KR100204168B1 - 탱크의 배수방법 및 상기 배수에 사용하기 위한 플랜트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공급원에 액체상태로 저장된 증기화된 질소를 탱크에 공급함으로서, 액화된 가스의 내용물을 배수한 후, 증기화된 잔여가스를 수용하는 탱크를 배수하는 방법에 관한 것이다.

더욱이, 본 발명은 증기화된 상태로 상기 탱크에 공급된 액체질소의 공급원을 포함하는, 상기 탱크의 배수에 사용하기 위한 플랜트에 관한 것이다.

Description

탱크의 배수방법 및 상기 배수에 사용하기 위한 플랜트

본 발명은 공급원에 액체상태로 저장된 증기화된 질소를 탱크에 공급함으로서, 액화된 가스의 내용물을 배수한 후, 증기화된 잔여가스를 수용하는 탱크를 배수하는 방법에 관한 것이다.

더욱이, 본 발명은 증기화된 상태로 상기 탱크에 공급된 액체질소의 공급원을 포함하는, 상기 탱크의 배수에 사용하기 위한 플랜트에 관한 것이다.

질소는 탱크내의 연소성가스의 잔류물을 제거하기 위하여 또한 한 종류의 가스가 다른 종류의 가스로 대치될 때 탱크내에 다른 가스들의 혼합물을 수용하는 것을 방지하기 위하여 공급되고 있다. 그러므로, 증기화된 질소는 액체가스의 내용물을 배수한 후 공급되어, 상기 탱크내에 존재하는 증기화된 가스의 잔류물을 쫓아내게 된다. 상기 잔여가스들은 연소되거나 대기중으로 배출될 수 있다. 그러므로서, 오염이 발생되는데, 상기 연소 때문에, 또는 상기 가스자체로 오염되었기 때문이다. 더욱이, 상기 과정이 수행될 때마다 상당량의 잔여가스가 손실되고, 이는 불기피한 것으로 받아들여지고 있다.

질소가 수용된 프러싱탱크의 또다른 면은 질소가 액체상태로 저장되어, 탱크에 질소를 공급하기 전에 질소의 증기화를 위해 열의 소비가 초래된다는 것이다.

주위공기는 상기 증기화를 위한 열방사매체로서 사용될 수 있으나, 그러므로서, 상기 액체질소의 큰 냉각용량은 증기화를 일으키는 공기를 냉각 것이외에는 다른 것에 이용되지 않는다.

본 발명에 따른 방법과 플랜트는 그 내용물인 액체가스가 배수되는 탱크내의 증기화된 상태의 잔여가스의 내용물의 회수와 잔여가스의 열의 이용에 의해 탱크에 공급될 액체질소의 증기화를 동시에 만족시킨다.

본 발명에 따른 상기 방법과 플랜트는 다음의 청구범위로부터 분명해진다.

본 발명에 따라, 증기화된 상태의 잔여가스는 불완전하게 배수된 탱크로부터 방출되어, 탱크에 공급될 액체질소와 열교환을 겪는다. 증기화된 잔여가스의 열은 질소의 증기화를 위해 이용되고, 상기 잔여가스는 회수되기 위하여 액체상태로 응축될 수 있다.

본 발명은 유동하는 플랜트, 차량(트럭, 철도)의 탱크, 가스운반선, 고정 육상 또는 근해 플랜트뿐만 아니라 지상플랜트에 이용될 수 있다. 모든 경우에 대기로의 잔여가스의 배출 또는 잔여가스의 연소에 의한 연소가스의 확장을 피할 수 있다.

액체상태로 수송된 가장 보통의 모든 종류의 가스들은 비등점이 -197도(대기압에서)인 질소의 비등점보다 대체로 높기 때문에 상기 잔여가스가 비등점에 있을 때 열교환동안 큰 온도차이가 발생할 것이다. 불완전한 배수 후 탱크내의 상기 잔여내용물은 예를 들면 가스의 종류에 따라, 다음의 온도를 구비할 수 있다. 에틸렌 -100도, 에틸렌 -80도, 프로필렌 -45/-20도, 프로판 -40/-20도, NH3 -33도, 부타딘과 부티렌 -1도, 부탄 +3도, 즉 대기압력에서의 비등점보다 약간 높다. 보통의(불완전한) 배수 후 탱크내의 이러한 가스의 상기 잔여내용물은 탱크의 용적이 6500m3인 경우, 다음과 같이 추정될 수 있다: 에틸렌 17000kg, 에탄 195000kg, 프로필렌 17000/42500kg, 프로판 17000/35500kg, NH3 5700kg, 부타딘 18500kg, 부틸렌 20800kg, 부탄 19500kg.

물론 상기 프랜트는 적어도 하나의 각 잔여가스가 모일 여러 개의 회수탱크를 갖는다.

열교환은 2 단계로 발생될 수 있다. 불완전하게 배수된 상기 탱크로부터 공급된 잔여가스가 제1 열교환기 또는 일군의 열교환기로 이송되고, 상기 열교환기내에서 상기 잔여가스와 저장탱크로부터의 증기화된 차거운 질소가스간의 열교환이 발생되고, 상기 질소가스는 불완전하게 베수된 탱크로 이송된다. 상기 잔여가스는, 반드시 응축될 필요는 없지만, 상기 질소 저장 탱크내부의 분리된 회로내로 응축을 위하여 이송될 수 있다. 이러한 응축에 의해 질소는 증기화되어 상기 저장탱크에서 배출되어 상기 제1 열교환기내로 들어간다. 상기 저장탱크내에서 열교환이 상기 응축의 적당한 정도의 과냉각만이 발생될 수 있도록 수행될 수 있다.

질소와 잔여가스용 상기 열교환기내의 상기 질소온도가 상기 잔여가스의 냉동점보다 낮기 때문에, 결빙문제가 열교환기에서 발생할 수 있다. 이 문제는 잔여가스를 응축하는 것과 질소를 증기화하는 것의 사이의 냉각제시스템을 삽입하는 것에 의해 피할 수 있어, 잔여가스간에 직접적인 열교환이 없도록 한다.

상기 냉각제시스템은, 상기 냉각제가 상기 잔여가스의 냉동점이상으로 유지되는 동안, 상기 증기화된 질소의 온도를 상기 잔여가스의 냉동점아래로 유지시킨다. 그러한 시스템은 예를 들면 프로판으로 작동한다. 사용될 수 있는 다른 매체중에서 프로펜, 에탄, 하이드로카본과 할로카본 R13의 혼합물이 언급된다. 상기 냉각제는 액체상태로, 각각 상기 질소와 상기 잔여가스와 열교환을 위해, 펌프에 의해 순환된다. 상기 질소와의 열교환은 2개의 보조 열교환기내에서 발생될 수 있다. 상기 냉각제는 질소의 증기화를 야기하는 제1 보조 열교환기를 통하도록 펌핑된다. 제1 보조열교환기를 포위한 질소탱크내에서 상기 질소가 높은 압력과 대응적으로 높은 온도로 유지되어, 냉각제가 냉동되지 않으나, 그 온도는 상기 잔여가스의 결빙점보다 낮을 수 있다. 또다른 펌프가 잔여가스콘덴서를 통하도록 냉각제를 펌핑하고, 그 후 상기 냉각제는 제2 보조열교환기내의 질소증기와 열교환하기 위해 이송되어, 배수될 탱크로부터 공급된 잔여가스의 냉각용 열교환기로 이송하기 전에 상기 질소증기의 온도를 조절하게 된다. 따라서, 상기 냉각제시스템의 냉각제는, 상기 잔여가스의 결빙점보다 높은 온도로 유지되고, 상기 잔여가스의 응축을 위하여 이용된다. 이러한 것(온도유지)은, 조절밸브에 의해 이루어진다. 상기 질소의 가열은 상기 제2 보조열교환기를 통한 액체냉각제의 흐름을 조절함에 의해 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 플랜트의 2가지 실시예를 나타내는 첨부도면에 의거하여, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 질소증기와 잔여가스간의 열교환에만 의거한 제1 실시예를 나타낸다.

제2도는 상기 잔여가스의 결빙을 방지하는 별도의 냉각제 시스템을 갖는 제2 실시예를 나타낸다.

제1도에 도시된 플랜트는, 3개의 주요 유니트를 포함한다; 그 내부에서 잔여가스와 질소가 열교환하고 분리되는 회수유니트(1), 액화질소의 공급의 열교환기(콘덴서)를 갖는 절연탱크(2), 재응축된 잔여가스를 수용하기 위한 절연탱크(3).

액화가스의 내용물을 불완전하게 배수하여 증기상태의 잔여가스를 포함하고 있는 탱크(도시되지 않음)로부터, 상기 잔여가스가 도관(10)을 통하여 회수유니트(1)내로 이송된다.

상기 도관(10)내에 상기 잔여가스를 펌핑하기 위한 팬(6)이 도시되어 있다.

상기 잔여가스는 열교환기(4)로 이송되어, 증기화되고, 상기 탱크(2)로부터 차거운 질소가 도관(14)를 통하여 공급된다.

상기 열교환기(4)로부터 증기상태의 질소는 히터(7)를 통과하여, 도관(11)을 통하여 잔여가스를 수용하고 있는 상기 탱크내로 이송된다.

제1 상태에서 상기 탱크내의 질소와 잔여가스는 분리될 것이다. 상기 질소는 잔여가스를 상기 탱크에서 상기 회수유니트(1)내로 보내도록 작용할 것이다.

상기 팬(6)은 원칙적으로 생략할 수 있으나, 상기 잔여가스의 상기 플랜트로의 이송을 가속화할 것이다.

상기 열교환기(4)는 예를 들면, 공지의 튜브열교환일 수 있다.

상기 열교환기(4) 아래에 콜렉터(9)가 장착되어 있고, 상기 콜렉터(9)는 응축된 잔여가스와 상당량의 질소가스를 갖는 비응축된 잔여가스를 수용한다. 상기 응축된 잔여가스는 분리기(5)로 이송되어, 도관(16)을 통하여 콜렉터탱크(3)로 전송된다.

더욱이, 상기 콜렉터(9)는 상기 잔여가스를 위한 콘덴서(8)에 연결된다. 상기 비응축된 잔여가스와 질소를 상기 콜렉터(9)로부터 상기 콘덴서(8)를 통하여 이송되어, 거기서 상기 잔여가스의 거의 완전한 응축과 과냉각이 발생된다. 상기 과냉각된 잔여가스와 질소는 도관(13)을 통하여 분리기(5)로 이송된다. 상기 질소는 상기 분리기에서 배출되고, 상기 응축잔여가스는 도관(16)을 통하여 콜렉터탱크(3)으로 이송된다.

더욱이, 상기 응축잔여가스용 콜렉터탱크(3)는, 도관(18)을 통하여 상기 플랜트에서 들어오는 잔여가스용 도관(10)에 연결되어 있다. 상기 콜렉터탱크(3)내의 과압력에 의해 잔여가스의 재순환이 야기될 것이다.

상기 플랜트는 도관(14)의 밸브(20), 도관(16)의 밸브(22), 도관(15)의 밸브(19)로서 도면에 도시된 차단밸브들을 포함할 수 있다. 물론, 예를 들면, 세이프티밸브와 같은 부가적인 밸브들을 포함할 수 있다.

상기 플랜트는 이에 한정된 것은 아니지만, 37.8도에서 2.8kp/cm2(abs.)이상의 가스압력을 갖는 모든 종류의 액화가스용으로 설계될 수 있다. 상기 플랜트는 한번에 한가지 잔여가스로만 이용될 수 있다. 만약, 상기 플랜트가 복수의 종류의 잔여가스로 이용된다면, 상기 플랜트의 잔여가스측이 또 다른 종류의 가스를 수용하기 전에 질소가스로 채워질 것이다. 더욱이, 또다른 콜렉터탱크가 연결되어야만 한다.

물론, 상기 플랜트는 밸브들에 더하여, 센서들과 콘틀로러들(도시되지 않음)을 포함한다.

증기상태의 잔여가스, 예를 들면 약 -100도의 온도에서의 에틸렌이 상기 열교환기(4)에 이송되고, 약 -190도의 차거운 질소가스가 동시에 상기 저장탱크(2)에서부터 열교환기(4)로 공급될 때, 상기 잔여가스는 냉각되나, 상기 질소는 상기 배수될 탱크로 흐르기 전에 더욱 가열된다.

어떤 경우에는 더욱 가열되는 것이, 배수될 상기 탱크에서의 질소와 잔여가스의 바람직한 계층화를 성취하기 위하여 바람직하다.

상기 질소에 의해 상기 잔여가스는 상기팬(6)의 도움으로, 상기 탱크로부터 상기 플랜트로 보내여질 것이다. 상기 플랜트의 작동의 얼마 후 잔여가스와 질소의 혼합물은 도관(10)을 흐를 것이다. 그러므로, 상기 열교환기(4)의 상기 잔여가스측상에 상기 분리기(5)가 연결되어, 상기 응축잔여가스에 따르는 질소는 분리되어 도관(17)을 통하여 배출된다. 상기 잔여가스의 응축물은 상기 분리기(5)로부터 상기 콜렉터탱크(3)로 이송된다. 상기 콜렉터(9)내의 비응축잔여가스와 그에 수반되는 질소는 질소저장탱크(2)내에 놓인 콘덴서(8)로 이송된다. 상기 잔여가스의 응축물이 제한된 정도까지 즉, 상기 응축물이 상기 액체질소의 온도부근에 존재하고서 냉각이 진행되는, 과냉각만 되도록 준비될 수 있다. 상기 수반된 질소는 계속 가스상태로 존재할 것이다. 콘덴서(8)로부터 잔여가스의 응축물과 수반되는 질소는 분리기(5)로 이송되고, 거기서 상기 응축물은 상기 콜렉터(9)로부터 직접 오는 응축물과 혼합된다. 상기 질소는 분리되어 도관(17)을 통하여 배출된다.

따라서, 상기 잔여가스는 거의 완전히 회수되게 된다. 불완전하게 배수된 탱크들내의 상기 잔여가스는 충만되었을 때의 탱크의 내용물의 약 1% 정도를 포함할 수 있다. 따라서 회수될 수 있는 잔여가스의 양은 크다. 오염을 방지하는데 더하여 많은 양의 잔여가스가 모인다.

냉각제를 사용하여 열교환을 이루는 시스템을 포함하는, 본 발명에 따른 플랜트의 또다른 실시예가 제2도에 의거하여 다음에 설명된다. 제1도의 요소에 상당하거나, 유사한 요소에 대하여 제1도의 참조번호와 동일한 번호가 사용된다. 상기 시스템은 냉각제로 프로판을 사용하는 것으로 설명된다.

프로판용 1세트의 형태의 제1 보조 열교환기(30)이 질소탱크(2)내에 장착되어 있고, 질소는 밸브(52)를 통하여 공급원(도시되지 않음)으로부터 상기 질소탱크(2)로 공급되고, 상기 프로판은 펌프(31)에 의해 튜브(31)(33)를 통하여 상기 질소탱크로 강제되고 있다. 밸브(40)에 의해 프로판이 냉동되지 않은 탱크(2)내의 질소가 높은 압력으로 유지된다. 상기 압력은 예를 들면 약 2.8kp/cm2(abs.)일 수 있다. 제2펌프(35)에 의해 프로판은 튜브(37)(38)를 통하여 상기 잔류가스콘덴서(8)을 통하게 된다. 레귤레이터(44)에 의해 제어되는 밸브(38)는 상기 콘덴서(8)에 공급된 상기 잔여가스의 냉동점보다 다 소높게 프로판의 온도를 제어한다. 상기 탱크(2)로부터 상기 열교환기(4)로 흐르는 상기 질소가스는 제2 보조열교환기(39)를 지나게 되고, 또한 상기 콘덴서(8)를 통과하는 프로판도 튜브(41)(42)를 거쳐 상기 보조열교환기(39)를 지나게 된다. 그러므로, 상기 질소증기는 튜브(14)를 거쳐 상기 열교환기(4)로 흐르기 전에 가열된다. 잔여가스는 도관(10)을 통하여 열교환기(4)로 공급되고, 상기 도관은 밸브(53)을 구비할 수 있다. 보조열교환기(39)내의 질소증기의 가열정도는, 여러 종류의 잔여가스의 수용을 위하여, 밸브(43)에 의해 조절되고, 상기 밸브(43)은, 상기 질소증기가 상기 잔여가스의 냉동점보다 다소 높은 온도에 달하도록 상기 보조열교환기(39)를 통한 프로판의 흐름을 조절한다. 작동중 상기 조절은 자동적으로 발생될 수 있고, 온도조절기(44)(45)는 상기 밸브(38)(43)를 조절한다. 상기 조절기는 상기 잔여가스의 냉동점보다 다소 높게 설정될 수 있다.

제2도는 도관(11)을 통하여 배수되는 탱크로 공급되는 질소증기의 흐름을 위한, 팬을 갖는 질소히터(7)을 보여준다. 상기 도관(11)은 밸브(54)을 구비할 수 있고, 또한 배출밸브(55)가 도시되어 있다. 도관(12)은 질소증기를 열교환기(4)로부터 콘덴서(8)로 이송한다. 상기 잔여가스는 배수될 탱크내의 압력에 의해 응축될 수 있다. 이 압력은 탱크로 공급되는 질소의 양에 의해 결정된다. 또한, 배수될 탱크가 필요한 내부압력을 유지할 수 없다면, 펌프가 사용될 수 있다. 잔여가스와 질소는 배수될 탱크내에서 혼합되기 때문에, 질소분리기(5)가 사용되고, 상기 잔여가스는 도관(13)을 통하여 질소분리기에 공급되고, 질소의 잔류물은 조절기밸브(51)를 구비한 도관(17)을 통해 배출되고, 응축된 잔여가스는 펌프(47), 필터(48), 밸브(49)(50)을 구비한 도관(16)을 통하여 콜렉터탱크(도시되지 않음)로 이송된다. 응축콜렉터(9)는 열교환기(4)에 연결되어 장착되어 응축된 잔여가스를 부분적으로 수용한다. 콜렉터(9)로부터 잔여가스의 응축물은 밸브(56)을 구비한 도관(15)을 통하여 분리기(5)로 이송된다.

더욱이, 상기 프로판호로는 프로판용 팽창탱크(46)을 구비하여, 열팽창을 시키게 된다.

제2도는 또한 다음의 명칭을 갖는 여러 가지 보조밸브, 지시기, 조절기를 보여준다.

DPI : 압력차이 지시기 LTC : 액체수준 지시기와 조절기

M : 서브모터 P : 압력게이지

PSV : 안전밸브 PIC : 압력 지시기와 조절기

SC : 속도 조절기 TIC : 온도 지시기와 조절기

TI : 온도 지시기 UC : 수준조절기

잔여가스가 도관(10)을 통하여 배수될 탱크로부터 흐르는 동안, 질소증기는 보조열교환기(39), 열교환기(4), 히터(7)을 통과한 후 도관(11)을 통하여 탱크로 흐른다. 상기 잔여가스는 열교환기(4), 콘덴서(8), 질소분리기(5)을 통하여 도시되지 않은 콜렉터탱크로 흐른다. 상기 냉각제 시스템에서 액체 냉각제는 제1 보조열교환기(30)을 통하여 회로내로 흐르고, 콘덴서(8)를 통하여 제2 회로내로 흘러 제2 보조열교환기(39)로 흐른다. 상기 지시기와 조절기에 의해 열교환기(4) 내에서 냉각되고 콘덴서(8)에서 응축된 상기 잔여가스가 냉동되지 않도록 질소증기의 온도가 조절되고, 상기 온도는 자냐의 종류에 대응하여 조절된다.

Claims (10)

1. 공급원에 액체상태로 저장된 증기화된 질소를 탱크에 공급함으로서, 액화된 가스의 내용물을 배수한 후, 증기화된 잔여가스를 수용하는 탱크를 배수하는 방법에 있어서, 상기 잔여가스의 일부가 응축되도록, 증기상태의 상기 잔여가스가 질소중기와 제1 열교환되고, 그 후에 상기 질소는 상기 탱크로 이송되고, 공급원의 질소가 증기화되어 제1 열교환에 사용되도록, 증기상태의 상기 잔여가스는 상기 공급원의 액체질소와 제2의 직접 또는 간접 열교환되고, 응축된 잔여가스는 콜렉터탱크로 이송되는 것을 특징으로 하는 증기화된 잔여가스를 수용하는 탱크를 배수하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 증기화된 질소와 배수될 탱크로부터 유입되는 잔여가스가 질소공급원의 외부의 열교환시스템내에서 열을 교환하는 것을 특징으로 하는 증기화된 잔여가스를 수용하는 탱크를 배수하는 방법
3. 제1항에 있어서, 공급원으로부터 질소가 냉각제와 열교환을 위해 이송되고, 냉각제는 잔여가스의 응축을 위해, 잔여가스와 열교환되도록 이송되는 것을 특징으로 하는 증기화된 잔여가스를 수용하는 탱크를 배수하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 잔여가스의 응축후 상기 냉각제는 증기화된 질소와 열교환되도록 이송되는 것을 특징으로 하는 증기화된 잔여가스를 수용하는 탱크를 배수하는 방법.
5. 증기화된 상태로 공급되는 액체질소의 공급원(2)을 포함하는, 제1항의 방법에 따른 탱크의 배수에 사용하기 위한 플랜트에 있어서, 열교환시스템(4, 8 ; 30, 39)이 상기 플랜트에 설치되고, 상기 질소의 공급원(2)에 연결되어, 질소의 증기화가 상기 공급원의 액체질소에 연결되어 있는 상기 시스템의 일부(8 ; 30)에서 발생되고, 따라서, 상기 시스템의 또 다른 부분(4) 내에서 상기 탱크로부터 잔여가스와 열교환하기 위하여 질소중기를 이송하는 공급원의 강제 압력을 발생하게 되고, 상기 잔여가스의 일부는 상기 시스템의 상기 제2 부분(4)내에서 냉각 및 응축되고, 상기 또 다른 부분은 공급원의 액체질소와 연결되지 않고, 증기화된 상태로 남은 잔여가스는 상기 시스템내의 콘덴서(8)에 이송되고, 콜렉터콘테이너(3)는 응축된 잔여가스를 수용하기 위하여 상기 시스템과 연결된 것을 특징으로 하는 제1항의 방법에 따른 탱크의 배수에 사용하기 위한 플랜트.
6. 제5항에 있어서, 상기 잔여가스용 콘덴서(8)는 질소공급원(2) 내에 설치된 것을 특징으로 하는 탱크의 배수에 사용하기 위한 플랜트.
7. 제5항에 있어서, 상기 열교환시스템(4, 8 ; 30, 39)은 질소를 중기화하기 위하여 액체냉각제를 수용하기 위한 제1 보조열교환기를 포함하고, 상기 잔여가스콘덴서(8)는 상기 냉각제를 수용하도록 연결된 것을 특징으로 하는 탱크의 배수에 사용하기 위한 플랜트.
8. 제7항에 있어서, 상기 콘덴서(8)로부터 상기 냉각제가 공급되는 제2 보조 열교환기는 상기 잔여가스열교환기(4)에 이송된 질소중기의 가열을 위하여 상기 질소의 공급원에 연결된 것을 특징으로 하는 탱크의 배수에 사용하기 위한 플랜트.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 온도제어밸브(43)가 상기 제2 보조 열교환기(39)를 통한 냉각제의 흐름을 조절하기 위하여 설치된 것을 특징으로 하는 탱크의 배수에 사용하기 위한 플랜트.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 온도제어밸브(383)가 상기 콘덴서(8)를 통한 냉각제의 흐름을 조절하기 위하여 설치된 것을 특징으로 하는 탱크의 배수에 사용하기 위한 플랜트.