WO2024085316A1 - 선박의 증발가스 재액화시스템 - Google Patents

선박의 증발가스 재액화시스템 Download PDF

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WO2024085316A1
WO2024085316A1 PCT/KR2022/021569 KR2022021569W WO2024085316A1 WO 2024085316 A1 WO2024085316 A1 WO 2024085316A1 KR 2022021569 W KR2022021569 W KR 2022021569W WO 2024085316 A1 WO2024085316 A1 WO 2024085316A1
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gas
boil
compressor
intercooler
liquefied gas
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PCT/KR2022/021569
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English (en)
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Inventor
김형우
이형식
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대우조선해양 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/02—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
    • B63B25/08—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
    • B63B25/12—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
    • B63B25/16—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J2/00—Arrangements of ventilation, heating, cooling, or air-conditioning
    • B63J2/12—Heating; Cooling
    • B63J2/14—Heating; Cooling of liquid-freight-carrying tanks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process

Definitions

  • the present invention relates to a ship's boil-off gas re-liquefaction system, and more specifically, to a ship's boil-off gas re-liquefaction system that compresses, re-liquefies, and recovers boil-off gas generated from liquefied gas in a cargo tank.
  • Liquefied gas is transported in a gaseous state through gas pipes on land or at sea, or is stored in a liquefied state on a liquefied gas carrier and transported to a distant consumer.
  • Liquefied gases such as LNG or LPG are obtained by cooling natural gas or petroleum gas to extremely low temperatures (approximately -163°C in the case of LNG), and their volume is significantly reduced compared to the gaseous state, making them very suitable for long-distance transportation by sea.
  • LPG carriers etc.
  • a fuel supply system that uses relatively inexpensive heavy oil such as bunker C oil as propulsion fuel for ships.
  • This heavy oil fuel supply system has the international exhaust gas emissions associated with the use of heavy oil fuel. Due to strengthened regulations, a separate low-sulfur heavy fuel fuel tank (LSHFO tank) had to be installed, and the demand for an eco-friendly fuel supply system that meets international environmental regulation standards has increased.
  • LSHFO tank low-sulfur heavy fuel fuel tank
  • LPG is easier to store than LNG, which is liquefied at extremely low temperatures, and does not fall significantly in SPECIFIC ENERGY and ENERGY DENSITY compared to existing HFO, and has excellent savings in SOX, NOX, CO2, and PM compared to existing HFO.
  • the liquefaction temperature of petroleum gas is low at about -42°C at normal pressure, and it can be stored in liquid form up to a temperature of about 45°C at 18 bar and up to 20°C at 7 bar. Since LPG evaporates when the atmospheric pressure is higher than -42°C, the ship's LPG storage tank is insulated. However, because external heat is continuously transferred to LPG, LPG is continuously vaporized within the LPG storage tank during the LPG transport process, generating boil-off gas within the LPG storage tank.
  • the LPG storage tank must be equipped with a pressure-resistant structure and the boil-off gas generated within the tank must be treated by evaporation gas. Use a gas reliquefaction device.
  • the present invention reliquefies the boil-off gas generated from liquefied gas such as LPG and returns it to a storage tank to control tank pressure, reduce costs by reducing the number of required equipment, and increase the price competitiveness of ships. I would like to propose a system.
  • a first compressor for receiving and compressing boil-off gas generated from liquefied gas in a cargo tank provided on a ship, and further compressing the boil-off gas compressed in the first compressor
  • a compression unit including a second compressor and compressing the boil-off gas in multiple stages
  • an intercooler that receives compressed boil-off gas from the first compressor, cools it, and then supplies it to the second compressor;
  • a condenser that cools the boil-off gas compressed through the compression unit
  • a liquefied gas recovery line that transfers the liquefied gas cooled and condensed in the condenser to the cargo tank after recovering cold heat through the intercooler;
  • a ship's boil-off gas re-liquefaction system including a first temperature control line that branches off the liquefied gas from the re-liquefied gas recovery line and sprays it onto the upper part of the intercooler.
  • a first temperature sensor detects the temperature of the evaporation gas to be cooled in the intercooler and supplied to the second compressor; And a first temperature control valve that controls the flow rate of the liquefied gas to be branched to the first temperature control line, and controls the first temperature control valve according to the boil-off gas temperature detected by the first temperature sensor to control the liquefied gas flow rate to be branched to the first temperature control line.
  • the inlet temperature of the boil-off gas of the second compressor can be adjusted.
  • a liquid level control line branched from the liquefied gas recovery line and supplying liquefied gas into the intercooler;
  • a liquid level sensor that detects the liquefied gas liquid level inside the intercooler;
  • a liquid level control valve that opens and closes the liquid level control line, wherein the liquid level control valve is controlled according to the liquefied gas level detected by the liquid level sensor, so that the liquefied gas level inside the intercooler is maintained in a certain range
  • the boil-off gas compressed in the first compressor may be cooled by being supplied to the liquefied gas filled in the intercooler through the injection nozzle.
  • a knock-out drum that receives the boil-off gas discharged from the cargo tank and supplies the gas to the first compressor of the compression unit; And a second temperature control line branched from the liquefied gas recovery line downstream of the intercooler and connected to the knockout drum, wherein the liquefied gas of the liquefied gas recovery line flows into the lower part of the knockout drum and is supplied to the compression unit.
  • the evaporation gas can be cooled.
  • a second temperature sensor detects the temperature of the evaporation gas compressed in the first compressor and introduced into the intercooler; And a second temperature control valve that controls the flow rate of the liquefied gas to be branched to the second temperature control line, and controls the second temperature control valve according to the boil-off gas temperature detected by the second temperature sensor to control the liquefied gas flow rate to be branched to the second temperature control line.
  • the flow rate of liquefied gas flowing into the lower part of the knockout drum can be adjusted.
  • the re-liquefied gas recovery line further includes a re-liquefied gas receiver provided upstream of the intercooler to receive the re-liquefied gas cooled in the condenser, and the gas can be separated from the re-liquefied gas receiver and discharged to the vent line. there is.
  • the liquefied gas includes LPG (Liquefied Petroleum Gas), and the compression unit may be a three-stage centrifugal compressor or a three-stage reciprocating compressor.
  • LPG Liquefied Petroleum Gas
  • the compression unit may be a three-stage centrifugal compressor or a three-stage reciprocating compressor.
  • the boil-off gas generated from the liquefied gas stored in the cargo tank is compressed, cooled, re-liquefied, and then recovered in the cargo tank, taking into account the multi-component boil-off gas with a large change in physical properties, maximizing the cooling effect of the intercooler and reducing the power of the compression unit.
  • the reliquefaction rate can be increased while reducing consumption.
  • the number of required equipment can be reduced to reduce equipment installation costs and increase the price competitiveness of the ship.
  • the pressure in the cargo tank can be safely maintained and the LPG transport rate can be increased. .
  • Figure 1 shows an example of a system for re-liquefying boil-off gas generated from LPG.
  • Figure 2 schematically shows a ship's boil-off gas reliquefaction system according to a basic embodiment of the present invention.
  • Figure 3 schematically shows a ship's boil-off gas re-liquefaction system according to an expanded embodiment of the present invention.
  • the ship refers to all types of ships, representatively such as LPG carrier, VLGC (Very Large Gas Carrier), LNG carrier, liquid hydrogen carrier, and LNG RV (Regasification Vessel).
  • LPG carrier LPG carrier
  • VLGC Very Large Gas Carrier
  • LNG carrier liquid hydrogen carrier
  • LNG RV LNG RV
  • FPSO LNG Floating Production Storage Offloading
  • FSRU LNG Floating Storage Regasification Unit
  • the present embodiments can be liquefied at low temperatures and transported, and can be applied to all types of liquefied gas re-liquefaction systems in which boil-off gas is generated in a stored state.
  • liquefied gases are, for example, liquefied petrochemicals such as LNG (Liquefied Natural Gas), LEG (Liquefied Ethane Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), Liquefied Ethylene Gas, and Liquefied Propylene Gas. It may be gas, ammonia, etc.
  • LPG one of the representative liquefied gases, will be described as an example.
  • Figure 1 shows an example of a system for re-liquefying boil-off gas generated from LPG.
  • the boil-off gas generated in the cargo tank is sent to the compressor 20 through the KO drum 10, compressed, cooled in the condenser 50, and re-liquefied, and then re-liquefied gas container 60 and intercooler ( 30), etc., and then return it to the cargo tank.
  • the compressor 20 may be configured to include a multiple stage, for example, three-stage compressor, and is usually operated at a constant speed.
  • the boil-off gas compressed in the first stage compressor is cooled through an intercooler before being introduced to the second stage compressor, and the intercooler can use the cold heat of re-liquefied LPG.
  • boil-off gas generated from LPG in cargo tanks contains various components such as Ethane, Propylene, and Ammonia in addition to propane and butane (I-Butane/N-Butane), and the physical properties of the boil-off gas vary greatly.
  • a trim cooler 40 is installed to additionally cool the boil-off gas cooled in the intercooler and introduced into the two-stage compressor.
  • a separate intercooler may also be installed between the compressor and the 3-stage compressor.
  • the reliquefaction system according to an embodiment of the present invention is designed to improve these problems and effectively cool multi-component boil-off gas with large changes in physical properties, thereby reducing compressor power consumption, increasing reliquefaction efficiency, and reducing device costs. .
  • Figure 2 schematically shows a ship's boil-off gas re-liquefaction system according to a basic embodiment of the present invention
  • Figure 3 schematically shows a ship's boil-off gas re-liquefaction system according to an expanded embodiment of the present invention.
  • the boil-off gas re-liquefaction system of this embodiment includes a first compressor (100A) that receives and compresses the boil-off gas generated from the liquefied gas of the cargo tank provided on the ship, and the vapor compressed in the first compressor. It includes a second compressor (100B) that further compresses the gas, a compression unit (100) that compresses the boil-off gas in multiple stages, and an intercooler (200) that receives the compressed boil-off gas from the first compressor, cools it, and supplies it to the second compressor.
  • a first compressor 100A
  • the boil-off gas re-liquefaction system of this embodiment includes a first compressor (100A) that receives and compresses the boil-off gas generated from the liquefied gas of the cargo tank provided on the ship, and the vapor compressed in the first compressor. It includes a second compressor (100B) that further compresses the gas, a compression unit (100) that compresses the boil-off gas in multiple stages, and an intercooler (200)
  • a condenser (300) that cools the boil-off gas compressed through the compression unit
  • a re-liquid gas recovery line (RL) that transfers the liquefied gas cooled and condensed in the condenser to a cargo tank after recovering cold heat through an intercooler, and liquefying the liquefied gas in the re-liquid gas recovery line. It includes a first temperature control line (TL1) that branches out the gas and sprays it onto the upper part of the intercooler.
  • a knock-out drum (500) is provided that receives the boil-off gas discharged from the cargo tank and supplies the gas to the compression section (100).
  • propane and butane I-Butane/N-Butane
  • evaporation gas generated from cargo tanks may contain various components such as Ethane, Propylene, and Ammonia.
  • the multi-component boil-off gas generated in the cargo tank is discharged to the knockout drum 500 along the gas re-liquefaction line (GL), and the gas is transferred from the knockout drum to the first compressor of the compression unit 100 and goes through a re-liquefaction process. After being reliquefied, it is recovered into a cargo tank.
  • the compression unit 100 includes a first compressor (100A) that receives and compresses the boil-off gas, a second compressor (100B) that further compresses the boil-off gas compressed in the first compressor, and a second compressor (100B) that compresses the boil-off gas compressed in the second compressor. It may be a three-stage multi-stage compressor including a third compressor (100C) that further compresses and transfers it to the condenser.
  • the compression unit may be composed of a three-stage centrifugal compressor including first to third compressors, and may be composed of a three-stage reciprocating compressor with a reciprocating piston as in the expanded embodiment shown in FIG. 3. there is. The number of stages in the compression section may be added as needed.
  • the boil-off gas compressed through the compression unit is supplied to the condenser 300 and cooled.
  • the boil-off gas compressed in the compression unit 100 is cooled through heat exchange to re-liquefy it, and as a heat source for cooling the boil-off gas, seawater, which is easy to obtain on a ship, can be used, for example.
  • the re-liquefied gas cooled in the condenser 300 is received into the re-liquefied gas receiver 400 along the re-liquefied gas recovery line, and the liquid from the re-liquefied gas receiver is recovered to the cargo tank along the re-liquefied gas recovery line (RL), and the re-liquefied gas is returned to the cargo tank. Vent gas separated from the receiver is discharged through the vent line.
  • the liquid gas recovery line (RL) is connected to the cargo tank through the intercooler (200).
  • the intercooler 200 heat is exchanged between the boil-off gas compressed in the first compressor 100A and the re-liquefied gas to be transferred to the cargo tank.
  • the boil-off gas compressed in the first compressor (100A) of the compression section is transferred to the intercooler (200) and intermediately cooled by the re-liquefied gas transferred from the re-liquefied gas receiver (400) to the cargo tank. It is supplied to the second compressor (100B) and compressed, further compressed again in the third compressor (100C), and then supplied to the condenser (300) to cool and re-liquefy.
  • a liquid level control line (LL) is provided that branches off from the liquefied gas recovery line (RL) and supplies liquefied gas into the intercooler 200, a liquid level sensor (LIC) that detects the liquefied gas level inside the intercooler, and a liquid level control line.
  • a liquid level control valve (LV) is provided to open and close the .
  • the liquid level controller controls the liquid level control valve to maintain the liquefied gas level inside the intercooler within a certain range.
  • the boil-off gas compressed in the first compressor 100A may be supplied to the liquefied gas filled in the intercooler 200 through the injection nozzle.
  • the liquefied gas passing through the re-liquid gas receiver and the re-liquid gas recovery line can also supply cold heat to the inside of the intercooler by passing through a heat conduction pipe filled with liquefied gas at the bottom of the intercooler, and the boil-off gas compressed in the first compressor is cooled in the intercooler.
  • the cooling effect of the intercooler is maximized to reduce the power consumption of the compression unit and increase the re-liquefaction rate, and the inlet temperature of the boil-off gas supplied from the intercooler to the second compressor is finely adjusted. Adjustable configurations have been added.
  • the system of this embodiment includes a first temperature control line (TL1) that branches off the liquefied gas from the liquefied gas recovery line (RL) and sprays it onto the upper part of the intercooler (200), and an evaporation gas that is cooled in the intercooler and supplied to the second compressor. It includes a first temperature sensor (TIT1) that detects the temperature, and a first temperature control valve (TV1) that controls the flow rate of liquefied gas to be branched to the first temperature control line.
  • TIT1 first temperature sensor
  • TV1 first temperature control valve
  • the first temperature control unit (TI1) controls the first temperature control valve (TV1) to control the first temperature of a portion of the liquefied gas in the re-liquid gas recovery line.
  • TV1 first temperature control valve
  • the evaporative gas cooled at the bottom of the intercooler can be additionally cooled to control the inlet temperature of the evaporative gas into the second compressor.
  • a spray nozzle for additional cooling may be provided at the end of the first temperature control line to spray liquefied gas.
  • the boil-off gas is re-liquefied and recovered into the cargo tank, thereby safely maintaining the pressure of the cargo tank and increasing the LPG transport rate.
  • the expanded embodiment system shown in FIG. 3 is configured to further reduce the power consumption of the compression section and increase the re-liquefaction rate by lowering the temperature of the boil-off gas introduced from the knockout drum into the first compressor of the compression section.
  • the expanded embodiment system additionally configures a second temperature control line (TL2) branched from the liquid gas recovery line (RL) downstream of the intercooler 200 and connected to the knockout drum. , a portion of the liquefied gas from the liquefied gas recovery line can be sprayed into the knockout drum 500 to cool the boil-off gas to be supplied to the compression unit 100.
  • TL2 second temperature control line
  • RL liquid gas recovery line
  • This system includes a second temperature sensor (TIT2) that detects the temperature of the evaporation gas compressed in the first compressor and introduced into the intercooler, and a second temperature control valve (TV2) that controls the flow rate of liquefied gas to be branched to the second temperature control line. ) further includes.
  • the liquefied gas returned to the cargo tank through the liquefied gas recovery line may be in a sub-cooled state.
  • the second temperature control valve is controlled to branch some of the low-temperature liquefied gas in a supercooled state downstream of the liquid gas recovery line to the second temperature control line and to the bottom of the knockout drum.
  • a part of the low-temperature liquefied gas downstream of the liquefied gas recovery line is branched to the second temperature control line and sent to the knockout drum to cool the boil-off gas to be supplied to the compression section, and a part of the low-temperature liquefied gas is sent to the upper part of the intercooler through the first temperature control line.

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Abstract

선박의 증발가스 재액화시스템이 개시된다. 본 발명의 선박의 증발가스 재액화시스템은, 선박에 마련된 카고탱크의 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 제1 압축기 및 상기 제1 압축기에서 압축된 증발가스를 추가 압축하는 제2 압축기를 포함하며, 증발가스를 다단 압축하는 압축부; 상기 제1 압축기에서 압축된 증발가스를 공급받아 냉각 후 상기 제2 압축기로 공급하는 인터쿨러; 상기 압축부를 거쳐 압축된 증발가스를 냉각하는 응축기; 상기 응축기에서 냉각되어 응축된 액화가스를 상기 인터쿨러를 거쳐 냉열 회수 후 상기 카고탱크로 이송하는 재액가스회수라인; 및 상기 재액가스회수라인에서 액화가스를 분기하여 상기 인터쿨러 상부로 분사하는 제1 온도조절라인:을 포함할 수 있다.

Description

선박의 증발가스 재액화시스템
본 발명은 선박의 증발가스 재액화시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카고탱크의 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 압축하고 재액화하여 회수하는 선박의 증발가스 재액화시스템에 관한 것이다.
LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭 감소하므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
한편, 종래의 LPG 운반선 등에는 선박의 추진 연료로서 상대적으로 가격이 저렴한 벙커C유 등의 중유를 사용하는 연료 공급 시스템을 채용하고 있는데, 이러한 중유 연료 공급 시스템은 중유 연료 사용에 대한 국제적인 배기가스 배출규제 강화로 황 성분이 적은 중유 연료 탱크(LSHFO tank)를 별도로 설치해야 했고, 국제적인 환경규제 기준에 적합한 친환경적인 연료 공급 시스템의 요구가 커졌다.
최근에는 LPG 또는 LNG 운반선에서 LPG 또는 LNG 및 그로부터 발생하는 증발가스를 추진 연료로 사용하는 연료공급시스템의 적용이 늘어나고 있고, 국제적인 배기가스 배출규제 강화에 따라 LPG 또는 LNG 운반선 외에 일반 선박에서도 LNG나 LPG 등을 추진 연료로 사용하는 선박이 증가하고 있다.
특히 LPG는 극저온에서 액화되는 LNG보다 저장이 용이하고 기존 HFO에 견주어 SPECIFIC ENERGY와 ENERGY DENSITY에서 크게 떨어지지 않으면서 기존 HFO 대비 SOX, NOX, CO2, PM등의 절감 효과가 탁월한 장점이 있다.
석유가스의 액화 온도는 상압 약 -42℃의 저온이고, 18 bar에서는 약 45℃의 온도까지, 7 bar에서는 20℃까지 액체 상태로 저장가능하다. LPG는 상압 -42℃보다 높으면 증발되므로, 선박의 LPG 저장탱크에는 단열처리가 되어있다. 그러나 외부의 열이 지속적으로 LPG에 전달되므로, LPG 수송 과정에서 LPG 저장탱크 내에서 지속적으로 LPG가 기화되어 LPG 저장탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.
LPG 저장탱크에 증발가스가 축적되면 저장탱크 내압이 과도하게 상승하여 선박 및 선원의 안전에 위협이 될 수 있으므로, LPG 저장탱크에 내압구조를 갖추는 한편 탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위해 증발가스 재액화 장치를 사용한다.
본 발명은 이와 같이 LPG와 같은 액화가스에서 발생하는 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 회수하여 탱크 압력을 조절하면서, 필요한 장비의 수를 줄여 원가를 절감하고 선박의 가격경쟁력을 높일 수 있는 재액화시스템을 제안하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 마련된 카고탱크의 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 제1 압축기 및 상기 제1 압축기에서 압축된 증발가스를 추가 압축하는 제2 압축기를 포함하며, 증발가스를 다단 압축하는 압축부;
상기 제1 압축기에서 압축된 증발가스를 공급받아 냉각 후 상기 제2 압축기로 공급하는 인터쿨러;
상기 압축부를 거쳐 압축된 증발가스를 냉각하는 응축기;
상기 응축기에서 냉각되어 응축된 액화가스를 상기 인터쿨러를 거쳐 냉열 회수 후 상기 카고탱크로 이송하는 재액가스회수라인; 및
상기 재액가스회수라인에서 액화가스를 분기하여 상기 인터쿨러 상부로 분사하는 제1 온도조절라인:을 포함하는 선박의 증발가스 재액화시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 인터쿨러에서 냉각되어 상기 제2 압축기로 공급될 증발가스의 온도를 감지하는 제1 온도센서; 및 상기 제1 온도조절라인으로 분기될 액화가스 유량을 조절하는 제1 온도조절밸브:를 더 포함하고, 상기 제1 온도센서에서 감지된 증발가스 온도에 따라 상기 제1 온도조절밸브를 제어하여 상기 제2 압축기의 증발가스 유입온도를 조절할 수 있다.
바람직하게는, 상기 재액가스회수라인에서 분기되어 상기 인터쿨러 내부로 액화가스를 공급하는 액위조절라인; 상기 인터쿨러 내부의 액화가스 액위를 감지하는 액위센서; 및 상기 액위조절라인을 개폐하는 액위조절밸브:를 더 포함하고, 상기 액위센서에서 감지된 액화가스 액위에 따라 상기 액위조절밸브를 제어하여 상기 인터쿨러 내부의 액화가스 액위는 일정 범위로 유지되고, 상기 제1 압축기에서 압축된 증발가스는 분사노즐을 통해 상기 인터쿨러에 채워진 액화가스 액중(液中)으로 공급되어 냉각될 수 있다.
바람직하게는, 상기 카고탱크에서 배출되는 증발가스를 공급받아 기체를 상기 압축부의 제1 압축기로 공급하는 녹아웃드럼(knock-out drum); 및 상기 인터쿨러 하류에서 상기 재액가스회수라인으로부터 분기되어 상기 녹아웃드럼으로 연결되는 제2 온도조절라인:을 더 포함하고, 상기 재액가스회수라인의 액화가스를 상기 녹아웃드럼 하부로 유입시켜 상기 압축부로 공급될 증발가스를 냉각할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 압축기에서 압축되어 상기 인터쿨러로 도입되는 증발가스의 온도를 감지하는 제2 온도센서; 및 상기 제2 온도조절라인으로 분기될 액화가스 유량을 조절하는 제2 온도조절밸브:를 더 포함하고, 상기 제2 온도센서에서 감지된 증발가스 온도에 따라 상기 제2 온도조절밸브를 제어하여 상기 녹아웃드럼 하부로 유입되는 액화가스 유량을 조절할 수 있다.
바람직하게는, 상기 재액가스회수라인에서 상기 인터쿨러 상류에 마련되어 상기 응축기에서 냉각된 재액화가스를 수용하는 재액가스리시버:를 더 포함하고, 상기 재액가스리시버에서 기체는 분리되어 벤트라인으로 배출될 수 있다.
바람직하게는, 상기 액화가스는 LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 포함하며, 상기 압축부는 3 단(stage)의 원심형 압축기 또는 3 단의 왕복 압축기일 수 있다.
본 발명에서는 카고탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 압축 및 냉각하여 재액화한 후 카고탱크로 회수하면서, 물성치 변화폭이 큰 다성분 증발가스를 고려하여 인터쿨러의 냉각효과를 극대화하고 압축부 동력소모를 줄이면서 재액화율을 높일 수 있다.
나아가 본 발명을 통해 필요한 장비의 수를 줄여 장비 설치비를 절감하고 선박의 가격경쟁력을 높이고, 증발가스를 재액화하여 카고탱크로 회수함으로써 카고탱크의 압력을 안전하게 유지하면서, LPG 운송률을 높일 수 있다.
도 1은 LPG에서 발생하는 증발가스를 재액화하는 시스템의 일 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 기본 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 확장 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화시스템을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
후술하는 본 발명의 실시예들에서 선박은 모든 종류의 선박을 가리키며, 대표적으로 LPG 운반선, VLGC(Very Large Gas Carrier), LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.
또한, 본 실시예들은 저온으로 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하는 모든 종류의 액화가스의 재액화시스템에 적용될 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스 및 암모니아 등일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예들에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LPG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1에는 LPG에서 발생하는 증발가스를 재액화하는 시스템의 일 예를 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 카고탱크에서 발생하는 증발가스를 KO드럼(10)을 거쳐 압축기(20)로 보내 압축하고 컨덴서(50)에서 냉각하여 재액화시킨 후 재액가스용기(60), 인터쿨러(30) 등을 거쳐 카고탱크로 회수하는 시스템이다.
증발가스를 재액화에 필요한 압력으로 압축하기 위해 압축기(20)는 복수단, 예를 들어 3 단(stage) 컴프레서를 포함하여 구성될 수 있고 통상 정속으로 운전된다. 압축기 운전 효율을 높이기 위해 1단 컴프레서에서 압축된 증발가스는 2단 컴프레서로 도입되기에 앞서 인터쿨러를 거쳐 냉각되며, 인터쿨러는 재액화된 LPG의 냉열을 이용할 수 있다.
그런데 카고탱크의 LPG에서 발생하는 증발가스에는 프로판(Propane) 및 부탄(I-Butane /N-Butane) 외에도 Ethane, Propylene, Ammonia 등 다양한 성분이 포함되고, 증발가스 물성치 변화폭이 크다.
이와 같이 물성치 변화폭이 큰 다성분 증발가스를 효과적으로 냉각하여 압축기 효율을 높이고 재액효율을 높이기 위해 인터쿨러에서 냉각되어 2단 컴프레서로 도입될 증발가스를 추가 냉각하는 트림쿨러(40)가 설치되며, 2단 컴프레서와 3단 컴프레서 사이에도 별도의 인터쿨러가 추가 설치되기도 한다.
그러나 정속으로 운전되는 압축기의 특성과 다성분 증발가스의 유입량 변화폭이 크다는 점으로 인해 인터쿨러 및 트림쿨러 등을 거쳐 2단 컴프레서의 증발가스 도입온도를 효과적으로 제어하기 어렵고, 증발가스가 충분히 냉각되지 않은 채 압축기로 유입되면 압축기 동력소모가 커지며, 최종 재액효율이 떨어지는 문제가 있다. 그에 따라 증발가스의 완전 재액화는 사실상 어렵고, 미액화 가스는 별도의 벤트 가스 시스템을 통해 처리된다. 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 재액화시스템은 이러한 문제를 개선하여 물성치 변화폭이 큰 다성분 증발가스를 효과적으로 냉각하여 압축기 소모동력을 줄이면서 재액효율을 높이면서 장치 비용을 절감할 수 있도록 고안된 것이다.
도 2에는 본 발명의 기본 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화시스템을, 도 3에는 본 발명의 확장 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화시스템을 각각 개략적으로 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 증발가스 재액화시스템은, 선박에 마련된 카고탱크의 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 제1 압축기(100A) 및 상기 제1 압축기에서 압축된 증발가스를 추가 압축하는 제2 압축기(100B)를 포함하며, 증발가스를 다단 압축하는 압축부(100), 제1 압축기에서 압축된 증발가스를 공급받아 냉각 후 제2 압축기로 공급하는 인터쿨러(200), 압축부를 거쳐 압축된 증발가스를 냉각하는 응축기(300), 응축기에서 냉각되어 응축된 액화가스를 인터쿨러를 거쳐 냉열 회수 후 카고탱크로 이송하는 재액가스회수라인(RL), 재액가스회수라인에서 액화가스를 분기하여 인터쿨러 상부로 분사하는 제1 온도조절라인(TL1)을 포함한다.
가스재액화라인(GL)의 압축부 상류에는 카고탱크에서 배출되는 증발가스를 공급받아 기체를 압축부(100)로 공급하는 녹아웃드럼(knock-out drum)(500)이 마련된다. 카고탱크에서 발생하는 증발가스에는 프로판(Propane) 및 부탄(I-Butane /N-Butane) 외에도 Ethane, Propylene, Ammonia 등 다양한 성분이 포함될 수 있다. 이와 같이 카고탱크에서 발생한 다성분 증발가스는 가스재액화라인(GL)을 따라 녹아웃드럼(500)으로 배출되고, 녹아웃드럼으로부터 기체가 압축부(100)의 제1 압축기로 이송되어 재액과정을 거쳐 재액화된 후 카고탱크로 회수된다.
압축부(100)는, 증발가스를 공급받아 압축하는 제1 압축기(100A)와, 제1 압축기에서 압축된 증발가스를 추가 압축하는 제2 압축기(100B), 제2 압축기에서 압축된 증발가스를 추가 압축하여 응축기로 이송하는 제3 압축기(100C)를 포함하는 3 단(stage)의 다단 압축기일 수 있다. 압축부는 제1 내지 제3 압축기를 포함하는 3단의 원심형 압축기(Centrifugal Compressor)로 구성될 수 있고, 도 3에 도시된 확장 실시예와 같이 왕복피스톤이 적용된 3단 왕복형 압축기로 구성될 수도 있다. 필요에 따라 압축부의 단(stage)수는 추가될 수도 있다.
압축부를 거쳐 압축된 증발가스는 응축기(300)로 공급되어 냉각된다.
응축기(300)에서는 압축부(100)에서 압축된 증발가스를 열교환으로 냉각시켜 재액화시키며, 증발가스 냉각을 위한 열원으로는 일 예로 선박에서 구하기 쉬운 해수를 이용할 수 있다.
응축기(300)에서 냉각된 재액화가스는 재액가스회수라인을 따라 재액가스리시버(400)로 수용되고, 재액가스리시버로부터 액체는 재액가스회수라인(RL)을 따라 카고탱크로 회수되고, 재액가스리시버에서 분리된 벤트가스는 벤트라인을 통해 배출된다.
재액가스회수라인(RL)은 인터쿨러(200)를 거쳐 카고탱크로 연결된다. 인터쿨러(200)에서는 제1 압축기(100A)에서 압축된 증발가스와 카고탱크로 이송될 재액화가스가 열교환된다. 도 2에 도시된 바와 같이 압축부의 제1 압축기(100A)에서 압축된 증발가스는 인터쿨러(200)로 이송되어 재액가스리시버(400)로부터 카고탱크로 이송되는 재액화가스에 의해 중간 냉각된 후 제2 압축기(100B)로 공급되어 압축되고, 다시 제3 압축기(100C)에서 추가 압축된 후 응축기(300)로 공급되어 냉각되면서 재액화된다.
재액가스회수라인(RL)에서 분기되어 인터쿨러(200) 내부로 액화가스를 공급하는 액위조절라인(LL)이 마련되고, 인터쿨러 내부의 액화가스 액위를 감지하는 액위센서(LIC)와, 액위조절라인을 개폐하는 액위조절밸브(LV)가 마련된다. 액위센서에서 감지된 액화가스 액위에 따라 액위제어기(LIC)에서 액위조절밸브를 제어하여 인터쿨러 내부의 액화가스 액위를 일정 범위로 유지한다.
제1 압축기(100A)에서 압축된 증발가스는 분사노즐을 통해 인터쿨러(200)에 채워진 액화가스 액중(液中)으로 공급될 수 있다. 재액가스리시버를 거쳐 재액가스회수라인을 지나는 액화가스 역시 인터쿨러 하부의 액화가스가 채워진 열전도관을 통과하면서 인터쿨러 내부로 냉열을 공급할 수 있고, 제1 압축기에서 압축된 증발가스는 인터쿨러에서 냉각된다.
나아가, 본 실시예에서는 물성치 변화폭이 큰 다성분 증발가스를 고려하여 압축부 동력소모를 줄이고 재액화율을 높일 수 있도록 인터쿨러의 냉각효과를 극대화하고 인터쿨러로부터 제2 압축기로 공급되는 증발가스 유입온도를 미세 조절할 수 있는 구성들을 추가하였다.
이를 위해 본 실시예 시스템은 재액가스회수라인(RL)에서 액화가스를 분기하여 인터쿨러(200) 상부로 분사하는 제1 온도조절라인(TL1)과, 인터쿨러에서 냉각되어 제2 압축기로 공급될 증발가스의 온도를 감지하는 제1 온도센서(TIT1), 제1 온도조절라인으로 분기될 액화가스 유량을 조절하는 제1 온도조절밸브(TV1)를 포함한다.
제1 온도센서(TIT1)에서 감지된 인터쿨러 후단의 증발가스 온도에 따라 제1 온도제어부(TI1)에서 제1 온도조절밸브(TV1)를 제어하여 재액가스회수라인의 액화가스 일부를 제1 온도조절라인으로 분기하여 인터쿨러 상부에 분사함으로써, 인터쿨러 하부에서 냉각된 증발가스를 추가 냉각하여 제2 압축기의 증발가스 유입온도를 조절할 수 있다. 제1 온도조절라인 단부에는 액화가스를 분사하기 위한 추가냉각용 분사노즐이 마련될 수 있다.
이와 같이 인터쿨러에서 압축부의 제1 압축기에서 압축 후 제2 압축기로 도입될 증발가스의 냉각효율을 높이고 제2 압축기 전단의 증발가스 온도를 미세 조절함으로써, 제2 압축기와 제3 압축기 사이에는 별도의 중간냉각장치를 추가설치할 필요가 없어 장치 비용을 절감하고 압축부 동력소모를 줄이면서 재액효율을 높일 수 있다.
나아가 본 실시예 시스템을 통해 증발가스를 재액화하여 카고탱크로 회수함으로써 카고탱크의 압력을 안전하게 유지하면서, LPG 운송률을 높일 수 있다.
도 3에 도시된 확장 실시예 시스템은 추가로 녹아웃드럼으로부터 압축부의 제1 압축기로 도입되는 증발가스 온도를 낮추어 압축부의 소모동력을 보다 줄이고 재액화율을 높일 수 있도록 구성된 것이다.
이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이 본 확장 실시예 시스템은, 인터쿨러(200) 하류에서 재액가스회수라인(RL)으로부터 분기되어 녹아웃드럼으로 연결되는 제2 온도조절라인(TL2)을 추가로 구성하고, 재액가스회수라인의 액화가스 일부를 녹아웃드럼(500)으로 분사하여 압축부(100)로 공급될 증발가스를 냉각할 수 있다.
본 시스템은 제1 압축기에서 압축되어 인터쿨러로 도입되는 증발가스의 온도를 감지하는 제2 온도센서(TIT2)와, 제2 온도조절라인으로 분기될 액화가스 유량을 조절하는 제2 온도조절밸브(TV2)를 더 포함한다. 재액가스회수라인을 통해 카고탱크로 회수되는 액화가스는 과냉(sub-cooled)상태일 수 있다. 제2 온도센서에서 감지된 제1 압축기 후단 증발가스 온도에 따라 제2 온도조절밸브를 제어하여 재액가스회수라인 하류의 과냉상태의 저온 액화가스 일부를 제2 온도조절라인으로 분기하고 녹아웃드럼 하부로 유입시켜 증발가스를 냉각함으로써, 압축부의 제1 압축기 증발가스 유입온도를 조절할 수 있다.
전술한 기본 실시예의 구성과 중복되는 구성에 대한 설명은 생략한다.
이와 같이 재액가스회수라인 하류의 저온 액화가스 일부를 제2 온도조절라인으로 분기하여 녹아웃드럼으로 보내 압축부로 공급될 증발가스를 냉각하고, 제1 온도조절라인을 통해 저온 액화가스 일부를 인터쿨러 상부에 분사하여 제2 압축기의 증발가스 유입온도를 미세 조절함으로써 압축부의 소모동력을 보다 줄이고 최종 재액화율을 높일 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.

Claims (7)

  1. 선박에 마련된 카고탱크의 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 제1 압축기 및 상기 제1 압축기에서 압축된 증발가스를 추가 압축하는 제2 압축기를 포함하며, 증발가스를 다단 압축하는 압축부;
    상기 제1 압축기에서 압축된 증발가스를 공급받아 냉각 후 상기 제2 압축기로 공급하는 인터쿨러;
    상기 압축부를 거쳐 압축된 증발가스를 냉각하는 응축기;
    상기 응축기에서 냉각되어 응축된 액화가스를 상기 인터쿨러를 거쳐 냉열 회수 후 상기 카고탱크로 이송하는 재액가스회수라인; 및
    상기 재액가스회수라인에서 액화가스를 분기하여 상기 인터쿨러 상부로 분사하는 제1 온도조절라인:을 포함하는 선박의 증발가스 재액화시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인터쿨러에서 냉각되어 상기 제2 압축기로 공급될 증발가스의 온도를 감지하는 제1 온도센서; 및
    상기 제1 온도조절라인으로 분기될 액화가스 유량을 조절하는 제1 온도조절밸브:를 더 포함하고,
    상기 제1 온도센서에서 감지된 증발가스 온도에 따라 상기 제1 온도조절밸브를 제어하여 상기 제2 압축기의 증발가스 유입온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 재액가스회수라인에서 분기되어 상기 인터쿨러 내부로 액화가스를 공급하는 액위조절라인;
    상기 인터쿨러 내부의 액화가스 액위를 감지하는 액위센서; 및
    상기 액위조절라인을 개폐하는 액위조절밸브:를 더 포함하고,
    상기 액위센서에서 감지된 액화가스 액위에 따라 상기 액위조절밸브를 제어하여 상기 인터쿨러 내부의 액화가스 액위는 일정 범위로 유지되고,
    상기 제1 압축기에서 압축된 증발가스는 분사노즐을 통해 상기 인터쿨러에 채워진 액화가스 액중(液中)으로 공급되어 냉각되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 카고탱크에서 배출되는 증발가스를 공급받아 기체를 상기 압축부의 제1 압축기로 공급하는 녹아웃드럼(knock-out drum); 및
    상기 인터쿨러 하류에서 상기 재액가스회수라인으로부터 분기되어 상기 녹아웃드럼으로 연결되는 제2 온도조절라인:을 더 포함하고,
    상기 재액가스회수라인의 액화가스를 상기 녹아웃드럼의 하부로 유입시켜 상기 압축부로 공급될 증발가스를 냉각할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 압축기에서 압축되어 상기 인터쿨러로 도입되는 증발가스의 온도를 감지하는 제2 온도센서; 및
    상기 제2 온도조절라인으로 분기될 액화가스 유량을 조절하는 제2 온도조절밸브:를 더 포함하고,
    상기 제2 온도센서에서 감지된 증발가스 온도에 따라 상기 제2 온도조절밸브를 제어하여 상기 녹아웃드럼 하부로 유입되는 액화가스 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재액가스회수라인에서 상기 인터쿨러 상류에 마련되어 상기 응축기에서 냉각된 재액화가스를 수용하는 재액가스리시버:를 더 포함하고,
    상기 재액가스리시버에서 기체는 분리되어 벤트라인으로 배출되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 액화가스는 LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 포함하며,
    상기 압축부는 3 단(stage)의 원심형 압축기 또는 3 단의 왕복 압축기인 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화시스템.
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