KR102079267B1 - Method of controlling a pumping device connected to a thermally insulative barrier of a liquefied gas storage tank - Google Patents

Method of controlling a pumping device connected to a thermally insulative barrier of a liquefied gas storage tank Download PDF

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Abstract

본 발명은 밀폐 단열 탱크(2)와 연계된 펌핑 장치를 제어하는 방법으로, 상기 탱크(2)는 액체 상과 증기 상을 갖는 액화 가스(8)를 포함하고 상기 액화 가스(8)와 접촉하는 밀폐 멤브레인(7) 및 상기 밀폐 멤브레인(7)과 지지 구조(4) 사이에 배치된 단열 장벽(6)을 포함하는 다층 구조를 갖고, 상기 단열 장벽(6)은 고체 물질과 기체 상을 포함하고, 상기 펌핑 장치는 상기 기체 상을 음의 상대압력(negative relative pressure)에 두기 위해 상기 단열 장벽(6)에 연결된 진공 펌프(16)를 포함하고, 상기 방법은 단열 장벽(6)의 기체 상의 압력(P1) 측정치와 설정점 압력(P1)에 따라 진공 펌프(16)를 제어하고, 상기 방법은 또한,
-상기 액화 가스(8)의 액체 상의 온도(T)를 측정하는 단계; 및
-Pc1 = f1(T) 관계를 통해 설정정 압력(Pc1)을 결정하는 단계를 더 포함하고, f1 은 증가하는 단조 함수(monotonous function)이다.The invention relates to a method of controlling a pumping device associated with an enclosed adiabatic tank (2) in which the tank (2) comprises a liquefied gas (8) having a liquid phase and a vapor phase and in contact with the liquefied gas (8). Has a multilayer structure comprising a sealing membrane 7 and an insulating barrier 6 disposed between the sealing membrane 7 and the support structure 4, the insulating barrier 6 comprising a solid material and a gas phase; The pumping device comprises a vacuum pump 16 connected to the adiabatic barrier 6 for placing the gas phase at a negative relative pressure, the method comprising a pressure on the gas phase of the adiabatic barrier 6. (P 1 ) controls the vacuum pump 16 in accordance with the measured value and the setpoint pressure P 1 , the method further comprising:
Measuring the temperature T of the liquid phase of the liquefied gas 8; And
Determining a set pressure P c1 via the relationship -P c1 = f 1 (T), where f 1 is an increasing monotonous function.

Description

액화 가스 저장 탱크의 단열 장벽에 연결된 펌핑 장치 작동 방법{METHOD OF CONTROLLING A PUMPING DEVICE CONNECTED TO A THERMALLY INSULATIVE BARRIER OF A LIQUEFIED GAS STORAGE TANK}METHOD OF CONTROLLING A PUMPING DEVICE CONNECTED TO A THERMALLY INSULATIVE BARRIER OF A LIQUEFIED GAS STORAGE TANK}

본 발명은 액화 가스를 저장하기 위한 밀폐 단열 멤브레인 탱크 분야에 관한 것이다.The present invention relates to the field of sealed adiabatic membrane tanks for storing liquefied gas.

밀폐 단열 멤브레인 탱크는 특히, 액화 천연 가스 (LNG)의 저장에 사용된다.Closed insulating membrane tanks are used, in particular, for the storage of liquefied natural gas (LNG).

다층 구조로 된 벽들을 구비한 밀폐 단열 멤브레인 탱크는 종래의 알려진 기술이다. 이러한 다층 구조는, 탱크의 외부에서 내부 방향으로, 지지 구조에 대해 지지되는 절연 요소들을 포함하는 2차 단열 장벽, 2차 단열 장벽에 대해 지지되는 2차 밀폐 멤브레인, 2차 밀폐 멤브레인에 대해 지지되는 절연 요소들을 포함하는 1차 단열 장벽, 그리고 탱크에 포함된 액화 가스와 접촉하고 1차 단열 장벽에 대해 지지되는 1차 밀폐 멤브레인을 포함한다.Closed insulating membrane tanks with walls of multilayer construction are known in the art. This multi-layered structure is supported against the secondary hermetic barrier, the secondary hermetic membrane supported against the secondary insulation barrier, the secondary hermetic membrane, including the insulating elements supported against the support structure, from the outside of the tank to the inner direction. A primary insulating barrier comprising insulating elements, and a primary hermetic membrane in contact with the liquefied gas contained in the tank and supported against the primary insulating barrier.

이러한 유형의 멤브레인 탱크들은, 멤브레인들 각각의 반대측들 사이의 압력 차, 특히 1차 밀폐 멤브레인의 반대측들 사이의 압력 차에 민감하다. 실제로, 탱크의 내부에 비해 증가된 1차 단열 장벽의 압력은, 1차 밀폐 멤브레인이 떼어지기 쉽게 만든다. 따라서, 1차 밀폐 장벽의 완전한 상태를 보장하기 위해, 1차 단열 장벽 내부의 압력이 탱크 내부의 압력보다 낮게 유지함으로써, 1차 밀폐 멤브레인들의 반대측들 사이의 압력 차가 1차 밀폐 멤브레인들을 2차 단열 장벽에 대해 가압하고 2차 절연 장벽으로부터 떼어지지 않도록 하는 것이 바람직하다.Membrane tanks of this type are sensitive to the pressure difference between the opposite sides of each of the membranes, in particular the pressure difference between the opposite sides of the primary hermetic membrane. Indeed, the pressure of the primary insulating barrier increased relative to the interior of the tank makes the primary hermetic membrane easy to peel off. Thus, to ensure the integrity of the primary hermetic barrier, the pressure inside the primary insulation barrier is kept lower than the pressure inside the tank, so that the pressure difference between the opposite sides of the primary hermetic membranes causes the secondary insulation membranes to It is desirable to press against the barrier and not to separate it from the secondary insulating barrier.

본 발명의 기본 아이디어는 탱크의 적어도 하나의 밀폐 멤브레인의 효과적인 보호가 가능한, 액체 가스 냉각 장치 제어 방법을 제공하는 것이다.The basic idea of the present invention is to provide a method for controlling a liquid gas cooling device, which enables effective protection of at least one hermetic membrane of a tank.

일 실시 예에 따르면, 본 발명은 액화 가스 저장을 위한 설비와 연계된 액화 가스 냉각 장치를 제어하기 위한 방법으로, 상기 설비는,According to one embodiment, the present invention is a method for controlling a liquefied gas cooling device associated with a facility for liquefied gas storage, the facility,

-액화 가스를 액체 상 및 증기 상의 2상 형태로 포함하기 위한 밀폐 단열 탱크;A closed insulated tank for containing the liquefied gas in the form of a liquid phase and a vapor phase in two phases;

-단열 장벽 내 기체 상의 압력(P1)을 측정하도록 마련된 압력 센서; 및A pressure sensor arranged to measure the pressure P 1 on the gas in the thermal barrier; And

-상기 단열 장벽에 연결되고 상기 단열 장벽의 기체 상을 음의 상대압력에 두도록 마련된 진공 펌프, 및 상기 단열 장벽의 기체 상의 압력(P1)을 설정점 압력(Pc1)에 종속시키도록 상기 진공 펌프를 제어하도록 마련된 제어 모듈을 포함하는 펌핑 장치; A vacuum pump connected to the adiabatic barrier and arranged to place the gas phase of the adiabatic barrier at a negative relative pressure, and the vacuum to subordinate the pressure P 1 of the gaseous phase of the adiabatic barrier to a set point pressure P c1 . A pumping device comprising a control module arranged to control the pump;

-상기 탱크는 상기 액화 가스와 접촉하는 밀폐 멤브레인, 및 상기 밀폐 멤브레인과 지지 구조 사이에 배치된 단열 장벽을 포함하는 다층 구조를 갖는 벽들을 포함하고, 상기 단열 장벽은 고체 물질들과 기체 상을 포함하고, The tank comprises walls having a multilayer structure comprising a hermetic membrane in contact with the liquefied gas, and a thermal barrier disposed between the hermetic membrane and the support structure, wherein the thermal barrier comprises solid materials and a gas phase. and,

-상기 냉각 장치는 상기 액화 가스가 상기 탱크에 저장된 압력에서 상기 액화 가스의 액체-증기 평형 온도 미만으로 상기 액화 가스의 일부의 온도를 낮추도록 마련되고, 상기 액화 가스 냉각 장치를 제어하는 방법은,The cooling device is arranged to lower the temperature of the portion of the liquefied gas below the liquid-vapor equilibrium temperature of the liquefied gas at a pressure stored in the tank, the method of controlling the liquefied gas cooling device,

-등식 Tmin = f3(Pc1)을 통해 상기 액화 가스의 최소 온도 한계(Tmin)를 결정하는 단계; 및Equation T min = determining a minimum temperature limit T min of the liquefied gas via f 3 (P c1 ); And

-상기 액화 가스의 온도가 최소 온도 한계(Tmin) 미만으로 낮아지지 않도록 상기 최소 온도 한계(Tmin)에 따라 상기 냉각 장치를 제어하는 단계를 포함하고, 함수(f3)는 증가하는 단조 함수이다.- a monotonic function including a step of controlling the cooling apparatus in accordance with the minimum temperature threshold (T min) so that the temperature of the liquefied gas not drop below a minimum temperature threshold (T min), and the increase is a function (f 3) to be.

또 다른 유리한 실시 예들에 따르면, 앞서 설명한 유형의 방법은 하나 이상의 다음과 같은 특징들을 포함할 수 있다:According to still other advantageous embodiments, the method of the type described above may comprise one or more of the following features:

-상기 함수(f3)는 액화 가스 또는 5% 보다 큰 몰 비율로 존재하는 상기 액화 가스를 구성하는 성분들 중 최저 증발 온도를 갖는 상기 액화 가스의 성분의 온도-압력 도표에서 액체-증기 평형 곡선을 나타내는 함수이다.The function f 3 is the liquid-vapor equilibrium curve in the temperature-pressure plot of the liquefied gas or the component of the liquefied gas having the lowest evaporation temperature among the components constituting the liquefied gas present in a molar ratio greater than 5%. Is a function representing.

-다시 말해, 다시 말해, 최소 온도 한계(Tmin)는, 상기 탱크에 포함된 액화 가스의 액체 상의 온도가, 상기 화물이 갑작스럽게 이동할 경우, 상기 단열 장벽 내 감소된 압력보다 큰 상기 탱크의 내부 공간 내 압력의 감소를 일으킬 만큼 충분히 낮은 온도에 도달하지 못하도록, 상기 설정점 압력(Pc1)에서 상기 액화 가스 또는 상기 액화 가스의 다수 성분의 액체-증기 평형 온도에 해당하도록 결정된다.In other words, the minimum temperature limit (T min ) means that the temperature of the liquid phase of the liquefied gas contained in the tank is greater than the reduced pressure in the thermal barrier when the cargo moves abruptly. It is determined to correspond to the liquid-vapor equilibrium temperature of the liquefied gas or multiple components of the liquefied gas at the setpoint pressure P c1 such that it does not reach a temperature low enough to cause a decrease in pressure in space.

본 발명, 그리고 본 발명의 기타 목적, 세부 사항, 특징 및 이점은, 첨부된 도면을 참조로 비한정적 도시의 목적으로 본 발명의 특정 실시 예들을 설명하는 과정에서 보다 명백해질 것이다.
도 1은 제1 실시 예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 도시한 것이다.
도 2는 제2 실시 예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 도시한 것이다.
도 3은 제3 실시 예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 도시한 것이다.
도 4는 제4 실시 예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 도시한 것이다.
도 5는 메탄 액체-증기 평형 도표이다.
도 6은 탱크가 마련된 메탄 탱커 선박 및 그러한 탱크를 선적/하역하기 위한 터미널을 내부가 드러나도록 도시한 것이다.The invention, and other objects, details, features and advantages of the invention will become more apparent in the course of describing particular embodiments of the invention for purposes of non-limiting illustration with reference to the accompanying drawings.
1 illustrates a liquefied gas storage and cooling system according to a first embodiment.
2 illustrates a liquefied gas storage and cooling system according to a second embodiment.
3 illustrates a liquefied gas storage and cooling system according to a third embodiment.
4 illustrates a liquefied gas storage and cooling system according to a fourth embodiment.
5 is a methane liquid-vapor equilibrium diagram.
FIG. 6 shows a methane tanker ship with a tank provided and the terminal for loading / unloading such a tank exposed inside.

본 발명의 설명 및 청구 범위에서 "기체"는 총칭적인 용어로, 단일 본체로 구성된 기체 또는 복수의 성분들로 이루어진 기체 혼합물을 지칭하는데 호환적으로 사용 가능하다. 따라서, 액화 가스는 낮은 온도에서는 액체 상으로 존재하고 보통의 온도 및 압력 조건에서는 증기 상으로 존재할 화학 본체 또는 화학 본체들의 혼합물을 가리킨다. In the description and claims of the present invention "gas" is a generic term and can be used interchangeably to refer to a gas consisting of a single body or to a gas mixture consisting of a plurality of components. Thus, liquefied gas refers to a chemical body or mixture of chemical bodies that is in the liquid phase at low temperatures and in the vapor phase at normal temperature and pressure conditions.

도 1에서는, 제1 실시 예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비(1)를 도시하고 있다. 이러한 유형의 설비(1)는, 메탄 탱커 선박 또는 액화 또는 재기화 바지선 등과 같은 부유식 구조 상에 설치될 수 있다.1 shows a liquefied gas storage and cooling system 1 according to a first embodiment. This type of installation 1 can be installed on a floating structure, such as a methane tanker ship or a liquefied or regasified barge.

이러한 설비(1)는, 밀폐 단열 멤브레인 탱크(2)를 포함한다. 탱크(2)는, 탱크의 외부에서 내부 방향으로, 지지 구조(4)에 대해 지지되며 절연 요소들 및 기체 상을 포함하는 2차 단열 장벽(3), 2차 단열 장벽(3)에 대해 지지되는 2차 밀폐 멤브레인(5), 2차 밀폐 멤브레인(5)에 대해 지지되는 절연 요소들 및 기체 상을 포함하는 1차 단열 장벽(6), 및 탱크에 포함된 액화 가스(8)와 접촉하기 위한 1차 밀폐 멤브레인(7)을 포함하는 다층 구조를 갖는 벽들을 포함한다. 가령, 이러한 유형의 멤브레인 탱크(2)로는 특허 출원 WO14057221, FR2691520 및 FR2877638이 있다.This installation 1 includes a hermetic sealed membrane tank 2. The tank 2 is supported against the secondary insulating barrier 3, the secondary insulating barrier 3, which is supported against the supporting structure 4 and includes the insulating elements and the gas phase, from the outside of the tank to the inner direction. Contacting the secondary hermetic membrane 5, the primary insulating barrier 6 comprising the gaseous phase and the insulating elements supported against the secondary hermetic membrane 5, and the liquefied gas 8 contained in the tank. Walls with a multi-layered structure comprising a primary hermetic membrane (7). For example, this type of membrane tank 2 includes patent applications WO14057221, FR2691520 and FR2877638.

일 실시 예에 따르면, 탱크는 탱크의 천장 벽을 통과하며 탱크의 내부 공간의 상부로 이어지는 미도시된 증기 수집 장치를 구비한다. 이러한 유형의 장치는, 탱크(2)의 내부 공간 안의 압력이 한계치 보다 높을 때 탱크의 내부에서 외부로 증기의 탈출을 허용하도록 마련된 밸브를 구비한다. 따라서, 이러한 유형의 증기 수집 장치는 탱크(2)의 내부에서 압력 증가가 발생하는 것을 방지한다. 밸브는 또한, 증기 수집 장치 내 유동하는 기체 흐름이 탱크(2)의 외부에서 내부로 흐르는 것을 방지하도록 구성되며, 이에 따라 탱크(2)의 내부 공간 내 압력이 감소하는 것을 허용한다. 가령, 이러한 유형의 증기 수집 장치는 WO2013093261에 기재되어 있다. According to one embodiment, the tank is provided with a not shown vapor collection device that passes through the tank's ceiling wall and extends to the top of the interior space of the tank. An apparatus of this type has a valve arranged to allow the escape of steam from the inside of the tank to the outside when the pressure in the internal space of the tank 2 is higher than the limit. Thus, this type of steam collecting device prevents the increase in pressure from occurring inside the tank 2. The valve is also configured to prevent the gas flow flowing in the vapor collection device from flowing out of the tank 2 to the inside, thereby allowing the pressure in the internal space of the tank 2 to decrease. For example, a steam collection device of this type is described in WO2013093261.

액화 가스(8)는 연소 가능한 기체이다. 액화 가스(8)는 특히, 액화 천연 가스 (LNG), 즉, 대부분의 메탄과 함께, 에탄, 프로판, n-부탄, i-부탄, n-펜탄, i-펜탄, 네오펜탄 및 질소 등의 하나 이상의 기타 탄화수소가 작은 비율로 혼합된 기체 혼합물일 수 있다. 연소 가능한 기체는 또한, 에탄 또는 액화 원유 가스(LPG), 즉, 프로판과 부탄을 주로 포함하는 원유를 정제하여 수득한 탄화수소 혼합물일 수 있다.The liquefied gas 8 is a combustible gas. The liquefied gas 8 is in particular one of liquefied natural gas (LNG), ie, ethane, propane, n-butane, i-butane, n-pentane, i-pentane, neopentane and nitrogen together with most of methane. The above other hydrocarbons may be gas mixtures mixed in small proportions. The combustible gas may also be a hydrocarbon mixture obtained by refining ethane or liquefied crude gas (LPG), ie crude oil mainly comprising propane and butane.

액화 가스(8)는 액체-증기 2상 상태로 탱크(2)의 내부 공간에 저장된다. 따라서, 액화 가스(8)는 탱크(2)의 상부에 증기 상으로, 그리고 탱크(2)의 하부에 액체 상으로 존재한다.The liquefied gas 8 is stored in the internal space of the tank 2 in a liquid-vapor two phase state. Thus, the liquefied gas 8 is present in the vapor phase at the top of the tank 2 and in the liquid phase at the bottom of the tank 2.

이러한 설비(1)는 또한, 액화 가스(8)가 탱크(2)에 저장되는 압력에서 액화 가스(8)의 액체 상의 일부의 온도를 상기 액화 가스(7)의 액체-증기 평형 온도 미만으로 낮추도록 마련된 탱크(2) 내 저장된 액화 가스 냉각 장치를 더 포함한다. 따라서, 액화 가스의 일부는 과냉각 열역학 상태로 배치된다.This installation 1 also lowers the temperature of a portion of the liquid phase of the liquefied gas 8 below the liquid-vapor equilibrium temperature of the liquefied gas 7 at the pressure at which the liquefied gas 8 is stored in the tank 2. The apparatus further includes a liquefied gas cooling device stored in the tank 2. Thus, part of the liquefied gas is disposed in a subcooled thermodynamic state.

이러한 목적으로, 도 1에 도시된 실시 예에서는, 상기 설비는, 탱크(2)로부터 액체 상 내 기체 흐름을 빼내고, 그것을 팽창시켜 기체 증발의 잠열을 사용해 증발시켜 탱크(2) 내 남아 있는 액화 가스(8)를 냉각시킨다.For this purpose, in the embodiment shown in FIG. 1, the plant draws a gas flow in the liquid phase from the tank 2, expands it and evaporates using the latent heat of gas evaporation to liquefy the gas remaining in the tank 2. Cool (8).

이러한 유형의 증발 장치(20)의 동작 원리는 도 5에 도시되어 있는데, 여기서는 메탄의 액체-증기 평형 도표를 도시하고 있다. 이 도표는, 메탄이 액체 상으로 존재하는 L이라고 표시된 영역과, 메탄이 증기 상으로 존재하는 V라고 표시된 영역을 가로축에 플롯된 압력과 세로축에 플롯된 온도에 따른 함수로서 나타내고 있다. The principle of operation of this type of evaporator 20 is shown in FIG. 5, which shows a liquid-vapor equilibrium diagram of methane. This plot shows the area labeled L where methane is in the liquid phase and the area labeled V where methane is in the vapor phase as a function of the pressure plotted on the abscissa and the temperature plotted on the ordinate.

P1 지점은 대기압 및 약 -162°C의 온도에서 탱크(2) 내 저장된 메탄의 상태에 해당하는 2상 평형 상태를 나타낸다. 이러한 평형 상태의 메탄을 탱크(2)에서 빼내어 증발 장치(20)에서 가령 약 500 mbar의 절대 압력으로 팽창시키면, 팽창된 메탄의 평형은 좌측 P2 지점 방향으로 이동한다. 따라서, 팽창된 메탄은 약 7°C의 온도 감소를 겪게 된다. 그런 다음, 배출된 메탄은 증발 장치(20)를 통해 탱크(2)에 남아 있는 메탄과 열 접촉을 함에 따라, 적어도 부분적으로 증발되고, 이러한 증발이 이루어짐에 따라, 탱크(2) 내 저장된 액체 메탄으로부터 그것의 증발에 필요한 열을 추출하는데, 이는 탱크(2) 내 남아 있는 액체 메탄의 냉각을 가능케 한다.Point P 1 represents a two-phase equilibrium corresponding to the state of methane stored in tank 2 at atmospheric pressure and at a temperature of about −162 ° C. If this equilibrium methane is taken out of the tank 2 and expanded in an evaporator 20 to an absolute pressure of, for example, about 500 mbar, the equilibrium of the expanded methane moves in the direction of the left P 2 point. Thus, the expanded methane will experience a temperature decrease of about 7 ° C. The discharged methane is then at least partially evaporated as it is in thermal contact with the methane remaining in the tank 2 via the evaporator 20 and, as such evaporation takes place, the liquid methane stored in the tank 2 The heat required for its evaporation is extracted from it, which allows cooling of the liquid methane remaining in the tank 2.

따라서, 탱크(2) 내 남아 있는 메탄은, 탱크(2) 내 메탄이 저장된 압력에서 평형 온도 미만의 온도에 배치된다.Therefore, the methane remaining in the tank 2 is disposed at a temperature below the equilibrium temperature at the pressure at which the methane in the tank 2 is stored.

다시 도 1을 참조로, 증발 장치(20)는,Referring back to FIG. 1, the evaporator 20 is

- 탱크(2) 내 저장된 액화 가스(8)의 액체 상에 담기는 취수구(21)를 포함하는 유입 회로;An inlet circuit comprising a water intake 21 which is immersed in the liquid phase of the liquefied gas 8 stored in the tank 2;

- 배출된 기체 흐름이 탱크(2) 내 남아 있는 액화 가스와 열 접촉하도록 액화 가스(8)의 액체 상 및/또는 증기 상에 담기고 탱크(2) 내 저장된 액화 가스에 담기는 열교환 벽들을 포함하는 하나 이상의 증발 챔버(22); 및Heat exchange walls which are immersed in the liquid phase and / or vapor of the liquefied gas 8 and in the liquefied gas stored in the tank 2 so that the discharged gas stream is in thermal contact with the remaining liquefied gas in the tank 2. One or more evaporation chambers 22; And

- 증기 상태의 기체 흐름을 증기 상 활용 회로(25) 내 기체로 탈출시키기 위한 배출 회로(23)를 포함한다.A discharge circuit 23 for escaping the gaseous flow in the vapor phase into the gas in the vapor phase utilization circuit 25.

유입 회로에는 미도시 된 하나 이상의 헤드 손실 부재가 마련됨으로써, 헤드 손실을 생성하고 증발 챔버(22) 내부로 이어지도록 하여 배출된 액화 가스 흐름을 팽창시킨다.The inlet circuit is provided with one or more head loss members, not shown, to generate head loss and lead into the evaporation chamber 22 to expand the discharged liquefied gas stream.

증발 장치에는 또한, 탱크 외부에 배치되고 배출 회로(23)와 연계된 진공 펌프(24)가 마련된다. 진공 펌프(24)는, 탱크(2) 내 저장된 액화 가스 흐름이 증발 챔버(22)로 흡인되어, 증기 상태로 증기 상 활용 회로(25) 내 기체로 배출되도록 한다. 액화 천연 가스를 위해, 증발 챔버(22) 내부 안의 절대 작업 압력은 120 과 950 mbar 사이, 유리하게는 650과 850 mbar 사이, 가령 약 750 mbar이다.The evaporator is also provided with a vacuum pump 24 arranged outside the tank and associated with the discharge circuit 23. The vacuum pump 24 allows the liquefied gas stream stored in the tank 2 to be drawn into the evaporation chamber 22 and discharged to the gas in the vapor phase utilization circuit 25 in the vapor state. For liquefied natural gas, the absolute working pressure inside the evaporation chamber 22 is between 120 and 950 mbar, advantageously between 650 and 850 mbar, such as about 750 mbar.

선박 상의 설비의 경우, 증기 상 활용 회로(25) 내 기체는 특히 미도시된 추진 에너지 생성 장비에 연결되어 선박이 추진되도록 할 수 있다. 이러한 유형의 에너지 생성 장비는 특히, 열기관, 연료 전지 및 가스 터빈에서 선택된다.In the case of installations on ships, the gases in the vapor phase utilization circuit 25 can in particular be connected to propulsion energy generation equipment, not shown, to allow the ship to be propelled. This type of energy generation equipment is chosen in particular in heat engines, fuel cells and gas turbines.

도 2에서는, 액화 가스(8)가 과냉각 열역학 상태에 배치될 수 있도록 하는, 또 다른 액화 가스 냉각 장치가 마련된 설비(1)를 도시하고 있다.In FIG. 2, there is shown an installation 1 in which another liquefied gas cooling device is provided which allows the liquefied gas 8 to be placed in a subcooled thermodynamic state.

이러한 목적으로, 설비(1)는 여기서 증기 상의 기체를 배출하기 위한 회로(9)를 포함한다. 증기 상의 기체를 배출하기 위한 회로(9)는, 탱크(2)의 내부에서 외부로 증기 상 탈출을 위한 통로를 형성하기 위해 탱크(2)의 벽을 통과하는 도관(10)을 포함한다. 파이프(10)는, 감압 벨(reduced pressure bell, 31) 내의, 탱크(2)의 내부 공간 안으로 이어지는 취수구(11)를 포함한다. 감압 벨(31)은, 그 상부가 탱크(2) 내 저장된 액화 가스(8)의 증기 상과 접촉하고 증기 상으로 채워지고, 그 하부는 탱크(2) 내 저장된 액화 가스(8)의 액체 상에 담기도록 탱크(2)의 내부 공간의 상부에 배치되는 중공 본체이다. 증기 상의 기체를 배출하기 위한 회로(9)의 취수구(11)는 증발 벨(31)의 상부로 이어진다.For this purpose, the installation 1 comprises here a circuit 9 for evacuating the gas in the vapor phase. The circuit 9 for evacuating the gas in the vapor comprises a conduit 10 passing through the wall of the tank 2 to form a passage for vapor phase escape from inside the tank 2 to the outside. The pipe 10 comprises a water intake 11 leading into the internal space of the tank 2, in a reduced pressure bell 31. The decompression bell 31 has its upper part in contact with the vapor phase of the liquefied gas 8 stored in the tank 2 and filled with the vapor phase, the lower part of which is a liquid phase of the liquefied gas 8 stored in the tank 2. It is a hollow body disposed above the inner space of the tank 2 to be contained in. The intake port 11 of the circuit 9 for evacuating the gas in the vapor flows to the top of the evaporation bell 31.

배출 회로(9)는 또한, 증기 상의 기체 활용을 위해 상류측에서는 파이프에 연결되고 하류측에서는 회로(13)에 연결되는 진공 펌프(12)를 포함한다. 따라서, 진공 펌프(12)는, 감압 벨(31)에 존재하는 증기 상의 기체 흐름을 도관(10)을 통해 흡인하고 그것을 증기 상 활용 회로(13) 내 기체로 공급하도록 마련된다. 여기서, 배출 회로(9)는, 진공 펌프(12)의 상류나 하류에 배치된 밸브(19) 또는 확인 밸브를 포함함으로써, 증기 상의 기체 흐름이 탱크(2)의 내부 공간을 향해 되돌아가는 것을 방지할 수 있도록 한다.The discharge circuit 9 also comprises a vacuum pump 12 which is connected to the pipe upstream and to the circuit 13 on the downstream side for gas utilization in the vapor phase. Accordingly, the vacuum pump 12 is provided to suck the gas flow in the vapor phase present in the decompression bell 31 through the conduit 10 and supply it to the gas in the vapor phase utilization circuit 13. Here, the discharge circuit 9 includes a valve 19 or a confirmation valve disposed upstream or downstream of the vacuum pump 12, thereby preventing the gaseous flow in vapor from returning back to the internal space of the tank 2. Do it.

진공 펌프(12)는, 감압 벨(31)의 상부에 대기압 미만의 압력을 생성함으로써, 증발 벨(31) 내부에서 액화 가스의 증발을 독려할 수 있도록 한다. 감압 벨(31) 내부 안의 증기 상은 대기압보다 낮은 압력에 놓이기 때문에, 감압 벨(31) 내부의 액체/증기 인터페이스에서는 액화 가스(8)의 증발이 촉진되는 한편, 탱크(2) 내 저장된 액화 가스(8)는 2상 액체-증기 평형 상태에 놓이게 되는데, 이때 액화 가스(8)의 온도는 대기압에서의 상기 액화 가스의 액체-증기 평형 온도보다 낮다. The vacuum pump 12 makes it possible to encourage the evaporation of the liquefied gas inside the evaporation bell 31 by generating a pressure below atmospheric pressure on the upper part of the decompression bell 31. Since the vapor phase inside the decompression bell 31 is at a pressure lower than atmospheric pressure, evaporation of the liquefied gas 8 is promoted at the liquid / vapor interface inside the decompression bell 31, while the liquefied gas stored in the tank 2 ( 8) is in a two-phase liquid-vapor equilibrium, where the temperature of the liquefied gas 8 is lower than the liquid-vapor equilibrium temperature of the liquefied gas at atmospheric pressure.

도 3에 도시된 또 다른 일 실시 예에 따르면, 냉각 장치는, 탱크(2)의 내부 공간 내에 액화 가스를 증기 형태로 수집하도록 마련된 취수구(32), 및 액체 상의 액화 가스를 탱크(2)의 내부 공간 안으로 되돌리도록 마련된 배출구(33)를 포함하는 제1 회로(34)를 포함하는 액화 장치를 포함한다. 액화 장치는 냉각 유체가 순환하는 냉각 회로(35)를 더 포함한다. 냉각 회로(35)는, 압축기(36), 응축기(37), 감압기(38), 및 냉각 액체가 증발됨으로써 제1 회로(34)에서 순환하는 액화 가스로부터 열을 빼앗는 증발기(39)를 포함한다. 이러한 유형의 냉각 장치는 특히 EP2853479에 기재되어 있다.According to another embodiment shown in FIG. 3, the cooling apparatus includes a water intake port 32 provided to collect liquefied gas in the form of a vapor in the internal space of the tank 2, and the liquid liquefied gas in the tank 2. And a liquefaction apparatus including a first circuit (34) comprising an outlet (33) arranged to return into the interior space. The liquefaction apparatus further includes a cooling circuit 35 through which the cooling fluid circulates. The cooling circuit 35 includes a compressor 36, a condenser 37, a pressure reducer 38, and an evaporator 39 which takes heat from the liquefied gas circulated in the first circuit 34 by evaporating the cooling liquid. do. Cooling devices of this type are described in particular in EP2853479.

도 4에 도시된 또 다른 일 실시 예에 따르면, 냉각 장치는 헤어핀 튜브(41)에서 약 -196°C에서 액체 질소를 순환시키는 냉각 유닛(40)을 포함하는데, 여기서의 역할은 튜브(41) 주위에서 액화 가스를 냉각시키는 것이다. 냉동 액화 가스는 더욱 밀도가 증가하면, 탱크(2) 내에서 하부로 이동하고, 아직 냉동이 안된 액화 가스는 상부로 이동한다. 이러한 대류 이동을 탱크(2) 전반에 형성하기 위해 이러한 대류 이동은 대류정(convection well, 42)에 의해 운반된다. 순환함에 따라 액체 질소는 증발되는데, 이로써 질소 증발의 잠열로부터 액화 가스 냉각의 혜택을 볼 수 있다. 튜브(23)를 떠나는 질소는 냉각 유닛(41)에서 재-액화된다. 이러한 유형의 냉각 장치는 특히 출원 FR2785034에 기재되어 있다.According to another embodiment shown in FIG. 4, the cooling device comprises a cooling unit 40 for circulating liquid nitrogen at about −196 ° C. in the hairpin tube 41, where the role is the tube 41. It is to cool the liquefied gas around. As the refrigeration liquefied gas is further increased in density, the refrigerated liquefied gas moves downward in the tank 2, and the liquefied gas not yet frozen is moved upward. This convection movement is carried by a convection well 42 to form this convection movement throughout the tank 2. As it circulates, liquid nitrogen evaporates, allowing the benefit of liquefied gas cooling from the latent heat of nitrogen evaporation. Nitrogen leaving tube 23 is re-liquefied in cooling unit 41. Cooling devices of this type are described in particular in application FR2785034.

비록 다양한 액체 가스 냉각 장치들을 앞에서 기재했지만, 본 발명은 그 중 하나의 냉각 장치에만 제한되는 것이 아니라, 액체-증기 평형 온도 미만으로 액화 가스를 냉각할 수 있는 냉각 장치라면 어느 것이나 사용 가능하다.Although various liquid gas cooling devices have been described above, the present invention is not limited to only one of them, but any cooling device capable of cooling the liquefied gas below the liquid-vapor equilibrium temperature can be used.

다시 도 1을 참조로, 도시된 실시 예에 따르면, 설비(1)는, 1차 단열 장벽(6)의 내부 공간으로 이어지는 파이프(17)에 연결된 진공 펌프(16) 및 2차 단열 장벽(3)의 내부 공간으로 이어지는 파이프(15)에 연결된 진공 펌프(14)를 포함하는 펌핑 장치를 포함한다. 이러한 유형의 펌핑 장치는 탱크(2)의 내부 공간 내 압력보다 낮은 압력에서 1차 단열 장벽(6)과 2차 단열 장벽(3)의 내부에서 기체 상들을 유지하는 것을 목표로 한다. 따라서, 멤브레인들 사이의 압력 차는 내부를 향해 멤브레인들을 가압하고, 탱크(2)의 내부 방향으로 떼어지지 않도록 하는 경향이 있다.Referring again to FIG. 1, according to the illustrated embodiment, the installation 1 is a vacuum pump 16 and a secondary thermal insulation barrier 3 connected to a pipe 17 leading to the interior space of the primary thermal insulation barrier 6. And a pumping device comprising a vacuum pump 14 connected to the pipe 15 leading to the inner space. This type of pumping device aims to maintain gas phases inside the primary thermal insulation barrier 6 and the secondary thermal insulation barrier 3 at a pressure lower than the pressure in the internal space of the tank 2. Thus, the pressure difference between the membranes tends to press the membranes inward and not to separate in the inward direction of the tank 2.

진공 펌프들(14, 16)은 극저온 펌프, 즉, -150°C 미만의 극저온을 견딜 수 있는 펌프를 말한다. 이들은 또한, ATEX 규제에 부합한다. 즉, 모든 폭발 위험을 방지하도록 설계되었다. 진공 펌프들(14, 16)은 다양한 방법, 가령, 루츠(Roots) 류 (즉, 회전 로브), 또는 페달, 액체 링, 나사, 벤추리(Venturi)류 반응기(effector) 등으로 생성될 수 있다.Vacuum pumps 14, 16 refer to cryogenic pumps, ie pumps that are able to withstand cryogenic temperatures below -150 ° C. They also meet ATEX regulations. In other words, it is designed to prevent any explosion hazard. Vacuum pumps 14, 16 may be produced in a variety of ways, such as in Roots (ie, rotary lobes), or in pedals, liquid rings, screws, Venturi-like effectors, and the like.

설비(1)는 또한, 1차 단열 장벽(6)과 2차 단열 장벽(3)에서 압력들을 규제하도록 진공 펌프(14)와 진공 펌프(16)를 제어하는 제어 모듈(26)을 더 포함한다. 제어 모듈(26)은, 도시된 실시 예에서와 같이 단일 요소를 포함하거나, 2개의 요소를 포함할 수 있는데, 후자의 경우 2개의 진공 펌프들(14, 16) 중 하나와 다른 하나에 각각 연계될 수 있다.The installation 1 also further comprises a control module 26 for controlling the vacuum pump 14 and the vacuum pump 16 to regulate the pressures at the primary thermal insulation barrier 6 and the secondary thermal insulation barrier 3. . The control module 26 may comprise a single element as in the illustrated embodiment, or may comprise two elements, in the latter case respectively associated with one and the other of the two vacuum pumps 14, 16. Can be.

제어 모듈(26)은, 탱크(2) 내 저장된 액화 가스(8)의 액체 상 내에 담기는 적어도 하나의 온도 센서(27)에 연결되고, 이에 따라 탱크(2) 내 저장된 액화 가스(8)의 액체 상의 온도 측정치를 전달할 수 있다. 온도 센서(27)는, 탱크(2) 내 최저 온도들을 나타내는 온도 측정치를 얻기 위해, 탱크(2)의 바닥 근처에 배치되는 것이 유리하다. 온도 센서(27)는 또한, 증발 챔버(22)의 열교환 벽들 근처에 위치되는 것이 바람직하다. 온도 센서(27)는 가령 열전대 또는 플래티넘 저항 프로브(platinum resistance probe) 등 어떠한 종류라도 사용 가능하다.The control module 26 is connected to at least one temperature sensor 27 immersed in the liquid phase of the liquefied gas 8 stored in the tank 2 and thus the liquefied gas 8 stored in the tank 2. It can deliver temperature measurements in the liquid phase. The temperature sensor 27 is advantageously placed near the bottom of the tank 2 to obtain a temperature measurement indicating the lowest temperatures in the tank 2. The temperature sensor 27 is also preferably located near the heat exchange walls of the evaporation chamber 22. The temperature sensor 27 can be used in any kind such as a thermocouple or a platinum resistance probe.

또한, 설비(1)는 1차 단열 장벽(6) 내부 안의 액체 상의 압력(P1) 측정치 전달을 할 수 있는 적어도 하나의 압력 센서(28) 및 2차 단열 장벽(3) 내부 안의 기체 상의 압력(P2)의 측정치 전달이 가능한 압력 센서(29)를 더 포함한다.In addition, the installation 1 has at least one pressure sensor 28 capable of delivering pressure P 1 measurements of the liquid phase inside the primary thermal barrier 6 and the pressure on the gas inside the secondary thermal barrier 3. It further includes a pressure sensor 29 capable of transmitting the measurement of (P 2 ).

제어 모듈(26)은, 압력(P1)을 설정점 압력(Pc1)에 종속시키기 위해, 설정점 압력(Pc1) 및 1차 단열 장벽(6) 내부 안의 기체 상의 압력(P1)의 측정치에 따라 진공 펌프(16)를 위한 제어 값을 생성하도록 마련된다. 마찬가지로, 제어 모듈(26)은, 압력(P2)을 설정점 압력(Pc2)에 종속시키기 위해, 설정점 압력(Pc2)과 1차 단열 장벽(6) 내부 안의 기체 상의 압력(P2)의 측정치에 따라 진공 펌프(14)를 위한 제어 값을 생성하도록 마련된다.The control module 26 controls the setpoint pressure P c1 and the pressure P 1 of the gas phase inside the primary thermal barrier 6 to subordinate the pressure P 1 to the set point pressure P c1 . It is arranged to generate a control value for the vacuum pump 16 according to the measurement. Similarly, the control module 26 controls the gas phase P 2 inside the set point pressure P c2 and the primary thermal barrier 6 in order to subordinate the pressure P 2 to the set point pressure P c2 . And a control value for the vacuum pump 14 according to the measurement.

또한, 제어 모듈(26)은, 온도 센서(27)에 의해 측정된 온도에 따라 1차 단열 장벽(6)을 위한 설정점 압력(Pc1)을 지속적으로 결정하도록 마련된다. 다시 말해, 설정점 압력(Pc1)은, 다음과 같은 식을 통해 결정된다:In addition, the control module 26 is arranged to continuously determine the setpoint pressure P c1 for the primary thermal insulation barrier 6 in accordance with the temperature measured by the temperature sensor 27. In other words, the setpoint pressure P c1 is determined by the equation:

Pc1 = f1(T)P c1 = f 1 (T)

여기서:here:

f1 은 증가하는 단조 함수이고,f 1 is an increasing monotonic function,

T 는 온도 센서(27)에 의해 전달된 액화 가스(8)의 액체 상의 온도이다.T is the temperature of the liquid phase of the liquefied gas 8 delivered by the temperature sensor 27.

함수 f1는 특히, 액화 가스, 또는 무시할 수 없는 양으로(즉, 5% 보다 큰 몰 비율) 존재하는 액화 가스의 다른 성분들 중에서 대기압에서 최저 증발 온도를 갖는 액화 가스의 성분의 온도-압력 도표에서 액체-증기 곡선을 나타내는 함수 g의 아핀 변환(affine transformation)이다. 또한, 함수 f1은 가령 다음 형태를 갖는다:The function f 1 is in particular a temperature-pressure plot of the component of the liquefied gas, or the component of the liquefied gas having the lowest evaporation temperature at atmospheric pressure, among other components of the liquefied gas present in an insignificant amount (ie molar ratio greater than 5%) Is the affine transformation of the function g representing the liquid-vapor curve at. In addition, the function f 1 has the following form, for example:

Pc1 = f1(T) = g(T) - ε1 P c1 = f 1 (T) = g (T)-ε 1

여기서,here,

- g는 온도-압력 도표에서, 액화 가스의 액체-증기 평형 곡선 또는 액화 가스의 무시할 수 없는 양의 가장 휘발성이 강한 성분을 나타내는 함수, 및g is a function representing, in the temperature-pressure plot, the liquid-vapor equilibrium curve of liquefied gas or the most volatile component of the ignitable gas

- ε1는 상수로서 가령, 대략 10 내지 30 mbarε 1 is a constant, for example approximately 10 to 30 mbar

함수 g는, 탱크(2) 내 측정된 액체 상의 온도와 연계된 포화 증기 압력을 결정할 수 있게 함으로써, 탱크 내 저장된 액화 가스의 증기 상이 응축할 경우 도달하기 쉬운 절대 압력을 하한으로 하여 압력 값을 결정할 수 있게 한다.The function g makes it possible to determine the saturated vapor pressure associated with the temperature of the measured liquid phase in the tank 2, thereby determining the pressure value as the lower limit of the absolute pressure that is easily reached when the vapor phase of the liquefied gas stored in the tank condenses. To be able.

일 실시 예에 따르면, 액화 가스가 복수의 성분으로 이루어진 기체 혼합물인 경우, 함수 g는 무시할 수 없는 양으로 존재하는 성분들 중 가장 휘발성이 강한 성분의 액체-증기 평형 곡선을 나타낸다. 액화 천연 가스의 경우 가령, 함수 g는 순 메탄의 액체-증기 평형 곡선을 나타낸다. 그러면, 가장 휘발성이 강한 성분의 액체-증기 평형 곡선을 참조로, 기체 혼합물의 포화 증기 압력을 하한으로 하여 포화 증기 압력이 결정된다. 이러한 접근은 간단하고 견실하며, 시간에 따라 달라지기 쉬운, 액화 가스의 조성을 실시간으로 결정할 필요가 없게 만든다.According to one embodiment, when the liquefied gas is a gas mixture consisting of a plurality of components, the function g represents the liquid-vapor equilibrium curve of the most volatile components present in a negligible amount. For liquefied natural gas, for example, the function g represents the liquid-vapor equilibrium curve of pure methane. Then, referring to the liquid-vapor equilibrium curve of the most volatile component, the saturated vapor pressure of the gas mixture is determined as the lower limit and the saturated vapor pressure is determined. This approach eliminates the need to determine in real time the composition of the liquefied gas, which is simple, robust and time-dependent.

그러나, 또 다른 일 실시 예에 따르면, 탱크 내 저장된 액화 가스에 대해 측정된 온도와 연계된 포화 증기 압력을 보다 정확하게 결정하기 위해, 실제 기체 혼합물의 액체-증기 평형 곡선을 나타내는 함수 g를 사용하는 것 또한 동일하게 가능하다.However, according to another embodiment, to more accurately determine the saturated vapor pressure associated with the measured temperature for the stored liquefied gas in the tank, using a function g representing the liquid-vapor equilibrium curve of the actual gas mixture. The same is also possible.

가령, 온도-압력 도표에서 메탄의 평형 곡선은 다음의 함수에 의해 대략적으로 구할 수 있다:For example, the equilibrium curve of methane in the temperature-pressure plot can be approximated by the following function:

Figure 112019103771384-pat00001
Figure 112019103771384-pat00001

여기서,       here,

- T는 켈빈(Kelvin) 온도이고,T is the Kelvin temperature,

- g(T)는 밀리바 단위이다.g (T) is in millibars.

탱크 내 저장된 액화 가스(8)의 액체 상의 온도 105K를 고려할 때, 앞에서 함수 g에 의해 생성된 이러한 유형의 온도 이미지는 565 밀리바이다. 또한, 액화 가스의 액체 상의 온도가 105 켈빈(Kelvine)이면, 탱크 내 압력은 이론적으로 565 밀리바의 절대 압력 미만으로 떨어지기가 쉽지 않다. 이러한 상황에서, 액체 상 측정의 불확실성 및 탱크 내부 안의 액체 상의 온도의 이종성 현상을 고려하기 위해 상수 ε1가 20 밀리바와 같다고 할 때, 설정점 압력 Pc1은 545 밀리바가 된다.Considering the temperature 105K of the liquid phase of the liquefied gas 8 stored in the tank, this type of temperature image generated by the function g above is 565 millibars. Also, if the temperature of the liquid phase of the liquefied gas is 105 Kelvin, the pressure in the tank is theoretically unlikely to drop below the absolute pressure of 565 millibars. In this situation, the setpoint pressure P c1 becomes 545 millibars when the constant ε 1 is equal to 20 millibars in order to take into account the uncertainty of the liquid phase measurement and the heterogeneity of the temperature of the liquid phase in the tank interior.

따라서, 1차 단열 장벽(6)을 이와 같은 절대 압력 545 밀리바에 배치함으로써, 탱크(2) 내부의 압력은 항상 1차 단열 장벽(6) 내부 안의 압력보다 커지게 되고, 이로써 1차 밀폐 멤브레인(7)은 2차 단열 장벽(3)에 대해 가압될 수 있고 붕괴가 방지된다.Thus, by placing the primary thermal insulation barrier 6 at this absolute pressure of 545 millibars, the pressure inside the tank 2 is always greater than the pressure inside the primary thermal insulation barrier 6, whereby the primary hermetic membrane ( 7) can be pressed against the secondary thermal barrier 3 and the collapse is prevented.

액체 가스의 액체-증기 평형 곡선을 나타내는 함수(g)를 사용하면, 설비 동작의 안전성과 동작 안전성을 보장하는데 필요한 에너지 비용 사이에 이상적인 절충점을 이룰 수 있다. 그럼에도 불구하고, 안전성을 줄이고 에너지 비용을 늘리는 것이 수용 가능한 경우에는, 동일한 일반 프로파일을 갖는 매우 상이한 함수(g)를 사용할 수 있다.Using the function g representing the liquid-vapor equilibrium curve of the liquid gas, an ideal compromise can be made between the energy costs required to ensure the safety of the plant operation and the operational safety. Nevertheless, if it is acceptable to reduce safety and increase energy costs, very different functions g having the same general profile can be used.

게다가, 제어 모듈(26)은 또한, 2차 단열 장벽(6)에 대한 설정점 압력(Pc2)을 결정하도록 마련된다.In addition, the control module 26 is also arranged to determine the set point pressure P c2 for the secondary thermal barrier 6.

일 실시 예에 따르면, 설정점 압력(Pc2)은, 온도 센서(27)가 설정점 압력(Pc2)과 유사한 방식으로 측정한 온도(T)에 따라 결정된다. 따라서, 설정점 압력(Pc2)은, 다음 식을 통해 결정된다:According to one embodiment, the setpoint pressure P c2 is determined in accordance with the temperature T measured by the temperature sensor 27 in a manner similar to the set point pressure P c2 . Therefore, the setpoint pressure P c2 is determined by the following equation:

Pc2 = f2(T)P c2 = f 2 (T)

여기서,here,

- f2는 증가하는 단조 함수이고,f 2 is a monotonically increasing function,

- T는 온도 센서(27)에 의해 전달된 액화 가스(8)의 액체 상의 온도이다.T is the temperature of the liquid phase of the liquefied gas 8 delivered by the temperature sensor 27.

함수(f1)와 마찬가지로, 함수(f2)도 다음 형태로 기재할 수 있다:Like function f 1 , function f 2 can also be written in the form:

Pc2 = f2(T) = g(T) - ε2 P c2 = f 2 (T) = g (T)-ε 2

여기서,here,

- g는 온도-교정 도표에서 액화 가스 또는 액화 가스의 다수 성분의 액체-증기 평형 곡선을 나타내는 함수이고,g is a function representing the liquid-vapor equilibrium curve of the liquefied gas or of multiple components of the liquefied gas in the temperature-correction diagram

- ε2는 가령 약 10 내지 30 mbar인 상수이다.ε 2 is a constant, for example about 10 to 30 mbar.

또 다른 일 실시 예에 따르면, 설정점 압력 Pc2은 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라서가 아니라, 다음 식을 통한 1차 단열 장벽(6) 내 기체 상의 압력 P1에 따라 결정된다:According to another embodiment, the setpoint pressure P c2 is determined not by the temperature measured by the temperature sensor, but by the pressure P 1 on the gas in the primary thermal barrier 6 through the following equation:

Pc2 = h (P1)P c2 = h (P 1 )

여기서,here,

- h는 증가하는 단소 함수이고, h is an increasing singular function,

- P1는 1차 단열 장벽(6)의 기체 상에서 측정된 압력이다. P 1 is the pressure measured in the gas phase of the primary insulating barrier 6.

함수 h는 가령 다음과 같은 형태를 갖는다:Function h has the following form, for example:

Pc2 = h (P1)　= P1 - ε'2 P c2 = h (P 1 ) = P 1 -ε ' 2

여기서,here,

-ε'2는 상수이다.-ε ' 2 is a constant.

일 변형 실시 예에 따르면, ε'2 는 양의 상수, 가령 10과 30 mbar 사이를 모두 포함한다. 따라서, 본 방법은 2차 밀폐 멤브레인(5)이 2차 단열 장벽(3)에 대해 가압되도록 2차 단열 장벽(3)의 기체 상의 압력이 언제나 1차 단열 장벽(6)의 압력보다는 크도록 보장한다.According to one variant embodiment, ε ' 2 Includes both positive constants, such as between 10 and 30 mbar. The method thus ensures that the gas phase of the secondary thermal barrier 3 is always greater than the pressure of the primary thermal barrier 6 such that the secondary hermetic membrane 5 is pressed against the secondary thermal barrier 3. do.

또 다른 일 변형 실시 예에 따르면, ε'2 는 음의 상수, 가령 -10과 -30 사이를 모두 포함한다. 따라서 본 방법은 2차 단열 장벽(3)의 기체 상의 압력이 1차 단열 장벽(6)의 압력보다는 언제나 크도록 보장함으로써, 밀폐 멤브레인들(5, 7)의 불량 밀폐 시 액화 가스(8)가 2차 단열 장벽(3)을 향해 흡인되는 것을 방지할 수 있다.According to another modified embodiment, ε ' 2 Contains a negative constant, for example, between -10 and -30. The method thus ensures that the pressure in the gas phase of the secondary thermal barrier 3 is always greater than the pressure of the primary thermal barrier 6 so that the liquefied gas 8 in poor sealing of the sealing membranes 5, 7 The suction toward the secondary thermal barrier 3 can be prevented.

또 다른 대체 실시 예들에 따르면, 1차 단열 장벽(6)에 대한 설정점 압력(Pc1) 및/또는 설정점 압력(Pc2)은, 액화 기체(8)의 온도 측정치에 따라서가 아니라, 액화 기체 냉각 장치의 특정 동작 상태에 대한 액화 기체의 액체 상으로서 도달할 수 있는 최저 한계에 해당하는 변수를 앞선 등식들에서 변수(T)로 함으로써 결정된다. According to further alternative embodiments, the set point pressure P c1 and / or set point pressure P c2 for the primary thermal insulation barrier 6 is not in accordance with the temperature measurement of the liquefied gas 8, but liquefied. The variable corresponding to the lowest limit that can be reached as the liquid phase of the liquefied gas for a particular operating state of the gas cooling device is determined by the variable T in the preceding equations.

따라서, 도 1에 도시 및 참조된 액화 기체 냉각 장치를 구비한 일 실시 예에 따르면, 설비는, 증발 챔버(22)의 배출구에 배치되고 증발 챔버(22)의 내부에서 순환하는 증기 상의 기체 흐름의 온도 또는 증발 챔버(22)의 벽의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함한다. 냉각 장치의 지속적인 작동 조건하에서, 이러한 방식으로 측정된 온도는 탱크(2)의 내부에 저장된 액화 가스(8)의 액체 상으로서 도달할 수 있는 최저 온도를 나타낸다. 그러면, 이러한 방식으로 측정된 온도를, 앞선 등식들에서 T 값으로 삼음으로써, 진공 펌프(16) 및 진공 펌프(14) 제어 방법은 또한, 1차 단열 장벽(6) 및 2차 단열 장벽(3)의 내부 안의 기체 상들의 압력들이 언제나 탱크(2)의 내부 공간 내 압력 미만이 되도록 보장할 수 있다.Thus, according to one embodiment with the liquefied gas cooling device shown and referenced in FIG. 1, the plant is arranged at the outlet of the evaporation chamber 22 and of the gas flow in the vapor circulating inside the evaporation chamber 22. A temperature sensor for measuring the temperature or the temperature of the wall of the evaporation chamber 22. Under the continuous operating conditions of the cooling device, the temperature measured in this way represents the lowest temperature attainable as the liquid phase of the liquefied gas 8 stored inside the tank 2. Then, by using the temperature measured in this manner as the T value in the foregoing equations, the vacuum pump 16 and the vacuum pump 14 control method also provide a primary thermal insulation barrier 6 and a secondary thermal insulation barrier 3. It is possible to ensure that the pressures of the gas phases in the interior of the tank are always below the pressure in the interior space of the tank 2.

이와 동일한 방식으로, 액화 가스 냉각 장치가 도 3에 도시된 냉각 회로와 협력하는 액화 가스 순환 회로를 포함하는 액화 장치인 경우, 설비는, 냉각 회로에 배치되고 증발기(39)의 배출구에서 냉각 유체의 회복 온도(return temperature)를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있다. 지속적인 냉각 장치 동작 조건하에서, 이러한 방식으로 측정된 온도는 또한, 탱크(2) 내부에 저장된 액화 기체(8)의 액체 상으로서 도달할 수 있는 최저 온도를 나타내고, 이에 따라 설정점 압력(Pc1), 선택적으로는 설정점 압력(Pc2)을 결정하는데 사용될 수 있다.In the same way, if the liquefied gas cooling device is a liquefied device comprising a liquefied gas circulation circuit cooperating with the cooling circuit shown in FIG. 3, the installation is arranged in the cooling circuit and at the outlet of the evaporator 39 the It may include a temperature sensor that measures the return temperature. Under continuous cooling device operating conditions, the temperature measured in this way also represents the lowest temperature attainable as the liquid phase of the liquefied gas 8 stored inside the tank 2, and thus the setpoint pressure P c1 . May optionally be used to determine the setpoint pressure P c2 .

또 다른 일 실시 예에 따르면, 액화 가스 냉각 장치는, 액화 가스의 액체 상에 대한 최소 온도 한계(Tmin)에 부합하도록 마련될 수 있다. 다시 말해, 액화 가스 냉각 장치는, 액화 가스의 액체 상의 온도가 상기 온도 한계(Tmin) 미만으로 떨어지지 않도록 제어된다. 따라서, 냉각 장치의 동작 파라미터들은, 액화 가스의 액체 상의 온도가 앞서 설명한 한계 미만으로 떨어지지 않도록 설정된다.According to another embodiment, the liquefied gas cooling device may be provided to meet the minimum temperature limit T min for the liquid phase of the liquefied gas. In other words, the liquefied gas cooling device is controlled so that the temperature of the liquid phase of the liquefied gas does not drop below the temperature limit T min . Thus, the operating parameters of the cooling device are set such that the temperature of the liquid phase of the liquefied gas does not fall below the previously described limits.

가령, 도 1에 도시 및 참조된 바와 같이 액화 가스 냉각 장치를 구비한 설비의 경우, 증발 챔버(22) 내부의 해당하는 한계 압력을 설정함으로써 최소 온도 한계가 보장될 수 있다.For example, for installations with liquefied gas cooling devices as shown and referenced in FIG. 1, the minimum temperature limit can be ensured by setting the corresponding limit pressure inside the evaporation chamber 22.

마찬가지로, 도 2에 도시 및 참조된 바와 같이 액화 가스 냉각 장치를 구비한 설비의 경우, 감압 벨(31) 내부의 해당하는 한계 압력을 설정함으로써 최소 온도 한계가 보장될 수 있다.Likewise, in the case of a plant with a liquefied gas cooling device as shown and referenced in FIG. 2, the minimum temperature limit can be ensured by setting the corresponding limit pressure inside the decompression bell 31.

액화 가스 냉각 장치가, 냉각 회로와 협력하는 기체 순환 회로를 포함하는 액화 장치인 경우, 최소 온도 한계는, 냉각 회로 내 냉각 유체에 대한 유량 또는 한계 압력을 설정함으로써 부합될 수 있다. 또는, 측정된 온도에 따라, 상기 온도는 냉각 회로의 증발기의 핀(fin)의 온도 및 적합한 안전 한계로 규제되는 냉각 회로의 전력을 측정함으로써 앞서 설명한 최소 온도 한계에 부합할 수 있다.If the liquefied gas cooling device is a liquefaction device that includes a gas circulation circuit that cooperates with the cooling circuit, the minimum temperature limit can be met by setting the flow rate or the limit pressure for the cooling fluid in the cooling circuit. Alternatively, depending on the measured temperature, the temperature may meet the minimum temperature limit described above by measuring the temperature of the fins of the evaporator of the cooling circuit and the power of the cooling circuit which is regulated to a suitable safety limit.

또 다른 일 변형 실시 예에 따르면, 온도 한계(Tmin)는 미리 설정된 후 제어 모듈(26)로 전달된다. 그런 다음, 식 Pc1 = f1(T) = g(T) - ε1에서 온도 한계(Tmin)를 T 값으로 함으로써 제어 모듈(26)에 의해 결정된다.According to another variant embodiment, the temperature limit T min is preset and then transmitted to the control module 26. Then, it is determined by the control module 26 by setting the temperature limit T min as the T value in the equation P c1 = f 1 (T) = g (T) − ε 1 .

또 다른 변형 일 실시 예에 따르면, 미리 설정된 후 냉각 장치에 전달되는 것은 설정점 압력(Pc1)이다. 이 경우, 온도 한계(Tmin)는 다음 식을 통해 결정된다:According to another variant, it is the set point pressure P c1 that is preset and then delivered to the cooling device. In this case, the temperature limit T min is determined by the equation:

Tmin = f3(Pc1)　T min = f 3 (P c1 )

여기서,here,

- f3는 압력-온도 도표에서 액화 가스 또는 액화 가스의 다수 성분의 액체-증기 평형 곡선을 나타내는 함수이고,f 3 is a function representing the liquid-vapor equilibrium curve of a liquefied gas or multiple components of a liquefied gas in a pressure-temperature plot,

- Pc1는 1차 단열 장벽(6) 내 설정점 압력이다.P c1 is the setpoint pressure in the primary thermal barrier 6.

도 6을 참조로, 메탄 탱커 선박(70)의 절단면도에서는 선박의 이중 선체(72)에 장착된 각기둥형 일반 형태의 밀폐 절연 탱크(71)를 도시하고 있다. 탱크(71)의 벽은, 탱크 내 포함된 LNG와 접촉하기 위한 1차 밀폐 장벽, 선박의 이중 선체(72)와 1차 밀폐 장벽 사이에 배치된 2차 밀폐 장벽, 및 1차 밀폐 장벽과 2차 밀폐 장벽 사이, 그리고 2차 밀폐 장벽과 이중 선체(72) 사이에 각각 배치된 2개의 절연 장벽을 포함한다.Referring to FIG. 6, a cutaway view of a methane tanker vessel 70 shows a sealed insulated tank 71 of prismatic type, mounted on a double hull 72 of a vessel. The walls of the tank 71 may include a primary containment barrier for contacting LNG contained in the tank, a secondary containment barrier disposed between the ship's double hull 72 and the primary containment barrier, and a primary containment barrier and two Two insulating barriers, each disposed between the secondary containment barrier and between the secondary containment barrier and the double hull 72.

그 자체로 알려진 방식에 따라, 선박의 상부 갑판에 배치된 선적/하역 파이프들(73)은 적합한 연결기를 통해 해양 또는 항구 터미널에 연결되어 LNG 화물을 탱크(71)에서 내리거나 싣는데 사용될 수 있다.In a manner known per se, the loading / unloading pipes 73 arranged on the upper deck of the ship can be connected to the marine or port terminal via suitable connectors and used to unload or load LNG cargo from the tank 71. .

도 6에서는 선적 및 하역 스테이션(75), 수중 파이프(76) 및 지상 설비(77)를 포함하는 해양 터미널의 일 예를 도시하고 있다. 선적 및 하역 스테이션(75)은 이동식 암(mobile arm, 74)과 이동식 암(74)을 지지하는 타워(78)를 포함하는 고정식 연안 설비이다. 이동식 암(74)은 선적/하역 파이프들(73)에 연결될 수 있는 절연 유연 파이프(79) 다발을 운반한다. 방향 전환이 가능한 이동식 암(74)은 모든 크기의 메탄 탱커에 맞게 마련된다. 미도시된 연결 파이프는 타워(78)의 내부에서 연장 형성된다. 선적 및 하역 스테이션(75)은 지상 설비(77)로의 메탄 탱커(70)의 선적 및 지상 설비(77)로부터의 하역을 가능케 한다. 지상 설비(77)는, 액화 가스를 저장하기 위한 탱크(80) 및 수중 파이프(76)에 의해 선적 또는 하역 스테이션(75)에 연결된 연결 파이프들(81)을 포함한다. 선적 또는 하역 스테이션(75)과 지상 설비(77) 사이가 가령 5 km 등 멀리 떨어져 있어도 수중 파이프(76)로 인해 액화 가스 수송이 가능하므로, 메탄 탱커 선박도 선적 및 하역 작업 시 해안으로부터 먼 거리를 유지할 수 있다.6 shows an example of a marine terminal that includes a loading and unloading station 75, an underwater pipe 76, and an above-ground installation 77. The loading and unloading station 75 is a stationary coastal installation that includes a mobile arm 74 and a tower 78 that supports the mobile arm 74. The movable arm 74 carries a bundle of insulated flexible pipes 79 that can be connected to the loading / unloading pipes 73. Reversible movable arm 74 is provided for methane tankers of all sizes. The connection pipe, not shown, extends inside the tower 78. The loading and unloading station 75 enables the loading of the methane tanker 70 into the ground facility 77 and the unloading from the ground facility 77. The ground installation 77 comprises a tank 80 for storing liquefied gas and connecting pipes 81 connected to the loading or unloading station 75 by an underwater pipe 76. Even when the loading or unloading station 75 and the ground installation 77 are far apart, such as 5 km, the water pipe 76 allows liquefied gas to be transported. I can keep it.

선박(70) 상의 펌프 및/또는 지상 설비(77)에 마련된 펌프 및/또는 선적 및 하역 스테이션(75)에 마련된 펌프는 액화 가스 이동에 필요한 압력을 생성하는데 사용된다.A pump provided on the vessel 70 and / or a pump provided in the ground installation 77 and / or a pump provided in the loading and unloading station 75 is used to generate the pressure necessary for liquefied gas movement.

비록 본 발명을 다수의 특정 실시 예들과 연결하여 설명했지만, 그러한 실시 예들에 제한되지 않음은 당연하며, 본 발명의 범위에 해당하는 한, 앞서 설명한 모든 수단의 기술 등가물 및 그 조합을 포함함은 당연하다.Although the invention has been described in connection with a number of specific embodiments, it is obvious that the invention is not limited to such embodiments and, as long as it is within the scope of the invention, includes technical equivalents and combinations of all the means described above. Do.

동사 "포함하다", 및 그 모든 동사 활용형의 사용은 청구항에 기재된 것과는 다른 요소나 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소나 단계 언급 시 "하나의"라는 부정관사의 사용은 달리 명시되지 않은 한 복수의 그러한 요소나 단계의 존재를 배제하지 않는다.The use of the verb “comprises” and all verb conjugations does not exclude the presence of elements or steps other than those set forth in the claims. The use of the indefinite article "a" when referring to an element or step does not exclude the presence of a plurality of such elements or steps unless otherwise specified.

청구항에서, 괄호안의 참조 부호는 청구항을 제한하는 것으로 해석하지 않는다.In the claims, any reference signs placed between parentheses shall not be construed as limiting the claim.

Claims (2)

액화 가스를 저장하기 위한 설비와 연계된 액화 가스 냉각 장치를 제어하는 방법으로서,
상기 설비는,
- 액화 가스(8)를 액체 상 및 증기 상의 2상 형태로 포함하기 위한 밀폐 단열 탱크(2)로서, 상기 액화 가스와 접촉하는 밀폐 멤브레인(7) 및 상기 밀폐 멤브레인(7)과 지지 구조(4) 사이에 배치된 단열 장벽(3, 6)을 포함하는 다층 구조를 갖는 벽들을 포함하고, 상기 단열 장벽은 고체 물질들과 기체 상을 포함하는, 밀폐 단열 탱크(2);
- 단열 장벽(3, 6) 내 기체 상의 압력(P1)을 측정하도록 마련된 압력 센서(28); 및
- 상기 단열 장벽(3, 6)에 연결되고 상기 단열 장벽(3, 6)의 기체 상을 음의 상대압력에 두도록 마련된 진공 펌프(14, 16), 및 상기 단열 장벽(3, 6)의 기체 상의 압력(P1)을 설정점 압력(Pc1)에 종속시키도록 상기 진공 펌프(16)를 제어하도록 마련된 제어 모듈(26)을 포함하는, 펌핑 장치;를 포함하고,
- 상기 냉각 장치는 상기 액화 가스가 상기 탱크에 저장된 압력에서 상기 액화 가스의 액체-증기 평형 온도 미만으로 상기 액화 가스의 일부의 온도를 낮추도록 마련되고, 상기 액화 가스 냉각 장치를 제어하는 방법은,
- 식 Tmin = f3(Pc1)을 통해 상기 액화 가스의 최소 온도 한계(Tmin)를 결정하는 단계; 및
- 상기 액화 가스의 온도가 최소 온도 한계(Tmin) 미만으로 낮아지지 않도록 상기 최소 온도 한계(Tmin)에 따라 상기 냉각 장치를 제어하는 단계;를 포함하고,
함수(f3)는 증가하는 단조 함수인 것을 특징으로 하는 방법.A method of controlling a liquefied gas cooling device associated with a facility for storing liquefied gas,
The equipment,
A hermetic insulated tank 2 for containing liquefied gas 8 in the form of a liquid phase and a vapor phase, a hermetic membrane 7 in contact with the liquefied gas and a hermetic membrane 7 and a supporting structure 4 A closed thermal insulation tank (2) comprising walls having a multi-layered structure comprising a thermal insulation barrier (3, 6) disposed therebetween, said thermal insulation barrier comprising solid materials and a gas phase;
A pressure sensor 28 arranged to measure the pressure P 1 on the gas in the thermal barrier 3, 6; And
A vacuum pump 14, 16 connected to the thermal barrier 3, 6 and arranged to put the gas phase of the thermal barrier 3, 6 at a negative relative pressure, and the gas of the thermal barrier 3, 6. A pumping device, comprising a control module 26 arranged to control the vacuum pump 16 to subordinate the pressure P 1 of the phase to the set point pressure P c1 , and
The cooling device is arranged to lower the temperature of the portion of the liquefied gas below the liquid-vapor equilibrium temperature of the liquefied gas at a pressure stored in the tank, the method for controlling the liquefied gas cooling device,
-T min = determining a minimum temperature limit T min of the liquefied gas via f 3 (P c1 ); And
- controlling the cooling unit in accordance with the minimum temperature threshold (T min) so that the temperature of the liquefied gas not drop below a minimum temperature threshold (T min); includes,
Function f 3 is an increasing monotonic function. 제1항에 있어서,
상기 함수(f3)는 액화 가스 또는 5% 보다 큰 몰 비율로 존재하는 상기 액화 가스를 구성하는 성분들 중 최저 증발 온도를 갖는 상기 액화 가스의 성분의 온도-압력 도표에서 액체-증기 평형 곡선을 나타내는 함수인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
The function f 3 is the liquid-vapor equilibrium curve in the temperature-pressure plot of the liquefied gas or the component of the liquefied gas having the lowest evaporation temperature among the components constituting the liquefied gas present in a molar ratio greater than 5%. And a function representing.
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