KR20240098227A - Boil Off Gas Treatment System And Method For Ship - Google Patents
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Abstract
선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 증발가스 처리 시스템은 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 소비처에서 필요한 압력으로 압축하는 제1 압축기; 상기 제1 압축기에서 압축된 후 소비처로 공급되지 않은 압축가스를 공급받아 상기 제1 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하는 열교환기; 상기 제1 압축기와 병렬로 마련되며 상기 소비처에서 필요한 압력으로 증발가스를 압축하는 제2 압축기; 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기를 거쳐 상기 제1 압축기로 연결되는 가스공급라인; 및 상기 저장탱크로부터 상기 제2 압축기로 연결되는 극저온가스라인:을 포함하되, 상기 제2 압축기는 극저온용 압축기로 마련되는 것을 특징으로 한다. A system and method for treating boil-off gas of a ship are disclosed. The ship's boil-off gas treatment system of the present invention includes a first compressor that receives boil-off gas generated from liquefied gas stored in a ship's storage tank and compresses it to the pressure required at the consumer; A heat exchanger that receives compressed gas that has been compressed in the first compressor but is not supplied to a consumer and cools it by heat exchange with uncompressed boil-off gas to be supplied to the first compressor; a second compressor provided in parallel with the first compressor and compressing boil-off gas to the pressure required at the consumer; a gas supply line connected from the storage tank to the first compressor via the heat exchanger; and a cryogenic gas line connected from the storage tank to the second compressor, wherein the second compressor is provided as a cryogenic compressor.
Description
본 발명은 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선내 저장탱크의 액화가스로부터 발생하는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 압축하여 냉각시키는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a ship's boil-off gas treatment system and method, and more specifically, to a ship's boil-off gas treatment system and a ship's boil-off gas treatment system that compresses and cools boil-off gas (BOG; Boil-Off Gas) generated from liquefied gas in a storage tank on board the ship. It's about method.
천연가스(natural gas)는, 메탄(methane)을 주성분으로 하며, 연소 시 환경오염 물질의 배출이 거의 없어 친환경 연료로서 주목받고 있다. 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 상압 하에서 약 -163℃로 냉각시켜 액화시킴으로써 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 부피가 약 1/600로 줄어들기 때문에, 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다. 따라서, 천연가스는 주로 저장 및 이송이 용이한 액화천연가스 상태로 저장 및 이송된다. Natural gas is mainly composed of methane and is attracting attention as an eco-friendly fuel because it emits almost no environmental pollutants when burned. Liquefied Natural Gas (LNG) is obtained by cooling natural gas to about -163°C under normal pressure and liquefying it. Since its volume is reduced to about 1/600 compared to the gas state, it is suitable for long-distance transportation by sea. Very suitable. Therefore, natural gas is mainly stored and transported in the form of liquefied natural gas, which is easy to store and transport.
천연가스의 액화점은 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG 저장탱크는 LNG가 액체 상태를 유지하도록 단열처리되는 것이 일반적이다. 그러나 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열을 차단하는 데에는 한계가 있고, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 LNG 수송과정에서 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 자연 기화되어 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.Since the liquefaction point of natural gas is a cryogenic temperature of about -163°C at normal pressure, LNG storage tanks are generally insulated to maintain LNG in a liquid state. However, although LNG storage tanks are insulated, there are limits to blocking external heat, and external heat is continuously transferred to the LNG storage tank, so during the LNG transportation process, LNG is continuously stored naturally within the LNG storage tank. It is vaporized and boil-off gas (BOG; Boil-Off Gas) is generated.
LNG 저장탱크에서 증발가스가 지속적으로 생성되면, LNG 저장탱크의 내압을 상승시키는 요인이 된다. 저장탱크의 내압이 설정된 안전압력 이상이 되면 탱크 파손(rupture) 등 위급상황을 초래할 수 있으므로, 안전밸브를 이용하여 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시켜야만 한다. 그러나 증발가스는 일종의 LNG 손실로서 LNG의 수송 효율 및 연료 효율에 있어 중요한 문제이므로, 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다.If boil-off gas is continuously generated in an LNG storage tank, it becomes a factor that increases the internal pressure of the LNG storage tank. If the internal pressure of the storage tank exceeds the set safety pressure, an emergency situation such as tank rupture may occur, so the boil-off gas must be discharged to the outside of the storage tank using a safety valve. However, since boil-off gas is a type of LNG loss and is an important issue in the transportation efficiency and fuel efficiency of LNG, various methods are used to treat boil-off gas generated in storage tanks.
최근에는, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료 수요처에서 사용하는 방법, 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 방법 또는 이러한 두 가지 방법을 복합적으로 사용하는 방법 등이 개발되어 적용되고 있다. Recently, methods such as using boil-off gas in fuel consumers such as ship engines, methods of re-liquefying boil-off gas and recovering them in storage tanks, or using a combination of these two methods have been developed and applied.
선박에서 증발가스를 재액화하기 위하여 재액화 사이클을 적용하는 경우, 대표적으로 채택할 수 있는 액화 방법은 SMR 사이클과 C3MR 사이클을 이용한 공정을 예로 들 수 있다. C3MR 사이클(Propane-precooled Mixed Refrigerant Cycle)은 천연가스를 프로판 단일냉매를 이용하여 냉각시키고, 그 후 혼합냉매를 이용하여 액화 및 과냉각시키는 공정이고, SMR 사이클(Single Mixed Refrigerant Cycle)은 복수의 성분으로 이루어진 혼합냉매를 사용하여 천연가스를 액화시키는 공정이다. When applying a reliquefaction cycle to reliquefy boil-off gas on a ship, typical examples of liquefaction methods that can be adopted include processes using the SMR cycle and C3MR cycle. The C3MR cycle (Propane-precooled Mixed Refrigerant Cycle) is a process in which natural gas is cooled using propane as a single refrigerant, and then liquefied and supercooled using a mixed refrigerant, and the SMR cycle (Single Mixed Refrigerant Cycle) is a process in which natural gas is cooled using propane as a single refrigerant. This is a process of liquefying natural gas using a mixed refrigerant.
이러한 SMR 사이클과 C3MR 사이클 모두 혼합냉매를 이용하는 공정인데, 액화 공정이 진행되면서 냉매의 누수가 발생하여 혼합냉매의 조성비가 변화하는 경우 액화 효율이 떨어지므로, 혼합냉매의 조성비를 지속적으로 계측하면서 부족한 냉매 성분을 충진하여 냉매의 조성을 유지해야 한다. Both the SMR cycle and the C3MR cycle are processes that use a mixed refrigerant. As the liquefaction process progresses, if the composition of the mixed refrigerant changes due to leakage of the refrigerant, the liquefaction efficiency decreases. Therefore, the composition of the mixed refrigerant must be continuously measured to determine if the refrigerant is insufficient. The composition of the refrigerant must be maintained by filling it with ingredients.
증발가스를 재액화하기 위한 재액화 사이클의 다른 방법으로는, 질소 냉매를 이용한 단일 사이클 액화공정을 들 수 있다. Another method of the reliquefaction cycle to reliquefy the boil-off gas is a single cycle liquefaction process using a nitrogen refrigerant.
질소 냉매는 혼합 냉매를 이용한 사이클에 비해 상대적으로 효율이 낮으나, 냉매가 불활성이어서 안전성이 높고, 냉매의 상 변화가 없기 때문에 선박에 적용하기 보다 용이한 장점이 있다. Nitrogen refrigerant has a relatively low efficiency compared to cycles using mixed refrigerants, but has the advantage of being highly safe because the refrigerant is inert and easier to apply to ships because there is no phase change in the refrigerant.
도 1 및 2에는 별도의 냉매를 이용한 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 선박 운항 중 발생한 증발가스는 저장탱크에서 배출되어 압축기를 거쳐 압축 후 연료로 공급하거나 재액화시스템으로 도입되어 재액화하여 저장탱크로 회수될 수 있다. Figures 1 and 2 schematically show an evaporation gas treatment system using a separate refrigerant. As shown in Figures 1 and 2, boil-off gas generated during ship operation can be discharged from a storage tank, compressed through a compressor, and then supplied as fuel, or introduced into a re-liquefaction system, re-liquefied, and returned to the storage tank.
도 1에 도시된 바와 같이 재액화 사이클이 가동되는 경우 저장탱크에서 배출된 증발가스는 열교환기를 거쳐 냉열 회수 후 압축기로 공급하여 압축하고 엔진 등 연료를 공급한 후 연료로 공급되지 않은 압축가스는 열교환기를 거쳐 냉각하여 재액화한다. As shown in Figure 1, when the reliquefaction cycle is operated, the boil-off gas discharged from the storage tank goes through a heat exchanger, recovers cold heat, is supplied to the compressor, and is compressed. After supplying fuel to the engine, etc., the compressed gas that is not supplied as fuel is heat exchanged. It is cooled and reliquefied.
압축기는 상온용 압축기(warm suction compressor)로 마련되며, 선박 규정상 엔진으로 연료를 공급하는 압축기는 비상 상황을 대비하여 리던던시(Redundancy) 설계를 하여야 하므로, 동일한 상온용 압축기가 리던던시 압축기로 마련된다. The compressor is provided as a warm suction compressor, and according to ship regulations, the compressor that supplies fuel to the engine must be designed with redundancy in preparation for emergency situations, so the same room temperature compressor is provided as a redundancy compressor.
그런데 Ballast voyage와 같이 저장탱크로부터 발생하는 증발가스 양에 비해 엔진 등의 연료 사용량이 많은 때에는, 압축된 증발가스 전량은 연료로 공급되어 소비되고 재액화시스템은 가동되지 않는다. However, when the fuel consumption of engines, etc. is large compared to the amount of boil-off gas generated from the storage tank, such as in ballast voyage, the entire amount of compressed boil-off gas is supplied and consumed as fuel, and the re-liquefaction system is not operated.
이 경우 도 2에 도시된 바와 같이 저장탱크에서 발생한 증발가스는 열교환기에서의 냉열 회수 과정을 거치지 않으므로 우회라인을 통해 열교환기를 우회하며, 압축기 전단에 마련된 히터를 거쳐 가열된 후 압축기로 공급된다. In this case, as shown in FIG. 2, the boil-off gas generated in the storage tank does not go through the cold heat recovery process in the heat exchanger, so it bypasses the heat exchanger through a bypass line, is heated through a heater provided in front of the compressor, and is then supplied to the compressor.
그에 따라 상온용 압축기의 장치 손상을 막기 위해 히터에서 극저온의 증발가스를 가열할 열원 공급을 위한 상당한 전기에너지가 소모된다. 나아가 상온용 압축기는 밀도가 낮고 부피가 큰 증발가스를 압축하기 때문에, 동일한 질량 유량의 저온 증발가스를 압축할 때보다 많은 전기에너지가 소모된다.Accordingly, in order to prevent damage to the room temperature compressor, a significant amount of electrical energy is consumed to supply a heat source to heat the cryogenic boil-off gas in the heater. Furthermore, because room temperature compressors compress boil-off gas with a low density and large volume, more electrical energy is consumed than when compressing low-temperature boil-off gas with the same mass flow rate.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 전기에너지 소모를 줄이면서 저장탱크에서 발생한 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있는 방안을 제안하고자 한다. The present invention is intended to solve this problem and proposes a method for effectively processing evaporation gas generated in a storage tank while reducing electrical energy consumption.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 소비처에서 필요한 압력으로 압축하는 제1 압축기;According to one aspect of the present invention for solving the above-described problem, a first compressor receives boil-off gas generated from liquefied gas stored in a storage tank of a ship and compresses it to the pressure required at the consumer;
상기 제1 압축기에서 압축된 후 소비처로 공급되지 않은 압축가스를 공급받아 상기 제1 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하는 열교환기;A heat exchanger that receives compressed gas that has been compressed in the first compressor but is not supplied to a consumer and cools it by heat exchange with uncompressed boil-off gas to be supplied to the first compressor;
상기 제1 압축기와 병렬로 마련되며 상기 소비처에서 필요한 압력으로 증발가스를 압축하는 제2 압축기;a second compressor provided in parallel with the first compressor and compressing boil-off gas to the pressure required at the consumer;
상기 저장탱크로부터 상기 열교환기를 거쳐 상기 제1 압축기로 연결되는 가스공급라인; 및a gas supply line connected from the storage tank to the first compressor via the heat exchanger; and
상기 저장탱크로부터 상기 제2 압축기로 연결되는 극저온가스라인:을 포함하되, Including: a cryogenic gas line connected from the storage tank to the second compressor,
상기 제2 압축기는 극저온용 압축기로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다. A ship boil-off gas treatment system is provided, wherein the second compressor is provided as a cryogenic compressor.
바람직하게는, 상기 가스공급라인에서 상기 제1 압축기 전단에 마련되는 예열기:를 더 포함하며, 상기 제1 압축기는 상온용 압축기로 마련될 수 있다. Preferably, the gas supply line further includes a preheater provided in front of the first compressor, and the first compressor may be provided as a room temperature compressor.
바람직하게는, 상기 열교환기에서 상기 압축가스의 냉각을 위한 냉열을 공급하는 냉매가 순환하는 냉매순환부:를 더 포함하되, 상기 냉매순환부에서는 상기 열교환기를 거친 냉매가 압축 후 상기 열교환기를 거쳐 냉각되고 팽창 냉각되어 상기 열교환기로 공급될 수 있다. Preferably, the heat exchanger further includes a refrigerant circulation section in which a refrigerant that supplies cold heat for cooling the compressed gas circulates, wherein in the refrigerant circulation section, the refrigerant that has passed through the heat exchanger is compressed and then cooled through the heat exchanger. and can be expanded, cooled, and supplied to the heat exchanger.
바람직하게는, 상기 냉매순환부에서는, 팽창 냉각되는 상기 냉매의 팽창에너지에 의해 상기 냉매가 압축되고, 상기 열교환기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스는 재액화되어 상기 저장탱크로 회수될 수 있다. Preferably, in the refrigerant circulation unit, the refrigerant is compressed by the expansion energy of the refrigerant that is expanded and cooled, and the compressed gas cooled through the heat exchanger can be re-liquefied and returned to the storage tank.
바람직하게는, 상기 제1 압축기 및 제2 압축기 후단에서 상기 열교환기로 연결되는 재액화라인; 및 상기 극저온가스라인에 마련되는 열교환기우회밸브:를 더 포함하며, 상기 소비처의 가스 연료 사용량이 상기 저장탱크에서의 증발가스 발생량보다 많은 연료공급모드 또는 제1 압축기를 사용할 수 없을 때, 상기 제2 압축기를 가동시키고 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 극저온가스라인을 통해 상기 제2 압축기로 공급할 수 있다.Preferably, a reliquefaction line connected to the heat exchanger at the rear end of the first compressor and the second compressor; and a heat exchanger bypass valve provided in the cryogenic gas line, wherein when the fuel supply mode in which the gas fuel usage of the consumer is greater than the amount of boil-off gas generated in the storage tank or the first compressor cannot be used, the second compressor The compressor may be operated and the boil-off gas generated in the storage tank may be supplied to the second compressor through the cryogenic gas line.
바람직하게는, 상기 소비처의 가스 연료 사용량보다 상기 저장탱크에서의 증발가스 발생량이 많은 재액화모드에서는, 상기 제1 압축기를 가동시키고 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 열교환기를 거쳐 상기 제1 압축기로 공급할 수 있다.Preferably, in the reliquefaction mode in which the amount of boil-off gas generated in the storage tank is greater than the gas fuel usage of the consumer, the first compressor is operated and the boil-off gas generated in the storage tank is transferred to the first compressor through the heat exchanger. can be supplied.
바람직하게는, 상기 소비처는 선박의 주엔진 및 발전기를 포함할 수 있다. Preferably, the consumer may include the ship's main engine and generator.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 열교환기를 거쳐 제1 압축기로 공급하여 선내 소비처에서 필요한 압력으로 압축하고, 상기 소비처로 공급되지 않은 압축가스를 상기 열교환기에서 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하며, According to another aspect of the present invention, the boil-off gas generated from the liquefied gas stored in the storage tank of the ship is supplied to the first compressor through a heat exchanger and compressed to the pressure required for the consumer on board, and the compressed gas not supplied to the consumer is compressed into the first compressor. Cooled by heat exchange with uncompressed boil-off gas in a heat exchanger.
상기 열교환기에서 냉각될 압축가스가 없는 때에는 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 열교환기를 우회하여 상기 제1 압축기와 병렬로 마련되는 제2 압축기로 공급하여 상기 소비처로 공급하되,When there is no compressed gas to be cooled in the heat exchanger, the boil-off gas generated in the storage tank is supplied to the consumer by bypassing the heat exchanger and supplying it to a second compressor provided in parallel with the first compressor,
상기 제2 압축기는 극저온용 압축기로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다. A method of treating boil-off gas of a ship is provided, wherein the second compressor is provided as a cryogenic compressor.
바람직하게는, 상기 제1 압축기는 상온용 압축기로 마련되며, 상기 소비처의 가스 연료 사용량보다 상기 저장탱크에서의 증발가스 발생량이 많은 재액화모드에서는, 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스는 상기 열교환기를 거쳐 상기 제1 압축기로 공급되고, 상기 소비처의 가스 연료 사용량이 상기 저장탱크에서의 증발가스 발생량보다 많은 연료공급모드에서는, 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스는 상기 제2 압축기로 공급될 수 있다. Preferably, the first compressor is provided as a room temperature compressor, and in the reliquefaction mode in which the amount of boil-off gas generated in the storage tank is greater than the gas fuel usage of the consumer, the boil-off gas generated in the storage tank is connected to the heat exchanger. In the fuel supply mode, where the gas fuel consumption of the consumer is greater than the amount of boil-off gas generated in the storage tank, the boil-off gas generated in the storage tank may be supplied to the second compressor.
바람직하게는, 상기 열교환기에는 냉매순환부를 순환하는 냉매가 상기 압축가스의 냉각을 위해 공급될 수 있다. Preferably, the refrigerant circulating in the refrigerant circulation unit may be supplied to the heat exchanger for cooling the compressed gas.
본 발명에서는 저장탱크로부터 발생한 극저온의 증발가스를 선내 소비처의 연료로 공급하거나 재액화하여 저장탱크로 회수함으로써 저장탱크의 압력을 적정하게 유지할 수 있다. In the present invention, the pressure of the storage tank can be maintained appropriately by supplying the cryogenic boil-off gas generated from the storage tank as fuel to consumers on board the ship or by re-liquefying it and returning it to the storage tank.
특히 리던던시 설계를 위해 마련되는 제1 압축기와 제2 압축기 중 하나를 극저온용 압축기(Cryogenic suction compressor)로 마련하고, 증발가스 발생량, 가스 연료 사용량 등의 조건에 따라 제1 압축기와 제2 압축기를 최적으로 운전할 수 있도록 함으로써 시스템의 전기에너지 소모를 줄일 수 있다. In particular, one of the first and second compressors provided for redundancy design is prepared as a cryogenic suction compressor, and the first compressor and the second compressor are optimized according to conditions such as evaporation gas generation amount and gas fuel usage. The electrical energy consumption of the system can be reduced by allowing it to be operated with .
도 1 및 2에는 별도의 냉매를 이용한 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다. Figures 1 and 2 schematically show an evaporation gas treatment system using a separate refrigerant.
3 and 4 schematically show a ship's boil-off gas treatment system 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.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.
후술하는 본 발명의 일 실시예에서 선박은, 액화가스를 저장하는 저장탱크가 마련되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.In an embodiment of the present invention described later, the ship may be any type of ship provided with a storage tank for storing liquefied gas. Representative examples include ships with self-propulsion capabilities such as LNG carriers, liquid hydrogen carriers, and LNG RVs (Regasification Vessels), as well as LNG FPSOs (Floating Production Storage Offloading) and LNG FSRUs (Floating Storage Regasification Units). Marine structures that do not have capabilities but are floating at sea may also be included.
또한, 본 실시예는 가스를 저온으로 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하는 모든 종류의 액화가스의 재액화 사이클에 적용될 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. In addition, this embodiment can be transported by liquefying gas at low temperature, and can be applied to the re-liquefaction cycle of all types of liquefied gas in which boil-off gas is generated in a stored state. These liquefied gases are, for example, liquefied petrochemicals such as LNG (Liquefied Natural Gas), LEG (Liquefied Ethane Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), Liquefied Ethylene Gas, and Liquefied Propylene Gas. It could be gas. However, in the examples described later, the application of LNG, a representative liquefied gas, will be described as an example.
도 3 및 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 도시하며, 특히 도 3에는 본 실시예 시스템에서 재액화모드 운전 시 증발가스 흐름을, 도 4에는 연료공급모드 운전 시 증발가스 흐름을 표시하였다. Figures 3 and 4 schematically show a ship's boil-off gas treatment system according to an embodiment of the present invention. In particular, Figure 3 shows the boil-off gas flow during reliquefaction mode operation in the system of this embodiment, and Figure 4 shows the fuel supply mode. The evaporative gas flow during operation is displayed.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이 본 실시예의 선박의 증발가스 처리 시스템은, 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 것으로, 증발가스를 공급받아 소비처(C)에서 필요한 압력으로 압축하는 제1 압축기(100w), 제1 압축기에서 압축된 후 소비처로 공급되지 않은 압축가스를 공급받아 제1 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하는 열교환기(200), 제1 압축기와 병렬로 마련되며 상기 소비처에서 필요한 압력으로 증발가스를 압축하는 제2 압축기(100c)를 포함한다. As shown in Figures 3 and 4, the ship's boil-off gas treatment system of this embodiment is for processing boil-off gas generated from liquefied gas stored in the ship's storage tank, and receives the boil-off gas and supplies it to the consumer (C). A first compressor (100w) that compresses by pressure, a heat exchanger (200) that receives compressed gas that has not been supplied to the consumer after being compressed in the first compressor and cools it by heat exchange with the uncompressed boil-off gas to be supplied to the first compressor. It is provided in parallel with the first compressor and includes a second compressor (100c) that compresses the boil-off gas to the pressure required at the consumer.
본 실시예에서 제1 압축기(100w)는 상온용 압축기(warm suction compressor)로, 제2 압축기(100c)는 극저온용 압축기(Cryogenic suction compressor)로 마련되는 것을 특징으로 한다. In this embodiment, the
제1 압축기 또는 제2 압축기에서 압축된 압축가스를 연료로 공급받는 소비처(C)는 선박의 주엔진 및 발전기를 포함할 수 있다. 선박 규정상 엔진으로 연료를 공급하는 압축기는, 비상 상황을 대비하여 리던던시(Redundancy) 설계를 하여야 하는데, 리던던시 설계란, 어느 한 대를 고장, 유지보수 등의 이유로 사용할 수 없을 때 다른 한 대를 대신 사용할 수 있도록 설계하는 것을 의미한다. 그에 따라 통상 주압축기와 동일한 리던던시압축기가 구성되는데, 본 실시예는 선내 주엔진 등 소비처로 연료를 공급하는 제1 압축기(100w)는 상온용 압축기로, 제2 압축기(100c)는 극저온용 압축기로 구성하고, 저장탱크에서의 증발가스 발생량과 소비처의 가스 연료 사용량에 따라 제1 압축기와 제2 압축기를 최적으로 운전하여 선내 전기에너지 소모를 최소화할 수 있도록 한다. The consumer (C) that receives the compressed gas compressed in the first compressor or the second compressor as fuel may include the main engine and generator of the ship. According to ship regulations, compressors that supply fuel to engines must be designed with redundancy in preparation for emergency situations. Redundancy design means that when one compressor cannot be used due to breakdown, maintenance, etc., the compressor that supplies fuel to the engine must be designed with redundancy in place of the other compressor. This means designing it so that it can be used. Accordingly, a redundancy compressor that is usually the same as the main compressor is configured. In this embodiment, the first compressor (100w), which supplies fuel to consumers such as the ship's main engine, is a room temperature compressor, and the second compressor (100c) is a cryogenic compressor. The first compressor and the second compressor are optimally operated according to the amount of evaporative gas generated in the storage tank and the amount of gas fuel used by the consumer to minimize electrical energy consumption within the ship.
저장탱크로부터 열교환기를 거쳐 제1 압축기로 가스공급라인(GL, GLw)이 연결되고, 저장탱크로부터 제2 압축기로 극저온가스라인(GLc)이 연결된다. 극저온가스라인은 가스공급라인의 열교환기 전단에서 분기되어 제2 압축기로 연결될 수 있고, 극저온가스라인(GLc)에는 열교환기우회밸브(V)가 마련된다. 가스공급라인에서 제1 압축기 전단에는 예열기(300)가 마련된다. Gas supply lines (GL, GLw) are connected from the storage tank to the first compressor through the heat exchanger, and a cryogenic gas line (GLc) is connected from the storage tank to the second compressor. The cryogenic gas line can be branched off at the front of the heat exchanger of the gas supply line and connected to the second compressor, and a heat exchanger bypass valve (V) is provided in the cryogenic gas line (GLc). A
제1 압축기 및 제2 압축기 후단에서 열교환기(200)로 연결되는 재액화라인(RL)이 마련되어, 제1 압축기 또는 제2 압축기에서 압축된 압축가스를 열교환기로 공급할 수 있다. A reliquefaction line (RL) connected to the
열교환기에서 압축가스의 냉각을 위한 냉열을 공급하는 냉매가 순환하는 냉매순환부(400)가 마련되며, 냉매순환부는 열교환기(200)로 공급되는 냉매가 순환하는 냉매순환라인(미도시)이 마련되며, 냉매순환라인에는 열교환기로 공급되는 냉매가 팽창냉각되는 냉매 팽창장치(미도시)와, 열교환기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 냉매 압축부(미도시)가 마련될 수 있다. 냉매순환부의 냉매는 냉매 압축부에서 압축되고 열교환기를 거쳐 냉각된 후 냉매 팽창장치를 거쳐 팽창 냉각되어 열교환기로 공급되면서 냉매순환라인을 따라 순환될 수 있다. 그에 따라 본 실시예의 열교환기(200)에서는 압축된 증발가스, 미압축 증발가스, 냉매 팽창장치에서 팽창 냉각된 냉매 및 냉매 압축부에서 압축된 냉매의 4가지 흐름이 열교환될 수 있다. A
냉매순환부의 냉매 압축부를 컴팬더 압축기로 마련하여 냉매 팽창장치에서 팽창 냉각되는 냉매의 팽창에너지를 냉매 압축에 이용할 수 있다. 냉매순환부를 순환하며 열교환기로 공급되는 냉매로는 예를 들어 질소(N2)가 이용될 수 있다.By providing a compander compressor in the refrigerant compression section of the refrigerant circulation unit, the expansion energy of the refrigerant expanded and cooled in the refrigerant expansion device can be used to compress the refrigerant. For example, nitrogen (N 2 ) may be used as a refrigerant that circulates in the refrigerant circulation unit and is supplied to the heat exchanger.
재액화라인의 열교환기 하류에는 감압장치, 기액분리기 등이 추가로 마련될 수 있다. A pressure reducing device, a gas-liquid separator, etc. may be additionally provided downstream of the heat exchanger of the reliquefaction line.
본 실시예 시스템에서는 전술한 바와 같이 상온 압축기인 제1 압축기와 극저온용 압축기인 제2 압축기를 필요에 따라 선택적으로 운전하여 시스템에서의 전기에너지 소모를 최소화할 수 있다. In the system of this embodiment, as described above, the first compressor, which is a room temperature compressor, and the second compressor, which is a cryogenic compressor, can be selectively operated as needed to minimize electrical energy consumption in the system.
제1 압축기와 제2 압축기의 운전 선택은 소비처의 가스 연료 사용량과 저장탱크에서의 증발가스 발생량을 비교하여 이루어질 수 있다. The operation selection of the first compressor and the second compressor can be made by comparing the gas fuel usage at the consumer and the amount of boil-off gas generated in the storage tank.
우선, 선박의 Laden voyage와 같이 소비처의 가스 연료 사용량보다 저장탱크에서의 증발가스 발생량이 많은 때에는 재액화모드로 시스템을 운전한다. 도 3에 재액화모드 운전 시 증발가스 흐름을 도시하였으며, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 압축기(100w)를 가동시키고 저장탱크(T)에서 발생하는 미압축 증발가스는 열교환기(200)를 거쳐 냉열 회수 후 예열기(300)를 거쳐 추가 가열 후 제1 압축기(100w)로 공급할 수 있다. 제1 압축기에서 압축된 압축가스는 소비처(C)의 연료로 공급되고, 연료로 공급되지 않은 압축가스는 재액화라인(RL)을 통해 열교환기(200)로 도입되어 냉각되고 재액화될 수 있다. First, when the amount of boil-off gas generated in the storage tank is greater than the gas fuel consumption of the consumer, such as during a ship's Laden voyage, the system is operated in re-liquefaction mode. Figure 3 shows the boil-off gas flow during reliquefaction mode operation. As shown in Figure 3, the first compressor (100w) is operated and the uncompressed boil-off gas generated in the storage tank (T) is transferred to the heat exchanger (200). After recovering the cold heat, it can be further heated through the
선박의 Ballast voyage와 같이 엔진 등 선내 소비처의 가스 연료 사용량이 저장탱크에서의 증발가스 발생량보다 많은 경우 연료공급모드로 시스템을 운전한다. 연료공급모드 운전 시 증발가스 흐름을 도 4에 도시하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 압축기(100c)를 가동시키고 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 극저온가스라인(GLc)을 통해 극저온용 압축기인 제2 압축기(100c)로 공급할 수 있다. 증발가스는 제2 압축기에서 압축 후 전량 엔진 등 소비처(C)의 연료로 공급되고 재액화 시스템은 가동되지 않는다. When the amount of gas fuel consumed by onboard consumers, such as engines, is greater than the amount of boil-off gas generated in the storage tank, such as in a ship's ballast voyage, the system is operated in fuel supply mode. The evaporative gas flow during fuel supply mode operation is shown in Figure 4. As shown in FIG. 4, the
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.
T: 저장탱크
100w: 제1 압축기
100c: 제2 압축기
200: 열교환기
300: 예열기
400: 냉매순환부
GL, GLw: 가스공급라인
GLc: 극저온가스라인 T: storage tank
100w: 1st compressor
100c: second compressor
200: heat exchanger
300: Preheater
400: Refrigerant circulation unit
GL, GLw: Gas supply line
GLc: cryogenic gas line
Claims (10)
상기 제1 압축기에서 압축된 후 소비처로 공급되지 않은 압축가스를 공급받아 상기 제1 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하는 열교환기;
상기 제1 압축기와 병렬로 마련되며 상기 소비처에서 필요한 압력으로 증발가스를 압축하는 제2 압축기;
상기 저장탱크로부터 상기 열교환기를 거쳐 상기 제1 압축기로 연결되는 가스공급라인; 및
상기 저장탱크로부터 상기 제2 압축기로 연결되는 극저온가스라인:을 포함하되,
상기 제2 압축기는 극저온용 압축기로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템. A first compressor that receives boil-off gas generated from liquefied gas stored in the ship's storage tank and compresses it to the pressure required at the consumer;
A heat exchanger that receives compressed gas that has been compressed in the first compressor but is not supplied to a consumer and cools it by heat exchange with uncompressed boil-off gas to be supplied to the first compressor;
a second compressor provided in parallel with the first compressor and compressing boil-off gas to the pressure required at the consumer;
a gas supply line connected from the storage tank to the first compressor via the heat exchanger; and
Including: a cryogenic gas line connected from the storage tank to the second compressor,
The second compressor is a ship boil-off gas treatment system, characterized in that the second compressor is provided as a cryogenic compressor.
상기 가스공급라인에서 상기 제1 압축기 전단에 마련되는 예열기:를 더 포함하며,
상기 제1 압축기는 상온용 압축기로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템. According to clause 1,
It further includes a preheater provided in front of the first compressor in the gas supply line,
The first compressor is a ship boil-off gas treatment system, characterized in that the first compressor is provided as a room temperature compressor.
상기 열교환기에서 상기 압축가스의 냉각을 위한 냉열을 공급하는 냉매가 순환하는 냉매순환부:를 더 포함하되,
상기 냉매순환부에서는 상기 열교환기를 거친 냉매가 압축 후 상기 열교환기를 거쳐 냉각되고 팽창 냉각되어 상기 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템. According to clause 2,
It further includes a refrigerant circulation section in which a refrigerant that supplies cold heat for cooling the compressed gas circulates in the heat exchanger,
In the refrigerant circulation unit, the refrigerant that has passed through the heat exchanger is compressed, cooled through the heat exchanger, expanded, cooled, and supplied to the heat exchanger.
상기 냉매순환부에서는, 팽창 냉각되는 상기 냉매의 팽창에너지에 의해 상기 냉매가 압축되고,
상기 열교환기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스는 재액화되어 상기 저장탱크로 회수되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템. According to clause 3,
In the refrigerant circulation section, the refrigerant is compressed by the expansion energy of the refrigerant that is expanded and cooled,
A ship's boil-off gas treatment system, wherein the compressed gas cooled through the heat exchanger is re-liquefied and returned to the storage tank.
상기 제1 압축기 및 제2 압축기 후단에서 상기 열교환기로 연결되는 재액화라인; 및
상기 극저온가스라인에 마련되는 열교환기우회밸브:를 더 포함하며,
상기 소비처의 가스 연료 사용량이 상기 저장탱크에서의 증발가스 발생량보다 많은 연료공급모드 또는 제1 압축기를 사용할 수 없을 때, 상기 제2 압축기를 가동시키고 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 극저온가스라인을 통해 상기 제2 압축기로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템. According to clause 3,
A reliquefaction line connected to the heat exchanger at rear ends of the first and second compressors; and
It further includes a heat exchanger bypass valve provided in the cryogenic gas line,
In a fuel supply mode in which the gas fuel usage of the consumer is greater than the amount of boil-off gas generated in the storage tank or when the first compressor cannot be used, the second compressor is operated and the boil-off gas generated in the storage tank is sent to the cryogenic gas line. A ship's boil-off gas treatment system, characterized in that it is supplied to the second compressor through.
상기 소비처의 가스 연료 사용량보다 상기 저장탱크에서의 증발가스 발생량이 많은 재액화모드에서는, 상기 제1 압축기를 가동시키고 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 열교환기를 거쳐 상기 제1 압축기로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템. According to clause 5,
In the reliquefaction mode, where the amount of boil-off gas generated in the storage tank is greater than the gas fuel usage of the consumer, the first compressor is operated and the boil-off gas generated in the storage tank is supplied to the first compressor through the heat exchanger. Characterized by the ship's evaporative gas treatment system.
상기 소비처는 선박의 주엔진 및 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 시스템. According to any one of claims 1 to 6,
The evaporation gas treatment system of a ship, wherein the consumer includes the main engine and generator of the ship.
상기 열교환기에서 냉각될 압축가스가 없는 때에는 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 열교환기를 우회하여 상기 제1 압축기와 병렬로 마련되는 제2 압축기로 공급하여 상기 소비처로 공급하되,
상기 제2 압축기는 극저온용 압축기로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법. The boil-off gas generated from the liquefied gas stored in the ship's storage tank is supplied to the first compressor through a heat exchanger and compressed to the pressure required for the consumer on board, and the compressed gas not supplied to the consumer is converted into uncompressed boil-off gas in the heat exchanger. Cooled by heat exchange,
When there is no compressed gas to be cooled in the heat exchanger, the boil-off gas generated in the storage tank is supplied to the consumer by bypassing the heat exchanger and supplying it to a second compressor provided in parallel with the first compressor,
A method of treating boil-off gas of a ship, wherein the second compressor is provided as a cryogenic compressor.
상기 제1 압축기는 상온용 압축기로 마련되며,
상기 소비처의 가스 연료 사용량보다 상기 저장탱크에서의 증발가스 발생량이 많은 재액화모드에서는, 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스는 상기 열교환기를 거쳐 상기 제1 압축기로 공급되고,
상기 소비처의 가스 연료 사용량이 상기 저장탱크에서의 증발가스 발생량보다 많은 연료공급모드에서는, 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스는 상기 제2 압축기로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법. According to clause 8,
The first compressor is provided as a room temperature compressor,
In the reliquefaction mode, where the amount of boil-off gas generated in the storage tank is greater than the gas fuel usage of the consumer, the boil-off gas generated in the storage tank is supplied to the first compressor through the heat exchanger,
In a fuel supply mode in which the consumption of gas fuel by the consumer is greater than the amount of boil-off gas generated in the storage tank, the boil-off gas generated in the storage tank is supplied to the second compressor.
상기 열교환기에는 냉매순환부를 순환하는 냉매가 상기 압축가스의 냉각을 위해 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법.
According to clause 8,
A method of treating boil-off gas in a ship, characterized in that the refrigerant circulating in the refrigerant circulation unit is supplied to the heat exchanger for cooling the compressed gas.
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| KR20240098227A true KR20240098227A (en) | 2024-06-28 |
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