KR102175560B1 - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물에 관한 것이며, 가스 처리 시스템은 복수 개의 가스정에서 생산된 가스유체를 집유하고, 일단과 타단 사이에 마련되어 가스유체의 흐름을 제어하는 가스유체 제어밸브를 포함하는 매니폴드; 복수 개의 가스정 각각으로부터 가스유체를 상기 매니폴드에 전달하는 복수 개의 가스유체 전달라인; 상기 매니폴드 일단에 가스유체를 전달하는 복수 개의 상기 가스유체 전달라인 중 적어도 하나로부터 분기되어, 상기 매니폴드 타단에 가스유체를 전달 가능한 가스유체 우회라인; 상기 매니폴드의 일단으로부터 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하는 제1 분리기; 상기 매니폴드의 타단으로부터 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하는 제2 분리기; 및 상기 제1 분리기 및 상기 제2 분리기 중 적어도 하나로부터 전달 받은 가스를 가압하는 압력 상승부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물{gas treatment system and offshore plant having the same}

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물에 관한 것이다.

최근 환경 규제 등이 강화됨에 따라, 각종 연료 중에서 친환경 연료에 가까운 천연가스(Natural Gas)의 사용이 증대되고 있다. 천연가스는 내륙 또는 해양의 지층에 위치한 가스정(well)으로부터 기체 상태로 추출될 수 있으며, 추출된 천연가스는 이산화탄소의 제거, 수은 제거나 건조, NGL 제거 등과 같은 전처리를 거친 뒤, 보관 및 운송을 위하여 액화 공정을 통해 액화될 수 있다.

천연가스는 냉매와 열교환하면서 비등점(일례로 1기압 하에서 -162℃도) 이하로 냉각되어 액체 상태로 변화할 수 있으며, 액체 상태가 될 경우 기체 상태 대비 부피가 600분의 1로 축소되므로 저장 및 운반 효율이 증대될 수 있다.

위와 같은 액화 공정은 육상의 플랜트나 해상의 FLNG 등에서 이루어질 수 있으며, 액화된 천연가스는 LNG 저장탱크 내에 저장되었다가 소비처로 공급될 수 있다.

일례로 천연가스는 LNG 저장탱크에서 육상의 도시가스시설이나 발전시설 등으로 공급될 수 있고, 또는 LNG 운반선의 카고탱크로 전달되고 LNG 운반선에 의하여 원하는 지역으로 운송될 수 있다.

천연가스는 LNG 저장탱크나 카고탱크에서 배출된 후 기화되어 소비될 수 있으며, 기화 설비는 육상플랜트나 FLNG 등에 구비되거나 또는 천연가스를 소비하는 시설에 구비되어 있을 수 있다.

이와 같이 천연가스는 가스정에서 추출된 후 전처리, 액화 공정, 저장, 운반, 기화 공정 등을 차례로 거치면서 소비되는데, 가스의 생산, 처리 및 공급 등의 안정성 보장과 효율 개선 등을 위하여 다양한 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 가스정으로부터 가스 생산 시에 가스정의 압력 조건이 변화되는 것을 고려하여 가스의 생산 효율성을 향상시킬 수 있는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템은, 복수 개의 가스정에서 생산된 가스유체를 집유하고, 일단과 타단 사이에 마련되어 가스유체의 흐름을 제어하는 가스유체 제어밸브를 포함하는 매니폴드; 복수 개의 가스정 각각으로부터 가스유체를 상기 매니폴드에 전달하는 복수 개의 가스유체 전달라인; 상기 매니폴드 일단에 가스유체를 전달하는 복수 개의 상기 가스유체 전달라인 중 적어도 하나로부터 분기되어, 상기 매니폴드 타단에 가스유체를 전달 가능한 가스유체 우회라인; 상기 매니폴드의 일단으로부터 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하는 제1 분리기; 상기 매니폴드의 타단으로부터 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하는 제2 분리기; 및 상기 제1 분리기 및 상기 제2 분리기 중 적어도 하나로부터 전달 받은 가스를 가압하는 압력 상승부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 복수 개의 가스정의 압력에 따라, 상기 매니폴드로 전달되는 가스유체의 흐름 및 상기 압력 상승부로 전달되는 가스의 흐름을 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스유체 전달라인은 상기 매니폴드에 전달되는 가스유체의 흐름을 차단 가능한 가스유체 차단밸브를 포함하고, 상기 가스유체 우회라인은 상기 매니폴드에 전달되는 가스유체의 흐름을 차단 가능한 가스유체 우회밸브를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 가스로부터 천연가스를 생성하는 가스 처리부로 상기 제1 분리기에서 분리된 가스를 공급하는 가스 공급라인; 상기 제2 분리기에서 분리된 가스를 상기 압력 상승부로 전달하고, 가스의 흐름을 차단 가능한 가스 차단밸브가 마련되는 가스 전달라인; 및 상기 제2 분리기에서 분리된 가스를 상기 압력 상승부를 우회하여 상기 가스 공급라인에 전달하고, 가스의 흐름을 차단 가능한 가스 우회밸브가 마련되는 가스 우회라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 상기 제1 분리기에서 분리된 가스를 상기 압력 상승부로 회수하고, 가스의 흐름을 차단 가능한 가스 회수밸브가 마련되는 가스 회수라인; 및 상기 압력 상승부에서 가압된 가스를 상기 가스 공급라인으로 리턴시키고, 가스의 흐름을 차단 가능한 가스 리턴밸브가 마련되는 가스 리턴라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 가스 생산 초기 시 상기 매니폴드에 가스유체를 전달하는 가스정의 압력이 고압인 경우, 상기 가스유체 제어밸브를 개방하고, 상기 제1 분리기 및 상기 제2 분리기는 상기 매니폴드로부터 고압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 가스 생산 후기 시 상기 매니폴드 일단에 가스유체를 전달하는 가스정의 압력이 고압이고 상기 매니폴드 타단에 가스유체를 전달하는 가스정의 압력이 저압인 경우, 상기 가스유체 제어밸브를 밀폐하고, 상기 제1 분리기는 상기 매니폴드의 일단으로부터 고압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하고, 상기 제2 분리기는 상기 매니폴드의 타단으로부터 저압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하여 상기 압력 상승부로 공급할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 가스 생산 후기 시 상기 매니폴드 일단에 가스유체를 전달하는 복수 개의 가스정 중에서 하나의 가스정의 압력이 고압이며 다른 하나의 가스정이 압력이 저압이고, 상기 매니폴드 타단에 가스유체를 전달하는 가스정의 압력이 저압인 경우, 상기 가스유체 제어밸브를 밀폐하고, 상기 다른 하나의 가스정에서 생산된 가스유체는 상기 가스유체 우회라인을 통해 상기 매니폴드의 타단으로 전달되고, 상기 제1 분리기는 상기 매니폴드의 일단으로부터 고압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하고, 상기 제2 분리기는 상기 매니폴드의 타단으로부터 저압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하여 상기 압력 상승부로 공급할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템은, 가스 생산 후기 시 상기 매니폴드 일단 및 타단에 가스유체를 전달하는 가스정의 압력이 저압인 경우, 상기 제1 분리기 및 상기 제2 분리기는 상기 매니폴드로부터 저압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하여 상기 압력 상승부로 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물은 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 가스정에서 가스를 생산하는 과정에서 가스정의 압력 조건에 따라, 가스 처리 시스템에서 유동하는 가스의 흐름을 제어하여, 가스의 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 가스의 생산 과정에 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하에서 가스는 LPG, LNG, 에탄 등의 탄화수소로서 비등점이 상온보다 낮은 물질을 의미할 수 있으며, 다만 편의상 본 발명은 LNG(메탄)를 최종적으로 생산 및 저장하는 것으로 한정하여 설명한다. 또한 본 명세서에서 가스는, 용어 표현에도 불구하고 그 상태가 기상으로 한정되지 않는다.

이하에서 고압(HP: High pressure), 저압(LP: Low pressure), 고온, 저온, 고농도, 저농도는 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.

본 발명은 이하에서 설명하는 가스 처리 시스템과, 가스 처리 시스템이 탑재된 해양 구조물을 포함할 수 있다. 먼저 본 발명의 해양 구조물에 대해 간략히 설명한다.

해양 구조물은 심해 또는 연안 등에 계류/고정되며, 가스정에서 생산되는 가스를 전달받아 가공, 정제, 액화하여 저장하고 수요처로 공급하는 시설로서, FLNG, FSRU, Fixed Platform 등과 같은 해양플랜트를 의미할 수 있다. 물론 본 발명의 해양 구조물은, 가스의 처리 구성이 탑재될 수 있다면 일반 상선도 포괄하는 개념으로 사용될 수 있다.

해양 구조물은 선체인 헐사이드(Hull side)와 선체 위에 마련되는 탑사이드(Top side)를 포함한다. 해양 구조물의 헐사이드에는 저장 공간이 주로 마련될 수 있고, 일례로 액화가스 저장탱크 등이 마련된다. 액화가스 저장탱크는 생산가스를 정제, 액화하여 저장해두는 구성이며, 가스를 극저온 액체 상태에서 안정적으로 저장하기 위하여 멤브레인 타입으로 마련될 수 있지만, 이로 한정하는 것은 아니다.

액화가스 저장탱크는 선체의 길이 방향으로 복수 개가 마련될 수 있고, 또한 선체의 좌우 방향으로 둘 이상이 마련될 수 있다. 액화가스 저장탱크의 수나 배치는, 해양 구조물이 처리해야 하는 생산가스의 규모에 따라 다양하게 결정될 수 있다.

탑사이드는, 가스를 처리하는 구성을 포함한다. 탑사이드에는 후술할 가스 처리 시스템이 포함될 수 있으며, 가스 처리 시스템의 세부 구성에 대해서는 이하에서 자세히 설명하도록 한다.

헐사이드의 상부에는 탑사이드 외에도 거주구인 선실, 엔진의 배기를 배출하는 엔진 케이싱, 그리고 플레어 타워 등이 더 마련될 수 있지만, 헐사이드 상부면의 대부분은 탑사이드의 설치를 위해 활용될 수 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 가스 처리 시스템에 대해 자세히 설명한다.

도 1은 종래의 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 1을 참조하면 종래의 가스 처리 시스템은, 다수의 생산정을 포함하는 가스정(W)으로부터 가스유체를 집유하는 소형 매니폴드(11)가 마련되고, 복수개의 소형 매니폴드(11)에서 가스유체가 매니폴드(10)로 전달될 수 있다.

가스유체에는 천연가스를 포함하는 가스, 오일, 물 등이 포함되어 있으며, 매니폴드(10)에 공급된 가스유체는 분리기(20, 21)로 전달되어 가스, 오일, 물 등이 분리될 수 있다.

분리기(20, 21)에서 분리된 가스는 가스 처리부(A)로 전달되어 천연가스 제품으로 처리될 수 있으며, 가스 처리부(A)로 전달되는 가스의 압력이 낮은 경우 압력 상승부(30)가 가스의 압력을 증가시킬 수 있다.

가스의 생산이 진행됨에 따라 가스정(W)의 압력이 감소되며, 분리기(20, 21)로 전달되는 가스유체의 압력도 감소하게 된다. 이에 따라 가스 생산 초기에는 고압 조건으로 운전되는 시스템이 가스 생산 후기에는 저압 조건으로 운전되게 된다. 가스 처리 시스템이 저압 조건으로 운전되는 경우, 분리기(20, 21)에서 분리된 가스 전부는 압력 상승부(30)로 전달되고, 가압되어 가스 처리부(A)로 공급될 수 있다.

이때, 종래의 가스 처리 시스템은 가스정(W) 각각에서 생산되는 가스유체 및 가스의 흐름을 별도로 제어하지 않고 일괄적으로 제어하였다. 복수개의 가스정(W)은 압력이 감소되는 정도가 서로 상이하며, 압력이 감소된 가스정(W)에서 전달 받은 가스유체로부터 가스를 생성하기 위하여, 종래의 가스 처리 시스템은 시스템 전체를 저압 모드로 운전하게 된다. 다만, 시스템 전체를 저압 모드로 운전하는 경우, 압력이 상대적으로 높은 고압의 가스정(W)의 가스 생산 효율이 현저하게 떨어지는 문제가 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은 가스정(W)에 생산되는 가스유체를 처리하는 시스템으로서, 매니폴드(10), 제1 분리기(20), 제2 분리기(21), 압력 상승부(30), 가스유체 전달라인(L10), 가스유체 우회라인(L11)을 포함한다.

도2 를 참고하면, 본 명세서에서 가스정(W)은 가스유체를 생산하는 곳으로, 제1 가스정(W1), 제2 가스정(W2), 제3 가스정(W3) 등의 복수 개의 가스정을 포함하는 포괄적인 의미로 사용될 수 있다.

도2 를 참고하면, 본 명세서에서 가스유체 전달라인(L10)은 가스정(W)에서 생산된 가스유체를 매니폴드(10)로 전달하는 라인으로, 제1 가스유체 전달라인(L10a), 제2 가스유체 전달라인(L10b), 제3 가스유체 전달라인(L10c) 등의 복수 개의 가스유체 전달라인을 포함하는 포괄적인 의미로 사용될 수 있다.

도2 를 참고하면, 본 명세서에서 가스유체 차단밸브(12)는 가스유체 전달라인(L10)에 마련되어 가스정(W)에서 매니폴드(10)로 전달되는 가스유체의 흐름을 제어하는 밸브로서, 제1 가스유체 차단밸브(12a), 제2 가스유체 차단밸브(12b), 제3 가스유체 차단밸브(12c) 등의 복수 개의 가스유체 차단밸브를 포함하는 포괄적인 의미로 사용될 수 있다.

이하에서는 가스 처리 시스템(1)에 유기적으로 형성되어 구현되는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.

매니폴드(10)는 가스정(W)에서 생산되는 가스유체를 집유하며, 매니폴드(10)의 일단과 타단 사이에는 가스유체 제어밸브(14)가 마련되어, 매니폴드(10)의 일단과 타단 사이에 유동하는 가스유체의 흐름을 제어할 수 있다.

매니폴드(10)의 일단과 타단은 매니폴드(10)에 마련되는 가스유체 제어밸브(14)를 기준으로 상대적인 위치를 의미하는 것으로, 일예로 매니폴드(10)의 끝단이 일단일 수 있고, 매니폴드(10)의 일단에 반대측에 위치하는 끝단이 타단일 수 있다.

가스정(W)에는 다수의 생산정이 포함될 수 있으며, 다수의 생산정에서 생산된 가스유체는 소형 매니폴드(11)로 집유될 수 있다. 복수 개의 가스정(W) 각각에는 소형 매니폴드(11)가 마련되고, 소형 매니폴드(11) 각각은 가스유체 전달라인(L10)을 통해 매니폴드(10)에 가스유체를 전달할 수 있다.

도 2를 참고하면 제1 가스정(W), 제2 가스정(W), 제3 가스정(W) 각각에는 소형 매니폴드(11)가 마련되어 가스정(W)에서 생산된 가스유체를 집유하고, 제1 가스정(W1)에서 생산된 가스유체는 제1 가스유체 전달라인(L10a)을 통해 매니폴드(10)의 일단에 공급될 수 있고, 제2 가스정(W2)에서 생산된 가스유체는 제2 가스유체 전달라인(L10b)을 통해 매니폴드(10)의 일단에 공급될 수 있고, 제3 가스정(W3)에서 생산된 가스유체는 제3 가스유체 전달라인(L10c)을 통해 매니폴드(10)의 타단에 공급될 수 있다. 다만, 복수 개의 가스정(W)으로부터 매니폴드(10)에 연결되는 가스유체 전달라인(L10)의 위치를 전술한 것으로 한정하는 것은 아니다.

가스유체 전달라인(L10) 각각에는 가스유체 차단밸브(12)가 마련되고, 가스유체 차단밸브(12)의 개페에 의하여 매니폴드(10)로 공급되는 가스유체의 흐름이 제어될 수 있다.

가스유체 우회라인(L11)은 매니폴드(10) 일단에 가스유체를 전달하는 복수 개의 가스유체 전달라인(L10) 중 적어도 하나로부터 분기되어, 매니폴드(10) 타단에 가스유체를 전달할 수 있다. 이와 반대로, 가스유체 우회라인(L11)은 매니폴드(10) 타단에 가스유체를 전달하는 복수 개의 가스유체 전달라인(L10) 중 적어도 하나로부터 분기되어, 매니폴드(10) 일단에 가스유체를 전달할 수도 있다.

즉 가스유체 우회라인(L11)은, 가스유체 우회라인(L11)과 연결된 가스유체 전달라인(L10)이 가스유체를 매니폴드(10)에 전달하는 위치를 우회하여, 가스유체 제어밸브(14)를 기준으로 매니폴드(10)의 반대측으로 가스유체를 전달할 수 있다.

가스유체 우회라인(L11)에는 가스유체 우회밸브(13)가 마련되고, 가스유체 우회밸브(13)의 개페에 의하여 매니폴드(10)로 공급되는 가스유체의 흐름이 제어될 수 있다.

도 2를 참고하면, 제2 가스유체 전달라인(L10b)에 가스유체 우회라인(L11)이 마련되어 있는 것이 도시되어 있으나, 제1 가스유체 전달라인(L10a) 및 제3 가스유체 전달라인(L10c)에도 가스유체 우회라인(L11)이 마련될 수 있다.

또한, 다른 가스정(W)과의 상대적인 위치, 다른 가스정(W)과의 압력이 감소되는 상대적인 속도 등을 고려하여, 가스유체 우회라인(L11)이 마련되는 가스유체 전달라인(L10)을 선택할 수 있다.

제1 분리기(20) 및 제2 분리기(21)는 매니폴드(10)로부터 가스유체를 공급 받아, 가스를 분리할 수 있다. 가스유체에는 천연가스를 포함하는 가스, 오일, 물 등이 존재할 수 있으며, 제1 분리기(20) 및 제2 분리기(21)는 이러한 가스유체에서 천연가스를 포함하는 가스를 분리할 수 있다. 제1 분리기(20) 및 제2 분리기(21)에서 분리된 오일, 물 등의 부가물은 이를 사용하는 수요처 등으로 전달될 수 있다.

제1 분리기(20)는 제1 가스유체 파이프라인(L12a)을 통해 매니폴드(10)의 일단에 연결되어, 매니폴드(10)의 일단으로부터 가스유체를 전달 받아 가스를 분리할 수 있다. 제2 분리기(21)는 제2 가스유체 파이프라인(L12b)을 통해 매니폴드(10)의 타단에 연결되어, 매니폴드(10)의 타단으로부터 가스유체를 전달 받아 가스를 분리할 수 있다.

제1 분리기(20) 및 제2 분리기(21)는 가스유체로부터 가스를 분리할 수 있는 것이라면, 당업계에서 사용되는 분리기를 제한없이 사용할 수 있다. 또한, 제1 분리기(20)와 제2 분리기(21)는 서로 동일한 사양을 가지는 분리기일 수 있다.

제1 분리기(20)에서 분리된 가스는 가스 공급라인(L20)을 통해 가스 처리부(A)로 공급될 수 있다. 제2 분리기(21)에서 분리된 가스는 가스 전달라인(L21)을 통해 압력 상승부(30)로 전달되거나, 가스 우회라인(L22)을 통해 가스 공급라인(L20)에 합류되어 가스 처리부(A)로 공급될 수 있다.

가스 전달라인(L21)에는 가스 차단밸브(22)가 마련되고, 가스 차단밸브(22)의 개폐를 통해 가스 전달라인(L21)에서의 가스의 흐름을 제어할 수 있다. 또한, 가스 우회라인(L22)에는 가스 우회밸브(23)가 마련되고, 가스 우회밸브(23)의 개폐를 통해 가스 우회라인(L22)에서의 가스의 흐름을 제어할 수 있다.

제2 분리기(21)는 가스 전달라인(L21)을 통해 압력 상승부(30)와 바로 연결될 수 있어, 제2 분리기(21)는 주로 저압의 가스유체를 전달 받아 저압의 가스를 분리하여 압력 상승부(30)로 공급할 수 있다. 다만, 제2 분리기(21)가 저압의 가스유체만을 분리하는 것은 아니고, 고압의 가스유체로부터 가스를 분리할 수 있음은 물론이다.

압력 상승부(30)는, 제1 분리기(20)에서 분리된 가스 및 제2 분리기(21)에서 분리된 가스를 전달 받아 가압할 수 있다. 압력 상승부(30)에는 압축기(미도시)가 마련될 수 있으며, 제1 분리기(20) 및 제2 분리기(21)에서 분리된 가스를 가압할 수 있다.

압력 상승부(30)는 제1 분리기(20)와 가스 처리부(A) 사이에 마련될 수 있으며, 가스 회수라인(L30)을 통해 제1 분리기(20)에서 가스 처리부(A)로 공급되는 가스를 회수하여 가압할 수 있다. 압력 상승부(30)에서 가압된 가스는 가스 리턴라인(L31)을 통해 가스 공급라인(L20)에 합류될 수 있으며, 가압된 가스가 가스 처리부(A)로 공급될 수 있다.

가스 회수라인(L30)에는 가스 회수밸브(31)가 마련되어 가스 공급라인(L20)으로부터 회수되는 가스의 흐름을 제어할 수 있고, 가스 리턴라인(L31)에는 가스 리턴밸브(32)가 마련되어 압력 상승부(30)에서 가압되어 가스 공급라인(L20)으로 리턴되는 가스의 흐름을 제어할 수 있다.

가스 처리부(A)는 제1 분리기(20) 및 제2 분리기(21)에서 분리된 가스를 처리하여, 천연가스 제품을 생성할 수 있다. 가스 처리부(A)는 당업계에서 가스정(W)에서 생성된 가스로부터 천연가스 제품을 형성하는 공지된 구성을 포함할 수 있다.

예를 들면 가스 처리부(A)는, 분리기(20, 21)에서 분리된 가스의 노점(Dew Point)를 조절하는 노점 조절유닛, 가스에 함유된 이산화탄소 등의 산성가스를 제거하는 산성가스 제거유닛, 가스에 함유된 수분을 흡수하여 제거하는 가스 탈수유닛, 가스로부터 메탄과 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등과 탄화수소를 포함하는 천연가스를 회수하는 천연가스 회수유닛 등을 포함할 수 있다.

가스 처리 시스템(1)은, 복수 개의 가스정(W)의 압력에 따라, 매니폴드(10)로 전달되는 가스유체의 흐름 및 압력 상승부(30)로 전달되는 가스의 흐름을 제어하여, 가스 생산 효율을 극대화시킬 수 있다.

구체적으로, 가스 처리 시스템(1)을 이루는 각각의 라인에 마련되는 밸브의 개폐를 조절함으로써, 가스 생산에 최적화되도록 가스 처리 시스템(1)의 각 라인에서 유동하는 유체의 흐름을 제어할 수 있다.

이하에서는 도 2 내지 도 5를 참고하여, 가스 생산 초기와 후기 시에 복수 개의 가스정(W)의 압력에 따라 가스 처리 시스템(1)이 가스를 생산하는 프로세스에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 가스 생산 초기 시, 매니폴드(10)에 가스유체를 전달하는 가스정(W)의 압력이 모두 고압인 경우의 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다.

가스 생산 초기 시에는 가스정(W)의 압력은 고압인 상태로, 가스 처리 시스템(1)은 고압 모드로 운전될 수 있다. 가스유체 우회밸브(13)가 밀폐되어 가스유체 우회라인(L11)으로 가스유체의 공급 없이, 가스정(W)에서 생산된 가스유체는 모두 가스유체 전달라인(L10)을 통해 매니폴드(10)로 전달될 수 있다.

가스유체 제어밸브(14)는 개방되어, 매니폴드(10)의 일단과 타단 사이에 가스유체가 유동할 수 있으며, 매니폴드(10)의 일단으로부터 고압의 가스유체가 제1 분리기(20)로 전달되고, 매니폴드(10)의 타단으로부터 고압의 가스유체가 제2 분리기(21)로 전달될 수 있다.

제1 분리기(20) 및 제2 분리기(21)에서 분리된 가스는 고압 상태로, 압력 상승부(30)를 경유할 필요 없이 가스 처리부(A)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 가스 차단밸브(22), 가스 회수밸브(31), 및 가스 리턴밸브(32)는 밀폐되고, 가스 우회밸브(23)는 개방될 수 있다.

이를 통해, 제1 분리기(20)에서 분리된 고압의 가스는 가스 공급라인(L20)을 통해 가스 처리부(A)로 공급될 수 있고, 제2 분리기(21)에서 분리된 고압의 가스는 가스 우회라인(L22)를 통해 가스 처리부(A)로 공급될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다. 구체적으로, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 가스 생산 후기 시, 매니폴드(10) 일단에 가스유체를 전달하는 가스정(W)의 압력이 고압이고 매니폴드(10) 타단에 가스유체를 전달하는 가스정(W)의 압력이 저압인 경우의 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다.

도 3을 참고하면 가스유체 우회밸브(13)가 밀폐되고, 제1 가스정(W1) 및 제2 가스정(W2)에서 생산된 고압의 가스유체는 각각 제1 가스유체 전달라인(L10a) 및 제2 가스유체 전달라인(L10b)을 통해 매니폴드(10)의 일단으로 전달되고, 제3 가스정(W3)에서 생산된 저압의 가스유체는 제3 가스유체 전달라인(L10c)을 통해 매니폴드(10)의 타단으로 전달될 수 있다.

이때, 가스유체 제어밸브(14)가 밀폐되어 매니폴드(10)의 일단과 타단 사이에서 가스유체가 유동되는 것이 차단될 수 있다. 이를 통해 매니폴드(10)의 일단에서 제1 분리기(20)로 고압의 가스유체 만이 전달되고, 매니폴드(10)의 타단에서 제2 분리기(21)로 저압의 가스유체 만이 전달될 수 있다.

제1 분리기(20)는 고압의 가스유체로부터 고압의 가스를 분리하여 가스 처리부(A)로 공급할 수 있다. 이때, 가스 회수밸브(31)가 밀폐되어, 제1 분리기(20)에서 분리된 고압의 가스가 압력 상승부(30)로 회수되는 것을 차단할 수 있다.

반면, 제2 분리기(21)에서 분리된 가스는 저압 상태여서 가압될 필요가 있다. 이에 따라 가스 우회밸브(23)가 밀폐되고 가스 차단밸브(22)가 개방되어, 제2 분리기(21)에서 분리된 가스가 압력 상승부(30)로 전달될 수 있다.

가스 리턴밸브(32)가 개방되어, 압력 상승부(30)에서 가압된 가스는 가스 리턴라인(L31)을 통해 가스 공급라인(L20)으로 합류되어, 가스 처리부(A)로 공급될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 저압의 가스유체와 고압의 가스유체의 흐름을 별도로 제어함으로써, 고압의 가스는 가스 처리부(A)로 공급하고 저압의 가스 만을 압력 상승부(30)로 전달하여 가압할 수 있으므로, 가스의 생산 효율 및 가스 처리에 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다. 구체적으로, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 가스 생산 후기 시, 매니폴드(10) 일단에 가스유체를 전달하는 복수 개의 가스정(W) 중에서 하나의 가스정(W)의 압력이 고압이며 다른 하나의 가스정(W)이 압력이 저압이고, 매니폴드(10) 타단에 가스유체를 전달하는 가스정(W)의 압력이 저압인 경우의 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다.

제1 가스정(W1)에서 생성된 고압의 가스유체는 제1 가스유체 전달라인(L10a)을 통해 매니폴드(10)의 일단으로 전달될 수 있다. 제3 가스정(W3)에서 생성된 저압의 가스유체는 제3 가스유체 전달라인(L10c)을 통해 매니폴드(10)의 타단으로 전달될 수 있다.

한편, 제2 가스정(W2)은 제1 가스정(W1)보다 상대적으로 저압인 상태이므로, 제2 가스유체 차단밸브(12b)가 밀폐되고 가스유체 우회밸브(13)가 개방되어, 저압의 가스유체는 가스유체 우회라인(L11)을 통해 매니폴드(10)의 타단으로 전달될 수 있다.

이때, 가스유체 제어밸브(14)가 밀폐되어 매니폴드(10)의 일단과 타단 사이에서 가스유체가 유동되는 것이 차단될 수 있다. 이를 통해 매니폴드(10)의 일단에서 제1 분리기(20)로 고압의 가스유체만 전달되고, 매니폴드(10)의 타단에서 제2 분리기(21)로 저압의 가스유체만 전달될 수 있다.

즉, 매니폴드(10) 일단에 고압의 가스유체와 저압의 가스유체가 동시에 전달되는 것을 방지하여, 제1 분리기(20)는 고압의 가스유체로부터 가스를 분리하고, 제2 분리기(21)는 저압의 가스유체로부터 가스를 분리하도록 함으로써, 가스 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 가스 차단밸브(22)는 개방되고 가스 우회밸브(23)와 가스 회수밸브(31)는 밀폐되어 제2 분리기(21)에서 분리된 저압의 가스만 압력 상승부(30)로 전달되도록 함으로써, 압력 상승부(30)는 효과적으로 저압 가스 만을 가압할 수 있다. 이를 통해, 압력 상승부(30)에서의 부하를 감소시킬 수 있고, 저압 가스를 가압하기 위한 에너지 소모를 절감할 수 있다.

가스 리턴밸브(32)가 개방되어, 압력 상승부(30)에서 가압된 가스는 가스 공급라인(L20)으로 합류되어, 가스 처리부(A)로 공급될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 고압의 가스유체와 저압의 가스유체가 혼합되어 분리기로 전달되는 것을 방지하여 가스 생성 효율을 향상시킬 수 있고, 저압의 가스 만을 압력 상승부(30)로 전달하여 가압할 수 있으므로 가스 처리에 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다. 구체적으로, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 가스 생산 후기 시, 매니폴드(10)에 가스유체를 전달하는 가스정(W)의 압력이 모두 저압인 경우의 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다.

가스 생산 후기 매니폴드(10)로 가스유체를 전달하는 가스정(W) 모두의 압력이 저압인 경우, 가스 처리 시스템(1)은 저압 모드로 운전될 수 있다. 도 5에는 제2 가스유체 차단밸브(12)가 밀폐되고 가스유체 우회밸브(13)가 개방되어, 제2 가스정(W)에서 생산되는 저압의 가스유체가 가스유체 유회라인을 따라 매니폴드(10)로 전달되는 것이 도시되어 있으나, 이와 달리 제2 가스유체 차단밸브(12)가 개방되고 가스유체 우회밸브(13)가 밀폐되어, 가스유체 전달라인(L10)을 통해 매니폴드(10)로 전달될 수 있다.

가스유체 제어밸브(14)는 개방되어, 매니폴드(10)의 일단과 타단 사이에 가스유체가 유동할 수 있으며, 매니폴드(10)의 일단으로부터 저압의 가스유체가 제1 분리기(20)로 전달되고, 매니폴드(10)의 타단으로부터 저압의 가스유체가 제2 분리기(21)로 전달될 수 있다.

제1 분리기(20) 및 제2 분리기(21)에서 분리된 가스는 모두 저압 상태로, 압력 상승부(30)로 전달될 필요가 있다. 이에 따라, 가스 우회밸브(23)는 밀폐되고, 가스 차단밸브(22), 가스 회수밸브(31), 및 가스 리턴밸브(32)는 개방되어, 제1 분리기(20) 및 제2 분리기(21)에서 분리된 저압의 가스는 압력 상승부(30)로 전달되어 가압된 후에 가스 처리부(A)로 공급될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 가스 생산 시간이 경과됨에 따라 가스정(W)의 압력이 저하되는 것을 고려하여, 가스 처리 시스템(1)에서 유동하는 가스유체 및 가스의 흐름을 제어함으로써, 가스의 생산 효율 및 가스 처리에 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.

본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 가스 처리 시스템
W, W1, W2, W3: 가스정 A: 가스 처리부
10: 매니폴드 11: 소형 매니폴드
12, 12a, 12b, 12c: 가스유체 차단밸브 13: 가스유체 우회밸브
14: 가스유체 제어밸브 20: 제1 분리기
21: 제2 분리기 22: 가스 차단밸브
23: 가스 우회밸브 30: 압력 상승부
31: 가스 회수밸브 32: 가스 리턴밸브
L10, L10a, L10b, L10c: 가스유체 전달라인
L11: 가스유체 우회라인
L12a, L12b: 가스유체 파이프라인
L20: 가스 공급라인 L21: 가스 전달라인
L22: 가스 우회라인 L30: 가스 회수라인
L31: 가스 리턴라인

Claims (10)

1. 복수 개의 가스정에서 생산된 가스유체를 집유하고, 일단과 타단 사이에 마련되어 가스유체의 흐름을 제어하는 가스유체 제어밸브를 포함하는 매니폴드;
   복수 개의 가스정 각각으로부터 가스유체를 상기 매니폴드에 전달하는 복수 개의 가스유체 전달라인;
   상기 매니폴드 일단에 가스유체를 전달하는 복수 개의 상기 가스유체 전달라인 중 적어도 하나로부터 분기되어, 상기 매니폴드 타단에 가스유체를 전달 가능한 가스유체 우회라인;
   상기 매니폴드의 일단으로부터 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하는 제1 분리기;
   상기 매니폴드의 타단으로부터 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하는 제2 분리기; 및
   상기 제1 분리기 및 상기 제2 분리기 중 적어도 하나로부터 전달 받은 가스를 가압하는 압력 상승부를 포함하며,
   가스 생산 후기 시 상기 매니폴드 일단에 가스유체를 전달하는 가스정의 압력이 고압이고 상기 매니폴드 타단에 가스유체를 전달하는 가스정의 압력이 저압인 경우,
   상기 가스유체 제어밸브를 밀폐하고, 상기 제1 분리기는 상기 매니폴드의 일단으로부터 고압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하고, 상기 제2 분리기는 상기 매니폴드의 타단으로부터 저압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하여 상기 압력 상승부로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   복수 개의 가스정의 압력에 따라, 상기 매니폴드로 전달되는 가스유체의 흐름 및 상기 압력 상승부로 전달되는 가스의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가스유체 전달라인은 상기 매니폴드에 전달되는 가스유체의 흐름을 차단 가능한 가스유체 차단밸브를 포함하고,
   상기 가스유체 우회라인은 상기 매니폴드에 전달되는 가스유체의 흐름을 차단 가능한 가스유체 우회밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   가스로부터 천연가스를 생성하는 가스 처리부로 상기 제1 분리기에서 분리된 가스를 공급하는 가스 공급라인;
   상기 제2 분리기에서 분리된 가스를 상기 압력 상승부로 전달하고, 가스의 흐름을 차단 가능한 가스 차단밸브가 마련되는 가스 전달라인; 및
   상기 제2 분리기에서 분리된 가스를 상기 압력 상승부를 우회하여 상기 가스 공급라인에 전달하고, 가스의 흐름을 차단 가능한 가스 우회밸브가 마련되는 가스 우회라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제1 분리기에서 분리된 가스를 상기 압력 상승부로 회수하고, 가스의 흐름을 차단 가능한 가스 회수밸브가 마련되는 가스 회수라인; 및
   상기 압력 상승부에서 가압된 가스를 상기 가스 공급라인으로 리턴시키고, 가스의 흐름을 차단 가능한 가스 리턴밸브가 마련되는 가스 리턴라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   가스 생산 초기 시 상기 매니폴드에 가스유체를 전달하는 가스정의 압력이 고압인 경우,
   상기 가스유체 제어밸브를 개방하고, 상기 제1 분리기 및 상기 제2 분리기는 상기 매니폴드로부터 고압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   가스 생산 후기 시 상기 매니폴드 일단에 가스유체를 전달하는 복수 개의 가스정 중에서 하나의 가스정의 압력이 고압이며 다른 하나의 가스정이 압력이 저압이고, 상기 매니폴드 타단에 가스유체를 전달하는 가스정의 압력이 저압인 경우,
   상기 가스유체 제어밸브를 밀폐하고, 상기 다른 하나의 가스정에서 생산된 가스유체는 상기 가스유체 우회라인을 통해 상기 매니폴드의 타단으로 전달되고,
   상기 제1 분리기는 상기 매니폴드의 일단으로부터 고압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하고, 상기 제2 분리기는 상기 매니폴드의 타단으로부터 저압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하여 상기 압력 상승부로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
9. 제 1 항에 있어서,
   가스 생산 후기 시 상기 매니폴드 일단 및 타단에 가스유체를 전달하는 가스정의 압력이 저압인 경우,
   상기 제1 분리기 및 상기 제2 분리기는 상기 매니폴드로부터 저압의 가스유체를 전달 받아 가스를 분리하여 상기 압력 상승부로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
10. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 해양 구조물.

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