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KR100740686B1 - Bog reliquefaction apparatus - Google Patents

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KR100740686B1
KR100740686B1 KR1020050078588A KR20050078588A KR100740686B1 KR 100740686 B1 KR100740686 B1 KR 100740686B1 KR 1020050078588 A KR1020050078588 A KR 1020050078588A KR 20050078588 A KR20050078588 A KR 20050078588A KR 100740686 B1 KR100740686 B1 KR 100740686B1
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nitrogen
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gas
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홍의석
이윤표
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신영중공업주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 기존의 질소의 역브레이튼 싸이클을 이용한 BOG 재액화 장치에서 팽창터빈을 이용하여 질소의 온도를 낮출 경우 질소의 일부가 액화함으로써 팽창터빈의 블레이드를 손상시키는 문제가 발생할 수 있는 종래기술의 문제점을 해결한 것으로서, 본 발명에서는 가압된 질소의 일부만을 추출하여 팽창터빈을 이용 팽창하고 나머지는 질소의 온도를 더 낮춘 후 팽창밸브를 통하여 온도를 강하시킴으로써 액적 발생의 우려없이 질소의 온도를 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 추출 질소량을 변화시킴으로써 질소싸이클의 운전을 다양하게 할 수 있어 BOG의 동적변화에 쉽게 대응할 수 있다. The present invention is a problem of the prior art that may damage the blades of the expansion turbine by liquefying some of the nitrogen when the temperature of the nitrogen is reduced by using the expansion turbine in the BOG reliquefaction apparatus using the conventional reverse braton cycle of nitrogen In the present invention, only a portion of pressurized nitrogen is extracted and expanded using an expansion turbine, and the rest is lowered by lowering the temperature of nitrogen and then lowering the temperature through an expansion valve to lower the temperature of nitrogen without fear of droplet generation. There is an advantage. In addition, it is possible to vary the operation of the nitrogen cycle by changing the amount of extracted nitrogen can easily cope with the dynamic change of the BOG.

BOG, 재액화, 콜드박스, 모듈 BOG, Reliquefaction, Coldbox, Module

Description

BOG 재액화 장치{BOG RELIQUEFACTION APPARATUS}BO 액 reliquefaction unit {BOG RELIQUEFACTION APPARATUS}

도 1은 종래기술에 의한 LNG 재액화 장치의 개략도를 나타낸다.1 shows a schematic diagram of a LNG reliquefaction apparatus according to the prior art.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 LNG 재액화 장치의 개략도를 나타낸다.2 shows a schematic diagram of an LNG reliquefaction apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 LNG 재액화 방법의 흐름도를 나타낸다.3 shows a flowchart of a LNG reliquefaction method according to an embodiment of the present invention.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

10: 저장탱크 11: 안전밸브10: storage tank 11: safety valve

20: 재순환 밸브 30: 온도조절기20: recirculation valve 30: thermostat

40, 41: BOG 압축기 50: BOG 응축기40, 41: BOG compressor 50: BOG condenser

60, 61: 제1, 2 질소 열교환기 70, 71, 72: 질소 압축기60, 61: first and second nitrogen heat exchangers 70, 71, 72: nitrogen compressor

80, 81, 82: 중간냉각기 90: 팽창터빈80, 81, 82: intermediate cooler 90: expansion turbine

91: 팽창밸브 92: BOG 불응축가스 분리기91: expansion valve 92: BOG non-condensing gas separator

93: 밸브 94: 벤츄리 노즐 이용 과열 방지 믹서93: valve 94: overheating mixer using a venturi nozzle

100: 순환펌프 110: 질소 버퍼(buffer) 탱크100: circulation pump 110: nitrogen buffer tank

200: 콜드박스200: coldbox

본 발명은 극저온의 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 칭함)를 운송하는 운반선의 저장탱크나 육상용 저장탱크에서 발생하는 증발가스(BOG, boiled-off gas, 이하 BOG라 칭함)의 재액화 장치에 관한 것이다. The present invention is an evaporation gas (BOG, boiled-off gas, hereinafter referred to as BOG) generated from a storage tank or a land storage tank of a carrier transporting cryogenic liquefied natural gas (LNG, Liquefied Natural Gas, LNG) It relates to a reliquefaction device of.

LNG는 통상적으로 액화상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 예를 들어, LNG가 액화되는 제 1 위치에서 증기화되어 가스 분배 시스템으로 보내지는 제 2 위치로 액화 LNG를 이송하는 데에는 원양 유조선이 사용된다. LNG가 초저온, 즉 상압 -163℃ 근처의 온도에서 액화되므로, LNG운반선의 저장탱크가 외부의 열전달을 받음으로 인하여 저장탱크의 LNG는 지속적으로 기화하는데 저장탱크의 압력이 설정된 안전 압력 이상이 되면 BOG는 안전밸브를 통하여 외부로 배출된다. 배출된 BOG는 재액화하여 다시 저장 탱크로 돌려보내거나 선박의 연료로 사용한다.LNG is typically transported over long distances in a liquefied state. For example, an offshore tanker is used to transfer liquefied LNG to a second location where it is vaporized at the first location where LNG is liquefied and sent to a gas distribution system. Since LNG is liquefied at very low temperatures, that is, around -163 ° C at atmospheric pressure, LNG in storage tanks is continuously vaporized due to external heat transfer from the LNG carriers.When the pressure in the storage tanks exceeds the set safety pressure, BOG Is discharged to the outside through the safety valve. The discharged BOG is liquefied and returned to the storage tank or used as fuel for ships.

종래의 LNG운반선은 스팀터빈 추진방식이므로 BOG를 보일러에서 연소시킴으로서 선박의 추진 연료로 활용되었다. 근래 들어 저장탱크의 단열 기술 발전으로 BOG 발생량이 줄어들면서 스팀터빈 선박의 추진에 필요한 BOG 양의 확보가 어려울 뿐만 아니라 보다 고효율의 디젤엔진에 의한 선박 추진이 선호되고 있다. 이에 따라 BOG의 처리와 저장탱크의 안정성 확보를 위한 새로운 기술이 요구되고 있다. The conventional LNG carrier is a steam turbine propulsion method and was used as a propulsion fuel for ships by burning BOG in a boiler. Recently, as the generation of BOG is reduced due to the insulation technology of storage tanks, it is difficult to secure the amount of BOG required for the propulsion of steam turbine vessels and ship propulsion by more efficient diesel engines is preferred. Accordingly, new technologies are required for the treatment of BOG and securing the stability of storage tanks.

재액화 장치에 있어서, 냉각 사이클은 작동 유체를 복수의 압축기에서 압축하는 단계와, 압축된 작동 유체를 간접 열 교환에 의해 냉각시키는 단계와, 상기 작동유체를 팽창시키는 단계와, 팽창된 작동유체를 압축된 작동유체와의 간접 열 교환에 의해 가열하는 단계, 및 가열된 작동유체를 압축기 중의 하나에 복귀시키는 단계에 의해 수행된다. 압축 단계 이후의 LNG 증기는 가열될 작동 유체와의 간접 열 교환에 의해 적어도 부분적으로 응축된다. 이러한 냉각 방법을 수행하기 위한 장치의 일예가 미국 특허 제 3,857,245 호에 기재되어 있다.In a reliquefaction apparatus, a cooling cycle comprises the steps of compressing a working fluid in a plurality of compressors, cooling the compressed working fluid by indirect heat exchange, expanding the working fluid, and expanding the expanded working fluid. Heating by indirect heat exchange with the compressed working fluid, and returning the heated working fluid to one of the compressors. The LNG vapor after the compression step is at least partially condensed by indirect heat exchange with the working fluid to be heated. One example of an apparatus for performing this cooling method is described in US Pat. No. 3,857,245.

미국 특허 제 3,857,245 호에 따라서, 작동 유체는 LNG 자체로부터 유도되므로 개방 냉각 사이클에 의해 작동된다. 작동유체의 팽창은 밸브에 의해 수행되어 부분 응축된 LNG가 얻어진다. 부분 응축된 LNG는 저장조로 복귀되는 액상 및 연소 버너로 보내질 천연 가스와 혼합되는 기상으로 분리된다. 작동유체는 동일한 열 교환기 내에서 가열 및 냉각되므로 단지 하나의 열 교환기만이 사용된다. 열 교환기는 제 1 스키드-장착 플랫폼 상에 위치되고 작동 유체 압축기는 제 2 스키드-장착 플랫폼 상에 장착된다.According to US Pat. No. 3,857,245, the working fluid is derived from the LNG itself and is therefore operated by an open cooling cycle. Expansion of the working fluid is carried out by a valve to obtain partially condensed LNG. Partially condensed LNG is separated into a gaseous phase mixed with natural gas to be sent to the liquid phase and combustion burners returned to the reservoir. The working fluid is heated and cooled in the same heat exchanger so only one heat exchanger is used. The heat exchanger is located on the first skid-mounted platform and the working fluid compressor is mounted on the second skid-mounted platform.

현재, 작동유체로서 불연성 가스를 사용하는 것이 선호된다. 또한, 외부에서 공급되는 작동 유체의 압축을 감소시키기 위해서는 작동 유체를 팽창시키기 위한 밸브보다도 팽창 터빈이 선호된다.At present, it is preferred to use incombustible gases as working fluids. Furthermore, in order to reduce the compression of the working fluid supplied from the outside, an expansion turbine is preferred over a valve for expanding the working fluid.

상기 두 장점을 개선한 장치의 일예가 WO98/43029 호에 기재되어 있다. 상기 문헌의 장치에는 2개의 열 교환기가 사용되는데, 이중 하나는 압축된 천연 가스 증기를 부분적으로 응축시키면서 열 교환기에서 작동 유체를 가온하는 것이고, 다른 하나는 압축된 작동 유체를 냉각시키는 것이다. 더구나, 작동 유체는 2개의 다른 압축기에서 압축되는데, 하나는 팽창 터빈과 연결된다. 국제 특허 공개공보 제 WO98/43029 호에 개시되어 있지는 않으나, 이러한 통상적인 장치는 보드형 선박에 설치되어 팽창 터빈에 연결된 압축기 및 열교환기가 배의 화물 기계실에 위치하고 다른 압축기는 엔진실 내에 위치한다. WO2005/047761호도 이와 유사한 구조를 가지고 있으며 이 출원은 BOG의 예냉에 특징이 있다. An example of an apparatus which improves these two advantages is described in WO98 / 43029. Two heat exchangers are used in the apparatus of this document, one of which is to warm the working fluid in the heat exchanger while partially condensing the compressed natural gas vapor, and the other is to cool the compressed working fluid. Moreover, the working fluid is compressed in two different compressors, one connected to the expansion turbine. Although not disclosed in WO98 / 43029, such a conventional device is installed in a board-shaped vessel, and a compressor and heat exchanger connected to an expansion turbine are located in the ship's cargo machinery room and the other compressor is located in the engine compartment. WO2005 / 047761 has a similar structure and this application is characterized by the precooling of BOG.

한국특허공개 2001-0088406호 및 2001-0089142호에는 압축된 증기를 재액화시키기 위해 보드형 선박에 사용하기 위한 장치에 관한 것으로서 구성요소들을 사전 조립체로 제작하여 사용하고 있다. 이 재액화 장치를 도시하고 있는 도 1을 참조하여 설명하면, 재액화는 폐쇄 사이클에서 수행되며, 여기서 작동 유체는 적어도 하나의 압축기(122, 124 및 126)에서 압축되고 제 1 열교환기(140)에서 냉각되고 터빈(128)에서 팽창되고 제 2 열 교환기에서 가온되고, 여기서 압축된 증기는 적어도 부분적으로 응축된다. 이 장치는 제 2 열 교환기(140)를 포함하는 제 1 사전 조립체(172), 및 제 1 열 교환기(146), 압축기(122, 124 및 126) 및 팽창 터빈(128)이 위치하는 제 2 사전 조립체(182)를 포함한다. 사전 조립체(172 및 182)는 각각의 플랫폼(170 및 180)에 위치한다.Korean Patent Laid-Open Publication Nos. 2001-0088406 and 2001-0089142 relate to an apparatus for use in a board type vessel for reliquefaction of compressed steam, and the components are manufactured and used in a pre-assembly. Referring to FIG. 1, which shows this reliquefaction apparatus, reliquefaction is performed in a closed cycle, where the working fluid is compressed in at least one compressor 122, 124, and 126 and the first heat exchanger 140. Is cooled in and expanded in turbine 128 and warmed in a second heat exchanger, where the compressed steam is at least partially condensed. The apparatus comprises a first preassembly 172 comprising a second heat exchanger 140, and a second preheater on which the first heat exchanger 146, the compressors 122, 124 and 126, and the expansion turbine 128 are located. Assembly 182. Pre-assemblies 172 and 182 are located in respective platforms 170 and 180.

상기와 같은 재액화 장치는 나름대로 구조의 단순화, 선박에의 장착의 용이성, 열손실의 저감 등의 측면에서 개선이 있어 왔으나, 아직까지 개선의 필요성이 있어왔다.The reliquefaction apparatus as described above has been improved in terms of simplification of structure, ease of mounting on a ship, and reduction of heat loss, but there has been a need for improvement.

특히, 종래의 기술은 BOG 액화를 위한 냉열 발생기구인 질소사이클 장치에서 작동유체인 질소의 역 브레이튼 사이클을 사용하였는데 배의 운전상황에 따른 BOG 처리용량의 변화에 신속히 대처하지 못하는 단점이 있다. 또한 팽창터빈에 의해 질소 온도를 지나치게 낮추면 질소의 액화점에 도달함으로써 발생한 액적이 터빈 블레이드에 손상을 가져오게 된다. 따라서 BOG 변화에 민감하게 대처할 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다. In particular, the conventional technology used a reverse Brayton cycle of nitrogen as a working fluid in a nitrogen cycle apparatus, which is a cold heat generating mechanism for BOG liquefaction, but has a disadvantage in that it cannot quickly cope with a change in the BOG treatment capacity according to the ship operating conditions. In addition, if the nitrogen temperature is lowered too much by the expansion turbine, droplets generated by reaching the liquefaction point of nitrogen may damage the turbine blades. Therefore, new technologies are needed to cope with BOG changes.

본 발명은 상기와 같은 종래기술들을, 구조의 단순화, 선박에의 장착의 용이성, 열손실의 저감 등의 측면에서 개선한 BOG 재액화 장치를 제공한다. 특히, 본 발명은 디젤엔진에 의해 추진되는 LNG운반선에서 운항 중 저장탱크에서 발생하여 안전밸브를 통하여 유출되는 BOG를 재액화한 후 저장탱크로 회수시키는 재액화 시스템에 있어서, 냉열발생기구인 질소 사이클 장치에서 팽창 터빈뿐만 아니라 팽창밸브를 사용함으로써 좀더 낮은 온도까지 질소 온도를 낮춤으로써 여하한 경우에도 저장탱크내의 압력과 온도를 안정적 상태로 확보함과 동시에 LNG 손실을 제거하는 방법 및 장치를 제공한다. The present invention provides a BOG reliquefaction apparatus which improves the above-described prior arts in terms of simplification of structure, ease of mounting on a ship, reduction of heat loss, and the like. In particular, the present invention relates to a nitrogen cycle apparatus which is a cold heat generating mechanism in a reliquefaction system that reliquefies a BOG generated in a storage tank during operation in a LNG carrier driven by a diesel engine and discharged through a safety valve and then recovered into a storage tank. By lowering the nitrogen temperature to a lower temperature by using expansion valves as well as expansion turbines, the present invention provides a method and apparatus for ensuring LNG pressure and temperature loss in a stable state in any case.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, LNG의 저장 탱크에서 발생하는 증발증기(BOG)를 압축하는 BOG 압축기; 상기 BOG 압축기에 의해 압축된 증발 증기를 적어도 부분적으로 응축시키기 위한 BOG 응축기: 상기 BOG 응축기에 냉열을 공급하는 질소 사이클 장치로 구성되어 상기 BOG 응축기에 의하여 재액화된 BOG를 상기 탱크로 돌려보내는 BOG의 재액화 장치에 있어서, 상기 질소 사이클 장치는 질소를 가압 및 냉각하는 질소 가압냉각수단; 상기 질소 가압냉각수단으로부터의 고압 질소가스를 받아 냉각하는 제 1 질소 열교환기; 및 상기 제 1 질소 열교환기로부터 고압 질소가스를 팽창시켜 초저온 저압의 질소가스를 생성하는 제 1 팽창수단으로 구성되고, 상기 제 1 팽창수단에서 팽창한 초저온 저압의 질소 가스는 상기 BOG 응축기에서 냉열을 빼앗긴 후 상기 제 1 질소 열교환기를 거쳐서 상기 질소 가압냉각수단으로 돌아오도록 구성되고, 상기 질소 가압냉각수단으로부터 상기 제 1 질소 열교환기로 유입되는 고압질소가스 중 일부는 제 2 팽창수단에 의하여 팽창되어 저온 저압 질소가스로 냉각된 후, 상기 BOG 응축기로부터의 저압 질소가스와 합해져서 상기 제 1 질소 열교환기로 유입되어 상기 질소 가압냉각수단으로 돌아오는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, BOG compressor for compressing the evaporative vapor (BOG) generated in the storage tank of LNG; A BOG condenser for at least partially condensing the vaporized vapor compressed by the BOG compressor: a BOG condenser configured to supply cold heat to the BOG condenser to return the BOG re-liquefied by the BOG condenser to the tank. A reliquefaction apparatus, the nitrogen cycle apparatus comprising: nitrogen pressurized cooling means for pressurizing and cooling nitrogen; A first nitrogen heat exchanger configured to receive the high pressure nitrogen gas from the nitrogen pressurized cooling means and to cool it; And first expansion means for expanding the high pressure nitrogen gas from the first nitrogen heat exchanger to generate ultra low temperature nitrogen gas, wherein the ultra low temperature nitrogen gas expanded by the first expansion means receives cold heat from the BOG condenser. After being deprived, it is configured to return to the nitrogen pressurized cooling means via the first nitrogen heat exchanger, and a portion of the high pressure nitrogen gas flowing from the nitrogen pressurized cooling means to the first nitrogen heat exchanger is expanded by a second expansion means to form a low temperature low pressure. After cooling with nitrogen gas, the low pressure nitrogen gas from the BOG condenser is combined with the first nitrogen heat exchanger to return to the nitrogen pressure cooling means to provide a BOG reliquefaction apparatus.

이와 같이 상기 가압냉각된 질소 중 일부는 제 2 팽창수단을 통과하면서 온도가 낮아지고 온도가 낮아진 질소는 제 1 질소 열교환기에서 내부 열교환을 이루며 고압의 질소를 팽창밸브 입구에서의 설정온도까지 질소 온도를 낮추는데 기여한다. 이와 같이, 질소의 일부를 팽창터빈을 이용하여 저온의 질소를 얻어 내부열교환기에 넣는 이유는 저압의 질소가 비열이 낮으므로 고압의 질소를 냉각하기에는 부족하므로 질소의 일부를 미리 팽창터빈과 같은 팽창수단을 이용 온도를 낮추고 이를 이용하여 고압의 질소가 팽창밸브와 같은 팽창수단의 입구에서 필요한 온도까지 냉각되는 것을 돕는 이점이 있다. As such, some of the pressure-cooled nitrogen passes through the second expansion means, and the temperature is lowered. The nitrogen is lowered to form internal heat exchange in the first nitrogen heat exchanger. Contribute to lowering. As such, the reason for obtaining a part of nitrogen into the internal heat exchanger by obtaining a low temperature nitrogen by using an expansion turbine is that the low pressure nitrogen is low in specific heat, so it is not enough to cool the high pressure nitrogen. It is advantageous to lower the temperature using and to help cool the high pressure nitrogen to the required temperature at the inlet of the expansion means such as an expansion valve.

상기 질소 가압냉각수단과 상기 제 1 팽창수단 사이에 제 2 질소 열교환기가 더 구비되고 상기 제 2 팽창수단으로 유입되는 고압 질소가스는 상기 제 2 질소 열교환기에서 1차 냉각될 수 있는데 이는 본 발명의 바람직한 실시예로서 도 2 및 도 3에 설명된 바와 같다. 본 발명에서 제 1 및 제 2 질소 열교환기는 질소가스간의 내부열교환의 역할을 수행한다. 즉, 질소 가압냉각수단으로부터의 고압질소가스는 다소 고온인데 이를 팽창수단에 의하여 초저온 저압 가스로 팽창시키기 전에, BOG 응축기에서 냉열을 빼앗겨 다소 온도가 상승하였으나 여전히 상대적으로 저온인 BOG 응축기로부터의 저온 질소가스와 열교환시켜 팽창수단의 입구에서 필요한 온도까지 온도를 낮추는 역할을 수행한다. A second nitrogen heat exchanger is further provided between the nitrogen pressurized cooling means and the first expansion means, and the high pressure nitrogen gas introduced into the second expansion means may be first cooled in the second nitrogen heat exchanger. As an example, as described in FIGS. 2 and 3. In the present invention, the first and second nitrogen heat exchangers serve as internal heat exchange between nitrogen gas. In other words, the high pressure nitrogen gas from the nitrogen pressurized cooling means is somewhat hot, but before expanding it to the cryogenic low pressure gas by the expansion means, the cold heat is deprived from the BOG condenser and the temperature rises slightly, but the cold nitrogen from the relatively low temperature BOG condenser is increased. Heat exchange with the gas serves to lower the temperature to the required temperature at the inlet of the expansion means.

상기 제 1 또는 제 2 질소 팽창수단은 팽창밸브 또는 팽창터빈이 사용될 수 있는데, 제 1 팽창수단은 팽창밸브이고 제 2 팽창수단은 팽창터빈인 것이 바람직하다. 또한, 상기 팽창터빈에는 발전기를 설치하여 상기 발전기로부터 생산된 전력은 BOG 압축기나 질소가스 압축기 등의 동력원으로 이용될 수 있다. An expansion valve or an expansion turbine may be used as the first or second nitrogen expansion means. Preferably, the first expansion means is an expansion valve and the second expansion means is an expansion turbine. In addition, by installing a generator in the expansion turbine, the power generated from the generator can be used as a power source such as a BOG compressor or nitrogen gas compressor.

또한, 상기 BOG 응축기, 제 1 또는 제 2 질소 열교환기, 제 1 및 제 2 팽창수단을 하나의 모듈로 구성하고 이를 단열하면 재액화장치의 열손실 없이 안정적으로 운전될 수 있다. 상기 모듈은 예비조립체로 제조하면 선박에서의 장착이 용이하게 된다.In addition, when the BOG condenser, the first or second nitrogen heat exchanger, and the first and second expansion means are configured in one module and insulated, the BOG condenser, the first and second nitrogen heat exchangers, and the heat insulator may be stably operated without heat loss of the reliquefaction apparatus. If the module is manufactured in a preassembly it is easy to mount on the ship.

또한, BOG 압축기나 BOG 응축기 등에 부하를 줄이고 안정적인 재액화를 위해서, 상기 BOG 압축기의 전단계 또는 후단계에 재액화된 BOG 또는 LNG 탱크로부터의 LNG를 공급(혼합)하여 온도조절을 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 BOG 응축기에서 부분적으로 응축된 BOG는 불응축 가스 분리기에 의해 분리된 후, 불응축 가스는 상기 BOG 압축기에 의해 압축된 BOG에 공급(혼합)하여 상기 BOG 응축기에 공급하는 BOG의 온도를 냉각하도록 하는 것도 가능하다. 이때, 상기 불응축 가스는 벤츄리 형태의 노즐에 의하여 공급되는 것이 바람직하다.In addition, in order to reduce the load on the BOG compressor, the BOG condenser, and the like, and to stably reliquefy, it is preferable to perform temperature control by supplying (mixing) LNG from the reliquefied BOG or LNG tank at the previous stage or the later stage of the BOG compressor. . In addition, after the BOG partially condensed in the BOG condenser is separated by a non-condensing gas separator, the non-condensing gas is supplied (mixed) to the BOG compressed by the BOG compressor to supply the temperature of the BOG to the BOG condenser. It is also possible to allow cooling. In this case, the non-condensable gas is preferably supplied by a venturi-type nozzle.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, LNG의 저장 탱크에서 발생하는 증발증기(BOG)를 압축하는 BOG 압축단계; 상기 압축된 BOG를 응축시키기 위한 냉열을 제공하기 위하여 작동유체인 질소가스를 가압냉각하는 질소가스 가압냉각단계: 상기 가압냉각된 질소가스를 팽창시켜 초저온 질소가스를 생성하는 질소가스 팽창단계; 상기 초저온 질소가스와 열교환하여 상기 압축된 BOG를 적어도 부분적으로 응축시키는 응축단계; 상기 응축에 의하여 재액화된 BOG를 상기 탱크로 돌려보내는 단계로 이루어진 BOG의 재액화 방법에 있어서, 상기 가압냉각된 질소가스의 일부는 상기 팽창과 다른 경로로 팽창되어 저온가스로 되고, 상기 압축된 BOG의 응축으로 온도가 상승된 질소가스와 합해져서 상기 가압냉각된 질소가스의 팽창단계전에 열교환에 의하여 예냉하는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 방법이 제공된다. 이때, 상기 예냉을 위하여 추출되는 가압냉각된 질소가스의 추출양을 조절함으로써 질소싸이클의 운전을 다양하게 할 수 있어 BOG의 동적변화에 쉽게 대응할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the BOG compression step of compressing the evaporative vapor (BOG) generated in the storage tank of LNG; A nitrogen gas pressurized cooling step of pressurizing and cooling a nitrogen gas which is a working fluid to provide cooling heat for condensing the compressed BOG: a nitrogen gas expansion step of expanding the pressurized nitrogen gas to generate cryogenic nitrogen gas; A condensation step of at least partially condensing the compressed BOG by heat exchange with the cryogenic nitrogen gas; In the reliquefaction method of BOG consisting of returning the BOG liquefied by the condensation to the tank, a portion of the pressure-cooled nitrogen gas is expanded to a low temperature gas by a path different from the expansion, the compressed Provided is a method for reliquefying BOG, which is combined with nitrogen gas whose temperature is increased by condensation of BOG and precooled by heat exchange before expansion of the pressurized nitrogen gas. At this time, by adjusting the extraction amount of the pressure-cooled nitrogen gas extracted for the pre-cooling it is possible to vary the operation of the nitrogen cycle can easily cope with the dynamic change of the BOG.

본 발명에 따른 BOG 재액화 장치는 LNG 선박 또는 육상용 LNG 탱크에서 발생하는 BOG 재액화 장치로 사용될 수 있다.The BOG reliquefaction apparatus according to the present invention can be used as a BOG reliquefaction apparatus generated in LNG vessels or onshore LNG tanks.

이하에서는 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과한 것이고, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않는 것은 당연하다.Hereinafter, with reference to the accompanying Figures 2 and 3 will be described in detail the present invention. The following description is only one embodiment of the present invention, it is obvious that the present invention is not limited to this embodiment.

도 2는 본 발명에 따른 LNG BOG 재액화 장치의 구성도이다. 본 장치는 BOG 사이클 장치, 질소 사이클 장치, 그리고 상기 두 장치를 인터페이스하는 냉각박스(cold box) 장치로 구성될 수 있는데 설명의 편의를 위하여 상기 3가지 구성 관점에서 설명한다. 2 is a configuration of the LNG BOG reliquefaction apparatus according to the present invention. The apparatus may be composed of a BOG cycle apparatus, a nitrogen cycle apparatus, and a cold box apparatus for interfacing the two apparatuses, which will be described in terms of the above three configurations for convenience of description.

1) BOG 사이클 장치1) BOG cycle device

기체상태의 천연가스(Natural Gas)는 극저온으로 액화되어 대기압(1.013bar)의 저장탱크(10)에 저장된다. 하지만 LNG 수송 중 지속되는 외부로부터의 열전달로 인하여 BOG가 발생하며 이는 저장탱크(10)의 압력 상승 요인으로 작용한다. 따라서 저장탱크(10)를 대기압 수준으로 일정하게 유지되도록 하기 위하여 저장탱크 압력이 1.03bar에 도달하면 안전밸브(11)가 열리고 BOG는 2단 BOG 압축기(40)(41)에 의해 저장탱크(10) 밖으로 배출되어 재액화 과정을 거치게 된다. 이때, 펌프(P)를 이용하여 BOG를 펌핑할 수도 있다.Natural gas in a gaseous state is liquefied to cryogenic temperatures and stored in a storage tank 10 at atmospheric pressure (1.013 bar). However, BOG is generated due to heat transfer from the outside during LNG transportation, which acts as a pressure increase factor of the storage tank 10. Therefore, when the storage tank pressure reaches 1.03 bar to maintain the storage tank 10 at a constant atmospheric level, the safety valve 11 is opened and the BOG is stored in the storage tank 10 by the two-stage BOG compressors 40 and 41. ) Is discharged outside to undergo reliquefaction. In this case, the pump P may be used to pump the BOG.

상기 배출되는 고온의 BOG는 온도계와 같은 온도센서(12)에 의해 온도가 감지되며 온도조절기(30)를 거쳐 일정온도로 조절된 후 2단 BOG 압축기(40)(41)로 유입된다. 온도조절기(30)를 통과한 BOG는 1.03 bar, -120℃의 과열증기상태로 유지된다. The discharged high-temperature BOG is sensed by a temperature sensor 12, such as a thermometer, is adjusted to a constant temperature via the temperature controller 30 and then flows into the second stage BOG compressor 40, 41. BOG passed through the temperature controller 30 is maintained at 1.03 bar, -120 ℃ superheated steam.

상기 온도조절기(30)의 작동을 설명하면, 저장탱크에서 배출된 고온의 BOG에 재액화 과정을 거쳐서 응축된 BOG, 즉 극저온 LNG를 재순환시켜 혼합하면 온도조절이 가능하며 재순환 양의 제어는 재순환밸브(20)의 개방 정도를 조절하여 수행한다. 또한, 온도조절기(30)에는 재액화된 BOG 뿐만 아니라 LNG 탱크로부터의 LNG를 펌프(미도시)로 공급하는 것도 가능하다. 온도조절은 통상 재액화 장치가 정상상태에 도달할 때까지만 작동하며 이후 재순환밸브(20)는 닫히고 극저온의 LNG는 저장탱크(10)로 유도된다. Referring to the operation of the temperature controller 30, by recirculating the condensed BOG, that is, cryogenic LNG through the reliquefaction process to the hot BOG discharged from the storage tank, the temperature can be adjusted and the control of the recycle amount is a recirculation valve Perform by adjusting the opening degree of (20). In addition, the temperature controller 30 can supply not only re-liquefied BOG but also LNG from an LNG tank to a pump (not shown). Temperature control usually operates only until the reliquefaction apparatus reaches a steady state, after which the recirculation valve 20 is closed and the cryogenic LNG is led to the storage tank 10.

상기 온도조절기를 통과한 BOG는 모터(M)에 의하여 구동되는 2단 BOG 압축기(40)(41)를 거치면 2.5bar, -73℃의 과열증기 상태로 토출된다.BOG passing through the temperature controller is discharged in a superheated steam state of 2.5 bar, -73 ℃ when passing through the two-stage BOG compressor 40, 41 driven by the motor (M).

상기 2단 BOG 압축기(40)(41)에서 토출된 BOG는 BOG 응축기(50)에서 액화된 후 BOG 불응축 가스 분리기(92)에 의해 분리된 불응축 성분과 다시 섞이면서 과열 증기의 온도가 더 낮아지도록 하는 것이 바람직하다. 상기 불응축 가스 분리기(92)는 상기 종래기술부분에서 기재된 종래기술에 일반적으로 공지된 분리기를 사용할 수 있다. 이때 벤츄리 형태의 노즐(94)을 사용하면 BOG의 유속이 빨라지게 되고 이로부터 발생하는 압력강하를 이용하여 BOG 불응축 가스분리기(92)로부터의 불응축가스 성분이 유입되도록 하는 것이 바람직하다. The BOG discharged from the two-stage BOG compressors 40 and 41 is liquefied in the BOG condenser 50 and then remixed with the non-condensed components separated by the BOG non-condensing gas separator 92, thereby lowering the temperature of the superheated steam. It is desirable to lose. The non-condensable gas separator 92 may use a separator generally known in the prior art described in the prior art section. In this case, when the venturi-type nozzle 94 is used, the flow rate of the BOG may be increased, and the non-condensable gas component from the BOG non-condensable gas separator 92 may be introduced using the pressure drop generated therefrom.

상기 이어서 BOG는 BOG 응축기(50)를 통과하면서 2.3bar, -155℃의 과냉 액체 상태로 변한 후 저장탱크(10)로 재유입되거나 또는 온도조절기(30)로 재순환된다. BOG 응축기(50)의 자세한 설명은 하기 콜드박스 장치에서 자세히 설명된다.Subsequently, the BOG is changed into a supercooled liquid state of 2.3 bar and −155 ° C. while passing through the BOG condenser 50 and then reintroduced into the storage tank 10 or recycled to the temperature controller 30. Details of the BOG condenser 50 are described in detail in the coldbox apparatus below.

BOG 응축기(50)를 통해 BOG 전체를 액화시킬 수 있지만 완전 액화가 용이하지 않는 질소 성분 등의 영향으로 70 - 99% 정도가 액화된다. Through the BOG condenser 50, the entire BOG can be liquefied, but 70-99% is liquefied due to the influence of nitrogen, which is not easily liquefied completely.

응축된 BOG는 펌프(P, 100)에 의하여 저장탱크(10)로 재유입된다. 저장탱크(10)로의 BOG의 재유입 방법은 탱크 상부에서 분무헤드를 통하여 살포하거나 탱크 바닥으로 공급하는 방법이 있다. 탱크의 바닥으로 유입되면 응축된 BOG에 포함된 미응축 기체 속에 포함된 질소성분이 LNG 내부에 용해되어 가스상 내의 질소 비율이 낮게 유지된다. 질소는 액화점이 LNG의 주성분인 메탄보다 낮기 때문에 BOG내에 질소 함량이 증가하면 2단 BOG 압축기(40)(41) 또는 BOG 응축기(50)의 부하를 줄일 수 있다.The condensed BOG is re-introduced into the storage tank 10 by the pumps P and 100. The reflowing method of BOG into the storage tank 10 is a method of spraying through the spray head from the top of the tank or feeding the tank to the bottom of the tank. When it enters the bottom of the tank, the nitrogen contained in the uncondensed gas contained in the condensed BOG is dissolved in the LNG to keep the nitrogen ratio in the gas phase low. Since nitrogen has a lower liquefaction point than methane, which is the main component of LNG, increasing the nitrogen content in the BOG can reduce the load of the two-stage BOG compressor 40 or 41 or the BOG condenser 50.

2) 질소사이클 장치2) Nitrogen cycle device

BOG 응축기(50)에서는 작동 유체인 극저온의 질소가스에 의해 BOG의 재액화가 이루어지는데 하기 설명은 BOG 재액화에 필요한 극저온의 질소가스를 얻기 위한 사이클 장치에 관한 것이다. In the BOG condenser 50, BOG reliquefaction is performed by cryogenic nitrogen gas as a working fluid. The following description relates to a cycle apparatus for obtaining cryogenic nitrogen gas required for BOG reliquefaction.

14bar, 35.4℃의 질소 가스는 질소가스의 가압냉각수단인 3단 질소 압축기(70)(71)(72)와 중간냉각기(80)(81)(82)를 통과한 후 압력이 상승되어 58bar, 43℃의 가스로 토출된다. 중간냉각기(80)(81)(82)는 작동유체로 작용하는 질소냉매를 가압단계에서 냉각하는 것으로 본 발명의 종래기술부분에 기재된 종래기술들에도 알려진 종래의 방법을 사용할 수 있는데 해수를 냉매로 사용하여 냉각하는 방법이 바람직하다. Nitrogen gas at 14 bar and 35.4 ° C passes through a three-stage nitrogen compressor (70) (71) (72) and an intermediate cooler (80) (81) (82), which are pressurized cooling means for nitrogen gas, and the pressure is increased to 58 bar, It is discharged with gas at 43 ° C. The intermediate coolers 80, 81 and 82 may use a conventional method known in the prior art described in the prior art portion of the present invention to cool nitrogen refrigerant acting as a working fluid in the pressurization step. The method of cooling using is preferable.

상기 토출된 고압의 질소가스는 콜드박스로 이송된 후 제 2 질소 열교환기(61)에 의하여, 응축기로부터 제 1 질소 열교환기(60)를 거쳐 오는 아직 냉열이 남아 있는 저온부 질소와 내부 열교환을 통하여 -83.5℃로 1차적으로 냉각된다.   The discharged high pressure nitrogen gas is transferred to the cold box and then, by the second nitrogen heat exchanger 61, through the internal heat exchange with the low temperature nitrogen which still has cold heat from the condenser passing through the first nitrogen heat exchanger 60. First cooled to -83.5 ° C.

상기 제 2 질소 열교환기(61)를 통과한 고압 질소가스 중 일부는 팽창터빈(90)을 통과하면서 온도가 낮아지고 온도가 낮아진 저압 질소가스는 상기 제 2 질소 열교환기(61)를 통과한 고압 질소와 제 1 질소 열교환기(60)에서 내부 열교환을 이루며 고압의 질소를 팽창밸브 입구에서의 설정온도까지 질소 온도를 낮추는데 기 여한다. 상기 제 1 질소 열교환기(60)에서 온도가 낮아진 고압의 질소가스는 팽창밸브(91)를 지나면서 최종적으로 약 -163℃의 BOG 액화에 필요한 극저온 가스로 변화한다. 이 초저온 질소가스는 BOG 응축기(50)에서 BOG와 열교환하여 BOG를 액화시키면서 온도가 상승한다. 이와 같이, 질소의 일부를 팽창터빈을 이용하여 저온의 질소를 얻어 내부열교환기에 넣는 이유는 저압의 질소가 비열이 낮으므로 고압의 질소를 냉각하기에는 부족하므로 질소의 일부를 미리 팽창터빈을 이용 온도를 낮추고 이를 이용하여 고압의 질소가 팽창밸브 입구에 필요한 온도까지 냉각되는 것을 돕는다. 이후 잔여 냉열은 제2 질소 열교환기(61)에서 고압의 질소를 냉각하며 온도가 상승하여 14 bar, 35.4℃에 도달함으로써 사이클을 완성한다. 질소버퍼탱크(110)는 BOG 재액화량의 변동, 즉 질소 사이클의 냉각 부하의 변동에 대응하여 질소 사이클의 질량유량 조절 기능을 수행한다. 또한, 질소의 양이 줄어들 경우를 대비하여 보충 작동 유체의 공급원을 추가로 포함할 수도 있다.Some of the high pressure nitrogen gas that has passed through the second nitrogen heat exchanger 61 passes through the expansion turbine 90, and the low pressure nitrogen gas having the low temperature has passed through the second nitrogen heat exchanger 61. Internal heat exchange in nitrogen and the first nitrogen heat exchanger (60) contributes to lowering the nitrogen temperature up to the set temperature at the inlet of the expansion valve. In the first nitrogen heat exchanger (60), the high-pressure nitrogen gas whose temperature is lowered passes through the expansion valve (91) and finally changes to cryogenic gas for BOG liquefaction of about -163 占 폚. The cryogenic nitrogen gas heats the BOG in the BOG condenser 50 to liquefy the BOG and the temperature rises. As such, a part of nitrogen is obtained by using an expansion turbine to obtain low temperature nitrogen into the internal heat exchanger because low pressure nitrogen is low in specific heat and thus insufficient to cool high pressure nitrogen. Use it to help cool the high pressure nitrogen to the required temperature at the expansion valve inlet. After the remaining cold heat to cool the high-pressure nitrogen in the second nitrogen heat exchanger 61 and the temperature rises to reach 14 bar, 35.4 ℃ to complete the cycle. The nitrogen buffer tank 110 performs a function of adjusting the mass flow rate of the nitrogen cycle in response to the variation of the BOG reliquefaction amount, that is, the variation of the cooling load of the nitrogen cycle. It may also further comprise a source of supplemental working fluid in case the amount of nitrogen is reduced.

3) 콜드박스 장치3) Cold Box Device

콜드박스(200)는 재액화를 수행하는 BOG 응축기(50) 과정, 질소 사이클의 고온부와 저온부간 내부 열교환이 이뤄지는 제 1 및 제 2 질소 열교환기(60),(61) 과정, 그리고 극저온 질소가스를 얻는 팽창밸브(91)와 내부 열교환에 필요한 저온의 질소를 얻기 위한 팽창터빈(90)과 이로부터 발전기를 이용한 전력 생산과정으로 구성된다. 상기 과정의 장치들을 콜드박스 모듈(200)에 포함시킴으로써 각 장치 간 연결 파이프를 짧게 할 수 있으며 이는 BOG 재액화에 필요한 극저온 질소를 안정적으로 확보할 수 있게 한다. 즉, 제 2 질소 열교환기(61)와 팽창터빈(90) 입구간의 연결파이프의 길이가 짧아지기 때문에 팽창터빈(90) 입구의 상태나 온도에 민감할 수 있는 팽창터빈의 출구의 극저온 상태가 안정될 수 있다. 또한 팽창밸브 출구와 BOG 응축기(50) 사이, 제 1 질소 열교환기(60)의 출구와 팽창밸브(91) 사이의 연결파이프가 짧아지므로 질소가스 이송에 따른 온도증가의 최소화를 기대할 수 있다. Cold box 200 is a BOG condenser (50) process for performing the re-liquefaction, the first and second nitrogen heat exchanger (60), 61, and the cryogenic nitrogen gas is carried out the internal heat exchange between the hot and cold parts of the nitrogen cycle It consists of an expansion valve 91 to obtain the expansion turbine 90 for obtaining nitrogen at a low temperature required for internal heat exchange and a power production process using a generator therefrom. By including the devices of the above process in the cold box module 200, it is possible to shorten the connection pipe between the devices, which makes it possible to stably secure the cryogenic nitrogen required for BOG reliquefaction. That is, since the length of the connecting pipe between the second nitrogen heat exchanger 61 and the inlet of the expansion turbine is shortened, the cryogenic state of the inlet of the expansion turbine 90 or the outlet of the expansion turbine, which may be sensitive to temperature, is stable. Can be. In addition, since the connection pipe between the expansion valve outlet and the BOG condenser 50, the outlet of the first nitrogen heat exchanger 60 and the expansion valve 91 is shortened it can be expected to minimize the temperature increase due to the nitrogen gas transfer.

또한, 본 발명에서는 BOG 재액화 장치의 구성에서 저온상태의 장치인 BOG 응축기(50), 제 1 및 제 2 질소 열교환기(60, 61), 및 팽창수단(90, 91)을 하나의 콜드박스로 구성하고, 이들을 하나의 모듈로 단열하는 것이 바람직하다. 단열은 일반적으로 알려진 단열재를 사용하여 단열한다. 이와 같은 구성에 의하여 질소가스의 극저온 영역을 안정적 관리로 할 수 있고 질소 열교환기의 간편한 설계 및 제작이 가능하다. 또한 콜드박스는 예비조립체로 제조함으로써 선박에 장착을 용이하게 할 수 있다.In the present invention, in the configuration of the BOG reliquefaction apparatus, the cold box BOG condenser 50, the first and second nitrogen heat exchanger (60, 61), and expansion means (90, 91) in one cold box It is preferable to comprise and to insulate them by one module. Insulation is generally performed using known insulators. By such a configuration, the cryogenic region of nitrogen gas can be stably managed, and the nitrogen heat exchanger can be easily designed and manufactured. In addition, the cold box may be manufactured in a preassembly to facilitate mounting on a ship.

상기와 같이 질소 사이클의 극저온 부위가 안정적으로 관리됨으로 인하여 BOG 사이클에서 BOG 재액화 온도 -155℃, 최대온도 -72.6℃의 작동이 가능하며 BOG 응축기(50)의 입출구 온도차를 통상의 경우보다 낮은 80℃ 이하로 줄일 수 있다. 따라서 예냉(pre-cooling)이 필요 없는 간단한 BOG 응축기의 설계가 가능하다. As described above, since the cryogenic portion of the nitrogen cycle is stably managed, it is possible to operate the BOG reliquefaction temperature -155 ° C and the maximum temperature -72.6 ° C in the BOG cycle and lower the inlet / outlet temperature difference of the BOG condenser 50 to 80 It can be reduced below ℃. This allows the design of a simple BOG condenser without the need for pre-cooling.

또한, 본 발명에서는 팽창터빈에는 발전기(G)를 설치할 수 있고 상기 발전기(G)로부터 생산된 전력은 BOG 압축기(40)(41)나 질소가스 압축기(70)(71)(72)의 동력원으로 이용될 수 있다. In addition, in the present invention, the generator (G) can be installed in the expansion turbine, and the electric power generated from the generator (G) is used as a power source of the BOG compressors (40) (41) or the nitrogen gas compressors (70) (71) (72). Can be used.

본 발명의 구성에 의한 재액화 장치의 작동은 기본적으로는 종래에 공지된 방법과 유사하여 LNG의 저장 탱크에서 발생하는 증발증기(BOG)를 압축하는 단계; 상기 압축된 BOG를 응축시키기 위한 냉열을 제공하기 위하여 작동유체인 질소가스를 가압냉각하고, 상기 가압냉각된 질소가스를 팽창시켜 초저온 질소가스를 생성하는 단계; 상기 초저온 질소가스와 열교환하여 상기 압축된 BOG를 적어도 부분적으로 응축시키는 단계; 상기 응축에 의하여 재액화된 BOG를 상기 탱크로 돌려보내는 단계로 이루어지는데, 다만, 상기 가압냉각된 질소가스 모두를 팽창시키는 것이 아니라 그중에 일부를 추출하여 상기 팽창과 다른 경로로 팽창시켜 저온가스를 생성한 후에, 상기 압축된 BOG의 응축으로 온도가 다소 상승된 질소가스와 합하여 상기 가압냉각된 질소가스의 팽창전에 열교환에 의하여 1차적으로 예냉하는 단계를 포함한다. Operation of the reliquefaction apparatus according to the configuration of the present invention is basically similar to the method known in the prior art by the step of compressing evaporated steam (BOG) generated in the storage tank of LNG; Pressurizing and cooling the nitrogen gas which is a working fluid to provide cooling heat for condensing the compressed BOG, and expanding the pressurized nitrogen gas to generate cryogenic nitrogen gas; Heat exchange with the cryogenic nitrogen gas to at least partially condense the compressed BOG; Returning the BOG liquefied by the condensation to the tank, except that all of the pressurized nitrogen gas is not expanded, but a part thereof is extracted and expanded in a path different from the expansion to generate a low temperature gas. Thereafter, the step of pre-cooling by heat exchange prior to expansion of the pressure-cooled nitrogen gas combined with the nitrogen gas is slightly elevated in temperature by the condensation of the compressed BOG.

이를 첨부된 도 3을 참조하여 살펴보면, 극저온의 LNG 운반선의 저장탱크 내에서 외부 열전달로 인하여 발생하는 BOG 재액화 방법에 있어서, 설정 압력에서 밸브가 열린 후 배출된 BOG가 온도조절기를 거쳐서 2단 BOG 압축기 입구 상태가 일정하게 1.03bar, -120℃로 유지되는 단계(ST 10), 상기 BOG가 2단 BOG 압축기에서 2.5bar, -73℃의 고온 고압의 과열 상태가 되는 단계(ST 20), 기액 분리기에서 분리된 기체가 벤츄리 노즐의 압력차에 의해 흡입되어 온도가 낮아지는 단계(ST 30), 상기 BOG 압축기에서 토출된 BOG가 BOG 응축기에서 2.3bar, -155 ℃의 과냉 액체로 재액화되는 단계(ST 40), 상기 재액화된 BOG 중 함유된 불응축 가스가 분리되는 단계(ST 50), 펌프에 의해 가압되는 단계(ST 60), 상기 가압된 재액화 BOG의 일부가 온도조절밸브를 통해 재순환되는 단계(ST 70), 나머지는 저장탱크로 회수되어 저장되는 단계(ST 80), 14 bar, 35.4 ℃의 질소 가스가 3단 압축기와 중간냉각기를 통과한 후 압력이 상승되어 58 bar, 43℃로 승압되는 단계(ST 90), 상기 고압 질소가 제 2 질소 열교환기에서 저온부 질소와 내부 열교환을 통하여 57.3bar, -83,5 ℃의 저온 상태로 변하는 단계(ST 100), 상기 고압 질소의 일부가 팽창터빈을 지나면서 14.5bar, -140 ℃의 저온, 저압 가스로 변하는 단계 (ST 110), 팽창터빈으로 보내지지 않은 질소가 제 1 질소 열교환기를 통하여 57.5 bar, -137,9 ℃가 되는 단계 (ST 120), 고압의 질소가 팽창밸브를 통과하면서 -163 ℃, 14.6 bar 상태로 되는 단계( ST 130), 저온 저압 질소가 BOG 재액화를 수행한 후 14.4 bar, -138.9 ℃ 상태로 되는 단계(ST 140), 상기 질소가스가 제 1 질소 열교환기를 통과하면서 14.2 bar, -106 ℃의 상태로 변하는 단계(ST 150), 팽창터빈에 의해 온도가 낮아진 질소가 합쳐지고 제 2 질소 열교환기를 통과하면서 14 bar, 35.4 ℃의 고온으로 상태변화를 하는 단계(ST 160)로 구성된다. Referring to FIG. 3, in the BOG reliquefaction method generated by external heat transfer in a storage tank of a cryogenic LNG carrier, the BOG discharged after opening the valve at a set pressure passes through a temperature controller to a two-stage BOG. The compressor inlet state is constantly maintained at 1.03 bar, -120 ° C (ST 10), the BOG is a superheated state of high temperature and high pressure of 2.5 bar, -73 ° C in a two-stage BOG compressor (ST 20), gas liquid The gas separated in the separator is sucked by the pressure difference of the venturi nozzle (ST 30) to lower the temperature (ST 30), the BOG discharged from the BOG compressor is re-liquefied into 2.3bar, -155 ℃ subcooled liquid in the BOG condenser (ST 40), the step of separating the non-condensing gas contained in the re-liquefied BOG (ST 50), the step of pressurized by a pump (ST 60), a portion of the pressurized re-liquefaction BOG through a temperature control valve Recycle step (ST 70), the rest is low Recovering and storing in a tank (ST 80), after the nitrogen gas of 14 bar, 35.4 ° C passes through the three-stage compressor and the intermediate cooler to increase the pressure to 58 bar, 43 ° C (ST 90), the Step of changing the high pressure nitrogen to a low temperature state of 57.3 bar, -83,5 ° C through internal heat exchange with the low temperature nitrogen in the second nitrogen heat exchanger (ST 100), while a portion of the high pressure nitrogen passes through the expansion turbine 14.5 bar,- Changing to low temperature, low pressure gas at 140 ° C. (ST 110), nitrogen not sent to the expansion turbine is 57.5 bar, -137,9 ° C. through the first nitrogen heat exchanger (ST 120), nitrogen at high pressure is expanded Step of passing through the valve to -163 ℃, 14.6 bar state (ST 130), after the low temperature low pressure nitrogen to perform the BOG reliquefaction step to 14.4 bar, -138.9 ℃ state (ST 140), the nitrogen gas is removed 1 step of changing to the state of 14.2 bar, -106 ℃ while passing through a nitrogen heat exchanger (ST 150) Nitrogen, the temperature of which is lowered by the bin, is combined and the state is changed to a high temperature of 14 bar and 35.4 ° C. while passing through the second nitrogen heat exchanger (ST 160).

상기 각 단계에서 압력, 온도 등은 특정의 숫자로 기재하고 있으나 BOG의 양, 제어방법 등에 따라 변경가능한 것은 당연하다.Pressure, temperature, etc. in each of the above steps is described by a specific number, but it is natural that it can be changed according to the amount of BOG, control method and the like.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 기존의 질소의 역브레이튼 싸이클을 이용한 BOG 액화 시스템에서 팽창터빈을 이용하여 질소의 온도를 낮출 경우 질소의 일부가 액화함으로써 팽창터빈의 블레이드를 손상시키는 문제가 발생할 수 있는 종래기술의 문제점을 해결한 것으로서, 본 발명의 BOG 재액화 장치는 가압된 질소의 일부만을 추출하여 팽창터빈을 이용 팽창하고 나머지는 질소의 온도를 더 낮춘 후 팽창밸브를 통하여 온도를 강하시킴으로써 액적 발생의 우려없이 질소의 온도를 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 추출 질소량을 변화시킴으로써 질소싸이클의 운전을 다양하게 할 수 있어 BOG의 동적변화에 쉽게 대응할 수 있다. The present invention having the configuration described above may cause a problem of damaging the blade of the expansion turbine by liquefying part of the nitrogen when the temperature of the nitrogen is lowered by using the expansion turbine in the BOG liquefaction system using the reverse braton cycle of nitrogen. As solving the problems of the prior art, the BOG reliquefaction apparatus of the present invention extracts only a portion of pressurized nitrogen and expands it using an expansion turbine, and lowers the temperature of the nitrogen through the expansion valve and then drops the droplets by lowering the temperature of nitrogen. There is an advantage that can lower the temperature of nitrogen without fear of occurrence. In addition, it is possible to vary the operation of the nitrogen cycle by changing the amount of extracted nitrogen can easily cope with the dynamic change of the BOG.

또한, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 LNG 운반선의 운항 중 저장된 LNG의 손실이 없이 저장탱크의 압력을 안정적으로 관리할 수 있다. 특히, 간단한 콜드박스 모듈의 도입으로 BOG 재액화 장치의 크기를 줄일 수 있으며 질소가스의 극저온 영역을 안정적 관리로 할 수 있고 질소 열교환기의 간편한 설계 및 제작이 가능하다. 구체적으로는 질소 열교환기(60)와 팽창터빈(90) 입구간의 연결파이프가 짧아지기 때문에 팽창터빈(90) 입구의 상태나 온도에 민감한 영향을 받는 팽창터빈의 출구의 극저온 상태가 안정될 수 있다. 또한 팽창터빈 출구와 BOG 응축기 사이의 연결파이프가 짧아지므로 극저온 질소가스 이송시에 발행하는 온도상승을 최소화시킬 수 있으며, BOG 재액화 장치에서 저온부를 구성하는 단위요소들을 콜드박스로 모아 관리함으로써 냉열의 손실도 방지할 수 있다. In addition, the present invention having the configuration as described above can stably manage the pressure of the storage tank without the loss of the stored LNG during operation of the LNG carrier. In particular, the introduction of a simple cold box module can reduce the size of the BOG reliquefaction apparatus, make stable management of the cryogenic region of nitrogen gas, and simplify the design and manufacture of the nitrogen heat exchanger. Specifically, since the connection pipe between the nitrogen heat exchanger 60 and the inlet of the expansion turbine is shortened, the cryogenic state of the inlet of the expansion turbine 90 or the outlet of the expansion turbine which is affected by temperature is stable. . In addition, since the connection pipe between the expansion turbine outlet and the BOG condenser is shortened, it is possible to minimize the temperature rise issued during the cryogenic nitrogen gas transfer, and by collecting and managing the unit elements constituting the low temperature part in the BOG reliquefaction unit in a cold box, Losses can also be prevented.

Claims (13)

LNG의 저장 탱크에서 발생하는 증발증기(BOG)를 압축하는 BOG 압축기; 상기 BOG 압축기에 의해 압축된 증발 증기를 적어도 부분적으로 응축시키기 위한 BOG 응축기: 상기 BOG 응축기에 냉열을 공급하는 질소 사이클 장치로 구성되어 상기 BOG 응축기에 의하여 재액화된 BOG를 상기 탱크로 돌려보내는 BOG의 재액화 장치에 있어서, 상기 질소 사이클 장치는 질소를 가압 및 냉각하는 질소 가압냉각수단; 상기 질소 가압냉각수단으로부터의 고압 질소가스를 받아 냉각하는 제 1 질소 열교환기; 및 상기 제 1 질소 열교환기로부터 고압 질소가스를 팽창시켜 초저온 저압의 질소가스를 생성하는 제 1 팽창수단으로 구성되고, 상기 제 1 팽창수단에서 팽창한 초저온 저압의 질소 가스는 상기 BOG 응축기에서 냉열을 빼앗긴 후 상기 제 1 질소 열교환기를 거쳐서 상기 질소 가압냉각수단으로 돌아오도록 구성되고, 상기 질소 가압냉각수단으로부터 상기 제 1 질소 열교환기로 유입되는 고압질소가스 중 일부는 제 2 팽창수단에 의하여 팽창되어 저온 저압 질소가스로 냉각된 후, 상기 BOG 응축기로부터의 저압 질소가스와 합해져서 상기 제 1 질소 열교환기로 유입되어 상기 질소 가압냉각수단으로 돌아오는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.BOG compressor for compressing evaporated steam (BOG) generated in the storage tank of LNG; A BOG condenser for at least partially condensing the vaporized vapor compressed by the BOG compressor: a BOG condenser configured to supply cold heat to the BOG condenser to return the BOG re-liquefied by the BOG condenser to the tank. A reliquefaction apparatus, the nitrogen cycle apparatus comprising: nitrogen pressurized cooling means for pressurizing and cooling nitrogen; A first nitrogen heat exchanger configured to receive the high pressure nitrogen gas from the nitrogen pressurized cooling means and to cool it; And first expansion means for expanding the high pressure nitrogen gas from the first nitrogen heat exchanger to generate ultra low temperature nitrogen gas, wherein the ultra low temperature nitrogen gas expanded by the first expansion means receives cold heat from the BOG condenser. After being deprived, it is configured to return to the nitrogen pressurized cooling means via the first nitrogen heat exchanger, and a portion of the high pressure nitrogen gas flowing from the nitrogen pressurized cooling means to the first nitrogen heat exchanger is expanded by a second expansion means to form a low temperature low pressure. And after cooling with nitrogen gas, the low pressure nitrogen gas from the BOG condenser is combined with the first nitrogen heat exchanger to return to the nitrogen pressurized cooling means. 청구항 1에 있어서, 상기 질소 가압냉각수단과 상기 제 1 팽창수단 사이에 제 2 질소 열교환기가 더 구비되고 상기 제 2 팽창수단으로 유입되는 고압 질소가스는 상기 제 2 질소 열교환기에서 1차 냉각된 것임을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.The method of claim 1, wherein a second nitrogen heat exchanger is further provided between the nitrogen pressurized cooling means and the first expansion means, and the high pressure nitrogen gas flowing into the second expansion means is primarily cooled in the second nitrogen heat exchanger. BOG reliquefaction apparatus. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 팽창수단은 팽창밸브 또는 팽창터빈인 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.The apparatus of claim 1, wherein the first or second expansion means is an expansion valve or an expansion turbine. 청구항 3에 있어서, 상기 팽창터빈에는 발전기가 설치된 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.The apparatus of claim 3, wherein a generator is installed in the expansion turbine. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 BOG 응축기, 제 1 및 제 2 질소 열교환기, 제 1 및 제 2 팽창수단을 하나의 모듈로 구성하는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.The apparatus for reliquefying BOG according to any one of claims 1 to 4, wherein the BOG condenser, the first and second nitrogen heat exchangers, and the first and second expansion means are configured as one module. 청구항 5에 있어서, 상기 모듈은 단열되는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.The apparatus of claim 5 wherein the module is insulated. 청구항 5에 있어서, 상기 모듈은 예비조립체로 제조되는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.The apparatus of claim 5 wherein the module is made of a preassembly. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 BOG 압축기에 공급되는 BOG에 상기 재액화된 BOG 또는 LNG 탱크로부터의 LNG를 공급하여 상기 BOG 응축기에 공급하는 BOG의 온도를 냉각하도록 하는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.The method according to claim 1, wherein the BOG supplied to the BOG compressor is supplied with LNG from the reliquefied BOG or LNG tank to cool the temperature of the BOG supplied to the BOG condenser. BOG reliquefaction unit. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 BOG 압축기에 의해 압축된 BOG에 상기 재액화된 BOG 또는 LNG 탱크로부터의 LNG를 공급하여 상기 BOG 응축기에 공급하는 BOG의 온도를 냉각하도록 하는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that to supply the LNG from the reliquefied BOG or LNG tank to the BOG compressed by the BOG compressor to cool the temperature of the BOG supplied to the BOG condenser. BOG reliquefaction apparatus. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 BOG 응축기에서 부분적으로 응축된 BOG는 불응축 가스 분리기에 의해 분리된 후, 불응축 가스는 상기 BOG 압축기에 의해 압축된 BOG에 공급하여 상기 BOG 응축기에 공급하는 BOG의 온도를 냉각하도록 하는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.The BOG condenser of claim 1, wherein the partially condensed BOG in the BOG condenser is separated by a non-condensing gas separator, and then the non-condensing gas is supplied to the BOG compressed by the BOG compressor. BOG reliquefaction apparatus, characterized in that for cooling the temperature of the BOG supplied to. 청구항 10에 있어서, 상기 불응축 가스는 벤츄리 형태의 노즐에 의하여 공급되는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 장치.The apparatus of claim 10, wherein the non-condensable gas is supplied by a venturi-type nozzle. LNG의 저장 탱크에서 발생하는 증발증기(BOG)를 압축하는 BOG 압축단계; 상기 압축된 BOG를 응축시키기 위한 냉열을 제공하기 위하여 작동유체인 질소가스를 가압냉각하는 질소가스 가압냉각단계: 상기 가압냉각된 질소가스를 팽창시켜 초저온 질소가스를 생성하는 질소가스 팽창단계; 상기 초저온 질소가스와 열교환하여 상기 압축된 BOG를 적어도 부분적으로 응축시키는 응축단계; 상기 응축에 의하여 재액화된 BOG를 상기 탱크로 돌려보내는 단계로 이루어진 BOG의 재액화 방법에 있 어서, BOG compression step of compressing evaporated steam (BOG) generated in the storage tank of LNG; A nitrogen gas pressurized cooling step of pressurizing and cooling a nitrogen gas which is a working fluid to provide cooling heat for condensing the compressed BOG: a nitrogen gas expansion step of expanding the pressurized nitrogen gas to generate cryogenic nitrogen gas; A condensation step of at least partially condensing the compressed BOG by heat exchange with the cryogenic nitrogen gas; In the reliquefaction method of BOG consisting of returning the BOG liquefied by the condensation to the tank, 상기 가압냉각된 질소가스의 일부는 상기 팽창과 다른 경로로 팽창되어 저온가스로 되고, 상기 압축된 BOG의 응축으로 온도가 상승된 질소가스와 합해져서 상기 가압냉각된 질소가스의 팽창단계전에 질소가스간의 열교환에 의하여 예냉하는 것을 특징으로 하는 BOG의 재액화 방법.A portion of the pressure-cooled nitrogen gas is expanded to a low temperature gas by being expanded in a path different from the expansion, and is combined with the nitrogen gas whose temperature is increased by the condensation of the compressed BOG, and the nitrogen gas before the expansion step of the pressure-cooled nitrogen gas. A method of reliquefaction of BOG, characterized in that precooling by heat exchange between the liver. 청구항 12에 있어서, 상기 예냉을 위하여 추출되는 가압냉각된 질소가스의 추출양은 조절이 가능함을 특징으로 하는 BOG의 재액화 방법. The method of claim 12, wherein the extraction amount of the pressurized nitrogen gas extracted for the pre-cooling can be controlled.
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