KR20120049731A

KR20120049731A - 연료가스 공급장치 및 방법

Info

Publication number: KR20120049731A
Application number: KR1020100111139A
Authority: KR
Inventors: 김승혁; 윤호병; 고민수; 이종철
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-05-17
Also published as: KR101271041B1

Abstract

연료가스 공급장치 및 방법이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료가스 공급장치는 LNG 저장탱크로부터 저압연료사용처까지 연장되는 증발가스 공급라인과, 상기 증발가스 공급라인에 설치되는 증발가스 압축기 및 증발가스 히터와, 상기 LNG 저장탱크로부터 재응축기까지 연장되는 LNG 공급라인과, 상기 LNG 공급라인에 설치되는 LNG 펌프 및 제 1 바이패스밸브와, 상기 LNG 공급라인의 LNG 펌프 후방 위치와 상기 증발가스 공급라인의 증발가스 압축기 후방 위치의 사이에 설치되는 강제 기화라인과, 상기 강제 기화라인에 설치되는 제 1 유량조절밸브, 강제 기화기 및 제 1 체크밸브를 포함할 수 있다.

Description

연료가스 공급장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FUEL GAS SUPPLY}

본 발명은 연료가스 공급에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압가스엔진과 저압가스엔진과 보일러를 갖춘 선박에서 사용되는 연료가스 공급장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)를 운반하는 선박은 천연가스를 상압에서 -163℃의 극저온 상태로 액화하여 운송한다. 이러한 극저온 상태의 액화가스, 즉 LNG는 외부와의 온도차이에 의해 열이 공급됨으로써 지속적으로 증발가스(Boil-off Gas, BOG)가 발생하게 되는데, 최근에는 이러한 증발가스를 처리하기 위하여 재액화하여 저장탱크로 돌려보내는 증발가스 재액화장치를 설치하여 자원의 낭비를 줄이고 있다.

한편 고압가스엔진은 예컨대 ME-GI 엔진의 경우, 고압의 천연가스를 연료로 사용하는 엔진으로서, 약 150~250 bar의 고압 가스의 공급이 필요하다.

동일한 질량유량의 유체를 가압하는데 있어 기체를 가압하는 것은 액체를 가압하는데 비해 현저히 많은 전력소모가 필요하며, 특히 약 200bar의 고압일 경우 그 차이는 더욱 커질 것이 자명하다.

이러한 이유로 고압가스엔진과 관련된 선행발명에서는 연료를 고압으로 가압하는데 액체만을 가압하기 위한 방법을 설명하고 있다.

하지만 LNG의 특성상 극저온(약 -160℃) 상태로 연료가 저장되며, 외부로부터 열 유입에 의해 지속적으로 증발가스가 발생하게 된다.

이러한 증발가스를 탱크외부로 빼내지 않으면 저장탱크의 내부 압력이 증가하여 저장탱크에 손상을 줄 수 있기 때문에 적절한 처리방법을 갖추어야 한다.

종래 기술에 따른 LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템 및 방법은 대한민국 특허출원 제10-2007-0121558호로서, 저장탱크에서 발생된 증발가스와 LNG 탱크로부터 빼낸 액화 가스를 각각 적당한 압력으로 1차 가압하고 열교환하여 액화가스의 냉열을 회수하면서 증발가스를 액화하고, 액화된 증발가스를 저장탱크로 돌려보내거나 고압으로 가압하여 고압가스 사용엔진에 공급하는 방법이 게재되어있다.

그러나, 종래 기술의 연료가스 공급 방법은 LNG를 기화시키기에 앞서 냉열을 회수하여 증발가스를 처리할 수 있으나, LNG의 냉열만으로는 증발가스를 액화시키기에 부족하므로, 추가로 냉각기를 더 구비해야 하고, 이러한 냉각기를 운전하기 위해서 추가의 전력소모가 필요하는 단점이 있다.

한편, 이와 유사하게 종래의 다른 기술로서, 대한민국 특허출원 제10-2007-0123679호의 LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템 및 방법에서는 저장탱크에서 발생된 증발가스와 LNG 탱크로부터 빼낸 액화가스를 각각 적당한 압력으로 1차 가압하고, 재응축기(recondenser)에서 혼합하여 액화상태로 만든 뒤 이를 엔진에서 요구하는 만큼은 2차 가압하여 고압 상태로 만들고 기화시켜 사용하도록 구성되어 있다.

이러한 종래의 연료가스 공급 방법은 LNG를 1차 가압할 경우 포화액체 상태에서 과냉각 액체상태로 되는 점을 이용해서 증발가스를 일시적으로 액체상태가 되게 하여 펌프를 이용해 가압이 가능하게 할 수는 있다.

그러나, 종래의 연료가스 공급 방법은 증발가스가 과다하게 발생할 경우 증발가스를 처리하기 위하여 엔진에서 필요로 하는 연료 이상의 액화가스를 재응축기로 보내야 하며, 재응축된 LNG 중 연료로 사용된 양을 제외하고 탱크로 되돌린 부분은 다시 팽창되며 증발가스를 발생시키는 한편 추가적인 외부의 열(예: 펌프, 컴프레서, 배관 등에서 유입된 열)을 저장탱크 내부로 넣을 수 있어서, 저장탱크의 압력 상승을 일시적으로는 해소할 수 있으나, 장기적으로는 역효과, 즉 저장탱크의 압력이 상승되는 문제가 발생될 가능성이 매우 높다.

따라서, 연료가스 공급 방법은 상기 재응축기만으로 더 이상 저장탱크의 압력 상승을 억제하지 못할 수 있고, 이에 따라 증발가스를 연소기에서 태워 버려야 하므로 손실이 발생하는 단점을 갖는다.

즉, 종래 기술의 연료가스 공급 방법은 고압가스엔진과 저압가스엔진과 보일러를 갖춘 선박에서, 증발가스가 저압가스엔진과 보일러의 사용량에 비해 적게 발생되거나, 상기 사용량만큼 발생되거나, 또는 상기 사용량보다 많이 발생되는 것에 따라, 연료가스를 원활하게 처리할 수 없어, 연료가스를 안정적으로 고압가스엔진과 저압가스엔진 또는 보일러에 공급하기 어려운 단점을 갖는다.

본 발명의 실시예는 고압가스엔진을 포함한 고압연료사용처와, 저압가스엔진과 보일러를 포함한 저압연료사용처의 연료가스 공급시, 저압연료사용처의 증발가스 사용량 대비 증발가스 발생량에 따라 안정적으로 연료가스를 공급하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, LNG 저장탱크로부터 저압연료사용처까지 연장되는 증발가스 공급라인과, 상기 증발가스 공급라인에 설치되는 증발가스 압축기 및 증발가스 히터와, 상기 LNG 저장탱크로부터 재응축기까지 연장되는 LNG 공급라인과, 상기 LNG 공급라인에 설치되는 LNG 펌프 및 제 1 바이패스밸브와, 상기 LNG 공급라인의 LNG 펌프 후방 위치와 상기 증발가스 공급라인의 증발가스 압축기 후방 위치의 사이에 설치되는 강제 기화라인과, 상기 강제 기화라인에 설치되는 제 1 유량조절밸브, 강제 기화기 및 제 1 체크밸브를 포함하는 연료가스 공급장치가 제공될 수 있다.

또한, 저압연료사용처는 저압가스엔진, 보일러, 가스연소장치, 발전기 중 선택된 어느 하나 또는 선택된 것들을 조합하여 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예는 LNG 공급라인의 제 1 바이패스밸브 전방 위치에서 분기되어 설치되는 바이패스 공급라인과, 상기 바이패스 공급라인에 설치되는 제 2 바이패스밸브와, 상기 바이패스 공급라인의 말단으로부터 고압가스엔진까지 연장되어 설치되는 고압 LNG 공급라인과, 상기 고압 LNG 공급라인에 설치되는 고압펌프 및 고압기화기를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예는 바이패스 공급라인의 말단으로부터 증발가스 공급라인의 증발가스 압축기 및 증발가스 히터 사이 위치까지 연장되어 설치되는 재응축라인과, 상기 재응축라인에 설치되는 재응축기 및 제 2 유량조절밸브와, 상기 재응축기의 일측으로부터 증발가스 공급라인의 증발가스 히터 전방 위치까지 연결된 배관에 설치되는 제 2 체크밸브와, 상기 재응축기에 설치된 압력센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스의 발생량이 저압연료사용처의 증발가스 사용량과 동일한 경우, 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 상기 증발가스가 증발가스 공급라인을 경유하고, 증발가스 압축기 및 증발가스 히터를 거쳐 저압연료사용처에 공급되고, 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG가 고압 LNG 공급라인을 경유하고, 고압펌프와 고압기화기를 거쳐 가압 및 기화되어 고압연료사용처에 공급되는 것을 특징으로 하는 연료가스 공급방법이 제공될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스의 발생량이 저압연료사용처의 증발가스 사용량에 비해 적은 경우, 증발가스 부족분을 보상할 만큼의 LNG가 강제 기화기를 통해 기화되어 기화 NG가 되고, 증발가스 압축기에서 압축된 압축 증발가스와 상기 기화 NG가 혼합되어 증발가스 히터를 거쳐 저압연료사용처에 공급되고, 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG가 재응축기를 경유하지 않고, 고압펌프와 고압기화기를 거쳐 가압 및 기화되어 고압연료사용처에 공급될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스의 발생량이 저압연료사용처의 증발가스 사용량에 비해 많은 경우, 상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스 중 일부가 증발가스 공급라인을 경유하고, 증발가스 압축기 및 증발가스 히터를 거쳐 저압연료사용처에 공급되고, 상기 증발가스 중 일부를 제외한 잉여 증발가스가 재응축기에 의해 재응축되어 고압연료사용처에 공급될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 상기 재응축기에서 상기 잉여 증발가스를 처리하는 도중 압력 저하가 발생되는 경우, 강제 기화라인의 제 1 유량조절밸브의 밸브 개폐 비율을 조절하여 재응축기의 내부 압력을 보상할 수 있을 정도의 LNG 유량이 상기 제 1 유량조절밸브를 통해 강제 기화기 쪽으로 흐를 수 있도록 제어하고, 상기 강제 기화기에서 발생된 기화 NG가 재응축라인의 개방된 제 2 유량조절밸브를 통해 상기 재응축기 쪽으로 유입되게 하여, 상기 재응축기 내부의 압력 저하를 보상할 수 있다.

본 발명의 실시예는 연료가스를 액화상태로 LNG 저장탱크에 저장한 후, 고압가스엔진과 저압가스엔진과 보일러의 연료 공급을 위해서, LNG 저장탱크의 LNG 또는 증발가스를 엔진 또는 보일러의 사용 조건에 맞게 처리하여 공급할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시예는 저압가스엔진과 보일러를 포함하는 저압연료사용처의 증발가스 사용량 대비 증발가스 발생량에 따라 안정적으로 연료가스를 공급할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 LNG 공급라인의 LNG 펌프 후방 위치와 증발가스 공급라인의 증발가스 압축기 후방 위치의 사이에 강제 기화라인을 설치하되, 강제 기화라인에 제 1 유량조절밸브, 강제 기화기, 제 1 체크밸브를 설치함으로서, 증발가스의 발생량에 따라 연료가스를 저압연료사용처와 고압연료사용처에 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 강제 기화라인 이후 위치를 기준으로 고압 LNG 공급라인과 증발가스 공급라인의 사이에 재응축기를 설치하여, 저압연료사용처의 증발가스 사용량보다 증발가스 발생량이 클 경우, 재응축기에 의해 잉여 증발가스를 재응축하여 고압가스엔진에 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 재응축기에 부착된 압력센서에 의해 증발가스의 재응축시에 발생되는 압력 저하를 감지할 경우, 제 1 유량조절밸브의 밸브 개폐 비율을 조절하여 LNG가 강제 기화기를 통해 기화 NG로 변환되게 하고, 상기 기화 NG를 재응축기에 공급시킴에 따라, 상기 압력 저하를 보상하여 본 실시예의 장치 작동을 안정화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료가스 공급장치를 도시한 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 연료가스 공급장치에 의한 증발가스 발생 유형별 연료가스 공급방법을 설명하기 위한 도면들이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료가스 공급장치를 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 증발가스 공급을 위해 LNG 저장탱크(1)로부터 저압연료사용처까지 연장되는 증발가스 공급라인(14)과, 증발가스 공급라인(14)에 설치되는 증발가스 압축기(141) 및 증발가스 히터(142)와, LNG 공급을 위해 LNG 저장탱크(1)로부터 재응축기(2)까지 연장되는 LNG 공급라인(12)을 포함할 수 있다.

여기서, 재응축기(2)는 과다 증발가스를 처리하는 역할을 수행할 수 있다.

과다 증발가스란, 저압연료사용처의 증발가스 사용량에 비해, LNG 저장탱크(1)에서 발생하는 증발가스의 발생량이 많을 경우의 증발가스를 의미할 수 있다.

또한, 본 실시예는 LNG 공급라인(12)에 설치되는 LNG 펌프(121) 및 제 1 바이패스밸브(12a)와, LNG 공급라인(12)의 LNG 펌프(121) 후방 위치와 증발가스 공급라인(14)의 증발가스 압축기(141) 후방 위치의 사이에 설치되는 강제 기화라인(13)과, 강제 기화라인(13)에 설치되는 제 1 유량조절밸브(131), 강제 기화기(132) 및 제 1 체크밸브(133)를 포함할 수 있다.

여기서, 저압연료사용처는 저압가스엔진(4), 보일러(5), 가스연소장치(GCU, Gas Combustion Unit), 발전기 중에서 선택된 어느 하나의 장치를 의미할 수 있거나, 선택된 것들을 조합하여 구성될 수 있다. 예컨대, 발전기 또는 발전수단은 저압가스엔진(4)을 사용하여 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예는 LNG 공급라인(12)의 제 1 바이패스밸브(12a) 전방 위치에서 분기되어 설치되는 바이패스 공급라인(19)과, 바이패스 공급라인(19)에 설치되는 제 2 바이패스밸브(19a)와, 바이패스 공급라인(19)의 말단으로부터 고압가스엔진(3)까지 연장되어 설치되는 고압 LNG 공급라인(23)과, 고압 LNG 공급라인(23)에 설치되는 고압펌프(231) 및 고압기화기(232)를 포함할 수 있다.

여기서, 고압가스엔진(3)은 고압연료사용처 또는 추진수단으로 이해될 수 있고, 예컨대, ME-GI 엔진으로 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예는 바이패스 공급라인(19)의 말단으로부터 증발가스 공급라인(14)의 증발가스 압축기(141) 및 증발가스 히터(142) 사이 위치까지 연장되어 설치되는 재응축라인(143)과, 재응축라인(143)에 설치되는 재응축기(2) 및 제 2 유량조절밸브(144)와, 재응축기(2)의 일측(예: 상부)으로부터 증발가스 공급라인(14)의 증발가스 히터(142) 전방 위치까지 연결된 배관(24)에 설치되는 제 2 체크밸브(241)와, 재응축기(2)에 설치되어 재응축기(2)의 내부 압력을 감지하는 압력센서(2a)를 포함할 수 있다.

본 실시예는 주지의 밸브 컨트롤러, 각종 센서(예: 온도, 유량, 압력) 신호 처리기를 이용하여 LNG를 공급하는 것을 제어하는 로직에 대응하게 각종 제어대상을 제어하는 연료가스 공급제어로직시스템(도시 안됨)과 연동하여 사용될 수 있다.

예컨대, 연료가스 공급제어시스템은 앞서 언급한 압력센서(2a) 또는 증발가스 유량센서 또는 LNG 유량센서와 연결되어, 증발가스 발생량에 대응하게 제 1 유량조절밸브(131)와 제 2 유량조절밸브(144)의 밸브 개폐 비율을 제어하거나, 제 1 바이패스밸브(12a)와 제 2 바이패스밸브(19a)의 밸브 개폐를 제어할 수 있도록 구성되어 있을 수 있다.

증발가스 공급라인(14)의 저압가스엔진(4) 전방 위치에는 벤트마스트(vent mast) 또는 가스연소장치 쪽으로 연장되는 분기라인(161)이 설치되고, 분기라인(161)에는 개폐를 통해 연료가스의 공급을 제어하는 제 1 제어밸브(16)가 설치될 수 있다.

또한, 분기라인(161)의 전방 위치에는 보일러(5) 측으로 연장되는 연장라인(15)가 설치되고, 연장라인(15)에는 개폐를 통해 연료가스의 공급을 제어하는 제 2 제어밸브(151)가 설치될 수 있다.

증발가스 공급라인(14)은 LNG 저장탱크(1)로부터 배출되는 증발가스를 저압가스엔진(4)와 같은 저압연료사용처에 제공하기 위한 경로로 사용되거나, 강제 기화기(132)에서 만들어진 기화 NG와 증발가스를 재응축라인(143) 및 제 2 유량조절밸브(144)를 경유하여 재응축기(2)에 제공하기 위한 경로로도 사용될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 연료가스는 액화상태로 LNG 저장탱크(1)에 저장되어 있을 수 있다.

LNG는 선박의 추진수단인 고압가스엔진(3)의 연료 공급을 위해, LNG 펌프(121)를 이용하여 LNG 공급라인(12)에 공급될 수 있다.

이때, 바이패스 공급라인(19)의 초입은 제 1 바이패스밸브(12a) 전방 위치에서 삼방 연결 부재를 이용하여 LNG 공급라인(12)으로부터 분기되어 설치될 수 있다.

제 1 바이패스밸브(12a) 후방 위치에 위치한 LNG 공급라인(12)의 말단은 재응축기(2)의 타측(예: 하부 좌측)에 관통하게 연결되어 있다.

또한, 바이패스 공급라인(19)의 말단은 삼방 연결 부재를 이용하여, 재응축라인(143)과 고압 LNG 공급라인(23)에 관통하게 연결되어 있다.

따라서, LNG는 LNG 공급라인(12), 바이패스 공급라인(19), 고압 LNG 공급라인(23)을 통해 고압가스엔진(3)까지 공급되거나, 또는 LNG 공급라인(12), 제 1 바이패스밸브(12a), 재응축기(2), 재응축라인(143)의 하부, 고압 LNG 공급라인(23)을 통해 유동할 수 있다.

특히, LNG는 고압 LNG 공급라인(23)의 고압펌프(231)와 고압기화기(232)를 경유하여 가압 및 기화된 후 고압가스엔진(3)까지 공급될 수 있다.

이때, 발생되는 LNG 저장탱크(1) 내 증발가스는 증발가스 공급라인(14)을 통해 LNG 저장탱크(1)에서 빠져나온 후, 저압연료사용처, 예컨대, 발전용 저압가스엔진(4)에 공급될 수 있다.

증발가스 공급라인(14)을 통해 LNG 저장탱크(1) 밖으로 빼낸 증발가스는 저압가스엔진(4)뿐만 아니라, 분기라인(161)과 연장라인(15)을 경유하여 보일러(5)에서도 사용될 수 있다.

보일러(5)나 저압가스엔진(4)과 같은 증발가스의 소비처인 저압연료사용처에서 요구하는 증발가스의 양, 즉 저압연료사용처의 증발가스 사용량에 비해, LNG 저장탱크(1)에서 발생하는 증발가스의 발생량이 많을 경우에는 증발가스 압축기(141)를 통해 압축된 압축 증발가스가 제 2 유량조절밸브(144)의 밸브 개폐 비율 제어에 의해 재응축기(2)로 보내어져 응축상태로 만들어 지고, 이후 고압가스엔진(3)의 연료로 공급될 수 있다.

여기서, 저압연료사용처의 증발가스 사용량이란, 보일러(5)나 저압가스엔진(4)에서 요구하는 연료의 양 또는 증발가스 요구량을 의미할 수 있다.

반면, LNG 저장탱크(1)에서 발생하는 증발가스의 발생량에 비해 저압연료사용처의 증발가스 사용량이 많을 경우, LNG 공급라인(12), 고압 LNG 공급라인(23) 등을 통해 고압가스엔진(3)에 필요한 연료와 함께 저압가스엔진(4) 및 보일러(5)에서 요구되는 증발가스 양의 부족분을 LNG 저장탱크(1)에서 빼내어 LNG 공급라인(12)에 공급한다. 이후, LNG 공급라인(12)에 공급된 LNG 중에서 고압가스엔진(3)에 필요한 분량은 바이패스 공급라인(19)과, 고압 LNG 공급라인(23)과 고압펌프(231) 및 고압기화기(232)를 거쳐 고압가스엔진(3)에 공급될 수 있고, 나머지 분량은 강제 기화기(132)를 통해 기화한 뒤 기화 NG가 될 수 있다. 기화 NG는 증발가스 압축기(141)에서 압축된 압축 증발가스와 혼합되어 증발가스 히터(142)에 보내어져 가열된 후, 저압가스엔진(4) 및 보일러(5)로 공급될 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 4를 통해서 본 실시예에 따른 증발가스 발생 유형별 연료가스 공급방법을 설명하고자 한다.

도 2는 증발가스의 발생량이 저압가스엔진(4)과 보일러(5)에서 사용하는 양, 즉 저압연료사용처의 증발가스 사용량과 동일한 경우를 도시하고 있다.

도 2를 참조하면, 강제 기화라인(13)의 제 1 체크밸브(133)는 증발가스를 강제 기화기(132) 쪽으로 유동하지 못하게 하고, 그 반대 방향으로는 유체(예: 기화 NG)가 유동할 수 있도록, 설치 방향을 고려하여 강제 기화라인(13)에 설치되어 있다. 또한, 재응축라인(143)의 제 2 유량조절밸브(144)는 폐쇄되어 있다. 또한, 제 2 체크밸브(241)도 증발가스를 재응축기(2) 쪽으로 유동하지 못하도록, 역시 설치 방향을 고려하여 배관(24)에 설치되어 있다.

따라서, LNG 저장탱크(1)에서 발생된 증발가스는 증발가스 공급라인(14), 증발가스 압축기(141)와 증발가스 히터(142)를 거쳐 저압연료사용처인 저압가스엔진(4)와 보일러(5)에 공급될 수 있다.

한편, 강제 기화라인(13)의 제 1 유량조절밸브(131) 및 LNG 공급라인(12)의 제 1 바이패스밸브(12a)가 폐쇄되어 있고, 바이패스 공급라인(19)의 제 2 바이패스밸브(19a)가 개방되어 있을 수 있다.

따라서, 고압가스엔진(3)에서 사용되기 위한 연료인 LNG는 LNG 공급라인(12), LNG 펌프(121), 바이패스 공급라인(19), 제 2 바이패스밸브(19a), 고압 LNG 공급라인(23), 고압펌프(231), 고압기화기(232)를 거쳐 가압 및 기화되어 고압가스엔진(3)에 공급된다.

도 3은 증발가스의 발생량이 저압가스엔진(4)과 보일러(5)에서 사용하는 양, 즉 저압연료사용처의 증발가스 사용량에 비해 적은 경우, 즉 부족한 경우를 도시하고 있다.

도 3을 참조하면, 제 1 체크밸브(133)와 제 2 체크밸브(241)가 설치 방향에 따른 역지 밸브 기능을 수행하는 상태에서, 연료가스 공급제어로직시스템은 재응축라인(143)의 제 2 유량조절밸브(144) 및 LNG 공급라인(12)의 제 1 바이패스밸브(12a)를 각각 폐쇄시킨 반면, 강제 기화라인(13)의 제 1 유량조절밸브(131)는 개방시키도록 밸브 제어를 수행한다.

특히, 강제 기화라인(13)의 제 1 유량조절밸브(131)의 밸브 개폐 비율은 연료가스 공급제어로직시스템(도시 안됨)의 LNG 공급 제어 로직에 의해 제어되어, 결과적으로 요구되는 증발가스 양의 부족분을 보상할 수 있을 정도의 유량이 제 1 유량조절밸브(131)를 통해 강제 기화기(132) 쪽으로 흐를 수 있도록 정해질 수 있다.

이렇게, 저압가스엔진(4)과 보일러(5)의 증발가스 사용량에 비해 LNG 저장탱크(1)에서 발생하는 증발가스가 적을 경우, 증발가스 부족분을 보상할 만큼의 LNG가 강제 기화기(132)를 통해 기화되어 기화 NG가 된다.

이런 기화 NG는 증발가스 압축기(141)에서 압축된 압축 증발가스와 혼합되어 증발가스 히터(142)에 보내어져 가열된 후, 저압가스엔진(4) 및 보일러(5)에 공급됨에 따라, 증발가스 양의 부족분을 안정되게 보상할 수 있게 된다.

한편, 고압가스엔진(3)에서 사용되기 위한 연료인 LNG는 재응축기(2)를 거치지 않고 고압가스엔진(3)에 공급된다. 즉, LNG는 LNG 공급라인(12), LNG 펌프(121), 바이패스 공급라인(19), 제 2 바이패스밸브(19a), 고압 LNG 공급라인(23), 고압펌프(231), 고압기화기(232)를 거쳐 가압 및 기화되어 고압가스엔진(3)에 공급된다.

도 4는 증발가스의 발생량이 저압가스엔진(4)과 보일러(5)을 포함한 저압연료사용처의 증발가스 사용량에 비해 많은 경우, 즉 잉여 증발가스가 발생되는 경우를 도시하고 있다.

도 4를 참조하면, 본 실시예는 LNG 저장탱크(1)에서 발생된 증발가스는 앞서 설명한 바와 같이 저압가스엔진(4)과 보일러(5)에 공급하고, 이와 함께 잉여 증발가스를 재응축기(2)에 의해 재응축시킴에 따라, LNG 저장탱크(1)의 LNG와 재응축된 LNG가 재응축기(2)로부터 고압가스엔진(3)에 공급될 수 있다.

이를 위해, 잉여 증발가스의 상황에 따라, LNG 저장탱크(1)의 압력이 증가되는 것을 막기 위해, 연료가스 공급제어로직시스템이 밸브 제어를 수행할 수 있다.

즉, 제 1 체크밸브(133)와 제 2 체크밸브(241)가 설치 방향에 따른 역지 밸브 기능을 수행한 상태에서, 연료가스 공급제어로직시스템은 재응축라인(143)의 제 2 유량조절밸브(144)를 개방시키고, LNG 공급라인(12)의 제 1 바이패스밸브(12a)를 개방시키는 대신, 바이패스 공급라인(19)의 제 2 바이패스밸브(19a) 및 강제 기화라인(13)의 제 1 유량조절밸브(131)를 각각 폐쇄시키도록 밸브 제어를 수행할 수 있다.

이런 경우, 재응축기(2)를 경유한 LNG 저장탱크(1)의 LNG와 재응축기(2)에서 응축된 LNG가 고압 LNG 공급라인(23)을 통해 고압가스엔진(3)에 공급될 수 있다.

특히, 본 실시예는 별도의 구성 없이, 강제 기화라인(13)의 설치 위치의 특징에 의해, 도 4의 점선으로 표시한 바와 같은 압력보상의 경우와 같이, 재응축기(2)의 내부의 압력 저하를 보상할 수 있는 작동을 더 수행할 수 있다.

즉, 연료가스 공급제어로직시스템은 재응축기(2)의 내부에 설치된 압력센서(2a)를 이용하여, 재응축기(2) 내부의 압력 저하를 감지할 수 있다.

이런 경우, 연료가스 공급제어로직시스템은 폐쇄되어 있던 강제 기화라인(13)의 제 1 유량조절밸브(131)를 개방시킨 후, 미리 정한 압력 보상용 밸브 개폐 비율로 제 1 유량조절밸브(131)의 밸브 개폐를 제어한다.

여기서, 미리 정한 압력 보상용 밸브 개폐 비율이란 요구되는 재응축기(2)의 내부 압력을 보상할 수 있을 정도의 유량이 제 1 유량조절밸브(131)를 통해 강제 기화기(132) 쪽으로 흐를 수 있도록 미리 정해진 밸브 개폐 비율을 의미할 수 있다.

이렇게 제 1 유량조절밸브(131)의 밸브 개폐에 의해 점선과 같이, LNG가 강제 기화라인(13) 및 강제 기화기(132)를 통해 NG가 되고, 그 기화 NG가 재응축라인(143)의 개방된 제 2 유량조절밸브(144)를 통해 재응축기(2) 내에 유입됨에 따라, 결과적으로 재응축기(2) 내부의 압력 저하를 보상하여 본 실시예에 따른 연료가스 공급장치의 작동을 안정화시킬 수 있다.

한편, 위의 방법으로 증발가스가 모두 처리되지 못하는 경우에도, 별도의 벤트마스트(Vent mast)나 가스연소장치가 더 마련되어 있음에 따라, LNG 저장탱크의 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있음은 물론이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 기실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

1 : LNG 저장탱크 2 : 재응축기
2a : 압력센서 3 : 고압가스엔진
4 : 저압가스엔진 5 : 보일러
12 : LNG 공급라인 13 : 강제 기화라인
14 : 증발가스 공급라인 19 : 바이패스 공급라인
23 : 고압 LNG 공급라인 121 : LNG 펌프
131 : 제 1 유량조절밸브 132 : 강제 기화기
133 : 제 1 체크밸브 141 : 증발가스 압축기
142 : 증발가스 히터 143 : 재응축라인
144 : 제 2 유량조절밸브 231 : 고압펌프
232 : 고압기화기 241 : 제 2 체크밸브

Claims

LNG 저장탱크로부터 저압연료사용처까지 연장되는 증발가스 공급라인과,
상기 증발가스 공급라인에 설치되는 증발가스 압축기 및 증발가스 히터와,
상기 LNG 저장탱크로부터 재응축기까지 연장되는 LNG 공급라인과,
상기 LNG 공급라인에 설치되는 LNG 펌프 및 제 1 바이패스밸브와,
상기 LNG 공급라인의 LNG 펌프 후방 위치와 상기 증발가스 공급라인의 증발가스 압축기 후방 위치의 사이에 설치되는 강제 기화라인과,
상기 강제 기화라인에 설치되는 제 1 유량조절밸브, 강제 기화기 및 제 1 체크밸브를 포함하는
연료가스 공급장치.
제1항에 있어서,
상기 저압연료사용처는 저압가스엔진, 보일러, 가스연소장치, 발전기 중 선택된 어느 하나 또는 선택된 것들을 조합하여 구성된 것을 특징으로 하는
연료가스 공급장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 LNG 공급라인의 제 1 바이패스밸브 전방 위치에서 분기되어 설치되는 바이패스 공급라인과,
상기 바이패스 공급라인에 설치되는 제 2 바이패스밸브와,
상기 바이패스 공급라인의 말단으로부터 고압가스엔진까지 연장되어 설치되는 고압 LNG 공급라인과,
상기 고압 LNG 공급라인에 설치되는 고압펌프 및 고압기화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
연료가스 공급장치.
제3항에 있어서,
상기 바이패스 공급라인의 말단으로부터 증발가스 공급라인의 증발가스 압축기 및 증발가스 히터 사이 위치까지 연장되어 설치되는 재응축라인과,
상기 재응축라인에 설치되는 재응축기 및 제 2 유량조절밸브와,
상기 재응축기의 일측으로부터 증발가스 공급라인의 증발가스 히터 전방 위치까지 연결된 배관에 설치되는 제 2 체크밸브와,
상기 재응축기에 설치된 압력센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
연료가스 공급장치.
LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스의 발생량이 저압연료사용처의 증발가스 사용량과 동일한 경우,
상기 LNG 저장탱크에서 발생된 상기 증발가스가 증발가스 공급라인을 경유하고, 증발가스 압축기 및 증발가스 히터를 거쳐 저압연료사용처에 공급되고,
상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG가 고압 LNG 공급라인을 경유하고, 고압펌프와 고압기화기를 거쳐 가압 및 기화되어 고압연료사용처에 공급되는 것을 특징으로 하는
연료가스 공급방법.
제5항에 있어서,
상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스의 발생량이 저압연료사용처의 증발가스 사용량에 비해 적은 경우,
증발가스 부족분을 보상할 만큼의 LNG가 강제 기화기를 통해 기화되어 기화 NG가 되고, 증발가스 압축기에서 압축된 압축 증발가스와 상기 기화 NG가 혼합되어 증발가스 히터를 거쳐 저압연료사용처에 공급되고,
상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG가 재응축기를 경유하지 않고, 고압펌프와 고압기화기를 거쳐 가압 및 기화되어 고압연료사용처에 공급되는 것을 특징으로 하는
연료가스 공급방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스의 발생량이 저압연료사용처의 증발가스 사용량에 비해 많은 경우,
상기 LNG 저장탱크에서 발생된 증발가스 중 일부가 증발가스 공급라인을 경유하고, 증발가스 압축기 및 증발가스 히터를 거쳐 저압연료사용처에 공급되고,
상기 증발가스 중 일부를 제외한 잉여 증발가스가 재응축기에 의해 재응축되어 고압연료사용처에 공급되는 것을 특징으로 하는
연료가스 공급방법.
제7항에 있어서,
상기 재응축기에서 상기 잉여 증발가스를 처리하는 도중 압력 저하가 발생되는 경우,
강제 기화라인의 제 1 유량조절밸브의 밸브 개폐 비율을 조절하여 재응축기의 내부 압력을 보상할 수 있을 정도의 LNG 유량이 상기 제 1 유량조절밸브를 통해 강제 기화기 쪽으로 흐를 수 있도록 제어하고,
상기 강제 기화기에서 발생된 기화 NG가 재응축라인의 개방된 제 2 유량조절밸브를 통해 상기 재응축기 쪽으로 유입되게 하여, 상기 재응축기 내부의 압력 저하를 보상하는 것을 특징으로 하는
연료가스 공급방법.