KR20220087621A - Boil-Off Gas Reliquefaction System And Method For Ship - Google Patents

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Abstract

선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 증발가스 재액화 시스템은, 선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉매와 열교환으로 냉각하는 열교환기; 상기 열교환기로 공급되는 냉매가 순환하는 냉매순환부; 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기를 거쳐 상기 압축기로 연결되는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인의 열교환기 상류에서 분기되어 증발가스의 전부 또는 일부를 가열하여 상기 증발가스 공급라인의 열교환기 전단으로 공급하는 히팅라인; 및 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 열교환기에서 냉각하고 재액화하여 상기 저장탱크로 복귀시키는 재액화라인:을 포함한다. A system and method for reliquefying BOG of a vessel are disclosed. The BOG reliquefaction system of a ship of the present invention includes: a compressor for compressing BOG generated from an onboard storage tank; a heat exchanger for cooling the boil-off gas compressed in the compressor by heat exchange with a refrigerant; a refrigerant circulation unit in which the refrigerant supplied to the heat exchanger circulates; a boil-off gas supply line connected from the storage tank to the compressor through the heat exchanger; a heating line branched from the heat exchanger upstream of the boil-off gas supply line to heat all or part of the boil-off gas and supply it to the front end of the heat exchanger of the boil-off gas supply line; and a re-liquefaction line for cooling and re-liquefying the boil-off gas compressed in the compressor in the heat exchanger to return to the storage tank.

Figure P1020200177199
Figure P1020200177199

Description

선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법{Boil-Off Gas Reliquefaction System And Method For Ship}Boil-Off Gas Reliquefaction System And Method For Ship

본 발명은 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 냉각하여 재액화시키되, 열교환기의 열응력을 최소화할 수 있는 증발가스 재액화 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for re-liquefying boil-off gas (BOG) generated from liquefied gas stored in a storage tank of a ship by cooling and re-liquefying it, and minimizing thermal stress of a heat exchanger. will be.

천연가스(natural gas)는, 메탄(methane)을 주성분으로 하며, 연소 시 환경오염 물질의 배출이 거의 없어 친환경 연료로서 주목받고 있다. 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 상압 하에서 약 -163℃로 냉각시켜 액화시킴으로써 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 부피가 약 1/600로 줄어들기 때문에, 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다. 따라서, 천연가스는 주로 저장 및 이송이 용이한 액화천연가스 상태로 저장 및 이송된다. Natural gas, which has methane as a main component, is receiving attention as an eco-friendly fuel because there is almost no emission of environmental pollutants during combustion. Liquefied Natural Gas (LNG) is obtained by cooling natural gas to about -163°C under normal pressure and liquefying it. very suitable Therefore, natural gas is mainly stored and transported in the state of liquefied natural gas, which is easy to store and transport.

천연가스의 액화점은 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG 저장탱크는 LNG가 액체 상태를 유지하도록 단열처리되는 것이 일반적이다. 그러나 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열을 차단하는 데에는 한계가 있고, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 LNG 수송과정에서 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 자연 기화되어 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.Since the liquefaction point of natural gas is a cryogenic temperature of about -163°C at atmospheric pressure, it is common that the LNG storage tank is insulated to maintain the liquid state of the LNG. However, although the LNG storage tank is insulated, it has a limitation in blocking external heat, and since the external heat is continuously transmitted to the LNG storage tank, during the LNG transportation process, the LNG is continuously and naturally in the LNG storage tank. It is vaporized and boil-off gas (BOG) is generated.

LNG 저장탱크에서 증발가스가 지속적으로 생성되면, LNG 저장탱크의 내압을 상승시키는 요인이 된다. 저장탱크의 내압이 설정된 안전압력 이상이 되면 탱크 파손(rupture) 등 위급상황을 초래할 수 있으므로, 안전밸브를 이용하여 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜야만 한다. 그러나 증발가스는 일종의 LNG 손실로서 LNG의 수송 효율 및 연료 효율에 있어 중요한 문제이므로, 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다.If boil-off gas is continuously generated in the LNG storage tank, it becomes a factor to increase the internal pressure of the LNG storage tank. If the internal pressure of the storage tank exceeds the set safety pressure, it may cause an emergency such as tank rupture, so the boil-off gas must be discharged to the outside of the storage tank using a safety valve. However, since BOG is a kind of LNG loss and is an important problem in transport efficiency and fuel efficiency of LNG, various methods for treating BOG generated in the storage tank are being used.

최근에는, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료 수요처에서 사용하는 방법, 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 방법 또는 이러한 두 가지 방법을 복합적으로 사용하는 방법 등이 개발되어 적용되고 있다. Recently, a method of using BOG in fuel demanders such as engines of ships, a method of re-liquefying BOG to a storage tank, or a method using a combination of these two methods, etc. have been developed and applied.

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-exchanging BOG 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.

별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 방법으로, 압축시킨 증발가스를 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하고 단열팽창시켜 재액화시키는 PRS(Partial Re-liquefaction System)와, 그 개량기술도 개발되어 선박에 적용되고 있다. A PRS (Partial Re-liquefaction System) that reliquefies compressed BOG by heat exchange with uncompressed BOG and adiabatic expansion to re-liquefy the compressed BOG by using BOG itself as a refrigerant without a separate refrigerant; and Improved technology has also been developed and applied to ships.

별도의 냉동 사이클을 이용하는 시스템으로는, 질소 냉매를 이용한 재액화공정을 들 수 있다. As a system using a separate refrigeration cycle, a reliquefaction process using a nitrogen refrigerant may be mentioned.

질소 냉매는 혼합 냉매를 이용한 사이클에 비해 상대적으로 효율이 낮으나, 냉매가 불활성이어서 안전성이 높고, 냉매의 상 변화가 없기 때문에 선박에 적용하기 보다 용이한 장점이 있다.The nitrogen refrigerant has relatively low efficiency compared to a cycle using a mixed refrigerant, but has high safety because the refrigerant is inert, and has the advantage of being easier to apply to a ship because there is no phase change of the refrigerant.

이와 같이 별도의 냉매 또는 증발가스 자체의 냉열로 냉각된 증발가스는 세퍼레이터로 도입되어, 기액분리되고 분리된 재액화가스는 저장탱크로 회수된다. In this way, the BOG cooled by the cooling heat of a separate refrigerant or BOG itself is introduced into the separator, and the reliquefied gas separated from gas-liquid is recovered to the storage tank.

그런데 열교환기가 마련되는 증발가스 재액화 시스템에서, 재액화 시스템의 시동(start-up) 시나 카고 탱크 컨디션 변화로 증발가스의 온도 변화 시 열교환기에 상당한 열응력(thermal stress)이 가해질 수 있고 이는 장치 손상을 일으킬 수 있다. However, in a BOG reliquefaction system in which a heat exchanger is provided, significant thermal stress may be applied to the heat exchanger during start-up of the reliquefaction system or when the temperature of BOG is changed due to a change in cargo tank condition, which may damage the device. can cause

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 열교환기에 가해지는 열응력을 감소시킬 수 있는 증발가스 재액화 시스템을 제안하고자 한다. In order to solve this problem, the present invention intends to propose a BOG reliquefaction system capable of reducing thermal stress applied to a heat exchanger.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기; According to one aspect of the present invention for solving the above problems, a compressor for compressing boil-off gas generated from the storage tank on board;

상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉매와 열교환으로 냉각하는 열교환기; a heat exchanger for cooling the boil-off gas compressed in the compressor by heat exchange with a refrigerant;

상기 열교환기로 공급되는 냉매가 순환하는 냉매순환부; a refrigerant circulation unit in which the refrigerant supplied to the heat exchanger circulates;

상기 저장탱크로부터 상기 열교환기를 거쳐 상기 압축기로 연결되는 증발가스 공급라인; a boil-off gas supply line connected from the storage tank to the compressor through the heat exchanger;

상기 증발가스 공급라인의 열교환기 상류에서 분기되어 증발가스의 전부 또는 일부를 가열하여 상기 증발가스 공급라인의 열교환기 전단으로 공급하는 히팅라인; 및a heating line branched from the heat exchanger upstream of the boil-off gas supply line to heat all or part of the boil-off gas and supply it to the front end of the heat exchanger of the boil-off gas supply line; and

상기 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 열교환기에서 냉각하고 재액화하여 상기 저장탱크로 복귀시키는 재액화라인:을 포함하는 선박의 증발가스 재액화 시스템이 제공된다. A reliquefaction line for cooling and reliquefying the BOG compressed in the compressor in the heat exchanger and returning it to the storage tank is provided.

바람직하게는, 상기 히팅라인에 마련되어 상기 증발가스를 가열하는 히터; 상기 증발가스 공급라인에서 상기 히팅라인의 분기지점과 합류지점 사이에 마련되는 제1 밸브; 상기 히팅라인에서 상기 히터 상류에 마련되는 제2 밸브; 및 상기 증발가스 공급라인에서 상기 히팅라인의 합류지점 후단에 마련되어 상기 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 감지하여 상기 제1 및 제2 밸브를 제어하는 온도제어부:를 더 포함할 수 있다. Preferably, a heater provided in the heating line to heat the boil-off gas; a first valve provided between a branch point and a merging point of the heating line in the boil-off gas supply line; a second valve provided upstream of the heater in the heating line; and a temperature control unit provided at the rear end of the junction of the heating line in the boil-off gas supply line to sense the temperature of the boil-off gas introduced into the heat exchanger to control the first and second valves.

바람직하게는 상기 냉매순환부는, 상기 열교환기로 공급될 냉매가 팽창 냉각되는 팽창기; 상기 열교환기에서 상기 증발가스를 냉각하고 배출되는 냉매를 압축하는 냉매압축기; 및 상기 냉매압축기로부터 상기 열교환기를 거쳐 상기 팽창기로 연결되고, 상기 팽창기로부터 상기 열교환기를 거쳐 다시 상기 냉매압축기로 연결되어 상기 냉매가 순환하는 냉매순환라인:을 포함할 수 있다. Preferably, the refrigerant circulation unit comprises: an expander in which the refrigerant to be supplied to the heat exchanger is expanded and cooled; a refrigerant compressor for cooling the boil-off gas in the heat exchanger and compressing the refrigerant discharged; and a refrigerant circulation line connected from the refrigerant compressor to the expander through the heat exchanger, and from the expander to the refrigerant compressor through the heat exchanger to circulate the refrigerant.

바람직하게는, 상기 재액화라인에 마련되어 상기 열교환기에서 냉각된 증발가스를 감압하는 감압장치; 및 상기 열교환기를 거쳐 냉각 후 상기 감압장치에서 감압된 증발가스를 기액분리하는 세퍼레이터:를 더 포함할 수 있다. Preferably, a pressure reducing device provided in the reliquefaction line to depressurize the boil-off gas cooled in the heat exchanger; and a separator for gas-liquid separation of the boil-off gas decompressed in the decompression device after cooling through the heat exchanger.

바람직하게는, 상기 세퍼레이터 내부의 액위를 감지하는 액위감지기; 및 상기 세퍼레이터의 하류에 마련되어 상기 세퍼레이터에서 분리된 액화가스를 상기 저장탱크로 이송하는 액위조절밸브:를 더 포함할 수 있다. Preferably, a liquid level sensor for detecting the liquid level inside the separator; and a liquid level control valve provided downstream of the separator to transfer the liquefied gas separated from the separator to the storage tank.

바람직하게는, 상기 냉매압축기는 상기 팽창기로부터 냉매의 팽창에너지를 전달받아 상기 냉매를 압축하여, 상기 냉매압축기와 팽창기는 컴팬더로 마련될 수 있다. Preferably, the refrigerant compressor receives the expansion energy of the refrigerant from the expander to compress the refrigerant, and the refrigerant compressor and the expander may be provided as a compander.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기에서 압축하고, 상기 압축기에서 압축된 압축가스를 냉매와 열교환기에서 열교환으로 냉각하여 재액화하되,According to another aspect of the present invention, the boil-off gas generated from the onboard storage tank is compressed in a compressor, and the compressed gas compressed in the compressor is cooled and reliquefied by heat exchange with a refrigerant in a heat exchanger,

상기 저장탱크로부터 증발가스는 상기 열교환기를 거쳐 상기 압축기로 공급되며, BOG from the storage tank is supplied to the compressor through the heat exchanger,

상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급되는 증발가스의 전부 또는 일부를 상기 열교환기 상류에서 분기하고 가열하여 상기 열교환기 전단으로 합류시켜, All or part of the boil-off gas supplied from the storage tank to the compressor is branched and heated upstream of the heat exchanger to join the front end of the heat exchanger,

상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 방법이 제공된다.There is provided a method for reliquefying BOG of a ship, characterized in that it is possible to control the temperature of BOG introduced from the storage tank to the heat exchanger.

바람직하게는, 재액화 시스템의 시동(start-up) 시 또는 상기 저장탱크의 컨디션 변화로 증발가스의 온도 변화 시, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급되는 증발가스의 전부 또는 일부를 상기 열교환기 상류에서 분기하고 가열하여 상기 열교환기 전단으로 합류시켜, 상기 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 높여 상기 열교환기의 열응력을 감소시킬 수 있다. Preferably, all or part of the BOG supplied from the storage tank to the compressor is transferred upstream of the heat exchanger when the reliquefaction system is started-up or when the temperature of the BOG is changed due to a change in the condition of the storage tank. By branching and heating in the heat exchanger to join the front end, it is possible to increase the temperature of the boil-off gas introduced into the heat exchanger to reduce the thermal stress of the heat exchanger.

바람직하게는, 상기 열교환기에는 냉매순환라인을 따라 순환하는 냉매가 공급되며, 상기 냉매순환라인의 냉매는 냉매압축기로 압축된 후 상기 열교환기를 거쳐 팽창기로 공급되고, 상기 팽창기에서 팽창 냉각 후 상기 열교환기에 냉매로 도입되어, 상기 열교환기에서는 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 증발가스, 상기 압축기에서 압축되어 재액화될 증발가스, 상기 냉매압축기에서 압축된 냉매, 상기 팽창기에서 팽창 냉각된 냉매의 네 흐름이 열교환될 수 있다. Preferably, a refrigerant circulating along a refrigerant circulation line is supplied to the heat exchanger, and the refrigerant in the refrigerant circulation line is compressed by a refrigerant compressor and then supplied to an expander through the heat exchanger, and after expansion and cooling in the expander, the heat exchange Four flows of boil-off gas to be supplied to the compressor from the storage tank in the heat exchanger, boil-off gas to be compressed and re-liquefied in the compressor, refrigerant compressed in the refrigerant compressor, and refrigerant expanded and cooled in the expander in the heat exchanger This can be heat exchanged.

바람직하게는, 상기 열교환기에서 냉각된 증발가스는 감압으로 추가 냉각 후 기액분리되어 상기 저장탱크로 복귀되고, 상기 냉매압축기는 상기 팽창기로부터 냉매의 팽창에너지를 전달받아 상기 냉매를 압축하여, 상기 냉매압축기와 팽창기는 컴팬더로 마련될 수 있다. Preferably, the boil-off gas cooled in the heat exchanger is further cooled under reduced pressure and then gas-liquid separated and returned to the storage tank, and the refrigerant compressor receives the expansion energy of the refrigerant from the expander and compresses the refrigerant, the refrigerant The compressor and expander may be provided as a compander.

본 발명에서는 증발가스 자체의 냉열 및 냉매 사이클의 냉열을 이용하여, 재액화될 증발가스를 보다 효과적으로 냉각하여 재액화율을 높일 수 있다.In the present invention, the reliquefaction rate can be increased by more effectively cooling the BOG to be reliquefied by using the cooling heat of the BOG itself and the cooling heat of the refrigerant cycle.

특히 본 발명에서는 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 조절할 수 있도록 함으로써, 재액화 시스템의 시동(start-up) 시나 저장탱크의 컨디션 변화로 증발가스의 온도 변화가 있을 때, 급격한 온도 변화로 열교환기에 과도한 열응력이 발생하는 것을 방지하여, 장치 파손을 방지하고, 재액화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있게 한다. In particular, in the present invention, by allowing the temperature of BOG introduced to the heat exchanger to be adjusted, when the BOG temperature changes due to a change in the condition of the storage tank or start-up of the reliquefaction system, the temperature of the BOG is rapidly changed to the heat exchanger. Prevents excessive thermal stress from occurring, prevents device damage, and enables stable operation of the reliquefaction system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 도시한다.1 schematically shows a BOG reliquefaction system of a ship according to an 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 참조하여야 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, it should be noted that in adding reference signs to the elements of each drawing, the same elements are indicated with the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings.

후술하는 본 발명의 일 실시예에서 선박은, 액화가스를 저장하는 저장탱크가 마련되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 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.In an embodiment of the present invention to be described later, the vessel may be any type of vessel in which a storage tank for storing liquefied gas is provided. Typical examples include ships with self-propelled capabilities such as LNG carriers, liquid hydrogen carriers, and LNG RVs (Regasification Vessels), as well as LNG Floating Production Storage Offloading (FPSO) and LNG FSRU (Floating Storage Regasification Unit). It may also include offshore structures that do not have the capability but are floating in the sea.

또한, 본 실시예는 가스를 저온으로 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하는 모든 종류의 액화가스의 재액화 사이클에 적용될 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 액화가스인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. In addition, this embodiment can be transported by liquefying the gas at a low temperature, and can be applied to a re-liquefaction cycle of all types of liquefied gas in which boil-off gas is generated in a stored state. 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 a representative liquefied gas, is applied will be described.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템을 개략적으로 도시하였다. 1 schematically shows a BOG reliquefaction system of a ship according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 선내 액화가스가 저장된 저장탱크(T)로부터 발생하는 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키기 위한 시스템으로, 증발가스를 공급받아 압축하는 압축기(100), 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기로 공급하는 증발가스 공급라인(GL), 압축기로부터 저장탱크로 연결되며 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 복귀시키는 재액화라인(RL)을 포함한다. 1, the BOG reliquefaction system of this embodiment is a system for reliquefying BOG generated from a storage tank T in which liquefied gas is stored in the ship and returning it to the storage tank, and supplies BOG Compressor 100 for receiving and compressing, BOG supply line (GL) for supplying BOG generated from the storage tank to the compressor, Reliquefaction line (GL) connected from the compressor to the storage tank to reliquefy BOG and return to the storage tank ( RL).

증발가스 공급라인(GL)은 저장탱크로부터 열교환기(200)를 거쳐 압축기(100)로 연결됨으로써, 저장탱크에서 발생한 미압축 증발가스는 열교환기에 냉열을 공급한 후 압축기로 공급되어 압축된다. The BOG supply line GL is connected from the storage tank to the compressor 100 through the heat exchanger 200, so that the uncompressed BOG generated in the storage tank is supplied to the compressor after supplying cooling heat to the heat exchanger and compressed.

압축기(100)에서는 증발가스를 압축하는데, 예를 들어 선박의 주엔진의 연료공급압력으로 압축할 수 있다. 예를 들어 DF 엔진이 마련된 경우라면 5.5 barg, X-DF 엔진이 마련된 경우라면 15 barg, ME-GI 엔진이 마련된 경우는 300 barg로 압축할 수 있다. 압축된 증발가스는 선박의 주엔진(미도시)의 연료로도 공급될 수 있고, 연료로 공급되지 않은 증발가스를 재액화시킬 수 있다.The compressor 100 compresses the boil-off gas, for example, it may be compressed by the fuel supply pressure of the ship's main engine. For example, when the DF engine is provided, the compression can be 5.5 barg, when the X-DF engine is provided, it can be compressed at 15 barg, and when the ME-GI engine is provided, the compression can be 300 barg. The compressed BOG may also be supplied as a fuel of the ship's main engine (not shown), and may re-liquefy BOG that is not supplied as fuel.

선박 규정상 엔진으로 연료를 공급하는 압축기는, 비상 상황을 대비하여 리던던시(Redundancy) 설계를 하여야 하므로, 도면에서는 한 대의 압축기를 도시하였지만, 압축기는 주압축기와 리던던시 압축기를 포함하여 구성된 것일 수 있고, 복수의 컴프레서와 중간냉각기가 마련되는 다단압축기로 마련될 수 있다. In accordance with ship regulations, the compressor that supplies fuel to the engine must be designed for redundancy in preparation for emergency situations, so one compressor is shown in the drawing, but the compressor may be configured including a main compressor and a redundant compressor, It may be provided as a multi-stage compressor in which a plurality of compressors and an intercooler are provided.

압축기(100)에서 압축된 증발가스는 재액화 라인(RL)을 따라 열교환기(200)로 도입되어 열교환을 통해 냉각된다.BOG compressed in the compressor 100 is introduced into the heat exchanger 200 along the reliquefaction line RL and cooled through heat exchange.

재액화라인(RL)에는, 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 열교환기(200), 열교환으로 냉각된 증발가스를 감압하는 감압장치(400), 열교환기 및 감압장치를 거쳐 냉각된 증발가스를 기액분리하여 액화가스를 저장탱크로 공급하는 세퍼레이터(500)가 마련된다. In the reliquefaction line (RL), a heat exchanger 200 for cooling the boil-off gas compressed in the compressor, a pressure reducing device 400 for decompressing the boil-off gas cooled by heat exchange, and the boil-off gas cooled through the heat exchanger and the decompression device. A separator 500 for supplying liquefied gas to the storage tank by separating gas-liquid is provided.

열교환기(200)에서는 냉매순환부(300)를 순환하는 냉매와 열교환을 통해 증발가스가 냉각된다.In the heat exchanger 200 , the boil-off gas is cooled through heat exchange with the refrigerant circulating in the refrigerant circulation unit 300 .

냉매순환부(300)는, 냉매가 순환하는 냉매순환라인(CL)을 포함하며, 냉매순환라인에는, 열교환기로 공급될 냉매가 팽창 냉각되는 팽창기(310), 열교환기에서 배출되는 증발가스를 냉각시키고 배출되는 냉매를 압축하는 냉매압축기(320)가 마련된다. 냉매압축기와 팽창기는 축 연결되어 냉매의 팽창에너지를 냉매 압축에 이용하는 컴팬더로 마련될 수 있고, 냉매 사이클을 구동하기 위해 필요한 전력을 줄일 수 있다. The refrigerant circulation unit 300 includes a refrigerant circulation line CL through which the refrigerant circulates, and the refrigerant circulation line cools the expander 310 in which the refrigerant to be supplied to the heat exchanger is expanded and cooled, and the boil-off gas discharged from the heat exchanger is cooled. and a refrigerant compressor 320 for compressing the discharged refrigerant is provided. The refrigerant compressor and the expander may be shaft-connected to provide a compander that uses the expansion energy of the refrigerant to compress the refrigerant, thereby reducing power required to drive the refrigerant cycle.

냉매순환라인(CL)을 순환하며 열교환기로 공급되는 냉매로는 예를 들어 질소(N2)가 이용될 수 있다.As the refrigerant supplied to the heat exchanger while circulating the refrigerant circulation line CL, for example, nitrogen (N 2 ) may be used.

냉매압축기(320)에서 압축된 냉매는 열교환기(200)에서 냉각된 후 팽창기(310)에서 팽창 냉각되어 다시 열교환기(200)의 냉매로 공급되며 냉매순환라인(CL)을 순환한다. 그에 따라, 열교환기(200)에서는 압축기에서 압축된 증발가스, 압축기로 도입될 미압축 증발가스, 팽창기에서 팽창 냉각된 냉매 및 냉매압축기에서 압축된 냉매의 4가지 흐름이 열교환된다. The refrigerant compressed in the refrigerant compressor 320 is cooled in the heat exchanger 200, then expanded and cooled in the expander 310, is supplied as the refrigerant of the heat exchanger 200 again, and circulates through the refrigerant circulation line CL. Accordingly, in the heat exchanger 200, four flows of the boil-off gas compressed in the compressor, the uncompressed boil-off gas to be introduced into the compressor, the refrigerant expanded and cooled in the expander, and the refrigerant compressed in the refrigerant compressor are heat exchanged.

열교환기를 통과하며 냉각된 증발가스는 감압장치(400)에서 감압을 통해 단열팽창 또는 등엔트로피 팽창으로 추가 냉각된 후 세퍼레이터에서 기액분리될 수 있다.BOG cooled while passing through the heat exchanger may be further cooled by adiabatic expansion or isentropic expansion through decompression in the decompression device 400 and then gas-liquid separated in the separator.

재액화라인(RL)에서 세퍼레이터(500)의 하류에는 액위조절밸브(LV)가 마련되고, 세퍼레이터 내부의 액위를 감지하는 액위감지기(LC)가 마련되어, 액위감지기에서 세퍼레이터의 액위를 감지하여 액위조절밸브(LV)를 제어하여 세퍼레이터에서 분리된 재액화가스가 저장탱크(T)로 이송한다.A liquid level control valve (LV) is provided downstream of the separator 500 in the reliquefaction line (RL), and a liquid level sensor (LC) for detecting the liquid level inside the separator is provided. By controlling the valve (LV), the reliquefied gas separated from the separator is transferred to the storage tank (T).

그런데, 이와 같이 증발가스 재액화 시스템을 운용할 때, 재액화 시스템의 시동(start-up) 시나 저장탱크의 컨디션 변화로 증발가스의 온도가 변화할 때 열교환기의 열응력을 유발할 수 있다. However, when operating the BOG reliquefaction system as described above, when the temperature of BOG is changed due to a start-up of the reliquefaction system or a change in the condition of the storage tank, thermal stress of the heat exchanger may be induced.

특히 냉매순환부의 질소 냉동 사이클에 설치될 수 있는 평행류형 알루미늄 열교환기(brazed aluminum heat exchanger)와 같은 열교환기는 열응력에 취약하다. 통상 저장탱크에서 발생하여 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도는 -100℃ 내외이며, 저장탱크 컨디션에 따라 -130℃ 이하의 증발가스가 저장탱크에서 발생할 수 있다. 정지되어 있던 재액화 시스템을 가동하여 시동 초기의 상온 상태인 열교환기나, 충분한 쿨다운(cool-down)이 이루어지기 전의 열교환기에 이러한 극저온의 증발가스가 그대로 도입되면, 상당한 열응력(thermal stress)이 가해져 열교환기의 장치 손상을 일으킬 수 있다.In particular, a heat exchanger such as a brazed aluminum heat exchanger that may be installed in a nitrogen refrigeration cycle of the refrigerant circulation unit is vulnerable to thermal stress. The temperature of boil-off gas generated in the storage tank and introduced to the heat exchanger is usually around -100°C, and depending on the storage tank condition, boil-off gas of -130°C or lower may be generated in the storage tank. When such a cryogenic boil-off gas is introduced into the heat exchanger at room temperature at the initial start-up by operating the stopped reliquefaction system or the heat exchanger before sufficient cool-down is achieved, significant thermal stress is generated. This can cause damage to the heat exchanger equipment.

본 실시예는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 열교환기(200) 전단의 증발가스 공급라인(GL)에 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 조절할 수 있는 히팅라인(HL)을 구성하여, 열교환기에 열응력을 최소화할 수 있도록 한다. In this embodiment, in order to solve this problem, a heating line (HL) capable of adjusting the temperature of the boil-off gas introduced to the heat exchanger is configured in the boil-off gas supply line (GL) at the front end of the heat exchanger 200, to minimize stress.

도 1에 도시된 바와 같이 증발가스 공급라인(GL)의 열교환기(200) 상류에서 증발가스의 전부 또는 일부를 가열하여 증발가스 공급라인의 열교환기 전단으로 공급하는 히팅라인(HL)이 분기되고, 히팅라인에는 증발가스를 가열하는 히터(150)가 마련된다. 히터의 열원으로는 예를 들어 글리콜워터, 스팀, 해수 또는 청수 등이 사용될 수 있다. As shown in FIG. 1 , a heating line HL that heats all or part of the boil-off gas upstream of the heat exchanger 200 of the boil-off gas supply line GL and supplies it to the front end of the heat exchanger of the boil-off gas supply line is branched, , a heater 150 for heating the boil-off gas is provided in the heating line. As a heat source of the heater, for example, glycol water, steam, seawater, or fresh water may be used.

증발가스 공급라인(GL)에서 히팅라인의 분기지점과 합류지점 사이에는 제1 밸브(V1)가 마련되고, 히팅라인(HL)에서 히터 상류에는 제2 밸브(V2)가 마련되어, 저장탱크로부터 바로 열교환기로 도입되는 증발가스와 히터를 거쳐 가열되어 열교환기로 도입되는 증발가스의 양을 조절한다. 증발가스 공급라인(GL)에서 히팅라인의 합류지점 후단에 온도제어부(TC)를 마련하여, 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 감지하면서 제1 및 제2 밸브(V1, V2)의 개폐 및 개도를 제어할 수 있다. In the boil-off gas supply line (GL), a first valve (V1) is provided between the branching point and the merging point of the heating line, and a second valve (V2) is provided upstream of the heater in the heating line (HL), directly from the storage tank. The amount of boil-off gas introduced into the heat exchanger and the boil-off gas heated through the heater and introduced into the heat exchanger is controlled. In the boil-off gas supply line (GL), the temperature control unit (TC) is provided at the rear end of the junction of the heating line, and the opening and closing degree of the first and second valves (V1, V2) while sensing the temperature of the boil-off gas introduced into the heat exchanger can control

예를 들어, 재액화 시스템의 시동(start-up) 시 상온 상태의 열교환기가 충분히 냉각되지 않은 때, 온도제어부(TC)를 통해 열교환기 전단의 증발가스 온도를 감지하면서 저장탱크에서 공급되는 증발가스의 전부 또는 일부를 히팅라인(HL)으로 분기하여 히터(150)에서 가열하고, 히터를 거치지 않은 증발가스 흐름과 함께 열교환기(200)로 공급한다. 온도제어부(TC)를 통해 계속해서 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 감지하면서, 점차 제2 밸브(V2)의 개도를 낮추고 제1 밸브(V1)의 개도를 높여 히터를 거치지 않는 증발가스의 양을 늘려 열교환기로 도입되는 증발가스(cold BOG)의 온도를 점차 낮추고, 열교환기가 완전히 쿨다운되어 재액화 시스템이 정상 가동될 때에는 제2 밸브(V2)를 닫는다. For example, when the heat exchanger at room temperature is not sufficiently cooled during start-up of the reliquefaction system, the BOG supplied from the storage tank is sensed through the temperature controller TC while sensing the BOG temperature at the front end of the heat exchanger. All or a part of is heated in the heater 150 by branching to the heating line HL, and is supplied to the heat exchanger 200 together with the boil-off gas flow that does not pass through the heater. While sensing the temperature of BOG continuously introduced into the heat exchanger through the temperature control unit TC, the amount of BOG that does not go through the heater by gradually lowering the opening degree of the second valve V2 and increasing the opening degree of the first valve V1 The temperature of the boil-off gas (cold BOG) introduced to the heat exchanger is gradually decreased by increasing

재액화 시스템의 정상 가동 시에도 필요에 따라 저장탱크의 컨디션 변화로 증발가스의 온도 변화로, 열교환기에 열응력이 발생할 염려가 있으면 저장탱크로부터 압축기로 공급되는 증발가스의 전부 또는 일부를 열교환기 상류에서 분기하고 히팅라인을 거쳐 가열하여, 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 조절함으로써 열교환기의 열응력을 감소시킬 수 있다. 이와 같이 본 실시예 시스템을 통해 열교환기의 열피로(thermal fatigue) 및 장치 파손을 방지하고, 재액화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있다.Even during normal operation of the reliquefaction system, if there is a risk that thermal stress may occur in the heat exchanger due to a change in the temperature of the boil-off gas due to a change in the condition of the storage tank, all or part of the boil-off gas supplied from the storage tank to the compressor is transferred upstream of the heat exchanger. It is possible to reduce the thermal stress of the heat exchanger by branching from and heating it through a heating line and controlling the temperature of the boil-off gas introduced into the heat exchanger. As such, it is possible to prevent thermal fatigue and device damage of the heat exchanger through the system according to the present embodiment, and to stably operate the reliquefaction system.

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 skilled in the art that various modifications or variations can be implemented without departing from the technical gist of the present invention. did it

T: 저장탱크
GL: 증발가스 공급라인
RL: 재액화 라인
CL: 냉매순환라인
HL: 히팅라인
V1, V2: 제1 및 제2 밸브
TC: 온도제어부
100: 압축기
150: 히터
200: 열교환기
300: 냉매순환부
310: 팽창기
320: 냉매압축기
400: 감압장치
500: 세퍼레이터
T: storage tank
GL: BOG supply line
RL: reliquefaction line
CL: Refrigerant circulation line
HL: Heating line
V1, V2: first and second valves
TC: temperature control unit
100: compressor
150: heater
200: heat exchanger
300: refrigerant circulation unit
310: inflator
320: refrigerant compressor
400: pressure reducing device
500: separator

Claims (10)

선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉매와 열교환으로 냉각하는 열교환기;
상기 열교환기로 공급되는 냉매가 순환하는 냉매순환부;
상기 저장탱크로부터 상기 열교환기를 거쳐 상기 압축기로 연결되는 증발가스 공급라인;
상기 증발가스 공급라인의 열교환기 상류에서 분기되어 증발가스의 전부 또는 일부를 가열하여 상기 증발가스 공급라인의 열교환기 전단으로 공급하는 히팅라인; 및
상기 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 열교환기에서 냉각하고 재액화하여 상기 저장탱크로 복귀시키는 재액화라인:을 포함하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
Compressor for compressing boil-off gas generated from the onboard storage tank;
a heat exchanger for cooling the boil-off gas compressed in the compressor by heat exchange with a refrigerant;
a refrigerant circulation unit in which the refrigerant supplied to the heat exchanger circulates;
a boil-off gas supply line connected from the storage tank to the compressor through the heat exchanger;
a heating line branched from the heat exchanger upstream of the boil-off gas supply line to heat all or part of the boil-off gas and supply it to the front end of the heat exchanger of the boil-off gas supply line; and
BOG reliquefaction system of a ship comprising: a reliquefaction line for cooling and reliquefying BOG compressed in the compressor in the heat exchanger and returning it to the storage tank.
제 1항에 있어서,
상기 히팅라인에 마련되어 상기 증발가스를 가열하는 히터;
상기 증발가스 공급라인에서 상기 히팅라인의 분기지점과 합류지점 사이에 마련되는 제1 밸브;
상기 히팅라인에서 상기 히터 상류에 마련되는 제2 밸브; 및
상기 증발가스 공급라인에서 상기 히팅라인의 합류지점 후단에 마련되어 상기 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 감지하여 상기 제1 및 제2 밸브를 제어하는 온도제어부:를 더 포함하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
The method of claim 1,
a heater provided in the heating line to heat the boil-off gas;
a first valve provided between a branch point and a merging point of the heating line in the boil-off gas supply line;
a second valve provided upstream of the heater in the heating line; and
BOG reliquefaction of a vessel further comprising: a temperature control unit provided at the rear end of the junction of the heating line in the BOG supply line and sensing the temperature of BOG introduced to the heat exchanger to control the first and second valves system.
제 2항에 있어서, 상기 냉매순환부는,
상기 열교환기로 공급될 냉매가 팽창 냉각되는 팽창기;
상기 열교환기에서 상기 증발가스를 냉각하고 배출되는 냉매를 압축하는 냉매압축기; 및
상기 냉매압축기로부터 상기 열교환기를 거쳐 상기 팽창기로 연결되고, 상기 팽창기로부터 상기 열교환기를 거쳐 다시 상기 냉매압축기로 연결되어 상기 냉매가 순환하는 냉매순환라인:을 포함하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
The method of claim 2, wherein the refrigerant circulation unit,
an expander in which the refrigerant to be supplied to the heat exchanger is expanded and cooled;
a refrigerant compressor for cooling the boil-off gas in the heat exchanger and compressing the refrigerant discharged; and
and a refrigerant circulation line connected from the refrigerant compressor to the expander through the heat exchanger, and from the expander to the refrigerant compressor through the heat exchanger to circulate the refrigerant.
제 3항에 있어서,
상기 재액화라인에 마련되어 상기 열교환기에서 냉각된 증발가스를 감압하는 감압장치; 및
상기 열교환기를 거쳐 냉각 후 상기 감압장치에서 감압된 증발가스를 기액분리하는 세퍼레이터:를 더 포함하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
4. The method of claim 3,
a pressure reducing device provided in the reliquefaction line to depressurize the boil-off gas cooled in the heat exchanger; and
A separator for gas-liquid separation of the boil-off gas decompressed in the decompression device after cooling through the heat exchanger.
제 4항에 있어서,
상기 세퍼레이터 내부의 액위를 감지하는 액위감지기; 및
상기 세퍼레이터의 하류에 마련되어 상기 세퍼레이터에서 분리된 액화가스를 상기 저장탱크로 이송하는 액위조절밸브:를 더 포함하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
5. The method of claim 4,
a liquid level sensor detecting a liquid level inside the separator; and
BOG reliquefaction system of a vessel further comprising: a liquid level control valve provided downstream of the separator to transfer the liquefied gas separated from the separator to the storage tank.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉매압축기는 상기 팽창기로부터 냉매의 팽창에너지를 전달받아 상기 냉매를 압축하여, 상기 냉매압축기와 팽창기는 컴팬더로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The refrigerant compressor receives the expansion energy of the refrigerant from the expander and compresses the refrigerant, and the refrigerant compressor and the expander are provided as a compander.
선내 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기에서 압축하고, 상기 압축기에서 압축된 압축가스를 냉매와 열교환기에서 열교환으로 냉각하여 재액화하되,
상기 저장탱크로부터 증발가스는 상기 열교환기를 거쳐 상기 압축기로 공급되며,
상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급되는 증발가스의 전부 또는 일부를 상기 열교환기 상류에서 분기하고 가열하여 상기 열교환기 전단으로 합류시켜,
상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 방법.
The boil-off gas generated from the onboard storage tank is compressed by a compressor, and the compressed gas compressed in the compressor is cooled and reliquefied by heat exchange with a refrigerant in a heat exchanger,
BOG from the storage tank is supplied to the compressor through the heat exchanger,
All or a part of the boil-off gas supplied from the storage tank to the compressor is branched and heated upstream of the heat exchanger to join the front end of the heat exchanger,
BOG reliquefaction method of a ship, characterized in that it is possible to adjust the temperature of BOG introduced from the storage tank to the heat exchanger.
제 7항에 있어서,
재액화 시스템의 시동(start-up) 시 또는 상기 저장탱크의 컨디션 변화로 증발가스의 온도 변화 시,
상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급되는 증발가스의 전부 또는 일부를 상기 열교환기 상류에서 분기하고 가열하여 상기 열교환기 전단으로 합류시켜, 상기 열교환기로 도입되는 증발가스의 온도를 높여 상기 열교환기의 열응력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 방법.
8. The method of claim 7,
At the time of start-up of the reliquefaction system or when the temperature of the boil-off gas changes due to a change in the condition of the storage tank,
All or part of the BOG supplied from the storage tank to the compressor is branched upstream of the heat exchanger and heated to join the front end of the heat exchanger, thereby increasing the temperature of BOG introduced into the heat exchanger to increase the thermal stress of the heat exchanger. BOG reliquefaction method of a ship, characterized in that reducing the.
제 8항에 있어서,
상기 열교환기에는 냉매순환라인을 따라 순환하는 냉매가 공급되며, 상기 냉매순환라인의 냉매는 냉매압축기로 압축된 후 상기 열교환기를 거쳐 팽창기로 공급되고, 상기 팽창기에서 팽창 냉각 후 상기 열교환기에 냉매로 도입되어,
상기 열교환기에서는 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 증발가스, 상기 압축기에서 압축되어 재액화될 증발가스, 상기 냉매압축기에서 압축된 냉매, 상기 팽창기에서 팽창 냉각된 냉매의 네 흐름이 열교환되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 방법.
9. The method of claim 8,
A refrigerant circulating along a refrigerant circulation line is supplied to the heat exchanger, the refrigerant in the refrigerant circulation line is compressed by a refrigerant compressor and then supplied to an expander through the heat exchanger, and is introduced as a refrigerant to the heat exchanger after expansion and cooling in the expander Became,
In the heat exchanger, four flows of the boil-off gas to be supplied from the storage tank to the compressor, the boil-off gas to be compressed and reliquefied by the compressor, the refrigerant compressed in the refrigerant compressor, and the refrigerant expanded and cooled by the expander are heat-exchanged A method of re-liquefying boil-off gas in ships.
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 열교환기에서 냉각된 증발가스는 감압으로 추가 냉각 후 기액분리되어 상기 저장탱크로 복귀되고,
상기 냉매압축기는 상기 팽창기로부터 냉매의 팽창에너지를 전달받아 상기 냉매를 압축하여, 상기 냉매압축기와 팽창기는 컴팬더로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 방법.
10. The method according to claim 8 or 9,
The boil-off gas cooled in the heat exchanger is further cooled under reduced pressure and then gas-liquid separated and returned to the storage tank,
The refrigerant compressor receives the expansion energy of the refrigerant from the expander and compresses the refrigerant, and the refrigerant compressor and the expander are provided as a compander.
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