KR102353697B1 - 연근해 해양플랜트용 냉각탑 기반의 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연근해 해양플랜트의 생산모듈(10)을 냉각하는 시스템에 있어서: 분배기(24)와 집수조(26)를 구비하는 냉각탑(20); 상기 생산모듈(10) 또는 냉각탑(20)에 냉각수 저장조(34)를 연결하여 생산모듈(10)의 냉각을 유발하는 냉각수 공급수단(30); 및 상기 냉각수 공급수단(30)에 냉각수를 보충하도록 연결되는 냉각수 보충수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 연근해에 설치되는 부유식 플랜트에서 습식이나 밀폐형으로 구성되는 수냉식 냉각탑을 적용하여 공랭식 냉각기에 비하여 소요 설치 공간을 축소하고 초기 투자 비용을 낮추며 전열 면적을 늘려 효율을 높이는 효과가 있다.

Description

연근해 해양플랜트용 냉각탑 기반의 냉각시스템 {Cooling System based on Cooling Water Tower for Nearshore Floating Plan}

본 발명은 해양플랜트의 냉각에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 연근해에 설치되는 부유식 플랜트에서 공랭식 냉각기(Air Cooler)를 대신하여 수냉식 냉각탑을 적용하는 연근해 해양플랜트용 냉각탑 기반의 냉각시스템에 관한 것이다.

부유식 생산 설비 플랜트(Floating Plant)는 생산 과정 중 발생되는 열처리를 위해 대량의 냉각수를 필요로 하며, 이는 해수를 이용한 열 교환 과정을 거쳐 냉각 및 가열된 해수는 선외 배출된다.

연근해(Nearshore)에 설치되는 부유식 생산 설비의 경우, 아래와 같은 문제로 해수를 이용한 냉각시스템의 설치가 불가능한 경우가 있다.

일 예로, 설치된 지역의 수심이 얕은 경우다. 이 경우, 대량의 해수를 흡입하는 과정에서 토사 및 이물질의 유입 등으로 인한 냉각계통 고장의 문제와 더불어 냉각 해수 품질의 문제를 유발하여 해수를 이용한 수냉이 불가하다.

다른 예로서, 해당 설치 지역의 환경 규범에 따라 배출 해수 온도 상승이 엄격히 규제되거나 해수의 배출이 허용되지 않는 경우다. 이 경우, 그 어떤 조건에도 해수를 사용한 냉각 시스템을 구축하는 것이 불가하다.

상기와 같은 사유로 연근해에 설치되는 부유식 생산설비는 공랭식 핀튜브 냉각탑(Air Cooler 또는 Dry Cooling Tower)를 적용하는 경우가 많은데, 공랭식 냉각탑은 수냉식 대비 낮은 열 전달효율로 인해 필요한 전열면적이 매우 커서 많은 수량의 공랭형 냉각탑을 설치하므로 단가 상승의 주된 요인이 된다. 또한 전열 면적만큼 넓은 설치 면적을 필요로 하여 한정된 설치 면적이라는 해상 플랜트의 조건상 배치가 매우 어려워 대개의 경우 플랜트 최상부 면적의 대부분에 추가 층을 개설하는 방식으로 공랭형 냉각탑 설치에 할애하게 된다.

이에, 수냉식 냉각 방식을 적용하기 위해 참조할 수 있는 선행기술문헌을 살피면 하기의 한국 공개특허공보 제2011-0054546호, 한국 등록특허공보 제0375689호 등의 선행특허가 발견된다.

그러나, 전자의 선행특허는 연근해 부유식 생산 설비에 적용하기 적합하지 않고, 후자의 선행특허는 연근해 부유식 생산 설비에 적용하기 위한 구조 개선을 필요로 한다.

한국 공개특허공보 제2011-0054546호 "부유식 해양구조물의 냉각장치" (공개일자 : 2011.05.25.) 한국 등록특허공보 제0375689호 "밀폐식 증발형 냉각탑" (공개일자 : 2002.04.17.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 연근해에 설치되는 부유식 플랜트에서 공랭식 냉각기(Air Cooler)를 대신하여 습식이나 밀폐형으로 구성되는 수냉식 냉각탑을 적용하는 연근해 해양플랜트용 냉각탑 기반의 냉각시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연근해 해양플랜트의 생산모듈을 냉각하는 시스템에 있어서: 분배기와 집수조를 구비하는 냉각탑; 상기 생산모듈 또는 냉각탑에 냉각수 저장조를 연결하여 생산모듈의 냉각을 유발하는 냉각수 공급수단; 및 상기 냉각수 공급수단에 냉각수를 보충하도록 연결되는 냉각수 보충수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1실시예로서, 상기 냉각수 저장조는 집수조에서 분배기에 이르는 순환경로에 설치되고, 순환경로에 연결된 생산모듈을 거쳐 분배기로 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2실시예로서, 상기 냉각수 저장조는 집수조에서 분배기에 이르는 순환경로에 설치되고, 상기 생산모듈은 냉각탑에 수용되는 열교환기에 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각수 저장조는 냉각탑의 하측에 단열 구조로 형성되어 냉각수 또는 살포수를 저장하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각수 보충수단은 조수기에 의하여 생산된 청수로 냉각수 저장조의 설정된 수위를 유지하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 연근해에 설치되는 부유식 플랜트에서 습식이나 밀폐형으로 구성되는 수냉식 냉각탑을 적용하여 공랭식 냉각기에 비하여 소요 설치 공간을 축소하고 초기 투자 비용을 낮추며 전열 면적을 늘려 효율을 높이는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 해양플랜트에 적용되는 공랭식 냉각탑의 예시도
도 3는 종래의 육상플랜트에 적용되는 밀폐형 냉각탑의 예시도
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 제1실시예를 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 제2실시예를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 연근해 해양플랜트의 생산모듈(10)을 냉각하는 시스템에 관하여 제안한다. 도 1은 에어쿨러(15)를 사용한 해양플랜트용 냉각시스템으로서 생산모듈(10)의 상측으로 상당히 넓은 공간이 요구된다. 도 2는 습식 냉각탑을 적용한 육상플랜트용 냉각시스템이고, 도 3은 밀폐형 냉각탑을 사용한 육상플랜트용 냉각시스템이다. 상기 어느 경우에나 전술한 이유로 연근해(Nearshore)에 설치되는 부유식 생산 설비에 탑재된 생산모듈(10)의 냉각에 적용하기 적합하지 않다.

본 발명에 따른 냉각탑(20)은 분배기(24)와 집수조(26)를 구비하는 구조이다. 냉각탑(20)은 선폭의 중앙에 파이프랙을 이용하여 고정되고, 내부에 분배기(24)와 집수조(26)를 상하로 이격하여 수용한다. 냉각탑(20)의 기본적인 구성은 도 2 및 도 3에 나타내는 것처럼, 분배기(24), 집수조(26) 외에 고온관(21), 저온관(22), 순환수관(23), 송풍기(27) 등을 선택적으로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 냉각수 공급수단(30)이 상기 생산모듈(10) 또는 냉각탑(20)에 냉각수 저장조(34)를 연결하여 생산모듈(10)의 냉각을 유발한다. 해양구조물인 해양플랜트도 습식 냉각탑 (Open Circuit Cooling Tower) 또는 밀폐형 냉각탑 (Closed Circuit Cooling Tower)을 기반으로 하는 냉각시스템을 적용하여 생산모듈(10)의 냉각을 유발할 수 있다. 다만 냉각시스템 및 냉각 매질로 해수를 사용 불가한 경우가 많으므로 구조적 개량이 수반되어야 한다.

본 발명의 냉각시스템에 적용되는 냉각수 저장조(34)는 중력 낙하 또는 펌프 이송된 냉각수를 저장하고 생산모듈(10) 또는 냉각탑(20)으로 토출하는 하는 선내 저장부 기능을 수행한다.

본 발명의 제1실시예로서, 상기 냉각수 저장조(34)는 집수조(26)에서 분배기(24)에 이르는 순환경로에 설치되고, 순환경로에 연결된 생산모듈(10)을 거쳐 분배기(24)로 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 한다. 도 4의 습식 냉각탑(20)은 냉각수와 공기가 직접 접촉하여 대기의 습구 온도에 따른 냉각수의 증발 잠열을 이용하여 열교환하는 형태이다. 냉각탑(20), 냉각수 저장조(34), 생산모듈(10)이 하나의 냉각사이클로 이루어진다. 냉각수 저장조(34)에서 생산모듈(10)에 이르는 급수관(31) 상에는 펌프(36)를 설치하는 것이 좋다. 다수의 생산모듈(10)은 냉각탑(20)에 병렬적 배관으로 연결될 수 있다.

미설명 부호 28은 필러로서 분배기(24)에서 집수조(26)로 낙하되는 냉각수 및 송풍기(27)에 의한 냉각공기 간의 열교환을 촉진한다.

본 발명의 제2실시예로서, 상기 냉각수 저장조(34)는 집수조(26)에서 분배기(24)에 이르는 순환경로에 설치되고, 상기 생산모듈(10)은 냉각탑(20)에 수용되는 열교환기(25)에 연결되는 것을 특징으로 한다. 도 5의 밀폐형 냉각탑은 폐쇄회로를 순환하는 냉각수에 살포수를 뿌려 냉각하고 가열된 살포수는 공기와 직접 접촉시켜 열교환하는 형태이다. 냉각탑(20)과 냉각수 저장조(34)가 일측 냉각사이클로 이루어지고, 생산모듈(10)과 열교환기(25)가 타측 냉각사이클로 이루어진다. 다수의 생산모듈(10)은 열교환기(25)에 병렬적 배관으로 연결된다. 냉각수 저장조(34)에서 생산모듈(10)에 이르는 급수관(31) 상에는 펌프(36)가 설치된다.

이러한 습식 또는 밀폐형 냉각탑(20)을 적용한 냉각시스템을 기반으로 하면 습구온도를 통한방열로 건구온도를 통해 방열하는 공랭형 냉각탑보다 열 전달효율이 매우 우수하며, 그에 따라 초기 투자 비용(설치 면적 포함)과 운전 비용이 많게는 1/6 로 절약된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각수 저장조(34)는 냉각탑(20)의 하측에 단열 구조로 형성되어 냉각수 또는 살포수를 저장하는 것을 특징으로 한다. 냉각탑(20)과 냉각수 저장조(34)를 연결하는 회수관(32)은 상대적으로 직경이 크면서 짧은 경로로 배치되는 것이 좋다. 냉각수 저장조(34)는 해상 조건을 고려하여 타공판 배치 및 배수구 처리한 구조로 형성되고 습식 또는 밀폐형 냉각탑(20)과 긴밀하게 연계된다. 냉각수 저장조(34)는 습식 냉각탑이 적용된 경우 냉각수를 생산모듈(10)로 토출하고 밀폐형 냉각탑이 적용된 경우 살포수를 냉각탑(20)으로 토출하는 관로와 펌프를 포함한다.

한편, 도시에는 생략하나 냉각수 저장조(34)는 단열재로 감싸서 냉각수 또는 살포수의 온도 상승에 의한 냉각 효율 저하를 방지한다.

또한, 본 발명에 따르면 냉각수 보충수단이 상기 냉각수 공급수단(30)에 냉각수를 보충하도록 연결된다. 냉각수 보충수단은 제한된 구역 내 효율적으로 장비를 배치해야 하는 동시에 생산설비의 중량 증가를 최소화해야 하는 해양플랜트의 특성에 부합되어야 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각수 보충수단은 조수기(40)에 의하여 생산된 청수로 냉각수 저장조(34)의 설정된 수위를 유지하는 것을 특징으로 한다. 냉각수 보충수단은 상황에 따라 육상에서 공급된 청수를 사용할 수 있으나 연근해의 상황 변화를 고려할 때 조수기(40)를 기본으로 하는 것이 바람직하다. 조수기(40)는 해수관(42)으로 유입된 해수를 청수로 전환하고, 청수관(44)을 통하여 청수를 냉각수 저장조(34)로 보내며, 처리 후의 해수는 배수관(46)을 통하여 선외로 배출한다. 청수를 해양플랜트에서 자체 공급하는 경우 역삼투 또는 저압증발식을 적용하되 저압증발식의 경우 해양플랜트의 폐열회수장치를 포함할 수 있다.

이때, 도시에는 생략하나 냉각수 저장조(34)에 수위센서를 설치하고 냉각수 보충수단을 제어하여 충분한 냉각수량이 유지되도록 한다.

이에, 해양플랜트에 적용된 사례가 없고 육상의 플랜트에만 적용되었던 습식 또는 밀폐형 냉각탑을 해양 플랜트에 적용하여 배치 효율성 증대와 초기 투자 비용 감소를 도모할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 생산모듈 15: 에어쿨러
20: 냉각탑 21: 고온관
22: 저온관 23: 순환수관
24: 분배기 25: 열교환기
26: 집수조 27: 송풍기
28: 필러 30: 냉각수 공급수단
31: 급수관 32: 회수관
34: 냉각수 저장조 36: 펌프
40: 조수기 42: 해수관
44: 청수관 46: 배수관

Claims (5)

1. 삭제
2. 연근해 해양플랜트의 생산모듈(10)을 냉각하는 시스템에 있어서:
   분배기(24)와 집수조(26)를 구비하는 냉각탑(20);
   상기 생산모듈(10) 또는 냉각탑(20)에 냉각수 저장조(34)를 연결하여 생산모듈(10)의 냉각을 유발하는 냉각수 공급수단(30); 및
   상기 냉각수 공급수단(30)에 냉각수를 보충하도록 연결되는 냉각수 보충수단;을 포함하되,
   상기 냉각수 저장조(34)는 집수조(26)에서 분배기(24)에 이르는 순환경로에 설치되고, 순환경로에 연결된 생산모듈(10)을 거쳐 분배기(24)로 냉각수를 공급하며,
   상기 냉각수 저장조(34)는 냉각탑(20)의 하측에 단열 구조로 형성되어 냉각수 또는 살포수를 저장하고,
   상기 냉각수 보충수단은 조수기(40)에 의하여 생산된 청수로 냉각수 저장조(34)의 설정된 수위를 유지하는 것을 특징으로 하는 연근해 해양플랜트용 냉각탑 기반의 냉각시스템.
3. 연근해 해양플랜트의 생산모듈(10)을 냉각하는 시스템에 있어서:
   분배기(24)와 집수조(26)를 구비하는 냉각탑(20);
   상기 생산모듈(10) 또는 냉각탑(20)에 냉각수 저장조(34)를 연결하여 생산모듈(10)의 냉각을 유발하는 냉각수 공급수단(30); 및
   상기 냉각수 공급수단(30)에 냉각수를 보충하도록 연결되는 냉각수 보충수단;을 포함하되,
   상기 냉각수 저장조(34)는 집수조(26)에서 분배기(24)에 이르는 순환경로에 설치되고, 상기 생산모듈(10)은 냉각탑(20)에 수용되는 열교환기(25)에 연결되며,
   상기 냉각수 저장조(34)는 냉각탑(20)의 하측에 단열 구조로 형성되어 냉각수 또는 살포수를 저장하고,
   상기 냉각수 보충수단은 조수기(40)에 의하여 생산된 청수로 냉각수 저장조(34)의 설정된 수위를 유지하는 것을 특징으로 하는 연근해 해양플랜트용 냉각탑 기반의 냉각시스템.
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