KR20230161094A - Pressure Control System and Method for Liquefied Carbon Dioxide Storage Tank for Liquefied Carbon Dioxide Carrier - Google Patents

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장재형
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Abstract

본 발명은 액체상태의 이산화탄소를 저장하는 액화이산화탄소 저장탱크의 내압을 제어하는 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템 및 방법, 그리고 이를 포함하는 액화이산화탄소 운반선에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템은, 저장탱크에 저장되어 있는 액화이산화탄소를 기화시키는 치환용 기화기; 상기 액화이산화탄소를 치환용 기화기로 공급하는 스프레이 펌프; 상기 저장탱크의 압력이 개방압력에 도달하면 개방되어 저장탱크 내 기체를 배출시켜 저장탱크의 압력을 낮추는 안전밸브; 상기 저장탱크의 압력을 측정하는 압력 송출기; 및 상기 압력 송출기로부터 전송받은 압력 측정값이 제1 설정값까지 상승하거나, 제2 설정값까지 감소하면 상기 스프레이 펌프 및 치환용 기화기를 작동시켜 고온 압축 이산화탄소가 상기 저장탱크로 공급되도록 함으로써, 상기 저장탱크의 압력을 상승시키는 제어수단;을 포함하며, 상기 제1 설정값은 상기 안전밸브의 개방압력보다 제1 특정값만큼 낮은 압력이고, 상기 제2 설정값은 이산화탄소의 삼중점 압력보다 제2 특정값만큼 높은 압력이며, 상기 제어수단은 상기 저장탱크의 압력을 제1 설정값과 제2 설정값 사이의 운전범위 내에서 유지되도록 제어한다. The present invention relates to a system and method for maintaining the pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank for controlling the internal pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank that stores carbon dioxide in a liquid state, and a liquefied carbon dioxide carrier including the same.
The pressure maintenance system for the liquefied carbon dioxide storage tank according to the present invention includes a replacement vaporizer for vaporizing the liquefied carbon dioxide stored in the storage tank; A spray pump supplying the liquefied carbon dioxide to a vaporizer for replacement; A safety valve that opens when the pressure of the storage tank reaches the opening pressure to discharge gas in the storage tank to lower the pressure of the storage tank; A pressure transmitter that measures the pressure of the storage tank; And when the pressure measurement value transmitted from the pressure transmitter increases to the first set value or decreases to the second set value, the spray pump and the replacement vaporizer are operated to supply high-temperature compressed carbon dioxide to the storage tank, It includes a control means for increasing the pressure of the tank, wherein the first set value is a pressure lower than the opening pressure of the safety valve by a first specific value, and the second set value is a second specific value lower than the triple point pressure of carbon dioxide. The pressure is as high as that, and the control means controls the pressure of the storage tank to be maintained within an operating range between the first set value and the second set value.

Figure P1020220060674
Figure P1020220060674

Description

액화이산화탄소 저장탱크 압력 유지 시스템 및 방법, 그리고 액화이산화탄소 운반선 {Pressure Control System and Method for Liquefied Carbon Dioxide Storage Tank for Liquefied Carbon Dioxide Carrier}Pressure Control System and Method for Liquefied Carbon Dioxide Storage Tank for Liquefied Carbon Dioxide Carrier}

본 발명은 액체상태의 이산화탄소를 저장하는 액화이산화탄소 저장탱크의 내압을 제어하는 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템 및 방법, 그리고 이를 포함하는 액화이산화탄소 운반선에 관한 것이다. The present invention relates to a system and method for maintaining the pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank for controlling the internal pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank that stores carbon dioxide in a liquid state, and a liquefied carbon dioxide carrier including the same.

화석 연료의 사용 증가에 따라 대량으로 배출되는 이산화탄소는 지구온난화 현상을 야기하는 온실가스(GHG; Greenhouse Gas)중 하나로 지정되어 있다. Carbon dioxide, which is emitted in large quantities as the use of fossil fuels increases, is designated as one of the greenhouse gases (GHG) that causes global warming.

이산화탄소의 지구온난화지수는 다른 온실가스와 비교하면 낮은 편이지만, 전체 온실가스 배출의 약 80%를 차지한다는 점과, 배출량을 규제할 수 있다는 점에서 매우 중요한 온실가스로 분류되고 있다. Although the global warming potential of carbon dioxide is low compared to other greenhouse gases, it is classified as a very important greenhouse gas in that it accounts for about 80% of all greenhouse gas emissions and that emissions can be regulated.

다양한 국제 협약을 통하여 각국에서는 이산화탄소의 배출을 저감하도록 규제하고 있다. 이로부터 파생되는 기술 중 하나로 각종 산업현장에서 발생되는 이산화탄소를 회수하여 별도의 장소에 격리 저장함으로써, 대기 중에 방출되는 이산화탄소량을 저감시키는 이산화탄소 처리 기술이 등장하게 되었다.Through various international agreements, each country regulates the reduction of carbon dioxide emissions. As one of the technologies derived from this, carbon dioxide treatment technology has emerged, which reduces the amount of carbon dioxide emitted into the atmosphere by recovering carbon dioxide generated from various industrial sites and storing it in isolation.

한편, 이산화탄소의 삼중점은 5.18 bar, -56.56℃로 알려져 있다. 각종 회수 공정을 거쳐 배출가스로부터 분리 농축된 이산화탄소는 운반의 편의성을 고려하여 냉각 압축에 의해 액화된 상태에서 운반된다.Meanwhile, the triple point of carbon dioxide is known to be 5.18 bar, -56.56°C. Carbon dioxide that has been separated and concentrated from exhaust gas through various recovery processes is transported in a liquefied state by cold compression for convenience of transportation.

액화된 이산화탄소의 수송 거리가 1,000km 이상인 경우에는 파이프를 이용하는 것보다 선박을 이용하는 것이 경제적인 것으로 알려져 있다. 따라서 이산화탄소의 장거리 수송을 위한 수송수단으로는 선박이 타당하다. 이산화탄소 운반선은 고압, 저온으로 냉각된 액체 이산화탄소가 운반되는 동안에 액화상태를 유지할 수 있는 기술이 적용된 저장시설을 갖추어야 한다. It is known that when the transport distance of liquefied carbon dioxide is more than 1,000 km, it is more economical to use ships than to use pipes. Therefore, ships are a reasonable means of transportation for long-distance transport of carbon dioxide. Carbon dioxide carriers must be equipped with storage facilities equipped with technology that can maintain the liquefied state of liquid carbon dioxide cooled to high pressure and low temperature while being transported.

액화천연가스 등 고압, 저온의 액화가스를 운반하기 위한 액화가스 운반선과, 액화가스 운반선에 마련되며 고압, 저온의 액화가스를 저장 및 운반할 수 있는 다양한 저장 기술이 공지되어 있다. 기존에 알려져 있는 액화가스 저장탱크에는 공통적으로 온도 조절 장치와 압력 조절 장치가 장착된다. Liquefied gas carriers for transporting high-pressure, low-temperature liquefied gas, such as liquefied natural gas, and various storage technologies provided on liquefied gas carriers to store and transport high-pressure, low-temperature liquefied gas are known. Previously known liquefied gas storage tanks are commonly equipped with temperature control devices and pressure control devices.

액화가스를 수송하는 과정 중에, 열 침입에 의해, 저장탱크에 저장되어 있는 액체가 팽창하거나 기화되어 압력이 증가하는 문제가 있다. 저장탱크의 압력이 일정 범위 이상으로 상승하면 저장탱크에 크랙이 발생하거나 폭발이 일어나는 등의 심각한 안전 사고가 발생할 수 있다. During the process of transporting liquefied gas, there is a problem in that the liquid stored in the storage tank expands or vaporizes due to heat intrusion, thereby increasing the pressure. If the pressure in the storage tank rises above a certain range, serious safety accidents such as cracks or explosions in the storage tank may occur.

이러한 사고를 방지하고자, 액화가스 저장탱크에 장착된 온도 조절 장치 및 압력 조절 장치를 이용하여, 저장탱크의 내압이 일정 압력에 도달하면, 기화된 가스(증발가스, BOG; Boil-Off Gas)를 저장탱크로부터 배출시킴으로써, 내부 압력을 안전 범위 내에서 유지시키는 것이다. In order to prevent such accidents, the temperature control device and pressure control device installed in the liquefied gas storage tank are used to control vaporized gas (boil-off gas, BOG; Boil-Off Gas) when the internal pressure of the storage tank reaches a certain pressure. By discharging from the storage tank, the internal pressure is maintained within a safe range.

한편, 액화이산화탄소 운반선에 마련되는 액화이산화탄소 저장탱크(cargo tank)를 대용량으로 제작하기 위해서는, 가능한한 저장탱크의 압력이 낮아야 대형화가 가능하다. Meanwhile, in order to manufacture a large capacity liquefied carbon dioxide storage tank (cargo tank) provided on a liquefied carbon dioxide carrier, the pressure of the storage tank must be as low as possible to make it large.

액화천연가스, 액화석유가스 등 대부분의 액화가스는 압력이 낮아지더라도 저온이 그대로 유지되는 경우에는 액화상태가 유지되므로, 압력의 저하에 대한 별다른 고려가 없었다. Most liquefied gases, such as liquefied natural gas and liquefied petroleum gas, remain liquefied if the low temperature is maintained even if the pressure is lowered, so there was no particular consideration for the decrease in pressure.

그러나, 액화이산화탄소는 압력을 낮출 경우 삼중점(triple point) 이하의 압력에 도달하면 액화이산화탄소가 액체 상태로 존재하지 못하고 고체(드라이아이스) 또는 기체 상태로만 존재할 수 있게 된다. However, when the pressure of liquefied carbon dioxide is lowered and reaches a pressure below the triple point, liquefied carbon dioxide cannot exist in a liquid state and can only exist in a solid (dry ice) or gaseous state.

삼중점 이하로의 압력 저하로 인해 액체 상태의 이산화탄소가 기체 상태로 상변화하는 경우에는, 저장탱크의 압력이 급증하게 되어, 기체 이산화탄소를 전부 배출하여야 하므로 수송이 불가능하다. When the liquid carbon dioxide changes phase to a gaseous state due to a drop in pressure below the triple point, the pressure in the storage tank rapidly increases, making transportation impossible because all of the gaseous carbon dioxide must be discharged.

또한, 압력 저하로 인해 액체 상태의 이산화탄소가 고체가 상태로 상변화하는 경우에는, 저장탱크나 저장탱크 저부의 밸브, 펌프 등 장비에서 결빙이 발생되어 장비의 파손을 야기하므로 선박의 안전 운행이 불가능한 상황이 발생하게 된다. In addition, when the liquid carbon dioxide changes phase to a solid state due to a decrease in pressure, freezing occurs in the storage tank or equipment such as valves and pumps at the bottom of the storage tank, causing damage to the equipment, making safe operation of the ship impossible. A situation arises.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention aims to solve the above-mentioned problems.

또한, 본 발명은 액화이산화탄소 저장탱크의 압력이 삼중점 근처의 운전점(operation point)를 유지하면서도, 삼중점 미만으로 도달하지 않도록 하여 액화이산화탄소가 고체 상태로 상변화하는 것을 방지하고, 전체 시스템의 효율을 높일 수 있는 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템 및 방법, 그리고 이를 포함하는 액화이산화탄소 운반선을 제공하고자 한다. In addition, the present invention maintains the pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank at an operating point near the triple point, but does not reach below the triple point, thereby preventing the liquefied carbon dioxide from changing into a solid state and increasing the efficiency of the overall system. The aim is to provide a system and method for maintaining the pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank that can be increased, and a liquefied carbon dioxide carrier including the same.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 저장탱크에 저장되어 있는 액화이산화탄소를 기화시키는 치환용 기화기; 상기 액화이산화탄소를 치환용 기화기로 공급하는 스프레이 펌프; 상기 저장탱크의 압력이 개방압력에 도달하면 개방되어 저장탱크 내 기체를 배출시켜 저장탱크의 압력을 낮추는 안전밸브; 상기 저장탱크의 압력을 측정하는 압력 송출기; 및 상기 압력 송출기로부터 전송받은 압력 측정값이 제1 설정값까지 상승하거나, 제2 설정값까지 감소하면 상기 스프레이 펌프 및 치환용 기화기를 작동시켜 고온 압축 이산화탄소가 상기 저장탱크로 공급되도록 함으로써, 상기 저장탱크의 압력을 상승시키는 제어수단;을 포함하며, 상기 제1 설정값은 상기 안전밸브의 개방압력보다 제1 특정값만큼 낮은 압력이고, 상기 제2 설정값은 이산화탄소의 삼중점 압력보다 제2 특정값만큼 높은 압력이며, 상기 제어수단은 상기 저장탱크의 압력을 제1 설정값과 제2 설정값 사이의 운전범위 내에서 유지되도록 제어하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템이 제공된다. According to one aspect of the present invention for achieving the above-described object, a replacement vaporizer for vaporizing liquefied carbon dioxide stored in a storage tank; A spray pump supplying the liquefied carbon dioxide to a vaporizer for replacement; A safety valve that opens when the pressure of the storage tank reaches the opening pressure to discharge gas in the storage tank to lower the pressure of the storage tank; A pressure transmitter that measures the pressure of the storage tank; And when the pressure measurement value transmitted from the pressure transmitter increases to the first set value or decreases to the second set value, the spray pump and the replacement vaporizer are operated to supply high-temperature compressed carbon dioxide to the storage tank, It includes a control means for increasing the pressure of the tank, wherein the first set value is a pressure lower than the opening pressure of the safety valve by a first specific value, and the second set value is a second specific value lower than the triple point pressure of carbon dioxide. The pressure is as high as that, and the control means controls the pressure of the storage tank to be maintained within an operating range between a first set value and a second set value. A pressure maintenance system for a liquefied carbon dioxide storage tank is provided.

바람직하게는, 상기 스프레이 펌프로부터 치환용 기화기로 이송되는 액화이산화탄소의 유량을 제어하기 위한 유량 제어밸브;를 더 포함하고, 상기 제어수단은, 상기 압력 송출기로부터 전송받은 압력 측정값이 제1 설정값까지 상승하면, 상기 압력 측정값에 따라 상기 유량 제어밸브의 개도율을 산출하는 고압 제어기; 상기 스프레이 펌프로부터 치환용 기화기로 이송되는 액화이산화탄소의 유량을 측정하는 유량 송출기; 상기 유량 송출기로부터 전송받은 유량 측정값이 상기 스프레이 펌프의 최소 흡입 유량보다 낮아지지 않도록 상기 유량 제어밸브의 개도율을 산출하는 유량 제어기; 및 상기 고압 제어기와 유량 제어기로부터 상기 유량 제어밸브의 개도율 명령값 중에서 더 작은 값으로 상기 유량 제어밸브의 개도율을 명령하는 제어부;를 포함할 수 있다. Preferably, it further includes a flow rate control valve for controlling the flow rate of liquefied carbon dioxide transferred from the spray pump to the replacement vaporizer, wherein the control means sets the pressure measurement value transmitted from the pressure transmitter to a first set value. a high pressure controller that calculates an opening rate of the flow control valve according to the pressure measurement value; A flow transmitter that measures the flow rate of liquefied carbon dioxide transferred from the spray pump to the replacement vaporizer; a flow rate controller that calculates an opening rate of the flow control valve so that the flow rate measurement value transmitted from the flow transmitter is not lower than the minimum suction flow rate of the spray pump; and a control unit that commands the opening rate of the flow control valve to be a smaller value among the opening rate command values of the high pressure controller and the flow rate controller.

바람직하게는, 상기 스프레이 펌프로부터 치환용 기화기로 이송되는 액화이산화탄소의 유량을 제어하기 위한 유량 제어밸브;를 더 포함하고, 상기 제어수단은, 상기 압력 송출기로부터 전송받은 압력 측정값이 제2 설정값까지 하강하면, 상기 저장탱크의 압력 하강 속도에 비해 상기 저장탱크로 공급되는 압축 이산화탄소에 의한 압력 상승 속도가 더 빠르도록 상기 유량 제어밸브의 개도율을 산출하는 저압 제어기;를 포함할 수 있다.Preferably, it further includes a flow control valve for controlling the flow rate of liquefied carbon dioxide transferred from the spray pump to the replacement vaporizer, wherein the control means sets the pressure measurement value transmitted from the pressure transmitter to a second set value. When it descends, it may include a low pressure controller that calculates the opening rate of the flow control valve so that the pressure rise rate due to the compressed carbon dioxide supplied to the storage tank is faster than the pressure decrease rate of the storage tank.

바람직하게는, 상기 치환용 기화기와 저장탱크를 연결하는 배관 상에 배치되며, 상기 치환용 기화기와 저장탱크의 연결을 개폐하는 차단밸브;를 더 포함하고, 상기 제어수단은, 상기 압력 송출기로부터 전송받은 압력 측정값이 상기 운전범위 내에 있으면, 상기 차단밸브를 폐쇄시키고 상기 제어수단의 운전을 중단시키는 정지 압력 제어기;를 포함할 수 있다.Preferably, it is disposed on a pipe connecting the replacement vaporizer and the storage tank, and further includes a blocking valve that opens and closes the connection between the replacement vaporizer and the storage tank, and the control means transmits the pressure from the pressure transmitter. If the received pressure measurement value is within the operating range, a stop pressure controller closes the shutoff valve and stops operation of the control means.

바람직하게는, 상기 스프레이 펌프로부터 이송된 액화이산화탄소가 상기 치환용 기화기를 우회하여 상기 저장탱크로 이송되도록 연결되는 우회라인; 및 상기 우회라인 상에 배치되는 온도 제어밸브;를 더 포함하고, 상기 제어수단은, 상기 저장탱크로 공급되는 압축 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도 송출기; 및 상기 온도 송출기로부터 전송받은 온도 측정값에 따라 상기 온도 제어밸브의 개도율을 산출하는 온도 제어기;를 포함할 수 있다.Preferably, a bypass line connected so that the liquefied carbon dioxide transferred from the spray pump bypasses the replacement vaporizer and is transferred to the storage tank; and a temperature control valve disposed on the bypass line, wherein the control means includes: a temperature transmitter that measures the temperature of compressed carbon dioxide supplied to the storage tank; and a temperature controller that calculates the opening rate of the temperature control valve according to the temperature measurement value transmitted from the temperature transmitter.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 액화이산화탄소를 저장하는 다수개의 액화이산화탄소 저장탱크; 및 상기 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템;을 포함하는 액화이산화탄소 운반선이 제공된다. According to another aspect of the present invention for achieving the above-described object, a plurality of liquefied carbon dioxide storage tanks for storing liquefied carbon dioxide; and a pressure maintenance system for the liquid carbon dioxide storage tank. A liquid carbon dioxide carrier including a liquid carbon dioxide carrier is provided.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면, 액화이산화탄소가 저장되어 있는 저장탱크의 압력을 측정하는 단계; 및 상기 저장탱크의 압력을 측정하는 단계에서 측정된 압력 측정값이, 상기 저장탱크의 안전밸브 개방압력보다 제1 특정값만큼 낮은 제1 설정값까지 상승하면 고압모드를 작동시키고, 상기 이산화탄소의 삼중점 압력보다 제2 특정값만큼 높은 제2 설정값까지 감소하면 저압모드를 작동시켜 상기 저장탱크의 압력을 상기 제1 설정값과 제2 설정값 사이의 운전범위 내에서 유지되도록 제어하는 단계;를 포함하며, 상기 고압모드 및 저압모드는, 상기 저장탱크에 저장된 액화이산화탄소를 압축하여 배출시키는 단계; 상기 배출된 액화이산화탄소의 적어도 일부를 기화시키는 단계; 및 상기 기화된 고온 압축 이산화탄소를 상기 저장탱크로 공급하여 상기 저장탱크의 압력을 상승시키는 단계;를 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 방법이 제공된다. In addition, according to another aspect of the present invention for achieving the above-described object, the steps include measuring the pressure of a storage tank in which liquefied carbon dioxide is stored; And when the pressure measurement value measured in the step of measuring the pressure of the storage tank rises to a first set value lower than the safety valve opening pressure of the storage tank by a first specific value, the high pressure mode is activated, and the triple point of carbon dioxide is set. When the pressure decreases to a second set value that is higher than the second specific value, activating the low pressure mode to control the pressure of the storage tank to be maintained within an operating range between the first set value and the second set value; The high-pressure mode and the low-pressure mode include compressing and discharging the liquefied carbon dioxide stored in the storage tank; Vaporizing at least a portion of the discharged liquefied carbon dioxide; and supplying the vaporized high-temperature compressed carbon dioxide to the storage tank to increase the pressure of the storage tank. A method of maintaining the pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank is provided, including.

바람직하게는, 상기 고압모드는, 상기 압력 측정값에 따라 상기 저장탱크로 공급하는 고온 압축 이산화탄소의 유량인 제1 유량을 결정하는 단계; 및 상기 저장탱크로부터 배출되는 액화이산화탄소의 유량을 측정하는 단계; 상기 유량을 측정하는 단계에서 측정된 유량 측정값이, 상기 저장탱크의 압력을 상승시키 위해 사용되는 장치의 최소 작동 유량 이상으로 유지하도록, 상기 저장탱크로부터 배출되는 액화이산화탄소의 유량인 제2 유량을 결정하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 유량 및 제2 유량 중에서 더 작은 값을 선택하여 상기 저장탱크로 공급할 고온 압축 이산화탄소의 유량을 결정함으로써 밸브의 개도율을 지시하는 단계;를 포함할 수 있다.Preferably, the high pressure mode includes determining a first flow rate, which is the flow rate of high-temperature compressed carbon dioxide supplied to the storage tank, according to the pressure measurement value; And measuring the flow rate of liquefied carbon dioxide discharged from the storage tank; A second flow rate, which is the flow rate of liquefied carbon dioxide discharged from the storage tank, is set so that the flow rate measurement value measured in the step of measuring the flow rate is maintained above the minimum operating flow rate of the device used to increase the pressure of the storage tank. It may include the step of determining; and the step of indicating the opening rate of the valve by selecting a smaller value among the first flow rate and the second flow rate to determine the flow rate of high-temperature compressed carbon dioxide to be supplied to the storage tank. .

바람직하게는, 상기 압력을 상승시키는 단계에 의해 상승한 저장탱크의 압력이 안전밸브의 개방압력에 도달하면 상기 안전밸브가 개방되어 상기 저장탱크의 압력이 하강하고, 상기 저장탱크의 압력이 제2 설정값까지 하강하면 저압모드를 작동시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, when the pressure of the storage tank raised by the step of increasing the pressure reaches the opening pressure of the safety valve, the safety valve is opened to lower the pressure of the storage tank, and the pressure of the storage tank is set to the second setting. It may further include activating the low pressure mode when the value decreases.

바람직하게는, 상기 저압모드는, 상기 압력 측정값이 제2 설정값까지 하강하면, 상기 저장탱크의 압력 하강 속도에 비해 상기 저장탱크로 공급되는 압축된 액화이산화탄소 또는 기화된 압축 이산화탄소에 의한 압력 상승 속도가 더 빠르도록 상기 기화시키는 단계로 공급하는 이산화탄소의 유량을 결정하여 밸브의 개도율을 지시하는 단계;를 포함할 수 있다.Preferably, in the low pressure mode, when the pressure measurement value falls to the second set value, the pressure increases due to compressed liquefied carbon dioxide or vaporized compressed carbon dioxide supplied to the storage tank compared to the pressure drop rate of the storage tank. It may include the step of determining the flow rate of carbon dioxide supplied to the vaporization step so that the speed is faster and instructing the opening rate of the valve.

바람직하게는, 상기 압력을 상승시키는 단계에 의해 상승한 저장탱크의 압력이 상기 운전범위에 도달하면, 기화시키는 단계로부터 압력을 상승시키는 단계로의 연결을 차단시키고, 상기 저장탱크의 압력을 상승시키는 단계를 중단시키는 단계;를 포함할 수 있다.Preferably, when the pressure of the storage tank raised by the pressure raising step reaches the operating range, the connection from the vaporization step to the pressure raising step is blocked, and the pressure of the storage tank is raised. It may include a step of stopping.

바람직하게는, 상기 압력을 상승시키는 단계는, 상기 기화시키는 단계로부터 압력을 상승시키는 단계로 공급되는 이산화탄소의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 온도를 측정하는 단계에서의 온도 측정값에 따라 상기 기화시키는 단계에서 기화시킬 이산화탄소의 유량과 기화시키지 않고 저장탱크로 공급할 이산화탄소의 유량을 결정하여 밸브의 개도율을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.Preferably, the step of increasing the pressure includes measuring the temperature of carbon dioxide supplied from the vaporizing step to the step of increasing the pressure; And controlling the opening rate of the valve by determining the flow rate of carbon dioxide to be vaporized in the vaporizing step and the flow rate of carbon dioxide to be supplied to the storage tank without vaporization according to the temperature measurement value in the temperature measuring step. You can.

본 발명에 따른 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템 및 방법, 그리고 이를 포함하는 액화이산화탄소 운반선은, 액화이산화탄소를 저장 및 운송하는 과정에서 저장탱크 내부의 압력 저하로 인해 액화이산화탄소가 기체 또는 고체로 상변화하는 것을 방지하여 저장 및 운송의 안정성을 증대시킬 수 있다. The system and method for maintaining the pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank according to the present invention, and the liquefied carbon dioxide carrier including the same, change the phase of liquefied carbon dioxide into gas or solid due to a decrease in pressure inside the storage tank during the process of storing and transporting liquefied carbon dioxide. The stability of storage and transportation can be increased by preventing this from happening.

또한, 별도의 추가 장비 없이 제어로직을 추가하는 것만으로 기존의 장비를 활용할 수 있어 적용이 용이하다. In addition, it is easy to apply because existing equipment can be used by simply adding control logic without any additional equipment.

또한, 압력 상승에 의한 저장탱크의 고압 상황 및 압력 저하에 의한 저장탱크의 저압 상황에 모두 대응할 수 있으며, 액화이산화탄소의 압력이 미리 설정된 안전 범위 내에서 유지되도록 제어할 수 있다. In addition, it is possible to respond to both a high pressure situation in the storage tank due to pressure increase and a low pressure situation in the storage tank due to pressure decrease, and the pressure of liquefied carbon dioxide can be controlled to be maintained within a preset safety range.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템의 대략적인 계통도이다. Figure 1 is a schematic diagram of a pressure maintenance system for a liquefied carbon dioxide storage tank 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 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objectives achieved by practicing 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. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the structure and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Here, in adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are indicated with the same reference numerals as much as possible, even if they are shown in different drawings. Additionally, the following examples may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

후술하는 본 발명에서 운송수단에는 액화이산화탄소 저장탱크가 구비되며, 운송수단은 육상 또는 해상의 경로를 통해 수송 가능한 것일 수 있다. 이하 본 발명의 일 실시예를 설명하는데 있어서 운송수단은 해상을 운항하는 선박인 것을 예로 들어 설명하기로 한다. In the present invention, which will be described later, the transportation means is equipped with a liquefied carbon dioxide storage tank, and the transportation means may be transportable through land or sea routes. Hereinafter, in explaining an embodiment of the present invention, an example will be given where the means of transportation is a ship sailing on the sea.

본 발명의 일 실시예들에서 선박은, 액화이산화탄소 운반선(LCO2 Carrier)일 수 있다. 그러나 이에 한정하지는 않고 액화이산화탄소 저장탱크가 구비되는 선박이라면 후술하는 실시예들이 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 선박이라 함은, 자체 추진 능력을 갖는 선박을 비롯하여, 추진 능력을 갖지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the ship may be a liquefied carbon dioxide carrier (LCO 2 Carrier). However, it is not limited to this, and the embodiments described later can be equally applied to any ship equipped with a liquefied carbon dioxide storage tank. In addition, the term "ship" in this specification may include ships with self-propulsion capabilities, as well as offshore structures that do not have propulsion capabilities but are floating on the sea.

또한, 본 발명의 일 실시예들에서 액화이산화탄소를 액화수소 등 저장탱크의 압력 저하에 의해 의도하지 않은 상변화가 발생할 우려가 있는 다른 액화가스로 대체하더라도 적용이 가능하다. In addition, in one embodiment of the present invention, it is possible to apply even if liquefied carbon dioxide is replaced with another liquefied gas, such as liquefied hydrogen, which may cause an unintended phase change due to a decrease in the pressure of the storage tank.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템 및 방법, 그리고 이를 포함하는 액화이산화탄소 운반선을 설명한다. Hereinafter, a system and method for maintaining the pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank according to an embodiment of the present invention, and a liquefied carbon dioxide carrier including the same will be described with reference to FIG. 1.

기존의 액화이산화탄소 운반선에는, 액화이산화탄소를 저장하는 다수의 액화이산화탄소 저장탱크(cargo tank)(미도시)와, 액화이산화탄소 저장탱크에 저장되어 있는 액화이산화탄소를 하역(unloading)할 때 저수위 때에도 탱크 저면에 남아있는 소량의 액화이산화탄소를 양하하는 스프레이 펌프(10)와, 액화이산화탄소 저장탱크에 액화이산화탄소를 선적(loading)하기 전에 액화이산화탄소를 기화시켜 저장탱크로 공급함으로써, 저장탱크 내부를 이산화탄소로 치환하기 위한 치환용 기화기(20)가 구비된다. Existing liquid carbon dioxide carriers have a plurality of liquid carbon dioxide storage tanks (not shown) that store liquid carbon dioxide, and when unloading liquid carbon dioxide stored in the liquid carbon dioxide storage tanks, they are placed on the bottom of the tank even when the water level is low. A spray pump (10) for discharging the remaining small amount of liquefied carbon dioxide, and a device for replacing the inside of the storage tank with carbon dioxide by vaporizing the liquefied carbon dioxide and supplying it to the storage tank before loading the liquefied carbon dioxide into the liquefied carbon dioxide storage tank. A replacement vaporizer 20 is provided.

스프레이 펌프(10)는 스트리핑 펌프(stripping pump)일 수도 있으며, 상술한 기능 외에도, 액화이산화탄소 저장탱크의 온도를 낮추기 위하여, 온도가 가장 낮은 저장탱크 저면의 액화이산화탄소를 온도가 가장 높은 저장탱크 상부로 분사해주기 위한 기능으로도 활용된다. 스프레이 펌프(10)를 후술하는 스프레이 노즐과 배관을 통해 연결시킴으로써, 저장탱크 내부를 냉각시키는 기능을 구현할 수 있다. The spray pump 10 may be a stripping pump, and in addition to the above-described functions, in order to lower the temperature of the liquefied carbon dioxide storage tank, it transfers liquefied carbon dioxide from the bottom of the storage tank with the lowest temperature to the top of the storage tank with the highest temperature. It is also used as a spraying function. By connecting the spray pump 10 to a spray nozzle, which will be described later, through a pipe, the function of cooling the inside of the storage tank can be implemented.

또한, 기존의 액화이산화탄소 저장탱크 내부의 상부 공간에는, 저장탱크 내에 존재하는 이산화탄소 증기(vapor)를 각 계통별로 고르게 분배하기 위한 증기 헤더(vapor header)와, 스프레이 펌프(10) 또는 저장탱크 내 초기 쿨다운을 위해 매니폴드로부터 이송된 액화이산화탄소를 분사해주는 스프레이 노즐(spray nozzel)이 구비되는 리퀴드 헤더(liquid header)가 마련된다. In addition, in the upper space inside the existing liquefied carbon dioxide storage tank, there is a vapor header for evenly distributing carbon dioxide vapor (vapor) existing in the storage tank to each system, and a spray pump 10 or an initial For cooldown, a liquid header equipped with a spray nozzle that sprays liquefied carbon dioxide transferred from the manifold is provided.

치환용 기화기(20)는 스프레이 펌프(10)에 의해 공급받은 액화이산화탄소를 기화시킨다. 치환용 기화기(20)에서 기화된 기체 상태의 이산화탄소 또는 기액혼합 상태의 이산화탄소는, 액화이산화탄소 저장탱크의 온도 및 압력을 조절하기 위한 목적으로 증기 헤더 또는 리퀴드 헤더를 통해 액화이산화탄소 저장탱크로 공급될 수 있다. The replacement vaporizer 20 vaporizes the liquefied carbon dioxide supplied by the spray pump 10. Carbon dioxide in a gaseous state or a gas-liquid mixture vaporized in the substitution vaporizer 20 can be supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank through a vapor header or liquid header for the purpose of controlling the temperature and pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank. there is.

스프레이 펌프(10)와 치환용 기화기(20)를 연결하는 배관에는 개도율 제어에 의해 스프레이 펌프(10)로부터 치환용 기화기(20)로 공급되는 액화이산화탄소의 유량을 조절하는 유량 제어밸브(31)가 마련된다. The pipe connecting the spray pump 10 and the replacement vaporizer 20 is provided with a flow control valve 31 that regulates the flow rate of liquefied carbon dioxide supplied from the spray pump 10 to the replacement vaporizer 20 by controlling the opening rate. is prepared.

또한, 치환용 기화기(20)와 액화이산화탄소 저장탱크를 연결하는 배관, 보다 구체적으로, 치환용 기화기(20)와 리퀴드 헤더 및 증기 헤더를 연결하는 배관에는 치환용 기화기(20)와의 연결을 개폐하는 차단밸브(isolation valve)(32)가 마련된다. In addition, the pipe connecting the substitution vaporizer 20 and the liquefied carbon dioxide storage tank, more specifically, the pipe connecting the substitution vaporizer 20 and the liquid header and the vapor header, has a connection to the substitution vaporizer 20. An isolation valve 32 is provided.

리퀴드 헤더 또는 증기 헤더로 공급되는 이산화탄소의 온도는, 유량제어밸브(31)와 스프레이 펌프(10)를 연결하는 배관에서 분기되어 치환용 기화기(20)와 차단밸브(32)를 연결하는 배관으로 합류함으로써 스프레이 펌프(10)에 의해 송출되는 액화이산화탄소를 치환용 기화기(20)를 우회하여 치환용 기화기(20)의 하류로 합류시키는 우회라인(BL)과, 우회라인(BL)에 마련되며 개폐 또는 개도율 제어에 의해 우회라인(BL)을 통하는 액화이산화탄소의 유량을 조절하는 온도 제어밸브(33)에 의해 조절될 수 있다. The temperature of carbon dioxide supplied to the liquid header or vapor header branches off from the pipe connecting the flow control valve 31 and the spray pump 10 and merges into the pipe connecting the replacement vaporizer 20 and the shutoff valve 32. By doing so, the liquefied carbon dioxide delivered by the spray pump 10 bypasses the replacement vaporizer 20 and is provided in the bypass line BL to merge with the downstream of the replacement vaporizer 20, and is opened or closed or It can be controlled by the temperature control valve 33, which regulates the flow rate of liquefied carbon dioxide through the bypass line (BL) by controlling the opening rate.

또한, 기존의 액화이산화탄소 저장탱크의 상단(roof)에는 가스 돔(vapor dome)이 형성되어 있다. 가스 돔은, 저장탱크에 질소 등의 불활성 가스를 주입하는 이너팅(inerting) 공정 및 불활성 가스를 기체 상태의 이산화탄소로 치환하는 가싱 업(gassing up) 공정을 수행할 때, 불활성 가스 및 기체 상태의 이산화탄소를 저자탱크 내부로 공급할 수 있는 배관이 관통하는 구조이다. In addition, a gas dome (vapor dome) is formed on the roof of the existing liquefied carbon dioxide storage tank. When performing the inerting process of injecting an inert gas such as nitrogen into a storage tank and the gassing up process of replacing the inert gas with gaseous carbon dioxide, the gas dome It has a structure through which a pipe that can supply carbon dioxide into the lower tank penetrates.

가스 돔에는 액체상태의 이산화탄소가 자연기화하여 생성된 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 저장탱크 외부로 배출시키는 배관도 설치될 수 있다. A pipe may also be installed in the gas dome to discharge boil-off gas (BOG; Boil-Off Gas) generated by natural vaporization of liquid carbon dioxide to the outside of the storage tank.

본 실시예의 액화이산화탄소 운반선에는, 스프레이 펌프(10)에 의해 치환용 기화기(20)로 송출되는 액화이산화탄소의 유량을 측정하여 측정값을 로컬에서 디스플레이하거나 제어수단으로 송출하는 유량 송출기(46)와, 증기 헤더에서 압력을 측정하여 측정값을 로컬에서 디스플레이하거나 제어수단으로 송출하는 제1 압력 송출기(47)와, 가스 돔에서 압력을 측정하여 측정값을 로컬에서 디스플레이하거나 제어수단으로 송출하는 제2 압력 송출기(48)와, 리퀴드 헤더 또는 증기 헤더로 공급되는 이산화탄소의 온도를 측정하여 측정값을 로컬에서 디스플레이하거나 제어수단으로 송출하는 온도 송출기(49)가 구비된다. The liquefied carbon dioxide carrier of this embodiment includes a flow rate transmitter 46 that measures the flow rate of liquefied carbon dioxide delivered to the replacement vaporizer 20 by the spray pump 10 and displays the measured value locally or sends it to a control means, A first pressure transmitter 47 that measures the pressure in the steam header and displays the measured value locally or sends it to a control means, and a second pressure transmitter 47 that measures the pressure in the gas dome and displays the measured value locally or sends it to a control means. A transmitter 48 and a temperature transmitter 49 are provided to measure the temperature of carbon dioxide supplied to the liquid header or vapor header and display the measured value locally or transmit it to a control means.

본 실시예에 따르면, 상술한 기존의 액화이산화탄소 운반선에 마련되는 액화이산화탄소 저장탱크 및 관련 설비들을 그대로 활용하면서도, 제어수단을 연계하여 액화이산화탄소 저장탱크의 압력을 안정적으로 유지할 수 있다. According to this embodiment, while utilizing the liquid carbon dioxide storage tank and related facilities provided in the existing liquid carbon dioxide carrier described above, the pressure of the liquid carbon dioxide storage tank can be stably maintained by linking the control means.

본 실시예에 따른 액화이산화탄소 저장탱크의 압력을 유지하기 위한 제어수단은, 알람을 발생시키고, 치환용 기화기(20)의 작동을 제어하며, 치환용 기화기(20)로 공급되는 액화이산화탄소의 유량을 조절하기 위하여 유량 제어밸브(31)의 개폐 및 개도율을 제어하는 제어부(40)를 포함한다. The control means for maintaining the pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank according to this embodiment generates an alarm, controls the operation of the replacement vaporizer 20, and adjusts the flow rate of the liquefied carbon dioxide supplied to the replacement vaporizer 20. It includes a control unit 40 that controls the opening/closing and opening rate of the flow control valve 31 to adjust it.

또한, 본 실시예의 제어수단은, 유량 송출기(46), 제1 압력 송출기(47), 제2 압력 송출기(48) 및 온도 송출기(49) 중 어느 하나 이상에서 측정한 현재 측정값을 전송받고, 전송받은 측정값 등 미리 입력되어 있는 여러 제어 인자(control factor)들을 고려하여, 스프레이 펌프(10), 치환용 기화기(20), 유량제어밸브(31) 및 차단밸브(32) 중 어느 하나 이상에 대해, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력을 유지하기 위한 제어 명령값(position command)을 제어부(40)에 송출하는 제어기(41, 42, 43, 44, 45)를 더 포함한다. In addition, the control means of this embodiment receives the current measurement value measured by one or more of the flow transmitter 46, the first pressure transmitter 47, the second pressure transmitter 48, and the temperature transmitter 49, Considering various control factors that have been input in advance, such as the transmitted measurement value, any one or more of the spray pump (10), replacement vaporizer (20), flow control valve (31), and shutoff valve (32) In contrast, it further includes controllers 41, 42, 43, 44, and 45 that transmit control command values (position commands) to the control unit 40 for maintaining the pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank.

본 실시예에서 제어기는, 유량 제어기(41), 정지 압력 제어기(42), 저압 제어기(43), 고압 제어기(44) 및 온도 제어기(45)를 포함한다. The controller in this embodiment includes a flow rate controller 41, a static pressure controller 42, a low pressure controller 43, a high pressure controller 44, and a temperature controller 45.

정지 압력 제어기(42)는, 제1 압력 송출기(47) 또는 제2 압력 송출기(48)로부터 현재 압력 측정값을 전송받아, 압력 측정값을 포함한 제어 인자들을 고려하여, 차단밸브(32)의 개폐 제어값을 제어부(40)에 송출하거나 차단밸브(32)에 직접 송출할 수 있다. The static pressure controller 42 receives the current pressure measurement value from the first pressure transmitter 47 or the second pressure transmitter 48, and opens and closes the blocking valve 32 in consideration of control factors including the pressure measurement value. The control value can be sent to the control unit 40 or directly to the blocking valve 32.

저압 제어기(43)는, 제2 압력 송출기(48)로부터 현재 압력 측정값을 전송받아, 압력 측정값을 포함한 제어 인자들을 고려하여, 스프레이 펌프(10)로부터 치환용 기화기(20)로 공급할 액화이산화탄소의 유량을 산출하고, 그에 따른 유량 제어밸브(41)의 개도율 제어값을 제어부(40)에 송출할 수 있다. The low pressure controller 43 receives the current pressure measurement value from the second pressure transmitter 48, takes into account control factors including the pressure measurement value, and supplies liquefied carbon dioxide from the spray pump 10 to the replacement vaporizer 20. The flow rate can be calculated, and the resulting control value of the opening rate of the flow control valve 41 can be transmitted to the control unit 40.

고압 제어기(44)는, 제1 압력 송출기(47) 또는 제2 압력 송출기(48)로부터 현재 압력 측정값을 전송받아, 압력 측정값을 포함한 제어 인자들을 고려하여, 스프레이 펌프(10)로부터 치환용 기화기(20)로 공급할 액화이산화탄소의 유량을 산출하고, 그에 따른 유량 제어밸브(41)의 개도율 제어값을 제어부(40) 또는 유량 제어기(41)에 송출할 수 있다. The high pressure controller 44 receives the current pressure measurement value from the first pressure transmitter 47 or the second pressure transmitter 48, takes into account control factors including the pressure measurement value, and replaces the pressure from the spray pump 10. The flow rate of liquefied carbon dioxide to be supplied to the vaporizer 20 can be calculated, and the resulting control value of the opening rate of the flow control valve 41 can be transmitted to the control unit 40 or the flow rate controller 41.

유량 제어기(41)는, 유량 송출기(46)로부터 전송받은 현재 유량 측정값과, 고압 제어기(44)로부터 전송받은 유량 제어밸브(41)의 개도율 제어값을 포함한 제어 인자들을 고려하여, 스프레이 펌프(10)로부터 치환용 기화기(20)로 공급할 액화이산화탄소의 유량을 산출하고, 그에 따른 유량 제어밸브(41)의 개도율 제어값을 제어부(40)에 송출할 수 있다. The flow rate controller 41 considers control factors including the current flow rate measurement value transmitted from the flow rate transmitter 46 and the opening rate control value of the flow rate control valve 41 transmitted from the high pressure controller 44, and controls the spray pump. From (10), the flow rate of liquefied carbon dioxide to be supplied to the substitution vaporizer 20 can be calculated, and the resulting control value of the opening rate of the flow control valve 41 can be transmitted to the control unit 40.

본 실시예에서 제어부(40)는, 유량 제어기(41), 저압 제어기(43), 고압 제어기(44)로부터 전송받은 유량 제어밸브(41)의 개도율 제어값들 중에서, 가장 작은 값을 선택하는 로우 셀렉터(low selector)를 포함할 수 있다. In this embodiment, the control unit 40 selects the smallest value among the opening rate control values of the flow control valve 41 transmitted from the flow controller 41, the low pressure controller 43, and the high pressure controller 44. May contain a low selector.

즉, 제어부(40)는, 스프레이 펌프(10)로부터 치환용 기화기(20)로 이송되는 액화이산화탄소의 유량을 최소유량이 되도록 유량제어밸브(41)의 개도율을 제어할 수 있다. That is, the control unit 40 can control the opening rate of the flow control valve 41 so that the flow rate of liquefied carbon dioxide transferred from the spray pump 10 to the replacement vaporizer 20 is the minimum flow rate.

본 실시예의 온도 제어기(45)는 온도 송출기(49)로부터 현재 온도 측정값을 전송받고, 온도 측정값을 포함한 제어 인자들을 고려하여, 치환용 기화기(20)를 우회시킬 액화이산화탄소 유량을 산출하고, 그에 따른 온도 제어밸브(33)의 개폐 및 개도율 제어값을 제어부(40)에 송출하거나 온도 제어밸브(33)에 직접 송출할 수 있다. The temperature controller 45 of this embodiment receives the current temperature measurement value from the temperature transmitter 49, considers control factors including the temperature measurement value, and calculates the liquefied carbon dioxide flow rate to bypass the replacement vaporizer 20, The resulting opening/closing and opening rate control values of the temperature control valve 33 can be transmitted to the control unit 40 or directly to the temperature control valve 33.

기존의 액화이산화탄소 저장탱크 등 액화가스를 저장하는 저장탱크에는 저장탱크의 내압이 설계 압력 이상으로 높아지는 것을 방지하기 위한 안전장치로서 안전밸브(PSV; Pressure Safety Valve)가 설치된다. 안전밸브는 저장탱크의 내압이 제1 설정값에 도달하면 자동으로 개방되어 저장탱크 내 증발가스 등 기체를 배출시킴으로써 저장탱크의 내압을 낮추도록 설계된다. Storage tanks that store liquefied gas, such as existing liquefied carbon dioxide storage tanks, are equipped with a safety valve (PSV; Pressure Safety Valve) as a safety device to prevent the internal pressure of the storage tank from increasing beyond the design pressure. The safety valve is designed to lower the internal pressure of the storage tank by automatically opening when the internal pressure of the storage tank reaches the first set value and discharging gases such as boil-off gas in the storage tank.

그런데 안전밸브가 개방되면, 저장탱크의 내압이 짧은 시간에 급격하게 낮아지게 되며, 이산화탄소의 삼중점인 5.18 bar까지 도달하게 된다. 저장탱크의 내압이 낮아져 삼중점에 도달하면, 저장탱크에 저장되어 있는 액체 상태의 이산화탄소가 고체 상태의 이산화탄소(dry ice)로 상변화하게 된다. 이러한 현상은 안전밸브의 개방 뿐 아니라 액화이산화탄소 운반선이 운항하는 동안에 액화이산화탄소 저장탱크로부터의 각종 누출(leakage)에 의해서도 발생할 수 있다. However, when the safety valve is opened, the internal pressure of the storage tank drops rapidly in a short period of time and reaches 5.18 bar, the triple point of carbon dioxide. When the internal pressure of the storage tank decreases and reaches the triple point, the liquid carbon dioxide stored in the storage tank changes phase into solid carbon dioxide (dry ice). This phenomenon may occur not only due to the opening of the safety valve, but also due to various leaks from the liquid carbon dioxide storage tank while the liquid carbon dioxide carrier is in operation.

따라서, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력은 어떤 상황에서도 항상 삼중점 이상의 운전 압력(operation point)으로 유지되도록 제어할 필요가 있다. Therefore, the pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank needs to be controlled to always be maintained at an operating pressure (operation point) above the triple point under any circumstances.

기존에는, 고압으로 유지되며 기체 상태의 이산화탄소를 저장하는 별도의 압력탱크를 구비하고, 안전밸브의 개방 등으로 액화이산화탄소 저장탱크의 내압이 낮아져 이산화탄소의 삼중점에 가까워지면 압력탱크로부터 액화이산화탄소 저장탱크로 기체 상태의 이산화탄소를 공급함으로써 압력저하를 보상하는 방법이 제안된 바 있다. Previously, a separate pressure tank was maintained at high pressure and stored gaseous carbon dioxide, and when the internal pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank decreased due to the opening of the safety valve, etc. and approached the triple point of carbon dioxide, it was transferred from the pressure tank to the liquefied carbon dioxide storage tank. A method of compensating for pressure drop by supplying gaseous carbon dioxide has been proposed.

그러나, 이러한 기존의 방법은, 고압의 이산화탄소가 액화이산화탄소 저장탱크로 유입되면서 저장탱크의 내압을 급격하게 상승시킬 수 있다는 부작용이 상존한다. 또한, 압력탱크를 사용하지 않을 때에도 항상 압력탱크의 내압을 고압으로 유지시켜야 한다는 부담이 있다. However, this existing method has the side effect that high-pressure carbon dioxide flows into the liquefied carbon dioxide storage tank, which can rapidly increase the internal pressure of the storage tank. In addition, there is a burden of always maintaining the internal pressure of the pressure tank at a high pressure even when the pressure tank is not in use.

한편, 별도의 압력탱크를 구비하지 않고도, 안전밸브의 개방으로 액화이산화탄소 저장탱크의 내압이 급격히 떨어진 경우, 액화이산화탄소 저장탱크에 저장되어 있는 액화이산화탄소를 압축하고 기화시켜, 액화이산화탄소 저장탱크로 다시 공급하는 방법도 제안된 바 있다. Meanwhile, without having a separate pressure tank, when the internal pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank drops suddenly due to the opening of the safety valve, the liquefied carbon dioxide stored in the liquefied carbon dioxide storage tank is compressed and vaporized and supplied back to the liquefied carbon dioxide storage tank. A method has also been proposed.

그러나, 이러한 기존의 방법은 액화이산화탄소를 압축하고 기화시키는 수단을 가동시키기 전에 해당 장비들과 연관 배관들을 쿨다운시켜야 하는데, 쿨다운 공정에는 최소 시간은 최소한 반나절 이상이 소모된다는 점에서, 실효성이 매우 낮다는 문제점이 있다. However, this existing method requires cooling down the relevant equipment and associated piping before operating the means for compressing and vaporizing liquefied carbon dioxide, and is very ineffective in that the cooldown process takes at least half a day. There is a problem with it being low.

이하, 상술한 제어 수단을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지를 위한 제어 방식을 설명한다. Hereinafter, a control method for maintaining the pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank according to an embodiment of the present invention will be described using the above-described control means.

본 실시예에 따른 액화이산화탄소의 압력 유지 방법은, 액화이산화탄소 저장탱크가 고압, 즉 제1 설정값에 가까워지는 경우에 작동하는 고압모드와, 액화이산화탄소 저장탱크가 저압, 즉 제2 설정값보다 낮아지는 경우에 작동하는 저압모드를 포함한다. The method of maintaining the pressure of liquefied carbon dioxide according to this embodiment includes a high pressure mode that operates when the liquefied carbon dioxide storage tank is at high pressure, that is, close to the first set value, and a high pressure mode that operates when the liquefied carbon dioxide storage tank is low pressure, that is, lower than the second set value. Includes a low pressure mode that activates in case of loss.

먼저, 본 실시예에 따른 압력 유지 방법에 있어서, 고압모드로 운전될 때의 작동방법을 설명한다. First, in the pressure maintenance method according to this embodiment, the operation method when operated in high pressure mode will be described.

<고압모드><High pressure mode>

본 실시예에서 제1 설정값은 안전밸브(PSV)가 자동개방되는 압력일 수 있으며, 제1 설정값에 가까워진다는 것은 제1 설정값과 액화이산화탄소 저장탱크의 현재 압력 측정값의 차이가 미리 설정된 차압값(제1 특정값)에 도달하는 것을 의미할 수 있다. 제1 설정값과 안전밸브가 자동개방되는 압력 사이의 차압은 적용 환경의 조건에 따라 작업자에 의해 적절히 설정될 수 있다. In this embodiment, the first set value may be the pressure at which the safety valve (PSV) automatically opens, and approaching the first set value means that the difference between the first set value and the current pressure measurement value of the liquefied carbon dioxide storage tank is preset. It may mean reaching the differential pressure value (first specific value). The differential pressure between the first set value and the pressure at which the safety valve automatically opens can be appropriately set by the operator depending on the conditions of the application environment.

예를 들어, 제1 특정값은 0.01 bar 이상일 수 있다. For example, the first specific value may be 0.01 bar or more.

본 실시모드에 따르면, 제어부(40)는 제1 압력 송출기(47) 또는 제2 압력 송출기(28)에 의해 측정된 액화이산화탄소 저장탱크의 현재 압력 측정값이 제1 설정값에 가까워지면, 액화이산화탄소 저장탱크의 안전밸브가 개방되기 전에 스프레이 펌프(10) 및 치환용 기화기(20)를 작동시킨다. According to this implementation mode, when the current pressure measurement value of the liquefied carbon dioxide storage tank measured by the first pressure transmitter 47 or the second pressure transmitter 28 approaches the first set value, the control unit 40 transmits the liquefied carbon dioxide. The spray pump (10) and replacement vaporizer (20) are operated before the safety valve of the storage tank is opened.

제어부(40)는 작업자가 수동으로 치환용 기화기(20)를 작동시킬 수 있도록 치환용 기화기(20)의 작동요청 경보를 발생시킬 수도 있고, 경보 발생과 동시에 또는 경보가 발생한 후 일정시간이 지나면 치환용 기화기(20)가 작동되도록 원격제어할 수도 있다. The control unit 40 may generate an operation request alarm for the replacement vaporizer 20 so that the operator can manually operate the replacement vaporizer 20, and the replacement vaporizer 20 may be activated simultaneously with the alarm or after a certain period of time after the alarm occurs. The container vaporizer 20 can also be remotely controlled to operate.

치환용 기화기(20)가 작동되면, 스프레이 펌프(10)에 의해 압축된 액화이산화탄소가 치환용 기화기(20)로 공급됨으로써, 치환용 기화기(20) 및 연관 배관들이 쿨다운된다. When the displacement vaporizer 20 is operated, liquefied carbon dioxide compressed by the spray pump 10 is supplied to the displacement vaporizer 20, thereby cooling down the displacement vaporizer 20 and associated pipes.

또한, 치환용 기화기(20)가 작동되면 치환용 기화기(20)에서는 압축된 액화이산화탄소가 기화되며, 기화된 고온 압축 이산화탄소가 증기 헤더를 통해 액화이산화탄소 저장탱크로 공급된다. In addition, when the displacement vaporizer 20 is operated, compressed liquefied carbon dioxide is vaporized in the displacement vaporizer 20, and the vaporized high-temperature compressed carbon dioxide is supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank through a vapor header.

즉, 쿨다운이 실시되는 동안 기화된 고온 압축 이산화탄소가 액화이산화탄소 저장탱크로 공급되므로 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 및 온도가 상승하게 된다. That is, while the cooldown is performed, the vaporized high-temperature compressed carbon dioxide is supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank, so the pressure and temperature of the liquefied carbon dioxide storage tank increase.

본 실시예에 따르면, 고압모드로 운전될 때, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 및 온도 상승을 최소화하기 위하여, 치환용 기화기(20)를 통해 액화이산화탄소 저장탱크로 공급되는 고온 압축 이산화탄소의 유량이 유량 제어밸브(31)에 의해 제어된다. According to this embodiment, when operating in high pressure mode, in order to minimize the increase in pressure and temperature of the liquefied carbon dioxide storage tank, the flow rate of high-temperature compressed carbon dioxide supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank through the replacement vaporizer 20 is controlled. Controlled by valve 31.

제어부(40)는 유량 제어밸브(31)의 작동 위치(action position), 즉 개도율 명령값을 유량 제어밸브(31)에 전송함으로써, 스프레이 펌프(10)로부터 치환용 기화기(20)로 공급되는 액화이산화탄소의 유량을 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 및 온도 상승이 최소화되는 최소유량으로 제어할 수 있다. The control unit 40 transmits the action position of the flow control valve 31, that is, the opening rate command value, to the flow control valve 31, thereby transmitting the action position of the flow control valve 31 to the displacement vaporizer 20. The flow rate of liquefied carbon dioxide can be controlled to the minimum flow rate that minimizes the pressure and temperature rise in the liquefied carbon dioxide storage tank.

유량 제어밸브(31)의 개도율 명령값은 유량 제어기(41)와 고압 제어기(44)에 의해 캐스캐이딩(cascading) 제어된다. The opening rate command value of the flow control valve 31 is cascaded controlled by the flow rate controller 41 and the high pressure controller 44.

예를 들어, 고압 제어기(44)는 제1 압력 송출기(47) 또는 제2 압력 송출기(48)의 압력 측정값을 전송받아 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 상승률이 미리 설정된 기준값보다 높아지면, 유량 제어밸브(31)의 개도율을 줄이도록 명령한다. For example, the high pressure controller 44 receives the pressure measurement value from the first pressure transmitter 47 or the second pressure transmitter 48, and when the pressure increase rate of the liquefied carbon dioxide storage tank becomes higher than the preset reference value, the flow control valve Order to reduce the opening rate in (31).

연속적으로, 유량 제어기(41)는 유량 송출기(46)의 유량 측정값을 전송받아 치환용 기화기(20)로 공급되는 액화이산화탄소 유량이 스프레이 펌프(10)의 최소 흡입유량 및 치환용 기화기(20)의 최소 유입유량보다 감소하지 않도록 유량 제어밸브(31)의 개도율을 설정한다. Continuously, the flow rate controller 41 receives the flow rate measurement value of the flow transmitter 46, and the liquefied carbon dioxide flow rate supplied to the replacement vaporizer 20 is determined by the minimum suction flow rate of the spray pump 10 and the replacement vaporizer 20. Set the opening rate of the flow control valve (31) so that it does not decrease below the minimum inflow flow rate.

제어부(40)는, 고압 제어기(44)로부터 전송받은 유량 제어밸브(31)의 개도율과 유량 제어기(41)로부터 전송받은 유량 제어밸브(31)의 개도율을 비교하여, 더 작은 값으로 유량 제어밸브(31)의 개도율을 명령할 수 있다. The control unit 40 compares the opening rate of the flow control valve 31 received from the high pressure controller 44 with the opening rate of the flow control valve 31 received from the flow controller 41, and sets the flow rate to a smaller value. The opening rate of the control valve 31 can be commanded.

유량 제어기(41)와 고압 제어기(44)에 의해 유량 제어밸브(31)를 캐스캐이딩(cascading) 제어함으로써, 외란이 인가되더라도 쿨다운 공정을 실시하면서 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 상승 제어는 안정적으로 이루어질 수 있다. By cascading the flow control valve 31 by the flow controller 41 and the high pressure controller 44, the pressure rise of the liquefied carbon dioxide storage tank is stably controlled while performing the cool-down process even when a disturbance is applied. It can be done.

이와 같은 과정이 반복되면서, 마침내 액화이산화탄소 저장탱크의 압력이 안전밸브 개방압력, 즉 제1 설정값에 도달하게 되면, 안전밸브가 개방된다. 안전밸브가 개방되면서 액화이산화탄소 저장탱크 내 기체가 배출되게 되면 액화이산화탄소 저장탱크의 내압이 낮아지게 되고, 액화이산화탄소 저장탱크의 내압이 제2 설정값에 도달하면 저압모드로 운전된다. As this process is repeated, when the pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank finally reaches the safety valve opening pressure, that is, the first set value, the safety valve is opened. When the safety valve is opened and the gas in the liquefied carbon dioxide storage tank is discharged, the internal pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank is lowered, and when the internal pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank reaches the second set value, it is operated in low pressure mode.

다음으로, 본 실시예에 따른 압력 유지 방법에 있어서, 저압모드로 운전될 때의 작동방법을 설명한다. Next, in the pressure maintenance method according to this embodiment, the operation method when operated in low pressure mode will be described.

<저압모드><Low pressure mode>

본 실시예에서 제2 설정값은 이산화탄소의 삼중점 압력보다 미리 설정된 차압(제2 특정값)만큼 높은 압력일 수 있다. 이산화탄소의 삼중점 압력과 제2 설정값의 차압은 적용 환경의 조건에 따라 작업자에 의해 적절히 설정될 수 있다. In this embodiment, the second set value may be a pressure higher than the triple point pressure of carbon dioxide by a preset differential pressure (second specific value). The differential pressure between the triple point pressure of carbon dioxide and the second set value can be appropriately set by the operator depending on the conditions of the application environment.

예를 들어, 제2 특정값은 0.01 bar 이상일 수 있다. For example, the second specific value may be 0.01 bar or more.

본 실시모드에서 제어부(40)는, 제1 압력 송출기(47) 또는 제2 압력 송출기(48)에 의해 측정된 액화이산화탄소 저장탱크의 현재 압력 측정값이 제2 설정값 미만으로 낮아지기 시작하면, 액화이산화탄소 저장탱크의 현재 압력이 이산화탄소의 삼중점 압력에 도달하기 전에, 스프레이 펌프(10) 및 치환용 기화기(20)를 작동시킨다. In this implementation mode, when the current pressure measurement value of the liquefied carbon dioxide storage tank measured by the first pressure transmitter 47 or the second pressure transmitter 48 begins to fall below the second set value, the control unit 40 performs liquefaction. Before the current pressure of the carbon dioxide storage tank reaches the triple point pressure of carbon dioxide, the spray pump 10 and the displacement vaporizer 20 are activated.

제어부(40)는 액화이산화탄소 저장탱크의 현재 압력 측정값이 제2 설정값 미만으로 낮아지기 시작하면, 이를 작업자에게 알리는 알람을 발생시킬 수 있다. When the current pressure measurement value of the liquefied carbon dioxide storage tank begins to fall below the second set value, the control unit 40 may generate an alarm to notify the operator.

또한, 제어부(40)는 작업자가 수동으로 치환용 기화기(20)를 작동시킬 수 있도록 치환용 기화기(20)의 작동요청 경보를 발생시킬 수도 있고, 경보 발생과 동시에 또는 경보가 발생한 후 일정시간이 지나면 치환용 기화기(20)가 작동되도록 원격제어할 수도 있다. In addition, the control unit 40 may generate an operation request alarm for the replacement vaporizer 20 so that the operator can manually operate the replacement vaporizer 20, and simultaneously with the alarm generation or within a certain period of time after the alarm occurs. Afterwards, the replacement vaporizer 20 can be remotely controlled to operate.

치환용 기화기(20)가 작동되면, 스프레이 펌프(10)에 의해 압축된 액화이산화탄소가 치환용 기화기(20)로 공급되고, 치환용 기화기(20)에서 기화된 고온 압축 이산화탄소는 증기 헤더를 통해 액화이산화탄소 저장탱크로 공급된다. When the displacement vaporizer 20 operates, liquefied carbon dioxide compressed by the spray pump 10 is supplied to the displacement vaporizer 20, and the high-temperature compressed carbon dioxide vaporized in the displacement vaporizer 20 is liquefied through a vapor header. It is supplied to a carbon dioxide storage tank.

기화된 고온 압축 이산화탄소가 액화이산화탄소 저장탱크로 공급됨으로써, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력을 상승시킨다. Vaporized high-temperature compressed carbon dioxide is supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank, thereby increasing the pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank.

단, 액화이산화탄소 저장탱크로 공급되는 고온 압축 이산화탄소의 유량을 최소 유량으로 제어하는 고압모드 운전과는 달리, 저압모드로 운전할 때에는 액화이산화탄소 저장탱크의 현재 압력 측정값에 의해서 액화이산화탄소 저장탱크로 공급되는 고온 압축 이산화탄소의 유량이 조절된다. However, unlike high-pressure mode operation, which controls the flow rate of high-temperature compressed carbon dioxide supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank to the minimum flow rate, when operating in low-pressure mode, the flow rate of high-temperature compressed carbon dioxide supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank is controlled by the current pressure measurement value of the liquefied carbon dioxide storage tank. The flow rate of hot compressed carbon dioxide is controlled.

본 실시예에서 제어부(40)는 저압 제어기(45)로부터 전송받은 유량 제어밸브(31)의 작동 위치(action position), 즉 개도율 명령값을 유량 제어밸브(31)에 전송함으로써, 스프레이 펌프(10)로부터 치환용 기화기(20)로 공급되는 액화이산화탄소의 유량을 제어할 수 있다. In this embodiment, the control unit 40 transmits the action position, that is, the opening rate command value, of the flow control valve 31 received from the low pressure controller 45 to the flow control valve 31, thereby transmitting the spray pump ( The flow rate of liquefied carbon dioxide supplied from 10) to the substitution vaporizer 20 can be controlled.

예를 들어, 저압 제어기(45)는 제1 압력 송출기(47) 또는 제2 압력 송출기(48)의 압력 측정값을 전송받아 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 하강률이 미리 설정된 기준값보다 높아지면, 유량 제어밸브(31)의 개도율을 높이도록 명령할 수 있다. 이때, 압력 상승률이 급격하게 안전밸브 개방압력에 도달하지는 않도록 유량을 제어하는 것이 안전한다. For example, the low pressure controller 45 receives the pressure measurement value from the first pressure transmitter 47 or the second pressure transmitter 48 and controls the flow rate when the pressure drop rate of the liquefied carbon dioxide storage tank becomes higher than a preset reference value. It is possible to command to increase the opening rate of the valve 31. At this time, it is safe to control the flow rate so that the pressure increase rate does not suddenly reach the safety valve opening pressure.

또한, 저압 제어기(45)는 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 하강 속도에 비해 액화이산화탄소 저장탱크로 공급되는 압축 이산화탄소에 의한 압력 상승 속도가 더 빠르도록 유량 제어밸브(31)의 개도율을 산출할 수 있다. In addition, the low pressure controller 45 can calculate the opening rate of the flow control valve 31 so that the pressure increase rate due to compressed carbon dioxide supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank is faster than the pressure decrease rate of the liquefied carbon dioxide storage tank. .

이와 같은 과정이 반복되면서, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력이 상승하여, 제1 설정값과 제2 설정값 사이의 안전한 운전 범위로 진입하면, 정지 압력 제어기(42)는 차단밸브(32)의 폐쇄 제어값을 차단밸브(32)에 전송함으로써, 저압모드 운전을 셧다운(shutdown)시킬 수 있다. As this process is repeated, the pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank increases, and when it enters the safe operating range between the first set value and the second set value, the stop pressure controller 42 controls the closing of the shutoff valve 32. By transmitting the value to the shutoff valve 32, low pressure mode operation can be shut down.

또한, 제어부(40)는 차단밸브(32)가 폐쇄되면, 치환용 기화기(20)의 작동을 중단시킬 수 있다. Additionally, the control unit 40 can stop the operation of the replacement vaporizer 20 when the shutoff valve 32 is closed.

한편, 치환용 기화기(20)를 이용하여 고온 압축 이산화탄소를 액화이산화탄소 저장탱크로 공급하는 공정을 실시하면서, 액화이산화탄소 저장탱크로 공급되는 고온 압축 이산화탄소의 온도를 제어할 수 있다. Meanwhile, while carrying out the process of supplying high-temperature compressed carbon dioxide to the liquefied carbon dioxide storage tank using the substitution vaporizer 20, the temperature of the high-temperature compressed carbon dioxide supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank can be controlled.

액화이산화탄소 저장탱크로 공급되는 고온 압축 이산화탄소의 온도 제어는, 온도 제어기(45)에 의해 온도 제어밸브(33)의 개도율을 제어함으로써 실시될 수 있다. 온도 제어밸브(33)의 제어는 고압모드와 저압모드에서 공통적으로 적용될 수 있다. Temperature control of the high-temperature compressed carbon dioxide supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank can be performed by controlling the opening rate of the temperature control valve 33 by the temperature controller 45. Control of the temperature control valve 33 can be commonly applied in high pressure mode and low pressure mode.

온도 제어기(45)는 온도 송출기(49)에 의해 측정된 온도 측정값을 전송받고, 온도 측정값을 포함한 여러 제어 인자들을 고려하여 온도 제어밸브(33)의 개폐 및 개도율을 산출한다. The temperature controller 45 receives the temperature measurement value measured by the temperature transmitter 49, and calculates the opening/closing and opening rate of the temperature control valve 33 by considering various control factors including the temperature measurement value.

예를 들어, 온도 송출기(49)에 의해 측정된 온도 측정값이 미리 설정된 기준값보다 높으면, 온도 제어기(45)는 온도 제어밸브(33)가 개방되도록 명령값을 산출하거나, 개도율을 높이도록 명령값을 산출하여 온도 제어밸브(33)에 전송할 수 있다. For example, if the temperature measurement value measured by the temperature transmitter 49 is higher than the preset reference value, the temperature controller 45 calculates a command value to open the temperature control valve 33 or commands the temperature control valve 33 to increase the opening rate. The value can be calculated and transmitted to the temperature control valve (33).

온도 제어밸브(33)가 개방되면 스프레이 펌프(10)에 의해 압축된 액화이산화탄소의 일부 또는 전부가 치환용 기화기(20)를 우회하는 우회라인(BL)으로 유입되며, 따라서 기화되지 않고 저온의 상태로 액화이산화탄소 저장탱크로 공급된다. 따라서, 고압모드 또는 저압모드로 운전될 때 치환용 기화기(20)를 이용하여 액화이산화탄소 저장탱크의 압력을 높이는 공정에 있어서 액화이산화탄소 저장탱크로 유입되는 이산화탄소의 온도가 낮아진다. When the temperature control valve 33 is opened, part or all of the liquefied carbon dioxide compressed by the spray pump 10 flows into the bypass line BL, which bypasses the replacement vaporizer 20, and is therefore not vaporized and remains at a low temperature. It is supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank. Therefore, in the process of increasing the pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank using the displacement vaporizer 20 when operating in the high-pressure mode or low-pressure mode, the temperature of carbon dioxide flowing into the liquefied carbon dioxide storage tank is lowered.

또한, 온도 제어밸브(33)의 개도율이 상승하면, 우회라인(BL)으로 유입되는 액화이산화탄소의 유량이 증가하고, 따라서 액화이산화탄소 저장탱크로 유입되는 이산화탄소의 온도는 낮아진다. Additionally, as the opening rate of the temperature control valve 33 increases, the flow rate of liquefied carbon dioxide flowing into the bypass line BL increases, and thus the temperature of carbon dioxide flowing into the liquefied carbon dioxide storage tank decreases.

온도 제어밸브(33)의 개도율이 감소하면, 우회라인(BL)으로 유입되는 액화이산화탄소의 유량이 감소하고, 따라서 액화이산화탄소 저장탱크로 유입되는 이산화탄소의 온도는 높아진다. When the opening rate of the temperature control valve 33 decreases, the flow rate of liquefied carbon dioxide flowing into the bypass line BL decreases, and thus the temperature of carbon dioxide flowing into the liquefied carbon dioxide storage tank increases.

본 발명에 따른 액화이산화탄소 운반선의 액화이산화탄소 저장탱크 압력 유지 시스템 및 방법은, 별도의 시스템을 추가하지 않고도 기존의 시스템을 거의 그대로 활용할 수 있으므로 적용이 용이하다. 또한, 안전밸브가 개방하여 액화이산화탄소 저장탱크의 내압이 삼중점 미만으로 낮아지는 경우와 안전밸브가 개방하기 전 고압의 상태에서도 모두 안정적으로 적용할 수 있다. The system and method for maintaining the pressure of the liquid carbon dioxide storage tank of the liquid carbon dioxide carrier according to the present invention is easy to apply because the existing system can be used almost as is without adding a separate system. In addition, it can be stably applied both when the internal pressure of the liquefied carbon dioxide storage tank is lowered below the triple point when the safety valve is opened and even when the pressure is high before the safety valve is opened.

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. It is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and that it can be implemented with various modifications or variations without departing from the technical gist of the present invention. It was done.

10 : 스프레이 펌프 20 : 치환용 기화기
31 : 유량 제어밸브 32 : 차단밸브
33 : 온도 제어밸브 BL : 우회라인
40 : 제어부
41 : 유량 제어기 46 : 유량 송출기
42 : 정지 압력 제어기 47 : 제1 압력 송출기
43 : 저압 제어기 48 : 제2 압력 송출기
44 : 고압 제어기 49 : 온도 송출기
45 : 온도 제어기10: spray pump 20: replacement vaporizer
31: flow control valve 32: blocking valve
33: Temperature control valve BL: Bypass line
40: control unit
41: flow controller 46: flow transmitter
42: static pressure controller 47: first pressure transmitter
43: low pressure controller 48: second pressure transmitter
44: high pressure controller 49: temperature transmitter
45: temperature controller

Claims (12)

저장탱크에 저장되어 있는 액화이산화탄소를 기화시키는 치환용 기화기;
상기 액화이산화탄소를 치환용 기화기로 공급하는 스프레이 펌프;
상기 저장탱크의 압력이 개방압력에 도달하면 개방되어 저장탱크 내 기체를 배출시켜 저장탱크의 압력을 낮추는 안전밸브;
상기 저장탱크의 압력을 측정하는 압력 송출기; 및
상기 압력 송출기로부터 전송받은 압력 측정값이 제1 설정값까지 상승하거나, 제2 설정값까지 감소하면 상기 스프레이 펌프 및 치환용 기화기를 작동시켜 고온 압축 이산화탄소가 상기 저장탱크로 공급되도록 함으로써, 상기 저장탱크의 압력을 상승시키는 제어수단;을 포함하며,
상기 제1 설정값은 상기 안전밸브의 개방압력보다 제1 특정값만큼 낮은 압력이고, 상기 제2 설정값은 이산화탄소의 삼중점 압력보다 제2 특정값만큼 높은 압력이며,
상기 제어수단은 상기 저장탱크의 압력을 제1 설정값과 제2 설정값 사이의 운전범위 내에서 유지되도록 제어하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템. A displacement vaporizer that vaporizes liquefied carbon dioxide stored in a storage tank;
A spray pump supplying the liquefied carbon dioxide to a vaporizer for replacement;
A safety valve that opens when the pressure of the storage tank reaches the opening pressure to discharge gas in the storage tank to lower the pressure of the storage tank;
A pressure transmitter that measures the pressure of the storage tank; and
When the pressure measurement value transmitted from the pressure transmitter increases to the first set value or decreases to the second set value, the spray pump and the replacement vaporizer are operated to supply high-temperature compressed carbon dioxide to the storage tank, Includes a control means to increase the pressure,
The first set value is a pressure lower than the opening pressure of the safety valve by a first specific value, and the second set value is a pressure higher than the triple point pressure of carbon dioxide by a second specific value,
A pressure maintenance system for a liquefied carbon dioxide storage tank, wherein the control means controls the pressure of the storage tank to be maintained within an operating range between a first set value and a second set value. 청구항 1에 있어서,
상기 스프레이 펌프로부터 치환용 기화기로 이송되는 액화이산화탄소의 유량을 제어하기 위한 유량 제어밸브;를 더 포함하고,
상기 제어수단은,
상기 압력 송출기로부터 전송받은 압력 측정값이 제1 설정값까지 상승하면, 상기 압력 측정값에 따라 상기 유량 제어밸브의 개도율을 산출하는 고압 제어기;
상기 스프레이 펌프로부터 치환용 기화기로 이송되는 액화이산화탄소의 유량을 측정하는 유량 송출기;
상기 유량 송출기로부터 전송받은 유량 측정값이 상기 스프레이 펌프의 최소 흡입 유량보다 낮아지지 않도록 상기 유량 제어밸브의 개도율을 산출하는 유량 제어기; 및
상기 고압 제어기와 유량 제어기로부터 상기 유량 제어밸브의 개도율 명령값 중에서 더 작은 값으로 상기 유량 제어밸브의 개도율을 명령하는 제어부;를 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템. In claim 1,
It further includes a flow control valve for controlling the flow rate of liquefied carbon dioxide transferred from the spray pump to the replacement vaporizer,
The control means is,
When the pressure measurement value transmitted from the pressure transmitter increases to a first set value, a high pressure controller that calculates an opening rate of the flow control valve according to the pressure measurement value;
A flow transmitter that measures the flow rate of liquefied carbon dioxide transferred from the spray pump to the replacement vaporizer;
a flow rate controller that calculates an opening rate of the flow control valve so that the flow rate measurement value transmitted from the flow transmitter is not lower than the minimum suction flow rate of the spray pump; and
A control unit that commands the opening rate of the flow control valve to a smaller value among the opening rate command values of the flow control valve from the high pressure controller and the flow rate controller. A pressure maintenance system for a liquefied carbon dioxide storage tank comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 스프레이 펌프로부터 치환용 기화기로 이송되는 액화이산화탄소의 유량을 제어하기 위한 유량 제어밸브;를 더 포함하고,
상기 제어수단은,
상기 압력 송출기로부터 전송받은 압력 측정값이 제2 설정값까지 하강하면, 상기 저장탱크의 압력 하강 속도에 비해 상기 저장탱크로 공급되는 압축 이산화탄소에 의한 압력 상승 속도가 더 빠르도록 상기 유량 제어밸브의 개도율을 산출하는 저압 제어기;를 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템. In claim 1,
It further includes a flow control valve for controlling the flow rate of liquefied carbon dioxide transferred from the spray pump to the replacement vaporizer,
The control means is,
When the pressure measurement value transmitted from the pressure transmitter decreases to the second set value, the opening degree of the flow control valve is such that the pressure increase rate due to the compressed carbon dioxide supplied to the storage tank is faster than the pressure decrease rate of the storage tank. A pressure maintenance system for a liquefied carbon dioxide storage tank, including a low pressure controller that calculates the rate. 청구항 1에 있어서,
상기 치환용 기화기와 저장탱크를 연결하는 배관 상에 배치되며, 상기 치환용 기화기와 저장탱크의 연결을 개폐하는 차단밸브;를 더 포함하고,
상기 제어수단은,
상기 압력 송출기로부터 전송받은 압력 측정값이 상기 운전범위 내에 있으면, 상기 차단밸브를 폐쇄시키고 상기 제어수단의 운전을 중단시키는 정지 압력 제어기;를 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템. In claim 1,
It is disposed on the pipe connecting the replacement vaporizer and the storage tank, and further includes a blocking valve that opens and closes the connection between the replacement vaporizer and the storage tank,
The control means is,
If the pressure measurement value transmitted from the pressure transmitter is within the operating range, a stopping pressure controller that closes the shutoff valve and stops operation of the control means; a pressure maintenance system for a liquefied carbon dioxide storage tank. 청구항 1에 있어서,
상기 스프레이 펌프로부터 이송된 액화이산화탄소가 상기 치환용 기화기를 우회하여 상기 저장탱크로 이송되도록 연결되는 우회라인; 및
상기 우회라인 상에 배치되는 온도 제어밸브;를 더 포함하고,
상기 제어수단은,
상기 저장탱크로 공급되는 압축 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도 송출기; 및
상기 온도 송출기로부터 전송받은 온도 측정값에 따라 상기 온도 제어밸브의 개도율을 산출하는 온도 제어기;를 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템. In claim 1,
A bypass line connected so that the liquefied carbon dioxide transferred from the spray pump bypasses the replacement vaporizer and is transferred to the storage tank; and
It further includes a temperature control valve disposed on the bypass line,
The control means is,
A temperature transmitter that measures the temperature of compressed carbon dioxide supplied to the storage tank; and
A pressure maintenance system for a liquefied carbon dioxide storage tank, including a temperature controller that calculates an opening rate of the temperature control valve according to the temperature measurement value transmitted from the temperature transmitter. 액화이산화탄소를 저장하는 다수개의 액화이산화탄소 저장탱크; 및
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 시스템;을 포함하는 액화이산화탄소 운반선. A plurality of liquid carbon dioxide storage tanks storing liquid carbon dioxide; and
A liquid carbon dioxide carrier comprising a pressure maintenance system for the liquid carbon dioxide storage tank according to any one of claims 1 to 5. 액화이산화탄소가 저장되어 있는 저장탱크의 압력을 측정하는 단계; 및
상기 저장탱크의 압력을 측정하는 단계에서 측정된 압력 측정값이, 상기 저장탱크의 안전밸브 개방압력보다 제1 특정값만큼 낮은 제1 설정값까지 상승하면 고압모드를 작동시키고, 상기 이산화탄소의 삼중점 압력보다 제2 특정값만큼 높은 제2 설정값까지 감소하면 저압모드를 작동시켜 상기 저장탱크의 압력을 상기 제1 설정값과 제2 설정값 사이의 운전범위 내에서 유지되도록 제어하는 단계;를 포함하며,
상기 고압모드 및 저압모드는,
상기 저장탱크에 저장된 액화이산화탄소를 압축하여 배출시키는 단계;
상기 배출된 액화이산화탄소의 적어도 일부를 기화시키는 단계; 및
상기 기화된 고온 압축 이산화탄소를 상기 저장탱크로 공급하여 상기 저장탱크의 압력을 상승시키는 단계;를 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 방법.Measuring the pressure of a storage tank in which liquefied carbon dioxide is stored; and
When the pressure measurement value measured in the step of measuring the pressure of the storage tank rises to a first set value that is lower than the safety valve opening pressure of the storage tank by a first specific value, the high pressure mode is activated, and the triple point pressure of the carbon dioxide is activated. When it decreases to a second set value that is as high as a second specific value, activating a low pressure mode to control the pressure of the storage tank to be maintained within an operating range between the first set value and the second set value; ,
The high pressure mode and low pressure mode are,
Compressing and discharging the liquefied carbon dioxide stored in the storage tank;
Vaporizing at least a portion of the discharged liquefied carbon dioxide; and
A method of maintaining the pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank, comprising: supplying the vaporized high-temperature compressed carbon dioxide to the storage tank to increase the pressure of the storage tank. 청구항 7에 있어서,
상기 고압모드는,
상기 압력 측정값에 따라 상기 저장탱크로 공급하는 고온 압축 이산화탄소의 유량인 제1 유량을 결정하는 단계; 및
상기 저장탱크로부터 배출되는 액화이산화탄소의 유량을 측정하는 단계;
상기 유량을 측정하는 단계에서 측정된 유량 측정값이, 상기 저장탱크의 압력을 상승시키 위해 사용되는 장치의 최소 작동 유량 이상으로 유지하도록, 상기 저장탱크로부터 배출되는 액화이산화탄소의 유량인 제2 유량을 결정하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 유량 및 제2 유량 중에서 더 작은 값을 선택하여 상기 저장탱크로 공급할 고온 압축 이산화탄소의 유량을 결정함으로써 밸브의 개도율을 지시하는 단계;를 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 방법.In claim 7,
The high pressure mode is,
determining a first flow rate, which is a flow rate of high-temperature compressed carbon dioxide supplied to the storage tank, according to the pressure measurement value; and
Measuring the flow rate of liquefied carbon dioxide discharged from the storage tank;
A second flow rate, which is the flow rate of liquefied carbon dioxide discharged from the storage tank, is set so that the flow rate measurement value measured in the step of measuring the flow rate is maintained above the minimum operating flow rate of the device used to increase the pressure of the storage tank. Including the step of determining,
Indicating the opening rate of the valve by determining the flow rate of high-temperature compressed carbon dioxide to be supplied to the storage tank by selecting a smaller value among the first flow rate and the second flow rate. A method of maintaining the pressure of a liquefied carbon dioxide storage tank. 청구항 7에 있어서,
상기 압력을 상승시키는 단계에 의해 상승한 저장탱크의 압력이 안전밸브의 개방압력에 도달하면 상기 안전밸브가 개방되어 상기 저장탱크의 압력이 하강하고, 상기 저장탱크의 압력이 제2 설정값까지 하강하면 저압모드를 작동시키는 단계;를 더 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 방법.In claim 7,
When the pressure of the storage tank raised by the step of increasing the pressure reaches the opening pressure of the safety valve, the safety valve is opened and the pressure of the storage tank decreases, and when the pressure of the storage tank decreases to the second set value A method of maintaining pressure in a liquefied carbon dioxide storage tank, further comprising the step of operating a low pressure mode. 청구항 7에 있어서,
상기 저압모드는,
상기 압력 측정값이 제2 설정값까지 하강하면, 상기 저장탱크의 압력 하강 속도에 비해 상기 저장탱크로 공급되는 압축된 액화이산화탄소 또는 기화된 압축 이산화탄소에 의한 압력 상승 속도가 더 빠르도록 상기 기화시키는 단계로 공급하는 이산화탄소의 유량을 결정하여 밸브의 개도율을 지시하는 단계;를 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 방법.In claim 7,
The low pressure mode is,
When the pressure measurement value drops to the second set value, the step of vaporizing the pressure so that the pressure increase rate due to the compressed liquefied carbon dioxide or vaporized compressed carbon dioxide supplied to the storage tank is faster than the pressure decrease rate of the storage tank. A method of maintaining pressure in a liquefied carbon dioxide storage tank, including the step of determining the flow rate of carbon dioxide supplied to and indicating the opening rate of the valve. 청구항 10에 있어서,
상기 압력을 상승시키는 단계에 의해 상승한 저장탱크의 압력이 상기 운전범위에 도달하면, 기화시키는 단계로부터 압력을 상승시키는 단계로의 연결을 차단시키고, 상기 저장탱크의 압력을 상승시키는 단계를 중단시키는 단계;를 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 방법.In claim 10,
When the pressure of the storage tank raised by the pressure raising step reaches the operating range, cutting off the connection from the vaporization step to the pressure raising step and stopping the step of increasing the pressure of the storage tank. Method for maintaining pressure in a liquefied carbon dioxide storage tank, including; 청구항 7에 있어서,
상기 압력을 상승시키는 단계는,
상기 기화시키는 단계로부터 압력을 상승시키는 단계로 공급되는 이산화탄소의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 온도를 측정하는 단계에서의 온도 측정값에 따라 상기 기화시키는 단계에서 기화시킬 이산화탄소의 유량과 기화시키지 않고 저장탱크로 공급할 이산화탄소의 유량을 결정하여 밸브의 개도율을 제어하는 단계;를 포함하는, 액화이산화탄소 저장탱크의 압력 유지 방법.In claim 7,
The step of raising the pressure is,
Measuring the temperature of carbon dioxide supplied from the vaporizing step to the pressure raising step; and
A step of controlling the opening rate of the valve by determining the flow rate of carbon dioxide to be vaporized in the vaporizing step and the flow rate of carbon dioxide to be supplied to the storage tank without vaporization according to the temperature measurement value in the temperature measuring step. Including, How to maintain pressure in a liquefied carbon dioxide storage tank.
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