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KR101496577B1 - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

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KR101496577B1
KR101496577B1 KR20130131261A KR20130131261A KR101496577B1 KR 101496577 B1 KR101496577 B1 KR 101496577B1 KR 20130131261 A KR20130131261 A KR 20130131261A KR 20130131261 A KR20130131261 A KR 20130131261A KR 101496577 B1 KR101496577 B1 KR 101496577B1
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KR
South Korea
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gas
line
condenser
compressor
Prior art date
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KR20130131261A
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Inventor
백은성
Original Assignee
현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 연결되는 증발가스라인; 상기 증발가스라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 다단으로 가압하는 복수의 증발가스 압축기; 상기 증발가스라인 상에 마련되어, 상기 증발가스 압축기에서 가압된 증발가스를 냉매를 이용하여 열교환시키는 응축기; 상기 응축기를 경유하여 냉매가 순환되도록 마련되는 냉매라인; 상기 냉매라인 상에 마련되어 냉매를 다단으로 가압하는 냉매 압축기; 상기 냉매라인에서 상기 냉매 압축기의 하류와 상기 응축기의 상류 사이에 마련되어, 상기 냉매 압축기에서 가압된 냉매와 상기 응축기에서 공급되는 냉매를 열교환시키는 냉매 열교환기; 상기 냉매라인으로부터 분기되어 합류되되, 상기 응축기의 하류에서 상기 냉매 압축기의 상류까지 연결되며, 상기 냉매 열교환기를 경유하는 우회라인; 및 상기 우회라인에 마련되어 상기 응축기에서 열교환된 냉매를 감압시키는 냉매 감압기를 포함하고, 상기 응축기에서 열교환된 냉매가 상기 우회라인을 경유하여 상기 냉매 열교환기에서 상기 냉매 압축기에서 가압된 냉매와 열교환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 우회라인을 따라 흐르는 냉매가 냉매 감압기에서 감압으로 냉각된 후, 응축기로 공급되기 위해 냉매 열교환기로 공급되는 냉매를 냉각시킴에 따라, 응축기로 공급되는 냉매의 온도가 더 낮아져 응축기에서 열교환되는 증발가스의 온도를 더욱 낮추게 되어 증발가스의 액화효율을 향상시킬 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{A Treatment System of Liquefied Gas}
본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.
이러한 액화가스는 다양한 수요처로 공급되어 사용되는데, 최근에는 액화천연가스를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 개발되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
그러나 엔진 등과 같은 수요처가 요구하는 액화가스의 온도 및 압력 등은, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 액화가스의 온도 및 압력 등을 제어하여 수요처에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 냉매를 이용하여 증발가스의 재액화를 효율적으로 이루도록 하고, 냉매를 냉각시켜 압축부피를 감소시킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 연결되는 증발가스라인; 상기 증발가스라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 다단으로 가압하는 복수의 증발가스 압축기; 상기 증발가스라인 상에 마련되어, 상기 증발가스 압축기에서 가압된 증발가스를 냉매를 이용하여 열교환시키는 응축기; 상기 응축기를 경유하여 냉매가 순환되도록 마련되는 냉매라인; 상기 냉매라인 상에 마련되어 냉매를 다단으로 가압하는 냉매 압축기; 상기 냉매라인에서 상기 냉매 압축기의 하류와 상기 응축기의 상류 사이에 마련되어, 상기 냉매 압축기에서 가압된 냉매와 상기 응축기에서 공급되는 냉매를 열교환시키는 냉매 열교환기; 상기 냉매라인으로부터 분기되어 합류되되, 상기 응축기의 하류에서 상기 냉매 압축기의 상류까지 연결되며, 상기 냉매 열교환기를 경유하는 우회라인; 및 상기 우회라인에 마련되어 상기 응축기에서 열교환된 냉매를 감압시키는 냉매 감압기를 포함하고, 상기 응축기에서 열교환된 냉매가 상기 우회라인을 경유하여 상기 냉매 열교환기에서 상기 냉매 압축기에서 가압된 냉매와 열교환되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 냉매라인 상에서 상기 우회라인이 분기되는 지점의 하류에 마련되어 상기 냉매 압축기에 의해 가압되어 상기 응축기에서 열교환된 냉매를 팽창시키는 팽창기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 냉매라인 상에서 상기 응축기와 상기 냉매 압축기의 사이에 마련되어, 상기 응축기에서 열교환된 냉매와 상기 냉매 압축기에서 가압된 냉매를 열교환시키는 제1 냉매 예냉 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 우회라인에서 상기 냉매 감압기의 하류에 마련되되, 상기 냉매라인에서 상기 냉매 팽창기의 상류에 마련되어, 상기 냉매 감압기에서 감압된 냉매와 상기 냉매 팽창기로 공급되는 냉매를 열교환시키는 제2 냉매 예냉 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 우회라인에서 상기 냉매 열교환기의 하류에 마련되되, 상기 냉매라인에서 상기 냉매 압축기의 전단을 경유하여, 상기 냉매 열교환기에서 열교환된 냉매와 상기 냉매 압축기로 공급되는 냉매를 열교환시키는 보조 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분기라인 상에 마련되어, 상기 응축기에서 열교환된 증발가스를 감압시키는 증발가스 갑압기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분기라인 상에서 상기 증발가스 감압기의 하류에 마련되어, 상기 증발가스 감압기에서 감압된 증발가스에서 플래시 가스를 분리시키는 기액분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기액분리기에서 상기 액화가스 저장탱크까지 연결되어 상기 기액분리기에서 분리되는 액체상태의 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 회수하는 액체 회수라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 우회라인을 따라 흐르는 냉매가 냉매 감압기에서 감압으로 냉각된 후, 응축기로 공급되기 위해 냉매 열교환기로 공급되는 냉매를 냉각시킴에 따라, 응축기로 공급되는 냉매의 온도가 더 낮아져 응축기에서 열교환되는 증발가스의 온도를 더욱 낮추게 되어 증발가스의 액화효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 보조 열교환기에서 열교환으로 냉각된 냉매에 의해 냉매 열교환기로 공급되는 냉매는 더 낮은 온도로 이루어짐에 따라, 응축기로 공급되는 증발가스의 온도를 더 낮출 수 있어 액화효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 냉매 예냉 열교환기는 팽창기에서 압력이 낮아져 냉각된 냉매를 공급받아 응축기로 공급되는 냉매를 열교환으로 냉각시킴으로써, 응축기로 공급되는 증발가스의 온도를 낮추어 액화효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 액화가스 처리 시스템(1)은 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 압축기(50), 재액화장치(60), 증발가스 감압기(90), 기액분리기(100)를 포함한다. 여기서, 액화가스 저장탱크(10)에서 증발가스 압축기(50), 수요처(20)까지 증발가스 공급라인(16)으로 연결될 수 있고, 증발가스 압축기(50), 재액화장치(60), 증발가스 감압기(90), 기액분리기(100)까지 분기라인(17)이 연결될 수 있으며, 증발가스 공급라인(16)과 분기라인(17)은 증발가스라인이라 할 수 있다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
종래의 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 배출되는 증발가스를 증발가스 압축기(50)에서 가압하여 재액화장치(60)나 수요처(20)에 공급함으로써 구동될 수 있다.
이때, 재액화장치(60)로 공급되는 증발가스는 재액화장치(60)에서 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스와 열교환된 후, 증발가스 감압기(90)에서 감압되며, 감압시 증발가스는 냉각효과가 이루어진다.
증발가스 감압기(90)에서 감압된 증발가스는 기액분리기(separator, 100)로 공급되며, 기액분리기(100)에서 액체와 기체로 분리되어 액체는 액체 회수라인(103)을 경융하여 액화가스 저장탱크(10)로 공급되고, 기체는 플래시 가스로서 버려지거나 증발가스 압축기(50)의 상류로 회수될 수 있다. 이와 같은 종래의 액화가스 처리 시스템(1)은, 증발가스의 냉열을 재액화장치(60)의 냉매로 전달하여 활용할 필요가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 압축기(50), 응축기(70), 냉매 압축기(81), 냉매 팽창기(82), 냉매 감압기(83), 냉매 열교환기(85), 제1 냉매 예냉 열교환기(88), 증발가스 감압기(90), 기액분리기(100)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20) 등은 종래의 액화가스 처리 시스템(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함한다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 그리고 단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
또한 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 증발가스 압축기(50)로 공급하여 증발가스를 가압하여 수요처(20)의 연료로 활용함으로써, 증발가스를 효율적으로 이용할 수 있다.
여기서, 액화가스 저장탱크(10)의 하류에는 강제기화기(Forcing vaporizer, 도시하지 않음)가 구비될 수 있으며, 강제기화기는 증발가스의 유량이 부족한 경우 작동되어, 수요처(20)로 공급되는 증발가스의 유량을 증가시킬 수 있다. 즉, 강제기화기는 증발가스 공급라인(16) 상에서 증발가스 압축기(50)의 상류에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10) 내의 액화가스를 기화시켜 증발가스 압축기(50)로 기체 상태의 액화가스를 공급할 수 있다.
게다가, 강제기화기와 증발가스 압축기(50) 사이에는 혼합기(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 혼합기는 증발가스 공급라인(16)상에서 증발가스 압축기(50)의 상류에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스가 유입되고 기액분리기(100)에서 회수되는 플래시 가스가 유입될 수 있다. 이러한, 혼합기는 증발가스와 플래시 가스가 저장되도록 공간을 이루는 압력 탱크의 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 기액분리기(100)에서 혼합기까지 기체 회수라인이 연결되어 플래시 가스가 혼합기에서 증발가스와 혼합되어 증발가스 압축기(50)로 공급될 수 있다.
수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스와 플래시 가스(flash gas)를 통해 구동되어 동력을 발생시킨다. 이때 수요처(20)는 고압엔진으로서, MEGI 엔진일 수 있다.
수요처(20)는 액화가스의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 수요처(20) 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.
물론 본 실시예에서 수요처(20)는 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 수요처(20)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 수요처(20)는 증발가스와 플래시 가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.
수요처(20)는 증발가스 압축기(50)에 의하여 가압된 증발가스, 플래시 가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 수요처(20)에 공급되는 증발가스와 플래시 가스의 상태는, 수요처(20)가 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.
또는 수요처(20)는, 증발가스와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 증발가스 또는 오일이 선택적으로 공급되는 이중연료 엔진일 수 있다. 이중연료 엔진이 이와 같이 증발가스 또는 오일을 선택적으로 공급받는 것은, 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 수요처(20)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
액화가스 저장탱크(10)와 수요처(20) 사이에는 증발가스를 전달하는 증발가스 공급 라인(16)이 설치될 수 있고, 증발가스 공급 라인(16)에는 강제기화기, 혼합기, 증발가스 압축기(50) 등이 구비되어 증발가스가 수요처(20)에 공급되도록 할 수 있다. 이때 증발가스 공급 라인(16)에는 연료 공급 밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 조절될 수 있다.
증발가스 압축기(50)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압한다. 증발가스 압축기(50)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 배출되는 증발가스를 가압하여 응축기(70)나 수요처(20)에 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(50)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(50)는 5개(도면에는 3개를 도시하였으나, 2개의 증발가스 압축기가 분기라인 상에 응축기의 상류 또는 증발가스 공급라인 상에서 수요처의 상류에 마련될 수 있다)가 구비되어 증발가스가 5단 가압되도록 할 수 있다. 일례로, 3단 이하로 가압된 증발가스는 수요처(20)에 공급될 수 있고, 5단 가압된 증발가스는 200bar 내지 400bar로 가압되어, 응축기(70)로 공급될 수 있다.
여기서, 어느 하나의 증발가스 압축기(50) 하류에서 증발가스 공급라인(16)으로부터 분기되는 분기라인(17)이 마련될 수 있으며, 분기라인(17)은 응축기(70)를 경유하여, 기액분리기(100)까지 연결될 수 있다. 이때, 증발가스 공급라인(16)에서 분기라인(17)이 분기되는 지점의 증발가스 공급라인(16) 상에는 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 밸브는 수요처(20)로 공급되는 증발가스의 유량 또는 응축기(70)를 통하여 기액분리기(100)로 공급되는 증발가스의 유량을 제어할 수 있으며, 삼방밸브일 수 있다.
복수의 증발가스 압축기(50) 사이에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(50)에 의하여 증발가스가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예는 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 냉각기는 증발가스 압축기(50)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는 각 증발가스 압축기(50)의 하류에 마련될 수 있다.
증발가스 압축기(50)가 증발가스를 가압함으로써, 증발가스는 압력이 상승하고 끓는점이 상승하여 상대적으로 높은 온도에서도 액화될 수 있는 상태가 될 수 있다. 따라서 본 실시예는 증발가스 압축기(50)로 증발가스의 압력을 높임으로써, 증발가스가 쉽게 액화되도록 할 수 있다.
응축기(70)는 분기라인(17) 상에 마련되되, 기액분리기(100)의 상류에 마련되어, 가압된 증발가스를 냉매를 이용해 열교환한 후 증발가스 갑압기(90)를 경유하여 기액분리기(100)로 공급할 수 있다. 여기서, 냉매는 질소(N2)일 수 있다.
응축기(70)를 경유하는 냉매는 냉매라인(71)을 통해 냉매 압축기(81), 응축기(70), 팽창기(82), 응축기(70), 냉매 압축기(81)를 경유하여 순환될 수 있다. 여기서, 냉매라인(71)은 폐쇄된 순환라인으로 이루어질 수 있으며, 냉매 압축기(81), 응축기(70), 팽창기(82)가 직렬로 마련되어 응축기(70)를 경유하는 증발가스와 열교환되는 냉매가 순환될 수 있다.
이때, 응축기(70)는 3개의 유로를 가지며, 증발가스가 흐르는 유로를 제외한 2개의 유로를 따라 흐르는 냉매가 서로 열교환하도록 할 수 있다. 즉, 냉매 압축기(81)로 유입되는 냉매와 냉매 압축기(81)에서 토출된 냉매는 응축기(70) 내에서 서로 다른 유로를 따라 흐르며 열교환되어, 냉매 압축기(81)에서 토출된 냉매가 냉매 압축기(81)로 유입되는 냉매에 의해 냉각될 수 있다.
냉매 압축기(81)는 냉매라인(71) 상에 복수로 마련되어 냉매를 다단으로 가압할 수 있다. 일례로 냉매 압축기(81)는 3개가 구비되어 냉매가 3단 가압되도록 할 수 있다. 3단 가압된 냉매는 냉매라인(71)을 통해 응축기(70) 및 팽창기(82)에 공급될 수 있다.
그리고 복수의 냉매 압축기(81) 사이에는 냉매 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 냉매 압축기(81)에 의하여 냉매가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예는 냉매 냉각기를 사용하여 냉매의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 냉매 냉각기는 복수의 냉매 압축기(81) 사이에 구비되어 냉매 압축기(81)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 냉매 냉각기는 각 냉매 압축기(81)의 하류에 마련될 수 있다.
본 실시예의 냉매 압축기(81)에서 가압된 냉매는 20bar 내지 45bar의 압력과 40℃의 온도를 가질 수 있으며, 냉매 팽창기(82)로 유입되기 전 냉매는 예를 들어, 40bar의 압력과 -110℃의 온도를 가지므로, 후술되는 냉매 감압기(83)에 의해 감압되어 -160℃으로 냉각될 수 있다.
이와 같이, 냉매 압축기(81)에서 가압된 냉매는 40℃의 온도를 가지므로 증발가스의 재액화 효율을 위해 냉각될 필요가 있어, 후술되는 냉매 열교환기(85)에서 열교환이 이루어진다.
팽창기(82)는 냉매를 팽창시켜 냉매 압축기(81)에서 압력이 상승된 냉매의 압력을 낮춤으로써 냉매의 온도가 낮아지고, 냉각된 냉매가 응축기(70)에 공급됨으로써, 증발가스의 액화효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 냉매라인(71)으로부터 분기되어 합류되는 우회라인(72)이 응축기(70)의 하류에서 냉매 압축기(81)의 상류까지 연결된다. 본 실시예에서는 우회라인(72)이 응축기(70)의 하류와 냉매 팽창기(82)의 사이에서 분기되어, 응축기(70)에서 공급되는 냉매는 우회라인(72)과 냉매 팽창기(82)로 공급될 수 있다. 우회라인(72)과 냉매 팽창기(82)로 공급되는 냉매의 유량은 냉매라인(71) 상에서 우회라인(72)이 분기되는 지점의 밸브에 의해 조절될 수 있으며, 밸브는 삼방밸브일 수 있다.
냉매 감압기(83)는 우회라인(72)에 마련되어 응축기(70)에서 열교환된 냉매를 감압시킨다. 냉매 감압기(83)는 냉매 압축기(81)에서 다단으로 가압되어 응축기(70)로 공급되어 열교환된 냉매를 공급받아 감압시킴으로써, 냉매에 냉각효과를 발생시킨다.
여기서, 냉매는 제1 냉매 예냉 열교환기(88)와 응축기(70)에서 열교환되나, 냉매 압축기(81)에서 가압된 토출압(20bar 내지 40bar)을 유지하고, 냉매 감압기(83)에서 감압되어 -160℃으로 냉각된 상태로 냉매 열교환기(85)로 공급된다.
냉매 열교환기(85)는 냉매라인(71)에서 냉매 압축기(81)의 하류와 응축기(70)의 상류 사이에 마련되어, 냉매 압축기(81)에서 가압된 냉매와 응축기(70)에서 공급되는 냉매를 열교환시킨다. 이때, 냉매 열교환기(85)는 2개의 유로를 가지며, 하나의 유로는 냉매라인(71)으로 이루어지고, 다른 하나의 유로는 우회라인(72)으로 이루어진다. 여기서, 우회라인(72)은 냉매 압축기(81)의 상류까지 연결되되, 냉매 열교환기(85)를 경유하게 된다.
이에 따라, 냉매 열교환기(85)에는 우회라인(72)을 따라 흐르는 냉매가 냉매 감압기(83)에서 냉각된 후 공급되어, 제1 냉매 예냉 열교환기(88)로 공급되는 냉매를 열교환으로 냉각시킨다.
냉매 열교환기(85)에서 열교환된 냉매는 냉매 압축기(81)의 상류로 공급될 수 있는데, 우회라인(72)은 복수의 냉매 압축기(81) 각각의 상류로 합류되거나 복수의 냉매 압축기(81) 중 어느 하나의 냉매 압축기(81)의 상류로 합류될 수 있다.
제1 냉매 예냉 열교환기(88)는 냉매라인(71) 상에서 응축기(70)와 냉매 압축기(81)의 사이에 마련되어, 응축기(70)에서 열교환된 냉매와 냉매 압축기(81)에서 가압된 냉매를 열교환시킬 수 있다.
제1 냉매 예냉 열교환기(88)에 마련되는 2개의 유로 중 하나의 유로는 응축기(70)의 하류와 냉매 압축기(81)의 상류 사이에 이루어지고, 다른 하나의 유로는 냉매 압축기(81)의 하류와 응축기(70)의 상류 사이에 마련된다. 이에 따라, 제1 냉매 예냉 열교환기(88)는 팽창기(82)에서 압력이 낮아져 냉각된 냉매를 공급받아 응축기(70)로 공급되는 냉매를 열교환으로 냉각시킴으로써, 응축기(70)로 공급되는 증발가스의 온도를 낮추어 액화효율을 향상시킬 수 있다.
증발가스 감압기(90)는 분기라인(17) 상에서 응축기(70)의 하류에 마련되어, 증발가스 압축기(50)에서 가압되어 응축기(70)에서 열교환된 증발가스를 감압시킨다. 예를 들어, 증발가스 감압기(90)는 증발가스를 1bar 내지 10bar로 감압할 수 있으며, 증발가스가 액화되어 액화가스 저장탱크(10)로 이송시 1bar까지도 감압될 수 있으며, 감압시 증발가스는 냉각효과가 이루어질 수 있다.
여기서, 증발가스 압축기(50)에서 가압된 증발가스는 응축기(70)에서 냉매와 열교환되어 냉각되나, 압력은 증발가스 압축기(50)에서 토출된 토출압을 유지할 수 있다. 본 실시예는 증발가스 감압기(90)를 이용해 증발가스를 감압시켜서 증발가스가 냉각되도록 하여, 증발가스를 액화시킬 수 있다. 이때 감압되는 압력 범위가 클수록 증발가스의 냉각효과가 증대될 수 있다.
증발가스 감압기(90)는 줄 톰슨 밸브로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 증발가스 감압기(90)는 팽창기로 이루어질 수도 있다. 줄 톰슨 밸브의 경우 감압을 통해 효과적으로 증발가스를 냉각시켜서 적어도 일부의 증발가스가 액화되도록 할 수 있다.
반면 팽창기는 별도의 전력을 이용하지 않고도 구동될 수 있으며, 특히, 발생된 동력을 증발가스 압축기(50)를 구동시키는 전력으로 활용함으로써, 액화가스 처리 시스템(2)의 효율을 향상시킬 수 있다. 동력전달은 예를 들어, 기어연결 또는 전기변환 후 전달 등에 의해 이루어질 수 있다.
기액분리기(100)는 분기라인(17) 상에서 증발가스 감압기(90)의 하류에 마련되어, 증발가스 감압기(90)에서 감압된 증발가스에서 기체를 분리한다. 기액분리기(100)에서 증발가스는 액체와 기체로 분리되어 액체는 액화가스 저장탱크(10)로 공급되고, 기체는 플래시 가스로서 증발가스 압축기(50)의 상류로 회수되거나 버려질 수 있다.
여기서, 기액분리기(100)에 공급되는 증발가스는, 증발가스 감압기(90)에서 감압되어 냉각된 상태일 수 있다. 예를 들어, 증발가스 압축기(50)에서 증발가스는 다단 가압되고, 온도가 상승된 후 응축기(70)로 회수되어 냉매와 열교환되어 증발가스 감압기(90)로 공급된다.
또한, 본 실시예에서는 액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수시키고, 기액분리기(100)에서 발생된 플래시 가스를 버리지 않고 회수시켜, 증발가스와 플래시 가스를 증발가스 압축기(50)를 통해 가압시킨 후 수요처(20)로 공급할 수 있다.
기액분리기(100)에서 증발가스가 액체와 기체로 분리되면, 액화된 증발가스는 액체 회수라인(103)을 통해 액화가스 저장탱크(10)로 회수되는데 액체 회수라인(103)은 기액분리기(100)에서 액화가스 저장탱크(10)까지 연결되고, 플래시 가스는 버려지거나 증발가스 압축기(50)로 회수될 수 있다.
본 실시예는 우회라인(72)을 따라 흐르는 냉매가 냉매 감압기(83)에서 감압으로 냉각된 후, 응축기(70)로 공급되기 위해 냉매 열교환기(85)로 공급되는 냉매를 냉각시킴에 따라, 응축기(70)로 공급되는 냉매의 온도가 더 낮아져 응축기(70)에서 열교환되는 증발가스의 온도를 더욱 낮추게 되어 증발가스의 액화효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다. 앞서 설명한 일 실시예와 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하여 액화가스 처리 시스템(3)을 설명하도록 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 압축기(50), 응축기(70), 냉매 압축기(81), 냉매 팽창기(82), 냉매 감압기(83), 제2 냉매 예냉 열교환기(84), 냉매 열교환기(85), 보조 열교환기(86,87), 제1 냉매 예냉 열교환기(88), 증발가스 감압기(90), 기액분리기(100)를 포함한다. 본 실시예는 일 실시예와 제2 냉매 예냉 열교환기(84)와 보조 열교환기(86,87)만 다르게 구성된다.
제2 냉매 예냉 열교환기(84)는 우회라인(72)에서 냉매 감압기(83)의 하류에 마련되되, 냉매라인(71)에서 냉매 팽창기(82)의 상류에 마련되어, 냉매 감압기(83)에서 감압된 냉매와 냉매 팽창기(82)로 공급되는 냉매를 열교환시킬 수 있다.
여기서, 제2 냉매 예냉 열교환기(84)에서 냉매라인(71)을 따라 흐르는 냉매는 우회라인(72)에서 냉매 감압기(83)에 의해 감압으로 냉각된 냉매와 열교환으로 냉각되어, 냉매 팽창기(82)로 공급되는 냉매가 냉각으로 부피가 감소됨에 따라, 냉매 팽창기(82)의 부하가 감소될 수 있다.
보조 열교환기(86,87)는 우회라인(72)에서 냉매 열교환기(85)의 하류에 마련되되, 냉매라인(71)에서 냉매 압축기(81)의 전단을 경유하여, 냉매 열교환기(85)에서 열교환된 냉매와 냉매 압축기(81)로 공급되는 냉매를 열교환시킬 수 있다.
보조 열교환기(86,87)로 공급되어 열교환되는 냉매는 우회라인(72)을 따라 냉매 감압기(83)에 의해 감압으로 냉각된 상태로 흐르는 냉매로서, 냉매 압축기(81)에서 압축된 냉매를 냉각시킨다. 이에 따라, 보조 열교환기(86,87)에서 열교환으로 냉각된 냉매에 의해 냉매 열교환기(85)로 공급되는 냉매는 더 낮은 온도로 이루어짐에 따라, 응축기(70)로 공급되는 증발가스의 온도를 더 낮출 수 있어 액화효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 본 실시예는 우회라인(72)을 따라 흐르는 냉매가 냉매 감압기(83)에서 감압으로 냉각된 후, 응축기(70)로 공급되기 위해 냉매 열교환기(85)로 공급되는 냉매를 냉각시킴에 따라, 응축기(70)로 공급되는 냉매의 온도가 더 낮아져 응축기(70)에서 열교환되는 증발가스의 온도를 더욱 낮추게 되어 증발가스의 액화효율을 향상시킬 수 있다.
1,2,3: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
16:증발가스 공급라인 17: 분기라인
20: 수요처 50: 증발가스 압축기
60: 재액화장치 70: 응축기
71: 냉매라인 72: 우회라인
81: 냉매 압축기 82: 냉매 팽창기
83: 냉매 감압기 84: 제2 냉매 예냉 열교환기
85: 냉매 열교환기 86,87: 보조 열교환기
88: 제1 냉매 예냉 열교환기 90: 증발가스 감압기
100: 기액분리기 101: 기체 회수라인
103: 액체 회수라인

Claims (8)

  1. 액화가스 저장탱크에 연결되는 증발가스라인;
    상기 증발가스라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 다단으로 가압하는 복수의 증발가스 압축기;
    상기 증발가스라인 상에 마련되어, 상기 증발가스 압축기에서 가압된 증발가스를 냉매를 이용하여 열교환시키는 응축기;
    상기 응축기를 경유하여 냉매가 순환되도록 마련되는 냉매라인;
    상기 냉매라인 상에 마련되어 냉매를 다단으로 가압하는 냉매 압축기;
    상기 냉매라인에서 상기 냉매 압축기의 하류와 상기 응축기의 상류 사이에 마련되어, 상기 냉매 압축기에서 가압된 냉매와 상기 응축기에서 공급되는 냉매를 열교환시키는 냉매 열교환기;
    상기 냉매라인으로부터 분기되어 합류되되, 상기 응축기의 하류에서 상기 냉매 압축기의 상류까지 연결되며, 상기 냉매 열교환기를 경유하는 우회라인; 및
    상기 우회라인에 마련되어 상기 응축기에서 열교환된 냉매를 감압시키는 냉매 감압기를 포함하고,
    상기 응축기에서 열교환된 냉매가 상기 우회라인을 경유하여 상기 냉매 열교환기에서 상기 냉매 압축기에서 가압된 냉매와 열교환되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉매라인 상에서 상기 우회라인이 분기되는 지점의 하류에 마련되어 상기 냉매 압축기에 의해 가압되어 상기 응축기에서 열교환된 냉매를 팽창시키는 팽창기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉매라인 상에서 상기 응축기와 상기 냉매 압축기의 사이에 마련되어, 상기 응축기에서 열교환된 냉매와 상기 냉매 압축기에서 가압된 냉매를 열교환시키는 제1 냉매 예냉 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 우회라인에서 상기 냉매 감압기의 하류에 마련되되, 상기 냉매라인에서 상기 냉매 팽창기의 상류에 마련되어, 상기 냉매 감압기에서 감압된 냉매와 상기 냉매 팽창기로 공급되는 냉매를 열교환시키는 제2 냉매 예냉 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 우회라인에서 상기 냉매 열교환기의 하류에 마련되되, 상기 냉매라인에서 상기 냉매 압축기의 전단을 경유하여, 상기 냉매 열교환기에서 열교환된 냉매와 상기 냉매 압축기로 공급되는 냉매를 열교환시키는 보조 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 증발가스라인 상에 마련되어, 상기 응축기에서 열교환된 증발가스를 감압시키는 증발가스 갑압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 증발가스라인 상에서 상기 증발가스 감압기의 하류에 마련되어, 상기 증발가스 감압기에서 감압된 증발가스에서 플래시 가스를 분리시키는 기액분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기액분리기에서 상기 액화가스 저장탱크까지 연결되어 상기 기액분리기에서 분리되는 액체상태의 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 회수하는 액체 회수라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
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