KR20170112445A - 액화가스 재기화 시스템 - Google Patents

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KR20170112445A
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허희승
이태영
양승욱
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 액화가스 재기화 시스템에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크를 갖는 선박이 선적 또는 하역하는 장소에 설치되는 액화가스 재기화 시스템으로서, 상기 액화가스 저장탱크로부터 전달받은 액화가스를 저장하는 드럼; 상기 드럼에 저장된 액화가스를 이송하는 펌프; 상기 액화가스를 가열하는 기화기; 상기 드럼, 상기 펌프, 상기 기화기를 연결하며 수요처로 상기 액화가스를 전달하는 액화가스 공급라인; 및 상기 펌프 내부의 액화가스를 제거하기 위한 불활성가스를 공급하는 가스 주입기를 포함하며, 상기 드럼은, 상기 펌프 또는 상기 기화기보다 높게 설치되고, 상기 가스 주입기는, 상기 불활성가스를 상기 펌프에 주입하여 상기 불활성가스의 압력에 의해 상기 펌프 내부의 액화가스가 상기 드럼으로 드레인 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 재기화 시스템{Regasification System of liquefied Gas}
본 발명은 액화가스 재기화 시스템에 관한 것이다.
최근 환경 규제 등이 강화됨에 따라, 각종 연료 중에서 친환경 연료에 가까운 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 사용이 증대되고 있다. 액화천연가스는 일반적으로 LNG 운반선을 통해 운반되는데, 이때 액화천연가스는 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 LNG 운반선의 탱크에 보관될 수 있다. 액화천연가스는 액체 상태가 될 경우 기체 상태 대비 부피가 600분의 1로 축소되므로 운반 효율이 증대될 수 있다.
그런데 액화천연가스는 액체 상태가 아닌 기체 상태로 소비되는 것이 일반적이어서, 액상으로 저장 및 운송되는 액화천연가스는 재기화되어야 할 필요가 있는바 재기화 설비가 사용된다.
이때 재기화 설비는 LNG 운반선, FLNG, FSRU 등의 선박에 탑재되거나 또는 육상 등에 마련될 수 있으며, 재기화 설비는 해수 등의 열원을 이용하여 액화천연가스를 가열함으로써 재기화를 구현한다.
그런데 액상의 액화천연가스는 -160도에 가까운 극저온 상태에 놓여있기 때문에, 열교환 시 열원과의 온도차이가 크게 벌어지면 액화천연가스를 가열하는 열교환기의 내구성 등에 문제가 발생할 수 있다. 또한 해수를 이용하여 액화천연가스를 가열하는 경우에는 열교환기에 부식이 발생할 우려가 있다.
따라서 최근에는 액상으로 저장되어 있는 액화천연가스를 재기화하는 과정에서, 각종 구성들을 안정적으로 가동할 수 있으면서 재기화 설비를 간소화하는 방향으로 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 제티 또는 육상 등에 펌프 또는 기화기보다 높게 드럼이 설치되어 있을 때, 펌프에 불활성가스를 주입하여 불활성가스의 압력으로 펌프 내부의 액화가스를 빼내어 펌프를 정비 가능한 상태로 변화시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 액화가스 저장탱크를 갖는 선박이 선적 또는 하역하는 장소에 설치되는 액화가스 재기화 시스템으로서, 상기 액화가스 저장탱크로부터 전달받은 액화가스를 저장하는 드럼; 상기 드럼에 저장된 액화가스를 이송하는 펌프; 상기 액화가스를 가열하는 기화기; 상기 드럼, 상기 펌프, 상기 기화기를 연결하며 수요처로 상기 액화가스를 전달하는 액화가스 공급라인; 및 상기 펌프 내부의 액화가스를 제거하기 위한 불활성가스를 공급하는 가스 주입기를 포함하며, 상기 드럼은, 상기 펌프 또는 상기 기화기보다 높게 설치되고, 상기 가스 주입기는, 상기 불활성가스를 상기 펌프에 주입하여 상기 불활성가스의 압력에 의해 상기 펌프 내부의 액화가스가 상기 드럼으로 드레인 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 가스 주입기로부터 상기 펌프를 거쳐 상기 드럼으로 연결되는 가스 주입라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 주입라인은, 상기 가스 주입기로부터 상기 펌프의 상부로 연결된 후, 상기 펌프의 하부에서 상기 드럼으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 주입라인은, 상기 펌프의 하부에서 상기 드럼의 상부로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 주입라인은, 상기 액화가스 공급라인과 독립적으로 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 펌프 및 상기 기화기는, 복수 개가 병렬로 배치되며, 상기 액화가스 공급라인은, 상기 드럼으로부터 분기되어 상기 복수 개의 펌프 및 상기 복수 개의 기화기로 연결된 후, 합류되어 상기 수요처로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 주입기는, 6 내지 8bar로 상기 불활성가스를 상기 펌프에 주입할 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 제티 또는 육상 등에 드럼이 높게 설치됨에 따라 펌프의 드레인이 어려울 때 펌프로 불활성가스를 강제 주입하여, 불활성가스의 압력에 의해 펌프 내부의 액화가스가 드럼으로 드레인 되도록 하여 펌프의 유지 보수를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 액화가스는 LPG, LNG, 에탄 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있으며, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)를 갖는 선박(2)이 하역하는 장소에 마련되는 제티(3)(jetty) 또는 육상에 설치된다. 이하에서는 편의상 액화가스 재기화 시스템(1)이 제티(3)에 설치되는 것으로 한정하여 설명하나, 이로 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 액화가스 재기화 시스템(1)이 갖는 세부 구성들을 설명하기 이전에, 본 발명이 설치되는 장소에 대해 먼저 설명하도록 한다.
액화가스 저장탱크(10)를 갖는 선박(2)(액화가스 운반선이나 FSU 등)은 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 하역을 위하여 하역지로 이동하여 하역지에 정박한다. 그런데 하역지의 수심이 충분히 깊지 않을 경우, 선박(2)을 하역지의 육상에 인접하게 계류시키는 것이 불가능할 수 있다.
이러한 경우 제티(3)를 사용한다. 제티(3)는 육상으로부터 해양으로 돌출되며 기둥(부호 도시하지 않음)을 이용하여 해저면에 지지된 구조물로서, 선박(2)이 정박하는 지점의 수심을 충분히 확보하기 위한 것이다.
즉 하역지에 제티(3)를 마련할 경우, 선박(2)은 육상에 인접한 위치(수심이 얕음)에 정박될 필요 없이 제티(3)에 인접한 위치(수심이 선박(2)의 정박에 충분한 깊이임)에 정박될 수 있으며, 이 경우 액화가스는 제티(3)에 설치된 구성들을 거쳐서 선박(2)에서 육상으로 전달될 수 있다.
물론 제티(3)는 하역지에 설치되는 것으로 한정되지 않고 선적지에 설치될 수 있다. 또한 하역지가 선적지로 기능할 수도 있으므로, 제티(3)의 설치 장소는 선박(2)과 육상 사이에서 액화가스의 이송이 필요한 해안가일 수 있다. 이 경우 제티(3)에 설치된 구성들을 통해 액화가스는 선박(2)에서 육상으로, 및/또는 육상에서 선박(2)으로 이송될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 액화가스 재기화 시스템(1)이 갖는 세부 구성들에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 액화가스 재기화 시스템(1)은, 드럼(20), 펌프(21), 기화기(22), 가스 주입기(30)를 포함한다.
드럼(20)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 전달받은 액화가스를 저장한다. 선박(2)의 액화가스 저장탱크(10)로부터 제티(3)에 마련되는 드럼(20)까지는 액화가스 공급라인(23)이 연결될 수 있고, 드럼(20)은 라인의 직경이나 부피가 확장된 형태 등일 수 있다.
드럼(20)은 액화가스 이송 유량의 급변화를 방지하고 안정적이며 지속적인 액화가스의 공급을 구현할 수 있다. 이때 드럼(20)은 내부 압력이 조절되도록 마련되어 액화가스의 배출 압력을 변화시킬 수 있다. 드럼(20)의 내부 압력 조절은 기화된 액화가스의 리턴 및/또는 불활성가스의 공급 등에 의하여 이루어질 수 있다.
드럼(20)은 제티(3)에 적어도 하나 이상 마련될 수 있고 다만 하나의 드럼(20)에는 복수 개의 펌프(21) 및 복수 개의 기화기(22)가 대응될 수 있다. 이를 위해 드럼(20)은 충분한 크기를 가질 수 있다.
펌프(21)는, 드럼(20)에 저장된 액화가스를 이송한다. 선박(2)의 액화가스 저장탱크(10)로부터 제티(3)의 드럼(20)까지 연결되는 액화가스 공급라인(23)은 드럼(20)으로부터 펌프(21) 등을 거쳐 도시가스 등의 수요처(40)까지 연결될 수 있다.
다만 드럼(20)에서 수요처(40)까지 연결되어 펌프(21) 등이 마련되는 액화가스 공급라인(23)은 고정적으로 설치될 수 있고, 드럼(20)에서 선박(2)의 액화가스 저장탱크(10)까지 연결되는 액화가스 공급라인(23)은 탈착식으로 마련되어 제티(3)에 정박하는 선박(2)에 필요에 따라 연결될 수 있다.
펌프(21)는 원심형 또는 왕복동형 등일 수 있으며, 펌프(21)는 압축이 필요한 액화가스가 유입되는 일정한 내부공간을 가질 수 있다. 이때 펌프(21)의 내부공간에서 상부에는 가스 주입기(30)로부터 가스 주입라인(31)이 연결될 수 있으며, 펌프(21)의 하부에서 드럼(20)까지 가스 주입라인(31)이 연결될 수 있다.
펌프(21)는 복수 개로 마련되고, 일례로 3대로 마련될 때 2대는 가동을 유지하며 1대는 스탠바이로 마련된다. 그런데 가동 중이던 펌프(21) 중 어느 하나에 문제가 발생할 경우 스탠바이로 마련된 펌프(21) 1대가 가동을 시작하고, 문제가 발생한 펌프(21)는 점검에 들어간다.
펌프(21)를 점검하기 위해서는 펌프(21)의 내부공간에서 폭발 위험이 있는 액화가스를 모두 빼내야 한다. 그런데 제티(3)에 마련되는 펌프(21)는 드럼(20)보다 낮게 설치되어 있을 수 있으므로 펌프(21)에서 드럼(20)을 거쳐 선박(2) 측으로 액화가스의 드레인이 어려울 수 있다.
따라서 본 발명은 펌프(21)의 내부공간에 질소 등의 불활성가스를 강제로 주입하여 펌프(21)에 잔류되어 있는 액화가스를 드레인 시킬 수 있다. 이때 불활성가스는, 가스 주입기(30)에 의하여 발생되거나 및/또는 공급되어 가스 주입라인(31)을 따라 펌프(21)의 상부로 유입된 후, 펌프(21)의 내부공간에 남아있던 액화가스를 밀어낸다.
불활성가스에 의해 밀린 액화가스는, 펌프(21)의 하부에 연결된 가스 주입라인(31)을 따라 배출되고, 가스 주입라인(31)은 펌프(21)의 하부에서 드럼(20)으로 연결되어 있는바, 펌프(21)에서 드레인 된 액화가스는 드럼(20)으로 전달될 수 있다.
이러한 과정을 통해, 문제가 발생하여 유지보수가 필요한 펌프(21)는 액화가스가 모두 드레인 되어 안전한 상태가 될 수 있다. 즉 본 발명은, 제티(3)에서 드럼(20)이 펌프(21) 또는 기화기(22)보다 높게 설치되어 있을 때, 펌프(21) 내의 액화가스가 드럼(20)을 거쳐 선박(2) 측으로 드레인 되기 어려운 점을 감안하여, 펌프(21) 내에 불활성가스를 주입하여 드럼(20)으로 액화가스를 강제 드레인 시켜 펌프(21)의 점검이 안전하게 이뤄지도록 할 수 있다.
기화기(22)는, 액화가스를 가열한다. 이때 기화기(22)는 해수를 이용하거나 스팀 또는 글리콜워터 등을 이용하여 액화가스를 가열할 수 있다.
기화기(22)가 액화가스를 가열하는 방식은, 별도의 가열이 필요하지 않은 열원(해수 또는 보일러에서 발생하는 스팀)을 이용하는 직접 가열 방식 또는 보조 열원에 의하여 가열된 열원(해수나 스팀 등에 의해 가열된 글리콜워터)을 이용하는 간접 가열 방식이 있으며, 본 발명은 기화기(22)의 가열 방식을 특별히 한정하지 않는다.
기화기(22)는 복수 개로 마련될 수 있으며, 펌프(21)와 동일한 대수로 마련될 수 있다. 이때 한 대의 펌프(21)에는 한 대의 기화기(22)가 연결되며, 복수 개의 펌프(21) 및 기화기(22)는 병렬로 배치될 수 있다.
일례로 한 대의 드럼(20)에 3대의 펌프(21) 및 3대의 기화기(22)가 연결될 경우, 액화가스 공급라인(23)은 드럼(20)으로부터 분기되어 복수 개의 펌프(21) 및 복수 개의 기화기(22)로 연결된 후, 합류되어 수요처(40)로 연결될 수 있다.
가스 주입기(30)는, 불활성가스를 펌프(21)에 주입한다. 앞서 설명한 바와 같이 복수 개의 펌프(21) 중 문제가 발생하여 점검이 필요한 펌프(21)는 내부에 남아있는 액화가스의 배출이 반드시 이루어져야 한다. 따라서 가스 주입기(30)는, 펌프(21) 내부의 액화가스를 제거하기 위한 불활성가스를 펌프(21)에 주입함으로써, 불활성가스의 압력에 의해 펌프(21) 내부의 액화가스가 드럼(20)으로 드레인 되도록 할 수 있다.
이를 위해 가스 주입기(30)에서 펌프(21)까지는 가스 주입라인(31)이 마련될 수 있다. 가스 주입라인(31)은 가스 주입기(30)로부터 펌프(21)를 거쳐 드럼(20)으로 연결되는데, 일례로 가스 주입라인(31)은 가스 주입기(30)로부터 펌프(21)의 상부로 연결된 후, 펌프(21)의 하부에서 드럼(20)으로 연결될 수 있다.
따라서 가스 주입기(30)에서 생성 및/또는 공급되는 불활성가스는 펌프(21)의 상부로 유입되어 펌프(21)에 잔류하고 있는 액화가스를 펌프(21)의 하부로 밀어낼 수 있다. 불활성가스를 펌프(21)의 상부로 유입시키는 것은, 펌프(21) 내의 액화가스가 액상이어서 펌프(21) 내부공간 중 하부에 잔류해 있을 수 있기 때문이다.
불활성가스에 의해 펌프(21) 내부 공간의 압력이 높아지면 펌프(21)에 잔류하고 있는 액화가스는 펌프(21)의 하부에 연결된 가스 주입라인(31)을 통하여 드럼(20)으로 빠져나가게 된다. 이때 액화가스 및 불활성가스는 가스 주입라인(31)이 펌프(21)의 하부에서 드럼(20)의 상부로 연결됨에 따라 드럼(20)의 상부에서 뿌려질 수 있다.
펌프(21)에서 배출되는 잔여 액화가스를 드럼(20)의 상부에 공급하는 것은, 불활성가스의 주입 시에도 다른 펌프(21)에 의해 드럼(20)에서 수요처(40)로 액화가스의 이송이 이루어지고 있기 때문이다. 즉 불활성가스에 의하여 밀려나온 잔여 액화가스는, 드럼(20)의 상부로 공급된 후 선박(2)의 액화가스 저장탱크(10)로부터 전달된 액화가스와 합류하여 정상 가동하는 펌프(21) 및 기화기(22)를 거쳐 수요처(40)로 전달될 수 있다.
이때 불활성가스가 액화가스와 섞여 드럼(20)으로 전달될 수 있는데, 불활성가스는 비등점이 액화가스보다 낮을 수 있으므로, 가스 주입라인(31)을 따라 드럼(20)으로 유입된 액화가스는 액상인 반면 불활성가스는 기상일 수 있다. 따라서 드럼(20)에서 펌프(21)로 연결되는 액화가스 공급라인(23)에 불활성가스의 유입은 허용되지 않거나 최소화될 수 있다. 물론 이를 위해 액화가스 공급라인(23)은 드럼(20)의 하부에서 펌프(21)로 연결될 수 있다.
가스 주입기(30)는, 불활성가스를 펌프(21)에 주입할 수 있다. 일례로 가스 주입기(30)는 바람직하게는 6 내지 8bar로 불활성가스를 펌프(21)에 주입할 수 있다. 이는 펌프(21)가 액화가스를 압축하는 수요처(40)의 요구 압력을 감안한 것이며, 다만 불활성가스의 주입 압력은 수요처(40)의 요구 압력보다 낮을 수 있다.
가스 주입기(30)에서 펌프(21)를 거쳐 드럼(20)으로 연결되는 가스 주입라인(31)은, 액화가스 공급라인(23)과 독립적으로 마련될 수 있다. 즉 가스 주입라인(31)은 불활성가스가 가스 주입기(30)에서 펌프(21)의 상부로 유입되어 액화가스가 펌프(21)의 하부에서 드럼(20)으로 밀려나도록 할 수 있는데, 이때 가스 주입라인(31)을 액화가스 공급라인(23)과 독립적으로 마련하는 것은, 불활성가스의 주입 시 적어도 일부의 펌프(21)가 가동을 유지하고 있을 수 있기 때문이다.
즉 액화가스 공급라인(23)은 앞서 설명한 바와 같이 드럼(20)에서 분기되어 복수 개의 펌프(21)로 연결될 수 있는데, 만약 가스 주입라인(31)이 적어도 부분적으로 액화가스 공급라인(23)과 합류되도록 마련될 경우, 가스 주입라인(31)을 통해 펌프(21)로 유입되는 불활성가스가 역류하여 수요처(40)로 전달되어 액화가스의 품질을 떨어뜨릴 수 있기 때문에, 가스 주입라인(31)은 액화가스 공급라인(23)으로부터 분기되거나 액화가스 공급라인(23)에 합류되지 않도록 마련될 수 있다.
이와 같이 본 발명은, 제티(3)에 드럼(20)과 펌프(21) 등의 액화가스 재기화 시스템(1)을 마련한 상태에서, 펌프(21)의 유지보수를 위하여 펌프(21)의 내부에서 액화가스를 모두 빼내야 할 때, 드럼(20)의 설치 높이로 인해 중력 등을 이용한 드레인이 불가한 점을 고려하여, 펌프(21)의 내부로 불활성가스를 강제 주입하여 펌프(21)에서 드럼(20)으로 잔여 액화가스를 드레인 시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 액화가스 재기화 시스템 2: 선박
10: 액화가스 저장탱크 3: 제티
20: 드럼 21: 펌프
22: 기화기 23: 액화가스 공급라인
30: 가스 주입기 31: 가스 주입라인
40: 수요처

Claims (7)

  1. 액화가스 저장탱크를 갖는 선박이 선적 또는 하역하는 장소에 설치되는 액화가스 재기화 시스템으로서,
    상기 액화가스 저장탱크로부터 전달받은 액화가스를 저장하는 드럼;
    상기 드럼에 저장된 액화가스를 이송하는 펌프;
    상기 액화가스를 가열하는 기화기;
    상기 드럼, 상기 펌프, 상기 기화기를 연결하며 수요처로 상기 액화가스를 전달하는 액화가스 공급라인; 및
    상기 펌프 내부의 액화가스를 제거하기 위한 불활성가스를 공급하는 가스 주입기를 포함하며,
    상기 드럼은, 상기 펌프 또는 상기 기화기보다 높게 설치되고,
    상기 가스 주입기는, 상기 불활성가스를 상기 펌프에 주입하여 상기 불활성가스의 압력에 의해 상기 펌프 내부의 액화가스가 상기 드럼으로 드레인 되도록 하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 주입기로부터 상기 펌프를 거쳐 상기 드럼으로 연결되는 가스 주입라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 주입라인은,
    상기 가스 주입기로부터 상기 펌프의 상부로 연결된 후, 상기 펌프의 하부에서 상기 드럼으로 연결되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 주입라인은,
    상기 펌프의 하부에서 상기 드럼의 상부로 연결되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 주입라인은,
    상기 액화가스 공급라인과 독립적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프 및 상기 기화기는, 복수 개가 병렬로 배치되며,
    상기 액화가스 공급라인은, 상기 드럼으로부터 분기되어 상기 복수 개의 펌프 및 상기 복수 개의 기화기로 연결된 후, 합류되어 상기 수요처로 연결되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 주입기는,
    6 내지 8bar로 상기 불활성가스를 상기 펌프에 주입하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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