[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR102189807B1 - 증발가스 처리장치 - Google Patents

증발가스 처리장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102189807B1
KR102189807B1 KR1020160028892A KR20160028892A KR102189807B1 KR 102189807 B1 KR102189807 B1 KR 102189807B1 KR 1020160028892 A KR1020160028892 A KR 1020160028892A KR 20160028892 A KR20160028892 A KR 20160028892A KR 102189807 B1 KR102189807 B1 KR 102189807B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
boil
supply line
line
pressure
Prior art date
Application number
KR1020160028892A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160096564A (ko
Inventor
이원두
윤호병
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020160028892A priority Critical patent/KR102189807B1/ko
Publication of KR20160096564A publication Critical patent/KR20160096564A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102189807B1 publication Critical patent/KR102189807B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/38—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0215—Mixtures of gaseous fuels; Natural gas; Biogas; Mine gas; Landfill gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C6/00—Methods and apparatus for filling vessels not under pressure with liquefied or solidified gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/01—Purifying the fluid
    • F17C2265/015—Purifying the fluid by separating
    • F17C2265/017—Purifying the fluid by separating different phases of a same fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/033—Treating the boil-off by recovery with cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/03—Treating the boil-off
    • F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
    • F17C2265/038—Treating the boil-off by recovery with expanding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/066—Fluid distribution for feeding engines for propulsion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

증발가스 처리장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 의한 증발가스 처리장치는 저장탱크 내 증발가스를 증발가스 소비수단으로 제공하는 증발가스 공급라인과, 증발가스 공급라인에 구비되고 증발가스를 가압하는 압축부와, 증발가스 공급라인으로부터 분기되고 분기되어 흐르는 증발가스를 재액화하는 재액화라인과, 재액화라인에 구비되어 재액화라인으로 유입되는 증발가스를 팽창시키는 재액화 팽창부와, 재액화 팽창부를 통과한 증발가스와 증발가스 공급라인의 압축부 전단의 증발가스를 열교환시키는 열교환부를 포함하고, 재액화 팽창부는 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 흐르는 증발가스의 팽창 정도를 달리할 수 있도록 마련되어, 열교환부에 진입하는 증발가스의 압력을 조절할 수 있도록 마련된다.

Description

증발가스 처리장치{APPARATUS FOR RETREATING BOIL OFF GAS}
본 발명은 증발가스 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하는 증발가스 처리장치에 관한 것이다.
*온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
연료가스 중에서 널리 이용되고 중요한 자원으로 여겨지는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 저장 및 수송의 용이성을 위해 천연가스를 약 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상변화하여 관리 및 운용을 수행하고 있다.
이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화천연가스를 완전히 단열시켜 수용하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화천연가스가 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다.
이러한 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으므로, 증발가스의 발생을 억제하거나 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.
이에 종래에는 저장탱크의 상측에 마련되는 벤트마스트(Vent mast)로 증발가스를 흘려 보내거나, GCU(Gas Combustion Unit)을 이용하여 증발가스를 태워버리는 방안 등이 이용되었다. 그러나 이는 에너지 효율 면에서 바람직하지 못하며, 증발가스를 태우는 과정에서 화재 및 폭발의 위험이 존재하는 문제점이 있었다.
따라서 증발가스를 효율적으로 이용 및 처리하며, 증발가스를 선박의 연료가스로 용이하게 공급할 수 있는 방안이 요구된다.
공개특허공보 제10-2014-0027233호(2014. 03. 06. 공개)
본 발명의 실시예는 증발가스를 효과적으로 재액화할 수 있는 증발가스 처리장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크 내 증발가스를 증발가스 소비수단으로 제공하는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인에 구비되고 상기 증발가스를 가압하는 압축부; 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되고 분기되어 흐르는 증발가스를 재액화하는 재액화라인; 상기 재액화라인과 상기 증발가스 공급라인을 열교환시키는 열교환부; 상기 재액화라인에 구비되어 상기 재액화라인으로 유입되는고 상기 열교환부로 진입하기 전의 증발가스를 팽창시키는 재액화 팽창부; 상기 재액화 팽창부를 통과한 증발가스와 상기 증발가스 공급라인의 압축부 전단의 증발가스를 열교환시키는 열교환부;를 포함하고, 상기 재액화 팽창부는 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 흐르는 증발가스의 팽창 정도를 달리할 수 있도록 마련되어, 상기 열교환부에 진입하는 증발가스의 압력을 조절하도록 마련될 수 있다.
상기 열교환부를 통과한 증발가스를 감압시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통과하여 재액화된 증발가스를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 기액분리기에서 분리된 액체성분의 증발가스를 상기 저장탱크로 공급하는 회수라인 및 상기 기액분리기에서 분리된 기체성분의 증발가스를 상기 저장탱크 또는 상기 압축부 전단의 상기 증발가스 공급라인으로 공급하는 재순환라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화 팽창부는 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 흐르는 증발가스를 50 bar 내지 160 bar로 감압하도록 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 증발가스 처리장치는 열교환부로 진입하는 증발가스를 감압함과 동시에 냉각함으로써, 열교환부에서 냉각되어야 하는 온도 범위를 감소시켜 열교환부의 사이즈를 작게 할 수 있다.
또한, 열교환부에서 열을 주고 받는 두 유체 간의 압력 차이를 작게 함으로써 열교환기를 보다 저렴하게 제작할 수 있다.
또한, 재액화되지 못하여 발생되는 플래쉬 가스의 유량 줄임으로써 열교환부에 흐르는 유체의 유량을 감소시켜 열교환부의 사이즈를 작게 할 수 있다.
또한, 이와 같은 이유로 압축부에 흐르는 유체의 유량을 감소시켜 압축부의 사이즈를 작게 할 수 있다.
또한, 이와 같은 이유로 압축부에서 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.
한편, 위와 같은 효과에도 불구하고 재액화율은 감소하지 않는다.
따라서 보다 컴팩트하고 경제적인 증발가스 처리장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 증발가스 처리장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 증발가스 처리장치를 나타내는 개념도이다.
도 3은 열교환부로 진입하는 증발가스의 압력에 따른 압축부로 진입하는 증발가스의 질량유량 및 압축부에서 소요되는 에너지의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 증발가스 소비수단에서 소요되는 증발가스의 질량유량에 따른 재액화되는 증발가스의 질량유량의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 증발가스 소비수단에서 소요되는 증발가스의 질량유량에 따른 압축부로 진입하는 증발가스의 질량유량의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 증발가스 소비수단에서 소요되는 증발가스의 질량유량에 따른 압축부에서 소요되는 에너지의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 7과 도 8은 열교환부로 진입하는 증발가스의 압력에 따른 플래쉬 가스의 질량유량의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 증발가스 처리장치는 해양구조물에 사용될 수 있다. 해양구조물은 액화가스를 수송하는 액화가스 수송선뿐만 아니라, 액화가스를 연료로 사용하여 추진 또는 발전할 수 있는 다양한 선박을 포함한다. 또한 액화가스를 연료로 사용할 수 있는 것이라면 그 형태를 불문하고 본 발명의 해양구조물에 포함될 수 있다. 일 예로, LNG 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해양 플랜트를 포함한다.
또, 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물은 천연가스(Natural Gas)를 가압 및 냉각하여 부피를 줄인 액화가스를 사용할 수 있다. 천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하며, 그 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane) 등을 포함할 수 있다. 천연가스의 조성은 생산지에 따라 달라질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 증발가스 처리장치(100)를 나타내는 개념도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 의한 증발가스 처리장치(100)는 저장탱크(110)로부터 발생하는 증발가스를 증발가스 소비수단(11, 12)으로 공급하는 증발가스 공급라인(120), 증발가스 공급라인(120)을 통과하는 증발가스의 일부를 재액화시키는 재액화라인(130) 및 저장탱크(110)의 액화가스를 증발가스 소비수단(11, 12)으로 공급하는 액화가스 공급라인(140)을 포함할 수 있다.
이하 실시예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 적용하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화탄화수소가스 등 다양한 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.
증발가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)로부터 발생하는 증발가스를 증발가스 소비수단(11, 12)으로 제공하는 유로이다.
증발가스 공급라인(120)의 일 단은 저장탱크(110)의 내부에 연결되고, 타 단은 후술하는 액화가스 공급라인(140)과 합류하여 증발가스 소비수단(11, 12)에 연결되도록 마련된다. 그리고 증발가스 공급라인(120)은 저장탱크(110) 내부의 증발가스를 공급받을 수 있도록 입구 측 단부가 저장탱크(110) 내부의 상측에 배치될 수 있다.
저장탱크(110)는 액화천연가스 및 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 액화천연가스를 액체 상태로 유지하기 위해 내부압력을 1 bar로 유지하거나 연료공급조건을 고려해 그보다 높은 압력으로 유지할 수 있고, 내부온도를 -163도 이하로 유지할 수 있도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)를 변형시키거나 폭발시키는 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다.
이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 발명의 실시예와 같이 증발가스 공급라인(120)에 의해 증발가스 소비수단(11, 12)에서 소비되거나 재액화라인(130)에 의해 재액화되어 저장탱크(110)로 재공급될 수 있다.
또는, 도면에는 도시하지 않았으나 이와 달리 저장탱크(110)의 상부에 마련되는 벤트마스트(미도시) 또는 GCU(Gas Combustion Unit, 미도시)에 증발가스를 공급함으로써 증발가스를 추가적으로 처리 또는 소모시킬 수도 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 해양구조물은 증발가스를 소모시키는 대신 증발가스를 증발가스 소비수단(11, 12)에 제공하여 효율적으로 이용하는 한편, 잉여 증발가스를 재액화하여 저장탱크(110)로 복귀시킬 수 있다.
도면에는 하나의 저장탱크(110)가 도시되어 있지만, 이는 편의상 나타낸 것에 불과하고, 저장탱크(110)의 개수 및 종류는 다양하게 마련될 수 있다.
증발가스 소비수단(11, 12)은 엔진, 제너레이터, 터빈 등을 포함하며, 증발가스를 원료로 하거나 이를 이용하여 에너지 등을 생산할 수 있다. 증발가스를 원료로 하는 엔진은 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 및/또는 증발가스 등의 연료를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다.
일 예로, 엔진은 저압의 연료(약 5 내지 8 bar)로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진, 중압의 연료가스(약 15 내지 20 bar)로 출력을 발생시킬 수 있는 X-DF 엔진, 고압의 연료가스(약 150 내지 300 bar)로 출력을 발생시킬 수 있는 ME-GI 엔진 등을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 엔진 및 다양한 종류의 엔진이 이용되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 제1실시예에 나타나는 증발가스 소비수단(11, 12)은 고압의 천연가스를 이용하는 제1소비수단(11)과, 중압 또는 저압의 천연가스를 이용하는 제2소비수단(12)을 포함한다. 일 예로, 제1소비수단(11)은 ME-GI 엔진일 수 있으며, 제2소비수단(12)은 DFDE 엔진일 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 증발가스 처리장치(100)는 증발가스 공급(120)에 구비되어 증발가스를 가압 및 냉각하는 압축부(121)를 포함한다. 그리고 압축부(121)는 증발가스 공급라인(120) 상에서 후술하는 재액화라인(130)이 분기되는 지점의 전단에 마련되어 증발가스를 가압할 수 있다. 그러나 필요에 따라서는 재액화라인(130)이 분기되는 지점의 후단에 압축부(121)가 마련되는 것도 가능하다.
압축부(121)는 증발가스를 압축하는 압축기(121a)와 압축 과정 동안에 온도가 상승한 증발가스를 냉각하는 냉각기(121b)를 포함할 수 있다.
이 때, 압축부(121)는 다단으로 마련될 수 있다. 즉, 다단 압축기(121a)와 각각의 압축기(121a) 사이에 마련되는 냉각기(121b)를 포함할 수 있다. 한편, 일부 냉각기(121b)는 생략될 수 있으며, 마지막 압축기(121a) 후단에 냉각기(121b)가 마련되는 것을 포함한다.
도 1에서는 압축부(121)가 3단의 압축기(121a) 및 냉각기(121b)로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예에 불과한 것으로, 증발가스 소비수단(11, 12)이 요구하는 압력 조건 및/또는 온도에 따라 압축부(121)를 구성하는 압축기(121a) 및/또는 냉각기(121b)의 구성은 달라질 수 있다.
한편, 위에서 설명한 것과 같이 제1소비수단(11) 내지 제2소비수단(12)은 각각 요구하는 연료의 조건이 상이할 수 있다. 일 예로, 제1소비수단(11)은 고압 상태의 천연가스를 원료로 하고, 제2소비수단(12)은 저압 상태의 천연가스를 원료로 할 수 있다. 이 때, 다단으로 마련되는 압축부(121)는 증발가스를 가압 및 냉각하여 소비수단(11, 12)이 요구하는 압력 및 온도 상태로 조절할 수 있다.
또한 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 전단에는 후술하는 재액화라인(130)의 열교환부(132)가 설치될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
증발가스 공급라인(120)은 고압 증발가스 공급라인(122)과 저압 증발가스 공급라인(123)을 포함할 수 있다. 고압 증발가스 공급라인(122)은 압축부(121)의 후단에 연결되어 제1소비수단(11)과 연결된다. 고압 증발가스 공급라인(122)을 통해 제1소비수단(11)으로 제공되는 증발가스는 다단 압축기(121a)를 구비하는 압축부(121)를 통과하면서 고압으로 압축이 완료된 상태이기 때문에 고압 천연가스를 원료로 하는 제1소비수단(11)이 요구하는 상태의 증발가스를 제공할 수 있다.
그리고 저압 증발가스 공급라인(123)은 압축부(121)의 중간에서 분기되어 제2소비수단(12)과 연결된다. 저압 증발가스 공급라인(123)을 통해 제2소비수단(12)으로 제공되는 증발가스는 압축기(121a)의 일부만을 통과한 상태이기 때문에 제2소비수단(12)이 요구하는 저압 상태에서 분기될 수 있다.
한편, 저압 증발가스 공급라인(123)이 분기되는 지점은 도면과 달리 마련될 수 있다. 즉, 제2소비수단(12)이 필요로 하는 증발가스의 압력 및 온도 조건에 따라 저압 증발가스 공급라인(123)은 다단으로 마련되는 압축부(121)의 중간의 일 지점에서 분기될 수 있다.
한편, 고압 증발가스 공급라인(122)은 제1개폐밸브(122a)를 포함하고, 저압 증발가스 공급라인(123)은 제2개폐밸브(123a)를 포함할 수 있다. 제1개폐밸브(122a)는 제1소비수단(11)을 가동하는 때에 개방되도록 고압 증발가스 공급라인(122)의 개폐를 조절할 수 있다. 그리고 제2개폐밸브(123a)는 제2소비수단(12)을 가동하는 때에 개방되도록 저압 증발가스 공급라인(123)의 개폐를 조절할 수 있다.
재액화라인(130)은 증발가스 공급라인(120)에서 분기된 고압의 증발가스를 팽창시키는 재액화 팽창부(131), 재액화 팽창부(131)를 통과한 증발가스를 열교환 및 냉각시키는 열교환부(132), 열교환부(132)를 통과하여 재액화된 증발가스를 수용하는 기액분리기(134), 기액분리기(134)에서 분리된 액체성분의 증발가스를 저장탱크(110)로 재공급하는 회수라인(135) 및 기액분리기(134)에서 분리된 기체성분의 증발가스를 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 공급하는 재순환라인(136)을 구비할 수 있다.
재액화라인(130)은 제1소비수단(11) 및 제2소비수단(12)에서 소비되지 못하고 남은 잉여 증발가스를 재액화시킨 후에 저장탱크(110)로 복귀시킬 수 있다. 즉, 증발가스는 재액화라인(130)을 지나면서 감압 및 냉각되어 액화가스로 상변화된 후 저장탱크(110)로 복귀할 수 있다.
재액화라인(130)은 증발가스 공급라인(120)으로부터 분기될 수 있다. 일 예로, 압축부(121) 후단과 제1개폐밸브(122a) 사이에서 분기될 수 있다.
재액화라인(130)과 증발가스 공급라인(120)이 분기되는 지점에는 삼방밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 삼방밸브는 제1소비수단(11) 또는 재액화라인(130)으로 공급되는 증발가스의 공급량을 조절할 수 있다. 삼방밸브는 작업자가 수동으로 개폐여부 및 개폐정도를 조절하거나, 제어부(미도시)에 의해 그 작동이 자동적으로 구현될 수도 있다.
한편, 도면과 달리 재액화라인(130)은 압축부(121)의 도중으로부터 분기될 수도 있다. 또는, 재액화라인(130)은 압축부(121)의 후단으로부터 분기되는 제1 재액화라인(미도시)과 압축부(121)의 도중으로부터 분기되는 제2 재액화라인(미도시)을 모두 포함할 수도 있다. 한편, 제1 재액화라인과 제2 재액화라인은 각각 저장탱크(110)로 유입되거나 하나의 유로로 합류한 후에 저장탱크(110)로 유입될 수 있다. 후자의 경우에 제1 재액화라인과 제2 재액화라인을 지나는 증발가스의 압력이 서로 다르기 때문에, 두 재액화라인이 합류하기 전에 각각의 재액화라인을 지나는 증발가스의 압력을 동일하게 조절할 수 있는 압력 조절수단(미도시)이 더 마련될 수 있다.
재액화 팽창부(131)는 압축부(121)에서 고압으로 압축된 증발가스를 팽창시킴으로써 감압할 수 있다. 도면에는 재액화 팽창부(131)의 일 예로 팽창밸브를 도시하였지만, 재액화 팽창부(131)는 증발가스를 감압할 수 있는 다양한 장치로 마련될 수 있다.
열교환부(132)는 재액화 팽창부(131)를 통과하여 감압된 증발가스와 증발가스 공급라인(120)을 통과하는 압축부(121) 전단의 증발가스를 서로 열교환하도록 마련될 수 있다. 재액화 팽창부(131)를 통과한 증발가스는 압축부(121)를 지나면서 가압되어 온도가 상승하므로, 증발가스 공급라인(120)의 압축부(121)를 통과하기 전의 저온의 증발가스와 서로 열교환함으로써 재액화라인(130)을 통과하는 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
이와 같이 별도의 냉각장치 없이, 재액화 팽창부(131)를 통과하여 감압된 증발가스를 증발가스 공급라인(120)을 통과하는 증발가스와 열교환하여 냉각시킬 수 있으므로, 불필요한 전원의 낭비를 방지하고 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.
한편, 열교환부(132)는 재액화라인(130)을 통과하는 증발가스를 증발가스 공급라인(120)의 증발가스와 열교환 시키는 대신, 재액화라인(130)을 통과하는 증발가스를 별도의 냉각장치를 이용하여 냉각할 수도 있다. 일 예로, 액화질소를 이용하는 냉각장치를 이용하여 재액화라인(130)을 통과하는 증발가스를 냉각할 수 있다.
한편, 열교환부(132)는 재액화라인(130)을 통과하는 증발가스를 냉각하기 위해 증발가스 공급라인(120)의 증발가스와 열교환시키는 것에 더하여 별도의 냉각장치를 더 이용할 수도 있다.
재액화라인(130)을 따라 흐르는 증발가스는 재액화 팽창부(131)와 열교환부(132)를 통과하면서 재액화될 수 있다. 이 때, 증발가스의 재액화는 전량이 재액화되는 것과 일부만이 재액화되는 것을 포함한다.
증발가스는 온도가 떨어지면서 재액화되고, 재액화된 증발가스는 감압 과정에서 일부 기화가 발생한다. 저장탱크(110)에 주입하기 위해서는 증발가스를 감압하여야 하는데, 증발가스를 액화한 후에 감압하는 경우 액화된 증발가스가 기화되는 양이 증가할 수 있다. 따라서, 적절한 온도 및 압력 조건에 맞추어 감압과 냉각을 모두 실시하는 것이 바람직하다.
재액화라인(130)을 따라 흐르는 증발가스는 재액화 팽창부(131)를 지나면서 감압되는 동시에 열교환부(132)를 지나면서 냉각되기 때문에 재액화가 발생하게 된다.
기액분리기(134)는 재액화 팽창부(131)와 열교환부(132)를 통과하면서 부분 재액화된 증발가스를 수용하여 재액화된 증발가스의 액체성분과 기체성분을 분리한다. 가압된 증발가스가 감압 및 냉각되면서 대부분의 증발가스의 재액화가 이루어지나, 이 과정에서 플래쉬 가스(Flash Gas)가 발생함으로써 재액화된 증발가스의 기체성분이 발생할 수 있기 때문이다.
기액분리기(134)에 의해 분리된 재액화된 증발가스의 액체성분은 후술하는 회수라인(135)에 의해 저장탱크(110)로 재공급하고, 분리된 재액화된 증발가스의 기체성분은 후술하는 재순환라인(136)에 의해 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 재공급하도록 마련될 수 있다.
회수라인(135)은 기액분리기(134)에 의해 분리된 증발가스의 액체성분을 저장탱크(110)로 재공급하도록 기액분리기(134)와 저장탱크(110)를 연결할 수 있다. 회수라인(135)은 그 입구 측 단부가 기액분리기(134)의 하측에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110) 내부에 연결되어 마련될 수 있다. 회수라인(135)에는 저장탱크(110)로 회수되는 재액화된 증발가스의 공급량을 조절하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있다.
재순환라인(136)은 기액분리기(134)에 의해 분리된 재액화된 증발가스의 기체성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 재공급하도록 기액분리기(134)와 저장탱크(110) 또는 기액분리기(134)와 증발가스 공급라인(120)을 연결하도록 마련될 수 있다. 도면에서는 재순환라인(136)이 기액분리기(134) 내부의 기체성분이 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 전단으로 재공급하는 것으로 도시되어 있으나, 이 외에도 재순환라인(136)은 기액분리기(134) 내부의 기체성분을 기액분리기(134)로부터 저장탱크(110)로 재공급하거나, 증발가스 공급라인(120) 및 저장탱크(110)로 함께 재공급하는 경우를 포함한다.
액화가스 공급라인(140)은 저장탱크(110)에 수용 또는 저장된 액화천연가스를 엔진, 제너레이터, 및/또는 터빈 등에 공급하도록 마련될 수 있다.
도면에는 액화가스 공급라인(140)이 액화천연가스를 증발가스 소비수단(11, 12)으로 공급하는 것을 도시하였다. 다만, 이는 일 예를 나타낸 것으로, 액화가스 공급라인(140)은 증발가스 소비수단(11, 12)과 별도의 장치에 액화천연가스를 공급하도록 마련될 수 있다.
이하에서는 액화가스 공급라인(140)이 제1소비수단(11)과 제2소비수단(12)에 각각 연결되는 것을 예로 들어 설명하도록 한다. 이 때, 제1소비수단(11)과 제2소비수단(12)은 엔진을 예로 들어 설명하도록 한다.
액화가스 공급라인(140)은 그 일 단이 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 타 단은 후술하는 증발가스 공급라인(120)과 합류하여 엔진(11, 12)에 연결되도록 마련될 수 있다. 액화가스 공급라인(140)의 입구 측 단부는 저장탱크(110) 내부의 하측에 배치될 수 있으며, 액화천연가스를 엔진(11, 12) 측으로 공급하기 위한 송출펌프(141)가 마련될 수 있다.
전술한 바와 같이 엔진(11, 12)이 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제1엔진(11) 및 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2엔진(12)으로 이루어지는 경우에는 액화가스 공급라인(140)은 각 엔진(11, 12)의 연료가스 요구조건에 맞추어 액화천연가스를 처리할 수 있도록 제2액화가스 공급라인(140b) 및 제1액화가스 공급라인(140a)을 포함하여 마련될 수 있다.
제1액화가스 공급라인(140a)은 송출펌프(141)에 의해 송출된 액화천연가스를 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제1엔진(11)으로 공급할 수 있다. 이를 위해 제1액화가스 공급라인(140a)에는 액화천연가스를 압축하는 가압펌프(142)가 마련될 수 있다. 가압펌프(142)는 제1엔진(11)이 요구하는 연료가스의 압력조건에 맞추어 액화천연가스를 압축할 수 있으며, 일 예로 제1엔진(11)이 ME-GI 엔진으로 이루어지는 경우에는 가압펌프(142)는 액화천연가스를 약 250-300 bar의 압력조건으로 압축시켜 공급할 수 있다. 가압펌프(142)에 의해 압축된 액화천연가스는 기화기(143)를 통과하며 강제 기화된 후, 증발가스 공급라인(120)과 합류하여 제1엔진(11)에 연료가스로서 공급될 수 있다.
한편 가압펌프(142)의 유지 보수가 요구되거나 가압펌프(142)에 부하가 가중되어 전원을 차단해야 하는 경우에, 가압펌프(142)의 전원을 일시에 차단하게 되면 압축된 액화천연가스가 가압펌프(142) 또는 기타 구성에 영향을 미쳐 가압펌프(142)의 고장 또는 안전사고 등이 발생할 우려가 있다. 또한 가압펌프(142)의 유지 보수가 요구되거나 가압펌프(142)가 부하가 가중되어 전원을 차단해야 하나, 엔진의 지속적인 작동이 요구되는 경우가 있을 수 있다.
이를 위해 제1액화가스 공급라인(140a)에는 바이패스라인(140c)이 마련될 수 있다. 바이패스라인(140c)의 입구 측 단부는 제1액화가스 공급라인(140a) 상의 가압펌프(142) 전단에 연결되고, 출구 측 단부는 제1액화가스 공급라인(140a) 상의 가압펌프(142) 후단에 연결되되, 별도의 가압펌프(142)를 추가적으로 구비하여, 가압펌프(142)가 병렬로 연결되도록 마련될 수 있다.
별도의 가압펌프(142)을 구비하는 바이패스라인(140c)에 의해 복수개의 가압펌프(142)가 제1액화가스 공급라인(140a) 상에 병렬로 마련되므로, 전술한 상황에서도 가압펌프(142) 및 기타 구성의 고장이나 안전사고의 발생을 방지할 수 있으며, 엔진의 장시간 지속적인 운행을 구현할 수 있다.
제2액화가스 공급라인(140b)은 송출펌프(141)에 의해 송출된 액화천연가스를 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2엔진(12)으로 공급할 수 있다. 송출펌프(141)가 액화천연가스를 송출하는 과정에서 액화천연가스는 저압(약 3 bar 내지 5 bar)으로 압축되므로, 제2엔진(12)이 DFDE 엔진으로 이루어지는 경우에는 별도의 가압펌프 없이, 기화기(144)가 송출펌프(141)에 의해 송출된 액화천연가스를 강제 기화시켜 제2엔진(12)이 요구하는 연료조건에 맞추어 연료가스를 공급할 수 있다.
기화기(144) 후단에는 기액분리기(145)가 마련될 수 있다. 제2엔진(12)이 DFDE 엔진으로 이루어지는 경우에는 연료가스가 기체상태로 공급되어야 정상적인 출력을 발생시킬 수 있으며 엔진의 고장을 방지할 수 있다. 따라서 기화기(144)를 통과한 액화천연가스를 기액분리기(145)로 공급하고, 기액분리기(145)에서 기체상태의 연료가스만을 제2엔진(12)으로 공급함으로써, 증발가스 처리장치(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 의한 증발가스 처리장치(100)은 증발가스를 효과적으로 처리 및 관리할 수 있으며, 증발가스의 효율적인 이용을 도모하여 에너지 효율이 향상되는 효과를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 증발가스 처리장치(101)를 나타내는 개념도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 의한 증발가스 처리장치(101)는 재액화라인(130) 상에 마련되고, 열교환부(132)를 통과한 증발가스를 감압시키는 팽창밸브(133)를 더 포함할 수 있다. 한편, 도 1에 도시된 것과 동일한 도면부호는 제1실시예에 따른 증발가스 처리장치(100)와 동일한 구성을 나타내므로 중복되는 설명을 생략하도록 한다.
팽창밸브(133)는 열교환부(132)의 후단에 마련될 수 있다. 팽창밸브(133)는 재액화 팽창부(131) 및 열교환부(132)를 통과한 증발가스를 감압함으로써 추가적으로 냉각 및 팽창시켜 재액화 효율을 향상시킬 수 있다. 일 예로, 팽창밸브(133)는 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)를 사용할 수 있다. 줄-톰슨 밸브는 줄-톰슨 효과, 즉 일의 생산이나 열의 전달이 없는 상태에서 유체를 팽창시키면 온도가 저하되는 현상을 이용한 밸브를 의미한다. 따라서 열교환부(132)를 통과하면서 냉각된 증발가스는 팽창밸브(133)를 통과하면서 단열 팽창 및 냉각되며, 이 때 전체 또는 일부 증발가스의 재액화가 일어날 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 8을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 증발가스 처리장치(100, 101)의 효율성에 대하여 설명하도록 한다.
도 3은 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb: Pressure before BOG)에 따른 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc: Mass flow to Compressor) 및 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec: Energy for Compressor)의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 3을 참고하면, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)에 따라 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)과 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)가 변하게 된다. 이 때, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 최적 압력(Pb1)인 경우에 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)과 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)가 최소로 된다. 즉, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 최적 압력(Pb1) 보다 작은 경우에 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)과 압축부에서 소요되는 에너지(Ec)가 커지고, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 최적 압력(Pb1) 보다 큰 경우에 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)과 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)가 커지게 된다.
따라서 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)을 최적 압력(Pb1)으로 조절하여 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)을 감소시킴으로써 압축기(121a)와 냉각기(121b)의 크기를 줄이고 설비 단가를 낮출 수 있다. 따라서 보다 컴팩트하고 경제적인 증발가스 처리장치를 제작할 수 있다.
또한, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)을 최적 압력(Pb1)으로 조절하여 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)를 낮춤으로써 증발가스 처리장치의 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 압축부(121) 후단의 압력을 동일하게 유지하면서도 증발가스를 압축하는 데 사용되는 에너지를 낮출 수 있다.
다음으로 도 4 내지 도 6을 참고하여 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)을 감압함으로 인한 효과에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 증발가스 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf: Mass flow of Fuel Consumption)에 따른 재액화되는 증발가스의 질량유량(Mr: Mass flow of Re-Liquified BOG)의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참고하면, 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)에 따라 재액화되는 증발가스의 질량유량(Mr)이 변하게 된다. 이 때, 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)과 재액화되는 증발가스의 질량유량(Mr)은 반비례 관계에 있다. 즉, 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)이 증가할 수록 재액화되는 증발가스의 질량유량(Mr)은 감소한다.
한편, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)은 재액화 팽창부(131)를 거치면서 감압되는데, 재액화 팽창부(131) 전단의 압력을 Pb1이라 하고, 재액화 팽창부(131) 후단의 압력을 Pb2라 할 때, Pb1 > Pb2의 관계가 성립한다.
다시 도 4를 참고하면, 재액화 팽창부(131)에서 증발가스가 감압되는 것과 상관없이 재액화되는 증발가스의 질량유량(Mr)이 일정한 것을 알 수 있다. 즉, 재액화 팽창부(131)를 통해 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)을 낮추는 것은 재액화율을 낮추지 않는다.
도 5는 증발가스 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)에 따른 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참고하면, 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)에 따라 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)이 변하게 된다. 이 때, 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)과 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)은 반비례 관계에 있다. 즉, 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)이 증가할 수록 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)은 감소한다.
다시 도 5를 참고하면, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 P1에서 P2로 감압되면서 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)이 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 재액화 팽창부(131)를 이용하여 증발가스의 압력(Pb)을 감압하여 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)을 감소시킴으로써 압축기(121a)와 냉각기(121b)의 크기를 줄이고 설비 단가를 낮출 수 있다. 따라서 보다 컴팩트하고 경제적인 증발가스 처리장치를 제작할 수 있다.
도 6은 증발가스 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)에 따른 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참고하면, 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)에 따라 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)가 변하게 된다. 이 때, 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)과 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)는 반비례 관계에 있다. 즉, 소비수단(11, 12)에서 소요되는 증발가스의 질량유량(Mf)이 증가할 수록 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)는 감소한다.
다시 도 6을 참고하면, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 P1에서 P2로 감압되면서 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)가 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 재액화 팽창부(131)를 이용하여 증발가스의 압력(Pb)을 감압하여 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)를 낮춤으로써 증발가스 처리장치의 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 압축부(121) 후단의 압력을 동일하게 유지하면서도 증발가스를 압축하는 데 사용되는 에너지를 낮출 수 있다.
도 7과 도 8은 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)에 따른 플래쉬 가스의 질량유량(Mg: Mass flow of Flash Gas)의 상관관계를 나타내는 그래프이다. 도 7의 그래프는 증발가스에 포함된 N2의 성분함량이 a mole%인 경우를 나타내고, 도 8의 그래프는 증발가스에 포함된 N2의 성분함량이 b mole%인 경우를 나타낸다. 이 때, a < b의 관계가 성립한다.
플래쉬 가스의 질량유량(Mg)이 감소하면, 압축부(121)로 진입하는 증발가스의 질량유량(Mc)이 감소한다. 따라서 압축부(121)의 사이즈를 줄일 수 있고, 압축부(121)에서 소요되는 에너지(Ec)를 낮출 수 있다.
플래쉬 가스의 질량유량(Mg)은 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)에 따라 달라진다. 이 때, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 최적 압력(Pb1)인 경우에 발생되는 플래쉬 가스의 질량유량(Mg)이 최소로 된다. 즉, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 최적 압력(Pb1) 보다 작은 경우에 발생되는 플래쉬 가스의 질량유량(Mg)이 증가하고, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 최적 압력(Pb1) 보다 큰 경우에도 발생되는 플래쉬 가스의 질량유량(Mg)이 증가하게 된다.
따라서 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)을 최적 압력(Pb1)으로 조절하여 발생되는 플래쉬 가스의 질량유량(Mg)을 감소시킬 수 있다.
플래쉬 가스의 발생량은 압력뿐만 아니라 온도와 관계가 있다. 즉, 압력이 떨어지면서 액화가스가 기화하여 플래쉬 가스가 형성되고, 온도가 올라가면서 액화가스가 기화하여 플래쉬 가스가 형성된다.
만일 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 최적 압력(Pb1) 보다 작아진다면, 감압에 의한 플래쉬 가스의 발생량은 감소하지만, 반대로 열교환부(132)에서의 온도 하강 정도가 줄어들게 되어 전체적인 플래쉬 가스의 발생량이 증가하게 된다. 열교환부(132)의 온도 하강은 감압 과정과 동시에 일어나기 때문에 감압 정도가 작은 경우 온도의 하강 정도도 감소하게 되기 때문이다.
반대로, 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 최적 압력(Pb1) 보다 커진다면, 감압 정도가 충분하기 때문에 온도가 많이 하강하게 되나, 오히려 감압 과정에서 발생하는 플래쉬 가스가 증가하여 전체적인 플래쉬 가스의 발생량은 증가하게 된다.
한편, 도 7과 도 8을 비교하면 N2의 성분함량이 달라짐에 따라 플래쉬 가스의 질량유량(Mg)를 최소로 하는 최적 압력(Pb1)이 달라지는 것을 알 수 있다. 즉, N2의 성분함량이 커지면서(a < b) 최적 압력(Pb1)도 커지게 된다.
증발가스의 N2 성분함량은 저장탱크(110)에 저장된 액화천연가스의 저장량과 관계된다. 저장탱크(110)에 저장된 액화천연가스의 저장량이 큰 만선 항해의 경우에는 N2의 성분함량이 크다.
그러나 시간이 지남에 따라 계속적으로 증발가스가 발생하고 증발가스 소비수단(11, 12)에서 소비하는 증발가스 또는 액화천연가스의 소비량도 증가하여, 저장탱크(110)에 저장된 액화천연가스의 저장량이 감소하게 된다. 이러한 공선 항해의 경우에는 N2의 성분함량이 작아지게 된다.
한편, N2의 성분함량은 증발가스가 발생하는 초반에는 급격히 감소하지만, 어느 정도 증발가스가 발생한 후에는 완만한 기울기로 감소한다. N2의 성분함량은 일반적으로 0 mole%에서 10 mole% 사이이다. 이러한 N2의 성분함량에 따라 재액화 팽창부(131) 전단의 압력(약 300 bar)을 최소 50 bar에서 최대 160 bar 사이의 값으로 조절한다.
일 예로, N2의 성분함량이 10 mole%인 경우에 최적 압력(Pb1)은 140 bar 내지 160 bar 정도이다. 따라서 재액화 팽창부(131) 전단의 압력(약 300 bar)을 약 150 bar 정도로 조절한다. 또한, N2의 성분함량이 0 mole%인 경우에 최적 압력(Pb1)은 50 bar 내지 70bar 정도이다. 따라서 재액화 팽창부(131) 전단의 압력(약 300 bar)을 약 60 bar 정도로 조절한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 저장탱크(110)에 저장된 액화천연가스의 저장량이 변하면서 플래쉬 가스의 발생량을 최소로 할 수 있는 최적 압력(Pb1)이 변동한다. 따라서 변동하는 최적 압력(Pb1)에 맞도록 재액화 팽창부(131)에서 감압되는 정도를 조절할 필요가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 증발가스 처리장치(100, 101)는 압축부(121)에 진입하는 증발가스의 유량을 측정할 수 있도록 증발가스 공급라인(120)에 설치되는 센서(141)와, 저장탱크(110)에서 발생하여 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 유량을 측정할 수 있도록 증발가스 공급라인(120)에 설치되는 센서(142)와, 기액분리기(134)에서 발생하여 증발가스 공급라인(120)으로 합류하는 플래쉬 가스의 유량을 측정할 수 있도록 재순환라인(136)에 설치되는 센서(143)를 포함할 수 있다. 센서들(141, 142, 143)의 위치는 도면과 달라질 수 있다.
한편, 플래쉬 가스의 유량은 재순환라인(136)에 설치되는 센서(143)뿐 만 아니라, 증발가스 공급라인(120)에 설치되는 센서들(141, 142)을 이용하여 측정할 수 있다. 센서들(141, 142, 143) 중 어느 하나의 측정량이 증가하는 경우 플래쉬 가스의 발생량이 증가한 것으로 판단할 수 있다.
재액화 팽창부(131)는 감압 정도를 조절할 수 있도록 마련될 수 있다. 즉, 동일한 압력의 증발가스가 유입되는 경우에 재액화 팽창부(131)를 통해 열교환부(132)로 유입되는 증발가스의 압력을 달리 할 수 있다. 따라서, 재액화 팽창부(131)를 통과한 증발가스의 압력을 조절하여 플래쉬 가스의 유량을 조절할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 재액화 팽창부(131)의 감압 정도를 증가했을 때 센서들(141, 142, 143) 중 어느 하나의 유량이 증가한다면 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 최적 압력(Pb1)으로부터 멀어지는 방향으로 변한 것으로 판단하여 재액화 팽창부(131)의 감압 정도를 감소시킨다. 반대로, 재액화 팽창부(131)의 감압 정도를 증가했을 때 센서들(141, 142, 143) 중 어느 하나의 유량이 감소한다면 열교환부(132)로 진입하는 증발가스의 압력(Pb)이 최적 압력(Pb1)으로 가까워지는 방향으로 변한 것으로 판단하여 재액화 팽창부(131)의 감압 정도를 계속하여 증가시킨다.
이와 같은 제어방법은 재액화 팽창부(131)의 감압 정도를 감소했을 때에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 증발가스 처리장치, 110: 저장탱크,
120: 증발가스 공급라인, 121: 압축부,
130: 재액화라인, 131: 재액화 팽창부,
132: 열교환부, 133: 팽창밸브,
134: 기액분리기, 135: 회수라인,
136: 재순환라인, 140: 액화가스 공급라인,
141: 송출펌프, 142: 가압펌프,
143: 기화기.

Claims (4)

  1. 저장탱크 내 증발가스를 증발가스 소비수단으로 제공하는 증발가스 공급라인;
    상기 증발가스 공급라인에 구비되고 상기 증발가스를 가압하는 압축부;
    상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되고 분기되어 흐르는 증발가스를 재액화하는 재액화라인;
    상기 재액화라인에 구비되어 상기 재액화라인으로 유입되는 증발가스를 팽창시키는 재액화 팽창부; 및
    상기 재액화 팽창부를 통과한 증발가스와 상기 증발가스 공급라인의 압축부 전단의 증발가스를 열교환시키는 열교환부;를 포함하고,
    상기 재액화 팽창부는 증발가스의 냉각 및 감압 시 발생되는 플래쉬 가스의 유량에 따라 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 흐르는 증발가스의 팽창 정도를 달리할 수 있도록 마련되어, 상기 열교환부에 진입하는 증발가스의 압력을 조절할 수 있는 증발가스 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부를 통과한 증발가스를 감압시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통과하여 재액화된 증발가스를 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기를 더 포함하는 증발가스 처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 재액화라인은 상기 기액분리기에서 분리된 액체성분의 증발가스를 상기 저장탱크로 공급하는 회수라인 및 상기 기액분리기에서 분리된 기체성분의 증발가스를 상기 저장탱크 또는 상기 압축부 전단의 상기 증발가스 공급라인으로 공급하는 재순환라인을 더 포함하는 증발가스 처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재액화 팽창부는 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 흐르는 증발가스를 50 bar 내지 160 bar로 감압하도록 마련되는 증발가스 처리장치.
KR1020160028892A 2016-03-10 2016-03-10 증발가스 처리장치 KR102189807B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160028892A KR102189807B1 (ko) 2016-03-10 2016-03-10 증발가스 처리장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160028892A KR102189807B1 (ko) 2016-03-10 2016-03-10 증발가스 처리장치

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150017239A Division KR101617020B1 (ko) 2015-02-04 2015-02-04 증발가스 처리장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160096564A KR20160096564A (ko) 2016-08-16
KR102189807B1 true KR102189807B1 (ko) 2020-12-14

Family

ID=56854516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160028892A KR102189807B1 (ko) 2016-03-10 2016-03-10 증발가스 처리장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102189807B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102364831B1 (ko) * 2016-10-17 2022-02-17 한국조선해양 주식회사 가스 처리 시스템 및 선박
KR102648123B1 (ko) * 2016-11-15 2024-03-15 주식회사 케이조선 Bog 처리 장치를 갖는 연료가스 공급 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009112478A1 (de) * 2008-03-10 2009-09-17 Burckhardt Compression Ag Vorrichtung und verfahren zum bereitstellen von erdgasbrennstoff
KR101521570B1 (ko) 2014-12-05 2015-05-19 대우조선해양 주식회사 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103620202A (zh) * 2011-03-11 2014-03-05 大宇造船海洋株式会社 将燃料供应到具有再液化装置和高压天然气喷射式发动机的海事结构的系统
EP2702311B1 (en) 2011-04-19 2021-06-09 Babcock IP Management (Number One) Limited Method of cooling boil off gas and an apparatus therefor
KR102186045B1 (ko) * 2014-12-29 2020-12-04 삼성중공업 주식회사 증발가스 처리장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009112478A1 (de) * 2008-03-10 2009-09-17 Burckhardt Compression Ag Vorrichtung und verfahren zum bereitstellen von erdgasbrennstoff
KR101521570B1 (ko) 2014-12-05 2015-05-19 대우조선해양 주식회사 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160096564A (ko) 2016-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5349617B2 (ja) 再液化機能を有する電気推進ｌｎｇ運搬船の蒸発ガス処理装置
KR102268426B1 (ko) 증발가스 재액화 시스템 및 선박
JP6843099B2 (ja) 船舶の蒸発ガス処理装置および処理方法
KR20170041406A (ko) 연료가스 공급시스템
KR20150101619A (ko) 선박의 연료가스 공급시스템
KR102189807B1 (ko) 증발가스 처리장치
KR102548332B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR20170001277A (ko) 연료가스 공급시스템
KR101722369B1 (ko) 연료가스 공급시스템
KR102150153B1 (ko) 가스 처리 시스템 및 선박
KR102516615B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR102370608B1 (ko) 증발가스 처리 시스템의 제어 시스템
KR102173909B1 (ko) 연료공급시스템
KR101617020B1 (ko) 증발가스 처리장치
KR102539435B1 (ko) 액화가스추진 선박의 연료공급시스템 및 방법
KR102150152B1 (ko) 가스 처리 시스템 및 선박
KR20220031150A (ko) 액화가스 운반선의 연료공급시스템 및 방법
KR102548334B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR20170001269A (ko) 연료가스 공급시스템
KR102548335B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR20200075199A (ko) 선박의 연료공급시스템 및 방법
KR102211433B1 (ko) 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR20200050480A (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR102596632B1 (ko) 선박의 연료가스 관리시스템
KR102538934B1 (ko) 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant