KR20240014111A - 액화 가스 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화 가스 처리 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화 가스 처리 시스템은, 액화 가스를 저장하는 저장탱크에서 상기 액화 가스를 공급받아 재액화하는 과냉각기; 상기 저장탱크에서 발생되는 증발 가스를 저압으로 압축하여 선박의 발전엔진에 공급하는 저압 압축기; 및 상기 저압 압축기에서 압축된 증발 가스의 온도를 낮추는 제4 열교환기를 포함할 수 있다.

Description

액화 가스 처리 시스템{TREATING SYSTEM OF LIQUEFIED GAS}
본 발명은 액화 가스 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에서 액화 가스를 처리하여 메인엔진 및 발전엔지에 공급하기 위한 액화 가스 처리 시스템에 대한 발명이다.
추진을 위한 메인엔진이나 발전을 위한 발전엔진에 액체 LNG를 기화하여 공급하는데, 종래에 왕복동식 고압 압축기(reciprocating type high pressure compressor)를 이용하여 엔진 연료를 공급하고 부분적으로 재액화하여 이용한다. 그런데, 고압 압축기에서 압축하는 과정에서 오일이 사용되는 경우가 있는데, 이렇게 오일을 이용하는 경우에 기화된 LNG에 오일이 검출되는 경우가 발생한다.
오일은 인젝터에 의해 분사되어 이용됨에 따라 기화된 LNG에 포함되어 기화된 LNG를 재액화하는 과정에 제약이 발생하는 문제가 있다. 또한, 오일을 사용하지 않는 경우 유지 보수를 위한 비용이 높은 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0120161호 (2016.10.17.)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 오일을 이용하지 않고 기화된 LNG를 재액화하여 이용할 수 있는 액화 가스 처리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화 가스 처리 시스템은, 액화 가스를 저장하는 저장탱크에서 상기 액화 가스를 공급받아 재액화하는 과냉각기; 상기 저장탱크에서 발생되는 증발 가스를 저압으로 압축하여 선박의 발전엔진에 공급하는 저압 압축기; 및 상기 저압 압축기에서 압축된 증발 가스의 온도를 낮추는 제4 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 제4 열교환기는 상기 압축된 증발 가스의 온도를 상기 저장탱크에서 발생된 증발 가스를 이용하여 낮출 수 있다.
상기 제4 열교환기에서 배출되는 가스의 온도를 낮춰 재액화하여 상기 저장탱크에 공급하는 제5 열교환기를 더 포함할 수 있다.
상기 제5 열교환기는 상기 과냉각기에서 과냉각되어 재액화된 액화 가스를 이용하여 상기 제4 열교환기에서 배출되는 가스의 온도를 낮출 수 있다.
상기 제5 열교환기의 후단에 배치되고, 상기 재액화된 가스가 상기 저장탱크에 공급여부를 제어하는 회귀 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 저장탱크에서 발생되는 증발 가스의 온도가 높여 상기 저압 압축기로 공급하는 제3 열교환기를 더 포함할 수 있다.
상기 액화 가스를 공급받아 기화시켜 상기 선박의 메인엔진에 공급하는 제1 열교환기; 및 상기 저장탱크에서 액화 가스를 공급받아 액화 가스를 고압으로 상기 제1 열교환기에 공급하는 고압 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 저장탱크에서 액화 가스를 공급받아 기화시켜 상기 발전엔진으로 공급하는 제2 열교환기를 더 포함하고, 상기 제4 열교환기는 상기 제2 열교환기에서 기화된 액화 가스를 공급받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 저장탱크에서 발생되는 증발 가스를 재액화하여 발전엔진 및 가스연소기에 공급함에 따라 선박의 외부로 배출되는 증발가스를 효과적으로 재액화하여 이용할 수 있다.
또한, 발생된 증발 가스의 냉열 및 과냉각기에서 배출되는 과냉각된 액화 가스의 냉열을 이용하여 증발 가스를 직접 액화시켜 과냉각기만 이용하여 저장 탱크에서 증발 가스가 발생하는 것을 추가로 억제할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 가스 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 가스 처리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있기 위한 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 가스 처리 시스템에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 가스 처리 시스템은 선박에 설치된 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 재액화한다. 이러한 액화 가스 처리 시스템은 과냉각기(110), 고압 펌프(120), 저압 압축기(130), 온도계(140), 제1 열교환기(142), 제2 열교환기(144), 제3 열교환기(146), 제4 열교환기(147), 제5 열교환기(149) 및 회귀밸브(RV)를 포함한다.
과냉각기(110)는 저장탱크(210)에서 액화 가스를 공급받아 과냉각하여 다시 저장탱크(210)에 공급함으로써, 저장탱크(210)에 저장된 액화 가스의 온도를 낮춰 저장탱크(210)에서 증발 가스가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
본 실시예에서, 저장탱크(210)는 제1 탱크(212), 제2 탱크(214), 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)를 포함하는 것에 대해 설명함에 따라, 과냉각기(110)는 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)로부터 액화 가스를 공급받아 과냉각한 다음, 제1 탱크(212), 제2 탱크(214), 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)에 과냉각된 액화 가스를 공급한다. 이를 위해 과냉각기(110)는 액화 가스를 공급받기 위해 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)와 제2 극저온 배관(193)으로 연결될 수 있으며, 과냉각된 액화 가스를 제1 탱크(212), 제2 탱크(214), 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)에 공급하기 위해 제1 탱크(212), 제2 탱크(214), 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)와 과냉각 배관(195)으로 연결될 수 있다. 또한, 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)에는 각각 과냉각기(110)에 액화 가스를 공급하기 위해 제2 펌프(230)가 배치될 수 있다.
이러한 과냉각기(110)는 공급된 액화 가스를 냉각하기 위해 터보 브레이튼 냉각기가 이용될 수 있다.
고압 펌프(120)는 저장탱크(210)에 저장된 액화 가스를 메인엔진(150)에 공급하기 위해 배치된다. 고압 펌프(120)는 높은 압력을 이용하여 저장탱크(210)에 저장된 액화 가스를 메인엔진(150)으로 이동시킨다. 또한, 필요에 따라 도면에 도시된 바와 같이, 두 개의 고압 펌프(120)가 이용될 수 있으며, 두 개의 고압 펌프(120)는 병렬로 연결될 수 있다.
본 실시예에서, 고압 펌프(120)는 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)에 저장된 액화 가스를 메인엔진(150)에 공급하기 위해 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)와 제1 극저온 배관(191)으로 연결될 수 있다. 또한, 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)에는 각각 액화 가스를 고압 펌프(120) 측으로 공급하기 위해 제1 펌프(220)가 배치될 수 있다.
제1 열교환기(142)는 고압 펌프(120)를 통해 공급된 액화 가스를 기화시키도록 열교환하여 메인엔진(150)에 공급한다. 이를 위해 제1 열교환기(142)는 메인엔진(150)과 온 배관(199)에 의해 연결된다.
제2 열교환기(144)는 제1 극저온 배관(191)에서 분기되어 공급된 액화 가스를 기화시키도록 열교환하여 발전엔진(160) 및 가스연소기(GCU, 170)에 공급한다. 제2 열교환기(144)는 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)에 각각 배치된 제1 펌프(220)에 의해 제1 극저온 배관(191)으로 공급된 액화 가스를 공급받아 열교환한다.
저압 압축기(130)는 제3 열교환기(146)에서 열교환된 가스를 공급받아 저압으로 압축하고 저압으로 압축된 가스를 발전엔진(160) 및 가스연소기(170)로 공급한다. 이를 위해 저압 압축기(130)는 발전엔진(160) 및 가스연소기(170)로 가스를 공급하기 위한 온 배관(199)과 연결될 수 있다. 또한, 저압 압축기(130)는 제3 열교환기(146)와 저온 배관(197)으로 연결될 수 있다. 본 실시예에서 저압 압축기(130)는 두 개가 이용될 수 있으며, 두 개의 저압 압축기(130)는 직렬로 연결될 수 있다.
이렇게 저압 압축기(130)가 2단으로 배치됨에 따라 작은 용량의 저압 압축기(130)를 이용할 수 있으며, 그로 인해 발전엔진(160)의 연료로 증발 가스를 이용할 수 있어 경제성을 높일 수 있다.
제3 열교환기(146)는 제1 탱크(212), 제2 탱크(214), 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)에서 증발되어 발생된 증발 가스를 공급받아 저압 압축기(130)로 공급되도록 열교환이 이루어질 수 있다. 제3 열교환기(146)는 증발 가스의 온도가 상승되도록 증발 가스에 대해 열교환이 이루어진다.
제4 열교환기(147)는 저압 압축기(130)를 통과하여 기체 상태의 가스가 공급되고 공급된 기체 상태의 가스 온도를 낮춰 배출한다. 이때, 제4 열교환기(147)는 제1 탱크(212), 제2 탱크(214), 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)에서 증발되어 발생된 증발 가스를 이용하여 기체 상태의 가스 온도를 낮출 수 있다. 즉, 제4 열교환기(147)는 기체 상태의 가스와 증발 가스의 열교환을 통해 기체 상태의 가스 온도를 낮출 수 있다.
제5 열교환기(149)는 제4 열교환기(147)에서 기체 상태의 가스 온도가 낮아져 재액화된 가스를 공급받고, 공급받은 재액화된 가스의 온도를 낮출 수 있다. 이를 위해 제5 열교환기(149)는 과냉각기(110)에서 배출되는 과냉각된 액화 가스를 이용하여 재액화된 가스의 온도를 낮출 수 있다. 즉, 제5 열교환기(149)는 과냉각된 액화 가스와 재액화된 가스의 열교환을 통해 재액화된 가스의 온도를 낮출 수 있다.
제5 열교환기(149)를 거쳐 온도가 낮아진 재액화된 가스는 제3 극저온 배관(194)을 통해 제1 탱크(212) 및 제2 탱크(214)로 각각 회귀될 수 있다.
여기서, 제3 극저온 배관(194)에는 회귀 밸브(RV)가 배치될 수 있다. 회귀 밸브(RV)는 제5 열교환기(149)에 인접한 위치에 배치되며, 저압 압축기(130)에서 배출되는 기체 상태의 가스가 이동되는 경로를 제어할 수 있다.
즉, 회귀 밸브(RV)가 폐쇄되는 경우, 저압 압축기(130)에서 배출되는 기체 상태의 가스는 발전엔진(160) 및 가스연소기(170)로 공급될 수 있다. 그리고 회귀 밸브(RV)가 개방되는 경우, 저압 압축기(130)에서 배출되는 기체 상태의 가스는 발전엔진(160) 및 가스연소기(170)로 모두 공급되지 않고, 적어도 일부가 제4 열교환기(147) 및 제5 열교환기(149)를 거쳐 온도가 낮아져 재액화되어 저장탱크(210)로 회귀될 수 있다.
과냉각기(110)를 이용하여 저장탱크(210)의 온도를 낮추더라도 저장탱크(210)에서 증발 가스의 발생을 효과적으로 억제하지 못하는 경우에 일부 증발 가스가 축적되는 현상이 발생할 수 있는데, 상기와 같이 회기 밸브(RV)가 개방됨에 따라, 과냉각기(110)에서 과냉각된 기체를 이용하여 과도하게 발생된 증발 가스를 다시 재액화할 수 있다.
여기서, 제4 열교환기(147) 및 제5 열교환기(149)를 거쳐 재액화된 가스가 저장탱크(210)로 이송되는 제3 극저온 배관(194)은 고압 펌프(120)에서 저장탱크(210)로 회귀되는 배관(미도시)과 연결될 수 있다. 따라서 제3 극저온 배관(194)은 고압 펌프(120)에 액화 가스를 공급하는 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)와 연결될 수 있다.
온도계(140)는 제3 열교환기(146)에서 열교환되어 온도가 상승된 증발 가스에 대한 온도를 측정한다. 그에 따라 제3 열교환기(146)는 온도계(140)에서 측정된 온도에 따라 증발 가스에 대한 열교환 정도를 조절할 수 있다.
상기와 같이, 제1 탱크(212), 제2 탱크(214), 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)에서 공급되는 증발 가스가 제3 열교환기(146) 및 저압 압축기(130)로 공급되도록 저온 배관(197)이 연결될 수 있다. 즉, 저온 배관(197)은 일단이 제1 탱크(212), 제2 탱크(214), 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)와 각각 연결되고, 타단이 제3 열교환기(146)와 연결될 수 있다. 또한, 제3 열교환기(146)와 저압 압축기(130)도 저온 배관(197)으로 연결될 수 있다.
즉, 저장탱크(210)에서 배출되는 증발 가스는 저온 배관(197)을 거쳐 벤트마스트(180)로 모두 배출되지 않고, 일부가 분기되어 제4 열교환기(147) 및 제3 열교환기(146)를 거쳐 소정의 온도로 상승된 다음 저압 압축기(130)에서 저압으로 압축된다. 그리고 온 배관(199)을 거쳐 일부가 다시 제4 열교환기(147) 및 제5 열교환기(149)를 거쳐 온도가 낮아져 액화된 상태로, 제3 탱크(216) 및 제4 탱크(218)로 회귀될 수 있다. 여기서, 증발 가스는 제4 열교환기(147)에서 저장탱크(210)에서 배출되는 증발 가스에 의해 1차 냉각되고, 제5 열교환기(149)에서 과냉각기(110)에서 배출되는 과냉각된 액화 가스에 의해 2차 냉각되어 액화될 수 있다.
메인엔진(150)은 연료 탱크에 저장된 연료유(Fuel oil)를 공급받아 선박(200)을 추진시킬 수 있다. 또한, 고압 펌프(120) 및 제1 열교환기(142)를 거쳐 기화된 액화 가스가 연료 가스로 공급될 수 있다. 이러한 메인엔진(150)은 ME-GIE 엔진(ME-GIE Engine)로 구현될 수 있다.
발전엔진(160)은 전력을 생산할 수 있으며, 연료유를 이용하여 전력을 생산할 수 있지만, 본 실시예에서, 제2 열교환기(144)를 통해 기화된 액화 가스가 공급되어 전력을 생산할 수 있다. 또한, 발전엔진(160)에 제3 열교환기(146) 및 저온 압축기를 통해 기화된 증발 가스가 공급될 수 있다.
가스연소기(170)는 제2 열교환기(144)를 통해 기화된 액화 가스 및 제3 열교환기(146)와 저온 압축기를 통해 기화된 증발 가스가 공급되고, 공급된 가스를 소각한다. 본 실시예에서, 가스연소기(170)는 발전엔진(160)에 공급되고 남은 가스를 연소하기 위해 구비된다.
벤트마스트(vent mast, 180)는 저장탱크(210)에서 발생된 증발 가스를 선박(200)의 외부로 배출하기 위해 배치되고, 선박(200)에서 긴급 상황이 발생하는 경우에 동작될 수 있다. 이를 위해 벤트마스트(180)는 저장탱크(210)와 연결된 저온 배관(197) 상에 밸브가 배치될 수 있다. 따라서 벤트마스트(180)는 밸브의 개폐에 따라 저장탱크(210)에서 발생된 증발 가스를 선박(200)의 외부로 배출할 수 있다.
상기와 같은 액화 가스 처리 시스템(100)은 과냉각기(110)를 적용함에 따라 저장탱크(210)에 저장된 액화 가스를 재액화하는 과정에서 초기에 발생하는 데드 힐(dead heel)로 인해 증발 가스에 대한 처리가 쉽지 않다. 따라서 저장탱크(210)에서 발생되는 증발 가스를 저압 압축기(130)를 이용하여 처리하여 증발 가스를 효과적으로 처리할 수 있다.
100: 액화 가스 처리 시스템
110: 과냉각기 120: 고압 펌프
130: 저압 압축기
140: 온도계 142: 제1 열교환기
144: 제2 열교환기 146: 제3 열교환기
147: 제4 열교환기 149: 제5 열교환기
150: 메인엔진 160: 발전엔진
170: 가스연소기 180: 벤트마스트
191: 제1 극저온 배관 193: 제2 극저온 배관
194: 제3 극저온 배관 195: 과냉각 배관
197: 저온 배관 199: 온 배관
200: 선박 210: 저장탱크
212: 제1 탱크 214: 제2 탱크
216: 제3 탱크 218: 제4 탱크
220: 제1 펌프 230: 제2 펌프
RV: 회귀밸브

Claims (8)

  1. 액화 가스를 저장하는 저장탱크에서 상기 액화 가스를 공급받아 재액화하는 과냉각기;
    상기 저장탱크에서 발생되는 증발 가스를 저압으로 압축하여 선박의 발전엔진에 공급하는 저압 압축기; 및
    상기 저압 압축기에서 압축된 증발 가스의 온도를 낮추는 제4 열교환기를 포함하는,
    액화 가스 처리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제4 열교환기는 상기 압축된 증발 가스의 온도를 상기 저장탱크에서 발생된 증발 가스를 이용하여 낮추는,
    액화 가스 처리 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제4 열교환기에서 배출되는 가스의 온도를 낮춰 재액화하여 상기 저장탱크에 공급하는 제5 열교환기를 더 포함하는,
    액화 가스 처리 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제5 열교환기는 상기 과냉각기에서 과냉각되어 재액화된 액화 가스를 이용하여 상기 제4 열교환기에서 배출되는 가스의 온도를 낮추는,
    액화 가스 처리 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제5 열교환기의 후단에 배치되고, 상기 재액화된 가스가 상기 저장탱크에 공급여부를 제어하는 회귀 밸브를 더 포함하는,
    액화 가스 처리 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 저장탱크에서 발생되는 증발 가스의 온도가 높여 상기 저압 압축기로 공급하는 제3 열교환기를 더 포함하는,
    액화 가스 처리 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 액화 가스를 공급받아 기화시켜 상기 선박의 메인엔진에 공급하는 제1 열교환기; 및
    상기 저장탱크에서 액화 가스를 공급받아 액화 가스를 고압으로 상기 제1 열교환기에 공급하는 고압 펌프를 더 포함하는,
    액화 가스 처리 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 저장탱크에서 액화 가스를 공급받아 기화시켜 상기 발전엔진으로 공급하는 제2 열교환기를 더 포함하고,
    상기 제4 열교환기는 상기 제2 열교환기에서 기화된 액화 가스를 공급받는,
    액화 가스 처리 시스템.
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