KR20240103927A - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 재기화하는 재기화부; 및 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 처리하는 증발가스 처리부를 포함하며, 상기 재기화부는, 액화가스를 수요처의 요구압력으로 가압하는 고압펌프; 및 상기 고압펌프의 하류에 마련되며 액화가스를 기화시키는 기화기를 포함하고, 상기 증발가스 처리부는, 증발가스를 압축하여 상기 고압펌프의 상류로 전달하는 압축기; 및 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축하여 상기 고압펌프의 하류로 전달하는 MSO 압축기를 포함하며, 상기 재기화부는, 상기 MSO 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 기화기에서 액화가스와 열교환시켜 냉각한다.
Description
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
최근 환경 규제 등이 강화됨에 따라, 각종 연료 중에서 친환경 연료에 가까운 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 사용이 증대되고 있다. 액화천연가스는 일반적으로 LNG 운반선을 통해 운반되는데, 이때 액화천연가스는 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 LNG 운반선의 탱크에 보관될 수 있다. 액화천연가스는 액체 상태가 될 경우 기체 상태 대비 부피가 600분의 1로 축소되므로 운반 효율이 증대될 수 있다.
그런데 액화천연가스는 액체 상태가 아닌 기체 상태로 소비되는 것이 일반적이어서, 액상으로 저장 및 운송되는 액화천연가스는 재기화되어야 할 필요가 있는바 재기화 설비가 사용된다.
이때 재기화 설비는 LNG 운반선, FLNG, FSRU 등의 선박에 탑재되거나 또는 육상 등에 마련될 수 있으며, 재기화 설비는 해수 등의 열원을 이용하여 액화천연가스를 가열함으로써 재기화를 구현한다.
그런데 액상의 액화천연가스는 저장탱크 내에서 -160도에 가까운 극저온 상태에 놓여있기 때문에, 저장된 액화천연가스 중 일부가 자연 증발하여 증발가스가 발생하는 문제가 있다. 증발가스는 저장탱크의 압력을 상승시키는 원인이 되는바, 증발가스에 대한 적절한 처리가 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하되, 재기화에서 사용되는 압축 구성을 활용하여 저장탱크 내 증발가스를 처리함으로써 시스템 설치 및 운영 비용을 절감하고 운영 효율을 높일 수 있는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 재기화하는 재기화부; 및 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 처리하는 증발가스 처리부를 포함하며, 상기 재기화부는, 액화가스를 수요처의 요구압력으로 가압하는 고압펌프; 및 상기 고압펌프의 하류에 마련되며 액화가스를 기화시키는 기화기를 포함하고, 상기 증발가스 처리부는, 증발가스를 압축하여 상기 고압펌프의 상류로 전달하는 압축기; 및 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축하여 상기 고압펌프의 하류로 전달하는 MSO 압축기를 포함하며, 상기 재기화부는, 상기 MSO 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 기화기에서 액화가스와 열교환시켜 냉각한다.
구체적으로, 상기 재기화부는, 액화가스를 임시로 저장하는 석션드럼을 더 포함하며, 상기 압축기는, 증발가스를 압축하여 상기 석션드럼으로 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 재기화부는, 상기 기화기의 하류에 마련되며 액화가스를 상기 수요처의 요구온도로 가열하는 히터를 더 포함하고, 상기 MSO 압축기에서 추가로 압축된 증발가스는, 상기 히터 및 상기 기화기를 차례로 경유하면서 액화가스와 열교환하여 냉각될 수 있다.
구체적으로, 상기 기화기 및 상기 히터는, 상기 고압펌프에서 상기 수요처로 전달되는 액화가스를 이용하여, 상기 MSO 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 처리부는, 상기 기화기에서 냉각된 증발가스를 기액분리하여 액상을 상기 액화가스 저장탱크로 전달하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 기액분리기는, 상기 기화기에서 냉각된 증발가스를 기액분리하여 기상을 상기 압축기로 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 재기화부 또는 상기 증발가스 처리부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 재기화 모드가 선택된 경우, 상기 증발가스 처리부가 상기 MSO 압축기에서 상기 기화기로의 증발가스 흐름을 차단하고 상기 MSO 압축기에서 상기 고압펌프의 하류로의 흐름을 허용하도록 제어하여, 상기 MSO 압축기에서 압축된 증발가스가 상기 수요처로 공급되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 재기화부 또는 상기 증발가스 처리부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 재액화 모드가 선택된 경우, 상기 증발가스 처리부가 상기 MSO 압축기에서 상기 기화기로의 증발가스 흐름을 허용하고 상기 MSO 압축기에서 상기 고압펌프의 하류로의 흐름을 차단하도록 제어하여, 상기 MSO 압축기에서 압축된 증발가스가 상기 기화기에서 냉각되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 액화가스 저장탱크의 압력에 따라 상기 MSO 압축기의 가동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 가스 처리 시스템을 갖는다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급함과 동시에 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스도 압축해 수요처로 전달하도록 하며, 수요처로 공급하기 위해 압축된 고압의 증발가스 중 일부를 액화시켜 회수함으로써 증발가스의 효과적인 처리가 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서 액화가스는 LNG, LPG, 암모니아, 수소, CO2 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있고, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 액화가스는 비등점이 상온보다 낮은 모든 가스를 포괄하는 것일 수 있다.
또한 이하에서 액화가스는, 액체 상태 또는 자연기화되거나 강제기화된 기체 상태 등을 모두 포괄하는 용어로 사용될 수 있으며, 다만 증발가스는 액화가스 저장탱크 내에서 자연기화된 가스를 의미하는 용어로 사용될 수 있음을 알려둔다.
참고로 본 발명은 이하에서 설명하는 가스 처리 시스템을 구비하는 선박을 포함한다. 이때 선박은 일반 상선이거나 또는 FLNG, FSRU 등과 같은 해양플랜트를 포괄하는 표현이며, 더 나아가 육상에 설치되어 있는 플랜트 등으로 치환될 수도 있음을 알려둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 재기화부(100), 증발가스 처리부(200), 제어부(300)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 IMO 규정에 따른 독립형 탱크로서 Type A, B, C 등일 수 있으며, 또는 멤브레인형 탱크일 수도 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 극저온으로 액화가스를 저장할 수 있으며, 액화가스를 액상으로 저장하기 위해 단열 구조가 적용되어 있을 수 있다. 또한 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 수요처로 공급될 수 있다.
수요처는 육상 플랜트, 도시가스 등일 수 있지만 이로 한정하지 않는다. 다만 수요처는 액화가스를 기상으로 전달받아 소비하는 것일 수 있으며, 이로 인해 액화가스 저장탱크(10)에서 수요처 사이에는 액화가스를 기화하는 재기화부(100)가 마련된다.
액화가스 저장탱크(10)에는 액화가스를 외부로 공급하기 위한 재기화라인(L10)이 마련된다. 재기화라인(L10)에는 이송펌프(110)가 구비될 수 있는데, 이송펌프(110)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 마련되어, 액화가스에 잠긴 잠형 타입으로 구비될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에는 압력계(PE)가 마련된다. 압력계(PE)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력을 측정한다. 액화가스 저장탱크(10)의 내압은 액화가스 저장탱크(10)의 내부에서 발생하는 증발가스의 유량에 따라 달라질 수 있으므로, 압력계(PE)가 측정하는 수치는 액화가스 저장탱크(10) 내의 증발가스 유량을 의미할 수 있다.
후술하겠으나, 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 토대로 재기화부(100) 또는 증발가스 처리부(200)의 구성들을 제어함으로써, 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 안정적으로 유지할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 단열 구조가 적용된다 하더라도, 외부로부터 열이 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 침투함에 따라 액화가스가 자연 증발하게 되어 증발가스가 발생한다. 이때 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 야기하게 되므로, 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 안정적으로 유지하기 위해 증발가스를 외부로 배출할 필요가 있다.
따라서 액화가스 저장탱크(10)에는 증발가스를 외부로 배출하기 위한 증발가스 배출라인(L20)이 마련된다. 증발가스 배출라인(L20)은 재기화라인(L10) 또는 재기화라인(L10)에 마련되는 재기화부(100)의 구성으로 연결되어, 증발가스가 액화가스와 함께 수요처로 공급되도록 할 수 있다.
또는 증발가스는, 증발가스 배출라인(L20)에서 분기되어 엔진(D)으로 연결되는 라인을 따라 엔진(D)에 공급될 수 있다. 본 발명에서 엔진(D)은 증발가스를 연소하여 피스톤을 움직이는 기관으로서 ME-GI, X-DF, DFDG 등일 수 있지만, 이외에도 가스터빈, 보일러, GCU, 연료전지 등으로 대체될 수도 있음은 물론이다. 더욱이 엔진(D)은 대기 방출로도 치환 가능하다.
액화가스 저장탱크(10)는 복수 개로 마련될 수 있으며, 하나 이상의 액화가스 저장탱크(10)는 선박의 내부 또는 외부에 마련될 수 있다. 복수 개의 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스 또는 증발가스를 동시에 또는 순차적으로 배출할 수 있다.
재기화부(100)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 재기화한다. 앞서 설명한 바와 같이 액화가스 저장탱크(10)에는 액화가스가 극저온으로 액화되어 저장될 수 있고, 수요처는 액화가스를 상온의 기상 상태로 소비할 수 있다. 따라서 재기화부(100)는 액화가스 저장탱크(10)와 수요처 사이에 마련되어 액화가스의 온도를 높인다.
또한 액화가스 저장탱크(10)가 액화가스를 대기압 수준으로 저장하는 경우, 액화가스 저장탱크(10)의 저장 압력 대비 수요처의 압력이 상대적으로 높게 형성된다. 이 경우 재기화부(100)는 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 액화가스의 압력을 수요처의 요구압력에 맞게 높여줄 수 있다.
이를 위하여 재기화부(100)는, 이송펌프(110), 석션드럼(120), 고압펌프(130), 기화기(140), 히터(150)를 포함하고, 수요처로 액화가스를 전달하기 위한 하역단(160)을 갖는다. 또한 재기화부(100)가 포함하는 상기 구성들은 재기화라인(L10) 상에 직렬로 마련될 수 있다.
이송펌프(110)는, 앞서 설명한 바와 같이 액화가스 저장탱크(10) 내에 저장된 액화가스를 외부로 배출한다. 이송펌프(110)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 마련되는 잠형 펌프일 수 있다.
이송펌프(110)는 하나 이상으로 마련되고, 복수 개가 마련되는 경우 상호 백업 가능하게 구비될 수 있다. 이송펌프(110)는 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 저압으로 가압하여 배출하며, 고압펌프(130)의 유입압력을 고려하여 이송펌프(110)의 토출압력이 결정 및 제어될 수 있다. 또한 이송펌프(110)는 가동 부하가 고정된 타입일 수 있으며, 또는 가동 부하의 조정이 가능한 VFD 타입일 수도 있다.
석션드럼(120)은, 이송펌프(110)를 통해 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 임시로 저장한다. 석션드럼(120)은 용기 형태를 갖고 액화가스를 내부에 일정 레벨만큼 저장할 수 있다.
석션드럼(120)은 이송펌프(110)로부터 전달되는 액화가스를 받아 저장하였다가, 균일한 양의 액화가스를 후술할 고압펌프(130)로 전달할 수 있다. 즉 석션드럼(120)은 이송펌프(110)와 고압펌프(130) 사이에서 액화가스의 공급 유량에 대한 변동을 완화하는 댐퍼 기능을 갖는다.
또한 석션드럼(120)은, 내부에 채워져 있는 액화가스를 이용하여 증발가스를 일정량 처리할 수 있다. 후술하겠으나 증발가스 처리부(200)는 액화가스 저장탱크(10) 내에서 발생한 증발가스를 압축할 수 있는데, 압축된 증발가스는 석션드럼(120) 내에 유입되어 석션드럼(120)에 저장된 액화가스와 혼합된다.
액화가스에 혼합되는 증발가스는 냉각되면서 액화될 수 있다. 이때 증발가스는 석션드럼(120)에서 액화가스가 저장된 레벨의 아래에 공급되어 액화가스 내에 증발가스가 주입될 수 있다. 또는 증발가스는 석션드럼(120)에서 액화가스가 저장된 레벨의 위에 공급되며, 증발가스의 공급 위치보다 상부에서 액화가스가 석션드럼(120) 내에 분무 등의 방식으로 공급될 수 있다. 이 경우 증발가스는 분무되는 액화가스와 만나면서 액화될 수 있다.
즉 석션드럼(120)은 제한되지 않는 다양한 구조 및 방식을 활용하여, 석션드럼(120)의 내부로 유입되는 증발가스를 액화가스로 액화시킬 수 있고, 액화가스 및 액화된 증발가스를 고압펌프(130)로 전달할 수 있다.
또한 일례로 재기화라인(L10)은 석션드럼(120)의 상류에서 분기되고 석션드럼(120)의 적어도 두 지점에 연결될 수 있다. 즉 재기화라인(L10)은 석션드럼(120)의 하부에 연결되어 석션드럼(120) 내에 액화가스를 채우기 위한 레벨링 부분과, 석션드럼(120)의 상부에 연결되어 석션드럼(120)으로 공급되는 증발가스의 위에서 액화가스를 분무하기 위한 분무 부분을 포함할 수 있다.
석션드럼(120)에서 고압펌프(130)로는 액상만 전달될 수 있다. 따라서 고압펌프(130)에는 기상의 유입에 의해 캐비테이션(cavitation)이 발생하는 상황이 억제될 수 있다.
고압펌프(130)는, 액화가스를 수요처의 요구압력으로 가압한다. 고압펌프(130)는 이송펌프(110)로부터 저압으로 가압된 액화가스를 전달받아 고압으로 가압한다. 고압펌프(130)의 토출압력은 수요처의 요구압력과 동일할 수 있고, 또는 액화가스의 이송 시 발생할 수 있는 압력 강하를 고려하여 수요처의 요구압력보다 높게 형성될 수 있다.
고압펌프(130)는 하나 이상으로 마련되어 상호 백업 가능하게 구비될 수 있다. 또한 고압펌프(130) 및 후술할 기화기(140)와 히터(150)는 하나의 트레인(Train)을 구성할 수 있으며, 재기화부(100)는 복수 개의 트레인을 포함할 수 있다.
고압펌프(130)는 석션드럼(120)으로부터 일정량의 액화가스를 균일하게 공급받아 가압할 수 있다. 또한 석션드럼(120)에서 고압펌프(130)로는 기상이 혼합되지 않을 수 있는바, 고압펌프(130)에는 캐비테이션 발생 우려가 해소될 수 있다.
고압펌프(130)는 원심형, 왕복동형 등일 수 있으며, 수요처가 요구하는 고압의 압력(20barg 이상)으로 액화가스를 가압하기 위해 왕복동형으로 마련될 수 있다. 물론 고압펌프(130)의 타입은 제한되지 않는다.
기화기(140)는, 액화가스를 기화시킨다. 기화기(140)는 고압펌프(130)의 하류에 마련되며 고압펌프(130)와 함께 트레인을 구성한다. 기화기(140)는 고압펌프(130)에서 토출되는 고압의 액상 액화가스를 전달받아, 고압의 상온 액화가스로 가열할 수 있다.
기화기(140)는 해수, 글리콜워터, 스팀, 혼합냉매 등을 이용하여 액화가스를 가열할 수 있으며, 이외에도 전기나 기타 폐열 등을 사용할 수도 있다. 기화기(140)는 해수를 사용할 경우 부식을 대비하기 위한 도장 등이 이루어질 수 있으며, 폭발성의 혼합냉매를 사용할 경우 폭발을 대비하기 위한 구조 등으로 마련될 수 있다.
기화기(140)는 액화가스를 수요처의 요구 온도 미만으로 가열할 수 있다. 즉 기화기(140)는 고압의 액화가스를 비등점 이상으로 가열하여 액화가스를 액상에서 기상으로 변화시킨다. 이 경우 기화기(140)의 하류에는 후술하는 히터(150)가 구비될 수 있다. 물론 기화기(140)가 액화가스를 수요처의 요구 온도에 맞춰 가열할 수도 있다. 이 경우 기화기(140)의 하류에는 히터(150)가 생략될 수 있다.
히터(150)는, 기화기(140)의 하류에 마련되며 액화가스를 수요처의 요구온도로 가열한다. 히터(150)는 기화기(140)에 의해 기화된 기상의 액화가스를 가열하여 승온할 수 있다.
히터(150)는 기화기(140)와 마찬가지로 해수 등의 열매를 이용할 수 있다. 또한 기화기(140)와 히터(150)는 열매를 공유할 수 있으며, 고온의 열매는 히터(150) 및 기화기(140)를 차례로 경유하도록 마련될 수 있다. 따라서 액화가스는 히터(150)에서 고온의 열매와 만나 가열되며, 기화기(140)는 액화가스와 열교환한 열매를 통해 액화가스의 기화를 구현할 수 있다.
히터(150), 기화기(140) 및 고압펌프(130)는 하나의 트레인을 구성할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다. 이러한 트레인은 복수 개로 마련될 수 있으며, 복수 개의 트레인에서 토출되는 고온 고압의 액화가스는 통합하여 수요처로 전달될 수 있다.
히터(150)의 하류에는 증발가스가 합류될 수 있다. 앞서 설명한 것처럼 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에서 발생한 뒤 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되고, 압축기(210)에 의해 압축된 후 석션드럼(120)으로 전달될 수 있다. 또는 압축기(210)에서 압축된 증발가스 중 적어도 일부는, 후술하는 MSO 압축기(240)를 통해 추가로 압축된 후 히터(150) 하류의 재기화라인(L10)으로 전달될 수 있다.
따라서 재기화라인(L10)에서 히터(150)의 하류에는 기상의 고온 고압 액화가스 및 MSO 압축기(240)에서 전달되는 고온 고압의 증발가스가 혼합될 수 있으며, 이러한 액화가스 및 증발가스는 수요처로 전달될 수 있다.
하역단(160)은, 수요처의 요구온도 및 수요처의 요구압력을 갖는 액화가스를 수요처로 전달한다. 하역단(160)은 선체에 마련되는 매니폴드, 이송암 등일 수 있다. 하역단(160)은 하나의 하역단(160)이 복수 개의 트레인과 연결되도록 마련될 수 있다.
하역단(160)의 상류에는 유량계(FM, Flow meter) 및 압력계(PE) 등이 마련될 수 있다. 이를 통해 하역단(160)에서 수요처로 공급되는 액화가스의 온도 및 유량 등이 감지될 수 있고, 제어부(300)는 재기화부(100)를 제어하여 수요처가 적절한 제원의 액화가스를 공급받도록 할 수 있다.
증발가스 처리부(200)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 처리한다. 액화가스 저장탱크(10) 내에서는 증발가스가 지속적으로 발생하며, 이러한 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 야기하게 되므로, 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 배출되어야 한다. 이때 증발가스 처리부(200)는 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스를 적절히 처리한다.
증발가스 처리부(200)는 증발가스를 재기화부(100)로 전달하여 수요처로 공급되도록 할 수 있다. 또는 증발가스 처리부(200)는 증발가스를 엔진(D) 등으로 전달하여 소비되도록 할 수 있다. 이외에도 증발가스 처리부(200)는 증발가스를 재액화하여 액화가스 저장탱크(10)로 회수되도록 할 수 있다. 위와 같은 증발가스 처리부(200)의 작동은, 사용자가 제어부(300)를 조작함에 따라 이루어질 수 있다.
본 발명은 증발가스 처리 관점에서 복수의 작동 모드를 가질 수 있다. 작동 모드는 재기화 모드 및 재액화 모드를 포함한다. 재기화 모드에서 증발가스는 재기화부(100)를 통해 수요처로 전달될 수 있으며, 재액화 모드에서 증발가스는 쿨러(220)를 통해 액화된 후 액화가스 저장탱크(10)로 회수될 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 자세히 설명한다.
증발가스 처리부(200)는, 압축기(210), 쿨러(220), 기액분리기(230), MSO 압축기(240)를 포함한다.
압축기(210)는 증발가스를 압축하여 고압펌프(130)의 상류로 전달한다. 압축기(210)는 원심형, 스크류형, 왕복동형 등일 수 있으며, 타입을 제한하지 않는다. 또한 압축기(210)는 복수 개가 병렬로 마련될 수 있고, 상호 백업 가능하게 구비될 수 있다.
압축기(210)는 적어도 1단 이상의 압축단을 가질 수 있다. 일례로 압축기(210)는 도면에서와 같이 3개 이상의 압축단이 직렬로 마련되는 형태로 구비될 수 있다. 물론 압축기(210)의 압축단 수는 제한되지 않는다.
압축기(210)는 저압 압축기(210)로 지칭될 수 있다. 이는 압축기(210)의 토출압력이 재기화부(100)에 마련되는 고압펌프(130)의 유입압력과 대응될 수 있기 때문이다. 같은 맥락으로 앞서 설명한 이송펌프(110) 역시 저압펌프로 지칭될 수 있을 것이다.
액화가스 저장탱크(10)에는 증발가스를 배출하기 위한 증발가스 배출라인(L20)이 마련되며, 압축기(210)는 증발가스 배출라인(L20) 상에 마련된다. 이때 증발가스 배출라인(L20)은 재기화부(100)로 연결되어, 압축기(210)에서 압축된 증발가스를 재기화부(100)로 전달한다. 특히 압축기(210)는 증발가스를 압축하여 고압펌프(130)의 상류로 전달할 수 있다.
구체적으로, 압축기(210)에서 압축된 증발가스는 재기화부(100)에 포함된 석션드럼(120)으로 유입될 수 있다. 석션드럼(120)이 증발가스를 전달받아 액화시키는 부분은 앞서 설명한 바와 같다. 따라서 압축기(210)의 토출압력은 석션드럼(120)의 내압과 대응될 수 있으며, 석션드럼(120)의 내압에 따라 압축기(210)의 토출압력이 가변 제어될 수도 있다.
쿨러(220)는, 증발가스를 냉각한다. 쿨러(220)는 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 후 적어도 압축기(210)에서 압축된 증발가스를 냉매와 열교환하여, 증발가스의 액화를 유도한다.
쿨러(220)는 둘 이상의 스트림(stream)이 유동하는 열교환기로 마련되며, Shell&Tube, PCHE 등의 형태를 가질 수 있다. 쿨러(220)는 압축기(210)에서 압축된 증발가스가 유동하는 유로와, 냉매가 유동하는 유로가 마련될 수 있다.
쿨러(220)는 증발가스를 이용하여 증발가스를 냉각하는, 증발가스 열교환기 형태로 마련될 수 있다. 구체적으로 쿨러(220)는 액화가스 저장탱크(10)에서 압축기(210)로 전달되는 증발가스를 이용하여, 압축기(210)에서 압축된 증발가스를 냉각할 수 있다.
더 나아가 쿨러(220)는, 후술할 기액분리기(230)에서 분리된 기상의 증발가스(플래시가스, flash gas)가 유입될 수 있다. 쿨러(220)는 플래시가스의 냉열을 회수하도록 마련될 수 있다.
즉 쿨러(220)는, 압축기(210)에서 압축된 증발가스가 유동하는 유로와, 냉매로서 액화가스 저장탱크(10)로부터 압축기(210)로 전달되는 증발가스가 유동하는 유로, 그리고 기액분리기(230)에서 분리된 기상의 플래시가스가 유동하는 유로를 갖도록 마련된다. 이때 압축기(210)에서 압축된 증발가스는, 나머지 두 유로에서 유동하는 증발가스를 냉매로 하여 냉각될 수 있다.
쿨러(220)는 압축기(210)에서 압축된 증발가스를 냉각함으로써 적어도 일부가 액화되도록 할 수 있다. 또는 증발가스는 쿨러(220)에서 냉각된 후, 쿨러(220)의 하류에 마련된 감압밸브(부호 도시하지 않음)에 의해 감압되면서 액화될 수 있다.
쿨러(220)와 감압밸브는 후술하는 증발가스 회수라인(L22) 상에 직렬로 마련될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 압축기(210)는 액화가스 저장탱크(10)와 석션드럼(120)을 서로 연결하는 증발가스 배출라인(L20) 상에 마련되는데, 증발가스 배출라인(L20)에서 압축기(210)의 하류에는 증발가스 회수라인(L22)이 마련될 수 있다.
다만, 증발가스 배출라인(L20)에서 압축기(210)의 하류에는 MSO 압축기(240)가 마련되는 증발가스 공급라인(L21)이 구비될 수 있고, 증발가스 회수라인(L22)은 증발가스 공급라인(L21)에서 MSO 압축기(240)의 하류로부터 분기되어 연장될 수 있다.
즉 증발가스는, 증발가스 배출라인(L20)에서 적어도 압축기(210)가 마련된 부분, 증발가스 공급라인(L21)에서 적어도 MSO 압축기(240)가 마련된 부분을 거쳐 증발가스 회수라인(L22)을 통해 쿨러(220)로 전달된다. 이때 증발가스 회수라인(L22)에 마련된 쿨러(220)와 감압밸브 등을 통해 증발가스가 재액화될 수 있으며, 감압밸브 하류의 증발가스 회수라인(L22)은 기액분리기(230)를 거쳐 액화가스 저장탱크(10)로 연결될 수 있다.
기액분리기(230)는, 쿨러(220)에서 냉각되고 감압밸브에서 감압되면서 적어도 일부가 액화된 증발가스를 기액분리한다. 기액분리기(230)는 액화된 증발가스에서 액상을 액화가스 저장탱크(10)로 전달할 수 있다. 이때 기액분리기(230)와 액화가스 저장탱크(10) 사이에는 유량계(FM)가 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 후 다시 액화가스 저장탱크(10)로 회수되는 증발가스의 양이 체크될 수 있다.
또한 기액분리기(230)는 액화된 증발가스 중 기상(플래시가스)을 압축기(210)로 전달할 수 있다. 이때 기액분리기(230)에서 압축기(210)로 전달되는 증발가스를 쿨러(220)를 경유할 수 있으므로, 쿨러(220)는 앞서 설명한 바와 같이 기액분리기(230)에서 압축기(210)로 전달되는 증발가스를, 압축기(210)에서 압축된 증발가스와 열교환할 수 있다.
MSO 압축기(240)(Minimum Send-Out Compressor)는, 압축기(210)에서 압축된 증발가스를 추가로 압축하여 재기화부(100)로 전달한다. 증발가스 배출라인(L20)에는 압축기(210)가 마련되며, 증발가스 배출라인(L20)은 압축기(210)의 하류에서 석션드럼(120)으로 연결된다. 이때 증발가스 배출라인(L20) 중 압축기(210)의 하류에는 증발가스 공급라인(L21)이 분기될 수 있으며, 증발가스 공급라인(L21)은 MSO 압축기(240)가 마련되고 재기화부(100)로 증발가스를 전달한다.
즉 증발가스는, 증발가스 배출라인(L20)을 따라 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 후 압축기(210)를 통해 압축되고 석션드럼(120)으로 전달되거나, 압축기(210)를 통해 압축된 후 증발가스 공급라인(L21)을 따라 MSO 압축기(240)로 전달되어 MSO 압축기(240)를 통해 추가로 압축될 수 있다.
MSO 압축기(240)는 증발가스를 추가로 압축한 뒤 재기화부(100)로 전달한다. 구체적으로 MSO 압축기(240)는 증발가스를 고압펌프(130)의 유입압력 이상으로 압축한 뒤, 재기화부(100)에서 고압펌프(130)의 하류로 전달할 수 있다. 일례로 MSO 압축기(240)는 증발가스를 수요처의 요구압력에 맞춰 압축하고 재기화라인(L10)에서 히터(150)의 하류로 전달할 수 있다.
또한 본 실시예는, 증발가스 공급라인(L21)에서 MSO 압축기(240)의 하류로부터 증발가스 회수라인(L22)이 분기되어 쿨러(220)로 연결된다. 즉 쿨러(220)에는, 냉각 대상으로서 압축기(210) 및 MSO 압축기(240)에서 차례로 압축된 증발가스가 유입될 수 있다.
증발가스는 압력이 상승할수록 비등점이 높아진다. 따라서 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스 대비 압축기(210)에서 압축된 증발가스의 액화 온도가 높고, 압축기(210)에서 압축된 증발가스 대비 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스의 액화 온도가 높다. 즉 본 실시예는 MSO 압축기(240)에서 추가로 압축된 증발가스를 쿨러(220)로 전달함으로써, 쿨러(220) 및 감압밸브 등에서 증발가스가 더욱 효과적으로 액화될 수 있도록 한다.
앞서 쿨러(220)에 대한 설명 내용을 다시 설명하면, 쿨러(220)는 압축기(210) 및 MSO 압축기(240)에 의해 적어도 2단으로 압축된 증발가스를 냉각하는 구성으로서, 쿨러(220)는 액화가스 저장탱크(10)에서 압축기(210)로 전달되는 증발가스를 이용하여 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스를 냉각할 수 있다.
또한 쿨러(220)는, 기액분리기(230)에서 압축기(210)로 전달되는 증발가스를 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스와 열교환할 수 있다. 따라서 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는 압축기(210) 및 MSO 압축기(240)에 의해 압축되면서 비등점이 높아진 상태로 쿨러(220)로 유입되며, 쿨러(220)는 액화가스 저장탱크(10)에서 압축기(210)로 전달되는 증발가스를 냉매로 하여, MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스를 냉각할 수 있다. 또한 쿨러(220)는 기액분리기(230)에서 분리된 플래시가스의 냉열을 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스로 회수되도록 하여, 액화 효율을 높일 수 있다.
제어부(300)는, 재기화부(100) 또는 증발가스 처리부(200)를 제어한다. 본 실시예는 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하는 것을 주로 수행하는 재기화 모드와, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스를 재액화하는 것을 주로 수행하는 재액화 모드로 작동할 수 있다. 즉 사용자가 재기화 모드 또는 재액화 모드를 선택함에 따라, 제어부(300)는 증발가스 처리부(200) 등을 제어한다.
앞서 언급한 증발가스 공급라인(L21)에서 MSO 압축기(240)의 하류에는 쿨러(220)로 연장되는 증발가스 회수라인(L22)이 분기되는데, 증발가스 회수라인(L22)이 분기되는 지점에는 별도의 밸브(부호 도시하지 않음)가 마련된다. 제어부(300)는 밸브를 이용하여 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스가 재기화부(100)로 전달되거나 또는 쿨러(220)로 전달되는 것을 제어할 수 있다.
구체적으로, 재기화 모드가 선택된 경우, 제어부(300)는 증발가스 처리부(200)가 MSO 압축기(240)에서 쿨러(220)로의 증발가스 흐름을 차단한다. 즉 제어부(300)는 증발가스 회수라인(L22)의 흐름을 차단할 수 있다. 동시에 제어부(300)는 MSO 압축기(240)에서 고압펌프(130)의 하류로의 흐름을 허용하도록 제어한다. 즉 제어부(300)는 증발가스 공급라인(L21)의 흐름을 허용할 수 있다. 따라서 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스는, 쿨러(220)로 전달되지 못하고 수요처로 공급될 수 있다.
반면 재액화 모드가 선택된 경우, 제어부(300)는 증발가스 처리부(200)가 MSO 압축기(240)에서 고압펌프(130)의 하류로의 흐름을 차단하도록 제어한다. 즉 증발가스 공급라인(L21)에서 MSO 압축기(240) 이후 재기화부(100)로의 흐름이 차단된다. 동시에 제어부(300)는 증발가스 처리부(200)가 MSO 압축기(240)에서 쿨러(220)의 증발가스 흐름을 허용하도록 제어한다. 즉 증발가스 회수라인(L22)의 흐름이 허용될 수 있다. 따라서 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스는, 재기화부(100)로 전달되지 못하고 쿨러(220)로 전달되어 쿨러(220)에서 냉각될 수 있다.
이러한 제어 내용에 대해 이하에서 다시 상세히 설명한다.
기본적으로 제어부(300)는 액화가스 저장탱크(10)에 마련된 압력계(PE)를 활용하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 모니터링하며, 세팅값보다 높다고 판단된 경우 사용자에게 알림할 수 있다. 이때 사용자는 알림을 확인하고 재기화 모드 또는 재액화 모드 중 어느 하나를 가동하도록 할 수 있으며, 사용자의 선택에 따라 증발가스를 고압 상태로 변경한 후 수요처로 Sen-Out 하거나, 또는 재액화하여 액화가스 저장탱크(10)로 재순환할 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효과적으로 제어하면서 증발가스를 버리지 않고 재상품화 할 수 있다.
사용자가 재기화 모드를 선택한 경우, 제어부(300)는 먼저 증발가스 처리부(200)에서 증발가스 공급라인(L21)의 흐름을 허용하여, 압축기(210)에서 압축된 증발가스가 MSO 압축기(240)로 전달되도록 한다. 이는 MSO 압축기(240)의 전단에 마련되는 밸브(부호 도시하지 않음)를 제어하여 이루어진다. 또한 제어부(300)는 MSO 압축기(240)를 작동시킴과 동시에 MSO 압축기(240) 하류의 밸브(부호 도시하지 않음)를 제어하여 MSO 압축기(240) 하류의 증발가스가 재기화부(100)의 하역단(160)으로 유동하도록 할 수 있다.
제어부(300)는 액화가스 저장탱크(10)의 압력에 따라 MSO 압축기(240)의 가동을 제어할 수 있다. 이때 MSO 압축기(240)의 설계 토출압력은, 터미널 등의 수요처에서 요구되는 최대 설계압력을 기본적으로 반영한 값일 수 있으며, 동시에 재액화 효율을 극대화할 수 있는 고압일 수 있다.
다만 증발가스를 공급받는 수요처마다 요구하는 압력이 다를 수 있으므로, 하역단(160) 상류에 마련되는 압력계(PE)에서 측정된 압력값에 따라, 제어부(300)는 MSO 압축기(240) 하류에 마련된 압력제어밸브(부호 도시하지 않음)를 활용하여 수요처에서 요구되는 Send-Out 압력으로 증발가스의 압력을 맞출 수 있다.
이와 같은 동작을 통해 본 실시예에서 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스는, 압축기(210), MSO 압축기(240), 압력제어밸브, 재기화부(100)의 하역단(160)을 거쳐 수요처에서 요구되는 압력으로 공급된다. 따라서 본 실시예는 버려지는 증발가스를 상품화함과 동시에, 액화가스 저장탱크(10)의 압력을 제어할 수 있다.
이하에서는 사용자가 재액화 모드를 선택한 경우에 대해 설명한다. 재액화 모드에서 제어부(300)는 MSO 압축기(240) 상류의 밸브를 개방하고, MSO 압축기(240)를 작동시키며, MSO 압축기(240) 하류의 밸브를 조절하여 MSO 압축기(240) 하류의 증발가스의 흐름을 증발가스 회수라인(L22) 측으로만 개방한다.
MSO 압축기(240)에서 압축된 고압의 증발가스는, 쿨러(220)를 통해 1차적으로 Pre-cooling될 수 있고, 쿨러(220) 하류의 감압밸브(Joule-Thompson valve)를 통해 감압되면서 재액화될 수 있다. 일부 재액화되지 않은 플래시가스는 기액분리기(230)를 거쳐 쿨러(220)로 재유입된다. 이를 통해 본 실시예는 플래시가스의 Cold duty가 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스로 공급되므로, 재액화 효율을 증대시킬 수 있다.
또한 액화가스 저장탱크(10)에서 압축기(210)로 공급되는 Cold duty도 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스로 고급되므로, 재액화 효율을 추가적으로 증대시킬 수 있다.
기액분리기(230)에서 액상으로 분리된 증발가스가 유량계(FM)를 경유함으로써 재액화 용량의 실시간 확인이 이루어지며, 재액화된 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)로 재유입되면서 액화가스 저장탱크(10)의 압력을 낮출 수 있다.
정리하면, 본 실시예는 재액화 모드에서 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스가 압축기(210), MSO 압축기(240), 쿨러(220), 감압밸브, 기액분리기(230), 유량계(FM) 및 액화가스 저장탱크(10)로 유입되면서 액화가스 저장탱크(10)의 압력이 제어될 수 있다. 또한 본 실시예는 버려지는 증발가스의 재상품화를 구현할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 별도의 Turbo machine의 추가 없이, MSO 압축기(240)만으로도 수요처로 증발가스를 Send-out할 뿐만 아니라, 증발가스를 효율적으로 재액화할 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 별도의 추가적인 power consumption 없이, 버려지는 증발가스를 재액화하여 재상품화할 수 있으므로, Operation 측면에서 효율성이 높아진다.
더욱이 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 제어하기 위해서 증발가스를 Send-out하는 모드 외에도 추가적인 Redundancy로 재액화 모드를 마련함으로써, 액화가스 저장탱크(10)의 safety design 측면에서 보다 안정적인 시스템을 제공한다.
특히 본 실시예가 설치되는 FSRU 전용선의 경우, FSRU-LNGC 겸용선으로 개조할 때 별도의 재액화 시스템 추가 없이, 기존의 시스템만으로도 증발가스의 재액화를 할 수 있는 LNGC Operation을 가능케 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 후술하는 제3 실시예에도 마찬가지이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 재기화부(100), 증발가스 처리부(200), 제어부(300)를 포함한다. 특히 본 실시예는 MSO 압축기(240)를 별도로 마련하는 앞선 실시예와 달리, 압축기(210)가 Send-Out 기능을 모두 수행하도록 할 수 있다.
본 실시예의 압축기(210)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스를 압축한다. 압축기(210)는 복수의 압축단이 직렬로 마련되는 다단 압축기(210)일 수 있다. 구체적으로 압축기(210)는, 저압 압축단, 고압 압축단, 그리고 최종 압축단 등을 포함하는, 적어도 3단의 압축기(210)일 수 있다.
압축기(210)는, 토출압력이 고압펌프(130)의 유입압력보다 높은 고압 압축단을 포함한다. 특히 고압 압축단은 토출압력이 수요처의 요구압력에 상응할 수 있으며, 히터(150) 하류의 액화가스가 갖는 압력에 대응될 수 있다.
이때 압축기(210)는, 고압 압축단에서 압축된 증발가스를 고압펌프(130)의 하류로 전달할 수 있다. 즉 압축기(210)는 고압 압축단과 최종 압축단의 중간 지점에서 증발가스를 side stream으로서 재기화부(100)로 전달한다.
증발가스 처리부(200)의 쿨러(220)는 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 냉각하는데, 앞선 실시예에서도 설명한 것처럼, 쿨러(220)로 유입되는 증발가스의 압력이 높을수록 재액화 효율이 증대될 수 있다.
따라서 본 실시예는, 압축기(210)가 재기화부(100)로 증발가스를 전달하는 고압 압축단을 포함하고, 더 나아가 압축기(210)가 고압 압축단의 하류에 최종 압축단을 추가로 포함할 수 있다. 이 경우 쿨러(220)는, 압축기(210)의 최종 압축단에 의해 압축된 증발가스를 전달받아 냉각할 수 있다.
고압 압축단의 토출압력은 재기화부(100)에서 히터(150) 하류의 액화가스 압력에 대응되므로, 고압 압축단의 토출압력은 실질적으로 수요처의 요구압력에 대응될 수 있다. 이 경우 최종 압축단의 토출압력은 수요처의 요구압력보다 높을 수 있으므로, 압축기(210)에서 쿨러(220)로 전달되는 증발가스의 압력은, 수요처로 공급되는 액화가스의 압력보다 높을 수 있다.
이 경우 쿨러(220)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 압축기(210)의 저압 압축단으로 전달되는 증발가스를 이용하여 압축기(210)의 최종 압축단에서 압축된 증발가스를 냉각할 수 있다.
또한 쿨러(220) 하류에 마련되는 기액분리기(230)는, 쿨러(220)에서 냉각된 증발가스를 기액분리하여 액상을 액화가스 저장탱크(10)로 전달하고, 기상을 압축기(210)의 저압 압축단으로 전달할 수 있다.
따라서 쿨러(220)는, 기액분리기(230)에서 압축기(210)의 저압 압축단으로 전달되는 증발가스를, 압축기(210)의 최종 압축단에서 압축된 증발가스와 열교환할 수 있다. 또한 쿨러(220)는 액화가스 저장탱크(10)에서 압축기(210)의 저압 압축단으로 전달되는 증발가스의 Cold duty도 압축기(210)의 최종 압축단에서 압축된 증발가스로 회수할 수 있다.
압축기(210)는, 고압 압축단의 상류에 마련되는 저압 압축단에서 증발가스를 엔진(D)으로 공급할 수 있다. 또한 도면에 표시되지 않았으나, 압축기(210)의 저압 압축단에서 압축된 증발가스는 석션드럼(120)으로 전달될 수 있다.
본 실시예 역시 재기화 모드 및 재액화 모드의 선택적 가동이 이루어질 수 있다. 구체적으로 설명하면, 먼저 재기화 모드가 선택된 경우, 제어부(300)는 증발가스 처리부(200)가 압축기(210)의 고압 압축단에서 수요처로의 흐름을 허용하도록 제어하여, 압축기(210)의 고압 압축단에서 압축된 증발가스가 수요처로 공급되도록 한다. 또한 재기화 모드에서 제어부(300)는, 압축기(210)의 고압 압축단의 하류에서 쿨러(220)로의 증발가스의 흐름을 제어함으로써 압축기(210)에서 수요처로 공급되는 증발가스의 압력을 제어할 수 있다.
일례로 제어부(300)는, 압축기(210)의 고압 압축단에서 수요처로 공급되는 증발가스에 배압(Back pressure)이 발생하는 경우, 이를 감지하고 압축기(210)의 고압 압축단의 하류에서 쿨러(220)로 증발가스의 적어도 일부가 전달되도록 제어한다.
반면 재액화 모드가 선택된 경우, 제어부(300)는 증발가스 처리부(200)가 압축기(210)의 고압 압축단에서 수요처로의 흐름을 차단하고 압축기(210)의 고압 압축단의 하류에서 쿨러(220)로의 증발가스 흐름을 허용하도록 제어한다. 이를 통해 압축기(210)의 고압 압축단 및 최종 압축단에서 압축된 증발가스는, 쿨러(220)로 전달되고 쿨러(220) 및 감압밸브에 의해 액화될 수 있다.
이하에서는 제어부(300)에 의한 본 실시예의 동작에 대해 다시 설명한다.
제어부(300)는 기본적으로 액화가스 저장탱크(10)에 마련되는 압력계(PE)를 토대로 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 모니터링하며, 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 기준값보다 높으면, 사용자가 재기화 모드 또는 재액화 모드를 선택할 수 있도록 Signal을 발송한다.
사용자의 모드 선택에 따라 증발가스는 고압 상태로 변경된 후 수요처로 Send-out되거나 재액화 후 액화가스 저장탱크(10)로 재순환되어, 액화가스 저장탱크(10)의 압력이 제어된다. 따라서 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)의 압력을 제어하면서 동시에 증발가스를 버리지 않고 재상품화할 수 있다.
사용자가 재기화 모드를 선택한 경우에 대해 보다 자세히 설명한다. 기본적으로 압축기(210)는 연속적인 가동을 구현할 수 있으며, 저압 압축단과 고압 압축단 사이의 side stream을 통해 엔진(D)에 증발가스가 공급된다.
사용자의 재기화 모드 선택 시, 밸브(부호 도시하지 않음) 개방에 의해 압축기(210)의 고압 압축단에서 재기화부(100) 사이의 증발가스 공급라인(L21)의 흐름이 허용된다. 이를 통해 압축기(210)의 고압 압축단의 side stream을 통해 고압 Send-out할 수 있는 압력의 증발가스가 하역단(160)으로 유입된다.
이때 압축기(210)의 고압 압축단과 재기화부(100) 사이의 증발가스 공급라인(L21)에 마련되는 압력제어밸브(부호 도시하지 않음)가, 하역단(160) 상류의 압력계(PE)를 토대로 개도가 제어됨으로써, 수요처에서 요구되는 Send-out pressure가 충족될 수 있도록 압력 제어가 이루어진다.
만약 압력제어밸브에 의해 고압 압축단 방향으로 Back pressure가 형성될 경우, 본 실시예는 압축기(210)의 최종 압축단의 하류에 마련된 압력제어밸브(부호 도시하지 않음)를 통해서 증발가스의 일부를 쿨러(220)로 전달하여, 고압 압축단이 일정 setting된 압력으로만 증발가스를 토출할 수 있도록 제어한다.
쿨러(220)로 유입되는 일부의 증발가스는 Pre-cooling된 후, 감압밸브에 의해 금속히 감압되면서 재액화될 수 있고, 재액화되지 않은 플래시가스는 기액분리기(230)를 거쳐 쿨러(220)로 재유입된다. 플래시가스의 cold duty는 쿨러(220)를 통해 재액화하려는 증발가스에 전달되므로 재액화 효율이 향상될 수 있음은 앞선 실시예에서 설명한 바와 같다.
즉 재기화 모드에서 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스는, 압축기(210)의 저압 압축단, 고압 압축단을 거쳐 재기화부(100)의 하역단(160)으로 공급된다. 다만 이러한 증발가스의 Send-out operation 도중 고압 압축단으로 back pressure가 형성될 경우 고압 압축단에서 압축된 증발가스의 일부를 쿨러(220)로 전달 및 재액화하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압과 증발가스 Send-out operation을 안정화시킬 수 있다.
저압 압축단 및 고압 압축단과 최종 압축단을 갖는 압축기(210)는, HD 압축기(210)(High duty Compressor)로 지칭될 수 있다. 참고로 앞선 실시예의 압축기(210)는 LD 압축기(210)(Low duty Compressor)일 수 있다.
반면 본 실시예에서 재액화 모드가 선택된 경우, 최종 압축단 하류의 압력제어밸브가 제어됨으로써 압축기(210)의 최종 압축단에서 setting된 최고압으로 증발가스가 토출된다. 즉 증발가스는 압축기(210)에서 압축된 후 쿨러(220) 방향으로 유입되며, 고압 압축단에서 재기화부(100)로의 증발가스 흐름은 차단될 수 있다.
이 경우 쿨러(220)로 유입되는 증발가스의 재액화는 앞서 설명한 내용과 동일하다. 즉 재액화 모드에서 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스는, 압축기(210), 쿨러(220), 감압밸브, 기액분리기(230)를 거쳐 액화가스 저장탱크(10)로 회수된다. 따라서 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)의 압력을 제어하면서 증발가스를 재액화하여 재상품화 할 수 있다.
이를 통해 본 실시예는, 별도의 추가 Turbo machine(MSO 압축기(240) 등) 없이 HD 압축기(210)만으로도 증발가스를 고압으로 Send-out 또는 재액화할 수 있도록 마련되므로, Operation 측면에서 효율성이 높아질 수 있고, LD 압축기(210) 및 MSO 압축기(240)를 사용하는 경우와 대비할 때 배치의 측면에서도 효율성을 높일 수 있다.
더욱이 본 실시예는, HD 압축기(210)를 통해 재액화 구성으로 공급되는 증발가스의 압력이 LD 압축기(210) 및 MSO 압축기(240)를 조합한 경우보다 높아짐으로써, 재액화 효율을 더욱 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 제1 실시예와 대비할 때 증발가스 처리부(200)에서 쿨러(220) 부분을 변경할 수 있다.
본 실시예는, 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축하여 고압펌프(130)의 하류로 전달하는 MSO 압축기(240)를 포함하되, 재기화부(100)가 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스를 액화가스와 열교환시켜 냉각할 수 있다.
구체적으로 본 실시예는, 재기화부(100)의 기화기(140) 및 히터(150) 중 적어도 기화기(140)가, MSO 압축기(240)에서 추가로 압축된 증발가스를 액화가스와 열교환함으로써 냉각되도록 할 수 있다.
일례로 MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스는, 히터(150) 및 기화기(140)를 차례로 경유하면서 액화가스와 열교환하여 냉각될 수 있다. 따라서 기화기(140) 및 히터(150)는, 고압펌프(130)에서 수요처로 전달되는 액화가스를 이용하여, MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스를 냉각할 수 있다.
MSO 압축기(240)의 하류에서 증발가스 공급라인(L21)으로부터 증발가스 회수라인(L22)이 분기될 수 있으며, 증발가스 회수라인(L22)은 히터(150) 및 기화기(140)를 차례로 경유할 수 있다. 또한 증발가스 회수라인(L22)에서 기화기(140)의 하류에는 감압밸브(부호 도시하지 않음), 기액분리기(230)가 마련되고, 증발가스 회수라인(L22)에 의해 액화가스 저장탱크(10)로 액상의 증발가스가 회수된다.
본 실시예의 제어부(300)는, 재기화 모드가 선택된 경우 증발가스 처리부(200)가 MSO 압축기(240)에서 기화기(140)로의 증발가스 흐름을 차단하고 MSO 압축기(240)에서 고압펌프(130)의 하류로의 흐름을 허용하도록 제어하여, MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스가 수요처로 공급되도록 한다.
또한 제어부(300)는, 재액화 모드가 선택된 경우, 증발가스 처리부(200)가 MSO 압축기(240)에서 기화기(140)로의 증발가스 흐름을 허용하고 MSO 압축기(240)에서 고압펌프(130)의 하류로의 흐름을 차단하도록 제어하여, MSO 압축기(240)에서 압축된 증발가스가 기화기(140)에서 냉각되도록 한다.
이하에서는 본 실시예의 작동 방법에 대해 자세히 설명한다.
기본적으로 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 압력계(PE)에 의해 모니터링되며, 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 setting pressure보다 높을 경우, 제어부(300)는 사용자가 재기화 모드 또는 재액화 모드 중 어느 하나를 선택하도록 안내한다.
사용자의 선택에 따라 증발가스는 고압 상태의 증발가스로 변경된 후 수요처로 Send-out되거나 재액화 후 액화가스 저장탱크(10)로 재순환되므로, 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효과적으로 제어하면서도 증발가스의 재상품화를 구현한다.
구체적으로 사용자가 재기화 모드를 선택한 경우, 제어부(300)는 MSO 압축기(240) 상류의 밸브(부호 도시하지 않음)를 개방하고 MSO 압축기(240)를 가동한다. MSO 압축기(240)는 액화가스 저장탱크(10)의 내압에 따라 가동 정도가 조절될 수 있다.
또한 제어부(300)는 MSO 압축기(240) 하류에서 증발가스 회수라인(L22)이 분기되는 지점에 마련되는 밸브(부호 도시하지 않음)를 제어하여, MSO 압축기(240) 하류의 증발가스가 재기화부(100)의 하역단(160)으로 전달되도록 한다.
이때 MSO 압축기(240)의 설계 토출 압력은 시중의 수요처(terminal)에서 요구하는 최대 설계압력을 반영하면서도 재액화 효율을 극대화할 수 있는 고압으로 선정될 수 있다. 또한 수요처마다 요구압력이 다를 수 있음을 고려하여, 하역단(160) 상류의 압력계(PE)를 통해 측정된 압력값에 따라 MSO 압축기(240)의 하류에 마련된 압력제어밸브(부호 도시하지 않음)를 활용하여 각 수요처에서 요구되는 Send-out pressure로 증발가스의 압력을 제어한다.
결국, 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스는 압축기(210)(LD 압축기(210)), MSO 압축기(240), 압력제어밸브, 하역단(160)을 거쳐 수요처에 요구 압력으로 공급되면서, 버려지는 증발가스를 상품화함과 동시에 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 제어할 수 있다.
반면 재액화 모드가 선택되는 경우, 제어부(300)는 MSO 압축기(240) 하류의 밸브(부호 도시하지 않음)를 제어하여 MSO 압축기(240)에서 압축된 고압의 증발가스가 히터(150) 및 기화기(140)에 마련된 유로로 유입되도록 한다. 이때 히터(150) 및 기화기(140)로 유입된 증발가스는, 고압펌프(130) 하류의 액화가스로부터 Cold duty를 전달받아 Pre-cooling될 수 있다.
동시에 히터(150) 및 기화기(140)에 유동하는 액화가스가 증발가스로부터 Hot duty를 전달받게 되므로, 열매 공급부(170)의 열매를 통해서만 전달되는 Hot duty를 보완할 수 있게 된다.
따라서 본 실시예는 열매 펌프(171) 및 열매 히터(172) 등을 포함하는 열매 공급부(170)의 Capacity를 줄임과 동시에 재기화 효율 증대 및 OPEX 저감 효과를 거둘 수 있다. 특히 본 실시예는 열매 공급라인(L30)에 마련되어 해수 등을 이용해 열매를 가열하는 열매 히터(172)의 부하를 줄일 수 있다.
히터(150)의 유로로 유입된 고압 고온의 증발가스는, 고압 및 Normal Temperature의 증발가스로 변화된 후 기화기(140)의 유로로 유입된다. 기화기(140)로 유입된 고압 및 Normal Temperature의 증발가스는 기화기(140)의 유로에 유동하는 액화가스 및 열매로부터 Cold duty를 전달받아 2차적으로 Pre-cooling된다. 이는 동시에 액화가스 및 열매에 Hot duty를 전달하게 되는 것으로서, 열매 공급부(170)의 capacity 저감 및 재기화 효율 증대 효과로 이어진다.
히터(150) 및 기화기(140)를 차례로 경유한 증발가스는, 고압 고온에서 고압 저온으로 변화한 뒤 감압밸브(부호 도시하지 않음)로 유입된다. 감압밸브에서 급속히 감압된 증발가스는 재액화될 수 있는데, 플래시가스의 압력에 따라 감압밸브와 기액분리기(230)의 압력이 일정하게 유지되도록 제어될 수 있다.
기액분리기(230)에서 분리된 기상의 플래시가스는 LD 압축기(210)의 유입단으로 재유입되어 액화가스 저장탱크(10)에 열 유입이 없도록 할 수 있으며, 기액분리기(230)에서 분리된 액상의 증발가스는 유량계(FM)를 거쳐 액화가스 저장탱크(10)로 유입되어, 재액화된 증발가스의 용량이 실시간으로 확인될 수 있다.
즉 재액화 모드에서 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스가 LD 압축기(210), MSO 압축기(240), 히터(150), 기화기(140), 감압밸브, 기액분리기(230)를 거쳐 액화가스 저장탱크(10)로 유입되면서, 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 제어하면서 버려지는 증발가스를 재상품화할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 기존의 MSO 압축기(240)를 활용해 증발가스를 고압으로 Send-out하거나 재액화할 수 있음은 물론이고, 고압의 증발가스가 갖는 Hot duty를 가열되어야 하는 액화가스로 전달함으로써, 열매 공급부(170)의 부하를 줄일 수 있고 관련 장비의 CAPEX 및 OPEX를 개선할 수 있다.
본 발명은 앞서 설명한 실시예들의 조합, 적어도 어느 하나의 실시예와 공지기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 가스 처리 시스템
10: 액화가스 저장탱크
100: 재기화부 110: 이송펌프
120: 석션드럼 130: 고압펌프
140: 기화기 150: 히터
160: 하역단 170: 열매 공급부
171: 열매 펌프 172: 열매 히터
200: 증발가스 처리부 210: 압축기
220: 쿨러 230: 기액분리기
240: MSO 압축기 300: 제어부
D: 엔진 PE: 압력계
FM: 유량계 L10: 재기화라인
L20: 증발가스 배출라인 L21: 증발가스 공급라인
L22: 증발가스 회수라인 L30: 열매 공급라인
100: 재기화부 110: 이송펌프
120: 석션드럼 130: 고압펌프
140: 기화기 150: 히터
160: 하역단 170: 열매 공급부
171: 열매 펌프 172: 열매 히터
200: 증발가스 처리부 210: 압축기
220: 쿨러 230: 기액분리기
240: MSO 압축기 300: 제어부
D: 엔진 PE: 압력계
FM: 유량계 L10: 재기화라인
L20: 증발가스 배출라인 L21: 증발가스 공급라인
L22: 증발가스 회수라인 L30: 열매 공급라인
Claims (10)
- 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 재기화하는 재기화부; 및
상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 처리하는 증발가스 처리부를 포함하며,
상기 재기화부는,
액화가스를 수요처의 요구압력으로 가압하는 고압펌프; 및
상기 고압펌프의 하류에 마련되며 액화가스를 기화시키는 기화기를 포함하고,
상기 증발가스 처리부는,
증발가스를 압축하여 상기 고압펌프의 상류로 전달하는 압축기; 및
상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축하여 상기 고압펌프의 하류로 전달하는 MSO 압축기를 포함하며,
상기 재기화부는,
상기 MSO 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 기화기에서 액화가스와 열교환시켜 냉각하는, 가스 처리 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 재기화부는,
액화가스를 임시로 저장하는 석션드럼을 더 포함하며,
상기 압축기는,
증발가스를 압축하여 상기 석션드럼으로 전달하는, 가스 처리 시스템. - 제 2 항에 있어서, 상기 재기화부는,
상기 기화기의 하류에 마련되며 액화가스를 상기 수요처의 요구온도로 가열하는 히터를 더 포함하고,
상기 MSO 압축기에서 추가로 압축된 증발가스는,
상기 히터 및 상기 기화기를 차례로 경유하면서 액화가스와 열교환하여 냉각되는, 가스 처리 시스템. - 제 3 항에 있어서, 상기 기화기 및 상기 히터는,
상기 고압펌프에서 상기 수요처로 전달되는 액화가스를 이용하여, 상기 MSO 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는, 가스 처리 시스템. - 제 4 항에 있어서, 상기 증발가스 처리부는,
상기 기화기에서 냉각된 증발가스를 기액분리하여 액상을 상기 액화가스 저장탱크로 전달하는 기액분리기를 더 포함하는, 가스 처리 시스템. - 제 5 항에 있어서, 상기 기액분리기는,
상기 기화기에서 냉각된 증발가스를 기액분리하여 기상을 상기 압축기로 전달하는, 가스 처리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 재기화부 또는 상기 증발가스 처리부를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
재기화 모드가 선택된 경우,
상기 증발가스 처리부가 상기 MSO 압축기에서 상기 기화기로의 증발가스 흐름을 차단하고 상기 MSO 압축기에서 상기 고압펌프의 하류로의 흐름을 허용하도록 제어하여, 상기 MSO 압축기에서 압축된 증발가스가 상기 수요처로 공급되도록 하는, 가스 처리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 재기화부 또는 상기 증발가스 처리부를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
재액화 모드가 선택된 경우,
상기 증발가스 처리부가 상기 MSO 압축기에서 상기 기화기로의 증발가스 흐름을 허용하고 상기 MSO 압축기에서 상기 고압펌프의 하류로의 흐름을 차단하도록 제어하여, 상기 MSO 압축기에서 압축된 증발가스가 상기 기화기에서 냉각되도록 하는, 가스 처리 시스템. - 제 7 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 액화가스 저장탱크의 압력에 따라 상기 MSO 압축기의 가동을 제어하는, 가스 처리 시스템. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 갖는, 선박.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220184964 | 2022-12-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240103927A true KR20240103927A (ko) | 2024-07-04 |
Family
ID=
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