KR20230068449A - 선박의 가스 관리시스템 - Google Patents

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이원두
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

선박의 가스 관리시스템이 개시된다. 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 액화가스 및 이로부터 발생되는 증발가스를 수용하는 적어도 하나의 저장탱크, 저장탱크의 증발가스를 재액화하도록 유입된 증발가스를 가압하는 압축부와, 압축부에 의해 가압된 증발가스를 냉각시키는 냉각부를 구비하는 재액화라인, 저장탱크의 액화가스를 엔진의 연료가스로 공급하도록 액화가스를 저장탱크로부터 송출하는 이송펌프와, 이송펌프에 의해 송출되는 액화가스를 상대적으로 고압으로 가압하는 가압펌프와, 가압펌프에 의해 가압된 액화가스를 기화시키는 기화기를 구비하는 제1 연료공급라인, 냉각부를 거쳐 재액화된 액화성분 중 적어도 일부를 엔진의 연료가스로 공급하는 제2 연료공급라인을 포함하고, 제2 연료공급라인은 유입된 액화성분을 공급받아 수용하되 액체성분과 기체성분으로 분리하는 제1 기액분리기와, 제1 기액분리기에서 분리된 기체성분으로부터 냉열을 공급받아 제1 기액분리기로 공급되는 유입된 액화성분을 냉각시키는 제1 열교환기를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

선박의 가스 관리시스템{GAS MANAGEMENT SYSTEM IN SHIP}
본 발명은 선박의 가스 관리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에탄(Ethane) 증발가스를 효과적으로 처리함과 동시에, 엔진에 연료가스를 안정적으로 공급할 수 있는 선박의 가스 관리시스템에 관한 것이다.
셰일가스(Shale Gas) 및 천연가스(Natural Gas) 등으로부터 추출된 에탄(Ethane)은 석유 화학제품의 원료로 사용되며, 최근에는 그 경제성이 점차 부각되고 있다. 에탄의 이용분야 및 수요가 점차적으로 증가함에 따라, 액화에탄가스를 운송하는 에탄 운반선(VLEC, Very Large Ethane Carrier) 등과 같은 액화가스 운송선의 수요 역시 증가하고 있다. 에탄 운반선은 에탄의 저장 및 수송의 용이성을 위해 에탄가스를 약 ―90 ℃의 액화점까지 냉각하여 액화에탄가스로 상 변화시킨 후 선체에 마련되는 저장탱크에 선적하여 목적지까지 운송하게 된다.
에탄 운반선의 선체에 마련되는 저장탱크는 단열 처리되어 마련되나, 완전한 단열을 구현하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화에탄가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다. 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으므로 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.
한편, 종래에는 에탄 운반선의 연료가스로 청정 에너지원인 천연가스를 주로 이용하였으나, 최근에는 운송 대상물인 에탄을 연료가스로 활용하여 선박에 운항에 필요한 추진력을 발생시키는 엔진이 개발되고 있다. 에탄을 연료가스로 출력을 발생시키는 엔진은 연료가스의 요구압력이 약 380 내지 400 bar의 고압으로서, 상대적으로 가압 또는 압축이 용이한 액체상태의 액화에탄가스를 가압하여 연료가스로 활용하고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)
본 실시 예는 증발가스의 재액화 공정 및 엔진 연료공급 공정을 안정적으로 수행할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 단순한 구조로서 안정적이고 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 액화가스 및 이로부터 발생되는 증발가스를 효율적으로 활용 및 관리할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 증발가스 재액화 공정에서 필연적으로 발생되는 플래쉬 가스의 발생량을 억제할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 엔진의 연료공급을 위한 액화가스의 고압 가압을 안정적으로 수행할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 액화가스 및 이로부터 발생되는 증발가스를 수용하는 적어도 하나의 저장탱크; 상기 저장탱크의 증발가스를 재액화하도록 유입된 증발가스를 가압하는 압축부와, 상기 압축부에 의해 가압된 증발가스를 냉각시키는 냉각부를 구비하는 재액화라인; 상기 저장탱크의 액화가스를 엔진의 연료가스로 공급하도록 액화가스를 상기 저장탱크로부터 송출하는 이송펌프와, 상기 이송펌프에 의해 송출되는 액화가스를 상대적으로 고압으로 가압하는 가압펌프와, 상기 가압펌프에 의해 가압된 액화가스를 기화시키는 기화기를 구비하는 제1 연료공급라인; 및 상기 냉각부를 거쳐 재액화된 액화성분 중 적어도 일부를 상기 엔진의 연료가스로 공급하는 제2 연료공급라인을 포함하고, 상기 제2 연료공급라인은 유입된 액화성분을 공급받아 수용하되 액체성분과 기체성분으로 분리하는 제1 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기에서 분리된 기체성분으로부터 냉열을 공급받아 상기 제1 기액분리기로 공급되는 상기 유입된 액화성분을 냉각시키는 제1 열교환기를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제1 기액분리기는 내부압력이 상기 제1 연료공급라인 상의 가압펌프 전단의 압력수준에 상응하게 마련될 수 있다.
상기 제1 기액분리기에서 분리된 기체성분을 상기 저장탱크 또는 상기 재액화라인 상의 압축부 전단으로 공급하는 기체성분 배출라인을 더 포함하고, 상기 제1 열교환기는 상기 제2 연료공급라인 상의 제1 기액분리기 전단과 상기 기체성분 배출라인 사이에 마련될 수 있다.
상기 제1 기액분리기에서 분리된 액체성분을 상기 제1 연료공급라인 상의 가압펌프 전단으로 합류시키는 액체성분 배출라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 냉각부를 거쳐 냉각된 증발가스를 수용하되 기체성분 및 액화성분으로 분리하는 제2 기액분리기와, 상기 제2 기액분리기에서 분리된 액화성분 중 일부를 상기 저장탱크로 공급하는 액화성분 회수라인과, 상기 액화성분 회수라인을 따라 이송되는 액화성분 중 일부를 공급받아 감압시키는 감압라인과, 상기 감압라인을 거쳐 감압 및 냉각된 가스흐름으로부터 냉열을 공급받아 상기 액화성분 회수라인을 따라 이송되는 액화성분을 냉각시키는 제2 열교환기를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 제2 연료공급라인은 입구 측 단부가 상기 액화성분 회수라인 상의 상기 제2 열교환기 후단에서 분기될 수 있다.
상기 압축부는 교대로 배치되는 복수단의 컴프레서와 쿨러를 포함하고, 어느 하나의 상기 쿨러는 상기 제2 열교환기를 포함하며, 상기 액화성분 회수라인을 따라 이송되는 액화성분으로부터 냉열을 공급받아 전단의 상기 컴프레서를 거쳐 가압 및 가열된 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
상기 압축부는 교대로 배치되는 복수단의 컴프레서와 쿨러를 포함하고, 어느 하나의 상기 쿨러는 상기 제2 열교환기를 포함하며, 상기 컴프레서를 거쳐 가압 및 가열된 증발가스를 상기 감압라인을 거쳐 감압 및 냉각된 가스흐름과 혼합하여 냉각시킬 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 제2 기액분리기에서 분리된 기체성분을 상기 저장탱크 또는 상기 재액화라인 상의 압축부 전단으로 공급하는 기체성분 순환라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 압축부로 기체상태의 가스흐름이 선별적으로 공급될 수 있도록 상기 압축부의 전단에 마련되는 액적분리기를 더 포함하여 제공될 수 있다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 증발가스의 재액화 공정 및 엔진 연료공급 공정을 안정적으로 수행하는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 단순한 구조로서 안정적이고 효율적인 설비 운용을 도모하는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 액화가스 및 이로부터 발생되는 증발가스를 효율적으로 활용 및 관리하는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 증발가스 재액화 공정에서 발생되는 플래쉬 가스의 유량을 억제하는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 엔진의 연료공급을 위한 액화가스의 고압 가압을 안정적으로 수행할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템을 나타내는 개념도이다.
이하에서는 본 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(120), 저장탱크(110)의 액화가스를 엔진(10)의 연료가스로 공급하는 제1 연료공급라인(130), 재액화라인(120)에 의해 재액화된 액화성분 중 일부를 엔진(10)의 연료가스로 공급하는 제2 연료공급라인(140), 재액화라인(120)으로 극저온의 냉열을 제공하는 냉매순환라인(150)을 포함하여 마련된다.
이하에서 설명하는 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)에서는 액화에탄가스 및 이로부터 발생되는 에탄 증발가스를 활용하는 것으로 설명하나, 이는 본 발명에 대한 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 이에 한정되는 것은 아니며 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas) 및 이로부터 발생되는 천연 증발가스 등 다양한 성분을 함유하는 각종 액화가스 및 이로부터 발생되는 증발가스가 적용되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
저장탱크(110)는 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 에탄가스의 생산지 등으로부터 액화가스를 공급받아 수용 또는 저장하고, 목적지에 이르러 하역하기까지 액화가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되, 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 실시 예와 같이 재액화라인(120)에 의해 재액화되어 저장탱크(110)로 재공급되거나, 재액화된 후 후술하는 제2 연료공급라인(140)에 의해 엔진(10)의 연료가스로 활용될 수 있다.
엔진(10)은 기화된 에탄가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다. 엔진(10)은 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 고압 엔진, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 저압 엔진 등 다양한 구조의 엔진을 포함할 수 있다. 일 예로, 엔진(10)은 에탄가스를 연료가스로 공급받아 출력을 발생시키는 ME-GIE 엔진으로 마련될 수 있으며, 이 경우 엔진(10)으로 공급되는 연료가스는 약 380 내지 400 bar의 고압으로의 가압이 요구된다. 이에 상대적으로 가압이 용이한 액화에탄가스를 펌프에 의해 고압으로 가압한 후, 이를 기화기에 의해 강제적으로 기화시켜 연료가스로 활용할 수 있다. 엔진(10)은 후술하는 제1 연료공급라인(130)을 통해 저장탱크(110)의 내부에 수용된 액화가스를 공급받아 출력을 발생시키거나, 후술하는 재액화라인(120)에 의해 재액화된 액화성분을 제2 연료공급라인(140)을 통해 공급받아 출력을 발생시킬 수 있다.
제1 연료공급라인(130)은 저장탱크(110) 내부에 수용된 액화가스를 엔진(10)의 연료가스로 제공하도록 마련된다. 제1 연료공급라인(130)은 저장탱크(110) 내부에 수용된 액화가스를 송출하는 이송펌프(131)와, 이송펌프(131)에 의해 전달되는 액화가스를 상대적으로 고압으로 가압하는 가압펌프(135)와, 가압펌프(135)에 의해 가압된 액화가스를 기화시키는 기화기(136)을 포함할 수 있다.
이송펌프(131)는 저장탱크(110)의 내부 하측에 배치되어, 저장탱크(110) 내부에 수용 및 적재된 액화가스를 제1 연료공급라인(130)으로 유입 및 송출시킬 수 있다. 액화에탄가스의 안정적인 이송을 위해 이송펌프(131)는 약 9 bar의 압력수준으로 액화에탄가스를 가압할 수 있다. 한편, 이송펌프(131)는 화물창 등으로 마련되는 저장탱크(110)의 내부에 설치되어야 하고 액화가스의 내부에 잠수된 상태로 운용되는 바, 그 크기 및 성능이 제한된다. 이에 이송펌프(131)는 저장탱크(110)에 수용된 액화에탄가스를 외부로 송출하기 위해 필요한 압력수준까지 가압하되, 엔진(10)이 요구하는 연료가스의 압력조건에 상응하게 액화에탄가스를 고압으로 가압하는 가압펌프(135)가 독립적으로 배치될 수 있다. 일 예로, 엔진(10)이 ME-GIE 엔진으로 마련될 경우, 가압펌프(135)는 이송펌프(131)에 의해 전달되는 액화가스를 공급받아 약 380 내지 400 bar의 압력수준까지 가압할 수 있다. 기화기(136)는 가압펌프(135)를 거쳐 가압된 액화가스를 공급받아 강제적으로 기화시키도록 마련된다. 기화기(136)는 열교환장치로 마련될 수 있으며, 해수(Sea water) 등의 열 전달매체와 열교환을 통해 가압된 액화가스를 기화시킬 수 있다.
한편, 제1 연료공급라인(130) 상의 이송펌프(131)와 가압펌프(135) 사이에는 후술하는 제2 연료공급라인(140)의 액체성분 배출라인(142)의 출구 측 단부가 합류될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
재액화라인(120)은 저장탱크(110)의 내부에 발생된 증발가스를 공급받아 재액화시키도록 마련된다.
재액화라인(120)은 저장탱크(110)의 증발가스를 가압하는 압축부와, 압축부를 통과하면서 가압된 증발가스를 냉각시키는 냉각부(123)와, 냉각부(123)를 거쳐 냉각된 가스흐름을 수용하여 액화성분과 기체성분(미액화성분)으로 분리하는 재액화용 기액분리기(124)와, 재액화용 기액분리기(124)에서 분리된 액화성분을 저장탱크(110)로 공급하는 액화성분 회수라인(125)과, 액화성분 회수라인(125)을 따라 이송되는 액화성분 중 일부를 공급받아 감압시키는 감압라인(126)과, 감압라인(126)을 거쳐 감압 및 냉각된 가스흐름으로부터 냉열을 공급받아 액화성분 회수라인(125)을 따라 이송되는 액화성분을 냉각시키는 제2 열교환기(127)와, 재액화용 기액분리기(124)에서 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 또는 재액화라인(120) 상의 압축부 전단으로 공급하는 기체성분 순환라인(128)과, 압축부로 기체상태의 가스흐름이 선별적으로 공급되도록 액적을 제거하는 액적분리기(129)를 포함하여 마련될 수 있다.
압축부는 재액화라인(120)으로 유입되는 증발가스의 재액화 효율을 향상시키기 위해 증발가스를 가압하도록 마련된다. 압축부는 증발가스를 압축하는 복수개의 컴프레서(121)와 컴프레서(121)를 거치면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 복수개의 쿨러(122)가 서로 교대로 배치될 수 있다. 도 1에서는 컴프레서(121)와 쿨러(122)가 3단으로 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 컴프레서 및 쿨러의 규격이나 증발가스의 가압수준에 따라 그 수는 다양하게 변경될 수 있다.
복수의 컴프레서(121)는 재액화라인(120) 상에 직렬로 배치되어 유입된 증발가스를 단계적으로 가압할 수 있다. 복수의 컴프레서(121)를 거친 증발가스는 약 30 bar의 압력수준으로 가압될 수 있다. 복수의 쿨러(122)는 각각의 컴프레서(121a, 121b, 121c)의 후단에 각각 배치되되, 전단의 컴프레서(121a, 121b, 121c)를 거치면서 가압 및 가열된 증발가스를 일정 온도수준까지 냉각시켜줄 수 있다. 복수의 쿨러(122) 중 어느 하나의 쿨러(122a, 이하 제1 쿨러라고 함)는 후술하는 제2 열교환기(127)를 포함할 수 있으며, 그 외의 쿨러(122b, 122b)는 해수 또는 글리콜워터 등 각종 열 전달매체로부터 냉열을 전달받아 단계적으로 가압 및 가열되는 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 제1 쿨러(122a)는 전단의 컴프레서(121a)를 거쳐 가압된 증발가스와, 후술하는 감압라인(126)을 통해 이송되는 감압 및 냉각된 가스흐름을 공급받을 수 있으며, 이를 혼합함으로써 가압된 증발가스를 냉각시켜 후단의 컴프레서(122b)로 공급할 수 있다. 또한, 제1 쿨러(122a)는 후술하는 액화성분 회수라인을 따라 이송되는 액화성분으로부터 냉열을 공급받아 전단의 컴프레서(121a)를 거치면서 가압 및 가열된 증발가스를 냉각시킬 수도 있다.
압축부를 거쳐 약 30 bar의 압력수준과 약 40℃의 온도로 가압 및 가열된 에탄증발가스는 냉각부(123)로 공급되어 냉각 및 재액화될 수 있다. 냉각부(123)는 극저온의 냉매로부터 냉열을 공급받아 가압된 증발가스를 냉각 및 재액화시키는 열교환장치로 마련될 수 있다. 이를 위해, 재액화라인(120) 상의 냉각부(123)를 따라 이송되는 가압된 증발가스로 냉열을 제공하는 냉매순환라인(150)이 마련될 수 있다. 냉매순환라인(150)은 프로필렌(C3H6) 또는 프로필렌을 포함하는 혼합 냉매를 순환시켜 극저온의 냉열을 제공받을 수 있으며, 그 외에도 헬륨(He), 질소(N2) 등을 포함하는 다양한 냉매가 적용될 수 있다. 냉매순환라인(150)은 냉각부(123)를 경유하면서 냉열을 제공한 냉매를 순환시켜 다시금 극저온으로 냉각시켜주는 냉각장치(151)를 포함할 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 냉각장치(151)는 냉매를 가압하는 압축기와, 압축기를 거쳐 가압된 냉매를 냉각시키는 냉각기와, 냉각기에 의해 냉각된 냉매를 감압하는 팽창기를 포함할 수 있다. 압축기와 냉각기 및 팽창기를 순차적으로 통과한 냉매는 극저온 상태이므로 재액화라인(120)의 냉각부(123)에서는 극저온의 냉매로부터 가압된 증발가스로 냉열을 전달하여 해당 압력수준(약 30 bar)에서 에탄의 액화점까지 냉각시켜 재액화시킬 수 있다.
재액화용 기액분리기(124)는 냉각부(123)를 거쳐 냉각 및 재액화된 가스흐름을 공급받아 수용하되, 기체성분과 액화성분으로 분리하도록 마련된다. 일반적으로, 재액화라인(120)이 정상적으로 작동할 경우, 압축부를 거쳐 가압된 증발가스는 냉각부(123)를 통과하면서 대부분 재액화가 이루어지기는 하나, 작동 초기에 재액화가 이루어지지 않은 일부의 기체성분이 존재할 수 있다. 이에 재액화용 기액분리기(124)가 냉각부(123)를 거쳐 냉각 및 재액화된 가스흐름을 수용하되, 기체성분 및 액화성분으로 분리하여 각 성분의 용이한 취급 및 관리를 도모할 수 있다.
액화성분 회수라인(125)은 재액화용 기액분리기(124)에 의해 분리된 재액화된 액화성분을 저장탱크(110)로 재공급하도록 마련된다. 이를 위해 액화성분 회수라인(125)은 입구 측 단부가 재액화용 기액분리기(124)의 내부 하측에 연결되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되되, 중단부에 제2 열교환기(127)가 마련되고, 후술하는 제2 연료공급라인(140)이 분기될 수 있다. 액화성분 회수라인(125)에는 재액화용 기액분리기(124)로부터 저장탱크(110)로 재공급 또는 회수되는 액화성분의 공급량을 조절하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 개폐밸브는 재액화용 기액분리기(124)의 액화성분 수위에 따라 작동이 제어될 수 있다.
한편, 제2 기액분리기(125)에서 분리되어 액화성분 회수라인(125)을 따라 이송되는 액화성분은 압축부를 거치면서 가압되어 약 30 bar의 압력수준을 갖는다. 반면, 저장탱크(110)의 내부압력은 대기압인 약 1 bar의 압력수준에서 운용되는 바, 액화성분 회수라인(125)을 따라 이송되는 액화성분이 저장탱크(110)로 유입 시, 급격한 감압에 따라 플래쉬 가스(Flash Gas) 등의 기체성분이 필연적으로 발생하게 된다. 특히, 산업분야에서 일반적으로 사용되는 에탄은 상업용 에탄으로서 적게나마 일부의 메탄 성분을 포함할 수 밖에 없으며, 메탄(Methane)은 에탄에 비해 액화점이 더 낮으므로 감압 시 플래쉬 가스의 발생량이 더욱 증가하게 된다. 플래쉬 가스의 발생량이 증가한다는 것은 재액화 효율이 떨어진다는 것을 의미하므로, 플래쉬 가스의 발생을 억제하는 것이 매우 중요하다.
제2 열교환기(127)는 액화성분 회수라인(125)을 따라 이송되는 액화성분을 더욱 냉각시켜 플래쉬 가스의 발생을 최소화 및 억제하도록 마련된다. 이를 위해, 감압라인(126)이 액화성분 회수라인(125)을 따라 이송되는 액화성분의 일부를 공급받아 감압시키고, 제2 열교환기(127)는 감압라인(126)을 거쳐 감압되면서 냉각된 저온의 가스흐름과 액화성분 회수라인(125)을 따라 이송되는 액화성분을 서로 열교환함으로써 저장탱크(110)로 공급되는 액화성분을 추가적으로 냉각시킬 수 있다. 감압라인(126)은 입구 측 단부가 액화성분 회수라인(125)으로부터 분기되고, 출구 측 단부가 제2 열교환기(127)를 포함하는 압축부의 제1 쿨러(122a)에 합류될 수 있으며, 이를 따라 이송되는 액화성분의 감압을 수행하는 감압밸브(126a) 또는 익스팬더(미도시)가 마련될 수 있다. 액화성분 회수라인(125)을 따라 이송되는 액화성분은 제2 열교환기(127)에서 감압라인(126)을 거쳐 생성된 저온의 가스흐름으로부터 냉열을 공급받아 추가적으로 냉각됨으로써, 저장탱크(110)로 유입 시 발생되는 플래쉬 가스의 유량을 억제 및 최소화할 수 있다.
제2 열교환기(127)는 압축부의 제1 쿨러(122a)의 내부에 배치될 수 있으며, 이로써 전단의 컴프레서(121a)를 거쳐 가압 및 가열된 증발가스는 액화성분 회수라인(125)을 따라 이송되는 액화성분으로부터 냉열을 제공받아 냉각되거나, 감압라인(126)을 통해 유입되는 저온의 가스흐름과 혼합됨으로써 냉각될 수 있다. 감압밸브(126a) 또는 익스팬더는 감압라인(125)을 따라 이송되는 액화성분을 감압함에 있어서, 압축부의 제1 쿨러(122a) 전단의 컴프레서(121a)를 통과하면서 가압되는 증발가스의 압력에 상응하는 압력수준까지 감압할 수 있다. 제1 쿨러(122a)의 내부에 수용 및 혼합된 가스흐름은 후단의 컴프레서(121b)로 유입되어 후속적인 가압공정을 수행할 수 있다.
기체성분 순환라인(128)은 재액화용 기액분리기(124)에 의해 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 또는 재액화라인(120)으로 재공급하도록 재액화용 기액분리기(124)와 저장탱크(110) 사이 또는 재액화용 기액분리기(124)와 재액화라인(120) 사이에 마련될 수 있다. 도 1에서는 기체성분 순환라인(128)이 제2 기액분리기(127)의 기체성분을 재액화라인(120) 상의 액적분리기(129) 전단으로 공급하는 것으로 도시되어 있으나, 이 외에도 재액화용 기액분리기(124)로부터 저장탱크(110)로 공급하거나, 재액화라인(120) 및 저장탱크(110) 측으로 함께 재공급하는 경우를 모두 포함한다. 기체성분 순환라인(128)에는 재액화용 기액분리기(124)로부터 배출되는 기체성분의 압력을 저장탱크(110)의 내부압력에 상응하게 감압시켜주는 감압밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 감압밸브는 재액화용 기액분리기(124)의 내부압력 수치에 따라 작동이 제어될 수 있다.
한편, 압축부의 컴프레서(121)는 기체상태의 가스흐름을 공급받아 이를 가압하는 바, 컴프레서(121)에 액적이 유입될 경우 장치의 수명 및 작동효율에 악영향을 미친다. 앞서 설명한 바와 같이, 산업분야에서 일반적으로 사용되는 에탄은 상업용 에탄으로서 적게나마 프로판(Propane, C3H8), 부탄(Butane, C4H10) 등 중탄화수소를 포함하게 된다. 이들 중탄화수소 성분들은 액화점이 에탄보다 낮아 주로 액체상태로 존재하나, 선체의 유동 시 일부가 기화되어 재액화라인(120)으로 공급된 후 다시 액적 상태가 되어 컴프레서(121)로 유입될 우려가 있다. 이에 재액화라인(120)은 압축부로 기체상태의 가스흐름만이 선별적으로 공급될 수 있도록 압축부의 전단에 액적분리기(129)가 마련될 수 있다. 액적분리기(129)는 재액화라인(120)으로 유입되는 증발가스를 공급받아, 압축부(121)로 증발가스를 공급하기 전 가스흐름에 발생 및 존재하는 액적 또는 액체성분 등을 분리할 수 있다.
액적분리기(129)는 혼합된 성분 간의 액화점 차이에 의해 자연적으로 액적을 발생시킨 후 이를 자중에 의해 분리하는 녹-아웃 드럼(Knock-Out Drum)이나, 원심력을 활용하여 액적을 기체성분으로부터 분리하는 원심분리기 등 다양한 구조 및 방식의 장치로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)로부터 배출되어 재액화라인(120)으로 유입되는 증발가스는 압축부로 공급되기 전 액적분리기(129)를 선차적으로 통과하도록 마련됨으로써, 컴프레서(121)는 기체상태의 가스흐름만을 선별적으로 공급받아 컴프레서(121)의 고장을 방지하고 작동 효율 및 성능을 도모할 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 액적분리기(129)에서 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 회수하는 액적 분리라인(미도시)이 마련될 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 냉각부(123)를 거쳐 냉각 및 재액화된 액화성분은 압축부에 의해 가압되어 약 30 bar의 압력수준을 갖는 반면, 저장탱크(110)의 내부압력은 대기압인 약 1 bar의 압력수준에서 운용되는 바, 재액화된 액화성분을 저장탱크(110)로 재공급할 경우 급격한 감압에 따라 플래쉬 가스(Flash Gas) 등의 기체성분이 다량 발생하게 된다. 플래쉬 가스의 발생량이 증가한다는 것은 재액화 효율이 떨어진다는 것을 의미하고, 나아가 재액화라인(120)의 운용 효율성을 저하시키게 된다.
이에 제2 연료공급라인(140)이 재액화라인(120)을 거치면서 재액화된 액화성분 중 적어도 일부를 엔진(10)의 연료가스로 곧바로 공급하도록 마련된다.
제2 연료공급라인(140)은 유입된 액화성분을 공급받아 수용하되 액체성분과 기체성분(플래쉬 가스 등)으로 분리하는 연료공급용 기액분리기(141)와, 연료공급용 기액분리기(141)에서 분리된 액체성분을 제1 연료공급라인(130) 측으로 합류시키는 액체성분 배출라인(142)과, 재액화용 기액분리기(124)에서 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 또는 재액화라인(120) 상의 압축부 전단으로 공급하는 기체성분 배출라인(143)과, 기체성분 배출라인(143)을 따라 이송되는 기체성분으로부터 냉열을 공급받아 연료공급용 기액분리기(141)로 공급되는 유입된 액화성분을 냉각시키는 제1 열교환기(144)를 포함할 수 있다.
제2 연료공급라인(140)의 입구 측 단부는 액화성분 회수라인(125) 상 제2 열교환기(127)의 후단에서 분기될 수 있으며, 후술하는 액체성분 배출라인(142)의 출구 측 단부는 제1 연료공급라인(130)에 합류할 수 있다. 이 때, 제2 연료공급라인(140)으로 유입된 액화성분의 압력수준과 제1 연료공급라인(130)을 따라 이송되는 가스흐름의 압력수준에 차이가 존재한다.
구체적으로, 앞서 언급한 바와 같이 액화성분 회수라인(125)을 따라 이송되고 제2 연료공급라인(140)으로 유입되는 액화성분은 압축부에 의해 가압되어 약 30 bar의 압력수준을 가지나, 제1 연료공급라인(130) 상 이송펌프(131) 후단의 액화에탄가스는 약 9 bar의 압력수준을 가진다. 이 때, 재액화된 액화성분을 제1 연료공급라인(130) 상 이송펌프(131)의 후단으로 곧바로 합류시킬 경우, 급격한 감압이 발생하여 플래쉬 가스 등 기체성분이 발생할 우려가 있다. 기체성분의 발생은 재액화 효율의 저하를 의미할 뿐만 아니라, 기체성분이 가압펌프(135)로 유입될 경우 펌프의 성능 저하 및 고장을 유발하므로 제2 연료공급라인(140)은 재액화된 액화성분을 제1 연료공급라인(130)으로 안정적으로 합류시키는 것이 요구된다.
이에 제2 연료공급라인(140)은 유입된 액화성분의 압력수준과 제1 연료공급라인(130)을 따라 이송되는 가스흐름의 압력수준의 차이에도 불구하고 기체성분의 발생을 억제하고, 가압펌프(135)로 기체성분의 유입을 방지하도록 연료공급용 기액분리기(141)를 포함한다.
연료공급용 기액분리기(141)는 제2 연료공급라인(140)으로 유입된 액화성분을 공급받아 액체성분과 기체성분을 분리하되, 그 내부압력이 액체성분 배출라인(142)의 합류 지점인 제1 연료공급라인(130) 상 가압펌프(135) 전단의 압력수준에 상응하게 운용될 수 있다. 다시 말해, 제1 연료공급라인(130) 상 가압펌프(135) 전단의 액화에탄가스는 약 9 bar의 압력수준을 가지므로, 이에 맞추어 연료공급용 기액분리기(141)의 내부압력은 약 9 bar의 압력수준으로 유지 및 운용될 수 있다. 제2 연료공급라인(140)으로 유입된 액화성분의 압력수준은 약 30 bar인 반면, 연료공급용 기액분리기(141)의 내부압력은 약 9 bar에 해당하므로, 제2 연료공급라인(140)을 통해 연료공급용 기액분리기(141)로 액화성분의 유입 시 감압이 발생하여 기체성분이 발생할 수 있다. 따라서 연료공급용 기액분리기(141)는 감압 과정에서 발생하는 기체성분과, 고압으로의 가압이 상대적으로 수월한 액체성분을 분리하여 각 성분의 용이한 취급 및 관리를 도모할 수 있다.
연료공급용 기액분리기(141)에서 분리된 액체성분은 액체성분 배출라인(142)을 통해 제1 연료공급라인(130)으로 합류할 수 있다. 이를 위해 액체성분 배출라인(142)은 입구 측 단부가 연료공급용 기액분리기(141)의 내부 하측에 연결되고, 출구 측 단부가 제1 연료공급라인(130) 상 가압펌프(135) 전단에 합류할 수 있다. 액체성분 배출라인(142)이 연료공급용 기액분리기(141)에서 분리된 액체성분을 선별하여 제1 연료공급라인(130)으로 공급함에 따라, 가압펌프(135)의 압축 성능이 향상될 수 있으며, 아울러 가압펌프(135)로 기체성분의 유입을 억제할 수 있으므로 가압펌프(135)의 고장을 방지할 수 있다. 한편, 도면에는 도시하지 않았으나 액체성분 배출라인(142)에는 연료공급용 기액분리기(141)로부터 제1 연료공급라인(130)으로 합류하는 액체성분의 공급량을 조절하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 개폐밸브는 연료공급용 기액분리기(141)의 액화성분 수위에 따라 작동이 제어될 수 있다.
기체성분 배출라인(143)은 연료공급용 기액분리기(141)에서 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 또는 재액화라인(120)으로 재공급하도록 연료공급용 기액분리기(141)와 저장탱크(110) 사이 또는 연료공급용 기액분리기(141)와 재액화라인(120) 사이에 마련될 수 있다. 도 1에서는 기체성분 배출라인(143)이 연료공급용 기액분리기(141)의 기체성분을 재액화라인(120) 상의 액적분리기(129) 전단으로 공급하는 것으로 도시되어 있으나, 이 외에도 연료공급용 기액분리기(141)로부터 저장탱크(110)로 공급하거나, 재액화라인(120) 및 저장탱크(110) 측으로 함께 재공급하는 경우를 모두 포함한다. 기체성분 배출라인(143)에는 연료공급용 기액분리기(141)로부터 배출되는 기체성분의 압력 또는 유량을 조절하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 개폐밸브는 연료공급용 기액분리기(141)의 내부압력 수치에 따라 작동이 제어될 수 있다.
한편, 제2 연료공급라인(140)으로 유입된 액화성분은 약 30 bar의 압력수준과 약 - 60 ℃의 온도를 가지나, 연료공급용 기액분리기(141)로 유입되면서 약 9 bar의 압력수준으로 감압되면서 온도는 약 - 75 ℃까지 냉각된다. 즉, 연료공급용 기액분리기(141) 내부에서 분리된 기체성분의 온도는 약 - 75 ℃로서, 이는 제2 연료공급라인(140)으로 유입되는 액화성분을 냉각시킬 수 있는 냉열을 제공할 수 있다.
이에 제2 연료공급라인(140)은 연료공급용 기액분리기(141)에서 분리된 기체성분의 냉열을 이용하여 이로 유입된 액화성분을 추가적으로 냉각시키는 제1 열교환기(144)를 포함할 수 있다. 제1 열교환기(144)는 제2 연료공급라인(140) 상 연료공급용 기액분리기(141)의 전단과 기체성분 배출라인(144) 사이에 마련될 수 있다. 이를 통해 기체성분 배출라인(144)을 따라 이송되는 기체성분의 냉열을 제2 연료공급라인(140)으로 유입된 액화성분으로 전달함으로써 연료공급용 기액분리기(141)로 공급되는 액화성분을 더욱 냉각시킬 수 있다. 제1 열교환기(144)에 의해 버려지는 냉열인 기체성분의 냉열을 활용하여 연료공급용 기액분리기(141)로 유입되는 액화성분을 더욱 냉각시킬 수 있으므로, 연료공급용 기액분리기(141) 내부의 기체성분 발생을 억제함과 동시에, 액체성분 배출라인(142)을 통해 공급되는 액체성분의 연료가스 유량을 증대시킬 수 있다.
100: 가스 관리시스템 110: 저장탱크
120: 재액화라인 121: 컴프레서
122: 쿨러 123: 냉각부
124: 재액화용 기액분리기 125: 액화성분 회수라인
126: 감압라인 127: 제2 열교환기
128: 기체성분 순환라인 129: 액적분리기
130: 제1 연료공급라인 131: 이송펌프
135: 가압펌프 126: 기화기
140: 제2 연료공급라인 141: 연료공급용 기액분리기
142: 액체성분 배출라인 143: 기체성분 배출라인
144: 제1 열교환기

Claims (10)

  1. 액화가스 및 이로부터 발생되는 증발가스를 수용하는 적어도 하나의 저장탱크;
    상기 저장탱크의 증발가스를 재액화하도록 유입된 증발가스를 가압하는 압축부와, 상기 압축부에 의해 가압된 증발가스를 냉각시키는 냉각부를 구비하는 재액화라인;
    상기 저장탱크의 액화가스를 엔진의 연료가스로 공급하도록 액화가스를 상기 저장탱크로부터 송출하는 이송펌프와, 상기 이송펌프에 의해 송출되는 액화가스를 상대적으로 고압으로 가압하는 가압펌프와, 상기 가압펌프에 의해 가압된 액화가스를 기화시키는 기화기를 구비하는 제1 연료공급라인; 및
    상기 냉각부를 거쳐 재액화된 액화성분 중 적어도 일부를 상기 엔진의 연료가스로 공급하는 제2 연료공급라인을 포함하고,
    상기 제2 연료공급라인은
    유입된 액화성분을 공급받아 수용하되 액체성분과 기체성분으로 분리하는 제1 기액분리기와, 상기 제1 기액분리기에서 분리된 기체성분으로부터 냉열을 공급받아 상기 제1 기액분리기로 공급되는 상기 유입된 액화성분을 냉각시키는 제1 열교환기를 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기액분리기는
    내부압력이 상기 제1 연료공급라인 상의 가압펌프 전단의 압력수준에 상응하게 마련되는 선박의 가스 관리시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기액분리기에서 분리된 기체성분을 상기 저장탱크 또는 상기 재액화라인 상의 압축부 전단으로 공급하는 기체성분 배출라인을 더 포함하고,
    상기 제1 열교환기는
    상기 제2 연료공급라인 상의 제1 기액분리기 전단과 상기 기체성분 배출라인 사이에 마련되는 선박의 가스 관리시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 기액분리기에서 분리된 액체성분을 상기 제1 연료공급라인 상의 가압펌프 전단으로 합류시키는 액체성분 배출라인을 더 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 냉각부를 거쳐 냉각된 증발가스를 수용하되 기체성분 및 액화성분으로 분리하는 제2 기액분리기와, 상기 제2 기액분리기에서 분리된 액화성분 중 일부를 상기 저장탱크로 공급하는 액화성분 회수라인과, 상기 액화성분 회수라인을 따라 이송되는 액화성분 중 일부를 공급받아 감압시키는 감압라인과, 상기 감압라인을 거쳐 감압 및 냉각된 가스흐름으로부터 냉열을 공급받아 상기 액화성분 회수라인을 따라 이송되는 액화성분을 냉각시키는 제2 열교환기를 더 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 연료공급라인은
    입구 측 단부가 상기 액화성분 회수라인 상의 상기 제2 열교환기 후단에서 분기되는 선박의 가스 관리시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 압축부는 교대로 배치되는 복수단의 컴프레서와 쿨러를 포함하고,
    어느 하나의 상기 쿨러는 상기 제2 열교환기를 포함하며,
    상기 액화성분 회수라인을 따라 이송되는 액화성분으로부터 냉열을 공급받아 전단의 상기 컴프레서를 거쳐 가압 및 가열된 증발가스를 냉각시키는 선박의 가스 관리시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 압축부는 교대로 배치되는 복수단의 컴프레서와 쿨러를 포함하고,
    어느 하나의 상기 쿨러는 상기 제2 열교환기를 포함하며,
    상기 컴프레서를 거쳐 가압 및 가열된 증발가스를 상기 감압라인을 거쳐 감압 및 냉각된 가스흐름과 혼합하여 냉각시키는 선박의 가스 관리시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 제2 기액분리기에서 분리된 기체성분을 상기 저장탱크 또는 상기 재액화라인 상의 압축부 전단으로 공급하는 기체성분 순환라인을 더 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 재액화라인은
    상기 압축부로 기체상태의 가스흐름이 선별적으로 공급될 수 있도록 상기 압축부의 전단에 마련되는 액적분리기를 더 포함하는 선박의 가스 관리시스템.


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