b) 에서 분리된 증기는, 증기 수요부 (50) 및 증기 터빈 (32) 으로 유도된다. 증기 터빈 (32) 으로 유도되는 증기는, 배기 가스 이코노마이저 (14) 의 과열기 (53) 에 의해 과열된다. 배기 가스 이코노마이저 (14) 에는, 디젤 엔진 (5) 에서 발생한 배기 가스가 유도된다.
제어부는, 증기 공급 밸브 (63) 를 닫힘으로 하여, 증기 열 교환기 (60) 로 증기를 흘리지 않도록 한다. 또한, 제어부는, 송액 펌프 (22) 나, 순환 펌프 (67), 해수 펌프 (70) 등의 운전을 제어한다.
LNG 탱크 (3) 로부터 유도된 LNG 는, LNG 배관 (23) 을 통하여 송액 펌프 (22) 에 의해 기화기 (25) 로 공급된다. 기화기 (25) 에서는, 글리콜 순환 경로 (38) 를 흐르는 글리콜에 의해 가열되어 기화된다. 기화된 LNG 는, 이송 가스 배관 (26) 을 통하여 외부의 수요처로 유도된다.
기화기 (25) 에서 LNG 를 기화함으로써 냉각된 글리콜은, 해수 열 교환기 (72) 에서 해수에 의해 가열된다. 해수에 의해 가열된 글리콜은, 글리콜 순환 경로 (38) 를 통하여 복수기 (36) 로 유도된다. 복수기 (36) 에서는, 증기 터빈 (32) 으로부터 유도된 증기로부터 응축 열을 빼앗음으로써 글리콜이 가열된다. 이와 같이 복수기 (36) 에서 가열된 글리콜은, 글리콜 순환 경로 (38) 를 통하여 증기 열 교환기 (60) 로 유도된다. 해수만을 열원으로 하여 LNG 를 기화시키는 경우와 비교하여, 증기 터빈의 배기 증기도 열원으로서 이용함으로써, 해수로부터 얻어야 하는 열량을 줄일 수 있다. 요컨대, 필요한 해수의 양이 줄어, 해수 펌프를 구동하는 전력 소비도 저감시킬 수 있다.
증기 열 교환기 (60) 에는, 리가스 보일러 (30) 로부터 증기가 유도되지 않기 때문에, 증기 열 교환기 (60) 에서 가열되지 않고 글리콜은 기화기 (25) 로 유도된다.
＜컴바인드 (클로즈) 루프＞
다음으로, 도 2 를 참조하여, 증기 열 교환기 (60) 를 사용하는 컴바인드 루프 또는 클로즈 루프에 대하여 설명한다. 컴바인드 루프 및 클로즈 루프에서는, 모두 증기 열 교환기 (60) 를 사용하는 것에서 공통된다. 단, 클로즈 루프에서는, 해수 열 교환기 (72) 를 이용하지 않고, 컴바인드 루프에서는 해수 열 교환기 (72) 를 부분적으로 사용한다.
LNG 탱크 (3) 로부터 BOG 가 보일러용 BOG 공급 배관 (40) 을 통하여 BOG 가 리가스 보일러 (30) 로 유도된다. 리가스 보일러 (30) 에서는, BOG 를 연료로 하여 버너 (도시 생략) 에서 화염이 형성됨으로써, 급수 배관 (47) 을 통하여 공급된 급수가 가열되어 증기가 생성된다. 생성된 증기는, 증기 드럼 (30b) 으로부터 증기 수요부 (50) 로 유도됨과 함께, 증기 터빈 (32) 으로 유도된다. 증기 터빈 (32) 으로 유도되는 증기는, 배기 가스 이코노마이저 (14) 의 과열기 (53) 에 의해 과열된다. 배기 가스 이코노마이저 (14) 에는, 디젤 엔진 (5) 에서 발생한 배기 가스가 유도된다.
제어부는, 증기 공급 밸브 (63) 를 열림으로 함과 함께, 해수 펌프 (70) 를 정지한다. 이로써, 글리콜 순환 경로 (38) 를 흐르는 글리콜은, 증기 열 교환기 (60) 에 의해 가열되게 된다. 또한, 글리콜은, 오픈 루프의 경우와 마찬가지로, 복수기 (36) 에서도 가열된다.
이와 같이, 클로즈 루프에서는, 해수 열 교환기 (72) 를 사용하지 않기 때문에, 냉각된 해수를 해양으로 방출하는 경우가 없다. 따라서, 환경 부하를 저감시킬 수 있다.
또한, 필요한 경우에는, 컴바인드 루프로서, 필요량만큼 해수를 해수 열 교환기 (72) 에 공급하여 글리콜을 보조적으로 가열하도록 해도 된다.
＜효율에 대한 검토＞
도 2 에서 나타낸 바와 같이, 리가스 보일러 (30) 에서 발생시킨 증기의 일부를 증기 터빈 (32) 으로 유도하여 증기 터빈 발전기 (34) 로 전력을 얻음과 함께, 증기 터빈 (32) 의 배기 열을 복수기 (36) 로 글리콜 순환 경로 (38) 에서 회수하는 것으로 하였다. 이로써, 복수기 (36) 에서의 열 회수를 실시하지 않고 리가스 보일러 (30) 에서 LNG 의 기화 열량을 조달하는 경우 (이하 「전량 증기 가열」 이라고 한다) 에 비하여, LNG 를 기화하기 위해서 사용되는 리가스 보일러 (30) 의 생성 증기량을 저감시킬 수 있다.
전량 증기 가열로 가열하는 것이, 증기 터빈 (32) 을 통과한 후의 배기 열을 사용하여 가열하는 것보다 열 변환 효율은 높다. 그러나, 전량 증기 가열에서는, 별도의 계통이 되는 디젤 엔진만으로 필요 전력을 조달하지 않으면 안 되지만, 본 실시형태에서는, 디젤 엔진으로부터의 배기 열 회수에 의한 발생 전력분이 가세되기 때문에, 디젤 엔진에서 소비되는 연료를 삭감할 수 있다.
본 실시형태에서는, 글리콜 가열을, 리가스 보일러 (30) 로부터 유도된 증기를 사용한 증기 열 교환기 (60) 와, 증기 터빈 (32) 을 거친 후의 증기를 사용하는 복수기 (36) 의 배기 열 회수로 조달하게 되기 때문에, 리가스 보일러 (30) 의 증발량은, 전량 증기 가열에 비하여 많아진다. 그러나, LNG 기화를 위한 필요 전력 (순환 펌프 (67) 나 송액 펌프 (22) 의 동력) 과 LNG 기화 열원을 1 개의 플랜트로 간주했을 경우, 본 실시형태는, 복수기 (36) 의 배기 열을 LNG 의 가열에 사용할 수 있기 때문에, 대략 「(보일러 효율) × (터빈 내부 효율)」 로 나타내는 열 효율이 얻어지게 된다. 이로써, 디젤 엔진 (5) 에 있어서의 필요 전력 저감, 즉 연료 소비 저감이 가능해진다.
＜증기량 분배 제어＞
다음으로, 제어부에 의해 실시하는 증기량 분배 제어에 대하여 설명한다. 증기량 분배 제어란, 증기 열 교환기 (60) 와 증기 터빈 (32) 으로 분배하는 증기량의 제어를 의미한다. 구체적으로는, 증기 공급 밸브 (63) 및/또는 증기 가감 밸브 (55) 의 개도 제어에 의해 실시한다.
도 3 에는, 증기 분배 제어의 사고 방식이 나타나 있다. 동 도면에 있어서, 가로축은 기화기 (25) 에서 기화한 LNG 를 이송 가스 배관 (26) 으로부터 외부에 배출하는 LNG 송출량을 나타내고, 세로축은 열량을 나타낸다.
실선은, 가로축의 LNG 송출량에 대응한 기화기 (25) 에서 필요한 열량을 나타낸다. 파선은, 복수기 (36) 에서의 회수 열량, 즉, 제어부에 의해 분배된 증기로 구동된 증기 터빈 (32) 이 배기한 증기로부터 복수기 (36) 에서 글리콜 순환 경로 (38) 에 회수되는 열량을 나타낸다. 일점 쇄선은, 증기 열 교환기 (60) 로의 투입 열량, 즉, 제어부에 의해 분배된 증기로부터 증기 열 교환기 (60) 에서 글리콜에 부여되는 열량을 나타낸다. 이점 쇄선은, 리가스 보일러 (30) 에서 발생하는 증기의 열량을 나타낸다.
따라서, 파선으로 나타낸 복수기 (36) 에서의 회수 열량과, 일점 쇄선으로 나타낸 증기 열 교환기 (60) 로의 투입 열량의 합이, 실선으로 나타낸 LNG 송출에 필요한 열량이 된다. 이점 쇄선으로 나타낸 리가스 보일러 (30) 에서의 발생 증기 열량은, 실선으로 나타낸 LNG 송출에 나타낸 필요한 열량보다 조금 크게 되어 있다. 이것은, 증기 수요부 (50) 에 공급되는 증기 열량 등이 가산되기 때문이다.
소정 LNG 송출량인 임계값 (F1) 까지는, 파선으로 나타내는 복수기 (36) 에서의 회수 열량은 일정하게 되어 있다. 이 회수 열량은, 예를 들어, 증기 터빈 발전기 (34) 에서 최대의 출력을 얻을 수 있는 증기량에 상당하는 열량으로 설정된다.
LNG 송출량의 임계값 (F1) 까지는, 실선으로 나타내는 바와 같이, LNG 송출량에 비례하여 필요 열량은 단조롭게 증가한다. 이에 대응하도록, 제어부는, 리가스 보일러 (30) 에서의 발생 증기량을 증대시킴과 함께 (이점 쇄선 참조), 증기 열 교환기 (60) 로 분배하는 증기 유량을 증대시킨다 (일점 쇄선 참조).
LNG 송출량의 임계값 (F1) 을 초과하면, 제어부는, LNG 송출량이 증대하는 데에 수반하여 증기 터빈 (32) 으로 공급하는 증기량을 감소시켜 간다 (파선 참조). 이 증기량의 감소에 대응시켜, 증기 열 교환기 (60) 로 공급하는 증기량을 증대시켜 간다 (일점 쇄선 참조). 바람직하게는, 증기 터빈 (32) 에 대한 증기량의 감소분과, 증기 열 교환기 (60) 에 대한 증기량의 증대분을 일치시킨다. 이로써, 실선으로 나타내는 LNG 송출에 필요한 열량을 확보할 수 있다.
상기와 같이 제어하는 이유는 이하와 같다.
도 4 는, 도 3 의 오른쪽 위를 확대하여 나타내고 있다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 리가스 보일러 (30) 의 용량은, 필요 충분한 크기로 하기 때문에, LNG 송출량의 최대치 Fmax 에 대응하는 열량 (선 L1 참조) 으로 설정되어 있다. 즉, 최대 부하시의 리가스 보일러 (30) 에 있어서의 모든 발생 증기를 증기 열 교환기 (60) 에 투입했을 때에 글리콜 순환 경로 (38) 를 통하여 기화기 (25) 가 얻어지는 열량이, LNG 송출량이 최대치 Fmax 가 된 LNG 의 기화열에 상당하도록, 리가스 보일러 (30) 의 용량이 설정되어 있다.
따라서, 증기 열 교환기 (60) 에 모든 증기를 공급하지 않고 증기 터빈 (32) 에 일부의 증기를 분배한 상태에서는, 선 (L2) 에 나타내는 바와 같이, 한계치 (F2) 에서 LNG 송출량의 상한이 되게 된다. 그래서, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 임계값 (F1) 을 초과한 경우에는, 증기 터빈 (32) 으로 분배하는 증기량을 감소시키는 것으로 하고 있다.
＜본 실시형태의 작용 효과＞
본 실시형태에 의하면, 이하의 작용 효과를 발휘한다.
디젤 엔진 (5) 의 배기 열을 배기 가스 이코노마이저 (14) 에서 회수하여 동작하는 증기 터빈 (32) 에 접속된 복수기 (36) 에 의해, 글리콜 순환 경로 (38) 를 순환하는 글리콜을 가열하는 것으로 하였다. 그리고, 글리콜 순환 경로 (38) 에 접속된 기화기 (25) 에 의해 LNG 를 기화한다. 이로써, 복수기 (36) 의 배기 열을 유효하게 LNG 의 기화에 사용할 수 있어, 에너지 절약을 실현할 수 있다.
기화기 (25) 에 접속된 글리콜 순환 경로 (38) 에 흘리는 유체로서 부동액인 글리콜을 사용하는 것으로 했기 때문에, 해수나 청수를 사용한 경우에 비하여 기화기 (25) 에서 동결할 우려가 없다.
글리콜을 복수기 (36) 로 유도하여, 글리콜과 복수기 (36) 내의 증기를 열 교환시키는 것으로 하였다. 이로써, 글리콜과 증기를 다른 매체를 개재하지 않고 열 교환할 수 있기 때문에, 열 교환 손실을 가급적 억제할 수 있다.
글리콜 순환 경로 (38) 에 해수 열 교환기 (72) 를 설치함으로써, 기화기 (25) 를 통과하여 온도 저하한 글리콜을 해수에 의해 가열할 수 있다. 이로써, 해수를 사용하여 LNG 를 기화하고, 기화시킨 후의 해수를 해양으로 방출하는 오픈 루프 (도 1 참조) 를 구성할 수 있다.
글리콜은, 복수기 (36) 에 의해 가열되기 때문에, 해수에 의한 가열량을 저감시킬 수 있다. 이로써, 해수 열 교환기 (72) 에서 냉각된 해수를 해양에 방출해도, 환경에 대하여 큰 영향을 미치는 것을 회피할 수 있다.
증기 열 교환기 (60) 로, 리가스 보일러 (30) 에서 생성된 증기에 의해 글리콜을 가열할 수 있다. 해수 열 교환기 (72) 를 이용하지 않는 경우에는, 이른바 클로즈 루프 또는 컴바인드 루프를 구성할 수 있다 (도 2 참조).
리가스 보일러 (30) 의 용량에는 소정의 제한이 있기 때문에, 기화기 (25) 에서 기화되어 송출하는 LNG 송출량이 커졌을 경우에, 증기 열 교환기 (60) 와 증기 터빈 (32) 의 양방에 리가스 보일러 (30) 로부터 증기를 공급할 수 없게 되는 경우가 있다. 그래서, 기화기 (25) 에서 기화되는 LNG 량이 소정치를 초과했을 경우에, 증기 터빈 (32) 으로 유도되는 증기량을 줄임과 함께, 증기 열 교환기 (60) 로 유도되는 증기량을 증대하는 것으로 하였다. 이로써, LNG 를 기화하기 위해서 필요한 열량을 확보할 수 있다.
본 실시형태와 같이, 리가스 보일러 (30) 의 사이즈를 가급적 작게 하기 때문에, 최대의 LNG 송출량을 기화하기 위해서 필요한 증기량으로 보일러 용량을 제한했을 경우에 특히 유효하다.
증기 터빈 발전기 (34) 에 의해 발전한 전력을, 글리콜을 순환시키는 순환 펌프 (67) 및/또는 송액 펌프 (22) 에 사용할 수 있기 때문에, 디젤 엔진 (5) 의 부하를 줄일 수 있다.
[제 2 실시형태]
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여, 도 5 를 사용하여 설명한다.
본 실시형태는, 제 1 실시형태에 대하여, 복수기 (36) 와 글리콜 순환 경로 (38) 사이에 있어서의 열의 수수 (授受) 의 방식이 상이하고, 그 밖의 사항에 대해서는 동일하다. 따라서, 이하의 설명에서는, 제 1 실시형태에 대한 상이점에 대하여 설명하고, 그 외에 대해서는 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 LNG 기화 장치 (1B) 는, 복수기 (36) 와 글리콜 순환 경로 (38) 사이에, 물 순환 경로 (80) 를 구비하고 있다. 물 순환 경로 (80) 에 사용하는 물로는, 예를 들어 해수나 청수를 사용할 수 있다. 물 순환 경로 (80) 를 통하여, 복수기 (36) 의 배기 열을 글리콜 순환 경로 (38) 의 글리콜에 부여하도록 되어 있다.
물 순환 경로 (80) 를 흐르는 물은, 복수기 (36) 내의 증기와 열 교환한다. 물 순환 경로 (80) 와 글리콜 순환 경로 (38) 사이에는, 수열 교환기 (82) 가 설치되어 있다. 수열 교환기 (82) 에서, 물 순환 경로 (80) 의 물에 의해 글리콜 순환 경로 (38) 의 글리콜이 가열된다.
이와 같이, 복수기 (36) 와 글리콜 순환 경로 (38) 사이에 물 순환 경로 (80) 를 형성함으로써, 글리콜 순환 경로 (38) 의 길이를 줄일 수 있다. 예를 들어, 제 1 실시형태와 같이 글리콜 순환 경로 (38) 를 복수기 (36) 에 접속하는 구성에서는, 복수기 (36) 와 기화기 (25) 의 거리가 떨어져 있는 경우, 글리콜 순환 경로 (38) 의 거리를 길게 취할 수 밖에 없다. 이에 반하여, 본 실시형태에서는, 복수기 (36) 와 글리콜 순환 경로 (38) 사이에 물 순환 경로 (80) 를 개재시키기 때문에, 글리콜 순환 경로 (38) 를 짧게 할 수 있다.
일반적으로, 글리콜은 물보다 점도가 높기 때문에, 물 순환 경로 (80) 를 채용하는 것에 의해, 글리콜 순환 경로 (38) 에 설치한 순환 펌프 (67) 의 펌프 동력을 삭감할 수 있다.
또한, 본 실시형태는, 도 6 에 나타내는 바와 같이 변형할 수 있다. 즉, 도 5 의 물 순환 경로 (80) 대신에, 복수기 (36) 와 글리콜 순환 경로 (38) 사이에, 가열수 공급 경로 (85) 를 형성한다. 가열수 공급 경로 (85) 는, 복수기 (36) 에 해수를 공급하여 해수로 복수기 (36) 로부터 배기 열을 회수한 후에, 해수 열 교환기 (72) 에 해수를 공급하는 해수 취수 배관 (71) 의 상류측에 해수를 합류시킨다. 이와 같이 하여 복수기 (36) 의 배기 열을 글리콜 순환 경로 (38) 에 공급하도록 해도 된다.
1A, 1B ; LNG 기화 장치 (액화 가스 기화 장치)
3 ; LNG 탱크 (액화 가스 탱크)
5 ; 디젤 엔진 (발전용 엔진)
7 ; BOG 공급 배관
9 ; BOG 압축기
10 ; BOG 냉각 열 교환기
12 ; 과급기
14 ; 배기 가스 이코노마이저
14a ; 배기 가스 이코노마이저 밸브
15 ; 배기 가스 바이패스 배관
15a ; 바이패스 밸브
16 ; 공기 냉각기
18 ; LNG 펌프
20 ; 기액 분리기
22 ; 송액 펌프 (액화 가스 펌프)
23 ; LNG 배관
25 ; 기화기
26 ; 이송 가스 배관
30 ; 리가스 보일러 (보일러)
30a ; 물 드럼
30b ; 증기 드럼
32 ; 증기 터빈
33 ; 회전축
34 ; 증기 터빈 발전기
36 ; 복수기
38 ; 글리콜 순환 경로 (부동액 순환 경로)
40 ; 보일러용 BOG 공급 배관
42 ; 드럼수 펌프
44 ; 증발기
46 ; 급수 탱크
47 ; 급수 배관
48 ; 급수 펌프
50 ; 증기 수요부
51 ; 선내 증기 공급 밸브
52 ; 증기 터빈용 증기 배관
53 ; 과열기
54 ; 증기 정지 밸브
55 ; 증기 가감 밸브
57 ; 증기 덤프 배관
58 ; 증기 덤프 밸브
60 ; 증기 열 교환기
62 ; 증기 공급 배관
63 ; 증기 공급 밸브
65 ; 드레인수 배관
67 ; 순환 펌프
69 ; 복수 펌프
70 ; 해수 펌프
71 ; 해수 취수 배관
72 ; 해수 열 교환기
73 ; 배수 배관
80 ; 물 순환 경로
82 ; 수열 교환기
85 ; 가열수 공급 경로

Claims (9)

  1. 발전용 엔진의 배기 가스가 유도되는 배기 가스 이코노마이저에 의해 생성된 증기가 유도되는 증기 터빈과,
    상기 증기 터빈으로부터 배출된 증기를 응축시키는 복수기와,
    액화 가스를 가열하여 기화하는 기화기와,
    상기 기화기에 접속됨과 함께 부동액이 순환하는 부동액 순환 경로와,
    상기 복수기로부터 상기 부동액 순환 경로를 순환하는 부동액으로 열을 공급하는 부동액 가열 수단
    을 구비하고 있는 액화 가스 기화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부동액 가열 수단은, 상기 부동액 순환 경로를 순환하는 부동액과 열 교환하는 상기 복수기를 구비하고 있는 액화 가스 기화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부동액 가열 수단은, 물이 순환함과 함께, 상기 복수기로부터 상기 부동액 순환 경로로 열을 공급하는 물 순환 경로를 구비하고 있는 액화 가스 기화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부동액 순환 경로에 설치되고, 상기 기화기를 통과한 후의 부동액과 해수를 열 교환하는 해수 열 교환기를 구비하고 있는 액화 가스 기화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 부동액 가열 수단은, 상기 복수기에서 열 교환하여 가열된 물을 상기 해수 열 교환기에 보내는 가열수 공급 경로를 구비하고 있는 액화 가스 기화 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    증기를 생성하는 보일러와,
    상기 보일러에서 생성된 증기와 상기 부동액 순환 경로를 순환하는 부동액을 열 교환하는 증기 열 교환기
    를 구비하고 있는 액화 가스 기화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보일러에서 생성된 증기가 상기 증기 터빈으로 유도되는 터빈용 증기 공급 계통과,
    상기 터빈용 증기 공급 계통을 통하여 상기 증기 터빈으로 유도되는 증기량과 상기 증기 열 교환기로 유도되는 증기량을 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 기화기에서 기화되는 액화 가스량이 소정치를 초과했을 경우에, 상기 증기 터빈으로 유도되는 증기량을 줄임과 함께, 상기 증기 열 교환기로 유도되는 증기량을 증대시키는 액화 가스 기화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 터빈에 의해 구동되는 증기 터빈 발전기와,
    상기 부동액 순환 경로에 설치된 순환 펌프와,
    상기 기화기에 액화 가스를 보내는 액화 가스 펌프
    를 구비하고,
    상기 증기 터빈 발전기에서 발전한 전력에 의해, 상기 순환 펌프 및/또는 상기 액화 가스 펌프를 구동하는 액화 가스 기화 장치.
  9. 제 1 항에 기재된 액화 가스 기화 장치와,
    액화 가스를 저류하는 액화 가스 탱크
    를 구비하고,
    상기 발전용 엔진은, 상기 액화 가스 탱크에서 발생한 보일 오프 가스에 의해 동작하고,
    상기 기화기는, 상기 액화 가스 탱크로부터 유도된 액화 가스를 기화하는 부체 설비.
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