WO2013172641A1 - 액화가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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heat transfer
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transfer medium
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한주석
백은성
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현대중공업 주식회사
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a liquefied gas treatment system and method.
  • Liquefied natural gas is liquefied by cooling methane obtained by refining natural gas collected from a gas field. It is a colorless and transparent liquid.
  • Liquefied petroleum gas is a liquid fuel made by compressing a gas mainly composed of propane (C3H8) and butane (C4H10), which come with oil from an oil field, at room temperature.
  • Liquefied petroleum gas like liquefied natural gas, is colorless and odorless and is widely used as a fuel for household, business, industrial, and automobile use.
  • Such liquefied gas is stored in a liquefied gas storage tank installed on the ground or in a liquefied gas storage tank provided in a ship which is a means of transporting the ocean, and liquefied natural gas is liquefied to a volume of 1/600.
  • the liquefied petroleum gas is reduced by the liquefied propane is 1/260, butane is reduced to a volume of 1/230 has the advantage of high storage efficiency.
  • the temperature and pressure of the liquefied gas required by the customer such as the engine may be different from the state of the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank. Therefore, in recent years, continuous research and development has been made regarding a technology for controlling the temperature and pressure of a liquefied gas stored in a liquid state and supplying it to a demand destination.
  • the present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to calculate the required amount of heat by measuring the flow rate and temperature of the liquefied gas flowing into the heat exchanger, and based on the calculated amount of heat transfer medium It is to provide a liquefied gas treatment system and method capable of efficiently matching liquefied gas to a demanded temperature of a demand by performing feed forward control of appropriate heating.
  • an object of the present invention by controlling the driving of the medium pump in accordance with the required heat amount of the heat transfer medium to vary the inflow of the medium heater, or by adjusting the amount of heat source supplied to the heat transfer medium from the medium heater, heat transfer To provide a liquefied gas treatment system and method that can easily control the required amount of heat of the medium.
  • the liquefied gas processing system connected to the demand destination from the liquefied gas storage tank;
  • a pump provided on the liquefied gas supply line to pressurize the liquefied gas discharged from the liquefied gas storage tank;
  • a heat exchanger provided on the liquefied gas supply line between the demand source and the pump and heat-exchanging liquefied gas supplied from the pump with a heat transfer medium;
  • a medium circulation line connected from said medium heater to said heat exchanger;
  • a controller configured to vary the flow rate of the heat transfer medium or the amount of heat supplied by the medium heater to the heat transfer medium based on the flow rate of the liquefied gas supplied to the heat exchanger.
  • the apparatus further includes a calorific calculator for calculating a flow rate of the liquefied gas supplied to the heat exchanger and calculating a required heat amount of the heat transfer medium based on the flow rate of the liquefied gas and the state of the liquefied gas required by the demand source.
  • the controller may receive the required amount of heat of the heat transfer medium from the calorimeter, and change the flow rate of the heat transfer medium introduced into the medium heater or the amount of heat supplied by the medium heater to the heat transfer medium. have.
  • the calorific value calculator may calculate the flow rate of the liquefied gas through the driving degree of the pump.
  • the driving degree of the pump may be RPM of the pump.
  • the liquefied gas temperature sensor is provided on the liquefied gas supply line for measuring the temperature of the liquefied gas, the calorific value calculator, the flow rate of the liquefied gas, the temperature of the liquefied gas, the liquefaction of the demand destination
  • the required heat amount of the heat transfer medium may be calculated using the gas demand temperature.
  • the liquefied gas temperature sensor may be provided between the pump and the heat exchanger on the liquefied gas supply line.
  • the heat transfer medium further comprises a branching line branched from the medium circulation line to bypass the medium heater, the controller, the branching line through the bypass control valve provided on the branching line
  • the flow rate of the heat transfer medium introduced into it can be adjusted.
  • the medium tank for storing the heat transfer medium; And a medium pump supplying the heat transfer medium stored in the medium tank to the medium heater, wherein the controller controls the driving of the medium pump to supply the heat transfer medium from the medium pump to the medium heater.
  • the flow rate of can be controlled.
  • a heat source supply line for supplying a heat source to the medium heater; And a heat source supply valve provided on the heat source supply line to adjust an opening degree of the heat source supply line, wherein the controller controls the opening degree of the heat source supply valve to control the opening degree of the heat source supply valve. You can control the amount.
  • the heat transfer medium may be glycol water.
  • the liquefied gas is pressurized by a pump and heated in a heat exchanger to a heat transfer medium to be supplied to a demand destination, and the medium heater heats the heat transfer medium to supply the heat exchanger to the heat exchanger.
  • a method of driving a treatment system comprising: calculating a flow rate of liquefied gas supplied to the heat exchanger; And varying the flow rate of the heat transfer medium introduced into the medium heater or the amount of heat supplied by the medium heater to the heat transfer medium according to the flow rate of the liquefied gas.
  • the method further includes calculating a required amount of heat of the heat transfer medium to be supplied to the heat exchanger on the basis of the state of the liquefied gas required by the customer, and varying the flow rate of the heat transfer medium or the amount of heat supplied to the heat transfer medium.
  • the flow rate of the heat transfer medium flowing into the medium heater or the amount of heat supplied by the medium heater to the heat transfer medium may be varied according to the required heat amount of the heat transfer medium.
  • the calculating of the flow rate of the liquefied gas may calculate the flow rate through the driving degree of the pump.
  • the driving degree of the pump may be RPM of the pump.
  • the temperature of the liquefied gas between the pump and the heat exchanger may be measured.
  • varying the flow rate of the heat transfer medium may include controlling at least a portion of the heat transfer medium to bypass the medium heater and controlling the flow rate of the heat transfer medium bypassing the medium heater.
  • varying the flow rate of the heat transfer medium may include controlling the driving of a medium pump for supplying the heat transfer medium to the medium heater.
  • varying the flow rate of the heat transfer medium may include controlling the amount of heat source supplied to the heat transfer medium introduced into the medium heater.
  • the liquefied gas treatment system and method according to the present invention calculates the amount of heat required to be heated to the required temperature of the demand destination through the liquefied gas flow rate and temperature before entering the heat exchanger, and the heating of the heat transfer medium through the calculated heat amount.
  • the liquefied gas processing system and method according to the present invention by measuring the temperature of the liquefied gas flowing into the heat exchanger with a liquefied gas temperature sensor, after grasping the flow rate of the liquefied gas through the RPM of the pump, the flow rate and temperature of the liquefied gas Through calculating the required amount of heat through, the temperature of the liquefied gas can be efficiently controlled by adjusting the flow rate of the heat transfer medium flowing into the medium heater or by adjusting the amount of heat source supplied to the heat transfer medium.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a conventional liquefied gas treatment system.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a liquefied gas treatment system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flow chart of a liquefied gas treatment method according to an embodiment of the present invention.
  • step S40 of the liquefied gas treatment method is a detailed flowchart of step S40 of the liquefied gas treatment method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a conventional liquefied gas treatment system.
  • the conventional liquefied gas treatment system 1 includes a liquefied gas storage tank 10, a demand destination 20, a pump 30, and an electric heater 40.
  • liquefied gas may be used to encompass all gaseous fuels which are generally stored in a liquid state, such as LNG or LPG, ethylene, ammonia, and the like. Can be expressed as This can be applied to the boil off gas as well.
  • the liquefied gas when supplying liquefied gas to the demand destination 20 such as an engine, the liquefied gas is heated to the temperature required by the demand destination 20 by using the electric heater 40.
  • the temperature of the liquefied gas moving from the downstream of the electric heater 40 to the demand destination 20 was measured in order to confirm whether or not it was heated up to the required temperature of the demand destination 20.
  • the heating amount of the electric heater 40 is changed by measuring the temperature of the liquefied gas downstream of the electric heater 40, the liquefied gas is supplied to the demand destination 20 at an unsuitable temperature and the demand destination ( There is a fear that the operational efficiency of 20) may be lowered.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a liquefied gas treatment system according to an embodiment of the present invention.
  • the liquefied gas treatment system 2 includes a liquefied gas storage tank 10, a customer 20, a pump 30, a heat exchanger 50, and a medium. And a supply device 60, a liquefied gas temperature sensor 70, a calorific value calculator 80, and a controller 90.
  • the liquefied gas storage tank 10, the customer 20, the pump 30 and the like use the same reference numerals for convenience of each configuration and convenience in the conventional liquefied gas treatment system 1, but the same It does not refer to a configuration.
  • the liquefied gas storage tank 10 stores the liquefied gas to be supplied to the demand destination 20.
  • the liquefied gas storage tank 10 should store the liquefied gas in a liquid state, where the liquefied gas storage tank 10 may have a pressure tank form.
  • the liquefied gas storage tank 10 includes an outer tank (not shown), an inner tank (not shown), and a heat insulating part.
  • the outer tank is a structure forming the outer wall of the liquefied gas storage tank 10, it may be formed of steel, the cross section may be a polygonal shape.
  • the inner tank is provided inside the outer tank, and may be supported and installed inside the outer tank by a support (not shown).
  • the support may be provided at the lower end of the inner tank, and of course, may be provided at the side of the inner tank to suppress the left and right flow of the inner tank.
  • the inner tank may be formed of a stainless material, and may be designed to withstand a pressure of 5 bar to 10 bar (for example, 6 bar).
  • the inner tank is designed to withstand a certain pressure, because the internal pressure of the inner tank can be increased as the liquefied gas provided in the inner tank is evaporated to generate the evaporated gas.
  • a baffle (not shown) may be provided inside the inner tank.
  • the baffle refers to a lattice-shaped plate, and as the baffle is installed, the pressure inside the inner tank may be evenly distributed to prevent the inner tank from being concentrated at a portion.
  • the heat insulating part may be provided between the inner tank and the outer tank, and may block external heat energy from being transferred to the inner tank.
  • the thermal insulation unit may be in a vacuum state.
  • the present embodiment uses a pressure tank-type liquefied gas storage tank 10 having a vacuum insulator between the outer tank and the inner tank, thereby minimizing the generation of boil-off gas, even if the internal pressure rises. It is possible to prevent a problem such as breakage of the storage tank 10 in advance.
  • the demand destination 20 receives the liquefied gas from the liquefied gas storage tank 10.
  • the customer 20 may be an engine driven through liquefied gas to generate power, and may be, for example, a MEGI engine or a dual fuel engine mounted on a ship.
  • LNG or oil may be selectively supplied without being mixed with LNG, which is a liquefied gas, and oil. This is to prevent the two materials having different combustion temperatures from being mixed and supplied, thereby preventing the efficiency from dropping.
  • crank shaft (not shown) connected to the piston As the engine reciprocates the piston (not shown) inside the cylinder (not shown) by combustion of the liquefied gas, a crank shaft (not shown) connected to the piston is rotated, and a shaft (not shown) is connected to the crank shaft. May not be rotated. Accordingly, as the propeller (not shown) finally connected to the shaft rotates when the engine is driven, the hull moves forward or backward.
  • the engine as the demand source 20 may be an engine for driving the propeller, but may be an engine for power generation or an engine for generating other power. That is, this embodiment does not specifically limit the kind of engine.
  • the engine may be an internal combustion engine generating a driving force by combustion of liquefied gas.
  • a liquefied gas supply line 21 may be installed between the liquefied gas storage tank 10 and the demand destination 20.
  • the liquefied gas supply line 21 may include a pump 30 and a heat exchanger 50. Etc. may be provided so that the liquefied gas is supplied to the demand destination 20.
  • the liquefied gas supply line 21 is provided with a liquefied gas supply valve (not shown), the supply amount of the liquefied gas according to the opening degree of the liquefied gas supply valve can be adjusted.
  • the liquefied gas supply line 21 is provided with a liquefied gas temperature sensor 70, to grasp the required heat amount of the heat transfer medium for supplying heat to the liquefied gas in accordance with the temperature of the liquefied gas, through the medium heater 63
  • the temperature of the heated heat transfer medium can be adjusted appropriately. This will be described later.
  • the pump 30 is provided on the liquefied gas supply line 21 and pressurizes the liquefied gas discharged from the liquefied gas storage tank 10.
  • the pump 30 may include a boosting pump 31 and a high pressure pump 32.
  • the boosting pump 31 may be provided on the liquefied gas supply line 21 between the liquefied gas storage tank 10 and the high pressure pump 32 or in the liquefied gas storage tank 10, and the high pressure pump 32 By supplying a sufficient amount of liquefied gas to the) to prevent the cavitation (cavitation) of the high pressure pump (32).
  • the boosting pump 31 may extract the liquefied gas from the liquefied gas storage tank 10 to pressurize the liquefied gas within several to several tens of bar, and the liquefied gas passed through the boosting pump 31 may be pressurized to 1 bar to 25 bar. have.
  • the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank 10 is in a liquid state.
  • the boosting pump 31 may pressurize the liquefied gas discharged from the liquefied gas storage tank 10 to increase the pressure and temperature to some extent, and the liquefied gas pressurized by the boosting pump 31 may still be in a liquid state.
  • the high pressure pump 32 pressurizes the liquefied gas discharged from the boosting pump 31 to high pressure so that the liquefied gas is supplied to the demand destination 20.
  • the liquefied gas is discharged at a pressure of about 10 bar from the liquefied gas storage tank 10 and then pressurized primarily by the boosting pump 31, and the high pressure pump 32 is in a liquid state pressurized by the boosting pump 31.
  • the liquefied gas is secondarily pressurized and supplied to a heat exchanger 50 to be described later.
  • the high pressure pump 32 pressurizes the liquefied gas to the demand destination 20, for example, 200 bar to 400 bar, and supplies the demand destination 20 to the demand destination 20 so as to produce power and the like through the liquefied gas. can do.
  • the high pressure pump 32 pressurizes the liquid liquefied gas discharged from the boosting pump 31 to a high pressure, but changes the phase so that the liquefied gas becomes a supercritical state having a temperature higher than the critical point and a high pressure. You can.
  • the temperature of the liquefied gas in the supercritical state may be -20 degrees or less, which is relatively higher than the critical temperature.
  • the high pressure pump 32 may pressurize the liquefied gas in a liquid state to a high pressure to change it into a supercooled liquid state.
  • the liquefied gas in the subcooled liquid state is a state in which the pressure of the liquefied gas is higher than the critical pressure and the temperature is lower than the critical temperature.
  • the high pressure pump 32 pressurizes the liquid liquefied gas discharged from the boosting pump 31 to 200 bar to 400 bar at a high pressure, so that the temperature of the liquefied gas becomes a temperature lower than the critical temperature, thereby supercooling the liquefied gas. Phase change to liquid state.
  • the temperature of the liquefied gas in the subcooled liquid state may be -140 degrees to -60 degrees, which is relatively lower than the critical temperature.
  • the high pressure pump 32 may be omitted when the demand source 20 is a low pressure engine. That is, when the demand source 20 is a dual fuel engine that is a low pressure engine, the liquefied gas may be supplied to the demand source 20 through the heat exchanger 50 to be described later after being pressurized by the boosting pump 31.
  • the heat exchanger 50 is provided on the liquefied gas supply line 21 between the demand source 20 and the pump 30 and heat-exchanges the liquefied gas supplied from the pump 30 with the heat transfer medium.
  • the pump 30 for supplying the liquefied gas to the heat exchanger 50 may be a high pressure pump 32.
  • the heat exchanger 50 may discharge the liquefied gas in a supercooled liquid state or a supercritical state from the high pressure pump 32. By heating while maintaining the pressure of 200bar to 400bar, it can be converted to the liquefied gas of the supercritical state of 30 degrees to 60 degrees and then supplied to the demand destination 20.
  • the heat exchanger 50 in this embodiment can heat the liquefied gas using a heat transfer medium supplied from the media heater 63 to be described later.
  • the heat transfer medium may be glycol water, and glycol water is a fluid mixed with ethylene glycol (Ethylene Glycol) and water, and is heated in the medium heater 63 and cooled in the heat exchanger 50 to provide a medium circulation line ( 64).
  • the temperature of the heat transfer medium discharged after the heat exchange with the liquefied gas in the heat exchanger 50 may vary according to the liquefied gas phase change of the high pressure pump 32 mentioned above. That is, when the high pressure pump 32 changes the liquefied gas into a supercooled liquid state and then supplies it to the heat exchanger 50, the heat transfer medium can be cooled while heating the liquefied gas in the supercooled liquid state to 30 degrees to 60 degrees. Alternatively, when the high pressure pump 32 changes the liquefied gas into a supercritical state and supplies it to the heat exchanger 50, the heat transfer medium demands the liquefied gas having a higher temperature than the supercooled liquid state. It can be cooled while heating to the required temperature of.
  • the heat transfer medium in the case of heat exchange with the liquefied gas in the subcooled liquid state after being cooled to a lower temperature than the heat transfer medium in the case of heat exchange with the liquefied gas in the supercritical state may be circulated to the medium tank (61).
  • the temperature or flow rate of the heat transfer medium supplied to the heat exchanger 50 may be changed through the controller 90 to be described later according to the flow rate, temperature, etc. of the liquefied gas measured at the front end of the heat exchanger 50.
  • the present embodiment does not change the heating degree of the liquefied gas according to the temperature of the liquefied gas at the rear end of the heat exchanger 50, but by varying the amount of heat to be supplied to the liquefied gas according to the liquefied gas state at the front end of the heat exchanger 50.
  • the downstream of the heat exchanger 50 can always be supplied with the liquefied gas suitable for the temperature required by the demand source 20 to the demand destination 20. This feed forward control will be described later.
  • the medium supply device 60 supplies a heat transfer medium to the heat exchanger 50.
  • the medium supply device 60 includes a medium tank 61, a medium pump 62, a medium heater 63, a medium circulation line 64, a branch line 65, and a heat source supply line 66.
  • the medium tank 61 stores a heat transfer medium.
  • the heat transfer medium may be glycol water, as mentioned above, and the medium tank 61 may be heated to a temperature to prevent cracking of glycol water (a phenomenon in which water and ethylene glycol are separated due to a phase change of water).
  • the transmission medium can be stored.
  • a media pump 62 Downstream of the media tank 61, a media pump 62 is provided so that a certain amount of heat transfer medium can flow from the media tank 61 into the media heater 63 by the media pump 62.
  • the heat exchanger 50 is connected upstream of the medium tank 61 to supply heat to the liquefied gas, and the cooled heat transfer medium may be re-introduced into the medium tank 61.
  • the medium tank 61, the medium pump 62, the medium heater 63, and the heat exchanger 50 may be connected by a medium circulation line 64. That is, while the heat transfer medium flows along the medium circulation line 64, the heat transfer medium may move in the order of the medium tank 61, the medium pump 62, the medium heater 63, and the heat exchanger 50 to be heated or cooled.
  • the medium pump 62 supplies the heat transfer medium stored in the medium tank 61 to the medium heater 63.
  • the medium pump 62 may be provided downstream of the medium tank 61, and may be provided in plural numbers so that the heat transfer medium is smoothly supplied through the other medium pump 62 when any one of the medium pumps 62 is damaged. You can do that.
  • the medium pump 62 may control the flow rate of the heat transfer medium supplied to the medium heater 63 by driving control by the controller 90 to be described later. That is, the driving speed, pressure, etc. of the medium pump 62 may be changed by the controller 90, which means that the flow rate of the heat transfer medium flowing into the medium heater 63 is changed.
  • the change in the flow rate of the heat transfer medium introduced into the medium heater 63 refers to the change of the total heat amount of the heat transfer medium discharged from the medium heater 63 and introduced into the heat exchanger 50, and the present embodiment may change the flow rate of the heat transfer medium.
  • the amount of heat supplied to the liquefied gas by the heat transfer medium may be controlled.
  • the medium heater 63 heats the heat transfer medium discharged from the medium tank 61 and then supplies the heat transfer medium to the heat exchanger 50.
  • the medium heater 63 may heat the heat transfer medium to a constant temperature so that the heat transfer medium supplies sufficient heat to the liquefied gas in the heat exchanger 50.
  • the medium heater 63 may heat the heat transfer medium using electric energy, but the present embodiment may use steam. That is, the heat source supply line 66 for supplying a heat source is connected to the medium heater 63, and the heat source supply line 66 supplies steam generated by a boiler (not shown) to the medium heater 63, and the steam The silver supplies heat to the heat transfer medium and the heat transfer medium cools the steam so that the heat transfer medium is heated and the steam can be condensed with condensate.
  • the condensate may be re-introduced into the boiler through a condensate tank (not shown), changed into steam, and then introduced into the medium heater 63 again, and the heat transfer medium heated by the steam is discharged from the medium heater 63. And may be introduced into the heat exchanger 50.
  • the medium circulation line 64 is connected from the medium heater 63 to the heat exchanger 50 to circulate the heat transfer medium.
  • the heat transfer medium may be heated in the medium heater 63 and cooled by the liquefied gas in the heat exchanger 50 while circulating along the medium circulation line 64.
  • the medium circulation line 64 may connect the medium tank 61, the medium pump 62, the medium heater 63, and the heat exchanger 50 to circulate the heat transfer medium.
  • the efficiency can be increased by reusing the heat transfer medium.
  • the present embodiment may include a medium discharge line (not shown) that discharges some of the heat transfer medium discharged from the heat exchanger 50 to the outside, and the medium discharge line is branched from the medium circulation line 64. Can be.
  • Branch line 65 causes at least some of the heat transfer medium to branch off medium circulation line 64 to bypass medium heater 63.
  • Branch line 65 may branch at an upstream point of media heater 63 on media circulation line 64 and join at a downstream point of media heater 63.
  • the temperature of the heat transfer medium can be varied by allowing some of the heat transfer medium to bypass the medium heater 63 and join.
  • the branch line 65 may be provided with a bypass control valve 651.
  • the bypass control valve 651 is controlled by the controller 90 to be described later, it is possible to adjust the flow rate of the heat transfer medium flowing into the branch line (65).
  • the bypass control valve 651 may be a two-way valve provided on the branch line 65.
  • the heat source supply line 66 supplies a heat source to the medium heater 63.
  • the heat source is to heat the heat transfer medium so that the heated heat transfer medium can heat the liquefied gas, it may be steam. That is, the heat source supply line 66 may be a steam supply line.
  • the heat source supply valve 661 may be provided on the heat source supply line 66.
  • the heat source supply valve 661 may adjust the opening degree of the heat source supply line 66, the amount of steam flowing along the heat source supply line 66 is controlled by the heat source supply valve 661, and the medium heater 63 is provided. The discharge temperature of the heat transfer medium heated in the may vary.
  • the heat source supply valve 661 may be controlled by the controller 90.
  • the liquefied gas temperature sensor 70 is provided on the liquefied gas supply line 21 and measures the temperature of the liquefied gas.
  • the liquefied gas temperature sensor 70 may be provided between the pump 30 and the heat exchanger 50 on the liquefied gas supply line 21 to measure the temperature of the liquefied gas pressurized by the high pressure pump 32. Can be.
  • the present embodiment does not control the degree of heating of the heat exchanger 50 through the temperature of the liquefied gas heated by the heat exchanger 50, but rather through the temperature of the liquefied gas to be introduced into the heat exchanger 50.
  • the amount of heat of the heat transfer medium to be supplied to 50 may be controlled. This is called feed forward control.
  • the calorific value calculator 80 calculates the flow rate of the liquefied gas supplied to the heat exchanger 50 through the driving degree of the pump 30, and calculates the flow rate of the liquefied gas and the state of the liquefied gas required by the demand destination 20. Calculate the required amount of heat for the heat transfer medium.
  • the driving degree of the pump 30 means the RPM of the pump 30, and the pump 30 may be a high pressure pump 32 which is a volumetric pump 30.
  • the calorific value calculator 80 may calculate the required calorific value of the heat transfer medium using the flow rate of the liquefied gas, the temperature of the liquefied gas measured by the liquefied gas temperature sensor 70, and the required temperature of the liquefied gas of the demand destination 20. have.
  • the calorific value calculator 80 is configured to calculate the total amount of heat that the liquefied gas should be supplied from the heat exchanger 50 in order to supply the liquefied gas properly to the demander 20.
  • the flow rate of the liquefied gas before entering the heat exchanger 50 and By grasping the temperature, the amount of heat required for the liquefied gas to reach the required temperature of the demand destination 20 may be calculated as the required heat amount of the heat transfer medium.
  • the heat transfer medium to be introduced into the heat exchanger 50 is controlled by using the flow rate and temperature of the liquefied gas flowing into the heat exchanger 50.
  • the amount of heat that should be included can be calculated, and the controller 90, which will be described later, receives the required amount of heat from the heat transfer medium 80 and the flow rate of the heat transfer medium or medium heater introduced into the medium heater 63 ( The amount of heat source supplied to 63 can be adjusted.
  • the present embodiment can effectively allow the temperature of the liquefied gas to reach the required temperature of the demand destination 20, thereby significantly improving the system efficiency.
  • the controller 90 receives the required amount of heat of the heat transfer medium from the calorific value calculator 80 and outputs the flow rate of the heat transfer medium flowing into the medium heater 63 or the amount of heat supplied by the medium heater 63 to the heat transfer medium. Variable. Of course, the controller 90 may vary the flow rate of the heat transfer medium or the like based on the flow rate of the liquefied gas flowing into the heat exchanger 50.
  • the controller 90 may control the driving of the medium pump 62 to control the flow rate of the heat transfer medium supplied from the medium pump 62 to the medium heater 63, or on the branch line 65.
  • a flow rate of the heat transfer medium flowing into the branch line 65 may be adjusted through the bypass control valve 651 provided.
  • the controller 90 controls the amount of the heat source supplied to the heat transfer medium by the medium heater 63 by adjusting the opening degree of the heat source supply valve 661 provided in the heat source supply line 66, thereby providing a heat transfer medium.
  • the heating temperature of can be varied.
  • the controller 90 may return at least a portion of the heat transfer medium flowing from the medium pump 62 to the medium heater 63 to the medium tank 61 or the medium pump 62 to adjust the flow rate of the medium heater 63.
  • the controller 90 of the present embodiment is not limited to the above description, and any control is possible as long as the flow rate of the heat transfer medium supplied to the medium heater 63 can be varied.
  • the present embodiment measures the flow rate, the temperature, and the like of the liquefied gas supplied from the liquefied gas storage tank 10 at the front end of the heat exchanger 50, and takes the temperature of the liquefied gas required by the demand destination 20 into consideration.
  • the amount of heat that the liquefied gas should receive from the heat exchanger 50 is calculated as the required amount of heat of the heat transfer medium, and according to the calculated amount of heat of the heat transfer medium, the inflow amount of the medium heater 63 or the medium heater 63 of the heat transfer medium is calculated.
  • the amount of heat source supplied to the heat transfer medium in the it is possible to effectively heat the liquefied gas.
  • the liquefied gas treatment method according to an embodiment of the present invention may be a method of implementing the liquefied gas treatment system 2 according to an embodiment of the present invention described above, and with reference to FIG. Explain.
  • the liquefied gas treatment method according to an embodiment of the present invention, the step of calculating the flow rate of the liquefied gas supplied to the heat exchanger (50), measuring the temperature of the liquefied gas (S20), calculating the required amount of heat of the heat transfer medium to be supplied to the heat exchanger 50 based on the flow rate of the liquefied gas, the temperature of the liquefied gas, and the state of the liquefied gas required by the demand source 20 (S30), heat And varying the flow rate of the heat transfer medium flowing into the medium heater 63 or the amount of heat supplied by the medium heater 63 to the heat transfer medium according to the required heat amount of the transfer medium (S40).
  • step S10 the flow rate of the liquefied gas supplied to the heat exchanger 50 is calculated.
  • the flow rate of the liquefied gas can be calculated through the driving degree of the pump 30, wherein the driving degree of the pump 30 means the RPM of the pump 30, the pump 30 is the liquefied gas through the RPM
  • the volumetric pump 30 capable of grasping the flow rate may be a high pressure pump 32.
  • step S20 the temperature of the liquefied gas is measured.
  • the temperature of the liquefied gas means a temperature before it is heated, and in step S20, the liquefied gas temperature sensor 70 may measure the temperature of the liquefied gas between the pump 30 and the heat exchanger 50.
  • the flow rate and temperature of the liquefied gas flowing into the heat exchanger 50 through the steps S10 and S20 are known, and given the temperature of the liquefied gas required by the demand destination 20, the liquefied gas is based on the current heat quantity of the liquefied gas. You can calculate the calories you need to supply.
  • the amount of heat that liquefied gas should be supplied means the amount of heat that should be supplied to the liquefied gas in the heat exchanger 50, that is, the required amount of heat of the heat transfer medium.
  • the present embodiment implements feedforward control based on the liquefied gas flow rate and temperature in front of the heat exchanger 50, thereby enabling efficient liquefied gas heating.
  • step S30 the required amount of heat of the heat transfer medium to be supplied to the heat exchanger 50 is calculated based on the flow rate of the liquefied gas, the temperature of the liquefied gas, and the state of the liquefied gas required by the demand source 20.
  • Step S30 may be implemented by the calorie calculator 80 described above, the calorie calculator 80 detects the flow rate of the liquefied gas through the RPM of the pump 30, and through the liquefied gas temperature sensor 70 By identifying the liquefied gas temperature it is possible to calculate the current amount of heat of the liquefied gas to be introduced into the heat exchanger (50).
  • the calorific value calculator 80 can calculate the temperature change amount of the liquefied gas through the temperature of the liquefied gas required by the customer 20, and can accurately calculate the calories to be supplied to the liquefied gas using the calorie calculation formula. .
  • the amount of heat calculated as described above is a required amount of heat of the heat transfer medium, and is a target amount of heat that the heat transfer medium must be heated by the medium heater 63 to reach.
  • step S40 the flow rate of the heat transfer medium flowing into the medium heater 63 or the amount of heat supplied by the medium heater 63 to the heat transfer medium is varied according to the required heat amount of the heat transfer medium.
  • the required amount of heat of the heat transfer medium is obtained through the amount of heat that the liquefied gas should receive, and the required amount of heat of the heat transfer medium is supplied through the medium heater 63. Therefore, the required amount of heat of the heat transfer medium may vary depending on the flow rate of the heat transfer medium flowing into the medium heater 63, or depending on the amount of heat source (steam, etc.) transferred from the medium heater 63 to the heat transfer medium. Can vary.
  • step S30 may be omitted, and the flow rate of the heat transfer medium may be varied according to the flow rate of the liquefied gas introduced into the heat exchanger 50 in S40.
  • the present embodiment calculates the amount of heat required for the liquefied gas to satisfy the required condition of the demand destination 20 based on the temperature and flow rate of the liquefied gas as the required heat amount of the heat transfer medium, and the heat transfer medium calculates the required heat amount.
  • the controller 90 may control the inflow amount of the medium heater 63 of the heat transfer medium or the heat source supply amount of the medium heater 63. A detailed operation of step S40 will be described in detail with reference to FIG. 4 below.
  • step S40 of the liquefied gas treatment method is a detailed flowchart of step S40 of the liquefied gas treatment method according to an embodiment of the present invention.
  • step S40 of the liquefied gas treatment method allows at least a portion of the heat transfer medium to bypass the media heater 63, but bypasses the media heater 63.
  • step S41 at least a part of the heat transfer medium bypasses the medium heater 63, but controls the flow rate of the heat transfer medium bypassing the medium heater 63.
  • the present embodiment may use the branch line 65 described above.
  • the heat transfer medium enters the medium heater 63 via the medium pump 62, and some heat transfer medium passes through the branch line 65 by a bypass control valve 651 provided on the branch line 65. Flowing downstream of the medium heater 63, the remaining heat transfer medium may enter the medium heater 63 and be heated by steam or the like in the medium heater 63.
  • the present embodiment allows the heat transfer medium to bypass the media heater 63, but changes the temperature of the heat transfer medium by varying the flow rate to bypass the heat transfer medium introduced into the heat exchanger 50. It may be to include the required amount of heat of the heat transfer medium calculated in S30.
  • step S42 the driving of the medium pump 62 for supplying the heat transfer medium to the medium heater 63 is controlled.
  • step S41 a portion of the heat transfer medium bypasses the medium heater 63, while in step S42, the flow of the heat transfer medium flowing into the medium heater 63 may be changed.
  • the present embodiment may control the speed or pressure of the medium pump 62 to vary the flow rate supplied from the medium pump 62 to the medium heater 63. It may be allowed to enter the heat exchanger 50 with the required heat amount.
  • step S43 the amount of the heat source supplied to the heat transfer medium introduced into the medium heater 63 is controlled.
  • the flow rate of the heat transfer medium flowing into the medium heater 63 may be controlled, whereas in the case of step S43, the amount of heat source supplied to the medium heater 63 may be controlled.
  • the heat source may be steam, and the amount of the heat source may be achieved by adjusting the opening degree of the heat source supply line 66 connected to the medium heater 63.
  • the opening degree of the heat source supply line 66 may be implemented by a heat source supply valve 661 provided on the heat source supply line 66.
  • the heat amount of the heat transfer medium heated and discharged by the medium heater 63 may vary, and according to this embodiment, the heat transfer medium requests the liquefied gas from the heat exchanger 50 to the destination 20. It can be made to heat up to temperature sufficiently.
  • this embodiment may include a case in which at least one or more of the steps S41 to S43 are operated simultaneously. That is, in order to meet the required amount of heat of the heat transfer medium, the bypass flow rate of the medium heater 63 of the heat transfer medium may be adjusted and the steam supply amount may be adjusted.
  • a heat transfer medium is introduced into the heat exchanger 50 using a method of recovering a part of the heat transfer medium supplied to the medium heater 63 to the medium tank 61 or the like.
  • the amount of heat contained in the transmission medium can be varied.
  • the present embodiment calculates the amount of heat required by the liquefied gas based on the flow rate and temperature of the liquefied gas before entering the heat exchanger 50, and calculates the amount of heat required by the heat transfer medium for supplying heat to the liquefied gas.
  • the feed forward control may be performed by changing the flow rate of the heat transfer medium supplied to the medium heater 63 or the amount of heat source supplied from the medium heater 63 to the heat transfer medium in order to match the required amount of heat of the heat transfer medium. Effective liquefied gas supply is possible.
  • bypass control valve 66 heat source supply line
  • heat source supply valve 70 liquefied gas temperature sensor

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Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 액화가스 공급 라인; 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 펌프; 상기 수요처와 상기 펌프 사이의 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 액화가스를 열 전달매체와 열교환시키는 열교환기; 열 전달매체를 가열하는 매체 히터; 상기 매체 히터로부터 상기 열교환기까지 연결된 매체 순환 라인; 상기 열교환기로 공급되는 상기 액화가스의 유량을 산출하고, 상기 액화가스의 유량 및 상기 수요처가 요구하는 액화가스의 상태를 토대로 상기 열 전달매체의 필요 열량을 계산하는 열량 산출기; 및 상기 열량 산출기로부터 상기 열 전달매체 필요 열량을 전달받아 상기 매체 히터에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 처리 시스템 및 방법
본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.
이러한 액화가스는 다양한 수요처로 공급되어 사용되는데, 최근에는 액화천연가스를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 개발되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
그러나 엔진 등과 같은 수요처가 요구하는 액화가스의 온도 및 압력 등은, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 액화가스의 온도 및 압력 등을 제어하여 수요처에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열교환기에 유입되는 액화가스의 유량과 온도를 측정하여 필요한 열량을 산출하고, 산출된 열량을 토대로 열 전달매체를 적절히 가열하는 피드 포워드 제어를 수행함으로써, 효율적으로 액화가스를 수요처의 요구 온도에 맞춰줄 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 액화가스가 필요한 열량을 토대로 열 전달매체의 일부가 매체 히터를 우회하도록 하되 매체 히터를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어함으로써, 수요처에 공급되는 액화가스의 온도를 효율적으로 제어할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 산출된 열 전달매체의 필요 열량에 따라 매체 펌프의 구동을 제어하여 매체 히터의 유입량을 가변하거나, 매체 히터에서 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 조절하여, 열 전달매체의 필요 열량을 용이하게 제어할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 액화가스 공급 라인; 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 펌프; 상기 수요처와 상기 펌프 사이의 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 액화가스를 열 전달매체와 열교환시키는 열교환기; 열 전달매체를 가열하는 매체 히터; 상기 매체 히터로부터 상기 열교환기까지 연결된 매체 순환 라인; 및 상기 열교환기로 공급되는 액화가스의 유량에 기초하여, 상기 매체 히터에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 열교환기로 공급되는 상기 액화가스의 유량을 산출하고, 상기 액화가스의 유량 및 상기 수요처가 요구하는 액화가스의 상태를 토대로 상기 열 전달매체의 필요 열량을 계산하는 열량 산출기를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 열량 산출기로부터 상기 열 전달매체의 필요 열량을 전달받아, 상기 매체 히터에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변할 수 있다.
구체적으로, 상기 열량 산출기는, 상기 펌프의 구동 정도를 통해 상기 액화가스의 유량을 산출할 수 있다.
구체적으로, 상기 펌프의 구동 정도는, 상기 펌프의 RPM일 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며 상기 액화가스의 온도를 측정하는 액화가스 온도센서를 더 포함하고, 상기 열량 산출기는, 상기 액화가스의 유량, 상기 액화가스의 온도, 상기 수요처의 액화가스 요구 온도를 이용하여 상기 열 전달매체의 필요 열량을 계산할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 온도센서는, 상기 액화가스 공급 라인 상에서 상기 펌프와 상기 열교환기의 사이에 마련될 수 있다.
구체적으로, 적어도 일부의 열 전달매체가 상기 매체 순환 라인에서 분기되어 상기 매체 히터를 우회하도록 하는 분기 라인을 더 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 분기 라인 상에 마련되는 우회 조절밸브를 통해 상기 분기 라인에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량을 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체를 저장하는 매체 탱크; 및 상기 매체 탱크에 저장된 상기 열 전달매체를 상기 매체 히터에 공급하는 매체 펌프를 더 포함하되, 상기 컨트롤러는, 상기 매체 펌프의 구동을 제어하여 상기 매체 펌프로부터 상기 매체 히터로 공급되는 상기 열 전달매체의 유량을 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 매체 히터에 열원을 공급하는 열원 공급 라인; 및 상기 열원 공급 라인 상에 마련되어 상기 열원 공급 라인의 개도를 조절하는 열원 공급밸브를 더 포함하되, 상기 컨트롤러는, 상기 열원 공급밸브의 개도를 제어하여 상기 매체 히터가 열 전달매체에 공급하는 열원의 양을 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체는, 글리콜 워터일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 방법은, 액화가스를 펌프로 가압하고 열교환기에서 열 전달매체로 가열하여 수요처에 공급하되, 매체 히터가 열 전달매체를 가열하여 상기 열교환기에 공급하는 액화가스 처리 시스템을 구동하는 방법에 있어서, 상기 열교환기로 공급되는 액화가스의 유량을 산출하는 단계; 및 상기 액화가스의 유량에 따라 상기 매체 히터에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 수요처가 요구하는 액화가스의 상태를 토대로 상기 열교환기에 공급될 열 전달매체의 필요 열량을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 열 전달매체의 유량 또는 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계는, 상기 열 전달매체의 필요 열량에 따라 상기 매체 히터에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스의 유량을 산출하는 단계는, 상기 펌프의 구동 정도를 통해 유량을 산출할 수 있다.
구체적으로, 상기 펌프의 구동 정도는, 상기 펌프의 RPM일 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 필요 열량을 계산하는 단계는, 상기 액화가스의 유량, 상기 액화가스의 온도 및 상기 수요처가 요구하는 액화가스의 상태를 토대로 상기 열 전달매체의 필요 열량을 계산할 수 있다.
구체적으로, 상기 온도를 측정하는 단계는, 상기 펌프와 상기 열교환기 사이의 액화가스의 온도를 측정할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는, 적어도 일부의 열 전달매체가 상기 매체 히터를 우회하도록 하되, 상기 매체 히터를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는, 상기 매체 히터에 상기 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프의 구동을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는, 상기 매체 히터에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 열교환기에 유입되기 전의 액화가스 유량 및 온도를 통해, 수요처의 요구 온도까지 가열되기 위하여 필요한 열량을 계산하고, 계산된 열량을 통해 열 전달매체의 가열을 제어하는 피드 포워드 제어를 구현하여, 효율적으로 액화가스를 수요처 요구 온도까지 승온시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 열교환기로 유입되는 액화가스의 온도를 액화가스 온도센서로 측정하고, 펌프의 RPM을 통해 액화가스의 유량을 파악한 뒤, 액화가스의 유량과 온도를 통해 필요한 열량을 산출하여, 매체 히터에 유입되는 열 전달매체의 유량을 조절하거나 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 조절함으로써 액화가스의 온도를 효율적으로 제어할 수 있다.
도 1은 종래의 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S40의 세부 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 펌프(30), 전기히터(40)를 포함한다. 이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다.
종래의 액화가스 처리 시스템(1)은, 엔진 등인 수요처(20)에 액화가스를 공급할 시, 전기히터(40)를 사용하여 수요처(20)가 요구하는 온도로 액화가스를 가열하였으며, 액화가스가 수요처(20)의 요구 온도까지 가열되었는지를 확인하기 위해 전기히터(40)의 하류에서 수요처(20)로 이동하는 액화가스의 온도를 측정하였다.
그러나 종래에는, 전기히터(40)의 하류에서 액화가스의 온도를 측정하여 전기히터(40)의 가열량을 변화시킴에 따라, 액화가스가 적절하지 못한 온도로 수요처(20)에 공급되어 수요처(20)의 운영 효율을 저하시킬 우려가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 펌프(30), 열교환기(50), 매체 공급 장치(60), 액화가스 온도센서(70), 열량 산출기(80), 컨트롤러(90)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 펌프(30) 등은 종래의 액화가스 처리 시스템(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부를 포함한다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.
내조 탱크는, 외조 탱크의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 외조 탱크의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때 서포트는 내조 탱크의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크의 측면에도 구비될 수 있다.
내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크의 내부에 구비된 액화가스가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.
내조 탱크의 내부에는 배플(Baffle; 도시하지 않음)이 구비될 수 있다. 배플은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플이 설치됨에 따라 내조 탱크 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.
단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 단열부는 진공상태일 수 있다. 단열부를 진공으로 형성함에 따라, 액화가스 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 액화가스 저장탱크(10)는 진공의 단열부를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 진공 형태의 단열부를 외조 탱크와 내조 탱크 사이에 구비하는 압력 탱크형 액화가스 저장탱크(10)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 액화가스 저장탱크(10)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.
수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받는다. 수요처(20)는 액화가스를 통해 구동되어 동력을 발생시키는 엔진일 수 있으며, 일례로 선박에 탑재되는 MEGI 엔진 또는 이중연료 엔진일 수 있다.
수요처(20)가 이중연료 엔진일 경우, 액화가스인 LNG와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 LNG 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
엔진은 액화가스의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 엔진 구동 시 최종적으로 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진하게 된다.
물론 본 실시예에서 수요처(20)인 엔진은 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 엔진의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 엔진은 액화가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)와 수요처(20) 사이에는 액화가스를 전달하는 액화가스 공급 라인(21)이 설치될 수 있고, 액화가스 공급 라인(21)에는 펌프(30), 열교환기(50) 등이 구비되어 액화가스가 수요처(20)에 공급되도록 할 수 있다.
이때 액화가스 공급 라인(21)에는 액화가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 액화가스 공급 밸브의 개도 조절에 따라 액화가스의 공급량이 조절될 수 있다.
또한 액화가스 공급 라인(21)에는 액화가스 온도센서(70)가 구비되어, 액화가스의 온도에 따라 액화가스에 열을 공급하는 열 전달매체의 필요 열량을 파악하여, 매체 히터(63)를 통해 가열된 열 전달매체의 온도가 적절히 가변되도록 할 수 있다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.
펌프(30)는, 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 가압한다. 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함할 수 있다.
부스팅 펌프(31)는, 액화가스 저장탱크(10)와 고압 펌프(32) 사이의 액화가스 공급 라인(21) 상에, 또는 액화가스 저장탱크(10) 내에 구비될 수 있으며, 고압 펌프(32)에 충분한 양의 액화가스가 공급되도록 하여 고압 펌프(32)의 공동현상(cavitation)을 방지한다. 또한 부스팅 펌프(31)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 빼내어서 액화가스를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(31)를 거친 액화가스는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(31)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액화가스는 여전히 액체 상태일 수 있다.
고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출된 액화가스를 고압으로 가압하여, 수요처(20)에 액화가스가 공급되도록 한다. 액화가스는 액화가스 저장탱크(10)로부터 약 10bar 정도의 압력으로 배출된 후 부스팅 펌프(31)에 의해 1차로 가압되는데, 고압 펌프(32)는 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액체상태의 액화가스를 2차로 가압하여, 후술할 열교환기(50)에 공급한다.
이때 고압 펌프(32)는 액화가스를 수요처(20)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 수요처(20)에 공급함으로써, 수요처(20)가 액화가스를 통해 동력 등을 생산하도록 할 수 있다.
고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 고압으로 가압하되, 액화가스가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 높은 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때 초임계 상태인 액화가스의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높은 -20도 이하일 수 있다.
또는 고압 펌프(32)는, 액체 상태의 액화가스를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 액화가스란 액화가스의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태이다.
구체적으로 고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, 액화가스의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 과냉액체 상태인 액화가스의 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 -140도 내지 -60도일 수 있다.
다만 고압 펌프(32)는, 수요처(20)가 저압 엔진일 경우에는 생략될 수 있다. 즉 수요처(20)가 저압 엔진인 이중연료 엔진일 경우, 액화가스는 부스팅 펌프(31)에 의하여 가압된 뒤 후술할 열교환기(50)를 통해 수요처(20)로 공급될 수 있다.
열교환기(50)는, 수요처(20)와 펌프(30) 사이의 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며, 펌프(30)로부터 공급되는 액화가스를 열 전달매체와 열교환시켜서 수요처(20)에 공급한다. 열교환기(50)에 액화가스를 공급하는 펌프(30)는 고압 펌프(32)일 수 있으며, 열교환기(50)는 과냉액체 상태 또는 초임계 상태의 액화가스를 고압 펌프(32)에서 배출되는 압력인 200bar 내지 400bar를 유지하면서 가열시켜서, 30도 내지 60도의 초임계 상태의 액화가스로 변환한 후 수요처(20)에 공급할 수 있다.
본 실시예에서의 열교환기(50)는, 후술할 매체 히터(63)로부터 공급되는 열 전달매체를 사용하여 액화가스를 가열할 수 있다. 이때 열 전달매체는 글리콜 워터일 수 있고, 글리콜 워터라 함은 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)과 물을 혼합한 유체로서, 매체 히터(63)에서 가열되고 열교환기(50)에서 냉각되어 매체 순환 라인(64)을 따라 순환할 수 있다.
열교환기(50)에서 액화가스와 열교환한 후 토출되는 열 전달매체의 온도는, 앞서 언급한 고압 펌프(32)의 액화가스 상변화에 따라 달라질 수 있다. 즉 고압 펌프(32)가 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킨 후 열교환기(50)에 공급하면, 열 전달매체는 과냉액체 상태인 액화가스를 30도 내지 60도까지 가열하면서 냉각될 수 있고, 또는 고압 펌프(32)가 액화가스를 초임계 상태로 상변화시킨 후 열교환기(50)에 공급하면, 열 전달매체는 과냉액체 상태보다 온도가 높은 초임계 상태의 액화가스를 수요처(20)의 요구 온도까지 가열하면서 냉각될 수 있다. 이때 과냉액체 상태의 액화가스와 열교환하는 경우의 열 전달매체는, 초임계 상태의 액화가스와 열교환하는 경우의 열 전달매체보다 낮은 온도로 냉각된 후 매체 탱크(61)로 순환될 수 있다.
다만 열교환기(50)에 공급되는 열 전달매체의 온도 또는 유량은, 열교환기(50)의 전단에서 측정된 액화가스의 유량, 온도 등에 따라 후술할 컨트롤러(90)를 통해 달라질 수 있다.
즉 본 실시예는 열교환기(50) 후단에서의 액화가스 온도에 따라 액화가스의 가열 정도를 변화시키는 것이 아니라, 열교환기(50) 전단에서의 액화가스 상태에 따라 액화가스에 공급할 열량을 가변시킴으로써, 열교환기(50)의 하류에는 항상 수요처(20)가 요구하는 온도에 적합한 액화가스가 수요처(20)로 공급되도록 할 수 있다. 이러한 피드 포워드(feed forward) 제어에 대해서는 후술하도록 한다.
매체 공급 장치(60)는, 열교환기(50)에 열 전달매체를 공급한다. 매체 공급 장치(60)는 매체 탱크(61), 매체 펌프(62), 매체 히터(63), 매체 순환 라인(64), 분기 라인(65), 열원 공급 라인(66)을 포함한다.
매체 탱크(61)는, 열 전달매체를 저장한다. 열 전달매체는 앞서 언급한 바와 같이 글리콜 워터일 수 있으며, 매체 탱크(61)는 글리콜 워터의 크래킹(Cracking; 물의 상변화로 인해 물과 에틸렌글리콜이 분리되는 현상)을 방지할 수 있는 온도로 열 전달매체를 보관할 수 있다.
매체 탱크(61)의 하류에는 매체 펌프(62)가 구비되어, 매체 펌프(62)에 의해 일정량의 열 전달매체가 매체 탱크(61)로부터 매체 히터(63)로 유입될 수 있다. 또한 매체 탱크(61)의 상류에는 열교환기(50)가 연결되어, 액화가스에 열을 공급하고 냉각된 열 전달매체가 매체 탱크(61)로 재유입될 수 있다.
매체 탱크(61)와 매체 펌프(62), 매체 히터(63) 및 열교환기(50)는, 매체 순환 라인(64)에 의해 연결될 수 있다. 즉 열 전달매체는 매체 순환 라인(64)을 따라 유동하면서, 매체 탱크(61), 매체 펌프(62), 매체 히터(63), 열교환기(50) 순으로 이동하여 가열 또는 냉각될 수 있다.
매체 펌프(62)는, 매체 탱크(61)에 저장된 열 전달매체를 매체 히터(63)에 공급한다. 매체 펌프(62)는 매체 탱크(61)의 하류에 구비될 수 있고, 복수 개로 구비되어 어느 하나의 매체 펌프(62)가 파손될 경우 다른 하나의 매체 펌프(62)를 통해 열 전달매체가 원활히 공급되도록 할 수 있다.
매체 펌프(62)는, 후술할 컨트롤러(90)에 의해 구동이 제어되어 매체 히터(63)로 공급되는 열 전달매체의 유량을 제어할 수 있다. 즉 매체 펌프(62)의 구동 속도, 압력 등이 컨트롤러(90)에 의하여 가변될 수 있으며, 이는 결국 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량이 달라짐을 의미한다. 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 변화는, 매체 히터(63)에서 배출되어 열교환기(50)로 유입되는 열 전달매체의 총 열량의 변화를 의미하며, 본 실시예는 이를 통해 열교환기(50)에서 열 전달매체가 액화가스에 공급하는 열량을 제어할 수 있다.
매체 히터(63)는, 매체 탱크(61)로부터 배출되는 열 전달매체를 가열한 뒤 열교환기(50)에 공급한다. 매체 히터(63)는 열 전달매체를 일정한 온도로 가열함으로써, 열 전달매체가 열교환기(50)에서 충분한 열을 액화가스에 공급하도록 할 수 있다.
매체 히터(63)는 전기에너지를 사용하여 열 전달매체를 가열할 수도 있으나, 본 실시예는 스팀을 사용할 수 있다. 즉 매체 히터(63)에는 열원을 공급하는 열원 공급 라인(66)이 연결되고, 열원 공급 라인(66)은 보일러(도시하지 않음)에 의해 생성되는 스팀을 매체 히터(63)에 공급하며, 스팀은 열 전달매체에 열을 공급하고 열 전달매체는 스팀을 냉각시켜서, 열 전달매체는 가열되고 스팀은 응축수로 응축될 수 있다.
이때 응축수는 응축수 탱크(도시하지 않음)를 통해 보일러로 재유입되어 스팀으로 변화한 뒤 다시 매체 히터(63)에 유입될 수 있으며, 스팀에 의해 가열된 열 전달매체는 매체 히터(63)로부터 배출되어 열교환기(50)에 유입될 수 있다.
매체 순환 라인(64)은, 매체 히터(63)로부터 열교환기(50)까지 연결되어 열 전달매체를 순환시킨다. 열 전달매체는 매체 순환 라인(64)을 따라 순환하면서 매체 히터(63)에서 가열되고 열교환기(50)에서 액화가스에 의하여 냉각될 수 있다.
또한 매체 순환 라인(64)은, 매체 탱크(61), 매체 펌프(62), 매체 히터(63), 열교환기(50)를 연결하여 열 전달매체가 순환하도록 할 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 열 전달매체를 재사용함으로써 효율을 높일 수 있다.
물론 본 실시예는 열교환기(50)에서 배출되는 열 전달매체 중 일부를 외부로 방출하는 매체 방출 라인(도시하지 않음)을 포함할 수 있고, 매체 방출 라인은 매체 순환 라인(64)으로부터 분기 형성될 수 있다.
분기 라인(65)은, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 순환 라인(64)에서 분기되어 매체 히터(63)를 우회하도록 한다. 분기 라인(65)은 매체 순환 라인(64) 상에서 매체 히터(63)의 상류 지점에서 분기되어, 매체 히터(63)의 하류 지점에서 합류할 수 있다.
분기 라인(65)을 통해 매체 히터(63)를 우회한 열 전달매체와, 분기 라인(65)으로 유입되지 않고 매체 순환 라인(64)을 통해 매체 히터(63)에 유입된 열 전달매체는 매체 히터(63)의 하류에서 합류될 수 있으며, 이때 매체 히터(63)를 우회한 열 전달매체의 온도는 매체 히터(63)에서 가열된 열 전달매체보다 온도가 낮을 수 있다.
이 경우 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량을 조절하면, 열교환기(50)에 유입되는 열 전달매체의 온도를 효과적으로 제어할 수 있다. 즉 본 실시예는 열 전달매체 중 일부가 매체 히터(63)를 우회한 뒤 합류하도록 함으로써 열 전달매체의 온도를 가변시킬 수 있다.
분기 라인(65)에는, 우회 조절밸브(651)가 구비될 수 있다. 우회 조절밸브(651)는 후술할 컨트롤러(90)에 의해 개도가 제어되어, 분기 라인(65)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 조절할 수 있다. 우회 조절밸브(651)는 분기 라인(65) 상에 마련되는 2방향 밸브일 수 있다.
열원 공급 라인(66)은, 매체 히터(63)에 열원을 공급한다. 이때 열원은 열 전달매체를 가열하여 가열된 열 전달매체가 액화가스를 가열할 수 있도록 한 것으로서, 스팀일 수 있다. 즉 열원 공급 라인(66)은 스팀 공급 라인일 수 있다. 열원 공급 라인(66) 상에는 열원 공급밸브(661)가 마련될 수 있다.
열원 공급밸브(661)는 열원 공급 라인(66)의 개도를 조절할 수 있으며, 열원 공급밸브(661)에 의하여 열원 공급 라인(66)을 따라 유동하는 스팀의 양이 제어되고, 매체 히터(63)에서 가열되는 열 전달매체의 토출온도가 가변될 수 있다. 이러한 열원 공급밸브(661)는 컨트롤러(90)에 의해서 제어될 수 있다.
액화가스 온도센서(70)는, 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며 액화가스의 온도를 측정한다. 액화가스 온도센서(70)는 액화가스 공급 라인(21) 상에서 펌프(30)와 열교환기(50)의 사이에 마련될 수 있고, 고압 펌프(32)에 의해 가압된 액화가스의 온도를 측정할 수 있다.
액화가스는 열교환기(50)에서 가열되어 수요처(20)로 공급되므로, 열교환기(50)의 전단에서 액화가스의 온도를 측정한다면 액화가스가 수요처(20)의 요구 온도를 맞추기 위해 어느 정도 가열이 필요한지 알 수 있다. 즉 본 실시예는 열교환기(50)에 의해 가열된 액화가스 온도를 통해 열교환기(50)의 가열 정도를 제어하는 것이 아니라, 열교환기(50)에 유입될 액화가스의 온도를 통해서 열교환기(50)에 공급될 열 전달매체의 열량을 제어할 수 있다. 이를 피드포워드(feed forward) 제어라 한다.
열량 산출기(80)는, 펌프(30)의 구동 정도를 통해 열교환기(50)로 공급되는 액화가스의 유량을 산출하고, 액화가스의 유량 및 수요처(20)가 요구하는 액화가스의 상태를 토대로 열 전달매체의 필요 열량을 계산한다. 이때 펌프(30)의 구동 정도라 함은 펌프(30)의 RPM을 의미하며, 펌프(30)는 용적형 펌프(30)인 고압 펌프(32)일 수 있다.
열량 산출기(80)는, 액화가스의 유량, 액화가스 온도센서(70)에 의해 측정된 액화가스의 온도, 수요처(20)의 액화가스 요구 온도를 이용하여 열 전달매체의 필요 열량을 계산할 수 있다.
열량 산출기(80)는 액화가스가 수요처(20)에 적절히 공급되기 위해 열교환기(50)에서 공급받아야 하는 총 열량을 산출하는 구성으로서, 열교환기(50)에 유입되기 전 액화가스의 유량 및 온도를 파악하고, 이를 기반으로 액화가스가 수요처(20)의 요구 온도에 도달하기 위해 필요한 열량을 열 전달매체의 필요 열량으로 산출할 수 있다.
본 실시예는, 앞서 언급한 종래의 액화가스 처리 시스템(1)과는 달리, 열교환기(50)에 유입되는 액화가스의 유량과 온도를 이용하여 열교환기(50)에 투입될 열 전달매체가 포함해야 하는 열량을 산출할 수 있고, 후술할 컨트롤러(90)가 열량 산출기(80)로부터 열 전달매체의 필요 열량을 수신하여 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)에 공급되는 열원의 양을 조절할 수 있다. 이러한 피드 포워드 제어를 통하여 본 실시예는 효과적으로 액화가스의 온도가 수요처(20)의 요구 온도에 도달하도록 할 수 있으므로, 시스템 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
컨트롤러(90)는, 열량 산출기(80)로부터 열 전달매체의 필요 열량을 전달받아 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변한다. 물론 컨트롤러(90)는 열교환기(50)에 유입되는 액화가스의 유량에 기초하여 열 전달매체의 유량 등을 가변할 수도 있다.
구체적으로 컨트롤러(90)는 매체 펌프(62)의 구동을 제어하여 매체 펌프(62)로부터 매체 히터(63)로 공급되는 열 전달매체의 유량을 제어할 수 있고, 또는 분기 라인(65) 상에 마련되는 우회 조절밸브(651)를 통해 분기 라인(65)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 조절할 수 있다.
뿐만 아니라 컨트롤러(90)는, 열원 공급 라인(66)에 구비되는 열원 공급밸브(661)의 개도 조절을 통해서 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열원의 양을 제어하여, 열 전달매체의 가열 온도를 가변시킬 수 있다.
또한 컨트롤러(90)는, 매체 펌프(62)로부터 매체 히터(63)로 유동하는 열 전달매체의 적어도 일부를 매체 탱크(61) 또는 매체 펌프(62)로 되돌려서 매체 히터(63)의 유입량을 가변할 수 있다. 본 실시예의 컨트롤러(90)는 상기 내용으로 한정되지 않으며, 매체 히터(63)에 공급되는 열 전달매체의 유량을 가변할 수 있다면 어떠한 제어도 가능하다.
이와 같이 본 실시예는, 열교환기(50)의 전단에서 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스의 유량, 온도 등을 측정하고, 수요처(20)에서 요구하는 액화가스의 온도를 감안하여 액화가스가 열교환기(50)에서 공급받아야 하는 열량을 열 전달매체의 필요 열량으로 산출하고, 산출된 열 전달매체의 필요 열량에 따라서, 열 전달매체의 매체 히터(63) 유입량 또는 매체 히터(63)에서 열 전달매체로 공급되는 열원의 양을 조절하여, 효과적으로 액화가스를 가열할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)을 구현하는 방법일 수 있으며, 각 단계에 대해 이하 도 3을 참고하여 자세히 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 열교환기(50)로 공급되는 액화가스의 유량을 산출하는 단계(S10), 액화가스의 온도를 측정하는 단계(S20), 액화가스의 유량, 액화가스의 온도 및 수요처(20)가 요구하는 액화가스의 상태를 토대로 열교환기(50)에 공급될 열 전달매체의 필요 열량을 계산하는 단계(S30), 열 전달매체의 필요 열량에 따라 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계(S40)를 포함한다.
단계 S10에서는, 열교환기(50)로 공급되는 액화가스의 유량을 산출한다. 액화가스의 유량은 펌프(30)의 구동 정도를 통해 산출될 수 있고, 이때 펌프(30)의 구동 정도라 함은 펌프(30)의 RPM을 의미하며, 펌프(30)는 RPM을 통해 액화가스의 유량 파악이 가능한 용적형 펌프(30)이고, 고압 펌프(32)일 수 있다.
펌프(30)의 RPM을 통해 액화가스의 유량이 산출되면 액화가스가 열교환기(50)에서 어느 정도의 열을 공급받아야 수요처(20)의 요구 온도까지 가열될 수 있는지를 알 수 있다. 물론 이를 위해서는 액화가스의 온도가 필요하며, 액화가스의 온도는 단계 S20에서 측정된다.
단계 S20에서는, 액화가스의 온도를 측정한다. 액화가스의 온도라 함은 가열되기 이전 온도를 의미하며, 단계 S20에서 액화가스 온도센서(70)는 펌프(30)와 열교환기(50) 사이의 액화가스의 온도를 측정할 수 있다.
단계 S10 및 S20을 통해 열교환기(50)에 유입되는 액화가스의 유량 및 온도가 파악되고, 수요처(20)에서 필요로 하는 액화가스의 온도가 주어지면, 액화가스의 현재 열량을 토대로 액화가스가 공급받아야 하는 열량을 산출할 수 있다. 액화가스가 공급받아야 하는 열량은 곧 열교환기(50)에서 액화가스에 공급되어야 하는 열량, 즉 열 전달매체의 필요 열량을 의미한다. 이와 같이 본 실시예는 열교환기(50) 전단의 액화가스 유량 및 온도를 토대로 피드 포워드 제어를 구현하여, 효율적인 액화가스 가열이 가능하다.
단계 S30에서는, 액화가스의 유량, 액화가스의 온도 및 수요처(20)가 요구하는 액화가스의 상태를 토대로 열교환기(50)에 공급될 열 전달매체의 필요 열량을 계산한다. 단계 S30은 앞서 설명한 열량 산출기(80)에 의해 구현될 수 있으며, 열량 산출기(80)는 펌프(30)의 RPM을 통해 액화가스의 유량을 파악하고, 액화가스 온도센서(70)를 통해 액화가스 온도를 파악하여 열교환기(50)에 유입될 액화가스의 현재 열량을 계산할 수 있다.
또한 열량 산출기(80)는 수요처(20)가 필요로 하는 액화가스의 온도를 통해 액화가스의 온도 변화량을 구할 수 있으며, 열량 계산식을 이용하여 액화가스에 공급되어야 할 열량을 정확히 산출해낼 수 있다. 이와 같이 산출된 열량은 열 전달매체의 필요 열량으로서, 열 전달매체가 매체 히터(63)에서 가열되어 도달해야 하는 목표 열량이 된다.
단계 S40에서는, 열 전달매체의 필요 열량에 따라 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 매체 히터(63)가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변한다. 열 전달매체의 필요 열량은 액화가스가 공급받아야 하는 열량을 통해 구해지며, 열 전달매체의 필요 열량은 매체 히터(63)를 통해 공급된다. 따라서 열 전달매체의 필요 열량은, 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량에 따라 달라질 수 있고, 또는 매체 히터(63)에서 열 전달매체에 전달되는 열원(스팀 등)의 양에 따라 달라질 수 있다.
물론 본 실시예는 단계 S30이 생략되고, S40에서 열교환기(50)로 유입되는 액화가스의 유량에 따라 열 전달매체의 유량 등을 가변할 수도 있다.
이와 같이 본 실시예는 액화가스의 가열 전 온도 및 유량을 토대로 액화가스가 수요처(20)의 요구 상태를 만족시키기 위해 필요한 열량을 열 전달매체의 필요 열량으로 산정하고, 열 전달매체가 이러한 필요 열량을 공급받기 위하여, 컨트롤러(90)는 열 전달매체의 매체 히터(63) 유입량 또는 매체 히터(63)의 열원 공급량을 제어할 수 있다. 단계 S40의 구체적인 작동에 대해서는, 이하 도 4를 참고하여 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S40의 세부 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 단계 S40은, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터(63)를 우회하도록 하되, 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어하는 단계(S41), 매체 히터(63)에 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프(62)의 구동을 제어하는 단계(S42), 매체 히터(63)에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어하는 단계(S43)를 포함할 수 있다.
단계 S41에서는, 적어도 일부의 열 전달매체가 매체 히터(63)를 우회하도록 하되, 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어한다. 이를 위해 본 실시예는 앞서 설명한 분기 라인(65)을 사용할 수 있다.
열 전달매체는 매체 펌프(62)를 거쳐 매체 히터(63)로 유입되는데, 일부의 열 전달매체는 분기 라인(65) 상에 마련되는 우회 조절밸브(651)에 의해 분기 라인(65)을 거쳐 매체 히터(63)의 하류로 흐르며, 나머지 열 전달매체는 매체 히터(63)에 유입되어 매체 히터(63)에서 스팀 등에 의해 가열될 수 있다.
이때 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량이 많을수록 매체 히터(63)의 하류, 즉 열교환기(50)의 상류에서 감지되는 열 전달매체의 온도가 낮아질 수 있고, 반대로 매체 히터(63)를 우회하는 열 전달매체의 유량이 적을수록 열교환기(50)에 유입되는 열 전달매체의 온도는 높아질 수 있다. 이와 같이 본 실시예는 열 전달매체가 매체 히터(63)를 우회할 수 있도록 하되, 우회하는 유량을 가변함으로써 열 전달매체의 온도를 변화시켜 열교환기(50)에 유입되는 열 전달매체가 앞서 단계 S30에서 산출된 열 전달매체의 필요 열량을 내포하도록 할 수 있다.
단계 S42에서는, 매체 히터(63)에 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프(62)의 구동을 제어한다. 단계 S41에서는 열 전달매체의 일부가 매체 히터(63)를 우회하도록 한 반면, 단계 S42에서는 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 흐름을 변화시킬 수 있다. 즉 본 실시예는 매체 펌프(62)의 속도나 압력 등을 제어하여, 매체 펌프(62)로부터 매체 히터(63)에 공급되는 유량을 가변시킬 수 있고, 이를 통해 단계 S41과 마찬가지로 열 전달매체가 필요 열량을 갖고 열교환기(50)에 유입되도록 할 수 있다.
단계 S43에서는, 매체 히터(63)에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어한다. 단계 S41과 S42의 경우 매체 히터(63)에 유입되는 열 전달매체의 유량을 제어하는 반면, 단계 S43의 경우 매체 히터(63)의 열원 공급량을 제어할 수 있다. 이때 열원은 스팀일 수 있고, 열원의 양은 매체 히터(63)에 연결된 열원 공급 라인(66)의 개도 조절에 의해 이루어질 수 있다. 열원 공급 라인(66)의 개도는 열원 공급 라인(66) 상에 마련된 열원 공급밸브(661)에 의해 구현될 수 있다.
열원의 양이 가변되면 매체 히터(63)에서 가열되어 토출된 열 전달매체의 열량이 달라질 수 있으며, 이를 통해 본 실시예는 열 전달매체가 열교환기(50)에서 액화가스를 수요처(20) 요구 온도까지 충분히 가열하도록 할 수 있다.
단계 S41 내지 S43의 경우 각각 개별로 작동할 수 있으나, 본 실시예는 이에 한정하지 않고 단계 S41 내지 S43 중 적어도 하나 이상이 동시에 작동하는 경우도 포함할 수 있다. 즉 열 전달매체의 필요 열량을 맞추기 위해서, 열 전달매체의 매체 히터(63) 우회 유량이 조절되는 동시에 스팀 공급량이 조절될 수도 있다.
본 실시예는 단계 S41 내지 S43 외에도 매체 히터(63)에 공급되는 열 전달매체 중 일부를 매체 탱크(61) 등으로 회수하는 방식을 사용하여 열 전달매체가 열교환기(50)에 유입될 때 열 전달매체에 포함된 열량을 가변시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 열교환기(50)에 유입되기 전의 액화가스 유량 및 온도를 통해 액화가스가 필요로 하는 열량을 산출하고, 이를 액화가스에 열을 공급하는 열 전달매체의 필요 열량으로 산정하며, 열 전달매체의 필요 열량을 맞춰주기 위해 열 전달매체가 매체 히터(63)에 공급되는 유량 또는 매체 히터(63)에서 열 전달매체에 공급되는 열원의 양 등을 변화시킴으로써, 피드 포워드 제어를 통한 효과적인 액화가스 공급이 가능하다.
[부호의 설명]
1: 종래의 액화가스 처리 시스템 2: 본 발명의 액화가스 처리 시스템
10: 액화가스 저장탱크 20: 수요처
21: 액화가스 공급 라인 30: 펌프
31: 부스팅 펌프 32: 고압 펌프
40: 전기히터 50: 열교환기
60: 매체 공급 장치 61: 매체 탱크
62: 매체 펌프 63: 매체 히터
64: 매체 순환 라인 65: 분기 라인
651: 우회 조절밸브 66: 열원 공급 라인
661: 열원 공급밸브 70: 액화가스 온도센서
80: 열량 산출기 90: 컨트롤러

Claims (19)

  1. 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 액화가스 공급 라인;
    상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 펌프;
    상기 수요처와 상기 펌프 사이의 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 액화가스를 열 전달매체와 열교환시키는 열교환기;
    열 전달매체를 가열하는 매체 히터;
    상기 매체 히터로부터 상기 열교환기까지 연결된 매체 순환 라인; 및
    상기 열교환기로 공급되는 액화가스의 유량에 기초하여, 상기 매체 히터에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기로 공급되는 상기 액화가스의 유량을 산출하고, 상기 액화가스의 유량 및 상기 수요처가 요구하는 액화가스의 상태를 토대로 상기 열 전달매체의 필요 열량을 계산하는 열량 산출기를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 열량 산출기로부터 상기 열 전달매체의 필요 열량을 전달받아, 상기 매체 히터에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 열량 산출기는,
    상기 펌프의 구동 정도를 통해 상기 액화가스의 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 펌프의 구동 정도는,
    상기 펌프의 RPM인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며 상기 액화가스의 온도를 측정하는 액화가스 온도센서를 더 포함하고,
    상기 열량 산출기는, 상기 액화가스의 유량, 상기 액화가스의 온도, 상기 수요처의 액화가스 요구 온도를 이용하여 상기 열 전달매체의 필요 열량을 계산하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 액화가스 온도센서는,
    상기 액화가스 공급 라인 상에서 상기 펌프와 상기 열교환기의 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 일부의 열 전달매체가 상기 매체 순환 라인에서 분기되어 상기 매체 히터를 우회하도록 하는 분기 라인을 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 분기 라인 상에 마련되는 우회 조절밸브를 통해 상기 분기 라인에 유입되는 상기 열 전달매체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전달매체를 저장하는 매체 탱크; 및
    상기 매체 탱크에 저장된 상기 열 전달매체를 상기 매체 히터에 공급하는 매체 펌프를 더 포함하되,
    상기 컨트롤러는, 상기 매체 펌프의 구동을 제어하여 상기 매체 펌프로부터 상기 매체 히터로 공급되는 상기 열 전달매체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 매체 히터에 열원을 공급하는 열원 공급 라인; 및
    상기 열원 공급 라인 상에 마련되어 상기 열원 공급 라인의 개도를 조절하는 열원 공급밸브를 더 포함하되,
    상기 컨트롤러는, 상기 열원 공급밸브의 개도를 제어하여 상기 매체 히터가 열 전달매체에 공급하는 열원의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 열 전달매체는,
    글리콜 워터인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  11. 액화가스를 펌프로 가압하고 열교환기에서 열 전달매체로 가열하여 수요처에 공급하되, 매체 히터가 열 전달매체를 가열하여 상기 열교환기에 공급하는 액화가스 처리 시스템을 구동하는 방법에 있어서,
    상기 열교환기로 공급되는 액화가스의 유량을 산출하는 단계; 및
    상기 액화가스의 유량에 따라 상기 매체 히터에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 수요처가 요구하는 액화가스의 상태를 토대로 상기 열교환기에 공급될 열 전달매체의 필요 열량을 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 열 전달매체의 유량 또는 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계는,
    상기 열 전달매체의 필요 열량에 따라 상기 매체 히터에 유입되는 열 전달매체의 유량 또는 상기 매체 히터가 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 액화가스의 유량을 산출하는 단계는,
    상기 펌프의 구동 정도를 통해 유량을 산출하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 펌프의 구동 정도는,
    상기 펌프의 RPM인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 액화가스의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    상기 필요 열량을 계산하는 단계는,
    상기 액화가스의 유량, 상기 액화가스의 온도 및 상기 수요처가 요구하는 액화가스의 상태를 토대로 상기 열 전달매체의 필요 열량을 계산하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 온도를 측정하는 단계는,
    상기 펌프와 상기 열교환기 사이의 액화가스의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는,
    적어도 일부의 열 전달매체가 상기 매체 히터를 우회하도록 하되, 상기 매체 히터를 우회하는 열 전달매체의 유량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 열 전달매체의 유량을 가변하는 단계는,
    상기 매체 히터에 상기 열 전달매체를 공급하는 매체 펌프의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 열 전달매체에 공급하는 열량을 가변하는 단계는,
    상기 매체 히터에 유입된 열 전달매체에 공급되는 열원의 양을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
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